特許 7592888 エピタキシャルドーパントガス希釈装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-22

(45)【発行日】2024-12-02

(54)【発明の名称】エピタキシャルドーパントガス希釈装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20241125BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023553505

(86)(22)【出願日】2022-02-16

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-29

(86)【国際出願番号】 CN2022076525

(87)【国際公開番号】W WO2022267492

(87)【国際公開日】2022-12-29

【審査請求日】2023-09-01

(31)【優先権主張番号】202121408826.3

(32)【優先日】2021-06-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】523334095

【氏名又は名称】ウェハー・ワークス・エピタキシャル・コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】グ、グアンアン

(72)【発明者】

【氏名】チェン、チャンアン

(72)【発明者】

【氏名】ワン、チュンチェ

【審査官】河合 俊英

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１７９４９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２３５９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００６－５２１７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－１６９１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２９２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４９３６８７７（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開昭５４－１４６９５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

濃度検出機構および第１の流量制御機構を備えるドーピングガスを通過させる第１のパイプラインと、
第２の流量制御機構を備える希釈ガスを通過させる第２のパイプラインと、
圧力調整器、圧力センサ、ベントパイプラインとバルブを備えている第３のパイプラインと、
ガス混合機構と、
ここで、上記第１のパイプラインの出口と上記第２のパイプラインの出口は、両方とも上記ガス混合機構の入口に接続され、上記ガス混合機構の出口は上記第３のパイプラインの入口に接続されている、
上記濃度検出機構、上記第１の流量制御機構および上記第２の流量制御機構に信号で接続されているコントローラと、
上記濃度検出機構の周囲温度を調節するように構成される温度調節器とを含み、
上記第１のパイプラインには、第３及び第４の制御弁がそれぞれ上記第１の流量制御機構の前部及び後部の位置に配置され、上記第３及び第４の制御弁が信号で上記コントローラに接続され、
上記第２のパイプラインにおいて、第１及び第２の制御弁は、上記第２の流量制御機構の前部及び後部の位置にそれぞれ配置され、上記第１及び第２の制御弁は、上記コントローラに信号的に接続され、
上記第１のパイプライン、上記第３のパイプライン及び上記ベントパイプラインは、上記濃度検出機構の検証経路を形成し、
第１の手動弁および第１の圧力センサは上記第１のパイプラインに配置され、第２の手動弁および第２の圧力センサは上記第２のパイプラインに配置され、第３の手動弁は上記ベントパイプラインに配置される、
ことを特徴とするエピタキシャルドーピングガス用の希釈装置。

【請求項2】

上記ガス混合機構はアキュムレータを使用していることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルドーピングガス用の希釈装置。

【請求項3】

計器ガスパイプラインを含み、計器ガス制御弁が上記計器ガスパイプライン上に配置され、上記コントローラは計器ガス制御弁に信号で接続されていることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルドーピングガス用の希釈装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はエピタキシャル成長装置に関し、特に、エピタキシャルドーバンドガス希釈装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ドーピングはエピタキシャル成長プロセス中の重要なステップである。エピタキシャル成長中において、ドーピングを制御することにより、エピタキシャル層の導電タイプと抵抗率を制御及び確保する必要がある。現在、シリコンエピタキシャル成長に、一般的に使用されている主なドーパント源は、ホスフィン、アルシン、ジボランなどで、これらは、シリコン源とエピタキシーを構成する主なガス流とともに気相の形でエピタキシャル反応チャンバーに入り、エピタキシャル成長と同時にエピタキシャル層にドープされる。ドーピング濃度と流量を制御することにより、シリコンエピタキシャル層のドーピング量を制御することができ、すなわち、エピタキシャル層の抵抗率を制御することができる。したがって、ドーパントガスの濃度と流量の長期安定性が、エピタキシャル層の抵抗率の安定性を決定することである。

【0003】

従来技術では、一般に、ドーパントガスボンベおよび希釈ガスボンベ内のガスは、特定の割合で混合および希釈されてから、エピタキシー用の反応チャンバーに出力される。ボンベ内のドーピングガスは、使用過程でその濃度が必然的に変動し、ボンベとボンベの間の濃度は必然的に違いがある。シングルボンベを使用する場合でも、ボンベを交換した後でも、ドーピング濃度の安定性を保証することはできない、これは製品の品質に直接影響する。

