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JP4000779B2 - Epitaxial growth equipment - Google Patents
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JP4000779B2 JP2001044038A JP2001044038A JP4000779B2 JP 4000779 B2 JP4000779 B2 JP 4000779B2 JP 2001044038 A JP2001044038 A JP 2001044038A JP 2001044038 A JP2001044038 A JP 2001044038A JP 4000779 B2 JP4000779 B2 JP 4000779B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エピタキシャル成長装置に関し、特に、成長させる半導体膜の膜厚均一性に優れたエピタキシャル成長装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体ウェーハ、例えばシリコンウェーハの製造分野においては、基板の表面にシリコンエピタキシャル層を形成した、いわゆるエピタキシャルウェーハ(以下、エピウェーハと略す)が従来から知られている。この技術によれば、基板上に任意の膜厚や抵抗率を持つ単結晶シリコン層を形成できるので、高性能の半導体デバイスを製造することができる。例えばバイポーラトランジスタの分野では高速化の目的で、CMOSメモリの分野ではソフトエラー、ラッチアップ等の不良対策として、エピウェーハの使用が極めて有効であることが認識されており、需要が高まっている。
【0003】
この種のエピウェーハにおいて、通常、シリコンエピタキシャル層の膜厚は規定されており、規格管理されたものが出荷されている。例えば、厚いエピタキシャル層が要求される用途では数μm〜20μm程度、薄いエピタキシャル層が要求される用途では1μm弱〜数μm程度に設定されている。
【0004】
半導体デバイスの製造工程においてエピタキシャル層を形成する技術として、通常、気相エピタキシャル法が用いられている。これに用いるエピタキシャル成長装置は、枚葉式エピ炉の場合、チャンバー(炉)内のサセプタ上にウェーハが載置され、ウェーハが加熱されるとともに、ウェーハの上方にSiH4等の原料ガスとH2等のキャリアガスの混合ガスが供給されることにより、ウェーハ表面にSiエピタキシャル層が形成されるものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体デバイスの分野においては高集積化が年々進んでおり、より微細な加工が必要になってきている。この際、例えばフォトリソグラフィー工程における露光装置の焦点深度等の関係から、デバイス材料となるシリコンウェーハの平坦度が高いことが要求される。ウェーハの平坦度は、フォトリソグラフィー工程のみならず、他の工程においても加工精度を向上させる上で重要なファクターとなっている。
【0006】
しかしながら、従来の枚葉式エピ炉を用いたエピタキシャル層の成長方法においてはウェーハ面内の膜厚バラツキが大きく、特に膜厚変化がなだらかでなく、局所的に厚い箇所や薄い箇所が生じるという問題があった。したがって、エピウェーハの製造工程において、スライシングからポリッシングまでの加工精度を上げて下地ウェーハの平坦度をいくら向上させたとしても、その上に成長させるエピタキシャル層の凹凸があるために、結果的にウェーハ表面の平坦度が悪くなるという問題があった。
【0007】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、エピタキシャル層の膜厚分布をなだらかにし、ウェーハ面内の凹凸をなくすことで全体としてウェーハの平坦度を改善することができるエピタキシャル成長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】
上記の目的を達成するために、本発明のエピタキシャル成長装置は、シリコンウェーハの製造においてウェーハの表面にシリコンエピタキシャル層を形成する枚葉式エピ炉とされるエピタキシャル成長装置であって、
ウェーハを収容するチャンバーと、該チャンバー内に回転可能に設置され、前記ウェーハを支持するサセプタと、原料ガスもしくはキャリアガスを少なくとも含むガスを前記チャンバー内の前記ウェーハに側方から供給するガス供給源と、前記ガス供給源から供給されるガスを複数のガス流出口からチャンバー内に流出させ、該ガス流出口のガス流れ下流側に位置する回転可能な前記サセプタ上の前記ウェーハに向けて流すための整流部材とを有し、
前記整流部材は、内部が中空の箱状体であり、その平面形状は前記ウェーハの周縁部に対向する側の側面が平面視して前記ウェーハの中央部から周縁部にかけて前記ウェーハの形状に沿ってなだらかに湾曲した湾曲面となっており、該湾曲面に前記ガス流出口としての複数の孔が設けられ、
各ガス流出口から前記ウェーハ端までの距離がほぼ等しくなるように、前記複数のガス流出口が前記ウェーハの形状に沿って一列に配置されるとともに、
各ガス流出口の孔の中心軸は、それぞれ前記ウェーハの径方向に沿っており、各ガス流出口から流出されるガスの流出方向がウェーハの中心を向くように配置され、
