WO2011077641A1 - エピタキシャル成長装置及びエピタキシャル成長装置の製造方法 - Google Patents

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香蔵 横田
理 大西
周作 杉山
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45502—Flow conditions in reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45561—Gas plumbing upstream of the reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/14—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases

Definitions

  • the present invention relates to an epitaxial growth apparatus for epitaxially growing a single crystal thin film on a substrate.
  • the semiconductor device manufacturing process includes a process of epitaxially growing a thin film on a semiconductor substrate.
  • a schematic view of such a conventional epitaxial growth apparatus used for epitaxial growth is shown in FIG.
  • the reactive gas 105 from the gas supply source 106 is applied to the substrate W placed on the susceptor 109 by the gas supply means 102 in the chamber 101 in which the outside air is shut off.
  • a gas phase reaction is caused on the substrate W by the supplied source gas 105 to epitaxially grow a thin film, and then the source gas 105 is discharged out of the chamber 101 by the gas discharge means 103.
  • Epitaxial growth using such a device is used to increase the breakdown voltage of a bipolar device in the manufacturing process of a semiconductor device.
  • a soft error or latch-up due to alpha rays is used. It is a necessary technology to prevent this.
  • the thickness distribution of the epitaxial layer of the epitaxial wafer is often formed with unevenness corresponding to the flow of the source gas.
  • FIG. 6 shows a schematic view from the upper surface of the gas supply means 102 having a tree-like gas flow path through which gas flows in the horizontal direction.
  • Patent Document 1 an apparatus having a gas supply means of a laminated body in which a groove that forms a gas flow path is formed on a strip and bonded together by bolts or the like Is disclosed.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and when epitaxially growing on a substrate, it is possible to effectively suppress gas flow rate unevenness in a substrate surface of a supplied source gas, and a high-quality epitaxial layer It is an object of the present invention to provide an epitaxial growth apparatus and a method for manufacturing the same.
  • the present invention provides at least a chamber in which a susceptor on which a substrate to be epitaxially grown is placed, and a substrate placed on the susceptor in the chamber from a gas supply source.
  • An epitaxial growth apparatus having a gas supply means for supplying a gas and a gas discharge means for discharging the supplied gas to the outside of the chamber, wherein the gas supply means is connected to at least the gas supply source and is vertical.
  • a vertical gas flow path through which gas flows in a direction, and a downstream end of the vertical gas flow path, and the gas from the vertical gas flow path is ejected in a horizontal direction to the substrate placed on the susceptor.
  • a vertical gas flow path is a tree-shaped flow path that branches into a plurality of flow paths toward the downstream side.
  • the gas flowing in the vertical direction hits the connection portion with the horizontal gas flow path, so that the once dispersed gas flow is constant toward the gas outlet. Since the gas is then ejected in the horizontal direction, the gas flow rate unevenness in the substrate surface can be suppressed, and the gas can flow uniformly. Further, by arranging the tree-like gas flow paths vertically to form vertical gas flow paths, the gas flow paths can be branched into a sufficient number without increasing the apparatus width.
  • the vertical gas flow path is one in which gas flows from above to below. With such a vertical gas flow path, the gas flow velocity distribution in the substrate surface to be processed can be made more uniform.
  • an outer corner surface of a connection portion between the horizontal gas flow path and the downstream end of the vertical gas flow path has an R shape. If the outer corner surface has an R shape, the flowing gas is prevented from hitting the outer corner surface and backflowing, and the gas can be ejected in a more uniform flow.
  • the gas supply means has a plurality of the tree-like vertical gas flow paths in parallel. If it is such a gas supply means, it will become an apparatus which can flow two or more kinds of gases efficiently and uniformly.
  • the inner surface of the vertical gas channel and / or the horizontal gas channel is electrolytically polished. If it is such, it will become an apparatus which can prevent the dust generation from a gas flow path and can form a favorable epitaxial layer without a particle.
  • the gas supply means is diffusion bonded. With such a gas supply means, there is no gas leakage, and the apparatus can perform epitaxial growth in which contamination due to air mixing or the like and generation of particles are prevented.
  • the present invention provides at least a chamber in which a susceptor on which a substrate to be epitaxially grown is placed, and a gas supply for supplying gas from a gas supply source to the substrate placed on the susceptor in the chamber.
  • a method of manufacturing an epitaxial growth apparatus having means and gas discharge means for discharging the supplied gas out of the chamber, wherein at least grooves and / or holes serving as gas flow paths are formed in the strip.
  • a step of electropolishing the surface of the band plate in which the groove and / or the hole are formed, and bonding the band plates by performing diffusion bonding by superimposing the electropolished band plate on another band plate Forming a gas flow path, and at least a vertical gas flow path connected to the gas supply source and through which gas flows in a vertical direction, and an end portion downstream of the vertical gas flow path And a horizontal gas flow path for blowing gas from the vertical gas flow path in a horizontal direction and supplying gas to a substrate placed on the susceptor, and the vertical gas flow path is directed downstream.
