JPH01297820A

JPH01297820A - 基体へのフィルム被着装置およびその方法

Info

Publication number: JPH01297820A
Application number: JP5024089A
Authority: JP
Inventors: A Starl Richard; リチャード・エイ・スタール; R Nelson Craig; クレイグ・アール・ネルソン
Original assignee: Emcore Corp
Current assignee: Emcore Corp
Priority date: 1988-03-04
Filing date: 1989-03-03
Publication date: 1989-11-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、固体物質を気体で処理する装置および方法、
特に、フィルムを固体物質に被着する装置および方法に
関する。

（従来の技術および発明が解決しようとする課題）種々の商業的規模の処理に関して、気体処理法は周知で
あるが、半導体装置の製造において広く使用されている
特に有意義な気体処理法の１つに、気体蒸着法がある。

かかる処理は、平面シリコンウェーハのような基体（ｓ
ｕｂｓｔｒａｔｅ）あるいは他の適宜のこの種の材料を
、反応すると気体またはウェーハの面に所望の物質を被
着する気体に曝すようになっている。かかる種類の典型
的な処理においては、被着された物質は、下にある基体
の結晶格子構造を反復するエピタキシャルフィルムを形
成する。これらの方法においては、幾つかの異なる反応
性ガス混合物を順々に使用することにより、組成の異な
る層を被着させることができる。代表的なかかる処理に
おいては、水素、ハロゲン化珪素および所望の少量成分
のハロゲン化物の混合物即ちドーパントを、加熱しなか
らウェーハと接触させることができる。これらの気体が
加熱されたウェーハの表面と接触すると、反応が行なわ
れ、所望のドーパントを含有するシリコンの層がウェー
ハの表面に被着される。別のドーパントを使用してこの
処理を繰返すと、異なったドーパントを有する幾つかの
層を備えた多層半導体構造体を得ることができる。トリ
メチルガリウムとアルシン［ａｒｓｉｎｅ）との混合物
を使用して同様の処理を行なえば、所望のドーパント即
ち少量成分を含有する砒素化ガリウムの層を被着させる
ことができる。

このような方法によって得られる被覆ウェーハは、集積
回路のような装置をつくるために別の周知の処理を受け
る。これらの気体被着処理により、このようにしてウェ
ーハの表面に被着された層は、かかる集積回路に含まれ
るマイクロトランジスタ（ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ　ｔ
ｒａｎｓｉｓｔｏｒ）その他の半導体装置の能動素子（
ａｃｔｉｖｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ）を形成する。従って、
被着層の厚み、組成および品質は、得ようとする半導体
装置の特性を決定する上で特に重要となる。従って、気
体被着処理は、均一な組成と厚みの領域部をこれらの基
体の面に被着させることができるものでなければならな
いことは明白である。

これらのフィルムをこのような基体に被着するのに使用
される特定のタイプの反応器の１つに、かかる基体を取
着することができる平坦なプレートを備えたものがある
。例えば、ジエイコプ（Ｊａｃｏｂ）に付与された米国
特許第４．０［１６，０３７号には、反応体ガス（ｒｅ
ａｃｔａｎｔ　ｇａｓ）を、複数の孔を有する気体分散
ヘッドを備えたマニホールドに中央導入チューブを介し
て供給する室が開示されている。また、メイヤーソン（
Ｍｅｙｅｒｓｏｎｌ等に付与された米国特許第４，５９
２，９３３号には、かかる種類の別の反応器が開示され
ている。

ジャーナル・才ブ・アプライド・フィジックス（Ｊｏｕ
ｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ）第
５７巻、第１２号、１９８５年６月１５日に掲載のスワ
ミナサン（Ｓｗａｍｉｎａ−ｔｈａｎｌ等の［有機金属
化学蒸着により生長させたＧａＡｓの特性Ｊ　（”（：
ｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＧａＡｓ　ｆ
ｉｌｍｓｇｒｏｗｎ　ｂｙ　ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ
　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉ−ｔｉ
ｏｎ”）と題する論文には、垂直反応器における表面形
態学に対するＡｓ／Ｇａフラックス、生長温度その他の
種々の生長条件の影響が開示されている。

かかる気体処理システムに関して、著しく大きい面積に
わたって一層均一な生長速度を得ることができかつ一層
効率的に反応体ガスを使用することができるようにする
研究が続けられている。

