JP2771585B2 - 堆積物から保護された壁を有するエピタキシアル反応装置 - Google Patents

堆積物から保護された壁を有するエピタキシアル反応装置

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JP2771585B2 JP1067764A JP6776489A JP2771585B2 JP 2771585 B2 JP2771585 B2 JP 2771585B2 JP 1067764 A JP1067764 A JP 1067764A JP 6776489 A JP6776489 A JP 6776489A JP 2771585 B2 JP2771585 B2 JP 2771585B2
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、加熱され熱を放出する少なくとも１個の
半導体ウェーハを反応性ガス流れにさらすことによりウ
ェーハを加工するエピタキシアル成長反応装置に関す
る。
エピタキシアル成長反応装置の壁は、使用反応生成物
間の反応により生じた堆積物により汚されてくる傾向が
ある。
ウェーハが水平位置にある場合には、これらの堆積物
が膨張係数の差の影響で剥離し、断片のウェーハ上への
落下が起こり各断片が形成中の複数の回路の一つ（各ウ
ェーハは多数の回路に細分されている。）に欠陥を発生
させる傾向があるので、堆積物の問題が特に重大であ
る。
ウェーハの有用な表面近くで特に厄介である、エピタ
キシアル成長反応装置の壁の汚れは、壁を所定温度に上
げることにより防止することができる。
これを達成する手段は、壁の温度制御を設けることで
ある。これは、特開昭60−262418号公報により教示され
る。この文献に記載される反応装置は、反応装置壁上に
設けられた旋管をそなえ、その中に流体を循環させる。
壁温度は、温度を測定し、フィードバックによりこれを
流体の流量を制御する弁に作用させるようにして制御さ
れる。しかし、このような手段は、複雑で高価である。
この発明は、所望温度を有する壁を得る簡単で安価な
手段を提供する。
この発明は、ウェーハの温度より低い任意の所望壁温
度を得るためには、壁を横切って外部にいたる排熱を制
御することで十分であるという考えに基づく。
この手段を実行するために、この発明に従う反応装置
は、反応装置容器壁を反応性ガスにさらされるウェーハ
から短い距離のところに設け、ウェーハと向かい合う位
置にある壁内面から短い距離のところに操作中組成変更
可能な混合物を内蔵する中空空間を設け、この空間から
伝導により熱を放出することができるようにこの空間を
十分狭くして前記壁の熱伝導率を制御しうるようにした
ことを特徴とする。
壁がウェーハのすぐ上に設けたほぼ平らなカバーであ
ることが有利である。
使用する混合物は、ガス混合物であることが有利であ
り、水素とアルゴンの混合物であることが好ましく、混
合物中のそれらの各割合は調節可能である。
有利な例において、壁は、反応性ガスとの接触に極め
て好適な内側石英板と金属外壁とで構成される。前記空
間は、石英板と金属壁との間に形成される間隔により構
成される。外壁は、良好な熱導体であり、したがって組
立体の熱抵抗は、なかんずく狭い空間に供給された混合
物の特性に依存する。
一定厚さの堆積をつくる熱分布を得るように、空間を
複数の部分に分割してこれをガスを独立にかつ個別に供
給する。
添付図面を参照した非制限的例による次の説明により
この発明の実施方法が更に明らかになるであろう。
図面の尺度が大きくなるように、第１図は、反応装置
の半分よりわずかに多い部分だけを示す。図示しなかっ
た部分は、図示の要素から第２図を参照して容易に推定
することができる。
ウェーハ支持体は、固定グラファイト円板５により形
成され、該円板中に穴をつくってガスを通し、このガス
によってウェーハ支持円板をわずかに持ち上げて回転さ
せることができる。円板５は約25cmの直径を有する主回
転円板４をそなえ、更にこの円板は、複数の第２回転円
板３をそなえ、それらの各の上に半導体ウェーハ又はス
ライスを置く。浮動ガスを供給しうる管21は、固定円板
５に貫入する。この装置は、詳細に仏国特許明細書（FR
−Ａ−２）第596070号に記載され、これをこのような装
置を製造するための例として参考にすることができる。
反応装置容器は、円形断面の鉛直軸32を有する円筒部
材19にカバー８及び底部７を封止設置してなる。
この部材は、それにはんだ付けされ、中を水が循環す
る管12のら旋配置により冷却される。部材はステンレス
鋼製である。
容器の底部は、厚さが約4mmである簡単な丸い石英板
７により形成される。封止は、真空排気される溝43を間
に設けた２個のＯ−リング44により確実にされる。
底部７を透過しグラファイト支持体５を加熱する赤外
線を供給する、反射器39をそなえる管形赤外線電球38が
底部７上に配設される。複数の電球の使用は、円板の中
