(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室内に配置されるウェーハ保持体に半導体ウェーハが搭載され、前記反応室内にガスを供給することにより前記半導体ウェーハの表面上に薄膜を形成させる気相成長装置において、
前記ウェーハ保持体は、前記半導体ウェーハを搭載する複数の平面部と互いに隣接する前記平面部間の角部とで外周面が構成され、
前記反応室内には、前記ガスが前記ウェーハ保持体の軸方向に流れる流動箇所が形成され、
前記ウェーハ保持体を前記反応室内で回転させる駆動手段と、
前記ウェーハ保持体の周方向における前記薄膜の成長速度分布に応じて、前記ガスの流動箇所を前記ウェーハ保持体の平面部が通過するときと角部が通過するときとで、前記ガスの流れを乱しやすい前記角部が前記流動箇所を通過するときに回転速度を大きくするように前記ウェーハ保持体の回転速度を変化させる制御手段とを備えることを特徴とする気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反応室内に配置されるウェーハ保持体に半導体ウェーハが搭載され、この反応室内にガスを供給することにより半導体ウェーハ表面上に薄膜を形成させる気相成長装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン基板上へのエピタキシャル成長方法としては気相成長法、なかでも化学気相成長法（ＣＶＤ法）が広く利用されている。シリコンのＣＶＤ法は、約１０００℃に加熱したシリコン基板上にＳｉを含んだ化合物、例えば四塩化シリコン、トリクロロシラン、ジクロロシラン、モノシランなどを送り、基板上に還元（あるいは熱分解）させてＳｉを析出させるものである。
【０００３】
こうした気相成長を実現するための装置において、切頭多角錐型に形成されるウェーハ保持体（サセプタ）の側面に半導体ウェーハを搭載するものがある。この気相成長装置では、反応室内にガスを供給するための複数のガス噴射ノズルが取り付けられ、反応室内でウェーハ保持体を回転させながら、ウェーハ保持体の側面に沿って所定のガスを流し、そのガス中に半導体ウェーハを繰り返し通過させることで、半導体ウェーハの表面上に薄膜を形成させるようになっている。
【０００４】
従来、こうした気相成長装置では、半導体ウェーハの表面上に薄膜がなるべく均一に形成されるように、上記ガス噴射ノズルの向きやガスの流量比などの調整を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の気相成長装置では、半導体ウェーハを搭載しているウェーハ保持体が多角形状をしているため、ウェーハ保持体の軸方向に流れるガスに対してウェーハ保持体の面の部分が通過する場合と角の部分が通過する場合とで半導体ウェーハの表面上のガスの流れが変化し、表面に形成される薄膜に膜厚ムラが生じやすい。こうした膜厚ムラは主に周方向に厚みが変化するため、前述したガス噴射ノズルからのガスの向きや流量の調節によって均一にするのが難しい。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、半導体ウェーハ上に薄膜を均一に成長させることができる気相成長装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、反応室内に配置されるウェーハ保持体に半導体ウェーハが搭載され、前記反応室内にガスを供給することにより前記半導体ウェーハの表面上に薄膜を形成させる気相成長装置において、前記ウェーハ保持体を前記反応室内で回転させる駆動手段と、前記ウェーハ保持体の周方向における前記薄膜の成長速度分布に応じて前記ウェーハ保持体の回転速度を変化させる制御手段とを備える技術が採用される。
また、本発明は、請求項１に係る気相成長装置において、前記制御手段は、前記半導体ウェーハの表面内における前記薄膜の成長速度分布に応じて前記ウェーハ保持体の回転速度を変化させる技術が採用される。
また、本発明は、反応室内に配置されるウェーハ保持体に半導体ウェーハが搭載され、前記反応室内にガスを供給することにより前記半導体ウェーハの表面上に薄膜を形成させる気相成長装置において、前記ウェーハ保持体は、前記半導体ウェーハを搭載する複数の平面部と互いに隣接する前記平面部間の角部とで外周面が構成され、前記反応室内には、前記ガスが前記ウェーハ保持体の軸方向に流れる流動箇所が形成され、前記ウェーハ保持体を前記反応室内で回転させる駆動手段と、前記ガスの流動箇所を前記ウェーハ保持体の平面部が通過するときと角部が通過するときとで、前記ガスの流れを乱しやすい前記角部が前記流動箇所を通過するときに前記ウェーハ保持体の回転速度を変化させる制御手段とを備える技術が採用される。