（課題を解決するための手段）本発明の−の観点によれば、反応室と、該反応室を排気
する手段と、上面を有しかつ前記反応室内において所定
の回転軸線を中心に高速回転するように配設された回転
自在のテーブルからなり、前記上面に基体を高速回転す
ることができるように取着支持することができる基体支
持手段と、該基体支持手段の前記上面に向けて所定の方
向へキャリヤガスを前記反応室内に注入するキャリヤガ
ス注入（ｉｎｊｅｃｔｉｎｇ１手段と、前記所定の方向
へ向けて反応体ガスを前記反応室に注入することにより
前記反応体ガスを前記基体支持手段の前記上面へ向けて
前記キャリヤガスに担持させることができる反応体ガス
注入手段とを備えてなる基体へのフィルム被着装置にお
いて、前記反応体ガス注入手段は、前記基体支持手段の外周に
向けて注入される前記反応体ガスの量と比較して少量の
前記反応体ガスを前記基体支持手段の前記所定の回転軸
線に向けて注入することにより前記基体に対して前記反
応体ガスを著しく均一に適用することができるように、
前記反応室に対して前記反応体ガスの所定の分配を行な
わせる分配（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇ）手段を備える
ことを特徴とする構成の基体へのフィルム被着装置が提
供されている。

本発明の別の観点によれば、反応室と、該反応室を排気
する手段と、上面を有しかつ前記反応室内において所定
の回転軸線を中心に高速回転するように配設された回転
自在のテーブルからなり、前記上面に基体を高速回転す
ることができるように取着支持することができる基体支
持手段と、該基体支持手段の前記上面に向けて所定の方
向へキャリヤガスを前記反応室内に注入するキャリヤガ
ス注入手段と、前記所定の方向へ向けて反応体ガスを前
記反応室に注入するように前記キャリヤガス注入手段と
並列配置された反応体ガス注入手段とを備えてなる基体
へのフィルム被着装置において、前記キャリヤガス注入手段と前記反応体ガス注入手段は
、前記キャリヤガスと反応体ガスが前記基体支持手段に
到達する前に十分に混合してガス混合物となることによ
り前記キャリヤガスが前記反応ガスを前記基体支持手段
の前記上面に向けて担持することができるように十分な
距離だけ前記基体支持手段から離隔されており、前記反応体ガス注入手段は、前記反応室に対して前記反
応体ガスを分配する分配手段を備えており、前記基体支持手段は、前記ガス混合物の薄い境界層が前
記基体支持手段の前記上面と接触しかつ前記反応室内の
前記ガス混合物の再循環を実質上防止するように十分な
速度で回転することができることを特徴とする構成の基
体へのフィルム被着装置が提供されている。

本発明の更に別の観点によれば、反応室内において基体
を基体支持面に支持する工程と、前記反応室を排気する
工程と、前記反応室内の所定の面内において所定の回転
軸線を中心に高速度で前記基体支持面を回転させる工程
と、前記基体支持面に向けて所定の方向にキャリヤガス
を前記反応室内に注入する工程と、前記所定の方向へ向
けて反応体ガスを前記反応室に注入することにより前記
反応体ガスを前記基体支持面へ向けて前記キャリヤガス
に担持させる工程とを備える基体へのフィルム被着方法
において、前記基体支持面の外周に向けて注入される前記反応体ガ
スの量と比較して少量の前記反応体ガスを前記基体支持
面の前記所定の回転軸線に向けて注入することにより前
記基体に対して前記反応体ガスを著しく均一に適用する
ことができるように、前記反応室に対する前記反応体ガ
スの所定の分配を行なわせる工程を備えることを特徴と
する構成の基体へのフィルム被着方法が提供されている
。

好ましい実施例においては、高速回転は少なくとも約５
０　Ｏｒｐｍの速度を、より好ましくは少なくとも約１
０００ｒｐｎｉの速度を、もつとも有意には基体支持面
の外周において少なくとも約２０００ｒｒｌ／秒の回転
速度を生ずるのに十分な回転速度を有する。

上記構成の本発明に係る装置および方法によれば、大き
い面積に亘って著しく均一な生長速度を得ることができ
る。従って、本発明がその特有な効果を発揮するために
は、高速回転が特に重要であるが、特に基板支持手段の
中央部において結晶生長速度が不均一になるのを防止す
るために上記した態様で反応体ガスを分配させることも
臨界的である。

（実施例）以下、本発明を図面に示す実施例に関して説明する。図
面において、同じ参照番号は同じ部材な示す。

第１図には、本発明に係る反応器Ｒが示されている。反
応器Ｒは、同心をなして配設され、かつ、環状の上部反
応室支持体１４ｃと環状の下部反応室支持体１４ｄとに
接続された一対の円筒状の内側壁部材１４ａと外側壁部
材１４ｂとから形成された反応室１４を備えている。反
応室１４は、環状の上部反応室支持体１４ｃによって画
定される上部円形開口１４ｅと環状の下部反応室支持体
１４ｄによって画定される下部円形開口１４ｆとを備え
ている。

