JPS60501234A - 垂直向流化学蒸着反応装置 - 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】 垂直向流化学蒸着反応室 発明の背景 発明の技術分野 この発明は化学蒸着（ＣＶＤ　）反応システム、特に垂直反応ガス流を用い、一 様な物理的、電気的特性を有する半導体、絶縁体及び金属層を生成させる向流反 応室に関するものである。

従来技術 ＣＶＤ反応システムは、半導体基板上に、半導体、絶縁体及び金属のホモエピタ キシャル、ヘテロエピタキシャル及び多結晶質の層（以後エピタキシャル及び絶 縁層という）を蒸着させるのに用いられる。層は、キャリヤガス、代表的には水 素によシ基板の近くに運ばれた混合反応ガスが熱分解して蒸着される。基板は、 反応混合ガスが熱分解を生ずるに必要な温度以上になっている。こうして、例え ばシリコン基板の上に、シランの熱分解によってシリコンのエピタキシャル層が 生成される。ガリウム砒素基板の上ニ、トリメチルガリウムと砒素の熱分解によ ってガリウム砒素のエピタキシャル層が生成される。絶縁層、例えば酸化物と窒 化物の混合物が、酸素及び窒素雰囲気の中で適当な反応混合ガスの熱分解によっ て生成される。エピタキシャル層のドーピングは、反応混合ガス中に、付加混合 反応ガスを含ませることによって行われる。付加混合物が分解して、各種のドー ピングスピーシがエピタキシャル層の表面に蒸着して、その中に入り込む。

ＣＶＤ反応システムの設計に際し、強調すべき点は物理的に均一で高い電気的性 質をもりた層を生成させることである。この点は、特にエピタキシャル半導体層 の生成で必要である。何故なら、広い基板表面に均一な薄い層を生成させること が、続（ＬＳＩ及びＶＬＳＩ集積回路製造のために必要である。順次生成される 複数のエピタキシャル層で、特有のキャリヤ濃度及びドーノ母ント濃度プロフィ ルが均一であるエピタキシャル層を得ることが重要である。更にエピタキシャル 及び絶縁層の両者の生成で、所望の最適な電気的特性を得るために、汚染物質が 極めて少ないことが重要である。

ＣＶＤ反応システムで、工２タキシャル層中の予期しないキャリヤ濃度及びドー ピング密度グロフィルの〜　変動並びにエピタキシャル及び絶縁層の両者へ汚染 物質が入ることの原因となる２つの関連する現象が知られている。第１の現象は 、通常オートドーピングと呼ばれている。この現象は、典型的には例えば不純物 の少ないシリコン又は高い比抵抗のガリウム砒素などの、準真正半導体エピタキ シャル層の生成過程でおこる。

特徴的には、生成し几エピタキシャル層が無視できない不純物濃度を有すること である。不純物はドーパントとして作用し、所望のエピタキシャル層の再現性の ある生成を妨げる。これら不純物は、反応ｆス中に存在する汚染物質及び反応シ ステム中に存在する構造物の露出面から生ずるものと考えられている。これら汚 染物質は、ＣｖＤにより生成されるエピタキシャル及び絶縁層の両者に、当然に 欠点及び予期し得ない電気的性質の変動を生じさせる。

第２の現象は、通常メモリ効果と呼ばれている。

この現象は主として、半導体エピタキシャル層の生成中におきる。オートドーピ ング現象と異なり、不純物がメモリ効果現象を起させることが知られ、よく認識 されている。メモリ効果不純物は、要するに、生成されたエピタキシャル層及び 半導体それ自身をドーグするために計画的に用いられるドーパントである。特に 、前のＣＶＤ生成中に用いられたドー／？ント搬送混合物の残シが、ＣＶＤ反応 システム中で遅らされ又は１時的に止められ、そして続くエピタキシャル層の生 成中に表、面に達する。ドーノｆント搬送混合物の遅れ又は１時的滞留は、反応 システム中の“デアトスペース”の存在によるものと思われる。ガス状のビー／ ４’ント混合物が弱くなり、基板に向う反応ガスの主流中に徐々に拡散する。

