JPH0458436B2 - - Google Patents

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JPH0458436B2
JPH0458436B2 JP11672887A JP11672887A JPH0458436B2 JP H0458436 B2 JPH0458436 B2 JP H0458436B2 JP 11672887 A JP11672887 A JP 11672887A JP 11672887 A JP11672887 A JP 11672887A JP H0458436 B2 JPH0458436 B2 JP H0458436B2
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JP
Japan
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silicon
nozzle
quartz
raw material
epitaxial growth
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JP11672887A
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JPS63282195A (ja
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Yoshihiko Saito
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、気相エピタキシヤル成長装置の反応
炉の原料ガス吹出ノズル(吹出口ともいう)に関
するもので、特に硅素(シリコン)の高品質気相
エピタキシヤル膜の成長に使用されるものであ
る。
(従来の技術) 硅素の気相エピタキシヤル成長技術の基本的内
容は、気相中で硅素化合物の熱分解、水素還元等
の化学反応を起こさせ、高温(1000〜1200℃)に
保たれた硅素基板等の上に硅素の単結晶層を形成
させることである。このためのエピタキシヤル成
長装置の反応炉の一例として縦型反応炉の概念図
を第3図に示す。グラフアイトサセプタ1は中空
円板状で、硅素基板(ウエーハ)2を支持すると
共に高周波コイル3により加熱され、基板2を所
定温度(約1000〜1150℃)に昇温する。キヤリヤ
ガス(H2、N2)に混合された原料ガスはガス吹
出ノズル4より反応炉内に供給され、基板2上に
これと同じ結晶方位の硅素単結晶膜を成長する。
5は石英ベルジヤである。従来の原料ガス吹出ノ
ズル4の一例を第2図に示す。吹出ノズル4は高
純度石英からつくられる。原料ガスはキヤリアガ
スと共に流入口7より供給され流出口6より炉内
に噴出される。このノズルの形状を変化させるこ
とで、エピタキシヤル成長炉内のガス流パターン
などを制御できる。エピタキシヤル成長膜厚など
のエピタキシヤル成長膜特性は、ノズルから供給
される原料ガスの流れの状態などに影響される。
このため吹出ノズルの位置は任意に決められず、
熱源からの熱によつて加熱される位置に配置する
場合が多い。従来吹出ノズルは、加工の容易さ、
耐熱性、純度などの点がすぐれているという理由
で、素材に高純度石英(SiO2)を用いて製作さ
れている。
石英製のノズルを用いた場合の問題点は、前記
のようにノズルが加熱されているために原料ガス
中の硅素がノズル面に析出してしまうことであ
る。ノズルの石英面に析出した硅素(以下パーテ
イクルと呼ぶ)はノズルから噴出するガスにより
容易に剥離し基板上に運ばれ、エピタキシヤル成
長膜中に取り込まれ、表面異常突起などの欠陥を
生成する。原料ガスとして四塩化硅素(SiCL4
を用い、1100℃程度の高温でエピタキシヤル成長
させる場合には、エピタキシヤル成長工程の実施
回数、ガス流量条件などにもよるが、上記の析出
硅素は量的にそれ程問題にならない。しかしな
が、エピタキシヤル成長膜の素子への応用が広が
るにつれ、原料ガスもジクロルシラン
(SiH2Cl2)、シラン(SiH4)、更にはジシラン
(Si2H6)なども使用されつつある。原料ガス分
子中の水素の原子数が増加するにつれ、上記の析
出は激しくなり、硅素基板上のパーテイクル数も
増加し、エピタキシヤル成長膜中に取り込まれる
パーテイクル数は増加し、素子特性、歩留りに悪
影響を及ぼす。特に選択エピタキシヤル成長や高
速バイポーラの基板形成などの比較的低温で行な
うエピタキシヤル成長工程に対しては、一回の成
長工程中に硅素が析出し、エピタキシヤル成長工
程前にノズルを洗浄しても大きな効果が得られな
いという問題がある。
(発明が解決しようとする問題点) 前述のように従来の石英製の原料ガス吹出ノズ
