JPH08306632A - 気相エピタキシャル成長装置 - Google Patents
気相エピタキシャル成長装置Info
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- JPH08306632A JPH08306632A JP7127122A JP12712295A JPH08306632A JP H08306632 A JPH08306632 A JP H08306632A JP 7127122 A JP7127122 A JP 7127122A JP 12712295 A JP12712295 A JP 12712295A JP H08306632 A JPH08306632 A JP H08306632A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/14—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10T117/10—Apparatus
- Y10T117/1016—Apparatus with means for treating single-crystal [e.g., heat treating]
Abstract
(57)【要約】
【目的】 遷移幅の減少と基板上に形成される薄膜の厚
さの均一化とを同時に実現できる気相エピタキシャル成
長装置を提供する。 【構成】 偏平に形成された反応容器１８と、反応容器
１８の周辺部から原料ガス１９を供給する供給ノズル１
５と、半導体単結晶基板１２を略水平に載置する支持具
１３と、赤外線加熱灯１４と、反応容器１８の上壁中心
部に設けられたガス排出口１１とを有し、原料ガス１９
は渦を生じることなく、反応容器１８の中央部に集まっ
た後、ガス排出口１１から上向に排出される。
さの均一化とを同時に実現できる気相エピタキシャル成
長装置を提供する。 【構成】 偏平に形成された反応容器１８と、反応容器
１８の周辺部から原料ガス１９を供給する供給ノズル１
５と、半導体単結晶基板１２を略水平に載置する支持具
１３と、赤外線加熱灯１４と、反応容器１８の上壁中心
部に設けられたガス排出口１１とを有し、原料ガス１９
は渦を生じることなく、反応容器１８の中央部に集まっ
た後、ガス排出口１１から上向に排出される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体単結晶基板上に
薄膜を気相成長させる装置に関する。
薄膜を気相成長させる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、図９に示す縦型の気相成長装置１
においては、ベースプレート６上に載置された釣鐘状の
反応容器８内に半導体単結晶基板２（以下、単に「基
板」と略記する。）を載置する支持具３を回転可能に水
平に配置し、該支持具３の下部に配置された高周波誘導
加熱コイル４を用いて前記基板２を加熱しながら、前記
支持具３の中心部に設けられたガスノズル５から原料ガ
ス９を反応容器８内に導入して、前記基板２上に薄膜を
成長させる。
においては、ベースプレート６上に載置された釣鐘状の
反応容器８内に半導体単結晶基板２（以下、単に「基
板」と略記する。）を載置する支持具３を回転可能に水
平に配置し、該支持具３の下部に配置された高周波誘導
加熱コイル４を用いて前記基板２を加熱しながら、前記
支持具３の中心部に設けられたガスノズル５から原料ガ
ス９を反応容器８内に導入して、前記基板２上に薄膜を
成長させる。
【０００３】前記気相成長装置１において、反応容器８
の中心部に設けられたガスノズル５を原料ガス９が外周
側に向かって水平に導入されるように構成した場合、原
料ガス９は前記ガスノズル５から放散しながら流れ出
し、さらに、前記基板２の表面に薄膜が成長するにつれ
て原料が消費される。この結果、前記原料ガス９の濃度
が前記基板２上で反応容器８の中心部から離れるに従っ
て低下し、それに伴い薄膜の成長速度も低下するので、
基板２上に均一な厚さの薄膜を形成するのは、困難であ
った。
の中心部に設けられたガスノズル５を原料ガス９が外周
側に向かって水平に導入されるように構成した場合、原
料ガス９は前記ガスノズル５から放散しながら流れ出
し、さらに、前記基板２の表面に薄膜が成長するにつれ
て原料が消費される。この結果、前記原料ガス９の濃度
が前記基板２上で反応容器８の中心部から離れるに従っ
て低下し、それに伴い薄膜の成長速度も低下するので、
基板２上に均一な厚さの薄膜を形成するのは、困難であ
った。
【０００４】そこで、均一な厚さの薄膜を成長するため
に、図９に示すように、反応容器８の丈を高くして原料
ガス９を前記ガスノズル５から上方向に導入する方法が
用いられるようになった。
に、図９に示すように、反応容器８の丈を高くして原料
ガス９を前記ガスノズル５から上方向に導入する方法が
用いられるようになった。
【０００５】前記ガスノズル５から上方向に導入された
原料ガス９は、前記反応容器８の上部で、前記ガスノズ
ル５からの上方向の流れと反応容器８の内壁に沿う下方
向の流れとより成る強制対流を発生させ、支持具３と反
応容器８の温度差により形成される自然対流と合流して
対流９ａを形成する。
原料ガス９は、前記反応容器８の上部で、前記ガスノズ
ル５からの上方向の流れと反応容器８の内壁に沿う下方
向の流れとより成る強制対流を発生させ、支持具３と反
応容器８の温度差により形成される自然対流と合流して
対流９ａを形成する。
【０００６】反応容器８の丈を高くすると、該反応容器
８の上部で発生する対流９ａにより反応雰囲気の攪拌が
