JPS6384016A - 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、シリコン等の半導体を気相から基板上に析出
、成長させる装置に関する。

（従来の技術） エピタキシャル成長膜を形成したシリコンウェハー（以
下、エピタキシャル成長膜ウェハーと略称する）は品質
が良好であり、ＩＣの高集積化に伴ない需要が増加し、
更にその品質要求も高（なっている。特に、その品質に
ついては、転位の存在による悪影否のないスリップフリ
ーのエピタキシャル成長膜ウェハーが要求される。一方
、ウェハーの大径化に伴いスリップは発生し易くなり、
従来技術ではスリップフリーの大口径エピタキシャル成
長膜ウェハーの製造は困難である。そこで高生産性のス
リップフリーなエピタキシャル成長膜ウェハーの製造装
置が特に望まれている。

従来、エピタキシャル成長膜ウェハー製造には、いわゆ
る竪型炉、バレル炉が用いられている。前者は筒周波コ
イルで加熱される黒鉛製サセプター上にウェハーを設置
し直接的に加熱するものである。これは、一般に一電源
に二基の反応器を取りつけるため高生産性であり、また
膜厚も均一なものが得られる。しかし、直接加熱である
ためウェハー内の温度分布に差が出やすく結晶内のスリ
ップの防止は困難である。一方バレル炉は赤外ランプに
よる加熱でスリップフリーのエピタキシャル成長膜ウェ
ハーが比較的、容易に得られるが、ガス流れの均一性の
問題から高生産性が得られに（い上、更にランプの寿命
が短い欠点を有する。

以上のごと〈従来のエピタキシャル成長膜つ工バー製造
装置では、スリップのない高品質のエピタキシャル成長
膜ウェハーを効率よく生産するという要求に応えるには
不十分であった。

従来も高品質、高生産性のエピタキシャル成長膜ウェハ
ー製造装置を提供する試みがなかった訳ではない。

例えば実開昭４９−１１２１５３号公報は、高密度に配
置したウェハーをバレル炉と同様に輻射により加熱して
生産能力を高めることを提案する。しかし、ウェハーを
高密度に配置するため均一加熱が困難となり、スリップ
が発生しやすくなるばかりかガス流れの均一性が得に＜
＜、良好なエピタキシャル成長膜ウェハーを得ることは
困難である。

また特開昭４８−５４８４８号公報は熱源上に高密度で
ウェハーを設置する構成を提案する。しかし、この公報
の装置では熱源の配置が複雑で、熱源の均一性が得られ
にくいばかりかガス流れの均一性も得難く、所定の品質
を得ることは困難である。

その他、特開昭５３−３７１８６号公報、特開昭５２−
１４４９６１号公報等も同様にウェハーの高密度設置や
ウェハーを設置加熱する加熱面の拡大により高生産性と
高品質の両立を図るものであるが、加熱、ガス流れの均
一性の確保は困難であり、上と同様の問題を免れない。

（発明が解決しようとする問題点） スリップフリーな高品質のエピタキシャル成長膜ウェハ
ーを製造するためには、ウェハーを熱源上に直接設置す
る方式は好ましくなく、輻射加熱が良いことは一般に知
られている通りである。しかし輻射加熱でも均一加熱の
ためには広く輻射面を設はウェハーが互いに輻射加熱面
に対し陰にならないようにする広いサセプターが必要で
ある。

またスリップの発生防止には、輻射伝熱および加熱冷却
速度の減少が有効であるが、これは高生産性の要求と矛
盾する。

従って本発明の目的は、これらの矛盾する要求を同時に
満足し、スリップのない高品質のエピタキシャル成長膜
ウェハーを効率良く製造できる気相成長装置を提供する
ことである。

このような高品質、高能率の気相成長装置としてウェハ
ーを移動させながら加熱、冷却する連続装置が考えられ
る。従来においても低温における反応ではウェハーを移
動させながら連続的に反応させる装置が知られている。

即ち、３００〜５００℃で反応させるＣＶＤ　（化学気
相堆積方法）では、ｐ、ｉ、ｎ各層を分離した反応室で
連続的に形成する連続化設備が提案されている。しかし
エピタキシャル法では通常１０００〜１２００℃の高温
で反応させる事、および反応に用いるガスがＨ２，５ｉ
ＨｘＣ１ｚ、５ｉＨＣ１３、ＢＪ６．ＰＨ３等のガスで
ある事から従来方法による連袂化は困難である。

