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1-4-2 気相エピタキシャル成長装置

技術分類

1-4 エピタキシャル成長装置

技術の名称

1-4-2 気相エピタキシャル成長装置

技術内容

エピタキシャル成長装置で、材料を気相状態にして結晶基板表面に薄膜結晶を成長させるエピタキシャル装置。
以下に、気相エピタキシャル成長装置の例を示す。
図1は本装置の正面図であり、装置仕様は以下の通りである

装置本体

寸法:3,900mmWx2,000mmLx2,315mmH

装置質量:約5,200kg

装置の構成

クリーンベンチ:反応室2、中央にプロセス制御室

反応室部:金属ベルジャ、石英ベルジャ、RFコイル、コイルカバー、ノズル、サセプタ各2個

ベルジャ昇降・旋回機構部

サセプタ回転機後部

冷却水配管系統部

ガス・空気配管系統部

排気配管系統部

石英ベルジャ冷却装置

ガス制御装置:N2、H2、SiHCl3、DNまたはDP、HClの標準5系統、その他のシリコーンソースガス、ドーパントガスの追加はオプション

プロセス制御装置:サセプタ気相エッチング、サセプタ気相エッチング+Siコート、エピタキシャル[連続3層膜まで標準で自動運転が可能]

高周波誘導加熱装置:発振素子:IGBT、切換スイッチ内蔵

図2はエピタキシャル成長装置の心臓部である反応室の構造を示す。反応炉は石英ガラスベルジャで構成されており、高周波誘導加熱により加熱されたサセプタがその上に置かれるウエーハを間接的に加熱する方式を採用している。ノズルから噴出されるガスがサセプタの熱による上昇気流を発生させないような構造的工夫が採用されている。熱流体解析によるシミュレーションによる反応室形状の最適化によりガス置換時間の短縮も図られている。また、ベルジャ上部外側の金メッキ反射板の採用によりサセプタからの放射エネルギーをウエーハ表面に戻す省エネルギー効果とウエーハ表裏の温度差を少なくしスリップ発生を低減する2重の効果をもたらしている。
ブロワで空気を圧送することにより石英ベルジャを冷却し、反応ガスが分解して発生するシリコンが付着しないようにしており、この冷却風はクリーンベンチ内の室温,湿度などに影響を与えないように、石英ベルジャを通過後にラジエータで冷却される(図2)。
以下は、エピタキシャル成長装置に要求される基本技術である。

  • ウエーハを均一に加熱する方法
  • 半導体材料ガスの正確な流量率(対キャリアガス比率)の制御
  • ドーパント流量率(対キャリアガス比率)の制御
  • 広域ドーパント制御技術

本装置によるエピタキシャル成長膜の膜厚分布を図3に示す。

図1 装置外観

図1 装置外観 

出典:著者の氏名:松永重次、表題:「高膜厚対応エピタキシャル気相成長装置EGV-28X」、関連箇所:図1 EGV-28GX正面図、媒体種別:「Online」、掲載年月日:1997年10月、掲載者:東芝機械株式会社、掲載場所:東芝機械株式会社ホームページ、技術情報、東芝機械技報、東芝技報No.18、検索日:2003年11月17日、情報源及びアドレス:http://www.toshiba-machine.co.jp/tech/techrepo/no18/egv28gx/

図2 反応部構成図

図2 反応部構成図

出典:著者の氏名:松永重次、表題:「高膜厚対応エピタキシャル気相成長装置EGV-28X」、関連箇所:図2 EGV-28GX反応部構成図、媒体種別:「Online」、掲載年月日:1997年10月、掲載者:東芝機械株式会社、掲載場所:東芝機械株式会社ホームページ、技術情報、東芝機械技報、東芝技報No.18、検索日:2003年11月17日、情報源及びアドレス:http://www.toshiba-machine.co.jp/tech/techrepo/no18/egv28gx/

図3 成長膜の膜厚分布

図3 成長膜の膜厚分布

 出典:著者の氏名:松永重次、表題:「高膜厚対応エピタキシャル気相成長装置EGV-28X」、関連箇所:図7成長膜の膜厚分布図、媒体種別:Online、掲載年月日:1997年10月、掲載者:東芝機械株式会社、掲載場所:東芝機械株式会社ホームページ、技術情報、東芝機械技報、東芝技報No.18、検索日:2003年11月17日、情報源及びアドレス:http://www.toshiba-machine.co.jp/tech/techrepo/no18/egv28gx/

【応用分野】

半導体産業、パワーデバイス、バイポーラ

【出典/参考資料】

出典:著者の氏名:松永重次、表題:「高膜厚対応エピタキシャル気相成長装置EGV-28X」、関連箇所:HTML文書全文、媒体種別:「Online」、掲載年月日:1997年10月、掲載者:東芝機械株式会社、掲載場所:東芝機械株式会社ホームページ、技術情報、東芝機械技報、東芝技報No.18、検索日:2003年11月17日、情報源及びアドレス:http://www.toshiba-machine.co.jp/tech/techrepo/no18/egv28gx/

出典:「東芝機械技報 No.19」、(1998年4月発行)、松永重次著、東芝機械発行、38頁~39頁