JPH0532902B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、気相成長装置に係り、特に気相成長
を施こされるウエハの均一加熱に関するものであ
る。

（従来の技術） 従来の気相成長装置、特にエピタキシヤル気相
成長装置におけるウエハの加熱にはRF加熱と輻
射加熱とが用いられている。RF加熱はカーボン
製のサセプタ上にウエハを載置してサセプタを
RFコイルにより誘導加熱してウエハを裏面から
加熱するものであり、輻射加熱は同じくサセプタ
上にウエハを載置し、ウエハおよびサセプタの表
面側から赤外線ランプ等によつて輻射加熱するこ
とによりウエハを表面側から直接輻射加熱すると
共に裏面側からサセプタによつて加熱したり、特
公昭63−6627号のように赤外線を発する平行な２
枚の加熱板間にウエハを置いて表裏両面から直接
輻射加熱したりするものがある。

（発明が解決しようとする課題） 上記RF加熱は周知のようにウエハが裏面から
加熱されるために、特に表裏の温度差を生ずる欠
点があり、このため表面から輻射加熱を付加する
ことが行なわれている。上記特公昭63−6627号は
ウエハの表裏内面加熱をより均一に行なうことの
できるものであるが、これを用いられているよう
な平板状の加熱板は周辺部での放熱が大きいた
め、中央部より外周部の方が温度が低い傾向を示
す。そこで、加熱板の面積をウエハ載置部より相
当大きくする必要がある。特に、ウエハを一方の
加熱板上に間隔を置かずに実質的に接触させた状
態で載置する場合には、ウエハは加熱板の温度に
敏感に左右されるため、ウエハ載置部の温度をよ
り完全に均一にする必要性から該加熱板の面積を
より一層大きくする必要がある。

本発明は、より小型の装置でウエハの均一加熱
を達成することのできる気相成長装置を提供する
ことを目的とするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するための本発明の気相成長装
置は、反応室の外壁を強制冷却するコールドウオ
ール式の気相成長装置において、反応室内に配置
され一方をガス導入側とし他方を排気側とする開
口を有し内部にウエハを直接または間接的に載置
する偏平な筒状の加熱部と、この加熱部の全外周
面を加熱するように反応室外に設けられた輻射加
熱手段とを備え、少なくとも加熱部内に反応ガス
を流すようにしたものである。

加熱部は、実質的に偏平な角筒状とし、輻射加
熱手段を角筒状の外周４面にそれぞれ対応して設
けることが好ましい。

また、加熱部内におけるウエハの載置は、通常
の気相成長装置においてウエハをサセプタ上に載
置するのと同様にウエハを加熱部内壁上に載置す
るようにしてもよいし、また加熱部内に別に支持
部材を設けてこの上に載置してもよく、さらにま
たウエハの表裏両面の外周近くを除く大部分ない
し全体を加熱部の対向する２面の内壁に対しそれ
ぞれ間隔を置いて対向させるように載置してもよ
い。

（作 用） ウエハは、偏平な筒状の加熱部内に載置され、
加熱部の内壁からの熱伝導と輻射による加熱また
は実質的に輻射のみによる加熱を表裏および周囲
から受ける。このとき、加熱部はウエハの表裏に
対応する外周面部分のみなならず側方部分をも含
む実質的に全外周面を加熱されるため、加熱部内
部は中央から端部までより均一な温度となり、該
加熱部の内部空間の特にガス流と直交する方向の
幅をウエハの直径に近付けてもウエハ全体を高精
度で均一に加熱する。

加熱部内部空間の高さは、できるだけ小さな寸
法であることが好ましく、これにより加熱効率が
高まると共にウエハ温度が安定し、さらに反応室
全体の断面積を小さくできるため、ガスの有効利
用と使用量の低減が図られる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を示す第１図および第２
図をを参照して説明する。１１は、反応室１０を
形成する石英ガラス製の反応容器で、横断面形状
が第２図に示すように偏平角筒状をしており、第
１図において左端のフランジ部１１ａを締付け板
１２で締付けることにより装置フレーム１３に固
定されている。

