KR102357017B1 - 기상 성장 장치 및 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법 - Google Patents

기상 성장 장치 및 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

기상 성장 장치(1)는 반응로(2)와, 도입 통로(8)와, 복수의 유로(15a)와, 분기로(14a)와, 분할 통로(16b)를 구비한다. 반응로(2)는 원료 가스에 의해 기판(W)에 에피택셜층을 기상 성장시킨다. 도입 통로(8)는 반응로(2) 내로 통하는 입구(8a)와, 입구(8a)의 상방 또한 입구(8a)보다 반응로(2)측에 위치하여 반응로(2) 내에 이르는 출구(8b)와, 도입 통로(8) 내에 위치하는 단차부(8c)를 갖는다. 복수의 유로(15a)는 32개 이상이며, 입구(8a)로부터 입구(8a)의 외측으로 연장된다. 분기로(14a)는 복수의 유로(15a)를 입구(8a)측으로부터 원료 가스의 상류측을 향하여 토너먼트 모양으로 합류시킨다. 분할 통로(16b)는 도입 통로(8)가 복수의 유로(15a)에 대응하여 분할된 통로이며, 복수의 유로(15a)에 각각 줄지어 통한다. 이것에 의해, 기판 위에 성장시키는 에피택셜층의 막 두께의 균일성을 양호하게 하는 것이 가능하게 되는 기상 성장 장치를 제공한다.

Description

기상 성장 장치 및 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법
본 발명은 기상 성장 장치 및 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 집적 회로의 미세화에 따라, 반도체 집적 회로의 기초가 되는 반도체 기판에 형성되는 패턴이 미세화되어, 반도체 기판에 요구되는 품질이 더한층 엄격해지고 있다. 반도체 기판에 요구되는 품질 중에서는, 특히 평탄도에 대한 요구가 대단히 고도화되고 있다. 그리고, 반도체 기판 중에서도 다양한 용도로 사용할 수 있는 에피택셜 웨이퍼에서는, 기판의 평탄도와 에피택셜층의 평탄도를 양립시키는 것이 과제이다. 그리고, 이 에피택셜층의 평탄도는 에피택셜층의 막 두께 분포에 따라 크게 좌우된다. 따라서, 요구되는 에피택셜층의 평탄도를 충족시키기 위해, 에피택셜층의 막 두께 분포의 균일성을 보다 양호하게 하는 것이 필요하다.
현재, 직경 300mm의 에피택셜 웨이퍼를 제조하는 경우에는, 낱장식의 기상 성장 장치가 사용되고 있다. 이러한 기상 성장 장치에서는, 기판에 에피택셜층을 성장시키는 원료 가스를 공급하는 기구와, 공급되는 원료 가스에 의해 기판에 에피택셜층을 성장하는 반응로와, 반응로 내의 가스를 배출하는 기구에 의하여 대체로 구성되어 있다. 원료 가스를 공급하는 기구로서는 원료 가스의 상류측에서 차례로 인젝션 캡(이하, 「캡」이라고 한다.)과, 배플과, 인젝션 인서트(이하, 「인서트」라고 한다.)가 구비된다. 캡은 원료 가스를 반응로 내에 도입할 때 원료 가스가 통과하는 공간을 갖는다. 배플은 캡과 인서트 사이에 끼워져 위치하는 판 형상 부재이며, 캡 내의 원료 가스를 인서트에 인도하는 복수의 관통구멍을 갖는다. 이 관통구멍에 의해 인서트를 향하는 원료 가스의 흐름이 조정된다. 인서트는 배플의 관통구멍을 통과한 원료 가스를 반응로에의 입구로 인도하는 복수개의 유로를 갖는다. 이들 각 부재를 경유하여 반응로에 원료 가스가 인도된다. 원료 가스가 인도되는 반응로는 반응로 내로 통하여 상류로부터 흐르는 원료 가스가 유입되는 입구와, 입구의 상방이며 또한 입구보다 반응로측에 위치하여 반응로 내에 이르는 출구와, 입구와 출구를 접속하는 통로와, 통로 내에 위치하는 단차부를 갖는다. 인서트로부터 반응로의 입구로 인도된 원료 가스는 반응로 내에 이르는 통로 내의 단차부를 타고 넘어 반응로 내로 인도된다. 이렇게 하여 인도된 원료 가스를 기판 위에서 반응시킴으로써 기판 위에 에피택셜층을 성장한다. 반응로 내에서 원료 가스가 반응하여 생성된 가스와 미반응으로 끝난 원료 가스는 가스를 배출하는 기구에 의해 반응로 외부로 배출된다.
