JP2835338B2 - エピタキシアル成長反応器 - Google Patents

エピタキシアル成長反応器

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JP2835338B2
JP2835338B2 JP1067763A JP6776389A JP2835338B2 JP 2835338 B2 JP2835338 B2 JP 2835338B2 JP 1067763 A JP1067763 A JP 1067763A JP 6776389 A JP6776389 A JP 6776389A JP 2835338 B2 JP2835338 B2 JP 2835338B2
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    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体材料より成る複数個のウェファを反
応ガス流にさらすことによりこれらウェファを処理する
エピタキシアル成長反応器であって、遊星支持体、すな
わち複数のディスクを軸線を中心に公転させるとともに
自転させる手段を有する支持体を具え、各ディスクは成
長処理中ウェファを載置するようになっているエピタキ
シアル成長反応器に関するものである。
（従来の技術） “サンプル支持体”とも称されるこのようなウェファ
支持体はフランス国特許第FR−Ａ−2596070号明細書に
開示されており、このフランス国特許明細書には支持体
と、ディスクと、これらディスクを回転せしめる手段と
が詳細に説明されている。
このフランス国特許明細書では、このような支持体の
寸法は大きく、反応器の容器がこれに対応した寸法を必
要とするという問題を取扱っていない。通常、石英より
成る円筒状或いは方形の管をエピタキシアル反応器とし
て用いており、この反応器は、その軸線が水平となるよ
う配置され、これに反応ガス流が導入され、このガスが
管の壁部に平行に伝播する。このようにすることによ
り、均質な反応ガス層流が得られ、これにより均一幅の
堆積体を得ることができるという利点が生じる。
（発明が解決しようとする課題） しかし、主ディスクが例えば25cmの直径を有する支持
体の場合、装置を収容するのに適切な寸法の石英管は極
めて高価となる。更に、石英管の端部を経てウェファを
ローディング（装填）したりアンローディングしたりす
るのが容易でなく、封止部材を除去するのに機械的手段
を必要とする。
本発明は、石英管を用いるよりも一層コンパクトで一
層廉価な容器を有する反応器を提供するものである。ま
た本発明は、容器を開放することなく数個のウェファを
同時に処理するとともに、堆積体の幅を適切に均一にす
るものである。
（課題を解決するための手段） 本発明は、半導体材料より成る複数個のウェファを反
応ガス流にさらすことによりこれらウェファを処理する
エピタキシアル成長反応器であって、遊星支持体、すな
わち複数のディスクを軸線を中心に公転させるとともに
自転させる手段を有する支持体を具え、各ディスクは成
長処理中ウェファを載置するようになっているエピタキ
シアル成長反応容器において、成長処理中反応ガスがウ
ェファと接触するようにする容器が、前記遊星支持体を
殆ど囲み垂直軸線を有する円筒状部材を以って構成さ
れ、プレートより成る底部と、中央部分を除いて平坦な
蓋とが前記円筒状部材の上側区分と、下側区分とに封着
されるようになっていることを特徴とする。
米国特許第3721210号明細書にも反応器が記載されて
おり、この反応器は多数のウェファを同時に処理する遊
星支持体を有していないが、容器を開放することなく且
つ極めて高価な石英管を用いることなく複数のウェファ
を処理することができる。この反応器では、主ディスク
のみを用いてウェファを保持しており、この主ディスク
はエピタキシアル成長中静止しており、ウェファを反応
ガス流に当てる空間に運んだりウェファをこの空間から
取出したりする際にこの主ディスクが移動せしめられ
る。ウェファを順次に処理される為、処理サイクルは長
くなる。更に上記の米国特許明細書には得られる堆積体
の幅をできるだけ良好に均一にする（このことは本発明
により解決する技術的問題の１つである）手段は極めて
不充分にしか開示されていない。本発明によれば、反応
ガスの為の孔が主ディスクの中央に対向して蓋の中央に
位置しているようにすることよりウェファの表面の全幅
に亘る堆積幅を極めて均一にすることができる。
更に、ある処理段階では、互いに極めて急速に反応し
やすい数種類のガスを導入する必要がある。この場合は
例えばアルシンとトリエチルインジウムとを導入する場
