(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、エピタキシャル成長させる基板を載置するサセプタが内部に設置されるチャンバーと、該チャンバー内の前記サセプタ上に載置された基板にガス供給源からのガスを供給するガス供給手段と、前記供給されたガスを前記チャンバー外に排出するガス排出手段とを具備するエピタキシャル成長装置であって、
前記ガス供給手段が、少なくとも、下流に向かって複数の流路に分岐していくツリー状のガス流路を具備し、該ツリー状のガス流路の少なくとも一つの外コーナーのガス流が突き当たる部分に、該ツリー状のガス流路の縦断面において半円状の断面を有するガス溜り部が形成されたものであることを特徴とするエピタキシャル成長装置。
【請求項２】
前記ガス溜り部の半円状の断面が、前記ツリー状のガス流路の流路幅以上の半径を有するものであ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。
【請求項３】
前記ツリー状のガス流路が、前記ガス溜り部に続いて１０ｍｍ以上の長さの直線状のガス流路が形成されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエピタキシャル成長装置。
【請求項４】
前記ツリー状のガス流路が、全体として鉛直方向にガスが流れるものであり、前記ガス供給手段が、前記ツリー状のガス流路の下流の端部に接続され、前記ツリー状のガス流路からのガスを水平方向に噴き出して前記サセプタ上に載置された基板にガスを供給する水平ガス流路を具備するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のエピタキシャル成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に単結晶薄膜をエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程においては、半導体基板上に薄膜をエピタキシャル成長させる工程がある。このような、エピタキシャル成長に用いる従来のエピタキシャル成長装置の概略図を図９に示す。図９に示すエピタキシャル成長装置１０４を用いたエピタキシャル成長工程では、外気を遮断したチャンバー１０１内で、ガス供給手段１０２によりサセプタ１０９に載置された基板Ｗ上にガス供給源１０６からの反応性ガス１０５を供給し、供給された原料ガス１０５により基板Ｗ上で気相反応を起こさせて薄膜をエピタキシャル成長させ、その後、反応後のガスはガス排出手段１０３によりチャンバー１０１外へ排出される。
【０００３】
このような装置を用いたエピタキシャル成長は、半導体装置の製造プロセスにおいて、バイポーラ素子の耐圧などを高めるために用いられており、素子においてもメガビットのメモリを製作する場合、α線によるソフトエラーやラッチアップを防ぐために必要な技術になっている。
【０００４】
このような、エピタキシャル成長装置を用いて、例えばエピタキシャルウェーハを作製する際に、エピタキシャル層を平滑に堆積させるには、基板表面上での原料ガスの流速ムラを低減することが肝要である。しかしながら、基板の直径は現在３００ｍｍまで拡大し、枚葉式で処理されているため、広範囲で流速ムラのない流れを形成することは非常に困難である。その為、エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の厚み分布は、原料ガスの流れに応じた凹凸が形成されることがしばしばである。
【０００５】
このような問題に対して、図９に示すような装置１０４において、ガス供給手段１０２を、水平方向に向かって複数に分岐していくツリー状のガス流路にした装置がある。図１０に、水平方向にガスが流れるツリー状のガス流路を有するガス供給手段１０２の上面からの概略図を示す。このような装置であれば、一つのガス供給源１０６につながった複数のガス噴き出し口から噴き出すガス１０５の流量がほぼ同じであるため、供給するガス１０５の基板Ｗ面内での流速分布を均一にするのが容易で、エピタキシャル層の厚み分布が改善される。特許文献１には、このようなツリー状のガス供給手段を有する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００８−５１６０８４号公報
