JPH0736390B2 - 気相成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （ア）技術分野 この発明は、ウエハを水平に戴置して加熱し、気相反応
によつて、ウエハ上に薄膜を成長させるようにした縦型
気相成長装置に関する。

気相成長装置は、加熱した基板の上に、反応性ガスを吹
き込み、気相反応を起こさせる事により、基板の上に、
単結晶又は多結晶の薄膜を成長させるものである。

単結晶をエピタキシヤル成長させる場合には、気相エピ
タキシー（VPE）という。一般に、CVD装置と略称する事
が多い。

反応性ガスの流れの方向により、横型と縦型の別があ
る。

縦型のものは、反応性ガスを上から下へ流すものであ
る。これは装置が縦長になる。幾何学的に対称性が高く
なるし、ウエハは回転できるようになるので、均一性の
高い薄膜を成長させる事ができる。

気相反応を起こさせるのであるから、基板と反応性ガス
を高いエネルギー状態に励起しなければならない。

励起の手段として、熱、放電、光、マイクロ波などが用
いられる。この発明は、このうち、熱によつて励起する
熱励起気相成長装置に関する。

熱によつて励起するのであるからヒータが必要である。
ヒータの位置により、２種類に分けられる。

ヒータを、反応室の外に設置する外ヒータ方式と、反応
室の内に設置する内ヒータ方式がある。本発明は、内ヒ
ータ方式の改良である。

内ヒータ方式の装置は、さらに２種類に分けられる。こ
れはサセプタ形状による区分である。

ウエハを水平の台の上に戴置する水平戴置式のものと、
円筒形の側壁に貼りつけるバレル式のものがある。

バレル式のサセプタは、円筒形の側壁に置くのであるか
ら、多数のウエハを一挙に処理できるという長所があ
る。しかし、上下で条件が異なり均一に成長させるのが
難しい。

水平戴置式のものは、ウエハ周面での条件を同一にする
のが容易である。

本発明は、内ヒータ水平戴置式のものに関する。

（イ）従来技術 第３図によつて、熱励起内ヒータ方式の、従来例にかか
る気相成長装置を説明する。

縦型の反応室１は、下チヤンバ２と上チヤンバ３とを組
合わせたものである。これは真空排気装置（図示せず）
によつて真空に引く事ができる。

反応室１の中央縦方向にサセプタ４が設けられる。サセ
プタ４は、太いカーボンなどの棒の上に水平のウエハ戴
置台20を設け、この上にウエハ19を戴置するようになつ
ている。

サセプタ４のウエハ戴置台20の下方に、ヒータ５が存在
する。電流導入端子10から立てられた導体９によつて、
ヒータ５に給電される。

反応室１は回転しないが、サセプタ４は回転する。Ｏリ
ング30により、下チヤンバ２の穴と、サセプタ４の外周
とがシールされている。

ヒータ５により、ウエハ19が加熱される、反応性ガス及
びキヤリヤガスがガス導入口16より下向きに導入され
る。これがウエハ19に当り、気相反応する。ウエハ19の
上に反応生成物の薄膜が成長してゆく。

排ガス（未反応ガス、反応生成ガス）は、ガス排気口18
から排出される。

ウエハ19は、サセプタ４の回転とともに回転するので、
回転方向には均一な薄膜が得られる。

ヒータ５が内部にあるので、加熱の効率が良い。

このような長所があつた。

（ウ）発明が解決しようとする問題点 第３図に示す縦型気相成長装置は、ヒータ５の中心をサ
セプタ４の軸が貫くので、ヒータによる加熱が周辺部に
片寄る。中心部の加熱が貧弱である。

このため、ウエハ19上の温度分布が中心と周辺部とで不
均一になる。

サセプタ４は回転するわけであるが、周辺部と中心部の
温度不均一を解消することができない。

（エ）目的 均一性の良い膜を作る事ができ、寿命の長い機構部を持
つた縦型気相成長装置を提供する事が本発明の目的であ
る。

（オ）構成 本発明は、サセプタの形状を改良する。

ウエハ戴置台と中心の棒材とよりなるのではなく、ウエ
ハ戴置台と周辺の円筒部とよりなるサセプタとするので
ある。

中心の棒材がないので、ヒータの中心が棒材によつて貫
かれるという事がない。このため、ヒータ設計の自由度
が高まる。ウエハの大きさ、配列に合わせて、任意の形
状のヒータとする事ができる。ウエハ加熱を均一に行う
ことができるので、均一性の良い膜を作ることができ
る。