即ち、従来の方法の場合、基板が順次、移動してい（各
反応室の間にシールが必要であり、このシールはシャッ
ターの開閉により行っている。しかし、このシャッター
にはパフキングが不可欠である。従来の連続装置におけ
るＣＶＤは３００〜５００℃であり、バッキング材料が
熱で劣化する事はない。しかし、１０００〜１２００°
Ｃの高温ではこの熱に耐える適当なバンキング材料は存
在しない。アスベストは耐熱性を有するが、雰囲気中の
チリとなり製品内の不純物となる。また、反応室間のシ
ールとしては高温でも使用できるガスシールもあるが、
ガスシールの場合は雰囲気を一定に制御したままシール
するのは困難である。

このように従来の連続反応装置をそのままエピタキシャ
ル成長膜ウェハーの気相成長装置に適用することはでき
ない。

（問題点を解決するための手段） かくして本発明の要旨とするところは、ペルジャーによ
り囲まれた気相反応容器と、昇温ゾーンと反応ゾーンと
冷却ゾーンを有する加熱炉と、気相反応容器を連続的ま
たは段階的に加熱炉内を移動するための手段とからなる
気相成長装置である。

即ち、本発明に係る気相成長装置は、上述の従来技術の
問題を一挙に解決するため、複数の反応器を、別に設け
た加熱炉内を連続的に移動させることにより反応器の加
熱、保持、冷却を連続的に行なわしめることで高品質と
高能率という矛盾する要求を両立させる。

（作用） 加熱、反応、冷却の各ゾーンは一つの加熱炉を熱源とし
て所定の温度分布に維持される。エピタキシャル成長膜
ウェハーの基板とするウェハーは数枚、好ましくは１０
枚程度を各反応容器内のサセプター上に設置する。さら
に各反応容器を加熱炉内を連続的または段階的に通過さ
せることによりウェハーを連続的に加熱、冷却する。

ガスは、回転可能なジヨイントを介して反応容器に供給
する。加熱炉の反応ゾーンで原料ガスを投入しウェハー
上にエピタキシャル層を形成せしめる。

（実施例） 次に本発明の実施例について添付図面を参照しながら詳
細に説明する。

策土ｑ尖庭班 第１閣は、気相反応装置の加熱炉ｌを円環状とした第１
の実施例の平面図を示す。第２図（Ａ）および（Ｂ）は
、第１図の加熱炉で用いられる反応容器２の模式的立面
図および平面図である。

円環状の加熱炉１は、電気炉であって、炉体上面のみを
加熱面とし、軸方向（反応容器２の進行方向）の温度分
布を第３図に示すように設定して、反応容器２の搬入か
ら搬出までを昇温、反応、冷却の各ゾーンに分割した。

各反応容器２は、釣鐘状の石英へルジャー３内のカーボ
ンサセプター４にシリコンウェハー５を載荷して回転装
置６により回転させる構成とし、原料ガスの供給および
排出は、回転可能なジヨイントにより外部の管と接続さ
れた供給管７および排出管８により行われる。

この実施例では、サセプタ−４の直径を４００ａ＋１１
とし、４枚の６インチ径のシリコンウェハーを載せた。

反応容器２の炉内移動速度は、５００℃以上で毎分１０
０℃だけ昇温するように設定し、１０５０℃に維持され
る加熱炉１内の反応ゾーンにおいて１０分間、原料ガス
として５ｉＨｚＣｌ　ｚ投入し、ウェハー５上にエピタ
キシャル膜を成長させた０反応ゾーンでは３個の容器が
同時に反応する。

この結果得られたエピタキシャル成長膜ウェハーはスリ
ップフリーであり、膜厚分布、比抵抗分布は、いずれも
５％以下で、反応容器２毎のバラツキも見られなかった
。

反応容器２は３個／１０分で反応が進む、従ってエピタ
キシャル成長膜ウェハーの生産性は約７０戊／時間と高
い。

工主至大施烈 第４［Ｆ（Ａ）および（Ｂ）は、加熱炉１を直方体状と
した第２の実施例の模式的立面図および平面図である。

第５図（Ａ）および（Ｂ）は、第４図の加熱炉１で用い
られる反応容器２の模式的立面図および平面図である。

炉体上面を加熱面とする電気炉により構成される加熱炉
１は、昇温、冷却ゾーンをそれぞれ４分割して各区分の
設定温度を２００℃、５００℃、８００℃、１０００℃
とし、反応ゾーン（設定温度１０５０℃）との間ととも
に各区分間は上下動可能な隔壁１ａにより仕切られる。

