(57)【要約】【課題】従来と比較して膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させる。【解決手段】半導体基板の主表面に薄膜を気相成長させる気相成長装置１００は、コールドウォール型の反応炉１の中にサセプタ２を備えている。サセプタ２は、半導体基板Ｗが載置されるとともに輻射熱によって反応炉１の壁面よりも高温に加熱されている。サセプタ２の主表面２ａには、半導体基板Ｗの裏面を支持する座ぐり部２ｃが形成されている。この座ぐり部２ｃより外側の外周側部分２ｆには、サセプタ２を表裏に貫通する複数のスリット２ｇが設けられている。これら複数のスリット２ｇは、座ぐり部２ｃの外周に沿って形成されている。スリット２ｇよりも外側には凹部２ｅが設けられており、この凹部２ｅと支持部材３のスポーク３ｂとが嵌合することによりサセプタ２が支持されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の主表面に薄膜を気相成長させる反応炉の内部に配置され、前記半導体基板が載置されるとともに輻射熱によって前記反応炉の壁面よりも高温に加熱されるサセプタであって、
前記半導体基板が載置される基板載置面には、前記半導体基板の裏面を支持する座ぐり部が形成され、
この座ぐり部の外側には、少なくとも前記基板載置面に開口する空隙部が設けられていることを特徴とするサセプタ。
【請求項２】
前記空隙部は、前記座ぐり部の外周に沿って開口することを特徴とする請求項１記載のサセプタ。
【請求項３】
前記空隙部よりも前記反応炉の壁面に近接した部位で支持部材により支持されていることを特徴とする請求項１または２記載のサセプタ。
【請求項４】
前記空隙部は貫通して設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のサセプタ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載のサセプタを備えることを特徴とする気相成長装置。
【請求項６】
前記反応炉の壁面が前記サセプタよりも低温に保たれることを特徴とする請求項５記載の気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板が載置されるサセプタと、このサセプタを備える気相成長装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体基板の主表面に薄膜を気相成長させる気相成長装置として、枚葉式の気相成長装置が知られている。
この枚葉式の気相成長装置は、半導体基板が内部に配置される反応炉と、反応炉内の半導体基板を所望の温度に加熱する加熱装置と、反応炉内に気相成長用のガスを供給するガス供給装置とを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
より詳細には、反応炉内には、座ぐり部を中央部に有する円盤状のサセプタが支持部材の上部に配置されている。このサセプタの外周側部分、つまり座ぐり部よりも外側の部分は、反応炉の壁面に近接するとともに主表面（基板載置面）が反応炉内のガスに曝された状態となっている。支持部材は、サセプタの外周側部分に３点で当接してサセプタを支持している。また、半導体基板は、座ぐり部内に載置され、均一な膜厚の薄膜を成長させるべく、反応炉の上下に配置された加熱装置によって温度分布がほぼ均一となるように加熱される。
ところで、この気相成長装置はコールドウォール（ｃｏｌｄ  ｗａｌｌ）型であり、反応炉の壁面が冷却されて低温に保たれているため、気相成長用のガスが反応炉の壁に接して反応することが抑制され、この壁面に反応生成物がほとんど堆積しないようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１９３０１５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように反応炉の壁面が低温に保たれる場合には、特にサセプタの外周側部分から反応炉の壁に対して熱が輻射されるため、外周側部分の温度が座ぐり部の温度に比べて低下することとなる。また、サセプタの支持部材からも同様に熱が輻射されてその温度が下がるため、サセプタの外周側部分から支持部材に対して熱が伝導し、外周側部分の温度が座ぐり部の温度に比べて低下することとなる。更に、反応炉内への供給直後のガスはサセプタの温度より低いので、供給直後のガスに曝されるサセプタの外周側部分の温度は座ぐり部の温度に比べて低下することとなる。これらの結果、サセプタにおいて座ぐり部から外周側部分に対して熱が伝導し、座ぐり部の温度が中心から外周に向かって低下するため、薄膜の成長速度が半導体基板の中心から外周に向かって低下し、中心部の膜厚と外周部の膜厚とが等しくならない場合が生じる。
【０００６】
本発明は、従来と比較して膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させることができるサセプタ及び気相成長装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のサセプタは、半導体基板の主表面に薄膜を気相成長させる反応炉の内部に配置され、前記半導体基板が載置されるとともに輻射熱によって前記反応炉の壁面よりも高温に加熱されるサセプタであって、
