(57)【要約】【課題】  反応室内壁面への反応生成物付着を抑制できる、冷却装置、半導体製造装置及び半導体製造方法を提供する。【解決手段】  半導体製造装置は、石英製の反応室１と、反応室の外側に配された冷却装置１１と、反応室及び冷却装置の周辺に配されたハロゲンランプ６と、反応室内にて半導体ウエハを支持する円板状のウエハ支持体２からなる。冷却装置１１を構成する石英ガラス板７と反応室１の上部外壁との間に冷却ガスが流れる流路１７が形成され、流路１７内には、冷却ガスとして不活性ガスの１種である窒素ガス１６が冷却ガス導入口１２から導入されて流れている。これによって、反応室上部の壁面が効率よく冷却され、シリコン生成物が付着しにくくなる。【選択図】  図３【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造装置の反応室の壁面を冷媒によって冷却する冷却装置であって、
前記反応室の外側に配置され、同反応室の壁面との間に前記冷媒が流れる所定の空間を形成すると共に、
前記空間内に前記冷媒が流れるように構成された
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記冷却装置は透光性材料によって形成された
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記冷媒はガスである
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記ガスは大気ガスである
ことを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記ガスは不活性ガスである
ことを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
【請求項６】
半導体基板を収容すると共に、反応ガスが供給される反応室と、
該反応室の外側に形成されると共に、冷媒が流れるように構成された冷却室と、
前記反応室に収容された半導体基板に光を照射する光源を備える
ことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項７】
前記冷却室の壁面は透光性材料で形成された
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体製造装置。
【請求項８】
前記冷媒はガスである
ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の半導体製造装置。
【請求項９】
前記ガスは大気ガスである
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体製造装置。
【請求項１０】
前記ガスは不活性ガスである
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体製造装置。
【請求項１１】
半導体基板を反応室に収容し、該反応室に反応ガスを供給する工程と、
前記反応室の外側に形成されて冷媒が流れるように構成された冷却室に冷媒を供給する工程と、
前記反応室に収容された半導体基板に光を照射する工程を有する
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項１２】
前記冷却室の壁面は透光性材料で形成された
ことを特徴とする請求項１１に記載の半導体製造方法。
【請求項１３】
前記冷媒はガスである
ことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の半導体製造方法。
【請求項１４】
前記ガスは大気ガスである
ことを特徴とする請求項１３に記載の半導体製造方法。
【請求項１５】
前記ガスは不活性ガスである
ことを特徴とする請求項１３に記載の半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置及び半導体製造装置並びに半導体製造方法に関する。詳しくは、半導体製造装置の反応室外壁を覆って反応室外壁との間に冷却ガスが流れる流路を形成し、反応室内壁面にシリコン生成物を付着させないようにする冷却装置及びこの装置を用いた半導体製造装置並びに半導体製造方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上にエピタキシャル層を析出成長させて得られた微小欠陥のない完全結晶表面部を有する基板は、近年、ＭＰＵやメモリＩＣにおいて多く用いられている。例えばシリコンエピタキシャル層を析出成長させる方法としては、高温に加熱されたシリコン基板上に、ＳｉＣｌ４等の材料ガスと水素等の基準ガスとを含む反応ガスを供給し、シリコン基板上においてシリコン単結晶を堆積させそして成長させるＣＶＤ（化学気相成長）法等が挙げられる。【０００３】
