JP2000182967A

JP2000182967A - 気相成長方法および気相成長装置

Info

Publication number: JP2000182967A
Application number: JP10356518A
Authority: JP
Inventors: Hideo Yamagata; 秀夫山縣; Takeyoshi Kawamoto; 健芳河本; Seiichi Takahashi; 誠一高橋; Tetsuo Mihashi; 哲雄三橋; Shin Asari; 伸浅利
Original assignee: Sony Corp; Ulvac Inc
Current assignee: Sony Corp; Ulvac Inc
Priority date: 1998-12-15
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2000-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）ガスを用いる場合にお
いて、その分解温度２５０℃以上の気相成長温度とする
場合においても、十分使用に耐える気相成長装置を構成
する。【解決手段】気相成長がなされる基板１が配置される
反応チャンバー１３と、この反応チャンバー内を加熱す
る外部加熱手段１５と、反応チャンバー１３内の２５０
℃以上に加熱される雰囲気中に配置され、ジボラン（Ｂ
₂Ｈ₆）を含むガスを反応チャンバー内に供給するガス
供給管１６１の、少なくともその内外周表面を炭化水素
によって構成して、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）ガスを用いる
場合において、その分解温度２５０℃以上の気相成長温
度とする場合においても、十分使用に耐える気相成長装
置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気相成長方法およ
び気相成長装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路ＩＣ等におけるバイポー
ラトランジスタの高速化のためには、高濃度且つ薄いベ
ース層の形成が不可欠である。しかし、従来のイオン注
入技術では、注入不純物のチャネリングのため４０ｎｍ
以下のベース幅、すなわちベース層を実現することは困
難であった。

【０００３】近年、ベース層をチャネリングの無いエピ
タキシャル技術を用いて形成する方法が提案され、これ
についての研究も盛んである。

【０００４】従来の一般的なシリコンエピタキシャル成
長は、通常１０００℃〜１２００℃の高温且つ大量の高
純度水素雰囲気下で行うため、このシリコンエピタキシ
ャル成長を行う基板表面のダメージ層や重金属の汚染が
ない限りその結晶性が悪化することはほとんど発生しな
い。

【０００５】しかし、上述したバイポーラトランジスタ
のベース層をエピタキシャル成長させる場合には、急峻
な不純物プロファイルを得る事が必要である。このた
め、熱処理をできるだけ低くしなければならず、５５０
℃〜９００℃という低温でシリコンエピタキシャル成長
がなされている。

【０００６】更に、バイポーラトランジスタのベース層
をエピタキシャル成長するには、例えばｎｐｎトランジ
スタの場合、１×１０¹⁸〜１×１０²⁰atoms ／cm³のｐ
型の不純物をドーピングする必要がある。このｐ型の不
純物のドーピングには、通常ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）ガス
が用いられる。

【０００７】また、低温でシリコンエピタキシャル成長
による成膜を行うためには、きわめて清浄度の高い雰囲
気で成膜しなければならない。特に、成膜装置内部の水
分や酸素の分圧を十分に低減し、管理しなければ良好な
結晶性を有するエピタキシャル成長膜を得ることができ
ない。

【０００８】上述した、エピタキシャル成長の可否と成
長温度と雰囲気中の水分分圧との関係については、G.Gh
idini and F.W.Smith によって報告されている（J.Elec
trochem.Soc,vol.131,pp.2924(1984））。例えば、６０
０℃で低温シリコンエピタキシャル成長を行う場合に
は、上記論文から外挿することによっても分かるよう
に、水分分圧を２×１０^-8Ｐａ以下にする必要がある。

【０００９】上述した低温エピタキシャル成長における
水分分圧を低減するための解決策の一つとしてＵＨＶ−
ＣＶＤ（超高真空化学気相成長）技術がB.S.Meyersonに
よって報告されている（Appl.Phys.Lett.48,pp.797(198
6)、米国特許第５，２９８，４５２号、日本国特許第
２，５１０，０４７号）。

【００１０】このＵＨＶ−ＣＶＤ装置は、横型のバッチ
式であり、装置構成としては、シリコン基板の出し入れ
をするためのロードロック室と、加熱手段を有する成膜
チャンバーいわゆる反応チャンバーがあり、それぞれに
高真空排気をする手段が設けられている。

