JPH0554691B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体製造工程における気相成長装置
に関するものである。

従来の技術 通常、半導体製造工程では、シリコン酸化膜、
ポリシリコン膜、シリコン窒化膜等々の薄膜形成
を減圧CVD技術により行なつている。

元来、減圧CVD装置は大量処理、膜厚の均一
化をねらつて、チユーブ型反応室内に半導体ウエ
ハーを直立させて多数並べ、ガス流れが拡散流と
なる圧力領域で薄膜形成を行なつていた。したが
つてガスが希薄になり、薄膜の成長速度が遅くな
つていた。近年これに対し、反応圧力を粘性流の
領域にまで増大させて、薄膜を高速成長させる装
置が開発されてきた。このような装置は、成長速
度が大きいために、薄膜成長のサイクルタイムが
短くなり、枚葉処理装置として期待されている。

以下第４図を参照しながら上述した減圧CVD
装置の一例について説明する。

第４図において２１は反応室、２２は排気口、
２３はガス供給口、２４は半導体ウエハー、２５
は半導体ウエハー２４を支持するサセプター、２
６は赤外線ランプ、２７は反射鏡、２８は透明石
英、２９はＯリングである。

以上のように構成された気相成長装置について
その動作を説明する。反応室２１は排気口２２よ
り排気されて低圧に保たれており、ガス供給口２
３より反応ガスが導入される。一方、赤外線ラン
プ２６から放射された赤外線は透明石英２８を透
明してサセプター２５及び半導体ウエハー２４に
到達する。半導体ウエハー２４は赤外線により直
接加熱されたり、あるいは、赤外線により加熱さ
れたサセプター２５からの伝熱により加熱され
る。加熱された半導体ウエハー２４上を反応ガス
が通過する時、反応ガスが分解し半導体ウエハー
２４上で反応して薄膜を形成する。

一般に赤外線ランプ加熱方式の気相成長装置で
は、反応室２１の壁面を水冷することができるの
で半導体ウエハー２４だけの温度を高くすること
が可能となる。したがつて反応ガスの分解は半導
体ウエハー２４上でのみ起きる。

つまり、反応室２１壁面への不要堆積が起こら
ないという利点をもつている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、下記のご
とき欠点を有する、すなわち、半導体ウエハー２
４の大口径化に伴、装置の各部の大型化が必用と
なるが、特に透明石英ガラス２８は大型化により
破壊する可能性が高くなる。つまり、透明石英ガ
ラス２８の周囲は、Ｏリング２９を保護するため
室温に近い温度で固定されているが中央部は、赤
外線ランプの直射を受けている。透明石英ガラス
２８は、近赤外光線は、90％以上を透過するが、
中及び遠赤外光線は吸収するため、赤外線ランプ
の直射を受けたり、サセプターからの輻射により
温度が上昇する。温度が上昇した透明石英ガラス
２８の下面に反応ガスが供給されると、反応ガス
が分解して不要堆積が起こり、赤外線の透過率が
低下し、その結果さらに温度が上昇する。したが
つて中央と周囲の温度差による熱応力により周囲
に引張力が発生する。また、反応室２１の内外の
圧力差による応力も同時に作用する。これらの応
力は透明石英ガラス２８の寸法が大きくなる程大
きくなるので、透明石英ガラス２８の厚さを大き
くすることによつて安全率を確保するこができる
が、巨大な透明石英ガラスは、高価であり、又微
小なクラツクが存在すると応力集中が発生して簡
単に破壊する可能性があり、工場設備の構成部品
には不適当である。

