JPS5927611B2 - 気相成長方法 - Google Patents
気相成長方法Info
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- JPS5927611B2 JPS5927611B2 JP56124515A JP12451581A JPS5927611B2 JP S5927611 B2 JPS5927611 B2 JP S5927611B2 JP 56124515 A JP56124515 A JP 56124515A JP 12451581 A JP12451581 A JP 12451581A JP S5927611 B2 JPS5927611 B2 JP S5927611B2
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45563—Gas nozzles
- C23C16/4558—Perforated rings
-
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S118/00—Coating apparatus
- Y10S118/90—Semiconductor vapor doping
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は気相成長方法、特に複数の基板上に均一な品質
の成長膜がえられる気相成長方法に関する。
の成長膜がえられる気相成長方法に関する。
周知のように、半導体装置は半導体基板上に種種の被膜
を成長させており、例えば単結晶シリコンをエピタキシ
ャル成長させたり、又既に素子が作成された基板面に絶
縁膜あるいは単結晶シリコンを成長させている。
を成長させており、例えば単結晶シリコンをエピタキシ
ャル成長させたり、又既に素子が作成された基板面に絶
縁膜あるいは単結晶シリコンを成長させている。
かような成長膜は半導体装置の特性に重要な影響を与え
るため、これらの気相成長方法および装置が種々検討さ
れてきたが、その最も良く知られている気相成長方法と
して、横型反応管を用い、管外より加熱し、管内に反応
管の長手方向に垂直に多数の基板を並べ、反応管の一方
から反応ガスを流入させて成長させる方法がある。この
ような気相成長方法を行なう装置の一例を第１図に示し
ており、本例はカーボン製の円板サセプタの両側に半導
体基板を保持させたもので、１は石英反応管、２は加熱
用高周波コイル、３は半導体基板、４はサセプタで、反
応ガスは反応管一端にあるガス流入口５から流入し、他
端のガス流出口６から流出させる構造である。
るため、これらの気相成長方法および装置が種々検討さ
れてきたが、その最も良く知られている気相成長方法と
して、横型反応管を用い、管外より加熱し、管内に反応
管の長手方向に垂直に多数の基板を並べ、反応管の一方
から反応ガスを流入させて成長させる方法がある。この
ような気相成長方法を行なう装置の一例を第１図に示し
ており、本例はカーボン製の円板サセプタの両側に半導
体基板を保持させたもので、１は石英反応管、２は加熱
用高周波コイル、３は半導体基板、４はサセプタで、反
応ガスは反応管一端にあるガス流入口５から流入し、他
端のガス流出口６から流出させる構造である。
この装置を用いて、例えば基板上に単結晶シリコンをエ
ピタキシャル成長しようとすれば、例えばジグロールシ
ラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）を反応ガスとし、水素（Ｈ２）
をキャリヤガスとして、又Ｎ型層に成長する場合にはさ
らに不純物ガスとしてフオスフイン（ＰＨ３）を使用し
て、これらのガスを混合してガス流入口５より流入し、
半導体基板３上にＮ型５１層を成長させる。反応管内を
常圧にして、自然流出させる場合もあるが、減圧気相成
長法として、流出口６より強制的に排気し、管内を１０
Ｔｏｒｒ前後にする場合もあり、その場合は排気装置（
図示せず）が流出口６に直結される。ところが、多数の
サセプタ４に多数の半導体基板３を保持させて、Ｎ型５
１層を成長させると、何れの場合もその膜厚および不純
物濃度が均一とならない欠点がある。第２図は、横軸を
第１図の反応管１の横方向長さとし、縦軸は反応管の加
熱温度σ）およびエピタキシャル成長膜の膜厚（を）と
して前記Ｔおよびをと反応管の横方向位置との関係を示
す図表である。図のように、反応管の温度（Ｔａ）を均
一にすると、膜厚（ｔａ）はガス流入口側が厚くなつて
、ガス流出口側がうすくなる。そのため、反応管の温度
（Ｔｂ）に差を与えて、ガス流入口側を低くすれば、膜
厚（ｔｂ）を均一とすることができる。しかし、不純物
