JP3230162B2 - 気相成長装置 - Google Patents
気相成長装置Info
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- phase growth
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、気相成長装置に係り、
特にウェハを保持しウェハと共に少なくともウェハ保持
部を加熱されるウェハ保持体の改良に関する。
特にウェハを保持しウェハと共に少なくともウェハ保持
部を加熱されるウェハ保持体の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の気相成長装置は、サセプタと称す
る炭素製のウェハ保持体上にウェハを置き、ＲＦ加熱に
よってウェハ保持体を加熱してウェハを加熱したり、ま
たは赤外線加熱によってウェハ保持体と共にウェハを加
熱したりしていた。ウェハ保持体はウェハに対して十分
大きな熱容量を有するように比較的厚く形成され、熱的
安定を得るようにしていた。
る炭素製のウェハ保持体上にウェハを置き、ＲＦ加熱に
よってウェハ保持体を加熱してウェハを加熱したり、ま
たは赤外線加熱によってウェハ保持体と共にウェハを加
熱したりしていた。ウェハ保持体はウェハに対して十分
大きな熱容量を有するように比較的厚く形成され、熱的
安定を得るようにしていた。
【０００３】上記の従来の気相成長装置はバッチ処理方
式がほとんどであったが、半導体デバイスは年々高集積
化され、それに連れてチップサイズも大きくなり、生産
性を上げるためにウェハは大口径化され、また、デバイ
スの微細化に伴って気相成長の品質要求は厳しくなって
きており、このような情況に対応するため、枚葉処理方
式の気相成長装置に移行しつつある。
式がほとんどであったが、半導体デバイスは年々高集積
化され、それに連れてチップサイズも大きくなり、生産
性を上げるためにウェハは大口径化され、また、デバイ
スの微細化に伴って気相成長の品質要求は厳しくなって
きており、このような情況に対応するため、枚葉処理方
式の気相成長装置に移行しつつある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】バッチ処理方式は気相
成長に要する１サイクルの時間が比較的長くても処理枚
数の増加により生産性を確保することが可能であるが、
枚葉処理方式においては１サイクルの時間を短縮しなけ
れば、生産性を確保できない。ところで、ウェハ保持体
の熱容量が大きすぎると、加熱および冷却に時間を要す
る。そこで、枚葉処理方式においては、ウェハ保持体の
肉厚を極力薄くする必要がある。
成長に要する１サイクルの時間が比較的長くても処理枚
数の増加により生産性を確保することが可能であるが、
枚葉処理方式においては１サイクルの時間を短縮しなけ
れば、生産性を確保できない。ところで、ウェハ保持体
の熱容量が大きすぎると、加熱および冷却に時間を要す
る。そこで、枚葉処理方式においては、ウェハ保持体の
肉厚を極力薄くする必要がある。
【０００５】しかしながら、気相成長用の反応ガスは、
ウェハだけでなくウェハ保持体にも接触して、その表面
にシリコン等の気相成長膜が積層される。この気相成長
膜は、例えばシリコンの場合、ウェハ保持体の基材炭素
よりヤング率が１桁程度大きく、かつ熱膨脹係数は半分
程度と小さいため、ウェハ保持体を薄くすると、ウェハ
保持体は大きく変形し、クラックを発生することがある
と共に、ウェハを的確に保持することができない。
ウェハだけでなくウェハ保持体にも接触して、その表面
にシリコン等の気相成長膜が積層される。この気相成長
膜は、例えばシリコンの場合、ウェハ保持体の基材炭素
よりヤング率が１桁程度大きく、かつ熱膨脹係数は半分
程度と小さいため、ウェハ保持体を薄くすると、ウェハ
保持体は大きく変形し、クラックを発生することがある
と共に、ウェハを的確に保持することができない。
【０００６】そこで、従来は、ウェハ保持体上の気相成
