JPS6345199A

JPS6345199A - 気相成長装置

Info

Publication number: JPS6345199A
Application number: JP18722086A
Authority: JP
Inventors: Tsugio Ishikawa; 石川　二男
Original assignee: KYUSHU DENSHI KINZOKU KK
Current assignee: KYUSHU DENSHI KINZOKU KK
Priority date: 1986-08-08
Filing date: 1986-08-08
Publication date: 1988-02-26

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、最適の
原オニ１ガス流を確１呆し、かつ岐１°１１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、膜厚の均一性を向上させ、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、１呆持する必要が
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、
薄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ベリ等
が生し、歩留の低下を招来することが指摘（特開昭５９
−５００９５号）されている。

第３図に示すバレル型気相成長装置は、横型と縦型の利
点を有するものとされ、基板（１）を保持し回転駆動さ
れるサセプター（２）は複数の傾斜面からなる略角錐状
から構成され、ドーム状あるいは図示するチューリップ
状のベルジャー（３）の上部の開口を閉塞する部材に設
けたガス導入口（４）より原料ガスが円筒状の反応室（
５）へ導入され、下部の閉塞底部の中央に設けたガス排
出口（６）より排出され、ベルジャー（３）の外周部に
高周波コイル（７）が配置される構成である。また、第
４図の如く、前記のドーム型のベルジャーを用いたバレ
ル型の場合は、サセプター（２）の傾斜方向が同一方向
である以外、全てが上下逆配置となる。

かかる気相成長装置において、１バツチにおける基板処
理枚数をふやす傾向にあるが、ガスの流の不均一やガス
濃度分布の不均一が問題となるため、被カロ熱体である
基板及びサセプターの均一な加熱を目的に、加熱源の高
周波コイル（７）とサセプター（２）との間隔調整や、
高層；皮コイル（７）の配置方法を考慮したりして、被
加熱体への熱全を制御し、基板（１）上の温度分布を一
矛、ηにし、さらに、減圧するなどの手段により、ガス
流速を増して原料ガスの供給量を増大させ、ガス流方向
の各基板上膜！７の不均一を改善する方法が取られてい
た。

しかし、上記方法でもガス濃度分布の不均一が解消され
ず、成長する薄膜厚みが不均一となるため、サセプター
をガス流れに略平行に配置し、基板上垂直方向のガス濃
度を、１ＩＩＪ定し、その結果に基づき補充原料ガスを
供給する方法が（特開昭５５−７５９９９号）が提案さ
れているが、かかるガス濃度ぷす定、自ＩＩ充をリアル
タイムに行なうには、高度な演算ｌ！、’Ｊ御が必要と
なり、操業上程々の問題を派生させていた。

また、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（１）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、基板表面温度の均一化を図り、膜厚の均一
性を向上させ、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、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、成形薄膜厚みの均一性が向
上し、また、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、上下方向にガスの導入、排出口を設けたベルジャー内に
、ガス導入口側に頂部を対向させた略角錐状サセプター
を配置し、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バレル型気相成長装置
において、ガス導入口側より下側のガス排出口に向って
、外周長が暫時減少する形状からなるベルジャーで反応
室を構成し、さらに、反射面を多球面で構成した光反射
構造体を、前記ベルジャー外周部に配置したことを特徴
とする気相成長装置である。

この発明において、ガス導入口側より下側のガス排出口
に向って、外周長が暫時減少する形状からなるベルジャ
ーで・反応室を構成することにより、反応室内のガス流
並びに濃度の最適化が図られ、成形薄膜厚みの均一性が
向上し、製品歩留が向上する効果が得られるが、サセプ
ターの傾斜、角度と上記のベルジャーの絞り傾斜角度と
の関係：峠ベルジャー寸法やサセプター形状２寸法及び
ガス流等の諸条件を考「・トして適宜選定する必要があ
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、この會の基板及びサセプ
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の表裏面の温度勾配
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。

この光反射構造体の形状５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と前述の効果
が得られ、さらに、該光反射構造体の被加熱体に対向す
る位置あるいは上部反射面を、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
かて゛きる。

また、光反射ｒＩＷ造体のｔｉ”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形
成したり、さらに、金、銀、ロジウム等の反射膜を被着
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バレル型気相成長装置の樅１折
説明図である。第２図はこの発明の池の気相成長装置の
縦断説明図て゛ある。

