JPS6115322A - 均質化学蒸着方法及びその装置 - 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〕 本発明は均質化学蒸着（ＨＣＶ　ｒ）　）に関するもの
であり、さらに詳細に述べｎば、薄膜の蒸着が生じる基
板の近傍で、加熱したキャリア・ガスをソース・ガス反
応体と混合することを特徴とする改良されたＩ−Ｔ　Ｃ
Ｖ　Ｄの反応器およびＩ−Ｉ　ＣＶ　Ｉ）の方法に関す
るものである。

〔開示の概要〕

蒸着が行なわれる基板の近傍で加熱されたキャリア・ガ
スとソース・ガスが混合される、均質化学蒸着（ＨＣＶ
Ｄ）の方法及びその装置が開示される。加熱さ扛たキャ
リア・ガスがソース・ガスに熱を伝えてこれを分解し、
基板上に蒸着するに必要な中間体を生成する。従って、
ソース・ガスは基板の極めて近傍に送らｆるまでは、熱
分解温度以上に加熱さｎない。このＨＣＶＤ装置は、キ
ャリア・ガス全加熱するための熱源と、加熱さ扛たキャ
リア・ガスを基板近くの場所に持ってくるための管と、
反応性のソース・ガスを基板近傍において加熱されたキ
ャリア・ガスと混合させて分解させるため前述の場所ま
で持ってくるだめの別の管と、全備えている。基板の温
度は高温ガス温度から分離さｔていて、高温ガス温度よ
りずっと低い。複数の基板上に同時に蒸着することが可
能であり、そして、システムは大領域を蒸着するために
大きくすることが可能である。

〔従来技術〕

非晶質重たは結晶質の半導体の薄膜、および絶縁薄膜を
被着させる方法のひとつとして、化学蒸着が知られてい
る。この方法では、基板への蒸着物は、基板表面での異
成分の気体一固体、または気体−液体の化学反応により
生成さ扛る。析出する元素または物質の揮発性化合物は
、反応器に導入さ扛、基板表面に析出する不揮発性反応
生成物を得るため、゛基板表面で熱的手段により分解し
、または、他の気体もしくは蒸気と反応させる。化学蒸
着の工程は、シリコン被膜およびシリコン絶縁体を析出
させる方法として、よく知られている。

化学蒸着の方法のひとつで、均質化学蒸着（Ｈｃｖｎ）
と呼ば几る方法では、気体と基板の温度を無関係にする
ことにより均質反応が行わ１．る。

これは、ソース・ガスと基板が共に高温で、はぼ同一温
度である従来のＣＶＤと異なる点である。

ソース・ガスの温度を基板温度と無関係にすることによ
り、基板ははるかに低い温度に保たれる、これは多くの
製作工程で利点があり、特に水素化した非晶質シリコン
の製造に有利である。

ＨＣＶ　ｎのための従来の装置では、ソース・ガスは、
ホット・ウオール反応器等により、熱分解温度に１で加
熱さ扛、基板近傍までポンプで送ら肛、またはキャリア
・ガスにより運ばｎる。ＨＣＶＤは、標準Ｃ■■）法の
ように、表面（異質）分解でなく、ソース分子の気相（
均質）分解によるものである。

ＨＣＶ　ＤＯ例として、シリコン薄膜はシラン等のソー
ス・ガスを用いることにより基板上に析出させることが
できる。シランは高温、低圧で均一に分解し、シリコン
薄膜が低温の基板上に析出する。７ランは、基板をのせ
る台を含む、炉で加熱された反応器に吸引される。この
台は窒素気流等により冷却され、温度は反応器中のガス
より低温に保たれる。ソース・ガスが熱分解温度まで加
熱さｎると、気相核形成閾値よりわずかに低いところで
行わｆる均質分解によって、基板上に適当な析出速度が
得ら九る。ＨＣＶ］′）については下記の文献に詳細に
述べらｆｌ、でいる。

Ｂ、Ａ、５ｃｏｔｔ　ｅｔ　ａｌ　、　ＡＰＰＬ、ＰＨ
ＹＳ　、ＬＥＴＴ　、　、　３９　。

Ｂ、Ａ、５ｃｏｔｔ　　ｅｔ　　ａｌ　、　　ＡＰＰＬ
、ＰＪ−ＩＹＳ　、ＬＩうＴＴ、、４０゜Ｂ、Ａ、５ｃ
ｏｔｔ　ｅｔ　ａｌ、、　Ｊ　、ＤＥ　ＰＩ−ＩＹＳＩ
ＱＵＢ、　４２．　ＣＢ、Ａ、Ｍｅｙｅｒｓｏｎ　ｅｔ
　ａｌ、　Ｊ、ＯＦ　ＡＰＰＬ、ＰＨＹＳ、　。

