JP2001284264A

JP2001284264A - 気相成長方法

Info

Publication number: JP2001284264A
Application number: JP2000096331A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Habuka; 等羽深; Kenichi Miyamoto; 賢一宮本; Masao Kita; 雅夫北; Tetsushi Oka; 哲史岡
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2001-10-12

Abstract

(57)【要約】【課題】排気管の分解等を行うことなく、その内面の
堆積物を簡単かつ確実に除去することができ、ひいては
高能率で安定的に気相成長できる方法を提供する。【解決手段】気相成長設備１００の反応容器１内に塩
化シランガスを導入することにより基板上にシリコン層
を気相成長させる。反応容器１から排気ガスは、排気管
１９を通じて排出する。排気管１９を反応容器１に接続
した状態にて、該排気管１９内に三フッ化塩素を含有し
た洗浄ガスを流通することにより、その堆積したオイリ
ーシランを除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気相成長方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】シリコンエピタキシャルウェーハの製造
においては、シリコン単結晶基板上にシリコンエピタキ
シャル層を気相成長する方法が広く用いられている。具
体的には、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）、トリク
ロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）、四塩化珪素（ＳｉＣ
ｌ_４）などの塩化シランガスを水素ガスにより希釈して
気相成長装置の反応容器内に導き、加熱されたシリコン
単結晶基板上に前記塩化シランガスと水素ガスとを主成
分とする混合ガスを供給する。これにより、塩化シラン
ガスが熱により励起されて化学反応が進行し、固体シリ
コンがシリコンエピタキシャル層としてシリコン単結晶
基板上に堆積することによりシリコンエピタキシャルウ
ェーハが製造される。ここで、原料ガスのうち、シリコ
ンエピタキシャル層の形成に使用された残りのガスは、
反応容器の排気管から排出され、さらに除害装置により
有害成分が除去された後、大気に放出されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】シリコンエピタキシャ
ル層の形成に使用された後に排気管内を流下するガスに
は、化学反応に用いられずに残留した塩化シランや、化
学反応により生じた不安定中間体などが存在している。
これらは反応容器から排気管を経由して流下する間に排
気管の内面に徐々に堆積し、例えば１ヵ月や半年などの
長期間においては排気管を次第に閉塞するに至る。この
ような堆積が生ずると、シリコンエピタキシャルウェー
ハの製造時において反応容器からの排気ガスのスムーズ
な排出が阻害されて、操業条件の不安定化ひいては製造
されるシリコンエピタキシャルウェーハの品質低下やバ
ラツキ等を招き易くなる。このような不具合を防止する
ためには、一定の期間毎に排気管を取り外して清掃する
ことが必要であったが、排気管の配管分解あるいは組み
立てには多大な労力とコストがかかる問題がある。

【０００４】本発明の課題は、排気管の分解等を行うこ
となく、その内面の堆積物を簡単かつ確実に除去するこ
とができ、ひいては高能率で安定的にシリコン層を気相
成長することができる方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記の課
題を解決するために、本発明の気相成長方法は、気相成
長装置の反応容器内に塩化シランガスを導入することに
より基板上にシリコン層を形成し、排気管を通じてその
反応容器から排気ガスを排出することにより気相成長す
る方法において、前記排気管を前記反応容器に接続した
状態にて、該排気管内に三フッ化塩素を含有した洗浄ガ
スを流通することにより、排気管内に堆積したオイリー
シランを除去することを特徴とする。

【０００６】三フッ化塩素（ＣｌＦ_３）の分子はハロゲ
ン元素だけから構成され、室温でもシリコン化合物に対
する十分な反応活性を有すると同時に、シリコン化合物
と反応することにより、フッ化珪素や塩化珪素などの比
較的蒸気圧の大きな化合物を生ずる。従って、排気管内
に三フッ化塩素を流通することで、敢えて加熱等を施さ
ずとも、その内面に堆積し塩化シラン等に由来する塩素
成分を含有したオイリーシランを効率的に分解してフッ
化珪素や塩化珪素分子として気化させることができ、排
気管内の堆積物を簡単に除去することができる。なお、
反応に使用されなかった三フッ化塩素、あるいは、フッ
化珪素や塩化珪素などの分解生成物は、乾式あるいは湿
式の除害装置を通過させることにより地球環境に全く問
題なく無害化できる。