【特許文献２】特開２００９−２７７７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のようなガス供給手段を有する装置でエピタキシャル層の厚み分布は改善されるものの、正確にはガス流路内でのガスの流速ムラが生じて、やはり基板面内でのガスの流速ムラが悪くなってしまい、不十分である。これは、ツリー状のガス流路では、流されるガスがガス流路の各分岐後に必ず直角のコーナーを通らなければならず、この直角コーナー通過によりガス流路内での流速ムラが発生し、その後の分岐でガスは等分配されないためである。このような問題を解決するために、特許文献２のような手法が有効であるが、分岐後の流路内に一定の大きさの整流流路を設けるため、流路幅の縮小に際して加工上の限界があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、簡易な構造で、ツリー状のガス流路から噴き出されるガスの流速ムラを抑制でき、エピタキシャル層の厚み分布のより一層の改善をすることができるとともに、装置のコンパクト化が可能なエピタキシャル成長装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも、エピタキシャル成長させる基板を載置するサセプタが内部に設置されるチャンバーと、該チャンバー内の前記サセプタ上に載置された基板にガス供給源からのガスを供給するガス供給手段と、前記供給されたガスを前記チャンバー外に排出するガス排出手段とを具備するエピタキシャル成長装置であって、前記ガス供給手段が、少なくとも、下流に向かって複数の流路に分岐していくツリー状のガス流路を具備し、該ツリー状のガス流路の少なくとも一つの外コーナーに、半円状の断面を有するガス溜り部が形成されたものであることを特徴とするエピタキシャル成長装置を提供する。
【００１０】
このように、ツリー状のガス流路の少なくとも一つの外コーナーに、半円状の断面を有するガス溜り部が形成されたものであれば、外コーナーを通る流速の速いガスがガス溜り部でガス流路の内側に流され、その後、ガス溜り部に続く直線状のガス流路で流速分布が整えられ、流路内での流速ムラを単純な構造で簡易に抑制できるため、流路の分岐においてガスが均等な流量に分岐される。また、ツリー状のガス流路であるため、少ないガス供給源で、流路の分岐により効率的に均一なガス流量に分配できる。このように、本発明であれば、簡易な構造でガス流路内での流速ムラを抑制してガスを均等に分岐させて、基板面内で均一なガス流速分布でガスを供給することができるため、コンパクト化が可能で、膜厚均一なエピタキシャル層を成長させることができる装置となる。
【００１１】
このとき、前記ガス溜り部の半円状の断面が、前記ツリー状のガス流路の流路幅以上の半径を有するものであることが好ましい。
このように、ガス溜り部の半円状の断面が、ツリー状のガス流路の流路幅以上の半径を有するものであれば、ガス流路内での流速ムラを抑制するのに十分なスペースが形成され、コーナー部分での流速ムラをより効果的に抑制することができる装置となる。
【００１２】
このとき、前記ツリー状のガス流路が、前記ガス溜り部に続いて１０ｍｍ以上の長さの直線状のガス流路が形成されたものであることが好ましい。
このように、ガス溜り部に続いて１０ｍｍ以上の長さの直線状のガス流路が形成されたものであれば、直線状のガス流路内で、ガス溜り部で混合された流速の異なるガス同士が十分に混ざり、より均一な流速にできる装置となる。
【００１３】
このとき、前記ツリー状のガス流路が、全体として鉛直方向にガスが流れるものであり、前記ガス供給手段が、前記ツリー状のガス流路の下流の端部に接続され、前記ツリー状のガス流路からのガスを水平方向に噴き出して前記サセプタ上に載置された基板にガスを供給する水平ガス流路を具備するものであることが好ましい。
このように、ツリー状のガス流路が、全体として鉛直方向にガスが流れるものであり、ガス供給手段が、ツリー状のガス流路の下流の端部に接続され、ツリー状のガス流路からのガスを水平方向に噴き出してサセプタ上に載置された基板にガスを供給する水平ガス流路を具備するものであれば、垂直方向に流れてきたガスが水平ガス流路との接続部に当たることで、一度分散したガスの流れがガスの噴き出し口に向かって一定に揃えられて、その後水平方向に噴き出されるため、基板面内でより均一にガスを供給することができる装置となる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、簡易な構造で、ガス流路内での流速ムラを抑制して、基板に均一にガスを供給することができるため、近年の大口径ウェーハにおいても十分に均一な膜厚分布を有するエピタキシャル層を形成することができる装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のエピタキシャル成長装置の実施態様の一例を示す概略図である。