反応室１４は、上部壁３により閉止され、該上部壁３は
、環状の外側フランジ３ａを備え、環状の上部反応室支
持体１４ｃに対応するように形成され、しかもポルト１
１によって外側フランジ３ａに固着されている。上部壁
３の中央には、開口が形成され、円筒状の流入チューブ
５が挿通されている。この流入チューブ５は、環状の上
部フランジ接続体９を備え、この接続体は、該接続体９
に対応して構成された環状の覗き窓フランジ７の中央部
に配設された覗き窓６によって覆われ、封止されている
。

反応室１４内には、メインシャフト３７が下部円形開口
１４ｆを介して上方へ延びて配設されている。この下部
円形開口１４ｆはまた、詳細に後述するように、排気ガ
スを排出する作用も行なう。メインシャフト３７は、上
端にアーバ（ａｒｂｏｒ）　２０を備え、アーバにはウ
ェーハキャリヤ１５が取着されている。かかる構成につ
いても、詳細に後述する。メインシャフト３７は、図示
されていない通常の手段によって回転自在に支持され、
かつ、シールされた状態で回転されるようになっている
。即ち、メインシャフト３７は、Ｌ字状のブツシュ保持
体３１に回転自在に取着され、ブツシュ保持体３１の端
部に配設されたグラファイトブツシュシール３０が回転
自在のメインシャフト２７を封止している。ブツシュ保
持体３１は、フェロ（Ｆｅｒｒｏ）流体高真空回転シー
ル３４に取着されている。

メインシャフト３７に該シャフトとともに回転するよう
に取着されているのは、粒子カップ２９であり、該カッ
プ２９は、全体が略環状で、かつ、断面がカップ状をな
し、環状のベース部２９ａと該ベース部から直立する周
壁部２９ｂとを備えている。粒子カップ２９は、反応室
を落下する粒子状物質を捕捉して保持することにより、
主としてグラファイトブツシュシール３０が粒子状物質
の衝突により損傷を受けないようにしている。

粒子カップ２９、ブツシュ保持体３１およびグラファイ
トブツシュシール３０をはじめとするこれらの構成部材
は、反応室１４の下方に形成されかつ下部円形開口１４
ｆを介して反応室１４に接続されている下部室２６内に
配置されている。この下部室２６は、略円筒状の下部室
壁２８によって画定されている。この下部室２８は、径
方向外方へ延びる上部フランジ２８ａと径方向外方へ延
びる下部フランジ２８ｂとを備えるのが好ましい。下部
フランジ２８ｂは、フェロ流体高真空回転シール３４に
固定され、両者間に配設されたＯリング２７ａが、両者
をシールしている。上部フランジ２８ａは略環状のベー
スプレート２３の対応部分に固着されており、プレート
２３の外側フランジ部２３ａは、ボルト２２によって環
状の下部反応室支持体１４ｄの下面に取着することがで
きる。ベースプレート２３の内端部は下部室壁２８の、
上部フランジ２８ａに固定され、両者は、両者間に介在
配設されたＯリング２７ｂによりシールされている。

下部室２６はまた、該下部室から外方へ延びる排気接続
体３６を備えており、下部室２６に入った排気ガスを下
部室２６から排気接続体３６を介して排出することがで
きるようにしている。排気接続体３６は、所望により、
排気導管などに適宜接続することができる。

メインシャフト３７から延びるアンバ２０の上端に取付
けられているのは、円形のサセプタ（ｓｕｓｃｅｐｔｏ
ｒｌカップ１６であり、該サセブクカツブ１６は、アン
バとともに回転するように保持ねじ２１によってアンバ
に強固に取着されている。

サセプタカップ１６はモリブデンから形成するのが好ま
しいが、他の耐熱（ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ）材から形成
することもできる。

サセプタカップ１６は、上面に多数の半導体つ工−ハを
取着するようになっている。従って、サセプタカップ１
６は、多数のウェーハキャリヤ１５を備えるのが好まし
く、第２図には、そのうちの１つが示されている。この
ため、これらのウェーハキャリヤ１５は、サセプタカッ
プ１６の上面に、半導体ウェーハを入れることができる
「ポケット」を提供する浅い溝を有している。ウェーハ
キャリヤ１５自体は、これらのウェーハの厚みに略対応
する深さを有するのが好ましく、これにより、ウェーハ
の上面をサセプタカップ１６の上面と実質上対応させて
、全体に亘って略平坦な上面・を提供することができる
。