心部から外側部までの完全に規則正しい加熱が得られる
ようにそれらの相対的な電力を調節することを可能にす
る。
カバーは、厚さ約4mmの石英円板８（第１図）により
形成され、該円板は内側部において溝43と同様に間に溝
33を設けたＯ−リング20上に配置される。カバーの中央
部は、じょうご28の形状をしている。反応性ガスは、こ
のじょうご中に管38′を経て供給することができる。じ
ょうご28の内部に更に二つの同心体積部26及び27を設け
該体積部の下部を下向きの朝顔形端部を有するじょうご
形とする。各体積部26及び27は、それぞれ管36及び37を
経て反応性ガス源と連結する。内管36は、例えば、水素
中にあらかじめ希釈したアルシン又はホスフィンの供給
を可能にし；第２管37は、例えば、水素を運び、第２外
管38′は、アルコール中に希釈された有機金属物質の混
合物を運ぶことができる。反応性ガスは、ウェーハ１と
カバー８の間の空間２に流入し、次いで支持体５を囲む
石英リング17につくられたスリット40を経て流れ、次い
でリング17ともう一つの石英リング18との間の環状空間
を通って流れ、最後に管29（第２図）を経て放出され
る。
これらの反応性ガスは、ウェーハ上に所望の堆積物を
生成するがカバー８の内壁上にも堆積物を生成する。長
期運転中にこれらの堆積物が蓄積し、次いで剥離し粒子
が加工中にウェーハ上に落下し多数の欠陥をウェーハ表
面に生じさせる。
部材の金属部19及びウェーハの支持体のグラファイト
底側に関しては、カバー上よりこの場合厄介でない堆積
物は、反応性ガスとの接触を防止することにより避ける
ことができる。このために、部材19は、更に石英壁18を
そなえ、水素は円筒形溝42中に供給されて容器内に入
り、部材19と壁18の間の空間を通過する間に水素の逆流
をつくる。同様に、支持体５の下端近くの14で終わる管
は、そこで支持体の底側を掃く水素の逆流をつくる。
隆起カバーをそなえる反応装置を示す第２図におい
て、部材19内を通る若干の管の配列を示す：グラファイ
トブロック５で終わる浮動ガス供給管21、ウェーハ支持
組立体下のガス流れをつくるために14で終わる管31、主
円板４用浮動ガスを供給するために13で終わる管30、第
２円板用ガスを運び、ウェーハ支持体の固定部にある中
空管16、ガスを環状溝42に運ぶ管41、及び反応性ガス排
出管29。ここに示す主円板は、7.62cmの直径を有する５
個の第２円板３を支持する。
エピタクシーを生成する空間を限定するカバー８に関
しては、そこにある反応性ガスを除くことは、もち論問
題外である。それにもかかわらず、そこにおける堆積物
の生成を防止しうるのは、これらの堆積物がある温度で
生成し、他の温度では生成しないと述べた理由による。
カバーの内面の低い温度に対し、例えば、前記ガスを用
いれば、ヒ素又はリンの堆積物がある。しかし、温度が
高い場合、ヒ化ガリウムの堆積物が形成されるか、他の
化合物III−Ｖの堆積物が形成される。他方、450℃の程
度の中間温度においては、極めて少量の堆積物、この場
合には化合物III−Ｖの堆積物が生成されるだけである
ことが確かめられた。
ウェーハの組立体5,4,3及びウェーハ１自体が（電球3
8により）加熱され熱を放射する；この放射が極めて近
くにあるカバー８を高温に上げるのに十分であり、その
理由のために従来技術においてその温度を制御する機構
が設けられている。それと対照的に、この発明は、壁を
横切る伝導率を最適値に調節することによる温度制御を
提案する。
カバー８（第１図）は、金属部９の下に保持され、こ
の金属部がカバー８を部材19に押しつける。金属部９と
円板８の間に空間34が形成され、これに、カバーの温度
を制御するために、管10,11を経て適当な流体を満たす
ことができ、空間の封止は、Ｏ−リング22,23,24によっ
て行われる。金属部９に関して若干摺動することがで
き、かつ取り付け中石英カバーの破壊を防止する目的の
環状部25を設ける。金属部は、その外側で図示されてい
ないが、例えば、管12と同様な水管、又は金属部９内に
つくられた水を循環させる中空通路のような機構により
冷却される。
内面がウェーハからわずかな距離に位置し、これらと
向かい合う壁8,9は、部分1,3,4からの放射により加熱さ
れる内側石英板８と、良好な熱導体で水の循環により冷
却される外壁９とから構成される。これらの二つの壁を
分離する空間34は、約0.3〜0.5mmの厚さを有する：これ
は、極めて薄く、したがってこの空間を経る外部への熱
伝達は基本的に対流ではなくて伝導により行われ、空間
を満たす流体の熱伝導率に依存する。
ここで用いる流体は、ガス混合物である。アルゴンは
水素の1/10の伝導を有するので、これら２種のガスの混
合物は、混合物で用いる割合に応じて10の比で変化する
熱伝導を有することができる。したがって、充填管10,1
1により供給されるアルゴン対水素の比を変化させるこ
とで、カバーの内面温度を約450℃に調節することを可