長膜の厚さが１０μｍ程度に達する毎にガスエッチング
して気相成長膜を除去する必要があり、生産性を阻害す
ると共に、ウェハ保持体は数回のエッチングにより永久
変形して元に戻らなくなり、さらに１０μｍ以上の気相
成長膜を形成することが困難である等の問題があった。
長膜の厚さが１０μｍ程度に達する毎にガスエッチング
して気相成長膜を除去する必要があり、生産性を阻害す
ると共に、ウェハ保持体は数回のエッチングにより永久
変形して元に戻らなくなり、さらに１０μｍ以上の気相
成長膜を形成することが困難である等の問題があった。
【０００７】本発明は、ウェハ保持体の変形を防止する
と共にウェハ保持体をより薄くして急速加熱および急速
冷却を可能にし、的確な気相成長を能率的に行うことの
できる気相成長装置を提供することを目的としている。
と共にウェハ保持体をより薄くして急速加熱および急速
冷却を可能にし、的確な気相成長を能率的に行うことの
できる気相成長装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、ウェハの外周部をリング状のウェハ保持体
で支持し、ウェハ及びウェハ保持体に対して間隔を置い
て配置された加熱板により、ウェハと少なくともウェハ
保持体のウェハ保持部を加熱してウェハ表面に気相成長
させる気相成長装置において、前記ウェハ保持体を、炭
素繊維強化炭素複合材料を基体として形成すると共に、
厚さを１〜２ｍｍとしたものである。
の本発明は、ウェハの外周部をリング状のウェハ保持体
で支持し、ウェハ及びウェハ保持体に対して間隔を置い
て配置された加熱板により、ウェハと少なくともウェハ
保持体のウェハ保持部を加熱してウェハ表面に気相成長
させる気相成長装置において、前記ウェハ保持体を、炭
素繊維強化炭素複合材料を基体として形成すると共に、
厚さを１〜２ｍｍとしたものである。
【０００９】
【作用】基体が炭素繊維強化炭素複合材料で形成された
ウェハ保持体は、ヤング率がシリコンの気相成長膜の２
倍以上あり、熱膨脹係数がシリコンの気相成長膜に比較
的近い値であり、さらに曲げ強さが炭素の２倍程度であ
るため、その厚さを薄くしても気相成長に伴なう変形を
極くわずかに押えることができ、かつ炭素繊維強化炭素
複合材料は、化学的に安定しており、熱衝撃に強いた
め、気相成長に悪影響を及ぼすことなく、急速加熱、急
速冷却による能率的な気相成長が的確に行われる。
ウェハ保持体は、ヤング率がシリコンの気相成長膜の２
倍以上あり、熱膨脹係数がシリコンの気相成長膜に比較
的近い値であり、さらに曲げ強さが炭素の２倍程度であ
るため、その厚さを薄くしても気相成長に伴なう変形を
極くわずかに押えることができ、かつ炭素繊維強化炭素
複合材料は、化学的に安定しており、熱衝撃に強いた
め、気相成長に悪影響を及ぼすことなく、急速加熱、急
速冷却による能率的な気相成長が的確に行われる。
【００１０】
【実施例】以下本発明の実施例について図１ないし図４
を参照して説明する。図１において、ベース１０の下面
には上方に向って伸びる中空円筒体１１が取付けられ、
その上端にヒータ支え１２が取付けられている。ヒータ
支え１２には絶縁棒１３，反射板１４および絶縁棒１５
を介してヒータ１６が取付けられている。中空円筒体１
１の下端はフタ１８によって閉じられ、中空円筒体１１
の内部にはフタ１８を貫通してヒータ１６に接続された
給電用配線１７が設けられている。
を参照して説明する。図１において、ベース１０の下面
には上方に向って伸びる中空円筒体１１が取付けられ、
その上端にヒータ支え１２が取付けられている。ヒータ
支え１２には絶縁棒１３，反射板１４および絶縁棒１５
を介してヒータ１６が取付けられている。中空円筒体１
１の下端はフタ１８によって閉じられ、中空円筒体１１
の内部にはフタ１８を貫通してヒータ１６に接続された
給電用配線１７が設けられている。
【００１１】中空円筒体１１の周囲を囲むように中空回
転軸２０が設けられ、中空回転軸２０はベアリング２
１，２１により中空円筒体１１と無関係に回転自在にベ
