JPS6372111A - 半導体基板の温度調整方法 - 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〕 本発明は気相成長反応室内の半導体基板の温度を調整す
る方法に関する。

〔従来技術〕

半導体を気相成長させるべ（反応室内に位置せしめた半
導体基板の加熱方式としては、高周波利用の加熱法、赤
外線源による加熱法がある。

第２図は前者の高周波加熱法を用いた気相成長装置を示
す模式的縦断面図であり、この装置は底板１７上を石英
からなる透明なドーム状のベルジャ１１にて覆って反応
室が形成されている。また、回転可能な円管状の支柱１
８の上部には黒鉛製のサセプタ１５が同心状に設けられ
ていて、このサセプタ１５上に基板１３が複数位置せし
められ、サセプタ１５の下に設けた高周波加熱コイル１
４によりサセプタ１５を高周波加熱し、基板１３を間接
的に加熱するようになっている。

斯かる装置による基板の気相成長は、支柱１８内にこれ
と同心状に設けたガス供給管１２より原料ガスを反応室
内に送給して底板１７に開設した排気孔１６、１６より
排出させて行う。

第３図は後者の赤外線源による加熱法を用いた気相成長
装置を示す模式的縦断面図であり、この装置は有底円筒
状のベルジャ２１の上部開口を天板２７で覆って反応室
が形成されている。反応室内には天板２７を貫通せしめ
た回転支持棒の下端が位置せしめられており、その下端
には多角錐台形状のサセプタ２８が同心状に設けられて
いて、サセプタ２８の傾斜側面に取付けた複数の基板１
３．１３．・・・をベルジャ２１の外に設けた複数の赤
外線ランプ２４゜２４、・・・により輻射加熱するよう
になっている。

斯かる装置による基板の気相成長は、ベルジヤ２８上端
部に設けたガス供給孔２６．２６．・・・より原料ガス
を反応室内に供給し、ベルジャ２１の底部に設けた排気
孔２６より排出させて行う。

〔発明が解決しようとする問題点〕

高周波加熱による場合には、サセプタ１５を介して間接
的にその上の基板１３を加熱するため、基板１３の上下
面で生じる温度差により基板１３が反り、このために基
板とサセプタ間で一部隙間が形成されて基板は均一に加
熱されず、温度分布が不均一となる。このため基板１３
に反り発生しないようにサセプタに座ぐりと称される窪
みを設け、この座ぐりに基板を位置せしめて加熱する方
法が提案されている（特開昭５０　１２９７１号）。

しかしながら、この方法による場合でも基板の反りを十
分防止できず、基板の温度分布が不均一となってこれが
結晶欠陥たるスリップの発生原因となっていた。

一方、赤外線源による加熱の場合には、ベルジャ内面に
基板の構成元素、例えばシリコンの付着、つまりウオー
ルデボが生じるときがあり、このときには赤外線ランプ
からの熱がベルジャ内面の付着物により遮られて、基板
は均一に加熱されにくくなってその結果として基板にス
リップが発生することがあり、またウオールデボが促進
されるという問題があった。

また、第４図に示す如く複数の基板１３．１３．・・・
の上下面を上下方向にして夫々をサセプタ２９にて　　
　−適長離隔して位置させ、前同様の赤外線ランプ２４
により基板１３を加熱する装置の場合には、上述の問題
に加えて基板と赤外線との位置関係に基づき基板の中心
部と外縁部とでも温度差が生じる。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、半導
体基板を均一に加熱又は冷却できる半導体基板の温度調
整方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、温度調整したガスを反応室内に供給し、反応
室内の基板を加熱又は冷却する。

即ち、本発明に係る半導体基板の温度調整方法は、気相
成長反応室内の半導体基板の温度を調整する方法におい
て、予め温度を調整してあり、基板に堆積する物質を含
まないガスを前記反応室へ供給して、反応室内の基板を
加熱又は冷却することを特徴とする。

〔作用〕

ガスが反応室内に供給されて、基板の表面を覆い、基板
とガスとの間で熱伝達が生じて基板を加熱又は冷却する
。

〔実施例〕

以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。

第１図は本発明を従来の高周波加熱から加熱コイルを除
去して適用した場合の実施状態を示す模式的断面図であ
り、第２図と同一部分には同一番号を付している。支柱
１８にはその内部に原料ガス供給管１２と温度調整用ガ
ス供給管１とが挿通されている。管１２，１の下端側は
夫々図示しない原料ガス貯留タンク、ガス加熱装置と配
管（図示せず）を介して接続されており、原料ガス貯留
タンクからは例えば５ｉＨＩＣ！！、が、またガス加熱
装置からはこれにより所望温度にまで加熱された温度調
整用ガスが底板１７とベルジャ１１とで形成される反応
室内へ供給可能となっている。

温度調整用ガスとしては基板に堆積する物質を含まない
ガスを使用する。

斯かる装置による本発明の加熱は次のように行う。気相
成長させる基板１３をサセプタ１５上に位置せしめられ
たのち、基板１３の目標加熱温度に応じてガス加熱装置
にて加熱した温度調整用ガスを反応室内に供給する。温
度調整用ガスはサセプタ１５上の基板１３上面の全面を
被い、ガスの熱は基板１３に伝達され、基板１３は加熱
される。

