JPH06508661A - 処理室 - 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】 この発明はレーザダイオード、トランジスタ、光電子集積回路等のような電子装 置において特に利用される層を形成する、基板またはウェハ上の物質の堆積に関 する。

発明の背景 エピタキシャル膜の成長に関し、いくつかの既知の技術がある。あるそのような プロセスには、反応ガスが加熱された基板上で熱分解される化学蒸着（ＣＶＤ） が含まれる。

ＣＶＤは反応室で行なわれ、ここでは基板がグラファイトサセプタからの伝導で 加熱され、サセプタそれ自身は典型的にＲＦ誘導加熱技術を用いて加熱される。

しカルながら、赤外線利用のような他の形態の放射加熱が用いられてもよいこと が理解されるべきである。

反応ガスは通常、室に導入されるまでに水素のようなキャリアガスと結合される 。ガスの混合物が加熱された基板上を流れると、熱化学反応が起こり、反応ガス の成分を加熱された基板と結合させ、表面の層を形成する。

そのようなシステムは物質の分子の厚みの層を堆積するのに用いられるので、温 度変化、反応剤の濃度、ガスの流れの速度等のすべてが堆積されたエピタキシャ ル層の均一性にかなりの影響を与え得る。実際、反応ガスが表面を流れるにつれ て、その通過の間に反応物質のいくらがが除去されるということは、表面にわた るガスの移動の方向に向かって層が徐々に薄くなることを意味することが注目さ れてきた。したがって室の設計およびガスの流れはこの影響を補償するように調 整されてきた。

同様に、異なる物質の薄いエピタキシャル層が要求される場合、第１の層を生成 する反応物は迅速にかつ速やかに次の層を生成する反応物と取換えられなければ ならない。

マニホルドシステムは、適切な迅速な切換えを行なうべく設計され、さらに、ガ スの流れの所望されない圧力遷移を除去するために設計に工夫がなされてきた。

このようなシステムを大気圧より低い圧力で動作させるとガスの速度を増すこと ができることが以前から知られている。結果として、既知のシステムの反応室お よび排気設備は、通常、大気圧の約１／１０の圧力で作動される。

反応室は、表面が実質的にガスの流れに平行な状態てウェハがサセプタ上に位置 付けられる水平リアクタから、基板表面が実質的にガスの流れに対し直角である 垂直な設備まで、多種にわたる。これらを組合わせたアプローチはいわゆるバレ ル型リアクタであって、ここでは多数の個別の基板をサセプタ上に位置付けるこ とができそのサセプタ自体はバレルの内側表面の一部に一致しており（ｃｏｎｆ ｏｒｍ　）、キャリアおよび反応ガスはりアクタの頂部から入れられ、リアクタ の下方端から出ていく。通常サセプタを回転させることにより基板材料を回転さ せると、より均一な堆積が達成される、なぜなら、回転は局所ホットスポットを 解消し、さらにガス供給における非均一性を調節するように見えるからである。

多くのＣＶＤシステムに関する特有の問題は、反応の間に室で分解されたガスの 反応成分のうちのいくらかによるリアクタ壁の汚染である。加熱された基板はこ れらの材料を引きつけるが、処理プロセスが長くなると、他の物のように十分に 冷却されないリアクタの部分でがなりの反応物質の堆積が起こることがあり、か つそのような材料の性質から見て室の清浄は困難で時には危険なこともある。

この発明の目的は、反応プロセスの間に室内の所望されない反応物質の堆積の量 を減じる有機金属ＣＶＤ　（ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖ ａｐｏｕｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　：　ＭＯＣＶＤ）に特に適する改良された ＣＶＤリアクタを提供することである。

発明の概要 この発明のある局面によれば、化学蒸着、特定的には有機金属ＣＶＤのための反 応室は、中央出口のまわりに概して対称に位置付けられた基板支持表面を存する エンクロージャ（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ　）と、エンクロージャ内にあってそこに 導入されたガス状の反応物を基板材料上に概して放射状に集まるように通過させ て出口に至らせる手段と、基板材料を加熱するための加熱手段と、エンクロージ ャ内の中央に位置付られて、ガス状の反応物に利用可能な体積を減じるとともに ガス状の反応物がそこを通過しなければならない概して環状の空洞を規定する本 体とを含む。

有利には、本体は、エンクロージャの作動の間に通常蒸着が起こる温度よりも下 に、その表面の温度、および隣接するデバイスの温度を減じる冷却手段を含む。

中央に位置する本体はそれ自体好ましくは中空の容器であり、その外側表面は少 なくとも主エンクロージャの内壁により、ガス状の反応物のための前記環状通路 を規定するべく形成される。

中央に位置する本体の内部は水のような冷却流体により少なくとも部分的に満た されていてもよい。

反応の間に生成される熱が流体そのものの冷却を必要とするようなものである場 合、本体へおよび本体から流体を循環させるために流体循環手段が設けられても よく、流量はは本体の温度を所望されるレベルで維持するへく選択される。

エンクロージャと中央に位置する本体との間の空間は、それぞれ相互に、かつ中 央本体とエンクロージャの内側表面から間隔を取られる中空のシェルの介在によ り複数の環状通路に分割されてもよく、との場合も前記空間はガス状の生成物が 通過できる環状通路を規定する。したがって第１の通路はエンクロージャの内側 壁表面とシェルのうちの１つとの間を出ていき、別の通路は２つの隣接する中間 のシェルの間にあり、さらなる通路は最も内側のシェルの内側表面と中央本体の 外側表面との間にある。

