JP2000012470A - Vapor-phase growth system - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は気相成長装置に関
し、特に急激な昇降温を要するプロセスに使用してもサ
セプタのひびや割れの発生を防止できる装置構造に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vapor phase growth apparatus, and more particularly to an apparatus structure capable of preventing susceptors from cracking or cracking even when used in a process requiring rapid temperature rise and fall.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、被成膜基板上に薄膜を気相成長さ
せるための装置、特に半導体基板上にシリコン系薄膜を
気相成長させるための装置として、たとえば図４に示さ
れるような枚葉式の気相成長装置が知られている。この
装置は、透明石英からなる反応容器１内に１枚ずつセッ
トされた基板Ｓを、上下より赤外線ランプ６ａ，６ｂを
用いて輻射加熱しながら、気相成長を行わせるものであ
る。この赤外線ランプ６ａ，６ｂはそれぞれ反応容器１
の外部上側および外部下側において、二重の同心円状に
配列されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as an apparatus for vapor-phase growth of a thin film on a substrate on which a film is to be formed, particularly an apparatus for vapor-phase growth of a silicon-based thin film on a semiconductor substrate, for example, a substrate as shown in FIG. A leaf type vapor phase growth apparatus is known. In this apparatus, vapor-phase growth is performed while radiatively heating substrates S set one by one in a reaction vessel 1 made of transparent quartz from above and below using infrared lamps 6a and 6b. These infrared lamps 6a, 6b are
Are arranged in double concentric circles on the outer upper side and the outer lower side.
【０００３】上記反応容器１内には、基板Ｓを載置する
ためのサセプタ１３が水平に配設されている。このサセ
プタ１３は、上面に形成された座繰り部１３ｂに基板Ｓ
を収容し、自身は矢印Ｅ方向に回転される。サセプタ１
３は、反応容器１の側壁部から該サセプタ１３の外周至
近部にかけて設けられるリング１２により周回されてい
る。このリング１２は、上記サセプタ１３と共働して反
応容器１の内部空間を上部空間１ａと下部空間１ｂとに
分割する。上部空間１ａでは、矢印Ａで示されるごとく
ガス供給孔４ａからキャリアガスと共に導入された原料
ガスが、基板Ｓの表面をほぼ層流を形成しながら流れ、
矢印Ｂで示されるごとく反対側の排気孔５ａから排気さ
れる。上記リング１２は、ガス供給孔４ａから基板Ｓに
至るまでの間に原料ガスの温度を前もって加熱する役割
を果たすものである。一方の下部空間１ｂにおいては、
ガス供給孔４ｂから矢印Ｃで示されるごとくパージガス
が供給され、矢印Ｄで示されるごとく反対側の排気孔５
ｂより排気されるIn the reaction vessel 1, a susceptor 13 for mounting a substrate S is horizontally disposed. This susceptor 13 is provided with a substrate S on a counterbore 13b formed on the upper surface.
Is rotated in the direction of arrow E. Susceptor 1
Reference numeral 3 is circulated by a ring 12 provided from the side wall of the reaction vessel 1 to a portion near the outer periphery of the susceptor 13. The ring 12 cooperates with the susceptor 13 to divide the internal space of the reaction vessel 1 into an upper space 1a and a lower space 1b. In the upper space 1a, the raw material gas introduced together with the carrier gas from the gas supply holes 4a flows while forming a substantially laminar flow on the surface of the substrate S as shown by an arrow A,
As shown by the arrow B, the air is exhausted from the exhaust hole 5a on the opposite side. The ring 12 serves to heat the temperature of the source gas in advance from the gas supply hole 4a to the substrate S. In one lower space 1b,
A purge gas is supplied from the gas supply hole 4b as shown by an arrow C, and the purge gas 5 on the opposite side as shown by an arrow D.
exhausted from b
【０００４】上述のような構成を有する気相成長装置に
おいては、原料ガスが下部空間１ｂへ進入することを防
止することが重要である。原料ガスが下部空間１ｂへ自
由に進入してしまうと、サセプタ１３の裏面や下部空間
１ｂの内壁面に原料ガスに由来する堆積物層が形成さ
れ、この堆積物層が成膜プロセス中の昇降温に伴って剥
離して上部空間１ａ内に進入し、該上部空間１ａ内のパ
ーティクルレベルを悪化させたり、あるいは下部空間１
ｂの内壁面に形成された堆積物層が赤外線ランプ６ｂの
透光量を低下させ、成膜温度を不安定化させる原因とな
る。いずれも、成長される薄膜の膜質低下につながり、
好ましくない。そこで、上記進入を抑制するための対策
のひとつとして、パージガスの圧力を原料ガスの圧力よ
りも高めることが行われている。これにより、原料ガス
の下部空間１ｂへの進入を大幅に減ずることができる。In the vapor phase growth apparatus having the above configuration, it is important to prevent the source gas from entering the lower space 1b. When the source gas freely enters the lower space 1b, a deposit layer derived from the source gas is formed on the back surface of the susceptor 13 and on the inner wall surface of the lower space 1b, and the deposit layer is moved up and down during the film forming process. It separates with the temperature and enters the upper space 1a to deteriorate the particle level in the upper space 1a, or
The deposit layer formed on the inner wall surface of b reduces the amount of light transmitted by the infrared lamp 6b and causes the film forming temperature to become unstable. In any case, the quality of the thin film to be grown is reduced,
Not preferred. Therefore, as one of the measures for suppressing the above-mentioned entry, the pressure of the purge gas is made higher than the pressure of the source gas. Thereby, the entry of the raw material gas into the lower space 1b can be significantly reduced.
