JP2004235439A - サセプタ及び気相成長装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来と比較して膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させる。
【解決手段】半導体基板の主表面に薄膜を気相成長させる気相成長装置100は、コールドウォール型の反応炉1の中にサセプタ2を備えている。サセプタ2は、半導体基板Wが載置されるとともに輻射熱によって反応炉1の壁面よりも高温に加熱されている。サセプタ2の主表面2aには、半導体基板Wの裏面を支持する座ぐり部2cが形成されている。この座ぐり部2cより外側の外周側部分2fには、サセプタ2を表裏に貫通する複数のスリット2gが設けられている。これら複数のスリット2gは、座ぐり部2cの外周に沿って形成されている。スリット2gよりも外側には凹部2eが設けられており、この凹部2eと支持部材3のスポーク3bとが嵌合することによりサセプタ2が支持されている。
【選択図】 図2
【解決手段】半導体基板の主表面に薄膜を気相成長させる気相成長装置100は、コールドウォール型の反応炉1の中にサセプタ2を備えている。サセプタ2は、半導体基板Wが載置されるとともに輻射熱によって反応炉1の壁面よりも高温に加熱されている。サセプタ2の主表面2aには、半導体基板Wの裏面を支持する座ぐり部2cが形成されている。この座ぐり部2cより外側の外周側部分2fには、サセプタ2を表裏に貫通する複数のスリット2gが設けられている。これら複数のスリット2gは、座ぐり部2cの外周に沿って形成されている。スリット2gよりも外側には凹部2eが設けられており、この凹部2eと支持部材3のスポーク3bとが嵌合することによりサセプタ2が支持されている。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板が載置されるサセプタと、このサセプタを備える気相成長装置とに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、半導体基板の主表面に薄膜を気相成長させる気相成長装置として、枚葉式の気相成長装置が知られている。
この枚葉式の気相成長装置は、半導体基板が内部に配置される反応炉と、反応炉内の半導体基板を所望の温度に加熱する加熱装置と、反応炉内に気相成長用のガスを供給するガス供給装置とを備えている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
より詳細には、反応炉内には、座ぐり部を中央部に有する円盤状のサセプタが支持部材の上部に配置されている。このサセプタの外周側部分、つまり座ぐり部よりも外側の部分は、反応炉の壁面に近接するとともに主表面(基板載置面)が反応炉内のガスに曝された状態となっている。支持部材は、サセプタの外周側部分に3点で当接してサセプタを支持している。また、半導体基板は、座ぐり部内に載置され、均一な膜厚の薄膜を成長させるべく、反応炉の上下に配置された加熱装置によって温度分布がほぼ均一となるように加熱される。
ところで、この気相成長装置はコールドウォール(cold wall)型であり、反応炉の壁面が冷却されて低温に保たれているため、気相成長用のガスが反応炉の壁に接して反応することが抑制され、この壁面に反応生成物がほとんど堆積しないようになっている。
【0004】
【特許文献1】
特開平7−193015号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように反応炉の壁面が低温に保たれる場合には、特にサセプタの外周側部分から反応炉の壁に対して熱が輻射されるため、外周側部分の温度が座ぐり部の温度に比べて低下することとなる。また、サセプタの支持部材からも同様に熱が輻射されてその温度が下がるため、サセプタの外周側部分から支持部材に対して熱が伝導し、外周側部分の温度が座ぐり部の温度に比べて低下することとなる。更に、反応炉内への供給直後のガスはサセプタの温度より低いので、供給直後のガスに曝されるサセプタの外周側部分の温度は座ぐり部の温度に比べて低下することとなる。これらの結果、サセプタにおいて座ぐり部から外周側部分に対して熱が伝導し、座ぐり部の温度が中心から外周に向かって低下するため、薄膜の成長速度が半導体基板の中心から外周に向かって低下し、中心部の膜厚と外周部の膜厚とが等しくならない場合が生じる。
【0006】
本発明は、従来と比較して膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させることができるサセプタ及び気相成長装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のサセプタは、半導体基板の主表面に薄膜を気相成長させる反応炉の内部に配置され、前記半導体基板が載置されるとともに輻射熱によって前記反応炉の壁面よりも高温に加熱されるサセプタであって、