이러한 낱장식의 기상 성장 장치를 사용하여 막 두께 분포가 보다 균일화된 에피택셜층을 성장하는 경우에는, 반응로 내의 기판의 표면 위에 균일한 원료 가스의 흐름을 인도하는 것이 가장 중요하다. 현상의 낱장식의 기상 성장 장치에 있어서, 캡에 일단 도입된 원료 가스의 흐름은 배플에서 임의의 흐름으로 되어, 인서트에서의 복수 개(예를 들면, 10개)의 유로에 유입된다. 그러나, 배플을 경유하여 형성되는 원료 가스의 흐름 자체는 캡 내에서의 압력 밸런스에 지배되므로 배플의 관통구멍의 직경에 대응한 속도를 얻을 수 없다. 또한 배플을 경유하여 세분화된 원료 가스의 흐름은 인서트를 통과하여 기판 위로 인도되기 때문에, 원료 가스의 흐름이 인서트의 유로수에 의존해 버린다. 따라서, 기판의 면내 방향으로 흐르는 원료 가스에 인서트의 유로수에 대응하는, 예를 들면, 10개의 속도의 불균일이 형성되어, 기판 위에 도입되는 원료 가스의 속도 분포는 상황에 따라 결정되어 버리고 있다. 또한, 반응로의 입구에 도입된 원료 가스는 반응로 내로 통하는 통로 내의 단차부를 타고 넘어 반응로 내로 인도됨으로써 단차부의 형상의 영향을 받은 흐름으로 된다. 구체적으로는, 통로 내에 위치하는 단차부는 반응로측에서 연직 방향으로 연장되는 축선을 중심으로 하여 원호 형상으로 만곡하여 통로의 입구에 대향하는 제1면과, 그 제1면의 상단으로부터 통로의 출구로 연장되는 제2면을 갖는다. 그 때문에 이 통로에 인도된 원료 가스의 흐름은 단차부를 타고 넘으려고 할 때 제1면에 의해 통로의 폭 방향의 외측으로 밀려와 버린다. 따라서, 반응로의 밖에서 제어한 원료 가스의 속도 분포가 반응로 내에 도입되기 전에 변화되어 버려, 기판 위에 도입하는 원료 가스의 속도 분포를 미세하게 제어하는 것이 곤란하게 된다. 이러한 기상 성장 장치에서의 구조적인 제약과 원료 가스의 속도 분포를 제어하는 제어의 곤란성 때문에, 첨단 부품에 사용되는 에피택셜 웨이퍼에 요구되는 에피택셜층의 막 두께 분포의 균일성을 충족시키는 것이 곤란해져 가고 있다.
그래서, 이러한 막 두께 분포의 균일성을 만족시키기 위해, 반응로의 천장을 구성하는 부품인 탑 돔의 형상을 최적화하는 것이 행해져 왔다. 이 최적화에 의해 기판 위에 성장하는 에피택셜층에서의 막 두께 분포의 전체적인 개선이 보였다. 그러나, 인서트에 의해 기판의 면내 방향으로 도입되는 원료 가스의 속도에는, 인서트의 유로에 대응한 복수 개의 불균일이 여전히 형성된다. 이와 같이 속도의 불균일이 발생한 원료 가스에 의해, 예를 들면, 연직 방향으로 연장되는 축선 주위로 회전하는 기판에 에피택셜층을 성장하면, 원료 가스의 속도 불균일에 대응하여 동심원 형상으로 에피택셜층의 막 두께에 불균일이 생겨 버린다. 그리고, 이러한 불균일이 발생한 에피택셜 웨이퍼는 요구되는 평탄도를 충족시킬 수 없기 때문에, 기판 위에 공급되는 원료 가스의 속도의 기복을 균일화하는 것이 필요하게 되고 있다.
그래서, 캡에 형성되는 유로에 개량을 시행함으로써 기판 위에 도입되는 원료 가스의 속도를 균일화시키는 것이 행해져 왔다. 예를 들면, 캡의 하류측(반응로측)에 위치하는 복수의 출구로 통하는 캡 내의 유로를 특허문헌 1과 같이 캡의 상류측을 향하여 토너먼트 모양으로 합류시킨 유로를 채용한다. 이것에 의해, 캡 내에서 원료 가스가 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 원료 가스가 분배되어, 캡의 각 출구로부터 공급되는 원료 가스 상호간에 있어서 속도 분포의 불균일은 개선된다. 그러나, 반응로의 입구와, 그 입구를 통하여 반응로 내에 이르는 출구를 연결하는 통로 내에는 단차부가 위치하기 때문에, 캡에 의해 조정된 원료 가스의 속도 분포는 단차부에서 흐트러져, 반응로 내까지 유지할 수 없다. 원료 가스의 속도 분포를 반응로 내까지 유지시키기 위해서는, 단차부를 없애는 것과 같은 반응로 자체의 대폭적인 개조가 필요하게 되어 버린다.
또한, 예를 들면, 특허문헌 2에는, 인서트 내의 복수의 유로에 대응하여 원료 가스를 반응로 내에 인도하는 통로(단차부를 갖는 통로)를 분할시켜, 원료 가스의 흐름이 통로의 단차부에 의해 흐트러지는 것을 억제하는 장치가 개시되어 있다. 그리고, 특허문헌 3에는, 인서트 내의 유로를 64개 이상으로 나누어 원료 가스의 흐름의 불균일을 억제하는 장치가 개시되어 있다.
일본 특개 2009-277730호 공보 일본 특개 2007-324286호 공보 일본 특개 2011-86887호 공보
그러나, 특허문헌 2 및 3에서는, 상류측으로부터 인도되는 원료 가스의 유로는 토너먼트 모양으로 형성되어 있지 않다. 그 때문에 인서트 내의 각 유로를 통과하는 원료 가스 상호간에 있어서 원료 가스의 속도를 충분히 균일화할 수 없다. 따라서, 인서트로부터 반응로의 기판 위에 인도되는 원료 가스의 흐름에는, 인서트 내의 유로수에 대응하여 불균일이 발생하여, 기판에 성장하는 에피택셜층의 막 두께의 균일성을 양호하게 할 수 없다.
