JP2000216104A

JP2000216104A - 気相成長装置と気相成長方法

Info

Publication number: JP2000216104A
Application number: JP11017293A
Authority: JP
Inventors: Takeyoshi Kawamoto; 健芳河本; Hideo Yamagata; 秀夫山縣; 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: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2000-08-04
Anticipated expiration: 2019-01-26
Also published as: JP4451508B2

Abstract

(57)【要約】【課題】反応管内の温度、基板の温度を、安定して制
御し、生成膜の膜特性を精密に制御する。【解決手段】気相成長装置１０００の反応管１の内壁
に予め堆積膜７０を所定の厚さａ以上の厚さに堆積させ
ておき、この気相成長装置１０００により気相成長を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気相成長装置と気
相成長方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】化学的気相成長法（ＣＶＤ法）により、
基板上に半導体薄膜を成膜する技術は、各分野において
利用されている。このＣＶＤ法において、基板を加熱し
て気相成長を行う熱ＣＶＤ法においては、多くの種類の
反応ガスを利用できるという長所と、成膜時に、基板を
比較的高温にしなければならないという短所を有してい
る。

【０００３】基板を加熱する方法には、直接加熱法と間
接加熱法とがある。直接加熱法には、例えば、赤外線ラ
ンプにより基板を直接加熱する方法があり、間接加熱法
としては、例えば基板をグラファイト製のサセプタに載
置し、このサセプタに通電して加熱する方法や、気相成
長を行う反応管内に基板を配置してこの反応管を外部か
ら例えば電気炉等により加熱する方法等が挙げられる
（ＣＶＤハンドブック、化学工学会、朝倉書店）。

【０００４】熱ＣＶＤ法においては、成膜時に基板の温
度状態にばらつきがあると、生成膜の膜厚、グレンサイ
ズ、屈折率や光吸収係数等の光学特性、膜組成等の、生
成膜の種々の特性にばらつきが生じてしまう。膜質の低
下を回避するためには、膜生成工程において、温度制御
を高精度に行うことが必要である。

【０００５】膜形成を行う基板の温度制御に着目する
と、基板を内部に載置した反応管を、電気炉等により加
熱する、すなわち反応管の外部の加熱手段により加熱を
行う方法においては、基板の面内温度分布の均一性が、
良好であるという利点がある。

【０００６】図９に、拡散・減圧ＣＶＤ装置で採用され
ている縦型構造の気相成長装置、特に、基板１０３上に
気相成長を行う反応炉本体１００の概略図を示す。この
場合、反応管１０１の下部に、ロードロック室（図示せ
ず）が配置された構成を有する。このロードロック室は
排気手段により内部を高真空度に保持することができる
ようになっている。

【０００７】図９に示した反応炉本体１００において
は、加熱手段１０２により所定の温度に調節し、ガス供
給ノズル１０４より、膜生成のために必要なガスを反応
管１０１内に供給し、例えばシリコンの基板１０３を、
ボート１１０上に載置し、これをボート昇降機構１１１
により、ロードロック室と反応管１０１内との間で上下
に昇降可能とされ、反応管１０１内において気相成長が
行われる。

【０００８】反応管１０１の外部の加熱手段１０２によ
り、ボート１１０上に配置された基板１０３の加熱を行
う場合の加熱のメカニズムについて説明する。すなわ
ち、反応管１０１の外部に設置された電気炉等の加熱手
段１０２による熱伝導、対流、輻射の３つの経路によ
り、反応管１０１内に熱が伝達される。反応管１０１に
伝達された熱は、反応管１０１内にある材料ガスや、そ
の他のガスによる対流と、反応管１０１の内壁からの輻
射により、基板に到達し、これにより、基板の加熱が行
われる。

【０００９】このように、反応管１０１の外部の加熱手
段１０２により、基板１０３の加熱を行う方法において
は、反応管１０１内の温度制御は、電気炉等の加熱手段
１０２自体の温度を制御することにより行うことができ
る。しかし、一方においては、反応管内の温度制御を行
う方法として、以下の方法が挙げられる。

【００１０】まず、第１の方法としては、反応管１０１
内に予め温度計を装備し、反応管１０１内部の温度を測
定し、この測定値を基準として、電気炉等の加熱手段１
０２の制御を行う方法が挙げられる。

