JP6965262B2 - 負圧で圧締された基板を有するサセプタおよびエピタキシャル成長のための反応器 - Google Patents

Description

本発明は、エピタキシャル成長反応器用のサセプタおよびそのようなサセプタを備えたエピタキシャル成長反応器に関する。

１つ以上の円盤形基板（図１の１００）を水平に支持するように働き、加熱システム（例えば、図３の要素４０参照）と関連する円盤形サセプタ（例えば、図１の要素１０を参照）を有する、基板（「ウェハ」とも呼ばれる）上へのエピタキシャル成長のための反応器の反応室において、円盤形基板（図１の１００）をサセプタ（図１の１０）のポケット（図１の２００）内に収容することが一般的である。前記ポケットの底部は適切に整形され、その深さは適切であって、一般に基板の厚さに匹敵する。サセプタの厚さは基板の厚さを大幅に上回り、一般に少なくとも１０倍厚い。

室温では、基板は一般に平坦な形状である。

しかしながら、反応器内での処理中に、基板は、温度差（例えば基板の厚さ方向および／または基板の径方向に）に遭遇して、基板は変形を蒙り、特に、非平坦形状となる。これは、例えば、基板が低温（室温など）から高温（成膜温度など）に加熱される過渡期に生じ、基板が冷却されるとき、またはエピタキシャル成長中に、成膜自体によって引き起こされる厚さのばらつきによって発生する。

基板の両側間の温度差は、使用される加熱システム（ランプ、抵抗器、誘導）に主に応じたものとなる。

誘導反応器の特定の事例において、サセプタにより近い（すなわち、サセプタと全面的または部分的に接している）基板表面は、サセプタからより遠い（すなわち反対側）基板表面よりも高温であり、基板は、大まかに球形キャップの表面の形状を取り、その凸面がサセプタに対面している。そのような変形は、基板が、基板の中心領域においてのみサセプタと接していれば増加し、それは基板における径方向温度差にもつながる。

この場合、特に、平坦（基板のように）というよりは凹面の整形された底部を有するポケットが用いられる。ポケットの底部の形状を適切に整形することにより、反応器内での処理中に基板とポケットのより良い接触が確実になり、したがって、基板のより良い温度均一性が確実になる。そのような解決策は、基板の温度差を制限するために、サセプタの、また特にポケット（複数可）の形状を、基板によって採られる形状に適合させることからなる。

一般に、反応器内での処理中の基板における温度差は温度ストレスにつながり、温度ストレスは、処理される基板の結晶および電気特性における欠陥につながる。

従来技術によれば、サセプタ（図１の１０）のポケットは、例えば図２に示すようなものであってよく、図２Ａのポケットは、周縁に対応する周形状を有してよく（すなわち、ほぼ完璧に円筒形である）、ほぼ完璧に円筒形である基板１００Ａを収容するように適合され、図２Ｂのポケットは、周縁に対応する周形状を有し（すなわち、ほぼ完璧に円筒形である）、小さい側方平坦部を有する（すなわち、実質的に円筒形である）円筒形基板１００Ｂを収容するように設計され、図２Ｃのポケットは、小さい平坦部を有する周縁に対応する周形状を有し（すなわち、実質的に円筒形である）、小さい側方平坦部を有する（すなわち、実質的に円筒形である）円筒形基板１００Ｃを収容するように適合されている。

本発明によれば、特に、反応器によって処理される基板の結晶欠陥を防止するために、基板の加熱が均一となるように、基板とサセプタ（ポケット内の）の間の接触が規則的且つ均一であることが重要である。

好ましくは、そのような接触は、基板の加熱中と基板へのエピタキシャル成長プロセス中の両方において、また、基板の冷却中にも規則的且つ均一でなければならない。

さらに、基板の加熱中と基板へのエピタキシャル成長プロセス中の両方において、また、基板の冷却中にも、基板の（外）縁とポケットの（内）縁の間に接触がないことが好ましい。実際、ポケットの縁は一般に基板の縁においてより高い温度となり、２つの縁が（１つ以上の位置において）接触することがあれば、基板の温度の非均一性につながり得る。

