JP3882141B2 - 気相成長装置および気相成長方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェハを加熱しながら高温状態で原料ガスを供給することによりウェハ表面に化合物半導体等の薄膜を気相成長させるための気相成長装置に係り、特に、ウェハを配置するためのウェハ収容体の材質の特性に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、気相成長法は産業界の様々な分野で利用されている。気相成長においてウェハ上に成長した薄膜の膜厚、組成およびドーピング濃度の面内全域の高均一化はいうまでもなく必須項目である。そして、面内全域の均一化の実現手段として、ウェハ加熱の均熱化は最も重要な要素技術とされている。
【0003】
図1は、一般的な気相成長装置の構成例を示す断面図である。図1に示すように、気相成長装置100は、反応炉1と、ウェハ2を配置するウェハホルダ3と、ウェハホルダ3を載置するサセプタ4と、サセプタ4の下側に設けられた加熱ヒータ5と、ウェハホルダ3およびサセプタ4を回転自在に支持する回転機構6と、原料ガスやキャリアガスを供給するガス導入管7と、未反応ガスを排気するガス排気管8等で構成される。
【0004】
図9はウェハホルダ3の詳細な構成を示す拡大図であり、(a)上面図と(b)A−A断面図である。ウェハホルダ3は、その片面にウェハ2を配置するための円形のポケット孔3aを同一円周上に複数個(図2では6個)形成され、反対面でサセプタ4と接触するように構成されている。ここで、ウェハホルダ3は単一若しくは複数の部材で構成できるが、通常は、図9に示すように単一の部材で構成される。
【0005】
なお、サセプタ4は加熱ヒータ5からの熱を均一に伝達するために熱伝導率の高い材質(例えばモリブデン等)で構成される。また、ウェハホルダ3にも熱伝導率の高いグラファイトやモリブデン等が用いられるのが一般的である。
【0006】
上述の構成をした気相成長装置においては、加熱ヒータ5でサセプタ4の下側から加熱することによりサセプタ4、ウェハホルダ3を介してウェハ2に熱を伝え、ウェハ2を所定の温度まで上昇させる。また、サセプタ4を回転機構6により所定の回転数で回転させることにより、ガス導入管7より導入した原料ガスやキャリアガスをウェハ2表面に均等に供給しながら薄膜の気相成長を行う。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者等の実験により、上述したような気相成長装置100においては、ウェハ2の表面温度がウェハホルダ3の表面温度より低くなるため、ウェハ2の周縁部分はウェハホルダ3の温度の影響を受けてウェハ2の中央部分よりも温度が高くなってしまうことが判明した。つまり、従来の気相成長装置100ではウェハ2の面内温度分布が均一とならないために、ウェハ2の面内全域において均一性に優れた薄膜を気相成長させるのは困難であることが明らかとなった。
【0008】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、ウェハの面内全域において良好な均一性を有する薄膜を気相成長させることができる気相成長装置および気相成長方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、密閉可能な反応炉と、該反応炉内に設置され所定の位置にウェハを配置するためのウェハ収容体と、ウェハに向けて原料ガスを供給するためのガス供給手段と、前記ウェハを加熱するための加熱手段と、を少なくとも備え、前記反応炉内において前記加熱手段により前記ウェハ収容体を介してウェハを加熱しつつ、高温状態で原料ガスを供給することにより、前記ウェハ表面に成長膜を形成する気相成長装置において、前記ウェハ収容体を、前記ウェハを収容するための空部を形成された熱流制御部と、該熱流制御部に接合され前記空部に収容されたウェハに熱を伝導するための熱流伝導部とで構成し、前記熱流制御と前記熱流伝導部とが近接する平面及び曲面間には均一な接触熱抵抗Rg(R2g)が存在するようにしたものである。