促進されるので、対流９ａによる攪拌力を利用して原料
ガス９の濃度を均一にすることができる。
８の上部で発生する対流９ａにより反応雰囲気の攪拌が
促進されるので、対流９ａによる攪拌力を利用して原料
ガス９の濃度を均一にすることができる。
【０００７】前記原料ガス９は、反応容器８の上部まで
到達後、対流９ａの流れに従って反応容器８の内壁沿い
に下方へ流れ、前記支持具３の表面に沿って反応容器８
の周辺から中心部に向かう流れ９ｃと、前記支持具３と
反応容器８の内壁との間を通ってベースプレート６に設
けられたガス排出口７から排気される流れ９ｂとに分か
れる。
到達後、対流９ａの流れに従って反応容器８の内壁沿い
に下方へ流れ、前記支持具３の表面に沿って反応容器８
の周辺から中心部に向かう流れ９ｃと、前記支持具３と
反応容器８の内壁との間を通ってベースプレート６に設
けられたガス排出口７から排気される流れ９ｂとに分か
れる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが、丈を高くし
た構造の反応容器８内で原料ガス９を上方向に供給する
と、前記基板２の主表面近傍においてガスの流れが緩や
かになり、淀み層が厚くなる。その結果、前記基板２の
主表面近傍では該基板からのオートドープの影響を強く
受けるので、基板と薄膜の境界部で不純物濃度が変化す
る部分の幅、すなわち遷移幅が大きくなる傾向があっ
た。
た構造の反応容器８内で原料ガス９を上方向に供給する
と、前記基板２の主表面近傍においてガスの流れが緩や
かになり、淀み層が厚くなる。その結果、前記基板２の
主表面近傍では該基板からのオートドープの影響を強く
受けるので、基板と薄膜の境界部で不純物濃度が変化す
る部分の幅、すなわち遷移幅が大きくなる傾向があっ
た。
【０００９】本発明は上記の点に鑑みなされたものであ
り、その目的は、前記遷移幅の減少と基板上に形成され
る薄膜の厚さの均一化とを同時に実現できる気相エピタ
キシャル成長装置を提供することにある。
り、その目的は、前記遷移幅の減少と基板上に形成され
る薄膜の厚さの均一化とを同時に実現できる気相エピタ
キシャル成長装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、偏平に形成さ
れた反応容器と、該反応容器の周辺部から原料ガスを供
給するガス供給手段と、半導体単結晶基板を略水平に載
置する保持手段と、加熱手段と、前記反応容器の上壁中
心部に設けられた反応ガスの排出口とを有することを特
徴とする。
れた反応容器と、該反応容器の周辺部から原料ガスを供
給するガス供給手段と、半導体単結晶基板を略水平に載
置する保持手段と、加熱手段と、前記反応容器の上壁中
心部に設けられた反応ガスの排出口とを有することを特
徴とする。
【００１１】前記反応容器は円筒状偏平に形成され、前
記ガス供給手段としては原料ガスを前記反応容器の周方
向に供給するガス供給口が複数配置されたものであるこ
とが好ましい。また、前記ガス供給口は、前記反応容器
の中心軸に関して点対称に等角度ピッチで設けることが
好ましい。さらに、前記反応容器内で原料ガスの水平旋
回気流が生じるように、ガス供給口を配置することが好
ましい。
記ガス供給手段としては原料ガスを前記反応容器の周方
向に供給するガス供給口が複数配置されたものであるこ
とが好ましい。また、前記ガス供給口は、前記反応容器
の中心軸に関して点対称に等角度ピッチで設けることが
好ましい。さらに、前記反応容器内で原料ガスの水平旋
回気流が生じるように、ガス供給口を配置することが好
ましい。
【００１２】
【作用】本願発明に係る気相成長装置１０を用いて薄膜
の成長を行うには、図１，２に示すように、まず基板１
２を反応容器１８内の保持手段（支持具）１３上に略水
平に載置し、水素等のキャリアガスを流しながら加熱手
段（赤外線加熱灯）１４で前記基板１２を加熱して所望
の温度に昇温する。
の成長を行うには、図１，２に示すように、まず基板１
２を反応容器１８内の保持手段（支持具）１３上に略水
平に載置し、水素等のキャリアガスを流しながら加熱手
段（赤外線加熱灯）１４で前記基板１２を加熱して所望
の温度に昇温する。
【００１３】次に、偏平に形成された反応容器１８の周
辺部から原料ガス１９をキャリアガスと共に水平方向に
導入すると、原料ガス１９は前記基板１２上をガス排出
口１１に向かって略水平に流れる。原料ガス１９はその
後、加熱によって生じた浮力によりやや上向流となる
が、原料ガスの対流渦が発生する前に、前記反応容器１
８の上壁に設けられたガス排出口１１から鉛直方向上方
に迅速に排出される。
辺部から原料ガス１９をキャリアガスと共に水平方向に
導入すると、原料ガス１９は前記基板１２上をガス排出
口１１に向かって略水平に流れる。原料ガス１９はその
後、加熱によって生じた浮力によりやや上向流となる
が、原料ガスの対流渦が発生する前に、前記反応容器１
８の上壁に設けられたガス排出口１１から鉛直方向上方
に迅速に排出される。
【００１４】その結果、前記反応容器１８内で原料ガス
１９の対流渦が発生しないので、基板１２から気相中に
一旦飛び出した不純物が対流の渦に乗って成長中の薄膜
に再度取り込まれることにより発生する、いわゆるオー
トドーピング現象を抑制することができ、その結果、基
板１２と薄膜の境界における遷移幅も小さくすることが
できる。
１９の対流渦が発生しないので、基板１２から気相中に
一旦飛び出した不純物が対流の渦に乗って成長中の薄膜
に再度取り込まれることにより発生する、いわゆるオー
トドーピング現象を抑制することができ、その結果、基
板１２と薄膜の境界における遷移幅も小さくすることが
