(57)【要約】【課題】ウェハを浮かせた状態で支持することにより、ウェハ面内全体を均一な温度分布に制御し、均一な膜厚の良質な結晶膜を成膜させることができる気相成長装置及び気相成長方法を提供する。【解決手段】チャンバ１０１内でベルヌーイチャックによってウェハ１０２を浮かせた状態で支持するホルダ１０３と、ウェハ１０２表面に結晶膜を成膜するためのプロセスガスを供給するプロセスガス供給部１０４と、成膜後のプロセスガスを含むチャンバ１０１内のガスをチャンバ１０１外へと排気する排気部１０５とを備えることを特徴とする。これにより、ウェハ１０２面内の温度分布を均一に制御でき、結果としてウェハ１０２表面に成膜される結晶膜の膜厚の分布の均一性を高めることができる。【選択図】図１
2008294217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバ内で基板を浮かせた状態で支持するホルダと、
前記基板表面に気相成長によって結晶膜を成膜するためのプロセスガスを前記チャンバ内へ供給するプロセスガス供給部と、
成膜後のプロセスガスを含む前記チャンバ内のガスを前記チャンバ外へと排気する排気部と、
を備えることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記ホルダは、ベルヌーイチャックによって前記基板を浮かせた状態で支持することを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記基板を浮かせた状態で支持する前記ホルダと前記基板間には所定のガスが供給され、前記ホルダの側面には前記ホルダと前記基板間を流れるガスを排気する複数の開口部が形成されることを特徴とする請求項２記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記所定のガスとして、前記プロセスガスが用いられることを特徴とする請求項３記載の気相成長装置。
【請求項５】
基板をチャンバ内に収容し、この基板に気相成長によって成膜させる気相成長方法であって、
前記基板を浮かせた状態でホルダに支持する工程と、
前記ホルダに支持された状態の前記基板表面にプロセスガスを供給して結晶膜を成膜する工程と、
を備えることを特徴とする気相成長方法。
【請求項６】
基板をチャンバ内に収容し、この基板に気相成長によって成膜させる気相成長方法であって、
前記基板を加熱する工程と、
プロセスガスを供給することによって前記基板を浮かせた状態で支持すると共に、加熱された前記基板表面に結晶膜を成膜する工程と、
を備えることを特徴とする気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、気相成長装置及び気相成長方法に係り、特にエピタキシャル成長装置においてエピタキシャル成長膜を成膜させる基板に対するガスの供給及び基板の支持に関する。
【０００２】
高性能な半導体素子の製造において、成膜される結晶膜の膜厚や、不純物濃度を制御することができるエピタキシャル成長技術は、半導体素子の性能を向上させる上で不可欠なものである。
シリコンウェハ等の基板に単結晶薄膜を成膜させるエピタキシャル成長には一般に常圧化学気相成長法が用いられ、場合によっては減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）法が用いられる。気相成長反応炉内に基板を収容し、気相成長反応炉内を常圧（０．１Ｍｐａ（７６０Ｔｏｒｒ））か、或いは所定の真空度の真空雰囲気に保持した状態で基板を加熱し回転させながら、シリコン源とボロン化合物、リン化合物、或いは砒素化合物等のドーパントとを混合した原料ガスを供給する。そして加熱された基板の表面で原料ガスの熱分解反応或いは水素還元反応を行なって、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、或いは砒素（Ａｓ）がドープされた結晶膜を基板に成膜させる。
【０００３】
ここで、エピタキシャル成長膜の膜厚は反応時の基板表面の温度に依存するため、均一な膜厚の結晶膜を得るためには均一な温度分布になるように基板の加熱制御を行なうことが求められる。そのため、種々の策を講じて加熱される基板表面の温度分布を制御することが試みられている。
【０００４】
図１９は、従来の基板５０２を直接ホルダ５０３に接触させて支持する様態の気相成長装置５００を断面して示す概念図である。
チャンバ５０１内に収容された基板５０２は、ホルダ５０３に裏面を接触させた状態で載置される。また、ホルダ５０３は、図示しない回転機構に接続され回転することができる回転体５２０の上部に取り付けられている。さらに、基板５０２の直下には基板５０２を加熱するヒータ５０６が設けられており、基板５０２を裏面から加熱する。そして、チャンバ５０１の上部には基板５０２に成膜するためのプロセスガスをチャンバ５０１内に供給するプロセスガス供給部５０４が配置され、チャンバ５０１の下部には成膜後のプロセスガスを排気する排気部５０５が配置されている。
基板５０２は、回転体５２０によって回転されるホルダ５０３に付随して回転させることができる。そして、ヒータ５０６で所定の温度に加熱された状態で、プロセスガス供給部５０４からプロセスガスをチャンバ５０１内に供給することによって、基板５０２の表面に結晶膜を成膜させる。
【０００５】