一例として８インチの半導体ウエハー用の装置
を考え、透明石英ガラス２８の半径を200mmとし
て強度計算すると、下記のようになる。まず上下
面の圧力差により生じる応力の最大値〓maxは 〓max＝±1.24Pa²／h² ……(1) で示される。１式においてＰは圧力差、ａは板の
半径、ｈは板厚である。圧力差0.01Kg／mm²、透明
石英ガラスの半径及び厚さをそれぞれ200mm、300
mmとして計算すると、応力の最大値 〓max＝0.44Kg／mm²を得る。これは、透明石英
ガラスの引張許容応力５Kg／mm²の約10の１の値で
ある。次に円周方向の熱応力〓θは 〓θ＝αE（１／a²∫^a _OrTdr＋１／r²∫^r _OrTdr−Ｔ）
……(2) で示される。(2)式においてαは、材料の線膨張係
数Ｅは同じくヤング率、ａは板の半径、ｒは任意
半径、Ｔは任意温度である。透明石英ガラスの線
膨張係数α、ヤング率Ｅ、及び板の半径ａをそれ
ぞれ４×10^-6℃^-1、８×10³Kg／mm²200mmとして、
半径方向の温度分布を第５図に示す分布として計
算すると、円周方向の熱応力の最大値〓θmaxは、
透明石英ガラスの端部（ａ＝200mm）に発生し、〓
θmax＝１Kg／mm²程度の値となる。これは透明石
英ガラスの引張許容応力５Kg／mm²の５分の１の程
度の値がある。一般に透明石英ガラスの安全率は
20以上の値が必要であると考えられているので、
上記のような寸法では強温的に危険であることが
わかる。

本発明は上記欠点に鑑み、半導体ウエハー２４
大口径化に伴う装置の大型化がなされても、安価
で信頼性の高い気相成長装置を提供するものであ
る。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の気相成長
装置は、その内部が大気圧雰囲気に保たれかつ空
冷可能な透明石英管を反応室内部に配置し、かつ
前記透明石英管の内部に赤外線ランプを配置した
ものである。

作 用 本発明は上記した構成によつて、下記のごとく
従来の問題点が解決できる。すなわち、低圧に保
たれている反応室と赤外線ランプの配置された大
気圧雰囲気との気密を保つ透明石英の形状を管状
にしたことにより、透明石英管内外の圧力差によ
り発生する応力が小さいため、透明石英管の厚み
を小さくすることができる。したがつて管を長く
することが可能となり、赤外光を受けて温度が上
がる部分とＯリングを守るため室温近い温度の部
分との距離を十分とることができるため、熱応力
の発生も小さくおさえることが可能となる。

さらに、管の厚みを小さくすることができるの
で、管内部に冷却エアーを流すことにより管の外
側の温度も低温に保つことが可能となり、管外周
への不要堆積を防止することができる。

実施例 以下本発明の一実施例の気相成長装置について
図面を参照しながら説明する。第１図ａは本発明
の実施例における気相成長装置の正面断面図であ
り第１図ｂは側断面図である。第１図において、
１は反応室、２は排気口、３は反応ガス供給口、
４は半導体ウエハー、５は回転可能サセプター、
６は赤外線ランプ、７は透明石英管、８は透明石
英管内部の上半分を被膜した反射層、９は階段状
に配置した複数の透明石英板、１０はパージガス
の供給口、１１は反応ガスの流れ、１２は不活性
ガスの流れ、１３はＯリングである。

以上のように構成された気相成長装置につい
て、その動作を説明する。反応室１は排気口２に
より真空排気されており、反応ガス供給口３及び
パージガス供給口１０からは、それぞれ反応ガス
及びパージガスが供給されている。一方赤外線ラ
ンプ６から出た赤外線は、透明石英管７及び階段
状に配置した複数の透明石英板９を透過して、サ
セプター５及び半導体ウエハー４を照射する。こ
の時、透明石英管７の内部の上半分を被膜してい
る反射層８により、赤外線は効率よく下方に照射
する。半導体ウエハー４は赤外線により直接加熱
されたり、あるいは赤外線により加熱されたサセ
プター５からの伝熱により加熱される、加熱され
た半導体ウエハー４の表面上を反応ガスが通過す
る時、反応ガスが分解し半導体ウエハー４上で反
応して薄膜を形成する。反応室１の壁面は水冷さ
れており、壁面への不要な薄膜の形成は起こらな
い。また、階段状に配置した複数の透明石英板９
の間より出てくるパージガスによつて、透明石英
管７及び透明石英板９への反応ガスの供給が妨げ
られるため、不要な薄膜形成を防止できる。反応
室１との大気と気密を守るＯリング１３は赤外線
ランプ６から距離を隔てているので、透明石英管
７の温度勾配は小さく、発生する応力も少ない。
また、透明石英管７の内部は大気圧雰囲気なので
空冷が可能であり、赤外線ランプ６と透明石英管
７を冷却している。また、透明石英管７では内外
の圧力差により発生する応力が小さいため、透明
石英管７の厚さを小さくすることができる。これ
は、次に示す簡単な計算からも実証されるすなわ
ち、内圧により透明石英管７の受け応力σ（Kg／
mm²）は σ＝pd／2t ……(3) で表わすことができる。

