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JP2009021534A - Vapor growth apparatus and vapor growth method - Google Patents

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JP2009021534A
JP2009021534A JP2007192899A JP2007192899A JP2009021534A JP 2009021534 A JP2009021534 A JP 2009021534A JP 2007192899 A JP2007192899 A JP 2007192899A JP 2007192899 A JP2007192899 A JP 2007192899A JP 2009021534 A JP2009021534 A JP 2009021534A
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wafer
gas
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rectifying plate
vapor phase
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JP2007192899A
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Japanese (ja)
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Hideki Ito
英樹 伊藤
Hironobu Hirata
博信 平田
Shinichi Mitani
慎一 三谷
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Nuflare Technology Inc
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Nuflare Technology Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vapor-phase growth apparatus and a growth method which shorten a temperature decrease time of a wafer substrate after an epitaxial growth step to make it easy to realize a high throughput in film formation of an epitaxial layer. <P>SOLUTION: The vapor-phase growth apparatus includes a gas supply port 12 formed in a top portion of a reactor 11, a gas distribution plate 13 arranged in the reactor, a discharge port 14 formed in a bottom portion of the reactor, an annular holder 15 on which a semiconductor wafer W is placed to face the gas distribution plate 13, a rotary unit 16 which rotates the annular holder 15, and a heater 17 which heats the semiconductor wafer W. The rotary unit 16 is united with a hollow rotary shaft 16a, and the heater 17 is fixed on a support base 19 of a support shaft 18 penetrating the rotary shaft 16a. A separation distance between the gas distribution plate 13 and the annular holder 15 is set such that a cooling gas for temperature decreasing which flows downward from the gas supply port 12 through the gas distribution plate 13 is in a laminar flow state on a surface of the semiconductor wafer W or a surface of the annular holder 15. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、気相成長装置及び気相成長方法に係り、特に、半導体基板の気相成長層の堆積における高スループット化を容易にする気相成長装置及び成長方法に関する。   The present invention relates to a vapor phase growth apparatus and a vapor phase growth method, and more particularly to a vapor phase growth apparatus and a growth method that facilitate high throughput in the deposition of a vapor phase growth layer of a semiconductor substrate.

例えば超高速バイポーラ素子、超高速CMOS素子、パワーMOSトランジスタ等が形成された半導体デバイスの製造において、不純物濃度、膜厚、結晶欠陥等の制御された単結晶層のエピタキシャル成長技術は、デバイスの性能を向上させる上で不可欠なものとなっている。
シリコンウェーハ、化合物半導体ウェーハ等の半導体基板の表面に単結晶薄膜を成長させて半導体デバイスの基板として用いるエピタキシャルウェーハを製造するエピタキシャル成長装置には、多数枚のウェーハを一度に処理することのできるバッチ処理型と、ウェーハを一枚ずつ処理する枚葉型とがある。ここで、バッチ処理型のエピタキシャル成長装置は、一度に多数枚のウェーハを処理することができるため、スループットが高くエピタキシャルウェーハの製造コストの低減に利点を有する。他方、枚葉型のエピタキシャル成長装置は、ウェーハの大口径化に対応し易く、エピタキシャル成長層の均一性を含む膜厚制御に優れた利点を持つ。
For example, in the manufacture of semiconductor devices in which ultra-high speed bipolar elements, ultra-high speed CMOS elements, power MOS transistors, etc. are formed, the epitaxial growth technology for single crystal layers with controlled impurity concentration, film thickness, crystal defects, etc. It is indispensable for improvement.
Batch processing that can process a large number of wafers at once in an epitaxial growth apparatus that manufactures epitaxial wafers that are used as semiconductor device substrates by growing single crystal thin films on the surface of semiconductor substrates such as silicon wafers and compound semiconductor wafers There are molds and single wafer molds that process wafers one by one. Here, since the batch processing type epitaxial growth apparatus can process a large number of wafers at a time, it has a high throughput and has an advantage in reducing the manufacturing cost of the epitaxial wafer. On the other hand, the single wafer type epitaxial growth apparatus is easy to cope with an increase in the diameter of the wafer, and has an advantage in film thickness control including uniformity of the epitaxial growth layer.

近年、シリコンウェーハを用いた半導体デバイスの高集積化、高性能化、多機能化等により、シリコンエピタキシャルウェーハの用途が拡大している。例えば、CMOS素子から構成されたメモリ回路を搭載する半導体デバイスの製造では、メモリ容量が例えばギガビットレベルになり、その製造歩留まりを確保する上からバルクウェーハに較べて結晶性に優れる例えば膜厚10μm程度のシリコンエピタキシャル層を有したエピタキシャルウェーハが多用されている。また、素子の微細化と共に超高速CMOS素子を容易にする、例えばシリコン・ゲルマニウム合金層を有するいわゆる歪みシリコンエピタキシャル層の実用化が期待されている。あるいは、パワーMOSトランジスタのような高耐圧素子を有する半導体デバイスでは、例えば膜厚50〜100μm程度で高抵抗率のシリコンエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハが用いられている。   In recent years, the use of silicon epitaxial wafers has been expanded due to high integration, high performance, and multi-functionalization of semiconductor devices using silicon wafers. For example, in the manufacture of a semiconductor device equipped with a memory circuit composed of CMOS elements, the memory capacity becomes, for example, a gigabit level, and the crystallinity is superior to that of a bulk wafer, for example, about 10 μm, in order to secure the manufacturing yield. An epitaxial wafer having a silicon epitaxial layer is frequently used. Further, it is expected that a so-called strained silicon epitaxial layer having a silicon-germanium alloy layer, for example, which facilitates ultra-high-speed CMOS devices along with miniaturization of the devices, will be put to practical use. Alternatively, in a semiconductor device having a high breakdown voltage element such as a power MOS transistor, an epitaxial wafer having a high resistivity silicon epitaxial layer with a film thickness of about 50 to 100 μm, for example, is used.

このような中で、ウェーハの例えば300mmφのような大口径化が進み、エピタキシャル成長層の膜厚をウェーハ表面にわたり均一かつ高精度に制御する必要性が生じ、枚葉型エピタキシャル成長装置の比重が高くなっている。しかし、上述したように、枚葉型エピタキシャル成長装置は、ウェーハのバッチ処理ができないために、一般的には、バッチ処理型のエピタキシャル成長装置に較べてスループットが低く、しかもエピタキシャルウェーハの製造コスト低減が難しい。なお、これまでに、枚葉型エピタキシャル成長装置として、エピタキシャル成長速度を高速にする種々の構造のエピタキシャル成長装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平11−67675号公報
Under such circumstances, the wafer diameter is increased to 300 mmφ, for example, and the film thickness of the epitaxial growth layer needs to be controlled uniformly and with high precision over the wafer surface, and the specific gravity of the single wafer epitaxial growth apparatus is increased. ing. However, as described above, since the single wafer type epitaxial growth apparatus cannot perform batch processing of wafers, in general, the throughput is lower than that of the batch processing type epitaxial growth apparatus, and it is difficult to reduce the manufacturing cost of the epitaxial wafer. . Heretofore, epitaxial growth apparatuses having various structures that increase the epitaxial growth rate have been disclosed as single-wafer epitaxial growth apparatuses (see, for example, Patent Document 1).
JP-A-11-67675

