JPH0338029A - Vapor growth equipment - Google Patents

Vapor growth equipment

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JPH0338029A
JPH0338029A JP17325089A JP17325089A JPH0338029A JP H0338029 A JPH0338029 A JP H0338029A JP 17325089 A JP17325089 A JP 17325089A JP 17325089 A JP17325089 A JP 17325089A JP H0338029 A JPH0338029 A JP H0338029A
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susceptor
buffer plate
heat
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Kiyoshi Kubota
清 久保田
Kimito Nishikawa
公人 西川
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Nissin Electric Co Ltd
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Nissin Electric Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To increase the uniformity of temperature at the time of growth by bringing a buffer plate into close contact with the rear of a susceptor in the peripheral part, and making them face each other in the central part, via a buffer layer being a space formed by a recessed part. CONSTITUTION:A susceptor 4 mounting a wafer 2 has a space in the inside; therein a heater 6 for resistance heating is arranged; a buffer plate 8 is fixed on the rear of the susceptor 4; a recessed part is formed in the central part of the buffer plate 8, and turns to a buffer layer 10 to restrain thermal conduction. That is, there is the recessed part in the central part of the buffer plate 8; a space is formed between the central rear of the susceptor 4 and the buffer plate 8; the space turns to a buffer layer 10 to cut off thermal conduction. Although heat is transmitted to the buffer layer 10 by radiation, the heat quantity is small as compared with thermal conduction. Hence the excessive heat supply to the central part of the susceptor 4 is restrained. On the contrary, sufficient quantity of heat is supplied to the peripheral part of the susceptor 4 by thermal conduction. Thereby thin film vapor growth wherein film thickness and electric characteristics are uniform in the interior is enabled.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

この発明は縦型の気相成長装置に於てウェハ面内の温度
均一性を向上させるための改良に関する。
The present invention relates to an improvement for improving temperature uniformity within a wafer surface in a vertical vapor phase growth apparatus.

【従来の技術】[Conventional technology]

