JPH07235501A - 結晶成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加熱したサセプタ上の半導体ウエハに反応ガ
スを流してエピタキシャル結晶成長させる結晶成長装置
において、反応ガスの消費量を少なくするとともに、チ
ャンバー内壁へのガスパーティクルの付着を防止し、ま
たウエハセットの自動化が可能で、膜厚、組成の均一な
結晶成長が得られるようにする。 【構成】 半導体ウエハ２をセットするサセプタ１を円
盤状に形成し、このサセプタ１の中央部上方から該サセ
プタ１に向けて多層管構造のガス供給ヘッド３より反応
ガスと押えガスとを分離供給できるようにする。また、
中央部から周辺部へ漸次低くなるように傾斜したガイド
プレート５をサセプタ１の上方に設ける。そして、ガス
供給ヘッド３から放出された反応ガスの拡散を上記押え
ガス及びガイドプレート５により抑えながら、均一な反
応ガスをサセプタ１の表面に供給し、ウエハ２上にエピ
タキシャル成長させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エピタキシャル成長を
行う結晶成長装置、特にそのリアクターの構造改善に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】エピタキシャル成長（気相成長）を行う
結晶成長装置は、そのリアクター（結晶成長反応炉）に
導入された反応ガス（原料ガス）が加熱された基板（ウ
エハ）上で熱分解反応して、化合物やその固溶体結晶と
なり、その時基板の結晶面方位を維持したまま同じ結晶
面の単結晶層が該基板上に成長するようにしたものであ
る。

【０００３】図３はこのようなエピタキシャル成長を行
う従来の結晶成長装置のリアクター構造を示す概念図で
ある。同図において、３１は水冷パイプが通ったステン
レス製のベルジャーで、上部にはのぞき窓３２が設けら
れ、下部にはガスの排気口３３が設けられている。

【０００４】３４は上記ベルジャー３１の内部に形成さ
れるチャンバーの中央部に配置された反応ガス供給管３
５のガス噴出ノズル、３６は反応ガスの吸入口、３７は
噴出ノズル３４の上側に配置された石英円板、３８は中
央部に上記反応ガス供給管３５が貫通した円盤状のＳｉ
Ｃコートグラファイトから成るサセプタで、このサセプ
タ３８上に半導体ウエハ３９が載置される。

【０００５】４０は上記サセプタ３８を加熱するための
加熱器で、高周波誘導加熱用コイルあるいは抵抗加熱用
ヒータが用いられている。４１はこの加熱器４０を覆う
石英カバー、４２はサセプタ３８を反応ガス供給管３５
を中心（回転軸）として図の矢印の如く回転させるモー
タである。

【０００６】上記のリアクターは、縦形の成長炉として
構成されたもので、内部のチャンバーは大気を遮断でき
る構造となっており、その中央部に配置された噴出ノズ
ル３４から反応ガスが放出される。この反応ガスは、石
英円板３７によって図の矢印の如く横方向にガイドされ
たまま、グラファイト（カーボン）製のサセプタ３８の
上部を通過する。この時、サセプタ３８は加熱器４０に
より輻射加熱されており、該サセプタ３８上にセットさ
れたウエハ３９にエピタキシャル成長による薄膜が形成
される。そして、このサセプタ３８を通過したガスは、
円周方向に排出され、排気口３３からリアクター外部の
除害装置へ排気される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の結晶成長装置においては、次のような問題
点があった。

【０００８】（１）反応ガスのフロー容積が大きく、サ
セプタ口径の大型化に伴ってガス供給量が増加し、ガス
供給システムの大型化が必要となる。

【０００９】（２）チャンバー内壁の成長ガスパーティ
クルの付着が発生し、大気開放時の空気との反応が大き
く危険（発煙・発火）である。

【００１０】（３）ガス供給をノズルで行っているた
め、乱流が発生し、基板上面でのガス整流（層流）が難
しい。

【００１１】（４）バッチ処理のため、ウエハセットの
自動化が難しい。

【００１２】（５）ガスをウエハの一端（上流）から他
端（下流）に向けて流すため、熱せられたガスの浮力等
による拡散及び成長での消費によるガス濃度差が発生
し、ウエハ内での膜厚及び組成の均一性が難しくなる。

【００１３】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、反応ガスの消費量を少なくすることが
でき、チャンバー内壁へのパーティクルの付着を防止で
き、ガスの乱流も抑えることができ、またウエハセット
の自動化、量産性の向上を図ることができ、膜厚、組成
の均一な結晶成長が得られる結晶成長装置を提供するこ
とを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の結晶成長装置
は、次のように構成したものである。

