(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＶＤ反応器であって：
・ケーシングカバーを備える反応器ケーシングと；
・少なくとも１つのウェーハ用で前記反応器ケーシングに配置された加熱サセプター（ウェーハキャリヤ）と；
・前記少なくとも１つのウェーハに面する複数の開口部を備え、詳しくは中程度に加熱されたＣＶＤ媒体などが通って反応器に入る複数の開口部を備える流体流入口ユニットと；
・前記反応器ケーシングの外面上に配置され、導入された媒体が再び通って排出される流体流出口と；
からなるＣＶＤ反応器において、
前記流体流入口ユニットは、前記ケーシングカバーから隔離され、底面を備え、前記開口部が配設され、前記加熱サセプター（ウェーハキャリヤ）によって実質的に熱放熱および／または熱伝導により加熱される中空体からなり
フラッシングガス流入口装置が配設され、フラッシングガスを前記中空体の上面と前記ケーシングカバーの間の空隙に、前記上面が熱を環境に事実上前記ガス中の熱伝導により放散させるような方法で導入し、
前記中空体へもしくはそれからの熱の供給と放散それぞれの条件が、前記底面がそれ自体を選択できる温度に調整して、前記ＣＶＤ媒体が外側からの中程度の加熱のため媒体の供給もなく中程度に加熱されるよう、また正の熱勾配が前記中空体の上面と底面の間に存在するように制御されることを特徴とするＣＶＤ反応器。
【請求項２】
前記加熱サセプター（ウェーハキャリヤ）と前記中空体の間の空隙が前記中空体の底面の温度設定に調整できるよう適応できることを特徴とする請求項１記載のＣＶＤ反応器。
【請求項３】
ねじ部を備える前記中空体の保持ユニットが前記空隙の設定に配設されることを特徴とする請求項２記載のＣＶＤ反応器。
【請求項４】
前記ケーシングカバーがサーモスタットで制御されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のＣＶＤ反応器。
【請求項５】
前記ケーシングカバーが液体媒体、例えば水による冷却装置を有することを特徴とする請求項４記載のＣＶＤ反応器。
【請求項６】
前記ケーシングカバーと前記中空本体の上面の間に熱シールド（天井）が配設されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のＣＶＤ反応器。
【請求項７】
前記熱シールドが熱耐性のある不活性材料、例えば石英製のプレートであることを特徴とする請求項６記載のＣＶＤ反応器。
【請求項８】
前記フラッシングガス流入口装置が前記ケーシングカバーと前記熱シールドの間の空隙にある第１の気体流出口と、前記熱シールドと前記中空体の上側部の間の空隙にある第２の気体流出口とからなることを特徴とする請求項６または７記載のＣＶＤ反応器。
【請求項９】
前記フラッシングガス流入口装置が前記中空体の上面の真上の、少なくとも１つの空隙に導入される少なくとも１種の気体の組成物および／または流量が熱放散の条件設定のため変化できることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載のＣＶＤ反応器。
【請求項１０】
前記フラッシングガス流入口装置が異なる気体もしくは気体組成物を、前記中空体の上面と前記熱シールドの間に、また前記熱シールドと前記ケーシングカバーの間に導入することを特徴とする請求項９記載のＣＶＤ反応器。
【請求項１１】
前記フラッシングガス流入口装置が異なる熱伝導を示す複数種の気体からなる気体混合物を導入することを特徴とする請求項９または１０記載のＣＶＤ反応器。
【請求項１２】
前記中空体が良好な熱伝導性を備える金属から、あるいは異なる熱伝導率係数、反射と吸収特性をもつ異なる金属のいくつかの層からなることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載のＣＶＤ反応器。
【請求項１３】
