JPH0518250B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、気相成長装置、特に半導体工業で利
用される気相エピタキシヤル成長装置に関するも
のである。

従来例の構成とその問題点 従来の気相成長装置は第１図にその具体構成を
示すように、透明石英チヤンバ１と、シリコン基
板２を載置する基台３と、透明石英チヤンバ１の
外にあつて、基台３に対面して設置されている赤
外線ランプユニツト４と、ガス供給管５と、排気
口６とから構成されていた。赤外線ランプユニツ
ト４から出た赤外光は、透明石英チヤンバ１を透
過して基台３に載せられたシリコン基板２を照射
し、これを1000℃以上の温度に加熱する。このあ
とガス供給管５より、ジクロールシラン等を水素
中に適当な濃度で混合した反応ガスを供給し、排
気口６から排気する。このとき反応ガスが透明石
英チヤンバ１内を流れる間に分解析出し、シリコ
ン基板２上にシリコン単結晶膜が形成される。

しかしながら上記のような構成では、赤外線ラ
ンプユニツト４から出る赤外光の一部が、透明石
英チヤンバ１（以下チヤンバ１と略す）を完全に
透過できず一部吸収され、このチヤンバ１自体が
徐々に昇温し、反応ガスがこれに触れることによ
つてチヤンバ１の内面にもシリコン結晶が堆積し
易いという問題があつた。そしていつたんチヤン
バ１の内面にシリコン結晶が堆積し始めると、赤
外光の透過率が損なわれ、吸収される赤外光が増
大するためにチヤンバ１の昇温が早くなつて、加
速度的にチヤンバ１への堆積が増加し、そのため
チヤンバ１自体が更に加熱されて強度が低下し
て、内部を水素を主体とするガスが流れる容器と
しては、極めて危険な状態になる問題があつた。
そのためチヤンバ１を外部から強制的に空冷して
やる必要があり、従来例はチヤンバ１の表面積が
大きいため、大量の冷却ガスを必要とするという
構造上の欠点を有していた。また、大量の冷却ガ
スによつてチヤンバ１を外部から空冷しても、微
小ではあるがチヤンバ１の内面でのシリコン結晶
堆積がやはり存在し、そのためチヤンバ１を装置
からはずし、これを洗浄乾燥した上で再組立し、
リークチエツクをするという保守作業を頻繁に行
う必要があり、従来例は内部の基台３まで取りは
ずした上でチヤンバ１を外し、大量の面積を洗浄
乾燥しなくてはならないという欠点を有してい
た。

発明の目的 本発明は上記欠点に鑑み、基板加熱方式が光輻
射加熱方式で、輻射光が透過する透明プレートを
小量の冷却ガスで空冷して透明プレートでの反応
生成物の付着を抑え、かつ透明プレートの保守作
業を容易に行うことのできる、減圧下で気相成長
を行う気相成長装置を提供するものである。

発明の構成 透明プレートでの反応生成物付着の原因である
透明プレート自体の昇温を小量の冷却ガスによる
空冷で防止することにより透明プレートでの反応
生成物付着を抑えるよう構成しており、透明プレ
ートの保守作業時に洗浄乾燥する必要のある透明
プレートの面積を小量にできる共にその透明プレ
ートのみを容易に取り出せるため保守作業を容易
に行うことができる。

実施例の説明 以下本発明の一実施例について、図面を参照し
ながら説明する。

第２図は本発明の第１の実施例における気相成
長装置の断面図である。第２図において、７は反
応ガスを供給する反応ガス供給管、８は反応ガス
を排気する反応ガス排気管である。９はシリコン
単結晶膜を形成させるシリコン基板、１０はシリ
コン基板９を載置するカーボンより成る基台であ
り、１１はシリコン基板９および基台１０を加熱
する赤外線ランプユニツトである。１２は気相成
長反応を行う反応室で、１３はステンレス等の耐
熱耐食性金属より成る壁面部材、１４は厚さ１〜
２mm程度の透明石英プレートで、壁面部材１３お
よび透明石英プレート１４は、反応室１２を外気
から遮断するためのものである。１５は透明石英
プレート１４と赤外線ランプユニツト１１との間
にあつて透明石英プレート１４と平行な厚さ15mm
程度の透明石英プレートで、１６は透明石英プレ
ート１４および１５を冷却するための透明石英プ
レート冷却室（以下冷却室と略す）、１７は冷却
室１６を外気から遮断するための壁面部材で、壁
面部材１７は耐熱耐食性金属より成る。１８は冷
却ガスを供給する冷却ガス供給管、１９は冷却ガ
スを排気する冷却ガス排気管である。２０は赤外
線ランプユニツト１１が内部に設置される耐熱耐
食性金属より成る上部ヒータブロツクで、２１は
透明石英プレート１５を上部ヒータブロツク２０
に固定するための固定具である。これら上部ヒー
タブロツク２０と透明石英プレート１５、および
上部ヒータブロツク２０と壁面部材１７はそれぞ
れＯリング等の既知のガスシール手段を介して締
結され、冷却室１６の気密性を保証している。ま
た２２は透明石英プレート１４を壁面部材１７に
固定するための固定具で、透明石英プレート１４
と壁面部材１７、および壁面部材１３と壁面部材
１７もそれぞれＯリング等の既知のガスシール手
段を介して締結され、反応室１２および冷却室１
７の気密性を保証している。２３は反応ガス供給
口、２４は反応ガス排気口、２５は冷却ガス供給
口、２６は冷却ガス排気口で、反応ガス供給口２
３付近および反応ガス排気口２４付近の壁面部材
１３と、冷却ガス供給口２５付近および冷却ガス
排気口２６付近の壁面部材１７は、それぞれ内部
形状がテーパ状に形成されており、したがつて反
応ガス供給口２３より供給される反応ガスは、テ
ーパ形状に沿つて徐々に広がつていき、反応室１
２の内部を矢印Ａ方向に流れ、再び排気側のテー
パ形状に沿つて徐々に縮流となつてよどみなく流
れていくことになる。冷却ガスについても矢印Ｂ
方向に同様に流れる。２７は壁面部材１３を水冷
するために壁面部材１３に適当数設けられた冷水
溝、２８は上部ヒータブロツク２０を水冷するた
めに設けられた冷水溝、そして２９は固定具２１
を水冷するために設けられた冷水溝である。第３
図は本発明の第１の実施例における気相成長装置
の外観図である。第３図において、３０は壁面部
材１３に設けられた開閉扉、３１はシリコン基板
９を気相成長装置から出し入れするための開口で
ある。

以上のように構成された気相成長装置につい
て、以下その動作を説明する。

エピタキシヤル成長時には、赤外線ランプユニ
ツト１１から放射される熱線が透明石英プレート
１５および１４を透過して基台１０およびこれに
装置されているシリコン基板９を照射し、これら
を所定温度に加熱する。このとき反応ガス供給口
２３を通して、ジクロールシラン等のソースガス
およびホスフイン等のドーピングガスを適当な濃
度で含有した水素ベースの反応ガスを常温で供給
することによつて、この反応ガスは反応ガス排気
口２４に向かつて反応室１２内部を矢印Ａ方向に
流れ、この間に所定温度に加熱されているシリコ
ン基板９および基台１０に接した反応ガス相から
反応ガスが分解析出し、シリコン基板９上にエピ
タキシヤル成長膜が形成される。エピタキシヤル
成長時に、反応室１２内部は減圧される。

このとき同時に、冷却ガス供給口２５を通して
冷却ガスとしての空気または水素ガスを常温で供
給し、かつ冷却室１６内部の圧力を反応室１２内
部の圧力と同程度の圧力に減圧する。冷却室１６
と反応室１２での圧力が同程度であるため、透明
石英プレート１４の厚さを大幅に薄くすることが
可能であり、そのため透明プレート１４を通して
反応室１２から冷却室１６へ移動する熱流束が大
きくなる。また、透明石英プレート１４の表面積
が最小限に抑えられかつ反応室の壁面部材１３が
冷水溝２７によつて水冷されるため、透明石英プ
レート１４を通して反応室１２から冷却室１６へ
移動する熱量が小さくなる。すなわち、反応室１
２から冷却室へ移動する熱の熱流速が大きくかつ
熱量が小さいため、小量の冷却ガスで大量の熱を
反応室１２内部の反応ガスから奪うことができ、
その結果反応室１２側の透明石英プレートの表面
温度が小量の冷却ガスで十分下がり、透明石英プ
レート１４へのシリコン結晶堆積が激減し、堆積
が始まつても透明石英プレートが冷却され続ける
ので堆積量が増え続けることはない。

また、シリコン結晶が堆積する可能性のある透
明石英プレートは、透明石英プレート１４のみで
あり、反応室１２側の面にのみ堆積する。そのた
め透明プレートの保守作業は、壁面部材１３から
壁面部材１７を取りはずすだけで透明プレート１
４の反応室１２側の面を取り出すことができ、し
かもこの面の面積が最小限に抑えられているため
洗浄乾燥の手間が軽減され、大幅に簡略化され
る。

以上のように本実施例によれば、反応室とは別
に透明プレート冷却室を設けることにより、透明
プレートへのシリコン結晶堆積を小量の冷却ガス
で抑えることができ、かつ透明プレートの保守作
業を大幅に簡略化することができる。

以下本発明の第２の実施例について、図面を参
照しながら説明する。

第４図は本発明の第２の実施例を示す気相成長
装置の断面図である。第４図において、７は反応
ガスを供給する反応ガス供給管、８は反応ガスを
排気する反応ガス排気管であり、９はシリコン基
板、１０はシリコン基板９を載置する基台で、１
１はシリコン基板９および基台１０を加熱する赤
外線ランプユニツトである。１２は気相成長反応
を行う反応室で、１３は反応室１２の壁面部材、
１４は厚さ１〜２mm程度の透明石英プレートであ
る。１５は透明石英プレート１４と赤外線ランプ
ユニツト１１との間にある厚さ15mm程度の透明石
英プレートで、２０は赤外線ランプユニツト１１
が内部に設置されている上部ヒータブロツク、２
１は透明石英プレート１５を上部ヒータブロツク
２０に固定するための固定具である。２３は反応
ガス供給口、２４は反応ガス排気口で、反応ガス
供給口２３より供給される反応ガスは、壁面部材
１３の反応ガス供給口２３付近のテーパ形状に沿
つて徐々に広がつていき、反応室１２の内部を矢
印Ｘ方向に流れ、再び反応ガス排気口２４付近の
テーパ形状に沿つて徐々に縮流となつてよどみな
く流れる。２７は壁面部材１３を水冷するための
冷水溝、２８は上部ヒータブロツク２０を水冷す
るための冷水溝、２９は固定具２１を水冷するた
めの冷水溝である。以上は第２図の構成と同様な
ものである。