上記特許文献1に開示されている枚葉型エピタキシャル成長装置は、例えばシリコンエピタキシャル層の成長速度を10μm/min程度にすることができる。ところで、このシリコンエピタキシャル層の成長では、ウェーハの温度を1000〜1100℃の高温にする必要があり、エピタキシャルウェーハ製造におけるスループットを高めるためには、ウェーハの室温から上記成長温度の間における昇温/降温の処理時間を短縮させることが極めて重要になる。しかも、エピタキシャル層は単結晶層であることから、その結晶欠陥の発生を防止することが要求される。
しかしながら、従来の枚葉型エピタキシャル成長装置では、特にエピタキシャル層における成長後のウェーハの降温に要する処理時間の短縮が難しく、この降温処理がエピタキシャルウェーハ製造における高スループット化の大きなネックになるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、気相成長工程後の降温時間を短縮させ、気相成長層の堆積における高スループット化を容易にする気相成長装置及び成長方法を提供することにある。
The single-wafer epitaxial growth apparatus disclosed in Patent Document 1 can increase the growth rate of a silicon epitaxial layer to about 10 μm / min, for example. By the way, in the growth of this silicon epitaxial layer, it is necessary to increase the wafer temperature to 1000 to 1100 ° C. In order to increase the throughput in manufacturing the epitaxial wafer, the temperature rise / It is extremely important to shorten the temperature reduction processing time. Moreover, since the epitaxial layer is a single crystal layer, it is required to prevent the occurrence of crystal defects.
However, in the conventional single wafer type epitaxial growth apparatus, it is difficult to shorten the processing time required for lowering the temperature of the wafer after growth, particularly in the epitaxial layer, and there is a problem that this temperature reduction processing becomes a big bottleneck for high throughput in epitaxial wafer manufacturing. It was.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a vapor phase growth apparatus and a growth method that can shorten the temperature lowering time after the vapor phase growth step and facilitate high throughput in the deposition of the vapor phase growth layer.

上記目的を達成するために、本発明にかかる気相成長装置は、円筒状反応炉の上部にガス供給口、その下部に排気口、その内部にウェーハを載置するウェーハ保持部材、このウェーハ保持部材とガス供給口との間にガス整流板を備えた枚葉型エピタキシャル成長装置において、ガス整流板とウェーハ保持部材の離間距離は、ウェーハを冷却するための冷却用ガスがウェーハ面上あるいはウェーハ保持部材面上で整流状態になるように設定されている、ことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a vapor phase growth apparatus according to the present invention includes a gas supply port at an upper part of a cylindrical reactor, an exhaust port at a lower part thereof, a wafer holding member for placing a wafer therein, and a wafer holding member. In a single wafer epitaxial growth apparatus equipped with a gas rectifying plate between a member and a gas supply port, the separation distance between the gas rectifying plate and the wafer holding member is such that the cooling gas for cooling the wafer is on the wafer surface or the wafer holding It is set so that it may become a rectification | straightening state on a member surface.

本発明において、好適な一態様では、ガス整流板とウェーハ保持部材の離間距離をHとし、ウェーハ保持部材径をDとして、H/D≦1/5を満たしていることが望ましい。   In the present invention, in a preferred embodiment, it is desirable that H / D ≦ 1/5 is satisfied, where H is the separation distance between the gas rectifying plate and the wafer holding member and D is the diameter of the wafer holding member.

本発明において、ガス整流板の下面とウェーハ保持部材の上面との間に、反応炉内外にウェーハを出し入れするハンドリングアームが挿入できるようになっていることが望ましい。   In the present invention, it is desirable that a handling arm for taking a wafer in and out of the reactor can be inserted between the lower surface of the gas rectifying plate and the upper surface of the wafer holding member.

本発明において、ガス整流板は、上下移動可能に構成されていることが望ましい。   In the present invention, the gas rectifying plate is preferably configured to be movable up and down.

また、ガス整流板の上下移動は、ウェーハを出し入れするためのウェーハ保持部材から離脱する機構と連結されていることが望ましい。   Further, it is desirable that the vertical movement of the gas rectifying plate is connected to a mechanism for detaching from the wafer holding member for taking in and out the wafer.

さらに、ガス整流板の下面とウェーハ保持部材の上面との距離は、1mm以上60mm以下に調整可能であることが望ましい。   Furthermore, it is desirable that the distance between the lower surface of the gas rectifying plate and the upper surface of the wafer holding member can be adjusted to 1 mm or more and 60 mm or less.

一方、本発明にかかる気相成長方法は、円筒状反応炉の上部にガス供給口、その下部に排気口、その内部にウェーハを載置するウェーハ保持部材、このウェーハ保持部材とガス供給口との間にガス整流板を備え、成膜用ガスをガス供給口からガス整流板を通して反応炉内を流下させてウェーハに気相成長層を堆積させ、気相成長層を堆積させた後、冷却用ガスをガス供給口からガス整流板を通して反応炉内を流下させてウェーハ基板を降温することを気相成長方法において、
ガス整流板と前記ウェーハ保持部材の離間距離は、冷却用ガスがウェーハ面上あるいはウェーハ保持部材面上で整流状態になるように設定されていることを特徴とする。
On the other hand, a vapor phase growth method according to the present invention comprises a gas supply port at the upper part of a cylindrical reactor, an exhaust port at the lower part, a wafer holding member for placing a wafer therein, the wafer holding member and the gas supply port, A gas flow rectifying plate is provided between them, and a film growth gas is allowed to flow down from the gas supply port through the gas flow rectifying plate through the reaction furnace to deposit a vapor phase growth layer on the wafer. In the vapor phase growth method, the temperature of the wafer substrate is lowered by causing the working gas to flow down from the gas supply port through the gas rectifying plate through the reaction furnace.
The distance between the gas rectifying plate and the wafer holding member is set so that the cooling gas is in a rectifying state on the wafer surface or on the wafer holding member surface.

本発明の成長方法において、ガス整流板の下面と前記ウェーハ保持部材の上面との間に、反応炉内外にウェーハ基板を出し入れするハンドリングアームが設けられ、ハンドリングアームの移動により、反応炉内外にウェーハの出し入れを行えるようにすることが望ましい。   In the growth method of the present invention, a handling arm for taking a wafer substrate into and out of the reaction furnace is provided between the lower surface of the gas rectifying plate and the upper surface of the wafer holding member, and the wafer is moved into and out of the reaction furnace by moving the handling arm. It is desirable to be able to take in and out.

また、本発明の成長方法において、ウェーハに成膜する時は、整流板とウェーハが近接しており、ウェーハを出し入れする時は、整流板とウェーハとの距離が離れ、ウェーハの出し入れが可能にすることが望ましい。   In the growth method of the present invention, when the film is formed on the wafer, the current plate and the wafer are close to each other. When the wafer is taken in and out, the distance between the current plate and the wafer is increased so that the wafer can be taken in and out. It is desirable to do.

さらに、本発明の成長方法において、整流板が上下移動可能であって、ウェーハの出し入れ時と連動していることが望ましい。   Furthermore, in the growth method of the present invention, it is desirable that the current plate is movable up and down and interlocked with the loading and unloading of the wafer.

なお、本発明において、エピタキシャル成長に限らず、一般的な気相成長例えば、MOCVDなどであっても良く、また、枚葉型でなくても良い。
また、本発明のガス供給口は、反応炉の頂面でなく、反応炉全体の上部にあれば良く、例えば反応炉の側面でも良い。さらに、ガス排気口は、反応炉の底面でなく、反応炉全体の下部にあれば良く、例えば反応炉側面でも構わない。
本発明で用いるウェーハ保持部材は、環状ホルダーに限らず、一般的に言われるサセプタでも良い。環状ホルダー(中腹部が開口あり)の場合、開口部に取り外し可能な平板を配置して、例えば、その平板を持ち上げるようにして、ハンドリングアームで反応炉内外にウェーハの出し入れを行えるようにしても良い。
In the present invention, not only epitaxial growth but also general vapor phase growth such as MOCVD may be used, and it may not be a single wafer type.
Further, the gas supply port of the present invention may be provided not at the top surface of the reaction furnace but at the upper part of the whole reaction furnace, for example, at the side surface of the reaction furnace. Further, the gas exhaust port may be provided not at the bottom surface of the reaction furnace but at the lower part of the entire reaction furnace, and may be, for example, the side surface of the reaction furnace.
The wafer holding member used in the present invention is not limited to the annular holder but may be a susceptor generally called. In the case of an annular holder (having an opening in the middle), a removable flat plate is arranged in the opening, and for example, the flat plate is lifted so that wafers can be taken in and out of the reactor with a handling arm. good.

