JPS62235729A

JPS62235729A - 気相エピタキシヤル成長装置

Info

Publication number: JPS62235729A
Application number: JP8051786A
Authority: JP
Inventors: Fumitoshi Toyokawa; 豊川　文敏
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-04-07
Filing date: 1986-04-07
Publication date: 1987-10-15
Anticipated expiration: 2009-08-03
Also published as: JPH0658884B2

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、半一体゛の気相エピタキシャル成長装置に関
するものであり、特に、半導体単結晶基板の回転機構を
有する気相エピタキシャル成長装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

今日のシリコン大規模集積回路の製造プロセスに８いて
、気相エピタキシャル成長は、バイポーラデバイスをは
じめとして種々の電子デバイスに応用されてＲす、極め
て重要な技術のひとつであるが、均一な膜厚及び電気抵
抗のエピタキシャル膜を得るためには、９００〜１２０
０℃程度の高温に保たれた半導体単結晶基板表面に、均
一に反応ガスを供給する必要がある事から、一度に多数
枚の半導体結晶基板（以下基板と記す）？処理するには
困難があった。この点を改善するため１種々の減圧気相
エピタキシャル成長装置が提案されているが、いづれの
装置に２いても、均一な膜質のエピタキシャル膜を得る
ため１反応管内で基板の回転が可能な構造となっている
。例えば第３図に示す様な、基板の面の中心を軸に回転
可能な方式プーシーディングオプ　インターナシ冒ナル
行の論文誌「Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒ
ｎａｔｉｏｎａｌな、基板を保持するサセプターを軸と
して回転ず示されている。

この様に、減圧された反応管内の基板に何らかの回転運
動を与えようとする時、エラストマー〇リング（以下Ｏ
リングと記す）による回転軸の真空シール、ｔたは、磁
性流体を利用した回転軸の真空シール、あるいは、磁気
結合利用による回転導入機構が用いられるが、いづれの
場合に８いても、その回転機構の反応管内部に位置する
部分が温度上昇に、かつ、高温の腐食性反応ガスに直接
さらされる構造となっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来の減圧気相エピタキシャル成長装置の回転
機構に？いて、０リングあるいは、磁性流体による回転
軸の真空シールを用いる場合、加熱装置からの熱伝導及
び熱輻射により、０リングある匹は磁性流体が加熱され
炭化水素系のガスが発生し、基板、成長したエピタキシ
ャル膜及び。

反応管内部が著しく汚染されるという欠点がある。

さら罠、０リングあるいは磁性流体が加熱され焼損しや
すい事から回転機構の寿命が極めて短縮され、真空シー
ルに問題を生じる。

また、より重大な問題として腐蝕の問題が挙げられる。

回転機構を構成する材質は１機械的強度維持のため、ス
テンレス鋼が用いられてｇす、高温の腐食性反応ガスに
さらされるため、腐食が著しく、微粒子が剥落し１反応
ガス流によって基板表面へ運ばれ、エピタキシャル膜の
欠陥の原因となる。ステンレス鋼の原材料となっている
鉄、ニッケル、クロム等の重金属による。基板及びエピ
タキシャル膜の汚染は、キャリアのライフタイムの短縮
等、ｉめて重大な問題を生じさせる。ステンレス鋼製の
部品を石英あるいは炭化ケイ素で被覆すれば、これらの
問題は解消されるが１石英。

炭化ケイ素の被膜に亀裂が生じやすく実用的でない。

磁性結合利用による回転導入機構の場合、真空に保たれ
た反応管内部にある回転部分と外部の駆動部分とが完全
に独立となっている事から、０リングや磁性流体を用い
た場合の様に脱ガスや真空シール不良の問題は生じない
が１反応管内部の回転部分及びそれを保持する部分の腐
食は避けられない。また、磁気結合利用による回転導入
機構は。

その構造が複雑で大型化するため、保守に問題が生じ、
かつ、コストが高くなるという問題も生じてくる。

５一本発明の目的は、上記の問題点を改善し、構成部品の熱
的損傷及び、腐食性反応ガスによる腐食が無（、保守が
容易で、かつ、安価な回転機構を有する気相エピタキシ
ャル成長装置を提供する事にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の気相エピタキシャル成長装置は、半導体単結晶
基板の回転機構を有する気相エピタキシャル成長装置に
おいて、反応管内部の回転機構が。

一部が開放されたおおいで仕切られた空間内に収納され
、該空間に非反応性ガスが導入されることを特徴とする
。

好ましい実施態様に８いては１反応管内部の回転機構が
不透明な材料によってｇｇゎれ、また収納される空間に
は、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス及び水素
ガスのいづれか、もしくはそれらの混合ガスを用いる。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の減圧気相エピタキシャル成
長装置である。

反応管１の内部に複数の細孔を有する反応ガス導入ノズ
ル２が設けられ、縦型抵抗加熱炉３の中に設置されてい
る。反応管１は水冷機構４を有するマニホールド５の上
にＯリング６で真空シールされている。反応管１の内部
には、基板７を保持する透明石英製の基板ホルダー８が
１表面がスリ加工された石英製の架台９の上に設置され
ている。

