JPS6098617A - 気相物質の熱分解堆積方法 - Google Patents
気相物質の熱分解堆積方法Info
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- JPS6098617A JPS6098617A JP58204905A JP20490583A JPS6098617A JP S6098617 A JPS6098617 A JP S6098617A JP 58204905 A JP58204905 A JP 58204905A JP 20490583 A JP20490583 A JP 20490583A JP S6098617 A JPS6098617 A JP S6098617A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は気相物質の熱分解堆積方法、ＸＩＩＯＶＤ（Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
法による基板表面への結晶膜の形成方法に関〒るもので
ある。
ｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
法による基板表面への結晶膜の形成方法に関〒るもので
ある。
従来から知られているＯＶＤ法による基板表面への結晶
膜の生成方法として、■基板自体の表面温度を気相物質
（以下気体と称す）の分解温度以上の高温にすることに
より熱分解して、反応生成物の固体を基板表面に堆積さ
せる方法、■気体の分子を高周波エネルギにより励起し
て分解反応を発生させ、その近くに表面が位置する加熱
された基板の表面に堆積させる方法、■エネルギの高い
紫外光線により気体を照射して分解反応を発生させ、反
応生成物の固体を基板表面に堆積させる方法などがあり
、各方法において基板の表面温度を変えることにより、
エビタキ／アげ成長層がら多へ 結晶層、更にはアモルフマス状成長層まで目的とする結
晶層を基板表面に形成できる。
膜の生成方法として、■基板自体の表面温度を気相物質
（以下気体と称す）の分解温度以上の高温にすることに
より熱分解して、反応生成物の固体を基板表面に堆積さ
せる方法、■気体の分子を高周波エネルギにより励起し
て分解反応を発生させ、その近くに表面が位置する加熱
された基板の表面に堆積させる方法、■エネルギの高い
紫外光線により気体を照射して分解反応を発生させ、反
応生成物の固体を基板表面に堆積させる方法などがあり
、各方法において基板の表面温度を変えることにより、
エビタキ／アげ成長層がら多へ 結晶層、更にはアモルフマス状成長層まで目的とする結
晶層を基板表面に形成できる。
しかしこれらの各方法には共通する難点として基板表面
の温度が低下すると基板表面への反応生成物の堆積速度
が遅くなることが挙げられるほか、■の方法のように分
解反応の発生エネルギを基板の表面温度に依存するもの
では、耐熱性の低い基板には適用できず、目的とする膜
を生成できない。
の温度が低下すると基板表面への反応生成物の堆積速度
が遅くなることが挙げられるほか、■の方法のように分
解反応の発生エネルギを基板の表面温度に依存するもの
では、耐熱性の低い基板には適用できず、目的とする膜
を生成できない。
また■■の方法のように高周波や光線エネルギに熱分解
反応が依存するものでは、低い基板の表面温度でも反応
生成物を堆積できるが、堆積速度が■の方法に比べて遅
く、しかも基板の表面温度が成る程度以下になると分解
反応を発生しないなどの欠点がある。
反応が依存するものでは、低い基板の表面温度でも反応
生成物を堆積できるが、堆積速度が■の方法に比べて遅
く、しかも基板の表面温度が成る程度以下になると分解
反応を発生しないなどの欠点がある。
