JP3206375B2 - 単結晶薄膜の製造方法 - Google Patents
単結晶薄膜の製造方法Info
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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
- C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
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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
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- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/12—Substrate holders or susceptors
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体単結晶基板上に
単結晶薄膜を気相成長させる単結晶薄膜の製造方法に関
する。
単結晶薄膜を気相成長させる単結晶薄膜の製造方法に関
する。
【０００２】
【関連技術】半導体デバイスの製造において、半導体単
結晶基板上に数ミクロンの単結晶薄膜を気相成長させる
工程がある。この工程では、例えば図４に示すように、
コールドウォール式の水平型気相成長装置２０が用いら
れる。該水平型気相成長装置２０は、水平に設置される
透明な石英ガラス製の反応容器２２を有している。該反
応容器２２は、反応ガスＧの導入口２４と排気口２６と
を備えている。該反応容器２２の周りには、半導体単結
晶基板Ｗを加熱する加熱手段２８ａ，２８ｂ及び前記反
応容器２２の外壁を冷却する冷却手段３０が配置されて
いる。一方、該反応容器２２の内部にはサセプタ３２が
設置されている。該サセプタ３２は通常、炭化珪素によ
り薄く被覆されたカーボン（グラファイト）製であり、
回転軸３４に支持されて反応ガスＧの流れに平行な面内
で回転可能に配設されている。
結晶基板上に数ミクロンの単結晶薄膜を気相成長させる
工程がある。この工程では、例えば図４に示すように、
コールドウォール式の水平型気相成長装置２０が用いら
れる。該水平型気相成長装置２０は、水平に設置される
透明な石英ガラス製の反応容器２２を有している。該反
応容器２２は、反応ガスＧの導入口２４と排気口２６と
を備えている。該反応容器２２の周りには、半導体単結
晶基板Ｗを加熱する加熱手段２８ａ，２８ｂ及び前記反
応容器２２の外壁を冷却する冷却手段３０が配置されて
いる。一方、該反応容器２２の内部にはサセプタ３２が
設置されている。該サセプタ３２は通常、炭化珪素によ
り薄く被覆されたカーボン（グラファイト）製であり、
回転軸３４に支持されて反応ガスＧの流れに平行な面内
で回転可能に配設されている。
【０００３】前記水平型気相成長装置２０を用いて気相
成長を行う際には、前記サセプタ３２上に形成された凹
部に前記半導体単結晶基板Ｗを載置し、透明な石英ガラ
ス製の反応容器２２を通して輻射加熱ランプ等の加熱手
段２８ａ，２８ｂから発せられる輻射光２９ａ，２９ｂ
により前記サセプタ３２と前記半導体単結晶基板Ｗとを
同時に１０００〜１２００℃に加熱し、反応ガスＧの導
入口２４からＨ2 ，トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3 ）
等の原料ガス，ジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）等のドーパントガ
スなどを反応ガスＧとして一方向かつ略水平方向に流
し、前記半導体単結晶基板Ｗ上に単結晶薄膜を成長させ
る。
成長を行う際には、前記サセプタ３２上に形成された凹
部に前記半導体単結晶基板Ｗを載置し、透明な石英ガラ
ス製の反応容器２２を通して輻射加熱ランプ等の加熱手
段２８ａ，２８ｂから発せられる輻射光２９ａ，２９ｂ
により前記サセプタ３２と前記半導体単結晶基板Ｗとを
同時に１０００〜１２００℃に加熱し、反応ガスＧの導
入口２４からＨ2 ，トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3 ）
等の原料ガス，ジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）等のドーパントガ
スなどを反応ガスＧとして一方向かつ略水平方向に流
し、前記半導体単結晶基板Ｗ上に単結晶薄膜を成長させ
る。
【０００４】上記気相成長を行うにあたり、半導体単結
晶基板Ｗに温度差に起因する熱応力が働くと所謂スリッ
プと呼ばれる結晶欠陥が発生するので、半導体単結晶基
板Ｗとサセプタ３２は、前記加熱手段２８ａ，２８ｂに
より両方向から同時に輻射加熱されるように前記反応容
器２２内に配置される。すると、前記加熱手段２８ａ，
