KR940011099B1

KR940011099B1 - 기상반응장치

Info

Publication number: KR940011099B1
Application number: KR1019850007389A
Authority: KR
Inventors: 게이이찌 요네야마; 기꾸오 가이세; 마사아끼 아야베
Original assignee: 쏘니 가부시기가이샤; 오오가 노리오
Priority date: 1984-11-27
Filing date: 1985-10-08
Publication date: 1994-11-23
Also published as: FR2573917B1; DE3541962A1; KR860004456A; GB8529157D0; GB2168080A; JPS61127696A; GB2168080B; JPH0639358B2; NL8503293A; FR2573917A1; DE3541962C2

Abstract

내용 없음.

Description

기상반응장치

제 1 도는 본 발명에 의한 기상반응장치의 일예를 약선적 종단면도.

제 2 도 및 제 3 도는 종래의 기상반응장치의 각 예의 약선전 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 반응관 14 : 회전축

16 : 웨이퍼 17 : 지지대

20 : 베벨기어 21 : 크라운기어

본 발명은 기상(氣相)반응장치, 예를 들면 반도체장치의 제조공정에 적용되는 기상결정성장(氣相結晶成長), 특허 MOCVD(Metalorganic Chemical Vapour Deposition)에 사용되어 적합한 기상반응장치에 관한 것이다.

종래 MOCVD 등의 기상결정성장에 사용되는 기상반응장치는, 예를들면 제 2 도에 나타낸 바와 같이 석영관으로 이루어지는 횡형(橫型)의 반응관(1)의 일단으로부터 타단에 향하여 원료가스를 공급하여 반응관(1)내의 원료가스의 기류에 따르드록 웨이퍼(2), 즉 기상결정성장되는 서브스트레이트를 지지하는 지지대(3), 이른바 서셉터가 배치되고, 예를 들면 고주파코일(4)에 의해 이 지지대(3)가 가열되어 웨이퍼(2)를 소요의 기체온도로 가열시키고, 이 웨이퍼상을 접촉하여 통과하는 원료가스의 열분해반응에 의해 웨이퍼(2)상에 소요의 결정성장층, 예를 들면 화합물반도체층을 기상성장시킨다. 또는 제 3 도에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 석영관으로 이루어지는 종형(縱型)의 반응관(1), 즉 벨쟈(bell jar)를 설치하고, 그 위쪽으로부터 아래쪽에 원료가스를 공급하여 그 원료가스의 기류에 대략 정대(正對)하도록, 즉 수평면 내에 웨이퍼(2)를 배치한 지지대(3), 즉 서셉터를 배치하고, 이것을 수평면내에서 회전하도록 한 기상반응장치가 사용되고 있다.

그런데, 전술한 바와 같은 기상반응장치를 사용하는 경우, 웨이퍼에 대하여 균일한 기상성장을 행하기 어렵다고 하는 결점이 있다.

즉, 제 2 도에 나타낸 횡형 구성의 것에 있어서는, 웨이퍼가 원료가스의 기류에 대략 따라서 배치되므로 웨이퍼상에 있어서의 원료가스기류의 상류와 하류에서 기상성장속도에 차가 생기기 쉽고, 특히 웨이퍼의 수를 증가시킴에 따라서 그차는 현저해진다.

또, 제 3 도에서 설명한 종형의 회전방식을 취할 경우에 있어서도 마찬가지로, 지지대의 반경방향에 관하여 기상성장속도에 차가 생기거나, 또 성장층의 조성에 불균일성을 초래하는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 효과적으로 해소할 수 있도록 한, 즉 복수의 웨이퍼에 관하여 또한 각 웨이퍼에 있어서 균일한 기상성장과 균일한 조성의 기상성장층을 형성할 수 있도록 한 기상반응장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 있어서는 반응관, 예를 들면 종형의 벨쟈내에 그 위쪽으로부터 아래쪽에 향하여 반응기체, 즉 원료가스를 공급하여 그 주된 흐름의 방향이, 예를 들면 대략 연직방향의 반응기체의 흐름을 형성한다. 그리고, 이 반응기체의 주된 흐름의 방향에 대하여 직교하지 않고, 또 평행하지 않게 소요의 경사를 가지고 기상성장을 행하는 기체(氣體), 즉 웨이퍼를 재치하는 복수의 지지대, 즉 서셉터를 반응기체의 흐름의 대략 중심축을 중심으로 하여 그 주위에 동심적으로 배치한다. 한편, 이 지지대에 관련하여 각 지지대에 관련하여 각 지지대를 각각 전술한 경사를 유지하여, 즉 그 웨이퍼의 재치면에 따라서 이들을 회전 즉 자전(自轉)시키는 수단을 배설하는 동시에, 모든 지지대의 상대적 배치관계를 유지한 상태로 이들 복수의 지지대를 전술한 경사를 유지한 상태로 전체적으로 회전 즉 공전(公轉)시키는 수단을 배설한다.