(3)式においてｐは内圧、ｔは管の厚さ、ｄは管
の直径である。内圧を0.01Kg／mm²管の直径を30
mm、管の厚さを３mmで応力を計算すると、 σ＝0.05Kg／mm²である。よつて、石英の引張許容
応力５Kg／mm²の100分の１の応力しか受けないこ
とがわかる。

以上のように、反応室１と赤外線ランプ６を隔
てる透明石英を管状にすることで透明石英の強度
が増大する。

なお、本実施例では、透明石英管７は一重構造
としたが、透明石英管７の冷起に伴い赤外線ラン
プ６が過冷却されないように、第２図に示すよう
に透明石英管１４を２重構造としてその間を空冷
してもよい。１３は赤外線ランプ１５は冷却エア
ーの流れを示している。

また本実施例では、透明石英管７をサセプター
５の上側にのみ配置したが、均熱性の向上のため
第３図のようにサセプター１６の下側に配置して
もよい。第３図において１６は回転可能なサセプ
ター１７は赤外線ランプ、１８は透明石英管、１
９は半導体ウエハー、２０は反応室である。第３
図においては、第１図に示した階段状の複数の透
明石英板９を配置していないが、肉厚の小さい透
明石英管１８の内部に充分な冷却エアーを流して
透明石英管１８の外周の温度を下げると反応ガス
が透明石英管１８の外周に供給されても不要堆積
は発生しない。さらにまた本実施例では枚葉処理
としたが、第３図のようにバツチ処理とてもよ
い。

発明の効果 以上のように本発明は、反応室内部に、その内
部が大気圧雰囲気に保たれかつ空冷可能な透明石
英管を設け、前記透明石英管内に赤外線ランプと
を設置することにより、装置の強度が増大し、長
大化が容易になるため、安価で安全な大口径半導
体ウエハー用気相成長装置を提供するものであ
る。なお本実施例では、赤外線ランプにより加熱
する気相成長装置について記したが、紫外線ラン
プを用いて光化学反応を利用する気相成長装置に
ついても同様の効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の実施例における気相成長装
置の正面断面図、同図ｂは同側断面図、第２図及
び第３図は本発明の他の実施例における気相成長
装置の断面図、第４図は従来の気相成長装置の断
面図、第５図は従来例の透明石英ガラスの温度分
布を示すグラフである。 １……反応室、２……排気口、３……反応ガス
供給口、５，１６……サセプター、６，１３，１
７……赤外線ランプ、７，１４，１８……透明石
英管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 反応ガスの供給と真空排気が可能な反応室
   と、前記反応室内部にあつて半導体ウエハを保持
   するサセプターと、前記反応室内部を貫通して配
   置され、その内部が大気圧雰囲気に保たれかつ空
   冷可能な透明石英管と、前記透明石英管の内部に
   配置された赤外線ランプとからなる気相成長装置
   において前記透明石英管のサセプターからの距離
   の遠い方の約半分の内面を赤外線の反射率の良い
   金属等で被覆した反射層を設けるとともに透明石
   英管を２重構造とし、内側の石英管と外側の石英
   管との間を空冷する手段を備えたことを特徴とし
   た気相成長装置。