各ガス流出口から前記ウェーハ上に流されたガス流において、各ガス流出口の孔の中心軸が互いに平行な場合と比べて、前記ウェーハ周縁部で成膜に寄与するガス量を多くして、前記ウェーハ周縁部で膜厚が薄くなる状況を起こりにくくし、ウェーハ面内のエピタキシャル層の膜厚分布をよりなだらかにすることにより上記課題を解決した。
また、本発明のエピタキシャル成長装置は、前記整流部材には、その内部空間でガスの流れを整流するための仕切板が設けられていることができる。
本発明のエピタキシャル成長装置は、ウェーハを収容するチャンバーと、該チャンバー内に回転可能に設置され、前記ウェーハを支持するサセプタと、原料ガスまたはキャリアガスを少なくとも含むガスを前記チャンバー内に供給するガス供給源と、前記ガス供給源から供給されるガスを複数のガス流出口からチャンバー内に流出させ、前記ウェーハに向けて流すための整流部材とを有し、前記整流部材の複数のガス流出口は、ガスの流れ方向に垂直な方向において前記ウェーハの周縁部にあたるガス流出口が前記ウェーハの中央部にあたるガス流出口よりもガスの流れ方向の下流側に位置するように配置されていることを特徴とする。
【0009】
本発明者らは、従来のエピタキシャル成長装置においてエピタキシャル層の膜厚バラツキが大きくなる原因について検討した結果、チャンバー内のガス流入口の配置がウェーハ上でのガスの流速や流量に影響を及ぼし、これらのバラツキが膜厚バラツキを引き起こしていることを突き止めた。すなわち、従来の枚葉式のエピタキシャル成長装置は、サセプタ上に載置したウェーハの上方空間にガスを供給するための複数のガス流出口がチャンバー内に設けられ、これらガス流出口がガスの流れ方向に垂直な方向に沿って直線上に配置されていた。ところが、一般的に半導体ウェーハは円形であるから、ガス流出口がガスの流れ方向に垂直な方向に直線上に配置されていた場合、ガス流出口からウェーハ端までの距離が場所によって異なり、ウェーハの周縁部側では距離が遠く、ウェーハの中央部側では距離が近いことになる。この構成により、ウェーハ上に到達するガスの流速がウェーハ面内の場所によって異なり、エピタキシャル層にウェーハ面内で局所的に凹凸ができる原因となっていた。
【0010】
これに対して、本発明のエピタキシャル成長装置においては、整流部材の複数のガス流出口の配置が、ガス流れ方向に垂直な方向に直線上に配置されているのではなく、ウェーハ周縁部にあたるガス流出口がウェーハ中央部にあたるガス流出口よりもガス流れ方向の下流側に位置するように配置されている。この構成によれば、ウェーハ周縁部におけるガス流出口からウェーハ端までの距離とウェーハ中央部におけるガス流出口からウェーハ端までの距離との差が従来の装置より小さくなるので、ウェーハ上の場所によるガスの流速の差が小さくなり、従来に比べてエピタキシャル層の膜厚に局所的な凹凸が生じるのを抑制することができる。
【0011】
複数のガス流出口の位置関係として、例えば段階的に位置がずれていても良いが、できれば平面視してウェーハの中央部から周縁部にかけてなだらかに傾斜するように配置することが望ましい。この構成によれば、ガスの流速がウェーハ中央部と周縁部でなだらかに変化するため、エピタキシャル層の膜厚分布もよりなだらかにすることができる。特に、一般的な円形のウェーハを用いる場合には、各ガス流出口の位置を、平面視してウェーハ形状に沿って湾曲するように配置することが最適である。
【0012】
さらにガス流出口の向きについては、各ガス流出口の孔の中心軸を平行とし、各ガス流出口から流出されるガスの流れ方向が平行になる向きでもよいが、各ガス流出口の孔の中心軸を平行にするのではなく、各ガス流出口から流出されるガスの流出方向(すなわち、孔の中心軸)がウェーハの中心を向くようにすることが望ましい。ガスを平行に流した場合、ウェーハ周縁部ではウェーハ外側に向けてガスが拡散することが避けられず、中心部に比べて成膜に寄与するガス量が少なくなり、膜厚が薄くなる傾向にある。これに対して、ガスをウェーハ中心に向けて流した場合、ウェーハ周縁部で成膜に寄与するガス量が平行に流した場合と比べて多くなるため、ウェーハ周縁部で膜厚が薄くなる状態が起こりにくくなり、ウェーハ面内の膜厚分布をよりなだらかにすることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
[第1の実施の形態]
以下、本発明の第1の実施の形態を図1〜図3を参照して説明する。
図1は本実施の形態のエピタキシャル成長装置の概略構成を示す平面図であって、いわゆる枚葉式エピ炉の例である。図中符号2はチャンバー、3はサセプタ、4はガス供給源、5は整流部材、Wはウェーハである。
【0014】
本実施の形態のエピタキシャル成長装置1は、図1に示すように、炉体状のチャンバー2の内部にサセプタ3が回転可能に設置され、サセプタ3上にエピタキシャル層を形成すべきウェーハWが支持されるようになっている。よって、成膜中はウェーハWが回転しながら表面にエピタキシャル層が形成される。例えばSiH4、SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2等の原料ガスとH2等のキャリアガスとの混合ガスをチャンバー2の内部に供給するガス供給源4が設けられ、原料ガスとキャリアガスの混合ガスが配管6を通じてチャンバー2に導入される。そして、配管6の先端がチャンバー2内に設置された整流部材5の基端に接続されており、混合ガスは配管6を通った後、整流部材5を介してチャンバー2内のウェーハWの上方空間に流入される。
