JPS60111416A - 気相反応容器 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は気相成長装置、特に半導体工業で利用される気
相エピタキシャル成長装置に用いられる気相反応容器に
関する。

従来例の構成とその間・照点 半導体工業においては、シリコン基板上に反応ガスを供
給して、その基板表面に反応物の膜を形成する工程があ
る。特にシリコン単結晶基板を通常１０００℃以上の適
当な温度に加熱しておき、ジクロールシランまたはモノ
シランと、水素との混合ガスを供給することによって、
シリコン単結晶膜が形成でき、エピタキシャル成長と呼
ばれている。こうして得られる膜の特性として、近年オ
ートドーピングの低減と、スリップ等の結晶欠陥の低減
とが強く要望されており、これに答える工３、・・　−
・ ビタキシャル成長方式として、赤外線ランプ加熱と、減
圧成長方式とがある。これらの方式を採用した従来の装
置を第１図に示す。この装置は透明石英チャンバ１と、
シリコン基板２を載置する基台３と、透明石英チャンバ
１の外にあって、基台３に対面して設置されている赤外
線ランプユニット４と、ガス供給ノズル６と、排気口６
とから構成されてｂる。この排気口６は図示していない
真空排気装置に接続されている。赤外線ランプユニット
４から出た赤外光は透明石英チャンバ１を透過して基台
３に載置されたシリコン基板２を照射し、これを１００
０℃以上の温度に加熱する。との時ガス供給ノズル５よ
り水素中に所定の濃度で混合されたジクロールシラン等
の反応ガスを供給することにより、これが排気口６に向
かって流れる間に反応ガスが分解析出し、シリコン基板
２上に膜が形成される。このような赤外線ランプ加熱手
段を採用した装置は減圧エピタキシャル成長が可能であ
ること、さらにシリコン基板を直接表面加熱できること
等の特徴があるが、透明石英チャンバ１自体がこれを透
過していく赤外線の一部を吸収するために、このチャン
バ１自身が徐々に昇温し、反応ガスがこれに触れること
によってこのチャンバ１の壁面にもシリコン結晶が堆積
し易いという欠点を有している。一旦チャンバ１の壁面
にシリコン結晶が付着し始めると、光の透過率が損なわ
れ、吸収光が増大し、昇温か早くなって、加速度的にチ
ャンバ１への付着が増加していくこととなり、さらにチ
ャンバ１自体が加熱されて強度が低下し、内部を水素を
主体としたガスが流れる容器としては、極めて危険な状
態となる。このような問題点を低減するために、透明石
英チャンバ１と赤外線ランプユニット４との間を空冷す
る強力な冷却手段を別途装備することを余儀なくされて
おり、かつ内部の基台３を取り外した上で透明石英チャ
ンバ１を外してこれを洗浄乾燥し、再組立・リークチェ
ックをするという保守作業を頻繁に行なうことが必要と
なっている。

発明の目的 本発明は上記従来の欠点を解消するもので、赤５７−　
・・ 外線ランプ加熱方式を採用し、かつ反応室壁面への反応
生成物の付着のない気相反応容器を提供することを目的
としている。

発明の構成 本発明の気相反応容器はシリコン基板を載置する基台と
、これらのシリコン基板および基台を加熱する光輻射加
熱手段と、水素とジクロールシラン等の反応ガスとの混
合ガスの供給口と、ガス排出口を備え、内部に上記基台
が設置される反応室から構成され、この反応室を形成す
る壁面部材において、少くとも上記光輻射加熱手段と基
台とに挾まれた部分が輻射光を透過する透明プレートよ
り構成されており、さらに反応室内において、この透明
プレートに近接してこれに平行に中間透明プレート群（
多層プレート）が設置されておシ、これらのプレート間
に水素等のキャリヤガスを流し、それぞれのプレート表
面にキャリヤガス膜を形成する構造である。したがって
、個々の透明プレートには反応ガスが触れることがなく
、反応生成物の付着が生じず、保守作業が大幅に低減で
き、６１″ かつ安全性も大幅に向上するものである。

