JPH03245524A - 気相成長装置の冷却方法 - Google Patents

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 この発明は、半導体基板に薄膜を生成する気相成長装置
の冷却方法に係り、気相成長装置の反応容器内壁面にて
反応ガスが反応し、望ましくない反応生成物を生じ、内
壁面へ付着することなどを防止するため、反応容器の外
壁を複数領域に分割して複数系統の冷却装置を設け、各
壁面温度に応じて個別に温度制御して反応容器の外壁を
所要温度に冷却する気相成長装置の冷却方法に関する。

従来の技術 シリコン等の半導体基板に薄膜を生成する気相成長装置
には、種々の反応炉形式があるが、半導体基板をカーボ
ングラファイト製のサセプター上に載置し、所要の反応
容器に収納し、反応容器外に配置した赤外線ランプによ
る輻射熱、高周波発振コイルによる高周波誘導加熱、サ
セプター内に埋め込まれた抵抗体による抵抗加熱等の種
々の加熱方法にて加熱し、所要の反応ガスを反応容器内
に導入して気相成長を行なう構成からなる。

これらの反応容器は、一般に石英チャンバーと呼ばれる
ように石英で製作されており、また、反応容器内壁面に
気相反応による反応生成物が堆積するを防ぐため、空冷
もしくは水冷で、容器全体を外部より一括して冷却して
いる。

例えば、水平に配置する円筒状の反応容器内に、板状サ
セプターを水平あるいは傾斜させて配置する所謂横型気
相成長装置の場合、あるいは垂直に配置するバーレル型
の反応容器内に略多角錐形状のサセプターを回転可能に
配置する所謂バーレル型気相成長装置の場合、容器の外
周部に周設される赤外線ランプや高周波発振コイルの外
側に、これら全体を包囲する如くフードが配置されて、
冷却ブロワ−の冷風が外周全方位から吹きつけられ反応
容器全体を冷却している。

ドーム型の反応容器内にテーブル型のサセプターを回転
可能に配置し、サセプターの下方に高周波発振コイルを
設けた所謂縦型気相成長装置の場合、反応容器と相似形
で大型のフードを被せて、冷却ブロワ−からの冷風をフ
ード上端部から反応容器の下周縁部側へ導入出する間に
反応容器全体を冷却している。

発明が解決しようとする課題 従来のいずれの気相成長装置でも、サセプターからの輻
射熱により、反応容器の局部的な加熱が起こり、反応容
器壁面における反応生成物の堆積を防ぐことができない
。

この反応生成物の壁面での堆積が起きると、次回の反応
でその部分がよりいっそう局部加熱され、さらに反応生
成物の堆積を生む。

この堆積物は、容器壁面より剥がれ半導体基板表面へ付
着し、半導体基板の品質を悪化させる原因となっていた
。

また、この堆積物を除去するために、反応容器の洗浄を
定期的に行なわねばならず、生産性低下の要因ともなっ
ていた。

この発明は、かかる現状に鑑み、反応容器の局部的な加
熱にともない生じる反応容器壁面の反応生成物の堆積を
防止できる手段の提供を目的としている。

発明の概要 この発明は、反応容器壁面に生じる反応生成物の堆積の
防止手段を目的に、種々検討した結果、容器全体が一括
して冷却されているため、反応容器の局部的な加熱が起
こり反応生成物の堆積することに着目し、例えば、反応
容器の外壁をいくつかの領域に分割し、反応容器の外壁
の温度の常時モニターを行ない、これを冷却系へフィー
ドバック、あるいはフィードフォワードし、その領域を
個別な冷媒温度で冷却を行ない反応容器の外壁温度を均
一化することにより、該反応生成物の堆積を防止でき、
反応容器の洗浄インターバルを従来よりも長くできるこ
とを知見し、この発明を完成した。

すなわち、この発明は、 前述した各種の気相成長装置の反応容器を空気などの冷
媒による冷却において、外壁を所要温度に冷却する際、 反応容器の外壁を複数領域に分割して、各領域の外壁を
個別に冷却可能にする複数系統の冷却装置を設け、 各領域間の外壁温度およびｌまたは冷却後の冷媒温度を
比較して、各冷却装置の冷媒温度の制御を行ない、反応
容器の外壁温度を均一化することを特徴とする気相成長
装置の冷却方法である。

発明の図面に基づく開示 第１図は横型気相成長装置に適用したこの発明による冷
却装置を示す縦断説明図である。第２図ａ、ｂは容器壁
温度の分布を示すグラフであり、同図ａは従来、同図す
はこの発明の場合を示す。

