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JP4736269B2 - Cylinder type vapor phase growth equipment - Google Patents
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JP4736269B2 JP2001246157A JP2001246157A JP4736269B2 JP 4736269 B2 JP4736269 B2 JP 4736269B2 JP 2001246157 A JP2001246157 A JP 2001246157A JP 2001246157 A JP2001246157 A JP 2001246157A JP 4736269 B2 JP4736269 B2 JP 4736269B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン単結晶ウェーハにシリコンエピタキシャル層を形成するためのシリンダ型の気相成長装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
シリンダ型の気相成長装置は、図3に示すように、石英製のベルジャー(反応炉)120の内側に多角錐台状のサセプタが回転自在に設けられるとともに、ベルジャー120の外側に加熱用ランプを配した複数のランプモジュール(加熱ランプモジュール)130を備えた構成となっている。そして、サセプタ110の側壁面に形成された円形の座ぐり110aにシリコン単結晶ウェーハを載置し、サセプタ110を回転させながら、ランプモジュール130に配列された加熱用ランプによってシリコン単結晶ウェーハを加熱し、シリコン原料ガスをベルジャー120内に流通させることによって、シリコン単結晶ウェーハの主面上にシリコンエピタキシャル層を形成させるものである(特開平2−241029号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このシリンダ型の気相成長装置においては、シリコン単結晶ウェーハに気相成長を行う一方で、ベルジャー120の内壁面にシリコンが付着するのを防ぐため、例えば図3のように、ブロア150から冷却空気をランプモジュールカバー140内に循環させるなどによって、ベルジャー120を冷却している。しかし、このような冷却を行っても、ベルジャー120の内壁面へのシリコン付着を完全に防ぐことは難しく、しかも一度ベルジャー120の内壁面にシリコンが付着すると、その周囲に、急速にポリシリコンが堆積し始める。
ポリシリコンが堆積したベルジャー120では、その内壁面表面の一部がポリシリコンで覆われることにより、加熱用ランプの光が遮られ、サセプタ120において熱せられているシリコン単結晶ウェーハを均一に加熱することができなくなる。その結果、気相成長を施したシリコンエピタキシャルウェーハのバッチ内抵抗率分布が大きくなったり、シリコンエピタキシャル層の成長速度が急激に低下したりするなどの支障をきたすことがある。
一方、ベルジャー120の内壁面において、ポリシリコンが堆積した部分は酸洗浄後、石英が失透してしまう。酸洗浄を行ってポリシリコンを落としても、失透した箇所では加熱用ランプによる放射加熱がうまく行われないばかりでなく、失透した石英表面には再びシリコンの堆積が発生しやすい。従って、ポリシリコンが堆積したベルジャー120は修理しなければならない。
【0004】
本発明の課題は、ベルジャー(反応炉)の内壁面にポリシリコンが堆積することを低減できるシリンダ型気相成長装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者等が、このシリンダ型の気相成長装置についての検討を行ったところ、ベルジャーにおいて、内壁面にポリシリコンが比較的堆積しやすい位置があることを見出した。この位置は、ランプモジュールカバーに形成される冷気導入口の位置とは反対側であって、且つサセプタと最も距離の近い、ベルジャーの下部であった。
そこで、このポリシリコンが堆積しやすい位置は、冷却が不十分であって、この位置をより効率よく冷却できれば、ポリシリコンの堆積を低減できると予測し、本発明に至った。
【0006】
すなわち課題解決のための本発明による手段は、例えば図1および図2に示すように、シリコン単結晶ウェーハを保持するサセプタ(10)を備えたシリンダ型の反応炉(ベルジャー20)と、前記反応炉の内部に反応ガスを供給するガス供給部(例えばガス供給管15)と、前記反応炉の周囲に備えられる複数の加熱ランプモジュール(30)と、前記複数の加熱ランプモジュールの外側を取り囲むように設けられ、且つ、冷却空気を取り入れるための冷気導入口(41)が形成されたランプモジュールカバー(40)と、前記ランプモジュールカバーの外側において、前記冷気導入口に連通するように備えられる冷気導入管(45)と、前記冷気導入管に接続され、該冷気導入管に冷却空気を供給するブロワ(50)と、を備えたシリンダ型気相成長装置(100)において、前記ランプモジュールカバー(40)には、前記反応炉の内壁面におけるポリシリコンが堆積する位置に対し周方向に略対応する箇所に、側部冷気口(43)が形成され、前記側部冷気口には、前記冷気導入管から分岐した側管(60)の端部(61)が接続されていることを特徴とする。
【0007】
尚、ランプモジュールカバーの内側において、冷却空気は、冷気導入口あるいは側部冷気口から流入し、ランプモジュールカバーの下部に設けられる排気口から排気されるようになっており、冷却空気は概ね上方から下方に流通している。従って、冷気導入口は、前記ランプモジュールカバーの上部に形成されるとともに、側管の端部が接続される側部冷気口は冷気導入口よりも下方であって、且つ、ポリシリコンが堆積する位置よりも上方に形成されるとより好ましい。
またポリシリコンは、反応炉の中心部から冷気導入口の方向とは反対側の内壁面の2箇所に堆積しやすい。従って、側部冷気口はこれらの位置に対応するランプモジュールカバーの位置のやや上方の二箇所に形成するとより好ましい。
【0008】
