JP2016184734A - エピタキシャル成長装置用のチャンバ構成要素 - Google Patents

Abstract

【課題】エピタキシャル成長装置用のチャンバ構成要素を提供すること。
【解決手段】反応チャンバは、シーリング板によって画定および形成される。反応物ガスは、側壁に配された反応物ガス供給経路内で、反応チャンバ内の反応物ガスの流動方向の水平成分が、反応物ガス供給経路の開口の中心から延びる方向の水平成分に対応するように整流される。エピタキシャル成長装置の上部側壁、サセプタおよび整流板を改良した結果、基板上に形成されるエピタキシャル層の均一性および形成速度が向上し、その結果、スループットがより大きくなり、欠陥が減少した。
【選択図】図１２Ａ

Description

本開示は、エピタキシャル成長を使用した膜形成方法およびエピタキシャル成長装置に関し、より詳細には、該エピタキシャル成長装置用のチャンバ構成要素であって、該方法を可能にするチャンバ構成要素に関する。

現在のところ、エピタキシャル成長を使用して基板上にエピタキシャル膜を成長させるエピタキシャル成長装置としては、プロセスチャンバと、プロセスチャンバ内に配され、回転軸を軸に基板を回転させるように構成された回転可能な基板支持体と、を含む装置であって、基板支持体上の基板上に膜を形成するために、基板に対して平行な方向に反応物ガス（ｒｅａｃｔａｎｔ ｇａｓ）が基板に導入される装置が知られている。
このようなエピタキシャル成長装置では現在、成長速度を増大させることが求められている。しかしながら、例えば成長速度をさらに増大させるために、反応物ガスに大量の原料ガス（ｓｏｕｒｃｅ ｇａｓ）を含めることは好ましくない。膜形成コストの増大または粒子数の増加の原因となるためである。
エピタキシャル成長では、基板の表面の境界層（ｂｏｕｎｄａｒｙ ｌａｙｅｒ）の厚さ（反応物ガス流の主ストリームの流量の９９％の流量を有する位置における厚さ）が薄くなると、成長速度の増大が期待されることが知られている。その一方で、境界層の厚さが単純に薄くなると、基板の表面を基板の周縁に向かって反応物ガスが逃げる流れが形成され、したがって、膜厚分布または抵抗率分布を調整することは難しい。

本明細書では、一実施形態として、エピタキシャル成長装置用の上部側壁が開示される。この上部側壁は本体を含む。本体は、上面と、底面と、第１および第２の凸形部分とを含む。上面は、シーリング板（ｃｅｉｌｉｎｇ ｐｌａｔｅ）と接触部（ａｂｕｔｍｅｎｔ）を形成するように構成された環の形状を有する。この環の形状は中心軸の周りに配される。底面は、接触面（ａｂｕｔｍｅｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ）と流れ案内面とを含む。接触面は、上部側壁を支持する下部側壁と接触部を形成するように構成される。流れ案内面は、前駆体ガスを基板へ導き、基板から前駆体ガスを導くように構成される。第１および第２の凸形部分はそれぞれ底面から延びる。流れ案内面は、第１の凸形部分と第２の凸形部分の間に配される。
本明細書では、別の実施形態として、整流板が開示される。この整流板は、細長い本体と、複数の貫通穴と、締め具穴とを含む。細長い本体は、第１の表面および第２の表面を含む。第２の表面は第１の表面の反対側にある。複数の貫通穴は、第１の表面から第２の表面まで延びる。これらの複数の貫通穴は、少なくとも３つのグループに割り振られる。締め具穴は、これらの少なくとも３つのグループの隣り合う貫通穴間に配される。この締め具穴は、第１の表面から第２の表面まで延びる。

本明細書では、別の実施形態として、エピタキシャル成長装置内で基板を支持するサセプタ（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）が開示される。このサセプタは、環状の本体および複数の貫通穴を含む。環状の本体は、中心軸から外側半径まで延びる。この環状の本体は、頂面および頂面の反対側の底面を含む。頂面は、凹形部分、非凹形部分および移行部分を含む。凹形部分は、中心軸のところに配され、内側半径まで延びる。非凹形部分は、環状の本体の周囲に沿って配される。移行部分は、凹形部分を非凹形部分に接続する。この移行部分は、基板と接触部を形成し、基板を支持するように構成される。この移行部分は、頂面が上を向き、中心軸が垂直に配されたときに非凹形部分よりも高い高さにある。複数の貫通穴は、頂面から底面まで延びる。これらの複数の貫通穴は、凹形部分内および非凹形部分内に位置する。凹形部分内および非凹形部分内における複数の貫通穴の密度は、１平方センチメートル当たり少なくとも５．０個である。

本開示の一実施形態に基づくエピタキシャル成長装置の全体構成を示す断面図である。 本開示の実施形態に基づく反応チャンバの構成を示す分解透視図である。 本開示の実施形態に基づく反応チャンバの外部構成を示す分解透視図である。 本開示の実施形態に基づくシーリング部分の構成を示す透視断面図である。 本開示の実施形態に基づく側壁の内部構成を概略的に示す図である。 本開示の実施形態に基づく反応物ガス供給経路を示す断面図である。 本開示の実施形態に基づく反応物ガス供給経路を概略的に示す図である。 本開示の実施形態に基づく反応物ガス供給経路を概略的に示す図である。 本開示の実施形態に基づく整流板の例を示す透視図である。 本開示の実施形態に基づく整流板の例を示す透視図である。 本開示の実施形態に基づくサセプタリングの例を示す部分断面図である。 本開示の実施形態に基づくサセプタリングの別の例を示す部分断面図である。 本開示の実施形態に基づくサセプタの例を示す上面図である。 それぞれ図１１のサセプタの別の実施形態の上面透視図、下面透視図、上面図および下面図である。 それぞれ図１１のサセプタの別の実施形態の上面透視図、下面透視図、上面図および下面図である。 それぞれ図１１のサセプタの別の実施形態の上面透視図、下面透視図、上面図および下面図である。 それぞれ図１１のサセプタの別の実施形態の上面透視図、下面透視図、上面図および下面図である。 それぞれ図１１のサセプタの別の実施形態の上面透視図、下面透視図、上面図および下面図である。 それぞれ図１１のサセプタの別の実施形態の上面透視図、下面透視図、上面図および下面図である。 それぞれ図１１のサセプタの別の実施形態の上面透視図、下面透視図、上面図および下面図である。 それぞれ図１１のサセプタの別の実施形態の上面透視図、下面透視図、上面図および下面図である。 それぞれ図１１のサセプタの別の実施形態の上面透視図、下面透視図、上面図および下面図である。 それぞれ図１１のサセプタの別の実施形態の上面透視図、下面透視図、上面図および下面図である。 本開示の実施形態に基づくサセプタ支持体の構成を概略的に示す図である。 本開示の実施形態に基づくサセプタシャフトを示す透視図である。 本開示の実施形態に基づく基板リフトの例を示す透視図である。 本開示の実施形態に基づくガス排出管の例を示す透視断面図である。 本開示の実施形態に基づく上リフレクタの例を示す透視図である。 本開示の実施形態に基づく下リフレクタの例を示す透視図である。 実施例および比較例の結果を示すグラフである。 図１の上部側壁の上面透視図、下面透視図、下面図、左側面図および左断面図である。 図１の上部側壁の上面透視図、下面透視図、下面図、左側面図および左断面図である。 図１の上部側壁の上面透視図、下面透視図、下面図、左側面図および左断面図である。 図１の上部側壁の上面透視図、下面透視図、下面図、左側面図および左断面図である。 図１の上部側壁の上面透視図、下面透視図、下面図、左側面図および左断面図である。 図１の上部側壁の上面透視図、下面透視図、下面図、左側面図および左断面図である。 関連技術に基づくエピタキシャル成長装置の反応チャンバの外側構成を示す分解透視図である。 関連技術に基づくエピタキシャル成長装置の上リフレクタの例を示す透視図である。 関連技術に基づくエピタキシャル成長装置の下リフレクタの例を示す透視図である。 それぞれ図８Ａおよび８Ｂの整流板の別の実施形態の上面正面透視図、正面図および上面図である。 それぞれ図８Ａおよび８Ｂの整流板の別の実施形態の上面正面透視図、正面図および上面図である。 それぞれ図８Ａおよび８Ｂの整流板の別の実施形態の上面正面透視図、正面図および上面図である。 それぞれ図２４Ａの整流板の上流の反応物ガス導入部分の背面下面透視図および正面下面透視図である。 それぞれ図２４Ａの整流板の上流の反応物ガス導入部分の背面下面透視図および正面下面透視図である。 図２４Ａの整流板および図２５Ａの反応物ガス導入部分を示す、図１のエピタキシャル成長装置の例の部分上面透視分解図である。

本開示は、上記の状況を考慮して、安定した高い成長速度を達成することができ、同時に膜厚分布または抵抗率分布の観点から膜品質を保証することができる、エピタキシャル成長を使用した膜形成方法およびエピタキシャル成長装置を提供する。より具体的には、本開示では、このようなエピタキシャル成長装置用のチャンバ構成要素であって、このような膜形成方法を可能にするチャンバ構成要素を記載する。例示的なチャンバ構成要素は上部側壁、サセプタおよび整流板を含み、これらの構成要素を改良した結果、基板上に形成されるエピタキシャル層の均一性および形成速度が向上し、その結果、スループットがより大きくなり、欠陥が減少した。

