JPH0499019A - 半導体成長装置 - 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］ 本発明は半導体成長装置に関し、詳しくは複数の基板を
反応装置内に保持し、−度にそれら複数の基板上に半導
体結晶を堆積させる半導体成長装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体成膜プロセスのスルーブツトを向上させることは
、工業的に重要な課題である。このような要求に対して
、複数の基板上に半導体結晶を一つの装置内で同時に堆
積させることが行われ、成長炉内に複数の基板を、ある
間隔をあけて層状に並べている。原料あるいはドーピン
グガスを基板表面に輸送するための装置構成としては、
大別して２種類ある。一つは、それぞれの基板に対応し
てノズルが設置してあり、各ノズルから各基板に向けて
、原料ガス、ドーピングガス、キャリアガスを基板に対
して平行に吹き出し、基板に上記ガスを輸送することに
より膜の堆積を行っている。

例えば、シリコンエピタキシャル成長においては、原料
ガスとしてＳ　ｉ　ｌ（、ＣＱ、　、キャリアガスとし
ては水素を使用し、３０枚程度のシリコン基板にそれに
応じたノズルから、上記のガスを吹きつける。反応管の
外部に加熱装置を設置し、基板を所定の温度に設定し、
上記ガス系の化学反応を利用して、基板上に膜を堆積さ
せている。反応管の内部は、常圧やロータリーポンプな
どを用いた減圧の条件下で成長が行われる。

もう一つの装置構成としてはガスの流れに垂直に複数の
基板を保持する構成になっている。上流からキャリアガ
ス、原料ガス、ドーピングガスを流し、加熱された各基
板表面上に拡散により原料ガスあるいはドーピングガス
を輸送することにより成長を行っている。例えば、原料
ガスとして５ｉＨ４１キャリアガスとしてＨ３を用いた
多結晶シリコンの成長などにこのような方法が用いられ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

原料ガスならびにキャリアガスを、基板に向けてノズル
から吹き出して成長を行う前者の場合、各ノズルから基
板に吹き付けられるガスの量が等しくなる必要がある。

すなわち、あるノズルから吹き出してくる原料ガスの量
と、他のノズルからの量が異なる場合、より多くの原料
が出ているノズルに対応した基板上により多くの半導体
結晶が堆積する。このために、ガス流量の違いに起因し
て、各基板ごとに成長膜厚が変化してしまうという問題
がある。

また、上流からキャリアガス、原料ガス、ドーピングガ
スを基板に垂直に流し、加熱された各基板表面上に拡散
により原料ガスあるいはドーピングガスを輸送すること
により成長を行っている後者の場合には、各基板上に良
質な膜を均一に成長させることが困難となっている。

本発明の目的は、このような従来の欠点を除去せしめて
、複数の基板すべてに均一な膜を堆積させることが可能
となる半導体成長装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するため、本発明に係る半導体成長装置
においては、反応管と、サセプタとを有する半導体成長
装置であって、 反応管は、成長用ガスが供給されるものであり、サセプ
タは、複数の基板を反応管内に保持するものであり、 該サセプタは、複数の基板を、成長圧力条件におけるガ
スの平均自由行程あるいはそれ以外の間隔に保持し、か
つ拡散により各基板表面上にガスを輸送させるようにす
るものである。

〔作用Ｊ ノズルを用いて成長を行う場合において各基板上に膜が
均一に成長しない原因の一つとしては、各ノズルから吹
き出るガスの流量が異なることが挙げられる。すなわち
、ガス導入管のノズルのなかで、ガスの流れる方向に対
して上流側に位置するノズルからでるガス流量は、下流
側に位置するノズルからの流量よりも多くなる。このよ
うに各ノズルから吹き出るガス流量が異なる原因は次の
ように考えられる。一般に原料ガスのような気体が、管
の中を流れていく場合には、必ず圧力損失が存在する。

このために、上流側の圧力よりも下流側の圧力は低くな
る。すなわち、各ノズル位置での管内圧力は一様ではな
い。このような圧力差に起因して、圧力の高い上流側の
ノズルからでるガス流量の方が多くなり、下流にいくに
従って減少する。前述の原因により、各ノズルから放出
されるガスの量が均等ではなくなる。不均等の程度は、
ガスの流量が少ない場合に、特に顕著になる。

一方、上流からキャリアガス、原料ガス、ドーピングガ
スを流し、加熱された各基板表面上に拡散により原料ガ
スあるいはドーピングガスを輸送することにより成長を
行っている場合には、各基板間で膜厚の不均等が生じる
。これは、各基板に原料ガスが達する反応活性種の量が
異なることに起因する。流速が遅い場合には、下流にな
ると原料が消費されて減少することにより成長速度が低
下するため、下流に行くにしたがって膜厚が薄くなる。

例えば、基板間の均一性の改善を目的として流速を速く
することにより各基板に到達する原料の量を一定となる
ようにしても、各基板面内においては、基板の端から中
心に向けて膜厚が薄くなる。これは、基板の端の部分で
は基板表面以外で分解して生成した反応活性種の量が多
く、中心に向けて減少することに起因している。

これに対して、複数の基板を成長圧力条件におけるガス
の平均自由行程程度の間隔以下に保持し、かつ原料ガス
ならびに不純物ドーピングガスが各基板表面上に拡散に
よって輸送されるように構成することにより、複数の基
板上に均一な膜を堆積させることが可能となる。従来の
方法において基板面内で膜厚が異なる理由は、基板の端
では、基板上以外で生成された反応活性種と基板上で生
成した反応活性種の両方が成長に寄与するのに対して、
基板の中央では基板上に生成された活性種のみが成長に
寄与するからである。このため基板上全体にわたって未
分解の原料ガス濃度が一定でも、膜厚に分布差が生じる
。一方、本発明の構成にすることにより、基板上以外の
場所で原料ガスが分解して生成した反応活性種は、基板
の端の部分で総て吸着する。これは次の理由による。基
板の間隔がガスの平均自由行程程度であるため、基板表
面以外で生成した活性種は、基板の端の部分で必ず基板
と衝突する。このとき、反応活性種は基板表面への吸着
確率が高いため、衝突した端の部分で総て吸着し、それ
より内側の基板上には到達しない。一方、未分解の原料
ガスの吸着係数は小さいため、基板中央まで一様に拡散
する。それゆえ、成長に寄与する反応活性種は、基板表
面において原料が分解することにより生成された反応活
性種のみになり、膜厚の不均一がなくなる。ガスの流れ
を速くするなどにより、各基板端に到達する原料の量を
均一にすることにより、基板間の均一性も実現される。

また、ノズル等を使用しないため、装置構成が単純なも
のとなる。但し、基板の端の付近では膜厚が厚くなり、
結晶性が劣化するが、通常基板の端付近は半導体素子製
造プロセスで用いられることがないので、実用上の問題
はない。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説
明する。

第１図は本発明の装置に用いられる半導体成長装置の一
例を示す概略構成図である。

第２図（ａ）は本発明の装置に用いられるサセプタを示
す平面図、第２図（ｂ）は同縦断面図である。

図において、本発明に係る半導体成長装置は、成長を行
う反応管１と、シリコン基板８を保持するためのサセプ
タ２と、基板８ならびにサセプタ２を加熱するための加
熱機構３と、ボンベ４ａ、　４ｂと、ガスミキサー５と
、流量制御部６と、水素ガスの精製装置７と、反応管ｌ
内を減圧にするためのポンプ９とから構成されている。

本発明の成長装置は、縦型減圧ＣＶＤ炉である。原料ガ
スとしてはＳｉＨ４ガス、キャリアガスとしては水素ガ
スをそれぞれ使用した。キャリアガスは精製装置７によ
り高純度に精製した。ＳｉＨ４の流量は２００ｃｃ／ｍ
ｉｎ。

水素ガスの流量は２０Ｒ／ｍｉｎであった。基板の設置
構成を第２図（ａ）、　（ｂ）に示す。すなわち、３０
枚のシリコン基板８はサセプタ２に上下に一定間隔をあ
けて積層しである。サセプタ２は、３０枚のシリコン基
板８を、成長圧力条件におけるガスの平均自由行程程度
の間隔あるいはそれ以下に保持し、かつ原料ガス及び不
純物ドーピングガスが各基板８の表面上に拡散によって
輸送されるように構成しである。実施例では成長圧力条
件が０．０ＩＴｏｒｒであるため、基板８相互間を５０
０μｍに設定した。基板８の前処理としては、最初にＲ
ＣＡ洗浄を行って、反応管ｌ内にセットした。その後、
水素雰囲気中、１０００度、５分間のベーキングを行う
ことにより、基板表面の自然酸化膜を除去した。その後
、ガス流量条件、成長温度８００℃、成長時間２０分の
条件で成長を行った。その結果、従来のばらつき１０％
に対して、基板相互間を成長圧力条件におけるガスの拡
散長程度の間隔に保持し、かつ原料ガスが各基板表面上
に拡散によって輸送されるように構成することにより、
基板面間ならびに面内のばらつきを基板の端の５１ＴＩ
ＩＴｌを除いて５％以内に抑えることができた。実施例
では、縦型炉を用いたが、横型炉でも同様な効果が得ら
れる。ＳｉＨ，を原料ガスとして用いたが、Ｓｉ、Ｈ，
など他の原料ガスを用いても同様な効果が得られる。ま
た、本発明の装置を用いてシリコンのエピタキシャル成
長を行ったが、シリコンの多結晶成長においても同様な
効果が得られる。また、シリコン以外の材料の成長にお
いても、同様な効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による装置を用いることに
より、各基板上のガス濃度を均一にすることが可能とな
、す、その結果、複数の基板に均一な膜を堆積させるこ
とができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置に用いられる半導体装置の一例を
示す概略構成図、第２図（ａ）は本発明の装置に用いら
れるサセプタを示す平面図、第２図（ｂ）は同縦断面図
である。 １・・・反応管　　　　　　　２・・・サセプタ３・・
・加熱機構　　　　　　４ａ、４ｂ・・・ボンベ５・・
・ガスミキサー　　　　６・・・流量制御部７・・・水
素ガスの精製装置　８・・・シリコン基板９・・・ポン
プ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応管と、サセプタとを有する半導体成長装置で
   あって、 反応管は、成長用ガスが供給されるものであり、サセプ
   タは、複数の基板を反応管内に保持するものであり、 該サセプタは、複数の基板を、成長圧力条件におけるガ
   スの平均自由行程あるいはそれ以外の間隔に保持し、か
   つ拡散により各基板表面上にガスを輸送させるようにす
   るものであることを特徴とする半導体成長装置。