【0010】
このようにウェハ収容体を構成することにより、前記熱流伝導部から前記ウェハ表面に向かう熱伝達経路の熱抵抗R1と前記熱流伝導部から前記熱流制御部表面に向かう熱伝達経路の熱抵抗R2の比R2/R1を容易に調整することができる。また、前記熱抵抗比R2/R1は、0.8以上1.2以下とするのが望ましい。
【0011】
これにより、ウェハ収容体の裏面(熱流伝導部の裏面)からウェハおよびウェハ収容体の表面(熱流制御部の表面)へ熱が伝達される際に、それぞれの熱伝達経路における熱抵抗がほぼ同等となるので、同様の熱伝導が行われ、ウェハおよびウェハ収容体の表面の到達温度を同じくすることができる。したがって、ウェハ表面とウェハ収容体の表面温度に差が生じることによってウェハ周縁部の表面温度がウェハ中央部の表面温度よりも上昇するのを回避でき、ウェハの面内温度分布を均一に保持することができる。その結果、ウェハの面内全域において良好な均一性を有する薄膜を気相成長させることができる。
【0012】
また、前記接触熱抵抗Rgは1.0×10-6m2K/W以上5.0×10-3m2K/W以下とする。もしくは、前記熱流制御部と前記熱流伝導部との隙間距離は、0.001mmから1mmの範囲で一様とする。これにより、前記接触熱抵抗Rg(R2g)は、前記熱流伝導部とウェハとの接触熱抵抗(R1g)とほぼ同等となるので、熱抵抗R 1 とR2の比R2/R1の調整が容易となる。
さらに、前記熱流制御部を前記熱流伝導部上に配置されるウェハの熱伝導率の0.5倍以上20倍以下の熱伝導率を有する材質で形成するようにした。
【0013】
特に限定しないが、熱流制御部は、薄膜成長やリアクタ内の雰囲気を汚染しないような特性を有する材料であれば、いかなる材料で熱流制御部31を製作してもよい。
【0014】
また、熱流伝導部を、ウェハに比べ熱伝導率の高い材質、例えば、50W/mK以上450W/mK以下の熱伝導率を有する材質で形成するようにした。
例えば、前記熱流制御部を、アモルファスカーボン、窒化アルミ、グラファイト、シリコン、炭化ケイ素、モリブデン、パイロリテックボロンナイトライド、アルミナの何れか一つで形成し、前記熱流伝導部を、モリブデン、グラファイト、金、銀の何れか一つで形成するのが望ましい。
【0015】
また、上述したような気相成長装置を用いて、前記反応炉内において前記加熱手段により前記ウェハ収容体を介してウェハを加熱しつつ、高温状態で原料ガスを供給することにより、前記ウェハ表面に薄膜を形成する気相成長方法において、薄膜を気相成長させる際の前記ウェハ収容体表面と前記ウェハ表面との温度差を2℃以内に制御しながら気相成長するようにした。これにより、ウェハの面内温度分布が均一になるので、ウェハの面内全域において良好な均一性を有する薄膜を気相成長させることができる。
【0016】
以下に、本発明を完成するに至った経緯について図10を参照して説明する。まず、本発明者等は、ウェハ2の表面温度がウェハホルダ3の表面温度より低くなる原因について、ウェハ2およびウェハホルダ3内部における熱伝達経路の違いに着目した。すなわち、一般的にウェハ2とウェハホルダ3の材質は異なり、同様の熱伝達が行われないために、それぞれの表面の到達温度に差が生じると考えた。
【0017】
図10は、ウェハ2とウェハホルダ3における熱抵抗概念図である。図10において、Tupはウェハホルダ3の裏面温度で、Tsurfはウェハ2またはウェハホルダ3の表面温度で、Tdownはウェハ2およびウェハホルダ3表面から所定の距離だけ離れた位置に想定した面(以下、仮想境界面と称する)における温度である。図10に示すように、ウェハ2の表面にはウェハホルダ3裏面からウェハホルダ3およびウェハ2を通過して仮想境界面に到達する熱伝達経路1にしたがって熱伝達が行われ、ウェハホルダ3の表面にはウェハホルダ3裏面からウェハホルダ3を通過して仮想境界面に到達する熱伝達経路2にしたがって熱伝達が行われる。このように、ウェハ2の表面とウェハホルダ3の表面とでは、それぞれ熱の伝達経路が異なっていることがわかる。
