CN109778144B

CN109778144B - 化学气相沉积装置

Info

Publication number: CN109778144B
Application number: CN201811323045.7A
Authority: CN
Inventors: 石桥直人; 深田启介; 梅田喜一; 儿玉友弘
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Lishennoco Co ltd; Resonac Holdings Corp
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2021-03-23
Anticipated expiration: 2038-11-08
Also published as: CN109778144A; JP2019091751A; JP7042587B2; DE102018126654A1; US20190144995A1

Abstract

一种化学气相沉积装置，具备在内部进行气相生长的反应炉和从所述反应炉排出气体的排气配管，所述排气配管具有至少1个弯曲部，在所述弯曲部具备从所述弯曲部向不同的方向延伸出且在内部具有堆积物的存积空间的至少1个配管延长部。

Description

化学气相沉积装置

技术领域

本发明涉及化学气相沉积装置。

本申请基于在2017年11月13日在日本申请的专利申请2017-218061号要求优先权，将其内容援引于此。

背景技术

化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition：CVD)装置被广泛地用作为各种各样的层的成膜手段。例如，在碳化硅(SiC)的外延膜的生长中也利用化学气相沉积装置。

在使用了CVD法的成膜中，向反应炉内供给气体，来在基板表面生长出结晶。

供给至反应炉内的气体之中的未反应的气体从排气配管排出。该未反应的气体在排气配管内发生反应从而以副产物的形式堆积，有时阻塞排气配管。

排气配管的阻塞是CVD装置的不良情况的原因的之一。为了防止排气配管的阻塞，需要进行定期性的清扫。清扫的期间不能够开动CVD装置，因此使CVD装置的生产能力大幅地降低。

在专利文献1中记载了一种在排气配管的弯曲部具备具有堆积物除去单元的配管延长部的化学气相沉积装置。在专利文献1中记载了能够通过利用堆积物除去单元击溃堆积物来除去堆积物。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-94194号公报

发明内容

然而，专利文献1中记载的化学气相沉积装置，存在堆积物堵塞在配管延长部与堆积物除去单元之间从而堆积物除去单元变得不能发挥作用的情况。另外，存在在推顶堆积物的前方再次产生堆积物的问题。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的是提供抑制了排气配管的阻塞的化学气相沉积装置。

本发明人进行了深入研究的结果，并不是想要除去堆积物的构思，而是研究了使堆积物选择性地产生于规定的位置。其结果，本发明人发现：若限定堆积物的产生部位，则能抑制在其他部分上的堆积物的产生，能够防止排气配管的阻塞。

即，本发明为了解决上述课题而提供以下的方案。

(1)第1方式涉及的化学气相沉积装置，具备在内部进行气相生长的反应炉和从上述反应炉排出气体的排气配管，上述排气配管具有至少1个弯曲部，在上述弯曲部具备从上述弯曲部延伸出且在内部具有存积空间的至少1个配管延长部。