２８ｂにより加熱されたサセプタ３２は半導体単結晶基
板Ｗの裏面側を加熱するので、該半導体単結晶基板Ｗの
主表面と裏面の温度差を小さくすることができる。
晶基板Ｗに温度差に起因する熱応力が働くと所謂スリッ
プと呼ばれる結晶欠陥が発生するので、半導体単結晶基
板Ｗとサセプタ３２は、前記加熱手段２８ａ，２８ｂに
より両方向から同時に輻射加熱されるように前記反応容
器２２内に配置される。すると、前記加熱手段２８ａ，
２８ｂにより加熱されたサセプタ３２は半導体単結晶基
板Ｗの裏面側を加熱するので、該半導体単結晶基板Ｗの
主表面と裏面の温度差を小さくすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、昇温中にお
いて、半導体単結晶基板Ｗはサセプタ３２に比べて熱容
量がはるかに小さいので、半導体単結晶基板Ｗはサセプ
タ３２より速く昇温し、サセプタ３２との温度差が大き
くなる。その結果、該サセプタ３２と接触する半導体単
結晶基板Ｗの裏面温度は主表面に比べて低くなり、スリ
ップの発生原因となる。
いて、半導体単結晶基板Ｗはサセプタ３２に比べて熱容
量がはるかに小さいので、半導体単結晶基板Ｗはサセプ
タ３２より速く昇温し、サセプタ３２との温度差が大き
くなる。その結果、該サセプタ３２と接触する半導体単
結晶基板Ｗの裏面温度は主表面に比べて低くなり、スリ
ップの発生原因となる。
【０００６】そこで、昇温速度を十分小さくし、半導体
単結晶基板Ｗとサセプタ３２との温度差を小さく保ちな
がらゆっくりと昇温する必要があった。しかし、昇温速
度を十分小さくしゆっくりと昇温するとその分だけ工程
時間が長くなり、生産性が低下するという問題があっ
た。
単結晶基板Ｗとサセプタ３２との温度差を小さく保ちな
がらゆっくりと昇温する必要があった。しかし、昇温速
度を十分小さくしゆっくりと昇温するとその分だけ工程
時間が長くなり、生産性が低下するという問題があっ
た。
【０００７】本発明は、上記した問題点に鑑みなされた
もので、半導体単結晶基板を短時間に昇降温でき、スリ
ップの発生が抑制された高品質な単結晶薄膜が得られる
単結晶薄膜の製造方法を提供することを目的とする。
もので、半導体単結晶基板を短時間に昇降温でき、スリ
ップの発生が抑制された高品質な単結晶薄膜が得られる
単結晶薄膜の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る単結晶薄膜の製造方法は、コールドウ
ォール式の反応容器内に実質的に加熱能力の無い保持具
を用いて半導体単結晶基板を載置し、一方向に反応ガス
を流しながら該半導体単結晶基板上に単結晶薄膜を気相
成長させる単結晶薄膜の製造方法において、前記半導体
単結晶基板に対して、該半導体単結晶基板の中心より反
応ガスの上流側を下流側よりも相対的に強く加熱するこ
とにより、前記半導体単結晶基板の温度分布を均一に保
つことを特徴とする。
に、本発明に係る単結晶薄膜の製造方法は、コールドウ
ォール式の反応容器内に実質的に加熱能力の無い保持具
を用いて半導体単結晶基板を載置し、一方向に反応ガス
を流しながら該半導体単結晶基板上に単結晶薄膜を気相
成長させる単結晶薄膜の製造方法において、前記半導体
単結晶基板に対して、該半導体単結晶基板の中心より反
応ガスの上流側を下流側よりも相対的に強く加熱するこ
とにより、前記半導体単結晶基板の温度分布を均一に保
つことを特徴とする。
【０００９】前記半導体単結晶基板に対する加熱を、反
応ガスの上流側で下流側よりも５〜１０℃強くすること
が好ましい。
応ガスの上流側で下流側よりも５〜１０℃強くすること
が好ましい。
【００１０】また、好ましくは、反応ガスの補助加熱領
域を前記半導体単結晶基板の載置部よりも上流側に設け
ることにより、前記半導体単結晶基板の温度分布を均一
に保つ構成とする。前記補助加熱領域は、例えばカーボ
ン製であることが好ましい。また、例えば、前記補助加
熱領域は、珪素，炭化珪素，石英またはセラミックスで
被覆された発熱体であることが好ましい。
域を前記半導体単結晶基板の載置部よりも上流側に設け
ることにより、前記半導体単結晶基板の温度分布を均一
に保つ構成とする。前記補助加熱領域は、例えばカーボ
ン製であることが好ましい。また、例えば、前記補助加
熱領域は、珪素，炭化珪素，石英またはセラミックスで
被覆された発熱体であることが好ましい。
【００１１】さらに、前記加熱能力の無い保持具は石英
製または炭化珪素製であり、前記半導体単結晶基板の裏
面を３点以上で支持するか、又は、環状体で支持するこ
とが好ましい。
製または炭化珪素製であり、前記半導体単結晶基板の裏
面を３点以上で支持するか、又は、環状体で支持するこ
とが好ましい。
【００１２】
【作用】本発明者は、本発明に関連して、単結晶薄膜の
気相成長について次のような検討を行った。図３はこの
単結晶薄膜の気相成長実験に用いられた水平型気相成長
装置を示す断面概略説明図である。図３において図４と
同一又は類似部材は同一符号で示す。
気相成長について次のような検討を行った。図３はこの