同様な遅れは、ガス状のドーパント混合物の一部が反応システムの内表面に凝結 した場合にも生ずる。

ドーパント搬送混合物が、その後蒸発して主反応ガス流に再び入る。

メモリ効実現象を起させる他の不純物は、エピタキシャル生成の間に、ドーｉ４ ントが反応室の内表面に不適当に堆積して、意図したエピタキシャル層の生成面 にいかないことにより生ずる。続く、エピタキシャル層の生成中に、加熱面上に 不適当に堆積したドー・母ントの一部が蒸発して、生成中のエピタキシャル層中 に入り込む。予期できない蒸発率によって、当然にキャリヤ濃度及びドーピング プロフィルが予期できない影響を受ける。

メモリ効実現象を起させる最後の不純物は、前に生成されたエピタキシャル層及 び基板である。何故なら、続くエピタキシ２Ｙル層の生成中に、基板が、既に存 在するエピタキシャル層と共に直接加熱されて、無視シ得ない量のドー・やント がこれらの層から拡散して、生成中のエピタキシャル層中に入り込む。

が、それぞれの場合の結果は同じである。ドーパントとして作用する不純物は、 部分的に補償、減少するが又は直接的、累積的に生成されるエピタキシャル層の キャリヤ濃度を増加させる。更に、下側のエピタキシャル層への接合部及び生成 中のエピタキシャル層中の、ドーパント濃度グロフィルは、生成中のエピタキシ ャル層表面に到達する不純ドーパントの量及び割合が予測できないので、これも 予測できない。従って、不連続の又は制御可能なホモ及びペテロ接合部並びに単 純で均一なドーゾドエビタキシャル層を正確に生成することが制限される。

厚さ及び組成の両者で、物理的な均一が得られないことが、ＣｖＤでのエピタキ シャル層生成における、他の良く知られた問題である。層厚の不均一は、生成エ ピタキシャル層の全面に、生成エピタキシャル層の各種の成分が均一に堆積しな いことによシ生ずる。同様に生成エピタキシャル層の組成の不均一は、所望の化 学量論的組成を得るための、エピタキシャル物質の各成分が適当な割合で堆積し ないことによって生ずる。

物理的な不均一性の問題を効果的［Ｍ決する各種の反応器の設計がなされている 。これらの設計は、主として反応室の全長さに渡って存在する反応ガスの分解に よる減少に起因する問題として扱っている（米国特許第４．２７９，９４７及び 第３．９２２．４６７　）、生成エピタキシャル表面の異なった面積の、反応ガ ス入口からの距離を変えること（米国特許第４，０６２，３１８及び第３，６３ ３，５７３　）、及びガスの分解を起させるに必要な温度勾配に起因して、加熱 基板に接する反応ガス中に生ずる対流（米国特許第３，９１６，８２２　）。

この最後の特許に開示されている装置は、逆向きに取付けられた半導体基板に接 して対流の生じないゾーンを作り出している。入口マニホルドから、拡散放射シ ールドに反応ガスを連続的に送給している。反応ガスは放射シールド全通り、ま た無対流ゾーンを通って、基板表面に極めて接近したところに拡散する。続く分 解、残りの蒸気状の反応生成物は、無対流ゾーン及び放射シールドを通って拡散 し、反応室から下向きに出る。この開示された装置による、通常の直径３８ｍｍ （１，５インチ）の半導体ウェハの表面の厚さ変動は４チである旨報告されてい る。これは従来技術で得られた最小の厚さ変動であることは明らかであるが、し かしこれはＣＶＤによるエピタキシャル層を用いてＬＳＩ及びＶＬＳＩ集積回路 を製造する際に許容される厚さ変動のほぼ２倍である。この開示された装置によ るエピタキシャル層の成分変動については報告されていない。

従来技術で報告されている最良の成分変動は１５ｃＴＬ２の表面で±１０％であ る。

発明の概要 この発明の目的は、望ましい再現性のある電気的性質を有するＣＶＤによる物理 的に均一なエピタキシャル層を得ることである。

この発明の上記目的は次の構成により得られる。

化学蒸着（ＣＶＤ　）反応システムで、ＣＶＤ反応室はガス入口及び出口を有す る垂直反応管で、ペデスタルがこの反応管の中に取付けられ、この被デスタルは 基板をその表面を下向きに露出させて保持する手段を備え、またガス混合物を上 記反応管に導入する手段を有し、ガス混合物は反応管に入口から導入され、つい で出口から排出され、ガス入口と出口は、基板に対し、それぞれ下側及び上側に 設けられている。ガス混合物は、基板の露出面に近接して向けられるときに、均 一なプラグ流を保つようになっている。