【0018】
すなわち、図10に示すウェハ2とウェハホルダ3における熱抵抗概念図より、熱伝達経路1における熱抵抗R1は、ウェハホルダ3部分の熱抵抗R1cと、ウェハホルダ3とウェハ2との接触熱抵抗R1gと、ウェハ2部分の熱抵抗R1wとを足し合わせた抵抗となり、熱伝達経路2における熱抵抗R2はウェハホルダ3部分の熱抵抗R2cとなる。
また、熱抵抗Rは下式(1)で与えられる。
【0019】
【数式1】
【0020】
これより、熱抵抗R1、R2は下式のように表すことができる。
【0021】
【数式2】
【0022】
ここで、ウェハ2(InP、GaAs等)の熱伝導率k1wはウェハホルダ3(グラファイト、モリブデン等)の熱伝導率k2cに比べて著しく小さいことからLw/k1w>Lw/k2cとなるうえ、ウェハ2とウェハホルダ3との接触面では接触熱抵抗R1gが生じるので、明らかにR1よりもR2のほうが小さくなる。
【0023】
【数式3】
【0024】
また、熱伝達は、熱伝達経路における熱流束に支配される。一般に、熱流束とは単位面積(単位:m2)を流れるエネルギー(熱流)量であり、下式(5)で与えられる。
【0025】
【数式4】
【0026】
また、図3において熱伝達経路1,2における総括熱抵抗R1total,R2totalは下式で表される。
【0027】
【数式5】
【0028】
上式(4)、(6)、(7)よりR1total>R2totalとなる。したがって、熱伝達経路1における熱流束q1は熱伝達経路2における熱流束q2よりも小さくなる。
【0029】
【数式6】
【0030】
また、熱流束q1,q2は、ウェハ2の表面温度T1surf、ウェハホルダ3の表面温度T2surfを用いて下式のように表すことができる。
【0031】
【数式7】
【0032】
上式(8)、(9)、(10)より、ウェハ2の表面温度T1surfがウェハホルダ3の表面温度T2surfよりも低くなることが導き出される。
【0033】
【数式8】
【0034】
このように、従来の気相成長装置においては、ウェハ2とウェハホルダ3の熱伝導率が大きく異なるために、上述のように表面温度T1surf、T2surfに差が生じることがわかった。
【0035】
一方、上式(5)〜(10)より、ウェハ2の表面温度T1surfとウェハホルダ3の表面温度T2surfを同等とするためには、それぞれの熱伝達経路における熱抵抗R1とR2を同等とすればよい(すなわち、熱抵抗比R2/R1を1に近づける)。そこで、本発明者らは、熱流制御部31と熱流伝導部32の2つの部材でウェハホルダ3を構成する方法を案出した。
このとき、熱抵抗概念図は図3のようになり、熱抵抗R1および熱抵抗R2は下式で表される。
【0036】
【数式9】
【0037】
これより、ウェハ2と熱流伝導部32との接触熱抵抗R1gと熱流制御部31と熱流伝導部との接触熱抵抗R2gの値を近くするとともに、ウェハ2部分の熱伝導率k1wと熱流制御部31部分の熱伝導率k2pの値を近くすることにより、熱抵抗R1とR2の値を近づけることができる。
【0038】
本発明は、上記知見をもとに完成するに至ったものであり、気相成長装置において、ウェハホルダ3を、ウェハ2を収容するための中空部を形成された熱流制御部と、該熱流制御部およびウェハを配置するための熱流伝導部とで構成するようにし、熱抵抗比R2/R1が0.8以上1.2以下となるようにしたものである。そして、前記熱抵抗Rgを1.0×10-6m2K/W以上5.0×10-3m2K/W以下とする、もしくは、前記熱流制御部と前記熱流伝導部との隙間距離を0.001mmから1mmの範囲で一様とすることで、接触熱抵抗R1gとR2gとがほぼ同等となるようにした。また、熱流制御部を、前記熱流伝導部上に配置されるウェハの熱伝導率の0.5倍以上20倍以下の熱伝導率を有する材質で形成するようにして、ウェハ2部分の熱伝導率k1wと熱流制御部31部分の熱伝導率k2pの値が近くなるようにした。