  • An epitaxial growth apparatus manufacturing method is provided that manufactures the gas supply means that is a tree-shaped flow path that branches into a plurality of flow paths.
  • an epitaxial layer in which a uniform and in-plane gas can be flowed to the substrate to be processed by the tree-like vertical gas flow path and the horizontal gas flow path and the film thickness is uniform and contamination and particles are reduced. It is possible to reliably manufacture an epitaxial growth apparatus that can form the film.
  • gas can be flowed to the substrate to be epitaxially grown with a uniform gas flow velocity distribution, and the film thickness is uniform.
  • an apparatus capable of forming a high-quality epitaxial layer can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an example of an embodiment of an epitaxial growth apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of the sectional shape of the gas supply means of the epitaxial growth apparatus of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a gas flow path with a solid line and other portions with a broken line in the gas supply means of the epitaxial growth apparatus of the present invention.
  • the epitaxial growth apparatus 14 of the present invention shown in FIG. 1 has a chamber 11 in which a susceptor 19 on which a substrate W to be epitaxially grown is placed, and a substrate W placed on the susceptor 19 in the chamber 11.
  • Gas supply means 12 for supplying the gas 15 from the supply source 16 and gas discharge means 13 for discharging the supplied gas 15 out of the chamber 11 are provided.
  • the epitaxial growth apparatus 14 of the present invention may appropriately include a susceptor rotation mechanism 23 for rotating the susceptor 19, a lamp heating apparatus (not shown) for heating the substrate W, and the like.
  • the susceptor rotating mechanism 23 is for rotating the substrate W by rotating the susceptor 19 so that epitaxial growth is performed uniformly in the substrate surface.
  • the gas supply means 12 of the present invention is connected to a gas supply source 16 as shown in FIGS. 1, 2, and 4, and a vertical gas flow path 18 through which gas flows in a vertical direction, and a downstream of the vertical gas flow path 18. And a horizontal gas flow path 17 for blowing the gas 15 from the vertical gas flow path 18 in the horizontal direction and supplying the gas 15 to the substrate W placed on the susceptor 19.
  • the flow path 18 is a tree-shaped flow path that branches into a plurality of flow paths toward the downstream as shown in FIG.
  • the gas 15 can be made to flow uniformly within the substrate surface by easy gas flow rate control.
  • the gas 15 flowing in the vertical direction in the vertical gas flow path 18 hits the outer corner surface when flowing into the horizontal gas flow path, so that the gas variation toward the ejection port is suppressed, and the flow is more uniform.
  • the gas 15 is jetted horizontally and uniformly, the gas flow rate unevenness in the surface of the substrate W to be processed can be suppressed, and the film thickness can be epitaxially grown uniformly.
  • the flow direction of the gas in the vertical gas flow path 18 may be a vertical direction, and is not particularly limited from above to below or from below to above, but from above to below as shown in FIGS. It is preferable that the gas flows.
  • an inverted L-shaped flow that flows from the lower side to the upper side is formed.
  • the gas flow velocity distribution in the substrate surface of the gas 15 to be ejected is more uniform.
  • the apparatus can realize a more optimal flow.
  • the gas supply means 12 preferably has a plurality of tree-like vertical gas flow paths 18 in parallel.
  • FIG. 2B shows the case where gas 1 and gas 2 are mixed in the middle of the vertical gas flow path 18 and flow out to the horizontal gas flow path 17.
  • FIG. It flows through the gas flow path 18 and is mixed for the first time in the horizontal gas flow path 17.
  • two or more kinds of gases or gases having different concentrations can be caused to flow through the plurality of vertical gas flow paths 18 to be uniformly mixed, and various mixing is possible.
  • the inner surface of the vertical gas channel 18 and / or the horizontal gas channel 17 is electrolytically polished. As long as it is electrolytically polished, no dust is generated even when the gas 15 flows inside, and generation of particles in the epitaxial layer to be grown can be prevented.
  • the gas supply means 12 is preferably diffusion bonded. In this way, diffusion bonding is suitable for use in producing the gas supply means 12 having a complicatedly shaped gas flow path according to the present invention, since it can be bonded to a temperature change without any gap. is there.
  • the horizontal gas flow path 17 is not particularly limited, and slits or the like that match the positions of the vertical gas flow paths 18 may be formed, as shown in FIG. Further, there may be no slit or the like and the flow path is not divided.
  • FIG. 3 is a flow diagram illustrating an example of an embodiment of a method for manufacturing an epitaxial growth apparatus of the present invention with a schematic front view and a schematic cross-sectional view.