５４　、１４６１．、　（Ｍａｒｃｈ　、　１９８３）
〔発明が解決しようとする問題点〕 ＨＣＶＤは高品質の薄膜を生成するため、低圧、低温で
行う有利な方法であるが、この方法に問題がないわけで
はない。たとえば、Ｉ−Ｉ　ＣＶ　Ｄに伴う主要な問題
には １　析出速度が遅い、 ２　微粒子の均質な核形成、 ３　有用な生成物を析出せずに、高温の反応器の壁土で
ソース・ガスが消耗すること などがあった、 従来のホット・ウオール反応器は、反応体の分解を基板
近傍に限定せず、気相（高温）反応体と、薄膜が成長す
る固体表面（低温）との間に急な熱勾配を作らない。こ
の勾配をできるだけ急にしないと、微粒子のクラスタが
高温ガス中に生成し、反応器の壁に析出したり、未反応
分子として吹き飛ばさ扛てしまう。こｎにより、薄膜の
、前駆物質が消耗することになる。拡大したホット・ウ
オール反応器はまた、微粒子の気相核形成の可能性を増
大させる。たとえば、ＨＣＶＤによる非晶質シリコンの
作成中に生じる反応の化学については、Ｂ、Ａ、５ｃｏ
ｔｔらがＪ、ＡＰＰＬ、Ｉ）ＨＹＳ、５４（１２）、ｐ
。

６８５２、Ｄｅｃ、１９８３に述べている（　ｐ、６８
５５．パラグラフＡ参照）。

いわゆる「ホット・ウオール」反応器（ソースガスの通
るチェンバの外壁に泪って加熱する炉）以外のＣＶＤで
反応性のソース・ガスを加熱する方法は、レーザ誘導Ｃ
ＶＤと称するもので、この方法は、Ｃｏ２　レーザ等に
ょるレーザ光線をガスに当てて分解させる方法である。

しかし、この方法は、スケール・アップが困ｊｉ、Ｉで
あり、１晶１）Ｈ分布が不均一になることが多い。

レーザ誘導ＣＶＤでは、ガスにエネルギを伝達するため
、光線の波長をガスの振動モードに合わせなけｎばなら
ない。こｎＫは、ソース・ガスに別のガスを添加するこ
とが必要になることが多い。

たとえば５ｉＨ４（シラン）は、シランに熱を伝達する
ためのＣ０２レーザ光線を吸収しない。エネルギは、熱
がシランに伝達さ扛、シランを分解する°はど急速に緩
和が起らないような方法で、シランの振動モードにより
分配さ扛る。また、添加物（たとえば８ｉＦ、　）が分
解して、基板上に析出する分解生成物が汚染しないよう
にすることがのぞましい。多くの振動モードを有する添
加ガスを必要とするため、添加物の選択はきびしく制限
される。

たとえば、ｌ−１ｅ　、　Ｎｅ　、　Ａｒ等の不活性ガ
スは、レーザ・ガスとともに効率良く加熱することはで
きない。これらの不活性ガスは、薄膜を析出する反応中
に分解して反応に悪影響を与えることがないため、使用
が好ましい。窒素、水素等の気体もまた添加物としては
良くない。これは、振動の自由度が１つしかなく、容易
に緩和してエネルギの基底状態になるためである。これ
は熱が水素または窒素から分解するソース・ガスへ効率
良く伝達しないことを意味する。

レーザ光線を吸収するために用いる添加物を選択する際
、添加ガスが放射モードを持たないものであることが必
要である。こ扛は、レーザ光線により励起さ【たエネル
ギが放射光と【７て失なわれるためである。

したがって、本発明の第一の目的は、上記の問題点を除
去し、さらに、非晶質および結晶性の絶縁および電子材
料の作成において、ｌ−ｌＣＶＤの一般性を増大するよ
うな、改良さｆた反応器の設計概念を提供することにな
る。

