JP3517808B2 - Vapor phase growth method and apparatus - Google Patents
Vapor phase growth method and apparatusInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、気相成長方法及び
装置に関し、詳しくは、反応管内に設置した基板を所定
温度に加熱するとともに所定速度で回転させ、この基板
面に平行な方向に気相成長ガスを導入することにより基
板面に気相成長膜を形成する方法及び装置であって、特
に、シリコンエピタキシャル成長膜を形成するのに適し
た気相成長方法及び装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vapor phase growth method and apparatus, and more particularly, to heating a substrate installed in a reaction tube to a predetermined temperature and rotating the substrate at a predetermined speed so that the gas is grown in a direction parallel to the substrate surface. The present invention relates to a method and an apparatus for forming a vapor phase growth film on a substrate surface by introducing a phase growth gas, and particularly to a vapor phase growth method and apparatus suitable for forming a silicon epitaxial growth film.
【０００２】[0002]
【従来の技術】通常、シリコンエピタキシャル成長膜を
形成する場合には、四塩化ケイ素（ＳｉＣＬ4 ），トリ
クロロシラン（ＳｉＨＣＬ3 ），ジクロロシラン（Ｓｉ
Ｈ2 ＣＬ2 ），モノシラン（ＳｉＨ4 ）等を原料として
含む気相成長ガスを用い、高温気相中での化学反応を利
用して基板面上にシリコンの単結晶を成長させる化学気
相成長法が採用されている。2. Description of the Related Art Generally, when forming a silicon epitaxial growth film, silicon tetrachloride (SiCL 4 ), trichlorosilane (SiHCL 3 ), dichlorosilane (Si
Chemical vapor deposition in which a single crystal of silicon is grown on the surface of a substrate by using a chemical reaction in a high temperature vapor phase using a vapor growth gas containing H 2 CL 2 ) and monosilane (SiH 4 ) as raw materials. The law has been adopted.
【０００３】上記化学気相成長法を実施するための装置
としては、基板面に対して垂直な方向から気相成長ガス
を吹付ける縦型気相成長装置と、基板面に対して平行な
方向に気相成長ガスを流す横型気相成長装置とが知られ
ている。As an apparatus for carrying out the chemical vapor deposition method, a vertical type vapor phase growth apparatus for spraying a vapor phase growth gas from a direction perpendicular to the substrate surface and a direction parallel to the substrate surface. A horizontal type vapor phase growth apparatus in which a vapor phase growth gas is flown into is known.
【０００４】上記縦型気相成長装置は、原料としてモノ
シランを用いた場合でも、８インチ以上の大口径の基板
に均一なシリコンエピタキシャル膜を気相成長させるこ
とができる利点を有してはいるものの、基板面近傍にお
ける気相成長ガスの流れを完全な滞留点流れにするため
に基板を毎分１０００〜１８００回転程度の高速で回転
させなければならず、基板を高速回転させるための回転
機構が複雑になり、相当の強度も必要となる。このた
め、基板を保持するサセプタにも相当の厚さのものを用
いることになり、熱容量が増大することから、基板加熱
用の熱源としてハロゲンランプのような簡便で効率のよ
い熱源を用いることができなかった。したがって、基板
の昇温や降温に長時間を要することになり、また、回転
速度の上げ下げにも長時間を要するため、スループット
が非常に小さいという問題があった。The above vertical vapor phase growth apparatus has an advantage that a uniform silicon epitaxial film can be vapor-phase grown on a substrate having a large diameter of 8 inches or more even when monosilane is used as a raw material. However, the substrate must be rotated at a high speed of about 1000 to 1800 revolutions per minute in order to make the flow of the vapor-phase growth gas near the surface of the substrate a complete residence point flow, and a rotation mechanism for rotating the substrate at a high speed. Becomes complicated and requires considerable strength. Therefore, a susceptor for holding the substrate also has to have a considerable thickness, and the heat capacity increases. Therefore, a simple and efficient heat source such as a halogen lamp should be used as the heat source for heating the substrate. could not. Therefore, it takes a long time to raise and lower the temperature of the substrate, and it also takes a long time to increase and decrease the rotation speed, resulting in a problem that throughput is very small.