本発明は、こうした技術を採用することにより上述した課題を解決することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる気相成長装置の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態の気相成長装置は、いわゆるシリンダ型の気相成長装置であり、密閉空間となる石英製で鐘型の反応室１０（以後、ベルジャーと称する）を備え、ベルジャー１０内には、上面に開閉自在に設けられた蓋体とともに上昇および下降するウェーハ保持体（以後、サセプタと称する）１１がハンガー１２を介して吊り下げられている。
【０００９】
サセプタ１１は、半導体ウェーハＷを搭載する複数（ここでは６つ）の平面部１１ａと、互いに隣接する平面部１１ａ間の角部１１ｂとで外周面が構成され、多角形状（ここでは正六角形）の頂面１１ｃおよび底面１１ｄを有する切頭多角錐型に形成されている。また、サセプタ１１は、駆動手段２０によってベルジャー１０内で回転するとともに、その回転速度を制御手段２１によって調整されるようになっている。なお、制御手段２１は、サセプタ１１の回転速度の調整を含め、本装置を統括して制御するものである。
【００１０】
ベルジャー１０の周囲には、ヒータ（例えば赤外線複写加熱源）２２が設けられており、このヒータ２２は、サセプタ１１の側面に搭載された半導体ウェーハＷを所定の反応温度に昇温させるようになっている。
【００１１】
また、ベルジャー１０の上部には、ガス供給手段２４からのガスをベルジャー１０内に導くために、ガス噴射ノズル２３を有するガスの供給部が複数（ここでは２つ）設けられ、ベルジャー１０の下部には、ベルジャー１０内のガスを下方から外部に排出するように、排気部２５が設けられている。
【００１２】
図２には、ベルジャー１０の上部付近のガスの流れの様子が示されている。本実施形態では、２つのガス噴射ノズル２３から噴出されたガスが、サセプタ１１の上を通過して石英製整流部材３０に当接し、そこから下向きに流れを変えるようになっている。ここで、この下向きにガスが流れる箇所を流動箇所ＦＡとする。実際には、他の箇所からも下方にガスが流れるため、流動箇所ＦＡは、下向きにガスが流れる箇所のうち、他の箇所に比べてガスの流速が速い箇所とする。なお、気相成長用の反応ガスとしては、四塩化シリコン、トリクロロシラン、ジクロロシラン、モノシランなどが用いられる。
【００１３】
次に、上述のように構成された本実施形態の気相成長装置の動作、ここでは、シリコンのエピタキシャルディポジションを行う動作について説明する。
成膜を開始するにあたり、図１に示す制御手段２１は、まず、ガス供給手段２４によりベルジャー１０室内を水素ガスでパージし、駆動手段２０を介してサセプタ１１を回転させながら、ヒータ２２によってベルジャー１０室内を例えば１２００℃程度に昇温し、半導体ウェーハＷを所望のプロセス温度で均一に加熱する。続いて、ガス供給手段２４によって、例えば塩化水素と水素との混合ガスをベルジャー１０内に供給し、基板の表面をエッチングして、再び水素ガスによってベルジャー１０室内をパージする。
【００１４】
このエッチングプロセス終了後、制御手段２１は、ガス供給手段２４によって、四塩化シリコン、トリクロロシラン、ジクロロシラン、モノシランなどのシリコンソースガスをキャリアガスである水素ガスに添加し、この混合ガスを２つのガス噴射ノズル２３を介してベルジャー１０室内に供給する。
【００１５】
ガス噴射ノズル２３から噴射された混合ガスは、石英製整流部材３０付近で合流し、図３に示されるように、ベルジャー１０の内壁に沿って下向きに流れを変える。そして、この流動箇所ＦＡの混合ガス中をサセプタ１１とともに回転する半導体ウェーハＷが繰り返し通過することにより、半導体ウェーハＷの表面上で薄膜（エピタキシャル層）が成長する。
【００１６】
ところで、この装置では、半導体ウェーハＷを搭載しているサセプタ１１が切頭多角錐型をしているため、流動箇所ＦＡにサセプタ１１の平面部１１ａが位置したときと、流動箇所ＦＡにサセプタ１１の角部１１ｂが位置したときとで、混合ガスの流れが異なることになる。
【００１７】
すなわち、図４（ａ）に示されるように、流動箇所ＦＡにサセプタ１１の平面部１１ａが位置したときには、混合ガスが下向きにスムーズに流れて反応が進みやすいのに対し、図４（ｂ）に示されるように、流動箇所ＦＡにサセプタ１１の角部１１ｂが位置したときには、角部１１ｂによって下向きの流れが横方向に広がるため、半導体ウェーハＷ面内のうち、サセプタ角部１１ｂに近い部分は流速の速いガスと接触する時間が長くなり薄膜の成長速度が速くなる。そのため、従来の気相成長装置では、半導体ウェーハＷ上に形成される気相の膜厚が、例えば図５に示されるように、波形となってしまっていた。
【００１８】