前記半導体基板が載置される基板載置面には、前記半導体基板の裏面を支持する座ぐり部が形成され、
この座ぐり部の外側には、少なくとも前記基板載置面に開口する空隙部が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、サセプタが内部に配置される反応炉の壁面の温度はサセプタの温度よりも低いものの、座ぐり部の外側には基板載置面に開口する空隙部が設けられて熱伝導を抑制しているので、座ぐり部の外側に位置する外周側部分の熱が反応炉の壁面に対して輻射されたり反応炉内のガスに伝達されたりすることによって外周側部分の温度が座ぐり部の温度より低下しても、座ぐり部から外周側部分に向かって熱が伝導し難い。従って、座ぐり部の温度が低下し難いため、座ぐり部に載置された半導体基板の温度分布を、従来と比較して均一に保つことができる。よって、従来と比較して膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させることができる。
【０００９】
また、本発明のサセプタは、前記空隙部が前記座ぐり部の外周に沿って開口することが好ましい。この場合には、空隙部が座ぐり部の外周に沿って開口するので、座ぐり部から外周側部分への熱伝導をより確実に防ぐことができる。従って、半導体基板の温度分布をより均一に保つことができ、その結果、より膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させることができる。
【００１０】
また、本発明のサセプタは、前記空隙部よりも前記反応炉の壁面に近接した部位で支持部材により支持されていることが好ましい。この場合には、空隙部よりも反応炉の壁面に近接した部位でサセプタが支持部材により支持されているので、支持部材の熱が反応炉の壁面に対して輻射されたり反応炉内のガスに伝達されたりすることによって支持部材の温度が低下し、その結果、サセプタの外周側部分の温度が低下しても、座ぐり部から外周側部分への熱伝導を抑制することができる。従って、半導体基板の温度分布を均一に保つことができ、その結果、膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させることができる。
【００１１】
また、本発明のサセプタは、前記空隙部が貫通して設けられていることが好ましい。この場合には、空隙部がサセプタの表裏に貫通して設けられているので、座ぐり部からサセプタの外周側部分への熱伝導をより確実に防ぐことができる。従って、半導体基板の温度分布をより均一に保つことができ、その結果、より膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させることができる。
【００１２】
本発明の気相成長装置は、本発明のサセプタを備えることを特徴とする。
また、本発明の気相成長装置は、反応炉の壁面がサセプタよりも低温に保たれる、いわゆるコールドウォール型である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る気相成長装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施の形態における気相成長装置は、半導体基板の主表面にエピタキシャル層を気相成長させるための、いわゆるコールドウォール型の気相成長装置である。
【００１４】
＜第１の実施の形態＞
図１は、気相成長装置１００の概略構成を示す縦断面図である。この気相成長装置１００は枚葉式の気相成長装置であり、シリコン単結晶基板などの半導体基板Ｗが内部に配置される反応炉１を備えている。
【００１５】
反応炉１は頂壁１ａ、底壁１ｂ及び側壁１ｅを有する反応室である。頂壁１ａと底壁１ｂとは透光性の石英で形成されている。側壁１ｅには、反応炉１内に気相成長用の反応ガスを供給するためのガス供給口１ｃと、反応炉１から反応ガスを排出させるためのガス排出口１ｄとが形成されている。ガス供給口１ｃには、所定の組成及び流量で反応ガスを供給するガス供給装置（図示せず）が接続されている。なお、反応ガスとしては、例えばシリコン単結晶基板上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる際には、原料ガスであるＳｉＨＣｌ３（トリクロロシラン）ガスとキャリアガスであるＨ２ガスとの混合ガスを用いることが好ましい。
【００１６】
また、頂壁１ａと底壁１ｂとの外側は空冷されており、側壁１ｅの外側は水冷された部材（図示せず）と対峙することによって冷却されている。これにより、これら頂壁１ａ、底壁１ｂ及び側壁１ｅの壁面は数１００℃に保たれており、その結果、反応ガスが側壁１ｅ等に接して反応することが抑制され、側壁１ｅ等の壁面に反応生成物がほとんど堆積しないようになっている。
【００１７】