単結晶薄膜の気相成長実験に用いられた水平型気相成長
装置を示す断面概略説明図である。図３において図４と
同一又は類似部材は同一符号で示す。
【００１３】まず、図３に示すような水平型気相成長装
置１０を用いて気相成長を行う際に、半導体単結晶基板
Ｗを例えば石英製または炭化珪素製のような加熱能力の
無い保持具４を用いて、３点以上又は環状体で裏面から
支持し、主表面側及び裏面側から加熱手段８の輻射光９
で直接加熱すると、サセプタを用いなくても前記半導体
単結晶基板Ｗを気相成長温度の１０００〜１２００℃に
まで十分昇温させることができた。
置１０を用いて気相成長を行う際に、半導体単結晶基板
Ｗを例えば石英製または炭化珪素製のような加熱能力の
無い保持具４を用いて、３点以上又は環状体で裏面から
支持し、主表面側及び裏面側から加熱手段８の輻射光９
で直接加熱すると、サセプタを用いなくても前記半導体
単結晶基板Ｗを気相成長温度の１０００〜１２００℃に
まで十分昇温させることができた。
【００１４】しかも、サセプタを用いないので、熱容量
の小さい半導体単結晶基板Ｗに対して昇降温を短時間に
行うことができ、工程時間を短縮することができる。昇
降温に必要な時間は、サセプタを用いる場合の約１／５
であった。
の小さい半導体単結晶基板Ｗに対して昇降温を短時間に
行うことができ、工程時間を短縮することができる。昇
降温に必要な時間は、サセプタを用いる場合の約１／５
であった。
【００１５】しかし、室温付近の反応ガスＧを該反応ガ
スＧの導入口２４から反応容器２２に導入すると、反応
ガスＧは半導体単結晶基板Ｗに到達するまでに加熱され
ることが殆ど無く、低温の反応ガスＧに触れた半導体単
結晶基板Ｗの主表面の温度は、加熱能力を持つサセプタ
上に載置されていないので急激に低下し、気相成長され
る単結晶薄膜にスリップが発生する原因となる。
スＧの導入口２４から反応容器２２に導入すると、反応
ガスＧは半導体単結晶基板Ｗに到達するまでに加熱され
ることが殆ど無く、低温の反応ガスＧに触れた半導体単
結晶基板Ｗの主表面の温度は、加熱能力を持つサセプタ
上に載置されていないので急激に低下し、気相成長され
る単結晶薄膜にスリップが発生する原因となる。
【００１６】熱電対を埋め込んだ半導体単結晶基板を使
用して温度測定をしたところ、前記半導体単結晶基板Ｗ
の中心に対して反応ガスＧの上流側は、主表面の温度が
５〜１０℃低下する場合があることが分かった。
用して温度測定をしたところ、前記半導体単結晶基板Ｗ
の中心に対して反応ガスＧの上流側は、主表面の温度が
５〜１０℃低下する場合があることが分かった。
【００１７】そこで、サセプタを用いずにスリップの発
生が抑制された高品質な単結晶薄膜を製造するために、
反応ガスの流れ方向に対する前記半導体単結晶基板の温
度分布を均一に保つ構成が必須であるとの知見を得て本
発明を完成したものである。さらに、本発明者は、上記
半導体単結晶基板の温度分布を均一に保つためには次の
二つの方法を適用するのが好適であることを見出した。
生が抑制された高品質な単結晶薄膜を製造するために、
反応ガスの流れ方向に対する前記半導体単結晶基板の温
度分布を均一に保つ構成が必須であるとの知見を得て本
発明を完成したものである。さらに、本発明者は、上記
半導体単結晶基板の温度分布を均一に保つためには次の
二つの方法を適用するのが好適であることを見出した。
【００１８】第１の方法としては、前記半導体単結晶基
板の中心に対して、反応ガスの上流側を下流側よりも、
例えば５〜１０℃相対的に強く加熱し、反応ガスにより
冷却される温度分を補完する。
板の中心に対して、反応ガスの上流側を下流側よりも、
例えば５〜１０℃相対的に強く加熱し、反応ガスにより
冷却される温度分を補完する。
【００１９】第２の方法としては、反応ガスの補助加熱
領域を前記半導体単結晶基板の載置部よりも上流側に設
け、反応容器に導入される低温の反応ガスを前記半導体
単結晶基板の主表面に触れる前に加熱し、反応ガスが前
記半導体単結晶基板の主表面を冷却しないようにする。
領域を前記半導体単結晶基板の載置部よりも上流側に設
け、反応容器に導入される低温の反応ガスを前記半導体
単結晶基板の主表面に触れる前に加熱し、反応ガスが前
記半導体単結晶基板の主表面を冷却しないようにする。
【００２０】
【実施例】以下に、本発明方法を添付図面を参考にしな
がら具体的に説明する。図１は、本発明方法の第１の実
施態様に用いられる水平型気相成長装置の一例を示す概
略断面説明図である。なお、図１において図４と同一又
は類似部材は同一符号で示す。
がら具体的に説明する。図１は、本発明方法の第１の実
施態様に用いられる水平型気相成長装置の一例を示す概
略断面説明図である。なお、図１において図４と同一又
は類似部材は同一符号で示す。
【００２１】図１に示すように、本発明方法の第一の実
施態様に用いられる水平型気相成長装置２では、反応ガ
スＧの導入口２４と排気口２６とを備え水平に設置され
た透明な石英ガラス製の反応容器２２内に、気相成長を