【０００５】一方、横型気相成長装置は、図６に示すよ
うに、一端にガス導入部１を、他端にガス排出管２を有
する反応管３の内部に、基板４を保持するサセプタ５を
回転軸６によって回転可能に設けるとともに、反応管３
の外周に基板加熱用のハロゲンランプ７を配設したもの
であって、加熱した基板４を回転させながら基板面に平
行な方向に気相成長ガスを導入することにより、基板面
に気相成長膜を形成するように形成されている。On the other hand, in the horizontal vapor phase growth apparatus, as shown in FIG. 6, a susceptor 5 for holding a substrate 4 inside a reaction tube 3 having a gas introduction section 1 at one end and a gas discharge tube 2 at the other end. Is rotatably provided by a rotary shaft 6, and the reaction tube 3
A halogen lamp 7 for heating the substrate is disposed on the outer periphery of the substrate, and the vapor-phase growth gas is introduced in a direction parallel to the substrate surface while rotating the heated substrate 4, thereby performing the vapor-phase growth on the substrate surface. It is formed so as to form a film.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の横型気
相成長装置の場合は、原料としてモノシランを用いる
と、８インチ以上の大口径の基板に均一なシリコンエピ
タキシャル膜を気相成長させることが困難であるという
問題があった。However, in the case of the above horizontal vapor phase growth apparatus, when monosilane is used as a raw material, a uniform silicon epitaxial film can be vapor-phase grown on a substrate having a large diameter of 8 inches or more. There was a problem that it was difficult.
【０００７】すなわち、前記Ｓｉ原子を含むガスの中
で、四塩化ケイ素やトリクロロシラン，ジクロロシラン
は、固相と気相との間でＳｉ原子の移動がある熱平衡に
近い反応であるのに対し、モノシランにおける気相成長
反応は、膜中（固相）に取込まれたＳｉ原子が気相に戻
る逆反応を生じない非平衡反応であるため、基板面上を
流れる気相成長ガス中のモノシランの濃度に大きく影響
を受け、モノシランの濃度が高い部分では気相成長速度
（成膜速度）が高くなり、濃度が低い部分では成膜速度
が低くなる。That is, in the gas containing Si atoms, silicon tetrachloride, trichlorosilane, and dichlorosilane are a reaction close to thermal equilibrium in which Si atoms move between the solid phase and the gas phase. Since the vapor phase growth reaction in monosilane is a non-equilibrium reaction in which Si atoms taken in the film (solid phase) do not cause a reverse reaction to return to the gas phase, the vapor phase growth gas flowing over the substrate surface It is greatly affected by the concentration of monosilane, and the vapor growth rate (film formation rate) is high in the portion where the concentration of monosilane is high, and the film formation rate is low in the portion where the concentration of monosilane is low.
【０００８】したがって、図７に実線で示すように、基
板面における成膜速度は、気相成長ガス中のモノシラン
の消費量に応じてガスの流れ方向下流側が低下し、ま
た、図８に示すように、基板Ｐの外周部は、ガスの流れ
方向の距離が短いため、モノシランの消費量が少なくな
り、ガスの流れ方向の距離が長い中央部に比べて基板外
周部の成膜速度が高くなる傾向となる。Therefore, as shown by the solid line in FIG. 7, the deposition rate on the substrate surface decreases on the downstream side in the gas flow direction according to the consumption amount of monosilane in the vapor phase growth gas, and as shown in FIG. As described above, since the outer peripheral portion of the substrate P has a short distance in the gas flow direction, the consumption of monosilane is small, and the film forming rate in the outer peripheral portion of the substrate is higher than that in the central portion where the distance in the gas flow direction is long. Will tend to be.
【０００９】このため、上述のような成膜速度分布で基
板を回転させた場合、図９に示すように、基板中心部に
比べて基板周辺部の成膜速度が高くなる傾向となり、均
一な厚さのシリコンエピタキシャル膜を形成することが
できなかった。For this reason, when the substrate is rotated with the above-described film-forming rate distribution, as shown in FIG. 9, the film-forming rate tends to be higher in the peripheral portion of the substrate than in the central portion of the substrate, and uniform. It was not possible to form a thick silicon epitaxial film.
【００１０】一方、気相成長反応が熱平衡に近い前記四
塩化ケイ素やトリクロロシラン，ジクロロシランを原料
として用いた場合は、気相成長ガスの原料濃度や流速等
を調節することにより、比較的均一な厚さのシリコンエ
ピタキシャル膜を形成することが可能ではあるが、これ
らの原料の場合は、気相成長温度を１２００℃程度にし
なければならず、１０００℃以下の温度でよいモノシラ
ンに比べて基板を高温に加熱する必要があり、電力消費
量が多くなるだけでなく、加熱・降温に長時間を要する
問題がある。さらに、低温成長であるモノシランを用い
た場合は、不純物の固相拡散を生じないため、急峻なｐ
ｎ接合や濃度勾配を形成する良質なシリコンエピタキシ
ャル成長層が得られるというメリットもある。On the other hand, when the above-mentioned silicon tetrachloride, trichlorosilane, or dichlorosilane, which is close to thermal equilibrium in the vapor phase growth reaction, is used as a raw material, it is relatively uniform by adjusting the raw material concentration and flow velocity of the vapor phase growth gas. Although it is possible to form a silicon epitaxial film of various thicknesses, in the case of using these raw materials, the vapor phase growth temperature must be about 1200 ° C., and the temperature is 1000 ° C. or less. Need to be heated to a high temperature, which not only increases power consumption but also requires a long time for heating and cooling. Furthermore, when monosilane, which is grown at low temperature, is used, solid phase diffusion of impurities does not occur, so that a sharp p
There is also an advantage that a good-quality silicon epitaxial growth layer that forms an n-junction and a concentration gradient can be obtained.
