JPH02279588A

JPH02279588A - 気相成長装置

Info

Publication number: JPH02279588A
Application number: JP10121589A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Ikegami; 池上　薫
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-04-19
Filing date: 1989-04-19
Publication date: 1990-11-15

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】直呈上公且里公Ｉ本発明はウェハ表面にエピタキシャル膜を形成する気相
成長装置、特に所謂水平式気相成長装置、及び該装置の
使用方法に関する。

藍衷五弦蓋エピタキシャル膜とは、シリコン等の単結晶を基板（ウ
ェハ）として、その上にさらに単結晶を気相成長させて
形成された薄膜をいい、このエピタキシャル膜の形成は
、ＣＣＤ、Ｂｉ−ＣＭＯ５等のＩＣデバイスの製造過程
において重要な工程の一つである。

この種エピタキシャル膜の形成には従来から水平式気相
成長装置と呼称される形式の気相成長装置が広範に使用
されている。

該水平式気相成長装置は、装置本体内に配設されたサセ
プタに対して原料ガスが略水平方向から流され、さらに
該原料ガスが前記サセプタ上で熱分解されて前記サセプ
タに装着されたウェハの表面にエピタキシャル膜を形成
するものである。

このエピタキシャル膜は、製品間で性能のバラツキが生
じないように、その膜厚分布の均一性が要求される。

さらに、このエピタキシャル膜において、所望の高品質
を有する製品を得るためには、比抵抗分布の均一・性が
要求される。

しかして、均一な膜厚分布、均一な比抵抗分布を有した
ウェハを得るためには膿の形成条件が一様でなければな
らず、そのためには前記サセプタ上における原料ガスの
速度分布の均一性が要求されると共に、前記サセプタに
おける温度分布も均一性を有することが必要となる。

そこで、この種気相成長装置においては、従来から種々
の方策でもってサセプタ上の温度分布を制御する試みが
なされている。

第７図はこのような濃度分布の制御機構を備えた、現在
市販されている水平式気相成長装置の主要部を模式的に
示した断面図（第１の従来例）であって、該気相成長装
置は、矢印Ｘ方向に回転駆動するサセプタ５２が装置本
体５１内に配設されると共に、炭化ケイ素が被覆された
炭素からなるリング部材５３が前記サセプタ５２の周囲
に設けられ、さらに該リング部材５３の適数箇所に熱電
対５４ａ・・・が埋め込まれ、かつサセプタ５２の回転
軸５５内にも熱電対５４ｂが導入されてサセプタ５２の
周縁部及び中心部の温度測定が可能とされている。すな
わち、この気相成長装置においては、円周方向の温度分
布が均一となるように矢印Ｘ方向にサセプタ５２を回転
駆動させながら膜形成が行なわれ、前記リング部材５３
内に埋め込まれた適数個の熱電対５４ａ・・・と、回転
軸５５から導入された熱電対５４ｂとでもって、ヒータ
部５６からの熱により加熱されたサセプタ５２の温度を
検知し、温度制御を行なっていた。

また、第８図は別の従来例（第２の従来例）を示した水
平式気相成長装置であって、該気相成長装置は、角形形
状に形成されたサセプタ６２が装置本体５１内に下流側
が高くなった傾斜状に固着されると共に、該サセプタ６
２に複数個の熱電対５４ｃ・・・が埋め込まれたもので
ある。すなわち、この気相成長装置においては、サセプ
タ６２に熱電対５４ｃ・・・を埋め込み、サセプタ６２
の各部の温度を直接的に測定することによって、ヒータ
部５６からの熱により加熱されたサセプタ６２の温度を
検知し、温度制御を行なっている。

尚、サセプタ６２を傾斜した状態に設けているのは、下
流側の流速過通断面積を絞ることにより、流れ方向（矢
印Ｙで示す）の流速が低下して停滞層（Ｓｔａｇｎａｎ
ｔ　Ｌａｙｅｒ）の厚さが厚くなるのを防止するためで
あり、流れ方向における膿の成長速度が低下するのを防
止するためである。

日が　”しよ　と　る第１の従来例においては、複数個のウェハ５７・・・が
載置可能な大型のサセプタ５２を使用する場合であって
も、サセプタ５２の中心部５８とサセプタ５２の周縁部
５９近傍しか温度が測定できなかった。゛従って、サセ
プタ５２の中心部５８とサセプタ５２の周縁部５９との
中間位置の温度が正確に判らないため、温度分布の制御
を的確に行なうことができないという問題点があった。