【０００５】また、さらなる対策として既に図４にも示
されているように、リング１２のエッジ部とサセプタ１
３のエッジ部とを相補的階段形状とする構造が、特開平
７−７８８６３号公報に開示されている。このリング１
２とサセプタ１３との係合部分の拡大図を図５に示す。
リング１２とサセプタ１３は、各々のエッジ部から水平
方向に突出するフランジ(flange)部１２ａ，１３ａをそ
れぞれ有し、これらフランジ部１２ａ，１３ａの空間配
置が相補的であることに起因して、両者間にカギ形に屈
曲した微小間隙１４が確保されている。原料ガスが下部
空間１ｂに進入するには、この屈曲した微小間隙１４を
通過する必要があるが、該微小間隙１４を通過する間に
発生する乱流によりこの微小間隙１４内への堆積物層の
付着量が多くなるので、下部空間１ｂになお進入しよう
とする原料ガスを微小間隙１４でほぼ完全にトラップす
ることができる。As a further measure, as already shown in FIG. 4, the edge of the ring 12 and the susceptor 1
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-78863 discloses a structure in which the edge portion 3 is formed in a complementary step shape. This ring 1
FIG. 5 is an enlarged view of an engaging portion between the susceptor 2 and the susceptor 13.
The ring 12 and the susceptor 13 have flange portions 12a and 13a, respectively, projecting in the horizontal direction from the respective edge portions, and the spatial arrangement of the flange portions 12a and 13a is complementary. A small gap 14 bent in a key shape is secured between the two. In order for the raw material gas to enter the lower space 1b, it is necessary to pass through the bent minute gap 14, but the turbulence generated while passing through the minute gap 14 causes the deposit layer to enter the minute gap 14. Therefore, the raw material gas which is about to enter the lower space 1b can be almost completely trapped in the minute gap 14.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような相補的な階段形状を有するリング１２とサセプタ
１３を急激な昇降温が行われるプロセスに適用した場
合、サセプタ１３のフランジ部１３ａに、図５に示され
るようなひびや割れ（以下、総称的にひびＧと記載す
る。）が頻繁に発生することが明らかとなった。このひ
びＧは、サセプタ１３の局部的な温度差に起因するもの
と考えられる。However, when the ring 12 and the susceptor 13 having the complementary step shape as described above are applied to a process in which the temperature is rapidly raised and lowered, the flange portion 13a of the susceptor 13 is not shown in FIG. It was found that cracks and cracks (hereinafter generally referred to as cracks G) frequently occur as shown in FIG. This crack G is considered to be caused by a local temperature difference of the susceptor 13.
【０００７】すなわち、サセプタ１３のフランジ部１３
ａはリング１２のフランジ部１２ａと空間的に重複して
いるため、サセプタ１３のフランジ部１３ａには下側の
赤外線ランプ６ｂからの熱Δが直接的に到達するもの
の、上側の赤外線ランプ６ａからの熱Δはリング１２の
フランジ部１２ａに遮蔽されて間接的にしか到達しな
い。その上、フランジ部１３ａはサセプタ１３の本体部
分に比べて厚みが小さいので、降温時の冷却速度も大き
い。これに対し、図中、鎖線で囲んだフランジ部１３ａ
の付け根領域Ｘは、上下いずれの赤外線ランプ６ａ，６
ｂによっても十分に加熱されて昇温する一方、厚みがあ
るので降温時の冷却速度は遅い。この結果、付け根領域
Ｘの温度はフランジ部１３ａよりも常に高くなり、両者
間に発生する熱応力によって物理的に弱い方のフランジ
部１３ａにひびＧが発生するのである。That is, the flange portion 13 of the susceptor 13
a spatially overlaps with the flange portion 12a of the ring 12, so that the heat Δ from the lower infrared lamp 6b directly reaches the flange portion 13a of the susceptor 13, but the heat Δ from the upper infrared lamp 6a. The heat Δ is shielded by the flange portion 12a of the ring 12 and reaches only indirectly. In addition, since the thickness of the flange portion 13a is smaller than that of the main body of the susceptor 13, the cooling rate at the time of temperature decrease is high. On the other hand, in the figure, the flange portion 13a surrounded by a chain line
The base region X of the upper and lower infrared lamps 6a, 6
b also causes sufficient heating to raise the temperature, while the cooling rate at the time of cooling is slow because of the thickness. As a result, the temperature of the root region X is always higher than that of the flange portion 13a, and a crack G is generated in the physically weaker flange portion 13a due to the thermal stress generated therebetween.