合である。これらは予め混合してはならず、容器内に同
時にしかし別々に導入する必要がある。この目的の為
に、前記の孔は反応ガスを導入する為のものである、フ
レア部分が下方に向いた複数の同心状のファンネル部を
介して前記の容器内に入り込んでいるようにする。
このような構成にすることにより、ガス流が容器の外
部に向って径方向に移動する際に著しく急速に混合しな
いようにする。この著しい急速な混合はウェファを自転
させるにもかかわらず容器の中心に粒状で多量の有害な
堆積体を生ぜしめる。更に、最大のファンネル部が容器
内に入り込んでいる環状空間中に円筒状のグリッドを配
置するのが有利である。このグリッドには例えばこのグ
リッドの円筒状の横断面で接線方向に延在するリブが形
成されているようにする。更に側方に位置し２つの環状
のガス入口空間を互いに分離する円錐壁の下側部分をほ
ぼ平坦で水平なリングまで延在させるのが有利である。
これらのすべての素子が協同してウェファ表面全体に亘
る堆積体の均一性を更に改善する。更に、反応器をいわ
ゆるIII−Ｖ族化合物を堆積するのに用いる場合、中央
のファンネル部がＶ族化合物を導入するのに用いられ、
外側のファンネル部がIII族化合物を導入するのに用い
られるようにする。この特徴は前述した特徴と相俟っ
て、Ｖ族化合物を含有するガスの量をフェファの表面上
の他の組成よりも常に多くするようにすることができ
る。
径方向での反応ガス流の均一性を更に改善する為に
は、前記の遊星支持体は円筒状の容器の内側で石英リン
グで囲まれており、このリングにはその周辺に沿って均
一に分布されている孔があけられており、このリングの
外側に環状のガス循環空間が形成されるようにする。
本発明による反応器の更に他の重要な利点は、処理す
べき半導体ウェファのローディング及びアンローディン
グが容易になることである。反応器は下から開けること
ができ、従ってウェファ支持体に直接アクセスすること
ができる。この利点は最大限に利用し、容器の開放を更
に迅速にする為には、蓋を周辺のボルトの組により固着
させずに、反応器にウェファをローディングしたりアン
ローディングしたりする為に蓋を除去しうるようにする
ジャッキシステムにより円筒状部材上に配置する。
（実施例） 以下図面につき本発明を説明する。
本発明による反応器を大きく描く為に第１図にはこの
反応器のほぼ半分のみを示してある。図示していない部
分は第２図に示してある構成素子から容易に理解しうる
であろう。
ウェファ支持体は、ガス送給路13,14,16が貫通してい
るグラファイト固定支持ディスク５より成っており、そ
の上側部分はくぼんでキュベットを形成している。直径
が約25cmでガスベット（ガス床）上で浮動しつつ回転す
る主ディスク４がこのキュベット内に配置され、この主
ディスクは複数個の副ディスク３を有し、これら副ディ
スクもガスベット上で浮動しつつ回転する。これら副デ
ィスクの各々の上には半導体ウェファ或いは半導体スラ
イス１が載せられる。第１図の断面には含まれていない
為に端部のみを13で示しているガス送給管は浮動用のガ
ス（水素より成る）を主ディスク４の下側に送給する。
他のガス送給管16は、回転する主ディスク４の内側に位
置するパイプ15の一端に向って固定支持ディスク５の中
央で終端し、このパイプ15は副ディスク３の下側で終端
している。
ディスク３及び４にはらせん形状の溝（図示せず）が
設けられ、これら溝によりガスの回転力を生ぜしめ、こ
れにより支持されたディスクを回転せしめる。各回転デ
ィスクの下側には、ガスを集めて下側のディスク５の方
向に送給する溝（図示せず）が設けられている。この点
は前述したフランス国特許第Ａ−2596070号明細書に詳
細に説明されている。
主ディスク５の寸法は、例えば５つの副ディスク４を
配置し各副ディスクが7.62cmの直径の半導体ウェファ１
を載置しうるような寸法とするか、或いは７個の副ディ
スクを配置し各副ディスクが5.08cmの直径を有する半導
体ウェファを載置しうるような寸法とする。副ディスク
の厚さは約5mmとし、主ディスクの厚さは約12mmとし、
これらディスクが固定支持ディスク５と相俟った全体の
厚さが約28mmとなるようにする。これらすべてのディス
ク3,4,5はグラファイトから造る。
反応器の容器は、垂直軸線32を有し横断面が円形の円
筒状部材19と、後に説明するようにこれにハーメチック
封止される蓋８及び底部７とを以って構成されている。
この円筒状部材19は、加熱される空間や反応ガスの必要
容積を最大限に制御する程度にすきまなくディスク４及
び５を包囲する。この円筒状部材19の高さはグラファイ
トより成るウェファ支持システム3,4,5の上側に反応ガ
