JPH05275355A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サセプタの回転数が多くなったり基板が大型
化したとしても、気相成長の際に基板に機械的ストレス
によるスリップが発生してしまうことを極力防止するよ
うにしたものを提供する。 【構成】 反応炉内に反応ガスを導入するとともに、こ
の反応炉内に配置されたサセプタを介して該サセプタの
上に載置された基板を回転させつつ加熱して、前記基板
上に薄膜を気相成長させる気相成長装置において、サセ
プタ１４の表面に、該表面に載置する基板３の外形形状
に沿った受座１４ａを該サセプタ１４と同心状に形成す
るとともに、この受座１４ａの内周面の前記基板３に設
けられた主フラット３ａに対応する側と反対側に、少な
くとも１つ以上の内方に突出した突起１４ｃを設けたこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超ＬＳＩ等の半導体デ
バイス製造等に利用される薄膜成長を行なわせるための
気相成長装置、特にこの気相成長装置に備えられている
サセプタの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば基板の表面に薄膜を成長させる薄
膜成長技術は、半導体デバイスの高性能化のためのキー
・テクノロジーの一つであり、特にＣＶＤ（化学的気相
成長）法による薄膜成長は広く用いられている。

【０００３】ＣＶＤ法による薄膜成長の代表的なもの
は、高周波加熱あるいは赤外線ランプ加熱等により、基
板を例えば回転させつつ加熱し、反応炉内に原料ガス等
を導入して所望の薄膜を成長させるようにしたものであ
る。

【０００４】このような、薄膜成長を行うための従来の
一般的な気相成長装置の構成を図３に示す。

【０００５】即ち、ベースプレート１の上面には、下方
に開口した反応炉２が気密状態で固着され、この反応炉
２内には、上面に基板３を載置するサセプタ４が回転自
在な回転軸５の上端に支持され収納され、更に基板３及
びサセプタ４を加熱するヒータ６が配置されている。

【０００６】前記反応炉２の上部には、この内部に原料
ガスやキャリアガス等を導入する給気口２ａが、下部に
は反応炉２内の余剰ガスを排出する排気口２ｂがそれぞ
れ形成されている。

【０００７】また、前記回転軸５は、ベースプレート１
を貫通して、例えば磁性流体シール等の真空シール軸受
７により気密状態で回転自在に支承されている。そし
て、この回転軸５の下端にはプーリ８が固着され、この
プーリ８にベルト９が掛け渡されて、このベルト９を介
してモータ（図示せず）の回転力がプーリ８に伝達され
て回転軸５が回転するようなされている。

【０００８】前記ヒータ６は、前記サセプタ４の下方に
配置され、ベースプレート１内を真空シールを介して絶
縁された状態で貫設されている。

【０００９】そして、サセプタ４の上面に基板３を載置
するとともに、この基板３をヒータ６により所定温度ま
で昇温させ、給気口２ａから反応炉２内に原料ガス（例
えばＡｓＨ3 ，ＳｉＨ4 ，ＳｉＨ2 等）をキャリアガス
（例えばＨ2 等）とともに導入して、基板３の上に薄膜
を気相成長させるのであり、この時、モータによりベル
ト９を介してプーリ８、ひいては回転軸５を回転させて
サセプタ４を回転させるとともに、余剰ガスを排気口２
ｂよりポンプ（図示せず）等により排気するようなされ
ていた。

【００１０】ここに、サセプタ４を速く（例えば１００
０rpm 以上）回転させることで、基板３の表面の原料ガ
スの流れに境界層を積極的に作り、これによって気相反
応速度を早め、高い材料効率での薄膜の成長が可能とな
る。

【００１１】また、前記サセプタ４の上面に基板３を載
置する際、この基板３がサセプタ４の回転に伴う遠心力
によって飛散してしまうことを防止するため、サセプタ
４の上面には、基板３の外形形状に沿った受座４ａが該
基板３の厚みとほぼ同じ深さで形成されている。この受
座４ａの大きさは、基板３の公差及び基板３を受座４ａ
内に収めるための公差が含まれる等により、基板３の大
きさよりやや大きく、即ち基板３を受座４ａ内に収容し
た時に、両者の間に隙間ができるよう形成されていると
ともに、受座４ａの中心は、製作上及びハンドリング操
作の繁雑さを避けるため、一般にサセプタ４の外径と同
心位置に置かれていた。

