DE3789424T2

DE3789424T2 - Vorrichtung um dünne Schichten herzustellen.

Info

Publication number: DE3789424T2
Application number: DE3789424T
Authority: DE
Inventors: Noboru Arima; Hirosi Kimura; Nobuyosi Ogino
Original assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd; Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd; Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1986-12-15
Filing date: 1987-12-02
Publication date: 1994-06-30
Anticipated expiration: 2007-12-03
Also published as: EP0270991A3; EP0270991A2; DE3789424D1; EP0270991B1; US4926793A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausbilden von Oxid- oder Isolierfilmen auf Halbleiterwafern und anderen Substraten verschiedener Materialien oder von einkristallinen Filmen (Epitaxiefilmen) die dieselbe Kristallorientierung wie die Substrate aufweisen, gemäß chemischen Reaktionen zwischen Reaktionsgasen oder chemischen Reaktionen eines Reaktionsgases mit den Substraten, wie eine Epitaxiewachstumsvorrichtung, eine Oxidationsvorrichtung oder dergleichen, und spezieller eine Vorrichtung zum Ausbilden eines gleichförmigen Dünnfilms auf jedem einer großen Anzahl von Substraten.
Bei einer herkömmlichen Epitaxiewachstumsvorrichtung (die nachfolgend als erste Vorrichtung aus dem Stand der Technik bezeichnet wird), dreht sich eine scheibenförmige Aufnahme (Träger)-Platte um ihre vertikale Achse in einem von einem HF-Induktionsheizer umgebenen Reaktor vom Typ mit Rezipientenglocke, und jedes auf der entsprechenden Aufnahmeplatte angeordnete Substrat wird durch den Heizer auf hohe Temperatur (1100 bis 1200ºC) aufgeheizt und auf dieser gehalten, während ein Reaktionsgas der Oberfläche des Substrates zugeführt wird, wodurch ein vorgegebener Epitaxiewachstumsfilm abgeschieden wird. Bei einer anderen herkömmlichen Epitaxiewachstumsvorrichtung vom Glockentyp mit Strahlungsheizung (die nachfolgend als zweite Vorrichtung aus dem Stand der Technik bezeichnet wird), ist ein Aufnehmer in Form einer abgeschnittenen Pyramide drehbar um seine Vertikalachse in einem zylindrischen Reaktor angeordnet, der von einem HF-Induktionsheizelement und dessen HF-Induktionsspule umgeben wird; mehrere Halbleiterwafer oder andere Substrate sind auf Aufnehmerflächen dem Heizer gegenüberliegend angeordnet, und ein Reaktionsgas wird dem Reaktor zugeführt, um vorgegebenes Epitaxiewachstum auf den Oberflächen hervorzurufen.
Bei der ersten Vorrichtung aus dem Stand der Technik ist die Anzahl der Substrate, die Epitaxiewachstum unterzogen werden, unvermeidlicherweise begrenzt, da die Substrate auf einer einzigen Ebene rechtwinklig zur Achse des Reaktors angeordnet sind. Darüber hinaus wird die Nutzfläche des Aufnehmers in ineffektiver Weise verringert, wenn der Durchmesser der Wafer vergrößert wird.
Bei der zweiten Vorrichtung aus dem Stand der Technik ist die Anzahl von Substraten, die Epitaxiewachstum unterzogen werden können, immer noch unvermeidlich klein, da die Substrate nur auf den Aufnehmerflächen gegenüber dem Heizer angeordnet werden können. Wenn der Durchmesser der Wafer erhöht wird, wird darüber hinaus die Anzahl der Wafer, die gleichzeitig Epitaxiewachstum erfahren können, in unerwünschter Weise verringert. Ferner ist das Substrat auf der Aufnehmerfläche angeordnet, die leicht gegenüber einer vertikalen Linie geneigt ist, was automatisches Laden/Entladen erschwert.
Bei jeder Vorrichtung aus dem Stand der Technik muß, da das Substrat auf dem Aufnehmer angeordnet wird, der als Heizelement dient, mindestens ein Teil einer Handhabungsvorrichtung in Berührung mit der Oberfläche des Substrates gebracht werden, wenn es geladen/entladen wird. Daher kann das Substrat bei dieser Berührung verunreinigt werden und es besteht die Neigung zu verringerter Ausbeute.
Wie in Fig. 7 dargestellt, ist bei einer Vorrichtung (Veröffentlichungs (Kokai)-Nr. 60-152675 zu einem japanischen ungeprüften Patent) (wird als dritte Vorrichtung aus dem Stand der Technik bezeichnet) ein Substrathalter 103 in einem zylindrischen Reaktor 102 angeordnet, der von Widerstandsheizern oder anderen Heizquellen 101 in solcher Weise umgeben wird, daß die Achse des Substrathalters 103 mit derjenigen des Reaktors 102 zusammenfällt. Substrate 104 sind vertikal parallel zueinander und im wesentlichen rechtwinklig zur Achse des Reaktors 102 im Träger 103 gestapelt. Ein Reaktionsgas wird von Düsen 105 zugeführt, die im oberen Endbereich des Reaktors 102 angeordnet sind, und es wird zu einem Gasauslaß 106 am unteren Ende des Reaktors 102 geleitet, wodurch vorgegebenes Epitaxiewachstum ausgeführt wird.
Bei der dritten Vorrichtung aus dem Stand der Technik kann, da die Substrate 104 im Träger 103 vertikal so gestapelt sind, daß sie parallel zueinander sind und in einer Richtung ausgerichtet sind, die im wesentlichen rechtwinklig zur Achse des zylindrischen Reaktors 102 steht, die Anzahl von Substraten, die Epitaxiewachstum unterzogen werden, weit über diejenige der ersten und der zweiten Vorrichtung aus dem Stand der Technik erhöht werden, so daß eine Vorrichtung für vertikale Dünnfilmausbildung, die für Wafer mit großem Durchmesser geeignet ist, geschaffen werden kann. Da die Substrate jedoch in axialer Richtung des Reaktors gestapelt sind, führt eine Zunahme der Anzahl der Substrate zum Erfordernis der Vergrößerung der Vertikalabmessung der Heizquellen, die so angeordnet sind, daß sie die Außenfläche des Reaktors umgeben. Daher ist Temperaturregelung im Reaktor schwierig. Infolgedessen wird das Temperaturprofil des Reaktionsgases im oberen Bereich des Reaktors von dem in seinem unteren Bereich verschieden. Dann können auf den oberen und unteren Substraten keine gleichförmigen Dünnfilme mit derselben Qualität ausgebildet werden.