この発明の効果は、次のような物理的に均一なエピタキシャル層が生成できるよ うにしたことである。

即ち、少なくとも市販されているサイズの基板面積の表面で、厚さ変動（４％未 満）及び成分変動（１０％他の効果は正確に分類され、再現性を有するドーパン トプロフィルを有するエピタキシャル層が生成できるようにしたこと、また続い てエピタキシャル層を生成する際不連続な又は正確に分類された接合部を得られ るようにしたことである。

更に他の効果はメモリ効実現象を生じさせるような無視できないオートドーピン グ又は遅れドーピングレベルのないエピタキシャル層を生成できるようしたこと である。

なお別の効果は別々の複数の基板上に、同時にエピタキシャル層の生成ができる ようにしたことである。

図面の簡単な説明 この発明の上記効果は以下に述べる詳細な説明を添付する図面と関連させて読む ことによシ明確に且つ容易に理解できるであろう。図面では同じ部分には同じ符 号を付しである。

第１図は、この発明の反応室の一実施例の縦断面図 第２図は、第１図に示す反応室の１部の詳細縦断面図 第３図は、この発明の反応れの実施例の−Ｓを切欠いた部分縦断面図 第４図は、第３図に示す反応室の一部の詳細縦断面図 第５図は多管反応室の縦断面図 第６図は、第５図に示す多管反応室の横断面図である。

発明の詳細な説明 第１図に通常のＣＶＤ反応システムに好適な、本発明による反応室１０が示され ている。反応器ＩＯは、ガラス製反応管１２とガラス製反応管キャップＩ６で構 成されている。ガスケット１８が反応管１２とキャップ１６との間に設けられ、 管とキャップ間の気密シールがなされるようになっている・ 反応管Ｉ２の長手部は、好ましくは断面円形の、円筒部を図み、それは反応管内 面３４で画されている。

反応室のこの部の長さは少なくとも直径の２倍で、好ましくは３倍乃至１０倍と なっている。反応管１２は垂直に設けられ、キャップ１６が反応室１０の残りの 部の上に位置している。反応管１２の最下部は、内面３２により円筒煙突状をな し、反応管Ｉ２の下端部はガス人口２２となっている。反応器１０の煙突状部の テーパは反応管Ｚ２の垂直中心線から５０度以下とされ、好ましくは２０度と３ ０度との間である。

支持リップ３６が、円筒状の反応管内面３４から内向きに突設され、ペデスタル ４０、サスセプタ４６及び基板５０のセラ）ｋ支持する。ペデスタル４０は円筒 のカップ状をなし、その壁の上端部は外向きに延出するフランジ４２となってい る０ペデスタル４０の下端部で壁は内向きに直角に延び、開［１５６を有するペ デスタルのベースを形成している。複数の孔４４がペデスタル４０の壁に対称に あけられて、孔４４の上端部は、好ましくはフランジ４２の下面と同じレベルに あるようになっている。ペデスタル４０は、外向きフランジ４２をリツｆ３６の 上面に載せて、反応管Ｉ２中に設けられている。支持リップ３６とフランジ４２ との間にスペーサ３８を設けてもよい。こうしてペデスタル４０の円筒軸は・反 応管１２の中心線と一致する。またペデスタル４０の下端部は、反応管１２の垂 直中心線に直交する面に保たれる。ペデスタル４ｏのペース部に設けられた開口 ５６も、反応管１２の中心線に対し対称に設けられている。

最適には、ペデスタル４０は、周期的に長時間大気圧及び減圧下で高温にさらさ れたときにも、汚染物質を反応室内に放出しない材料で構成すべきである。

または、材料は放出される汚染物質の種類が、生成されるエピタキシャル及び絶 縁層の特定の半導体に対し電気的に不活性のものでなければならない。ペデスタ ル４０の材料は、またサスセプタ４６を支持する充分な強度を有し且つ適当な形 に成型するための機械加工性のよいものでなければならない。かくして、ガリウ ム砒素及びその混合物並びに合金半導体材料に対しての、好ましいペデスタル４ ０の材料は熱分解性窒化ホウ素（ＰＢＮ　）である。ＰＢＮは本質的に汚染物質 を含まず、更にボロン及び窒素はガリウム砒素に対し電気的に不活性である。従 って、　ＰＢＮ製ペデスタルはｍ〜Ｖ族化合物のすべて及び他の複合半導体エピ タキシャル層の生成に用いられる。ペデスタル４０の他の適当な材料は、シリコ ン及び酸化ケイ素の生成用としては酸化ケイ素を含むものであり、またテルル化 カドミウム化合物の生成用にはタングステン又は酸化モリブデンである。