行う半導体単結晶基板Ｗが収納される。該反応容器２２
は、該反応容器２２の外壁を冷却する冷却手段３０を備
え、気相成長の原料ガスが反応または分解し、反応容器
２２の内壁に堆積することを防止するコールドウォール
式である。
施態様に用いられる水平型気相成長装置２では、反応ガ
スＧの導入口２４と排気口２６とを備え水平に設置され
た透明な石英ガラス製の反応容器２２内に、気相成長を
行う半導体単結晶基板Ｗが収納される。該反応容器２２
は、該反応容器２２の外壁を冷却する冷却手段３０を備
え、気相成長の原料ガスが反応または分解し、反応容器
２２の内壁に堆積することを防止するコールドウォール
式である。
【００２２】前記半導体単結晶基板Ｗは、透明な石英ガ
ラス製の保持具４を用いて裏面から３点で支持され、主
表面側及び裏面側から輻射加熱ランプ８ａ，８ｂで前記
反応容器２２の外側より直接加熱される。前記半導体単
結晶基板Ｗから主表面側及び裏面側の輻射加熱ランプ８
ａ，８ｂまでの幅は１５０ｍｍとした。前記輻射加熱ラ
ンプ８ａ，８ｂは、前記半導体単結晶基板Ｗに相対する
位置に主表面及び裏面全体を覆うように配列される。
ラス製の保持具４を用いて裏面から３点で支持され、主
表面側及び裏面側から輻射加熱ランプ８ａ，８ｂで前記
反応容器２２の外側より直接加熱される。前記半導体単
結晶基板Ｗから主表面側及び裏面側の輻射加熱ランプ８
ａ，８ｂまでの幅は１５０ｍｍとした。前記輻射加熱ラ
ンプ８ａ，８ｂは、前記半導体単結晶基板Ｗに相対する
位置に主表面及び裏面全体を覆うように配列される。
【００２３】図１に示すように、半導体単結晶基板Ｗの
中心に対して、反応ガスＧの上流側を下流側よりも相対
的に強く加熱することを可能にするために、上流側へ赤
外光９ａを照射する輻射加熱ランプ８ａの制御回路は、
前記半導体単結晶基板Ｗの下流側へ赤外光９ｂを照射す
る輻射加熱ランプ８ｂの制御回路から独立させた。
中心に対して、反応ガスＧの上流側を下流側よりも相対
的に強く加熱することを可能にするために、上流側へ赤
外光９ａを照射する輻射加熱ランプ８ａの制御回路は、
前記半導体単結晶基板Ｗの下流側へ赤外光９ｂを照射す
る輻射加熱ランプ８ｂの制御回路から独立させた。
【００２４】さらに、上流側を加熱する輻射加熱ランプ
８ａにおいて、個々のランプに過大な出力を負荷しない
ために、配列するランプの本数を下流側の輻射加熱ラン
プ８ｂよりも多く設定してある。
８ａにおいて、個々のランプに過大な出力を負荷しない
ために、配列するランプの本数を下流側の輻射加熱ラン
プ８ｂよりも多く設定してある。
【００２５】まず、上記構成の輻射加熱ランプ８ａ，８
ｂを配置した水平型気相成長装置２を用いて気相成長を
行う前に、熱電対を埋め込んだ基板Ｗａを使用して該基
板の温度分布測定を行い、温度分布が均一になるように
加熱分布を調整する。
ｂを配置した水平型気相成長装置２を用いて気相成長を
行う前に、熱電対を埋め込んだ基板Ｗａを使用して該基
板の温度分布測定を行い、温度分布が均一になるように
加熱分布を調整する。
【００２６】熱電対を埋め込んだ直径２００ｍｍのシリ
コン単結晶基板Ｗａを反応容器２２内に挿入し、裏面か
ら３点で支持する透明な石英ガラス製の保持具４上に載
置した。次に、１００リットル毎分の水素ガスを反応ガ
スＧの導入口２４から供給すると、該導入口２４におけ
る流速は０．３ｍ毎秒であった。
コン単結晶基板Ｗａを反応容器２２内に挿入し、裏面か
ら３点で支持する透明な石英ガラス製の保持具４上に載
置した。次に、１００リットル毎分の水素ガスを反応ガ
スＧの導入口２４から供給すると、該導入口２４におけ
る流速は０．３ｍ毎秒であった。
【００２７】前記水素ガスを一方向かつ略水平方向に流
しながら、透明な石英ガラス製の反応容器２２を通し
て、熱電対を埋め込んだシリコン単結晶基板Ｗａを輻射
加熱ランプ８ａ，８ｂにより主表面側及び裏面側から同
時に加熱する。
しながら、透明な石英ガラス製の反応容器２２を通し
て、熱電対を埋め込んだシリコン単結晶基板Ｗａを輻射
加熱ランプ８ａ，８ｂにより主表面側及び裏面側から同
時に加熱する。
【００２８】昇温後、熱電対を埋め込んだシリコン単結
晶基板Ｗａの中心部の温度が１１５０℃で安定したとこ
ろで、水素ガスの上流側に対応する輻射加熱ランプ８ａ
の１本当たりの出力を下流側に対応する輻射加熱ランプ
８ｂより最大３０％大きくして上流側を下流側よりも５
〜１０℃相対的に強く加熱し、該基板Ｗａ上の温度分布
が均一になるように加熱分布を調整した。
晶基板Ｗａの中心部の温度が１１５０℃で安定したとこ
ろで、水素ガスの上流側に対応する輻射加熱ランプ８ａ
の１本当たりの出力を下流側に対応する輻射加熱ランプ
８ｂより最大３０％大きくして上流側を下流側よりも５
〜１０℃相対的に強く加熱し、該基板Ｗａ上の温度分布
が均一になるように加熱分布を調整した。
【００２９】次に、直径２００ｍｍ、ｐ型、面方位｛１
００｝の高濃度にボロンが添加されたシリコン単結晶基
板Ｗを反応容器２２内に挿入し、裏面から３点で支持す
る透明な石英ガラス製の保持具４上に載置後、１００リ
ットル毎分の水素ガスを反応容器２２内に一方向かつ略
水平に流しながら、前記シリコン単結晶基板Ｗを輻射加
熱ランプ８ａ，８ｂにより主表面側及び裏面側から同時
に加熱した。
００｝の高濃度にボロンが添加されたシリコン単結晶基
板Ｗを反応容器２２内に挿入し、裏面から３点で支持す
る透明な石英ガラス製の保持具４上に載置後、１００リ
ットル毎分の水素ガスを反応容器２２内に一方向かつ略
水平に流しながら、前記シリコン単結晶基板Ｗを輻射加
熱ランプ８ａ，８ｂにより主表面側及び裏面側から同時
に加熱した。
【００３０】前記加熱は、前記した加熱分布の調整によ
り設定したように、前記シリコン単結晶基板Ｗの中心に
対して反応ガスＧの上流側の輻射光９ａを下流側の輻射
光９ｂよりも５〜１０℃相対的に強くし、前記シリコン
単結晶基板Ｗの温度分布が均一になるようにした。
り設定したように、前記シリコン単結晶基板Ｗの中心に
対して反応ガスＧの上流側の輻射光９ａを下流側の輻射
光９ｂよりも５〜１０℃相対的に強くし、前記シリコン
単結晶基板Ｗの温度分布が均一になるようにした。
【００３１】昇温後、前記シリコン単結晶基板Ｗの中心
部の温度が１１５０℃で安定したところで、水素ガス１
００リットル毎分中に原料ガスのトリクロロシランを
３．５モル％混合しさらにドーパントガスとして微量の
ジボランを添加したものを反応ガスＧとして供給し、前
記シリコン単結晶基板Ｗ上に厚さが５μｍのシリコン単
結晶薄膜を成長させた。その結果、前記シリコン単結晶
薄膜の全面においてスリップの発生は認められなかっ
た。
部の温度が１１５０℃で安定したところで、水素ガス１
００リットル毎分中に原料ガスのトリクロロシランを
３．５モル％混合しさらにドーパントガスとして微量の
ジボランを添加したものを反応ガスＧとして供給し、前
記シリコン単結晶基板Ｗ上に厚さが５μｍのシリコン単
結晶薄膜を成長させた。その結果、前記シリコン単結晶
薄膜の全面においてスリップの発生は認められなかっ
た。
【００３２】上記実施態様では、シリコン単結晶薄膜の
気相成長を例としたので反応ガスＧとして水素ガスを使
用する場合について記述したが、窒素ガス，アルゴンガ
ス，ヘリウムガス等を使用し、シリコン以外の単結晶薄
膜を気相成長する際にも応用できることは言うまでもな
い。
気相成長を例としたので反応ガスＧとして水素ガスを使
用する場合について記述したが、窒素ガス，アルゴンガ
ス，ヘリウムガス等を使用し、シリコン以外の単結晶薄
膜を気相成長する際にも応用できることは言うまでもな
い。
【００３３】また、上記実施態様では、シリコン単結晶
基板Ｗを裏面から３点で支持する保持具４を用いたが、
該保持具４は３点以上又は環状体で、シリコン単結晶基
板Ｗを裏面から支持する加熱能力の無い保持具であれば
良い。
基板Ｗを裏面から３点で支持する保持具４を用いたが、
該保持具４は３点以上又は環状体で、シリコン単結晶基
板Ｗを裏面から支持する加熱能力の無い保持具であれば
良い。
【００３４】続いて、本発明方法の第二の実施態様を図
２とともに説明する。図２は、本発明方法の第二の実施
態様に用いられる水平型気相成長装置の一例を示す断面
説明図である。なお、図２において図４と同一又は類似
部材は同一符号で示す。
２とともに説明する。図２は、本発明方法の第二の実施
態様に用いられる水平型気相成長装置の一例を示す断面
説明図である。なお、図２において図４と同一又は類似
部材は同一符号で示す。
【００３５】本発明の第二の実施態様において用いられ
る図２に示した装置においても、図１と同様の基本的構
成を有する水平型気相成長装置２を用いた。ただし、図
２に示すように、半導体単結晶基板Ｗの載置部よりも上
流側に反応ガスＧの補助加熱領域１２を設け、反応容器
２２内に導入される低温の反応ガスＧが前記半導体単結
晶基板Ｗの主表面に触れる前に補助加熱することによ
り、加熱能力の無い保持具４を用いて支持された半導体
単結晶基板Ｗの表面温度が低下することを抑制する。
る図２に示した装置においても、図１と同様の基本的構
成を有する水平型気相成長装置２を用いた。ただし、図
２に示すように、半導体単結晶基板Ｗの載置部よりも上
流側に反応ガスＧの補助加熱領域１２を設け、反応容器
２２内に導入される低温の反応ガスＧが前記半導体単結
晶基板Ｗの主表面に触れる前に補助加熱することによ
り、加熱能力の無い保持具４を用いて支持された半導体
単結晶基板Ｗの表面温度が低下することを抑制する。
【００３６】前記補助加熱領域１２には、珪素，炭化珪
素，石英，セラミックスのいずれかで被覆された高純度
のカーボンを発熱体として用いる。前記カーボンは該カ
ーボン上にまで延在する輻射加熱ランプ８ａにより加熱
されるか、カーボンの下に高周波発振コイルを設置し誘
導加熱されるか、または、カーボンを抵抗体として抵抗
加熱される。
素，石英，セラミックスのいずれかで被覆された高純度
のカーボンを発熱体として用いる。前記カーボンは該カ
ーボン上にまで延在する輻射加熱ランプ８ａにより加熱
