JP3042335B2 - 気相成長方法及びその装置 - Google Patents
気相成長方法及びその装置Info
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45502—Flow conditions in reaction chamber
- C23C16/45506—Turbulent flow
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/14—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10T117/10—Apparatus
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン等の半導体結
晶基板上にシリコン等の薄膜を気相成長させる方法及び
装置に関する。
晶基板上にシリコン等の薄膜を気相成長させる方法及び
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体結晶薄膜の製造工程においては、
従来、反応領域全体を金属などによる汚染の少ない環境
とするために、反応容器を石英ガラスのみで組み上げて
いた。水平型気相成長装置においては一般に、長手方向
に水平で矩形断面の容器を石英ガラスで作製して反応容
器とするが、この場合には、半導体結晶基板（以下、
「基板」と略記することがある）の出し入れのための搬
送口を、基板の載置位置よりも上流側または下流側に設
けざるを得なかった。
従来、反応領域全体を金属などによる汚染の少ない環境
とするために、反応容器を石英ガラスのみで組み上げて
いた。水平型気相成長装置においては一般に、長手方向
に水平で矩形断面の容器を石英ガラスで作製して反応容
器とするが、この場合には、半導体結晶基板（以下、
「基板」と略記することがある）の出し入れのための搬
送口を、基板の載置位置よりも上流側または下流側に設
けざるを得なかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記水平型気相成長装
置の反応容器においては、基板が載置される位置より下
流側の反応容器壁には原料として用いる反応性ガスの副
反応により生じた多結晶粒が堆積しやすく、基板の載置
位置より下流側から基板の搬入・搬出を行なうと、前記
多結晶粒が剥がれて搬送中の基板や気相成長後の薄膜の
表面に付着し、これにより表面欠陥不良率が高くなる。
したがって、基板の載置位置より上流側から基板の搬入
・搬出を行なうことが望ましい。
置の反応容器においては、基板が載置される位置より下
流側の反応容器壁には原料として用いる反応性ガスの副
反応により生じた多結晶粒が堆積しやすく、基板の載置
位置より下流側から基板の搬入・搬出を行なうと、前記
多結晶粒が剥がれて搬送中の基板や気相成長後の薄膜の
表面に付着し、これにより表面欠陥不良率が高くなる。
したがって、基板の載置位置より上流側から基板の搬入
・搬出を行なうことが望ましい。
【０００４】しかし、図１０に示すように、基板４１の
載置位置より上流側から基板４１の搬入・搬出を行なう
場合には、原料ガス（必要量のドーパントを混入した材
料ガス）３１とキャリアガス３２との混合ガス３３の供
給口２３と基板４１の搬入・搬出を行なう搬送口２７が
近接することになる。例えば、混合ガス３３を導入する
ためのノズル２２を反応容器２１の上壁２１ａに対して
垂直に設け、反応容器２１の上流側の側壁２１ｅに搬送
口２７を設けていた。
載置位置より上流側から基板４１の搬入・搬出を行なう
場合には、原料ガス（必要量のドーパントを混入した材
料ガス）３１とキャリアガス３２との混合ガス３３の供
給口２３と基板４１の搬入・搬出を行なう搬送口２７が
近接することになる。例えば、混合ガス３３を導入する
ためのノズル２２を反応容器２１の上壁２１ａに対して
垂直に設け、反応容器２１の上流側の側壁２１ｅに搬送
口２７を設けていた。
【０００５】前記ノズル２２の役割の一つに、混合ガス
３３の流速あるいは濃度を調整して流すことがある。例
えば、基板面内における薄膜４２の厚さや抵抗率の均一
性を実現するため、図１１のように反応容器２１に右側
供給口２４、中央供給口２５及び左側供給口２６を設
け、これらの供給口から、材料ガスの濃度やドーパント
ガスの濃度を反応容器の幅方向で適宜に調整した原料ガ
スを供給することが試みられてきた。
３３の流速あるいは濃度を調整して流すことがある。例
えば、基板面内における薄膜４２の厚さや抵抗率の均一
性を実現するため、図１１のように反応容器２１に右側
供給口２４、中央供給口２５及び左側供給口２６を設
け、これらの供給口から、材料ガスの濃度やドーパント
ガスの濃度を反応容器の幅方向で適宜に調整した原料ガ
スを供給することが試みられてきた。
【０００６】しかし、前記ガス供給口２４〜２６を形成
するノズル２２を図１０のように上壁２１ａに対して垂
直に設け、前記ノズル２２を通して混合ガス３３を反応
容器２１内へ導入すると、混合ガス３３の導入直後に該
混合ガス３３が渦３４を形成する。このため、ガス供給
口２４〜２６で予め反応容器の幅方向に濃度分布を形成
してあっても、原料ガス３１が渦３４内に長い時間滞留
し、その間に拡散による平均化と流れによる撹拌効果に
より均一化されるので、ノズル部で設定した濃度分布が
平坦化されてしまうことが多かった。従って、ガス供給
口２４〜２６で反応容器の幅方向に濃度分布を形成して
も、その効果が薄膜４２の特性に十分現れないという問
題があった。なお、図１０，１１において２１ｂは下
壁、２１ｃは右壁、２１ｄは左壁である。
するノズル２２を図１０のように上壁２１ａに対して垂
直に設け、前記ノズル２２を通して混合ガス３３を反応
容器２１内へ導入すると、混合ガス３３の導入直後に該
混合ガス３３が渦３４を形成する。このため、ガス供給
口２４〜２６で予め反応容器の幅方向に濃度分布を形成
してあっても、原料ガス３１が渦３４内に長い時間滞留
し、その間に拡散による平均化と流れによる撹拌効果に
より均一化されるので、ノズル部で設定した濃度分布が
平坦化されてしまうことが多かった。従って、ガス供給
口２４〜２６で反応容器の幅方向に濃度分布を形成して
も、その効果が薄膜４２の特性に十分現れないという問
題があった。なお、図１０，１１において２１ｂは下
壁、２１ｃは右壁、２１ｄは左壁である。
【０００７】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、基板表面近傍を流れる原料ガス中の材
料ガス濃度やドーパントガス濃度の分布を反応容器の幅
方向で自在に制御・調整することにより、基板上に形成
される薄膜の厚さや抵抗率の分布を所望のものにするこ
とができる気相成長方法及び、水平型気相成長装置を提
供することにある。
で、その目的は、基板表面近傍を流れる原料ガス中の材
料ガス濃度やドーパントガス濃度の分布を反応容器の幅
方向で自在に制御・調整することにより、基板上に形成
される薄膜の厚さや抵抗率の分布を所望のものにするこ
とができる気相成長方法及び、水平型気相成長装置を提
供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の気相成
長方法は、一端部に半導体結晶基板の搬送口を、他端部
にガス排出口をそれぞれ備えた反応容器を水平方向に設
け、該反応容器内に水平に配置した半導体結晶基板に対
して原料ガスとキャリアガスとの混合ガスを水平方向に
流して、前記半導体結晶基板上に薄膜を気相成長させる
気相成長方法において、前記半導体結晶基板の搬送口に
近接する位置からキャリアガスを供給し、該キャリアガ
スの流入により反応容器内に渦が発生する領域よりも下
流側から、前記反応容器の幅方向に対して濃度分布を調
整した原料ガスを供給し、該原料ガスの供給口よりも下
流側に半導体結晶基板を載置して薄膜を気相成長させる
ことを特徴とする。
長方法は、一端部に半導体結晶基板の搬送口を、他端部
にガス排出口をそれぞれ備えた反応容器を水平方向に設
け、該反応容器内に水平に配置した半導体結晶基板に対
して原料ガスとキャリアガスとの混合ガスを水平方向に
流して、前記半導体結晶基板上に薄膜を気相成長させる
気相成長方法において、前記半導体結晶基板の搬送口に
近接する位置からキャリアガスを供給し、該キャリアガ
スの流入により反応容器内に渦が発生する領域よりも下
流側から、前記反応容器の幅方向に対して濃度分布を調
整した原料ガスを供給し、該原料ガスの供給口よりも下
流側に半導体結晶基板を載置して薄膜を気相成長させる
ことを特徴とする。
【０００９】また、請求項２に記載の水平型気相成長装
置は、一端部に半導体結晶基板の搬送口を、他端部にガ
ス排出口をそれぞれ備えた反応容器を水平方向に設け、
該反応容器内に水平に配置した半導体結晶基板に対して
原料ガスとキャリアガスとの混合ガスを水平方向に流し
て、前記半導体結晶基板上に薄膜を気相成長させる気相
成長装置において、前記半導体結晶基板の搬送口に近接
する位置に上流側ガス供給口を混合ガスの流れの方向に
対して垂直に設け、該上流側ガス供給口から一定の距離
Ｌ（ｃｍ）だけ下流側に離れた位置に下流側ガス供給口
を前記反応容器の幅方向に対して複数並列に設け、前記
距離Ｌは、上流側ガス供給口を設置した領域における前
記反応容器の内部高さをＨ（ｃｍ）とするとき下記〔数
１〕
置は、一端部に半導体結晶基板の搬送口を、他端部にガ
ス排出口をそれぞれ備えた反応容器を水平方向に設け、
該反応容器内に水平に配置した半導体結晶基板に対して
原料ガスとキャリアガスとの混合ガスを水平方向に流し
て、前記半導体結晶基板上に薄膜を気相成長させる気相
成長装置において、前記半導体結晶基板の搬送口に近接
する位置に上流側ガス供給口を混合ガスの流れの方向に
対して垂直に設け、該上流側ガス供給口から一定の距離
Ｌ（ｃｍ）だけ下流側に離れた位置に下流側ガス供給口
を前記反応容器の幅方向に対して複数並列に設け、前記
距離Ｌは、上流側ガス供給口を設置した領域における前
記反応容器の内部高さをＨ（ｃｍ）とするとき下記〔数
１〕
【００１０】
【数１】Ｌ≧１．８Ｈ＋１．０ を満足する値に設定し、前記下流側ガス供給口よりも下
流側に半導体結晶基板の載置位置を設け、前記上流側ガ
ス供給口からはキャリアガスを供給し、前記下流側ガス
供給口からは前記反応容器の幅方向に対して濃度分布が
制御された原料ガスを供給することを特徴とする。
流側に半導体結晶基板の載置位置を設け、前記上流側ガ
ス供給口からはキャリアガスを供給し、前記下流側ガス
供給口からは前記反応容器の幅方向に対して濃度分布が
制御された原料ガスを供給することを特徴とする。
【００１１】
【作用】本発明者らは、流体が本来有する特性に着目
し、上記水平型気相成長装置の反応容器について研究を
行なったところ、図１０に示すように、基板４１の搬送
口２７に近接して原料ガス３１とキャリアガス３２との
混合ガス３３を基板４１の載置位置よりも上流側または
下流側から上又は下方向に導入すると、必然的に渦３４
が発生することを見い出した。
し、上記水平型気相成長装置の反応容器について研究を
行なったところ、図１０に示すように、基板４１の搬送
口２７に近接して原料ガス３１とキャリアガス３２との
混合ガス３３を基板４１の載置位置よりも上流側または
下流側から上又は下方向に導入すると、必然的に渦３４
が発生することを見い出した。
【００１２】そこで、図１，２に示すように先ず、キャ
リアガス３２を上流側のガス供給口１２〜１４から混合
ガス３３の流れの方向に対して垂直に、反応容器１内へ
導入する。すると、上記ガス供給口１２〜１４から導入
されたキャリアガス３２は、流れの方向が折れ曲がる領
域で従来装置と同様な渦３４を発生させる。
リアガス３２を上流側のガス供給口１２〜１４から混合
ガス３３の流れの方向に対して垂直に、反応容器１内へ
導入する。すると、上記ガス供給口１２〜１４から導入
されたキャリアガス３２は、流れの方向が折れ曲がる領
域で従来装置と同様な渦３４を発生させる。
【００１３】本発明では図１，２に示すように、この渦
３４の悪影響を避けるために、渦３４が発生する領域よ
りも下流側で渦３４が届かない距離Ｌ（ｃｍ）だけ離れ
た場所に、反応容器の幅方向に対して複数並列に配備さ
れた下流側のガス供給口１７〜１９を設け、これらのガ
ス供給口から材料ガスと必要量のドーパントを含む原料
ガス３１を、反応容器の幅方向で流量や濃度を調整する
ことにより濃度分布を形成しながら供給する。
３４の悪影響を避けるために、渦３４が発生する領域よ
りも下流側で渦３４が届かない距離Ｌ（ｃｍ）だけ離れ
た場所に、反応容器の幅方向に対して複数並列に配備さ
れた下流側のガス供給口１７〜１９を設け、これらのガ
ス供給口から材料ガスと必要量のドーパントを含む原料
ガス３１を、反応容器の幅方向で流量や濃度を調整する
ことにより濃度分布を形成しながら供給する。
【００１４】この結果、下流側のガス供給口１７〜１９
から反応容器１内に導入された原料ガスは、渦３４の発
生が収まったキャリアガス３２により、不要な撹拌を受
けないで反応容器の幅方向に形成された濃度分布を保持
したまま水平方向に押し流されるので、基板４１の表面
近傍を流れる原料ガスについて、材料ガスの濃度分布ま
たはドーパントガスの濃度分布を自在に制御・調整する
ことができる。
から反応容器１内に導入された原料ガスは、渦３４の発
生が収まったキャリアガス３２により、不要な撹拌を受
けないで反応容器の幅方向に形成された濃度分布を保持
したまま水平方向に押し流されるので、基板４１の表面
近傍を流れる原料ガスについて、材料ガスの濃度分布ま
たはドーパントガスの濃度分布を自在に制御・調整する
ことができる。
【００１５】この場合、上流側のガス供給口１２〜１４
と下流側のガス供給口１７〜１９との距離Ｌをどのよう
に設定するかが肝要であるが、本発明者らの研究によれ
ば、この距離Ｌは反応容器１の内部高さＨ（ｃｍ）に比
例する。なお、内部高さＨは、反応容器１の上下壁１
ａ，１ｂの内面間距離である。また、図１，２において
１ｃは右壁、１ｄは左壁、１ｅは側壁、２，３，４，８
はノズル、７は基板４１の搬送口である。
と下流側のガス供給口１７〜１９との距離Ｌをどのよう
に設定するかが肝要であるが、本発明者らの研究によれ
ば、この距離Ｌは反応容器１の内部高さＨ（ｃｍ）に比
例する。なお、内部高さＨは、反応容器１の上下壁１
ａ，１ｂの内面間距離である。また、図１，２において
１ｃは右壁、１ｄは左壁、１ｅは側壁、２，３，４，８
はノズル、７は基板４１の搬送口である。
【００１６】すなわち、本発明者らが行った実験によれ
ば、薄膜４２の成長に通常用いられるキャリアガス３２
の流量範囲において、渦３４の影響を受けなくなる最小
の距離Ｌｍ（ｃｍ）と、キャリアガス３２の流路幅であ
る前記内部高さＨ（ｃｍ）との間には、実用範囲では図
３に示すような比例関係があることが認められた。した
がって、実際に設定するべき距離Ｌ（ｃｍ）はＬｍと等
しくするか、または、好ましくはこれより大きくするこ
と、つまり前記〔数１〕で示される関係を満足すれば良
いことが判明した。
ば、薄膜４２の成長に通常用いられるキャリアガス３２
の流量範囲において、渦３４の影響を受けなくなる最小
の距離Ｌｍ（ｃｍ）と、キャリアガス３２の流路幅であ
る前記内部高さＨ（ｃｍ）との間には、実用範囲では図
３に示すような比例関係があることが認められた。した
がって、実際に設定するべき距離Ｌ（ｃｍ）はＬｍと等
しくするか、または、好ましくはこれより大きくするこ
と、つまり前記〔数１〕で示される関係を満足すれば良
いことが判明した。
【００１７】
【実施例】次に、本発明の装置を用いてシリコン単結晶
薄膜を製造する実施例について、図１ないし図９を参考
にしながら説明する。
薄膜を製造する実施例について、図１ないし図９を参考
にしながら説明する。
【００１８】図１に示すように、長手方向に水平で矩形
断面形状を有する石英ガラス製の反応容器１に、ガス供
給口として、上流側ガス供給口１２〜１４と、下流側ガ
ス供給口１７〜１９とを設け、比較的大きな開口面積を
有するガス供給口の内部を右側ガス供給口１２，１７、
中央ガス供給口１３，１８及び、左側ガス供給口１４，
１９に３分割した。
断面形状を有する石英ガラス製の反応容器１に、ガス供
給口として、上流側ガス供給口１２〜１４と、下流側ガ
ス供給口１７〜１９とを設け、比較的大きな開口面積を
有するガス供給口の内部を右側ガス供給口１２，１７、
中央ガス供給口１３，１８及び、左側ガス供給口１４，
１９に３分割した。
【００１９】気相成長時に、前記上流側ガス供給口１２
〜１４からは、キャリアガスとして水素ガスを右側ガス
供給口１２、中央ガス供給口１３、左側ガス供給口１４
の合計流量９０リットル／分で導入する。また、前記下
流側ガス供給口１７〜１９からは、ｐ型のドーパントで
あるジボランを混入したトリクロロシランガスを原料ガ
スとして、右側ガス供給口１７、中央ガス供給口１８、
左側ガス供給口１９の合計で、水素ガス：１０リットル
／分、トリクロロシラン：１０グラム／分及びジボラ
ン：６×１０15分子／分を混合して導入する。
〜１４からは、キャリアガスとして水素ガスを右側ガス
供給口１２、中央ガス供給口１３、左側ガス供給口１４
の合計流量９０リットル／分で導入する。また、前記下
流側ガス供給口１７〜１９からは、ｐ型のドーパントで
あるジボランを混入したトリクロロシランガスを原料ガ
スとして、右側ガス供給口１７、中央ガス供給口１８、
左側ガス供給口１９の合計で、水素ガス：１０リットル
／分、トリクロロシラン：１０グラム／分及びジボラ
ン：６×１０15分子／分を混合して導入する。
【００２０】前記反応容器１については、その内部高さ
Ｈを２ｃｍとし、上流側ガス供給口１２〜１４と下流側
ガス供給口１７〜１９との間の距離Ｌを、前記〔数１〕
に従って求めた４．６ｃｍを超える値である１０ｃｍと
した。
Ｈを２ｃｍとし、上流側ガス供給口１２〜１４と下流側
ガス供給口１７〜１９との間の距離Ｌを、前記〔数１〕
に従って求めた４．６ｃｍを超える値である１０ｃｍと
した。
【００２１】気相成長を行うために、まず、前記反応容
器１内で下流側ガス供給口１７〜１９よりもさらに下流
側に、直径２００ｍｍ、抵抗率０．０１５Ω・ｃｍ、ｐ
型のシリコン単結晶の基板４１を配置した。次に、該基
板４１の温度を１１００℃に昇温し、下流側ガス供給口
１７〜１９に流れる原料ガス３１の流量をガス供給口１
７，１８，１９の間で均等にして、シリコン単結晶の薄
膜４２を基板４１上に１分間気相成長させたところ、薄
膜４２の面内厚さ分布は図４に示す通り、基板４１の周
辺部で厚くなった。一方、抵抗率については、図７のよ
うに基板４１の周辺部で低くなる傾向を示した。
器１内で下流側ガス供給口１７〜１９よりもさらに下流
側に、直径２００ｍｍ、抵抗率０．０１５Ω・ｃｍ、ｐ
型のシリコン単結晶の基板４１を配置した。次に、該基
板４１の温度を１１００℃に昇温し、下流側ガス供給口
１７〜１９に流れる原料ガス３１の流量をガス供給口１
７，１８，１９の間で均等にして、シリコン単結晶の薄
膜４２を基板４１上に１分間気相成長させたところ、薄
膜４２の面内厚さ分布は図４に示す通り、基板４１の周
辺部で厚くなった。一方、抵抗率については、図７のよ
うに基板４１の周辺部で低くなる傾向を示した。
【００２２】そこで、右側ガス供給口１７と左側ガス供
給口１９から導入される原料ガス３１の流量の割合をそ
れぞれ全体の２０％とし、中央ガス供給口１８から導入
される原料ガス３１の流量の割合を全体の６０％とし
て、上記と同一の条件で同一時間、薄膜４２を気相成長
させたところ、今度は、図５のように基板４１の周辺部
が薄く、図８のように周辺部の抵抗率が高い分布が得ら
れた。
給口１９から導入される原料ガス３１の流量の割合をそ
れぞれ全体の２０％とし、中央ガス供給口１８から導入
される原料ガス３１の流量の割合を全体の６０％とし
て、上記と同一の条件で同一時間、薄膜４２を気相成長
させたところ、今度は、図５のように基板４１の周辺部
が薄く、図８のように周辺部の抵抗率が高い分布が得ら
れた。
【００２３】薄膜４２の厚さを均一にするために、右側
ガス供給口１７と左側ガス供給口１９から導入される原
料ガス３１の流量の割合をそれぞれ全体の２７％とし、
中央ガス供給口１８から導入される原料ガス３１の流量
の割合を全体の４６％として上記と同一の条件で同一時
間、薄膜４２を成長させたところ、図６及び図９のよう
に、極めて均一な薄膜厚さと抵抗率の分布が得られた。
ガス供給口１７と左側ガス供給口１９から導入される原
料ガス３１の流量の割合をそれぞれ全体の２７％とし、
中央ガス供給口１８から導入される原料ガス３１の流量
の割合を全体の４６％として上記と同一の条件で同一時
間、薄膜４２を成長させたところ、図６及び図９のよう
に、極めて均一な薄膜厚さと抵抗率の分布が得られた。
【００２４】このように、下流側ガス供給口１７〜１９
から流す原料ガス３１の流量の割合を調節することによ
り、基板４１の表面近傍を流れる混合ガス３３につい
て、反応容器の幅方向に対して材料ガスの濃度分布また
はドーパントガスの濃度分布を自在に制御・調整するこ
とができるので、薄膜４２の厚さ分布及び抵抗率分布を
自在に制御できることが把握できた。
から流す原料ガス３１の流量の割合を調節することによ
り、基板４１の表面近傍を流れる混合ガス３３につい
て、反応容器の幅方向に対して材料ガスの濃度分布また
はドーパントガスの濃度分布を自在に制御・調整するこ
とができるので、薄膜４２の厚さ分布及び抵抗率分布を
自在に制御できることが把握できた。
【００２５】上流側ガス供給口１２〜１４と下流側ガス
供給口１７〜１９の間隔Ｌは、水平にガスを流す反応容
器１の内部高さＨにより決定されるが、該内部高さＨを
１０ｃｍ以内とし、かつ、キャリアガス３２の流量を５
０リットル／分〜１５０リットル／分の範囲内として同
様の実験を行った。その結果、キャリアガス３２の流量
に対応して反応時間は変更したものの、前記〔数１〕に
従うことにより、薄膜厚さ及び抵抗率の制御は可能であ
った。
供給口１７〜１９の間隔Ｌは、水平にガスを流す反応容
器１の内部高さＨにより決定されるが、該内部高さＨを
１０ｃｍ以内とし、かつ、キャリアガス３２の流量を５
０リットル／分〜１５０リットル／分の範囲内として同
様の実験を行った。その結果、キャリアガス３２の流量
に対応して反応時間は変更したものの、前記〔数１〕に
従うことにより、薄膜厚さ及び抵抗率の制御は可能であ
った。
【００２６】以上、シリコン単結晶の薄膜４２の成長温
度を１１００℃とした実験の結果を述べたが、上記〔数
１〕は、シリコン単結晶の場合、原料ガス３１の輸送律
速状態において有効であり、特に成長温度を大体１００
０℃〜１２００℃として薄膜厚さを制御する場合に本発
明の効果は大きい。１０００℃未満の反応律速領域にお
いては、抵抗率の制御手段として有効である。
度を１１００℃とした実験の結果を述べたが、上記〔数
１〕は、シリコン単結晶の場合、原料ガス３１の輸送律
速状態において有効であり、特に成長温度を大体１００
０℃〜１２００℃として薄膜厚さを制御する場合に本発
明の効果は大きい。１０００℃未満の反応律速領域にお
いては、抵抗率の制御手段として有効である。
【００２７】また、上記実施例においては、反応容器の
幅方向で原料ガスの流量の割合を調節することにより、
基板の表面近傍を流れる混合ガスについて原料ガスの濃
度分布を調整したが、供給する原料ガスの濃度を反応容
器の幅方向で調節することによっても同様な効果が得ら
れる。さらに、上記実施例においては、シリコン単結晶
基板上にシリコン単結晶の薄膜を形成する場合について
述べたが、本発明はシリコン以外の半導体結晶基板上に
シリコン以外の半導体結晶薄膜を形成する場合に用いる
ことも可能である。水平にガスを流す薄膜成長装置にお
いて、薄膜厚さの制御は原料ガスの輸送律速状態におい
て有効であり、低温の反応律速領域においては抵抗率の
制御手段として有効である。
幅方向で原料ガスの流量の割合を調節することにより、
基板の表面近傍を流れる混合ガスについて原料ガスの濃
度分布を調整したが、供給する原料ガスの濃度を反応容
器の幅方向で調節することによっても同様な効果が得ら
れる。さらに、上記実施例においては、シリコン単結晶
基板上にシリコン単結晶の薄膜を形成する場合について
述べたが、本発明はシリコン以外の半導体結晶基板上に
シリコン以外の半導体結晶薄膜を形成する場合に用いる
ことも可能である。水平にガスを流す薄膜成長装置にお
いて、薄膜厚さの制御は原料ガスの輸送律速状態におい
て有効であり、低温の反応律速領域においては抵抗率の
制御手段として有効である。
【００２８】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明で
は、上流側ガス供給口から所定の距離Ｌだけ下流側に離
れた位置に、下流側ガス供給口を反応容器の幅方向に複
数並列に設け、反応容器内の上流側で発生したガスの渦
が収まった位置よりも下流側で、前記複数の下流側ガス
供給口のそれぞれから材料ガスやドーパントガスの流量
または濃度を適宜に調整した原料ガスを供給するように
構成したことにより、基板表面近傍の材料ガス及びドー
パントガスの反応容器の幅方向の濃度分布を自在に制御
・調整することができる。このため、基板表面に形成さ
れる薄膜の厚さや抵抗率の面内分布を自在に調整するこ
とができる。
は、上流側ガス供給口から所定の距離Ｌだけ下流側に離
れた位置に、下流側ガス供給口を反応容器の幅方向に複
数並列に設け、反応容器内の上流側で発生したガスの渦
が収まった位置よりも下流側で、前記複数の下流側ガス
供給口のそれぞれから材料ガスやドーパントガスの流量
または濃度を適宜に調整した原料ガスを供給するように
構成したことにより、基板表面近傍の材料ガス及びドー
パントガスの反応容器の幅方向の濃度分布を自在に制御