できる。
【００１５】一方、前記ガス排出口１１を前記反応容器
１８の上壁中心部に設けると、該反応容器１８の周辺部
に位置するガス供給口１６から供給された原料ガス１９
の濃度は、エピタキシャル成長のために原料が消費され
るに従い、ガスの流れ方向に沿って中心部に近づくほど
減少するが、原料ガス１９は反応容器１８の周辺部から
中心部に集まるため、中心部に近づくほど原料ガス１９
の流速が増大する。すると、単位時間当たりに供給され
る原料自体は前記基板１２の主表面全体で略一定量とな
るので、エピタキシャル成長速度分布を基板１２の全体
にわたって均一にすることができる。
１８の上壁中心部に設けると、該反応容器１８の周辺部
に位置するガス供給口１６から供給された原料ガス１９
の濃度は、エピタキシャル成長のために原料が消費され
るに従い、ガスの流れ方向に沿って中心部に近づくほど
減少するが、原料ガス１９は反応容器１８の周辺部から
中心部に集まるため、中心部に近づくほど原料ガス１９
の流速が増大する。すると、単位時間当たりに供給され
る原料自体は前記基板１２の主表面全体で略一定量とな
るので、エピタキシャル成長速度分布を基板１２の全体
にわたって均一にすることができる。
【００１６】また、前記反応容器１８を円筒状偏平に形
成し、ガス供給手段として複数のガス供給口１６を原料
ガス１９が前記反応容器１８の周方向に供給されるよう
に配置すると、前記反応容器１８内で原料ガスの水平旋
回気流が生じるので、該水平旋回気流による攪拌力を利
用して原料ガス１９の濃度を均一にすることができ、ま
た、ガスの流れが円滑になるので、原料ガス１９の対流
渦が発生することを防止することができる。
成し、ガス供給手段として複数のガス供給口１６を原料
ガス１９が前記反応容器１８の周方向に供給されるよう
に配置すると、前記反応容器１８内で原料ガスの水平旋
回気流が生じるので、該水平旋回気流による攪拌力を利
用して原料ガス１９の濃度を均一にすることができ、ま
た、ガスの流れが円滑になるので、原料ガス１９の対流
渦が発生することを防止することができる。
【００１７】さらに、ガス供給口１６が反応容器側壁１
８ａの内面から突出しないようにすると、前記ガス供給
口近傍におけるガスの流れが、より円滑なものとなる。
８ａの内面から突出しないようにすると、前記ガス供給
口近傍におけるガスの流れが、より円滑なものとなる。
【００１８】前記ガス供給口１６を、前記反応容器１８
の中心軸ｌに関して点対称に等角度ピッチで配置する
と、気相エピタキシャル成長による薄膜の膜厚分布を更
に改善できる。
の中心軸ｌに関して点対称に等角度ピッチで配置する
と、気相エピタキシャル成長による薄膜の膜厚分布を更
に改善できる。
【００１９】
【実施例】次に本発明を、図面に示す実施例により更に
詳細に説明する。 〔実施例１〕図１は反応容器１８の概略断面図、図２は
その概略平面図である。反応容器１８は透明な石英ガラ
ス製であり、円筒状の側壁１８ａと円板状の上壁１８ｂ
および下壁１８ｃとにより円筒状偏平に構成され、水平
に配置されている。反応容器１８の内部高さ、すなわち
上壁１８ｂ内面と下壁１８ｃ内面との間隔は１０ｍｍ〜
２０ｍｍ、側壁１８ａの内径は２５０ｍｍ〜４００ｍｍ
の範囲で設定する。本実施例では、内部高さ１５ｍｍ、
内径３００ｍｍの反応容器１８を用いた。
詳細に説明する。 〔実施例１〕図１は反応容器１８の概略断面図、図２は
その概略平面図である。反応容器１８は透明な石英ガラ
ス製であり、円筒状の側壁１８ａと円板状の上壁１８ｂ
および下壁１８ｃとにより円筒状偏平に構成され、水平
に配置されている。反応容器１８の内部高さ、すなわち
上壁１８ｂ内面と下壁１８ｃ内面との間隔は１０ｍｍ〜
２０ｍｍ、側壁１８ａの内径は２５０ｍｍ〜４００ｍｍ
の範囲で設定する。本実施例では、内部高さ１５ｍｍ、
内径３００ｍｍの反応容器１８を用いた。
【００２０】反応容器１８の内部には、基板１２を略水
平に支持する支持具１３を配置し、該支持具１３上に直
径２００ｍｍの円板状基板１２を１枚載置する。
平に支持する支持具１３を配置し、該支持具１３上に直
径２００ｍｍの円板状基板１２を１枚載置する。
【００２１】反応容器１８の外側には赤外線加熱灯１４
を設け、該赤外線加熱灯１４からの輻射熱で反応容器１
８内の基板１２と支持具１３を加熱する。反応容器１８
の外壁は、図示しない空気などの冷却媒体で冷却する。
を設け、該赤外線加熱灯１４からの輻射熱で反応容器１
８内の基板１２と支持具１３を加熱する。反応容器１８
の外壁は、図示しない空気などの冷却媒体で冷却する。
【００２２】反応容器１８の上壁１８ｂの中心部には、
該上壁１８ｂと直交するように内径２０ｍｍのガス排出
管１７を突設し、反応ガスがガス排出口１１を通って鉛
直方向上方に排出されるようにする。
該上壁１８ｂと直交するように内径２０ｍｍのガス排出
管１７を突設し、反応ガスがガス排出口１１を通って鉛
直方向上方に排出されるようにする。
【００２３】反応容器１８の側壁１８ａには、原料ガス
１９の供給ノズル１５を反応容器１８の中心軸ｌに関し
て点対称になるように９０°の等角度ピッチで４本配置
し、ガス供給口１６が側壁１８ａの内面から突出しない
ようにする。前記４本の供給ノズル１５は同一仕様と
し、いずれも図２の平面図における角度θを７５°にし
て原料ガス１９が反応容器１８の周方向に供給されるよ
うに配置するとともに、供給ノズル１５の内径を１０ｍ
ｍとして、ガスを導入する４本の供給ノズル１５が占め
る開口面積の合計をガス排出管１７の開口面積と等しく
なるように設定した。
１９の供給ノズル１５を反応容器１８の中心軸ｌに関し