【００１１】また、第２の方法としては、基板上に膜生
成を行わないときに、反応管１０１内に温度計を挿入
し、任意の圧力、例えば窒素ガス等のガスを任意の供給
量に調節して、電気炉等の加熱手段１０２による加熱を
行って、このときの加熱手段１０２と、反応管１０１内
部の温度差を測定して、これを元に、目的とする反応管
１０１内の温度を設定することができるように、加熱手
段１０２の温度を決定し、その加熱手段１０２の設定値
を基準に、加熱手段１０２の温度調節を行う方法が挙げ
られる。なお、上記第１および第２の方法のいずれの方
法においても、温度計としては、先端を閉じた石英ガラ
ス管内に、熱電対を挿入したものを適用することができ
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱ＣＶ
Ｄ法により基板１０３上に膜生成を行う場合には、温度
制御に関して、以下の問題がある。

【００１３】図９に示した反応炉本体１００を有する気
相成長装置を用いて基板１０３上に膜形成を行うと、気
相成長中に、図１０に示すように反応管１０１の内壁部
において、堆積膜１０５が形成されてしまい、これが原
因となって、反応管１０１の精密な温度制御が困難にな
る。

【００１４】例えば、反応管１０１の材質が、石英ガラ
スよりなるときは、赤外線の吸収率が低いため、加熱手
段１０２から輻射された赤外線は、反応管１０１を透過
する。反応管１０１の内部に付着した堆積膜１０５が、
反応管１０１を構成する材質と異なる材質、例えばＳｉ
₃Ｎ₄や、Ｓｉ等である場合には、反応管１０１の材質
とは、赤外線に対する吸収率、反射率が異なる。よっ
て、図１１に矢印をもって模式的に示すように、加熱手
段１０２からの赤外線（図中の波線）が、堆積膜１０５
により、吸収されたり、あるいは反射されたりするた
め、堆積膜１０５が、反応管１０１の内壁面に付着して
いない場合と比較して、反応管１０１内部に載置した基
板１０３の加熱の状態に差異が生じる。

【００１５】また、反応管１０１の内壁に付着した堆積
膜１０５の赤外線に対するを吸収率や反射率は、堆積膜
１０５の膜の厚さにも影響される。このため、加熱手段
１０２自体の設定温度を一定にしても、基板１０３の加
熱状態が、堆積膜１０５の厚さに影響されて、経時的に
変化してしまい、基板１０３上への安定した成膜を行う
ことが困難になる。

【００１６】具体的には、上述した第１の方法、すなわ
ち、反応管１０１内に予め温度計を装備し、反応管１０
１内部の温度を測定し、この測定値を基準として、電気
炉等の加熱手段１０２の制御を行う方法においては、図
１２に示すように、温度計１０６は、例えば石英ガラス
よりなる保護管１０７に挿入された状態で、反応管１０
１内に装備されるが、この保護管１０７の表面にも堆積
膜が付着してしまい、これが原因となって、反応管１０
１内の測定温度に影響を与える。

【００１７】すなわち、図１３に示すように、加熱手段
１０２からの赤外線（図中の波線）が、堆積膜１０５に
より、吸収されたり、あるいは反射された後に、さらに
温度計１０６の保護管１０７の表面に被着した堆積膜１
０８により吸収されたり、あるいは反射されたりするた
め、堆積膜１０５、１０８が、反応管１０１や、温度計
の保護管１０７の表面に付着していない場合と比較し
て、温度計１０６の測定温度に差異が生じる。堆積膜１
０５のみ形成され、堆積膜１０８が形成されなければ、
温度計１０６は反応管１０１内の温度を反映するので、
加熱手段１０２にフィードバックすることで反応管１０
１内に温度を制御できる。しかしながら、堆積膜１０８
が形成されるので、温度計１０６の測定温度と反応管１
０１内の温度に差異が生じ、加熱手段１０２のフィード
バック制御後も反応管１０１内の温度は、目的とする温
度からずれを生じる。堆積膜１０８の膜厚が変化した場
合も、温度計１０６の測定温度は影響を受け、同様に、
反応管１０１内の温度は目的とする温度からずれを生じ
る。

【００１８】また、上述した第２の方法、すなわち、膜
生成を行わないときに、反応管１０１内に温度計を挿入
し、任意の圧力、例えば窒素ガス等のガスを任意の供給
量に調節して、電気炉等の加熱手段１０２による加熱を
行った場合の、加熱手段１０２と、反応管１０１内部の
温度差を測定して、これを元に、目的とする反応管１０
１内の温度を設定することができるように、加熱手段１
０２の温度を決定し、その加熱手段１０２の設定値を基
準に、加熱手段１０２の温度調節を行う方法において
は、以下の影響が見られる。

