JPH03142823A - 気相成長装置 - Google Patents

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】 〔概　要〕 半導体ウェーハにエピタキシャル層を形成する気相成長
装置に関し、 複数の半導体ウェーハに均一な厚さのエピタキシャル層
を形成することを目的とし、 平行配置した複数のサセプタを面に垂直な軸で回転でき
るようにチャンバ内に装着した該サセプタ上の加熱され
た半導体ウェーハに、各サセプタの直径方向片側端部近
傍に設けたノズルから原料ガスを吹き付けて各ウェーハ
面にエピタキシャル層を成長させる気相成長装置であっ
て、原料ガス導入管から個々に分岐して上記ノズルに到
る各原料ガス供給管に、少なくとも該各ノズル間を順次
切り換えて開閉できる開閉時間可変のバルブを備えて構
成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体ウェーハの製造プロセスに係り、特に複
数の半導体ウェーハに均一な厚さのエピタキシャル層を
形成して生産性の向上を図った気相成長装置に関する。

チャンバ内に複数の半導体ウェーハ（以下単にウェーハ
とする）をセツティングし、１亥ウエーハを加熱しなが
原料ガスを導入してウェーハ表面にエピタキシャル層を
形成する気相成長装置では、複数のウェーハのエピタキ
シャル層の厚さを如何に均一にするかが大きな課題とな
っている。

〔従来の技術〕

第４図は従来の気相成長装置の構成例を示す概念図であ
り、（１）は全体構成図、（２）は矢印ａ　”−ａｌで
切断したときの平面図を表わしている。

図で、例えば石英からなるチャンバｌの内部には、同一
円周上の３箇所に等間隔配置したスペーサ３で２０〜３
０１１ＩＩ＋程度の間隔を保って平行且つ同軸に固定さ
れている複数（図では４個）の円形状のサセプタ２が、
上記チャンバｌの外部からの信号で回転する回転軸４に
固定されて該チャンバｌに対してＲ方向に回転自在に配
設されている。

図の５は上記サセプタ２上に載置されている被処理基板
としてのウェーハである。

また上記複数のサセプタ２の直径方向両側対向位置の片
側には、上記回転軸４と平行でその側面の上記各ウェー
ハ５と対応する位置にサセプタ２ひいてはウェーハ５の
中心部に向く径が５ｆｆＩｒａ位のガス供給ノズル６ａ
を備えた内径が１０ｍｍ程度のガス導入管６が配設され
、また他の一方には該ガス導入管６とほぼ同径でその側
面に多数のガス排出孔７ａを備えたガス排気管７が配置
されている。

なお上記ガス導入管６およびガス排気管７は、いずれも
チャンバｌの外部にある図示されないガス導入ポートお
よびガス排出ポートに連結されている。

また上記チャンバｌの外周に巻かれているコイル８は、
該チャンバｌ内ひいては各ウェーハ５を加熱する高周波
加熱用のコイルである。

そこで、上記コイル８で該チャンバｌの内部温度すなわ
ちウェーハ５を８００〜１０００°Ｃに上げると共に該
チャンバ内を１ＯＴｏｒｒ程度に減圧し、更に上記サセ
プタ２ひいてはウェーハΦを２回／分程度の回転速度で
Ｒ方向に回転させながら例えば流量５０〜１００ｆｆｉ
／分のキャリアガスとしての水素（Ｈ２）に３００ｃｃ
／分程度のモノシラン（ＳｉＨｓ）を混入した原料ガス
を上記ガス導入管６に図示すのように供給すると、各ウ
ェーハｌに対応するガス供給ノズル６ａから図示Ｃのよ
うに噴出す、る上記原料ガスによって１５〜２０分程度
で該ウェーハ表面に例えばエピタキシャル層（以下所要
層とする）を形成することができる。

この場合各ウェーハは常時回転しているため、原料ガス
が該ウェーハ上をその周囲の総ての方向から流れること
になって同一ウェーハ内では均一な厚さの上記所要層を
形成することができる。

しかし各ガス供給ノズル６ａから噴出する原料ガスの量
は、該ガス導入管６内部の凹凸による流体抵抗やガス供
給ノズル６ａのガス導入ポートからの位置等によって必
ずしも一定でなく、このことばウェーハに形成される所
要層の厚さがウェーハ間でばらつく結果を誘起する。

一方各ウェーハ面を流れる原料ガスの量を充分に多くす
れば上記厚さのばらつきを最小限に抑えることができる
が、これに対応するには複数のガス供給ノズル６ａを有
するガス導入管６に供給する原料ガスの量を該各ノズル
の数に比例して増加しなければならない。

例えばガス供給ノズル６ａひいてはウェーハの数がｎ個
の場合、各ガス供給ノズル６ａから原料ガスの噴出量を
毎分ｖｌずつ増加させて上記厚さのばらつきを最小限に
抑えるには、ガス導入管６に供給する原料ガスの量を毎
分１ｘｖｆ！ずつ増加させなければならない。

更に最近の如くウェーハの大径化が進むとガス導入管６
に供給する原料ガスの量を大幅に増加させなければなら
ない。

このことは、結果的に図示されない原料ガス供給ポンプ
の容量や該ガス導入管６の径等にまで遡って検討しなけ
ればならないことを意味しており、これらの制約から速
やかに該原料ガスの供給量を大幅に増やすことに難点が
ある。

そこで、ガス供給ノズル６ａの孔径を個別に調整する等
のことで各ノズルからの原料ガス噴出量の一定化を図る
と共に原料ガスの供給量を調整しているが、該孔径の調
整が微妙なことから各ウェー・ハ間の所要層厚さのばら
つきをなくすことができない現状にある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の構成になる気相成長装置では、同一ウェーハ内で
の所要層の厚さは均一にできるが、ウェーハ間の該厚さ
のばらつきをなくすことができないと言う問題があった
。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点は、平行配置した複数のサセプタを面に垂直
な軸で回転できるようにチャンバ内に装着した該サセプ
タ上の加熱された半導体ウェーハに、各サセプタの直径
方向片側端部近傍に設けたノズルから原料ガスを吹き付
けて各ウェーハ面にエピタキシャル層を戒長さセる気相
成長装置であって、 原料ガス導入管から個々に分岐して上記ノズルに到る各
原料ガス供給管が、少なくとも該各ノズル間を順次切り
換えて開閉できる開閉時間可変のバルブを備えている気
相成長装置によって解決される。

〔作　用〕

原料ガス導入管から分岐させた複数の原料ガス供給管の
各先端に設けるノズルを各ウェーハに対応して配置し、
該各ノズルを順次切り換えて全ウェーハに対する原料ガ
スの吹き付けを行うように該気相成長装置を構成すると
、原料ガス導入管に供給する原料ガスがそのまま個々の
ウェーハに吹き付けられることになる。

本発明では、ガス導入ボートに繋がる原料ガス導入管か
ら外部信号で開閉するバルブを備えた複数の原料ガス供
給管を分岐させた上で、該供給管の先端にもうけるノズ
ルを各ウェーハに対応させて配置している。

従って、原料ガス導入管に供給する原料ガスの量を各ノ
ズルひいてはウェーハの数に比例して増加させることな
く各ウェーハ面を流れる原料ガスの量を充分に多くする
ことができてウェーハ間の所要層厚さのばらつきを最小
限に抑えることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の構成概念図、第２図はウェーハ間の所
要層厚さのばらつきを最小限に抑える方法を説明する図
であり、また第３図は実施例を示す構成図である。

第１図で、ＩＯは図示されないガス導入ポートに繋がる
原料ガス導入管を示し、該ガス導入管ＩＯの複数（図で
は４個）の各分岐点からは制御部１２からの信号で開閉
するバルブ１３ａ、　１３ｂ、　１３ｃ、　１３ｄを備
えた原料ガス供給管１０ａ、　１０ｂ、　１０ｃ、　ｌ
ｏｄが配設されており、更に該各偶給管１０ａ　＝１０
ｄの先端には各ウェーハ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに対応
する第４図同様の複数（４個）のノズル１１ａ、　１１
ｂ、　１１ｃ、　ｌｉｄが設けられている。

なお図の２が該各ウェーハ５を載置するサセプタであり
、また３が該サセプタ２を所定間隔に固定するスペーサ
、４が該固定された複数（４個）のサセプタ２をＲ方向
に回転する回転軸を表わしていることは第４図の場合と
同様である。

そこで第４図で説明した如く、回転軸４でサセプタ２ひ
いてはウェーハ５（５ａ〜５ｄ）をＲ方向に回転させて
制御部１２からの信号で第１のバルブＩ３ａのみを開く
と原料ガス導入管１０の原料ガスはノズルＩｌａから第
１のウェーハ５ａに供給される。

次いで所定時間経過した後に制御部１２からの信号で該
バルブ１３ａを閉じると共に第２のバルブ１３ｂが開く
と、原料ガスはノズル１１ｂから第２のつ工−ハ５ｂに
供給される。

