JPH0736382B2 - 気相成長装置 - Google Patents

気相成長装置

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JPH0736382B2
JPH0736382B2 JP5791185A JP5791185A JPH0736382B2 JP H0736382 B2 JPH0736382 B2 JP H0736382B2 JP 5791185 A JP5791185 A JP 5791185A JP 5791185 A JP5791185 A JP 5791185A JP H0736382 B2 JPH0736382 B2 JP H0736382B2
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昌幸 野沢
公弟 岩田
功 関谷
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    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
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    • H01L21/67115Apparatus for thermal treatment mainly by radiation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/46Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体基板(以後、単に基板という)に単結
晶膜等を気相成長させる気相成長装置に係わり、特に反
応室を改良した気相成長装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
気相成長装置の1つとして、グラハイト、カーボンなど
の材料からなる基板支持体(サセプタ)を、高周波発振
コイルからの誘導加熱で所定のほぼ一定の温度に加熱す
ることで、この基板支持体の適当な位置に配列載置した
半導体基板を所定の温度に加熱せしめるとともに、基板
上に反応ガスを通過作用せしめることで基板上に所定の
単結晶膜を成長せしめる構成のものがある。
しかしながら、従来のこの種装置は、米国特許3,424,62
9号公報に見られるように、基板支持体を単に反応室内
に中央部に配置した構成となっており、反応室内の基板
支持体の端部位置において反応ガスが渦を巻き、反応ガ
スの基板上への通過及び作用が均一にならず良好な気相
成長が行なえないばかりか、ひどい場合には反応室内面
や基板支持体に付着している堆積物の微粉が舞い上がっ
て基板が汚染されるといった問題がある。
〔発明の目的〕
本発明は、前記事情にもとずきなされたもので、その目
的とするところは、比較的簡単な構成でありながら、反
応ガスの流れが円滑にでき、基板上への通過及び作用を
より均一にできるとともに反応室内や基板支持体に付着
している堆積物の微粉が舞い上がって基板を汚染するよ
うなことがなく、良好かつ安定した気相成長が行なえる
気相成長装置を提供しようとするものである。
〔発明の概要〕
本発明は、前記目的を達成すべく、ベースプレートと、
このベースプレート上に設置された反応外筒と、この反
応外筒の上部を開閉する蓋と、前記反応外筒内に同心状
に位置して前記ベースプレート上に設置された略釣鐘状
の反応内筒とにより反応室を形成し、前記蓋に基板支持
体を取付け、かつ該基板支持体の基板支持部を反応外筒
と反応内筒との環状空間内に位置させ、該環状空間内に
反応ガスを流すとともにその内および外の少なくともい
ずれかに設けた加熱源により基板支持部に支持されてい
る基板を加熱するようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第
1図はバレル型気相成長装置の構成を概略的に示すもの
で、図中1はステンレス製のベースプレートであり、こ
のベースプレート1上には、石英製のケーシング2、石
英製の反応外筒(シリンダ)3、および石英製の略釣鐘
状(逆コップ状)に形成された反応内筒(コイルカバ
ー))4が同心状に設置された状態となっている。ま
た、ケーシング2および反応外筒3の上端開口部はステ
ンレス製の蓋5によって開閉される構成となっており、
前記反応外筒3および反応内筒4との間で反応室6を形
成した状態となっている。
さらに、前記蓋5には、複数の基板7…が配列載置され
る基板支持部8aを反応外筒3と反応内筒4との相互対向
部によって形成される環状空間6a内に位置させた状態に
基板支持体(サセプタ)8が取付けられており、この基
板支持体8は中空軸9を介して蓋5の上面中央部に設け
られた駆動装置10により1分間に5〜10回転するように
駆動される構成となっている。
また、蓋5には反応室6内の上部に噴出口を臨ませた反
応ガスAを供給する反応ガス導入管(ノズル)11が、ま
た、ベースプレート1には反応ガスA等を導出するガス
導出口12がそれぞれ複数個所設けられた状態となってお
