JP2001185490A - 気相薄膜成長装置のサセプタおよび該サセプタを用いた気相薄膜成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体基板上に薄膜を形成する際、金属等の
不純物を含んだガス気流の舞い上がりによる半導体基板
の汚染を低減することができるサセプタおよびそれを配
備した気相薄膜成長装置を提供する。 【解決手段】 サセプタには、サセプタ２の回転時に、
その裏面側に沿って中心部から周縁部に向かって流れる
雰囲気ガス気流を下方に誘導する整流部、例えば、サセ
プタ裏面周縁部に下方に突き出した環状周壁２ａが設け
られている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気相薄膜成長装置
のサセプタおよび該サセプタを用いた気相薄膜成長装置
に関し、より詳細には、薄膜を気相成長させる際、金属
等の不純物による半導体基板の汚染を低減することがで
きるサセプタおよびそれを用いた気相薄膜成長装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウエハ等の半導体基板上に薄膜
を気相成長させる気相薄膜成長装置は、一般に、図５に
示すような構成を備えている。即ち、従来の気相薄膜成
長装置では、円筒状の反応炉１内の下部に、シリコンウ
エハ等の半導体基板Ｗを載置するサセプタ２と、前記サ
セプタ２を回転させるための回転駆動手段である回転軸
３及びモータ（図示せず）と、サセプタ２に載置した半
導体基板Ｗを加熱する加熱用ヒータ４とが配設されてい
る。また、前記反応炉１の底部には未反応ガス等を排気
する複数の排気管５が配設され、排気制御装置（図示せ
ず）に接続されている。

【０００３】一方、反応炉１の頂部には、薄膜形成用の
原料ガスおよびキャリアガス等の反応ガスを反応炉１内
に導入する複数のガス供給管６ならびに円盤状の導入ガ
ス整流板７が配設されている。この導入ガス整流板７に
は、ガスの流れを整える多数の孔７ａが穿設されてい
る。

【０００４】また、前記サセプタ２は、炭素材、炭化珪
素材、石英材等の材質からなる円盤形状を有し、その上
面には、特開平８−４８５９５号公報に記載されている
ように、半導体基板を収容保持するための窪み座が形成
されている。更に、従来の気相薄膜成長装置には、雰囲
気ガスの乱流を抑制し、パーティクルの舞い上がり、金
属等の不純物による半導体基板Ｗの汚染を防止するた
め、反応炉１の頂部の導入ガス整流板７が配設されると
共に、円筒状のガス整流用部材８が、サセプタ２の裏側
周縁部の下方領域を囲むように配設されている。

【０００５】従来の気相薄膜成長装置はこのように構成
されているため、モータの回転駆動によって、ウエハ基
板Ｗを載置したサセプタ２が所定の回転数で回転する。
このとき、ウエハ基板Ｗは回転しながら、ヒータ４によ
り所定温度に加熱される。また同時に、反応炉１内に、
複数のガス供給管６を介して原料ガスおよびキャリアガ
ス等の反応ガスが導入される。前記反応ガスは、導入ガ
ス整流板７の多数の孔７ａを通過し、反応炉１内のガス
流速分布が均一化する。このように、均一化した反応ガ
スがサセプタ２上に載置された半導体基板Ｗ上に供給さ
れ、薄膜が気相成長する。

【０００６】前記気相薄膜成長装置においては、雰囲気
ガス（反応ガス）の乱流によるパーティクルの舞い上が
り、また反応炉の内壁への付着物の堆積または金属等の
不純物による半導体基板の汚染を防止することにより、
半導体基板上に形成される薄膜の結晶欠陥の発生を抑制
し、クリーンかつ均質な半導体基板を得られるようにす
ることが重要である。

