JPWO2018042876A1 - Vapor growth equipment - Google Patents
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Abstract
気相成長装置1は、反応炉2と、導入通路8と、複数の流路15aと、分岐路14aと、分割通路16bと、を備える。反応炉2は、原料ガスにより基板Wにエピタキシャル層を気相成長させる。導入通路8は、反応炉2内に通じる入口8aと、入口8aの上方かつ入口8aより反応炉2側に位置して反応炉2内に至る出口8bと、導入通路8内に位置する段部8cを有する。複数の流路15aは、32本以上であり、入口8aから入口8aの外側に延びる。分岐路14aは、複数の流路15aを入口8a側から原料ガスの上流側に向けてトーナメント状に合流させる。分割通路16bは、導入通路8が複数の流路15aに対応して分割された通路であり、複数の流路15aにそれぞれ連なって通じる。これにより、基板上に成長させるエピタキシャル層の膜厚の均一性を良好にすることが可能となる気相成長装置を提供する。 The vapor phase growth apparatus 1 includes a reaction furnace 2, an introduction passage 8, a plurality of flow passages 15a, a branch passage 14a, and a division passage 16b. The reactor 2 vapor-phases an epitaxial layer on the substrate W with a source gas. The introduction passage 8 includes an inlet 8 a communicating with the reaction furnace 2, an outlet 8 b located above the inlet 8 a and on the reaction furnace 2 side from the inlet 8 a and reaching the reaction furnace 2, and a step portion located in the introduction passage 8. 8c. The plurality of flow paths 15a are 32 or more, and extend from the inlet 8a to the outside of the inlet 8a. The branch path 14a joins the plurality of flow paths 15a in a tournament shape from the inlet 8a side toward the upstream side of the raw material gas. The divided passage 16b is a passage in which the introduction passage 8 is divided corresponding to the plurality of flow paths 15a, and communicates with the plurality of flow paths 15a. This provides a vapor phase growth apparatus that can improve the uniformity of the film thickness of the epitaxial layer grown on the substrate.
Description
本発明は、気相成長装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。 The present invention relates to a vapor phase growth apparatus and an epitaxial wafer manufacturing method.
半導体集積回路の微細化に伴い、半導体集積回路の元になる半導体基板に形成されるパターンが微細化され、半導体基板に求められる品質が一層厳しくなっている。半導体基板に求められる品質の中では、特に平坦度に対する要求が極めて高度になっている。そして、半導体基板の中でも多様な用途に用いられるエピタキシャルウェーハにおいては、基板の平坦度とエピタキシャル層の平坦度を両立させることが課題である。そして、このエピタキシャル層の平坦度は、エピタキシャル層の膜厚分布により大きく左右される。よって、要求されるエピタキシャル層の平坦度を満たすため、エピタキシャル層の膜厚分布の均一性をより良好にすることが必要である。 With the miniaturization of semiconductor integrated circuits, the pattern formed on the semiconductor substrate that is the basis of the semiconductor integrated circuit is miniaturized, and the quality required for the semiconductor substrate is becoming stricter. Among the qualities required for semiconductor substrates, the demand for flatness is particularly high. And in the epitaxial wafer used for various uses among semiconductor substrates, it is a subject to make the flatness of a substrate and the flatness of an epitaxial layer compatible. The flatness of the epitaxial layer greatly depends on the film thickness distribution of the epitaxial layer. Therefore, in order to satisfy the required flatness of the epitaxial layer, it is necessary to improve the uniformity of the film thickness distribution of the epitaxial layer.
現在、直径300mmのエピタキシャルウェーハを製造する場合には、枚葉式の気相成長装置が使用されている。このような気相成長装置では、基板にエピタキシャル層を成長させる原料ガスを供給する機構と、供給される原料ガスにより基板にエピタキシャル層を成長する反応炉と、反応炉内のガスを排出する機構と、により凡そ構成されている。原料ガスを供給する機構としては、原料ガスの上流側から順にインジェクションキャップ(以下、「キャップ」とする。)と、バッフルと、インジェクションインサート(以下、「インサート」とする。)が備わる。キャップは、原料ガスを反応炉内に導入する際に原料ガスが通過する空間を有する。バッフルは、キャップとインサートの間に挟まれて位置する板状部材であり、キャップ内の原料ガスをインサートに導く複数の貫通孔を有する。この貫通孔によりインサートに向かう原料ガスの流れが調整される。インサートは、バッフルの貫通孔を通過した原料ガスを反応炉への入口に導く複数本の流路を有する。これらの各部材を経由して反応炉に原料ガスが導かれる。原料ガスが導かれる反応炉は、反応炉内に通じて上流から流れる原料ガスが流入する入口と、入口の上方かつ入口より反応炉側に位置して反応炉内に至る出口と、入口と出口とを接続する通路と、通路内に位置する段部を有する。インサートから反応炉の入口に導かれた原料ガスは、反応炉内に至る通路内の段部を乗り越えて反応炉内に導かれる。このようにして導かれた原料ガスを、基板上で反応させることで基板上にエピタキシャル層を成長する。反応炉内で原料ガスが反応して生成されたガスと未反応に終わった原料ガスは、ガスを排出する機構により反応炉外に排出される。 Currently, when manufacturing an epitaxial wafer having a diameter of 300 mm, a single wafer type vapor phase growth apparatus is used. In such a vapor phase growth apparatus, a mechanism for supplying a source gas for growing an epitaxial layer on the substrate, a reactor for growing an epitaxial layer on the substrate by the supplied source gas, and a mechanism for discharging the gas in the reactor It is roughly composed of The mechanism for supplying the raw material gas includes an injection cap (hereinafter referred to as “cap”), a baffle, and an injection insert (hereinafter referred to as “insert”) in order from the upstream side of the raw material gas. The cap has a space through which the source gas passes when the source gas is introduced into the reaction furnace. The baffle is a plate-like member positioned between the cap and the insert, and has a plurality of through holes that guide the raw material gas in the cap to the insert. The flow of the raw material gas toward the insert is adjusted by this through hole. The insert has a plurality of flow paths that guide the raw material gas that has passed through the through holes of the baffle to the inlet to the reaction furnace. The raw material gas is guided to the reaction furnace through these members. The reactor to which the source gas is guided has an inlet through which the source gas flowing from the upstream through the reactor enters, an outlet located above the inlet and on the side of the reactor from the inlet to the reactor, and an inlet and an outlet. And a step portion located in the passage. The raw material gas introduced from the insert to the inlet of the reactor is guided into the reactor through the step in the passage leading to the reactor. An epitaxial layer is grown on the substrate by reacting the introduced source gas on the substrate. The gas generated by the reaction of the source gas in the reaction furnace and the unreacted source gas are discharged out of the reaction furnace by a mechanism for discharging the gas.
