WO2003107404A1 - 気相成長装置および気相成長方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a vapor phase growth apparatus and a vapor phase growth method for vapor-phase growing a thin film of a compound semiconductor or the like on a wafer surface by supplying a raw material gas at a high temperature while heating the wafer. It relates to the characteristics of the material of the wafer container to be placed. Background art
  • vapor phase epitaxy is used in various fields of industry. It is a matter of course that the uniformity of the thickness, composition and doping concentration of the thin film grown on the wafer in the vapor phase is made uniform over the entire surface. As a means of achieving uniformity over the entire surface, uniformity of wafer heating is regarded as the most important elemental technology.
  • FIG. 1 is a sectional view showing a configuration example of a general vapor phase growth apparatus.
  • the vapor-phase growth apparatus 100 includes a reaction furnace 1, a wafer holder 3 on which a wafer 2 is placed, a susceptor 4 on which the wafer holder 3 is mounted, and a heating device provided below the susceptor 4.
  • FIG. 9 is an enlarged view showing a detailed configuration of the wafer holder 3, (a) is a top view, and (b) is a cross-sectional view along line AA.
  • the wafer holder 3 has a plurality of circular pocket holes 3a (six in FIG. 2) for placing the wafer 2 on one side thereof on the same circumference, and is configured to contact the susceptor 4 on the opposite surface.
  • the wafer holder 3 can be constituted by a single member or a plurality of members, but is usually constituted by a single member as shown in FIG.
  • the susceptor 4 is made of a material having a high thermal conductivity (for example, molybdenum) in order to uniformly transfer the heat from the heater 5. Also, heat transfer to wafer holder 3 In general, graphitium molybdenum or the like having a high conductivity is used.
  • the heater 5 heats the susceptor 4 from the lower side to transfer heat to the wafer 2 via the susceptor 4 and the wafer holder 3 to raise the temperature of the wafer 2 to a predetermined temperature. Let it.
  • the susceptor 4 is rotated at a predetermined number of revolutions by the rotation mechanism 6, so that the source gas and the carrier gas introduced from the gas introduction pipe 7 are evenly supplied to the surface of the wafer 2 so that the thin film is vapor-phase grown. .
  • the peripheral portion of the wafer 2 becomes the temperature of the wafer holder 3. It was found that the temperature of the wafer 2 was higher than that of the central part of the wafer 2 due to the influence of the temperature. In other words, in the conventional vapor phase growth apparatus 100, since the in-plane temperature distribution of the wafer 2 is not uniform, it is difficult to vapor-grow a thin film with excellent uniformity over the entire area of the wafer 2. It became clear.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and is intended to provide a vapor phase growth apparatus and a vapor phase growth method capable of vapor phase growing a thin film having good uniformity over the entire surface of a wafer.
  • the purpose is to provide. Disclosure of the invention
  • the present invention provides a hermetically sealable reaction furnace, a degassing container installed in the reaction furnace for disposing a wafer at a predetermined position, a gas supply means for supplying a raw material gas toward the wafer, A heating means for heating the wafer, wherein the heating means heats the wafer through the wafer container in the reaction furnace while supplying a source gas in a high temperature state.
  • a heat flow control unit having a space for accommodating the wafer and the wafer container is bonded to the heat flow control unit and accommodated in the space.
  • a heat flow conducting part for conducting heat to the wafer, wherein a uniform heat resistance R g exists between a flat surface and a curved surface where the heat flow control and the heat flow conducting part are close to each other.
  • the heat flow conducting portion can be used to form the wafer container.
  • the ratio R 2 ZR thermal resistance R 2 of the heat transfer path from the heat resistance and the heat flow conducting portion of the heat transfer path towards the wafer surface towards the heat flow controller table surface can be easily adjusted.
  • the thermal resistance ratio] ⁇ is desirably 0.8 or more and 1.2 or less.
  • the thermal resistance R g is a 1. O x 1 0- 6 m 2 K / W or 5. 0 xl CT 3 m 2 K / W hereinafter.
  • a gap distance between the heat flow control unit and the heat flow conduction unit is uniform in a range from 0.001 mm to l nim.
  • the thermal resistance R g is substantially equal to the contact thermal resistance between the heat flow conducting portion and the wafer, so that the ratio R 2 / of the thermal resistance R 2 can be easily adjusted.
  • the heat flow control unit is formed of a material having a heat conductivity of 0.5 times or more and 20 times or less of a heat conductivity of a wafer disposed on the heat flow conduction unit.
  • the heat flow control unit 31 may be made of any material as long as the material does not cause the thin film growth or contaminate the atmosphere in the reactor.
  • the heat flow conducting portion is formed of a material having a higher thermal conductivity than the wafer, for example, a material having a thermal conductivity of 5 OWZmK or more and 45 OWZmK or less.
  • the heat flow control section is formed of any one of amorphous carbon, aluminum nitride, graphite, silicon, silicon carbide, molybdenum, pyrolite boron nitride, and alumina, and the heat flow conduction section is formed of molybdenum, It may be formed of any one of graphite, gold, and silver.
  • the wafer surface In a vapor phase growth method for forming a thin film on The vapor phase growth was performed while controlling the temperature difference between the surface of the wafer container and the surface of the wafer during vapor phase growth of the thin film within 2 ° C. As a result, the in-plane temperature distribution of the wafer becomes uniform, so that a thin film having good uniformity can be vapor-phase grown over the entire area of the wafer.
  • the present inventors focused on the difference in heat transfer paths between the inside of the wafer 2 and the inside of the wafer holder 3 regarding the cause of the surface temperature of the wafer 2 being lower than the surface temperature of the wafer holder 3. That is, in general, the materials of the wafer 2 and the wafer holder 3 are different from each other, and the same heat transfer is not performed.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram of the thermal resistance in the wafer 2 and the wafer holder 3.
  • T up is the back surface temperature of wafer holder 3
  • T suri is the front surface temperature of wafer 2 or wafer holder 3
  • T d is the temperature at a surface assumed below at a predetermined distance from the surfaces of the wafer 2 and the wafer holder 3 (hereinafter, referred to as a virtual boundary surface).
  • heat is transferred along the heat transfer path 1 from the back surface of the wafer holder 3 to the virtual boundary surface through the wafer holder 3 and the wafer 2 on the front surface of the wafer holder 2, and as shown in FIG.
  • Heat transfer is performed on the front surface according to the heat transfer path 2 that passes through the wafer holder 3 from the back surface of the wafer holder 3 and reaches the virtual boundary surface.
  • the surface of the wafer 2 and the surface of the wafer holder 3 have different heat transfer paths.
  • the thermal resistance of the heat transfer path 1 is represented by the thermal resistance R lc of the wafer holder 3 and the contact thermal resistance R of the wafer holder 3 and the wafer 2. and ls, it becomes resistance obtained by adding the thermal resistance R lw of the wafer 2 parts, the thermal resistance R 2 in the heat transfer path 2 is the resistor R 2c of the wafer holder 3 parts.