スを通過させるのに適した高さの空間２を残すように選
択する。この空間ではウェファが反応ガスと接触する。
この円筒状部材19は、これにはんだ付等で接着された
管12より成るコイルに水を循環させることにより冷却さ
れる。この円筒状部材はステンレス鋼から造る。この円
筒状部材19にはその内周に沿って内側溝42を形成し、こ
の内側溝はこの円筒状部材の内面全体を覆う円筒状石英
壁18によって封止する。この内側溝42内には管41（第２
図）を経て水素を送給する。この水素は円筒状部材19と
円筒状石英壁18との間の空隙を通って漏れ出て容器内に
入り込み、これにより反応生成物がこの空隙に入り込む
のを阻止し、これにより円筒状部材19を汚染するのを阻
止する。ウェファ支持システムに対する浮動用ガスは、
円筒状部材19及び円筒状石英壁18を貫通して固定支持デ
ィスク５内に入り込んでいる管21を経て送給する。
反応器の容器の底部７は厚さが4mmの単なる円形の石
英板を以って構成する。ハーメチック封止は２つのＯリ
ング44によって達成するものであり、これらＯリング間
に溝43を形成し、この溝を排気する。
ウェファ支持システムはグラファイト片６により底部
７上に配置し、これらグラファイト片により浮動用ガス
を排気する空間を形成する。更に、孔が固定支持ディス
ク５の下側面の方向で下方に向き14で終端している管に
より水素を上記の空間に注入し、反応ガスがこの固定支
持ディスクに達しないようにするとともに堆積体がこの
固定支持ディスクに形成されないようにする。
底部７の下側には反射器39が設けられている赤外線ラ
ンプ38′が配置されており、これらランプにより赤外線
放射を放出せしめ、この赤外線放射が底部７を通過し、
ウェファ支持システムを加熱する。複数個のランプを用
いることにより、ディスク５の中央から側部に熱が完全
に均一に得られるようにする為にこれらランプの相対エ
ネルギーを調節しうるようにする。
蓋８は厚さが約4mmの石英ディスクを以って構成され
ており、このディスクはＯリング20上に配置され、これ
らＯリング間には下側の部分における溝43に類似するよ
うに溝33が形成されている。このディスク８はほぼ平坦
である。すなわちこのディスクはファンネル部28を成形
するために立上った中間点を除いて平坦である。このフ
ァンネル部内には管38を経てガスを送給しうる。ファン
ネル部28内には２つの他の同心的な空間26及び27が設け
られており、これらの下部はフレヤ端が下方に向いたフ
ァンネル形状をしている。これら空間26及び27は管36及
び37をそれぞれ経てガス源と連結される。３つの同心フ
ァンネル部のこの組は石英から成っており、外側のファ
ンネル部は蓋８と一体を成している。空間26及び27の下
側部は主ディスク４の上側ほぼ2mmに位置する。内側の
管36は例えば水素に予め希釈した砒素AsH3を送給し、外
側の管38は水素に希釈した有機−金属物質の混合体を送
給しうる。
水平面内のあらゆる方向で均一なガス流の分布は安定
でないということを無くす為に、ファンネル部28が容器
内に入り込んでいる環状空間内に円筒状グリッド48を配
置する。この円筒状グリッドを別に第３図に平面図に示
してある。この第３図の右側にはグリッドの一片を側面
図で示してある。このグリッド48は、平坦なモリブデン
細条にＵ字状の切口をレーザにより形成し、その各々が
舌片47を形成したものから構成する。この細条材料を丸
めて円筒体を形成すると、舌片は49で示すように平坦な
ままに保たれ、得られた円筒体の断面で接線方向に延在
する。これら舌片は円筒体に対しほぼ接線方向の流出方
向をガスに与えるリブ49を構成する。各リブはその前の
リブから流出する新たなガスにより内側で洗われるとい
う事実の為に、汚れのある堆積が生じない。
更に、２つの環状のガス入口空間27,28を互いに分離
する円錐壁の下側部分は、ほぼ平坦で水平なリム45,56
（第３図をも参照のこと）まで延在している。このリム
はモリブデンより成っており、装着を容易にする為に２
部分45及び46より成っている。このリムは例えば既知の
いかなる手段によってもグリッド48に固着することがで
きる。第１図のこのリム45,46を見た際に注意すべきこ
とは、空間28を出るガス流と空間26,27を出るガス流と
をこのリムにより分離し、こられの互いの混合を遅延さ
せ、それらの流出方向を水平にし、乱流を無くすように
することである。
このリム45,46は空間27及び28間に位置するファンネ
ル壁部の石英縁部より成る平坦な部分を以って構成する
こともできる。
蓋８は、この蓋を円筒状部材19に当接せしめる金属部
品９により抑える。この金属部品と蓋８との間には空間
34を形成し、この空間には蓋の温度を制御する為に管1