り、反応ガスAは実線矢印で示すように環状空間6aの上
部から下に向かって流れる構成となっている。
また、反応内筒4の内側には内部加熱源としての高周波
発振コイル13が設けられており基板支持体8を誘導加熱
するようになっている。高周波コイル13は、ベースプレ
ート1上に固定部材14を介して立設された4本のブラケ
ット15…にボルト、ナットなどの固定具16…を介して均
一加熱するのに適切な状態に移動可能に固定されてい
る。
また、高周波コイル13は、反応ガスAの影響を遮断すべ
く全体が石英製の反応内筒4によって覆われた状態とな
っているとともに、反応ガスAからの影響や反応ガスA
への影響を遮断すべく反応内筒4内に必要に応じて不活
性ガス(通常窒素ガス)や反応ガスのキャリアガス(通
常水素ガス)を適宜流入および排出することができる構
成となっている。
また、反応外筒3の外側には、外部加熱源としての赤外
線ランプ17…が設けられている。これら赤外線ランプ17
…は数個縦方向に配置された状態で反応外筒3の周方向
に複数個所配置されるようにケーシング2に取付けられ
ている。そして、反応外筒3を透過して基板支持体8及
び基板7…を照射加熱する所定温度に加熱する構成とな
っている。
なお、この時、発熱光の一部は、反射板18…により有効
に基板支持体8、および基板7…のみを加熱し、他の部
分を加熱しないように構成されている。
また、20はケーシング2内上部に先端開口部を臨ませた
状態に設けられた冷却空気導入管で有り、反応外筒3と
ケーシング2との間に冷却用の空気Bを供給するように
なっている。21はケーシング2内下部に先端開口部を臨
ませた状態に設けられた冷却空気排出管で有り、反応外
筒3とケーシング2との間に送り込まれた冷却用の空気
Bを排出する構成となっている。
また、22はパージガス導入管であり、このパージガス導
入管22を介して送り込まれたパージガスCは破線矢印で
示すように基板支持体8を吊持する中空軸9内およびこ
の中空軸9とこれを囲繞する石英製のカバー23間を通っ
て基板支持体8と反応内筒4との間に送り込まれるよう
になっている。
また、反応外筒3と反応内筒4との間に形成される環状
空間6の下端側は多数の透孔24…を有した石英製の仕切
り部材25によって仕切られ、環状空間6aに流れる反応ガ
スAの流れを円滑にするようになっている。
また、前記蓋5も石英製のカバー28で覆われていて、反
応室6内は実質的に石英で構成された状態となってい
て、金属部材と反応ガスAとの接触は全くなくなり、高
品質の気相成長層を得ることを可能ならしめた。
さらに、カバー27で覆われた前記蓋5の内面は、金メッ
キなどにより反射面となっており、加熱により高温に赤
熱された基板支持体8aからの光を効率的に反射せしめる
ことにより反応室6内での反応ガスAの反応を光と雰囲
気の高温化により促進することを可能ならしめた。さら
に、この反射により負担の温度上昇をある程度低減し、
冷却を容易にした。なお、ベースプレート1の内部に
は、冷却媒体が導通される構成となっている。(第2図
参照) しかして、反応外筒3と反応内筒4との間に形成された
環状空間6aに、基板7…を配列載置した基板支持部8aが
介在した状態で基板支持体8が回転駆動する。一方、こ
の時、基板支持体8および基板7…を高周波発振コイル
13による誘導加熱および赤外線ランプ17…の輻射熱によ
って所定の温度に加熱するとともに反応室6の上部に噴
出口を臨ませた反応ガス導入管(ノズル)11…から噴出
された反応ガスAは反応ガス導入管11…の噴出口から離
れるにつれて広がりながら進み、適当な広がりを持った
所で前記環状空間6aを反応ガスAが上から下に向けて円
滑に流れ回転している基板支持体8に接触し、次いで基
板支持体8に配列載置された基板7…に作用し高温下で
分解又は還元により基板7…に単結晶膜を成長せしめる
ことになる。
なお、作用後の反応ガスAは、反応室6底部のベースプ
レート1に設けられたガス導出口12…および導出管19…
を介して排出せしめられる。
また、前記仕切り部材25は、第2図に示すように反応ガ
スA等を排出するガス導出口12の近傍にあって、反応内
筒4と反応外筒3との間にあり、それとベースプレート
1との間に空間26を形成した状態に設けられている。こ
の仕切り部材25は反応内筒4の外周を囲繞するL字型断
面のリング状をしており、その水平部25aの周面と反応
外筒3との間に隙間27を形成するとともにその水平部25
aには多数の孔24…が明けられた状態となっている。
そして、反応ガスAは図示の矢印のように仕切り部材25
と反応外筒3との隙間27を通過してベースプレート1と
の間で形成する空間26に流入するガスAaと孔24…を通過
して空間27に流入するガスAbとに別れる。
なお、孔24は反応ガスAの流れを見て、その直径や数を
経験的に決める。(場合によっては、孔を設けず隙間の
みでも効果がある場合がある。) このようにして、反応ガスAは直接的にガス導出口12に
流れ込むのではなく、一度、仕切り部材25に衝突し、仕
切り部材25の円周上に等配に多数設置された孔24…およ