【０００７】なお、気相成長装置には、ウェーハの仕込
み及び取出しのためにその都度反応容器（ベルジャー）
の大気開放を行うバッチ式気相成長装置と、枚葉式装置
などに多く採用されているロードロック式により反応容
器の内部が常時水素雰囲気に維持される気相成長装置と
の２種類がある。前者のタイプの気相成長装置では、例
えば気相成長中にオイリーシランが発生してもウェーハ
への仕込み及び取出しのたびに繰り返される大気開放の
度にオイリーシランは酸化されて、その殆どが化学的に
安定な二酸化珪素となる。一方、後者のタイプの気相成
長装置では、ウェーハの搬入及び搬出に際して反応容器
内部及びこれに連通する排気管内部が大気開放されるこ
とはなく、オイリーシランは排気管内部に堆積する一方
となり、長期のうちには排気管を閉塞する程度にまで堆
積量が増加してしまう。そこで、排気管内部に堆積した
オイリーシランを洗浄して除去する作業が定期的に行わ
れる。ところが、反応容器内は常時水素（ウェーハの搬
入及び搬出の際には窒素ガス等が混入することもある）
を主体とした雰囲気に維持されていることから、排気管
を分解すると、通常は存在しないはずの酸素や水分を含
んだ大気が流入し、塩化シラン等に由来する塩素成分を
含有したオイリーシランが、その酸素や水分と激しく反
応して発火の原因ともなりうる。しかしながら本発明を
適用することにより、排気管を分解せずとも排気管内に
多量に堆積したオイリーシランを極めて効率的に除去す
ることが可能となり、本発明の効果を一層顕著に発揮さ
せることができる。

【０００８】本発明は、シリコン単結晶基板上にシリコ
ンエピタキシャル層を気相成長させる場合に特に有効で
あるが、ポリシリコン層の気相成長においても有用であ
る。また、基板として化合物半導体基板あるいはガラス
基板等、シリコン単結晶基板以外を用いる場合にも適用
が可能である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、シリコン単結晶基板上にシ
リコンエピタキシャル層を気相成長させてシリコンエピ
タキシャルウェーハを製造する場合について、本発明の
実施の形態を添付の図面を参照して説明する。図１は、
シリコンエピタキシャルウェーハを製造するための気相
成長設備１００の構成を模式的に示すものである。ここ
ではシリコン原料ガスの塩化シランガスとして、トリク
ロロシランガスを用いる場合を例にとる（ただし、ジク
ロロシランや四塩化珪素を用いることもできる）。本気
相成長設備１００において、シリコンエピタキシャル層
を気相成長させるシリコン単結晶基板は反応容器１内に
配置され、ドーパントガス供給源３２からのドーパント
ガスとトリクロロシランガス供給源３４からのトリクロ
ロシランガスが、水素ガス供給源３０からの水素ガスの
混合により希釈され、原料ガス供給配管２３を経て反応
容器１内に導入される。なお、バルブ３１、バルブ３３
及びバルブ３５は、それぞれ水素ガス、ドーパントガス
及びトリクロロシランガスの供給／停止と供給流量調整
とを行うためのものである（なお、供給／停止と流量調
整とを別々のバルブにより機能分担してもよい）。トリ
クロロシランガスの水素ガスによる希釈率は例えば０．
１％〜１０％であり、反応容器１に対する混合ガスの流
量は、例えば１０リットル毎分〜２００リットル毎分に
調整される。また、反応容器１からの排気ガスは排気管
１９を通り、湿式除害装置４３を経て大気中に排出され
る。

