JP4655801B2 - Epitaxial growth apparatus and epitaxial wafer manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、気相成長法を用いた枚葉式のエピタキシャル成長装置に関し、特に、成長させるエピタキシャル層の膜厚分布の均一性を向上させることができるエピタキシャル成長装置及びエピタキシャルウェーハ製造方法に関する。 The present invention relates to a single-wafer epitaxial growth apparatus using a vapor phase growth method, and more particularly to an epitaxial growth apparatus and an epitaxial wafer manufacturing method capable of improving the uniformity of film thickness distribution of an epitaxial layer to be grown.
シリコンウェーハ等の半導体ウェーハの製造分野において、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が知られている。エピタキシャルウェーハは、ウェーハ上に任意の厚さや抵抗率の単結晶シリコン層(エピタキシャル層、エピタキシャル膜)を形成することができ、また、デバイス製造上の障害となるgrow−in欠陥の問題も解消できるため、近年、その使用範囲は広がっている。
シリコンウェーハのエピタキシャル成長においては、気相成長が広く使用されている。その際、原料ガスとしてはシラン系ガス(SiH4 ,SiHC13,SiH2C12 ,SiC14)が、キャリアガスとしてH2 が広く使用されている。
In the field of manufacturing semiconductor wafers such as silicon wafers, so-called epitaxial wafers in which a silicon epitaxial layer is formed on the surface of a substrate are known. An epitaxial wafer can form a single crystal silicon layer (epitaxial layer, epitaxial film) having an arbitrary thickness and resistivity on the wafer, and can also solve the problem of grow-in defects that hinder device manufacturing. Therefore, in recent years, the range of use has expanded.
Vapor phase growth is widely used for epitaxial growth of silicon wafers. At that time, silane-based gases (SiH4, SiHC13, SiH2C12, SiC14) are widely used as source gases, and H2 is widely used as a carrier gas.
ところで、近年、半導体デバイスに対する高集積化の要望が強くなっており、その製造工程においてはパターンの微細化が要求されている。それに伴い、エピタキシャルウェーハにおいても品質の向上が求められており、エピタキシャルウェーハにおいては、ウェーハ表面の平坦度を確保するためにエピタキシャル膜の厚さを均一にすることが要求されている。特に、歩留りを向上させたいという要望、すなわち、1枚のウェーハから多数のデバイスを製造したいという要望から、ウェーハの広い範囲において、換言すればウェーハの外周から数mmの範囲まで、膜厚の均一性を含む品質の向上、維持が求められている。 Incidentally, in recent years, there has been a strong demand for higher integration of semiconductor devices, and in the manufacturing process, pattern miniaturization is required. Along with this, improvement in quality is also required for epitaxial wafers, and in epitaxial wafers, it is required to make the thickness of the epitaxial film uniform in order to ensure the flatness of the wafer surface. In particular, from the desire to improve the yield, that is, the desire to manufacture a large number of devices from a single wafer, the film thickness is uniform over a wide range of wafers, in other words, from the outer periphery of the wafer to a few millimeters. There is a need to improve and maintain quality, including sexuality.
しかしながら、通常エピタキシャル成長は、ウェーハを高温に熱し供給律速条件下で実施されるため、形成されるエピタキシャル層の厚さはウェーハ上を流れるガス流速の影響を受け易い。そのため、従来のエピタキシャル成長装置では、ウェーハ上部空間を流れるガス流の不均一性から、膜厚の均一性が十分に確保できない場合があった。 However, since the epitaxial growth is usually performed under a supply-controlled condition by heating the wafer to a high temperature, the thickness of the formed epitaxial layer is easily affected by the flow velocity of the gas flowing over the wafer. For this reason, in the conventional epitaxial growth apparatus, there has been a case where the uniformity of the film thickness cannot be sufficiently ensured due to the nonuniformity of the gas flow flowing through the upper space of the wafer.
ガスの流れを均一化する方法としては、多孔バッフルを用いた整流部材を介してガスをチャンバーに供給する方法が従来より知られている。
また、独立した衝突壁を備えた整流部材、及び、傾斜のついた接合部材を通過させてガスをチャンバー内に供給することにより、均一な速度及び濃度でガスをウェーハ上部空間に供給する方法も提案されている(例えば、特許文献1参照)。
Also, there is a method of supplying gas to the upper space of the wafer at a uniform speed and concentration by passing the gas into the chamber through a rectifying member having an independent collision wall and an inclined joining member. It has been proposed (for example, see Patent Document 1).