ース１０に取付けられている。中空回転軸２０にはプー
リ２２が取付けられ、ベルト２３により図示しないモー
タにより回転を与えられるようになっている。
転軸２０が設けられ、中空回転軸２０はベアリング２
１，２１により中空円筒体１１と無関係に回転自在にベ
ース１０に取付けられている。中空回転軸２０にはプー
リ２２が取付けられ、ベルト２３により図示しないモー
タにより回転を与えられるようになっている。
【００１２】中空回転軸２０の上端は、一部のみを示す
ベルジャ２４によってベース１０の上面上方に形成され
る反応室２５内に伸び、その上端にはキー２６を介して
炭素製の支持円盤２７が固着されている。支持円盤２７
には石英ガラス，炭素またはセラミックス製の支持リン
グ２８が支持円盤２７と一体的に回転可能に取付けられ
ている。
ベルジャ２４によってベース１０の上面上方に形成され
る反応室２５内に伸び、その上端にはキー２６を介して
炭素製の支持円盤２７が固着されている。支持円盤２７
には石英ガラス，炭素またはセラミックス製の支持リン
グ２８が支持円盤２７と一体的に回転可能に取付けられ
ている。
【００１３】支持リング２８は、ヒータ支え１２，反射
板１４およびヒータ１６の外周を囲んで、ヒータ１６よ
り上方へ伸びている。支持リング２８の内周面の上方寄
りの途中には段部２９が形成され、段部２９に炭素製の
加熱板３０が嵌着されている。加熱板３０はヒータ１６
と間隔を置いてほぼ平行に配置され、ヒータ１６に非接
触で加熱されるようになっている。
板１４およびヒータ１６の外周を囲んで、ヒータ１６よ
り上方へ伸びている。支持リング２８の内周面の上方寄
りの途中には段部２９が形成され、段部２９に炭素製の
加熱板３０が嵌着されている。加熱板３０はヒータ１６
と間隔を置いてほぼ平行に配置され、ヒータ１６に非接
触で加熱されるようになっている。
【００１４】支持リング２８の上端には段部３１が形成
され、段部３１にリング状のウェハ保持体３２が嵌着さ
れ、ウェハ保持体３２の上面内周寄りに形成された段部
３３内にウェハＷを保持するようになっている。ウェハ
保持体３２に支持されたウェハＷは、加熱板３０と好ま
しくは３mm以上の所定の間隔Ｃを有するように置かれ
る。
され、段部３１にリング状のウェハ保持体３２が嵌着さ
れ、ウェハ保持体３２の上面内周寄りに形成された段部
３３内にウェハＷを保持するようになっている。ウェハ
保持体３２に支持されたウェハＷは、加熱板３０と好ま
しくは３mm以上の所定の間隔Ｃを有するように置かれ
る。
【００１５】ウェハ保持体３２は、炭素繊維を芯材とし
て、それを炭素で固めたいわゆる炭素繊維強化炭素複合
材料で作られている。ウェハ保持体３２は、特に厚さ方
向の強度を持たせるため、炭素繊維の織物に樹脂を含浸
させ、ホットプレスで成形し、焼成、含浸黒鉛化のサイ
クルを繰返し行った後、所定形状に機械加工したもので
ある。ウェハ保持体３２の表面にはＳｉＣコートを施こ
すことが好ましい。ウェハ保持体３２の厚さは１ないし
２mm程度に薄く形成されている。
て、それを炭素で固めたいわゆる炭素繊維強化炭素複合
材料で作られている。ウェハ保持体３２は、特に厚さ方
向の強度を持たせるため、炭素繊維の織物に樹脂を含浸
させ、ホットプレスで成形し、焼成、含浸黒鉛化のサイ
クルを繰返し行った後、所定形状に機械加工したもので
ある。ウェハ保持体３２の表面にはＳｉＣコートを施こ
すことが好ましい。ウェハ保持体３２の厚さは１ないし
２mm程度に薄く形成されている。
【００１６】次いで本装置の作用について説明する。ヒ
ータ１６に給電し、加熱板３０を加熱すると共に、中空
回転軸２０を回転させ、加熱板３０，ウェハ保持体３２
およびウェハＷを回転させる。ウェハＷとウェハ保持体
３２は加熱板３０によって加熱される。
ータ１６に給電し、加熱板３０を加熱すると共に、中空
回転軸２０を回転させ、加熱板３０，ウェハ保持体３２
およびウェハＷを回転させる。ウェハＷとウェハ保持体
３２は加熱板３０によって加熱される。
【００１７】ウェハＷの温度Ｔは、図２に示すように加
