JPS6340796A - 気相成長装置 - 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】 利用産業分野 この発明は、化学反応により、基板上に所要の半導体薄
膜を気相成長させる気相成長装置の改良に係り、被加熱
体からの輻射熱を有効利用することにより、基板の温度
分布の均一化を図り、基板の結晶学的なすべりを防止し
て、製品歩留を向上させることができる気相成長装置に
関する。

背景技術 今日、集積回路の量産には、高温に加熱された基板を収
納したベルジャー内に、一方より原料ガスを導入し、該
基板上に特定組成の薄膜を気相化学反応により形成し、
ベルジャーの他方より排ガスを排出する構成からなる気
相成長装置が用いられている。

一般に、気相成長装置において、基板上に薄膜を所要厚
みに均一に形成するには、温度、圧力、ガス濃度、基板
表面などの各種要素を最適に選択、保持する必要がある
とされている。

ベルジャー内の原料ガスの流体力学的な検討や、基板の
加熱方法などにより、横型、縦型、バレル型等の各種型
式の気相成長装置が開発され、原料ガスの流れ状態が、
１Ｗ膜厚みの均一性に悪影響を与えることが知られてお
り、特に、複数基板間の温度差や、各基板の表裏面の温
度勾配の発生により、基板への熱応力や結晶学的すべり
等が生じ、歩留の低下を招来することが指摘（特開昭５
９−５００９５号）されている。

まず、第４図に示す従来の横型気相成長装置は、水平に
配置した筒状の石英ベルジャー（２）内に、板状のサセ
プター（３）を傾斜配置し、板状のサセプター（３）に
基板（１）が載置され、筒状ベルジャー（２）の外周部
に、加熱源、ここでは高周波コイル（４）が巻回配置し
た構成であり、原料ガスは、図でベルジャー（２）の左
側に開設されたガス導入口（５）から反応室（６）に導
入され、右側のガス排出口（７）より排出され、所要の
ガス流はサセプター（３）を傾斜させることにより形成
している。

また、第５図及び第６図に示すバレル型気相成長装置は
、基板（１）を保持し回転駆動されるサセプター（１０
）は複数の傾斜面からなる略角錐状から構成され、チュ
ーリップ状のベルジャー（１２）の上部の開口を閉塞す
る部材（１３）に設けたガス導入口（１４）より原料ガ
スが円筒状の反応室（１５）へ導入され、下部の閉塞底
部の中央に設けたガス排出口（１６）より排出され、ベ
ルジャー（１２）の外周部に高周波コイル（１７）が配
置される構成である。また、第６図に示ストーム型のベ
ルジャー（２２）を用いたバレル型の場合は、サセプタ
ー（２０）の傾斜方向が同一方向である以外、第５図の
構成とは全てが上下逆配置となる。

被加熱体である基板及びサセプターの均一な加熱を目的
に、従来装置を検討してみると、加熱源の高周波コイル
（４Ｘ１７に２７）とサセプター（３）（１０Ｘ２０）
との間隔調整や、高周波コイル（４Ｘ１７Ｘ２７）の配
置方法を考慮したりして、被加熱体への熱量を制御し、
基板（１）上の温度分布を一様にし、温度分布の不均一
に基因する熱応力を防止していたため、基板（１）表面
を常に流れる原料ガスにより、あるいは基板厚みによっ
て、基板（１１）の表裏面の温度勾配が発生して熱応力
により基板が湾曲し、基板中央部と周辺部での温度差を
生じ、基板の結晶学的すべりに基づく製品歩留の低下が
あった。

このため、サセプターにおける基板の保持方法を工夫す
るなど対策（特開昭５９−５００９５号）が取られるが
、基板の表裏面の温度勾配を根本的に解決するものでは
なかった。

発明の目的 この発明は、横型、バレル型の気相成長装置において、
基板表面温度の均一化を図り、基板の結晶学的なすべり
を防止して、製品歩留を向上させることができる気相成
長装置を目的としている。

