JPH07183221A - 多角形サセプタ型気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウエハ上の膜厚のばらつきを低下させること
ができる多角形サセプタ型気相成長装置を提供する。 【構成】 リアクタ１内に多角形サセプタ２を公転しな
いように設ける。リアクタ１の一端側には多角形サセプ
タ２の各平面部２ａに原料ガスを供給する原料ガス供給
口を設ける。多角形サセプタ２の各平面部２ａには、ウ
エハ３を支持する自転トレー４を多角形サセプタ２に対
して自転自在に支持させる。自転トレー４にはこれを自
転させるトレー自転駆動機構３０を連結する。リアクタ
１内には多角形サセプタ２の各平面部２ａに対向する平
面部３７ａをもつ多角形インナーチューブ３７を配置す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リアクタ内の多角形サ
セプタに支持されているトレーを自転させて、該トレー
上のウエハに気相成長を行わせる多角形サセプタ型気相
成長装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】リアクタ内のサセプタの表面にＧａＡｓ
ウエハを支持させ、該サセプタを例えば600 ℃〜800 ℃
の高温に加熱した状態で、該リアクタ内にＡｓＨ₃ （ア
ルシン），ＴＭＧ（トリメチルガリウム），ＴＭＡｌ
（トリメチルアルミニウム）等の原料ガスを水素よりな
るキャリアガスと共に流し、ＧａＡｓウエハにエピタキ
シャル成長させて形成されたエピタキシャルウエハは、
衛星放送用，携帯電話用等のＦＥＴ，ＨＥＭＴデバイス
の材料として使われている。

【０００３】原価低減のためには、サセプタ上に多数枚
のウエハを乗せて気相成長処理を行うことが有利である
ため、該サセプタとしてはバレル型の多角形サセプタが
使用されている。

【０００４】近年、このエピタキシャルウエハの使用量
の増加と品質向上が求められている。品質の中では、膜
厚の均一性とキャリア濃度の均一性等が重要である。

【０００５】このような品質向上のために、図９に示す
ような多角形サセプタ型気相成長装置が提案されてい
る。この多角形サセプタ型気相成長装置は、横断面が円
形のリアクタ１内にバレル型の多角形サセプタ２が設け
られ、該多角形サセプタ２は図示しないサセプタ支持軸
によりその軸心の回りに公転自在に支持され、該リアク
タ１の上端には該多角形サセプタ２の各平面部２ａに原
料ガスを供給する図示しない原料ガス供給口が設けら
れ、該多角形サセプタ２の各平面部２ａにはウエハ３を
支持する自転トレー４が該多角形サセプタ２に対して自
転自在に支持され、自転トレー４にはこれを自転させる
ために図示しないトレー自転駆動機構が連結された構造
になっている。

【０００６】このような多角形サセプタ型気相成長装置
は、多角形サセプタ２を公転させつつ、該多角形サセプ
タ２上で自転トレー４を自転させるため、該多角形サセ
プタ２の各平面部２ａにおける各自転トレー４上の各ウ
エハ３の表面に対する原料ガスの流れの方向性がなくな
り、しかも原料ガスに触れる条件がほぼ一様になり、薄
膜成長を均一化でき、得られるエピタキシャルウエハの
品質向上を図ることができる。

【０００７】この装置により得られるエピタキシャルウ
エハの膜厚のばらつきは±３〜４％のとなり、公転タイ
プの装置の場合のエピタキシャルウエハの膜厚のばらつ
きが±５〜７％であったものに比べて改善されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の多角形サセプタ型気相成長装置においては、
横断面が円形のリアクタ１内に多角形サセプタ２が設け
られた構造になっているので、図１０に示すように、多
角形サセプタ２の平面部２ａとリアクタ１との間隔が、
平面部２ａの中央部での間隔ａと端部での間隔ｂとでは
距離が異なり、このため図１１に示すようにウエハ３上
の膜厚のばらつきを±３％以下に低下させることができ
ず、±２％程度を要求しているユーザの要求に答えられ
ない問題点があった。