0,11を介してガスを充填しうるようにし、そのハーメチ
ック封止はＯリング22,23,24を用いて行なう。金属部品
９に対して幾分摺動しうる環状片25の目的は、石英蓋が
装着中に破壊するのを防止することにある。金属部品９
は、例えば管12に類似する水パイプとするか或いは金属
部品に形成され水が充填される中空路とすることのでき
る手段（図示せず）により冷却させる。
蓋を構成する素子のアセンブリは、反応器の内部にア
クセスする為に持上げ得るようにする。このアセンブリ
を円筒状部材19上に載せたりこの円筒状部材から持上げ
たりする為のシステムを設けるも、図面を簡単とする為
にこのシステムは図示していない。このシステムは既知
のいかなる機械的手段を以っても容易に実現しうる。ま
た金属部品９には、垂直の管を囲んで摺動し従って垂直
方向に移動運動するボールスリーブを設けることができ
る。この運動は１つ或いは複数個の水圧ジャッキにより
制御する。
軸線32に沿う混合ガスの分布の均一性を高める為に、
ウェファ支持体を石英リング17で囲み、この石英リング
にはこの場合垂直スリット40の形態の孔をこの石英リン
グの周囲に沿って等間隔にあける。このリング17とリン
グ（円筒状石英壁）18との間には環状空間があり、この
空間内で２つの直径的に対向する管29が終端しており
（第２図参照）、これらの管を経て反応ガスを流出せし
めることができる。
蓋を取去って反応器を示す第２図では、円筒状部材19
を貫通する種々の管の配置を示している。すなわち浮動
用のガスをグラファイトより成る固定支持ディスク５中
に送給する管21と、14で終端しウェファ支持アセンブリ
の下方にガスを送給する管31と、13で終端し主ディスク
の浮動用ガスを送給する管30と、ウェファ支持体の固定
部分中に設けられ副ディスクに対するガスを送給する中
空のガス送給管16と、環状の内側溝42内にガスを送給す
る管41と、反応ガス流出管29と、端部が封止されてお
り、ウェファ支持体の固定部分内に侵入しており、温度
を測定する熱電対を挿入する管37′とがある。第２図に
示す主ディスクは、直径が7.62mmの５つの副ディスク３
を有する。
本発明の変形例では、円筒状部材19を円形ではなく例
えば正方形にすることもでき、このようにしても外側の
リング（円筒状石英壁）18が設けられていればガス流の
性質は変化しない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による反応器の一部を第２図のＡ−Ａ
線上を断面として示す縦断面図、 第２図は、第１図の反応器を、蓋を取外した状態で第１
図の約半分の大きさに縮小して示す平面図、 第３図は、第１図の反応器の一部を示す平面図てある。 ３……副ディスク ４……主ディスク ５……固定支持ディスク ６……グラファイト片 ７……底部 ８……蓋 ９……金属部品 10,11,12,21,29,30,31,36,37,37′,38,41……管 13,14,16……ガス送給路（ガス送給管） 17……石英リング 18……円筒状石英壁 19……円筒状部材 20,22,23,24,44……Ｏリング 25……環状片 26,27,34……空間 28……ファンネル部 33,43……溝 40……垂直スリット 42……内側溝 45……リム 47……舌片 48……円筒状グリッド
───────────────────────────────────────────────────── 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 C30B 28/00 - 35/00 H01L 21/205 H01L 21/365 H01L 21/31

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体材料より成る複数個のウェファを反
    応ガス流にさらすことによりこれらウェファを処理する
    エピタキシアル成長反応器であって、遊星支持体、すな
    わち複数のディスクを軸線を中心に公転させるとともに
    自転させる手段を有する支持体を具え、各ディスクは成
    長処理中ウェファを載置するようになっているエピタキ
    シアル成長反応器において、成長処理中反応ガスがウェ
    ファと接触するようにする容器が、前記遊星支持体を殆
    ど囲み垂直軸線を有する円筒状部材を以って構成され、
    プレートより成る底部と、中央部分を除いて平坦な蓋と
    が前記円筒状部材の上側区分と、下側区分とに封着され
    るようになっていることを特徴とするエピタキシアル成
    長反応器。
  2. 【請求項２】請求項１に記載のエピタキシアル成長反応
