JPH0383895A - エピタキシャル成長装置 - 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】 〔概要〕 基板上にシリコンの単結晶層（エピタキシャル層）を形
成・成長させるエピタキシャル成長装置に関し、 低温エピタキシャル成長においてもより実用的な成長速
度を得ることが可能であり、且つ膜圧分布の均一なエピ
タキシャル層の形成が可能なエピタキシャル成長装置を
提供することを目的とし、基板表面にエピタキシャル層
を成長させるための容器である反応管と、該反応管上部
に設けられ、該反応管内部に成長ガスを吸入する吸入口
と、該反応管内に設けられ、前記基板を保持し、同基板
を回転させるサセプタと、該反応管を加熱するヒータと
、前記成長ガスを排気するための排気口と、該反応管内
であって、該吸入口と該サセプタとの間に、前記サセプ
タの軸を囲むように設けられた関口部を有する整流板を
具備するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、基板上にシリコンの単結晶層（エピタキシャ
ル層）を形成・成長させるエピタキシャル成長装置に関
する。

近年バイポーラデバイスの動作速度の高速化に伴い、埋
め込み層を形成した基板上に成長させるエピタキシャル
層の薄膜化が要求されている。

しかしエピタキシャル層の成長は通常高温で行われるた
めに、埋め込み層内の不純物が形成されたエピタキシャ
ル層へ再分布してしまう。このことから素子を形成する
ために必要な再分布のないエピタキシャル層の厚みを確
保するには、不純物が再分布したエピタキシャル層の厚
さ分だけエピタキシャル層を厚くしなければならなくな
る。これは前記薄膜化の要求と相反することになる。

そこで同要求を満たすためにも、埋め込み層からエピタ
キシャル層への不純物の再分布をおこさないために処理
温度の低下が望まれている。

一方生産効率の面から言えばエピタキシャル層の成長速
度は速い方が良いわけだが、成長速度を高速化しすぎる
ことは基板上に多結晶シリコンを生成してしまう要因と
なる。

特に１０００°Ｃ以下のような低温成長においては、１
０５０°Ｃを越えるような高温成長に比べて比較的低い
成長速度でも多結晶シリコンが生成してしまう（噴量に
ある。

従って特に低温エピタキシャル成長においては、生産効
率の点からいってもエピタキシャル層をできるだけ速い
速度で、且つ多結晶シリコンが生成されないように成長
させる必要がある。

〔従来の技°術〕

第４図は従来のエピタキシャル成長装置を示す断面図で
ある。

図中２は反応管であり、内部でエピタキシャル成長を行
わせるためのもの、３は吸入口であり、成長ガス１を反
応管２内部に吸入するためのもの、４はヒータであり、
該反応管２を加熱するためのものである。また５は基板
であり、６は複数の基板５を保持・回転させるためのサ
セプタ、７は該成長ガスｌを該反応管２外に排出するた
めの排気口である。

従来のエピタキシャル成長装置において吸入口３より高
速で吹き出してきた成長ガス１は、反応管２内全体に拡
がりながらサセプタ６に保持された複数の基板５の表面
を流れていく。モして該基１Ｉｉ５表面においてシリコ
ンを析出し、エピタキシャル層を成長させつつ最終的に
反応管２下部の排気ロアより排気される。

第５図は従来のエピタキシャル成長装置において、反応
管２内での成長ガス１の流れを示す断面図であり、第４
図と同一のものは同一の符号で示しである。

図中２箇所の吸入口３は、装置の構成上やや斜めに、そ
して同一の領域Ａに向けて設置しである。

そのため成長ガス１が両眼入口３より同領域Ａに向けて
吹き出してくると、該領域Ａは他の領域に比べて成長ガ
ス１の濃度が高くなる。従って該領域Ａに存在する基板
のエピタキシャル層の成長速度は、他の領域に存在する
基板のものよりも速くなるのである。一方、サセプタ６
に対して該領域Ａと反対の位置に当たる領域Ｂは逆に成
長ガス１の濃度が低くなる。従って該領域Ｂに存在する
基板のエピタキシャル層の成長速度は、他の領域に存在
する基板のものよりも遅くなるのである。

このように従来のエピタキシャル成長装置では、基板５
上に形成されるエピタキシャル層の成長速度が該基板５
の反応管２内での位置によって異なってしまう。

また従来装置において、その構成上吸入口３が同一方向
に向けて設けられているど述べたが、基板５に対して並
行に成長ガスを導入できない限り、前記吸入口３をどの
方向に向けて設けても上述の現象はやはり起きるであろ
う。

そして上述した現象による影響を避けるため、基板５を
保持するサセプタ６を回転させることにより反応管２内
の全基板を異なる全ての成長速度で万遍なく成長させる
ことで、反応管２内に設けられた複数の基板上に形成さ
れるエピタキシャル層の膜厚の均一化を図っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし上述のサセプタ６を回転させる方式は、該サセプ
タ６上に保持される複数の基板５において、エピタキシ
ャル層の成長速度を回転に伴って大きく変化させること
になるのである。