第１図に示す気（目成長装置は、基板（１）を保持する
サセプター（１０）は複数の１頃斜面からなるｌｌｌ：
’ｒ角椎状から構成され、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（１
５）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）より排出される。

上記のベルジャー（１２）は、ガス導入口（１４）側よ
り下側のガス排出口（１６）に向って、外周長が暫時減
少する形状からなり、サセプター（１０）の基板（１）
を貼着した面の対向位置に、内側反射面を多球面より構
成したセラミックス製の光反射構造体（３１）が層配置
しである。高周波コイル（１７）はこの光反射溝造（＋
（３１）の外周部に配置される構成である。

第２図に示すバレル型気相成長装置は、基板（１）を１
呆持するサセプター（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、下側開口部に向って水平方向の外周
長が暫時減少する形状からなり、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）
より排出される。

さらに、前記ベルジャー（２２）全体を被包する如く、
セラミックス袈の多球面で構成される光反ｑ＝を構造体
（３２）が配置され、その外周部に加８ｊ５源の高周波
コイル（２７）が巻回配置されている。

上述の如く、ベルジャー（１２Ｘ２２）の形状を、サセ
プター（１０Ｘ２０）の（頃斜・角度等に応じて、この
発明による持味な形状とすることにより、次のような利
点がある。

すなわち、一般に、原料ガスは、従来の円筒状の反応室
（５）（第３図参照）内を下方へ行くほど加熱されて膨
張するため、浮力を生じて下流側はどその流速が乱れ、
上流側で原料ガスの濃度が高く、下流側で低くなり、下
流側基板に形成される膜厚が不均一になる傾向があった
が、この発明による外周長さが暫時減少する所謂尻窄み
形状の反応室（１５Ｘ２５）とすることにより、下流側
はど通過断面積が少なくなるため、流速が速くなり、浮
力の影響少なく、均一な膜厚を」・ることができる。

なお、ベルジャーを円筒状とし、サセプターの傾き角度
を緩くすると、相対的に上記の場合と同様と考えられる
が、サセプター形状が変り、基板の保持面積が変化し、
ガス濃度も変化するなど種ノ、・の問題を１ｄ末するた
め好ましくない。

また、光反射構造体ｒ　３　ｌ　、１はその反射面全体
が、光反Ｑｊ’　ｔ：Ｙｉ構造体３２）は頭１代及び底
部の内側反射面が、それぞ゛れ多球面から（′Ｉ￥成さ
れ、サセプター＜１０Ｍ２０）及び基板（１）からの輻
射熱を有効に基板（１））へ帰着させることかて゛き、
凸阪の表裏面の温度勾配を補償することができるため、
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を防止することができる。

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；上側直径３３５ｍｍ、下側直径３１０ｍｍ
光反射ＩＩＷ造体；直径４３５ｍｍ、高周波コイルと光反射ｉ、ｌ、ｌ；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ｆ＋ガス；　５ｉＣ１４なる条１′１・の気１目成長を行なったところ、光反ｎ
・１４．“パ；造体による液加熱体からの輻射熱の帰着
：＋＝：七１Ｘノ２５％であり、光反射構造体を有しな
い従来の気（・目成長装置と比較して、使用？よりは１
５％削１成でき、さらに、基板表面での均％：ｊｌ、度
がよくなり、結晶学的すべりが大幅に戚少し、製品ル留
が８％向上した。

また、ベルジャーが直径３３５ｍｍの円筒状膨軟の従来
装置に比・咬して、形成薄膜厚みが均一となり、膜厚ば
らつきが１０％減少した、

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるバレル型鉄（・目成長装置の縦
断説明図である。第２図：；この発明の池の気相成長装
置の縦断説明図である。第３図と第４図は従来のバレル
型気相成長装置の縦断説明図であ１・・・基板、１０．
２０・・・サセプター、１２．２２・・・石英ベルジャ
ー、１４，２４・・・ガス導入口、１５．２５・・・反
応室、１６．２６・・・ガス排出口、１７．２７・・・
高周波コイル、３１．３２・・光反射構造体。

Claims

【特許請求の範囲】

上下方向にガスの導入、排出口を設けたベルジャー内に
、ガス導入口側に頂部を対向させた略角錐状サセプター
を配置し、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バレル型気相成長装置
において、ガス導入口側より下側のガス排出口に向って
、外周長が暫時減少する形状からなるベルジャーで反応
室を構成し、さらに、反射面を多球面で構成した光反射
構造体を、前記ベルジャー外周部に配置したことを特徴
とする気相成長装置。