【0039】
また、上式(12)、(13)においてLwまたはLcの値を大きくすることによっても熱抵抗比R2/R1を1に近づけることができるが、温度制御上、装置の有効空間上、コスト上の問題から実現は困難であるため、具体的な方策として、ウェハホルダ3(熱流制御部31)の材質をウェハ2の熱伝導率と近い熱伝導率を有する材質とした。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる気相成長装置(MOCVD装置)の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態の気相成長装置の概略構成を示す断面図である。従来技術で示した気相成長装置と概略構成は同じである。従来技術ではグラファイト等の熱伝導率が高い材質で形成されていたウェハ収容体としてのウェハホルダ3を、本実施形態ではグラファイト等の熱伝導率が高い材質からなる熱流伝導部32とウェハの熱伝導率と比較的近い熱伝導率を有するアモルファスカーボン(以下、α−カーボンと略記する)からなる熱流制御部31とで構成している点が異なる。
【0041】
なお、熱伝導部32の材質はグラファイトに限らず、例えば、モリブデン、金、銀等で形成するようにしてもよい。また、前記熱流伝導部は、α−カーボンの他、窒化アルミ、グラファイト、シリコン、炭化ケイ素、モリブデン、パイロリテックボロンナイトライド、アルミナ等で形成するようにしてもよい。
【0042】
図1に示すように、気相成長装置100は、反応炉1と、ウェハ2を配置するウェハホルダ3と、ウェハホルダ3を載置するサセプタ4と、サセプタ4の下側に設けられた加熱ヒータ5と、ウェハホルダ3およびサセプタ4を回転自在に支持する回転機構6と、原料ガスやキャリアガスを供給するガス導入管7と、未反応ガスを排気するガス排気管8等で構成される。
【0043】
この気相成長装置100の各壁体は例えばステンレスで構成される。また、ガス導入管7は上側壁体中央部に設置され、例えば、トリメチルインジウム(TMI)、トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリメチルガリウム(TMG)等の第13(3B)族原料ガスと、アルシン(AsH3)、ホスフィン(PH3)等の第15(5B)族原料ガスと、キャリアガスとしての水素(H2)等の不活性ガスと、を反応炉内に導入する。
【0044】
ウェハホルダ3は、円盤状に成型されたグラファイト製の熱流伝導部32上にα−カーボン製の熱流制御部が一体的に形成された一つの部材でなり、サセプタ4上に載置される。また、熱流制御部31には、ウェハ2を収容するための円形のポケット孔3aが同一円周上に複数個(図2では6個)形成されている。サセプタ4は、加熱ヒータ5からの熱を均等に伝達するために熱伝導率の高い材質(例えばモリブデン等)で構成され、回転機構6により回転可能に支持されている。また、サセプタ4の下側にはウェハ2を加熱するための加熱ヒータ5が同心円状に配設されている。
【0045】
従来の気相成長装置においては、ウェハホルダ3は全体が熱伝導率の高いグラファイトやモリブデン等の同一材料で形成されるのが一般的であったが、本実施形態ではグラファイト製の熱流伝導部32とα−カーボン製の熱流制御部31とで構成している。そして、熱流制御部31として、熱伝導率が10W/m・Kのα−カーボンを用いることにより、ウェハホルダ3に配置されるウェハ2の熱伝導率と熱流制御部31の熱伝導率が近くなるようにした。例えば、InPウェハの熱導電率は14.3W/m・Kであり、α−カーボンの熱導電率の約1.4倍である。
【0046】