反応炉１の上方には、頂壁１ａを通して反応炉１の内部に向かって輻射を行う加熱装置５ａが配設され、反応炉１の下方には、底壁１ｂを通して反応炉１の内部に向かって輻射を行う加熱装置５ｂが配設されている。なお、本実施の形態においては、加熱装置５ａ，５ｂとしてハロゲンランプが用いられている。
【００１８】
また、反応炉１の内部には、半導体基板Ｗを載置するための略円盤状のサセプタ２が、支持部材３に支持された状態で配置されている。
サセプタ２は、グラファイトに炭化ケイ素（ＳｉＣ）がコーティングされて形成されている。サセプタ２の主表面（基板載置面）２ａ、つまり上面には略円形の座ぐり部２ｃが形成されており、この座ぐり部２ｃ内には半導体基板Ｗが載置されている。
【００１９】
半導体基板Ｗは、加熱装置５ａによって上方から加熱されるとともに、加熱装置５ｂによってサセプタ２を介して下方から加熱される。なお、気相成長中に加熱装置５ａ，５ｂによって加熱されたサセプタ２の温度は例えば約１１３０℃であり、冷却されている反応炉１の壁面の温度よりも高くなる。そのため、サセプタ２の外周側部分２ｆの熱は側壁１ｅ等に対して輻射されることとなる。
【００２０】
図２（ａ）にサセプタ２の裏面２ｂ側の平面図を、図２（ｂ）にサセプタ２の縦断面図を示す。
これらの図に示すように、座ぐり部２ｃの内側には、サセプタ２の表裏に貫通する３つの貫通孔２ｄが周方向に沿って所定間隔ごとに設けられている。なお、これら貫通孔２ｄは、半導体基板Ｗを昇降させるリフトピン（図示せず）を通すための孔である。
【００２１】
座ぐり部２ｃより外側の外周側部分２ｆには、裏面に開口する３つの凹部２ｅが、それぞれ半径方向に沿って貫通孔２ｄと隣り合うように設けられている。また、サセプタ２の外周側部分２ｆには、サセプタ２の表裏に貫通して主表面２ａ及び裏面２ｂに開口する平面視円弧状の複数のスリット（空隙部）２ｇが設けられている。より詳細には、複数のスリット２ｇは、座ぐり部２ｃの外周に沿って形成されている。また、これら複数のスリット２ｇは、半径方向に沿って隣り合った貫通孔２ｄと凹部２ｅとの間に介在している。
【００２２】
支持部材３は、サセプタ２の下方において上下方向に延在した回転軸３ａを備えている。回転軸３ａの上端部には、斜め上方に向けて放射状に分岐した３本のスポーク３ｂが設けられている。各スポーク３ｂの先端はサセプタ２の凹部２ｅと嵌合してサセプタ２を支持している。なお、回転軸３ａには回転駆動装置（図示せず）が接続されており、この回転駆動装置の駆動によってサセプタ２が回転するようになっている。
【００２３】
次に、上記のような気相成長装置１００を用いてシリコン単結晶基板上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる場合の手順について説明する。
まず、サセプタ２の座ぐり部２ｃ内にシリコン単結晶基板を載置する。
次に、反応炉１の頂壁１ａ、底壁１ｂ及び側壁１ｅを冷却しつつ加熱装置５ａ，５ｂによりシリコン単結晶基板を加熱し、上記回転駆動装置によりサセプタ２を回転させた状態でガス供給口１ｃから反応炉１内にＳｉＨＣｌ３ガスとＨ２ガスとの混合ガスを反応ガスとして導入する。このとき、上記のように側壁１ｅ等に熱を奪われることによりサセプタ２の外周側部分２ｆの温度は座ぐり部２ｃの温度よりも低くなるが、座ぐり部２ｃの外周に沿って外周側部分２ｆに設けられたスリット２ｇによって、座ぐり部２ｃから外周側部分２ｆへの熱伝導が防止された状態となる。そのため、図３に示すように、座ぐり部２ｃ内のシリコン単結晶基板の外周部の温度は従来よりも約５℃高くなって中心部の温度に近づいており、その結果、シリコン単結晶基板の温度分布は従来よりも均一に保たれている。
【００２４】
なお図３は、本発明のサセプタ２に載置されたシリコン単結晶基板の半径分の温度分布と、従来のサセプタに載置されたシリコン単結晶基板の直径分の温度分布とを示す図である。
【００２５】
このようにシリコン単結晶基板の温度分布を従来よりも均一に保った状態でその主表面に反応ガスを供給することができるため、シリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層をより均一な厚さに気相成長させることができる。
【００２６】
以上のような気相成長装置１００によれば、サセプタ２の外周側部分２ｆには座ぐり部２ｃの外周に沿ってスリット２ｇが設けられているので、座ぐり部２ｃの温度が低下し難い。従って、座ぐり部２ｃに載置された半導体基板Ｗの温度分布を従来と比較して均一に保つことができるため、従来と比較して膜厚の均一性の高い薄膜を半導体基板Ｗの主表面に気相成長させることができる。
【００２７】
また、スリット２ｇよりも反応炉１の側壁１ｅに近接した部位でサセプタ２が支持部材３により支持されているので、支持部材３の熱が反応炉１の側壁１ｅ等に対して輻射されることによって支持部材３の温度が低下し、その結果、サセプタ２の外周側部分２ｆの温度が低下しても、座ぐり部２ｃから外周側部分２ｆへの熱伝導をスリット２ｇにより抑制することができる。従って、半導体基板Ｗの温度分布を従来よりも均一に保つことができるため、膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板Ｗの主表面に気相成長させることができる。