本開示の一実施形態によれば、エピタキシャル成長装置用の上部側壁が開示される。この上部側壁は、シーリング板と接触部を形成するように構成された環の形状を含む上面を備える本体を含み、この環の形状は中心軸の周りに配される。上部側壁はさらに、接触面と流れ案内面とを含む底面を含む。接触面は、上部側壁を支持する下部側壁と接触部を形成するように構成され、流れ案内面は、前駆体ガスを基板へ導き、基板から前駆体ガスを導くように構成される。上部側壁はさらに、それぞれ底面から延びる第１および第２の凸形部分を含み、流れ案内面は、第１の凸形部分と第２の凸形部分の間に配される。このようにすると、より高い均一性で、前駆体ガスを基板へ導き、基板から前駆体ガスを導くことができる。
本開示の別の実施形態によれば、エピタキシャル成長装置用の前駆体ガスサブシステムが開示される。この前駆体ガスサブシステムは、出力面を備える反応物ガス導入部分と、少なくとも１種類の前駆体ガスを出力面へ送達するように構成された複数の出力チャネルとを含む。前駆体ガスサブシステムはさらに整流板を含む。整流板は、第１の表面と、第１の表面の反対側の第２の表面と、締め具穴と、第１の表面から第２の表面まで延びる複数の貫通穴であり、複数のグループに割り振られた複数の貫通穴とを含む。これらの複数のグループはそれぞれ、複数の出力チャネルに関連づけられており、締め具穴は、整流板を反応物ガス導入部分に取り付けるためにそれを通して締め具が挿入されるように構成される。このようにすると、複数の出力チャネル間の交差流漏れ（ｃｒｏｓｓ ｆｌｏｗ ｌｅａｋａｇｅ）が低減するため、より均一なエピタキシャル層を基板上に形成することができる。

本開示の別の実施形態によれば、エピタキシャル成長装置内で基板を支持するサセプタが開示される。このサセプタは、中心軸から外側半径まで広がる環状の本体を含む。環状の本体は、頂面および頂面の反対側の底面を含む。頂面は、中心軸のところに配された、内側半径まで広がる凹形部分を含む。頂面はさらに、環状の本体の周囲に沿って配された非凹形部分を含む。頂面はさらに、凹形部分を非凹形部分に接続する移行部分を含む。移行部分は、基板と接触部を形成し、基板を支持するように構成されており、頂面が上を向き、中心軸が垂直に配されたときに、凹形部分よりも高い高さにあり、かつ非凹形部分よりも低い高さにある。サセプタはさらに、頂面から底面まで延びる複数の貫通穴を含み、それらの複数の貫通穴は、凹形部分内および非凹形部分内に位置する。凹形部分内および非凹形部分内におけるそれらの複数の貫通穴の密度は、１平方センチメートル当たり少なくとも５つである。このようにすると、エピタキシャル層形成均一性を向上させるより均質な熱特性を有するようにエピタキシャル成長装置内で基板を支持することができる。

ここで、シーリング板は、支持体によって、シーリング板と基板の頂面の間の距離が所定の値に等しくなるかまたはその値よりも小さくなるように支持されることが好ましい。
反応物ガス供給経路は、反応物ガスの入口から、反応チャンバに接続された出口まで上に向かって延びる段の形に形成することができる。この場合には、この段の形の反応物ガス供給経路内で、反応物ガスの原料である複数の原料ガスが混合される。
ガス排出経路は、側壁の外側に配されたガス排出部分に接続することができ、ガス排出部分は、ガス排出経路に接続された内側から外側へ次第に狭くなる開口を有するように形成することができる。

反応物ガスを予熱するために、基板載置部分の外周にサセプタリングを配することができる。このサセプタリングは、側壁に配されたフランジ（ｆｌａｎｇｅ）部分上に載置される外側リング部分と、外側リング部分の頂面に配された凹形部分上に載置される内側リング部分の２つの部材を含むことができ、内側リング部分は、基板載置部分の周縁および基板載置部分の内周縁と外側リング部分の内周縁との間の間隙を低減させるような内径を有することができる。この場合には、内側リング部分を使用することによって、基板載置部分の周縁から基板載置部分の底面へ反応物ガスが流れることが防止される。
基板載置部分は複数の貫通穴を有することができる。

反応チャンバを所定の成長温度まで加熱するための第１の加熱手段を反応チャンバの上方に配することができ、この第１の加熱手段の上方に第１のリフレクタを配することができ、反応チャンバを所定の成長温度まで加熱するための第２の加熱手段を反応チャンバの下方に配することができ、この第２の加熱手段の下方に第２のリフレクタを配することができる。この場合には、第１のリフレクタが、第１の加熱手段からの熱線（ｈｅａｔ ｗａｖｅ）を反応チャンバの中心へ反射する第１の傾斜部分と、第１の加熱手段からの熱線を垂直に下降する方向へ反射する第１の水平部分とを含むこと、ならびに第１の傾斜部分と第１の水平部分の面積比が所定の比となるように、また第１の傾斜部分および第１の水平部分の分布が偏らないように、第１の傾斜部分および第１の水平部分が配置されることが好ましい。加えて、第２のリフレクタが、第２の加熱手段からの熱線を反応チャンバの中心へ反射する第２の傾斜部分と、第２の加熱手段からの熱線を垂直に上昇する方向へ反射する第２の水平部分とを含むこと、ならびに第２の傾斜部分と第２の水平部分の面積比が所定の比となるように、また第２の傾斜部分および第２の水平部分の分布が偏らないように、第２の傾斜部分および第２の水平部分が配置されることが好ましい。

本開示に基づくエピタキシャル成長を使用した膜形成方法およびエピタキシャル成長装置では、支持体が、シーリング板を、シーリング板の外側および上側から支持するため、基板の頂部とシーリング板の間の距離が小さく、熱応力が大きいときでも、満足のいく形でシーリング板を支持することが可能である。したがって、境界層の厚さを薄くすることが可能であり、それによって成長速度の増大に寄与することができる。一方、反応チャンバに導入される前に、反応物ガスは、側壁に配された反応物ガス供給経路内で、反応チャンバ内の反応物ガスの流動方向の水平成分が、反応物ガス供給経路の反応チャンバに面した開口の中心から反応チャンバの中心まで延びる方向の水平成分に対応するように整流される。これに従って、反応チャンバ内の基板の表面を基板の周縁に向かって反応物ガスが逃げる流れの増大を抑制し、境界層の厚さを低減させ、それによって反応物ガス流の安定化に寄与することが可能である。その結果、安定した高い成長速度を達成し、同時に膜厚分布または抵抗率分布の観点から膜品質を保証することが可能である。

以下では、本開示の一実施形態に基づくエピタキシャル成長装置、およびこのエピタキシャル成長装置を使用して実行される、エピタキシャル成長を使用した膜形成方法について説明する。このようなエピタキシャル成長装置用のチャンバ構成要素であって、この膜形成方法の利点を得るのに特に有益なチャンバ構成要素についても説明する。

エピタキシャル成長装置の構成
最初に、本開示の実施形態に基づくエピタキシャル成長装置１の構成を概略的に説明する。図１は、エピタキシャル成長装置１の全体構成を示す断面図である。図２は、エピタキシャル成長装置１の反応チャンバ２の構成を示す分解透視図である。図３は、エピタキシャル成長装置１の反応チャンバ２の外部構成を示す分解透視図である。
エピタキシャル成長装置１は、基板Ｗ上で例えばシリコン膜がエピタキシャル成長することを可能にする膜形成装置である。
エピタキシャル成長装置１は反応チャンバ２を含む。反応チャンバ２は、その上に基板Ｗが載置されるサセプタ３、側壁４、およびシーリング５を含む。
サセプタ３は、上側から見たときに円の形状を有する板状部材であり、基板Ｗよりもわずかに大きなサイズを有する。サセプタ３は、基板Ｗがその上に載置される基板凹形部分３ａを含む。サセプタ３は、複数のアームを有するサセプタ支持体６によって支持される。

サセプタ支持体６は、サセプタ３を支持すると同時にサセプタ３を上げ下げする。基板Ｗがその上に載置されたサセプタ３の表面の揚程（ｌｉｆｔｉｎｇ ｒａｎｇｅ）は、サセプタ３上の基板Ｗ上に膜が形成される膜形成位置Ｐ１から、エピタキシャル成長装置１に基板Ｗが出し入れされる基板運搬位置Ｐ２までである。サセプタ支持体６は、膜形成位置Ｐ１においてサセプタ支持体６の軸を軸にして回転することによって、サセプタ３および基板Ｗが回転することを可能にするように構成される。
膜形成位置Ｐ１では、サセプタ３の周囲に環状のサセプタリング７が配される。詳細は後に説明するが、サセプタリング７は、第１のリング１１と、第１のリング１１上に置かれた第２のリング１２とを含む。サセプタリング７は、反応チャンバ２の側壁４に配されたフランジ部分１３によって支持される。