本発明によれば、ランプモジュールカバーには、反応炉の内壁面におけるポリシリコンが堆積する位置に対し周方向に略対応する箇所に、側部冷気口が形成され、側部冷気口には、冷気導入管から分岐した側管の端部が接続されている。
従って、ブロワから供給される冷却空気を、反応炉のポリシリコンが堆積する位置付近に導くことにより、反応炉の冷却を効率よく行うことができる。その結果、反応炉の内壁面にポリシリコンが堆積することを低減できる。従って、反応炉の外側からのランプ加熱がポリシリコンによって妨げられることがなく、サセプタの温度分布が改善されるので、サセプタに載置されるシリコン単結晶ウェーハにシリコンエピタキシャル層を好適に形成させることができる。
また、反応炉がポリシリコンの堆積によって失透することも防止できるので、反応炉の交換周期が延び、生産性が向上する。また、反応炉を修理する必要が減るのでコストを削減することもできる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明のシリンダ型の気相成長装置100の概略縦断面図である。また、図2(a)は気相成長装置100の主な構成を示す平断面図、(b)は側面図である。
気相成長装置100は、サセプタ10と、ベルジャー(反応炉)20と、ランプモジュール(加熱ランプモジュール)30と、ランプモジュール30の外側周囲を覆うランプモジュールカバー40と、ランプモジュールカバー40の内部に冷却空気を供給するブロア50とを備えている。
【0010】
ベルジャー20は、透明な石英によって円筒形状に形成され、その下端部はせばめられてネック21を形成している。ベルジャー20の上側には、気相成長反応の際反応ガスを取り入れるガス供給口22が設けられ、また下部のネック21の下端部には排気管(図示略)が接続されている。このベルジャー20内において、反応ガスは上方から下方に流通するようになっている。
【0011】
サセプタ10は、カーボン製で多角錐台状(図では、6角錐台状で示している)に形成され、その周面には、シリコン単結晶ウェーハを保持する円形の座ぐり10aが設けられている。サセプタ10は、上端部にハンガ11が設けられてベルジャー20内に吊り下げられる。またハンガ11は回転駆動装置(図示略)と連結されており、サセプタ10は、回転駆動装置の動作に応じて周方向に回転するようになっている。また、サセプタ10内には温度センサ(図示略)が備えられ、サセプタ10の裏側の温度がモニタできるようになっている。
尚、図2においてサセプタ10は、断面が6角形に形成されているが、サセプタ10の形状は、気相成長を施すシリコン単結晶ウェーハの径に応じて形成される座ぐりの大きさにより5角形あるいは7角形でもよく、適宜変更可能である。
【0012】
ガス供給管(ガス供給部)15は、水素等のキャリアガスとともに、モノシラン、ジクロロシラン、トリクロロシランなどのシリコン原料ガスや、ドーパントガスなど、気相成長に必要なガスをベルジャー20内に供給する。これらの原料ガス等は、ベルジャー20の上側に設けられたガス供給口22を介してベルジャー20内に供給される。
ベルジャー20内に供給された原料ガス等は、サセプタ10およびサセプタ10の座ぐり10aに載置されるシリコン単結晶ウェーハの主面上に沿って下方に流れ、ベルジャー20の下側に設けられた排気管(図示略)から排出される。これらのガスによって、サセプタ10上で加熱されたシリコン単結晶ウェーハの主面に、シリコンエピタキシャル層が形成されるようになっている。
【0013】
ランプモジュール30は、反射板を備えたハロゲンランプ等の加熱ランプをランプフレーム内に多数配列して構成される。加熱ランプモジュール30は、図1および図2(a)に示すように、ベルジャー20の周囲を同軸的に取り囲むように、5つ設けられる。この加熱ランプモジュール30において、隣り合うハロゲンランプ間には、空気が流通可能なようにスリットが形成されている。また、隣り合う二つのランプモジュール30間にも隙間が設けられている。これらのスリットおよび隙間によって、加熱ランプモジュール30の表側と裏側(ベルジャー20側とランプモジュールカバー40側)で、空気が流通しやすい構成となっている。尚、気相成長装置100を冷却する冷却空気はこのランプモジュール30の外側から供給され、主にランプモジュール30の上側を通ってランプモジュール30と反応炉20との間を下方に流通して、反応炉20を冷却するようになっている。
【0014】
ランプモジュールカバー40は筒状に形成され、前記5つの加熱ランプモジュール30の外側を覆っており、その上部には、冷却空気導入のための冷気導入口41が形成されている。また、ランプモジュールカバー40の下部には空気を排出させる排気ダクト42が形成されている。また、ランプモジュールカバー40の冷気導入口41より下方の2箇所には、側部冷気口43,43が形成されている。ランプモジュールカバー40内部においては、冷気導入管41および側部冷気口43,43から流入する空気が下方に流れて排気ダクト42から排出されるようになっている。
【0015】
この側部冷気口43,43を形成する周方向の位置としては、ベルジャー20の内壁面においてポリシリコンが堆積しやすい位置に略対応する箇所に形成する。尚、このポリシリコンが堆積しやすい位置は、ベルジャー20の中心部から冷気導入口41の方向に対し、約120度付近の2箇所の位置(図2においてAで示す位置)であることが経験的に確認されているので、ランプモジュールカバー40の側部冷気口43,43は周方向として当該2箇所に対応する箇所に形成することが望ましい。
また、側部冷気口43,43の上下方向の位置は、前述のように、冷却空気が上方から下方に流れることを鑑み、また、冷却空気を効率よくベルジャー20のポリシリコンが堆積しやすい位置に流通させるため、図2(b)に示すように、冷気導入口41より下方であって、ベルジャー20のポリシリコンが堆積しやすい位置Aよりも上方とすることが好ましい。
【0016】
ランプモジュールカバー40の冷気導入口41の外側には、冷気導入管45が冷気導入口41と連通するように設けられている。この冷気導入管45の側面には、二本の側管60,60が、内部が連通するように備えられる。また、これらの側管60,60の端部61,61は、図2(a)および(b)に示すように、ランプモジュールカバー40に形成される側部冷気口43,43に接続される。
