JPS5950095A - 化学反応器 - Google Patents

化学反応器

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JPS5950095A
JPS5950095A JP57201221A JP20122182A JPS5950095A JP S5950095 A JPS5950095 A JP S5950095A JP 57201221 A JP57201221 A JP 57201221A JP 20122182 A JP20122182 A JP 20122182A JP S5950095 A JPS5950095 A JP S5950095A
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JP
Japan
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workpiece
susceptor
wafer
chemical reactor
cavity
Prior art date
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Pending
Application number
JP57201221A
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English (en)
Inventor
ジエ−ムス・マクダイアミツド
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EPITAKISHII EKUIPUMENTO Inc
Original Assignee
EPITAKISHII EKUIPUMENTO Inc
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • HELECTRICITY
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  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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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】 本発明は反応器、特に単結晶の加工片上に材料層をエピ
タキシャル法により成長させる形式の改良型化学反応器
に関する。
単結晶シリコンの円盤形ウェーハ上に材料層をエピタキ
シャル法により析出させる化学反応器は当該技術分野に
おいては公知である。ウェーハは代表的な寸法として3
インチ(7,62crn)、4インチ(lo、16cI
n)又は5インチ(12,7crn)の直径を有する。
代表的な場合、エピタキシャル層を析出させる化学反応
器には二つの形式のものがある。
その一つの形式においては代表的な場合グラファイト製
のサスセプタと呼ばれる鉛直に装架された傾斜支持板の
上に支持される。ウェーハ及びサスセプタは反応室内に
置かれる。反応室中に気体が通過される。ウェーハ及び
サスセプタは赤外線ランプ又はラジオ周波数作動コイル
のいずnかによって高温に、代表的な場合として摂氏9
00ないし1250度に加熱される。ランプからの熱エ
ネルギーは直接に、後側をサスセプタ上に留められたウ
ェーハの前側を加熱する。コイルからのラジオ周波数誘
導電流は初め、サスセプタを加熱し、次いでサスセプタ
が伝導と放射との組合せによりサスセプタ上に留められ
たウェーハの後側を加熱する。その後、反応室中に導入
された処理気体がウェーハ上にエピタキシャル析出され
る。サスセプタ及びウェーハ間の温度差はウェーハの頂
部表面及び底部表面間lこ温度勾配を生ずるのみならず
、ウェーハの中心部と外縁部との間に温度勾配を生ずる
。加熱サイクル中は比較的に一定温度にウニ・−ハを保
つことによりウェーハにかかる熱応力の大きさを低減す
ることが望ましい。
化学反応器の第二の形式においてはウェーハは同様にサ
スセプタ上に支持されるが、サスセプタは水平に装架さ
れ、代表的な場合にはサスセプタはやはりグラファイト
で作られる。ウェーハはサスセプタの前方lこある円筒
形空所内に支持される。
サスセプタの後側を加熱する銅コイルにラジオ周波数エ
ネルギーが供給されることにより、グラファイト製サス
セプタからの伝導及び放射の組合せによりウェーハが加
熱される。この方法によって、主にウェーハ底部表面及
びサスセプタ頂部表面間の熱的接触によりウェーハが加
熱される。これはウェーハの頂部表面及び底部表面間に
