JP2510047B2 - 超高真空化学蒸着反応装置 - Google Patents

超高真空化学蒸着反応装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、超高真空化学蒸着
(UHV/CVD)法を実施するための、改良された反
応装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】同時係属の米国特許出願第906854
号明細書には、超高真空化学蒸着(UHV/CVD)法
が記載されている。この方法では、従来使用されていた
より低い温度および圧力で、シリコン層のエピタキシャ
ル付着が達成される。低温の使用は、エピタキシャル層
を付着させる基板からのドーパントが、エピタキシャル
層中に移動し、またその逆の移動をし、その移動が温度
とともに増大する傾向があるという、ドーパント拡散の
問題を解決するためである。この従来技術の発明による
方法で、欠陥密度が比較的低い高品質のエピタキシャル
層が得られる。
【0003】この方法の実施に伴ういくつかの難点は、
従来技術による反応装置が、石英反応管の両端に設けた
2つの比較的大型の超高真空(UHV)シールを必要と
することが原因である。この両端で石英管が金属部品と
接合され、したがって傾斜付き石英−金属シールを使用
するか、あるいは「ビトン」材料製のシールを使用する
必要があった。どちらの方法も問題がある。円周の比較
的大きな(約76cm)傾斜付き石英−金属シールは極
めて高価でしかも信頼性が低く、一方、このように円周
の大きな「ビトン」シールは、その洩れ率が円周の関数
であるため、この方法を実施するのに必要な超高真空を
著しく低下させる傾向がある。
【0004】したがって、反応管の両端に非柔軟性の大
円周のシールを使用するには、装置の両端が完全に位置
合せされていることが必要であるが、これは、実際上実
施が困難である。最後に、このようなシールを使用する
と、反応管の交換には、その後にあるポンプやバルブを
すべて外す必要があり、これに約3時間を要するため、
装置の保守が困難になる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、従
来使用されていたものよりも安価なシールを使用する、
UHV/CVD反応装置を提供することにある。
【0006】この発明の他の目的は、従来使用していた
ものよりも信頼性の高いシールを使用する、UHV/C
VD反応装置を提供することにある。
【0007】この発明の他の目的は、両端部を完全に位
置合せする必要のない、UHV/CVD反応装置を提供
することにある。
【0008】この発明の他の目的は、従来必要とされた
時間よりはるかに短い時間で、反応管の引抜きまたは交
換あるいはその両方ができる、UHV/CVD反応装置
を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、ポン
プと装入部が装置の同じ端部にあるUHV/CVD反応
装置を提供することにより、上記の目的が達成される。
この端部には、従来使用していたものと同様の、超高真
空シールが必要であるが、反応管の他端、すなわちガス
導入口側の端部は、その開口部の直径をかなり小さくす
ることができ、したがって、この端部のシールの円周が
従来より大幅に小さくなり、円周の大きなシールに付随
する問題が生じない。ポンプ/装入部側の端部で、金属
管が反応管に連通し、ポンプが、ガス導入口側の端部か
ら反応管に入るガスを吸入するために、T字管でこの反
応管に接続される。
【0010】ガス導入口側の端部に、傾斜付きシール、
ビトン・ゴム・シール、またはその他の直径の小さなシ
ールを使用することにより、装置のコストが大幅に減少
する。さらに、このような円周の小さなシールは洩れ率
がそれほど大きくないため、反応管中の真空度が低下し
ない。直径の大きな非柔軟性のシールが従来の装置では
2つあったのに対して、この発明の装置には1つしかな
いため、反応装置の両端を完全に位置合せする必要がな
い。最後に、装置の1端部でUHVポンプおよびこれに
付随する接続がすべて不要になるため、1つの小さな接
合部を外すだけで処理管を引き抜くことができる。この
操作は、従来の装置に関連する手順より大幅な節約にな
る。従来の装置では、処理管の後ろにあるポンプおよび
バルブをすべて取り外す必要があったため、処理管を交
換するのに必要な時間が約3時間かかったが、それを1
0分に短縮できる。さらに、新しい交換手順は、取り外
さなければならない直径の大きなUHVシールの数が少
なくなるため、信頼性が高くなる。
【0011】
【実施例】図2に、上記の米国特許出願第906854
号明細書に記載されたUHV/CVD反応装置を全体的
に示す。