また、図12に示すように炉形状に沿って湾曲した衝突壁121を用いて拡散効果によりガスの分布を均一化する方法も知られている。
図12においては、チャンバー10を構成するチャンバー側壁部材12の整流部材23との接続部に、階段状の段差部120を設け、この段差部120の鉛直面121を衝突壁として構成したものである。このような構成において整流部材23を介して給気される反応ガスは、衝突壁121により拡散されながら、チャンバー10内のウェーハW上方に流される。
As shown in FIG. 12, there is also known a method of making the gas distribution uniform by a diffusion effect using a
In FIG. 12, a stepped stepped
しかしながら、そのような従来の方法によりガスの流れを均一にするようにしたエピタキシャル成長装置を用いたとしても、成長させたエピタキシャル膜の膜厚の均一性は十分ではなく、より一層高精度に均一な膜厚のエピタキシャル層を形成することが望まれている。
特に近年の半導体デバイスの高集積化は目覚しく、デバイス製造工程においては、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をも考慮して微細な加工が行われている。そのためには、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ているが、エピタキシャル層の膜厚均一性が十分でないと、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、結果的にウェーハ表面の平坦度が悪くなる。その結果、ウェーハへの微細な加工を精度よく高い歩留りで行うことができなくなり、デバイス性能やデバイスの生産性に悪影響をもたらすことになる。
However, even if an epitaxial growth apparatus in which the gas flow is made uniform by such a conventional method is used, the uniformity of the thickness of the grown epitaxial film is not sufficient, and it is more uniform with higher accuracy. It is desired to form a thick epitaxial layer.
In particular, high integration of semiconductor devices in recent years is remarkable, and in the device manufacturing process, fine processing is performed in consideration of, for example, the depth of focus of the exposure apparatus in the photolithography process. For this purpose, it is required that the silicon wafer used as the device material has a high flatness, but if the epitaxial layer thickness is not sufficient, the processing accuracy from slicing to polishing will be improved and the flatness of the underlying wafer will be increased. However, the flatness of the wafer surface deteriorates as a result. As a result, it becomes impossible to perform fine processing on the wafer with high accuracy and high yield, which adversely affects device performance and device productivity.
具体的には、例えば従来の多孔バッフルを用いた整流部材によりガスをチャンバーに供給する方法では、バッフル孔の影響でガス流速の強弱ができてしまうという問題がある。
また、図12を参照して例示した湾曲した壁面121にガスを衝突させて拡散効果によりガスの分布を均一化する方法では、図13に示すように、その湾曲部121の段差部側壁122が、ガスをウェーハ上に案内するようにウェーハの中心方向に延伸する形態で形成されているため、ウェーハの中心付近を流れるガスの流量は増えて成長速度は増加するものの、ウェーハの周縁付近、すなわち炉内側壁近傍ではガス流量の低下が起こり、エピタキシャル成長速度の低下が引き起こされるという問題がある。
Specifically, for example, in the conventional method of supplying gas to the chamber by a rectifying member using a perforated baffle, there is a problem that the gas flow rate is increased or decreased under the influence of baffle holes.
Further, in the method of making the gas distribution uniform by the diffusion effect by causing the gas to collide with the
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ウェーハ上に流されるガス流の流路、流量及び流速等をウェーハ上の各位置において均一にすることにより、成長されるエピタキシャル膜の膜厚分布の均一性を向上させることができるエピタキシャル成長装置及びエピタキシャルウェーハ製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to grow by making the flow path, flow rate, flow velocity, and the like of the gas flow flowing on the wafer uniform at each position on the wafer. An object of the present invention is to provide an epitaxial growth apparatus and an epitaxial wafer manufacturing method capable of improving the uniformity of the film thickness distribution of the epitaxial film.
前記課題を解決するために、本願発明者は、エピタキシャル成長装置のチャンバー内に供給されウェーハ上を流れるガスの流路、流量及び流速等について鋭意検討を行った。その結果、チャンバーに反応ガスを給気する給気開口部の端部形状に依存してウェーハの周縁部に供給される反応ガスの流量が変化し、これによりエピタキシャル成長の成長速度が影響を受けること、及び、ウェーハの反応ガスの流量を均一にするのに適切な給気開口部の端部形状とできることを見出した。 In order to solve the above-mentioned problems, the inventor of the present application has intensively studied the flow path, flow rate, flow rate, and the like of the gas that is supplied into the chamber of the epitaxial growth apparatus and flows on the wafer. As a result, the flow rate of the reaction gas supplied to the peripheral edge of the wafer changes depending on the shape of the end of the supply opening for supplying the reaction gas to the chamber, which affects the growth rate of epitaxial growth. It was also found that the end shape of the air supply opening suitable for making the flow rate of the reaction gas on the wafer uniform can be obtained.
