JPH05243161A - Vapor growth device and method of growing epitaxial film - Google Patents

Vapor growth device and method of growing epitaxial film

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JPH05243161A
JPH05243161A JP1356192A JP1356192A JPH05243161A JP H05243161 A JPH05243161 A JP H05243161A JP 1356192 A JP1356192 A JP 1356192A JP 1356192 A JP1356192 A JP 1356192A JP H05243161 A JPH05243161 A JP H05243161A
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JP
Japan
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nozzle tube
epitaxial film
tube
film
growth
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Application number
JP1356192A
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Japanese (ja)
Inventor
Seiichi Shishiguchi
清一 獅子口
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

PURPOSE:To realize a vapor growth device and an epitaxial film growth method, where a film uniform in thickness and resistivity is formed on a wafer of large diameter. CONSTITUTION:A nozzle pipe is composed of a first nozzle pipe 7A of high pure quartz used for feeding silane reactive gas for the growth of film and a second nozzle pipe 7B of material which contains P or N-type impurities which serve as a solid doping an epitaxial film at a certain concentration.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は気相成長装置及びエピタ
キシャル膜の成長方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vapor phase growth apparatus and an epitaxial film growth method.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜形成技術は、半導体,金属あるいは
セラミックス工業など多くの工業分野で重要な技術とな
っている。特にシリコンウェーハを用いる半導体装置の
製造プロセスでは、ウェーハ面上にP型あるいはN型の
不純物をドーピングしたエピタキシャル膜や、多結晶シ
リコン膜を均一成長する技術が要求されている。従来、
この要求に対し、スループットが高く、しかも高品質の
膜が得られる化学気相(CVD)法が工業的に用いられ
ており、多くの装置が開発されてきた。
2. Description of the Related Art Thin film forming technology has become an important technology in many industrial fields such as semiconductor, metal or ceramics industries. Particularly in the manufacturing process of a semiconductor device using a silicon wafer, a technique for uniformly growing an epitaxial film doped with P-type or N-type impurities or a polycrystalline silicon film on the wafer surface is required. Conventionally,
In response to this demand, a chemical vapor deposition (CVD) method, which has a high throughput and can obtain a high quality film, is industrially used, and many apparatuses have been developed.

【0003】比較的低温で成長が行われる多結晶シリコ
ン膜を成長するCVD装置としては、ホットウオール方
式の反応炉を用いたLPCVD装置が使用されており、
現在ではウェーハローディング時の酸素巻き込みが少な
くウェーハ回転が容易な縦型炉が主流になりつつある。
また、エピタキシャル膜を成長するCVD装置として
は、エピタキシャル成長が高温プロセスであるため、従
来、反応管へのシリコン堆積の少ないバレル型やパンケ
ーキ型と呼ばれるコールドウォール方式の反応炉が使用
されてきた。
As a CVD apparatus for growing a polycrystalline silicon film which is grown at a relatively low temperature, an LPCVD apparatus using a hot wall type reaction furnace is used.
Nowadays, a vertical furnace is becoming the mainstream because it has less oxygen entrainment during wafer loading and allows easy wafer rotation.
Further, as a CVD apparatus for growing an epitaxial film, a cold wall type reaction furnace called a barrel type or a pancake type, which hardly deposits silicon on a reaction tube, has been conventionally used because epitaxial growth is a high temperature process.

【0004】しかしこれらのコールドウール方式のCV
D装置では、処理ウェーハの大口径化に伴いスループッ
トの点で現状の要求を満たすことが困難となってきてお
り、最近になって種々の新しい方式の装置が試作されて
いる。例えば、縦型反応管を用いたホットウォール方式
で大口径6インチウェーハを大量に処理できるCVD装
置が特開昭63−0086424号公報に提案されてい
る。図8(a),(b)は、このCVD装置の縦断面図
及び横断面図である。
However, these cold wool CVs
In the D device, it is becoming difficult to meet the current requirements in terms of throughput as the diameter of the processed wafer is increased, and recently, various new system devices have been prototyped. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-0086424 proposes a CVD apparatus capable of processing a large-diameter 6-inch wafer in a large amount by a hot wall method using a vertical reaction tube. 8A and 8B are a longitudinal sectional view and a lateral sectional view of this CVD apparatus.

