JPS5967622A - 気相成長装置 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、気相成長装置、特に半導体工業で利用される
気相エピタキシャル成長工程に関する０従来例の構成と
その問題点 半導体工業においては、ノリコン基板上に反応ガスを供
給して、その基板表面に反応物の膜を形成する工程があ
る。特に、シリコン単結晶基板を通常１０００°０以上
の適当な温度に加熱しておき、四塩化珪素、又はジクロ
ールプラン、又はモノ７ランと、水素との混合ガスを供
給することによって、／リコノ単結晶膜が形成でき、エ
ピタキシャル成長工程と呼ばれている。このような膜を
形成する従来の装置の反応室部分を第１図に示す。この
装置は、石英管１と、被膜形成するシリコン基板２を載
せる基台３（以−Ｆザセグタと呼ぶ）と、ザセプタ３を
加熱するワークコイル４と、ガス供給ノズル５、および
排気口６．扉７とから構成されている。ワークコイル４
に高周波電力を印加することによって、サセプタ３とシ
リコン基板２とが１０００°Ｃ以上の適当な温度に加熱
される。一方、図示していないガス供給装置で、四塩化
硅素等の反応ガスと、ホスフィン等のドーピングガスと
を所定の濃度で水素ガスに混合し、この混合ガスがガス
供給ノズル５から反応室内に供給される。

この混合ガスは、反応室全体に広がって排気ｎ６に向か
つて流ｈ、この時サセプタ３およびシリコン基板２に接
触して熱を奪い所定温度以上に達した反応ガス分子が分
解析出して膜を形成する。このような装置においては、
混合ガスの温度はサセプタ３上でガス流れ方向に沿って
急激な温度変化を示し、従って分解析出に寄Ｉ）するガ
ス層の厚味の変化も大きく、膜厚・比抵抗かガス流れ方
向に沿って変化し易い。そこで、膜厚・比抵抗の均一性
を上けるために、平均流速を大きくしてガスの流れ方向
に沿う温度変化・濃度変化の勾配を抑さえることかまず
第一に必要とされ、結果として、毎分１００を以上の大
量のガス供給が必要となっている。更に、サセプタ３お
よびシリコン基板２から離れたガス層中の反応ガスは、
未反応のま丑排出されることとなり、反応効率も低いと
いう欠点がある。

第２図には、加熱手段として赤外線ランプを用いた装置
を示している。この装置は、透明石英チャンバー８と、
シリコン基板９を載置するサセプタ１０と、透明石英チ
ャンバー８の外にあって、サセプタに対面して設置され
ている赤外線ランプユニット１１と、ガス供給ノズル１
２、および排気１１１３とから構成されている。このよ
うな赤外線ランプ加熱手段を採用した装置は、減圧エビ
タギゾヤル成長か可能であること、更にシリコン基板を
直接表面加熱できること等の特徴があるが、透明石英チ
ャンバ−８自体がこれを透過していく赤外線の一部を吸
収するために、このチャンバー８自身か昇温し、反応ガ
スがチャンバー８の壁面にも堆積し易いという欠点を有
している。この問題点を低減するためには、透明石英チ
ャンバー８ふ赤外線ランプユニット１１との間を空冷す
る強力な冷却手段を別途装備することを余儀なくされて
いる。

発明の目的 本発明は、」二記従来の欠点を解消するもので、簡単な
構成で、反応ガスの反応効率を上げ、全体のガス消費量
を低減し、更に反応室壁面への反応生成物の付着のない
気相成長装置を提供することを目的としている。

発明の構成 本発明の気相成長装置は、キャリヤガス供給管と反応ガ
スを含む混合ガスの供給管との少くとも二系統の供給管
を有するガス供給装置と、サセプタと、サセプタおよび
これに載置さノ′しるシリコン基板とを加熱する手段と
、キャリヤガス供給口、ガス排出口、更に上記混合ガス
の供給管に連結された混合ガス供給ノズルとを備えた反
応室、とから構成されており、反応室全体には反応ガス
を含まないキャリヤガス流れを形成し、この流れの中で
、シリコン基板表面にのみ反応ガスを吹きつけるように
することで、ガスの消費量を大幅に低減てき、又反応室
壁面への不要な堆積物の発生を抑えることができるもの
である。

