JP3038524B2 - 半導体製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体製造装置に係り、
特に均一なエピタキシャル成長膜を形成する気相成長装
置あるいは均一なエッチングを行うエッチング装置等に
おけるサセプタの周囲に配設されるサセプタリングの支
持構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の微細化および高集積化に伴
い、エピタキシャル成長膜に要求される膜厚や比抵抗分
布の均一性も極めて高度になってきている。このような
均一性の条件を満たすためには膜の成長条件が一様でな
ければならず、基板温度の均一性とともに、基板上への
均一なガス供給が必要不可欠になってくる。そこでこれ
らの気相成長装置においては、従来から基板上でのガス
の流速分布の均一性を制御するために種々の試みがなさ
れている。

【０００３】例えば図７に従来の枚葉式エピタキシャル
成長装置の一例を示す。反応容器としては両端にフラン
ジが取り付けられた透明石英ガラス製の開放角型パイプ
が用いられ、この反応容器をゴム製のＯリングを介して
金属製のガスインレット３およびガスアウトレット６で
挟み込むことにより反応室１を形成する。反応室１の内
部には、ガスインレット３を配設し、これはガス導入管
２に接続されており、反応室１内の基板支持台としての
サセプタ４に載置されているウェハ５表面でガス流が均
一となるように調整する方法が提案されている。サセプ
タはウェハに適したサイズで数mmの厚さを持ったグラフ
ァイト製のディスク状サセプタで構成される。そしてこ
のサセプタは支持と自転のために回転シャフト７に取り
付けられ、かつ周囲には石英窓８に保持具９を介して載
置されたドーナッツ状のサセプタリング１０がサセプタ
表面とほぼ同一面を形成するように配置され、ガス流が
乱れるのを防いでいる。なお、導入したガスが直接サセ
プタリングの側面に当たったりしないように下面の石英
窓はガスの流れに対して上流側すなわちガス導入口側で
高くなっている。またサセプタ回転シャフト７は回転駆
動の関係上、駆動装置のある反応室外に導出されるが、
この部分は磁気シール、その他の方法でシールされてい
る。ウェハ５上へのエピタキシャル薄膜の成長に際して
は、反応室を形成する上下の石英窓８を介し、その外側
に配した石英ランプを用いて回転しているサセプタ４お
よびウェハ５を所定の温度例えば１０５０℃に保持し、
反応ガスをガスインレット３から導入する。

【０００４】しかしながらこのような従来の装置では、
サセプタリング１０の下部で少なくとも３点の支持点を
もつ保持具が形成され、下側の石英窓上に直接置かれる
が、このようなサセプタリングの保持方法では、下側の
石英窓の上面にサセプタリング保持具の位置決めのため
に高精度の加工が要求され、石英窓の強度も低下してし
まう。また、石英窓のサセプタリング保持具９と接する
部分が、成膜が進むにつれて失透してしまうという問題
もある。ガラスの局部的な失透はサセプタの均一な加熱
を妨げるばかりか、石英ガラス製の反応室そのものを破
壊に至らしめることがある。また石英窓のサセプタリン
グ保持具９と接する部分の温度は比較的上昇し易く、ソ
ースガスに例えばモノシランガスのような比較的低温
（４００℃）で分解するようなガスを使う場合には、こ
の部分で好ましくないモノシランガスの熱分解が生じ、
アモルファス膜を形成することがある。このアモルファ
ス膜は石英とは異なり赤外に対して透明ではなく、従っ
て容易に温度上昇することがある。こうなると加速度的
に好ましくないモノシランガスの熱分解が生じ、この部
分はついに多結晶化し、加熱源である赤外線がサセプ
タ、ウェハに届かなくなる。そこで膜質の低下が免れ得
ないことになり、反応容器を洗浄しなければならなくな
ることもしばしばであった。また、サセプタリング保持
具のセットに際して、石英窓の内表面に傷が生じること
に起因して、この部分に多結晶シリコンが堆積すると、
石英との熱膨張係数の違いにより石英ガラス製の反応室
そのものを破壊に至らしめることになる。