本発明により、気相成長工程後のウェーハの降温における均一な冷却が可能になり、降温時間が短縮して、気相層の堆積における高スループット化を容易にする気相成長装置及び成長方法を提供することができる。   According to the present invention, there is provided a vapor phase growth apparatus and a growth method that enable uniform cooling in the temperature drop of a wafer after the vapor phase growth step, shorten the temperature drop time, and facilitate high throughput in vapor phase layer deposition. Can be provided.

以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1に、本発明の一実施形態おける枚葉型エピタキシャル成長装置の構成を示す。図1に示すように、エピタキシャル成長装置は、例えばステンレス製で円筒状中空体の処理炉11、この処理炉内部にその頂部から成膜用ガスを導入するガス供給口12、ガス供給口12から導入された成膜用ガスを整流し、下方に配置される半導体ウェーハWに例えば層流として流下させるガス整流板13を備える。そして、半導体ウェーハW表面等で反応した後の反応生成物および一部成膜用ガスを処理炉11外部にその底部から排出するガス排気口14を備える。ここで、ガス排出口14は真空ポンプ(図示せず)に接続してある。   FIG. 1 shows the configuration of a single wafer epitaxial growth apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the epitaxial growth apparatus includes, for example, a stainless steel cylindrical hollow body processing furnace 11, a gas supply port 12 for introducing a film forming gas into the processing furnace from its top, and a gas supply port 12. A gas rectifying plate 13 is provided for rectifying the deposited film forming gas and causing it to flow, for example, as a laminar flow to the semiconductor wafer W disposed below. And the gas exhaust port 14 which discharges | emits the reaction product after reacting on the semiconductor wafer W surface etc. and some film-forming gas from the bottom part to the processing furnace 11 is provided. Here, the gas discharge port 14 is connected to a vacuum pump (not shown).

また、上述した処理炉内部には、半導体ウェーハ17を載置保持するウェーハ保持部材の環状ホルダー15をその上面に配置し回転する回転体ユニット16、環状ホルダー15に載置された半導体ウェーハWを輻射熱により加熱するヒーター17を備えている。ここで、回転体ユニット16は、その回転軸16aが下方に位置する回転装置(図示せず)に接続され、高速回転が可能に取り付けられている。また、この円筒状の回転軸16aは中空の回転体ユニット16内を排気するための真空ポンプに接続され、この吸引により半導体ウェーハWが環状ホルダー15に真空吸着する構成になっていてもよい。なお、回転軸16aは、処理炉11の底部に真空シール部材を介して回転自在に挿設されている。   Further, in the processing furnace described above, an annular holder 15 of a wafer holding member for placing and holding the semiconductor wafer 17 is disposed on the upper surface thereof, and a rotating unit 16 that rotates, and the semiconductor wafer W placed on the annular holder 15 are placed. A heater 17 for heating by radiant heat is provided. Here, the rotating body unit 16 is connected to a rotating device (not shown) whose rotating shaft 16a is positioned below, and is attached so as to be capable of high-speed rotation. The cylindrical rotating shaft 16 a may be connected to a vacuum pump for exhausting the hollow rotating body unit 16, and the semiconductor wafer W may be vacuum-sucked to the annular holder 15 by this suction. In addition, the rotating shaft 16a is rotatably inserted in the bottom part of the processing furnace 11 via the vacuum seal member.

そして、ヒーター17は、回転軸16aの内部に貫通する支持軸18の支持台19上に固設してある。この支持台19には半導体ウェーハWを環状ホルダー15から脱着するいわゆる突き上げピン(図示せず)が形設されている。なお、上記ウェーハ保持部材としては、環状ホルダーの替わりに半導体ウェーハW裏面のほぼ全面に接する構造のものを使用してもよい。ここで、このウェーハ保持部材は、通常、円板状のウェーハ基板を載置することからその縁端の平面形状が円状であり、ヒーター17の輻射熱を遮断しない材質により形成されていると好適である。   The heater 17 is fixed on a support base 19 of a support shaft 18 that penetrates the rotary shaft 16a. A so-called push-up pin (not shown) for detaching the semiconductor wafer W from the annular holder 15 is formed on the support base 19. In addition, as the wafer holding member, a member having a structure in contact with almost the entire back surface of the semiconductor wafer W may be used instead of the annular holder. Here, since this wafer holding member normally mounts a disk-shaped wafer substrate, the planar shape of the edge thereof is circular, and it is preferable that the wafer holding member is formed of a material that does not block the radiant heat of the heater 17. It is.

上述した枚葉型エピタキシャル成長装置において、ガス整流板13は例えば石英ガラス製の円板体であり多数の多孔状ガス吐出口が形成されている。そして、図1に示すように、ほぼ平行に対向配置される環状ホルダー15の上面とガス整流板13の下面との離間距離をHとし、環状ホルダー15の外周径をDとして、H/D≦1/5が満たされるようにすると好適である。ここで、環状ホルダー15の内周側にはザグリ加工が施され、そのザグリ面に半導体ウェーハWの裏面が接するように載置されることから、半導体ウェーハWの主面は環状ホルダー15の主面とほぼ同じ高さ位置になる。   In the single-wafer epitaxial growth apparatus described above, the gas rectifying plate 13 is a disc body made of, for example, quartz glass, and a large number of porous gas discharge ports are formed. As shown in FIG. 1, the distance between the upper surface of the annular holder 15 and the lower surface of the gas rectifying plate 13 facing each other substantially in parallel is defined as H, the outer diameter of the annular holder 15 is defined as D, and H / D ≦ It is preferable that 1/5 is satisfied. Here, since the counterbore process is performed on the inner peripheral side of the annular holder 15 and the back surface of the semiconductor wafer W is in contact with the counterbore surface, the main surface of the semiconductor wafer W is the main surface of the annular holder 15. It is almost the same height as the surface.

図1に示すように、処理炉11の側壁には半導体ウェーハを出し入れするためのウェーハ出入口20およびゲートバルブ21が設けられ、このゲートバルブ21で連結する例えばロードロック室(図示せず)と処理炉11との間において、ハンドリングアームにより半導体ウェーハWを搬送できるようになっている。ここで、例えば合成石英製のハンドリングアームは、ガス整流板13とウェーハ保持部材である環状ホルダー15とのスペースに挿入されるようになることから、離間距離Hはハンドリングアームの挿入スペースが確保できる寸法以上にする必要がある。   As shown in FIG. 1, a wafer entrance / exit 20 and a gate valve 21 for taking in and out a semiconductor wafer are provided on the side wall of the processing furnace 11. The semiconductor wafer W can be transported to and from the furnace 11 by a handling arm. Here, for example, the handling arm made of synthetic quartz is inserted into the space between the gas rectifying plate 13 and the annular holder 15 as the wafer holding member, so that the separation distance H can secure the insertion space of the handling arm. Must be larger than the dimensions.