熱板３０とウェハＷの間隔Ｃによって変化し、間隔Ｃが
３mmより小さい範囲では変化が大きく現れる。そこで、
間隔Ｃは３mm以上の所定値に保つことが好ましい。
熱板３０とウェハＷの間隔Ｃによって変化し、間隔Ｃが
３mmより小さい範囲では変化が大きく現れる。そこで、
間隔Ｃは３mm以上の所定値に保つことが好ましい。
【００１８】ウェハ保持体３２は、間隔Ｃを所定値に保
つようにウェハＷを支持すると共に、加熱板３０によっ
て加熱され、ウェハＷの外周を加熱して該外周の温度低
下を押え、ウェハＷの中心から外周までの全域にわた
り、均一な温度分布とする役目を有している。
つようにウェハＷを支持すると共に、加熱板３０によっ
て加熱され、ウェハＷの外周を加熱して該外周の温度低
下を押え、ウェハＷの中心から外周までの全域にわた
り、均一な温度分布とする役目を有している。
【００１９】ウェハＷを所定の気相成長温度に加熱した
ところで、反応ガスを図１において上方からウェハＷに
向けて流下させることにより気相成長を施こすが、この
ときウェハＷの表面だけでなく、ウェハ保持体３２の表
面にも気相成長膜が形成される。
ところで、反応ガスを図１において上方からウェハＷに
向けて流下させることにより気相成長を施こすが、この
ときウェハＷの表面だけでなく、ウェハ保持体３２の表
面にも気相成長膜が形成される。
【００２０】気相成長膜はシリコンの場合、ヤング率が
１１５００Kgf/mm2 と炭素のヤング率１２００Kgf/mm2
のほぼ１０倍であり、かつ熱膨脹係数は２．３３×１０
-6／℃と炭素の４〜５×１０-6／℃より小さいため、ウ
ェハ保持体３２を従来のように炭素で作った場合には、
前述したように、ウェハ保持体３２がその表面に形成さ
れた気相成長膜の影響を大きく受け、気相成長およびそ
の前後の昇温，降温時に比較的大きく変形し、加熱板３
０とウェハＷの間隔Ｃを所定値に保つことができないと
同時に、ウェハＷとウェハ保持体３２との接触も局部的
になり、ウェハＷを均一に加熱することができず、スリ
ップを発生させると共に、気相成長膜の膜厚分布を低下
させる。
１１５００Kgf/mm2 と炭素のヤング率１２００Kgf/mm2
のほぼ１０倍であり、かつ熱膨脹係数は２．３３×１０
-6／℃と炭素の４〜５×１０-6／℃より小さいため、ウ
ェハ保持体３２を従来のように炭素で作った場合には、
前述したように、ウェハ保持体３２がその表面に形成さ
れた気相成長膜の影響を大きく受け、気相成長およびそ
の前後の昇温，降温時に比較的大きく変形し、加熱板３
０とウェハＷの間隔Ｃを所定値に保つことができないと
同時に、ウェハＷとウェハ保持体３２との接触も局部的
になり、ウェハＷを均一に加熱することができず、スリ
ップを発生させると共に、気相成長膜の膜厚分布を低下
させる。
【００２１】しかしながら、炭素繊維強化炭素複合材料
製のウェハ保持体３２は、ヤング率が２５０００Kgf/mm
2 でシリコン気相成長膜の２倍以上あり、熱膨脹係数は
３×１０-6／℃とシリコン気相成長膜のそれに比較的近
い値を有し、かつ曲げ強さも炭素の６５０〜７００Kgf/
mm2 のほぼ２倍である１３００Kgf/mm2 と大きい。
製のウェハ保持体３２は、ヤング率が２５０００Kgf/mm
2 でシリコン気相成長膜の２倍以上あり、熱膨脹係数は
３×１０-6／℃とシリコン気相成長膜のそれに比較的近
い値を有し、かつ曲げ強さも炭素の６５０〜７００Kgf/
mm2 のほぼ２倍である１３００Kgf/mm2 と大きい。
【００２２】そこで、本装置のウェハ保持体３２は、厚
さを１．５mmと薄くしても変形は見られず、１回に１０
μm の厚さの気相成長膜を成長させた場合には１５回の
使用すなわち、合計１５０μm の気相成長にも十分耐え
ることができた。
さを１．５mmと薄くしても変形は見られず、１回に１０
μm の厚さの気相成長膜を成長させた場合には１５回の
使用すなわち、合計１５０μm の気相成長にも十分耐え
ることができた。
【００２３】以下に本発明の効果を明確にするため、気
相成長例を示す。ウェハＷは６インチのシリコンウェ