ペデスタル４００ペース部表面には、基板５０を受け入れる開口５６と同心の凹 部が形成されている。

こうして、基板５０は反応管１２の中心線に対し直角に、且つ同心に位置決めさ れる。サスセプタ４６は、好ましくはグラファイトの円柱状ブロックで、シリコ ンカーバイトのシール膜で覆われて、基板５０の上にのせられている。サスセプ タ４６の接触面５２には凹部が設けられ、基板５０がペデスタル４０とサスセプ タ４６のインクロックとして作用している。これにより基板５０が心合せされて 保持されるようになっている。

反応管１２の外側には、入口Ｉ３及び出口１５を有する水冷ジャケット１４が設 けられ、反応管の内面３２．３４の温度制御ができるようになっている。またサ スセプタ４６ＶＣ対応した位置に通常の高周波コイル７０が設けられ、サスセプ タ４６及び基板５０ｆ誘導加熱するようになっている。高周波コイル７０及びサ スセプタ４６の代りに、基板５０の加熱用に通常の放射ヒータを用いてもよい。

サスセック４６に対し、放射加熱ニレメン）ｋペデスタル４０の空胴内で、基板 ５０に近接して設けることが望ましい。いずれの場合も、基板５０の温度測定が できるように、熱電対（図示せず）をキャップ６０の配線リード孔３０全通して ペデスタル４０の空胴内に挿入することが望ましい。孔３０Ｘｉｉｌ−通る配線 の数、性質に関係なく、孔３０は気密にすることが望ましい。

運転方法、反応ガスの混合物が入口２２を通り反応室２０に矢印２４で示される ように入る。導入ガス流は本来成る程度乱流である。こうして各種の成分は混合 ガス中に均等に分散される。煙突状の内面３２Ｖこより定められている反応管１ ２に入ると、この発明により、ガス伝播は順次プラグ流に移行する。ここでプラ グ流とは、圧縮性ガスがガス相の原子及び分子間の平均衝突距離がガス流の最小 断面直径より小さいような＠度であるときに生ずる層流として定義される。望ま しい結果は、ガス流中のガス相の原子及び分子の短期間の速度ベクトルが均一に なることである。反応ガスをプラグ流に移行させるために、内面３２の反応器中 心線からの角度は当然充分小さくしなければならない。このために内面３２のよ うな円錐面を用いる場合の最大角度は５０°である。

この発明のプラグ流の応用について、反応器１０の詳細断面である第２図を参照 して説明する。反応管Ｉ２中を垂直に上昇する反応ガスのプラグ流が、矢印６２ で示されている。ガスはほぼ均一な速度ベクトルを有しているので、プラグ流ガ スの一様の前面８０がプラグ流の均一の運動を示している。前面８０の一様でな い部分８２が、境界層の存在によって、内面３４に極めて接近した所で生ずる。

例えば反応ガス混合物のような、粘性流体では固有の剪断応力によって、ガス流 の速度ベクトルは内面３４の近くで減少して、境界層を生じさせる。従って、境 界層中の境界領域８２は一様でなくなり、成る程度乱流となる。しかし、この一 様でない部分は、以下に説明するように、重要ではない。

この発明では、異なったガス相成分を有するガス混合物が、ガス相成分を特別に 混合することなく、反応器１０に導入される。続いて導入されるガス混合物との 間で、前面８０で示すガス混合物の境界領域が効果的に形成される。理想的には 、２つのガス混合物の混合ハ、ランダムな拡散によってのみなされる。両ガス混 合物中のガスの一様な速度ベクトルは、乱流混合を生じさせない。無視できない 混合は、反応管の内面３４上の境界層によってのみ生ずる。しかしこの混合はわ ずかであり、この発明の他の実施例についで以下で述べるように、無視できるも のに減少する。

再び第１図を参照して、矢印６２で示される反応ガスのプラグ流は、基板５０の 露出面に直交して同けられる。基板５０は、サスセプタ４６と熱的に接触し、サ スセプタ４６が高周波コイル７０によって誘導加熱されることにより、加熱され る。こうして基板５０は反Ｆ′ｌ〃ス混合物を熱分解する温度以上に保たれる。