【０００８】ところで、上記サセプタ１３の構成材料と
しては通常、カーボン基材をＳｉＣ（炭化珪素）の被膜
でコーティングしたものが用いられている。基材として
カーボンが選択されているのは、開発当初の気相成長装
置の加熱方式の主流が高周波誘導加熱であったことと関
連しているが、その他にも高純度品が得やすいこと、加
工が容易であること、熱伝導率に優れていること等のメ
リットがあるからである。ただし、カーボンは多孔質体
であるが故にプロセス中に吸蔵ガスを放出する可能性が
あること、また、特にシリコン薄膜の成長装置に適用し
ようとする場合にはカーボンとシリコン系原料ガスが反
応してサセプタの表面がＳｉＣに変化すること等の問題
があり、その表面を最初からＳｉＣ被膜で覆う構成が一
般化しているのである。By the way, as a constituent material of the susceptor 13, a carbon base material coated with a SiC (silicon carbide) film is usually used. The fact that carbon is selected as the base material is related to the fact that the mainstream of the heating method of the vapor phase growth equipment at the beginning of development was high-frequency induction heating, but it was also easy to obtain high-purity products, This is because there are merits such as easy processing and excellent thermal conductivity. However, since carbon is a porous material, there is a possibility that occluded gas may be released during the process.In addition, when carbon is applied to a silicon thin film growth apparatus, carbon reacts with silicon-based source gas. Therefore, there is a problem that the surface of the susceptor is changed to SiC, and a configuration in which the surface is covered with a SiC film from the beginning is generalized.
【０００９】かかる材料から構成されるサセプタ１３に
上述のようなひびＧが生ずると、ＳｉＣ被膜が破壊され
て内側のカーボン基材が露出する。カーボン基材中には
様々な不純物が含有されており、これら不純物が気相中
に放出されて成長中の薄膜に取り込まれると、種々の問
題が生ずる。たとえば、カーボン基材から放出されたホ
ウ素（Ｂ）が成長中のシリコン系薄膜に取り込まれる
と、薄膜の抵抗率が変動してしまう。また、鉄（Ｆｅ）
やＣｒ（クロム）等の重金属が取り込まれると、積層欠
陥やピットの発生、あるいはキャリア寿命の短縮等の不
都合がある。また、フランジ部１３ａが欠損してしまう
と屈曲した微小間隙１４も損なわれるので、原料ガスが
下部空間１ｂに進入しやすくなり、該下部空間１ｂの内
壁面に堆積物層が形成されるといを問題がある。また、
同様のひびＧの問題は、予熱リング１２のフランジ部１
２ａにおいても発生する。When the crack G as described above occurs in the susceptor 13 made of such a material, the SiC coating is broken and the inner carbon base material is exposed. Various impurities are contained in the carbon base material, and when these impurities are released into the gas phase and incorporated into the growing thin film, various problems occur. For example, when boron (B) released from a carbon base material is incorporated into a growing silicon-based thin film, the resistivity of the thin film changes. In addition, iron (Fe)
When heavy metals such as Cr and chromium are taken in, there are disadvantages such as generation of stacking faults and pits, and shortening of carrier life. Further, if the flange portion 13a is lost, the bent minute gap 14 is also damaged, so that the raw material gas easily enters the lower space 1b, and a deposit layer is formed on the inner wall surface of the lower space 1b. There's a problem. Also,
A similar problem of crack G is that the flange 1 of the preheating ring 12
2a also occurs.
【００１０】さらに、同様のひびＧの問題は、図６に示
されるように、リング２２に対してエッジ部が相補的な
テーパ(taper) 形状を有するサセプタ２３においても発
生することがわかった。このサセプタ２３は、座繰り部
２３ｂの内部に基板Ｓを収容するものであり、この座繰
り部２３ｂの形成面側から裏面に向かって断面が拡大す
るようなテーパをエッジ部に有している。前掲の図５に
示したサセプタ１３と比べれば、エッジ部に厚みが本体
と極端に異なる部材を持たない分、ひび割れ耐性には若
干優れている。しかし、リング２２による空間的遮蔽に
起因する上下加熱量の不均衡については何ら根本的に解
決されていないため、昇降温サイクルを繰り返せばやは
りひびＧを防止することはできない。そこで本発明は、
急激な昇降温よりサセプタやリングに発生するひびや割
れを大幅に抑制し、これによって信頼性の高い薄膜を形
成できる気相成長装置を提供することを目的とする。Further, it has been found that the similar problem of the crack G also occurs in the susceptor 23 having an edge portion complementary to the ring 22 in a taper shape as shown in FIG. The susceptor 23 accommodates the substrate S inside the counterbore portion 23b, and has a taper at the edge portion such that the cross section increases from the surface on which the counterbore portion 23b is formed to the back surface. . Compared to the susceptor 13 shown in FIG. 5 described above, the edge portion does not have a member whose thickness is extremely different from that of the main body. However, since the imbalance of the upper and lower heating amounts due to the spatial shielding by the ring 22 has not been fundamentally solved, the crack G cannot be prevented by repeating the heating / cooling cycle. Therefore, the present invention
It is an object of the present invention to provide a vapor phase growth apparatus capable of forming a highly reliable thin film by greatly suppressing cracks and cracks generated in a susceptor or a ring due to a rapid rise and fall in temperature.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の目的
