JPS60109219A - 気相反応装置 - 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】 本発明は半導体ウェーハおよびその他の部材表面上に薄
膜を形成する場合に用いて好適な気相反応技術に関する
ものである。

〔背景技術〕

半導体装置の製造工程に不可欠のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌＶａｐｏｒｅ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）　、エピタ
キシー、スパッター等の所謂気相反応技術では、従来、
多数枚の半導体ウェーハな一度に処理するバッチ式方式
が利用されている（特開昭５３−１４２３８７号公報）
。

そして、このパッチ式方式では、ウェーハの直径が７６
■から１００Ｋ、１２５ｆｉと大口径化されるのに応じ
て装置を大型化し、処理ウェーハの枚数があまり減少さ
れないようにしてスループット（１時間当りの処理枚数
）の減少を防いできて（・る。しかし装置の主要部を構
成する石英ガラス與反応管やＳｉＣコート・グラファイ
ト製サセプタ等の大型化が近年次第に限界に近づいてき
ており。

単に装置を大型化するだけでスループットの減少に対処
することは困難な状況になってきている。

特に−ウェーハの直径が１７５關以上に大口径化された
場合には反応管の口径を少し位大きくした程度では１バ
ツ≠内のウェーッ・のチャージ数の減少は避けられない
。また、このように反応管およびこれに伴なってサセプ
タ等の大型化を図ると、これらの分解、洗浄１組立て等
のメンテナンスが困難になり、しかも装置コストが増大
するという問題が生ずる。一方、石英管の長さを大きく
してチャージ数の減少ｉ止ないし、増大を図奎ことも考
えられるが、単に長くするのみでは前述のようにメンテ
ナンス、コスト上あ問題がある上に、サセプタへのウェ
ーハの着脱作業が困難になりかつ反応管内の反応ガスの
均一性を確保することが困難になるという問題も生じる
。

他方、ウェーハの大口径化に対処する別の方式としてウ
ェーッ・を１枚づつ処理する枚葉式装置が考えられる。

しかし、枚葉式の場合には当然にスループットが減少し
、これな防ぐためには複数台の装置を設けて並列的に運
転させる必要があり。

装置の占有面積の増加に伴なって面積効率（１平米当り
の処理枚数）が低下すると共に装置コストの増大を生ず
るという問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は反応管の直径を大型化することなく大口
径ウェーハの多数枚処理を可能にし、メンテナンスの容
易化やコスｌトの低減を図ることができる気相反応技術
を提供することにある。

また本発明の他の目的はメンテナンスと共にウェーハの
着脱の容易化を図りかつ内部の反応ガスの均一化を実現
できる気相反応技術を提供するととＫある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、ウェーハ保持治具を内装する反応管を長さ方
向に分割形成して、各部を独立して長さ方向に移動でき
るように構成し、更に必要に応じて反応管の各部間にガ
スノズルを配設することにより１反応管を大口径化する
ことなくしかもメンテナンスの困難やコストの増大を生
ずることなくウェーハの処理効率を向上し、かつウェー
ッ・の着脱を容易忙しかつ均一なガス条件での良好な気
相′反応を達成するものである。

〔実施例〕

第１図は本発明を縦型気相反応装置、所謂バレル型装置
に適用した実施例であり１石英ガラス製の円形の反応管
１’＆上下方向に延設し、その中心位置にウェーハ保持
治具２を内装している。このウェーハ保持治具２はＳＩ
Ｃコーテングのグラファイト製で、短冊形（矩形）の板
材を例えば６枚組合わせて６角柱状に形成し、その各表
面上に大口径ウェーハＷを上下Ｋ例えば４枚づつ保持で
きるようにしている。前記ウェーハ保持治具２は上部中
心位置に設けたスリーブ３により基板４に懸吊支持され
る。スリーブ３は基板４に回転可能に軸支され、貫通し
た上端部には回転機構５を設けている。回転機構５は、
スリーブ３の上端に置局方向に等配した複数伜のマグネ
ットからなる内輪マグネット６と、その外側九同心配置
した環状ギヤ７に取殖された複数個の゛マグネットから
なる外輪マグネット８と、前記環状ギヤ７に噛合するビ
ニオンを軸転させるモータ９とを備え、モータ９を駆動
することにより環状ギヤ７と共に外輪マグネット８を回
転させ、磁力によりて更に内輪マグネット６、つまりス
リーブ３とウェーハ保持治具２を軸転させることができ
る。なお、ウェーハ保持治具２の中心位置には温度測定
センサを内装した保護管１０を垂架している。