【００１１】さらに、シリコンエピタキシャル膜の膜厚
だけでなく、ホスフィン（ＰＨ3 ）やジボラン（Ｂ2 Ｈ
6 ）を用いた不純物ドーピングの均一性は、気相成長ガ
スの流速の影響を受けるため、シリコンエピタキシャル
膜厚を均一にするための条件と、ドーピングを均一にす
るための条件とを合致させることは困難であり、膜厚と
ドーピングとを同時に均一にすることは困難であった。Furthermore, not only the thickness of the silicon epitaxial film, but also phosphine (PH 3 ) and diborane (B 2 H
Since the uniformity of impurity doping using 6 ) is affected by the vapor growth gas flow rate, it is necessary to match the conditions for uniform silicon epitaxial film thickness with the conditions for uniform doping. It was difficult to make the film thickness and the doping uniform at the same time.
【００１２】そこで本発明は、横型気相成長装置でモノ
シランを原料として用いた場合でも、８インチ以上の大
口径の基板に均一な気相成長膜を形成することができる
気相成長方法及び装置を提供することを目的としてい
る。Therefore, the present invention provides a vapor phase growth method and apparatus capable of forming a uniform vapor phase growth film on a substrate having a large diameter of 8 inches or more even when monosilane is used as a raw material in a horizontal vapor phase growth apparatus. Is intended to provide.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の気相成長方法は、所定速度で回転する基板
面に対して平行な方向に気相成長ガスを導入し、該基板
面に気相成長膜を形成する気相成長方法において、前記
基板面における気相成長速度を制御する制御ガスを、前
記気相成長ガスの流速以下の流速で基板の外周部に向け
て導入することを特徴とするもので、特に、前記気相成
長ガスがモノシランであること、また、前記気相成長ガ
ス中にドーピングガスを含むことを特徴とし、さらに、
前記制御ガスが、塩化水素，臭化水素，塩素，三フッ化
塩素等のエッチングガスを含むガスであることを特徴と
している。In order to achieve the above object, the vapor phase growth method of the present invention introduces a vapor phase growth gas in a direction parallel to a substrate surface rotating at a predetermined speed, In the vapor phase growth method of forming a vapor phase growth film on a substrate, a control gas for controlling the vapor phase growth rate on the substrate surface is introduced toward the outer peripheral portion of the substrate at a flow rate not higher than the flow rate of the vapor phase growth gas. In particular, characterized in that the vapor phase growth gas is monosilane, and further, including a doping gas in the vapor phase growth gas,
It is characterized in that the control gas is a gas containing an etching gas such as hydrogen chloride, hydrogen bromide, chlorine and chlorine trifluoride.