て点対称になるように９０°の等角度ピッチで４本配置
し、ガス供給口１６が側壁１８ａの内面から突出しない
ようにする。前記４本の供給ノズル１５は同一仕様と
し、いずれも図２の平面図における角度θを７５°にし
て原料ガス１９が反応容器１８の周方向に供給されるよ
うに配置するとともに、供給ノズル１５の内径を１０ｍ
ｍとして、ガスを導入する４本の供給ノズル１５が占め
る開口面積の合計をガス排出管１７の開口面積と等しく
なるように設定した。
【００２４】原料ガス１９としてトリクロロシランを５
ｇ／分、キャリアガスとして水素ガスを１００リットル
／分の割合で混合し、該混合ガスを４本の供給ノズル１
５から均等に反応容器１８内に導入する。該反応容器１
８の周辺部からキャリアガスとともに導入された原料ガ
ス１９は、円筒状偏平な反応容器１８の周方向に供給さ
れるので水平旋回気流を生じさせながら基板１２上を流
れ、該基板上に気相エピタキシャル成長した後に、ガス
排出口１１を通って上方に排気される。
ｇ／分、キャリアガスとして水素ガスを１００リットル
／分の割合で混合し、該混合ガスを４本の供給ノズル１
５から均等に反応容器１８内に導入する。該反応容器１
８の周辺部からキャリアガスとともに導入された原料ガ
ス１９は、円筒状偏平な反応容器１８の周方向に供給さ
れるので水平旋回気流を生じさせながら基板１２上を流
れ、該基板上に気相エピタキシャル成長した後に、ガス
排出口１１を通って上方に排気される。
【００２５】上記反応容器１８内で、結晶方位（１０
０）、不純物濃度が５×１０18ｃｍ-3のボロンをドープ
したシリコン単結晶基板１２上に、厚さ１．５μｍ、不
純物濃度が１×１０15ｃｍ-3のボロンをドープしたシリ
コン薄膜を反応温度１１００℃、成長時間１分間で気相
エピタキシャル成長し、薄膜の深さ方向に不純物濃度プ
ロファイルを測定した。その結果を図３に示した。
０）、不純物濃度が５×１０18ｃｍ-3のボロンをドープ
したシリコン単結晶基板１２上に、厚さ１．５μｍ、不
純物濃度が１×１０15ｃｍ-3のボロンをドープしたシリ
コン薄膜を反応温度１１００℃、成長時間１分間で気相
エピタキシャル成長し、薄膜の深さ方向に不純物濃度プ
ロファイルを測定した。その結果を図３に示した。
【００２６】比較例として図９に示す従来の気相成長装
置１を用いて、上記実施例と同様に、結晶方位（１０
０）、不純物濃度が５×１０18ｃｍ-3のボロンをドープ
したシリコン単結晶基板１２上に、厚さ１．５μｍ、不
純物濃度が１×１０15ｃｍ-3のボロンをドープしたシリ
コン薄膜を反応温度１１００℃、成長時間１分間で気相
エピタキシャル成長し、薄膜の深さ方向に不純物濃度プ
ロファイルを測定した。その結果を図３に併記した。
置１を用いて、上記実施例と同様に、結晶方位（１０
０）、不純物濃度が５×１０18ｃｍ-3のボロンをドープ
したシリコン単結晶基板１２上に、厚さ１．５μｍ、不
純物濃度が１×１０15ｃｍ-3のボロンをドープしたシリ
コン薄膜を反応温度１１００℃、成長時間１分間で気相
エピタキシャル成長し、薄膜の深さ方向に不純物濃度プ
ロファイルを測定した。その結果を図３に併記した。
【００２７】図３に示したように、従来の気相成長装置
１で気相エピタキシャル成長した場合、遷移幅Ｗ１が
１．３μｍであるのに対し、本発明に係る気相成長装置
１０の反応容器１８内で気相エピタキシャル成長した場
合の遷移幅Ｗ２は０．８μｍであり、遷移幅の大幅な改
善が達成できた。
１で気相エピタキシャル成長した場合、遷移幅Ｗ１が
１．３μｍであるのに対し、本発明に係る気相成長装置
１０の反応容器１８内で気相エピタキシャル成長した場
合の遷移幅Ｗ２は０．８μｍであり、遷移幅の大幅な改
善が達成できた。
【００２８】図４は、本発明に係る反応容器１８内で基
板１２上に成長した薄膜に関して、基板直径方向の成長
速度分布を示したものである。成長速度は、各測定点に
おける薄膜の厚さを成長時間で除して得られる。この図
から明らかなように、本発明の気相成長装置を用いる
と、遷移幅の大幅な改善が達成できると共に、基板１２
の主表面全体にわたって均一な膜厚および均一な成長速
度分布が得られる。
板１２上に成長した薄膜に関して、基板直径方向の成長
速度分布を示したものである。成長速度は、各測定点に
おける薄膜の厚さを成長時間で除して得られる。この図
から明らかなように、本発明の気相成長装置を用いる
と、遷移幅の大幅な改善が達成できると共に、基板１２
の主表面全体にわたって均一な膜厚および均一な成長速
度分布が得られる。
【００２９】上記実施例１では、ガス排出管１７が基板
１２の上方に位置しているため、気相エピタキシャル成
長の副反応により生じた粒子が前記ガス排出管１７に付
着し、前記粒子が基板１２上に落下して薄膜の表面に欠
陥が発生することが心配されたが、前記表面には突起等
の表面欠陥は観察されなかった。
１２の上方に位置しているため、気相エピタキシャル成
長の副反応により生じた粒子が前記ガス排出管１７に付
着し、前記粒子が基板１２上に落下して薄膜の表面に欠
陥が発生することが心配されたが、前記表面には突起等
の表面欠陥は観察されなかった。
【００３０】上記副反応による粒子の発生を抑制するた
めには、供給ノズル１５からの原料ガス１９とキャリア
ガスの混合ガス流量、ガス排出管１７の内径、反応容器
１８の内容積等を適宜に設定することにより、反応容器
１８内における原料ガス１９の平均滞留時間を調整すれ
ばよい。
めには、供給ノズル１５からの原料ガス１９とキャリア
ガスの混合ガス流量、ガス排出管１７の内径、反応容器
１８の内容積等を適宜に設定することにより、反応容器
１８内における原料ガス１９の平均滞留時間を調整すれ