【００１０】他方、排気管１９の上流側端部には、反応
容器１との接続部付近において、洗浄ガス供給配管４１
が連通している。洗浄ガス成分としては三フッ化塩素が
使用され、不活性ガス（窒素又はアルゴン等の希ガス：
この実施例では窒素を使用している）により希釈され
て、洗浄ガス供給配管４１により排気管１９に供給され
る。具体的には、液化三フッ化塩素供給源３７からの三
フッ化塩素ガスが、窒素ガス供給源３９からの窒素ガス
の混合により希釈され、洗浄ガス供給配管４１を経て排
気管１９に導入される。なお、バルブ３８及びバルブ４
０は、それぞれ三フッ化塩素ガス及び窒素ガスの供給／
停止と供給流量調整とを行うためのものである（なお、
供給／停止と流量調整とを別々のバルブにより機能分担
してもよい）。洗浄ガスの流量及び該洗浄ガス中の三フ
ッ化塩素ガスと窒素ガスとの混合比率に応じて、排気管
１９への三フッ化塩素ガスの供給流量は変化させること
ができ、ひいては排気管１９内に堆積したオイリーシラ
ンの分解・除去反応の速度を自由にコントロールするこ
とができる。

【００１１】図２は、反応容器１を含む気相成長装置を
ロードロック式の装置として構成した例を示す模式図で
ある。該装置は、シリコン単結晶基板６を保持するカセ
ット１０を内在し該シリコン単結晶基板６の搬入及び搬
出を行うロードロック室３と、シリコン単結晶基板６上
にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる反応を行
う反応容器１と、ロードロック室３と反応容器１との間
でシリコン単結晶基板６の移送を行う搬送室２とを有す
る。反応容器１はゲートバルブ４を介して搬送室２に連
結され、搬送室２はゲートバルブ５を介してロードロッ
ク室３と連結されている。

【００１２】ロードロック室３には、例えばシリコン単
結晶基板６が複数枚入ったカセット１０を１セット収納
することができる。ロードロック室３内は、通常は窒素
雰囲気であり、導入管２１から窒素ガスが供給され、排
気管２４から排出される。

【００１３】搬送室２には、シリコン単結晶基板６を搬
送するための搬送装置（図示せず）が載置されている。
搬送装置は、ロードロック室３内のカセット１０からシ
リコン単結晶基板６を１枚ずつ抜き取り、シリコン単結
晶基板６を搬送室２内に搬送し、反応容器１内で他のシ
リコン単結晶基板の処理が終わるまで搬送室２内で待機
する。そして、反応容器１内での処理が終了後、ゲート
バルブ４が開き、シリコン単結晶基板６を反応容器１内
に搬入する。搬送室２にも導入管２０から窒素ガスが供
給され、排気管１４から排出されることで、窒素雰囲気
に保たれている。

【００１４】図３（ａ）は、反応容器１の一例を模式的
に示す側面断面図である。容器本体１０９の一端に原料
ガス供給配管２３が接続され、原料ガスとして、水素ガ
スにて０．１％以上１０％以下（例えば２％以上３％以
下）に希釈したトリクロロシランガスに微量のドーパン
トガスを添加した混合ガスＳＧが供給される。容器本体
１０９内にはサセプタ１７が配設され、シリコン単結晶
基板６が略水平に１枚のみ配置される（いわゆる枚葉
式）。また、容器本体１０９には、原料ガス供給配管２
３が接続されているのと反対側の端部に排気管１９が連
通している。導入された混合ガスＳＧは、シリコン単結
晶基板６の表面上を通過した後排気ガスとなって、排気
管１９から排気される。シリコン単結晶基板６はサセプ
タ１７とともにモータＭにより回転駆動され、さらに赤
外線加熱ランプ１１１にて７００℃以上１２００℃以下
（例えば１０５０℃以上１１５０℃以下）に加熱され
る。これにより、混合ガスＳＧ中のトリクロロシランガ
スが熱により励起されて水素ガスと反応することにより
固体シリコンを生じ、シリコン単結晶基板６上に堆積し
てシリコンエピタキシャル層が形成される。

【００１５】反応容器１内では、シリコン単結晶基板６
の主表面以外に、例えば図３（ｂ）に示すように、反応
容器１の内壁面やサセプタ１７の露出面等にも固体シリ
コンはポリシリコンＰＳとなって堆積する。一方、排気
管１９に排出された排気ガス中の塩化シランガスの残留
成分は、排気管１９の温度が反応容器１内の温度よりも
低下していることもあって、ポリシリコンＰＳとは異な
る反応生成物を生ずる。具体的には、分子量の比較的高
い塩化シランの重合物、例えば、図４（ａ）に示すポリ
塩化シランや、同図（ｂ）に示すポリ塩化シロキサンな
どの混合物が、粘性の高いオイリーシランＯＳとなって
排気管１９の内面に付着する。このようなオイリーシラ
ンの堆積物ＯＳ（以下、単に「堆積物ＯＳ」ということ
がある）が特に溜まりやすいのは、例えば図５（ａ）に
示すような、排気管１９を冷却水等により冷却している
部分の開始端付近、エルボーなどの配管の屈曲部分や縮
径部分、さらには同図(ｂ）に示すような、フレキシブ
ルチューブなど蛇腹状の配管形成部分の内面などであ
る。なお、排気管１９は、室温空気暴露や送風冷却など
により冷却することもできる。

【００１６】排気管１９内の堆積物ＯＳは、以下のよう
にして除去することができる。まず、図１において、シ
リコンエピタキシャル層の成長を終了後、バルブ３１，
３３，３５を閉じ、反応容器１への水素ガス、ドーパン
トガス及びトリクロロシランガスの供給を停止する。そ
して、バルブ４８のみを開いて窒素ガス供給源４７から
窒素ガスを供給することにより、反応容器１から除害装
置４３までの全ての空間の水素ガスを排出して窒素ガス
に置換する。次いで、バルブ３８，４０の双方を操作す
ることにより、三フッ化塩素ガス及び窒素ガスの流量を
調整しつつ混合することにより洗浄ガスとし、洗浄ガス
供給配管４１を介して排気管１９内に供給する。

【００１７】図６（ａ）に示すように、排気管１９内に
堆積した堆積物ＯＳは、供給された洗浄ガスＣＧ中の三
フッ化塩素ガスと発熱反応して分解し、フッ化珪素や塩
化珪素等の分解反応生成物を生成する。これらの生成物
は室温でも蒸気圧が比較的高いため容易に気化し、排気
管１９内を流れて飛び去ることで堆積物ＯＳを除去ある
いは減少させる。なお、除去を短時間に進めるためには
三フッ化塩素ガスの濃度を高くすることや、濃度が同じ
であっても洗浄ガスの供給流量を増やすことが有効であ
る。洗浄ガス中の三フッ化塩素ガス濃度の設定値は、排
気管１９の寸法によっても異なるが、２体積％以上１０
０体積％以下とすることが望ましく、また、混合ガスの
供給流量は、例えば１００リットル／分以上２００リッ
トル／分以下とすることが望ましい。濃度あるいは供給
流量が上記の下限値未満になると、堆積物ＯＳの除去効
果が乏しくなり、供給流量が上限値を超えると堆積物Ｏ
Ｓの分解に寄与せず無駄に消費される三フッ化塩素の比
率が増大し、コストアップが避け難くなる。

【００１８】気化したフッ化珪素や塩化珪素などの分解
生成物は、排気管１９により湿式除害装置４３において
分離・除去される。この実施例では、湿式除害装置４３
は湿式スクラバーにて構成されている。該湿式スクラバ
ーは各々シャワーを有する槽４４，４５を直列に配列し
た構造を有し、第１槽４４において水のシャワー中を未
反応の洗浄ガスＣＧと分解反応生成物が通過することに
より（あるいは水中をバブリングさせてもよい）、三フ
ッ化塩素ガス、フッ化珪素ガス、塩化珪素ガスが加水分
解され、主として酸化珪素と塩化水素、フッ化水素とな
って槽内に回収される（酸化珪素はスライムとなって槽
底に沈澱する）。また、第１槽４４の次には、アルカリ
水溶液（例えば水酸化ナトリウムあるいは水酸化カリウ
ムをｐＨ１３程度となるように溶解させた水溶液）を使
用する第２槽４５が配置され、第１槽４４を通過したガ
スをアルカリ水溶液のシャワーの中に通過させることに
より（あるいは溶液中をバブリングさせてもよい）、第
１槽４４で除去しきれなかった三フッ化水素、フッ化珪
素ガス、塩化珪素ガス、塩化水素ガス、フッ化水素ガス
等の酸性ガスが中和され、溶液に溶かし込まれて槽内に
回収される。

