特許 5997952 気相成長装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5997952

(24)【登録日】2016年9月2日

(45)【発行日】2016年9月28日

(54)【発明の名称】気相成長装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20160915BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20160915BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20160915BHJP

   C23C 16/458 20060101ALI20160915BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 N

   H01L21/205

   H01L21/31 B

   C23C16/458

【請求項の数】2

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-151967(P2012-151967)

(22)【出願日】2012年7月6日

(65)【公開番号】特開2014-17290(P2014-17290A)

(43)【公開日】2014年1月30日

【審査請求日】2015年4月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000231235

【氏名又は名称】大陽日酸株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】509054005

【氏名又は名称】大陽日酸ＣＳＥ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100127845

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 壽彦

(72)【発明者】

【氏名】山口 晃

(72)【発明者】

【氏名】内山 康右

【審査官】 内田 正和

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５９−２２０９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−１５１４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８７６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７０１７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０３１５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１７１０８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２１８７０１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｃ２３Ｃ １６／４５８

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバ内に回転可能に設置されると共に、薄膜を堆積させる基板が自転可能に載置される複数の基板載置部を有するサセプタであって、内周部にサセプタを回転させるための回転軸を挿入する開口部を有するドーナツ状の形状をしてなり、外周部の周縁部に径方向に延びる切欠きであって丸穴部を設けた切欠きを複数有するサセプタと、
該サセプタの上面に設置されたサセプタカバーと、
前記サセプタの下方に設けられ、前記丸穴部に挿通可能で昇降可能な突き上げ棒を有する突き上げ機構とを有し、
前記突き上げ棒によって、前記サセプタカバーを突き上げることができるようにしたことを特徴とする気相成長装置。

【請求項2】

前記サセプタの切欠きは、各基板載置部の間に設けられていることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自公転する複数の基板を加熱しながら前記基板上に気相原料を供給して薄膜を成長させる気相成長装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体基板上に半導体薄膜を成長させる方法であるエピタキシャル成長法では、高温の反応炉内に原料ガスを供給し、熱分解と気相反応により薄膜を成長させる。このような、エピタキシャル成長法を実施するための装置である気相成長装置においては、サセプタに基板を載置して、サセプタの下面側から加熱して基板を高温にするようにしているので、サセプタの下面側は高温になる。
一方、サセプタの上面側には、原料ガスが流れるため、原料ガスによってサセプタの上面側は熱が奪われる。
そのため、サセプタの上面側と下面側で温度差が生じ、サセプタに熱応力が発生し、サセプタにひびや割れが生ずることがある。

【0003】

このような問題を解決するために、例えば特許文献１においては、サセプタの外周部に垂下するスカート部を設けると共に、サセプタの外周部にこれに近接して配置したリングと前記スカート部との間に微小間隙を設け、該微小間隙によってサセプタの上部空間と下部空間を連通させるようにしている。
これによって、サセプタの外周部の上下の温度偏差が解消されて、ひびや割れが生ずることがないというものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００−１２４７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

最近では、基板を一度に多数枚処理するため、基板を載置するサセプタが大型化する傾向にある。そして、サセプタに載置された複数枚の基板に均一な薄膜を成長させるため、サセプタを回転させると共に基板を自転させるいわゆる自公転式の気相成長装置が製造されている。
このような、自公転式の気相成長装置のサセプタは、例えば中心に回転軸が挿入されるための開口を有し、この開口部と外周部との間に周方向設けた複数の開口部からなる基板載置部を有する複雑な形状になっている。

【0006】

また、サセプタの内周部に原料ガスの供給口が設けられる場合には、原料ガスの基板到達前の気相反応を抑えるため、サセプタ内周部の温度は低くなるように構成されている。また、サセプタの外周部は排ガスを排気ラインに導く空間となっており、排気配管の耐熱温度以下にガスを冷却しなくてはならず、サセプタ外周部の温度設定も低くなるように構成されている。
このように、サセプタの内周部と外周部は比較的低温になるため、サセプタは径方向でも温度差が生じてしまう。