上述第1方式的装置，优选地包含以下的特征。也优选以下的特征相互组合。

(2)在上述方式涉及的化学气相沉积装置中，上述配管延长部可以位于向上述弯曲部流入的气体的流动方向的延长线上。

(3)在上述方式涉及的化学气相沉积装置中，可以相对于一个上述弯曲部包含多个上述配管延长部。

(4)在上述方式涉及的化学气相沉积装置中，上述配管延长部可以分别位于向上述弯曲部流入的气体的流动方向的延长线上、和与从上述弯曲部流出的气体的流出方向相反的一侧。

(5)在上述方式涉及的化学气相沉积装置中，上述配管延长部的长度可以为5cm以上且30cm以下。

(6)在上述方式涉及的化学气相沉积装置中，在上述反应炉中进行的气相生长可以为SiC的外延生长。

(7)在上述方式涉及的化学气相沉积装置中，上述SiC的外延生长可以为使用了Cl系气体的外延生长。

(8)在上述方式涉及的化学气相沉积装置中，使用时的上述反应炉内的压力可以为2kPa以上且50kPa以下。

根据上述方式涉及的化学气相沉积装置，能够抑制排气配管的阻塞。

附图说明

图1是表示本发明的一个方式涉及的化学气相沉积装置的优选的例子的概略示意图。

附图标记说明

10 反应炉

20 排气配管

22 第1弯曲部

22A 第1配管

22B 第2配管

24 第2弯曲部

26 第1配管延长部

26A 第1存积空间

27 第2配管延长部

27A 第2存积空间

28 第3配管延长部

28A 第3存积空间

30 过滤器

40 排气泵

100 化学气相沉积装置

具体实施方式

以下，一边适当参照附图一边对本实施方式进行详细说明。为了容易理解本发明的特征，在以下的说明中使用的附图有时为了方便起见而放大地显示成为特征的部分，各构成要素的尺寸比率等可以与实际不同也可以与实际没有不同。在以下的说明中所例示的材质、尺寸等为一例，本发明并不被它们限定，能够在不变更其主旨的范围内进行适当变更来实施。

图1是本实施方式涉及的化学气相沉积装置100的示意图。图1所示的化学气相沉积装置100，具备反应炉10、排气配管20、过滤器30和排气泵40。

排气配管20可具有多个弯曲部。通过利用弯曲部来弯曲排气配管20，能够降低化学气相沉积装置100的占有面积。弯曲部是气体的流动的主方向发生变化的部分。换言之，配管和配管在弯曲部结合，两侧的配管(配管部)的延伸方向相互不同。在图1中，将在弯曲部的配管彼此构成的角设为90°(L字)进行了图示，但是并不限于该构成。例如，在弯曲部，配管可以弯曲成曲线状(U字)，也可以以配管彼此构成的角成为锐角(V字)的方式弯曲，也可以以配管彼此构成的角成为钝角的方式弯曲。上述锐角能够任意地选择，只要小于90°即可，例如可以为1°以上、30°以上、60°以上等。上述钝角能够任意地选择，只要大于90°且小于180°即可，可以为100°以上、130°以上、150°以上等。再者，排气配管20的截面可为圆形。

在图1中，在化学气相沉积装置100具有的多个弯曲部之中的、第1弯曲部22和第2弯曲部24具备配管延长部。优选在全部的弯曲部具备配管延长部，但是也可以仅一部分弯曲部具备配管延长部。以下，将在第1弯曲部22具备的配管延长部称为第1配管延长部26，将在第2弯曲部24具备的配管延长部称为第2配管延长部27和第3配管延长部28。如第2弯曲部24那样，相对于一个弯曲部，配管延长部可以为1个，或者，也可以具备多个配管延长部。例如，一个弯曲部的配管延长部的数量可以为2、3、4等。

配管延长部从弯曲部延伸出。配管延长部的延伸方向，也可以是与气体向弯曲部流入的主方向和气体从弯曲部流出的主方向的任一方向都不同的方向。第1配管延长部26位于向第1弯曲部22流入的气体的流动方向的延长线上。第2配管延长部27位于向第2弯曲部24流入的气体的流动方向的延长线上。第3配管延长部28位于与从第2弯曲部24流出的气体流动的方向(流出气体所处的那侧)相反的一侧的位置，即，位于隔着上述弯曲部而与流通上述流出的气体的配管相对的场所。

优选配管延长部位于向弯曲部流入的气体的流动方向的延长线上。

即，优选设置于图1所示的、第1弯曲部22中的第1配管延长部26的位置和第2弯曲部24中的第2配管延长部27的位置。

例如，流入至第1弯曲部22中的气体暂时向第1配管延长部26流入。由于第1配管延长部26的一端被闭塞，因此流入的气体从第1配管延长部26朝向第2弯曲部24流动。也就是说，通过将第1配管延长部26设置于该位置，在第1配管延长部26产生紊流。

另外，在相对于一个弯曲部存在多个配管延长部的情况下，优选配管延长部包含位于向弯曲部流入的气体的流动方向的延长线上的配管延长部、和位于与从弯曲部流出的气体的流动方向相反的一侧的、即向相反侧突出的配管延长部。即，优选在第2弯曲部24中的第2配管延长部27所处的位置和第3配管延长部28所处的位置设置配管延长部。通过在该位置设置配管延长部，从而在第2配管延长部27和第3配管延长部28内产生紊流。

排气的紊流在配管延长部的内部强烈地产生。这是由于配管延长部被设于与沿着排气的主要流动方向的位置不同的位置的缘故。排气的一部分在配管延长部内滞留。若排气滞留，则构成排气的原料气体等进行反应，从而副产物堆积。即，堆积物在配管延长部的内部选择性地产生。