シーリング部分５は、シーリング板２１と、シーリング板２１を支持する支持体２２とを含む。シーリング板２１は透過性を有し、シーリング板２１の外側の上方に配された加熱手段２３（例えばハロゲンランプ）および上リフレクタ２６からの熱を伝導することによって、反応チャンバ２の内側を加熱するように構成される。すなわち、この実施形態に基づくエピタキシャル成長装置１はコールドウォール型（ｃｏｌｄ ｗａｌｌ ｔｙｐｅ）のエピタキシャル成長装置である。この実施形態では、シーリング板２１が石英から形成される。
シーリング板２１を支持する支持体２２は環の形状を有する。シーリング板２１は、支持体２２の内縁の内側の開口２４の基板Ｗに近い端に固着される。固着する方法の一例は溶接法である。
側壁４は、環状の上部側壁３１と環状の下部側壁３２とを含む。フランジ部分１３は下部側壁３２の内周上に配される。フランジ部分１３の下方には基板運搬ポート３０が配される。上部側壁３１は、その頂面に、支持体２２の突出部２５の外側の傾斜部分に対応する傾斜部分を有する。支持体２２は、上部側壁３１のこの傾斜上に配される。

下部側壁３２の頂面において、切取り部（ｃｕｔｏｕｔ）が形成されていないその外周の一部は、上部側壁３１がその上に載置される載置面３３の役目を果たす。下部側壁３２には、下部側壁３２の切取り部によって第１の凹形部分３４が形成される。すなわち、第１の凹形部分３４は、下部側壁３２の頂面の載置面３３が形成されていない部分に形成された凹形部分である。上部側壁を下部側壁３２上に載置したときに第１の凹形部分３４に対応する上部側壁３１の位置には、第１の凹形部分３４の形状に対応するため、および第１の凹形部分３４と第１の凸形部分の間に間隙３５を形成するために、第１の凸形部分３６が形成される。第１の凸形部分３６と第１の凹形部分３４の間の間隙３５は反応物ガス供給経路４１（供給経路）の役目を果たす。反応物ガス供給経路４１の詳細については後述する。

下部側壁３２の第１の凹形部分３４とは反対の領域では、下部側壁３２の頂面の外周部分の一部が切り取られて、第２の凹形部分３７を形成する。第２の凹形部分３７の形状に対応するため、および第２の凹形部分３７と第２の凸形部分の間に間隙３８を形成するために、上部側壁３１には、上部側壁を下部側壁３２上に載置したときに第２の凹形部分３７に対応する位置に、第２の凸形部分３９が形成される。第２の凹形部分３７と上部側壁３１の第２の凸形部分３９とによってガス排出経路４２が形成される。
このようにすると、反応チャンバ２内において反応物ガス供給経路４１とガス排出経路４２とが互いに向かい合わせとなり、反応チャンバ２内の反応物ガスが基板Ｗの上を水平方向に流れる。
下部側壁３２の第２の凹形部分３７を構成する壁面４３には、そこを通してパージガスが排出されるパージ穴４４が形成される。パージ穴４４はフランジ部分１３の下方に形成される。パージ穴４４は第２の凹形部分３７を構成する壁面４３に形成されるため、パージ穴４４はガス排出経路４２と連通する。したがって、反応物ガスとパージガスはともにガス排出経路４２を通して排出される。

側壁４の下部側壁３２の底面側には環状のプラットホーム４５が配され、側壁４はプラットホーム４５上に置かれる。このプラットホームは、環状のクランプ部分５１内に配することができる（図１参照）。
シーリング部分５、側壁４およびプラットホーム４５の外周側には環状クランプ部分５１が配され、環状クランプ部分５１は、シーリング部分５、側壁４およびプラットホーム４５をクランプし支持する。クランプ部分５１は、反応物ガス供給経路４１と連通した供給側連通経路５２と、ガス排出経路４２と連通した排出側連通経路５３とを備える。供給側連通経路５２にはガス導入管５５が挿入される。排出側連通経路５３にはガス排出管５８が挿入される。

クランプ部分５１の外側に反応物ガス導入部分５４が配され、反応物ガス導入部分５４と供給側連通経路５２は互いに連通する。この実施形態では、反応物ガス導入部分５４から第１の原料ガスおよび第２の原料ガスが導入される。第２の原料ガスはキャリアガスの役目も果たす。３種類以上のガスの混合物を反応物ガスとして使用することもできる。供給側連通経路５２と反応物ガス導入部分５４との接合部に整流板５６が、ガス流チャネルに対して垂直になるように配される。整流板５６は、周囲方向に沿って一列に並んだ複数の穴５６ａを備え、これらの穴５６ａを反応物ガスが通り抜けるようにすることによって、第１の原料ガスと第２の原料ガスは混合および整流される。クランプ部分５１の外側にガス排出部分５７が配される。ガス排出部分５７は、反応チャンバ２の中心を間に挟んで、反応物ガス導入部分５４と向かい合う位置に配される。
プラットホーム４５の内周側の下部には装置底部分６１が配される。装置底部分６１の外側には別の加熱手段６２および下リフレクタ６５が配され、下側から基板Ｗを加熱することができる。
装置底部分６１の中心は、そこを通してサセプタ支持体６の軸部分６３が挿入されパージガスが導入されるパージガス導入部分（図示せず）を備える。パージガスは、パージガス導入部分内に配された図示されていないパージガス導入手段から、装置底部分６１、下部側壁３２およびプラットホーム４５によって形成された反応チャンバ下部６４に導入される。パージ穴４４は反応チャンバ下部６４と連通する。

エピタキシャル成長を使用した膜形成方法の概要
以下では、この実施形態に基づくエピタキシャル成長装置を使用した膜形成方法を説明する。
最初に、サセプタ３を基板運搬位置Ｐ２へ移動させ、基板運搬ポート３０から基板Ｗを入れ、サセプタ３を膜形成位置Ｐ１へ移動させる。例えば直径２００ｍｍのシリコン基板が基板Ｗとして使用される。次いで、加熱手段２３および６２を使用することによって、基板を、待機温度（例えば８００℃）から成長温度（例えば１１００℃）まで加熱する。パージガス導入部分から反応チャンバ下部６４へパージガス（例えば水素）を導入する。反応物ガス導入部分５４から反応物ガス供給経路４１を通して反応チャンバ２に、反応物ガス（例えば第１の原料ガスとしてのトリクロロシランおよび第２の原料ガスとしての水素）を導入する。この反応物ガスは基板Ｗの表面に境界層を形成し、この境界層内で反応が起こる。これに従って、基板Ｗ上にシリコン膜が形成される。この反応物ガスを、反応チャンバ２と連通したガス排出経路４２から排出する。パージガスを、パージ穴４４を通してガス排出経路４２に排出する。このようにしてエピタキシャル成長が終わった後、温度は待機温度まで下がり、基板Ｗは取り出され、半導体製造装置の別のチャンバへ移される。

エピタキシャル成長装置を使用した膜形成方法の詳細
以下では、この実施形態に基づくエピタキシャル成長装置１の構成部材の詳細およびこの実施形態に基づく膜形成方法の詳細を説明する。

図４は、この実施形態のシーリング部分５の構成を示す透視断面図である。この図面に示されているように、シーリング板２１を支持する支持体２２の内縁は、基板に向かって徐々に小さくなる直径を有する。シーリング板２１は、内縁の基板Ｗに面した端部に固着される。支持体２２を裏側（底側）から見ると、内周部分が突出して突出部２５を形成する。突出部２５は、突出方向に徐々に小さくなる直径を有するように形成される。このようにすると、支持体２２は２つの傾斜部分を含む。すなわち、支持体２２は、シーリング板２１を、シーリング板２１の周縁のところで周縁の上側および外側から支持する。突出部２５は、支持体２２のシーリング板との境界面のところを厚くし、それによって突出部２５がなければ支持体２２内に通常形成されるであろう応力集中を回避することにより、熱によって誘起された応力亀裂が支持体２２内に生じることを防ぐ。

図２０Ａ〜２０Ｆは、図１の上部側壁３１の上面透視図、下面透視図、下面図、左側面図および左断面図である。上部側壁３１は、頂面２００を有する本体１９９を含み、頂面２００は、支持体２２の突出部２５に接触するように構成される。頂面２００は、中心軸Ａ１を有する湾曲した環の形状を有するように形成することができる。この湾曲した環の形状は、上部側壁の周囲に沿って均一とすることができる。この均一性は、支持体２２が、上部側壁３１との境界面を効率的に形成することを可能にする。さらに、接触境界面が形成されるときにシーリング板２１をより低く配し、それによって基板Ｗとシーリング板２１の間の距離Ｈを小さくするために、頂面の角度ｑ₀を、中心軸Ａ１に垂直な方向に対して少なくとも１８度傾けて、突出部２５が上部側壁３１を貫通または実質的に貫通することを可能にすることができる。