【００１９】すなわち、反応管１０１内の温度測定を、
反応管１０１内壁に堆積膜１０５が堆積していない状態
で行っても、基板１０３上への成膜工程中に、図１０に
おいて示したように、反応管１０１の内壁に堆積膜１０
５が付着し始めるので、堆積膜１０５そのものの影響に
より、安定な温度制御が困難になったり、堆積膜１０５
の厚さによる経時的な温度制御への影響が生じたりす
る。

【００２０】基板１０３上への成膜工程において、頻繁
に、反応管１０１内の温度測定を行うことによって、上
記不都合をある程度軽減することができるが、成膜装置
１００の稼働効率を低下させてしまうという不都合が生
じる。

【００２１】また、反応管１０１内の圧力が低下する
と、基板１０３への熱の伝達は、輻射による割合が高く
なる。特に、極端に圧力が低く、分子流量域で成膜を行
う超高真空ＣＶＤ（ＵＨＶ−ＣＶＤ）法においては、ガ
ス流量が極端に少ないため、ガスによる熱伝導が殆どな
いので、輻射による影響が支配的となり、反応管１０１
内部の堆積膜１０５の影響で、反応管内部の温度に深刻
な影響を与える。

【００２２】よって、本発明においては、基板１０３上
に成膜を行う場合に、安定した温度制御を行うことので
きる気相成長装置および気相成長方法を提供する。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の気相成長装置
は、外部に加熱手段を有する反応管と、反応管を排気す
る排気手段とを有し、この反応管の内壁に、反応管の材
質と異なる材質の膜が、所定の厚さａ以上の厚さに成膜
堆積されたものとする。

【００２４】本発明の気相成長方法は、外部に加熱手段
を有する反応管の内壁に、反応管の材質と異なる材質の
膜を、所定の厚さａ以上の厚さに予め成膜する工程と、
その後、反応管内に基板を挿入し、基板上に成膜する工
程とにより、成膜を行うものとする。

【００２５】本発明の気相成長装置によれば、反応管の
内壁に予め生成膜を所定の厚さａに堆積させておく構成
としたため、その後に反応管の内壁に被着堆積する生成
膜の厚さに影響されることなく、反応管内の温度、膜の
生成を行う基板の安定した温度制御がなされ、成膜時の
温度に依存する膜特性を精密に制御される。

【００２６】本発明の気相成長方法によれば、基板上に
膜の生成を行う前の工程において、予め反応管の内壁に
生成膜を所定の厚さａに堆積させておくこととしたた
め、その後の膜生成工程において、反応管の内壁に被着
堆積する生成膜の厚さに影響されることなく、反応管内
の温度、成膜されるべき基板の安定した温度制御がなさ
れ、成膜時の温度に依存する膜特性を精密に制御され
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の気相成長装置は、外部に
加熱手段を有する反応管と、反応管を排気する排気手段
とを有し、この反応管の内壁に、反応管の材質と異なる
材質よりなる膜が、所定の厚さａ以上の厚さに成膜堆積
された構成を有するものとする。

【００２８】本発明の気相成長方法は、外部に加熱手段
を有する反応管の内壁に、反応管の材質と異なる材質よ
りなる膜を、所定の厚さａ以上の厚さに予め成膜する工
程と、その後、反応管内に基板を挿入し、基板上に成膜
する工程とにより、成膜を行うものとする。

【００２９】以下、本発明の気相成長装置および気相成
長方法の一例について説明するが、本発明は以下の例に
限定されるものではない。

【００３０】図１は、縦型ＵＨＶ−ＣＶＤ装置に適用し
た本発明の気相成長装置１０００の一例の概略構成図を
示す。この例において、気相成長装置１０００は、反応
炉本体１０と、第１のロードロック室１１と、第２のロ
ードロック室１２とを有する構成とする。反応炉本体１
０は、石英製の例えば吊鐘形状をなす反応管１が、例え
ばほぼ円筒形状をなす載置台１４上に載置され、反応管
１の外周には加熱手段２が配置されてなる。反応管１内
には、外部からガスが供給されるガス導入ノズル１６が
配置される。

【００３１】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、反応管１下
に配置され、第３のゲートバルブ８３を介して、反応管
１に連結される。

【００３２】反応管１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３
２のクライオポンプが連結される。

【００３３】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。

【００３４】一方、反応管１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４２およびド
ライポンプ４３が連結される。

【００３５】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のクライオポンプが連結されてい
る。

【００３６】第２および第３の高真空排気手段３２およ
び３３は、それぞれバルブ５９および５８を介してい
る。

【００３７】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に排気するよう
になされている。

【００３８】反応管１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、または、反応管
１の内壁に予め堆積膜を形成させるためのダミー基板が
搭載されたボート１７を反応管１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１
８には、ボート１７を上昇させてこのボート１７を反応
管１内に配置させた状態で、反応管１の筒状載置台１４
を閉蓋する蓋体１９が配置され、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。

【００３９】次に、この構成による気相成長装置１００
０を用いて基板３上に、例えばシリコン半導体層を気相
成長させるための方法について説明する。まず、基板３
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、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^-6Ｐａに排気す
る。

【００４０】これと同時に、反応管１内を、ガス供給が
なされていない状態で、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３１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、反応管１内を約１０^-7Ｐａに排気する。

【００４１】一方、気相成長を行う基板３例えばシリコ
ン基板を、縦型ＵＨＶ−ＣＶＤ装置外において、薬液処
理を行い、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、希フッ酸
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。

【００４２】次に、バルブ５６、５７を閉じた後に、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基板３を搭載する。

【００４３】その後、第１のゲートバルブ８１を閉じて
から、第１のロードロック室１１を真空排気手段３３を
併用して約１０^-6Ｐａの圧力にする。

【００４４】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内部のボート移
動機（図示せず）を用いて第２のロードロック室１２内
に移動させ、ゲートバルブ８２を閉じ、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。

【００４５】次に、第３のゲートバルブ８３を開けて、
反応管１内のガス導入ノズル１６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３を搭載
したボート１７を、反応管１内に移動する。このボート
１７の移動中は、バルブ５１、５２、５４、５５、６２
を閉じ、バルブ６０および６１を開けてメカニカルブー
スタポンプ４２およびドライポンプ４３を動作させて排
気を行う。

【００４６】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、反応管
１を閉塞すると同時に、ガス導入ノズル１６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。

【００４７】次に、バルブ５４および５５を開けて所望
の圧力まで反応管１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、所望の圧力となるまで高真空排気を行
い、その後、バルブ５２を閉じる。

【００４８】次に、反応管内にガス導入ノズル１６から
水素ガスを導入しながら例えば９００℃程度まで加熱し
て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。

【００４９】次に、反応管１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、ガス導
入ノズル１６から成膜に必要なガスを供給する。このと
き、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。この圧力は、０．
５〔Ｐａ〕以下であることが望ましい。

【００５０】また、シリコンエピタキシャル成長を行う
ためには、シリコン原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ
₄）やジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）を用いることができる。
シリコン−ゲルマニウム混晶槽を形成するためには、前
記シラン系原料ガスと同時にゲルマン（ＧｅＨ₄）ガス
を供給すれば良い。更に、前記エピタキシャル成長槽に
ドーパントのボロン（Ｂ）やリン（Ｐ）をドープする場
合には、その供給ガスとしてジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）やホ
スフィン（ＰＨ₃）等を導入することができる。

【００５１】このようにして気相成長による成膜を行っ
た後、反応管１内の温度を降温し、ボート１７を第２の
ロードロック室１２に移動する。その後、基板を前述し
た大気から反応管１内部への搬送手順とは逆の手順を行
い、エピタキシャル成長による成膜層を有する基板を、
気相成長装置から搬出する。

【００５２】なお、本発明方法においては、図２に示す
ように、特に、目的とする基板３上に、成膜を行う前
に、ボート１７および図１に示した断熱体２０を含む反
応管１内部に、あらかじめ、所定の厚さａ〔μｍ〕以上
の、堆積膜７０を形成するものとする。すなわち、目的
とする基板３上に気相成長により成膜を行う前に、予
め、ダミー基板を反応管内に配置して気相成長を行い、
反応管１内に堆積膜７０を形成しておくものである。

【００５３】以下に、この堆積膜７０の形成条件の一例
を示す。シランガス流量：２０〔ｓｃｃｍ〕水素ガス流量：２５〔ｓｃｃｍ〕反応管内温度：６５０℃ 反応管内圧力：０．１〔Ｐａ〕成膜累計時間：２５０〔分〕膜厚：１．５〔μｍ〕

