JPS636627B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エピタキシヤル成長およびCVDの
ための気相成長装置に係り、特に気相成長を施こ
される基板の均一加熱に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

一般に気相成長装置は、抵抗ヒータ、RFコイ
ルあるいは赤外線ランプなどの加熱源によつて赤
熱状態に加熱されるサセプタ上に基板を設置して
該基板を加熱し、この基板の表面に反応ガスを接
触させて該表面に気相成長層を形成するようにな
つている。ところで、均一な厚さの気相成長層を
得るため、また基板が単結晶の場合にはスリツプ
の発生を押えるため、基板の平面方向および厚さ
方向の温度差を小さく押えて基板全体を均一に保
つて昇温させるように加熱する必要がある。基板
の表面は、反応ガスが接触して冷却されたり、ま
た放熱があつたりするため、サセプタに接触して
いる裏面より低温になり、これによつて基板がそ
り、サセプタとの接触が局部的になつて平面内に
おける温度分布も悪くなりスリツプを生ずる。そ
こで、従来、第８図に示すように、石英製の反応
容器１によつて形成された反応室２内にカーボン
製のサセプタ３を配置し、このサセプタ３の図に
おいて上面に基板４を載置し、同じく図において
反応容器１の上方に設けた加熱源であるランプ５
により前記サセプタ３と基板４に同時に赤外光を
照射し、サセプタ３を赤熱状態に加熱してその上
に載置されている基板４を裏面から加熱すると同
時に、前記ランプ５からの赤外光により基板４を
直接表面から加熱するようにしたものがあり、こ
れによればスリツプの発生が少ないと言われてい
るが、昇温過程におけるサセプタ３と基板４の温
度のアンバランスによつてスリツプを生ずるとも
言われている。この問題を解決するため、前記サ
セプタ３を図示しないRFコイルにより裏面側か
ら加熱し、ランプ５による基板４の直接加熱を補
助的なものとし、サセプタ３と基板４の温度のア
ンバランスを除去することも提案されている。

しかしながら、前記のようにサセプタ３に基板
４を接触させ、主としてサセプタ３からの熱伝導
により基板４を加熱する方式では、両者の接触状
態はサセプタ３の表面状態や基板４のそりなどに
よつて一定になりにくいため、基板４の平面内に
おける温度分布の均一化が得られにくく、またラ
ンプ５で基板４を直接加熱する場合は、反射板６
を用いて赤外光の照射強度の分布を調整しても基
板４の全表面を均一な強さで加熱することはむず
かしく、またサセプタ４自身の温度むらが基板４
に直接影響し、さらにまたランプ５のON，OFF
による昇温または降温時に基板４とサセプタ３の
温度がアンバランスになつてしまうなどのために
基板４に温度むらを生じてしまう欠点があつた。
なお、サセプタ３と基板４の接触状態の安定化を
図るため、従来、サセプタ３の基板載置位置に極
く浅いわん曲した凹部などを設けることが提案さ
れているが、従来提案されている凹部は最も深い
ところでも基板４の裏面とのすき間が0.1mmない
しはそれ以下の極めて小さい値であり、約125な
いし150mmさらにはそれ以上の直径の基板４に対
し、このような小さな値の凹部をその底面の形状
も含めて正確に形成することは困難であり、実際
には十分な均一加熱ができず、スリツプを生じて
しまうことが多かつた。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、前述したような問題を解決するた
め、反応室内に互いに対向して設けられたカーボ
ン製の第１、第２の加熱板と、これらの両加熱板
にそれぞれ加熱エネルギを供給する加熱源と、両
加熱板の間に略平行に基板を位置させる基板支持
部とからなり、この基板支持部が基板の外周近く
を除く表裏両面の大部分ないし全体を両加熱板に
対しそれぞれ間隔を置いて対向させるようにした
ものである。