尚、この冷気導入管45に、調節弁などを設けてランプモジュールカバー40内に流入させる冷却空気の方向を調整してもよい。
【0017】
熱交換器55は、内部に冷却水が流れ、温まった空気と熱を交換して空気を冷却する装置である。ランプモジュールカバー40の排気ダクト42から排出される空気はこの熱交換器55に流れて冷却されるようになっている。
【0018】
ブロワ50は、モータ51とファン52とを備え、熱交換器55から取り入れた冷却空気を送風する装置である。ブロワ50の送風口51は、冷気導入管45に接続され、ブロワ50から送風された冷却空気は、冷気導入管45と二本の側管60,60を介してランプモジュールカバー40の内部に供給されるようになっている。
【0019】
この気相成長装置100における冷却空気の流れを説明する。
冷却空気は、ブロワ50から供給されて冷気導入管45に流入する。そして、冷却空気は、一部が冷気導入口41からランプモジュールカバー40内部に流入するとともに、冷却空気の一部は冷気導入管45から分岐する側管60を介して、側部冷気口43からランプモジュールカバー40の内部に流入する。
【0020】
冷気導入口41から流入した冷却空気は、一部がランプモジュール30の上方を回り込んでランプモジュール30とベルジャー20との間を下方に流れ、また一部はランプモジュール30とランプモジュールカバー40との間を下方に流れるとともに、ランプモジュール30においてハロゲンランプ間に形成されているスリットの間を通ってランプモジュール30とベルジャー20との間に流入して下方に流れる。
【0021】
一方、側部冷気口43,43から流入した冷却空気は、ランプモジュール30とランプモジュールカバー40との間を下方に流れるとともに、一部はランプモジュール30においてハロゲンランプ間に形成されているスリットの間を通ってランプモジュール30とベルジャー20との間に流入して下方に流れる。
【0022】
このような冷却空気の流れによって、ランプモジュール30と、ベルジャー20の周囲とが冷却されるが、特に、ベルジャー20の内壁面において、ポリシリコンが堆積しやすい位置と周方向に対応する位置の上方に形成されている側部冷気口43,43からの冷却空気が、ランプモジュール30のスリットを通って、ベルジャー20のポリシリコンが堆積しやすい位置に流れる。そのため、ベルジャー20内壁面のポリシリコンが堆積しやすい位置が効率よく冷却され、ポリシリコンの堆積が抑制される。
【0023】
本発明の気相成長装置100によれば、ベルジャー20の内壁面において、ポリシリコンが堆積しやすい位置に対し周方向に略対応する、ランプモジュールカバー40の箇所に、側部冷気口43を形成している。そして、冷気導入管45から分岐した側管60の端部61を、この側部冷気口43に接続しているので、ブロワ50から供給される冷却空気を、ベルジャー20のポリシリコンが堆積しやすい位置の近くに導くことができ、効率よく冷却を行うことができる。
従って、ベルジャー20の内壁面にポリシリコンが堆積することを抑制でき、その結果、気相成長においてベルジャー20の外側に位置するハロゲンランプからの加熱がポリシリコンによって妨げられることなく、サセプタ10の温度分布が改善されるので、シリコン単結晶ウェーハにシリコンエピタキシャル層を好適に形成させることができる。
また、ポリシリコンの堆積によりベルジャー20が失透することを防止できるので、ベルジャー20の交換周期が延び、生産性が向上する。さらに、ベルジャー20を修理する必要が減り、コストを削減できる。
【0024】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、ランプモジュール30等に、例えば水冷装置等を取り付けて冷却するようにしてもよい。また、冷却空気は、気相成長装置内を循環させる空気のほか、装置外部から適宜取り入れるようにしてもよい。
加えて、本発明においては、ポリシリコンが堆積しやすい位置として、ベルジャー20の中心部から冷気導入口41方向に対し、約120度の位置のベルジャー20部分を冷却するように側部冷気口43を形成しているが、この側部冷気口43の箇所はポリシリコンが堆積しやすい位置を鑑みて適宜設計変更できる。その場合においても、側部冷気口43の上下方向の位置は、冷気導入口41よりも下方であって、ポリシリコンが堆積しやすい位置よりも上方であることが好ましい。
【0025】
【実施例】
本発明のシリンダ型気相成長装置100を用いて、シリコン単結晶ウェーハに気相成長を行う。シリコン単結晶ウェーハとしては、FZ法あるいはCZ法等により製造されたシリコン単結晶インゴットから、面取り工程、スライス工程、ラッピング工程、エッチング工程、CVD酸化膜成長工程、鏡面研磨工程を通して製造され、その主裏面にCVD酸化膜が形成された、直径125mmの気相成長用のシリコン単結晶ウェーハ(以下、ウェーハと記載する)を使用する。
気相成長は、まずサセプタ10にウェーハを設置し、ランプモジュール30に配列されるハロゲンランプにより、ウェーハを約1110℃〜1190℃に加熱する。そして、ガス供給管15からシリコン原料ガス等を供給させることにより、ウェーハ表面にシリコンエピタキシャル層を形成する。
気相成長は、▲1▼1110℃、▲2▼1160℃、▲3▼1190℃のそれぞれの加熱温度において行う。また処理時間等は、シリコンエピタキシャル層を所望の厚さに形成させる条件に適宜設定して行う。尚、本実施例では、気相成長装置100によってシリコンエピタキシャル層を1日平均約150μm形成させた。
【0026】
本実施例において、一回の気相成長処理でウェーハに形成させるシリコンエピタキシャル層の厚さ(以下、膜厚と記載する)を測定し、ベルジャー20の内壁面にポリシリコンが堆積してベルジャー20の交換を行うまでにウェーハ上に形成させた膜厚の累計を記録する。
各温度条件での気相成長において、ベルジャー交換までにウェーハ上に形成した膜厚の累計は、それぞれ▲1▼165μm、▲2▼592μm、▲3▼958μmであった。
【0027】
<比較例>
本比較例においては、従来のシリンダ型気相成長装置101を用いてウェーハに対する気相成長を行う。尚、使用するウェーハ、反応時間等は前述の実施例と同様であって、成長温度は▲1▼1110℃、▲2▼1160℃、▲3▼1190℃、シリコンエピタキシャル層は1日平均約150μm形成した。
