JPH0324054B2 - - Google Patents
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- JPH0324054B2 JPH0324054B2 JP56174640A JP17464081A JPH0324054B2 JP H0324054 B2 JPH0324054 B2 JP H0324054B2 JP 56174640 A JP56174640 A JP 56174640A JP 17464081 A JP17464081 A JP 17464081A JP H0324054 B2 JPH0324054 B2 JP H0324054B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体薄膜等の気相成長方法に関し、
さらに詳しくは基板上に薄膜を気相化学反応によ
り大量にかつ均一に形成する方法に関する。
さらに詳しくは基板上に薄膜を気相化学反応によ
り大量にかつ均一に形成する方法に関する。
従来、例えば半導体の気相成長層を形成するに
は高温に加熱された半導体ウエハ（基板）を収納
した反応容器を用い、原料ガス主導入口から反応
原料ガスを給給し、該ウエハ上での成長反応によ
り気相成長層を形成しつつ、反応容器内の気相成
長層の薄い部分に、容器内に挿入した別のノズル
から補助的に原料ガスを供給して、容器内で均一
な気相成長層を形成しながら、反応容器の排出口
から排ガスを排出する方法が採られていた。
は高温に加熱された半導体ウエハ（基板）を収納
した反応容器を用い、原料ガス主導入口から反応
原料ガスを給給し、該ウエハ上での成長反応によ
り気相成長層を形成しつつ、反応容器内の気相成
長層の薄い部分に、容器内に挿入した別のノズル
から補助的に原料ガスを供給して、容器内で均一
な気相成長層を形成しながら、反応容器の排出口
から排ガスを排出する方法が採られていた。
従来の方法を第１図により説明する。
第１図は縦型気相成長装置を示しており、反応
容器（ベルジヤー）１内の回転可能な加熱治具
（サセプタ）２の上に載置された多数枚のウエハ
３上に反応原料ガス供給系４から水素をキヤリヤ
ガスとして反応原料ガス、すなわち半導体原料化
合物ガスと不純物ドーピングガスとを導入管（主
ガスノズル）５を通して送り込み、成長膜厚が小
さい主ガスの流れの途中の頒域に別の反応原料ガ
ス供給ノズル（補充ガスノズル）６を挿入し、半
導体原料化合物ガスと不純物ドーピングガスとを
補助的に導入し、例えば1150℃の高温で気相化学
反応を起こさせ、ウエハ３上に所定の均一な膜厚
と抵抗率を有する半導体層（気相成長層）を堆積
させる。ウエハ３上を通過した反応原料ガスは排
出管８から系外に排出される。なお、７は高周波
加熱コイルである。
容器（ベルジヤー）１内の回転可能な加熱治具
（サセプタ）２の上に載置された多数枚のウエハ
３上に反応原料ガス供給系４から水素をキヤリヤ
ガスとして反応原料ガス、すなわち半導体原料化
合物ガスと不純物ドーピングガスとを導入管（主
ガスノズル）５を通して送り込み、成長膜厚が小
さい主ガスの流れの途中の頒域に別の反応原料ガ
ス供給ノズル（補充ガスノズル）６を挿入し、半
導体原料化合物ガスと不純物ドーピングガスとを
補助的に導入し、例えば1150℃の高温で気相化学
反応を起こさせ、ウエハ３上に所定の均一な膜厚
と抵抗率を有する半導体層（気相成長層）を堆積
させる。ウエハ３上を通過した反応原料ガスは排
出管８から系外に排出される。なお、７は高周波
加熱コイルである。
この場合、半導体原料化合物としてはウエハ３
がシリコン（Si）の場合には四塩化珪素
（SiCl4），三塩化シラン（SiHCl3），ジクロルシ
ラン（SiH2Cl2），モノシラン（SiH4）等が、ま
た、不純物ドーピングガスとしてはホスフイン
（PH3），アルシン（AsH3），またはジボラン
（B2H6）等が使用される。
がシリコン（Si）の場合には四塩化珪素