  • the thermal resistance R is given by the following equation (1).
  • the thermal conductivity k lw of Ueno, 2 (In P, GaAs, etc.) is significantly smaller than the thermal conductivity lc 2c of wafer holder 3 (Graphite, molybdenum, etc.). Since no k lw > L no k 2c and a contact thermal resistance R ls at the contact surface between the wafer 2 and the wafer holder 3, obviously: R 2 is smaller than R i.
  • Heat transfer is governed by the heat flux in the heat transfer path.
  • the heat flux is the amount of energy (heat flow) flowing through a unit area (unit: m 2 ), and is given by the following equation (5).
  • the heat flux 3 ⁇ 4 I q 2 can be expressed by the following equation using the surface temperature T Lsul wafer 2.
  • R the surface temperature T 2Surf of the wafer holder 3.
  • 0 q, - ⁇ ⁇ T i0Wl -T lsmf ) ... (9)
  • the present inventors have devised a method in which the wafer holder 3 is composed of 25 members, that is, a heat flow controller 31 and a heat flow conductor 32.
  • thermal resistance conceptual diagram to be thermal resistance and the thermal resistance R 2 as in FIG. 3 is represented by the following formula. (Same as equation (2))
  • a wafer holder 3 is provided with a heat flow control section having a hollow portion for accommodating the wafer 2, and The heat flow control unit and a heat flow conduction unit for arranging the wafer, such that the uniform heat resistance R 2g exists between a flat surface and a curved surface where the heat flow control unit and the heat flow conduction unit are close to each other. Then, the thermal resistance ratio RaZRi is set to 0.8 or more and 1.2 or less.
  • the thermal resistance R g and 1. Ox 10- 6 m 2 KZW least 5. 0x1 0- 3 m 2 K / W hereinafter, or the gap distance between the heat flow conducting portion and the heat flow control unit
  • the contact thermal resistances R lg and R 2g are made substantially equal by making them uniform in the range of 0.00 lmm to lmm.
  • the heat flow control unit is formed of a material having a heat conductivity of 0.5 times or more and 20 times or less of the heat conductivity of the wafer placed on the heat flow conducting unit, so that the heat of the wafer 2 portion is formed.
  • the value of the conductivity k lff is close to the value of the heat conductivity k 2p of the heat flow control unit 31.
  • the thermal resistance ratio! ⁇ Can be made close to 1 by increasing the value of L w or L c , but in terms of temperature control and the effective space of the device,
  • the material of the heat flow control unit 31 is a material having a heat conductivity close to that of the wafer 2 c BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the vapor phase growth apparatus of the present embodiment.
  • FIGS. 2A and 2B are enlarged views showing a detailed configuration of the heater holder 3 including a heat flow control unit and a heat flow conduction unit, wherein FIG. 2A is a top view, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA. .
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of the thermal resistance in the wafer 2 and the wafer holder 3 when the wafer holder 3 including the heat flow control unit and the heat flow conducting unit is used.
  • FIG. 4 is a schematic analysis model diagram of the vicinity of the ⁇ ⁇ 2 and the ⁇ ⁇ ⁇ holder 3 of the vapor phase growth apparatus 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is an analysis result showing the temperature distribution inside the wafer holder when a wafer holder constituted by a heat flow controller and a heat flow conductor is used as an example.
  • FIG. 6 is an analysis result showing the temperature distribution of a wafer and a wafer holder when a wafer holder made of Graphite is used as a comparative example.
  • FIG. 7 is an analysis result showing the surface temperature distribution of the wafer 2 and the wafer holder 3 in the example.
  • FIG. 8 is an analysis result showing the surface temperature distribution of the wafer 2 and the wafer holder 3 in the comparative example.
  • FIG. 9 is an enlarged view showing a detailed configuration of a conventional wafer holder 3, (a) is a top view, and (b) is a cross-sectional view taken along line AA.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram of the thermal resistance of the wafer 2 and the wafer holder 3 in the conventional vapor phase growth apparatus.
  • MOC VD apparatus vapor phase growth apparatus
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the vapor phase growth apparatus of the present embodiment.
  • FIGS. 2A and 2B are enlarged views showing a detailed configuration of the wafer holder 3 according to the present embodiment, wherein FIG. 2A is a top view, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA.
  • the wafer holder 3 as a wafer container formed of a material having high thermal conductivity such as graphite is used.
  • ⁇ -carbon amorphous carbon
  • the vapor-phase growth apparatus 100 includes a reaction furnace 1, a wafer holder 3 on which a wafer 2 is placed, a susceptor 4 on which the wafer holder 3 is mounted, and a heating device provided below the susceptor 4. It is composed of a heater 5, a rotating mechanism 6 that rotatably supports the wafer holder 3 and the susceptor 4, a gas introduction pipe 7 for supplying raw material gas and carrier gas, and a gas exhaust pipe 8 for exhausting unreacted gas.
  • Each wall of the vapor phase growth apparatus 100 is made of, for example, stainless steel.
  • the gas introduction pipe 7 is installed at the center of the upper wall body, and is made of, for example, the first 13 (3) such as trimethylindium ( ⁇ I), trimethinorealinium ( ⁇ 1), or trimethylgallium (TMG). beta) family and the raw material gas, arsine (a s Eta 3), phosphine ([rho Eta 3) and the 1 5 (5 beta) group material gas such as hydrogen as a carrier gas (1-1 2) or the like inert Gas and are introduced into the reactor.
  • the first 13 (3) such as trimethylindium ( ⁇ I), trimethinorealinium ( ⁇ 1), or trimethylgallium (TMG).
  • beta beta family and the raw material gas, arsine (a s Eta 3), phosphine ([rho Eta 3) and the 1 5 (5 beta) group material gas such as hydrogen as a carrier gas (1-1 2) or the like inert Gas and
  • the wafer holder 3 is a single member in which an ⁇ -carbon heat flow control unit is integrally formed on a disk-shaped heat flow conduction unit 32 made of graphite and is mounted on a susceptor 4. You. Further, the heat flow control section 31 has a plurality of circular pocket holes 3a (six in FIG. 3) for accommodating the wafer 2 on the same circumference.
  • the susceptor 4 is made of a material having a high thermal conductivity (for example, molybdenum or the like) in order to uniformly transfer heat from the heater 5, and is rotatably supported by a rotating mechanism 6. A heater 5 for heating the wafer 2 is arranged concentrically below the susceptor 4.
  • the wafer holder 3 is generally formed entirely of the same material having high thermal conductivity, such as Daraife to molybdenum. It consists of a conduction section 32 and a heat flow control section 31 made of carbon.
  • the heat conductivity of the wafer 2 placed on the wafer holder 3 and the heat flow control unit 3 1 was made to have close thermal conductivity.