の含有量をあられす比抵抗ψ）は第３図に示す反応管の
横方向位置と比抵抗との関係図表から明らかなように、
反応管の温度（Ｔａ）が均一な場合の比抵抗（ρａ）よ
り、温度差を与えた反応管温度（Ｔｂ）の場合の比抵抗
（八）が一層その差がひどくなる。これは温度が低くな
れば不純物がエピタキシヤル層に付着した後、再び蒸発
するという現象が少なくなるためと、ガス流入口側の方
が当然不純物濃度が高いための２つの原因が重なり合う
ためと考えられる。したがつて、エピタキシヤル成長膜
の膜厚を均一にしても、その成長膜の比抵抗、即ち不純
物濃度は均一とはならず、むしろ不均一化を助長する傾
向にあり、それでは横型反応管を用いた気相成長方法に
おいて、多量生産にすれば一層膜厚又は不純物濃度のバ
ラツキを増大することになる。
ピタキシャル成長しようとすれば、例えばジグロールシ
ラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）を反応ガスとし、水素（Ｈ２）
をキャリヤガスとして、又Ｎ型層に成長する場合にはさ
らに不純物ガスとしてフオスフイン（ＰＨ３）を使用し
て、これらのガスを混合してガス流入口５より流入し、
半導体基板３上にＮ型５１層を成長させる。反応管内を
常圧にして、自然流出させる場合もあるが、減圧気相成
長法として、流出口６より強制的に排気し、管内を１０
Ｔｏｒｒ前後にする場合もあり、その場合は排気装置（
図示せず）が流出口６に直結される。ところが、多数の
サセプタ４に多数の半導体基板３を保持させて、Ｎ型５
１層を成長させると、何れの場合もその膜厚および不純
物濃度が均一とならない欠点がある。第２図は、横軸を
第１図の反応管１の横方向長さとし、縦軸は反応管の加
熱温度σ）およびエピタキシャル成長膜の膜厚（を）と
して前記Ｔおよびをと反応管の横方向位置との関係を示
す図表である。図のように、反応管の温度（Ｔａ）を均
一にすると、膜厚（ｔａ）はガス流入口側が厚くなつて
、ガス流出口側がうすくなる。そのため、反応管の温度
（Ｔｂ）に差を与えて、ガス流入口側を低くすれば、膜
厚（ｔｂ）を均一とすることができる。しかし、不純物
の含有量をあられす比抵抗ψ）は第３図に示す反応管の
横方向位置と比抵抗との関係図表から明らかなように、
反応管の温度（Ｔａ）が均一な場合の比抵抗（ρａ）よ
り、温度差を与えた反応管温度（Ｔｂ）の場合の比抵抗
（八）が一層その差がひどくなる。これは温度が低くな
れば不純物がエピタキシヤル層に付着した後、再び蒸発
するという現象が少なくなるためと、ガス流入口側の方
が当然不純物濃度が高いための２つの原因が重なり合う
ためと考えられる。したがつて、エピタキシヤル成長膜
の膜厚を均一にしても、その成長膜の比抵抗、即ち不純
物濃度は均一とはならず、むしろ不均一化を助長する傾
向にあり、それでは横型反応管を用いた気相成長方法に
おいて、多量生産にすれば一層膜厚又は不純物濃度のバ
ラツキを増大することになる。
本発明はこのような問題点を解決し、均質な成長膜が量
産化される気相成長方法を提案するもので、その特徴は
反応管の一端部から反応ガスおよび不純物ガスを伴つた
キヤリヤガスを流入し、他端部から排出させると共に、
反応管の他端部側からも不純物ガスを流入して、均質な
成長膜を形成する気相成長方法で、以下実施例により詳
細に説明する。第４図は本発明にか＼る気相成長方法を
行なう成長装置の概略断面図で、第１図に示した成長装
置に加えて、ガス逆流入口７を設けたものであり、ガス
逆流入口１０は内径８韮程度の細管で、直径２００ｍｍ
の石英管に比べて充分に小さい。
産化される気相成長方法を提案するもので、その特徴は
反応管の一端部から反応ガスおよび不純物ガスを伴つた
キヤリヤガスを流入し、他端部から排出させると共に、
反応管の他端部側からも不純物ガスを流入して、均質な
成長膜を形成する気相成長方法で、以下実施例により詳
細に説明する。第４図は本発明にか＼る気相成長方法を
行なう成長装置の概略断面図で、第１図に示した成長装
置に加えて、ガス逆流入口７を設けたものであり、ガス
逆流入口１０は内径８韮程度の細管で、直径２００ｍｍ
の石英管に比べて充分に小さい。
サセプタ４は直径１２０ｍ１！Ｌ１厚さ１０ｍ１のカー
ボン円板で、表面はシリコンカーバイドで被覆されてお
り、そのサセプタの両面に半導体基板３を保持している
。サセプタは約５０ｍｍ間隔に設けられて、約３０〜４
０個の４インチ径の半導体基板面に成長膜を形成するこ
とができる。管外の高周波コイル２によりサセプタ４が
加熱されて、半導体基板３の温度は、平均１００００Ｃ
となるが、ガス流入口５側がガス流出口６側より約３０
℃低くなつた温度勾配が形成されている。今、このよう
な成長装置を用いて、Ｎ型Ｓｉエピタキシヤル層を成長