【００１１】しかし、この横型バッチ式ＵＨＶ−ＣＶＤ
装置は、その設置面積が大きくなってしまい、維持費の
高いクリーンルームスペースの有効活用ができないとい
う問題がある。

【００１２】このような不都合を回避できる装置として
拡散・減圧ＣＶＤ装置で採用されている縦型構造による
ものがある。

【００１３】図３は、この縦型ＣＶＤ装置の要部の概略
断面図を示すもので、この装置においては、加熱炉本体
１０の反応チャンバー１３下にロードロック室１２が配
置された構成を有する。加熱炉本体１０の、反応チャン
バー１３の外周には加熱手段１５が配置され、反応チャ
ンバー１３内の雰囲気を所要の温度に加熱するようにな
されている。この図３で示すＣＶＤ装置では、その反応
チャンバー１３が、外側チャンバー１３Ａと、内側チャ
ンバー１３Ｂとより成る２重管構造のいわゆるダブルチ
ューブ型構造とされている。そして、内側チャンバー１
３Ａの下端に、反応チャンバー１３内に、ガスを供給す
るガス供給ノズル９０が配置されて、一方、外側チャン
バー１３Ａの下端側から排気がなされる構造とされてい
る。

【００１４】ロードロック室１２は、排気手段（図示せ
ず）が設けられて内部を高真空度に保持することができ
るようになされ、このロードロック室１２に、複数の基
板１が搭載されたボート１７が配置され、このボート１
７が、気相成長処理時に反応チャンバー１３内に搬送さ
れるようになされる。

【００１５】この２重管構造による縦型ＵＨＶ−ＣＶＤ
装置においては、例えばその気相成長処理時等において
ノズル９０から内側チャンバー１３Ｂ内に供給されたガ
スは、内側チャンバー１３Ｂ内においてその上方に向か
い、内側チャンバー１３Ｂの外周と外側チャンバー１３
Ａを内周間の間隙を通じてその上方から下方へと排気さ
れることにより、供給ガスが反応チャンバー１３内を供
給ガスが有効に循環するようになされる。したがって、
この反応チャンバー１３内に、基板１が搭載されたボー
ト１７を配置して、基板１に対する気相成長を行う場
合、均一な気相成長が可能になる。

【００１６】しかしながら、この２重管構造において
は、その排気が内側チャンバー１３Ｂと外側チャンバー
１３Ａ間を通じてなされることから、減圧ＣＶＤ装置に
おけるように、１．３３×１０^-1Ｐａ程度の真空度が要
求される気相成長装置においては有効な装置であるが、
到達真空度が１０^-7Ｐａ以上の超高真空度が要求される
ＵＨＶ−ＣＶＤ装置においては、排気コンダクタンスを
十分大きくする必要があることから、上述した２重管構
造においては、内側チャンバー１３Ｂと外側チャンバー
１３Ａ間の排気通路による排気コンダクタンスが問題と
なる。そして、このコンダクタンスを十分大きくするに
は、内側チャンバー１３Ｂと外側チャンバー１３Ａ間の
間隔を十分大きくする必要が生じ、装置全体の大型化が
余儀なくされる。

【００１７】そこで、超高真空度が要求されるＵＨＶ−
ＣＶＤ装置においては、図４に示すように、その反応チ
ャンバー１３を、１重構造、いわゆるシングルチューブ
構造とする。そして、このようなシングルチューブ構造
において、反応チャンバー１３の形状を吊り鐘状、すな
わち一端に開口部を有する簡潔の構成とし、しかも反応
チャンバー１３内に供給するガスを、良好に循環させ
て、ボート１７上の多数の基板に対し均一に気相成長が
行われるようにするには、図４に示すように、反応チャ
ンバー１３の下方から上方にガス供給管１６を配置し
て、チャンバー１３上方からガスを供給することが必要
となる。この場合、ガス供給管１６は、反応チャンバー
１３内の加熱領域内を通じて延長配置されることにな
り、このガス供給管１６は、反応チャンバー１３内の雰
囲気温度と同程度の温度に加熱されることになる。

【００１８】通常、このガス供給管１６は、石英が、高
純度であることと、比較的加工が容易であるという利点
を有することから、石英管によって構成される。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この気相成
長において、基板１上に、ｐ型不純物としてのホウ素が
高濃度にドープされた例えばシリコン半導体層等の気相
成長を行う場合、ホウ素の供給原料ガスとしては、通常
ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）ガスが用いられる。