在配管延长部的内部确保了充分的空间。堆积物在该空间内选择性地产生。也就是说，该空间作为堆积物的存积空间发挥作用。在图1中，第1配管延长部26具有第1存积空间26A，第2配管延长部27具有第2存积空间27A，第3配管延长部28具有第3存积空间28A。通过堆积物选择性地堆积在存积空间内，能够抑制堆积物堆积在排气配管20内的其他部分。其结果，能够抑制排气配管20的阻塞。

配管延长部的长度能够任意地选择，但优选为5cm以上且30cm以下，更优选为5cm以上且15cm以下，进一步优选为5cm以上且10cm以下。配管延长部的长度意指与弯曲部相连的2个配管的中心线的交点与配管延长部的端部的距离。例如，在第1弯曲部22中，配管延长部的长度相当于从第1配管22A的中心线与第2配管22B的中心线的交点到第1配管延长部26的端部的距离d。如果配管延长部的长度为该范围，则能够得到确保存积空间的充分的空间，能够抑制排气配管20的占有面积过于变大的情况。配管延长部的形状能够任意地选择，但例如也优选为至少具有底的筒状部，也优选为具有底的圆筒部。

优选配管延长部的直径与和弯曲部相连的2个配管之中的上游侧的配管的直径相等。另外，更优选配管延长部的直径也与下游侧的配管的直径相等。例如，在第1弯曲部22中，优选第1配管延长部26的直径与第1配管22A的直径相等，更优选其与第1配管22A和第2配管22B这两者的径相等。若配管延长部的直径变化，则在该部分中也产生紊流。若在配管延长部以外的部分产生紊流，则有在该部分产生堆积物的可能性。配管的内径能够任意地选择，例如可设为20mm～80mm。

作为NW规格的配管，能够使用例如NW25、NW40、NW50。

配管延长部的温度能够任意地选择，但优选设为从室温到150℃的范围内的温度。例如，通过设在从室温到150℃的范围内，能够使其成为充分低于反应炉的温度的温度，能够在配管延长部中高效率地捕捉堆积物。

反应炉10是在化学气相沉积装置中使用的腔室。反应炉10能够使用公知的反应炉。

反应炉10优选为用于SiC的外延生长的反应炉。在SiC的外延生长的情况下，使反应炉内为1500℃以上的高温来进行生长。在SiC的外延生长中，使用原料气体、掺杂气体、蚀刻气体、载气等多种气体。

在此，将在SiC外延晶片的结晶生长中使用的多种气体区分成“Si系气体”、“C系气体”、“Cl系气体”、“掺杂气体”“其他气体”五类。

“Si系气体”是包含Si作为构成气体的分子的构成元素的气体。

例如硅烷(SiH₄)、二氯硅烷(SiH₂Cl₂)、三氯硅烷(SiHCl₃)、四氯硅烷(SiCl₄)等较符合。Si系气体作为原料气体的一种被使用。

“C系气体”是包含C作为构成气体的分子的构成元素的气体。例如丙烷(C₃H₈)等较符合。C系气体作为原料气体的一种被使用。

“Cl系气体”是包含Cl作为构成气体的分子的构成元素的气体。

例如氯化氢(HCl)、二氯硅烷(SiH₂Cl₂)、三氯硅烷(SiHCl₃)、四氯硅烷(SiCl₄)等较符合。在此，二氯硅烷(SiH₂Cl₂)、三氯硅烷(SiHCl₃)、四氯硅烷(SiCl₄)也是上述的Si系气体。也有时如这些气体那样是“Cl系气体”、且是“Si系气体”。Cl系气体作为原料气体或蚀刻气体被使用。

“掺杂气体”是包含成为施主或受主(载体)的元素的气体。用于使N型生长的氮、用于使P型生长的三甲基铝(TMA)、三乙基铝(TEA)等作为掺杂气体被使用。

“其他气体”是不属于上述四种区分的气体的气体。例如Ar、He、H₂等较符合。这些气体是支持SiC外延晶片的制造的气体。例如这些气体为了原料气体高效地供给至SiC晶片而支持气体的流动。