【００１４】また、本発明の気相成長装置は、基板の回
転手段を有する反応管内に、基板面に対して平行な方向
に気相成長ガスを導入し、該基板面に気相成長膜を形成
する気相成長装置において、前記気相成長ガスを導入す
る気相成長ガス導入経路と、基板面における気相成長速
度を制御する制御ガスを基板の外周部に導入する制御ガ
ス導入経路とを設けるとともに、該両経路の終端部に、
基板に向けて供給するガス流れを整流する整流部材を設
けたことを特徴とし、さらに、前記整流部材が、多数の
微細通孔を有する多孔板であること、前記制御ガス導入
経路が、前記基板面の外周部所定位置に向けて制御ガス
を吹付けるノズルを備えていることを特徴としている。Further, in the vapor phase growth apparatus of the present invention, the vapor phase growth gas is introduced into the reaction tube having the substrate rotating means in the direction parallel to the substrate surface, and the vapor phase growth film is formed on the substrate surface. In the vapor phase growth apparatus to be formed, a vapor phase growth gas introduction path for introducing the vapor phase growth gas and a control gas introduction path for introducing a control gas for controlling the vapor phase growth rate on the substrate surface to the outer peripheral portion of the substrate. With the provision, at the end of both paths,
A rectifying member for rectifying a gas flow supplied toward the substrate is provided, and the rectifying member is a perforated plate having a large number of fine through holes, and the control gas introduction path is the substrate. It is characterized in that it is provided with a nozzle for spraying a control gas toward a predetermined position on the outer peripheral portion of the surface.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面を参照して
さらに詳細に説明する。図１は、本発明の気相成長装置
の一例を示す要部の断面図であって、前記同様の横型気
相成長装置である。この横型気相成長装置は、一端にガ
ス導入部１１を、他端にガス排出管１２を有する反応管
１３の内部に、基板１４を保持するサセプタ１５を回転
軸１６によって回転可能に設けるとともに、反応管１３
の外周に基板加熱用のハロゲンランプ１７を配設したも
のである。前記ガス導入部１１は、水平方向の仕切板１
８により、上部側の気相成長ガス導入経路１１ａと、下
部側の制御ガス導入経路１１ｂとに区画されており、気
相成長ガス導入経路１１ａにはモノシラン等の気相成長
原料を含む気相成長ガスが、基板側の制御ガス導入経路
１１ｂには気相成長速度を制御する制御ガスが、それぞ
れ基板面に対して平行な方向に導入される。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will now be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part showing an example of a vapor phase growth apparatus of the present invention, which is a horizontal vapor phase growth apparatus similar to the above. In this horizontal vapor phase growth apparatus, a gas introduction section 11 is provided at one end and a susceptor 15 holding a substrate 14 is rotatably provided by a rotation shaft 16 inside a reaction tube 13 having a gas discharge tube 12 at the other end. Reaction tube 13
A halogen lamp 17 for heating the substrate is arranged on the outer periphery of the. The gas introduction part 11 is a horizontal partition plate 1.
8 is divided into an upper vapor-phase growth gas introduction path 11a and a lower-side control gas introduction path 11b. The vapor-phase growth gas introduction path 11a includes a vapor-phase growth raw material such as monosilane. The growth gas is introduced into the control gas introduction path 11b on the substrate side in a direction parallel to the substrate surface, for controlling the vapor growth rate.
【００１６】さらに、各導入経路１１ａ，１１ｂの終端
部には、ガスの流れを均一化して層流状態にするための
多数の微細通孔を有する多孔板１９が設けられており、
各導入経路１１ａ，１１ｂから導入されるガスは、それ
ぞれ独立した流量制御手段（図示せず）で所定の流量に
調節され、制御ガスは、気相成長ガスに比べて低い速度
で反応管１３内に導入される。Further, a perforated plate 19 having a large number of fine through holes for making the gas flow uniform and in a laminar flow state is provided at the terminal end of each introduction path 11a, 11b,
The gas introduced from each of the introduction paths 11a and 11b is adjusted to a predetermined flow rate by independent flow rate control means (not shown), and the control gas is fed into the reaction tube 13 at a speed lower than that of the vapor phase growth gas. Will be introduced to.
【００１７】また、制御ガス導入経路１１ｂは、気相成
長ガス導入経路１１ａに比べて小さく形成されており、
制御ガス導入経路１１ｂから導入される制御ガスを基板
１４の特定の位置にのみ導入できるように、その位置や
流路断面形状が設定されている。Further, the control gas introduction path 11b is formed smaller than the vapor phase growth gas introduction path 11a,
The position and the flow path cross-sectional shape are set so that the control gas introduced from the control gas introduction path 11b can be introduced only to a specific position of the substrate 14.
【００１８】このように形成することにより、基板面に
おける気相成長速度を制御する制御ガスを、基板１４の
外周部、本形態例の場合は、制御ガス導入経路１１ｂの
出口部となる制御ガス導入部近傍の基板外周部、すなわ
ち、ガスの流れに対して最上流部となる部分に向けて導
入することが可能となる。By forming as described above, the control gas for controlling the vapor growth rate on the substrate surface is used as the control gas for the outer peripheral portion of the substrate 14, that is, the outlet portion of the control gas introducing passage 11b in the present embodiment. It is possible to introduce the gas toward the outer peripheral portion of the substrate in the vicinity of the introduction portion, that is, the portion that is the most upstream portion with respect to the gas flow.
【００１９】上記気相成長ガスとしては、目的とする気
相成長膜の種類に応じた原料を水素等の反応に寄与しな
い希釈ガスで希釈したガスを使用することができるが、
シリコンエピタキシャル膜を形成する場合には、低温で
良質な膜を形成することができるモノシランを原料とし
て用いることが好ましい。As the above vapor phase growth gas, a gas obtained by diluting a raw material according to the kind of the target vapor phase growth film with a diluent gas such as hydrogen that does not contribute to the reaction can be used.
When forming a silicon epitaxial film, it is preferable to use monosilane as a raw material, which can form a good quality film at a low temperature.