そのような目的は、本明細書の不可欠な部分である添付の特許請求の範囲に記載の技術的特徴を有するサセプタによって達成される。

本発明の基礎となる概念は、基板をポケットの底部の形状に適合させることであって、ポケットの底部の形状を基板に適合させることではない。

凹部によって基板をサセプタ上に把持することによって、処理中に、基板とサセプタの間の接触は規則的且つ均一となり、そのような状態を保つ。したがって基板は熱ストレスを全く蒙らない、または限られたストレスしか蒙らないため、結果として結晶欠陥が皆無または少ししかない。

上記の技術的教示は、水平ポケットと円盤形サセプタに関して考案されたものであり、好ましくはこれらの事例に適用されることに留意されたい。さらに、上記の教示は、上部と下部に分離可能な円盤形サセプタに関連して考案されたものであり、好ましくはこれらの事例に適用されることに留意されたい。典型的に、上部は基板の処理前にエピタキシャル反応器の反応室に挿入され、基板の処理後にエピタキシャル反応器の反応室から除去されるように適合される。

好ましくは、サセプタのポケット（または複数のポケット）の底部は平坦であり、基板は処理中に平坦な状態を保つ。

さらに、凹部によって基板をサセプタ上に把持することによって、全処理中に、基板は側方に動くことができない。したがって、処理開始時にポケットの縁と基板の縁との間に接触がない場合、処理中ずっと接触はないことになる。

本発明の主題はそのようなサセプタを備えたエピタキシャル成長のための反応器でもある。

本発明は、添付図面と併せた以下の詳細な説明からより明白となろう。

従来技術によるサセプタの縦断面図である。 従来技術によるサセプタの凹部の３つの上面図である。 エピタキシャル反応器の反応室にある本発明によるサセプタの例示的実施形態の縦断面図である。

容易にわかるように、本発明を実際に実施するための様々な方式があり、それらは、添付の請求項によってその主要な有利な態様において定義される。

図３は、エピタキシャル反応器の反応室にある本発明によるサセプタの例示的実施形態の縦断面図を示す。

サセプタは、水平に配置されるように適合され、互いに重なり常に互いに対して固定されている２つの円盤形本体からなる円盤形部分と、下部本体１１（例えば、ＳｉＣ被覆グラファイト製）および上部本体１２（例えば、ＳｉＣ被覆グラファイト製）を備える。

サセプタは上方に少なくとも１つの円筒形のポケット２００（厳密には実質的に円筒形）、特に単一のポケットを有し、その上にエピタキシャル成長プロセスの対象の基板１００が配置される。

図３において、円盤形部分の直径は例えば約４００ｍｍであってよく、基板の直径は約３００ｍｍであってよく、ポケットの直径は例えば３００ｍｍを少し超える、例えば３０２ｍｍ等であってよい。

図３のこの例示的実施形態において、反応室は箱形であり、全面的にクオーツ製であり（赤外線を反射する材料で全体的または部分的に被覆されている可能性がある透明クオーツなど）、図３は、室の上部水平壁５１を部分的に示し、室の下部水平壁５２を部分的に示し、壁５２に、その穴で接続された室の垂直スリーブ５３を全体的に示しており、図３はさらに、サセプタの円盤形部分、特に上部本体１２に部分的に先行するとともに部分的に後続する室の（所謂）水平ライナー５４を部分的に示す。

下部本体１１と上部本体１２は室内に配置され、特に、「反応および成膜」領域に、壁５１と壁５２の間ではあるが壁５２により接近して、反応ガスが上部本体１２の上面と壁５１の下面の間を流れるように配置されており、ライナー５４は上方では上部本体１２と水平に整列して、下方で反応ガス流路を画定する。

サセプタの円盤形部分、特に下部本体１１に機械式に接続された回転軸３０がさらに配設され（代替的に本体と軸が一体成形されてもよい）、軸３０はスリーブ５３内に部分的に配置される。

図３のこの例示的実施形態において、本体１１の（実質的）対称軸は本体１２の（実質的）対称軸と合致し、軸３０の（実質的）対称軸と、また、反応室の垂直軸Ｚ、特にスリーブ５３の（実質的）対称軸と合致する。