上部側壁３１はさらに、上部側壁３１の底面２０２から中心軸Ａ１に対して平行に延びる第１および第２の凸形部分３６、３９を含む。第１および第２の凸形部分３６、３９はそれぞれ、互いに向かい合う内面２０５Ａ、２０５Ｂを含むことができ、内面２０５Ａ、２０５Ｂは、中心軸Ａ１から等距離のところに配することができる。第１および第２の凸形部分３６、３９は、下部側壁３２の第１および第２の凹形部分３４、３７の形状に対応し、これらの部分間にそれぞれ配された間隙３５、３８は、反応物ガス供給経路４１およびガス排出経路４２の役目を果たす。第１および第２の凸形部分３６、３９はそれぞれ、上部側壁３１の周囲に沿って、対応するそれぞれの角長さ（ａｎｇｕｌａｒ ｌｅｎｇｔｈ）ｑ₁、ｑ₂に従って延びることができる。この角長さは７５度から１１０度の範囲にある。角長さｑ₁、ｑ₂は、前駆体ガスが、基板Ｗの上を均一に覆い、基板Ｗを横切った後に反応チャンバ２（図１）を出ることを可能にする。前駆体ガスが反応チャンバ２に入るときと反応チャンバ２を出るときの前駆体ガスの温度変化および質量変化を考慮するために、角長さｑ₁、ｑ₂が互いに異なっていてもよいが、それらは同じであることが好ましい。上部側壁の底面２０２は、第１の凸形部分３６と第２の凸形部分３９の間に配された流れ案内面２０４Ａ、２０４Ｂを含むことができる。流れ案内面２０４Ａ、２０４Ｂはそれぞれ、反応物ガス供給経路４１を反応チャンバ２へ案内するため、および反応物ガス供給経路４１を反応チャンバ２から案内するために使用される。基板Ｗのところにおける前駆体ガスの均一な境界層の形成を容易にするため、流れ案内面２０４Ａは、基板Ｗに対して平行にもしくは実質的に平行に（または中心軸Ａ１に対して直角に）配することができる。前駆体ガスが基板Ｗを横切った後の基板Ｗからの前駆体ガスの効率的な除去を容易にするため、流れ案内面２０４Ｂは、中心軸Ａ１に対して直角でない角度で配することができる。このようにすると、上部側壁３１は、均一性を強化するように、前駆体ガスを基板Ｗへ導き、基板Ｗから前駆体ガスを導くことができる。

上部側壁３１の底面２０２はさらに、下部側壁３２に対して接触部を形成するように配置された接触面２０６Ａ、２０６Ｂを含むことに気づく。下部側壁３２上への効率的な据付けを容易にするために、接触面２０６Ａ、２０６Ｂは中心軸Ａ１に対して直角に配することができる。動作中の低い熱膨張および高い温度抵抗のために、上部側壁３１の本体も石英を含むことができる。動作中に熱応力亀裂を生じる機会を最小化するため、上部側壁３１の本体は一体として形成することができる。
支持体２２は、関連技術の形状ほどには応力が集中しない形状に形成されているため、このようにすると、この実施形態では、基板Ｗとシーリング板２１の間の距離Ｈを小さくすること、すなわち１０ｍｍ未満にすることができる。

具体的には、加熱手段２３からの赤外線の大部分はシーリング板２１を通過するが、シーリング板２１は、サセプタ３または基板Ｗからの放射熱を吸収する。吸収された熱は、支持体２２との接合部を通してシーリング板２１から支持体２２へ入力される。ここで、基板Ｗとシーリング板２１の間の距離Ｈを小さくすると、吸収される放射熱の量が増大し、支持体２２に入力される熱量が増大する。したがって、関連技術のシーリング部分５’の場合のように支持体２２が実質的に長方形のコーナ２５’を有するときには、コーナ２５’に応力が集中して亀裂などを発生させることがある。
一方、この実施形態では、支持体２２に突出部２５を形成し、シーリング板２１を、シーリング板２１の周縁のところで周縁の上側および外側から支持することによって、応力が容易に集中するコーナ（２５’）をできるだけ小さく形成することなく基板側にシーリング板２１を支持することができる。
この実施形態では、前述のとおり、境界層を薄くするためにシーリング板２１と基板Ｗの間の距離が小さくされているため、反応物ガスは基板Ｗの外側へ逃げやすく、基板の膜厚分布が十分に均一化されない可能性がある。好ましくはこのことが防止されるべきである。これに従って、この実施形態では、後述するように、反応物ガス供給経路４１内に、ガス流を均一化するための案内部分が配される。

以下では、図５〜７Ｂを参照して、反応物ガス供給経路４１内に配される案内部分について詳細に説明する。前述のとおり、反応物ガス供給経路４１は、下部側壁３２の第１の凹形部分３４と上部側壁３１の第１の凸形部分３６とによって形成され、供給側連通経路５２内のガス導入管５５を介して反応物ガス導入部分５４と連通する。反応物ガス供給経路４１は、ガス導入方向に対応する方向（水平方向）に反応物ガス導入部分５４から延びる第１の供給経路７１と、第１の供給経路７１と連通し、ガス導入方向に対して垂直な方向（垂直方向）に延びる第２の供給経路７２と、第２の供給経路７２と連通し、ガス導入方向に対して平行な方向（水平方向）に延びる第３の供給経路７３とを含む。第３の供給経路７３は反応チャンバ２と連通する。すなわち、反応物ガス供給経路４１は、反応物ガスの入口である供給側連通経路５２から、反応物ガスの出口であり反応チャンバ２に接続された出口まで上に向かって延びる段の形に形成される。

ここで、第２の供給経路７２は前述のとおり垂直方向に延びているため、反応物ガス導入部分から導入されたガスは、第２の供給経路７２の反応物ガス導入部分５４に面した壁面７４と触接する。これに従って、反応物ガスは拡散し、反応物ガスの混合特性が改良される。すなわち、第２の供給経路７２は反応物ガスの混合チャンバの役目を果たす。この場合に、この実施形態では、第２の供給経路７２内に反応物ガスが滞留しないように、第２の供給経路７２の壁面７４に、垂直方向に延びる溝７５が形成され、溝７５は案内部分の役目を果たす。溝７５がこのように形成されるため、第２の供給経路７２の壁面７４と触接することによって拡散したガスは第３の供給経路７３に容易に流入することができ、このガスは溝７５に沿って整流されて、反応物ガスの直線流動特性（ｒｅｃｔｉｌｉｎｅａｒ ｆｌｏｗｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）を向上させ、それによって反応物ガスが反応チャンバ２に流入するときの反応物ガスの拡散を抑制することができる。

以下では、溝７５について詳細に説明する。第２の供給経路７２の壁面７４の表面全体に、複数の溝７５が、凹形部分として連続的に形成される。図７Ｂに示されているように、この実施形態では、凹形部分としての溝７５が、溝の幅の方向に湾曲しており、上側から見たときにそれぞれの溝７５は弧の形状を有する。溝７５は幅の方向に湾曲しているため、反応物ガスは、壁面７４の溝７５の底と触接したときに拡散しにくく（集中しやすく）、反応チャンバ２に流入したときに基板Ｗの外側へ拡散しにくい。溝７５の深さが過度に大きいと、拡散を抑制することはできるが、反応物ガス中の第１の原料ガスと第２の原料ガスが混合されにくい。本開示の一実施形態では、溝７５の深さが好ましくは１ｍｍ〜５ｍｍの範囲、より好ましくは３ｍｍに設定される。
溝７５は、下部側壁３２のインプレーン方向（ｉｎ−ｐｌａｎｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に中心ｃに向かって形成される。すなわち、溝７５は、下部側壁３２の周囲方向に沿って配置される。溝をこのように配置することによって、溝７５によって案内され反応チャンバ２に導入された反応物ガスの流動方向の水平成分が、反応物ガス供給経路４１の反応チャンバ２に面した開口の中心から反応チャンバ２の中心へ延びる方向の水平成分に対応し、それによって反応チャンバ２内における反応物ガスの拡散を抑制するように、整流特性を強化することができる。

溝７５は、それぞれの溝７５の幅方向の中心が、反応物ガス導入部分５４内に配された整流板５６のそれぞれの穴５６ａの中心と実質的に一致する（対応する）位置に形成される。すなわち、この実施形態では、壁面７４の溝７５の数が穴５６ａの数に等しい。これに従って、整流板５６によって整流された反応物ガスは溝７５の中を流れるため、整流性能は、反応物ガスの直線流動特性を向上させるようにさらに強化される。

この実施形態では、第２の供給経路７２の壁面７４の表面全体に溝７５が形成されるが、溝７５は少なくとも、第２の供給経路７２の壁面７４の端の部分に形成されていればよい。この端の部分は、整流板５６の穴が複数の領域に分割されたときの一番端の領域に対応する部分を意味する。例えば、図７Ａおよび７Ｂに示された例では整流板５６が３つの領域８１に分割されており、溝７５は、一番端の領域８２および８３の穴に対応するように形成されているだけでよい。前述のとおり、反応物ガスは基板Ｗの外側へ逃げやすいため、反応物ガス供給経路４１のこれらの端の部分における反応物ガスの直線流動特性を強化するように溝７５が形成されると特に好ましい。この場合、凹形部分の形態のガイドの役目を果たす溝７５を形成することによって、このような効果を容易に達成することが可能である。例えば、第２の供給経路７２内に別個の整流部材が配されるときには、反応物ガスの混合特性の問題または製造コストの問題が生じる可能性がある。しかしながら、そのような問題は、この実施形態のように溝７５を凹形部分として形成することによって解決される。