前記中空体が低熱容量をもつことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載のＣＶＤ反応器。
【請求項１４】
前記中空体が薄い円板であることを特徴とする請求項１２もしくは１３記載のＣＶＤ反応器。
【請求項１５】
前記加熱サセプター（ウェーハキャリヤ）がデュアル回転をする遊星型サセプター（遊星型ウェーハキャリヤ）であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項記載のＣＶＤ反応器。
【請求項１６】
前記加熱サセプター（ウェーハキャリヤ）が円板であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項記載のＣＶＤ反応器。
【請求項１７】
前記円板が機械的に回転するか、あるいは気体ホイール回転で機能することを特徴とする請求項１６記載のＣＶＤ反応器。
【請求項１８】
前記中空体もしくは前記中空体の部品が回転のための設計がなされ、また前記円板および／または前記加熱サセプターは回転しないことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項記載のＣＶＤ反応器。
【請求項１９】
前記流体流入口ユニットが気体および／または液体、例えば金属有機溶液が前記中空体内で混合できるよう設計されることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項記載のＣＶＤ反応器。
【請求項２０】
前記流体流入口ユニットはそれが異なる流体用に別々の開口部を備えることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項記載のＣＶＤ反応器。
【請求項２１】
前記各開口部は前記流体がその前記開口部からの排出時に互いに混合し合うように配列してあることを特徴とする請求項２０記載のＣＶＤ反応器。
【請求項２２】
前記流体をそれが前記中空本体に流入するに先立って予備加熱する中程度加熱の特別装置が配設されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項記載のＣＶＤ反応器。
【請求項２３】
前記流体流入口ユニットはそれがエッチングもしくは洗浄用気体に耐性がつくように設計されることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか１項記載のＣＶＤ反応器。
【請求項２４】
前記ＣＶＤ反応器が円形シリンダーの形状をしていることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１項記載のＣＶＤ反応器。
【請求項２５】
前記ＣＶＤ反応器の側壁もサーモスタットにより制御されていることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか１項記載のＣＶＤ反応器。
【請求項２６】
前記ＣＶＤ反応器の内側の圧力がほぼ０．１乃至１０００ミリバールの値になることを特徴とする請求項１〜２５のいずれか１項記載のＣＶＤ反応器。
【請求項２７】
前記流体流入口ユニットが前記ＣＶＤ媒体を０．１ミリバール乃至１０バールの間の圧力レベルで供給することを特徴とする請求項１〜２６のいずれか１項記載のＣＶＤ反応器。
【請求項２８】
前記加熱サセプター（ウェーハキャリヤ）を赤外線加熱、抵抗加熱もしくは高周波加熱することを特徴とする請求項１〜２７のいずれか１項記載のＣＶＤ反応器。
【請求項２９】
前記加熱が前記加熱サセプター（ウェーハキャリヤ）をほぼ室温乃至１２００℃の温度に加熱することを特徴とする請求項２８記載のＣＶＤ反応器。
【請求項３０】
前記熱シールドのほかに、さらなる熱シールドが前記中空体の上面と前記ケーシングカバーの間に配設されることを特徴とする請求項６〜２９のいずれか１項記載のＣＶＤ反応器。
【請求項３１】
III−Ｖ、II−VI、IV−IV材料からなる薄層、さらに単一成分と多成分酸化物、灰チタン石、特にバリウムとチタン酸ストロンチウム（それぞれＳＴもしくはＢＴ）、チタン酸バリウムストロンチウム、ストロンチウムとチタン酸ジルコン酸バリウム（ＢＺＴ）、チタン酸ストロンチウムビスムス（ＳＢＴ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる薄層を製造するための請求項１〜３０のいずれか１項記載のＣＶＤ反応器。
【請求項３２】
ドープで処理した薄層、特に受容体もしくは供与体でドープ処理した層を製造するための請求項３１記載のＣＶＤ反応器。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は請求の範囲の請求項１の上位概念部分によるＣＶＤと、さらにその応用に関するものである。
背景技術
ＣＶＤ反応器は一般に共通のものであり、ドイツ連邦共和国アーヘンのアイクストロン（Ａｉｘｔｒｏｎ）．ＡＧのような複数の会社により製造，販売されている。この明細書でさらに詳細に述べられていないすべての用語の説明として、明白な参照はこれらの公知のＣＶＤ反応器にされたい。
公知のＣＶＤ反応器はカバーを備える反応器ケーシングからなり、その中に加熱サセプター（ウェーハキャリヤ）が配設され、その上に少くとも１つのウェーハが位置決めできる。中心流体流入口がＣＶＤ気体もしくは液体の供給に対する決まりとして配設される。その後、流体流出口が主として前記反応器ケーシングの外面に配置される。反応器の中心から前記ウェーハを経由する気体の半径方向の流出を可能にする中心気体流入口ノズルか、あるいはいわゆるシャワーヘッドが前記反応器カバー内もしくはカバー上で用いられ、直接ウェーハの上方に配置され、前記気体をシャワーの形にして大きい数の小孔を介して前記ウェーハの上に垂直の下方向に噴霧する。このような反応器が、例えばイギリス国のトーマス．スワン（Ｔｈｏｍａｓ  Ｓｗａｎ）社により販売されている。
ドイツ連邦共和国特許第ＤＥ４３３０２６６号は中に単一のウェーハ反応室が設けられ、ウェーハを押え付け、かつウェーハを加熱するウェーハ加熱載物台を備える類似の構造部材を開示している。さらに気体流入口ノズルを備える気体供給ヘッドが前記ウェーハ加熱載物台に対向して配置され、それによって一定間隔の層が反応ガス供給のため生成される。気体はそこで前記供給ヘッドを経由して流出させる。排気ガスの流出口が一様に配置される。
気体が前記反応器に僅かばかり加熱された状態で導入された場合、便宜な材料がここにある。これは気体が予備加熱されるか、あるいは前記流入口が加熱される装置を用いて達成できる。
シャワーヘッドとして配置された流体流入口にとっては、前記シャワーヘッドにサーモスタット制御の加熱用に複合水路を設けることが一般的である。この配置は複雑であるために高価につくという欠点だけでなく、水路をＣＶＤ反応器に用いることが常に特定の危険に曝らされるという不便をも必然的に伴うものである。例えば漏れの場合、冷却水が反応器の内部に漏れ、前記ＣＶＤの１種類のガスもしくは数種のガスがそこに入って爆発タイプの反応を受けることがある。他の欠点はシャワーヘッドにおける温度の点でのむらであり、それは水の加熱に繋っている。
ドイツ連邦共和国特許第ＤＥ４３  ３０  ２６６号によれば、気体は気体供給ヘッドとその気体流入口ノズルを通過し、ウェーハを介して一定間隔の層に入る。ここでも、冷却水路と熱維持素子が前記流入口領域の温度に影響を及ぼす。そこで、気体流入口域に隣接するスペーサ素子の内壁の温度が一定温度に保持される。この場合、水路に関係する先述の欠点がここでも当て嵌まる。
発明の開示
本発明は、シャワーヘッドまたは気体流入口ノズルとして流体流入口と、したがって導入されるべき流体、すなわち気体および／または液体が単純な方法で、特に水路などが不要になった状態で中程度に加熱できるような方法によって配列された流体流入口からなるＣＶＤ反応器を改良するための問題に基礎をおくものである。
この課題の１つの創意ある解決は請求の範囲の請求項１に定義されている。本発明の改善は請求項２以降の主題である。請求項３１と３２では本発明により規定された反応器を用いる方法が請求されている。
本発明によれば、請求項１の上位概念部分で規定された特徴を示すＣＶＤ反応が：
・流体流入口ユニットが前記反応器のカバーから離隔された中空本体からなり、その下側に開口部が配設されて前記サセプター（ウェーハキャリヤ）からの熱放熱により実質的に加熱されることと；
・フラッシングガスを前記中空本体の上側部と反応器カバーの間の空隙に前記上側部が事実上気体中の熱対流により環境に放熱するような方法で導入するフラッシングガス流入口装置を配設することと；
・前記中空本体へ、あるいはそれからの熱供給と放散の状態が、選択できる温度に下側部がそれ自体外側からの中程度に加熱する媒体の供給の必要もなく順応できるよう、また正の熱勾配が前記中空本体の上側部と下側部の間に現れるよう調整されること；によって改良することである。
本明細書のために、用語「ＣＶＤ媒体」はＣＶＤと、特にＭＯＣＶＤガス、液体、溶液もしくは上述の物質の混合物で、下記に一般用語「流体」と総体的に謂われているものを指すと理解されるべきである。
本発明によれば公知のＣＶＤ反応器は、前記流体流入口ユニットがＣＶＤ媒体などの複数の流出口開口部（すなわちそれ自体公知のシャワーヘッド）をもつほぼ中空円板の形状を有し、また前記サセプター（ウェーハキャリヤ）と前記反応器カバーの間に、前記流体流入口ユニットの下側部が前記サセプター（ウェーハキャリヤ）からの放熱により加熱され、したがって前記ＣＶＤ媒体などが前記流体流入口ユニットを通過する時、中程度に加熱されることになるように前記サセプター（ウェーハキャリヤ）と反応器カバーの間の温度に調整されるような方法で、配置されるユニットからなるような対策をとることで改善される。（調節可能な）冷却用放熱器が前記流体流入口装置の上側部に配設されるので、規定の温度勾配が前記流体流入口ユニットを経て軸方向に生成される。
本発明は公知の反応器の、反応器カバーと、液体が通過するシャワーヘッドの形と、この目的のために必要とされる別個の加熱系の形をとった気体流入口の調整がサーモスタット制御の下で行われる複合構造を、前記シャワーヘッドが前記反応器カバーから分離した構成部品として構成されるという基本的着想から出発している。前記サセプター（ウェーハキャリヤ）がとにかく赤外線加熱、抵抗加熱もしくは高周波加熱により典型的事例で室温と１２００℃の間の温度レベルに加熱され、その後、かなりの熱量を放熱によりその環境に放熱し、前記流体流入口ユニットが加熱される。この創意的な対策のため、前記流体流入口ユニットが加熱される温度に制御された方法で設定される。
加熱される前記流体流入口ユニットは、良好な熱伝導特性をもつ金属製の薄いシャワーヘッドを反応器の反応器カバーの下方に、できれば天井の真下にサーモスタット制御の下に配置することが好ましい。
この構造は多数の利点を示す：
前記シャワーヘッドが直接前記サセプター（ウェーハキャリヤ）からの下方からの放熱により加熱される。詳述すれば、前記サセプター（ウェーハキャリヤ）と前記中空本体の間の間隔が前記中空本体の下側部の温度設定のため調整できる。この目的で、保持ユニットが前記中空本体のためねじ部を設けて配設できる。
前記中空本体へ、あるいは本体からの熱供給もしくは放散がここで自由に調整できる前記サセプター（ウェーハキャリヤ）からの間隔により、また反応器内の気体（キャリヤガス、例えば窒素もしくは水素もしくはこれらの気体の混合物と全圧力の選択）の伝導率により前記サセプター（ウェーハキャリヤ）の温度により測定でき、前記シャワーヘッドの加熱と中程度の加熱に今まで必要としてきた追加の加熱系の有用性がもはや必要とされない。
熱の前記シャワーヘッドの上側部からの上方方向の放散は、シャワーヘッドと石英天井の上方で用いられる特別のフラッシングガスにより、また金属反応器の石英天井とカバーの間で用いられる特別のフラッシングガスにより測定される。
ここでフリッジリンク（Ｆｒｉｊｌｉｎｋ）ほかにより提案されたサーモスタット制御天井が特に利用できる。その限りにおいて、２つのフラッシングガス混合物の適用は極めて精度の高い制御もしくは絶対温度ならびに反応器内のシャワーヘッドの温度勾配の設定を可能にする。
大多数の用途で好ましいシャワーヘッドからサセプター（ウェーハキャリヤ）への正の温度勾配が自動的に確保される。前記温度勾配は制御された方法で、熱シールドと、反射と吸収の異なる係数を呈する材料でシャワーヘッドの多層構成として役立つ局部金属板の導入を提供するさらなる実施例により一層影響されることがある。
すべての他の点において、反応器は従来の構造を呈する：詳述すれば、反応器は公知の遊星型反応器に類似し、中心気体流入口とそれを外側で取囲む気体流出口（排気）を備える丸形反応器であり得る。前記気体流出口（排気）は、詳述すればフリッジリンク（Ｆｒｉｊｌｉｎｋ）ほかにより提案されたトンネルであって差支えない。反応器の天井は同様にフリッジリンクにより提案された形態に構成でき、したがってサーモスタット制御用に適応できる。
前記サセプター（ウェーハキャリヤ）は、デュアルに回転式の遊星型サセプター（遊星型ウェーハキャリヤ）か、大型平面円板ではあるがこれも気体ホイール回転（すなわちウェーハ気体クッションの上で回転する；出願人が所有する特許）もしくは機械的に回転して機能する。後者の場合、１つのウェーハが各工程に限り中心に置かれるが、このウェーハは主要な寸法をもつことができる。別の方法もしくは追加の方法で、流体流入口ユニットをその軸方向の軸線の回りを回転させることが可能である。
多成分材料系の層の製造には、例えばβ−ジケトネートまたは他の金属有機溶液で、一方ではシャワーヘッドで直接に１つもしくはいくつかの複数の流入口をシャワーヘッドに構造的に施すことによって同一温度もしくは異なる温度レベルで混合して用いられる。これに反して、シャワーヘッドは異なる種類の気体が別々にシャワーヘッドに圧入され、また前記複数の気体がシャワーヘッドを離れて寄生的予備反応の発生を防ぐため反応器間隙に入る時に限り完全に混合されるような方法で構成されることもできる。
追加の冷却水を気体流入口の近くでサーモスタット制限のために用いる危険は発生しない。前記シャワーヘッドは調整と交換には実質的に容易である。反応器は一番多くの種類のシャワーヘッドが異なる大きさのウェーハへの調整のため、反応器のどのような大きな改良も、媒体搬送ラインを取外しあるいは開放することもなく極めて迅速に取付けられ、また交換できるように高い可撓性を有するものになっている。反応器はあらゆる側面で熱的に仕切られていて、壁体のどれもが最小限の畜熱のできるように加熱される。
さらに他の利点は、既に使用できる各遊星型反応器の改装が極めて容易であるという実施態様に存する。それは流体流入口ユニットが従来の流入口と完全に互換性があるからである。
本発明の反応器はどのような種類のＣＶＤ法、例えばIII−Ｖ、II−VI、IV−IV材料の加工にも用いられ、さらに単一成分もしくは多成分酸化物、灰チタン石、例えばバリウムおよびチタン酸ストロンチウム（それぞれＳＴもしくはＢＴ）、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、チタン酸ストロンチウムと、ジルコン酸チタン酸バリウム、タンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ）、シルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）とさらに前述の受容体または／および供与体でドープ処理した材料系の応用もしくは加工用にも供することができる。
他の利点はシャワーヘッドが極めて容易に交換のできることである。使用されるそれぞれのウェーハの形状によって、シャワーヘッドの真下に配置されたウェーハの配置と形状に対応した孔もしくは流出口を備えるシャワーヘッドを用いてウェーハの極めて均一性の高いしかも経済的な加工もしくはコーティングを可能にすることができる。
さらに、創造的設計を示す反応器も流体のエッチングもしくは洗浄により操作が可能であり、それにより可能な限り迅速におそらく生成された堆積もしくは縮合物を除去できる（自己洗浄）。この設計を用いると反応器はエッチングガスに耐性の材料製のシャワーヘッドを備える。
さらに、反応器は標準的気体供給系もしくは原料分配系（液体搬送系）あるいは既に中程度に加熱された状態になった気体を供給するエアロゾル系にしてさえも操作できる（いわゆるＬＤＳ系と称される）。
デュアル回転（遊星型回転）の場合、回転速度は比較的低速で、典型的事例では毎分１０乃至２００回転（ｒｐｍ）の間を変化する。
唯一のウェーハが中心に配置されている場合、最大量に異なる回転速度である毎分５乃至１５００回転（ｒｐｍ）の範囲で用いられる。
【図面の簡単な説明】
本発明は代表的実施例により総体的な創造的着想のなんらの制限をもなく、“単一の図面が本発明の装置の略断面図を示す”図を参照して説明されるであろう。
図に断面にして具体的に示されたＣＶＤ反応器は、反応器カバー２を備える反応器容器１からなる。示された実施例における前記反応器容器１とカバー２は、それが恒久的にほぼ室温に維持されるように水冷されている。詳述すれば円筒状にすることができる反応器容器１に、気体流出口２１がそれ自体公知の方法で設けられている。
この反応器容器１の内部にさらに、ウェーハ４に必要な、ＣＶＤ法によりそれぞれ加工あるいはコートされることになるサセプター（ウェーハキャリヤ）３が配置される。このサセプター（ウェーハキャリヤ）３はほぼ室温乃至１２００℃の温度に、赤外線タイプ、抵抗タイプもしくは高周波タイプの加熱手段５により加熱される。
ここに示された実施例では形状が中空円板でサセプター（ウェーハキャリヤ）３の上方に流体流入口ユニット６が配置されている。複数の孔（図で略図的に示されている）が前記ユニット６の下側部６′にウェーハ４の形状と一致できる配列にして配設されている。前記流体流入口ユニット６と前記サセプター（ウェーハキャリヤ）３の間の間隔はねじ部のような方法で調整できる。
管路７１〜７３は前記中空円板６の内部間隔の中に開口していて、それを通って気体と、（ここでは図示されていないがすべての点でそれ自体公知の、また必要に応じて中程度の予備加熱の手段を備える）気体供給ユニットからのとりわけＣＶＤガスが前記中空円板６の内部空隙を流入する。その後、前記ガスは前記孔内部空隙を離れ、ウェーハ４に対する均質の作用を生成する。
天井とも称してきた熱シールド８が前記中空円板６の反応器カバー２の下側部の間に配設される。この熱シールド８は耐熱性で不活性材料製のプレートであって；この明細書で示された実施例ではこのプレートは石英製である。
さらに、フラッシングガス流入口手段が管路９１と９２を介して反応器に接続されて配設されている。前記管路９１は前記熱シールド８と前記中空円板６の上側部との間の空隙に開口する一方、管路９２は反応器カバー２と熱シールド８の間の空隙に開口する。前記フラッシングガス流入口手段は前記中空本体の上側部の上方の単数もしくは複数の空隙に導入される気体の組成および／または流量が熱放散の条件設定のため変化され得るように構成される。
前記中空本体６へまたはそれからの熱供給と放散の条件は前記下側面がそれ自体選択可能な温度に調整されるように制御でき、それによって前記ＣＶＤ媒体が外側から中程度の加熱用の媒体の供給なしに中程度の加熱を受けるように、また正の温度勾配が前記中空本体の上側部と下側部の間に発生することになるように制御できる。これらの手段を用いて孔の目詰りの発生が避けられる。さらに、サセプター（ウェーハキャリヤ）に対する正の温度勾配が優先する。
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