このような枚葉式の気相成長装置を用いて膜厚分布がより均一化されたエピタキシャル層を成長する場合には、反応炉内の基板の表面上に均一な原料ガスの流れを導くことが最重要である。現状の枚葉式の気相成長装置において、キャップに一旦導入された原料ガスの流れはバッフルで任意の流れにされ、インサートにおける複数本(例えば、10本)の流路に流入する。しかしながら、バッフルを経由して形成される原料ガスの流れ自体は、キャップ内での圧力バランスに支配されることからバッフルの貫通孔の径に対応した速度を得ることができない。更に、バッフルを経由して細分化された原料ガスの流れは、インサートを通過して基板上に導かれるため、原料ガスの流れがインサートの流路数に依存してしまう。よって、基板の面内方向に流れる原料ガスにインサートの流路数に対応する、例えば、10本の速度のムラが形成され、基板上に導入される原料ガスの速度分布は成り行きで決まってしまっている。また、反応炉の入口に導入された原料ガスは、反応炉内に通じる通路内の段部を乗り越えて反応炉内に導かれることで、段部の形状の影響を受けた流れとなる。具体的には、通路内に位置する段部は、反応炉側において鉛直方向に延びる軸線を中心として円弧状に湾曲して通路の入口に対向する第1面と、その第1面の上端から通路の出口に延びる第2面を有する。そのため、この通路に導かれた原料ガスの流れは、段部を乗り越えようとする際に第1面によって通路の幅方向の外側に寄せられてしまう。よって、反応炉の外で制御した原料ガスの速度分布が反応炉内に導入される前に変化してしまい、基板上に導入する原料ガスの速度分布を細かく制御することが困難になる。このような気相成長装置における構造的な制約と原料ガスの速度分布を制御する制御の困難性から、先端部品に用いられるエピタキシャルウェーハに要求されるエピタキシャル層の膜厚分布の均一性を満たすことが困難になってきている。 When an epitaxial layer having a more uniform film thickness distribution is grown using such a single wafer type vapor phase growth apparatus, a uniform flow of source gas is introduced onto the surface of the substrate in the reaction furnace. Is the most important. In the current single wafer type vapor phase growth apparatus, the flow of the raw material gas once introduced into the cap is changed to an arbitrary flow by the baffle and flows into a plurality of (for example, 10) flow paths in the insert. However, since the flow of the raw material gas formed via the baffle itself is governed by the pressure balance in the cap, it cannot obtain a speed corresponding to the diameter of the through hole of the baffle. Furthermore, since the flow of the material gas subdivided via the baffle passes through the insert and is guided onto the substrate, the flow of the material gas depends on the number of flow paths of the insert. Therefore, for example, 10 speed irregularities corresponding to the number of flow paths of the insert are formed in the raw material gas flowing in the in-plane direction of the substrate, and the velocity distribution of the raw material gas introduced onto the substrate is determined by the eventuality. ing. Further, the raw material gas introduced into the inlet of the reaction furnace is guided to the reaction furnace over the stepped part in the passage leading to the inside of the reaction furnace, thereby being influenced by the shape of the stepped part. Specifically, the step portion positioned in the passage is curved from the first surface facing the inlet of the passage by being curved in an arc around the axis extending in the vertical direction on the reactor side, and from the upper end of the first surface. A second surface extends to the exit of the passage. For this reason, the flow of the raw material gas guided to this passage is drawn to the outside in the width direction of the passage by the first surface when trying to get over the stepped portion. Therefore, the velocity distribution of the source gas controlled outside the reactor is changed before being introduced into the reactor, and it becomes difficult to finely control the velocity distribution of the source gas introduced onto the substrate. Because of the structural limitations and difficulty in controlling the velocity distribution of the source gas in such a vapor phase growth system, the uniformity of the film thickness distribution of the epitaxial layer required for the epitaxial wafer used for advanced components must be satisfied. Has become difficult.
