JPH0756863B2 - 気相成長装置 - Google Patents

気相成長装置

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JPH0756863B2
JPH0756863B2 JP17325089A JP17325089A JPH0756863B2 JP H0756863 B2 JPH0756863 B2 JP H0756863B2 JP 17325089 A JP17325089 A JP 17325089A JP 17325089 A JP17325089 A JP 17325089A JP H0756863 B2 JPH0756863 B2 JP H0756863B2
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清 久保田
公人 西川
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Nissin Electric Co Ltd
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Nissin Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】 この発明は縦型の気相成長装置に於てウエハ面内の温度
均一性を向上させるための改良に関する。
【従来の技術】
縦型の気相成長装置というのは、石英などのリアクタの
中にカーボンなどのサセプタを設け、サセプタ上に半導
体ウエハを置いて、原料ガスを上から下へ流し、熱、
光、プラズマなどでガスを励起して、反応生成物の薄膜
を半導体ウエハの上に堆積させるものである。 原料ガスの流れが上から下へ向うので縦型という。サセ
プタの上面にウエハを置くようなタイプを対象とする。
サセプタの上に複数枚のウエハを円環状に並べるものを
パンケーキ型、1枚のウエハをサセプタ中央に置くもの
を枚葉式という。本発明は後者の改良である。 サセプタ、ウエハの近傍で原料ガスを励起しなければな
らない。最もよく用いられるのは熱による励起である。
熱によつて励起するので熱CVD法と呼ぶこともある。 本発明は加熱機構を問題にする。 従来は、第3図に示すような高周波誘導加熱が用いられ
た。リアクタ1の中に、ウエハを置いたサセプタ4を回
転シヤフト5によつて回転可能に支持する。原料ガスを
上から下へ流しながら、高周波コイル3に高周波電流を
流す。良導体であるサセプタ4に渦電流が流れるので熱
が発生する。この熱によりウエハ2が加熱される。 サセプタ4を回転し円周方向の温度均一性を高める。 このような高周波誘導加熱方式は、サセプタ4や、リア
クタ1の内部の構造が単純であるという利点がある。 高周波誘導加熱によるものは、たとえば実開昭63−5143
2(S63.4.7公開)、特開昭62−85422(S62.4.18公開)
などがある。 しかし高周波コイルによる誘導加熱方式は、次の欠点が
ある。コイルに高周波電流を流すことでサセプタの中に
電流が発生するが、電流の表皮効果によりサセプタ内部
の位置によつて発熱量が異なる。このためウエハ面内の
温度が均一になりにくい。 コイルの巻き方を工夫することにより、僅かな調整が可
能であるが、それでもウエハの面内での温度を均一にす
ることは難しい。 気相成長に於て、温度は重要なフアクターである。ウエ
ハ面内で温度がバラついていると、成長した薄膜の膜厚
もバラつくし、電気的特性も不均一になつてしまう。 サセプタを抵抗加熱ヒータによつて加熱するようにした
ものも提案されている。たとえば特開昭63−278322号で
ある。これは渦巻状のカーボン抵抗ヒータをサセプタの
中に収容したものである。抵抗加熱であり、ヒータはサ
セプタの極めて近くにあるので、ヒータの形状を工夫し
て、ウエハ面内での温度均一性を上げることができる。 しかし、ヒータがサセプタの中に収容されるから、ウエ
ハの直径Wに対して、ヒータの直径Hをあまり大きくす
ることができない。第4図に抵抗加熱式のものの概略断
面図を示す。サセプタの直径Sに対して、ウエハの直径
Wが十分小さければ、W/Hが小さくなるので、ウエハ面
