(57)【要約】【課題】基板にエピタキシャル成長させる際に、供給される原料ガスの基板面内でのガス流速ムラを容易に抑制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。【解決手段】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、前記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有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、供給されるガス流量が同じ複数のガス流出口からなるガス流出ゾーンを２以上並列に有し、隣り合う前記ガス流出ゾーンの前記ガス流出口同士の少なくとも一部が交互に配置されたものであるエピタキシャル成長装置。【選択図】図１
2011086887.tif 000002
【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、前記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有するエピタキシャル成長装置であって、少なくとも、
前記ガス供給手段が、供給されるガス流量が同じ複数のガス流出口からなるガス流出ゾーンを２以上並列に有し、隣り合う前記ガス流出ゾーンの前記ガス流出口同士の少なくとも一部が交互に配置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】
前記ガス供給手段が、供給されるガス流量が同じ複数のガス流出口からなるガス流出ゾーンを３以上並列に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】
前記隣り合う前記ガス流出ゾーンの前記ガス流出口同士の半数以下が交互に配置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。
【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５に示す。図５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１０６に載置された基板Ｗ上に反応性ガス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、原料ガス１０５はガス排出手段１０３によりチャンバー１０１外へ排出される。
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。
【０００３】
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速度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、枚様式で処理されているため、広範囲で速度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。
これに対して、特許文献１では、基板の直径に対して複数に細分化された流路を設け、各流路の原料ガス流量を個々に制御する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−４４１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、原料ガス流量が異なる流路の境界部分で、急峻なガス流量差が生じてしまい、これにより基板上では流路の境界部分に相当する位置でガス流速ムラが生じて、膜厚分布の悪いエピタキシャル層が形成されてしまうことがあった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、基板にエピタキシャル成長させる際に、供給される原料ガスの基板面内でのガス流速ムラを容易に抑制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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、前記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有するエピタキシャル成長装置であって、少なくとも、前記ガス供給手段が、供給されるガス流量が同じ複数のガス流出口からなるガス流出ゾーンを２以上並列に有し、隣り合う前記ガス流出ゾーンの前記ガス流出口同士の少なくとも一部が交互に配置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。
【０００８】
このように、エピタキシャル成長装置において、供給されるガス流量が同じ複数のガス流出口からなるガス流出ゾーンを２以上並列に有するものであれば、供給するガスの流速ムラがエピタキシャル成長させる基板面内で生じないように、各ガス流出ゾーンでガス流量を個別に調節することができる。そして、隣り合うガス流出ゾーンのガス流出口同士の少なくとも一部が交互に配置されたものであることで、各ガス流出ゾーンの境界でのガス流量を連続的に変化させることができるため、境界部分でのガス流速のムラを容易かつ低コストに抑制することができる。
以上より、本発明のエピタキシャル成長装置であれば、容易かつ低コストに基板面内で均一な膜厚のエピタキシャル層を成長させることができる。
【０００９】
このとき、前記ガス供給手段が、供給されるガス流量が同じ複数のガス流出口からなるガス流出ゾーンを３以上並列に有するものであることが好ましい。
このように、ガス流出ゾーンが３以上であれば、基板面内でのガス流速がより均一になって、膜厚が均一なエピタキシャル層を成長させることができる。
【００１０】
このとき、前記隣り合う前記ガス流出ゾーンの前記ガス流出口同士の半数以下が交互に配置されたものであることが好ましい。
このような、ガス流出口の半数以下が交互配置されることで、設定通りのガス流量を流す領域も確保できるため、基板へ供給するガス流量制御がより容易になる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明のエピタキシャル成長装置であれば、容易かつ低コスト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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のエピタキシャル成長装置のガス供給手段を説明するための説明図である。