ルを使用しエピタキシヤル成長を行なう場合、ノ
ズルに硅素が析出し、噴出するガスによつて基板
上に運ばれ、エピタキシヤル成長膜中に取り込ま
れ、表面異常突起などの欠陥を生成する。近年エ
ピタキシヤル成長膜の素子への応用が広がるにつ
れ原料ガスの種類、基板温度等の工程条件も多岐
にわたり、エピタキシヤル成長膜に取り込まれる
硅素のパーテイクル数が増大する場合があり、こ
の改善は大きな問題となつている。
本発明の目的は、硅素のエピタキシヤル成長工
程において、反応炉の原料ガス吹出ノズルに析出
する硅素が原因となつて生じるエピタキシヤル成
長膜中のパーテイクルを減少させ、該成長膜の表
面異常突起などの欠陥を抑制し、高品質のエピタ
キシヤル成長膜を作製する原料ガス吹出ノズルを
提供することである。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段と作用) 本発明は、気相エピタキシヤル成長装置の反応
炉の原料ガス吹出ノズル(吹出口ともいう)であ
つて、高純度の石英製ノズルに炭化硅素膜を被覆
したことを特徴とする原料ガス吹出ノズルであ
る。
前述のように従来の石英製のノズルだとエピタ
キシヤル成長工程中にノズルの石英面に硅素が剥
れ易いボロボロの状態で析出し、噴出する原料ガ
スによつてその一部が基板上に運ばれパーテイク
ル(細粒)となつてエピタキシヤル成長膜に取り
込まれる。しかし本発明においてはノズルの石英
面を炭化硅素(SiO)膜で被覆(コーテイング)
するので、エピタキシヤル成長工程中にノズルに
析出する硅素はこの炭化硅素膜に剥れ難い状態で
被着し、従来技術におけるパーテイクルの原因と
なるような状態の硅素の析出は除去できる。これ
によりエピタキシヤル成長膜に取り込まれるパー
テイクルも大幅に減少する。
望ましい実施態様として、高純度石英製のノズ
ル石英面にCVD法で硅素又は窒化硅素を被覆し
た後、更にその上にCVD法で炭化硅素膜を被覆
する。この理由は炭化硅素を直接石英に被覆する
と昇温時(特に約900℃以上の高温)において炭
化硅素膜が剥離する可能性があるためで、中間膜
の硅素又は窒化硅素の薄膜は炭化硅素膜の剥離を
防止する作用を持つ。
(実施例) 本発明の吹出ノズルの実施例として、高純度石
英上に硅素又は窒化硅素を被覆(コーテイング)
し、更にその上に炭化硅素をコーテイングした望
ましい実施態様の場合について述べる。第1図a
はこの吹出ノズル10の断面図である。
符号14は石英から成る吹出ノズルであり、符
号19は該ノズルの石英面を被覆する炭化硅素膜
である。又石英面と炭化硅素膜19との間に硅素
又は窒素硅素から成る中間膜18が介在する。
原料ガスはキヤリアガスと共に流入口17から
流れ込み、流出口16より炉内に供給される。第
1図bは、同図aの破線で示す部分Aの拡大断面
図である。
一般に吹出ノズルの形状は、エピタキシヤル成
長装置の構造、エピタキシヤル成長条件などによ
つて最適な形状が決定される為、特に定めない。
第1図に示すものはその一例である。あるエピタ
キシヤル工程に最適なノズルの形状が決定される
と、先ず高純度石英をその形状に加工する。
次にCVD法によつて、加工されたノズル14
の高純度石英面を硅素又は窒化硅素の膜18によ
つてコーテイングする。このコーテイング温度及
び原料ガス等は公知の条件により行ない特に定め
ない。例として硅素で石英面をコーテイングする
場合、(Si2H6+H2)又は(SiH4+H2)の混合ガ
スを使用し、約900℃でコーテイング可能である。
又窒化硅素でコーテイングする場合、(NH3
SiH4)系などの混合ガスを使用し、約900℃で行
なう。石英面にコーテイングする硅素又は窒化硅
素の膜厚が厚過ぎると剥離し易くなり又コストも
高くなるので、その膜厚は10μmを越えないこと
が望ましい。
上記のように石英を硅素又は窒化硅素でコーテ
イングした後に更に公知のCVD法で炭化硅素
(SiC)膜19をコーテイングする。例えば反応
ガスとしてはメタンとシランの混合ガスを使用
し、かなりの高温(1300〜1800℃)で行なう。コ
ーテイングする炭化硅素の膜厚は本発明の効果を
得る為には100μmあれば充分で、それ以上厚い
とコストが高くなるので100μmを越えないこと
が望ましく、又膜厚が薄いとエピタキシヤル成長
工程前の塩酸エツチング等で、炭化硅素膜がエツ
チングされ、石英面が露出してしまう。従つて、
コーテイングする炭化硅素の膜厚は10〜100μm
の範囲が適当である。
従来の石英製の吹出ノズルでエピタキシヤル成
長した場合、ノズルの石英面に析出した硅素は剥
離し易く、パーテイクルになつてエピタキシヤル
成長中の基板表面に付着し、表面異常突起などの
欠陥の原因となる。しかし本発明では石英製ノズ
ル14の表面に炭化硅素膜19をコーテイングし