【0028】
各温度条件において、ベルジャー120の交換までにウェーハ上に形成した膜厚の累計は、▲1▼56μm、▲2▼331μm、▲3▼277μmであった。
【0029】
実施例と比較例との比較より、本実施例ではベルジャーの内壁面にポリシリコンが堆積するまでに形成することのできるシリコンエピタキシャル層の厚さが比較例に比し大きく増大している。
従って、本発明の気相成長装置100では、ベルジャー交換までに形成できるシリコンエピタキシャル層の累計膜厚は従来より大きく、従ってベルジャーの交換周期も長くなることが分かる。
【0030】
【発明の効果】
本発明によれば、ランプモジュールカバーには、反応炉の内壁面におけるポリシリコンが堆積する位置に対し周方向に略対応する箇所に、側部冷気口が形成され、側部冷気口には冷気導入管から分岐した側管の端部が連通するように接続されているので、ブロワから供給される冷却空気を、反応炉においてポリシリコンが堆積する位置付近に、側管を介して導くことができ、効率よく冷却を行うことができる。
従って、反応炉の内壁面にポリシリコンが堆積することを低減できるので、気相成長において、反応炉の外側からのランプ加熱がポリシリコンによって妨げられることがなく、サセプタにおける温度分布が改善され、シリコン単結晶ウェーハにシリコンエピタキシャル層を好適に形成させることができる。
また、ポリシリコンの堆積によって反応炉が失透することも防止できるので、反応炉の交換周期が延び、生産性が向上する。また、反応炉を修理する必要が減るのでコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したシリンダ型気相成長装置の一例を示す概略縦断面図である。
【図2】図1の気相成長装置を示し、(a)は要部平断面図、(b)は冷気導入管側から見た側面図である。
【図3】従来のシリンダ型気相成長装置を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
10 サセプタ
15 ガス供給管(ガス供給部)
20 ベルジャー(反応炉)
30 ランプモジュール(加熱ランプモジュール)
40 ランプモジュールカバー
41 冷気導入口
42 排気ダクト
43 側部冷気口
45 冷気導入管
50 ブロワ
51 送風口
60 側管
61 端部
100,101 気相成長装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cylinder-type vapor phase growth apparatus for forming a silicon epitaxial layer on a silicon single crystal wafer.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 3, the cylinder-type vapor phase growth apparatus is provided with a polygonal frustum-shaped susceptor rotatably provided inside a quartz bell jar (reactor) 120, and a heating lamp outside the bell jar 120. Is provided with a plurality of lamp modules (heating lamp modules) 130. Then, the silicon single crystal wafer is placed on a circular counterbore 110a formed on the side wall surface of the susceptor 110, and the silicon single crystal wafer is heated by a heating lamp arranged in the lamp module 130 while rotating the susceptor 110. Then, a silicon source gas is circulated in the bell jar 120 to form a silicon epitaxial layer on the main surface of the silicon single crystal wafer (Japanese Patent Laid-Open No. 2-241029).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In this cylinder type vapor phase growth apparatus, while performing vapor phase growth on a silicon single crystal wafer, in order to prevent silicon from adhering to the inner wall surface of the bell jar 120, for example, as shown in FIG. The bell jar 120 is cooled by circulating air through the lamp module cover 140 or the like. However, even if such cooling is performed, it is difficult to completely prevent silicon from adhering to the inner wall surface of the bell jar 120. Moreover, once silicon adheres to the inner wall surface of the bell jar 120, polysilicon is rapidly deposited around the silicon. Start to deposit.
