(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水冷壁（２）を有する反応器ハウジングのプロセス室（１）内で結晶基板上に結晶膜を堆積する方法であって、プロセス室（１）の底部（３）が加熱され、一種以上の反応ガスが、キャリアガスとしての水素と共にプロセスガスとしてプロセス室（１）内に中央から導入されてプロセス室（１）を囲む環状ガス排出部（５）を通って排出され、パージガス（７）が反応器カバー（６）とプロセス室天井（４）との間を流れ、このパージガス（７）が、開口（１１）を通してプロセスガス（１０）と共に環状ガス排出部（５）内に吸引されるように、反応器壁部（２）と環状ガス排出部（５）との間のスペース（１２）をパージするパージガスと共に、反応器天井（４）とプロセス室（１）への装填のために降下可能な環状ガス排出部（５）との間のスペース（１２）を通って、プロセス室（１）の外部領域（１’）に導かれ、反応器壁部（２）と環状ガス排出部（５）との間のスペース（１２）をパージするガスが、窒素または水素と窒素の混合ガスである方法。
【請求項２】
水冷壁（２）を有する反応器ハウジングのプロセス室（１）内で結晶基板上に結晶膜を堆積する装置であって、プロセス室（１）の底部（３）が加熱され、一種以上の反応ガスが、キャリアガスとしての水素と共にプロセスガスとしてプロセス室（１）内に中央から導入されてプロセス室（１）を囲む環状ガス排出部（５）を通って排出され、パージガス（７）が反応器カバー（６）とプロセス室天井（４）との間を流れ、このパージガス（７）が、開口（１１）を通してプロセスガス（１０）と共に環状ガス排出部（５）内に入るように、反応器壁部（２）と環状ガス排出部（５）との間のスペース（１２）をパージするパージガスと共に、反応器天井（４）とプロセス室（１）への装填のために降下可能な環状ガス排出部（５）との間のスペース（１２）を通って、プロセス室（１）の外部領域（１’）に導かれ、反応器壁部（２）と環状ガス排出部（５）との間のスペース（１２）をパージするガスが、窒素または水素と窒素の混合ガスである装置。
【請求項３】
反応器カバー（６）とプロセス室天井（４）の間のギャップ（１３）をパージするガス（７）が、窒素又は水素と窒素の混合ガスであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
反応器カバー（６）とプロセス室天井（４）の間のギャップ（１３）をパージするガス（７）が、窒素または水素と窒素の混合ガスであることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水冷壁を有する反応器ハウジングのプロセス室内で結晶基板上に結晶膜を堆積する方法であって、プロセス室の底部が加熱され、一種以上の反応ガスが、キャリアガスとしての水素と共にプロセスガスとしてプロセス室内に中央から導入されてプロセス室を囲む環状ガス排出部を通って排出され、パージガスが反応器カバーとプロセス室天井との間を流れ、このパージガスが、開口を通してプロセスガスと共に環状ガス排出部内に吸引されるように、反応器壁部と環状ガス排出部との間のスペースをパージするパージガスと共に、反応器天井とプロセス室への装填のために降下可能な環状ガス排出部との間のスペースを通って、プロセス室の外部領域に導かれる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許第４，９７６，２１７号には、円筒対称形の反応器内でＩＩＩ−Ｖ族半導体膜を堆積する方法および装置が開示されている。プロセス室は下方から高周波加熱される底部を有する。プロセス室は環状中空体により囲まれ、この環状中空体は、半径方向に向く開口を有し、これらの開口を通して、プロセス室内に中央から導入されたプロセスガスが排出される。この環状ガス排出部回りの半径方向外側のスペースが冷えた反応器壁により囲まれる。反応器壁と環状ガス排出部の間のスペースはパージガスによりパージされる。
【０００３】
米国特許第５，０２７，７４６号には、同様に、ＩＩ−Ｖ族半導体膜のエピタキシャル成長装置が開示されている。この場合も、プロセスガスが、底部が加熱されたプロセス室に中央から供給される。このプロセスガスは、プロセス室を囲む環状ガス排出部を通して排出される。この装置においても、プロセス室の特定の構造部材間のスペースがパージガスを用いてパージされる。この場合、反応器カバーとプロセス室天井の間のスペースは水素とアルゴンの混合ガスによりパージされる。ガスの混合を変更することによって、パージガスの熱伝導率が調節可能であり、もってプロセス室天井の冷却が調節可能である。
【０００４】
この種の装置は、プロセス室への装填のために降下される環状ガス排出部を有し、この目的のため反応器カバーおよびこれに取り付けられたプロセス室の天井が持ち上げられる。この種の方法が実施される公知の装置においては、望ましくない粒子の剥離が、環状ガス排出部が降下されるときに生ずる。これらの粒子は、特に環状ガス排出部のガス出口開口から剥離し、また環状ガス排出部の内部の寄生的な堆積物に由来する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、この粒子の形成が低減されるように上記方法を実施することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、特許請求の範囲に記載した本発明により実現される。
【０００７】
請求項１は、反応器の壁部と環状ガス排出部との間のスペースをパージするガスが窒素又は水素と窒素の混合物であることを提案する。本発明による解決方法は、寄生的な堆積物が中空の環状ガス排出部の内側と、環状ガス排出部と環状ガス排出部を部分的に覆うプロセス室天井の周縁部との間のギャップ内と、において、低すぎる壁部温度の結果として、またはプロセスガスのギャップ中への拡散の結果として発生するという知見に基づくものである。
【０００８】
パージガスの選択によって、その熱伝導率以外にも低減される。請求項１により提案された対策に応じて、パージガス内での拡散特性は変化する。熱伝導率の低下のため、環状ガス排出部の半径方向外方に面する壁部によって、より少ない熱が冷却された反応器壁部に吸収される。この結果、環状ガス排出部の中空室の背面壁は、公知の処理方法よりも高温状態に維持される。更に、拡散の低下は、プロセス室の天井と環状ガス排出部の間のギャップ中へのプロセスガスの浸透を妨害する。
【０００９】
本発明による処理方法は、比較的大きな直径を持つ基板、例えばそれぞれ直径が６インチの７枚の基板がプロセス室内に惑星状に配置されるプロセスにおいて特に好ましい。この場合、プロセス室は相対的に大きな直径を持ち、環状ガス排出部と標準的な反応器の水冷周囲壁との間のギャップは当然小さくなる。この場合、本発明による処理方法では、対応するより大きな温度勾配がギャップ内に存在することとなる。既知の方法で、プロセス室の天井と反応器カバーとの間のギャップスペースが同様に窒素または水素と窒素との混合ガスでパージされる場合は、更に好ましい。
【００１０】
次に、このパージガス流は、プロセス室の天井のエッジとスペーサーリングとの間のギャップを通って、プロセス室天井に対して環状ガス排出部の外側の壁に向かって流れる。この位置で、カバーギャップをパージするガスは境界ギャップをパージするガスと混合され、その結果プロセス室の周辺に流れていくガスの体積流は増加することになる。プロセス室の周辺に流れ込むパージガスは、環状ガス排出部のガス出口開口を通ってプロセスガスと共に吸い取られる。
【００１１】
本発明の実施例は、添付した図面を参照して以下に更に詳細に説明される。
図１は、円筒対称のプロセス室の周囲部を示す概略の模式的断面図である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（Ｐ４）
プロセス室１は、プロセス室底３の上方水平方向に延在し、この底３は、高周波加熱手段１６により下方から加熱され、グラファイトにより構成される。プロセス室底３には、多くの、特に７個の円筒状切欠部が設けられ、それらの各々にはデイスク状基板ホルダーがガスクッション２２上に回転自在に軸支されている。プロセスガス１０は、プロセス室１をその中心から半径方向外方に流れていく。プロセス室１は、上方でプロセス室天井４によって仕切られ、この天井は、石英又は同様にグラファイトにより形成してもよい。プロセス室天井４とステンレス鋼からなる反応器カバー６の間には、パージガス７により中心から外方にパージされるギャップ１３が存在する。
【００１３】
プロセス室１の周囲境界は環状ガス排出部５により形成される。これ５は中空体として形成されている。プロセス室１に面する環状ガス排出部５の壁部５’’は多くの開口１１を有し、これらの開口を通ってプロセスガス１０は、プロセス室１の周囲に流入するパージガスと共に、吸い取られる。吸い取られたガスは、底側の壁５’’’’に設けられた一つ以上のガス出口開口１９を通って環状ガス排出部５の中空室から流出する。この開口１９は、ポンプに接続可能になっている。
【００１４】
環状ガス排出部５の背部の、背部壁５’と反応器壁部２との間に、狭いスペース１２が存在する。このスペースはパージガス８によりパージされる。パージは下方から上方に実施され、これにより、パージガス８は環状ガス排出部５の上部壁５’’’を越えて流れるように反応器のコーナーに配置されたスペーサーリング１８に送られ、これ１８はセラン（Ｃｅｒａｎ、（シリコン、アルミニウム、リチウム）系酸化物））からなるのでもよい。
【００１５】
スペース１２用のパージガス８との混合のために、更に上部壁５’’’とプロセス室天井のエッジ部分との間のギャップ９を通ってプロセス室１の外部領域１’に流すために、プロセス室天井とスペーサーリング１８の間には環状ギャップ１７が存在し、パージガス７は、このギャップを通って出て行くことができ、他のパージガス流１５とプロセスガス１０と共にこの開口１１を通って吸い取られる。パージガス１５は、プロセス室底３の周囲面と環状ガス排出部５の内側に面する壁部５’’との間のギャップ１４をパージする。
【００１６】
本発明によれば、壁部５’と冷却水路２０を有する反応器壁部１２との間のほんの２−３ｍｍの幅のスペース１２が、窒素または水素と窒素の混合ガスによりパージされることが、提案される。この混合ガスは純粋な水素より非常に低い熱伝導率を有し、その結果環状ガス排出部５の壁部５’は、特にその内側で、プロセスガスの堆積温度よりも高い温度に保持される、ここで、プロセスガスはフォスフィン、アルシン、および有機金属化合物が対象となりうる。この結果、環状ガス排出部の中空室にはいかなる堆積も生じないか、あるいはわずかに少量の堆積が生じることになる。従って、プロセス室１への基板の装填のために環状ガス排出部５が降下されるとき、何らかの粒子が開口１１を通って環状ガス排出部５の内部から外方に出ることは不可能になる。
【００１７】
更に、水素／窒素ガス流はまた反応器天井４と環状ガス排出部５の間のギャップ９をパージするため、プロセスガスがギャップ９中に拡散していきそこの低温部位で凝縮することを更に効果的に回避する。このガス流に同様に水素と窒素の混合ガスからなるガス流７が混合されるため、拡散速度は更に低減される。
【００１８】
以上に開示した全ての特徴は本発明に（本来）適切なものである。関連する／添付した優先権書類（先行出願の写し）の開示内容は、これによりその全体が本出願の開示に取り込まれ、本出願の請求項に上記これらの書類の特徴が一部取り込まれる。
【図１】
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