実施例の説明 以下に本発明の実施例を第３，４図にもとすいて説明す
る。第３図は、本発明の一実施例を具現化した装置にお
ける反応室の断面図であり、反応室１４ば、内部に水冷
溝１５か施されたステンレス等の耐熱面１食性金属より
成る壁面部材１６と、上部開閉ブロック１７とから構成
されている。この上部開閉ブロック１７には、内部に赤
外線ランプヒータユニット１８が設置されており、更に
この赤外線ランプヒータユニット１８に近接した位置に
透明石英プレート１９か、０リンダ等の既知のガスノー
ル手段を介して固定具２０により固定さｈている。この
上部開閉ブロック１７は、第４図の斜視図で明らかなよ
うに上下昇降動作が可能であり、上方へ持ち上げること
によって、反応室上部が開１」シ、７リコン基板２１０
投入、取出しか行なわれる。又この上部開閉ブロック１
７を降下させ、０−リング２２を挾んで壁面部材１６に
接触する位置に固定することで、外気が完全に遮断され
た気密室が構成される。

父、この反応室１４の一端には、ガス供給装置（図示せ
ず）から伸びたキャリヤガス供給管２２が結合されたキ
ャリヤガス供給口２３と、更に他端には排気管２４が結
合されている排気口２５とを有している。これらのキャ
リヤガス供給口２３゜およびＵ１気１」２５付近の壁面
部材１６は、それぞれ内部形状がテーパー状に形成され
ており、従ってキャリヤガス供給口２３から導入された
ガスは、テーパー形状に沿って徐々に広がっていき、反
応室中央部では全体を満たしながら流れ、排気側ではテ
ーパー状の絞りによって徐々に縮流となって淀みなく流
れていくこととなる。

反応室１４の内部には、シリコン基板２１を載置するザ
セフリ２６が透明石英プレート１９を挾んで赤外線ラン
プヒータユニット１８に対面した位置に設置されている
。更に、反応室１４内へはガス供給装置（図示していな
い）の混合ガス供給管に連結されているノズル２７が壁
面部材１６を貫通し、サセプタ２６のキャリヤガス供給
側で、これに近接して設置されている。このノズル２７
け、透明石英より成り、第４図に示しているように、一
端が封止されたパイプ形状をなし、サセプタ側に、サセ
プタ２６０幅とほぼ同等の長さのガス吹き出しスリット
２８が設けらノｔている。

本実施例の装置における反応室は以」二のような構造て
あり、エピタキシャル成長時には、反応室１４内へはキ
ャリヤガス供給口２３全通して、水素等のキャリヤガス
が供給されると同時に、ノズル２７を通してジクロール
ンラン等のソースガスおよびホスフィン等のドーピング
ガスを適肖な濃度て含有した水素ベースの混合ガスか供
給される。

キャリヤガス供給口２３より出たキャリヤガスは反応室
１４の人口テーパ形状に沿って拡がり、排気］−１２５
に向かって、反応室１４全体を満たしながら流れていく
こととなる。一方、ノズル２７のス’）　ノド２８から
出た混合ガスは、反応室１４の中央部に位置し、所定温
度に加熱されているシリコン基板２１およびこれを載置
しているツーセフタ２６０表面に沿って排気口２５に向
かって流れる。

従って、反応室１４内を流れるガスの相は、シリコン基
板２１およびサセプタ２６の表面層は、混合ガス相であ
り、これらを離れるに従がってキャリヤガスで希釈され
ていき、反応室１４の壁面では殆んどソースガスおよび
ドーピングガス量含まないキャリヤガスのみが流れるこ
ととなる。このように、反応室１４内の圧力状態或いは
反応室１４内全体の流り状態はキャリヤガス供給口１９
を通して送るガス量によって制御することができる。