２つのそのようなシェルが介在することで、それらのうちの各々１つがたった今 説明されたような、３つのそのような通路を規定する。

このようなシェルを３つ以上介在させるだけで、もし必要とされる場合にはさら に追加の平行環状通路が規定される。

この発明の好ましい実施例では、３つの平行な通路は２つのこのようなシェルに より規定され、かつ３つの通路の各々と連通ずるガス出口のまわりに対称に位置 する前記２つのシェルの外側の領域は、その上に基板材料が位置付けられ得るサ セプタとして形成される。

好ましい実施例においては、水素のようなキャリアガスを外側および内側の前記 平行の通路に導入するための手段が設けられ、ガス状の反応物とともにキャリア ガスを組合わせて中央通路に導入するためのさらなる手段が設けられ、それによ りそのガスの組合せは出口に達するまでに加熱された基板材料上を流れることを 強制される。キャリアガスおよびガス状の反応物を含む、環状通路の内側および 外側を通るキャリアガスは、パージするのに役立つだけではなくガスが流れるエ ンクロージャの領域を冷却するのにも役立つ。

反応ガスが導入される前に基板材料を確実に十分に高い温度にすることで、反応 物質のうちのいくらかは加熱された基板上に堆積されるが、反応物質のうちのい くらかが出口へ向うことは避けられないので、この発明の好ましい特徴によれば 、フィルタ手段が出口と排気口との間に設けられて、排気口を通過するまでにエ ンクロージャを出て行く何らかの反応物質を吸収する。

それらすべてが基板材料上にエピタキシャル層を形成するよう、このようなエン クロージャに与えられる反応性のガス状生成物の典型的な成分である、リン、砒 素、ガリウムおよびインジウムのような反応物質を集めるのに、たとえば木炭フ ィルタが利用される。

この発明の別の好ましい特徴によると、主エンクロージャからの出口はフィルタ を含むハウジングに接続されるよう適合された管状に延びた形であり、未使用の 反応ガスおよびキャリアガスの混合物のうちの少なくともいくらかをまっすぐフ ィルタに運ぶために取外し可能な内部管が設けられる。中央管と主エンクロージ ャの前記管状に延びた部分との間の環状空間は汚染されていないキャリアガスの みをフィルタハウジングに運ぶのに利用できるので、反応プロセスが完了し処理 された基板が除去される準備ができた後でエンクロージャは適当なガスによりパ ージされることが可能であり、かつエンクロージャを開く前にフィルタ室は主エ ンクロージャの出口に延びた部分から除去できかつ内部管はそこから安全な場所 へ移されて、その内側表面の反応性の堆積物がある程度長い期間の間空気と接触 することになった場合に起こり得る火災または爆発の可能性を減じる。

これはリンを含む反応ガスが用いられる場合には特に重要である。

好ましくはキャリアガスおよび過剰な反応ガスをフィルタ室に運ぶための取外し 可能な管状通路は石英から形成される。

好ましくは主外部エンクロージャは、石英からなる下部のカップ型のハウジング およびステンレス鋼からなる上部ドーム状の蓋の２つの部分から形成される。

好都合には、かつ好ましくは、内部中央本体はステンレス鋼からなり、水または 他の冷却流体を入れることが可能であるように中空である。

外部ハウジングと内部中央本体との間にある中間のシェルは石英からなる。

好ましくは、蒸着によりコーティングされるべき基板を載置するアセンブリの部 分は、物質の堆積をより均一なものにするよう蒸着プロセスの間にガスの流れに 応じて回転させられる。

サセプタは、固定外側部材と、それが外側部材の内で回転できるように相補的な 形状をした内側部材との、三部分てあってもよい。

内側部材はその下側に加圧されたキャリアガスを適当に供給することによって回 転して駆動されてもよく、この下側には、回転を助けるために溝を形成してもよ い。

基板がそこに取付けられるサセプタはグラファイトで形成されてもよく、基板が 取付けられるサセプタ面が逆円錐台状中空シェルの内側を形成するような、いわ ゆるバレルリアクタ設計が、エンクロージャ全体について採用される場合には、 サセプタは好都合には、一方が他方の内に入れられる２個のそのような逆円錐台 状シェルから形成され、その各々は室からの出口の一部を規定する整列された中 央開口部を存し、内側シェルの内側表面は、その各々に基板材料のウェハが固定 できる複数の台形の面（ｆａｃｅｔ　）を形成するよう、機械加工される。典型 的にはこれらは薄いウェハの形状であり、内側のシェルには、そこにウニ／’％ かきっちりとはまる適当なウェルまたは窪みが形成されてもよい。

サセプタの温度は、好ましくは、サセプタ内に埋設されてもよい熱電対等により モニタされ、そこに接続されてそこから信号を適当なモニタ回路およびディスプ レイの制御に送るための電気導体は、好都合には主ケーシングの外側に延びた部 分を介して電源を供給され、この部分は主ケーシングと、そこにフィルタハウジ ングが嵌められるフィルタケーシングとの接合部で横方向に延びている。