【0015】
本実施の形態の場合、整流部材5は、対称形の2つの部品が組み合わされて構成されている。図2は1つの整流部材5の平面図、図3はガス流出口が形成された面と反対の開口側から見た側面図である。各整流部材5は、図2、図3に示すように、内部が中空の箱状体であり、その平面形状はウェーハWの周縁部に対向する側がウェーハWに向けて(すなわち、ガスの流れ方向下流側に向けて)突出し、ウェーハWの中央部に対向する側が凹んだようになだらかに湾曲した形状となっている。したがって、ウェーハWに対向する側の側面5aはほぼウェーハWの形状に沿った湾曲面となっており、その湾曲面に複数(本実施の形態では9個)の孔が設けられ、これらの孔がガス流出口7として機能する。本実施の形態では、各ガス流出口7の孔の中心軸cが互いに平行であり、各ガス流出口7から流出されるガスの流れ方向が互いに平行になる。また、整流部材5には、その内部空間でガスの流れを整流するための仕切板8が設けられている。
【0016】
本実施の形態のエピタキシャル成長装置1においては、ウェーハ周縁部にあたるガス流出口7がウェーハ中央部にあたるガス流出口7よりもガス流れ方向の下流側に配置され、しかも各ガス流出口7がほぼウェーハWの形状に沿った湾曲面5a上に設けられている。この構成により、ウェーハ周縁部におけるガス流出口7からウェーハ端までの距離とウェーハ中央部におけるガス流出口7からウェーハ端までの距離がほぼ等しくなり、ウェーハ上の場所によるガスの流速の差が小さくなるため、エピタキシャル層の膜厚に局所的な凹凸が生じるのを抑制することができ、なだらかな膜厚分布を持つエピタキシャル層を形成することができる。その結果、完成ウェーハの平坦度を向上させることができる。
【0017】
[第2の実施の形態]
以下、本発明の第2の実施の形態を図4を用いて説明する。
本実施の形態のエピタキシャル成長装置の基本構成は第1の実施の形態と全く同様であり、異なる点は整流部材の構成のみである。よって、以下では、図4を参照して整流部材のみについて説明する。図4において図2と共通の構成要素には同一の符号を付す。
【0018】
本実施の形態の場合も、整流部材は対称形の2つの部品が組み合わされて構成されており、図4は1つの整流部材の平面図である。各整流部材10の構成は、図4に示すように、内部が中空の箱状体であり、その平面形状はウェーハ周縁部に対向する側からウェーハ中央部に対向する側にかけてほぼウェーハの形状に沿ってなだらかに湾曲している点、湾曲面10aに複数(9個)のガス流出口11が設けられている点も第1の実施の形態と同様である。ところが。本実施の形態では、各ガス流出口11の孔の中心軸cが、第1の実施の形態のように平行ではなく、それぞれがウェーハWの径方向に沿っており、各ガス流出口11から流出されるガスの流出方向がウェーハWの中心を向くようになっている。
【0019】
第1の実施の形態のように各ガス流出口7から流出されるガスを平行に流した場合、ウェーハ周縁部ではガスがウェーハ外側にも拡散し、中央部に比べて成膜に寄与するガス量が少なくなり、膜厚が薄くなる傾向にある。これに対して、本実施の形態のようにガスをウェーハ中心に向けて流した場合、ウェーハ周縁部で成膜に寄与するガス量が平行に流した場合と比べて多くなるため、ウェーハ周縁部で膜厚が薄くなる状況が起こりにくくなり、第1の実施の形態に比べてウェーハ面内のエピタキシャル層の膜厚分布をよりなだらかにすることができる。
【0020】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば整流部材に設けたガス流出口の数、形状等の具体的な構成に関しては、適宜変更が可能である。そして、本発明は上記実施の形態の枚葉式エピ炉の場合に限らず、ウェーハの表面に対して側方からガスを供給するタイプの他のエピタキシャル成長装置にも適用が可能である。また、上記実施の形態ではシリコンウェーハの例を説明したが、本発明はその他の半導体ウェーハにも適用可能である。
【0021】
【実施例】
以下、本発明の効果を実証する実験の結果について報告する。
ガスの流れ方向に垂直な方向において、(1)ガス流出口が直線上に配置された従来の整流部材、(2)ガス流出口が湾曲面上に配置された上で各ガス流出口からのガスの流れ方向が平行な本発明の第1の実施の形態の整流部材、(3)ガス流出口が湾曲面上に配置された上で各ガス流出口からのガスの流れ方向がウェーハ中心部を向いた本発明の第2の実施の形態の整流部材を用意し、枚葉式エピ炉にそれぞれ設置して成膜を行った。この際、各整流部材のガス流出口の数、原料ガスおよびキャリアガス流量、回転速度、温度など、他のエピ成長条件は全く同一とした。
【0022】
形成したエピタキシャル層の膜厚分布の測定結果を図5(a)〜(c)に示す。図5(a)は上記(1)の従来の整流部材における測定結果、図5(b)は上記(2)の本発明の第1の実施の形態の整流部材における測定結果、図5(c)は上記(3)の本発明の第2の実施の形態の整流部材における測定結果である。図5(a)〜(c)において、横軸はウェーハ中心からの距離(mm)、縦軸はシリコンエピタキシャル層の膜厚(−)を示す。
【0023】
