JP2004507898A - 特に結晶質の基板上に、特に結晶質の層を沈積する装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス導入範囲における分解生成物の液化を防止する。
【解決手段】本発明は、特に結晶質の層を１つ以上の特に処理室（１）の同様な基板上に、処理室に導入されそこで熱分解によって変換された処理ガスによって沈積させる装置に関するもので、処理室（１）は第１の壁（３）および第１の壁に対向する第２の壁（４）を有し、少なくとも１つの加熱された基板保持器（４５）が第１の壁に配置され、少なくとも１つの反応ガスがガス導入装置（６）によって処理室（１）に供給される。早期の資源ガスの分解および分解生成物を含むガス流の局部的な過飽和を防止するため、ガス導入装置を液体で冷却することを提案している。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１に特に結晶質の層を１つ以上の特に処理室の同様な基板上に、処理室に導入されそこで熱分解によって変換された処理ガスによって沈積させる装置に関するもので、処理室は第１の壁および第１の壁に対向する第２の壁を有し、少なくとも１つの加熱された基板保持器が第１の壁に配置され、少なくとも１つの反応ガスがガス導入装置によって供給される。
【０００２】
本発明は、さらに特に結晶質の層を１つ以上の特に処理室の同様な基板上に、処理室に導入されそこで熱分解によって変換された処理ガスによって沈積させる方法に関するもので、処理室は第１の壁および第１の壁に対向する第２の壁を備え、第１の壁に配置された加熱された基板保持器上に基板が置かれている。
【０００３】
【従来の技術】
上述の種類の装置はＵＳ４９６１３９９によって既知である。ここでは第１の壁に水平面に設けられた搬送板によって形成され、その上に基板保持器が装置が運転されると回転するように配置され装着される。既知の装置では、中央のガス導入装置によって反応ガスが処理室に導入される。その文書に説明される装置はＩＩＩ−ＩＶ半導体層の沈積に使用される。反応ガスとしてこの文書ではアルジンおよびトリメチルインジウムが述べられている。
【０００４】
ＵＳ特許５７８８７７７も同様に、処理室の結晶質基板に結晶質の層を沈積させる装置を説明している。この場合はシランおよびプロパンを、反応ガスとして処理室に中央のガス導入装置によって導入する。この装置は炭化シリコン層を単結晶のシリコン基板に沈積させるために使用される。説明される装置およびこの装置によって実施される方法は、シランを比較的低い温度（約５００℃）で分解させ、分解生成物をこの温度でガスの状態で残さないで液化させるという問題を解決しなければならない。さらに液化はプロパンの存在およびその分解生成物によって阻害される。
【０００５】
優先日の前で公開されていないＤＥ１９９４９０３３．４は、処理温度からずっと低く冷却した処理ガスおよび搬送ガスを熱い基板の直ぐ前に導入し、資源ガスの早期の分解および局部的な分解生成物を含むガス流の過飽和を回避することを提案している。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
本発明は、ガス導入範囲における分解生成物の液化を防止する対策を提案するという課題に基づいたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題は請求項の述べる本発明によって解決される。
【０００８】
請求項１は、この種の装置をガス導入装置が液体で冷却されるように発展させたものである。請求項２によれば、２つの反応ガスを空間的に離して分解温度より低く冷却して反応室に導き、両者の反応ガスが反応室で出会う場所の温度は、分解生成物または生じ得る分解生成物の付加生成物の飽和温度より高くする。反応ガスとしてはシランおよびメタンまたはプロパンを使用することが好ましく、それぞれ冷却された導管によって処理室の高温領域に導入される。これらは搬送ガス例えば水素によって行なわれる。冷却された導管は処理室の高温表面の近くまで達しているので、反応ガスは飛躍的に温度上昇する。シランの分解生成物であるシリコン原子およびメタン／プロパンの分解生成物である炭素原子は、その分解後ほとんど直ぐに飽和温度より高い温度にある周囲に散らばる。したがって局部的な過飽和は生じない。分解生成物はガス流によって半径方向外側に、既知の方法によって回転駆動される基板保持器まで運ばれ、そこで基板にＳｉＣの単結晶皮膜を形成するため成長する。搬送ガスおよび凝縮しなかった反応生成物は出口開口を経てガス排出リングから排出される。