縦型の気相成長装置というのは、石英などのリアクタの
中にカーボンなどのサセプタを設け、サセプタ上に半導
体ウエノ・を置いて、原料ガスを上から下へ流し、熱、
光、プラズマなどでガスを励起して、反応生成物の薄膜
を半導体ウェハの上に堆積させるものである。 原料ガスの流れが上から下へ向うので縦型という。サセ
プタの上面にウェハを置くようなタイプを対象とする。 サセプタの上に複数枚のウエノ・を円環状に並べるもの
をパンケーキ型% 1枚のウェハをサセプタ中央に置く
ものを枚葉式という。本発明は後者の改良である。 サセプタ、ウェハの近傍で原料ガスを励起しなければな
らない。最もよく用いられるのは熱による励起である。 熱によって励起するので熱CVD法と呼ぶこともある。 本発明は加熱機構を問題にする。 従来は、第3図に示すような高周波誘導加熱が用いられ
た。リアクタ1の中に、ウェハを置いたサセプタ4を回
転シャフト5によって回転可能に支持する。原料ガスを
上から下へ流しながら、高周波コイル3に高周波電流を
流す。良導体であるサセプタ4に渦電流が流れるので熱
が発生する。 この熱によりウェハ2が加熱される。 サセプタ4を回転し円周方向の温度均一性を高める。 このような高周波誘導加熱方式は、サセプタ4や、リア
クタ1の内部の構造が単純であるという利点がある。 高周波誘導加熱によるものは、たとえば実開昭63−5
1432 (S 63.4.7公開)、特開昭62−8
5422(S 62.4.18公開)などがある。 しかし高周波コイルによる誘導加熱方式は、次の欠点が
ある。コイルに高周波電流を流すことでサセプタの中に
電流が発生するが、電流の表皮効果によりサセプタ内部
の位置によって発熱量が異なる。このためウェハ面内の
温度が均一になりにくい。 コイルの巻き方を工夫することにより、僅かな調整が可
能であるが、それでもウェハの面内での温度を均一にす
ることは難しい。 気相成長に於て、温度は重要なファクターである。ウェ
ハ面内で温度がバラついていると、成長した薄膜の膜厚
もバラつくし、電気的特性も不均一になってしまう。 サセプタを抵抗加熱ヒータによって加熱するようにした
ものも提案されている。たとえば特開昭63−2783
22号である。これは渦巻状のカーボン抵抗ヒータをサ
セプタの中に収容したものである。 抵抗加熱であり、ヒータはサセプタの極めて近くにある
ので、ヒータの形状を工夫して、ウェハ面内での温度均
一性を上げることができる。 しかし、ヒータがサセプタの中に収容されるから、ウェ
ハの直径Wに対して、ヒータの直径Hをあまり大きくす
ることができない。第4図に抵抗加熱式のものの概略断
面図を示す。サセプタの直径Sに対して、ウェハの直径
Wが十分小さければ、W/Hが小さくなるので、ウェハ
面内での温度均一性を上げることができよう。しかし、
W/Sを小さくすると、サセプタを大きくしなければな
らないので、装置が大がかりになる。W/Sは0.4〜
0.6程度であろう。すると、ウェハ直径Wがヒータの
直径Hに近くなる。 ヒータ直径Hが比較的小さいので、ウェハ面内での均一
性が十分でない。ウェハの中央で高温に、周縁で低温に
ならざるを得ない。
A vertical vapor phase growth apparatus is a reactor made of quartz or the like with a susceptor made of carbon or other material placed on top of the susceptor.
A thin film of reaction products is deposited on a semiconductor wafer by exciting a gas with light, plasma, etc. It is called a vertical type because the flow of raw material gas is from top to bottom. Targets types in which the wafer is placed on the top surface of the susceptor. A method in which multiple wafers are arranged in a ring on a susceptor is called a pancake type.A method in which one wafer is placed in the center of a susceptor is called a single wafer method. The present invention is an improvement on the latter. The source gas must be excited near the susceptor and wafer. The most commonly used excitation is thermal excitation. Since it is excited by heat, it is sometimes called a thermal CVD method. The present invention deals with the heating mechanism. Conventionally, high frequency induction heating as shown in FIG. 3 has been used. A susceptor 4 on which a wafer is placed is rotatably supported in a reactor 1 by a rotating shaft 5. A high frequency current is passed through the high frequency coil 3 while flowing the raw material gas from top to bottom. Heat is generated because an eddy current flows through the susceptor 4, which is a good conductor. The wafer 2 is heated by this heat. The susceptor 4 is rotated to improve temperature uniformity in the circumferential direction. Such a high frequency induction heating method has the advantage that the internal structures of the susceptor 4 and the reactor 1 are simple. For example, those using high frequency induction heating are
1432 (S 63.4.7 published), JP-A-62-8
5422 (published on S 62.4.18). However, the induction heating method using a high-frequency coil has the following drawbacks. Current is generated in the susceptor by passing a high-frequency current through the coil, but the amount of heat generated differs depending on the position inside the susceptor due to the skin effect of the current. Therefore, it is difficult for the temperature within the wafer surface to become uniform. Although it is possible to make slight adjustments by devising the winding method of the coil, it is still difficult to make the temperature uniform within the wafer surface. Temperature is an important factor in vapor phase growth. If the temperature varies within the wafer surface, the thickness of the grown thin film will also vary, and the electrical characteristics will also become non-uniform. It has also been proposed that the susceptor is heated by a resistance heater. For example, JP-A-63-2783
It is No. 22. This is a spiral carbon resistance heater housed in a susceptor. Since resistance heating is used and the heater is located extremely close to the susceptor, the shape of the heater can be devised to improve temperature uniformity within the wafer surface. However, since the heater is housed in the susceptor, the diameter H of the heater cannot be made much larger than the diameter W of the wafer. FIG. 4 shows a schematic sectional view of the resistance heating type. If the diameter W of the wafer is sufficiently small with respect to the diameter S of the susceptor, W/H will become small, and therefore temperature uniformity within the wafer surface can be improved. but,
If the W/S is made smaller, the susceptor must be made larger, making the device bulkier. W/S is 0.4~
It would be about 0.6. Then, the wafer diameter W becomes close to the heater diameter H. Since the heater diameter H is relatively small, uniformity within the wafer surface is not sufficient. The center of the wafer has to be hot and the periphery has to be cold.

