(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の加熱部（１９）により下側から加熱される第１の壁（３）と、
前記第１の壁（３）と対向しかつ第２の加熱部（２０）により上側から加熱される第２の壁（４）と、
前記第１の壁（３）と前記第２の壁（４）との間に形成された処理室（１）と、
前記第２の壁（４）の中央を貫通して設けられたガス導入装置（６）であって、切頭円錐形状を有して前記処理室（１）に突き出しかつ前記切頭円錐形状の底面であり前記第１の壁（３）に平行な基礎面（５２）及び前記切頭円錐形状の側面を具備する中心部（４９）と、第１の反応ガスを前記処理室（１）内に導入するために前記側面に沿って設けられた第１の開口部（３０）と、第２の反応ガスを前記処理室（１）内に導入するために前記基礎面（５２）の中央に設けられた第２の開口部（３１）と、前記側面及び前記基礎面（５２）を冷却し前記基礎面（５２）と前記第１の壁（３）の間の領域を前記第２の反応ガスの分解温度より低い温度とするために前記中心部（４９）内の中空部に設けられた冷却水室（２８）とを具備する、前記ガス導入装置（６）と、
前記基礎面（５２）の周縁近傍にて、前記第１及び第２の反応ガスの分解生成物または生じ得る分解生成物の付加物の飽和温度よりも高い温度とされた分解領域（５１）と、
前記処理室（１）内で前記第１の壁（３）上に支持され、かつ、前記ガス導入装置（６）を中心として前記分解領域（５１）よりも半径方向外側に配置され、前記分解領域（５１）で分解された前記第１及び第２の反応ガスの分解生成物が運ばれる基板保持器（４５）と、を備えることを特徴とする結晶層堆積装置。
【請求項２】
前記処理室（１）が１０００℃以上に加熱されることを特徴とする請求項１に記載の結晶層堆積装置。
【請求項３】
前記処理室（１）が１５００℃以上に加熱されることを特徴とする請求項１に記載の結晶層堆積装置。
【請求項４】
前記冷却水室（２８）を水が流れることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の結晶層堆積装置。
【請求項５】
前記第１の開口部（３０）が、狭いリング隙間（３７）を経て、導入管（２７）が開口するリング室（３８）に結合されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の結晶層堆積装置。
【請求項６】
前記基礎面（５２）が前記第２の壁（４）より前記第１の壁（３）の方に近い位置にあることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の結晶層堆積装置。
【請求項７】
前記冷却水室（２８）に冷却水案内板（２９）が配置されることを特徴とする請求項６に記載の結晶層堆積装置。
【請求項８】
前記ガス導入装置（６）の外側の壁に結合された支持体（３３）のリング状の鍔によって前記第２の壁（４）が支持されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の結晶層堆積装置。
【請求項９】
前記第２の壁（４）と前記支持体（３３）が、グラファイトで構成されることを特徴とする請求項８に記載の結晶層堆積装置。
【請求項１０】
前記第２の壁（４）の下側に互いに噛み合って支えられる被覆リング（３４）が取り付けられ、内側にある被覆リング（３４）が前記支持体（３３）のリング状の鍔によって支持されることを特徴とする請求項８または９に記載の結晶層堆積装置。
【請求項１１】
前記被覆リング（３４）が、ＴａＣ、または、ＴａＣもしくはＳｉＣで被覆されたグラファイトから構成されることを特徴とする請求項１０に記載の結晶層堆積装置。
【請求項１２】
前記第１の壁（３）が、内側壁に半径方向に突き出したリング状の段（３’）を有し、前記リング状の段（３’）によって下側から支持板（２１）の縁に保持されることを特徴とする請求項１１に記載の結晶層堆積装置。
【請求項１３】
前記支持板（２１）の上側に配置された引張板（２２）が、前記第１の壁（３）のリング状の段（３’）によって支えられ、引張ロッド（２３）に噛み合うことを特徴とする請求項１２に記載の結晶層堆積装置。