  • grooves and / or holes 20 and 21 serving as gas flow paths are formed in the strip plates 22a and 22b.
  • grooves 20 to be the vertical gas flow paths 18 are formed in a tree shape as shown in the front view, and perpendicular to the band plate 22b shown in FIG. 3B.
  • a groove 20 to be the gas flow path 18 is formed in the same manner as the band plate 22a, and a hole 21 to be the horizontal gas flow path 17 is formed.
  • the grooves and / or holes 20 and 21 can be formed by cutting with an end mill.
  • the grooves and / or the holes 20 and 21 are formed in both of the band plates 22a and 22b, but they may be formed only in one of the band plates.
  • the method of electrolytic polishing is not particularly limited. For example, when a strip that is polished in an electrolytic solution is connected positively to flow electricity, minute projections on the surface are preferentially dissolved to obtain a bright surface. It is done. As described above, according to the manufacturing method of the present invention, the strips 22a and 22b in which the grooves and / or the holes 20 and 21 are formed are electropolished, so that polishing unevenness is less likely to occur than when the tubular flow path is electropolished. In addition, a gas flow path having an inner surface that does not generate dust even when gas is allowed to flow.
  • the strips 22a and 22b are overlapped and diffusion bonding is performed to join the strips 22a and 22b to each other so that the vertical gas flow path 18 and the horizontal gas flow path 17 are joined.
  • the method of diffusion bonding is not particularly limited.
  • the overlapped strips 22a and 22b are joined by atomic movement between the strips 22a and 22b under high pressure and high pressure while being pressed in a vacuum state.
  • By joining the strips 22a and 22b by such diffusion bonding there is no gap, and it is possible to join strong against temperature changes.
  • An apparatus capable of performing epitaxial growth without contamination or generation of particles can be manufactured.
  • FIG. 3 (d) a gas ejection port is formed through the horizontal gas flow path 17, and final surface processing is performed as shown in FIG. 3 (e).
  • a pipe from the supply source 16 is welded to the connection portion to complete the gas supply means 12 of the present invention and attached to the epitaxial growth apparatus 14.
  • FIG. 7 shows a schematic view of the state of being divided at the joint surface of the gas supply means 12 of the epitaxial growth apparatus 14 of the present invention manufactured as described above.
  • FIG. 8 is a schematic view of the epitaxial growth apparatus 14 of the present invention, in which the gas supply means 12 having the two-layer type vertical gas flow path 18 is divided at the joint surface. Of course, if necessary, it may have three or more layers of vertical gas channels made of four or more strips.
  • the gas can be flowed to the substrate to be epitaxially grown with the in-plane uniform gas flow rate distribution, the film thickness is uniform, and the quality is high.
  • the epitaxial layer can be formed.
  • Example 1 Epitaxial growth was performed on a silicon wafer having a diameter of 300 mm using the epitaxial growth apparatus of the present invention shown in FIGS. 1 and 4 manufactured by the manufacturing method of the present invention. An apparatus having 96 ports at the downstream end of the vertical gas channel of the gas supply means was used.
  • the gas supply means is an L-shaped gas flow path as shown in FIGS. 1 and 4 in which the gas flows from the top to the bottom in the vertical gas flow path.
  • the epitaxial growth conditions were a reaction temperature of 1150 ° C., a hydrogen flow rate of 70 slm, a TCS (trichlorosilane) gas flow rate of 10 slm, and an epitaxial layer was grown to a film thickness of 5 ⁇ m.
  • Example 2 The apparatus was the same as in Example 1, except that the gas supply means was an inverted L-shaped gas flow path in which the gas flowed from below to above in the vertical gas flow path.
  • the epitaxial growth conditions were the same as in Example 1.
  • Epitaxial growth was carried out on a silicon wafer having a diameter of 300 mm using an epitaxial growth apparatus having a tree-like horizontal gas flow path gas supply means shown in FIGS.
  • An apparatus having 96 ports at the downstream end of the gas flow path of the gas supply means was used.
  • the gas supply means was formed by forming a groove serving as a gas flow path in the strip, electrolytic polishing, and then joining the strips with bolts and nuts.
  • the epitaxial growth conditions were the same as in Examples 1 and 2, and the epitaxial layer was grown to a thickness of 5 ⁇ m.
  • FIG. 9 shows the result of measuring the number of particles in the epitaxial layer formed in Example 1 and the comparative example
  • FIG. 10 shows the result of measuring the film thickness distribution of the epitaxial layer.
  • Example 2 the number of particles measured in the same manner was about the same as that in Example 1, but the film thickness uniformity was 0.28%, which is an improvement over the comparative example. It was slightly lower than. From this result, it can be seen that the uniformity of the thickness of the formed epitaxial layer is further improved when the gas supply means has an L-shaped gas flow path rather than an inverted L-shaped gas channel.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

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Abstract

　本発明は、ガス供給手段が、ガス供給源に接続され、垂直方向にガスが流れる垂直ガス流路と、垂直ガス流路の下流の端部に接続され、垂直ガス流路からのガスを水平方向に噴き出してサセプタ上に載置された基板にガスを供給する水平ガス流路とを有し、垂直ガス流路が、下流に向かって複数の流路に分岐していくツリー状の流路であるエピタキシャル成長装置である。これにより、基板にエピタキシャル成長させる際に、供給される原料ガスの基板面内でのガス流速ムラを効果的に抑制でき、高品質のエピタキシャル層を形成できるエピタキシャル成長装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

Description

エピタキシャル成長装置及びエピタキシャル成長装置の製造方法
　本発明は、基板に単結晶薄膜をエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長装置に関する。
　
　半導体デバイスの製造工程においては、半導体基板上に薄膜をエピタキシャル成長させる工程がある。このような、エピタキシャル成長に用いる従来のエピタキシャル成長装置の概略図を図５に示す。図５に示すエピタキシャル成長装置１０４を用いたエピタキシャル成長工程では、外気を遮断したチャンバー１０１内で、ガス供給手段１０２によりサセプタ１０９に載置された基板Ｗ上にガス供給源１０６からの反応性ガス１０５を供給し、供給された原料ガス１０５により基板Ｗ上で気相反応を起こさせて薄膜をエピタキシャル成長させ、その後、原料ガス１０５はガス排出手段１０３によりチャンバー１０１外へ排出される。
　このような装置を用いたエピタキシャル成長は、半導体装置の製造プロセスにおいて、バイポーラ素子の耐圧などを高めるために用いられており、素子においてもメガビットのメモリを製作する場合、α線によるソフトエラーやラッチアップを防ぐために必要な技術になっている。
　このような、エピタキシャル成長装置を用いて、例えばエピタキシャルウェーハを作製する際に、エピタキシャル層を平滑に堆積させるには、基板表面上での原料ガスの速度ムラを低減することが肝要である。しかしながら、基板の直径は現在３００ｍｍまで拡大し、枚葉式で処理されているため、広範囲で速度ムラのない流れを形成することは非常に困難である。その為、エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の厚み分布は、原料ガスの流れに応じた凹凸が形成されることがしばしばである。
　このような問題に対して、図５に示すような装置１０４において、ガス供給手段１０２を、水平方向に向かって複数に分岐していくツリー状のガス流路にした装置がある。図６に、水平方向にガスが流れるツリー状のガス流路を有するガス供給手段１０２の上面からの概略図を示す。このような装置であれば、一つのガス供給源につながった複数のガス噴き出し口から噴き出すガス１０５の流量が同じであるため、供給するガス１０５の基板Ｗ面内での流速分布を均一にするのが容易で、エピタキシャル層の厚み分布が改善される。
　このようなガス供給手段を有する装置として、例えば特許文献１に示すように、帯片にガス流路となる溝を形成して重ね合わせ、ボルト等により結合した積層体のガス供給手段を有する装置が開示されている。
　
特表２００８－５１６０８４号公報
　しかし、これらのような、水平方向に分岐しながら流れるツリー状のガス流路を有するガス供給手段でも、基板上でのガス流速のムラを十分には抑制できず、エピタキシャル層の厚み分布の十分な改善はできなかった。
　また、このようなツリー状の複雑なガス流路を作製する際の問題点として、ガス流路の内表面を電解研磨した場合、研磨ムラが生じてしまい、このようなガス流路にガスを流すと研磨が十分でない部分からの発塵によって、成長されるエピタキシャル層表面にパーティクル等が発生してしまうという問題があった。また、特許文献１のような装置では、電解研磨を良好に実施できたとしても、ボルトやクランプによる帯板の接合を行うため、温度変化に弱く、さらにはガス流路に隙間が生じやすく、空気等の混入による汚染や発塵の問題が生じることがあった。
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、基板にエピタキシャル成長させる際に、供給される原料ガスの基板面内でのガス流速ムラを効果的に抑制でき、高品質のエピタキシャル層を形成できるエピタキシャル成長装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも、エピタキシャル成長させる基板を載置するサセプタが内部に設置されるチャンバーと、該チャンバー内の前記サセプタ上に載置された基板にガス供給源からのガスを供給するガス供給手段と、前記供給されたガスを前記チャンバー外に排出するガス排出手段とを有するエピタキシャル成長装置であって、前記ガス供給手段が、少なくとも、前記ガス供給源に接続され、垂直方向にガスが流れる垂直ガス流路と、該垂直ガス流路の下流の端部に接続され、前記垂直ガス流路からのガスを水平方向に噴き出して前記サセプタ上に載置された基板にガスを供給する水平ガス流路とを有し、前記垂直ガス流路が、下流に向かって複数の流路に分岐していくツリー状の流路であることを特徴とするエピタキシャル成長装置を提供する。
　このように、ツリー状の垂直ガス流路であれば、ガス供給源からのガスをそれぞれ分岐した流路に均一に流すことが容易である。そして、このようなエピタキシャル成長装置のガス供給手段であれば、垂直方向に流れてきたガスが水平ガス流路との接続部に当たることで、一度分散したガスの流れがガスの噴き出し口に向かって一定に揃えられて、その後水平方向に噴き出されるため、基板面内でのガス流速ムラを抑制でき、均一にガスを流すことができる装置となる。また、ツリー状のガス流路を垂直に配置して、垂直ガス流路とすることで、装置幅を大きくしなくてもガス流路を十分な数に分岐させたものとすることができる。
　このとき、前記垂直ガス流路が、上方から下方へガスが流れるものであることが好ましい。
　このような垂直ガス流路であれば、処理される基板面内でのガス流速分布をより均一にできる。
　このとき、前記水平ガス流路と前記垂直ガス流路の下流の端部との接続部の外コーナー面が、Ｒ形状であることが好ましい。
　このような、外コーナー面がＲ形状であれば、流れてきたガスが外コーナー面に当たって逆流することが抑制され、ガスをより均一な流れで噴き出すことができる装置となる。
　このとき、前記ガス供給手段が、前記ツリー状の垂直ガス流路を並列に複数有するものであることが好ましい。
　このようなガス供給手段であれば、２種類以上のガスを効率的に均一に流すことができる装置となる。
　このとき、前記垂直ガス流路及び／又は前記水平ガス流路の内表面が、電解研磨されたものであることが好ましい。
　このようなものであれば、ガス流路からの発塵を防止して、パーティクルの無い良好なエピタキシャル層を形成できる装置となる。
　このとき、前記ガス供給手段は、拡散接合されたものであることが好ましい。
　このようなガス供給手段であれば、ガスの漏れがなく、また、空気の混入等による汚染やパーティクル発生が防止されたエピタキシャル成長を実施できる装置となる。
　また、本発明は、少なくとも、エピタキシャル成長させる基板を載置するサセプタが内部に設置されるチャンバーと、該チャンバー内の前記サセプタ上に載置された基板にガス供給源からのガスを供給するガス供給手段と、前記供給されたガスを前記チャンバー外に排出するガス排出手段とを有するエピタキシャル成長装置を製造する方法であって、少なくとも、帯板に、ガス流路となる溝及び／又は穴を形成する工程と、前記溝及び／又は穴を形成した帯板の表面を電解研磨する工程と、前記電解研磨した帯板を他の帯板と重ね合わせて拡散接合を行うことにより前記帯板同士を接合してガス流路を形成する工程とを含み、少なくとも、前記ガス供給源に接続され、垂直方向にガスが流れる垂直ガス流路と、該垂直ガス流路の下流の端部に接続され、前記垂直ガス流路からのガスを水平方向に噴き出して前記サセプタ上に載置された基板にガスを供給する水平ガス流路とを有し、前記垂直ガス流路が、下流に向かって複数の流路に分岐していくツリー状の流路である前記ガス供給手段を製造することを特徴とするエピタキシャル成長装置の製造方法を提供する。
　このような、帯板にガス流路となる溝及び／又は穴を形成して、それを電解研磨することで、研磨ムラの無い良好な研磨を行うことができる。そして、電解研磨した帯板と他の帯板を重ね合わせて拡散接合してガス流路を形成することで、ガス漏れや空気混入等の無いガス流路を作製することができる。このような工程でガス供給手段を製造することで、ツリー状の複雑な形状のガス流路であっても、内表面が良好に電解研磨され、かつ空気混入等の無いガス流路とすることができる。これにより、ツリー状の垂直ガス流路と水平ガス流路により処理する基板に面内均一で、空気混入等の無いガスを流すことができ、膜厚均一で汚染やパーティクルの低減されたエピタキシャル層を形成できるエピタキシャル成長装置を確実に製造することができる。
　以上のように、本発明のエピタキシャル成長装置及び本発明のエピタキシャル成長装置の製造方法により製造された装置によれば、エピタキシャル成長させる基板に面内均一なガス流速分布でガスを流すことができ、膜厚均一で高品質のエピタキシャル層を形成することができる装置を提供できる。
　
本発明のエピタキシャル成長装置の実施態様の一例を示す概略図である。 本発明のエピタキシャル成長装置のガス供給手段の断面形状の例を示す概略断面図である。 本発明のエピタキシャル成長装置の製造方法の実施態様の一例を説明するフロー図である。 本発明のエピタキシャル成長装置のガス供給手段のガス流路を部分的に示す概略図である。 従来のエピタキシャル成長装置の一例を示す概略図である。 従来のエピタキシャル成長装置のガス供給手段のガス流路の一例を示す概略上面図である。 本発明のエピタキシャル成長装置のガス供給手段の一例を分割して部分的に示す分割図である。 本発明のエピタキシャル成長装置のガス供給手段の他の一例を分割して部分的に示す分割図である。 実施例、比較例において成長させたエピタキシャル層のパーティクル数を示すグラフである。 実施例、比較例において成長させたエピタキシャル層の膜厚分布を示すグラフである。
　以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
　図１は、本発明のエピタキシャル成長装置の実施態様の一例を示す概略図である。図２は、本発明のエピタキシャル成長装置のガス供給手段の断面形状の例を示す概略断面図である。図４は、本発明のエピタキシャル成長装置のガス供給手段において、ガス流路を実線で、その他の部分を破線で示す概略図である。
　まず、図１に示す本発明のエピタキシャル成長装置１４は、エピタキシャル成長させる基板Ｗを載置するサセプタ１９が内部に設置されるチャンバー１１と、チャンバー１１内のサセプタ１９上に載置された基板Ｗにガス供給源１６からのガス１５を供給するガス供給手段１２と、供給されたガス１５をチャンバー１１外に排出するガス排出手段１３とを有する。
　この他、本発明のエピタキシャル成長装置１４は、サセプタ１９を回転させるためのサセプタ回転機構２３や、基板Ｗを加熱するためのランプ加熱装置（図示せず）等を適宜具備するものでもよい。
　このサセプタ回転機構２３は、サセプタ１９を回転させることにより基板Ｗを回転させ、エピタキシャル成長が基板面内において均一に行われるようにするためのものである。
　そして、本発明のガス供給手段１２は、図１、２、４に示すように、ガス供給源１６に接続され、垂直方向にガスが流れる垂直ガス流路１８と、垂直ガス流路１８の下流の端部に接続され、垂直ガス流路１８からのガス１５を水平方向に噴き出してサセプタ１９上に載置された基板Ｗにガス１５を供給する水平ガス流路１７とを有し、垂直ガス流路１８は、図４に示すような、下流に向かって複数の流路に分岐していくツリー状の流路である。
　このような、垂直ガス流路１８がツリー状の流路であれば、容易なガス流量制御により基板面内で均一にガス１５を流すことができる。そして、垂直ガス流路１８内を垂直方向に流れてきたガス１５が水平ガス流路に流れ込む際に外コーナー面に当たることで、噴き出し口に向かってガスのバラツキが抑えられ、より均一な流れとなる。これにより、ガス１５が水平に均一に噴き出されるため、処理される基板Ｗの面内でのガス流速ムラを抑制でき、膜厚を均一にエピタキシャル成長させることができる装置となる。また、ツリー状の流路を垂直方向に流れる垂直ガス流路１８とすることで、流路を多数に分岐させても、分岐させるための装置幅を大きくする必要がない。従って、スペース上有利である。
　このとき、垂直ガス流路１８のガスが流れる方向としては、垂直方向であればよく、上方から下方あるいは下方から上方いずれでも特に限定されないが、図１、２、４に示すような上方から下方へガスが流れるものであることが好ましい。
　このような、垂直ガス流路１８内を上方から下方へ流れ、水平ガス流路１７の下面に当たって水平方向に流れるＬ字型流路とすることで、下方から上方へ流れる逆Ｌ字型の流路に比べて、噴き出されるガス１５の基板面内でのガス流速分布がより均一な装置となる。
　また、図１、２に示すように、水平ガス流路１７と垂直ガス流路１８の下流の端部との接続部の外コーナー面がＲ形状であれば、外コーナー面に当たったガスの逆流巻き込みを防止でき、ガスの流れをスムーズに水平方向に変えることができるため、より最適な流れを実現できる装置となる。
　また、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、ガス供給手段１２が、ツリー状の垂直ガス流路１８を並列に複数有するものであることが好ましい。図２（ｂ）は、垂直ガス流路１８の途中でガス１とガス２が混合されて水平ガス流路１７に流れ出るもので、図２（ｃ）は、ガス１とガス２が別の垂直ガス流路１８内を流れて、水平ガス流路１７内で初めて混合されるものである。
　このような装置１４であれば、２種類以上のガスや濃度の異なるガスを複数の垂直ガス流路１８内にそれぞれ流して均一に混合することができ、様々なミキシングが可能となる。
　また、垂直ガス流路１８及び／又は水平ガス流路１７の内表面が、電解研磨されたものであることが好ましい。
　電解研磨されたものであれば、内部をガス１５が流れても発塵が無く、成長させるエピタキシャル層へのパーティクルの発生を防止できる。
　また、ガス供給手段１２は、拡散接合されたものであることが好ましい。
　このように、拡散接合であれば、隙間なく、温度変化に強い接合が可能であるため、本発明の複雑な形状のガス流路を有するガス供給手段１２を作製する際に用いるのに好適である。
　この本発明の装置１４において、水平ガス流路１７は特に限定されず、垂直ガス流路１８の各流路の位置に合わせたスリット等が形成されていてもよいし、図４に示すような、スリット等が無く、流路が分かれていないものでもよい。
　このような本発明のエピタキシャル成長装置を製造する方法として、以下、本発明のエピタキシャル成長装置の製造方法により製造する方法を説明する。
　図３は、本発明のエピタキシャル成長装置の製造方法の実施態様の一例を概略正面図と概略断面図で説明するフロー図である。
　まず、本発明の製造方法において、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、帯板２２ａ、２２ｂにガス流路となる溝及び／又は穴２０、２１を形成する。例えば、図３（ａ）に示す帯板２２ａには、垂直ガス流路１８となる溝２０を正面図に示すようなツリー状に形成し、図３（ｂ）に示す帯板２２ｂには垂直ガス流路１８となる溝２０を帯板２２ａと同様に形成し、さらに水平ガス流路１７となる穴２１を形成する。溝及び／又は穴２０、２１の形成方法としては、例えば、エンドミルによる切削加工を行うことで形成することができる。
　このとき、図３（ａ）、（ｂ）では、帯板２２ａ、２２ｂの両方に溝及び／又は穴２０、２１を形成しているが、一方の帯板のみに形成することもできる。
　次に、帯板２２ａ、２２ｂの表面を電解研磨する。電解研磨の方法としては、特に限定されず、例えば、電解溶液中で研磨する帯板をプラスに接続して電気を流すことにより、表面の微小凸部が優先的に溶解されて光輝面が得られる。
　このように、本発明の製造方法であれば、溝及び／又は穴２０、２１を形成した帯板２２ａ、２２ｂを電解研磨するため、管状の流路を電解研磨するよりも研磨ムラが生じにくく、ガスを流しても発塵の無い内表面を有するガス流路とすることができる。
　次に、図３（ｃ）に示すように、帯板２２ａ、２２ｂを重ね合わせて、拡散接合を行うことにより帯板２２ａ、２２ｂ同士を接合して垂直ガス流路１８と水平ガス流路１７を形成する。
　拡散接合の方法としては、特に限定されず、例えば重ね合わせた帯板２２ａ、２２ｂを真空状態で、プレスしながら高温、高圧下で帯板２２ａ、２２ｂ間の原子移動で接合する。このような拡散接合により帯板２２ａ、２２ｂを接合することにより、隙間が無く、温度変化にも強い接合が可能であるため、形成されたガス流路にガスを流しても空気の混入等による汚染やパーティクルの発生の無いエピタキシャル成長を実施可能な装置を製造できる。
　その後、図３（ｄ）に示すように、水平ガス流路１７を貫通させてガスの噴き出し口を形成して、図３（ｅ）に示すように、最終的な面加工を施したり、ガス供給源１６からのパイプを接続部に溶接して、本発明のガス供給手段１２を完成させて、エピタキシャル成長装置１４に取り付ける。
　このように製造された、本発明のエピタキシャル成長装置１４のガス供給手段１２の接合面で分割した状態の概略図を図７に示す。
　上記では、垂直ガス流路が単層型のガス供給手段の装置の製造方法を説明したが、垂直ガス流路を並列に複数有する複層型の垂直ガス流路を有するガス供給手段の製造に関しては、例えば２層型の場合、３つの帯板に溝等を形成して上記と同様に拡散接合することで、図２（ｂ）、（ｃ）、図８に示すようなガス供給手段１２を作製することができる。図８は、本発明のエピタキシャル成長装置１４であって、２層型の垂直ガス流路１８を有するガス供給手段１２を、接合面で分割した状態の概略図である。もちろん、必要とあらば、４つ以上の帯板で作製した３層以上の垂直ガス流路を有するものとしても良い。
　以上のような、本発明の装置及び本発明の製造方法により製造された装置によれば、エピタキシャル成長させる基板に面内均一なガス流速分布でガスを流すことができ、膜厚が均一で高品質のエピタキシャル層を形成することができる。
　
　以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
　上記の本発明の製造方法により製造された図１、４に示す本発明のエピタキシャル成長装置を用いて直径３００ｍｍのシリコンウェーハ上にエピタキシャル成長を行った。ガス供給手段の垂直ガス流路の下流端の流路数が９６ポートの装置とした。また、このガス供給手段は、図１、４に示すような、垂直ガス流路内をガスが上方から下方へ流れるＬ字型のガス流路とした。
　エピタキシャル成長条件は、反応温度１１５０℃、水素流量７０ｓｌｍ、ＴＣＳ（トリクロロシラン）ガス流量１０ｓｌｍでエピタキシャル層を膜厚５μｍまで成長させた。
　
（実施例２）
　実施例１と同様の装置とし、ただし、ガス供給手段は、垂直ガス流路内をガスが下方から上方へ流れる逆Ｌ字型のガス流路とした。エピタキシャル成長条件も実施例１と同様とした。
　
（比較例）
　図５、６に示す、ツリー状の水平なガス流路のガス供給手段を有するエピタキシャル成長装置を用いて直径３００ｍｍのシリコンウェーハ上にエピタキシャル成長を行った。ガス供給手段のガス流路の下流端の流路数が９６ポートの装置とした。また、ガス供給手段は、帯板にガス流路となる溝を形成して、電解研磨し、その後ボルトとナットで帯板同士を接合したものとした。
　エピタキシャル成長条件は、実施例１、２と同様とし、エピタキシャル層を膜厚５μｍまで成長させた。
　実施例１、比較例で形成されたエピタキシャル層のパーティクル数を測定した結果を図９に、エピタキシャル層の膜厚分布を測定した結果を図１０に示す。
　図１０に示すように、実施例１における本発明の装置によれば、膜厚均一性が０．１８％と非常に均一な膜厚のエピタキシャル層が形成され、同じポート数のガス流路の比較例（膜厚均一性＝１．２０％）に比べても膜厚均一性が高いことが分かる。また、図９に示すように、パーティクル数も実施例の本発明の装置の方が少なかった。このパーティクル数の低減効果に関しては、比較例が従来のようにボルトとナットで接合した一方、本発明の装置が拡散接合により帯板同士を接合したためと考えられる。
　また、実施例２は、同様に測定したパーティクル数は実施例１と同程度であったが、膜厚均一性は０．２８％であり、比較例よりは改善されているが、実施例１よりはわずかに低かった。この結果より、ガス供給手段が逆Ｌ字型よりＬ字型のガス流路の方が、形成されるエピタキシャル層の膜厚均一性がより改善されることが分かる。
　なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (7)

  1. 　少なくとも、エピタキシャル成長させる基板を載置するサセプタが内部に設置されるチャンバーと、該チャンバー内の前記サセプタ上に載置された基板にガス供給源からのガスを供給するガス供給手段と、前記供給されたガスを前記チャンバー外に排出するガス排出手段とを有するエピタキシャル成長装置であって、
    　前記ガス供給手段が、少なくとも、前記ガス供給源に接続され、垂直方向にガスが流れる垂直ガス流路と、該垂直ガス流路の下流の端部に接続され、前記垂直ガス流路からのガスを水平方向に噴き出して前記サセプタ上に載置された基板にガスを供給する水平ガス流路とを有し、前記垂直ガス流路が、下流に向かって複数の流路に分岐していくツリー状の流路であることを特徴とするエピタキシャル成長装置。
    　
  2. 　前記垂直ガス流路が、上方から下方へガスが流れるものであることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャル成長装置。
    　
  3. 　前記水平ガス流路と前記垂直ガス流路の下流の端部との接続部の外コーナー面が、Ｒ形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエピタキシャル成長装置。
    　
  4. 　前記ガス供給手段が、前記ツリー状の垂直ガス流路を並列に複数有するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のエピタキシャル成長装置。
    　
  5. 　前記垂直ガス流路及び／又は前記水平ガス流路の内表面が、電解研磨されたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のエピタキシャル成長装置。
    　
  6. 　前記ガス供給手段は、拡散接合されたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のエピタキシャル成長装置。
    　
  7. 　少なくとも、エピタキシャル成長させる基板を載置するサセプタが内部に設置されるチャンバーと、該チャンバー内の前記サセプタ上に載置された基板にガス供給源からのガスを供給するガス供給手段と、前記供給されたガスを前記チャンバー外に排出するガス排出手段とを有するエピタキシャル成長装置を製造する方法であって、少なくとも、
    　帯板に、ガス流路となる溝及び／又は穴を形成する工程と、
    　前記溝及び／又は穴を形成した帯板の表面を電解研磨する工程と、
    　前記電解研磨した帯板を他の帯板と重ね合わせて拡散接合を行うことにより前記帯板同士を接合してガス流路を形成する工程とを含み、
    　少なくとも、前記ガス供給源に接続され、垂直方向にガスが流れる垂直ガス流路と、該垂直ガス流路の下流の端部に接続され、前記垂直ガス流路からのガスを水平方向に噴き出して前記サセプタ上に載置された基板にガスを供給する水平ガス流路とを有し、前記垂直ガス流路が、下流に向かって複数の流路に分岐していくツリー状の流路である前記ガス供給手段を製造することを特徴とするエピタキシャル成長装置の製造方法。
     
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