(57)【要約】【課題】面内の均一性の良好なウエハを気相成長により生産する半導体装置の製造方法と製造装置を提供すること。【解決手段】反応ガス導入口１３に、この反応ガス導入口１３に連接してサセプタ２の外周から離間し、サセプタ２を取囲むように配置されているプレヒートリング５の上部まで延在する整流板１７を設ける。【選択図】　図２
2004134625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に設けられたサセプタに載置されたウエハに反応ガス導入口から反応ガスを供給し、所定の薄膜を前記ウエハの表面に気相成長させて形成する半導体装置の製造方法において、
前記反応ガス導入口から導入された反応ガスは、該反応ガス導入口に連なり前記サセプタの外周から離間して該サセプタを取囲むように配置されているプレヒートリングの上部に延在する整流板により該ウエハの面と平行方向に案内されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
チャンバ内に設けられたサセプタと、このサセプタに載置されたウエハの表面に薄膜を気相成長させるための反応ガスを供給する反応ガス導入口と、この反応ガス導入口の対向位置に反応ガス排出口とが前記チャンバの側壁部に形成されている半導体装置の製造装置において、
前記反応ガス導入口は、連接して前記サセプタの外周から離間して該サセプタを取囲むように配置されているプレヒートリングの上部まで延在する整流板を有していることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項３】
前記整流板は、前記反応ガス導出口側が開いた平面形状がＵ字状で透光性の石英ガラスにより形成されていることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】
前記反応ガス導入口と前記整流板とは、反応ガスが流れる方向に対する垂直方向の開口面積が等しいことを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造装置。
【請求項５】
前記整流板は、Ｕ字状の開放端の幅が前記反応ガス導出口の幅と等しく設定されていることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気相成長により面内の均一性が良好なウエハを生産する半導体装置の製造方法とその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハの表面にエピタキシャル成長層を形成する気相成長装置は、多数のウエハを一括処理するバッチ処理タイプと、ウエハを１枚ずつ処理する枚葉処理タイプとに大別することができる。バッチ式の気相成長装置は生産性が高い、即ちスループットが高いといった利点を有している。他方、枚葉式の気相成長装置は、スループットは劣るものの、ウエハ全面にわたってエピタキシャル成長層の膜厚を、均一かつ高精度に制御することができる利点を有している。
【０００３】
半導体素子の高集積化及び半導体ウエハの大口径化が、近年益々進展しているのに伴って、高精度なエピタキシャル成長層に対しての膜厚の均一化制御が必要になってきている。枚葉式のエビタキシャル成長装置は、このような要求を充足することができるため、近年はバッチ式の気相成長装置よりも枚葉式の気相成長装置の方がより一層使用される傾向にある。
【０００４】
なお、枚葉式の装置の方がバッチ式の装置よりも広く使用されるといった傾向は、半導体製造分野にあってはエピタキシャル成長処理を行う気相成長装置に限らず、気相成長装置一般についても当てはまることでもある。
【０００５】
