JPH01278498A - 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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JPH01278498A
JPH01278498A JP1067764A JP6776489A JPH01278498A JP H01278498 A JPH01278498 A JP H01278498A JP 1067764 A JP1067764 A JP 1067764A JP 6776489 A JP6776489 A JP 6776489A JP H01278498 A JPH01278498 A JP H01278498A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
壁土に設けたら旋管をそなえ、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、つ工−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に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、詳細に仏画特許明細書
（ＰＲ−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のら旋装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４市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○−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４　ｍｍ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０−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を設は該体積部の下部を下向きの切願形端
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１
８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で緒わる管は、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ニゲラフアイド
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間。ここに示す主円板は、７．６２
ｃｍの直径を有する５個の第２円板３を支持する。
エビタクシ−を生成する空間を限定するカバー８に関し
ては、そこにある反応仁ガスを除くことは、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
生成を防止しろるのは、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■−■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■−■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３８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８０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、０−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、かつ取り付は中石英カバー
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れ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０．３〜０．５　ｍａ＋
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１７１０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
する熱伝導を有すことができる。
したがって、充填管１０．１１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・・・０−リング
　　　　２１・・・浮動ガス供給管２２、２３．２４・
・・０−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・・・０−リング４５・
・・リング

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 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、前記空間の厚さが０．１〜１ｍｍの範囲内にある請
    求項１記載の反応装置。 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、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、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、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、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、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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