JPH10125606A

JPH10125606A - 気相成長装置

Info

Publication number: JPH10125606A
Application number: JP27796096A
Authority: JP
Inventors: Koichi Toyosaki; 孝一豊崎; Tetsuya Kumada; 哲哉熊田; Nobuaki Orita; 伸昭折田; Hisashi Koaizawa; 久小相澤
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1996-10-21
Filing date: 1996-10-21
Publication date: 1998-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】エピタキシャルウェハの特性のばらつきを低
減することができ、また、エピタキシャルウェハの表面
欠陥を低減させることができる抵抗発熱体による加熱方
式による気相成長装置を提供する。【解決手段】外側容器１１と、外側容器１１との間に
反応室を形成するように形成された内側容器１２と、内
側容器１２の外側に設けられ、中心軸の回りに回転可能
な筒状のサセプタ１８と、サセプタ１８上に自転可能に
保持され、ウェハ３４を載置するトレー１９と、内側容
器１２内に設けられた加熱手段１３、１４とを備えた反
応容器部を有する気相成長装置において、トレー１９は
外周端面に回転力を受ける歯形１９ｂを有し、中心に自
転軸となる凸状部１９ａを有する平歯車状物であり、外
周端面には歯形１９ｂを覆う円環状の側板１９ｃが凸状
部１９ａの反対側の面に設けられており、前記凸状部１
９ａは耐熱性軸受け３１でサセプタ１８に保持されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は気相成長装置に関
し、特に、バレル型の気相成長装置において、加熱手段
をリアクタ内部に設けている装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】リアクタ内のサセプタにウェハを保持
し、該サセプタを高温に加熱した状態で該リアクタ内に
ＡｓＨ₃、ＴＭＧ、ＴＭＡｌなどの原料ガスを水素より
なるキャリアガスと共に流し、ウェハに化合物半導体を
気相成長させて形成されたエピタキシャルウェハは、衛
星放送用，携帯電話などのＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＨＢＴデ
バイスの材料として近年、大量に使われている。

【０００３】図４は、従来技術に係わる気相成長装置の
説明図である。図４において、１はリアクタであり、釣
り鐘状のリアクタ１の上部にガス供給口１ａを、下部に
ガス排気口１ｂを有している。２はサセプタであり、帽
子状頂部２ａとカーボンで形成された多角錘形胴部２ｂ
と支持軸２ｃとにより構成されている。３はチャンバで
あり、リアクタ１の下部にあり、リアクタ１と接する箇
所にゲートバルブ３ａ、胴部にチャンバ窓３ｂとを有し
ている。４はサセプタ２を回転可能に支持する回転軸で
あり、回転自在、かつ、上下移動自在に支持され、図示
していない電動機により駆動される。なお、４ａはサセ
プタ２と回転軸４との締結部である。この締結部４ａは
回転軸４上端に設けられており、そこには支持軸２ｃの
下端が挿入され、ネジ止めされている。５はリアクタ１
の胴部外側に巻かれた高周波コイルであり、６はサセプ
タ２の多角錘形胴部２ｂに取り付けられているトレー
（図示されず）に載置されたウェハである。

【０００４】高周波コイル５に高周波電流が流される
と、カーボン製の多角錘形胴部２ｂが誘導加熱され、多
角錘形胴部２ｂに装填されているウェハ６が加熱され
る。原料ガスとキャリアガスとを混合したガスはガス供
給口１ａからリアクタ１内に供給され、ウェハ６の表面
から整流板４ｂの上部通路とガス排気口１ｂを経由し排
出される。そしてこの間、加熱されたウェハ６上で原料
ガスが熱分解反応し、エピタキシャル層が形成される。
エピタキシャル層が形成される間、サセプタ２上のウェ
ハ６は、回転軸４の回転によるサセプタ２の回転により
公転し、また、サセプタ２の内側に設けられた駆動機構
により回転するトレーとともに自転する。なお、エピタ
キシャル層が完成すると、回転軸４は降下し、サセプタ
２がチャンバ３内に下降すると、ゲートバルブ３ａは左
方向に駆動されて、リアクタ１とチャンバ３とを遮断す
る。そして、チャンバ３内の反応ガスを充分パージし、
不活性ガスで大気圧にした後、チャンバ窓３ｂを開いて
エピタキシャルウェハを取り出す。次に、新たなウェハ
６を多角錘形胴部２ｂに載置した後、チャンバ３内の空
気を充分パージし、ゲートバルブ３ａを右方向に駆動し
図示する位置まで開放し、回転軸４を上方に駆動し、図
示する位置まで上げ、再びエピタキシャル層の形成を行
う。