枚様式の気相成長装置による処理は、減圧プロセス条件のチャンバ内において、まず、Ｈ２雰囲気内でウエハの高温熱処理を行ない半導体ウエハ表面に形成されている自然酸化膜の除去を行なう。この高温熱処理を行なうことにより、その後に続く、エピタキシャル成長装置により低温プロセスであるエピタキシャル成長をおこなっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、エピタキシャル成長装置でのチャンバ内の反応ガスの流れについて、一例を図４に模式平面図で示すと、高温熱処理後に反応ガス導入口５０から注入されたキャリアガスのＨ２とソースガスのＳｉＨ４、不純物ガス（ドーパントガス：Ｂ２Ｈ６）の反応ガスは、回転機構（不図示）により低速回転を行なっているチャンバの内部に設けられているサセプタ５１と、このサセプタ５１の表面に載置されたウエハＷの上面を、ウエハＷの上面に対して矢印Ｃおよび矢印Ｄで示しように平行方向に流れ、外部熱源であるハロゲンランプ（不図示）によって加熱される。この加熱による熱反応によってウエハＷとサセプタ５１の上に気相成長を行なう。また、反応ガスは反応ガス排出口５２から排出される。なお、サセプタ５１の外周に離間した位置にはサセプタ５１を取り巻くようにプレヒートリング５３が配置されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−５０６１５号公報（段落番号１６〜２２、図１および図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような製造方法による低温プロセスで形成された薄膜エピタキシャル層では、特に、外周部（ガス導入口と垂直になる側壁部分）においてオートドープの発生が見られることが多い。このオートドープが発生していることは、気相成長装置のプロセスチャンバの構造による反応ガスの乱流（ばらつき）が発生している結果である。
【０００９】
また、サセプタの下のプロセスチャンバ表面には、処理枚数の累積に比例して温度が上昇しているため、反応ガスの回り込み（例えば、図４における矢印Ｅ）によりチャンバの内壁に反応生成物が成長している。それにより、薄膜エピタキシャル層へのパーティクルの付着等の不具合が発生する恐れがある。
【００１０】
本発明はこれらの事情に基づいてなされたもので、面内の均一性の良好なウエハを気相成長により生産する半導体装置の製造方法と製造装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、チャンバ内に設けられたサセプタに載置されたウエハに反応ガス導入口から反応ガスを供給し、所定の薄膜を前記ウエハの表面に気相成長させて形成する半導体装置の製造方法において、
前記反応ガス導入口から導入された反応ガスは、該反応ガス導入口に連なり前記サセプタの外周から離間して該サセプタを取囲むように配置されているプレヒートリングの上部に延在する整流板により該ウエハの面と平行方向に案内されていることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００１２】
また本発明によれば、チャンバ内に設けられたサセプタと、このサセプタに載置されたウエハの表面に薄膜を気相成長させるための反応ガスを供給する反応ガス導入口と、この反応ガス導入口の対向位置に反応ガス排出口とが前記チャンバの側壁部に形成されている半導体装置の製造装置において、
前記反応ガス導入口は、連接して前記サセプタの外周から離間して該サセプタを取囲むように配置されているプレヒートリングの上部まで延在する整流板を有していることを特徴とする半導体装置の製造装置である。
【００１３】
また本発明によれば、前記整流板は、前記反応ガス導出口側が開いた平面形状がＵ字状で透光性の石英ガラスにより形成されていることを特徴とする半導体装置の製造装置である。
【００１４】
また本発明によれば、前記反応ガス導入口と前記整流板とは、反応ガスが流れる方向に対する垂直方向の開口面積が等しいことを特徴とする半導体装置の製造装置である。
【００１５】
また本発明によれば、前記整流板は、Ｕ字状の開放端の幅が前記反応ガス導出口の幅と等しく設定されていることを特徴とする半導体装置の製造装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、枚葉式の気相成長装置の構成を示す断面側面図である。密閉容器である円形型のチャンバ１の内部には、ウエハＷを載置するサセプタ２が回転機構３の回転軸４に軸支されている。このサセプタ２の外側の離間した位置には、サセプタ２の保温維持を目的としたプレヒートリング５がサセプタ２を取囲むように配置されている。また、回転機構３にはサセプタ２に設けられている突き上げピン６を突き上げるための突き上げ部材７が上下動自在に設けられている。また、チャンバ１を形成している石英ガラス製の上板８と下板９は、いずれも側壁体１１に接合部がＯリング１２を介して気密に取付けられている。
