JPH03131594A - 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、Ｓｉ基板等のウェハ上に単結晶または多結晶
の薄膜を気相成長させる気相成長装置に関し、特に、反
応ガスの流れを一様にしてウェハ上への均一な膜形成が
可能な気相成長装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置（デバイス）を製造する際には、Ｓｉウェハ
上にＳｉの単結晶または多結晶の薄膜を形成する工程が
ある。このような工程において、Ｓｉウェハを石英製の
反応炉内に配置し、Ｓｉウェハを加熱しながら、反応ガ
スを内部に導入し、Ｓｉウェハに結晶膜を成長させるこ
とが広く行われている。

反応炉内において一方向に反応ガスを流してＳｉウェハ
に結晶膜を成長させる場合には、反応炉内の反応ガスの
流速分布がＳｉウェハ上に形成される結晶膜の膜厚均一
性または比抵抗均一性に大きく影響を与え、これらの均
一性を実現するためには反応炉内の反応ガスの流れが−
様であることが重要である。従って、（ガス流量）÷（
反応炉の断面積）にて得られる平均流速と同程度の速度
にて反応炉内に反応ガスを導入することが大切であると
ころが、反応ガス源から反応炉へガスを供給する供給管
の断面積は、反応炉の断面積に比して極めて小さいこと
が一般的であるので、反応炉入口でのガス流速が局所的
に速くなり、反応炉内にて渦巻が発生して速度分布にむ
らが生じ、上述の均一性が悪化するという難点があった
。

このような難点を解消するための気相成長装置が、特開
昭５９−２０７８９９号公報に開示されている。

第１４図はこの公報に開示された気相成長装置の断面図
であり、図中３１は反応炉である円筒形の石英管を示す
。石英管３１の内部には、ウェハ３２を一列に載置する
サセプタ３３が設置されており、石英管３１の外周には
、ウェハ３２及びサセプタ３３を加熱するためのワーク
コイル３４が囲繞されている。また石英管３１の一端に
はガス導入ブロック３５が設置され、他端には排気口３
６が設けられている。ガス導入ブロック３５は扉３７に
固着されており、ガス導入ブロック３５内には、ガス源
に連通されたガス導入口３８が設けられている。またガ
ス導入ブロック３５内には、中間及び石英管３１側に、
多数の細孔を有する仕切り板３９が設けられている。

そして、ワークコイル３４によりウェハ３２及びサセプ
タ３３を高温（８００℃〜１２００℃）に加熱した後、
１１□にて０．２％〜数％に希釈した反応ガス（例えば
５ｉ１（Ｃ１＋）をガス導入口３８から石英管３１に導
入して、矢符方向に流す。反応ガスは高温状態のウェハ
３２近傍にて分解され、ウェハ３２上に結晶膜が成長さ
れる。この従来例では、多数の細孔を有する仕切り板３
９をウェハ３２より上流側に配置することにより、石英
管３１（反応炉）内におけるガスの−様な流速分布を実
現しようとしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが上述の従来の気相成長装置では、反応ガスの流
れに沿った方向にウェハを一列に配置しているので、反
応ガスの流れの上流側に位置するウェハはど膜の成長速
度が速く、各ウェハ間において成長膜厚にバラツキが生
じ、多数枚のウェハに対して一度に気相成長を行うこと
は困難である。

そこで、第１５図に示すように、複数枚のウェハ３２を
円形のサセプタ３３上に載置し、このサセプタ３３を回
転させて、気相成長を行うことが考えられる。ところが
この場合に、第１４図に示したような円筒形の石英管を
反応炉として使用すると、用いる石英管の径が非常に大
きくなり、ガス流速と成長速度とは対応しているので、
所定のガス流速を維持するためには、多量の反応ガスを
供給しなければならないという問題点がある。このよう
な問題点を解決する方法として、第１６図に示すような
、偏平な矩形断面をなす石英管３１を反応炉として使用
し、石英管３１内で回転する円形のサセプタ３３」ニに
複数枚のウェハ３２を載置し、反応ガスを石英管３１の
長手方向に導入する構成が考えられる。ところが、この
ような構成では石英管３１内において幅方向（図中り方
向）での反応ガスの流れを一様化することが困難となり
、例えば第１４図に示したような仕切り板を設けること
にしても、幅Ｌ≧２００鶴では、幅方向における流速の
均一化は不可能である。というのは、ガス導入口から最
短の直線コースを経て仕切り板を通過する反応ガスの流
れがあるからである。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、偏平
な矩形断面を有する反応炉内においても、反応炉の幅方
向（矩形断面の長手方向）において反応ガスの−様な流
速分布を実現することができる気相成長装置を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本願の第１発明に係る気相成長装置は、偏平な矩形断面
を有する反応炉内に、複数のウェハを載置した回転可能
な円形サセプタを配置し、前記反応炉内にその長手方向
から反応ガスを導入して前記ウェハ上に結晶膜を成長さ
せる気相成長装置において、前記反応ガスを導入する複
数のガス導入口と、該ガス導入口に連通して前記反応ガ
スを前記反応炉の幅方向に拡散させるためのバッファル
ーム及び該バッファルームに連通して折曲がった流路を
有するガス導入ユニットとを備えることを特徴とする。