  • the thermal conductivity of the wafer is 14. Since it is 3 W / m.K, the thermal conductivity of ct-carbon becomes about 0.7 times that.
  • the gap between the heat flow control unit 31 and the heat flow conduction unit 32 is 0.01 ran! ⁇
  • the contact resistance was 1. 0 X 1 0- 6 m 2 KZW least 1. 0 X 1 0 one 1 m 2 K / W or less and so as.
  • the heat resistance in the heat transfer path from the heater 5 to the surfaces of the wafer 2 and the holder 3 via the susceptor 4 and the wafer holder 3 becomes equal.
  • the three surfaces reach almost the same temperature. Therefore, it is possible to avoid that the temperature around the wafer becomes higher than the center of the wafer due to the difference between the surface temperatures of the wafer 2 and the wafer holder 3, so that the in-plane temperature distribution of the wafer 2 tends to be uniform.
  • the material of the heat flow conducting portion 32 is not limited to graphite, and may be formed of, for example, molybdenum, gold, silver, or the like. Further, the heat flow control section may be made of aluminum nitride, graphite, silicon, silicon carbide, molybdenum, lipolite boron nitride, alumina, or the like, in addition to a-carbon.
  • the gas exhaust pipe 8 is installed on the bottom of the reactor 1.
  • the raw material gas introduced into the reactor 1 from the inlet through the gas inlet pipe 7 is decomposed on the upstream side of the reactor and flows downstream to form a thin film on the wafer 2, and the unreacted raw material gas Is discharged from the gas exhaust pipe 8 to the outside through the exhaust port together with the carrier gas.
  • water cooling jackets are provided on the outer periphery of the rotating mechanism 6 and on the outer wall of the lower wall of the reactor, and the temperature in the reactor 1 is controlled by the water cooling jacket and the heater 5. It has become.
  • the vapor phase epitaxy apparatus 100 having the above-described configuration, by heating the susceptor 4 from the lower side by the heater 5, heat is transmitted to the wafer 2 via the susceptor 4 and the wafer holder 3, and the wafer 2 is transferred. Raise to a predetermined temperature. Further, by rotating the susceptor 4 at a predetermined number of revolutions by the rotating mechanism 6, the source gas and the carrier gas introduced from the gas introduction pipe 7 are evenly supplied to the surface of the wafer 2, and a thin film is vapor-grown.
  • the wafer 2 and its vicinity were modeled in the vapor phase growth apparatus 100 described above, and the simulation was performed by three-dimensional heat conduction analysis by the finite volume method.
  • the wafer holder 3 is composed of the heat flow conducting part 31 made of graphite and the heat flow control part 31 made of ⁇ -carbon.
  • the wafer holder 3 made of graphite is used.
  • FIG. 4 is a schematic analysis model diagram of the wafer 2 and the wafer holder 3 (10 mm from the outer periphery of the wafer) of the vapor phase growth apparatus 100.
  • the distance from the bottom surface of the wafer holder 3 to the wafer 2 was 6.4 mm.
  • the wafer 2 was an InP wafer having a thickness of 0.5 mm and an inner diameter of 50 mm (2 inches), and the inside of the reactor 1 was set to a hydrogen atmosphere.
  • the number of meshes at the time of analysis was about 600,000 meshes.
  • the contact thermal resistance (R lg ) between the wafer 2 and the heat flow conducting part 32 and the contact resistance (R 2g ) between the heat flow controlling part 31 and the heat flow conducting part 32 are respectively 2.0.
  • the contact thermal resistance R lg is affected by the flatness between the contacting members, the surface roughness, and the thermal diffusion coefficient of the material. By making the adjustment smaller, it can be made smaller.
  • a boundary condition of 45 ° was applied to the hydrogen gas interface located 35 mm above the wafer 2 and a boundary condition of 65 ° C. was applied to the wafer holder 3 interface (back surface).
  • FIG. 5 is an analysis result showing the temperature distribution inside the wafer 2 and the wafer holder 3 when the wafer holder 3 including the heat flow control unit and the heat flow conduction unit is used as an example
  • FIG. 6 is a graph example as a comparative example
  • 7 is an analysis result showing a temperature distribution inside the wafer 2 and the wafer holder 3 when the wafer holder 3 of FIG.
  • Figs. 5 and 6 the boundary between wafer 2 and ⁇ : holder 3 is enlarged to clarify the analysis results.
  • FIG. 7 is an analysis result showing the surface temperature distribution of the wafer 2 and the wafer holder 3 in the example
  • FIG. 8 is an analysis result showing the surface temperature distribution of the wafer 2 and the wafer holder 3 in the comparative example. 7 and 8 show the surface temperature at a position in the radial direction with the center of the wafer being 0.
  • the temperature gradient is the same between the wafer 2 and the heat flow conducting part 31, and the distribution is parallel and uniform at the isotherm 2.
  • the temperature gradient in the upper portion of the wafer 2 is significantly different from that in the upper portion of the wafer holder 3, and the temperature of the wafer 2 increases from the center to the periphery. From this, it is understood that heat conduction is performed similarly in the present embodiment even when the heat transfer path is different.
  • the thermal resistance ratio] ⁇ was 1.06, whereas in the comparative example, the thermal resistance ratio R 2 / R was 0.24.
  • the wafer surface temperature and the wafer holder (heat flow control unit) surface temperature are both about 634.0 ° C., which is the same, whereas in the comparative example, as shown in FIG. The difference is about 2.0 when the wafer surface temperature is about 636.0 ° C and the holder surface temperature is about 638.0 ° C. C. That is, the difference between the surface temperature of the peripheral portion (22 to 25 mm) of the wafer 2 and the surface temperature of the central portion (near 0) is smaller in the present embodiment, and the surface temperature distribution of the wafer 2 is smaller. It was found that it was uniformly improved.
  • the surface temperature of the peripheral portion of the wafer 2 is hardly affected by the surface temperature of the wafer holder 3, so that the in-plane temperature distribution of the wafer 2 can be maintained uniformly.
  • a thin film having good uniformity over the entire surface of the wafer 2 could be vapor-phase grown.
  • the wafer accommodating portion is A heat flow control unit having a space for accommodating therein, and a heat flow conduction unit joined to the heat flow control unit and conducting heat to a wafer accommodated in the space, 1 contact thermal resistance between the heat flow conducting portion.
  • 0 X 1 0 one 3 m 2 KZW, placing the heat flow control unit on the heat flow conducting portion It is made of a material that has a thermal conductivity of 0.5 times or more and 20 times or less of the thermal conductivity of the wafer.
  • the vertical high-speed rotation type vapor phase growth apparatus which is the background of the invention made by the present inventors, has been mainly described.
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention can be used for a vapor-down type, a horizontal type, and a revolving type vapor phase growth apparatus.