しかし、この様態では、基板５０２をヒータ５０６によって均等に加熱しても、基板５０２とホルダ５０３とが接触しているため、基板５０２が受けた輻射熱が接触部５３０を通じてホルダ５０３へと放熱されてしまう。そのため、ヒータ５０６の出力を制御するだけでは、基板５０２の面内全体の温度分布を均一にすることは困難であった。
【０００６】
ここで、エピタキシャル成長技術とは直接関係はしないが、ベルヌーイチャックによって基板等を熱処理室内に支持する技術が開示されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−２５７８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の気相成長装置では、基板からホルダへと放熱されてしまい、基板の周縁部の温度が低下しやすい構造であった。このため、基板の周縁部と中央部では温度分布に誤差が生じ、これを均一に制御することは難しかった。そのため、成膜する結晶膜の膜厚を一定に制御することも難しいという問題があった。
【０００８】
また、従来の気相成長装置では、基板だけでなくホルダも基板と同程度の温度まで加熱され、ホルダの表面にも結晶膜が成膜される。ホルダに直接接触させた状態で基板を支持する従来の様態であると、繰り返し成膜させているうちにホルダの表面に生成された結晶膜が障害物となり、基板を所定の位置に載置、或いは搬送することができなくなってしまう。これを防止するために、定期的にホルダを塩酸（HCl）等で洗浄しなければならない。当然のことながらホルダを洗浄する間は通常に成膜を行なうことはできないため、装置として生産性を大きく低下させる要因となる。
このように、従来の気相成長装置には、生産性に対する問題もあった。
【０００９】
本発明は、かかる問題点を克服するためになされたもので、基板面内全体を均一な温度分布に制御することで均一な膜厚の良質な結晶膜を基板表面に成膜させることができ、尚且つ生産性に影響を及ぼすメンテナンス等を行なう必要がない気相成長装置及び気相成長方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の気相成長装置は、
チャンバと、
チャンバ内で基板を浮かせた状態で支持するホルダと、
基板表面に気相成長によって結晶膜を成膜するためのプロセスガスをチャンバ内へ供給するプロセスガス供給部と、
成膜後のプロセスガスを含むチャンバ内のガスをチャンバ外へと排気する排気部と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
かかる構成により、基板とホルダとの間に空間が存在するため、従来、基板とホルダとが接触する部分で生じていた無駄な熱損失を無くすことができる。そのため、基板面内全体を均一な温度分布に制御することで均一な膜厚の良質な結晶膜を基板表面に成膜させることができる。
【００１２】
上述のホルダは、ベルヌーイチャックによって基板を浮かせた状態で支持することが好適である。
【００１３】
上述の基板を浮かせた状態で支持するホルダと基板間には所定のガスが供給され、ホルダの側面にはホルダと基板間を流れるガスを排気する複数の開口部が形成されることが好適である。
【００１４】
かかる構成により、供給するガスをホルダ付近で滞留させずに、スムーズにチャンバ外へと流れる流路を形成することができる。
【００１５】
上述の所定のガスとして、プロセスガスが用いられることが好適である。
【００１６】
かかる構成により、基板表面に成膜しながらにして、さらにベルヌーイチャックによって基板を支持することもできる。
【００１７】
本発明の気相成長方法は、
基板をチャンバ内に収容し、この基板に気相成長によって成膜させる気相成長方法であって、
基板を浮かせた状態でホルダに支持する工程と、
ホルダに支持された状態の基板表面にプロセスガスを供給して結晶膜を成膜する工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明の気相成長方法は、
基板をチャンバ内に収容し、この基板に気相成長によって成膜させる気相成長方法であって、
基板を加熱する工程と、
プロセスガスを供給することによって基板を浮かせた状態で支持すると共に、加熱された基板表面に結晶膜を成膜する工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１９】
かかる方法により、基板とホルダとの間に空間を存在させるため、基板の周縁部において温度が低下してしまうことを抑制することができる。そのため、基板の面内温度分布が均一に制御された状態で気相成長を行なうことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、基板とホルダとの間に空間を存在させるため、基板の無駄な熱損失を防止することができる。そのため、基板面内全体で均一な温度分布に制御することが可能となり、基板表面に均一な膜厚の良質な結晶膜を成膜させることができる。
また、ホルダに成膜された結晶膜を洗浄するメンテナンス等が不要となり、生産性を向上させることができる。
さらに、基板とホルダを接触させない状態で気相成長を行なうため、結晶膜が基板表面とホルダ表面に跨って成膜することがなく、基板とホルダの貼りつきを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
実施形態１．
まず、実施形態１について図に基づいて説明する。
図１は、実施形態１における気相成長装置１００を断面して示す概念図である。また、図２は、本発明の実施形態１におけるプロセスガスの流路１３０を説明するためにホルダの平面を示す概念図である。
図１における気相成長装置１００には、チャンバ１０１と、チャンバ１０１に収容され、基板であるウェハ１０２を支持する支持台であるホルダ１０３（サセプタともいう）と、ウェハ１０２表面に結晶膜を成膜するために必要な原料成分が含まれたプロセスガスを供給するプロセスガス供給部１０４と、成膜後のプロセスガスを含むチャンバ１０１内のガスを排気する排気部１０５と、ウェハ１０２表面に成膜するために必要な温度に加熱するヒータ１０６が備えられている。
【００２２】
図１に示すように、ホルダ１０３の下面には、支持するウェハ１０２の直径よりも僅かに大きい内径で、所定の深さの凹部１０７が形成されている。凹部１０７の表面（天井面）の中心部には、ウェハ１０２とホルダ１０３との間に所定の流量のプロセスガスの流路１３０を形成するようにプロセスガス供給部１０４が配置されている。
このプロセスガス供給部１０４の配管は、先端部分がホルダ１０３を貫通した状態で配置されるとともに、チャンバ１０１の上部壁面をも貫通し、チャンバ１０１外へと繋がっている。
【００２３】
プロセスガス供給部１０４の先端部分の側面には、ウェハ１０２と、ホルダ１０３との間に所定の流量のプロセスガスの流路１３０を形成するように、第１の吐出部１０８が設けられる。
そして、凹部１０７の側面には、第１の吐出部１０８から吐出されたプロセスガスをスムーズに排気するための貫通した開口部１０９が複数設けられる。これによって、図２に示すような、プロセスガス供給部１０４からホルダ１０３の外側に向かうプロセスガスの流路１３０を形成することができる。
【００２４】
ここで、チャンバ１０１内に供給するプロセスガスは、シリコン成膜ガスのトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）と、キャリアガスとして水素（Ｈ２）を混合したものに所定のドーパントガスを添加することにより構成される。
ドーパントガスはボロン系のジボラン（Ｂ２Ｈ６）或いはリン系のホスフィン（ＰＨ３）等が用いられる。ジボランを添加すればｐ型、ホスフィンを添加すればｎ型の導電性を示す結晶膜を成膜することができる。
【００２５】
また、プロセスガスの流路１３０を形成するに十分な流量を吐出するために、プロセスガスの第１の吐出部１０８の吐出口径は、直径が１ｍｍ程度に形成されていると好適である。但し、この数値は必要に応じて変動させればよい。
【００２６】
そして、通気孔を有する排気部１０５は、開口部１０９の高さの位置と略同一の高さのチャンバ１０１の側壁面に設けられる。そして、排気部１０５には、開口部１０９からのガス流を滞留させないように整流するガイド１１０が設けられている。
さらに、排気部１０５は図示しない真空ポンプに接続されており、チャンバ１０１内のガスを排気する。このため、ウェハ１０２とホルダ１０３に囲まれた空間から開口部１０９を介して、排気部１０５へと流れるスムーズなプロセスガスの流路１３０を形成することができる。
【００２７】
上述したガス流が形成されているホルダ１０３は、ベルヌーイ効果及びエゼクタ効果を利用した負圧によってウェハ１０２を浮かせた状態で凹部１０７に収容し、支持する。
本実施形態では、この支持の機構をベルヌーイチャックという（以下、各実施形態についても同じ）。
【００２８】
たとえば、８インチのシリコン（Ｓｉ）ウェハをベルヌーイチャックで支持すると想定した場合、供給するガスの流量は３３.８Ｐａｍ３／ｓ（２０ＳＬＭ）以上にすることで、ウェハ１０２を浮かせた状態で支持することができる。
【００２９】
ベルヌーイチャックによって支持されているウェハ１０２上面はホルダ１０３面（凹部の天井面）と接触していないため、ホルダ１０３への局所的な放熱による温度低下を抑制することができる。したがって、ウェハ１０２がホルダ１０３内に収容されたヒータ１０６からの輻射熱を均等に吸収されるように加熱され、ウェハ１０２の面内全体で均一な温度分布を得ることができる。
【００３０】
そして、ベルヌーイチャックを作用させるために供給しているプロセスガスを用いてウェハ１０２表面において熱分解反応或いは水素還元反応を行い、ウェハ１０２表面に結晶膜を成膜させる。ここで、上述のようにしてウェハ１０２を面内全体で均一な温度分布の状態にしておけば、均一な膜厚に制御された良質な結晶膜を成膜させることができる。
【００３１】
図３は、本発明の実施形態１におけるウェハ１０２表面への結晶膜１２０の成膜状態を説明するためにプロセスガス供給部１０４ａ付近の要部を拡大断面して示す概念図である。
ベルヌーイチャックを作用させるために、プロセスガス供給部１０４ａに設けられた吐出部１０８からプロセスガスがウェハ１０２とホルダ１０３の表面に対して略平行に吐出される。すると、プロセスガス供給部１０４ａの直下に位置するウェハ１０２の部分１２０ａはウェハ１０２表面の他の部分に比べ、プロセスガスと接触させにくい状態になる。その結果、プロセスガス供給部１０４ａの直下に位置する部分１２０ａは他の部分に比べて結晶膜を成膜させにくくなり、ウェハ１０２全体の結晶膜１２０の膜厚の均一性が損なわれてしまう。
【００３２】
図４は、他の実施例にかかるプロセスガス供給部１０４ｂ付近の要部を拡大断面して示す概念図である。