【０００７】このため、前記気相薄膜成長装置には、前
記したように、反応炉１の頂部の導入ガス整流板７を設
けると共に、円筒状のガス整流用部材８が、サセプタ２
の周縁部の下方領域を囲むように配設されている。その
結果、サセプタ２の上方領域及び下方領域における、雰
囲気ガス（反応ガス）の乱流を抑制し、パーティクルの
舞い上がりおよび金属等の不純物による半導体基板の汚
染を防止している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記気相薄
膜成長装置にあっては、図６、７に示すように、サセプ
タ２を回転させると、サセプタ２の裏面側に矢印で示す
ようなサセプタ２の中心部から周縁部への雰囲気ガスの
流れ（ガス気流）が生じる。なお、図６、図７は、反応
炉１内のサセプタ２の周辺領域の概略部分断面図であっ
て、図６はガス整流用部材８がサセプタ２の裏面周縁部
に形成された場合を示し、図７はガス整流用部材８がサ
セプタ２の裏面全面に形成された場合を示している。

【０００９】前記雰囲気ガスの流れ（ガス気流）は、サ
セプタ２の回転による遠心力およびガス粘性により誘起
されるものであり、反応炉１内の下部の壁面周辺域およ
び反応炉１の底部近傍から吸い上げられ、回転軸３の周
囲を上昇し、前記サセプタ２の裏面とガス整流用部材８
の上端部との間から流れ出る。そのため、前記ガス気流
は、サセプタ２の下部にある反応炉１内の構成部材およ
び回転軸３を回転駆動するためのモータ等と接触し、ガ
ス気流中にパーティクルおよび金属等の不純物が取り込
まれる。したがって、前記ガス気流が、サセプタ裏面を
経た後、サセプタ周縁部から上昇して半導体基板Ｗの表
面へ到達すると、金属等の不純物を含んだ前記ガス気流
によって半導体基板Ｗが汚染されることとなる。

【００１０】近年、半導体の高集積化に伴い、半導体基
板はますます高品質化が要求されるようになっており、
半導体基板上に薄膜を形成する際の前記汚染は、半導体
基板の品質低下をもたらすため、半導体基板の製造工程
において問題となっている。

【００１１】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ためになされたものであり、気相薄膜成長装置において
半導体基板上に薄膜を形成する際、半導体基板のサセプ
タ裏面からのパーティクルおよび金属等の不純物を含ん
だ雰囲気ガスによる汚染を低減することができる気相薄
膜成長装置のサセプタを提供することを目的とするもの
である。

【００１２】また、本発明の他の目的は、前記のサセプ
タを効果的に用いることにより、高品質の薄膜が形成さ
れた半導体基板を得ることができる気相薄膜成長装置を
提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる気相薄膜
成長装置のサセプタは、半導体基板を上面に載置して回
転可能に設けられた気相薄膜成長装置のサセプタにおい
て、前記サセプタの裏面周縁部に、前記裏面から突出し
た整流部が設けられ、サセプタ回転時にサセプタの裏面
に沿ってその中心部から周縁部に向かって流れる雰囲気
ガスの気流を、前記整流部によって下方に誘導すること
を特徴としている。

【００１４】このようにサセプタの裏面周縁部に整流部
が設けられているため、気相薄膜成長装置の反応炉内に
おいて、サセプタの回転により誘起され、その裏面側に
沿って中心部から周縁部に向けて流れる不純物等を含ん
だ雰囲気ガス気流を、前記サセプタの裏面側周縁部で下
方に誘導することができる。その結果、前記ガス気流
は、サセプタの上面に載置された半導体基板の表面には
到達せず、高品質の薄膜を形成することができる。

【００１５】ここで、前記整流部が、サセプタの裏面周
縁部から下方に突出した環状周壁であることが望まし
い。このように、前記整流部がサセプタの裏面周縁部か
ら下方に突出した環状周壁が設けられているため、裏面
側に沿って中心部から周縁部に向けて流れる不純物等を
含んだ雰囲気ガス気流を、前記サセプタの裏面側周縁部
で下方に誘導することができる。

