(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶ウェーハを保持するサセプタを備えたシリンダ型の反応炉と、
前記反応炉の内部に反応ガスを供給するガス供給部と、
前記反応炉の周囲に備えられる複数の加熱ランプモジュールと、
前記複数の加熱ランプモジュールの外側を取り囲むように設けられ、且つ、冷却空気を取り入れるための冷気導入口が形成されたランプモジュールカバーと、
前記ランプモジュールカバーの外側において、前記冷気導入口に連通するように備えられる冷気導入管と、
前記冷気導入管に接続され、該冷気導入管に冷却空気を供給するブロワと、を備えたシリンダ型気相成長装置において、
前記ランプモジュールカバーには、前記反応炉の内壁面におけるポリシリコンが堆積する位置に対し周方向に略対応する箇所に、側部冷気口が形成され、
前記側部冷気口には、前記冷気導入管から分岐した側管の端部が接続されており、
前記冷気導入口は、前記ランプモジュールカバーの上部に形成され、
前記側部冷気口は、前記冷気導入口よりも下方であって、且つ、前記ポリシリコンが堆積する位置よりも上方に形成されることを特徴とするシリンダ型気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン単結晶ウェーハにシリコンエピタキシャル層を形成するためのシリンダ型の気相成長装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダ型の気相成長装置は、図３に示すように、石英製のベルジャー（反応炉）１２０の内側に多角錐台状のサセプタが回転自在に設けられるとともに、ベルジャー１２０の外側に加熱用ランプを配した複数のランプモジュール（加熱ランプモジュール）１３０を備えた構成となっている。そして、サセプタ１１０の側壁面に形成された円形の座ぐり１１０ａにシリコン単結晶ウェーハを載置し、サセプタ１１０を回転させながら、ランプモジュール１３０に配列された加熱用ランプによってシリコン単結晶ウェーハを加熱し、シリコン原料ガスをベルジャー１２０内に流通させることによって、シリコン単結晶ウェーハの主面上にシリコンエピタキシャル層を形成させるものである（特開平２−２４１０２９号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このシリンダ型の気相成長装置においては、シリコン単結晶ウェーハに気相成長を行う一方で、ベルジャー１２０の内壁面にシリコンが付着するのを防ぐため、例えば図３のように、ブロア１５０から冷却空気をランプモジュールカバー１４０内に循環させるなどによって、ベルジャー１２０を冷却している。しかし、このような冷却を行っても、ベルジャー１２０の内壁面へのシリコン付着を完全に防ぐことは難しく、しかも一度ベルジャー１２０の内壁面にシリコンが付着すると、その周囲に、急速にポリシリコンが堆積し始める。
ポリシリコンが堆積したベルジャー１２０では、その内壁面表面の一部がポリシリコンで覆われることにより、加熱用ランプの光が遮られ、サセプタ１２０において熱せられているシリコン単結晶ウェーハを均一に加熱することができなくなる。その結果、気相成長を施したシリコンエピタキシャルウェーハのバッチ内抵抗率分布が大きくなったり、シリコンエピタキシャル層の成長速度が急激に低下したりするなどの支障をきたすことがある。
一方、ベルジャー１２０の内壁面において、ポリシリコンが堆積した部分は酸洗浄後、石英が失透してしまう。酸洗浄を行ってポリシリコンを落としても、失透した箇所では加熱用ランプによる放射加熱がうまく行われないばかりでなく、失透した石英表面には再びシリコンの堆積が発生しやすい。従って、ポリシリコンが堆積したベルジャー１２０は修理しなければならない。
【０００４】
本発明の課題は、ベルジャー（反応炉）の内壁面にポリシリコンが堆積することを低減できるシリンダ型気相成長装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等が、このシリンダ型の気相成長装置についての検討を行ったところ、ベルジャーにおいて、内壁面にポリシリコンが比較的堆積しやすい位置があることを見出した。この位置は、ランプモジュールカバーに形成される冷気導入口の位置とは反対側であって、且つサセプタと最も距離の近い、ベルジャーの下部であった。