【００１９】なお、洗浄ガスＣＧの使用量と分解生成物
の発生量がそれほど多くない場合には、上記のような湿
式除害装置に変えて、活性炭等の吸着媒体にガスを流通
させて分解生成物等を吸着除去する乾式除害装置を使用
することも可能である。

【００２０】排気管１９内に洗浄ガスＣＧを流通させる
際に、洗浄ガスＣＧ中の三フッ化塩素ガスの濃度は堆積
物ＯＳの除去処理開始から終了まで一定としてもよい
が、三フッ化塩素ガスの流通を開始した後、連続的又は
段階的に三フッ化塩素の濃度を増加させることもでき
る。これは、堆積物ＯＳと三フッ化塩素との反応の進行
状況を確認しながら、最も安定的かつ効率的に堆積物Ｏ
Ｓを除去するための条件を探るのに有効な手法である。
三フッ化塩素ガスの濃度は、洗浄ガスＣＧ中の三フッ化
塩素流量を上昇させる方法と、洗浄ガスＣＧの流量その
ものを増加させる方法のいずれか、又は両者の組み合わ
せにより調整することができる。なお、洗浄ガスＣＧの
流量は、排気管１９内の圧力が常圧か減圧となるように
調整することが、洗浄ガスＣＧの漏洩等を防ぐ上で望ま
しい。なお、減圧となる洗浄ガス流量を採用する場合に
は、三フッ化塩素ガス濃度を例えば１００体積％とする
ことも可能である。

【００２１】図１０は、三フッ化塩素ガスの流量を流通
開始時の値から増加させてその後一定値に制御する例を
示している。図１０（ａ）は、三フッ化塩素ガスの流量
を、流通開始後の一定期間ｔ１内にて連続的に増加させ
る例を、同図（ｂ）は、同じく段階的に増加させる例を
示している。また、図１０（ｃ）は、最初ほぼ一定の第
一流量ρ１とした後、それよりも大きい第二流量ρ２に
段階的に増加させる例を示している。

【００２２】具体的には、図９(ａ)に示すように、洗浄
ガスＣＧを流通させる初期段階において排気管内にて堆
積物ＯＳとともに存在する水素を除去又は減少させ、そ
の後、図９（ｂ）に示すように、三フッ化塩素ガスの流
量が増加するように洗浄ガスＣＧを流通することができ
る。三フッ化塩素ガスの流量を比較的小さく留めた条件
の採用により、排気管１９内に残留する水素ガスを比較
的温和な条件で三フッ化塩素と反応させて分解除去する
ことができ、水素ガスを十分除去した後は、三フッ化塩
素の流量を増加させることにより、堆積物ＯＳの除去を
効率的に行うことができる。例えば図１０（ｃ）のパタ
ーンにて三フッ化塩素の流量を増加させる場合を例にと
れば、残留水素を除去又は減少させるための第一流量を
作るために、洗浄ガス中の三フッ化塩素濃度は０．１体
積％〜０．５体積％とするのがよく、堆積物の除去を積
極的に行うための第二流量を作るために、洗浄ガス中の
三フッ化塩素濃度は５体積％〜１０体積％とするのがよ
い。

【００２３】三フッ化塩素による堆積物ＯＳの分解・除
去反応は発熱反応であるから、反応が顕著に進行すると
排気管１９の温度は上昇する。従って、その排気管１９
の温度をモニタすることにより、反応の進行状況を把握
することができる。また、さらに進んでは、排気管１９
の温度に合せて三フッ化塩素の流量を制御することによ
り、排気管１９内における堆積物ＯＳの除去進行を容易
に制御することができる。

