JPH0217019Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、気相成長装置に係わり、特に気相成
長装置の反応管内における、管壁等の被着しては
ならない部分に、反応ガスが結晶化して析出する
ことを防止する構造に関するものである。

半導体装置の製造工程では、気相成長方法によ
つて多種類の成膜が行われているが、気相成長装
置で使用される反応ガスには低温になると結晶化
して析出することがあり、特に反応管の気密性パ
ツキングを使用している部分では、パツキングの
部分を冷却するためにその近傍の壁面の温度が低
温であるために、屡々このような析出物が生成さ
れ、これが剥離して半導体ウエハに異物として付
着することになる。

通常、気相成長装置では、減圧された反応管の
内部に基板が置かれ、所定の反応ガスの雰囲気中
で、基板を所定の高温度に加熱することにより、
基板表面に所望の成膜が行なわれるが、一方、反
応ガスは反応管内でも或る一定温度以下の部分が
あると、（例えば昇華温度以下の場合も含む）固
形化してデポジツト膜を形成する。

気相成長装置の反応管内では、基板が高温度に
加熱されるために、反応管全体が高温になり、反
応ガスが固形化して析出することは少ないが、反
応管ではパツキングを使用して気密化することが
多く、パツキング材料の耐熱性の関係で、パツキ
ングが圧着される部分では可能な限り低温にする
ために、その近傍の反応管の壁面がかなり低温に
なり、反応ガスが結晶化することが多い。

従つて、反応管の壁面では反応ガスの析出はな
いが、パツキングは完全に冷却できる気相成長装
置の構造が要望されている。

〔従来の技術〕

第２図は従来の気相成長装置の模式要部断面図
である。

石英等で製作された反応管１があり、反応ガス
の供給パイプ２を有する蓋板３がパツキング４を
介して反応管と接続され、又反応ガスを排出する
排出孔５を有する蓋板６がフランジ７により、パ
ツキング８を介して反応管１と気密封着されてい
る。

このパツキングは樹脂系の材料で形成されてい
るために、温度が高くなると変質して弾力を失う
ために、通常冷却機構９（図では壁面内に冷却溝
を形成）により、例えば水冷管を壁面に巻きつけ
るか、或いは水冷溝を壁面に埋設する等によりパ
ツキング部分の温度を、100℃以下の温度に冷却
している。

反応管の内部には、サセプタ１０上に基板１１
が配置されていて、反応管の外部の加熱装置１２
によつて基板は所定の温度に加熱される。

反応ガスは、基板面に成長させる成膜の種類に
よつて異なるが、例えば、CVD法により窒化シ
リコン膜（Si₃N₄）を基板上に形成する場合に
は、アンモニア（NH₃）と、ジクロルシラン
（SiH₂Cl₂）の混合ガス中で、基板を加熱するこ
とにより下記の化学反応により行われて成膜がな
される。

SiH₂Cl₂＋NH₃＝Si₃N₄＋NH₃Cl (1) （この反応は800℃の温度で進行） SiH₂Cl₂＋NH₃→NH₃Cl (2) （この反応は400℃以下の温度で進行） このように低温部で進行した化学反応では、塩
化アンモニウムが発生するが、塩化アンモニウム
は常圧下では350℃以下の温度で結晶化するため
に、1Torrの減圧下では120℃以下の温度で結晶
化して析出する。

従つて、反応管の管壁で高温度に成つている部
分では、完全なCVDが行われるが、反応管の管
壁が低温度であつて、上記の析出温度以下の部分
では、NH₃Clが生成されて結晶が析出されるが、
このような反応管での低温部分は、一般にパツキ
ングの冷却を行つたパツキング近傍の壁面で生成
される。

第３図は、第２図のＡ部を拡大した反応管のパ
ツキング部分の模式要部断面図であるが、蓋板６
と反応管のフランジ７がパツキング８を介して気
密封じされているが、パツキングは例えばＯリン
グ等が使用され、その材料はテフロン系の耐熱性
樹脂で製作されるが、通常このようなパツキング
は200℃程度で軟化して250℃程度で炭化するの
で、パツキングの最も安全な使用温度は50℃以下
とされている。

そのために、冷却水路９の中を冷却水を流して
パツキング部分を冷却するが、同時にその近傍の
壁面ｄの温度もかなり冷却されることになり、上
記の壁面温度以下になると、壁面ｄ上が反応ガス
の結晶化析出物１３が壁面に生成され、これが更
に剥離をして基板であるウエハに付着して、歩留
りの低下を来すという欠点がある。

〔考案が解決しようとする問題点〕

上記の気相成長装置の反応管内では、反応ガス
が反応温度により生成物が異なるため、反応管の
パツキング部分の冷却により、その近傍の壁面の
低温部分で生成された物質が結晶化析出して基板
を汚染することが問題である。