본 발명의 과제는 기판 위에 성장시키는 에피택셜층의 막 두께의 균일성을 양호하게 하는 것이 가능하게 되는 기상 성장 장치 및 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
(과제를 해결하기 위한 수단 및 발명의 효과)
본 발명의 기상 성장 장치는,
원료 가스에 의해 기판에 에피택셜층을 기상 성장시키는 반응로와,
반응로 내로 통하는 입구와, 입구의 상방이며 또한 입구보다 반응로측에 위치하여 반응로 내에 이르는 출구를 가지며 입구와 출구를 접속하여 반응로 내에 원료 가스를 도입하는 통로와,
통로 내에 위치하여 입구에 대향하는 제1면과 제1면의 상단으로부터 출구로 연장되는 제2면을 갖는 단차부와,
입구로부터 입구의 외측으로 연장되어 입구에 원료 가스를 인도하는 32개 이상이 되는 복수의 유로와,
복수의 유로가 입구측으로부터 원료 가스의 상류측을 향하여 토너먼트 모양으로 합류하여 원료 가스의 상류측에 이어지는 합류로와,
원료 가스가 흐르는 방향을 따라 통로가 복수의 유로에 대응하게 하여 분할되고, 복수의 유로에 각각 줄지어 통하는 복수의 분할 통로
를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기상 성장 장치에 의하면, 토너먼트 모양의 합류로에 의해 상류측으로부터 하류측을 향하여 유로를 분기시켜 32개 이상의 복수의 유로로 하기 때문에, 각 유로를 흐르는 원료 가스의 상호 간에 있어서 속도를 효과적으로 균일화할 수 있다. 그리고, 이 균일화된 원료 가스의 흐름은 반응로 내로 통하는 통로로 인도된다. 여기에서, 이 통로는 32개 이상의 복수의 통로의 각각에 줄지어 통하는 분할 통로로 분할된다. 따라서, 합류로에서 균일화되어 복수의 유로를 흐르는 원료 가스의 흐름을 유지하도록 하여 원료 가스를 반응로 내에 인도할 수 있다. 그 때문에, 기판 위에 성장시키는 에피택셜층의 막 두께의 균일성을 양호하게 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 명세서에 있어서, 「토너먼트 모양」이란, 예를 들면, 완전 2분지(分枝) 구조의 토너먼트 표(균등한 싱글 엘리미네이션 토너먼트 표)의 최상단으로부터 최하단의 최하점에 위치하는 각각의 지점을 향하여 갈라져 나온 선의 전체 형상을 의미한다.
본 발명의 실시 양태에서는, 분할 통로는 입구로부터 단차부를 경유하여 출구를 향하여 연장된다.
이것에 의하면, 어떤 분할 통로에 도입된 원료 가스의 흐름이 분할 통로 내의 단차부에 충돌해도, 다른 분할 통로에 도입된 원료 가스의 흐름에 영향을 주는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명의 실시 양태에서는, 복수의 유로는 합계로 64개 이상이다.
이것에 의하면, 기판 위에 성장시키는 에피택셜층의 막 두께의 균일성을 보다 양호하게 할 수 있다.
본 발명의 실시 양태에서는, 복수의 유로는 수평면을 따라 각각 병렬로 배치된다.
구체적으로는, 복수의 유로는 수평면을 따라 인접하여 위치한다.
이것에 의하면, 기판 위에 성장시키는 에피택셜층의 막 두께의 균일성을 효과적으로 양호하게 할 수 있다.
또한, 상기와는 다른 본 발명의 실시 양태에서는, 반응로로부터 한 쌍의 유로 사이를 향하여 연장되는 지주부를 구비한다.
이것에 의하면, 지주부가 존재해도 기판 위에 성장시키는 에피택셜층의 막 두께의 균일성을 양호하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법은,
원료 가스에 의해 기판에 에피택셜층을 성장시키는 반응로 내를 향하여 원료 가스의 흐름을 토너먼트 모양으로 32 이상으로 분류하는 공정과,
분류하는 공정에서 32 이상으로 분류된 원료 가스의 분류된 수를 유지하여 반응로 내에 원료 가스를 인도하는 공정과,
인도하는 공정에 의해 인도한 원료 가스에 의해 에피택셜층을 기판에 성장하는 공정
을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법에서는, 분류하는 공정에 의해 토너먼트 모양으로 32 이상으로 분류시킨 원료 가스의 분류한 수를 유지시켜, 원료 가스를 반응로 내로 인도한다. 따라서, 분류하는 공정에 의해 분류시킨 원료 가스의 상호 간에 있어서 속도를 효과적으로 균일화할 수 있다. 그리고, 이 균일화된 원료 가스의 분류의 수를 유지한 채 반응로 내로 원료 가스가 인도됨으로써 기판 위에 막 두께의 균일성이 좋은 에피택셜층을 성장하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 에피택셜층의 막 두께의 균일성이 양호하게 되는 에피택셜 웨이퍼를 제조할 수 있다.
본 발명의 실시 양태에서는, 분류하는 공정은 원료 가스의 흐름을 64 이상으로 분류한다.
이것에 의하면, 에피택셜층의 막 두께의 균일성이 보다 양호하게 되는 에피택셜 웨이퍼를 제조할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일례의 기상 성장 장치의 일부를 도시하는 모식 단면도.
도 1b는 도 1a의 기상 성장 장치의 기판을 향하는 가스가 통과하는 부재를 설명하는 평면적인 모식도.
도 2a는 도 1b의 인젝션 인서트를 도시하는 모식 정면도.
도 2b는 도 2a의 IIB-IIB 모식 단면도.
