JP2005048204A

JP2005048204A - 横型気相薄膜製造装置

Info

Publication number: JP2005048204A
Application number: JP2003203244A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Suzuki; 俊一鈴木; Yoshihisa Abe; 芳久阿部; Jun Komiyama; 純小宮山; Hideo Nakanishi; 秀夫中西
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】汚染が少なく、かつ、膜質及び膜厚が均一な高品質の成膜を可能とする横型気相薄膜製造装置の提供。
【解決手段】側壁の対向する位置に原料ガスＧの給気口２及び排気口３を設けたリアクタ１と、リアクタに収容され、基板Ｓを水平に保持するサセプタ４と、サセプタに保持される基板の裏面側に設置され、基板を加熱するメインヒータ５と、基板の表面と対向してリアクタの外部に設置され、リアクタ内を加熱するサブヒータ６と、メインヒータ及びサブヒータの出力を個別に制御する出力制御手段とを備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン（Ｓｉ）やサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）等の基板に気相成長により薄膜を形成するための横型気相薄膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
横型気相薄膜製造装置は、基板周辺全体を加熱するホット・ウォールタイプと基板のみを加熱するコールド・ウォールタイプに大別される。
従来のホット・ウォールタイプの横型気相薄膜製造装置は、図５、図６に示すように、側壁の対向する位置に原料ガスＧの給気口３１及び排気口３２を設けた箱形のリアクタ（反応器）３３内に、カーボン等からなり、基板Ｓを保持するサセプタを兼ねる角筒状の高周波誘導発熱体３４を収容し、この高周波誘導発熱体３４をリアクタ３３の外部に設置した高周波コイル３５により高周波誘導加熱して基板Ｓ周辺全体を加熱するように構成されている。
この装置では、基板Ｓの保持には、基板Ｓ周辺全体が加熱されるため大きな制約はなく（図５では膜成長面である表面を上にしたフェイス・アップ方式の基板保持を示す）、かつ、基板Ｓの加熱は、原料ガスＧの給、排気口３１，３２の２方向を除く全ての方向からとなる。
【０００３】
一方、コールド・ウォールタイプの横型気相薄膜製造装置は、図７に示すように、側壁の対向する位置に原料ガスＧの給気口３６及び排気口３７を設けた箱形のアリクタ３８内の下部に、カーボン等からなり、基板Ｓをフェイス・アップ方式で保持するサセプタを兼ねる円板状の高周波誘導発熱体３９を収容し、この高周波誘導発熱体３９をリアクタ３８の外部に設置した高周波コイル４０により高周波誘導加熱して基板Ｓを直接加熱するように構成されたり、又は図８に示すように、側壁の対向する位置に原料ガスＧの供給口４１及び排気口４２を設けた箱形のリアクタ４３内の上部に、基板Ｓをその膜成長面である表面を下にしたフェイス・ダウン方式で保持するサセタプ４４を設けると共に、サセプタ４４に保持された基板Ｓの裏面側に抵抗加熱方式の円形のホットプレート４５を設置し、基板Ｓを裏面側から加熱するように構成されている。
これらの装置では、基板Ｓの加熱は、一方向からとなる。
図７において４６は原料ガスＧの流れを整流する隔壁である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の横型気相薄膜製造装置におけるホット・ウォールタイプのものでは、基板Ｓ周辺に温度差が少ないため、原料ガスＧが基板Ｓに平行な層流で供給され、流れに従って原料ガス濃度（境界層）Ｇｐが薄くなるものの基板Ｓの回転により均一な成膜が可能となる反面、リアクタ３３内全般に温度が高くなるため、基板Ｓ以外の高周波誘導発熱体３３等への原料ガスＧによる析出物が多く、特に基板Ｓの保持がフェイス・アップ方式の場合、パーティクルＰによる汚染が激しくなる不具合がある。
【０００５】