一方１石英管１は長さ方向（上下方向）ｌｃ２分された
上管１１と下管１２とで構成している。土管１１は円筒
状、下管１２は下端を絞った円筒状として形成し、両管
１１，１２はスペースリング１３”ｋ介して長さ方向に
直列配置すると共に、上管１１上縁に配したスペースリ
ング１４により前記基板４の下面に接続している。前記
スペースリング１３．１４は夫々両端面にシールリング
を有し１両管１１．１２や上管１１と基板４間を気密に
保っている。そして、上側のスペースリング１４には主
反応ガスノズル１５を設け、下側のスペースリング１３
には補充ガスノズル１６を設けている。更に前記上管１
１．上管１２には夫々周囲に赤外線ランプからなる加熱
源１７．１８を一体的に設げ、石英管１内部を輻射加熱
するよう処している。なお、上管１２の下端は排気口と
され、また前記基板４と上管１１は図外のソフト機構に
よって夫々独立して上下動できるよう罠なっている。

以上の構成の気相反応装置を用いて、シリコンウェーハ
のエピタキシャル成長を行なう場合の操作を説明する。

先ず、第２図に示すように、回転機構５を設けた基板４
を図外のソフト機構によって上動させ、これと共にウェ
ーハ保持治具２を一体にその上部約半分が露出されるま
で上動させる。そして、この状態でウェーハ保持治具２
の上半分表面に大口径のウェーハＷを全チャージ数の半
数だけロードする。

次に、図外のソフト機構により上管１１を加熱源１７と
共に第３図のように上動させ、露出したウェーハ保持治
具２の下半分の表面に残りの半数のウェーハＷをロード
する。これ忙より全てのウェーハのロードが完了され、
その後上管１１および基板４と一体のウェーハ保持治具
２等を下動させ、第１図に示す状態に設定する。

その後、ウェーハ保持治具２を回転させ、主反応ガスノ
ズル１５および必要圧応じて補充ガスノズル１６更に回
転機構５部内に設けた図外のパーシロからＮ、ガスを反
応管１内に供給して管内の空気をパージし１次にＨ，ガ
スでＮｔガスをパージして反応管１内の空気を完全にＨ
７で置換する。

このとき、反応管１内を図外の真空ポンプで排気してガ
ス置換をし、管内を低圧Ｈｚ（５０〜８０ｒｏｒｒ　）
の状態に保持してもよい。

次に、加熱源１７．１８によりウェーハＷを９００〜１
１５０ＣＫ輻射加熱し、反応ガス（ＳｉＨ４ｔＳｉＨｔ
Ｃ４、ＳｉＣ，６，等）とドーピングガス（ＰＨＩ　Ｉ
Ｂ、Ｈ・等）と’＆Ｈ，ガスと共に反応管１内に流し、
ウェーハＷ上にＳｔをエピタキシャル成長させる。

この際、Ｈ，ガス、反応ガスおよびドーピングガスは通
常主反応ガスノズル１５より反応管１内に導入する。但
し、ウェーハ保持治具２の下部にロードしたウェーハＷ
上のエピタキシャル膜の膜質および抵抗率均一性制御の
ため、必要に応じ補充ガスノズル１６よりＨ，ガスと共
忙反応ガスおよびドーピングガスな一諸にまたは単独に
導入することができる。

気相反応終了後のウェーハの取り出しは、ウェーハロー
ドのときの操作を逆に行なえばよい。即ち、加熱停止後
所定温度までＨ１ガス中で冷却し。

低圧反応のときには常圧に戻し、■、をＮ、ガス圧置換
する。そして、ウェーハ保持治具２と上管１１とを上動
して第３図の状態で下半分のウェーハＷをアンロードし
、次に上管１１を下動して第２図の状態で上半分のウェ
ーハＷをアンロードすればよい。なお、この状態で直ち
に次のウェーハをロードできる。