ばよい。
【００３１】上記実施例１では、反応容器１８内に直径
が２００ｍｍの基板１２を１枚仕込む場合について説明
したが、直径が小さい基板を複数枚仕込んで同時に気相
エピタキシャル成長を行うこともできる。図５は、基板
を複数枚仕込む場合に基板２２を配置する要領について
示している。この図において２０は気相成長装置、２１
は抵抗加熱炉、２９は原料ガスであり、図１の部品と同
一のものについては同一の符号を用いた。
が２００ｍｍの基板１２を１枚仕込む場合について説明
したが、直径が小さい基板を複数枚仕込んで同時に気相
エピタキシャル成長を行うこともできる。図５は、基板
を複数枚仕込む場合に基板２２を配置する要領について
示している。この図において２０は気相成長装置、２１
は抵抗加熱炉、２９は原料ガスであり、図１の部品と同
一のものについては同一の符号を用いた。
【００３２】このような成長方法は、ＧａＡｓ，Ｇａ
Ｐ，ＧａＡｓＰ等よりなる基板２２上にＧａＡｓ，Ｇａ
Ｐ，ＧａＡｓＰ等の薄膜を成長させる場合に、基板２２
の直径がシリコン基板に比べて小さいので、特に有効で
ある。以下に、オレンジ色の発光ダイオード用ＧａＡｓ
Ｐ薄膜をＧａＰからなる基板上に成長させる場合につい
て、図５〜８を参照しながら説明する。
Ｐ，ＧａＡｓＰ等よりなる基板２２上にＧａＡｓ，Ｇａ
Ｐ，ＧａＡｓＰ等の薄膜を成長させる場合に、基板２２
の直径がシリコン基板に比べて小さいので、特に有効で
ある。以下に、オレンジ色の発光ダイオード用ＧａＡｓ
Ｐ薄膜をＧａＰからなる基板上に成長させる場合につい
て、図５〜８を参照しながら説明する。
【００３３】〔実施例２〕図５の反応容器１８の形状・
構造は図１の反応容器１８と同一であるが、抵抗加熱炉
２１を反応容器１８の上壁１８ｂおよび下壁１８ｃを取
り囲むように設けた点で相違する。反応容器１８の内径
は２５０ｍｍ、内部高さは２０ｍｍである。抵抗加熱炉
２１を上記のように配備したのは、反応容器１８の壁を
加熱することにより壁への堆積を抑制するためである。
構造は図１の反応容器１８と同一であるが、抵抗加熱炉
２１を反応容器１８の上壁１８ｂおよび下壁１８ｃを取
り囲むように設けた点で相違する。反応容器１８の内径
は２５０ｍｍ、内部高さは２０ｍｍである。抵抗加熱炉
２１を上記のように配備したのは、反応容器１８の壁を
加熱することにより壁への堆積を抑制するためである。
【００３４】まず、図５の反応容器１８にＧａＰからな
る直径５０ｍｍの基板２２を、反応容器１８の側壁１８
ａと同心状に６枚配置した。原料ガス２９として塩化ガ
リウム（ＧａＣｌ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）、フォスフ
ィン（ＰＨ3 ）、ドーパントとしてアンモニア（Ｎ
Ｈ3 ）および硫化水素（Ｈ2 Ｓ）からなる混合ガスをキ
ャリアガスの水素ガスと共に１４リットル／分の流量で
供給した。この混合ガスには、ＧａＣｌが１１０ｍｌ／
分、ＡｓＨ3 が２６ｍｌ／分、ＰＨ3 が４８ｍｌ／分、
ＮＨ3 が６００ｍｌ／分と、Ｈ2 Ｓが極めて微量（数ｍ
ｌ／分）に含まれている。
る直径５０ｍｍの基板２２を、反応容器１８の側壁１８
ａと同心状に６枚配置した。原料ガス２９として塩化ガ
リウム（ＧａＣｌ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）、フォスフ
ィン（ＰＨ3 ）、ドーパントとしてアンモニア（Ｎ
Ｈ3 ）および硫化水素（Ｈ2 Ｓ）からなる混合ガスをキ
ャリアガスの水素ガスと共に１４リットル／分の流量で
供給した。この混合ガスには、ＧａＣｌが１１０ｍｌ／
分、ＡｓＨ3 が２６ｍｌ／分、ＰＨ3 が４８ｍｌ／分、
ＮＨ3 が６００ｍｌ／分と、Ｈ2 Ｓが極めて微量（数ｍ
ｌ／分）に含まれている。
【００３５】この原料ガス２９を用い、成長速度０．２
μｍ／分で膜厚約４０μｍのｎ型のＧａＡｓＰ層を成長
させた。ここで、膜厚４０μｍのうち略６０％は、結晶
組成を基板のＧａＰからＧａＡｓＰに徐々に変えるため
の組成変化層である。
μｍ／分で膜厚約４０μｍのｎ型のＧａＡｓＰ層を成長
させた。ここで、膜厚４０μｍのうち略６０％は、結晶
組成を基板のＧａＰからＧａＡｓＰに徐々に変えるため
の組成変化層である。
【００３６】上記エピタキシャル成長の結果得られた薄
膜の厚さを、原料ガスの上流側から下流側にかけて測定
した結果について図８に示す。図８は、基板上の膜厚測
定位置を横軸とし、測定された薄膜の厚さを縦軸とした
ものである。ここで、横軸の「０ｍｍ（上流側）」は反
応容器１８の側壁１８ａに最も近い基板外周端部Ａを示
し、「２５ｍｍ（中心部）」は基板中心部Ｂを示し、
「５０ｍｍ（下流側）」は反応容器１８の中心部に最も
近い基板外周端部Ｃをそれぞれ示している。
膜の厚さを、原料ガスの上流側から下流側にかけて測定
した結果について図８に示す。図８は、基板上の膜厚測
定位置を横軸とし、測定された薄膜の厚さを縦軸とした
ものである。ここで、横軸の「０ｍｍ（上流側）」は反
応容器１８の側壁１８ａに最も近い基板外周端部Ａを示
し、「２５ｍｍ（中心部）」は基板中心部Ｂを示し、
「５０ｍｍ（下流側）」は反応容器１８の中心部に最も
近い基板外周端部Ｃをそれぞれ示している。
【００３７】一方比較例として、図７に示す従来の化合
物半導体単結晶薄膜成長用の反応容器３０に支持具３３
を配置し、該支持具３３の上段、下段にそれぞれ６枚の
基板２２を載置し、原料ガス２９を下向流で供給して気
相エピタキシャル成長を行った。原料ガス２９の成分、
組成、基板１枚当たりの流量等は、上記実施例２と同一
にした。上記従来の反応容器３０内で気相エピタキシャ