するために、ガス流入口５側より反応ガスとしてジグロ
ールシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）を３１／分、反応ガス中
の不純物ガスとしてフオスフイン（ＰＨ３）を１０Ｐ．
Ｐ．Ｍ含ませた水素ガスを２５ｍ１／分、それらのキヤ
リヤガスとして水素ガスを１００１／分の３つを混合し
て流入させる。一方、ガス逆流入口７よりＰＨ３を同じ
く１０Ｐ．Ｐ．Ｍ含ませた水素ガスを５０ｍ１／分流入
させ、ガス流出口６側から真空吸引して、管内を１０Ｔ
０ｒｒ程度の減圧にする。そうすると、第５図に示すよ
うに均一な膜厚（Ｔｃ）と第６図に示すような均一な比
抵抗（ρｃ）をもつた成長膜を得ることができた。第５
図においてＴｃは反応管の温度を示Ｌ第６図においてＮ
ｃは燐濃度を示しているが、この実施例のように吸引側
から反応ガス中に含ませる不純物ガスを逆流入させると
、一部がガス上流に逆浸透して、従来は減少していた不
純物量を補充する逆拡散流効果があられれることが判明
した。第７図はガスの流れを示すモデル図で、ガス流入
口５からのガスは大きな流速で中央を流れるが、反応管
壁では流速がＯに近い薄層が形成されるためその管壁に
沿つて逆流入口７より逆流入ガスの一部が上流に逆拡散
するものと考えられ、他の実験よりこの逆拡散流効果は
反応管内の圧力や反応管の太さにより多少の差があるも
のの、ある一定の効率で得られることも確められた。又
、第８図はガス逆流入口から直接不純物ガスが流出する
ことを防ぐカバー管８を設けた２重管構造で、このよう
にすれば不純物ガスの逆流入が更に均一化される。
ボン円板で、表面はシリコンカーバイドで被覆されてお
り、そのサセプタの両面に半導体基板３を保持している
。サセプタは約５０ｍｍ間隔に設けられて、約３０〜４
０個の４インチ径の半導体基板面に成長膜を形成するこ
とができる。管外の高周波コイル２によりサセプタ４が
加熱されて、半導体基板３の温度は、平均１００００Ｃ
となるが、ガス流入口５側がガス流出口６側より約３０
℃低くなつた温度勾配が形成されている。今、このよう
な成長装置を用いて、Ｎ型Ｓｉエピタキシヤル層を成長
するために、ガス流入口５側より反応ガスとしてジグロ
ールシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）を３１／分、反応ガス中
の不純物ガスとしてフオスフイン（ＰＨ３）を１０Ｐ．
Ｐ．Ｍ含ませた水素ガスを２５ｍ１／分、それらのキヤ
リヤガスとして水素ガスを１００１／分の３つを混合し
て流入させる。一方、ガス逆流入口７よりＰＨ３を同じ
く１０Ｐ．Ｐ．Ｍ含ませた水素ガスを５０ｍ１／分流入
させ、ガス流出口６側から真空吸引して、管内を１０Ｔ
０ｒｒ程度の減圧にする。そうすると、第５図に示すよ
うに均一な膜厚（Ｔｃ）と第６図に示すような均一な比
抵抗（ρｃ）をもつた成長膜を得ることができた。第５
図においてＴｃは反応管の温度を示Ｌ第６図においてＮ
ｃは燐濃度を示しているが、この実施例のように吸引側
から反応ガス中に含ませる不純物ガスを逆流入させると
、一部がガス上流に逆浸透して、従来は減少していた不
純物量を補充する逆拡散流効果があられれることが判明
した。第７図はガスの流れを示すモデル図で、ガス流入
口５からのガスは大きな流速で中央を流れるが、反応管
壁では流速がＯに近い薄層が形成されるためその管壁に
沿つて逆流入口７より逆流入ガスの一部が上流に逆拡散
するものと考えられ、他の実験よりこの逆拡散流効果は
反応管内の圧力や反応管の太さにより多少の差があるも
のの、ある一定の効率で得られることも確められた。又
、第８図はガス逆流入口から直接不純物ガスが流出する
ことを防ぐカバー管８を設けた２重管構造で、このよう
にすれば不純物ガスの逆流入が更に均一化される。
本発明では逆流入口は前記の１個だけでなく多数設けて
も、又第８図に示す構造としてもよい。以上の実施例か
ら明白なように、本発明はこの逆拡散流効果を利用して
、均一な膜厚の成長膜を形式すると同時に、その成長膜
に含まれる不純物濃度をも均一にする気相成長方法で、
横型反応管を用いた気相成長法の量産性を高めると共に
、半導体装置の品質向上にも役立つ極めて有効なもので
ある。
も、又第８図に示す構造としてもよい。以上の実施例か
ら明白なように、本発明はこの逆拡散流効果を利用して
、均一な膜厚の成長膜を形式すると同時に、その成長膜
に含まれる不純物濃度をも均一にする気相成長方法で、
横型反応管を用いた気相成長法の量産性を高めると共に
、半導体装置の品質向上にも役立つ極めて有効なもので
ある。
尚、本発明はサセプタの使用有無に関係なく適用するこ
とができ、且つエピタキシヤル層のみならず、Ｎ型ある