【０００５】このようにして製作されたエピタキシャル
ウェハに求められる特性として、純度や均一な膜質特性
などが挙げられる。純度については、配管材料の性能向
上や使用機器の性能向上や原料の高純度化によりレベル
が上がっている。又、均一な膜質特性については、ウェ
ハ面内の均一性はウェハ自体を回転させること等により
大幅に向上してきている。

【０００６】近年、気相成長装置には大量生産性が要求
されるようになってきた。ところが従来の高周波誘導に
よる加熱方式では、リアクタに石英、セラミックなど機
械強度に難がある材料を使用しなければならないため、
リアクタの大口径化が難しく、１回の成長で成膜できる
ウェハ枚数はそれほど多くはなかった。そこで開発され
たのが、抵抗発熱体による加熱方式である。この方式の
気相成長装置は、図５に示すように、外側容器１１、加
熱手段としての複数のリング状ランプ１３を収納する石
英製の内側容器１２（円筒形）を備えている。１４はラ
ンプ１３の輻射熱を反射する反射板である。この外側容
器１１と内側容器１２間の空間が反応室である。キャリ
アガスで希釈された原料ガスは、外側容器１１の上部の
ガス導入口１５から供給され、反応室を通過してガスの
整流板２１に沿ってガス排出口１６から排出される。ま
た、内側容器１２の外側には、内側容器１２と中心軸を
同じくするように、円環状のサセプタホルダー１７が回
転自在に設置されている。このサセプタホルダー１７の
上端部には多角形をなす筒状を有するサセプタ１８が設
置されている。さらに、サセプタ１８の多角形をなす各
面には、ウェハを搭載する円板状のトレー１９が設置さ
れている。このトレー１９は中心軸をなす凸状部１９ａ
を有し、その外周には歯形１９ｂが形成された平歯車状
物である。そして、トレー１９は、凸状部１９ａをサセ
プタ１８の凹状部１８ａに嵌め込むことにより設置され
ている。また、トレー１９の外周下端は固定している円
環状のホルダー２０に支持されている。このホルダー２
０は上端面に歯形２０ａが形成されている。このトレー
１９は、サセプタホルダー１７が回転すると、サセプタ
１８が回転することにより公転する。また、トレー１９
が公転すると、トレー１９の歯形１９ｂとホルダー２０
の歯形２０ａがかみ合っているため、トレー１９は自転
する。本気相成長装置では、外側容器１１は金属等の高
強度を有する材料で構成することができるので、大口径
化も比較的容易であり、大量生産性が可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
抵抗発熱体による加熱方式を用いた気相成長装置には以
下のような問題があった。即ち、１）ウェハを載置する
トレー１９の中心に設けられた自転軸となる凸状部１９
ａは単にサセプタ１８の凹状部１８ａに嵌め込まれてい
るだけであるため、自転軸の支持が不安定で、トレー１
９の傾斜を垂直に近く（例えば垂直な軸に対して５度以
下）することができない。従って、発熱体であるランプ
１３からの輻射熱がトレー１９全面に均一に放射され
ず、トレー１９内に温度差が生じ、エピタキシャルウェ
ハの面内において特性がばらつく。また、サセプタ１８
の各面に載置されたトレー１９の反応ガスの流れ方向に
対する角度や、トレー１９とサセプタ１８との角度がば
らつくため、エピタキシャルウェハの特性が載置された
サセプタ１８の面間や連続気相成長のラン間で大きくば
らつく。さらに、トレー１９自体が落下したり、あるい
はウェハが落下したりする恐れがある。２）トレー１９
の外周には、前述のように自転のための駆動力を受ける
歯形１９ｂが設けられているが、この歯形１９ｂ部分に
は、油分、グリス等を使うことが出来ない（蒸発油分が
エピ中に取り込まれたりするため）ことと、高温（ＭＡ
Ｘ８００℃）になることから、トレー１９には金属を使
用できず、おもに黒鉛、石英ガラス、セラミックを使用
している。この歯形１９ｂ部分が摺動すると、粉塵が発
生する。トレー表面側には大量のガス（５０〜２００l/
min ）が流れているため、トレー裏側から表面側にガス
が吸引されるため、粉塵も引き込まれ、エピタキシャル
ウェハに悪影響を及ぼす恐れがあった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決すべくなされたもので、請求項１記載の発明は、外側
容器と、外側容器との間に反応室を形成するように形成
された内側容器と、内側容器の外側に設けられ、中心軸
の回りに回転可能な筒状のサセプタと、サセプタ上に自
転可能に保持され、ウェハを載置するトレーと、内側容
器内に設けられた加熱手段とを備えた反応容器部を有す
る気相成長装置において、トレーは外周端面に回転力を
受ける歯形を有し、中心に自転軸となる凸状部を有する
平歯車状物であり、外周端面には歯形を覆う円環状の側
板が凸状部の反対側の面に設けられており、前記凸状部
は耐熱性軸受けでサセプタに保持されていることを特徴
とするものである。また、請求項２記載の発明は、請求
項１記載の発明において、トレーは、凸状部が設けられ
た面の反対側の面の中心部に凹部を有することを特徴と
するものである。さらに、請求項３記載の発明は、請求
項１または２記載の発明において、サセプタと内側容器
間の空間と反応容器外とを連通するガス置換通路を設け
たことを特徴とするものである。