内での温度均一性を上げることができよう。しかし、W/
Sを小さくすると、サセプタを大きくしなければならな
いので、装置が大がかりになる。W/Sは0.4〜0.6程度で
あろう。すると、ウエハ直径Wがヒータの直径Hに近く
なる。 ヒータ直径Hが比較的小さいので、ウエハ面内での均一
性が十分でない。ウエハの中央で高温に、周縁で低温に
ならざるを得ない。
【発明が解決しようとする課題】
枚葉式の縦型気相成長装置において、成長薄膜のウエハ
面内での膜厚、電気的特性を一様にするため、成長時の
温度均一性を高める事が、本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
本発明の気相成長装置は、 (1) 真空に引くことができ上方に原料ガス入口、下
方に排ガス出口を有する縦型のリアクタと、 (2) リアクタの中に鉛直方向に回転自在に設けられ
た回転シヤフトと、 (3) 回転シヤフトによつて支持され上面に一枚のウ
エハを載置すべきサセプタと、 (4) サセプタ内部に設けられたサセプタを裏面から
加熱する抵抗加熱ヒータと、 (5) 抵抗加熱ヒータに給電するための電極と、 (6) 抵抗加熱ヒータの上方でサセプタの下面に取付
けられ中央部に凹部を有するバツフア板とよりなり、 (7) バツフア板とサセプタ裏面は周縁部に於ては密
着し、中央部では前記凹部によつて生ずる空間であるバ
ツフア層を介して対向するようにしている。 第1図に本発明の気相成長装置のサセプタ近傍の構造原
理図を示す。 ウエハ2を載置するサセプタ4は、内部に空間を有し、
ここに抵抗加熱ヒータ6が設けられる。バツフア板8が
サセプタ4の裏面に固着されている。バツフア板8の中
央には凹部があり、ここが熱伝導を抑制するバツフア層
となる。
【作 用】
抵抗加熱ヒータ6によつてサセプタ4を下から輻射熱に
よつて加熱する。 輻射熱はまずバツフア板8に当りこれによつて吸収され
る。バツフア板8から熱は伝導によつて、上面にあるサ
セプタ4に伝わる。 単なる一様な熱伝導であれば、サセプタ4の中央部が高
温に、周縁部が低温になる。 しかし、本発明では、バツフア板8の中央に凹部があ
り、サセプタ中央裏面との間に空間が生じる。この空間
が熱伝導を遮断するバツフア層となる。バツフア層10に
おいて、輻射によつて熱は伝わるが、熱伝導に比較すれ
ば伝熱量が少なくなる。 このためサセプタ中央部への過剰な熱の供給が抑制され
る。これとは反対に、サセプタの周縁部は熱伝導によ
り、十分な熱量が供給される。 サセプタの中央部からの熱の逃げは上方に向う輻射だけ
であり、伝導による熱損失は少ない。 しかし、サセプタの周縁部からの熱の逃げは、熱伝導に
よるサセプタ側面に向うものが多い。このため、サセプ
タの周縁部へはより多くの熱を与えなければならない。 本発明においては、バツフア層10の作用で、サセプタ中
央部への給熱が抑制されるので、サセプタ上面での温度
が均一になる。このためウエハの面内温度分布も均一に
なる。 ヒータからサセプタの中央部、周縁部に対する伝熱の態
様を第1表に示す。前者をA、後者をBとする。 ただし(1)〜(6)の数字は第1図中の矢印で示す熱
の移動に対応するものである。 中央部を伝わるAの場合、バツフア層10が大きい熱抵抗
となるので、熱の移動が抑制される。 単位時間、単位断面積あたりの伝熱量をV、Vで表
わすと、 V<V である。φはバツフア層の直径である。直径φの内
部の熱移動をA、外部の熱移動をBと表現している。
【実 施 例】
第2図によつて本発明の実施例を説明する。 リアクタ1は石英など耐熱耐圧容器である。縦長の容器
であつて、原料ガス入口が上方に、排ガス出口が下方に
ある。いずれも簡単のため図示しない。 リアクタ1の内部に1枚のウエハ2を載置すべきサセプ
タ4がある。これは中空の天井のある円筒形のサセプタ
である。回転昇降自在の回転シヤフト5によりサセプタ
4を支持する。 サセプタの内部にヒータ6がある。これはサセプタ4の
裏面を輻射によつて加熱するための抵抗加熱ヒータであ
る。カーボンである事が多い。 抵抗加熱ヒータ6は、電極11によつて下方から支持され