前記半導体基板が載置される基板載置面には、前記半導体基板の裏面を支持する座ぐり部が形成され、
この座ぐり部の外側には、少なくとも前記基板載置面に開口する空隙部が設けられていることを特徴とする。
【0008】
本発明によれば、サセプタが内部に配置される反応炉の壁面の温度はサセプタの温度よりも低いものの、座ぐり部の外側には基板載置面に開口する空隙部が設けられて熱伝導を抑制しているので、座ぐり部の外側に位置する外周側部分の熱が反応炉の壁面に対して輻射されたり反応炉内のガスに伝達されたりすることによって外周側部分の温度が座ぐり部の温度より低下しても、座ぐり部から外周側部分に向かって熱が伝導し難い。従って、座ぐり部の温度が低下し難いため、座ぐり部に載置された半導体基板の温度分布を、従来と比較して均一に保つことができる。よって、従来と比較して膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させることができる。
【0009】
また、本発明のサセプタは、前記空隙部が前記座ぐり部の外周に沿って開口することが好ましい。この場合には、空隙部が座ぐり部の外周に沿って開口するので、座ぐり部から外周側部分への熱伝導をより確実に防ぐことができる。従って、半導体基板の温度分布をより均一に保つことができ、その結果、より膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させることができる。
【0010】
また、本発明のサセプタは、前記空隙部よりも前記反応炉の壁面に近接した部位で支持部材により支持されていることが好ましい。この場合には、空隙部よりも反応炉の壁面に近接した部位でサセプタが支持部材により支持されているので、支持部材の熱が反応炉の壁面に対して輻射されたり反応炉内のガスに伝達されたりすることによって支持部材の温度が低下し、その結果、サセプタの外周側部分の温度が低下しても、座ぐり部から外周側部分への熱伝導を抑制することができる。従って、半導体基板の温度分布を均一に保つことができ、その結果、膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させることができる。
【0011】
また、本発明のサセプタは、前記空隙部が貫通して設けられていることが好ましい。この場合には、空隙部がサセプタの表裏に貫通して設けられているので、座ぐり部からサセプタの外周側部分への熱伝導をより確実に防ぐことができる。従って、半導体基板の温度分布をより均一に保つことができ、その結果、より膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させることができる。
【0012】
本発明の気相成長装置は、本発明のサセプタを備えることを特徴とする。
また、本発明の気相成長装置は、反応炉の壁面がサセプタよりも低温に保たれる、いわゆるコールドウォール型である。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る気相成長装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施の形態における気相成長装置は、半導体基板の主表面にエピタキシャル層を気相成長させるための、いわゆるコールドウォール型の気相成長装置である。
【0014】
<第1の実施の形態>
図1は、気相成長装置100の概略構成を示す縦断面図である。この気相成長装置100は枚葉式の気相成長装置であり、シリコン単結晶基板などの半導体基板Wが内部に配置される反応炉1を備えている。
【0015】
反応炉1は頂壁1a、底壁1b及び側壁1eを有する反応室である。頂壁1aと底壁1bとは透光性の石英で形成されている。側壁1eには、反応炉1内に気相成長用の反応ガスを供給するためのガス供給口1cと、反応炉1から反応ガスを排出させるためのガス排出口1dとが形成されている。ガス供給口1cには、所定の組成及び流量で反応ガスを供給するガス供給装置(図示せず)が接続されている。なお、反応ガスとしては、例えばシリコン単結晶基板上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる際には、原料ガスであるSiHCl3(トリクロロシラン)ガスとキャリアガスであるH2ガスとの混合ガスを用いることが好ましい。
【0016】
また、頂壁1aと底壁1bとの外側は空冷されており、側壁1eの外側は水冷された部材(図示せず)と対峙することによって冷却されている。これにより、これら頂壁1a、底壁1b及び側壁1eの壁面は数100℃に保たれており、その結果、反応ガスが側壁1e等に接して反応することが抑制され、側壁1e等の壁面に反応生成物がほとんど堆積しないようになっている。
【0017】
反応炉1の上方には、頂壁1aを通して反応炉1の内部に向かって輻射を行う加熱装置5aが配設され、反応炉1の下方には、底壁1bを通して反応炉1の内部に向かって輻射を行う加熱装置5bが配設されている。なお、本実施の形態においては、加熱装置5a,5bとしてハロゲンランプが用いられている。