を達成するために検討を行った結果、サセプタのエッジ
部からリングにより垂直方向に遮蔽される部分を無くす
と共に、反応容器の下部空間へ反応ガスが進入すること
を十分に抑制するために、サセプタとリングの間の微小
間隙に十分な長さを確保できる構造として、スカート部
を利用することを考え、本発明を提案するに至ったもの
である。すなわち、本発明の気相成長装置は、サセプタ
とリングの双方のエッジ部に垂直かつ下方に延びるスカ
ート部を設け、これらスカート部同士を近接対面させる
ごとく配置したものである。反応容器の上部空間と下部
空間とは、これら両スカート部間に形成される微小間隙
をもって連通されることになる。Means for Solving the Problems The present inventor has studied to achieve the above-mentioned object, and as a result, has eliminated a portion which is vertically shielded by a ring from an edge portion of a susceptor, and has also provided a lower portion of a reaction vessel. Considering the use of a skirt as a structure that can secure a sufficient length in the minute gap between the susceptor and the ring in order to sufficiently suppress the reaction gas from entering the space, the present invention was proposed. It has been reached. That is, in the vapor phase growth apparatus of the present invention, a skirt portion extending vertically and downward is provided at both edges of the susceptor and the ring, and these skirt portions are arranged so as to face each other. The upper space and the lower space of the reaction vessel are communicated with a minute gap formed between the two skirt portions.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】本発明においては、リングとサセ
プタとが互いにそのエッジ部から垂下されるスカート部
を有するため、サセプタのエッジ部は反応容器の外部上
下に配設されるいずれの加熱手段からも均等に加熱さ
れ、局部的な温度差を生ずることがない。したがって、
急激な昇降温サイクルを経てもクラックの発生頻度を著
しく低減させることが可能となる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, since the ring and the susceptor have a skirt portion hanging down from their edges, the edges of the susceptor can be any heating means disposed above and below the reaction vessel. The temperature is evenly increased, and no local temperature difference occurs. Therefore,
Even after a rapid temperature rise / fall cycle, the frequency of occurrence of cracks can be significantly reduced.
【００１３】本発明の気相成長装置の一構成例を図１に
示す。なお、図１の参照符号は前掲の図４と一部共通で
ある。この装置の概要は、前掲の図４を参照しながら本
明細書の従来の技術の欄で述べたとおりであるが、従来
と異なる部分はリング２とサセプタ３の構造である。図
２に、このリング２とサセプタ３の近接対向部分の拡大
図を示す。上記サセプタ３は、その上面側に設けられた
座繰り部３ｂの内部に基板Ｓを収容するものである。該
サセプタ３とリング２のエッジ部からは、それぞれスカ
ート部３ａ，２ａが垂下されており、これら両者が近接
対向された間の部分が微小間隙７とされている。FIG. 1 shows an example of the configuration of a vapor phase growth apparatus according to the present invention. The reference numerals in FIG. 1 are partially common to those in FIG. The outline of this apparatus is as described in the section of the prior art of this specification with reference to FIG. 4 described above, but the parts different from the prior art are the structure of the ring 2 and the susceptor 3. FIG. 2 shows an enlarged view of a portion of the ring 2 and the susceptor 3 facing each other. The susceptor 3 accommodates the substrate S inside a counterbore 3b provided on the upper surface side. From the edge of the susceptor 3 and the edge of the ring 2, skirts 3a and 2a are respectively hung.
【００１４】本発明では、このように微小間隙７が反応
容器１内で垂直方向にしか形成されないため、下部空間
１ｂへの反応ガスの進入を十分に抑制するためには、こ
の微小間隙７の垂直方向長さｈ１を十分に大きく確保す
ることが必要である。なお、単純にリング２とサセプタ
３とを共に厚板とすれば、スカート部を設けなくても両
者間に形成される微小間隙の長さを大とすることはでき
る。しかし、これではリングやサセプタの熱容量が大き
くなり過ぎ、急激な昇降温サイクルに追従することが難
しくなる。本発明でスカート部２ａ，３ａを利用するの
は、この問題を避けるためである。すなわちスカート部
２ａ，３ａが設けられることにより、リングとサセプタ
の板厚を増すことなく、微小間隙７の垂直方向長さｈ１
を十分に確保することが可能となるのである。In the present invention, since the minute gap 7 is formed only in the vertical direction in the reaction vessel 1, in order to sufficiently suppress the entry of the reaction gas into the lower space 1b, the minute gap 7 is formed. It is necessary to ensure a sufficiently large vertical length h1. If both the ring 2 and the susceptor 3 are simply made of a thick plate, the length of the minute gap formed therebetween can be increased without providing a skirt. However, in this case, the heat capacity of the ring and the susceptor becomes too large, and it is difficult to follow a rapid temperature rise / fall cycle. The use of the skirt portions 2a and 3a in the present invention is to avoid this problem. That is, by providing the skirts 2a and 3a, the vertical length h1 of the minute gap 7 can be increased without increasing the thickness of the ring and the susceptor.
Can be secured sufficiently.