도 3a는 도 1b의 도입 통로에 배치되는 분할부를 도시하는 도 1a에 대응하는 모식 단면도.
도 3b는 도 3a의 분할부를 도시하는 평면적인 모식도.
도 3c는 도 3b의 분할부의 모식 우측면도.
도 4는 실시예 2에 있어서의 기상 성장 장치의 일례를 도시하는 도 1b에 대응하는 모식 단면도.
도 5는 비교예 1에 있어서의 기상 성장 장치의 일례를 도시하는 도 1b에 대응하는 모식 단면도.
도 6a는 실시예 1에서 측정한 에피택셜 웨이퍼의 막 두께 분포를 나타내는 그래프.
도 6b는 실시예 2에서 측정한 에피택셜 웨이퍼의 막 두께 분포를 나타내는 그래프.
도 6c는 비교예 1에서 측정한 에피택셜 웨이퍼의 막 두께 분포를 나타내는 그래프.
도 7a는 비교예 2에서 측정한 에피택셜 웨이퍼의 막 두께 분포를 나타내는 그래프.
도 7b는 비교예 3에서 측정한 에피택셜 웨이퍼의 막 두께 분포를 나타내는 그래프.
도 7c는 실시예 3에서 측정한 에피택셜 웨이퍼의 막 두께 분포를 나타내는 그래프.
도 7d는 실시예 1에서 측정한 에피택셜 웨이퍼의 막 두께 분포를 나타내는 그래프.
도 7e는 실시예 4에서 측정한 에피택셜 웨이퍼의 막 두께 분포를 나타내는 그래프.
(발명을 실시하기 위한 형태)
도 1a는 본 발명의 일례인 낱장식의 기상 성장 장치(1)를 나타낸다. 기상 성장 장치(1)에 의해 기판(W)에 에피택셜층이 기상 성장되어, 에피택셜 웨이퍼가 제조된다.
기상 성장 장치(1)는 기판(W)을 수용하는 반응로(2)를 구비한다. 반응로(2)는 용기 형상으로 형성된다. 반응로(2)는 원통 또는 둥근 고리 형상의 베이스 링(3)과, 베이스 링(3)을 상측으로부터 덮개를 씌워 반응로(2)의 천장을 구성하는 어퍼 돔(4)과, 베이스 링(3)을 하측으로부터 덮개를 씌워 반응로(2)의 바닥측을 구성하는 로어 돔(5)을 구비한다.
베이스 링(3)은 반응로(2)를 구성하는 베이스가 되는 부재이다. 베이스 링(3)은 베이스 링(3)의 내측에 가스를 도입하는 도입구(3a)와, 베이스 링(3)의 내측의 가스를 베이스 링(3)의 외부로 배출하는 배출구(3b)를 구비한다. 도입구(3a)와 배출구(3b)는 베이스 링(3)의 중심선이 되는, 예를 들면, 연직 방향으로 연장되는 축선(O)을 축으로 하는 원호의 곡면 형상의 개구, 소위 아치 형상으로 형성된 개구로서 형성된다. 또한, 도입구(3a) 및 후술의 도입 통로(8)의, 기판(W)의 표면에서의 가스의 흐름 방향(도 1a의 지면의 좌우 방향)과 축선(O)의 방향(도 1a의 지면의 상하 방향)의 양쪽에 직각인 방향(도 1a의 지면에 직각인 방향)에 있어서의 폭은 기판(W)의 직경 이상, 후술의 프리 히트 링(12)의 외경 이하로 되어 있다.
베이스 링(3)의 내측에는, 어퍼 라이너(6)와 로어 라이너(7)가 위치한다. 어퍼 라이너(6) 및 로어 라이너(7)는 도입구(3a)로부터 도입하는 가스를 반응로(2) 내로 인도하는 도입 통로(8)와, 반응로(2) 내의 가스를 반응로(2) 외부로 배출하는 배출구(3b)로 인도하는 배출 통로(9)를 형성하기 위한 부재이다.
어퍼 라이너(6)는 베이스 링(3)의 내주에 끼어 들어가는 것이 가능한 둥근 고리 형상으로 형성된다. 어퍼 라이너(6)는 베이스 링(3)의 내측에 끼어 들어간 상태에서 어퍼 돔(4)측에 위치한다.
로어 라이너(7)는 베이스 링(3)의 내측에 끼어 들어가는 것이 가능한 둥근 고리 형상으로 형성된다. 로어 라이너(7)는 베이스 링(3)의 내측에 끼어 들어간 상태에서 로어 돔(5) 위에 재치된다.
어퍼 라이너(6)와 로어 라이너(7)에 의해 형성되는 도입 통로(8)는 반응로(2) 내로 통하는 입구(8a)와, 입구(8a)의 상방이며 또한 입구(8a)보다 반응로(2)측에 위치하여 반응로(2) 내에 이르는 출구(8b)와, 입구(8a)와 출구(8b)를 접속하는 통로 내에 위치하는 단차부(8c)를 구비한다. 입구(8a)는 베이스 링(3)의 도입구(3a)에 대응하도록 축선(O)을 축으로 하는 원호의 곡면 형상의 개구에 형성된다. 단차부(8c)는 입구(8a)에 대향하는 제1면(8c1)과, 제1면(8c1)의 상단으로부터 출구(8b)로 연장되는 제2면(8c2)을 구비한다. 제1면(8c1)은 축선(O)을 축으로 하는 원호의 곡면 형상이며, 제2면(8c2)은 수평면이 된다. 도입 통로(8)가 본 발명의 「통로」에 상당한다. 또한, 어퍼 라이너(6)와 로어 라이너(7)에 의해 형성되는 배출 통로(9)는 도입 통로(8)와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
반응로(2)의 내부에는, 기판(W)을 재치하는 서셉터(10)와, 서셉터(10)를 지지하는 지지부(11)와, 서셉터(10)가 둘러싸는 프리 히트 링(12)이 구비된다. 지지부(11)는 도시하지 않은 구동 수단에 의해 축선(O) 둘레로 회전 가능하게 된다.