In the bell jar 120 on which polysilicon is deposited, a part of the inner wall surface of the bell jar 120 is covered with polysilicon, so that the light from the heating lamp is blocked and the silicon single crystal wafer heated in the susceptor 120 is uniformly heated. I can't do that. As a result, there may be problems such as the in-batch resistivity distribution of the silicon epitaxial wafer subjected to vapor phase growth becoming large or the growth rate of the silicon epitaxial layer rapidly decreasing.
On the other hand, on the inner wall surface of the bell jar 120, the portion where the polysilicon is deposited becomes devitrified after the acid cleaning. Even if polysilicon is dropped by performing acid cleaning, not only radiation heating by a heating lamp is not performed well in a devitrified portion, but silicon deposition tends to occur again on the devitrified quartz surface. Accordingly, the bell jar 120 with deposited polysilicon must be repaired.
[0004]
An object of the present invention is to provide a cylinder type vapor phase growth apparatus capable of reducing the deposition of polysilicon on the inner wall surface of a bell jar (reactor).
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As a result of studies on the cylinder type vapor phase growth apparatus, the present inventors have found that the bell jar has a position where polysilicon is relatively easily deposited on the inner wall surface. This position was the lower part of the bell jar opposite to the position of the cold air inlet formed in the lamp module cover and closest to the susceptor.
Accordingly, the position where the polysilicon is easily deposited is predicted to be able to reduce the deposition of polysilicon if the cooling is insufficient and the position can be cooled more efficiently, and the present invention has been achieved.
[0006]
That is, the means according to the present invention for solving the problem includes, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, a cylindrical reactor (bell jar 20) having a susceptor (10) for holding a silicon single crystal wafer, and the reaction described above. A gas supply part (for example, a gas supply pipe 15) for supplying a reaction gas to the inside of the furnace, a plurality of heating lamp modules (30) provided around the reaction furnace, and surrounding the outside of the plurality of heating lamp modules The lamp module cover (40) provided with a cold air inlet (41) for taking in cooling air, and the cold air provided outside the lamp module cover so as to communicate with the cold air inlet A cylinder comprising an introduction pipe (45) and a blower (50) connected to the cold air introduction pipe and supplying cooling air to the cold air introduction pipe In the type vapor phase growth apparatus (100), the lamp module cover (40) is provided with a side cold air vent (43 ), And an end (61) of a side pipe (60) branched from the cold air introduction pipe is connected to the side cold air inlet.
[0007]
In addition, inside the lamp module cover, the cooling air flows from the cold air inlet or the side cold air outlet and is exhausted from the exhaust port provided at the lower part of the lamp module cover. It circulates downward from. Therefore, the cold air inlet is formed in the upper part of the lamp module cover, the side cold air inlet to which the end of the side tube is connected is below the cold air inlet, and polysilicon is deposited. More preferably, it is formed above the position.
Polysilicon is likely to be deposited at two locations on the inner wall surface opposite to the direction of the cold air inlet from the center of the reactor. Therefore, it is more preferable that the side cold air ports are formed at two positions slightly above the positions of the lamp module cover corresponding to these positions.
[0008]
According to the present invention, the lamp module cover is formed with a side cold air inlet at a location substantially corresponding to the circumferential direction with respect to the position where polysilicon is deposited on the inner wall surface of the reactor, The end of the side pipe branched from the cold air introduction pipe is connected.
Therefore, the reaction furnace can be efficiently cooled by guiding the cooling air supplied from the blower to the vicinity of the position where polysilicon in the reaction furnace is deposited. As a result, the deposition of polysilicon on the inner wall surface of the reactor can be reduced. Accordingly, the lamp heating from the outside of the reactor is not hindered by the polysilicon, and the temperature distribution of the susceptor is improved, so that a silicon epitaxial layer is suitably formed on the silicon single crystal wafer placed on the susceptor. Can do.
Further, since the reaction furnace can be prevented from devitrifying due to the deposition of polysilicon, the replacement period of the reaction furnace is extended, and the productivity is improved. In addition, costs can be reduced because the need to repair the reactor is reduced.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a cylinder type vapor phase growth apparatus 100 of the present invention. 2A is a plan sectional view showing the main configuration of the vapor phase growth apparatus 100, and FIG. 2B is a side view.
The vapor phase growth apparatus 100 includes a susceptor 10, a bell jar (reactor) 20, a lamp module (heating lamp module) 30, a lamp module cover 40 that covers the outer periphery of the lamp module 30, and the lamp module cover 40. And a blower 50 for supplying cooling air.
