JP2504489B2 - 化学気相成長法 - Google Patents
化学気相成長法Info
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- JP2504489B2 JP2504489B2 JP62278262A JP27826287A JP2504489B2 JP 2504489 B2 JP2504489 B2 JP 2504489B2 JP 62278262 A JP62278262 A JP 62278262A JP 27826287 A JP27826287 A JP 27826287A JP 2504489 B2 JP2504489 B2 JP 2504489B2
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- Japan
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- susceptor
- furnace
- gas
- single crystal
- vapor deposition
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体単結晶層を有する半導体基板を、化
学気相成長法で一度に大量提供する新規な化学気相成長
法に関するものである。
学気相成長法で一度に大量提供する新規な化学気相成長
法に関するものである。
近年省資源、省エネルギーの観点から半導体基板の大
径化が進んでおり、これにともなって半導体基板製造工
程の合理化が期待されている。その一つの方法として半
導体基板上に成膜させる化学気相成長（エピタキシャ
ル）工程で一度に大量処理することが考えられる。
径化が進んでおり、これにともなって半導体基板製造工
程の合理化が期待されている。その一つの方法として半
導体基板上に成膜させる化学気相成長（エピタキシャ
ル）工程で一度に大量処理することが考えられる。
従来、半導体基板上に成膜する化学気相成長法には、
第５図に示す横型炉、第６図に示す縦型炉（パンケーキ
タイプ）、第７図に示す樽型炉（バレルタイプ）の３種
類があり、これらの炉は、全て石英製のベルジャーで形
成されている。これらの気相成長炉については、たとえ
ば、特開昭62-105417号公報，特開昭62-93925号公報，
特開昭62-81019号公報，特開昭62-76719号公報に掲げら
れている方式が知られている。
第５図に示す横型炉、第６図に示す縦型炉（パンケーキ
タイプ）、第７図に示す樽型炉（バレルタイプ）の３種
類があり、これらの炉は、全て石英製のベルジャーで形
成されている。これらの気相成長炉については、たとえ
ば、特開昭62-105417号公報，特開昭62-93925号公報，
特開昭62-81019号公報，特開昭62-76719号公報に掲げら
れている方式が知られている。
これらの炉内には均熱板（以下サセプターという）と
呼ばれる炭化ケイ素薄膜を施したグラファイト製の板が
配置されている。このサセプターには、鏡面加工した半
導体単結晶基板、例えば、シリコンウエハーが保持され
る。
呼ばれる炭化ケイ素薄膜を施したグラファイト製の板が
配置されている。このサセプターには、鏡面加工した半
導体単結晶基板、例えば、シリコンウエハーが保持され
る。
サセプターは、高周波誘導または赤外線ランプより間
接加熱され、所定温度900〜1300℃に達する。
接加熱され、所定温度900〜1300℃に達する。
続いて、炉内を常圧（０〜1kg/cm2Ｇ）または減圧
（１〜200Torr）に保ちつつ成長用ガス（SiH4,SiH2Cl2,
SiHCl3,SiCl4）およびドープガス（PH3,AsH3,SbH3,B2Ｈ
6）がキャリアー水素ガスとともに流され、この結果半
導体基板上には単結晶薄膜が形成される。
（１〜200Torr）に保ちつつ成長用ガス（SiH4,SiH2Cl2,
SiHCl3,SiCl4）およびドープガス（PH3,AsH3,SbH3,B2Ｈ
6）がキャリアー水素ガスとともに流され、この結果半
導体基板上には単結晶薄膜が形成される。
ところがこれらの装置は熱源として高周波誘導加熱ま
たは赤外線ランプによる加熱であり、すべてが間接加熱
方式である。そのため、電力効率が悪くかつ構造も複雑
でさらに高価な石英カバーすなわちベルジャーや、石英
製炉内部品が必要となり、しかも、これらはほとんどが
消耗品である。
たは赤外線ランプによる加熱であり、すべてが間接加熱
方式である。そのため、電力効率が悪くかつ構造も複雑
でさらに高価な石英カバーすなわちベルジャーや、石英
製炉内部品が必要となり、しかも、これらはほとんどが
消耗品である。
また、成膜方式も強制流を主体としたものであるた
め、成膜に要するキャリアー水素ガスを多量に要し、ガ
スの流れの制御が難しくなる。
め、成膜に要するキャリアー水素ガスを多量に要し、ガ
スの流れの制御が難しくなる。
さらに、この方法で使われるサセプターは各々第８
図，第９図，第10図でも示されるように、保持できる半
導体ウエハー枚数が20〜30枚／バッチ程度でウエハー径
としてもほゞ15cm（６インチ程度）が限度であった。
図，第９図，第10図でも示されるように、保持できる半
導体ウエハー枚数が20〜30枚／バッチ程度でウエハー径
としてもほゞ15cm（６インチ程度）が限度であった。
このように従来法は省資源、省エネルギー、生産性と
いう点から少なからず問題があった。本発明は、かかる
問題点を解決するためになされたもので、本発明の技術
的構成は、気相成長縦型炉内に成長用ガスを導き半導体
基板表面に半導体単結晶層を形成する気相成長法におい
て、ベルジャーの炉頂部にガス供給ノズルを具備しかつ
下部フランジに排気口を具備する気相成長縦型炉内に、
互に平行でかつ上下にほゞ垂直に対向してサセプターを
配設し、ベルジャーの内壁面に非対面のサセプターの面
上に複数の半導体基板を相対向させて載置し、前記サセ
プターを直接通電加熱するとともに、該縦型炉内の気相
成長用ガスの流れを擬似自然対流状態に維持して前記半
導体基板表面に、半導体単結晶層を成長させることを特
徴とする半導体単結晶の化学気相成長法にある。
いう点から少なからず問題があった。本発明は、かかる
問題点を解決するためになされたもので、本発明の技術
的構成は、気相成長縦型炉内に成長用ガスを導き半導体
基板表面に半導体単結晶層を形成する気相成長法におい
て、ベルジャーの炉頂部にガス供給ノズルを具備しかつ
下部フランジに排気口を具備する気相成長縦型炉内に、
互に平行でかつ上下にほゞ垂直に対向してサセプターを
配設し、ベルジャーの内壁面に非対面のサセプターの面
上に複数の半導体基板を相対向させて載置し、前記サセ
プターを直接通電加熱するとともに、該縦型炉内の気相
成長用ガスの流れを擬似自然対流状態に維持して前記半
導体基板表面に、半導体単結晶層を成長させることを特
徴とする半導体単結晶の化学気相成長法にある。
これをさらに詳しく言えば、縦型炉の軸線方向に多数
の半導体ウエハーを保持したサセプターを炉内に上下に
垂直またはある角度をもって互いに対向して平行に設置
し、縦型炉の内壁面に非対面でしかも相対向するサセプ
ター面上に半導体基板を相対向させて載置し、サセプタ
ーを900〜1300℃に直接通電加熱するとともに、該縦型
炉内に成長用ガスを導き、このガスの流れを擬似自然対
流状態に維持して、前記半導体基板表面に半導体単結晶
層を化学気相成長させるものである。
の半導体ウエハーを保持したサセプターを炉内に上下に
垂直またはある角度をもって互いに対向して平行に設置
し、縦型炉の内壁面に非対面でしかも相対向するサセプ
ター面上に半導体基板を相対向させて載置し、サセプタ
ーを900〜1300℃に直接通電加熱するとともに、該縦型
炉内に成長用ガスを導き、このガスの流れを擬似自然対
流状態に維持して、前記半導体基板表面に半導体単結晶
層を化学気相成長させるものである。
本発明は、複数対向して設けられたサセプターの互い
の輻射作用を利用することで、半導体基板表面の均熱化
を計り大量処理を可能にする。
の輻射作用を利用することで、半導体基板表面の均熱化
を計り大量処理を可能にする。
したがって、ベルジャー炉壁に面する側のサセプター
面ではこの輻射による作用が異なるので、半導体基板は
載置しない。
面ではこの輻射による作用が異なるので、半導体基板は
載置しない。
次に、実施例をあげながら、本発明をさらに詳説す
る。
る。
第１図及び第４図は、本発明を実施例する際に用いら
れる装置の一例を示している。
れる装置の一例を示している。
水冷ジャケット１付のステンレス鋼製ベルジャー２
が、同様に水冷ジャケット付き（図示せず）のステンレ
ス鋼製フランジ３にＯリング４でシールされて取付けら
れている。
が、同様に水冷ジャケット付き（図示せず）のステンレ
ス鋼製フランジ３にＯリング４でシールされて取付けら
れている。
このフランジ３には、多数本の電極５が絶縁されてセ
ットされ、電極の炉内側には、各種形状のSiCコートグ
ラファイト製サセプター６が互に平行でかつ上下にほぼ
垂直に対向設置されている。
ットされ、電極の炉内側には、各種形状のSiCコートグ
ラファイト製サセプター６が互に平行でかつ上下にほぼ
垂直に対向設置されている。
サセプター６は、２本で１組となり、側部でそれぞれ
梁６′等で電気的に接続してある。また、サセプター６
には、第３図に示すように半導体基板が丁度納まる円形
の凹み７が、たとえば、保持すべき半導体基板の厚みと
同程度（約300〜800μｍ）、径は半導体基板直径より多
少大きめに穿設されている。ガス供給ノズル８は炉頂に
設けられ、排気口９はフランジ３に設けられる。また、
使用できるサセプターの、断面の形状は、例えば第２図
（ａ〜ｉ）のように種々の形状がある（第２図ａ〜ｉに
おいて左端がその断面図である）。また、これらサセプ
ターそれぞれの電気的接続手段の例を各図の右側で実線
で示すとともに、半導体基板の配置例を点線で図示して
ある。
梁６′等で電気的に接続してある。また、サセプター６
には、第３図に示すように半導体基板が丁度納まる円形
の凹み７が、たとえば、保持すべき半導体基板の厚みと
同程度（約300〜800μｍ）、径は半導体基板直径より多
少大きめに穿設されている。ガス供給ノズル８は炉頂に