加熱は、状況を考慮に入れた上で電気抵抗加熱、ＲＦ誘導加熱、赤外放射または 、都合のよい何らかの他の形態の加熱によりなされてもよい。ＲＦ誘導加熱が好 ましい。

基板が実質的に水平面において支持されることが所望される場合には、サセプタ の上表面は同様に実質的に水平な平面状でなければならなず、この場合には全エ ンクロージャ内の中間のシェルおよび中央冷却本体は同様に、それぞれサセプタ およびシェルに対し実質的に平行に間隔をあけて延びる実質的に平面状の下側表 面を有していなければならない。この場合、サセプタは逆切頭円錐形であっても よく、またはそれ自身が、その上部表面上の基板材料の温度を上げるために加熱 されたときにほぼ均一な温度を生じさせるのに十分な深さの、実質的に平面状の 部材であってもよい。

水平のサセプタ表面を与えることで得られる利点は、ウェハの遊星的動きが調整 され得ることである。

この発明のさらなる局面によると、基板上に材料のエピタキシャル層を形成する 、以下のステップを含む方法が提供される、すなわち、一般に環状または円錐台 形のいずれかでありかつガスが出て行ける中央開口部を含むサセプタの表面に１ 片またはそれより多い基板を位置付けるステップと、加熱された基板の表面に反 応する少なくとも１つの反応成分を含むガス状の混合物を、放射状に内側へ集ま る態様で基板上を通過させてサセプタの中央開口部から出すステップと、ガス状 の混合物を、サセプタと少なくともサセプタの部分に類似した相補的な形態を有 する部材の壁との間の比較的狭い空間に強制的に送り込み、それにより、ガス状 の混合物が上を通るとき強制的にガス状の混合物が加熱された基板材料と極めて 近接するようにするステップとを含む。

好ましくは、この方法は、ガス状の混合物に対しアセンブリの部分を回転させて 基板への反応物質の堆積の均一性を改良するためのステップをさらに含む。

この方法は好ましくは、アセンブリ全体の少なくとも一部を通して冷却流体を循 環させて、アセンブリ全体の表面のいくつかを冷却しそれにより予反応とその上 への排気反応物質の堆積を進める（ｃｏｕｒａｇｅ　）こととを減じるステップ をさらに含む。

この方法はさらに、流出するガス状の混合物を木炭フィルタのようなフィルタを 通して排気口に運び、それが出て行くまでに混合物から望ましくない反応成分お よびガスを除去するのを助けるステップを含む。

この方法はさらに、取外し可能な管、典型的には石英の管を通し流出するガスを フィルタに運ぶステップを含む。

この発明はまた、蒸着室と排気システムとを準備して後続の堆積プロセスの前に 、先の蒸着プロセスの間に堆積した反応成分等の反応の揮発生成物の除去を可能 にする方法にあり、その方法は以下のステップを含む、すなわち、堆積プロセス が行なわれた後に室と排気システムとを水素等のキャリアガスで洗浄するステッ プと、その後フィルタおよびそのハウジングを排気ラインから除去するステップ と、取外し可能な管を排気ラインから除去し、もし適切であれば管とフィルタと を水のような液体に浸して、たとえば伝達管またはフィルタの上にリンがコーテ ィングされている場合などに起こり得る自然燃焼または爆発と、酸化を防ぐよう 、これらの部品を空気から離しておくステップと、管とフィルタとを汚染されて いない部品に代えて再び装置を組み立てるステップとを含む。

取換え部品は新しい管およびフィルタエレメントであってもよく、または研磨か 化学清浄によるような適切な清浄の後のオリジナルの部品であってもよい。

この発明はさらに、この発明により構成され動作される蒸着室においてこの方法 が行なわれたときに蒸着によりその上にエピタキシャル層が形成される基板のウ ェハを含む。

この発明はここでは以下の添付図面に関して例として述べられている。

図１は、この発明により構成された、伝達管、フィルタおよび蒸着室の断面図で ある。

図２は、基板支持サセプタが、基板を載置するための概して平らで水平な上表面 を呈する、図１に示されるような室の下部分の断面図である。

図３は、サセプタがそれ自体概して薄い円筒形のプレートであり、それによりケ ーシング全体の下部分を、概して平らな底を有する円筒形部材の形態にできる、 この発明のさらなる実施例を示す。

図面の簡単な説明 図１は、フィルタと協働してＭＯＣＶＤを行ない、所望されない副生成物および 過剰反応物を排気ガスから除去するための反応室を示し、かつここに開示される この発明のある実施例を示す。

反応室は、あるものは鋼からなり他のものは石英からなるシェルの集合から構成 されて、入口領域から出口領域にガスか流れ得る一連の環状通路を形成する。チ ャンバを通るとき、ガスは加熱された基板の表面を通ってその上に分子を堆積し 、材料のエピタキシャル層を形成する。

一番外側のケーシングは、協働してバレル覆構造を形成する２つのシェル１０お よび１２からなる。上部シェルＩＯはステンレス鋼からなり、一方下部シエルＩ ２は石英からなる。シェルＩＯは環状溝１６を含む周辺フランジ１４を備え、こ の溝にＯリングＩ８が嵌め込まれてシェル１２の引き延ばされた周辺エツジ領域 ２０の上部表面を封止する。２つのシェルはリング２２によりともに保持され、 そのリングはフランジ１４の下側に固定されかつそれ自体シェル１２の引き延ば された周辺部２０下に延び、シェルとシール（ｓｅａｌ）　ｌ　６との接触を促 す。