【００１８】
チャンバ１側部を形成している側壁体１１には、反応ガス導入口１３が設けられ、この反応ガス導入口１３は、不図示の配管を介してタンク等のガス源に接続されている。側壁体１１の反応ガス導入口１３の対向する位置には、反応ガス排出口１４が設けられ管路１５に接続している。
【００１９】
また、チャンバ１の外側には、ウエハＷの表面に対しての加熱用のハロゲンランプ１６が配置されている。なお、上板８と下板９は石英ガラス製であるので、ハロゲンランプ１６からの光を透過してチャンバ１の内部に照射する。
【００２０】
次に、図２（ａ）に示した模式斜視図、および、図２（ｂ）に示した模式平面図を用いて、反応ガス導入口１３および反応ガス排出口１４の、それぞれの近傍の構造について説明する。
【００２１】
ウエハＷを載置したサセプタ２に離間して、サセプタ２を取囲むように配置されているプレヒートリング５の上面には、密接して平面形状がＵ字状の透光性の石英ガラスの整流板１７が配置されている。この整流板１７はＵ字状の開放側が反応ガス排出口１４の側になり、Ｕ字状の閉塞側が反応ガス導入口１３の側となる。
【００２２】
なお、整流板１７の材質は透光性の石英ガラスを用いているので、サセプタ２の均等な熱分布（プロセスチャンバ１内の熱透過率）の不均一化の低下を防ぎ、ウエハＷの熱分布に関して、面内の均一性を良好に維持することができる。
【００２３】
さらに、この整流板１７について反応ガス導入口１３の側と反応ガス排出口１４の側に分けて細部を説明する。
【００２４】
反応ガス導入口１３の側では、整流板１７はＵ字状の屋根部１８が平面的にはプレヒートリング５の上部を覆い隠す形状に形成されているが、屋根部１８を支えている、例えば、高さが５０ｍｍ側壁部１９はウエハＷの幅に略対応して対向して開口部２０を形成している。この開口部２０は、反応ガスが導入される既存の導入口２１に連なり、かつ、開口面積（反応ガスが流れる方向に対する垂直断面積）は同等に形成されている。
【００２５】
その結果、図２（ｃ）に模式説明図を示すように、反応ガスの流速の傾斜は、整流板１７を設けた場合をθ１とし、整流板１７を設けない場合をθ２とすると、
θ１＜θ２となる。
【００２６】
つまり、整流板１７を設けたことによりガスの減速経路が長くなり、それにより、導入口２１から導入された反応ガスの流速の変化は緩やかになる。また導入口２１と整流板１７とによる反応ガスを規制する距離が長くなることにより、チャンバ１内での反応ガスの拡散を小さくすることができる。
【００２７】
一方、反応ガス排出口１４側では、整流板１７の側壁が反応ガス排出口１４の開口幅と同等の幅に設定されており、かつ、水平に形成されていることにより、図２（ｂ）に示したように反応ガスは、矢印Ａおよび矢印Ｂで示したように層流状態で平行に進み、反応ガスの回り込みを抑制することができる。したがって、この反応ガスの回り込みを抑制することにより、反応生成物の堆積を少なくすることができる。
【００２８】
これらの構成による気相成長装置におけるウエハＷへの処理プロセスは、まず、減圧プロセス条件のチャンバ１の内部において、最初にＨ２雰囲気内でウエハＷの高温熱処理を行ない、ウエハＷの表面に形成されている自然酸化膜の除去を行なう。この高温熱処理を行なうことにより、後に続く低温プロセスであるエピタキシャル成長が可能になる。高温熱処理後、低温プロセスとして、反応ガス導入口から注入されたキャリアガスのＨ２とソースガスのＳｉＨ４および不純物ガス（ドーパントガス：Ｂ２Ｈ６）からなる反応ガスが、回転機構３により低速回転を行なっているサセプタ２とサセプタ２の表面に設置されたウエハＷの上面を平行方向に流れる。また、外部熱源であるハロゲンランプ１６によって加熱される。この熱反応によってウエハＷとサセプタ２上に気相成長を行なう。なお、反応ガスは、反応ガス排出口１４から排出される。
【００２９】
なお、反応ガスとしては上述のように、通常に、用いられている反応ガスを、特に限定されることなく使用できる。例えば、成膜ガスとして、シリコン薄膜形成の場合、シリコン成分を含む原料ガス、ドーパント、キャリアガスから成る反応ガスを挙げることができる。
【００３０】