そこで、このような膜厚分布の均一性を満たすために、反応炉の天井を構成する部品であるトップドームの形状を最適化することが行われてきた。この最適化により基板上に成長するエピタキシャル層における膜厚分布の全体的な改善が見られた。しかし、インサートにより基板の面内方向に導入される原料ガスの速度には、インサートの流路に対応した複数本のムラが依然として形成される。このように速度のムラが生じた原料ガスにより、例えば、鉛直方向に延びる軸線周りに回転する基板にエピタキシャル層を成長すると、原料ガスの速度ムラに対応して同心円状にエピタキシャル層の膜厚にムラが生じてしまう。そして、このようなムラが生じたエピタキシャルウェーハは、要求される平坦度を満たすことができないため、基板上に供給される原料ガスの速度のばらつきを均一化することが必要となっている。 Therefore, in order to satisfy the uniformity of the film thickness distribution, it has been performed to optimize the shape of the top dome that is a component constituting the ceiling of the reactor. This optimization resulted in an overall improvement in the film thickness distribution in the epitaxial layer grown on the substrate. However, a plurality of unevenness corresponding to the flow path of the insert is still formed in the velocity of the raw material gas introduced in the in-plane direction of the substrate by the insert. For example, when the epitaxial layer is grown on the substrate that rotates about the axis extending in the vertical direction by the source gas in which the unevenness of the speed is generated, the film thickness of the epitaxial layer is concentrically formed corresponding to the uneven speed of the source gas. Unevenness occurs. An epitaxial wafer in which such unevenness has occurred cannot satisfy the required flatness, and therefore it is necessary to make the variation in the speed of the source gas supplied onto the substrate uniform.
そこで、キャップに形成される流路に改良を施すことで基板上に導入される原料ガスの速度を均一化させることが行われてきた。例えば、キャップの下流側(反応炉側)に位置する複数の出口に通じるキャップ内の流路を特許文献1のようにキャップの上流側に向けてトーナメント状に合流させた流路を採用する。これにより、キャップ内において原料ガスが上流側から下流側に向かうに連れて原料ガスが分配され、キャップの各出口から供給される原料ガス相互間において速度分布のムラは改善される。しかし、反応炉の入口と、その入口を通じて反応炉内に至る出口とを繋ぐ通路内には段部が位置するため、キャップにより調整された原料ガスの速度分布は段部で乱され、反応炉内まで維持できない。原料ガスの速度分布を反応炉内まで維持させるには、段部を無くすような反応炉自体の大幅な改造が必要となってしまう。
In view of this, it has been attempted to make the speed of the raw material gas introduced onto the substrate uniform by improving the flow path formed in the cap. For example, a flow path in which the flow paths in the cap leading to a plurality of outlets located on the downstream side (reactor side) of the cap are joined in a tournament shape toward the upstream side of the cap as in
また、例えば、特許文献2には、インサート内の複数の流路に対応して原料ガスを反応炉内に導く通路(段部を有する通路)を分割させ、原料ガスの流れが通路の段部により乱れるのを抑制する装置が開示されている。そして、特許文献3には、インサート内の流路を64本以上に分けて原料ガスの流れのムラを抑制する装置が開示されている。
Further, for example, in
しかし、特許文献2及び3においては、上流側から導かれる原料ガスの流路はトーナメント状に形成されていない。そのため、インサート内の各流路を通過する原料ガス相互間において原料ガスの速度を十分に均一化することができない。よって、インサートから反応炉の基板上に導かれる原料ガスの流れには、インサート内の流路数に対応してムラが生じ、基板に成長するエピタキシャル層の膜厚の均一性を良好にすることができない。
However, in
本発明の課題は、基板上に成長させるエピタキシャル層の膜厚の均一性を良好にすることが可能となる気相成長装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a vapor phase growth apparatus and an epitaxial wafer manufacturing method capable of improving the uniformity of the film thickness of an epitaxial layer grown on a substrate.
本発明の気相成長装置は、
原料ガスにより基板にエピタキシャル層を気相成長させる反応炉と、
反応炉内に通じる入口と、入口の上方かつ入口より反応炉側に位置して反応炉内に至る出口と、を有して入口と出口を接続して反応炉内に原料ガスを導入する通路と、
通路内に位置して入口に対向する第1面と第1面の上端から出口に延びる第2面を有する段部と、
入口から入口の外側に延びて入口に原料ガスを導く32本以上となる複数の流路と、
複数の流路が入口側から原料ガスの上流側に向けてトーナメント状に合流して原料ガスの上流側に繋がる合流路と、
原料ガスが流れる方向に沿って通路が複数の流路に対応させて分割され、複数の流路にそれぞれ連なって通じる複数の分割通路と、
を備えることを特徴とする。The vapor phase growth apparatus of the present invention is
A reactor for vapor-phase growth of an epitaxial layer on a substrate with a source gas;
A passage having an inlet communicating with the reactor and an outlet located above the inlet and on the reactor side from the inlet and reaching the reactor, and connecting the inlet and the outlet to introduce the raw material gas into the reactor When,
A step portion having a first surface located in the passage and facing the inlet, and a second surface extending from the upper end of the first surface to the outlet;
A plurality of flow paths that extend from the inlet to the outside of the inlet and lead to the raw material gas to the inlet and having 32 or more;
A plurality of flow paths joined in a tournament form from the inlet side toward the upstream side of the raw material gas and connected to the upstream side of the raw material gas; and
A plurality of divided passages that are divided in correspondence with the plurality of flow paths along the direction in which the source gas flows, and that are respectively connected to the plurality of flow paths,
It is characterized by providing.