反応ガス混合物が基板５０に近づくと、各種成分が熱分４ 解して、所望のフラクションがまず基板５ｏの生長面に蒸着される。反応ガス混 合物のプラグ流及びその中の各種成分の一様な分布とによって、反応ガス混合物 の一様な分圧が生じ、基板５０の全成長面の下で熱分解がおこる。こうして、厚 さ及び成分の両者で、一様な蒸着生成面が得られる。反応ガス混合物の残りのフ ラクションで揮発性のものは、基板５ｏの近くで矢印６４で示すように半径方向 に出る。これらのフラクションは、代表的には水素及び単純な炭化水素であり、 これらが反応ガスのプラグ流を横切っても大した影響を及ぼさない。何故ならば これらの分子量は極めて小さく、基板の露出生成面の中心から、温度勾配によっ て一様にでて行くからである。これらの加熱フラクションは、反応ガス混合物中 の未反応部及びキャリヤガス°と共に、ペデスタル４０と反応管内壁３４との間 を矢印６６で示すように上昇しペデスタルの孔４４を通り、キャップＩ６により 画されている反応器Ｉθの上方室に入る。ここから、ガスは出口２６を通９矢印 ２８で示すように排出される。反応ガス混合物の未反応部には、それがペデスタ ルペースを通るときに、境界層中にある部が含まれる。かくて、プラグ流の最も 乱流となっている部が、蒸着層の均一な生成に対し、有意な影響を及ばずことは ない。

ここで、反応管Ｚ２の円筒部の長さは、反応室１゜に入る乱流状態で入る反応ガ スから、基板５２において反応ガスのプラグ流を生成させるために、充分な長さ を有するものでなければならないことに注意する必要がある。円筒部の長さが短 く、基板５２全反応管１２の煙突状部に近く配置したときは、反応ガスがプラグ 流に移行することが妨げられる。従って、反応管１２の円筒部の好ましい最小長 さは、反応管Ｚ２の円筒部の内径の約２倍である。

この発明の反応室１０の設計により、オートドーピング及び遅れドーピングを効 果的に除外する。反応管１２内面のスムースな輪郭及びペデスタル４０の支持フ ランジ４２の直下に対称にガス出口孔４４全配設したことにより、ドーパントの 遅れの原因となるデッＰス滅−スができないようにした。才だ反νＬ、クー、１ ２の内面から蒸発するドー・ヤントけ境界層中に残り、基板の生長面に達するこ とはない。ペデスタル４０の壁カら蒸発するドー・やントは、基板の近くから上 方に逃げる。かくて遅れドーパントの原因となるものは、実質的にすべて除かれ る。

オートドーピングを生じさせる各種の汚染物質源も同様に排除される。反応管の 内面３２．３４から蒸発する汚染物質は、境界層によって、基板５０に達するこ とが妨げられる。ペデスタル４０の空胴内のグラフプイトサスセゾク４６及び基 板５０の裏面の炭化硅素被覆からの汚染物質は、基板５０がペデスタル４゜に密 に係合されているので、基板の生長面に達することはない。更に、他の汚染物質 も生長面に達することなく孔４４を通り出口２６から排出されるガスと共に上方 に追い出される。ペデスタル４ｏ自体に起因する汚染物質については、ペデスタ ルの材質を選択することによって、生長面の汚染を防止する。かくして、この発 明の反応室１０内で生成される層は、オートドーパントから無縁になる。

前述の生長面に近接する反応ガスのプラグ流と組合されて、極めて均一な成分を 有する生長面が生成される。異物ドーパント及び好ましくない汚染物質を排除す ることにより、生成面の成分は、反応ガス混合物中の各種成分量によって正確に 割病１される。こうして正確に仕分けされた生成層及び不連続な生成層が、反応 室ＩＯへ導入される反応ガス混合物の成分を変えることにより得られる。

この発明の他の実施例に適用される反応室ＺＯの断面詳細が第３図に示されてい る。第１図に示した反応室１０と同様にペデスタル４０、基板５０及びサスセプ タ４６のセットが、反応管９０から内向きに突出するりツブ３６に支持されてい る。必要によシペテスタル４０のフランジ４２と支持リップ３６との間にスペー サ３８を設ける。反応管９０は、前述の実施例の反応管Ｉ２と異なり、ペデスタ ル４０の底部の下で、オリフィス９２を形成するように絞られている。オリフィ ス９２の目的は、流体力学で縮流（Ｖｅｎａ　０ｏｎｔｒａｃｔａ）として知ら れている現象を、基板５０の露出面の直前でプラグ流中に起させることである。