原料ガスのシリコン成分としてはＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、等を例示でき、ドーバントガスとしては、Ｂ２Ｈ６の硼素化合物、ＰＨ３のリン化合物の他、ＡｓＨ３等を例示できる。また、キャリアガスとしては、一般に水素ガスＡｒ等が使用される。
【００３１】
また、薄膜の気相成長方法は、通常の方法と同様の条件、例えば、１０乃至５００Ｔｏｒｒ程度の減圧条件等でおこなうことができる。
【００３２】
次に、上述の整流板１７を設けた場合と、比較例として従来の技術の項の図４で示した整流板を設けなかった場合についての効果について説明する。
【００３３】
低温プロセスで形成する薄膜エピタキシャル層では、膜厚面内分布で平均して１σ／ＡＶＧ＝２．５％以下の分布が得られており、また不純物面内分布は、外周部分（外周５〜１０ｍｍ）でシート抵抗値の上昇が起こっている。この結果を、比較例として、図３（ａ）で不純物ガス（ドーパントガス）導入なしの場合を、また、外周部よりドーパントガス導入の場合を図３（ｂ）で示している。なお、両図において、縦軸にシート抵抗値、横軸にウエハＷ面内分布であり、ドーパントガスのセンター／エッジ比率のデータを示している。
【００３４】
図３（ａ）で示した比較例の場合は、エッジ０％の場合、外周部分のシート抵抗値の上昇は大きく、面内分布のばらつきも、１σ／ＡＶＧ≒１２％であまり良好ではない。
【００３５】
このことにより、図３（ｂ）で示しているように、エッジ部分に一定流量のドーパントガスを流すことにより、１σ／ＡＶＧ≒４．５％以下の面内の不純物濃度の均一性の調整は可能であるが、それ以上の均一性の向上については困難である。
【００３６】
それに対して、本発明の整流板１７を設けた上述の実施の形態では、プレヒートリング５の上部に平面形状がＵ字型の石英製の整流板１７を設置することにより、反応ガスの流速の変化を低下させ、かつ、反応ガスの乱流を抑制することができる。それにより、薄膜エピタキシャル膜の面内均一性を向上させることができる。
【００３７】
すなわち、膜厚面内分布のばらつきで従来の技術では２．５％以下に対し、本発明によれば、１．０％以下が確認できた。また、シート抵抗の面内分布のばらつきでは、従来の技術では、４．５％以下に対して、本発明によれば、２．０％以下に向上することができたことを確認した。
【００３８】
以上に説明したように、上述の実施の形態によれば、反応ガス導入口から導入された反応ガスが、プロセスチャンバの内部の側壁で乱流を起こすことなくウエハの上部を水平にゆっくりと通過し、反応ガス排出口から排出される。それによって、エピタキシャル膜の均一性を良好にすることができる。
【００３９】
また、石英製のＵ字型の整流板について、透光性の石英ガラスを用いることにより、サセプタにおける均等な熱分布（プロセスチャンバの内部の熱透過率）の均等性の低下を防ぎ、ウエハの面内均一性を良好に維持することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、気相成長を行う際にプロセスガスを整流することにより、面内の均一性の良好なウエハを生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の枚葉式の気相成長装置の構成を示す断面側面図。
【図２】（ａ）本発明の枚葉式の気相成長装置の反応ガスの流れの制御構造についての模式斜視図、（ｂ）その模式平面図、（ｃ）整流板による反応ガスの流速の傾斜の説明図。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、比較例におけるドーパントガスのセンター／エッジ比率のデータを示すグラフ。
【図４】従来の枚葉式の気相成長装置の反応ガスの流れの制御構造についての模式斜視図。
【符号の説明】
１…チャンバ、２…サセプタ、５…プレヒートリング、１３…反応ガス導入口、１４…反応ガス排出口、１７…整流板、１８…屋根部、１９…側壁部、２０…開口部、２１…導入口
【図１】
2004134625.tif 000003
【図２】
2004134625.tif 000004
【図３】
2004134625.tif 000005
【図４】
2004134625.tif 000006