本発明の気相成長装置によれば、トーナメント状の合流路により上流側から下流側に向けて流路を分岐させて32本以上の複数の流路にするため、各流路を流れる原料ガスの相互間において速度を効果的に均一化することができる。そして、この均一化された原料ガスの流れは、反応炉内に通じる通路に導かれる。ここで、この通路は、32本以上の複数の通路のそれぞれに連なって通じる分割通路に分割される。よって、合流路で均一化されて複数の流路を流れる原料ガスの流れを維持するようにして原料ガスを反応炉内に導くことができる。そのため、基板上に成長させるエピタキシャル層の膜厚の均一性を良好にすることが可能となる。なお、本明細書において、「トーナメント状」とは、例えば、完全二分枝構造のトーナメント表(均等なシングルイリミネーショントーナメント表)の最上段から最下段の最下点に位置するそれぞれの地点に向けて枝分かれした線の全体形状を意味する。 According to the vapor phase growth apparatus of the present invention, the source gas flowing in each flow path is formed by branching the flow path from the upstream side to the downstream side by the tournament-shaped joint flow path to form a plurality of 32 or more flow paths. The speed can be effectively uniformed between the two. Then, the uniform flow of the source gas is guided to a passage leading to the inside of the reaction furnace. Here, this passage is divided into divided passages that communicate with each of a plurality of 32 or more passages. Therefore, the raw material gas can be introduced into the reaction furnace so as to maintain the flow of the raw material gas that is uniformized in the combined flow path and flows through the plurality of flow paths. Therefore, it becomes possible to improve the uniformity of the film thickness of the epitaxial layer grown on the substrate. In this specification, “tournament shape” means, for example, each point located at the lowest point from the top to the bottom of a complete bifurcated tournament table (an equivalent single-ignition tournament table). This means the overall shape of the line that branches off.
本発明の実施態様では、分割通路は、入口から段部を経由して出口に向かって延びる。 In an embodiment of the present invention, the dividing passage extends from the inlet to the outlet via the step.
これによれば、ある分割通路に導入された原料ガスの流れが分割通路内の段部に衝突しても、他の分割通路に導入された原料ガスの流れに影響を与えるのを効果的に抑制することができる。 According to this, even if the flow of the raw material gas introduced into a certain divided passage collides with a step portion in the divided passage, it is effective to affect the flow of the raw material gas introduced into another divided passage. Can be suppressed.
本発明の実施態様では、複数の流路は、合計で64本以上である。 In the embodiment of the present invention, the total number of the plurality of flow paths is 64 or more.
これによれば、基板上に成長させるエピタキシャル層の膜厚の均一性をより良好にすることができる。 According to this, the uniformity of the film thickness of the epitaxial layer grown on the substrate can be made better.
本発明の実施態様では、複数の流路は、水平面に沿ってそれぞれ並列に配置される。 In the embodiment of the present invention, the plurality of flow paths are arranged in parallel along the horizontal plane.
具体的には、複数の流路は、水平面に沿って隣接して位置する。 Specifically, the plurality of flow paths are located adjacent to each other along the horizontal plane.
これによれば、基板上に成長させるエピタキシャル層の膜厚の均一性を効果的に良好にすることができる。 According to this, the uniformity of the film thickness of the epitaxial layer grown on the substrate can be effectively improved.
また、上記とは別の本発明の実施態様では、反応炉から一対の流路の間に向けて延びる支柱部を備える。 Moreover, in another embodiment of the present invention different from the above, a column portion extending from the reaction furnace toward the pair of flow paths is provided.
これによれば、支柱部が存在しても基板上に成長させるエピタキシャル層の膜厚の均一性を良好にすることができる。 According to this, even if the column portion is present, the uniformity of the film thickness of the epitaxial layer grown on the substrate can be improved.
また、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、
原料ガスにより基板にエピタキシャル層を成長させる反応炉内に向けて原料ガスの流れをトーナメント状に32以上に分流する工程と、
分流する工程で32以上に分流された原料ガスの分流された数を維持して反応炉内に原料ガスを導く工程と、
導く工程により導いた原料ガスによりエピタキシャル層を基板に成長する工程と、
を備えることを特徴とする。In addition, the manufacturing method of the epitaxial wafer of the present invention,
A step of diverting the flow of the raw material gas to 32 or more in a tournament form in a reaction furnace for growing an epitaxial layer on the substrate with the raw material gas;
Maintaining the number of diverted source gases diverted to 32 or more in the diverting step and introducing the source gas into the reaction furnace;
A step of growing an epitaxial layer on the substrate by the source gas introduced by the step of introducing;
It is characterized by providing.
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法では、分流する工程によりトーナメント状に32以上に分流させた原料ガスの分流した数を維持させ、原料ガスを反応炉内に原料ガスを導く。よって、分流する工程により分流させた原料ガスの相互間において速度を効果的に均一化することができる。そして、この均一化された原料ガスの分流の数を維持したまま反応炉内に原料ガスが導かれることで、基板上に膜厚の均一性のよいエピタキシャル層を成長することが可能となる。したがって、エピタキシャル層の膜厚の均一性が良好となるエピタキシャルウェーハを製造できる。 In the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention, the number of source gases that have been shunted to 32 or more in the tournament by the step of shunting is maintained, and the source gas is introduced into the reactor. Therefore, it is possible to effectively equalize the speed between the raw material gases separated in the step of dividing. Then, the source gas is introduced into the reaction furnace while maintaining the number of the uniformed source gas diversions, so that an epitaxial layer having a uniform film thickness can be grown on the substrate. Therefore, it is possible to manufacture an epitaxial wafer in which the uniformity of the film thickness of the epitaxial layer is good.
本発明の実施態様では、分流する工程は、原料ガスの流れを64以上に分流する。 In the embodiment of the present invention, the diverting step diverts the flow of the source gas to 64 or more.
これによれば、エピタキシャル層の膜厚の均一性がより良好となるエピタキシャルウェーハを製造できる。 According to this, an epitaxial wafer in which the uniformity of the film thickness of the epitaxial layer becomes better can be manufactured.