従って、本発明に係る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、反応ガスを前記チャンバーに供給する給気部材と、前記チャンバーの前記給気部材との接続部に設けられ、前記給気部材から供給される前記反応ガスを、前記チャンバーに収容された前記ウェーハの径方向を長手方向として形成された通過開口部を介して前記ウェーハの上方に供給する給気接続部とを有し、前記給気接続部の前記通過開口部の前記長手方向の両端部に、当該通過開口部の側壁を形成し、当該端部近傍を通過する前記反応ガスを前記ウェーハの周縁部方向に誘導する側壁面を有する側壁部材が配置されており、前記側壁部材は、鉛直上方になるに従って前記反応ガスの前記通過開口部の幅が広くなるように、前記側壁面が鉛直方向において傾斜して形成されている。 Accordingly, an epitaxial growth apparatus according to the present invention is provided at a connection portion between a chamber that accommodates a wafer, an air supply member that supplies a reaction gas to the chamber, and the air supply member of the chamber. An air supply connection for supplying the reaction gas to be supplied to the upper side of the wafer through a passage opening formed with the radial direction of the wafer housed in the chamber as a longitudinal direction, A side wall surface for forming the side wall of the passage opening at both ends in the longitudinal direction of the passage opening of the air connection and guiding the reaction gas passing near the end toward the peripheral edge of the wafer. sidewall member having is arranged, the wall member is such that said width of the passage openings of the reaction gas becomes wider with increasing vertically upwards, the side wall surface in the vertical direction It is formed obliquely.
好適には、前記給気接続部は、前記通過開口部の前記長手方向において両端部から中央部にかけて前記反応ガスが供給されてくる方向に対して湾曲して突出した壁面であって、当該反応ガスが衝突することにより当該反応ガスを拡散させる湾曲衝突壁面を有する。 Preferably, the air supply connection portion is a wall surface protruding in a curved manner with respect to a direction in which the reaction gas is supplied from both end portions to the center portion in the longitudinal direction of the passage opening portion. It has a curved collision wall surface that diffuses the reaction gas when the gas collides.
また好適には、前記側壁部材の前記側壁面は、前記チャンバーに収容された前記ウェーハ方向への当該側壁面の延伸方向が、前記給気部材から供給される前記反応ガスの流れる方向に対して、前記通過開口部の端部から前記チャンバー内に配置された前記ウェーハの中心への方向よりも浅くなるように形成されている。 Preferably, the side wall surface of the side wall member has a direction in which the side wall surface extends in the direction of the wafer accommodated in the chamber with respect to the flow direction of the reaction gas supplied from the air supply member. And formed so as to be shallower than the direction from the end of the passage opening to the center of the wafer disposed in the chamber.
好ましくは、前記側壁部材の前記側壁面は、鉛直面に対して、0°より大きく60°以下の範囲で傾斜している。
Preferably, the side wall surface of the side wall member is inclined in a range of greater than 0 ° and not more than 60 ° with respect to the vertical surface.
また好適には、前記側壁部材は着脱可能な部材である。 Preferably, the side wall member is a detachable member.
また、本発明に係るエピタキシャルウェーハ製造方法は、上述のいずれかに記載のエピタキシャル成長装置を用いて、エピタキシャルウェーハを製造するものである。 Moreover, the epitaxial wafer manufacturing method which concerns on this invention manufactures an epitaxial wafer using the epitaxial growth apparatus in any one of the above-mentioned.
本発明によれば、ウェーハ上に流されるガス流の流路、流量及び流速等をウェーハ上の各位置において均一にすることにより、成長されるエピタキシャル膜の膜厚分布の均一性を向上させることができるエピタキシャル成長装置及びエピタキシャルウェーハ製造方法を提供することができる。 According to the present invention, the uniformity of the film thickness distribution of the epitaxial film to be grown is improved by making the flow path, flow rate, flow velocity, and the like of the gas flow flowing on the wafer uniform at each position on the wafer. It is possible to provide an epitaxial growth apparatus and an epitaxial wafer manufacturing method capable of achieving the above.
本発明の一実施形態について、図1〜図11を参照して説明する。
図1は、本発明に係るエピタキシャル成長装置の概略構成を示す垂直方向断面図であり、図2は、図1のA−A’における平面方向断面図である。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a vertical sectional view showing a schematic configuration of an epitaxial growth apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a planar sectional view taken along line AA ′ of FIG.
エピタキシャル成長装置1は、図1に示すように、上部チャンバー部材11、チャンバー側壁部材12及び下部チャンバー部材13を有し、これらにより囲まれた空間がエピタキシャル膜形成室を構成する。なお、上部チャンバー部材11、チャンバー側壁部材12及び下部チャンバー部材13は、各々石英等の透明な材料により構成される。
エピタキシャル膜形成室の内部には、ウェーハWが載置されるサセプター26が配置されている。サセプター26は、例えば炭素基材の表面にSiC被膜をコーティングした材料により形成され、ウエーハWの裏面全面を面支持するように構成される。エピタキシャル成長処理時には、ウェーハWが載置されたサセプター26は、サセプター支持具30により一定の回転数で回転される。
As shown in FIG. 1, the
A
エピタキシャル膜形成室は、エピタキシャル成長処理時において、その処理位置に配置されたサセプター26及びウェーハWを境界として、エピタキシャル膜形成室上部14及びエピタキシャル膜形成室下部15に区分けされる。
また、サセプター26の周囲には、エピタキシャル膜形成室内に導入される常温ガスを加熱するための余熱リング25が配置されいている。
また、チャンバー10の上方及び下方には、各々、複数の加熱ランプ29(例えば赤外線ランプ)が配置される。
The epitaxial film forming chamber is divided into an epitaxial film forming chamber
Around the
A plurality of heating lamps 29 (for example, infrared lamps) are disposed above and below the
また、エピタキシャル成長装置1は、図2に示すように、配管33,34,35、流量調節器31及び32、inlet部材21(図1参照)、バッフル22及び整流部材23を有する給気系と、排気側整流部材27及び排気口28(図1参照)とを有する排気系を有する。
原料ガスとなるシラン系ガス(SiH4 ,SiC12H2 ,SiHC13,SiC14)及びキャリアガスH2 (以下、これらを単にガスと称する。)は、配管33を介してエピタキシャル成長装置1に導入され、配管34及び35に分岐された後、流量調節器31及び32によりそのガス流量が調整される。その後ガスは、inlet部材21(図1参照)、バッフル22、整流部材23を通り、チャンバー側壁部材12に形成された流路120(後述する給気側段差部120)を通過してエピタキシャル膜形成室上部14へと案内される。
In addition, as shown in FIG. 2, the
Silane gases (SiH 4, SiC 12 H 2, SiHC 13, SiC 14) and carrier gas H 2 (hereinafter simply referred to as gases) serving as source gases are introduced into the
整流部材23及びチャンバー側壁部材12の給気側段差部120には、図2に示すように、仕切り板24及び125が設けられている。これら仕切り板24及び125は、ともにガスの流路方向を延伸面として整流部材23中のガスの流路及びチャンバー側壁部材12に形成された流路(段差部)120を仕切る部材である。
エピタキシャル膜形成室上部14へ導入されたガスは、ウェーハW上を通過する。これにより、原料ガスがウェーハWへのエピタキシャル膜の形成に供される。ウェーハW上を通過したガスは、排気側整流部材13及び排気口28を介してエピタキシャル成長装置1から排出される。
As shown in FIG. 2,
The gas introduced into the
チャンバー側壁部材12の給気口付近及び排気口付近は、図1及び図2に示すように、その上外側が周縁に沿って切り欠かれたような段差形状120及び129(以下、給気側段差部120及び排気側段差部129と称する。)に加工されている。これにより、これらの段差部120又は129と上部チャンバー部材11との間にガスを案内する流路が形成され、給気口側においてはエピタキシャル膜形成室上部14にガスを案内する流路として、排気口側においてはエピタキシャル膜形成室上部14からガスを排出する流路として用いられる。
給気側のチャンバー側壁部材12の給気側段差部120において、その垂直方向の壁面121は、整流部材23を介してチャンバー10に導入されるガスが衝突する衝突壁として構成される。チャンバー10に導入するガスをこのような衝突壁121に衝突させてチャンバー10内に導入することにより、ガスが拡散される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the vicinity of the air supply port and the exhaust port of the chamber
In the
給気側の給気側段差部120は、図2に示すように、整流部材23の幅よりも十分長い幅、換言すればチャンバー10に至る直前のガスの流路の幅よりも十分長い幅で、チャンバー側壁部材12に形成されている。そしてその両端部には、給気側段差部120の端部を埋めるような形状の側壁部材126が配置されている。側壁部材126は、取り外し可能な石英ブロックであって、エピタキシャル膜形成室上部14に流入されるガスの流路を規定する側壁127を所望の姿勢で構成するための部材である。
As shown in FIG. 2, the supply-