〔作用〕

本発明においては、基板の表裏両面がそれぞれ
間隔を置いて位置する第１、第２の加熱板から発
生する赤外光や空間を介しての間接的な熱伝導に
よつて加熱される。第１、第２の加熱板はRFコ
イルやランプなどの加熱源から供給される加熱エ
ネルギによつて赤熱あるいは白熱状態に加熱され
るが、これらの加熱板はカーボン製であり熱伝導
率が高いため、これらに対する加熱エネルギの供
給の分布が一様でなくても、全体がほぼ均一の温
度に加熱され、かつ加熱板からの赤外線は四方に
散乱するように発生するため、基板の全面をより
均一に加熱し、基板の温度むらは加熱板の温度む
らに対し非常に小さく押えられる。そこで、基板
の平面内における温度分布の均一化が図れると共
に、両加熱板の加熱の度合によつて表裏両面の加
熱量を適宜に設定でき、さらに基板は外周部を除
く大部分ないし全体が両加熱板から完全に離れて
いるため、基板と加熱板の温度差による熱伝導の
影響もなく、基板全体が均一に加熱され、かつ加
熱板は適宜な熱容量を有するため、基板の加熱が
ソフトになり、ON，OFF的な加熱の急変による
温度むらの発生も押えられる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を示す第１図について説
明する。１１はベースプレート、１２は反応容器
としての石英製のベルジヤ、１３は同じく石英製
のコイルカバーで、これらにより反応室１４を形
成している。

反応室１４内には中空回転軸１５がベースプレ
ート１１を貫通して伸びており、その上端に円板
状をしたカーボン製の第１の加熱板１６が取付け
られている。第１の加熱板１６の上方には、複数
本の石英またはSi₃N₄などのセラミツクス製の支
柱１７を介して円板状をしたカーボン製の第２の
加熱板１８が平行に設けられている。前記第１、
第２の加熱板１６，１８は、一般的に用いられて
いるサセプタと同様にSiCコートを施こしたもの
であることが好ましいが、その厚さは従来のサセ
プタ（基板を支持するもの）に比較して薄いもの
でよい。

コイルカバー１３内には、第１の加熱板１６の
加熱源である第１のRFコイル１９が設けられ、
他方、ベルジヤ１２の上方には、第２の加熱板１
８の加熱源である第２のRFコイル２０がベルジ
ヤ１２と共に昇降可能に設けられている。

中空回転軸１５内には、ガス供給管２１が貫通
しており、その上端のノズル部２２が、前記第
１、第２の加熱板１６，１８の間に位置し、外方
へ向けてパージガスや反応ガスを吹出すようにな
つている。また、ベースプレート１１には、反応
室１４の排気口２３が設られている。

前記第１の加熱板１６の上には複数の支持リン
グ２４が配列され、それぞれ基板２５の外周部を
支持し、該基板２５を第１、第２の加熱板１６，
１８の略中間にこれらと略平行（若干傾斜させて
もよい）に位置させるようになつている。支持リ
ング２４は、カーボン、Si，SiC、石英または
Si₃N₄などのセラミツクスで形成されている。こ
の支持リング２４は、基板２５の裏面（第１図に
おいて下面）と第１の加熱板１６との間の空間２
６を略閉じるようになつているが、ノズル部２２
と反対側の位置に切欠き２７が設けられ、前記空
間２６内に図示しない基板吸着具を挿入し、基板
２５の裏面を吸着して該基板２５の搬出入ができ
るようになつている。

次いで本装置の作用について説明する。第１、
第２のRFコイル１９，２０に高周波電力を供給
し、これらにそれぞれ対応している第１、第２の
加熱板１６，１８を誘導加熱する。これらの加熱
板１６，１８は薄く形成することにより、小出力
の電力で所定温度に加熱できる。両加熱板１６，
１８は、カーボン製で熱伝導率が高いため、全体
が比較的均一な温度に加熱され、赤熱状態あるい
は白熱状態になる。これらの加熱板１６，１８の
表面からは四方へ散乱するように赤外光が出さ
れ、これらの間に間隔をおいて置かれている基板
２５の表裏両面を輻射加熱する。そこで加熱板１
６，１８に多少温度むらがあつても基板２５の全
体にわたりより一様な分布の赤外光が照射され
る。また、基板２５の周囲の雰囲気は加熱板１
６，１８によつて加熱昇温されるため、基板２５
はそれによつても加熱される。

そこで、基板２５は表裏の温度差および平面内
における温度差をほとんど生ずることなく、全体
が一様に昇温される。

なお、基板２５は中央部より外周部からの放熱
の方が大きいため、支持リング２４をカーボン、
Si，SiCなどの赤外光によつて発熱する材料で形
成し、その熱容量および基板２５との接触度合を
適宜に定めることにより、基板２５の外周部の温
度低下を防止するようにしたり、または支持リン
グ２４を石英またはSi₃N₄などのセラミツクスの
ような熱不良導体で形成し、基板２５の外周部か
らの放熱を押えたりすることが好ましい。また、
この支持リング２４を石英またはセラミツクスな
どの熱不良導体で形成した場合には、基板２５と
これを支持している第１の加熱板１６との間の伝
導による熱の授受を押える作用が得られる。