能にする制御可能な熱伝導を得るには十分である。
前記流体は、（流体流れと組み合わせた流体の発熱量
のためにカロリを除く）冷却流体ではなくて変化可能な
伝導率を有する壁を構成するだけであることに注意する
必要がある。したがって、この流体に対して流れを与え
ることは、その組成の変更を望む場合に流体を置換する
ため以外は無用である。このために、流体出口を好まし
くは管10,11の位置と直径方向で反対側の位置、すなわ
ち、第１図に示す位置に対しては図面に示していない右
側部分に設けねばならない。
堆積物の厚さの均一性を改善するように、空間34は、
若干の部分に分割される。この例では、金属壁９が石英
壁８の上面に接触し空間34を別々の管10又は11により各
供給される二つの同心部分に分ける丸リブ35を有する。
したがって、異なる熱伝導率を有する混合物をこれらの
部分の各に供給することが可能である。これにより石英
壁８の直径に沿って温度分布を変えることが可能にな
る。
更に、支持体４とあらかじめ接触することにより高温
に加熱されたガスが次いでカバーの方へ上昇する場合、
ガス入口じょうご27及び28を分離する壁の内側リムを平
らにしてリング45をつくり、じょうご28から来る流れが
直接支持体４に運ばれることがないようにする。このリ
ング45は、別に金属（モリブデン）でつくることがで
き、かつ、石英円すい上に設けることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、５個のウェーハを同時に加工する、この発明
に従う反応装置の半分の、第２図のAA線横断面図、 第２図は、第１図の尺度の約半分の縮尺にした、隆起カ
バーをそなえる同じ反応装置の平面図である。 １……ウェーハ、２……空間 ３……第２回転円板、４……主回転円板 ５……固定グラファイト円板 ７……底部、８……カバー ９……金属部、10,11……充填管 12……冷却管、16……中空管 17,18……石英リング、19……円筒部材 20……Ｏ−リング、21……浮動ガス供給管 22,23,24……Ｏ−リング 25……環状部 26,27,28……ガス入口じょうご 29……反応性ガス排出管、30,31……管 32……鉛直軸、33……溝 34……空間、35……丸リブ 36……内管、37……第２管 38……管形赤外線電球、38′……第２外管 39……反射器、40……スリット 41……管、42……環状溝 43……溝、44……Ｏ−リング 45……リング
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C30B 25/00 - 25/22 H01L 21/205 ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ) ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】加熱され熱を放出する少なくとも１個の半
    導体ウェーハを反応性ガス流れにさらすことによりウェ
    ーハを加工するエピタキシアル成長反応装置において、
    反応装置容器壁を反応性ガスにさらされるウェーハから
    短い距離のところに設け、ウェーハと向かい合う位置に
    ある壁内面から短い距離のところに操作中組成変更可能
    な混合物を内蔵する中空空間を設け、この空間から伝導
    により熱を放出することができるようにこの空間を十分
    狭くして前記壁の熱伝導率を制御しうるようにしたこと
    を特徴とする堆積物から保護された壁を有するエピタキ
    シアル反応装置。
  2. 【請求項２】前記空間の厚さが0.3〜0.5mmの範囲内にあ
    る請求項１記載の反応装置。
  3. 【請求項３】ウェーハを水平支持体上に置き、壁がウェ
    ーハのすぐ上に設けたほぼ平らなカバーである請求項１
    又は請求項２記載の反応装置。
  4. 【請求項４】混合物がガス混合物である請求項１ないし
    請求項３のいずれか一つの項に記載の反応装置。
  5. 【請求項５】混合物が水素とアルゴンの混合物である請
    求項４記載の反応装置。
  6. 【請求項６】壁を内側石英板と外側金属板とにより構成
    しそれらの間に前記空間をつくる請求項１ないし請求項
    ５のいずれか一つの項に記載の反応装置。
  7. 【請求項７】前記空間を若干の部分に分割し、これらに
    混合物を各部分に独立に供給する請求項１ないし請求項
    ６のいずれか一つの項に記載の反応装置。
  8. 【請求項８】前記空間を丸くし、円い同心部分に分割す
    る請求項７記載の反応装置。
JP1067764A 1988-03-22 1989-03-22 堆積物から保護された壁を有するエピタキシアル反応装置 Expired - Lifetime JP2771585B2 (ja)

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