側壁部材126は、一方の側が給気側段差部120の端部に勘合あるいは掛止されるような給気側段差部120の端部の形状に対応した形状に形成されており、この部分が給気側段差部120の端部に合わせて設置される。そしてこのように配置した時に、側壁部材126の他方の側の側壁127がガスの流路の側面を規定する面となるように、その他方の側の形状が規定されている。
The
なお、側壁127の形態(姿勢)は、図3に示すように、整流部材23を通過して流れるガスの流路方向と側壁部材126の側壁127の成す第1の角度θ1と、図4に示すように、側壁127の鉛直平面との成す角度θ2とにより規定される。なお、図3及び図4においては、給気側段差部120の右側端部に配置される側壁部材126を例示して説明を行う。給気側段差部120の左側端部に配置される側壁部材は、図3及び図4に示す側壁部材126と対称な形状となる。
As shown in FIG. 3, the shape (posture) of the
図3において、面ABCDは、整流部材23の側壁をそのまま直線状に延伸させた場合の側壁に相当する面であって、整流部材23を通過して供給されるガスの流れる方向と同一の方向に延伸した面である。また、面ABOO’は、サセプター26に載置されるウェーハWの中心O(O’)と整流部材23の側壁端部ABとを結んで規定される面であって、図13に示したような従来のチャンバー側壁部材12の給気側段差部120の段差部側壁122に対応する面である。そして、面ABGHが、側壁部材126の側壁127により形成される面であり、本実施形態のエピタキシャル成長装置1において、チャンバー10に供給されるガスの流路を規定する面である。
In FIG. 3, the surface ABCD is a surface corresponding to a side wall when the side wall of the rectifying
従って、側壁部材126の側壁127の姿勢を示す第1の角度θ1は、面ABGH(側壁127)と面ABCD(供給されるガスの流れる方向)との成す角度となる。
そして、本実施形態のエピタキシャル成長装置1のチャンバー10において、この角度θ1は、0≦θ1<角度OACに規定される。すなわち、側壁部材126の側壁127は、水平面内における角度が、面ABCDの成す角度から面ABOO’の成す角度の範囲内(面ABCDと平行な場合を含む。面ABOO’と平行な場合を含まない)になるように形成される。
Therefore, the first angle θ1 indicating the posture of the
In the
また、図4において、面ABOO’は、図3と同じくサセプター26に載置されるウェーハWの中心O(O’)と整流部材23の側壁端部ABとを結んで規定される面であって、図13に示したような従来のチャンバー側壁部材12の給気側段差部120の段差部側壁122に対応する面である。そして、面JBKMが、側壁部材126の側壁127により形成される面であり、本実施形態のエピタキシャル成長装置1において、チャンバー10に供給されるガスの流路を規定する面である。
図4に示すように、側壁部材126の側壁127の姿勢を示す第2の角度θ2は、面JBKM(側壁127)の鉛直面からの傾きを示す。
本実施形態のエピタキシャル成長装置1のチャンバー10において、この角度θ2は、0°≦θ2≦60°に規定される。
In FIG. 4, a surface ABOO ′ is a surface defined by connecting the center O (O ′) of the wafer W placed on the
As shown in FIG. 4, the second angle θ2 indicating the posture of the
In the
これら側壁127の形態、すなわち側壁部材126の側壁127の姿勢を規定する角度θ1及びθ2は、エピタキシャル成長条件に応じて各々適切な値に設定されるものである。エピタキシャル成長処理時には、そのエピタキシャル成長条件に応じた適切な角度θ1及びθ2を実現する側壁部材126がチャンバー側壁部材12の給気側段差部120の両脇部に設置されて、エピタキシャル成長が行われる。
以下、その側壁部材126の具体的な形態の例を、実施例1〜実施例3として示す。
The forms of the
Hereinafter, the example of the specific form of the
実施例1としての側壁部材126aについて図5及び図6を参照して説明する。
図5は、側壁部材126aを配置したエピタキシャル成長装置1のチャンバー10の給気部近傍の構成を模式的に示す図であり、図6は、その給気部におけるガスの流れを説明するための図である。
側壁部材126aは、図5及び図6に示すように、ガスの流れる方向に対する水平面内の角度θ1及び鉛直平面に対する角度θ2がともに0°の側壁127aを有する側壁部材である。側壁127aのガスの流れる方向に対する角度θ1=0°ということは、図5に示すように、側壁127aがガスの流路に沿って形成されることを意味する。
The
FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration in the vicinity of the air supply portion of the
As shown in FIGS. 5 and 6, the