また、熱流制御部31と熱流伝導部32との隙間は0.01mm〜1mmの範囲で一様であるようにし、接触抵抗が1.0×10-6m2K/W以上1.0×10-1m2K/W以下となるようにした。
【0047】
このような構成とすることで、加熱ヒータ5からサセプタ4およびウェハホルダ3を介してウェハ2およびウェハホルダ3の表面に向かう熱伝達経路における熱抵抗は同等となるので、ウェハ2表面とウェハホルダ3表面はほぼ同じ温度に到達する。したがって、ウェハ2とウェハホルダ3の表面温度の差によってウェハ周縁部がウェハ中央部よりも温度が高くなるのを回避できるので、ウェハ2の面内温度分布が均一となりやすい。
【0048】
ガス導入管7は反応炉1の上壁に、また、ガス排気管8は反応炉1の底壁に設置される。ガス導入管7を介して導入口より反応炉1内に導入された原料ガスは、反応炉の上流側で分解され下流側に流れてウェハ2上に薄膜を形成し、未反応の原料ガスはキャリアガスと共に排気口を介してガス排気管8から外部へ排出される。
【0049】
また、図には示さないが、例えば回転機構6の外周および反応炉の下側壁面外壁には水冷ジャケットが設けられ、これらの水冷ジャケットおよび加熱ヒータ5で反応炉1内の温度を制御するようになっている。
【0050】
上述した構成をした気相成長装置100においては、加熱ヒータ5によりサセプタ4の下側から加熱することによりサセプタ4、ウェハホルダ3を介してウェハ2に熱が伝わり、ウェハ2を所定の温度まで上昇させる。また、サセプタ4を回転機構6により所定の回転数で回転させることにより、ガス導入管7より導入した原料ガスやキャリアガスをウェハ2表面に均等に供給して薄膜を気相成長させる。このとき、ウェハ2表面とウェハホルダ3(熱流制御部31)表面の温度はほぼ同じとなるので、ウェハ2の面内温度分布は均一となり、均一性に優れた薄膜を気相成長させることができる。
【0051】
(シミュレーションによる実施の解析例)
以下に、実施例および比較例を挙げて本発明の特徴とするところを明らかにする。上述した気相成長装置100において、ウェハ2およびその近傍をモデル化して、有限体積法による3次元熱伝導解析を行った。なお、実施例ではグラファイト製の熱流伝導部31とα−カーボン製の熱流制御部31とで構成されるウェハホルダ3とし、比較例ではグラファイト製のウェハホルダ3とした。
【0052】
図4は、本実施例に係る気相成長装置100のウェハ2およびウェハホルダ3近傍(ウェハの外周より10mm)の概略解析モデル図である。図4において、ウェハホルダ3の底面からウェハ2までの距離は6.4mm、ウェハ2厚さ(ポケット孔3a深さ)は0.5mmとした。また、反応炉1内は水素雰囲気とした。また、ウェハ2は内径を50mm(2インチ)のInPウェハとした。
【0053】
また、解析時のメッシュ数は約600万メッシュとした。このときのウェハ2と熱流伝導部32との間の接触熱抵抗(R1g)および熱流制御部31と熱流伝導部32との間の接触抵抗(R2g)をそれぞれ2.0×10-4m2K/Wとした。なお、接触熱抵抗R1gは、接触する部材間の平面度、表面粗さ、物質の熱拡散係数によって影響を受け、接触面間の距離を小さく調整することにより、より小さくすることができる。
さらに、解析条件として、ウェハ2の上方35mmに位置する仮想境界面に45℃、ウェハホルダ3境界面(裏面)に650℃の境界条件を与えた。
【0054】
なお、水素は低プラントル数のため熱拡散が粘性拡散よりも優位で、また層流域の比較的低いレイノルズ数域では移流の影響を無視して考えることができるので、本モデルの熱伝導解析では近似的に固体として扱った。
また、本解析では下表1に示す物性値を用いた。
【0055】
【表1】
【0056】
図5は本実施例のウェハホルダ3を用いた場合のウェハ2およびウェハホルダ3内部の温度分布を示した解析結果であり、図6は比較例のウェハホルダ3を用いた場合の解析結果である。なお、図5、図6では、解析結果を明確にするためにウェハ2とウェハホルダ3の境界部分を拡大している。
【0057】