更に所定時間経過した後に制御部１２からの信号で該バ
ルブ１３ｂを閉じると共に第３のバルブ１３ｃを開くと
、原料ガスはノズル１１ｃから第３のウェーハ５ｃに供
給される。

以下同様に各ウェーハに対応するバルブを開閉すること
で複数の全ウェーハに所定の原料ガスを供給することが
できる。

この場合には、例えば各ウェーハに供給する原料ガスを
毎分ｖｌずつ増加させるには原料ガス導入管１０に供給
する原料ガスを毎分ｖｌずつ増加させることで対処でき
ることから、第４図で説明したように原料ガス導入管１
０に供給する原料ガスを大幅に増加させることなく各ウ
ェーへ面を流れる原料ガスの量を充分に多くすることが
できてつ工−ハ間の所要層厚さのばらつきを最小限に抑
えることができる。

第２図で（ａ）は予備実験でのデータを示す図。

（ｂ）は所要層厚さを一定にする方法を説明する図であ
り、共に横軸Ｘに原料ガス供給時間をまた縦軸Ｙには所
要層厚さをそれぞれ採っている。

先ず（ａ）で、例えば第１図の各ウェーハ５ａ〜５ｄに
一定時間Ｓの原料ガス供給を行い、そのときの各層厚を
測定して図示のような層厚データｔａ、　ｔｂ。

ｔｃ、　ｔｄが得られたものとする。

この場合、各原料ガス供給管１０ａ〜１０ｄおよび各ノ
ズル１１ａ〜ｌｉｄが全く同一に形成されているときに
は総ての層厚は図の破線Ａで示す直線上に乗るが、上記
供給管やノズルの間に多少でも差異があると、例えばｔ
ｄで示すように層厚に差異が生じて破線Ａから外れる。

なお図ではウェーハ５ｄのみの層厚が他のウェーハに比
してδだけ厚くなっていることを表わしている。

一方原料ガスの供給時間と層厚は、（ｂ）の直線Ｂで示
すようにほぼ比例する。

従って（ａ）で得られた層厚め差異δを（ｂ）の直線Ｂ
上で時間に変換することができる。

なお図では、第１図におけるウェーハ５ｄに対する原料
ガスの供給時間をΔＳだけ少なくすることで（ａ）で説
明したδの層厚過剰分を補正できることを示している。

そこで、該ウェーハ５ｄに対応するバルブ１３ｄの開口
時間を上記制御部１２でΔＳだけ短くすることで該ウェ
ーハ５ｄ上の所要層の厚さを他のウェーハと同一にする
ことができる。

第３図は全体構成を示した図である。

図で、石英からなるチャンバｌの内部に同一円周上の３
箇所に等間隔配置したスペーサ３で２０〜３０ｍｍ程度
の間隔を保って平行且つ同軸に固定されている複数（図
では４個）の円形状のサセプタ２が、上記チャンバｌの
外部からの信号で回転する回転軸４に固定されて該チャ
ンバｌに対して回転自在に配設されていることは第４図
と同様であり、また図の５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは上記
複数のサセプタ２上に載置したウェーハである。

なお上記チャンバｌの周囲を取り巻いて高周波加熱用の
コイル８が形成されていることも第４図と同様である。

一方上記複数のサセプタ２の直径方向両側対向位置の片
側には、第１図で説明したように共通の原料ガス導入管
１５から分岐して上記各ウェーハ５ａ。

５ｂ、　５ｃ、　５ｄと対応する位置にノズル１６ａ、
　１６ｂ、　１６ｃ。

１６ｄが備えられた原料ガス供給管１７ａ、　１７ｂ、
　１７ｃ、　１７ｄが配置されているが、該各偶給管１
７ａ＝１７ｄには制御部１８からの信号で開閉できる電
磁バルブ１９ａｌ　１９ｂ＋　１９ｃ、　１９ｄがそれ
ぞれ装着されテイル。

従って該制御部１８を動作させることで、例えば第１の
ノズル１６ａに原料ガスを所定時間供給して第１のウェ
ーハ５ａに所要層を形成させた後、該第１のノズル１６
ａへのガス供給を止めて第２のノズル１６ｂに該ガスを
供給して第２のウェーハ５ｂに所要層を形成し、以下同
様にノズルに対する原料ガスの供給を順次切り換えて全
ウェーハに所定の所要層を形成させることができる。