図４に示すように、プロセスガス供給部１０４ｂのウェハ１０２に対向する面に、第１の吐出部１０８の口径に対して比較的小さな吐出孔を有する第２の吐出部１１１を設ける。これによってウェハ１０２のプロセスガスと接触させにくい部分１２０ｂに補助的にプロセスガスを供給するプロセスガスの流路１３１を形成することができ、図３の状態のままでは結晶膜１２０のうち、薄く成膜されてしまう部分１２０ｂの膜厚を補うことができる。
【００３３】
第２の吐出部１１１の内径は、第１の吐出部１０８の大きさに対し約１０分の１の大きさに設定する。たとえば、第１の吐出部１０８の口径を１ｍｍとしたときには、第２の吐出部１１１の内径は０．１ｍｍとすると好適である。
これにより、第２の吐出部１１１から吐出されるプロセスガスの流量は、ベルヌーイチャックの効果を発揮させている第１の吐出部１０８から吐出されるプロセスガスの流路１３０を乱すほどの大きさにはならない。また、前記第２の吐出部１１１から吐出されるプロセスガスの流量は、第１の吐出部１０８から吐出するプロセスガス流１３０が発生させる負圧、すなわちウェハ１０２に与える浮力、を打ち消してしまうほどの圧力も生じさせない。
このため、ベルヌーイチャックによってウェハ１０２を浮かせた状態を維持しながら、尚且つ第１の吐出部１０８からのプロセスガスを接触させにくいウェハ１０２の部分１２０ｂにもプロセスガスを接触させることができる。
【００３４】
この結果、ウェハ１０２面内全体に膜厚の誤差の少ない結晶膜１２０を成膜させることができる。
【００３５】
図５は、更に他の実施例にかかるプロセスガス供給部１０４ｃ付近の要部を拡大断面して示す概念図である。
図５に示すように、プロセスガス供給部１０４ｃの配管を直径２mm以下にすることで、ウェハ１０２面内のプロセスガスを接触させにくい部分１２０ｃの範囲を縮小することもできる。
プロセスガス供給部１０４ｃの配管のウェハ１０２に対向する面の面積を縮小すれば、プロセスガスを接触させにくいウェハ１０２の部分１２０ｃの面積も縮小する。このように、プロセスガス供給部１０４の配管の太さを細くすることでウェハ１０２表面に成膜される結晶膜１２０の膜厚の均一性を向上できる。
【００３６】
上述の本実施形態のウェハ１０２は、中空に浮かせられた状態でホルダ１０３に支持されている。そのため、ウェハ１０２からホルダ１０３等に熱伝導して、局所的に加熱されることも、放熱されることもない。したがって、ホルダ１０３内に収容されたヒータ１０６を用いてウェハ１０２を均等に加熱すれば、煩雑な加熱制御を行なうことなく均一な面内温度分布を得ることが可能となる。
【００３７】
また、上述のベルヌーイチャックによってホルダ１０３に支持されるウェハ１０２は中空に浮いた状態である。そのため、ホルダ１０３の内縁部のいずれかの位置に寄り、ウェハ１０２の外縁部側面とホルダ１０３とが接触した状態で気相成長が行なわれる場合もあり得る。
しかし、ウェハ１０２の外縁部側面とホルダ１０３の内縁部側面との接触は、点接触或いは線接触といった、接触する面積が小さい状態であり、尚且つ接触する箇所も１箇所だけに限られる。このため、従来の気相成長装置に比べ、ウェハ１０２面内の温度分布に対してウェハ１０２とホルダ１０３との熱交換が与える影響は極端に小さいものとなる。
【００３８】
本実施形態において、結晶膜を成膜させる速度を高めるために、ウェハ１０２を回転させることは必須ではない。しかし、ウェハ１０２を回転させることによって、成膜される結晶膜の膜厚の均一性をより一層高めることができる。
【００３９】
図６は、本発明の実施形態１のウェハ１０２とホルダ１０３がかみ合う状態を下面視拡大して示す概念図である。また、図７は、図６のウェハ１０２とホルダ１０３がかみ合う状態を拡大断面して示す概念図である。
ベルヌーイチャックによって中空に浮かせられた状態でホルダ１０３に支持されたウェハ１０２を回転させるため、図６に示すようにホルダ１０３の内側面に凸部１１２ａを形成する。
ウェハ１０２を回転させる場合、位置あわせに用いるために形成された切り欠き部１１３（ノッチとも言う）と凸部１１２ａとがかみ合うようにウェハ１０２を配置する。ノッチ１１３は１枚のシリコンウェハに通常１箇所のみ形成されているため、ホルダ１０３に形成される凸部１１２ａも１箇所設けてあれば良い。図７に示すように、凸部１１２ａの高さをホルダ１０３に形成されている凹部１０７の深さと略同一にすることで、ウェハ１０２が多少の上下動をしても凸部１１２ａとノッチ１１３とのかみ合いが外れないようにすることができる。
【００４０】
かかる状態で、チャンバ１０１外に設ける図示しない回転機構に接続されたホルダ１０３を回転させる。そして、ホルダ１０３の回転に付随させて凸部１１２ａとノッチ１１３がかみ合っているウェハ１０２を回転させる。このときの回転数は１０〜５０ｍｉｎ−１（ｒｐｍ）とすると好適である。
【００４１】
図８は、他の実施例にかかる図６に相当する概念図である。
図示するように、凸部の形状は先端がＲ状に形成されたものであっても良い。Ｒ状の凸部１１２ｂは曲面の一部でノッチ１１３と接触するため、ウェハ１０２とホルダ１０３との接触を点接触、或いは線接触といった接触面積の非常に小さい状態でかみ合わせることができる。
【００４２】
また、図９は、更に他の実施例にかかる図６に相当する概念図である。矩形の凸部１１２ｃは矩形の辺の一部でノッチ１１３と接触する。そのため、Ｒ状の凸部１１２の場合と同様にウェハ１０２とホルダ１０３との接触面積が非常に小さい状態でかみ合わせることができる。
【００４３】
上述したように、ウェハ１０２との接触面積を低減する凸部をホルダ１０３に形成することによって、ウェハ１０２からホルダ１０３への放熱を抑制することができる。