【０００９】請求項１記載の発明では、トレーの自転軸
となる凸状部は耐熱性軸受けでサセプタに保持されてい
るので、トレーの傾斜が垂直に近くなるように、凸状部
を確実にサセプタに保持させることができる。従って、
トレー内の温度分布を均一化し、エピタキシャルウェハ
の特性の面内ばらつきや、サセプタの面間やラン間での
エピタキシャルウェハの特性のばらつきを低減すること
ができる。また、トレーの外周端面には歯形を覆う円環
状の側板が凸状部の反対側の面に設けられているので、
トレーのこの歯形の摺動部分から発生する塵がトレー上
に載置されたウェハに達するのを防ぐことができ、エピ
タキシャルウェハの表面欠陥を低減させることができ
る。

【００１０】また、請求項２記載の発明のように、トレ
ーの凸状部が設けられた面の反対側の面の中心部に凹部
を設けると、トレーの中心部が凸状部からの熱伝導によ
り相対的に高温になっても、ウェハはトレーの中心部に
接触しないため、ウェハの中心部が相対的に高温になる
ことを防ぐことができる。さらに、請求項３記載の発明
のように、サセプタと内側容器間の空間と反応容器外と
を連通するガス置換通路を設けると、サセプタと内側容
器間の空間のガス置換時間が短縮され、生産性を向上さ
せることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかる気
相成長装置の一実施形態の反応容器部の断面説明図であ
る。図１において、従来技術の説明に用いた図５に関し
て説明した部分と同部分は同符号で指示してある。本実
施形態の気相成長装置は、ＳＵＳで構成された外側容器
１１（円筒形）、複数のリング状ランプ１３を収納する
石英製内側容器１２（円筒形）で構成されている。各ラ
ンプ１３は出力を制御する手段（図示せず）に接続して
いる。外側容器１１と内側容器１２間が反応室になって
いる。キャリアガスで希釈された原料ガスは、外側容器
１１の上部のガス導入口１５から供給され、反応室を通
過してガスの整流板２１に沿ってガス排出口１６から排
出される。また、内側容器１２の外側には、内側容器１
２と中心軸を同じくするように、サセプタホルダー１７
が回転自在に設置されている。このサセプタホルダー１
７は、内側容器１２内に設けられたモータ３２で回転す
る歯車の回転伝達部３３から回転力を受けて、回転する
ように設置されている。このサセプタホルダー１７の上
端部には多角形をなす筒状のサセプタ１８が、内側容器
１２を囲むようにその側面近傍に設置されている。さら
に、サセプタ１８の多角形を構成する各面には、略中央
部に耐熱性軸受け３１が設けられ、ウェハ３４が搭載さ
れた円板状のトレー１９が設置されている。この耐熱性
軸受け３１は、例えば、セラミックハウジングとセラミ
ックボールのように、耐熱性のセラミックス（アルミナ
など）あるいは耐熱性コーティングを施したものと、耐
熱性で自己潤滑のある材料（例えばカーボンあるいはカ
ーボンコーティングしたもの）よりなるボールの保持器
とから構成されている。