【０００９】本発明の目的は、ウエハ上の膜厚のばらつ
きを低下させることができる多角形サセプタ型気相成長
装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の構成を説明すると、次の通りである。

【００１１】請求項１に記載の多角形サセプタ型気相成
長装置は、リアクタ内に多角形サセプタが公転しないよ
うに設けられ、前記リアクタの一端側には前記多角形サ
セプタの各平面部に原料ガスを供給する原料ガス供給口
が設けられ、前記多角形サセプタの各平面部にはウエハ
を支持する自転トレーが該多角形サセプタに対して自転
自在に支持され、前記自転トレーにはこれを自転させる
トレー自転駆動機構が連結され、前記リアクタ内には前
記多角形サセプタの各平面部に対向する平面部をもつ多
角形インナーチューブが配置されていることを特徴とす
る。

【００１２】請求項２に記載の多角形サセプタ型気相成
長装置は、請求項１において、前記多角形サセプタと前
記多角形インナーチューブとの各角部の対向箇所には仕
切り体が配置されていることを特徴とする。

【００１３】

【作用】請求項１に記載の発明のように、リアクタ内に
公転しないように多角形サセプタを配置し、該リアクタ
内に該多角形サセプタの各平面部に対向する平面部をも
つ多角形インナーチューブを配置すると、多角形サセプ
タの各平面部と多角形インナーチューブの各平面部との
間隔が、原料ガスの流れ方向の各位置で、該流れ方向に
直交する方向ではほぼ一定になり、しかもウエハを支持
する自転トレーを多角形サセプタの各平面部で自転させ
るので、薄膜成長を均一化でき、得られるエピタキシャ
ルウエハの膜厚のばらつきをユーザが要求している程度
まで低下させることができる。

【００１４】また、多角形サセプタの各平面部と多角形
インナーチューブの各平面部との間隔が、原料ガスの流
れ方向の各位置で、該流れ方向に直交する方向ではほぼ
一定になると、原料ガスの切替え時にガスの切替わりが
早くなり、このためエピタキシャルウエハの膜の界面の
急峻性が向上する。

【００１５】請求項２に記載の発明のように、多角形サ
セプタと多角形インナーチューブとの各角部の対向箇所
に仕切り体を配置すると、多角形サセプタの隣り合う平
面部側の相互影響を回避して気相成長を行わせることが
でき、エピタキシャルウエハの膜厚のばらつきをより低
下させることができる。

【００１６】

【実施例】図１〜図３は、本発明に係る多角形サセプタ
型気相成長装置の第１実施例を示したものである。本実
施例の多角形サセプタ型気相成長装置では、横断面が円
形のリアクタ１を備え、該リアクタ１は石英ガラス等の
誘導加熱され難く且つ不純ガスを発生し難い非金属で形
成されたリアクタ本体部５とその下部に設けられている
ステンレス等の金属製のチャンバ部６とで構成されてい
る。リアクタ本体部５の上下方向の途中には拡径段部５
ａが設けられ、該拡径段部５ａより下のリアクタ本体部
５は上部より拡径されている。リアクタ本体部５の上部
には、原料ガス供給口７が設けられている。該原料ガス
供給口７に対応してリアクタ本体部５の上部には、原料
ガス吹出し突部８が該リアクタ本体部５内に突出させて
設けられている。該原料ガス吹出し突部８には、複数の
原料ガス吹出し孔８ａが設けられている。

【００１７】該リアクタ本体部５内にはカーボン等の誘
導加熱され易い素材で形成された六角形の多角形サセプ
タ２が配置されている。該多角形サセプタ２はサセプタ
支持軸９により支持されている。該サセプタ支持軸９は
少なくとも上部が石英ガラス等の非金属で形成する必要
があるが、下部はステンレス等の金属で形成することが
できる。サセプタ支持軸９の先端には受け部１０が設け
られ、該受け部１０が多角形サセプタ２の下面の突部１
１に嵌合されて、多角形サセプタ２がサセプタ支持軸９
で支持されている。該サセプタ支持軸９の下部は、リア
クタ１のチャンバ部６における底面を貫通するようにな
っている。