エピタキシャル層を析出成長させる装置としては様々なものがあるが、図１に、エピタキシャル層を析出成長させる従来の半導体製造装置の一例である概略断面図を示す。【０００４】
ここで示す半導体製造装置は、石英製の反応室１０１と、反応室１０１の周辺に配されたハロゲンランプ１０６と、反応室１０１内にて半導体ウエハを支持するウエハ支持体１０２からなる。石英製の反応室１０１は、反応ガス導入口１０４が形成された石英製の第１の締め具１０９と、反応ガス排出口１０５が形成された石英製の第２の締め具１１０と、第１の締め具及び第２の締め具によって両端を締め付けて固定された石英ガラス板１０７から構成されている。【０００５】
上記のように構成された半導体製造装置を用いてエピタキシャル層を析出成長させる場合には、ウエハ支持体上に半導体ウエハ１０３を載置し、反応ガス導入口１０４から反応ガス１０８を導入し、反応ガス排出口１０５から反応ガス１０８を排出して反応室１０１内に反応ガスを流すと共に、ハロゲンランプ１０６を照射して、半導体ウエハ１０３を加熱する。この反応ガスと熱とによってエピタキシャル層を析出成長させる。【０００６】
ところが、反応ガス導入口から導入された反応ガスは反応室内壁面に沿っても流れるので、反応室内壁面にシリコン生成物が付着し、これが堆積すると反応室の壁は遮光されると共に、ハロゲンランプから反応室内へ反応室の壁を透過してくる熱量も減少していき、半導体ウエハの加熱温度を一定に維持できなくなって、良好なエピタキシャル成長を達成できなくなる。【０００７】
そこで、特開平１１−２４０７９７号公報に記載の発明では、反応室の内壁面から所定の距離だけ内側に、複数の貫通孔を有するインナー壁を設けて、インナー壁と内壁面との間にシリコン材料ガスを含まないガスを流し、このガスが貫通孔を通ってインナー壁内側へ導入されてインナー壁の内壁面全面を覆う層流を形成して、この層流が防壁となってシリコン生成物の付着を抑制している。【０００８】
また、特開平８−１２４８６５号公報に記載の発明では、反応容器の周辺の開放された空間に冷却ガスを供給し、反応容器の壁を強制的に冷却ガスによって冷却して、反応容器の内壁面に吸着する不純物や汚染物の量を抑制している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特開平１１−２４０７９７号公報に記載の発明のように、貫通孔を有する壁を反応室内に形成して層流を生じさせる方法では、貫通孔を壁に設ける必要があって反応室作製工程が煩雑であると共に、層流では充分にシリコン生成物の付着を抑制できていなかった。【００１０】
また、特開平８−１２４８６５号公報に記載の発明のように単に冷却ガスを用いて反応容器の壁を冷却するだけでは、冷却効率がよくなかった。【００１１】
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、効率よく反応室の壁を冷却し、反応室内壁面への反応生成物付着を抑制できる冷却装置、反応室内壁面への反応生成物付着を抑制して、良好なエピタキシャル成長を達成できる、上記の冷却装置を用いた半導体製造装置及び半導体製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明の冷却装置は、半導体製造装置の反応室の壁面を冷媒によって冷却する冷却装置であって、前記反応室の外側に配置され、同反応室の壁面との間に前記冷媒が流れる所定の空間を形成すると共に、前記空間内に前記冷媒が流れるように構成されている。【００１３】
ここで、冷却装置は、反応室の壁面との間に冷媒が流れる所定の空間を形成することによって、冷媒によって反応室の内壁面温度を、反応生成物が付着しにくい温度にして、反応室内壁面への反応生成物付着を抑制する。