【0005】反応容器は二重構造で、架台3上に設けら
れた外管1で真空を保持し回転するウェーハホールダ4
に保持されたウェーハ5にノズル管7のガス導入孔10
から反応ガスを供給している。反応ガスはウェーハ5の
成長面上を通って内管2の円筒面内に設けられた多数の
ガス排出孔8を通って排出される。従来のエピタキシャ
ル成長は、減圧下で900〜1200℃にウェーハを加
熱し、シラン系の反応ガスをノズル管7を用いてウェー
ハ表面に供給してエピタキシャル膜を成長する。エピタ
キシャル膜中にP型あるいはN型不純物をドーピングす
る方法としては、PH3 ,AsH3 ,B2 6 などのガ
スソースを用いてドーピングを行うガスソース法と、ウ
ェーハホルダー4にP型あるいはN型不純物を含有させ
た固体ソース基板を搭載し、この固体ソースからエピタ
キシャル成長中に発生する不純物によりドーピングを行
う固体ソース法がある。
The reaction container has a double structure, and a wafer holder 4 that holds a vacuum and rotates with an outer tube 1 provided on a pedestal 3 is used.
The gas introduction hole 10 of the nozzle tube 7 in the wafer 5 held by
The reaction gas is supplied from. The reaction gas passes through the growth surface of the wafer 5 and is discharged through a large number of gas discharge holes 8 provided in the cylindrical surface of the inner tube 2. In the conventional epitaxial growth, a wafer is heated to 900 to 1200 ° C. under reduced pressure, and a silane-based reaction gas is supplied to the wafer surface using a nozzle tube 7 to grow an epitaxial film. As a method for doping P-type or N-type impurities into the epitaxial film, a gas source method in which a gas source such as PH 3 , AsH 3 , B 2 H 6 is used for doping, and P-type or N-type for the wafer holder 4 are used. There is a solid source method in which a solid source substrate containing type impurities is mounted and doping is performed by impurities generated during epitaxial growth from this solid source.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】前述したガスソース法
ですべての被成長基板に亘って均一な膜厚と抵抗率を持
つエピタキシャル膜を成長するためには、反応ガスの熱
分解により生じた種々の反応種を全被成長領域に対して
均一に供給する必要がある。
In order to grow an epitaxial film having a uniform film thickness and resistivity over all the substrates to be grown by the above-mentioned gas source method, various kinds of gases generated by thermal decomposition of the reaction gas are required. It is necessary to uniformly supply the reactive species in the whole growing region.

【0007】SiH2 Cl2 −H2 −PH3 系の反応ガ
スを用いたシリコンエピタキシャル膜の成長を例に挙げ
て説明すれば、SiH2 Cl2 の熱分解により生じた膜
成長に係わるSiCl2 、およびPH3 の熱分解により
生成したPHi (i=1,2,3)などの反応ガス種
を、全ウェーハの成長領域に均一供給する必要がある。
このため、ノズル管から噴出されるガス流速と噴出方向
の最適化を行っているが、膜成長に係わるSiH2 Cl
2 の熱分解過程と、ドーピングに係わるPH3 の熱分解
過程が分解温度などの点で異なるために、膜厚均一性と
抵抗率均一性とを同時に満足させる条件を見いだすこと
は難しい。また最近のウェーハの大口径化は、このこと
をますます困難なものとしている。
[0007] SiH 2 Cl 2 -H 2 - To describe an example of the growth of a silicon epitaxial film using a PH 3 based reactive gas, SiCl 2 relating to film growth caused by the thermal decomposition of SiH 2 Cl 2 , And reactive gas species such as PH i (i = 1, 2, 3) generated by the thermal decomposition of PH 3 must be uniformly supplied to the growth region of all wafers.
For this reason, the flow velocity of the gas ejected from the nozzle tube and the ejection direction are optimized, but SiH 2 Cl related to film growth is optimized.
Since the thermal decomposition process of No. 2 and the thermal decomposition process of PH 3 related to doping are different in the decomposition temperature and the like, it is difficult to find a condition that satisfies both the film thickness uniformity and the resistivity uniformity. Also, the recent increase in the diameter of wafers makes this more and more difficult.

【0008】以上述べたガスソースドーピング法に対
し、固体ソース法は、大口径ウェーハに対して膜厚,抵
抗率ともにウェーハ面内均一なエピタキシャル膜を成長
できるという利点がある。これは、固体ソース法の場
合、成長条件の最適化は膜厚均一性を向上させることの
みに注力できるためである。実際この方法で、直径15
0mmウェーハに対して図9に示すように、膜厚および
抵抗率ともに均一性の良好な(膜厚および抵抗率分布が
±5%以下)エピタキシャル膜が得られている。
In contrast to the gas source doping method described above, the solid source method has an advantage that a large-diameter wafer can grow an epitaxial film having uniform film thickness and resistivity in the plane of the wafer. This is because in the case of the solid source method, the optimization of growth conditions can be focused only on improving the film thickness uniformity. In fact, this way
As shown in FIG. 9, for a 0 mm wafer, an epitaxial film having good uniformity in film thickness and resistivity (± 5% or less in film thickness and resistivity distribution) was obtained.

【0009】しかしながら、この固体ソース法において
も以下に述べる様に、ウェーハ間抵抗率均一性に問題が
あるため、一度に大量のウェーハを処理することができ
ないという欠点がある。
However, this solid source method also has a problem that a large amount of wafers cannot be processed at one time because of a problem in the resistivity uniformity between wafers, as described below.

【0010】すなわち、固体ソース法による不純物ドー
ピングでは、拡散源である固体ソースから蒸発したドー
パントあるいはその水素化物や塩化物が、反応管内を拡
散してウェーハ面上に輸送されドーピングされる。この
ため、反応管内のドーパント濃度は、固体ソース近傍で
高くソースから離れるに従い次第に低くなる。これは、
固体ソース近傍のウェーハで抵抗率が低く、ソースから
離れるほど抵抗率が高くなる結果となる。
That is, in the impurity doping by the solid source method, the dopant or its hydride or chloride evaporated from the solid source as the diffusion source is diffused in the reaction tube and is transported and doped on the wafer surface. Therefore, the dopant concentration in the reaction tube is high in the vicinity of the solid source and gradually decreases as the distance from the source increases. this is,
The result is that the wafer has a low resistivity near the solid source and the resistivity increases as the distance from the source increases.

【0011】このように従来のCVD法では、大量のウ
ェーハに対し均一な抵抗率を持つエピタキシャル膜を成
長することが困難であった。図10は、固体ソースから
の距離とエピタキシャル膜の抵抗率との関係を実験的に
調べたものである。図10から、従来のCVD法におけ
る抵抗率均一性の良好な範囲(抵抗率分布±5%以下の
範囲)は、固体ソースから150mmの領域(ウェーハ
15枚領域;ウェーハ間隔10mm)であることが確認
された。
As described above, according to the conventional CVD method, it is difficult to grow an epitaxial film having a uniform resistivity on a large number of wafers. FIG. 10 shows an experimental investigation of the relationship between the distance from the solid source and the resistivity of the epitaxial film. From FIG. 10, it can be seen that the range of good resistivity uniformity (range of resistivity distribution ± 5% or less) in the conventional CVD method is a region 150 mm from the solid source (15 wafer regions; wafer interval 10 mm). confirmed.

【0012】従来のCVD法においても、複数枚の固体
ソースのウェーハを用い、そのウェーハホールダへの搭
載位置を工夫することにより、反応管内ドーパント濃度
の均一化を図ることも可能であるが、この方策で完全に
均一な管内濃度分布を達成することは極めて困難であ
る。また、固体ソースのウェーハ搭載枚数を増加させる
ことは、処理ウェーハ枚数を減少させるため、装置のス
ループットの低下をもたらすという新たな問題を発生さ
せる。
Even in the conventional CVD method, it is possible to make the dopant concentration in the reaction tube uniform by using a plurality of solid source wafers and devising the mounting position on the wafer holder. It is extremely difficult to achieve a perfectly uniform concentration distribution in the tube by means of measures. In addition, increasing the number of wafers mounted on the solid source reduces the number of wafers to be processed, which causes a new problem of lowering the throughput of the apparatus.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】第1の発明の気相成長装
置は、縦型の反応管と、この反応管内に設けられ複数の
被成長基板を所定の間隔でほぼ水平に保持するホールダ
と、前記反応管内に設けられ前記被成長基板の表面にほ
ぼ平行に反応ガスを流す為の複数のガス導入孔を長手方
向に有する複数のノズル管とを備えた気相成長装置にお
いて、複数の前記ノズル管はシラン系の反応ガスを導入
する為の石英製の第1のノズル管とエピタキシャル膜中
に導入する不純物を含有する材料で形成され固体ソース
となる第2のノズル管とから構成されているものであ
る。
A vapor phase growth apparatus according to a first aspect of the present invention comprises a vertical reaction tube and a holder provided in the reaction tube for holding a plurality of growth substrates substantially horizontally at predetermined intervals. A plurality of nozzle tubes provided in the reaction tube and having in the longitudinal direction a plurality of gas introduction holes for flowing a reaction gas substantially parallel to the surface of the substrate to be grown, The nozzle tube is composed of a first nozzle tube made of quartz for introducing a silane-based reaction gas and a second nozzle tube serving as a solid source formed of a material containing impurities to be introduced into the epitaxial film. There is something.

【0014】第2の発明のエピタキシャル膜の成長方法
は、前記第1のノズル管より膜成長に係わるシラン系の
反応ガスを被成長基板の成長面上に供給し、第2のノズ
ル管より固体ソースをエッチングするエッチングガスを
エッチングガスの流線が被成長基板の成長面を避ける方
向に供給するものである。
In the epitaxial film growth method of the second invention, the silane-based reaction gas relating to film growth is supplied onto the growth surface of the substrate to be grown from the first nozzle tube, and the solid film is supplied from the second nozzle tube. The etching gas for etching the source is supplied in the direction in which the stream line of the etching gas avoids the growth surface of the growth substrate.

【0015】上述した問題点を解決できることを以下に
説明する。
It will be described below that the above-mentioned problems can be solved.

【0016】従来法の問題は、各処理基板(ウェーハ)
と不純物拡散源である固体ソースとの距離がそれぞれ異
なる点にある。この問題を解決すれば、大量のウェーハ
に対し抵抗率均一性の良好なエピタキシャル膜の成長が
可能となる。本発明の気相成長装置では、不純物拡散源
である固体ソースが反応管の長手方向、すなわちウェー
ハ積載方向に沿って設置されている。このため、すべて
の処理ウェーハは、固体ソースからほぼ等距離に搭載さ
れることになる。この結果、各ウェーハ面上に輸送され
るドーパント量が均一化され、ウェーハ間の抵抗率均一
性を向上させることができる。
The problem with the conventional method is that each processed substrate (wafer)
And a solid source which is an impurity diffusion source are different in distance. If this problem is solved, it becomes possible to grow an epitaxial film having good resistivity uniformity on a large number of wafers. In the vapor phase growth apparatus of the present invention, the solid source as the impurity diffusion source is installed along the longitudinal direction of the reaction tube, that is, along the wafer loading direction. This results in all processed wafers being loaded approximately equidistant from the solid source. As a result, the amount of dopant transported on each wafer surface is made uniform, and the uniformity of resistivity between wafers can be improved.

【0017】[0017]

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

【0018】図1(a),(b)は、本発明の第1の実
施例のCVD装置の縦断面図及び横断面図であり、ノズ
ル管を除く装置構成は、図8に示した従来のCVD装置
と同一である。
FIGS. 1 (a) and 1 (b) are a longitudinal sectional view and a lateral sectional view of a CVD apparatus according to a first embodiment of the present invention. The apparatus configuration excluding a nozzle tube is the conventional one shown in FIG. It is the same as the CVD apparatus of.

【0019】すなわち気相成長装置は、架台3上に設け
られた縦型の外管1と内管2からなる反応管と、この反
応管内に設けられ複数のウェーハ5を所定の間隔でほぼ
水平に保持するようにウェーハホールダ4と、長手方向
に複数のガス導入孔を有する第1及び第2のノズル管7
A,7Bと、抵抗加熱炉6とから主に構成されている。
That is, in the vapor phase growth apparatus, a reaction tube composed of a vertical outer tube 1 and an inner tube 2 provided on a pedestal 3 and a plurality of wafers 5 provided in the reaction tube are substantially horizontal at predetermined intervals. Wafer holder 4 so as to hold it and first and second nozzle tubes 7 having a plurality of gas introduction holes in the longitudinal direction.
It is mainly composed of A and 7B and a resistance heating furnace 6.

【0020】本第1の実施例では、このような膜成長を
行うための高純度石英製の第1のノズル管7Aに加え
て、不純物のドーピングを行うための固体ソースとして
第2のノズル管7Bを有しており、特に第2のノズル管
7Bを図2に示すように、Asドープの多結晶シリコン
で形成したものである。そしてこの第2のノズル管7B
のガス導入孔10の向きをウェーハ5を避ける方向とし
てある。これは、第2のノズル管7Bから放出されるエ
ッチングガスでウェーハ5の表面がエッチングされるの
を防ぐためである。
In the first embodiment, in addition to the first nozzle tube 7A made of high-purity quartz for performing such film growth, the second nozzle tube as a solid source for doping impurities is used. 7B, and in particular, the second nozzle tube 7B is formed of As-doped polycrystalline silicon as shown in FIG. And this second nozzle tube 7B
The direction of the gas introduction hole 10 is defined as the direction to avoid the wafer 5. This is to prevent the surface of the wafer 5 from being etched by the etching gas emitted from the second nozzle tube 7B.

【0021】以下に本第1の実施例の成長装置によるシ
リコンエピタキシャル膜の成長について説明する。ま
ず、図3に示すように、抵抗率0.01Ω・cmのSb
ドープN+ 型シリコン基板(N1〜N30)と10Ω・
cmのP型シリコン基板(P1〜P30)をそれぞれ3
0枚交互に(計60枚)ウェーハホールダ4に搭載し、
反応管内の温度を1080℃、真空度を10Torrと
した。次に、ウェーハホールダ4を毎分5回転の速度で
回転させ、第1のノズル管7AよりH2 20SLM,S
iH2 Cl2 200sccmをウェーハ5の表面上に供
給すると同時に、第2のノズル管7BにH2 20SL
M,HCl100sccmを10分間供給してN型のシ
リコンエピタキシャル膜を2μmの厚さに成長した。こ
の時、第1のノズル管7Aから供給されるシラン系の反
応ガスによりエピタキシャル膜が成長するのと同時に、
第2のノズル管は、その管内からのHClガスによりエ
ッチングされてAsドーパントがガス導入孔10から反
応管内に放出される。このとき、HClガス放出方向、
すなわちHClガスの流線は、ウェーハ5を避ける方向
とし、ウェーハ面のエッチングを防止している。反応管
内に放出されたAsドーパントはウェーハ5の面上に拡
散してエピタキシャル膜中に取り込まれる。
The growth of the silicon epitaxial film by the growth apparatus of the first embodiment will be described below. First, as shown in FIG. 3, Sb having a resistivity of 0.01 Ω · cm
Doped N + type silicon substrate (N1 to N30) and 10Ω ・
cm P-type silicon substrate (P1 to P30) 3 each
0 wafers are alternately mounted (60 wafers in total) on the wafer holder 4,
The temperature inside the reaction tube was 1080 ° C., and the degree of vacuum was 10 Torr. Next, the wafer holder 4 is rotated at a speed of 5 revolutions per minute, and the H 2 20SLM, S is supplied from the first nozzle tube 7A.
200 sccm of iH 2 Cl 2 is supplied onto the surface of the wafer 5 and at the same time, H 2 20 SL is supplied to the second nozzle tube 7B.
M and HCl 100 sccm were supplied for 10 minutes to grow an N-type silicon epitaxial film to a thickness of 2 μm. At this time, at the same time that the epitaxial film grows by the silane-based reaction gas supplied from the first nozzle tube 7A,
The second nozzle tube is etched by HCl gas from the inside of the tube so that the As dopant is released from the gas introduction hole 10 into the reaction tube. At this time, the HCl gas release direction,
That is, the streamline of the HCl gas is directed to avoid the wafer 5 to prevent etching of the wafer surface. The As dopant released into the reaction tube is diffused on the surface of the wafer 5 and taken into the epitaxial film.