シェル１０の中央上部領域は、開口２４を含み、それはそこを通って管２８およ び３０が延び、かつさらにエンクロージャに対しガスを供給するための３２のよ うな穴を含む、プレート２６により閉じられる。

開口２４はその上にプレート２６が載る環状プラットホーム３４により囲まれ、 かつプラットホーム３４の溝３８内の０リング３６は気密嵌合を確実にする。

シェルｌＯおよび１２により形成された第１の室内には、別の対のシェル４ｏお よび４２が位置付けられ、それらはシェル４０の下部周辺エツジ４４と下部シェ ル４２の周辺プラットホーム４６との簡単な接合により結合される。上部シェル ４０は石英からなり、一方下部シエルはグラファイトからなる。

上部シェル４０はベルハウジングの形態であり、一方で、下部シェル４２はより 大きな逆円錐台形のシェルの形態であり、かつ相補的な円錐台形シェル４８は下 部シェル４２内にぴったり嵌め込まれ、内側シェル４８上には、上に基板ウェハ が付けられ得る一連の平らな台形表面が形成される。ウェハは、たとえば、シェ ル４８の内側表面に形成されるファセット（面）に形成されたウェルまたは窪み 内に位置付けられてもよく、または単に適切な接着剤を用いて表面に付けてもよ い。

内側グラファイトシェル４８は、後に述べられるガスの流れの作用の下でアセン ブリの中心軸についてシェル４２内で回転するよう設計される。（シェル４８上 に位置づけられた基板材料のウェハ）と基板ウェハ上を通る放射状に集まるガス の流れとの間の相対的な回転により、ウェハの表面上の堆積はより均一なものと なることがわかった。

シェル４０および４２内には、両方ともが石英からなるさらなる２つのシェル５ ０および５２が位置づけられ、かつシェル４０．４２．５０および５２について も、５４での隣接結合により密閉がされる。下部シェル５４内の内に曲がったリ ップ５６はさらに、密閉を維持するのを助ける。

２つのシェル５０および５２は２つのシェル４０および４２に形態がいくらか似 ているが全体としてはそれよりも小さい本体を形成し、かつ２対のシェル間に環 状空間５８を形成し、そのまわりをガスがアセンブリのトップから底に向かって 流れ得る。ガスの流れの入口および出口は後に示される。

アセンブリを作る最も内側の本体は単一のシェル６０を含み、それは一般に２つ のシェル５０および５２により形成される本体に類似した形態を有するが、そこ にぴったりと嵌め込むことができるようにやはりより小さい。シェル６０は周辺 プラットホーム６４により囲まれる開口６２を含み、６４はプレート２６の下側 から延びる円筒形マニホルド６６の下側に固定される。０リング６８は、シェル ６０とシェル５０および５２との間の空ｒ１７０と、シェル６０の内側との間の 気密シールを与える。

管２８および３０は長さが異なり、かつ開口６２を通してシェル６０の内側に延 びる。水のような液体は、シェル６０内で７２で示されるような所与のレベルを 維持する速度でパイプ２８を下りかつバイブ３０を上る。液体の流れはシェル６ ０から冷却プラント（図示せず）に熱を運ぶのに用いられ得る。

シェル５２の下方端にはその中央部に円筒形のハウジング７４が形成されており 、その壁はガスがそこを流れ得る７６のような開口部を規定するべく溝を切られ て（ｃａｓｔｅｌ成される円筒形ウェル７８内にぴったり嵌め込まれることによ りグラファイトシェル４２内のシェル５２を支持する。

グラファイトからなりそれにより軸受表面を与える中間の逆にされたトップハツ ト部材８０はシェル４２内の中央開口部８２にぴったりと嵌め込まれ、トップハ ツト部材の外に曲げられたリップは軸受表面を与え、その上に石英の管８６の放 射状に外側に延びるフランジ８４が載せられる。

トップハツト部材８０の円筒形部分はさらに、円筒形部分８０がそこを通して延 びるシェル４２内の開口の回りに形成された環状溝８８を閉じ、その目的は後に 示される。

グラファイトシェル４２は、サセプタを構成し、これは９０で断面部分に示され る誘導コイルからのＲＦ誘導により加熱される。既知の態様においては、コイル は利用中に水のような冷却流体がそこを通る伝導管からなる。

サセプタ４２を加熱すると、内部グラファイトシェル４８とその上に位置づけら れた基板のウェハが加熱される。

熱電対または同様の９２のような温度検知装置は、グラファイトシェル４２内に 埋め込まれ、かつ導体９４は熱電対と温度表示手段（図示せず）との間を連絡す る。

石英の管８６は溝を切られた円筒形ハウジング７４および一般に９６で示された フィルタハウジングにより規定されるシェルの出口領域からガスを運ぶのに役立 つ。ハウジング９６はその下方端でプレート１００により閉じられる上部の逆カ ップ型ハウジング９８からなり、プレートは矢印１０４の方向に排気ガスがそこ を通って流れる排気パイプ１０２に続く中央開口部を存する。ハウジング内には 典型的に木炭からなる１０６で示されたカートリッジが位置づけられ、かつ既知 の態様でキャニスタは密閉されて、木炭フィルタカートリッジ１０６を通る以外 に管８６から排気管１０２ヘガスが通ることを妨げる。

