JPS63202016A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体ウェハ表面に気相成長層を形成する装置
に係り、特に気相成長層を多酸の半導体ウェハ表面上に
均一に形成するための気相成長装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体ウェハ（以下ウェハと略記）上に気相化学反応を
利用して５ｉＯｚ膜、ナイトライド膜、多結晶シリコン
膜を形成するＣＶＤ法や単結晶シリコン膜を形成するエ
ピタキシャル成長などの気相成長技術がＬＳＩ製造プロ
セスにおいて広く適用されている。

近年、プロセスコストの低減や製品歩留りの向上を目的
とするウェハ径の大型化（〉直径６インチ）が進められ
ており、ＣＶＤ装置もこのようなすう勢に対応するため
の装置の大型化、ウェハ処理能力の増大が進められてい
る。

一方、デバイスの高集積化や高速化に伴い、形成する薄
膜の高精度の均一化も合せて要求されている。

以上の要求に応えるＣＶＤ装置として特開昭５９−５０
０９３号公報に示されるように、ウェハをその主面を対
向して等間隔に並べ、前記ウェハを実質的に包含するよ
うに反応容器内に数百したインナチューブを加熱源とし
前記ウェハを均一に加熱し、反応ガスを孔を有するノズ
ルを用いて各ウェハの間に供給する方法で、一度に大量
のウェハに均一なＣＶＤ膜を形成することを目的とする
新たなＣＶＤ装置が提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来方式の気相成長装置では、ノズ
ルの番孔から供給する原料ガスの流量分布に関して配慮
が不足していることから、各々のウェハに対し等量の原
料ガス供給が困難で、結局、高精度のウェハ間膜厚均一
性を得がたいという問題がある。この主な理由は、ノズ
ルの一端から原料ガスを供給しその流れ方向に配置した
多数の孔からガスを噴出する場合、ノズル管内圧力に分
布が生じるためである。この解消策として、■ノズル管
径を極端に大きくする、■噴出孔径を極端に小さくする
などの方法でノズル管内抵抗に比べて噴出孔流出抵抗を
小さくし、ノズル管内の圧力を各部で実質的に均一にす
る方法がある。しかしながら、前述■は炉内の大きさに
制限があること、■はウェハに噴出するガス流速が大き
くなリウエハ面内の膜厚均一性が崩れてしまうなどの欠
点がある。

本発明の目的は多数の大口径ウェハに対してもウェハ間
で均一な薄膜を比較的容易に形成可能な気相成長装置を
提供するにある。

（問題点を解決するための手段〕 上記目的はガス供給ノズルを、一端にガスの導入口を有
し、かつガスの流れ方向において室内圧力が実質的にほ
ぼ等しい第１室と、第１室と連結して、かつ、第１室か
らのガスの流れ方向と異なる方向でウェハにガスを供給
する孔を有し、第１室に比して圧力の低い第２室とから
成る２室構造とすることで達成される。

孔は、円形、楕円形、長円形、矩形等、各種の形をとり
得る。

〔作用〕

前記ノズルの第１室と第２室を連結する導出口の流出抵
抗を第１室内の流出抵抗に比べて十分大きくし、第１室
内の圧力分布を実質的に均一とすることによって第１室
から供給するガス流量を第２室の各部で均一とすること
ができる。また、第２室には、各ウェハ面内の均一性が
最良となるガス流速を得るための噴出孔（またはスリッ
ト）を、第１室より供給するガス流の方向と異なる方向
に設けることにより最適な流速でそれぞれのウェハに均
一に原料ガスを供給することができる。

〔実施例〕

以下、本発明をＳｉのエピタキシャル成長を一実施例と
し第１図、第２図に従って説明する。

１はシリコン単結晶ウェハで、石英製ホルダ２に主面を
表側として２枚ずつ１０段、合計２０枚がチャージされ
る。ホルダ２はウェハ面内の均一性を向上するためにモ
ータ８で回転されている。