そこで、このポリシリコンが堆積しやすい位置は、冷却が不十分であって、この位置をより効率よく冷却できれば、ポリシリコンの堆積を低減できると予測し、本発明に至った。
【０００６】
すなわち課題解決のための本発明による手段は、例えば図１および図２に示すように、シリコン単結晶ウェーハを保持するサセプタ（１０）を備えたシリンダ型の反応炉（ベルジャー２０）と、前記反応炉の内部に反応ガスを供給するガス供給部（例えばガス供給管１５）と、前記反応炉の周囲に備えられる複数の加熱ランプモジュール（３０）と、前記複数の加熱ランプモジュールの外側を取り囲むように設けられ、且つ、冷却空気を取り入れるための冷気導入口（４１）が形成されたランプモジュールカバー（４０）と、前記ランプモジュールカバーの外側において、前記冷気導入口に連通するように備えられる冷気導入管（４５）と、前記冷気導入管に接続され、該冷気導入管に冷却空気を供給するブロワ（５０）と、を備えたシリンダ型気相成長装置（１００）において、前記ランプモジュールカバー（４０）には、前記反応炉の内壁面におけるポリシリコンが堆積する位置に対し周方向に略対応する箇所に、側部冷気口（４３）が形成され、前記側部冷気口には、前記冷気導入管から分岐した側管（６０）の端部（６１）が接続されていることを特徴とする。
【０００７】
尚、ランプモジュールカバーの内側において、冷却空気は、冷気導入口あるいは側部冷気口から流入し、ランプモジュールカバーの下部に設けられる排気口から排気されるようになっており、冷却空気は概ね上方から下方に流通している。従って、冷気導入口は、前記ランプモジュールカバーの上部に形成されるとともに、側管の端部が接続される側部冷気口は冷気導入口よりも下方であって、且つ、ポリシリコンが堆積する位置よりも上方に形成されるとより好ましい。
またポリシリコンは、反応炉の中心部から冷気導入口の方向とは反対側の内壁面の２箇所に堆積しやすい。従って、側部冷気口はこれらの位置に対応するランプモジュールカバーの位置のやや上方の二箇所に形成するとより好ましい。
【０００８】
本発明によれば、ランプモジュールカバーには、反応炉の内壁面におけるポリシリコンが堆積する位置に対し周方向に略対応する箇所に、側部冷気口が形成され、側部冷気口には、冷気導入管から分岐した側管の端部が接続されている。
従って、ブロワから供給される冷却空気を、反応炉のポリシリコンが堆積する位置付近に導くことにより、反応炉の冷却を効率よく行うことができる。その結果、反応炉の内壁面にポリシリコンが堆積することを低減できる。従って、反応炉の外側からのランプ加熱がポリシリコンによって妨げられることがなく、サセプタの温度分布が改善されるので、サセプタに載置されるシリコン単結晶ウェーハにシリコンエピタキシャル層を好適に形成させることができる。
また、反応炉がポリシリコンの堆積によって失透することも防止できるので、反応炉の交換周期が延び、生産性が向上する。また、反応炉を修理する必要が減るのでコストを削減することもできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明のシリンダ型の気相成長装置１００の概略縦断面図である。また、図２（ａ）は気相成長装置１００の主な構成を示す平断面図、（ｂ）は側面図である。
気相成長装置１００は、サセプタ１０と、ベルジャー（反応炉）２０と、ランプモジュール（加熱ランプモジュール）３０と、ランプモジュール３０の外側周囲を覆うランプモジュールカバー４０と、ランプモジュールカバー４０の内部に冷却空気を供給するブロア５０とを備えている。
【００１０】
ベルジャー２０は、透明な石英によって円筒形状に形成され、その下端部はせばめられてネック２１を形成している。ベルジャー２０の上側には、気相成長反応の際反応ガスを取り入れるガス供給口２２が設けられ、また下部のネック２１の下端部には排気管（図示略）が接続されている。このベルジャー２０内において、反応ガスは上方から下方に流通するようになっている。
【００１１】
サセプタ１０は、カーボン製で多角錐台状（図では、６角錐台状で示している）に形成され、その周面には、シリコン単結晶ウェーハを保持する円形の座ぐり１０ａが設けられている。サセプタ１０は、上端部にハンガ１１が設けられてベルジャー２０内に吊り下げられる。またハンガ１１は回転駆動装置（図示略）と連結されており、サセプタ１０は、回転駆動装置の動作に応じて周方向に回転するようになっている。また、サセプタ１０内には温度センサ（図示略）が備えられ、サセプタ１０の裏側の温度がモニタできるようになっている。