Da das Gas vom oberen Ende des Reaktors in einer Richtung (d. h. axialer Richtung) rechtwinklig zur Oberfläche der Substrate zugeführt wird und von einem Auslaß am unteren Ende des Reaktors ausgegeben wird, fließt ein Abgasstrom, in dem ein Reaktionspartner durch Epitaxiewachstum auf oberen Substraten verbraucht ist, gesagt, nimmt dann, wenn das Gas nach unten strömt, die Konzentration des Reaktionspartners ab, was ungleichförmige Dicken der Filme bewirkt, die auf den oberen und unteren Substraten ausgebildet werden.
Die Abnahme der Konzentration des Reaktionspartners ist umgekehrt proportional zur Zunahme der Konzentration eines Nebenprodukts, das durch Epitaxiewachstum gebildet wird. Darüber hinaus wird, da die Gastemperatur zunimmt, die Differenz einer Fremdstoffkonzentration in Gasströmungsrichtung erhöht. Anders gesagt, besteht die Neigung, daß Widerstandsschwankungen auftreten.
Es wurde noch eine andere herkömmliche Vorrichtung zum Erhöhen der Anzahl von Wafern vorgeschlagen, die gleichzeitigem Epitaxiewachstum unterzogen werden, mit einfacher Temperaturregelung im Reaktor. Abweichend von der ersten und zweiten Vorrichtung aus dem Stand der Technik wird der Aufnehmer mitbeheizt, um das Substrat zu beheizen. Eine Reaktorwand wird als heiße Wand verwendet, um das innere des Reaktors auf hoher Temperatur zu halten, und eine große Anzahl von Substraten wird horizontal oder vertikal im Reaktor gestapelt, wobei Epitaxiewachstum ausgeführt wird. Diese Vorrichtung wird als Vorrichtung vom Heißwandtyp bezeichnet.
Fig. 8 zeigt eine Anordnung einer Vorrichtung vom Heißwandtyp. Eine Gasleitung 114 erstreckt sich axial im Reaktor 113 entlang eines Auslasses 112, der am unteren Ende einer Reaktionskammer 111 ausgebildet ist, und sie erreicht den oberen Bereich der Reaktionskammer 111. Ein rechtes und ein linkes Substratboot 115 sind als Paar parallel zueinander zu den Seiten der Leitungen 114 so angeordnet, daß jedes horizontale Anordnungen einer großen Anzahl vertikal ausgerichteter Substrate 116 entlang der Breitenrichtung des Reaktors 113 trägt. Heizelemente 119 sind so angeordnet, daß sie die Reaktionskammer 117 an deren Seite sowie oben und unter einer Grundplatte 118 als Bodenfläche des Reaktors umgeben. Der Reaktor 113 wird durch die Heizelemente 119 auf hoher Temperatur gehalten. Der Reaktionskammer 111 wird ein Reaktionsgas durch die Gasleitung 114 zugeführt, und es durchläuft eine große Anzahl vertikal ausgerichteter Substrate 116 auf dem Boden 115, wodurch Epitaxiewachstum auf den Oberflächen der Substrate 116 ausgeführt wird. Das verbrauchte Gas wird durch den am unteren Ende der Innenkammer 113 angeordneten Auslaß ausgegeben (Veröffentlichung (Kokai) Nr. 60-70177 zu einem japanischen ungeprüften Patent) (nachfolgend als vierte Vorrichtung aus dem Stand der Technik bezeichnet).
Bei einer Vorrichtung vom Heißwandtyp gemäß diesem Typ wird jedoch der Reaktor selbst, der die Reaktionskammer festlegt, auf hohe Temperatur erhitzt. Darüber hinaus besteht der Reaktor aus einem Material, das dasselbe Material wie das Substrat aufweist, wie Silizium oder Quartz. Das der Reaktionskammer zugeführte Reaktionsgas reagiert chemisch mit der Innenwandfläche des Reaktors, und ein chemisches Erzeugnis bindet an die Innenwandfläche des Reaktors. Das an die Innenwandfläche des Reaktors gebundene Erzeugnis neigt aufgrund eines Unterschieds zwischen den thermischen Expansionskoeffizienten des Erzeugnisses und des Wandmaterials zum Abschälen von der Wandoberfläche. Flocken, die sich von der Innenwandfläche abschälen, neigen dazu, in die Oberflächen der Substrate eingebaut zu werden, was zu Fehlern führt.
Gemäß der vierten Vorrichtung aus dem Stand der Technik ist ein Gaseinlaß oberhalb des Substrates angeordnet, und das vom Einlaß zugeführte Gas trifft auf die Innenwandfläche des Reaktors über den Substraten und wird dann verteilt. Die Reaktionsnebenprodukte neigen dazu, an den oberen Bereichen der Seitenwandfläche des Reaktors anzuhaften, und die oben beschriebenen Fehler werden weiter verstärkt.
Bei dem System gemäß der vierten Vorrichtung aus dem Stand der Technik, bei der das Gas vom einzigen Gaseinlaß in der Reaktionskammer verteilt wird, besteht die Neigung zum Ausbilden von Gasturbulenzen. Darüber hinaus beeinflussen die Gasturbulenzen, da die Substrate direkt unter dem Gaseinlaß angeordnet sind, direkt die Oberflächen eines Substrates.
Infolgedessen kann kein gleichförmiges Profil der Filmdicke erzielt werden.
Bei der vierten Vorrichtung aus dem Stand der Technik ist das abgedichtete Gehäuse so angeordnet, daß es den Reaktor umgibt, und die Reaktionskammer wird auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten. Da das Reaktionsgas dem Reaktor bei Raumtemperatur von der Gasleitung zugeführt wird, ist der Temperaturunterschied zwischen dem Reaktionsgas und dem Inneren des Reaktors groß, obwohl das Reaktionsgas vorbeheizt wird. Ein ungleichförmiges Temperaturprofil tritt im Reaktionsbereich auf der Oberfläche des Substrates auf, wenn die Substrate beim Aufbau der vierten Vorrichtung aus dem Stand der Technik direkt unterhalb dem Gaseinlaß angeordnet sind. Infolgedessen kann keine gleichförmige Filmdicke, gleichförmige Filmqualität und gleichförmige Widerstandsverteilung erzielt werden.
Bei der Vorrichtung zum Ausführen von Epitaxiewachstum unter Zuführen von Reaktionsgas aus dem oberen Bereich der Reaktionskammer, in der die Substrate vertikal ausgerichtet sind, ist es schwierig, eine gleichförmige Verteilung der Filmdicke und eine gleichförmige Widerstandsverteilung zu erzielen. Diese Vorrichtung kann zum Ausbilden eines Isolierfilms durch thermische Oxidation von Silizium verwendet werden. Jedoch kann sie aus technischen Gesichtspunkten nicht als Vorrichtung zum Ausbilden eines Epitaxiefilms mit hoher Dickengenauigkeit verwendet werden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, zu verhindern, daß Reaktionsnebenprodukte auf der Innenwandfläche eines Reaktors an der Oberfläche des Substrates anhaften, selbst wenn eine Vorrichtung vom Heißwandtyp verwendet wird.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Gasschicht mit laminarer Strömung mit gleichförmigem Temperaturprofil auszubilden, und diese einem Reaktionsbereich der Oberfläche des Substrates zuzuführen, um dadurch die Anzahl von Substraten zu erhöhen, die Filmbildung unterzogen werden, und um demgemäß die Dicken der auf den Substraten ausgebildeten Filme zu vereinheitlichen und Widerstandsschwankungen der Filme selbst dann zu beseitigen, wenn mehrere Substrate unmittelbar nahe einem Reaktionsgaseinlaß angeordnet sind.