温度勾配を生ずる。温度勾配はウェーハを彎曲させて(
ウェーハと)サスセプタ頂部表面との間の熱的接触を失
なわしめることによりウェーハ表面間の温度勾配を増大
させる。このことはざらにウェーハを彎曲させ、それが
さらにウェーハの中心部と外縁部との間における半径方
向熱勾配を増大させる。
これらの温度勾配により起生される応力はウェーハの原
子配列構造内及びエピタキシャル析出層内における結晶
学的転位(又は結晶学的滑り)により緩和される。
ウェーハはサスセプタの前方及び後方に配置された熱源
の組合せによって加熱し得る。その熱源はランプからの
赤外線エネルギーか又は銅コイルに供給されたラジオ周
波数エネルギーのいずれでもよい。
層がエピタキシャル析出された後に、ウェーハは半導体
装置を形成すべくさらに処理される。
ウェーハ及びウェーハ上にエピタキシャル析出された材
料層における転位又は滑りは不純物の吸込口になると信
ぜられ、究極的にはウエーハカラ製造されるバイポーラ
回路装置におけるダイオード洩れ及びエミッターコレク
タ間の短絡を起こしかねない。さらにMO8装置につい
ては滑りは洩れを起こし装置の性能を喪失させる。した
がってエピタキシャル成長層内及びウェーハ内の転位を
低減又は除去することが、ある種の半導体装置の不合格
率を低減させて歩止まりを改善する上に重要である。
本発明においては実質的に単結晶である加工片上にエピ
タキシャル法により材料層を析出させる改良型化学反応
器は加工片を支持する装置を有する0この支持装置は一
つの表面内に曲線形の空所を有し、その空所内に加工片
を支持する。加工片を加熱する装置が与えられている。
反応器中にその材料を導入する装置及び加工片上にエピ
タキシャル法により材料層を析出させる装置も与えられ
ている。
第1図を参照すると代表的な反応器1101が示されて
いる。反応器0αは中に反応室(141を閉じ込めるベ
ル形ジャー(鐘形ジャー)u2Jを含む。ベル形ジャー
(121内にはサスセプタと呼ばれるグラファイト製支
持板αaがある。サスセプタUωは一つの表面(Igl
’x有する。第2図を参照すると円盤形単結晶シリコン
のウェーハである二つのほぼ平面状平行表面(2υ(ハ
)を有した刀ロエ片t221が示されており、この加工
片は一表面(搬上にサスセプタσeにより支持されてい
る。ラジオ周波数エネルギーが与えられるコイルンe等
からの熱源が一表面α印の反対側表面(24Iに隣接し
て配置されている。他の形式の熱源としては赤外線ラン
プがある。前述したようにランプもしくはコイル(26
)又はこれら両者を一表面賭かつまたは反対側表面シ炉
こ隣接して配置し得る。ベル形ジャーaz内において反
応を起こし、かつ加工片(24上に材料層をエピタキシ
ャル析出させるための気体が装置(ト)により与えられ
、ベル形ジャー[121中に供給される。装置xt…は
また、気体の流量を調整する。
気体はベル形ジャーaz中に入り、線G33を通過し、
反応器(+01の中心から放散する。上述した素子はす
べて先行技術において公知のものである。先行技術の反
応器は第2図に示すようなサスセプタaθを備えた反応
器凹を含む。サスセプタσ0はその一表面u8内に空所
(2)を有する。空所■は円筒形である。
ウェーハρ々はサスセプタa■によってその一表面脅の
ほぼ全体がサスセプタ(161上に停留するように支持
されている。
本発明による改良型反応器は第3図に示すようなサスセ
プタ(116)を備えた反応器(1(lを含む。
サスセプタ(116)は−表面(118)とその中の空
所(120)とを有する。空所(12のは曲線状の底部
表面(119)を備えた円形の直状側壁(117)を有
する。加工片シフは空所(120)内に停留する。空所
020)は、−表面1231のほぼ全体がサスセプタ(
116)に接触することはないように、底表面(119
)に沿って一表面關にて加工片1221を支持する形状
にされている。加工片(221は一表面(23)の縁付
近に支持され、他の場所では一表面制とサスセプタ(1
16)との間に空隙がある。空所(120)の底部表面
(119)は第3図に示すように球面状にされている。
第3図に示した図は誇張されていること及び空所(12
0)は極端に浅くされていることを強調しておく。
第4図を参照すると反応器(101内で使用されるもう
一つのサスセプタ(216)が示されている。サスセプ
タ(216)はその中に空所(22のを有した一表面(
218)を含み、この空所(220)が前記加工片u2
1を支持する6、空所(220)は再び非常に浅い。空
所(220)は曲線状の側部表面(221)と実質上平
面状の円形底部表面(222)を備えた円形側壁(21
7)とを有する。底部表面(222)の直径は加工片シ