즉, 본 발명의 기상반응장치는 회전구동되는 회전축의 외주부에 각각 웨이퍼를 재치하는 복수의 지지대를 설치하고, 상기 웨이퍼의 재치면의 반응가스의 공급기류에 대하여 소요의 경사를 유지하는 동시에, 각각의 지지대의 중심축을 중심으로 회전가능하게 축지지되고, 상기 회전축의 구동에 의해 상기 회전축의 주위에 상기 지지대가 공전하는 동시에, 상기 지지대가 자전하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 의한 기상반응장치에 의하면, 반응기체의 기류에 대하여 소요의 경사를 가지고 웨이퍼의 지지대가 자전하고 또한 전체적으로 공전하도록 하였으므로, 각 지지대상의 웨이퍼는 각 부가 대략 균일한 조건을 가지고 반응기체의 흐름에 접촉하게 되므로, 그 성장속도 및 조성에 있어서 모든 웨이퍼에 대하여, 또 각 웨이퍼의 각 부에 있어서 균일하게 할 수 있다.

제 1 도를 참조하여 본 발명에 의한 기상(氣相)반응장치의 일예에 대하여 설명한다. 본 발명에 있어서는, 예를 들면 석영벨자(bell jar)로 이루어지는 종형(縱型)의 반응관(11)을 설치하고, 그 대략 축심상에 상단에 반응기체의 공급구(12)를 배설하고, 아래쪽의 예를 들면 측방에 배출구(13)를 배설한다. 이와 같이 하여, 예를 들면 반응관(11)의 대략 축심을 중심으로 하는 반응기체의 주된 흐름을 형성한다. 이 축심에 따르는, 즉 연직방향에 따르는 반응기체의 흐름의 축심, 바꾸어 말하면 반응관(11)의 축심상에 이 축을 중심으로 하여 회전가능하게 지지된 회전축(14)을 설치한다. (15)는 이 회전축(14)을 회전구동하는 구동모터를 나타낸다.

회전축(14)의 상단 주위에는 각각 웨이퍼(16)을 재치 지지하는 복수개, 예를 들면 3개의 원판형 지지대(17), 이른바 서셉터를 각각 지지대(17)의 중심축을 중심으로 하여 회전가능하게 지지한다. 각 지지대(17)는 회전축(14)에 대하여 등각(等角)간격으로 배치한다. 예를 들면, 지지대(17)가 3개 배설되는 경우, 이들 각 지지대(17)는 회전축(14)에 대하여 120°의 각(角)간격을 가지고 배치된다. 각 지지대(17)는 그 각 웨이퍼 재치면이 반응관(11)의 내벽면측을 향하여, 또한 서로 아래쪽을 향하여 넓어지는 경사를 가지고 배치된다. 즉, 지지대(17)는 그 판면방향, 즉 웨이퍼의 재치면이 기류의 주된 흐름의 방향, 즉 연직방향에 대하여, 따라서 회전축(14)의 중심축에 대하여 평행 및 수직이 아닌 소요의 각도 θ, 예를 들면 80°~ 10°의 각도를 가지고 배치된다. 이들 각 지지대(17)의 회전축(14)에 대한 회전지지는, 예를 들면 회전축(14)의 외주에 돌출설치된 원주축(18)에 지지대(17)의 배면에 배설한 원통요부(凹部)를 가진 보스(19)를 끼워맞춤으로써, 회전가능하게 지지할 수 있다. 그리고, 이들 지지대(17)에 관련하여 이것의 자전(自轉)수단을 배설한다. 이 자전수단은, 예를 들면 각 원판형 지지대(17)의 외주면에 베벨기어(20)를 형성하고, 한편 이들과 각각 맞물리는 크라운기어(21)를 회전축(14) 주위에 이것과 동심적으로 또한 회전축(41)과 직교하는 수평면내에 배치하여 이루어진다.

(22)는 고주파코일이고, 이것에 고주파를 통전함으로써, 지지대(17)를 유도가열하여 웨이퍼(16)를 소요의 온도로 가열하도록 되어 있다.

