JPS61129823A - 気相成長装置 - 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、半導体装置の製造のためなどに用いられる気
相成長装置に係り、特に多数の基板の処理に適した構造
の気相成長装置に関するものであるＯ 〔従来の技術〕 気相成長のうちの特にエピタキシャル気相成長装置につ
いて見ると、従来、一般的に使用されているものは、い
わゆる冷壁型の横型、縦型、・くＶル型と称するもので
、横型は略水平に配置された長方形の平板状をしたサセ
プタ上に基板をその裏面がほぼ密着するように並べて載
置し、縦型は水平に配置された円板状のサセプタ上に前
記横型と同様に基板を載置し、さらにバレル型は多面の
筒状をしたサセプタの外面に対して前記横型および縦型
と同様に密着させて基板を載置するようになっており、
いずれも高周波誘導棚−エネルギや輻射線ｄエネルギに
より主としてサセプタを発熱させ、このサセプタにより
基板を加熱するようになっていた。このように主として
サセプタを発熱させることにより基板を加熱する方式は
、高周波誘導加熱用のＲＦコイルや輻射線加熱用のラン
プに対してサセプタの全体をほぼ均一に対向させる必要
があり、さらにこのサセプタ上に基板を平らに置く必要
があり、このため、基板の配列は横型および縦型のよう
に平面的であり、またバレル型においても多面の筒状の
外面にしか配列できず、−回の処理枚数が比較的少なか
った。

これらに対し、−回の処理枚数を増加させるため、反応
室を路壁として反応室内自身を高温にしたり、また冷壁
型の反応室内にサセプタと同様ＫＲＦコイルやランプで
発熱される筒体を設け、前記熱壁型の反応室や発熱する
筒体によって加熱される高温空間内に基板を林立させる
方式の気相成長装置が提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来提案されている高温空間内に基板を
林立させる方式は、高温空間の外側のみに発熱部がある
ため、該高温空間の断面を大きくすると、全体の熱容量
が大きくなり均熱になるまでに要する時間が増加すると
共に該高温空間の中心部と外方とで温度差を生じ易くな
る。そこで、高温空間の形状や大きさが限定され、処理
枚数の増加に限界があると同時に基板の配列の自由度が
少なく、大径の基板にも適さない等の問題があった。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明は、反応室を形成する石英製の反応容器と、この
反応容器の外側に設けられ反応室内に輻射線を照射する
加熱源と、反応室内にあって加熱源に近い側に位置し輻
射線に対し半透過性の物質で形成された第１発熱体と、
同じく反応室内にあって第１発熱体より加熱源から遠く
なる側に位置し輻射線に対し透過性が低いないしは不透
過性の物質で形成された第２発熱体と、第１．第２発熱
体の間の空間内に位置する基板支持体と、前記空間内に
反応ガスを通す反応ガス給排手段とからなる気相成長装
置にある。

〔作　用〕

本発明の気相成長装置は、石英製の反応容器外に設けら
れた加熱源からの輻射線を、反応容器内に設けられた第
１発熱体がまず吸収して発熱する。この第１発熱体は、
輻射線に対して半透過性であるため、一部の輻射線は第
１発熱体を透過して第２発熱体に吸収され、この第２発
熱体をも発熱させる。この第１．第２発熱体の発熱割合
は、前者の材料固有の輻射線透過率が適宜なものを選定
すると共に、その厚さを変化させることによって適宜に
設定し得る。基板は基板支持体によって第１．第２発熱
体の間の高温空間内に置かれて気相成長を施されるが、
この高温空間は第１．第２発熱体の両方から加熱される
ため、内部がより均一に加熱され、かつ均一に加熱でき
る高温空間を広く取ることができる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を示す第１図ないし第４図につい
て説明する。第１図において、１はベースプレートで、
図示しない昇降装置によって昇降可能に取付けられてい
る。ベースプレート１の上方には、ガスリング２が図示
しない装置フレームに支持されて設けられている。ガス
リング２の上には、０リング３を介して石英製のベルジ
ャ型の反応容器４が設けられている。前記ベースプレー
ト１は、０リング５を介してガスリング２の下端を閉じ
るようになっており、該ペースプＶ−ト１、ガスリング
２ならびに反応容器４によって反応室６を形成するよう
になっている。