ウェハ１を筒状のカーボンサセプタ４で取囲み、高周波
コイル５でサセプタ４を誘導加熱してウェハ１をエピタ
キシャル成長温度に均一に加熱する。

６は原料ガスを供給するためのノズルで、第２図に示す
ように第１室６ａと第２室６ｂから成る。

６ｃは連結管、６ｄは噴出孔である。７は廃カスの排気
管である。３は反応容器となる石英製ベルジャである。

次にエピタキシャル成長の実施例について説明する。ま
ず、１２．７ａｎ（５インチ）径の大口径ウェハを２枚
ずつ重ね合せ、１―間隔で１０段、２０枚をホルダ２に
チャージし、２Ｏｒｐｍで回転する。ノ４ズル６から水
素ガス４０　Ｑ　／ｍｉｎを１０分間供給し炉内を水素
雰囲気とした後、高周波コイル５に通電しサセプタ４を
１１５０℃まで昇温する。水素ガス中に５ｉＣＱａ原料
を約１．５ｍｏＱ％混入しエピタキシャル成長を開始す
る。この時、水素と５ｉＣＱａの混合ガス約４０　Ｑ　
／ｍｉｎはノズル６の第１室６ａに供給され、２０ｎｎ
＋の等間隔で５本設けられた連結管６ｃを通じて第２室
６ｂに供給される。第１室６ａの管内径は１５圃、連結
管６ｃ内径は２ｍｍであり、５本の連結管６ｃからほぼ
等量の原料ガスが第２室６ｂに供給される。

第２室６ｂには積載ウェハ間隔に応じて１１個の直径３
ｍの噴出孔６ｄが連結管６ｃ位置から９０゜ずらして設
けられており、連結管６ｃ内流速に比べて遅い流速の原
料ガスが各ウェハｌに均一に供給される。廃ガスは排気
ノズル７よりベルジャ３外に廃出する。

所定の時間エピタキシャル成長を行なった後、５ｉＣＱ
ａ原料の供給を止めサセプタ４の降温を開始する。ウェ
ハ温度が低温となったらベルジャ３を開はウェハ１を取
り出す６ 本実施例により直径１２．７ｍ＋のウェハ２０枚にエピ
タキシャル層を１０μｍ形成した結果、ウェハ間膜厚ば
らつき±４％を得、従来のばらつき（±８．２％）に比
べ均一性を２倍以上向上できた。

以上の操作によってウェハ間のエピタキシャル膜厚の均
一なエピタキシャルウェハを得ることができる。

本実施例においては連結管が礼状のノズルについて説明
したが間隙を十分小さくしたスリット状としても効果は
同様である。

第３図は一本のノズル管内を２室に分割して同様の効果
を得るようにしたノズルの断面説明図である。また、第
４図はノズル管内へのシリコンの析出を防ぐため二重管
とし、ガス冷却通路６ｅによりノズル６の温度上昇を防
ぐ場合のノズルの断面構造説明図である。

〔発明の効果〕

以上述べたように１本発明装置によれば、大口径ウェハ
に対してもウェハ間で均一に薄膜を容易に形成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す気相成長装置の縦断面
図、第２図（ａ）は第１図の気相成長装置に用いられて
いるノズルを拡大して示す図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ
切断線に沿った横断面図、第３図、第４図は他の実施例
になるノズルを示す横断面図である。 １・・・ウェハ、２・・・ホルダ、３・・・ベルジャ、
４・・・サセプタ、５・・・加熱コイル、６・・・ガス
ノズル、６ａ高１図 ｂ・ 汀人 力”人 手続補正書（方式） ％式％ 発　明　の　名　称　気相成長装置 補正をする者 セｆｉとの関係　　待訂出１ｇｆｉ人 名　ｉｆ；　ｆ５１１１１殊式会社　日　立　袈　ｆ乍
　所代　　　理　　　人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体ウェハを互にその主面を平行とし、反応容器
   内に多数並べて収納し、加熱しながら前記反応容器内に
   設置した多数の孔を有するガス供給ノズルの一端から原
   料ガスを導入し、前記半導体ウェハ外周より主面にほぼ
   平行に原料ガスを供給し気相成長層を形成する装置にお
   いて、前記ガス供給ノズルが、容器外からのガス供給口
   を有し、かつノズルの長手方向において実質的に同一圧
   力となる第１室と、第１室と連結し、かつ上記半導体ウ
   ェハ面に原料ガスを供給するための孔を有する第２室か
   らなり、かつ第２室から上記半導体ウェハにガスを噴出
   する方向を第１室から第２室へのガスの流れ方向と異な
   る方向にしたことを特徴とする気相成長装置。 ２、上記特許請求の範囲第１項において、第２室から半
   導体ウェハにガスを供給する孔は、円孔、楕円孔、長円
   孔、矩形孔のいずれかであることを特徴とする気相成長
   装置。