回転自在のサセプタカップ１６の下に直接取着されてい
るのは、環状の加熱フィラメント１７であり、強固に取
着されている。加熱フィラメント１７は、該加熱フィラ
メント１７の下を延びる電極１９に取着されており、図
示の実施例では、２つの電極１９が使用されている。こ
れらの電極１９により、加熱フィラメント１７は環状の
電極コネクタ２４の内端に連結される。電極コネクタ２
４の外端は、加熱フィラメント１７を作動させるように
給電体（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｆｅｅｄｔｈｒｏｕｇ
ｈ）　２５に取着されている。加熱フィラメント１７の
下に直接対峙して配設されているのは、環状の遮熱体１
８である。遮熱体１８は、反応室１４の上部における加
熱フィラメント１７の影響を局部的に、即ち、サセプタ
カップ１６が回転する領域内に制限するようになってお
り、遮熱体にはアンバ２０が該遮熱体に対して回転する
ことができるように挿通される中央開口が形成されてい
る。更に、遮熱体１８の外周には、数とサイズが電極１
９に対応する多数の開口が設けられており、電流がこれ
らの電極１９を流れるのを遮熱体１８が妨害しないよう
にするとともに、遮熱体が加熱フィラメント１７の下方
に隣接して配置されるようにしている。遮熱体１８もま
たモリブデンから形成するのが好ましいが、他の耐熱材
から形成することもできる。同様のことが、アンバ２０
、電極１９、保持ねじ２１および電極コネクタ２４につ
いても云うことができる。即ち、これらの部材はいずれ
もモリブデンから形成するのが好ましいが、他の耐熱材
からも好都合に形成することができる。いずれにしても
、加熱フィラメント１７と遮熱体１８の双方の中央開口
により、メインシャフト３７が加熱フィラメント１７ま
たは遮熱体１８によって妨害されることなく回転するこ
とができる。更にまた、サセプタカップ１６の底面に近
接する加熱フィラメント１７の部分は、該底面、従って
、サセプタカップ１６に取着される各ウェーハを均一に
加熱することができるようにしている。加熱フィラメン
ト１７は、炭化珪素で被覆した炭素加熱ストリップから
形成するのが好ましく、該ストリップは約２．５ｍｍ（
約０．１インチ）の肉厚を有するのが好ましい。

メインシャフト３７を高速回転させるのにモータが利用
されており、これにより、メインシャツトは、約５０　
Ｏｒｐｍよりも大きい回転速度で、好ましくは約１１０
０Ｏｒｐよりも大きい回転速度で、更に好ましくは１２
００乃至２５０Ｏｒｐｍの回転速度で、より一層好まし
くは約１５００乃至１８００ｒｐｍの回転速度でサセプ
タカップ１６を回線させることができるようになってい
る。しかしながら、これらの回転速度は、サセプタカッ
プ１６が、例えば、約１０乃至１５ｃｍ（約４乃至６イ
ンチ）の直径を有する場合に適している。サセプタカッ
プ１６の高速回転に一層臨界的なパラメータは、サセプ
タカップ１６の外周部の回転速度である。これは当然に
してサセプタカップ１６の直径により変わるものである
。−射的には、外周部は、好ましくは約２００　ａｍ／
秒よりも大きい速度で、より好ましくは約８００　ｃｍ
／秒よりも大、きい速度で、最も好ましくは約９００　
ｃｍ／秒よりも大きい速度で回転される。

サセプタカップ１６の回転速度に関係する中心的な要素
は、反応室１４内の結合セル［ｃｏｎｎｅｃ−ｔｉｖｅ
　ｃｅｌｌｌの除去に関係がある。即ち、処理ガスがサ
セプタカップ１６の上面のウェーハに加えられるときに
、反応室１４内で渦を巻くガスポケット（ｇａｓ　ｐｏ
ｃｋｅｔ）または結合セルの発生を除去することが重要
である。これは、サセプタカップ１６のサイズ、反応室
１４内に配設されている構成素子のサイズ、反応室自体
のサイズ、サセプタカップ１６の回転速度、反応室１４
内の温度、反応室１４の上部において生ずる垂直方向の
気体流の均一性などをはじめとする多数のパラメータを
参酌することにより行なうことができる。−射的には、
本明細書に記載されているような、これらの要素に関し
て使用される範囲においては、サセプタカップの回転速
度が本明細書に記載のレベルよりも低い場合、これらの
結合セルを生ずる傾向があり、反応器の効率が低下し始
める。反応室１４内の温度は、一般には約２００乃至９
００℃、好ましくは約３００乃至８００°Ｃの範囲にあ
り、−射的には約６７５℃である。モリブデンのような
耐熱材を使用することが必要となるのは、ステンレス鋼
のような金属はこのような高温においては不純物をガス
発生する（ｏｕｔｇａｓｌからである。

上記したように、本発明においては回転速度は大きいも
のとなるが、このような高速度回転では、処理されてい
るウェーハ即ち物質の表面に、より薄い境界層（ｂｏｕ
ｎｄａｒｙ　１ａｙｅｒ）が形成されるようになる。こ
れは、これらの処理におい通常使用される反応体ガスの
一層効率的な「クツキング」（”ｃｒａｃｋｉｎｇ’”
）を引き起こし、従って、全体的にみると、必要な反応
体ガスの量を少なくすることができるので、特に望まし
いものである。これは、使用される反応体ガスがより高
価であることから、特に有意義である。

