JP2822756B2 - 気相成長装置およびその薄膜形成方法 - Google Patents
気相成長装置およびその薄膜形成方法Info
- Publication number
- JP2822756B2 JP2822756B2 JP5118792A JP5118792A JP2822756B2 JP 2822756 B2 JP2822756 B2 JP 2822756B2 JP 5118792 A JP5118792 A JP 5118792A JP 5118792 A JP5118792 A JP 5118792A JP 2822756 B2 JP2822756 B2 JP 2822756B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- growth
- solid source
- thin film
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は気相成長による薄膜形成
方法およびその装置に関し、特に化学気相反応により基
板表面に薄膜を形成するとともに前記薄膜に不純物をド
ーピングする気相成長装置およびその薄膜形成方法に関
する。
方法およびその装置に関し、特に化学気相反応により基
板表面に薄膜を形成するとともに前記薄膜に不純物をド
ーピングする気相成長装置およびその薄膜形成方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、薄膜形成技術は、半導体、金属、
あるいはセラミックス工業など多くの工業分野で重要な
技術となっている。特にシリコンを主原料とする半導体
装置製造プロセスでは、半導体基板であるウェーハ面上
にＰ型あるいはＮ型の不純物をドーピングしたエピタキ
シャル膜や多結晶シリコン膜を形成するプロセスが重要
なプロセスの一つとなっている。また、最近、超高速Ｌ
ＳＩの分野において、シリコン結晶デバイスにおける動
作高速化の限界から、ＳｉとＧｅ結晶の合金（Ｓｉ1-x
Ｇｅx ）薄膜を用いたＬＳＩデバイスの開発が活発化し
ている。
あるいはセラミックス工業など多くの工業分野で重要な
技術となっている。特にシリコンを主原料とする半導体
装置製造プロセスでは、半導体基板であるウェーハ面上
にＰ型あるいはＮ型の不純物をドーピングしたエピタキ
シャル膜や多結晶シリコン膜を形成するプロセスが重要
なプロセスの一つとなっている。また、最近、超高速Ｌ
ＳＩの分野において、シリコン結晶デバイスにおける動
作高速化の限界から、ＳｉとＧｅ結晶の合金（Ｓｉ1-x
Ｇｅx ）薄膜を用いたＬＳＩデバイスの開発が活発化し
ている。
【０００３】これらの薄膜形成法としては、化学気相法
（ＣＶＤ）や分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）などがあ
る。これらの方法でスループットが高いこと及び高品質
の膜が容易に得られるという利点から化学気相成長法が
主に用いられている。そして多くの化学気相成長装置が
開発されて来た。例えば、比較的低温で成長が行われる
多結晶Ｓｉの成長装置としては、ホットウォール方式の
反応炉を用いた減圧気相成長（ＬＰＣＶＤ）装置があ
る。また、これら反応炉には種々の型式があるが、酸素
巻き込みが少なくウェーハ回転の容易であることから、
縦型炉が主流になっている。
（ＣＶＤ）や分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）などがあ
る。これらの方法でスループットが高いこと及び高品質
の膜が容易に得られるという利点から化学気相成長法が
主に用いられている。そして多くの化学気相成長装置が
開発されて来た。例えば、比較的低温で成長が行われる
多結晶Ｓｉの成長装置としては、ホットウォール方式の
反応炉を用いた減圧気相成長（ＬＰＣＶＤ）装置があ
る。また、これら反応炉には種々の型式があるが、酸素
巻き込みが少なくウェーハ回転の容易であることから、
縦型炉が主流になっている。
【０００４】一方、エピタキシャル成長が高温で行なわ
れるコールドウォール方式の反応炉を用いた気相成長装
置があるが、これらの装置の反応炉にはバレル型、パン
ケーキ型と呼ばれる反応炉が使用されて来た。しかしな
がら、これら装置は反応炉の壁面へのシリコン堆積が少
ないという利点があるものの処理ウェーハの大口径化に
伴いスループットの点で現状の要求を満たすことが困難
となってきている。
れるコールドウォール方式の反応炉を用いた気相成長装
置があるが、これらの装置の反応炉にはバレル型、パン
ケーキ型と呼ばれる反応炉が使用されて来た。しかしな
がら、これら装置は反応炉の壁面へのシリコン堆積が少
ないという利点があるものの処理ウェーハの大口径化に
伴いスループットの点で現状の要求を満たすことが困難
となってきている。
【０００５】このスループットを高く、しかも大口径ウ
ェーハを処理するために種々の新しい方式の装置が試作
されている。例えば、縦型反応管を用いたホットウォー
ル方式であって、６インチ直径の大口径ウェーハを大量
に処理できる装置として提案されている（特開昭６３−
００８６４２４）。
ェーハを処理するために種々の新しい方式の装置が試作
されている。例えば、縦型反応管を用いたホットウォー
ル方式であって、６インチ直径の大口径ウェーハを大量
に処理できる装置として提案されている（特開昭６３−
００８６４２４）。
【０００６】図１３（ａ）〜（ｃ）は従来の気相成長装
置の一例を示し、（ａ）は模式断面図、（ｂ）はノズル
管の側面図及び（ｃ）は内管における横断面図である。
この成長装置は、図１３に示すように、円筒状の外管１
と内管２とで二重構造をもつ反応容器と、外管１の周囲
に取付けられる抵抗加熱炉６と、複数のウェーハ５を並
べて収納するウェーハホルダ４と、これらウェーハ５面
に反応ガスを供給するノズル管７と、外管１及び内管２
を載置する架台を気密に貫通しウェーハホルダ４を回転
させる回転軸とを有している。また、ノズル管７より供
給された反応ガスはウェーハ５の表面上を通って内管２
の円筒面内に設けられた多数のガス排出孔を通って排出
される。
置の一例を示し、（ａ）は模式断面図、（ｂ）はノズル
管の側面図及び（ｃ）は内管における横断面図である。
この成長装置は、図１３に示すように、円筒状の外管１
と内管２とで二重構造をもつ反応容器と、外管１の周囲
に取付けられる抵抗加熱炉６と、複数のウェーハ５を並
べて収納するウェーハホルダ４と、これらウェーハ５面
に反応ガスを供給するノズル管７と、外管１及び内管２
を載置する架台を気密に貫通しウェーハホルダ４を回転
させる回転軸とを有している。また、ノズル管７より供
給された反応ガスはウェーハ５の表面上を通って内管２
の円筒面内に設けられた多数のガス排出孔を通って排出
される。
【０００７】この成長装置でウェーハ５に薄膜を形成す
るには、反応容器を減圧し、ウェーハを例えば、９００
℃−１２００℃に加熱し、ノズル管７から反応管内に成
膜させる反応ガスを供給して行なっていた。また、この
装置でウェーハに薄膜を形成するとともにその成膜に不
純物ドーピングを行う方法としては、ＰＨ3 ，Ｂ
2 Ｈ6 ，ＡｓＨ3 等のドーピングガス（ガスソース）と
成長に係わるＳｉＨ2 Ｃｌ2等のシラン系の反応ガスを
混合してウェーハ表面に供給し、エピタキシャル膜を形
成するとともにその成膜にドーピングを行う方法（ガス
ソース法）がある。また、別の方法としてＰ型もしくは
Ｎ型の不純物をウェーハ表面に高濃度拡散した固体ソー
スを用い、エピタキシャル成長中にウェーハ表面から蒸
発する不純物によりドーピングを行う方法（固体ソース
法）である。そして、Ｓｉ1-x Ｇｅx のような合金ある
いは化合物半導体などの成膜は、その組成比の精密制御
の必要性から、固体ソースによるＭＢＥ法が使用されて
きた。しかし、ＭＢＥ法は極めてスループットが悪いた
め、製造コストの問題から製品生産には応用出来ない。
るには、反応容器を減圧し、ウェーハを例えば、９００
℃−１２００℃に加熱し、ノズル管７から反応管内に成
膜させる反応ガスを供給して行なっていた。また、この
装置でウェーハに薄膜を形成するとともにその成膜に不
純物ドーピングを行う方法としては、ＰＨ3 ，Ｂ
2 Ｈ6 ，ＡｓＨ3 等のドーピングガス（ガスソース）と
成長に係わるＳｉＨ2 Ｃｌ2等のシラン系の反応ガスを
混合してウェーハ表面に供給し、エピタキシャル膜を形
成するとともにその成膜にドーピングを行う方法（ガス
ソース法）がある。また、別の方法としてＰ型もしくは
Ｎ型の不純物をウェーハ表面に高濃度拡散した固体ソー
スを用い、エピタキシャル成長中にウェーハ表面から蒸
