JPS5879539A

JPS5879539A - 気相成長装置

Info

Publication number: JPS5879539A
Application number: JP17608281A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Nishikawa; 西川　敦夫; Kazuya Kikuchi; 菊池　和也
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1981-11-02
Filing date: 1981-11-02
Publication date: 1983-05-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は半導体装置の製造等に用いる気相成長装置に関
する。

気相成長において成長層の均一性が良好でかつ効率的に
成長させるためには、反応炉内のガス流パターンが重要
である。本発明は、このガス流パターン調整をサセプタ
ー裏面に面した反応炉壁面にガス流調整スペーサを配設
することにより行ない、かつ、該スペーサによりサセプ
ター裏面を通過するキャリアーガスおよび反応成分ガス
の流れを抑制することにより、実効的にサセプター主面
上を通過するガス量を増加せしめ成長効率を高めると共
に均一性の向上を可能としたものである。

第１図にサセプター直接通電加熱方式による気相成長装
置反応炉部の一断面を示す。反応炉内壁′は冷却効果を
良くするため金属で形成されていてかつ壁面は水により
強制冷却されている。第１図において力〜ボングラファ
イトまたは、カーボングラファイト上にシリコンカーバ
イトがコーテングされているサセプター１の主面がガス
流に対向するように傾斜させ、かつ、サセプター１の上
端と反応炉上壁２の間隙３とサセプター１の下端と反応
炉下壁４の間隙５とがほぼ等しくなるようにすなわちサ
セプターの中心が反応炉内の縦断面の中心にくるように
反応炉内に配設されている。サセプター１は、主面上に
基板を載置するためのザグリ部６を有していて、該ザグ
リ部６に基板７が載置されている。

サセプターの両端（第１図には示されていない）には電
極取付部を有していて、電極取付部両端に通電すること
によりサセプターは抵抗熱により加熱され、気相成長に
必要な温度までサセプター１上の基板７を昇温させる。

この様にして基板７が昇温された状態で反応炉内にキャ
リアーガスと反応成分ガスを含んだ混合ガスが導入され
ることに゛より、反応成分ガスはサセプター１上と基板
Ｔ上で熱分解または還元されてサセプター１上や基板７
上に反応成分番堆゛積すなわち成長させる。

この様な反応炉においては反応炉壁面が高温になり壁面
にもかなりの反応成分が堆積し、この堆積物が基板上に
落下堆積する（通常、ラレークと呼ばれる）。この堆積
物は気相成長膜の品質を低下させるため、これら反応炉
壁での反応を抑制することが成長膜の品質向上にとって
重要である。

反応炉壁での反応を、抑制するには、反応炉壁の温度を
サセプター１の加熱温度よりも充分低くする必要がある
。このため反応炉の壁面は強制水冷を行なうと共に熱伝
導を良くするために金属で形成されている。また、成長
膜の均一性はガス流パターンにより大きく影響するが、
従来の気相成長装置においては、ガス流パターンの調整
は反応炉内のガス流速すなわち導入ガスの流量を変化さ
せるかまたは、サセプター１の取付角度を変化させる等
の手段により行なっている。この場合、サセプター１の
主面が、ガス流に対してよシ対向するようにサセプター
１の取付角度を調整すると、サセプター１の上端、下端
が反応炉上壁２および反応炉下壁４に近接しガス流パタ
ーンを変化させることが出来る。また、導入ガスの流速
を変化させると、導入ガス分子の反応炉内の通過時間が
変化することと、反応炉内のレイノルズ数が変化するこ
と、′あるいはサセプター１の主面上で生じる熱対流の
影響が変化することによシ実効的なガス流パターンを変
化させることができる。