这些的多种气体通过进行SiC的外延生长的反应炉10后，在排气配管20内混杂地流动。有时这些的多种气体的一部分相互反应而生出副产物。该副产物成为堆积物。若在排气配管20内流动的气体中包含Cl系气体，则堆积物的粘度提高。

也就是说，在反应炉10内进行的反应是使用了Cl系气体的外延生长的情况下，排气配管的阻塞的可能性提高。另一方面，若使用本实施方式涉及的化学气相沉积装置100，则即使在该情况下也能抑制堆积物在排气配管20内堆积的情况。

另外，使用反应炉10时的反应炉内的气体压力能够任意地选择，但优选为2kPa以上且50kPa以下，反应炉内的气体压力更优选为3kPa以上且30kPa以下。若反应炉内的气体压力小，则在排气配管20内流动的气体的流速变慢。若气体的流速变慢，则容易产生堆积物，排气配管20的阻塞的可能性提高。另一方面，若使用本实施方式涉及的化学气相沉积装置100，则即使在该情况下也能利用配管延长部的效果来抑制堆积物在排气配管20内堆积的情况。在反应炉中流通的气体的总流量能够任意地选择，但优选设为50～200L/分。若反应炉内的气体的流量在该范围，则抑制配管的阻塞的效果变得特别显著。

过滤器30和排气泵40能够使用公知的过滤器和排气泵。另外，本实施方式涉及的化学气相沉积装置100，使堆积物积极地产生于配管延长部的内部。也就是说，配管延长部能够视为预滤器(prefilter)。通过预滤器(配管延长部)之后的气体向过滤器30流动。因此，本实施方式涉及的化学气相沉积装置抑制了过滤器30的堵塞。

如上所述，根据本实施方式涉及的化学气相沉积装置，能限制在排气配管内堆积物所存积的部位，能抑制排气配管阻塞。其结果，化学气相沉积装置的运行时间变长，化学气相沉积装置的生产能力提高。

另外，若产生堆积物的部位限制成配管延长部和过滤器等的存积空间内，则排气配管20的清扫也变得容易。通过拆除对配管延长部进行连结的紧固装置，能够容易地除去配管延长部内的堆积物。也就是说，也能缩短排气配管20的清扫所花费的时间，能够提高化学气相沉积装置的生产能力。

另外，本实施方式涉及的化学气相沉积装置，若用于SiC的外延生长，则发挥高的效果。在SiC的外延生长中使用的上述那样的多种气体进行反应从而在排气配管中堆积的副产物成为块状的固体物质。由于上述固体物质的性状稳定且坚固，因此难以通过机械性或化学性的清理来除去。根据本实施方式涉及的化学气相沉积装置，能够抑制在排气配管的气体流通部分中的副产物的堆积，防止配管阻塞的效果大。

本发明提供抑制了排气配管的阻塞的优异的化学气相沉积装置。

以上对本发明的优选的实施方式进行了详细叙述，但是本发明并不限定于特定的实施方式，能够在权利要求书所记载的本发明的主旨的范围内进行各种的变形和变更。

Claims

1.一种化学气相沉积装置，具备：

在内部进行气相生长的反应炉；和

从所述反应炉排出气体的排气配管，

所述排气配管具有至少1个弯曲部，

在所述弯曲部具备从所述弯曲部延伸出且在内部具有堆积物的存积空间的至少1个配管延长部，

相对于一个所述弯曲部，包含多个所述配管延长部。

2.根据权利要求1所述的化学气相沉积装置，

所述配管延长部位于向所述弯曲部流入的气体的流动方向的延长线上。

3.根据权利要求1所述的化学气相沉积装置，

所述配管延长部分别位于向所述弯曲部流入的气体的流动方向的延长线上、和与从所述弯曲部流出的气体的流出方向相反的一侧。

4.根据权利要求1所述的化学气相沉积装置，

所述配管延长部的长度为5cm以上且30cm以下。

5.根据权利要求1所述的化学气相沉积装置，

在所述反应炉中进行的气相生长为SiC的外延生长。

6.根据权利要求5所述的化学气相沉积装置，

所述SiC的外延生长为使用了Cl系气体的外延生长。

7.根据权利要求5所述的化学气相沉积装置，

使用时的所述反应炉内的压力为2kPa以上且50kPa以下。