JPS612321A - 垂直ホツトウオール型ｃｖｄリアクタ - Google Patents

垂直ホツトウオール型ｃｖｄリアクタ

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JPS612321A
JPS612321A JP12139185A JP12139185A JPS612321A JP S612321 A JPS612321 A JP S612321A JP 12139185 A JP12139185 A JP 12139185A JP 12139185 A JP12139185 A JP 12139185A JP S612321 A JPS612321 A JP S612321A
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JP
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substrate
gas
reactor
support
substrates
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JP12139185A
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ロバート　ジー．マツセイ
ドナルド　ダブリユー．ヒード
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Texas Instruments Inc
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Texas Instruments Inc
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    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/08—Reaction chambers; Selection of materials therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C23C16/4584—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally the substrate being rotated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体基板上に薄膜層を形成する化学被着（ｃ
ｖｎ）に係り、特に例えば半導体電子デバイスの製造工
程で使用されるシリコンのエピタキシャル蒸着等化学被
着（ＣＶＤ）を行なう方法および装置に関するものであ
る。
［従来の技術］ この分野においては、半導体レベルの単結晶シリコンの
エピタキシを行なうためには、シリコンスライスその他
の基板を支持する受容器（サセプタ）中に熱を発生させ
るのにＲＦ（高周波）エネルギーを用いたり、あるいは
基板上に熱を集束させるために赤外線ランプを用いるい
わゆる「コールドウオール」型リアクタが必要であると
いうのが通説であった。
というのは、「ホットウォール」型リアクタを用いるこ
とは、気相反応を均一に制御できないことや、リアクタ
の壁面その他の部分に不要のシリコンが被着し、この不
要のシリコンが特定の形状でフレーキング（剥落）やセ
トリング（沈着）を起すことによって、基板上に形成さ
れたエピタキシャル層を汚染することとなるため、受は
入れられないと考えられてきたのである。
新規なリアクタ構造を開発するに邑って考慮すべき重要
な条件としてはさらに、スライス個々においても、異な
るスライスどうしの間においても被着厚さを均一とし、
結晶の品質を高め、かつ無欠陥のパターンが得られるこ
とが必要である。
これらの条件はガス流パターンや流量、熱入力の制御お
よびその均一性、スライス支持体の形状被着気圧および
温度、供給されるガスの組成およびリアクタ各部の材質
等によって左右されるものである。
［発明の目的１ 本発明の第一の目的は、上述のような汚染の問題を回避
ないしは最小限とすることによって。
従来のリアクタシステムに較べて処理効率を格段に向上
させつつ、しかもなお高品質のエピタキシャル成長を行
わせることを可能とした「ホットウォール」型の化学被
着（ＣＶＤ）用リアクタの構造を提供することにある。
゛本発明による化学被着（ＣＶＤ）用リアクタの他の利
点のひとつは、スライスの単位時間当りの処理効率がス
ライスの直径に依存しないという点である。　本発明に
よるリアクタはさらに従来のシステムに較べ、スライス
の自動装填および自動取り出しが容易であるという特徴
をもつものである本発明の第二の目的は、基板の支持動
作を単純化しかつスライスの両面間の温度勾配を実質的