【００１２】このトレー１９は、図２に示すように、自
転軸をなす凸状部１９ａを有し、その外周部には歯形１
９ｂが形成され、平歯車状になっている。また、トレー
１９の周端部には、歯形１９ｂを覆う円環状の側板１９
ｃが凸状部１９ａの反対側の面に設けられている。そし
て、トレー１９は、凸状部１９ａにおいて耐熱性軸受け
３１に回転可能に、かつ抜けを防止するように保持され
ている。また、トレー１９の外周下端は固定している円
環状のホルダー２０に支持されている。このホルダー２
０は端面に歯形２０ａが形成されて歯車状になってい
る。

【００１３】このトレー１９は、サセプタホルダー１７
の回転によりサセプタ１８が回転すると、公転する。ま
た、トレー１９が公転すると、トレー１９の歯形１９ｂ
とホルダー２０の歯形２０ａがかみ合っているため、ト
レー１９は自転する。このようにトレー１９が公転する
と、サセプタ１９の各面上への原料ガスの供給と排気の
バランスをとることができ、また、温度を各面で均一に
することができる。また、トレー１９が自転することに
より、原料ガスの上流側と下流側の差によるエピウェハ
の膜質のバラツキを防ぐことができる。

【００１４】本実施形態では、従来の支持方法に比べて
トレー１９のサセプタ１８への取り付けが耐熱性軸受け
３１を用いて安定しているため、以下のような効果があ
った。即ち、１）トレー１９の傾斜が垂直に近く（垂直な軸に対して
１度程度まで）なるように、トレー１９を設置すること
ができるので、ランプ１３との距離変化によるトレー１
９面上の温度差が殆ど無くなり、温度制御が易しくなっ
た。２）トレー１９自体が落下したり、ウェハが落下したり
することは無くなった。３）サセプタ１８の各面でトレー１９のガスの流れ方向
に対する傾きや、歯形１９ｂと歯形２０ａの噛み合わせ
によるサセプタ１８の面とトレー１９の面とのなす角度
を耐熱性軸受けにより管理することができるため、サセ
プタ１８の各面間やラン間におけるエピタキシャルウェ
ハの特性のバラツキは減少した。４）トレー１９とサセプタ１８の摺動がないため、これ
らの磨耗は少なく、付着した反応生成物をベーキング・
クリーニングにより除去することにより、何度も使用可
能になる。主な交換部品は、軸受け程度である。

【００１５】また、トレー１９に円環状の側板１９ｃを
設けると、この側板１９ｃにより、歯形１９ｂとホルダ
ー２０の歯形２０ａとの摺動により発生する粉塵が表面
側へ引き込まれにくくなり、重力落下によって粉塵は落
下する。その結果、側板１９ｃの無いトレー１９と側板
１９ｃのあるトレー１９で成長したエピウェハの表面欠
陥数を測定したところ、側板のあるトレー１９で成膜し
たエピウェハの表面欠陥は激減した。

