JPH0573247B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ウエハー製造工程におけるエピタキ
シヤル成長等に好適な薄膜形成装置に関する。

［従来の技術］ 近年、集積回路は、高集積化、極微細化に伴つ
て例えばMOS用の半導体基板（以下、ウエハと
指称する）にエピタキシヤル結晶を成長させてエ
ピタキシヤル層を形成することが多くなつてい
る。そして、このエピタキシヤル層の膜厚はウエ
ハが大口径化するに伴つて薄膜化している。そこ
で、このエピタキシヤル成長の反応装置として
は、水平反応管形、縦形ベルジヤ形およびバレル
形の３種類に分類され、そして、最近開発されて
いる減圧CVDを改造したホツトウオール形があ
る。これらの反応装置の概略構成は、高温状態の
反応炉内に複数のウエハを支持する支持台（以下
サセプタと指称する）を置き、この反応炉内に四
塩化シリコン（SiCl₄）やシラン等のガスである
反応流体を流入させるものとなつている。

ところで、エピタキシヤル膜はその膜厚値およ
び抵抗値を均一に保つことが高品質を得るために
重要なことである。ところが、上記各反応装置で
は各ウエハごとの温度や同一ウエハ上におけるチ
ツプを形成する部位ごと温度を均一に制御するこ
とができず、温度分布が不均一となつている。ウ
エハはサセプタからの熱伝導そして熱輻射により
加熱そしてウエハ表面より熱輻射による熱損失と
のバランスで温度分布が決められる。通常、サセ
プタからウエハの加熱が均一であつても熱輻射に
よる熱損失が各ウエハそして同一ウエハ各部で異
なるため温度分布が不均一となる。また、ベルジ
ヤに金属コーテイング膜を形成して熱輻射を行う
ものがあるが、この金属コーテイング膜からの熱
の輻射量がエピタキシヤル成長の進行にともなつ
て減少して温度を不均一化している。なお、金属
コーテイング膜はエピタキシヤル処理を繰返すこ
とにより劣化する。さらに、反応流体の流入量に
よつても温度が不均一となる。

［発明が解決しようとする問題点］ 以上のように従来装置では温度分布が不均一で
かつガスの流れが不均一となつてエピタキシヤル
膜厚および抵抗値を均一化にできない問題があ
る。

そこで本発明は上記問題点を解決するために、
エピタキシヤル膜厚や抵抗値等を均一化して高品
質の薄膜が得られる薄膜形成装置を提供すること
を目的とする。

［問題を解決するための手段］ 本発明は、反応流体の流入口を上部及び側面に
形成するとともに排出口を下部に形成した反応炉
と、この反応路内にぞれぞれ垂直方向に互いに対
向して配置され、かつ各対向面にそれぞれ複数の
被処理体を支持して互に逆方向に回転する一対の
各支持台とを備えて上記目的を達成しようとする
薄膜形成装置である。

この場合、支持台には、被処理体よりも大きめ
の支持用凹部が形成されている。

［作用］ このような手段を備えたことにより、反応炉内
にそれぞれ垂直方向に互いに対向して配置された
一対の各支持台が、互いに逆方向で回転する。

各支持台を回転することにより、支持台により
支持されている複数の被処理体相互に熱放射が生
じ、同時に被処理体間を流れる反応流体の均一化
がなされ、その結果、各被処理体上の温度分布が
均一となる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例について図面を参照し
て説明する。第１図は薄膜形成装置の構成図であ
る。同図において１は反応炉（以下、リアクシヨ
ンチエンバーと指称する）であつて、このリアク
シヨンチエンバー１は円形又は楕円形を有する円
柱状の石英ガラス又は金属を用いて形成されてい
る。なお、このリアクシヨンチエンバー１は一般
に水冷されている。そして、このリアクシヨンチ
エンバー１の上部および側面には四塩化シリコン
（SiCl₄）やシラン等をガス化した反応流体Ｃが流
入する吹き込み口２，３，４および排出口５が形
成されている。なお、このリアクシヨンチエンバ
ー１の内部は高温状態に保たれている。さて、こ
のリアクシヨンチエンバー１の内部には、ほぼ垂
直方向に互いに対向する位置にそれぞれ配置され
かつ互いに逆方向に回転して各対向面に被処理体
としてのウエハ６を複数支持する一対の支持台
（以下、サセプタと指称する）７，８が配置され
ている。そして、各ウエハ６の配置位置は任意な
半径方向の成分を考えたとき、ウエハ６を通過す
る距離の半径に対する比がほぼ一定とうなるよう
に規則性を持つている。また、各サセプタ７，８
はそれぞれ回転軸９，１０により支持されてそれ
ぞれ逆方向に回転するものとなつている。そし
て、これらサセプタ７，８の非対向面側にはそれ
ぞれ高周波コイルが配置されて加熱されるように
なつている。