珂・１図は気体としてＳｉＨ４ガスを用いたときのＳｉ
単結晶基板の表面温度と堆積速度の関係の一例を示す図
であって、基板表面温度が約１０００°Ｃ以下の温度で
は、基板温度に強く依存して／リコンの堆積速度が変化
する所謂反応律速となり、約１０００′Ａ／」二では基
板温度にかかわりなく、基板表向に到達するガス分子の
数にシリコンの堆積速度が依存する拡散律速の反応とな
る。例えば■の方法では第１図中の曲線へのように、基
板の表面温度が約１０５０℃では、数１ｏｏｏｏ；７分
の割れが多結晶Ｓｉ層が得られる約７００℃の温度では
、曲線Ｂのように堆積速度は約１０００′Ａ／分となり
、温度の低下に伴い指数関数的に減少する。
単結晶基板の表面温度と堆積速度の関係の一例を示す図
であって、基板表面温度が約１０００°Ｃ以下の温度で
は、基板温度に強く依存して／リコンの堆積速度が変化
する所謂反応律速となり、約１０００′Ａ／」二では基
板温度にかかわりなく、基板表向に到達するガス分子の
数にシリコンの堆積速度が依存する拡散律速の反応とな
る。例えば■の方法では第１図中の曲線へのように、基
板の表面温度が約１０５０℃では、数１ｏｏｏｏ；７分
の割れが多結晶Ｓｉ層が得られる約７００℃の温度では
、曲線Ｂのように堆積速度は約１０００′Ａ／分となり
、温度の低下に伴い指数関数的に減少する。
しかも約５００℃以下の基板温度ではＳｉＨ４ガスは分
解反応を起さないのでアモルファス層の堆積はできない
。捷だ高周波グロー放電による■の方法では、第１図中
の曲線Ｃのように基板表面の温度を５００ ”Ｃ以下と
しＣもアモルファス層を成長できるが、堆積速度はせい
ぜい数＋ｏｏｏＸＺ分であって著しく低下する欠点があ
る。
解反応を起さないのでアモルファス層の堆積はできない
。捷だ高周波グロー放電による■の方法では、第１図中
の曲線Ｃのように基板表面の温度を５００ ”Ｃ以下と
しＣもアモルファス層を成長できるが、堆積速度はせい
ぜい数＋ｏｏｏＸＺ分であって著しく低下する欠点があ
る。
本発明は基板表面温度を変えても、従来方法にアス状成
長層捷で得られる、反応条件に極めて広い自由度を許す
制御性のよいＣＶＤ法を提供し、短時間かつ低価格でＣ
ＶＤ膜を形成できるようにしたものである。次に図面を
用い本発明の詳細な説明する。
長層捷で得られる、反応条件に極めて広い自由度を許す
制御性のよいＣＶＤ法を提供し、短時間かつ低価格でＣ
ＶＤ膜を形成できるようにしたものである。次に図面を
用い本発明の詳細な説明する。
本発明の特徴とするところは次の点にある。即ち第２図
に示す原理図のように、ＣＶＤ法に」：り主たる固相物
質即ち固体を生成するに必沙な気体Ａと、添加元素を供
給するに必要な気体Ｃとを、基板（１）が置かれた反応
室（２）内に供給すると同時に、更にこれら気体に同時
に熱分解反応を生じさせるに必要なエネルギを供給する
、予め所定の熱的条件の下に加熱された熱媒体気体Ｂを
供給する。そして気体Ａの固体反応生成物と、添加元素
の生成と主たる固体物質中への取込みを行わせることに
より基板（１）の表面への堆積を行わせ、これによって
表面に成長する結晶の性質を、基板（１）の表面温度に
よって決定するようにしたことを特徴とするものである
。
に示す原理図のように、ＣＶＤ法に」：り主たる固相物
質即ち固体を生成するに必沙な気体Ａと、添加元素を供
給するに必要な気体Ｃとを、基板（１）が置かれた反応
室（２）内に供給すると同時に、更にこれら気体に同時
に熱分解反応を生じさせるに必要なエネルギを供給する
、予め所定の熱的条件の下に加熱された熱媒体気体Ｂを
供給する。そして気体Ａの固体反応生成物と、添加元素
の生成と主たる固体物質中への取込みを行わせることに
より基板（１）の表面への堆積を行わせ、これによって
表面に成長する結晶の性質を、基板（１）の表面温度に