【0022】成長したエピタキシャル膜に対し、N1〜
N30についてはフェリー変換赤外吸収法(FTIR)
を用いてエピタキシャル膜厚を測定した。また、P1〜
P30については、四探針法によりシート抵抗を測定し
た後、N1〜N30に対応させて抵抗率を算出した。図
4に、以上の方法で得られた抵抗率のウェーハ間分布を
従来のCVD装置の場合と比較して示した。従来のCV
D装置の場合±5%の均一性が得られる範囲はウェーハ
搭載位置の範囲が150mm(ウェーハ15枚相当)領
域であったのに対して、本実施例のCVD装置は600
mm(ウェーハ60枚相当)領域に拡大した。これはC
VD装置のスループットがほぼ4倍に改善されたことを
意味する。
For the grown epitaxial film, N1 to
Ferry conversion infrared absorption method (FTIR) for N30
Was used to measure the epitaxial film thickness. In addition, P1
For P30, the sheet resistance was measured by the four-point probe method, and then the resistivity was calculated corresponding to N1 to N30. FIG. 4 shows the wafer-to-wafer distribution of the resistivity obtained by the above method in comparison with the case of the conventional CVD apparatus. Conventional CV
In the case of the D apparatus, the range in which the uniformity of ± 5% is obtained is the range of the wafer mounting position of 150 mm (corresponding to 15 wafers), while the CVD apparatus of the present embodiment has a range of 600 mm.
mm (corresponding to 60 wafers). This is C
This means that the throughput of the VD device has improved almost four times.

【0023】本第1の実施例の場合においても、ウェー
ハホールダの上部に搭載されたウェーハほど抵抗率が次
第に高くなる傾向がみられるが、これはソースのノズル
管内におけるキャリアガスの圧力損失とHClガス濃度
の低下に起因している。しかしながら、この抵抗率の増
加は従来のCVD装置のそれと比較してはるかに少ない
ものである。
In the case of the first embodiment as well, there is a tendency that the higher the wafer mounted on the upper part of the wafer holder, the higher the resistivity, which is due to the pressure loss of the carrier gas in the source nozzle tube and HCl. This is due to the decrease in gas concentration. However, this increase in resistivity is much less than that of conventional CVD equipment.

【0024】本第1の実施例では、成膜を行うための第
1のノズル管7Aとして1本のノズル管を用いる場合に
ついて説明したが、膜厚均一性を向上させるなどの目的
で複数本のノズル管を用いてもよい。この場合において
も、エピタキシャル膜の良好な抵抗率均一性が得られて
いる。また、本第1の実施例では、第2のノズル管7B
としてAsドープの多結晶シリコン材料を加工したノズ
ル管を使用したが、高純度石英製管の内部をAsドープ
多結晶シリコンでコーティングしたノズル管を使用して
もよい。この場合においても、本第1の実施例と同様良
好な抵抗率均一性が得られた。
In the first embodiment, the case where one nozzle tube is used as the first nozzle tube 7A for forming a film has been described, but a plurality of nozzle tubes are used for the purpose of improving the film thickness uniformity. Nozzle tube may be used. Also in this case, good resistivity uniformity of the epitaxial film is obtained. In addition, in the first embodiment, the second nozzle tube 7B
As the nozzle tube formed by processing the As-doped polycrystalline silicon material, a nozzle tube in which the inside of a high-purity quartz tube is coated with As-doped polycrystalline silicon may be used. Also in this case, good resistivity uniformity was obtained as in the first embodiment.

【0025】図5は、本発明の第2の実施例に用いる第
2のノズル管の断面図である。この第2のノズル管を除
く装置構成は、第1の実施例と同一である。本第2の実
施例における第2のノズル管の特徴は、Asドープした
単結晶シリコン製の固体ソース柱11が石英製ノズル管
12の内部に設置されていることにある。
FIG. 5 is a sectional view of a second nozzle tube used in the second embodiment of the present invention. The configuration of the apparatus except for this second nozzle tube is the same as that of the first embodiment. The feature of the second nozzle tube in the second embodiment is that the solid source column 11 made of As-doped single crystal silicon is installed inside the quartz nozzle tube 12.