成長膜の均一性を向上するためには、サセプター１の主
面上を通過するガス流速を出来るだけ大きくすることに
より通過ガス中の反応成分の濃度がサセプター１の上流
側と下流側で大きな差を生じないようにすることが重要
である。すなわちガス流速が遅°いと反応成分の多くが
上流側で消費され下流側では、反応成分の濃度が下がり
成長速度が低下するため均一性が悪くなる。しかし、従
来の例によれば、反応炉上壁２と反応炉下壁４の間隙３
．６がほぼ等しいため、導入ガスの約半分は間［５を通
過し、サセプター１の裏面側を流れ基板７への反応物“
の−堆積すなわち成長反応には寄与せず効率が悪い。ま
た導入ガスの流速を制御するだめのキャリアーガスの消
費もそれだけ多くなり不経済であった。またミサセプタ
−１の裏面に多量の反応物が堆積するため、サセプター
のクリーニング処理すなわちサセプター１上の堆積物除
去に長時間を必要とした。更に、サセプター１をガス流
に対してよシ対向させると、サセプター１と金属で形成
されている反応炉上壁２あるいは下壁４が接触し加熱電
流が反応炉壁に流れ、サセプター１と反応炉内壁を損傷
させる。このように第１図の気相成長装置においては種
々の欠点を有していた。。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、本発明の
一実施例としてサセプター直接通電加熱方式の気相成長
装置の反応炉部の一断面を第２図に示す。

反応炉内壁は熱伝導効率を高めて冷却効果を上げるた′
め金属で形成されている。第２歯において、カーボング
ラファイトまたはカーボングラファイト上にシリコンカ
バーバイトがコーテングされているサセプター１１の主
面がガス流に対向するように傾斜させて配設されていて
、サセプター１１の裏面に面した反応炉下壁上にはサセ
プター１１の長で方向（第２図には示されていない）と
平行な位置関係を保つようにガス流制御スペーサ１８が
配設されている。ガス流制御スペーサ１８は主制御部１
９と、副制御部２０がらなっていて、主制御部１９は副
制御部２ｏの上部に位置している。

ガス流制御スペーサ１８はサセプター１１との平行関係
を保ちながら、ガス流の上流及び下流側にシフトするこ
とが可能である。まだ、ガス流制御スペーサ１８はセラ
ミックス、サファイヤ、石英ガラス等の耐熱性絶縁物の
単一もしくは、それらの組合せにより形成されていて、
サセプター１１が、ガス流制御スペーサ１８と接触して
もサセプター１１と反応炉壁面との電気的短絡が防止で
きることにより、サセプター１１やヌ応炉壁面が損傷す
ることを防止している。

サセプター１１の主面上に基板例えばシリコン半導体基
板１７を載置するためのザグリ部１６が形成されていて
、ザグリ部１６に基板１７が載置されている。サセプタ
ーの両端（第２図には示されていない）には電極取付部
を有していて、この電極取付部両端に通電することによ
りサセプター１１は抵抗熱で加熱され、気相成長温度ま
でサセプター１１上の基板１７を昇温させる。この様に
して基板１７が昇温されている状態で反応炉内にキャリ
アーガスとして例えば水素ガスや窒素ガス中に、反応成
分ガスとして例えばモノシランガスやホスフィンガスま
たはジクロルシランガス等を含んだ混合ガスが導入され
ることにより、反応成分ガスは熱分解または還元されて
サセプター１１上と基板１７上に反応生成物として不純
物を含まないシリコンやリンを含有したシリコンが堆積
する。

これらの反応生成物の形成において、ガス流パターンを
制御するための前記ガス流制御スペーサ１８をサセプタ
ー１１の長さ方向と平行にガス流上流側にシフトすると
、サセプター１１の下端とガス流制御スペーサ１８の間
隙１５が小さくなる。

したが、ガス流制御スペーサ１８の主制御部１９はサセ
プターと同−物質例えばカーボングラファイトやシリコ
ンカーバイトもしくは試料基板と同−材質例えば単結晶
シリコンや多結晶シリコンからなっていてもよく、副制
御部２ｏが耐熱絶縁物で形成されておれば本発明の効果
を減じない。むしろ主制御部１９は高温に昇温されてい
るサセプター１１に近接してい゛るため、主制御部１９
から発生する異種不純物の脱ガス現象を防止する上でサ
セプター１１や基板１７と同一物質で主制御部１９が形
成されている方が成長膜質の向上にとって有利である。

また、ガス流制御スペーサ１８の副制御部２０の上流側
端部２１はガス流をサセプター１１の主面側に向かせる
だめの助走路とするためにガス流に対して上向きのテー
パ加工が施こ、されている。

