JPS62177912A - 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〕 本発明は気相成長装置に係り、単結晶基体上に成長層を
形成する場合において熱歪誘起欠陥（スリップ転位）の
発生を防止し、かつ膜厚及び抵抗率の均一化を実現する
ことが可能な装置に関する。

〔従来の技術〕

反応容器内に単結晶基本を収納し、高温に加熱しながら
原料ガスを供給して基体上に単結晶層を更に積み上げる
所謂気相成長技術は、ＬＳＩ製造プロセス等の半導体工
業の分野において広く適用される重要なプロセスである
。このプロセス技術に対しては、デバイスの高性能化、
高集積化を可能とし、かつ素子製造歩留シの向上を図る
ため、成長層の膜厚や抵抗率の均一化の要求が増々高ま
っている。一方、ペレット取得率の向上による生産量の
増大や原価低減を図るため、基体の大口径化が進められ
ている。

基体の径が大きくなると加熱時の基体の反応のため基体
面内に大きな温度分布が発生する。その結果熱応力が発
生し、これが臨界値を越えると結晶のすベシ面に沿って
格子がずれ、転位の列であるスリップ転位が発生する。

この結晶欠陥は素子の電気的特性の劣化をもたらす。

この様な問題点を解決する手段として、例えば特開昭５
８−３７０００に示されているように、シリコンカーバ
イト（ＳｉＣ）でコートした円板状のグラファイト製サ
セプタを高周波誘導加熱し、そのサセプタ上に載置され
た数枚の基体を裏面から加熱すると同時に、基体の反り
を防止するために、サセプタの上方に設置された赤外加
熱ランプによシ基体を表面からも加熱する所謂両面加熱
方式が知られている。

ところで、現在気相成長には基体を一度に数枚処理する
バッチ処理方式が用いられている。しかしながら、基体
の大口径化に伴い成長層の膜厚、抵抗率の均一化が非常
に難しくなっている。

この問題を解決する手段として、基体を一枚ずつ処理す
る枚葉処理方式が知られている。ところ（＃Ｉ） が、単に従来の縦型バッチ処理式装置を小型化して、円
枚状のサセプタ中央に基体を載置するだけでは回転駆動
伝達部が接続されているサセプタ中央部が加熱できず、
基体の均一加熱ができない。

また、均一加熱をするために回転駆動伝達部をなくして
、基体の回転を行わないと成長層の膜厚、抵抗率の均一
化ができないという問題があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、大口径の基体に対して熱歪誘起欠陥（
スリップ転位）の発生がなく、膜厚及び抵抗率の均一性
が良い気相成長層の形成が可能な気相成長装置を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の特徴は、基体の加熱装置を基体の上側及び下側
にそれぞれ設けることにより基体の表裏両面の加熱が可
能な気相成長装置において、基体を回転させるための回
転駆動伝達部を加熱される領域外に設けたことである。

さらにもう一つの特徴は、本発明装置が基体を一枚ずつ
処理する枚葉式気相成長装置であるということである。

従来のバッチ処理式気相成長装置を単に小型化して、円
板状のサセプタの回転中心部に回転駆動伝達部が接続し
た構造のままサセプタの中央部に基体を一枚載置する枚
葉処理方式では、加熱される領域内に回転駆動伝達部が
あるために、加熱装置の配列に制約があって十分な均一
加熱ができない。

本発明によれば回転駆動伝達部が加熱される領域外にあ
るため、加熱装置の配置に制約がなく均一加熱が容易に
なるので基体面内温度の均一化が可能である。また、基
体を一枚ずつ処理する上、基体を回転させながら成長を
行えるので成長層の膜厚、抵抗率の均一化が容易に実現
できる。

〔実施例〕

本発明をシリコンの気相成長を例にとって説明する。

第１図及び第２図は本発明気相成長装置の代表的な実施
例を示すものである。第２図は第１図に示した縦断面図
の面と直交する面における縦断面図である。第３図に本
発明装置の外観図を示した。

石英製の反応容器１０内には直径１５０ｍｍの大口径シ
リコン単結晶体２０を水平に載置した支持台３０（シリ
コンカーバイドを被覆したグラファイト製サセプタ）が
収納されている。

基体の傍には原料ガスを基体面に千行く流すようにした
ガス供給ノズル４０と、これに対向して設けられた排気
ノズル５０がある。排気ノズル５０は真空ポンプ６０に
接続されており、反応容器内を減圧状態に保つことがで
きる。

反応容器１０の上側、下側にはそれぞれ加熱装置７０．
７１が設けられておシ、基体面に対向して赤外ランプ７
００．７１０が配置されている。

第４図は基体を水平に回転させるための回転機構部を示
したものである。回転機構部は回転源８０、回転駆動伝
達部８００、回転リング８１０〜回転リングガイド８２
０（側面）、８３０（下面）基体を載置した支持台３０
を保持するための支持棒８４０から成る。回転駆動伝達
部８００、回転リング８１Ｏ１回転リングガイド８２０
．８３０が輻射加熱領域外に設けられているのが特徴で
ある。