Diese Aufgaben werden durch die Erfindung gelöst, wie sie in Anspruch 1 dargelegt ist. Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden durch abhängige Ansprüche 2 bis 11 abgedeckt.
Das US-Patent 4,421,786 offenbart eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, bei der ein Gasauslaß radial innerhalb der Substrate angeordnet ist und Gasentfernungsauslässe über den Substraten ausgebildet sind. Es ist möglich, daß Reaktionsnebenprodukte durch eine Reaktion mit der Reaktorinnenwand gebildet werden und diese Nebenprodukte auf die Substrate fallen.
IBM Technical Disclosure Bulletin Vol. 29, Seiten 1805-1806 offenbart eine Abscheidungsvorrichtung, in der Substrate um eine Achse des Reaktors gedreht werden.
Gemäß der ersten Erscheinungsform der Erfindung müssen die vertikalen Sätze der Substrate nicht in und entlang der axialen Richtung des Reaktors gestapelt werden, sondern sie sind in einem Umfangsraum angeordnet, der vom mittleren Bereich des aktiven Raumes um einen vorgegebenen Abstand radial entfernt ist. Daher kann abweichend von der dritten Vorrichtung aus dem Stand der Technik selbst dann, wenn eine große Anzahl von Substraten vertikal zu stapeln ist, die Länge des Reaktors (Rohrs) zum Bilden des aktiven Raumes auf etwa 1/2 bis 1/4 verringert werden, wodurch die Temperaturregelung des aktiven Raumes vereinfacht wird. Die Temperaturprofile des Reaktionsgases zwischen den Substraten können vereinheitlicht werden. Daher ist es einfach, gleichförmige Filme herzustellen, ohne daß Schwankungen zwischen den Substraten hervorgerufen werden.
Gemäß der ersten Erscheinungsform der Erfindung werden die Substrate vertikal so gestapelt, daß sie sich parallel zueinander in einem Raum zwischen dem mittleren Bereich der Reaktionskammer und einem Randbereich derselben befinden.
Wenn das Reaktionsgas vom Randbereich dem mittleren Bereich zugeführt wird, kann das durch den Reaktionsbereich auf der Oberfläche mindestens eines Substrates laufende Reaktionsgas direkt von der Reaktionskammer zur Außenseite entfernt werden, ohne daß die Oberfläche eines anderen Substrates beeinflußt wird.
Anders gesagt, kann nur Gas mit der Ausgangskonzentration des Quellgases durch den Reaktionsbereich auf der Oberfläche jedes Substrates strömen, und daher kann Epitaxiewachstum mit der vorgegebenen Konzentration des Quellgases ausgeführt werden. Es besteht keine Neigung, daß Schwankungen der Filmdicken zwischen den Substraten auftreten. Darüber hinaus können die Reaktionsnebenprodukte nach außen versetzt werden, ohne daß sie andere Substrate berühren, und daher kann die Temperaturregelung vereinfacht werden und Widerstandsschwankungen, wie sie durch Unterschiede in der Fremdstoffkonzentration in der Hauptströmungsrichtung des Gases verursacht werden, können ausgeschlossen werden. Der gleichförmige Widerstand und die gleichförmigen Filmdickenverteilungen können erzielt werden, ohne daß ein Fehler hervorgerufen wird. Infolgedessen ist das Verfahren gemäß der ersten Erscheinungsform mit Wafern großen Durchmessers ausführbar, und Epitaxiefilmausbildung, die hohe Genauigkeit erfordert, kann leicht erzielt werden. Wenn dieser Effekt auf die Ausbildung eines einkristallinen oder amorphen Dünnfilms durch eine chemische Reaktion zwischen der Substratkomponente und dem Epitaxiereaktionsgas zusätzlich zur Ausbildung der oben angegebenen Filme angewandt wird und wenn Reaktionsnebenprodukte in irgend einem Fall erzeugt werden, unabhängig davon, ob die Reaktionsraten auf den Substratoberflächen konstant sind oder nicht, kann derselbe Effekt wie oben beschrieben erzielt werden.
Da die vertikalen Sätze der Substrate parallel und um einen vorgegebenen Abstand voneinander getrennt in einer Richtung parallel zur Reaktorachse in einem Raum in der Mitte um den mittleren Bereich des aktiven Bereichs angeordnet sind, können die Substrate einfach auf den Aufnehmer geladen und von diesem entladen werden, und automatische Handhabung kann vereinfacht werden. Da die Ausrichtungsrichtungen der Substrate miteinander übereinstimmen, kann das Reaktionsgas durch die Reaktionsbereiche auf den Oberflächen der Substrate mit laminarer Strömung strömen. Filmgleichförmigkeiten wie solche der Verteilung der Filmdicke jedes Substrates können weiter verbessert werden.
Gemäß einer zweiten Erscheinungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Ausbilden eines Dünnfilms zum Realisieren des obigen Verfahrens angegeben, d. h. eine Vorrichtung zum Ausbilden eines vertikalen Dünnfilms, wie bei einer Vorrichtung für thermisches CVD, Plasma-CVD, Photo-CVD oder MOCVD, einer Oxidiervorrichtung zum Ausbilden eines Oxidfilms auf einem Substrat bei hohem, atmosphärischem oder niederem Druck verwendet, dadurch gekennzeichnet, daß (1) mehrere vertikale Sätze von Substraten in einem die Achse eines Reaktors umgebenden Raum angeordnet sind, wobei der Reaktor einen kuppelförmigen Reaktor und einen rohrförmigen Reaktor aufweist;
(2) eine Reaktionsgas-Auslaßeinrichtung im mittleren Bereich des Reaktors angeordnet ist; und
(3) das von einem Auslaß im Reaktor verteilte Reaktionsgas radial so geleitet wird, daß es durch den Reaktionsbereich auf der Oberfläche des Substrates läuft, d. h., daß die Strömungsrichtung des Reaktionsgases zum mittleren Bereich des Reaktors ausgehend von dessen Randbereich gerichtet ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind eine Reaktionsgas-Verteilungseinrichtung und eine Reaktionsgas-Auslaßeinrichtung an geeigneten Positionen des Mitten- und des Randbereichs des Reaktors angeordnet. Wenn das Reaktionsgas durch den Reaktionsbereich auf der Oberfläche eines Substrates läuft, läuft dieses Gas nicht durch den Reaktionsbereich der Oberfläche eines anderen Substrates, und es wird zur Außenseite des Reaktors ausgegeben.
