JPH0518452B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体工業で利用される気相成長装
置に関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来の気相成長装置は第１図にその具体構成を
示すように、透明石英チヤンバ１と、シリコン基
板２を載置する基台３と、透明石英チヤンバ１の
外にあつて、基台３に対面して設置されている赤
外線ランプユニツト４と、ガス供給管５と、排気
口６とから構成されていた。赤外線ランプユニツ
ト４から出た赤外光は、透明石英チヤンバ１を透
過して基台３に載せられたシリコン基板２を照射
し、これを1000℃以上の温度に加熱する。このあ
とガス供給管５より、ジクロールシラン等を水素
中に適当な濃度で混合した反応ガスを供給し、排
気口６から排気する。このとき反応ガスが透明石
英チヤンバ１内を流れる間に分解析出し、シリコ
ン基板２上にシリコン単結晶膜が形成される。

しかしながら上記のような構成では、赤外線ラ
ンプユニツト４から出る赤外光の一部が、透明石
英チヤンバ１（以下チヤンバ１と略す）を完全に
透過できず一部吸収され、このチヤンバ１自体が
徐々に昇温し、反応ガスがこれに触れることによ
つてチヤンバ１の内面にもシリコン結晶が堆積し
易いという問題があつた。そしていつたんチヤン
バ１の内面にシリコン結晶が堆積し始めると、赤
外光の透過率が損われ、吸収される赤外光が増大
するためにチヤンバ１の昇温が早くなつて、加速
度的にチヤンバ１への堆積が増加し、そのためチ
ヤンバ１自体が更に加熱されて強度が低下して、
内部を水素を主体とするガスが流れる容器として
は、極めて危険な状態になる問題があつた。その
ためチヤンバ１を外部から強制的に空冷してやる
必要があり、従来例はチヤンバ１の表面積が大き
いため、大量の冷却ガスを必要とするという構造
上の欠点を有していた。また、大量の冷却ガスに
よつてチヤンバ１を外部から空冷しても、微小で
はあるがチヤンバ１の内面でのシリコン結晶堆積
がやはり存在し、そのためチヤンバ１を装置から
はずし、これを洗浄乾燥した上で再組立し、リー
クチエツクをするという保守作業を頻繁に行う必
要があり、従来例は内部の基台３まで取りはずし
た上でチヤンバ１を外し、大量の面積を洗浄乾燥
しなくてはならないという欠点を有していた。

さらに、常温に近い温度で供給口５から反応ガ
スが供給されるため、基台３および基板２から反
応ガスへ伝達される熱量が、供給口５に近い部分
で大きな量となり、この結果基台３および基板２
は供給口５に近い側が温度が低く、遠い側が温度
が高いという不均一な温度分布となつて、基板２
上に形成されるシリコン単結晶膜の膜厚がばらつ
き、かつ結晶性が低下（スリツプが発生）すると
いう問題があつた。そのため赤外線ランプユニツ
ト４の各赤外線ランプの出力を、供給口５に近い
部分のものほど基台３および基板２から反応ガス
へ伝達される大量の熱量に見合うだけ余計に高め
なくてはならないという欠点があつた。

発明の目的 本発明は上記欠点に鑑み、基板加熱方式が光輻
射加熱方式で、輻射光が透過する透明プレートへ
の反応生成物の付着を空冷という手段を用いるこ
となしに解消し、かつ気相成長膜の膜厚の均一性
及び結晶性を維持するために余計に高めなくては
ならない輻射光の出力を低く抑えることができる
気相成長装置を提供する。

発明の構成 本発明による気相成長装置は、気相成長膜を形
成する基板を載置する基台と、上記基板および基
台を加熱する光輻射加熱手段と、基台と光輻射加
熱手段との間にあつて輻射光を透過する材質より
成る第１の透明プレートと、第１の透明プレート
と伴に外気を庶断して上記基台が内部に設置され
る反応室を成す壁面部材と、基台と第１の透明プ
レートとの間にあつて輻射光を透過する材質より
成り適当数の孔を有する第２の透明プレートと、
第１の透明プレートと第２の透明プレートとの間
にあつてキヤリヤガスを供給する少くとも１個の
キヤリヤガス供給手段と、第２の透明プレートと
基台との間にあつて反応ガスあるいは反応ガスと
キヤリヤガスとの混合ガスを供給する少くとも１
個の混合ガス供給手段と、混合ガスとキヤリヤガ
スを排気する少くとも１個の排気手段とから構成
され、第１の透明プレートと第２の透明プレート
の間に供給したキヤリヤガスを第２の透明プレー
トに設けた適当数の孔から噴出させることによつ
て、透明プレートでの反応生成物の付着を解消で
き、また第２の透明プレートの孔から噴出させた
キヤリヤガスに反応ガスを混合した混合ガスを基
板上に供給することにより、余計に高めなくては
ならない輻射光の出力を低く抑えると同時に気相
成長膜の結晶性の維持および膜厚の均一性の向上
が実現できるという特有の効果を有する。