ル成長して得られた薄膜の厚さを、原料ガスの上流側か
ら下流側にかけて測定した結果について図８に併記し
た。ここで、「０ｍｍ（上流側）」は基板上端部Ｄを示
し、「２５ｍｍ（中心部）」は基板中心部Ｅを示し、
「５０ｍｍ（下流側）」は基板下端部Ｆをそれぞれ示し
ている。
物半導体単結晶薄膜成長用の反応容器３０に支持具３３
を配置し、該支持具３３の上段、下段にそれぞれ６枚の
基板２２を載置し、原料ガス２９を下向流で供給して気
相エピタキシャル成長を行った。原料ガス２９の成分、
組成、基板１枚当たりの流量等は、上記実施例２と同一
にした。上記従来の反応容器３０内で気相エピタキシャ
ル成長して得られた薄膜の厚さを、原料ガスの上流側か
ら下流側にかけて測定した結果について図８に併記し
た。ここで、「０ｍｍ（上流側）」は基板上端部Ｄを示
し、「２５ｍｍ（中心部）」は基板中心部Ｅを示し、
「５０ｍｍ（下流側）」は基板下端部Ｆをそれぞれ示し
ている。
【００３８】図８から明らかなように、図７に示す従来
装置では、原料ガス２９が上流側から下流側に向かって
流れるに従い原料ガス２９が消費されるが、不足分を流
量調節などにより補うことができないため、薄膜厚さは
上流側から下流側に向かって次第に減少し、上流側のＤ
点で約６０μｍであるのに対し、下流側のＦ点では約３
７μｍになっており、エピ厚さに大きな偏りが発生し
た。一方、図５，６に示す本発明に係る実施例２の装置
を用いた場合では、薄膜厚さの最大値が約４５μｍ、最
小値が約３８μｍとなり、薄膜の厚さ分布は基板全体に
わたってかなり均一なものとなった。
装置では、原料ガス２９が上流側から下流側に向かって
流れるに従い原料ガス２９が消費されるが、不足分を流
量調節などにより補うことができないため、薄膜厚さは
上流側から下流側に向かって次第に減少し、上流側のＤ
点で約６０μｍであるのに対し、下流側のＦ点では約３
７μｍになっており、エピ厚さに大きな偏りが発生し
た。一方、図５，６に示す本発明に係る実施例２の装置
を用いた場合では、薄膜厚さの最大値が約４５μｍ、最
小値が約３８μｍとなり、薄膜の厚さ分布は基板全体に
わたってかなり均一なものとなった。
【００３９】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る気相エピタキシャル成長装置によれば、原料ガスの
対流渦が発生する前に、反応容器の上壁に設けられた排
出口から鉛直方向上方に迅速に排出され、原料ガスの対
流渦が発生しないので、基板から気相中に一旦飛び出し
た不純物が対流の渦に乗って成長中の薄膜に再度取り込
まれることにより発生する、いわゆるオートドーピング
現象を抑制することができ、その結果、基板と薄膜の境
界における遷移幅も小さくすることができる。
係る気相エピタキシャル成長装置によれば、原料ガスの
対流渦が発生する前に、反応容器の上壁に設けられた排
出口から鉛直方向上方に迅速に排出され、原料ガスの対
流渦が発生しないので、基板から気相中に一旦飛び出し
た不純物が対流の渦に乗って成長中の薄膜に再度取り込
まれることにより発生する、いわゆるオートドーピング
現象を抑制することができ、その結果、基板と薄膜の境
界における遷移幅も小さくすることができる。
【００４０】また、本発明に係る気相エピタキシャル成
長装置によれば、単位時間当たりの原料供給量が基板の
主表面全体で略一定量となるので、エピタキシャル成長
速度分布及び膜厚分布を基板の全体にわたって均一にす
ることができる。この結果、本発明によれば遷移幅の減
少と基板上に形成される薄膜の厚さの均一化とを同時に
実現することができる。
長装置によれば、単位時間当たりの原料供給量が基板の
主表面全体で略一定量となるので、エピタキシャル成長
速度分布及び膜厚分布を基板の全体にわたって均一にす
ることができる。この結果、本発明によれば遷移幅の減
少と基板上に形成される薄膜の厚さの均一化とを同時に
実現することができる。
【図１】本発明に係る反応容器の一実施例を示す概略断
面図である。
面図である。
【図２】図１に示す反応容器におけるガスの流れを示す
平面図である。
平面図である。
【図３】薄膜の深さ方向に測定した不純物濃度プロファ
イルである。
イルである。
【図４】本発明に係る反応容器内で成長した薄膜に関し
て、基板直径方向の成長速度分布を示すグラフである。
て、基板直径方向の成長速度分布を示すグラフである。
【図５】本発明に係る反応容器の別の実施例を示す概略
断面図である。
断面図である。
【図６】図５に示す反応容器内の基板の配置と、ガスの
流れを示す平面図である。
流れを示す平面図である。
【図７】従来の反応容器の一例を示す要部概略正面図で
ある。
ある。
【図８】図５に示す反応容器による薄膜の膜厚分布と、
図７に示す反応容器による薄膜の膜厚分布とを比較して
示すグラフである。
図７に示す反応容器による薄膜の膜厚分布とを比較して
示すグラフである。
【図９】従来の反応容器の別例を示す概略断面図であ
る。
る。
１，１０，２０ 気相成長装置 ２，１２，２２ 半導体単結晶基板 ３，１３，３３ 支持具 ４ 高周波誘導加熱コイル ５ ガスノズル ７，１７ ガス排出管 ８，１８，３０ 反応容器 ９，１９，２９ 原料ガス １１ ガス排出口 １４ 赤外線加熱灯 １５ 供給ノズル １６ ガス供給口 １８ａ 側壁 １８ｂ 上壁 １８ｃ 下壁 ｌ 反応容器の中心軸
Claims (4)
- 【請求項１】 偏平に形成された反応容器と、該反応容
器の周辺部から原料ガスを供給するガス供給手段と、半
導体単結晶基板を略水平に載置する保持手段と、加熱手
段と、前記反応容器の上壁中心部に設けられた反応ガス