【００１５】ここで、本発明の気相成長装置では反応容
器１の上部空間１ａと下部空間１ｂとは完全に断絶され
たものではなく、上記微小間隙７を介して連通されてい
るため、この微小間隙７内にもある程度の堆積物層Ｆは
不可避的に形成される。しかし、上部空間１ａ側から見
て微小間隙７の深部に向かうほど原料ガスは到達しにく
くなり、堆積物層Ｆが形成されにくくなる。したがっ
て、ある条件下における堆積物層Ｆの垂直方向形成長さ
をｈ２とすると、微小間隙７の垂直方向長さｈ１がこれ
より常に大きければ（ｈ１＞ｈ２）、下部空間１ｂへの
原料ガスの進入を十分に抑制し、サセプタ３の裏面側や
下部空間１ｂの内壁面上への堆積物層の蓄積を防止する
ことができる。Here, in the vapor phase epitaxy apparatus of the present invention, the upper space 1a and the lower space 1b of the reaction vessel 1 are not completely disconnected but communicate with each other through the minute gap 7. A certain amount of deposit layer F is inevitably formed also in the minute gap 7. However, the raw material gas becomes less likely to reach the deeper part of the minute gap 7 when viewed from the upper space 1a side, and the deposit layer F is less likely to be formed. Therefore, assuming that the vertical formation length of the deposit layer F under certain conditions is h2, if the vertical length h1 of the minute gap 7 is always larger than this (h1> h2), the raw material gas to the lower space 1b Intrusion can be sufficiently suppressed, and accumulation of a deposit layer on the back surface side of the susceptor 3 or on the inner wall surface of the lower space 1b can be prevented.
【００１６】上記サセプタ３のエッジ部には、面取り形
状または丸みが付与されていることが、ひびや割れの発
生を防止する上で一層効果的である。本発明において被
成膜基板上に成長される薄膜は、成膜時に基板加熱を要
するものであればいかなる種類のものであっても構わな
いが、特にシリコン系薄膜の成長を想定した場合に、本
発明のメリットが大きい。ここで言うシリコン系薄膜と
は、多結晶シリコン薄膜もしくは単結晶シリコン薄膜で
あり、不純物がドープされていても、あるいはされてい
なくてもよい。The edge of the susceptor 3 having a chamfered shape or roundness is more effective in preventing the occurrence of cracks and cracks. In the present invention, the thin film grown on the deposition target substrate may be of any type as long as it requires substrate heating during film formation, but particularly when a silicon-based thin film is assumed to grow, The advantages of the present invention are great. The silicon-based thin film referred to herein is a polycrystalline silicon thin film or a single-crystal silicon thin film, and may or may not be doped with impurities.
【００１７】[0017]
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。ここでは、前掲の図１に示される気相成長装置に
３種類の形状を有するサセプタを順次配設し、実際にシ
リコンエピタキシャル層を気相成長させる場合と同じ昇
降温サイクルを繰り返した場合のクラックの発生状況を
比較した。図３（ａ）〜（ｃ）に、使用した３種類のサ
セプタ３，３１，３２を示す。いずれのサセプタ３，３
１，３２も、加工前の基本寸法は共通であり、本体部分
はカーボン基材をＳｉＣのＣＶＤ被膜によりコーティン
グした材料からなる直径２５５ｍｍ、厚さ４ｍｍの円板
体であり、その上面には８インチウェーハ（直径２００
ｍｍ）を載置するための直径２０３ｍｍ、深さ０．７ｍ
ｍの座繰り部３ｂ，３１ｂ，３２ｂを有している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. Here, susceptors having three types of shapes are sequentially arranged in the vapor phase growth apparatus shown in FIG. 1 described above, and cracks in the case where the same temperature rise / fall cycle as in the case where the silicon epitaxial layer is actually vapor phase grown are repeated. Were compared. 3A to 3C show three types of susceptors 3, 31, and 32 used. Any susceptor 3,3
1, 32 also have the same basic dimensions before processing, and the main body is a disk having a diameter of 255 mm and a thickness of 4 mm made of a material obtained by coating a carbon base material with a SiC CVD film. Inch wafer (diameter 200
mm) on which to place the object, diameter 203 mm, depth 0.7 m
m counterbore parts 3b, 31b, 32b.
【００１８】スカート部３ａ，３１ａ，３２ａの幅は５
ｍｍであり、微小間隙７の垂直方向長さｈ１は８．８ｍ
ｍ、幅は２．６ｍｍである。図３（ａ）のサセプタ３の
エッジ部３ｃは、特に加工を施しておらず、その断面プ
ロファイルは直角である。図３（ｂ）のサセプタ３１の
エッジ部３１ｃには、幅ｄ＝３ｍｍにわたって４５°の
角度で面取りが施されている。また、図３（ｃ）のサセ
プタ３２のエッジ部３２ｃには、半径Ｒ＝３ｍｍの丸み
が付与されている。なお比較のために、前掲の図５に示
したような階段状の断面プロファイルを有するサセプタ
１３も用意した。このサセプタ１３の構成材料、直径、
厚さ、座繰り部の寸法は上述の本発明のサセプタ３，３
１，３２と同じとした。また、フランジ部１３ａの厚さ
は１．７ｍｍ、突出長さは２０ｍｍ、微小間隙７の幅は
２．６ｍｍとした。The width of the skirt portions 3a, 31a, 32a is 5
mm, and the vertical length h1 of the minute gap 7 is 8.8 m.