反応容器２は、縦長の釣鐘状石英へルジャ−３に、直径
２００ｍｍのカーボンサセプターを約２０１１ＩＩＩ１
間隔で棚状に重ね、８枚の６インチ径のシリコンウェハ
ー５を各サセプター上に載荷する。各サセプター４は回
転装置６により全体として回転される。

原料ガスの供給、排出は、外部管と接続する供給管７お
よび排出管８によりそれぞれ行われる。

５分間毎に隔壁９を上げて各反応容器２を段階的に第４
図（Ｂ）の矢印の方向に移動させる。従って例えば最下
段のウェハー５の温度は、第６図の破線で示された炉温
に対し実線で示されるように変化する０反応ゾーンにお
いて原料ガスとして５ｉＨ１ＣＩＺを供給し、エピタキ
シャル膜を成長せしめた。

この結果、ウニバー５内の温度差は最大でも３０℃であ
り、スリップの発生は見られず、エピタキシャル成長膜
ウェハーの品質は十分良好なものであった。また、この
反応装置の生産速度は約９０戊／時間であった。

（発明の効果） 次に本発明の効果を確認するために行った従来の気相成
長装置によるエピタキシャル成長膜ウェハーの生産実験
について説明しておく。

ル較粱米斑上 第２図の反応器にほぼ等しい構成を有するペルジャー弐
の竪型気相成長装置（ただしカーボンサセプター直径７
００ｍｍとし、サセプター下に配設された高周波コイル
により加熱する）に６インチ径のウェハー１０枚を載置
し、１０５０℃で５ｉｌｌｚＣＮｚを原料ガスとしてエ
ピタキシャル膜を成長せしめた。

膜厚のバラツキは５％以下、比抵抗のバラツキは３％以
下であった。

この際、昇温速度が３０℃／ｗｉｎ以下では、サセプタ
ーの形状、高周波コイル調整が良好であれば、スリップ
は発生しなかったが、これ以上では昇温速度の上昇に伴
いスリップ発生量が増加した。

スリップフリーの６インチ径のエピタキシャル成長膜ウ
ェハーの生産速度は１５枚／時間であった。

ル較従来涯ｌ 上方より垂下された戴頭角錐状カーボンサセプター側面
にシリコンウェハーを載置し、これを逆鉤鐘状の石英ペ
ルジャーで被って外部から赤外ランプで加熱するバレル
型気相成長装置（ペルジャー径３５０１ＷＩ１１）を用
い６インチ径ウェハー１５枚を載置し、比較従来例１と
同条件でエピタキシャル膜を形成させた。

スリップの発生はなかったが、成長速度が小さく生産速
度は４枚／時間と低い。

本発明にかかる装置をこのような従来の装置と比較する
と、本発明では反応容器を所定の温度分布を有する加熱
炉内を移動させることで、生産効率を低下させることな
く温度変化を緩和できる効果がある。これによりシリコ
ンウェハー内のスリップの発生を防止しながら連続化に
より生産効率を上げることができる。

また本発明によれば加熱炉の各領域は常に所定温度に保
持され、反応のたびに昇温、冷却されることがないので
熱効率も高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例装置の模式的部分破断平面
図； 第２図（Ａ）は、第１図の装置において用いられる反応
容器の模式的立面図、同図（Ｂ）は、該反応容器の模式
的平面図； 第３図は、第１図の装置の加熱炉内の温度分布を示すグ
ラフ； 第４図（Ａ）は、本発明の他の実施例装置の模式的一部
破断立面図、同図（Ｂ）は該装置の模式的平面図； 第５図（Ａ）は、第４図の装置に用いられる反応容器の
模式的立面図、同図（Ｂ）は、該反応容器の模式的平面
図；および 第６図は、第４図の装置におけるウェハー温度の時間的
変化を示すグラフである。 １：加熱炉　　　　　　２：反応容器 ３：石英ペルジャー　　４；カーボンサセプター５：シ
リコンウェハー　６二回転”Ａ　１ｌＦ７：原料ガス供
給管　　８：排ガス排出管９：隔壁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ベルジャーにより囲まれた気相反応容器と、昇温ゾーン
   と反応ゾーンと冷却ゾーンを有する加熱炉と、気相反応
   容器を連続的または段階的に加熱炉内を移動するための
   手段とからなる気相成長装置。