【００２４】排気管１９の温度は、排気管１９表面ある
いは内部に配置した熱電対やサーミスタ等の温度センサ
により検出することができる。また、簡易な方法として
は、図６（ａ）と図７（ａ）とに示すように、感温シー
トセグメント２００（これも温度センサの１つとみな
す）を排気管１９の表面に貼着する方法もある。感温シ
ートセグメント２００は、公知の示温塗料塗布層を樹脂
等のシート状ベースの片面に形成し、他方の面に粘着層
を形成したもので、被測温体の表面に貼着しておくと、
示温塗料塗布層の色の変化により、被測温体の表面が感
応温度に到達したか否かを知ることができる。

【００２５】例えば、排気管１９の洗浄処理の終了タイ
ミングについては、排気管１９の温度がほぼ三フッ化塩
素ガス供給開始以前の温度に復帰することで堆積物ＯＳ
の除去が完了したことがわかるので、この時点で三フッ
化塩素の供給を停止すれば良い。また、三フッ化塩素ガ
ス供給時の排気管の温度を参照すれば、堆積物ＯＳが特
に堆積しやすい場所を調査することもできる。

【００２６】ここで、図６と図７は、それぞれ（ａ）が
排気管１９とこれに所定間隔で貼着された感温シートセ
グメント２００の位置とを、（ｂ）が排気管１９内の堆
積物ＯＳの残留状態を、（ｃ）が排気管１９の長手方向
ｘに沿って測定した温度分布及び（ｄ）が定常流状態に
おける洗浄ガスＣＧ中の三フッ化塩素の濃度分布を示す
ものである。堆積物ＯＳの除去は、洗浄ガスＣＧの流通
方向において上流側から下流側に向けて順次的に進行す
るように三フッ化塩素の流量を調整することが望まし
い。これは、換言すれば、上流側から供給された洗浄ガ
スＣＧが堆積物ＯＳの先端に到達したとき（図６
（ｂ））に、その先端部近傍の一定長さの堆積物ＯＳと
の反応により、洗浄ガスＣＧ中の三フッ化塩素がほぼ消
費し尽くされるような三フッ化塩素の流量を選択するこ
とを意味する。堆積物ＯＳの先端部に到達した洗浄ガス
ＣＧは、その先端部付近の堆積物ＯＳの分解を生じさせ
ることにより三フッ化塩素の濃度が減少し（図６
（ｄ））、その後所定距離まで流れ下ると三フッ化塩素
の濃度はほぼゼロに近い平衡値に落ち着く。また、堆積
物ＯＳは分解された分だけ先端が下流側に移動する（図
７（ｂ））が、そこへ後続の洗浄ガスＣＧが到来すれ
ば、その移動した先端部近傍の堆積物ＯＳの分解反応が
進行するので、反応は下流側に向けて順次的に進んでゆ
くこととなる。このようにすると、堆積物ＯＳの分解反
応を安定的かつ温和に行うことができる上、三フッ化塩
素が堆積物ＯＳの分解反応にほぼ過不足なく使用される
ため無駄が生じにくい利点がある。

【００２７】上記のように堆積物ＯＳの分解反応が発熱
を伴って順次的に進行する場合、図６（ｃ）と図７
（ｃ）に示すように、分解反応が活発に進行する堆積物
ＯＳの先端部付近、すなわち、堆積物ＯＳにおける洗浄
ガスＣＧの流通方向上流側端部に対応する部位にて排気
管１９の温度が局部的に上昇することとなる。その温度
上昇位置は、排気管１９の長手方向に沿った温度分布の
モニタ、ここでは、どの感温シートセグメント２００の
色が変化しているか（図６（ａ）と図７（ａ）にて、着
色した感温シートセグメント２００を、網かけを付与し
た丸印で表している）を見ることにより、容易に識別す
ることができる。例えば、このような温度モニタを行う
ことにより、排気管１９の温度上昇部が洗浄ガスＣＧの
流通方向下流側に向けて徐々に移動するように三フッ化
塩素の流量を調整すれば、堆積物ＯＳの除去を、洗浄ガ
スＣＧの流通方向において上流側から下流側に向けて順
次的に進行する条件を容易に見出すことができる。ま
た、温度上昇部の位置が排気管１９の末端まで移動して
きたか否かを見ることで、洗浄処理の終了タイミングを
容易に見極めることができる。