ハウジング９８の上端は、外側下部シェル１２の管状に延びた部分１０８のフラ ンジを付けられた下方端に固定され、かつ円筒形に延びた部分１０８り下方端で 放射状に外側に延びたフランジ＋１４の上にある、放射状に内側に延びたフラン ジ１１２を存するスプリットリング１１０により、そこに捕捉される。密封リン グ１１６はガスか接合表面間で漏れないようにする。

ハウジング９８の上部中実端の穴１１Ｂは、垂直な孔１２０と連通し、その中に は小さな直径の管１２２の下方端が滑りばめとして位置付けられており、０リン グシール１２４は小さな直径の管＋２２の外側と係合しかつ穴１２０内て気密シ ールを与える。管＋２２はシェル４２の下方端において前に述べられた環状溝８ ８と通路１２６を介して連通し、かつ１２８のようなグラファイトシェル４２の 穴は穴１１８、管１２２および環状溝８８を通して与えられたガスをシェル４２ の表面の１３０のような溝に通すことを可能にして前に述べられたように内部シ ェル４８を持ち上げかつ回転させる。

通路１２６は、管１２２の上方端が入りゃすくなるよう皿型にされ、組立公差は 、管１２２を上方に促して通路Ｉ２６の皿穴を係合させる圧縮ばね１３２により 管１２２の下方端にばね負荷をかけることで調整される。

組立および製造公差はさらに、（それぞれシェル４ｏおよび５０の上部中央領域 に設けられた）環状フランジ１３４および１３６と、シェル６ｏの上方端のプラ ットホーム６４とプレート２６の下面との間に延びる概して円筒形のハウジング ６６との滑り密封係合によって調整される。ハウジング６６は２つの円筒形部分 １３８および１４０を含み、環状フランジ１３４および１３６は０リングシール １４２および１４４をそれぞれ含み、がっそれらはガス気密シールを維持しなが ら軸に沿って円筒形表面１３８および１４０をそれぞれ上下に滑らせることが可 能である。このように、シェルがハウジングＩ２内で組立られるので、シェル５ ０がシェル５２上にぴったりと嵌め込まれる（がっ４０は４２上に嵌め込まれる ）際に起こり得る製造または組立公差が調整され得る。

ハウジング６６内には多数の穴があり、そこを通ってプレート２６のマニホルド 入口からガスが通り得る。しだがって穴１４６は水素ガスを環状溝１４８に与え て水素を環状空間７０に通過させ、シェル６０の外側回りを通り、かつ下部シェ ル５２の中央の開口部１５０を通って出て行き、管８６へ通過させる。

３２のような他の穴は、アルシン、ホスフィンのような反応成分、ガリウムの有 機金属成分、インジウム等を含む反応物ガスとともに水素のようなキャリアガス を、２つのシェル５０および５２により形成されるハウジングとシェル４０およ び４２により形成されるハウジングとの間の環状空間１５２に導入できるように する。それによりキャリアおよび反応物ガスの混合物はこれらのシェル間の環状 空間を通して強制的に移動させられ、かつ最後にサセプタ４８上に位置づけられ た基板（図示せず）上を通過した後、溝を切られた円筒形ハウジング７４の溝（ ｃａｓｔｅｌｌａｔｉｏｎＳ）を通して開口部１５０を通る水素とともに管８６ へ通過する。前と同様、穴３２は部材６６の２つの円筒形部分１３８および１４ ０間の環状溝１５４と連通ずる。

部材６６の別の組の穴＋５６は、水素が、環状溝１５８を通して、シェル１０お よび１２により形成される外側ハウジングと次のシェル４０および４２により形 成される最も内側のハウジングとの間の環状空間１６０へと通ることがてきるよ うにするのに役立つ。空間１６０に導入された水素はシェル４２の下側の下を通 り、最も外側のシェル１２の円筒形に延びた部分１０８内の円筒形空間１６２に 至り、かつ円筒形管８６の外側と、そこを管が通り、ハウジング９６の上部プレ ートを介して延びている、円筒形開口部１６６の内側表面との間の環状ギャップ １６４を通して、フィルタ１０６を含むフィルタ室を通過できる。

基板の加熱されたウェハ上を通るときにはガスの混合物の薄層流が望ましいが、 混合、特に、領域１５２における混合は乱流により望ましく達成される。これを 助けるため、溝１４８．１５４および１５８の各々は溝を切られたリング１６８ ．１７０および１７２のそれぞれにより囲まれる。

リングの各々の内側表面は先細にされかつ円筒形部材６６の外側表面は、関連の 溝の各々の領域において同様に先細にされ、このためリングの各々がテーパ上に 力ばめされる。

典型的にｌＯｏのテーバが用いられる。溝を切られた部分を通しての溝から室７ ０．１５２および１６０へのガスの通過は特に空間１５２に導入されるガスの混 合物を申し分なく混合するのに十分な乱流を生成し、かつ溝により室内のガス混 合物の分布をより均一にする。

