JPS5878420A - シリコン・エピタキシアル膜の製造方法 - Google Patents

シリコン・エピタキシアル膜の製造方法

Info

Publication number
JPS5878420A
JPS5878420A JP17649381A JP17649381A JPS5878420A JP S5878420 A JPS5878420 A JP S5878420A JP 17649381 A JP17649381 A JP 17649381A JP 17649381 A JP17649381 A JP 17649381A JP S5878420 A JPS5878420 A JP S5878420A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
flow
pressure
substrate
epitaxial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP17649381A
Other languages
English (en)
Inventor
Ryokichi Takahashi
亮吉 高橋
Masahiko Kogirima
小切間 正彦
Hiroo Tochikubo
栃久保 浩夫
Akira Kanai
明 金井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP17649381A priority Critical patent/JPS5878420A/ja
Publication of JPS5878420A publication Critical patent/JPS5878420A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367Substrates
    • H01L21/0237Materials
    • H01L21/02373Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02381Silicon, silicon germanium, germanium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02524Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532Silicon, silicon germanium, germanium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/0262Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)

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】 本発明は減圧ホットウォールCVD装置によるシリコン
・エピタキシの製造方法に関するものである。
従来の常圧法CVD例えばシリコン・エピタキシでは、
ソースガスの気相熱分解を避けるため、シリコンソース
ガスのモル濃度を1チ以下の値にとるべく多流量のH2
キャリヤガスを流すのが普通である。
これに対し、減圧ホットウォールCVDによるシリコン
・エピタキシでは、減圧による気相熱分解抑制作用があ
るため、少流量のH2キャリヤガスの下でソースガスの
高濃度モル比の使用が可能である。さらに圧力153 
Pa (I Torr )近辺では、成長速度はキャリ
ヤガス流量にほとんど依存しない特性があるので、所要
真空ポンプ容量の膨大化を避けるため、キャリヤガスの
流量は少なくとることが得策である。このような場合装
置および操作の簡略化のため、エピタキシアル反応工程
以外のH2流通工程(シリコン基板を搭載した治具を反
応管の高温部に搬入する工程、シリコン基板をH2ガス
でアニールする工程等)でも、その流量はエピタキシア
ル反応工程時のH2キャリヤガス流量と同じにとられる
ことが多い。しかしこの場合、エピタキシアル薄膜が鏡
面を失い白濁化することが多かった。本願の発明者等の
実験によれば、エピタキシアル反応以前にシリコン基板
を高温部にセットした段階で表面が侵刻された状態で荒
れ肌(エツチングピットが発生して白濁化する)となり
、その上に形成されたエピタキシアル薄膜が白濁化する
ことが判った。シリコン基板を高真空、高温の下におけ
ば、サーマル・エッチの現象もあり、減圧ホットウォー
ル方式の本質的欠陥とも思われた。
本発明は上記した従来技術の問題点を解消するためにな
されたもので、少流量のキャリヤガスを用いる減圧ホッ
トウォールCVDによるシリコン・エピタキシにおいて
、シリコン基板の白濁化を防止し、良質のエピタキシア
ル薄膜を形成させる下地を確保するとともに、さらに形
成されたエビ2゛タキシアル薄膜の表面を保護すること
を目的とするものである。
減圧ホットウォールCVDによるシリコン・エピタキシ
において、エピタキシアル反応工程またはHCtエッチ
ング工程以外で、真空排気のみ、またはH2のみ流通の
減圧操作を行なった際、高温の基板表面が白濁化する現
象につき、本願の発明者寿が解明を行なったところ、排
出系配管に堆積した反応生成物5ixH,の低温凝縮物
が原因していることが判った。すなわち、S ix H
yは非常に反応性に富むとともに各種ガスを吸着しやす
い性質をもっており、特に塩化物系シリコンソースガス
(例えばS iH2Cl2 )を用いたときには、分解
生成物たるHClを吸着しその高い蒸気圧を有している
。また、ドーピングガスにPH3を用いた場合には凝縮
物中に黄燐が凝縮混入し、装置を大気に開放したときに
は吸湿した状態にもなり、低温凝縮物は種々のトラブル
要因になっていた。
低温凝縮物から発するHC4は、主流のH2ガス流量が
少流量の場合には流れに逆らって逆拡散しながら反応管
内に侵入し、低濃度ながら高温の基板の表面と反応し、
鏡面を侵刻することが判った。
基板表面の侵刻現象を防止するためには、低温凝縮物か
ら不純ガスを脱着するのも一法であり、真空排気法と高
純度のH2キャリヤガスによるパージ方法とがあるが、
長時間を要する。従って、逆拡散を阻止することが一番
効果的手段となる。
一般に、逆拡散を阻止するには、主流のガス流前を増加
することであり、反応管内での逆拡散濃度は流量の関数
である。いま、−次元の拡散方程式で数学的に示すと ここにUはガス流速、Dは拡散係数、Cは濃度、2はガ