このような構成であれば、各ウエハ６が互いに
対向配置された各サセプタ７，８に支持され、こ
の状態で各サセプタ７，８が互に逆方向に回転す
る。そして、これと同時に各吹き込み口２〜４か
ら反応流体Ｃが流入して順次排出口５から排出す
る。このように反応流体Ｃが流入すると、リアク
シヨンチエンバー１の内部でエピタキシヤル反応
が進行して各ウエハ６の表面上にエピタキシヤル
結晶が成長する。このとき、各サセプタ７，８に
支持されている各ウエハ６は鏡面体となつている
ので輻射熱源として作用して各ウエハ６間の温度
分布を均一化する。

さらに、反応流体Ｃは吹き込み口２〜４の各方
向から流入しかつ各サセプタ７，８が互いに逆方
向に回転するので、各サセプタ７，８の中央部と
端部とでの温度分布がより均一化するとともに各
サセプタ７，８面上での反応流体Ｃの流れが均一
となる。これにより、各ウエハ６面上におけるエ
ピタキシヤル反応の条件が同一となつて均一の膜
厚でかつ均一の抵抗値を持つたエピタキシヤル膜
が形成される。

次に具体的な構成について第２図に示す構成図
を参照して説明する。同図において２０はリアク
シヨンチエンバーであつて、吹き込み口２１およ
び排出口２４が形成されている。そして、このリ
アクシヨンチエンバー２０の内部には、サセプタ
２５，２６がほぼ垂直方向で互いに対向する位置
に配置されている。なお、各サセプタ２５，２６
が若干傾斜しているのは各ウエハ６が各サセプタ
２５，２６から落下するのを防止するためであ
る。そして、これらサセプタ２５，２６はそれぞ
れ回転軸２７，２８により支持されて互いに逆方
向に回転するようになつている。また、これらサ
セプタ２５，２６の各対向面にはウエハ６を複数
支持するための支持用凹部２９が複数形成されて
いる。これら支持用凹部２９はその大きさがウエ
ハ６の径よりも僅かに大きい径（1.1倍以下）に
形成されている。なお、支持用凹部２９の径がウ
エハ６の径よりも1.1倍以上となると、ウエハ６
の回転が不規則となるので1.1倍以下としている。
そして、これらサセプタ２５，２６の対向面とは
逆の面側に高周波コイル３０，３１が配置されて
いる。

このような構成であれば、上記説明と同様に各
サセプタ２５，２６が同一傾斜角で互いに逆方向
で所定回転数でもつて回転し、これと同時に各吹
き込み口２１から反応流体が流入して順次排出口
２４から排出する。ここで、各サセプタ２５，２
６が回転すると、この回転に伴つて各ウエハ６が
支持用凹部２９内で自身で回転するようになる。
つまり、各サセプタ２５，２６が互いに逆方向に
回転するとともに各ウエハ６が回転する。これに
より、リアクシヨンチエンバー１の内部でエピタ
キシヤル反応が進行して各ウエハ６の表面上にエ
ピタキシヤル結晶が成長する。このとき、各ウエ
ハ６は互いに輻射熱源として作用しかつ各サセプ
タ２５，２６が互いに逆方向に回転するとともに
各ウエハ６自身が回転するので、各サセプタ２
５，２６の中央部と端部とでの温度分布がより均
一化しかつ各サセプタ２５，２６面上で反応流体
の流れが均一となつて各ウエハ６面上におけるエ
ピタキシヤル反応の条件が同一となる。従つて、
均一化された膜厚でかつ均一化された抵抗値を有
するエピタキシヤル層が形成できる。そして、同
一エピタキシヤル処理時においてエピタキシヤル
層は各ウエハ６間および同一ウエハ６上における
各部位ごとにバラツキを生ぜずに均一化されてい
る。さらに、エピタキシヤル層における欠陥、ス
リツプ、微小欠陥等が減少する。

