JPH0590167A - 気相成長方法 - Google Patents

気相成長方法

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JPH0590167A
JPH0590167A JP3278238A JP27823891A JPH0590167A JP H0590167 A JPH0590167 A JP H0590167A JP 3278238 A JP3278238 A JP 3278238A JP 27823891 A JP27823891 A JP 27823891A JP H0590167 A JPH0590167 A JP H0590167A
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俊光 大嶺
Hirosuke Sato
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板の面内温度分布を均一化してスリップ等
の発生を低減することにより、高品質な薄膜を成長させ
ることが可能な気相成長方法を提供することを目的とし
ている。 【構成】 基板ホルダ6に載置した基板5に気相成長を
行う時に、下記に示す条件を満たすようにすることによ
り、基板5の面内温度分布が均一化され、スリップの発
生を低減することができる。 【数1】 ただし、Q:基板ホルダ面積当りの供給ガス体積流量、
r:基板ホルダ半径(回転最大半径)、P:反応炉内圧
力、ω:基板回転角速度、T:反応炉内温度(入口ガス
と基板温度の平均)、M:ガスの平均分子量、R:ガス
定数、 μ:温度Tにおける供給ガスの粘度

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体等の製造に用い
られる気相成長装置による気相成長方法に関する。
【0002】
【従来の技術】反応炉内にガス(原料ガス、キャリアガ
ス等)を供給し、反応炉内に配置した基板ホルダ上に載
置され加熱手段により加熱されると共に、回転手段で回
転される基板に薄膜を気相成長させる気相成長装置で
は、一般に基板が小径(例えば直径が2〜3インチ以
下)の場合には、基板の面内温度分布がほぼ均一状態に
なるので、スリップ等が発生することはなかった。
【0003】ところで、近年、作業効率の向上やコスト
低減等のために、径の大きい(例えば5インチ以上)基
板が一般的に使用されるようになってきた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、基板の径が
大きくなると、ガスの流量変化や加熱手段による加熱状
態の変化等によって、基板の面内温度分布に不均一が生
じやすくなる。
【0005】基板の面内温度分布に不均一が生じると、
単結晶基板(Si基板等)にスリップ等の転位が発生
し、デバイス特性を悪化させる現象が発生する。
【0006】スリップは、高温状態(例えば1000℃
以上)の基板に面内温度分布の不均一が発生することに
よって、降伏値を越える応力が発生して、結晶格子に沿
ってすべり変形を生じる現象である。
【0007】本発明は上記した課題を解決する目的でな
され、CVDで本質的に存在する流体による伝熱の不均
一を解消することで基板の面内温度分布を均一にし、ス
リップ等の発生を防止して高品質な薄膜を気相成長させ
ることができる気相成長方法を提供しようとするもので
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
ために本発明に係る気相成長方法は、圧力調整手段で成
長圧力が調整される反応炉内にガス流量制御手段により
原料ガスを供給し、前記反応炉内に配置した基板ホルダ
上に載置され加熱手段により加熱されると共に、回転駆
動手段で回転される基板に薄膜を気相成長させる気相成
長装置において、気相成長時に、
【0009】
【数2】
【0010】ただし、Q:基板ホルダ面積当りの供給ガ
ス体積流量、r:基板ホルダ半径(回転最大半径)、
P:反応炉内圧力、ω:基板回転角速度、T:反応炉内
温度、M:ガスの平均分子量、R:ガス定数、μ:温度
Tにおける供給ガスの粘度 の条件を満たすようにして前記基板上に薄膜を気相成長
させることを特徴としている。
【0011】
【作用】反応炉内に供給するガスの流量を、回転する基
板ホルダが発生させる流量におおむね近く設定すること
によって、流体が基板から奪う熱量を基板面内で均一に
することができる(即ち、基板の面内温度分布が均一に
なる)。