また、第２の従来例においては、サセプタ６２の複数箇
所に直接熱電対５４ｃ・・・を埋め込んでいるため、サ
セプタ６２の各部の温度を正確に測定することが可能で
あり、温度制御も的確に行なうことが可能である。しか
し、サセプタ６２を水平方向に傾斜させた状態に配設し
て流れ方向における膜の成長速度の均一化を図ってはい
るものの、サセプタ６２を回転させることができず、速
度分布が急激に変化した場合等においてはその速度分布
の変化に対応させることができず、常に均一な膜厚分布
を有するエピタキシャル膜を形成することは困難であっ
た。すなわち、第２の従来例においては、流れ方向及び
幅方向に対する原料ガスの速度分布が不均一となること
が多く、的確に温度制御を行なうことができても均一な
膜厚分布を有するエピタキシャル膜を常にウェハ５７上
に形成することは困難であるという問題点があった。

さらに、上記第１及び第２の従来例においては、いずれ
もサセプタ５２．６２上にウェハ５７が載置されている
ため、原料ガスの拡散により該装置本体５１の上板６０
に付着した結晶薄片が、該上板６０から剥離してウェハ
５７・・・上に落下することがある。このため、前記結
晶薄片がウェハ５７・・・上のエピタキシャル膜中に混
入する虞があるという問題点があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであっ
て、ウェハ上における反応温度分布の均一化を図ること
により、膜厚分布及び比抵抗分布の均一性が向上した、
高品質のエピタキシャル膜を形成することができる気相
成長装置とその使用方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための　ｒ上記目的を達成するために本発明に係る気相成長装置は
、装置本体内に配設されたサセプタに対して原料ガスが
略水平方向から流され、さらに該原料ガスが前記サセプ
タ上で熱分解されて前記サセプタに装着されたウェハの
表面にエピタキシャル膜が形成される気相成長装置であ
って、前記サセプタと略同一形状の測温板が、前記サセ
プタの平面部に対向状かつ近接して配設されると共に、
前記測温板に複数個の測温用素子が内蔵されていること
を第１の特徴としている。

さらに、本発明に係る気相成長装置は、上記気相成長装
置において、ウニへの表面を下向きにした状態で、サセ
プタの下面側に前記ウェハが装着されていることを第２
の特徴としている。

伍■ 上記構成によれば、サセプタと略同一形状の測温板が、
前記サセプタの平面部に対向状かつ近接して配設される
と共に、前記測温板に複数個の測温用素子が内蔵されて
いるので、サセプタの各部の温度が高い精度でもって測
定可能となる。

さらに、ウェハの表面を下向きにした状態で、サセプタ
の下面側に前記ウェハを装着することにより、原料ガス
の拡散により装置本体の上板に付着した結晶薄片がたと
え該上板から剥離落下しても、これら結晶薄片がエピタ
キシャル膜中へ混入することはない。

る。

第１図は本発明に係る水平式気相成長装置を示した正面
断面図であって、該気相成長装置は、石英製の装置本体
２と、複数個のウェハ３・・・をその上面に載置するサ
セプタ５と、装置本体２内部を加熱するヒータ部６と、
前記サセプタ５の下面側の平面部５ａに対向状に近接し
て配設された測温板９と、原料ガス（キャリヤガスを含
む）を装置本体２内に供給する注入配管１０と、測温板
９の温度を検知してヒータ部６の出力を適宜制御する制
御部（図示省略）を主要部として構成されている。

装置本体２は、断面矩形形状の反応管１１と、注入配管
ＩＯが接続される側壁部１２と、未反応の原料ガスを矢
印り方向に排気する排気部１３とから構成されている。

サセプタ５は、炭化ケイ素が被覆された炭素からなり、
平面視円形状に形成されており、矢印Ｅ方向に回転可能
となっている。１４は該サセプタ５の軸受シール部であ
る。

ヒータ部６は、装置本体２の上方及び下方に幅方向に列
設された複数個の赤外線ランプ１５・・・と、これら赤
外線ランプ１５・・・の熱を反射して装置本体２内部の
加熱に寄与する反射板１６とを主要部として構成されて
いる。さらに、ヒータ部６は複数個のゾーンに分割され
、前記制御部により、測温板９の各部温度に応じて夫々
のゾーン毎に赤外線ランプ１５・・・の出力が適宜制御
され、サセプタ５の温度が制御される。

しかして、測温板９は、サセプタ５と同様、炭化ケイ素
が被覆された炭素からなり、形状もサセプタ５と同一形
状の平面視円形状に形成され、支持部材１７ａを介して
反応管１１の底板１８に固着されている。