反応容器の気密シール部付近ＫＦｉ過熱防止用の熱遮へ
い板９０が置かれている。

予備室１００．１１０にはそれぞれ気成長前の基体２１
、気相成長後の基体２２が置かれており、されらの基体
は搬送機構２００．２１０によυ予備室と反応室間を搬
送される。また、予備室と反応室の間にはこれらを連結
及び分離可能とするゲートバルブ３００．３１０が設け
られている。

かかる構成の気相成長装置の気相成長時の操作について
以下説明する。

数十枚の基体２１を予備室１００にセットする。

予備室１００を窒素でパージしながら真空ポンプを用い
て約１０Ｔｏｒｒの減圧状態にする。次いでパージガス
を水素に切シ換える。１分後、予備室の圧力を約６００
’ｌ’０ｒｒｆｉで昇圧してゲートバルブ３００を開く
。予め水素を流した状態で約６００’ｆｏｒｒに減圧さ
れた反応案内ですでに約７００Ｃまで上下両方から加熱
された支持台３０上に、最初に成長を行う基体を搬送機
構２００を用いてセットする。セット後、本発明の特徴
である回転機構を用いて基体を水平方向に回転させる。

その後、ゲートバルブ３００を閉じ、赤外ランプ７００
．７１０の加熱パワーを増やし基体を成長温度（約１１
５０Ｃ）まで昇温する。これと同時に反応室を約５０Ｔ
ｏｒｒに減圧する。

基体が所定温度に達するとそのｔま約１分間保持して水
素処理をし、表面に付着している自然酸化膜等を除去す
る。次に約０．５ｍｏ１％のシリコン原料（例えばＳｉ
Ｈ，Ｃ４）を供給し気相成長を開始する。成長層の抵抗
率を制御するため水素中には微量（約１ｐｐｍ）の不純
物ガス（例えばＰＨ，等）も混入される。所定の厚さの
成長層を形成した後、原料ガスを止め残存する原料ガス
をパージする。

次いで赤外ランプの加熱パワーを弱め基体を約７０００
まで冷却する。そして、反応室内を約６００Ｔｏｒｒに
昇圧後ゲートパルプ３１０を開き搬送機構２１０によシ
成長の終了した基体を予備室１１０に搬送する。これと
同時にゲートバルブ３００を開き新たに気相成長を行う
基体を支持台３０上にセットする。そして、約ｓｏ’ｒ
ｏｒｒｔで減圧しながら基体を所定の温度まで昇温し、
前記と同様の手順に従って成長を行う。以下同一の手順
をくり返し基体を次々と処理する。全ての基体に対して
成長が終了したら加熱を停止し、予備室を窒素で置換後
基体を取り出す。

上記操作によ〕５０枚の大口径基体（直径１５０ｍｍ）
に対して気相成長を行ったが、熱歪誘起欠陥（スリップ
転位）の発生は１枚も見られなかった。

また、成長層の膜厚、抵抗率のばらつきも全ての基体に
対して±２％以下であった。

本実施列においては、基体の加熱に赤外ランプを用いた
場合について説明したが、加熱手段としてはこの限ヤで
はない。基体の表面及び高量を同時に均一加熱できるも
のであれば、例えば抵抗加熱あるいは高周波加熱等を用
いても良い。

また、シリコン単結晶基体上にシリコン単結晶層を形成
する所謂シリコンホモ気相成長を例として説明したが、
ヘテロ気相成長への適用も当然可能である。

さらＫまた、単結晶基体上に多結晶性気相成長層を形成
する場合においても、基体単結晶への熱応力転位の導入
が懸念されるほど高温の反応温度を必要とする場合には
本発明は非常に有効である。

〔発明の効果〕

本発明によれば直径１５０ｍｍの大口径基体に対して、
熱歪誘起欠陥（スリップ転位）の発生がなく、膜厚、抵
抗率のばらつきがそれぞれ±２％以下の成長層を形成で
きた。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明気相成長装置の概略断面図、
第３図は本発明気相成長装置の外観図、第４図は本発明
の特徴である回転域構部を示す平面図である。 １０・・・反応容器、２０・・・基体、３ｏ・・・支持
台、７０．７１・・・加熱装置、７００．７１０・・・
赤外ランプ、８０・・・回転源、８０ｏ・・・回転駆動
伝達部、８１０・・・回転リング、８２０，８３０・・
・回転リングガイド、８４０・・・支持棒、１００ｓ　
１１０・・・予儒家、２００．２１０・・・搬送機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、内部で気相反応を行なわしめ、支持台上に水平に保
   持された基体上に気相成長層を形成する反応容器と、前
   記基体に原料ガス及びキャリアガスを供給するガス供給
   ノズルと、反応容器内を成長に用いる所定の圧力に減圧
   する手段と、前記基体の上側及び下側にそれぞれ設けら
   れた加熱装置と、反応容器内にあり反応容器の気密シー
   ル部の過熱を防止する熱遮へい板と、気相成長前及び気
   相成長後の基体を収納する予備室と、反応室と予備室と
   を連結及び分離可能とする隔離板と、気相成長後の基体
   を反応室から前記予備室に搬送し、さらに気相成長前の
   基体を反応室に搬送して支持台上に載置させる手段を具
   備し、支持台上に載置された基体を水平方向に回転させ
   るための回転駆動伝達部を加熱される領域外に配置した
   ことを特徴とする気相成長装置。