これによってウェハ１０２面内の温度分布の誤差が少なくすることができ、尚且つ、ウェハ１０２を回転させながら気相成長を行なわせるために、成膜される結晶膜の膜厚分布の均一性をより一層向上させることができる。
【００４４】
図１０は、本発明に実施形態１における他の実施例にかかる加熱機構を設けた気相成長装置１５０を断面して示す概念図である。
図１０に示した気相成長装置１５０は、チャンバ１５１外にウェハ１０２を加熱するランプ加熱式のヒータ１６０を複数備えている。そして、ウェハ１０２とホルダ１０３との間に所定の流量のプロセスガスの流路１３０を形成し、ベルヌーイチャックによって、ウェハ１０２を浮かせた状態で支持する。
かかる状態のウェハ１０２をヒータ１６０で均等に加熱すれば、ウェハ１０２面内の温度分布を均一に制御することができる。
上述のように、本実施形態において、ウェハ１０２を加熱する手段はその種を問うものではなく、ウェハ１０２を均等に加熱できるものであれば良い。
【００４５】
本実施形態では、気相成長を行なうための原料成分を供給することと、ベルヌーイチャックを作用させるためのガス流の形成という２つの要件を、プロセスガス１種類を供給するという１つの構成と動作で同時に成すことができる。これは、気相成長装置にベルヌーイチャックを作用させるために新たなガスの供給機構を設けずとも良く、複数のガス供給の制御を行なわずに済むという大きな特徴をもたらす。
【００４６】
本実施形態では、ウェハ１０２を中空に浮かせた状態で気相成長を行なう。そのため、従来問題となっていたホルダ１０３表面に成膜された結晶膜が障害物となってウェハの載置或いは搬送ができなくなるという問題がなくなった。
そのため、従来は定期的に行なわなければならなかったホルダ表面をHCl等で洗浄するメンテナンスを行なう必要がない。
したがって、本実施形態は気相成長装置１００の生産性の向上に寄与することができる。
【００４７】
また、ウェハ１０２とホルダ１０３とが接触しない状態で気相成長を行なうことができるため、結晶膜がウェハ１０２表面とホルダ１０３表面とに跨って成膜されることがなく、ウェハ１０２とホルダ１０３とが結晶膜によって貼りつくことがない。そのため、以下に挙げるウェハとホルダとが貼りつくことによって生じる種々の問題を未然に防ぐことができる。
たとえば、気相成長中にウェハ１０２とホルダ１０３とが貼りついてしまうと、ウェハ１０２を搬送する際に結晶膜の貼りついた部分がえぐれてしまったり、クラック（ひび、小さな割れ）が入ってしまったりする。この小さな傷は、後の半導体製造工程において研磨、熱処理がなされたときにウェハ１０２を割ってしまう要因となる。
また、ウェハ１０２の搬送時に結晶膜が剥がれ、ウェハ１０２の表面にスリップ（結晶のずれ）が生じることもある。これは、ウェハ１０２の品質低下を招く要因となる。
さらに、ホルダ１０３に貼り付いているウェハ１０２を無理に引き剥がすことで、ホルダ１０３が所定の位置から外れてしまうこともある。すると、気相成長装置を一旦分解し、外れた部材を組み付け直す等の修理を行なわなければならない。これは、気相成長装置の生産性を低下させる要因となる。
【００４８】
上述したウェハとホルダとの貼りつきは、長時間の気相成長を行なったときや、膜厚の大きい結晶膜を成膜させたときに起きやすい。ここで、本実施形態を用い、ウェハ１０２を浮かせて支持する状態で気相成長を行なえば、気相成長を行なう時間の長さや、成膜させる結晶膜の厚さ等の条件にかかわらず、貼りつきが生じない。そのため、上述した問題点を克服した上で所望の結晶膜を成膜させることができる。
【００４９】
実施形態２．
図１１は、本発明の実施形態２における気相成長装置２００を断面して示す概念図である。また、図１２は、本発明の実施形態２におけるプロセスガスの流路２３０を説明するためにホルダ２０３の平面を示す概念図である。
図１１に示すように、ホルダ２０３の上面には、支持するウェハ２０２の直径よりも僅かに大きい内径で、所定の深さの凹部２０７が形成されている。凹部２０７の底面の中心部には、ウェハ２０２とホルダ２０３との間に所定の流量のプロセスガスの流路２３０を形成するようにプロセスガス供給部２０４が配置されている。
このプロセスガス供給部２０４の配管は、先端部分がホルダ２０３を貫通した状態で配置されるとともに、チャンバ２０１の下部壁面をも貫通し、チャンバ２０１外へと繋がっている。
【００５０】
プロセスガス供給部２０４の先端部分の側面には、ウェハ２０２と、ホルダ２０３との間に所定に流量のプロセスガスの流路２３０を形成するように、吐出部２０８が設けられる。
そして、凹部２０７の側面には、吐出部２０８から吐出されたプロセスガスがスムーズに排気されるための貫通した開口部２０９が複数設けられている。これによって、図１２に示すようなプロセスガス供給部２０４からホルダ２０３の外側へ向かうプロセスガスの流路２３０を形成することができる。
【００５１】
そして、開口部２０９からホルダ２０３外へ排気されたプロセスガスは、チャンバ２０１の側面に設けられた通気孔を有する排気部２０５を通り、チャンバ２０１外へと排気される。
排気部２０５は開口部２０９の高さの位置と略同一の高さのチャンバ２０１の壁面に設けられている。そして、排気部２０５には、開口部２０９からのガス流を滞留させないように整流するガイド２１０が設けられている。
さらに、排気部２０５は図示しない真空ポンプに接続され、チャンバ２０１内のガスを排気する。このため、ウェハ２０２とホルダ２０３に囲まれた空間から開口部２０９を介して、排気部２０５へと流れるスムーズなプロセスガスの流路２３０を形成させることができる。