4の直径より小さくされているべきである。第4図に示
すように底部表面(222)は約2インチ(3,08c
m)の直径を有する。側部表面(221)は約225イ
ンチ(571,5cm)の曲率半径を有する。空所(2
20)の曲線領域の全深さは約0.005インチ(0,
12’/mm )である。
第5図を参照すると反応器(10)内で使用されるさら
にもう一つのサスセプタ(316)が示されている。
サスセプタ(316)はその中に空所(320)を備え
た面にして加工片(24を支持するための表面(318
)を有する。第4図に示した空所(220)と同様に、
空所(320)は円形であって、直状側壁(317)及
び曲線状側部表面(321)を備えている。@線状側部
表面(321)は約125インチ(317,5cm)の
半径を有する。円形底部表面(322)は実質的に平面
であり、3.0インチ(7,62c/n)の直径を有す
る。
空所(32))の曲線状領域の深さは約0.004イン
チ(o、102mm)である。サスセプタ(116) 
(216)(316)は直径が3インチ(7,62cm
 ) 53超える加工片(24の支持に対し有用である
サスセプタ(116) (216)又は(316)を備
えた反応器(10)を含む本発明の改良型反応器を用い
てシリコンの迅結晶ウェーハ上のエピタキシャル析出層
内及びそのウェーハ内における転位は実質的に低減され
ることが見出されている。
本発明の理諭は以下の通りである。先行技術の反応器内
で使用されたサスセプタa61における加工片Qりは、
加工片u21の一表面123)のほぼ全体に及ぶ空所(
2υ内サスセプタt161と接触している。熱は一表面
[有]にわたって主にサスセプタα6)から伝導によっ
て加工片Qりに加えられる。他表面t21)は室圓に対
し蕗出される1)サスセプタ161からの熱が加工片シ
21を加熱するにつれ、加工片(221の一表面■3)
が刀ロエ片(2々の他表面Qυと異なった温度となる。
その結果、二つの表面Qυ23)間に温度差すなわち温
度勾配が生ずる。
他表面より高温さなった表面がより速く膨張する。
その後、加工片シフは第6図に誇張して示すように弓形
になる。°加工片(221が彎曲することによって卵工
片勝はサスセプタとの物理的接触を失ない、表面シυ(
ハ)間の温度勾配を増大させ、それがさらに彎曲を生せ
しめる。このことは加工片(221の高い中心部監度及
びより低い外縁部温度の間に半径方向温度勾配を生せし
める。その結果生ずる熱応力は加熱サイクルの際に加工
片材料内に結晶学的転位を発生せしめることがある。材
料層が他表面Qυ上にエピタキシャル析出されるときは
、材料層は加工片(2秒の形にしたがって同様に弓形と
なる。しかし層付き加工片が冷却されて実質上平面状に
戻されるとき、析出された材料層及び加工片Q中に転位
が起こる。
本発明の改良型反応器においてはサスセプタの空所は、
−表面(ハ)全体がサスセプタと接触することなく一表
面(ハ)上に加工片eつが支持されるように、形成され
る。加工片シ々は、加工片■々とサスセプタとの間に間
隙があるようにサスセプタ内空所中に支持される。熱は
サスセプタの中を伝導され、サスセプタは次に加工片(
221がサスセプタと接触している領域で加工片(2々
を刀口熱する。サスセプタからの熱はまた、加工片(2
21がサスセプタと接触していない場所において、放射
により加工片シフに伝達される。伝導と放射によるこの
加熱法の組立せが加工片Qりのより一様な加熱を与える
結果、ウェーハにかかる熱応力の大きさを低減すること
によりウェーハの結晶学的転位の大きさを最小化するも
のと思われる。改良型反応器を用いた場合、加工片@が
最初に加熱される際、頂部表面回及び底部表面[有]の
間には依然として温度勾配があって加工片Q々を彎曲さ
せる。しかし先行技術のサスセプタσ印とは異なり加工
片c221が彎曲する1につれ、刀ロエ片はサスセプタ
の高温表面と接触する傾向を有し、二つの平面状表面間
の温度勾配及び加工片4の中心部と外縁部との間の半径
方向温度勾配を低減する。
このことは加工片■りの熱応力の大きさを低減し、最小
量の滑°りを有したエビタキシャ)し層を持つ加工片し
唖そ生せしめる。
さらに、側壁(117) (217)又は(317)か
らの熱が放射によって加工片I22+の縁からのエネル
ギー損失を回避する二次効果を有していることが見出さ
れている。
しかし、放射及び伝導によりサスセプタに加工片(72
)を加熱せしめるべく単に加工片の一表面(ハ)とサス
セプタとの間に間・隙を与えるだけでは転位を低減する
ζこ十分でないことが見出されている。笑際、第7図に
示すように空所が円錐形である場合、第8図に示すよう
に二重凹所とされている場合、又は第9図に示すように