【0007】

大型化したサセプタは、その形状が複雑していること、そしてサセプタは上下面のみならず径方向でも温度差が生ずる環境に置かれること等の原因によって、より温度分布が生じ、これに起因して亀裂や割れが生ずることがある。
このような亀裂や割れ発生を防止するために、例えば特許文献１に記載された方法を採用したとしても、特許文献１のサセプタは単一の基板を載置する小型のサセプタに適用できても、大型化したサセプタには適用できない。
また、特許文献１の方法は、サセプタの外周部にスカート部を設けるというものであるが、大型化したサセプタにそのようなスカート部を設けようとすれば、サセプタを厚みのある一体物で製作しなければならないが、通常、サセプタはカーボン等のブロックから削りだすため、部材を多く確保した上、削り代が多くなり、コストが高くなってしまい現実的ではない。

【0008】

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、複数枚の基板が載置される基板載置部を有するサセプタにおいて、温度分布に起因する亀裂が生ずることがないサセプタ、及び該サセプタを有する気相成長装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（１）本発明に係るサセプタは、チャンバ内に回転可能に設置されると共に、薄膜を堆積させる基板が自転可能に載置される複数の基板載置部を有するサセプタであって、
内周部にサセプタを回転させるための回転軸を挿入する開口部を有するドーナツ状の形状をしてなり、外周部及び／又は前記開口部の周縁部に径方向に延びる切欠きを複数有することを特徴とするものである。

【0010】

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記切欠きは、各基板載置部の間に設けられていることを特徴とするものである。

【0011】

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記切欠きを前記サセプタの外周部に設け、該外周部に設けた各切欠きに丸穴部を設けたことを特徴とするものである。

【0012】

（４）本発明に係る気相成長装置は、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のサセプタを備えたことを特徴とするものである。

【0013】

（５）また、上記（４）に記載のものにおいて、前記サセプタの上面に設置されたサセプタカバーと、前記サセプタの下方に設けられ、前記丸穴部に挿通可能で昇降可能な突き上げ棒を有する突き上げ機構とを有し、
前記突き上げ棒によって、前記サセプタカバーを突き上げることができるようにしたことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0014】

本発明においては、サセプタは、内周部にサセプタを回転させるための回転軸を挿入する開口部を有するドーナツ状の形状をしてなり、外周部及び／又は前記開口部の周縁部に径方向に延びる切欠きを複数有することにより、コストが安く、面内に温度差がついた状況でもサセプタに亀裂が入りにくく、サセプタの寿命低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施の形態にかかるサセプタの平面図である。

【図2】本発明の実施の形態にかかるサセプタを有する気相成長装置の立断面図である。

【図3】図１のサセプタの他の態様のサセプタの平面図である。

【図4】図１および図３のサセプタの他の態様のサセプタの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の一実施の形態に係る気相成長装置１は、図２に示すように、偏平円筒状のチャンバ３内に円盤状のサセプタ５を回転可能に設けるとともに、サセプタ５の外周部に薄膜を成長させる基板６が載置される基板載置部８を回転可能に複数設けた自公転型気相成長装置である。
チャンバ３の中央にはチャンバ３の底面部分を貫通して、サセプタ５を回転可能に支持するための回転軸９が設けられている。
チャンバ３の下部には加熱手段としてのヒータ１０が設けられている。基板載置部８は、図２に示すように、下面をヒータ１０側に露出しておりヒータ１０からの輻射を直接受けることができるため、基板６に熱を効率よく伝達可能になっている。なお、加熱手段はランプ等でもよい。
また、チャンバ３のサセプタ５表面側中央部には、原料ガス（例えばトリメチルガリウムとアンモニア）を導入するための原料ガス導入部１２が設けられ、外周部には排気部１４が設けらている。
以下、本発明の特徴であるサセプタ５について、図１および図２に基づいて詳細に説明する。

【0017】

＜サセプタ＞
サセプタ５は、図１に示すように、円盤状からなり、内周部にサセプタ５を回転させるための回転軸９を挿入する開口部７を有するドーナツ状の形状をしている。
サセプタ５は、カーボン等の熱の良導体からなり、原料ガスによる腐食防止のため、ＳｉＣ等のコーティングが施されている。

【0018】

開口部７の周辺には、基板載置部８を設置するための円形の開口部１１を６つ有している。開口部１１の外周にはカーボン製やセラミック製の玉１３を有する玉軸受け機構１５が設けられている（図２参照）。
開口部１１には、外周部に歯車１７を有する円盤状からなる基板載置部８が回転可能に設置されている。設置は玉軸受け機構１５を介して行われており、高温時において安定して基板載置部８を回転させることができる。

【0019】

サセプタ５は、図１に示すように、サセプタ５の外周であって隣り合う開口部１１間の中間に、径方向に所定の長さだけ延びる切欠き部１６が６カ所設けられている。また、サセプタ５の中央の開口部７の周縁部にも同様に６か所の切欠き１６が設けられている。
切欠き１６の長さは、長ければ長いほど内部応力の緩和効果が高くなるが、長すぎるとサセプタの自重や搬送時の衝撃で割れやすくなるので、両者のバランスに応じて適切な長さに設定されている。
このように、切欠き１６を設けることによって、サセプタ５が高温になる際に発生する内部応力（熱応力）を緩和することができる。

【0020】

上記のようなサセプタ５をチャンバ３に設置した状態について図２に基づいて説明する。
サセプタ５の開口部７には、図２に示すように、回転軸９の上部が着脱可能に挿入されている。こうすることによってサセプタ５はチャンバ３に回転可能に設置されている。
基板載置部８の歯車１７は外周側に設置された固定歯車２１と噛合しており、サセプタ５を回転させれば固定歯車２１から反力を得て基板載置部８が自転するようになっている。なお、固定歯車２１の代わりに動歯車を設けて、該動歯車によって基板載置部８を自転させるようにしてもよい。
基板載置部８の上面に円形状に設けられたポケット２３には基板６が載置されており、従って、基板載置部８が自転すると基板６も自転する。サセプタ５を回転させると基板６は回転軸９を中心軸として公転するわけであるから、自公転することになる。

【0021】

なお、サセプタ５には、図２に示すように、サセプタ５の上面を覆う円盤状からなるサセプタカバー３３が設置されており、気相成長時に発生する生成物によってサセプタ５が汚れることを防止する。以下、サセプタカバー３３について詳細に説明する。

【0022】

＜サセプタカバー＞
サセプタカバー３３はサセプタ５と同部材、または搬送や洗浄の耐性を考慮して最適部材で構成されている。
サセプタカバー３３はサセプタ５よりも一回り大きい形状となっており、張り出した部分の下に搬送用のアーム等をすべり込ませてすくい上げることで、サセプタカバー３３のみを搬出可能になっている。こうすることによって、成膜後において、汚れたサセプタカバー３３のみを交換可能になっており、重量のあるサセプタ５を交換する必要がない。また、サセプタカバー３３にはサセプタ５を大気暴露することで吸着する水分量を低減する効果もある。
また、サセプタカバー３３が切欠き１６を覆うため、原料ガスが切欠き１６からヒータ１０側に流入することも避けられる。

【0023】

なお、図５の気相成長装置１ではサセプタ５の上に基板６を設置し、成長面は基板６の上側となっているが（フェースアップ型）、ゴミの付着防止の観点から、基板６をサセプタ５の下面に設置し、成長面が基板６の下面となる構成としてもよい。

【0024】

以上のように構成された本実施の気相成長装置１を用いて薄膜を気相成長させる方法を説明する。
まず、基板載置部８を介して基板６が載置されたサセプタ５をチャンバ３内に設置した状態で、回転軸９を回転させてサセプタ５を回転させる。サセプタ５が回転することによって基板載置部８に載置されている基板６も自公転する。
さらに、ヒータ１０を作動させてサセプタ５及び基板載置部８を介して基板６を所定温度に加熱させる。このとき、サセプタ５は、径方向に切欠き１６を有しているため、加熱によって発生する内部応力を緩和することができ、サセプタ５が割れたり、亀裂が入ったりすることを防止することができる。

【0025】

このように加熱している状態で、図２中の矢印で示すように、原料ガスを原料ガス導入部１２から導入する。原料ガスは、高温に加熱されたサセプタ５上で熱分解し、基板６の上方を通過する際に基板６の上面に分解したガス分子が堆積して膜形成が行われる。このとき基板６は自公転しているため膜厚が平均化される。基板６を通過した原料ガスは排気部１４から排ガスとして排出される。

【0026】

なお、成膜された基板６の回収方法には、基板６のみをサセプタ５からすくい上げて回収する方法や、サセプタ５ごと別室に運び、その後手動または自動でサセプタ５から基板６を一度に多数枚収容できるカセット容器に移して回収する方法などがある。

【0027】

以上のように、本実施の形態においては、サセプタ５の外周部及び開口部７の周縁部に径方向に延びる切欠き１６を複数有することにより、加熱によって発生する内部応力を緩和することができ、サセプタ５が割れたり、サセプタ５に亀裂が入ったりすることを防止することができ、これによってコストが安く、面内に温度差がついた状況でもサセプタ５に亀裂が入りにくく、サセプタ５の寿命低下を防止することができる。

【0028】

なお、切欠き１６の形状や位置は上記のものに限られない。上記のサセプタ５とは別の態様として、例えば図３に図示すようなサセプタ５１がある。
サセプタ５１は、サセプタ１の開口部７の周縁部に設けられた切欠き１６を、図３に示すように、開口部７と基板載置部８用の開口部１１とを連通するように位置を変更したものである。こうすることで、開口部１１も応力緩和の役割を担うことができ、サセプタ１よりも長さを確保できるので、高い応力緩和効果を得ることができる。
なお、サセプタ５１の他の態様として、開口部７の周縁部の切欠き１６の位置はサセプタ１と同様のままにして、外周部の切欠き１６の位置を変更して、開口部１１とを連通するようにしてもよい。

【0029】

また、切欠き１６の形状も上記のものに限られない。例えば、図４のサセプタ６１は、サセプタ５１の外周部に設けられた切欠き１６の先端に切欠き幅より大きな直径の有する丸穴部６３を設けた形状となっている。こうすることによって、切欠き１６の先端への応力集中を緩和して、サセプタ６１をより割れにくくすることができる。

【0030】

なお、上述した実施の形態では、基板載置部８用の開口部１１が６個を有するサセプタ（以下、サセプタ５、サセプタ５１、サセプタ６１をまとめて、単にサセプタという）を例に示したが、本発明における開口部１１の数はこれに限られず、例えば、より小径の開口部１１を１０個有するものであってもよい。この場合、開口部１１の数や大きさ等に基づいて、切欠き１６の形状や数、位置を適宜変更する。

【0031】

また、気相成長装置１に、立設させた長尺の棒状からなり先端が平面視で切欠き１６と同心円状にあるように設けた突き上げ棒と、この突き上げ棒の先端を常時はサセプタの下方に位置させ動作時にはサセプタの上面よりも上方に上昇させるような突き上げ棒の昇降手段とを、複数組設けてもよい。以下の明細書中において、これら複数組の突き上げ棒と昇降手段をまとめたものを単に突き上げ機構と称する。
突き上げ機構は上記のような構成としているため、サセプタを回転させて突き上げ棒の先端の真上に切欠き１６がある状態において、昇降手段を動作させて突き上げ棒を上昇させると、切欠き１６を挿通してサセプタカバー３３のみを突き上げて支持することができる。

【0032】

このように突き上げている状態では、サセプタカバー３３の下面をフォーク等で受け取ることができる。換言すればサセプタからサセプタカバー３３をすくい上げずとも、搬出することができる。
このような突き上げ方式の搬出方法とすれば、上述したようなアーム等で救すくい上げる搬出方法のように、サセプタカバー３３を大径にしてフォーク等を引っ掛けるための張り出し部分を設ける必要がない。従って、サセプタカバー３３をサセプタと同径にすることができ、それ故、サセプタカバー３３に温度分布が生じず、亀裂の発生を防止することができる。また、サセプタカバー３３を製造する場合において、削り出す材料を小さくすることができるため、大幅なコストダウンをすることができる。

【0033】

なお、このような突き上げ機構を、切欠き１６ではなく丸穴部６３を挿通するように設けてもよい。丸穴部６３の径は、切欠き１６の幅よりも長いため、突き上げ棒の径を太く設計でき、調整も簡単に行える。

【0034】

なお、上記では、サセプタカバー３３のみを突き上げるようにする例を挙げたが、切欠き１６や丸穴部６３の位置を突き上げ棒の真上からずらした状態で突き上げれば、サセプタカバー３３ごとサセプタを突き上げることができる。こうすることによって、上記のサセプタカバー３３の搬送方法と同様に、サセプタの下面をフォーク等で支持することで、サセプタおよびサセプタカバー３３を同時に搬出することができる。

【符号の説明】

【0035】

１ 気相成長装置
３ チャンバ
５ サセプタ
６ 基板
７ 開口部
８ 基板載置部
９ 回転軸
１０ ヒータ
１１ 開口部
１２ 原料ガス導入部
１３ 玉
１４ 排気部
１５ 玉軸受け機構
１６ 切欠き
１７ 歯車
２１ 固定歯車
２３ ポケット
３３ サセプタカバー
５１ サセプタ
６１ サセプタ
６３ 丸穴部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】