前記基板２５の加熱中は、ノズル部２２から
H₂などのパージガスや反応ガスが吹出され、基
板２５の表面に沿つて流れる。そこで、基板２５
の表面は、支持リング２４によつて囲まれている
裏面より放熱が大きく、表裏で温度差を生ずる傾
向にある。この表裏の温度差は第２の加熱板１８
による加熱の方を第１の加熱板１６による加熱よ
り強くするように、それらの出力を設定するか、
または基板２５を第１の加熱板１６より第２の加
熱板１８の方に近付けて設置するか、さらにま
た、第１の加熱板１６と第２の加熱板１８の肉厚
を変えることにより、解決される。

前記ノズル部２２から吹出されるガスは、支持
リング２４があるため、基板２５の裏面側の空間
２６内を自由に流れることはなく、このガスの流
れによる基板２５の温度の低下および変動は小さ
く押えられる。

前記のように本装置によれば、基板２５の全体
がより均一な温度に加熱される。この状態でノズ
ル部２２から反応ガスを噴出させて気相成長を行
なう。このとき反応ガスは基板２５の表面だけで
なく、加熱板１６，１８にも接触して気相成長層
を形成するが、これによる熱効率の低下はほとん
どなく、また加熱板１６，１８は高温であるた
め、強固な層が形成され、この層から塵埃が発生
することもない。また、本装置は、気相成長終了
後の降温時にも、基板２５の表裏両面を略同一の
条件でソフトに降温させることができるため、降
温時におけるスリツプの発生も押えられる。

第２図は本発明の他の実施例を示すもので、第
１の加熱板１６を石英製のスペーサ２８を介して
コイルカバー１３上に設置し、中空回転軸１５ａ
の上端には石英製の円形プレート状をした基板支
持台２９を取付けている。基板支持台２９の基板
２５を載置する位置には貫通穴３０が設けられ、
この貫通穴３０の上部にカーボン、SiまたはSiC
製の支持リング３１を介して基板２５を載置する
ようになつている。

この実施例は、第１、第２の加熱板１６，１８
と基板２５とを完全に切離したものであり、かつ
第１、第２の加熱板１６，１８に対して基板２５
を回転移動させるようにし、それぞれの基板２５
の一層の均熱化を図れるようにしたものである。

なお、この実施例におけるカーボン、Siまたは
SiC製の支持リング３１は、これが赤外光によつ
て発熱することにより基板２５の外周部の温度低
下を防止する。この意味から、支持リング３１と
基板支持台２９とを一体化して全体をカーボン、
SiまたはSiC製としてもよい。また、石英は保温
性が良いので、支持リング３１を省略して基板支
持台２９に基板２５を直接載置するようにしても
よい。さらにまた、基板支持台２９が石英製の場
合には、貫通穴３０を設けず、凹部のみを有する
か、または単なるプレート状としてもよい。

この第２図に示す実施例は、基板支持台２９が
ノズル部２２の近くから外方へ平板状に広がつて
おり、基板２５の表面が基板支持台２９の表面と
略一致しているため、ガスの流れが乱れず、かつ
基板支持台２９によつて予熱されたガスが基板２
５の表面に沿つて流れるため、より均一な気相成
長層が得られると同時に基板２５をより安定的に
加熱できる利点がある。

第３図は本発明のさらに他の実施例を示すもの
で、第１の加熱板１６ａに凹部３２を設け、この
凹部３２の入口部に基板２５を直接設置したもの
である。基板２５は、外周部がわずかに第１の加
熱板１６ａに接触するのみで、裏面の大部分は凹
部３２により第１の加熱板１６ａから十分離れる
ようになつており、加熱については第１図の実施
例において支持リング２４をカーボン製とした場
合とおおねね同様の作用効果が得られる。

また、この実施例においては、凹部３２の入口
部に石英またはセラミツクスなどの熱不良導体で
形成した支持リング（図示せず）を嵌入し、また
は凹部３２内に複数本の支持ピンを立設し、該支
持リングまたは支持ピンを介して基板２５を支持
するようにしてもよい。