設けられ、排気口９はフランジ３に設けられる。また、
使用できるサセプターの、断面の形状は、例えば第２図
（ａ〜ｉ）のように種々の形状がある（第２図ａ〜ｉに
おいて左端がその断面図である）。また、これらサセプ
ターそれぞれの電気的接続手段の例を各図の右側で実線
で示すとともに、半導体基板の配置例を点線で図示して
ある。
なお、上記サセプターの断面形状、接続方法は例示的
に示したものであり、これらの例に本発明を限定するも
のではない。
に示したものであり、これらの例に本発明を限定するも
のではない。
第３図のように直径４インチから８インチまでのシリ
コンウエハー10をサセプター凹み７にセットし、凹み７
上部に斜めに開けた孔11よりSiCコートされたグラファ
イト製治具12を挿入してシリコンウエハー10を固定し、
落下防止とサセプター６との密着性向上を計った。
コンウエハー10をサセプター凹み７にセットし、凹み７
上部に斜めに開けた孔11よりSiCコートされたグラファ
イト製治具12を挿入してシリコンウエハー10を固定し、
落下防止とサセプター６との密着性向上を計った。
サセプター、ガス供給口、排気口の関係は第４図に示
す。サセプターを対面させて設置し、これに通電して加
熱し、サセプター間の対面放射を利用してウエハー表面
温度と裏面（サセプターとの密着面）との温度差を少な
くする。成長用ガスは頂部に設けられたガス供給ノズル
８より、炉内に分散供給した。このときの成膜諸条件は
第１表に、８回の成膜試験によるバッチ内膜厚分布は第
２表に示す。
す。サセプターを対面させて設置し、これに通電して加
熱し、サセプター間の対面放射を利用してウエハー表面
温度と裏面（サセプターとの密着面）との温度差を少な
くする。成長用ガスは頂部に設けられたガス供給ノズル
８より、炉内に分散供給した。このときの成膜諸条件は
第１表に、８回の成膜試験によるバッチ内膜厚分布は第
２表に示す。
〔発明の効果〕 本発明は、サセプター間の互いの対面放射を利用する
ことによって電力効率を高め、大量のウエハーに一度に
成膜することができる。このように、対向放射を利用す
れば同時に、ウエハー内においても均熱化が改善され、
したがって、膜厚、抵抗率分布の均一な、しかも、結晶
欠陥のない（Slip-free）エピタキシャルウエハーが一
度に大量に生産できる。
ことによって電力効率を高め、大量のウエハーに一度に
成膜することができる。このように、対向放射を利用す
れば同時に、ウエハー内においても均熱化が改善され、
したがって、膜厚、抵抗率分布の均一な、しかも、結晶
欠陥のない（Slip-free）エピタキシャルウエハーが一
度に大量に生産できる。
さらに、消費電力の大巾な低減ができかつ、炉内は従
来のように強制流によらない自然対流であるから、キャ
リアー水素使用量も大巾に低減することが出来る。な
お、前記「自然対流」とは、厳密には吹き込みガスの流
れが自然対流を乱さない、ゆるやかなガス吹き込み範囲
である「擬似自然対流」を言う。
来のように強制流によらない自然対流であるから、キャ
リアー水素使用量も大巾に低減することが出来る。な
お、前記「自然対流」とは、厳密には吹き込みガスの流
れが自然対流を乱さない、ゆるやかなガス吹き込み範囲
である「擬似自然対流」を言う。
また、サセプターへの直接通電加熱によるから、ベル
ジャーの材質を透明な石英にする必要も全くなくなり、
代わりにステンレス鋼等用いれば、ベルジャーの水冷化
が可能となり、アモルファス・シリコンの析着を激減さ
せる等装置上にも好結果をもたらす。ベルジャー内壁の
アモルファス・シリコンは、これが落下すると製品を汚
染する危険があるが、このような問題もなくなり歩留を
向上させる。
ジャーの材質を透明な石英にする必要も全くなくなり、
代わりにステンレス鋼等用いれば、ベルジャーの水冷化
が可能となり、アモルファス・シリコンの析着を激減さ
せる等装置上にも好結果をもたらす。ベルジャー内壁の
アモルファス・シリコンは、これが落下すると製品を汚
染する危険があるが、このような問題もなくなり歩留を
向上させる。
第１図は、本発明を実施する際に用いられる化学気相成
長装置の一実施例の断面斜視図。 第２図ａ〜ｉは、本発明を実施する際に用いられる化学
気相成長装置の一構成を成す各種サセプターの平面断面
図（左側）及びこれらサセプターの接続態様を示し、点
線で半導体基板を例示した。 第３図ａ及びｂは、本発明を実施する際に用いられる化
学気相成長装置の一構成を成すサセプターの、半導体ウ
エハー保持部分の側面断面図ａ及び平面図ｂ。 第４図は、本発明に用いられる化学気相成長装置の他の
実施例を示した縦断面図及び平面断面図。 第５図は、従来の化学気相成長に用いられる横型炉の縦
断面図。 第６図は、従来の化学気相成長に用いられる縦型炉の縦
断面図。 第７図は、従来の化学気相成長に用いられる樽型炉の縦
断面図。 第８図は、第５図に示した従来の横型炉に用いられるサ
セプターの斜視図。 第９図は、第６図に示した従来の縦型炉に用いられるサ
セプターの平面図。 第10図は、第７図に示した従来の樽型炉に用いられるサ
セプターの斜視図。 図中:1:水冷ジャケット,2:ステンレス鋼製ベルジャー,