m, the width is 2.6 mm. The edge portion 3c of the susceptor 3 in FIG. 3A is not particularly processed, and its cross-sectional profile is a right angle. The edge 31c of the susceptor 31 in FIG. 3B is chamfered at an angle of 45 ° over a width d = 3 mm. The edge 32c of the susceptor 32 in FIG. 3C is rounded with a radius R = 3 mm. For comparison, a susceptor 13 having a stepwise cross-sectional profile as shown in FIG. 5 was also prepared. The material of the susceptor 13, its diameter,
The thickness of the susceptors 3 and 3 of the present invention described above
1, 32. The thickness of the flange portion 13a was 1.7 mm, the protruding length was 20 mm, and the width of the minute gap 7 was 2.6 mm.
【００１９】実際のシリコンエピタキシャル層の気相成
長時と同じ昇降温サイクルの各ステップは、下記のとお
りである。１サイクルの所要時間は、約１０分間であ
る。 （１）８００℃→１１３０℃に昇温（昇温速度＝１８℃
／秒） （２）１１３０℃に４分間保持（エピタキシャル成長時
間に相当） （３）１１３０℃→８００℃に降温 （４）８００℃で５０秒間待機 （５）８００℃→１２００℃に昇温（昇温速度＝１８℃
／秒） （６）１２００℃に３分間保持（サセプタのクリーニン
グ時間に相当） （７）１２００℃→８００℃に降温 （８）８００℃で５０秒間待機 なお、下記の各ステップはすべてＨ2 ガス雰囲気中で行
い、上部空間１ａへのＨ2 ガス供給速度は４０リットル
／分、下部空間１ｂへのＨ2 ガス供給速度は２０リット
ル／分とした。下部空間１ｂの排気孔５ｂの直径は上部
空間１ａの排気孔５ａよりも小さく形成されているた
め、両空間１ａ，１ｂへ供給されるＨ2 ガスの流量が等
しくても、下部空間１ｂ内の方が圧力が高められる仕組
みとなっている。The steps of the temperature rise / fall cycle which are the same as those in the actual vapor phase growth of the silicon epitaxial layer are as follows. The time required for one cycle is about 10 minutes. (1) Temperature rise from 800 ° C. to 1130 ° C. (heating rate = 18 ° C.)
(2) Hold at 1130 ° C. for 4 minutes (corresponding to the epitaxial growth time) (3) Cool down from 1130 ° C. to 800 ° C. (4) Wait for 50 seconds at 800 ° C. (5) Raise temperature (800 ° C. → 1200 ° C.) Temperature rate = 18 ° C
(6) Hold at 1200 ° C. for 3 minutes (corresponding to susceptor cleaning time) (7) Cool down from 1200 ° C. to 800 ° C. (8) Wait for 50 seconds at 800 ° C. All the following steps are H 2 gas The operation was performed in an atmosphere, and the H 2 gas supply rate to the upper space 1a was 40 liters / minute, and the H 2 gas supply rate to the lower space 1b was 20 liters / minute. Since the diameter of the exhaust hole 5b in the lower space 1b is smaller than the diameter of the exhaust hole 5a in the upper space 1a, even if the flow rates of the H 2 gas supplied to the two spaces 1a and 1b are equal, the inside of the lower space 1b is not changed. This is a mechanism that increases pressure.
【００２０】階段状の断面プロファイルを有する従来の
サセプタ１３では、昇降温サイクルの反復回数が１０回
にも満たないうちにフランジ部１３ａにひびＧが生じ
た。これに対し、図３（ａ）のサセプタ３ではクラック
が生ずるまでの昇降温サイクルの反復回数は２５回以
上、図３（ｂ）のサセプタ３１では３０００回以上、図
３（ｃ）のサセプタ３２では５０００回以上であった。
したがって、本発明によりサセプタの寿命が大幅に延長
することが確認された。In the conventional susceptor 13 having a step-like cross-sectional profile, cracks G occurred in the flange portion 13a before the number of repetitions of the temperature rise / fall cycle was less than ten. On the other hand, in the susceptor 3 of FIG. 3A, the number of repetitions of the temperature rising / falling cycle until a crack occurs is 25 or more times, in the susceptor 31 of FIG. 3B is 3000 or more times, and in the susceptor 32 of FIG. It was 5000 times or more.
Therefore, it was confirmed that the life of the susceptor was significantly extended by the present invention.
【００２１】そこで、今度は図３（ｃ）のサセプタ３２
を用いて、実際にシリコンエピタキシャル層の気相成長
を行った。使用した基板Ｓは、直径２００ｍｍのｐ
+ 型、面方位（１００）のシリコン単結晶基板であり、
この上に目標厚さ５０μｍにてｐ型のシリコンエピタキ
シャル層（抵抗率＝１０Ω・ｃｍ）を成長させた。通常
成長されるシリコンエピタキシャル層の厚さが１０μｍ
以下であることを考えると、５０μｍの目標厚さはかな
り大きいが、これは故意に十分厚く成長させることによ
り、微小間隙７の垂直方向長さｈ１が十分であるか否か
を確認するためである。エピタキシャル成長条件は、一
例として下記のとおりとした。 Ｈ2 アニール条件： １１３０℃，４５秒 エピタキシャル成長温度： １１３０℃ Ｈ2 流量： ４０リットル／分 原料ガス（ＳｉＨＣｌ3 をＨ2 で希釈）流量： １２リ
ットル／分 ドーパント（Ｂ2 Ｈ6 をＨ2 で希釈）流量： １００ｍ
ｌ／分Therefore, this time, the susceptor 32 shown in FIG.