しかしこの場合には、例えば第１のノズル１６ａに原料
ガスを供給する際に隣接する第２のノズル１６ｂや他の
ノズル１６ｃ、　１６ｄにガス供給が全く行われないと
、第１のノズル１６ａから射出する原料ガスが隣接する
第２のノズル１６ｂの領域や他の領域に回り込むことが
多く結果的に対応するウェーハへの原料ガス供給量が減
少して所定厚さの所要層を形成することができない。

そこで上記各ノズル１６ａ　＝１６ｄの先端部近傍にキ
ャリアガス供給管２０を接続して原料ガスを含まぶいキ
ャリアガスのみを常時供給することで上述した原料ガス
の他の領域への回り込みを抑制するようにしている。

なお図の７は第４図で説明したガス排気管である。

かかる気相成長装置では、第４図で説明したように１０
Ｔｏｒｒ程度の減圧状態にある該チャンバｌ内のウェー
ハ５を８００〜１０００℃に上げると共に２回／分程度
の回転速度でＲ方向に回転させながら、例えば各ノズル
１６ａ〜１６ｄから常時一定量の水素ガスをキャリアガ
スとして噴出させた状態で第２図で説明した条件で上記
制御部１８を動作させて各ノズル１６ａ〜１６ｄから原
料ガスを順次噴出させると、ウェーハ間で厚さのばらつ
きのない所要層を各ウェーハに形成することができる。

また各ウェーハに充分な量の原料ガスを供給するには、
原料ガス導入管１５に供給する原料ガスをウェーハ１個
に対する原料ガス増加分を増やすだけでよいため第４図
で説明した如く大幅に供給量を増やす必要がなく、結果
的に効率的で生産性のよい気相成長装置を構成すること
ができる。

実験結果によれば、各ノズル１６ａ−１６ｄから常時噴
出させる水素ガスの量が５１７分になるようにキャリア
ガス供給管２０に水素ガスを供給すると共に、制御部１
８で制御されて各ノズル１６ａ〜１６ｄから順次噴出す
る原料ガスを例えば流量５１／分の水素（Ｈｚ）に１０
０ｃｃ／分程度のモノシラン（ＳｉＨ４）を混入したも
のとし、また各ノズルでの該原料ガスの供給時間を１秒
毎に順次切り換える作業の反復で、各ウェーハ間でばら
つきのない厚さのエピタキシャル層（所要層）が形成で
きることを確認している。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明により、複数の半導体ウェーハに均一
厚さのエピタキシャル層を形成することで生産性の向上
を図った気相成長装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成概念図、 第２図はウェーハ間の所要層厚さのばらつきを最小限に
抑える方法を説明する図、 第３図は実施例を示す構成図、 第４図は従来の気相成長装置の構成例を示す概念図、 である。図において、 ｌはチャンバ、　　　　　　２はサセプタ、３はスペー
サ、　　　　　　４は回転軸、５ａ＋５ｂ、…は半導体
ウェーハ、 ７はガス排気管、　　　　　８はコイル、１０、１５は
原料ガス導入管、 １０ａ、１０ｂ、…、　１７ａ、１７ｂ、…は原料ガス
供給管、１１ａ、１ｌｂｌ・＋　１６ａｌ１６ｂ、−・
・はノズル、１２、１８は制御部、 １３ａ、　１３ｂ、　…はパルプ、 １９ａ、　１９ｂ、…は電磁バルブ、 ２０はキャリアガス供給管、 をそれぞれ表わす。 本発明の構成概念図 第　１　図 （Ｑ） （ｂ） 士ｄ ウエーノ＼間のＰ′！ｒ要層厚さのＬｒらつきを最小限
に掬える方５云と説明する図 蔦 図 実施例を示Ｔ＃に歳図 第 圓 （２）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　平行配置した複数のサセプタ（２）を面に垂直な軸で
   回転できるようにチャンバ内に装着した該サセプタ（２
   ）上の加熱された半導体ウェーハ（５ａ、５ｂ、…）に
   、各サセプタ（２）の直径方向片側端部近傍に設けたノ
   ズル（１１ａ、１１ｂ、…）から原料ガスを吹き付けて
   各ウェーハ面にエピタキシャル層を成長させる気相成長
   装置であって、 原料ガス導入管（１０）から個々に分岐して上記ノズル
   （１１ａ、１１ｂ、…）に到る各原料ガス供給管（１０
   ａ、１０ｂ、…）が、少なくとも該各ノズル（１１ａ、
   １１ｂ、…）間を順次切り換えて開閉できる開閉時間可
   変のバルブ（１３ａ、１３ｂ、…）を備えていることを
   特徴とした気相成長装置。