図1Aは、本発明の一例である枚葉式の気相成長装置1を示す。気相成長装置1により基板Wにエピタキシャル層が気相成長され、エピタキシャルウェーハが製造される。
FIG. 1A shows a single wafer type vapor
気相成長装置1は、基板Wを収容する反応炉2を備える。反応炉2は、容器状に形成される。反応炉2は、円筒又は円環状のベースリング3と、ベースリング3を上側から蓋をして反応炉2の天井を構成するアッパードーム4と、ベースリング3を下側から蓋をして反応炉2の底側を構成するロワードーム5と、を備える。
The vapor
ベースリング3は反応炉2を構成するベースとなる部材である。ベースリング3は、ベースリング3の内側にガスを導入する導入口3aと、ベースリング3の内側のガスをベースリング3の外に排出する排出口3bと、を備える。導入口3aと排出口3bは、ベースリング3の中心線となる、例えば、鉛直方向に延びる軸線Oを軸とする円弧の曲面状の開口、いわば、アーチ状に形成された開口として形成される。なお、導入口3a及び後述の導入通路8の、基板Wの表面でのガスの流れ方向(図1Aの紙面の左右方向)と軸線Oの方向(図1Aの紙面の上下方向)の両方に直角な方向(図1Aの紙面に直角な方向)における幅は、基板Wの直径以上、後述のプリヒートリング12の外径以下となっている。
The
ベースリング3の内側には、アッパーライナー6とロワーライナー7が位置する。アッパーライナー6及びロワーライナー7は、導入口3aから導入するガスを反応炉2内に導く導入通路8と、反応炉2内のガスを反応炉2外に排出する排出口3bに導く排出通路9と、を形成するための部材である。
An
アッパーライナー6は、ベースリング3の内周に嵌まり込むことが可能な円環状に形成される。アッパーライナー6は、ベースリング3の内側に嵌まり込んだ状態でアッパードーム4側に位置する。
The
ロワーライナー7は、ベースリング3の内側に嵌まり込むことが可能な円環状に形成される。ロワーライナー7は、ベースリング3の内側に嵌り込んだ状態でロワードーム5上に載置される。
The
アッパーライナー6とロワーライナー7により形成される導入通路8は、反応炉2内に通じる入口8aと、入口8aの上方かつ入口8aより反応炉2側に位置して反応炉2内に至る出口8bと、入口8aと出口8bを接続する通路内に位置する段部8cと、を備える。入口8aは、ベースリング3の導入口3aに対応するように軸線Oを軸とする円弧の曲面状の開口に形成される。段部8cは、入口8aに対向する第1面8c1と、第1面8c1の上端から出口8bに延びる第2面8c2を備える。第1面8c1は、軸線Oを軸とする円弧の曲面状であり、第2面8c2は、水平面となる。導入通路8が本発明の「通路」に相当する。なお、アッパーライナー6とロワーライナー7により形成される排出通路9は、導入通路8と同様であるため、説明を省略する。
The
反応炉2の内部には、基板Wを載置するサセプタ10と、サセプタ10を支持する支持部11と、サセプタ10の囲むプリヒートリング12と、が備わる。支持部11は、図示しない駆動手段により軸線O回りに回転可能となる。
Inside the
図1Aの反応炉2の外側の上下には加熱源となるランプ13が配置され、反応炉2の外側の左右には反応炉2内にガスを供給する機構と、反応炉2内のガスを排出する機構が位置する。なお、図1Aでは、ガスを供給する機構とガスを排出する機構の一部が図示省略されている。
Lamps 13 serving as heating sources are arranged above and below the
図1Bは、基板Wにエピタキシャル層を成長させる各種ガスを供給する機構を説明する模式図である。図1Bは、基板Wに向かうガスが通過する各部材が平面的な模式図で示される。供給されるガスは、図1Bの下側のインジェクションキャップ14(以下、「キャップ14」とする。)、インジェクションインサート15(以下、「インサート15」とする。)、分割部16、ロワーライナー7、プリヒートリング12、サセプタ10との順に各部材を通過して基板Wに到達する。なお、図1Bにおいては、基板W、サセプタ10、プリヒートリング12及びロワーライナー7が半円状の形で示されている。
FIG. 1B is a schematic diagram for explaining a mechanism for supplying various gases for growing an epitaxial layer on the substrate W. FIG. FIG. 1B is a schematic plan view showing each member through which gas toward the substrate W passes. The gas to be supplied includes an injection cap 14 (hereinafter referred to as “
キャップ14は、図示しないマスフローコントローラーを通じて基板Wに供給させるガスが導入される部材である。キャップ14は、導入されたガスを分配する分岐路14aを有する。分岐路14aは、複数の組(図1Bは3つの組)に分かれたトーナメント状の流路14a1として構成される。トーナメント状の各流路14a1における最下段の最下点には、インサート15に連なって通じる分岐流路Bが位置する。分岐流路Bは、分岐路14a全体で32本以上(図1Bでは64本)となる。また、トーナメント状の各流路14a1における最上段には、図示省略してあるが、ガスの上流側に繋がる流路が接続される。分岐路14aが本発明の「合流路」に相当する。
The
図2A及び図2Bはインサート15の模式図を示す。図2Bに示すようにインサート15は、円弧状の辺S1と辺S1に対向する対向辺S2を有する平板状に形成される。インサート15は、対向辺S2から辺S1に向かって直線状に貫通する複数の流路15aを備える。複数の流路15aは、図1Bに示すように分岐流路Bに対応する数だけ形成される。各流路15aは、一端が対応する分岐流路Bに連なって通じる一方で、他端が図1Aに示すように導入通路8の入口8aに連なって通じる。各流路15aは、導入通路8の入口8aから入口8aの外側(反応炉2の外側)に向けて水平方向に延びる。インサート15は、少なくとも一部が導入口3aに挿入されて反応炉2に取り付けられる。また、図1Bに示すように複数の流路15aは、水平面に沿ってそれぞれ並列に配置され、複数の流路15aは水平面に沿って隣接して位置する。
2A and 2B are schematic views of the
図3Aに示すように分割部16は導入通路8内に取り付けられ、導入通路8を複数の通路に分割するための部材である。図3B及び図3Cに示すように分割部16は図1Aに示す導入通路8の形状に対応して形成される。分割部16は、図1Bに示すように導入通路8(図1A)を分割する分割壁16aと、分割壁16aにより分割された分割通路16bと、を備える。図3Aに示すように分割壁16aは、導入通路8の入口8aから段部8cを経由して出口8bに向かって延び、導入通路8内をガスが流れる方向に沿って導入通路8を複数に分割する。具体的には、図1Bに示すように分割壁16aは、導入通路8(図1A)を複数の流路15aに対応させて分割する。分割壁16aにより形成される複数の分割通路16bは、複数の流路15aに対応した数だけ形成される。そして、各分割通路16bは、対応する流路15aに連なって通じる。
As shown in FIG. 3A, the dividing