いはＰ型不純物をドーブするリン珪酸ガラス（ＰＳＧ）
膜やボロン珪酸ガラス（ＢＣＧ）膜などの珪酸ガラス膜
、多結晶シリコンなどに適用して効果のあることはいう
までもない。
とができ、且つエピタキシヤル層のみならず、Ｎ型ある
いはＰ型不純物をドーブするリン珪酸ガラス（ＰＳＧ）
膜やボロン珪酸ガラス（ＢＣＧ）膜などの珪酸ガラス膜
、多結晶シリコンなどに適用して効果のあることはいう
までもない。
第１図は従来の気相成長装置の断面図、第２図はその反
応管の横方向位置と加熱温度および成長膜の膜厚との関
係図表、第３図は同じく反応管の横方向位置と比抵抗と
の関係図表で、第４図は本発明にかかる気相成長装置の
断面図、第５図はその反応管の横方向位置と加熱温度お
よび成長膜の膜厚との関係図表、第６図は同じく反応管
の横方向位置と比抵抗および燐濃度との関係図表、第７
図は本発明によるガスの流れを示すモデル図、第８図は
さらに改善されたガス逆流入法を示す図である。 図中、１は石英管、２は高周波コイル、３は半導体基板
、４はサセプタ、５はガス流入口、６はガス流出口、７
はガス逆流入口を示す。
応管の横方向位置と加熱温度および成長膜の膜厚との関
係図表、第３図は同じく反応管の横方向位置と比抵抗と
の関係図表で、第４図は本発明にかかる気相成長装置の
断面図、第５図はその反応管の横方向位置と加熱温度お
よび成長膜の膜厚との関係図表、第６図は同じく反応管
の横方向位置と比抵抗および燐濃度との関係図表、第７
図は本発明によるガスの流れを示すモデル図、第８図は
さらに改善されたガス逆流入法を示す図である。 図中、１は石英管、２は高周波コイル、３は半導体基板
、４はサセプタ、５はガス流入口、６はガス流出口、７
はガス逆流入口を示す。
Claims (1)
- １ 複数の基板が並置された反応管の一端部から反応ガ
スおよび不純物ガスを導入し他端部から排出すると共に
、該反応管の他端部側からも不純物ガスを導入して該複
数の基板上に形成された膜中に含有される不純物の濃度
が均一化されるようにしたことを特徴とする気相成長方
法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56124515A JPS5927611B2 (ja) | 1981-08-08 | 1981-08-08 | 気相成長方法 |
| US06/405,082 US4510177A (en) | 1981-08-08 | 1982-08-04 | Method and apparatus for vapor phase deposition |
| EP82304170A EP0072226B1 (en) | 1981-08-08 | 1982-08-06 | Vapor phase deposition of semiconductor material |
| DE8282304170T DE3263897D1 (en) | 1981-08-08 | 1982-08-06 | Vapor phase deposition of semiconductor material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56124515A JPS5927611B2 (ja) | 1981-08-08 | 1981-08-08 | 気相成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5834035A JPS5834035A (ja) | 1983-02-28 |
| JPS5927611B2 true JPS5927611B2 (ja) | 1984-07-06 |
Family
ID=14887385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56124515A Expired JPS5927611B2 (ja) | 1981-08-08 | 1981-08-08 | 気相成長方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4510177A (ja) |
| EP (1) | EP0072226B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5927611B2 (ja) |
| DE (1) | DE3263897D1 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4479455A (en) * | 1983-03-14 | 1984-10-30 | Energy Conversion Devices, Inc. | Process gas introduction and channeling system to produce a profiled semiconductor layer |