なお、反応室の壁面との間に冷媒が流れる所定の空間を形成することによって効率的に反応室の壁面を冷却することが可能となる。即ち、開放された空間に単に冷媒を供給するのではなく、所定の空間を形成し、この所定の空間に冷媒を供給することによって効率的に反応室の壁面を冷却することができる。【００１４】
また、本発明の半導体製造装置は、半導体基板を収容すると共に、反応ガスが供給される反応室と、該反応室の外側に形成されると共に、冷媒が流れるように構成された冷却室と、前記反応室に収容された半導体基板に光を照射する光源を備える。【００１５】
ここで、冷却室によって、反応室壁面に沿って冷媒が流れ、反応室の内壁面温度を、反応生成物が付着しにくい温度にして、反応室内壁面への反応生成物付着を抑制する。
なお、冷媒が流れるように構成された冷却室によって効率的に反応室の壁面を冷却することが可能となる。即ち、開放された空間に単に冷媒を供給するのではなく、冷却室を形成し、この冷却室に冷媒を供給することによって効率的に反応室の壁面を冷却することができる。【００１６】
更に、本発明の半導体製造方法は、半導体基板を反応室に収容すると共に該反応室に反応ガスを供給する工程と、前記反応室の外側に形成されて冷媒が流れるように構成された冷却室に冷媒を供給する工程と、前記反応室に収容された半導体基板に光を照射する工程を有する。【００１７】
ここで、冷却室に冷媒を供給することで、反応室壁面に沿って冷媒が流れ、反応室の内壁面温度を、反応生成物が付着しにくい温度にして、反応室内壁面への反応生成物付着を抑制する。
なお、冷媒が流れるように構成された冷却室によって効率的に反応室の壁面を冷却することが可能となる。即ち、開放された空間に単に冷媒を供給するのではなく、冷却室を形成し、この冷却室に冷媒を供給することによって効率的に反応室の壁面を冷却することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る冷却装置は、効率よく反応室の壁を冷却し、反応室内壁面への反応生成物付着を抑制できる。また、本発明に係る冷却装置は、既存の半導体製造装置の反応室に取り付けることができるために、既存の設備を有効に活用することができる。【００１９】
また、本発明に係る半導体製造装置は、効率よく反応室の壁を冷却し、反応室内壁面への反応生成物付着を抑制して、良好なエピタキシャル成長を達成できる。【００２０】
また、本発明に係る半導体製造方法は、効率よく反応室の壁を冷却し、反応室内壁面への反応生成物付着を抑制して、良好なエピタキシャル成長を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。【００２２】
図２は、本発明を適用した冷却装置の一例を示す概略断面図である。冷却装置１１は、冷却ガス導入口１２が形成された第１の締め具１４と、冷却ガス排出口１３が形成された第２の締め具１５と、第１の締め具及び第２の締め具によって両端を締め付けて固定された石英ガラス板７から構成されている。このような冷却装置１１を、半導体製造装置の反応室の外側に配置することで、石英ガラス板７と反応室外壁との間に空間が設けられ、冷却ガスが流れる流路が形成される。【００２３】
ここで、反応室外壁との間に空間を設けて流路が形成できるのであれば、石英ガラス板７と、第１の締め具１４及び第２の締め具１５それぞれとは一体成形されていてもよい。また、この流路内に冷却ガスを導入できるのであれば、冷却ガス導入口１２は第１の締め具１４に設けず、石英ガラス板７の上方から冷却ガスを導入できるよう石英ガラス板７に直接設けてもよい。【００２４】
ここで、冷却装置は反応室の外壁との間に空間を形成し、冷却ガスが流れる流路を形成することができれば充分であり、必ずしも透光性材料である石英ガラス板を用いて反応室外壁との間に空間を形成する必要はない。但し、反応室と光源との間に冷却装置が配置される場合には、光源から照射される光を有効に利用できるように透光性材料を用いて反応室外壁との間に空間を形成した方が好ましい。なお、透光性材料が石英ガラスに限定されないのは勿論である。
また、本実施例では、流路内を流れる冷媒として冷却ガスを例に挙げているが、冷媒はガスに限らず、液体等であってもよい。但し、反応室と光源との間に冷却装置が配置される場合には、光源から照射される光の透光率低下を抑制できて、光を有効に利用できるよう冷媒はガスであることが好ましい。【００２５】