Gemäß der zweiten Erscheinungsform der Erfindung können zusätzlich zur Wirkung gemäß der ersten Erscheinungsform durch Verwendung von Substratträgern vom Kassettentyp die Substrate in der Einheit der Träger geladen oder entladen werden, wobei der Wirkungsgrad zum Laden/Entladen der Substrate verbessert wird. Da das Substrat auf dem Trägerteil durch eine Trägerplatte (bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zu beschreiben) angeordnet wird, muß keine Handhabungsvorrichtung in Berührung mit der Oberfläche des Substrates zum Zeitpunkt des Ladens/Entladens des Substrates gebracht werden. Infolgedessen tritt keine Verunreinigung der Substrate auf, und die Produktausbeute wird nicht verringert.
Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die von den Trägerteilen gehaltenen Substrate leicht in der Richtung nach außen geneigt. Anschläge sind jeweils in die Trägerteile eingesetzt, wodurch die Substrate während der Reaktionsvorgänge an vorgegebenen Positionen gehalten werden. Wenn jedes Substrat stationär gehalten wird oder um die Reaktorachse gedreht wird (d. h. ausschließlich einer Umdrehung des Substrates um seine Achse), ist das Substrat mit maximal etwa 20 Grad geneigt, und das Reaktionsgas kann gleichmäßig strömen.
Gemäß einer dritten Erscheinungsform der Erfindung wird eine Anordnung mit Komponenten gemäß der zweiten Erscheinungsform als Hauptkomponenten angegeben, die darauf zielt, höhere Gleichförmigkeiten der Verteilungen der Filmdicke und des Widerstandes zu erzielen, dadurch gekennzeichnet, daß
(1) mehrere vertikale Sätze von Substraten in einem Umfangsraum, der um einen vorgegebenen Abstand radial vom Mittenbereich des Reaktors entfernt ist; und
(2) die Sätze um die Achse des Reaktors gedreht werden und gleichzeitig jedes Substrat um seine Achse gedreht wird.
Gemäß einer vierten Erscheinungsform der Erfindung wird eine Anordnung mit Komponenten der zweiten Erscheinungsform als Hauptkomponenten angegeben, die darauf zielt, höhere Gleichförmigkeiten der Verteilungen der Filmdicke und des Widerstandes auf dieselbe Weise wie bei der dritten Erscheinungsform zu erzielen, dadurch gekennzeichnet, daß:
(1) mehrere vertikale Sätze von Substraten in einem Randraum angeordnet sind, der um einen vorgegebenen Abstand radial vom Mittenbereich des Reaktors entfernt ist; und
(2) jedes Substrat um seine Achse gedreht wird.
Gemäß der dritten und vierten Erscheinungsform der Erfindung können die folgenden Wirkungen zusätzlich zur Wirkung mit der ersten Erscheinungsform erzielt werden. Da die Substrate um die Achse des Reaktors oder um ihre Achsen entlang der Reaktionsgasströmung gedreht werden, kann der um jedes Substrat strömende Gasstrom stochastisch gebildet werden. Gleichförmigkeit des Temperaturprofils der Substrate und der Filmdicken der durch CVD gewachsenen Filme wie auch der Fremdstoffkonzentrationsverteilungen, d. h. der Widerstandsverteilungen kann erzielt werden.
In diesem Fall müssen Einrichtungen zum Verdrehen der Substrate um die Achse des Reaktors und um ihre Achse nahe dem Reaktionsraum getrennt vom Reaktionsgas angeordnet werden, um dadurch Filmfehler zu verhindern, die durch das Anhaften von Teilchen hervorgerufen werden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der dritten Erscheinungsform der Erfindung werden das in den Reaktor entlang dessen Achse eingeführte Gaszufuhrrohr und das Trägerteil relativ zueinander um die Reaktorachse gedreht, während die Substrate um ihre Achsen gedreht werden. Die Gasströmungsrichtung wird in Umfangsrichtung zusätzlich zur Umdrehung des Substrates um die Reaktorachse oder die Substratachse verändert. Daher können die oben angegebenen Wirkungen weiter verbessert werden.
Gemäß einer fünften Erscheinungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Ausbilden eines Dünnfilmes angegeben, die für eine Vorrichtung vom Heißwandtyp geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß:
(1) eine Führungsplatte in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zur Achse des Reaktors an einer Position unmittelbar unter dem Reaktionsgasauslaß (der im unteren Bereich des Reaktors) und oberhalb des Raumes angeordnet ist, in dem die Substrate angeordnet sind; und
(2) das vom Auslaß des Reaktors zugeführte Reaktionsgas 5 entlang der Führungsplatte im Randbereich verteilt wird und die Gasströmung entlang den Oberflächen der mehreren Substrate durchlaufen kann.
Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel läuft das mit Hilfe einer Saugeinrichtung, die im unteren Endbereich des Reaktors angeordnet ist, durch die Führungsplatte in den Randbereich des Reaktors verteilte Reaktionsgas durch den Reaktionsbereich auf der Oberfläche eines Substrates, und es kann zur Außenseite des Reaktors ausgeblasen werden.
Zum Reaktionsgas gehören ein Quellgas und ein Dotiergas, wie auch eine Gasmischung, die diese Gase und ein Trägergas enthält.
Gemäß der fünften Erscheinungsform der Erfindung ist ein Reaktionsgasauslaß von einem Substratbereich getrennt, der darunter durch eine Führungsplatte festgelegt ist. Selbst wenn am oberen Bereich der Innenwandfläche des Reaktors anhaftende Nebenprodukte aufgrund des Unterschiedes der thermischen Expansionskoeffizienten zwischen dem Nebenprodukt und dem Wandmaterial herunterfallen, werden diese Nebenprodukte über die Führungsplatte so bewegt, daß sie nicht an den Substraten unterhalb der Führungsplatte anhaften. Daher können Fehler im Dünnfilm auf beinahe keinen verringert werden.
Gemäß der fünften Erscheinungsform der Erfindung kann selbst dann, wenn das vom Gasauslaß im Reaktor eine Turbulenz ausbildet, die Gasturbulenz in eine laminare Strömung umgewandelt werden, wenn sie zwischen der Führungsplatte und der oberen Wandfläche des Reaktors durchläuft. Das Gas kann durch den Reaktionsbereich auf der Oberfläche des Substrates laufen. Selbst wenn ein Temperaturunterschied im Gas zwischen dem Auslaß und dem Innenbereich der Reaktionskammer vorhanden ist, wird das Gas auf eine Gleichgewichtstemperatur erwärmt, wenn es durch den Raum zwischen der Führungsplatte und der oberen Wandfläche des Reaktors strömt.
Die laminare Strömung des Reaktionsgases mit gleichförmigem Temperaturprofil läuft durch den Reaktionsbereich durch, und daher kann Gleichförmigkeit der Verteilung der Filmdicke und des Widerstandes erzielt werden. Infolgedessen kann die Erfindung dazu verwendet werden, eine Vorrichtung zur Bildung eines Epitaxiefilms zu entwerfen, die hochgenaue Regelung erfordert.
Die Führungsplatte wird aus Graphit oder einem anderen wärmeabsorbierenden Material hergestellt. In diesem Fall kann das Gas wirkungsvoll erhitzt werden, wenn es über die Führungsplatte zum Randbereich des Reaktors strömt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zu dieser Erscheinungsform kann das Reaktionsgas über die Führungsplatte in den Randbereich verteilt werden, und es läuft durch den Reaktionsbereich auf der Oberfläche des Substrates mit Hilfe der Saugeinrichtung, die am unteren Ende des Reaktors angeordnet ist. Das verbrauchte Gas wird zur Außenseite des Reaktors ausgegeben, so daß das durch den Reaktionsbereich laufende Gas deine Konzentration nicht gegenüber der des Quellgases ändert. Daher kann die Gleichförmigkeit der Verteilungen der Filmdicke und des Widerstandes weiter verbessert werden.
Wenn die Erfindung auf eine Oxidiervorrichtung angewandt wird, kann die Anzahl von Substraten, die dieser Behandlung unterzogen werden können, im Vergleich mit herkömmlichen Vorrichtungen stark erhöht werden. Darüber hinaus sind, selbst wenn eine große Anzahl von Substraten oxidiert wird, die sich ergebenden Filme frei von Gleitlinien und anderen Fehlern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:

Fig. 1 und 2 zeigen eine Niederdruck-CVD-Vorrichtung vom Heißwandtyp gemäß einem Ausführungsbeispiel der ersten, zweiten und fünften Erscheinungsform der Erfindung, wobei Fig. 1 ein Längsschnitt derselben und Fig. 2 ein Querschnitt entlang der Linie A-A' in Fig. 1 ist;
Fig. 4 ist ein Längsschnitt, der eine Modifizierung des Ausführungsbeispieles der Fig. 1 und 2 zeigt;
Fig. 5 ist ein Längsschnitt einer LPCVD-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel zur dritten und fünften Erscheinungsform der Erfindung;
Fig. 6 ist ein Längsschnitt einer LPCVD-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel zur vierten und fünften Erscheinungsform der Erfindung;
Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung, die einen Substratträger zeigt, wie er bei diesen Ausführungsbeispielen verwendet wird;
Fig. 7 ist ein Längsschnitt, der eine Epitaxiewachstumsvorrichtung gemäß einem dritten Stand der Technik zeigt; und
Fig. 8 ist ein Längsschnitt einer LPCVD-Vorrichtung vom Heißwandtyp gemäß einem vierten Stand der Technik.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE:

Bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine LPCVD-Vorrichtung vom Heißwandtyp gemäß einem Ausführungsbeispiel zur ersten, zweiten und fünften Erscheinungsform der Erfindung.
Die LPCVD-Vorrichtung weist eine Grundplatte 1 mit einem Auslaßkanal 6 auf, die so ausgebildet ist, daß sie eine Gasleitung 4, einen Reaktormantel und Substratträger 5 trägt. Der Reaktor weist einen Innenmantel 2 und einen Außenmantel 3 auf, die auf einer Abdichteinrichtung 7 angeordnet sind. Die Substratträger 5 sind innerhalb des Innenmantels 2 angeordnet. Diese Teile bestehen aus Quarzglasmaterial.
Die Grundplatte 1 verfügt über eine Oberfläche, auf der eine trommelförmige Innenmantel-Montageplatte 11 angeordnet ist, durch deren Mitte sich der mit einer Saugpumpe 12 verbundene Auslaßkanal 6 in der Mitte der Montageplatte 11 erstreckt. Die Montageplatte 11 (d. h. die Grundplatte 1) trägt auch die Gasleitung 4, die sich nach oben in den oberen Bereich des Innenmantels 2 in und entlang der Achse des Auslaßkanals 6 erstreckt.
Der obere Endbereich der Gasleitung 4 ist kugelförmig erweitert, und eine große Anzahl von Durchgangslöchern 13a sind in der Kugel ausgebildet, um radiale Gasauslässe 13 zu bilden, damit das von den Gasauslässen 13 in eine Reaktionskammer 1A verteilte Reaktionsgas radial in den Randbereich innerhalb der Reaktionskammer 1A entlang der Innenwandfläche des inneren Mantels 2 eingeblasen werden kann.
Eine spiegelähnliche Führungsplatte 9 ist unter den Gaseinlässen 13 angebracht.
Die Führungsplatte 9 weist einen Durchmesser auf, der demjenigen des Raumes zum Aufnehmen der Substratträger 5 entspricht oder etwas größer ist. Der Randbereich der Führungsplatte 9 ist nach unten gebogen, so daß das von den Gasauslässen 13 in die Reaktionskammer 1A eingeleitete Reaktionsgas in den Randbereich innerhalb der Reaktionskammer 1A entlang der Oberfläche der Führungsplatte 9 verteilt werden kann und nach unten entlang der Innenwandfläche des Innenmantels 2 um die Randkante der Führungsplatte 9 umgeleitet werden kann.
Die Führungsplatte 9 kann aus einer Quarzgasplatte bestehen, jedoch besteht sie vorzugsweise aus Graphit hoher Reinheit und mit hohem Wärmeabsorptionsvermögen (vorzugsweise mit SIC beschichtet). Wärmestrahlung von Wärmequellen 10 kann durch die Führungsplatte 9 absorbiert werden, wodurch die Gleichförmigkeit des Temperaturprofils in der Reaktionskammer 1A weiter erhöht wird. Die Führungsplatte 9 kann aus einem wärmeisolierenden Material außer Graphit bestehen, wenn ein solches Material die Reaktionskammer nicht verunreinigt.
Faserquartz 14 oder irgend ein anderes wärmeisolierendes Material ist in die Montageplatte 11 eingefüllt, und die Wärme in der Reaktionskammer 1A wird abgeblockt, so daß sie die Grundplatte 1 nicht erreicht.
Der Außenmantel 3 ist ein gewölbtes Teil aus einem lichtdurchlässigen Quartzglasmaterial mit hoher Durchlässigkeit für Infrarotstrahlen. Infrarotlampen oder andere Wärmequellen 10 sind so angeordnet, daß sie die Außenfläche des Aussenmantels 3 mit vorgegebenen Intervallen umgeben.
Das Material des Außenmantels 3 ist nicht auflichtdurchlässiges Quartzglas beschränkt, das geringes Absorptionsvermögen für Infrarotstrahlen aufweist, sondern es kann aus einem undurchsichtigen Quartzglasmaterial mit darin enthaltenen Blasen bestehen. Die durch den Außenmantel 3 eingestrahlten Infrarotstrahlen können gestreut werden, und daher kann die gleichmäßige Heizwirkung verbessert werden.