図３に部分的に示したような反応室には典型的に、特に上部壁および下部壁の冷却システムが配設され、そのような冷却は、下部壁用の流体（例えば液体）の流れと、上部壁用の流体（例えばガスおよび／または液体）の流れによって達成される。

図３に部分的に示したような反応室には典型的に、特にエピタキシャル成長プロセス中で高温の場合に、特にサセプタの円盤形部分によって放射された赤外線を全体的または部分的に反射するための反射装置が配設されるか、反射装置と連携される。

図３に部分的に示したような反応室には典型的に、さらなる温度制御装置（「反応および成膜」領域内または「反応および成膜」領域外）が配設されるか、温度制御装置と連携されてよい。

図３に部分的に示したような反応室のエピタキシャル反応器には典型的に、処理予定の基板および処理された基板をハンドリングするためのシステムが配設され、ハンドリングシステムは、基板または、上部本体１２などの基板ホルダを直接ハンドリングするように適合されてよい。図３では、本体１１および１２は側方に、ハンドリングツールと協働するように適合された凹部（例えば深さ５〜１５ｍｍ）を有することが見て取れ、典型的に、そのようなツールはサセプタの上部本体を、処理予定の１つの（または２つ以上の）基板を伴って挿入し、サセプタの上部本体を、処理された１つの（または２つ以上の）基板を伴って引き出すように適合される。

サセプタの特に円盤形部分、すなわち本体１１および１２を電磁誘導によって加熱するように適合された、特に平坦なインダクタであるインダクタ４０がさらに配設される。基板１００の加熱は主に、上部本体１２内に形成されたポケット２００の底との接触を介した伝導によって発生する。インダクタ４０は、反応室の下部水平壁５２に隣接している（が接触はしていない）。

図３のこの例示的実施形態において、反応室の上部にはインダクタがない。

本発明によれば、ポケット（図２の２００）は平坦な底部（すなわち、凹面でも凸面でもなく、特に完全に平坦である）を有し、ポケット（図３の２００）の底部に、インテークシステム（図３の３００）に流体的に接続する複数のコンジット（図３の１３）が開口し、その結果、基板（図３の１００）がポケット（図３の２００）の底部に載っておりインテークシステム（図３の３００）がアクティブである場合、基板（図３の１００）は、基板の様々な位置における温度に係らず、また、サセプタの円盤形部分、特に上部本体１２の温度に係らず、ポケット（図３の２００）の底部に付着した状態を保つ。図３において、図３の基板１００は、図面を明確にするためにのみポケット２００から持ち上げられて描写されており、２つの下向きの矢印は、基板１００がポケット２００の底部に配置されていることを示していることに留意されたい。

図３において、サセプタの円盤形部分、特に上部本体１２は一度に１つの基板をその単一のポケット内に受け入れ、よってそれを処理するように適合されていることに留意されたい。代替的に、サセプタの円盤形部分、特に上部本体１２には複数のポケット（平底の）が配設され、よって、一度により多くの基板を処理するように適合されてもよい。

指標として、ポケット２００は０．２〜２．０ｍｍの均一な深さを有してよく、サセプタの円盤形部分（すなわち、重畳された本体１１および１２）は１５〜３０ｍｍの厚さを有してよく、下部本体１１は好ましくは１０〜２０ｍｍの平均厚さを有してよく、上部本体１２は好ましくは５〜１０ｍｍ（その中心領域がシリンダに匹敵する）の平均厚さを有してよい。

主に、インテークシステム（図３の３００）は、少なくとも基板の加熱と基板の冷却中に、すなわち、温度によって基板が変形され得るリスクがより大きいときにアクティブ状態を保つ。しかしながら、安全性を高めるために、および／または単純にするために、基板上でのエピタキシャル成長中にもインテークシステムをアクティブに保つことが好ましい。

図３のこの例示的実施形態において、コンジット１３は上部本体１２のみに垂直に交差し、コンジット１３のマウス（開口）は、ポケット２００の底部に実質的に均一に分散されている。指標として、マウスは１０乃至１００ｃｍ^２当りに１マウスの密度で分散されてよく、０．５〜２．５ｍｍの直径を有してよく、５〜８ｍｍの長さを有してよく、例えば、７００ｃｍ^２の領域に２５マウスが配設されてよい。