【００２０】ところが、このジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）ガス
は、常温においてさえ、自ら分解、縮合し、高級ボラン
を生成する不安定な物質である。これは、ジボラン（Ｂ
₂Ｈ ₆）が、ホウ素原子の間に２つの水素原子が入る特
異な構造をしていて、第３族に属するホウ素の水素化合
物は、通常ＢＨ₃と考えられるが、遊離したＢＨ₃とし
ての化合物は、きわめて不安定であり、２分子が会合し
たＢ₂Ｈ₆として存在するためである。

【００２１】このため、上述した縦型ＵＨＶ−ＣＶＤ装
置における、反応チャンバー１３内が高温とされ、ガス
供給管１６が高温状態にあると、このガス供給管１６内
をジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）ガスが移動する間に、これが分
離してしまう。このジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）ガスの熱分解
挙動に関しては、例えば大塚氏らの報告（応用物理学会
予稿集NO.2,pp.752,(1998.3)）により、２５０℃付近で
分解、析出をはじめるとされている。

【００２２】そして、本発明者らは、図４で説明した石
英製のガス供給管を用いた縦型ＵＨＶ−ＣＶＤ装置によ
ってホウ素（Ｂ）をドーピングしたシリコンエピタキシ
ャル成長を行った。この場合、反応チャンバー１３に
は、図示しないが、上述の石英管による２本のガス供給
管１６を導入した構成とした。基板１としてＳｉ基板を
用意し、先ず、この基板を希フッ酸処理して、その表面
を清浄化した。そして、このＳｉ基板１を、縦型ＵＨＶ
−ＣＶＤ装置に設けた第１のロードロック室および第２
のロードロック室にて高真空排気手段にて所望の圧力ま
で排気して、図４の反応チャンバー１３内に搬入した。
その後、反応チャンバー１３内部に水素を導入して約９
００℃に加熱し水素還元法にて、Ｓｉ基板表面を清浄化
した。そして、チャンバー１３内部を６００℃とし、一
方のガス供給管にモノシラン（ＳｉＨ₄）ガスを１０ｓ
ｃｃｍの流量をもって供給し、他方のガス供給管に水素
希釈の１％ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）ガスを２４０ｓｃｃｍ
の流量で導入して、シリコンエピタキシャル成長を行っ
た。

【００２３】このエピタキシャル成長によって、ジボラ
ン（Ｂ₂Ｈ₆) ガスを供給した石英管によるガス供給管
内には反応物が付着していることが観察された。この反
応物は、エネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＸ）により分
析した結果、図５に示すように、ホウ素が９８．５（at
omic％）、酸素が１．２（atomic％）であり、反応物の
主成分はホウ素であることが分かった。

【００２４】そして、このようなエピタキシャル成長作
業を数回繰り返し行ったところ、石英管によるジボラン
（Ｂ₂Ｈ₆）ガスを供給したガス供給管が折損するとい
う、成膜装置において致命的ともいえる問題が発生し
た。

【００２５】このガス供給管の折損の問題は、上述のエ
ピタキシャル成長工程で、約９００℃に加熱がなされた
ことにより、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）ガスを供給したガス
供給管の石英管内部に付着したホウ素が石英中に拡散し
て、石英を軟質化させたことによると考えられる。

【００２６】本発明においては、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）
ガスを用いる場合において、その分解温度２５０℃以上
の気相成長温度とする場合においても、確実にホウ素ド
ープがなされた成膜を気相成長することができるように
した気相成長方法を提供する。また、本発明において
は、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）ガスを用いる場合において、
その分解温度２５０℃以上の気相成長温度とする場合に
おいても、十分使用に耐える気相成長装置を提供するも
のである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明による気相成長方
法においては、一端に開口部を有する反応チャンバー内
に、気相成長を行う基板を配置し、反応チャンバーのそ
の開口部側からチャンバー内の２５０℃以上の雰囲気中
を通じて反応チャンバーの閉塞端側に向かって延長する
少なくとも内外周表面が炭化珪素によって構成されたガ
ス供給管を通じて反応チャンバー内にジボラン（Ｂ₂Ｈ
₆）もしくはジボランを含むガスを供給して、基板上
に、少なくともホウ素（Ｂ）が添加された成膜を気相成
長するものである。