  • the present invention is not limited to the case where an I11P wafer is used, but is also effective when a thin film is grown on Si, GaAs, GaN, sapphire, glass, ceramic wafers and the like.
  • the material of the wafer holder 3 (or the heat flow control unit 31) may be changed according to the wafer to be used.

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Abstract

　密閉可能な反応炉と、該反応炉内に設置され所定の位置にウェハを配置するためのウェハ収容体と、ウェハに向けて原料ガスを供給するためのガス供給手段と、前記ウェハを加熱するための加熱手段と、を少なくとも備え、前記反応炉内において前記加熱手段により前記ウェハ収容体を介してウェハを加熱しつつ、高温状態で前記反応炉内に原料ガスを供給することにより、前記ウェハ表面に成長膜を形成する気相成長装置において、前記ウェハ収容体を、前記ウェハを収容するための空部を形成された熱流制御部と、該熱流制御部に接合され前記空部に収容されたウェハに熱を伝導するための熱流伝導部とで構成し、前記熱流制御と前記熱流伝導部との接触熱抵抗を１．０×１０-6ｍ2Ｋ／Ｗ以上５．０×１０-3ｍ2Ｋ／Ｗ以下にするとともに、前記熱流制御部を前記熱流伝導部上に配置されるウェハの熱伝導率の０．５倍以上５倍以下の熱伝導率を有する材質で形成するようにした。

Description

明細書 気相成長装置およぴ気相成長方法 技術分野
本発明は、 ウェハを加熱しながら高温状態で原料ガスを供給することにより ウェハ表面に化合物半導体等の薄膜を気相成長させるための気相成長装置および 気相成長方法に係り、 特に、 ウェハを配置するためのウェハ収容体の材質の特性 に関する。 背景技術
現在、 気相成長法は産業界の様々な分野で利用されている。 気相成長において ウェハ上に成長した薄膜の膜厚、 組成およびドーピング濃度の面内全域の高均一 化はいうまでもなく必須項目である。 そして、 面内全域の均一化の実現手段とし て、 ウェハ加熱の均熱化は最も重要な要素技術とされている。
図 1は、 一般的な気相成長装置の構成例を示す断面図である。 図 1に示すよう に、 気相成長装置 1 0 0は、 反応炉 1と、 ウェハ 2を配置するゥヱハホルダ 3と、 ウェハホルダ 3を載置するサセプタ 4と、 サセプタ 4の下側に設けられた加熱 ヒータ 5と、 ウェハホルダ 3およぴサセプタ 4を回転自在に支持する回 1|¾機構 6 と、 原料ガスやキヤリァガスを供給するガス導入管 7と、 '未反応ガスを排気する ガス排気管 8等で構成される。
図 9はウェハホルダ 3の詳細な構成を示す拡大図であり、 （a ) は上面図で、 ( b ) は A— A線に沿った断面図である。 ウェハホルダ 3は、 その片面にウェハ 2を配置するための円形のポケット孔 3 aを同一円周上に複数個 （図 2では 6 個） 形成され、 反対面でサセプタ 4と接触するように構成されている。 ここで、 ウェハホルダ 3は単一若しくは複数の部材で構成できるが、 通常は、 図 9に示す ように単一の部材で構成される。
なお、 サセプタ 4は加熱ヒータ 5からの熱を均一に伝達するために熱伝導率の 高い材質 （例えばモリブデン等） で構成される。 また、 ウェハホルダ 3にも熱伝 導率の高いグラフアイ トゃモリブデン等が用いられるのが一般的である。
上述の構成をした気相成長装置においては、 加熱ヒータ 5でサセプタ 4の下側 から加熱することによりサセプタ 4、 ウェハホルダ 3を介してウェハ 2に熱を伝 え、 ウェハ 2を所定の温度まで上昇させる。 また、 サセプタ 4を回転機構 6によ り所定の回転数で回転させることにより、 ガス導入管 7より導入した原料ガスや キャリアガスをウェハ 2表面に均等に供給しながら薄膜の気相成長を行う。
しかしながら、 本発明者等の実験により、 上述したような気相成長装置 1 0 0 においては、 ウェハ 2の表面温度がウェハホルダ 3の表面温度より低くなるため、 ウェハ 2の周縁部分はウェハホルダ 3の温度の影響を受けてウェハ 2の中央部分 よりも温度が高くなつてしまうことが判明した。 つまり、 従来の気相成長装置 1 0 0ではウェハ 2の面内温度分布が均一とならないために、 ウェハ 2の面内全域 において均一性に優れた薄膜を気相成長させるのは困雞であることが明かとなつ た。
本発明は、 上記問題点を解決するためになされたもので、 ウェハの面内全域に おいて良好な均一性を有する薄膜を気相成長させることができる気相成長装置お よび気相成長方法を提供することを目的とする。 発明の開示
本発明は、 密閉可能な反応炉と、 該反応炉內に設置され所定の位置にウェハを 配置するためのゥヱハ収容体と、 ウェハに向けて原料ガスを供給するためのガス 供給手段と、 前記ウェハを加熱するための加熱手段と、 を少なくとも備え、 前記 反応炉内において前記加熱手段により前記ウェハ収容体を介してウェハを加熱し つつ、 高温状態で原料ガスを供給することにより、.前記ウェハ表面に成長膜を形 成する気相成長装置において、 前記ウェハ収容体を、 前記ウェハを収容するため の空部を形成された熱流制御部と、 該熱流制御部に接合され前記空部に収容され たウェハに熱を伝導するための熱流伝導部とで構成し、 前記熱流制御と前記熱流 伝導部とが近接する平面及び曲面間には均一な熱抵抗 Rgが存在するようにした ものである。
このようにウェハ収容体を構成することにより、 前記熱流伝導部から前記ゥェ ハ表面に向かう熱伝達経路の熱抵抗 と前記熱流伝導部から前記熱流制御部表 面に向かう熱伝達経路の熱抵抗 R 2の比 R 2Z R を容易に調整することができる。 また、 前記熱抵抗比 ]^は、 0 . 8以上 1 . 2以下とするのが望ましい。
これにより、 ウェハ収容体の裏面 （熱流伝導部の裏面） からウェハおよびゥェ ハ収容体の表面 （熱流制御部の表面） へ熱が伝達される際に、 それぞれの熱伝達 経路における熱抵抗がほぼ同等となるので、 同様の熱伝導が行われ、 ウェハおよ ぴウェハ収容体の表面の到達温度を同じくすることができる。 したがって、 ゥェ ハ表面とウェハ収容体の表面温度に差が生じることによってゥ ハ周縁部の表面 温度がウェハ中央部の表面温度よりも上昇するのを回避でき、 ウェハの面内温度 分布を均一に保持することができる。 その結果、 ウェハの面内全域において良好 な均一性を有する薄膜を気相成長させることができる。