Das untere Ende des Außenmantels ist durch die druckdichte Abdichteinrichtung 7, die auf der Grundplatte 1 angebracht ist, abgedichtet.
Der Innenmantel 2 besteht aus Quartzglas, und er weist Kuppelform ähnlich wie der Außenmantel auf, jedoch kleiner als dieser. Das untere Ende des Innenmantels kann mit einem abgeteilten Raum 2A in Verbindung treten, und es ist in solcher Weise auf der Montageplatte 11 angebracht, daß kein Staub eindringen kann. Jedoch kann der Innenmantel 2 auf dieselbe Weise wie der Außenmantel 3 gasdicht abgedichtet sein. Ein Spülgas kann dem durch den Innenmantel 2 und den Außenmantel 3 festgelegten abgeteilten Raum 2A zugeführt werden, und das Reaktionsgas kann der Reaktionskammer 1A zugeführt werden.
Wie in Fig. 3 dargestellt, weist jeder Substratträger 5 eine untere Platte 15, eine obere Platte 16 und drei stabähnliche Kielteile 18 auf. Die obere und die untere Platte 16 und 15, die horizontal liegen, sind vertikal voneinander beabstandet, und die Kielteile 18 sind an entsprechenden Umfangsbereichen der oberen und der unteren Platte 16 und 15 an vorgegebenen Winkelpositionen befestigt. Eine große Anzahl von Halteaussparungen 19 sind an der Innenseite jedes Kielteils 18 eingeformt, so daß 20 bis einige zehn scheibenähnliche Aufnehmer 21, die jeweils Wafer 20 tragen, von den Kielteilen 18 getragen werden können, die im wesentlichen rechtwinklig zur Achse des Trägers 5 stehen.
In jedem Träger 5 sind zum Vereinfachen der Substrathandhabung die Kielteile 18 zum Mittenbereich des Innenmantels hin konzentriert, und die Aufnehmer 21 zum jeweiligen Tragen der Wafer 20 werden von der Randseite des Innenmantels 2 beladen/entladen. Darüber hinaus können zum stabilen Tragen der Wafer während Reaktionen diese Wafer leicht nach unten zur Mitte des Innenmantels 2 hin geneigt getragen werden.
Wenn der Aufnehmer sich nicht um seine Achse dreht, werden die Wafer vorzugsweise mit maximal etwa 20 Grad gegenüber der horizontalen Ebene radial nach innen oder außen nach unten unter Berücksichtigung des Gesamtgleichgewichts der Gasströmung geneigt. Daher kann die Gasströmung die gesamte Oberfläche jedes Wafers beeinflussen.
Zwei bis vier Träger 5 sind symmetrisch im Randbereich innerhalb der Reaktionskammer 1A um den Auslaßkanal 6 angeordnet.
Der Aufnehmer 21 zum Tragen eines Wafers 20 kann aus Quartzglas bestehen, jedoch besteht er vorzugsweise aus wärmeabsorbierendem Graphit. In diesem Fall absorbiert der Aufnehmer von den Wärmequellen 10 abgestrahlte Wärme, und er verbessert dadurch die Gleichförmigkeit des Temperaturprofils über den Wafer 20.
Der Betrieb des obigen Ausführungsbeispieles wird nachfolgend beschrieben.
Die Reaktionskammer 1A wird mit einem Spülgas gefüllt. H&sub2;-Gas wird von der Gasleitung 4 in die Reaktionskammer 1A eingespeist, und gleichzeitig werden die Reaktionskammer 1A und der abgeteilte Raum 2A bis auf ein Vakuum von etwa 130 bis 1300 Pa (1 bis 10 Torr) evakuiert. Der Innenmantel 2 wird durch den Außenmantel 3 hindurch durch die den Außenmantel 3 umgebenden Wärmequellen 10 beheizt. Die Reaktionskammer 1A wird auf eine vorgegebene Temperatur (1100 bis 1200ºC) erwärmt. Ein durch Mischen eines Quellgases und eines Dotiergases mit einem Trägergas (H&sub2;-Gas) mit einem vorgegebenen Mischungsverhältnis hergestelltes Reaktionsgas wird von der Gasleitung 4 in die Reaktionskammer 1A eingespeist.
Das von den am oberen Ende der Gasleitung 4 angeordneten Gasauslässen 13 dem oberen Bereich der Reaktionskammer 1A zugeführte Reaktionsgas wird zum Randbereich in der Reaktionskammer 1A über und entlang der Führungsplatte 9 verteilt, und es wird um die Randkante der Führungsplatte 9 nach unten gerichtet. Die abwärtsgerichtete Gasströmung fließt dann im Reaktionsbereich auf der Oberfläche jedes Wafers 20 radial und nach innen gerichtet durch einen Waferspalt 22 von nahe der Innenwandfläche des Innenmantels 2 herkommend. Epitaxiewachstum wird im Zustand einer Laminarströmung ausgeführt, wobei die Anfangskonzentration des Quellgases über den gesamten Wafer beibehalten wird. Nachdem das Gas durch den Reaktionsbereich auf der Oberfläche jedes Wafers 20 geströmt ist, wird es vom Auslaßkanal 6 im Mittenbereich des Reaktors ausgegeben, ohne daß es den Reaktionsbereich der Oberfläche eines anderen Substrates beeinflußt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann, wenn das Reaktionsgas in vorhangähnlicher Art entlang der Innenwandfläche des zylindrischen Innenmantels 2 fließt, frisches Gas selbst den unteren Wafern 20 zugeführt werden. Jedoch kann das Reaktionsgas, das sich im mittleren Raum ansammelt, teilweise in den Reaktionsbereich auf der Oberfläche eines unteren Wafers 20 einmischen.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung zum Beseitigen des vorstehenden Nachteils. Ein Unterschied zwischen dem obigen Ausführungsbeispiel und dieser Modifizierung (Fig. 4) wird nachfolgend hauptsächlich beschrieben.
Ein zylindrisches Rohr 30 wird als Auslaßkanal in den Mittenbereich der Reaktionskammer 1A eingeführt, und es erreicht die untere Fläche der Führungsplatte 9. Durchgangslöcher 31 sind in der Oberfläche des zylindrischen Rohrs 30 an Positionen ausgebildet, die den Spalten 22 der Träger 5 entsprechen.
Eine große Anzahl ringförmiger Löcher 33 ist in Umfangsrichtung an Positionen ausgebildet, die den Randbereichen des Innenmantels auf der Montageplatte 11 entsprechen. Diese Löcher 33 stehen mit einem hohlen Ring 34 in Verbindung, der in der Montageplatte 11 ausgebildet ist, und der hohle Ring 34 ist mit einer Saugpumpe 36 über ein Auslaßrohr 35 verbunden.