このような形状の側壁部材126aをチャンバー側壁部材12の給気側段差部120に配置した時、チャンバー10に導入されるガスの流れは、図6に示すようになる。すなわち、仕切り板24により仕切られた整流部材23の各領域に導入されたガスは、チャンバー側壁部材12の給気側段差部120の衝突壁121に衝突するものの、平面的にはほぼその方向を変えずに元のガス流の方向にそのまま流れる。整流部材23の両端の領域においても、側壁部材126aの側壁127aが整流部材23の側壁と同じく鉛直なガス流に沿った面として形成されているので、この領域を流れるガス流42は平面的にはそのまま直線的に流れてエピタキシャル膜形成室上部14に案内される。その結果、図12及び図13を例示して前述した従来のエピタキシャル成長装置と比較して、ウェーハ周縁部に流れるガスの流量が増え、その部分での成長速度が促進されることになる。
When the
このように、図5及び図6に示した側壁部材126aにおいては、側壁127aのガスの流れる方向に対する水平面内の角度θ1は0°であるのに対して、図12及び図13に示す従来の構成では、側壁127はウェーハの中心方向に延伸した面となっており、ガスの流れる方向に対する角度θ1は角度OAC(図3参照)である。従って、この角度θ1が角度OACよりも少しでも小さければ、すなわち側壁127aとガスの流路との成す角度が従来より少しでも小さければ、チャンバー10内のウェーハの周縁部に流れるガスの流量は従来より増加し、エピタキシャル成長の成長速度の増進という効果が得られる。
従って、側壁127aの鉛直面との角度θ2=0°という条件の下において、側壁127aのガスの流れる方向に対する水平面内の角度θ1は、0≦θ1<角度OACであればよく、図5及び図6に示したようなθ1=0°の場合に限定されるものではない。
As described above, in the
Therefore, under the condition that the angle θ2 = 0 ° with the vertical surface of the
実施例2としての側壁部材126bについて図7及び図8を参照して説明する。
図7は、そのような側壁部材126bを配置したエピタキシャル成長装置1のチャンバー10の給気部近傍の構成を模式的に示す図であり、図8は、その給気部におけるガスの流れを説明するための図である。
側壁部材126bは、図7及び図8に示すように、ガスの流れる方向に対する水平面内の角度θ1が従来と同じく角度OACで(図3参照)、鉛直平面に対する角度θ2を45°とした側壁127bを有する側壁部材である。側壁127bのガスの流れる方向に対する角度θ2が0°より大きい(θ2>0°)ということは、図7に示すように、側壁127bがガスの流路に沿って傾斜して形成されることを意味する。
The
FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration in the vicinity of the air supply unit of the
As shown in FIGS. 7 and 8, the
このような形状の側壁部材126bをチャンバー側壁部材12の給気側段差部120に配置した時、チャンバー10に導入されるガスの流れは、図8に示すようになる。すなわち、仕切り板24により仕切られた整流部材23の内部の領域に導入されたガス流41は、チャンバー側壁部材12の給気側段差部120の衝突壁121に衝突するものの、平面的にはほぼその方向を変えずに元のガス流の方向にそのまま流れる。一方、整流部材23の仕切り板24の両端の領域に導入されたガス流のさらに整流部材23の端部のガス流は、傾斜した側壁127bの上方の方が流露幅が広がり流路抵抗が少ないため、同じく図8に示すように、側壁127bの傾斜の方向に流れる方向が変えられてエピタキシャル膜形成室上部14内に導入される。その結果、図12及び図13を例示して前述した従来の構成と比較してウェーハ周縁部に流れるガスの量が増える。また、図5及び図6に示した実施例1の構成よりもさらにウェーハの周縁部に流れるガスの量が増えることになり、いずれにしてもウェーハ周縁部でのエピタキシャル成長の成長速度が促進されることになる。
When the
なお、図7及び図8に示した側壁部材126bにおいては、側壁127bの鉛直面に対する角度θ2は45°であるが、図12及び図13に示す従来の構成では、側壁127は鉛直面に平行な面となっており、鉛直面に対する角度θ2は0°(図4参照)である。従って、この角度θ2が0°よりも少しでも大きければ、すなわち側壁127bが鉛直面に対して少しでも傾斜していれば、ウェーハの周縁部に流れるガスの流量は従来より増加し、エピタキシャル成長の成長速度の増進という効果が得られる。
従って、側壁127bの鉛直面との角度θ2は、0≦θ1<角度OACであればよく、図5及び図6に示したようなθ1=0°の場合に限定されるものではない。
In the
Therefore, the angle θ2 with respect to the vertical surface of the
実施例3としての側壁部材126cについて図9及び図10を参照して説明する。
図9は、そのような側壁部材126cを配置したエピタキシャル成長装置1のチャンバー10の給気部近傍の構成を模式的に示す図であり、図10は、その給気部におけるガスの流れを説明するための図である。
側壁部材126cは、図9に示すように、ガスの流れる方向に対する水平面内の角度θ1が0°で、鉛直平面に対する角度θ2が45°である側壁127cを有する側壁部材であり、前述した実施例1のθ1と実施例2のθ2とを組合せた形態の側壁部材である。