〔問題を解決するための手段〕

本考案は、上記問題点を解消した気相成長装置
を提供するもので、その手段は、反応管の一方の
端部又は両端に反応ガスの流通孔を有する蓋板と
該反応管とが気密性パツキングを介して気密接続
されている気相成長装置で、気密性パツキング部
分に当接する金属壁の部分に所定温度に制御され
た液体の通路が設けられると共に、気密性パツキ
ング部分近傍の金属壁の部分には上記所定温度と
異なる所定温度に調節された液体の通路が設けら
れて、気密性パツキング部分近傍の金属壁の温度
が上記反応ガスの結晶化温度以上の温度に保持さ
れる気相成長装置によつて達成できる。

〔作用〕

本考案は、反応管のパツキング部分を冷却する
と共に、その近傍部分に反応ガスが結晶として析
出することを防止するために、冷却と保温用の二
重温度制御を行うもので、気密性パツキングに当
接する金属壁面の部分のみを温度制御された液体
によつて積極的に冷却し、一方気密性パツキキン
グの近傍に壁面の部分では、壁面を所定温度に制
御された温水の流れる通路を設けて、上記反応ガ
スの結晶化して析出する温度以上に加熱して、パ
ツキング近傍部分で反応ガスが結晶化して析出し
ないようにしたものである。

勿論、このような二重構造に限定されるもので
はなく、一個の冷却水の通路に適正の温度に制御
された液体を流すことにより、パツキングの温度
を安全ゾーンにすると共に、近傍の壁面の温度を
反応ガスの結晶析出温度以上にすることも可能で
ある。

〔実施例〕

第１図は、本考案による気相成長装置のパツキ
ング部分の冷却構造（第２図のＡ部に対応）の一
実施例を示す模式要部断面図である。

蓋板２１があり、反応管のフランジ２２があつ
て、蓋板２１と反応管のフランジ２２はパツキン
グ２３を介して気密封じ構造となつている。

本考案によるパツキング部分の冷却は、蓋板２
１とフランジ２２の壁面内部に設けられた、冷却
水路２４及び２５によつてなされ、共に温度制御
装置２６，２７によつて温度制御がなされ、パツ
キングを圧着する壁面部を冷却し、特に壁面の温
度が50℃以下になるように、冷却水の温度が調節
されている。

一方、冷却水路２４，２５の冷却によつて、パ
ツキング部の近傍にある壁面d′部分の温度が低下
し、反応ガスが結晶化して析出する温度よりも、
壁面温度を高めるために、（その部分の温度が200
℃以上になるように）温度調節された液体の水路
２８，２９が設けられ、温度調節装置３０，３１
によつて調節された液体を流すようにする。

この液体は水でもよく壁面に反応ガスが結晶析
出しない温度になるように液体温度を予め調節し
ておく必要がある。

本考案では、上記のように二系列の温度の異な
る温度調整された液体によつて構成された、気相
成長装置について説明したが、パツキング部分の
冷却と、パツキングの近傍部の壁面の温度がパツ
キングの冷却が完全に行われて、近傍の壁面の温
度が反応ガスが結晶化しない温度になるように、
一本の冷却溝に所定温度に制御された冷水又は温
水を流すことにより、パツキングと近傍壁面の双
方の温度に保持することも可能である。

これによつてパツキングの保護とウエハ上への
異物付着が防止できるものである。

〔考案の効果〕

以上、詳細に説明したように、本考案の気相成
長装置は、パツキングを長寿命化すると共に、反
応ガスの結晶化析出を防止することができ、高品
質の半導体ウエハを供し得るという効果大なるも
のがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案による気相成長装置の気密接
続部を示す模式要部断面図、第２図は、従来の気
相成長装置の模式要部断面図、第３図は、従来の
気相成長装置の結晶生成を説明するための主要模
式断面である。 図において、２１は蓋板、２２はフランジ、２
３はパツキング、２４，２５は冷却水路、２６，
２７は温度制御装置、２８，２９は液体の水路、
３０，３１は温度調節装置、をそれぞれ示してい
る。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 反応管の一方の端部又は両端に反応ガスの流通
   孔を有する蓋板と該反応管とが気密性パツキング
   を介して気密接続されている気相成長装置におい
   て、上記気密性パツキング部分に当接する金属壁
   の部分に所定温度に制御された液体の通路が設け
   られると共に、該気密性パツキング部分近傍の金
   属壁の部分には上記所定温度と異なる所定温度に
   調節された液体の通路が設けられて、該気密性パ
   ツキング部分近傍の金属壁の温度が上記反応ガス
   の結晶化温度以上の温度に保持されることを特徴
   とする気相成長装置。