環状の溝である場合、には転位の問題は悪化する。第7
図、第8図、又は第9図に示すように、空所が造形され
た場合は加工片シ渇内の転位の数及び程度は増大する。
したがって加工片Q21を支持するためのサスセプタに
おける空所の特定の形が、加工片(2a上にエピタキシ
ャル成長される材料層内及び加工片@内lこおける転位
の数及び程度に重要な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は化学反応器の一形式の側断面図、第2図は先行
技術の支持板の誇張された側断面図、第3図は本発明の
改良型反応器に使用される支持板の一実施例の誇張され
た側1析面図、第4図は本発明の改良型反応器に使用さ
れる支持板のもう一つの実施例の誇張された側断面図、
第5図は本発明の改良型反応器に使用される支持板のさ
らにもう一つの実施例の誇張された側断面図、第6図は
、先行技術の支持板であって析出過程中のウェーハの形
をしていると考えられる支持板の誇張された側断面図、
第7図は悪化した状態の転位が生ずる支持板の誇張され
た側断面図、第8図は悪化した状態の転位が生ずるもう
一つの支持板の誇張された側断面図、第9図は悪化した
状態の転位が生ずるさらにもう一つの支持板の誇張され
た側断面図である。 15− ■0・・・化学反応器 22・・・加工片 26・・・加工片°を加熱する装置 30.32・・・ エピタキシャル析出材料を導入する
装置116、216.316・・・ 加工片を支持する
装置120、220.320・・・ 空所 16一

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 11)  二つの実質上平面状の平行な表面を有した実
    質的に単結晶である刀目工片にエピタキシャル法により
    材料層を析出するための化学反応器であって、 該加工片を支持する装置にしてその一つの表・面内に該
    加工片を支持するための曲線状空所を有しており、しか
    も該一つの表面全体が該支持装置に接触することは実質
    上無いように該曲線状空所が該加工片を該平面状平行表
    面の上に支持し得る該支持装置と、 該加工片を刀日熱するための装置と、 該材料を該反応器中に導入し、力)つ該加工片上に該材
    料層をエピタキシャル法により析出させる装置と、 を含む化学反応器。 (2、特許請求の範囲第+11項に記載の化学反応器に
    おいて該加工片が実質上円盤形のウェーハである化学反
    応器。 (3〕  特許請求の範囲第(2少項に記載の化学反応
    器において該空所が実質上球状である化学反応器。 143  特許請求の範囲第12J項に記載の化学反応
    器において該空所が実質上円形であると共に実質的に曲
    線状の側面と実質的に円形の平面状底面とを備えており
    、該底面の直径が該力n工片の直径未満である化学反応
    器。 (53特許請求の範囲第131項又は第し4J項に記載
    の化学反応器において該空所が円形の直状側壁をも有し
    ている化学反応器。 +61  特許請求の範囲第11)項に記載の化学反応
    器において、該加熱装置が該支持装置の該一つの表面の
    反対側表面に瞬接した位置にある化学反応器。 (7)特許請求の範囲第(1)項に記載の化学反応器に
    おいて該支持装置がグラファイト製である化学反応器。 (8)特許請求の範囲第(1)項に記載の化学反応器に
    おいて該加工片が単結晶シリコンウェーハである化学反
    応器。
JP57201221A 1982-09-10 1982-11-18 化学反応器 Pending JPS5950095A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US41654182A 1982-09-10 1982-09-10
US416541 1982-09-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS5950095A true JPS5950095A (ja) 1984-03-22

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ID=23650371

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JP (1) JPS5950095A (ja)
KR (1) KR840005913A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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