【図２】本発明のエピタキシャル成長装置のツリー状のガス流路の一例を示す概略図である。
【図３】実施例１において、基板面内でのガスの流速分布を示す説明図である。
【図４】実施例１において成長させたエピタキシャル層の膜厚分布を示すグラフである。
【図５】比較例で用いたエピタキシャル成長装置のガス流路を示す概略図である。
【図６】比較例において、基板面内でのガスの流速分布を示す説明図である。
【図７】比較例において成長させたエピタキシャル層の膜厚分布を示すグラフである。
【図８】実施例２において成長させたエピタキシャル層の膜厚分布を示すグラフである。
【図９】従来のエピタキシャル成長装置の一例を示す概略図である。
【図１０】従来のエピタキシャル成長装置のガス供給手段の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明のエピタキシャル成長装置の実施態様の一例を示す概略図である。図２は、本発明のエピタキシャル成長装置のツリー状のガス流路の一例を示す概略図である。
【００１７】
まず、図１に示す本発明のエピタキシャル成長装置１４は、エピタキシャル成長させる基板Ｗを載置するサセプタ１９が内部に設置されるチャンバー１１と、チャンバー１１内のサセプタ１９上に載置された基板Ｗにガス供給源１６からのガス１５を供給するガス供給手段１２と、反応後のガスをチャンバー１１外に排出するガス排出手段１３とを有する。
【００１８】
この他、本発明のエピタキシャル成長装置１４は、サセプタ１９を回転させるためのサセプタ回転機構２０や、基板Ｗを加熱するためのランプ加熱装置（図示せず）等を適宜具備するものでもよい。
このサセプタ回転機構２０は、サセプタ１９を回転させることにより基板Ｗを回転させ、エピタキシャル成長が基板面内において均一に行われるようにするためのものである。
【００１９】
そして、本発明では、図２に示すように、ガス供給手段１２が、下流に向かって複数の流路に分岐していくツリー状のガス流路１８を具備し、該ツリー状のガス流路１８の少なくとも一つの外コーナーに、半円状の断面を有するガス溜り部２１が形成されたものである。
ガス溜り部２１を形成することで、コーナー外側の速度の速い流れは、続く直線状のガス流路の内側にいき、流路内でガスの速度分布が整えられる。このような本発明の装置は、特許文献２の装置に比べて単純な形状であるため、加工も容易で且つ、狭い流路にも適用が可能である。また、流速ムラをなくすために、コーナー通過後の直線状のガス流路を必要以上に長くすることもなく、コーナー通過後の直線状のガス流路を短くすることができ、ガス供給手段１２（インジェクション）自体のコンパクト化にも貢献できる。このようなツリー状のガス流路１８であれば、流路内でのガスの流速ムラが少ないため、ガス供給源１６からのガスを均等に分岐させることができ、サセプタ１９上の大口径の基板Ｗに、効率的に面内均一にガスを供給することができる。従って、本発明の装置であれば、簡易な構造で、基板面内で均一にガスを供給できるため、大口径のウェーハ上に膜厚均一なエピタキシャル層を成長させることができ、さらに装置のコンパクト化が可能である。
【００２０】
このとき、ガス溜り部２１の半円状の断面が、ツリー状のガス流路１８の流路幅以上の半径を有するものであることが好ましい。
このような半径を有するガス溜り部２１であれば、整流に十分なスペースができるため、ガス溜り部２１でのガス流速の均一化がより効果的に行われる。
【００２１】
また、ツリー状のガス流路１８が、ガス溜り部２１に続いて１０ｍｍ以上の長さの直線状のガス流路が形成されたものであることが好ましい。
このように、ガス溜り部２１に続く、直線状のガス流路の長さＬが１０ｍｍ以上あれば、直線状のガス流路内をガスが流れる間に、ガス溜り部２１で混ざった異なる流速のガス同士が均一に混ざって、流速ムラを無くすのに十分な長さである。
【００２２】
また、図１、２に示すように、ツリー状のガス流路１８が、全体として鉛直方向にガスが流れるものであり、ガス供給手段１２が、ツリー状のガス流路１８の下流の端部に接続され、ツリー状のガス流路１８からのガスを水平方向に噴き出してサセプタ１９上に載置された基板Ｗにガスを供給する水平ガス流路１７を具備するものであることが好ましい。