にゼロとし、これと相俟ってガス流パターンを改良する
ことにより、結果としてよりすぐれた均一性および結晶
完全性を有するエレクトロニクスレベル（電子回路の構
成が可能な程度）のエピタキシャルシリコン薄膜を成長
させるための方法を提供することにある。
［目的を達成するための手段］ 本発明による「ホットウォール」型の化学被着（ＧＶＤ
）用リアクタの一実施態様においては、プロセスチュー
ブすなわち外筒の周囲に抵抗加熱型の炉体を設け、ガス
導入部とガス排出部との間に回転自在の基板支持台を配
置する。
この支持台は各基板が該支持台の回転軸上の一点におの
おのの基板の中心が位置しうるようにした複数の基板保
持手段を有する。　ガス導入部は、支持台近傍で互いに
相隔てた位置からガスを導入すべく配設したボートを有
する複数のマニホールドを備え、このマニホールドを介
して各基板にそれぞれ独立したガス流パターンを付与す
るようにしである。
他方、ガス排出部は、これを支持台近傍で互いに相隔て
た位置からガスを排出するような位置に設け、これによ
りある基板と接触して通過したガスが他の基板と接触し
て通過しないようにするのが好ましい、　このような好
ましいガス排出部は、支持台近傍に配置された複数のマ
ニホールドを有し、それぞれのマニホールドに支持台の
基板支持手段の間隔と同程度の間隔をもって相隔てた複
数の排出ボートが設けられている。　このような配置と
することにより、ガス流パターンの、各々他のガス流パ
ターンからの分離がよくなる。
ガスを排出するための他の構造としては、ベースプレー
トに設けた複数のボートから成るものであり、これらボ
ートは、支持台上のガス導入マニホールドとは反対側で
該導入マニホールドから隔たった位置にこれを配設する
。　このような実施態様は各基板上を通過するガス流の
パターンの分離が不十分となるためあまり望ましいもの
ではないが、それにもかかわらず本発明の概念を充分に
提示するものではある。
プロセスチューブの表面、すなわち本発明の好ましい実
施例であるリアクタの内壁面は、該ＩＪアクタの稼動中
にどのような不要の被着層が形成されてもこれを保持す
る能力をもつように選択した高純度の耐熱材料によりこ
れを形成する。　例えばシリコンの被着を行なう場合に
は、リアクタ内壁面用の材料として純粋な炭化シリコン
を用１．Ｎるのが好ましい、　　この炭化シリコンは、
その表面上にどのような性質のシリコンが被着しても。
その被着層がフレーキングを起して基板を汚染させるこ
とがなく、被着部位に保持されると１／）う長所をもつ
ものである。　同様に、シリコンを被着する場合には、
上記と同様の理由により、基板支持台やガス導入および
排出部の構成部材としても炭化シリコンを用いるのが好
ましい。
他方、窒化シリコンを被着する場合は、リアクタの構成
部材や内壁面を構成する材料としては窒化シリコンを用
いるのが好ましい、　また二酸化シリコンを被着する場
合は９石英を構成材料として用いるのが好ましい、　こ
れらの材料の場合でも、不要の被着層がフレーキングを
起すのを防止することができるという点で優れている。
本発明による方法は上述のように構成したリアクタを用
いて実施するもので、このためには。
まず、複数の基板を回転自在の複数の基板保持部にそれ
ぞれ載置し、プロセスチューブを取り囲む炉体からの熱
流により確保される「ホー／　トウオール」状態の期間
中に９反応ガスを個々の基板と接触させるように通過さ
せながら支持台構造体を回転させる。
単結晶基板にエピタキシャルシリコンを被着する場合は
、使用する反応ガスは水素およびトリクロロシランおよ
び／またはその他のノ＼ロシランとからなるガスとする
。　この場合、水素ガスは１個または２個以上のガス導
入マニホールドを介して別々に導入され、また一方、／
＼ロシランガスも１個または２個以上の他のガス導入マ
ニホー、ルドを通過するよう導入される。　このように
水素ガスとハロシランガスをそれぞれ別々に導入するこ
とによって、その混合ガスが各基板と接触する以前に、
これらのガス成分が互いに反応してしまうという早すぎ
る反応を防止することができる。
［実施例］ 次に図面を参照して本発明の実施例につき説明する。　
第１図の実施例において、縦型シリンダー状の抵抗加熱
型の炉体１１が、その内部の第一の縦型プロセスチュー
ブすなわちペルジャー１２を取り囲み、またこのペルジ
ャー１２が、その内部の適宜の第二のプロセスチューブ
１３を囲んでいる。
第二のプロセスチューブ１３は、ガス導入マニホールド
１５とガス排出マニホールド１６との間に配設された回
転自在の基板支持部材１４からなる構造体を囲んで設け
である。　上記炉体１１は、好ましくはこれをプロセス
チューブ１２．１３の一方もしくは双方の上方に該炉体
を持ち上げるようにしたリフト機構を用いて上方より懸
架することにより、基板装填時に炉体内部の構造体に対
する操作を行ない、さらに、リアクタ内部の保守を容易
