JPS5876139A

JPS5876139A - 気相成長方法

Info

Publication number: JPS5876139A
Application number: JP17464681A
Authority: JP
Inventors: Takashi Aoyama; 隆青山; Takaya Suzuki; 誉也鈴木; Hironori Inoue; 洋典井上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-11-02
Filing date: 1981-11-02
Publication date: 1983-05-09
Also published as: JPS6225747B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は気相成長方法に係シ、更に詳しくは気相化学反
応によって基板上に薄膜層を大量、かつ均一に形成する
ことができる原料ガス補充方式を用いた気相成長方法に
関する。

従来、原料ガス補充方式（以下、補充方式と略称する。

）の気相成長は横型炉、および、縦（ロータリ、ディス
ク］型炉でなされてきた。

横型炉ではガス流の上流側で気相成長速度が太きいため
、基板上に成長する膜厚が不均一となる。

すなわち、第１図に示すように、加熱コイル２によって
加熱される反応炉１内に加熱台３を配置し、その上に基
板４を載置し、−万端に原料ガス導入口５を、また、他
方端に排ガス排出管６を設けて、原料ガス導入口５とは
別に補充ガス導入管１１を反応炉１内に入れ、炉内を流
れるガス流の途中から新たに原料ガスを補助的に加える
方法がとられてきた。これはサンプリング管７により反
応ガスの一部を抽出して分析計８に送り込み、ここで原
料ガスおよび副生成物の濃度を測定し、この直をマイク
ロコンピュータ９に入れて補充ガス流量制御装置１０に
フィードバックし、必要な補充ガス流量を補充ガスノズ
ル１１から炉内に入れ、基板４上に均一な成長膜厚分布
の薄膜層を気相成長させようとするものである。

しかし、燃内の原料ガスおよび副生成物を抽出し、濃度
を測定しても、この濃度が、必ずしも。

炉内の一部の領域の気相成長速度と対応していないこと
がわかった。

また、横型炉では処理枚数が増加すると炉が大型化し、
新たな問題としてガス流方向に対して直角方向に膜厚不
均一性が生じてしまう。この不均一性は規則性、再現性
に乏しいため、ガス流方向に対して直角方向に単に補充
ガスを並べるとか、その補充流量を調整するだけでは容
易に成長膜厚均一化をはかることはできない。

横型炉に補充方式を適用した場合に生じる膜厚分布の修
正効果の片寄シは第２図に示すように縦（ロータリディ
スク）型炉に補充方式を適用することである程度解決で
きる。すなわち、ペルジャー１８内の加熱台１３上に基
板１４を並べ、加熱台１３を回転させながら、加熱コイ
ル２によって基板１４を１１５０ｔ：’まで加熱する。

原料ガスを主ノズル１２から水平に供給すると共に、補
充ガスノズル１７からも原料ガスを補助的に垂直に供給
することに−よって膜厚分布を修正する。尚、１５は排
ガス排出管、１６はベースである。

縦型炉では加熱台１３を回転させていることから、膜厚
分布は加熱台同心円上では均一となる。

補充ガスによる分布修正の効果も、同様に、加熱台同心
円方向では均一である。縦型炉に補充方式を用いて膜厚
分布を均一化する場合、加熱台１３の半径方向の分布の
みを考慮すればよいわけである。しかしながら、補充方
式を用いる場合これまで、補充ガスの条件、補充ガスノ
ズルの位置、補充ガス濃度、補充ガス流量などに関して
経験的に決めていた。それゆえ、補充条件をもとめるの
に時間と技術を要した。また、分布が均一になって気相
成長をくシかえした後、分布が何らかの原因で不均一に
なると、補充条件の修正は容易ではなかった。

本発明の目的は気相成長反応に補充方式を用いる場合、
操作が系統的でロシ、簡単に膜厚分布を均一化する気相
成長方法を提供することである。

本発明あ特徴は加熱台上の基板が載置される領域を複数
の部域に分割し、複数の補充ガスノズルを分割された各
領域に対応して配置し、各補充ガスノズルに各領域を分
担させて、あらかじめもとめて番いた補充ガス濃度と補
充効果との関係と、実際に測定した膜厚分布とから各領
域ごとに決められた濃度の原料ガスを供給することによ
って膜厚分布を均一化することにある。