この現象は周知である。“計器と制御システム”　（Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　 ａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　）　１９７７年９月号のデー、ビー。

的ガイド（Ａ　Ｐｒａｃｔｉｃａｌ　Ｇｕｉｄｅ　ｔｏ　Ｇａｓ　Ｆｌｏｗ　Ｃ ｏｎｔｒｏｌ）を参照。

この発明における縮流の適用状態が、第４図に示す詳細断面図に例示されている 。この発明の第１実施例と同様に、矢印６２及び前面８０で示される反応ガ′ス の典型的なプラグ流が反応管９０中全垂直に上昇している。オリフィス９０に達 すると、オリフィス９２を通るガス流の中央部は、矢印９６で示すようにガス流 の周縁部より速くなり、前面８０は一様に曲げられる。オリフィス９２を通ると 、ガス流は反応管９θの内表面から離れる。一様でない前面９８がオリフィス９ ２を越えると、その形は連続的に変化し、ガス流が反応管９０の内面に再び接し て、終には典型的なプラグ流となる。しかしオリフィス９２通過後、再び反応管 ９０の内面に接するまでの間、はぼ一様な前面１０２が存在する。この点が縮流 である。縮流前面１０２が８ 反応管９０の内面に接しないので、前面１０２のわずかな境界層部１０４は、管 ９０の内面から離れた境界層の存在によって変形される。

再び、第３図全参照して、オリフィス９２は、基板５θの生長面に対し、内面か ら離れた縮流前面１０２が基板５０の生長面に位置するように、設けることが望 ましい。これにより反応ガス混合物の分圧を、基板５０の露出面、特にその周縁 において均一にする面で顕著な改善がなされる。これに伴い、ＣＶＤによる生成 層の厚さ及び成分の均一化が計られる。縮流を生成面に位置させるために、ペデ スタル４０の７ランノ部４２と支持リッｆｓｅとの間に挿入されるスペーサ３８ の厚さを変えて、オリフィス９２から基板５０の生成面との間隔を調整する。オ リフィス９２と基板５０の成長面との間隔は、反応室１０の個別の構造により異 なる。しかし、この発明による構造の反応室では、厚さの異なるスペーサ３８を 利用して簡単な実験をすることによりて、均一な生成面が得られる適当な間隔を 容易に決めることができる。この実施例の他の構造は、前述の第１実施例と同じ である。

更に他の実施例を第５図に示す。反応室１１０ＶＣは、複数の垂直な反応管１１ ２が並行して設けられている。これら反応管は、第１図に示す反応室ＩＯと同じ である。反応室１１２は、冷却水の入口１１３、出口１１５を備えた共通の水冷 ジャケットＺ１４内に設けられている。共通の反応ガスが入口から矢印１２４で 示す如く導入され、各ガスライン１２２ｆ通って同じ割合で各反応管１１２に送 給される。反応室１１０は１つの反応室ＩＯとは異なり、反応管１１２は共通の キャップ１１６ｆ、有している。このキャップはＩスタット１１８を介して水冷 ジャケットＺ１４の周縁をシールしている。各反応管１１２からのキャリヤガス 、分解反応生成物及び残カの非分解混合物は、反応ガス出０Ｉ２６を通シ反応室 ｚｒｏから排出される。熱電対や放射ヒータをにデスタル１４０の空胴内で基板 ５０の直上に配設するための、リード線用孔１３０　、１３０’がキャップ１１ ６にあけられている。この例では放射ヒータの方が高周波加熱サスセプタより好 ましい。何故なら複数のサスセプタを１つの高周波コイルにより均一に誘導加熱 することは極めて困難である。放射ヒータ及び熱電対は通常の設計のものであり 、第５図には示してない。第６図に反応室１１０の上部の横断面が示されている 。反応室１１０の運転の最適化及び各半導体基板５０に同時に均一に生成層を形 成させるために、反応管１１２は相互に対称に配列しである。

実施例 この発明に従い第１図に示す反応室を作った。反応室の全長は６３．５ｃＩｒＬ で円筒部の内径は８８關である。

反応管の煙突状部の角度は反応室の中心線に対し約２５°である。ＰＢＮペデス タルは外径７２朋、全高８４朋で、反応管の頂部から７５朋下に設けられたりツ ノに支持されている。高周波コイルが直径６２７ｎｍ、全高６２朋のグラファイ トサスセプタに対応して設けられている。