一方、シリコン基板１４への気相成長反応は、／リコン
基板１４の表面ガス層のみで決定さｈるものであるが、
このガス層を、ノズル２７を通して供給するガス量で制
御することが可能となり、ソースガス量或いはドーピン
グガス量を必要最小限に抑えることができる。又、成長
膜の均質性を得るためには、毎秒１０錆以上の反応室内
平均流速が従来の装置では必要であるが、反応に富力す
るガス層がシリコン基板２１の表面層のり二であること
から、本実施例では、ノズル２７を通して噴き出すガス
流速のみ所定値以上にすればよく、反応室１４全体の流
速を決定するキャリヤガス供給］」１９を通して供給す
るガス量は必要最小限で良い。

従ってガス消費量の大幅な低減が可能となる。

更に、従来装置において問題となっていた反応室壁面へ
の不必要な堆積についても、本実施例でｄ、反応室壁面
にはキャリヤカスのみが存在し、反応ガスは殆んと接触
しない、或いは充分に希釈さｈだ状態となるのて、前述
のような壁面への堆積を生ずることもなく保守作業等が
大幅に低減される。

なお、本実施例では、加熱手段として赤外線加熱法を採
用し、それに応じた反応室構造を採用したか、本発明は
高周波加熱による装置にも適用てきることは明らかであ
る。又、混合ガス吹き出しノズル２７にＬ１ガス吹き出
し開］」形状をスリットとしたか、多穴形状等種々の変
更が可能である。

又ノズル２７は壁面部材１６の両サイドに、それぞれ設
け、サイドから／リコン基板中央に向けて混合ガスを吹
き出すように配置することもできる。

又、サセプタ上に載置する複数枚のシリコン基板のそれ
ぞれに対応して複数本の混合ガス吹き出しノズルを設け
ることも可能である。更に、本発明はシリコン単結晶成
長への適用に限らず、膜形成を必要とする装置にも適用
できることは明らかである。

発明の効果 以上のように、本発明は反応室全体を流れるキャリヤガ
スの供給口及び排気口とは別に、シリコン基板を載置し
たサセプタの表面に反応ガス或いは反応ガスとキャリヤ
ガスとの混合ガスを噴出するノズルを、反応室内に更に
設ける構成であり、気相成長反応に寄与するノリコン基
板表面ガス層を反応室全体のガスＩｒＬれとは別に制御
できるのて、反応効率も上がり、又全体のガス消費量を
抑えることができると共に、反応室壁面への不必要な堆
積を生ずることもなく、保守作業を大幅に低減できるの
で、効果は極めて大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高周波加熱方式のエビタキンヤル装置反
応室の断面図、第２図は従来の赤外線加熱方式エピタキ
ンヤル装置反応室の概略図、第３図は本発明による気相
成長装置の反応室を示す断面図、第４図は同装置の一部
破断の斜視図である。 １４・・・・反応室、１８・・・・赤外線ランプヒータ
ユニノｌ−１１９・・・・透明石英プレート、２１・・
・・・シリコン基板、２３・・・・・キャリヤガス供給
口、２５・・・抽気ｌ］、２６・・・・・・サセプタ、
２７・・・・・ノズル。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. キャリヤガスを供給するキャリヤガス供給管および反応
   ガス或いは反応ガスとキャリヤガスとの混合ガスを供給
   する混合ガス供給管との少くとも二系統の供給管を有す
   るガス供給手段と、気相成長膜を形成する基板を載置す
   る基台と、」二記基板および基台を加熱する手段と、外
   気を遮断し、前記ガス供給手段より供給されるガス雰囲
   気を形成するだめの壁面部材より構成され、上記基台か
   内部に設置される反応室と、上記反応室の一端にあって
   前記キャリヤガス供給管と連結された第１のガス供給口
   と、上記反応室の他端にあって排気管に連結さｉｔ反応
   室内のガスを排気する排気口と、前記混合ガス供給管に
   連結され、」二記壁面部材を貫通して反応室内に伸び、
   前記基台に載置された基板表面に反応ガス、或いは反応
   ガスとキャリヤガスとの混合ガスが吹き付けられるよう
   な開口部を有する１個、又は複数個の＠２のガス供給口
   とから成る気相成長装置。