締付け板１２には、反応容器１１の内壁と略一
致する穴１２ａが明けられ、この穴１２ａにステ
ンレス鋼製のガス供給部材１４が嵌着されてい
る。ガス供給部材１４の中央には、反応ガスおよ
びパージガスを供給するための偏平な段付き穴１
５が明けられると共に、締付け板１２との係合部
外周にはパージガスを供給するための環状溝１６
が設けられている。前記段付き穴１５および環状
溝１６には、締付け板１２に設けた流路１７，１
８を介して第１、第２配管１９，２０から反応ガ
スまたはパージガスが供給されるようになつてい
る。

締付け板１２の第１図において左端には、フタ
２１が着脱可能に取付けられ、このフタ２１によ
つて前記段付き穴１５の左端側を密閉するように
なつている。フタ２１には、段付き穴１５の段部
に対応すべく複数本のロツド２２を介して整流板
２３が取付けられている。この整流板２３は多数
の小孔を有するパンチメタル状のものである。

段付き穴１５の第１図において右端には、石英
ガラス製の偏平なガス導入管２４が接続されてい
る。また、ガス供給部材１４には、環状溝１６を
反応室１０の内壁とガス導入管２４の外周との間
の空間に接続させる多数のガス導入口２５が明け
られている。

反応室１０内には、カーボン製で表面にSiCコ
ートを施こした加熱部２６が石英ガラス製のトレ
イ２７を介して設置されている。この加熱部２６
は、第１図において左右方向に伸びる断面状
（第２図参照）の下加熱体２６ａと、この上にか
ぶせられる上加熱体２６ｂとからなり、全体とし
て偏平な角筒状をし、底面上にウエハＷを載置す
るようになつている。なお、この加熱部２６は一
体形成してもよいし、また上下左右に４分割して
もよいなど、適宜に形成できる。この加熱部２６
は、上加熱体２６ｂが水平であるとき、下加熱体
２６ａの底壁は第１図において左より右が2゜程度
高くなるように勾配を付与されている。加熱部２
６の第１図において左側の開口は、上記ガス導入
管２４に若干すき間を有するように接続され、右
側の開口は、反応容器１１の右端の排気口２８に
向けて開放されている。ここに、前記段付き穴１
５、ガス導入管２４ならびに加熱部２６の内部横
断面形状は略一致するように形成されている。

反応容器１１の周囲はカバー２９で被われ、そ
の内部の加熱部２６に対向する部分に輻射加熱手
段３０，３１，３２，３３（第２図参照）が設け
られている。第１，２図において、上下に位置す
る輻射加熱手段３０，３１は加熱部２６の上下の
外周面に対向し、棒状の赤外線ランプ３４を第２
図において左右方向に向け、第１図において左右
方向に間隔を置いて複数本配列されている。これ
らの複数本の赤外線ランプ３４は第１図におい
て、２本づつ左、中央、右に３区分されて出力調
整可能になされている。また、第２図において、
加熱部２６の左右の外周面に対向している輻射加
熱手段３２，３３は、棒状の赤外線ランプ３４を
左右の外周面の長手方向に沿うように取付けられ
ている。

それぞれの赤外線ランプ３４は反射と冷却機能
を有するランプハウジング３５にそれぞれ取付け
られており、各供給ポート３６から冷却空気を供
給され、ランプハウジング３５、赤外線ランプ３
４および反応容器１１を冷却するようになつてい
る。また、カバー２９の第１図において右端寄り
にも供給ポート３７が設けられ、冷却空気をカバ
ー２９内すなわち反応容器１１の周囲に供給する
ようになつている。なお、第１図においてカバー
２９の左端寄りには排気ポート３８が設けられて
いる。

次いで本装置の作用について説明する。ウエハ
Ｗの搬出入は、フタ２１を外して行なう。フタ２
１を外すことにより段付き穴１５の段部にあつた
整流板２３が外され、段付き穴１５、ガス導入管
２４を介して加熱部２６の内部空間が第１図にお
いて左端側に開放される。そこで、段付き穴１５
側から図示しない搬送装置によりウエハＷの搬出
入を行なう。

ウエハＷを搬入したならば、第１、第２配管１
９，２０から共にN₂ガス、H₂ガス等のパージガ
スを供給し、輻射加熱手段３０〜３３によつて昇
温を開始する。この加熱において、加熱部２６の
第１図において左右（長手）方向の温度分布は、
輻射加熱手段３０，３１の各赤外線ランプ３４の
出力を左、中央、右の各区分毎に調整することに
よつて均一化し、他方、加熱部２６の第２図にお
いて左右（幅）方向の温度分布は、輻射加熱手段
３２，３３の出力を調整することによつて均一に
なされる。また、第１，２図に示すように、ウエ
ハＷを加熱部２６の底壁上に直接載置する場合に
は、ウエハＷの裏面は実質的に熱伝導によつて加
熱され、表面は加熱部２６の上内壁からの輻射に
よつて加熱されるため、上下の輻射加熱手段３
０，３１の出力を独立して調整し、ウエハＷの表
裏の温度差をより小さく押えることが好ましい。
なお、左右の輻射加熱手段３２，３３も別々出力
を調整できるようにしておくことが好ましい。

加熱部２６が気相成長温度に達したならば、
H₂ガスに変えて反応ガスを第１配管１９から供
給し、段付き穴１５、整流板２６、ガス導入管２
４を介して加熱部２６内に層流で反応ガスを流し
て、ウエハＷの表面に気相成長を行なう。他方、
第２配管１８からはパージガスとしてのH₂ガス
を供給し続け、反応ガスが直接反応容器１１の内
壁に接触することを極力防止する。なお、ガス供
給部材１４および加熱部２６とガス導入管２４と
の接続は、熱膨脹の関係などから若干すき間を有
するように形成されているため、この接続部から
反応ガスが漏れ出すが、その量はわずかであり、
反応容器１１の内壁に沿つてパージガスが流れて
いるため、反応容器１１の内壁にウオールデポを
生じることはほとんどない。

前記加熱部２６内を流れる反応ガスによる気相
成長は、加熱部２６の内部空間が比較的狭く囲ま
れ、均一な温度分布になされているため、ウエハ
Ｗは全体がより均一に加熱され、スリツプを生じ
ないと共に膜厚分布も均一になり、かつより少な
い反応ガスによつて効率のよい気相成長が行なわ
れる。また、加熱部２６の断面形状の小形化によ
り反応容器１１の断面形状も小形になり、そのた
め、第２配管２０から供給するパージガスの流量
も少なくできる。

第３図は、本発明の他の実施例の要部を示すも
ので、加熱部２６の内部空間の高さを低くし、か
つ底面にはウエハＷの外周付近のみを支持する浅
い段部４０を有する深いザグリ４１を設け、ウエ
ハＷの表裏両面ほぼ全体を輻射によつて加熱する
ようにしたものである。また、この実施例では、
ガス導入管２４を加熱部２６の左端外周に若干す
き間を持たせて係合させたものである。この実施
例によれば、ウエハＷの表面両面が共に輻射加熱
されるため、容易にウエハＷの均一加熱が可能で
ある。

第４図は、本発明のさらに他の実施例の要部を
示すもので、加熱部２６内にSiCコーテイングし
たカーボンまたは石英ガラス製の支持部材４２を
設け、この上にウエハＷを載置したもので、これ
によつても第１，２図に示した実施例と同様の気
相成長を行なうことができる。

前述した実施例は、ガス導入管２４を石英ガラ
ス製として例を示したがSiCコーテイングしたカ
ーボン製としてもよい。なお、このガス導入管２
４は第５図に示すように省略してもよい。この場
合は反応容器１１をより強く冷却することにより
ウオールデポを押えることができる。またこの実
施例においては、支持部材４２または加熱部２６
を反応容器１１外へ搬出してウエハＷの搬出入を
行なうことが可能となる。

また、加熱部２６と排気口２８の間に図示しな
いガス導出管を置き、ガスの乱れをより確実に押
えるようにしてもよい。さらにまた、熱部２６は
必ずしも水平である必要はなく、長手方向または
幅方向を上下にして立ててもよく、またウエハＷ
の載置は上記実施例のほかに、加熱部２６の底面
上に石英ガラスやSiCコーテイングカーボン製の
リングを置くことにより、ウエハＷの表裏両面の
外周近くを除く大部分ないし全体が加熱部２６の
対向する２面の内壁に対しそれぞれ間隔を置いて
対向するようにし、第３図に示した実施例と同様
に表裏両面を伝導によらずに輻射加熱するように
してもよい。