架台９は、破線で囲まれた部分の回転機構１０の上に置
かれて８す１反応管１の外部から回転運動を導入する事
で基板７を５面の中心を軸として回転する事が可能とな
っている。

第２図は第１図の破線で囲まれた部分の回転機構１０を
詳細に説明するものである。

マニホールド１１は、第１図に示ずマニホールド５の続
きの部分で、水冷機構１２を備えて２す。

真空排気口１３が開口している。また、マニホールド１
１には、０リング１４により、キャップ１５が真空シー
ルを保ちつつ固定されている。キャップ１５には水冷機
構１６．１７．１８が設けられて？ｖ、キャップ１５”
ｋ冷却できるようになっている。またキャップ１５には
、ガス導入口１９が備えられ、磁性流体による回転軸シ
ール２０が、０リング２１により真空を保つよう固定さ
れている。回転軸２２と円形回転テーブル２３は連結さ
れて？す、さらに、円形回転テーブル２３は４〜６本の
シャット２４により別の円形回転テーブル２５と連結さ
れている。回転テーブル２３．２５には、複数の開口部
２６．２７が各々設けられている。回転テーブル２５の
上部には。

５〜７個の突起２８を有する表面をスリ加工した石英製
のスペーサー２９が置かれ、その上部に表面をスリ加工
した石英製の架台３０が置かれている。この架台３０は
、第１図に示す架台９と同じものである。スペーサー２
９は、その周辺部が。

下方にひさしを形成する形で円筒キャップ状に加工され
て８す１回転テーブル２３．２５をＸｊ＋５５構造とな
っている。表面がスリ加工された石英製の円筒管３１は
、スペーサー２９のひさし部分を？８う様にキャップ１
５上に設置されている。

磁性流体による回転軸シール２０及び回転軸２２０周辺
部分は、キャップ１５の内部に設けられた水冷機構１６
，１７．１８により間接的に冷却されるが、これでは不
充分である。ガス導入口１８より導入される窒素（Ｎｚ
）、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスあるいは水素ガス
（Ｈ２）が、第２図に矢印で示すように流れ、＠転軸２
２１回転軸シール２０及び円形回転テーブル２３を直接
冷却し、開口部２６．２７Ｙ通って円形回転テーブル２
５及びスペーサー２９を冷却する。このように回転軸２
２１回転軸シール２０及びその周辺部分が充分に冷却さ
れる事により１回転軸シール２０の内部にある磁性流体
の温度上昇による脱ガスは防止され寿命も延長される。

また、スペーサー２９、架台３０１円筒管３１は１表面
がスリ加工されている事によって、上方に設置されてい
る熱源（第１図に示す抵抗加熱炉３．加熱された基板７
及び基板ホルダー８）からの熱輻射をさえぎる役割を果
たし１回転軸２２１回転軸シール２０の冷却効率を良（
する作用を有する。さらに、ガス導入口１８より導入さ
れたガスは、スペーサー２９のひさし部分と円筒管３１
の間の狭い間隙から流れ出るため１反応管内の加熱され
た腐蝕性反応ガスが１回転軸２２１回転軸シール２０１
回転テーブル２３．２５及びシャフト２４０周辺部分に
流れ込まず、これらが腐蝕されない事から１重金属系の
微粒子による汚染が発生しない。

以上、本発明の一実施例として、磁性流体による回転軸
シールを用いた場合について述べたが、０リングによる
回転軸シールを用いても全（同等の効果がある。また、
磁気結合利用による回転導入機構を応用した場合にｇい
ても１反応ガスによる腐蝕の防止には有効である。

また、本実施例では、抵抗加熱炉を用いているが１本発
明は加熱方式に依存するものではな（。

ランプ加熱炉、高周波加熱炉を用いても有効である。

また１本実施例では縦型加熱炉を用いたが、本発明は、
炉の形状に依存するものではなく、横型加熱炉を用いて
も同等に有効である。

以下に１本実施例によるシリコンのエピタキシャル成長
例を示す。基板ホルダー８に直径１５０ｎのシリコン単
結晶基板７を５０枚をＩＯＷ間隔で保持し、基板ホルダ
ー８を毎分２００回転せ。