以下、上記離間距離Hについて具体例を示すと、半導体ウェーハWが例えば口径200mmφのシリコンウェーハである場合には、環状ホルダー15の外周径Dは300mmφとする。そして、ハンドリングアームによる搬送操作に必要な挿入スペースを例えば10mm程度にして、好適な離間距離Hは20mm〜60mmの範囲になる。
なお、ここで、ガス整流板13を後述するように(図5参照)上下移動可能にした場合、気相成長時の半導体ウェーハW表面とガス整流板13の下面との距離は、1mm程度でもよく、気相成長終了後、ガス整流板13を上に移動して10mm位にすれば、ハンドリングアームによるウェーハWの搬送操作が可能である。この場合、半導体ウェーハW表面とガス整流板13の下面との距離を1mmを下回ると、気相成長の膜厚に変動が生じたり、欠陥が発生したりするので、半導体ウェーハW表面とガス整流板13の下面との距離は1mmが限度でる。
Hereinafter, specific examples of the separation distance H will be described. When the semiconductor wafer W is a silicon wafer having a diameter of 200 mmφ, the outer peripheral diameter D of the annular holder 15 is set to 300 mmφ. And the insertion space required for the conveyance operation by the handling arm is set to about 10 mm, for example, and the preferable separation distance H is in the range of 20 mm to 60 mm.
Here, when the gas rectifying plate 13 can be moved up and down as will be described later (see FIG. 5), the distance between the surface of the semiconductor wafer W and the lower surface of the gas rectifying plate 13 during vapor phase growth is about 1 mm. If the gas rectifying plate 13 is moved upward to about 10 mm after completion of vapor phase growth, the wafer W can be transferred by the handling arm. In this case, if the distance between the surface of the semiconductor wafer W and the lower surface of the gas rectifying plate 13 is less than 1 mm, the film thickness of the vapor phase growth varies or a defect occurs. The distance from the lower surface of the plate 13 is 1 mm.

次に、上記枚葉型エピタキシャル成長装置におけるエピタキシャル層の成膜方法、その動作および本実施形態における効果について図1,2および3を参照して説明する。図2はエピタキシャル層の成膜におけるプロセスシーケンスの概略を示す説明図である。図2では、横軸に成膜サイクルにおける処理時間をとり、縦軸に半導体ウェーハWのウェーハ温度を示している。そして、図3は処理炉11に半導体ウェーハWを出し入れする状態を示した枚葉型エピタキシャル成長装置の縦断面図である。   Next, a method for forming an epitaxial layer in the single-wafer epitaxial growth apparatus, its operation, and effects in this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of a process sequence in forming an epitaxial layer. In FIG. 2, the horizontal axis represents the processing time in the film forming cycle, and the vertical axis represents the wafer temperature of the semiconductor wafer W. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the single wafer epitaxial growth apparatus showing a state in which the semiconductor wafer W is taken in and out of the processing furnace 11.

先ず、図2に示す処理時間tにおいて、室温Tで減圧状態にあるロードロック室内の半導体ウェーハWを、図3に示すようにゲートバルブ20を開き、ハンドリングアーム22上に載せてウェーハ出入口20から処理炉11内に挿入する。ここで、処理炉11内は例えば窒素(N)ガス雰囲気の減圧状態であるが、ロードロック室より陽圧になるように圧力設定されている。このようにして、ロードロック室からのパーティクル等の処理炉11内の汚染を防止する。そして、半導体ウェーハWは例えば突き上げピン(図示せず)を介して環状ホルダー15に載置され、ハンドリングアーム22はロードロック室に戻され、ゲートバルブ21が閉じられる。 First, the processing time t 0 shown in FIG. 2, the wafer inlet and outlet of the semiconductor wafer W in the load lock chamber in the vacuum state at room temperature T 0, the gate valve 20 as shown in FIG. 3, and placed on the handling arm 22 20 is inserted into the processing furnace 11. Here, the inside of the processing furnace 11 is in a reduced pressure state of, for example, a nitrogen (N 2 ) gas atmosphere, but the pressure is set to be a positive pressure from the load lock chamber. In this way, contamination of the processing furnace 11 such as particles from the load lock chamber is prevented. Then, the semiconductor wafer W is placed on the annular holder 15 via a push-up pin (not shown), for example, the handling arm 22 is returned to the load lock chamber, and the gate valve 21 is closed.

そして、環状ホルダー15に載置された半導体ウェーハWは、予備加熱のために第1の温度Tに加熱待機しているヒーター17により加熱し、処理時間tから安定するまで保持する。この予備加熱の間にNガスは水素(H)ガスに置換し、処理炉11内を所定の真空度になるように真空排気する。 Then, the semiconductor wafer W placed on the annular holder 15 is heated by a heater 17 which is heated waiting to the temperature T 1 for preheating, holding the process time t 1 to stabilize. During this preheating, the N 2 gas is replaced with hydrogen (H 2 ) gas, and the inside of the processing furnace 11 is evacuated to a predetermined degree of vacuum.

次に、ヒーター17の加熱出力を上げて半導体ウェーハWをエピタキシャル成長温度である第2の温度Tに加熱し昇温する。そして、半導体ウェーハWが処理時間tで第2の温度Tに安定すると、回転体ユニット16を所要の速度で回転させながら、ガス供給口12から所定の成膜用ガスを供給し、所定の真空度において処理時間tまで半導体ウェーハW表面にエピタキシャル層を成長させる。 Then, temperature is raised to heat the semiconductor wafer W by raising the heating power of the heater 17 to the temperature T 2 second is an epitaxial growth temperature. When the semiconductor wafer W is stabilized to a second temperature T 2 at the processing time t 2, while rotating the rotating unit 16 at a predetermined speed, for supplying a predetermined deposition gas from the gas supply port 12, a predetermined until the process time t 3 in the vacuum growing an epitaxial layer on a semiconductor wafer W surface.

例えば、シリコンエピタキシャル層を成長させる場合には、第1の温度Tは500〜900℃の範囲で所望の温度に設定され、第2の温度Tは1000〜1200℃の範囲で所望の温度に設定される。そして、シリコンのソースガスとしてはSiH、SiHClやSiHCl、そしてドーパントガスとしては、B、PHまたはAsHが用いられる。また、キャリアガスとしてHが通常用いられる。これ等のガスが成膜用ガスである。
このシリコンエピタキシャル層の成長時における処理炉11内は、約2×10Pa(15Torr)〜約9.3×10Pa(700Torr)の範囲で所望の圧力に設定される。また、回転体ユニット16の回転は、例えば900〜1500rpmの範囲で所望の回転数に設定される。
For example, when growing a silicon epitaxial layer, first temperature T 1 is set to a desired temperature in the range of 500 to 900 ° C., the desired temperature the temperature T 2 of the second in the range of 1000 to 1200 ° C. Set to Then, as the source gas of silicon as the SiH 4, SiH 2 Cl 2 or SiHCl 3 and the dopant gas,, B 2 H 6, PH 3 or AsH 3 is used. Further, H 2 is usually used as a carrier gas. These gases are film forming gases.
The inside of the processing furnace 11 during the growth of the silicon epitaxial layer is set to a desired pressure in a range of about 2 × 10 3 Pa (15 Torr) to about 9.3 × 10 4 Pa (700 Torr). The rotation of the rotating body unit 16 is set to a desired number of rotations, for example, in the range of 900 to 1500 rpm.

