JPH08274033A

JPH08274033A - 気相成長方法および装置

Info

Publication number: JPH08274033A
Application number: JP7855895A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Aoyanagi; 良一青柳
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-04-04
Filing date: 1995-04-04
Publication date: 1996-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】スループットを低下させることなく、気相成
長によって形成される薄膜の物性を的確に制御する。【構成】反応室４を構成する石英ベルジャー１、この
石英ベルジャー１の外側を補強するステンレスベルジャ
ー２、全体を支持するベースプレート３などから構成さ
れ、反応室４内には原料ガスを供給するためのガスノズ
ル５、加熱源となるワークコイル６、コイルカバー７、
半導体ウェハ８を保持し加熱させるための円板上のサセ
プタ９が収容された気相成長装置において、ガスノズル
５の先端部に、半導体ウェハ８が載置されたサセプタ９
の上部を覆うようにノズルカバー１０を配置し、ガスノ
ズル５の複数のガス吹き出し口５ａから供給される原料
ガス５ｂの流れが、サセプタ９に載置された複数の半導
体ウェハ８の近傍に選択的に形成されるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気相成長技術に係わ
り、特にシリコン（Ｓｉ）等の半導体のエピタキシャル
成長に適用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シリコンのエピタキシャル成長技術は、
シリコン等の半導体基板（ウェハ）に基板と同じ方位を
もつシリコン単結晶薄膜を気相化学反応により形成する
ものである。エピタキシャル成長技術で形成されるエピ
タキシャルウェハはＬＳＩなどの集積回路をはじめとし
て、トランジスタ、ダイオードなどの個別半導体素子の
製造にも広く適用される。

【０００３】たとえば、株式会社工業調査会、昭和５６
年１１月１０日発行、「電子材料」１９８１年１１月号
別刷、Ｐ７７〜Ｐ８４、等の文献にも記載されているよ
うに、従来のエピタキシャル成長装置としては、次のよ
うな構成のものが知られていた。すなわち、従来のエピ
タキシャル成長装置は、石英ベルジャー、ステンレスベ
ルジャー、ベースプレートなどから構成されており、反
応室内には原料ガスを供給するためのガスノズル、加熱
源のワークコイル、コイルカバー、ウエハを保持し加熱
させるための円板上のサセプタが収まっている。

【０００４】エピタキシャル成長を行う場合は、ワーク
コイルに高周波電流を印加することによりサセプタに誘
導電流が流れ、サセプタおよびウエハが加熱される。こ
の状態でガスノズルより原料ガスを供給し、気相反応に
よりウエハ上にシリコンを堆積させる。この時、エピタ
キシャル層の導電型を決めるドープガスも同時に供給
し、ドープガスの流量により抵抗率を制御している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】低温でのエピタキシャ
ル成長が必要な製品についてはエピタキシャル成長時の
原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ₄)を使用している。
これはモノシランの低温で分解するという性質を利用し
たものであるが、（１１１）面の下地結晶を用いたエピ
タキシャル成長の場合、低温ではエピタキシャル層が粗
面化し、表面に曇りを生じて鏡面にならない、という問
題があり、（１００）面の下地結晶使用時の成長温度に
比べ約８０度高い温度（たとえば約１０５０℃）でエピ
タキシャル成長を行っている。しかしながら、当該温度
ではモノシランの熱分解反応が加速され石英ベルジャー
の内壁面への反応生成物の堆積が多くなる。次のバッチ
のエピタキシャル成長処理時には、この石英ベルジャー
の内壁面に堆積した反応生成物から、エピタキシャル成
長時に不純物が気化し、エピタキシャル層内に取り込ま
れるため、エピタキシャル層の抵抗率を変動させるとい
う問題があった。これを抑制するため現在、空焼き（た
とえば、塩素（ＨＣｌ）ガスによる反応室内のエッチン
グによるクリーニング）頻度を上げているが、この空焼
き操作の間、装置は稼働停止となるため、スループット
が低下するという問題も顕在化している。

【０００６】本発明の目的は、スループットを低下させ
ることなく、気相成長によって形成される薄膜の物性を
的確に制御することが可能な気相成長技術を提供するこ
とにある。