【００５２】
上述したガス流が形成されたホルダ２０３は、ベルヌーイチャックによってウェハ２０２を浮かせた状態で凹部２０７に収容し、支持する。
【００５３】
実施形態２は実施形態１に対し、天地を逆転した形状のホルダ２０３を使用しているが、ウェハ２０２とホルダ２０３に囲まれたプロセスガスの流路２３０が形成されている空間と外部との圧力差を調整することによって、ウェハ２０２を中空に浮かせた状態で支持することが可能である。
【００５４】
本実施形態では、プロセスガスをウェハ２０２の下面に供給して、結晶膜の成長面を下向きにした状態で気相成長を行なう。このため、チャンバ２０１内にパーティクルが存在していた場合に、浮遊しているパーティクルが落下することによるウェハ２０２の成長面への付着が起こりにくい。
パーティクルは微細であり、僅かな気流等であっても舞い上がり、各所へ飛散するが、重力に従い落下する。そのため、ウェハ２０２の成長面が上向きであれば、落下するパーティクルを結晶膜の成長面で受け止めて、汚染される場合がある。
しかし、本実施形態ではウェハ２０２の成長面が下向きであるため、落下してくるパーティクルを付着しないようにすることができる。そのため、本実施形態の気相成長装置２００で製造するウェハ２０２はパーティクルによる汚染を防止できる。
【００５５】
尚、本実施形態において、プロセスガス供給部２０４の先端でのガス供給、プロセスガス供給部２０４の配管の大きさが与える結晶膜の膜厚の分布、ヒータ２０６によるウェハ２０２の加熱、或いは各部材の配置等、図１から図１０に基づいて説明した実施形態１の内容と重複する内容については、ここでは説明を省略する。
【００５６】
実施形態３．
図１３は、本発明の実施形態３における気相成長装置３００ａを断面して示す概念図である。
また、図１４は、本発明の実施形態３におけるプロセスガスの流路３３０ａとチャックガスの流路３４０を説明するためにホルダ３０３の平面を示す概念図である。
図１３に示すように、ホルダ３０３の上面には、支持するウェハ３０２の直径よりも僅かに大きい内径で、所定の深さの凹部３０７が形成されている。凹部３０７の底面の中心部には、ウェハ３０２の下面とホルダ３０３との間に所定の流量のチャックガスの流路３４０を形成するようにチャックガス供給部３１４が配置されている。
このチャックガス供給部３１４の配管は、先端部分がホルダ３０３を貫通した状態で配置されるとともに、チャンバ３０１の下部壁面をも貫通し、チャンバ３０１外へと繋がっている。
【００５７】
チャックガス供給部３１４の先端部分の側面には、ウェハ３０２の下面とホルダ３０３とに囲まれた空間に所定の流量のチャックガスの流路３４０を形成するように、吐出部３０８が設けられる。そして凹部３０７の側面には、吐出部３０８から吐出されたチャックガスをスムーズに排気するための貫通した開口部３０９が複数設けられている。これによって、図１４に示すようなチャックガス供給部３１４からホルダ３０３の外側に向かうチャックガスの流路３４０を形成することができる。
ここで、ホルダ３０３に供給するチャックガスはＨ２等を用いる。チャックガスはチャンバ３０１内の気相成長を行なう環境を乱さないものであれば良い。
【００５８】
上述したチャックガス流３４０が形成されたホルダ３０３は、ベルヌーイチャックによってウェハ３０２を浮かせた状態で凹部３０７に収容し、支持する。
【００５９】
また、ウェハ３０２の上方にはウェハ３０２表面にプロセスガスを供給するプロセスガス供給部３０４ａが設けられている。プロセスガス供給部３０４ａの配管は、チャンバ３０１の上部壁面を貫通し、チャンバ３０１外へと繋がっている。そして、プロセスガス供給部３０４ａから略垂直に供給されたプロセスガスは、ベルヌーイチャックによって支持されたウェハ３０２の上面に対して供給され、ウェハ３０２表面で略水平に流れる方向を変える。そして、ウェハ３０２表面に沿って外向きに流れるプロセスガスの流路３３０ａを形成する。
【００６０】
ここで、ベルヌーイチャックを作用させた状態でウェハ３０２が加熱されることによりウェハ３０２面内全体で均一な温度分布が得られることは実施形態１及び２と同様であるためここでは説明を省略する。
【００６１】
上述のようにして、気相成長を行なうために必要な所定の温度に加熱されたウェハ３０２の表面にプロセスガス供給部３０４ａからプロセスガスを均等に供給することで、均一な膜厚に制御された結晶膜を成膜させることができる。
【００６２】
通気孔を有する排気部３０５は、開口部３０９とウェハ３０２の表面の高さ位置と略同一のチャンバ３０１の側壁面に設けられる。そして、排気部３０５にはガス流を滞留させないように整流するガイド３１０が設けられている。さらに、排気部３０５は図示しない真空ポンプに接続されており、チャンバ３０１内のガスを排気する。そのため、開口部３０９から排気されるチャックガスと成膜後のプロセスガスとをチャンバ３０１外へとスムーズに排気させることができる。
【００６３】
本実施形態は、ベルヌーイチャックによってウェハ３０２を支持するために供給するチャックガスと、ウェハ３０２表面に結晶膜を成膜させるために供給するプロセスガスをそれぞれ独立して供給する。これによって、ウェハ３０２を安定して支持するためだけにチャックガスの流量を制御することができる。
【００６４】