よって決定するようにしたことを特徴とするものである
。
このように気相熱分解反応と基板表面温度反応とを併用
する方法によれば、前記した従来方法のように堆積速度
と得られる結晶の性質との間の相関を断ち切ることがで
きる。従って堆積速度を基板の表面温度に拘束されるこ
となく、気体Ｂの熱的反応条件のみによって決定でき、
広い自由度の下に堆積速度を決定しながら、これとは独
立に基板の表面黒度を自由に決定して、エピタキノヤｍ
Δ 結晶層から多結晶成長層、更にはアモルファス結晶層ま
で、所望の結晶層を得ることができる。
する方法によれば、前記した従来方法のように堆積速度
と得られる結晶の性質との間の相関を断ち切ることがで
きる。従って堆積速度を基板の表面温度に拘束されるこ
となく、気体Ｂの熱的反応条件のみによって決定でき、
広い自由度の下に堆積速度を決定しながら、これとは独
立に基板の表面黒度を自由に決定して、エピタキノヤｍ
Δ 結晶層から多結晶成長層、更にはアモルファス結晶層ま
で、所望の結晶層を得ることができる。
その結果アモルファス結晶の堆積のように基板の表面温
度が低く、従来の方法では著しいｊｌＩ積速度の低下を
まぬがれ得ない場合、或い（：Ｉ、堆Ｊｌｔが不可能と
なる場合にも、気体Ｂによる熱的反応条件の適当な選定
により、エピタルンヤル成長速度ト同等の高速堆積が可
能となるので、安価にＣ１ＶＤ膜を形成できる。また熱
分解反応温度と基板表面温度を独立に制御することがで
きるので、制御性もよ＜ ＣＶＤ膜の形成が容易である
。
度が低く、従来の方法では著しいｊｌＩ積速度の低下を
まぬがれ得ない場合、或い（：Ｉ、堆Ｊｌｔが不可能と
なる場合にも、気体Ｂによる熱的反応条件の適当な選定
により、エピタルンヤル成長速度ト同等の高速堆積が可
能となるので、安価にＣ１ＶＤ膜を形成できる。また熱
分解反応温度と基板表面温度を独立に制御することがで
きるので、制御性もよ＜ ＣＶＤ膜の形成が容易である
。
次に本発明を実施例によって説明１−る。膜の形成に当
っては第３図に縦断面図を示す反応装置が用いられた。
っては第３図に縦断面図を示す反応装置が用いられた。
図において（りは基板、（３）は真空槽、（４）はその
排気口、（２）は真空槽（３）を小さく区切って形成さ
れた反応室、（５１、（６＋ 、 （７１は気体Ａ、Ｂ
、Ｃの供給配管で、真空槽（５）と反応室（２）の壁を
気密に貫通して、それぞれの吹出口（５α）Ｃ６（１，
Ｘ ７（Ｌ）が反応室（２）内に開口するように設けら
れると同時に、例えば吹出口を０．２ｍｍ×１０ｍ１ｌ
ｌのスリット状に絞りこむ。そして反応室（２）内に吹
出された気体Ａ、Ｂ。
排気口、（２）は真空槽（３）を小さく区切って形成さ
れた反応室、（５１、（６＋ 、 （７１は気体Ａ、Ｂ
、Ｃの供給配管で、真空槽（５）と反応室（２）の壁を
気密に貫通して、それぞれの吹出口（５α）Ｃ６（１，
Ｘ ７（Ｌ）が反応室（２）内に開口するように設けら
れると同時に、例えば吹出口を０．２ｍｍ×１０ｍ１ｌ
ｌのスリット状に絞りこむ。そして反応室（２）内に吹
出された気体Ａ、Ｂ。
Ｃが充分混合されたのち、基板表面上の適当な高さ例え
ば２（ｍの位置において整流状態となって基板表面に作
用するように考慮されている。（５ｂ）（６ｂ）（７ｂ
）はそれぞれ気体Ａ、Ｂ、Ｃの予備加熱炉であって、供
給配管（５）（６）（７１の周囲を成る長さに亘って包
囲するように設けられる。（８）は基板支持兼表面温度
調整板、例えば加熱板または冷却板であって、この上に
おかれた基板（１）の表面温度を、所望の結晶成長層が
得られるように保持する。（９）は反応気体流の調整板
である。
ば２（ｍの位置において整流状態となって基板表面に作
用するように考慮されている。（５ｂ）（６ｂ）（７ｂ
）はそれぞれ気体Ａ、Ｂ、Ｃの予備加熱炉であって、供
給配管（５）（６）（７１の周囲を成る長さに亘って包
囲するように設けられる。（８）は基板支持兼表面温度
調整板、例えば加熱板または冷却板であって、この上に
おかれた基板（１）の表面温度を、所望の結晶成長層が
得られるように保持する。（９）は反応気体流の調整板
である。
実施例では気体ＡとしてＳｉＨ４，気体ＢとしてＮ２゜
気体Ｃとして添加元素耕抄−Ｂ 、、 Ｈ６を３０ Ｐ
ＰＭ含寸ぜたＮ２ を用い、基板としてＳｉ単結晶を用
すた。
気体Ｃとして添加元素耕抄−Ｂ 、、 Ｈ６を３０ Ｐ
ＰＭ含寸ぜたＮ２ を用い、基板としてＳｉ単結晶を用
すた。
そして供給配管（５）から分解温度を約５０〜１００゛
Ｃ下廻る約６００〜４００℃に予備加熱された気体Ａで
あるＳｉＨ４ガスを、１００ＣＣ／分の流量で反応室内
に導入した。また供給配管（６）により気体Ｂであるｌ
ｑ２ ガスを１５００℃に加熱して１０００ ｃ ｃ／
ｒｌの流量で反応室（２）内（（導入し、捷だ反応室（
２）内のガス圧力と配管内ガス圧力との比を約１対２０
割合に排気能力を調整して、反応室（２）内に吹出され
たＮ２ ガスの温度として１０００°ｅが１尋られるよ
うにした。捷だ供給配管（７）により気体Ｃである３
０ ＰＰＭ Ｂ２Ｈ６／Ｎ、、 ’ｇ、５０ｃｃ／分の
流量で２００℃に予備加熱し導入した。この場合反応室
ガス圧力と、供給配管内ガス圧力比を１対６以下゛にど
ると、反応室（２）内に吹き出された５ｊＨ４，Ｎ２ガ
スなどの分子は吹出Ｉコ部伺近で断熱膨張し、−ｒ・備
加熱で得たエネルギーの大部分が運動エネルギとなって
失われて、熱分解反応を起すに充分なエネルギを供給で
きなくなる。従ってガス圧力比を１対３以」二に選ぶの
が望才しく、特に熱分解エネルギを供給する目的で導入
される気体Ｂ、即ちＮ２ガスは断熱膨張によるエネルギ
の損失を考慮して、高温に加熱されて導入される必要が
あり、この実施例では圧力比を約１＝２となるように！
１．空槽（５）内の排気能力が選定された。
Ｃ下廻る約６００〜４００℃に予備加熱された気体Ａで
あるＳｉＨ４ガスを、１００ＣＣ／分の流量で反応室内
に導入した。また供給配管（６）により気体Ｂであるｌ
ｑ２ ガスを１５００℃に加熱して１０００ ｃ ｃ／
ｒｌの流量で反応室（２）内（（導入し、捷だ反応室（
２）内のガス圧力と配管内ガス圧力との比を約１対２０
割合に排気能力を調整して、反応室（２）内に吹出され
たＮ２ ガスの温度として１０００°ｅが１尋られるよ
うにした。捷だ供給配管（７）により気体Ｃである３
０ ＰＰＭ Ｂ２Ｈ６／Ｎ、、 ’ｇ、５０ｃｃ／分の
流量で２００℃に予備加熱し導入した。この場合反応室
ガス圧力と、供給配管内ガス圧力比を１対６以下゛にど
ると、反応室（２）内に吹き出された５ｊＨ４，Ｎ２ガ
スなどの分子は吹出Ｉコ部伺近で断熱膨張し、−ｒ・備
加熱で得たエネルギーの大部分が運動エネルギとなって
失われて、熱分解反応を起すに充分なエネルギを供給で
きなくなる。従ってガス圧力比を１対３以」二に選ぶの
が望才しく、特に熱分解エネルギを供給する目的で導入
される気体Ｂ、即ちＮ２ガスは断熱膨張によるエネルギ
の損失を考慮して、高温に加熱されて導入される必要が
あり、この実施例では圧力比を約１＝２となるように！
１．空槽（５）内の排気能力が選定された。
そして以上の条件により、ＳｊＨ，のガス分トと高エネ
ルギをもつＮ２ ガスの分子との衝突が行われて次の化
学式、即ち ５ｚＨ４−＋ ５（−Ｈ−１−′！Ｉ（Ｈ）に代表され
る熱分解反応を生じるようにしなから浄結晶基板（１）
の表面温度を、所望の結晶成長層が得られるような温度
にそれぞれ保持した場合について実験を行った。その結
果基板の表面温度が約８００°Ｃ以上においては Ｂ１−Ｈ→Ｓｔ＋（Ｈｌ の表面反応が起きて、Ｓも のエピタキシアル結晶層が
