JPH0658884B2 - 気相エピタキシヤル成長装置 - Google Patents

気相エピタキシヤル成長装置

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JPH0658884B2
JPH0658884B2 JP61080517A JP8051786A JPH0658884B2 JP H0658884 B2 JPH0658884 B2 JP H0658884B2 JP 61080517 A JP61080517 A JP 61080517A JP 8051786 A JP8051786 A JP 8051786A JP H0658884 B2 JPH0658884 B2 JP H0658884B2
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epitaxial growth
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cup
reaction tube
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文敏 豊川
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体の気相エピタキシャル成長装置に関す
るものであり、特に、半導体単結晶基板の回転機構を有
する気相エピタキシャル成長装置に関するものである。
〔従来の技術〕
今日のシリコン大規模集積回路の製造プロセスにおい
て、気相エピタキシャル成長は、バイポーラデバイスを
はじめとして種々の電子デバイスに応用されており、極
めて重要な技術のひとつであるが、均一な膜厚及び電気
抵抗のエピタキシャル膜を得るためには、900〜12
00℃程度の高温に保たれた半導体単結晶基板表面に、
均一に反応ガスを供給する必要がある事から、一度に多
数枚の半導体結晶基板(以下基板と記す)を処理するに
は困難があった。この点を改善するため、種々の減圧気
相エピタキシャル成長装置が提案されているが、いづれ
の装置においても、均一な膜質のエピタキツシャル膜を
得るため、反応管内で基板の回転が可能な構造となって
いる。例えば第3図に示す様な、基板の面の中心を軸に
回転可能な方式は、ファンデミール エス バン(Vand
imir S. Ban)他によって1979年刊行の論文誌「プ
ロシーディング オブ インターナショナル コンファ
レンス オン ケミカル ベーパー デポジション(Pr
oceeding of International Canfernce on Chemical Va
por Deposition」記載の論文「ア ニュー リアクター
フォー シリコン エピタキシィ(A New Reactor
For Silicon Epitaxy」に開示されており、第4図に示
す様な、基板を保持するサセプターを軸として回転する
方式は、エム オギリマ(M.Ogirima)他によって1
978年刊行の学術雑誌「ジャーナル オフ エレクト
ロケミカル ソサエティ(Journal of Electrochemical
Society(Vol.125,No.11,pp1879〜1881)」記載の
論文「ア マルチウエハー グロース システム フオ
ー ロウ プレッシャー シリコン エピタキシィ(A
Multiwafer Growth System for Low Pressure Silico
n Epitaxy)」に開示されている。
この様に、減圧された反応管内の基板に何らかの回転運
動を与えようとする時、エラストマーOリング(以下O
リングと記す)による回転軸の真空シール、または、磁
性流体を利用した回転軸の真空シール、あるいは、磁気
結合利用による回転導入機構が用いられるが、いづれの
場合においても、その回転機構の反応管内部に位置する
部分が温度上昇に、かつ、高温の腐食性反応ガスに直接
さらされる構造となっている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述した従来の減圧気相エピタキシャル成長装置の回転
機構において、Oリングあるいは、磁性流体による回転
軸の真空シールを用いる場合、加熱装置からの熱伝導及
び熱輻射により、Oリングあるいは磁性流体が加熱され
炭化水素系のガスが発生し、基板、成長したエピタキシ
ャル膜及び、反応管内部が著しく汚染されるという欠点
がある。さらに、Oリングあるいは磁性流体が加熱され
焼損しやすい事から回転機構の寿命が極めて短縮され、
真空シールに問題を生じる。
また、より重大な問題として腐蝕の問題が挙げられる。
回転機構を構成する材質は、機械的強度維持のため、ス
テンレス鋼が用いられており、高温の腐食性反応ガスに
さらされるため、腐食が著しく、微粒子が剥落し、反応
ガス流によって基板表面へ運ばれ、エピタキシャル膜の
欠陥の原因となる。ステンレス鋼の原材料となっている
鉄、ニッケル、クロム等の重金属による、基板及びエピ
タキシャル膜の汚染は、キャリアのライフタイムの短縮
等、極めて重大な問題を生じさせる。ステンレス鋼製の
部品を石英あるいは炭化ケイ素で被覆すれば、これらの
問題は解消されるが、石英、炭化ケイ素の被膜に亀裂が
生じやすく実用的でない。
磁性結合利用による回転導入機構の場合、真空に保たれ
た反応管内部にある回転部分と外部の駆動部分とが完全
に独立となっている事から、Oリングや磁性流体を用い
た場合の様に脱ガスや真空シール不良の問題は生じない
が、反応管内部の回転部分及びそれを保持する部分の腐
食は避けられない。また、磁気結合利用により回転導入
機構は、その構造が複雑で大型化するため、保守に問題
が生じ、かつ、コストが高くなるという問題も生じてく
る。
本発明の目的は、上記の問題点を改善し、構成部品の熱
的損傷及び、腐食性反応ガスよる腐食が無く、保守が容
易で、かつ、安価な回路機構を有する気相エピタキシャ
ル成長装置を提供する事にある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の気相エピタキシャル成長装置は、半導体単結晶
基板の回転機構を有する気相エピタキシャル成長装置に
おいて、反応管内部の回転機構が、一部が開放されたお
おいで仕切られた空間内に収納され、該空間に非反応性
ガスが導入されることを特徴とする。
好ましい実施態様においては、反応管内部の回転機構が
不透明な材料によっておおわれ、また収納される空間に
は、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス及び水素
ガスのいづれか、もしくはそれらの混合ガスを用いる。
〔実施例〕
次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例の減圧気相エピタキシャル成
長装置である。
反応管1の内部に複数の細孔を有する反応ガス導入ノズ
ル2が設けられ、縦型抵抗加熱炉3の中に設置されてい
る。反応管1は水冷機構4を有するマニホールド5の上
にOリング6で真空シールされている。反応管1の内部
には、基板7を保持する透明石英製の基板ホルダー8
が、表面がスリ加工された石英製の架台9の上に設置さ
れている。架台9は、破線で囲まれた部分の回転機構1
0の上に置かれており、反応管1の外部から回転運動を
導入する事で基板7を、面の中心を軸として回転する事
が可能となっている。
第2図は第1図の破線で囲まれた部分の回転機構10を
詳細に説明するものである。
マニホールド11は、第1図に示すマニホールド5の続
きの部分で、水冷機構12を備えており、真空排気口1
3が開口している。また、マニホールド11には、Oリ
ング14により、キャップ15が真空シールを保ちつつ
固定されている。キャップ15には水冷機構16,1
7,18が設けられており、キャップ15を冷却できる
ようになっている。またキャップ15には、ガス導入口
19が備えられ、磁性流体による回転軸シール20が、
Oリング21により真空を保つよう固定されている。回
転軸22と円形回転テーブル23は連結されており、さ
らに、円形回転テーブル23は4〜6本のシャット24
により別の円形回転テーブル25と連結されている。回
転テーブル23,25には、複数の開口部26,27が
各々設けられている。回転テーブル25の上部には、5
〜7個の突起28を有する表面をスリ加工した石英製の
スペーサ29が置かれ、その上部に表面をスリ加工した
石英製の架台30が置かれている。この架台30は、第
1図に示す架台9と同じものである。スペーサー29
は、その周辺部が、下方にひさしを形成する形で円筒キ
ャップ状に加工されており、回転テーブル23,25を
おおう構造となっている。表面がスリ加工された石英製
の円筒管31は、スペーサー29のひさし部分をおおう
様にキャップ15上に設置されている。
磁性流体による回転シール20及び回転軸22の周辺部
分は、キャップ15の内部に設けられた水冷機構16,
17,18により間接的に冷却されるが、これでは不充
分である。ガス導入口18より導入される窒素(N2)、ア
ルゴン(Ar)等の不活性ガスあるいは水素ガス(H2)が、第
2図に矢印で示すように流れ、回転軸22、回転軸シー
ル20及び円形回転テーブル23を直接冷却し、開口部
26,27を通って円形回転テーブル25及びスペーサ
ー29を冷却する。このように回転軸22、回転軸シー
ル20及びその周辺部分が充分に冷却される事により、
回転軸シール20の内部にある磁性流体の温度上昇によ
る脱ガスは防止され寿命も延長される。また、スペーサ
ー29、架台30、円筒管31は、表面がスリ加工され
ている事によって、上方に設置されてる熱源(第1図に
示す抵抗加熱炉3、加熱された基板7及び基板ホルダー
8)からの熱輻射をさえぎる役割を果たし、回転軸2
2、回転軸シール20の冷却効率を良くする作用を有す
る。さらに、ガス導入口18より導入されたガスは、ス
ペーサー29のひさし部分と円筒管31の間の狭い間隙
から流れ出るため、反応管内の加熱された腐蝕性反応ガ
スが、回転軸22、回転軸シール20、回転テーブル2
3,25及びシャット24の周辺部分に流れ込まず、こ
れらが腐蝕されない事から、重金属系の微粒子による汚
染が発生しない。
以上、本発明の一実施例として、磁性流体による回転軸
シールを用いた場合について述べたが、Oリングによる
回転軸シールを用いても全く同等の効果がある。また、
磁気結合利用による回転導入機構を応用した場合におい
ても、反応ガスによる腐蝕の防止には有効である。
また、本実施例では、抵抗加熱炉を用いているが、本発
明は加熱方式に依存するものではなく、ランプ加熱炉、
高周波加熱炉を用いても有効である。
また、本実施例では縦型加熱炉を用いたが、本発明は、
炉の形状に依存するものではなく、横型加熱炉を用いて