さらに、測温板９には、複数個の熱電対２０・・・が埋
め込まれている。すなわち、この実施例では、第２図に
示すように、測温板９には、サセプタ５の回転軸１９が
挿通可能となるように、中央部に孔が貫設され、さらに
原料ガスの流れ方向（矢印Ｆで示す）及び流れ方向と直
交する方向（矢印Ｇで示す）の各部の温度が測定可能と
なるように１２個の熱雷対２０・・・が埋め込まれ、か
つこれら熱電対２０・・・は石英製のガラス管２１・・
・で被覆されている。

このように構成された気相成長装置においては、以下の
ようにしてエピタキシャル膜がウェハ３の表面に形成さ
れる。

まず、複数個のウェハ３・・・をサセプタ５上に装着し
た後、サセプタ５を矢印Ｅ方向に回転駆動させると共に
、ヒータ部６の電源をｒＯＮＪ　Ｌ、てウェハ３・・・
及びサセプタ５を約１０００℃に加熱する。そしてこの
後、５ＩＨ４，５ＬＨＣ１１等のシリコン系ガスとＨ７
、Ｈｅ等のキャリヤガスとからなる原料ガスを注入配管
ｌＯから装置本体２内に供給する。

そしてこの原料ガスがサセプタ５の上方に到達すると、
ヒータ部６からの熱によって前記シリコン系ガスが分解
反応を起こし、シリコンがサセプタ５上のウェハ３・・
・の表面に堆積して、エピタキシャル膜が形成される。

しかして、本発明に係る気相成長装置を使用することに
より、サセプタ上における温度分布の均一化を図ること
ができ、膜厚分布及び比抵抗分布の均一性が向上したエ
ピタキシャル膜を得ることができる。

すなわち、測温板９に埋め込まれた複数個の熱電対２０
・・・でもってサセプタ５各部の近似温度を測定し、こ
れら温度測定値を電気信号に変換して前記制御部（図示
省略）に送信する。さらに該制御部によって、複数ゾー
ンに分割された前記ヒータ部６の夫々のゾーンにおける
赤外線ランプ１５・・・の出力を制御し、サセプタ５上
の温度分布を均一化する。測温板９の各部の温度は厳密
にはサセプタ５の温度とは異なるが、その温度分布はサ
セプタ５上の温度分布と高い相関関係があると考太られ
る。したがって、サセプタ５と略同一形状の測温板９を
サセプタ５の下面側の平面部５ａに対向状に近接して配
設し、測温板９の温度を測定制御することにより、サセ
プタ５における温度分布の均一化を図ることができる。

第１表は本発明に係る気相成長装置を使用して温度制御
を行なった場合における膜厚分布及び比抵抗分布の実験
結果をサセプタ５の周囲にリング部材を配設した従来例
（第７図）との比較において示したものである。尚、こ
の実験は、ウェハ３を水素で前処理した後、膜形成を行
なったものであり、原料ガスとしては、５ｉＨＣ１ｉ”
Ｈｇを使用した。

第１表から明らかなように、本発明に係る気相成長装置
を使用することにより、従来例に比べ膜厚分布及び比抵
抗分布の均一性が向上したエピタキシャル膜を形成する
ことができるのが判る。

このように本発明に係る気相成長装置を使用することに
よって、サセプタ５上における温度分布の均一化がなさ
れ、膜厚分布の均一性が向上すると共に、エピタキシャ
ル膜への不純物の混入確率も一定化され比抵抗分布の均
一性も向上する。

第３図は第２の実施例を示した正面断面図であって、該
気相成長装置は、ウェハ３の表面２２を下向きにした状
態で、サセプタ３０の下面側に前記ウェハ３が装着され
たものである。

具体的には、このサセプタ３０は、第４図に示すように
、所定のピッチでもって所定の径を有する複数個の孔２
３・・・が形成されたサセプタ本体２４と、該サセプタ
本体２４の上面２５で孔２３の上部に載置される下側に
円柱形状の突起を有する複数個の押え板２６・・・とか
らなる。さらに、前記孔２３には、ウェハ３が係止可能
となるように鍔部２７が形成されている。そして、ウェ
ハ３は、その表面（エピタキシャル膜が形成される面）
２２を下向きにした状態で、サセプタ本体２４の鍔部２
７に係止されると共に、前記押え板２６でもってサセプ
タ３０に固定される。尚、これらサセプタ本体２４及び
押え扱２６・・・は、共に炭化ケイ素が被覆された炭素
で形成されている。