本発明の方法において本発明の装置を使用すると、この
ような高速度回転では、気体を反応室に、従って、ウェ
ーハ物質の表面に強制的に供給する「ポンプ」として、
ウェーハ物質および該物質のホルダを使用することがで
きることになる。

かくして、これらの物質およびサセプタカップは流れの
場（ｆｌｏｗ　ｆｉｅｌｄｌを形成するとともに、該流
れの場を連続的に補充する。

反応室を通る気体の流れについて説明すると、不活性キ
ャリヤ即ちスイープガスｆｓｗｅｅｐ　ｇａｓｌを、水
素のような不活性キャリヤガスの、実質上均一でかつ正
確に制御することができる「カーテン」を形成するよう
に下に向けて反応室１４の上部から注入し、反応室１４
の中を下方へ通す。図示の実施例においては、この不活
性キャリヤガスのカーテンは、一対の不活性ガス供給部
、即ち、内側気体供給フィッティング８および外側気体
供給フィッティング１０とによって形成される。これら
の各供給フィッティングにおける実際のガス流は、ニー
ドルバルブなどにより制御することができる。好ましく
はステンレス鋼から形成される大形の多孔ディスク４が
、周辺に配置された複数のディスク保持用ねじ１２によ
って反応室１４の土壁の下部の外側環状フランジ３ａに
取着されている。頂部フランジアセンブリ３の中心に取
着されているのは、流入チューブ５である。内側気体供
給フィッティング８は、不活性キャリヤガスなこの流入
チューブに供給するように該チューブに連結されている
。流入チューブ５は、覗き窓フランジ７が取着される上
部周辺フランジ領域９を備えており、該フランジ７は流
入チューブ５の上端部を閉止するとともに、中央の覗き
窓６を取着することができるようにしている。流入チュ
ーブ５の下端部には、石英開口ブレート１が取着され、
キャリヤガスを流すことができる開口を提供するととも
に、該プレートを介して眺めることができるように実質
上透明となっている。石英開口ブレート１を所定の位置
に保持するように、開口ブレート保持リング２が使用さ
れている。

外側気体供給フィッティング１０について説明すると、
該フィッティングを介して注入されたキャリヤガスは、
上部壁３と多孔ディスク４との間に形成されたマニホー
ルドの中を通り、多孔ディスク４の複数の開口を介して
分配されることにより、流入チューブ５の周囲から全体
に拡がり、反応室１４全体にわたって分配される。これ
は、外側気体供給フィッティングｌＯに分散プレート（
図示せず）を配置することにより一層容易に行なうこと
ができ、これによりマニホールドの領域全体に亘ってキ
ャリヤガスを均一に分配させることができる。更に、径
が石英プレート１よりもわずかに小さい開口が多孔ディ
スク４に設けられており、キャリヤガスの流れを妨害す
ることなくプレーｌ−１を保持することができるように
している。

従って、内側気体供給フィツテング８から供給されるキ
ャリヤガスと外側気体供給フィッティング１０から供給
されるキャリヤガスとの組合わせにより、上部円形開口
１４ｅを通過しかつ反応室１４を通るキャリヤガスの均
一な「カーテン」が形成される。更に、これらの２つの
気体流は、独立して制御することができるので、反応室
１４を通るキャリヤガスの流れ、特に反応室の中央部で
の流れと周辺部における流れとの間の相対的な流れを一
層高度に制御することができる。

活性即ち反応体ガスを、反応室１４内の物質即ちウェー
ハに加えることが必要である。本明細書において使用さ
れる「気体」または「ガス」（”ｇａｓ”）なる語は、
通常の即ち非イオン化状態の気体を含むとともに、イオ
ン化気体あるいはプラズマをも含むものである。また、
本明細書において使用されている「活性気体」または「
活性ガスＪ　（”ａｃｔｉｖｅ　ｇａｓ”）なる語は、
物質即ちウェーハと接触したときに、該物質を何らかの
態様で変える気体を意味するものである。「被着気体」
または「被着ガスＪ　（”ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ　ｇａ
ｓ”］なる語は、基体との接触により基体にある物質を
被着することができる気体を意味し、「エツチング気体
」または「エツチングガスＪ　（”ｅｔｃｈｉｎｇ　ｇ
ａｓ”）なる語は、イオン化の有無に拘らず、基体と接
触すると、基体にエツチングを施すことができる気体を
意味する。いずれにしても、活性ガスは、第１および２
図に示す態様で反応室１４内を延びる一対の活性ガスイ
ンジェクタ供給チューブ即ち活性ガス供給チューブ１３
により反応器に加えられる。