また、 前記熱抵抗 Rgは 1 . O x 1 0— 6m2K/W以上 5 . 0 x l CT3m2K/W以 下とする。 もしくは、 前記熱流制御部と前記熱流伝導部との隙間距離は、 0 . 0 0 l mmから l nimの範囲で一様とする。 これにより、 前記熱抵抗 Rgは、 前記 熱流伝導部とウェハとの接触熱抵抗とほぼ同等となるので、 熱抵抗 R2の比 R2/ の調整が容易となる。
また、 前記熱流制御部を前記熱流伝導部上に配置されるウェハの熱伝導率の 0 . 5倍以上 2 0倍以下の熱伝導率を有する材質で形成するのが犟ましい。 特に限定 しないが、 熱流制御部は、 薄膜成長やリアクタ内の雰囲気を汚染しないような特 性を有する材料であれば、 いかなる材料で熱流制御部 3 1を製作してもよい。 また、 熱流伝導部を、 ウェハに比べ熱伝導率の高い材質、 例えば、 5 O WZm K以上 4 5 O WZmK以下の熱伝導率を有する材質で形成するのが望ましい。 例えば、 前記熱流制御部を、 アモルファスカーボン、 窒化アルミ、 グラフアイ ト、 シリコン、 炭化ケィ素、 モリブデン、 パイロリテックボロンナイトライド、 アルミナの何れか一つで形成し、 前記熱流伝導部を、 モリブデン、 グラフアイト、 金、 銀の何れか一つで形成するとよい。
また、 上述したような気相成長装置を用いて、 前記反応炉内において前記加熱 手段により前記ゥュハ収容体を介してウェハを加熱しつつ、 高温状態で原料ガス を供給することにより、 前記ウェハ表面に薄膜を形成する気相成長方法において、 薄膜を気相成長させる際の前記ゥ ハ収容体表面と前記ウェハ表面との温度差を 2 °C以内に制御しながら気相成長するようにした。 これにより、 ウェハの面内温 度分布が均一になるので、 ウェハの面内全域において良好な均一性を有する薄膜 を気相成長させることができる。
以下に、 本発明を完成するに至った経緯について説明する。
まず、 本発明者等は、 ウェハ 2の表面温度がウェハホルダ 3の表面温度より低 くなる原因について、 ウェハ 2およびウェハホルダ 3内部における熱伝達経路の 違いに着目した。 すなわち、 一般的にウェハ 2とウェハホルダ 3の材質は異なり、 同様の熱伝達が行われないために、 それぞれの表面の到達温度に差が生じると考 えた。
図 1 0は、 ウェハ 2とウェハホルダ 3における熱抵抗概念図である。 図 1 0に おいて、 Tupはウェハホルダ 3の裏面温度で、 Tsuriはウェハ 2またはウェハホル ダ 3の表面温度で、 Td。wllはウェハ 2およびウェハホルダ 3表面から所定の距離 だけ離れた位置に想定した面 （以下、 仮想境界面と称する） における温度である。 図 1 0に示すように、 ゥヱハ 2の表面にはウェハホルダ 3裏面からウェハホルダ 3およびウェハ 2を通過して仮想境界面に到達する熱伝達経路 1にしたがつて熱 伝達が行われ、 ウェハホルダ 3の表面にはウェハホルダ 3裏面からウェハホルダ 3を通過して仮想境界面に到達する熱伝達経路 2にしたがって熱伝達が行われる。 このように、 ウェハ 2の表面とウェハホルダ 3の表面とでは、 それぞれ熱の伝逹 経路が異なっていることがわかる。
すなわち、 図 1 0に示すウェハ 2とウェハホルダ 3における熱抵抗概念図より、 熱伝達経路 1における熱抵抗 は、 ウェハホルダ 3部分の熱抵抗 Rlcと、 ウェハ ホルダ 3とウェハ 2との接触熱抵抗 Rlsと、 ウェハ 2部分の熱抵抗 Rlwとを足し 合わせた抵抗となり、 熱伝達経路 2における熱抵抗 R2はウェハホルダ 3部分の 抵抗 R2cとなる。
また、 熱抵抗 Rは下式 （1 ) で与えられる。
R - · · · ( 1 )
k
R [m2K/W] ：熱抵抗 L [m] ：熱流方向の素材の厚み
k [W/m · K] ：熱伝導率 これより、 熱抵抗 R、 R2は下式のように表すことができる。 ^= +^+ =~- + ^ +^ · · · (2)
R = R 2 c +— ( 3 )
た 2 c k. 2c
(ただし、 ここで、 ウエノ、 2 ( I n P、 G a A s等） の熱伝導率 k lwはウェハホルダ 3 (グラフアイト、 モリブデン等） の熱伝導率 lc2cに比べて著しく小さいことから Lノ k lw> Lノ k 2cとなるうえ、 ウェハ 2とウェハホルダ 3との接触面では接触熱 抵抗 R lsが生じるので、 明らかに: R iよりも R 2のほうが小さくなる。
Ry >R2 · . · (4) また、 熱伝達は、 熱伝達経路における熱流束に支配される。 一般に、 熱流束と は単位面積 （単位： m2) を流れるエネルギー （熱流） 量であり、 下式 （5 ) で 与えられる。
1
(^down - 2 ly) ) · · · ( O j q [W/m2] ：熱流束
Rt。tal [m2K/W] ：総括熱抵抗
Tup [K] ：上流側温度
Tdown [K] ：下流侧温度 また、 図 1 0において熱伝達経路 1 , 2における総括熱抵抗 Ru。tal, R2t。wは 下式で表される。
Figure imgf000007_0001
· · · (6) + · · · (7)
(ただし、 Rla=R2a) 上式 （4) 、 （6) 、 (7) より Rlt。tal>R2t。 lとなる。 したがって、 熱伝達 5 経路 1における熱流束 は熱伝達経路 2における熱流束 q2よりも小さくなる。
2 > ^ · . . (8) また、 熱流束 ¾ぃ q2は、 ウェハ 2の表面温度 Tlsul.r、 ウェハホルダ 3の表面 温度 T2surfを用いて下式のように表すことができる。 0 q, =-~{Ti0Wl-Tlsmf) . . . (9)
?2 ~―" 7? ~~ H -T2surf) · · · 、1 0)
八 2" 上式 （8) 、 （9) 、 （1 0) より、 ウェハ 2の表面温度 Tisul.rがウェハホル ダ 3の表面温度 T2sul.fよりも低くなることが導き出される。
丄 σ surf > wf · · · 1 1ノ このように、 従来の気相成長装置においては、 ウェハ 2とウェハホルダ 3の熱 伝導率が大きく異なるために、 上述のように表面温度 Tlsul.i.、 T2sul.rに差が生じる ことがわかった。