図３は、本発明を適用した半導体製造装置の一例を示す概略断面図である。図３に示す半導体製造装置は、石英製の反応室１と、反応室の外側に配された冷却装置（冷却室）１１と、反応室及び冷却装置の周辺に配されたハロゲンランプ６と、反応室内にて半導体ウエハを支持する円板状のウエハ支持体２からなる。
反応室１は、反応ガス導入口４が形成された第１の締め具９と、反応ガス排出口５が形成された第２の締め具１０と、第１の締め具と第２の締め具によって両端を締め付けて固定された石英ガラス板７からなる。冷却装置１１は、冷却ガス導入口１２が形成された第１の締め具１４と、冷却ガス排出口１３が形成された第２の締め具１５と、第１の締め具及び第２の締め具によって両端を締め付けて固定された石英ガラス板７から構成されている。【００２６】
ここで、冷却装置は反応室の外壁との間に空間を形成し、冷却ガスが流れる流路を形成することができれば充分であり、必ずしも透光性材料である石英ガラス板を用いて反応室外壁との間に空間を形成する必要はない。但し、反応室とハロゲンランプとの間に冷却装置が配置される場合には、ハロゲンランプから照射される光を有効に利用できるように透光性材料を用いて反応室外壁との間に空間を形成した方が好ましい。なお、透光性材料が石英ガラスに限定されないのは勿論である。
また、本実施例では、流路内を流れる冷媒として冷却ガスを例に挙げているが、冷媒はガスに限らず、液体等であってもよい。但し、反応室と光源との間に冷却装置が配置される場合には、光源から照射される光の透光率低下を抑制できて、光を有効に利用できるよう冷媒はガスであることが好ましい。【００２７】
上記した半導体製造装置を用いてエピタキシャル析出成長を行う場合には、反応室１内の円板状のウエハ支持体２上にシリコン半導体ウエハ３を載置し、反応ガス導入口４からは四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスと水素（Ｈ２）ガスを含む反応ガス８が反応室１内に導入される。ＳｉＣｌ４ガスとＨ２ガスを含む反応ガス８は、シリコン半導体ウエハ３付近を流れると共に上部反応室内壁面付近にも流れる。反応室及び冷却装置の周辺に配されたハロゲンランプ６から光を反応室内に照射し、シリコン半導体ウエハ３が加熱されて、熱と反応ガスとによってエピタキシャル析出成長が行われる。【００２８】
この時、反応室１の上部外壁には、冷却装置１１を構成する石英ガラス板７と反応室１の上部外壁との間に冷却ガスが流れる流路１７が形成され、流路１７内には、冷却ガスとして不活性ガスの１種である窒素ガス１６が冷却ガス導入口１２から導入されて流れている。これによって、反応室上部の壁面が効率よく冷却され、反応室上部の内壁面にシリコン生成物が付着しにくくなる。
なお、冷却装置１１の石英ガラス板７を両端から締め付けて固定した第１の締め具１４と第２の締め具１５は、反応室１を構成する第１の締め具９と第２の締め具１０にそれぞれ、脱着できるようＯリングを介して、ねじによって接合されている。【００２９】
ここで、図３において冷却装置１１は、反応室１の上部外壁に取り付けられているが、反応室１の下部内壁面に付着したシリコン生成物が、反応室１の下方に位置したハロゲンランプ６からの熱を遮ることによる熱の透過率減少も抑制できると共に、シリコン生成物が付着しない面が増えて、反応室洗浄工程が簡略化されるので、反応室１の下部外壁にも取り付けることが好ましい。【００３０】
また、本実施例では光源としてハロゲンランプを用いているが、光源は半導体ウエハ３を加熱できるのであればどのような光源でもよく、例えば赤外線ランプを用いてもよい。【００３１】
更に、冷却装置１１を構成する第１の締め具１４及び第２の締め具１５と、反応室１を構成する第１の締め具９及び第２の締め具１０は、Ｏリングを介して、ねじによって接合されているが、半導体製造装置が反応室外壁に冷却装置を備えているのであれば、冷却装置１１を構成する第１の締め具１４及び第２の締め具１５と、反応室１を構成する第１の締め具９及び第２の締め具１０は、溶接等によって接合されてもよく、また、単にねじによって接合されていてもよく、更には、それぞれ一体成形されていてもよい。【００３２】
また、図３には、筐体形状の反応室を有する半導体製造装置の例を示しているが、本発明の半導体製造装置は、半導体ウエハを収容できて半導体ウエハを加熱できると共に、反応室外壁に冷却装置を備えることができれば、どのような形状の反応室を有していてもよく、例えば半球状ドーム型の反応室、釣り鐘形の反応室を有していてもよい。反応室の形状に合わせて、冷却装置の形状も半球状ドーム型や釣り鐘形に形成してもよい。【００３３】