の排出口とを有することを特徴とする気相エピタキシャ
ル成長装置。 - 【請求項２】 前記反応容器は円筒状偏平に形成され、
前記ガス供給手段としては原料ガスを前記反応容器の周
方向に供給するガス供給口が複数配置されたことを特徴
とする請求項１に記載の気相エピタキシャル成長装置。 - 【請求項３】 前記ガス供給口は、前記反応容器の中心
軸に関して点対称に等角度ピッチで設けられたことを特
徴とする請求項２に記載の気相エピタキシャル成長装
置。 - 【請求項４】 前記反応容器内で、原料ガスの水平旋回
気流が生じるようにガス供給口を配置したことを特徴と
する請求項２に記載の気相エピタキシャル成長装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7127122A JPH08306632A (ja) | 1995-04-27 | 1995-04-27 | 気相エピタキシャル成長装置 |
| US08/637,576 US5672204A (en) | 1995-04-27 | 1996-04-25 | Apparatus for vapor-phase epitaxial growth |
| EP96302927A EP0743379B1 (en) | 1995-04-27 | 1996-04-26 | Apparatus for vapor-phase epitaxial growth |
| DE69603126T DE69603126T2 (de) | 1995-04-27 | 1996-04-26 | Vorrichtung für epitaxiales Aufwachsen aus der Gasphase |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7127122A JPH08306632A (ja) | 1995-04-27 | 1995-04-27 | 気相エピタキシャル成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08306632A true JPH08306632A (ja) | 1996-11-22 |
Family
ID=14952158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7127122A Pending JPH08306632A (ja) | 1995-04-27 | 1995-04-27 | 気相エピタキシャル成長装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5672204A (ja) |
| EP (1) | EP0743379B1 (ja) |
| JP (1) | JPH08306632A (ja) |
| DE (1) | DE69603126T2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004288899A (ja) * | 2003-03-24 | 2004-10-14 | Tokyo Electron Ltd | 成膜方法および基板処理装置 |
| JP2006303152A (ja) * | 2005-04-20 | 2006-11-02 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | エピタキシャル成膜装置およびエピタキシャル成膜方法 |
| JP2009093711A (ja) * | 2007-10-04 | 2009-04-30 | Hoya Corp | 磁気記録媒体の製造方法および磁気記録媒体 |
| JP2018048062A (ja) * | 2016-08-30 | 2018-03-29 | ロールス−ロイス コーポレイション | 旋回流化学気相析出 |
| JP2018056182A (ja) * | 2016-09-26 | 2018-04-05 | 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス | 基板処理装置および基板処理方法 |
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| US6748960B1 (en) | 1999-11-02 | 2004-06-15 | Tokyo Electron Limited | Apparatus for supercritical processing of multiple workpieces |
| KR100744888B1 (ko) * | 1999-11-02 | 2007-08-01 | 동경 엘렉트론 주식회사 | 소재를 초임계 처리하기 위한 장치 및 방법 |
| US6428847B1 (en) * | 2000-10-16 | 2002-08-06 | Primaxx, Inc. | Vortex based CVD reactor |
| US20040028810A1 (en) * | 2000-10-16 | 2004-02-12 | Primaxx, Inc. | Chemical vapor deposition reactor and method for utilizing vapor vortex |
| CN100392796C (zh) * | 2001-04-10 | 2008-06-04 | 东京毅力科创株式会社 | 包含流量增强特征的半导体衬底高压加工室 |