20 そこで、 本発明者等は、 ウェハ 2の表面温度 Tlsul.rとウェハホルダ 3の表面温 度 T2s .の差を小さくする方法について検討し、 上式 （5) 〜 （1 0) より、 そ れぞれの熱伝達経路における熱抵抗 と R2を同等とすればよいことに気づいた (すなわち、 熱抵抗比 l^/R を 1に近づける） 。 '
そして、 本発明者等は、 ウェハホルダ 3を熱流制御部 3 1と熱流伝導部 3 2の 25 2つの部材で構成する方法を案出した。
この場合、 熱抵抗概念図は図 3のようになり熱抵抗 および熱抵抗 R2は下式 で表される。 (式 （2) と同じ）
Figure imgf000009_0001
(ただし、 klc=k2c) すなわち、 ウェハ 2と熱流伝導部 32との接触熱抵抗 Rlgと熱流制御部 3 1と 熱流伝導部との接触熱抵抗 R2gの値を近くするとともに、 ウェハ 2部分の熱伝導 率 lclwと熱流制御部 3 1部分の熱伝導率 k2pの値を近くすることにより、 熱抵抗 と R2の値を近づけることができる。
本発明は、 上記知見をもとに完成するに至ったものであり、 気相成長装置にお いて、 ウェハホルダ 3を、 ウェハ 2を収容するための中空部を形成された熱流制 御部と、 該熱流制御部おょぴウェハを配置するための熱流伝導部とで構成し、 前 記熱流制御部と前記熱流伝導部とが近接する平面及び曲面間に均一な熱抵抗 R2g が存在するようにして、 熱抵抗比 RaZRiが 0. 8以上 1. 2以下としたもので ある。
また、 前記熱抵抗 Rgを 1. Ox 10— 6m2KZW以上 5. 0x1 0— 3m2K/W以 下とする、 もしくは、 前記熱流制御部と前記熱流伝導部との隙間距離を 0. 00 lmmから lmmの範囲で一様とすることで、 接触熱抵抗 R lgと R 2gとがほぼ同 等となるようにしたものである。 また、 熱流制御部を、 前記熱流伝導部上に配置 されるウェハの熱伝導率の 0. 5倍以上 20倍以下の熱伝導率を有する材質で形 成するようにして、 ウェハ 2部分の熱伝導率 klffと熱流制御部 3 1部分の熱伝導 率 k2pの値が近くなるようにしたものである。
なお、 上式 （1 2) 、 (1 3) において Lwまたは Lcの値を大きくすること によっても熱抵抗比 !^を 1に近づけることができるが、 温度制御上、 装置 の有効空間上、 コスト上の問題から実現は困難であるため、 具体的な方策として、 熱流制御部 3 1の材質をウェハ 2の熱伝導率と近い熱伝導率を有する材質とした c 図面の簡単な説明
図 1は、 本実施形態の気相成長装置の概略構成を示す断面図である。
図 2は、 熱流制御部および熱流伝導部からなるゥ ハホルダ 3の詳細な構成を 示す拡大図であり、 （a ) は上面図で、 （b ) は A— A線に沿った断面図である。 図 3は、 熱流制御部およぴ熱流伝導部からなるゥ ハホルダ 3を用いた場合の ウェハ 2とウェハホルダ 3における熱抵抗概念図である。
図 4は、 本実施例に係る気相成長装置 1 0 0のゥヱハ 2およびゥヱハホルダ 3 近傍の概略解析モデル図である。
図 5は、 実施例として熱流制御部と熱流伝導部で構成したウェハホルダを用い た場合のウェハおょぴゥェハホルダ内部の温度分布を示した解析結果である。 図 6は、 比較例としてグラフアイト製のウェハホルダを用いた場合のウェハお よびウェハホルダの温度分布を示した解析結果である。
図 7は、 実施例におけるウェハ 2とウェハホルダ 3の表面温度分布を示した解 析結果である。
図 8は、 比較例におけるウェハ 2とウェハホルダ 3の表面温度分布を示した解 析結果である。
図 9は、 従来のウェハホルダ 3の詳細な構成を示す拡大図であり、 （a ) は上 面図で、. ( b ) は A— A線に沿った断面図である。
図 1 0は、 従来の気相成長装置におけるウェハ 2とウェハホルダ 3における熱 抵抗概念図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明にかかる気相成長装置 （MO C V D装置） の実施形態について図 面を参照しながら説明する。
図 1は、 本実施形態の気相成長装置の概略構成を示す断面図である。 図 2は、 '本実施例に係るウェハホルダ 3の詳細な構成を示す拡大図であり、 （ a ) は上面 図、 （b ) は A— A線に沿った断面図である。
従来技術では、 グラフアイト等の熱伝導率が高い材質で形成されていたウェハ 収容体としてのウェハホルダ 3を、 本実施形態ではグラフアイ ト等の熱伝導率が W
9
高い材質からなる熱流伝導部 3 2とウェハの熱伝導率と比較的近い熱伝導率を有 するアモルファスカーボン (以下、 α—カーボンと略記する） からなる熱流制御 部 3 1とで構成している点が異なる。
図 1に示すように、 気相成長装置 1 0 0は、 反応炉 1と、 ウェハ 2を配置する ウェハホルダ 3と、 ウェハホルダ 3を載置するサセプタ 4と、 サセプタ 4の下側 に設けられた加熱ヒータ 5と、 ウェハホルダ 3およびサセプタ 4を回転自在に支 持する回転機構 6と、 原料ガスやキャリアガスを供給するガス導入管 7と、 未反 応ガスを排気するガス排気管 8等で構成される。
この気相成長装置 1 0 0の各壁体は例えばステンレスで構成される。 また、 ガ ス導入管 7は上側壁体中央部に設置され、 例えば、 トリメチルインジウム (ΤΜ I ) 、 トリメチノレアノレミニゥム (ΤΜΑ 1 ) 、 トリメチルガリウム (TMG) 等 の第 1 3 ( 3 Β ) 族原料ガスと、 アルシン （A s Η3) 、 ホスフィン （Ρ Η3) 等 の第 1 5 ( 5 Β ) 族原料ガスと、 キャリアガスとしての水素 （1-12) 等の不活性 ガスと、 を反応炉内に導入する。
ウェハホルダ 3は、 円盤状に成型されたグラフアイ ト製の熱流伝導部 3 2上に α—カーボン製の熱流制御部が一体的に形成された一つの部材でなり、 サセプタ 4上に載置される。 また、 熱流制御部 3 1には、 ウェハ 2を収容するための円形 のポケット孔 3 aが同一円周上に複数個 （図 3では 6個） 形成されている。 サセ プタ 4は、 加熱ヒータ 5からの熱を均等に伝達するために熱伝導率の高い材質 (例えばモリブデン等) で構成され、 回転機構 6により回転可能に支持されてい る。 また、 サセプタ 4の下側にはウェハ 2を加熱するための加熱ヒータ 5が同心 円状に配設されている。