도 1a의 반응로(2)의 외측의 상하에는 가열원이 되는 램프(13)가 배치되고, 반응로(2)의 외측의 좌우에는 반응로(2) 내에 가스를 공급하는 기구와, 반응로(2) 내의 가스를 배출하는 기구가 위치한다. 또한, 도 1a에서는 가스를 공급하는 기구와 가스를 배출하는 기구의 일부가 도시 생략되어 있다.
도 1b는 기판(W)에 에피택셜층을 성장시키는 각종 가스를 공급하는 기구를 설명하는 모식도이다. 도 1b는 기판(W)을 향하는 가스가 통과하는 각 부재가 평면적인 모식도로 도시된다. 공급되는 가스는 도 1b의 하측의 인젝션 캡(14)(이하, 「캡(14)」이라고 한다.), 인젝션 인서트(15)(이하, 「인서트(15)」라고 한다.), 분할부(16), 로어 라이너(7), 프리 히트 링(12), 서셉터(10)의 순으로 각 부재를 통과하여 기판(W)에 도달한다. 또한, 도 1b에서는, 기판(W), 서셉터(10), 프리 히트 링(12) 및 로어 라이너(7)가 반원 형상의 형태로 도시되어 있다.
캡(14)은 도시하지 않은 매스 플로우 컨트롤러를 통하여 기판(W)에 공급시키는 가스가 도입되는 부재이다. 캡(14)은 도입된 가스를 분배하는 분기로(14a)를 갖는다. 분기로(14a)는 복수의 세트(도 1b는 3개의 세트)로 갈라진 토너먼트 모양의 유로(14a1)로서 구성된다. 토너먼트 모양의 각 유로(14a1)에 있어서의 최하단의 최하점에는, 인서트(15)에 줄지어 통하는 분기 유로(B)가 위치한다. 분기 유로(B)는 분기로(14a) 전체에서 32개 이상(도 1b에서는 64개)이 된다. 또한 토너먼트 모양의 각 유로(14a1)에 있어서의 최상단에는, 도시 생략하고 있지만, 가스의 상류측에 이어지는 유로가 접속된다. 분기로(14a)가 본 발명의 「합류로」에 상당한다.
도 2a 및 도 2b는 인서트(15)의 모식도를 나타낸다. 도 2b에 도시하는 바와 같이, 인서트(15)는 원호 형상의 변(S1)과 변(S1)에 대향하는 대향변(S2)을 갖는 평판 형상으로 형성된다. 인서트(15)는 대향변(S2)로부터 변(S1)을 향하여 직선 형상으로 관통하는 복수의 유로(15a)를 구비한다. 복수의 유로(15a)는, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 분기 유로(B)에 대응하는 수만큼 형성된다. 각 유로(15a)는 일단이 대응하는 분기 유로(B)에 줄지어 통하는 한편, 타단이 도 1a에 도시하는 바와 같이, 도입 통로(8)의 입구(8a)에 줄지어 통한다. 각 유로(15a)는 도입 통로(8)의 입구(8a)로부터 입구(8a)의 외측(반응로(2)의 외측)을 향하여 수평 방향으로 연장된다. 인서트(15)는 적어도 일부가 도입구(3a)에 삽입되어 반응로(2)에 부착된다. 또한, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 복수의 유로(15a)는 수평면을 따라 각각 병렬로 배치되고, 복수의 유로(15a)는 수평면을 따라 인접하여 위치한다.
도 3a에 도시하는 바와 같이, 분할부(16)는 도입 통로(8) 내에 부착되고, 도입 통로(8)를 복수의 통로로 분할하기 위한 부재이다. 도 3b 및 도 3c에 도시하는 바와 같이, 분할부(16)는 도 1a에 도시하는 도입 통로(8)의 형상에 대응하여 형성된다. 분할부(16)는, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 도입 통로(8)(도 1a)를 분할하는 분할벽(16a)과, 분할벽(16a)에 의해 분할된 분할 통로(16b)를 구비한다. 도 3a에 도시하는 바와 같이, 분할벽(16a)은 도입 통로(8)의 입구(8a)로부터 단차부(8c)를 경유하여 출구(8b)를 향하여 연장되고, 도입 통로(8) 내를 가스가 흐르는 방향을 따라 도입 통로(8)를 복수로 분할한다. 구체적으로는, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 분할벽(16a)은 도입 통로(8)(도 1a)를 복수의 유로(15a)에 대응하게 하여 분할한다. 분할벽(16a)에 의해 형성되는 복수의 분할 통로(16b)는 복수의 유로(15a)에 대응한 수만큼 형성된다. 그리고, 각 분할 통로(16b)는 대응하는 유로(15a)에 줄지어 통한다.