次に、エピタキシャル成長が終了する処理時間tにおいて、上記エピタキシャル層の形成された半導体ウェーハWの降温を始める。ここで、上記成膜用ガスの供給および回転体ユニット16の回転を停止させ、エピタキシャル層が形成された半導体ウェーハWを環状ホルダー15に載置したままにして、ヒーター17の加熱出力を初めに戻し第1の温度Tになるように自動調整する。 Then, the processing time t 3 when the epitaxial growth is completed, start the cooling of the semiconductor wafer W that is formed in the epitaxial layer. Here, the supply of the film-forming gas and the rotation of the rotating unit 16 are stopped, and the semiconductor wafer W on which the epitaxial layer is formed is placed on the annular holder 15, and the heating output of the heater 17 is first applied. automatically adjusted to return becomes the first temperature T 1.

そして、ほぼ同時に、図1に示すように、処理炉11内に冷却用ガス23をガス供給口12から流入させ、ガス整流板13により整流した冷却用ガス23により上記半導体ウェーハWをガス冷却する。ここで、冷却用ガス23は、例えば上記成膜用ガスのキャリアガスと同じHガスであってもよいし、アルゴン、ヘリウムのような希ガスあるいはNガスであっても構わない。また、この冷却用ガス23が流入した処理炉11内の圧力はエピタキシャル層の成長時の圧力と同程度にする。 At almost the same time, as shown in FIG. 1, a cooling gas 23 is caused to flow into the processing furnace 11 from the gas supply port 12, and the semiconductor wafer W is gas-cooled by the cooling gas 23 rectified by the gas rectifying plate 13. . Here, the cooling gas 23 may be, for example, the same H 2 gas as the film forming gas carrier gas, or may be a rare gas such as argon or helium, or an N 2 gas. Further, the pressure in the processing furnace 11 into which the cooling gas 23 has flowed is set to the same level as the pressure during the growth of the epitaxial layer.

上述したように、本実施形態におけるガス整流板13と環状ホルダー15は、それ等の離間距離Hが、上述したように環状ホルダー15の外周径Dとの関係において、H/D≦1/5を満たすように配置されている。このために、図1に示した冷却用ガス23の流れにおいて、後述するように半導体ウェーハW上において渦流の発生が殆ど無く、半導体ウェーハW面内において高い均一性を有した冷却ができるようになる。そして、この冷却時の半導体ウェーハWに生じる熱応力が低減し、冷却用ガス23による強制冷却速度を高くしても半導体ウェーハWへのスリップ等の結晶欠陥の発生が抑制されることから、エピタキシャル成長後の半導体ウェーハWの降温に要する時間が短縮できる。   As described above, the gas rectifying plate 13 and the annular holder 15 according to the present embodiment are such that the distance H between them is H / D ≦ 1/5 in relation to the outer peripheral diameter D of the annular holder 15 as described above. It is arranged to satisfy. For this reason, in the flow of the cooling gas 23 shown in FIG. 1, as will be described later, there is almost no vortex generation on the semiconductor wafer W, and cooling with high uniformity can be performed in the surface of the semiconductor wafer W. Become. Since the thermal stress generated in the semiconductor wafer W during the cooling is reduced and the generation of crystal defects such as slips on the semiconductor wafer W is suppressed even when the forced cooling rate by the cooling gas 23 is increased, epitaxial growth is performed. The time required for the subsequent temperature drop of the semiconductor wafer W can be shortened.

例えば、図2に示した処理時間t後において、半導体ウェーハWがエピタキシャル成長温度の第2の温度Tから予備加熱温度の第1の温度Tに低下し安定するまでの時間間隔を、図2に点線で示した従来技術の場合の1/2〜2/3程度に短縮可能になる。 For example, after the processing time t 3 when shown in FIG. 2, the time interval of the semiconductor wafer W from the second temperature T 2 of the epitaxial growth temperature until reduced to a first temperature T 1 of the preheating temperature stability, FIG. This can be shortened to about 1/2 to 2/3 of the prior art shown by the dotted line in FIG.

次に、半導体ウェーハWが第1の温度Tに安定した後、例えば突き上げピンにより半導体ウェーハWの裏面を突き上げて環状ホルダー15から脱着させる。なお、半導体ウェーハWを環状ホルダー15から脱着するには、突き上げピンでなく、静電接着方式を用いたり、また、半導体ウェーハW自身を浮かせるベルヌイチャック方式を用いても構わない。そして、再び図3に示すようにゲートバルブ21を開いてハンドリングアーム22をガス整流板13および環状ホルダー15の間に挿入し、その上に半導体ウェーハWを載せる。その後、突き上げピンを下げた状態にし、ハンドリングアーム22を上記挿入位置において、半導体ウェーハWの温度が第1の温度Tより低い第3の温度Tになり安定する処理時間tまで保持する。 Next, after the semiconductor wafer W is stabilized at the first temperature T1, the back surface of the semiconductor wafer W is pushed up by, for example, a push-up pin and is detached from the annular holder 15. In order to detach the semiconductor wafer W from the annular holder 15, an electrostatic bonding method may be used instead of a push-up pin, or a Bernoulli chuck method for floating the semiconductor wafer W itself may be used. Then, as shown in FIG. 3 again, the gate valve 21 is opened, the handling arm 22 is inserted between the gas rectifying plate 13 and the annular holder 15, and the semiconductor wafer W is placed thereon. Thereafter, the push-up pin is lowered, and the handling arm 22 is held at the insertion position until the processing time t 4 at which the temperature of the semiconductor wafer W becomes a third temperature T 3 lower than the first temperature T 1 and stabilizes. .

その後に、半導体ウェーハWを載せたハンドリングアーム22をロードロック室に戻し、ゲートバルブ21を閉じる。そして、半導体ウェーハWの温度はロードロック室において室温Tに戻る。ここで、処理時間tのところで説明したように、例えばNガス雰囲気の減圧状態になる処理炉11内はロードロック室より陽圧になっている。 Thereafter, the handling arm 22 on which the semiconductor wafer W is placed is returned to the load lock chamber, and the gate valve 21 is closed. Then, the temperature of the semiconductor wafer W is returned to room temperature T 0 in the load lock chamber. Here, as described at the processing time t 0 , for example, the inside of the processing furnace 11 that is in a decompressed state of an N 2 gas atmosphere is at a positive pressure from the load lock chamber.

以上のようにして、一の半導体ウェーハに対するエピタキシャル層の成膜サイクルが終了し、引き続いて他の半導体ウェーハに対する成膜が上述したのと同一のプロセスシーケンスに従って行われる。   As described above, the epitaxial layer deposition cycle for one semiconductor wafer is completed, and subsequently deposition for another semiconductor wafer is performed according to the same process sequence as described above.

上記第1の温度Tから第3の温度Tに安定するまでの間は、半導体ウェーハWは、ハンドリングアーム22上において冷却用ガス23によるガス冷却を受ける。そして、半導体ウェーハWが第1の温度Tから第3の温度Tに低下し安定するまでの時間間隔は、図2に点線で示した従来技術の場合の1/2程度に短縮可能になる。なお、図2に記した処理時間tは、従来技術における半導体ウェーハの温度が第1の温度Tから第3の温度Tに低下し安定する時間として例示した。 The semiconductor wafer W is subjected to gas cooling by the cooling gas 23 on the handling arm 22 until the first temperature T 1 is stabilized to the third temperature T 3 . The time interval from the semiconductor wafer W is first temperature T 1 to be stably reduced to a third temperature T 3 is shortened can be about 1/2 of the prior art shown in dotted lines in FIG. 2 Become. The processing time t 5 that noted in Figure 2, the temperature of the semiconductor wafer in the prior art is exemplified as the time for a stable lowered from the temperature T 1 to the third temperature T 3.