[0010]
The bell jar 20 is formed in a cylindrical shape by transparent quartz, and a lower end portion thereof is fitted to form a neck 21. On the upper side of the bell jar 20, a gas supply port 22 for taking in a reaction gas in the vapor phase growth reaction is provided, and an exhaust pipe (not shown) is connected to a lower end portion of the lower neck 21. In the bell jar 20, the reaction gas flows from the upper side to the lower side.
[0011]
The susceptor 10 is made of carbon and has a polygonal frustum shape (indicated by a hexagonal frustum shape in the drawing), and a circular counterbore 10a for holding a silicon single crystal wafer is provided on the peripheral surface thereof. Yes. The susceptor 10 is hung in the bell jar 20 with a hanger 11 provided at the upper end. Further, the hanger 11 is connected to a rotation drive device (not shown), and the susceptor 10 is rotated in the circumferential direction according to the operation of the rotation drive device. Further, a temperature sensor (not shown) is provided in the susceptor 10 so that the temperature on the back side of the susceptor 10 can be monitored.
In FIG. 2, the susceptor 10 has a hexagonal cross section, but the shape of the susceptor 10 is pentagonal depending on the size of the counterbore formed according to the diameter of the silicon single crystal wafer to be subjected to vapor phase growth. Or a heptagon may be sufficient and can be changed suitably.
[0012]
The gas supply pipe (gas supply unit) 15 supplies a gas necessary for vapor phase growth, such as silicon source gas such as monosilane, dichlorosilane, and trichlorosilane, and dopant gas, into the bell jar 20 together with a carrier gas such as hydrogen. . These source gases and the like are supplied into the bell jar 20 through a gas supply port 22 provided on the upper side of the bell jar 20.
The source gas and the like supplied into the bell jar 20 flow downward along the main surface of the silicon single crystal wafer placed on the susceptor 10 and the counterbore 10a of the susceptor 10, and are provided below the bell jar 20. It is discharged from an exhaust pipe (not shown). With these gases, a silicon epitaxial layer is formed on the main surface of the silicon single crystal wafer heated on the susceptor 10.
[0013]
The lamp module 30 is configured by arranging a large number of heating lamps such as halogen lamps provided with reflecting plates in a lamp frame. As shown in FIGS. 1 and 2A, five heating lamp modules 30 are provided so as to surround the bell jar 20 coaxially. In the heating lamp module 30, a slit is formed between adjacent halogen lamps so that air can flow. A gap is also provided between two adjacent lamp modules 30. With these slits and gaps, the air easily flows through the front side and the back side of the heating lamp module 30 (the bell jar 20 side and the lamp module cover 40 side). The cooling air for cooling the vapor phase growth apparatus 100 is supplied from the outside of the lamp module 30 and mainly flows downwardly between the lamp module 30 and the reaction furnace 20 through the upper side of the lamp module 30. The reaction furnace 20 is cooled.
[0014]
The lamp module cover 40 is formed in a cylindrical shape and covers the outside of the five heating lamp modules 30, and a cold air inlet 41 for introducing cooling air is formed in the upper part of the lamp module cover 40. Further, an exhaust duct 42 for discharging air is formed at the lower part of the lamp module cover 40. Further, side cold air ports 43 and 43 are formed at two locations below the cold air inlet 41 of the lamp module cover 40. Inside the lamp module cover 40, air flowing in from the cold air introduction pipe 41 and the side cold air ports 43, 43 flows downward and is discharged from the exhaust duct 42.
[0015]
The positions in the circumferential direction for forming the side cold air vents 43, 43 are formed at locations substantially corresponding to positions where polysilicon is likely to be deposited on the inner wall surface of the bell jar 20. Experience has shown that the positions where polysilicon is likely to deposit are two positions (positions indicated by A in FIG. 2) near about 120 degrees with respect to the direction of the cold air inlet 41 from the center of the bell jar 20. Therefore, it is desirable to form the side cold air vents 43, 43 of the lamp module cover 40 at locations corresponding to the two locations in the circumferential direction.
In addition, as described above, the vertical positions of the side cold air ports 43 and 43 are positions where the cooling air flows from the upper side to the lower side, and the polysilicon of the bell jar 20 is easily deposited efficiently. 2 (b), it is preferable that it is below the cold air inlet 41 and above the position A where the polysilicon of the bell jar 20 is easy to deposit.
[0016]
A cold air introduction tube 45 is provided outside the cold air introduction port 41 of the lamp module cover 40 so as to communicate with the cold air introduction port 41. Two side pipes 60, 60 are provided on the side surface of the cold air introduction pipe 45 so that the inside communicates. Moreover, the end parts 61 and 61 of these side pipes 60 and 60 are connected to the side cold air vents 43 and 43 formed in the lamp module cover 40, as shown to Fig.2 (a) and (b). .
It should be noted that an adjustment valve or the like may be provided in the cold air introduction tube 45 to adjust the direction of the cooling air that flows into the lamp module cover 40.
[0017]
The heat exchanger 55 is a device that cools air by flowing cooling water therein and exchanging heat with warm air. The air discharged from the exhaust duct 42 of the lamp module cover 40 flows into the heat exchanger 55 and is cooled.