活性ガスインジェクタチューブ１３には、詳細に後述す
るような態様で、長手方向に沿って複数の小孔４０が配
設されている。活性ガスインジエククチユーブ１３は活
性ガス源に接続されている。

活性ガス源は、異なる被着ガスを、制御された流速と圧
力で順々に供給することができ、かつ、異なる被着ガス
の供給の合間に不活性なパージガス（ｐｕｒｇｅ　ｇａ
ｓｌ　を供給することができる装置（図示せず）を備え
ている。

活性ガス供給チューブ１３は、環状の上部反応室支持体
１４ｃの開口を介して反応室１４内に突出配置されてい
る。第２図に示すように、活性ガス供給チューブ１３は
、駆動シャフト３７の配置により画定されるような反応
室の中央領域には延びないように位置決めされている。

このような構成とすることにより、活性ガスの注入を所
望の横断面積をもって行なうことができる。即ち、この
場合には、少量の活性ガスを反応室１４の中央領域に直
接注入することができる。かかる構成は、本発明におい
て採用される反応室１４の全体構成に対して直接的に有
意な影響を与える。即ち、ウェーハを高速回転させると
ともに、上記した装置、特にキャリヤガスと反応体ガス
の双方を装置に注入する手段を使用すると、反応室１４
内に最も均一な流れ環境を形成することができる。キャ
リヤガスの「カーテン」は、反応室１４の上部において
活性ガスインジェクタチューブ１３を介して注入される
反応体ガスと混合される。この場合、特に重要なことは
完全に混合されたガスの流れがウェーハキャリヤ１５の
上面に達する前に混合が行なわれ、均一な混合ガスの流
れとなる。次に、主としてウェーハキャリヤ１５の上記
した高速回転により、圧力、回転数、気体の種類などの
ようなパラメータにより約０．１乃至Ｌｏｃｍの範囲に
あるガス混合物の薄い境界層がウェーハ１５の上面、従
って、該ウェーハキャリヤに担持されたウェーハの上面
を横切って外方へ通り抜ける。

このガス流は、次に、下部円形開口１４ｆを下方向へ向
けて通り、次に下部室２６の中を通り、更に排気接続体
３６を通って流れる。

上記したように、ウェーハ１５の外周部が上記した速度
で回転しているときに、このような流れ形態が本発明の
装置において形成されることが最も有意義であることが
わかった。これは、上記した速度よりも遅いと、ガス混
合物の少なくとも一部がウェーハキャリヤ１５の上面か
ら反応室１４の上部へ向けて上方へ戻る再循環の傾向が
生ずるからである。更にまた、本発明が必要とする高速
度回転においては、上記した薄い境界層が得られるが、
これよりも小さい回転速度ではこのような境界層は得ら
れない。このような本発明の予期し得ない優れた効果に
より、反応体ガスを著しく効率よく利用することができ
、かつ、該反応体ガスをウェーハの上面に著しく均一に
適用することができるとともに、ガスの再循環がないの
で、反応室の壁に過剰な反応体の望ましくない付着を防
止することができるようになる。従って、ウェーハ自体
に対するこのような過剰なガスの付着によるウェーハへ
の「降り注ぎＪ　（”ｒａｉｎｉｎｇ　ｄｏｗｎ”ｌに
基づく不均一なガスの被着を防止することができる。

更に、サセプタの表面に対する活性ガスのこのような均
一な分布を得る別の方法を使用することができる。例え
ば、活性ガス供給チューブ１３の複数の孔または開口４
０を該チューブの長手方向に配設することにより、サセ
プタカップ１６の高速回転に関連して均一な流れを得る
ようにすることができる。例えば、これらの開口は、反
応室１４の中央部に最も接近した活性ガス供給チューブ
１３の端部においては離隔させ、かつ、活性ガス供給チ
ューブ１３の長手方向に沿って外方へ向かうにつれて次
第に間隔を狭くすることにより、活性ガス供給チューブ
１３の長手方向に沿って不均一な間隔で配置することが
できる。また、活性ガス供給チューブ１３は反応器の中
心へ直接延ばすことができるが、中央部のすぐ手前で終
端させるか、反応室１４の実質上中央部には開口を設け
ないようにする。サセプタの回転速度を大きくするとと
もに、活性ガスを反応器の中央部に注入すると、サセプ
タ表面、従って、該サセプタに担持されているウェーハ
に不均一な被着を引き起こす傾向があることがわかった
。