【図２】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３】従来のエピタキシャル成長装置のガス供給手段を説明するための説明図である。
【図４】実施例、比較例において基板上にエピタキシャル成長させる際の基板直径におけるエピタキシャル成長速度分布を示すグラフである。
【図５】従来のエピタキシャル成長装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
エピタキシャル成長装置を用いて基板上にエピタキシャル層を成長させる際に、基板面内で供給される原料ガスが、ガス流出口から下流に行くに従って原料ガスの消費に伴う原料ガス濃度が低下し、基板が回転することによりおわん型の膜厚分布になってしまい、膜厚均一性の悪いエピタキシャル層が形成されるという問題があった。
【００１４】
これに対して、ガスの制御領域をいくつかに分けて、複数のガス流出口からなるガス流出ゾーンごとに異なるガス流量を設定した場合には、基板中央部の成長速度は速くすることができるが、隣り合うガス流出ゾーンの境界部分で、ガス流量の変化が急峻になってしまって、これにより全体としてエピタキシャル層の膜厚分布が悪くなっていた。
【００１５】
この解決方法として、隣合うガス流出ゾーンのガス流量の変化を連続的にするために、ガス流出ゾーンを細かくして増やし、設定するガス流量を少量ずつ変化させる方法が考えられる。しかし、この場合には、多数のガス流出ゾーンのガス流量を制御する必要があるため実用上きわめて困難であり、また、装置も複雑化して設備コストも高くなるという問題がある。
【００１６】
そこで本発明者らは、供給されるガス流量が同じ複数のガス流出口からなるガス流出ゾーンを２以上並列に有し、これにより膜厚均一性を改善するとともに、さらに、隣り合うガス流出ゾーンのガス流出口同士の少なくとも一部が交互に配置されたものであるエピタキシャル成長装置であれば、複雑な装置を用いずとも隣り合うガス流出ゾーンの境界部分で、ガス流量を連続的に変化させることができ、基板面内でのガスの流速ムラを確実に抑制できることを見出して本発明を完成させた。
【００１７】
以下、本発明のエピタキシャル成長装置について、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ガス供給手段を説明するための説明図である。図２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。
【００１８】
図２に、本発明を適用することのできるエピタキシャル成長装置の一例として、枚葉式のエピタキシャル成長装置の概略図を示した。
エピタキシャル成長装置１０は、内部でエピタキシャル成長を行うためのチャンバー１１と、チャンバー１１内に連通し、チャンバー１１内に反応ガス等の各種のガスを供給するガス供給手段１３と、チャンバー１１内に連通し、チャンバー１１内からガスを排出するガス排出手段１４と、チャンバー１１内に設置され、エピタキシャル成長させる基板Ｗを載置するサセプタ１２とを具備する。
【００１９】
この他、エピタキシャル成長装置１０は、サセプタ１２を回転させるためのサセプタ回転機構１５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。
サセプタ回転機構１５は、サセプタ１２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。
【００２０】
このような構成からなるエピタキシャル成長装置１０でエピタキシャル成長を行う際には、サセプタ１２上に基板Ｗを載置し、ガス供給手段１３から反応ガスを（必要に応じてキャリアガスとともに）チャンバー１１内に供給しながら、回転する基板Ｗ上にエピタキシャル成長を行うとともに、反応後のガスをガス排出手段１４から排出する。なお、図２中に、矢印でエピタキシャル成長装置内部のガスのおおまかな流れの様子を示した。
【００２１】
そして、本発明では、図１に示すように、ガス供給手段１３が、供給されるガス流量が同じ複数のガス流出口１７からなるガス流出ゾーン１６を２以上並列に有し、隣り合うガス流出ゾーン１６のガス流出口１７同士の少なくとも一部が交互に配置されたものである。
このように、エピタキシャル成長装置１０において、供給されるガス流量が同じ複数のガス流出口１７からなるガス流出ゾーン１６を２以上並列に有するものであれば、エピタキシャル成長させる基板面内でガスの流速ムラが生じないように、各ガス流出ゾーン１６でガス流量を個別に調節することができる。従って、全体として膜厚を均一化することができる。そして、隣り合うガス流出ゾーン１６のガス流出口１７同士の少なくとも一部が交互に配置されたものであることで、ガス流出ゾーン１６同士の境界でのガス流量を連続的に変化させることができるため、境界部分でのガス流速のムラを効果的に抑制することができる。さらには、本発明であればガス流出ゾーン１６の数を増やさずに、ガス流出ゾーン１６の境界でのガス流量を連続的に変化させることができるため、制御装置の増設等をする必要がなく、良好なガス流量制御を容易かつ低コストにできる。
【００２２】
このとき、ガス流出ゾーン１６を３つ以上並列に有するものであれば、基板中央部を通るガス流量と、基板両端部を通るガス流量で分けてガス流量を調節できるため、基板面内でのエピタキシャル層の膜厚をより均一にできる。
【００２３】
図１に示す本発明のガス供給手段１３は、ガス供給源１８として、３種類のガス供給源１８Ａ（Ｃｅｎｔｅｒ  Ｉｎｌｅｔ）、１８Ｂ（Ｉｎｎｅｒ  Ｉｎｌｅｔ）、１８Ｃ（Ｏｕｔｅｒ  Ｉｎｌｅｔ）を有する。このガス供給源１８Ａは複数のガス供給口１７Ａに、ガス供給源１８Ｂは複数のガス供給口１７Ｂに、ガス供給源１８Ｃは複数のガス供給口１７Ｃに接続されている。そして、ガス供給源１８Ａに接続され、横並びに配置されたガス流量が同じ複数のガス流出口１７Ａが一つのガス流出ゾーン１６Ａ（Ｃｅｎｔｅｒ）を形成し、同様に、ガス供給源１８Ｂに接続され、横並びのガス流量が同じ複数のガス流出口１７Ｂを、ガス流出ゾーン１６Ａの両隣りにそれぞれ配置して二つのガス流出ゾーン１６Ｂ（Ｉｎｎｅｒ）を形成し、ガス供給源１８Ｃに接続され、横並びのガス流量が同じ複数のガス流出口１７Ｃが、ガス流出ゾーン１６Ｂの外側にそれぞれ配置して二つのガス流出ゾーン１６Ｃ（Ｏｕｔｅｒ）を形成する。これにより、合計５つのガス流出ゾーン１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃを形成できる。