中心の棒材を除去するかわりに、周辺部に側円筒部を設
けてウエハ戴置台を側周で支持するようにする。

これに伴なつて、サセプタの回転機構が複雑になる。

最も外側の反応室は動かないし、最も内側のヒータは動
かない。中間のサセプタだけが回転する。

図面によつて説明する。

第１図は本発明の縦型気相成長装置の一例を示す縦断面
図である。

反応室１は、下チヤンバ２と上チヤンバ３とよりなる。
回転対称に近い縦長の容器である。

上チヤンバ３と下チヤンバ２とは、フランジ23、22に於
て、Ｏリング７を介して結合されている。

上チヤンバ３の上頂部には、ガス導入口16があり、反応
性ガス及びキヤリヤガスが導入される。

上チヤンバ３の外側壁には、冷却ジヤケツト17が設置さ
れている。これは、チヤンバの内側壁の温度を低くし
て、生成物が内側壁に付着するのを防ぐ。またチヤンバ
からの輻射熱で周囲の物が高熱にさらされるのを防ぐ。

下チヤンバ２には、ガス排出口18がある。これは、未反
応ガスや生成ガスを含む排ガスを排除するためのもので
ある。真空排気装置がガス排出口18に接続され、反応室
１を真空に排気する。

ヒータ５は、円盤状のヒータである。中心に穴がない。
これが重要である。カーボン抵抗加熱ヒータである。円
盤状といつても、中実体の円盤があるわけではない。円
盤に似た形状という事である。

渦巻状の形状であつてもよい。左右に蛇行するような形
状であつてもよい。

ヒータ５は導体９によつて、電力が供給される。導体９
はこの場合、ヒータ５の機械的支持を兼ねている。この
場合耐熱性のあるMoのような材料が選ばれる。

もちろん、ヒータ５を支持する部材と、ヒータ５に電流
を流す導体とを分離してもよい。この場合、導体は銅線
を使うことができる。

導体９を囲むように円筒形の固定筒８が設けられる。固
定筒８は、下方が密封された容器で、上端部に反射板６
が設けてある。

反射板６は、Ta、Mo、Ｗなど耐熱性のある金属の板で、
ヒータ５の熱をサセプタ４の方へ反射するものである。

ヒータ５、反射板６は固定筒８に対して取付けられたも
ので、これらの部材は静止している。

導体９は電流導入端子10につながり、これは反応室の外
にある電源（図示せず）につながつている。

サセプタ４は、水平のウエハ戴置台20と、側円筒部21と
よりなる。サセプタ４は鉛直軸のまわりに回転しなけれ
ばならない。回転するだけでなく、反応室１の真空を維
持しなければならない。

このため、下チヤンバ２と、サセプタ側円筒部21の接触
部には回転導入機11を設ける。

また、サセプタ側円筒部21の下端と固定筒８の下方との
接触部には、回転導入機12を設ける。

回転導入機11、12は、回転軸を密封する機構である。こ
れには、多くのものがある。

接触型のオイルシール、メカニカルシールなどがある。
非接触型のクリアランスシールやラビリンスシールなど
もある。

この他に磁性流体シールがある。磁性流体シールは、軸
と軸穴の間に磁性流体を充填し、軸穴の方には永久磁石
を設けたものである。磁性流体は、水や油など非磁性体
溶液に強磁性体の超微粒子を安定拡散させたコロイド溶
液である。

磁石の磁界により、磁性流体が軸と軸穴の間に保持され
る。このため、密封構造が維持されるわけである。

磁性流体シール自体は周知である。ただし、磁性流体は
高熱に耐えない事が多いので、ヒータの熱が伝わらない
ように、固定筒８、サセプタの側円筒部21を細長くしな
ければならない。

回転導入機11、12としては、これらの公知の軸封機構の
うち、最も適するものを選ぶべきである。

この他に、サセプタ側円筒部21を回転支持する軸受をい
くつか設けなければならない。

例えば、ラジアル軸受を下チヤンバ２の下端部とサセプ
タ側円筒部21の間、及びサセプタ側円筒部21と固定筒８
との間に入れる。

さらに、サセプタ側円筒部21の下底にスラスト軸受を入
れる。

簡単のため、軸受の図示を省略した。

サセプタ側円筒部21の下端には、円周上に従動歯車25を
固着してある。

モータ13は、モータと減速器とを含む系である。モータ
13の回転が駆動歯車24に伝わり、これが従動歯車25を回
転させる。これにより、サセプタ４、ウエハ19が回転す
る。

サセプタの回転力を伝達するものはこのような平歯車に
よるものの他、ウオームとウオーム歯車、ベベルギヤに
よるものとしてもよい。また、ベルトとプーリ、スプロ
ケツトとチエーンによつてもよい。