処理は低い圧力（約１００ｍｂａｒ）で行なわれる。適切な処理パラメータの選定によって、１０μｍ／ｈ以上の成長率が達成される。導入装置は水またはその他の適切な冷却流体で冷却される。冷却水室にある導入装置の一部は高温の処理室に突き出すことができる。シランであることが好ましい反応ガスは、壁が冷却された環状のくさび隙間から放出される。隙間の壁は鋼から製作される。くさび隙間は処理室の１０００℃以上、好ましくは１５００℃以上の高温グラファイト壁に直接隣接して設けられる。くさび隙間は非常に狭いリング隙間を経て、ガス導入装置に設けられたリング室に接続される。このリング室に外部から導管が開口する。これによってガスは周方向にほぼ均等に配分されて隙間を通って流れ、半径方向に均等に流出する。別の反応ガス、好ましくはメタンまたはプロパンは処理室に突き出した導入装置の一部にある中心の導管端部の開口部を通って供給面される。この開口部は処理室に突き出した切頭円錐状区間の基礎面に設けられる。基礎面は両方の加熱された壁のほぼ中央にある。切頭円錐状区間ほぼ完全に中空である。中空部には冷却水があり、冷却水案内板によって中空部を導かれる。ガス導入装置には冷却水の供給間と排出管が設けられる。ガス導入装置の外側の壁にはリング状の支持体が保持され、半径方向に突き出した支持カラーが形成される。支持体はグラファイトで製作されることが好ましい。このリング状の支持カラー上にカバー板が支持され、その背部は特に高周波コイルによって加熱される。カバー板と全体として円筒状のガス導入装置の間には気泡炭素で製作された絶縁スリーブが設けることができる。支持体が支えられる外部壁およびくさび隙間壁の間には同様に冷却水室が設けられる。
【０００９】
本発明は、さらに基本的にはＵＳ５７８８７７７によって既知の、ガス導入装置のカバー板およびその保持の発展に関するものである。反応ガスであるシランおよびメタン／プロパンによるＳｉＣエピタクシには、グラファイトから構成される支持板および同様にグラファイトから構成されるカバー板の不活性皮膜が要求される。皮膜はＴａＣまたはＳｉＣから構成される。このように皮膜されたカバー板および支持板でも、反応ガスがエッチング作用を発揮するので摩耗に曝される。本発明により、カバー板はＴａＣで構成することができ、かつ交換できる被覆リングで皮膜される。被覆リングは互いに噛み合わされて保持されカバー板に支えられる。内側にあるリングは内側縁で支持体の支持カラーに支えられる。本発明の１つの代替案においては、被覆リングをグラファイトで構成し、ＴａＣまたはＳｉＣで皮膜する。
【００１０】
本発明の好ましい形態においては、処理室のカバー板は反応炉ハウジングのカバーに強固に固定される。反応炉ハウジングのカバーとカバー板の間には同様にカバーに固定された高周波コイルが設けられる。処理室に基板を装荷したり取り出したりするためカバーを持ち上げるのは、適切な空気圧シリンダで行なうことができ、高周波コイルおよび処理室カバー板が同時に持ち上げられる。
【００１１】
搬送板の加熱は下側から高周波コイルによって行なわれる。両方の高周波コイルは別々の高周波発電機によって電力を供給することができる。これによって基板温度およびカバーの個別温度制御が可能となる。基板温度は約１６００℃である。このためグラファイトから構成される搬送板は１７００℃から１８００℃に加熱される。ガス導入装置に直接隣接するカバー板の範囲も同様な高温に曝される。冷却によってガス導入装置は１００℃以下に保持される。
【００１２】
以下本発明の実施例を添付した図面によって説明する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施例に示した装置は、高温壁反応炉で単結晶のＳｉ基板に単結晶のＳｉＣ層を沈積するために使用される。この基板は４インチの直径を持つことができる。装置は図示されていないハウジングに配置され、反応炉２のカバー８は上側に開放することができる。このときカバー８は、同様に固定されている高周波コイル１９およびガス導入装置６に固定されているカバー板４とともに持ち上げられる。さらに下側ケーシング壁区間にシールによって支えられている上側ハウジング壁区間も持ち上げられるので、搬送板３に支持される基板保持器４５に基板を取り付けることができる。
【００１４】