次に、図4の模式図を参照して、エピタキシャル層成長後の半導体ウェーハのガス冷却における上記実施形態の構造の作用を説明する。図4は枚葉型エピタキシャル成長装置のガス整流板13と半導体ウェーハWを保持した環状ホルダー15の間における冷却用ガス23のガス流を示す模式図である。ここで、図4(a)は上述した離間距離Hが、環状ホルダー15の外周径D(ウェーハ保持部材の径)との関係において、H/D≦1/5を満たす場合であり、図4(b)は離間距離Hが、H/D>1/5となる場合の一例である。   Next, with reference to the schematic diagram of FIG. 4, the effect | action of the structure of the said embodiment in the gas cooling of the semiconductor wafer after epitaxial layer growth is demonstrated. FIG. 4 is a schematic diagram showing a gas flow of the cooling gas 23 between the gas rectifying plate 13 of the single wafer epitaxial growth apparatus and the annular holder 15 holding the semiconductor wafer W. Here, FIG. 4A shows a case where the above-mentioned separation distance H satisfies H / D ≦ 1/5 in relation to the outer peripheral diameter D of the annular holder 15 (the diameter of the wafer holding member). (B) is an example in the case where the separation distance H is H / D> 1/5.

処理炉11内の冷却用ガス23は粘性流であり、ガス供給口12から導入されガス整流板13の多孔状ガス吐出口を通して例えば層流として整流され流下する。ここで、図4(a)に示したような構成であると、流下した冷却用ガス23は、半導体ウェーハWおよび環状ホルダー15の主面に当たり、その後、これ等の主面に沿って水平方向に曲折し整流状態を維持したまま流れるようになる。また、環状ホルダー15の外周端における乱流の発生もない。
このために、半導体ウェーハWでは、その面内において、冷却用ガス23が均一な温度および流量で接触するようになり、冷却用ガス23との熱交換による放熱が一様に行われる。また、環状ホルダー15の外周端における乱流の発生による放熱の乱れは無く、上記放熱の一様性が保持される。そして、半導体ウェーハWの降温において、その面内の温度が均一に保たれる。なお、半導体ウェーハW表面からの熱輻射による放熱は面内で均一になる。
The cooling gas 23 in the processing furnace 11 is a viscous flow, and is introduced from the gas supply port 12 and rectified and flows down, for example, as a laminar flow through the porous gas discharge port of the gas rectifying plate 13. Here, in the configuration as shown in FIG. 4A, the cooling gas 23 that has flowed down hits the main surfaces of the semiconductor wafer W and the annular holder 15, and then horizontally along these main surfaces. It bends and flows while maintaining the rectified state. Further, no turbulent flow is generated at the outer peripheral end of the annular holder 15.
For this reason, in the semiconductor wafer W, the cooling gas 23 comes into contact at a uniform temperature and flow rate within the surface, and heat radiation by heat exchange with the cooling gas 23 is performed uniformly. Further, there is no disturbance of heat dissipation due to the generation of turbulent flow at the outer peripheral end of the annular holder 15, and the heat dissipation uniformity is maintained. Then, when the temperature of the semiconductor wafer W is lowered, the in-plane temperature is kept uniform. Note that the heat radiation from the surface of the semiconductor wafer W by heat radiation is uniform in the surface.

これに対して、図4(b)に示したような構成であると、流下する冷却用ガス23は、半導体ウェーハWおよび環状ホルダー15の主面においてその整流の状態が乱れて崩れ易くなる。そして、その後、これ等の主面に当たり水平方向に曲折して流れる。また、環状ホルダー15の外周端における乱流の発生がもともと生じ易い。これ等のことから、整流状態に乱れが生じて流下する冷却用ガス23は、半導体ウェーハWの外周側あるいは環状ホルダー15において極めて容易に渦流24を生成する。そして、H/D値が増加するに従い、渦流24は半導体ウェーハWのより内周上でも生じるようになる。
このような渦流24の発生のために、半導体ウェーハWは、その面内において、冷却用ガス23との熱交換による放熱が不均一に行われる。そして、半導体ウェーハWの降温において、その面内の温度の均一性が損なわれる。
On the other hand, in the configuration as shown in FIG. 4B, the cooling gas 23 that flows down tends to collapse due to the rectification state being disturbed on the main surfaces of the semiconductor wafer W and the annular holder 15. And after that, it hits these main surfaces and bends and flows in the horizontal direction. Also, turbulence is likely to occur at the outer peripheral end of the annular holder 15 from the beginning. For these reasons, the cooling gas 23 flowing down due to the turbulence in the rectifying state generates the vortex 24 very easily on the outer peripheral side of the semiconductor wafer W or on the annular holder 15. As the H / D value increases, the vortex 24 is generated on the inner periphery of the semiconductor wafer W.
Due to the generation of such a vortex 24, the semiconductor wafer W is non-uniformly dissipated by heat exchange with the cooling gas 23 in the plane thereof. And in the temperature fall of the semiconductor wafer W, the uniformity of the temperature in the surface is impaired.

上述したことから本実施形態では、エピタキシャル層の成長終了後から処理炉外に搬出するまでの半導体ウェーハの降温に要する時間、すなわち図2に示した処理時間tから処理時間tの時間間隔が、従来技術の場合の処理時間tから処理時間tの時間間隔に較べて大幅に低減できるようになる。そして、エピタキシャル層の成膜におけるスループットの向上が容易になる。ここで、エピタキシャル層の成長時間(t−t)が短くなるに従い、エピタキシャル成長後の半導体ウェーハの降温時間(t−t)の成膜サイクルに占める割合が増加し、本実施形態の降温時間の短縮効果は大きくなる。
例えば、膜厚が10μm程度のシリコンエピタキシャル層の成膜では、スループットは20%程度増加する。そして、エピタキシャル層の所要膜厚が薄くなる場合、エピタキシャル層の成長速度が上がる場合には、更にスループット増加の割合は大きくなる。
In the present embodiment from the above, the time required for cooling the semiconductor wafer until unloaded outside the treatment furnace after completion of growth of the epitaxial layer, i.e. the time interval between treatment time t 4 from the processing time t 3 when shown in FIG. 2 but it becomes possible to greatly reduced compared to the time interval of the processing time t 5 from the treatment time t 3 in the prior art. And it becomes easy to improve the throughput in forming the epitaxial layer. Here, as the growth time (t 3 -t 2 ) of the epitaxial layer becomes shorter, the ratio of the temperature drop time (t 4 -t 3 ) of the semiconductor wafer after the epitaxial growth to the film formation cycle increases. The effect of shortening the temperature drop time is increased.
For example, in the formation of a silicon epitaxial layer having a thickness of about 10 μm, the throughput increases by about 20%. When the required thickness of the epitaxial layer is reduced, the rate of increase in throughput is further increased when the growth rate of the epitaxial layer is increased.

更に、本実施形態では、エピタキシャル層を成長後の半導体ウェーハの降温が従来技術の場合より安定し、半導体ウェーハの冷却バラツキが小さくなる。このことから、ハンドリングアーム22により半導体ウェーハをロードロック室に搬出する際のウェーハ割れの発生頻度が大きく低減する。そして、上述した半導体ウェーハにおけるスリップ等の結晶欠陥の低減効果と併せて、エピタキシャル層の成膜における製造歩留まりが向上する。   Furthermore, in this embodiment, the temperature drop of the semiconductor wafer after growing the epitaxial layer is more stable than in the conventional technique, and the cooling variation of the semiconductor wafer is reduced. For this reason, the frequency of occurrence of wafer cracking when the semiconductor wafer is carried out to the load lock chamber by the handling arm 22 is greatly reduced. In addition to the above-described effect of reducing crystal defects such as slip in the semiconductor wafer, the manufacturing yield in the formation of the epitaxial layer is improved.