実施例の説明 以下本発明の一実施例について、図面を参照し
ながら説明する。

第２図は本発明の一実施例における気相成長装
置の断面図である。第２図において、７はシリコ
ン単結晶膜を形成させるシリコン基板、８はシリ
コン基板７を載置するカーボンより成る基台であ
り、９はシリコン基板７および基台８を加熱する
赤外線ランプユニツトである。１０は赤外線ラン
プユニツト９と基台８の間にある厚さ15mm程度の
透明石英プレート、１１はステンレス等の耐熱耐
食性金属より成る壁面部材、１２は赤外線ランプ
ユニツト９が内部に設置される耐熱耐食性金属よ
り成る上部ヒータブロツクで、１３は透明石英プ
レート１０を上部ヒータブロツク１２に固定する
固定具である。１４は透明石英プレート１０と基
台８との間にある厚さ２mm程度の第２の透明石英
プレート、１５は透明石英プレート１４に適当数
設けられた孔で、本実施例では円孔とした。第４
図に円孔１５の具体的な構成の仕方を示す。１６
は透明石英プレート１４を壁面部材１１に固定す
る固定具である。また１７はキヤリヤガスを供給
するキヤリヤガス供給管、１８は反応ガスあるい
は反応ガスとキヤリヤガスとの混合ガスを供給す
る混合ガス供給管、１９は混合ガスを反応室中央
部に導く透明石英より成る混合ガス誘導管、２０
は混合ガスおよびキヤリヤガスを排気するガス排
気管で、キヤリヤガスは矢印Ａ方向に流れて、矢
印Ｂ方向に流れてきた混合ガスと反応室中央部で
混合され、その後矢印Ｃ方向に沿つて排気され
る。混合ガス誘導管１９は、壁面部材１１にはめ
込まれており、混合ガスが混合ガス誘導管１９内
のみを流れるように既知のガスシールド手段が混
合ガス誘導管１９と壁面部材１１との間に利用さ
れている。またキヤリヤガスが円孔１５のみを通
つて反応室中央部へ矢印Ａ方向に流れるように第
２の透明石英プレート１４と壁面部材１１は既知
のガスシールド手段を介して固定具１６により締
結されている。そして上部ヒータブロツク１２と
透明石英プレート、および上部ヒータブロツク１
２と壁面部材１１との間もそれぞれ既知のガスシ
ールド手段を介して反応室内部のガス雰囲気を維
持するために締結されている。２１は壁面部材１
１を水冷するために設けられた適当数の冷水溝、
２２は上部ヒータブロツク１２を水冷するための
冷水溝、２３は固定具１３のための冷水溝、２４
は固定具１６のための冷水溝である。第３図は本
発明の一実施例における気相成長装置の外観図で
ある。第３図において、２５は壁面部材１１に設
けられた開閉扉、２６はシリコン基板７を出し入
れするための開口である。

以上のように構成された気相成長装置について
以下その動作を説明する。

エピタキシヤル成長時には、赤外線ランプユニ
ツト９から放射される熱線が透明石英プレート１
０および１４を透過して基台８およびこれに載置
されているシリコン基板７を照射し、これらを所
定温度に加熱する。このときキヤリヤガス供給口
１７を通して、キヤリヤガスとしての水素ガスを
常温で供給し、第２の透明石英プレート１４の円
孔１５から反応室中央部に水素ガスを噴出させ
る。このとき同時に、混合ガス供給口１８を通し
て、ジクロールシラン等のソースガスおよびホス
フイン等のドーピングガスを適当な濃度で含有し
た水素ベースの反応ガスを常温で供給する。反応
ガスは混合ガス誘導管１９によつて反応室中央部
に導かれて、円孔１５から噴出している水素ガス
と混合される。このとき水素ガス中のジクロール
シランおよびホスフインの濃度が所定の濃度にな
るように、キヤリヤガス供給口１７を通して供給
する水素ガスの量と、混合ガス供給口１８を通し
て供給する反応ガスの量および反応ガス中のジク
ロールシランとホスフインの濃度を設定してお
く。混合して所定の濃度にされた混合ガスは、ガ
ス排気管２０に向かつて矢印Ｃ方向に流れ、この
間に所定温度に加熱されているシリコン基板７お
よび基台８に接した反応ガス相から反応ガスが分
解析出し、シリコン基板７上にエピタキシヤル成
長膜が形成される。さて円孔１５から水素ガスを
噴出させることによつて、矢印Ｂ方向に流れてき
た反応ガスを透明プレート１４に触れる前に排気
管２０の方へ強制的に押し流すことができ、同時
にシリコン基板７および基台８によつて加熱さ
れ、自然対流を起こして透明プレート１４の方へ
上昇してくる反応ガスも、透明プレート１４に到
る前に排気管２０の方へ押し流すことができる。
すなわち、透明プレート１４および１０に反応生
成物が付着することを、透明プレートの強制冷却
という手段を用いることなく容易に解消できる。
更に、自然対流で上昇してくる反応ガスが、円孔
１５から噴出する水素ガスと混合し、そして排気
管の方へ強制的に押し流される際に、反応室内部
で渦が発生し、この渦がシリコン基板近傍の反応
ガスの濃度の均一化を実現できる。すなわち、シ
リコン単結晶膜の成長速度均一化、膜厚の均一化
をはかることができる。また、円孔１５から噴出
される前に水素ガスが、赤外線ランプユニツト９
から出る熱線によつて加熱された壁面部材１１お
よび固定具１６および上部ヒータブロツク１２そ
して透明石英プレート１０から熱伝達を受けて予
備加熱されるため、混合ガス誘導管１８によつて
導かれてきた反応ガスと混合した後でも、その温
度は常温より高くなり、シリコン基板７および基
台８から混合ガスが奪う熱量が低く抑えられる。
本実施例においては、基台８の排気管２０に最も
近い側が最も多く熱を奪われるが、上記理由によ
り混合ガスの温度と基台との温度差を従来例に比
較して十分低減ができる。すなわち、シリコン基
板７および基台８の温度を均一に保つために、赤
外線ランプユニツト９の余計に高めなくてはなら
ない出力を従来例に比較して低く抑えることがで
きる。

以上のように本実施例によれば、簡単な装置の
構成になつて透明石英プレートでの反応生成物の
付着を解消でき、同時に余計に高めなければなら
なかつた赤外線ランプユニツトの出力を抑えるこ
とができる。そして気相成長膜の膜成長速度の均
一化、膜厚の均一化を実現することができる。

なお本実施例では、キヤリヤガス供給管および
混合ガス供給管、ガス排気管をそれぞれ２個とし
たが、これらがそれぞれ１個であつても３個以上
であつてもかまわないことは言うまでもない。

また、本実施例では、孔１５を円孔としたが、
同一の効果が得られる限り、長孔等のいかなる形
状であつてもかまわないことは言うまでもない。
さらに、本発明はエピタキシヤル成長への適用に
限らず、膜形成を必要とする各種装置に適用が可
能であることも言うまでもない。

発明の効果 以上のように本発明による気相成長装置は、第
１の透明プレートと壁面部材によつて外気から庶
断される反応室内部に、適当数の孔を有する第２
の透明プレートを設け、第１の透明プレートと第
２の透明プレートの間に供給した後第２の透明プ
レートの孔を通して反応室内部に噴出させたキヤ
リヤガスと、第２の透明プレートと基台の間に供
給した反応ガスとを混合し、その後この混合ガス
を基板上に流すことによつて、透明プレートでの
反応生成物付着の解消、膜厚の均一性を保持する
ために余計に高めなくてはならない輻射光の出力
増分の低減、更に膜成長速度の均一化向上をはか
ることが簡単な装置構成によつて実現でき、その
実用的効果は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の気相成長装置の断面図、第２図
は本発明の一実施例における気相成長装置の断面
図、第３図は同装置の外観図、第４図は第２の透
明石英プレートの拡大斜視図である。 ７……シリコン基板、８……基台、１０，１４
……透明石英プレート、９……赤外線ランプユニ
ツト、１１……壁面部材、１７……キヤリヤガス
供給管、１８……混合ガス供給管、１９……混合
ガス誘導管、２０……ガス排気管、１５……円
孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 気相成長膜を形成する基板を載置する基台
   と、上記基板および基台を加熱する光輻射加熱手
   段と、基台と光輻射加熱手段との間にあつて輻射
   光を透過する材質より成る第１の透明プレート
   と、第１の透明プレートと伴に外気を遮断して上
   記基台が内部に設置される反応室を構成する壁面
   部材と、基台と第１の透明プレートとの間にあつ
   て輻射光を透過する材質より成り適当数の孔を有
   する第２の透明プレートと、第１の透明プレート
   と第２の透明プレートとの間にあつてキヤリヤガ
   スを供給する少くとも１個のキヤリヤガス供給手
   段と、第２の透明プレートと基台との間にあつて
   反応ガスあるいは反応ガスとキヤリヤガスとの混
   合ガスを供給する少くとも１個の混合ガス供給手
   段と、混合ガスとキヤリヤガスを排気する少くと
   も１個の排気手段とからなる気相成長装置。