【0012】そして、本発明者は、基板の面内温度分布
の均一化のために鋭意研究を重ねた結果、気相成長時に
下記の条件を満たす時に、スリップの発生が抑制される
ことが判明した。
【0013】
【数3】
【0014】ただし、Q:基板ホルダ面積当りの供給ガ
ス体積流量、r:基板ホルダ半径(回転最大半径)、
P:反応炉内圧力、ω:基板回転角速度、T:反応炉内
温度、M:ガスの平均分子量、R:ガス定数、μ:温度
Tにおける供給ガスの粘度 この式の意味するところは、分母である回転体に誘起さ
れる流量と分子である供給ガス流量の比であり、これが
1なら両者は等しい。
【0015】よって、本発明では上記した条件を満足す
るようにして気相成長を行うことにより、基板の面内温
度分布を均一化してスリップの発生を防止することがで
きる。
【0016】
【実施例】以下、本発明を図示の一実施例に基づいて詳
細に説明する。
【0017】図1は、本実施例に係る気相成長装置を示
す概略図である。この図に示すように、反応炉1内の上
部には、円盤状の整流板2と、ガス供給管3を介して反
応炉1内にガス(原料、キャリアガス等)を供給するガ
ス流量制御装置4が配設されており、反応炉1内の下部
には、基板(本実施例では直径が5インチのシリコン基
板)5を載置する基板ホルダ(本実施例では直径が6イ
ンチ)6と、基板ホルダ6を着脱自在に支持する回転軸
7と、基板ホルダ6および基板5を加熱するヒータ8が
配設されている。
【0018】整流板2には、複数の小径孔2aが形成さ
れており、開口率は例えば0.1に設定されている。ま
た、整流板2は、基板5から十分離して(例えば5cm以
上)配置されている。ガス供給管3は、整流板2の上方
で反応炉1の上部側面に配置されている。
【0019】また、反応炉1の外側下部には、回転軸7
を回転駆動する回転駆動装置9と、回転駆動装置9の回
転駆動を制御する回転駆動制御装置10と、排気管11
を介して反応炉1内の圧力調整および未反応ガス等を排
気する排気装置12と、反応炉1内で生成される粉等を
捕集するフィルタ13が配設されている。
【0020】ピッチ8には、ヒータ電源14と、温度制
御装置15と、基板5の温度を測定する放射温度計等の
温度計16が接続されており、温度計16は、反応炉1
の上部側面の整流板2の下方に形成した石英窓17の外
側に配設されている。
【0021】本実施例に係る気相成長装置は上記のよう
に構成されており、排気装置12で反応炉1内を排気し
て反応炉内圧力を所定の圧力(例えば38Torr)に調整
し、ヒータ8によって基板ホルダ6を加熱して基板5を
所定温度(例えば1000℃)に上昇させると共に、回
転駆動装置9の回転駆動により基板5を所定の回転数
(例えば800rpm )で回転させ、ガス供給制御装置4
からガス供給管3を介して反応炉1内に、整流板2の小
径孔2aを通して原料ガス(例えばSiH2 Cl2 )を
キャリアガス(例えばH2 )と共に供給することによっ
て、基板5上に半導体薄膜が気相成長する。
【0022】そして、本発明では上記した気相成長装置
によって気相成長を行う時に、下記に示す条件を満たす
ようにする。
【0023】
【数4】
【0024】ただし、Q:基板ホルダ面積当りの供給ガ
ス体積流量、r:基板ホルダ半径(回転最大半径)、
P:反応炉内圧力、ω:基板回転角速度、T:ガス入口
温度と基板温度の平均温度(Κ)、M:ガスの平均分子
量、R:ガス定数、μ:温度Tにおける供給ガスの粘度 上記した条件を満足するように運転条件を設定すると、
基板面内の温度境界層の厚みがおおむね均一になって、
基板面内の温度分布が均一化された。
【0025】図2は、上記した条件で基板5に発生する
スリップ量を示す実験結果である。尚、この時の基板5
の直径は5インチで基板5を載置する基板ホルダ6の直
径は6インチであるが、計算上の半径rは2.5インチ
(6.3cm)である。また、ガス(SiH2 Cl2 )と
水素ガスの平均分子量Mとガス定数Rは、それぞれ2×
10-3kg/mol と8.31J/mol ・k であり、Tは8
00℃(1073K)である。
【0026】図2に示した実験結果から明らかなよう
に、
【0027】
【数5】
【0028】が0.3〜1.7、望ましくは0.5〜
1.5の範囲にあればスリップ発生量が大幅に減少し、
0.8程度の時はスリップの発生量がほとんど零になっ
た。
【0029】尚、図2に示した実験結果は、基板温度は
一定温度(1000℃)にして、各測定点では供給ガス
体積流量Q、反応炉内圧力P、基板回転角速度ωのうち
