JPH027419A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野〕 本発明は、気相成長装置に係り、特に気相成長を施こさ
れるウェハの均一加熱に関するものである。

（従来の技術） 従来の気相成長装置、特にエピタキシャル気相成長装置
におけるウェハの加熱にはＲ，Ｆ加熱と輻射加熱とが用
いられている。ＲＦ加熱はカーボン製のサセプタ上にウ
ェハ全載置してサセプタＩａＦコイルにより誘導加熱し
てウェハ全裏面から加熱するものであり、輻射加熱は同
じ（サセプタ上にウェハを載貴し、ウェハおよびサセプ
タの表面側から赤外線ランプ等によって輻射加熱するこ
とによりウェハを表面側から直接輻射加熱すると共に裏
面側からサセプタによって加熱したり、特公昭６３−６
６２７号のように赤外線を発する平行な２枚の加熱板間
にウェハ載置いて表裏両面から直接輻射加熱したりする
ものがある。

（発明が解決しようとする課題） 上記ＲＦ加熱は周知のようにウェハが裏面から加熱され
るために、特に表裏の温度差音生ずる欠点があり、この
ため表面から輻射加熱を付加することが行なわれている
。上記特公昭６３−６６２７号はウニ・・の表裏両面加
熱をより均一に行な５ことのできるものであるが、これ
に用いられているような平板状の加熱板は周辺部での放
熱が大きいｋめ、中央部より外周部の方が温度が低い傾
向を示す。そこで、加熱板の面積をウニ・・載置部より
相当大きくする必要がある。特に、ウニ・・を一方の加
熱板上に間隔を置かずに実質的に接触させた状態で載置
する場合には、ウニ・・は加熱板の温度に敏感に左右さ
れるため、ウエノ１載置部の温度をより完全に均一にす
る必要性から該加熱板の面積をより一層大きくする必要
がある。

本発明は、より小型の装置でウニ・・の均一加熱全達成
することのできる気相成長装置を提供することを目的と
するものである。

〔発明の構成〕

（課題全解決するための手段） 上記目的を達成するための本発明の気相成長装置は、反
応室の外壁を強制冷却するコールドウオール式の気相成
長装置において、反応室内に配置され一方をガス導入側
とし他方全排気側とする開口を有し内部にウニ・・全直
接または間接的に載置する偏平な筒状の加熱部と、この
加熱部の全外周面を加熱するように反応室外に設けられ
た輻射加熱手段とを備え、少なくとも加熱部内に反応ガ
スを流すようにしたものである。

加熱部は、実質的に偏平な角筒状とし、輻射加熱手段を
角筒状の外周４面にそれぞれ対応して設けることが好ま
しい。

また、加熱部内におけるウェハの載置は、通常の気相成
長装置においてウェハをサセプタ上に載置するのと同様
にウェハを加熱部内壁上に載置するようにしてもよいし
、また加熱部内に別に支持部材を設けてこの上に載置し
てもよく、さらにまたウェハの表裏両面の外周近くを除
く大部分ないし全体を加熱部の対向する２面の内壁に対
しそれぞれ間隔を置いて対向させるように載置してもよ
（ゝ。

（作　用） ウェハは、偏平な筒状の加熱部内に載置され、加熱部の
内壁からの熱伝導と輻射による加熱または実質的に輻射
のみによる加熱を表裏および周囲から受ける。このとき
、加熱部はウェハの表裏に対応する外周面部分のみなら
ず側方部分をも含む実質的に全外周面を加熱されるため
、加熱部内部は中央から端部までエリ均一な温度となり
、該加熱部の内部空間の特にガス流と直交する方向の幅
全ウニ・・の直径に近付けてもウニ・・全体を高精度で
均一に加熱する。

加熱部内Ｎ空間の高さは、できるだけ小さな寸法である
ことが好ましく、これにより加熱効率が高まると共にウ
ェハ温度が安定し、さらに反応室全体の断面積を小さく
できるため、ガスの有効利用と使用量の低減が図られる
。

（実施例） 以下本発明の一実施例金示す第１図および第２図を参照
して説明する。１１は、反応室１０を形成する石英ガラ
ス製の反応容器で、横断面形状が第２図に示すように偏
平角筒状をしており、第１図において左端のフランジ部
１１ａ　ｋ締付は板１２で締付けることにより装置フレ
ーム１３に固定されている。

締付は板１２には、反応容器１１の内壁と略一致する穴
１２ａが明けられ、この穴１２ａにステンレス鋼製のガ
ス供給部材１４が嵌着されている。ガス供給部材１４の
中央には、反応ガスおよびパージガスを供給するための
偏平な段付き穴１５が明けられると共に、締付は板１２
との係合部外周にはパージガス全供給するための環状溝
１６が設けられている。前記段付き穴１５および環状溝
１６には、締付は板１２に設けた流路１７　、１８を介
して第１．第２配管１９゜２０から反応ガスまたはパー
ジガスが供給されるようになっている。

締付は板１２の第１図において左端には、フタ２１が着
脱可能に取付けられ１、このフタ２１１Ｃよりて前記段
付き人１５の左端側を密閉するようになっている。フタ
２１には、段付き穴１５の段部に対応すべ（複数本のロ
ッド２２ヲ介して整流板２３が取付けられている。この
整流板２３は多数の小孔を有するパンチメタル状のもの
である。

段付き穴１５の第１図において右端には、石英ガラス製
の偏平なガス導入管２４が接続されている。

また、ガス供給部材１４には、環状溝１６を反応室ｌＯ
の内壁とガス導入管２４の外周との間の空間に接続させ
る多数のガス導入口２５が明けられている。

反応室１０内には、カーボン製で表面にＳｉＣコートを
施こした加熱部２６が石英ガラス製のトレイ２７を介し
て設置されている。この加熱部２６は、第１図において
左右方向に伸びる断面Ｕ状（第２図参照）の下船熱体２
６ａと、この上にかぶせられる上船熱体２６ｂとからな
り、全体として偏平な角筒状をし、底面上にウニ・・ｗ
６載置するよ５になっている。なお、この加熱部２６は
一体形成してもよいし、また上下左右に４分割してもよ
いなど、適宜に形成できる。この加熱部２６ば、上船熱
体２６ｂが水平であるとき、下船熱体２６ａの底壁は第
１図において左より右が２°程度高（なるように勾配を
付与されている。加熱部２６の第１図において左側の開
口は、上記ガス導入管２４に若干すき間を有するように
接続され、右側の開口は、反応容器１１の右端の排気口
２８に向けて開放されている。ここに、前記段付き穴１
５、ガス導入管２４ならびに加熱部２６の内部横断面形
状は略一致するように形成されている。

反応容器１１の周囲はカバー２９で被われ、その内部の
加熱部２６に対向する部分に輻射加熱手段３０゜３１．
３２．３３　　（第２図参照）が設けられている。

第１，２図において、上下に位置する輻射加熱手段３０
　、３１は加熱部２６の上下の外周面に対向し、棒状の
赤外線ランプ３４ｔ−第２図において左右方向に向け、
第１図において左右方向に間隔を置いて複数本配列され
ている。これらの複数本の赤外線ラング３４は第１図に
おいて、２本づつ左、中央。

右に３区分されて出力調整可能になされている。

ｔ　ｙｋ、第２図において、加熱部２６の左右の外周面
に対向している輻射加熱手段３２　、３３は、棒状の赤
外線ランプ３４ヲ左右の外周面の長手方向に沿うように
取付けられている。

それぞれの赤外線う／グ３４は反射と冷却機能を有する
ランプハウジング３５にそれぞれ取付けられ℃おり、各
供給ポート３６から冷却空気を供給され、ランプハウジ
ング３５、赤外線ランプ３４および反応容器１１ヲ冷却
するようになっている。また、カバー２９の第１図にお
いて右端寄りにも供給ボート３７が設けられ、冷却空気
をカバー２９内すなわち反応容器１１の周囲に供給する
ようになっている。なお、第１図においてカバー２９の
左端寄りＩｃは排気ボー１３８が設けられている。

次いで本装置の作用について説明する。ウニ・・Ｗの搬
出入は、フタ２１ヲ外して行なう。フタ２１ヲ外すこと
により段付き穴１５の段部にあった整流板２３が外され
、段付き穴１５、ガス導入管２４ヲ介して加熱部２６の
内部空間が第１図において左端側に開放される。そこで
、段付き穴１５側から図示しない搬送装置によシウエハ
Ｗの搬出入を行なう。