堆積し、基板表面温度が約８００〜５００°Ｃ以上のと
き、多結晶層が得られ、更に５００℃以１−′では５ｉ
−Ｈのアモルファス層が高速で堆積した。また気体Ｂ即
ちＮ２ ガスの温度を１３００°Ｃおよび８００”Ｃと
した場合についても実験を行ったところ、第４図に示す
結果を得た。なお、実線曲線は反応室（２）の真空度が
７６０ 、、ｌ−１ｇ 、破線曲線は２５０℃姐ｇの場
合である。第４図の得られた堆積速度と、Ｎ２ ガスの
予イｍＩ加熱温度、基板表面温度の関係図から明らかな
ように、堆積速度は反応温度とガス圧力に強く依存し、
結晶性は基板表面温度に強く依存することが判る。なお
図中Ａはエビクギシャル成長領域、Ｂは多結晶成長領域
、Ｃはアモルファス成長領域である。才だ前記第１図に
示した従来方法による結果と本発明を対比して明らかな
ように、基板表面温度が低下しても、堆積速度はエピタ
キンヤル成長の場合と同等以上が得られることが判る。
ルギをもつＮ２ ガスの分子との衝突が行われて次の化
学式、即ち ５ｚＨ４−＋ ５（−Ｈ−１−′！Ｉ（Ｈ）に代表され
る熱分解反応を生じるようにしなから浄結晶基板（１）
の表面温度を、所望の結晶成長層が得られるような温度
にそれぞれ保持した場合について実験を行った。その結
果基板の表面温度が約８００°Ｃ以上においては Ｂ１−Ｈ→Ｓｔ＋（Ｈｌ の表面反応が起きて、Ｓも のエピタキシアル結晶層が
堆積し、基板表面温度が約８００〜５００°Ｃ以上のと
き、多結晶層が得られ、更に５００℃以１−′では５ｉ
−Ｈのアモルファス層が高速で堆積した。また気体Ｂ即
ちＮ２ ガスの温度を１３００°Ｃおよび８００”Ｃと
した場合についても実験を行ったところ、第４図に示す
結果を得た。なお、実線曲線は反応室（２）の真空度が
７６０ 、、ｌ−１ｇ 、破線曲線は２５０℃姐ｇの場
合である。第４図の得られた堆積速度と、Ｎ２ ガスの
予イｍＩ加熱温度、基板表面温度の関係図から明らかな
ように、堆積速度は反応温度とガス圧力に強く依存し、
結晶性は基板表面温度に強く依存することが判る。なお
図中Ａはエビクギシャル成長領域、Ｂは多結晶成長領域
、Ｃはアモルファス成長領域である。才だ前記第１図に
示した従来方法による結果と本発明を対比して明らかな
ように、基板表面温度が低下しても、堆積速度はエピタ
キンヤル成長の場合と同等以上が得られることが判る。
寸だアモルファス成長の場合ではエピタキンヤル成長の
場合と同等以上の高い速度、例えば気体Ｂの温度を１６
００℃とした場合には、数ｔ０００（ｌＡ１５＋以上の
速度で堆積が行われることが判る。
場合と同等以上の高い速度、例えば気体Ｂの温度を１６
００℃とした場合には、数ｔ０００（ｌＡ１５＋以上の
速度で堆積が行われることが判る。
従って本発明は特に厚膜エピタキンヤル成長、多結晶−
結晶のへテロ接合構造テバイスの製造、更には厚いアモ
ルファス層を必要とする電ｆ感九体用アモルファス層成
長の膜厚を厚くしたい分野などにおいて安価なデ′バイ
スを得ることができ、勿論薄い＋］ａを利用する分野に
おいても、堆積に必要とする時間が短縮できる利点が得
られる。また本発明は半導体テバイスの製造にかかわら
ず、他の産業分野におけるＣＶＤ膜の製造に同様に応用
できる。
結晶のへテロ接合構造テバイスの製造、更には厚いアモ
ルファス層を必要とする電ｆ感九体用アモルファス層成
長の膜厚を厚くしたい分野などにおいて安価なデ′バイ
スを得ることができ、勿論薄い＋］ａを利用する分野に
おいても、堆積に必要とする時間が短縮できる利点が得
られる。また本発明は半導体テバイスの製造にかかわら
ず、他の産業分野におけるＣＶＤ膜の製造に同様に応用
できる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば固体生
成物の堆積速度をよい制御性のもとに速くすることがで