第２図の構成と異なる第１の点は、透明石英プ
レート１４と１５の間にこれらと平行な厚さ１〜
２mm程度の第３の透明プレート３２および第４の
透明プレート３３を設けて、冷却室を、透明プレ
ート１４を冷却する第１の冷却室３４、透明プレ
ート３２および３３を冷却する第２の冷却室３
５、透明プレート１５を冷却する第３の冷却室３
６の合計３個設けた点である。３７は第１の冷却
室３４の壁面部材、３８は第２の冷却室３５の壁
面部材、３９は第３の冷却室３６の壁面部材で、
４０は透明石英プレート１４を壁面部材３７に固
定するための固定具、４１は透明石英プレート３
２を壁面部材３７に固定するための固定具、４２
は透明プレート３３を壁面部材３９に固定するた
めの固定具である。透明石英プレート１４と壁面
部材３７、および壁面部材１３と壁面部材３７、
および透明石英プレート３２と壁面部材３７、お
よび壁面部材３７と壁面部材３８、および壁面部
材３８と壁面部材３９、および透明石英プレート
３３と壁面部材３９、そして壁面部材３９と上部
ヒータブロツク２０は、それぞれＯリング等の既
知のガスシールド手段を介して締結され、反応室
１２、および第１の冷却室３４、および第２の冷
却室３５、そして第３の冷却室３６の気密性がそ
れぞれ保証されている。４３は第１の冷却室３４
に冷却ガスを供給するための冷却ガス供給管、４
４は第１の冷却室３４から冷却ガスを排気するた
めの冷却ガス排気管であり、４５は第２の冷却室
３５のための冷却ガス供給管、４６は第２の冷却
室３５のための冷却ガス排気管、４７は第３の冷
却室３６のための冷却ガス供給管、４８は第３の
冷却室３６のための冷却ガス排気管である。４９
は第１の冷却室３４の冷却ガス供給口、５０は第
１の冷却室３４の冷却ガス排気口、５１は第２の
冷却室３５の冷却ガス供給口、５２は第２の冷却
室３５の冷却ガス排気口、５３は第３の冷却室３
６の冷却ガス供給口、５４は第３の冷却室３６の
冷却ガス排気口で、冷却ガス供給口４９付近およ
び冷却ガス排気口５０付近の壁面部材３７と、冷
却ガス供給口５１付近および冷却ガス排気口５２
付近の壁面部材３８と、そして冷却ガス供給口５
３付近および冷却ガス排気口５４付近の壁面部材
３９は、それぞれ内部形状がテーパ状に形成され
ている。したがつて冷却ガス供給口４９より第１
の冷却室３４に供給される冷却ガスは、テーパ形
状に沿つて徐々に広がつていき、冷却室３４の内
部を矢印Ｙ方向に流れ、再び排気側のテーパ形状
に沿つて徐々に縮流となつてよどみなく流れてい
くことになる。第２の冷却室３５および第３の冷
却室３６についても、それぞれ矢印Ｖ方向、矢印
Ｚ方向に同様に流れる。

第４図の構成が第２図の構成と異なる第２の点
は、接続管５５を設けることによつて、冷却ガス
排気管４６と反応ガス供給管７が直結されている
点である。

上記のように構成された気相成長装置につい
て、以上その動作を説明する。

エピタキシヤル成長時には、赤外線ランプユニ
ツト１１から放射される熱線が透明石英プレート
１５，３３，３２および１４を透過して基台１０
およびこれに載置されているシリコン基板９を照
射し、これらを所定温度に加熱する。このとき反
応ガス供給口２３を通して反応ガスを供給するこ
とによつて、シリコン基板９および基台１０に接
した反応ガス相から反応ガスが分解析出し、シリ
コン基版上にエピタキシヤル成長膜が形成され
る。エピタキシヤル成長時に、反応室１２内部は
減圧される。

このとき同時に、冷却ガス供給口４９および５
３を通して常温の冷却ガスをそれぞれ冷却室３４
および３６に供給し、かつ冷却室３４および３６
内部の圧力を反応室１２内部の圧力と同程度の圧
力まで減圧して、透明石英プレート１５および１
４を冷却する。そして、冷却ガス供給口５１を通
して冷却室３５に反応ガスを常温で供給し、かつ
冷却室３５内部の圧力を反応室１２内部の圧力と
同じ圧力まで減圧する。このとき冷却室３５に冷
却ガスのかわりに供給された反応ガスは、透明石
英プレート３３および３２を冷却し、冷却室３５
低温の反応ガスを供給する限り、透明石英プレー
ト３２および３３の冷却室３５に内部に面してい
る面にはシリコン結晶が堆積しても透明石英プレ
ート３２および３３が冷却され続けるのでその量
はごく微少で増え続けることはない。さて冷却室
３５に供給された反応ガスが、透明プレート３３
および３２を冷却することは、透明プレート３３
および３２から反応ガスが加熱されることに他な
らない。すなわち冷却ガス排気口５２から排気さ
れる反応ガスは加熱されて排気される。そこでこ
の排気された反応ガスを接続管５５を通して反応
室１２へ供給する。その結果冷却室３５で予備加
熱された反応ガスの温度と、シリコン基板９およ
び基台１０の温度との間の温度差が減少し、反応
ガスがシリコン基板９および基台１０の反応ガス
供給口２３に近い側から奪う熱が抑えられ、シリ
コン基板９の温度分布均一化をはかることができ
る。すねわちシリコン基板９に形成するシリコン
単結晶膜の膜厚均一化を行うことができる。

以上のように、冷却室を３個設け、その内の１
つの冷却室の冷却ガス排気管と反応ガス供給管を
接続する接続管を設け、この冷却室に反応ガスを
通し、反応ガスを予備加熱した後に反応室に供給
することによつて、シリコン基板に形成するシリ
コン単結晶膜の膜厚均一化を行うことができる。

なお、第１の実施例において冷却室は１個とし
たが、複数個としてもよい。また第２の実施例に
おいて冷却室を３個、反応ガスの予備加熱を行う
ための冷却室をその内の１個としたが、冷却室の
個数が２個以下または４個以上としてもよいこと
は言うまでもなく、反応ガスの予備加熱を行うた
めの冷却室を複数個としてもよいことは言うまで
もない。更に、本発明はエピタキシヤル成長への
適用に限らず、膜形成を必要とする各種装置に適
用が可能であることも言うまでもない。

発明の効果 以上のように本発明は、気相成長装置を反応室
と冷却室に分けて、反応室と冷却室の圧力を同じ
圧力まで減圧することにより、小量の冷却ガスで
透明プレートを冷却して透明プレートでの反応生
成物付着を抑えることができ、また透明プレート
の保守作業を容易に行うことができるようにな
り、その実用的効果は大なるものがある。また冷
却室の内の少くとも１つに反応ガスを通して予備
加熱し、そしてこの反応ガスを反応室に供給する
ことによつて、生成される気相成長膜の膜厚均一
化をはかることができ、その効果は更に大なるも
のがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の気相成長装置の断面図、第２図
は本発明の第１の実施例における気相成長装置の
断面図、第３図は同装置の外観図、第４図は第２
の実施例における気相成長装置の断面図である。 １２……反応室、１６，３４，３５，３６……
冷却室、１３……反応室壁面部材、１７，３７，
３８，３９……冷却室壁面部材、１１……赤外線
ランプユニツト、２０……上部ヒータブロツク、
１４，１５，３２，３３……透明石英プレート、
９……シリコン基板、１０……基台、５５……接
続管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、反
   応ガスを排気する反応ガス排気手段と、気相成長
   膜を形成させる基板を載置する基台と、前記基板
   および基台を加熱する光輻射加熱手段と、外気を
   遮断して前記反応ガス供給手段より供給される反
   応ガス雰囲気を形成するための壁面部材および前
   記基台と光輻射加熱手段との間にあつて輻射光を
   透過する材質より成る透明プレートから構成さ
   れ、前記基台が内部に設置され気相成長反応時に
   内部が減圧される反応室と、前記透明プレートと
   光輻射加熱手段との間にあつて前記透明プレート
   と平行な少くとも１枚の輻射光を透過する材質よ
   り成る第２の透明プレートと、前記第１の透明プ
   レートおよび第２の透明プレートを冷却するため
   に透明プレートと透明プレートに挟まれた空間に
   それぞれ別個に冷却ガスを供給する少くとも１個
   の供給管を有する冷却ガス供給手段と、前記透明
   プレートと透明プレートに挟まれた空間からそれ
   ぞれ別個に冷却ガスを排気する少くとも１個の排
   気管を有する冷却ガス排気手段と、前記第１の透
   明プレートおよび第２の透明プレートと共に外気
   を遮断して前記冷却ガス供給手段より供給される
   冷却ガス雰囲気を形成するための壁面部材とから
   構成され、気相成長反応時には内部が反応室内部
   と同程度の圧力に減圧される少くとも１個の気密
   性が保証された透明プレート冷却室からなる気相
   成長装置。 ２ 透明プレート冷却室の少くとも１つに、冷却
   ガスのかわりに反応ガスを供給、排気し、この透
   明プレート冷却室から排気された反応ガスを前記
   反応ガス供給手段によつて前記反応室に供給する
   特許請求の範囲第１項記載の気相成長装置。