【００１６】また、前記環状周壁が、サセプタと一体に
形成されている場合には、サセプタに環状周壁を取り付
けるための作業が不要となるため、好ましい。更に、環
状周壁の内側面が曲面状または傾斜面状に形成されてい
る場合には、前記ガス気流の方向転換に際し、気流の乱
れが抑制され、円滑に下方への方向転換を行うことがで
きるため、好ましい。

【００１７】本発明にかかる気相薄膜成長装置は、反応
炉と、前記反応炉内に半導体基板を上面に載置して回転
可能に設けられたサセプタと、前記サセプタの裏面周縁
部に下方に突出して設けられた整流部と、前記サセプタ
を回転させる回転駆動手段と、前記サセプタの上面に載
置された半導体基板を加熱する加熱手段と、前記半導体
基板上に薄膜を形成するための原料ガスを含む反応ガス
を前記反応炉内に導入する手段と、反応炉内の未反応ガ
ス等を排気する排気手段とを備え、前記サセプタの整流
部によって、サセプタ回転時に生ずるサセプタの裏面に
沿ってその中心部から周縁部に向かって流れる雰囲気ガ
スの気流を下方に誘導するように構成されていることを
特徴としている。

【００１８】このように、本発明にかかる気相薄膜成長
装置のサセプタの裏面周縁部に整流部が設けられている
ため、サセプタの回転により誘起され、その裏面側に沿
って中心部から周縁部に向けて流れる不純物等を含んだ
雰囲気ガス気流を、前記サセプタの裏面側周縁部で下方
に誘導することができる。その結果、前記ガス気流は、
サセプタの上面に載置された半導体基板の表面には到達
せず、高品質の薄膜を形成することができる。

【００１９】ここで、前記サセプタ裏面の下方にガス整
流用部材が配設され、かつ前記ガス整流用部材の上端部
が前記サセプタの整流部に近接していることが望まし
い。このように、前記サセプタの下方領域を囲むように
ガス整流用部材を配設することが、不純物等を含んだガ
スの半導体基板表面への到達を阻止し、高品質の薄膜を
形成する観点から、より好ましい。また、前記整流部
が、サセプタの裏面周縁部から下方に突出した環状周壁
であることが望ましい。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１乃
至図４に基づいて、より具体的に説明する。本発明にか
かるサセプタは、サセプタの回転時に、前記サセプタの
裏面側に沿って中心部から周縁部に向かって流れる雰囲
気ガスの流れ（ガス気流）を下方に誘導する整流部を付
加したものである。そのため、本発明にかかる気相薄膜
成長装置は、装置内部に配設されるサセプタ以外の部分
については、従来の気相薄膜成長において用いられる構
成と同様の構成を有する。したがって、以下の説明にお
いて従来の気相薄膜成長装置において用いられる構成を
同様の構成については、その説明を省略する。

【００２１】図１は、気相薄膜成長装置の反応炉内に、
本発明にかかるサセプタが配設された状態を示した概略
部分断面図である。図１に示すように、この装置の反応
炉１内には、円筒状のガス整流用部材８が、サセプタ２
の周縁部下方の空間領域を囲むように配設されている。
そして、前記サセプタ２の裏面側には、整流部である環
状周壁２ａの外壁面が前記ガス整流用部材８の内側面上
部に近接するように配設されている。

【００２２】なお、前記サセプタ２は、従来の場合と同
様に、回転可能に構成され、ガス整流用部材８は反応炉
に固定されている。したがって、前記サセプタ２の整流
部とガス整流用部材８の上端部は、可能な限り近接して
いるのが好ましいが、サセプタ回転時に、サセプタの偏
心等により、両者が接触するものであってはならない。

【００２３】また、前記サセプタ２に配設された環状周
壁２ａは、その内壁面が滑らかな凹曲面状に形成され、
ガス気流の方向転換の際、気流の乱れを抑制し、滑らか
な下方への方向転換を行うことができるように構成され
ている。なお、図２に示すように、前記環状周壁２ａの
内壁面が、約４５度の傾斜面状のものであっても良く、
また図３に示すように、１／４円弧の凸曲面状のもので
あっても良い。但、ガス気流の方向転換の際、気流の乱
れを抑制し、滑らかな下方への方向転換を行うには、図
１に示した形態のものが最も好ましい。