第６図は従来装置において、サセプタ６上の基Ｆｉ５が
サセプタ６の回転に伴って受ける成長速度変化を示す説
明図である。

図中ａは、ある成長温度において問題無く単結晶シリコ
ンを生成するための限界成長速度であり、これを越えた
成長速度でエピタキシャル成長を行うと基板５上に多結
晶シリコンを生成してしまう。

ｂは前記成長速度変化であり、またＣは反応管２内全体
としての平均成長速度を表すものである。

基板５上で多結晶シリコンを生成させないためには、前
記成長速度すはその最大値が前記限界成長速度ａを越え
ないようにしなければならない。

だがその結果核成長速度すの平均値Ｃと該成長速度すの
最大値とに開きがあることから、反応管２内の複数の基
板におけるエピタキシャル層の平均成長速度Ｃは、多結
晶シリコンを生成しない限界成長速度ａよりもだいぶ低
下してしまうという問題を生じていた。特に低温エピタ
キシャル成長では高温エピタキシャル成長に比べて限界
成長速度ａが低いため、低温エピタキシャル成長でのエ
ピタキシャル層の平均成長速度Ｃは更に低くなってしま
い、生産効率の点でもこの問題は深刻であった。

また上記課題の解決策の１つとして、特開昭５６−３７
２９６公報記載のエピタキシャル成長装置を流用するこ
とも可能ではある。

本装置はサセプタ６上に蒸着ガス導入部材なるものを設
けたものであり、該蒸着ガス導入部材内に一旦吸入され
た成長ガスは、該蒸着ガス導入部材下面に設けられた多
数の孔よりサセプタ上に保持された基板へと、シャワー
状に流れていくのである。

本装置を用いることにより、反応管内での成長ガス濃度
が不均一であるという問題はおそらく解決できるであろ
う。

しかしながら本装置は、蒸着ガス導入部材下面に設けら
れた成長ガス噴出口が前記サセプタの軸からだいぶ離れ
た部分にも設けられているために、反応管内壁に近い部
分の該噴出口では、該反応管外側に設けられたヒータの
加熱によって該噴出口内壁へのシリコンの析出・堆積が
起こりやす（なる。そしてこの堆積が進むと成長ガスの
噴出量は次第に減少し、基板におけるエピタキシャル層
の成長速度は低下していくことになる。

また噴出口が多孔式であるということは、成長ガスの噴
出速汝は当然の如く遅くなり、やはりエピタキシャル層
の成長速度の低下につながる。

一方上記問題点を解決するために成長ガスの吸入速度を
増加させると、シャワー状に高速で噴出する成長ガスの
濃度は微視的に分布を生じ、基板上に形成するエピタキ
シャル層の成長速度の面内均一性が悪くなる。この問題
は、特にサセプタ上方に保持された基板はど顕著になる
。

また、前記成長ガス噴出口においてはシリコンの析出が
加速されるであろう。

従って本装置では、反応管内で成長ガス濃度が一定とな
る代わりに基板におけるエピタキシャル層の成長速度が
低下するという問題点が新たに生じてしまう。

本発明は、低温エピタキシャル成長においてもより実用
的な成長速度を得ることが可能であり、且つ膜圧分布の
均一なエピタキシャル層の形成が可能なエピタキシャル
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〕

この目的は、基板表面にエピタキシャル層を成長させる
ための容器である反応管と、該反応管上部に設けられ、
該反応管内部に成長ガスを吸入する吸入口と、該反応管
内に設けられ、前記基板を保持し、同基板を回転させる
サセプタと、該反応管を加熱するヒータと、前記成長ガ
スを排気するための排気口と、該反応管内であって、該
吸入口と該サセプタとの間に、該サセプタの軸を囲むよ
うに設けられた開口部を有する整流板を具備したエピタ
キシャル成長装置とすることで達成される。

〔作用〕

本発明では上述の手段を用いることにより、吸入口３よ
り反応管２内上部に吹き出してきた成長ガス１は、整流
板８によって一定方向に整流される。すると反応管２内
において同成長ガス１は、サセプタ６上の複数の基板５
０表面に対して並行に流れることになる。

従って、反応管２内全体において基板表面における成長
ガス１”の濃度がほぼ均一化する。そして前記サセプタ
６の回転に伴って、同サセプタ６上の複数の基板５にお
けるエピタキシャル層の成長速度はほとんど変化しなく
なるのである。

この結果従来最大成長速度で制限されてきたエピタキシ
ャル層の平均成長速度は、より高い速度に、すなわち多
結晶シリコンを生成しない限界成長速度により近づける
ことが可能となる。

また、該整流板８に設けられた前記開口部は軸６ａを囲
むように設けられているため、前記特開昭５６−３７２
９６公報記載のエピタキシャル成長装置における多孔式
の成長ガス噴出口よりも、高速で均一な成長ガスを基板
５に向けて送ることが可能である。