発する不純物によりドーピングを行う方法（固体ソース
法）である。そして、Ｓｉ1-x Ｇｅx のような合金ある
いは化合物半導体などの成膜は、その組成比の精密制御
の必要性から、固体ソースによるＭＢＥ法が使用されて
きた。しかし、ＭＢＥ法は極めてスループットが悪いた
め、製造コストの問題から製品生産には応用出来ない。
【０００８】そこで、最近になって、比較的低コストで
Ｓｉ1-x Ｇｅx 合金を成長できる気相成長装置が試作さ
れつつある。例えばＣＶＤ法による成長装置としては、
〔Ｐｒｏｃ． １１ｔｈ Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ． ＣＶＤ
ｐ．２２９−２３９（１９９０）〕に記載されてい
る。この気相成長装置は、高真空対応（ベース真空度１
０-9Ｔｏｒｒ）の成長炉を持ち、基板温度を５００−８
００℃とし、ＳｉＨ4 などのシラン系の反応ガスと同時
にＧｅＨ4 ガスを供給してＳｉ1-x Ｇｅx 合金を成長し
ていた。
Ｓｉ1-x Ｇｅx 合金を成長できる気相成長装置が試作さ
れつつある。例えばＣＶＤ法による成長装置としては、
〔Ｐｒｏｃ． １１ｔｈ Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ． ＣＶＤ
ｐ．２２９−２３９（１９９０）〕に記載されてい
る。この気相成長装置は、高真空対応（ベース真空度１
０-9Ｔｏｒｒ）の成長炉を持ち、基板温度を５００−８
００℃とし、ＳｉＨ4 などのシラン系の反応ガスと同時
にＧｅＨ4 ガスを供給してＳｉ1-x Ｇｅx 合金を成長し
ていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前述したガスソース法
による第１の気相成長法では、ウェーハ面上に均一な膜
成長を行うためには、反応ガスの熱分解により生じた種
々の反応種を全被成長領域に対し均一に供給する必要が
ある。例えば、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 −Ｈ2 −ＰＨ3 系の反応
ガスを用いた前述のＮ型Ｓｉエピタキシャル成長を例に
挙げて説明すれば、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 の熱分解により生じ
た膜成長に係わるＳｉＣｌ2 とＰＨ3 の熱分解により生
成したドーピングに係わるＰＨi （ｉ＝１，２，３）な
どの反応ガスを全ウェーハ被成長領域に均一供給する必
要がある。このために、ノズル管から噴出されるガス流
速と噴出方向の最適化を行っているが、膜成長に係わる
ＳｉＨ2 Ｃｌ2 の熱分解過程とドーピングに係わるＰＨ
3 の熱分解過程が分解温度などの点で異なるために、膜
厚均一性と抵抗率均一性を同時に満足させる条件を見い
だすことは難しい。特にウェーハ大口径化に伴いますま
す困難なものとしている。また、前述したＳｉ1-x Ｇｅ
x 合金成長の場合でも同様に困難である。すなわちＳｉ
源であるＳｉＨ2 Ｃｌ2 などのシラン系ガスとＧｅ源で
あるＧｅＨ4 ガスの熱分解温度や反応過程が異なるため
にＳｉとＧｅの合金比（ｘ）を全被成長面に亘って均一
にすることが困難である。
による第１の気相成長法では、ウェーハ面上に均一な膜
成長を行うためには、反応ガスの熱分解により生じた種
々の反応種を全被成長領域に対し均一に供給する必要が
ある。例えば、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 −Ｈ2 −ＰＨ3 系の反応
ガスを用いた前述のＮ型Ｓｉエピタキシャル成長を例に
挙げて説明すれば、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 の熱分解により生じ
た膜成長に係わるＳｉＣｌ2 とＰＨ3 の熱分解により生
成したドーピングに係わるＰＨi （ｉ＝１，２，３）な
どの反応ガスを全ウェーハ被成長領域に均一供給する必
要がある。このために、ノズル管から噴出されるガス流
速と噴出方向の最適化を行っているが、膜成長に係わる
ＳｉＨ2 Ｃｌ2 の熱分解過程とドーピングに係わるＰＨ
3 の熱分解過程が分解温度などの点で異なるために、膜
厚均一性と抵抗率均一性を同時に満足させる条件を見い
だすことは難しい。特にウェーハ大口径化に伴いますま
す困難なものとしている。また、前述したＳｉ1-x Ｇｅ
x 合金成長の場合でも同様に困難である。すなわちＳｉ
源であるＳｉＨ2 Ｃｌ2 などのシラン系ガスとＧｅ源で
あるＧｅＨ4 ガスの熱分解温度や反応過程が異なるため
にＳｉとＧｅの合金比（ｘ）を全被成長面に亘って均一
にすることが困難である。
【００１０】次に、従来の気相成長装置の危険性につい
て述べる。前述した様に従来の気相成長装置において
は、ＰＨ3 ，ＡｓＨ3 ，Ｂ2 Ｈ6 ，ＧｅＨ4 など気体あ
るいは液化ガスを使用している。これらのガスの多く
は、非常に毒性が高く、また自然発火性があるため、取
扱いが難しく危険性が高い。特に、ＧｅＨ4 ガスは自然
爆発性があるうえ、その性質については未解明の事項も
多く、危険性が極めて高い反応ガスである。このため、
これらの反応ガスの取扱いには充分な注意を要し、しか
もその安全確保のためにはガス検知器や漏洩警報装置の
設置やフェイルセイフシステムの構築あるいは成膜工場
そのものの整備など、安全性を確立し、またその維持の
ために多大の費用と時間を必要とする。また、一旦事故
が発生した場合には、復旧に多くのコストがかかること
はいうまでもない。特に、ＧｅＨ4 ガスのようにいまま
で量産に使用された実績の無いガスについては、その危
険ポテンシャルは極めて高いといえる。
て述べる。前述した様に従来の気相成長装置において
は、ＰＨ3 ，ＡｓＨ3 ，Ｂ2 Ｈ6 ，ＧｅＨ4 など気体あ
るいは液化ガスを使用している。これらのガスの多く
は、非常に毒性が高く、また自然発火性があるため、取
扱いが難しく危険性が高い。特に、ＧｅＨ4 ガスは自然
爆発性があるうえ、その性質については未解明の事項も
多く、危険性が極めて高い反応ガスである。このため、
これらの反応ガスの取扱いには充分な注意を要し、しか
もその安全確保のためにはガス検知器や漏洩警報装置の
設置やフェイルセイフシステムの構築あるいは成膜工場
そのものの整備など、安全性を確立し、またその維持の
ために多大の費用と時間を必要とする。また、一旦事故
が発生した場合には、復旧に多くのコストがかかること
はいうまでもない。特に、ＧｅＨ4 ガスのようにいまま
で量産に使用された実績の無いガスについては、その危
険ポテンシャルは極めて高いといえる。
【００１１】一方、前述の固体ソースを用いる第２の方
法（固体ソース法）は、大口径ウェーハに対しても膜
厚、抵抗率ともにウェーハ面内均一なＳｉエピタキシャ
ル膜を成長でき、あるいは合金比の均一なＳｉ1-x Ｇｅ
x 薄膜を形成できることなどの利点がある。しかし、こ
の方法においても以下に述べる問題が存在する。
法（固体ソース法）は、大口径ウェーハに対しても膜
厚、抵抗率ともにウェーハ面内均一なＳｉエピタキシャ
ル膜を成長でき、あるいは合金比の均一なＳｉ1-x Ｇｅ
x 薄膜を形成できることなどの利点がある。しかし、こ
の方法においても以下に述べる問題が存在する。
【００１２】図１４（ａ）及び（ｂ）はウェーハの表面
からの深さと不純物濃度のプロフィルを示す図である。
この問題についてまずＳｉエピタキシャル成長について
説明する。第１の問題として、Ｓｉエピタキシャル膜−
基板界面の不純物プロフィルの悪化がある。エピタキシ
ャル膜−基板界面の不純物プロフィルは、図１４（ａ）
に示すように、急峻であることが理想であるが、実際に
は、エピタキシャル成長中の不純物熱拡散とオートドー
プ（基板表面から蒸発した不純物がエピタキシャル膜中
に再度取り込まれる現象）により、図１４（ｂ）に示す
ように、なだらかなプロフィルとなることが知られてい
る。このなだらかに立ち上るまでの深さΔｔを遷移幅と
呼び、この値が小さいことが望ましい。このことは、特
に２μｍ以下の薄いエピタキシャル膜では重要である。
このΔｔを小さくするためには、エピタキシャル成長の
直前及びエピタキシャル成長初期における反応容器中の
不純物分圧を下げることが必要である。しかし、前述の
第２の方法の場合、固体ソース表面に拡散された高濃度
ドーパントがエピタキシャル成長の前工程（例えばＨ2
ベーク工程）においてすでに反応容器中に大量に蒸発し
ているために、エピタキシャル成長直前および成長初期
の不純物分圧を低くすることが難しく、遷移幅Δｔを十
分狭くすることができない。