尚、図２においてサセプタ１０は、断面が６角形に形成されているが、サセプタ１０の形状は、気相成長を施すシリコン単結晶ウェーハの径に応じて形成される座ぐりの大きさにより５角形あるいは７角形でもよく、適宜変更可能である。
【００１２】
ガス供給管（ガス供給部）１５は、水素等のキャリアガスとともに、モノシラン、ジクロロシラン、トリクロロシランなどのシリコン原料ガスや、ドーパントガスなど、気相成長に必要なガスをベルジャー２０内に供給する。これらの原料ガス等は、ベルジャー２０の上側に設けられたガス供給口２２を介してベルジャー２０内に供給される。
ベルジャー２０内に供給された原料ガス等は、サセプタ１０およびサセプタ１０の座ぐり１０ａに載置されるシリコン単結晶ウェーハの主面上に沿って下方に流れ、ベルジャー２０の下側に設けられた排気管（図示略）から排出される。これらのガスによって、サセプタ１０上で加熱されたシリコン単結晶ウェーハの主面に、シリコンエピタキシャル層が形成されるようになっている。
【００１３】
ランプモジュール３０は、反射板を備えたハロゲンランプ等の加熱ランプをランプフレーム内に多数配列して構成される。加熱ランプモジュール３０は、図１および図２（ａ）に示すように、ベルジャー２０の周囲を同軸的に取り囲むように、５つ設けられる。この加熱ランプモジュール３０において、隣り合うハロゲンランプ間には、空気が流通可能なようにスリットが形成されている。また、隣り合う二つのランプモジュール３０間にも隙間が設けられている。これらのスリットおよび隙間によって、加熱ランプモジュール３０の表側と裏側（ベルジャー２０側とランプモジュールカバー４０側）で、空気が流通しやすい構成となっている。尚、気相成長装置１００を冷却する冷却空気はこのランプモジュール３０の外側から供給され、主にランプモジュール３０の上側を通ってランプモジュール３０と反応炉２０との間を下方に流通して、反応炉２０を冷却するようになっている。
【００１４】
ランプモジュールカバー４０は筒状に形成され、前記５つの加熱ランプモジュール３０の外側を覆っており、その上部には、冷却空気導入のための冷気導入口４１が形成されている。また、ランプモジュールカバー４０の下部には空気を排出させる排気ダクト４２が形成されている。また、ランプモジュールカバー４０の冷気導入口４１より下方の２箇所には、側部冷気口４３，４３が形成されている。ランプモジュールカバー４０内部においては、冷気導入管４１および側部冷気口４３，４３から流入する空気が下方に流れて排気ダクト４２から排出されるようになっている。
【００１５】
この側部冷気口４３，４３を形成する周方向の位置としては、ベルジャー２０の内壁面においてポリシリコンが堆積しやすい位置に略対応する箇所に形成する。尚、このポリシリコンが堆積しやすい位置は、ベルジャー２０の中心部から冷気導入口４１の方向に対し、約120度付近の２箇所の位置（図２においてＡで示す位置）であることが経験的に確認されているので、ランプモジュールカバー４０の側部冷気口４３，４３は周方向として当該２箇所に対応する箇所に形成することが望ましい。
また、側部冷気口４３，４３の上下方向の位置は、前述のように、冷却空気が上方から下方に流れることを鑑み、また、冷却空気を効率よくベルジャー２０のポリシリコンが堆積しやすい位置に流通させるため、図２（ｂ）に示すように、冷気導入口４１より下方であって、ベルジャー２０のポリシリコンが堆積しやすい位置Ａよりも上方とすることが好ましい。
【００１６】
ランプモジュールカバー４０の冷気導入口４１の外側には、冷気導入管４５が冷気導入口４１と連通するように設けられている。この冷気導入管４５の側面には、二本の側管６０，６０が、内部が連通するように備えられる。また、これらの側管６０，６０の端部６１，６１は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、ランプモジュールカバー４０に形成される側部冷気口４３，４３に接続される。
尚、この冷気導入管４５に、調節弁などを設けてランプモジュールカバー４０内に流入させる冷却空気の方向を調整してもよい。
【００１７】
熱交換器５５は、内部に冷却水が流れ、温まった空気と熱を交換して空気を冷却する装置である。ランプモジュールカバー４０の排気ダクト４２から排出される空気はこの熱交換器５５に流れて冷却されるようになっている。
【００１８】
ブロワ５０は、モータ５１とファン５２とを備え、熱交換器５５から取り入れた冷却空気を送風する装置である。ブロワ５０の送風口５１は、冷気導入管４５に接続され、ブロワ５０から送風された冷却空気は、冷気導入管４５と二本の側管６０，６０を介してランプモジュールカバー４０の内部に供給されるようになっている。
【００１９】
この気相成長装置１００における冷却空気の流れを説明する。
冷却空気は、ブロワ５０から供給されて冷気導入管４５に流入する。そして、冷却空気は、一部が冷気導入口４１からランプモジュールカバー４０内部に流入するとともに、冷却空気の一部は冷気導入管４５から分岐する側管６０を介して、側部冷気口４３からランプモジュールカバー４０の内部に流入する。
【００２０】
冷気導入口４１から流入した冷却空気は、一部がランプモジュール３０の上方を回り込んでランプモジュール３０とベルジャー２０との間を下方に流れ、また一部はランプモジュール３０とランプモジュールカバー４０との間を下方に流れるとともに、ランプモジュール３０においてハロゲンランプ間に形成されているスリットの間を通ってランプモジュール３０とベルジャー２０との間に流入して下方に流れる。
【００２１】
一方、側部冷気口４３，４３から流入した冷却空気は、ランプモジュール３０とランプモジュールカバー４０との間を下方に流れるとともに、一部はランプモジュール３０においてハロゲンランプ間に形成されているスリットの間を通ってランプモジュール３０とベルジャー２０との間に流入して下方に流れる。
【００２２】
このような冷却空気の流れによって、ランプモジュール３０と、ベルジャー２０の周囲とが冷却されるが、特に、ベルジャー２０の内壁面において、ポリシリコンが堆積しやすい位置と周方向に対応する位置の上方に形成されている側部冷気口４３，４３からの冷却空気が、ランプモジュール３０のスリットを通って、ベルジャー２０のポリシリコンが堆積しやすい位置に流れる。そのため、ベルジャー２０内壁面のポリシリコンが堆積しやすい位置が効率よく冷却され、ポリシリコンの堆積が抑制される。
【００２３】
本発明の気相成長装置１００によれば、ベルジャー２０の内壁面において、ポリシリコンが堆積しやすい位置に対し周方向に略対応する、ランプモジュールカバー４０の箇所に、側部冷気口４３を形成している。そして、冷気導入管４５から分岐した側管６０の端部６１を、この側部冷気口４３に接続しているので、ブロワ５０から供給される冷却空気を、ベルジャー２０のポリシリコンが堆積しやすい位置の近くに導くことができ、効率よく冷却を行うことができる。
従って、ベルジャー２０の内壁面にポリシリコンが堆積することを抑制でき、その結果、気相成長においてベルジャー２０の外側に位置するハロゲンランプからの加熱がポリシリコンによって妨げられることなく、サセプタ１０の温度分布が改善されるので、シリコン単結晶ウェーハにシリコンエピタキシャル層を好適に形成させることができる。
また、ポリシリコンの堆積によりベルジャー２０が失透することを防止できるので、ベルジャー２０の交換周期が延び、生産性が向上する。さらに、ベルジャー２０を修理する必要が減り、コストを削減できる。
【００２４】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、ランプモジュール３０等に、例えば水冷装置等を取り付けて冷却するようにしてもよい。また、冷却空気は、気相成長装置内を循環させる空気のほか、装置外部から適宜取り入れるようにしてもよい。
加えて、本発明においては、ポリシリコンが堆積しやすい位置として、ベルジャー２０の中心部から冷気導入口４１方向に対し、約120度の位置のベルジャー２０部分を冷却するように側部冷気口４３を形成しているが、この側部冷気口４３の箇所はポリシリコンが堆積しやすい位置を鑑みて適宜設計変更できる。その場合においても、側部冷気口４３の上下方向の位置は、冷気導入口４１よりも下方であって、ポリシリコンが堆積しやすい位置よりも上方であることが好ましい。
【００２５】
【実施例】
本発明のシリンダ型気相成長装置１００を用いて、シリコン単結晶ウェーハに気相成長を行う。シリコン単結晶ウェーハとしては、ＦＺ法あるいはＣＺ法等により製造されたシリコン単結晶インゴットから、面取り工程、スライス工程、ラッピング工程、エッチング工程、ＣＶＤ酸化膜成長工程、鏡面研磨工程を通して製造され、その主裏面にＣＶＤ酸化膜が形成された、直径125mmの気相成長用のシリコン単結晶ウェーハ（以下、ウェーハと記載する）を使用する。