第３図は縦型気相成長装置に適用したこの発明による冷
却装置を示す縦断説明図である。第４図はバーレル型気
相成長装置に適用したこの発明による冷却装置を示す縦
断説明図である。

天部、ｆｌＪ１ 構成 横型気相成長装置は、第１図に示す如く、水平に配置す
る円筒状の石英製の反応容器（１）内に、カーボングラ
ファイトにＳｉＣコーティングされた板状サセプター（
２）を水平配置し、サセプター（２）に半導体基板（３
）を載置する構成で、反応容器（１）に所定間隔をおい
て周設される赤外線ランプや高周波発振コイル（４）に
て加熱し、反応容器（１）の反応ガス入口（５）より成
長ソースガスが導入され、基板（３）上で気相成長反応
が行なわれて、反応ガスは、ガス排気口（６）より排出
される。

反応容器（１）の冷却装置は、これら全体を包囲する如
く上流側から３つのフード（１０１〜１０３）が配設し
てあり、各フード（１０１〜１０３）の上方には冷却エ
アーを送る冷却ブロワ−（１１１〜１１３）、エアーを
冷却するための熱交換器（１２１〜１２３）が設けられ
て個別の冷却系を構成し、各冷却ブロワ−（１１１〜１
１３）からの冷風が反応容器（１）外周を冷却しながら
下方の排気口（１３１〜１３３）を通って排気される構
成からなる。

反応容器（１）の外周部を複数の領域に分割して独立し
た冷却系を形成するため、少なくともサセプター（２）
からの輻射熱により、反応容器（１）が最も加熱される
領域と、それ以外の領域に分ける必要があり、ここでは
反応容器（１）の外周で最も加熱される中央のフード（
１０２）の領域と、それ以外の領域の３領域に分割して
いる。

また、各領域、すなわち各冷却系には、当該領域内の所
要箇所あるいは複数箇所の反応容器（１）外壁の温度を
計測するための熱電対などの計測装置（１４３）と、該
温度計測値を受けて、冷却ブロワ−（ｉｉ３）の能力の
制御を行なう制御装置（１５）が設置される。なお、第
１図では図示を簡略化するため、図の右側のフード（１
０３）内のみ図示している。

作用効果 サセプター（２）および半導体基板（３）の加熱が始ま
ると、反応容器（１）外壁の温度のモニターを行ない、
他領域より加熱されている領域のブロワ−冷却系におい
て、冷媒温度の制御が行なって各領域の反応容器（１）
外壁の温度が均一になるように制御する。

単一冷却系からなる従来の反応容器では、第２図ａに示
す如く、反応容器の中央部の外壁の温度が高くなり、内
壁面の反応生成物の堆積が発生するが、上述のこの発明
の場合、同図すに示す如く、高温部を個別に冷却できる
ため、反応容器（１）外壁の温度を均一化でき、反応生
成物の付着、堆積を防止できる。

この発明によれば、反応ガスが反応容器内壁での反応堆
積を起さないように、すなわち、反応容器の温度制御が
可能になり、気相成長の際、反応容器内壁面の反応生成
物の堆積を防止でき、作製される半導体基板の品質が向
上し、かつ、反応装置の洗浄サイクルが従来の１．５〜
２倍以上に伸びるため、生産性も大きく向上する。

この発明において、反応容器の温度制御方法は、上述の
如く、各領域の反応容器外壁の温度をモニターして比較
し、高温域の冷却系にフィードバック制御を行なうほが
、各領域の反応容器外壁の温度と冷却系の冷媒温度、例
えば、冷却前後の温度をモニターしてこれらを他領域の
それと比較し、高温域の冷却系に送風量を増減させたり
、予め所要の熱交換器の能力を高めておくなど、フィー
ドバックあるいはフィードフォワード制御を行ない、均
一な反応容器外壁面温度を得ることができる。

実施例２ 構成 縦型気相成長装置は、第３図に示す如く、ドーム型の反
応容器（１）内に半導体基板（３）を載置するテーブル
型のサセプター（２）を回転可能に配置し、サセプター
（２）の下方に加熱用の高周波発振コイル（４）を設け
、サセプター（２）の中央に貫通配置した反応ガスノズ
ル（７）より成長ソースガスが導入噴出され、基板（３
）上で気相成長反応が行なわれた後、反応ガスは下方に
設けられたガス排気口（６）より排出される構成からな
る。