（SiCl4），三塩化シラン（SiHCl3），ジクロルシ
ラン（SiH2Cl2），モノシラン（SiH4）等が、ま
た、不純物ドーピングガスとしてはホスフイン
（PH3），アルシン（AsH3），またはジボラン
（B2H6）等が使用される。
第２図は上記従来法を用いたときの加熱治具の
回転中心軸からの距離と気相成長層の膜厚との関
係を示したものである。ａは補充ガスノズル６か
ら原料ガス（反応原料ガス）を供給しないで、主
ガスノズル５だけから原料ガスを供給した場合の
成長膜厚分布である。気相成長層の膜厚分布は中
央部で凹型の不均一な分布をしている。ｂは補充
ガスノズル６から原料ガスを供給して、ａに示す
不均一な分布を修正し、より均一な分布をめざし
たものである。ｃは、曲線Ａでａに示す膜厚分布
を完全に均一にするために必要な膜厚増加分を、
また、曲線Ｂで補充ガスノズルを用いることによ
つて得られた実際の膜厚増加分とを示している。
均一な成長膜厚分布を得るためには曲線ＡとＢが
一致しなければならない。ところが、実際には曲
線ＡとＢの分布は高さ、極大値を示す位置，分布
の型が異なつている。ａに比べｂでは膜厚のばら
つきが小さくなつてはいるが、なお膜厚分布に不
均一性がある。これはｃにおける曲線ＡとＢの分
布の不一致が原因している。
回転中心軸からの距離と気相成長層の膜厚との関
係を示したものである。ａは補充ガスノズル６か
ら原料ガス（反応原料ガス）を供給しないで、主
ガスノズル５だけから原料ガスを供給した場合の
成長膜厚分布である。気相成長層の膜厚分布は中
央部で凹型の不均一な分布をしている。ｂは補充
ガスノズル６から原料ガスを供給して、ａに示す
不均一な分布を修正し、より均一な分布をめざし
たものである。ｃは、曲線Ａでａに示す膜厚分布
を完全に均一にするために必要な膜厚増加分を、
また、曲線Ｂで補充ガスノズルを用いることによ
つて得られた実際の膜厚増加分とを示している。
均一な成長膜厚分布を得るためには曲線ＡとＢが
一致しなければならない。ところが、実際には曲
線ＡとＢの分布は高さ、極大値を示す位置，分布
の型が異なつている。ａに比べｂでは膜厚のばら
つきが小さくなつてはいるが、なお膜厚分布に不
均一性がある。これはｃにおける曲線ＡとＢの分
布の不一致が原因している。
上記従来法ではｃに曲線Ｂで示すように補充ガ
スによる膜厚増加分布の再現性が悪い。すなわ
ち、補充ガスによる膜厚増加分布の高さ、極大値
の位置，分布の型がバツチ間によつて変化する。
したがつて、補充ガスノズル６の加熱治具２回転
中心からの距離と加熱治具２からの高さ，補充ガ
スの流量と濃度を調節して、補充ガスによる膜厚
増加分布を均一化に必要な膜厚増加分布と一致さ
せるには限界がある。ひいては膜厚分布の均一化
にも限界がある。
スによる膜厚増加分布の再現性が悪い。すなわ
ち、補充ガスによる膜厚増加分布の高さ、極大値
の位置，分布の型がバツチ間によつて変化する。
したがつて、補充ガスノズル６の加熱治具２回転
中心からの距離と加熱治具２からの高さ，補充ガ
スの流量と濃度を調節して、補充ガスによる膜厚
増加分布を均一化に必要な膜厚増加分布と一致さ
せるには限界がある。ひいては膜厚分布の均一化
にも限界がある。
本発明の目的は上述の問題点を解決し、補充ガ
スによる膜厚増加分布の再現性がよく気相成長層
の膜厚の均一性が優れ、従つて、反応容器を大型
化して１バツチ当りの処理量を多くすることがで
きる気相成長方法を提供することにある。
スによる膜厚増加分布の再現性がよく気相成長層
の膜厚の均一性が優れ、従つて、反応容器を大型
化して１バツチ当りの処理量を多くすることがで
きる気相成長方法を提供することにある。
本発明は縦型気相成長装置を用いた気相成長法
において、反応原料ガスを供給する主ガスノズル
の他に膜厚分布を修正する補充ガスノズルを設
け、補充ガスノズルから反応原料ガスの補充ガス
を主ガスの流れを避けるように加熱台の上方から
垂直に供給することを特徴としている。
において、反応原料ガスを供給する主ガスノズル