Was used to actually perform a vapor phase growth of a silicon epitaxial layer. The substrate S used was a 200 mm diameter p
+ Type, (100) plane silicon single crystal substrate,
A p-type silicon epitaxial layer (resistivity = 10 Ω · cm) was grown thereon with a target thickness of 50 μm. Normally grown silicon epitaxial layer has a thickness of 10 μm
Considering the following, the target thickness of 50 μm is quite large, but this is to confirm whether the vertical length h1 of the minute gap 7 is sufficient by intentionally growing it sufficiently thick. is there. The epitaxial growth conditions were as follows as an example. H 2 annealing conditions: 1130 ° C., 45 seconds Epitaxial growth temperature: 1130 ° C. H 2 flow rate: 40 l / min Source gas (diluted SiHCl 3 with H 2 ) flow rate: 12 l / min Dopant (B 2 H 6 with H 2 ) Dilution) flow rate: 100m
l / min
【００２２】上記サセプタ３２を用いた場合、下部空間
１ｂ内では反応容器１の内壁面上には堆積物層が実質的
に形成されず、薄膜成長温度を常に安定に制御すること
ができた。上記気相成長条件で厚さ５０μｍのシリコン
エピタキシャル層を成長した後に、微小間隙７内に形成
された堆積物層Ｆの垂直方向長さｈ２を観察したとこ
ろ、約４ｍｍであり、微小間隙７の垂直方向長さｈ１が
十分であることが確認された。得られるシリコンエピタ
キシャル層の膜質や膜厚は、目標厚さ１５μｍにて上記
プロセスを多数回反復しても常に安定していた。これ
は、下部空間１ｂにおける堆積物層の蓄積がほとんど生
じないこと、およびサセプタ３２のひび発生が防止され
ているためであり、ホウ素汚染による抵抗率の変化、あ
るいは重金属汚染による積層欠陥やピットの形成、キャ
リア寿命の短縮がいずれも効果的に抑制された。When the susceptor 32 was used, substantially no deposit layer was formed on the inner wall surface of the reaction vessel 1 in the lower space 1b, and the thin film growth temperature could always be controlled stably. After growing a silicon epitaxial layer having a thickness of 50 μm under the above-mentioned vapor phase growth conditions, the vertical length h2 of the deposit layer F formed in the minute gap 7 was about 4 mm. It was confirmed that the vertical length h1 was sufficient. The film quality and thickness of the obtained silicon epitaxial layer were always stable even when the above process was repeated many times at the target thickness of 15 μm. This is because the accumulation of the sediment layer in the lower space 1b hardly occurs, and the occurrence of cracks in the susceptor 32 is prevented. Therefore, the resistivity changes due to boron contamination, or stacking faults and pits due to heavy metal contamination occur. Both the formation and the shortening of the carrier life were effectively suppressed.
【００２３】以上、本発明の具体的な実施例について説
明したが、本発明は何らこの実施例に限定されるもので
はない。たとえば、気相成長装置の構成、サセプタの各
部の寸法、昇降温サイクルの各ステップの構成と条件、
シリコンエピタキシャル層の成長条件、成長される薄膜
の種類、被成膜基板として使用されるウェーハの口径等
の細部については適宜変更、選択、組合せが可能であ
る。The specific embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments. For example, the configuration of the vapor phase growth apparatus, the dimensions of each part of the susceptor, the configuration and conditions of each step of the temperature rise / fall cycle,
The details such as the growth conditions of the silicon epitaxial layer, the type of the thin film to be grown, and the diameter of the wafer used as the substrate on which the film is to be formed can be appropriately changed, selected, and combined.
【００２４】[0024]
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の気相成長装置によれば、急激な昇降温サイクルが反
復されるプロセスに適用された場合にも、サセプタのひ
びや割れの発生を効果的に防止することができる。この
ため、昇降温の所要時間の短縮によるスループットの向
上とサセプタの長寿命化とを両立させて経済的に有利と
なることはもちろん、成長される薄膜の膜質や膜厚も高
度に安定されたものとなる。本発明は、基板の大口径化
に伴って主流となることが予想される枚葉式気相成長装
置の実用性能を高める上で特に有効であり、特にシリコ
ンエピタキシャル層に代表される高品質のシリコン系薄
膜の成長に好適であり、半導体製造分野における産業上
の価値は極めて高いものである。As is clear from the above description, according to the vapor phase growth apparatus of the present invention, even when a rapid temperature rising / falling cycle is applied to a repeated process, cracking and cracking of the susceptor can be prevented. Generation can be effectively prevented. For this reason, it is economically advantageous that both the improvement of the throughput by shortening the time required for the temperature rise and fall and the extension of the life of the susceptor are economically advantageous, and the film quality and thickness of the grown thin film are also highly stabilized. It will be. The present invention is particularly effective in improving the practical performance of a single-wafer-type vapor-phase growth apparatus which is expected to become mainstream with an increase in the diameter of a substrate. It is suitable for growing silicon-based thin films, and has extremely high industrial value in the semiconductor manufacturing field.