反応容器４の外側には、これを取り囲むように加熱源で
あるう／プ７が多数配列されており、輻射線（赤外光）
を石英製の反応容器４を通して反応室６内に照射するよ
うになっている。なお、６は反射板である。

反応室６に：ｉｄ、ランプ７に対向する部分の反応容器
４の内壁に浴うように形成した筒状の第１発熱体９が設
けられている。この第１発熱体９は、約１〜１５μｍの
波長の輻射線を約５０〜５５チ透過する性質を有するＳ
ｉによって形成され、好ましくはその表面にＳｉＣ被覆
を施こしたもので’ｈ　６　。

第１発熱体９は、上端に外方へ向かう突起９ａが第２図
に示すように複数段けられ、反応容器４の内壁に設けら
れて第２図に示すように、前記突起９ａが通過可能な凹
部＋Ｏａを有するつげ１０に支持され得るようになって
いる（第４図参照）。

ベースプレート１には、その下方に取付けたモータＩＩ
によりギヤ１２．１３を介して回転を与えられる中空回
転軸１４が取付けられている。

この中空回転軸１４は、ベースプレート１を貫通して反
応室６内に伸び、その上端に基板支持体１５が取付けら
れている。この基板支持体１５は、第３図に示すように
、複数の穴１７を有するグレート１６と、このプレート
１６上に立設された複数のポール１８と、これらのボー
ル１８に連結片＋９ｆＣ介して取付けられた３つのリン
グ２０（第２図参照）とからなり、これらのリング２０
に設けた溝に基板２１をはめ込むことにより、第１図お
よび冨２図に示すように、反応容器４の中心に対し多数
の基板２１を放射状に林立させて支持するようになって
いる。

プレート１６は、第１図に示すように反応室６を閉じた
とき、第１発熱体９ｔｌ一つば１０から持ち上げて支持
すると共に、中央に小径の筒状をした第２発熱体２２が
設置されている。この第２発熱体２２は、第１発熱体９
とにより前記基板支持体１５に支持された基板２１を収
容する環状空間６ａを形成するようになっている。この
第２発熱体２２は、う／プ７からの輻射線に対して不透
過性すなわち輻射線を実質的ＫＩＯＣＩ吸収するカーボ
ンで形成され、その表面にＳｉＣ被覆を施こしたもので
ある。

中空回転軸１４および第２発熱体２２内には、ベースプ
レート１の下方から伸びるノズル２３が設けられ、反応
ガス、パージガス、工、チングガスなどの気相成長プロ
セスに必要な各種のガスを反応室６内の上方に向けて吹
き出すようになっている。また、ガスリング２には複数
の排気管２４が設けられると共に、反応容器４の内壁と
第１発熱体９との間にＮ２とＮ２のパージガスを供給す
る複数のパージガスノズル２５が設けられている。

次いで本装置の作用について説明する。第４図に示すよ
うに、反応容器４およびガスリング２に対してペースグ
レート１を下降させ、基板支持体１５のリング２０の溝
に基板２１をはめ込んで基板２１の装填を行ない、第１
図に示すように、ベースプレート１を上昇させて、反応
室６を閉じる。

次いで、ノズル２３およびパージガスノズル２５からＮ
２ガスを供給すると共に排気管２４から排気して反応室
６内の空気をＮ２ガスに置換し、次いで両ノズル２３．
２５からＮ２ガスを供給し、反応室６内をＮ２ガスに置
換し、さらにＮ２ガスを流しつつモータ１１により中空
回転軸１４を低速で回転させ、かつう／ブ７に給電して
加熱を開始する。

ラップ７から放射された輻射線は、石英製の反応容器４
を透過して、まず第１発熱体９に当たる。第１発熱体９
はＳｉ製であるだめ、反応容器４を透過してきた輻射線
の一部を吸収して発熱すれまた、第１発熱体９を透過し
た輻射線は第２発熱体２２に当たる。第２発熱体２２は
カーボｙｔｌであるため、第１発熱体９を透過してきた
輻射線をほとんど１００％吸収して発熱する。