[0018]
The blower 50 is a device that includes a motor 51 and a fan 52 and blows cooling air taken from the heat exchanger 55. The air outlet 51 of the blower 50 is connected to the cold air introduction pipe 45, and the cooling air blown from the blower 50 is supplied to the inside of the lamp module cover 40 through the cold air introduction pipe 45 and the two side pipes 60 and 60. It has come to be.
[0019]
The flow of cooling air in the vapor phase growth apparatus 100 will be described.
The cooling air is supplied from the blower 50 and flows into the cold air introduction pipe 45. A part of the cooling air flows into the inside of the lamp module cover 40 from the cold air inlet 41 and a part of the cooling air passes from the side cold air outlet 43 via the side pipe 60 branched from the cold air inlet pipe 45. It flows into the lamp module cover 40.
[0020]
A part of the cooling air flowing in from the cold air inlet 41 flows above the lamp module 30 and flows downward between the lamp module 30 and the bell jar 20, and a part of the cooling air flows between the lamp module 30 and the lamp module cover 40. Between the lamp module 30 and the bell jar 20 through the slits formed between the halogen lamps in the lamp module 30 and flows downward.
[0021]
On the other hand, the cooling air flowing in from the side cold air ports 43, 43 flows downward between the lamp module 30 and the lamp module cover 40, and a part of the slits formed between the halogen lamps in the lamp module 30. It flows between the lamp module 30 and the bell jar 20 through and flows downward.
[0022]
Such a flow of cooling air cools the lamp module 30 and the periphery of the bell jar 20, and in particular, on the inner wall surface of the bell jar 20, above the position where polysilicon is likely to deposit and the position corresponding to the circumferential direction. The cooling air from the side cold air vents 43, 43 formed in the air flows through the slit of the lamp module 30 to a position where the polysilicon of the bell jar 20 is easily deposited. Therefore, the position where the polysilicon on the inner wall surface of the bell jar 20 easily deposits is efficiently cooled, and the deposition of polysilicon is suppressed.
[0023]
According to the vapor phase growth apparatus 100 of the present invention, the side cold air vents 43 are formed on the inner wall surface of the bell jar 20 at the location of the lamp module cover 40 that substantially corresponds to the circumferential direction with respect to the position where polysilicon is easily deposited. is doing. Since the end 61 of the side pipe 60 branched from the cold air introduction pipe 45 is connected to the side cold air port 43, the polysilicon of the bell jar 20 is likely to deposit the cooling air supplied from the blower 50. It can be guided near the position, and cooling can be performed efficiently.
Accordingly, it is possible to suppress the deposition of polysilicon on the inner wall surface of the bell jar 20, and as a result, the temperature of the susceptor 10 is prevented without being disturbed by the polysilicon from heating from the halogen lamp located outside the bell jar 20 during vapor phase growth. Since the distribution is improved, the silicon epitaxial layer can be suitably formed on the silicon single crystal wafer.
Further, since the bell jar 20 can be prevented from devitrifying due to the deposition of polysilicon, the replacement period of the bell jar 20 is extended and the productivity is improved. Furthermore, the need to repair the bell jar 20 is reduced, and the cost can be reduced.
[0024]
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, you may make it cool, for example by attaching a water cooling apparatus etc. to the lamp module 30 grade | etc.,. Further, the cooling air may be appropriately taken from outside the apparatus in addition to the air circulating in the vapor phase growth apparatus.
In addition, in the present invention, the side cold air outlet 43 is positioned so as to cool the bell jar 20 portion at a position of about 120 degrees with respect to the cold air inlet 41 direction from the center of the bell jar 20 as a position where polysilicon is easily deposited. However, the design of the side cold air outlet 43 can be changed as appropriate in view of the position where polysilicon is easily deposited. Even in that case, the vertical position of the side cold air inlet 43 is preferably lower than the cold air inlet 41 and higher than the position where polysilicon is easily deposited.
[0025]
【Example】
Using the cylinder type vapor phase growth apparatus 100 of the present invention, vapor phase growth is performed on a silicon single crystal wafer. A silicon single crystal wafer is manufactured from a silicon single crystal ingot manufactured by the FZ method or the CZ method through a chamfering process, a slicing process, a lapping process, an etching process, a CVD oxide film growing process, and a mirror polishing process. A silicon single crystal wafer for vapor phase growth with a diameter of 125 mm (hereinafter referred to as a wafer) having a CVD oxide film formed on the back surface is used.
In the vapor phase growth, first, a wafer is set on the susceptor 10, and the wafer is heated to about 1110 ° C. to 1190 ° C. by a halogen lamp arranged in the lamp module 30. Then, by supplying a silicon source gas or the like from the gas supply pipe 15, a silicon epitaxial layer is formed on the wafer surface.
Vapor phase growth is performed at heating temperatures of (1) 1110 ° C., (2) 1160 ° C., and (3) 1190 ° C. The processing time and the like are appropriately set to conditions for forming the silicon epitaxial layer to a desired thickness. In this example, the silicon epitaxial layer was formed on the average of about 150 μm per day by the vapor phase growth apparatus 100.
[0026]
In the present embodiment, the thickness of the silicon epitaxial layer (hereinafter referred to as the film thickness) formed on the wafer by a single vapor phase growth process is measured, and polysilicon is deposited on the inner wall surface of the bell jar 20 to form the bell jar 20. The total film thickness formed on the wafer before the replacement is recorded.