【図１】本発明の気相成長装置の構成例を示す模式的断
面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing a configuration example of a vapor phase growth apparatus of the present invention.
【図２】図１のリングとサセプタの近傍を拡大して示す
模式的断面図である。FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view showing the vicinity of a ring and a susceptor of FIG. 1;
【図３】本発明の気相成長装置のサセプタの断面プロフ
ァイルの例を示す模式的断面図であり、（ａ）図はサセ
プタのエッジを直角とした例、（ｂ）図はサセプタのエ
ッジに面取りを施した例、（ｃ）図はサセプタのエッジ
に丸みを付与した例を表す。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a cross-sectional profile of a susceptor of the vapor phase growth apparatus of the present invention. FIG. 3 (a) shows an example in which the edge of the susceptor is at a right angle, and FIG. An example in which chamfering is performed, and FIG. 3C illustrates an example in which the edge of the susceptor is rounded.
【図４】従来の気相成長装置の構成例を示す模式的断面
図である。FIG. 4 is a schematic sectional view showing a configuration example of a conventional vapor phase growth apparatus.
【図５】図４のサセプタのエッジにひびが発生した状態
を示す模式的断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a state where a crack has occurred at an edge of the susceptor of FIG. 4;
【図６】従来の気相成長装置のサセプタの他の例におい
て、エッジにひびが発生した状態を示す模式的断面図で
ある。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state in which an edge is cracked in another example of the susceptor of the conventional vapor phase growth apparatus.
１ 反応容器 １ａ （反応容器の）上部空間 １ｂ （反応容器の）下部空間 ２ リング ２ａ （リングの）スカート部 ３ サセプタ ３ａ，３１ａ，３２ａ （サセプタの）スカート部 ３ｂ，３１ｂ，３２ｂ 座繰り部 ３ｃ，３１ｃ，３２ｃ エッジ部 ６ａ 赤外線ランプ（上側） ６ｂ 赤外線ランプ（下側） ７ 微小間隙 Ｓ 基板 Ｆ 堆積物層 ｈ１ 微小間隙の垂直方向長さ ｈ２ 堆積物層の垂直方向形成長さ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reaction container 1a Upper space (of reaction container) 1b Lower space (of reaction container) 2 Ring 2a (Ring) skirt portion 3 Susceptor 3a, 31a, 32a (Susceptor) skirt portion 3b, 31b, 32b Counterbore portion 3c , 31c, 32c Edge 6a Infrared lamp (upper side) 6b Infrared lamp (lower side) 7 Micro gap S Substrate F Deposit layer h1 Vertical length of micro gap h2 Vertical formation length of deposit layer
Claims (5)
成長させるための反応容器と、 前記反応容器内に水平に配置され、被成膜基板を載置す
るためのサセプタと、 前記サセプタの主面と共働して前記反応容器の内部空間
を上部空間と下部空間とに分割するごとく、該反応容器
の側壁部から該サセプタの外周至近部にかけて設けられ
るリングと、 前記サセプタの上下に配設される加熱手段とを有する気
相成長装置であって、 前記サセプタと前記リングとは、各々のエッジ部から垂
下されるスカート部同士を近接対面させるごとく配置さ
れ、これら両スカート部間に形成される微小間隙をもっ
て前記上部空間と前記下部空間とが連通されるようにな
されたことを特徴とする気相成長装置。1. A reaction vessel for vapor-phase growing a thin film using an introduced source gas, a susceptor horizontally disposed in the reaction vessel for placing a substrate on which a film is to be formed, and the susceptor A ring provided from the side wall of the reaction vessel to a portion near the outer periphery of the susceptor so as to divide the internal space of the reaction vessel into an upper space and a lower space in cooperation with the main surface of the susceptor; A heating means disposed, wherein the susceptor and the ring are arranged such that the skirts hanging down from the respective edge portions face each other, and between these two skirt portions. A vapor phase growth apparatus wherein the upper space and the lower space are communicated with each other with a minute gap formed.
成膜基板上で進行する薄膜成長に付随して前記微小間隙
内に形成される堆積物層の垂直方向形成長さよりも大き
く選択されていることを特徴とする請求項１記載の気相
成長装置。2. The vertical length of the minute gap is selected to be greater than the vertical length of a deposit layer formed in the minute gap accompanying the thin film growth progressing on the deposition target substrate. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein:
有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載
の気相成長装置。3. The apparatus according to claim 1, wherein an edge of the susceptor has a chamfered shape.
れていることを特徴とする請求項１または請求項２に記
載の気相成長装置。4. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein an edge portion of the susceptor is rounded.
リコン系薄膜であることを特徴とする請求項１ないし請
求項４のいずれか１項に記載の気相成長装置。5. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the thin film grown on the deposition target substrate is a silicon-based thin film.
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