乱流はガスか反応室の最上端に入るときに良好な混合を達成するが、エンクロー ジャの下部分の基板のウェハ（図示せず）上をガスが流れるときには薄層流が好 ましい。エンクロージャの上方端と基板のウェハが位置付けられる領域との間の 、方向の変化する比較的長い通路は、混合されたガスが薄層流となりウェハ上の 堆積をより均一なものにすることを可能にする。

パイプ１１８を通り１３０等の溝を介して出て行く水素のような圧力をかけられ たガスの流れは、その上にグラファイトサセプタシェル４８が支持されるガス軸 受を与える。

そうして生成される事実上摩擦のない軸受は、回転を生じさせるのに過剰なガス エネルギを必要とすることなく、既知の態様において、ガスの流れによりシェル ４８を回転させることを可能にする。

図１に示される装置は以下の態様において用いられてもよい。

■、サセプタシェル４８は所定位置ににぴったりと嵌め込まれかつウェハがその 上に装填される。シェル５２はサセプタ４８の中央の窪みに位置づけられる。こ れらの構成要素を含む下部ハウジングシェル１２はエンクロージャの上部分に対 し提供されかつリング２２により所定位置に固定される。

２　エンクロージャが排気されて完全に真空にされるかまたは十分に水素がボン ピングされて水素以外のすべてのガスをＩ非出する。

３、水素はエンクロージャ中にポンピングされてシステムを完全にパージする。

４、エネルギかＲＦ誘導コイル９０に与えられてサセプタを加熱する。

５、もしプリベークか必要とされるならば、上昇させられるサセプタの温度は、 中間アリア（ｉｎｔｅｒ　ａｌｉａ）から不純物を駆逐するよう、通常蒸着が起 こると予期される温度よりも上である。

プリベークステップがすでに含まれる場合には、反応物ガスがガスの流れに導入 される前に、サセプタおよびウェハの温度は堆積が起こる温度に減じられる。そ の他の場合には、室は単に所望される反応温度に加熱されるだけである。

６、温度か正しければ、適切な反応物ガスを穴３２に与える適切なバルブ（図示 せず）を開くことにより、第１の反応物ガスが空間１５２に導入、される。基板 材料が加熱の際に解離するなら、既知の態様において、解離が起こる温度に達す る前に適切な成分をガスの流れに導入することにより、解離成分が補充され得る 。

７、十分な第１のガスがシステムを通って流れるようにされたとき、それは速や かに別のガスに取って代わられ、すべての必要とされるガス状の反応物がシステ ムに導入されかつそれを流れるようにされてウェハ上にひとつひとつ層として堆 積されるよう、それとそれに続くいずれのガスとの間にも同様の迅速な遷移がな される。

８、要求されるすべての層が生成された後、安定化ガスが水素の流れに導入され て、一方でそれがなお調和した蒸発温度よりも上であり、一方、サセプタおよび ウェハの温度は材料の最後の層の調和した蒸発温度よりも下に減じられている場 合に最後の層の分解を防ぐ。

９、一旦、調和した蒸発温度が達成されかつシステムがその温度よりもさらに下 に冷却されると、洗浄ガスは水素のみに減じられることかでき、かつ加熱を完全 に止めて反応室を室温に冷却できる。

プロセスの終わりに向けて、水素による洗浄はドライ窒素洗浄に代えることかで きる。

１０、木炭フィルタハウジング９６が分解され、木炭フィルタが除去されかつ窒 素ボックスのような適切な使用済フィルタボックスに入れられる。新しい汚染さ れていない木炭フィルタが適所に置かれかつハウジングが再び密封される。窒素 パージは続けられるか、一方でハウジングは下部分１２を上部分ＩＯから除去す るべく分割される。シェル５２は除去されかつ窒素容器内に置かれ、その後管８ ６は持ち上げられ同様に窒素容器のような安全な環境に置かれる。その後に、処 理されたウェハはサセプタから除去され、要求されるならサセプタそれ自体が除 去されかつ窒素ボックス内に置かれる。典型的には新しいサセプタがそのたびご とに利用される。シェル５２はたとえば王水（ａｑｕａｒｅｇｉａ）を利用して 化学的に清浄可能であり、または何らかのそれに付着する反応物質を除去するべ く研磨され得る。

管８６は化学的にまたは研磨材により清浄して再度の組立の間に再利用され得る が、または新しい清浄管を代わりに用いることも可能である。

図２は、図１に示される装置の変形例を示し、図２ては６０ａで示される内側シ ェル６ｏは平らな底を持つ容器であり、それによりシェル５２（図２の５２ａ） を図１の円錐台形シェルの部品５２の代わりに、類似した浅いトレーのような部 材にすることができる。

サセプタは、一般的に、それらとシェル５２ａの下側との間の一定間隔を保つよ う、ここでは実質的に水平な態様てウェハを支持しなければならない。ウェハの うちの１つは図２の参照番号５３て示され、変形された支持サセプタ４８ａはそ の中に９２のような熱電対が埋め込まれたサセプタ４２ａの台にぴったりと嵌め 込まれて示される。

図１のガスポート１２８はここでは１２８ａで示されるが、これは依然として、 前に述べられた目的のため下部サセプタ部分４２ａの上表面に形成された溝１３ ０を与える。

他のすへてに関して、サセプタの中央領域、およびそれにより取外し可能な管８ ６を通してガスが出て行きかつ通る方法は、図１を参照してここで述べられるも のと同様である。