以上のキャップ14、インサート15、分割部16を経由した後、ロワーライナー7、プリヒートリング12、サセプタ10を経て基板Wにガスが供給される。例えば、気相成長時には反応炉2内に気相成長ガスが供給される。気相成長ガスとしては、例えば、シリコン単結晶膜の原料となる原料ガスと、原料ガスを希釈するキャリアガスと、単結晶膜に導電型を付与するドーパントガスと、を備える。
After passing through the
以上、気相成長装置1の主要な各部を説明した。気相成長装置1により基板Wにエピタキシャル層を成長してエピタキシャルウェーハを製造する場合には、先ず、反応炉2のサセプタ10に基板Wを載置させる。そして、図示省略するマスフローコントローラーにより流量が制御された気相成長ガスを反応炉2に向けて供給する。すると、気相成長ガスが、3つの組に分かれたトーナメント状の各流路14a1(図1B)の最上段に導かれ、最上段から各分岐流路Bに向けて分配される。最終的には、気相成長ガスが64本の流れ(分岐流路B)に分けられ、インサート15における64本の各流路15aに導かれる(分流する工程)。そして、流路15aを通過した気相成長ガスは、図3Aに示す導入通路8に至る。導入通路8に至った気相成長ガスは、流路15aに連なって通じる分割通路16bを流れ、トーナメント状の各流路14a1(図1B参照)により64本に分けられた気相成長ガスの流れ(分流された数)を維持して反応炉2内に導入する(導入する工程)。導入された気相成長ガスによりシリコン単結晶薄膜が基板W上に気相成長し、シリコンエピタキシャルウェーハが製造される。
The main parts of the vapor
本発明の実施態様では、図1Bに示すように気相成長ガスの上流側から反応炉2(下流側)に向けて気相成長ガスが流れる分岐路14aがトーナメント状に32本以上の分岐流路Bに分岐し、インサート15の複数の流路15aに繋がる。よって、複数の流路15aを流れる気相成長ガスの相互間の速度を効果的に均一化することができる。そして、この均一化された気相成長ガスの流れは、各流路15aに連なって通じる分割通路16bを経て、直接、反応炉2内に導かれる。そのため、分岐路14aで均一化されて複数の流路15aを流れる気相成長ガスの流れを維持するように気相成長ガスを反応炉2内に導くことができる。したがって、基板W上に成長させるエピタキシャル層の膜厚の均一性を良好にすることが可能となる。特に、下記実施例で示すように、直径200mm以上の基板Wに対する気相成長に本発明を適用すると好適である。
In the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1B, the
本発明の効果を確認するために以下の実験を行った。以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。 In order to confirm the effect of the present invention, the following experiment was conducted. EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated concretely, these do not limit this invention.
(実施例)
実施例1では、直径300mm、結晶面方位(100)のシリコン単結晶基板を用いて気相成長装置1によりエピタキシャルウェーハを作製し、作製したエピタキシャルウェーハの膜厚分布を測定した。膜厚分布の測定に際しては、作製したウェーハの端から5mmの領域を除外してウェーハの直径方向に沿って33点の測定点の膜厚を測定した。そして、測定した各膜厚から以下に示す膜厚の均一性(%)と膜厚のばらつき(%)を算出し、エピタキシャルウェーハの膜厚分布を得た。膜厚の均一性(%)は、測定で得られた膜厚の最大膜厚と最小膜厚をもとに、最大膜厚から最小膜厚を減算した値を、最大膜厚と最小膜厚を加算した値で除法した値に、100を乗じた値を膜厚の均一性(%)を示す値とした。膜厚のばらつき(%)は、次に示す値とした。具体的には、測定した1つの測定点での膜厚を、33点の測定点における膜厚の平均値で除法した値から1を減算した値に、100を乗じた値を算出した。そして、算出した値から更に100を減算した値を膜厚のばらつき(%)を示す値とした。(Example)
In Example 1, an epitaxial wafer was produced by the vapor
実施例2では、図4に示す気相成長装置101を用いる以外は、実施例1と同様にエピタキシャルウェーハを作製し、エピタキシャルウェーハの膜厚分布を測定した。次に気相成長装置101について具体的に説明する。気相成長装置1と同様の構成について同じ符号を付して説明を省略する。気相成長装置101は、反応炉2の強度を高めるための支柱部Pを備え、支柱部Pに対応したインジェクションキャップ114(以下、「キャップ114」とする。)、インジェクションインサート115(以下、「インサート115」とする。)及び分割部116が備わる。説明の便宜上、インサート115から説明する。インサート115は、円弧状の辺S1と辺S1に対向する対向辺S2を有する2つの平板P1、P2として形成される。インサート115は、対向辺S2から辺S1に向かって直線状に貫通する複数の流路115aを備える。各平板P1、P2にそれぞれ32本の流路115aが形成される。各平板P1、P2は、互いに隙間をおいて配置され、支柱部Pは反応炉2から平板の隙間に向けて延びて一対の流路115aの間に挟まれるように位置する。キャップ114及び分割部116は、流路115aに対応する分岐路114a、分割壁116a、分割通路116bを備える。実施例2では、以上の構成以外は、気相成長装置1と同様の気相成長装置101を使用した。
In Example 2, an epitaxial wafer was produced in the same manner as in Example 1 except that the vapor
実施例3では、気相成長装置1の分岐流路B、流路15a及び分割通路16bの数を64本から32本にして実施例1と同様にエピタキシャルウェーハを作製し、エピタキシャルウェーハの膜厚分布を測定した。なお、分岐流路Bの数を変更するのに対応させてトーナメント状の分岐路14aの分岐を変更させた。
In Example 3, the number of the branch flow paths B, the
実施例4では、気相成長装置1の分岐流路B、流路15a及び分割通路16bの数を96本にする以外は、実施例3と同様にエピタキシャルウェーハを作製し、エピタキシャルウェーハの膜厚分布を測定した。
In Example 4, an epitaxial wafer was produced in the same manner as in Example 3 except that the number of branch flow paths B,
(比較例)