ハ、気相成長温度は図３に示すように、１１００℃であ
り、７００℃から１１００℃までの昇温と、１１００℃
から７００℃までの降温を１分間で行った。気相成長圧
力は７６Ｔｏｒｒ，反応ガスはＳｉＨ2Ｃｌ2 ；１００
０ＳｃｃＭとＨ2 ；３０ＳＬＭの混合ガスであり、ウェ
ハ保持体３２は炭素繊維強化炭素複合材料製で厚さ２m
m，内径１４７．６mm，外径２１８mmであった。
相成長例を示す。ウェハＷは６インチのシリコンウェ
ハ、気相成長温度は図３に示すように、１１００℃であ
り、７００℃から１１００℃までの昇温と、１１００℃
から７００℃までの降温を１分間で行った。気相成長圧
力は７６Ｔｏｒｒ，反応ガスはＳｉＨ2Ｃｌ2 ；１００
０ＳｃｃＭとＨ2 ；３０ＳＬＭの混合ガスであり、ウェ
ハ保持体３２は炭素繊維強化炭素複合材料製で厚さ２m
m，内径１４７．６mm，外径２１８mmであった。
【００２４】上記の条件で気相成長を行ったところ、ウ
ェハ保持体３２の変形は見られず、ウェハＷを５０倍の
微分干渉電子顕微鏡で観察したところ、図４に示すよう
に、ウェハＷの外周部にスリップＳをわずかに生じたの
みであり、また気相成長膜の膜厚分布は膜厚１０μm で
±１．７％であり、ウェハＷが極めて均一に加熱された
ことが判明した。また、得られた気相成長膜はオートド
ープによる遷移幅の広がりは見られなかった。
ェハ保持体３２の変形は見られず、ウェハＷを５０倍の
微分干渉電子顕微鏡で観察したところ、図４に示すよう
に、ウェハＷの外周部にスリップＳをわずかに生じたの
みであり、また気相成長膜の膜厚分布は膜厚１０μm で
±１．７％であり、ウェハＷが極めて均一に加熱された
ことが判明した。また、得られた気相成長膜はオートド
ープによる遷移幅の広がりは見られなかった。
【００２５】これに対し、ウェハ保持体３２に炭素製の
ものを用いたほかは上記と同一条件で気相成長を行った
場合には、ウェハ保持体３２は中央側が高くなる方向へ
わん曲しており、スリップＳも図５に示すようにウェハ
Ｗの外周部の全域に数mmないし１０mm程度のものが多く
発生し、膜厚分布も±４％であった。これは、ウェハ保
持体３２の変形によりウェハＷの温度分布が悪化したた
めと考えられる。
ものを用いたほかは上記と同一条件で気相成長を行った
場合には、ウェハ保持体３２は中央側が高くなる方向へ
わん曲しており、スリップＳも図５に示すようにウェハ
Ｗの外周部の全域に数mmないし１０mm程度のものが多く
発生し、膜厚分布も±４％であった。これは、ウェハ保
持体３２の変形によりウェハＷの温度分布が悪化したた
めと考えられる。
【００２６】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ウェ
ハ保持体をより薄く形成してウェハの均熱性を損うこと
なしに急速加熱，急速冷却が可能となり、能率的に気相
成長を行うことができ、さらにウェハを的確に保持して
均一に加熱することができ、このためスリップのない膜
厚分布の良好な気相成長を行うことができる。
ハ保持体をより薄く形成してウェハの均熱性を損うこと
なしに急速加熱，急速冷却が可能となり、能率的に気相
成長を行うことができ、さらにウェハを的確に保持して
均一に加熱することができ、このためスリップのない膜
厚分布の良好な気相成長を行うことができる。
【図１】本発明の一実施例を示す部分断面図である。
【図２】加熱板とウェハとの間隔Ｃとウェハ温度Ｔとの
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図３】本発明の気相成長装置による気相成長例の温度
変化を示す図である。
変化を示す図である。
【図４】図３に示した温度変化により本発明の気相成長
装置で気相成長を行ったときのスリップ発生状況を示す
図である。
装置で気相成長を行ったときのスリップ発生状況を示す
図である。
【図５】図３に示した温度変化により従来の気相成長装
置で気相成長を行ったときのスリップ発生状況を示す図
である。
置で気相成長を行ったときのスリップ発生状況を示す図
である。