【００５４】反応管１の内壁に、反応管１を構成する材
質と異なる材質の堆積膜７０が付着した場合、加熱手段
による輻射光の透過率、吸収率、反射率が、堆積膜が付
着していない場合と変化することは、前述した通りであ
るが、反応管１の内壁に付着した堆積膜７０の厚さが、
加熱手段による輻射光の、反応管１内における吸収率、
透過率、反射率に対し、どの様な影響を与えるかについ
てのシミュレーション結果を、以下に示す。

【００５５】例えば石英ガラスよりなる反応管１を適用
し、この反応管１内において、シリコン基板３上に、ポ
リシリコンを、１０００（Ｋ）の温度条件で、ＣＶＤ膜
の形成を行った場合について、図３に、縦軸に、反応管
の壁面が、基板からの輻射エネルギーを吸収する量と透
過する量との合計量の、単位面積あたりのエネルギー量
〔μＷ／ｃｍ²〕を示し、横軸に、反応管の内壁に堆積
したポリシリコンの膜の厚さ〔μｍ〕を示す。

【００５６】図３に示されているシミュレーション結果
から、反応管１の内壁のポリシリコンの堆積膜７０の厚
さが、０〔μｍ〕から１〔μｍ〕未満の範囲において
は、堆積膜７０の厚さの変化に対して、反応管１の壁面
が、基板３からの輻射エネルギーを吸収する量と透過す
る量との合計量が大きく変化するが、堆積膜７０の厚さ
が、１〔μｍ〕以上、特に１．５〔μｍ〕程度になる
と、基板３からの輻射エネルギーを吸収する量と透過す
る量との合計量が安定している。すなわち、ほとんど変
化しない。

【００５７】この図３に示したシミュレーション結果よ
り、気相成長装置１０で基板３上にシリコンエピタキシ
ャル薄膜の成膜を行う場合に、加熱手段２からの輻射熱
が反応管に吸収、透過されるエネルギー量の、堆積膜７
０の厚さ依存傾向も、図３のシミュレーションと、同様
の結果を示すことがわかる。

【００５８】すなわち、石英ガラスの反応管１の内壁に
堆積したポリシリコン膜の厚さが、１〔μｍ〕以上、望
ましくは１．５〔μｍ〕以上になると、基板３に到達す
る加熱手段からの輻射熱の熱量が、堆積膜７０の厚さに
依存しないようになることがわかる。

【００５９】これにより、堆積膜７０、すなわちポリシ
リコン膜の厚さが、１〔μｍ〕以上、望ましくは１．５
〔μｍ〕以上になると、気相成長工程において、基板３
の温度を精密に制御することが可能になる。

【００６０】よって、気相成長装置として、予め反応管
１の内壁に、反応管１の材質と異なる材質の膜が、所定
の厚さ、例えば１〔μｍ〕以上、好ましくは１．５〔μ
ｍ〕以上の厚さに成膜堆積されたものを用いて気相成長
を行うと、精密で安定した温度制御を行うことが可能に
なり、気相成長における成膜特性の高精度化を図ること
ができる。

【００６１】次に、上述と同様に、石英ガラスよりなる
反応管１を適用し、この反応管１内で、シリコン基板３
上に、Ｓｉ₃Ｎ₄を、例えば１０００（Ｋ）の温度条件
で、膜形成を行った場合の例について説明する。図４
に、縦軸に、反応管の壁面が、基板からの輻射エネルギ
ーを吸収する量と透過する量との合計量の、単位面積あ
たりのエネルギー量〔μＷ／ｃｍ²〕を示し、横軸に、
反応管の内壁に堆積したＳｉ₃Ｎ₄膜の厚さ〔μｍ〕を
示す。

【００６２】この例においては、Ｓｉ₃Ｎ₄の複素屈折
率を２．００＋０．０ｉとする。図４に示されているシ
ミュレーション結果から、反応管１の内壁のＳｉ₃Ｎ₄
の堆積膜の厚さが、０〔μｍ〕から１〔μｍ〕未満の範
囲においては、堆積膜の厚さの変化に対して、反応管１
の壁面が、基板３からの輻射エネルギーを吸収する量と
透過する量との合計量が大きく変化するが、１〔μｍ〕
以上、特に１．５〔μｍ〕程度になると、基板３からの
輻射エネルギーを吸収する量と透過する量との合計量が
安定する。

【００６３】この図４に示したシミュレーション結果よ
り、気相成長装置１０で基板３上に成膜を行う場合に、
加熱手段２からの輻射熱が反応管に吸収、透過されるエ
ネルギー量の、堆積膜７０の厚さ依存傾向も、図４のシ
ミュレーションと、同様の結果を示すことがわかる。

【００６４】すなわち、石英ガラスの反応管１の内壁に
堆積したＳｉ₃Ｎ₄膜の厚さが、１〔μｍ〕以上、望ま
しくは１．５〔μｍ〕以上になると、基板３に到達する
加熱手段からの輻射熱の熱量が、堆積膜７０の厚さに依
存しないようになることがわかる。

【００６５】ここで、反応管１の壁面に堆積した膜の厚
さと、光の吸収量との関係について説明する。光の吸収
量は、次の（数１）で表される。

【００６６】

【数１】

【００６７】ここで、ε（λ）は、反応管に堆積膜が積
層した構造体の実効放射率（反射率）を示し、Ｉ（λ）
は、ある温度における加熱手段の分光放射発散度（任意
の温度における、各波長の光強度）を示し、ａ、ｂは積
分する波長領域〔μｍ〕を示すものとする。

【００６８】光の波長に対して、特定の膜厚、すなわち
光の波長の１／４程度の膜厚において、光の全反射が生
じる。光の全反射が生じる条件では、ポリシリコンのよ
うに光を吸収する膜の場合、膜内での繰り返し反射によ
り、光の吸収は波長によらず、一定値に近づく。そのた
めに、堆積膜の膜厚が厚いほど、光の吸収量が安定す
る。図５に、反応管の壁面に堆積したポリシリコンの厚
さが、０．１５〔μｍ〕（曲線２０１）、０．３〔μ
ｍ〕（曲線２０２）、０．５〔μｍ〕（曲線２０３）で
ある場合の、波長と、光の実効吸収率との関係を示す。
また、図６に、反応管の壁面に堆積したポリシリコンの
厚さが、１〔μｍ〕（曲線２０４）、３〔μｍ〕（曲線
２０５）、５〔μｍ〕（曲線２０６）である場合の、波
長と、光の実効吸収率との関係を示す。

【００６９】図５および図６に示すように、堆積膜の膜
厚が厚いほど、それぞれの曲線２０１〜２０６の振幅が
小さくなり、光の吸収量が安定していることがわかる。

【００７０】次に、図７に、反応管の壁面に堆積したＳ
ｉ₃Ｎ₄膜の厚さが、０．１５〔μｍ〕（曲線３０
１）、０．３〔μｍ〕（曲線３０２）、０．５〔μｍ〕
（曲線３０３）である場合の、波長と、光の実効吸収率
との関係を示す。また、図８に、反応管の壁面に堆積し
たＳｉ₃Ｎ₄の厚さが、１〔μｍ〕（曲線３０４）、３
〔μｍ〕（曲線３０５）、５〔μｍ〕（曲線３０６）で
ある場合の、波長と、光の実効吸収率との関係を示す。

【００７１】図７および図８に示すように、堆積膜の膜
厚が厚いほど、それぞれの曲線３０１〜３０６の曲線の
波の波長が小さくなる。光の吸収量は、（数１）の式に
示すように、ある波長領域での積分値であるので、膜厚
が厚くて曲線の波長が小さいほど、膜厚が増加して曲線
が変化したときの光の吸収量が小さくなり、光の吸収量
が安定していることがわかる。

【００７２】上述した例においては、反応管１の内壁に
ポリシリコン膜、あるいはＳｉ₃Ｎ ₄膜が、堆積するこ
とになる場合について説明したが、この例に限定される
ものではなく、例えば、シリコン−ゲルマニウムの混
晶、多結晶シリコン、多結晶シリコン−ゲルマニウム
等、各種の膜が、反応管内壁に堆積する場合について
も、同様に、堆積する膜種に応じた所定の厚さａ〔μ
ｍ〕以上の厚さに堆積されると、基板に到達する加熱手
段からの輻射熱の熱量が、堆積膜の厚さに依存しないよ
うになることがわかり、精密で安定した温度制御を行う
ことが可能となる。