本発明の他の目的は、ＨＣＶＤにおける析出速度を増大
することである。

本発明の他の目的は、微粒子の均質核形成が最少になる
よう改良さｎ、たＨＣＶＩ’）を提供することにある。

本発明の他の目的は、反応器内でのソース・ガスの消耗
が最少になるよう改良さｆたＨ　ＣＶ　Ｄを提供するこ
とにある。

本発明の他の目的は、薄膜前駆物質の反応器の壁面への
析出が最少になるよう改良されたｌ−Ｉ　ＣＶＤを提供
することにある。

さらに本発明の他の目的は、非晶質および結晶性の薄膜
を析出させるための改良されたＩ−Ｉ　ＣＶ　Ｄの装置
および方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、高温の気相反応体と、析出が生じ
る低温の基板との間に、急な熱勾配が生じるように改良
したＨ′Ｃ，ＶＤの反応器の設計および技術を提供する
ことにある。

本発明の他の目的は、広い面積に薄膜を析出させるのに
適するように改良されたＨＣＶＤの装置を提供すること
にある。

本発明の他の目的は、複数の基板上に析出が生じるよう
に改良さｆたウエーノ・加工のためのＨＣＶＤ技術を提
供することにある。

本発明の他の目的は、析出工程中に用いられる圧力範囲
を拡大した）−ＩＣＶＩ”）を提供することにある。

本発明の他の目的は、薄膜成分を生成する反応体の析出
が、基板に近接して起きるよう改良されたＨ　ＣＶ　ｎ
を提供することにある。

本発明の他の目的は、絶縁膜も、半導体膜も析出させる
のに適するよう改良されたＨ　ＣＶ　Ｄ　ｆｆ：提、供
することにある。

さらに、本発明の他の目的は、ドープしたシリコン嘩も
、シリコンの絶縁膜も析出するよう改良されたＨＣＶＤ
を提供することにある。

上記の熱の不均一な分布、添加ガスが限らｎ、ているこ
と、スケールアップが困難なことなどの問題以外に、レ
ーザ自体が非常に効率の悪い光源である（約１０％）と
いう問題がある。したがって、レーザ誘導ＣＶＴ）は［
コールド・ウオール］法ではあるが、問題がないわけで
はない。

したがって、本発明の他の目的は、改良されたコールド
・ウオール反応器改良のためのＩ−Ｉ　ＣＶ　Ｄの技術
を提供することにある。

本発明の他の目的は、コールド・ウオール反応器作成の
ため、簡単で信頼性のある部品を使用することにある。

本発明の他の目的は、ソース・ガスに伝達する熱を与え
るために、不活性ガスを用いることのできるＩ−Ｉ　Ｃ
Ｖ　Ｄのための技術および装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、加熱したキャリア・ガスから、基
板上に析出させるために分解するソース・ガスへ熱が伝
達される前に、キャリア・ガスを高温のパイプに通過さ
せも簡単な手段によって、均一な熱分布を得るＴ（ＣＶ
Ｔ）の装置および方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記のガス前駆物質の消耗等の問題を除去し
、高温の気相から低温の基板への熱勾配を急にするため
のＨＣＶ　Ｄの方法および反応器に関するものである。

この改良された反応器の設計は、半導体膜、絶縁膜を含
むすべての種類の薄膜の析出のための大規模使用に適す
る。

本発明により、析出膜の成分を有する気相の反応体への
ホット・ウオールの影響が最少になる。

本発明の技術は、不活性気体等のキャリア・ガスを加熱
し、加熱したキャリア・ガスを析出が生じる基板の近傍
に移送するものである。析出膜を生じる成分を与えるた
め分解さｎる低温のソース・ガスも、基板の近傍に移送
され、ここで低温のソース・ガスは、加熱したキャリア
・ガスと混合する。この混合により、熱が基板表面″！
、たはその近くでソース・ガスに伝達され、ソース・ガ
スが分解して基板上に析出し、膜を生成する。このよう
にして、ソース・ガスは基板の近くで分解する前には加
熱されない。さらに、ソース・ガスからの微細子の気相
核形成の可能性を減するために、高温の気相と低温の基
板の間に急な熱勾配が生じる。

こ扛により、析出速度が増大し、気相中の微粒子の核形
成も減少する。これらの利点は、気相の化学と基板表面
の化学の両方を単独に熱的に制御することにより得ら粗
る。

この改良さｆたＨ　ＣＶ　Ｔ”ｌを得るだめの反応器の
設計は、キャリア・ガスを加熱する手段、これを基板近
傍の位置に移送する手段、ソース・ガスを分解するため
の熱を伝達するため、加熱したキャリア・ガスと混合す
ることのできる位置にソース・ガスを移送する手段を使
用する。この反応器は、複数の基板上に膜を析出させる
ために、拡大することもできる。

