JP6210382B2 - Epitaxial growth equipment - Google Patents
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Description
本発明は、シリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル成長装置に関する。 The present invention relates to an epitaxial growth apparatus for growing an epitaxial layer on a main surface of a silicon single crystal substrate.
シリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を成長させる装置として、特許文献1〜4に示すような気相成長装置を用いた枚葉式のエピタキシャル成長装置が知られている。 As a device for growing an epitaxial layer on the main surface of a silicon single crystal substrate, a single wafer type epitaxial growth device using a vapor phase growth device as shown in Patent Documents 1 to 4 is known.
エピタキシャル層の成長速度は温度の影響を強く受けるので、エピタキシャル層厚の均一性を向上させるためには、シリコン単結晶基板の面内の温度分布の制御が重要である。エピタキシャル成長装置の加熱方式には様々なものがあり、シリコン単結晶基板を1枚ずつエピタキシャル成長させる枚葉式エピタキシャル装置の場合は、シリコン単結晶基板の上下から棒状ヒータで加熱する方式が多く使われる。前記棒状ヒータで加熱する方式の場合は、前記棒状ヒータを放射状に1列の円形に配列することになり、この棒状ヒータの背後には前記棒状ヒータからの熱線を反射して基板に照射するためのドーナツ状のリフレクタを配置する。 Since the growth rate of the epitaxial layer is strongly influenced by the temperature, it is important to control the temperature distribution in the plane of the silicon single crystal substrate in order to improve the uniformity of the epitaxial layer thickness. There are various heating methods for the epitaxial growth apparatus, and in the case of a single wafer epitaxial apparatus in which a single crystal silicon substrate is epitaxially grown one by one, a heating method using a bar heater from above and below the silicon single crystal substrate is often used. In the case of the method of heating with the rod heater, the rod heaters are arranged in a circular pattern in a radial pattern, and the heat rays from the rod heater are reflected behind the rod heater to irradiate the substrate. Place a donut-shaped reflector.
サセプタに水平に載置されたシリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル成長装置には、サセプタおよびシリコン単結晶基板の中央領域と周囲領域を加熱する棒状ヒータのヒータ群に分かれているヒータモジュールがあり、さらには中央領域と周囲領域の中間領域を加熱する棒状ヒータのヒータ群を有するものがあって、これらのヒータ群の出力を調整することによりウェーハの温度分布を制御する。 An epitaxial growth apparatus for growing an epitaxial layer on the main surface of a silicon single crystal substrate placed horizontally on a susceptor is divided into a heater group of rod heaters that heat a central region and a peripheral region of the susceptor and the silicon single crystal substrate. Some heater modules have a heater group of rod heaters that heat an intermediate region between a central region and a peripheral region, and the temperature distribution of the wafer is controlled by adjusting the output of these heater groups.
これらの棒状ヒータには、主にハロゲンランプが用いられる。ウェーハの温度分布を均一化する場合、それぞれのヒータ群のエネルギー供給分布の変化率が重要となる。例えば、シリコン単結晶基板の中央領域と周囲領域を加熱する2つのヒータ群を有するヒータモジュールの場合、中央領域用ヒータ群では周囲領域ほどエネルギー供給量が低減し、周囲領域用ヒータ群では中央領域ほどエネルギー供給量が低減するものが用いられるが、それぞれのエネルギー供給量の変化率が逆相関となるように、ヒータの設置位置や本数、リフレクタ形状を設計する必要がある。 A halogen lamp is mainly used for these bar heaters. When the temperature distribution of the wafer is made uniform, the rate of change of the energy supply distribution of each heater group is important. For example, in the case of a heater module having two heater groups for heating the central region and the peripheral region of the silicon single crystal substrate, the energy supply amount is reduced in the peripheral region in the central region heater group, and the central region in the peripheral region heater group. As the energy supply amount is reduced, the heater installation position, the number of heaters, and the reflector shape must be designed so that the rate of change of each energy supply amount is inversely correlated.
図3に従来のエピタキシャル成長装置を示す。図3において、符号100は従来のエピタキシャル成長装置を示す。エピタキシャル成長装置100は、反応室102内にシリコン単結晶基板Wを水平に配置するためのサセプタ104が設けられ、サセプタ104は支持軸106により支持され、この支持軸106はサセプタ104を回転させるための機構(図示省略)を有する。
FIG. 3 shows a conventional epitaxial growth apparatus. In FIG. 3,
図3に示すエピタキシャル成長装置100は、前記サセプタ104の下方に複数の棒状ヒータ108が放射状に円形に配列された放射状下方ヒータ群110a,110b及び前記サセプタ104の上方に複数の棒状ヒータ108が放射状に円形に配列された放射状上方ヒータ群110cを有するヒータモジュール112を備えている。
ヒータモジュール112は、放射状下方ヒータ群110aが、中央領域用として放射状に円形に棒状ヒータ108が配列され、放射状下方ヒータ群110bが、周囲領域用として前記中央領域用の放射状下方ヒータ群110aの外側に同心円状に棒状ヒータ108が配列されている。
In the
In the
また、前記周囲領域用の放射状下方ヒータ群110bを取り囲むように円筒状の最外周反射部材114が設置され、さらに中央領域用の放射状下方ヒータ群110aと周囲領域用の放射状下方ヒータ群110bの間にも円筒状の中間反射部材116が設置され、加えて中央領域用ヒータ群110aの内側に円筒状の最内周反射部材118が設置されている。さらにまた、サセプタ104の上方にも放射状上方ヒータ群110cとして同心円状に棒状ヒータ108が配列され、前記放射状上方ヒータ群110cを取り囲むように円筒状の最外周反射部材120が設置され、前記放射状上方ヒータ群110cの内側に円筒状の内周反射部材122が設置されている。この放射状上方ヒータ群110cは上方から均一にエネルギーを供給する構造となっている。
A cylindrical outermost peripheral reflecting
従来のエピタキシャル成長装置100の場合、中央領域用の放射状下方ヒータ群110aの中央領域から周囲領域に至るエネルギー供給量の変化率に比べて、周囲領域用の放射状下方ヒータ群110bの周囲領域から中央領域に至るエネルギー供給量の変化率が小さくなることがあり、中央領域用と周囲領域用のヒータ群の出力を調整しても、シリコン単結晶基板Wの中央領域に温度の高い領域が残留することがあった。このような温度分布でシリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を成長させると、シリコン単結晶基板Wの中央領域のエピタキシャル層が相対的に厚くなり、シリコン単結晶基板の平坦度が悪化してしまうという問題があった。
In the case of the conventional
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みなされたもので、シリコン単結晶基板の温度分布均一性が向上し、より高平坦なエピタキシャル成長を可能としたエピタキシャル成長装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide an epitaxial growth apparatus that improves the temperature distribution uniformity of a silicon single crystal substrate and enables higher planar epitaxial growth. .
上記課題を解決するために、本発明のエピタキシャル成長装置は、サセプタに水平に載置されたシリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル成長装置であって、前記サセプタの下方に位置し、複数の棒状ヒータが放射状に円形に配列された放射状下方ヒータ群が同心円状に2列以上配置された複数の放射状下方ヒータ群を有するヒータモジュールと、前記複数の放射状下方ヒータ群の最外側の放射状下方ヒータ群を取り囲む円筒状の最外周下方反射部材と、を含み、前記最外周下方反射部材が傾斜面を有し、前記最外側の放射状下方ヒータ群から離れるほど前記円筒状の最外周下方反射部材の直径が増大するように前記傾斜面が形成され、かつ前記傾斜面が前記最外周下方反射部材の縁部に形成され、前記最外側の放射状下方ヒータ群と前記最外側の放射状下方ヒータ群に隣接する放射状下方ヒータ群との間に、円筒状の中間反射部材を備え、前記棒状ヒータがハロゲンランプであることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an epitaxial growth apparatus of the present invention is an epitaxial growth apparatus for growing an epitaxial layer on the main surface of a silicon single crystal substrate placed horizontally on a susceptor, and is located below the susceptor. A heater module having a plurality of radial lower heater groups in which a plurality of radial lower heater groups in which a plurality of rod heaters are arranged radially in a circle are arranged in two or more rows concentrically, and an outermost radial shape of the plurality of radial lower heater groups A cylindrical outermost lower reflection member surrounding the lower heater group, the outermost lower reflection member having an inclined surface, and the cylindrical outermost lower reflection as the distance from the outermost radial lower heater group increases. the inclined surface is formed so that the diameter of the member is increased, and the inclined surface is formed on the edge of the outermost lower reflector member, the outermost Between the radial lower heater group adjacent to the radially lower heater the outermost radial lower heater group with a group on the side, a cylindrical intermediate reflective member, wherein said rod-like heater is a halogen lamp.
前記傾斜面が、前記最外周下方反射部材の縁部に形成されるのが好適である。 It is preferable that the inclined surface is formed at an edge of the outermost peripheral lower reflecting member.
前記最外側の放射状下方ヒータ群と前記最外側の放射状下方ヒータ群に隣接する放射状下方ヒータ群との間に、円筒状の中間反射部材を備えるのが好ましい。 It is preferable that a cylindrical intermediate reflecting member is provided between the outermost radial lower heater group and the radial lower heater group adjacent to the outermost radial lower heater group.
また、前記棒状ヒータがハロゲンランプであるのが好適である。 The rod heater is preferably a halogen lamp.
上述のように、最外側に配置された放射状下方ヒータ群を取り囲むように設置された円筒状の最外周下方反射部材の内円筒面の縁部などに傾斜面を設け、この傾斜面が前記最外側の放射状下方ヒータ群から離れるほど最外周下方反射部材の直径が増大する形状とする。最外側の放射状下方ヒータ群から放射されるエネルギーのうち、多くのものが最外周反射部材と中間反射部材との間で多重反射し、最終的に最外周反射部材で反射されて中央領域に到達するものと、中間反射部材で反射されて周囲領域に到達するものに分かれる。 As described above, an inclined surface is provided at an edge of the inner cylindrical surface of the cylindrical outermost lower reflection member installed so as to surround the radially lower heater group disposed on the outermost side, and this inclined surface is the outermost surface. It is set as the shape which the diameter of an outermost periphery downward reflection member increases, so that it leaves | separates from an outer radial lower heater group. Of the energy radiated from the outermost radial lower heater group, most of the energy is reflected multiple times between the outermost reflecting member and the intermediate reflecting member, and finally reflected by the outermost reflecting member to reach the central region. And those that are reflected by the intermediate reflecting member and reach the surrounding area.
最外周反射部材の内円筒面の縁などにヒータから離れるほど最外周下方反射部材の直径が増大する傾斜面を設けると、中央領域に向かうエネルギーの方向を変えることによって、中央領域に供給するエネルギー量を低下させることができる。このような最外周反射部材を用いることにより、周囲領域用ヒータ群の周囲領域から中央領域に至るエネルギー供給量の変化率を増大させて、中央領域用ヒータ群の中央領域から周囲領域に至るエネルギー供給量の変化率と逆相関になるように調整すると、ウェーハの温度分布均一性が向上し、より高平坦なエピタキシャル成長が可能となる。 The energy supplied to the central region by changing the direction of energy toward the central region by providing an inclined surface that increases the diameter of the lower outermost reflective member as the distance from the heater increases at the edge of the inner cylindrical surface of the outermost reflective member. The amount can be reduced. By using such an outermost peripheral reflection member, the rate of change in the amount of energy supplied from the peripheral region to the central region of the peripheral region heater group is increased, and the energy from the central region to the peripheral region of the central region heater group is increased. By adjusting so as to have an inverse correlation with the rate of change of the supply amount, the temperature distribution uniformity of the wafer is improved, and a higher flat epitaxial growth becomes possible.
一方、最外周反射部材の内円筒面の縁部の傾斜面を、ヒータから離れるほど直径が減少する形状とした場合も、中央領域に供給するエネルギー量を低下させることができる。これは、最外周反射部材と中間反射部材との間を多重反射して、最終的に最外周反射部材で反射される際に、中央領域に向かわずに外周反射部材と中間反射部材との間に戻されるエネルギー成分が増え、このエネルギー成分は再度多重反射するためである。しかし、多重反射の回数が大幅に増大して、エネルギーの一部が反射部材に吸収され、反射部材の金コートを破損することがあった。したがって、ヒータから離れるほど直径が増大する形状とした方が、より効率的にエネルギー分布を調整することができる。 On the other hand, even when the inclined surface at the edge of the inner cylindrical surface of the outermost peripheral reflection member has a shape in which the diameter decreases with increasing distance from the heater, the amount of energy supplied to the central region can be reduced. This is because multiple reflections are made between the outermost reflecting member and the intermediate reflecting member, and finally reflected by the outermost reflecting member, it does not go to the central region but between the outer reflecting member and the intermediate reflecting member. This is because the energy component returned to (2) increases and this energy component again undergoes multiple reflection. However, the number of multiple reflections is greatly increased, and part of the energy is absorbed by the reflecting member, which sometimes breaks the gold coat of the reflecting member. Therefore, the energy distribution can be adjusted more efficiently if the diameter increases as the distance from the heater increases.
本発明によれば、シリコン単結晶基板の温度分布均一性が向上し、より高平坦なエピタキシャル成長を可能としたエピタキシャル成長装置を提供することができるという著大な効果を有する。 According to the present invention, the temperature distribution uniformity of the silicon single crystal substrate is improved, and there is a remarkable effect that it is possible to provide an epitaxial growth apparatus that enables higher planar epitaxial growth.
以下、本発明の一つの実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、これらの説明は例示的に示されるもので限定的に解釈すべきものでないことはいうまでもない。 In the following, one embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, it is needless to say that these descriptions are given by way of example and should not be construed as limiting.
図1において、符号10は、本発明に係るエピタキシャル成長装置の一つの実施の形態を示す。エピタキシャル成長装置10は、反応室12内にシリコン単結晶基板Wを水平に配置するためのサセプタ14が設けられ、サセプタ14は支持軸16により支持され、この支持軸16はサセプタ14を回転させるための機構(図示省略)を有する。
In FIG. 1,
図1に示すエピタキシャル成長装置10は、前記サセプタ14の下方に複数の棒状ヒータ18が放射状に円形に配列された放射状下方ヒータ群20a,20b及び前記サセプタ14の上方に複数の棒状ヒータ18が放射状に円形に配列された放射状上方ヒータ群20cを有するヒータモジュール22を備えている。
ヒータモジュール22は、放射状下方ヒータ群20aが、中央領域用として放射状に円形に棒状ヒータ18が配列され、放射状下方ヒータ群20bが、周囲領域用として前記中央領域用の放射状下方ヒータ群20aの外側に同心円状に棒状ヒータ18が配列されている。前記棒状ヒータとしてはハロゲンランプの例を示した。
In the
The
また、前記周囲領域用の放射状下方ヒータ群20bを取り囲むように円筒状の最外周反射部材24が設置され、さらに中央領域用の放射状下方ヒータ群20aと周囲領域用の放射状下方ヒータ群20bの間にも円筒状の中間反射部材26が設置され、加えて中央領域用ヒータ群20aの内側に円筒状の最内周反射部材28が設置されている。さらにまた、サセプタ14の上方にも放射状上方ヒータ群20cとして同心円状に棒状ヒータ18が配列され、前記放射状上方ヒータ群20cを取り囲むように円筒状の最外周反射部材30が設置され、前記放射状上方ヒータ群20cの内側に円筒状の内周反射部材32が設置されている。
A cylindrical outermost
そして、前記最外周下方反射部材24が傾斜面34を有しており、前記傾斜面34が、前記最外側の放射状下方ヒータ群20bから離れるほど前記円筒状の最外周下方反射部材24の直径が増大するように形成されている。また、前記傾斜面34は、前記最外周下方反射部材24の縁部36に形成されている。
The outermost outer periphery lower reflecting
以下に、本発明の実施例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想から逸脱しない限り様々の変形が可能であることは勿論である。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples, and various modifications can be made without departing from the technical idea of the present invention. Of course.
(実施例1)
実施例1として、図1に示した直径300mmウェーハ用の枚葉式エピタキシャル成長装置を用い、直径300mmのシリコンウェーハの中心温度を1100℃に加熱したときのウェーハ面内温度分布を測定した。棒状ヒータとしてはハロゲンランプを使用した。測定は、特公平07−058730に記載されている方法で行った。これは、イオン注入によって表面に不純物注入層が形成された拡散ウェーハを用意し、熱拡散後のシート抵抗を測定することによりウェーハの面内温度分布を求める方法である。実施例1では、図1に示す最外周下方反射部材24の傾斜面34の角度Aを15度とし、傾斜面34の長さHを50mmとした。測定結果を図2に示す。図2に示されるように、実施例1の面内最大温度差は1.6℃となった。
Example 1
As Example 1, using the single wafer epitaxial growth apparatus for a 300 mm diameter wafer shown in FIG. A halogen lamp was used as the rod heater. The measurement was performed by the method described in Japanese Patent Publication No. 07-058730. In this method, a diffusion wafer having an impurity injection layer formed on the surface by ion implantation is prepared, and the in-plane temperature distribution of the wafer is obtained by measuring the sheet resistance after thermal diffusion. In Example 1, the angle A of the
(比較例1)
比較例1として、図3に示した従来の直径300mmウェーハ用の枚葉式エピタキシャル成長装置100を用い、シリコンウェーハの中心温度を1100℃に加熱したときのウェーハ面内温度分布を実施例1と同様に測定した。棒状ヒータとしてはハロゲンランプを使用した。従来の枚葉式エピタキシャル成長装置100は、図1の傾斜面34が形成されていないこと以外は図1の枚葉式エピタキシャル成長装置10と同様の構成である。比較例1の測定結果を図2に示す。図2に示されるように比較例1の面内最大温度差は7.0℃となった。
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, the wafer surface temperature distribution when the center temperature of the silicon wafer is heated to 1100 ° C. using the conventional single wafer
このように、本発明のエピタキシャル成長装置を用いることで、シリコン単結晶基板の温度分布均一性が向上し、より高平坦なエピタキシャル成長が可能であることが示された。 Thus, it has been shown that by using the epitaxial growth apparatus of the present invention, the temperature distribution uniformity of the silicon single crystal substrate is improved, and higher planar epitaxial growth is possible.
なお、上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The above-described embodiment is an exemplification, and the embodiment having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and having the same function and effect is any type. Are also included in the technical scope of the present invention.
10:本発明のエピタキシャル成長装置、12,102:反応室、14,104:サセプタ、16,106:支持軸、18,108:棒状ヒータ、20a,20b,110a,110b:放射状下方ヒータ群、20c,110c:放射状上方ヒータ群、22,112:ヒータモジュール、24,30,114,120:最外周反射部材、26,116:中間反射部材、28,118:最内周反射部材、32,122:内周反射部材、34:傾斜面、36:縁部、100:従来のエピタキシャル成長装置、A:傾斜面の角度、H:傾斜面の長さ、W:シリコン単結晶基板。 10: epitaxial growth apparatus of the present invention, 12, 102: reaction chamber, 14, 104: susceptor, 16, 106: support shaft, 18, 108: rod heater, 20a, 20b, 110a, 110b: radial lower heater group, 20c, 110c: radial upper heater group, 22, 112: heater module, 24, 30, 114, 120: outermost reflecting member, 26, 116: intermediate reflecting member, 28, 118: innermost reflecting member, 32, 122: inner Circumferential reflection member, 34: inclined surface, 36: edge, 100: conventional epitaxial growth apparatus, A: angle of inclined surface, H: length of inclined surface, W: silicon single crystal substrate.
Claims (1)
前記サセプタの下方に位置し、複数の棒状ヒータが放射状に円形に配列された放射状下方ヒータ群が同心円状に2列以上配置された複数の放射状下方ヒータ群を有するヒータモジュールと、
前記複数の放射状下方ヒータ群の最外側の放射状下方ヒータ群を取り囲む円筒状の最外周下方反射部材と、
を含み、
前記最外周下方反射部材が傾斜面を有し、前記最外側の放射状下方ヒータ群から離れるほど前記円筒状の最外周下方反射部材の直径が増大するように前記傾斜面が形成され、かつ前記傾斜面が前記最外周下方反射部材の縁部に形成され、前記最外側の放射状下方ヒータ群と前記最外側の放射状下方ヒータ群に隣接する放射状下方ヒータ群との間に、円筒状の中間反射部材を備え、前記棒状ヒータがハロゲンランプであることを特徴とするエピタキシャル成長装置。 An epitaxial growth apparatus for growing an epitaxial layer on a main surface of a silicon single crystal substrate placed horizontally on a susceptor,
A heater module having a plurality of radial lower heater groups, which are located below the susceptor and in which two or more radial lower heater groups in which a plurality of rod heaters are arranged in a radial pattern are concentrically arranged;
A cylindrical outermost lower reflection member surrounding the outermost radial lower heater group of the plurality of radial lower heater groups;
Including
The outermost lower reflection member has an inclined surface, said inclined surface so that the diameter increases the outermost lower reflecting member of said cylindrical increasing distance from the outermost radial lower heater group is formed, and the inclined A cylindrical intermediate reflecting member is formed between the outermost radial lower heater group and the radial lower heater group adjacent to the outermost radial lower heater group. An epitaxial growth apparatus characterized in that the rod heater is a halogen lamp .
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