JPH03135014A - ウエハの成膜装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、半導体からなるウェハに、所定の反応膜を
生成するウェハの成膜装置、詳しくは、■、ｖ族の原料
を使用するＭＯＣＶＤ法により、ウェハ上にエピタキシ
ャル層の膜を生成するウェハの成膜装置に関する。

（鶴来の技術） ＭＯＣＶＤ法によりウェハ上にエピタキシャル層が形成
されたエピタキシャルウェハ（以下、単にエビウェハと
称する）は、ＧａＡｓのウェハ上にＧａＡｓ、　ＡｌＧ
ａの薄膜、或いは、ＴｎＰのウェハ上にＧａ１ｎＡｓ、
　ＧａｒｎＡｓＰ等の薄膜をエピタキシャル成長反応に
よって生成したものであり、近年、光用デバイス、高速
電子デバイスとして注目を浴び、各種の応用が考えられ
ている。このため、エピウェハは、その後のエツチング
や電極材は等の各種の後工程での要求及び製品の特性を
満たすために、上記薄膜に於ける膜厚及びその組成の均
一性が強く望まれている。

上述したＭＯＣＶＤ法とは、反応容器内のサセプタ上に
処理すべきウェハを配置し、そして、このウェハをサセ
プタを介して加熱する一方、反応容器内に反応ガスを供
給することで、上記ウエハ上にエピタキシャル成長反応
を生起して、上述の薄膜を生成するものである。

このような薄膜の生成に使用される反応ガスは、強い毒
性を有することから、反応容器は、反応ガスが外部に漏
れることがないように、気密性を有するものでなければ
ならない。

（発明が解決しようとする課題） ＭＯＣＶＤ法により、エピウェハを生産するに際し、上
述したように、薄膜に於ける膜厚及びその組成の均一性
を図るには、処理すべきウニ／’％と反応ガスとを一様
に接触させる必要がある。

このため、反応容器内に１枚のウェハのみが配置されて
いる場合には、このウェハは、サセプタとともに反応容
器の軸線の回りに回転され、また、反応容器内に多数の
ウエノ１が配置されている場合には、各ウェハは、その
サセプタとともに反応容器の軸線回りに公転されるとと
もに、サセプタ自体をもその軸線回りに回転させること
で、自転されるようになっている。

ところで、ウェハ、即ち、サセプタを公転及び自転させ
る機構としては、機械駆動式機構が考えられるが、しか
しながら、この場合、反応容器が上述したように気密性
を有するものでなければならないため、特に、サセプタ
を反応容器の軸線を中心として自転させるための機構が
複雑化し、また、反応容器内は高温（６００℃乃至９０
０°Ｃ）であるため、作動上の信頼性が低いという問題
がある。更に、機構が複雑なために、サセプタを介して
ウェハを加熱するのも困難になる等の制約がある。

一方、機械駆動式機構の代わりに、空気やＡｒ。

Ｈ！Ｉ　Ｎ２等の駆動ガスを使用して、サセプタの回転
、即ち、自転を行わせる流体駆動式機構も提案されてい
る。しかしながら、この場合、反応容器内の圧力条件は
、ウェハの材料や反応ガスの種類によって例えば、大気
圧から減圧状態（５０Ｔｏｒｒ）までの範囲で種々に異
なることから、反応容器内の圧力のレベルによっては、
サセプタとこのサセプタを支持するベース側の部材との
相対的な位置に変動が生じる。この変動は、駆動ガスを
使用してサセプタを回転させる流体駆動式機構の場合、
サセプタとベース側の部材との間に於ける駆動ガス流路
の流路断面積を変えてしまうことから、サセプタの回転
を不安定なものとし、しかも、多ｔのサセプタを同時に
処理する場合にあっては、各サセプタ、即ち、各ウェハ
の回転数が不均一となる不具合を有する。