このとき、ガスは供給されることにより基Ｆｉ、１３と
接して相対的に移動するが、ガス流れが層流の場合には
流れの上流側基板部分の方が下流側基板部分よりも高温
となるため、これを防止すべくガス流れは乱流となるよ
うにしてお（。これには、温度調整用ガス供給管を複数
設けるか、或いはその供給管の先に温度調整用ガスを噴
出する複数のノズルを設ける。

そして、従来の加熱法による場合は一般に基板内の熱拡
散の速度に対して単位時間当りの大熱量が大きいため、
基板表面での大熱量分布によって基板内の温度が決定さ
れるが、これに対して本発明の場合にはガスによる加熱
のために単位時間当りの大熱量が小さいので均一に熱が
基板を伝導して熱拡散が充分に行なわれ、その結果基板
は均一に加熱される。

更に、本発明では仮に基板に目標温度以上の部分とそれ
以下の部分とが存在する場合に、目標温度以上の部分で
は温度調整用ガスへ熱が伝達して温度が低下し、逆に目
標温度以下の部分では温度調整用ガスの熱が伝達されて
温度が上昇する。このため、基板は更に均一に加熱され
る。

上記温度調整用ガスと原料ガスの各供給管を別に設けた
のは、原料ガスが温度調整用ガスにより加熱されて高温
になると早期に分解して初期の気相成長を行えない虞れ
があるのを防止するためである。

また、上記実施例では従来の高周波加熱による装置（第
２図に示す）から加熱コイルを除去した装置（第１図に
示す）に適用しているが、本発明はこれに限らず第３．
４図に示す従来の赤外線加熱による装置から赤外線ラン
プを除去した装置にも適用できる。特に、第４図に示す
装置への適用の場合には基板の中心部、外縁部に拘わず
ガスが流通するので基板を均一に加熱できる。

更に、本発明はガスによる加熱だけでは加熱を十分に行
えない場合には、これに加えて従来の加熱装置を併用し
、例えば基板が目標温度に達するまでは従来の加熱装置
にて加熱し、目標温度に達した以降は本発明のガスによ
る加熱のみで基板を加熱し、均一な温度分布とすること
としてもよい。

〔効果〕

次に、本発明の詳細な説明する。

（実施例１） 第１図に示す装置の反応室内へ１２００℃のＨ２ガスを
１５０１ｔ／分で供給して基板の温度を１０００℃まで
加熱し、その後１０７０℃のＨ２ガスを１５０　Ｎ　／
分で供給して基板を１０５０℃の目標温度にまで加熱し
、然る後常温にまで冷却した。比較のために第２図に示
す高周波加熱による装置にて基板を目標温度に加熱した
のち、常温にまで冷却した。

従来装置を用いた基板には多数のスリップが発生してい
たが、本発明によるものはスリップの発生がな（良好で
あった。

（実施例２） 第４図に示す装置のベルジャ２１の上端部に温度調整用
ガス供給孔を設けておき、基板を赤外線ランプにより８
００℃まで加熱したのち、赤外線ランプの出力を約２に
落して１１００℃のＨ２ガスを温度調整用ガス供給孔よ
り供給して１０５０℃の目標温度にまで加熱し、この基
板の温度を赤外線ランプの、　　みて目標温度に維持し
た状態でＳｉＨ，Ｃ１２を２％含むＨ２ガスを１００１
　／分で原料ガス供給管より供給してエピタキシャル成
長を行った。比較のために第４図に示す装置をそのまま
用いて従来どおり赤外線ランプにより基板を目標温度に
まで加熱したのち、５ｉ）１２　Ｃ１２を２％含むＨ２
ガスを１００Ｊ／分で供給した。

その結果、従来方法による基板にはスリップが多数発生
しており、またその膜厚のばらつきが１０％、比抵抗の
ばらつきが１３％であった。これに対して本発明による
基板にはスリップの発生がな（、また膜厚、比抵抗のば
らつきとも５％以内と良好であった。

以上詳述した如く本発明による場合には基板と均一に加
熱できるので、気相成長させた基板にスリップの発生が
なく、成長膜の厚さ、比抵抗の分布の均一化が可能であ
る等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施状態を示す模式的断面図、第２．
３．４図は従来装置の模式的断面図である。 １・・・温度調整用ガス供給管　１３・・・基板時　許
　出願人　　住友金属工業株式会社代理人　弁理士　　
河　　野　　登　　夫用 力１ ス 第　１　図 軒 ｎ＋ ス 茅　２図 幕３　圀 鴻　４　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、気相成長反応室内の半導体基板の温度を調整する方
   法において、 予め温度を調整してあり、基板に堆積する 物質を含まないガスを前記反応室へ供給して、反応室内
   の基板を加熱又は冷却することを特徴とする半導体基板
   の温度調整方法。