【0012】上述のように、この反応装置は、従来使用
されていたものより低い温度、圧力で、エピタキシャル
付着を行うのに使用される。すなわち、図2に示す反応
装置で行う方法の付着温度は約800℃未満であり、全
圧力は一般に約200ミリトル未満である。さらに、こ
の装置は、処理管中のすべての汚染物質の分圧を、基板
への付着前および付着中常に10-8トル未満に維持す
る。
【0013】図2を参照すると、この装置は、石英製の
高温壁UHV反応チャンバ2、およびステンレス・スチ
ール等の金属製の装入チャンバ4からなる。反応チャン
バと装入チャンバは、両チャンバ間の分離バルブとして
機能する主バルブ3により分離される。ポンプ手段6お
よび8がそれぞれ反応チャンバおよび装入チャンバに設
けられ、最初の工程として、装入チャンバを10-7
ル、反応チャンバを10-8トルに減圧する。
【0014】他の工程を終了した後、ウェーハ12を含
む石英基板ボート10を、移送手段13により装入チャ
ンバから反応チャンバへ移送する。シリコンを含有する
ガスをガス導入管14から導入し、図示した方向にポン
プで反応チャンバ内に送る。次にすべてのウェーハ上に
エピタキシャル付着を行うが、ポンプ・システム6の運
転は継続する。チャンバ2内の圧力は、チャンバ内のガ
スの量および流速によって決まる。生成するエピタキシ
ャル層の厚みは、成長速度と付着時間に依存するが、一
般に、反応装置の温度、またはそれより程度は低いが、
反応物質の圧力によって制御される。
【0015】図の装置の右端にあるシール16は、石英
反応管および金属製分離バルブ3を封止し、装置の左端
にあるシール18は、石英反応管および金属製ポンプ管
19を封止する。工程期間全体を通じて、反応管2は超
高真空の汚染物質背景圧力に保たれるので、シール16
および18はUHV型のものでなければならない。一般
に、2種類のUHVシールが入手可能であるが、いずれ
も図2の装置では約25cmの、必要とされる比較的大
きな直径では欠点がある。
【0016】第1の型式のシールは「傾斜付き」型で、
傾斜付きホウケイ酸ガラスの部材が、1端で石英に、他
端で金属に接続している。この型式のシールは、必要な
直径のものは極端に高価で、その上信頼性が幾分低い。
さらに、非柔軟性であり、このようなシールを反応管の
両端に使用すると、装置の組立てに必要な位置合せを完
全にするのが非常に困難である。
【0017】使用できる第2の型式のシールは、図2の
シール18に示すような「ビトン」Oリング型のもので
ある。このようなシールでは、洩れ率が円周に依存し、
約75cmを超える円周では、真空度が著しく低下する
ことが知られている。
【0018】さらに、どちらの型式のシールも、反応管
を引き抜く必要がある場合、図2のポンプ手段6で示す
ポンプおよびバルブをすべて取り外さなければならず、
これは約3時間を要する大掛りな作業である。実際の装
置では、ポンプ手段6は、2台のポンプと数個のバルブ
からなることに留意されたい。
【0019】上記の問題は、この発明の独特な構造によ
って解消される。その実施例を図1に示すが、図2に示
す部品と同様の部品は、図2と同じ番号で示してある。
【0020】図1を参照すると、この装置の幾何形状は
「単端」型であり、反応チャンバのポンプと装入部は、
いずれも装置の同じ側に位置することが分かる。したが
って、反応チャンバ2ル製の導管20と連通する。任意
選択のバルブ320から分離し、他のバルブ22が、導
管20と装入チャンバ4る。さらに、反応チャンバ2冷
式「ビトン」シール16シール21がある。
【0021】図を参照すると分かるように、反応チャン
バ2減少しており、直径がかなり小さな円筒形部分24
で終わっている。この部分は、石英−金属シール18接
合されている。ガス導入管26は、たとえば柔軟な導管
の一部としてもよい。
【0022】したがって、反応装置の運転時には、ガス
導入管26にガスを供給し、次いでポンプ手段6ウェー
ハを、装入チャンバ46
【0023】このように、図1の装置では、直径の大き
な石英−金属シール16冷式「ビトン」シールは1つし
か必要でなく、他の石英−金属シール18直径がずっと
小さい。
【0024】なお反応管2端部24では約13mmに減
少させることができる。したがって、図2のシール18
と図1のシール18小さなシールには前述のような円周
の大きい石英−金属シールに付随する問題がないため、
シール18シール18シールでよい。
【0025】この発明の反応装置は、従来技術による反
応装置より作成が相当安価で、しかも真空洩れの問題が
少ないことが分かる。さらに、装置の両端を完全に位置
合せする必要がない。反応管は、装置の装入端でその対
合部分と位置合せすることができ、柔軟なスチール製の
導管をガス導入管26に使用することができる。最後