図８Ａおよび８Ｂは、整流板５６の例を示す透視図である。これらの図面に示されているように、整流板５６の貫通穴は、溝７５のパターンに従うように構成される。整流板５６の開口比（ｏｐｅｎｉｎｇ ｒａｔｉｏ）は、スクラバ（ｓｃｒｕｂｂｅｒ）などの付帯機器、または外部パイプの形状、長さなど、ならびに成長速度の観点を考慮した最適な値になるように決定されることが好ましい。
図２４Ａ〜２４Ｃはそれぞれ、図８Ａおよび８Ｂの整流板の別の実施形態である整流板５６’の上面正面透視図、正面図および上面図である。整流板５６’では、前駆体ガスが反応チャンバ２に入る間の前駆体ガスの制御がより高度になることが観察されており、このより高度な制御はより良好な均一性を促進する。整流板５６’は細長い本体２０９を備え、本体２０９は、第１の表面２１０と、第１の表面２１０の反対側にあって５ミリメートル未満の距離によって隔てられた第２の表面２１２とを含む。整流板５６’は、第１の表面２１０から第２の表面２１２まで延びる円形の断面を有する貫通穴２１４を含む。正確な流れ制御のためには、貫通穴２１４の直径を３．５ミリメートル未満とすることができる。貫通穴２１４の中心軸は、第１の表面２１０および第２の表面２１２に対して直角に配してもまたは直角でない角度に配してもよいが、より均一な流れを促進するように前駆体ガスを整流板５６’を通して導くためには互いに直角かつ平行であることが好ましい。貫通穴２１４を、３つの領域８１、８１（８２）、８１（８３）に対応する複数のグループ２１６Ａ、２１６Ｂ、２１６Ｃに割り振ることができる。下部側壁３２の溝７５は同じ高さに配することができるため、貫通穴２１４は、第１の表面２１０に沿って整列した位置で第１の表面２１０に開くことができる。このようにすると、貫通穴２１４は、前駆体ガスを、下部側壁３２の溝７５に導くことができる。

整流板５６’のそれぞれの貫通穴２１４の位置およびサイズは、前駆体ガスの溝７５への所定の分配を提供するように構成することができ、それによって、貫通穴２１４は、上記の少なくとも３つのグループ２１６Ａ、２１６Ｂ、２１６Ｃ内において等しくない間隔で配置することができる。整流板５６’は、ガスケット２２０、反応物ガス導入部分５４および環状クランプ部分５１と協調して動作する。この点に関して、図２５Ａおよび２５Ｂはそれぞれ、図２４Ａの整流板の上流の反応物ガス導入部分５４の背面下面透視図および正面下面透視図である。反応物ガス導入部分５４は、前駆体ガスを受け取ってガス混合プレナム２２４内へ送る１つまたは複数の流れ入口ユニット２２１Ａ、２２１Ｂを含むことができる。反応物ガス導入部分５４は、整流板５６’の領域８１、８１（８２）、８１（８３）にそれぞれ対応する３つの出力チャネル２２６（１）〜２２６（３）を含む。反応物ガス導入部分５４は、整流板５６’の上流の位置に、反応物ガスが３つの出力チャネル２２６（１）〜２２６（３）を出る出力面２２８を含む。図２５Ｃに示されているように、反応物ガス導入部分５４は、例えば１つまたは複数の締め具２３０を用いて環状クランプ部分５１に締結し、それらの間にガスケット２２０を挟んで環状クランプ部分５１に対して密封することができる。場合によっては、３つの出力チャネル２２６（１）〜２２６（３）を通り抜けた前駆体ガスの流量が、整流板５６’の対応するそれぞれの領域８１、８１（８２）、８１（８３）内において観察されず、その結果、基板Ｗの上を横切る前駆体ガスの流れが不均一になることが分かった。

この不均一性を修正するため、整流板５６’には変更が組み込まれている。この点に関して、図８Ａの整流板５６とは違い、図２４Ａの整流板５６’は締め具穴２３２Ａ、２３２Ｂを含み、締め具穴２３２Ａ、２３２Ｂは、締め具２３４Ａ、２３４Ｂが、出力面２２８に配された固定穴２３５Ａ、２３５Ｂのところで、整流板５６’を、反応物ガス導入部分５４によりしっかりと取り付けるように構成される。十分なサイズの締め具、例えば直径が３．５ミリメートルよりも大きな締め具が、整流板５６’を反応物ガス導入部分５４にしっかりと取り付けることを可能にするため、締め具穴２３２Ａ、２３２Ｂの直径は、貫通穴２１４の直径よりも大きくすることができる。締め具２３４Ａ、２３４Ｂは、３つの出力チャネル２２６（１）〜２２６（３）間および整流板５６’の上流における前駆体ガスの流れ交換（ｆｌｏｗ ｅｘｃｈａｎｇｅ）（または漏れ）を防ぐのに役立つ。締め具穴２３２Ａ、２３２Ｂは、複数のグループ２１６Ａ、２１６Ｂ、２１６Ｃの隣り合うそれぞれの対のグループ間、または実質的にそれらのグループ間に配することができ、固定穴２３５Ａ、２３５Ｂは、３つの出力チャネル２２６（１）〜２２６（３）の隣り合うそれぞれの対のチャネル間に配することができる。締め具穴２３２Ａ、２３２Ｂを貫通穴２１４と整列させることもできる。このようにすると、３つの出力チャネル２２６（１）〜２２６（３）間および整流板５６’の上流における流れ交換が防止される。３つの出力チャネル２２６（１）〜２２６（３）における前駆体ガスの流量が、整流板５６’の対応するそれぞれの領域８１、８１（８２）、８１（８３）の流量とより良好に一致し、その結果、基板Ｗの上を横切る前駆体ガスの高いレベルの流れ均一性が達成される。

均一性および境界層の制御は、基板Ｗ上におけるエピタキシャル層の均一性および成長速度を促進するときに考慮すべき因子のうちの２つに過ぎない。前述のとおり、この実施形態では、境界層を薄くするためにシーリング板２１と基板Ｗの間の距離が小さくされるため、反応物ガスが反応チャンバ２の下部に容易に流入し、基板Ｗの温度分布が均一化されにくくなる可能性がある。その結果、厚い膜を形成するときに膜厚分布または膜品質の劣化（例えば抵抗率の分布または結晶発生の欠陥）が引き起こされる可能性がある。この実施形態では、これらの問題を防ぐために、サセプタリング７が２つの部材によって形成される。この点を以下で説明する。
図９に拡大されているとおり、サセプタリング７の第１のリング１１は、サセプタの外周から間隔を置いて配され、第１のリングの内周には、低い頂面を有する段の付いた部分９１が形成される。第２のリング１２は段の付いた部分９１上に置かれ、第１のリング１１とサセプタ３の間に形成されたクリアランス（ｃｌｅａｒａｎｃｅ）部分９２に面するように、すなわちクリアランス部分９２へ突き出るように形成される。第２のリング１２は、その頂面がサセプタ３の頂面と同じ高さになるように配される。このように第２のリング１２の頂面をサセプタ３の頂面と同じ高さにすることによって、反応物ガス供給経路４１などの中の混合され整流された状態に維持された反応物ガスを、流量をできるだけ低下させることなく滑らかに基板Ｗに供給することができる。本明細書で言及するサセプタ３の頂面は、サセプタ３の基板凹形部分３ａ（図１、２、１１および１２参照）が形成されていない領域の頂面を意味する。この実施形態の第２のリング１２は、熱伝導率を考慮して炭化ケイ素から形成される。

このように、第２のリング１２と第１のリング１１を異なる部材から形成することによって、サセプタリング７をより正確に構築することができる。すなわち、サセプタリング７とサセプタ３の間の距離を限界まで小さくすることができ、したがって、基板Ｗの裏側、すなわち反応チャンバの底側６４への反応物ガスの流れを低減させること、および基板Ｗの温度分布を均一化することが可能である。その結果、この実施形態によれば、形成される膜の膜厚分布または膜品質分布が均一化される。

第１のリング１１と第２のリング１２の２つの部材を使用することによって、第１のリング１１と第２のリング１２が単一の部材から形成されている場合よりも、第１のリング１１と第２のリング１２の間の熱伝導を抑制することができる。
このように、第２のリング１２がクリアランス部分９２に面するようにすることにより、膜を形成しているときにサセプタリング７とサセプタ３の間から下側へ向かう反応物ガスの漏れを減らすことが可能であり、したがって反応物ガスの流れは乱されにくい。下側への反応物ガスの漏れを低減させることができるため、粒子を減らすことが可能である。
この場合には、第２のリング１２が第１のリング１１よりも薄い。これに従って、放射によるサセプタ３からの熱損失を抑制することが可能である。第２のリング１２の方が薄いため、第２のリング１２を所定の高温に維持する（予熱する）ための熱量を低減させることが可能である。別の実施形態において、第１のリング１１が熱伝導率の小さな材料から形成されるときには、第１のリング１１が断熱体の役目を果たし、それによって前述の効果をさらに強化する。