従来の気相成長装置においては、 ウェハホルダ 3は全体が熱伝導率の高いダラ フアイ トゃモリブデン等の同一材料で形成されるのが一般的であつたが、 本実施 例ではグラフアイト製の熱流伝導部 3 2と —カーボン製の熱流制御部 3 1とで 構成している。
具体的には、 熱流制御部 3 1として、 熱伝導率が 1 O W/m · Kの α—カーボ ンを用いることにより、 ウェハホルダ 3に配置されるウェハ 2の熱伝導率と熱流 制御部 3 1の熱伝導率が近くなるようにした。 I η Ρウェハの熱導電率は 1 4 . 3 W/m . Kであるから ct一カーボンの熱伝導率はその約 0 . 7倍となる。
また、 熱流制御部 3 1と熱流伝導部 3 2との隙間は 0 . 0 1 ran！〜 1 mmの範 囲で一様であるようにし、 接触抵抗が 1 . 0 X 1 0— 6m2 KZW以上 1 . 0 X 1 0一1 m2 K / W以下となるようにした。
このような構成とすることで、 加熱ヒータ 5からサセプタ 4およびウェハホル ダ 3を介してウェハ 2およぴゥヱハホルダ 3の表面に向かう熱伝達経路における 熱抵抗は同等となるので、 ウェハ 2表面とウェハホルダ 3表面はほぼ同じ温度に 到達する。 したがって、 ウエノ、 2とウェハホルダ 3の表面温度の差によってゥェ ハ周緣部がウェハ中央部よりも温度が高くなるのを回避できるので、 ウェハ 2の 面内温度分布が均一となりやすい。
なお、 熱流伝導部 3 2の材質はグラフアイトに限らず、 例えば、 モリブデン、 金、 銀等で形成するようにしてもよい。 また、 前記熱流制御部は、 a—カーボン の他、 窒化アルミ、 グラフアイ ト、 シリコン、 炭化ケィ素、 モリプデン、 パイ口 リテックボロンナイトライド、 アルミナ等で形成するようにしてもよい。
ガス排気管 8は、 反応炉 1の底面に設置される。 ガス導入管 7を介して導入口 より反応炉 1内に導入された原料ガスは、 反応炉の上流側で分解され下流側に流 れてウェハ 2上に薄膜を形成し、 未反応の原料ガスはキヤリァガスと共に排気口 を介してガス排気管 8から外部へ排出される。
また、 図には示さないが、 例えば回転機構 6の外周および反応炉の下側壁面外 壁には水冷ジャケットが設けられ、 これらの水冷ジャケットおよび加熱ヒータ 5 で反応炉 1内の温度を制御するようになっている。
上述した構成をした気相成長装置 1 0 0においては、 加熱ヒータ 5によりサセ プタ 4の下側から加熱することによりサセプタ 4、 ウェハホルダ 3を介してゥェ ハ 2に熱が伝わり、 ウェハ 2を所定の温度まで上昇させる。 また、 サセプタ 4を 回転機構 6により所定の回転数で回転させることにより、 ガス導入管 7より導入 した原料ガスやキヤリァガスをウェハ 2表面に均等に供給して薄膜を気相成長さ せる。 このとき、 ウェハ 2表面とゥヱハホルダ 3 (熱流制御部 3 1 ) 表面の温度 はほぼ同じとなるので、 ウェハ 2の面内温度分布は均一となり、 均一性に優れた 薄膜を気相成長させることができる。 以下.に、 本実施例の気相成長装置を用いて熱伝導に関するシミュレーションを 行った結果を示し、 本発明の特徴とするところを明らかにする。 また、 従来の気 相成長装置を用いて同様のシミュレーションを行い比較例とした。
シミュレーションは、 上述した気相成長装置 1 0 0において、 ウェハ 2および その近傍をモデル化して、 有限体積法による 3次元熱伝導解析により行った。 な お、 実施例ではグラフアイト製の熱流伝導部 3 1と α—カーボン製の熱流制御部 3 1とで構成されるウェハホルダ 3とし、 比較例ではグラフアイト製のウェハホ ノレダ 3とした。
図 4は、 気相成長装置 1 0 0のウェハ 2およびウェハホルダ 3 (ウェハの外周 より 1 0 mm) の概略解析モデル図である。 図 4において、 ウェハホルダ 3の底 面からウェハ 2までの距離は 6 . 4 mmとした。 また、 ウェハ 2は厚さ 0 . 5 m m、 内径 5 0 mm ( 2ィンチ） の I n Pウェハとし、 反応炉 1内は水素雰囲気と した。 また、 解析時のメッシュ数は約 6 0 0万メッシュとした。
また、 ウェハ 2と熱流伝導部 3 2との間の接触熱抵抗 （ R lg) およぴ熱流制御 部 3 1と熱流伝導部 3 2との間の接触抵抗 （R2g) をそれぞれ 2 . 0 X 1 0 "4m2 K/Wとした。 なお、 接触熱抵抗 R lgは、 接触する部材間の平面度、 表面粗さ、 物質の熱拡散係数によって影響を受け、 接触面間の距離を小さく調整することに より、 より小さくすることができる。
さらに、 解析条件として、 ウェハ 2の上方 3 5 mmに位置する水素ガス境界面 に 4 5 ° (、 ウェハホルダ 3境界面 （裏面） に 6 5 0 °Cの境界条件を与えた。
なお、 水素は低プラントル数のため熱拡散が粘性拡散よりも優位で、 また層流 域の比較的低いレイノルズ数域では移流の影響を無視して考えることができるの で、 本モデルの熱伝導解析では近似的に固体として扱った。
また、 本解析では下表 1に示す物性値を用いた。
表 1
水素 グラフアイ ト —カーボン I n P
(比較例） (実施例）
密度 [kgAi3] 0. 00259 2000 1550 4787 比熱 [J/kgK] 14500 1000 1000 368 熱伝導率 [W/m · K] 0. 4048 100 10 14. 3 図 5は実施例として熱流制御部と熱流伝導部で構成したウェハホルダ 3を用い た場合のウェハ 2およびゥヱハホルダ 3内部の温度分布を示した解析結果であり 、 図 6は比較例としてグラフアイ ト製のウェハホルダ 3を用いた場合のウェハ 2 およびウェハホルダ 3内部の温度分布を示した解析結果である。 なお、 図 5、 図 6では、 解析結果を明確にするためにウェハ 2とゥ： ハホルダ 3の境界部分を拡 大している。
また、 図 7は実施例におけるウェハ 2とウェハホルダ 3の表面温度分布を示し た解析結果であり、 図 8は比較例におけるウェハ 2とウェハホルダ 3の表面温度 分布を示した解析結果である。 なお、 図 7、 図 8では、 ウェハ中心を 0として直 径方向の位置における表面温度を示している。