また、ウエハ支持体として円板状のウエハ支持体を用いているが、ウエハ支持体は半導体ウエハを支持できるものであればどのような形状のものでもよく、例えば四角形平板状のウエハ支持体や、多角錐台状のウエハ支持体を用いてもよい。【００３４】
また、本実施例では、シリコン基板を用いた例を挙げて説明を行っているが、エピタキシャル成長が行える基板であればどのようなものでもよく、例えばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板やテルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）基板を用いてもよい。また、基板上にエピタキシャル層を析出成長させることができれば、どのような材料ガスを用いてもよく、例えばガリウムヒ素基板を用いる場合には、Ｇａを含有するガスを用い、テルル化亜鉛基板を用いる場合、Ｔｅを含有するガスを用いる。【００３５】
次に、エピタキシャル成長工程について説明する。
半導体ウエハ３を支持しているウエハ支持体２を駆動装置（不図示）により回転させながら、ハロゲンランプ６によって１０００〜１２００℃まで半導体ウエハ３を加熱する。【００３６】
一方、冷却ガスが流れる流路１７へ、窒素ガス１６を導入して、反応室壁を冷却する。次に、反応ガス導入口４からＳｉＣｌ４ガスとＨ２ガスを含む反応ガス８を反応室１内へ導入して、エピタキシャル成長を行う。【００３７】
反応ガス中の材料ガスとしてＳｉＣｌ４ガスが反応室１内に導入されているが、シリコン原子を含んだ気体であればどのようなものでもよく、例えば三塩化シラン（ＳｉＨＣｌ３）ガス、二塩化シラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガス若しくはシラン（ＳｉＨ４）ガスを反応室１内に導入してもよい。【００３８】
また、冷却ガスとして不活性ガスの１種である窒素ガスを使用しているが、エピタキシャル成長を行うために高温となった反応室内壁面温度を反応生成物（シリコン生成物）が付着しにくい温度にまで下げることができればどのようなガスでもよく、大気ガスやその他の不活性ガス例えばヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン及びラドンから選ばれるガスを用いてもよい。【００３９】
冷却ガスを流路１７に流すことで、反応室内壁面温度が、反応生成物（シリコン生成物）が付着しにくい温度となり、反応室内壁面付近でＳｉＣｌ４ガスとＨ２ガスを含む反応ガス８が流れていても、反応室内壁面へのシリコン生成物付着を抑制できるので、ハロゲンランプ６からの熱照射量がシリコン生成物によって減少させられることがなく、半導体ウエハ３への加熱温度を均一に維持でき、一定で高品質のエピタキシャル成長膜が形成される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来の半導体製造装置の一例である概略断面図である。
【図２】本発明を適用した冷却装置の一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明を適用した半導体製造装置の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    反応室
２    ウエハ支持体
３    シリコン半導体ウエハ
４    反応ガス導入口
５    反応ガス排出口
６    ハロゲンランプ
７    石英ガラス板
８    ＳｉＣｌ４ガスとＨ２ガスを含む反応ガス
９    第１の締め具
１０    第２の締め具
１１    冷却装置
１２    冷却ガス導入口
１３    冷却ガス排出口
１４    第１の締め具
１５    第２の締め具
１６    窒素ガス
１７    冷却ガスが流れる流路
【図１】
2006018878.tif 000002
【図２】
2006018878.tif 000003
【図３】
2006018878.tif 000004
【国際調査報告】
2006018878.tif 000005
2006018878.tif 000006
2006018878.tif 000007
2006018878.tif 000008