からの深さと不純物濃度のプロフィルを示す図である。
この問題についてまずＳｉエピタキシャル成長について
説明する。第１の問題として、Ｓｉエピタキシャル膜−
基板界面の不純物プロフィルの悪化がある。エピタキシ
ャル膜−基板界面の不純物プロフィルは、図１４（ａ）
に示すように、急峻であることが理想であるが、実際に
は、エピタキシャル成長中の不純物熱拡散とオートドー
プ（基板表面から蒸発した不純物がエピタキシャル膜中
に再度取り込まれる現象）により、図１４（ｂ）に示す
ように、なだらかなプロフィルとなることが知られてい
る。このなだらかに立ち上るまでの深さΔｔを遷移幅と
呼び、この値が小さいことが望ましい。このことは、特
に２μｍ以下の薄いエピタキシャル膜では重要である。
このΔｔを小さくするためには、エピタキシャル成長の
直前及びエピタキシャル成長初期における反応容器中の
不純物分圧を下げることが必要である。しかし、前述の
第２の方法の場合、固体ソース表面に拡散された高濃度
ドーパントがエピタキシャル成長の前工程（例えばＨ2
ベーク工程）においてすでに反応容器中に大量に蒸発し
ているために、エピタキシャル成長直前および成長初期
の不純物分圧を低くすることが難しく、遷移幅Δｔを十
分狭くすることができない。
【００１３】次に、Ｓｉエピタキシャル成長に係わる第
２の問題について説明する。前述の第２の方法の場合、
エピタキシャル膜中の不純物濃度制御はエピタキシャル
成長中の固体ソース源からの不純物蒸発量を調節するこ
とによって行っていた。即ち、成長温度を変化させて、
不純物の蒸気圧を調節する方法と、固体ソース中にあら
かじめ拡散させる不純物量を調整する方法が用いられて
いた。しかし、成長温度の変化によって、エピタキシャ
ル膜の成長速度が変化し膜厚のコントロールが難しくな
るという問題が発生する。さらに、極端な低温化は結晶
性の悪化をもたらし、高温化は膜厚均一性の確保を困難
にする。また、固体ソース中の不純物量を調整する方法
は、エピタキシャル膜の抵抗率仕様毎に異なる不純物量
の固体ソースを用意しなければならないという問題があ
る。
２の問題について説明する。前述の第２の方法の場合、
エピタキシャル膜中の不純物濃度制御はエピタキシャル
成長中の固体ソース源からの不純物蒸発量を調節するこ
とによって行っていた。即ち、成長温度を変化させて、
不純物の蒸気圧を調節する方法と、固体ソース中にあら
かじめ拡散させる不純物量を調整する方法が用いられて
いた。しかし、成長温度の変化によって、エピタキシャ
ル膜の成長速度が変化し膜厚のコントロールが難しくな
るという問題が発生する。さらに、極端な低温化は結晶
性の悪化をもたらし、高温化は膜厚均一性の確保を困難
にする。また、固体ソース中の不純物量を調整する方法
は、エピタキシャル膜の抵抗率仕様毎に異なる不純物量
の固体ソースを用意しなければならないという問題があ
る。
【００１４】前述の第２の方法に係わる第３の問題は、
固体ソース基板は１バッチの成長しか使用できない点で
ある（固体ソースとしての持続性に欠ける）。即ち、成
長毎に固体ソース基板を交換する必要がある。これは、
固体ソース基板上に成長したエピタキシャル膜、あるい
はポリシリコン膜によって、固体ソース基板表面の不純
物濃度が低下するため、不純物蒸発量が減少し所望の抵
抗率が得られなくなるためである。
固体ソース基板は１バッチの成長しか使用できない点で
ある（固体ソースとしての持続性に欠ける）。即ち、成
長毎に固体ソース基板を交換する必要がある。これは、
固体ソース基板上に成長したエピタキシャル膜、あるい
はポリシリコン膜によって、固体ソース基板表面の不純
物濃度が低下するため、不純物蒸発量が減少し所望の抵
抗率が得られなくなるためである。
【００１５】同様の理由によりＳｉ1-x Ｇｅx 合金成長
においても、従来方法では膜の深さ方向に測定した合金
比（ｘ）の制御、あるいは持続性の問題が発生する。
においても、従来方法では膜の深さ方向に測定した合金
比（ｘ）の制御、あるいは持続性の問題が発生する。
【００１６】本発明の目的は、ウェーハ面に厚さと抵抗
率とが均一に再現性よく成膜されるとともにこの成膜の
不純物濃度を容易に制御出来、かつそのドーピング源が
安全であるとともに容易に枯渇しない気相成長装置およ
びその薄膜形成方法を提供することである。
率とが均一に再現性よく成膜されるとともにこの成膜の
不純物濃度を容易に制御出来、かつそのドーピング源が
安全であるとともに容易に枯渇しない気相成長装置およ
びその薄膜形成方法を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、複数の
被成長基板と不純物がドーピングされた複数の板状の固
体ソースとを一方向に並べて収納するウェーハホルダ
と、このウェーハホルダを収納する反応管と、この反応
管内にあって前記被成長基板面にほぼ平行に成長用反応
ガスを流す複数のガス放出孔を有する第１のノズル管
と、前記固体ソースをエッチングするガスを前記固体ソ
ースの表面にほぼ平行に流すガス放出孔を有する第２の
ノズル管とを備える気相成長装置である。
被成長基板と不純物がドーピングされた複数の板状の固
体ソースとを一方向に並べて収納するウェーハホルダ
と、このウェーハホルダを収納する反応管と、この反応
管内にあって前記被成長基板面にほぼ平行に成長用反応
ガスを流す複数のガス放出孔を有する第１のノズル管
と、前記固体ソースをエッチングするガスを前記固体ソ
ースの表面にほぼ平行に流すガス放出孔を有する第２の
ノズル管とを備える気相成長装置である。
【００１８】本発明の他の特徴は、複数の被成長基板と
不純物がドーピングされた複数の板状の固体ソースとを
一方向に並べて収納するウェーハホルダと、このウェー
ハホルダを収納する反応管と、この反応管内にあって前
記被成長基板面にほぼ平行に成長用反応ガスを流す複数
のガス放出孔を有する第１のノズル管と、前記固体ソー
スをエッチングするガスを前記固体ソースの表面にほぼ
平行に流すガス放出孔を有する第２のノズル管とを備え
ることを特徴とする気相成長装置において、前記被成長
基板に膜成長に係わる反応ガスを供給し、前記固体ソー
スをエッチングするガスを供給する薄膜形成方法であ
る。また、前記固体ソースをエッチングするガスの供給
が薄膜形成プロセス時間の一部であることが望ましい。
さらに、前記固体ソースがシリコン基板にＮ型およびＰ
型の不純物のいずれかがドーピングされたものであるこ
とが望ましい。前記被成長基板に形成される薄膜がＳｉ
1-XGＧｅX 合金膜であるとき、前記固体ソースがゲルマ
ニウムであることが望ましい。
不純物がドーピングされた複数の板状の固体ソースとを
一方向に並べて収納するウェーハホルダと、このウェー
ハホルダを収納する反応管と、この反応管内にあって前
記被成長基板面にほぼ平行に成長用反応ガスを流す複数
のガス放出孔を有する第１のノズル管と、前記固体ソー
スをエッチングするガスを前記固体ソースの表面にほぼ
平行に流すガス放出孔を有する第２のノズル管とを備え
ることを特徴とする気相成長装置において、前記被成長
基板に膜成長に係わる反応ガスを供給し、前記固体ソー
スをエッチングするガスを供給する薄膜形成方法であ
る。また、前記固体ソースをエッチングするガスの供給
が薄膜形成プロセス時間の一部であることが望ましい。
さらに、前記固体ソースがシリコン基板にＮ型およびＰ
型の不純物のいずれかがドーピングされたものであるこ
とが望ましい。前記被成長基板に形成される薄膜がＳｉ
1-XGＧｅX 合金膜であるとき、前記固体ソースがゲルマ
ニウムであることが望ましい。
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【作用】上述した発明による手段によって、Ｓｉエピタ
キシャル成長における第１問題（不純物遷移幅の増大）
は、固体ソース中の不純物濃度を低減することによって
解決できる。すなわち、固体ソース中の不純物濃度を減
少させることによって、エピタキシャル成長前工程での
不純物蒸発量が低減されるため不純物遷移幅は大幅に改
善される。しかも、エピタキシャル成長中は、固体ソー
ス表面をエッチングして強制的に不純物を蒸発させるた
め、固体ソース表面の不純物濃度を減少させても十分な
量の不純物をエピタキシャル膜中にドーピングすること
が可能である。
キシャル成長における第１問題（不純物遷移幅の増大）
は、固体ソース中の不純物濃度を低減することによって
解決できる。すなわち、固体ソース中の不純物濃度を減
少させることによって、エピタキシャル成長前工程での
不純物蒸発量が低減されるため不純物遷移幅は大幅に改
善される。しかも、エピタキシャル成長中は、固体ソー