【００２０】また、前記制御ガスには、基板面における
気相成長速度を制御することができるガスならば各種の
ものを用いることができる。例えば、気相成長反応に全
く寄与しない水素、アルゴン，窒素等を用いることによ
り、基板面に到達する原料濃度を制御して成膜速度を均
一化することができる。特に、制御ガスとして塩化水
素，臭化水素，塩素，三フッ化塩素等のエッチングガス
を含むガス、すなわち、これらのエッチングガスを前記
気相成長反応に全く寄与しない水素、アルゴン，窒素等
で適当な濃度に希釈したガスを用いることにより、制御
ガス導入部近傍における成膜速度を確実に制御すること
ができ、各ガスの流速設定範囲等をさらに広くすること
が可能となる。Various gases can be used as the control gas as long as they can control the vapor phase growth rate on the substrate surface. For example, by using hydrogen, argon, nitrogen or the like that does not contribute to the vapor phase growth reaction at all, it is possible to control the concentration of the raw material reaching the substrate surface and make the film formation rate uniform. In particular, a gas containing an etching gas such as hydrogen chloride, hydrogen bromide, chlorine or chlorine trifluoride as a control gas, that is, hydrogen, argon, nitrogen or the like which does not contribute to the vapor phase growth reaction at all is suitable. By using the gas diluted to various concentrations, it is possible to reliably control the film forming rate in the vicinity of the control gas introducing portion, and it is possible to further widen the flow velocity setting range of each gas.
【００２１】これにより、不純物ドーピングに適したガ
ス流速を選定しても、均一なシリコンエピタキシャル膜
を形成することが可能となる。しかも、制御ガスとして
用いる塩化水素等のエッチングガスは、そのまま反応管
内のクリーニングガスとしても用いることができる。As a result, a uniform silicon epitaxial film can be formed even if a gas flow rate suitable for impurity doping is selected. Moreover, the etching gas such as hydrogen chloride used as the control gas can be used as it is as the cleaning gas in the reaction tube.
【００２２】このとき、制御ガスの流速が気相成長ガス
の流速に比べて低くないと、気相成長ガスが十分に基板
面に到達せず、気相中で熱分解反応を生じてしまうた
め、成膜効率が大幅に低下することになる。気相成長ガ
スと制御ガスとの流速比は、基板の大きさや気相成長ガ
スの流速等の条件によって異なるが、通常は、気相成長
ガスの流速に対する制御ガスの流速を１／１〜１／４の
範囲、特に、１／２程度に設定することが好ましい。ま
た、制御ガスの流量も、多すぎると基板全体における気
相成長を阻害することになるので、必要最低限の流量に
設定することが好ましい。At this time, unless the flow velocity of the control gas is lower than the flow velocity of the vapor phase growth gas, the vapor phase growth gas does not reach the substrate surface sufficiently and a thermal decomposition reaction occurs in the vapor phase. Therefore, the film forming efficiency is significantly reduced. The flow rate ratio of the vapor phase growth gas and the control gas varies depending on conditions such as the size of the substrate and the flow rate of the vapor phase growth gas, but normally the flow rate of the control gas with respect to the flow rate of the vapor phase growth gas is 1/1 to 1 It is preferable to set it in the range of / 4, especially about 1/2. Further, if the flow rate of the control gas is too high, vapor phase growth in the entire substrate will be hindered, so it is preferable to set the flow rate to the necessary minimum.
【００２３】このように、気相成長ガスの流れの基板側
に制御ガスを導入することにより、図７に破線で示すよ
うに、基板面におけるガス流れの上流側の成膜速度を抑
えることができるとともに、この部分における原料の消
費量が少なくなるので、図９における基板中央部の成膜
速度も増大させることができる。したがって、気相成長
ガス中の原料濃度や流速、制御ガスの成分や流速，基板
の回転速度等を調節することにより、前述の基板中央部
と基板周辺部との成膜速度差を解消することができる。In this way, by introducing the control gas to the substrate side of the vapor growth gas flow, as shown by the broken line in FIG. 7, it is possible to suppress the film formation rate on the upstream side of the gas flow on the substrate surface. At the same time, since the consumption of the raw material in this portion is reduced, the film forming rate in the central portion of the substrate in FIG. 9 can be increased. Therefore, it is possible to eliminate the above-mentioned difference in film formation rate between the central portion of the substrate and the peripheral portion of the substrate by adjusting the raw material concentration and flow velocity in the vapor phase growth gas, the component and flow velocity of the control gas, the rotation speed of the substrate and the like. You can
【００２４】なお、制御ガスは、基板の特定の位置にお
ける成膜速度を抑制するために導入するものであり、基
板側に希釈ガスを導入して希釈ガス中に気相成長ガスを
拡散させることにより成膜速度の均一化を図る従来法と
は基本的に異なるものである。例えば、従来の拡散法で
モノシランを原料として気相成長を行う場合は、気相成
長ガスと希釈ガスとの流量比や流速比等を厳密に調節し
たときのみにしか、所望の均一なシリコンエピタキシャ
ル膜を得ることができないため、条件設定が面倒で、不
純物ドーピングとの適合も困難であった。一方、本発明
は、基板の特定の位置における成膜速度を制御ガスで抑
制するようにしたので、気相成長ガスの流速の自由度が
広がり、シリコンエピタキシャル膜の膜厚の均一化と不
純物ドーピングの均一化とを容易に達成することができ
る。The control gas is introduced in order to suppress the film formation rate at a specific position on the substrate, and a diluent gas is introduced on the substrate side to diffuse the vapor phase growth gas into the diluent gas. This is basically different from the conventional method for achieving uniform film formation rate. For example, in the case of performing vapor phase growth using monosilane as a raw material by the conventional diffusion method, a desired uniform silicon epitaxial layer can be obtained only when the flow rate ratio and the flow rate ratio of the vapor phase growth gas and the diluent gas are strictly adjusted. Since it is not possible to obtain a film, it is difficult to set conditions and it is difficult to adapt to impurity doping. On the other hand, in the present invention, since the film formation rate at a specific position on the substrate is suppressed by the control gas, the degree of freedom in the flow rate of the vapor growth gas is increased, and the film thickness of the silicon epitaxial film is made uniform and the impurity doping is performed. Can be easily achieved.
【００２５】さらに、横型で気相成長ガスを基板面と平
行に流すため、基板の回転速度を毎分２０回転程度にす
ることができるため、サセプタの回転機構を簡略化で
き、また、基板の加熱に効率のよいハロゲンランプを用
いることができるので、装置コストの低減や電力消費の
削減も図れる。Further, since the vapor phase growth gas is horizontal and flows parallel to the substrate surface, the rotation speed of the substrate can be set to about 20 revolutions per minute, so that the rotation mechanism of the susceptor can be simplified and the substrate can be rotated easily. Since a highly efficient halogen lamp can be used for heating, device cost and power consumption can be reduced.
【００２６】図２は、本発明の他の形態例を示す要部の
平面図である。なお、前記図１に示すものと同一要素の
ものには同一符号を付して、その詳細な説明は省略す
る。FIG. 2 is a plan view of an essential part showing another embodiment of the present invention. The same elements as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【００２７】本形態例では、ガス導入部１１内を垂直方
向の２枚の仕切板２１，２１で３流路に区画し、中央部
を気相成長ガス導入経路１１ａ、両側を制御ガス導入経
路１１ｂとしている。In the present embodiment, the inside of the gas introduction section 11 is divided into three flow paths by two vertical partition plates 21 and 21, and the central portion is the vapor growth gas introduction path 11a and both sides are the control gas introduction paths. 11b.
【００２８】これにより、反応管１３の両内壁に沿って
制御ガスを流すことができ、基板１４の外周部に向けて
制御ガスを導入することができるので、基板外周部の成
膜速度を抑えることが可能となり、図９に示す基板中心
部と基板周辺部との成膜速度の差を小さくすることがで
きる。As a result, the control gas can flow along both inner walls of the reaction tube 13 and the control gas can be introduced toward the outer peripheral portion of the substrate 14, so that the film forming rate on the outer peripheral portion of the substrate can be suppressed. This makes it possible to reduce the difference in film formation rate between the central portion of the substrate and the peripheral portion of the substrate shown in FIG.
【００２９】また、図３及び図４は、図１と同様に形成
した装置において、ガス導入部１１からの制御ガスの導
入を、先端に幅広のノズル２２を設けた制御ガス導入経
路１１ｂにより行うようにしたものである。このノズル
２２は、制御ガスを吹付ける部分の面積に応じてノズル
幅等の形状を適宜に設定することにより、基板１４の所
望の位置に直接制御ガスを吹付けることができる。3 and 4, in the apparatus formed in the same manner as in FIG. 1, the control gas is introduced from the gas introduction section 11 through the control gas introduction path 11b having a wide nozzle 22 at the tip. It was done like this. The nozzle 22 can directly blow the control gas to a desired position on the substrate 14 by appropriately setting the shape such as the nozzle width according to the area of the portion to which the control gas is blown.
【００３０】これにより、極少量の制御ガスで基板１４
の特定の位置における成膜速度を制御することが可能と
なり、例えば、基板の径等に応じて気相成長ガスの流れ
に対する最上流部や基板周辺部に集中的に制御ガスを吹
付けることにより、効率よくかつ確実に成膜速度を制御
することができる。As a result, the substrate 14 can be processed with a very small amount of control gas.
It is possible to control the film formation rate at a specific position of, for example, by intensively spraying the control gas to the uppermost stream portion or the peripheral portion of the substrate with respect to the flow of the vapor growth gas according to the diameter of the substrate. Therefore, the film formation rate can be controlled efficiently and reliably.
【００３１】[0031]
【実施例】以下、本発明の実施例及び比較例を説明す
る。
実施例１
図１に示す構成の気相成長装置を使用し、表１に示す条
件にて８インチ（直径２０ｃｍ）のシリコン基板上にシ
リコンエピタキシャル膜を形成した。得られたシリコン
エピタキシャル膜の膜厚を測定し、成膜速度を求めた。
その結果を図５に黒丸を付した線で示す。なお、膜厚
は、赤外吸収法で測定した。EXAMPLES Examples and comparative examples of the present invention will be described below. Example 1 A silicon epitaxial film was formed on a silicon substrate of 8 inches (diameter 20 cm) under the conditions shown in Table 1 using the vapor phase growth apparatus having the configuration shown in FIG. The film thickness of the obtained silicon epitaxial film was measured to determine the film formation rate.
The result is shown in FIG. 5 by a line with a black circle. The film thickness was measured by the infrared absorption method.
【００３２】[0032]
【表１】 [Table 1]
【００３３】実施例２
図３に示す構成の気相成長装置を使用し、表２に示す条
件にて８インチのシリコン基板上にシリコンエピタキシ
ャル膜を形成した。得られたシリコンエピタキシャル膜
の成膜速度を同様にして求めた結果を図５に黒三角を付
した線で示す。Example 2 A silicon epitaxial film was formed on an 8-inch silicon substrate under the conditions shown in Table 2 using the vapor phase growth apparatus having the structure shown in FIG. The results obtained in the same manner for the film formation rate of the obtained silicon epitaxial film are shown in FIG. 5 by the lines with black triangles.
【００３４】[0034]
【表２】 [Table 2]
【００３５】比較例
図６に示す構成の従来の気相成長装置を使用し、表３に
示す条件にて８インチのシリコン基板上にシリコンエピ
タキシャル膜を形成した。得られたシリコンエピタキシ
ャル膜の成膜速度を同様にして求めた結果を図５にバツ
印を付した線で示す。Comparative Example Using a conventional vapor phase growth apparatus having the structure shown in FIG. 6, a silicon epitaxial film was formed on an 8-inch silicon substrate under the conditions shown in Table 3. The results obtained in the same manner for the film formation rate of the obtained silicon epitaxial film are shown in FIG. 5 by crossed lines.
【００３６】[0036]
【表３】 [Table 3]
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
横型気相成長装置を用いてモノシランを原料とした場合
でも、８インチ以上の基板面全体における成膜速度を均
一化することができるので、均一で良質なシリコンエピ
タキシャル膜を容易に形成することができる。As described above, according to the present invention,
Even when monosilane is used as the raw material in the horizontal vapor phase growth apparatus, the film formation rate can be made uniform over the entire substrate surface of 8 inches or more, so that a uniform and high-quality silicon epitaxial film can be easily formed. it can.
【００３８】これにより、従来より低温での気相成長が
可能となり、基板の回転速度も低くできるので、スルー
プットを大きくすることができ、シリコンエピタキシャ
ル膜の生産性を大幅に向上させることができる。また、
従来に比べてガス流速等の条件範囲が広くなるので、不
純物ドーピングの均一性も得られる。As a result, vapor phase growth can be performed at a lower temperature than in the past, and the rotation speed of the substrate can be reduced, so that the throughput can be increased and the productivity of the silicon epitaxial film can be greatly improved. Also,
Since the range of conditions such as the gas flow rate is wider than in the conventional case, the uniformity of impurity doping can be obtained.
【図１】 本発明の気相成長装置の一形態例を示す要部
の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part showing an example of one embodiment of a vapor phase growth apparatus of the present invention.
【図２】 他の形態例を示す要部の断面平面図である。FIG. 2 is a cross-sectional plan view of a main part showing another example of the embodiment.
【図３】 さらに他の形態例を示す要部の断面図であ
る。FIG. 3 is a sectional view of a main part showing still another example of the embodiment.
【図４】 同じく要部の平面図である。FIG. 4 is a plan view of the main part of the same.
【図５】 実施例及び比較例における基板中心からの距
離と成膜速度との関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the distance from the substrate center and the film formation rate in Examples and Comparative Examples.
【図６】 従来の気相成長装置の一例を示す断面図であ
る。FIG. 6 is a sectional view showing an example of a conventional vapor phase growth apparatus.
【図７】 ガスの流れ方向と成膜速度の関係を示す図で
ある。FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a gas flow direction and a film formation rate.
【図８】 基板面におけるガスの流れ方向の距離の差を
説明するための平面図である。FIG. 8 is a plan view for explaining a difference in distance in a gas flow direction on a substrate surface.
【図９】 回転する基板面における基板中心からの距離
と成膜速度との関係を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the distance from the substrate center and the film formation rate on a rotating substrate surface.
１１…ガス導入部、１１ａ…気相成長ガス導入経路、１
１ｂ…制御ガス導入経路、１２…ガス排出管、１３…反
応管、１４…基板、１５…サセプタ、１６…回転軸、１
７…ハロゲンランプ、１８…仕切板、１９…多孔板、２
１…仕切板、２２…ノズル11 ... Gas introduction part, 11a ... Vapor growth gas introduction path, 1
1b ... Control gas introduction path, 12 ... Gas discharge pipe, 13 ... Reaction pipe, 14 ... Substrate, 15 ... Susceptor, 16 ... Rotation shaft, 1
7 ... Halogen lamp, 18 ... Partition plate, 19 ... Perforated plate, 2
1 ... Partition plate, 22 ... Nozzle
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−53270（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−55842（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−250430（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−232060（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−72718（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 C23C 16/455 C23C 16/46 C23C 16/52 C30B 25/14 ─────────────────────────────────────────────────── --Continued from the front page (56) Reference JP-A-63-53270 (JP, A) JP-A-8-55842 (JP, A) JP-A-8-250430 (JP, A) JP-A-6- 232060 (JP, A) JP-A-4-72718 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/205 C23C 16/455 C23C 16/46 C23C 16/52 C30B 25/14
Claims (7)
な方向に気相成長ガスを導入し、該基板面に気相成長膜
を形成する気相成長方法において、前記基板面における
気相成長速度を制御する制御ガスを、前記気相成長ガス
の流速以下の流速で基板の外周部に向けて導入すること
を特徴とする気相成長方法。1. A vapor phase growth method in which a vapor phase growth gas is introduced in a direction parallel to a surface of a substrate rotating at a predetermined speed to form a vapor phase growth film on the surface of the substrate. A vapor phase growth method characterized in that a control gas for controlling the growth rate is introduced toward the outer peripheral portion of the substrate at a flow rate not higher than the flow rate of the vapor phase growth gas.
ことを特徴とする請求項１記載の気相成長方法。2. The vapor phase growth method according to claim 1, wherein the vapor phase growth gas is monosilane.
含むことを特徴とする請求項１又は２記載の気相成長方
法。3. The vapor phase growth method according to claim 1, wherein the vapor phase growth gas contains a doping gas.
塩素，三フッ化塩素等のエッチングガスを含むガスであ
ることを特徴とする請求項１記載の気相成長方法。4. The control gas is hydrogen chloride, hydrogen bromide,
2. The vapor phase growth method according to claim 1, wherein the gas is a gas containing an etching gas such as chlorine or chlorine trifluoride.
板面に対して平行な方向に気相成長ガスを導入し、該基
板面に気相成長膜を形成する気相成長装置において、前
記気相成長ガスを導入する気相成長ガス導入経路と、基
板面における気相成長速度を制御する制御ガスを基板の
外周部に導入する制御ガス導入経路とを設けるととも
に、該両経路の終端部に、基板に向けて供給するガス流
れを整流する整流部材を設けたことを特徴とする気相成
長装置。5. A vapor phase growth apparatus for introducing a vapor phase growth gas into a reaction tube having a substrate rotating means in a direction parallel to a substrate surface to form a vapor phase growth film on the substrate surface, A vapor-phase growth gas introduction path for introducing a vapor-phase growth gas and a control gas introduction path for introducing a control gas for controlling the vapor-phase growth rate on the substrate surface to the outer peripheral portion of the substrate are provided, and the end portions of the both paths are provided. A vapor phase growth apparatus, characterized in that a rectifying member for rectifying a gas flow supplied toward the substrate is provided in the.
る多孔板であることを特徴とする請求項５記載の気相成
長装置。6. The vapor phase growth apparatus according to claim 5, wherein the rectifying member is a perforated plate having a large number of fine through holes.
外周部所定位置に向けて制御ガスを吹付けるノズルを備
えていることを特徴とする請求項５記載の気相成長装
置。7. The vapor phase growth apparatus according to claim 5, wherein the control gas introduction path includes a nozzle for spraying the control gas toward a predetermined position on the outer peripheral portion of the substrate surface.
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