きるすぐれた利点を有するもので、実用」二極めて有用
である。
成物の堆積速度をよい制御性のもとに速くすることがで
きるすぐれた利点を有するもので、実用」二極めて有用
である。
第１図は従来方法における堆積速度と基板表面温度の関
係図、第２図は本発明の原理説明図、第５図は本発明の
一実施装置例を示す断面図、第４図は本発明方法におけ
る堆積速度と基板表面温度などとの関・系図である。 （１）・・・基板、 （２）・・・反応室、 （６）・
・・真空槽、 （４）・・・排気口、 （５）・・・主
たる固体生成物を生ずる気体Ａの供給配管、（５ｃＬ）
・・・吹出口、（５ｂ）・・・予備加熱炉、 （６）・
・・熱分解反応を起させるための熱媒体気体Ｂの供給配
管、 （６α）・・・吹出口、 （６ｂ〕・・・予備加
熱炉、 （７）・・・添加元素供給用気体Ｃの供給配管
、 （７Ｚ）・・・吹出口、 （７ｂ）・・・予備加熱
炉、（８）・基板支持兼表面温度調整板、 （９）・・
・反応気体流の調整板。
係図、第２図は本発明の原理説明図、第５図は本発明の
一実施装置例を示す断面図、第４図は本発明方法におけ
る堆積速度と基板表面温度などとの関・系図である。 （１）・・・基板、 （２）・・・反応室、 （６）・
・・真空槽、 （４）・・・排気口、 （５）・・・主
たる固体生成物を生ずる気体Ａの供給配管、（５ｃＬ）
・・・吹出口、（５ｂ）・・・予備加熱炉、 （６）・
・・熱分解反応を起させるための熱媒体気体Ｂの供給配
管、 （６α）・・・吹出口、 （６ｂ〕・・・予備加
熱炉、 （７）・・・添加元素供給用気体Ｃの供給配管
、 （７Ｚ）・・・吹出口、 （７ｂ）・・・予備加熱
炉、（８）・基板支持兼表面温度調整板、 （９）・・
・反応気体流の調整板。
Claims (1)
- 主たる固相物質生成用の気相物質と、これに熱分解反応
を生じさせる熱媒体気相物質との反応室への導入により
、気相物質からの固相物質の生成が熱媒体気相物質に依
存して行われるようＫすることにより、独立に所望の結
晶膜が得られるように基板表面温度の制御を行えるよう
にして、気相物質からの同相物質の生成過程と生成同相
物質の結晶相の制御過程とを分離して独立に制御できる
ようにしたことを特徴とする気相物質の熱分解堆積方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58204905A JPS6098617A (ja) | 1983-11-02 | 1983-11-02 | 気相物質の熱分解堆積方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58204905A JPS6098617A (ja) | 1983-11-02 | 1983-11-02 | 気相物質の熱分解堆積方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6098617A true JPS6098617A (ja) | 1985-06-01 |
Family
ID=16498325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58204905A Pending JPS6098617A (ja) | 1983-11-02 | 1983-11-02 | 気相物質の熱分解堆積方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6098617A (ja) |
-
1983
- 1983-11-02 JP JP58204905A patent/JPS6098617A/ja active Pending
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