【００１６】トレー１９の中心部は、凸状部１９ａがサ
セプタ１８を貫通しているため、直接ランプ１３で加熱
され、トレー１９の周辺部はサセプタ１８からの輻射に
よって加熱されるため、トレー１９の中心部の温度が周
辺部に比べて高くなる。そこで、図３に示すように、ト
レー１９の中心部のウェハを保持する面（ザグリ面と呼
ぶ）に凹部１９ｄ（例えば浅いＲ形状ザグリ）を設ける
と、相対的に温度の高いトレー１９の中心部がウェハと
非接触になるので、ウェハ表面での温度分布を均一化す
ることができる。例えば、Ｒ形状ザグリの凹部１９ｄ無
しの場合に、ウェハ３４上の温度バラツキが約２℃であ
ったものが、凹部１９ｄを設けることにより、温度バラ
ツキは約１℃と改善された。

【００１７】さらに、図１に示すように、内側容器１２
とサセプタ１８との間の空間から反応容器部外へ通じる
ガス置換通路３５を設けると、サセプタ１８を大気にさ
らした後に成長を行う場合などにおいて、サセプタ１８
の表面側だけのガス置換だけでなく、内側容器１２とサ
セプタ１８との間の狭い空間も強制的にガス置換を行う
ことができるので、成長前のガス置換時間を減らすこと
ができるとともに、サセプタ１８と内側容器１２間の空
間内に残留する酸素を減らすことができる。

【００１８】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、抵抗発熱
体による加熱方式による気相成長装置において、トレー
の自転軸となる凸状部は耐熱性軸受けでサセプタに保持
されているので、トレーの傾斜が垂直に近くなるよう
に、凸状部を確実にサセプタに保持させることができ、
エピタキシャルウェハの特性のばらつきを低減すること
ができる。また、トレーの外周端部には歯形を覆う円環
状の側板が凸状部の反対側の面に設けられているので、
エピタキシャルウェハの表面欠陥を低減させることがで
きる。また、請求項２記載の発明によれば、トレーの凸
状部が設けられた面の反対側の面の中心部に凹部を設け
るため、ウェハの中心部が相対的に高温になることを防
ぐことができる。さらに、請求項３記載の発明によれ
ば、サセプタと内側容器間の空間と反応容器外とを連通
するガス置換通路を設けるため、サセプタと内側容器間
の空間のガス置換時間が短縮され、生産性を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる気相成長装置の一実施形態の反
応容器部の断面説明図である。

【図２】上記実施形態に用いたトレーの側面図である。

【図３】トレーの他の実施形態の側面図である。

【図４】誘導加熱方式の気相成長装置の断面説明図であ
る。

【図５】抵抗加熱方式の気相成長装置の断面説明図であ
る。

【符号の説明】

１１外側容器１２内側容器１３ランプ１４反射板１５ガス導入口１６排出口１７サセプタホルダー１８サセプタ１９トレー１９ａ凸状部１９ｂ、２０ａ歯形１９ｃ側板１９ｄ凹部２０ホルダー２１整流板３１耐熱性軸受け３２モータ３３回転伝達部３４ウェハ３５ガス置換通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小相澤久東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外側容器と、外側容器との間に反応室を
形成するように形成された内側容器と、内側容器の外側
に設けられ、中心軸の回りに回転可能な筒状のサセプタ
と、サセプタ上に自転可能に保持され、ウェハを載置す
るトレーと、内側容器内に設けられた加熱手段とを備え
た反応容器部を有する気相成長装置において、トレーは
外周端面に回転力を受ける歯形を有し、中心に自転軸と
なる凸状部を有する平歯車状物であり、外周端面には歯
形を覆う円環状の側板が凸状部の反対側の面に設けられ
ており、前記凸状部は耐熱性軸受けでサセプタに保持さ
れていることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】トレーは、凸状部が設けられた面の反対
側の面の中心部に凹部を有することを特徴とする請求項
１記載の気相成長装置。
【請求項３】サセプタと内側容器間の空間と反応容器
外とを連通するガス置換通路を設けたこと特徴とする請
求項１または２記載の気相成長装置。