さらには、各サセプタ２５，２６がそれぞれ傾
斜して下側になるに従つて各サセプタ２５，２６
間の距離が狭くなつているので、反応流体が下降
するに従つて速度が上昇し反応流体の濃度の低下
を補う各サセプタ２５，２６上のウエハにおける
反応速度を均一化させる。なお、反応流体が上方
から下方へ流れることにより、各サセプタ２５，
２６に付着したゴミ等が洗い出される。

次に本発明の変形例について第３図に示す構成
図を参照して説明する、同図に示す装置はリアク
シヨンチエンバー４０内に２対のサセプタ４１，
４２および４３，４４を垂直方向で互いに対向す
る如く配置し、かつ対になるサセプタ４１，４２
および４３，４４をそれぞれ逆方向に回転するよ
うに構成している。そして、各サセプタ４１〜４
４にはウエハ６を支持する支持用凹部４５が形成
されている。なお、この支持用凹部４５にはウエ
ハ６が落下しないように固定端４６が形成されて
いる。そして、これらサセプタ４１〜４４はそれ
ぞれ回転軸４７，４８，４９により支持されて回
転し、さらにウエハ６の支持しない側の面にそれ
ぞれ高周波コイル５０，５１，５２，５３が配置
されている。また、リアクシヨンチエンバー４０
の上部には吹き込み口５４が設けられるとともに
各回転軸４８，４９の内部を通して吹き込み口が
形成されている。そして、吹き込み口５４はリア
クシヨンチエンバー４０の内部で２系統に分岐し
て各サセプタ４１，４２および４３，４４の間に
導かれている。一方、リアクシヨンチエンバー４
０の下部には各サセプタ４１，４２および４３，
４４の各間位置に排出口５５，５６が設けられて
いる。

このように構成しても上記一実施例と同様の効
果を奏することは言うまでもなく、さらにこの変
形例では１回のエピタキシヤル処理で数多くのウ
エハ６に対する処理ができる。従つて、ウエハ６
の処理量が２倍以上となりエピタキシヤル処理の
コストを低減できる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるもので
なくその主旨を逸脱しない範囲で変形してもよ
い。例えば、ウエハ６はシリコン基板はもちろん
のこと化合物半導体基板に対しても適用できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、各被処理
体が輻射熱源として作用して各被処理体における
温度分布が均一化し、かつ各被処理体面上におけ
る反応流体の流れが均一化されてエピタキシヤル
反応の条件が同一となり、エピタキシヤル膜厚や
抵抗値等を均一化して高品質がえられる薄膜形成
装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる薄膜形成装置の構成
図、第２図は本発明装置の具体的な構成図、第３
図は本発明装置の変形例を示す構成図である。 １……リアクシヨンチエンバー、２，３，４…
…吹き込み口、５……排出口、６……ウエハ、
７，８，……サセプタ、９，１０……回転軸、２
９……支持用凹部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 反応流体の流入口を上部及び側面に形成する
   とともに排出口を下部に形成した反応炉と、 この反応路内にそれぞれ垂直方向に互いに対向
   して配置され、かつ各対向面にそれぞれ複数の被
   処理体を支持して互いに逆方向に回転する一対の
   各支持台と、 を具備したことを特徴とする薄膜形成装置。 ２ 支持台は、被処理体よりも大きめの支持用凹
   部を形成した特許請求の範囲第１項記載の薄膜形
   成装置。