Gemäß dieser Modifizierung werden die Saugwirkung vom Auslaßkanal 30 und die Saugwirkung vom Auslaßrohr 35, das mit den Löchern 33 in Verbindung steht, geeignet mit vorgegebenem Verhältnis ausgeglichen. Das von den Gasauslässen 13 dem oberen Bereich der Reaktionskammer 1A zugeführte und zum Randbereich in der Reaktionskammer 1A entlang der Führungsplatte 9 verteilte Reaktionsgas fließt geeignet aufgrund der Saugwirkung von den Löchern 33 in einer vorhangähnlichen Weise entlang der Innenwandfläche des Innenmantels 2. Das Gas, das nicht reagiert hat, kann selbst für die untere Lücke 22 geeignet zu einer laminaren Strömung aufbereitet werden, und gleichzeitig wird das Reaktionsgas, das durch den Reaktionsbereich auf der Oberfläche jedes Wafers 20 gelaufen ist, geeignet durch ein entsprechendes Loch 31, das an der Seitenfläche des zylindrischen Rohrs 30 ausgebildet ist, zur Außenseite des Innengehäuses 2 ausgeblasen. Daher beeinflußt Reaktionsgas von der Oberseite nicht wesentlich den Reaktionsbereich an der Oberfläche eines unteren Wafers 20.
Um zu verhindern, daß ein Teil des Gases, der im Reaktionsbereich auf der Oberfläche eines oberen Wafers 20 reagiert hat, sich in den Reaktionsbereich auf der Oberfläche eines unteren Wafers 20 über den Spalt zwischen den Trägern mischt, können mehrere Auslaßrohre in einem Bündel oder konzentrisch als mehrlagige Struktur angeordnet sein. Ein Auslaßloch am oberen Ende für jedes Rohr ist für jede Gruppe benachbarter Wafer vorgesehen, und das Gas kann von diesen Auslaßlöchern am oberen Ende mit vorgegebenen Strömungsraten ausgeblasen werden.
Fig. 5 zeigt eine LPCVD-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel speziell zur dritten Erscheinungsform der Erfindung. Unterschiede zwischen diesem Ausführungsbeispiel und dem vorigen Ausführungsbeispiel werden beschrieben. Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 5 weist die LPCVD-Vorrichtung folgendes aus: eine Grundplatte 40 zum Halten eines Außenmantels 3 über eine Abdichteinrichtung 7, ein zylindrisches Rohr 42, das drehbar auf der Grundplatte 40 durch eine ringförmige Dichtung 41 entlang seiner Achse gehalten wird, und dessen oberer Endbereich mit einer Führungsplatte 9 verbunden ist, eine Innenmantel-Trägerplatte 43, die in der Mitte entlang des zylindrischen Rohrs 42 befestigt ist und sich mit der Umdrehung des zylindrischen Rohrs 42 dreht, und Trägerbefestigungsplatte 45, die an der Innenmantel-Trägerplatte 43 um das zylindrische Rohr 42 mit einem vorgegebenen radialen Abstand von der Kammermittellinie befestigt sind, und die drehbar auf Trägerachsen 44 gehalten werden.
Durchgangslöcher 31 sind an der Außenseite des zylindrischen Rohres 42 über der Innenmantel-Trägerplatte 43 an Positionen ausgebildet, die Waferlücken 22 der Träger 5 auf dieselbe wie beim vorstehenden Ausführungsbeispiel entsprechen.
Ein erstes Zahnrad 47, das mit einem Motorzahnrad 46 kämmt, ist koaxial am unteren Ende des zylindrischen Rohres 42 unter der Grundplatte 40 befestigt. In einem abgetrennten Raum, der durch die Grundplatte 40 und die Innenmantel-Trägerplatte 43 festgelegt wird, ist ein zweites Zahnrad 49 so an der Grundplatte 40 befestigt, daß es koaxial zur Achse des zylindrischen Rohres 42 durch ein mittleres Loch steht, das das zylindrische Rohr 42 aufnimmt, und das zweite Zahnrad 49 kämmt mit Zahnrädern 48, die jeweils an den unteren Enden der Trägerachsen 44 befestigt sind.
Eine Gasleitung 4 erstreckt sich entlang dem zylindrischen Rohr 42, und ein Gasauslaß 13, der am oberen Ende der Leitung 4 ausgebildet ist, ist über einem Loch 51 angeordnet, das in der Mitte einer Führungsplatte 9 ausgebildet ist. Die Leitung 4 wird von einer (nicht dargestellten) Halteeinrichtung an einer vorgegebenen Position gehalten, so daß es sich selbst dann nicht dreht, wenn das zylindrische Rohr 42 verdreht wird.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden bei Umdrehung eines Motors 50 die Innenmantel-Trägerplatte 43 und der von dieser getragene Innenmantel 2 durch das Motorzahnrad 46, das erste Zahnrad 47 und das zylindrische Rohr 42 verdreht. Die Substratträger 5 werden um die Achse des Innenmantels 2 verdreht. Gleichzeitig werden die Trägerachsen 44 zur Verdrehung der Träger 5 um die Achsen des Innenmantels 2 durch das an der Grundplatte 40 angebrachte zweite Zahnrad 49 gedreht. Daher drehen sich die Träger 5 durch die Zahnräder 48, die Trägerachsen 44 und die Montageplatte 45 um ihre Achsen.
Da die Leitung 4 stationär steht, ohne daß sie sich bei Umdrehung des zylindrischen Rohrs 42 verdreht, wird die Gasströmungsrichtung bei Rotation des Innenmantels 2 relativ in bezug auf die Wafer in Umfangsrichtung verändert, was den oben angegebenen Effekt weiter verstärkt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sollten die Substrate, da die Wafer oder Substrate 20, die von den Substratträgern 5 parallel gehalten werden, um ihre Achsen, d. h. um die Trägerachsen 44 gedreht werden, in keiner Richtung geneigt sein, sondern sie sollten horizontal angesetzt sein.