    器において、反応ガスの為の孔が前記遊星支持体の中央
    に対向して蓋の中央に位置しており、この遊星支持体が
    その中央を取囲む前記複数のディスクを支持するように
    なっていることを特徴とするエピタキシアル成長反応
    器。
  3. 【請求項３】請求項２に記載のエピタキシアル成長反応
    器において、前記孔は反応ガスを導入する為のものであ
    り、フレア部分が下方に向いた複数の同心状のファンネ
    ル部を介して前記の容器内に入り込んでいることを特徴
    とするエピタキシアル成長反応器。
  4. 【請求項４】請求項３に記載のエピタキシアル成長反応
    器において、最大のファンネル部が容器内に入り込んで
    いる環状空間内に円筒状グリッドが設けられていること
    を特徴とするエピタキシアル成長反応器。
  5. 【請求項５】請求項４に記載のエピタキシアル成長反応
    器において、前記円筒状グリッドにはその円筒横断面に
    対し接線的に延在するリブが形成されていることを特徴
    とするエピタキシアル成長反応器。
  6. 【請求項６】請求項３〜５のいずれか一項に記載のエピ
    タキシアル成長反応器において、最も外側に位置する２
    つの環状のガス入口空間を互いに分離する円錐壁の下側
    部分が、ほぼ平坦で水平のリムまで延在していることを
    特徴とするエピタキシアル成長反応器。
  7. 【請求項７】III−Ｖ族化合物をエピタキシアル成長さ
    せる為の請求項３〜６のいずれか一項に記載のエピタキ
    シアル成長反応器において、中央のファンネル部がＶ族
    化合物を導入するのに用いられ、外側のファンネル部が
    III族化合物を導入するのに用いられるようになってい
    ることを特徴とするエピタキシアル成長反応器。
  8. 【請求項８】請求項３〜７のいずれか一項に記載のエピ
    タキシアル成長反応器において、前記蓋が石英ディスク
    であり、この石英ディスクが最も外側に位置しているフ
    ァンネル部と一体を成していることを特徴とするエピタ
    キシアル成長反応器。
  9. 【請求項９】請求項１〜８のいずれか一項に記載のエピ
    タキシアル成長反応器において、前記遊星支持体は円筒
    状の容器の内側で石英リングで囲まれており、この石英
    リングにはその周辺に沿って均一に分布されている孔が
    あけられており、この石英リングの外側に環状のガス循
    環空間が形成されていることを特徴とするエピタキシア
    ル成長反応器。
  10. 【請求項１０】請求項１〜９のいずれか一項に記載のエ
    ピタキシアル成長反応器において、前記蓋は、これを持
    ち上げて反応器のローディング及びアンローディングを
    行ないうるようにするジャッキシステムにより円筒状部
    材上に配置されるようになっていることを特徴とするエ
    ピタキシアル成長反応器。
  11. 【請求項１１】請求項１〜10のいずれか一項に記載のエ
    ピタキシアル成長反応器において、前記底部のプレート
    を石英を以って構成し、このプレートの下側に赤外線放
    射源が配置されていることを特徴とするエピタキシアル
    成長反応器。
JP1067763A 1988-03-22 1989-03-22 エピタキシアル成長反応器 Expired - Lifetime JP2835338B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8803688 1988-03-22
FR8803688A FR2628984B1 (fr) 1988-03-22 1988-03-22 Reacteur d'epitaxie a planetaire

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Publication Number Publication Date
JPH01278497A JPH01278497A (ja) 1989-11-08
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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1067763A Expired - Lifetime JP2835338B2 (ja) 1988-03-22 1989-03-22 エピタキシアル成長反応器

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