そして、隣り合うガス流出ゾーン１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃの一部のガス流出口１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ同士を交互配置して、隣り合うガス流出ゾーン１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃがそれぞれ重なり合うように配置する。
【００２４】
このように、基板Ｗ中央部を通るガスを流出するガス流出ゾーン１６Ａと、基板Ｗ両端部を通るガスを流出するガス流出ゾーン１６Ｃの間にガス流出ゾーン１６Ｂを設けて、５つのガス流出ゾーン１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃとし、ガス流出口１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ同士の一部を交互に配置することで、基板面内でより均一なガス流速分布とすることができる。このように５つのガス流出ゾーン１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃを設けた場合でも、本発明の装置であれば、ガス流出ゾーン１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ同士の境界でのガス流量変化を連続的にできるため、基板面内の境界部分に相当する位置でのガス流速ムラを防止できる。また、３つのガス供給源１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃのガス流量制御で、５つのガス流出ゾーン１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃを形成し、隣り合うガス流出ゾーンのガス流出口の一部を交互に配置することによって、見かけ上、７つの流出ゾーンが形成されるため、ガス流量制御において、効率の良い装置となる。
【００２５】
この場合、隣り合うガス流出ゾーン１６のガス流出口１７同士の半数以下が交互に配置されたものであることが好ましい。
このように、ガス流出口１７の半数以下を交互に配置すれば、ガス流出ゾーン１６中のガス流出口１７が交互配置されていない領域からは設定通りガス流量が基板Ｗに供給されるため、基板Ｗへ供給するガス流量の制御がより容易である。
【００２６】
また、図１では、ガス流出口１７は一つずつ交互配置されているが、特に限定されず、ガス流出口１７を２つ以上ずつ交互配置することもできる。
また、ガス流出口１７の形状等も特に限定されず、例えば、スリットを設けて流路を細分化すること等により複数のガス流出口１７を形成することができる。
【００２７】
また、ガス流出口１７から供給される設定ガス流量としては、特に限定されず、図１のような場合には、中央部を通るガスが基板Ｗの中心部までガス流速が落ちないように、両端部に比べて中央部のガス流出ゾーン１６のガス流量を多めに設定することが好ましい。
【００２８】
以上より、本発明のエピタキシャル成長装置であれば、成長させる基板面内でのガス流速ムラを効果的に抑制できるため、直径が３００ｍｍ以上の基板上にエピタキシャル成長させる際にも、面内均一な膜厚で良質なエピタキシャル層を容易かつ低コストに成長させることができる。
【実施例】
【００２９】
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）
図１、２に示す本発明のエピタキシャル成長装置を用いて、直径３００ｍｍのＰ型シリコンウェーハ１０枚にエピタキシャル成長させた。
【００３０】
成長条件としては、供給するガスの総流量として、水素のキャリアガスを８０ｓｌｍ、ＴＣＳ（トリクロロシラン）ガス（水素８０％希釈）を１６ｓｌｍ供給した。また、反応温度１１３０℃、反応時間６０秒、成長速度約２．７μ／ｍｉｎとした。
図１に示すように、ガス流出口は９０個形成して、ガス供給源は３種類（Ｃｅｎｔｅｒ  Ｉｎｌｅｔ、Ｉｎｎｅｒ  Ｉｎｌｅｔ、Ｏｕｔｅｒ  Ｉｎｌｅｔ）とした。各ガス流出ゾーンのガス流量比を３パターン変えてエピタキシャル成長させた際の、ガスを流す方向に垂直な基板直径における成長速度分布を図４に示す。図４上段に示す各ガス流出ゾーンの流量比（Ｃｅｎｔｅｒ：Ｉｎｎｅｒ：Ｏｕｔｅｒ）は、キャリアガスとＴＣＳガス（水素希釈含む）の総流量に対する比率として示した。
【００３１】
（比較例）
実施例と同様に、ただし、図３に示すように、それぞれのガス流出ゾーン３２のガス流出口３１を交互配置させずに、ガス流出ゾーン３２の重なりがないようにガス流出口３１を配置したエピタキシャル成長装置でエピタキシャル成長を行った。それぞれの流量比でのガスを流す方向に垂直な基板直径における成長速度分布を図４に示す。
【００３２】
図４に示すように、比較例では、ウェーハ直径１００ｍｍ付近に極端な成長速度の谷が見られ、流量比を変えてもエピタキシャル層の膜厚形状を変えることはできず、成長後のエピタキシャル層の膜厚分布が悪かった。一方、図４に示すように、実施例では、極端な成長速度の谷は見られず、ガス流量制御によって容易に膜厚形状を変化させることができ、成長したエピタキシャル層の膜厚分布は良好であった。
【００３３】
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】
【００３４】
１０…エピタキシャル成長装置、  １１…チャンバー、  １２…サセプタ、
１３…ガス供給手段、  １４…ガス排出手段、  １５…サセプタ回転機構、
１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ…ガス流出ゾーン、
１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ…ガス流出口、  １８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ…ガス供給源、
Ｗ…基板。
【図１】
2011086887.tif 000003
【図２】
2011086887.tif 000004
【図３】
2011086887.tif 000005
【図４】
2011086887.tif 000006
【図５】
2011086887.tif 000007