【0026】本第2の実施例の場合においても、図4に
示したように、第1の実施例の場合と同様60枚領域で
抵抗率均一性の良好なエピタキシャル膜が得られた。さ
らに本第2の実施例の場合は、単結晶シリコンの様にノ
ズル形に加工することが困難な材料を固体ソースとして
使用できる事などの利点がある。
Also in the case of the second embodiment, as shown in FIG. 4, an epitaxial film having good resistivity uniformity was obtained in the 60-sheet region as in the case of the first embodiment. Further, in the case of the second embodiment, there is an advantage that a material that is difficult to process into a nozzle shape, such as single crystal silicon, can be used as a solid source.

【0027】次に本発明の第3の実施例として、気相成
長装置を用いたエピタキシャル膜の成長方法について説
明する。本第3の実施例ではN型のシリコンエピタキシ
ャル膜の成長を行った場合であり、第1の実施例の成長
装置を用いた。被成長基板として表面に高濃度の不純物
埋め込み領域を持つシリコン基板を使用した。この構造
は、バイポーラあるいはBi−CMOSデバイスに必須
のものである。
Next, as a third embodiment of the present invention, a method for growing an epitaxial film using a vapor phase growth apparatus will be described. The third embodiment is a case where an N type silicon epitaxial film is grown, and the growth apparatus of the first embodiment is used. A silicon substrate having a high-concentration impurity-embedded region on its surface was used as a substrate for growth. This structure is essential for bipolar or Bi-CMOS devices.

【0028】まずボロンドープの抵抗率10Ω・cmの
P型シリコンウェーハ表面に加速電圧70keV,ドー
ズ量5×1014cm-2でAsイオン注入を行い、表面層
にN型の高濃度埋め込み領域を持つウェーハ(B1〜B
5)を作成した。次に、図6に示すように、このウェー
ハ(B1〜B5)とボロンドープの抵抗率10Ω・cm
のP型シリコンウェーハ(P101〜P105)及びS
bドープの抵抗率0.01Ω・cmのN+ 基板(N10
1〜N105)をそれぞれウェーハホールダ4に搭載
し、反応管内温度を1080℃、真空度を10Torr
とした。次でウェーハホールダ4を毎分5回転の速度で
回転させ、まず第1のノズル管7AよりH2 20SL
M,SiH2 Cl2 200sccmを各ウェーハの面上
に2分間供給した。次に全てのガス供給を停止し反応管
内部をベース圧力まで1分間真空に引いた後、再び第1
のノズル管7AよりH2 20SLM,SiH2 Cl2
00sccmを供給すると同時に、第2のノズル管7B
にH2 20SLM,HCl200sccmを8分間供給
してN型のシリコンエピタキシャル膜を成長した。固体
ソースである第2のノズル管7Bへのエッチングガス供
給に遅延を持たせたのは、埋め込み領域を有するウェー
ハ(B1〜B5)表面の高濃度埋め込み領域からのAs
オートドーピング現象による、エピタキシャル膜と基板
界面の不純物遷移増大を防ぐためである。
First, As ions are implanted into the surface of a boron-doped P-type silicon wafer having a resistivity of 10 Ω · cm at an acceleration voltage of 70 keV and a dose amount of 5 × 10 14 cm −2 , and an N-type high-concentration buried region is formed in the surface layer. Wafer (B1-B
5) was created. Next, as shown in FIG. 6, this wafer (B1 to B5) and boron-doped resistivity 10 Ω · cm
P type silicon wafers (P101 to P105) and S
b-doped N + substrate with resistivity of 0.01 Ω · cm (N10
1 to N105) are respectively mounted on the wafer holder 4, the temperature inside the reaction tube is 1080 ° C., and the degree of vacuum is 10 Torr.
And Next, the wafer holder 4 is rotated at a speed of 5 revolutions per minute, and first the H 2 20SL is supplied from the first nozzle tube 7A.
200 sccm of M, SiH 2 Cl 2 was supplied onto the surface of each wafer for 2 minutes. Next, after stopping the supply of all the gas and evacuating the inside of the reaction tube to the base pressure for 1 minute, the first gas was again supplied.
From nozzle tube 7A of H 2 20 SLM, SiH 2 Cl 2 2
At the same time as supplying 00 sccm, the second nozzle tube 7B
H 2 20 SLM and HCl 200 sccm were supplied for 8 minutes to grow an N-type silicon epitaxial film. The reason for delaying the supply of the etching gas to the second nozzle tube 7B, which is a solid source, is that As from the high-concentration embedded region on the surface of the wafer (B1 to B5) having the embedded region.
This is to prevent an increase in transition of impurities at the interface between the epitaxial film and the substrate due to the autodoping phenomenon.

