JPH0736385B2 - 気相成長装置 - Google Patents

気相成長装置

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JPH0736385B2
JPH0736385B2 JP11372785A JP11372785A JPH0736385B2 JP H0736385 B2 JPH0736385 B2 JP H0736385B2 JP 11372785 A JP11372785 A JP 11372785A JP 11372785 A JP11372785 A JP 11372785A JP H0736385 B2 JPH0736385 B2 JP H0736385B2
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reaction vessel
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    • 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
    • C23C16/458Chemical 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 supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4587Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially vertically
    • C23C16/4588Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially vertically the substrate being rotated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C16/481Chemical 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 by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation by radiant heating of the substrate

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置などの製造に用いられる気相成長
装置に係り、特にエピタキシャル膜の気相成長をより大
量に行なうのに適した気相成長装置に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
従来、エピタキシャル膜の気相成長を行なうための装置
は、高周波誘導加熱やランプによる赤外線加熱によって
発熱するカーボン製のサセプタに基板を支持させて該基
板を加熱し、その表面に気相成長を施こすようにしてい
た。このようにサセプタを用いて基板を加熱する方法
は、該サセプタを均一な温度分布となるように加熱する
必要からその形状は横型,縦型気相成長装置のような平
板状か、あるいはシリンダ型気相成長装置のような多面
の筒状かであり、それに支持できる基板の数すなわち1
回の処理枚数が比較的少ない欠点があった。処理枚数を
増加させるためには、サセプタを大形化しなければなら
ないが、サセプタの大形化は製造技術上限界があり、ま
た温度やガスの流れの均一性においても問題がある。そ
こで、本願発明者は、反応容器内に高周波誘導加熱や赤
外線加熱によって発熱するカーボン製の均熱管を設けて
この均熱管内の空間を高温に保つようにし、この空間内
に基板を林立させて該基板を加熱し、該空間内に反応ガ
スを流して気相成長させる装置についての提案をした。
この方式の装置において均一な厚さおよび特性の気相成
長層を得るためには、前記高温空間内の温度を所定温度
に安定させ、各基板を所定の気相成長温度に保つ必要が
ある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、前記の高温空間内には反応ガスが流れるた
め、この反応ガスの温度をコントロールしなければ、該
空間内を所定温度に保つことができない。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、鉛直方向に配置された反応容器と、この反応
容器の内側に立てて着脱可能に設けられた均熱管と、反
応容器の周囲に設けられ反応容器を実質的に透過して均
熱管を加熱する放射エネルギを発生する加熱源と、均熱
管内に位置され多数の基板を略鉛直方向に立てて配列す
る基板支持治具と、均熱管に沿って下方から上方へ伸び
反応容器内の上方位置で開口している反応ガス供給手段
と、反応容器内の下方位置に設けられた排気口とからな
り、反応ガスを反応ガス供給手段により均熱管に沿って
導く間に均熱管からの熱あるいは加熱源からの放射エネ
ルギにより予熱するようにしたものである。
〔作用〕
前記の反応ガス供給手段により反応容器内の上方位置に
供給される反応ガスは、反応ガス供給手段が均熱管に沿
って伸びているため、途中で予熱され、気相成長温度に
比較的近い温度になされる。反応容器内の上方位置に供
給された反応ガスは、均熱管およびその中に置かれてい
る基板によって所定の気相成長温度に加熱されて基板の
表面に気相成長層を形成しつつ流下するが、各基板間を
流れる反応ガスは予熱されているため、均熱管内の空間
の温度すなわちここを流れる反応ガス自身の温度は、容