以下、本発明を一実施例を示す図面に従って説明する。

第３図は本発明に用い娼気相成長装置の概略図を示す。

（ａ）は装置の概略図であり　、　（ｂ）は（→のＡ−
入切断線に沿った断面図である。第２図に示したものと
同一物、相当物には同一符号を付けてあシ１９は駆動装
置、２０は原料ガス供給装置である。

装置は縦（ロータリディスク）型炉である。加熱台１３
の直径は６００？ＩＩＩ＋！である。主ノズル１２は横
吹き型を用いている。吹出し口の直径は３　ｗｍ　。

その数は縦に３段１円周方、向に１２００間隔で３方向
に合計９個ある。加熱台１３上の半径方向の有効距離は
２４０ｔｔｔｓである。加熱台１３上にＳｉウェハを載
置する。補充ガスノズル１７は３本用いる。各ノズル１
７の支柱は円周方向に１２０゜間隔で並び、加熱台１３
とペルジャー１８の間を通して炉内に入れる。補充ガス
ノズル１７の形状は吹出し口が直径３０ｍ、高さ５０簡
の円筒形である。補充ガスノズルは駆動装置１９によ如
上下。

回転駆動が可能である。回転運動によって補充ガスノズ
ル２５の加熱台１３上の半径方向の位置が変化する。こ
れによって補充ガスによる膜厚増加位置も半径方向に変
化する。上下駆動によって補充ガスノズル１７の加熱台
１３からの高さが変化し、補充ガスによＺ膜厚増加分布
の型が変化する。

補充ガスノズル１７の上下、回転駆動により各補充ガス
ノズル１７を加熱台１３の各領域に対応させる。対応領
域〔１〕〜〔３〕は第３図（ｂ）で一点鎖線により区分
している。原料ガスとして四塩化ケイ素を用いる。主ノ
ズル１２から水素をキャリアガスとして毎分５０を流す
。原料ガス濃度は１．５ｍｏｔ％である。各補充ガスノ
ズル１７から水素を毎分３を流す。補充ガス濃度゛はノ
ズルごとに通常２〜６ｍ０ｔ％の範囲に変化させる。

本装置を用いた制御方決を以下説−する。各補充ガスノ
ズル１７を加熱台１３の各領域に対応させた後膜厚分布
の制御には補充ガス濃度だけを変化させる。

第４図は補充ガスを供給せずに主原料ガスだけを用いた
成長速度外布である。成長速度は、成長後の膜厚をフー
リエ変換赤外分光計で測定した後、成長時間で除しであ
る。横軸に半径方向の距離Ｘをとシ、縦軸に成長速度Ｇ
をとっである。半径方向の成長速度（膜厚）分布のばら
つきは±８％である。円周方向の成長速度のばらつきは
無視できる。

第５図は各補充ガスノズルを１本ずつ用いて補充ガスを
加えたときの膜厚分布である。（尋は外側、（１は中間
、（Ｃ）は内側の補充ガスノズルを用いたときの成長速
度分布である。各図は、補充ガス濃度を３つ変化した場
合を示して、いる。加熱台１３の半径方向の距離は３本
の補充ガスノズル１７に対応させて３つの領域に分割し
て点線で示しである。

加熱治具の３つの領域は外側から〔１〕〜〔３〕と番号
付けしである。同じ濃度の補充ガスを供給しても、外側
はど領域面積が大きくなるために、補充ガスによる成長
速度の増加分は外側はど小さい。

第６図は第５図における補充効果をグラフに表したもの
であるヶすなわち、横軸には補充ガス濃度Ｃ１をとり、
縦軸は各領域に補充ガスを供給した場合、領域内の平均
成長速度増加分ΔＧをとっである。直線Ａの傾きは直線
Ｃに比べて小さい。

これは加熱台１３上の領域〔１〕の面積が領域〔３〕に
比べて大きいことに対応する。直線Ａ−Ｃの傾きをＫ＜
ｎ＞　（ｎ＝ｘ’、　２．３　）とすると、各直線はΔ
Ｇ＝Ｋ（ｎ）Ｃ，（ｎ　＝１　、２　、３　）となる。