図5(a)に示すように、従来の整流部材を用いた場合、ウェーハ中心から±30mm程度の領域にその周囲に対して高く盛り上がった凸部ができ、±80mm付近の位置にも凸部が見られる。このように、ウェーハ表面に極めて局所的な凹凸が形成されているのがわかる。
【0024】
これに対して、図5(b)に示すように、本発明の第1の実施の形態の整流部材を用いた場合、ウェーハ周縁部の膜厚が厚くなったことでウェーハ面内全体の膜厚差はまだ若干大きいものの、図5(a)に見られるような局所的な凹凸がなくなり、膜厚分布がなだらかになった。
【0025】
さらに、図5(c)に示すように、本発明の第2の実施の形態の整流部材を用いた場合、膜厚分布がよりなだらかになると同時に、ウェーハ面内全体の膜厚差も小さくなることがわかった。この結果から、本発明のエピタキシャル成長装置の構成によってウェーハの平坦度が大幅に改善されることが実証された。
【0026】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、ウェーハ周縁部にあたるガス流出口がウェーハ中央部にあたるガス流出口よりもガス流れ方向の下流側に配置されたことにより、ウェーハ上の場所によるガスの流速の差が小さくなるため、エピタキシャル層の膜厚に局所的な凹凸が生じるのを抑制することができ、なだらかな膜厚分布を持つエピタキシャル層を形成することができる。その結果、ウェーハの平坦度を向上させることができ、高集積度の半導体デバイスの製造に適したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態のエピタキシャル成長装置の概略構成を示す平面図である。
【図2】 同、装置に用いる整流部材の平面図である。
【図3】 同、整流部材をガス流出口が形成された面と反対の開口側から見た側面図である。
【図4】 本発明の第2の実施の形態に用いる整流部材の平面図である。
【図5】 本発明の実施例であるウェーハ内の膜厚分布の様子を示す図であって、(a)従来の整流部材における測定結果、(b)本発明の第1の実施の形態の整流部材における測定結果、(c)本発明の第2の実施の形態の整流部材における測定結果である。
【符号の説明】
1 エピタキシャル成長装置
2 チャンバー
3 サセプタ
4 ガス供給源
5,10 整流部材
6 配管
7,11 ガス流出口
8 仕切板
W ウェーハ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an epitaxial growth apparatus, and more particularly to an epitaxial growth apparatus excellent in film thickness uniformity of a semiconductor film to be grown.
[0002]
[Prior art]
In the field of manufacturing semiconductor wafers such as silicon wafers, so-called epitaxial wafers (hereinafter abbreviated as epi-wafers) in which a silicon epitaxial layer is formed on the surface of a substrate are conventionally known. According to this technique, since a single crystal silicon layer having an arbitrary film thickness and resistivity can be formed on a substrate, a high-performance semiconductor device can be manufactured. For example, in the field of bipolar transistors, the use of epiwafers has been recognized to be extremely effective as a countermeasure for defects such as soft errors and latch-ups for the purpose of speeding up, and in the field of CMOS memories, and the demand is increasing.
[0003]
In this type of epi-wafer, the thickness of the silicon epitaxial layer is usually specified, and the standard-controlled one is shipped. For example, in applications where a thick epitaxial layer is required, the thickness is set to about several μm to 20 μm, and in applications where a thin epitaxial layer is required, it is set to about 1 μm to about several μm.