【００１２】また、半導体装置の量産に一般的に供され
る円形基板３には、主フラット３ａ（図１参照）及び副
フラット（オリエンテーションフラット）が設けられて
いる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、基板には主フラットに起因する不釣合（副フ
ラットは一般に小さく問題とはならない）、即ち基板の
重心とこの回転中心との間に偏差（ずれ）があるため、
これをサセプタの上に載置して高速で回転させると、基
板はその遠心力によりサセプタの上面に設けた受座と基
板との間にある隙間を主フラットの反対方向に移動し
て、受座の内周面に押し付けられてしまう。

【００１４】ここに、基板に薄膜を形成する場合、この
基板に機械的ストレスまたは加熱に際し基板の温度の不
均一による熱的ストレスが加わり、転位発生の臨界応力
を越えるとスリップ（ひび割れ）が発生する。

【００１５】従って、上記のように基板が受座の内周面
に押付けられると、この押付けられた部分一帯の基板の
外周部には、かなり大きな機械的ストレスがかかり、ス
リップ（ひび割れ）が発生してしまう。特に、主フラッ
トの中央を通る垂線に対して回転中心から４５°の角度
に延びる方向（図１の二点鎖線参照）にスリップが発生
し易かった。

【００１６】更に、基板が大型化すればする程、主フラ
ットに起因する不釣合の割合が大きくなり、この欠点が
顕著になるといった問題点があった。

【００１７】本発明は上記に鑑み、サセプタの回転数が
多くなったり基板が大型化したとしても、気相成長の際
に基板に機械的ストレスによるスリップが発生してしま
うことを極力防止するようにしたものを提供することを
目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る気相成長装置は、反応炉内に反応ガス
を導入するとともに、この反応炉内に配置されたサセプ
タを介して該サセプタの上に載置された基板を回転させ
つつ加熱して、前記基板上に薄膜を気相成長させる気相
成長装置において、前記サセプタの表面に、該表面に載
置する基板の外形形状に沿った受座を該サセプタと同心
状に形成するとともに、この受座の内周面の前記結晶基
板に設けられた主フラットに対応する側と反対側に、少
なくとも１つ以上の内方に突出した突起を設けたことを
特徴とするもの、及び上記と同様な気相成長装置におい
て、前記サセプタの表面に、該表面に載置する結晶基板
の外形形状に沿った受座を該受座の中心を基板の重心が
サセプタの回転中心にほぼ一致するようにサセプタの回
転中心からずらして形成したことを特徴とするものであ
る。

【００１９】

【作用】上記のように構成した請求項１記載の本発明に
よれば、基板をサセプタに設けられた受座内に収容して
載置し、この状態でサセプタを回転させた際、基板の外
周面を受座の内周面に設けられた突起の先端に点接触さ
せて基板の遠心力に伴う移動を抑制し、これによって基
板の機械的ストレスの受ける部分を僅かにしてスリップ
の発生を激減させることができる。

【００２０】また請求項２記載の本発明によれば、基板
をサセプタに設けられた受座内に収容して載置し、この
状態でサセプタを回転させた際、基板の重心とこの回転
中心とをほぼ一致させることにより、基板に遠心力が作
用してしまうことをなくし、これによって基板の回転に
伴う移動を阻止し、希に移動した場合でも基板に加わる
機械的ストレスを小さくして、スリップの発生を防止す
ることができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００２２】図１は、本発明の第１の実施例を示すもの
で、本実施例におけるサセプタ１４は、以下のように構
成されている。

【００２３】即ち、このサセプタ１４の表面には、基板
３の外形形状に沿った受座１４ａが基板３の厚さとほぼ
等しい深さで形成されている。この受座１４ａの大きさ
は、基板３の公差及び基板３を受座１４ａ内に収めるた
めの公差等により、基板３の大きさよりやや大きく、即
ち基板３を受座１４ａ内に収容した時に、両者の間に隙
間１０ができるよう形成されてるとともに、受座１４ａ
の中心は、サセプタ１４の外径と同心位置に置かれてい
る。

【００２４】これにより、受座１４ａの基板３の主フラ
ット３ａに対応する位置には、突出部１４ｂが設けられ
ているのであるが、この突出部１４ｂと反対側に位置す
る受座１４ａの内周面の該突出部１４ｂの中央を通る垂
線に対して左右対称位置に２つの突起１４ｃ，１４ｃが
内方に突出して設けられている。