이상의 캡(14), 인서트(15), 분할부(16)를 경유한 후, 로어 라이너(7), 프리 히트 링(12), 서셉터(10)를 거쳐 기판(W)에 가스가 공급된다. 예를 들면, 기상 성장 시에는 반응로(2) 내에 기상 성장 가스가 공급된다. 기상 성장 가스로서는, 예를 들면, 실리콘 단결정막의 원료가 되는 원료 가스와, 원료 가스를 희석하는 캐리어 가스와, 단결정막에 도전형을 부여하는 도판트 가스를 구비한다.
이상, 기상 성장 장치(1)의 주요한 각 부를 설명했다. 기상 성장 장치(1)에 의해 기판(W)에 에피택셜층을 성장하여 에피택셜 웨이퍼를 제조하는 경우에는, 우선, 반응로(2)의 서셉터(10)에 기판(W)을 재치시킨다. 그리고, 도시 생략하는 매스 플로우 컨트롤러에 의해 유량이 제어된 기상 성장 가스를 반응로(2)를 향하여 공급한다. 그러면, 기상 성장 가스가 3개의 세트로 나누어진 토너먼트 모양의 각 유로(14a1)(도 1b)의 최상단으로 인도되고, 최상단으로부터 각 분기 유로(B)를 향하여 분배된다. 최종적으로는, 기상 성장 가스가 64개의 흐름(분기 유로(B))으로 나누어지고, 인서트(15)에서의 64개의 각 유로(15a)로 인도된다(분류하는 공정). 그리고, 유로(15a)를 통과한 기상 성장 가스는 도 3a에 도시하는 도입 통로(8)에 이른다. 도입 통로(8)에 이른 기상 성장 가스는 유로(15a)에 줄지어 통하는 분할 통로(16b)를 흘러, 토너먼트 모양의 각 유로(14a1)(도 1b 참조)에 의해 64개로 나누어진 기상 성장 가스의 흐름(분류된 수)을 유지하여 반응로(2) 내에 도입된다(도입하는 공정). 도입된 기상 성장 가스에 의해 실리콘 단결정 박막이 기판(W) 위에 기상 성장되고, 실리콘 에피택셜 웨이퍼가 제조된다.
본 발명의 실시 양태에서는, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 기상 성장 가스의 상류측으로부터 반응로(2)(하류측)를 향하여 기상 성장 가스가 흐르는 분기로(14a)가 토너먼트 모양으로 32개 이상의 분기 유로(B)로 분기되어, 인서트(15)의 복수의 유로(15a)에 연결된다. 따라서, 복수의 유로(15a)를 흐르는 기상 성장 가스의 상호 간의 속도를 효과적으로 균일화 할 수 있다. 그리고, 이 균일화된 기상 성장 가스의 흐름은 각 유로(15a)에 줄지어 통하는 분할 통로(16b)를 거쳐, 직접, 반응로(2) 내로 인도된다. 그 때문에 분기로(14a)에서 균일화되어 복수의 유로(15a)를 흐르는 기상 성장 가스의 흐름을 유지하도록 기상 성장 가스를 반응로(2) 내로 인도할 수 있다. 따라서, 기판(W) 위에 성장시키는 에피택셜층의 막 두께의 균일성을 양호하게 하는 것이 가능하게 된다. 특히, 하기 실시예에서 나타내는 바와 같이 직경 200mm 이상의 기판(W)에 대한 기상 성장에 본 발명을 적용하면 적합하다.
실시예
본 발명의 효과를 확인하기 위해 이하의 실험을 행했다. 이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 이것들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다.
(실시예)
실시예 1에서는, 직경 300mm, 결정면 방위(100)의 실리콘 단결정 기판을 사용하여 기상 성장 장치(1)에 의해 에피택셜 웨이퍼를 제작하고, 제작한 에피택셜 웨이퍼의 막 두께 분포를 측정했다. 막 두께 분포의 측정 시에는, 제작한 웨이퍼의 끝으로부터 5mm의 영역을 제외하고 웨이퍼의 직경 방향을 따라 33점의 측정점의 막 두께를 측정했다. 그리고, 측정한 각 막 두께로부터 이하에 나타내는 막 두께의 균일성(%)과 막 두께의 기복(%)을 산출하고, 에피택셜 웨이퍼의 막 두께 분포를 얻었다. 막 두께의 균일성(%)은 측정에서 얻어진 막 두께의 최대 막 두께와 최소 막 두께를 기초로, 최대 막 두께에서 최소 막 두께를 감산한 값을, 최대 막 두께와 최소 막 두께를 가산한 값으로 나눈 값에, 100을 곱한 값을 막 두께의 균일성(%)을 나타내는 값으로 했다. 막 두께의 기복(%)은 다음에 나타내는 값으로 했다. 구체적으로는, 측정한 1개의 측정점에서의 막 두께를 33점의 측정점에서의 막 두께의 평균값으로 나눈 값에서 1을 감산한 값에 100을 곱한 값을 산출했다. 그리고, 산출한 값에서 100을 더 감산한 값을 막 두께의 기복(%)을 나타내는 값으로 했다.