そこで、本実施形態の気相成長装置では、制御手段２１によって、サセプタ１１の周方向における薄膜の成長速度分布に応じてサセプタ１１の回転速度を変化させるようになっている。すなわち、制御手段２１は、一定の回転速度でサセプタ１１を回転させたときの薄膜の膜厚変化に基づいて、例えば他に比べて膜厚の厚い領域（薄膜の成長速度の大きい領域、例えば図５に示す領域（ｓ），（ｕ））が流動箇所ＦＡを通過するときにはサセプタ１１を高速で回転させ、逆に他に比べて膜厚の薄い領域（例えば図５に示す領域（ｔ））が流動箇所ＦＡを通過するときにはサセプタ１１を低速で回転させるなど、半導体ウェーハＷ上の周方向の領域ごとに薄膜の成長速度に応じてサセプタ１１の回転速度を変化させる。流動箇所ＦＡを通過するときの回転速度が早くなると、流速の速いガスと接触する時間が短くなるためその領域の薄膜が成長しにくくなり、逆に回転速度が遅くなるとその領域が流速の速いガスに長時間触れて他に比べて薄膜が早く成長するようになる。したがって、一定の回転速度でサセプタ１１を回転させたときに比べ、上述したようにサセプタ１１の回転速度を変化させることで、周方向における薄膜の成長速度のばらつきを小さくすることが可能となる。
【００１９】
さらに、制御手段２１は、上述した角部１１ｂによるガスの流れの影響を抑制するために、ガスの流動箇所ＦＡを平面部１１ａが通過するときと角部１１ｂが通過するときとでサセプタ１１の回転速度を変化させる。本実施形態では、ガスの流れを乱しやすい角部１１ｂが流動箇所ＦＡを通過するときにサセプタ１１の回転速度を大きくするように制御する。角部１１ｂが早く流動箇所ＦＡを通過することで、ガス流れの乱れが小さくなり、これによりガス流れの乱れを起因とする膜厚ムラを軽減することが可能となる。
【００２０】
なお、制御手段２１では、上述の速度変化の制御を、サセプタ１１の各平面部１１ａごとに行うため、一連の速度制御をサセプタ１１の１回転中に６度、周期的に繰り返して実行する。
【００２１】
そして、このように制御手段２１によってサセプタ１１の回転速度を制御することにより、半導体ウェーハＷの表面上で気相が均一に成長するようになり、膜厚ムラの少ない薄膜（エピタキシャル層）が形成される。
【００２２】
すなわち、本実施形態の気相成長装置によれば、サセプタ１１の周方向における薄膜の成長速度分布に応じてサセプタ１１の回転速度を変化させるため、周方向の膜厚ムラを軽減することができる。これにより、膜厚ムラを軽減して、半導体ウェーハＷの表面上に薄膜を均一に成長させることができる。
【００２３】
また、ガスの流動箇所ＦＡをサセプタ１１の平面部１１ａが通過するときと角部１１ｂが通過するときとでサセプタ１１の回転速度を変化させるため、ガス流れの乱れを抑制することができる。これにより、ガス流れの乱れを原因とする膜厚ムラを軽減して、半導体ウェーハＷの表面上に薄膜をさらに均一に成長させることができる。
【００２４】
なお、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば以下の効果を得ることができる。本発明に係る気相成長装置では、ウェーハ保持体の周方向における薄膜の成長速度分布に応じてウェーハ保持体の回転速度を変化させるため、周方向の膜厚ムラを軽減して、半導体ウェーハの表面上に薄膜を均一に成長させることができる。
【００２６】
本発明に係る気相成長装置では、半導体ウェーハの表面内における薄膜の成長速度分布に応じてウェーハ保持体の回転速度を変化させるため、例えば薄膜の成長速度が他に比べて大きい半導体ウェーハ上の所定領域とガスとの接触時間を短くしてその成長速度を抑制するなど、半導体ウェーハ上の所定領域ごとに薄膜の成長速度を制御することができるようになる。したがって、薄膜の膜厚ムラをさらに軽減することができる。
【００２７】
本発明に係る気相成長装置では、ガスの流動箇所をウェーハ保持体の平面部が通過するときと角部が通過するときとでウェーハ保持体の回転速度を変化させるため、例えばガスの流れを乱しやすい角部がガスの流動箇所を早く通過するように制御することで、ガス流れの乱れを抑制することができる。したがって、ガス流れの乱れを原因とする膜厚ムラを軽減して、半導体ウェーハの表面上に薄膜を均一に成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る気相成長装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１の気相成長装置のガスの流れを示す図である。
【図３】図１の気相成長装置のガスの流れを示す図である。
【図４】ガスの流動箇所をサセプタの平面部と角部とが通過する様子を示す図である。
【図５】サセプタを一定速度で回転させたときの半導体ウェーハの表面上に形成される薄膜の膜厚変化を示す図である。
【符号の説明】
Ｗ      半導体ウェーハ
ＦＡ    流動箇所
１０    ベルジャー（反応室）
１１    サセプタ（ウェーハ保持体）
１１ａ  平面部
１１ｂ  角部
２０    駆動手段
２１    制御手段
２３    ガス噴射ノズル
【図１】
0003613099.tif 000002
【図２】
0003613099.tif 000003
【図３】
0003613099.tif 000004
【図４】
0003613099.tif 000005
【図５】
0003613099.tif 000006