なお、反応容器４を形成している石英の輻射線の透過率
は、約０．６〜３ｍｍの波長の輻射線に対して約９５俤
であり、約０．２５μｍ以下と約３．５μｍ以上の波長
の輻射線に対しては透過率が８０％以下に低下する性質
を有している。また、第１発熱体９を形成している３ｉ
は、約１〜１５μｍの波長の輻射線に対し５０〜５５チ
の透過率を有している。

そこで、ランプ７を主波長領域が０．６〜３μｍである
ような輻射線を発生するものに選定することにより、反
応容器４による輻射線の吸収を低く押えて第１発熱体９
と第２発熱体２２を略等しい温度にまで発熱させること
ができる。

なお、輻射線の透過の割合は次式で表わされる。

ただし、■ｏ二人射輻射線強度、工：透過輻射線強度、
α：透過率、ｄ：板厚（へ）である。そこで、例えば第
１発熱体９の厚さを２倍にすると、輻射線が実際に透過
する量は約１／２．７となり、第１発熱体９の厚さを変
化させることＫより透過量を制御できるものである。

前記基板支持体１５のプレート１６は、輻射線が環状空
間６ａ外へ逃げることを少なく押えるため、カーボンで
あることが好ましく、またボール１ｇ、連結片１９、リ
ング２０は前記ランプ７からの輻射線に対し透過性のよ
い石英製とすることが好ましい。

前記のように第１．第２発熱体９，２２の発熱により、
これらの間の環状空間６ａが高温になると共に、第１　
、第２発熱体９．２２が輻射線を生じ、さらに第１発熱
体９を透過した輻射線が環状空間６ａ内に散乱するため
、これらの間に置かれた基板２１は加熱される。この基
板２１の加熱は、第１発熱体９によって外側から行なわ
れるのみでなく、第２発熱体２２により内側からも行な
われるため、より均一に行なわれる。

まだ、第２図に示すように、基板２１を第１゜第２発熱
体９．２２の間に放射状に配置すれば、すべての基板２
１が同様に加熱されるのみならず、基板２１の表面と裏
面が等しく加熱されるため、基板２１内に生ずる熱応力
の発生は小さく押えら″れ、気相成長において問題とな
るスリ、プの発生が押えられる。

こうして基板２１が気相成長温度に加熱されたならば、
すでにノズル２３から供給しているＨ２ガス中にエツチ
ングガスを混入して基板２１の表面を清浄にし、次いで
前記Ｈ２ガス中に反応ガスを混入し、気相成長を開始す
る。ノズル２３から供給された反応ガスは、反応室６の
上方へ吹き上げられた後、環状空間らａ中を下降し、こ
の間に基板２１に気相成長膜を形成し、プｖ−ト１６に
設けた穴１７を通ってガスリング２に設けた複数本の排
気管２４から排気される。

第５図は本発明の他の実施例を示すもので、前述した実
施例と同一部分には同一符号を用い、説明を省略する。

この装置は、反応容器として上方を開放した反応管３０
を用い、この反応管３０の上端にＯリング３１を介して
ガスリング３２を設置すると共に、ガスリング３２の上
端をＯリング３３を介してトッププレート３４により開
閉可能にしたものである。基板支持体３５は、前述した
基板支持体１５とほぼ同様に構成され、トップブレー）
　３４１１１１に取付けられて反応室６内に伸びている
回転軸３６に支持されている。第１．第２発熱体３７．
３８は、基板支持体３５のプｖ　−１３９上に設置され
、トッププレート３４の開放により基板支持体３５と共
に反応室６外へ上昇するようになっている。なお、前記
第１発熱体３７は、前述した実施例と同様に反応管３０
側に支持させるようにし、かつプレート３９を第１発熱
体３７の内径より小さく形成し、基板支持体３５を上昇
させるとき、第１発熱体３７を反応室６内に残すように
すれば、基板２１の装填、取出しが容易になる。４０は
リング状のノズル、４１は排気口である。この装置にお
いても、前述した実施例と同様の効果が得られる。