【0018】
また、反応炉1の内部には、半導体基板Wを載置するための略円盤状のサセプタ2が、支持部材3に支持された状態で配置されている。
サセプタ2は、グラファイトに炭化ケイ素(SiC)がコーティングされて形成されている。サセプタ2の主表面(基板載置面)2a、つまり上面には略円形の座ぐり部2cが形成されており、この座ぐり部2c内には半導体基板Wが載置されている。
【0019】
半導体基板Wは、加熱装置5aによって上方から加熱されるとともに、加熱装置5bによってサセプタ2を介して下方から加熱される。なお、気相成長中に加熱装置5a,5bによって加熱されたサセプタ2の温度は例えば約1130℃であり、冷却されている反応炉1の壁面の温度よりも高くなる。そのため、サセプタ2の外周側部分2fの熱は側壁1e等に対して輻射されることとなる。
【0020】
図2(a)にサセプタ2の裏面2b側の平面図を、図2(b)にサセプタ2の縦断面図を示す。
これらの図に示すように、座ぐり部2cの内側には、サセプタ2の表裏に貫通する3つの貫通孔2dが周方向に沿って所定間隔ごとに設けられている。なお、これら貫通孔2dは、半導体基板Wを昇降させるリフトピン(図示せず)を通すための孔である。
【0021】
座ぐり部2cより外側の外周側部分2fには、裏面に開口する3つの凹部2eが、それぞれ半径方向に沿って貫通孔2dと隣り合うように設けられている。また、サセプタ2の外周側部分2fには、サセプタ2の表裏に貫通して主表面2a及び裏面2bに開口する平面視円弧状の複数のスリット(空隙部)2gが設けられている。より詳細には、複数のスリット2gは、座ぐり部2cの外周に沿って形成されている。また、これら複数のスリット2gは、半径方向に沿って隣り合った貫通孔2dと凹部2eとの間に介在している。
【0022】
支持部材3は、サセプタ2の下方において上下方向に延在した回転軸3aを備えている。回転軸3aの上端部には、斜め上方に向けて放射状に分岐した3本のスポーク3bが設けられている。各スポーク3bの先端はサセプタ2の凹部2eと嵌合してサセプタ2を支持している。なお、回転軸3aには回転駆動装置(図示せず)が接続されており、この回転駆動装置の駆動によってサセプタ2が回転するようになっている。
【0023】
次に、上記のような気相成長装置100を用いてシリコン単結晶基板上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる場合の手順について説明する。
まず、サセプタ2の座ぐり部2c内にシリコン単結晶基板を載置する。
次に、反応炉1の頂壁1a、底壁1b及び側壁1eを冷却しつつ加熱装置5a,5bによりシリコン単結晶基板を加熱し、上記回転駆動装置によりサセプタ2を回転させた状態でガス供給口1cから反応炉1内にSiHCl3ガスとH2ガスとの混合ガスを反応ガスとして導入する。このとき、上記のように側壁1e等に熱を奪われることによりサセプタ2の外周側部分2fの温度は座ぐり部2cの温度よりも低くなるが、座ぐり部2cの外周に沿って外周側部分2fに設けられたスリット2gによって、座ぐり部2cから外周側部分2fへの熱伝導が防止された状態となる。そのため、図3に示すように、座ぐり部2c内のシリコン単結晶基板の外周部の温度は従来よりも約5℃高くなって中心部の温度に近づいており、その結果、シリコン単結晶基板の温度分布は従来よりも均一に保たれている。
【0024】
なお図3は、本発明のサセプタ2に載置されたシリコン単結晶基板の半径分の温度分布と、従来のサセプタに載置されたシリコン単結晶基板の直径分の温度分布とを示す図である。
【0025】
このようにシリコン単結晶基板の温度分布を従来よりも均一に保った状態でその主表面に反応ガスを供給することができるため、シリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層をより均一な厚さに気相成長させることができる。
【0026】
以上のような気相成長装置100によれば、サセプタ2の外周側部分2fには座ぐり部2cの外周に沿ってスリット2gが設けられているので、座ぐり部2cの温度が低下し難い。従って、座ぐり部2cに載置された半導体基板Wの温度分布を従来と比較して均一に保つことができるため、従来と比較して膜厚の均一性の高い薄膜を半導体基板Wの主表面に気相成長させることができる。
【0027】
また、スリット2gよりも反応炉1の側壁1eに近接した部位でサセプタ2が支持部材3により支持されているので、支持部材3の熱が反応炉1の側壁1e等に対して輻射されることによって支持部材3の温度が低下し、その結果、サセプタ2の外周側部分2fの温度が低下しても、座ぐり部2cから外周側部分2fへの熱伝導をスリット2gにより抑制することができる。従って、半導体基板Wの温度分布を従来よりも均一に保つことができるため、膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板Wの主表面に気相成長させることができる。