【0029】成長したエピタキシャル膜に対してFTI
R及び四探針法により膜厚と抵抗率を測定した結果、本
第3の実施例の場合も図4に示したのと同様に、膜厚均
一性および抵抗率均一性は良好であった。さらに、本第
3実施例で形成された薄いエピタキシャル膜(2μm)
において重要な不純物プロフィル(基板表面と垂直な方
向に測定したキャリア濃度プロフィル)を測定した。こ
のプロフィルは、一般にエピタキシャル膜と基板界面で
急峻な濃度変化を示し、(不純物遷移幅Δtが小さ
く)、エピタキシャル膜中では一定の濃度を保つことが
望ましい。
FTI is applied to the grown epitaxial film.
As a result of measuring the film thickness and the resistivity by the R and four-probe methods, the film thickness uniformity and the resistivity uniformity were good in the case of the third embodiment as well as shown in FIG. .. Furthermore, a thin epitaxial film (2 μm) formed in the third embodiment.
The impurity profile (the carrier concentration profile measured in the direction perpendicular to the substrate surface) was measured. This profile generally exhibits a sharp change in concentration at the interface between the epitaxial film and the substrate (impurity transition width Δt is small), and it is desirable to maintain a constant concentration in the epitaxial film.

【0030】図7は、本第3の実施例で成長したエピタ
キシャル膜のキャリア濃度プロフィルを従来法で成長し
たものと比較して示したものである。従来法の不純物遷
移幅Δtが1.3μmであるのに対し本実施例ではΔt
が0.5μmであり、本成長法により不純物プロフィル
が大幅に改善されたことが分る。また、従来法において
は、エピタキシャル膜中の不純物濃度は、エピタキシャ
ル膜表面に向かって徐々に減少しているが、本実施例の
場合はほぼ一定の理想的なプロフィルであることが確認
された。
FIG. 7 shows the carrier concentration profile of the epitaxial film grown in the third embodiment in comparison with that grown by the conventional method. In contrast to the impurity transition width Δt of the conventional method of 1.3 μm, Δt in the present embodiment.
Is 0.5 μm, which means that the impurity profile is significantly improved by this growth method. Further, in the conventional method, the impurity concentration in the epitaxial film gradually decreased toward the surface of the epitaxial film, but in the case of this example, it was confirmed that the impurity profile had an almost constant ideal profile.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、反応管内
に複数の被成長基板(半導体ウェーハ)を所定の間隔で
ほぼ水平に積み重ねる様にウェーハホールダに保持し、
その長手方向に複数の反応ガス放出孔を有する複数本の
ノズル管より、前記複数枚の被成長基板の夫々の被成長
面にほぼ平行に反応ガスを流し、気相成長法で被成長基
板上にP型あるいはN型のエピタキシャル膜を形成する
エピタキシャル成長装置において、前記複数本のノズル
管は、膜成長に係わるシラン系の反応ガスを供給するこ
とを目的とする高純度石英で形成した第1のノズル管群
とエピタキシャル膜中に所定の濃度でP型あるいはN型
不純物をドーピングすることを目的としてP型あるいは
N型の不純物を所定の濃度含有させた材料で形成した第
2のノズル管(固体ソースノズル管)群から構成されて
おることを特徴としている。
As described above, according to the present invention, a plurality of substrates to be grown (semiconductor wafers) are held in a wafer holder so as to be stacked substantially horizontally at a predetermined interval in a reaction tube,
A plurality of nozzle tubes having a plurality of reaction gas emission holes in the longitudinal direction are used to flow a reaction gas substantially parallel to the respective growth surfaces of the plurality of growth substrates, and the reaction gas is grown on the growth substrates by a vapor phase growth method. In the epitaxial growth apparatus for forming a P-type or N-type epitaxial film, the plurality of nozzle tubes are made of high-purity quartz for the purpose of supplying a silane-based reaction gas for film growth. A second nozzle tube (solid state) formed of a material containing a P-type or N-type impurity at a predetermined concentration for the purpose of doping the nozzle tube group and the epitaxial film with a P-type or N-type impurity at a predetermined concentration. It is characterized in that it is composed of a group of source nozzle tubes.

【0032】このため大量のウェーハに対して膜厚均一
性および抵抗率均一性ともに良好なエピタキシャル膜を
成長することができる。この結果、従来の気相成長装置
と比較して装置スループットが大幅に向上されるという
効果がある。
Therefore, an epitaxial film having good film thickness uniformity and resistivity uniformity can be grown on a large number of wafers. As a result, there is an effect that the apparatus throughput is significantly improved as compared with the conventional vapor phase growth apparatus.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の縦断面図及び横断面
図。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view and a lateral sectional view of a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施例の第2のノズル管の断面図。FIG. 2 is a sectional view of a second nozzle tube of the first embodiment.

【図3】第1の実施例を用いてエピタキシャル膜を成長
させた場合のウェーハの搭載位置を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a wafer mounting position when an epitaxial film is grown using the first embodiment.

【図4】実施例と従来例で成長させたエピタキシャル膜
の抵抗率分布を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing resistivity distributions of epitaxial films grown in Examples and Conventional Examples.

【図5】本発明の第2の実施例の第2のノズル管の断面
図。
FIG. 5 is a sectional view of a second nozzle tube according to the second embodiment of the present invention.

【図6】第2の実施例におけるウェーハの搭載位置を示
す図。
FIG. 6 is a diagram showing a wafer mounting position in the second embodiment.

【図7】第2の実施例で成長させたエピタキシャル膜と
基板界面の不純物プロフィルを示す図。
FIG. 7 is a diagram showing an impurity profile at the interface between the epitaxial film grown in the second embodiment and the substrate.