【０００７】本発明の他の目的は、スループットを低下
させることなく、気相成長によって（１１１）面の下地
結晶上にエピタキシャル成長によって形成される薄膜の
物性を的確に制御することが可能な気相成長技術を提供
することにある。

【０００８】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１０】本発明は、エピタキシャル成長において、
対象物の近傍に原料ガスのガスフローを選択的に形成す
ることにより、前記対象物の表面に所望の物質からなる
薄膜を堆積形成する。具体的には、たとえば、装置内の
回転する円板上のサセプタに対象物を平面的に並べて加
熱し、サセプタの中心に設けられたガスノズルより、原
料ガスを放射状に供給し、シリコン等の半導体のエピタ
キシャル層を形成する縦型エピタキシャル成長装置にお
いて、ガスノズル上部にノズルカバー等のガスフロー制
御手段を配置し、対象物の近傍に選択的にガスフローが
形成されるように制御する。

【００１１】

【作用】上記した本発明によれば、ノズルカバー等のガ
スフロー制御手段によりガスフローが対象物の近傍に選
択的に形成されるように制御され、原料ガスが石英ベル
ジャー側にまわり込む量を減少させることができる。こ
れによりエピタキシャル成長時の化学反応による反応生
成物の石英ベルジャー内壁面への堆積を最少限に抑える
ことが可能となる。このため、石英ベルジャー内壁面へ
堆積した反応生成物の除去等の目的とする空焼き等の操
作の頻度を増加させることなく、すなわち、スループッ
トを低下させることなく、石英ベルジャーに堆積した反
応生成物からの異物等の気化に起因するエピタキシャル
抵抗率等の変動を抑制でき、エピタキシャル層の物性を
目的の値に的確に制御できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
詳細に説明する。

【００１３】図１は本発明の一実施例である気相成長方
法が実施される気相成長装置の構成の一例を示す略断面
図である。本実施例では、気相成長装置の一例として、
縦型エピタキシャル成長装置を例に採って説明を進め
る。

【００１４】本実施例の縦型エピタキシャル成長装置
は、反応室４を構成する石英ベルジャー１、この石英ベ
ルジャー１の外側を補強するステンレスベルジャー２、
全体を支持するベースプレート３などから構成されてい
る。反応室４内には原料ガスを供給するためのガスノズ
ル５、加熱源となるワークコイル６、コイルカバー７、
半導体ウェハ８を保持して加熱するための円板状のサセ
プタ９が収容されている。ガスノズル５およびサセプタ
９は、たとえば石英で構成され、サセプタ９は図示しな
い駆動機構によりガスノズル５の周りに回転する。

【００１５】コイルカバー７とステンレスベルジャー２
（石英ベルジャー１）の間の空間には、図示しない真空
ポンプ等に接続された排気流路１１が設けられており、
反応室４の内部を排気する操作が行われる。

【００１６】ガスノズル５の側面には、複数のガス吹き
出し口５ａが開設されており、たとえば、モノシラン等
の原料ガス５ｂが、サセプタ９に載置された複数の半導
体ウェハ８の上部空間に放射状に供給される。

【００１７】この場合、ガスノズル５の先端部には、半
導体ウェハ８が載置されたサセプタ９の上部を覆うよう
に、石英等で構成されるノズルカバー１０が配置されて
おり、ガスノズル５の複数のガス吹き出し口５ａから供
給される原料ガス５ｂの流れが、サセプタ９に載置され
た複数の半導体ウェハ８の近傍に選択的に形成される構
造となっている。

【００１８】以下、本実施例の縦型エピタキシャル成長
装置の作用の一例を、図２の線図等を参照しながら説明
する。

【００１９】まず、サセプタ９の上には、シリコンから
なる半導体ウェハ８が載置される。本実施例の場合、エ
ピタキシャル成長の下地となる半導体ウェハ８の表面
は、シリコンの（１１１）面の単結晶を呈している。

【００２０】次に、反応室４の内部を排気しつつ、まず
窒素ガスを供給して反応室４の内部を窒素ガスで置換し
た後、常圧の水素ガスを供給して水素雰囲気にし、ワー
クコイル６に高周波電流を印加することによりサセプタ
９に誘導電流を流し、サセプタ９および半導体ウェハ８
の加熱を開始する。