第６図は基板支持体１５の他の実施例を示すもので、基
板２１を第７図または第８図に示すような石英製の支持
板４２．４３に裏面を密着させて装填し、この支持板４
２または４３をリング２０上に配列するようにしたもの
である。このように支持板４２．４３を用いれば、支持
板４２゜４３が有する熱容量により、反応ガスの流れの
変化などによる基板２１の温度変動を押えることができ
る。

また、第９図は、基板２１０表面側２１ａを反応ガスが
流れてくる方向に向けるように斜めに配列し、気相成長
膜が裏面より表面側２１ａにより多く形成されるように
した例を示したものである。

第１０図は、第１発熱体９の他の実施例を示すもので、
石英製の２重管９１の内部にＳｉの粉体９２を充填した
ものである。このようにすれば、第１発熱体９が大形の
場合でも十分対処できる。

前述した実施例は、反応容器４．３０が縦型の場合を示
したが、横型の反応容器でもよく、まだ第１発熱体はＳ
ｉに限らず輻射線に対して半透過性の物質でちればよ（
、Ｓｉ化合物＋Ｇｅおよびその化合物さらにはＡＩ！化
合物など適宜に選択して使用することができ、さらにま
た第１．第２発熱体は筒状に限らず平板状でもよく、さ
らにまた基板２１の配列も第１．第２発熱体の間に形成
される高温空間の形状に応じて適宜に定めればよい等、
種々変更可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、反応容器外から照射
される輻射線に対し透過率の異なる第１、第２発熱体を
用い、これらの間に基板を配列して気相成長を施すよう
にしたため、多数の基板をより均一に加熱できると共に
、均一に加熱できる空間をより広く取ることができ、気
相成長の量産化にとって非常に大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概要断面図、第２図は
第１図のＩｔ−ＩＩ線による断面図、第３図は第１図の
■−■線による断面図で第１．第２発熱体と基板支持体
の部分を示す図、第４図は第１図に対しベースプレート
を下降させた状態を示す図、第５図は本発明の他の実施
例を示す概要断面図、第６図は基板支持体の他の実施例
を示す平面図、第７図および第６図は第６図に示した基
板支持体における基板支持部のそれぞれ異なる例を示す
側面図、第９図は基板の配列の他の例を示す側面図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、反応室を形成する石英製の反応容器と、同反応容器
   の外側に設けられ反応室内に輻射線を照射する加熱源と
   、反応室内にあって前記加熱源に近い側に位置し前記輻
   射線に対し半透過性の物質で形成された第１発熱体と、
   同じく反応室内にあって前記第１発熱体より加熱源から
   遠くなる側に位置し前記輻射線に対し透過性が低いない
   しは不透過性の物質で形成された第２発熱体と、前記第
   １、第２発熱体の間の空間内に位置する基板支持体と、
   該空間内に反応ガスを通す反応ガス給排手段とからなる
   気相成長装置。 ２、第１発熱体がＳｉで形成され、第２発熱体がＳｉＣ
   で被覆したカーボン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。 ３、基板支持体が第１、第２発熱体の間の空間に基板を
   林立させて支持するように形成されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１または２項記載の気相成長装置
   。 ４、反応容器が一端を開閉可能になされかつ縦型に配置
   された反応容器であり、加熱源が前記反応容器の外周を
   取り囲むように設けられ、第１発熱体が前記反応容器の
   内壁に沿う筒状に形成されると共に第２発熱体が反応容
   器の中央部に位置する小径の筒状体に形成され、基板支
   持体が第１、第２発熱体の間の環状空間内に基板を放射
   状に林立させるように構成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１または２項記載の気相成長装置。 ５、第１発熱体が反応容器側に支持可能になされている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の気相成長
   装置。 ６、第２発熱体が基板支持体側に支持されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第４または５項記載の気相成
   長装置。 ７、反応容器が下端側を開放しベースプレートによって
   開閉可能になされたベルジャ型であることを特徴とする
   特許請求の範囲第４項記載の気相成長装置。 ８、反応容器が上端側を開放しトッププレートによって
   開閉可能になされていることを特徴とする特許請求の範
   囲第４項記載の気相成長装置。