また、図7は実施例におけるウェハ2とウェハホルダ3の表面温度分布を示した解析結果であり、図8は比較例におけるウェハ2とウェハホルダ3の表面温度分布を示した解析結果である。なお、図7、図8では、ウェハ中心を0として直径方向の位置における表面温度を示している。
【0058】
本実施例では、図5に示すように平行かつ均一な等温線分布となっているのに対して、比較例では、図6に示すようにウェハの中央部から周縁部に向かって温度が高くなっていることが分かる。このことから、本実施例の方が熱伝達経路が異なっても同じように熱伝導が行われていることがわかる。また、実施例における熱抵抗比R2/R1は1.06であり、比較例における熱抵抗比R2/R1は0.24であった。
【0059】
また、本実施例では、図7に示すようにウェハ表面温度とウェハホルダ(熱流制御部)表面温度がともに約634.0℃で同じなのに対して、比較例では図8に示すようにウェハ表面温度が約636.0℃、ウェハホルダ表面温度が約638.0℃でその差が約2.0℃であった。つまり、ウェハ2の周縁部(22〜25mm)の表面温度と中央部(0付近)の表面温度との差は、本実施例の方が小さく、ウェハ2の面内温度分布が均一に改善されていることが分かった。
【0060】
このように、本実施例では、ウェハ2周縁部の表面温度がウェハホルダ3の表面温度から受ける影響はほとんどなくなるので、ウェハ2の面内温度分布を均一に保持することができた。その結果、ウェハ2の面内全域において良好な均一性を有する薄膜を気相成長させることができた。
【0061】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、本発明は、ウェハホルダ3を熱流制御部31と熱流伝導部32とで構成し、熱流制御部の材質を適切に選択することによりウェハ2の面内温度分布のばらつきを抑えることができるので、Si、GaAs、GaN、サファイア、ガラス、セラミックウェハなどに薄膜を成長させる場合にも有効である。この場合、用いるウェハに応じて熱流制御部31の材質を変更するようにしてもよい。
【0062】
また、本発明に係る気相成長装置は、上述した縦型高速回転方式に限定されるものではなく、フェイスダウン方式、横型方式、自公転方式の気相成長装置にも適応できることは言うまでもない。
【0063】
【発明の効果】
本発明によれば、ウェハ表面に成長膜を形成する気相成長装置において、ウェハ収容体を、ウェハを収容するための空部を形成された熱流制御部と、該熱流制御部に接合され前記空部に収容されたウェハに熱を伝導するための熱流伝導部とで構成し、前記熱流制御と前記熱流伝導部との接触熱抵抗を1.0×10-6m2K/W以上5.0×10-3m2K/W以下にするとともに、前記熱流制御部を前記熱流伝導部上に配置されるウェハの熱伝導率の0.5倍以上20倍以下の熱伝導率を有する材質で形成するようにしたので、ウェハ収容体の裏面(熱流伝導部の裏面)からウェハおよびウェハ収容体の表面(熱流制御部の裏面)へ熱が伝達される際に、それぞれの熱伝達経路における熱抵抗がほぼ同等となる。
【0064】
すなわち、同様の熱流束にしたがって熱伝導が行われるので、ウェハおよびウェハ収容体の表面の到達温度を同じくすることができる。したがって、ウェハ周縁部の表面温度がウェハホルダの表面温度から受ける影響は少なくなるので、ウェハの面内温度分布を一様に保持することができ、その結果、ウェハの面内全域において良好な均一性を有する薄膜を気相成長させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態の気相成長装置の概略構成を示す断面図である。
【図2】実施形態のウェハホルダ3の詳細な構成を示す拡大図であり、(a)上面図と(b)断面図である。
【図3】本発明に係るウェハ2とウェハホルダ3における熱抵抗概念図である。
【図4】実施例に係る気相成長装置100のウェハ2およびウェハホルダ3近傍の概略解析モデル図である。