の他に膜厚分布を修正する補充ガスノズルを設
け、補充ガスノズルから反応原料ガスの補充ガス
を主ガスの流れを避けるように加熱台の上方から
垂直に供給することを特徴としている。
本発明は、従来装置において反応容器内に主原
料ガス流による局所的なガスの流れがあり、これ
が原料ガス、特に補充ガスが基板上に再現性よく
安定に達することを妨げていることを見出すこと
によつて成し遂げられた。すなわち、補充ガスノ
ズルから原料ガスを供給して膜厚分布を修正する
場合、補充の効果は補充ガスノズルの型，中心か
らのノズルの距離，加熱治具表面からの高さ，補
充ガスの流量と濃度だけでなく、主ガスノズルと
補充ガスノズルの位置関係に強く依存する。
料ガス流による局所的なガスの流れがあり、これ
が原料ガス、特に補充ガスが基板上に再現性よく
安定に達することを妨げていることを見出すこと
によつて成し遂げられた。すなわち、補充ガスノ
ズルから原料ガスを供給して膜厚分布を修正する
場合、補充の効果は補充ガスノズルの型，中心か
らのノズルの距離，加熱治具表面からの高さ，補
充ガスの流量と濃度だけでなく、主ガスノズルと
補充ガスノズルの位置関係に強く依存する。
本発明は、補充ガスノズルの位置を主ガスの流
れの外に置くことによつて、再現性のよい補充効
果を安定して得るものである。
れの外に置くことによつて、再現性のよい補充効
果を安定して得るものである。
第３図は補充ガス流の主ガス流による影響の状
況を示すもので３個の主ガスノズルを120゜間隔で
主ガス吹出し方向が水平となるように配置し、補
充ガスノズルは加熱治具の半径の約半分の位置に
補充ガスの吹出し方向が垂直になるように配置
し、補充ガスノズルを主ガスノズルの間隔、すな
わち、0゜〜120゜の間で変化させた結果を示してい
る。図中、曲線Ａは補充ガスノズルと主ガスノズ
ルが半径方向に同軸上にある時、すなわち、両ノ
ズルの間隔が角度で0゜である時の膜厚増加分布を
示している。また曲線Ｂは補充ガスノズルが丁
度、２個の主ガスノズルと60゜ずつの間隔をもつ
て配置されている時の膜厚増加分布を示してい
る。曲線Ａが示すように、主ガスノズルと補充ガ
スノズルが同軸上に存在する場合は補充ガスは強
い主ガス流の影響を受けて最大増加膜厚が加熱治
具の外周方向にずれているが、曲線Ｂに示すよう
に補充ガスノズルが主ガスノズルの中間にある場
合は主ガス流がこの場所で外周から回転軸方向に
向う弱い流れを形成しており、このガス流に影響
されてやや、回転軸方向に最大増加膜厚分布位置
がずれている。
況を示すもので３個の主ガスノズルを120゜間隔で
主ガス吹出し方向が水平となるように配置し、補
充ガスノズルは加熱治具の半径の約半分の位置に
補充ガスの吹出し方向が垂直になるように配置
し、補充ガスノズルを主ガスノズルの間隔、すな
わち、0゜〜120゜の間で変化させた結果を示してい
る。図中、曲線Ａは補充ガスノズルと主ガスノズ
ルが半径方向に同軸上にある時、すなわち、両ノ
ズルの間隔が角度で0゜である時の膜厚増加分布を
示している。また曲線Ｂは補充ガスノズルが丁
度、２個の主ガスノズルと60゜ずつの間隔をもつ
て配置されている時の膜厚増加分布を示してい
る。曲線Ａが示すように、主ガスノズルと補充ガ
スノズルが同軸上に存在する場合は補充ガスは強
い主ガス流の影響を受けて最大増加膜厚が加熱治
具の外周方向にずれているが、曲線Ｂに示すよう
に補充ガスノズルが主ガスノズルの中間にある場
合は主ガス流がこの場所で外周から回転軸方向に
向う弱い流れを形成しており、このガス流に影響
されてやや、回転軸方向に最大増加膜厚分布位置
がずれている。
第４図は第３図の場合と同じノズル配置で補充
ガスノズルを２個の主ガスノズルの間、すなわ
ち、０〜120゜の間で変化させた時、増加膜厚の最
大値を示す位置が、どのように変化するかを示す
もので、補充ガスノズルが配置されている場所を
基準として最大増加膜厚が加熱治具の外周方向に
表われる場合を正符号、加熱治具の回転軸方向に