3:ステンレス鋼製フランジ,4:Oリング,5:電極,6:サセプ
ター,6′：接続梁,7:サセプターの凹み,8:ガス供給ノズ
ル,9:排気口,10:シリコンウエハー。
長装置の一実施例の断面斜視図。 第２図ａ〜ｉは、本発明を実施する際に用いられる化学
気相成長装置の一構成を成す各種サセプターの平面断面
図（左側）及びこれらサセプターの接続態様を示し、点
線で半導体基板を例示した。 第３図ａ及びｂは、本発明を実施する際に用いられる化
学気相成長装置の一構成を成すサセプターの、半導体ウ
エハー保持部分の側面断面図ａ及び平面図ｂ。 第４図は、本発明に用いられる化学気相成長装置の他の
実施例を示した縦断面図及び平面断面図。 第５図は、従来の化学気相成長に用いられる横型炉の縦
断面図。 第６図は、従来の化学気相成長に用いられる縦型炉の縦
断面図。 第７図は、従来の化学気相成長に用いられる樽型炉の縦
断面図。 第８図は、第５図に示した従来の横型炉に用いられるサ
セプターの斜視図。 第９図は、第６図に示した従来の縦型炉に用いられるサ
セプターの平面図。 第10図は、第７図に示した従来の樽型炉に用いられるサ
セプターの斜視図。 図中:1:水冷ジャケット,2:ステンレス鋼製ベルジャー,
3:ステンレス鋼製フランジ,4:Oリング,5:電極,6:サセプ
ター,6′：接続梁,7:サセプターの凹み,8:ガス供給ノズ
ル,9:排気口,10:シリコンウエハー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−110030（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−74330（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭43−3048（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭51−17376（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (2)
- 【請求項１】気相成長縦型炉内に成長用ガスを導き半導
体基板表面に半導体単結晶層を形成する気相成長法にお
いて、ベルジャーの炉頂部にガス供給ノズルを具備しか
つ下部フランジに排気口を具備する気相成長縦型炉内
に、互に平行でかつ上下にほゞ垂直に対向してサセプタ
ーを配設し、ベルジャーの内壁面に非対面のサセプター
の面上に複数の半導体基板を相対向させて載置し、前記
サセプターを直接通電加熱するとともに、該縦型炉内の
気相成長用ガスの流れを擬似自然対流状態に維持して前
記半導体基板表面に、半導体単結晶層を成長させること
を特徴とする半導体単結晶の化学気相成長法。 - 【請求項２】前記サセプターを交互に、又は連続的に電
気的に接続してなる特許請求の範囲第１項記載の半導体
単結晶の化学気相成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62278262A JP2504489B2 (ja) | 1987-11-05 | 1987-11-05 | 化学気相成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62278262A JP2504489B2 (ja) | 1987-11-05 | 1987-11-05 | 化学気相成長法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01122994A JPH01122994A (ja) | 1989-05-16 |
| JP2504489B2 true JP2504489B2 (ja) | 1996-06-05 |
Family
ID=17594889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62278262A Expired - Lifetime JP2504489B2 (ja) | 1987-11-05 | 1987-11-05 | 化学気相成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2504489B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0574725A (ja) * | 1991-09-18 | 1993-03-26 | Nec Yamagata Ltd | 減圧式ｃｖｄ装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6274330U (ja) * | 1985-10-30 | 1987-05-13 |
-
1987
- 1987-11-05 JP JP62278262A patent/JP2504489B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01122994A (ja) | 1989-05-16 |
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