・調整することができる。このため、基板表面に形成さ
れる薄膜の厚さや抵抗率の面内分布を自在に調整するこ
とができる。
【図１】本発明の実施例を示す、反応容器の概略断面図
である。
である。
【図２】図１反応容器の上壁の一部を破って示した平面
図である。
図である。
【図３】本発明の反応容器において、上流側ガス供給口
と下流側ガス供給口との距離Ｌを反応容器の内部高さＨ
から求めるための関係を示すグラフである。
と下流側ガス供給口との距離Ｌを反応容器の内部高さＨ
から求めるための関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例による実験例の結果を示すグラ
フであって、基板上に形成された半導体結晶薄膜の厚さ
分布を示すものである。
フであって、基板上に形成された半導体結晶薄膜の厚さ
分布を示すものである。
【図５】本発明の実施例による別の実験例の結果を示す
グラフであって、基板上に形成された半導体結晶薄膜の
厚さ分布を示すものである。
グラフであって、基板上に形成された半導体結晶薄膜の
厚さ分布を示すものである。
【図６】本発明の実施例による更に別の実験例の結果を
示すグラフであって、基板上に形成された半導体結晶薄
膜の厚さ分布を示すものである。
示すグラフであって、基板上に形成された半導体結晶薄
膜の厚さ分布を示すものである。
【図７】本発明の実施例による実験例の結果を示すグラ
フであって、基板上に形成された半導体結晶薄膜の抵抗
率分布を示すものである。
フであって、基板上に形成された半導体結晶薄膜の抵抗
率分布を示すものである。
【図８】本発明の実施例による別の実験例の結果を示す
グラフであって、基板上に形成された半導体結晶薄膜の
抵抗率分布を示すものである。
グラフであって、基板上に形成された半導体結晶薄膜の
抵抗率分布を示すものである。
【図９】本発明の実施例による更に別の実験例の結果を
示すグラフであって、基板上に形成された半導体結晶薄
膜の抵抗率分布を示すものである。
示すグラフであって、基板上に形成された半導体結晶薄
膜の抵抗率分布を示すものである。
【図１０】従来の水平型気相成長装置を構成する反応容
器の概略断面図である。
器の概略断面図である。
【図１１】従来の水平型気相成長装置を構成する反応容
器の概略平面図であって、上壁の一部を破って示したも
のである。
器の概略平面図であって、上壁の一部を破って示したも
のである。
１，２１ 反応容器 ２，３，４，８，２２ ノズル ７，２７ 搬送口 １２〜１４ 上流側ガス供給口 １７〜１９ 下流側ガス供給口 １ａ，２１ａ 上壁 １ｂ，２１ｂ 下壁 １ｃ，２１ｃ 右壁 １ｄ，２１ｄ 左壁 １ｅ，２１ｅ 側壁 ２３ ガス供給口 ２４ 右側供給口 ２５ 中央供給口 ２６ 左側供給口 ３１ 原料ガス ３２ キャリアガス ３３ 原料ガスとキャリアガスとの混合ガス ３４ 渦 ４１ 半導体結晶基板 ４２ 薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−275797（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−131594（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−155918（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−216030（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−338466（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/31 H01L 21/365 C23C 16/455
Claims (2)
- 【請求項１】 一端部に半導体結晶基板の搬送口を、他
端部にガス排出口をそれぞれ備えた反応容器を水平方向
に設け、該反応容器内に水平に配置した半導体結晶基板
に対して原料ガスとキャリアガスとの混合ガスを水平方
向に流して、前記半導体結晶基板上に薄膜を気相成長さ
せる気相成長方法において、前記半導体結晶基板の搬送
口に近接する位置からキャリアガスを供給し、該キャリ
アガスの流入により反応容器内に渦が発生する領域より
も下流側から、前記反応容器の幅方向に対して濃度分布
を調整した原料ガスを供給し、該原料ガスの供給口より
も下流側に半導体結晶基板を載置して薄膜を気相成長さ
せることを特徴とする気相成長方法。 - 【請求項２】 一端部に半導体結晶基板の搬送口を、他
端部にガス排出口をそれぞれ備えた反応容器を水平方向
に設け、該反応容器内に水平に配置した半導体結晶基板
に対して原料ガスとキャリアガスとの混合ガスを水平方
向に流して、前記半導体結晶基板上に薄膜を気相成長さ
せる気相成長装置において、前記半導体結晶基板の搬送
口に近接する位置に上流側ガス供給口を前記混合ガスの
流れの方向に対して垂直に設け、該上流側ガス供給口か
ら一定の距離Ｌ（ｃｍ）だけ下流側に離れた位置に下流
側ガス供給口を前記反応容器の幅方向に対して複数並列
に設け、前記距離Ｌは、上流側ガス供給口を設置した領
域における前記反応容器の内部高さをＨ（ｃｍ）とする
とき下記〔数１〕 【数１】Ｌ≧１．８Ｈ＋１．０ を満足する値に設定し、前記下流側ガス供給口よりも下
流側に半導体結晶基板の載置位置を設け、前記上流側ガ
ス供給口からはキャリアガスを供給し、前記下流側ガス
供給口からは前記反応容器の幅方向に対して濃度分布が
制御された原料ガスを供給することを特徴とする気相成
長装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6284234A JP3042335B2 (ja) | 1994-10-25 | 1994-10-25 | 気相成長方法及びその装置 |
| US08/546,867 US5755878A (en) | 1994-10-25 | 1995-10-23 | Method for vapor phase growth |
| EP95307598A EP0709489A1 (en) | 1994-10-25 | 1995-10-25 | Method and apparatus for vapor phase growth |
| US09/036,780 US5938840A (en) | 1994-10-24 | 1998-03-09 | Method for vapor phase growth |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6284234A JP3042335B2 (ja) | 1994-10-25 | 1994-10-25 | 気相成長方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08124859A JPH08124859A (ja) | 1996-05-17 |
| JP3042335B2 true JP3042335B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=17675913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6284234A Expired - Lifetime JP3042335B2 (ja) | 1994-10-24 | 1994-10-25 | 気相成長方法及びその装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5755878A (ja) |
| EP (1) | EP0709489A1 (ja) |
| JP (1) | JP3042335B2 (ja) |
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| JP2000138168A (ja) | 1998-10-29 | 2000-05-16 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 半導体ウェーハ及び気相成長装置 |
| US6231933B1 (en) | 1999-03-18 | 2001-05-15 | Primaxx, Inc. | Method and apparatus for metal oxide chemical vapor deposition on a substrate surface |
| JP2002324801A (ja) * | 2001-04-26 | 2002-11-08 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 炉内のガスフローパターン認識方法 |
| SG125069A1 (en) * | 2001-05-17 | 2006-09-29 | Sumitomo Chemical Co | Method and system for manufacturing III-V group compound semiconductor and III-V group compound semiconductor |
| GB2404667B (en) * | 2001-05-17 | 2005-08-10 | Sumitomo Chemical Co | System for manufacturing III-V group compound semiconductor |
| KR100484945B1 (ko) * | 2002-08-12 | 2005-04-22 | 주성엔지니어링(주) | 멀티 홀 앵글드 가스분사 시스템을 갖는 반도체소자 제조장치 |
| US7408225B2 (en) * | 2003-10-09 | 2008-08-05 | Asm Japan K.K. | Apparatus and method for forming thin film using upstream and downstream exhaust mechanisms |
| JP5124760B2 (ja) * | 2004-04-19 | 2013-01-23 | 静雄 藤田 | 成膜方法及び成膜装置 |