【００２４】また、図４に示すように、環状周壁２ａと
ガス整流用部材８の配置関係が図１と逆の関係にあり、
環状周壁２ａがガス整流用部材８の外側に位置するもの
であっても良い。この場合、サセプタ２の裏面とガス整
流用部材８の上端面との間を雰囲気ガスが通過するが、
前記環状周壁２ａによって、そのガス流れは滑らかに下
方へ方向転換される。

【００２５】上記実施形態では、サセプタ２に対して環
状周壁２ａを一体的に設けた場合を示したが、特にこれ
に限定されるものではなく、夫々別体に構成したサセプ
タ２と環状周壁２ａとを一体に組立てるものであっても
良い。しかしながら、前記環状周壁２ａは、製作容易
性、耐熱衝撃強度、耐久性等の観点から、サセプタ本体
と同一材質で、かつ、一体に形成されていることがより
好ましい。

【００２６】また、上記実施形態において、環状周壁２
ａがガス整流用部材８の内側、あるいは外側に設けられ
た場合を示したが、図１乃至図３に示すように、環状周
壁２ａがガス整流用部材８の内側であって、サセプタ２
の環状周壁（整流部）２ａの表面とガス整流用部材８の
表面とが互いに近接した状態に配設されることが、不純
物等を含んだ前記ガス気流のサセプタ上面側への舞い上
がりを抑止する点から好ましい。

【００２７】また、本発明にかかるサセプタを構成する
材質は、特に限定されるものではなく、通常この種のサ
セプタの構成材として用いられる、炭素、炭化珪素、石
英等の材料を用いることができる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき、更に具体的
に説明するが、本発明は下記の実施例により制限される
ものではない。 ［実施例］図５に示したような気相薄膜成長装置に、図
１に示したようなサセプタを配設し、このサセプタ上の
窪み座に、シリコンウエハ（直径３００ｍｍ、厚さ７７
５μｍ）を載置した。薄膜形成用原料ガスとしてＳｉＨ
₄ ガスを、キャリアガスとしてＨ₂ ガスを用い、ＳｉＨ
₄ ガス流速１．５リットル／ｍｉｎ、Ｈ₂ ガス流速６０
リットル／ｍｉｎ、反応温度１０００℃、圧力１５ｔｏ
ｒｒ、ウエハ（サセプタ）回転速度１２００ｒｐｍの条
件下で、前記シリコンウエハ上に厚さ４μｍのシリコン
結晶薄膜を形成させた。このシリコン結晶薄膜を形成さ
せたウエハの表面における不純物金属汚染量をＴＸＲＦ
法により分析評価した。その結果を表１に示す。

【００２９】［比較例］図５に示したような気相薄膜成
長装置に、図６に示したような従来型のサセプタを配設
し、［実施例］と同様の条件で、シリコンウエハ上に薄
膜を成長させた。このシリコン結晶薄膜を形成させたウ
エハの表面における不純物金属汚染量を実施例と同様に
分析評価した。その結果を表１に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１に示したように、実施例におけるシリ
コンウエハの不純物金属汚染量は、比較例に比べて低減
され、本発明にかかるサセプタが、気相薄膜成長におけ
る半導体基板の不純物による汚染防止に有効であること
がわかる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明にかかる気相薄膜
成長装置のサセプタによれば、サセプタの裏面周縁部
に、雰囲気ガス気流を下方に誘導する整流部が設けられ
ているため、半導体基板上に薄膜を形成する際、サセプ
タ裏面からの金属等の不純物を含んだガス気流による半
導体基板の汚染を低減することができる。したがって、
本発明にかかるサセプタを具備した気相薄膜成長装置を
用いれば、高品質の半導体基板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明にかかるサセプタが配設された
気相薄膜成長装置の反応炉内の構造を示す概略部分断面
図である。