ス表面をエッチングして強制的に不純物を蒸発させるた
め、固体ソース表面の不純物濃度を減少させても十分な
量の不純物をエピタキシャル膜中にドーピングすること
が可能である。
【００２３】また、第２の問題であるＳｉエピタキシャ
ル膜中の不純物濃度制御は、固体ソース表面のエッチン
グ速度を調節することにより容易に解決できる。即ち、
エッチング速度の変化による単位時間当りの不純物発生
量の差を利用することにより、エピタキシャル膜中に取
り込まれる不純物量が制御できることになる。このと
き、エッチング速度は、固体ソースに供給するエッチン
グガス濃度あるいは流量などを変化させることにより容
易に制御可能である。この方法の場合、成長温度の変化
や固体ソース中の不純物濃度を変化させる必要は無い。
ル膜中の不純物濃度制御は、固体ソース表面のエッチン
グ速度を調節することにより容易に解決できる。即ち、
エッチング速度の変化による単位時間当りの不純物発生
量の差を利用することにより、エピタキシャル膜中に取
り込まれる不純物量が制御できることになる。このと
き、エッチング速度は、固体ソースに供給するエッチン
グガス濃度あるいは流量などを変化させることにより容
易に制御可能である。この方法の場合、成長温度の変化
や固体ソース中の不純物濃度を変化させる必要は無い。
【００２４】さらに、第３の問題について述べる。本方
法の場合、エピタキシャル成長工程において、固体ソー
ス表面をエッチングしているため、固体ソース表面に単
結晶シリコンあるいはポリシリコン膜が成長することは
無い。従って、エピタキシャル成長工程を経た後であっ
ても、固体ソース表面の不純物濃度減少は起こり得ず、
常に表面濃度を一定に保つことができる。このため、従
来法のように固体ソースをエピタキシャル成長バッチ毎
に交換する必要は無い。
法の場合、エピタキシャル成長工程において、固体ソー
ス表面をエッチングしているため、固体ソース表面に単
結晶シリコンあるいはポリシリコン膜が成長することは
無い。従って、エピタキシャル成長工程を経た後であっ
ても、固体ソース表面の不純物濃度減少は起こり得ず、
常に表面濃度を一定に保つことができる。このため、従
来法のように固体ソースをエピタキシャル成長バッチ毎
に交換する必要は無い。
【００２５】一方、Ｓｉ1-x Ｇｅx 合金成長の場合は、
ＳｉＨ2 Ｃｌ2 などのシラン系の反応ガスを供給すると
同時に固体ソースであるＧｅ結晶上にエッチングガスを
供給してＳｉ1-x Ｇｅx 合金を形成する。従って、従来
例で述べた危険ガスＧｅＨ4ガスを使用する必要がな
く、安全性が高い。また、合金比（ｘ）は、エッチング
ガスの濃度あるいは流量変えてＧｅ固体ソースエッチン
グ速度を変化させることにより、制御可能である。
ＳｉＨ2 Ｃｌ2 などのシラン系の反応ガスを供給すると
同時に固体ソースであるＧｅ結晶上にエッチングガスを
供給してＳｉ1-x Ｇｅx 合金を形成する。従って、従来
例で述べた危険ガスＧｅＨ4ガスを使用する必要がな
く、安全性が高い。また、合金比（ｘ）は、エッチング
ガスの濃度あるいは流量変えてＧｅ固体ソースエッチン
グ速度を変化させることにより、制御可能である。
【００２６】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
る。
【００２７】図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の気相成長装
置の一実施例における主要部を示し、（ａ）および
（ｂ）は内管内のウェーハホルダおよびノズル管を示す
図、（ｃ）は内管の横断面図である。この発明の実施例
における気相成長装置は、図１に示すように、被成長膜
基板であるウェーハ５とウェーハにドーピングする不純
物を発生する固体ソース基板５ａおよび５ｂとを搭載す
るウェーハホルダ４と、固体ソース基板５ａおよび５ｂ
にエッチング作用のある反応ガスを供給する第２のノズ
ル管７ｂとを設けたことである。これ以外は従来例と同
じである。
置の一実施例における主要部を示し、（ａ）および
（ｂ）は内管内のウェーハホルダおよびノズル管を示す
図、（ｃ）は内管の横断面図である。この発明の実施例
における気相成長装置は、図１に示すように、被成長膜
基板であるウェーハ５とウェーハにドーピングする不純
物を発生する固体ソース基板５ａおよび５ｂとを搭載す
るウェーハホルダ４と、固体ソース基板５ａおよび５ｂ
にエッチング作用のある反応ガスを供給する第２のノズ
ル管７ｂとを設けたことである。これ以外は従来例と同
じである。
【００２８】また、この気相成長装置の動作は、ウェー
ハホルダ４に搭載されたウェーハ５にエピタキシャル成
長に必要な反応ガスを第１のノズル管７ａより供給する
と同時に第２のノズル管７ｂより固体ソース基板５ａ，
５ｂに供給し、固体ソース基板５ａ，５ｂの表面をエッ
チングさせ不純物を蒸発させウェーハ５のエピタキシャ
ル膜にドーピングすることである。さらに、この不純物
の濃度はこのエッチング速度を変えるエッチングガス流
量を図示していないマスフローコントローラにより自由
に制御できる。
ハホルダ４に搭載されたウェーハ５にエピタキシャル成
長に必要な反応ガスを第１のノズル管７ａより供給する
と同時に第２のノズル管７ｂより固体ソース基板５ａ，
５ｂに供給し、固体ソース基板５ａ，５ｂの表面をエッ
チングさせ不純物を蒸発させウェーハ５のエピタキシャ
ル膜にドーピングすることである。さらに、この不純物
の濃度はこのエッチング速度を変えるエッチングガス流
量を図示していないマスフローコントローラにより自由
に制御できる。
【００２９】図２は本発明の気相成長による薄膜形成方
法の第１の実施例を説明するためのウェーハホルダを示
す図、図３はウェーハ面内の膜厚を示すグラフ、図４は
ウェーハ面内の抵抗率を示すグラフ、図５はエッチング
ガスの流量とウェーハの抵抗率との関係を示すグラフで
ある。次に、本発明の気相成長による薄膜形成方法の第
１の実施例について比較的に濃度の高いＰ型Ｓｉ単結晶
基板に低濃度のＰ型エピタキシャル膜を成長させる例を
とって説明する。この構造の基板はラッチアップやα線
によるソフトエラー耐性が高いことから、将来、ＣＭＯ
Ｓデバイス用基板として有望視されているものである。
法の第１の実施例を説明するためのウェーハホルダを示
す図、図３はウェーハ面内の膜厚を示すグラフ、図４は
ウェーハ面内の抵抗率を示すグラフ、図５はエッチング
ガスの流量とウェーハの抵抗率との関係を示すグラフで
ある。次に、本発明の気相成長による薄膜形成方法の第
１の実施例について比較的に濃度の高いＰ型Ｓｉ単結晶
基板に低濃度のＰ型エピタキシャル膜を成長させる例を
とって説明する。この構造の基板はラッチアップやα線
によるソフトエラー耐性が高いことから、将来、ＣＭＯ
Ｓデバイス用基板として有望視されているものである。
【００３０】まず、図２に示すように、抵抗率０．０１
Ω−ｃｍのボロンドープＰ型Ｓｉ単結晶基板（Ｐ１〜Ｐ
５）と抵抗率１０Ω−ｃｍのリンドープＳｉ単結晶基板
（Ｎ１〜Ｎ５）とをウェーハホルダ４の中間部に搭載
し、ボロンドープの抵抗率０．００１Ω−ｃｍの固体ソ
ース基板（Ｓ１〜Ｓ４）をウェーハホルダ４の上下に搭
載する。次に、反応管内を真空度１０Ｔｏｒｒ程度に排
気するとともに温度を１０８０℃にする。そしてウェー
ハホルダ４を毎分５回転で回転させ、第１のノズル管よ
りＨ2 を２０ ＬＳＭ、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 を２００ Ｓ
ＣＣＭを固体ソース以外のウェーハ面上に供給すると同
時に、第２ノズル管を用い固体ソース基板面上にはＨ2
２０ ＳＬＭ、ＨＣｌ ２００ ＳＣＣＭを３０分間
供給してウェーハ面にＰ型のＳｉエピタキシャル膜を１
０μｍ成長した。
Ω−ｃｍのボロンドープＰ型Ｓｉ単結晶基板（Ｐ１〜Ｐ
５）と抵抗率１０Ω−ｃｍのリンドープＳｉ単結晶基板
（Ｎ１〜Ｎ５）とをウェーハホルダ４の中間部に搭載
し、ボロンドープの抵抗率０．００１Ω−ｃｍの固体ソ
ース基板（Ｓ１〜Ｓ４）をウェーハホルダ４の上下に搭
載する。次に、反応管内を真空度１０Ｔｏｒｒ程度に排
気するとともに温度を１０８０℃にする。そしてウェー
ハホルダ４を毎分５回転で回転させ、第１のノズル管よ
りＨ2 を２０ ＬＳＭ、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 を２００ Ｓ
ＣＣＭを固体ソース以外のウェーハ面上に供給すると同
時に、第２ノズル管を用い固体ソース基板面上にはＨ2
２０ ＳＬＭ、ＨＣｌ ２００ ＳＣＣＭを３０分間