１６ ヒータ ２０ 回転軸 ２５ 反応室 ３０ 加熱板 ３２ ウェハ保持体 Ｗ ウェハ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−298088（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−144620（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−219130（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−224223（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−131335（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 C23C 16/44 C30B 25/12
Claims (1)
- 【請求項１】 ウェハの外周部をリング状のウェハ保持
体で支持し、ウェハ及びウェハ保持体に対して間隔を置
いて配置された加熱板により、ウェハと少なくともウェ
ハ保持体のウェハ保持部を加熱してウェハ表面に気相成
長させる気相成長装置において、前記ウェハ保持体を、
炭素繊維強化炭素複合材料を基体として形成すると共
に、厚さを１〜２ｍｍとしたことを特徴とする気相成長
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12224191A JP3230162B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12224191A JP3230162B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 気相成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04324625A JPH04324625A (ja) | 1992-11-13 |
| JP3230162B2 true JP3230162B2 (ja) | 2001-11-19 |
Family
ID=14831087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12224191A Expired - Fee Related JP3230162B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 気相成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3230162B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10328842B4 (de) * | 2003-06-26 | 2007-03-01 | Siltronic Ag | Suszeptor für eine chemische Gasphasenabscheidung, Verfahren zur Bearbeitung einer Halbleiterscheibe durch chemische Gasphasenabscheidung und nach dem Verfahren bearbeitete Halbleiterscheibe |
| JP5140990B2 (ja) * | 2006-10-27 | 2013-02-13 | 信越半導体株式会社 | エピタキシャルシリコンウエーハの製造方法 |
-
1991
- 1991-04-24 JP JP12224191A patent/JP3230162B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04324625A (ja) | 1992-11-13 |
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