も同等に有効である。
以下に、本実施例によるシリコンのエピタキシャル成長
例を示す。基板ホルダー8に直径150mmのシリコン単
結晶基板7を50枚を10mm間隔で保持し、基板ホルダ
ー8を毎分20回転させ、反応管1の内部を1×10-3
torrまで真空排気する。次に反応ガス導入ノズル2より
を15/minで流しながら反応管内温度を1150℃と
し、次いでHを10/min,塩化水素(HCl)を0.1
/minで流し、反応管内温度を1150℃,圧力を1to
rrとして基板7を洗浄した後、H10/min,HCl0.6
/min,ジクロロシラン(SiH2Cl2)0.5/minホスフィ
ン(PH3)0.005/min,さらに、ガス導入口19よりN
5/minを各々流し、反応管内圧力を2torrとしてシリ
コンのエピタキシャル成長を行なった。その結果、50
枚全ての基板においてシリコンエピタキシャル膜の膜厚
は±4%以内、電気抵抗は±6%以内であり、炭化水素
系のガスによる炭素の汚染、回転軸等からの重金属系の
汚染並びに、これらによる欠陥は認められなかった。
本実施例によるエピタキシャル成長例では、反応管内に
1本のガス導入ノズル2を用いたが、このノズルは、複
数設けられていてもよい。さらに、ガス導入口19より
導入するガスはN以外にAr、ヘリウム(He)等の不活性
ガス及び、反応ガスのひとつであるHでも同様に有効
である。
なお、本発明は、基板の回転機構の構造に特徴を有する
ものである。従って基板を回転させエピタキシャル膜を
膜質を均一化しようとする気相エピタキシャル成長装置
においては、反応管の形状、構造及び反応ガス種やその
導入方法を問わず、本発明は有効である。これはシリコ
ン以外のエピタキシャル成長にも有効である事を意味す
る。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、半導体単結晶基板の回転
機構を有する気相エピタキシャル成長装置において、回
転機構が反応管内に導入された部分が、一部が開放され
た形で仕切られた中間の中に収納され、該空間にガスが
供給される事によって、反応管内の回転機構及びその周
辺に腐蝕性反応ガスの侵入を防ぎ、かつ、該回転機構を
冷却できる効果がある。
この事は、回転機構の腐蝕を防いで、腐蝕により発生す
る微粒子汚染が原因で発生するエピタキシャル膜の欠陥
を除き、基板及びエピタキシャル膜の重金属汚染の問題
を解消できる。また、回転機構の冷却が充分に行なわれ
る事から、Oリング、磁性流体からの脱ガスが防止さ
れ、基板及びエピタキシャル膜の炭素による汚染が解消
され、回転軸シールの寿令も長くできる効果がある。
このように本発明は、高品位のエピタキシャル基板を歩
留り良く高スループットで製造できる気相エピタキシャ
ル成長装置を提供することが出来、従来、高価格である
ため限定されていたエピタキシャル基板の応用範囲を著
しく拡大できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の気相エピタキシャル波長装
置の縦断面図、第2図は第1図の破線で囲まれた部分の
縦断面図、第3図及び第4図は従来の気相エピタキシャ
ル成長装置の縦断面図である。 1……反応管、2……反応ガス導入ノズル、3……縦型
抵抗加熱炉、4……水冷機構、5……マニホールド、6
……Oリング、7……基板、8……基板ホルダー、9…
…架台、10……回転機構、11……マニホールド、1
2……水冷機構、13……真空排気口、14……Oリン
グ、15……キャップ、16,17,18……水冷機
構、19……ガス導入口、20……回転軸シール、21
……Oリング、22……回転軸、23……回転テーブ
ル、24……シャフト、25……回転テーブル、26,
27……開口部、28……突起、29……スペーサー、
30……架台、31……円筒管、32……反応管、33
……反応ガス導入ノズル、34……サセプター、35…
…基板、36……高周波コイル、37……真空排気口、
38……回転機構、39……反応管、40……反導ガス
導入ノズル、41……基板、42……サセプター、43
……ランプ加熱装置、44……真空排気口、45……磁
気結合回転導入機構、46……熱電対。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体単結晶基板を保持する基板ホルダ
    と、この基板ホルダが設置される架台と、開放端側とは
    反対側に前記架台を載置するカップ状スペーサと、この
    カップ状スペーサに回転運動を与える回転機構部と、前
    記カップ状スペーサの側壁部との間にスペースを形成す
    るように設置された円筒管と、前記基板ホルダ、前記架
    台、前記カップ状スペーサおよび前記円筒管を覆うよう
    に設置されその側壁部にガス排気口を有する反応管とを
    備え、前記カップ状スペーサの前記開放端側から非反応
    性ガスを導入しこの非反応性ガスを前記スペースを介し
    て前記ガス排気口に導くことを特徴とする気相エピタキ
    シャル成長装置。
JP61080517A 1986-04-07 1986-04-07 気相エピタキシヤル成長装置 Expired - Lifetime JPH0658884B2 (ja)

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