反応炉ハウジング２には処理室１が設けらける。この処理室１は基板保持器４５を搬送する搬送板３を備えている。搬送板３と平行にその上側にカバー板４が広がっている。搬送板３は下側から水冷高周波コイル１９によって加熱される。カバー板４は上側から同様に水冷高周波コイル２０によって加熱される。搬送板３はリング上に形成され、外側直径は内側直径のほぼ倍である。搬送板３の内側壁には半径方向に内側に突き出したリング状の段３’が設けられる。このリング状の段３’によって、搬送板３は支持板１の縁に保持される。支持板１はさらに支え管２４によって支えられ、これを通して引張ロッド２３が突き出している。引張ロッド２３は、支持板２１の上側に配置されその縁が段３’に載っている引張板２２のほぼ中央に噛み合う。引張ロッド２３を下から引っ張ることにより搬送板３はクランプ爪状に保持される。
【００１５】
搬送板３およびカバー板４はガス排出リング５によって囲まれる。このガス排出リング５は処理室の側面壁を形成する。ガス排出リング５は多数の半径方向の穴２５が設けられ、これを通って処理ガスは流出することができる。ガス排出リング５は支持板２１、引張板２２、搬送板３およびカバー板４と同様に固形のグラファイトから製作される。これ一体品で処理室１の高さとほぼ等しい幅を備えている。これによりガス排出リング５は比較的高い熱容量を有しているので、処理室内の温度分布を縁においても非常に均一に保つことができる。ガス排出リング５はカバー板４を載せる座３５および搬送板３に載る座３６が形成されていることによって、カバー板４および搬送板３の間の空間に突き出している。
【００１６】
カバー板４は下側に合計３つの被覆リング３４が内張りされている。この被覆リングはグラファイトまたはＴａＣから構成される。これらは炉のリングのように互いに噛み合って保持され、一番内側のリング３４は、ガス導入装置６の下端にねじ込まれたグラファイトの支え３３のリング状の鍔によって支えられる。互いに重なる領域で、被覆リング３４は重ねられる。これらは互いに重なる段付けしたリング区間３４’、３４”を形成しているので、その表面は段差がなく広がっている。
【００１７】
ガス導入装置６は全体として２分割に構成される。これは処理室１に突き出し切頭円錐の形状を有する区間４９から構成される中心部を備えている。この中心部は外被５０によって囲まれる。Ｏリングシール４３によって外被５０は中心部４９に対してシールされる。
【００１８】
シラン５の導入はリング室３８に開口する導管２７によって行なわれる。このリング室３８はリング隙間３７に連続し、リング隙間３７にシランが流出するリングくさび状の開口部３０が繋がる。この出口３０の壁は一方では中心部区間４９および他方では外被５０によって構成される。このダクト３０の壁は冷却される。ダクト壁の背面には、壁の温度をシランの分解温度以下に保持するため冷却水が流れる冷却水室２８が設けられる。
【００１９】
冷却水は冷却水ダクト３９を通って中心部４９に配置された冷却水室２８に進入し、冷却水室２８がダクト４０を通して再び排出されるよう、案内板２９によって壁に沿って導かれる。
【００２０】
背面の冷却水の流れによって一定温度に保持される基礎面５２では反応ガスは分解せず、基礎面は処理室のほぼ中央にあって搬送板３の表面と平行に広がる。搬送板との間隔はカバー板４と搬送板３の半分よりも小さい。基礎面５２の中央にメタンまたはプロパンの導入管２６が開口部３１が設けられる。水素が撒布ダクト４１を通って処理室１に進入する。処理ガスは同様に水素とともにダクトに配置された導入管２６、２７を通って導かれる。
【００２１】
装置の運転中は約１６００℃まで加熱されるカバー板４を冷却されたガス導入装置６から絶縁するため、ガス導入装置を取り囲む炭素気泡体から成る絶縁スリーブ３２が設けられ、支持体３３に保持される。
【００２２】
参照番号５１によって、シランの分解生成物がメタンまたはプロパンと遭遇する処理室１の場所を例として示している。この点５１においてガス温度は分解成分の飽和温度より高くなるので過飽和効果は生じない。
【００２３】
搬送板３は支え管２４によって回転駆動され，回転駆動される基板保持器４５を支持する。基板保持器４５の間の範囲には補償板４８が充填される。これらは搬送板３の表面に緩く配置される。基板保持器４５および補償板４８の表面は互いに平らである。補償板４８はＴａＣから製作し交換可能であることが好ましい。
【００２４】
搬送板３が下側から加熱されると、補償板４８と搬送板３の間の水平合わせ目は基板保持器４５と搬送板３の間の水平合わせ目とほとんど同じ温度に上昇する。
【００２５】
外被５０には多数の軸方向に伸びる穴が設けられる。１つ以上の穴２７はシランの導入に使用されリング室３８に開口する。１つ以上の別の穴１５は水素の導入に使用されリング状の撒布ガス出口ノズル４１に接続されるリング室４２に開口する。
【００２６】
ダクト２７および１５と平行に冷却水供給および排出ダクト１４が設けられる。これは冷却水室２８に開口する。