上記反応室を用い、直径５０闘の半導体ウェハの表面に、面積１２．５（ＸｒＬ ２に渡って厚さ３４μｍの再現性あるエピタキシャル層がＭＯＣＶＤによって生 成された。生成溝の厚さの均一性は少なくとも±１％以内であり且つドーノ９ン ト濃度の均一性は少なくとも±２％以内であった。また上記反応室を用い、Ｐ型 ＧａＡｓの厚さ８．５μｍのエピタキシャル層が、キャリヤ濃度が−ｔ　ｘ　１ ｏ　１１ｃｍ−３と低く、且つ抵抗が４０　ｋ　ｏｈｒＨ−ＣＴＬと高いものが 、ＭＯＣＶＤによって生成された。これらの層の常温におけるホール移動度は４ ５０　ｍ２／ｖｏｌｔ４と高かった。

かくて、垂直向流化学蒸着反応室は、厚さ及び成分の両者で物理的に均一で、高 い電気的性質を有する層を、半導体基板の露出面に蒸着させることができること が明らかになった。上述の実施例を考慮して、この発明の多くの変形が可能であ る。これらの変形には、反応管中で反応ガスにプラグ流を生じさせること、反応 室全大気圧以下で運転すること及び反応室壁の温度を運転温度に保つための冷却 装置等の装置の改変が含まれる。従って、添付する請求の範囲内でこの発明は上 述で特定した以外の方法で実施することができる・国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．　反応室（Ｉθ）、フラクションとしての蒸着成分を有する反応混合ガス源 （２４）、この反応混合ガスを上記反応室に導入する手段及び上記蒸着成分を受 けるに適した主表面を有する基板（５０）とからなる化学蒸着（ＣＶＤ　）　反 応システムにおいて、上記反応室（１０）が、 リ　ペデスタル（４’）　； ｂ）　上記基板の主表面を露出させて下向きに上記ペデスタル（４６，ｓ４．ｓ ｔ；）に取付ける手段：Ｃ）　上記基板（５０）を、上記混合物がその露出面に 極めて接近したときに、分解を起すのに充分な温度に加熱する手段（４６，７θ ）； ｄ）　上記反応室（１０）に導入された混合物が、上記基板（５０）の露出面に 接近するように対向され、これにより」二記分解成分が基板（５０）の露出面に 向けられるように上記混合物に垂直上向きプラグ流を生じさせる手段（３２，３ ４）： ｅ）　上記基板（５０）の上方に設けられた反応混合ガスの残り及び分解反応生 成物の残りを排出する手段（４４）； とから構成されていることを特徴とする。 ２、ａ）　ペデスタルは開口Ｃ３０）’を有する下向きペース部を有している ｂ）　取付手段は、上記ペデスタル（４０）のペース部に基板（５０）を受け止 める四部Ｃ５４）　ｋ含み、基板が上記開口上に支持されると共にペデスタルの ペース部にシールされ、主表面が開口を介して露出されている請求の範囲第１　 項に記載の反応室。 ３、プラグ流生成手段は、上部及び下部管部を有する反応管を含み、上記上部管 部の内面（３４）は円筒部を画し、上部管部の円筒軸は垂直で、下部管部の内面 （３２）は煙突状をなし上部管部に続いて設けられ二上記導入手段は混合物を上 記下部管部の煙突状部の頂点から導入し、これにより混合物は下部管部を垂直に 上昇する間にプラグ流に移行し、上部管部を垂直に上昇するときにプラグ流を保 つようになっている請求の範囲第１　項又は第２　項に記載の反応室。 ４、上部管部の円筒部長さは、上部管部の内径の２倍以上になっている請求の範 囲第　３　項に記載の反応室。 ５、上部管部の円筒部長さは、その横断直径の３倍乃至１０倍となっている請求 の範囲第９　項に記載の反応室。 ６、下部管部の内面（３２）は、反応室の垂直中心線から計って５０度以下の角 度でテーパしている請求の範囲第３　項に記載の反応室。 ７、排出手段は、ペデスタル上部の外向きフランジＣ４２）ｋ含み、これが上部 管部の下側部を上側部からシールし、且つペデスタル上部には上部管部の上側部 と下側部を連通する複数の孔（４４）ｆ有している請求の範囲第３　項に記載の 反応室。