更にまた、回転するサセプタカップ１６の全表面に活性
ガスを均一に分布させることにより、［空乏現象Ｊ　（
”ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ”ｌを最少限度に
抑え、あるいは完全に防止することができる。即ち、あ
る反応器においては、基体表面に成分な被着させるよう
な被着ガスの反応は、これらの成分のガスを減損させる
（ｄｅｐｌｅｔｅｌ傾向がある。これは、被着ガスが多
数の表面を通過する場合に問題となるが、本発明に従っ
て実施される場合のように、被着ガスが薄くかつ均一に
表面全体に分配される場合には、かかる問題は実質上除
去することができる。

典型的な処理においては、基体の面に異なる物質な被着
して前面に多層構造を形成するのに、異なった組成を有
する複数の被着ガスが使用される。従って、最初の被着
ガスを上記したように被着させた後に、インジェククチ
ューブ１３を介しての最初のガスの流入を停止し、次に
、組成の異なる２番目の被着ガスの導入を開始する。全
ての場合に必ずしも必要とはされないが、ある場合には
、不活性パージガスを、最初のガスの注入と２番目のガ
スの注入との間で、インジェククチューブ１３を介して
室内に注入することができる。従って、本発明によれば
、著しく迅速な移行を、特にサセプタカップ１６の高速
回転と関連して行なうことができる。

有効な被着に必要な特定の温度は、それぞれの場合に、
被着ガスの性質および所望される反応により定められる
。しかしながら、通常使用される多くのガスは、基体の
表面で著しく高い温度を必要とする。本発明によれば、
これは、反応処理全体を妨害することがなく、かつ、基
板表面の温度を高く保持することができる簡単な態様で
、基板表面の上方での気体成分の早期反応を起こすこと
なく、行なうことができる。

基板即ちウェーハに対して所望の皮膜な被着した後は、
最後の被着ガスの流入を止め、加熱素子への電力の供給
を止め、冷却処理を行なう。気体の流入を停止しかつサ
セプタカップ１６の回転を止めてから、ボルト１１を取
除いて、頂部フランシアセンブリ３を取外すことにより
、反応室１４に対するアクセスを行なうことができる。

次に、取出したサセプタの基体の代わりに未処理の基体
即ちウェーハを配置して、処理を継続する。

（効果）以上のように、本発明の装置および方法によれば、著し
く大きい面積に亘って、フィルムを均一な速度で生長被
着することができるとともに、反応体ガスを効率的に使
用することができる。