上述した実施形態において、図5に示す如く、ガス整流板13を上下移動(図の矢印)可能に即ち反応炉11の内壁をすべり可能な部材51を設け、その反対面にエアシリンダなどの駆動機構52からの接続部材52aを連結させる。この接続部材52aのと駆動機構の間の上部にはベローズ52bが備えられている。
ここで、駆動機構52のより、ガス整流板13と半導体ウェーハWの距離は、1mmから60mmまで調整可能で、成長時は1mmと極めて近接しても成長可能である。また、半導体ウェーハWの出し入れ時は、ガス整流板13と半導体ウェーハWの距離は20mm前後が好ましいが、10mm程度でも可能である。
In the above-described embodiment, as shown in FIG. 5, a member 51 is provided that can move the gas rectifying plate 13 up and down (arrow in the figure), that is, the inner wall of the reaction furnace 11 can slide, and the opposite surface is driven by an air cylinder or the like. The connecting member 52a from the mechanism 52 is coupled. A bellows 52b is provided at an upper portion between the connecting member 52a and the drive mechanism.
Here, the distance between the gas rectifying plate 13 and the semiconductor wafer W can be adjusted from 1 mm to 60 mm by the driving mechanism 52, and growth is possible even when very close to 1 mm during growth. Further, when the semiconductor wafer W is taken in and out, the distance between the gas rectifying plate 13 and the semiconductor wafer W is preferably about 20 mm, but can be about 10 mm.

図5の実施形態の場合、成長時のガス整流板13と半導体ウェーハWの距離は、理想的に狭い方が良いが、現実的には1mm程度が限度である。
このように1mm程度に調整する時に、ウェーハ保持するサセプタ15とヒータ17を連結して移動することも可能である。
In the case of the embodiment of FIG. 5, the distance between the gas rectifying plate 13 and the semiconductor wafer W at the time of growth is ideally narrow, but practically it is about 1 mm.
Thus, when adjusting to about 1 mm, the susceptor 15 holding the wafer and the heater 17 can be connected and moved.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。   Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments do not limit the present invention. Those skilled in the art can make various modifications and changes in specific embodiments without departing from the technical idea and technical scope of the present invention.

例えば、上記実施形態において、枚葉型エピタキシャル成長装置はゲートバルブ21で例えばクラスターツールの搬送室に連結してもよい。   For example, in the above embodiment, the single-wafer epitaxial growth apparatus may be connected to the transfer chamber of the cluster tool, for example, by the gate valve 21.

また、上記ウェーハ保持部材としては、加熱機構を有し半導体ウェーハ裏面の全面に接するサセプタであってもよい。   The wafer holding member may be a susceptor that has a heating mechanism and contacts the entire back surface of the semiconductor wafer.

また、本発明は、エピタキシャル成長させる半導体ウェーハが非回転で固定したウェーハ保持部材上に載置されるような構造の枚葉型エピタキシャル成長装置にも同様に適用される。   The present invention is similarly applied to a single wafer epitaxial growth apparatus having a structure in which a semiconductor wafer to be epitaxially grown is placed on a wafer holding member fixed in a non-rotating manner.

そして、成膜されるウェーハ基板としては、典型的にはシリコンウェーハであるが、炭化ケイ素基板等のシリコン以外の半導体基板も使用することができる。また、ウェーハ基板上に成膜される薄膜は、シリコン膜あるいはボロン、リンやヒ素等を不純物として含有する単結晶シリコン膜がもっとも一般的であるが、ポリシリコン膜を一部に含む単結晶シリコン膜又はその他の薄膜、例えば、GaAs膜やGaAlAs膜等の化合物半導体でも支障なく適用され得る。   The wafer substrate to be formed is typically a silicon wafer, but a semiconductor substrate other than silicon, such as a silicon carbide substrate, can also be used. The thin film formed on the wafer substrate is most commonly a silicon film or a single crystal silicon film containing boron, phosphorus, arsenic, or the like as an impurity, but single crystal silicon partially including a polysilicon film. A film or other thin film, for example, a compound semiconductor such as a GaAs film or a GaAlAs film can be applied without any problem.

本発明の実施形態にかかる枚葉型エピタキシャル成長装置の一構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows one structure of the single wafer type epitaxial growth apparatus concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態における枚葉型エピタキシャル成長装置を用いたエピタキシャル層の成膜プロセスシーケンスの概略を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline of the film-forming process sequence of the epitaxial layer using the single wafer type epitaxial growth apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるエピタキシャル層成膜の説明に供するための枚葉型エピタキシャル成長装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the single-wafer | sheet-fed epitaxial growth apparatus for providing description of the epitaxial layer film-forming in embodiment of this invention. 枚葉型エピタキシャル成長装置のガス整流板と半導体ウェーハを保持したウェーハ保持部材の間における冷却用ガスのガス流を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the gas flow of the gas for cooling between the gas baffle plate of a single wafer type epitaxial growth apparatus, and the wafer holding member holding the semiconductor wafer. 本発明の他の実施形態を説明するための枚葉型エピタキシャル成長装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the single wafer type epitaxial growth apparatus for demonstrating other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 処理炉
12 ガス供給口
13 整流板
14 ガス排気口
15 環状ホルダー
16 回転体ユニット
16a 回転軸
17 ヒーター
18 支持軸
19 支持台
20 ウェーハ出入口
21 ゲートバルブ
22 ハンドリングアーム
23 冷却用ガス
24 渦流
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Processing furnace 12 Gas supply port 13 Current plate 14 Gas exhaust port 15 Annular holder 16 Rotating body unit 16a Rotating shaft 17 Heater 18 Support shaft 19 Support stand 20 Wafer inlet / outlet 21 Gate valve 22 Handling arm 23 Cooling gas 24 Eddy current

Claims (10)