たので、析出する硅素は炭化硅素膜19上に剥れ
難い状態で付着する。これによりパーテイクルの
発生は防止され、従来の表面異常突起などの欠陥
は大幅に改善される。なお石英面と炭化硅素膜1
9との間の硅素又は窒化硅素から成る中間膜18
の作用はエピタキシヤル工程中に炭化硅素膜の剥
離するのを防止するものである。上記実施例のノ
ズル(第1図)と従来のノズル(第2図)との特
性を比較するため次の試行を行なつた。
即ちエピタキシヤル成長前の基板表面のパーテ
イクルレベルが(20〜60)個/ウエーハを準備
し、原料ガスとしてジシランを用い、900℃でエ
ピタキシヤル成長をそれぞれのノズルを使用して
行なつた後、基板上のパーテイクルレベルを調査
した。従来の石英ノズルの場合ではパーテイクル
が約100個/ウエーハと激増したが、本実施例の
ノズルを使用した場合は元のパーテイクルレベル
(20〜60)個/ウエーハと殆ど同じであつた。同
様に900℃でエピタキシヤル成長させたウエーハ
でキヤパシターを作製し、それぞれの耐圧を調査
した。8MV/cm以上の耐圧を示すキヤパシター
の数は、従来のノズルで作製した場合供試品の20
〜30%であつたが、本実施例のノズルの場合は50
%以上で、エピタキシヤル成長層表面の異常突起
などの欠陥が本発明のノズルを使用すれば著しく
減少することが確認された。
尚前述の実施例では、石英製ノズルの全面に炭
化硅素膜をコーテイングしたが、エピタキシヤル
成長工程で温度上昇が低く硅素析出が生じないノ
ズル部分に対しては炭化硅素のコーテイングは所
望により省略できる。又エピタキシヤル成長装置
としては一例を第3図に示したが、その他の横型
又はバレル型の成長装置に使用される原料ガス吹
出ノズル又は吹出口に対しても本発明は勿論適用
できる。
[発明の効果] 前述したように、硅素の気相のエピタキシヤル
成長装置の反応炉の原料ガス吹出ノズルに、従来
の石英製のノズルを使用すると、該ノズルの石英
面に析出する硅素が原因となつて、エピタキシヤ
ル成長膜の表面に異常突起等の欠陥が発生する。
本発明においては、ノズルの石英面を炭化硅素
膜で被覆するので、析出した硅素は剥離し難く、
従つてエピタキシヤル成長膜中に取り込まれる硅
素のパーテイクルは大幅に減少する、これによ
り、前記実施例の試行結果からも明らかなよう
に、エピタキシヤル成長膜の表面異常突起などの
欠陥を抑制し高品質のエピタキシヤル成長膜を作
製する原料ガス吹出ノズルを提供することができ
た。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のエピタキシヤル成長装置の原
料ガス吹出ノズルの断面図、第2図は従来の原料
ガス吹出ノズルの断面図、第3図はエピタキシヤ
ル成長装置の反応炉の一例を示す概念図である。 4,14……石英製原料ガス吹出ノズル、10
……本発明の原料ガス吹出ノズル、18……硅素
又は窒化硅素から成る中間膜、19……炭化硅素
膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 石英から成り、該石英面に被覆された炭化硅
    素膜を有することを特徴とする気相エピタキシヤ
    ル成長装置の原料ガス吹出ノズル。 2 前記石英面と炭化硅素膜との間に硅素又は窒
    化硅素から成る中間膜を介在させた特許請求の範
    囲第1項記載の原料ガス吹出ノズル。 3 前記炭化硅素膜の膜厚が100μmを越えない
    特許請求の範囲第1項又は第2項記載の原料ガス
    吹出ノズル。 4 前記硅素又は窒化硅素から成る中間膜の膜厚
    が10μmを越えない特許請求の範囲第2項又は第
    3項記載の原料ガス吹出ノズル。
JP11672887A 1987-05-15 1987-05-15 エピタキシャル成長装置の原料ガス吹出ノズル Granted JPS63282195A (ja)

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JP11672887A JPS63282195A (ja) 1987-05-15 1987-05-15 エピタキシャル成長装置の原料ガス吹出ノズル

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JPS63282195A JPS63282195A (ja) 1988-11-18
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JP2000182967A (ja) * 1998-12-15 2000-06-30 Sony Corp 気相成長方法および気相成長装置

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