いずれかを任意に変化させた時の状態を示しており、例
えばスリップ発生量がほとんど零になる位置(図の1番
下の測定点)では、供給ガス体積流量Qは9×10-3
3 /sec 、反応炉内圧力Pは1×104 Pa(0.1at
m )、基板回転角速度ωは84rad/s (800rpm )で
ある。これは、
【0030】
【数6】
【0031】が同じ値となる他の圧力,流量,回転数の
組合せでも同様にスリップ発生量はほとんど極小とな
る。
【0032】また、直径が2インチの基板(基板ホルダ
の直径は3インチ程度)で前記同様の実験を行った場合
では、基板の面内温度分布がほぼ均一であったので、ス
リップはどの領域でもほとんど発生しなかった。
【0033】また、直径が4インチ程度(基板ホルダの
直径は5インチ程度)よりも大きい基板であれば、前記
した条件を満たすようにすることによって、スリップ発
生量を大幅に低減することができた。
【0034】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように本発明によれば、径が大きな基板に気相成長を
行う場合でも、基板の面内温度分布の均一化を図ること
ができるので、基板にスリップ等が発生することが防止
され、高品質の薄膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る気相成長装置を示す概略
図である。
【図2】本発明に係る気相成長方法による基板のスリッ
プ発生量の変化を示す図である。
【符号の説明】
1 反応炉 2 整流板 4 ガス流量制御装置 5 基板 6 基板ホルダ 8 ヒータ 9 回転駆動装置 10 回転駆動制御装置 12 排気装置 15 温度制御装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧力調整手段で成長圧力が調整される反
    応炉内にガス流量制御手段により原料ガスを供給し、前
    記反応炉内に配置した基板ホルダ上に載置され加熱手段
    により加熱されると共に、回転駆動手段で回転される基
    板に薄膜を気相成長させる気相成長装置において、気相
    成長時に、 【数1】 ただし、Q:基板ホルダ面積当りの供給ガス体積流量、
    r:基板ホルダ半径(回転最大半径)、P:反応炉内圧
    力、ω:基板回転角速度、T:反応炉内温度(入口ガス
    と基板温度の平均)、M:ガスの平均分子量、R:ガス
    定数、 μ:温度Tにおける供給ガスの粘度 の条件を満たすようにして前記基板上に薄膜を気相成長
    させることを特徴とする気相成長方法。
  2. 【請求項2】 前記基板ホルダの直径は、4インチ以上
    であることを特徴とする請求項1記載の気相成長方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0849775A2 (en) * 1996-12-19 1998-06-24 Toshiba Ceramics Co., Ltd. Vapor deposition apparatus and vapor deposition method
US6022806A (en) * 1994-03-15 2000-02-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of forming a film in recess by vapor phase growth
US6059885A (en) * 1996-12-19 2000-05-09 Toshiba Ceramics Co., Ltd. Vapor deposition apparatus and method for forming thin film
US9285172B2 (en) 2009-04-29 2016-03-15 Westinghouse Electric Company Llc Modular plate and shell heat exchanger

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US10175004B2 (en) 2009-04-29 2019-01-08 Westinghouse Electric Company Llc Method of servicing modular plate and shell heat exchanger

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