この発明は、上述した事情に基づいてなされたもので、
その目的とするところは、反応容器内の圧力レベルに拘
りなく、サセプタを駆動ガスの流れを利用して、安定し
て回転させることができ、しかも、多数のサセプタを取
り扱う場合でも、各サセプタに均一な回転を与えること
ができるウェハの成膜装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） この発明は、反応ガスが導入される反応容器内に、円形
のベース部を配置するとともに、このベース部の表面に
、ウェハを搭載可能な円形のサセプタを回転自在に取付
け、このサセプタを、ベース部材とサセプタとの間の間
隙に供給され且つこの間隙をサセプタの外周縁に向かっ
て流れる駆動ガスにより、一方向に回転させるようにし
、この回転に伴いながら、ウェハ上に反応ガスによる所
定の反応膜を生成するようにしたウェハの成膜装置にお
いて、サセプタに於けるベース部側の面には、ベース部
の周縁を外側から挟み付けるような挟持部が設けられて
いる。

（作用） 上述したウェハの成膜装置によれば、サセプタに、挟持
部を設けであるので、ウェハ上に薄膜を生成するに際し
、設定される反応容器内の圧力レベルが異なっても、サ
セプタは、上記挟持部を介してベース部に保持されてい
るから、ベース部に対するサセプタの位置に変動を生じ
させるようなことはない。従って、この発明のウェハの
成膜装置は、駆動ガスの流れを利用して、サセプタ、つ
まり、ウェハの回転を行わせるとき、その回転を安定し
て行わせることができる。

（実施例） 以下、この発明の第１実施例を第１図乃至第４図を参照
して説明する。

先ず、第２図を参照すると、ウェハの成膜装置の全体が
概略的に示されている。この成膜装置は、はぼ円筒形状
をなした石英製の反応容器ＩＯを備えており、この反応
容器ＩＯは、上側容器部１１と下側容器部１２とからな
っている。これら容器部１１．１２は、そのフランジ部
の相互がシールリング１３を介して連結されている。

更に、下側容器部１２の下側には、フランジ継手を介し
て、中空円筒形状の基台１４が連結されている。この基
台１４の内部と反応容器１０の内部とは、石英製のシー
ルプレーＨ５及びシールリング１６により気密に区画さ
れている。従って、反応容器ＩＯ内は、反応室１７とし
て形成され、基台１４内は、予備室として形成されてい
る。

反応容器ＩＯに於ける上側容器部１１の上部には、パイ
プ部１９が上方に向けて一体に突出されており、このパ
イプ部１９は、図示しない反応ガスの供給源（図示しな
い）に接続されている。

方、下側容器部１２の外周面には、その内部が環状室と
して規定された排気リング２０が気密を存１て取り付け
られている。そして、下側容器部１２の外周面には、反
応容器１０内と排気リング２０の環状室とを連通させる
多数の連通孔２１が周方向に間隔を存して形成されてお
り、更に、排気リング２０には、排気パイプ２２が気密
を存して接続されている。この排気パイプ２２は、図示
しない真空ポンプ等の排気装置に接続さている。

従って、上述した構成によれば、反応容器ＩＯ内を所定
の圧力レベルまで減圧した状態で、反応容器１０内に所
定の反応ガスを供給することができる。

反応容器ＩＯ内には、この反応容器１０と同心的にして
、支持軸２３の上端側が侵入されており、この支持軸２
３の下端側は、シールプレート１５を気密を存して貫通
し、更に、基台１４の底壁を軸受２４を介して貫通して
いる。支持軸２３の下端は、図示しない支持手段により
支持されている。

支持軸２３の上端には、第１図に示されるようニ、ベー
ス部２５が形成されている。このベース部２５は、支持
軸２３と同心で且つ支持軸２３よりも大径の円形プレー
トからなり、ベース部２５に於ける上面の周縁には、テ
ーパ面２６が形成されている。

そして、ベース部２５の直上には、このベース部２５の
上面を覆うようにして、カーボン製のサセプタ２７が配
置されている。このサセプタ２７は、ベース部２５と同
様な円形プレートからなり、その上面中央には、円形の
凹み２８が形成されている。この凹み２８内には、処理
しようとするウェハＷが保持されることになる。