サセプタ回転機構の構成は任意である。

第２図は本発明の他の例を示す縦断面図である。これ
は、回転導入機がＯリング14、15によつて置き換えられ
ている。回転速度が遅い場合などは、Ｏリングによる軸
封であつても使用できる。

（カ）作用 フランジ23、22に於て、ボルト（図示せず）を外して、
上チヤンバ３を引上げ（又は下チヤンバ２を引下げ）
て、チヤンバ２、３を分離する。

サセプタのウエハ戴置台20にウエハ19を戴置する。図の
ように１枚だけ戴置することもあるし、複数枚を円周上
に戴置することもある。

上チヤンバ３を降ろして、フランジ22、23において、ボ
ルトで締結する。反応室１の内部を真空に引く。

ヒータ５に通電し、ウエハ19を加熱する。サセプタ４を
回転させる。

ガス導入口16から、反応性ガス及びキヤリヤガスを導入
する。

ヒータ５の熱は、輻射によつてサセプタのウエハ戴置台
20に伝わる。これが熱伝導によつて、ウエハ19に伝達さ
れる。

反射板６は、熱によつて、他の機構部が損傷するのを防
ぐ。

冷却ジヤケツト17が、反応室１の内壁を冷却するので、
内壁には、気相反応生成物が付着しない。

ウエハ19とその近傍だけが、結晶化に適した温度になつ
ているので、この近傍で、反応性ガスが化学反応を起こ
す。反応生成物はウエハ19の上に結晶化して堆積する。

ヒータ５は、ウエハ戴置台20の直下に均一に存在してい
るので、ウエハ19を均一に加熱する事ができる。

このため、ウエハ19上に均一な薄膜が形成される。

サセプタ４が回転するので、回転方向の均一性が確保さ
れ、ヒータ５の分布が半径方向に均一になるから、ウエ
ハの半径方向の均一性も保証される。

回転導入機11、12によつて真空シールされているから、
反応室１の気密性は確保される。

（キ）効果 （１）内部にヒータがある縦型気相成長装置において、
ヒータをサセプタの棒が貫かないので、ヒータの抵抗体
の分布を、面内で均一にすることができる。

中央部だけ抵抗体が欠損する、という事がない。このた
め、ヒータ形状の設計の自由度が増す。半径方向に均一
のヒータ構造とすることができる。

（２）ヒータは静止しているが、サセプタが回転するの
で、回転方向の温度均一性が良い。

（３）ヒータは固定部分に付設されることになる。ヒー
タが静止しているから、給電のためにブラシなどの回転
通電機構を不要とする。ブラシがないので、火花が発生
したりする危険性がない。これは、H₂などのガスを多量
に使う時に問題であるが、本発明は火花を発生せず、安
全である。

（４）サセプタのみ回転させるので、モータにかかる負
荷トルクが少ない。

（５）回転導入機に磁性流体シールを用いれば、長寿命
の装置になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の縦型気相成長装置の一例を示す縦断面
図。 第２図は本発明の縦型気相成長装置の他の例を示す縦断
面図。 第３図は内ヒータウエハ水平戴置方式の従来例に係る縦
型気相成長装置の縦断面図。 １……反応室 ２……下チヤンバ ３……上チヤンバ ４……サセプタ ５……ヒータ ６……反射板 ７……Ｏリング ８……固定筒 ９……導体 10……電流導入端子 11,12……回転導入機 13……モータ 14,15……Ｏリング 16……ガス導入口 17……冷却ジヤケツト 18……ガス排出口 19……ウエハ 20……ウエハ戴置台 21……側円筒部 22,23……フランジ 24……駆動歯車 25……従動歯車

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガス導入口16とガス排出口18とを有し真空
   に引くことのできる縦方向に長い反応室１と、反応室１
   の内部に設けられウエハ19を上面に戴置するサセプタ４
   と、サセプタ４の内部に設けられウエハ19を加熱するた
   めのヒータ５と、サセプタ４を回転する機構とを含み、
   サセプタ４はウエハ19を戴置する水平のウエハ戴置台20
   とウエハ戴置台20の周縁に続く側円筒部21とよりなり、
   ヒータ５はサセプタ４の内部に設けられた固定筒８によ
   つて支持されるものとし、サセプタ４の側円筒部21の下
   方に於て、反応室１との間及び固定筒８との間には回転
   軸シール機構が設けられ、サセプタ４の側円筒部21の下
   端がサセプタ回転機構によつて回転するようになつてい
   る事を特徴とする気相成長装置。