【図8】従来の気相成長装置の縦断面図及び横断面図。FIG. 8 is a vertical sectional view and a lateral sectional view of a conventional vapor phase growth apparatus.

【図9】従来の装置で得られたエピタキシャル膜の膜厚
と抵抗率を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing the film thickness and resistivity of an epitaxial film obtained by a conventional device.

【図10】従来の装置で得られたエピタキシャル膜の膜
厚と抵抗率分布を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing a film thickness and a resistivity distribution of an epitaxial film obtained by a conventional device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 外管 2 内管 3 架台 4 ウェーハホールダ 5 ウェーハ 6 抵抗加熱炉 7 ノズル管 7A 第1のノズル管 7B 第2のノズル管 8 ガス排出孔 9 排気口 10 ガス導入孔 11 固体ソース柱 12 高純度石英管 1 Outer Tube 2 Inner Tube 3 Frame 4 Wafer Holder 5 Wafer 6 Resistance Heating Furnace 7 Nozzle Tube 7A First Nozzle Tube 7B Second Nozzle Tube 8 Gas Discharge Hole 9 Exhaust Port 10 Gas Inlet Hole 11 Solid Source Column 12 High Purity Quartz tube

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 縦型の反応管と、この反応管内に設けら
れ複数の被成長基板を所定の間隔でほぼ水平に保持する
ホールダと、前記反応管内に設けられ前記被成長基板の
表面にほぼ平行に反応ガスを流す為の複数のガス導入孔
を長手方向に有する複数のノズル管とを備えた気相成長
装置において、複数の前記ノズル管はシラン系の反応ガ
スを導入する為の石英製の第1のノズル管とエピタキシ
ャル膜中に導入する不純物を含有する材料で形成され固
体ソースとなる第2のノズル管とから構成されているこ
とを特徴とする気相成長装置。
1. A vertical reaction tube, a holder provided in the reaction tube for holding a plurality of substrates to be grown substantially horizontally at a predetermined interval, and a holder provided in the reaction tube on the surface of the substrate to be grown. In a vapor phase growth apparatus equipped with a plurality of nozzle tubes having a plurality of gas introduction holes for flowing reaction gas in parallel in a longitudinal direction, the plurality of nozzle tubes are made of quartz for introducing a silane-based reaction gas. And a second nozzle tube which is made of a material containing an impurity to be introduced into the epitaxial film and serves as a solid source.
【請求項2】 第2のノズル管はAs,P,Sb,Bの
中の1種類の元素を不純物として含む多結晶シリコンか
ら形成されている請求項1記載の気相成長装置。
2. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the second nozzle tube is formed of polycrystalline silicon containing one kind of element among As, P, Sb and B as an impurity.
【請求項3】 第2のノズル管は石英から形成されその
表面は不純物を含有する多結晶シリコン膜で被覆されて
いる請求項1記載の気相成長装置。
3. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the second nozzle tube is made of quartz and the surface thereof is covered with a polycrystalline silicon film containing impurities.
【請求項4】 請求項1記載の気相成長装置において、
第2のノズル管として不純物を含有する固体ソースをエ
ッチングガスの通過経路に設置した石英製のノズル管を
用いる気相成長装置。
4. The vapor phase growth apparatus according to claim 1,
A vapor phase growth apparatus using a quartz nozzle tube in which a solid source containing impurities is installed in an etching gas passage as a second nozzle tube.
【請求項5】 固体ソースはAs,P,Sb,Bの中の
1種類の元素を不純物として含む多結晶シリコンである
請求項4記載の気相成長装置。
5. The vapor phase growth apparatus according to claim 4, wherein the solid source is polycrystalline silicon containing one kind of element among As, P, Sb and B as an impurity.
【請求項6】 請求項1から請求項5記載の気相成長装
置の1つを用いてエピタキシャル膜の成長を行う方法に
おいて、前記第1のノズル管より膜成長に係わるシラン
系の反応ガスを被成長基板の成長面上に供給し、第2の
ノズル管より固体ソースをエッチングするエッチングガ
スをエッチングガスの流線が被成長基板の成長面を避け
る方向に供給することを特徴とするエピタキシャル膜の
成長方法。
6. A method for growing an epitaxial film by using one of the vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein a silane-based reaction gas relating to film growth is supplied from the first nozzle tube. An epitaxial film characterized in that an etching gas for supplying a solid source to a growth surface of a growth substrate and etching a solid source is supplied from a second nozzle tube in a direction in which a streamline of the etching gas avoids the growth surface of the growth substrate. How to grow.
【請求項7】 第2のノズル管に対するエッチングガス
の供給が第1のノズル管に対して膜成長に係わる反応ガ
スを供給する時間内に行なわれる請求項6記載のエピタ
キシャル膜の成長方法。
7. The method for growing an epitaxial film according to claim 6, wherein the etching gas is supplied to the second nozzle tube within a time when a reaction gas relating to film growth is supplied to the first nozzle tube.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110232568A1 (en) * 2009-09-25 2011-09-29 Ferrotec (Usa) Corporation Hybrid gas injector

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