図３のこの例示的実施形態において、全てのコンジット１３は、ポケット２００の下方の単一のプレナム１４（３０５〜３１０ｍｍなどの、好ましくはポケットの直径に等しい、またはそれより若干大きい直径を有する）に流体的に接続される。プレナム１４は円筒形状であって、やや薄型であり、例えば、０．２〜２．０ｍｍの厚さを有してよい。プレナム１４は上部本体１２と下部本体１１の間に配置され、特に、部分的に本体１１内部に形成されるとともに部分的に本体１２内部に形成されても（図３に示すように）、または、完全に本体１１内に形成されてもよい（この場合、本体１２は底がほぼ平坦である）。

プレナム１４は凹部内にあって本体１１（１０００℃またはそれ以上の高い温度に加熱される）によって下部を拘束され、本体１２（１０００℃またはそれ以上の高い温度に加熱される）によって上部を拘束されているため、破砕のリスク（少なくとも部分的に）があり得る。

そのようなリスクを防止するために、図３の例示的実施形態において、プレナム１４は好ましくは下部本体１１と上部本体１２をプレナム１４で距離を置いて保持するように適合されたレリーフ１５を有し、この例ではレリーフ１５は下部本体１１の突部である。特に、レリーフ１５（スペーサとして働く）はプレナム１４内で実質的に均一に分散され、指標として、１０乃至１００ｃｍ^２当り１レリーフの密度が選択されてよく、例えば、７５０ｃｍ^２の表面に１５レリーフが配設されてよい。特に、レリーフ１５（スペーサとして働く）は、逆ピラミッドまたは切頭錐体（例えば、０．５〜２．０ｍｍの直径の）であってよい（例えば、０．２〜２．０ｍｍの高さの）。図３のこの例示的実施形態において、サセプタの円盤形部分は回転軸３０に機械式で接続され、プレナム１４は回転軸３０のインテークコンジット３１に、下部本体１１のコンジット（具体的には中央穴）を通して流体的に接続される。インテーク室３１は、サセプタの円盤形部分の下の回転軸３０の周りに、例えば、下部本体１１から５〜２５ｃｍの距離のところに配置された、環状形状のインテーク室３２に流体的に接続される。室３２は、固定された円筒形壁３３によって限られ、上部シール３４と下部シール３５が固定された壁３３と回転軸３０の間に配設される。室３２は、例えば真空ポンプを備えたインテークシステム３００に流体的に接続される。

インテークシステム３００は、基板（図３の１００）の上面と基板（図３の１００）の下面との間に圧力差を生成するように適合される。この圧力差は基板（図３の１００）の処理中に、例えば、０．１〜１０．０ｋＰａ、好ましくは０．５〜２．５ｋＰａであってよい。この圧力差は少なくとも基板の加熱および基板の冷却中に維持され、好ましくは基板上へのエピタキシャル成長プロセス全体の間も維持される。

本発明による反応器は、反応器の反応室内で固定圧力または可変圧力で動作するように適合されてよい。固定圧力は「大気圧」（約１０００ｍＢａｒ＝１００ｋＰａ）または「減圧」（５０〜９５０ｍＢａｒ＝５〜９５ｋＰａの範囲の圧力など）であってよい。圧力が可変である場合、例えば、オペレータは圧力を、基板上にエピタキシャル成長を実行するように設定し、調整範囲は例えば５０〜１１００ｍＢａｒ＝５〜１１０ｋＰａであり得る。

基板を把持するために用いられる圧力差は、反応器の反応室内の圧力も考慮に入れなければならない。

凹部を用いて基板をサセプタ上に把持することは、基板を処理する方法の一態様であり、その方法は基板上へのエピタキシャル成長も包含する。基板はエピタキシャル成長（すなわち処理予定の基板）前にハンドリングされ、また、エピタキシャル成長（すなわち、処理された基板）後にハンドリングされる。

基板の縁が、凹部が宛がわれる前にポケットの縁に接触しないように、また、凹部が宛がわれるまで実質的にそのような位置に留まるように、ポケット内の位置に基板を配置することが好ましい。

