JPS61117826A - 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
り湘エピタキシャル成長装置に関するものである。

従来例の構成とその問題点 半導体工業においては、シ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°Ｃ以上
の適当な温度に加熱しておき、四塩化珪素、またはジク
ロールシラン、またはモノシランと、水素との混合ガス
を供給することによって、シリコン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４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（以下サセプタと呼ぶ）と、サセプタ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ｅ、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、四塩化珪素等の
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６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口ｅに向かって流れ、このときサ
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０ 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
って分解析出に寄与するガス層の厚味の変化も大きく、
膜厚・比抵抗が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げるために、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
勾配を抑えることがまず第一に必要とされ、結果として
、毎分１ｏｏｆＬ以上の大量のガス供給が必要となって
いる。また、ガス供給ノズル６から噴出したガスが石英
管１内部で十分に拡散した後層状に流れるためには、十
分な助走区間が必要となる。この助走区間の長さはノズ
少の噴出速度に比例して長くなるため、従来の装置では
ガス供給ノズル６とサセプタ３との間の距離を十二分に
取る必要があり、装置の小型化に支障を来している。さ
らに、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、未反応のまま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。

発明の目的 本発明は、上記従来の欠点を解消するもので、簡単な構
成で、装置の小型化を可能にし、反応ガスの反応効率を
上げ、全体のガス消費量を低減し、さらに反応室壁面へ
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、シリコン基板を載置するサセ
プタと、一端にあって反応ガスを含む混合ガスを供給す
る混合ガス供給口と、他端にあって反応ガスおよびキャ
リヤガスを排気する排気口と、混合ガス雰囲気を形成す
るための反応室壁面部材とから構成され、内部にサセプ
タが設置される反応室と、少くとも１個のキャリヤガス
供給口と、キャリヤガス雰囲気を形成するだめのキャリ
ヤガス室壁面Ｓ５＃とから構成され、前記反応室の混合
ガス供給口側に位置するキャリヤガス室と、適当数のキ
ャリヤガス噴出口を有し、反応室とキャリヤガス室とを
区分する中間壁と、基板およびサセプタを加熱する手段
とからなり、キャリヤガス供給口からキャリヤガス室内
部に供給されたキャリヤガスが、中間壁のキャリヤガス
噴出口を通して反応室内部に供給されるように構成され
ており、キャリヤガス室で一度蓄えられて十分に拡がっ
たキャリヤガスが、キャリヤガス噴出口から反応室内部
に均等に流れ込んで、反応室全体に反応ガスを含まない
層状の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付けるようにする
ことで、助走区間の短縮による装置の小型化１反応ガス
の反応効率の向上、全体のガス消費量の低減、さらに反
応室壁面への不要な堆積物発生の防止ができるものであ
る。

実施例の説明 以下に本発明の実施例を第１図〜第３図に基ついて説明
する。第１図は、本発明の一実施例における気相成長装
置の具体構成を示す断面図である。

第１図において、８はキャリヤガス供給口で、９はキャ
リヤガス供給装置（図示せず）から伸びたキャリヤガス
供給管である。１０［キャリャガス室で、１１はキャリ
ヤガス室１１を外気から遮断すするステンレス等の耐熱
耐食性金属エリ成るキャリリヤガス室壁面部材である０
１２はキャリヤガス噴出口で、キャリヤガス供給管９か
ら供給されたキャリヤガスは矢印Ａの方向に、キャリヤ
ガス供給口８を通ってキャリヤガス室１ｏ内部に入り、
その後キャリヤガス噴出口１２を通って、キャリヤガス
室１ｏの外に噴出する。１３はシリコン基板で、１４は
シリコン基板１３を載置するサセプタであり、１５はシ
リコン基板１３およびサセプタ１４を加熱する赤外線ラ
ンプヒータユニット、１６は赤外線ランプヒータユニッ
ト１５とサセプタ１４の間にあって赤外線を透過する透
明石英プレートである。１７は反応室で、１８は透明石
英プレート１６と共に反応室１丁を外気から遮断する耐
熱耐食性金属より成る反応室壁面部材である。

１９は、赤外線ランプヒータニニット１６が納められて
いる上部開閉ブロックで、上下昇降運動が可能で、上方
へ持ち上げることによって、反応室１７上部が開口し、
シリコン基板１３の投入、取出しが行なわれる。この様
子を第２図の外観図に示す。また、第２図において、２
Ｑはθす／グで、上部開閉ブロック１９を降下させ、θ
リング２０を挾んで反応室壁面部材１８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る。