供給してウェーハ面にＰ型のＳｉエピタキシャル膜を１
０μｍ成長した。
【００３１】その結果、Ｐ１−Ｐ５のウェーハに対して
ＦＴＩＲで膜厚を測定したところ、図３に示すように、
いずれのウェーハについても膜厚分布が±５％以下の良
好な膜厚均一性が得られている。また、Ｎ１〜Ｎ５のウ
ェーハに対して４探針法によりシート抵抗を測定し、先
の膜厚補正を行い抵抗率を算出したところ、図４に示す
ように、抵抗率に関しても±５％以下の良好な均一性が
得られた。
ＦＴＩＲで膜厚を測定したところ、図３に示すように、
いずれのウェーハについても膜厚分布が±５％以下の良
好な膜厚均一性が得られている。また、Ｎ１〜Ｎ５のウ
ェーハに対して４探針法によりシート抵抗を測定し、先
の膜厚補正を行い抵抗率を算出したところ、図４に示す
ように、抵抗率に関しても±５％以下の良好な均一性が
得られた。
【００３２】なお、固体ソース基板結晶に供給するＨＣ
ｌガス流量は、目的のエピタキシャル膜の抵抗率を得る
ために、図５に示すグラフより設定したものである。こ
のようにエッチングガスであるＨＣｌガス流量を変化さ
せることにより容易にエピタキシャル膜の抵抗率を制御
可能である。図６はエピタキシャル膜の深さ方向に測定
した不純物濃度分布を従来法の場合と比較して示したグ
ラフである。また、従来法で成長したエピタキシャル膜
中の不純物濃度が基板−エピタキシャル界面からエピタ
キシャル表面に向かって次第に薄くなっているのに対
し、本発明の方法では、エピタキシャル膜中の不純物濃
度が一定の理想的な不純物プロフィルを示している。さ
らに、図７は同一の固体ソース基板を２０バッチに亘る
エピタキシャル成長に使用した場合のエピタキシャル膜
抵抗率変化を示したグラフであるが、本方法による抵抗
率の変化は±５％以下であり、従来法では不可能であっ
た固体ソースの持続性が確認された。
ｌガス流量は、目的のエピタキシャル膜の抵抗率を得る
ために、図５に示すグラフより設定したものである。こ
のようにエッチングガスであるＨＣｌガス流量を変化さ
せることにより容易にエピタキシャル膜の抵抗率を制御
可能である。図６はエピタキシャル膜の深さ方向に測定
した不純物濃度分布を従来法の場合と比較して示したグ
ラフである。また、従来法で成長したエピタキシャル膜
中の不純物濃度が基板−エピタキシャル界面からエピタ
キシャル表面に向かって次第に薄くなっているのに対
し、本発明の方法では、エピタキシャル膜中の不純物濃
度が一定の理想的な不純物プロフィルを示している。さ
らに、図７は同一の固体ソース基板を２０バッチに亘る
エピタキシャル成長に使用した場合のエピタキシャル膜
抵抗率変化を示したグラフであるが、本方法による抵抗
率の変化は±５％以下であり、従来法では不可能であっ
た固体ソースの持続性が確認された。
【００３３】次に、本発明の方法をＮ型のＳｉエピタキ
シャル膜成長に適用した実施例について述べる。このエ
ピタキシャル成長は、前述第１の実施例と同一の気相成
長装置を用いて行った。また被成長基板として表面に高
濃度の不純物埋め込み領域を持つＳｉ単結晶を使用し
た。そしてその構造は、バイポーラあるいはＢｉ−ＣＭ
ＯＳデバイスに必須の構造である。また、被成長基板で
あるボロンドープ抵抗率１０Ω−ｃｍのＰ型Ｓｉウェー
ハの表面に加速電圧７０ｋｅＶ、ドース量５Ｅ１４で砒
素イオン注入をあらかじめ行い、表面層にＮ型の高濃度
埋め込み領域を持つ被成長基板に作成した。
シャル膜成長に適用した実施例について述べる。このエ
ピタキシャル成長は、前述第１の実施例と同一の気相成
長装置を用いて行った。また被成長基板として表面に高
濃度の不純物埋め込み領域を持つＳｉ単結晶を使用し
た。そしてその構造は、バイポーラあるいはＢｉ−ＣＭ
ＯＳデバイスに必須の構造である。また、被成長基板で
あるボロンドープ抵抗率１０Ω−ｃｍのＰ型Ｓｉウェー
ハの表面に加速電圧７０ｋｅＶ、ドース量５Ｅ１４で砒
素イオン注入をあらかじめ行い、表面層にＮ型の高濃度
埋め込み領域を持つ被成長基板に作成した。
【００３４】図８は本発明の気相成長による薄膜形成方
法における第２の実施例を説明するためのウェーハホル
ダを示す図である。まず、図８に示すように、被成長基
板（Ｂ１−Ｂ５）、ボロンドープ抵抗率１０Ω−ｃｍの
Ｐ型Ｓｉウェーハ（Ｐ６−Ｐ１０）及び砒素ドープ抵抗
率０．０１Ω−ｃｍの固体ソース基板（Ｓ５−Ｓ８）を
それぞれウェーハホルダに搭載し、反応管内温度を１０
８０℃、真空度を１０Ｔｏｒｒとした。次に、ウェーハ
ホルダを毎分５回転の速度で回転させ、まず第１ノズル
管よりＨ2 ２０ ＳＬＭ、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ２００
ＳＣＣＭを固体ソース以外のウェーハ面上に２分間供給
し、次に全てのガス供給を停止し反応管内部をベース圧
力まで１分間真空に引いた後、再び第１ノズル管よりＨ
2 ２０ＳＬＭ、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ２００ ＳＣＣＭを
供給し、さらに第２ノズル管より固体ソース基板面上に
Ｈ2 ２０ ＳＬＭ、ＨＣｌ ２００ ＳＣＣＭを６分
間供給してＮ型のＳｉエピタキシャル膜を成長した。な
お、固体ソース上へのエッチングガス供給に遅延を持た
せたのは、被成長基板（Ｂ１−Ｂ５）表面の高濃度埋め
込み領域からの砒素オートドーピング現象によるエピタ
キシャル−基板界面の不純物遷移幅増大を防ぐためであ
る。
法における第２の実施例を説明するためのウェーハホル
ダを示す図である。まず、図８に示すように、被成長基
板（Ｂ１−Ｂ５）、ボロンドープ抵抗率１０Ω−ｃｍの
Ｐ型Ｓｉウェーハ（Ｐ６−Ｐ１０）及び砒素ドープ抵抗
率０．０１Ω−ｃｍの固体ソース基板（Ｓ５−Ｓ８）を
それぞれウェーハホルダに搭載し、反応管内温度を１０
８０℃、真空度を１０Ｔｏｒｒとした。次に、ウェーハ
ホルダを毎分５回転の速度で回転させ、まず第１ノズル
管よりＨ2 ２０ ＳＬＭ、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ２００
ＳＣＣＭを固体ソース以外のウェーハ面上に２分間供給
し、次に全てのガス供給を停止し反応管内部をベース圧
力まで１分間真空に引いた後、再び第１ノズル管よりＨ
2 ２０ＳＬＭ、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ２００ ＳＣＣＭを
供給し、さらに第２ノズル管より固体ソース基板面上に
Ｈ2 ２０ ＳＬＭ、ＨＣｌ ２００ ＳＣＣＭを６分
間供給してＮ型のＳｉエピタキシャル膜を成長した。な
お、固体ソース上へのエッチングガス供給に遅延を持た
せたのは、被成長基板（Ｂ１−Ｂ５）表面の高濃度埋め
込み領域からの砒素オートドーピング現象によるエピタ
キシャル−基板界面の不純物遷移幅増大を防ぐためであ
る。
【００３５】図９はウェーハのエピタキシャル膜面から
の深さに対する不純物プロフィルを示すグラフである。
この成長したエピタキシャル膜に対してＦＴＩＲ及び４
探針法により膜厚と抵抗率を測定した結果、本実施例の
場合も第１の実施例と同様、膜厚均一性および抵抗率均
一性は良好であった。また本実施例のような薄いエピタ
キシャル膜（２μｍ）において重要なドーパント不純物
のプロフィル（基板表面と垂直な方向に測定したキャリ
ア濃度プロフィル）を測定した。その結果図９に示すよ
うに、エピタキシャル−基板界面で急峻な濃度変化が見
られ（不純物遷移幅Δｔが小さく）、エピタキシャル膜
中では一定の濃度を保つことが出来た。また、本発明の
方法で成長したエピタキシャル膜のキャリア濃度プロフ
ィルを従来法で成長したものと比較してみると、従来法
の不純物遷移幅Δｔが１．３μｍであるのに対し本発明
の方法ではΔｔが０．５μｍであり、本成長法により不
純物プロフィルが大幅に改善された。さらに、従来法に
おいては、エピタキシャル膜中の不純物濃度はエピタキ
シャル膜表面に向かって徐々に減少しているが、本発明
の場合はほぼ一定であることが確認された。
の深さに対する不純物プロフィルを示すグラフである。
この成長したエピタキシャル膜に対してＦＴＩＲ及び４
探針法により膜厚と抵抗率を測定した結果、本実施例の
場合も第１の実施例と同様、膜厚均一性および抵抗率均
一性は良好であった。また本実施例のような薄いエピタ
キシャル膜（２μｍ）において重要なドーパント不純物
のプロフィル（基板表面と垂直な方向に測定したキャリ
ア濃度プロフィル）を測定した。その結果図９に示すよ
うに、エピタキシャル−基板界面で急峻な濃度変化が見
られ（不純物遷移幅Δｔが小さく）、エピタキシャル膜
中では一定の濃度を保つことが出来た。また、本発明の
方法で成長したエピタキシャル膜のキャリア濃度プロフ
ィルを従来法で成長したものと比較してみると、従来法
の不純物遷移幅Δｔが１．３μｍであるのに対し本発明
の方法ではΔｔが０．５μｍであり、本成長法により不
純物プロフィルが大幅に改善された。さらに、従来法に
おいては、エピタキシャル膜中の不純物濃度はエピタキ
シャル膜表面に向かって徐々に減少しているが、本発明
の場合はほぼ一定であることが確認された。
【００３６】次に説明する第３の実施例は、本発明の方
法によるＳｉ1-x Ｇｅx 単結晶薄膜を成長する技術に関
するものである。このＳｉ1-x Ｇｅx 単結晶薄膜は、超
高速ＬＳＩとして有望視されているヘテロバイポーラト
ランジスタ（ＨＢＴ）のベース材料としての応用が期待
されている。そしてこのエピタキシャル成長には第１の
実施例と同じ気相成長装置を用いて行った。しかし、Ｓ
ｉ1-x Ｇｅx 成長ではＳｉエピタキシャル成長と比較し
て成膜温度の低温化が要求されるため、前述の気相成長
装置にロードロック室を設け、ターボポンプを用いて高
真空対応の装置とした。さらに、成長室内の高清浄化の
ため反応ガスの精製を行い、ガス中の不純物レベル（Ｈ
2 Ｏレベル）を１０ｐｐｂ以下とした。
法によるＳｉ1-x Ｇｅx 単結晶薄膜を成長する技術に関
するものである。このＳｉ1-x Ｇｅx 単結晶薄膜は、超
高速ＬＳＩとして有望視されているヘテロバイポーラト
ランジスタ（ＨＢＴ）のベース材料としての応用が期待
されている。そしてこのエピタキシャル成長には第１の
実施例と同じ気相成長装置を用いて行った。しかし、Ｓ
ｉ1-x Ｇｅx 成長ではＳｉエピタキシャル成長と比較し
て成膜温度の低温化が要求されるため、前述の気相成長
装置にロードロック室を設け、ターボポンプを用いて高
真空対応の装置とした。さらに、成長室内の高清浄化の
ため反応ガスの精製を行い、ガス中の不純物レベル（Ｈ
2 Ｏレベル）を１０ｐｐｂ以下とした。
【００３７】まず、被成長基板であるボロンドープ抵抗
率１０Ω−ｃｍのＰ型Ｓｉウェーハを硫酸と過酸化水素
混合液で洗浄した後、１％フッ酸で３０秒処理して基板
表面に形成された自然酸化膜を除去した。次に、１分間
水洗した後、窒素ガスでパージしながら基板結晶をウェ
ーハホルダに搭載した。同時に、固体ソースであるＧｅ
単結晶基板もウェーハホルダに搭載した。次に、このウ
ェーハホルダを装置のロードロック室に導入し、ロード
ロック室内の雰囲気を充分窒素置換した後、ロードロッ
ク室と成長室とのゲートバルブを解放し、基板結晶を成
長室へ移動させた。そして基板温度を６００℃とし、高
真空排気系を用いて成長室内の真空度を１×１０-8Ｔｏ
ｒｒとした。次に、成長排気系に切り替え成長室内の真
空度を５Ｔｏｒｒとし、基板ホルダを毎分５回転の速度
で回転させ、第１ノズル管よりＨ2 ５ ＳＬＭ、Ｓｉ
Ｈ2 Ｃｌ2 ２００ ＳＣＣＭを固体ソース以外のウェ
ーハ面上に供給すると同時に第２ノズル管より固体ソー
ス上へＨ2 ５ ＳＬＭ、ＨＣｌ ２００ ＳＣＣＭを
１０分間供給してＳｉ1-x Ｇｅx 薄膜を５００Ａ成長さ
せた。
率１０Ω−ｃｍのＰ型Ｓｉウェーハを硫酸と過酸化水素
混合液で洗浄した後、１％フッ酸で３０秒処理して基板
表面に形成された自然酸化膜を除去した。次に、１分間
水洗した後、窒素ガスでパージしながら基板結晶をウェ
ーハホルダに搭載した。同時に、固体ソースであるＧｅ
単結晶基板もウェーハホルダに搭載した。次に、このウ
ェーハホルダを装置のロードロック室に導入し、ロード
ロック室内の雰囲気を充分窒素置換した後、ロードロッ
ク室と成長室とのゲートバルブを解放し、基板結晶を成
長室へ移動させた。そして基板温度を６００℃とし、高
真空排気系を用いて成長室内の真空度を１×１０-8Ｔｏ
ｒｒとした。次に、成長排気系に切り替え成長室内の真
空度を５Ｔｏｒｒとし、基板ホルダを毎分５回転の速度
で回転させ、第１ノズル管よりＨ2 ５ ＳＬＭ、Ｓｉ
Ｈ2 Ｃｌ2 ２００ ＳＣＣＭを固体ソース以外のウェ
ーハ面上に供給すると同時に第２ノズル管より固体ソー
ス上へＨ2 ５ ＳＬＭ、ＨＣｌ ２００ ＳＣＣＭを
１０分間供給してＳｉ1-x Ｇｅx 薄膜を５００Ａ成長さ
せた。
【００３８】このように成膜した薄膜表面を走査型電子
顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、非常に平坦な表面
モフォロジーが観察され、形成した薄膜の結晶性は良好
であった。また、この透過型電子顕微鏡の観察において
も、ミスフィット転位などの格子欠陥は観察されなかっ
た。さらにＳｉ1-x Ｇｅx 薄膜の合金比をラザフォード
後方散乱分析（ＲＢＳ）により測定した結果、本成長条
件の合金比（ｘ）は０．２であった。なお、固体ソース
用の基板として非晶質のＧｅ基板を用いても同様の効果
が得られた。
顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、非常に平坦な表面
モフォロジーが観察され、形成した薄膜の結晶性は良好
であった。また、この透過型電子顕微鏡の観察において
も、ミスフィット転位などの格子欠陥は観察されなかっ
た。さらにＳｉ1-x Ｇｅx 薄膜の合金比をラザフォード
後方散乱分析（ＲＢＳ）により測定した結果、本成長条
件の合金比（ｘ）は０．２であった。なお、固体ソース
用の基板として非晶質のＧｅ基板を用いても同様の効果
が得られた。
【００３９】図１０はＨＣｌ流量に対するＳｉ1-x Ｇｅ
x 膜の合金比を示すグラフである。
x 膜の合金比を示すグラフである。
【００４０】次に、ＳｉとＧｅ合金比の制御性を調べる
ため、固体ソースエッチングガスであるＨＣｌガス流量
を変化させた成長実験を試みた。ＨＣｌ流量以外の成長
条件は、前述の成長と同一とした。この結果、図１０に
示すように、ＨＣｌ流量の増加量にほぼ比例して合金比
（ｘ）が増大している。以上述べたように、本成長法に
より、結晶性の良好なＳｉ1-x Ｇｅx 薄膜を合金比を制
御して成長できることが確認された。
ため、固体ソースエッチングガスであるＨＣｌガス流量
を変化させた成長実験を試みた。ＨＣｌ流量以外の成長
条件は、前述の成長と同一とした。この結果、図１０に
示すように、ＨＣｌ流量の増加量にほぼ比例して合金比
（ｘ）が増大している。以上述べたように、本成長法に
より、結晶性の良好なＳｉ1-x Ｇｅx 薄膜を合金比を制
御して成長できることが確認された。
【００４１】次に説明する第４の実施例は、本発明の方
法によるＳｉ1-x Ｇｅx 多結晶薄膜を成長する技術に関
するものである。このＳｉ1-x Ｇｅx 多結晶薄膜は、液
晶表示素子やアモルファスＳｉ光センサの駆動を目的と
した薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）用としての用途が期待
されている。また、Ｓｉ1-x Ｇｅx 多結晶薄膜はＣＭＯ
Ｓデバイスのゲート電極としての適用も検討されてい
る。
法によるＳｉ1-x Ｇｅx 多結晶薄膜を成長する技術に関
するものである。このＳｉ1-x Ｇｅx 多結晶薄膜は、液
晶表示素子やアモルファスＳｉ光センサの駆動を目的と
した薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）用としての用途が期待
されている。また、Ｓｉ1-x Ｇｅx 多結晶薄膜はＣＭＯ
Ｓデバイスのゲート電極としての適用も検討されてい
る。
【００４２】この薄膜成長は前述の第３の実施例と同一
の気相成長装置を用いて行った。まず、前述の第３の実
施例の場合と同様に被成長基板であるボロンドープ抵抗
率１０Ω−ｃｍのＰ型Ｓｉウェーハを硫酸と過酸化水素
の混合液で洗浄した後、約１００ｎｍの熱酸化膜を成長
させた。次に、この基板を再度洗浄した後、ウェーハホ
ルダに固体ソースであるＧｅ単結晶基板とともに搭載し
た。その後、第３の実施例と同様にして被成長基板を反
応室に移動させた。第３の実施例と同様、成長室内の温
度を６００℃、真空度を５Ｔｏｒｒとし、ウェーハホル
ダを毎分５回転の速度で回転させ、第１ノズル管よりＨ
2 ５ ＳＬＭ、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ２００ ＳＣＣＭを
固体ソース以外のウェーハ面上に供給すると同時に第２
ノズル管より固体ソース上へＨ2 ５ ＳＬＭ、ＨＣｌ
０．１〜３ ＳＬＭを４０分間供給してＳｉ1-x Ｇｅ
x 薄膜を２００ｎｍ成長させた。なお、本実施例は、多
結晶膜の成長であるため、第３の実施例のような高真空
は必要としなかった。
の気相成長装置を用いて行った。まず、前述の第３の実