【０００５】従って、エピタキシャル薄膜の抵抗分布や
膜厚分布というような品質面上、安全性、経済性の３方
向からこの点の問題解決が望まれていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように従来のエピ
タキシャル成長装置においては、サセプタリングが石英
窓上に載置されているため、成膜が進むにつれて失透し
てしまったり、サセプタリングの均一な加熱を妨げるば
かりか、石英ガラス製の反応室そのものを破壊に至らし
めることがある。しかしながらサセプタ周辺部の温度定
価を防ぐためにサセプタリングは必要不可欠のものであ
り、いずれも十分な均一性を得ることができず、また調
整が極めて難しく、装置が高価になるという問題があっ
た。なおこの問題はエピタキシャル成長装置等の気相成
長装置のみならず、エッチング装置においても同様であ
った。

【０００７】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、ウェハ面内に均一なガス供給を行うことのできる半
導体製造装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで本発明の第１で
は、反応室の側壁に、基板支持台の高さとなるように設
置せしめられ、中心部に穴を形成してなるガイド板と、
このガイド板とそれぞれ互いの側面で係合するように構
成され基板支持台の外周部を囲むサセプタリングとを具
備したことを特徴とする。

【０００９】また本発明の第２では、反応室の側壁に、
基板支持台の高さとなるように設置せしめられ、中心部
に穴を形成してなるガイド板と、前記ガイド板の穴内
に、前記基板支持台の外周部を覆うようにに固定され、
前記基板支持台と共に回転するサセプタリングとを具備
したことを特徴とする。

【００１０】

【作用】上記構成によれば、サセプタリングは石英窓に
は取り付けられず、反応室の側壁等に取り付けられるた
め、ガスのよどみ層ができパーティクルがとどまったり
することなく維持される。パーティクルは、成膜中ある
いはその前後の高温条件下で炭化し、これが石英中の酸
素を消費、石英窓を失透することがある。しかしながら
本発明の構成によれば、パーティクルがとどまったりす
ることなく維持されるため、石英窓は失透等を生じるこ
となくクリーンな状態に維持された状態で、反応性ガス
はガイド板上を通り、サセプタリング表面を流れて基板
支持台のウェハ表面上を、均一な流れを形成しながら流
れる。

【００１１】また上記第１の構成によれば、反応室の側
壁に取り付けられたガイド板の側面でこれに係合するサ
セプタリングを支持しているため、簡単な構造で極めて
高精度の位置決めを達成することができる。また、ガイ
ド板、サセプタリング、基板支持台の上面は同一で境界
部も滑らかにつながり、乱流を起こさないようにするこ
とが必要であるが、かかる構成によれば表面を滑らかに
するのは容易であり、極めて良好なガス流を形成するこ
とができる。望ましくはガス導入口の下面よりもサセプ
タリングおよびガイド板の上面が若干例えば０．２mm程
度低くなるようにする。

【００１２】また、上記第２の構成によれば、サセプタ
リングは基板支持台とともに回転するようにしているた
め、基板支持台とサセプタリングの境界をより滑らかに
することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しつつ詳細に説明する。

【００１４】図１乃至図４は、本発明実施例の気相成長
装置を示す図である。ここで図２は図１のＡ−Ａ′断面
図、図３は図１のＢ−Ｂ′断面図、図４はこの要部説明
図である。

【００１５】この装置は、反応室１の側壁に、基板支持
台としてのサセプタ４の高さとなるように設置せしめら
れ、中心部に穴を形成してなる石英製のガイド板１９
と、このガイド板１９とそれぞれ互いの側面で係合する
ように互いに相符合する凹凸部を構成され、サセプタ４
の外周部を囲むサセプタリング２０とを具備したことを
特徴とする。

【００１６】すなわちこの装置は、両端にフランジＦが
取り付けられた透明石英ガラス製の開放角型パイプが用
いられ、この反応容器をゴム製のＯリングを介して金属
製のガスインレット３およびガスアウトレット６で挟み
込むことにより反応室１を形成しており、シリコンウェ
ハ５を載置するサセプタ４を中央部に設置するととも
に、この反応室１を加熱するヒータからなる加熱手段Ｈ
で、シリコンウェハを加熱する。なおここで反応性ガス
は、キャリアガスとの混合ガスとして用いるようにして
もよい。ここで６はガスアウトレットである。サセプタ
はウェハに適したサイズで数mmの厚さを持ったグラファ
イト製のディスク状サセプタで構成される。そしてこの
サセプタは支持と自転のために回転シャフト７に取り付
けられ、かつ周囲には石英窓８にガイド板１９を介して
載置されたドーナッツ状のサセプタリング１０がサセプ
タ表面とほぼ同一面を形成するように配置され、ガス流
が乱れるのを防いでいる。なお、導入したガスが直接サ
セプタリングの側面に当たったりしないように下面の石
英窓はガスの流れに対して上流側すなわちガス導入口側
で高くなっている。そして導入したガスがサセプタ裏面
側に周り込むのを防ぐために下方からパージガス（図示
せず）を導入し、サセプタ表面側と裏面側とを分離する
ようになっている。またサセプタ回転シャフト７は回転
駆動の関係上、駆動装置のある反応室外に導出される
が、この部分は磁気シール、その他の方法でシールされ
ている。ウェハ５上へのエピタキシャル薄膜の成長に際
しては、反応室を形成する上下の石英窓８を介し、その
外側に配した石英ランプを用いて回転しているサセプタ
４およびウェハ５を所定の温度例えば１０５０℃に保持
し、反応ガスをガスインレット３から導入する。

【００１７】成長条件としては、次に示す条件をとるよ
うにした。

【００１８】ソースガス ：トリクロルシラン キャリアガス：水素 ドーパント ：ジボラン 成長温度 ：１１３５℃ 成長圧力 ：大気圧 成長時間 ：４５秒／枚 シリコン基板：ｐ型８インチウェハ 処理枚数 ：連続１２５枚 この装置では、シリコンウェハ５をサセプタ４に載置
し、１本のガス供給管２から、反応性ガスを注入する。
ここで注入された反応性ガスは、ガイド板１９上をとお
り、サセプタリング１０上を通ってサセプタ４上に供給
される。ウェハ５は容器側壁からガイド板およびサセプ
タリングを介して配置されたサセプタ４に搭載されるた
め、温度は安定している。

【００１９】また、この装置では、ガイド板は、反応室
１の側壁に形成された凹部に係合する凸部で、支持され
ている。そしてさらにこのガイド板の内周に形成された
凹部に、サセプタリング２０の凸部が載置され支持され
ている。このため、位置ずれもなく極めて容易に組み立
てることができ、基準レベルに精度よく設置することが
できる。

【００２０】このようにして形成されたエピタキシャル
薄膜は、 平均成長速度：５．２μm ／min 膜厚分布（ウェハ間）：３．９２μm （±１．２％） 比抵抗分布（ウェハ間）：３．２２Ω・ｃｍ（±２．４
％） となる結果を得た。上側の石英窓周縁部の内表面に若干
のアモルファス膜の付着が認められたが、下側の石英窓
の内表面は清浄なままであった。このようにこの装置を
用いることにより、サセプタリングおよびガイド板は、
反応性ガスの周り込みを防止するとともに、ウェハ周縁
部での温度低下を防止し、本来の役割を果たしながら、
石英窓８を失透させることなく良好に維持することがで
きる。

【００２１】なおガイド板とサセプタリングとの間には
隙間が形成されるように設置されるが、成長時にはサセ
プタなどの温度が上昇するため、隙間はなくなり、良好
な成長を行うことが可能となる。

【００２２】次に、同様の装置を用い、次のような条件
で同様にエピタキシャル成長膜の形成を行った。

【００２３】成長条件としては、次に示す如くした。

【００２４】ソースガス ：モノシラン キャリアガス：水素 ドーパント ：ジボラン 成長温度 ：１０１０℃（ランプ加熱） 成長圧力 ：大気圧 成長時間 ：２４０秒／枚 シリコン基板：ｐ型８インチウェハ 処理枚数 ：連続５０枚 但し、この例ではウェハとランプ間に位置する石英ガラ
ス製のチャンバー内壁にモノシランの熱分解によって生
成するアモルファスシリコンが付着するのを防ぐため、
ガスは層流をなすように供給した。

【００２５】このようにして形成されたエピタキシャル
薄膜は、 平均成長速度：１．４μm ／min 膜厚分布（ウェハ間）：５．６μm （±１．４％） 比抵抗分布（ウェハ間）：１３．２Ω・ｃｍ（±２．４
％） となる結果を得た。このとき上側の石英窓の内表面に
も、下側の石英窓の内表面にもアモルファスの付着は、
全く認められず清浄なままであった。

【００２６】次に、同様の装置を用い、次のような条件
で同様にエピタキシャル成長膜の形成を行った。

【００２７】成長条件としては、次に示す如くした。

【００２８】ソースガス ：モノシラン キャリアガス：水素 ドーパント ：ホスフィン 成長温度 ：９２５℃（ランプ加熱） 成長圧力 ：５０Torr 成長時間 ：１９２秒／枚 シリコン基板：ｐ型８インチウェハ 処理枚数 ：連続３００枚 但し、この例でもウェハとランプ間に位置する石英ガラ
ス製のチャンバー内壁にモノシランの熱分解によって生
成するアモルファスシリコンが付着するのを防ぐため、
ガスは層流をなすように供給した。

【００２９】このようにして形成されたエピタキシャル
薄膜は、 平均成長速度：０．５６μm ／min 膜厚分布（ウェハ間）：１．７９μm （±１．２％） 比抵抗分布（ウェハ間）：１．５Ω・ｃｍ（±２．１
％） となる結果を得た。このとき上側の石英窓の内表面に
も、下側の石英窓の内表面にもアモルファスの付着は、
全く認められず清浄なままであった。

【００３０】また、前記実施例では減圧ＣＶＤ装置につ
いて説明したが、常圧ＣＶＤ装置、さらにはエッチング
装置等にも適用可能であることはいうまでもない。

【００３１】なお前記実施例では、ガイド板１９とサセ
プタリング２０との接続を階段状の凹凸の係合によって
行ったが、図５に示すように、斜め傾斜を係合させ、ガ
イド板１９とサセプタリング２０とを接続するようにし
てもよい。

【００３２】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。

【００３３】前記第１の実施例の装置ではガイド板１９
にサセプタリング２０が支持されているが、この装置で
は、図６に示すようにサセプタリング２０をサセプタ４
の外周面に係合させ、サセプタ４とともに回転するよう
にしたことを特徴とするもので、他の部分については第
１の実施例と同様に形成される。そしてガイド板１９は
前記実施例と同様に反応室１の側壁に、サセプタの高さ
となるように設置せしめられ、中心部に穴を形成して構
成される。

【００３４】かかる構成によれば、実施例１の効果に加
えて、サセプタリングはサセプタとともに回転するよう
にすれば、サセプタとサセプタリングの境界をより滑ら
かにすることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、石英窓の失透がなくなり、均一に加熱することがで
き、その結果エピタキシャル薄膜の比抵抗分布、膜厚分
布等の品質を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の気相成長装置を示す
図。

【図２】図１のＡ−Ａ′断面図。

【図３】図１のＢ−Ｂ′断面図。

【図４】同装置の要部説明図。

【図５】本発明の他の実施例を示す図。

【図６】本発明の第２の実施例の要部説明図。

【図７】従来例の気相成長装置を示す図。

【符号の説明】

１ 反応室 ２ ガス導入管 ３ ガスインレット ４ サセプタ ５ ウェハ ６ ガスアウトレット ７ シャフト ８ 石英窓 ９ サセプタリング保持具 １０ サセプタリング １９ ガイド板 ２０ サセプタリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日野 和彦 神奈川県平塚市万田1200 株式会社 小 松製作所 研究所内 (72)発明者 久永 直人 神奈川県平塚市万田1200 株式会社 小 松製作所 研究所内 (72)発明者 越智 望 神奈川県平塚市万田1200 株式会社 小 松製作所 研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応室と、 前記反応室内に設置され、被処理基板を支持する基板支
   持台と、 反応性ガスを、被処理基板表
   面に沿うように供給するガス供給手段と、 前記反応室の側壁に、前記基板支持台の高さとなるよう
   に設置せしめられ、中心部に穴を形成してなるガイド板
   と、 前記ガイド板とそれぞれ互いの側面で係合するように構
   成され前記基板支持台の外周部を囲むサセプタリングと
   を具備したことを特徴とする半導体製造装置。
2. 【請求項２】 反応室と、 前記反応室内に設置され、被処理基板を支持する基板支
   持台と、 反応性ガスを、被処理基板表
   面に沿うように供給するガス供給手段と、 前記反応室の側壁に、前記基板支持台の高さとなるよう
   に設置せしめられ、中心部に穴を形成してなるガイド板
   と、 前記ガイド板の穴内に、前記基板支持台の外周部を覆う
   ようにに固定され、前記基板支持台と共に回転するサセ
   プタリングとを具備したことを特徴とする半導体製造装
   置。