さて第１図において、２１は透明石英プレート１６を上
部開閉ブロック１９に固定する固定具で、透明石英プレ
ート１６と上部開閉ブロック１９は１、リング等の既知
のガスシールド手段を介して締結されている。２２は、
キャリヤガス室１Ｑと反応室１γの間にある中間壁で、
適当数のキャリヤガス噴出口１２が開いており、キャリ
ヤガス室１０に一度蓄えられたキャリヤガスが、キャリ
ヤガス噴出口１２を通って反応室１７に噴出し、反応室
１了の内部を、矢印Ｂに沿って流れるように設置される
。２３は、中間壁２２を反応室壁面部材１８に固定する
固定具である。２４は反応ガスおる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口で、サ
セプタ１４の幅とほぼ同等の幅を有するスリット状のも
のである。２６は混合ガスを混合ガス供給装置（図示せ
ず）から反応室１７に導く箱形の混合ガス供給管である
。

本実施例では、混合ガス供給管２５は、キャリヤガス室
壁面部材１１と、中間壁２２を貫通している。混合ガス
供給管２５から供給された混合ガスは、矢印Ｃの方向に
沿って、混合ガス供給口２４から基板１３の表面上に吹
き付けられるようになっている。２６は反応ガスおよび
キャリヤガスを排気するガス排気口で、２７は排気装置
（図示せず）に伸びているガス排気管である。２８は反
応室壁面部材１８を水冷するだめの冷水溝、２９は上部
開閉ブロックを水冷するための冷水溝で、３゜は固定具
２１を水冷するための冷水溝である。なお、キャリヤガ
ス室壁面部材１１と、反応室壁面部材１８は、θリング
等の既知のガスシールド手段で締結され、キャリヤガス
室１Ｑと反応室１７の気密性を保っている。第３図は、
中間壁２２の具体的傳成の一実施例を示す拡大斜視図で
、３１は混合ガス供給管が貫通する穴である。

以上のように構成された気相成長装置について以下その
動作を説明する０ エピタキシャル成長時には、キャリヤガス供給口８を通
して、キャリヤガス室１ｏ内部に水素等のギヤ１ハヤガ
スが供給され、キャリヤガス室１゜内部で一度蓄えられ
て十分に拡がった後、キャリヤガス噴出口１２を通って
反応室１γ内部にキャリヤガスが供給される０これと同
時に、混合ガス供給口２４を通してジクロールシラ／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過
当な濃度で含有した水素ベースの混合ガスが供給される
。

さて、キャリヤガス噴出口１２から反応室１７に噴出し
たキャリヤガスは、キャリヤガス噴出口１２の太さき１
個数、配置方法に従って、反応室１７内部をガス排気口
２６に向かって流れる。反応室１７内部でのキャリヤガ
ス流動状態は、キャリヤガス噴出口１２の設定状況のみ
に依存し、キャリヤガス室１０Ｈ、キャリヤガスをその
内部で一度大きく拡散させるためだけのものであるため
、キャリヤガス室１ｏ内部の形状については、はとんど
意識する必要がなく、キャリヤガス室１ｏの小型化が容
易となる。また、中間壁２２が容易に着脱できる構成に
なっているので、キャリヤガス噴出口１２の設定を容易
に変更することができる。

すなわち、キャリヤガス室１ｏと、容易に着脱可能な中
間壁２２と、キャリヤガス噴出口１２の設定により、従
来必要とされていた大きな助走区間の解消による装置の
小型化と、反応室１了内部でのキャリヤガス流動状態を
装置形状を大幅に変更することなく容易に変更すること
ができる。

一方、スリット状の混合ガス供給口２４から供給される
混合ガスは、赤外線ランプヒータユニット１６によって
所定の温度に加熱されたシリコン基板１３およびこれを
載置しているサセプタ１４の表面に沿ってガス排気口２
ｅに向かって流れる。

この間、加熱されたシリコン基板１３近傍のガス雰囲気
中の反応ガスが分解析出して、シリコン基板１３上に所
定の膜を形成する。さて、反応室１７内部には、キャリ
ヤガス噴出口１２から供給されたキャリヤガスが層状に
流れているため、この中に供給される混合ガスは、反応
室１７内部全体に犬きく拡がることなくガス排気口２６
に向かって流れて行く。反応室１７内部を流れるキャリ
ヤガスには、混合ガスの拡散を防ぎ、内部の流動状態を
層状にする効果がある。そのため、シリコン基板１３近
傍で、キャリヤガス中の反応ガス濃度が最大になり、反
応室１７の壁面に向かって、反応ガス濃度が低下し、反
応室壁面ではジクロールシランやホスフィン等を含まな
いキャリヤガスのみの層が形成される。従って、従来反
応室壁面近傍で発生していた不要な堆積物の発生を防止
することが実現できる。また、シリコン基板１３の近傍
にのみ混合ガスが供給されることによって、未反応のま
まガス排気口２６から排出される反応ガスの量を低減で
き、反応効率を高めることができる。