このようにウェハ３が表面２２を下向きにした状態で、
サセプタ３０の下面７側にウェハ３が装着されているの
で、反応管１１の上板２８に付着している結晶薄片が該
上板２８から剥離落下しても、ウェハ３の表面２２に形
成されたエピタキシャル膜中への結晶薄片の混入を防止
することができ、ウェハ３の表面２２には高品質のエピ
タキシャル膜を形成することができる。

第５図は第３の実施例を示した正面断面図であって、測
温板３５がサセプタ３０の上面側の平面部３０ａに近接
して配設されたものである。すなわち、測温板３５は、
支持部材１７ｂを介して反応管１１の上板２８に固着さ
れている。上記第２の実施例においては、サセプタ３０
と測温板９との間に原石ガスを流す必要があるため、サ
セプタ３０と測温板９との近接距離には一定の限界があ
る。しかし、この第３の実施例においては、サセプタ３
０に接触しない範囲において測温板３５をサセプタ３０
に近接させることが可能となり、測温板３５の温度とサ
セプタ３０の温度とはより近い値となり、高精度の温度
制御を行なうことが可能となる。しかも、測温板３５は
反応管１１の上板２８に固着されているので、第６図に
示すように、測温板３５の中央部に孔を設ける必要がな
くサセプタ３０中央部の温度も一点で測定できる。

また、第２の実施例と同様、ウェハ３がサセプタ３０の
下面側に装着されているので、結晶薄片のエピタキシャ
ル膜中への混入を防止することができるのはいうまでも
ない。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく要旨
を逸脱しない役回において変更可能なことはいうまでも
ない。また、サセプタの大きさに対応して、より多くの
測定点を設けて温度制御することができる。さらに、上
記実施例では測温用素子として熱電対を使用したが、光
フアイバー温度計等、他の測温用素子を使用しても上述
と同様、所期の目的を達成することができる。

光肛辺盈呈以上詳述したように本発明に係る気相成長装置は、サセ
プタと略同一形状の測温板が、前記サセプタの平面部に
対向状かつ近接して配設されると共に、前記測温板に複
数個の測温用素子が内蔵されているので、サセプタが回
転する形式の装置であってもサセプタの各部の温度を高
い精度でもって正確に測定することができる。

そして、前記測温板の複数箇所の温度を複数個の１ｉｉ
ｉ記測温用素子により測定し、前記測温板の温度でもっ
てサセプタの温度を制御することにより、サセプタにお
ける各部の温度分布を均一化することができ、ウェハ上
に形成されるエピタキシャル膜の膜厚分布及び比抵抗分
布の均一性向上を図ることができる。

また、ウェハの表面を下向きにした状態で、サセプタの
下面側に前記ウェハが装着されることにより、原料ガス
の拡散により装置本体の上板に付着した結晶薄片が、た
とえ該上板から剥離落下しても、これら結晶薄片がエピ
タキシャル膜中へ混入することはなく、前記ウェハの表
面には高品質のエピタキシャル膜を形成することができ
る。

そして、本発明の気相成長装置なＣＣＤやＢ１−ＣＭＯ
Ｓ等のＩＣデバイスの製造工程に適用することにより、
高性能のＩＣデバイスを製造することができるという顕
著な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す正面断面図。第２図は第１図のＩＩ　−ＴＩ矢視図、第３図は第２の
実施例を示す正面断面図、第４図は第３図の要部（Ｂ部
）拡大断面図、第５図は第３の実施例を示す正面断面図
、第６図は第５図のＩＶ−ＩＶ矢視図、第７図は第１の
従来例を示す正面断面図、第８図は第２の従来例を示す
正面断面図である。２・・・装置本体、３・・・ウェハ、５．３０・・・サ
セプタ、５ａ、３０ａ・・・平面部、９．３５・・・測
温板、２０・・・熱電対（測温用素子）、２２・・・ウ
ェハの表面。特許出願人　・　住友金属工業株式会社代　理　人　：
　弁理士　　弁内　龍二弔図第２図第５図第３図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）装置本体内に配設されたサセプタに対して原料ガ
スが略水平方向から流され、さらに該原料ガスが前記サ
セプタ上で熱分解されて前記サセプタに装着されたウェ
ハの表面にエピタキシャル膜が形成される気相成長装置
であって、前記サセプタと略同一形状の測温板が、前記サセプタの
平面部に対向状かつ近接して配設されると共に、前記測温板に複数個の測温用素子が内蔵されていること
を特徴とする気相成長装置。
（２）請求項１記載の気相成長装置において、ウェハの
表面を下向きにした状態で、サセプタの下面側に前記ウ
ェハが装着されていることを特徴とする気相成長装置。