ス流れ方向に逆にとった距離である。
解は 。:CQe−古2 無次元数で示すと Cl0o=e−R゛°8゜ ここに 助=□ μ     ρD 但し ρ:ガス密度、μ:粘性係数 シーミント数8C# 0.6であり、位置2における逆
拡散濃度C/(oはReの関数である。
基板の侵刻を惹起する逆拡散濃度は不明であるが、侵刻
の有無をH2主流流童を変えて実測したところ、レイノ
ルズ数Re ) 20であれば侵刻は起きないという経
験則が得られた。これは例え+f、 4インチ基板挿入
用の径130mmφ石英製反応管主管を用い、その出口
尾管の径が70mmφの場合、逆拡散を防止するには2
0 A/min以上のH2流量カを必要であることを示
す。
エピタキシ全工程の中で、H2を流通させる工程゛は、
基板を高温部まで輸送する往復工程と、基板1の自然ま
たは人工的酸化膜を除去する高温H2アニール工程であ
る。この場合高真空排気する必要がないが、常圧方式で
は内部が正圧となり減圧装置構造から外部へH2が洩れ
る恐れがあるので、ロータリーホンプのみで1330〜
13300Pa(10〜1 o o Torr )に減
圧する操作で十分である。
エピタキシアル反応工程では、垂直に立てられた狭い基
板間にソースガスおよびドーピングガスが十分に拡散し
て膜厚および抵抗率が均一化するよう13〜1330P
a (0,1〜10Torr )の圧力がとられる。こ
の場合ソースガス、ドーピングガス。
キャリヤガスを流通させながら所定の圧力を保持するに
はメカニカルブースターとロータリーポンプの組合せに
よる排気操作が必要である。しかしエピタキシアル反応
工程は他のN2流通工程に比して圧力が低いので、N2
キャリヤガスを多くすることは真空排気容量と関連しあ
まり得策でない。低流凌の下ではHClの逆拡散が発生
するが、エピタキシアル反応ではエツチングより析出が
優先するので逆拡散によるエツチング反応がほとんど見
ら・れなくなる。したがってエピタキシアル反応工程で
は、他のN2流通工程で逆拡散を抑制j−ておけば比較
的低流量の下でも良質の薔ピタキシアル薄膜が得られる
コノように、エピタキシアル反応時と他の工程シでのN
2流量を相異させ、かつ後者の場合HC1の逆拡散を防
ぐため&)20を満足するよりなN2の流量条件をとる
ところに本発明は特徴としている。
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。
第1図は本発明の製造方法を実施するための装置の構成
説明図である。
汎用の電気抵抗式加熱炉1の中に150 manφ石英
製反応管2が挿入され、反応管の外側よシ加熱される。
加熱炉1は6ゾーン加熱炉で反応管の軸方向に温度勾配
が賦与されている。石英製治具4の上に4インチ径のシ
リコン基板5が垂直に背中合せに50枚置かれている。
基板5を搭載した治具は最初治具収納管6とマグネット
式ポートローダ−7を内蔵したボートローダ−収納管8
を分離させ、かつN2ガス流通配管9,10を通じてN
2を・流通させながら空気の内部侵入を防止しつつ常温
の治具収納管6にセットする。つぎに公称1000A/
minのロータリーポンプ19.公称10.000 L
ylninの一段ルーツポンプ18及び公称50.00
0 t/minの二段ルーツポンプ17を順次始動させ
ながらj O’Torrに真空排気する。しかるのちル
ーツポンプi7,18を止め、N2を30 t/min
流通させる。この場合反応管の出口尾管3の70φにお
けるレイノルズ数はRe中60で、排気管20.13に
堆積した低温析出物からの汚染不純ガスの逆拡散を防止
する。この状態でボートローダ−7を押し出しながら基
板を搭載した治具4を所定温度帯に移動させる。基板の
高温部セットが終了したのちボートローダ−7をその表
面が析出膜で覆われるのを避けるためボートローダ−収
納管8まで戻゛す。この間口−タリーポンプ19により
20 t/minのN2を排出しており圧力は約40 
Torrになっており、さらに基板を高温部にセットし
たままで15分間保持しN2アニールを行なう。
エピタキシアル反応は、17.18.19の全真空ポン
プを稼動させ、ソースガス5tH2Ct2を配管12を
通して5 t/rnin 、  ドーピングガスPH5
(4p1m)を配管23を通して0.1 t/rntn
 + キャリャガ・スH2を配管10.11を通しその
合計量として2 t/minを流通させた。圧力は0.
5 Tor? 、温度は・治具4の前後で950〜10
00℃の温度勾配力めいている。この場合シリコ/・ソ
ースガスのモル濃度は60チである。成長速度は0.5
μrl/minで、膜厚精度は±2係であった。また反
応ガス主流とともに流れるPH,ドーピングガスのほか
、ステンレス排気管20の接方より配管21を通して反
応管内に挿入された多孔式ノズル22からPH,を0,
1t/min補給した。このときエピタキシアル膜の比
抵抗は全基板につき±6チの精度が得られた。
エピタキシアル反応終了後、ふたたヒH2=30t/m
inを流通させながらロータリーポンプ19で減圧排気
しつつ、ボートローダ−7を高温部まで移動させ、治具
と連結後、治具を常温の収納管6の位置まで引き戻す。
つぎにN2の流通をとめルーツポンプ17.18を始動
させて高真空にし、N2を十分排気したのちN2と置換
する。
上記製造法により鏡面かつ欠陥数ケ/基枚当りの良・質
の単結晶エピタキシアル膜が得られた・なお、説明を省
略したが、図において、24は2(1基板のエツチング
及び反応管のクリーニング用のHCt配管、25はマス
フロー・コントローラ、14は反応ガスの冷却器、15
はダスト・フィルタ、16は自動圧力調整弁である。
以上説明したように、本発明の製造方法によれば、基板
表面の白濁化が防止でき、良質のエピタキシアル膜の形
成が可能となり、その効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の製造方法を実施するための装置の構成
説明図である。 1・・・加熱炉      2・・・反応管3・・・出
口尾管   ゛ 4・・・治具501.基板     
  6・・・治具収納管7・・・ポートローダ− 8・・・ポートローダ−収納管 9.10・・・ガス流通配管 11・・・キャリヤガス配管 12・・・ソースガス配管 13,20・・・排気管1
7.18・・・ルーツポンプ 19・・・ロータリーポンプ 21.23・・・ドーピングガス配管 代理人弁理士 中村純之助