ている。電極11、抵抗加熱ヒータ6は回転しない。 抵抗加熱ヒータ6の下方には、複数枚の耐熱金属板でで
きたリフレクタ7が設けられる。これはヒータ6の下方
に向う輻射熱を反射して、熱の有効利用を図るためのも
のである。T、Mなどで作られる。 サセプタ4は、天井のある円筒形であるから、上面と側
面とを有する。ウエハ2はサセプタ上面のウエハ凹部13
に置かれる。サセプタ4の上面を専ら加熱できればよい
ので、抵抗加熱ヒータ6はサセプタ4の上面に対向する
ように設置されている。 サセプタ4に直接輻射熱が当らないように、セプタ4の
上面の裏側にバツフア板8が取付ボルト9によつて固着
されている。 バツフア板8は中央部上面に直径φ、深さbの凹部12
を有する。この部分がバツフア層10となる。 バツフア板8の凹部12の存在する部分には適数のガス抜
き穴14が穿孔されている。 バツフア板8は耐熱性の材料であればよく、C、T
などを用いる事ができる。例えばサセプタと同じ材
料であるカーボンCを用いることができる。 バツフア板の厚みCについて述べる。厚みCが厚すぎる
と、熱の伝導が遅くなり、応答性が悪くなる。薄すぎる
と、中央部への伝熱A、周縁部への伝熱Bに差異が生じ
ない。 凹部の直径φは、ウエハの直径Wによる。φ<Wで
あるが、ウエハ面内で温度を均一にするため、試験を重
ねてφを決定する。
【発明の効果】
サセプタの下に抵抗加熱ヒータを設け、サセプタの下面
にバツフア板を設けている。バツフア板の中央部にはバ
ツフア層があるので、中央部での熱の伝導が抑制され
る。このため、サセプタの面内での温度均一性が向上す
る。従つて、ウエハ面内での温度も均一になる。この装
置を使うことにより、膜厚や電気的特性が面内で均一な
薄膜気相成長を行うことができる。 サセプタの厚みを半径rの函数として変化させても、同
様な効果が得られるかもしれない。しかし、サセプタは
円筒形(天井を有する)の大きい部材であるから、厚み
を半径rの函数D(r)として変えるにしても、数多く
のものを作ることは難しい。 本発明では、単純な板であるバツフア板を用いる。バツ
フア板の凹部深さb、直径φは、ウエハの直径W、ウ
エハの材質、成長させるべき薄膜が変更されるごとに変
更しなければならない。バツフア板であれば、b、φ
の少しずつ異なるものをいくらでも容易に作る事ができ
るので、最適値を簡単に求める事ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の気相成長装置のサセプタの部分の原理
構成図。 第2図は実施例にかかるサセプタ部分の縦断面図。 第3図は公知の高周波誘導加熱方式の気相成長装置の概
略断面図。 第4図は内部に抵抗加熱ヒータを有するサセプタの例を
示す縦断面図。 1……リアクタ 2……ウエハ 3……高周波コイル 4……サセプタ 5……回転シヤフト 6……抵抗加熱ヒータ 7……リフレクタ 8……バツフア板 9……取付ボルト 10……バツフア層 11……電極 12……凹部 13……ウエハ凹部 14……ガス抜き小穴 W……ウエハ直径 H……ヒータ直径 S……サセプタ直径 φ……バツフア層直径 C……バツフア板厚み b……バツフア層厚み

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空に引くことができ上方に原料ガス入
    口、下方に排ガス出口を有する縦型のリアクタと、リア
    クタの中に鉛直方向に回転自在に設けられた回転シヤフ
    トと、回転シヤフトによつて支持され上面に一枚のウエ
    ハを載置すべきサセプタと、サセプタ内部に設けられサ
    セプタを裏面から加熱する抵抗加熱ヒータと、抵抗加熱
    ヒータに給電するための電極と、抵抗加熱ヒータの上方
    でサセプタの下面に取付けられ中央部に凹部を有するバ
    ツフア板とよりなり、バツフア板とサセプタ裏面とは周
    縁部において密着し、中央部では前記凹部によつて生じ
    る空間であるバツフア層を介して対向するようにした事
    を特徴とする気相成長装置。
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