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| TWI322462B (en) * | 2001-09-29 | 2010-03-21 | Cree Inc | Apparatus for inverted multi-wafer mocvd fabrication |
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| DE10157946A1 (de) * | 2001-11-27 | 2003-06-05 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zum Wachsen von Schichten auf ein Substrat |
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| US20050035514A1 (en) * | 2003-08-11 | 2005-02-17 | Supercritical Systems, Inc. | Vacuum chuck apparatus and method for holding a wafer during high pressure processing |
| US7767145B2 (en) | 2005-03-28 | 2010-08-03 | Toyko Electron Limited | High pressure fourier transform infrared cell |
| FI119478B (fi) * | 2005-04-22 | 2008-11-28 | Beneq Oy | Reaktori |
| US7789971B2 (en) | 2005-05-13 | 2010-09-07 | Tokyo Electron Limited | Treatment of substrate using functionalizing agent in supercritical carbon dioxide |
| US8298338B2 (en) * | 2007-12-26 | 2012-10-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Chemical vapor deposition apparatus |
| US8291857B2 (en) * | 2008-07-03 | 2012-10-23 | Applied Materials, Inc. | Apparatuses and methods for atomic layer deposition |
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| CN107109645B (zh) * | 2015-01-02 | 2021-02-26 | 应用材料公司 | 处理腔室 |
| JP2020126881A (ja) * | 2019-02-01 | 2020-08-20 | 東京エレクトロン株式会社 | 基板処理装置およびクリーニング方法 |
| JP2022107873A (ja) * | 2021-01-12 | 2022-07-25 | 東京エレクトロン株式会社 | 基板処理装置及びクリーニング方法 |
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| FR1518843A (fr) * | 1967-02-13 | 1968-03-29 | Radiotechnique Coprim Rtc | Dispositif pour le dépôt de couches minces sur des supports semi-conducteurs |
| US4033286A (en) * | 1976-07-12 | 1977-07-05 | California Institute Of Technology | Chemical vapor deposition reactor |
| US4323031A (en) * | 1979-04-30 | 1982-04-06 | Alan Kaplan | Crystal plating apparatus |
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1995
- 1995-04-27 JP JP7127122A patent/JPH08306632A/ja active Pending
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1996
- 1996-04-25 US US08/637,576 patent/US5672204A/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-04-26 DE DE69603126T patent/DE69603126T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-04-26 EP EP96302927A patent/EP0743379B1/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US5672204A (en) | 1997-09-30 |
| DE69603126D1 (de) | 1999-08-12 |
| EP0743379A1 (en) | 1996-11-20 |
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