【００１８】サセプタ支持軸９の軸心には孔１３があけ
られ、この孔１３を利用して多角形サセプタ２の下面に
設けられた図示しない熱電対等の温度センサのリード線
が通されるようになっている。

【００１９】チャンバ部６の下には、図２に示すように
多角形サセプタ２をサセプタ支持軸９を介して昇降させ
るサセプタ昇降機構１４が設けられている。該サセプタ
昇降機構１４は、サセプタ支持軸９を支持した昇降ブラ
ケット１５と、該昇降ブラケット１５を回り止めしつつ
ガイドする昇降ガイド１６と、該昇降ブラケット１５に
ネジ結合部で貫通されていて回転運動を該ネジ結合部で
直線運動に変換して該昇降ブラケット１５に与えるスク
リュー１７と、該スクリュー１７を回転する図示しない
モータとで構成されている。

【００２０】多角形サセプタ２の各平面部２ａには凹部
１８が設けられ、該凹部１８にはウエハ３を支持するカ
ーボン等からなる自転トレー４が回転自在に支持されて
いる。自転トレー４に回転力を伝えるカーボン等からな
るトレー自転軸１９は、多角形サセプタ２を回転自在に
貫通して裏面側の歯車室２０に導出されている。多角形
サセプタ２の裏面側に導出されたトレー自転軸１９の端
部には、石英ガラス等からなるトレー自転遊星歯車２１
が取付けられている。

【００２１】サセプタ支持軸９の上軸部外周には、トレ
ー自転遊星歯車２１を噛み合わせるカーボン等からなる
太陽歯車２２が同軸配置されている。サセプタ支持軸９
の外周には、筒状の太陽歯車支持体２３が同軸配置され
ている。該太陽歯車支持体２３は、石英ガラス等の非金
属からなる上部支持体部２３ａと、ステンレス等の金属
からなる下部支持体部２３ｂとで構成されている。該太
陽歯車支持体２３の上部支持体部２３ａにおける上端に
太陽歯車２２が支持されている。該太陽歯車支持体２３
の下部支持体部２３ｂとサセプタ支持軸９との間には軸
受２４が介在されている。

【００２２】該太陽歯車支持体２３の下部支持体部２３
ｂは、リアクタ１のチャンバ部６における底面をシール
部２５を介して貫通するようになっている。太陽歯車支
持体２３の下部支持体部２３ｂとサセプタ支持軸９との
間にもシール部２６が設けられている。

【００２３】チャンバ部６の底面から外に出ている下部
支持体部２３ｂの外周には歯車２７が取付けられ、該歯
車２７には歯車２８が噛み合わされている。該歯車２８
は、モータ２９で回転駆動されるようになっている。

【００２４】これらトレー自転軸１９，トレー自転遊星
歯車２１，太陽歯車２２，太陽歯車支持体２３，歯車２
７，歯車２８，モータ２９にて、自転トレー４を自転駆
動させるトレー自転駆動機構３０が構成されている。

【００２５】多角形サセプタ２の上部には、断面円形の
キャップ３１が設置されている。該キャップ３１の頂部
には原料ガス吹出し突部８を嵌め込むキャップ凹部３２
が設けられ、該キャップ凹部３２内には原料ガス吹出し
突部８の表面に沿ってガス流路３３が形成されている。

【００２６】リアクタ本体部５の下部に隣接したチャン
バ部６には、排気口３４が設けられている。この排気口
３４に対応して太陽歯車支持体２３における上部支持体
部２３ａの外周には、リアクタ本体部５内から下降する
排気ガスを排気口３４側にガイドするフローガイド３５
が設けられている。