実際には、ソース・ガスは、析出膜に必要な成分を得る
ために熱分解が可能であれば、いかなるガスであっても
よい。キャリア・ガスは、析出膜の汚染をさけるため、
一般に分解しないガスを用いる。Ｈｅ、Ａｒ　等の不活
性気体が最適である。しかし、キャリア・ガスは分解せ
ず、析出膜を生成する反応に関与しないことがのぞまし
いが、本発明では、加熱したキャリア・ガス自体が膜成
分の原料となるものを使用している。たとえばＳ　１０
２の析出膜は、キャリア・ガスがＮＯ２等の酸化剤であ
っても、７ラン（ＳｉＨ４）からなるソース・ガスを使
用することにより生成させることができる。

このように、この場合はキャリア・ガスが、５１０２膜
の析出に必要な酸素を供給する。

反応器の特定寸法は、キャリア・ガスから反応性のソー
ス・ガスへの熱伝達を最適化するように決めることによ
り、所定の急な熱勾配を持った、高濃度の膜生成前駆物
質が基板表面に隣接して存在することになる。この反応
器内の気相表面化学を単独に熱的に制御することのほか
に、ＨＣＶＤが行なわ几る条件は、従来技術の［ホツ、
ト・ウオール」反応器で一般に用いるよりはるかに広範
囲の圧力（ｏ、ｏ　０１〜１０トル以上）とすることが
できる。

これらの目的、特長および利点を下記の実施例によりさ
らに詳細に説明する。

〔実施例〕

本発明を実施することにより、ホット・ウオール反応器
の影響は、加熱したキャリア・ガスを、分角イさ汎るソ
ース・ガスから、こｎ、ら２種類のガスが基板近くの位
置に移送されるまで、熱的に分離することにより最小に
なる。この位置で、ソース・ガスを分解するため、熱が
加熱さ１．たキャリア・ガスから低温のソース・ガスに
伝達される。

これにより、基板に析出する成分が、所要の薄膜を生成
する。Ｉ−Ｉ　ＣＶ　Ｄの利点ｆ：得るため、高温の気
相と低温の基板が単独に熱的に制御さ１．る。ソース・
ガス（ドーパントを供給するガスを含んでもよい）は、
析出する膜゛の性質に応じて選択さ几、一方キャリア・
ガスは、析出した膜を汚染するよつな好ましくない反応
を避け、または析出した膜に別の成分を与えるようなも
のが選択さｊ、る。したがって、従来技術に付随する多
くの問題を避けるため、キャリア・ガスとしては不活性
気体が用いらｎる。ソース・ガスは捷だ、不活性の「キ
ャリア」ガス（たとえば、ヘリウムに１０％のシランを
加えたものを「ソース」ガスとして使用することができ
る）で希釈することもできる。フォクフイン（ｐｒ−ｒ
、）、ジボラン（Ｂ１１−Ｉ６）またはアルシン（Ａ、
、５Ｈ１）等のドープ源を、ソース・ガス気流中に加え
てもよい。

キャリア・ガスをソース・ガスと接触する前に加熱する
手段は、種々に変化させることができるか、均一に所定
の温度に加熱するために、キャリア・ガスを加熱したパ
イプ中を通フト）させる方法が簡単で、経済的である。

図に示した設計により、こｎ、らの目的が得ら扛る。

第１図で、反応器のノズル１０は、キャリア・ガスを基
板１４の近傍に移送するだめの第１の手段１２（たとえ
は管）と、ソース・ガスが加熱しだキャリア・ガスと混
合される基板１４に近い位置にキャリア・ガスを移送す
るのに用いる第２の管１６を含んでいる。炉等の加熱手
段１８ｆｆｌ、キャリア・ガスを封入した管ｊ２中で加
熱するのに用いら１．る。キャリア・ガスは、管１２に
渚って矢印２０の方向に臀送さｒｌ、ソース・ガスは、
標準的な方法、たとえばすべての種子自のＣ■■）およ
びＩ−Ｉ　ＣＶ　Ｉ’）装置でよく用いら扛るポンプ等
により、管１６に渚って矢印２２の方向に移送される。