比較例1では、図5に示す従来の気相成長装置201を用いる以外は、実施例1と同様にエピタキシャルウェーハを作製し、エピタキシャルウェーハの膜厚分布を測定した。次に気相成長装置201について具体的に説明する。気相成長装置1と同様の構成について同じ符号を付して説明を省略する。気相成長装置201は、キャップ14、インサート15及び分割部16の代わりにインジェクションキャップ214(以下、「キャップ214」とする。)、バッフルBA、インジェクションインサート215(以下、「インサート215」とする。)及び仕切り板216を備える。また、気相成長装置201は、支柱部Pを備える。キャップ214は、気相成長ガスを反応炉2に導入させる際に気相成長ガスが通過する図示しない空間を有する。バッフルBAは、キャップ214とインサート215の間に挟まれて位置する板状部材であり、キャップ214内の気相成長ガスをインサート215に導く複数の貫通孔Hを有する。貫通孔Hによりインサート215に向かう気相成長ガスの流れが調整される。インサート215は、円弧状の辺S1と辺S1に対向する対向辺S2を有する2つの平板P11、P12として形成される。インサート215は、対向辺S2から辺S1に向けて貫通する複数の流路215aを備える。各平板P11、P12にそれぞれ5本の流路215aが形成される。各平板P11、P12は、互いに隙間をおいて配置される。支柱部Pが反応炉2から平板P11、P12の間の隙間に向けて延びて一対の流路215aの間に挟まれるように位置する。仕切り板216は、インサート215から反応炉2に向かうガスの流れを仕分ける板状部材であり、4つ配置される。比較例1では、以上の構成以外は、気相成長装置1と同様の気相成長装置201を使用した。(Comparative example)
In Comparative Example 1, an epitaxial wafer was prepared in the same manner as in Example 1 except that the conventional vapor
比較例2では、気相成長装置1の分岐流路B、流路15a及び分割通路16bの数を8本にする以外は、実施例3と同様にエピタキシャルウェーハを作製し、エピタキシャルウェーハの膜厚分布を測定した。
In Comparative Example 2, an epitaxial wafer was prepared in the same manner as in Example 3 except that the number of the branch flow paths B,
比較例3では、気相成長装置1の分岐流路B、流路15a及び分割通路16bの数を16本にする以外は、実施例3と同様にエピタキシャルウェーハを作製し、エピタキシャルウェーハの膜厚分布を測定した。
In Comparative Example 3, an epitaxial wafer was prepared in the same manner as in Example 3 except that the number of branch flow paths B,
実施例1及び2のように基板Wに供給する気相成長ガスをトーナメント状に64本に分岐させて基板Wまで導いた場合には、図6A及び図6Bに示すように膜厚の均一性及び膜厚のばらつきが良好となった。具体的には、膜厚の均一性(%)は、実施例1では0.29、実施例2では0.39となった。また、膜厚のばらつき(%)は、実施例1及び2の両方において平滑化された。それに対し、比較例1のように基板Wに供給する気相成長ガスをトーナメント状に分岐させて基板Wに導かない従来の気相成長装置201を使用した場合には、図6Cに示すように膜厚の均一性及び膜厚のばらつきが良好にならなかった。具体的には、膜厚の均一性(%)は1.21となり、膜厚のばらつき(%)は十分に平滑化されなかった。
When the vapor phase growth gas supplied to the substrate W is branched into 64 tournaments and led to the substrate W as in the first and second embodiments, the film thickness is uniform as shown in FIGS. 6A and 6B. In addition, the film thickness variation was good. Specifically, the uniformity (%) of the film thickness was 0.29 in Example 1 and 0.39 in Example 2. Further, the variation (%) in film thickness was smoothed in both Examples 1 and 2. On the other hand, when the conventional vapor
比較例2及び3のように基板Wに供給する気相成長ガスをトーナメント状に8本、16本に分岐させた基板Wまで導いた場合には、図7A及び図7Bに示すように膜厚の均一性及び膜厚のばらつきが良好にならなかった。具体的には、膜厚の均一性(%)は、比較例2では1.26、比較例3では1.13となった。また、膜厚のばらつき(%)は、比較例2及び3の両方において十分に平滑化されなかった。それに対して、実施例3、1、4のように基板Wに供給する気相成長ガスをトーナメント状に32本、64本、96本に分岐させた基板Wまで導いた場合には、図7C〜図7Eに示すように膜厚の均一性及び膜厚のばらつきが良好になった。具体的には、膜厚の均一性(%)は、実施例3では0.41、実施例1では0.29、実施例4では0.41となった。また、膜厚のばらつき(%)は、実施例3、1、4のいずれにおいて十分に平滑化された。 When the vapor phase growth gas supplied to the substrate W is led to the substrate W branched into 8 or 16 tournaments as in Comparative Examples 2 and 3, the film thickness is as shown in FIGS. 7A and 7B. The uniformity and film thickness variation did not become good. Specifically, the uniformity (%) of the film thickness was 1.26 in Comparative Example 2 and 1.13 in Comparative Example 3. Further, the variation (%) in film thickness was not sufficiently smoothed in both Comparative Examples 2 and 3. On the other hand, when the vapor phase growth gas supplied to the substrate W is led to the substrate W branched into 32, 64, and 96 in the tournament as in Examples 3, 1, and 4, FIG. As shown in FIG. 7E, film thickness uniformity and film thickness variation were improved. Specifically, the uniformity (%) of the film thickness was 0.41 in Example 3, 0.29 in Example 1, and 0.41 in Example 4. Further, the variation (%) in film thickness was sufficiently smoothed in any of Examples 3, 1, and 4.