【請求項１４】
第１の加熱部（１９）により下側から加熱される第１の壁（３）と、
前記第１の壁（３）と対向しかつ第２の加熱部（２０）により上側から加熱される第２の壁（４）と、
前記第１の壁（３）と前記第２の壁（４）との間に形成された処理室（１）と、
前記第２の壁（４）の中央を貫通して設けられたガス導入装置（６）であって、切頭円錐形状を有して前記処理室（１）に突き出しかつ前記切頭円錐形状の底面であり前記第１の壁（３）に平行な基礎面（５２）及び前記切頭円錐形状の側面を具備する中心部（４９）と、第１の反応ガスを前記処理室（１）内に導入するために前記側面に沿って設けられた第１の開口部（３０）と、第２の反応ガスを前記処理室（１）内に導入するために前記基礎面（５２）の中央に設けられた第２の開口部（３１）と、前記側面及び前記基礎面（５２）を冷却するために前記中心部（４９）内の中空部に設けられた冷却水室（２８）とを具備する、前記ガス導入装置（６）と、
前記処理室（１）内で前記第１の壁（３）上に支持され、かつ、前記ガス導入装置（６）を中心として前記分解領域（５１）よりも半径方向外側に配置された基板保持器（４５）と、を備える結晶層堆積装置における結晶層堆積方法であって、
前記基礎面（５２）と前記第１の壁（３）の間の領域を、前記第２の反応ガスの分解温度より低い温度とし、
前記基礎面（５２）の周縁近傍における分解領域（５１）を、前記第１及び第２の反応ガスの分解生成物または生じ得る分解生成物の付加物の飽和温度よりも高い温度とし、
前記第２の反応ガスを、前記第２の開口部（３１）から供給し、前記基礎面（５２）に沿って前記分解領域（５１）まで流し、
前記第１の反応ガスを、前記第１の開口部（３０）から前記分解領域（５１）に供給し、
前記分解領域（５１）で分解された前記第１及び第２の反応ガスの分解生成物が前記基板保持器（４５）まで運ばれ、前記基板保持器（４５）に載置された結晶基板上に結晶層を堆積させる、ことを特徴とする結晶層堆積方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１に特に結晶質の層を１つ以上の特に処理室の同様な基板上に、処理室に導入されそこで熱分解によって変換された処理ガスによって沈積させる装置に関するもので、処理室は第１の壁および第１の壁に対向する第２の壁を有し、少なくとも１つの加熱された基板保持器が第１の壁に配置され、少なくとも１つの反応ガスがガス導入装置によって供給される。
【０００２】
本発明は、さらに特に結晶質の層を１つ以上の特に処理室の同様な基板上に、処理室に導入されそこで熱分解によって変換された処理ガスによって沈積させる方法に関するもので、処理室は第１の壁および第１の壁に対向する第２の壁を備え、第１の壁に配置された加熱された基板保持器上に基板が置かれている。
【０００３】
【従来の技術】
上述の種類の装置はＵＳ４９６１３９９によって既知である。ここでは第１の壁に水平面に設けられた搬送板によって形成され、その上に基板保持器が装置が運転されると回転するように配置され装着される。既知の装置では、中央のガス導入装置によって反応ガスが処理室に導入される。その文書に説明される装置はＩＩＩ−ＩＶ半導体層の沈積に使用される。反応ガスとしてこの文書ではアルジンおよびトリメチルインジウムが述べられている。
【０００４】
ＵＳ特許５７８８７７７も同様に、処理室の結晶質基板に結晶質の層を沈積させる装置を説明している。この場合はシランおよびプロパンを、反応ガスとして処理室に中央のガス導入装置によって導入する。この装置は炭化シリコン層を単結晶のシリコン基板に沈積させるために使用される。説明される装置およびこの装置によって実施される方法は、シランを比較的低い温度（約５００℃）で分解させ、分解生成物をこの温度でガスの状態で残さないで液化させるという問題を解決しなければならない。さらに液化はプロパンの存在およびその分解生成物によって阻害される。
【０００５】
優先日の前で公開されていないＤＥ１９９４９０３３．４は、処理温度からずっと低く冷却した処理ガスおよび搬送ガスを熱い基板の直ぐ前に導入し、資源ガスの早期の分解および局部的な分解生成物を含むガス流の過飽和を回避することを提案している。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
本発明は、ガス導入範囲における分解生成物の液化を防止する対策を提案するという課題に基づいたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題は請求項の述べる本発明によって解決される。
【０００８】
請求項１は、この種の装置をガス導入装置が液体で冷却されるように発展させたものである。請求項１によれば、２つ以上の反応ガスを空間的に離し、これらの反応ガスのうち少なくとも１つの反応ガスを分解温度より低く冷却して反応室に導き、両者の反応ガスが反応室で出会う場所の温度は、分解生成物または生じ得る分解生成物の付加生成物の飽和温度より高くする。反応ガスとしてはシランおよびメタンまたはプロパンを使用することが好ましく、それぞれ冷却された導入管によって処理室の高温領域に導入される。これらは搬送ガス例えば水素によって行なわれる。冷却された導入管は処理室の高温表面の近くまで達しているので、反応ガスは飛躍的に温度上昇する。シランの分解生成物であるシリコン原子およびメタン／プロパンの分解生成物である炭素原子は、その分解後ほとんど直ぐに飽和温度より高い温度にある周囲に散らばる。したがって局部的な過飽和は生じない。分解生成物はガス流によって半径方向外側に、既知の方法によって回転駆動される基板保持器まで運ばれ、そこで基板にＳｉＣの単結晶を形成するため成長する。搬送ガスおよび凝縮しなかった反応生成物は出口開口を経てガス排出リングから排出される。処理は低い圧力（約１００ｍｂａｒ）で行なわれる。適切な処理パラメータの選定によって、１０μｍ／ｈ以上の成長率が達成される。ガス導入装置は水またはその他の適切な冷却流体で冷却される。冷却水室をもつガス導入装置の一部は高温の処理室に突き出すことができる。シランであることが好ましい第１の反応ガスは、壁が冷却された環状かつくさび状の隙間である第１の開口部から放出される。隙間の壁は鋼から製作される。くさび隙間は処理室の１０００℃以上、好ましくは１５００℃以上の高温グラファイト壁に直接隣接して設けられる。くさび隙間は非常に狭いリング隙間を経て、ガス導入装置に設けられたリング室に接続される。このリング室に外部から導入管が開口する。これによって第１の反応ガスは周方向にほぼ均等に配分されて隙間を通って流れ、半径方向に均等に流出する。別の第２の反応ガス、好ましくはメタンまたはプロパンは処理室に突き出したガス導入装置の一部である中心部の導入管端部の第２の開口部を通って供給される。この第２の開口部は処理室に突き出した切頭円錐状区間の基礎面に設けられる。基礎面は両方の加熱された壁のほぼ中央にある。切頭円錐状区間はほぼ完全に中空である。中空部には冷却水があり、冷却水案内板によって中空部内を導かれる。ガス導入装置には冷却水の供給管と排出管が設けられる。ガス導入装置の外側の壁にはリング状の支持体が保持され、半径方向に突き出した支持カラーが形成される。支持体はグラファイトで製作されることが好ましい。このリング状の支持カラー上にカバー板が支持され、その背部は特に高周波コイルによって加熱される。カバー板と、全体として円筒状のガス導入装置の間には、気泡炭素で製作された絶縁スリーブを設けることができる。支持体が支えられる外部壁と、くさび状の隙間壁の間には同様に冷却水室が設けられる。
【０００９】
本発明は、さらに基本的にはＵＳ５７８８７７７によって既知の、ガス導入装置のカバー板およびその保持の発展に関するものである。反応ガスであるシランおよびメタン／プロパンによるＳｉＣエピタクシには、グラファイトから構成される支持板および同様にグラファイトから構成されるカバー板の不活性被覆が要求される。被覆はＴａＣまたはＳｉＣから構成される。このように被覆されたカバー板および支持板でも、反応ガスがエッチング作用を発揮するので摩耗に曝される。本発明により、カバー板はＴａＣで構成することができ、かつ交換できる被覆リングで被覆される。被覆リングは互いに噛み合わされて保持されカバー板を支える。内側にあるリングは内側縁で支持体の支持カラーにより支えられる。本発明の１つの代替案においては、被覆リングをグラファイトで構成し、ＴａＣまたはＳｉＣで被覆する。