この実施形態では、クリアランス部分９２に面するように第２のリング１２が構成されるが、本開示はこの構成だけに限定されない。少なくとも第１のリング１１の段の付いた部分９１上に第２のリング１２が置かれる限りにおいて、サセプタリング７は高い精度で構築することができる。これに従って、サセプタリング７とサセプタ３の間の距離を限界まで小さくすることができ、したがって、基板Ｗの裏側への反応物ガスの流れを低減させること、および基板の温度分布を均一化することが可能である。

この実施形態では、境界層を薄くするためにシーリング板２１と基板Ｗの間の距離が小さくされるため、シーリング板２１のシーリング面は反応物ガスによって容易にコーティングされうる。コーティングされるとシーリング面は曇り、したがって、加熱手段２３を使用してシーリング板２１を通して加熱されるコールドウォール型のエピタキシャル成長装置の使用によっては、満足のいく膜が形成されない可能性がある。これに反して、この実施形態では、前述のように反応物ガス供給経路４１の壁面に溝７５を形成し、サセプタリング７を２つの部材から形成することにより、反応物ガスが反応チャンバ２内に滞留しにくくなり、したがってコーティング材料の付着を抑制することができる。その結果、満足のいく膜を連続的に形成することが可能である。

図１０は、サセプタリング７の変更例を示す。この変更例は、クリアランス部分９２Ａを覆うように第２のリング１２Ａが配される点が、図９に示された実施形態とは異なる。この変更例では、側壁３２Ａのフランジ部分１３Ａ上に第１のリング１１Ａが置かれる。第２のリング１２Ａは、第１のリング１１Ａの段の付いた部分９１Ａ上に置かれ、内周がサセプタ３Ａの外周に面する。
この変更例では、クリアランス部分９２Ａを覆うように第２のリング１２Ａが配されるため、反応チャンバ２Ａの反応チャンバ下部６４Ａに流入する反応物ガスの流れをさらに抑制することが可能である。ここで、図１０には示されていない加熱手段２３によるサセプタ３Ａの加熱を第２のリング１２Ａが妨げることを防ぐため、第２のリング１２Ａとサセプタ３Ａの重なりエリアは小さいことが好ましい。
この変更例では、第２のリング１２Ａの厚さが、好ましくは例えば０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲に設定され、より好ましくは約０．８ｍｍに設定される。この厚さを設定することによって、放射に起因するサセプタ３Ａから第２のリング１２Ａへの熱損失をできるだけ抑制することが可能である。

図１１および１２Ａ〜１２Ｊはそれぞれ、本開示の２つの実施形態に基づくサセプタ３Ａおよび３Ｂの例を示す上面図である。これらの図面に示されているように、サセプタ３Ａおよび３Ｂはそれぞれ、リフトピン１２３（図１３参照）がその中を通るリフトピン貫通穴１１０Ａおよび１１０Ｂ（１）〜１１０（３）を備える。図１２Ａに示されているように、複数の貫通穴１１１Ｂを形成することができる。基板Ｗとサセプタ３Ｂの間にガスが捕捉される可能性があるいくつかの場合には問題が生じる可能性がある。捕捉されたままにされた場合には、捕捉されたガスが、サセプタ３Ｂと基板Ｗの間の熱伝達特性を変化させる可能性があり、それによって、基板Ｗ上に形成されているエピタキシャル層内に観測可能な不均一性が生じる可能性がある。捕捉されたガスは、サセプタ３Ｂ上に基板Ｗが置かれ、基板Ｗが水平方向の小さな滑りを受けたときに貫通穴１１１Ｂを通して解放される可能性がある。貫通穴１１１Ｂを含むサセプタ３Ｂが使用されたときの基板Ｗ上の膜厚均一性分布または抵抗率分布は、サセプタ３Ａが使用された場合よりも優れる。この優位性は、貫通穴１１１Ｂの直径がより小さくなったとき、および貫通穴１１１Ｂの量がより大きくなったときに生じるようである。貫通穴１１１Ｂの密度が、１平方センチメートル当たり少なくとも約５．０個であること、例えば１平方センチメートル当たり約５．１個よりも多いことが、優れた均一性に関係していると考えられる。開口比は４パーセントよりも大きいことが好ましく、サセプタの凹形部分３Ｂａの周囲および非凹形部分３Ｂｂ内に貫通穴１１１Ｂが形成されるとより好ましい。一実施形態では、貫通穴１１１Ｂの直径が約１ｍｍである。図１２Ｅ〜１２Ｈに示された実施形態では、貫通穴１１１Ｂを、ジグザグパターン（ｓｔａｇｇｅｒｅｄ ｐａｔｔｅｒｎ）で配置することができる。ジグザグパターンは、第１の共通半径上に整列した貫通穴１１１Ｂの第１のグループが、第２の共通半径上に整列した貫通穴１１１Ｂの第２のグループの部分である貫通穴１１１Ｂと半径方向に（実質上）整列しておらず、貫通穴の第１のグループの共通半径と貫通穴の第２のグループの共通半径の間の共通半径上に整列した穴がないことを意味する。この実施形態では、貫通穴１１１Ｂの密度を、１平方センチメートル当たり少なくとも５．０個、例えば１平方センチメートル当たり少なくとも５．１個または１平方センチメートル当たり少なくとも５．２個とすることができる。図１２Ｈに示されているように、貫通穴１１１Ｂは、第１の面取り部（ｃｈａｍｆｅｒ）１２５０と第２の面取り部１２５２のうちの一方または両方を含むことができる。第１の面取り部１２５０は、サセプタ３Ｂの頂面３００に位置する。第２の面取り部１２５２は、サセプタ３Ｂの底面３０２に位置する。面取り部１２５０、１２５２は、亀裂の形成を防ぐことにより、サセプタ３Ｂを強くするのに役立つ。

図１２Ｉ〜１２Ｊに示された実施形態では、貫通穴１１１Ｂを、半径方向に整列したパターンで配置することができる。この実施形態では、貫通穴１１１Ｂの密度を、１平方センチメートル当たり少なくとも５．０個、例えば１平方センチメートル当たり少なくとも５．２個または１平方センチメートル当たり少なくとも５．１個とすることができる。より高い穴密度は、基板裏側パージガス流の均一性、および基板から離れる基板裏側アウトガス流（ｏｕｔｇａｓ ｆｌｏｗ）を改良する。このことは、基板裏側欠陥を減らすのに役立つ。より高い穴密度はさらに、パージガスをシーリング部分５まで一様に分配することにより、側壁コーティングを低減させる。

続けて図１２Ａ〜１２Ｊのサセプタ３Ｂを参照する。サセプタ３Ｂは、頂面３００と頂面３００の反対側の底面３０２とを有する環状の本体２９９を含む。環状の本体２９９は、中心軸Ａ₀から外側半径Ｒ₀まで、１００〜１５０ミリメートルの範囲の距離にわたって広がることができる。サセプタ３Ｂは一体として形成することができ、強くかつ温度抵抗性の高い材料、例えば黒鉛を含むことができる。一実施形態では、サセプタ３Ｂがさらに炭化ケイ素コーティングを含むことができる。この炭化ケイ素コーティングは、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスまたは他の適当なプロセスによって堆積させることができる。一実施形態では、この炭化ケイ素が、貫通穴１１１Ｂの内側直径をコーティングする。頂面３００は、基板Ｗと接触部を形成し、それによって基板Ｗを支持するように構成される。サセプタの熱エネルギー保持を最小化し、それによって、基板Ｗ上に形成されているエピタキシャル層の不均一性につながる可能性がある、サセプタ３Ｂと基板Ｗの間のサーマルトランジェント（ｔｈｅｒｍａｌ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ）を最小化するために、サセプタ３Ｂの最大厚さは５ミリメートル未満とすることができる。

頂面３００の凹形部分３Ｂａはサセプタ３Ｂの中心軸Ａ₀のところに配することができ、５０〜１００ミリメートルの範囲の内側半径Ｒ₁まで広がることができる。頂面３００のサセプタ非凹形部分３Ｂｂは、環状の本体２９９の周囲に沿って配することができ、移行部分３Ｂｃによって凹形部分３Ｂａに接続することができる。移行部分３Ｂｃは、エピタキシャル成長装置１（図１）の動作中、基板Ｗと接触部を形成することによって基板Ｗの平面形の底部を支持するだけでよく、凹形部分３Ｂａよりも０．２ミリメートル未満だけ高くすることができる。貫通穴１１１Ｂに関連した周縁のコーナが基板Ｗと触接し、微粒子を発生させることを防ぐため、移行部分３Ｂｃが貫通穴１１１Ｂを含まないようにすることができる。エピタキシャル成長装置１（図１）の動作中、頂面３００の移行部分３Ｂｃの高さを非凹形部分３Ｂｂよりも少なくとも１／２ミリメートル低くして、エピタキシャル成長装置１（図１）の動作中のサセプタ３Ｂの回転時に基板Ｗが水平運動することを防ぐことができる環状の保持面３０４を形成することができる。保持面３０４は、サセプタ３Ｂの頂面３００の非凹形部分３Ｂｂと凹形部分３Ｂａのうちの少なくとも一方に対して直角または実質的に直角とすることができる。このようにすると、サセプタ３Ｂによって基板Ｗを支持することができる。