されるか、カーボンの下に高周波発振コイルを設置し誘
導加熱されるか、または、カーボンを抵抗体として抵抗
加熱される。
【００３７】前記補助加熱領域１２を設けることによ
り、反応ガスＧの上流側を下流側よりも相対的に強く加
熱する程度を小さくすることができる。また、例えば反
応ガスＧの流量が小さくて、前記補助加熱領域１２によ
る反応ガスＧの加熱のみで十分に半導体単結晶基板Ｗの
温度分布が均一になる場合には、該半導体単結晶基板Ｗ
の中心に対して、反応ガスＧの上流側も下流側と同じ出
力で加熱すればよい。
り、反応ガスＧの上流側を下流側よりも相対的に強く加
熱する程度を小さくすることができる。また、例えば反
応ガスＧの流量が小さくて、前記補助加熱領域１２によ
る反応ガスＧの加熱のみで十分に半導体単結晶基板Ｗの
温度分布が均一になる場合には、該半導体単結晶基板Ｗ
の中心に対して、反応ガスＧの上流側も下流側と同じ出
力で加熱すればよい。
【００３８】前記した図４に記載の従来用いられている
気相成長装置２０において、サセプタ３２のかわりに、
半導体単結晶基板Ｗを裏面から３点で支持する透明な石
英ガラス製の保持具を用いた場合について、以下に説明
する。
気相成長装置２０において、サセプタ３２のかわりに、
半導体単結晶基板Ｗを裏面から３点で支持する透明な石
英ガラス製の保持具を用いた場合について、以下に説明
する。
【００３９】従来の気相成長装置２０においては、図５
に示すように、半導体単結晶基板Ｗの中心を対称軸とし
て輻射加熱ランプ２８ａ，２８ｂを点対称に配置し、該
輻射加熱ランプ２８ａ，２８ｂの配列のうち２〜３個づ
つをグループとして、半導体単結晶基板Ｗの外周２３ａ
を主として加熱する輻射光２９ａを発するランプ２８ａ
と、半導体単結晶基板Ｗの中心部２３ｂを主として加熱
する輻射光２９ｂを発するランプ２８ｂとに分かれてい
た。
に示すように、半導体単結晶基板Ｗの中心を対称軸とし
て輻射加熱ランプ２８ａ，２８ｂを点対称に配置し、該
輻射加熱ランプ２８ａ，２８ｂの配列のうち２〜３個づ
つをグループとして、半導体単結晶基板Ｗの外周２３ａ
を主として加熱する輻射光２９ａを発するランプ２８ａ
と、半導体単結晶基板Ｗの中心部２３ｂを主として加熱
する輻射光２９ｂを発するランプ２８ｂとに分かれてい
た。
【００４０】前記従来装置２０においては、該半導体単
結晶基板Ｗを炭化珪素で被覆した高純度のカーボン製の
サセプタ３２上に載置し、該サセプタ３２の中心を中心
軸として自転させることにより均一な温度分布を半導体
単結晶基板Ｗ上に実現していた。
結晶基板Ｗを炭化珪素で被覆した高純度のカーボン製の
サセプタ３２上に載置し、該サセプタ３２の中心を中心
軸として自転させることにより均一な温度分布を半導体
単結晶基板Ｗ上に実現していた。
【００４１】しかし、前記従来装置２０の反応容器２２
内で、サセプタ３２のかわりに、半導体単結晶基板Ｗを
裏面から３点で支持する透明な石英ガラス製の保持具上
に載置し、前記半導体単結晶基板Ｗの中心に対して反応
ガスＧの上流側も下流側と同じ出力で加熱して、前記第
一の実施態様と同じ成長条件で気相成長を行うと、スリ
ップが半導体単結晶基板Ｗの外周端に顕著に観察され
た。したがって、本発明方法の実施には従来の中心部と
外周部に分けて温度を制御する従来装置２０は不適当で
あることが確認された。
内で、サセプタ３２のかわりに、半導体単結晶基板Ｗを
裏面から３点で支持する透明な石英ガラス製の保持具上
に載置し、前記半導体単結晶基板Ｗの中心に対して反応
ガスＧの上流側も下流側と同じ出力で加熱して、前記第
一の実施態様と同じ成長条件で気相成長を行うと、スリ
ップが半導体単結晶基板Ｗの外周端に顕著に観察され
た。したがって、本発明方法の実施には従来の中心部と
外周部に分けて温度を制御する従来装置２０は不適当で
あることが確認された。
【００４２】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、気
相成長を行う際に、半導体単結晶基板を加熱能力の無い
保持具を用いて支持するので、サセプタを用いる場合に
比べて昇降温を短時間に行うことができ、工程時間を短
縮することができる。しかも、半導体単結晶基板に対す
る加熱出力を反応ガスの流れ方向の上流側で相対的に強
くしたり、反応ガスを補助加熱領域で予め加熱したりす
ることにより半導体結晶基板の温度分布を均一にでき、
スリップの発生が抑止された高品質な単結晶薄膜が得ら
れるという著大な効果を奏する。
相成長を行う際に、半導体単結晶基板を加熱能力の無い
保持具を用いて支持するので、サセプタを用いる場合に
比べて昇降温を短時間に行うことができ、工程時間を短
縮することができる。しかも、半導体単結晶基板に対す
る加熱出力を反応ガスの流れ方向の上流側で相対的に強
くしたり、反応ガスを補助加熱領域で予め加熱したりす
ることにより半導体結晶基板の温度分布を均一にでき、
スリップの発生が抑止された高品質な単結晶薄膜が得ら
れるという著大な効果を奏する。
【図１】本発明に係る単結晶薄膜の製造方法の第一の実