施例の場合と同様に被成長基板であるボロンドープ抵抗
率１０Ω−ｃｍのＰ型Ｓｉウェーハを硫酸と過酸化水素
の混合液で洗浄した後、約１００ｎｍの熱酸化膜を成長
させた。次に、この基板を再度洗浄した後、ウェーハホ
ルダに固体ソースであるＧｅ単結晶基板とともに搭載し
た。その後、第３の実施例と同様にして被成長基板を反
応室に移動させた。第３の実施例と同様、成長室内の温
度を６００℃、真空度を５Ｔｏｒｒとし、ウェーハホル
ダを毎分５回転の速度で回転させ、第１ノズル管よりＨ
2 ５ ＳＬＭ、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ２００ ＳＣＣＭを
固体ソース以外のウェーハ面上に供給すると同時に第２
ノズル管より固体ソース上へＨ2 ５ ＳＬＭ、ＨＣｌ
０．１〜３ ＳＬＭを４０分間供給してＳｉ1-x Ｇｅ
x 薄膜を２００ｎｍ成長させた。なお、本実施例は、多
結晶膜の成長であるため、第３の実施例のような高真空
は必要としなかった。
【００４３】図１１はＨＣｌ流量に対するＳｉ1-x Ｇｅ
x の多結晶膜の合金比を示すグラフである。このように
して成膜される膜をＸ線光電子分光（ＸＰＳ）により測
定し、ＨＣｌ流量に対してＳｉとＧｅの合金比（ｘ）を
求めるために実験したところ図１１に示すように、ＨＣ
ｌ流量を変化させることにより合金比（ｘ）を制御でき
ることが確認された。
x の多結晶膜の合金比を示すグラフである。このように
して成膜される膜をＸ線光電子分光（ＸＰＳ）により測
定し、ＨＣｌ流量に対してＳｉとＧｅの合金比（ｘ）を
求めるために実験したところ図１１に示すように、ＨＣ
ｌ流量を変化させることにより合金比（ｘ）を制御でき
ることが確認された。
【００４４】図１２はＳｉ1-x Ｇｅx 薄膜のＸ線回折パ
ターンを示す図である。また、得られたＳｉ1-x Ｇｅx
薄膜に対しθ−２θ走査法によりＸ線回折パターンを測
定した結果、図１２に示すように、回折ピーク位置がＳ
ｉ多結晶の場合の回折角とＧｅ多結晶の場合の回折角の
間に位置していることが分かる。これは、得られた多結
晶薄膜がＳｉ多結晶とＧｅ多結晶の混合物としてではな
く、ＳｉとＧｅの合金として形成されていることを示す
ものである。以上は、ノンドープのＳｉ1-x Ｇｅx 薄膜
の成長について述べたが、固体ソースとしてＰ型あるい
はＮ型不純物をドーピングしたＧｅ結晶を用いれば、そ
れぞれＰ型あるいはＮ型のＳｉ1-x Ｇｅx 薄膜を形成す
ることが可能である。
ターンを示す図である。また、得られたＳｉ1-x Ｇｅx
薄膜に対しθ−２θ走査法によりＸ線回折パターンを測
定した結果、図１２に示すように、回折ピーク位置がＳ
ｉ多結晶の場合の回折角とＧｅ多結晶の場合の回折角の
間に位置していることが分かる。これは、得られた多結
晶薄膜がＳｉ多結晶とＧｅ多結晶の混合物としてではな
く、ＳｉとＧｅの合金として形成されていることを示す
ものである。以上は、ノンドープのＳｉ1-x Ｇｅx 薄膜
の成長について述べたが、固体ソースとしてＰ型あるい
はＮ型不純物をドーピングしたＧｅ結晶を用いれば、そ
れぞれＰ型あるいはＮ型のＳｉ1-x Ｇｅx 薄膜を形成す
ることが可能である。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、反応管内
に複数の被成長基板（ウェーハ）を所定の間隔でほぼ水
平に積み重ねる様にウェーハホルダに保持し、その長手
方向に複数の反応ガス放出孔を有する複数本のノズル管
より、前記複数枚の被成長基板の夫々の被成長面にほぼ
平行に反応ガスを流し、気相成長法で被成長基板上にＮ
型あるいはＰ型の薄膜を形成する方法として、薄膜形成
のための膜原料あるいはドーピング源としてノンドープ
基板もしくはＰ型あるいはＮ型の不純物をドーピングし
た基板（固定ソースウェーハ）を使用し、これらの固体
ソースウェーハを被成長基板と同時にウェーハホルダに
搭載し、被成長基板に対しては膜成長に係わる反応ガス
を供給し、固体ソースに対してはエッチング作用のある
反応ガスを供給するという特徴を有している。このた
め、第１の効果として、大口径ウェーハに対して均一な
合金比、膜厚及び抵抗率を持つ薄膜を形成することが可
能である。また、第２の効果として、固体ソースの不純
物ドープ量を低減できるため、薄膜−基板界面において
急峻な不純物プロフィルを得ることができる。さらに、
第３の効果として、ＨＣｌ流量を変化させることにより
容易に抵抗率制御が可能である。第４の効果として、固
体ソース表面の不純物濃度を常に一定に保つことができ
るため、固体ソースに持続性があり、同一固体ソースを
長期間使用可能である。第５に、固体ソース源を使用す
るために危険な高圧ガスを使用する場合と比較して安全
性が高い。
に複数の被成長基板（ウェーハ）を所定の間隔でほぼ水
平に積み重ねる様にウェーハホルダに保持し、その長手
方向に複数の反応ガス放出孔を有する複数本のノズル管
より、前記複数枚の被成長基板の夫々の被成長面にほぼ
平行に反応ガスを流し、気相成長法で被成長基板上にＮ
型あるいはＰ型の薄膜を形成する方法として、薄膜形成
のための膜原料あるいはドーピング源としてノンドープ
基板もしくはＰ型あるいはＮ型の不純物をドーピングし
た基板（固定ソースウェーハ）を使用し、これらの固体
ソースウェーハを被成長基板と同時にウェーハホルダに
搭載し、被成長基板に対しては膜成長に係わる反応ガス
を供給し、固体ソースに対してはエッチング作用のある
反応ガスを供給するという特徴を有している。このた
め、第１の効果として、大口径ウェーハに対して均一な
合金比、膜厚及び抵抗率を持つ薄膜を形成することが可
能である。また、第２の効果として、固体ソースの不純
物ドープ量を低減できるため、薄膜−基板界面において
急峻な不純物プロフィルを得ることができる。さらに、
第３の効果として、ＨＣｌ流量を変化させることにより
容易に抵抗率制御が可能である。第４の効果として、固
体ソース表面の不純物濃度を常に一定に保つことができ
るため、固体ソースに持続性があり、同一固体ソースを
長期間使用可能である。第５に、固体ソース源を使用す
るために危険な高圧ガスを使用する場合と比較して安全
性が高い。
【図１】本発明の気相成長装置の一実施例における主要
部を示し、（ａ）および（ｂ）は内管内のウェーハホル
ダおよびノズル管を示す図、（ｃ）は内管の横断面を示
す図である。
部を示し、（ａ）および（ｂ）は内管内のウェーハホル
ダおよびノズル管を示す図、（ｃ）は内管の横断面を示
す図である。
【図２】本発明の気相成長による薄膜形成方法の第１の
実施例を説明するためのウェーハホルダを示す図であ
る。
実施例を説明するためのウェーハホルダを示す図であ
る。
【図３】ウェーハ面内の膜厚を示すグラフである。
【図４】ウェーハ面内の抵抗率を示すグラフである。
【図５】エッチングガスの流量とウェーハの抵抗率との
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図６】エピタキシャル膜の深さ方向に測定した不純物
濃度分布を従来法の場合と比較して示したグラフであ
る。
濃度分布を従来法の場合と比較して示したグラフであ
る。
【図７】同一の固体ソースの使用回数毎におけるエピタ
キシャル膜の抵抗率を示すグラフである。
キシャル膜の抵抗率を示すグラフである。
【図８】本発明の気相成長による薄膜形成方法の第２の
実施例を説明するためのウェーハホルダを示す図であ
る。
実施例を説明するためのウェーハホルダを示す図であ
る。
【図９】ウェーハのエピタキシャル膜面からの深さに対
する不純物プロフィルを示すグラフである。
する不純物プロフィルを示すグラフである。
【図１０】ＨＣｌ流量に対するＳｉ1-x Ｇｅx 膜の合金
比を示すグラフである。
比を示すグラフである。
【図１１】ＨＣｌ流量に対するＳｉ1-x Ｇｅx 多結晶膜
の合金比を示すグラフである。
の合金比を示すグラフである。
【図１２】Ｓｉ1-x Ｇｅx 薄膜のＸ線回折パターンを示
す図である。
す図である。
【図１３】従来の気相成長装置の一例を示す、（ａ）は
主要部の断面を示す図、（ｂ）はノズル管の側面図およ
び（ｃ）は内管の横断面図である。
主要部の断面を示す図、（ｂ）はノズル管の側面図およ
び（ｃ）は内管の横断面図である。
【図１４】ウェーハの表面からの深さと不純物濃度プロ
フィルを示す図である。
フィルを示す図である。
１ 内管 ２ 外管 ３ 架台 ４ ウェーハホルダ ５ ウェーハ ５ａ，５ｂ 固体ソース基板 ６ 抵抗加熱炉 ７ ノズル管 ７ａ 第１のノズル管 ７ｂ 第２のノズル管 ８ ガス排出孔 ９ 排気口 １０，１０ａ，１０ｂ ガス放出孔