[0004]
As a technique for forming an epitaxial layer in a manufacturing process of a semiconductor device, a vapor phase epitaxial method is usually used. In the case of a single wafer epitaxial furnace, the epitaxial growth apparatus used for this is a wafer placed on a susceptor in a chamber (furnace), the wafer is heated, and a source gas such as SiH 4 and H 2 are placed above the wafer. A Si epitaxial layer is formed on the wafer surface by supplying a mixed gas of carrier gas such as the above.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the field of semiconductor devices, higher integration is progressing year by year, and finer processing is required. At this time, the flatness of the silicon wafer as the device material is required to be high, for example, from the relationship of the depth of focus of the exposure apparatus in the photolithography process. The flatness of the wafer is an important factor for improving the processing accuracy not only in the photolithography process but also in other processes.
[0006]
However, the conventional epitaxial wafer growth method using a single wafer epitaxial furnace has a large film thickness variation in the wafer surface, and the film thickness change is not particularly gentle, and locally thick and thin portions are generated. was there. Therefore, even if the processing accuracy from slicing to polishing is increased to improve the flatness of the underlying wafer in the manufacturing process of the epi wafer, there is an unevenness of the epitaxial layer to be grown on it, resulting in the wafer surface as a result. There was a problem that the flatness of the film deteriorated.
[0007]
The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and it is possible to improve the flatness of the wafer as a whole by smoothing the film thickness distribution of the epitaxial layer and eliminating irregularities in the wafer surface. An object is to provide an epitaxial growth apparatus.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an epitaxial growth apparatus of the present invention is an epitaxial growth apparatus that is a single wafer epitaxial furnace for forming a silicon epitaxial layer on the surface of a wafer in the manufacture of a silicon wafer,
A chamber that accommodates the wafer, a susceptor that is rotatably installed in the chamber and supports the wafer, and a gas supply source that supplies a gas containing at least a source gas or a carrier gas from the side to the wafer in the chamber A gas supplied from the gas supply source to flow into the chamber from a plurality of gas outlets and flow toward the wafer on the rotatable susceptor located downstream of the gas outlets. And a straightening member of
The rectifying member is a box-shaped body having a hollow inside, and a planar shape thereof follows the shape of the wafer from the central portion to the peripheral portion of the wafer in a plan view of a side surface facing the peripheral portion of the wafer. A curved surface that is gently curved, the curved surface is provided with a plurality of holes as the gas outlet,
As the distance from the gas outlet to the wafer edge is substantially equal, with the plurality of gas outlet ports are arranged in a row along the shape of the wafer,
The central axis of each gas outlet hole is along the radial direction of the wafer, and the outlet direction of the gas flowing out from each gas outlet port is arranged so as to face the center of the wafer.
Compared to the case where the central axes of the holes of the gas outlets are parallel to each other in the gas flow that has flowed from the gas outlets onto the wafer, the amount of gas that contributes to film formation at the peripheral edge of the wafer is increased. The above-mentioned problems have been solved by making it difficult for the film thickness to become thinner at the peripheral edge of the wafer and making the film thickness distribution of the epitaxial layer in the wafer surface more gentle.
In the epitaxial growth apparatus of the present invention, the rectifying member may be provided with a partition plate for rectifying the gas flow in the internal space.
The epitaxial growth apparatus of the present invention includes a chamber for containing a wafer, a susceptor that is rotatably installed in the chamber and supports the wafer, and a gas supply for supplying a gas containing at least a source gas or a carrier gas into the chamber. And a rectifying member for causing the gas supplied from the gas supply source to flow out into the chamber from the plurality of gas outlets and to flow toward the wafer, and the plurality of gas outlets of the rectifying member are The gas outlet corresponding to the peripheral edge of the wafer in the direction perpendicular to the gas flow direction is arranged to be located downstream of the gas outlet corresponding to the central portion of the wafer in the gas flow direction. And
[0009]
As a result of examining the cause of the large variation in the thickness of the epitaxial layer in the conventional epitaxial growth apparatus, the present inventors have found that the arrangement of the gas inlets in the chamber affects the gas flow velocity and flow rate on the wafer. It was found that the variation in thickness caused the variation in film thickness. That is, in the conventional single wafer type epitaxial growth apparatus, a plurality of gas outlets for supplying gas to the upper space of the wafer placed on the susceptor are provided in the chamber, and these gas outlets are in the gas flow direction. It was arrange | positioned on the straight line along the direction perpendicular | vertical to. However, since a semiconductor wafer is generally circular, when the gas outlet is arranged in a straight line in a direction perpendicular to the gas flow direction, the distance from the gas outlet to the wafer edge varies depending on the location. The distance is long on the peripheral edge side, and the distance is short on the center side of the wafer. With this configuration, the flow rate of the gas that reaches the wafer varies depending on the location in the wafer surface, which causes local unevenness in the epitaxial layer in the wafer surface.