側壁127cのガスの流れる方向に対する角度θ1が0°で形成されるということは、図10に示すように水平面内において側壁127cがガスの流路に沿って形成されることを意味し、側壁127cのガスの流れる方向に対する角度θ2が0°より大きく形成されるということは、図9に示すように側壁127cがガスの流路に沿って傾斜して形成されることを意味する。
The
FIG. 9 is a diagram schematically showing a configuration in the vicinity of the air supply part of the
As shown in FIG. 9, the
The fact that the angle θ1 of the
このような形状の側壁部材126cをチャンバー側壁部材12の給気側段差部120に配置した時、チャンバー10に導入されるガスの流れは、図10に示すようになる。すなわち、仕切り板24により仕切られた整流部材23の内部の領域に導入されたガス流41は、チャンバー側壁部材12の給気側段差部120の衝突壁121に衝突するものの、平面的にはほぼその方向を変えずに元のガス流の方向にそのまま流れる。また、整流部材23の仕切り板24の両端の領域に導入されたガス流も、側壁部材126cの側壁127cが整流部材23の側壁と同じく鉛直なガス流に沿った面として形成されているので、ダイブ部分のガス流はそのまま流れてエピタキシャル膜形成室上部14に案内される。そしてさらにこの形態の側壁部材126cにおいては、整流部材23の仕切り板24の両端の領域に導入されたガス流のさらに整流部材23の端部のガス流が、側壁127cの傾斜により流れる方向が変えられてエピタキシャル膜形成室上部14内に導入される。その結果、図12及び図13を例示して前述した従来の構成と比較してウェーハ周縁部に流れるガスの流量が増える。また、図5〜図8に示した実施例1及び実施例2の構成よりもさらにウェーハの周縁部にガスが案内されることになる。これにより、ウェーハ周縁部でのエピタキシャル成長の成長速度が一層促進されることになる。
When the
以上説明したようなエピタキシャル成長装置1においては、原料ガスとなるシラン系ガス(SiH4 ,SiC12H2 ,SiHC13,SiC14)及びキャリアガスH2 を含むガスが、配管33を介してエピタキシャル成長装置1に導入され、配管34及び35に分岐され、流量調節器31及び32によりそのガス流量が調整され、inlet部材21(図1参照)、バッフル22、整流部材23を介してチャンバー10に導入される。その際、ガスは、チャンバー側壁部材12の衝突壁121で拡散してエピタキシャル膜形成室上部14へと案内される。また特に、整流部材23の周辺部を流れるガス流42は、給気側段差部120に配置された側壁部材126の側壁127の作用により、ウェーハの周縁部にもある程度の量が流れる。その結果、ウェーハの周縁部にもある程度の流量が確保される状態で、チャンバー10内にガスが導入される。
In the
チャンバー10内において、ウェーハWは、サセプター26上に配置され、サセプター支持具16の回転によりサセプター26とともに一定の回転数で回転している。また、赤外線ランプ29により、ウェーハW、サセプター26、余熱リング25は加熱されている。そして、このようなウェーハWの上方空間14、チャンバー10に導入されたガスが通過することにより、ウェーハW上でエピタキシャル成長が起こり、ウェーハ上にエピタキシャル層が形成される。
ウェーハ上を通過したガスは、排気側整流部材13及び排気口28を回して排気される。
Within the
The gas that has passed over the wafer is exhausted by turning the exhaust
このような構成のエピタキシャル成長装置1により実際にエピタキシャル成長を行った結果の膜厚均一性について説明する。
ここでは、図5〜図10に示した実施例1〜実施例3の側壁部材126、及び、図12及び図13に示した従来構成の側壁部材126を各々配置したエピタキシャル成長装置1でエピタキシャル成長を行い、エピタキシャル膜が形成された各ウェーハについて、ウェーハのガス流路に垂直な直径方向におけるエピタキシャル膜の厚さの分布を測定した。
以下、各例における、膜厚分布について、図11を参照して説明する。
The film thickness uniformity as a result of actual epitaxial growth by the
Here, epitaxial growth is performed by the
Hereinafter, the film thickness distribution in each example will be described with reference to FIG.
図11は、その測定結果を示す図である。
図11に示すように、従来構成の側壁部材126を有するエピタキシャル成長装置1でエピタキシャル成長を行った場合、ウェーハの周縁部(中心から80mm以上の辺り)においてエピタキシャル膜の厚さの低下が観測される。また、エピタキシャル膜の最も厚い部分(ウェーハの中心から30〜40mm辺り)のエピタキシャル膜の厚さと、最も薄い部分(ウェーハの周縁部)との膜厚との差が大きく、エピタキシャル膜の膜厚の均一性が低いことがわかる。
FIG. 11 is a diagram showing the measurement results.