【００１０】
本発明の好ましい形態においては、処理室のカバー板は反応炉ハウジングのカバーに強固に固定される。反応炉ハウジングのカバーとカバー板の間には同様にカバーに固定された高周波コイルが設けられる。処理室に基板を装荷したり取り出したりするためカバーを持ち上げるのは、適切な空気圧シリンダで行なうことができ、高周波コイルおよび処理室カバー板が同時に持ち上げられる。
【００１１】
搬送板の加熱は下側から高周波コイルによって行なわれる。両方の高周波コイルは別々の高周波発電機によって電力を供給することができる。これによって基板温度およびカバーの個別温度制御が可能となる。基板温度は約１６００℃である。このためグラファイトから構成される搬送板は１７００℃から１８００℃に加熱される。ガス導入装置に直接隣接するカバー板の範囲も同様な高温に曝される。冷却によってガス導入装置は１００℃以下に保持される。
【００１２】
以下本発明の実施例を添付した図面によって説明する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施例に示した装置は、高温壁反応炉で単結晶のＳｉ基板に単結晶のＳｉＣ層を堆積させるために使用される。この基板は４インチの直径を持つことができる。装置は図示されていないハウジングに配置され、反応炉２のカバー８は上側に開放することができる。このときカバー８は、同様に固定されている水冷高周波コイル２０およびガス導入装置６に固定されているカバー板４とともに持ち上げられる。さらに下側ケーシング壁区間にシールによって支えられている上側ハウジング壁区間も持ち上げられるので、搬送板３に支持される基板保持器４５に基板を取り付けることができる。
【００１４】
反応炉ハウジング２には処理室１が設けられる。この処理室１は基板保持器４５を搬送する搬送板３を備えている。搬送板３と平行にその上側にカバー板４が広がっている。搬送板３は下側から水冷高周波コイル１９によって加熱される。カバー板４は上側から同様に水冷高周波コイル２０によって加熱される。搬送板３はリング状に形成され、外側直径は内側直径のほぼ倍である。搬送板３の内側壁には半径方向に内側に突き出したリング状の段３’が設けられる。このリング状の段３’によって、搬送板３は支持板２１の縁に保持される。支持板２１はさらに支え管２４によって支えられ、これを通して引張ロッド２３が突き出している。引張ロッド２３は、支持板２１の上側に配置されその縁が段３’に載っている引張板２２のほぼ中央に噛み合う。引張ロッド２３を下から引っ張ることにより搬送板３はクランプ爪状に保持される。
【００１５】
搬送板３およびカバー板４はガス排出リング５によって囲まれる。このガス排出リング５は処理室の側面壁を形成する。ガス排出リング５は多数の半径方向の穴２５が設けられ、これを通って処理ガスは流出することができる。ガス排出リング５は支持板２１、引張板２２、搬送板３およびカバー板４と同様に固形のグラファイトから製作される。これは一体品であり、処理室１の高さとほぼ等しい幅を備えている。これによりガス排出リング５は比較的高い熱容量を有しているので、処理室内の温度分布を縁においても非常に均一に保つことができる。ガス排出リング５はカバー板４を載せる座３５および搬送板３に載る座３６が形成されていることによって、カバー板４および搬送板３の間の空間に突き出している。
【００１６】
カバー板４は下側に合計３つの被覆リング３４が内張りされている。この被覆リングはグラファイトまたはＴａＣから構成される。これらは炉のリングのように互いに噛み合って保持され、一番内側のリング３４は、ガス導入装置６の下端にねじ込まれたグラファイトの支え３３のリング状の鍔によって支えられる。互いに重なる領域で、被覆リング３４は重ねられる。これらは互いに重なる段付けしたリング区間３４'、３４"を形成しているので、その表面は段差がなく広がっている。
【００１７】
ガス導入装置６は全体として２分割に構成される。これは処理室１に突き出し切頭円錐の形状を有する区間から構成される中心部４９を備えている。この中心部４９は外被５０によって囲まれる。Ｏリングシール４３によって外被５０は中心部４９に対してシールされる。
【００１８】
シラン５の導入はリング室３８に開口する導入管２７によって行なわれる。このリング室３８はリング隙間３７に連続し、リング隙間３７に対し、シランが流出する環状でくさび状の隙間である第１の開口部３０が繋がる。この開口部３０の壁は、一方では中心部４９によって、そして他方では外被５０によって構成される。このダクトである開口部３０の壁は冷却される。ダクトの壁（中心部４９の壁と外被５０の壁）の背面には、壁の温度をシランの分解温度以下に保持するため冷却水が流れる冷却水室２８が設けられる。
【００１９】
冷却水は冷却水ダクト３９を通って中心部４９に配置された冷却水室２８に進入し、冷却水がダクト４０を通して再び排出されるよう、案内板２９によって壁に沿って導かれる。
【００２０】
背面の冷却水の流れによって一定温度に保持される基礎面５２では反応ガスは分解せず、基礎面は処理室のほぼ中央にあって搬送板３の表面と平行に広がる。搬送板との間隔はカバー板４と搬送板３の半分よりも小さい。基礎面５２の中央にメタンまたはプロパンの導入管２６の開口部３１が設けられる。水素が撒布ダクト４１を通って処理室１に進入する。処理ガスは同様に水素とともにダクトに配置された導入管２６、２７を通って導かれる。
【００２１】
装置の運転中は約１６００℃まで加熱されるカバー板４を冷却されたガス導入装置６から絶縁するため、ガス導入装置を取り囲む炭素気泡体から成る絶縁スリーブ３２が設けられ、支持体３３に保持される。
【００２２】
参照番号５１によって、シランの分解生成物がメタンまたはプロパンと遭遇する処理室１の場所を例として示している。この点５１においてガス温度は分解成分の飽和温度より高くなるので過飽和効果は生じない。
【００２３】
搬送板３は支え管２４によって回転駆動され，回転駆動される基板保持器４５を支持する。基板保持器４５の間の範囲には補償板４８が充填される。これらは搬送板３の表面に緩く配置される。基板保持器４５および補償板４８の表面は互いに平らである。補償板４８はＴａＣから製作し交換可能であることが好ましい。
【００２４】
搬送板３が下側から加熱されると、補償板４８と搬送板３の間の水平合わせ目は基板保持器４５と搬送板３の間の水平合わせ目とほとんど同じ温度に上昇する。
【００２５】
外被５０には多数の軸方向に伸びる導入管が設けられる。１つ以上の導入管２７はシランの導入に使用されリング室３８に開口する。１つ以上の別の導入管１５は水素の導入に使用されリング状の出口ノズルである散布ダクト４１に接続されるリング室４２に開口する。
【００２６】
ダクト２７および１５と平行に冷却水供給および排出ダクト１４が設けられる。これは冷却水室２８に開口する。
【００２７】
開示されたすべての特徴は本発明に対し基本的なものである。従って、対応する／添付の優先書類（事前出願のコピー）の開示もまたすべて本出願の開示内に含まれるものであり、その目的のためこれらの書類の特徴もこの出願の請求事項に含まれるものである。
【００２８】
【発明の効果】
ガス導入範囲における分解生成物の液化が防止される。
［図面の簡単な説明］
【図１】  反応炉ハウジングに配置された反応室から構成される反応炉の図式的描写である。
【図２】  ガス導入装置を備えた反応室の拡大図である。
【図３】  図３によるガス導入装置における、ガス導入装置を通る別の断面の図である。
【図４】  図４のさらに別の断面の図である。
【図１】
0004587640.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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