JPH0547669A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 装置本体１０内に基板１３が載置される基板
支持台１２が回転可能に配設され、原料ガスの導入口１
９と排出口２０とを結ぶ線が基板１３載置面に対して略
平行となるように導入口１９と排出口２０とが対向して
配設され、さらに基板支持台１２の中央部にその開口部
１２ｂの一端が位置する原料ガス導入部１２ａが、基板
支持台１２に形成されている気相成長装置。 【効果】 基板支持台１２の中央部から原料ガスを補給
することにより、基板支持台１２上流外周部で起こる原
料ガスの急激な消費による流れ方向の成膜速度の激減を
緩和することができ、それによって基板１３上の薄膜成
長速度を制御して、膜厚分布の均一性を向上させること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は気相成長装置、より詳細
には装置本体内に基板が載置される基板支持台が回転可
能に配設され、原料ガスの導入口と排出口とを結ぶ線が
基板載置面に対して略平行となるように前記導入口と前
記排出口とが対向して配設された気相成長装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体工業においては、容器で外界と遮
断した半導体基板上に反応性ガスを供給し、基板上に反
応物の膜を形成する工程がある。これらの工程ではガス
を基板あるいは基板支持台の一端から他端に走過するよ
うに基板に平行に流し、基板上の空間で気相反応を起こ
して薄膜を形成する水平型気相反応装置が使用されてい
る。特に、シリコン基板上にシリコンの単結晶を成長さ
せるエピタキシャル成長装置はＬＳＩ回路等のエレクト
ロニクスデバイスの製造工程で利用されている。この装
置では基板を通常１０００℃以上に加熱し、反応容器に
四塩化珪素、トリクロルシラン等の原料ガスと水素との
混合ガスを供給して基板上にエピタキシャル成長によっ
て単結晶のシリコン薄膜を成長させる。

【０００３】これらの装置で製造したデバイスの性能を
均一にするためには基板上に形成した薄膜の形成速度を
基板全面で均一にする必要があり、そのために、水平型
気相成長装置ではガス供給口（ノズル）の形状、ガス流
量等、種々の調整を行なっているが、これらの調整では
昨今要求される均一性の向上に対して対処が困難となっ
てきている。

【０００４】このような状況のもとで、図４に示したよ
うな反応管３１内に反応ガスを供給して基板３３上に結
晶成長を行なわせる気相成長装置３０において、反応管
３１内に基板３３表面と対向し、所定の面形状を有して
反応ガスの流れを規制する容器３２を配設することによ
って基板３３上の空間形状を調節し、基板３３上のガス
流速分布を調整して膜厚が均一になるようなガスの流れ
を実現する気相成長装置３０が提案されている（特開昭
６３−４６８３６号公報）。

【０００５】また、図５に示したように、基板支持台４
４を反応管４１の内部に水平に載置し、基板支持台４４
に対向して上方に可動である反応ガス制御板４２を取り
付け、基板４３上の空間形状を調節して、基板４３上の
ガス流速分布を調整して膜厚が均一になるようなガスの
流れを実現する気相成長装置４０も提案されている（特
開昭６１−１３０４８６号公報）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した気相成長装置
３０、４０においては、ノズルの形状、ガス流量の調整
では達成できない均一性に関して改善されているが、例
えば図４で示したような気相成長装置３０の場合、均一
化に最適な容器３２の形状を実現するためには、異なっ
た形状をした試験用の容器３２を多数製作しなければな
らず、また、ガス流量等の成長条件を変更するごとに、
それに応じて別の容器３２が必要となる。従って、最適
な容器３２を製作するにあたって、多大の費用が必要と
なるという課題があった。

【０００７】また、図５で示したような気相成長装置４
０では、結晶成長後、基板４３上の反応ガス制御板４２
にも原料ガスの反応による薄膜の付着が起こり、これが
微粒子となって剥離したり、反応ガス制御板４２の可動
部４２ａから摩擦により微粒子が発生することがある。
これらの微粒子は基板４３上にも付着し、形成した膜の
品質を著しく低下させるという課題があった。

【０００８】本発明はこのような課題に鑑み発明された
ものであって、反応管内に基板上のガス流速分布を調整
するための容器や反応ガス制御板を導入することなく、
基板上のガスの流れを調整して、成長させた膜の均一性
を改善することができるような気相成長装置を提供する
ことを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る気相成長装置は、装置本体内に基板が載
置される基板支持台が回転可能に配設され、原料ガスの
導入口と排出口とを結ぶ線が基板載置面に対して略平行
となるように前記導入口と前記排出口とが対向して配設
された気相成長装置において、前記基板支持台の中央部
にその開口部の一端が位置する原料ガス導入部が、前記
基板支持台に形成されていること特徴としている。

【００１０】

【作用】水平型気相成長装置においては、形成した膜の
厚さの不均一は上流から下流にかけての原料ガス濃度の
低下と濃度境界層の発達とによって説明される。これら
の作用により膜の成長速度は下流方向に向かって低下
し、その割合は上流ほど大きいので、流れ方向に見た成
長速度分布曲線は下に凸となる。このため基板支持台を
回転させて均一化を図っても、基板支持台中央部がやや
薄い分布となる。また、反応管の容器が特別な形状であ
ったり、基板上のガスの流れが変化したりする場合には
違った分布となる。このように、上流から下流にかけて
の原料ガス濃度の低下や濃度境界層が発達することが原
因で、基板支持台の中央部と外周部とで膜厚に不均一が
生じるのであれば、基板支持台中央部に新たにガスが供
給される機構を設けることによって膜厚分布のばらつき
を調整することが可能であると考えられる。

【００１１】上記した構成によれば、装置本体内に基板
が載置される基板支持台が回転可能に配設され、原料ガ
スの導入口と排出口とを結ぶ線が基板載置面に対して略
平行となるように前記導入口と前記排出口とが対向して
配設された気相成長装置において、前記基板支持台の中
央部にその開口部の一端が位置する原料ガス導入部が、
前記基板支持台に形成されているので、該基板支持台の
中央部からも原料ガス（補給ガス）が供給され、主流の
みでは実現不可能なエピタキシャル膜成長速度分布が実
現され、膜厚の均一化が図られる。また、前記装置本体
内にはガスの流れを調整する特別な容器等を配設する必
要がなく、微粒子発生等の問題も起こらない。

【００１２】なお、主流ガスに対する補給ガスの流量の
割合に関しては、補給ガスは主流ガスの流れを乱さない
ほうが分布調整が容易であるので、補給ガスは主流ガス
の数％程度であることが好ましい。しかし、補給ガスに
よって主流ガスの流れを変化させて分布調整をすること
も可能である。

【００１３】また、補給ガスの組成に関しては、補給ガ
スの濃度が高いほど効果的であるが、あまり高いと結晶
欠陥の発生を誘引するので限界がある。従って、補給ガ
スの組成は主流ガスと同程度の濃度が好ましい。

【００１４】

【実施例】以下、本発明に係る実施例を図面に基づいて
説明する。図１は本発明に係る気相成長装置を示した要
部の拡大概略断面図であり、１１は垂直断面形状Ｔ字状
に形成された石英チャンバーである。石英チャンバー１
１内には複数個の基板１３が載置される基板支持台１２
が回転可能に配設されており、基板支持台１２の中央に
は開口部１２ｂが形成され、さらにその開口部１２ｂを
一端とする原料ガス導入部１２ａが石英チャンバー１１
外下方へ突設されている。原料ガス導入部１２ａが基板
支持台１２の回転軸となり、原料ガス導入部１２ａの下
部には原料ガス供給室１２ｃが形成され、この原料ガス
供給室１２ｃには原料ガス供給管１２ｄが接続されてい
る。石英チャンバー１１外であって原料ガス導入部１２
ａの他端近傍には、歯車１４ｂが原料ガス導入部１２ａ
に固定されており、歯車１４ｂは歯車１４ａを介してモ
ータ１８に接続されている。歯車１４ｂが固定されてい
る原料ガス導入部１２ａ近傍は磁性流体シール１７によ
って、気密性が保たれている。また、石英チャンバー１
１には基板１３載置面に対して略平行となるように原料
ガスの導入口１９と排出口２０が対向して配設されてい
る。さらに、石英チャンバー１１外であって、基板支持
台１２の上方には基板１３を加熱するための赤外線ラン
プ１６が配設されており、さらにその上方に反射板１５
が配設されている。

【００１５】このように構成された気相成長装置によっ
て、以下のようにエピタキシャル膜を基板１３表面に形
成する。まず、直径６インチの基板１３を４枚、基板支
持台１２に装着した後、基板支持台１２を回転モータ１
８により回転駆動させるとともに赤外線ランプ１６に電
流を流して赤外線ランプ１６からの放射光によって基板
１３及び基板支持台１２を１１４０℃に加熱する。その
後、三塩化珪素ガスと水素等のキャリアガスとから成る
原料ガス（H₂＋SiHCl₃：SiHCl₃の割合は１〜５ｖｏｌ
％）を流量５０〜２００ＳＬＭで導入口１９から石英チ
ャンバー１１内に供給する。また、それと同時に基板支
持台１２中央部の原料ガス導入部１２ａからも同様の原
料ガスを前記主流ガスの５％程度、石英チャンバー１１
内へ補給する。この原料ガスが基板１３の上面近傍に到
達すると、赤外線ランプ１６からの放射光あるいはこの
放射光によって加熱された基板支持台１２及び基板１３
からの熱伝導により、シリコン系ガスが分解反応を起こ
しシリコンが基板１３表面に堆積する。基板１３の温度
が十分に高く、基板１３表面が結晶面となっている場合
には基板１３表面にエピタキシャル層が形成される。

【００１６】図２は流れ方向の基板支持台１２上のエピ
タキシャル膜成長速度の分布を示したものである。図中
実線は基板支持台１２中央の開口部１２ｂからの原料ガ
ス補給がない場合の分布を示しており、破線は基板支持
台１２中央の開口部１２ｂからの原料ガス補給が適量で
ある場合の分布を示している。基板支持台１２中央の開
口部１２ｂからの原料ガス補給がない場合、下流に向か
って成長速度が減少しており、しかもその分布は下に凸
となる急激な成長速度の減少を示している。一方、原料
ガス補給がある場合は成長速度が基板支持台１２中央部
で増加している。

【００１７】また、図３は基板支持台１２を回転させた
場合の基板支持台１２中心からの位置とエピタキシャル
膜成長速度の関係を示したものである。図中実線は基板
支持台１２中央の開口部１２ｂからの原料ガス補給がな
い場合の分布を示しており、破線は基板支持台１２中央
の開口部１２ｂからの原料ガス補給が適量である場合の
分布を示している。基板支持台１２中央の開口部１２ｂ
からの原料ガス補給がない場合、基板支持台１２中心部
のエピタキシャル膜厚が薄く、そのために基板１３上の
膜厚の均一性が悪いことが分かる。一方、原料ガス補給
がある場合は基板支持台１２中心部のエピタキシャル膜
厚が厚くなって均一性が増すことが分かる。

【００１８】なお、上記実施例においては原料ガスとし
て三塩化珪素を用いて説明したが、シリコン系ガスであ
れば三塩化珪素に限定されるものではなく、また原料補
給ガス導入部１２ａに原料ガスの流量調節器を設け、流
量条件を検討することにより均一化に必要な条件を設定
することができる。

【００１９】上記したように基板支持台１２の中央部か
ら原料ガスを補給することにより、石英チャンバー１１
内に特別な調整用の部品等を導入することなく、さらに
部品導入による微粒子等の発生の問題もなく、基板支持
台１２の上流外周部で起こる原料ガスの急激な消費によ
る流れ方向の成膜速度の激減を緩和することができ、そ
れによって基板１３上の薄膜成長速度を制御して、膜厚
分布の均一性を向上させることができる。従って、ＣＣ
Ｄ及びＭＯＳＩＣ等のエレクトロニクスデバイスの製造
に適用した場合には、品質の向上した製品を歩留まりよ
く製造することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る気相成
長装置にあっては、装置本体内に基板が載置される基板
支持台が回転可能に配設され、原料ガスの導入口と排出
口とを結ぶ線が基板載置面に対して略平行となるように
前記導入口と前記排出口とが対向して配設された気相成
長装置において、前記基板支持台の中央部にその開口部
の一端が位置する原料ガス導入部が、前記基板支持台に
形成されているので、基板支持台の中央部から原料ガス
を補給することにより、前記装置本体内に特別な調整用
の部品等を導入することなく、さらに部品導入による微
粒子等の発生の問題も生じさせることなく、基板支持台
上流外周部で起こる原料ガスの急激な消費による流れ方
向の成長速度の激減を緩和することができる。それによ
って、基板上の薄膜成膜速度を制御して膜厚分布の均一
性を向上させることができる。従って、ＣＣＤ及びＭＯ
ＳＩＣ等のエレクトロニクスデバイスの製造に適用した
場合には、品質の向上した製品を歩留まりよく製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る気相成長装置の実施例を示す要部
の概略断面図である。

【図２】基板支持台上の位置とエピタキシャル膜の成長
速度との関係を示すグラフである。

【図３】基板支持台を回転させたときの基板支持台上の
位置とエピタキシャル膜の成長速度との関係を示すグラ
フである。

【図４】従来の気相成長装置を示す概略断面図である。

【図５】従来の別の気相成長装置を示す概略断面図であ
る。

【符号の説明】

１２ 基板支持台 １２ａ 原料ガス導入口 １２ｂ 開口部 １３ 基板 １９ 導入口 ２０ 排出口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 装置本体内に基板が載置される基板支持
   台が回転可能に配設され、原料ガスの導入口と排出口と
   を結ぶ線が基板載置面に対して略平行となるように前記
   導入口と前記排出口とが対向して配設された気相成長装
   置において、前記基板支持台の中央部にその開口部の一
   端が位置する原料ガス導入部が、前記基板支持台に形成
   されていること特徴とする気相成長装置。