易に気相成長温度により近い状態になされ、基板の温度
を乱すことなく気相成長層を形成する。
〔実施例〕
以下本発明の一実施例を示す第1図について説明する。
1はベースプレート,2はベースリングでベースプレート
1に取付けられている。ベースリング2の下端は、シー
ルプレート3により開閉可能になっている。ベースリン
グ2の上には、上リング4が着脱可能に設置され、その
上に石英で形成されたベルジャ状の反応容器5が着脱可
能に設置され、これらは図示しないクランプ装置により
ベースリング2に押圧されている。なお、前記シールプ
レート3,ベースリング2,上リング4ならびに反応容器5
の間は、それぞれO(オー)リング6,7,8により気密に
シールするようになっている。
反応容器5の内側には、着脱可能な複数の支持片9によ
って均熱管10が取外し可能に立設されている。この均熱
管10は、Si,SiCまたはカーボン製であり、カーボン製の
場合には好ましくは表面にSiCコーティングを施こした
ものである。反応容器5の外方には、同反応容器5を透
過して前記均熱管10を発熱させて加熱する赤外線や電磁
波などの放射エネルギを発生するランプやRFコイルなど
の加熱源11が反応容器5を取囲むように設けられてい
る。なお、12は反射板である。
シールプレート3には、上下に伸びる回転軸13が貫通し
ている。この回転軸13は、シールプレート3と略一体的
に上下に移動可能に支持され、図示しない駆動装置によ
って回転を与えられるようになっている。回転軸13は、
第1図に示したようにシールプレート3を閉じた状態に
あるとき、その上端が均熱管10の略下端の高さに位置す
るようになっており、その上端にバッファ板14が取付け
られている。このバッファ板14は、均熱管10と同様にS
i,SiCまたはカーボンで作られ、その外周は均熱管10の
内面との間に適宜なすき間を形成すると共に内部には穴
15が複数個あけられている。
バッファ板14には、石英製の複数本の棒からなる基板支
持治具16が設けられており、該治具16の横に伸びる複数
本の石英棒16a,…に設けた溝に基板17の外周部を嵌入す
ることなどにより、多数の基板17,…を略平行に林立さ
せて支持するようになっている。
上リング4には、パージガスや反応ガスを供給する1な
いし複数の管18が貫通して設けられている。この管18は
均熱管10と反応容器5との間を通って上方へ伸び、その
上端のノズル部18aは反応容器5内の上方位置に開口し
ている。また、上リング4には、パージガスのみを噴出
するパージガス供給管19が複数本貫通して設けられてお
り、均熱管10と反応容器5との間にパージガスを供給す
るようになっている。他方、シールプレート3には排気
口20が設けられ、反応容器5内の圧力を正または負の適
宜な圧力に保って、該反応容器5内のガスを排気するよ
うになっている。
次いで本装置の作用について説明する。シールプレート
3と共に回転軸13を下降させ、バッファ板14をベースプ
レート1の下方に位置させ、機外で予じめ基板17をセッ
トしておいた基板支持治具16をバッファ板14上にセット
し、シールプレート3および回転軸13を上昇させ、シー
ルプレート3をベースリング2に押圧して閉じる。
次いで管18およびパージガス供給管19からN2,H2の各パ
ージガスを順次供給しつつ排気口20から排気して反応容
器5内をH2ガス雰囲気とする。
この状態で加熱源11を動作させて均熱管10を加熱すると
共に、回転軸13を回転させる。均熱管10の加熱により、
反応容器5内が加熱される。なお、反応容器5自身は、
外部に設けた図示しない冷風供給装置などによって冷却
されるようになっており、均熱管10の内部空間を所定の
温度に加熱し、これによって該内部空間中にセットされ
ている基板17を加熱する。このとき、均熱管10や基板17
から生ずる赤外線はバッファ板14に吸収されてこれを加
熱し、基板17の周囲の温度をより効果的に、かつより均
一に加熱する。
また、管18のノズル部18aから吹出されるパージガス
は、管18が均熱管10に沿って設けられているため、この
管18内を通る間に均熱管10の熱および加熱源11からの赤
外線などの放射エネルギによって予熱される。この予熱
の度合は、管18内を流れるガスの流速、管18の太さおよ
び材質、均熱管10との距離などから適宜に定められ、さ
らには管18の均熱管10に沿っている部分の全体または一
部を二重管として、その内管中にパージガスおよび後述
する反応ガスを流し、内外管の間に温度コントロール用
の流体を流すことによって適宜に定められ、基板17が所
定の気相成長温度に達して安定した状態にあるとき、こ
の気相成長温度より若干低い温度になるまで予熱され
て、ノズル部18aから吹出すようになっている。
このとき、排気口20から排気しているため、ノズル部18
aから吹出されたパージガスは、均熱管10内を下方へ向
って流れ、林立している基板17に接触するが、このパー
ジガスは前記のように予熱されているため、基板17に対
する温度上の影響は小さく、該基板17の温度変動や温度
分布のむらの発生が小さく押えられる。
こうして基板17が気相成長温度まで加熱され、該温度に
達したならば、管18に反応ガスを供給して気相成長を開
始する。この反応ガスも予熱されてノズル部18aから吹
出されるため、基板17の温度を安定に保つことができ
る。また、反応ガスは予熱されているため、基板17との
接触によって容易に気相成長が行なわれる。
バッファ板14は、均熱管10との間および穴15によって反
応ガスの流下の状態をコントロールする役目を有してお