【００２１】サセプタ９および半導体ウェハ８が目的の
加熱温度（本実施例の場合、１０５０℃）に到達した
ら、まず、ベント操作によってガスノズル５に接続され
る図示しない配管系の原料ガス５ｂによる置換処理を行
ったのち、反応室４の内部に、ガスノズル５からモノシ
ラン等の原料ガス５ｂと抵抗率を制御するためのドープ
ガス（本実施例の場合、たとえばホスフィン（ＰＨ₃)）
を導入する。

【００２２】これにより、モノシラン等の原料ガス５ｂ
の熱分解等の気相反応によってシリコン原子が半導体ウ
ェハ８の表面に堆積し、シリコンのエピタキシャル層が
形成されると同時に、ドープガスの流量によりエピタキ
シャル層の抵抗率が目的の値に制御される。本実施例の
場合、エピタキシャル成長の速度は、たとえば、0.２μ
ｍ／分程度である。

【００２３】所定の時間が経過し、エピタキシャル層が
目的の値に達したら、反応室４の内部への原料ガス５ｂ
の導入および半導体ウェハ８の加熱操作を停止するとと
もに、水素ガスによる置換および窒素ガスによる置換を
順次行い、半導体ウェハ８が常温まで冷却したら、石英
ベルジャー１を開放してエピタキシャル層が形成された
半導体ウェハ８を未処理の半導体ウェハ８と入れ換え
る。

【００２４】ここで、エピタキシャル成長中にガスノズ
ル５より反応室４の内部に放射される原料ガス５ｂは、
ノズルカバー１０がない従来の状態においては、反応室
４の内部全域に分散し、石英ベルジャー１の内壁にも多
量の反応生成物が堆積形成されることとなる。このた
め、次のエピタキシャル成長処理のバッチ時に、この石
英ベルジャー１の内壁の反応生成物に吸蔵されていたリ
ン（Ｐ）等の不純物等が気化しエピタキシャル層内に取
り込まれるため、エピタキシャル層の抵抗率が目的の値
から変動してしまう、という懸念があった。

【００２５】これに対して、本実施例の場合には、ノズ
ルカバー１０の存在により、原料ガス５ｂの石英ベルジ
ャー１の内周部へのまわり込みを最少限にでき、原料ガ
ス５ｂの流れは、目的の半導体ウェハ８の近傍の空間、
すなわち、ノズルカバー１０とサセプタ９の間の空間、
に選択的に形成されるため、反応室４の内部全域に分散
して、石英ベルジャー１の内部に反応生成物を形成する
原料ガス５ｂの量は極めて少なくなり、反応生成物の石
英ベルジャー１への堆積は抑制される。

【００２６】このため、次のエピタキシャル成長バッチ
時に石英ベルジャー１に堆積した反応生成物から反応室
４の内部に気化する不純物の量は確実に減少し、当該不
純物が半導体ウェハ８の表面に形成されつつあるエピタ
キシャル層に取り込まれることによって当該エピタキシ
ャル層の抵抗率を目的の値から変動させる等の懸念がな
くなる。

【００２７】従って、装置の稼働を停止させ、空焼き等
の方法によって石英ベルジャー１に堆積した反応生成物
を強制的に取り除く等の煩雑な作業を必要以上に頻繁に
行うことなく、すなわち、スループットの低下を招くこ
となく、半導体ウェハ８に形成されるエピタキシャル層
の抵抗率等の物性を目的の値に的確に制御することが可
能となる。この結果、エピタキシャル層が形成される半
導体ウェハ８（エピタキシャルウェハ）の品質が向上す
る。

【００２８】たとえば、本実施例の対策を施さない場
合、より高温の１０５０℃のエピタキシャル成長処理で
は反応生成物の増大によって数回のバッチ処理に１回の
割合で空焼きを行うことが必要になると予想されるが、
ノズルカバー１０を設けた本実施例の場合には、十数回
のバッチ処理に１回の割合で空焼きを行うだけで良くな
り、大幅なスループット向上が望める。また、石英ベル
ジャー１の内壁からの反応生成物の剥落等に起因する異
物の付着も防止できる。