【0028】
なお、上記実施の形態においては、座ぐり部2cの外側にスリット2gを設けることによって座ぐり部2cから外周側部分2fへの熱伝導を防ぐこととして説明したが、サセプタ2の主表面2aに開口する溝部を座ぐり部2cの外側に設けることによって座ぐり部2cから外周側部分2fへの熱伝導を防ぐこととしても良い。
【0029】
<第2の実施の形態>
次に、本発明に係る第2の実施の形態について説明する。なお、上記第1の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0030】
本実施の形態における気相成長装置200は、図4に示すようにバレル式の気相成長装置である点において、上記第1の実施の形態における枚葉式の気相成長装置100と異なる。
【0031】
気相成長装置200は反応炉201を備えている。反応炉201は側壁201e、頂壁201a及び底壁201bを有する反応室である。
側壁201eは透光性の石英で形成されており、この側壁201eの上部にはガス供給口1cが配置されている。側壁201e及び底壁201bは空冷され、頂壁201aは水冷されている。底壁201bの下部にはガス排出口1dが形成されている。
反応炉201の側方には、側壁201eを通して反応炉201の内部に向かって輻射を行う加熱装置205が配設されている。
【0032】
反応炉201の内部には、棒状の支持部材203に支持された状態でサセプタ202が配置されている。支持部材203は、反応炉201の頂壁201aから垂下して設けられており、その下端部においてサセプタ202を吊り下げた状態で支持している。この支持部材203には回転駆動装置(図示せず)が接続されており、この回転駆動装置の駆動によってサセプタ202が回転するようになっている。
【0033】
サセプタ202は多角錐台状に形成されており、その外周面(基板載置面)のそれぞれには、例えば上段、中段、下段の3つの座ぐり部202cが形成されている。これら座ぐり部202cには、半導体基板(図示せず)が立てかけられた状態で載置される。
【0034】
サセプタ202の外側部分202f、つまり上段の座ぐり部202cよりも上側の部分と、下段の座ぐり部202cよりも下側の部分とには、それぞれ外周面に開口する2つの溝部202gが設けられている。これら溝部202gは、サセプタ202の外周に沿って延在し、平面視多角形状となっている。
【0035】
以上のような気相成長装置200によれば、座ぐり部202cの外側に位置する外側部分202fには溝部202gが設けられているので、外側部分202fの熱が反応炉201の頂壁201aに対して輻射されることや、加熱装置205によるサセプタ202の外側部分202fの加熱が不十分であること等によって外側部分202fの温度が座ぐり部202cの温度より低下しても、座ぐり部202cから外側部分202fへの熱伝導を溝部202gにより抑制することができる。その結果、座ぐり部202cの温度が低下し難いため、座ぐり部202cに載置された半導体基板の温度分布を従来と比較して均一に保つことができる。よって、従来と比較して膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させることができる。
【0036】
【発明の効果】
本発明のサセプタ及び気相成長装置によれば、サセプタが内部に配置される反応炉の壁面の温度はサセプタの温度よりも低いものの、座ぐり部の外側にはサセプタの主表面に開口する空隙部が設けられて熱伝導を抑制しているので、座ぐり部の外側に位置する外周側部分の熱が反応炉の壁面に対して輻射されたり反応炉内のガスに伝達されたりすることによって外周側部分の温度が座ぐり部の温度より低下しても、座ぐり部から外周側部分に向かって熱が伝導し難い。従って、座ぐり部の温度が低下し難いため、座ぐり部に載置された半導体基板の温度分布を、従来と比較して均一に保つことができる。よって、従来と比較して膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る気相成長装置の第1の実施の形態を示す概略縦断面図である。
【図2】本発明に係るサセプタを示す図であり、(a)はサセプタの裏面を示す平面図であり、(b)は縦断面図である。
【図3】サセプタ上に載置された半導体基板の温度分布を示す図である。
【図4】本発明に係る気相成長装置の第2の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
1,201 反応炉
2,202 サセプタ
3,203 支持部材
2a サセプタの主表面(基板載置面)
2c,202c 座ぐり部
2g スリット(空隙部)
100,200 気相成長装置
202g 溝部(空隙部)
W 半導体基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板が載置されるサセプタと、このサセプタを備える気相成長装置とに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、半導体基板の主表面に薄膜を気相成長させる気相成長装置として、枚葉式の気相成長装置が知られている。
この枚葉式の気相成長装置は、半導体基板が内部に配置される反応炉と、反応炉内の半導体基板を所望の温度に加熱する加熱装置と、反応炉内に気相成長用のガスを供給するガス供給装置とを備えている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
より詳細には、反応炉内には、座ぐり部を中央部に有する円盤状のサセプタが支持部材の上部に配置されている。このサセプタの外周側部分、つまり座ぐり部よりも外側の部分は、反応炉の壁面に近接するとともに主表面(基板載置面)が反応炉内のガスに曝された状態となっている。支持部材は、サセプタの外周側部分に3点で当接してサセプタを支持している。また、半導体基板は、座ぐり部内に載置され、均一な膜厚の薄膜を成長させるべく、反応炉の上下に配置された加熱装置によって温度分布がほぼ均一となるように加熱される。
ところで、この気相成長装置はコールドウォール(cold wall)型であり、反応炉の壁面が冷却されて低温に保たれているため、気相成長用のガスが反応炉の壁に接して反応することが抑制され、この壁面に反応生成物がほとんど堆積しないようになっている。
【0004】
【特許文献1】
特開平7−193015号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように反応炉の壁面が低温に保たれる場合には、特にサセプタの外周側部分から反応炉の壁に対して熱が輻射されるため、外周側部分の温度が座ぐり部の温度に比べて低下することとなる。また、サセプタの支持部材からも同様に熱が輻射されてその温度が下がるため、サセプタの外周側部分から支持部材に対して熱が伝導し、外周側部分の温度が座ぐり部の温度に比べて低下することとなる。更に、反応炉内への供給直後のガスはサセプタの温度より低いので、供給直後のガスに曝されるサセプタの外周側部分の温度は座ぐり部の温度に比べて低下することとなる。これらの結果、サセプタにおいて座ぐり部から外周側部分に対して熱が伝導し、座ぐり部の温度が中心から外周に向かって低下するため、薄膜の成長速度が半導体基板の中心から外周に向かって低下し、中心部の膜厚と外周部の膜厚とが等しくならない場合が生じる。
【0006】
本発明は、従来と比較して膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させることができるサセプタ及び気相成長装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のサセプタは、半導体基板の主表面に薄膜を気相成長させる反応炉の内部に配置され、前記半導体基板が載置されるとともに輻射熱によって前記反応炉の壁面よりも高温に加熱されるサセプタであって、
前記半導体基板が載置される基板載置面には、前記半導体基板の裏面を支持する座ぐり部が形成され、
この座ぐり部の外側には、少なくとも前記基板載置面に開口する空隙部が設けられていることを特徴とする。
【0008】
本発明によれば、サセプタが内部に配置される反応炉の壁面の温度はサセプタの温度よりも低いものの、座ぐり部の外側には基板載置面に開口する空隙部が設けられて熱伝導を抑制しているので、座ぐり部の外側に位置する外周側部分の熱が反応炉の壁面に対して輻射されたり反応炉内のガスに伝達されたりすることによって外周側部分の温度が座ぐり部の温度より低下しても、座ぐり部から外周側部分に向かって熱が伝導し難い。従って、座ぐり部の温度が低下し難いため、座ぐり部に載置された半導体基板の温度分布を、従来と比較して均一に保つことができる。よって、従来と比較して膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させることができる。
【0009】
また、本発明のサセプタは、前記空隙部が前記座ぐり部の外周に沿って開口することが好ましい。この場合には、空隙部が座ぐり部の外周に沿って開口するので、座ぐり部から外周側部分への熱伝導をより確実に防ぐことができる。従って、半導体基板の温度分布をより均一に保つことができ、その結果、より膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させることができる。
【0010】
また、本発明のサセプタは、前記空隙部よりも前記反応炉の壁面に近接した部位で支持部材により支持されていることが好ましい。この場合には、空隙部よりも反応炉の壁面に近接した部位でサセプタが支持部材により支持されているので、支持部材の熱が反応炉の壁面に対して輻射されたり反応炉内のガスに伝達されたりすることによって支持部材の温度が低下し、その結果、サセプタの外周側部分の温度が低下しても、座ぐり部から外周側部分への熱伝導を抑制することができる。従って、半導体基板の温度分布を均一に保つことができ、その結果、膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させることができる。
【0011】
また、本発明のサセプタは、前記空隙部が貫通して設けられていることが好ましい。この場合には、空隙部がサセプタの表裏に貫通して設けられているので、座ぐり部からサセプタの外周側部分への熱伝導をより確実に防ぐことができる。従って、半導体基板の温度分布をより均一に保つことができ、その結果、より膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させることができる。
【0012】
本発明の気相成長装置は、本発明のサセプタを備えることを特徴とする。
また、本発明の気相成長装置は、反応炉の壁面がサセプタよりも低温に保たれる、いわゆるコールドウォール型である。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る気相成長装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施の形態における気相成長装置は、半導体基板の主表面にエピタキシャル層を気相成長させるための、いわゆるコールドウォール型の気相成長装置である。
【0014】
<第1の実施の形態>
図1は、気相成長装置100の概略構成を示す縦断面図である。この気相成長装置100は枚葉式の気相成長装置であり、シリコン単結晶基板などの半導体基板Wが内部に配置される反応炉1を備えている。
【0015】
反応炉1は頂壁1a、底壁1b及び側壁1eを有する反応室である。頂壁1aと底壁1bとは透光性の石英で形成されている。側壁1eには、反応炉1内に気相成長用の反応ガスを供給するためのガス供給口1cと、反応炉1から反応ガスを排出させるためのガス排出口1dとが形成されている。ガス供給口1cには、所定の組成及び流量で反応ガスを供給するガス供給装置(図示せず)が接続されている。なお、反応ガスとしては、例えばシリコン単結晶基板上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる際には、原料ガスであるSiHCl3(トリクロロシラン)ガスとキャリアガスであるH2ガスとの混合ガスを用いることが好ましい。
【0016】
また、頂壁1aと底壁1bとの外側は空冷されており、側壁1eの外側は水冷された部材(図示せず)と対峙することによって冷却されている。これにより、これら頂壁1a、底壁1b及び側壁1eの壁面は数100℃に保たれており、その結果、反応ガスが側壁1e等に接して反応することが抑制され、側壁1e等の壁面に反応生成物がほとんど堆積しないようになっている。
【0017】
反応炉1の上方には、頂壁1aを通して反応炉1の内部に向かって輻射を行う加熱装置5aが配設され、反応炉1の下方には、底壁1bを通して反応炉1の内部に向かって輻射を行う加熱装置5bが配設されている。なお、本実施の形態においては、加熱装置5a,5bとしてハロゲンランプが用いられている。
【0018】
また、反応炉1の内部には、半導体基板Wを載置するための略円盤状のサセプタ2が、支持部材3に支持された状態で配置されている。
サセプタ2は、グラファイトに炭化ケイ素(SiC)がコーティングされて形成されている。サセプタ2の主表面(基板載置面)2a、つまり上面には略円形の座ぐり部2cが形成されており、この座ぐり部2c内には半導体基板Wが載置されている。
【0019】
半導体基板Wは、加熱装置5aによって上方から加熱されるとともに、加熱装置5bによってサセプタ2を介して下方から加熱される。なお、気相成長中に加熱装置5a,5bによって加熱されたサセプタ2の温度は例えば約1130℃であり、冷却されている反応炉1の壁面の温度よりも高くなる。そのため、サセプタ2の外周側部分2fの熱は側壁1e等に対して輻射されることとなる。
【0020】
図2(a)にサセプタ2の裏面2b側の平面図を、図2(b)にサセプタ2の縦断面図を示す。
これらの図に示すように、座ぐり部2cの内側には、サセプタ2の表裏に貫通する3つの貫通孔2dが周方向に沿って所定間隔ごとに設けられている。なお、これら貫通孔2dは、半導体基板Wを昇降させるリフトピン(図示せず)を通すための孔である。
【0021】
座ぐり部2cより外側の外周側部分2fには、裏面に開口する3つの凹部2eが、それぞれ半径方向に沿って貫通孔2dと隣り合うように設けられている。また、サセプタ2の外周側部分2fには、サセプタ2の表裏に貫通して主表面2a及び裏面2bに開口する平面視円弧状の複数のスリット(空隙部)2gが設けられている。より詳細には、複数のスリット2gは、座ぐり部2cの外周に沿って形成されている。また、これら複数のスリット2gは、半径方向に沿って隣り合った貫通孔2dと凹部2eとの間に介在している。
【0022】
支持部材3は、サセプタ2の下方において上下方向に延在した回転軸3aを備えている。回転軸3aの上端部には、斜め上方に向けて放射状に分岐した3本のスポーク3bが設けられている。各スポーク3bの先端はサセプタ2の凹部2eと嵌合してサセプタ2を支持している。なお、回転軸3aには回転駆動装置(図示せず)が接続されており、この回転駆動装置の駆動によってサセプタ2が回転するようになっている。
【0023】
次に、上記のような気相成長装置100を用いてシリコン単結晶基板上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる場合の手順について説明する。
まず、サセプタ2の座ぐり部2c内にシリコン単結晶基板を載置する。
次に、反応炉1の頂壁1a、底壁1b及び側壁1eを冷却しつつ加熱装置5a,5bによりシリコン単結晶基板を加熱し、上記回転駆動装置によりサセプタ2を回転させた状態でガス供給口1cから反応炉1内にSiHCl3ガスとH2ガスとの混合ガスを反応ガスとして導入する。このとき、上記のように側壁1e等に熱を奪われることによりサセプタ2の外周側部分2fの温度は座ぐり部2cの温度よりも低くなるが、座ぐり部2cの外周に沿って外周側部分2fに設けられたスリット2gによって、座ぐり部2cから外周側部分2fへの熱伝導が防止された状態となる。そのため、図3に示すように、座ぐり部2c内のシリコン単結晶基板の外周部の温度は従来よりも約5℃高くなって中心部の温度に近づいており、その結果、シリコン単結晶基板の温度分布は従来よりも均一に保たれている。
【0024】
なお図3は、本発明のサセプタ2に載置されたシリコン単結晶基板の半径分の温度分布と、従来のサセプタに載置されたシリコン単結晶基板の直径分の温度分布とを示す図である。
【0025】
このようにシリコン単結晶基板の温度分布を従来よりも均一に保った状態でその主表面に反応ガスを供給することができるため、シリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層をより均一な厚さに気相成長させることができる。
【0026】
以上のような気相成長装置100によれば、サセプタ2の外周側部分2fには座ぐり部2cの外周に沿ってスリット2gが設けられているので、座ぐり部2cの温度が低下し難い。従って、座ぐり部2cに載置された半導体基板Wの温度分布を従来と比較して均一に保つことができるため、従来と比較して膜厚の均一性の高い薄膜を半導体基板Wの主表面に気相成長させることができる。
【0027】
また、スリット2gよりも反応炉1の側壁1eに近接した部位でサセプタ2が支持部材3により支持されているので、支持部材3の熱が反応炉1の側壁1e等に対して輻射されることによって支持部材3の温度が低下し、その結果、サセプタ2の外周側部分2fの温度が低下しても、座ぐり部2cから外周側部分2fへの熱伝導をスリット2gにより抑制することができる。従って、半導体基板Wの温度分布を従来よりも均一に保つことができるため、膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板Wの主表面に気相成長させることができる。
【0028】
なお、上記実施の形態においては、座ぐり部2cの外側にスリット2gを設けることによって座ぐり部2cから外周側部分2fへの熱伝導を防ぐこととして説明したが、サセプタ2の主表面2aに開口する溝部を座ぐり部2cの外側に設けることによって座ぐり部2cから外周側部分2fへの熱伝導を防ぐこととしても良い。
【0029】
<第2の実施の形態>
次に、本発明に係る第2の実施の形態について説明する。なお、上記第1の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0030】
本実施の形態における気相成長装置200は、図4に示すようにバレル式の気相成長装置である点において、上記第1の実施の形態における枚葉式の気相成長装置100と異なる。
【0031】
気相成長装置200は反応炉201を備えている。反応炉201は側壁201e、頂壁201a及び底壁201bを有する反応室である。
側壁201eは透光性の石英で形成されており、この側壁201eの上部にはガス供給口1cが配置されている。側壁201e及び底壁201bは空冷され、頂壁201aは水冷されている。底壁201bの下部にはガス排出口1dが形成されている。
反応炉201の側方には、側壁201eを通して反応炉201の内部に向かって輻射を行う加熱装置205が配設されている。
【0032】
反応炉201の内部には、棒状の支持部材203に支持された状態でサセプタ202が配置されている。支持部材203は、反応炉201の頂壁201aから垂下して設けられており、その下端部においてサセプタ202を吊り下げた状態で支持している。この支持部材203には回転駆動装置(図示せず)が接続されており、この回転駆動装置の駆動によってサセプタ202が回転するようになっている。
【0033】
サセプタ202は多角錐台状に形成されており、その外周面(基板載置面)のそれぞれには、例えば上段、中段、下段の3つの座ぐり部202cが形成されている。これら座ぐり部202cには、半導体基板(図示せず)が立てかけられた状態で載置される。
【0034】
サセプタ202の外側部分202f、つまり上段の座ぐり部202cよりも上側の部分と、下段の座ぐり部202cよりも下側の部分とには、それぞれ外周面に開口する2つの溝部202gが設けられている。これら溝部202gは、サセプタ202の外周に沿って延在し、平面視多角形状となっている。
【0035】
以上のような気相成長装置200によれば、座ぐり部202cの外側に位置する外側部分202fには溝部202gが設けられているので、外側部分202fの熱が反応炉201の頂壁201aに対して輻射されることや、加熱装置205によるサセプタ202の外側部分202fの加熱が不十分であること等によって外側部分202fの温度が座ぐり部202cの温度より低下しても、座ぐり部202cから外側部分202fへの熱伝導を溝部202gにより抑制することができる。その結果、座ぐり部202cの温度が低下し難いため、座ぐり部202cに載置された半導体基板の温度分布を従来と比較して均一に保つことができる。よって、従来と比較して膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させることができる。
【0036】
【発明の効果】
本発明のサセプタ及び気相成長装置によれば、サセプタが内部に配置される反応炉の壁面の温度はサセプタの温度よりも低いものの、座ぐり部の外側にはサセプタの主表面に開口する空隙部が設けられて熱伝導を抑制しているので、座ぐり部の外側に位置する外周側部分の熱が反応炉の壁面に対して輻射されたり反応炉内のガスに伝達されたりすることによって外周側部分の温度が座ぐり部の温度より低下しても、座ぐり部から外周側部分に向かって熱が伝導し難い。従って、座ぐり部の温度が低下し難いため、座ぐり部に載置された半導体基板の温度分布を、従来と比較して均一に保つことができる。よって、従来と比較して膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る気相成長装置の第1の実施の形態を示す概略縦断面図である。
【図2】本発明に係るサセプタを示す図であり、(a)はサセプタの裏面を示す平面図であり、(b)は縦断面図である。
【図3】サセプタ上に載置された半導体基板の温度分布を示す図である。
【図4】本発明に係る気相成長装置の第2の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
1,201 反応炉
2,202 サセプタ
3,203 支持部材
2a サセプタの主表面(基板載置面)
2c,202c 座ぐり部
2g スリット(空隙部)
100,200 気相成長装置
202g 溝部(空隙部)
W 半導体基板
Claims (6)
- 半導体基板の主表面に薄膜を気相成長させる反応炉の内部に配置され、前記半導体基板が載置されるとともに輻射熱によって前記反応炉の壁面よりも高温に加熱されるサセプタであって、
前記半導体基板が載置される基板載置面には、前記半導体基板の裏面を支持する座ぐり部が形成され、
この座ぐり部の外側には、少なくとも前記基板載置面に開口する空隙部が設けられていることを特徴とするサセプタ。 - 前記空隙部は、前記座ぐり部の外周に沿って開口することを特徴とする請求項1記載のサセプタ。
- 前記空隙部よりも前記反応炉の壁面に近接した部位で支持部材により支持されていることを特徴とする請求項1または2記載のサセプタ。
- 前記空隙部は貫通して設けられていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載のサセプタ。
- 請求項1〜4の何れか一項に記載のサセプタを備えることを特徴とする気相成長装置。
- 前記反応炉の壁面が前記サセプタよりも低温に保たれることを特徴とする請求項5記載の気相成長装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003022160A JP2004235439A (ja) | 2003-01-30 | 2003-01-30 | サセプタ及び気相成長装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008071917A (ja) * | 2006-09-14 | 2008-03-27 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 気相成長用サセプタ、気相成長装置及び気相成長方法 |
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-
2003
- 2003-01-30 JP JP2003022160A patent/JP2004235439A/ja active Pending
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