JPH0697094A

JPH0697094A - 気相成長装置

Info

Publication number: JPH0697094A
Application number: JP26977592A
Authority: JP
Inventors: Masashi Inoue; 雅司井上; Seiichi Nakamura; 誠一中村
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-09-11
Filing date: 1992-09-11
Publication date: 1994-04-08

Abstract

(57)【要約】【目的】膜厚，比抵抗が均一であるエピタキシャル膜
を成長でき、反応容器の接続部での気密性に優れた気相
成長装置を提供する。【構成】複数の基板２を載置するサセプタ３が、反応
ガスの流れに平行な面内で回転できるように回転軸４に
支持され、反応容器１の上下方に設けた赤外線ランプ
５，６にて基板２を加熱する。反応容器１とガス導入管
10及びガス排気管11とは、２重のＯリング12a, 12b及び
12c, 12dを介して接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばＳｉ気相エピタ
キシャル成長を基板に施す際に用いられる気相成長装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の作製時に使用される気相成
長装置の中で、Ｓｉエピタキシャル成長装置として図４
に示すような装置が公知である。図４において、21は円
筒または四角柱状の石英製の反応容器であり、反応容器
21内には、処理対象の複数の基板22を載置するためのサ
セプタ23が設けられている。また、反応容器21の外側に
は、基板22を加熱するための高周波コイル24が設置され
ており、高周波コイル24に高周波電圧を印可して、サセ
プタ23を誘導加熱し、サセプタ23からの伝熱によって基
板22を間接的に加熱する。そして、反応ガスは、反応容
器21に接続されたガス導入管（図示せず）から反応容器
21内に導入され、反応容器21内を図中右方向に流れ、反
応容器21に接続されたガス排気管（図示せず）から外部
に排気される。

【０００３】反応容器21内での反応ガスの流れは基板22
の表面に略平行な層流であるが、上流側から反応ガスが
消費されていくので、下流に向かうに従ってその濃度は
低下し、下流側において成長速度，比抵抗が減少すると
いう難点がある。この難点を解消するために、図４に示
すように、サセプタ23の下流側を少し持ち上げて反応ガ
スの流路を下流に向かうに従って狭くし、下流側の流速
を上げることによって成長速度の均一化を図るようにし
ている。

【０００４】また、反応容器21とガス導入管及びガス排
気管との接続部には、１重のＯリングが設けられ、排気
側から外圧を加えてＯリングを潰し、各接続部の気密を
保持するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の気
相成長装置では、反応ガスの流れに平行な方向における
成長速度の均一化は図られているが、その流れに垂直な
方向に関しては均一化が図られていない。従って、成長
面内において膜厚，比抵抗が不均一となり、この不均一
性は基板の面積が大きいほど顕著である。また、従来の
気相成長装置の加熱方式は高周波誘導加熱方式であるの
で、均一な熱分布を得るためにはサセプタ23を厚くして
熱容量を大きくする必要があり、温度の昇降に長時間を
要する。成長速度の均一化を図るために、サセプタ23を
傾斜させているので、高周波コイル24とサセプタ23との
距離が一定ではなく、均一加熱が困難である。高周波誘
導加熱方式では、反応容器21内を大気圧に対して減圧状
態にした場合、異状放電が発生する可能性もある。

【０００６】また、反応容器21とガス導入管及びガス排
気管との接続部に１重のＯリングを介しているだけであ
るので、気密性が弱く、接続部に不均一な力が加わった
際に気密が破れて反応ガスの漏洩, 反応容器21内への空
気の混入による爆発の可能性がある。

【０００７】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、膜厚, 比抵抗の均一性が高い薄膜を基板上に成
長でき、基板の加熱を均一かつ短時間に行え、反応容器
の接続部の気密を完全に保持できる気相成長装置を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願の第１発明に係る気
相成長装置は、基板の表面と略平行に反応ガスを流して
前記基板に気相成長を施す気相成長装置において、複数
の基板を載置できる回転可能なサセプタと、該サセプタ
の上面または上下面から前記複数の基板を加熱するラン
プとを備えることを特徴とする。

