JPH02184020A - 気相成長装置 - Google Patents

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】 （ト）技術分野 この発明は、ウェハを水平に戴置して加熱し、気相反応
によって、ウェハ上に薄膜を成長させるようにした縦型
気相成長装置に関する。

気相成長装置は、加熱した基板の上に、反応性ガスを吹
き込み、気相反応を起こさせる事により、基板の上に、
単結晶又は多結晶の薄膜を成長させるものである。

単結晶をエピタキシャル成長させる場合は、気相エピタ
キシー（ＶＰＥ）という。一般に、ＣｖＤ装置と略称す
る事が多い。

反応性ガスの流れの方向により、横型と縦型の別がある
。

縦型のものは、反応性ガスを上から下へ流すものである
。これは装置が縦長になる。幾何学的に対称性が高くな
るし、ウェハは回転できるようになるので、均一性の高
い薄膜を成長させる事ができる。

気相反応を起こさせるのであるから、基板と反応性ガス
を高いエネルギー状態に励起しなければならない。

励起の手段として、熱、放電、光、マイクロ波などが用
いられる。この発明は、このうち、熱によって励起する
熱励起気相成長装置に関する。

熱によって励起するのであるからヒータが必要である。

ヒータの位置により、２種類に分けられる。

ヒータ全、反応室の外に設置する外ヒータ方式と、反応
室の内に設置する内ヒータ方式がある。

本発明は、内と−タ方式の改良である。

内ヒータ方式の装置は、さらに２種類に分けられる。こ
れはサセプタ形状による区分である。

ウェハを水平の台の上に戴置する水平戴置式のものと、
円筒形の側壁に貼りつけるバレル式のものがある。

バレル式のサセプタは、円筒形の側壁に置くのであるか
ら、多数のウェハ全−挙に処理できるという長所がある
。しかし、上下で条件が異なり均一に成長させるのが難
しい。

水平戴置式のものは、ウェハ周面での条件全同一にする
のが容易である。

本発明は、内ヒータ水平戴置式のものに関する。

（イ）従来技術 第３図によって、熱励起内ヒータ方式の、従来例にかか
る気相成長装置を説明する。

縦型の反応室１は、下チャンバ２と上チャンバ３と全組
合わせたものである。これは真空排気装置（図示せず）
によって真空に引く事ができる。

反応室１の中央縦方向＆；サセプタ４が設けられる。サ
セプタ４は、太いカーボンなどの棒の上に水平のウェハ
戴置台２０に設け、この上にウェハ１９を戴置するよう
になっている。

サセプタ４のウェハ戴置台２０の下方に、ヒータ５が存
在する。電流導入端子１０から立てられた導体９によっ
て、ヒータ５に給電される。

反応室１は回転しないが、サセプタ４は回転する。０リ
ング３０により、下チャンバ２の穴と、サセプタ４の外
周とがシールされている。

ヒータ５により、ウェハ１９が加熱される。反応性ガス
及びキャリヤガスがガス導入口１６より下向きに導入さ
れる。これがウェハ１９に当り、気相反応する。ウェハ
１９の上に反応生成物の薄膜が成長してゆく。

排ガス（未反応ガス、反応生成ガス）は、ガス排気口１
８から排出される。

ウェハ１９は、サセプタ４の回転とともに回転するので
、回転方向には均一な薄膜が得られる。

ヒータ５が内部にあるので、加熱の効率が良い。

このような長所があった。

（ロ）発明が解決しようとする問題点 第３図に示す縦型気相成長装置は、ヒータ５の中心をサ
セプタ４の軸が貫くので、ヒータによる加熱が周辺部に
片寄る。中心部の加熱が貧弱である。

このなめ、ウェハ１９上の温度分布が中心と周辺部とで
不均一になる。

サセプタ４は回転するわけであるが、周辺部と中心部の
温度不均一を解消することができない。

００　　目　　　　　　　的 均−性の良い膜に作る事ができ、寿命の長い機構部全持
った縦型気相成長装置を提供する事が本発明の目的であ
る。

（３）構　成 本発明は、サセプタの形状全改良する。

ウェハ戴置台と中心の棒材とよりなるのではなく、ウェ
ハ戴置台と周辺の円筒部とよりなるサセプタとするので
ある。

中心の棒材がないので、ヒータの中心が棒材によって貫
かれるという事がない。このため、ヒータ設計の自由度
が高まる。ウェハの大きさ、配列に合わせて、任意の形
状のヒータとする事ができる。ウェハ加熱を均一に行う
ことができるので、均一性の良い膜を作ることができる
。

中心の棒材全除去するかわりに、周辺部に側円筒部を設
けてウェハ戴置台全側周で支持するようにする。

これに伴なって、サセプタの回転機構が複雑になる。

最も外側の反応室は動かないし、最も内側のヒータは動
かない。中間のサセプタだけが回転する。

図面によって説明する。

第１図は本発明の縦型気相成長装置の一例に示す縦断面
図である。

反応室１は、下チャンバ２と上チャンバ３とよりなる。

回転対称に近い縦長の容器である。

上チャンバ３と下チャンバ２とは、フランジ２３．２２
に於て、０リング７を介して結合されている。

上チャンバ３の上類部には、ガス導入口１６があり、反
応性ガス及びキャリヤガスが導入される。

上チャンバ３の外側壁には、冷却ジャケット１７が設置
されている。これは、チャンバの内側壁の温度全低くし
て、生成物が内側壁に付着するのを防ぐ。またチャンバ
からの輻射熱で周囲の物が高熱シζさらされるのを防ぐ
。

下チャンバ２には、ガス排出口１８がある。これは、未
反応ガスや生成ガスと含む排ガスを排除するためのもの
である。真空排気装置がガス排出口１８に接続され、反
応室１に真空Ｉ／で排気する。

ヒータ５は、円盤状のヒータである。中心に穴がない。

これが重要である。カーボン抵抗加熱ヒータである。円
盤状といっても、中実体の円盤があるわけではない。円
盤にで似た形状という事である。

渦巻状の形状であってもよい。左右に蛇行するような形
状であってもよい。

ヒータ５は導体９によって、電力が供給される。

導体９はこの場合、ヒータ５の機械的支持を兼ねている
。この場合耐熱性のあるＭＯのような材料が選ばれる。

もちろん、ヒータ５ｔ−支持する部材と、ヒータ５に電
流を流す導体とを分離してもよい。この場合、導体は銅
線全便うことができる。

導体９ｆ：囲むように円筒形の固定筒８が設けられる。

固定筒８は、下方が密封された容器で、上端部に反射板
６が設けである。

反射板６は、Ｔａ、　Ｍｏ、Ｗなど耐熱性のある金属の
板で、ヒータ５の熱をサセプタ４の方へ反射するもので
ある。

ヒータ５、反射板６は固定筒８に対して取付けられたも
ので、これらの部材は静止している。

導体９は電流導入端子１０につながり、これは反応室の
外にある電源（図示せず）につながっている。

サセプタ４は、水平のウェハ戴置台２０と、側円筒部２
１とよりなる。サセプタ４は鉛直軸のまわりに回転しな
ければならない。回転するだけでなく、反応室１の真空
を維持しなければならない。

このため、下チャンバ２と、サセプタ側円筒部２１の接
触部には回転導入機１１を設ける。

また、サセプタ側円筒部２１の下端と固定筒８の下方と
の接触部には、回転導入機１２を設ける。

回転導入機１１．１２は、回転軸を密封する機構である
。これには、多くのものがある。

接触型のオイルシール、メカニカルシールなどがある。

非接触型のクリアランスシールやラビリンスシールなと
もある。

この他に磁性流体シールがある。磁性流体シールは、軸
と軸穴の間に磁性流体を充填し、軸穴の方には永久磁石
を設けｋものである。磁性流体は、水や油など非磁性体
溶液に強磁性体の超微粒子を安定拡散させたコロイド溶
液である。

磁石の磁界により、磁性流体が軸と軸穴の間に保持され
る。このため、密封構造が維持されるわけである。

磁性流体シール自体は周知である。ただし、磁性流体は
高熱に耐えない事が多いので、ヒータの熱が伝わらない
ように、固定筒８、サセプタの側円筒部２１を細長（し
なければならない。

回転導入機１１．１２としては、これらの公知の軸封機
構のうち、最も適するものを選ぶべきである。

この他に、サセプタ側円筒部２１を回転支持する軸受を
いくつか設けなければならない。

例えば、ラジアル軸受を下チャンバ２の下端部とサセプ
タ側円筒部２１０間、及びサセプタ側円筒部２１と固定
筒８との間に入れる。

さらに、サセプタ側円筒部２１の下底にスラスト軸受を
入れる。

簡単のため、軸受の図示を省略した。

サセプタ側円筒部２１の下端には、円周上に従動歯車２
５が固着しである。

モータ１３は、モータと減速器とを含む系である。モー
タ１３の回転が駆動歯車２４に伝わり、これが従動歯車
２５を回転させる。これにより、サセプタ４、ウェハ１
９が回転する。

サセプタの回転力を伝達するものはこのような平歯車に
よるものの他、ウオームとウオーム歯車、ベベルギヤに
よるものとしてもよい。また、ベルトとプーリ、スプロ
ケットとチェーンによってもよい。

