JPS59121915A - 気相成長装置 - Google Patents

気相成長装置

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JPS59121915A
JPS59121915A JP22880282A JP22880282A JPS59121915A JP S59121915 A JPS59121915 A JP S59121915A JP 22880282 A JP22880282 A JP 22880282A JP 22880282 A JP22880282 A JP 22880282A JP S59121915 A JPS59121915 A JP S59121915A
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vapor phase
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vessel
reaction
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JP22880282A
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Hironori Inoue
洋典 井上
Yutaka Kobayashi
裕 小林
Takaya Suzuki
誉也 鈴木
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は気相成長装置に係シ、単結晶基体上に成長層を
形成する場合において熱応力転位の発生を低減すること
が可能な装置に関する。
〔従来技術〕
石英製反応容器内に単結晶基体を収納し、高温に加熱し
ながら原料ガスを供給して基体上に単結晶層を更に積み
上げる所謂気相成長技術は、LSI製造プロセス等の半
導体工業の分野において広く適用される重要なプロセス
である。第1図は従来の縦形気相成長装置の説明図であ
る。石英製反応容器1内のSiC被覆したグラファイト
製加熱台2上にシリコン単結晶基体3を載置し、軸4に
ょシ加熱台を回転しつつ高周波加熱コイル5で加熱台2
を誘導加熱し、シリコン単結晶基体3を約1200 t
l’の高温に保持する。次いでシリコン原料(例えば5
iC14等)を水素をキャリヤガスとして原料ガス供給
ノズル6から供給し、シリコン単結晶基体3上に単結晶
層を形成する。排ガスは排出ロアから容器外に排出する
か−る構成の気相成長装置においては以下のような問題
があった。即ち、基体3の加熱法はまず、加熱台2を加
熱し間接的に基体3を加熱する方法であること、基体3
表面が供給ガスによって冷やされることなどの理由から
、第2図のように基体表面と裏面において必然的に温度
差(To>Tt)を生じ、このため基体3は表裏の熱膨
張の差によって湾曲してしまう。このような湾曲によっ
て基体面内の周辺部分と中央部分においては温度不拘(
Tz<T>)を生じ、その結果基体内部に熱応力転位(
スリップデスロケーション)が導入される。結晶中の転
位は半導体素子の電気的特性に悪影響を及ぼすことから
スリップの発生はLSIの製品歩留を低くする。
以上の問題は近年、LSIのプロセスコストの低減と歩
留シ向上を目的とする基体の大口径化(4〜6インチ径
)が進められる中で益々クローズアップしつつある。即
ち、基体径が大きくなると基体の湾曲による反Bhはよ
シ大きくなる(第2図参照)ことから基体面内の半径方
向の温度分布dT/drも大きくなる。−一方、スリッ
プの発生する半径方向温度勾配dT/drの限界は第3
図に示すように、基体径が大きい程小さくなることから
、結局大口径基体はどスリップは発生し易い。
この問題を解決するための方法として第4図に示す気相
成長装置がある。この装置は加熱源51として赤外ラン
プを用い表面側から直接基体3を加熱する方式を採って
いる。このようにすることによって、輻射熱は基体3表
面を直接加熱すると共に、その一部は基体(例えばシリ
コン)が赤外光を透過し易いことから載置台を兼ねた加
熱台2をも加熱し、基体表裏の温度差を小さくできる。
この結果、基体の湾曲を小さくできスリップ発生を減少
することができる。
しかしながら、この方法によっても基体径が4インチ以
上の大口径基体ではスリップの発生が見られ、特に5イ
ンチ径の基体におけるスリップ発生の割合は50チ以上
にも達した。この原因としては、熱応力には無関係で成
長過程で導入される結晶欠陥については成長温度が高い
程減少することから、基体加熱温度を高めに保持するこ
とにあると考えられる。即ち、第2図に示すようにスリ
ップが発生する基体面内の半径方向温度勾配の限界は基
体温度が高い程逆に小さくなるが、大口径基板において
は温度勾配を小さく保つことは非常に難しく、結局スリ
ップが発生し易くなってしまうと考えられる。
反応温度を低温にし且つ成長過程における結晶欠陥の導
入をも低減する試みとしては第5図に示す方式がある。
即ち、基体3をグラファイト製の加熱台2に載置し、環
状の抵抗加熱炉52によって通常反応温度以下(約to
or程度低い)に加熱する。次いで紫外ランプ8を点灯
し基体3表面を照射したのち原料ガスを導入口6よシ供
給し気相成長を行う。7は排気口である。気相成長は、
気相反応で分解した結晶構成原子が基体表面において熱
エネルギーを受けて再配列し、基板と同一の面方位を持
つ成長層を形成するわけであるが、第5図の方式では反
応温度を低くしたために不足する熱エネルギーを紫外光
等の電磁波を照射することによって補い、良質の結晶性
を維持するように配慮されている。
しかしながら、この方式を大口径基体に適用する場合、
次のような欠点を生じることが分かった。
即ち、大口径基体を水平に載置しその外周から環状炉で
加熱する方法は、基体の中央附近の温度が低くなシ易く
全体の均一化が非常に困難で、成長温度を低くしたにも