Fig. 6 zeigt eine LPCVD-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel speziell zur vierten Erscheinungsform der Erfindung. Unterschiede zwischen diesem Ausführungsbeispiel und dem Ausführungsbeispiel gemäß der dritten Erscheinungsform werden beschrieben. Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 6 wird eine Innenmantel-Trägerplatte 53 durch einen Trägerstab 56 auf einer Grundplatte 40 gehalten, während ein zylindrisches Rohr 42 entlang der Achse durch ringförmige Dichtungen 41 und 53a gerichtet ist. Ein Zwischenzahnrad 59 ist in einem abgetrennten Raum angeordnet, der durch die Grundplatte 40 und die Innenmantel-Trägerplatte 53 festgelegt wird, und das Zwischenzahnrad 59 kämmt mit den Zahnrädern 48 der Trägerbefestigungsplatten 55.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird bei Rotation des zylindrischen Rohres 42 das Zwischenzahnrad 59 angetrieben. Bei Umdrehung des Zwischenzahnrades 59 werden die Zahnräder 48 gedreht. Die Trägerbefestigungsplatten 55 und die Substratträger 5 werden jeweils um die Trägerachsen 44 gedreht, so daß sich die Substrate auf jedem Träger 5 um die entsprechende Trägerachse 44 drehen. In diesem Fall wird, da die Innenmantel-Trägerplatte 53 durch die Trägerstange 56 fest mit der Grundplatte 40 verbunden ist, die Innenmantel-Trägerplatte 53 nicht um die Achse des Innenmantels 2 gedreht. Daher wird nur eine Umdrehung des Substrate in den Trägern 5 um die Trägerachsen 44 ausgeführt.
Wie oben beschrieben, können die Wirkungen der vorliegenden Erfindungen gleichmäßig durch alle oben beschriebenen Ausführungsbeispiele erzielt werden. Diese Ausführungsbeispiele haben zusätzlich zu den oben angegebenen Wirkungen die folgende Wirkung.
Bei jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel weist der Reaktor eine Doppelstruktur auf, die aus dem Innenmantel 2 und dem Außenmantel 3 besteht, und die Dichtungseinrichtung 7 ist nur am Außenmantel 3 angebracht. Der Innendruck des Innenmantels 2 kann im wesentlichen gleich zu dem des Außenmantels 3 eingestellt werden. Daher muß der Außenmantel 3 ausreichend fest sein, und der Innenmantel 2 kann ein dünnwandiger Mantel sein, was es ferner ermöglicht, daß er eine Form aufweist, die sich von der unterscheidet, die bei jedem Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Dies führt zu einer Verringerung der Herstellkosten und zu flexibler Konstruierbarkeit des Innenmantels 2. Z.B. kann die Form des Innenmantels so geändert werden, daß sie einen einfachen, gleichförmigen Gasstrom erlaubt, der der Oberfläche eines Wafers 20 zugeführt wird.
Da die Wafer im wesentlichen entlang der radialen Richtung des Innenmantels 2 angeordnet sind, kann an jedem Wafer 20 ein gleichförmiges Temperaturprofil erzielt werden, um Fehler wie Gleitlinien auszuschließen.
Da die Wafer 20 parallel zueinander ausgerichtet sind, und da sie unter mehreren Grad entlang der Gasströmungsrichtung geneigt sind, kann das Gas leicht in die Lücke 22 eintreten, und es kann im Zustand einer Laminarströmung zur Mitte des Reaktors entlang der Oberflächen der Wafer 20 strömen.
Bei jedem beschriebenen Ausführungsbeispiel zeigt die Filmausbildungsfläche des Substrates oder Wafers 20 nach oben.
Jedoch kann die Filmausbildungsfläche nach unten zeigen. In diesem Fall muß eine minimale Randfläche der Unterfläche des Substrates gehalten werden, und eine geeignete Abdeckung ist erforderlich, um Wachstum auf der entgegengesetzten Fläche zu verhindern. Jedoch kann das Anhaften von Mikroteilchen an der Vorderfläche des Wafers verhindert werden, was durch das Reaktionsgas hervorgerufen wird, und was zu Fehlern durch anormal gewachsene Kristalle führt, wie sie häufig hervorgerufen werden, wenn die Filmausbildungsfläche nach oben zeigt.

Claims

1. Vorrichtung zur jeweiligen Bildung dünner Filme auf den Oberflächen mehrerer Substrate (20, 21) unter Verwendung eines vertikalen Reaktors, wobei mehrere Substrate in einem eine Achse des Reaktors umgebenden Raum angeordnet sind, wobei ein Reaktionsgas, das durch einen Reaktionsbereich auf der Oberfläche jedes der Substrate bewegt wird, radial im Reaktor geleitet wird, um die dünnen Filme mittels chemischer Reaktionen zwischen den Reaktionsgasen oder durch chemische Reaktionen zwischen dem Reaktionsgas und den Substraten zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate in mehreren vertikalen Sätzen von Substraten angeordnet sind, ein in den oberen Bereich eines vertikalen Reaktors zugeführtes Reaktionsgas zu den mehreren darunter angeordneten Substraten geleitet wird, wobei eine Leitplatte (9) vorgesehen ist, die in einer Ebene angeordnet ist, welche sich im wesentlichen senkrecht zur Achse des Reaktors unmittelbar unterhalb eines Reaktionsgasauslasses (13), der in einem oberen Bereich des Reaktors und oberhalb eines Substratanordnungsraumes angeordnet ist, erstreckt, und daß über den Auslaß in den Reaktor strömendes Reaktionsgas in einem Randbereich des Reaktors entlang der Leitplatte verteilt wird und das verteilte Gas entlang der Oberflächen der mehreren Substrate radial nach innen zum zentralen Bereich des Reaktors strömt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die vertikalen Sätze jeweils in kassettenartigen Substrathaltern (15, 16, 18) geladen werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das in den Randbereich des Reaktors entlang der Leitplatte (9) verteilte Reaktionsgas durch den Reaktionsbereich auf den Oberflächen der Substrate mittels einer in einem unteren Bereich des Reaktors angeordneten Saugeinrichtung (12) strömt, und das Reaktionsgas zur Reaktoraußenseite ausgeblasen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Leitplatte (9) aus Graphit oder jedem anderen wärmeabsorbierenden Werkstoff besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorrichtung eine Epitaxialwachstumsvorrichtung zur Bildung eines einkristallinen oder amorphen Films auf jedem Substrat (20) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche i bis 5, wobei die Vorrichtung eine Oxidationsvorrichtung zur Bildung eines Oxidfilms auf jedem der Substrate mittels thermischer Oxidation ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei Reaktionsgas- Austrittseinrichtungen und Reaktionsgas-Verteilungseinrichtungen an einer oder an beiden zentralen Abschnitten des Reaktors angeordnet sind, und das Reaktionsgas, das die Reaktionszone auf der Oberfläche eines Substrates (20) passiert hat, aus dem Reaktor entfernt wird, im wesentlichen ohne einen Reaktionsbereich auf der Oberfläche eines anderen Substrates (21) zu beeinflussen.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren vertikalen Sätze von Substraten (20) um die Achse des Reaktors gedreht werden.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren vertikalen Sätze von Substraten um Achsen der Substrate gedreht werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei eine entlang der Achse in den Reaktor eingeführte Gasleitung und die Halterungen um die Achse des Reaktors relativ' gedreht werden.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei Vorrichtungen zur Rotation der Sätze um die Achse des Reaktors und die Achsen der Substrate in der Nähe des aktiven Raumes angeordnet sind, ohne in Kontakt mit dem Reaktionsgas gebracht zu werden.