[0010]
On the other hand, in the epitaxial growth apparatus of the present invention, the arrangement of the plurality of gas outlets of the rectifying member is not arranged linearly in the direction perpendicular to the gas flow direction, but the gas flow corresponding to the peripheral edge of the wafer. The outlet is disposed so as to be located on the downstream side in the gas flow direction with respect to the gas outlet corresponding to the central portion of the wafer. According to this configuration, the difference between the distance from the gas outlet to the wafer edge at the peripheral edge of the wafer and the distance from the gas outlet to the wafer edge at the center of the wafer is smaller than that of the conventional apparatus. The difference in the gas flow rate is reduced, and local unevenness in the film thickness of the epitaxial layer can be suppressed as compared with the conventional case.
[0011]
As the positional relationship between the plurality of gas outlets, for example, the positions may be shifted stepwise, but it is desirable that the gas outlets be arranged so as to be gently inclined from the center portion to the peripheral portion of the wafer in plan view if possible. According to this configuration, since the gas flow velocity changes gently between the wafer center and the peripheral portion, the film thickness distribution of the epitaxial layer can be made more gentle. In particular, when a general circular wafer is used, it is optimal to arrange the positions of the gas outlets so as to be curved along the wafer shape in plan view.
[0012]
Further, the direction of the gas outlet may be such that the central axis of the hole of each gas outlet is parallel and the flow direction of the gas flowing out from each gas outlet is parallel. Rather than having the central axes parallel, it is desirable that the outflow direction of the gas flowing out from each gas outlet (that is, the central axis of the hole) be directed to the center of the wafer. When gas flows in parallel, it is inevitable that gas diffuses toward the outside of the wafer at the periphery of the wafer, and the amount of gas that contributes to film formation is reduced compared to the center, and the film thickness tends to be thinner. is there. In contrast, when the gas flows toward the center of the wafer, the amount of gas that contributes to film formation at the wafer periphery increases compared to when the gas flows in parallel, so the film thickness decreases at the wafer periphery. Can hardly occur, and the film thickness distribution in the wafer surface can be made smoother.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of an epitaxial growth apparatus according to the present embodiment, which is an example of a so-called single wafer epitaxial furnace. In the figure, reference numeral 2 is a chamber, 3 is a susceptor, 4 is a gas supply source, 5 is a rectifying member, and W is a wafer.
[0014]
In the epitaxial growth apparatus 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 1, a susceptor 3 is rotatably installed inside a furnace-like chamber 2, and a wafer W on which an epitaxial layer is to be formed is supported on the susceptor 3. It has become so. Therefore, an epitaxial layer is formed on the surface while the wafer W rotates during film formation. For example, a gas supply source 4 that supplies a mixed gas of a source gas such as SiH 4 , SiCl 4 , SiHCl 3 , SiH 2 Cl 2 and a carrier gas such as H 2 into the chamber 2 is provided, and the source gas and the carrier gas are provided. The mixed gas is introduced into the chamber 2 through the pipe 6. And the front-end | tip of the piping 6 is connected to the base end of the rectification | straightening member 5 installed in the chamber 2, and after mixed gas passes through the piping 6, the upper part of the wafer W in the chamber 2 is passed through the rectification | straightening member 5. It flows into the space.
[0015]
In the case of the present embodiment, the flow regulating member 5 is configured by combining two symmetrical parts. 2 is a plan view of one rectifying member 5, and FIG. 3 is a side view seen from the opening side opposite to the surface on which the gas outlet is formed. As shown in FIGS. 2 and 3, each rectifying member 5 is a hollow box-like body, and the planar shape thereof is such that the side facing the peripheral edge of the wafer W faces the wafer W (that is, the gas flow). It protrudes toward the downstream side in the direction, and has a gently curved shape such that the side facing the center of the wafer W is recessed. Therefore, the side surface 5a on the side facing the wafer W is a curved surface substantially conforming to the shape of the wafer W, and a plurality of (9 in this embodiment) holes are provided on the curved surface. Functions as the gas outlet 7. In the present embodiment, the central axes c of the holes of the gas outlets 7 are parallel to each other, and the flow directions of the gas flowing out from the gas outlets 7 are parallel to each other. Further, the rectifying member 5 is provided with a partition plate 8 for rectifying the gas flow in the internal space.
[0016]
In the epitaxial growth apparatus 1 of the present embodiment, the gas outlet 7 corresponding to the peripheral edge of the wafer is disposed downstream of the gas outlet 7 corresponding to the center of the wafer in the gas flow direction. It is provided on the curved surface 5a along the shape. With this configuration, the distance from the gas outlet 7 to the wafer edge at the peripheral edge of the wafer is almost equal to the distance from the gas outlet 7 to the wafer edge at the center of the wafer, and the difference in gas flow velocity depending on the location on the wafer is small. Therefore, local unevenness in the film thickness of the epitaxial layer can be suppressed, and an epitaxial layer having a gentle film thickness distribution can be formed. As a result, the flatness of the completed wafer can be improved.