基板Ｗは、サセプタ支持体６（図１３〜１５に関して後に論じる）の少なくとも３本のリフトピン（図示せず）を使用してサセプタ３Ｂ上に置かれ、サセプタ３Ｂから取り外される。サセプタ３Ｂは、３つのリフトピン貫通穴１１０Ｂ（１）〜１１０Ｂ（３）を含むことによって、これらの３本のリフトピンの使用を容易にする。３つのリフトピン貫通穴１１０Ｂ（１）〜１１０Ｂ（３）は、サセプタ３Ｂの中心を中心に同心で配することができ、１２０度の角度によって離隔することができる。リフトピン貫通穴１１０Ｂ（１）〜１１０Ｂ（３）は、移行部分３Ｂｃから基板Ｗを持ち上げたり、移行部分３Ｂｃ上に基板Ｗを下ろしたりするために、サセプタ支持体６のリフトピンがサセプタ３Ｂを貫いて移動することを可能にするように構成することができる。微粒子を生じさせる可能性がある鋭いコーナの形成を防ぐため、どの貫通穴１１１Ｂの中へも延びないように、リフトピン貫通穴１１０Ｂ（１）〜１１０Ｂ（３）を配することができる。持ち上げられた後、基板Ｗは、反応チャンバ２の内外へ移動するためのロボットにアクセス可能であることができる。

サセプタ３Ｂはさらに、サセプタ支持体６（図１３〜１５に関して後に論じる）の３本のアームによって支持される。これらの３本のアームは、支持位置３１２（１）〜３１２（３）のところでサセプタ３Ｂの底面３０２に触接し、底面３０２を支持することができる。支持位置３１２（１）〜３１２（３）は、非凹形部分３Ｂｂの真裏の底面３０２上に配することができる。３本のアームからの微粒子が基板Ｗの頂面に到達する機会を最小化するため、支持位置３１２（１）〜３１２（３）が貫通穴１１１Ｂを含まないようにすることができる。支持位置３１２（１）〜３１２（３）はそれぞれ、少なくとも２ミリメートル×少なくとも５ミリメートルの寸法を有することができる。さらに、３本のアームからの微粒子を閉じ込め、それらの微粒子が基板Ｗに到達することを防ぐため、支持位置３１２（１）〜３１２（３）はそれぞれ、窪んだ面３１４（１）〜３１４（３）を含むことができ、窪んだ面３１４（１）〜３１４（３）は、底面３０２のすぐ周りの部分よりも少なくとも０．７ミリメートル高くすることができる。図１３〜１５は、サセプタ３Ｂに関して上で簡単に述べたサセプタ支持体６の例を示す。図１３に示されているように、サセプタ支持体６は、サセプタシャフト１２１、基板リフト１２２およびリフトピン１２３を含む。サセプタ３は、サセプタシャフト１２１の３本のアームによって支持される。基板リフト１２２の３本のアームは、対応するそれぞれのリフトピン１２３の下端がその上に置かれる凹形部分を有するペデスタル（ｐｅｄｅｓｔａｌ）１２４を備える。基板リフト１２２の軸部分は円筒形に形成され、基板リフト１２２の軸部分に、サセプタシャフト１２１の軸部分を挿入することができる。

この実施形態では、サセプタ支持体６のアームの太さが関連技術のアームよりも小さい。これに従って、加熱手段６２を使用することによってサセプタ３上の基板Ｗを加熱するときのサセプタ支持体６の影響を低減させることができるため、サセプタ３の温度分布を均一化することが可能である。この実施形態のサセプタ支持体６の詳細な構成およびリフト動作は、本開示の出願人によって出願された国際公開第２０１３／００５４８１号パンフレットに記載されたサセプタ装置と同じである。しかしながら、この国際公開パンフレットに記載されたサセプタ装置は、単一のサセプタシャフト（プラットホームシャフト）を含むが、この実施形態のサセプタ支持体６は３本のサセプタシャフト（アーム）１２１を含む。
図１６は、この実施形態のガス排出管５８の例を示す透視断面図である。この図面に示されているように、ガス排出管５８は、反応チャンバ２からガス排出部分５７まで、開口が中心に向かって狭まるように形成される。これに従って、中心において排ガスが整流され、それによって排ガス効率が向上する。

図２１は、関連技術に基づくエピタキシャル成長装置内の反応チャンバ２の外部構成の環状クランプ部分５１’を示す分解透視図である。この図面に示されているように、ガス導入管５５およびガス排出管５８を、ガス導入管５５’およびガス排出管５８’と比較すると、この実施形態では、それらの管の中心部分の完成した部分（ｆｉｎｉｓｈｅｄ ｐｏｒｔｉｏｎ）が除去されている。これに従って、膜厚分布に影響を及ぼすガスの流れが滑らかになる。
ガス排出経路４２とパージ穴４４の開口比が過度に大きいときには反応物ガスが反応チャンバ下部６４へ流入し、この開口比が過度に小さいときには、パージガスが、反応チャンバ２内での膜形成プロセスに影響を及ぼす。これに従って、これらの開口は、開口比の値が最適になるように形成される。
図１７は、本開示の実施形態に基づく上リフレクタ２６の例を示す透視図である。この図面に示されているように、上リフレクタ２６は、加熱手段２３からの熱線を反応チャンバ２の中心へ反射する傾斜部分２６ａと、加熱手段２３からの熱線を垂直に下降する方向へ反射する水平部分２６ｂとを含む。一方、図２２は、関連技術に基づくエピタキシャル成長装置内の上リフレクタ２６’の例を示す透視図である。この図面に示されているように、関連技術の上リフレクタ２６’は、傾斜部分２６ａ’と水平部分２６ｂ’とを含むが、本開示の実施形態に基づく上リフレクタ２６とは傾斜部分２６ａの配置が異なる。具体的には、本開示の実施形態に基づく上リフレクタ２６は、関連技術の上リフレクタ２６’の水平部分２６ｂ’の中心に傾斜部分が追加された配置を有する。このようにすると、傾斜部分２６ａと水平部分２６ｂの面積比が所定の比となるように、また傾斜部分２６ａおよび水平部分２６ｂの分布が偏らないように傾斜部分２６ａおよび水平部分２６ｂを配置することにより、基板Ｗの温度分布の均一化が達成される。

図１８は、本開示の実施形態に基づく下リフレクタ６５の例を示す透視図である。図２３は、関連技術に基づくエピタキシャル成長装置内の下リフレクタ６５’の例を示す透視図である。上リフレクタ２６と同様に、下リフレクタ６５は、加熱手段６２からの熱線を反応チャンバ２の中心へ反射する傾斜部分６５ａと、加熱手段６２からの熱線を垂直に上昇する方向へ反射する水平部分６５ｂとを含み、関連技術に基づく下リフレクタ６５’の水平部分６５ｂ’の中心に傾斜部分６５ａ’が追加された配置を有する。このようにすると、傾斜部分６５ａと水平部分６５ｂの面積比が所定の比となるように、また傾斜部分６５ａおよび水平部分６５ｂの分布が偏らないように傾斜部分６５ａおよび水平部分６５ｂを配置することにより、基板Ｗの温度分布の均一化が達成される。

この実施形態に基づくエピタキシャル成長装置では、支持体２２がシーリング板２１を支持するため、反応チャンバに面したシーリング板２１の中心部分のシーリング面と基板Ｗとの間の距離Ｈを１０ｍｍ未満に設定することができる。これに従って、この実施形態に基づくエピタキシャル成長装置１は、シーリング板２１とサセプタ３の間を流れる反応物ガスによって形成された境界層がシーリングの方へ広がることを防ぐことができ、したがって境界層が薄くなる。その場合には境界層内のガス流量が増大するため、結果としてガス密度が増大し、したがって、基板Ｗの表面における反応効率を強化することが可能である。これに従って、エピタキシャル成長装置１では、成長速度を強化することが可能である。

本開示の実施形態では、シーリング板２１と基板Ｗの間の距離Ｈが１０ｍｍ未満であり、好ましくは、シーリング板２１と基板Ｗの間の距離Ｈが１０ｍｍ未満であり、かつ基板Ｗ上に形成された膜からシーリング板２１までの距離が１ｍｍ以上である。この範囲を設定することによって、境界層を形成している間の反応物ガスのガス流を滑らかにすることが可能である。
すなわち、この実施形態の反応チャンバ２では、基板Ｗとシーリング板２１の間の距離を、関連技術における距離（関連技術では約２０ｍｍ）よりも小さくなるように設定することによって境界層を薄くして、基板の表面における反応効率を強化し、したがって成長速度を高めることが可能である。