【００２８】さらに、図８（ａ）に示すように、排気管
１９の冷却区間への移行部付近など、堆積物ＯＳの厚さ
が特に大きくなる部位においては、洗浄ガスＣＧの流量
を一定とする限り、同図（ｃ）に示すように、当該部位
は他の部位よりも分解除去に時間がかかり、排気管１９
の発熱持続時間も長くなる。従って、排気管１９の長手
方向の各所にて測定される昇温状態の持続時間（例え
ば、感温シートセグメント２００の変色（同図（ｂ）に
て、変色した感温シートセグメント２００を、網かけを
付与した丸印で表している）持続時間として把握でき
る）を調査することにより、排気管１９のどの部位にお
いて、堆積物ＯＳが厚くなりやすいか、つまりオイリー
シランが溜まりやすいかを調べることができる。

【００２９】また、上記実施の形態では、反応容器１の
出口付近から洗浄ガスＣＧを導入するようにしたが、図
１において一点鎖線で示すように、反応容器１の上流側
入口に洗浄ガス供給配管４１を連通させて洗浄ガスを導
入すれば、図３に示すような、反応容器１の内部に堆積
している固体シリコンＰＳなどを同時に除去することも
できるので、更に効率的である。

【００３０】

【実施例】本発明の効果を確認するために、以下の実験
を行った。図１〜図３に示す気相成長設備１００を用
い、水素ガスにより１体積％に希釈されたトリクロロシ
ラン（ＳｉＨＣｌ_３）に微量のドーパントを添加した混
合ガス（混合ガスの流量は２００リットル毎分）を反応
容器１に導入して、約１１００℃に加熱することにより
シリコン単結晶基板上にシリコンエピタキシャル層を形
成することによりシリコンエピタキシャルウェーハを製
造した。そして、排気管１９の外側は室温空気暴露によ
り冷却する形とし、上記条件において３０日間連続して
製造を継続したところ、内径４０ｍｍの排気管のうち、
中心に１５ｍｍ直径の流路が残る程度にまで主としてポ
リ塩化シランからなる堆積物ＯＳが残留していること
が、ファイバースコープを用いた排気管内部観察により
確認された。堆積物ＯＳは極めて粘性が高い無色から白
色半透明の油状の形態を有していた。

【００３１】次に排気管１９内の堆積物ＯＳを除去する
ため、液化三フッ化塩素供給源３７から流出させた三フ
ッ化塩素ガスを、窒素ガスを用いて希釈し、洗浄ガス供
給配管４１により排気管１９内に導入した。ここでは窒
素ガス流量を２９．７リットル毎分、三フッ化塩素ガス
を０．３リットル毎分とし、三フッ化塩素ガス濃度を１
％とした。三フッ化塩素ガスの供給を開始後、三フッ化
塩素ガスと堆積物ＯＳの化学反応に伴う発熱により、排
気管１９は反応容器１に接している側から直ちに温度が
上昇し始め、１５分後に排気管１９の外側に、Ｋ型の熱
電対（ＣＡ（クロメル−アルメル）熱電対）を接触させ
て温度を測定した時には６０℃であることが確認され
た。この時、室温は２２℃であった。

【００３２】そして、そのまま三フッ化塩素ガスの供給
を継続したところ、６０℃〜７０℃に昇温した配管領域
が下流側に長くなり、反応容器１の出口から約１．５ｍ
の位置までが昇温していることが測定された。また、さ
らに三フッ化塩素ガスの供給を継続したところ、およそ
５時間後には反応容器１側の排気管１９の温度が下降し
始め、その後、温度が下がる領域が下流側に長くなり、
最終的には当初６０℃〜７０℃に昇温された領域の全て
が３５℃以下になった。そして、その時点で三フッ化塩
素ガスの供給を停止して窒素ガスのみを供給し、三フッ
化塩素ガスを排出した。なお、排気管１９の内径が部分
的に小さくなっている部分においては、温度の下がり始
める時刻が他の部分より遅かった。そして、該部分は、
別の調査により堆積物ＯＳが溜まり易いことが知られて
いる部分に一致していた。