[0017]
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the epitaxial growth apparatus of this embodiment is exactly the same as that of the first embodiment, and the only difference is the configuration of the rectifying member. Therefore, only the rectifying member will be described below with reference to FIG. In FIG. 4, the same reference numerals are given to components common to FIG. 2.
[0018]
Also in this embodiment, the rectifying member is configured by combining two symmetrical parts, and FIG. 4 is a plan view of one rectifying member. As shown in FIG. 4, each of the rectifying members 10 is a box-shaped body having a hollow inside, and the planar shape thereof is substantially the shape of a wafer from the side facing the wafer peripheral part to the side facing the wafer central part. It is the same as that of the first embodiment in that it is gently curved along and a plurality (9) of gas outlets 11 are provided on the curved surface 10a. However. In the present embodiment, the central axes c of the holes of the gas outlets 11 are not parallel as in the first embodiment, but are each along the radial direction of the wafer W, and each gas outlet 11 The outflow direction of the outflowing gas is directed toward the center of the wafer W.
[0019]
When the gas flowing out from each gas outlet 7 flows in parallel as in the first embodiment, the gas diffuses to the outside of the wafer at the peripheral edge of the wafer, and contributes to film formation as compared with the central portion. The amount decreases and the film thickness tends to decrease. On the other hand, when the gas is flowed toward the wafer center as in the present embodiment, the amount of gas contributing to film formation at the wafer peripheral portion is larger than that when flowing in parallel, so the wafer peripheral portion As a result, the situation in which the film thickness becomes thinner is less likely to occur, and the film thickness distribution of the epitaxial layer in the wafer surface can be made gentler than in the first embodiment.
[0020]
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the specific configuration such as the number and shape of the gas outlets provided in the rectifying member can be appropriately changed. The present invention is not limited to the single-wafer type epi-furnace of the above embodiment, but can be applied to other epitaxial growth apparatuses of a type that supplies gas from the side to the surface of the wafer. Moreover, although the example of the silicon wafer has been described in the above embodiment, the present invention can be applied to other semiconductor wafers.
[0021]
【Example】
The results of experiments that demonstrate the effects of the present invention are reported below.
In a direction perpendicular to the gas flow direction, (1) a conventional rectifying member in which the gas outlet is arranged on a straight line, (2) the gas outlet is arranged on a curved surface, and then from each gas outlet. The flow straightening member according to the first embodiment of the present invention in which the gas flow directions are parallel, (3) the gas flow outlets are arranged on the curved surface, and the gas flow direction from each gas flow outlet is the center of the wafer. The rectifying member according to the second embodiment of the present invention facing the above was prepared, and each was installed in a single wafer type epi furnace to form a film. At this time, the other epi-growth conditions such as the number of gas outlets of each rectifying member, the raw material gas and carrier gas flow rates, the rotation speed, and the temperature were made completely the same.
[0022]
The measurement results of the film thickness distribution of the formed epitaxial layer are shown in FIGS. FIG. 5A shows the measurement result of the conventional rectifying member of the above (1), FIG. 5B shows the measurement result of the rectifying member of the first embodiment of the present invention of the above (2), and FIG. ) Is a measurement result in the rectifying member of the second embodiment of the present invention of (3) above. 5A to 5C, the horizontal axis represents the distance (mm) from the wafer center, and the vertical axis represents the film thickness (-) of the silicon epitaxial layer.
[0023]
As shown in FIG. 5 (a), when a conventional rectifying member is used, a convex portion that rises to the periphery is formed in a region of about ± 30 mm from the wafer center, and the convex portion is also located at a position near ± 80 mm. Is seen. Thus, it can be seen that extremely local irregularities are formed on the wafer surface.
[0024]
On the other hand, as shown in FIG. 5B, when the rectifying member according to the first embodiment of the present invention is used, the film on the entire wafer surface is increased by increasing the film thickness at the peripheral edge of the wafer. Although the thickness difference is still slightly large, the local unevenness as shown in FIG. 5A disappeared, and the film thickness distribution became smooth.
[0025]
Further, as shown in FIG. 5C, when the rectifying member according to the second embodiment of the present invention is used, the film thickness distribution becomes smoother, and at the same time, the film thickness difference in the entire wafer surface becomes small. I understood it. From this result, it was demonstrated that the flatness of the wafer is greatly improved by the configuration of the epitaxial growth apparatus of the present invention.