更に、前記開口部はヒータ４より最も離れた部分に設け
られているため、該開口部にシリコンが堆積することを
最小限に抑制することが可能である。

〔実施例〕

（ａ）第一の実施例の説明 第１図は本発明の一実施例を示す断面図であり、第４図
と同一のものは同一の符号で示しである。

図中８は整流板であって、成長ガス１を整流するための
ものであり、以後該整流板８より上部空間を整流槽２ａ
、下部空間を反応槽２ｂと呼ぶことにする。

また第２図は、本実施例において整流槽２ａでの成長ガ
ス１の流れを示す断面図であり、第１図と同一のものは
同一の符号で示しである。

図中中央部の矢印は、前記整流槽２ａより整流ｖｉ８の
開口部を通過して反応槽２ｂへと流れていく成長ガス１
を表す。

本装置において吸入口３より整流槽２ａへと吹き出して
きた成長ガス１は、整流板８の開口部を通過することで
整流される。そして整流された成長ガスｌは、サセプタ
６上の複数の基板５に対して並行に流れるようになり、
該反応Ｆ２ｂ内全体での成長ガスの濃度はほぼ均一とな
る。

第３図は、本発明においてサセプタ上の基板がサセプタ
の回転に伴って受ける成長速度変化を示す説明図であり
、第６図と同一のものは同一の記号で示しである。

前述の通り成長速度すは、反応管２内のどの位置におい
ても大きな変化はしなくなる。従って第６図に示すよう
な従来の平均成長速度に比較して、本装置による平均成
長速度Ｃは大幅に引き上げることが、すなわち多結晶シ
リコンを発生しない限界成長速度ａにより近づけること
が可能となるのである。

実際に本装置によって行ったエピタキシャル成長の条件
を以下に示す。

埋め込み層を持つ複数の基板に対するエピタキシャル成
長工程であって、成長ガスはＨ２ガスで希釈されたＳｉ
ｇＨ，、そのキャリアガスもやはりＨ２ガス、熱処理温
度は約９００［”Ｃ］　の低温成長である。また整流板
８の開口部は、中心部にあるサセプタ６の軸６ａに沿っ
て５　［ｍｍ１間隔程変度開いているものである。

比較のために、同様の条件により従来の装置でもエピタ
キシャル成長を行ったが、本装置におけるエピタキシャ
ル層の成長速度が反応槽２ｂ内でだいたい一定となった
ために、従来装置によるものよりも前記平均成長速度を
向上させることができた。。

（ｂ）他の実施例の説明 本発明において、今まではシリコン基板上にシリコンの
単結晶層を形成することを前提としてきたが、該単結晶
層はシリコンでなくともよく、例えばガリウム砒素等の
化合物半導体でもよい。

以上本発明を実施例により説明したが、本発明は本発明
の主旨に従い種々の変形が可能であり、本発明からこれ
らを排除するものではない。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明によれば、成長ガスが反応槽内
へと高速で送り込まれ、且つ反応槽内全体において成長
ガス濃度が均一になるという効果を奏する。

このためサセプタ上に保持された複数の基板におけるエ
ピタキシャル層の成長速度は、サセプタの回転に対して
ほとんど変化しない。そして特に低温エピタキシャル成
長においては成長速度をより実用的な速度まで引き上げ
ることができ、基板の生産効率が向上することから、係
わるエピタキシャル成長装置の性能向上に寄与するとこ
ろが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は本発
明の実施例において、整流槽での成長ガスの流れを示す
断面図、 第３図は本発明において、サセプタ上の基板がサセプタ
の回転に伴って受ける成長速度変化を示す説明図、 第４図は従来のエピタキシャル成長装置を示す断面図、 第５図は従来装置において、反応管内での成長ガスの流
れを示す断面図、 第６図は従来装置において、サセプタ上の基板がサセプ
タの回転に伴って受ける成長速度変化を示す説明図であ
る。 図中、　　■・・・成長ガス ２・・・反応管 ２ａ・・整流槽 ２ｂ・・反応槽 ３・・・吸入口 ４・・・ヒータ ５・・・基板 ６・・・サセプタ 軸 排気口 整流板 多結晶シリコンを生成させな いための限界成長速度 サセプタの回転角に対するエ ピタキシャル層の成長速度表 化 平均成長速度 １、べ長ガズ 杢発Ｂｇの一実檜例乞示ず所凶旧 ′ＩＩ　ｉ　口 ＋ｒヒプ７回転角 １八長゛η゛ス 猥啄の工じゲを驕ノいべ長壌置乞示ず前面（２）ガ　４
　閉

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板（５）表面にエピタキシャル層を成長させるための
   容器である反応管（２）と 該反応管上部に設けられ、該反応管（２）内部に成長ガ
   ス（１）を吸入する吸入口（３）と、該反応管（２）内
   に設けられ、前記基板（５）を保持し、同基板（５）を
   回転させるサセプタ（６）と、 該反応管（２）を加熱するヒータ（４）と、前記成長ガ
   ス（１）を排気するための排気口（７）と、 該反応管（２）内であって、該吸入口（３）と該サセプ
   タ（６）との間に、前記サセプタの軸（６ａ）を囲むよ
   うに設けられた開口部を有する整流板（８）を具備した
   ことを特徴とするエピタキシャル成長装置。