【０００９】本願の第２発明に係る気相成長装置は、基
板を収容した反応容器内にガス導入管から反応ガスを導
入して前記基板に気相成長を施し、残った反応ガスをガ
ス排気管から排気する気相成長装置において、前記反応
容器と前記ガス導入管及びガス排気管との接続部に２重
のＯリングを備え、外側と内側とのＯリング間を真空排
気して前記接続部の気密を保持するように構成したこと
を特徴とする。

【００１０】

【作用】第１発明では、複数の基板を載置したサセプタ
を回転させながら、基板上に気相成長を施すので、反応
ガスの濃度はその流れ方向に対して不均一であっても、
サセプタ上では平均化される。よって、サセプタ上に載
置された各基板上に成長される薄膜の膜厚，比抵抗は均
一となる。また、第１発明では、サセプタからの伝熱で
はなくて、サセプタの上面または上下面からのランプの
輻射熱によって基板を直接加熱する。よって、基板とサ
セプタとの接触状況の如何に係わらずに基板が均一に加
熱される。また、基板はサセプタに比べて熱容量がはる
かに小さいので、温度の昇降変化を短時間にて行える。

【００１１】第２発明では、反応容器とガス導入管及び
ガス排気管との接続部に２重のＯリングを設け、この２
重のＯリング間を真空排気するように構成したので、接
続部に不均一な力が加わってもその気密が損なわれるこ
とがなく、気密性は極めて高い。

【００１２】

【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
いて具体的に説明する。

【００１３】図１は、Ｓｉエピタキシャル成長工程に使
用した本発明による気相成長装置の模式的断面図、図２
はその気相成長装置の反応容器の模式的拡大平面図であ
る。図において、１は、断面が短矩形状をした透明石英
製の反応容器である。反応容器１内には、６インチ径の
４枚の基板２が載置可能なサセプタ３が配設されてい
る。このサセプタ３は、ＳｉＣコーティングが施された
円板形のカーボン製であり、回転軸４に支持されて反応
ガスの流れに平行な面内で回転可能となっている。処理
対象の４枚の基板２は、サセプタ３上にその回転中心か
ら等距離の位置に載置されている。

【００１４】サセプタ３上方の反応容器１の外側には反
応ガスの流れに直交して棒状の20本の赤外線ランプ５が
配置され、サセプタ３下方の反応容器１の外側にはガス
の流れと平行に棒状の赤外線ランプ６が５本ずつ回転軸
４の両側に配置されている。赤外線ランプ５の上側及び
赤外線ランプ６の下側には、反射鏡９が反射面をサセプ
タ３に向けて設置されている。サセプタ３の中心部には
熱電対７が回転軸４内を通して固定されており、サセプ
タ３の外周部側には熱電対８が設けられている。

【００１５】20本の赤外線ランプ５を、サセプタ３の中
心側を加熱するＡグループ（中央の12本の赤外線ランプ
５）と周縁側を加熱するＢグループ（辺縁の８本の赤外
線ランプ５）とに分けて、その中心部の温度を熱電対７
にて検出し、その周縁部の温度を熱電対８にて検出し、
両熱電対７，８の検出結果を赤外線ランプ５の制御系に
フィードバックすることによって、サセプタ３の温度制
御を行って、均一な加熱を実現する。なお、このような
温度制御の詳細については、本発明と同一出願人から既
に出願されている特許願（特願平３−355508号）に記載
されている。なお、本実施例では赤外線ランプ５を２グ
ループに分けているが、基板２の枚数またはサセプタ３
の面積に応じて、グループ分けしなくてもよいし、ある
いは３グループ以上にグループ分けしてもよい。

【００１６】反応容器１の一端は、反応ガスを導入する
ためのガス導入管10に２重のＯリング12a, 12bを介して
連結されている。ガス導入管10には、反応容器１の接続
面1aとガス導入管10の接続面10a と２個のＯリング12a,
12bとで囲まれる空間に連通する真空排気管13a が設け
られており、その空間を真空排気できるようになってい
る。

【００１７】一方、反応容器１の他端は、残留する反応
ガスを排気するためのガス排気管11に２重のＯリング12
c, 12dを介して連結されている。ガス排気管11には、反
応容器１の接続面1bとガス排気管11の接続面11a と２個
のＯリング12c, 12dとで囲まれる空間に連通する真空排
気管13b が設けられており、その空間を真空排気できる
ようになっている。