更に副制御部２０の上面には主制御部１９を固定するた
めの凹部加工がなされていて、この凹部に主制御部１９
が配設されている。この点に関しても主制御部１９と副
制御部２０が一体成形されてまた逆にガス流制御スペー
サ１８を下流側にシフトさせるとサセプター１１の下端
とガス流制御スペーサ１８の間隙１６は大きくなる。す
なわちサセプタ−１１裏面の間隙１６が変化し裏面を通
過するガス流量が変化することになる。このため、シリ
コンや酸化膜等の薄膜成長用の導入ガス流量を変化させ
なくても、サセプター１１の主面上を流れるガス流量を
変化させることができる。また、サセプター１１の取付
角度θを変化させることによりガス流制御スペーサ１８
との間＠１５を変え−ることも可能であり、いづれの場
合においても、サセプター１１の裏面側を流れるガス流
通路の開口面積を任意に変更することが可能である。す
なわちサセプター主面側と裏面側を流れるガス流を任意
に変更できる。このため、導入ガス流量を変えることな
く実効的にサセプター主面側を流れる混合ガス流量を増
加させたシ、ガス流パターンを変えることが可能な構造
となっている。

本実施例においては、ガス流制御スペーサ１８として耐
熱絶縁物で形成されたものについて説明いる場合はこれ
らの凹部は必要としない。また、第２図における一実施
例では主制御部１９は円柱形状をしているが、この形状
に関してもガス流制御スペーサとしての機能、すなわち
サセプタ−１１下面側を通過するガス流を制御すること
が可能な形状であれば円柱形状にこだわることなく、本
発明の意図することの達成は可能である。すなわち三角
形でも四角形でも、あるいは角形であっても本発明の効
果を損なわない。

また、これらのガス流制御スペーサ１８はサセプター１
１の下面全面にわたって配設されていることが必要条件
ではなく、主制御部１９が部分的に配設することにより
サセプタ−１１主面上の長て方向のガス流を制御するこ
とも可能である。

以上、説明したごとく、本発明による気相成長装置にお
いては次の効果を有している。

（１）サセプター主面上のガス流パターンを導入ガス流
量を変化させることなく変えることが可能であるため成
長膜の均一性を容易に向上させることができる。

（２）サセプター下面を流れる混合ガスの流れを抑制で
きるため、導入ガス流量が同じでもサセプター主面上を
流れるガス量を多くすることが可納で反応生成物の成長
速度が大きくなり、実効的な反応効率を高めることがで
きる。

（３）成長層の均一性を得るために必要なキャリアーガ
スの流量が少なくてすむ。このため、上記効果２の項と
同様に気相成長を効率的に行なうことができるので経済
的である。

（４）サセプター裏面への反応生成物の堆積を抑制でき
るので、サセプター上の堆積物除去に手間どらない。

（６）サセプターと反応炉壁の短絡による相方の損傷が
防止できるので、経済的にも時間的にも莫大な損出を出
すことがなくなり、安心して気相成長を行なうことが出
来る。

等、本発明は半導体工業上非常に有益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の気相成長装置の反応炉部断面図、第２図
は本発明の一実施例による気相成長装置の反応炉部断面
図である。１１・・・・・・サセプター上・・・反応炉下壁、１６−・・・・・ザグリ部、１７・
・・・・・半導体基板、１８・・・・・・ガス流制御ス
ペーサ、１９−・・・・・主制御部、２ｏ・・・・・・
副制御部。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板を載置するサセプターに直接通電することに
より加熱を行なうとともに、前記サセプター裏面に面し
た反応炉壁面に、ガス流制御スペーサを有していること
を特徴とする・気相成長装置。
（２）サセプターの取付角度およびガス流制御スペーサ
の位置移動によシ、前記サセプターの裏面と前記ガス流
制御スペーサの間隙を可能としてな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）ガス流制御スペーサが、耐熱性絶縁物からなるこ
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）　　ガス流制御スペーサがサセプターと同一もし
くは試料基板と同一の材質から表シ、かつ、前記ガス流
制御スペーサ配設部の反応炉壁面と電気的に絶縁されて
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。＠）　ガス流制御スペーサは主制御部と副制御部からな
り、前記主制御部、副制御部の少なぐとも一方が耐熱性
絶縁物で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。