また、本実施形態は、ウェハ３０２が気相成長を行なうために必要な所定の温度に十分に加熱されている状態であることを見極めた後にプロセスガスを供給することができる。このため、気相成長の開始時から終了時までより一定の温度の状態で気相成長を行なうことができ、より一層膜厚分布の均一性の高められた結晶膜を成膜させることができる。
【００６５】
さらに、ここでウェハ３０２表面に対しプロセスガスを供給する他の実施例について説明する。
図１５は、本発明の実施形態３における他の実施例にかかるプロセスガス供給部３０４ｂを備えた気相成長装置３００ｂを断面して示す概念図である。
【００６６】
図１５に示すように、本実施形態では、ウェハ３０２に対して略水平で、ウェハ３０２の上面（結晶膜の成長面）に沿ったプロセスガスの流路３３０ｂを形成するようにプロセスガスを供給してもよい。これにより、気相成長装置３００ｂは上述の気相成長装置３００ａに対して縦方向の寸法をコンパクトに設計することができる。よって、ベルヌーイチャックによって支持したウェハ３０２表面に成膜される膜厚の均一性を高めながら装置の省スペース化を図ることができる。
【００６７】
実施形態４．
図１６は、本発明の実施形態４における気相成長装置４００ａを断面して示す概念図である。また、図１７は、本発明の実施形態４におけるプロセスガスの流路４３０ａとチャックガスの流路４４０を説明するためにホルダの平面を示す概念図である。
図１６に示すように、ホルダ４０３の下面には、支持するウェハ４０２の直径よりも僅かに大きい内径で、所定の深さの凹部４０７が形成されている。そして、凹部４０７の表面（天井面）の中心部には、ウェハ４０２とホルダ４０３との間に所定の流量のチャックガスの流路４４０を形成するようにチャックガス供給部４１４が配置されている。
このチャックガス供給部４１４の配管は、先端部分がホルダ４０３を貫通した状態で配置されるとともに、チャンバ４０１の上部壁面をも貫通し、チャンバ４０１外へと繋がっている。
【００６８】
チャックガス供給部４１４の先端部分の側面には、ウェハ４０２の上面とホルダ４０３との間に所定の流量のチャックガスの流路４４０を形成するように、吐出部４０８が設けられる。
そして凹部４０７の側面には、吐出部４０８から吐出されたチャックガスをスムーズに排気するための貫通した開口部４０９が複数設けられている。これによって、図１７に示すようなチャックガス供給部４１４からホルダ４０３の外側に向かうチャックガスの流路４４０を形成することができる。
また、チャックガスとして用いるガスの種類等については、実施形態３と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００６９】
上述したチャックガス流４４０が形成されたホルダ４０３は、ベルヌーイチャックを作用させてウェハ４０２を浮かせた状態で凹部４０７に収容し、支持する。
【００７０】
ホルダ４０３の下方には、ウェハ４０２を加熱するヒータ４０６が設けられている。そして、このヒータ４０６の中心部を貫通した状態で、ウェハ４０２表面にプロセスガスを供給するプロセスガス供給部４０４ａが設けられている。プロセスガス供給部４０４ａの配管は、チャンバ４０１の下部壁面を貫通し、チャンバ４０１外へと繋がっている。
プロセスガス供給部４０４ａから供給されるプロセスガスは、ベルヌーイチャックによって支持されたウェハ４０２の下面に対抗して供給され、ウェハ４０２下面で略水平に流れる方向を変える。そして、ウェハ４０２下面に沿って外向きに流れるプロセスガスの流路４３０ａを形成する。
【００７１】
上述のようにして、気相成長を行なうために必要な所定の温度に加熱されたウェハ４０２の表面にプロセスガス供給部４０４ａからプロセスガスをウェハ４０２の下面に対して均等に供給することで、均一な膜厚に制御された結晶膜を成膜させることができる。
【００７２】
通気孔を有する排気部４０５は、開口部４０９とウェハ４０２の表面の高さ位置と略同一のチャンバ４０１の側壁面に設けられる。排気部４０５にはガス流を滞留させないように整流するガイド４１０が設けられている。
さらに、排気部４０５は図示しない真空ポンプに接続されており、チャンバ４０１内のガスを排気する。そのため、開口部４０９から排気されるチャックガスと成膜後のプロセスガスとをチャンバ４０１外へとスムーズに排気させることができる。
【００７３】
さらに、ここでウェハ４０２表面に対しプロセスガスを供給する他の実施例について説明する。
図１８は、本発明の実施形態４における他の実施例にかかるプロセスガス供給部４０４ｂを備えた気相成長装置４００ｂを断面して示す概念図である。
【００７４】
図１８に示すように、本実施形態では、ウェハ３０２に対して略水平で、ウェハ３０２の下面（結晶膜の成長面）に沿ったプロセスガスの流路４３０ｂを形成するようにプロセスガスを供給してもよい。これにより、気相成長装置４００ｂは上述の気相成長装置４００ａに対して縦方向の寸法をコンパクトに設計することができる。また、ウェハ４０２の結晶膜の成長面を下向きに設定することができるため、本実施形態において成膜される結晶膜はパーティクルによる汚染を低減させることができる。よって、ベルヌーイチャックによって支持したウェハ４０２表面に成膜される膜厚の均一性を高めながら装置の省スペース化と、装置内のパーティクル汚染の防止を図ることができる。
なお、図１６および図１８に示すヒータ４０６はチャンバ４０１内の下方に収納しているが、これを他の実施形態と同様に、ホルダ４０３の凹部４０７に収納しても、またチャンバ４０１の外部に配置してもよい。
【００７５】