실시예 2에서는, 도 4에 도시하는 기상 성장 장치(101)를 사용하는 이외는, 실시예 1과 동일하게 에피택셜 웨이퍼를 제작하고, 에피택셜 웨이퍼의 막 두께 분포를 측정했다. 다음에 기상 성장 장치(101)에 대하여 구체적으로 설명한다. 기상 성장 장치(1)와 동일한 구성에 대하여 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 기상 성장 장치(101)는 반응로(2)의 강도를 향상시키기 위한 지주부(P)를 구비하고, 지주부(P)에 대응한 인젝션 캡(114)(이하, 「캡(114)」이라고 한다.), 인젝션 인서트(115)(이하, 「인서트(115)」라고 한다.) 및 분할부(116)가 구비된다. 설명의 편의상, 인서트(115)부터 설명한다. 인서트(115)는 원호 형상의 변(S1)과 변(S1)에 대향하는 대향변(S2)을 갖는 2개의 평판(P1, P2)으로서 형성된다. 인서트(115)는 대향변(S2)으로부터 변(S1)을 향하여 직선 형상으로 관통하는 복수의 유로(115a)를 구비한다. 각 평판(P1, P2)에 각각 32개의 유로(115a)가 형성된다. 각 평판(P1, P2)은 서로 간극을 두고 배치되고, 지주부(P)는 반응로(2)로부터 평판의 간극을 향하여 연장되어 한 쌍의 유로(115a)의 사이에 끼워지도록 위치한다. 캡(114) 및 분할부(116)는 유로(115a)에 대응하는 분기로(114a), 분할벽(116a), 분할 통로(116b)를 구비한다. 실시예 2에서는, 이상의 구성 이외는 기상 성장 장치(1)와 동일한 기상 성장 장치(101)를 사용했다.
실시예 3에서는, 기상 성장 장치(1)의 분기 유로(B), 유로(15a) 및 분할 통로(16b)의 수를 64개에서 32개로 하고 실시예 1과 동일하게 에피택셜 웨이퍼를 제작하여, 에피택셜 웨이퍼의 막 두께 분포를 측정했다. 또한, 분기 유로(B)의 수를 변경하는데 대응시켜 토너먼트 모양의 분기로(14a)의 분기를 변경시켰다.
실시예 4에서는, 기상 성장 장치(1)의 분기 유로(B), 유로(15a) 및 분할 통로(16b)의 수를 96개로 하는 이외는, 실시예 3과 동일하게 에피택셜 웨이퍼를 제작하고, 에피택셜 웨이퍼의 막 두께 분포를 측정했다.
(비교예)
비교예 1에서는, 도 5에 도시하는 종래의 기상 성장 장치(201)를 사용하는 이외는, 실시예 1과 동일하게 에피택셜 웨이퍼를 제작하고, 에피택셜 웨이퍼의 막 두께 분포를 측정했다. 다음에 기상 성장 장치(201)에 대하여 구체적으로 설명한다. 기상 성장 장치(1)와 동일한 구성에 대하여 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 기상 성장 장치(201)는 캡(14), 인서트(15) 및 분할부(16) 대신에 인젝션 캡(214)(이하, 「캡(214)」이라고 한다.), 배플(BA), 인젝션 인서트(215)(이하, 「인서트(215)」라고 한다.) 및 칸막이판(216)을 구비한다. 또한 기상 성장 장치(201)는 지주부(P)를 구비한다. 캡(214)은 기상 성장 가스를 반응로(2)에 도입시킬 때에 기상 성장 가스가 통과하는 도시하지 않은 공간을 갖는다. 배플(BA)은 캡(214)과 인서트(215) 사이에 끼워져 위치하는 판 형상 부재이며, 캡(214) 내의 기상 성장 가스를 인서트(215)에 인도하는 복수의 관통구멍(H)을 갖는다. 관통구멍(H)에 의해 인서트(215)를 향하는 기상 성장 가스의 흐름이 조정된다. 인서트(215)는 원호 형상의 변(S1)과 변(S1)에 대향하는 대향변(S2)을 갖는 2개의 평판(P11, P12)으로서 형성된다. 인서트(215)는 대향변(S2)으로부터 변(S1)을 향하여 관통하는 복수의 유로(215a)를 구비한다. 각 평판(P11, P12)에 각각 5개의 유로(215a)가 형성된다. 각 평판(P11, P12)은 서로 간극을 두고 배치된다. 지주부(P)가 반응로(2)로부터 평판(P11, P12) 사이의 간극을 향하여 연장되어 한 쌍의 유로(215a)의 사이에 끼워지도록 위치한다. 칸막이판(216)은 인서트(215)로부터 반응로(2)를 향하는 가스의 흐름을 분류하는 판 형상 부재이며, 4개 배치된다. 비교예 1에서는, 이상의 구성 이외는 기상 성장 장치(1)와 동일한 기상 성장 장치(201)를 사용했다.
비교예 2에서는, 기상 성장 장치(1)의 분기 유로(B), 유로(15a) 및 분할 통로(16b)의 수를 8개로 하는 이외는, 실시예 3과 마찬가지로 에피택셜 웨이퍼를 제작하고, 에피택셜 웨이퍼의 막 두께 분포를 측정했다.
비교예 3에서는, 기상 성장 장치(1)의 분기 유로(B), 유로(15a) 및 분할 통로(16b)의 수를 16개로 하는 이외는, 실시예 3과 마찬가지로 에피택셜 웨이퍼를 제작하고, 에피택셜 웨이퍼의 막 두께 분포를 측정했다.