【００２５】このように構成したサセプタ１４を、図３
に示す気相成長装置内に組込んだ状態で、前述のように
して基板３上に薄膜を気相成長させるのであるが、この
気相成長の際のサセプタ１４の回転に伴って、基板３は
遠心力が作用して主フラット３ａに対向する受座１４ａ
の内周面に押付けられる。この時、受座１４ａの内周面
に突設した突起１４ｃ，１４ｃの先端が基板３の外周面
に点接触することになり、基板３は僅かな部分で支持さ
れる。これによって、基板３の機械的ストレスを受ける
部分を僅かにして、スリップの発生を激減させることが
できる。

【００２６】なお、上記のように、通常の状態では主フ
ラット３ａの中央を通る垂線に対して回転中心から４５
°の角度に延びる方向（図１の二点鎖線）にスリップが
発生し易いので、突起１４ｃ，１４ｃがこの位置に位置
してしまうことを避けることが望ましい。

【００２７】また、本実施例では突起１４ｃの形状を半
円状としたが、この形状、数及び大きさ等は任意に変更
できることは勿論である。

【００２８】図２は第２の実施例を示すもので、本実施
例におけるサセプタ２４は、以下のように構成されてい
る。

【００２９】即ち、サセプタ２４の表面には、上記第１
の実施例と同様に基板３の外径形状に沿った該基板３の
厚さとほぼ同一深さの受座２４ａが設けられているので
あるが、この受座２４ａの中心Ｏ1 は、サセプタ２４の
中心Ｏ2 から、突出部２４ｂの中央を通る垂線に沿って
該突出部２４ｂの方向に距離Ｌだけずらした位置に設定
されている。

【００３０】この距離Ｌは、受座２４ａ内に収納する基
板３の重心のずれ、即ち主フラット３ａの有無に伴う基
板３の重心位置の変化に対応した量であり、基板３の重
量をＷ，主フラット３ａに対応して切り取られた部分の
重量をｗ，基板３の直径をＤとした時、 Ｌ＝（ｗ／Ｗ）・（Ｄ／２） に設定されている。

【００３１】これにより、サセプタ２４は、その中心Ｏ
2 を中心として回転するのであるが、このサセプタ２４
の受座２４ａ内に収容した基板３も受座２４ａの中心Ｏ
1 ではなく、この重心と一致したサセプタ２４の中心Ｏ
2 を中心に回転することになる。

【００３２】従って、上記サセプタ２４を図３に示す気
相成長装置に組込んだ状態で薄膜の成長を行うと、サセ
プタ２４が回転しても、この回転中心と基板３の重心と
が一致しているので、基板３にはこの回転に伴う遠心力
が作用せず、このため基板３は安定して移動しなく、ま
た希に移動した場合でも基板３に加わる機械的ストレス
が小さく、これによってスリップの発生に至ることを防
止することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、基
板上に薄膜を気相成長させる際に該基板にスリップが発
生してしまうことを極力防止することができ、これによ
ってこの膜成長における歩留まりの向上を図ることがで
きる。この結果、デバイス材料の均一化、気相成長の高
速化及び高効率化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す基板を収容したサ
セプタの平面図。

【図２】同じく第２の実施例を示すサセプタの平面図。

【図３】気相成長装置の概要を示す断面図。

【符号の説明】

２ 反応炉 ３ 基板 ３ａ 主フラット ５ 回転軸 ６ ヒータ １４，２４ サセプタ １４ａ，２４ａ 受座 １４ｃ 突起

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本 多 恭 章 東京都中央区銀座四丁目２番11号 東芝機 械株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反応炉内に反応ガスを導入するとともに、
   この反応炉内に配置されたサセプタを介して該サセプタ
   の上に載置された基板を回転させつつ加熱して、前記基
   板上に薄膜を気相成長させる気相成長装置において、前
   記サセプタの表面に、該表面に載置する基板の外形形状
   に沿った受座を該サセプタと同心状に形成するととも
   に、この受座の内周面の前記基板に設けられた主フラッ
   トに対応する側と反対側に、少なくとも１つ以上の内方
   に突出した突起を設けたことを特徴とする気相成長装
   置。
2. 【請求項２】反応炉内に反応ガスを導入するとともに、
   この反応炉内に配置されたサセプタを介して該サセプタ
   の上に載置された基板を回転させつつ加熱して、前記基
   板上に薄膜を気相成長させる気相成長装置において、前
   記サセプタの表面に、該表面に載置する基板の外形形状
   に沿った受座を該受座の中心を結晶基板の重心がサセプ
   タの回転中心にほぼ一致するようにサセプタの回転中心
   からずらして形成したことを特徴とする気相成長装置。