반응관(11)내에 배치되는 지지대(17)는 그래파이트 또는 SiC에 의해 구성되고, 회전축(14), 크라운기어(21), 레벨기어(20)등은 불순물가스를 방출하지 않고, 또 내열성에 우수한 석영, 그래파이트, 세라믹 또는 SiC에 의해 구성된다. 지지대(17)는 그 외주에 설치되는 베벨기어(17)와 함께 전체로서 일체로 성형할 수 있고, 지지대(17)를 웨이퍼(16)를 지지하는 지지면과 외주의 베벨기어(20)와 별체로 상이한 재료에 의해 구성하여 양자를 합체하는 등, 여러 가지의 구성을 취할 수 있다. 그리고, 지지대(17)의 특히 그 보스(19)와, 회전축 (14)의 특히 이것으로부터 돌출설치한 축(18)을 그래파이트에 의해 구성하는 경우는 양자의 슬라이드 맞춤이 가능하고, 따라서 지지대(17)의 회전을 원활하게 행할 수 있다.

전술한 본 발명에 의한 기상반응장치에 있어서, 기상반응 예를 들면 화합물 반도체 AlGaAs의 기상성장을 행하려고 하는 경우, 그 공급구(12)로부터 캐리어가스, 예를 들면 H₂가스와 함께, 반응기체 즉 원료가스 예를 들면 트리메틸알루미늄, 트리메틸갈륨 및 아르신의 각 기체를 소정의 비율로 하여 공급한다. 이와 같이 하여, 그 기류를 서셉터 즉 지지대(17)상의 웨이퍼에 접촉시키는 것이지만, 이 경우 구동모터(15)에 의해 회전축(14)을 회전시킨다. 이와 같이 하면 회전축(14)의 회전에 의해 이것에 지지된 모든 지지대(17)가 회전축(14)의 주위에 서로의 위치관계를 유지한 상태로 회전하여 공전(公轉)한다. 즉, 이 회전축(14)이 공전수단으로 된다. 그리고, 이와 동시에 이 공전에 따라서 크라운기어(21)와 지지대(17)의 주면(周面)의 베벨기어와의 맞물림에 의해 지지대(17)가 각각 그 중심축을 중심으로 하여 자전한다. 따라서, 이 지지대(17)상에 지지된 웨이퍼(16)는 이것이 자전하면서 또한 반응관(11)의 축심을 중심으로 하여 회전하므로, 지지대(17)상에 지지된 웨이퍼(16)의 각 부는 동일 조건하에서, 반응기체의 흐름에 접촉하게 된다.

그리고, 지지대(17)상에는 1매의 웨이퍼(16)를 배치할 수도 있고, 지지대(17)상에 복수개 배열할 수도 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 있어서는, 반응관(11)내에 있어서 웨이퍼(16)가 자전 및 공전하도록 함으로써, 모든 웨이퍼(16)에 대하여, 또 각 웨이퍼의 전역에 있어서 균일하게 반응기체에 접촉할 수 있어서 반응속도의 불균일이나 조성의 불균일을 효과적으로 회피할 수 있다. 또, 전술한 본 발명에 의하면, 지지대(17)의 웨이퍼(16)의 재치면 즉 웨이퍼(16)의 표면에서 기체의 정체 등이 생기지 않고 확실히 향상 새로운 반응가스가 접촉하면서 기상성장을 행할 수 있으므로, 예를 들면 결정성장에 있어서 다결정(多結晶)의 발생 등의 문제점을 회피할 수 있다.

또, 전술한 예에 의하면, 일반적으로 지지대(17)는 그 가열코일(22)에 가까운 외주부에 있어서의 가열온도가 커지게 되지만, 전술한 구성에 의할 때는 지지대(17)의 외중에 있어서 그 베벨기어(20)가 크라운기어(21)에 맞물려서, 이것으로부터 열이 방산(放散)되도록 되므로 지지대(17)에 있어서의 중앙부와 외주부와의 온도차를 비교적 작게 억제할 수 있는 이점을 가지고, 이로써 더욱 기상반응 즉 예를 들면 기상결정성장이 균일하게 행해지는 이익이 있다.

Claims

회전구동되는 회전축의 외주부에 각각 웨이퍼를 재치하는 복수의 지지대를 설치하고, 상기 웨이퍼의 재치면이 반응가스의 공급기류에 대하여 소요의 경사를 유지하는 동시에, 각각의 지지대의 중심축을 중심으로 회전가능하게 축지지되고, 상기 회전축의 구동에 의해 상기 회전축의 주위에 상기 지지대가 공전(公轉)하는 동시에, 상기 지지대가 자전(自轉)하도록 구성한 것을 특징으로 하는 기상(氣相)반응장치.
제 1 항에 있어서, 상기 지지대의 외주에는 베벨기어가 배치되고, 이 베벨기어가 상기 회전축을 중심으로 하여 그 주위에 배치된 크라운기어에 맞물리도록 구성한 것을 특징으로 하는 기상반응장치.
제 2 항에 있어서, 상기 자전은 상기 지지대의 베벨기어와 상기 크라운기어와의 맞물림에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 기상반응장치.