表われる場合を負符号として、最大増加膜厚を示
す位置との間隔をずれδで示したものである。第
４図によれば、補充ガスノズルが主ガスノズルと
あまり角度を持たない領域でずれδはかなり変動
し、主ガス流の影響を強く受けている主ガスノズ
ルに対して20〜100゜の領域に置けば安定で制御し
易い補充効果が得られ、ひいては均一な気相成長
膜厚分布を得ることができることが分る。
ガスノズルを２個の主ガスノズルの間、すなわ
ち、０〜120゜の間で変化させた時、増加膜厚の最
大値を示す位置が、どのように変化するかを示す
もので、補充ガスノズルが配置されている場所を
基準として最大増加膜厚が加熱治具の外周方向に
表われる場合を正符号、加熱治具の回転軸方向に
表われる場合を負符号として、最大増加膜厚を示
す位置との間隔をずれδで示したものである。第
４図によれば、補充ガスノズルが主ガスノズルと
あまり角度を持たない領域でずれδはかなり変動
し、主ガス流の影響を強く受けている主ガスノズ
ルに対して20〜100゜の領域に置けば安定で制御し
易い補充効果が得られ、ひいては均一な気相成長
膜厚分布を得ることができることが分る。
以下、本発明の一実施例を第５図第６図により
説明する。第５図は縦断面図、第６図は第５図の
Ａ−Ａ切断線に沿つた横断面図である。
説明する。第５図は縦断面図、第６図は第５図の
Ａ−Ａ切断線に沿つた横断面図である。
補充ガス導入系は３つの場合である。図におい
て、Siウエハ３は石英反応容器（ベルジヤー）１
内の加熱治具２上に載置され、加熱治具２の下の
高周波加熱コイル７に電流を通じることによつて
加熱される。反応原料ガスは原料ガス供給系４か
ら主ガスノズル５を経て導入される。Siウエハ３
上を通つて排出管８より排出される。反応原料ガ
スは主ガスノズル５の他に補充ガスノズル６から
も導入される。
て、Siウエハ３は石英反応容器（ベルジヤー）１
内の加熱治具２上に載置され、加熱治具２の下の
高周波加熱コイル７に電流を通じることによつて
加熱される。反応原料ガスは原料ガス供給系４か
ら主ガスノズル５を経て導入される。Siウエハ３
上を通つて排出管８より排出される。反応原料ガ
スは主ガスノズル５の他に補充ガスノズル６から
も導入される。
以上の構成は従来と変らないが、本実施例にお
いては、補充ガスノズル６の位置が主ガスノズル
５の吹出し方向とずらした位置に置いてある。す
なわち主ガスノズル５の吹出し口は３段，３方向
で120゜間隔に合計９個ある。補充ガスノズルは３
本用い、各主ガスノズル５の間の位置（主ガスノ
ズルから60゜ずれた位置）で、加熱治具６の半径
方向で回転軸から異なる距離をもつて置く。補充
ガスノズル６はいずれも縦20mm，横60mmの長方形
の下方への吹出し口を持つている。補充ガスノズ
ルの高さはSiウエハ３から30mmの位置に置く。
いては、補充ガスノズル６の位置が主ガスノズル
５の吹出し方向とずらした位置に置いてある。す
なわち主ガスノズル５の吹出し口は３段，３方向
で120゜間隔に合計９個ある。補充ガスノズルは３
本用い、各主ガスノズル５の間の位置（主ガスノ
ズルから60゜ずれた位置）で、加熱治具６の半径
方向で回転軸から異なる距離をもつて置く。補充
ガスノズル６はいずれも縦20mm，横60mmの長方形
の下方への吹出し口を持つている。補充ガスノズ
ルの高さはSiウエハ３から30mmの位置に置く。
反応原料ガスとし四塩化ケイ素（SiCl4）を用
いる。主ガスノズル５からは、四塩化ケイ素濃度
1.2mol％、流量70／minの反応原料ガスを流
す。３つの補充ガスノズルからは、原料ガス濃度
3.1mol％のガスを、それぞれ、回転軸に最も近
いもので1.8／min、回転軸から最も離れたも
ので2.1／min、中間に位置するもので2.5／
min流す。ドーピングガスとしてホスフイン
（PH3）を用いている。
いる。主ガスノズル５からは、四塩化ケイ素濃度
1.2mol％、流量70／minの反応原料ガスを流
す。３つの補充ガスノズルからは、原料ガス濃度