【００２８】また、本発明による気相成長装置は、気相
成長がなされる基板が配置される反応チャンバーと、こ
の反応チャンバー内を加熱する外部加熱手段と、反応チ
ャンバー内の２５０℃以上に加熱される雰囲気中に配置
される少なくとも１本以上のガス供給管とを有し、その
ガス供給管の少なくとも１本のガス供給管を通じてジボ
ラン（Ｂ₂Ｈ₆）を含むガスを前記反応チャンバー内に
供給するようになされ、少なくともそのジボラン（Ｂ₂
Ｈ₆）もしくはジボランを含むガスを反応チャンバー内
に供給するガス供給管は、少なくともその内外周表面を
炭化珪素（以下、ＳｉＣと称する）によって構成する。

【００２９】上述の本発明方法によれば、ジボラン（Ｂ
₂Ｈ₆）を用いて確実にホウ素がドープされた層の成膜
を確実に行うことができた。また、本発明装置によれ
ば、ガス供給管に破損を来すことなく繰返し作業を行う
ことができた。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明方法および装置において
は、例えばシリコン層、シリコン−ゲルマニウム混晶
層、多結晶シリコン層、多結晶シリコン−ゲルマニウム
層の成膜において、原料ガス、特にドーピングガスとし
てｐ型不純物としてホウ素（Ｂ）のドーピングガス、ジ
ボラン（Ｂ₂Ｈ₆）の供給路が、その分解温度２５０℃
以上の雰囲気中を通じて配置される場合に、その供給路
を構成するガス供給管を、その少なくとも表面すなわち
内外周表面がＳｉＣで構成する。

【００３１】このＳｉＣは、昨今、原料粉末からの高純
度化による、高密度、高純度の焼結体が得られている。
また、この焼結体は、その表面にＣＶＤ法によるＳｉＣ
コーティングを施すことの技術も確立され、石英製品と
同等、ないしはそれ以上の純度特性、不純物元素の拡散
防止機能、品質の安定性、耐薬品性にすぐれ、機械的強
度は、石英より、更にすぐれた特性を有する。

【００３２】いま、不純物元素の拡散防止機能について
みると、石英は、基本的に酸化膜（ＳｉＯ₂）と同様の
性質を有するが、文献：Ｓ．Ｍ．シー著、超ＬＳＩテク
ノロジー，総研出版ｐｐ．２１２（１９８５）の酸化膜
（ＳｉＯ₂）中のホウ素の拡散係数の表によると、ホウ
素の拡散源として、ボロケイ酸ガラスがある場合に９０
０℃における拡散係数は、２．２×１０^-19（cm²／
秒）である。これに比し、同様の９００℃におけるＳｉ
Ｃ中のホウ素の拡散係数についてみると、例えば文献：
シリコンの科学、（株）リアライズ社ｐｐ．８９５（１
９９６）のデータを外挿すると、１×１０^-24（cm²／
秒）である。このように、ＳｉＣの不純物元素の拡散防
止機能は、石英に比してすぐれた機能を有する。また、
機械的特性についてもＳｉＣは、石英に比し２倍以上の
機械的強度を有し、その強度は１３５０℃まで保持され
る。

【００３３】本発明方法および装置の一例を説明する。
図１は、縦型ＵＨＶ−ＣＶＤ装置に適用した本発明装置
の一例の概略構成図を示す。この装置は、反応炉本体１
０と、第１のロードロック室１１と、第２のロードロッ
ク室１２とを有する。反応炉本体１０は、石英製の例え
ば吊鐘形状をなす反応チャンバー１３が、例えばほぼ円
筒形状をなす載置台１４上に載置され、反応チャンバー
１３の外周には加熱手段、例えば通電ヒータが配置され
て成る。反応チャンバー１３内には、外部からガスが供
給されるガス供給管が配置される。このガス供給管とし
ては、例えば第１および第２の２本のガス供給管１６１
および１６２を設ける。そして、少なくとも一方の第１
のガス供給管１６１を、炭化珪素（ＳｉＣ）によって構
成される。第２のガス供給管１６２は、通常におけるよ
うに石英管によって構成することができる。

【００３４】第１のロードロック室１１には、外部に対
する開閉がなされる第１のゲートバルブ８１が設けら
れ、この第１のロードロック室１１は、第２のロードロ
ック室１２に、第２のゲートバルブ８２を介して連結さ
れる。また、第２のロードロック室１２は、反応チャン
バー１３下に配置され、第３のゲートバルブ８３を介し
て、反応チャンバー１３に連結される。

【００３５】反応チャンバー１３には、第１の高真空排
気手段３１の例えばターボ分子ポンプがバルブ５１を介
して連結され、更にバルブ５２を介して第２の高真空排
気手段３２の特に高速度排気ポンプのクライオポンプが
連結される。

【００３６】第１の高真空排気手段３１のターボ分子ポ
ンプには、バルブ５３を介してメカニカルブースタポン
プ４０およびドライポンプ４１が連結されて、外部ＥＸ
Ｈに排気されるようになされている。

【００３７】一方、反応チャンバー１３とバルブ５１と
の間の排気通路から、分路が設けられ、この分路がバル
ブ５４および５５を介してメカニカルブースタポンプ４
２およびドライポンプ４３が連結される。

【００３８】一方、第１のロードロック室１１には、バ
ルブ５６を介してメカニカルブースタポンプ４４および
ドライポンプ４５が連結され、外部ＥＸＨに排気される
ようになされている。また、バルブ５７を介して第３の
高真空排気手段３３の高速度排気ポンプのクライオポン
プが連結されている。

【００３９】第２および第３の高真空排気手段３２およ
び３３の排気側には、それぞれバルブ５９および５８が
配置されている。

【００４０】また、第２のロードロック室１２は、バル
ブ６０および６１を介して前記メカニカルブースタポン
プ４２およびドライポンプ４３が連結され、更に、この
第２のロードロック室１２はバルブ６２を介して例えば
ターボ分子ポンプによる第４の高真空排気手段３４が連
結される。この第４の高真空排気手段３４には、バルブ
６３を介してメカニカルブースタポンプ４６およびドラ
イポンプ４７が連結されて、外部ＥＸＨに排気されるよ
うになされている。

【００４１】反応チャンバー１３の下方に配置された第
２のロードロック室１２には、気相成長がなされる多数
の基板、例えば半導体基板例えばシリコン基板１が搭載
されたボート１７を反応チャンバー１３内に対して、出
入させるボート昇降機１８が配置される。このボート昇
降機１８には、ボート１７を上昇させてこのボート１７
を反応チャンバー１３内に配置させた状態で、反応チャ
ンバー１３の筒状載置台１４を閉蓋する蓋体１９配置さ
れ、この蓋体１９上に、例えば筒状の断熱体２０を介し
てボート１７が配置される。

【００４２】次に、この構成による気相成長装置を用い
て基板１例えばシリコン基板上に、例えばシリコン半導
体層を気相成長させる本発明方法の一例について説明す
る。まず、基板１を搭載するためのボート１７を、第１
のロードロック室１１内に配置する。第１のゲートバル
ブ８１を第２および第３のゲートバルブ８２および８３
を閉じ、第１のロードロック室１１内を、バルブ５６を
開放して所定の圧力までポンプ４４および４５を動作さ
せて排気した後、バルブ５６を閉じ、バルブ５７を開放
して第３の高真空排気手段３３のクライオポンプを動作
して排気すると共に、第２のロードロック室１２につい
ても、バルブ６２、６３を開放して、第４の高真空排気
手段３４のターボ分子ポンプとポンプ４６、４７を用い
て、両ロードロック室１１および１２内を、約１０^-6Ｐ
ａに排気する。

【００４３】これと同時に、反応チャンバー１３内を、
ガス供給がなされない状態で、バルブ５１、５２を開放
して、第１の高真空排気手段３１のターボ分子ポンプ３
１と同時に特に第２の高真空排気手段３２のクライオポ
ンプを動作して、反応チャンバー１３内を約１０^-7Ｐａ
程度に排気する。また、反応チャンバー１３の内部は、
加熱手段１５によって約４００℃に加熱しておく。

【００４４】一方、気相成長を行う基板１例えばシリコ
ン基板を、縦型ＵＨＶ−ＣＶＤ装置外において、所要の
温度に加熱した硫酸一過酸化水素液にて処理して基板表
面に付着されている有機物を除去する。更に、その後、
所要の温度に加熱したアンモニア−過酸化水素水溶液で
パーティクル除去を行い、希フツ酸処理して基板表面の
金属汚染物の除去、および基板表面に生じた自然酸化膜
の除去を行う。

【００４５】次に、第１のロードロック室１１内を大気
圧にし、第１のゲートバルブ８１を開けて第１のロード
ロック室１１内のボート１７に、上述した洗浄処理済の
シリコン基板１を多数枚搭載する。

【００４６】その後、第１のゲートバルブ８１を閉じて
から、第１ロードロック室１１を、真空排気手段３３を
併用して約１０^-6Ｐａの圧力にする。

【００４７】このようにして第１および第２のロードロ
ック室１１および１２内を、約１０ ^-6Ｐａとした状態で
第２のゲートバルブ８２を開けて、基板１を搭載したボ
ート１７を、第１ロードロック室１１内部のボード移載
機（図示せず）を用いて第２ロードロック室１２内に移
動する。その後、第２のゲートバルブ８２を閉じて、第
２ロードロック室１２内を上述したと同様の方法によっ
て約１０^-6Ｐａの圧力にする。

【００４８】次に、第３のゲートバルブ８３を開けて、
反応チャンバー１３内の第２のガス供給管１６２から水
素ガスを導入しながら、ボート昇降機１８を上昇させ
て、基板１を搭載したボート１７を、反応チャンバー１
３に移動する。このボート１７の移動中は、バルブ５
１、５２、５４，５５を閉じ、バルブ６０および６１を
開けてメカニカルブースターポンプ４２およびドライポ
ンプ４３を動作させて排気を行う。

【００４９】このようにして、ボート昇降機１８が上昇
した状態で、蓋体１９が、載置台１４に当接し、反応チ
ャンバー１３を閉塞すると同時に、ガス供給管１６２か
らの水素ガス導入を停止してバルブ６０および６１を閉
じる。

【００５０】次に、バルブ５４および５５を開けて所望
の圧力まで反応チャンバー１３内部を排気した後、バル
ブ５４および５５を閉じて、バルブ５１および５３を開
けて高真空排気を行い、約１×１０^-5Ｐａとなったとこ
ろで、バルブ５２を開けて第２の高真空排気手段３２の
クライオポンプを併用して高真空排気を所望の圧力とな
るまで行い、その後バルブ５２を閉じる。

【００５１】次に、反応チャンバー１３内に、第２のガ
ス供給管１６２から水素ガスを導入しながら例えば９０
０℃程度まで加熱してシリコン基板表面に形成された自
然酸化膜を還元除去する。その後、所望の成膜温度まで
降温する。

【００５２】次に、反応チャンバー１３内を、第１の高
真空排気手段３１のターボ分子ポンプにて高真空排気
し、ガス供給管１６１，１６２から成膜に必要なガスを
供給する。この時、エピタキシャル成長のための原料ガ
スは、分子流領域となる圧力となるように設定する。

【００５３】この例では、第２の石英製ガス供給管１６
２からシリコン原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ₄）
と、このシラン系原料ガスと同時にゲルマニウム原料ガ
スとして水素希釈の１０％ゲルマン（ＧｅＨ₄）ガスお
よび成膜時の圧力を制御するための水素（Ｈ₂）ガスを
供給した。

【００５４】一方、第１のＳｉＣによるガス供給管１６
１からは、水素希釈０．１％のジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）ガ
スを供給した。

【００５５】具体的な成膜手順は、反応チャンバー１３
内部に、第１ステップとしてモノシラン（ＳｉＨ₄）と
成膜時の圧力を制御するための水素（Ｈ₂）ガスを供給
して、シリコン基板１上にシリコンエピタキシャル層を
成膜した。

【００５６】続いて、第２ステップとしてホウ素をドー
ピングしたシリコン−ゲルマニウム混晶層を、前記モノ
シラン（ＳｉＨ₄）ガス、水素（Ｈ₂）ガスに加えてゲ
ルマン（ＧｅＨ₄）ガスとジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）ガスを
供給して成膜した。この第２ステップでは、所要の時間
毎にゲルマン（ＧｅＨ₄）ガスの流量を変化させた。

【００５７】続いて、第３ステップとして、前記ゲルマ
ン（ＧｅＨ₄）ガスの供給のみを停止して、所望の膜厚
のホウ素をドーピングしたシリコンエピタキシャル層を
成膜した。

【００５８】この成膜を完了した後、反応チャンバー２
３内部の温度を降温し、その後ボート１７を第２ロード
ロック室１２に移動した。

【００５９】その後、シリコン基板１を大気から反応チ
ャンバー１３内部へ搬送した上述の手順と逆の手順によ
って、シリコン基板１を、図１の縦型ＵＨＶ−ＣＶＤ装
置から搬出する。

【００６０】上述した手順よって成膜したシリコン基板
１上の成膜を、２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）により
分析した。その結果を図２に示す。これによれば、成膜
中にホウ素Ｂがドープされた成膜が得られたことが分か
る。そして、本発明および本発明装置によるときは、そ
の成膜を多数回繰り返しても、そのガス供給管１６１お
よび１６２に破損が生じなかった。

【００６１】すなわち、本発明においては、ジボラン
（Ｂ₂Ｈ₆）ガスの導入を、ＳｉＣ製の第１のガス供給
管１６１を通じて行ったことによって、これらガス供給
管１６１および１６２を、反応チャンバー１３内の下方
から上方に延びるいわゆるロングガス供給管構造として
も、何ら不都合なく、目的とするホウ素ドープの成膜を
行うことができた。

【００６２】そして、このように、ロングガス供給管構
造を採ることができるようにしたことから、上述したよ
うに、シングルチューブ構造の縦型ＵＨＶ−ＣＶＤ装置
としも成膜のためのガスは、反応チャンバー１３の上方
から、下方に向かって、したがって、反応チャンバー１
３内に配置された基板１表面に有効に接触しながら、流
れることから、基板１上には、均一で良質の成膜がなさ
れる。

【００６３】そして、このように、ジボラン（Ｂ
₂Ｈ₆）ガスを用いる場合においても、シングルチュー
ブ構造の縦型ＵＨＶ−ＣＶＤ装置が可能とされることに
よって、排気コンダクタンスが十分得られることから、
反応チャンバー１３内の高真空度排気が短時間で可能と
なり、スループットの改善がはかられるものである。

【００６４】また、上述した構造では、高速度排気手段
のクライオポンプによる、第２および第３の高真空排気
手段３２および３３を設けた構造とした場合であるが、
このような排気手段を有するＵＨＶ−ＣＶＤ装置に限ら
れるものではなく種々の構成による縦型あるいは横型の
各種構成によるＵＨＶ−ＣＶＤ装置、特に約２５０℃以
上の雰囲気中での成膜がなされる場合に適用することが
できる。

【００６５】また、上述の例では、第１および第２ガス
供給管１６１および１６２を設けた場合であるが、Ｓｉ
Ｃ製の１本のガス供給管を有する構成、あるいは２本以
上のガス供給管が設けられ、その少なくとも１本のガス
供給管を、ＳｉＣ製の供給管とすることもできる。ま
た、ＳｉＣ製供給管は、全体がＳｉＣ製の管によって構
成することもできるが、その表面、すなわち内外周表面
がＳｉＣで覆われた構成とすることもできる。

【００６６】また、本発明によれば、シングルチューブ
型構造の気相成長装置を構成することができることか
ら、装置全体がダブルチューブ型構造とする場合に比し
小型化することができるのであるが、本発明を、ダブル
チューブ型構造の気相成長装置等に適用することもでき
る。

【００６７】

【発明の効果】上述したように、本発明による製造方法
によれば、２５０℃以上の温度下で、ジボラン（Ｂ₂Ｈ
₆）ガスの供給がなされて成膜がなされる場合におい
て、少なくとも内外周表面が炭化珪素によって構成され
たガス供給管を通じて反応チャンバー内にジボラン（Ｂ
₂Ｈ₆）を含むガスを供給する方法によることから、高
濃度にホウ素をドーピングする成膜を確実に行うことが
できる。

【００６８】また、本発明装置によれば、成膜作業を繰
り返し行ってもガス供給管の破損、すなわち装置の破損
を来すことなく成膜を行うことができることから、作業
性向上およびコストの低減化を図ることかできる。

【００６９】また、いわゆるロングガス供給管構成を採
ることができることから、シングルチューブ構造の気相
成長装置を構成することができ、排気のコンダクタンス
の向上をはかることができ、高真空といえども、その排
気時間の短縮を図ることができ、スループットの、より
向上が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による気相成長装置の一例の概略構成図
である。

【図２】本発明方法および装置の一例によって行った成
膜のＳＩＭＳによる測定結果を示す図である。

【図３】従来の気相成長装置の要部の構成図である。

【図４】従来の気相成長装置の要部の構成図である。

【図５】従来装置における石英管によるガス供給管内の
付着反応物のエネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＸ）によ
る分析結果を示す図である。