本願の第２発明に係る気相成長装置は、第１発明におい
て、前記バッファルームが、前記ガス導入口の個数と同
数の部屋に区切られていることを特徴とする。

本願の第３発明に係る気相成長装置は、偏平な矩形断面
を有する反応炉内に、複数のウェハを載置した回転可能
な円形サセプタを配置し、前記反応炉内にその長手方向
から反応ガスを導入して前記ウェハ上に結晶膜を成長さ
せる気相成長装置において、前記反応ガスを導入する複
数のガス導入口と、該ガス導入口に連通ずる流路を有し
該流路内に前記反応炉の幅方向を長軸方向として丸棒が
吊下げられているガス導入ユニットとを備えることを特
徴とする。

本願の第４発明に係る気相成長装置は、第３発明におい
て、前記流路内に前記ガス導入口と交互に複数の仕切り
板が配設され、前記丸棒は該仕切り板により吊下げられ
ていることを特徴とする。

〔作用〕

本願の第１発明にあっては、複数のガス導入口（ｎ個）
から導入された反応ガスはバッファルーム、折れ曲がっ
た流路を通って、反応炉内に供給される。そうすると、
各ガス導入口からの流速が１／ｎとなり、しかも反応ガ
スは折れ曲がった流路の壁に衝突して、流れ方向の運動
量が流れに垂直な方向の運動量に変換され、反応ガスの
流れに垂直な方向への拡散が促進され、反応ガスの反応
炉の幅方向における流速分布は均一化する。

本願の第２発明にあっては、第１発明において、ガス導
入口の個数に合せてバッファルームが分室されており、
バッファルームにて各ガス導入口から導入された反応ガ
スの流速が低減された後にこれらは合流されて反応炉内
に供給される。そうすると、各ガス導入口から導入され
るガス流量にバラツキがあっても、反応ガスの反応炉の
幅方向における流速の一様化が実現され易い。

本願の第３発明にあっては、複数のガス導入口から導入
された反応ガスは、丸棒に衝突して反応炉の幅方向に拡
散されて、反応炉内に供給される。

そうすると、反応ガスの流れに垂直な方向への拡散が促
進され、反応ガスの反応炉の幅方向における流速分布は
均一化する。

本願の第４発明にあっては、第３発明において、ガス導
入口に連通ずる流路が仕切り板によりガス導入口の個数
に合せて分室されており、この流路にて各ガス導入口か
ら導入された反応ガスの流速が低減された後にこれらは
合流されて反応炉内に供給される。そうすると、各ガス
導入口から導入されるガス流量にバラツキがあっても、
反応ガスの反応炉の幅方向における流速の一様化が実現
され易い。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に
説明する。

第１図は本発明の気相成長装置の平面図及び断面図であ
り、図中１は偏平な矩形断面を有し、透明石英からなる
反応炉を示す。反応炉１の内部には、複数枚のウェハ２
を載置する円形のサセプタ３が設置されており、サセプ
タ３は、モータ（図示せず）に接続された回転軸４に軸
支されており、サセプタ３は回転可能である。反応炉１
の外部には、ウェハ２及びサセプタ３を加熱するための
赤外線ランプ５が並設されており、赤外線ランプ５の後
方には反射板６が設けられている。反応炉１の一端には
５個のガス導入ロアが開口したガス導入ユニット８が設
けられ、反応炉１の他端には排気口９が設けられている
。各ガス導入ロアには、ガス源に接続されたガス供給管
（図示せず）が接続されており、ガス導入ロアから導入
された反応ガスは、これに連通したガス導入ユニット８
を通って反応炉１内に供給される。

第２図は、本願の第１．第２発明に係る実施例のＡ−Ａ
における断面図、第３図は本願の第１発明に係る実施例
のＢ−Ｂにおける断面図である。

ガス導入ユニット８には各ガス導入ロアに連通ずるバッ
ファルーム１０が設けられており、該バッファルーム１
０と反応炉１例の壁面に形成されたガス導入ユニット出
口１１との間には、折れ曲がった流路１２が連通形成さ
れている。ガス導入ロアから導入された反応ガスは、パ
ンファルーム１０．折れ曲がった流路１２を通り、ガス
導入ユニット出口ｌｌから反応炉１内に供給される。