反応管１の内部をＩ　Ｘ　１Ｏ−３ｔｏｒｒ　　まで真
空排気する。次に反応ガス導入ノズル２よりＮ２　Ｙ１
５１／ｍｉｎ　　で流しながら反応管内温度１に１１５
０℃とし１次いでＮ２をｌ０１ｉ／ｍｉｎ、塩化水素（
ＨＣＪ）を０．１１７ｍ１ｎ？流し１反応管内温度ｔ１
１５０℃、圧力ｖｘｔｏｒｒとして基板７を洗浄した後
、Ｎ２１０Ｊ／ｍｉｎ、ＨＣＩ　０．６Ｊ／ｍｉｎ、　
　ジクａ　ａ　シ５　ｙ　（ＳｉＨｚＣＪｚ）　０５１
／　ｍｉｎ　　ホスフィン（ＰＨ３）０．００５ｊｌ’
／ｍｉｎ、さらニ、カス導入口１９よりＮｚ　５１／ｍ
ｉｎ　Ｙ各々流し１反応管内圧力’＆２ｔｏｒｒとして
シリコンのエピタキシャル成長を行なった。その結果、
５０枚余丁の基板に２いてシリコンエピタキシャル膜の
膜厚は±４％以内、電気抵抗は±６％以内であり、炭化
水素系のガスによる炭素の汚染１回転軸等からの重金属
系の汚染並びに、これらによる欠陥は認められなかった
。

本実施例によるエピタキシャル成長例では１反応管内に
１本のガス導入ノズル２を用いたが、このノズルは、複
数設けられていてもよい。さらに。

ガス導入口１９より導入するガスはＮ２以外にＡｒ。

ヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガス及び１反応ガスのひと
つであるＮ２でも同様に有効である。

なＸ１本発明は、基板の回転機構の構造に特徴を有する
ものである。従って基板を回転させエピタキシャル膜を
膜質を均一化しようとする気相エピタキシャル成長装置
に２いては１反応管の形状、構造及び反応ガス種やその
導入方法を問わず１本発明は有効である。これはシリコ
ン以外のエピタキシャル成長にも有効である事を意味す
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、半導体単結晶基板の回転
機構を有する気相エピタキシャル成長装置にＳいて１回
転機構が反応管内に導入された部分が、一部が開放され
た形で仕切られた空間の中に収納され、該空間にガスが
供給される事によって１反応管内の回転機構及びその周
辺に腐蝕性反応ガスの侵入を防ぎ、かつ、該回転機構を
冷却できる効果がある。

この事は１回転機構の腐蝕を防いで、腐蝕により発生す
る微粒子汚染が原因で発生するエピタキシャル膜の欠陥
を除き、基板及びエピタキシャル膜の重金属汚染の問題
を解消できる。また１回転機構の冷却が充分に行なわれ
る事から、０リング。

磁性流体からの脱ガスが防止され、基板及びエピタキシ
ャル膜の炭素による汚染が解消され１回転軸シールの寿
令も長くできる効果がある。

このように本発明は、高品位のエピタキシャル基板を歩
留り良く高スループツトで製造できる気相エピタキシャ
ル成長装置を提供することが出来。

従来、高価格であるため限定されていたエピタキシャル
基板の応用範囲を著しく拡大できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の気相エビタキシャル成長装
置の縦断面図、第２図は第１図の破線で囲まれた部分の
縦断面図、第３図及び第４図は従来の気相エピタキシャ
ル成長装置の縦断面図である。１・・・・・・反応管、２・・・・・・反応ガス導入ノ
ズル、３・・・・・・縦型抵抗加熱炉、４・−・・・・
水冷機構、５・・・・・・マニホールド、６・・・・・
・０リング、７・・・・・・基板、８・・・・・・基板
ホルダー、９・・・・・・架台、１０・−・・・・回転
機構。１１・・・・・・マニホールド、１２・・・・・・水冷
機構、１３・・・・・・真空排気口、１４・・・・・・
Ｏリング、１５・・・・・・キャップ、１６，１７，１
８・・・・・・水冷機構、１９・・・・・・ガス導入口
、２０・・・・・・回転軸シール、２１・・・用０リン
グ、２２・・・・・・回転軸、２３・・・・・・回転テ
ーブル、２４・・・・・・シャフト、２５・・・・−・
回転テーブル。２６．２７・・・・・・開口部、２８・・・・・・突起
、２９・−・・・・スペーサー、３０・・・・・・架台
、３１・・・・・・円筒管。３２・・・・・・反応管、３３・・・・・・反応ガス導
入ノズル。３４・−・・・・サセプター、３５・・・・−・基板、
３６・・・・・・高周波コイル、３７・−・・・・真空
排気０．３８・・・可回転機構、３９・・・・・・反応
管、４０・・・・・・反導ガス導入ノズル、４１・・・
・・・基板、４２・・・・・・サセプター、４３・・・
・・・ランプ加熱装置、４４・・・・−・真空排気口、
４５・・・・・・磁気結合回転導入機構、４６・・・・
・・熱電対。躬１図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体単結晶基板の回転機構を有する気相エピタ
キシャル成長装置において、反応管内部にある回転機構
が、一部が開放されたおおいで仕切られた空間内に収納
され、該空間に非反応性ガスが導入される事を特徴とす
る気相エピタキシャル成長装置。
（２）前記反応管内部の回転機構が、不透明な材料によ
っておおわれる事を特徴とする特許請求の範囲第（１）
項記載の気相エピタキシャル成長装置。
（３）前記反応管内部にある回転機構を収納する空間に
、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、水素ガスの
いずれか、もしくは混合ガスが導入される事を特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項記載の気相エピタキシャル
成長装置。