【００２７】リアクタ本体部５の外周には、多角形サセ
プタ２を加熱する加熱器としての高周波加熱コイル３６
が配置されている。

【００２８】特に、リアクタ本体部５の拡径段部５ａよ
り下の該リアクタ本体部５の拡径部内には、多角形サセ
プタ２の各平面部２ａに対向する平面部３７ａをもつ多
角形インナーチューブ３７が、その上端を拡径段部５ａ
に当接させ、その下端をチャンバ６の上端のフランジ３
８に設けたインナーチューブホルダ３９に支持させて配
置されている。該多角形インナーチューブ３７は石英ガ
ラス等で形成されている。

【００２９】なお、５０は多角形サセプタ２の下で上部
支持体部２３ａの外周に設けられたガス整流用のスカー
ト部である。

【００３０】このような多角形サセプタ型気相成長装置
においては、多角形サセプタ２を回転させず、トレー自
転駆動機構３０のモータ２９を駆動して自転トレー４を
ウエハ３と共に自転駆動させる。

【００３１】リアクタ本体部５内には、その上部の原料
ガス供給口７から原料ガスを供給する。原料ガス供給口
７に供給された原料ガスは、原料ガス吹出し突部８の原
料ガス吹出し孔８ａからキャップ凹部３２内に吹出され
てキャップ３１の表面の全周に一様に流れ下ることにな
る。このため、多角形サセプタ２を公転しなくともその
各平面部２ａに一様に原料ガスを流すことができる。

【００３２】一方、該多角形サセプタ２は高周波加熱コ
イル３６によって例えば600 〜800℃に加熱し、これに
よりウエハ３を加熱する。このとき多角形サセプタ２の
温度を図示しない温度センサで測定し、高周波加熱コイ
ル３６への通電を制御して該多角形サセプタ２の温度を
一定に制御する。

【００３３】加熱されているウエハ３の表面に原料ガス
が流れると、ウエハ３の表面で気相成長が行われ、エピ
タキシャルウエハが得られる。

【００３４】このとき、リアクタ本体部５内には、多角
形サセプタ２の各平面部２ａに対向する平面部３７ａを
もつ多角形インナーチューブ３７が配置されているの
で、該多角形サセプタ２の各平面部２ａと多角形インナ
ーチューブ３７の各平面部３７ａとの間隔が、原料ガス
の流れ方向の各位置で、該流れ方向に直交する方向では
ほぼ一定になり、しかもウエハ３を支持する自転トレー
４を多角形サセプタ２の各平面部２ａで自転させるの
で、薄膜成長を均一化でき、得られるエピタキシャルウ
エハの膜厚のばらつきを、図４に示すようにユーザが要
求している±２％程度まで低下させることができた。

【００３５】また、多角形サセプタ２の各平面部２ａと
多角形インナーチューブ３７の各平面部３７ａとの間隔
が、原料ガスの流れ方向の各位置で、該流れ方向に直交
する方向ではほぼ一定になると、原料ガスの切替え時に
ガスの切替わりが早くなり、このためエピタキシャルウ
エハの膜の界面の急峻性が向上する。

【００３６】多角形サセプタ２上のウエハ３の着脱は、
該多角形サセプタ２をサセプタ昇降機構１４の駆動によ
ってチャンバ６内に下降させることにより行う。

【００３７】このようなウエハ３の着脱時に、多角形イ
ンナーチューブ３７も着脱してクリーニングの済んだも
のに交換することが好ましい。多角形インナーチューブ
３７が長くて、着脱に不便な場合には、該多角形インナ
ーチューブ３７を上下に分割した構造にすればよい。