したがって、以上の構成および操作説明から判るように
１反応管１は上管１１と上管１２とで分割形成している
ため、反応管１を長い寸法とした場合にもその半分の長
さの取扱いでよく１分解。

洗浄１組立て等のメンテナンスを容易なものにできる。

また、ウェーハＷのロード、アンロードに際してもウェ
ーハ保持治具２を反応管１の半分の長さ上動させるだけ
でよく、ロード、アンロードを容易なものにする。更に
反応管１の中間に補充ガスノズル１６’＆設けているの
で反応管内のガスの均一化を図り、均一厚のエピタキシ
ャル層を形成できる。

第４図は本発明の変形例であり、第１図と同一部分には
同一符号を付して説明は省略する。本例では、反応管ｌ
の分割に対応してウェーハ保持治具２Ａを上、下２段構
成とし、上段１９と下ｌＲ２Ｏとを連結スリーブ２１で
連結している。これら、上段１９と下段２０とは連結ス
リーブ２１部分において分離可能であり、メンテナンス
時に分離すればその取扱いが容易になる。この装置にお
いても前述の例と全く同様の気相反応を行なうことがで
きる。

〔効果〕

（１）反応管を長さ方向に分割形成し、各部χ独立して
移動できるようにしているので、反応管の長さを大きく
して大口径ウェーッ・のチャージ数の増大を図った場合
にも１反応管を各部に分割して洗浄しかつ再組立てを行
なうことができ、メンテナンスを容易なものにできる。

（２）反応管な分割したことによりウェーハ保持治具の
移動量を小さくしても全ウェーハのロード。

アンロードが可能であり、ロード、アンロード操作を極
めて容易なものにできる。

（３）反応管の長さを大きくしてウェーッ・のチャージ
数を増大しているので１反応管を大口径に形成する必要
はなく、大口径ウェーハの多数枚のバッチ処理を可能に
してスループットの向上を達成できる。

（４）　補充ガスノズルを分割反応管の中間に設けて。

反応ガスとドーピングガスとを一諸に又は単独に導入で
き、しかも反応中にウェーハ保持治具を回転することが
できるので、気相成長層の膜厚や抵抗率の均一性を良好
なものＫできる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。たとえば、反応管の分
割数は３個以上に設定してもよく、ウェーハ保持治具も
これに合わせて多数段に形感してもよい。更に、これに
応じて補充ガスノズル数を増加してもよい。また、本実
施例ではウェーハ保持治具はウェーハを垂直方向に保持
するように設けて゛いるが、ウェーハを水平方向に保持
できるような構成にしても良い。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるバレル型の気相反応
装置に適用した場合について説明したが、それに限定さ
れるものではなく、横型の反応管構造の装置にも適用で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置の断面図。 第２図および第３図は操作を説明するための破断圧面図
、 第４図は変形例の断面図である。 １・・・反応管、２・・・ウェーハ保持治具、４・・・
基板。 ５・・・回転機構、１１・・・上管、１２・・・上管、
１３゜１４・・・ｘヘースｙ　ｙｙ、１５・・・主反応
ガスノズル、１６・・・補充ガスノズル、１７．１８・
・・加熱源、１９・・・上段、２０・・・下段、Ｗ・・
・ウェーハ。 第　１　図 第　２　図 第　３′　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、反応管内にウェーハ保持治具な内装し、このウェー
   ハ保持治具にウェーハを保持しかつ前記反応管内を所定
   のガス雰囲気に保って気相反応を行なう装置であって、
   前記反応管はその長さ方向に複数個に分割形成したこと
   を特徴とする気相反応装置。 ２、　ウェーハ保持治具と分割した反応管とは独立して
   長さ方向に移動できるよう構成してなる特許請求の範囲
   第１項記載の気相反応装置。 ３、分割した反応管の間に補充ガスノズルを設けてなる
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載の気相反応装置。 ４、　ウェーハ保持治具を長さ方向に多段に分割してな
   る特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載
   の気相反応装置。