かかわらず半径方向温度勾配が非常に大きくスリップの
発生は依然減少しないことが明らかになった。一方、こ
の方式は基体を一枚ずつ処理する枚葉式でおることから
スループントを高めコスFf低減するには自動化が必要
である。しかしながら、環状炉は一般に炉構造が大型化
する上、温度分布の均一化を図るためには炉体長手方向
中心で基体を加熱する必要がある。このことは、特に基
体挿入、取出し方法を自動化する場合、炉構造が非常に
複雑になってしまう。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、従来の気相成長装置の欠点を解消し、
5インチ径以上の大口径基体に対しても熱応力転位の発
生のない気相成長を可能とする気相成長装置を提供する
にある。
〔発明の概要〕
本発明気相成長装置の特徴とするところは気相成長にお
いて、赤外ランプ等輻射加熱方式の加熱手段を基体上面
側にほぼ円錐形状に配置する点にある。更に他の特徴は
円錐状加熱手段頂部に開口磁波を照射するにある。
また、他の特徴左するところは前記特徴を備えた装置に
おいて反応容器内への基体の収納及び取シ出しは反応容
器自体を稼動することなく可能とし、一枚ずつ半連続的
に処理する構造にある。
〔発明の実施例〕
以下本発明をシリコンの気相成長を例に採って説明する
第6図及び第7図は本発明気相成長装置の代表的な実施
例を示すもので、従来装置と相違するところは、加熱手
段に工夫を加えた点と毎葉処理が可能となっている点に
ある。53は反応容器1の上面側に上面と所定の傾斜角
度を持って上面を包囲し上端面に開口81ができるよう
に配置され、全体として多角錐台或いは円錐台形状をな
す加熱装置で、例えば赤外ランプの並設から成っている
加熱装置530反応反応容器自体の傾斜角度は、加熱台
2上に載置した基体3が均等に加熱されるように選定さ
れている。加熱装置53の上端面の開口81に紫外2ノ
ブ8を配置しである。
13及び23は気相成長後の基体14を収納する基体収
納容器及び気相成長前の基体24を収納する基体収納容
器で、これらはそれぞれ基体を移送するに十分な断面積
の通路を有する連結部材lO及び20を介して反応容器
1に連結されている。この連結部材10及び20は図の
ように反応容器l及び基体収納容器13及び23に突設
しておき、それを連結して構成するか、反応容器1及び
基体収納容器と別個に形成してもよい。連結部材10及
び20には、通路をしゃ断する2個のシャッタ11.1
2及び21.22を具備している。
18及び28は連結部材10及び20のシャッタに挾ま
れた通路部分17及び27に形成した排気口、15及び
25は基体収納容器13及び23に設けたガス供給口、
16及び26は基体14及び24を保持して移送するロ
ーダアームである。
か\る構成の気相成長装置の気相成長時の操作について
以下説明する。
大口径(6〜フインチ径)のシリコン基体3は石英製反
応容器1内の加熱台2上に置かれ、気相成長層の膜厚均
一性を得るためと温度分布の均一化のため回転軸4によ
って回転(約1stpm)されている。容器1内の窒素
置換の後、ガス供給ノズル6から反応のキャリヤガスと
なる水素を約801/mixの流量で2分間流し容器1
内を水素に置換する。次いで水素流量を約20 t/m
inに減らし基体3上部で容器1外部に円錐状に配置さ
れた加熱装置53の赤外ランプを点灯する。シリコン基
体3は表面から赤外線エネルギを受け、また赤外線の一
部は加熱台2にも吸収されることからシリコン基体は急
速昇温し、約1〜2分後に従来の成長温度(1200C
)に比べて低い所定の反応温度(1000C)に保持さ
れる。この場合、加熱方法が基体表面側のみからの輻射
法であり基体の反応を最少限にできること、最高加熱温
度が従来に比べて低いことからスリップの発生は見られ
ない。
基体が所定温度に達するとそのまま1分間保持して水素
処理し、表面に付着する自然酸化膜、有機物等を除去す
る。この時、紫外う/プ8を点灯し、加熱装置53頂部
の開口部分81を通し基体3表面に紫外光(波長約40
00m以下)を照射する。
この結果、紫外エネルギによって基体表面が活性化され
、表面清浄化は促進される。1分間の清浄化処理の後、
紫外光を照射したまま約1moz%のシリコン原料(例
えば5iC24)を供給し気相成長を開始する。気相成
長中の紫外光の照射は低温化による成長過程で導入され
る結晶欠陥の低減、低温化による成長速度低下の抑制等
の効果がある。
シリコン原料は水素中に混入し複数本のノズル6を通し
て容器1内に供給される。各ノズル6の流量は成長層の
厚みや抵抗率の均一性が最も良くなる流量比に配分され
る。成長層の抵抗率を制御するため水素中には微量(約
11F)の不純ガス(例えばPHs等)も混入される。
所定の厚さの成長層を形成した後(例えば前述条件では
10μmの場合約10分間成長)、原料ガスを止め水素
流量を約5ot7=に増やし残存する原料ガスをパージ
し、次いで紫外ランプ8、赤外ランプ53を消灯する。
2分間の冷却の後水素を止め窒素を80t/−で1分間
供給し容器l内をパージした後流量を1(1/7mに下
げる。加熱台2を軸4の降下によシ破線位置21まで下
げると共に取り出し口10のシャッタ11を開口する。
気相成長を終えた基体2を収納するカセットのボックス
13とアイソレータ17を仕切るシャッタ12を開口し
、ローダアーム16を加熱台3上まで挿入する。ローダ
先端の真空チャックにより基体3をチャックしカセット
14まで引き出し取シ出しを終える。
次いで、取り出し側の2箇所のシャッタ11゜12を閉
じ入口側シャッタ21.22を開口する。
基体取り出しの場合と同様に新たな基体を収納するカセ
ット23からロータ26によシ次の基体を取シ出し加熱
台3上にチャージした後入口側シャッタ22.21を閉
じる。回転軸4を上昇し加熱台2を所定加熱位置にセッ
トする。基体カセット14.24の収納ボックス13.