第１図の各部品の材料は衆知のものである。たとえば、
管１２および１６は、ヌテンレヌ鋼捷りは石英製であり
、炉１８は金属等の熱伝導性の高い材料中に、カートリ
ッジ・ヒータ２４を入ｎだものとすることができる。一
般に、勇ｌ　ｌ′２１に示す装置は、こ１．より大きい
反応器の管に収納さ几ているが、説明を容易にするため
図には省略しである。この反応器の管は衆知のもので、
第５１］ｉ／Ｃ示すような型式のものである。

基板１４に薄膜を析出きせる工程で、加熱したキャリア
・ガスは管１２からノズル開口部２６を通って出て、開
口部２８から管１６に入り、ソース・ガスと接触する。

この操作は、第２図により詳細に理解することができる
。メ２図はソース・ガスの移送手段１６をさらに明白に
示すものである。この移送手段は、管部３０と、開口部
２８を有する環状のリング３２からなる。リング３２は
周囲に沿ってソース・ガスが流ｎ、るように中空になっ
ている。リング３２の内側の壁には複数の小穴３４が設
けてあり、こ几からソース・ガスが加熱さｎ、たキャリ
ア・ガスと混合さ汎る空間２８へ放出さｆる。加熱さ几
だキャリア・ガスとソース・ガスの混合物は次に基板１
４０近くに移動し、ここでソース・ガスの分解が生じ、
基板１４上に析出する成分が生成し、所定の膜が作らｆ
る、ノズル開口部２６とリング３２との間隔ｄ１および
リング３２と基板１４の間隔ｄ２は、高温のキャリア・
ガスとソース・ガスの間の熱的性質および所要の反応に
より変えることができる。こｎらの間隔は、キャリア・
ガスとソース・ガスの性質ならびに必要な気相の化学的
性質および基板表面の化学的性質に関して、系が熱的平
衡に達する速度によって決まる。−例として、キャリア
・ガスは、室温または室温以上のソース・ガスを分解さ
せるのに十分な熱を与える温度に加熱さｎる。

高温のキャリア・ガスとソース・ガスは一般に数個の自
由な油路内で混合し、混合量は２種麹のガスの流速およ
びこれらのガスの熱容量によって浅型る。一般に、こｎ
らの間隔は約０．１ｍｍから数センチ・メートルの範囲
である。他の例については後に説明する。

第３図は第１図に示した型式のノズル１ｏを複数個使用
して、複数個の基板３６に膜を析出させる析出装置の略
図である。こ扛らの基板は基板ホルダ３８上に置かれて
いる、インジェクタ１０のそｎぞれが、基板３６上に分
解したソース・ガスを供給する。図では加熱さ几だキャ
リア・ガスと、分解したソース・ガスの混合物を矢印４
０で示している。このように、反応器ノズル１０を１つ
のＨＣＶ　Ｄ装置内で組合わせて、同時に多数の基板上
に析出させることができる。

第４図は高温めキャリア・ガスと低温のソース・ガスを
基板に供給する別の方法を示す略図である。この方法は
、高温のキャリア・ガスと低温のソース・ガスの流ｎを
分離するため、複数のバッフル４２を使用するものであ
る。こｎらのガスは、第１図に示す型式の管により供給
さｎる。バッフル４２は、キャリア・ガスとソース・ガ
スが基板４４０近くの領域に到達するまで、実質的に混
合を起させない。この図では、基板がバッフル４２の前
を、矢印４６で示す方向に移動する。このような装置は
、複数のウェーハが、ソース・ガスが高温のキャリア・
ガスと混合して加熱さｆｌ、る領域を通って移送さｎる
装置に用いら几る。

第５図は本発明の方法を用いて、複数の基板上にＨＣｖ
Ｄｔｌ−行うのに適した完全な構造を示すものである。

この装置は、たとえば石英製の反応器管４８からなるも
のである。冷却した基板ホルダ５４上に、熱伝導率の高
い（金属等の）プレート５２を設け、その上に複数の基
板５（ｌ置いたものである。入口５６からホルダ５４へ
の冷媒を流し、出口５８から冷媒を排出させる。加熱し
たマニホールド６０が、反応管４８中に設けられ、この
中にカートリッジ・ヒータ６２が設けられている。マニ
ホールド６０は、金属等の熱伝導率の高い材料で作らｎ
ている。カートリッジ・ヒータ６２は、入口６４を経て
マニホールド６ｏに流入すルキャリア・ガスを加熱する
のに用いら１．る。マニホールド６０に流入するキャリ
ア・ガスの流れを矢印６６で示す。

ソース・ガス、すなわち反応体を導入するため、もう１
つの入口６８が反応管４８の上面に設けらｎている。ソ
ース・ガスの流１．ヲ矢印７ｏで示す。

反応器から排出される生成物は矢印７４で示すように、
反応管４８から出ロア２を通って除去される。

加熱したマニホールド６０の部分７６は、加熱されたキ
ャリア・ガスを各基板５０の近くの位置に偏向させるの
に用いらｎる。曲線の矢印７８は、基板５０の近くに移
送さｎる反応管４８内のソース・ガスの流ｎｆ示す。各
基板近くでの高温のキヤリア・ガスと低温のソース・ガ
スの混合により、ソース・ガスへの熱伝達が生じ、ソー
ス・ガスが分解さ１．る。これにより、反応中間生成物
が生成し、各基板５０上に所定の膜成分が析出する。分
解反応は析出させる膜の種類によって決まり、一般にＨ
ＣＶＩ’）システムと呼ば１．る。たとえば、ＨＣＶｒ
）により非晶質の水素化シリコンの析出に関する化学は
上述のＪ　、ＡＰＰＬ、ＰＨＹＳ、　、５４（１２）　
。

１）ｅｃｅｍｂｅｒ　１９８３．ｐ、６８５３の１３．
Ａ、５ｃｏｔｔらノ論文に述べられている。第５図の装
置は、気相の化学的性質と、基板表面の化学的性質を単
独に制御するものである。ソース・ガスは特定の温度に
予熱し、まだは室温のまま反応管４８に導入さｎる。

キャリア・ガスの役割りは、基板５０の非常に近い領域
でソース・ガスを加熱し、これを分解することである。

このようにして、高温のガスと低温の基板（一般に高温
のガスより数百度低い）の間に非常に急な熱勾配が生じ
、従来のＨＣＶ’Ｄシステムに見らｎる問題がさけらｎ
る。

説明を容易にするため、ＨＣＶ　Ｄに通常用いられる通
常のポンプ、バルブ、その他の機器は第５図には示して
いないが、Ｉ−ＩＣＶＴ’ｌ加工に各種の部品が用いら
れることは、容易に理解することができる。

前述のように、キャリア・ガスの主な役割りはソース・
ガスに熱を伝達することであるが、このため、キャリア
・ガスはソース・ガスを分解したり、ソース・ガスを分
解する反応に悪影響をＪうえることのない不活性気体と
することかできる。こ１、により、極めて清潔なシステ
ムかでさ、反応器内の微粒子の生成や、析出した皮膜の
汚染が避けられる。本発明の方法でに、高温のキャリア
・ガスはソース・ガスの分解に必Ｊ＄−なすべてのエネ
ルギを供給し、またソース・ガスは反応器４８に入る前
に、分解温度より低い温Ｆ９にすることができる。さら
に、この型の装置により、キャリア・ガスを所定の温ｔ
Ｗに均一に加熱することか容易になる。

書ひ第１図に戻り実施例をさらに詳しく説明する。

第１図に示すインジェクタ１０に、反応性のソース・ガ
、７．（純粋まだは希釈剤と混合したもの）をキャリア
・ガス気流中に注入すると、こ１らのガスは拡散および
対流により混合する。ガスの圧力によって、ソース・リ
ング３２の下約０．１ｃｍまたはそｔ″ｌ−以上の範囲
で、完全な混合が行わｒる。

たとえばシラン等のガスからノリコンを析出させるため
に反応器を使用する場合、シラン（Ｓｉｒ−１，）の分
圧は、均質核形成閾値以下にしなければならない。この
パラメータの値、は、たとえばＥｖｅｒｓｔｅｉ　ｊｎ
　。

Ｐｉ　ＩＩ　ｉｐｓ　Ｂ、ｅｓｅａｒｃｈ　Ｉ（、ｅｐ
ｏｒｔｓ　　２６　、１３４（１９７１）の文献に記載
さｎている。最もよく用いられる範囲は、たとえば、不
活性（キャリア）ガスの圧力は１〜７６０トル、成長温
度Ｔｇは５０θ℃ｙｊ＞ら１２００℃の間である。反応
性のソース・ガスは１０−４〜１０トル（または以上）
の圧力で、室温で注入さｎる。もちろん、ソース・ガス
の温度は熱分解温度よりわずかに低い温度とした後、加
熱したキャリア・ガスと混合して分解させてもよい。こ
の場合、キャリア・ガスはそ粁はど高い温度に加熱する
必＃はない。

第１図で、ノズル開口部２６の内径は約１ｍｍである。

ソース・リング３２の内径は約１ｍｍ以上で、外径は特
に重要ではない。第３図に示すように、２個以」二のイ
ンジェクタ１０を使用する場合は、インジェクタの外径
が規定される。

ソース・ガスと基板の間隔ｄ２Ｈ一般に０．５〜１０ｃ
＋ｎとすることができる。こｆらの値Ｕ、Ｉ−ＩＣＶ■
）／ステムで用いるインジェクタの数（被覆される面積
の関数）および熱平衡の間隔により規定さ九る。この間
隔は衆知のもので、参照文献にＳ。

Ｗ、Ｂｅｎ５ｏｎ、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ　Ｋｉｎｅｔｉｃｓ。

ＭｃＧｒａｗ　ｈｉｌｌ　、Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ　（１９
６０）　　がある。代表的な条件では、インジェクタ１
０は約２ｃｍの間隔とし、ノース・リングと基板の間隔
ｄ２は約２（２）とする。

本発明の方法により、示された構造のいず汎かを用いた
）］　ＣＶ　Ｉ）の代表的な操作条件は下記のとおりで
ある。

不活性キャリア・ガス・・・ヘリウム キャリア・ガス温度・・・　８５０℃ 反応器内のキャリア・ガス分圧　・　１０トル反応性ソ
ース・ガス・・　シラン 反応器内のソース・ガス分圧・　１００ミリトルソース
・ガス温度・　室温 分圧はソース・ガスおよびキャリア・ガスの流ｎを制御
することにより得ら几る。

前に述べたように、キャリア・ガスはどのようなガスで
もよいが、基想に送らｎ５るガスを分解したり、汚染諒
を生成したりしない不活性気体が好ましい。適当な不活
性気体としては、Ｈｅ、Ｎ、Ｈ。

Ａｒ等がある。ある条件下では％５１２Ｆ６　およびＳ
ｉＦ、を用いることもできる。シリコン膜を析出させる
には、５ｉＣ４４，５ｉＣｆ１．２１−１４．Ｓｉ　２
Ｈ６，Ｓｉ　３ｌ−１８（および他の高級シラン）を、
７ランのほかにソース・ガスとして使用することができ
る。

キャリア・ガスは不活性気体であることが好ましいが、
キャリア・ガスが析出嘆に必要な成分を含んでいてもよ
い。たとえば、窒化シリコン膜を析出させる場合は、ソ
ース・ガスがＳｉ　　を含むのに対して、キャリア・ガ
スばＮＨ３を含有することができる。したがって、酸化
シリコンまたは二酸化シリコン膜を析出させる場合は、
キャリア・ガスに酸素を添加することができる。

シリコン半導体膜が本発明の方法により析出させるｉＦ
Ｊとして適切であることを述べたが、必要な元素を含有
する揮発性の反応性気体をソース・ガスとして用いねば
、他の半導体も析出させることができる。たとえばＧａ
（ＣＩ−１３）３およびＡｓＨ３を注入することにより
、Ｇａ　Ａ　ｓが析出する。従来のＣＶＤ法により生成
することのできるｌａ　ｉｄいずれもこの改良さ九たＨ
　ＣＶ　Ｄ法により作成することができる。さらに、拳
法の利点により、従来のＣＶＤ法では作成できなかった
材料の高品質のｌ［ｉ作成することも可能である。

この改良さ扛たＨ　ＣＶ　Ｄ法によれば、従来の高温加
工には耐えなかった絶縁層および不動態化層の作成が可
能となる。たとえば、各種の化学量の酸化シリコンおよ
び窒化シリコンを、そｎぞｊ、シラン、亜酸化窒素、酸
素の混合物、またはシラン、アンモニアの混合物から、
室温程度の低温で析出させることができる。基板温度は
気相温度と無関係であり、気相ソースの分解は、謹生成
に必要な中間物質の生成に用いらｎるため、基板はソー
ス・ガスを解離させるために加熱する必要はない。

この改良された［（ＣＶＤ法は、膨張特性の異なる材料
上に膜を生成するのに用いることもできる。

例として、Ｘ線リソグラフィのマスクの作成に用いるソ
リコン上の窒化シリコンの自立膜がある。

従来のＣＶＤ法でこｎらの膜を作成する場合の障害は、
基板温度を６００〜７００℃にしなければならないこと
である。この基板はその後室温に冷却される。窒化シリ
コンの独立した窓を作成するために、このシリコン基板
に穴を裏面からエツチングすると、サンプルと膜のサン
ドインチが冷却さｆると生ずる内因性の応力により、窒
化膜に亀裂を生じる。この問題は、窒化膜を比較的低温
のシリコン基板上に析出させることにより解決さｎるが
、本発明のＨＣＶＤ法によってこしが可能どなる。さら
に、本発明の方法を用いることにより、基板の均一な曲
面を生成させるために、応力を制御することも可能であ
る。

本発明の方法は、エピタキシャル・シリコン、多結晶シ
リコンのいずれを析出させるのにも用いることができる
。本発明の反応器の設計および技術を用いることにより
、基板温度に関係なく、熱的に活性化したガス源から、
活性エツチング剤を作成することが可能となり、これを
基板温度がエピタキシャル成長に必要な最低温度を超え
なくても、シリコンの表面を前もって清浄化するのに用
いることができる。このことにより、従来技術における
高温（１１００℃以上）でのシリコンのエビタクシ−の
必要がなくなる。従来用いら扛たこ扛らの高温は、析出
前にシリコン表面から二酸化シリコンや他の汚染物質を
除去するために必要であった、しかし、本発明の方法を
用いれは、６００℃から約１０００℃までの温度範囲で
、清浄な基板表面上にエビタクシ−を行うことができる
。

本発明の方法を、好ましい実施例について説明したが、
本発明の思想および範囲から逸脱することなく、変形を
行うことができることは明白である。

【図面の簡単な説明】

第１図は基板上に析出する前に、高温のキャリア・ガス
をソース・ガスと混合するために用いる装置の略図であ
る。 第２図は第１図の装置の一部を示す拡大図である。 第３図は第１図の形式の複数の反応器ノズルが複数の基
板上への析出にどのように用いらｎるかを示す略図であ
る。 第４図は高温のキャリア・ガスと低温のソース・ガスを
分離し、後に移動する基板の近傍で混合するだめの技術
を示す略図である。 第５図は第４図に示すような、バッフルを使用して偏向
さｎる形式の技術を用いて、複数の基板上にＨＣＶＤを
行うための装置の略図である。 ２４．６２・・・・加熱手段、１２．６０・・・・キャ
リアガス移送手段、１６．７０・・・・ソース・ガス移
送手段、１４，３６，４４．５０・・・・基板。 第１図 第２図 第８図 ←−一一上６

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）気相から薄膜を気相の温度とは無関係に温度制御
   された基板上に析出させる均質化学蒸着法において、第
   一のガスを加熱し、上記の加熱した第一のガスを、薄膜
   の析出を生じる基板近傍の位置に導入し、温度が熱分解
   温度より低く、上記の析出した薄膜中に存在する成分を
   含有する反応性ソース・ガスを上記の位置に導入し、上
   記の第一のガスから上記のソース・ガスへ、上記のソー
   ス・ガスが分解して、上記の基板上に上記の薄膜として
   析出する中間生成物を生成する熱を伝達するため、上記
   の加熱した第一のガスと上記のソース・ガスを上記の位
   置で混合することを特徴とする方法。
2. （２）気相から基板上に薄膜を析出させる装置であつて
   、上記の気相は上記の基板の温度とは無関係で、上記の
   基板温度より高い気相温度を有する装置において、キャ
   リア・ガスを加熱する手段と、上記キャリア・ガスを上
   記の基板近傍の位置に移送する手段と、上記の析出した
   薄膜の成分を含有するソース・ガスを上記の位置に移送
   する手段と、上記のソース・ガスが分解して、ソース・
   ガスの分解温度より低い温度に保たれた上記の基板上に
   析出する中間生成物を生成するのに十分な熱量を上記の
   加熱されたキャリア・ガスから上記のソース・ガスに伝
   達するために、上記の加熱されたキャリア・ガスと、熱
   分解温度より低い温度を有する上記のソース・ガスとを
   上記の位置で混合する手段を含むことを特徴とする装置
   。