ウェハＷを搬入したならば、第１．第２配管１９、２０
から共にＮ２ガス、　Ｎ２ガス等のパージガスを供給し
、輻射加熱手段３０〜３３によって昇温を開始する。こ
の加熱において、加熱部２６の第１図において左右（長
手）方向の温度分布は、輻射加熱手段３０　、３１の各
赤外線う／プ３４の出力を左、中央、右の各区分毎に調
整することによって均一化し、他方、加熱部２６の第２
図において左右（幅）方向の温度分布は、輻射加熱手段
３２　、３３の出力全調整することによって均一になさ
れる。また、第１，２図に示すように、ウェハｗ２加熱
部２６の底壁上に直接載置する場合には、ウェハＷの裏
面は実質的に熱伝導によって加熱され、表面は加熱部２
６の上内壁からの輻射によって加熱されるため、上下の
輻射加熱手段３０　、３１の出力を独立して調整し、ウ
ェハＷの表裏の温度差をより小さく押えることが好まし
い。なお、左右の輻射加熱手段３２．３３も別々に出力
を調整できるようにしておくことが好ましい。

加熱部２６が気相成長温度に達したならば、Ｈｚガラス
変えて反応ガスを第１配管１９から供給し、段付き穴１
５、整流板２６、ガス導入管２４ヲ介して加熱部２６内
に層流で反応ガスを流して、ウェハＷの表面に気相成長
を行なう。他方、第２配管１８からはパージガスとして
のＨ２ガスを供給し続け、反応ガスが直接反応容器１１
の内壁に接触することを極力防止する。なお、ガス供給
部材１４および加熱部２６とガス導入管２４との接続は
、熱膨張の関係などから若干すき間金有するように形成
されているため、この接続部から反応ガスが漏れ出すが
、その量はわずかであり、反応容器１１の内壁に沿って
パージガスが流れているため、反応容器１１の内壁にウ
オールデポを生じることはほとんどない。

前記加熱部２６内を流れる反応ガスによる気相成長は、
加熱部２６の内部空間が比較的狭く囲まれ、均一な温度
分布になされているため、ウエノ・Ｗは全体がより均一
に加熱され、スリップを生じないと共に膜厚分布も均一
になり、かつより少ない反応ガスによって効率のよい気
相成長が行なわれる。

また、加熱部２６の断面形状の小形化により反応容器１
１の断面形状も小形になり、そのため、第２配管２０か
も供給するパージガスの流量も少な（できる。

第３図は、本発明の他の実施例の要部を示すもので、加
熱部２６の内部空間の高さを低くし、かつ底面にはウェ
ハＷの外周付近のみを支持する浅い段部４０ヲ有する深
いザグリ４１ヲ設け、ウェハＷの表裏両面のほぼ全体を
輻射によって加熱するようイ９１ にしたものである。また、この実施では、ガス導入管２
４ヲ加熱部２６の左端外周に若干すき間を持たせて係合
させたものである。この、実施例によれば、ウェハＷの
表裏両面が共に輻射加熱されるため、容易にウェハＷの
均一加熱が可能である。

第４図は、本発明のさらに他の実施例の要部を示すもの
で、加熱部２６内にＳｉＣコーティングしたカーボンま
たは石英ガラス製の支持部材４２全設け、この上にウェ
ハｗ６載置したもので、これによりても第１，２図に示
した実施例と同様の気相成長を行なうことができる。

前述した実施例は、ガス導入管２４ヲ石英ガラス製とし
た例を示したがＳｉＣコーティングしたカーボン製とし
てもよい。なお、このガス導入管２４は第５図に示すよ
うに省略してもよい。この場合は反応容器１１ヲより強
く冷却することによりウオールデボを押えることができ
る。またこの実施例においては、支持部材４２または加
熱部２６ヲ反応容器１１外へ搬出してウェハＷの搬出入
を行なうことが可能となる。

また、加熱部２６と排気口２８の間に図示しないガス導
出管を置き、ガスの乱れをより確実に押えるようにして
もよい。さらにまた、加熱部２６は必ずしも水平である
必要はなく、長手方向または幅方向を上下にして立てて
もよく、またウェハＷの載置は上記実施例のほかに、加
熱部２６の底面上に石英ガラスやＳｉＣコーティングカ
ーボン製のリングを置くことにより、ウェハＷの表裏両
面の外周近くを除く大部分ないし全体が加熱部２６の対
向する２面の内壁に対しそれぞれ間隔装置いて対向する
ようにし、第３図に示した実施例と同様に表裏両面全伝
導によらずに７輻射加熱するようにしてもよ（ゝ。

次に、上記第１図および第２図に示した装置による実験
結果を示す。加熱部２６のガス導入側の外形寸法を幅２
１２鰭、高さ３０ｍ、長さ２３ｏＩＩＤＩで缶壁の厚さ
６ｆｌとし、ガス排気側に向って底面が２゜高くなるよ
うにした。底面にはウェハＷ２載置するザグリを１つ設
け、この中に６インチのＳｉ　　ウニ・・Ｗｋ１枚載置
した。赤外線う／プ３４は、第２各 図において上下を各６本、左右を１本とし、加熱＾ 部２６の内壁の温度を熱電対で測定しつつ前記赤外線ラ
ンプ３４の出力調整を行なって、１１００℃に加熱した
。この結果、加熱部２６の長手方向および幅方向のいず
れにおい℃もほぼ全体にわたって均一な温度分布が得ら
れた。

また、上記加熱状態において、第１配管１９から５ｉＨ
２ＣＩ２　：　Ｈ２が０．５　：　１００　　の反応ガ
ス全２０ｔ／ｍｉｎで供給すると共に、第２配管２０か
らＨ２ガスｋｌＯ６／ｍｉｎで供給して気相成長を行な
った結果、膜成長速度は約１μ／ｍｉｎ、膜厚分布誤差
は約２％であり、スＩＪ　７プは肉眼検査はもちろん顕
微鏡検査でも見られなかった。

さらにまた、反応容器１１には、ウオールデボを全く生
じず、ガス導入管２４の加熱部２６寄りに若干ウオール
デポを生じた程度であった。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、小型の装置で６イン
チウェハのような比較的大径のウェハに対し高品位の気
相成長を行なうことができ、装置の小形化により加熱エ
ネルギやガス使用量を低く押えてランニングコストを下
げることができる。

なお、加熱部を実質的に偏平な角筒状とすれば幅方向の
ガス流量の均一性を阻害することなく加熱部をより薄く
して加熱効率を高めることができる。

また、実質的に角筒状の場合は外周４面にそれぞれ対応
して輻射加熱手段を設けることによって加熱部の幅方向
の温度分布を均一化できる。さらにまた、ウェハは加熱
部に直接または間接のいずれによって載置してもよいが
、ウニ・・の表裏両面の外周近くを除く大部分ないし全
体が加熱部内壁に対して間隔を有するようにすれば、表
裏の温度差をより小さくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は第
１図のＩＩ−Ｉ線による横断面図、第３図ないし第５図
は本発明のそれぞれ異なる他の実施例を示す要部縦断面
図である。 １０・・・・・・反応室、　１１・・・・・・反応容器
、　１４・・・・・・ガス供給部材、　２３・・・・・
・整流板、　２４・・・・・・ガス導入管、　２５・・
・・・・ガス導入口、　２６・・・・・・加熱部、２８
・・・・・・排気口、　３０　、３１　、３２　、３３
・・・・・・輻射加熱手段、　３４・・・・・・赤外線
ラング、　４２・・・・・・支持部材、Ｗ・・・・・・
ウェハ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、反応室の外壁を強制冷却するコールドウォール式の
   気相成長装置において、反応室内に配置され一方をガス
   導入側とし他方を排気側とする開口を有し内部にウエハ
   を直接または間接的に載置する偏平な筒状の加熱部と、
   同加熱部の全外周面を加熱するように前記反応室外に設
   けられた輻射加熱手段とを備え、少なくとも前記加熱部
   内に反応ガスを流すようにしたことを特徴とする気相成
   長装置。 ２、加熱部が偏平な角筒状であり、輻射加熱手段が前記
   角筒状部の外周４面にそれぞれ対応して設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。 ３、ウエハが加熱部の内壁上に直接載置されるようにな
   っていることを特徴とする請求項１または２記載の気相
   成長装置。 ４、加熱部内にウェハの支持部材が設けられていること
   を特徴とする請求項１または２記載の気相成長装置。 ５、ウエハの表裏両面の外周近くを除く大部分ないし全
   体が、加熱部の対向する２面の内壁に対しそれぞれ間隔
   を置いて対向するようにウェハを加熱部内に載置するよ
   うになっていることを特徴とする請求項１、２、３また
   は４記載の気相成長装置。