Claims (5)
- 【請求項１】 複数の被成長基板と不純物がドーピング
された複数の板状の固体ソースとを一方向に並べて収納
するウェーハホルダと、このウェーハホルダを収納する
反応管と、この反応管内にあって前記被成長基板面にほ
ぼ平行に成長用反応ガスを流す複数のガス放出孔を有す
る第１のノズル管と、前記固体ソースをエッチングする
ガスを前記固体ソースの表面にほぼ平行に流すガス放出
孔を有する第２のノズル管とを備えることを特徴とする
気相成長装置。 - 【請求項２】 複数の被成長基板と不純物がドーピング
された複数の板状の固体ソースとを一方向に並べて収納
するウェーハホルダと、このウェーハホルダを収納する
反応管と、この反応管内にあって前記被成長基板面にほ
ぼ平行に成長用反応ガスを流す複数のガス放出孔を有す
る第１のノズル管と、前記固体ソースをエッチングする
ガスを前記固体ソースの表面にほぼ平行に流すガス放出
孔を有する第２のノズル管とを備えることを特徴とする
気相成長装置において、前記被成長基板に膜成長に係わ
る反応ガスを供給し、前記固体ソースをエッチングする
ガスを供給することを特徴とする薄膜形成方法。 - 【請求項３】 前記固体ソースをエッチングするガスの
供給が薄膜形成プロセス時間の一部であることを特徴と
する請求項２記載の薄膜形成方法。 - 【請求項４】 前記固体ソースがシリコン基板にＮ型お
よびＰ型の不純物のいずれかがドーピングされたもので
あることを特徴とする請求項２記載の薄膜形成方法。 - 【請求項５】 前記被成長基板に形成される薄膜がＳｉ
1-x Ｇｅx 合金膜であるとき、前記固体ソースがゲルマ
ニウムであることを特徴とする請求項２記載の薄膜形成
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5118792A JP2822756B2 (ja) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | 気相成長装置およびその薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5118792A JP2822756B2 (ja) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | 気相成長装置およびその薄膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05259081A JPH05259081A (ja) | 1993-10-08 |
| JP2822756B2 true JP2822756B2 (ja) | 1998-11-11 |
Family
ID=12879868
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5118792A Expired - Fee Related JP2822756B2 (ja) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | 気相成長装置およびその薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2822756B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3541846B2 (ja) * | 1992-05-22 | 2004-07-14 | 松下電器産業株式会社 | 半導体製造装置 |
| JP4620288B2 (ja) * | 2001-06-13 | 2011-01-26 | 東京エレクトロン株式会社 | バッチ式熱処理装置 |
| JP4792180B2 (ja) * | 2001-07-31 | 2011-10-12 | 株式会社日立国際電気 | 半導体デバイスの製造方法、基板処理方法および基板処理装置 |
| JP6128969B2 (ja) * | 2013-06-03 | 2017-05-17 | 株式会社日立国際電気 | 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム |
| DE102017212799A1 (de) * | 2017-07-26 | 2019-01-31 | Siltronic Ag | Epitaktisch beschichtete Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium und Verfahren zu deren Herstellung |
-
1992
- 1992-03-10 JP JP5118792A patent/JP2822756B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05259081A (ja) | 1993-10-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4417625B2 (ja) | トリシランを用いる混合基板への成膜方法、および、ベース構造の製造方法 | |
| US7651948B2 (en) | Pre-cleaning of substrates in epitaxy chambers | |
| US5273930A (en) | Method of forming a non-selective silicon-germanium epitaxial film | |
| KR101413189B1 (ko) | 막들의 선택적 형성에 있어서 반응성 종의 분리 주입 | |
| JP2822756B2 (ja) | 気相成長装置およびその薄膜形成方法 | |
| JP2002539327A (ja) | 基板表面への金属酸化物の化学的気相成長法による成膜方法および装置 | |
| US8102052B2 (en) | Process for the simultaneous deposition of crystalline and amorphous layers with doping | |
| US5286334A (en) | Nonselective germanium deposition by UHV/CVD | |
| KR20060093740A (ko) | 동일 챔버에서의 산화물층 및 실리콘층의 성장 | |
| US20240063027A1 (en) | Method for producing an epitaxial wafer | |
| US20230028127A1 (en) | Method for manufacturing epitaxial wafer and epitaxial wafer | |
| EP0305195A2 (en) | Continuous chemical vapor deposition growth of strain layer superlattices using conventional CVD reactors | |
| JPH04177825A (ja) | エピタキシャル成長方法及び化学気相成長装置 | |
| JP3753986B2 (ja) | 半導体装置の製造方法および基板処理装置 | |
| JPH05211123A (ja) | シリコンエピタキシャル膜の成長方法 | |
| US20170194138A1 (en) | Low temperature selective deposition employing a germanium-containing gas assisted etch | |
| JPH04324621A (ja) | 半導体薄膜の形成方法 | |
| JPH04324619A (ja) | 半導体薄膜の形成方法 | |
| JPH05243161A (ja) | 気相成長装置及びエピタキシャル膜の成長方法 | |
| Nguyen et al. | Low-temperature epitaxy of highly-doped n-type Si at high growth rate by chemical vapor deposition for bipolar transistor application | |
| JPH04324620A (ja) | 半導体薄膜の形成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980804 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |