JPH01253229A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体の気相成長装置に係り、特に多数の半導
体基体に均一に気相成長層を形成する装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体の気相成長装置は、スループットを向上してプロ
セスコストを低減するため、装置の大型化によるウェハ
チャージ数の増大が進められている。また、気相成長で
形成される薄膜の膜厚や組成は素子の特性を直接左右す
る。したがって、デバイスの高集積化や高速化に伴い、
気相成長層の膜厚や組成のより高精度の均一化も、装置
の大型化に合せて要求されている。

以上の要求に応える気相成長装置として特開昭５９−５
００９３号公報に示されるように、ウェハをその主面を
対向して等間隔に並べ、前記ウェハを反応容器内に設置
した発熱体により実質的に包含する状態で加熱し、発熱
体内の孔またはスリットを有するガス供給管により反応
ガスを各々のウェハに供給して気相成長する方法が提案
されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来方式の気相成長装着では原料ガ
ス供給管に対する配慮がされておらず。

以下のような問題があった。第１は、高温となるガス供
給管内部にも気相成長層が形成され、これが剥離、飛散
することによりウェハ上に形成する薄膜に結晶欠陥や凸
起欠陥を発生する。第２は。

膜厚の均一な気相成長層を得るには、各々のウェハに一
定温度の反応ガスを一定速度で同一量供給することが必
要であるが、一方の端から原料ガスを供給する従来方式
ではガス供給管内のガス温度の均一化は困難であり、ウ
ェハ面内やウェハ間の膜厚不均一を生じ易いなどの問題
がある。ガス温度の不均一は気相成長層の組成に対して
も悪影響を及ぼす。

本発明の目的は、−度に多数枚の半導体基体ウェハ表面
に、ウェハ内やウェハ間で均一な膜厚及び組成をもつ気
相成長層を形成できる装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、基体をほぼ水平にして多段積載し、円筒状
加熱体内で前記基体を加熱する気相成長装置において、
主として気相成長層の主組成の原料となるガスと、前記
主原料ガスを含まないガスとを区別して高温の反応領域
に導入できるガス供給管を設けることにより達成される
。

本発明者等は、ジャーナル・オブ・アプライドフィジッ
クス第３３巻、ｐ１５３８．１９６２年に示されるよう
に、シリコンのエピタキシャル成長において、キャリヤ
ガスである水素中のＳｉＣΩ番原料ガス濃度の高い場合
にはエピタキシャル層が形成されない点に着目して本発
明をした。

〔作用〕

本発明において、主ガス供給管には原料濃度の十分高い
ガスを供給する。これによって、ガス供給管内壁への成
長層の析出を防ぐことができる。

また、補助ガス供給管には主原料ガスを全く混入しない
ガス（キャリヤガス）を主ガス供給管のガス流量に比べ
て十分多量に供給する。キャリヤガスのみであることか
ら、サセプタからの輻射熱によりガスを熱的に十分発達
させ、供給管内のガス温度を均一化でき、膜厚や組成の
均一性の確保が容易となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を、シリコンのエピタキシャル
成長を一実施例として、第１図に従って説明する。１は
シリコンの単結晶ウェハで、石英製のホルダ２に主面を
表側として２枚ずつ重ね、１０段、２０枚がチャージさ
れる。ホルダ２はウェハ面内の均一性を向上するために
モータ８で回転されている。ウェハ１を筒状のカーボン
サセプタ４で取囲み、高周波コイル５です、セプタ４を
誘導加熱してエピタキシャル成長温度に均一加熱する。

６はガスの供給管である。ガス供給管は第１図（ｂ）に
示すように、主原料ガス供給管６ａと補助ガス供給管６
ｂに分割されている。シリコンのエピタキシャル成長は
、例えばシリコン原料としてシリコン塩化物を用い次式
（１）の還元反応により行なわれる。

・・・・・・（１） 通常、ＳｉＣＱ番（〜１％）とＨ２（９９％）は反応室
内に同一のガス供給管で導入し、高温の基体表面にて（
１）式の反応が進行してエピタキシャル層（気相成長層
）を形成する。本発明の主ガス供給管６ａには通常の場
合に比ベシリコン原料ガスの濃度を数倍以上としたガス
を供給する。このため、サセプタ４内で高温となる主ガ
ス供給管６ａ内でシリコンの析出は生じない。補助ガス
供給管６ｂにはシリコン原料ガスを混入せず、水素ガス
のみを供給する。このため、補助ガス供給管６ｂ内への
シリコン析出は起らない。このため、例えば、第２図に
示すように供給管内のガスの流路を長くするなどの方法
による温度の自由な調節が可能で、ウェハ面内やウェハ
間における膜厚や組成（不純物濃度）の均一化が容易と
なる。７は廃ガスの排気管である。次にエピタキシャル
成長の具体的実施例について説明する。まず、１２．７
ａｎ（５インチ）径の大口径ウェハ１を２枚ずつ重ね合
せ１国間隔で１０段、２０枚をホルダ２にチャージし、
２４ｒｐｍで回転する。主ガス供給管６ａ。

補助ガス供給管６ｂにそれぞれ、水素ガスをｑＱ／ｍｉ
ｎ　、　９０　Ｑ　／ｍｉｎの流量で供給してベルジャ
３内を水素雰囲気とした後、高周波コイル５に通電しサ
セプタ４を１１５０℃まで昇温する。補助ガス導入管６
ｂからは、均一な温度のガスが均一な流速でそれぞれの
ウェハ１に供給される。一方。

主ガス供給管６ａのガス噴出方向は、噴出ガスが十分多
量に噴出する補助ガス供給管６ｂのガス流に合流するよ
うに設けられる。それゆえ、主ガス供給管６ａのガスの
補助ガス供給管６ｂのガス温度に対する影響は小さい。

主ガス供給管にＳｉＣＱ　４ガスを約２ｆｌ／ｍｉｎの
流量で混入してエピタキシャル成長を開始する。主ガス
供給管６１に供給するガス中のＳｉＣＱ　４濃度は約２
０１１ｏＱ％の高い濃度に達することから供給管内部へ
のシリコン析出は生じない。この時、エピタキシャル層
の抵抗率と調節するために不純物ガスを所定量混入する
。

所定の時間エピタキシャル成長を行なった後、ＳｉＣＱ
　４原料の供給を止め、サセプタ４の降温を開始する。

ウェハ１温度が低温となったらベルジャ３を開はウェハ
１を取り出す。

本実施例により、直径１２．７　ｒｒｔｎのウェハ２０
枚にエピタキシャル層を５μｍ形成する成長を５回行な
い、結晶欠陥や膜厚ばらつきの不良率を従来法（約６％
）に比べ１／２にできた。

本実施では主ガス供給管６ａと補助ガス供給管６ｂが各
々１本配置した場合について説明した。

主ガス及び補助ガス供給管の数はウェハの直径。

形成する気相成長層の均一性精度により最適数を配置す
べきである。

また、本実施例では主ガス供給管６ａと補助ガス導入管
６ｂを各々独立に設置した場合について説明したが、第
３図に示すように、供給管の構造を工夫し、その流路を
区別する方法を適用しても本考案の効果は達成される。

本実施例はＳ　ｉ　Ｃｎ　４　を原料とするエピタキシ
ャル成長を例としたが、原料濃度の増大により気相成長
の抑制を生じる材料を使用する気相成長装置全てに有効
である。更にまた、主ガス供給管に対し主原料ガスのみ
を供給しても良く、補助ガス供給管には主原料ガスのキ
ャリヤガスと異なるガスを供給しても良い。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の装置によれば、大量の半導
体基体に対し、欠陥がなく、膜厚や組成の均一な気相成
長層を容易に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施例を示す気
相成長装置の説明図、第２図（、）および（ｂ）は本発
明の他の実施例となるガス供給管の説明図を示す。 １・・・ウェハ、２・・・ホルダ、３・・・ベルジャ、
４・・・サセプタ、５・・・加熱コイル、６・・・ガス
供給法、６ａ・・・主ガス供給管、６ｂ・・・補助ガス
供給管、７・・・排気ノズル、８・・・モータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導ウェハを互にその主面を平行として多数並べて
   収納し、前記ウェハを実質的に包含する加熱体により加
   熱しながら、原料ガスを供給管により導入し成長層を形
   成する気相成長装置において、気相成長層の主原料のガ
   スを導入する主ガス供給管と、主原料のガスを含まない
   ガスを導入する補助ガス導入管を設けたことを特徴とす
   る気相成長装置。 ２、第１項記載の半導体ウェハがシリコン単結晶、気成
   長層がシリコンのエピタキシャル層であることを特徴と
   する気相成長装置。