【発明の概要】

【0004】

本発明の主な目的は、長期的に安定したドーピング濃度を提供することができるエピタキシャルドーピングガス用の希釈装置を提供することである。

【0005】

上記目的を達成するために、本発明は、エピタキシャルドーピングガス用の希釈装置を提供し、
濃度検出機構および第１の流量制御機構を備えるドーピングガスを通過させる第１のパイプラインと、
濃度検出機構及び第１の流量制御機構に信号で接続されているコントローラとを含む。

【0006】

いくつかの実施例において、さらに希釈ガスを通過させるための第２のパイプラインを含む。

【0007】

いくつかの実施例において、第２の流量制御機構が第２のパイプライン上に配置され、コントローラは、第２の流量制御機構に信号で接続されている。

【0008】

いくつかの実施例において、上記第２のパイプラインにおいて、第１及び第２の制御弁は、第２の流量制御機構の前部及び後部の位置にそれぞれ配置され、第１及び第２の制御弁は、上記コントローラに信号で接続されている。

【0009】

いくつかの実施例において、さらに、ガス混合機構と第３のパイプラインを含み、第１のパイプラインの出口と第２のパイプラインの出口は、両方ともガス混合機構の入口に接続され、ガス混合機構の出口は第３のパイプラインの入口に接続されている。

【0010】

いくつかの実施例において、上記ガス混合機構はアキュムレータを使用している。

【0011】

いくつかの実施例において、第３のパイプラインには、圧力調整器、圧力センサ、ベントパイプラインとバルブのうちの１つまたは複数を備えている。

【0012】

いくつかの実施例において、上記第１のパイプラインには、第３及び第４の制御弁がそれぞれ第１の流量制御機構の前部及び後部の位置に配置され、第３及び第４の制御弁が信号で上記コントローラに接続されている。

【0013】

いくつかの実施例において、計器ガスパイプラインを含み、計器ガス制御弁が計器ガスパイプライン上に配置され、上記コントローラは計器ガス制御弁に信号で接続されている。

【0014】

いくつかの実施例において、濃度検出機構の周囲温度を調節するように構成される温度調節器を含む。

【0015】

本発明による希釈装置で希釈されたドーピングガスは、長期間安定した濃度を持ち、それによってエピタキシャル層が安定した抵抗率を持つことを保証できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本発明の希釈装置の概略構造図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明を図面及び実施例と組み合わせてさらに説明する。

【0018】

図１に示すように、本実施形態のエピタキシャルドーピングガス希釈装置は、主に、ドーピングガスを通過させるための第１のパイプライン１００及びコントローラー４００を含み、第１のパイプライン１００は、濃度検出機構１０１及び第１の流量制御機構１０２を備えている。コントローラー４００は濃度検出機構１０１と第１の流量制御機構１０２とに信号で接続されている。濃度検出機構１０１により検出されたドーピングガス中のドーパント濃度に応じて、コントローラー４００は、コントローラー４００に予め設定された希釈率設定値に従って、制御信号を第１の流量制御機構１０２に発送し、第１のパイプライン１００の出口から発送されたドーピングガス流量を制御し、希釈後のドーピングガスのドーピング濃度を安定させる。 濃度検出機構１０１は、濃度センサーを使用することができ、第１の流量制御機構１０２は、流量制御弁を使用することができ、コントローラー４００は、プログラム可能なコントローラーを使用することができる。

【0019】

本実施例において、さらに、希釈ガスを通過させるための第２のパイプライン２００を含む。第２のパイプライン２００は、第２の流量制御機構２０１を備えており、コントローラー４００は第２の流量制御機構２０１に信号的に接続されている。第２のパイプライン２００はドーピングガスを希釈するための希釈ガスを搬送する。コントローラーに設定された希釈率設定値により、一方では、第１の流量制御機構１０２は、第１のパイプライン１００内のドーピングガスの流量を制御することができ、他方では、制御信号はまた、第２の流量制御機構２０１に発送され、第２のパイプライン２００の出口から送られる希釈ガスの流量を制御することができ、ドーピングガスと希釈ガスの流量を同時に調整することにより、調整効率を向上させることができ、ドーピング濃度をより安定させる。第２の流量制御機構２０１はまた、流量制御弁を使用することができる。

【0020】

いくつかの実施例において、さらにガス混合機構３０１及び第３のパイプライン３００を含む。第１のパイプライン１００の出口及び第２のパイプライン２００の出口は両方とも、混合機構の入口及び混合の出口に接続されている。上記ガス混合機構３０１は、アキュムレータを使用している。アキュムレータは、圧力の大きな変動を防ぐために使用られ、他方では、アキュムレータに蓄積された圧力は、ドーピングガスと希釈ガスの十分な混合を助け、混合効果を高めることができる。第３のパイプライン３００は、圧力調節器３０４、圧力センサ３０３、ベントパイプライン３０５、及び手動弁３０６のうちの一つまたは複数を備えている。ここで、ベントパイプライン３０５を提供することにより、エピタキシャル成長が完了した後、パイプライン内の残りのガスを排出することができる。また、第１のパイプライン１００、第３のパイプライン３００及びベントパイプライン３０５は、濃度検出機構１０１の検証経路を形成することができる。検証中、検証ガスは、第１の経路の入口から入り、濃度検出機構１０１を通過した後、ベントパイプライン３０５から排出される。

【0021】

本実施例では、上記第１のパイプライン１００において、第３及び第４の制御弁１０３、１０４は、それぞれ、第１の流量制御機構１０２の前部及び後部の位置に配置されている。第３及び第４の制御弁１０３、１０４は、上記コントローラー４００に信号で接続されている。上記第２のパイプライン２００において、第１及び第２の制御弁２０２、２０３は、それぞれ、第２の流量制御機構２０１の前部及び後部の位置に設けられている。第１及び第２の制御弁２０２、２０３は、上記コントローラー４００に信号で接続されている。第１の流量制御機構１０２及び第２の流量制御機構２０１が作動を停止する場合に、第１及び第２の流量制御機構１０２，２０１の漏れによる後続のアキュムレータにおける希釈されたドーピングガスの濃度への影響を防ぐため、第１の流量制御機構１０２及び第２の流量制御機構２０１の両端にある第３及び第４の制御弁１０３、１０４、第１及び第２の流量制御弁２０２、２０３を閉じることができる。

【0022】

本実施例において、さらに計器ガスパイプラインを含み、計器ガス制御弁５００が計器ガスパイプライン上に配置され、上記コントローラー４００は、計器ガス制御弁５００に信号的に接続されている。計器ガス制御弁５００は、装置の自動化度を改善するためにコントローラー４００によって制御されている。

【0023】

本実施例において、また温度調節器を含み、上記温度調節器は、濃度検出機構１０１の周囲温度を調整するように構成されている。外部の温度調節器を追加することにより、外部環境要因が検出結果に与える影響を低減する。

【0024】

さらに、手動弁１０５及び圧力センサ１０６を第１のパイプライン１００に配置し、手動弁２０４及び圧力センサ２０５を第２のパイプラインに配置し、手動弁３０７をベントパイプライン３０５に設定することができ、これにより、希釈装置を手動で調整することが可能になる。

【0025】

ドーパントガスを希釈する際に、ホスフィンなどのドーパントガスが第１のパイプライン１００の入口に導入され、水素などの希釈ガスが第２のパイプライン２００に導入され、濃度検出機構１０１によって、検出されたホスフィンの濃度値はコントローラー４００に送られる。コントローラー４００は、予め設定された希釈率に従って、第１の流量制御機構１０２及び第２の流量制御機構２０１を調整し、予め設定された希釈率を達成させる。ホスフィン及び水素はガス混合機構３０１に入って混合が行われ、圧力が安定されて、希釈されたドーピングガスが第３のパイプライン３００に配置された圧力調節器３０４を介して圧力が調整されて、反応チャンバーに送られドーピングされる。