【図5】実施例のウェハホルダを用いた場合のウェハおよびウェハホルダ内部の温度分布を示した解析結果である。
【図6】比較例のウェハホルダを用いた場合のウェハおよびウェハホルダの温度分布を示した解析結果である。
【図7】実施例におけるウェハ2とウェハホルダ3の表面温度分布を示した解析結果である。
【図8】比較例におけるウェハ2とウェハホルダ3の表面温度分布を示した解析結果である。
【図9】従来のウェハホルダ3の詳細な構成を示す拡大図であり、(a)上面図と(b)断面図である。
【図10】従来の気相成長装置におけるウェハ2とウェハホルダ3における熱抵抗概念図である。
【符号の説明】
1 反応炉
2 ウェハ
3 ウェハホルダ(ウェハ収容体)
31 熱流制御部
32 熱流伝導部
3a ポケット孔
4 サセプタ
5 加熱ヒータ(加熱手段)
6 回転機構
7 ガス導入管(ガス供給手段)
8 ガス排気管
100 気相成長装置
Claims (8)
- 密閉可能な反応炉と、該反応炉内に設置され所定の位置にウェハを配置するためのウェハ収容部と、ウェハに向けて原料ガスを供給するためのガス供給手段と、前記ウェハを加熱するための加熱手段と、を少なくとも備え、
前記反応炉内において前記加熱手段により前記ウェハ収容部を介してウェハを加熱しつつ、高温状態で原料ガスを供給することにより、前記ウェハ表面に所定の成長温度で成長膜を形成する気相成長装置において、
前記ウェハ収容部は、前記ウェハを収容するための空部が形成された熱流制御部と、該熱流制御部に接合され、前記空部に収容されたウェハに熱を伝導するための熱流伝導部とで構成され、
前記熱流制御部と前記熱流伝導部とが接する平面間または曲面間には均一な接触熱抵抗Rgが存在することを特徴とする気相成長装置。 - 前記熱流伝導部裏面から前記ウェハ表面に向かう熱伝達経路の前記成長温度における熱抵抗R1と前記熱流伝導部裏面から前記熱流制御部表面に向かう熱伝達経路の前記成長温度における熱抵抗R2の比R2/R1が0.8以上1.2以下であることを特徴とする請求項1に記載の気相成長装置。
- 前記接触熱抵抗Rgは1.0×10-6m2K/W以上5.0×10-3m2K/W以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の気相成長装置。
- 前記熱流制御部と前記熱流伝導部との隙間距離は、0.001mmから1mmの範囲で一様であることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載の気相成長装置。
- 前記熱流制御部は、前記熱流伝導部上に配置されるウェハの熱伝導率の0.5倍以上20倍以下の熱伝導率を有する材質で形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の気相成長装置。
- 前記熱伝導部は、50W/mK以上450W/mK以下の熱伝導率を有する材質で形成されていることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載の気相成長装置。
- 前記熱流制御部は、アモルファスカーボン、窒化アルミ、グラファイト、シリコン、炭化ケイ素、モリブデン、パイロリテックボロンナイトライド、アルミナの何れか一つで形成され、
前記熱流伝導部は、モリブデン、グラファイト、金、銀の何れか一つで形成されていることを特徴とする請求項1から請求項6の何れか一項に記載の気相成長装置。 - 請求項1に記載の気相成長装置を用いて、前記反応炉内において前記加熱手段により前記ウェハ収容部を介してウェハを加熱しつつ、高温状態で原料ガスを供給することにより、前記ウェハ表面に薄膜を形成する気相成長方法において、
薄膜を気相成長させる際の前記ウェハ収容部表面と前記ウェハ表面との温度差を2℃以内とすることを特徴とする気相成長方法。
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