以下では、例を参照して本開示を詳細に説明する。
（実施例１）
図１０に示されたサセプタリングを使用したエピタキシャル成長装置１Ａ（基板Ｗの表面とシーリング板２１の間の距離Ｈは９．２７ｍｍである）を使用することにより、エピタキシャル成長を、以下の成長条件下で実行した。
第１の原料ガス（トリクロロシラン）の量：８．５ＳＬＭ
パージガス（水素）の量：１５．０ＳＬＭ
成長時間：６００．０秒
成長温度：１１００．０℃
回転速度：２０．０ＲＰＭ
（実施例２）
第１の原料ガスの量を１３．５ＳＬＭに変更した以外は実施例１の条件と同じ条件下でエピタキシャル成長を実行した。
（実施例３）
第１の原料ガスの量を１７．０ＳＬＭに変更した以外は実施例１の条件と同じ条件下でエピタキシャル成長を実行した。

（比較例１）
関連技術に基づくエピタキシャル成長装置（基板Ｗの表面とシーリング板２１の間の距離Ｈは２０ｍｍであり、溝７５はなく、サセプタリングは単一の部材からなる）を使用して、回転速度を３５．０ＲＰＭに変更した以外は実施例１の条件と同じ条件下でエピタキシャル成長を実行した。
（比較例２）
関連技術に基づくエピタキシャル成長装置（基板Ｗの表面とシーリング板２１の間の距離Ｈは２０ｍｍであり、溝７５はなく、サセプタリングは単一の部材からなる）を使用して、回転速度を３５．０ＲＰＭに変更した以外は実施例２の条件と同じ条件下でエピタキシャル成長を実行した。

（比較例３）
関連技術に基づくエピタキシャル成長装置（基板Ｗの表面とシーリング板２１の間の距離Ｈは２０ｍｍであり、溝７５はなく、サセプタリングは単一の部材からなる）を使用して、回転速度を３５．０ＲＰＭに変更した以外は実施例３の条件と同じ条件下でエピタキシャル成長を実行した。

実施例および比較例における膜成長速度を検出した。検出された成長速度と第１の原料ガスの間の関係を図１９に示す。
図１９に示されているように、本開示の実施形態に基づくエピタキシャル成長装置１Ａを使用することにより、成長速度は５０％向上し、第１の原料ガスの量を増やすとこの成長速度の向上は増大した。したがって、この実施形態に基づくエピタキシャル成長装置を使用することによって成長速度が強化された。

１Ａ エピタキシャル成長装置
１ エピタキシャル成長装置
２Ａ 反応チャンバ
２ 反応チャンバ
３Ａ サセプタ
３Ｂ サセプタ
３Ｂａ 凹形部分
３Ｂｂ 非凹形部分
３Ｂｃ 移行部分
３ サセプタ
３ａ 基板凹形部分
４ 側壁
５ シーリング部分
６ サセプタ支持体
７ 環状のサセプタリング
１１Ａ 第１のリング
１１ 第１のリング
１２Ａ 第２のリング
１２ 第２のリング
１３Ａ フランジ部分
１３ フランジ部分
２１ シーリング板
２２ 支持体
２４ 開口
２５ 突出部
２５ 長方形のコーナ
２５ コーナ
２６ 上リフレクタ
２６ａ 傾斜部分
２６ａ 傾斜部分
２６ｂ 水平部分
２６ｂ 水平部分
２６ 上リフレクタ
３０ 基板運搬ポート
３１ 環状の上部側壁
３２Ａ 側壁
３２Ｂ 締め具穴
３２ 環状の下部側壁
３３ 載置面
３４ 第１の凹形部分
３５ 間隙
３６ 第１の凸形部分
３７ 第２の凹形部分
３８ 間隙
３９ 第２の凹形部分
４１ 反応物ガス供給経路
４２ ガス排出経路
４３ 壁面
４４ パージ穴
４５ 環状のプラットホーム
５０
５１ 環状のクランプ部分
５２ 供給側連通経路
５３ 排出側連通経路
５４ 部分
５５ ガス導入管
５５ ガス導入管
５６ 整流板
５６ａ 穴
５６ 整流板
５７ ガス排出部分
５８ ガス排出管
５８ ガス排出管
６１ 装置底部分
６３ 軸部分
６４Ａ 反応チャンバ下部
６４ 反応チャンバ下部
６５ 下リフレクタ
６５ａ 傾斜部分
６５ｂ 水平部分
６５ｂ 水平部分
６５ 下リフレクタ
７１ 第１の供給経路
７２ 第２の供給経路
７３ 第３の供給経路
７４ 壁面
７５ 溝
８１ 領域
８２ 一番端の領域
８３ 一番端の領域
９１Ａ 段の付いた部分
９１ 段の付いた部分
９２Ａ クリアランス部分
９２ クリアランス部分
１００
１１０Ａ リフトピン貫通穴
１１０Ｂ リフトピン貫通穴
１１０
１１１Ｂ 複数の貫通穴
１２０
１２１ サセプタシャフト
１２２ 基板リフト
１２３ リフトピン
１２４ ペデスタル
１５０
１９９ 本体
２００ 頂面
２０２ 底面
２０４Ａ 流れ案内面
２０４Ｂ 流れ案内面
２０５Ａ 内面
２０５Ｂ 内面
２０６Ａ 接触面
２０６Ｂ 接触面
２０９ 細長い本体
２１０ 第１の表面
２１２ 第２の表面
２１４ 穴
２１６Ａ グループ
２１６Ｂ グループ
２１６Ｃ グループ
２２０ ガスケット
２２１Ａ 流れ入口ユニット
２２１Ｂ 流れ入口ユニット
２２４ ガス混合プレナム
２２６ 出力チャネル
２２８ 出力面
２３０ 締め具
２３２Ａ 締め具穴
２３２Ｂ 締め具穴
２３４Ａ 締め具
２３４Ｂ 締め具
２３５Ａ 固定穴
２３５Ｂ 固定穴
２９９ 環状の本体
３００ 頂面
３０２ 底面
３０４ 環状の保持面
３１２ 支持位置
３１４ 窪んだ面

Claims (15)

1. エピタキシャル成長装置内で基板を支持するサセプタであって、
   中心軸から外側半径まで広がる環状の本体であり、頂面および前記頂面の反対側の底面を有する環状の本体
   を備え、前記頂面が、
   前記中心軸のところに配された、内側半径まで広がる凹形部分と、
   前記環状の本体の周囲に沿って配された非凹形部分と、
   前記凹形部分を前記非凹形部分に接続する移行部分であり、前記基板と接触部を形成し、前記基板を支持するように構成されており、前記頂面が上を向き、前記中心軸が垂直に配されたときに、前記凹形部分よりも高い高さにあり、かつ前記非凹形部分よりも低い高さにある移行部分と
   を含み、前記サセプタがさらに、
   前記頂面から前記底面まで延びる複数の貫通穴であり、前記凹形部分内および前記非凹形部分内に位置し、前記凹形部分内および前記非凹形部分内における前記複数の貫通穴の密度が１平方センチメートル当たり少なくとも５．０個である複数の貫通穴と、
   前記サセプタの前記中心軸から等距離のところに配置されたリフトピン穴であり、前記凹形部分の中へ延びるリフトピン穴と
   を備えるサセプタ。
2. 前記凹形部分および前記非凹形部分が前記中心軸に対して直角に配された、請求項１に記載のサセプタ。
3. 前記移行部分が前記中心軸に対して直角である、請求項２に記載のサセプタ。
4. 前記頂面が上を向き、前記中心軸が垂直に配されたときに、前記移行部分が、前記非凹形部分よりも０．２ミリメートル未満だけ高い、請求項１に記載のサセプタ。
5. 前記頂面が上を向き、前記中心軸が垂直に配されたときに、前記移行部分が、前記非凹形部分よりも少なくとも１／２ミリメートル高く配される、請求項１に記載のサセプタ。
6. 前記移行部分が前記複数の貫通穴を含まない、請求項１に記載のサセプタ。
7. 厚さが５ミリメートル未満である、請求項１に記載のサセプタ。
8. 黒鉛を含む、請求項１に記載のサセプタ。
9. 前記底面が、前記貫通穴を含まない支持位置を備え、前記支持位置がそれぞれ、少なくとも横２ミリメートル×少なくとも縦５ミリメートルの寸法を有する、請求項１に記載のサセプタ。
10. 前記支持位置が、前記非凹形部分の真裏に配された、請求項９に記載のサセプタ。
11. 前記支持位置が、前記サセプタの前記中心軸から等距離のところに配された、請求項９に記載のサセプタ。
12. 前記支持位置がそれぞれ、前記サセプタの前記頂面が上を向き、前記中心軸が垂直に配されたときに前記底面のすぐ周りの部分よりも少なくとも０．７ミリメートル高い窪んだ面を含む、請求項９に記載のサセプタ。
13. 前記貫通穴の中心軸が、前記サセプタの前記中心軸に対して平行である、請求項１に記載のサセプタ。
14. 前記サセプタの外径が、２００〜３００ミリメートルの範囲にある、請求項１に記載のサセプタ。
15. 前記環状の本体が一体として形成された、請求項１に記載のサセプタ。

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