第７図は加熱台１３上の要求成長１．速度Ｑ。を示す。

均一な膜厚分布を得るときは要求成長速度分布はＧ＝に
−の直線でらる。ｋの値は任意に選べる。

補充ガスなしの成長速度の各領域〔１〕〜〔３〕におけ
る平均値をＧｏ（”）（ｎ＝ｌ、２，３　）とすると要
求される成長速度外布分は ΔＧｏ（ｎ）　＝　ｋ　−Ｇｏ（ｎ）　　　　　　　　
　・（ｉ）となる。各領域に供する補充ガスの濃度はと
なる。第２式から決る補充ガス濃度で各ノズル１７から
ガスを補充したときに得られた成長速度分布を第８図に
示す。各領域（１）〜〔３〕に補充したガスは池の領域
にも影響が出るため、第８図で得られた分布はＧ＝にの
分布よシやや上に出る。

第８図の各領域〔１〕〜〔３〕の平均成長速度をＧ＋（
”）　（ｎ’＝　１　、２　、３　）　（！：する。次
）成長テハ補充ガス濃度をの関係式を用いて補正する。こうして得られた成長速度
分布を第９図に示す。以下、同様な操作をくりかえすこ
とにより均一な成長速度分布が得られる。本制御法を用
いて補充ガス濃度の２回の修正の後に半径方向の膜厚分
布のばらつきは±１．５％が得られた。

以上の実施例ではＳｉウェハ上にｓｉ薄膜を成長させる
例について説明しているが基板はＳｉに限られず、ｉた
、薄膜もＢｉに限らない。

本制御法の１変形例を第１０図に示す。成長速度分布が
ある部分で均一で他の部分でそれより小さく、成長速度
を最大値にあわせる場合、成長速度の小さい領域だけを
分割して補充ガスノズルに分担させればよい。−このと
き、要求成長速度は１つに決ってしまう。

本制御法を横型炉に用いる場合は加熱台をガス流方向に
いくつかの領域に分割する。補充ガスノ・ズルはガス流
方向に、加熱台の各領域よシやや上流側に加熱台の各領
域の巾と対応した間隔で並べればよい。

本制御法における計算はマイクロコンピュータを用いて
行えばよい。膜厚分布の自動゛測定装置と組合せること
によシ制御の自動化もできる。

以上のように１本発明によれば、気相成長反応に補充ガ
ス方式を用いる場合、膜厚分布の均一化が容易で、かつ
、自動化できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は僻滲の横型炉の概略図、第２図は従来の縦型炉
の低略図、第３図（＝０は本発明に用いる気相成長装置
の概略図、（ｂ）は（ａ）のＡ　−Ａ切断線に沿った断
面図、第４図は第３図に示す装置で補充ガスなしの成長
速度分布を示す図、第５図（ａ）〜（Ｃ）は第３図に示
す装置で３本の補充ガスノズルを１本ずつ用いたときの
成長速度分布を示す図、第６図は各補充ガスノズルの補
充効果を示す図、第７図は要求する成長速度分布を示す
図、第８図は３本の補充ガスを用いたときの成長速度分
布を示す図、第９図は３本の補充ガスを用いて均一化さ
れた成長速度分布を示す図、第１０図は本発明の変形例
による成長速度分布を示す図である。２・・・加熱コイル、１２・・・主ノズル、１３・・・
加熱台、１５・・・排ガス排出管、１７・・・補充ガス
ノズル。１８・・・ペルジャー、１９・・・駆動装置、２０・・
・原料第３図７第４図腑６１算ｑ口半径ズ（Ｃ悄）第８０２３３−

Claims

【特許請求の範囲】１、反応炉内の加熱台上に複数の基板を載置し、反応炉
内に主ノズルと補充ガスノズルから原料ガスを供給し、
また、排ガスを反応炉外に導出して各基板上に気相成長
薄膜を形成する気相成長方法において、各基板が載置さ
れている加熱台上を少なくとも２領域以上に区分し、区
分された各領域に対応するだけの補充ガスノズルを設け
、各補充ガスノズルから規定の補充ガスを供給して各基
板上に均一な薄膜が形成されるようにしたことを特徴と
する気相成長方法。２、特許請求の範囲第１項において１反応炉は縦型で、
加熱台は回転されることを特徴とする気相成長方法。