【００１５】（１）加熱したサセプタ上の半導体ウエハ
に反応ガスを流して結晶成長させる結晶成長装置におい
て、前記サセプタを円盤状に形成し、このサセプタの中
央部上方から該サセプタに向けて前記反応ガスを放出す
るガス供給ヘッドを設けるとともに、同サセプタの上方
に、前記放出された反応ガスを前記半導体ウエハ方向に
導き、サセプタとの距離が中央部から周辺部にかけて漸
次短くなるように形成したガイドプレートを備えた。

【００１６】（２）加熱したサセプタ上の半導体ウエハ
に反応ガスを流して結晶成長させる結晶成長装置におい
て、前記サセプタを円盤状に形成し、このサセプタの中
央部に向けて前記反応ガスと該反応ガスの拡散を押える
ための押えガスとをそれぞれ分離供給可能なガス供給ヘ
ッドを設けた。

【００１７】

【作用】本発明の結晶成長装置においては、半導体ウエ
ハを載置した円盤状のサセプタに向けて上方から反応ガ
スが放出され、この反応ガスがガイドプレートによりサ
セプタの中央部から周辺部にかけて等速運動をし、また
ガイドプレートにより拡散が抑えられる。

【００１８】また本発明の結晶成長装置においては、サ
セプタの上方から放出された反応ガスとともに押えガス
が放出され、この押えガスにより反応ガスの拡散が抑え
られる。

【００１９】

【実施例】図１は本発明の一実施例による結晶成長装置
の要部を模式的に示す概念図である。図において、１は
ＳｉＣコートグラファイトから成る円盤状（円形円板）
に形成されたサセプタで、その上部に基板となる半導体
ウエハ２が複数個一様に配置されている。

【００２０】３は上記サセプタ１の中央部上方から該サ
セプタ１に向けて反応ガスと該反応ガスの拡散を押える
ための押えガスとを放出するガス供給ヘッドで、各々濃
度（１〜３）の異なる複数の供給管を有し、それぞれの
ガスを分離供給可能なように多層管構造となっている。
また、このガス供給ヘッド３の各供給管の下部のガス供
給口近傍にはそれぞれ整流板４が取り付けられている。

【００２１】５はサセプタ１の上方に備えられたガスの
ガイド機能を持つガイドプレートで、サセプタ１との距
離が中央部から周辺部にかけて漸次短くなるように形成
されている。

【００２２】図２は上記のサセプタ１，ガス供給ヘッド
３及びガイドプレート５を有したリアクターの全体を示
す構成図である。図中、６はサセプタ１を均熱板７を介
して加熱する加熱ヒータで、サセプタ１は均熱板７によ
り均一に加熱される。

【００２３】８は上記加熱ヒータ６を覆う保護カバー、
９はサセプタ１を均熱板７とともに回転させるモータ、
１０はその回転軸、１１はベルジャー１２内のチャンバ
ーの下方に設けられたフィルタで、不用ガスはこのフィ
ルタ１１を通って排気される。

【００２４】１３は上記チャンバー内にガス供給ヘッド
３及びガイドプレート５を機密性を確保して取り付ける
ためのベローズで、このベローズ１３によりガイドプレ
ート５は上下に移動可能となり、サセプタ１とのクリア
ランス（ストローク）Ｈが調整可能となっている。

【００２５】１４は交換用のサセプタ１５を収納したロ
ードロックチャンバーで、電動で自動的にサセプタ１を
交換できるように構成されている。

【００２６】上記のように構成された結晶成長装置は、
加熱ヒータ６により加熱されたサセプタ１上の半導体ウ
エハ２に反応ガスを流してエピタキシャル結晶成長させ
るようになっており、所定の薄膜が形成された後は、ベ
ローズ１３を介してガス供給ヘッド３とガイドプレート
５を同時に上下移動し、チャンバー側面に設置してある
ロードロックチャンバー１４よりウエハのセットされた
サセプタのロード／アンロードが搬送機構によって自動
的に行われる。

【００２７】この時、ガス供給ヘッド３のノズルはチャ
ンバー中心部上面に配置され、円柱状の多層管構造のヘ
ッド３から反応ガスと押えガスが分離供給され、かつ反
応ガスは濃度別、階層別に輸送されて各ノズルから放出
される。また反応ガスは、整流板４を通して放出される
ので乱流がなく、サセプタ１の表面に放出された後は円
周方向に放射拡散しながら図２の実線矢印の如く進み、
ガス供給ヘッド３の管径内においてサイド（水平）フロ
ーに変換されたガスとともに、サセプタ１の表面数mmの
成長に必要なガスを供給する。また、不用なガスは図２
の破線矢印の如く外部に排出される。