As shown in FIG. 11, when epitaxial growth is performed with the
一方、前述した実施例1〜実施例3の側壁部材126を有するエピタキシャル成長装置1でエピタキシャル成長を行ったウェーハについては、ウェーハの周縁部におけるエピタキシャル膜の厚さは、いずれも従来例の厚さを上回っており、ウェーハの周縁部におけるエピタキシャル成長が促進されたことが観察される。また、エピタキシャル膜の最も厚い部分(実施例1においては、ウェーハ最周縁部。実施例2及び実施例3についてはウェーハの中心から30〜40mm辺り。)のエピタキシャル膜の厚さと、最も薄い部分(いずれもウェーハの中心部)との膜厚との差も、従来例と比較して小さく、エピタキシャル膜の膜厚の均一性が向上していることがわかる。特に、実施例2及び実施例3について、膜厚の均一性の向上が顕著であることがわかる。
On the other hand, for the wafer epitaxially grown by the
このように、本実施形態の側壁部材126を有するエピタキシャル成長装置1では、整流部材23の周辺部を通過するガス流42がチャンバー側壁部材12の給気側段差部120に配置された側壁部材126の側壁127の影響を受けることにより、エピタキシャル膜形成室上部14内においてウェーハWの周縁部に流れるガスの流量が増えている。その結果、ウェーハの周縁部においてSi膜の成長速度が促進されることになり、従来生じていたウェーハ周縁部でのSi層膜厚低下が低減され、均一性の高いウェーハを製作することができる。
As described above, in the
なお、本実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。 In addition, this embodiment is described in order to make an understanding of this invention easy, and does not limit this invention at all. Each element disclosed in the present embodiment includes all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention, and various suitable modifications can be made.
例えば、側壁部材126の側壁127の形態は前述した実施例1〜実施例3の形態に限られない。側壁127とガス流れ方向とのなす角θ1は0°≦θ1≦角度OACの範囲、側壁127と鉛直平面とのなす角θ2は0°≦θ2≦60°の範囲であれば、エピタキシャル成長条件に応じて任意の角度値で構成してよい。
For example, the form of the
1…エピタキシャル成長装置
10…チャンバー
11…上部チャンバー部材
12…チャンバー側壁部材
120…給気側段差部
121…衝突壁
122…段差部側壁
125…仕切り板
126…側壁部材
127…側壁
129…排気側段差部
13…下部チャンバー部材
14…エピタキシャル膜形成室上部
15…エピタキシャル膜形成室下部
21…inlet部材
22…バッフル
23…整流部材
24…仕切り板
25…余熱リング
26…サセプター
27…排気側整流部材
28…排気口
29…加熱ランプ
30…サセプター支持具
31,32…流量調節器
33〜35…配管
W…ウェーハ
42,41…ガス流
DESCRIPTION OF
120 ... Supply side step
121 ... Collision wall
122 ... Step side wall
125 ... Partition plate
126 ... Side wall member
127 ... side wall
129: Exhaust side step 13: Lower chamber member 14: Epitaxial film forming chamber
Claims (6)
反応ガスを前記チャンバーに供給する給気部材と、
前記チャンバーの前記給気部材との接続部に設けられ、前記給気部材から供給される前記反応ガスを、前記チャンバーに収容された前記ウェーハの径方向を長手方向として形成された通過開口部を介して前記ウェーハの上方に供給する給気接続部とを有し、
前記給気接続部の前記通過開口部の前記長手方向の両端部に、当該通過開口部の側壁を形成し、当該端部近傍を通過する前記反応ガスを前記ウェーハの周縁部方向に誘導する側壁面を有する側壁部材が配置されており、
前記側壁部材は、鉛直上方になるに従って前記反応ガスの前記通過開口部の幅が広くなるように、前記側壁面が鉛直方向において傾斜して形成されていることを特徴とするエピタキシャル成長装置。 A chamber for housing the wafer;
An air supply member for supplying a reaction gas to the chamber;
A passage opening provided in a connection portion of the chamber with the air supply member, the reaction gas supplied from the air supply member is formed with a radial direction of the wafer accommodated in the chamber as a longitudinal direction. And an air supply connection portion for supplying the wafer above the wafer,
Sides that form side walls of the passage opening at both ends in the longitudinal direction of the passage opening of the air supply connection, and guide the reaction gas that passes through the vicinity of the end toward the periphery of the wafer A side wall member having a wall surface is disposed ;
The epitaxial growth apparatus characterized in that the side wall surface is formed so as to be inclined in the vertical direction so that the width of the passage opening of the reaction gas becomes wider as it goes vertically upward .
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