第４図は、第２図に示した実施例の基板支持部
の他の実施例を示すもので、貫通穴３０を有する
カーボン、SiまたはSiC製の基板支持台２９ａ
に、基板２５の裏面全体をカバーする石英板３３
を置き、その上に基板２５を設置するようにした
ものである。これは第３図の実施例においても同
様に適用し得る。

このようにすれば、石英板３３は赤外光を透過
するので、これがない場合と同様に基板２５を加
熱できると共に、石英板３３は熱不良導体で保温
性が良いため、基板２５の温度変動をさらに押え
ることができる。

第５図は本発明を横型の気相成長装置に適用し
た例を示すもので、４０は反応室４１を形成する
石英製のチユーブ、４２はカーボン製の第１の加
熱板、４３は同じくカーボン製の第２の加熱板
で、これらの加熱板４２，４３はそれぞれに対応
してチユーブ４０外に設けた第１、第２の加熱用
のランプ４４，４５により赤熱ないし白熱状態に
加熱されるようになつている。両加熱板４２，４
３の間には石英製の複数本の支柱４６を介して同
じく石英製の基板支持台４７が若干傾斜して設け
られている。この基板支持台４７は、全体的な形
状が長方形のプレート状であるほかは第２図に示
した基板支持台２９と基本的に同一の構成をして
おり、４８は貫通穴、４９は貫通穴４８の部分に
設けられたカーボン、SiまたはSiC製の支持リン
グである。なお、この支持リング４９は複数の貫
通穴４８の間を互いに接続する一つの連続した部
材として形成されているが、個々に分割してもよ
いことは言うまでもない。なお、５０，５１は反
射板である。

この実施例における第１、第２の加熱板４２，
４３がない場合でも、ランプ４４，４５により基
板２５を加熱することができるが、前述したよう
にカーボン製の第１、第２の加熱板４２，４３を
用いることにより、ランプ４４，４５からの赤外
光の分布が不均一であつても、該加熱板４２，４
３は熱伝導率が良いため略均一に加熱され、これ
らの加熱板４２，４３を介して加熱するため、基
板２５に対する輻射光の照射強度の分布をより均
一にすることができるものである。なお、RFコ
イルによる横型の気相成長装置は、サセプタの均
一加熱の面で問題があるとされていたが、本発明
によれば、ランプ４４，４５をRFコイルに変え
ても基板２５をより均一に加熱できる。

この実施例においては、第５図中に示すように
基板支持台４７と第２の加熱板４３との間にのみ
反応ガスを供給するようにし、基板支持台４７と
第１の加熱板４２との間ならびにチユーブ４０と
第１、第２の加熱板４２，４３とのそれぞれの間
には気相成長中にもH₂などのパージガスを流す
ようになつている。このような構成は、前述した
第１図ないし第３図にもパージ用のノズル部を別
に設けることにより適用できる。

第６図は本発明のさらに他の実施例を示すもの
で、第５図に示した装置と同様のものを、基板２
５が略垂直に位置するように基板支持台４７ａを
横長にして支柱５２により立て、第１、第２の加
熱板４２，４３、第１、第２のランプ４４，４
５、反射板５０，５１も図示のようにそれぞれ立
てたものである。このように、基板２５を略垂直
に位置させることにより、上方から落下してくる
異物が基板２５の表面に付着することを防止でき
る。

第７図は第６図の変形例を示すもので、断面が
台形状の基板支持台４７ｂに支持リング４９ａを
嵌着し、この支持リング４９ａの両端部に基板２
５をそれぞれ設置するようにしたものである。こ
れは基板２５がSiなどのように赤外光を一部透過
する性質を有する場合に適しており、それぞれの
基板２５，２５は割合は異なるものの表裏両面か
ら加熱される。また、基板２５，２５間の空間５
３は基板自身と支持リング４９ａによつて加熱さ
れ高温となるため、表裏の温度差がほとんどない
均一加熱ができる。