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. シリコン基板をH2ガス流通のもとて反応管の高温部に
    搬入しセットする工程と、搬入された上記シリコン基板
    をH2ガス雰囲気中でアニールする工程と、H2ガスと
    ソースガス流通のもとて上記シリコン基板上にエピタキ
    シアル成長を行なう工程と、上記ソースガスの流通を止
    めH2ガス流通のもとて上記基板を反応管の高温部から
    搬出し冷却する工程ヲ含むシリコン・エピタキシアル膜
    の製造方法において、上記エピタキシアル成長を行なう
    工程以外の工程時のH2ガス流量を上記エピタキシアル
    “成長を行なう工程時の流量より多くし、かつ反応管の
    出口尾管を含む排出管の最小径部における上記H2ガス
    の流速がレイノルズ数Re)20を満足することを特徴
    とするシリコン・エピタキシアル膜の製造方法。
JP17649381A 1981-11-05 1981-11-05 シリコン・エピタキシアル膜の製造方法 Pending JPS5878420A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17649381A JPS5878420A (ja) 1981-11-05 1981-11-05 シリコン・エピタキシアル膜の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17649381A JPS5878420A (ja) 1981-11-05 1981-11-05 シリコン・エピタキシアル膜の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS5878420A true JPS5878420A (ja) 1983-05-12

Family

ID=16014624

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP17649381A Pending JPS5878420A (ja) 1981-11-05 1981-11-05 シリコン・エピタキシアル膜の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS5878420A (ja)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Murota et al. Low‐temperature silicon selective deposition and epitaxy on silicon using the thermal decomposition of silane under ultraclean environment
JP2833946B2 (ja) エッチング方法および装置
US5584963A (en) Semiconductor device manufacturing apparatus and cleaning method for the apparatus
JPH07169693A (ja) 横型減圧cvd装置及びそのクリーニング方法
US6413844B1 (en) Safe arsenic gas phase doping
JPS5878420A (ja) シリコン・エピタキシアル膜の製造方法
JPH0517879Y2 (ja)
JP3153945B2 (ja) 減圧cvd装置
US6531415B1 (en) Silicon nitride furnace tube low temperature cycle purge for attenuated particle formation
JP3729578B2 (ja) 半導体製造方法
JP2003224079A (ja) 熱処理方法、熱処理装置およびシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法
JPS5875830A (ja) 減圧ホツトウオ−ルcvd法
JPH02106927A (ja) 半導体装置の製造方法
JPH0289313A (ja) 珪素基板表面の清浄化方法
JP3197969B2 (ja) 半導体基板の処理方法
JP3058655B2 (ja) ウェーハ拡散処理方法及びウェーハ熱処理方法
JP3194062B2 (ja) 熱酸化膜の形成方法
JP3153644B2 (ja) 薄膜形成方法
JP2002164286A (ja) シリコン単結晶基板およびシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法
JPH01145806A (ja) 有機金属気相成長装置
JPH04188721A (ja) 縦型熱処理装置
JPS62249413A (ja) 減圧シリコンエピタキシヤル成長方法
JPS61156725A (ja) 気相成長装置
JPH07109574A (ja) 窒化ケイ素膜の形成方法
JPH04345024A (ja) 半導体装置の製造方法