尚、ベース部２５内には、図示しないけれども、抵抗加
熱ヒータが組み込まれており、これにより、サセプタ２
７を所定の温度に加熱できるようになっている。

上述したサセプタ２７は、流体駆動式機構によって、ベ
ース部２５に対して回転されるようになっており、以下
には、この流体駆動式機構について説明する。

流体駆動式機構は、ベース部２５の上面に渦巻き状に形
成された１例えば３つの螺旋溝２９を備えている。これ
ら螺旋溝２９に於いて、ベース部２５の中央部側に位置
する内端部の底壁には、第３図及び第４図に示されるよ
うに、駆動ガスの噴出孔３０が夫々開口されている。こ
れら噴出孔３０は、第１図に示されるように、ベース部
２５内の径方向通路３１に連通されている。そして、こ
の径方向通路３１は、支持軸２３内に軸方向に形成した
供給通路３２に連通されている。この供給通路３２は、
支持軸２３を貫通して、図示しない駆動ガスの供給源に
接続されている。ここで、駆動ガスとしては、窒素、水
素又はアルゴンのガスが使用される。

一方、各螺旋溝２９に於ける外端部の底壁には、第３図
に示されるように、必要に応じて駆動ガスの排出孔３３
が夫々開口されている。これら排出孔３３は、図示され
ていないけれども、ベース部２５及び支持軸２３内に形
成された排気通路を介して、成膜装置の外側に排気され
るようになっている。

上述した流体駆動式機構によれば、供給通路３２及び径
方向通路３１を介して、各螺旋溝２９の噴出孔３０から
駆動ガスが噴出されると、この噴出した駆動ガスは、ベ
ース部２５の上面がサセプタ２７により覆われているこ
とから、主として、その螺旋溝２９内を第３図中矢印Ｆ
で示されるように流れ、そして、排出孔３３及び排気通
路を介して、外部に排気されることになる。ここで、各
螺旋溝２９内を上述したようにして駆動ガスが流れると
、サセプタ２７は、駆動ガス流によってベース部２５の
上面から所定のギャップを存して浮上するとともに、こ
の駆動ガス流の粘性により、引き摺られるようにして、
第３図中矢印Ｒで示される方向に回転されることになる
。

このようなサセプタ２７の回転は、駆動ガスの流量を増
加すればするほど速（なるが、しかしながら、駆動ガス
流量が多いと、サセプタ２７を冷却し過ぎることになる
ので、注意する必要がある。

そして、この発明の成膜装置の場合、サセプタ２７には
、上述した流体駆動式機構と組み合わせて使用される挟
持部３４か設けられている。この実施例の場合、挟持部
３４は、サセプタ２７の周縁部に下方に向けて一体に突
出され、ベース部２５を外側から囲む環状のリム３５と
、このリム３５の下面に取り付けられたカーボン製のリ
ングプレート３６とから構成されている。このリングプ
レート３６の内周縁部は、第１図に示されるように、ベ
ース部２５の下面に対し、上下方向に重なり合うように
延びている。即ち、挟持部３４は、その全体でみて、ベ
ース部２５の周縁部を包み込むような形状となっている
。

更に、挟持部３４の内面は、第１図から明らかなように
、ベース部２５に於ける外周部の外面と同様な形状とな
っている。即ち、挟持部３４の内面、つまり、リム３５
の内周面には、ベース部２５のテーパ面２６に対応した
雌テーパ面３７が形成されている。

そして、ベース部２５の下面には、更に、挟持部３４の
リングプレート３６に向かって開口した多数の噴出孔３
８が形成されており、また、ベース部２５のテーパ面２
６にも、挟持部３４の雌テーパ面３７に向かって開口し
た多数の噴出孔３９が形成されている。これら噴出孔３
８．３９は、第１図から明らかなようように、前述した
供給通路３２に接続されており、また、第３図に示され
るように、ベース部２５の周方向に間隔を存して配置さ
れている。尚、第３図には、噴出孔３９のみしか図示さ
れていない。