【００３８】図５及び図６は、本発明に係る多角形サセ
プタ型気相成長装置の第２実施例を示したものである。
本実施例の多角形サセプタ型気相成長装置では、多角形
インナーチューブ３７の下端を支えるインナーチューブ
ホルダ３９が太陽歯車支持体２３側のスカート部５０
（スカート部５０がないときには上部支持体部２３ａ）
に設けられている点に特徴がある。この場合、インナー
チューブホルダ３９は放射状に形成されていて、その間
に放射状に排気間隙４０を持ち、インナーチューブ３７
内を下降する排気ガスを該排気間隙４０を経て排気口３
４側に排気するようになっている。この場合、インナー
チューブホルダ３９の上端は、リアクタ本体部５の上部
肩部に当接されている。

【００３９】このような構造にすると、多角形サセプタ
２の昇降時に、多角形インナーチューブ３７を一緒に昇
降させることができる。このようにすると、汚れた多角
形インナーチューブ３７の交換を容易に行うことができ
る。

【００４０】図７は、本発明に係る多角形サセプタ型気
相成長装置の第３実施例を示したものである。本実施例
の多角形サセプタ型気相成長装置では、排気ガスを排気
口３４へガイドするフローガイド３５が、多角形インナ
ーチューブ３７の下端を支えるインナーチューブホルダ
を兼ねている点に特徴がある。これに伴い多角形インナ
ーチューブ３７の下部に排気口４１が設けられている。

【００４１】このような構造にすると、特殊な構造をし
たインナーチューブホルダ３９を設ける必要がなくな
る。

【００４２】また、この構造の場合も、多角形サセプタ
２の昇降時に、多角形インナーチューブ３７を一緒に昇
降させることができ、汚れた多角形インナーチューブ３
７の交換を容易に行うことができる。

【００４３】図８は、本発明に係る多角形サセプタ型気
相成長装置の第４実施例を示したものである。本実施例
の多角形サセプタ型気相成長装置では、多角形インナー
チューブ３７の各角部の内面に突起よりなる仕切り体４
１が突設されている例を示したものである。

【００４４】なお、この仕切り体４１は多角形サセプタ
２の各角部に突設することもできる。或いは、この仕切
り体４１は多角形インナーチューブ３７の各角部と多角
形サセプタ２の各角部に共に突設することもできる。

【００４５】このように、多角形サセプタ２と多角形イ
ンナーチューブ３７との各角部の対向箇所に仕切り体４
１を配置すると、該多角形サセプタ２の隣り合う平面部
２ａ側の相互影響を回避して気相成長を行わせることが
でき、エピタキシャルウエハの膜厚のばらつきをより低
下させることができる。

【００４６】上記各実施例では、多角形サセプタ２と多
角形インナーチューブ３７とを六角形としたが、これに
限定されるものではなく、八角形等でもよいことは勿論
である。

【００４７】また、リアクタ本体５内の上部に原料ガス
供給口７に連通する原料ガス吹出し突部８を設け、キャ
ップ３１にキャップ凹部３２を設ける構造は、第１実施
例だけでなく、第２〜第４実施例にも同様に適用するこ
とができる。

【００４８】このようにすると、多角形サセプタ２やキ
ャップ３１がリアクタ本体部５内で多少偏心していて
も、該多角形サセプタ２の各平面部２ａに一様に原料ガ
スを流すことができ、多角形サセプタ２を公転させない
デメリットを解消することができる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る多角形
サセプタ型気相成長装置によれば、下記のような優れた
効果を達成することができる。

【００５０】請求項１に記載の発明では、リアクタ内に
公転しないように多角形サセプタを配置し、該リアクタ
内に該多角形サセプタの各平面部に対向する平面部をも
つ多角形インナーチューブを配置しているので、多角形
サセプタの各平面部と多角形インナーチューブの各平面
部との間隔を、原料ガスの流れ方向の各位置で、該流れ
方向に直交する方向ではほぼ一定にすることができ、し
かもウエハを支持する自転トレーを多角形サセプタの各
平面部で自転させるため、薄膜成長を均一化でき、得ら
れるエピタキシャルウエハの膜厚のばらつきをユーザが
要求している程度まで低下させることができる。

【００５１】また、本発明によれば、このような特性向
上と同時にエピタキシャルウエハの膜の界面の急峻性も
向上させることができる。その結果、後工程の成膜，エ
ッチング工程によってエピタキシャルウエハの歩留りを
向上させることができる。

【００５２】請求項２に記載の発明のように、多角形サ
セプタと多角形インナーチューブとの各角部の対向箇所
に仕切り体を配置したので、多角形サセプタの隣り合う
平面部側の相互影響を回避して気相成長を行わせること
ができ、エピタキシャルウエハの膜厚のばらつきをより
低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多角形サセプタ型気相成長装置の
第１実施例の上部構造の一例を示す縦断面図である。

【図２】本発明に係る多角形サセプタ型気相成長装置の
第１実施例の下部構造の一例を示す縦断面図である。

【図３】本実施例で用いている多角形サセプタと多角形
インナーチューブとの配置状態を示す横断面図である。

【図４】本実施例の多角形サセプタ型気相成長装置で製
造されたエピタキシャルウエハの膜厚の分布を示す線図
である。

【図５】本発明に係る多角形サセプタ型気相成長装置の
第２実施例の上部構造の一例を示す縦断面図である。

【図６】図５のインナーチューブホルダの構造を示す横
断面図である。

【図７】本発明に係る多角形サセプタ型気相成長装置の
第３実施例の上部構造の一例を示す縦断面図である。

【図８】本発明に係る多角形サセプタ型気相成長装置の
第４実施例を示す要部横断面図である。

【図９】従来の多角形サセプタ型気相成長装置の要部構
成を示す横断面図である。

【図１０】図９に示す従来の装置における多角形サセプ
タとリアクタとの関係を示す要部横断面図である。

【図１１】従来の多角形サセプタ型気相成長装置で製造
されたエピタキシャルウエハの膜厚の分布を示す線図で
ある。

【符号の説明】

１ リアクタ ２ 多角形サセプタ ２ａ 平面部 ３ ウエハ ４ 自転トレー ５ リアクタ本体部 ５ａ 拡径段部 ６ チャンバ部 ７ 原料ガス供給口 ８ 原料ガス吹出し突部 ８ａ 原料ガス吹出し孔 ９ サセプタ支持軸 １０ 受け部 １１ 突部 １３ 孔 １４ サセプタ昇降機構 １５ 昇降ブラケット １６ 昇降ガイド １７ スクリュー １８ 凹部 １９ トレー自転軸 ２０ 歯車室 ２１ トレー自転遊星歯車 ２２ 太陽歯車 ２３ 太陽歯車支持体 ２３ａ 上部支持体部 ２３ｂ 下部支持体部 ２４ 軸受 ２５，２６ シール部 ２７，２８ 歯車 ２９ モータ ３０ トレー自転駆動機構 ３１ キャップ ３２ キャップ凹部 ３３ ガス流路 ３４ 排気口 ３５ フローガイド ３６ 高周波加熱コイル ３７ 多角形インナーチューブ ３７ａ 平面部 ３８ フランジ ３９ インナーチューブホルダ ４０ 排気間隙 ４１ 排気口 ５０ スカート部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リアクタ内に多角形サセプタが公転しな
   いように設けられ、前記リアクタの一端側には前記多角
   形サセプタの各平面部に原料ガスを供給する原料ガス供
   給口が設けられ、前記多角形サセプタの各平面部にはウ
   エハを支持する自転トレーが該多角形サセプタに対して
   自転自在に支持され、前記自転トレーにはこれを自転さ
   せるトレー自転駆動機構が連結され、前記リアクタ内に
   は前記多角形サセプタの各平面部に対向する平面部をも
   つ多角形インナーチューブが配置されていることを特徴
   とする多角形サセプタ型気相成長装置。
2. 【請求項２】 前記多角形サセプタと前記多角形インナ
   ーチューブとの各角部の対向箇所には仕切り体が配置さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の多角形サセ
   プタ型気相成長装置。