3.1mol％のガスを、それぞれ、回転軸に最も近
いもので1.8／min、回転軸から最も離れたも
ので2.1／min、中間に位置するもので2.5／
min流す。ドーピングガスとしてホスフイン
（PH3）を用いている。
加熱治具２の直径は600mmである。加熱治具２
上には、直径４インチのSiウエハが20枚載置して
ある。Siウエハは1200℃まで加熱する。加熱治具
２を毎分15回転で回転させながら気相成長を行わ
せる。
上には、直径４インチのSiウエハが20枚載置して
ある。Siウエハは1200℃まで加熱する。加熱治具
２を毎分15回転で回転させながら気相成長を行わ
せる。
本実施例によれば、バツチ内４インチSiウエハ
20枚の膜厚および抵抗率のばらつきを、それぞ
れ、従来の±６％，±８％から、±２％，±2.5％に
改善できた。また、バツチ間の膜厚および抵抗率
のばらつきを、それぞれ、従来の±10％，±15％
から±2.5％，±３％に改善できた。
20枚の膜厚および抵抗率のばらつきを、それぞ
れ、従来の±６％，±８％から、±２％，±2.5％に
改善できた。また、バツチ間の膜厚および抵抗率
のばらつきを、それぞれ、従来の±10％，±15％
から±2.5％，±３％に改善できた。
本発明は主ガスノズルに球状ノズルを用いた場
合でも適用できる。球状ノズルとは、ノズル先端
を球状にして、吹出し口を加熱治具の水平半径方
向だけでなく、斜めの方向にも設けたものであ
る。球状ノズルを用いた場合も、補充ガスノズル
およびその補充ガス流が主ガスノズルの吹出し方
向でない位置に置くようにする。このようにすれ
ば、前と同様に安定な補充を行うことができ、膜
厚の分布も向上する。
合でも適用できる。球状ノズルとは、ノズル先端
を球状にして、吹出し口を加熱治具の水平半径方
向だけでなく、斜めの方向にも設けたものであ
る。球状ノズルを用いた場合も、補充ガスノズル
およびその補充ガス流が主ガスノズルの吹出し方
向でない位置に置くようにする。このようにすれ
ば、前と同様に安定な補充を行うことができ、膜
厚の分布も向上する。
以上説明したように、本発明によれば、補充ガ
スによる膜厚増加分布は再現性がよく、均一性に
優れている。従つて、反応容器を大型化して１バ
ツチ当りの処置量を多くすることができる。
スによる膜厚増加分布は再現性がよく、均一性に
優れている。従つて、反応容器を大型化して１バ
ツチ当りの処置量を多くすることができる。
尚、本発明はSiの気相成長の他、Ge2SiO2，
Si3N4等、各種の気相成長に適用可能である。
Si3N4等、各種の気相成長に適用可能である。
第１図は従来の縦型気相成長装置を示す縦断面
図、第２図ａ〜ｃは第１図に示す従来装置におい
て主ガスノズル、および補充ガスノズルを用いた
時の気相成長層の膜厚、膜厚増加分布を示す図、
第３図，第４図は本発明を得るに際して得た。補
充ガスノズルの位置を変えた時の膜厚増加分布お
よび最大増加膜厚分布と補充ガスノズルのずれの
関係を示す図、第５図は本発明の一実施例に際し
て用いた縦型気相成長装置の縦断面図、第６図は
第５図のＡ−Ａ切断線に沿つた横断面図である。 １……反応容器、２……加熱治具、３……Siウ
エハ、４……反応原料ガス供給系、５……主ガス
ノズル、６……補充ガスノズル、７……高周波加
熱コイル、８……排出管。
図、第２図ａ〜ｃは第１図に示す従来装置におい
て主ガスノズル、および補充ガスノズルを用いた
時の気相成長層の膜厚、膜厚増加分布を示す図、
第３図，第４図は本発明を得るに際して得た。補
充ガスノズルの位置を変えた時の膜厚増加分布お
よび最大増加膜厚分布と補充ガスノズルのずれの
関係を示す図、第５図は本発明の一実施例に際し
て用いた縦型気相成長装置の縦断面図、第６図は
第５図のＡ−Ａ切断線に沿つた横断面図である。 １……反応容器、２……加熱治具、３……Siウ
エハ、４……反応原料ガス供給系、５……主ガス
ノズル、６……補充ガスノズル、７……高周波加
熱コイル、８……排出管。
Claims (1)