上記記載に基いて、多くの修正、変更および置換を行な
うことができるとともに、本発明の幾つかの特徴を、他
の特徴を対応して使用することなく、採用することがで
きるものである。従って、本発明の精神と範囲は、特許
請求の範囲の記載に基づいて定められるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る装置の正断面図、第２図は第１図
に示す装置の横断面図である。Ｒ・・・反応器、１・・・石英開口ブレート、３・・・
上部壁、３ａ・・・外側フランジ、４・・・多孔ディス
ク、５・・・流入チューブ、６・・・覗き窓、７・・・
覗き窓フランジ、８．１０・・・ガス供給フィッティン
グ、１２・・・ねじ、１３・・・活性ガスインジェクタ
チューブ、１４・・・反応室、１４ａ・・・内側壁部材
、１４ｂ・・・外側壁部材、１４ｃ・・・上部反応室支
持体、１４ｄ・・・下部反応室支持体、１４ｅ・・・上
部円形開口、１４ｆ・・・下部円形開口、１５・・・ウ
ェーハキャリヤ、１６・・・サセプタカップ、１７・・
・加熱フィラメント、１８・・・遮熱体、１９・・・電
極、２０・・・アーバ、２１・・・保持ねし、２２・・
・ボルト、２３・・・ベースプレート、２３ａ・・・外
側フランジ部、２４・・・電極コネクタ、２５・・・給
電体、２６・・・下部室、２７ａ・・・０リング、２８
・・・下部室壁、２８ａ・・・上部フランジ、２’８ｂ
・・・下部フランジ、２９・・・粒子カップ、２９ａ・
・・環状ベース部、２９ｂ・・・周壁部、３０・・・ブ
ツシュシール、３１・・・ブツシュ支持体、３４・・・
回転シール、３６・・・排気接続体、３７・・・メイン
シャフト、４０・・・孔。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）反応室と、該反応室を排気する手段と、上面を有
しかつ前記反応室内において所定の回転軸線を中心に高
速回転するように配設された回転自在のテーブルからな
り、前記上面に基体を高速回転することができるように
取着支持することができる基体支持手段と、該基体支持
手段の前記上面に向けて所定の方向へキャリヤガスを前
記反応室内に注入するキャリヤガス注入手段と、前記所
定の方向へ向けて反応体ガスを前記反応室に注入するこ
とにより前記反応体ガスを前記基体支持手段の前記上面
へ向けて前記キャリヤガスに担持させることができる反
応体ガス注入手段とを備えてなる基体へのフィルム被着
装置において、前記反応体ガス注入手段は、前記基体支持手段の外周に
向けて注入される前記反応体ガスの量と比較して少量の
前記反応体ガスを前記基体支持手段の前記所定の回転軸
線に向けて注入することにより前記基体に対して前記反
応体ガスを著しく均一に適用することができるように、
前記反応室に対して前記反応体ガスの所定の分配を行な
わせる分配手段を備えることを特徴とする基体へのフィ
ルム被着装置。
（２）前記反応体ガス注入手段は前記基体支持手段の上
方で前記反応室を延びる管状導管からなることを特徴と
する請求項１に記載の装置。
（３）前記分配手段は前記管状導管の所定の位置に配設
された複数の開口からなることを特徴とする請求項２に
記載の装置。
（４）前記管状導管は前記反応室に角度をなして配置さ
れていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
（５）前記反応体、ガス注入手段は前記基体支持手段の
上方で前記反応室を延びる一対の管状導管からなること
を特徴とする請求項１に記載の装置。
（６）前記基体支持手段を加熱する誘導加熱手段を更に
備えることを特徴とする請求項２または３に記載の装置
。
（７）反応室と、該反応室を排気する手段と、上面を有
しかつ前記反応室内において所定の回転軸線を中心に高
速回転するように配設された回転自在のテーブルからな
り、前記上面に基体を高速回転することができるように
取着支持することができる基体支持手段と、該基体支持
手段の前記上面に向けて所定の方向へキャリヤガスを前
記反応室内に注入するキャリヤガス注入手段と、前記所
定の方向へ向けて反応体ガスを前記反応室に注入するよ
うに前記キャリヤガス注入手段と並列配置された反応体
ガス注入手段とを備えてなる基体へのフィルム被着装置
において、前記キャリヤガス注入手段と前記反応体ガス注入手段は
、前記キャリヤガスと反応体ガスが前記基体支持手段に
到達する前に十分に混合してガス混合物となることによ
り前記キャリヤガスが前記反応ガスを前記基体支持手段
の前記上面に向けて担持することができるように十分な
距離だけ前記基体支持手段から離隔されており、前記反応体ガス注入手段は、前記反応室に対して前記反
応体ガスを分配する分配手段を備えており、前記基体支持手段は、前記ガス混合物の薄い境界層が前
記基体支持手段の前記上面と接触しかつ前記反応室内の
前記ガス混合物の再循環を実質上防止するように十分な
速度で回転することができることを特徴とする基体への
フィルム被着装置。
（８）前記高速回転は前記回転テーブルの外縁において
少なくとも約２００ｃｍ／秒の回転速度を得るのに十分
な回転速度を有することを特徴とする請求項７に記載の
装置。
（９）前記反応体ガス注入手段は前記基体支持手段の上
方で前記反応室を延びる管状導管からなることを特徴と
する請求項７または８に記載の装置。
（１０）前記分配手段は前記管状導管の所定の位置に配
設された複数の開口からなることを特徴とする請求項９
に記載の装置。
（１１）前記基体支持手段を加熱する抵抗加熱手段を更
に備えることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに
記載の装置。
（１２）反応室内において基体を基体支持面に支持する
工程と、前記反応室を排気する工程と、前記反応室内の
所定の面内において所定の回転軸線を中心に高速度で前
記基体支持面を回転させる工程と、前記基体支持面に向
けて所定の方向にキャリヤガスを前記反応室内に注入す
る工程と、前記所定の方向へ向けて反応体ガスを前記反
応室に注入することにより前記反応体ガスを前記基体支
持面へ向けて前記キャリヤガスに担持させる工程とを備
える基体へのフィルム被着方法において、前記基体支持
面の外周に向けて注入される前記反応体ガスの量と比較
して少量の前記反応体ガスを前記基体支持面の前記所定
の回転軸線に向けて注入することにより前記基体に対し
て前記反応体ガスを著しく均一に適用することができる
ように、前記反応室に対する前記反応体ガスの所定の分
配を行なわせる工程を備えることを特徴とする基体への
フィルム被着方法。
（１３）前記高速回転は前記回転テーブルの外縁におい
て少なくとも約２００ｃｍ／秒の回転速度を得るのに十
分な回転速度を有することを特徴とする請求項１２に記
載の方法。
（１４）前記回転速度は少なくとも約９００ｃｍ／秒で
あることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
（１５）前記反応室に対して前記反応体ガスの所定の分
配を行なわせる工程は前記反応体ガスを前記反応室に分
配するように前記導管の所定の位置に配設された複数の
開口を有する管状導管に前記反応体ガスを注入すること
を特徴とする請求項１２乃至１４のいずれかに記載の方
法。
（１６）前記基体支持面を加熱する工程を更に備えるこ
とを特徴とする請求項１２または１５に記載の方法。