反応容器（１）の冷却装置は、これら全体を包囲する如
くドーム型の反応容器（１）を水平方向に３分割した３
つのフード（１０１〜１ｏ３）が周配設してあり、各フ
ード（１０１〜１０３）の−万端には冷却エアーを送る
冷却ブロワ−（１１１〜１１３）、エアーを冷却するた
めの熱交換器（１２１〜１２３）が設けられて個別の冷
却系を構成し、各冷却ブロワ−（１１１〜１１３）がら
の冷風が反応容器（１）外周を冷却しながら他方の排気
口（１３１〜１３３）を通って排気される構成からなる
。

各冷却系には、当該領域内の反応容器（１）外壁の温度
を計測するための熱電対などの計測装置（１４１〜１４
３）と、該温度計測値を受けて、冷却ブロワー（１１１
〜１１３）の能力の制御を行なう制御装置（１５）が設
置される。

作用効果 この発明による冷却方法は、実施例１の場合と同様に複
数の冷却系統を設け、各領域の反応容器（１）外壁面温
度に応じて、個別に冷媒の温度制御して反応容器の外壁
を所要温度に冷却することができる。

縦型気相成長装置の場合は、サセプター（２）の下方に
加熱用の高周波発振コイル（４）を設けるため、サセプ
ター（２）近傍の中段のフード（１０２）領域の反応容
器（１）が最も加熱される領域となり、下段の領域はベ
ースプレート（８）側への熱伝導があり比較的多くの冷
却を要しない。

去扇！担 構成 バーレル型気相成長装置は、第４図に示す如く、垂直に
配置するバーレル型の反応容器（１）内に多数の半導体
基板（３）を収納できる略多角錐形状のサセプター（２
）を回転可能に配置する構成からなり、反応容器（１）
の外周部に加熱用の赤外線ランプ（９）が対設される。

反応容器（１）の冷却装置は、実施例２と同様に、上段
、中段、下段の３領域に３つのフード（１０□〜１０３
）が周配設してあり、冷却ブロワ−１熱交換器、計測装
置、制御装置を有する３系統の冷却系を構成している。

作用効果 バーレル型気相成長装置の場合は、大型のサセプター（
２）に対向している広い範囲の中段領域の反応容器（１
）が輻射熱で加熱されているため、同領域を重点的に冷
却することにより、反応容器（１）外壁面温度を均一化
でき、反応生成物の付着、堆積を防止できる 発明の効果 以上に述べたこの発明によれば、各種の気相成長装置に
おいて、気相成長中、反応容器温度を反応生成物が堆積
、付着しない温度に冷却することが可能になり、反応生
成物の付着、堆積ｔこよる反応容器の洗浄が従来の１．
５〜２倍以上の長期間にわたり不要となり、反応炉の生
産性が向上し、かつ堆積した生成物の薄利に伴う基板へ
の付着が減少することから、半導体基板の結晶欠陥の発
生も抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は横型気相成長装置に適用したこの発明による冷
却装置を示す縦断説明図である。第２図ａ、ｂは容器壁
温度の分布を示すグラフであり、同図ａは従来、同図す
はこの発明の場合を示す。 第３図は縦型気相成長装置に適用したこの発明による冷
却装置を示す縦断説明図である。第４図はバーレル型気
相成長装置に適用したこの発明による冷却装置を示す縦
断説明図である。 １・・・反応容器、２・・・サセプター、３・・・半導
体基板、４・・・高周波発振コイル、５・・・反応ガス
入口、６・・・ガス排気口、７・・・反応ガスノズル、
８・・・ベースプレート、９・・・赤外線ランプ、１０
１〜１０３・・・フード、１１１〜１１３・・・ブロワ
−１２１〜１２３・・・熱交換器、１３１〜１３３・・
・排気口、１４１〜１４３・・・計測装置、１５・・・
制御装置。 第１図 第２図 （α） （ｂ） 温度分布 温度分布

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 気相成長装置の反応容器の冷却において、外壁を所要温
   度に冷却する際、 反応容器の外壁を複数領域に分割して、各領域の外壁を
   個別に冷却可能にする複数系統の冷却装置を設け、 各領域間の外壁温度および／または冷却後の冷媒温度を
   比較して、各冷却装置の冷媒温度の制御を行ない、反応
   容器の外壁温度を均一化することを特徴とする気相成長
   装置の冷却方法。