【図２】図２は、本発明にかかるサセプタの実施形態を
示す概略部分断面図である。

【図３】図３は、本発明にかかるサセプタの変形例を示
す概略部分断面図である。

【図４】図４は、本発明にかかるサセプタの他の変形例
を示す概略部分断面図である。

【図５】図５は、従来の気相薄膜成長装置の構造を示す
概略断面図である。

【図６】図６は、従来の気相薄膜成長装置の反応炉内の
構造を示す概略部分断面図である。

【図７】図７は、従来の気相薄膜成長装置の反応炉内の
他の構造を示す概略部分断面図である。

【符号の説明】

１ 反応炉 ２ サセプタ ２ａ 環状周壁（整流部） ３ 回転軸 ４ ヒータ ５ 排気管 ６ ガス導入管 ７ 導入ガス整流板 ７ａ 孔 ８ ガス整流用部材 Ｗ 半導体基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大橋 忠 神奈川県秦野市曽屋30番地 東芝セラミッ クス株式会社開発研究所内 (72)発明者 岩田 勝行 神奈川県秦野市曽屋30番地 東芝セラミッ クス株式会社開発研究所内 (72)発明者 荒井 秀樹 静岡県沼津市大岡2068−３ 東芝機械株式 会社沼津事業所内 (72)発明者 室伏 祥卓 静岡県沼津市大岡2068−３ 東芝機械株式 会社沼津事業所内 (72)発明者 高橋 英則 静岡県沼津市大岡2068−３ 東芝機械株式 会社沼津事業所内 Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA17 CA04 EA11 GA02 GA06 5F045 AA03 AF03 BB15 DP03 EF05 EF20 EM02 EM09 EM10

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板を上面に載置して回転可能に
   設けられた気相薄膜成長装置のサセプタにおいて、 前記サセプタの裏面周縁部に、前記裏面から突出した整
   流部が設けられ、サセプタ回転時にサセプタの裏面に沿
   ってその中心部から周縁部に向かって流れる雰囲気ガス
   の気流を、前記整流部によって下方に誘導することを特
   徴とする気相薄膜成長装置のサセプタ。
2. 【請求項２】 前記整流部が、サセプタの裏面周縁部か
   ら下方に突出した環状周壁であることを特徴とする請求
   項１に記載された気相薄膜成長装置のサセプタ。
3. 【請求項３】 前記環状周壁が、サセプタと一体に形成
   されていることを特徴とする請求項１または請求項２に
   記載された気相薄膜成長装置のサセプタ。
4. 【請求項４】 前記環状周壁の内壁面が、曲面形状また
   は傾斜面形状に形成されていることを特徴とする請求項
   ２または請求項３に記載された気相薄膜成長装置のサセ
   プタ。
5. 【請求項５】 反応炉と、前記反応炉内に半導体基板を
   上面に載置して回転可能に設けられたサセプタと、前記
   サセプタの裏面周縁部に下方に突出して設けられた整流
   部と、前記サセプタを回転させる回転駆動手段と、前記
   サセプタの上面に載置された半導体基板を加熱する加熱
   手段と、前記半導体基板上に薄膜を形成するための原料
   ガスを含む反応ガスを前記反応炉内に導入する手段と、
   反応炉内の未反応ガス等を排気する排気手段とを備え、 前記サセプタの整流部によって、サセプタ回転時に生ず
   るサセプタの裏面に沿ってその中心部から周縁部に向か
   って流れる雰囲気ガスの気流を下方に誘導するように構
   成されていることを特徴とする気相薄膜成長装置
6. 【請求項６】 前記サセプタ裏面の下方にガス整流用部
   材が配設され、かつ前記ガス整流用部材の上端部が前記
   サセプタの整流部に近接していることを特徴とする請求
   項５に記載された気相薄膜成長装置。
7. 【請求項７】 前記整流部が、サセプタの裏面周縁部か
   ら下方に突出した環状周壁であることを特徴とする請求
   項５または請求項６に記載された気相薄膜成長装置。