【符号の説明】

１・・・基板、１０・・・反応炉本体、１１・・・第１
のロードロック室、１２・・・第２のロードロック室、
１３・・・反応チャンバー、１４・・・載置台、１５・
・・加熱手段、１６１，１６２・・・ガス供給管、１７
・・・ボート、１８・・・昇降機、１９・・・蓋体、２
０・・・断熱体、３１・・・第１の高真空排気手段、３
２・・・第２の高真空排気手段、３３・・・第３の高真
空排気手段、４０，４２，４４，４６・・・メカニカル
ブースタポンプ、４１，４３，４５，４７・・・ドライ
ポンプ、５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，
５８，５９，６０，６１，６２，６３・・・バルブ、８
１・・・第１のゲートバルブ、８２・・・第２のゲート
バルブ、８３・・・第３のゲートバルブ

フロントページの続き (72)発明者河本健芳東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者高橋誠一千葉県山武郡山武町横田523番地日本真空技術株式会社千葉超材料研究所内 (72)発明者三橋哲雄千葉県山武郡山武町横田523番地日本真空技術株式会社千葉超材料研究所内 (72)発明者浅利伸千葉県山武郡山武町横田523番地日本真空技術株式会社千葉超材料研究所内Ｆターム(参考） 4K030 AA05 AA06 AA07 AA17 AA20 BA09 BA29 BB03 CA04 EA06 EA11 FA10 GA12 JA10 KA04 KA08 KA28 KA46 KA47 5F045 AA07 AB02 AB03 AB05 AC00 AC01 AC19 AD06 AD07 AD08 AD09 AD10 AF03 BB07 BB08 CA01 DP19 DQ05 EB08 EB15 EC02 EC08 EG02 EG03 EN01 EN04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端に開口部を有する反応チャンバー内
に、気相成長を行う基板を配置し、前記反応チャンバー
の前記開口部側からチャンバー内の２５０℃以上の雰囲
気中を通じて前記反応チャンバーの閉塞端側に向かって
延長する少なくとも内外周表面が炭化珪素によって構成
されたガス供給管を通じて上記反応チャンバー内にジボ
ラン（Ｂ₂Ｈ₆）もしくはジボランを含むガスを供給し
て、前記基板上に、少なくともホウ素（Ｂ）が添加され
た成膜を気相成長することを特徴とする気相成長方法。
【請求項２】前記成膜が、シリコン層、シリコン−ゲ
ルマニウム混晶層、多結晶シリコン層、多結晶シリコン
−ゲルマニウム層の少なくとも１層以上の成膜であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の気相成長方法。
【請求項３】気相成長がなされる基板が配置される反
応チャンバーと、該反応チャンバー内を加熱する外部加
熱手段と、前記反応チャンバー内の２５０℃以上に加熱
される雰囲気中に配置される少なくとも１本以上のガス
供給管とを有し、前記ガス供給管の少なくとも１本のガス供給管は、少な
くともその内外周表面が炭化珪素によって構成されて該
ガス供給管を通じてジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）もしくはジボ
ランを含むガスを前記反応チャンバー内に供給するよう
にしたことを特徴とする気相成長装置。
【請求項４】前記反応チャンバーは、下端部に開口部
を有し、該開口部下に、前記反応チャンバー内に搬送す
る前記気相成長を行う基板を一旦配置するロードロック
室が配置された縦型構成とされ、前記反応チャンバーと前記ロードロック室とにそれぞれ
排気手段が連結されて成ることを特徴とする請求項３に
記載の気相成長装置。
【請求項５】前記反応チャンバーは、下端部に開口部
を有し、該開口部側から上記ガス供給管が、前記反応チ
ャンバー内に、上記基板の配置部より上方に延びて配置
され、前記反応チャンバーの前記開口部側に、該反応チャンバ
ーの排気手段が連結されて成ることを特徴とする請求項
３に記載の気相成長装置。
【請求項６】前記基板上に、シリコン層、シリコン−
ゲルマニウム混晶層、多結晶シリコン層、多結晶シリコ
ン−ゲルマニウム層の少なくとも１層以上の成膜を気相
成長することを特徴とする請求項３に記載の気相成長装
置。