実施例の説明 以下に本発明の実施例を図面を参照して説明する。第２
図は本発明の一実施例を具現化した装置における反応室
の断面図であり、反応室７は内部に水冷溝８が施された
ステンレス等の耐熱耐食性金属より成る壁面部材９と、
上部ヒータブロック１ｏとから構成されている。この上
部ヒータブロック１ｏには内部に赤外線ランプヒータユ
ニット１１が設置されており、さらにこの赤外線ランプ
ヒータユニット１１に近接した位置に透明石英プレート
１２が０リング等の既知のガスシール手段を介し固定具
１３にょシ固定されている。これら上部ヒータブロック
１ｏは０リング等の既知のガスシール手段を介して壁面
部材９の上面に締結されている。反応室７の内部にはシ
リコン基板１４を載置するＳｉＣでコーティングされた
グラファイトよシ成る基台１６（以下サセプタと呼ぶ）
が透明石英プレート１２を挾んで赤外線ランプヒータユ
ニット１１に対面した位置に設置されている。

７１″ 第３図はこの反応室の外観図を示している。図より明ら
かなように、前部壁面部材には開閉扉１６を具備した開
口１７が設けられており、この開口１７を通してシリコ
ン基板１４が出し入れされる。

さらに反応室７には第２図より明らかなように、一端に
ガス供給装置（図示せず）から伸びたガス供給管１８が
結合されたガス供給口１９と、他端に排気管２０が結合
されている排気口２１が備えられている。

壁面部材９の上部にはガス供給口１９側および排気口２
１側にそれぞれプレート受は部２２゜２３が設けられて
おり、これらのプレート受は部２２．２３の間に、第４
図で示しているような透明石英で形成された多層プレー
ト２４が透明石英プレート１２と平行に設置されている
。多層プレート２４は互いに狭い隙間を有してそれぞれ
平行に配置された水平板２４−１．２４−２．２４−３
゜２４−４と、これらが連結された側板２４−５゜２４
−６とから構成されている。水平板２４−１はプレート
受は部２２からサセプタ１６のガス流れ上流側端面に近
い位置迄伸びた面として形成されており、また水平板２
４−２　、２４−３　。

２４−４はプレート受は部２２から第４図に見られるよ
うにそれぞれ下段の水平板より順次長く伸びた面として
形成されている。上記プレート受は部２２．２３はそれ
ぞれ上部ヒータブロック１゜の下部との間に局部ガス室
２５．２６を構成するようになっている。ガス供給口１
９側の局部ガス室２６はガス供給装置（図示せず）から
伸びた水素等のキャリヤガス供給口２日が連絡されてお
り、また排気口２１側の局部ガス室２６は排気口２１に
通ずる開口を有したガス流路２９に連絡している。

本実施例の装置における反応容器は以上のような構成で
あり、エピタキシャル成長時には赤外線ランプヒータユ
ニット１１からの輻射熱線は透明石英プレート１２およ
び多層プレート２４を透過してサセプタ１５およびこれ
に載置されているシリコン基板１４を照射し、これを所
定温度に加熱する。この時ガス供給口１９を通してジク
ロール９７・　−・ シラン等の反応ガスおよびホスフィン等のドーピングガ
スを適当な濃度で含有した水素ベースの混合ガスを供給
することによって、この混合ガスは排気口２１に向かっ
て流れ、この間に所定温度に加熱されているシリコン基
板１４およびサセプタ１６に接したガス相から反応ガス
が分解析出し、シリコン基板１４上にエピタキシャル成
長膜が形成される。