【００２７】
開示されたすべての特徴は本発明に対し基本的なものである。従って、対応する／添付の優先書類（事前出願のコピー）の開示もまたすべて本出願の開示内に含まれるものであり、その目的のためこれらの書類の特徴もこの出願の請求事項に含まれるものである。
【００２８】
【発明の効果】
ガス導入範囲における分解生成物の液化が防止される。
［図面の簡単な説明］
【図１】反応炉ハウジングに配置された反応室から構成される反応炉の図式的描写である。
【図２】ガス導入装置を備えた反応室の拡大図である。
【図３】図３によるガス導入装置における、ガス導入装置を通る別の断面の図である。
【図４】図４のさらに別の断面の図である。

Claims (17)

1. 特に結晶質の層を、１つ以上の特に処理室（１）の同様な基板上に、処理室に導入されそこで熱分解によって変換された処理ガスによって沈積させる装置において、処理室（１）は第１の壁（３）および第１の壁に対向する第２の壁（４）を有し、第１の壁には少なくとも１つの加熱された基板保持器（４５）が配置され、少なくとも１つの反応ガスが液体で冷却されるガス導入装置（６）によって処理室（１）に供給される装置において、
   ガス導入装置（６）の冷却された区間が両方の壁（３、４）間の空間に突き出すことを特徴とする装置。
2. 特に結晶質の層を、１つ以上の特に処理室（１）の同様な基板上に、処理室に導入されそこで熱分解によって変換された処理ガスによって沈積させる方法において、処理室（１）は第１の壁（３）および第１の壁に対向する第２の壁（４）を有し、第１の壁に配置された加熱された基板保持器に基板が置かれ、２つの反応ガスが空間的に互いに離れて分解温度より低く冷却されて処理室（１）に供給される方法において、
   処理ガスが冷却されて処理室（１）の高温領域に導入され、両方のガスが処理室（１）で遭遇する場所（５１）は、分解生成物または生じ得る分解生成物の附加物の飽和温度より高いことを特徴とする方法。
3. 処理室（１）の第２の壁（４）が加熱可能または加熱されていることを特徴とする請求項１の装置又は請求項２の方法。
4. 処理室が１０００℃以上、特に１５００℃以上加熱されているか加熱することができることを特徴とする請求項１ないし３の何れかによる方法または装置。
5. ガス導入装置（６）が水によって冷却されているか冷却されることを特徴とする請求項１ないし４の何れかによる装置。
6. ガス導入装置（６）の冷却される区間（４９）が冷却水室（２８）を備えていることを特徴とする請求項５による装置。
7. 反応ガスが１０００℃以上，好ましくは１５００℃以上に加熱される処理室のグラファイト壁に直接隣接し、鋼から構成された冷却される壁を持つリング状の壁の隙間（３０）から流出することを特徴とする請求項１ないし６の何れかによる装置。
8. くさび隙間（３０）が狭いリング隙間（３７）を経て、導管（２７）が開口するリング室に結合されることを特徴とする請求項７による装置。
9. 中央の導管（２６）が、処理室（１）に突き出した区間（４９）の中央に開口していることを特徴とする請求項１ないし８の何れかによる装置。
10. 処理室（１）に突き出した切頭円錐状の区間（４９）の基礎面（５２）が、両方の壁のほぼ中央、好ましくは搬送板（３）に近い方にあることを特徴とする請求項１ないし９による何れかの装置。
11. 切頭円錐状の区間（４９）が中空で、中空の空間に冷却水案内板（２９）が配置されることを特徴とする請求項１０による装置。
12. ガス導入装置（６）の壁に結合され特にグラファイトから構成される保持体（３３）に保持カラーが形成され、特にグラファイトから構成されたリング状の加熱されたカバー板（４）が載っていることを特徴とする請求項１ないし１１による何れかの装置。
13. カバー板（４）に互いに噛み合って支えられる被覆リング（３４）が取り付けられ、内側にあるリングは保持カラーの縁に載っていることを特徴とする請求項１２による装置。
14. 被覆リング（３４）がＴａＣ、またはＴａＣ皮膜またはＳｉＣ皮膜のグラファイトから構成されることを特徴とする請求項１３による装置。
15. 背面が加熱される壁（３）が多数の、回転できる基板保持器（４５）用のリング状の搬送板を形成することを特徴とする請求項１ないし１４の何れかによる装置。
16. 搬送板（３）はリングの形状を備え、下側から中央支え板（２１）によって縁に噛み合うことによって支持されることを特徴とする請求項１５による装置。
17. 支え板（２１）の上にある引張板（２２）が搬送板（３）の縁（３’）によって支えられ、引張ロッドに噛み合うことを特徴とする請求項１６による装置。