発明の構成と効果 この発明は、気相成長装置における基板の均一加熱を目
的に種々検討した結果、一般に行なわれる反応室内のガ
ス流の最適化を図り、かつこれを確保した上で、被加熱
体（基板及びサセプター）からの輻射熱を積極的に利用
することにより、基板の表裏面の温度勾配を解消し、基
板上での温度分布の均一精度が大きく向上し、基板の結
晶学的なすべりが防止され、製品歩留が向上することを
知見したものである。

すなわち、この発明は、 水素還元、熱分解法等の化学的反応により、基板上に結
晶層を気相成長させる横型またはバレル型気相成長装置
において、反応室を形成するベルジャーの外周部の少な
くとも被加熱体に対向する位置に、光反射構造体を配置
し、必要に応じて、該光反射構造体の少なくとも被加熱
体に対向する位置の反射面を多球面で構成したことを特
徴とする気相成長装置である。

この発明の特徴である光反射構造体は、かかる気相成長
装置において、サセプターを介して高周波コイルにて所
要温度まで基板を加熱するが、この際の基板及びサセプ
ターの被加熱体からの輻射熱を、乱反射させることなく
所要方向に反射させ、基板表面に戻す機能を有し、これ
により、従来装置で生じていた基板刀表裏面の温度勾配
を補償できるため、基板が湾曲して表面温度分布が不均
一となり、結晶学的すべりが発生するのが防止される。

これに対して、従来装置の輻射熱を考察すると、第４図
、第５図及び第６図のいずれの構成の場合も、基板（１
）やサセプタ−（３Ｘ１０Ｘ２０）からの輻射熱は、ベ
ルジャー（２Ｘ１２Ｘ２２）を透過後、外気により熱が
持ち去られるか、乱反射してしまうものであった。

この発明による光反射構造体の形状２寸法や反射面の構
成は、適用する気相成長装置の型式、構成２寸法等によ
り、適宜選定されるが、反応室を形成するベルジャーの
外周部の少なくとも被加熱体に対向する位置に配置する
か、あるいはベルジャー全体を覆うように配置したり、
さらに、該光反射構造体の少なくとも被加熱体に対向す
る位置の反射面を、各基板への輻射熱を均一化するよう
、その形状を考慮した多球面で構成することにより、最
も効率よく輻射熱を基板表面に帰着させることができ、
前記効果が得られる。

また、光反射構造体の材質は、高周波を誘導しない材質
が好ましく、例えば、アルミナ等の耐熱セラミックスが
利用でき、反射面は表面を鏡面仕上げにより）し成した
り、さらに、反射率を向上させるために、金、銀、ロジ
ウム等のめっきあるいは種々の被膜層を）形成するなど
の手段が採用できる。

発明の図面に基づく開示 第１図はこの発明による横型気相成長装置の縦！祈説明
図である。第２図と第３図はこの発明によるバレル型気
相成長装置の縦断説明図である。

第１図に示す横型気相成長装置は、水平に配置した節状
の石英ベルジャー（２）内に板状のサセプター（３）が
傾斜配置され、サセプター（３）に基板（１）が載置さ
れ、筒状ベルジャー（２）の上側外周部に、内周面が多
球面体から構成される光反射構造体（３１）が配置して
あり、この外側に高周波コイル（４）が巻回配置された
構成であり、原料ガスは、図でベルジャー（２）の左側
に開設されたガス導入口（５）から反応室（６）に導入
され、右側のガス排出口（７）より排出され、傾斜した
サセプター（３）を調整し、均一な膜厚が得られるよう
ガス流を設定してあり、前記の光反射構造体（３１）か
らの輻射熱の反射によって、基板（１）の湾曲が防止さ
れ、成長膜厚の均一化と基板の結晶学的すべりを減少さ
せることができる構成である。

第２図に示すバレル型の気相成長装置は、基板（１）を
保持するサセプター（１０）は複数の傾斜面からなる略
角錐状から構成され、基台に垂直に垂架された回転軸（
（１１）に装着されて回転可能に保持され、チューリッ
プ状のベルジャー（１２）内に装入されており、該ベル
ジャー（１２）の上部の開口を閉塞する部材（１３）に
設けたガス導入口（１４）より原料ガスが反応室（１５
）へ導入され、ベルジャー（１２）下部の閉塞底部の中
央に設けたガス排出口（１６）より排出され、さらに、
ベルジャー（１２）の円筒部の外周部に、その内周面が
多球面体から構成される輪状の光反射構造体（３２）が
配置してあり、光反射構造体（３２）の外周部に高周波
コイル（１７）が配置される構成である。

第３図に示すバレル型気相成長装置は、基板（１）を保
持するサセプター（２０）は同様形状の略多角錐状から
なり、また、基台に垂直に軸支された回転軸（２１）に
装着されて回転可能に保持され、これを覆うように配置
されるベルジャー（２２）は、頭部中央にガス導入口（
２４）を開孔し、原料ガスは上部のガス導入口（２４）
より、ベルジャー（２２）内の反応室（２５）内を下降
して、ベルジャー（２２）下部の開口を閉塞する部材あ
るいは基台に設けたガス排出口（２６）より排出され、
さらに、ベルジャー（２２）の円筒部の外周部に、その
内周面が多球面体から構成される輪状の光反射構造体（
３３）が配置してあり、光反射構造体（３３）の外周部
に高周波コイル（２７）が配置される構成である。

また、図示しないが、上記の光反射構造体（３３）に代
えて、ベルジャー（２２）全体を包囲可能なドーム状の
光反射構造体を配置してもよく、その内周面の所要部を
、各基板への輻射熱を均一化するようその形状を考慮し
た多体面体にて形成するのもよい。

上記光反射構造体（３２Ｘ３３）は、基板（１）に対向
する位置の反射面が多体面体から構成され、サセプター
（１０Ｘ２０）及び基板（１）からの輻射熱を有効に基
板（１）へ帰着させることができ、基板（１）の表裏面
の温度勾配を補償することができるため、基板（１）湾
曲して表面温度分布が不均一となり、結晶学的すべりが
発生するのを防止することができる。

以下余白 実施例 第１図に示したバレル型気相成長装置を用いて、 サセプター；６角錘形状 対角線長さ上側２５０ｍｍ、 下側２８０ｍｍ。

回転数６／ｍｉｎ ベルジャー；直径３３５ｍｍ、 光反射構造体；直径４３５ｍｍ、 高周波コイルと光反射構造体間距離；２０〜３５ｍｍ加
熱時間：１時間 加熱温度；　１２００°Ｃ１ 反応時間；３０分 半導体ガス；　５ｉＣ１４ からなる条件の気相成長を行なったところ、光反射構造
体による被加熱体からの輻射熱の帰着率は約２５％であ
り、光反射構造体を有しない従来の気相成長装置と比較
して、使用電力は１５％削減でき、さらに、基板表面で
の均熱度がよくなり、結晶学的すべりが大幅に減少し、
製品歩留が８％向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による横型気相成長装置の縦断説明図
である。第２図と第３図はこの発明によるバレル型気相
成長装置の縦断説明図である。第４図は従来の横型気相
成長装置の縦ｌ析説明図である。第５図と第６図は従来
のバレル型気相成長装置の縦１析説明図である。 １・・・基板、２，１２．２２・・・石英ベルジャー、
３．１０．２０・・・サセプター、４，１７，２７・・
・高周波コイル、５．１４．２４・・・ガス導入口、６
，１５．２５・・・反応室、７．１６．２６・・・ガス
排出口、３１，３２．３３・・・光反射構造体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水素還元、熱分解法等の化学的反応により、基板上に結
   晶層を気相成長させる横型またはバレル型気相成長装置
   において、反応室を形成するベルジャーの外周部の少な
   くとも被加熱体に対向する位置に、光反射構造体を配置
   したことを特徴とする気相成長装置。 ２ 光反射構造体がセラミックスからなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の気相成長装置。 ３ 水素還元、熱分解法等の化学的反応により、基板上に結
   晶層を気相成長させる横型またはバレル型気相成長装置
   において、反応室を形成するベルジャーの外周部の少な
   くとも被加熱体に対向する位置に、光反射構造体を配置
   し、かつ該光反射構造体の少なくとも被加熱体に対向す
   る位置の反射面を多球面で構成したことを特徴とする気
   相成長装置。 ４ 光反射構造体がセラミックスからなることを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載の気相成長装置。