円筒状反応炉の上部にガス供給口、その下部に排気口、その内部にウェーハを載置するウェーハ保持部材、該ウェーハ保持部材と前記ガス供給口との間にガス整流板を備えた気相成長装置において、
前記ガス整流板と前記ウェーハ保持部材の離間距離は、前記ウェーハを冷却するための冷却用ガスが前記ウェーハ面上あるいは前記ウェーハ保持部材面上で整流状態になるように設定されていることを特徴とする気相成長装置。
A gas supply port at the top of the cylindrical reactor, an exhaust port at the bottom, a wafer holding member for placing a wafer therein, and a gas phase with a gas rectifying plate between the wafer holding member and the gas supply port In the growth equipment,
The separation distance between the gas rectifying plate and the wafer holding member is set such that a cooling gas for cooling the wafer is in a rectifying state on the wafer surface or the wafer holding member surface. A vapor phase growth apparatus.
前記ガス整流板と前記ウェーハ保持部材の離間距離をHとし、前記ウェーハ保持部材径をDとして、H/D≦1/5を満たしていることを特徴とする請求項1に記載の気相成長装置。   2. The vapor phase growth according to claim 1, wherein a separation distance between the gas rectifying plate and the wafer holding member is H, and a diameter of the wafer holding member is D, and H / D ≦ 1/5 is satisfied. apparatus. 前記ガス整流板の下面と前記ウェーハ保持部材の上面との間に、前記反応炉内外に前記ウェーハを出し入れするハンドリングアームが挿入できるように構成されていることを特徴とする請求項2に記載の気相成長装置。   The handling arm for taking in and out the wafer into and out of the reaction furnace can be inserted between the lower surface of the gas rectifying plate and the upper surface of the wafer holding member. Vapor growth equipment. 前記ガス整流板は、上下移動可能に構成されていることを特徴とする請求項3記載の気相成長装置。   4. The vapor phase growth apparatus according to claim 3, wherein the gas rectifying plate is configured to be movable up and down. 前記ガス整流板の上下移動は、前記ウェーハを出し入れするための前記ウェーハ保持部材から離脱する機構と連結されていることを特徴とする請求項4記載の気相成長装置。   5. The vapor phase growth apparatus according to claim 4, wherein the vertical movement of the gas rectifying plate is connected to a mechanism that separates from the wafer holding member for taking in and out the wafer. 前記ガス整流板の下面と前記ウェーハ保持部材の上面との距離は、1mm以上60mm以下に調整可能であることを特徴とする請求項1記載の気相成長装置。   2. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein a distance between the lower surface of the gas rectifying plate and the upper surface of the wafer holding member can be adjusted to 1 mm or more and 60 mm or less. 円筒状反応炉の上部にガス供給口、その下部に排気口、その内部にウェーハを載置するウェーハ保持部材、該ウェーハ保持部材と前記ガス供給口との間にガス整流板を備え、成膜用ガスを前記ガス供給口から前記ガス整流板を通して前記反応炉内を流下させて前記ウェーハに気相成長層を堆積させ、前記気相成長層を堆積させた後、冷却用ガスを前記ガス供給口から前記ガス整流板を通して前記反応炉内を流下させて前記ウェーハを降温する気相成長方法において、
前記ガス整流板と前記ウェーハ保持部材の離間距離は、前記冷却用ガスが前記ウェーハ面上あるいは前記ウェーハ保持部材面上で整流状態になるように設定されていることを特徴とする気相成長方法。
A gas supply port in the upper part of the cylindrical reactor, an exhaust port in the lower part, a wafer holding member for placing a wafer therein, a gas rectifying plate between the wafer holding member and the gas supply port, and film formation A gas for gas is allowed to flow from the gas supply port through the gas rectifying plate through the reactor to deposit a vapor phase growth layer on the wafer, and after depositing the vapor phase growth layer, a gas for cooling is supplied to the gas. In the vapor phase growth method of lowering the temperature of the wafer by flowing down the reactor through the gas rectifying plate from the mouth,
The separation distance between the gas rectifying plate and the wafer holding member is set so that the cooling gas is in a rectifying state on the wafer surface or the wafer holding member surface. .
前記ガス整流板の下面と前記ウェーハ保持部材の上面との間に、前記反応炉内外に前記ウェーハ基板を出し入れするハンドリングアームが設けられ、前記ハンドリングアームの移動により、前記反応炉内外に前記ウェーハ基板の出し入れを行うことを特徴とする請求項4に記載の気相成長方法。   Between the lower surface of the gas rectifying plate and the upper surface of the wafer holding member, a handling arm for taking the wafer substrate in and out of the reaction furnace is provided, and the wafer substrate is moved into and out of the reaction furnace by the movement of the handling arm. The vapor phase growth method according to claim 4, wherein the vapor deposition is performed. 前記ウェーハに成膜する時は、前記整流板と前記ウェーハが近接しており、前記ウェーハを出し入れする時は、前記整流板と前記ウェーハとの距離が離れ、前記ウェーハの出し入れが可能にすることを特徴とする請求項8記載の気相成長方法。   When the film is formed on the wafer, the current plate and the wafer are close to each other. When the wafer is taken in and out, the distance between the current plate and the wafer is increased so that the wafer can be taken in and out. The vapor phase growth method according to claim 8. 前記整流板が上下移動可能であって、前記ウェーハの出し入れ時と連動していることを特徴とする請求項9記載の気相成長方法。
10. The vapor phase growth method according to claim 9, wherein the baffle plate is movable up and down and is interlocked with the loading and unloading of the wafer.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012119422A (en) * 2010-11-30 2012-06-21 Toyota Central R&D Labs Inc Method for producing silicon film
JP2013021113A (en) * 2011-07-11 2013-01-31 Nuflare Technology Inc Vapor phase growth apparatus and vapor phase growth method
TWI409359B (en) * 2010-06-23 2013-09-21 Sharp Kk Vapor phase growth reactor
US9303164B2 (en) 2010-10-14 2016-04-05 Momentive Performance Materials Japan Llc Method of preparing a curable polyorganosiloxane composition
JP2020038937A (en) * 2018-09-05 2020-03-12 信越半導体株式会社 Method for manufacturing epitaxial wafer

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102766902B (en) * 2011-05-05 2015-12-02 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 Processing chamber device and the substrate processing equipment with this processing chamber device
CN107275251B (en) * 2016-04-08 2020-10-16 上海新昇半导体科技有限公司 Method for reducing temperature of chip in pre-pumping cavity and chip cooling device
CN108039332B (en) * 2017-12-29 2024-02-27 楚赟精工科技(上海)有限公司 Dual-function reaction equipment
TWI717821B (en) * 2018-09-06 2021-02-01 日商住友重機械工業股份有限公司 Support devices, support methods, and support program products
CN112309950B (en) * 2019-07-26 2023-01-17 上海宏轶电子科技有限公司 Wafer cleaning machine platform
CN117004929A (en) * 2023-08-28 2023-11-07 无锡先为科技有限公司 Temperature regulating device and wafer processing equipment

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6484717A (en) * 1987-09-28 1989-03-30 Furukawa Electric Co Ltd Semiconductor thin film vapor growth apparatus
JPH01117315A (en) * 1987-10-30 1989-05-10 Hitachi Cable Ltd Vapor growth method for semiconductor thin film crystal
JPH0533522U (en) * 1991-10-04 1993-04-30 国際電気株式会社 Single wafer CVD system susceptor
JPH08335575A (en) * 1995-06-06 1996-12-17 Tokyo Electron Ltd Heat treatment equipment and its method
JPH11243086A (en) * 1998-02-24 1999-09-07 Sony Corp Single wafer processing cvd device
JP2004035971A (en) * 2002-07-05 2004-02-05 Ulvac Japan Ltd Thin film manufacturing apparatus

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08272107A (en) * 1995-03-29 1996-10-18 Sony Corp Forming method for resist pattern
JP2001188211A (en) * 1999-12-28 2001-07-10 Optrex Corp Developing device for electrode substrate for liquid crystal display element

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6484717A (en) * 1987-09-28 1989-03-30 Furukawa Electric Co Ltd Semiconductor thin film vapor growth apparatus
JPH01117315A (en) * 1987-10-30 1989-05-10 Hitachi Cable Ltd Vapor growth method for semiconductor thin film crystal
JPH0533522U (en) * 1991-10-04 1993-04-30 国際電気株式会社 Single wafer CVD system susceptor
JPH08335575A (en) * 1995-06-06 1996-12-17 Tokyo Electron Ltd Heat treatment equipment and its method
JPH11243086A (en) * 1998-02-24 1999-09-07 Sony Corp Single wafer processing cvd device
JP2004035971A (en) * 2002-07-05 2004-02-05 Ulvac Japan Ltd Thin film manufacturing apparatus

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI409359B (en) * 2010-06-23 2013-09-21 Sharp Kk Vapor phase growth reactor
US9303164B2 (en) 2010-10-14 2016-04-05 Momentive Performance Materials Japan Llc Method of preparing a curable polyorganosiloxane composition
JP2012119422A (en) * 2010-11-30 2012-06-21 Toyota Central R&D Labs Inc Method for producing silicon film
JP2013021113A (en) * 2011-07-11 2013-01-31 Nuflare Technology Inc Vapor phase growth apparatus and vapor phase growth method
JP2020038937A (en) * 2018-09-05 2020-03-12 信越半導体株式会社 Method for manufacturing epitaxial wafer

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