次に、本発明の効果を明確にするため、代表的
な実験例を示す。

実験には概ね第５図の方式に対応した装置を用
いた。加熱板４２，４３として、SiCコーテイン
グした黒鉛製の180mm×180mmの略正方形で10mm厚
さのものを用い、両加熱板４２，４３をSiCコー
テイングした黒鉛製の４本の支柱によつて平行に
保つて水平に伸びる石英製反応管４０中にセツト
し、第１の加熱板４２の略中央上に直径135mmの
石英リングを載置し、この石英リングの上端に形
成されたウエハ収納溝内にウエハ２５を置くよう
にした。第１、第２の加熱用ランプ４４，４５と
して、それぞれ６本（最大出力6K.W.）のランプ
を用いた。

上記のような装置により、〔100〕Ｎ型の５イン
チウエハ２５を上記石英リング上に置き、キヤリ
アガスであるH₂ガスを60／min、反応ガスで
あるSiCl₄を５ｇ／min供給し、1150℃で15分間、
気相成長（エピタキシヤル成長）させた。

その結果、膜厚12μmのエピタキシヤル膜が得
られ、スポツトライトを照射し、スリツプの目視
検査をしたところ、スリツプは皆無であつた。

一方、比較のため、180mm×180mmの略正方形で
10mm厚さのSiCコートサセプタの上にウエハ２５
を置き、上方から６本のランプで直接加熱するよ
うにした装置を用い、他の条件は上記と全く同一
にしてエピタキシヤル成長を行なつた結果、膜厚
は11μmで上記と略同等であつたが、スリツプは
合計長さで60〜80mm見られた。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、昇温および
降温過程を含むすべての加熱工程中、基板の平面
内および表裏の厚さ方向のいずれをも含む基板全
体の温度分布をより均一に保つことができ、気相
成長において問題となる気相成長層の厚さむらや
スリツプの発生をより確実に押えることができ、
特にスリツプを発生し易い大径の基板に対して大
きな効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明のそれぞれ異なる
実施例を示す概要断面図、第４図は基板支持部の
他の具体例を示す部分拡大断面図、第５図および
第６図は本発明のそれぞれ異なる他の実施例を示
すもので第５図は概要縦断面図、第６図は概要横
断面図、第７図は第６図における基板支持部の他
の具体例を示す横断面図、第８図は従来装置の概
要断面図である。 １４，４１……反応室、１６，４２……第１の
加熱板、１８，４３……第２の加熱板、１９，２
０……RFコイル（加熱源）、２４，３１，４９，
４９ａ……支持リング、２５……基板、２９，２
９ａ，４７，４７ａ，４７ｂ……基板支持台、３
０，４８……貫通穴、３２……凹部、３３……石
英板、４４，４５……ランプ（加熱源）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 反応室内に互いに対向して設けられたカーボ
   ン製の第１、第２の加熱板と、同第１、第２の加
   熱板にそれぞれ加熱エネルギを供給する加熱源
   と、前記第１、第２の加熱板の間に略平行に基板
   を位置させる基板支持部とからなり、該基板支持
   部が基板の外周近くを除く表裏両面の大部分ない
   し全体を前記第１、第２の加熱板に対しそれぞれ
   間隔を置いて対向させるようになつていることを
   特徴とする気相成長装置。 ２ 加熱源がRFコイルであ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 加熱源が赤外線ランプであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の気相成長装置。 ４ 基板支持部が、基板の外周部を支持するリン
   グ状になつていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１，２または３項記載の気相成長装置。 ５ 基板支持部が、複数の貫通穴を有するプレー
   ト状に形成され該貫通穴部に基板を設置するよう
   になつていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １，２または３項記載の気相成長装置。 ６ プレート状部分が石英で形成され、貫通穴部
   に基板の外周部を支持するカーボン、Siまたは
   SiC製のリングを備えていることを特徴とする特
   許請求の範囲第５項記載の気相成長装置。 ７ 基板支持部が、石英製のプレートであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１，２または３項
   記載の気相成長装置。 ８ 基板支持部が、石英製のプレートと、同プレ
   ートに設置され基板の外周部を支持するカーボ
   ン、SiまたはSiC製のリングとからなることを特
   徴とする特許請求の範囲第７項記載の気相成長装
   置。 ９ 第１、第２の加熱板の一方に凹部が形成さ
   れ、該凹部の入口部に基板支持部が形成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１，２また
   は３項記載の気相成長装置。 １０ 基板支持部が、基板を略垂直に位置させる
   ようになつていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１ないし９項のいずれか１項記載の気相成長
   装置。