【００２９】特に、前述したように、（１１１）結晶面
を用いたエピタキシャル成長の場合、粗面化を防止する
目的で、（１００）結晶面使用時の成長温度に比べ、よ
り高い温度でエピタキシャル成長を行う必要があり、石
英ベルジャー１内壁の反応生成物から気化する不純物の
増加が懸念されるが、本実施例の場合には、石英ベルジ
ャー１内に形成され、異物の発生源となる反応生成物そ
のものの量が少ないので、空焼き等の対策を頻繁に行う
ことなく、目的の抵抗率の（１１１）結晶のエピタキシ
ャル層を形成することができる。

【００３０】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【００３１】たとえば、気相成長装置の構成は、上述の
実施例に例示した縦型エピタキシャル成長装置に限ら
ず、気相成長によってエピタキシャル層を形成する装置
全般に適用することができる。

【００３２】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその背景となった利用分野である半導
体ウェハのエピタキシャル層形成に適用した場合に適用
した場合について説明したが、それに限定されるもので
はなく、任意の物質の基板へのエピタキシャル層の形成
処理に用いることができる。

【００３３】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００３４】本発明の気相成長方法によれば、スループ
ットを低下させることなく、気相成長によって形成され
る薄膜の物性を的確に制御することができる、という効
果が得られる。

【００３５】また、スループットを低下させることな
く、気相成長によって（１１１）面の下地結晶上にエピ
タキシャル成長によって形成される薄膜の物性を的確に
制御することができる、という効果が得られる。

【００３６】また、本発明の気相成長装置によれば、ス
ループットを低下させることなく、気相成長によって形
成される薄膜の物性を的確に制御することができる、と
いう効果が得られる。

【００３７】また、スループットを低下させることな
く、気相成長によって（１１１）面の下地結晶上にエピ
タキシャル成長によって形成される薄膜の物性を的確に
制御することができる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である気相成長方法が実施さ
れる気相成長装置の構成の一例を示す略断面図である。

【図２】本発明の一実施例である気相成長方法が実施さ
れる気相成長装置の作用の一例を示す線図である。

【符号の説明】

１石英ベルジャー（処理容器）２ステンレスベルジャー３ベースプレート４反応室５ガスノズル５ａガス吹き出し口５ｂ原料ガス６ワークコイル（エネルギ印加手段）７コイルカバー８半導体ウェハ９サセプタ１０ノズルカバー（ガスフロー制御手段）１１排気流路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物の近傍に原料ガスのガスフローを
選択的に形成することにより、前記対象物の表面に所望
の物質からなる薄膜を堆積形成することを特徴とする気
相成長方法。
【請求項２】回転するサセプタに対象物を平面状に並
べて加熱し、前記サセプタ中心に設けられたガスノズル
より、原料ガスを放射状に供給し、前記対象物の表面に
半導体のエピタキシャル層を形成するエピタキシャル成
長方法であって、前記原料ガスのガスフローを前記対象
物の近傍に選択的に形成することを特徴とする気相成長
方法。
【請求項３】半導体ウェハの近傍にモノシランからな
る原料ガスのガスフローを選択的に形成することによ
り、約１０５０℃の温度の下で前記半導体ウェハの（１
１１）面上にシリコンのエピタキシャル層を堆積形成す
ることを特徴とする気相成長方法。
【請求項４】処理容器と、前記処理容器内で対象物を
支持するサセプタと、前記処理容器の内部に原料ガスを
供給するガスノズルと、前記原料ガスを励起するための
エネルギを供給するエネルギ印加手段とを含む気相成長
装置であって、前記原料ガスのガスフローを前記対象物
の近傍に選択的に形成するガスフロー制御手段を備えた
ことを特徴とする気相成長装置。
【請求項５】処理容器と、前記処理容器内で半導体ウ
ェハを支持するサセプタと、前記処理容器の内部に原料
ガスを供給するガスノズルと、前記原料ガスを励起する
ためのエネルギを供給するエネルギ印加手段とを含む気
相成長装置であって、前記原料ガスのガスフローを前記
半導体ウェハの近傍に選択的に形成するガスフロー制御
手段を備えたことを特徴とする気相成長装置。
【請求項６】前記半導体ウェハの近傍にモノシランか
らなる原料ガスのガスフローを選択的に形成することに
より、約１０５０℃の温度の下で前記半導体ウェハの
（１１１）面上にシリコンのエピタキシャル層を堆積形
成することを特徴とする請求項５記載の気相成長装置。