図３はさらに、下部ハウジング部分＋２ａが図１および図２のワイングラス型部 材の代わりに平らな底を持つ円筒形部材としてさらに形成されるならば、サセプ タの質量がさらに減じられ得る装置を示す。図２のそれらと類似する部分を示す 参照番号は同じ参照番号により示され、がなり異なるエレメントたとえば下部サ セプタ部分は参照番号４２ｂにより示される。同様にガスポート１２８ａは参照 番号＋２８ｂにより示される。

図２または図３に示されるような変形された下部室部分を組み入れる装置の動作 の態様は、実質的に図１に関し述／＼られたものと同しである。図２の利点はウ ェハか一般に水平の態様において支持されることであり、かつ図３の装置は図２ と同じ利点に加えてサセプタかより低い熱ヒステリツスを存するように減じられ たサセプタ質量を有するというさらなる利点を有するが、この室設計では、通常 、かなり減しられるかまたは上げられた圧力を用いることはできない。

国際調査報告 フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、　ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、 　ＭＲ，ＳＮ、　ＴＤ。

ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ。

ＣＺ、ＤＥ、ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、ＬＵ、 ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎ。

、　ＮＺ、　ＰＬ、　ＰＴ、　ＲＯ，ＲＵ、　ＳＤ、　ＳＥ、　ＳＫ。

ＵＡ、　ＵＳ

Claims (46)