【0026】

ガス源としてのボンベ元のガスの直接ガス供給によって生成された製品と、本発明による希釈装置を介して同じ濃度のガス源のガス供給によって生成された製品を比較すると、結果は次のようになる。

【0027】

【表1】

上表の実験結果は、本発明による希釈装置のガス供給によって生成されたエピタキシャルウェーハの抵抗率の変動が、元のガス供給システムのそれよりもはるかに小さいことを示している。その理由は、本発明の希釈装置を使用することにより、ドーパント濃度が長期間安定するドーピングガスを得ることができるからである。本発明の希釈装置により、濃度の長期安定供給を確保し、より安定したエピタキシャル抵抗率を得ることができ、大量生産に適しており、生産での応用を普及するのに適している。

【0028】

本発明の実施例は、本発明を説明するためにのみ使用され、特許請求の範囲を制限するものではない。当業者により考えられる他の実質的に均等の置換は、すべて本発明の保護範囲内に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
濃度検出機構および第１の流量制御機構を備えるドーピングガスを通過させる第１のパイプラインと、
上記濃度検出機構及び上記第１の流量制御機構に信号で接続されているコントローラとを含むことを特徴とするエピタキシャルドーピングガス用の希釈装置。
［２］
さらに希釈ガスを通過させるための第２のパイプラインを含むことを特徴とする［１］に記載のエピタキシャルドーピングガス用の希釈装置。
［３］
第２の流量制御機構が上記第２のパイプライン上に配置され、
上記コントローラは、上記第２の流量制御機構に信号で接続されていることを特徴とする［２］に記載のエピタキシャルドーピングガス用の希釈装置。
［４］
上記第２のパイプラインにおいて、第１及び第２の制御弁は、上記第２の流量制御機構の前部及び後部の位置にそれぞれ配置され、
上記第１及び第２の制御弁は、上記コントローラに信号的に接続されていることを特徴とする［３］に記載のエピタキシャルドーピングガス用の希釈装置。
［５］
さらに、ガス混合機構と第３のパイプラインとを含み、
上記第１のパイプラインの出口と上記第２のパイプラインの出口は、両方とも上記ガス混合機構の入口に接続され、
上記ガス混合機構の出口は上記第３のパイプラインの入口に接続されていることを特徴とする［２］に記載のエピタキシャルドーピングガス用の希釈装置。
［６］
上記ガス混合機構はアキュムレータを使用していることを特徴とする［５］に記載のエピタキシャルドーピングガス用の希釈装置。
［７］
上記第３のパイプラインには、圧力調整器、圧力センサー、ベントパイプラインとバルブのうちの１つまたは複数を備えていることを特徴とする［５］に記載のエピタキシャルドーピングガス用の希釈装置。
［８］
上記第１のパイプラインには、第３及び第４の制御弁がそれぞれ上記第１の流量制御機構の前部及び後部の位置に配置され、
上記第３及び第４の制御弁が信号で上記コントローラに接続されていることを特徴とする［１］に記載のエピタキシャルドーピングガス用の希釈装置。
［９］
計器ガスパイプラインを含み、計器ガス制御弁が上記計器ガスパイプライン上に配置され、上記コントローラは計器ガス制御弁に信号で接続されていることを特徴とする［１］に記載のエピタキシャルドーピングガス用の希釈装置。
［１０］
上記濃度検出機構の周囲温度を調節するように構成される温度調節器を含むことを特徴とする［１０］に記載のエピタキシャルドーピングガス用の希釈装置。

【符号の説明】

【0029】

１００…第１のパイプライン、１０１…濃度検出機構、１０２…第１の流量制御機構、１０３…第３の制御弁、１０４…第４の制御弁、２００…第２のパイプライン、２０１…第２の流量制御機構、２０２…第１の制御弁、２０３…第２の制御弁、３００…第３のパイプライン、３０１…ガス混合機構、３０４…圧力調節器、３０５…ベントパイプライン、４００…コントローラー、５００…計器ガス制御弁、１０６、２０５、３０２、３０３…圧力センサ、１０５、２０４、３０６、３０７…手動弁。

【図1】