【発明が解決しようとする課題】[Problem to be solved by the invention]

枚葉式の縦型気相成長装置において、成長薄膜のウェハ
面内での膜厚、電気的特性を一様にするため、成長時の
温度均一性を高める事が、本発明の課題である。
An object of the present invention is to improve temperature uniformity during growth in a single-wafer vertical vapor phase growth apparatus in order to make the thickness and electrical characteristics of the grown thin film uniform within the wafer surface. .

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

本発明の気相成長装置は、 (1)真空に引くことができ上方に原料ガス入口、下方
に排ガス出口を有する縦型のリアクタと、(2)リアク
タの中に鉛直方向に回転自在に設けられた回転シャフト
と、 (3)回転シャフトによって支持され上面に一役のウェ
ハを載置すべきサセプタと、 (4)  サセプタ内部に設けられサセプタを裏面から
加熱する抵抗加熱ヒータと、 (5)抵抗加熱ヒータに給電するための電極と、(6)
抵抗加熱ヒータの上方でサセプタの下面に取付けられ中
央部に凹部を有するバッファ板とよりなり、 (7)  バッファ板とサセプタ裏面は周縁部に於ては
密着し、中央部では前記凹部によって生ずる空間である
バッファ層を介して対向するようにしている。 第1図に本発明の気相成長装置のサセプタ近傍の構造原
理図を示す。 ウェハ2を載置するサセプタ4は、内部に空間を有し、
ここに抵抗加熱ヒータ6が設けられる。 バッファ板8がサセプタ4の裏面に固着されている。バ
ッファ板8の中央には凹部があり、ここが熱伝導を抑制
するバッファ層となる。
The vapor phase growth apparatus of the present invention includes (1) a vertical reactor that can be evacuated and has a raw material gas inlet above and an exhaust gas outlet below, and (2) a vertically rotatable reactor installed inside the reactor. (3) a susceptor supported by the rotating shaft and on which a wafer is to be placed; (4) a resistance heater provided inside the susceptor to heat the susceptor from the back side; (5) a resistor. an electrode for supplying power to the heater; and (6)
It consists of a buffer plate that is attached to the lower surface of the susceptor above the resistance heater and has a recess in the center. (7) The buffer plate and the back surface of the susceptor are in close contact at the periphery, and there is a space in the center created by the recess. They are arranged to face each other with a buffer layer interposed therebetween. FIG. 1 shows a structural principle diagram of the vicinity of the susceptor of the vapor phase growth apparatus of the present invention. The susceptor 4 on which the wafer 2 is placed has a space inside,
A resistance heater 6 is provided here. A buffer plate 8 is fixed to the back surface of the susceptor 4. There is a recess in the center of the buffer plate 8, which serves as a buffer layer that suppresses heat conduction.

【作 用】[For use]

抵抗加熱ヒータ6によってサセプタ4を下から輻射熱に
よって加熱する。 輻射熱はまずバッファ板8に当りこれによって吸収され
る。バッファ板8から熱は伝導によって上面にあるサセ
プタ4、に伝わる。 単なる−様な熱伝導であれば、サセプタ4の中央部が高
温に、周縁部が低温になる。 しかし、本発明では、バッファ板8の中央に凹部があり
、サセプタ中央裏面との間に空間が生じる。この空間が
熱伝導を遮断するノ゛くツ7ア層となる。バッファ層1
0において、輻射によって熱は伝わるが、熱伝導に比較
すれば伝熱量が少なくなる。 このためサセプタ中央部への過剰な熱の供給が抑制され
る。これとは反対に、サセプタの周縁部は熱伝導により
、十分な熱量が供給される。 サセプタの中央部からの熱の逃げは上方に向う輻射だけ
であり、伝導による熱損失は少ない。 しかし、サセプタの周縁部からの熱の逃げは、熱伝導に
よるサセプタ側面に向うものが多い。このため、サセプ
タの周縁部へはより多くの熱を与えなければならない。 本発明においては、バッファ層10の作用で、サセプタ
中央部への給熱が抑制されるので、サセプタ上面での温
度が均一になる。このためウェハの面内温度分布も均一
になる。 ヒータからサセプタの中央部、周縁部に対する伝熱の態
様を第1表に示す。前者をA、後者をBとする。 第1表 サセプタ中央部(A)、周縁部(B)に対する
ヒータからの伝熱の態様 ただしく1)〜(6)の数字は第1図中の矢印で示す熱
の移動に対応するものである。 中央部を伝わるAの場合、バッファJ’W10が大きい
熱抵抗となるので、熱の移動が抑制される。 単位時間、単位断面積あたりの伝熱量をVA、 V。 で表わすと、 MA (VB である。φAはバッファ層の直径である。直径φAの内
部の熱移動をA、外部の熱移動をBと表現している。
The resistance heater 6 heats the susceptor 4 from below with radiant heat. The radiant heat first hits the buffer plate 8 and is absorbed by it. Heat is transferred from the buffer plate 8 to the susceptor 4 on the upper surface by conduction. If the heat conduction is simply negative, the center of the susceptor 4 will be at a high temperature and the periphery will be at a low temperature. However, in the present invention, a recess is provided at the center of the buffer plate 8, and a space is created between the buffer plate 8 and the center rear surface of the susceptor. This space becomes a layer that blocks heat conduction. buffer layer 1
At 0, heat is transferred by radiation, but the amount of heat transferred is smaller than that by thermal conduction. Therefore, excessive heat supply to the center of the susceptor is suppressed. On the contrary, the peripheral edge of the susceptor is supplied with a sufficient amount of heat due to thermal conduction. Heat escapes from the center of the susceptor only by upward radiation, and there is little heat loss due to conduction. However, most of the heat escapes from the periphery of the susceptor toward the side surface of the susceptor due to heat conduction. Therefore, more heat must be applied to the periphery of the susceptor. In the present invention, heat supply to the center of the susceptor is suppressed by the action of the buffer layer 10, so that the temperature on the upper surface of the susceptor becomes uniform. Therefore, the in-plane temperature distribution of the wafer becomes uniform. Table 1 shows the manner of heat transfer from the heater to the center and peripheral portions of the susceptor. Let the former be A and the latter B. Table 1: Modes of heat transfer from the heater to the central portion (A) and peripheral portion (B) of the susceptor. Numbers 1) to (6) correspond to the heat transfer indicated by the arrows in Figure 1. . In the case of A transmitted through the center, the buffer J'W10 has a large thermal resistance, so heat transfer is suppressed. The amount of heat transferred per unit time and unit cross-sectional area is VA, V. When expressed as MA (VB), φA is the diameter of the buffer layer. The internal heat transfer of the diameter φA is expressed as A, and the external heat transfer is expressed as B.