次に、上記第１図および第２図に示した装置に
よる実験結果を示す。加熱部２６のガス導入側の
外形寸法を幅212mm、高さ30mm、長さ230mmで各壁
の厚さ６mmとし、ガス排気側に向つて底面が2゜高
くなるようにした。底面にはウエハＷを載置する
ザグリを１つ設け、この中に６インチのSiウエハ
Ｗを１枚載置した。赤外線ランプ３４は、第２図
において上下を各６本、左右を各１本とし、加熱
部２６の内壁の温度を熱電対で測定しつつ前記赤
外線ランプ３４の出力調整を行なつて、1100℃に
加熱した。この結果、加熱部２６の長手方向およ
び幅方向のいずれにおいてもほぼ全体にわたつて
均一な温度分布が得られた。

また、上記加熱状態において、第１配管１９か
らSiH₂Cl₂B：H₂が0.5：100の反応ガスを20／
minで供給すると共に、第２配管２０からH₂ガ
スを10／minで供給して気相成長を行なつた結
果、膜成長速度は約1μ／min、膜厚分布誤差は約
２％であり、スリツプは肉眼検査はもちろん顕微
鏡検査でも見られなかつた。

さらにまた、反応容器１１には、ウオールデポ
を全く生じず、ガス導入管２４の加熱部２６寄り
に若干ウオールデポを生じた程度であつた。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、小型の装置
で６インチウエハのような比較的大径のウエハに
対し高品位の気相成長を行なうことができ、装置
の小形化により加熱ウエネルギやガス使用量を低
く押えてランニングコストを下げることができ
る。なお、加熱部を実質的に偏平な角筒状とすれ
ば幅方向のガス流量の均一性を阻害することなく
加熱部をより薄くして加熱効率を高めることがで
きる。また、実質的に角筒状の場合は外周４面に
それぞれ対応して輻射加熱手段を設けることによ
つて加熱部の幅方向の温度分布を均一化できる。
さらにまた、ウエハは加熱部に直接または間接の
いずれによつて載置してもよいが、ウエハの表裏
両面の外周近くを除く大部分ないし全体が加熱部
内壁に対して間隔を有するようにすれば、表裏の
温度差をより小さくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第
２図は第１図の−線による横断面図、第３図
ないし第５図は本発明のそれぞれ異なる他の実施
例を示す要部縦断面図である。 １０……反応室、１１……反応容器、１４……
ガス供給部材、２３……整流板、２４……ガス導
入管、２５……ガス導入口、２６……加熱部、２
８……排気口、３０，３１，３２，３３……輻射
加熱手段、３４……赤外線ランプ、４２……支持
部材、Ｗ……ウエハ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 反応室の外壁を強制冷却するコールドウオー
   ル式の気相成長装置において、反応室内に配置さ
   れ一方をガス導入側とし他方を排気側とする開口
   を有し内部にウエハを直接または間接的に載置す
   る偏平な筒状の加熱部と、同加熱部の全外周面を
   加熱するように前記反応室外に設けられた輻射加
   熱手段とを備え、少なくとも前記加熱部内に反応
   ガスを流すようにしたことを特徴とする気相成長
   装置。 ２ 加熱部が偏平な角筒状であり、輻射加熱手段
   が前記角筒状部の外周４面にそれぞれ対応して設
   けら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。 ３ ウエハが加熱部の内壁上に直接載置されるよ
   うになつていることを特徴とする請求項１または
   ２記載の気相成長装置。 ４ 加熱部内にウエハの支持部材が設けられてい
   ることを特徴とする請求項１または２記載の気相
   成長装置。 ５ ウエハの表裏両面の外周近くを除く大部分な
   いし全体が、加熱部の対向する２面の内壁に対し
   それぞれ間隔を置いて対向するようにウエハを加
   熱部内に載置するようになつていることを特徴と
   する請求項１、２、３または４記載の気相成長装
   置。