気相成長は、まずサセプタ１０にウェーハを設置し、ランプモジュール３０に配列されるハロゲンランプにより、ウェーハを約1110℃〜1190℃に加熱する。そして、ガス供給管１５からシリコン原料ガス等を供給させることにより、ウェーハ表面にシリコンエピタキシャル層を形成する。
気相成長は、▲１▼1110℃、▲２▼1160℃、▲３▼1190℃のそれぞれの加熱温度において行う。また処理時間等は、シリコンエピタキシャル層を所望の厚さに形成させる条件に適宜設定して行う。尚、本実施例では、気相成長装置１００によってシリコンエピタキシャル層を１日平均約150μm形成させた。
【００２６】
本実施例において、一回の気相成長処理でウェーハに形成させるシリコンエピタキシャル層の厚さ（以下、膜厚と記載する）を測定し、ベルジャー２０の内壁面にポリシリコンが堆積してベルジャー２０の交換を行うまでにウェーハ上に形成させた膜厚の累計を記録する。
各温度条件での気相成長において、ベルジャー交換までにウェーハ上に形成した膜厚の累計は、それぞれ▲１▼165μm、▲２▼592μm、▲３▼958μmであった。
【００２７】
＜比較例＞
本比較例においては、従来のシリンダ型気相成長装置１０１を用いてウェーハに対する気相成長を行う。尚、使用するウェーハ、反応時間等は前述の実施例と同様であって、成長温度は▲１▼1110℃、▲２▼1160℃、▲３▼1190℃、シリコンエピタキシャル層は１日平均約150μm形成した。
【００２８】
各温度条件において、ベルジャー１２０の交換までにウェーハ上に形成した膜厚の累計は、▲１▼56μm、▲２▼331μm、▲３▼277μmであった。
【００２９】
実施例と比較例との比較より、本実施例ではベルジャーの内壁面にポリシリコンが堆積するまでに形成することのできるシリコンエピタキシャル層の厚さが比較例に比し大きく増大している。
従って、本発明の気相成長装置１００では、ベルジャー交換までに形成できるシリコンエピタキシャル層の累計膜厚は従来より大きく、従ってベルジャーの交換周期も長くなることが分かる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、ランプモジュールカバーには、反応炉の内壁面におけるポリシリコンが堆積する位置に対し周方向に略対応する箇所に、側部冷気口が形成され、側部冷気口には冷気導入管から分岐した側管の端部が連通するように接続されているので、ブロワから供給される冷却空気を、反応炉においてポリシリコンが堆積する位置付近に、側管を介して導くことができ、効率よく冷却を行うことができる。
従って、反応炉の内壁面にポリシリコンが堆積することを低減できるので、気相成長において、反応炉の外側からのランプ加熱がポリシリコンによって妨げられることがなく、サセプタにおける温度分布が改善され、シリコン単結晶ウェーハにシリコンエピタキシャル層を好適に形成させることができる。
また、ポリシリコンの堆積によって反応炉が失透することも防止できるので、反応炉の交換周期が延び、生産性が向上する。また、反応炉を修理する必要が減るのでコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したシリンダ型気相成長装置の一例を示す概略縦断面図である。
【図２】図１の気相成長装置を示し、（ａ）は要部平断面図、（ｂ）は冷気導入管側から見た側面図である。
【図３】従来のシリンダ型気相成長装置を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
１０    サセプタ
１５    ガス供給管（ガス供給部）
２０    ベルジャー（反応炉）
３０    ランプモジュール（加熱ランプモジュール）
４０    ランプモジュールカバー
４１    冷気導入口
４２    排気ダクト
４３    側部冷気口
４５    冷気導入管
５０    ブロワ
５１    送風口
６０    側管
６１    端部
１００，１０１  気相成長装置
【図１】
0004736269.tif 000002
【図２】
0004736269.tif 000003
【図３】
0004736269.tif 000004