【特許請求の範囲】
1. １．ガス状の反応物から基板への化学蒸着のための装置であって、反応室を形成 するエンクロージャと、その中の基板支持表面と、これもエンクロージャ内にあ って、そこに導入されたガス伏の反応物が、室の出口を通って出て行く前に、集 中する態様で基板支持表面上を通過してそこに位置付けられた基板のいずれかに 堆積するようにさせる案内手段とを含む、装置。
2. ２．支持表面が出口に関し対称に位置づけられる、請求項１に記載の装置。
3. ３．出口が基板支持表面の中央に位置づけられる、請求項１に記載の装置。
4. ４．エンクロージャが断面において内部が環状である、請求項１ないし３のいず れかに記載の装置。
5. ５．案内手段が、エンクロージャ内に位置づけられてエンクロージャ内のガス伏 の反応物に利用できる体積を減じかつガス状の反応物が通らなければならない空 洞を規定する本体を含む、請求項１ないし４のいずれかに記載の装置。
6. ６．前記空洞が一般的に環状である、請求項５に記載の装置。
7. ７．基板材料を加熱するための加熱手段をさらに含む、請求項１ないし６のいず れかに記載の装置。
8. ８．少なくとも案内手段を冷却するための冷却手段をさらに含む、請求項１ない し７のいずれかに記載の装置。
9. ９．前記案内手段が中空である、請求項１ないし８のいずれかに記載の装置。
10. １０．案内手段が冷却流体により満たされる、請求項９に記載の装置。
11. １１．冷却流体から熱を運びその温度を実質的に一定に維持して前記冷却を行な うための手段をさらに含む、請求項１０に記載の装置。
12. １２．案内手段が、少なくとも室エンクロージャの内側壁とともにガス状の反応 物のための環状通路を規定するべく形成された本体である、請求項１ないし１１ のいずれかに記載の装置。
13. １３．案内手段がエンクロージャ内の中央に位置づけられる、請求項１ないし１ ２のいずれかに記載の装置。
14. １４．生キャリアガスが導入されて室を通って流れ、反応性のガス伏の堆積物を 室表面から除去し、室内の望ましくない物質の堆積を防ぐ、請求項１ないし１３ のいずれかに記載の装置。
15. １５．エンクロージャと中央に位置づけられた本体との間の空間が、それぞれ相 互に、かつ中央本体とエンクロージャの内側表面から間隔をあけられた中空のシ ェルの介在により複数の環状通路に分割される、請求項１ないし請求項１４のい ずれかに記載の装置。
16. １６．３つの平行の通路が２つのそのようなシェルにより規定されかつ外側の前 記２つのシェルの領域が基板支持表面を含む、請求項１５に記載の装置。
17. １７．第１の手段がキャリアガスを外側および内側の環状通路に導入するために 設けられ、かつ第２の手段がキャリアガスとともにガス状の反応物を中央通路に 導入するために設けられ、それにより反応物が出口に達する前に加熱された基板 材料上を強制的に流される、請求項１６に記載の装置。
18. １８．アセンブリの基板を支持する部分がガスの流れに対し回転可能であり堆積 プロセスの間により均一に物質を堆積するための手段をさらに含む、請求項１な いし１７のいずれかに記載の装置。
19. １９．サセプタが固定された外側部材と、相補的な形態の、外側部材内で回転可 能な内側部材との２つの部分からなり、内側部材がその下側に圧力をかけられた キャリアガスの流れの適用により回転させられ、その下側は溝を付けられてこの 回転を助ける、請求項１８に記載の装置。
20. ２０．基板支持がグラファイトからなる、前述の請求項のいずれかに記載の装置 。
21. ２１．エンクロージャがバレルリアクタの形態において構成される、前述の請求 項のいずれかに記載の装置。
22. ２２．基板支持が、１対の間隔をあけられた中空の逆円錐台形のシェルを含み、 その一方は他方の内側にあり、かつ各々が整列させられた中央開口部を有して室 からの出口の部分を規定する、請求項１５ないし２１のいずれかに記載の装置。
23. ２３．内側シェルの内側表面が、その各々の上に基板材料のウエハが固定できる 複数の台形のファセット（面）を形成するよう機械加工される、請求項２２に記 載の装置。
24. ２４．基板材料が薄いウエハの形態であり、かつ内側シェルに、それにウエハが ぴったりはめこまれ適切なウェルまたはくぼみが形成されている、請求項２３に 記載の装置。
25. ２５．基板支持の温度がその中に位置付けられた熱電対によりモニタされる、請 求項１ないし２４のいずれかに記載の装置。
26. ２６．熱電対に接続された電気導体がそこから適切なモニタ回路および制御また はディスプレイに信号を与える、請求項２５に記載の装置。
27. ２７．電気導体が主ケーシングの、それとフィルタハウジングとの接合を通して 横に延びる、外側に延びた部分を通して与えられて電源を供給される、請求項２ ６に記載の装置。
28. ２８．加熱手段が電気抵抗加熱、またはＲＦ誘導加熱手段、または赤外放射加熱 手段を含む、請求項７ないし２７のいずれかに記載の装置。
29. ２９．基板支持の上表面が実質的に水平かつ平面状で、それにより基板が実質的 に水平な平面において支持され、かつ中間シェルの壁およびエンクロージャ全体 の内の中央冷却本体の、サセプタおよびシェルとそれぞれに実質的に平行に間隔 をあけられて延びる実質的に平面状の下側表面を有する、前述の請求項１５ない し２８のいずれかに記載の装置。
30. ３０．基板支持が逆切頭錐体の形態である、請求項２９に記載の装置。
31. ３１．基板支持が、加熱されてその上表面に位置付けられた基板が均一に加熱さ れるとき、、その深さが実質的に均一な温度を生成するのに十分な実質的に平面 状の部材である、請求項２９に記載の装置。
32. ３２．基板上に材料のエピタキシャル層を形成するための方法であって、基板材 料をサセプタの表面上に位置付けて中央出口を定義するステップと、集まる態様 においてその上の基板の表面と反応し出口を出て行く少なくとも１つの反応成分 を含むガス状の混合物を案内するステップとを含む、方法。
33. ３３．サセプタ表面が、前記出口を含む中央開口部を含む、請求項３２に記載の 方法。
34. ３４．サセプタが一般的に環状または円錐台形である、請求項３２および３３の いずれかに記載の装置。
35. ３５．ガス状の混合物が、サセプタと、少なくともサセプタの一部分の形態に類 似した相補的な形態を有する部材との間の比較的狭い空間を通して強制的に通さ れ、それにより、その上をガス状の混合物が通るとき基板材料に極めて近接して ガス状の混合物を強制的に通す、請求項３２ないし３４のいずれかに記載の方法 。
36. ３６．基板が加熱される、請求項３２ないし３５のいずれかに記載の方法。
37. ３７．ガス状の混合物に対しアセンブリの部分を回転させて反応物質の基板への 堆積の均一性を改良するステップを含む、請求項３６に記載の方法。
38. ３８．少なくともアセンブリ全体の一部分を通して冷却流体を循環させてアセン ブリ全体の内の表面のいくつかを冷却し、それにより予反応を減じその上の排気 反応物質の堆積を留まらせる、請求項３２ないし３７のいずれかに記載の方法。
39. ３９．出て行くガス状の混合物を運んでフィルタを通し排気して排気されるまで に所望されない反応成分および混合物からのガスの除去を助けるステップを含む 、請求項３２ないし３８のいずれかに記載の方法。
40. ４０．フィルタが木炭フィルタである、請求項３９に記載の方法。
41. ４１．出て行くガスを取外し可能な管、典型的には石英の管を通してフィルタに 運ぶステップを含む、請求項３２ないし４０のいずれかに記載の方法。
42. ４２．蒸着室と排気システムとを準備して、堆積プロセスの前に、先の蒸着プロ セスの間に堆積した反応成分等の反応の揮発生成物の除去を可能にするステップ を備える方法であって、その方法は、室と排気システムとを水素等のキャリアガ スで洗浄するステップと、フィルタ、そのハウジングおよび取外し可能な管を排 気ラインから除去し、かつ、もし適当であれば管とフィルタとを水のような液体 に浸して構成要素を空気から離しておくステップと、管とフィルタとを反応の生 成物により汚染されていない新しい部品に代えかつ装置を再び組立てるステップ とを含む、請求項４１に記載の方法。
43. ４３．新しい部品が新しい管およびフィルタエレメントであるかまたは研磨およ び／または化学清浄のような適切な清浄の後のオリジナルの部品である、請求項 ４２に記載の方法。
44. ４４．請求項３２ないし４３のいずれかに記載の方法により形成されるとき、蒸 着によりその上にエピタキシャル層が形成される基板のウエハ。
45. ４５．実質的にここに述べられ添付図面を参照して構成される蒸着のための装置 。
46. ４６．実質的にここに述べられかつ添付図面を参照して蒸着によりエピタキシャ ル層を生成するための方法。