【実 施 例] 第2図によって本発明の詳細な説明する。 リアクタ1は石英など耐熱耐圧容器である。縦長の容器
であって、原料ガス入口が上方に、排ガス出口が下方に
ある。いずれも簡単のため図示しない。 リアクタ1の内部に1枚のウェハ2を載置すべきサセプ
タ4がある。これは中空の天井のある円筒形のサセプタ
である。回転昇降自在の回転シャフト5によりサセプタ
4を支持する。 サセプタの内部にヒータ6がある。これはサセプタ4の
裏面を輻射によって加熱するための抵抗加熱ヒータであ
る。カーボンである事が多い。 抵抗加熱ヒータ6は、電極11によって下方から支持さ
れている。電極11、抵抗加熱ヒータ6は同転しない。 抵抗加熱ヒータ6の下方には、複数枚の耐熱金属板でで
きたりフレクタ7が設けられる。これはヒータ6の下方
に向う輻射熱を反射して、熱の有効利用を図るためのも
のである。Ta%MO7どで作られる。 サセプタ4は、天井のある円筒形であるから、上面と側
面とを有する。ウェハ2はサセプタ上面のウェハ凹部1
3に置かれる。サセプタ4の上面を専ら加熱できればよ
いので、抵抗加熱ヒータ6はサセプタ4の上面に対向す
るように設置されている。 サセプタ4に直接輻射熱が当らないように、サセプタ4
の上面の裏側にバッファ板8が取付ボルト9によって固
着されている。 バッファ板8は中央部上面に直径φa1深さbの凹部1
2を有する。この部分がバッファKj1oとなるO バッファ板8の凹部12の存在する部分には適数のガス
抜き***14が穿孔されている。 バッファ板8は耐熱性の材料であればよ<、C%T&s
 MOなどを用いる事ができる。例えばサセプタと同じ
材料であるカーボンCを用いることができる。 バッファ板の厚みCについて述べる。厚みCが浮すざる
と、熱の伝導が遅くなり、応答性が悪くなる。薄すざる
と、中央部への伝熱A、周縁部への伝熱Bに差異が生じ
ない。 凹部の直径φaは、ウェハの直径Wによる。φa〈Wで
あるが、ウェハ面内で温度を均一にするため、試験を重
ねてφaを決定する。 【発明の効果】 サセプタの下に抵抗加熱ヒータを設け、サセプタの下面
にバッファ板を設けている。バッファ板の中央部にはバ
ッファ層があるので、中央部での熱の伝導が抑制される
。このため、サセプタの面内での温度均一性が向上する
。−従って、ウェハ面内での温度も均一になる。この装
置を使うことにより、膜厚や電気的特性が面内で均一な
薄膜気相成長を行うことができる。 サセプタの厚みを半径rの函数として変化させても、同
様な効果が得られるかもしれない。しかし、サセプタは
円筒形(天井を有する)の大きい部材であるから、厚み
を半径rの函数D (r)として変えるにしても、数多
くのものを作ることは難しい。 本発明では、単純な板であるバッファ板を用いる。バッ
ファ板の凹部深さb1直径φaは、ウエノ)の直径W、
ウェハの材質、成長させるべき薄膜が変更されるごとに
変更しなければならない。バッファ板であれば、b、φ
aの少しずつ異なるものをいくらでも容易に作る事がで
きるので、最適値を簡単に求める事ができる。
[Example] The present invention will be explained in detail with reference to FIG. The reactor 1 is a heat-resistant and pressure-resistant container made of quartz or the like. It is a vertically long container, with the raw material gas inlet at the top and the exhaust gas outlet at the bottom. Both are not shown for simplicity. Inside the reactor 1 is a susceptor 4 on which one wafer 2 is placed. This is a cylindrical susceptor with a hollow ceiling. The susceptor 4 is supported by a rotary shaft 5 that can be rotated up and down. There is a heater 6 inside the susceptor. This is a resistance heater for heating the back surface of the susceptor 4 by radiation. Often carbon. The resistance heater 6 is supported from below by an electrode 11. The electrode 11 and the resistance heater 6 do not rotate at the same time. Below the resistance heater 6, a flexor 7 made of a plurality of heat-resistant metal plates is provided. This is to reflect the radiant heat directed downward from the heater 6 and to utilize the heat effectively. It is made from Ta%MO7 etc. Since the susceptor 4 has a cylindrical shape with a ceiling, it has an upper surface and side surfaces. The wafer 2 is placed in the wafer recess 1 on the top surface of the susceptor.
Placed at 3. Since it is only necessary to heat the upper surface of the susceptor 4, the resistance heater 6 is installed so as to face the upper surface of the susceptor 4. To prevent radiant heat from directly hitting the susceptor 4,
A buffer plate 8 is fixed to the back side of the upper surface with mounting bolts 9. The buffer plate 8 has a recess 1 with a diameter φa1 and a depth b on the upper surface of the central part.
It has 2. This portion becomes the buffer Kj1o. An appropriate number of small gas vent holes 14 are bored in the portion of the buffer plate 8 where the recess 12 is present. The buffer plate 8 should be made of heat-resistant material.
MO etc. can be used. For example, carbon C, which is the same material as the susceptor, can be used. The thickness C of the buffer plate will be described. If the thickness C is too high, heat conduction will be slow and responsiveness will be poor. If the strainer is thin, there will be no difference in heat transfer A to the center and heat transfer B to the periphery. The diameter φa of the recess depends on the diameter W of the wafer. φa<W, but in order to make the temperature uniform within the wafer surface, φa is determined through repeated tests. [Effects of the Invention] A resistance heater is provided under the susceptor, and a buffer plate is provided on the lower surface of the susceptor. Since there is a buffer layer in the center of the buffer plate, heat conduction in the center is suppressed. Therefore, temperature uniformity within the surface of the susceptor is improved. - Therefore, the temperature within the wafer surface becomes uniform. By using this equipment, it is possible to perform vapor phase growth of thin films with uniform film thickness and electrical properties within the plane. A similar effect may be obtained by varying the susceptor thickness as a function of the radius r. However, since the susceptor is a large cylindrical member (having a ceiling), it is difficult to make many susceptors even if the thickness is changed as a function D (r) of the radius r. In the present invention, a buffer plate, which is a simple plate, is used. The recess depth b1 of the buffer plate and the diameter φa are the diameter W of the buffer plate,
It must be changed every time the wafer material or the thin film to be grown is changed. If it is a buffer plate, b, φ
Since it is possible to easily create any number of slightly different values of a, the optimum value can be easily determined.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の気相成長装置のサセプタの部分の原理
構成図。 第2図は実施例にかかるサセプタ部分の縦断面図。 第3図は公知の高周波誘導加熱方式の気相成長装置の概
略断面図。 り 第4図は内部に抵抗加熱ヒータを有するサセの例を示す
縦断面図。 1・・・・・・リアクタ 2・・・・・・ウェハ 3・・・・・・高周波コイル 4・・・・・・サセプタ 5・・・・・・回転シャフト 6・・・・・・抵抗加熱ヒータ 7・・・・・・リフレクタ 8・・・・・・バッファ板 9・・・・・・取付ボルト 10・・・・・・バッファ層 11・・・・・・電 極 12・・・・・・凹 部 13・・・・・・ウェハ凹部 14・・・・・・ガス抜き*** W・・・・・・ウェハ直径 H・・・・・・ヒータ直径 S・・・・・・サセプタ直径 φa・・・・・・バッファ層直径 プ C・・・・・・ バッファ板厚み b・・・・・・ バッファ層厚み 発 明 者 久 保 田 清 西 川 公 人
FIG. 1 is a diagram showing the principle configuration of a susceptor portion of a vapor phase growth apparatus of the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the susceptor portion according to the embodiment. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a known high-frequency induction heating type vapor phase growth apparatus. FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing an example of a sash having a resistance heater inside. 1...Reactor 2...Wafer 3...High frequency coil 4...Susceptor 5...Rotating shaft 6...Resistance Heater 7... Reflector 8... Buffer plate 9... Mounting bolt 10... Buffer layer 11... Electrode 12... ...Concave portion 13...Wafer concavity 14...Gas venting hole W...Wafer diameter H...Heater diameter S...Susceptor Diameter φa... Buffer layer diameter C... Buffer plate thickness b... Buffer layer thickness Inventor Kiyoshi Kubota Kimihito Nishikawa