１１，１２ 円盤形部分
１３ コンジット
１４ プレナム
１５ レリーフ
３０ 回転軸
３１，３２ インテーク室
３３ 壁
３４ 上部シール
３５ 下部シール
１００ 基板
２００ 円筒形ポケット

Claims (14)

1. エピタキシャル成長のための反応器用のサセプタであって、水平に配置されるように適合され、底部を有する少なくとも１つの円筒形のポケット（２００）を頂部に有する円盤形部分（１１，１２）を備え、エピタキシャル成長プロセスの対象となる基板（１００）が前記底部に配置され、
   インテークシステム（３００）に流体的に接続された１つ以上のコンジット（１３）が、前記ポケット（２００）の前記底部で開口し、
   それにより、前記基板（１００）が前記ポケット（２００）の前記底部に配置され、前記インテークシステム（３００）がアクティブである場合、前記基板（１００）は前記ポケット（２００）の前記底部に付着した状態を保ち、
   前記円盤形部分は、下部本体（１１）と上部本体（１２）とから構成され、
   前記上部本体（１２）には、上部に前記少なくとも１つのポケット（２００）が配設され、
   前記１つ以上のコンジット（１３）は、前記上部本体（１２）のみを垂直に横断し、
   前記１つ以上のコンジット（１３）は、前記少なくとも１つのポケット（２００）の下方において、前記下部本体（１１）と前記上部本体（１２）の間に配置されたプレナム（１４）に流体的に接続され、前記プレナム（１４）は前記インテークシステム（３００）に流体的に接続され、
   それにより、前記基板（１００）が前記ポケット（２００）の前記底部に配置され、前記インテークシステム（３００）がアクティブである場合、前記下部本体（１１）と前記上部本体（１２）は結合した状態を保ち、
   前記ポケット（２００）の底に複数のコンジット（１３）が開口し、
   前記プレナム（１４）の内部に、インテークによる前記プレナムの変形を防止するように適合された複数のスペーサを備えている、サセプタ。
2. 前記下部本体（１１）および／または前記上部本体（１２）は、前記反応器のハンドリングシステムのツールによる前記上部本体のハンドリングを可能にするように適合された凹部および／または突部を有する、請求項１に記載のサセプタ。
3. 前記下部本体（１１）が、前記プレナム（１４）を前記インテークシステム（３００）に流体的に接続するための１つ以上のコンジットを有する、請求項１または２に記載のサセプタ。
4. 前記プレナム（１４）は、前記下部本体（１１）内のみに形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のサセプタ。
5. 前記底部は平坦である、請求項１から４のいずれか一項に記載のサセプタ。
6. 前記コンジット（１３）は複数の開口を備え、前記複数の開口は、前記ポケット（２００）の前記底部に均等に分散されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のサセプタ。
7. 前記複数のコンジットは単一の円筒形プレナム（１４）に流体的に接続されている、請求項１から６のいずれか一項に記載のサセプタ。
8. 前記プレナム（１４）は前記少なくとも１つのポケット（２００）の少なくとも下方に配置されている、請求項７に記載のサセプタ。
9. 前記プレナム（１４）は、前記ポケット（２００）に対応する水平延長部を有する、請求項８に記載のサセプタ。
10. 前記円盤形部分（１１，１２）は回転軸（３０）に機械式に接続されている、請求項１から９のいずれか一項に記載のサセプタ。
11. 前記プレナム（１４）は、前記回転軸（３０）内に配置されたインテークコンジット（３１）に流体的に接続されている、請求項１０に記載のサセプタ。
12. 前記インテークコンジット（３１）は、前記円盤形部分（１１，１２）の下方の、前記回転軸（３０）の周りに配置された環状形状のインテーク室（３２）に流体的に接続されている、請求項１１に記載のサセプタ。
13. 前記インテークシステム（３００）は、前記基板（１００）の処理中に、前記基板（１００）の上面と前記基板（１００）の底面との間に、０．１〜１０．０ｋＰａの圧力差を生成するように適合される、請求項１から１２のいずれか一項に記載のサセプタ。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の少なくとも１つのサセプタを備えた、エピタキシャル成長のための反応器。

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