り、各々の基板17に対し反応ガスをより均一に接触させ
る働きをする。
また反応ガスは、上方から下方へ向かう流れであり、か
つ基板17は該流れに略沿うように立っているため、反応
容器5の頂部内面や均熱管10の表面などに堆積した反応
生成物が落下しても基板17の表面に付着することは少な
い。
なお、均熱管10と反応容器5との間には、パージガス供
給管19からパージガスを供給しているため、この間への
反応ガスの侵入は防止される。そこで、均熱管10の外周
面に対向している部分の反応容器5の内面への反応生成
物の付着は押えられ、加熱源11がランプの場合でも加熱
効率が低下することはない。
第2図は、本発明の他の実施例による基板支持治具21を
示すもので、Si,SiCまたはカーボン製の支持板21aを立
設し、その表面に沿わせて基板17を支持することによ
り、基板17の温度の安定性を一層高めるようにしたもの
である。
第3図は、本発明のさらに他の実施例による基板支持治
具22を示すもので、これはSi,SiC,カーボンまたは石英
などで形成されたリング22aの両面に基板17,17の外周部
分のみを接触させ、これらを第1図に示した基板支持治
具16の石英棒16aと同様の溝付棒22bによって支持するよ
うにしたものである。このようにすれば、反応ガスは基
板17の裏面には接触せずに表面のみに接触するようにな
り、該表面だけに気相成長させることができると共に、
基板17の温度の安定性を増加させることができる。ま
た、基板17は中央より外周部の方が放熱によって温度が
低くなる傾向にあるが、リング22aの厚さなどの調整に
よりその熱容量を所定の値に定めるか、またはSi,SiC,
カーボンのように赤外線を吸収し易い材料で該リング22
aを形成し、その熱量が所定の値になるように定めるこ
とにより、基板17の外周部の温度低下を補償して基板17
内の温度分布の均一化を高めることができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
反応容器5や基板支持治具16,21,22などの形状、構造な
どは種々変形可能であり、また管18は均熱管10の内側を
通してもよい等、種々変更可能である。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、反応ガスが均熱管に
よって予熱されて該均熱管内の高温空間に供給されるた
め、基板を林立させて多量処理する方式において最も問
題となる前記高温空間内の温度およびここに置かれてい
る基板の温度の安定性を向上させることができ、これに
よってより均一な厚さおよび特性の気相成長層を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す概要断面図、第2図お
よび第3図はそれぞれ基板支持治具の他の実施例を示す
部分断面図である。 1……ベースプレート、2……ベースリング、3……シ
ールリング、4……上リング、5……反応容器、10……
均熱管、11……加熱源、13……回転軸、14……バッファ
板、16,21,22……基板支持治具、17……基板、18……管
(反応ガスの供給手段)、19……パージガス供給管、20
……排気口、21a……支持板、22a……リング。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鉛直方向に配置された反応容器と、同反応
    容器の内側に立てて着脱可能に設けられた均熱管と、前
    記反応容器の周囲に設けられ前記反応容器を実質的に透
    過して前記均熱管を加熱する放射エネルギを発生する加
    熱源と、前記均熱管内に位置され多数の基板を略鉛直方
    向に立てて配列する基板支持治具と、前記均熱管に沿っ
    て下方から上方へ伸び該反応容器内の上方位置で開口し
    ている反応ガスの供給手段と、反応容器内の下方位置に
    設けられた排気口とからなり、反応ガスが前記反応ガス
    供給手段により均熱管に沿って導かれる間に予熱される
    ように構成されていることを特徴とする気相成長装置。
  2. 【請求項2】反応ガス供給手段が、反応容器と均熱管と
    の間を通って上方へ伸び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】反応ガス供給手段の均熱管に沿って伸びる
    部分の少なくとも一部が二重管になされ、その内管中に
    反応ガスを流すと共に内外管の間に温度コントロール用
    の流体を流すように構成したことを特徴とする特許請求
    の範囲第1または2項記載の気相成長装置。
  4. 【請求項4】反応容器と均熱管との間にパージガスを供
    給するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第1
    ・2または3項記載の気相成長装置。
  5. 【請求項5】基板支持治具が、リングを用いて該リング
    の両面に基板の外周部分のみを接触させて該基板を支持
    するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第1な
    いし4項のいずれか1項記載の気相成長装置。
  6. 【請求項6】基板支持治具と排気口との間に反応ガスの
    流れを規制するバッファ板が介在されていることを特徴
    とする特許請求の範囲第1ないし5項のいずれか1項記
    載の気相成長装置。
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