In the vapor phase growth under each temperature condition, the total film thickness formed on the wafer before the bell jar replacement was (1) 165 μm, (2) 592 μm, and (3) 958 μm, respectively.
[0027]
<Comparative example>
In this comparative example, vapor deposition is performed on a wafer using a conventional cylinder type vapor phase growth apparatus 101. The wafer used, the reaction time, etc. are the same as in the previous examples, and growth temperatures are (1) 1110 ° C., (2) 1160 ° C., (3) 1190 ° C., and the silicon epitaxial layer averages about 150 μm per day. Formed.
[0028]
Under each temperature condition, the total film thickness formed on the wafer before the replacement of the bell jar 120 was (1) 56 μm, (2) 331 μm, and (3) 277 μm.
[0029]
In comparison with the example and the comparative example, in this example, the thickness of the silicon epitaxial layer that can be formed before the polysilicon is deposited on the inner wall surface of the bell jar is greatly increased as compared with the comparative example.
Therefore, in the vapor phase growth apparatus 100 of the present invention, it can be seen that the cumulative film thickness of the silicon epitaxial layer that can be formed before the bell jar replacement is larger than that of the conventional one, and therefore the replacement period of the bell jar becomes longer.
[0030]
【The invention's effect】
According to the present invention, the lamp module cover is formed with the side cold air port at a location substantially corresponding to the circumferential direction with respect to the position where polysilicon is deposited on the inner wall surface of the reactor, Since the end of the side pipe branched from the introduction pipe is connected so as to communicate, the cooling air supplied from the blower can be guided to the vicinity of the position where polysilicon is deposited in the reactor through the side pipe. Can be efficiently cooled.
Therefore, since it is possible to reduce the deposition of polysilicon on the inner wall surface of the reactor, the lamp heating from the outside of the reactor is not hindered by the polysilicon in the vapor phase growth, and the temperature distribution in the susceptor is improved. A silicon epitaxial layer can be suitably formed on a silicon single crystal wafer.
Further, devitrification of the reaction furnace due to the deposition of polysilicon can be prevented, so that the replacement period of the reaction furnace is extended and productivity is improved. In addition, the cost can be reduced because the need to repair the reactor is reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing an example of a cylinder type vapor phase growth apparatus to which the present invention is applied.
2 shows the vapor phase growth apparatus of FIG. 1, in which FIG.
FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view showing a conventional cylinder type vapor phase growth apparatus.
[Explanation of symbols]
10 Susceptor 15 Gas supply pipe (gas supply part)
20 bell jar (reactor)
30 Lamp module (heating lamp module)
40 Lamp module cover 41 Cold air inlet 42 Exhaust duct 43 Side cold air inlet 45 Cold air inlet pipe 50 Blower 51 Air outlet 60 Side pipe 61 Ends 100, 101 Vapor phase growth apparatus

Claims (1)

シリコン単結晶ウェーハを保持するサセプタを備えたシリンダ型の反応炉と、
前記反応炉の内部に反応ガスを供給するガス供給部と、
前記反応炉の周囲に備えられる複数の加熱ランプモジュールと、
前記複数の加熱ランプモジュールの外側を取り囲むように設けられ、且つ、冷却空気を取り入れるための冷気導入口が形成されたランプモジュールカバーと、
前記ランプモジュールカバーの外側において、前記冷気導入口に連通するように備えられる冷気導入管と、
前記冷気導入管に接続され、該冷気導入管に冷却空気を供給するブロワと、を備えたシリンダ型気相成長装置において、
前記ランプモジュールカバーには、前記反応炉の内壁面におけるポリシリコンが堆積する位置に対し周方向に略対応する箇所に、側部冷気口が形成され、
前記側部冷気口には、前記冷気導入管から分岐した側管の端部が接続されており、
前記冷気導入口は、前記ランプモジュールカバーの上部に形成され、
前記側部冷気口は、前記冷気導入口よりも下方であって、且つ、前記ポリシリコンが堆積する位置よりも上方に形成されることを特徴とするシリンダ型気相成長装置。
A cylindrical reactor equipped with a susceptor holding a silicon single crystal wafer;
A gas supply unit for supplying a reaction gas into the reaction furnace;
A plurality of heating lamp modules provided around the reactor;
A lamp module cover provided so as to surround the outside of the plurality of heating lamp modules and formed with a cold air inlet for taking in cooling air;
A cold air introduction tube provided outside the lamp module cover so as to communicate with the cold air inlet;
A cylinder type vapor phase growth apparatus comprising: a blower connected to the cold air introduction pipe and supplying cooling air to the cold air introduction pipe;
In the lamp module cover, a side cold air port is formed at a position substantially corresponding to the circumferential direction with respect to the position where polysilicon is deposited on the inner wall surface of the reactor.
The side cold air inlet is connected to an end of a side pipe branched from the cold air introduction pipe ,
The cold air inlet is formed at the top of the lamp module cover,
The cylinder type vapor phase growth apparatus , wherein the side cold air port is formed below the cold air inlet and above a position where the polysilicon is deposited .
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