一方、コールド・ウォールタイプのものでは、基板Ｓの加熱がそれのみ又は一方向からとなるため、基板Ｓ周辺以外には原料ガスＧによる析出物がないように制御可能である反面、基板Ｓ付近での急激な温度差の発生に伴って原料ガスＧの流れに乱流が発生し易く、形成される薄膜の膜質及膜厚が不均一となる不具合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、汚染が少なく、かつ、膜質及び膜厚が均一な高品質の成膜を可能とする横型気相薄膜製造装置の提供を課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の横型気相薄膜製造装置は、側壁の対向する位置に原料ガスの給気口及び排気口を設けたリアクタと、リアクタに収容され、基板を水平に保持するサセプタと、サセプタに保持される基板の裏面側に設置され、基板を加熱するメインヒータと、基板の表面と対向してリアクタの外部に設置され、リアクタ内を加熱するサブヒータと、メインヒータ及びサブヒータの出力を個別に制御する出力制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
一方、前記メインヒータがセンターを給気口側へずらして設置されていることが好ましい。
又、前記メインヒータ及びサブヒータがそれぞれ給気口側から排気口側へ複数のセグメントに分割されている一方、それぞれの出力制御手段が各セグメントの出力を個別に制御可能に設けられていることが好ましい。
更に、前記サセプタによる基板の保持がフェイス・ダウン方式であることが好ましい。
【０００９】
【作用】
本発明の横型気相薄膜製造装置においては、基板のみが裏面側からメインヒータにより主に、又、表面側から基板付近における原料ガスの流れの層流強化機能を兼ね備えるサブヒータにより補助的に加熱される。
【００１０】
メインヒータ及びサブヒータとしては、抵抗加熱、赤外線輻射加熱又は高周波誘導加熱のいずれの方式によるものであってもよい。
なお、高周波誘導加熱方式のものによる場合、メイン、サブヒータ相互が影響を受けないようにする必要がある。
サブヒータの出力は、メインヒータの出力の１０〜４０％程度とすることが好ましい。
【００１１】
一方、メインヒータがセンターを給気口側へずらして設置されていることにより、リアクタ内における給気口側の原料ガスの温度差が緩和される。
又、メインヒータ及びサブヒータがそれぞれ給気口側から排気口側へ複数のセグメントに分割されている一方、それぞれの出力制御手段が各セグメントの出力を個別に制御可能に設けられていることにより、基板の面内温度差を小さくし、原料ガス濃度（境界層）の変化（広がり）を抑制することが可能となる。
更に、サセプタによる基板の保持がフェイス・ダウン方式であることにより、パーティクルの堆積が抑制される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る横型気相薄膜製造装置の第１の実施の形態を示す模式的な断面図である。
【００１３】
図中１は石英ガラス等からなる箱形のリアクタで、このリアクタ１の側壁の対向する位置には、原料ガスＧの給気口２及び排気口３が設けられている。
サセプタ１内の上部には、基板Ｓをその膜成長面である表面（図１においては下面）を下にしたフェイス・ダウン方式で水平に保持するサセプタ４が収容されており、このサセプタ４は、リアクタ１と同様に石英ガラス等からなる。
又、リアクタ１内には、基板Ｓより適宜大径の円板状をなす抵抗加熱方式のメインヒータ５が、基板Ｓを主として加熱すべく、センターを基板Ｓのそれより給気口２側へずらし、サセプタ４に保持された基板Ｓの裏面側に基板Ｓと平行に設置されており、このメインヒータ５の出力は、図示しない出力制御手段によって制御可能に設けられている。
一方、基板Ｓの表面と対向するリアクタ１の外部には、基板Ｓより適宜大径の円板状をなす抵抗加熱方式のサブヒータ６が、リアクタ１内の原料ガスＧを主として加熱すべく、センターを基板Ｓのそれに合わせて基板と平行に設置されており、このサブヒータ６の出力は、図示しない出力制御手段によってメインヒータ５の１０〜４０％の出力でメインヒータ５とは別個に制御可能に設けられている。
【００１４】
上記横型気相薄膜製造装置において基板Ｓに薄膜を形成するには、サセプタ４に基板Ｓを保持した後、給気口２からパージガス（図示せず）を供給しながら、メインヒータ５及びサブヒータ６の出力を徐々に高め、パージガスを原料ガスＧと置換する。
給気口２から供給された原料ガスＧは、基板Ｓに層流となって到達し、基板Ｓに膜質及び膜厚の均一な薄膜を形成し、基板Ｓ周辺以外に析出することがなく、残余の原料ガスＧが排気口３から排出される。
ここで、上記装置によって成膜した基板Ｓ上のパーティクル数は、従来のコールド・ウォールタイプのものによるものと同等であり、かつ、薄膜の膜質及び膜厚の均一性は、従来のホット・ウォールタイプのものによるものと同程度であった。
【００１５】
図２は本発明に係る薄型気相薄膜製造装置の第２の実施の形態を示す模式的な断面図である。
なお、以下の説明において、図１のもの同一の構成部材等には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１６】