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 真空に引くことができ上方に原料ガス入口、下方に排ガ
ス出口を有する縦型のリアクタと、リアクタの中に鉛直
方向に回転自在に設けられた回転シャフトと、回転シャ
フトによつて支持され上面に一枚のウェハを載置すベき
サセプタと、サセプタ内部に設けられサセプタを裏面か
ら加熱する抵抗加熱ヒータと、抵抗加熱ヒータに給電す
るための電極と、抵抗加熱ヒータの上方でサセプタの下
面に取付けられ中央部に凹部を有するバッファ板とより
なり、バッファ板とサセプタ裏面とは周縁部において密
着し、中央部では前記凹部によつて生ずる空間であるバ
ッファ層を介して対向するようにした事を特徴とする気
相成長装置。
A vertical reactor that can be evacuated and has a raw material gas inlet at the top and an exhaust gas outlet at the bottom, a rotating shaft installed in the reactor so as to be rotatable in the vertical direction, and a reactor supported by the rotating shaft and mounted on the top surface. A susceptor on which a single wafer is placed, a resistance heater installed inside the susceptor to heat the susceptor from the back side, an electrode for supplying power to the resistance heater, and a resistance heater placed above the resistance heater on the bottom surface of the susceptor. The buffer plate is attached to the susceptor and has a concave portion in the center, and the buffer plate and the back surface of the susceptor are in close contact with each other at the periphery, and face each other at the center through the buffer layer, which is a space created by the concave portion. A vapor phase growth device featuring:
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