サセプタ２７に上述した挟持部３４が設けられていれば
、反応容器１０内の圧力レベルを減圧した状態で、ウェ
ハＷ上に薄膜、つまり、エピタキシャル層を生成する際
、サセプタ２７か反応容器ＩＯ内の真空引きによって、
ベース部２５から離れるように上方に移動しようとして
も、この移動は、挟持部３４のリングプレート３６によ
って阻止されることになる。従って、サセプタ２７が駆
動ガスによって回転されるとき、このサセプタ２７の下
面とベース部２５の上面との間で規定されるギャップの
大きさは、反応容器ｌＯ内の圧力レベルに拘りなく一定
となる。この結果、駆動ガスの流れが安定して、駆動ガ
スによるサセプタ２７、即ち、ウェハＷの回転力をも一
定となるので、サセプタ２７の回転を安定して行うこと
ができ、このことから、ウェハＷ上に生成されるエピタ
キシャル層の膜厚及び組成を均一にすることが可能とな
る。

しかも、上述した実施例では、ベース部２５のテーパ面
２６及びその下面にも、駆動カスの噴出孔３８．３９を
夫々設けであるから、これら噴出孔３８．３９から噴出
される駆動ガスにより、サセプタ２７に於ける挟持部３
４の内面がベース部２５に衝突して、サセプタ２７の回
転を妨げるようなこともない。

また、この第１実施例の成膜装置は、構造か簡単である
から、サセプタ２７、即ち、ウェハＷの加熱をも均一に
行え、エピウェハの電気的な特性をも向上する。

この発明は、上述した第１実施例の成膜装置に制約され
るものではなく、以下には、この発明の変形例について
説明する。この変形例を説明するに当たり、第１実施例
と同様な機能を有する部材及び部位には、同一の符号を
付して、その説明は省略する。

第５図及び第６図を参照すれば、この発明の第２実施例
に係わる成膜装置が示されている。この第２実施例の場
合には、支持軸２３が回転軸４０に置き換えられており
、この回転軸４０は、反応容器ＩＯの外部にある図示し
ない電動モータ等の駆動機構に連結されている。

そして、回転軸４０の上端には、円形をなしたホルダブ
ロック４１が取り付けられており、このホルダブロック
４１の上面には、周方向等間隔を存して、６個の収容穴
４２が形成されている。これら収容穴４２は、第６図か
ら明らかなように、円形をなしており、各収容穴４２の
内底壁からは、第１実施例の場合と同様なベース部２５
が突設されている。そして、これらベース部２５には、
挟持部３４を備えたサセプタ２７が組付けられている。

尚、第２実施例の場合、ホルダブロック４１の上面中央
には、上側容器部１１のパイプ部１９から導入される反
応ガスを整流するための円錐形状をなした整流突起４３
が設けられている。

この第２実施例の場合、各サセプタ２７は、回転軸４０
の軸線を中心として公転されると同時に、駆動ガスの作
用を受けて、自転することになるが、この場合でも、第
１実施例と同様な効果を有することは明白である。

第２実施例を更に詳述すれば、ウェハＷ上にエピタキシ
ャル層、例えば、ＡｌＧａＡｓとＧａＡｓの薄膜を生成
する際、反応容器１０内の圧力を５００Ｔｏｒｒ乃至１
００Ｔｏｒｒ、サセプタ２７の加熱温度を７００°Ｃ乃
至７５０℃とし、そして、駆動ガスとして１．０ｋｇ／
　ｃｒｔの窒素ガスを使用して、各サセプタ２７に３　
ｒｐｍ乃至１０ｒｐｍの回転を与えた。

尚、薄膜の生成の前に、反応容器ＩＯ内のパージ及び加
熱ベーキングを施しておくのが好ましい。

次に、第７図及び第８図を参照すれば、この発明の第３
実施例が示されている。この第３実施例では、第２実施
例の円筒形のホルダブロック４１の代わりに、正八角柱
状をなしたバレル４４が使用されている。そして、第８
図を参照すればより明らかなように、バレル４４の各側
面には、第２実施例の場合と同様にして、ベース部２５
、並びに、挟持部３４を備えたサセプタ２７が組み込ま
れている。尚、第３実施例の場合、整流突起４４は、半
球形状をなしている。この実施例の場合、バレル４４に
於ける各側面の傾斜角は、５°に設定されている。この
ような傾斜角であれば、各サセプタ２７が自転しても、
サセプタ２７からウェハＷが落下するようなことはない
。

更に、第９図及び第１Ｏ図を参照すれば、この発明の第
４実施例が示されている。この第４実施例は、前述した
流体駆動式機構の変形例を示したたもので、この変形例
に於いて、ベース部２５の上面には、螺旋溝２９の代わ
りに、扇形をなした３つの凹陥部５０が周方向に等間隔
を存して形成されている。各凹陥部５０の一方の側縁に
は、この側縁に沿ってガス供給溝５１が形成されており
、他方の側縁には、同様にしてガス排出溝５２が形成さ
れている。ガス供給溝５１に於ける径方向内端部の底面
には、駆動ガスの噴出孔３０が開口されており、また、
ガス排出溝５２に於ける径方向外端部の底面には、排出
孔３３が開口されている。

そして、第１０図から明らかなように、各凹陥部５０に
於いて、ガス供給溝５１とガス排出溝５２との間の部位
は、これらガス供給溝５１及びガス排出溝５２の底面よ
りも浅く、且つ、ベース部２５の上面よりも、ギャップ
ｇだけ凹んだ平らな凹み部５３として形成されている。

上述した流体駆動式機構によれば、各凹陥部５０に於い
て、駆動ガスは、噴出孔３０からガス供給溝５１内に供
給される。ここで、ガス供給溝５１に於いては、上述し
た凹み部５３側の溝壁が他の溝壁に比べ、その高さが低
（なっていることから、ガス供給溝５１内の駆動ガスは
、主として凹み部５３とサセプタ２７との間で規定され
る間隙をガス排出溝５２に向かって流れ、そして、この
ガス排出溝５２から排出孔３３を通じて排気されること
になる。この場合、各凹陥部５０内に於いて、駆動ガス
は、第９図中矢印で示される時計方向に流れることから
、この駆動ガスの流れに伴い、サセプタ２７は、第１実
施例の場合と同様に時計方向に回転されることになる。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明によれば、駆動ガスの流
れを利用して、ベース部に対しサセプタを一方向に回転
させるようにしたウェハの成膜装置に於いて、サセプタ
のベース部側の面に、ベース部の周縁を外側から挟み付
けるような挟持部を設けであるので、サセプタのウェハ
上に薄膜を生成するに際し、反応容器内の圧力レベルが
異なっても、サセプタは、上記挟持部を介してベース部
に保持され、ベース部に対するサセプタの位置に変動を
生じさせるようなことはない。従って、サセプタとベー
ス部との間のギャップの大きさが一定となるから、流体
駆動式機構によるサセプタの回転を安定して行え、ウェ
ハ上に生成される薄膜、即ち、エピタキシャル層の膜厚
及び組成を共に均一にすることができる等の効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は、この発明の第１実施例を示し、第
１図は、ベース部に組付けられたサセプタを示す断面図
、第２図は、成膜装置全体の概略断面図、第３図は、ベ
ース部の平面図、第４図は、第１図中■部の拡大図、第
５図及び第６図は、この発明の第２実施例を示し、第５
図は、ベース部及びサセプタの組を複数個組み込んだホ
ルダブロックの断面図、第６図は、ホルダブロックの平
面図、第７図及び第８図は、この発明の第３実施例を示
し、第７図は、ベース部及びサセプタの組を複数個組み
込んだバレルの側面図、第８図は、バレルの一部の断面
図、第９図及び第１Ｏ図は、この発明の第４実施例を示
し、第９図は、ベース部の平面図、第１０図は、第９図
中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図である。 ＩＯ・・・反応容器、２５・・・ベース部、２７・・・
サセプタ、３４・・・挟持部、３６・・・リングプレー
ト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　反応ガスが導入される反応容器内に、円形のベース部
   を配置するとともに、このベース部の表面に、ウェハを
   搭載可能な円形のサセプタを回転自在に取付け、このサ
   セプタを、ベース部材とサセプタとの間の間隙に供給さ
   れ且つこの間隙をサセプタの外周縁に向かって流れる駆
   動ガスにより、一方向に回転させるようにし、この回転
   に伴いながら、ウェハ上に反応ガスによる所定の反応膜
   を生成するようにしたウェハの成膜装置において、サセ
   プタに於けるベース部側の面に、ベース部の周縁を外側
   から挟み付けるような挟持部を設けたことを特徴とする
   ウェハの成膜装置。