23中は常時窒素パージされていることから基体数シ出
し、セント時の空気の混入は防がれ、次の反応前の窒素
)く−ジ時間は短縮される。また、カセット収納ボック
ス13.23側に窒素供給口15.25が、アイン゛レ
ータ17,27側に排気口18.28が設けてあシ、更
にアイソレータとカセット収納ボックスのシャッター1
2.22には小孔が開口され窒素はカセット収納ボック
スからアイソレータ側に向って流出する。゛このためカ
セット中の基体汚染は未然に防ぐことができ、更には成
長中においてシャッター11.21を通して反応ガスや
副生成物の一部が漏洩した場合においてもカセット中ま
で汚染することはない。
以上のようにして一枚の基体の気相成長を終えると引き
続き、パージ窒素の流量をs o t7=に増やし再び
次の気相成長の手順を開始するわけである。
本実施例においてはシリコン単結晶基体上にシリコン単
結晶層を形成する、所謂シリコンホモ気相成長を例とし
て説明したが、ヘテロ気相成長への適用も浩然可能でお
る。また、単結晶基体上に多結晶性気相成長層を形成す
る場合においても、基体単結晶への熱応力転位導入が懸
念されるほど高温の反応温度を必要とする場合には本発
明は非常に有効である。更に、基体収納容器を2個設け
た場合を示したが、これは1個でもよい。
〔発明の効果〕
以上説明した本発明によって6インチ径のシリコン基体
上に約15μmのn型、抵抗率1Ωmの気相成長層の形
成を、基体温度1000Cで20回繰シ返し実験したと
ころ、熱応力転位の発生した基体は見られなかった。ま
た、本発明の装置における基体昇温から降温までの加熱
時間を除く1基体描りの処理時間は従来方式に比べ約4
0チ短縮可能であることも同時に確認された。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の気相成長装置の概略図、第2図及び第3
図は第1図の装置の欠点を説明するための図、第4図及
び第5図は従来の気相成長装置の他の例を示す概略図、
第6図は本発明気相成長装置の概略断面図、第7図は第
6図の装置の斜視図である。 1・・・反応容器、8・・・紫外ランプ、13.23・
・・基第 1 区 第  2 図 第 S 日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、内部で気相反応を行なわしめ、水平に保持された基
    体上に気相成長層を形成する縦形反応容器と、 反応容器外にあってその上面側に位置し、基体面に対し
    所定の傾斜角を有して上面側を包囲し、全体として上部
    に開口を持つ錐台状に配置された加熱装置と、 加熱装置の開口付近に下向きに配置された紫外ランプと
    、 を具備することを特徴とする気相成長装置。 2、内部で気相反応を行なわしめ、水平に保持された基
    体上に気相成長層を形成する縦形反応容器と、 反応容器外にあって、その上面側に位置し、基体面に対
    し所定の傾斜角を有して上面側を包囲し、全体として上
    部に開口を持つ錐台状に配置された加熱装置と、 加熱装置の開口付近に下向きに配置された紫外ランプと
    、 多数個の基体を収納する少なくとも1個の基体収納容器
    と、 反応容器と基体収納容器とを連結し、内部に基体を移送
    するに十分な断面積の通路を有し、通路の途中に通路を
    遮断する2個のシャッタを備える連結部材と、 反応容器と基体収納容器との間を連結部材の通路を介し
    て基体を保持して移送する手段と、を具備することを特
    徴とする気相成長装置。
JP22880282A 1982-12-28 1982-12-28 気相成長装置 Pending JPS59121915A (ja)

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Cited By (5)

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