実施例では、 図 5に示すようにウェハ 2と熱流伝導部 3 1における温度勾配が 同様であり、 ゥヱハ 2において平行かつ均一な等温線分布となっている。 一方、 比較例では、 図 1 3に示すようにウェハ 2とウェハホルダ 3上部における温度勾 配が著しく異なり、 ウェハ 2において中央部から周縁部に向かって温度が高くな つている。 このことから、 本実施例の方が熱伝達経路が異なっても同じように熱 伝導が行われていることがわかる。
また、 実施例では熱抵抗比 ]^が 1 . 0 6であったのに対して、 比較例で は熱抵抗比 R 2/ Rは 0 . 2 4であった。
また、 実施例では、 図 7に示すようにウェハ表面温度とウェハホルダ （熱流制 御部） 表面温度がともに約 6 3 4 . 0 °Cで同じなのに対して、 比較例では図 8に 示すようにウェハ表面温度が約 6 3 6 . 0 °C、 ゥヱハホルダ表面温度が約 6 3 8 . 0 °Cでその差が約 2 . 0。Cであった。 つまり、 ウェハ 2の周縁部 （2 2〜2 5 mm) の表面温度と中央部 （0付近） の表面温度との差は、 本実施例の方が小さ く、 ウェハ 2の面內温度分布が均一に改善されていることが分かった。
このように、 本実施例では、 ウェハ 2周縁部の表面温度がウェハホルダ 3の表 面温度から受ける影響はほとんどなくなるので、 ウェハ 2の面内温度分布を均一 に保持することができた。 その結果、 ウェハ 2の面内全域において良好な均一性 を有する薄膜を気相成長させることができた。
本実施例によれば、 気相成長装置 1 0 0において、 ウェハ収容部を、 ウェハを 収容するための空部を形成された熱流制御部と、 該熱流制御部に接合され前記空 部に収容されたウェハに熱を伝導するための熱流伝導部とで構成し、 前記熱流制 御と前記熱流伝導部との接触熱抵抗を 1 . 0 X 1 0一6 m2KZW以上 5 . 0 X 1 0一3 m2KZW以下にするとともに、 前記熱流制御部を前記熱流伝導部上に配置さ れるゥ ハの熱伝導率の 0 . 5倍以上 2 0倍以下の熱伝導率を有する材質で形成 するようにしたので、 ウェハ収容部の裏面 （熱流伝導部の裏面） からウェハおよ びウェハ収容部の表面 （熱流制御部の裏面） へ熱が伝達される際に、 それぞれの 熱伝達経路における熱抵抗がほぼ同等となる。
すなわち、 同様の熱流束にしたがって熱伝導が行われるので、 ウェハおよび ウェハ収容部の表面の到達温度を同じくすることができる。 したがって、 ウェハ 周縁部の表面温度がウェハホルダの表面温度から受ける影響は少なくなるので、 ウェハの面内温度分布を一様に保持することができ、 その結果、 ウェハの面内全 域において良好な均一性を有する薄膜を気相成長させることができるという効果 を奏する。 産業上の利用可能性
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった縦 型高速回転式の気相成長装置について説明したが、 本発明はそれに限定されるも のでなく、 気相成長装置一般、 例えば、 フ イスダウン方式、 横型方式、 自公転 方式の気相成長装置にも利用することができる。
また、 I 11 Pウェハを用いた場合に限らず、 S i、 G a A s、 G a N、 サファ ィァ、 ガラス、 セラミックウェハなどに薄膜を成長させる場合にも有効である。 この場合、 用いるウェハに応じてウェハホルダ 3 (或いは熱流制御部 3 1 ) の材 質を変更するようにしてもよい。

Claims

請求の範囲
1 . 密閉可能な反応炉と、 該反応炉内に設置され所定の位置にウェハを配置する ためのゥェハ収容体と、 ウェハに向けて原料ガスを供給するためのガス供給手段 と、 前記ウェハを加熱するための加熱手段と、 を少なくとも備え、
前記反応炉内において前記加熱手段により前記ゥェハ収容体を介してウェハを 加熱しつつ、 高温状態で原料ガスを供給することにより、 前記ウェハ表面に成長 膜を形成する気相成長装置において、
前記ゥ ハ収容体は、 前記ゥ ハを収容するための空部が形成された熱流制御 部と、 該熱流制御部に接合され、 前記空部に収容されたウェハに熱を伝導するた めの熱流伝導部とで構成され、
前記熱流制御部と前記熱流伝導部とが近接する平面及び曲面間には均一な熱抵 抗: Rgが存在することを特徴とする気相成長装置。
2 . 前記熱流伝導部裏面から前記ウェハ表面に向かう熱伝達経路の熱抵抗 と 前記熱流伝導部裏面から前記熱流制御部表面に向かう熱伝達経路の熱抵抗 R2の 比 RaZ R!が 0 . 8以上 1 . 2以下であることを特徴とする請求項 1に記載の気 相成長装置。
3 . 前記熱抵抗 Rgは 1 . 0 x 1 0— 6m2K/W以上 5 . 0 x 1 (T3m2K/W以下で あることを特徴とする請求項 1または請求項 2に記載の気相成長装置。
4 . 前記熱流制御部と前記熱流伝導部との隙間距離は、 0 . 0 0 1 mmから l m mの範囲で一様であることを特徴とする請求項 1から請求項 3の何れかに記載の 気相成長装置。
5 . 前記熱流制御部は、 前記熱流伝導部上に配置されるウェハの熱伝導率の 0 . 5倍以上 2 0倍以下の熱伝導率を有する材質で形成されていることを特徴とする 請求項 1から請求項 4の何れかに記載の気相成長装置。
6 . 前記熱流伝導部は、 5 O W/mK以上 4 5 0 w/mK以下の熱伝導率を有す る材質で形成されていることを特徴とする請求項 1から請求項 5の何れかに記載 の気相成長装置。
7 . 前記熱流制御部は、 ァモノレファスカーボン、 窒化アルミ、 グラフアイ ト、 シ リコン、 炭化ケィ素、 モリブデン、 パイロリテックボロンナイ トライ ド、 アルミ ナの何れか一つで形成され、
前記熱流伝導部は、 モリブデン、 グラフアイ ト、 金、 銀の何れか一つで形成さ れていることを特徴とする請求項 1から請求項 6の何れかに記載の気相成長装置。
8 . 密閉可能な反応炉と、 該反応炉内に設置され所定の位置にウェハを配置する 1 めのゥェハ収容体と、 ウェハに向けて原料ガスを供給するためのガス供給手段 と、 前記ウェハを加熱するための加熱手段と、 を備えた気相成長装置を用いて、 前記反応炉内において前記加熱手段により前記ウェハ収容体を介してゥ ハを 加熱しつつ、 高温状態で原料ガスを供給することにより、 前記ウェハ表面に薄膜 を形成する気相成長方法において、
薄膜を気相成長させる際の前記ウェハ収容体表面と前記ウェハ表面との温度差 を 2 °C以内とすることを特徴とする気相成長方法 n
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