| DE102005056320A1 (de) * | 2005-11-25 | 2007-06-06 | Aixtron Ag | CVD-Reaktor mit einem Gaseinlassorgan |
| CN101370963B (zh) * | 2006-01-19 | 2012-03-28 | Asm美国公司 | 高温原子层沉积进气歧管 |
| JP5251243B2 (ja) * | 2008-05-12 | 2013-07-31 | 信越半導体株式会社 | 気相成長装置およびシリコンエピタキシャル膜の気相成長方法 |
| US9574268B1 (en) | 2011-10-28 | 2017-02-21 | Asm America, Inc. | Pulsed valve manifold for atomic layer deposition |
| US9388492B2 (en) | 2011-12-27 | 2016-07-12 | Asm America, Inc. | Vapor flow control apparatus for atomic layer deposition |
| KR101387518B1 (ko) * | 2012-08-28 | 2014-05-07 | 주식회사 유진테크 | 기판처리장치 |
| JP6373708B2 (ja) * | 2014-09-30 | 2018-08-15 | 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
| US10662527B2 (en) | 2016-06-01 | 2020-05-26 | Asm Ip Holding B.V. | Manifolds for uniform vapor deposition |
| CN106841805A (zh) * | 2017-03-18 | 2017-06-13 | 山东辰宇稀有材料科技有限公司 | 一种便携式半导体非接触电阻率测试仪探头及使用方法 |
| US11492701B2 (en) | 2019-03-19 | 2022-11-08 | Asm Ip Holding B.V. | Reactor manifolds |
| KR20210048408A (ko) | 2019-10-22 | 2021-05-03 | 에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이. | 반도체 증착 반응기 매니폴드 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61191015A (ja) * | 1985-02-20 | 1986-08-25 | Hitachi Ltd | 半導体の気相成長方法及びその装置 |
| US5221556A (en) * | 1987-06-24 | 1993-06-22 | Epsilon Technology, Inc. | Gas injectors for reaction chambers in CVD systems |
| JPH02275797A (ja) * | 1989-04-17 | 1990-11-09 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 気相成長装置 |
| US5304247A (en) * | 1990-09-21 | 1994-04-19 | Fujitsu Limited | Apparatus for depositing compound semiconductor crystal |
| JP3131005B2 (ja) * | 1992-03-06 | 2001-01-31 | パイオニア株式会社 | 化合物半導体気相成長装置 |
| JP2804197B2 (ja) * | 1992-03-25 | 1998-09-24 | 沖電気工業株式会社 | 半導体レーザの製造方法 |
-
1994
- 1994-10-25 JP JP6284234A patent/JP3042335B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-10-23 US US08/546,867 patent/US5755878A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-10-25 EP EP95307598A patent/EP0709489A1/en not_active Withdrawn
-
1998
- 1998-03-09 US US09/036,780 patent/US5938840A/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5755878A (en) | 1998-05-26 |
| JPH08124859A (ja) | 1996-05-17 |
| EP0709489A1 (en) | 1996-05-01 |
| US5938840A (en) | 1999-08-17 |
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