ただし、混合ガス供給口２４近傍での混合ガスの流速が
、この近傍でのキャリヤガスの流速を犬きく越える場合
、混合ガス供給口２４近傍のガス圧力が、キャリヤガス
のガス圧力より低くなシ、混合ガス供給口２４の方へキ
ャリヤガスが引き寄せられる現象が発生して、キャリヤ
ガスと混合ガスの混合拡散を助長される。流速の大小関
係が逆の場合についても、同様にキャリヤガスと混合ガ
スの混合拡散を助長する現象が発生する。そのため、混
合ガス供給口２４近傍での混合ガスの流速と、キャリヤ
ガスの流速は、混合ガスの拡散を抑えるために同等であ
ることが望ましい。混合ガスの拡散が助長されない範囲
の流速比であれば、反応に寄与するガス層が、シリコン
基板１３の近傍のみであることから、本実施例では、混
合ガス供給口２４から供給される混合ガスの流速のみ、
膜厚、比抵抗の均一性が保つことができるだけの流速に
設定し、キャリヤガスの流速を低下させることで、全体
のガス消費量を低減することができる。

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が、本発明は
高周波加熱による装置にも適用できることは明らかで、
キャリヤガス室１Ｑは変更する必°要がなく、反応室構
造のみを変更すればよい。また、混合ガス供給口２４は
、開口形状をスリスト状にしたが、多穴形状等種々の変
更が可能である。また、混合ガス供給管２６は、箱形と
したが、円管等任意形状にしてもかまわないことは言う
までもない。さらに、混合ガス供給管２５が、キャリヤ
ガス室壁面部材１１と中間壁２２を貫通する構成になっ
ているが、シリコン基板１３の表面に混合ガスを供給で
きる限り、どのように設置してもかまわない。また、サ
セプタ１４上に載置された複数枚のシリコン基板１３の
それぞれに対応して、複数本の混合ガス供給管２５およ
び混合ガス供給口を設けることも可能である。そして、
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、本発明は反応室とは別にキャリヤガス室
を設け、キャリヤガス室で一度蓄えられて十分に拡散し
たキャリヤガスを、キャリヤガス噴出口を通して反応室
に供給して、反応室内部全体に層状のキャリヤガス流れ
を形成し、そして別に／リコン基板を載置したサセプタ
の表面に、反応ガスあるいは反応ガスとキャリヤガスと
の混合ガスを、混合ガス供給口から供給する構成によっ
て、キャリヤガス室内部の形状を意識することなく、助
走区間の短縮による装置全体の小型化と、反応室内部に
層状のキャリヤガス流れの形成と制御を容易に図れると
共に、未反応ガス量の低減による又応動率の向上、全体
のガス消費量の抑制、さらに反応室壁面での不必要な堆
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図は本発明の一実施例における気相成長装置の断面
図、第２図は同装置の外観図、第３図は反応室とキャリ
ヤガス室との間にあって適当数のキャリヤガス噴出口を
有する中間壁の一実施例を示す拡大斜視図、第４図は従
来の気相成長装置の断面図である。 ・・・・・キャリヤガス室、１７・・・・・・反応室、
１６・・・・・線ランプヒータユニット、１６・・・・
・・透明石英プレート、８・・・・・・キャリヤガス供
給口、１２　・・・・キャリヤガス噴出口、２２　・・
・・中間壁、２４・・・・・・混合ガス供給口、２６・
・・・・・ガス排気口。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 ｌ９ 第３図 ？？ Ｉ 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）気相成長膜を形成する基板を載置する基台と、一
   端にあって反応ガスあるいは反応ガスとキャリヤガスと
   の混合ガスを供給し、前記基台に載置された基板表面に
   吹き付けられるような開口部を有する混合ガス供給口と
   、他端にあって反応ガスおよびキャリヤガスを排気する
   ガス排気口と、外気を遮断し、前記混合ガス供給口より
   供給されるガス雰囲気を形成するための反応室壁面部材
   とから構成され、上記基台が内部に設置される反応室と
   、キャリヤガスを供給する少くとも１個のキャリヤガス
   供給口と、前記キャリヤガス供給口から供給されるキャ
   リヤガス雰囲気を形成するためのキャリヤガス室壁面部
   材とから構成され、前記反応室の混合ガス供給口側に位
   置するキャリヤガス室と、適当数のキャリヤガス噴出口
   を有し、前記反応室と前記キャリヤガス室を区分する中
   間壁と、前記基板および基台を加熱する手段とからなり
   、前記キャリヤガス供給口から前記キャリヤガス室内部
   に供給されたキャリヤガスが、前記中間壁のキャリヤガ
   ス噴出口を通して、前記反応室内部に供給されるように
   構成された気相成長装置。
2. （２）反応室の混合ガス供給口での反応ガスあるいは反
   応ガスとキャリヤガスとの混合ガスの流速が、キャリヤ
   ガス噴出口から供給され前記反応室内部を流れるキャリ
   ヤガスの流速と同等であることを特徴とする特許請求の
   範囲第（１）項記載の気相成長装置。