【００３３】そして湿式除害装置４３の第２槽４５の出
口において排出されるガスの成分をｐｐｍレベルで測定
したところ、三フッ化塩素、塩化水素、フッ化水素共に
１ｐｐｍ以下であって検出できないことが確認された。
以上の処理を終了後、排気管１９を取り外して内部を確
認したところ、堆積物ＯＳは全く観察されなかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の気相成長方法を実施するための、気相
成長設備の一例を模式的に示す図。

【図２】その反応容器の構成例を示す模式図。

【図３】反応容器の構成例と、堆積物の形成状況とを模
式的に示す断面図。

【図４】オイリーシランのいくつかの例を示す構造式を
示す図。

【図５】オイリーシランの堆積物の形成されやすい排気
管部位の例を示す断面模式図。

【図６】洗浄ガス流通上流側から下流側に向けて堆積物
の除去が順次的に進行する様子を、管表面の温度分布及
び管内の三フッ化塩素流量分布とともに示す模式図。

【図７】図６に続く模式図。

【図８】排気管の温度上昇から、オイリーシランの堆積
物の形成されやすい排気管部位を調査する方法を説明す
る図。

【図９】オイリーシランとともに存在する水素を除去又
は減少させる方法を模式的に示す図。

【図１０】排気管内に洗浄ガスを流通させる際に、三フ
ッ化塩素ガスの流通を開始した後、連続的又は段階的に
三フッ化塩素の流量を増加させる方法を示す説明図。

【符号の説明】

１反応容器６基板１９排気管１００気相成長設備

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北雅夫群馬県安中市磯部２丁目13番１号信越半導体株式会社磯部工場内 (72)発明者岡哲史群馬県安中市磯部２丁目13番１号信越半導体株式会社半導体磯部研究所内Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BA04 DB05 FK13 HA06 5F045 AA03 AB02 AC03 AC05 AC15 AC16 AC17 BB14 DP03 DQ06 EB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気相成長装置の反応容器内に塩化シラン
ガスを導入することにより基板上にシリコン層を形成
し、排気管を通じてその反応容器から排気ガスを排出す
ることにより気相成長する方法において、前記排気管を
前記反応容器に接続した状態にて、該排気管内に三フッ
化塩素を含有した洗浄ガスを流通することにより、排気
管内に堆積したオイリーシランを除去することを特徴と
する気相成長方法。
【請求項２】前記排気管内に前記洗浄ガスを流通させ
る際に、該洗浄ガスの流通を開始した後、連続的又は段
階的に三フッ化塩素の濃度を増加させることを特徴とす
る請求項１記載の気相成長方法。
【請求項３】前記洗浄ガスを流通させる初期段階にお
いて、前記排気管内にて前記オイリーシランとともに存
在する水素を除去又は減少させ、その後、前記三フッ化
塩素ガスの流量が連続的又は段階的に増加するように前
記洗浄ガスを流通して前記オイリーシランの除去を行う
ことを特徴とする請求項２記載の気相成長方法。
【請求項４】前記三フッ化塩素を不活性ガスにより希
釈して前記排気管に供給することを特徴とする請求項１
ないし３のいずれかに記載の気相成長方法。
【請求項５】前記排気管の温度に合せて三フッ化塩素
の流量を制御することを特徴とする請求項１ないし４の
いずれかに記載の気相成長方法。
【請求項６】前記オイリーシランの堆積物の除去が、
前記洗浄ガスの流通方向において上流側から下流側に向
けて順次的に進行するように、三フッ化塩素の流量が調
整されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか
に記載の気相成長方法。
【請求項７】前記基板はシリコン単結晶基板であり、
前記シリコン層はシリコンエピタキシャル層であること
を特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の気相
成長方法。