サセプタ回転機構の構成は任意である。

第２図は本発明の他の例を示す縦断面図である。

これは、回転導入機が０リング１４．１５によって置き
換えられている。回転速度が遅い場合などは、０リング
による軸封であっても使用できる。

ａ）作　用 フランジ２３．２２に於て、ボルト（図示せず）を外し
て、上チャンバ３を引上げ（又は下チャンバ２を引下げ
）て、チャンバ２．３を分離する。

サセプタのウェハ戴置台２０にウェハ１９を戴置する。

図のように１枚だけ戴置することもあるし、複数枚を円
周上に戴置することもある。

土チャンバ３を降ろして、７ランジ２２．２３において
、ボルトで締結する。反応室１の内部を真空に引く。

ヒータ５に通電し、ウェハ１９を加熱する。サセプタ４
を回転させる。

ガス導入口１６から、反応性ガス及びキャリヤガスを導
入する。

ヒータ５の熱は、輻射によってサセプタのウェハ戴置台
２０に伝わる。これが熱伝導によって、ウェハ１９に伝
達される。

反射板６は、熱によって、他の機構部が損傷するのを防
ぐ。

冷却ジャケット１７が、反応室１の内壁を冷却するので
、内壁には、気相反応生成物が付着しない０ ウェハ１９とその近傍だけが、結晶化に適した温度にな
っているので、この近傍で、反応性ガスが化学反応を起
こす。反応生成物はウェハ１９の上に結晶化して堆積す
る。

ヒータ５は、ウェハ戴置台２０の直下に均一に存在して
いるので、ウェハ１９を均一に加熱する事ができる。

このため、ウェハ１９上に均一な薄膜が形成される。

サセプタ４が回転するので、回転方向の均一性が確保さ
れ、ヒータ５の分布が半径方向に均一になるから、ウェ
ハの半径方向の均一性も保証される。

回転導入機１１．１２によって真空シールされているか
ら、反応室１の気密性は確保される。

に）効　果 （１）内部にヒータがある縦型気相成長装置において、
ヒータをサセプタの棒が貫かないので、ヒータの抵抗体
の分布を、面内で均一にすることができる。

中央部だけ抵抗体が欠損する、という事がない。このた
め、ヒータ形伏の設計の自由度が増す。半径方向に均一
のヒータ構造とすることができる。

（２）　　ヒータは静止しているが、サセプタが回転す
るので、回転方向の温度均一性が良い。

（３）　　ピー。夕は固定部分に付設されることになる
。

ヒータが静止しているから、給電のためにブラシなどの
回転通電機構を不要とする。ブラシがないので、火花が
発生したりする危険性がない。

これは、Ｈ２などのガスを多量に使う時に問題であるが
、本発明は火花を発生せず、安全である。

（４）サセプタのみ回転させるので、モータにかかる負
荷トルクが少ない。

（５）回転導入機に磁性流体シールを用いれば、長寿命
の装置になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の縦型気相成長装置の一例を示す縦断面
図。 第２図は本発明の縦型気相成長装置の他の例を示す縦断
面図。 第３図は内ヒータウェハ水平戴置方式の従来例に係る縦
型気相成長装置の縦断面図。 １・・・・・・反応室 ２・・・・・・下チャンバ ３・・・・・・上チャンバ ４・・・・・・サセプタ ５・・・・・・ヒータ ６・・・・・・反射板 ７・・・・・・０リング ８・・・・・・固定筒 ９・・・・・・導　体 １０・・・・・・電流導入端子 １１．１２・・・・・・回転導入機 １３・・・・・・モータ １４．１５・・・・・・０リング １６・・・・・・ガス導入口 １７・・・・・・冷却ジャケット １８・・・・・・ガス排出口 １９・・・・・・ウェハ ２０・・・・・・ウェハ戴置台 ２１・・・・・・側円筒部 ２２．２３・・・・・・フランジ ２４・・・・・・駆動歯車 ２５・・・・・・従動歯車 発 明 者 森 立　　道 小野田 久保田 特 許 出 願 人 日新電機株式会社 出 願 代 理 人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガス導入口１６とガス排出口１８とを有し真空に引くこ
   とのできる縦方向に長い反応室１と、反応室１の内部に
   設けられウェハ１９を上面に戴置するサセプタ４と、サ
   セプタ４の内部に設けられウェハ１９を加熱するための
   ヒータ５と、サセプタ４を回転する機構とを含み、サセ
   プタ４はウェハ１９を戴置する水平のウェハ戴置台２０
   とウェハ戴置台２０の周縁に続く側円筒部２１とよりな
   り、ヒータ５はサセプタ４の内部に設けられた固定筒８
   によつて支持されるものとし、サセプタ４の側円筒部２
   １の下方に於て、反応室１との間及び固定筒８との間に
   は回転軸シール機構が設けられ、サセプタ４の側円筒部
   ２１の下端がサセプタ回転機構によって回転するように
   なっている事を特徴とする気相成長装置。