【００１８】ガス導入管10を介して反応ガスは反応容器
１内に導入されて、反応容器１内を一方向（図中の左か
ら右への方向）に流れる。回転軸４の回転によりサセプ
タ３を回転させながら、サセプタ３に載置された各基板
２上にＳｉをエピタキシャル成長させる。そして、残っ
た反応ガスはガス排気管11を介して外部に排気される。

【００１９】このような構成をなす気相成長装置を用い
て、反応容器１内に、原料ガスとしてＨ₂で希釈したＳ
ｉＨＣｌ₃、添加ガスとしてＰＨ₃を導入し、1140℃で
Ｓｉのエピタキシャル成長を行った。図３に、このとき
に形成されたＳｉエピタキシャル膜の膜厚分布を示す。
図３に示す分布から膜厚のばらつきは略±1.2 ％である
ことがわかる。前述した従来の気相成長装置を用いて、
同条件にて得られたＳｉエピタキシャル膜の膜厚のばら
つきは略±５％であるので、本発明の気相成長装置にて
形成されたエピタキシャル膜は均一性が著しく向上して
いる。

【００２０】また、従来の気相成長装置では１回の成長
プロセスに要する時間は１〜２時間であるが、本発明の
気相成長装置では略25分しか要さず、大幅な時間短縮を
実現できる。

【００２１】更に、本発明の気相成長装置では、反応容
器１とガス導入管10及びガス排気管11との接続部に２重
のＯリング12a, 12b及び12c, 12dを設けており、反応容
器１の接続面1a及び1bとガス導入管10の接続面10a 及び
ガス排気管11の接続面11a と２重のＯリング12a, 12b及
び12c, 12dにて囲まれる空間を真空排気するので、完全
な接続が可能となり、危険な反応ガスの漏洩はなく、ま
た、空気の混入による爆発の可能性もなく、安全にエピ
タキシャル成長を行える。また、この接続部の気密性が
良好であるので、反応容器１内への水分などの浸入がな
く、高品質のエピタキシャル膜を形成できる。更に、真
空排気を行う際に、接続部の気密性を確認することがで
きる。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、第１発明の気相成長装置
では、複数の基板を載置するサセプタを回転可能として
いるので、サセプタ上で反応ガスの濃度分布が均一化
し、膜厚，比抵抗などの均一性に優れたエピタキシャル
膜を形成できる。また、ランプによる輻射熱にて基板を
加熱するので、均一な温度の昇降を高速にて行え、成長
プロセス時間を大幅に短縮できる。

【００２３】更に、第２発明の気相成長装置では、反応
容器の反応ガス導入側及び排気側の接続部のシール材と
して２重のＯリングを使用しているので、完全な気密を
実現できて、高品質のエピタキシャル膜を安全に形成で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の気相成長装置の模式的断面図である。

【図２】本発明の気相成長装置の反応容器の模式的平面
図である。

【図３】本発明の気相成長装置を用いて形成されたＳｉ
エピタキシャル膜の膜厚分布を示すグラフである。

【図４】従来の気相成長装置の模式的断面図である。

【符号の説明】

１反応容器２基板３サセプタ４回転軸５，６赤外線ランプ７，８熱電対９反射鏡 10 ガス導入管 11 ガス排気管 12a, 12b, 12c, 12d Ｏリング 13a, 13b 真空排気管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面と略平行に反応ガスを流して
前記基板に気相成長を施す気相成長装置において、複数
の基板を載置できる回転可能なサセプタと、該サセプタ
の上面または上下面から前記複数の基板を加熱するラン
プとを備えることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】基板を収容した反応容器内にガス導入管
から反応ガスを導入して前記基板に気相成長を施し、残
った反応ガスをガス排気管から排気する気相成長装置に
おいて、前記反応容器と前記ガス導入管及びガス排気管
との接続部に２重のＯリングを備え、外側と内側とのＯ
リング間を真空排気して前記接続部の気密を保持するよ
うに構成したことを特徴とする気相成長装置。