실시예 1 및 2와 같이 기판(W)에 공급하는 기상 성장 가스를 토너먼트 모양으로 64개로 분기시켜 기판(W)까지 인도한 경우에는, 도 6a 및 도 6b에 도시하는 바와 같이, 막 두께의 균일성 및 막 두께의 기복이 양호하게 되었다. 구체적으로는, 막 두께의 균일성(%)은 실시예 1에서는 0.29, 실시예 2에서는 0.39가 되었다. 또한 막 두께의 기복(%)은 실시예 1 및 2의 양쪽에서 평활하게 되었다. 그것에 대하여, 비교예 1과 같이 기판(W)에 공급하는 기상 성장 가스를 토너먼트 모양으로 분기시켜 기판(W)으로 인도하지 않는 종래의 기상 성장 장치(201)를 사용한 경우에는, 도 6c에 도시하는 바와 같이, 막 두께의 균일성 및 막 두께의 기복이 양호하게 되지 않았다. 구체적으로는, 막 두께의 균일성(%)은 1.21이 되어, 막 두께의 기복(%)은 충분히 평활화되지 않았다.
비교예 2 및 3과 같이 기판(W)에 공급하는 기상 성장 가스를 토너먼트 모양으로 8개, 16개로 분기시킨 기판(W)까지 인도한 경우에는, 도 7a 및 도 7b에 도시하는 바와 같이, 막 두께의 균일성 및 막 두께의 기복이 양호하게 되지 않았다. 구체적으로는, 막 두께의 균일성(%)은 비교예 2에서는 1.26, 비교예 3에서는 1.13이 되었다. 또한, 막 두께의 기복(%)은 비교예 2 및 3의 양쪽에서 충분하게 평활화되지 않았다. 그것에 대하여, 실시예 3, 1, 4와 같이 기판(W)에 공급하는 기상 성장 가스를 토너먼트 모양으로 32개, 64개, 96개로 분기시킨 기판(W)까지 인도한 경우에는, 도 7c∼도 7e에 도시하는 바와 같이, 막 두께의 균일성 및 막 두께의 기복이 양호하게 되었다. 구체적으로는, 막 두께의 균일성(%)은 실시예 3에서는 0.41, 실시예 1에서는 0.29, 실시예 4에서는 0.41이 되었다. 또한 막 두께의 기복(%)은 실시예 3, 1, 4의 어디에서도 충분하게 평활화되었다.
따라서, 기판(W)에 공급하는 기상 성장 가스를 토너먼트 모양으로 32개 이상으로 분기시켜 기판(W)까지 인도한 경우에는, 에피택셜 웨이퍼의 막 두께 분포를 양호하게 할 수 있었다. 특히, 기상 성장 가스를 토너먼트 모양으로 64개로 분기시켜 기판(W)까지 인도하고, 또한, 지주부(P)를 배제한 경우(실시예 1의 경우)에 가장 효과적으로 에피택셜층의 막 두께 분포를 평활화 할 수 있었다.
이상, 본 발명의 실시예를 설명했지만, 본 발명은 그 구체적인 기재에 한정되지 않고, 예시한 구성 등을 기술적으로 모순이 없는 범위에서 적당하게 조합하여 실시하는 것도 가능하고, 또한 어떤 요소, 처리를 주지의 형태로 치환하여 실시할 수도 있다.
1 기상 성장 장치
2 반응로
3 베이스 링
6 어퍼 라이너
7 로어 라이너
8 도입 통로(통로)
8a 입구
8b 출구
8c 단차부
8c1 제1면
8c2 제2면
10 서셉터
14 인젝션 캡
14a 분기로(합류로)
15 인젝션 인서트
15a 유로
16 분할부
16a 분할벽
16b 분할 통로
W 기판

Claims (8)

  1. 원료 가스에 의해 기판에 에피택셜층을 기상 성장시키는 반응로;
    상기 반응로 내로 통하는 입구와, 상기 입구의 상방 또한 상기 입구보다 상기 반응로측에 위치하여 상기 반응로 내에 이르는 출구를 가지고 상기 입구와 상기 출구를 접속하여 상기 반응로 내에 상기 원료 가스를 도입하는 통로;
    상기 통로 내에 위치하여 상기 입구에 대향하는 제1면과 상기 제1면의 상단으로부터 상기 출구로 연장되는 제2면을 갖는 단차부;
    상기 입구로부터 상기 입구의 외측으로 연장되어 상기 입구에 상기 원료 가스를 인도하는 32개 이상이 되는 복수의 유로;
    상기 복수의 유로가 상기 입구측으로부터 상기 원료 가스의 상류측을 향하여 토너먼트 모양으로 합류하여 상기 원료 가스의 상류측에 이어지는 합류로; 및
    상기 원료 가스가 흐르는 방향을 따라 상기 통로가 상기 복수의 유로에 대응하게 하여 분할되고, 상기 복수의 유로에 각각 줄지어 통하는 복수의 분할 통로;
    를 구비하고,
    상기 분할 통로를 구획하는 분할벽은, 상기 통로의, 상기 제1면보다 상기 입구측의 공간인 단차 앞 공간에서 그 하면으로부터 상기 제2면의 높이 위치보다도 상방의 위치까지 연장되도록 설치되는 한편, 상기 통로의, 상기 제1면의 상단보다도 상기 출구측의 공간인 단차 뒤 공간에는 설치되지 않는 것을 특징으로 하는 기상 성장 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 유로는 합계로 64개 이상인 것을 특징으로 하는 기상 성장 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 유로는 수평면을 따라 각각 병렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 기상 성장 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 복수의 유로는 상기 수평면을 따라 인접하여 위치하는 것을 특징으로 하는 기상 성장 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 반응로로부터 한 쌍의 상기 유로 사이를 향하여 연장되는 지주부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기상 성장 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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