施態様に用いられる水平型気相成長装置の一例を示す概
略断面説明図である。
施態様に用いられる水平型気相成長装置の一例を示す概
略断面説明図である。
【図２】本発明に係る単結晶薄膜の製造方法の第二の実
施態様に用いられる水平型気相成長装置の一例を示す概
略断面説明図である。
施態様に用いられる水平型気相成長装置の一例を示す概
略断面説明図である。
【図３】単結晶薄膜の製造方法を実施する際に用いられ
る水平型気相成長装置の一例を示す概略断面説明図であ
る。
る水平型気相成長装置の一例を示す概略断面説明図であ
る。
【図４】従来の単結晶薄膜の製造方法を実施する際に用
いられる水平型気相成長装置の一例を示す概略断面説明
図である。
いられる水平型気相成長装置の一例を示す概略断面説明
図である。
【図５】図４に示した従来装置の加熱手段による輻射光
が加熱する基板上の位置を示す説明図である。
が加熱する基板上の位置を示す説明図である。
２，１０，２０ 水平型気相成長装置 ４ 保持具 ８，８ａ，８ｂ，２８ａ，２８ｂ 加熱手段 ９，９ａ，９ｂ，２９ａ，２９ｂ 輻射光 １２ 補助加熱領域 ２２ 反応容器 ２４ 反応ガスの導入口 ２６ 反応ガスの排気口 ３０ 反応容器外壁の冷却手段 ３２ サセプタ Ｇ 反応ガス Ｗ 半導体単結晶基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205
Claims (6)
- 【請求項１】 コールドウォール式の反応容器内に実質
的に加熱能力の無い保持具を用いて半導体単結晶基板を
載置し、一方向に反応ガスを流しながら該半導体単結晶
基板上に単結晶薄膜を気相成長させる単結晶薄膜の製造
方法において、前記半導体単結晶基板に対して、該半導
体単結晶基板の中心より反応ガスの上流側を下流側より
も相対的に強く加熱することにより、前記半導体単結晶
基板の温度分布を均一に保つことを特徴とする単結晶薄
膜の製造方法。 - 【請求項２】 前記半導体単結晶基板に対する加熱を、
反応ガスの上流側で下流側よりも５〜１０℃強くするこ
とを特徴とする請求項１記載の単結晶薄膜の製造方法。 - 【請求項３】 反応ガスの補助加熱領域を前記半導体単
結晶基板の載置部よりも上流側に設けることにより、前
記半導体単結晶基板の温度分布を均一に保つことを特徴
とする請求項１又は２記載の単結晶薄膜の製造方法。 - 【請求項４】 前記補助加熱領域が、カーボン製である
ことを特徴とする請求項３記載の単結晶薄膜の製造方
法。 - 【請求項５】 前記補助加熱領域が、珪素、炭化珪素、
石英又はセラミックスで被覆された発熱体であることを
特徴とする請求項３記載の単結晶薄膜の製造方法。 - 【請求項６】 前記加熱能力の無い保持具が石英製又は
炭化珪素製であり、前記半導体単結晶基板の裏面を３点
以上で支持するか、又は、環状体で支持することを特徴
とする請求項１〜５のいずれか１項記載の単結晶薄膜の
製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15310595A JP3206375B2 (ja) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | 単結晶薄膜の製造方法 |
| US08/665,290 US5743956A (en) | 1995-06-20 | 1996-06-17 | Method of producing single crystal thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15310595A JP3206375B2 (ja) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | 単結晶薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH097953A JPH097953A (ja) | 1997-01-10 |
| JP3206375B2 true JP3206375B2 (ja) | 2001-09-10 |
Family
ID=15555086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15310595A Expired - Fee Related JP3206375B2 (ja) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | 単結晶薄膜の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5743956A (ja) |
| JP (1) | JP3206375B2 (ja) |
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| JP3147048B2 (ja) * | 1997-09-12 | 2001-03-19 | 日本電気株式会社 | 半導体装置 |
| AU4168699A (en) * | 1998-06-18 | 2000-01-05 | Hamamatsu Photonics K.K. | Method of organic film deposition |
| DE19940033A1 (de) * | 1999-08-24 | 2001-05-17 | Aixtron Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden von Schichten auf rotierenden Substraten in einem allseits beheizten Strömungskanal |
| US6436796B1 (en) * | 2000-01-31 | 2002-08-20 | Mattson Technology, Inc. | Systems and methods for epitaxial processing of a semiconductor substrate |
| EP1411545B1 (en) | 2001-06-28 | 2010-10-13 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Vapor growth method |
| CN101138073A (zh) * | 2005-02-21 | 2008-03-05 | 三菱化学株式会社 | 氮化物半导体材料及氮化物半导体结晶的制造方法 |
| JP4719541B2 (ja) * | 2005-09-16 | 2011-07-06 | 大陽日酸株式会社 | 半導体薄膜成長装置 |
| CN103806094B (zh) * | 2012-11-08 | 2016-06-08 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 外延生长设备 |
| CN114000190B (zh) * | 2021-10-28 | 2023-02-17 | 西湖大学 | 一种采用温度梯度实现高通量薄膜生长的方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL109287C (ja) * | 1955-11-02 | |||
| DE1244733B (de) * | 1963-11-05 | 1967-07-20 | Siemens Ag | Vorrichtung zum Aufwachsen einkristalliner Halbleitermaterialschichten auf einkristallinen Grundkoerpern |
| DE1289832B (de) * | 1964-08-21 | 1969-02-27 | Siemens Ag | Vorrichtung zur Herstellung planer Oberflaechen von aus der Gasphase abgeschiedenen Halbleiterkristallschichten |
| US4147571A (en) * | 1977-07-11 | 1979-04-03 | Hewlett-Packard Company | Method for vapor epitaxial deposition of III/V materials utilizing organometallic compounds and a halogen or halide in a hot wall system |
| FI57975C (fi) * | 1979-02-28 | 1980-11-10 | Lohja Ab Oy | Foerfarande och anordning vid uppbyggande av tunna foereningshinnor |
| JPS60215596A (ja) * | 1984-04-09 | 1985-10-28 | Sumitomo Chem Co Ltd | 有機金属熱分解気相エピタキシヤル成長法 |
| GB2162207B (en) * | 1984-07-26 | 1989-05-10 | Japan Res Dev Corp | Semiconductor crystal growth apparatus |
-
1995
- 1995-06-20 JP JP15310595A patent/JP3206375B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-06-17 US US08/665,290 patent/US5743956A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5743956A (en) | 1998-04-28 |
| JPH097953A (ja) | 1997-01-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |