(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相薄膜成長装置に固定されたガス整流用部材の上端部に近接して設けられると共に、半導体基板を上面に載置して回転可能に設けられた気相薄膜成長装置のサセプタにおいて、
前記サセプタの裏面周縁部から下方に突出して形成され、外壁面が前記ガス整流用部材の内側上部に近接して形成された環状周壁を備え、
前記環状周壁によって、前記サセプタの裏面に沿ってその中心部から周縁部に向かって流れる雰囲気ガスの気流が下方に誘導されることを特徴とする気相薄膜成長装置のサセプタ。
【請求項２】
前記環状周壁が、サセプタと一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載された気相薄膜成長装置のサセプタ。
【請求項３】
前記環状周壁の内壁面が、曲面形状または傾斜面形状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された気相薄膜成長装置のサセプタ。
【請求項４】
反応炉と、前記反応炉内に半導体基板を上面に載置して回転可能に設けられたサセプタと、前記サセプタ裏面の下方に配設され、かつ上端部が前記サセプタに近接して、前記反応炉に固定して設けられたガス整流用部材と、前記サセプタを回転させる回転駆動手段と、前記サセプタの上面に載置された半導体基板を加熱する加熱手段と、前記半導体基板上に薄膜を形成するための原料ガスを含む反応ガスを前記反応炉内に導入する手段と、反応炉内の未反応ガス等を排気する排気手段と、前記サセプタの裏面周縁部から下方に突出して形成され、外壁面が前記ガス整流用部材の内側上部に近接して形成された環状周壁とを備え、
前記環状周壁によって、前記サセプタの裏面に沿ってその中心部から周縁部に向かって流れる雰囲気ガスの気流が下方に誘導されることを特徴とする気相薄膜成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気相薄膜成長装置のサセプタおよび該サセプタを用いた気相薄膜成長装置に関し、より詳細には、薄膜を気相成長させる際、金属等の不純物による半導体基板の汚染を低減することができるサセプタおよびそれを用いた気相薄膜成長装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウエハ等の半導体基板上に薄膜を気相成長させる気相薄膜成長装置は、一般に、図５に示すような構成を備えている。
即ち、従来の気相薄膜成長装置では、円筒状の反応炉１内の下部に、シリコンウエハ等の半導体基板Ｗを載置するサセプタ２と、前記サセプタ２を回転させるための回転駆動手段である回転軸３及びモータ（図示せず）と、サセプタ２に載置した半導体基板Ｗを加熱する加熱用ヒータ４とが配設されている。また、前記反応炉１の底部には未反応ガス等を排気する複数の排気管５が配設され、排気制御装置（図示せず）に接続されている。
【０００３】
一方、反応炉１の頂部には、薄膜形成用の原料ガスおよびキャリアガス等の反応ガスを反応炉１内に導入する複数のガス供給管６ならびに円盤状の導入ガス整流板７が配設されている。この導入ガス整流板７には、ガスの流れを整える多数の孔７ａが穿設されている。
【０００４】
また、前記サセプタ２は、炭素材、炭化珪素材、石英材等の材質からなる円盤形状を有し、その上面には、特開平８−４８５９５号公報に記載されているように、半導体基板を収容保持するための窪み座が形成されている。
更に、従来の気相薄膜成長装置には、雰囲気ガスの乱流を抑制し、パーティクルの舞い上がり、金属等の不純物による半導体基板Ｗの汚染を防止するため、反応炉１の頂部の導入ガス整流板７が配設されると共に、円筒状のガス整流用部材８が、サセプタ２の裏側周縁部の下方領域を囲むように配設されている。
【０００５】
従来の気相薄膜成長装置はこのように構成されているため、モータの回転駆動によって、ウエハ基板Ｗを載置したサセプタ２が所定の回転数で回転する。このとき、ウエハ基板Ｗは回転しながら、ヒータ４により所定温度に加熱される。また同時に、反応炉１内に、複数のガス供給管６を介して原料ガスおよびキャリアガス等の反応ガスが導入される。前記反応ガスは、導入ガス整流板７の多数の孔７ａを通過し、反応炉１内のガス流速分布が均一化する。このように、均一化した反応ガスがサセプタ２上に載置された半導体基板Ｗ上に供給され、薄膜が気相成長する。
【０００６】
前記気相薄膜成長装置においては、雰囲気ガス（反応ガス）の乱流によるパーティクルの舞い上がり、また反応炉の内壁への付着物の堆積または金属等の不純物による半導体基板の汚染を防止することにより、半導体基板上に形成される薄膜の結晶欠陥の発生を抑制し、クリーンかつ均質な半導体基板を得られるようにすることが重要である。
【０００７】
このため、前記気相薄膜成長装置には、前記したように、反応炉１の頂部の導入ガス整流板７を設けると共に、円筒状のガス整流用部材８が、サセプタ２の周縁部の下方領域を囲むように配設されている。
その結果、サセプタ２の上方領域及び下方領域における、雰囲気ガス（反応ガス）の乱流を抑制し、パーティクルの舞い上がりおよび金属等の不純物による半導体基板の汚染を防止している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記気相薄膜成長装置にあっては、図６、７に示すように、サセプタ２を回転させると、サセプタ２の裏面側に矢印で示すようなサセプタ２の中心部から周縁部への雰囲気ガスの流れ（ガス気流）が生じる。なお、図６、図７は、反応炉１内のサセプタ２の周辺領域の概略部分断面図であって、図６はガス整流用部材８がサセプタ２の裏面周縁部に形成された場合を示し、図７はガス整流用部材８がサセプタ２の裏面全面に形成された場合を示している。
【０００９】
前記雰囲気ガスの流れ（ガス気流）は、サセプタ２の回転による遠心力およびガス粘性により誘起されるものであり、反応炉１内の下部の壁面周辺域および反応炉１の底部近傍から吸い上げられ、回転軸３の周囲を上昇し、前記サセプタ２の裏面とガス整流用部材８の上端部との間から流れ出る。
そのため、前記ガス気流は、サセプタ２の下部にある反応炉１内の構成部材および回転軸３を回転駆動するためのモータ等と接触し、ガス気流中にパーティクルおよび金属等の不純物が取り込まれる。
したがって、前記ガス気流が、サセプタ裏面を経た後、サセプタ周縁部から上昇して半導体基板Ｗの表面へ到達すると、金属等の不純物を含んだ前記ガス気流によって半導体基板Ｗが汚染されることとなる。
【００１０】
近年、半導体の高集積化に伴い、半導体基板はますます高品質化が要求されるようになっており、半導体基板上に薄膜を形成する際の前記汚染は、半導体基板の品質低下をもたらすため、半導体基板の製造工程において問題となっている。
【００１１】
本発明は、前記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、気相薄膜成長装置において半導体基板上に薄膜を形成する際、半導体基板のサセプタ裏面からのパーティクルおよび金属等の不純物を含んだ雰囲気ガスによる汚染を低減することができる気相薄膜成長装置のサセプタを提供することを目的とするものである。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、前記のサセプタを効果的に用いることにより、高品質の薄膜が形成された半導体基板を得ることができる気相薄膜成長装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる気相薄膜成長装置のサセプタは、気相薄膜成長装置に固定されたガス整流用部材の上端部に近接して設けられると共に、半導体基板を上面に載置して回転可能に設けられた気相薄膜成長装置のサセプタにおいて、前記サセプタの裏面周縁部から下方に突出して形成され、外壁面が前記ガス整流用部材の内側上部に近接して形成された環状周壁を備え、前記環状周壁によって、前記サセプタの裏面に沿ってその中心部から周縁部に向かって流れる雰囲気ガスの気流が下方に誘導されることを特徴としている。
【００１４】
このようにサセプタの裏面周縁部に整流部が設けられているため、気相薄膜成長装置の反応炉内において、サセプタの回転により誘起され、その裏面側に沿って中心部から周縁部に向けて流れる不純物等を含んだ雰囲気ガス気流を、前記サセプタの裏面側周縁部で下方に誘導することができる。
その結果、前記ガス気流は、サセプタの上面に載置された半導体基板の表面には到達せず、高品質の薄膜を形成することができる。
【００１５】
ここで、前記整流部が、サセプタの裏面周縁部から下方に突出した環状周壁であることが望ましい。
このように、前記整流部がサセプタの裏面周縁部から下方に突出した環状周壁が設けられているため、裏面側に沿って中心部から周縁部に向けて流れる不純物等を含んだ雰囲気ガス気流を、前記サセプタの裏面側周縁部で下方に誘導することができる。
【００１６】
また、前記環状周壁が、サセプタと一体に形成されている場合には、サセプタに環状周壁を取り付けるための作業が不要となるため、好ましい。
更に、環状周壁の内側面が曲面状または傾斜面状に形成されている場合には、前記ガス気流の方向転換に際し、気流の乱れが抑制され、円滑に下方への方向転換を行うことができるため、好ましい。
【００１７】
本発明にかかる気相薄膜成長装置は、反応炉と、前記反応炉内に半導体基板を上面に載置して回転可能に設けられたサセプタと、前記サセプタ裏面の下方に配設され、かつ上端部が前記サセプタに近接して、前記反応炉に固定して設けられたガス整流用部材と、前記サセプタを回転させる回転駆動手段と、前記サセプタの上面に載置された半導体基板を加熱する加熱手段と、前記半導体基板上に薄膜を形成するための原料ガスを含む反応ガスを前記反応炉内に導入する手段と、反応炉内の未反応ガス等を排気する排気手段と、前記サセプタの裏面周縁部から下方に突出して形成され、外壁面が前記ガス整流用部材の内側上部に近接して形成された環状周壁とを備え、前記環状周壁によって、前記サセプタの裏面に沿ってその中心部から周縁部に向かって流れる雰囲気ガスの気流が下方に誘導されることを特徴としている。
【００１８】
このように、本発明にかかる気相薄膜成長装置のサセプタの裏面周縁部に整流部が設けられているため、サセプタの回転により誘起され、その裏面側に沿って中心部から周縁部に向けて流れる不純物等を含んだ雰囲気ガス気流を、前記サセプタの裏面側周縁部で下方に誘導することができる。
その結果、前記ガス気流は、サセプタの上面に載置された半導体基板の表面には到達せず、高品質の薄膜を形成することができる。
【００１９】
ここで、前記サセプタ裏面の下方にガス整流用部材が配設され、かつ前記ガス整流用部材の上端部が前記サセプタの整流部に近接していることが望ましい。
このように、前記サセプタの下方領域を囲むようにガス整流用部材を配設することが、不純物等を含んだガスの半導体基板表面への到達を阻止し、高品質の薄膜を形成する観点から、より好ましい。
また、前記整流部が、サセプタの裏面周縁部から下方に突出した環状周壁であることが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１乃至図４に基づいて、より具体的に説明する。本発明にかかるサセプタは、サセプタの回転時に、前記サセプタの裏面側に沿って中心部から周縁部に向かって流れる雰囲気ガスの流れ（ガス気流）を下方に誘導する整流部を付加したものである。
そのため、本発明にかかる気相薄膜成長装置は、装置内部に配設されるサセプタ以外の部分については、従来の気相薄膜成長において用いられる構成と同様の構成を有する。したがって、以下の説明において従来の気相薄膜成長装置において用いられる構成を同様の構成については、その説明を省略する。
【００２１】
図１は、気相薄膜成長装置の反応炉内に、本発明にかかるサセプタが配設された状態を示した概略部分断面図である。
図１に示すように、この装置の反応炉１内には、円筒状のガス整流用部材８が、サセプタ２の周縁部下方の空間領域を囲むように配設されている。そして、前記サセプタ２の裏面側には、整流部である環状周壁２ａの外壁面が前記ガス整流用部材８の内側面上部に近接するように配設されている。
【００２２】
なお、前記サセプタ２は、従来の場合と同様に、回転可能に構成され、ガス整流用部材８は反応炉に固定されている。したがって、前記サセプタ２の整流部とガス整流用部材８の上端部は、可能な限り近接しているのが好ましいが、サセプタ回転時に、サセプタの偏心等により、両者が接触するものであってはならない。
【００２３】
また、前記サセプタ２に配設された環状周壁２ａは、その内壁面が滑らかな凹曲面状に形成され、ガス気流の方向転換の際、気流の乱れを抑制し、滑らかな下方への方向転換を行うことができるように構成されている。
なお、図２に示すように、前記環状周壁２ａの内壁面が、約４５度の傾斜面状のものであっても良く、また図３に示すように、１／４円弧の凸曲面状のものであっても良い。但、ガス気流の方向転換の際、気流の乱れを抑制し、滑らかな下方への方向転換を行うには、図１に示した形態のものが最も好ましい。
【００２４】
また、図４に示すように、環状周壁２ａとガス整流用部材８の配置関係が図１と逆の関係にあり、環状周壁２ａがガス整流用部材８の外側に位置するものであっても良い。この場合、サセプタ２の裏面とガス整流用部材８の上端面との間を雰囲気ガスが通過するが、前記環状周壁２ａによって、そのガス流れは滑らかに下方へ方向転換される。
【００２５】
上記実施形態では、サセプタ２に対して環状周壁２ａを一体的に設けた場合を示したが、特にこれに限定されるものではなく、夫々別体に構成したサセプタ２と環状周壁２ａとを一体に組立てるものであっても良い。
しかしながら、前記環状周壁２ａは、製作容易性、耐熱衝撃強度、耐久性等の観点から、サセプタ本体と同一材質で、かつ、一体に形成されていることがより好ましい。
【００２６】
また、上記実施形態において、環状周壁２ａがガス整流用部材８の内側、あるいは外側に設けられた場合を示したが、図１乃至図３に示すように、環状周壁２ａがガス整流用部材８の内側であって、サセプタ２の環状周壁（整流部）２ａの表面とガス整流用部材８の表面とが互いに近接した状態に配設されることが、不純物等を含んだ前記ガス気流のサセプタ上面側への舞い上がりを抑止する点から好ましい。
【００２７】
また、本発明にかかるサセプタを構成する材質は、特に限定されるものではなく、通常この種のサセプタの構成材として用いられる、炭素、炭化珪素、石英等の材料を用いることができる。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき、更に具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例］
図５に示したような気相薄膜成長装置に、図１に示したようなサセプタを配設し、このサセプタ上の窪み座に、シリコンウエハ（直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍ）を載置した。
薄膜形成用原料ガスとしてＳｉＨ4 ガスを、キャリアガスとしてＨ2 ガスを用い、ＳｉＨ4 ガス流速１．５リットル／ｍｉｎ、Ｈ2 ガス流速６０リットル／ｍｉｎ、反応温度１０００℃、圧力１５ｔｏｒｒ、ウエハ（サセプタ）回転速度１２００ｒｐｍの条件下で、前記シリコンウエハ上に厚さ４μｍのシリコン結晶薄膜を形成させた。
このシリコン結晶薄膜を形成させたウエハの表面における不純物金属汚染量をＴＸＲＦ法により分析評価した。その結果を表１に示す。
【００２９】
［比較例］
図５に示したような気相薄膜成長装置に、図６に示したような従来型のサセプタを配設し、［実施例］と同様の条件で、シリコンウエハ上に薄膜を成長させた。
このシリコン結晶薄膜を形成させたウエハの表面における不純物金属汚染量を実施例と同様に分析評価した。その結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
0004236230.tif 000002
【００３１】
表１に示したように、実施例におけるシリコンウエハの不純物金属汚染量は、比較例に比べて低減され、本発明にかかるサセプタが、気相薄膜成長における半導体基板の不純物による汚染防止に有効であることがわかる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明にかかる気相薄膜成長装置のサセプタによれば、サセプタの裏面周縁部に、雰囲気ガス気流を下方に誘導する整流部が設けられているため、半導体基板上に薄膜を形成する際、サセプタ裏面からの金属等の不純物を含んだガス気流による半導体基板の汚染を低減することができる。
したがって、本発明にかかるサセプタを具備した気相薄膜成長装置を用いれば、高品質の半導体基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明にかかるサセプタが配設された気相薄膜成長装置の反応炉内の構造を示す概略部分断面図である。
【図２】図２は、本発明にかかるサセプタの実施形態を示す概略部分断面図である。
【図３】図３は、本発明にかかるサセプタの変形例を示す概略部分断面図である。
【図４】図４は、本発明にかかるサセプタの他の変形例を示す概略部分断面図である。
【図５】図５は、従来の気相薄膜成長装置の構造を示す概略断面図である。
【図６】図６は、従来の気相薄膜成長装置の反応炉内の構造を示す概略部分断面図である。
【図７】図７は、従来の気相薄膜成長装置の反応炉内の他の構造を示す概略部分断面図である。
【符号の説明】
１  反応炉
２  サセプタ
２ａ  環状周壁（整流部）
３  回転軸
４  ヒータ
５  排気管
６  ガス導入管
７  導入ガス整流板
７ａ  孔
８  ガス整流用部材
Ｗ  半導体基板
【図１】
0004236230.tif 000003
【図２】
0004236230.tif 000004
【図３】
0004236230.tif 000005
【図４】
0004236230.tif 000006
【図５】
0004236230.tif 000007
【図６】
0004236230.tif 000008
【図７】
0004236230.tif 000009