このように、本発明のツリー状のガス流路１８により鉛直方向に均一な流速で流れてきたガスが、水平ガス流路１７に流れ込む際にＬ字の外コーナー面に当たることで、流速ムラをより抑制でき、より均一にガスを供給することができる。また、ツリー状のガス流路１８を鉛直方向に流れるように配置して全体でＬ字型の流路とすれば、流路を多数分岐させても水平方向の装置幅を大きくする必要が無く、スペース上有利である。また、図１とは逆にツリー状ガス流路１８を下方から上方に流れるように配置して全体で逆Ｌ字型とすることもできるが、図１のように、上方から下方に流れるツリー状ガス流路１８とした方が、流速ムラをより抑制することができる。
【００２３】
また、本発明のガス溜り部２１は、ツリー状のガス流路１８のいずれか一以上の外コーナーに形成されていればよく、図２のように、ツリー状のガス流路１８の同一段の外コーナー全てにガス溜り部２１を形成すれば、基板面内で均一な流速でガスを供給することが容易であり、または、流路の分岐前のコーナー部分の全てに形成すれば、すべての分岐の際に分配されるガス流量が均等になり、最も好ましい。
【００２４】
このような、本発明のエピタキシャル成長装置であれば、基板面内で均一な流速でガスを供給することができるため、膜厚均一なエピタキシャル層を形成することができる装置となる。
【実施例】
【００２５】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
図２に示すガス溜り部を有する本発明のツリー状のガス流路を複数水平に並べてガス供給手段とした本発明のエピタキシャル成長装置を用いて、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ上にエピタキシャル成長を行った。また、ツリー状のガス流路を複数水平に並べたガス供給手段の噴き出し口は全部で９６ポートとした。
エピタキシャル成長条件は、反応温度１１５０℃、水素流量７０ｓｌｍ、ＴＣＳ（トリクロロシラン）ガス流量１０ｓｌｍでエピタキシャル層を膜厚５μｍまで成長させた。
【００２６】
図３に基板面内でのガスの流速分布を、図４にエピタキシャル層の膜厚分布の偏差を示す。
【００２７】
（比較例）
図５に示すガス溜り部が形成されていない外コーナーが直角であるツリー状のガス流路を用いた以外は、実施例１と同様の装置、条件でエピタキシャル層を成長させた。
図６に基板面内でのガスの流速分布を、図７にエピタキシャル層の膜厚分布の偏差を示す。
【００２８】
（実施例２）
本発明のツリー状のガス流路を、基板に対して鉛直方向にガスが流れるように複数並べて、その下流端に水平ガス流路を接続したＬ字型ガス供給手段が取り付けられた図１の装置を用いた以外は、実施例１と同じ条件で、エピタキシャル層を成長させた。図８にエピタキシャル層の膜厚分布の偏差を示す。
【００２９】
実施例１と比較例を比較すると、図３と図６から分かるように、基板面内でのガスの流速分布は図３の実施例１の方が良好であり、その結果、図４と図７に示されるように、成長させたエピタキシャル層の膜厚均一性が、図４の実施例１の方が良好である。また、実施例１と実施例２を比較すると、図８に示す実施例２では、実施例１より膜厚均一性が良かった。これより、本発明のように、ツリー状のガス流路にガス溜り部が形成されたものであれば、ガス溜り部が無いツリー状のガス流路に比べ、ガスの流速分布が良好で膜厚均一なエピタキシャル層を成長させることができることが分かった。特に、ガス溜り部が形成された実施例１、２の中でも、実施例１の水平の流路のみに比べ、実施例２のＬ字型流路の方がガス流速分布がより均一で、膜厚均一性がより良好なエピタキシャル層を成長させることができることが分かった。
【００３０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３１】
１１…チャンバー、  １２…ガス供給手段、  １３…ガス排出手段、
１４…エピタキシャル成長装置、  １５…ガス、  １６…ガス供給源、
１７…水平ガス流路、  １８…ツリー状のガス流路、  １９…サセプタ、
２０…サセプタ回転機構、  ２１…ガス溜り部、  Ｗ…基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0005413305.tif 000010
【図１０】
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