【００２８】
なお、上記実施の形態においては、座ぐり部２ｃの外側にスリット２ｇを設けることによって座ぐり部２ｃから外周側部分２ｆへの熱伝導を防ぐこととして説明したが、サセプタ２の主表面２ａに開口する溝部を座ぐり部２ｃの外側に設けることによって座ぐり部２ｃから外周側部分２ｆへの熱伝導を防ぐこととしても良い。
【００２９】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明に係る第２の実施の形態について説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３０】
本実施の形態における気相成長装置２００は、図４に示すようにバレル式の気相成長装置である点において、上記第１の実施の形態における枚葉式の気相成長装置１００と異なる。
【００３１】
気相成長装置２００は反応炉２０１を備えている。反応炉２０１は側壁２０１ｅ、頂壁２０１ａ及び底壁２０１ｂを有する反応室である。
側壁２０１ｅは透光性の石英で形成されており、この側壁２０１ｅの上部にはガス供給口１ｃが配置されている。側壁２０１ｅ及び底壁２０１ｂは空冷され、頂壁２０１ａは水冷されている。底壁２０１ｂの下部にはガス排出口１ｄが形成されている。
反応炉２０１の側方には、側壁２０１ｅを通して反応炉２０１の内部に向かって輻射を行う加熱装置２０５が配設されている。
【００３２】
反応炉２０１の内部には、棒状の支持部材２０３に支持された状態でサセプタ２０２が配置されている。支持部材２０３は、反応炉２０１の頂壁２０１ａから垂下して設けられており、その下端部においてサセプタ２０２を吊り下げた状態で支持している。この支持部材２０３には回転駆動装置（図示せず）が接続されており、この回転駆動装置の駆動によってサセプタ２０２が回転するようになっている。
【００３３】
サセプタ２０２は多角錐台状に形成されており、その外周面（基板載置面）のそれぞれには、例えば上段、中段、下段の３つの座ぐり部２０２ｃが形成されている。これら座ぐり部２０２ｃには、半導体基板（図示せず）が立てかけられた状態で載置される。
【００３４】
サセプタ２０２の外側部分２０２ｆ、つまり上段の座ぐり部２０２ｃよりも上側の部分と、下段の座ぐり部２０２ｃよりも下側の部分とには、それぞれ外周面に開口する２つの溝部２０２ｇが設けられている。これら溝部２０２ｇは、サセプタ２０２の外周に沿って延在し、平面視多角形状となっている。
【００３５】
以上のような気相成長装置２００によれば、座ぐり部２０２ｃの外側に位置する外側部分２０２ｆには溝部２０２ｇが設けられているので、外側部分２０２ｆの熱が反応炉２０１の頂壁２０１ａに対して輻射されることや、加熱装置２０５によるサセプタ２０２の外側部分２０２ｆの加熱が不十分であること等によって外側部分２０２ｆの温度が座ぐり部２０２ｃの温度より低下しても、座ぐり部２０２ｃから外側部分２０２ｆへの熱伝導を溝部２０２ｇにより抑制することができる。その結果、座ぐり部２０２ｃの温度が低下し難いため、座ぐり部２０２ｃに載置された半導体基板の温度分布を従来と比較して均一に保つことができる。よって、従来と比較して膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のサセプタ及び気相成長装置によれば、サセプタが内部に配置される反応炉の壁面の温度はサセプタの温度よりも低いものの、座ぐり部の外側にはサセプタの主表面に開口する空隙部が設けられて熱伝導を抑制しているので、座ぐり部の外側に位置する外周側部分の熱が反応炉の壁面に対して輻射されたり反応炉内のガスに伝達されたりすることによって外周側部分の温度が座ぐり部の温度より低下しても、座ぐり部から外周側部分に向かって熱が伝導し難い。従って、座ぐり部の温度が低下し難いため、座ぐり部に載置された半導体基板の温度分布を、従来と比較して均一に保つことができる。よって、従来と比較して膜厚均一性の高い薄膜を半導体基板の主表面に気相成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る気相成長装置の第１の実施の形態を示す概略縦断面図である。
【図２】本発明に係るサセプタを示す図であり、（ａ）はサセプタの裏面を示す平面図であり、（ｂ）は縦断面図である。
【図３】サセプタ上に載置された半導体基板の温度分布を示す図である。
【図４】本発明に係る気相成長装置の第２の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１，２０１  反応炉
２，２０２  サセプタ
３，２０３  支持部材
２ａ  サセプタの主表面（基板載置面）
２ｃ，２０２ｃ  座ぐり部
２ｇ  スリット（空隙部）
１００，２００  気相成長装置
２０２ｇ  溝部（空隙部）
Ｗ  半導体基板
【図１】
2004235439.tif 000003
【図２】
2004235439.tif 000004
【図３】
2004235439.tif 000005
【図４】
2004235439.tif 000006