に行なうことができるようにする。
第２図に導入ポート１７および排出ポート１８をそれぞ
れ有するガス導入マニホールド１５およびガス排出マニ
ホールド１６の詳細な断面を示す、　導入ポート１７の
寸法は、ガス流の下流に向って次第に大きくなるように
これを設定することにより。
ガス圧の低下を補償して１等量のガスがそれぞれの基板
と接触するように図る。　逆に排出ポート１８の寸法は
、ガス流の下波方向に向って次第に小さくなるようにこ
れを設定することにより、各基板がそれぞれ実質的に別
個のガス流パターンを確保しうるようにする。　なお炉
温の制御は熱電対１８を用いて行なう。
前記ペルジャー１２の下端には、シール部材２１により
水冷ベースプレー）２０が取り付けである。
この水冷ベースプレート２０は１反応ガスに対して石英
層２０ａによって遮断されている。　　このベースプレ
ート２０には基板支持台シャフト２２が貫通し、支持台
１４の構造体が回転しうるようになっているシール部材
（図示せず）を介して上記シャフトがとりつけられてい
る。　該ベースプレート２０にはさらに、ガスの導入お
よび排出用のポート２３．２４がそれぞれ穿設されてい
る。
さらに第３図は、炉内の構造を示し、炉内部材としての
導入マニホールド１５は、支持台構造体の一側を部分的
に取り囲むように配置され、また排出マニホールド１Ｂ
は支持台構造体の他側を部分的に囲むように配置されて
いる。　チューブ２５は温度制御用の前記熱電体１９を
収容すべく設けたものである。
基板支持台部材１４は他の支持台部材と容易に交換しう
るように、これを一体として取り外しができるようにな
っており、これにより基板の自動装填および取り出しが
容易となり、ひいてはリアクタの処理効率が向上する。
リアクタの寸法としては、たとえば炉体１１の内径を２
７．９４ｃｍ（１１インチ）、外径を４３．１８ｃｍ（
１フインチ）、長さを１５２．４ｃｍ（８０インチ）と
し、また温度断面がフラットとなる領域を５０．８ｃｒ
（２０インチ）とするのが適当である。　さらにプロセ
スチューブは、たとえば長さを１３７．１８ｃｍ（５４
インチ）。
内径を２０．３２ｃｍ（８インチ）等とする。　なお上
記のような寸法は、　１００　ｖａｍ直径のウェハ用に
適切である。
通常予測される流量を用いた場合の典型的な処理手順は
、以下の通りである。
１、炉体１１およびペルジャー１２を引き上げた状態で
８００°Ｃでシリコンウニ／＞の装填を行なう２、　ペ
ルジャー１２を引き下げ、システムをパージする。
３、炉体１１を引き下げる。
４、炉温を適当なベーク／エッチ温度９例えば１０００
°Ｃまで上昇させる。
５、約１Ｏｒｐｍで支持台を回転させつつ、ウェハのベ
ータおよびエッチを行なう。
８、炉温を適当な被着温度２例えば１１２０°Ｃまで下
降させる。
７、　ウェハ支持台を回転させつつパージ、被着、パー
ジの処理工程を行なう。
８、　炉温を８００　°Ｃとする。
９、　ペルジャー１２を現位置としたままで炉体を引き
上げる。
１０．　　ペルジャー１２を室温まで冷却する。
１１、　　ペルジャー１２を引き上げる。
１２、　　シリコンウェハを取り出す。
典型的なエピタキシ被着条件は次の通りである。
水素ガスの流量はウェハ当り０．８から６文／ｍｉｎ、
例えば４ＪＪ／ｗｉｎ　とする。
ハロシランガスの流量は水素の流量の０．３ないし３％
とする。
処理流量は、ウェハの直径や結晶軸の向き。
被着温度および被着速度等の関数として変化する本発明
によるリアクタの内壁その他の内表面を構成する組成は
、前述のようにこれら表面に不用意に被着物質が形成さ
れてフレーキングを起こすのを防止するように選択する
。　このようにすることによりフレーキングの発生を防
止しうる主たる理由には、熱膨張係数の一致が含まれて
いるすなわちリアクタがその通常の動作を行なう場合に
、その工程の一部としての熱サイクルにおいて、これら
熱サイクルによりリアクタの表面に生ずる膨張や収縮が
、該表面上における不要な被着物質の膨張や収縮と等し
くなり、従ってフレーキングの発生がが防止されるので
ある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によるリアクタの一実施例を示す中心を
通る縦断面図、第２図は上記リアクタの一部省略断面図
で高さの異なる個々の基板保持台を通過するガス流のパ
ターンおよびガス導入および排出マニホールドの構成を
より詳細に示す図、第３図は内部構造を示す斜視図で基
板支持台を囲むガス導入の排出マニホールドの配置を示
すものである。 １１、　、　、炉体。 １２、　、　、第１の垂直プロセスチューブ（ペルジャ
ー）。 １３、　、　、第２の垂直プロセスチューブ。 １４、　、　、基板支持台。 １５、　、　、ガス導入マニホールド。 １Ｂ、　、　、ガス排出マニホールド。 ２０、　、　、ベースプレート。 出願人　　　　　テキサスインスツルメンツ争インコー
ポレイテッド