次に、このような構成を有する第１発明の装置を用いて
、ウェハに結晶成長を行う動作について説明する。

ウェハ２を載置したサセプタ３を回転させながら、赤外
線ランプ５によりウェハ２及びサセプタ３を高温（１０
００℃以上）に加熱し、Ｈｔにて０．２％〜数％に希釈
した反応ガス（例えば５ｉＨＣＩ、及び数十ｐｐｍのＰ
）１３）を、１００　Ｎ　／分収上の流量にて、ガス導
入ロア、ガス導入ユニット８から反応炉１内へ供給する
。反応ガスは高温状態のウェハ２近傍にて分解され、ウ
ェハ２上に結晶膜が成長される。

この際、ガス導入ロアから導入された反応ガスは速い速
度にてバッファルーム１０内に入り、その下壁に衝突し
て反応炉１の幅方向に拡散する。更に折れ曲がった流路
１２を通る間に流速は低減され、幅方向に−様な流れを
有して、ガス導入ユニット８（ガス導入ユニット出口１
１）から反応炉１内へ供給される。この結果、反応炉１
内において幅方向における反応ガスの−様な流れが達成
される。

また、複数枚のウェハ２を回転させながら、結晶成長を
行っている。従って、各ウェハ２における成長条件の差
はな（、成長膜厚は均一化し、また比抵抗も均一化する
。

第４図は、本願の第２発明に係る実施例のＢ−Ｂにおけ
る断面図である。第２発明にあっては、バッファルーム
１０が４個の仕切り１３により５個の小部屋に分割され
ている。第２発明においても、第１発明と同様に反応炉
ｌ内において幅方向における反応ガスの−様な流れを達
成できる。第２発明では、各ガス導入ロアへ導入される
ガス流量にバラツキがある場合でも、分室された各部屋
内にて、ガス流速は低減されである程度均一化されるの
で、第１発明に比して、幅方向における反応ガスの−様
な流れが得られ易いという利点がある。

上述の第１．第２発明では、反応炉１の幅方向における
反応ガスの−様な流れを実現できるが、使用するガス導
入ユニット８の形状が複雑であるので、その製作が困難
であり、しかも洗浄等の保守作業も容易でない。

このような観点に基づき、考案されたものが本願の第３
．第４発明である。第５図は、この第３゜第４発明に係
る実施例のＡ−Ａにおける断面図、第６図は本願の第３
発明に係る実施例のＣ−Ｃにおける断面図である。図に
おいて、７，８は夫々ガス導入口、ガス導入ユニットを
示し、ガス導入ユニット８には各ガス導入ロア、ガス導
入ユニット出口１１に連通する流路１４が形成されてい
る。ガス導入ユニット８内の両端には吊り下げ板１５が
設けられており、反応炉１の幅と略等しい長さであり、
反応炉１の幅方向にその長軸方向をなす丸棒１６が、こ
の吊り下げ板１５にてガス導入ユニット８（流路１４）
内に吊り下げられている。第７図はこの吊り下げ状態を
示す概観図である。

この第３発明の装置を用いて結晶成長を行う際には、第
１発明の場合と同様に、ウェハ２を載置したサセプタ３
を回転しながら、赤外線ランプ５にてウェハ２及びサセ
プタ３を高温状態に加熱し、ガス導入ロア、ガス導入ユ
ニット８を介して反応ガスを反応炉１内に供給する。こ
の際、ガス導入ロアから導入された反応ガスは、丸棒１
６に衝突して反応炉１の幅方向に拡散され、丸棒１６と
流路１４の壁との隙間から流れ出て、ガス導入ユニー／
　ト出口１１から反応炉１内へ供給される。この結果、
第３発明においても、反応炉１内において幅方向におけ
る反応ガスの−様な流れが達成される。また、複数枚の
ウェハ２を回転させながら、結晶成長を行っているので
、第３発明においても、各ウェハ２における成長条件の
差はなく、成長膜厚は均一化し、また比抵抗も均一化す
る。第３発明では、吊り下げ板１５にて丸棒１６を吊り
下げた構成であるので、第１．第２発明のように折れ曲
がった流路を形成することが不要であり、ガス導入ユニ
ット８の構成が簡単であり、その製作及び保守作業は容
易である。

第８図は、本願の第４発明に係る実施例のＣ−Ｃにおけ
る断面図である。第４発明にあっては、ガス導入ロアの
ピンチと等ピッチにてガス導入ロアと交互に４個の吊り
下げ板１５が、ガス導入ユニット８に設けられている。

この４個の吊り下げ板１５にて丸棒１６が吊り下げられ
ていて、丸棒１６上方の流路１４が５室に分割されてい
る。ここで、吊り下げ板１７は、第２発明における仕切
り１３の役目を果たしている。第９図は、この吊り下げ
状態を示す概観図である。

第４発明においても、第３発明と同様に反応炉１内にお
いて幅方向における反応ガスの−様な流れを達成できる
。第４発明では、各ガス導入ロアへ導入されるガス流量
にバラツキがある場合でも、分室された各流路内にて、
ガス流速は低減されである程度均一化されるので、第３
発明に比して、幅方向における反応ガスの−様な流れが
得られ易いという利点がある。

なお、上述した各実施例においては、５個のガス導入ロ
ア　（反応ガス導入系）を設ける構成としたが、この数
は、反応炉１の幅と専大される反応ガスの総流量とによ
って任意に決定されるものであり、５個に限定されるわ
けでないことは勿論である。

第４発明の気相成長装置に反応ガスを供給した際の、反
応炉１内における反応ガスの流れの様子を、煙の導入に
より可視化して観察した結果を、第１０図、第１１図に
示す。第１０図は、５個の各ガス導入ロアから導入ガス
流量をすべて６０１／分とした場合の観察結果を表し、
第１１図は、４０１／分から６０１／分まで５１／分ず
つ差をつけて、５個の各ガス導入ロアから反応ガスを導
入した場合の観察結果を表している。断面積が小さいた
めにガス導入ロアにて速かった流速はガス導入ユニット
８内にて低減され、反応炉１内に供給された際には、渦
は発生せず反応炉１の幅方向において均一な流れが得ら
れており、また各ガス導入ロアから導入されるガス流量
に多少のバラツキがあってその均一な流れは維持されて
いることが、第１０図、第１１図から理解される。

本発明の比較例として、ガス導入ロアから反応炉１まで
の流路が直線状である気相成長装置の反応炉内における
ガスの流れの様子を第１２図に示す。

各ガス導入ロアから導入されるガスの流量に差がある場
合には、反応炉ｌ内に図に示すような渦が発生する。本
例では各ガス導入ロアからの流量に５１／分ずつ差をつ
けているが、この差がもっと僅少であっても、反応炉１
内での渦の発生が確認されている。

また、１個のガス導入ロアを設け、前述の特開昭５９−
２０７８９９号公報に開示された従来の装置における多
数の細孔を有した仕切り板（第１４図３９）を流路途中
に設けた気相成長装置の反応炉内におけるガスの流れの
様子を第１３図に示す。この場合にあっても、反応炉１
内に図に示すような渦が発生する。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、本発明では複数のガス導入口と、導
入した反応ガスを反応炉の幅方向に拡散させるためのガ
ス導入ユニットとを備えることとしたので、偏平な矩形
断面を有する反応炉内において、反応ガスの−様な流れ
を実現でき、この結果、大量の反応ガスを導入すること
なく、ウェハ上に均一かつ均質な結晶膜を成長させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る気相成長装置の平面図及び断面図
、第２図、第５図は第１図のＡ−Ａにおける断面図、第
３図、第４図は第２図のＢ−Ｂにおける断面図、第６図
、第８図は第５図のＣ−Ｃにおける断面図、第７図、第
９図は丸棒の吊り下げ状態を示す概観図、第１０図、第
１１図は本発明に係る気相成長装置の反応炉内における
反応ガスの流れを示す模式図、第１２図、第１３図は本
発明の比較例の反応炉内における反応ガスの流れを示す
模式図、第１４図〜第１６図は従来の気相成長装置を示
す模式図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、偏平な矩形断面を有する反応炉内に、複数のウェハ
   を載置した回転可能な円形サセプタを配置し、前記反応
   炉内にその長手方向から反応ガスを導入して前記ウェハ
   上に結晶膜を成長させる気相成長装置において、 前記反応ガスを導入する複数のガス導入口 と、該ガス導入口に連通して前記反応ガスを前記反応炉
   の幅方向に拡散させるためのバッファルーム及び該バッ
   ファルームに連通して折曲がった流路を有するガス導入
   ユニットとを備えることを特徴とする気相成長装置。 ２、前記バッファルームが、前記ガス導入口の個数と同
   数の部屋に区切られている請求項１記載の気相成長装置
   。 ３、偏平な矩形断面を有する反応炉内に、複数のウェハ
   を載置した回転可能な円形サセプタを配置し、前記反応
   炉内にその長手方向から反応ガスを導入して前記ウェハ
   上に結晶膜を成長させる気相成長装置において、 前記反応ガスを導入する複数のガス導入口 と、該ガス導入口に連通する流路を有し該流路内に前記
   反応炉の幅方向を長軸方向として丸棒が吊下げられてい
   るガス導入ユニットとを備えることを特徴とする気相成
   長装置。 ４、前記流路内に前記ガス導入口と交互に複数の仕切り
   板が配設され、前記丸棒は該仕切り板により吊下げられ
   ている請求項３記載の気相成長装置。