【００７３】上述した本発明の一例の気相成長装置およ
び気相成長方法においては、いわゆる縦型のＵＨＶ−Ｃ
ＶＤ装置を用いて気相成長を行う例について説明した
が、本発明はこの例に限定されるものではない。すなわ
ち、例えば横型のＵＨＶ−ＣＶＤ装置を用いて気相成長
を行う場合についても同様に適用することができる。

【００７４】また、上述した本発明の一例においては、
基板上にシリコン膜のエピタキシャル成長あるいはＳｉ
₃Ｎ₄膜の成長を行う場合について説明したが、本発明
は、この例に限定されるものではなく、例えば、シリコ
ン−ゲルマニウムの混晶、多結晶シリコン、多結晶シリ
コン−ゲルマニウム等の、各種の気相成長膜の形成を行
う場合についても、同様に適用することができる。

【００７５】

【発明の効果】本発明の気相成長装置によれば、反応管
の内壁に予め、反応管の材料と異なる材料の膜を所定の
厚さに堆積させておく構成としたため、その後に反応管
の内壁に被着堆積する生成膜の厚さに影響されることな
く、反応管内の温度、膜の生成を行う基板の温度を安定
して制御することができ、成膜時の温度に依存する膜特
性を精密に制御することができるようになった。

【００７６】本発明の成膜方法によれば、基板上に膜の
生成を行う前の工程において、予め反応管の内壁に、反
応管の材料と異なる材料の膜を所定の厚さに堆積させて
おくこととしたため、その後の膜生成工程において、反
応管の内壁に被着堆積する生成膜の厚さに影響されるこ
となく、反応管内の温度、膜の生成を行う基板の温度を
安定して制御することができ、成膜時の温度に依存する
膜特性を精密に制御することができるようになった。

【００７７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の気相成長装置の概略構成図を示す。

【図２】本発明の気相成長装置の一部を構成する反応炉
本体の概略図を示す。

【図３】堆積膜の厚さと、単位面積あたりの光の吸収量
の関係を示すシミュレーション結果を表す。

【図４】堆積膜の厚さと、単位面積あたりの光の吸収量
の関係を示すシミュレーション結果を表す。

【図５】反応管内壁面に、ポリシリコン膜を堆積させた
ときの、波長と、光の実効吸収率との関係を示す。

【図６】反応管内壁面に、ポリシリコン膜を堆積させた
ときの、波長と、光の実効吸収率との関係を示す。

【図７】反応管内壁面に、Ｓｉ₃Ｎ₄膜を堆積させたと
きの、波長と、光の実効吸収率との関係を示す。

【図８】反応管内壁面に、Ｓｉ₃Ｎ₄膜を堆積させたと
きの、波長と、光の実効吸収率との関係を示す。

【図９】従来の気相成長装置を構成する反応炉本体の一
例の概略断面図を示す。

【図１０】従来の気相成長装置を構成する反応炉本体の
一例の概略断面図を示す。

【図１１】従来の反応炉本体の要部の一例の概略断面図
を示す。

【図１２】従来の気相成長装置を構成する反応炉本体の
一例の概略断面図を示す。

【図１３】従来の反応炉本体の要部の一例の概略断面図
を示す。

【符号の説明】

１，１０１反応管、１０，１００反応炉本体、２，
１０２加熱手段、３，１０３基板、４，１０４ガ
ス供給ノズル、７０，１０５，１０８堆積膜、１０６
温度計、１０７保護管、５，１１０ボート、６，
１１１ボート昇降機構、１０００気相成長装置、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山縣秀夫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 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 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 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 JA01 KA25 KA47 5F045 AA07 AB03 AC01 AC19 DP19 DP20 EB11 EC05 EK27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部に加熱手段を有する反応管と、該反応管を排気する排気手段とを有する気相成長装置で
あって、上記反応管の内壁に、該反応管の材質と異なる材質の膜
が、所定の厚さａ以上の厚さに成膜堆積されてなること
を特徴とする気相成長装置。
【請求項２】上記ａの値が、１μｍであることを特徴
とする請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】外部に加熱手段を有する反応管の内壁
に、該反応管の材質と異なる材質の膜を、所定の厚さａ
以上の厚さに予め成膜して、堆積膜を形成する工程と、その後、上記反応管内に基板を挿入し、基板上に成膜す
る工程とを有することを特徴とする気相成長方法。
【請求項４】上記ａの値が、１μｍであることを特徴
とする請求項３に記載の気相成長方法。