この時同時にキャリヤガス供給口２８を通して非反応ガ
スとしての水素ガスのみを供給する。この水素ガスは局
部ガス室２５で流れと直角方向に広げられ、ここから多
層プレート２４の隙間を通って流れ出ることとなる。例
えば水平板２４−１と水平板２４−２との隙間から噴出
した水素ガスはその速度慣性力によって直進し、水平板
２４−２下面に非反応ガス膜を形成し、ガス供給口１９
から導入される反応ガスを含む混合ガスが水平板２４−
２下面に接触することが妨げられる。しかしながら、水
平板２４−２の下流側端面よりさらに下流へ移動したガ
ス流にては速度慣性力が低下１０、・　・・ し、反応室内に拡散する流れへと変化して水平板２４−
３あるいは水平板２４−４の下面に非反応ガス膜を形成
することが不可能となる。そこで、多層プレート構造と
した本実施例においては、水平板２４−３の下面領域は
水平板２４−２と２４−３との隙間を通って噴出する水
素ガスにより、また水平板２４−４の下面は水平板２４
−３と２４−４との隙間を通って噴出する水素ガスによ
シ、さらに下流側の透明石英プレート１２の下面にはこ
の透明石英プレート１２と水平板２４−４との間を通っ
て流れる水素ガスによシ非反応ガス膜がそれぞれ形成さ
れ、結局輻射光を透過する透明石英プレート部品の反応
室内表面には全面にわたって非反応ガス膜が形成される
こととなる。したがって反応ガスがこれらの透明石英部
品に接触せず、反応生成物が付着することがないので、
輻射光の透過性がいつまでも損なわれることがなく、安
全性が維持され、保守作業が大幅に低減される。

なお、本実施例では多層プレートの水平板の枚数を４枚
としたが、非反応ガス膜の形成長さけ隙１１　・　・・ 間を噴出するガス流速と、ガス供給圧、反応室内圧力、
排気口の位置等で決定される。本実施例では非反応ガス
膜形成長さを約４０Ｍ１にとして水平板枚数を４枚とし
たものであるが、本発明は多層であればその枚数に限定
されるものでないことは明らかである。また水平板を側
板により連結して一体型の多層プレートを示したが、水
平板と隙間形成用のスペーサとの組み合わせで形成する
ことも可能である。また、反応室形状・材質等について
も本発明を逸脱することなく種々の変更が可能であるこ
とも明らかである。さらに、本発明はエピタキシャル成
長装置への適用に限らず、膜形成を必要とする各種装置
に適用が可能である。

発明の効果 以上のように、本発明の気相反応容器は反応室の一部を
構成する透明石英プレートの内面に狭い隙間を多層に有
した透明石英より成る多層プレートを設け、これらの隙
間を通して、反応ガスを含む混合ガスとは別のキャリヤ
ガスのみを噴出させることによって透明石英プレート内
面にほぼ全面にわたって非反応ガス膜を形成することが
可能となり、反応ガスが上記透明石英プレートに接触す
ることがなく、反応生成物の付着がなく、輻射光の透過
度が不変で、強度の維持、安全性の維持に大きな効果が
ある。また保守作業も大幅に低減されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のエピタキシャル成長装置の断面図、第２
図は本発明による気相成長装置の反応室を示す断面図、
第３図は同装置の外観斜視図、第４図は多層プレートの
斜視図である。 ７・・・・・・反応室、９・・・・・壁面部材、１１・
・・・・・赤外線ランプヒータユニット、１２・・・・
・・透明石英プレート、１４・・・・・・シリコン基板
、１６・・・・・・サセプタ、２４・・・・・・多層プ
レート。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ２図 ３図 ０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ジクロールシラン等の反応ガスと、水素等のキャリヤガ
   スとの混合ガスが供給される第１のガス供給口を一端に
   、他端にガス排出口を有し、外気を遮断して前記第１の
   ガス供給口より供給されるガス雰囲気を形成するための
   壁面部材から構成された反応室と、前記反応室の内部に
   設置され気相成長膜を形成する基板を載置する基台と、
   これらの基板および基台を加熱するため上記反応室外に
   あって基台と対面する位置に配置された光輻射加熱手段
   と、この光輻射加熱手段と基台との間の壁面部材の一部
   を形成し、輻射光を透過する材質より成る透明プレート
   と、この透明プレートに近接して反応室内に設置され、
   それぞれ狭い隙間を形成する複数の平行板より構成され
   、これらの平行板が下段に行＜Ｋしたがって、ガス流れ
   方向に対し順次短かく形成され、輻射光を透過する材質
   よ２パ　ジ り成る多層プレートと、この多層プレートのガス流れ方
   向上流側にあって、各平行板間のそれぞれの隙間に水素
   等のキャリヤガスのみを供給する第２のガス供給口とか
   ら成る気相反応容器。