この横型気相薄膜製造装置は、第１の実施の形態のものが、メインヒータ５及びサブヒータ６をそれぞれ１枚のものとしたのに対し、メインヒータ５及びサブヒータ６をそれぞれ給気口２側から排気口３側へ複数のセグメント５ａ，５ｂ，５ｃ及び６ａ，６ｂに分割し、かつ、メインヒータ５及びサブヒータ６の出力制御手段（図示せず）を、各セグメント５ａ，５ｂ，５ｃ、６ａ，６ｂの出力を個別に制御可能に設けたものである。
上記メインヒータ５の出力制御手段による各セグメント５ａ，５ｂ，５ｃの出力を、図３に示すように、給気口２側から排気口３側へかけて段階的に低くする一方、サブヒータ６の出力制御手段による各セグメント６ａ，６ｂの出力を、図４に示すように、給気口２側から排気口３側へかけて段階的に高くすることにより、リアクタ１内における原料ガスＧによる温度低下を緩和する一方、原料ガス濃度Ｇｐの変化を抑制することができる。
【００１７】
なお、上述した両実施の形態においては、基板Ｓをフェイス・ダウン方式で保持する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、基板Ｓをフェイス・アップ方式で保持するようにしてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の横型気相薄膜製造装置によれば、基板のみが裏面側からメインヒータにより主に、又、表面側から基板付近における原料ガスの流れの層流強化機能を兼ね備えるサブヒータにより補助的に加熱されるので、汚染が少なく、かつ、膜質及び膜厚が均一な高品質の成膜を行うことができる。
【００１９】
一方、メインヒータがセンターを給気口側へずらして設置されていることにより、リアクタ内における給気口側の原料ガスの温度差が緩和されるので、サブヒータの層流強化機能と相俟って、基板へ到達する原料ガス流の層流化を高めることができる。
又、メインヒータ及びサブヒータがそれぞれ給気口側から排気口側へ複数のセグメントに分割されている一方、それぞれの出力制御手段が各セグメントの出力を個別に制御可能に設けられていることにより、基板の面内温度差を小さくし、原料ガス濃度（境界層）の変化（広がり）を抑制することが可能となるので、一層高品質な成膜を行うことができる。
更に、サセプタによる基板の保持がフェイス・ダウン方式であることにより、パーティクルの堆積が抑制されるので、パーティクル汚染を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る横型気相薄膜製造装置の第１の実施の形態を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明に係る横型気相薄膜製造装置の第２の実施の形態を示す模式的な断面図である。
【図３】図２の装置におけるメインヒータの出力の一例を示す説明図である。
【図４】図２の装置におけるサブヒータの出力の一例を示す説明図である。
【図５】従来のホット・ウォールタイプの横型気相薄膜製造装置の模式的な断面図である。
【図６】図５の装置における要部の側面図である。
【図７】従来のコールド・ウォールタイプの横型気相薄膜製造装置の模式的な断面図である。
【図８】従来の他のコールド・ウォールタイプの横型気相薄膜製造装置の模式的な断面図である。
【符号の説明】
１リアクタ
２給気口
３排気口
４サセプタ
５メインヒータ
５ａセグメント
５ｂセグメント
５ｃセグメント
６サブヒータ
６ａセグメント
６ｂセグメント
Ｇ原料ガス
Ｓ基板

Claims

側壁の対向する位置に原料ガスの給気口及び排気口を設けたリアクタと、リアクタに収容され、基板を水平に保持するサセプタと、サセプタに保持される基板の裏面側に設置され、基板を加熱するメインヒータと、基板の表面と対向してリアクタの外部に設置され、リアクタ内を加熱するサブヒータと、メインヒータ及びサブヒータの出力を個別に制御する出力制御手段とを備えることを特徴とする横型気相薄膜製造装置。
前記メインヒータがセンターを給気口側へずらして設置されていることを特徴とする請求項１記載の横型気相薄膜製造装置。
前記メインヒータ及びサブヒータがそれぞれ給気口側から排気口側へ複数のセグメントに分割されている一方、それぞれの出力制御手段が各セグメントの出力を個別に制御可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の横型気相薄膜製造装置。
前記サセプタによる基板の保持がフェイス・ダウン方式であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の横型気相薄膜製造装置。