| US4573431A (en) * | 1983-11-16 | 1986-03-04 | Btu Engineering Corporation | Modular V-CVD diffusion furnace |
| US5294285A (en) * | 1986-02-07 | 1994-03-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Process for the production of functional crystalline film |
| US4800173A (en) * | 1986-02-20 | 1989-01-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Process for preparing Si or Ge epitaxial film using fluorine oxidant |
| FR2604297B1 (fr) * | 1986-09-19 | 1989-03-10 | Pauleau Yves | Reacteur de depot de silicium dope |
| JPH0760804B2 (ja) * | 1990-03-20 | 1995-06-28 | 株式会社東芝 | 半導体気相成長方法及びその装置 |
| US9196471B1 (en) | 2012-06-01 | 2015-11-24 | Yen Fui Choo | Scanner for wafers, method for using the scanner, and components of the scanner |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3660179A (en) * | 1970-08-17 | 1972-05-02 | Westinghouse Electric Corp | Gaseous diffusion technique |
| JPS5183473A (en) * | 1975-01-20 | 1976-07-22 | Hitachi Ltd | Fujunbutsuno doopinguhoho |
| DE2743909A1 (de) * | 1977-09-29 | 1979-04-12 | Siemens Ag | Vorrichtung fuer die gasphasenepitaxie |
| NL7812388A (nl) * | 1978-12-21 | 1980-06-24 | Philips Nv | Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleider- inrichting en halfgeleiderinrichting vervaardigd met behulp van de werkwijze. |
| US4430149A (en) * | 1981-12-30 | 1984-02-07 | Rca Corporation | Chemical vapor deposition of epitaxial silicon |
-
1981
- 1981-08-08 JP JP56124515A patent/JPS5927611B2/ja not_active Expired
-
1982
- 1982-08-04 US US06/405,082 patent/US4510177A/en not_active Expired - Fee Related
- 1982-08-06 DE DE8282304170T patent/DE3263897D1/de not_active Expired
- 1982-08-06 EP EP82304170A patent/EP0072226B1/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3263897D1 (en) | 1985-07-04 |
| EP0072226A1 (en) | 1983-02-16 |
| JPS5834035A (ja) | 1983-02-28 |
| US4510177A (en) | 1985-04-09 |
| EP0072226B1 (en) | 1985-05-29 |
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