に、処理管の引き抜きは、従来技術による装置のように
処理管の後ろにあるポンプおよびバルブをすべて取り外
すことなく、シール18作で、交換時間が約3時間から
10分に短縮される。交換しなければならないUHVシ
ールの数が少ないため、交換作業の信頼性がはるかに向
上する。
【0026】この発明の反応装置を使用する代表的な付
着工程は、下記のように行なわれる 。1.ポンプ装置6-8トル未満にする。この時、バルブ
22を閉じて装入部を分離し、バルブ3開いておく。 2.石英基板ボートを装入チャンバ4-7トルにして、約
100℃に加熱する。 3.水素ガスを導入口26からセクション2に設定す
る。このセクションへの水素の導入により、全圧力は約
250ミリトルに上昇する。 4.次に、バルブ22を開き、石英基板キャリアを装入
チャンバ4ャンバに移送した後、バルブ22を閉じる。
次に、基板を水素雰囲気中で約5分間加熱する。加熱温
度は、付着温度で、通常450℃ないし800℃であ
る。 5.水素の流れを止め、シリコン・ガス供給源を動作さ
せて、シリコンを含有するガスを付着チャンバ2ドーピ
ングする場合は、ドーパントを含有するガスも導入口2
6から導入する。 6.これにより、すべての基板上でエピタキシャル付着
が行われる。ポンプ6は、付着チャンバ2まる圧力に保
たれるように運転する。このようにして生成したエピタ
キシャル層の厚みは、成長速度および付着時間に依存
し、これは一般に付着反応装置の温度、またはそれより
程度は低いが、反応物質の圧力によって制御される。
【0027】これにより、簡単で安価であり、しかも効
果的なUHV/CVD法を実施するための装置が得られ
る。さらに、流れを逆にしたこの発明の装置は、UHV
/CVD装置としてユニークなものである。従来技術に
よるエピタキシャル装置では、流れが層流であり、装置
の幾何形状は反転できない。また、層流ガスに同伴する
粒子が、装入チャンバと反応チャンバとを分離するバル
ブのシールを破損することがある。層流下での操作を避
けて、粒子がガス流に混入しないようにしたUHV/C
VD法では、この問題が解消される。
【0028】説明のため、この発明を特定の実施例につ
いて開示したが、この発明は頭記の特許請求の範囲およ
びその等価物によってのみ限定されるものである。
【0029】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
シールの1つを円周の小さなものにすることにより、従
来技術による超高真空化学蒸着反応装置より簡単で安価
であり、しかも信頼性の高い装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による超高真空化学蒸着反応装置の概
略図である。
【図2】従来技術による超高真空化学蒸着反応装置の概
略図である。
【符号の説明】
2 4 61618

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一端に第1の直径の第1の開口部を有し、
    ガス導入口となる他端に上記第1の直径より実質的に小
    さな第2の直径の第2の開口部を有する、石英製の中空
    反応管と、 上記一端における上記反応管の上記第1の直径に対応す
    る、所与の円周を有する第1の超高真空シールを介し
    て、上記一端で上記反応管と連通する第1の金属管と、 上記ガス導入口における上記反応管の上記第2の直径に
    対応し、上記第1のシールの所与の円周より実質的に小
    さな、所与の円周を有する第2の超高真空シールを介し
    て、上記反応管のガス導入口から延びる金属製ガス導入
    管と、第1のバルブ手段を介して、 上記第1の金属管と連通す
    る、付着させる基板を供給するための装入チャンバと、上記反応管の下流に置かれ、 上記ガス導入管を通って上
    記反応管にガスをポンプで送り込むための、上記反応管
    と上記装入チャンバとの間で上記第1の金属管に接続さ
    れた、超高真空ポンプ手段とを備える、 超高真空化学蒸着反応装置。
  2. 【請求項2】上記反応管と上記第1の金属管の間に第2
    バルブ手段があり、上記第1のシールが、上記反応管
    と上記第2のバルブ手段の間にあることを特徴とする、
    請求項1の反応装置。
  3. 【請求項3】上記ポンプ手段が、上記第1の金属管とT
    字管で接続されることを特徴とする、請求項2の反応装
    置。
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JPH04230022A JPH04230022A (ja) 1992-08-19
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