【００２８】ここで、本実施例ではガス供給ヘッド３の
最下段からは濃度の高い反応ガスを供給し、その供給口
（ノズル）上部からセパレートフィンによってフロー方
向を決定された濃度の薄い反応ガスを供給しているの
で、サセプタ１の表面に濃度の一様な反応ガスを供給す
ることができる。この供給ガスの階層は、膜厚分布によ
って増やすことができる。

【００２９】また、押えガス（Ｈ₂ ，Ｎ₂ ，Ａｒ等）は
ガス供給口の上部にある筒状の整流板４を通過し、この
層流ガスが円周方向に放出するようにしてあり、反応ガ
スの上層に位置して反応ガスの拡散を抑えている。更に
本実施例では、チャンバー上部にガイドプレート５を配
置してあるので、反応ガスの拡散は確実に抑えられる。
このガイドプレート５は、サセプタ１の上面の同一円周
上のガス断面積が各所で同等となるように勾配が設けら
れているので、サセプタ１に一様な反応ガスが供給され
る。

【００３０】また、ウエハホルダーとなるサセプタ１
は、薄いプレート型とし、表面（上面）にポケットを設
けてそこにウエハ２を配置するようにしている。このた
め、ウエハ２のセット時にサセプタ１の表面が平滑面と
なり、良好な結晶成長が得られる。

【００３１】このように、本実施例においては、円柱状
の多層管構造で反応ガスと押えガスを分離供給できるよ
うにし、サセプタ１の表面に数mmのみに成長に必要なガ
スを供給することができるので、反応ガスの節約が可能
となり、ガス消費量を少なくすることができる。また、
押えガスによって反応ガスの上方向への拡散を防止で
き、サセプタ１の熱により反応ガスの浮力（熱対流）や
乱流を押さえ、表面からの剥離を防ぐことができるとと
もに、ガイドプレート５を配置したことにより、中央部
より放出されたガスが円周方向の放射拡散においても等
速運動となり、成長膜厚の均一性を向上させることが可
能となる。

【００３２】更に、反応ガスを階層別ノズルから各層で
濃度を変えて放出することで、ホルダー中心部と円周部
でガス濃度を一定化でき、エピタキシャル層の膜厚、組
成の均一化が可能となる。

【００３３】また、反応ガスと押えガスを少なくとも二
層以上で分離供給しているため、サセプタ１以外のチャ
ンバー内壁に対しては、押えガスがバリアとなって反応
ガスの熱分解及び新たな化合物の生成によるパーティク
ルの付着を防止（低減化）している。このため、発火等
の危険もなく、安全なものとなる。

【００３４】また、サセプタプレート（トレー）毎の交
換が可能なため、反応室（チャンバー）を大気開放せず
にウエハの交換ができ、スループットがアップする。し
たがって、ウエハセットの自動化，量産性の向上を図る
ことができる。

【００３５】更に、サセプタ１とガイドプレート５との
クリアランス（ストローク）を、調整可能な構造にする
ことによって、ガス流速を変化させることができ、成長
スピードをコントロールできる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、円盤状
に形成したサセプタに向けて上方から反応ガスを放出
し、この反応ガスの拡散をガイドプレートあるいは押え
ガスを用いることによって抑えるようにしたため、反応
ガスの消費量を少なくすることができ、チャンバー内壁
へのパーティクルの付着を防止でき、ガスの乱流も抑え
ることができ、またウエハセットの自動化、量産性の向
上を図ることができ、膜厚、組成の均一な結晶成長が得
られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の構成を示す概念図

【図２】 図１のリアクターを有した結晶成長装置の全
体構成図

【図３】 従来例を示す概念図

【符号の説明】

１ サセプタ ２ 半導体ウエハ ３ ガス供給ヘッド ５ ガイドプレート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱したサセプタ上の半導体ウエハに反
   応ガスを流して結晶成長させる結晶成長装置において、
   前記サセプタを円盤状に形成し、このサセプタの中央部
   上方から該サセプタに向けて前記反応ガスを放出するガ
   ス供給ヘッドを設けるとともに、同サセプタの上方に、
   前記放出された反応ガスを前記半導体ウエハ方向に導
   き、サセプタとの距離が中央部から周辺部にかけて漸次
   短くなるように形成したガイドプレートを備えたことを
   特徴とする結晶成長装置。
2. 【請求項２】 加熱したサセプタ上の半導体ウエハに反
   応ガスを流して結晶成長させる結晶成長装置において、
   前記サセプタを円盤状に形成し、このサセプタの中央部
   に向けて前記反応ガスと該反応ガスの拡散を押えるため
   の押えガスとをそれぞれ分離供給可能なガス供給ヘッド
   を設けたことを特徴とする結晶成長装置。