[0026]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the gas outlet corresponding to the peripheral edge of the wafer is disposed downstream of the gas outlet corresponding to the center of the wafer in the gas flow direction. Since the difference in gas flow rate is reduced, local unevenness can be suppressed in the thickness of the epitaxial layer, and an epitaxial layer having a gentle thickness distribution can be formed. As a result, the flatness of the wafer can be improved, which is suitable for manufacturing a highly integrated semiconductor device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of an epitaxial growth apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a rectifying member used in the apparatus.
FIG. 3 is a side view of the flow regulating member viewed from the opening side opposite to the surface on which the gas outlet is formed.
FIG. 4 is a plan view of a rectifying member used in the second embodiment of the present invention.
FIGS. 5A and 5B are diagrams showing a state of film thickness distribution in a wafer according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 5A is a measurement result of a conventional rectifying member, and FIG. 5B is a diagram of a first embodiment of the present invention. The measurement result in a rectification | straightening member, (c) The measurement result in the rectification | straightening member of the 2nd Embodiment of this invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Epitaxial growth apparatus 2 Chamber 3 Susceptor 4 Gas supply source 5,10 Rectification member 6 Piping 7,11 Gas outlet 8 Partition plate W Wafer

Claims (2)

シリコンウェーハの製造においてウェーハの表面にシリコンエピタキシャル層を形成する枚葉式エピ炉とされるエピタキシャル成長装置であって、
ウェーハを収容するチャンバーと、該チャンバー内に回転可能に設置され、前記ウェーハを支持するサセプタと、原料ガスもしくはキャリアガスを少なくとも含むガスを前記チャンバー内の前記ウェーハに側方から供給するガス供給源と、前記ガス供給源から供給されるガスを複数のガス流出口からチャンバー内に流出させ、該ガス流出口のガス流れ下流側に位置する回転可能な前記サセプタ上の前記ウェーハに向けて流すための整流部材とを有し、
前記整流部材は、内部が中空の箱状体であり、その平面形状は前記ウェーハの周縁部に対向する側の側面が平面視して前記ウェーハの中央部から周縁部にかけて前記ウェーハの形状に沿ってなだらかに湾曲した湾曲面となっており、該湾曲面に前記ガス流出口としての複数の孔が設けられ、
各ガス流出口から前記ウェーハ端までの距離がほぼ等しくなるように、前記複数のガス流出口が前記ウェーハの形状に沿って一列に配置されるとともに、
各ガス流出口の孔の中心軸は、それぞれ前記ウェーハの径方向に沿っており、各ガス流出口から流出されるガスの流出方向がウェーハの中心を向くように配置され、
各ガス流出口から前記ウェーハ上に流されたガス流において、各ガス流出口の孔の中心軸が互いに平行な場合と比べて、前記ウェーハ周縁部で成膜に寄与するガス量を多くして、前記ウェーハ周縁部で膜厚が薄くなる状況を起こりにくくし、ウェーハ面内のエピタキシャル層の膜厚分布をよりなだらかにすることを特徴とするエピタキシャル成長装置。
An epitaxial growth apparatus that is a single wafer epitaxial furnace that forms a silicon epitaxial layer on the surface of a wafer in the manufacture of a silicon wafer,
A chamber that accommodates the wafer, a susceptor that is rotatably installed in the chamber and supports the wafer, and a gas supply source that supplies a gas containing at least a source gas or a carrier gas from the side to the wafer in the chamber A gas supplied from the gas supply source to flow into the chamber from a plurality of gas outlets and flow toward the wafer on the rotatable susceptor located downstream of the gas outlets. And a straightening member of
The rectifying member is a box-shaped body having a hollow inside, and a planar shape thereof follows the shape of the wafer from the central portion to the peripheral portion of the wafer in a plan view of a side surface facing the peripheral portion of the wafer. A curved surface that is gently curved, the curved surface is provided with a plurality of holes as the gas outlet,
As the distance from the gas outlet to the wafer edge is substantially equal, with the plurality of gas outlet ports are arranged in a row along the shape of the wafer,
The central axis of each gas outlet hole is along the radial direction of the wafer, and the outlet direction of the gas flowing out from each gas outlet port is arranged so as to face the center of the wafer.
Compared to the case where the central axes of the holes of the gas outlets are parallel to each other in the gas flow that has flowed from the gas outlets onto the wafer, the amount of gas that contributes to film formation at the peripheral edge of the wafer is increased. An epitaxial growth apparatus characterized in that a situation in which the film thickness becomes thin at the peripheral edge of the wafer does not easily occur, and the film thickness distribution of the epitaxial layer in the wafer surface is made smoother.
前記整流部材には、その内部空間でガスの流れを整流するための仕切板が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャル成長装置。  The epitaxial growth apparatus according to claim 1, wherein the rectifying member is provided with a partition plate for rectifying a gas flow in the internal space.
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