したがって、基板Wに供給する気相成長ガスをトーナメント状に32本以上に分岐させて基板Wまで導いた場合には、エピタキシャルウェーハの膜厚分布を良好にすることができた。特に、気相成長ガスをトーナメント状に64本に分岐させて基板Wまで導き、かつ、支柱部Pを排除した場合(実施例1の場合)に最も効果的にエピタキシャル層の膜厚分布を平滑化することができた。 Therefore, when the vapor phase growth gas supplied to the substrate W is branched into 32 or more tournaments and led to the substrate W, the film thickness distribution of the epitaxial wafer can be improved. In particular, when the vapor phase growth gas is branched into 64 tournaments and led to the substrate W, and the support P is eliminated (in the case of Example 1), the film thickness distribution of the epitaxial layer is most effectively smoothed. I was able to.
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその具体的な記載に限定されることなく、例示した構成等を技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせて実施することも可能であるし、またある要素、処理を周知の形態に置き換えて実施することもできる。 The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the specific description, and the illustrated configurations and the like can be appropriately combined within a technically consistent range. In addition, certain elements and processes may be replaced with known forms.
1 気相成長装置 2 反応炉
3 ベースリング 6 アッパーライナー
7 ロワーライナー 8 導入通路(通路)
8a 入口 8b 出口
8c 段部 8c1 第1面
8c2 第2面 10 サセプタ
14 インジェクションキャップ 14a 分岐路(合流路)
15 インジェクションインサート 15a 流路
16 分割部 16a 分割壁
16b 分割通路 W 基板DESCRIPTION OF
15
本発明は、気相成長装置に関する。 The present invention relates to a vapor phase growth apparatus.
本発明の課題は、基板上に成長させるエピタキシャル層の膜厚の均一性を良好にすることが可能となる気相成長装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a vapor phase growth apparatus that can improve the uniformity of the film thickness of an epitaxial layer grown on a substrate.
Claims (8)
前記反応炉内に通じる入口と、前記入口の上方かつ前記入口より前記反応炉側に位置して前記反応炉内に至る出口と、を有して前記入口と前記出口を接続して前記反応炉内に前記原料ガスを導入する通路と、
前記通路内に位置して前記入口に対向する第1面と前記第1面の上端から前記出口に延びる第2面を有する段部と、
前記入口から前記入口の外側に延びて前記入口に前記原料ガスを導く32本以上となる複数の流路と、
前記複数の流路が前記入口側から前記原料ガスの上流側に向けてトーナメント状に合流して前記原料ガスの上流側に繋がる合流路と、
前記原料ガスが流れる方向に沿って前記通路が前記複数の流路に対応させて分割され、前記複数の流路にそれぞれ連なって通じる複数の分割通路と、
を備えることを特徴とする気相成長装置。A reactor for vapor-phase growth of an epitaxial layer on a substrate with a source gas;
The reactor having an inlet communicating with the reactor, and an outlet located above the inlet and on the reactor side from the inlet and reaching the reactor, and connecting the inlet and the outlet to the reactor A passage for introducing the raw material gas therein,
A step portion having a first surface located in the passage and facing the inlet, and a second surface extending from an upper end of the first surface to the outlet;
A plurality of flow passages extending from the inlet to the outside of the inlet and leading to the source gas to the inlet, the number of which is 32 or more;
A plurality of flow paths that join together in a tournament shape from the inlet side toward the upstream side of the raw material gas and are connected to the upstream side of the raw material gas; and
A plurality of divided passages that are divided in correspondence with the plurality of flow paths along the direction in which the source gas flows, and that are respectively connected to the plurality of flow paths;
A vapor phase growth apparatus comprising:
前記分流する工程で32以上に分流された前記原料ガスの分流された数を維持して前記反応炉内に前記原料ガスを導く工程と、
前記導く工程により導いた前記原料ガスにより前記エピタキシャル層を前記基板に成長する工程と、
を備えることを特徴するエピタキシャルウェーハの製造方法。A step of diverting the flow of the source gas into a tournament to 32 or more into a reaction furnace for growing an epitaxial layer on the substrate with the source gas;
Maintaining the number of diverted source gases diverted to 32 or more in the diverting step and introducing the source gas into the reactor;
Growing the epitaxial layer on the substrate by the source gas guided by the guiding step;
An epitaxial wafer manufacturing method characterized by comprising:
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