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）半導体基板上に薄膜を形成する化学被着用の垂直
    ホットウォール型リアクタにおいて、処理チューブを囲
    む抵抗加熱型の炉体と、この処理チューブ内に設けたガ
    ス導入手段およびガス排出手段と、前記処理チューブ内
    で前記導入手段および前記排出手段との間に配置した回
    転自在の基板支持手段とからなり、該基板支持手段は各
    基板が基板支持手段の回転軸上にその中心を有するよう
    に複数の基板を保持するようにした手段を含むことを特
    徴とする垂直ホットウォール型リアクタ。
  2. （２）実質的にすべての炉内壁面および内部構成部材を
    炭素シリコンにより構成してなる特許請求の範囲第１項
    に記載のリアクタ。
  3. （３）前記ガス導入手段は前記支持台手段の近傍に複数
    個のマニホールドを有し、それぞれのマニホールドには
    前記支持台手段上の各々に基板がそれぞれ相異なる流量
    でガスの供給を受けるように相隔てて形成された複数の
    オリフィスを設けてなる特許請求の範囲第１項に記載の
    リアクタ。
  4. （４）前記ガス排出手段は前記支持台手段近傍に配置さ
    れた複数個のマニホールドを有し、これらマニホールド
    の各々には互いに相隔てて設けた複数のオリフィスを形
    成することにより、前記支持台手段上の各基板からガス
    が別々に除去されるようにしてなる特許請求の範囲第１
    項に記載のリアクタ。
  5. （５）半導体基板上に薄膜層を形成するに当って、密閉
    されたチャンバ内に設けた回転自在の支持体上に複数の
    基板を設置するステップと、この支持体を一部は複数の
    ガス導入ポートにより、また一部はこの導入ポートと相
    隔てて設けた複数のガス排出ポートにより取り囲むステ
    ップと、所定の反応条件のもとに適宜の反応ガスを前記
    基板と接触するように前記ガス導入ポートを介して通過
    させつつ前記支持体を回転させるステップと、前記チャ
    ンバを取り囲むように設けた熱源により前記基板を加熱
    するステップとからなることを特徴とする化学被着方法
    。
  6. （６）前記基板はこれを単結晶シリコン基板とし、また
    前記反応ガスはこれを水素およびハロシランからなるガ
    スとした特許請求の範囲第５項に記載の化学被着方法。
  7. （７）前記熱源はこれを電気抵抗加熱型の炉体により構
    成してなる特許請求の範囲第５項に記載の方法。
  8. （８）複数の基板をこれら基板と同数でかつ共通の回転
    軸を有する回転自在の支持部材に載置してなる特許請求
    の範囲第５項に記載の化学被着方法
  9. （９）前記水素はこれを前記ハロシランとは別の導入マ
    ニホールドを介して通過させることにより、これら２種
    のガスが互いに混合される時機を両ガスが基板に接触す
    るまで遅延させるようにしてなる特許請求の範囲第６項
    に記載の化学被着方法
  10. （１０）前記チェンバの壁体およびその内部構成部材は
    、これらの表面上に形成される不要の蒸着層と付着しや
    すい材質によりこれを形成することによってフレーキン
    グの発生を防止するようにした特許請求の範囲第５項に
    記載の方法。
JP12139185A 1984-06-04 1985-06-04 垂直ホツトウオール型ｃｖｄリアクタ Pending JPS612321A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US61686784A 1984-06-04 1984-06-04
US616867 1984-06-04

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JPS612321A true JPS612321A (ja) 1986-01-08

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ID=24471298

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JP12139185A Pending JPS612321A (ja) 1984-06-04 1985-06-04 垂直ホツトウオール型ｃｖｄリアクタ

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EP (1) EP0164928A3 (ja)
JP (1) JPS612321A (ja)

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