びほぼ一様な隙間27から所定量ずつ円周上ほぼ均一に下
側の空間26に流入し、さらにガス導出口12から排出され
る。したがつて、反応後の反応ガスAの排出は実質的に
は、仕切り部材25によって行われる。
一般的には、排出口側は反応後の反応ガスAを吸出する
ように減圧サイドにしてあるので仕切り部材25をベース
プレート1との間で形成する空間26が一種のアキューム
レータになり、ここで圧力調整して仕切り部材25の上部
の反応室6の環状空間6aの円周上の圧力、つまりはガス
流れを一様にし、このことにより反応ガスAの基板7…
への作用を均一せしめることができるようになってい
る。
さらに、仕切り部材25を有した構成とすることにより、
次のような特徴がある。すなわち、従来はステンレスな
どで構成されるベースプレート1も反応室6の底部を直
接形成していたために一度反応ガスAがベースプレート
1に接触して、長い間に腐蝕または付着した異物が、剥
離して舞い上がり、基板7…へ付着するといったトラブ
ルが有ったが、この仕切り部材25の設置により、その現
象も皆無となった。
〔発明の効果〕
本発明は、以上説明したように、ベースプレートと、こ
のベースプレート上に設置された反応外筒と、同反応外
筒の上部を開閉する蓋と、前記反応外筒内に同心状に位
置して前記ベースプレート上に設置された略釣鐘状の反
応内筒とにより反応室を形成し、前記蓋に基板支持体を
取付け、かつ該基板支持体の基板支持部を反応外筒と反
応内筒との環状空間内に位置させ、該環状空間内に反応
ガスを流すとともにその内および外の少なくともいずれ
かに設けた加熱源により基板支持部に支持されている基
板を加熱するようにしたものである。したがって、比較
的簡単な構成でありながら、反応ガスの流れが円滑にで
き、基板上への通過及び作用をより均一にできるととも
に反応室内やサセプタに付着している堆積物の微粉が舞
い上がって基板を汚染するようなことがなく、良好かつ
安定した気相成長が行なえる気相成長装置を提供できる
といった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
図面は、本発明の一実施例を示すもので、第1図は概略
的縦断正面図、第2図は要部の一部拡大図である。 1……ベースプレード、3……反応外筒、4……反応内
筒、5……蓋、6……反応室、6a……環状空間部、7…
…基板、8……基板支持体、8a……基板支持部、13……
高周波発振コイル、17……赤外線ランプ、A……反応ガ
ス。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ベースプレートと、このベースプレート上
    に設置された反応外筒と、この反応外筒の上部を開閉す
    る蓋と、前記反応外筒内に同心状に位置して前記ベース
    プレート上に設置された略釣鐘状の反応内筒とにより反
    応室を形成し、前記蓋に基板支持体を取付け、かつ該基
    板支持体の基板支持部を反応外筒と反応内筒との環状空
    間内に位置させ、該環状空間内に反応ガスを流すととも
    にその内および外の少なくともいずれかに設けた加熱源
    により基板支持部に支持されている基板を加熱するよう
    にしたことを特徴とする気相成長装置。
  2. 【請求項2】基板支持体が、カーボン製で略釣鐘状をし
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の気
    相成長装置。
  3. 【請求項3】反応外筒および反応内筒が、共に石英製で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の気相
    成長装置。
  4. 【請求項4】反応内筒内に設けられる加熱源が、高周波
    発振コイルであることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の気相成長装置。
  5. 【請求項5】反応外筒外に設けられる加熱源が、赤外線
    ランプであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の気相成長装置。
  6. 【請求項6】反応ガスが環状空間の上部から下に向かっ
    て流れるように、その給排気手段が形成されていること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の気相成長装
    置。
  7. 【請求項7】環状空間の下端側が、仕切り部材により反
    応ガスを通過可能に仕切られ、この仕切り部材によって
    反応ガスの流れに抵抗を付与する構成となっていること
    を特徴とする特許請求の範囲第6項記載の気相成長装
    置。
JP5791185A 1985-03-22 1985-03-22 気相成長装置 Expired - Lifetime JPH0736382B2 (ja)

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