ここで、ベルヌーイチャックを利用することによってもたらされるウェハ４０２表面に成膜される結晶膜の均一性の向上、或いはチャックガスとプロセスガスを独立して供給することによりもたらされる特徴等、実施形態１乃至実施形態３における説明と重複する内容については、ここでは説明を省略する。
【００７６】
以上、具体例を参照しつつ、実施の形態について説明した。本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００７７】
たとえば、プロセスガスのシリコン成膜ガスとしてトリクロロシランを例として挙げたが、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）等、適宜選択して使用しても構わない。
【００７８】
また、本発明の気相成長装置の一例としてエピタキシャル成長装置について説明したが、これに限るものではなく、シリコンウェハ表面に所定の結晶膜を気相成長させるための装置であれば構わない。たとえば、ポリシリコン膜を成長させることを目的とした装置であってもよい。
【００７９】
さらに、装置の構成や制御の手法等、本発明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置の構成や制御の手法等を適宜選択して用いることができる。
【００８０】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうるすべての気相成長装置、及び各部材の形状は、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態１における気相成長装置を断面して示す概念図である。
【図２】本発明の実施形態１におけるプロセスガスの流路を説明するためにホルダの平面を示す概念図である。
【図３】本発明の実施形態１におけるウェハ表面への結晶膜の成膜状態を説明するためにプロセスガス供給部付近の要部を拡大断面して示す概念図である。
【図４】他の実施例にかかるプロセスガス供給部付近の要部を拡大断面して示す概念図である。
【図５】更に他の実施例にかかるプロセスガス供給部付近の要部を拡大断面して示す概念図である。
【図６】本発明の実施形態１のウェハとホルダがかみ合う状態を下面視拡大して示す概念図である。
【図７】図６のウェハとホルダがかみ合う状態を拡大断面して示す概念図である。
【図８】他の実施例にかかる図６に相当する概念図である。
【図９】更に他の実施例にかかる図６に相当する概念図である。
【図１０】本発明の実施形態１における他の実施例にかかる加熱機構を設けた気相成長装置を断面して示す概念図である。
【図１１】本発明の実施形態２における気相成長装置を断面して示す概念図である。
【図１２】本発明の実施形態２におけるプロセスガスの流路を説明するためにホルダの平面を示す概念図である。
【図１３】本発明の実施形態３における気相成長装置を断面して示す概念図である。
【図１４】本発明の実施形態３におけるプロセスガスの流路とチャックガスの流路を説明するためにホルダの平面を示す概念図である。
【図１５】本発明の実施形態３における他の実施例にかかるプロセスガス供給部を備えた気相成長装置を断面して示す概念図である。
【図１６】本発明の実施形態４における気相成長装置を断面して示す概念図である。
【図１７】本発明の実施形態４におけるプロセスガスの流路とチャックガスの流路を説明するためにホルダの平面を示す概念図である。
【図１８】本発明の実施形態４における他の実施例にかかるプロセスガス供給部を備えた気相成長装置を断面して示す概念図である。
【図１９】従来の基板を直接ホルダに接触させて支持する様態の気相成長装置を断面して示す概念図である。
【符号の説明】
【００８２】
１００…気相成長装置
１０１…チャンバ
１０２…ウェハ
１０３…ホルダ
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ…プロセスガス供給部
１０５…排気部
１０６…ヒータ
１０７…凹部
１０８…第１の吐出部
１０９…開口部
１１０…ガイド
１１１…第２の吐出部
１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ…凸部
１１３…ノッチ
１２０…結晶膜
１３０…プロセスガスの流路
【図１】
2008294217.tif 000003
【図２】
2008294217.tif 000004
【図４】
2008294217.tif 000005
【図５】
2008294217.tif 000006
【図６】
2008294217.tif 000007
【図７】
2008294217.tif 000008
【図８】
2008294217.tif 000009
【図９】
2008294217.tif 000010
【図１１】
2008294217.tif 000011
【図１２】
2008294217.tif 000012
【図１３】
2008294217.tif 000013
【図１４】
2008294217.tif 000014
【図１５】
2008294217.tif 000015
【図１６】
2008294217.tif 000016
【図１７】
2008294217.tif 000017
【図１８】
2008294217.tif 000018
【図１９】
2008294217.tif 000019
【図３】
2008294217.tif 000020
【図１０】
2008294217.tif 000021