- １ 反応容器内の加熱台上に基板を載置し、該加
熱台を回転させながらその回転軸位置に設けられ
た主ガスノズルから加熱台の半径方向に向つて水
平に反応原料ガスを主ガスとして供給し上記基板
上に薄膜の気相成長を行わせ、加熱台の周囲位置
から排ガスを排出する縦型の気相成長方法におい
て、上記主ガスノズルとは別に補充ガスノズルを
設け、該補充ガスノズルから反応原料ガスの補充
ガスを上記主ガスの流れを避けるように加熱台の
上方から垂直に供給することを特徴とする気相成
長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17464081A JPS5877224A (ja) | 1981-11-02 | 1981-11-02 | 気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17464081A JPS5877224A (ja) | 1981-11-02 | 1981-11-02 | 気相成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5877224A JPS5877224A (ja) | 1983-05-10 |
| JPH0324054B2 true JPH0324054B2 (ja) | 1991-04-02 |
Family
ID=15982121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17464081A Granted JPS5877224A (ja) | 1981-11-02 | 1981-11-02 | 気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5877224A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011007735A1 (de) * | 2010-06-14 | 2011-12-15 | S.O.I. Tec Silicon On Insulator Technologies | Systeme und Verfahren zur Gasbehandlung einer Anzahl von Substraten |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55117229A (en) * | 1979-03-05 | 1980-09-09 | Hitachi Ltd | Growing method of semiconductor at gas phase |
| JPS55158623A (en) * | 1979-05-29 | 1980-12-10 | Hitachi Ltd | Method of controlling semiconductor vapor phase growth |
-
1981
- 1981-11-02 JP JP17464081A patent/JPS5877224A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55117229A (en) * | 1979-03-05 | 1980-09-09 | Hitachi Ltd | Growing method of semiconductor at gas phase |
| JPS55158623A (en) * | 1979-05-29 | 1980-12-10 | Hitachi Ltd | Method of controlling semiconductor vapor phase growth |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5877224A (ja) | 1983-05-10 |
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