JPS6117493A - 被処理板状物の気相処理方法 - Google Patents

被処理板状物の気相処理方法

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JPS6117493A
JPS6117493A JP12819085A JP12819085A JPS6117493A JP S6117493 A JPS6117493 A JP S6117493A JP 12819085 A JP12819085 A JP 12819085A JP 12819085 A JP12819085 A JP 12819085A JP S6117493 A JPS6117493 A JP S6117493A
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JP
Japan
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gas
susceptor
valves
reaction
growth
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Pending
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JP12819085A
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English (en)
Inventor
Masataka Nomura
野村 正敬
Yoshio Kono
河野 芳雄
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CHIYOU LSI GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Original Assignee
CHIYOU LSI GIJUTSU KENKYU KUMIAI
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • C30B25/14Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • C30B25/10Heating of the reaction chamber or the substrate

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】 本発明は気相反応方法例えば半導体装置の製造方法に関
する。
減圧下における気相成長技術に関しては、特公昭50−
9471号に示されている。
気相成長装置には第1図乃至第3図に示すように横形、
縦形およびバレル形装置があり、いずれも反応領域内の
温度勾配はなるべく平坦にし、反応ガスは一方向から流
すという条件の下で、ガスの流れ方向の成長層の厚さ分
布を均一にするための工夫を行なっている。例えば第1
図の横形装置では反応管1内のサセプタ2の上に基板ウ
ェーハ3を載置し、反応管1の外側から加熱器4により
サセプタ2を加熱し、図の左側5より反応ガス5(例え
ばH,とS i CI3*の混合ガス)を流して基板ウ
ェー・・3上に気□相成長させる。その際反応ガスの下
流側−のサセプタを持ち上げて傾斜をつけ、成長層の厚
さ分布を改善している。また第2図の縦形装置ではサセ
プタ2を回転しており、第3図のバレル形装置ではサセ
プタ2に傾斜をつけると共にモータIIKより回転を与
えて成長層の厚さ分布の均一化を図っている。また低圧
気相成長により厚さ分布の改善を図っているものもある
しかしこのような方法はS i cn4 、 S 1H
c6s (1’)ように比較的高温(約700C以上)
で分解・反応を生ずる反応ガスの場合にはある程度効果
はあるが、S 1I−(4,S iHt C4のように
比較的低温で、とくにSiH4のように約400Cから
分解を始める反応ガスの場合には、反応領域の上流側で
の析出が多いためガスの流れ方向の厚さ分布は均一性が
悪くなる欠点がある。
横形およびバレル形装置では、SiH4のような反応ガ
スの場合には、成長層の厚さ分布のバラツキを小さく押
えるために、反応ガスの流れ方向に並べられる基板ウェ
ー・・の枚数は(直径76關のウェー・・の場合)たか
だか2枚程度である。縦形装置ではガスの流れ方向に1
枚程度しか基板つニー八を置かず、サセプタを回転して
いるので成長層の厚さ分布は良い方であるが、それ以上
基板ウェー・・を並べるのは困難である。
また低圧気相成長の場合には、反応ガスの流れ方向の基
板ウェー・・の枚数を1枚程度増加させることは可能で
あるが、それ以上並べることは困難である。
iたSiのエピタキシャル成長では基板単結晶ウエーノ
・内の不純物による成長層内のオートドーピングが問題
になるが、このオートド−ピン列ま反応ガスの流れ方向
の上流側より下流側の方が大きく、エビタキャル・ウェ
ー・・毎にドーピング・プロファイルが異なり、したが
ってウェー・・毎に素子特性のバラツキが大きくなる等
の欠点がある。
本発明はこのような従来の気相処理技術の欠点を解消す
るためになされたものであって、本発明の目的の一つは
反応ガスの流れ方向に沿った成長層の厚さ分布を改善し
、流れ方向に多数枚のウェー・・が並べられる気相処理
技術を提供することであり、他の目的はウェー・・毎の
オートドーピングの均一なエピタキシャル成長技術を提
供することである。また他の目的は成長層の厚さ分布か
良好で、かつオートドーピングを低減できる低圧エピタ
キシャル技術を提供することである。
このような目的を達成するための本発明の一実施例は、
反応ガスの流れ方向に多数枚の基板ウェー・・を並べて
気相成長を行なう気相処理において、反応領域の両端が
中央より低温になるような温度勾配を設け、上記反応ガ
スの切換え弁を開閉することにより反応ガスの流れ方向
を交互に変更することを特徴とする気相処理技術であり
、また上記に加えて真空排気装置を備え低圧中で気相成
長を行なうことを特徴とする低圧気相成長技術である。
以下図面により本発明の実施例について説明する。第4
図は本発明の実施に用いる横形装置である。反応管1内
のサセプタ2の上に基板Si単結晶ウェー・・3を載置
し、H,を流しながら加熱器4(本実施例ではRFコイ
ル)Kよりサセプタ2を約400〜1200tl:の温
度範囲の一定温度に加熱する。その際RFコイルの巻き
方を中央部は密に、周辺部は疎に巻くことにより、サセ
プタの中央部と両端部との間に温度勾配をつけておく。
その後H7中にS r Hz C−13tを混入した反
応ガス5を流して基板ウェー・・3上にSiを気相成長
させる。気相成長の時間中に供給ガス切換弁6,8およ
び排気ガス切換弁7,9を操作して、反応ガスの流れ方
を交互に変更する。
すなわち一定時間毎に、切換弁6,7を開、8゜9を閉
の状態と、切換弁8,9を開、6.7を閉の状態とを交
互に繰り返すことにより、反応管内の反応ガスの流れ方
を交互に変更することができる。
サセプタの温度勾配および反応ガスの切換時間は、反応
ガスの種類、流速2反応管のサイズ等によって異なるが
、おおよそ数度/清乃至数十皮膚および数秒乃至数分の
オーダーである。
第5図は他の実施例であって、バレル形装置の場合であ
り、気相成長の方法は上記の実施例と同様であるが、こ
の場合の加熱器4はランプ・ヒーターを用いている。ラ
ンプ加熱の時には、加熱領域を中央部と両局辺部の三つ
に別け、それぞhの領域に属するランプの出力を制御す
ることにより、サセプタに温度勾配を持たせている。
以上二つの例に示した気相成長装置により、基板Siウ
ェー・・上の多結晶Si層の厚さ分布は改善されており
、Siエピタキシャル成長を行なった場合にはウェーハ
毎のオートドーピングが均一化されることが判った。な
お、サセプタにはゆるやかな温度勾配をつけ、ウェー・
・内とくにウェー・・周辺で急激な温度勾配をつけなけ
れば、エピタキシャル層内に転位、スリップ等の結晶欠
陥は生じない。
また第6図は他の実施例であって、上記の実施例に真空
排気装置10を設け、反応ガスを流しながら真空排気す
ることにより、反応管1内を0.01乃至300Tor
rの範囲の一定圧力に保持できるようにした低圧気相成
長装置である。この実施例ではランプ加熱を採用してお
り、上記の実施例と同様に加熱領域を三つに分け、温度
勾配を作れるようにしである。またガス切換弁はすべて
電気的に開閉できるようにし、低圧気相成長中に反応ガ
スの流れ方向を交互に変更する場合、例えば切換弁6,
7を開け、8.9を閉じる操作を同時に行なわせ、切換
時の圧力変動が生じないようにした。
なおこのガス切換弁の操作は、常に開の方が閉の方より
も一瞬早くなるようにタイミングを取ってモ良い。なお
この実施例は横形であるが、バし・ル形に真空排気装置
を備えた低圧気相成長装置でも同様に実施できる。
また上記の実施例では、いす鱈もサセプタに傾斜を与え
る必要はなく、反応ガスの流れ方向に平行に設置しであ
る。
第7図は上記の横形装置において、反応ガスの上流側が
下流側よりも低温になるようにサセプタに温度勾配を設
け、反応ガスとしてHtとSiH。
との混合ガスを使用し、反応ガスを一方向から流した場
合の低圧(50Torr)と常圧(760To r r
)下におけるSiエピタキシャル層の厚さ分布を比較し
た実施例である。常圧下よりも低圧下での方が厚さ分布
は良くなってはいるが、まだ反応ガスの下流側では薄く
なっていることが判る。
さらに第8図は低圧下において、反応ガス(HtとSi
H4との混合ガス)の流れが一方向の時(第7図の低圧
の実施例と同様の場合)の成長膜厚特性14と、サセプ
タの両端に温度勾配を設は反応ガスの流れが双方向の時
の成長膜厚特性15とを比較した実施例で、反応ガヌを
交互に変更して流した場合には厚さ分布がはるかに改善
されていることが理解される。
また上記本発明に係る低圧気相処理技術により得られた
SiエピタキシャルΦウェーハ内のオートドーピングは
、ウェーハ毎に均一化されていると同時に非常に低減さ
れており、これにより製造したSiエピタキシャル・ウ
ェー・・ヲ用いてバイポーラLSIを作った場合、ウェ
ーハ毎の素子特性のバラツキが少なく、歩留りが格段に
向上した。
上記の気相成長装置の加熱方法としては高周波加熱、ラ
ンプ加熱の他に、抵抗発熱体による抵抗加熱でも良く、
その場合には抵抗発熱体の巻数を変えるか又は加熱領域
を幾つかに分けて出力制御を行なうことにより、成長領
域の両端に温度勾配を設けることができる。
また基板結晶は、Si単結晶ウェー・・の他に、Si、
N、又はS r Ot膜を被着したウェー・・、サファ
イヤ、スピネル等の絶縁物単結晶ウェー・・も使用でき
る。反応ガスとしては、Htと5iHa又はSiH,C
右の混合ガス以外に4 N、又はHeとSiH4との混
合ガスIH,とSiH,とドーパント(PHs 、As
Hs 、Bt Ha等)との混合ガス、又はHeとSi
H,とHa形 との混合ガスが用いられる。
なおSiH,の代りにS r Ht Cl5t 、S 
s HCJIs lS r ca4等との混合ガスを使
用しても良い。
また気相成長層はSi多結晶層、Si単結晶層の他に、
反応ガスの組成を変えることによりSi3N4+SiO
x  、A石、Os 等の絶縁物層でも良い。
以上種々な実施例で示したように、本発明の気相処理技
術は以下のような数々の効果を有している。反応領域の
両端に温度勾配を設けておき、反応ガスの流れ方向を交
互に変更しながら気相成長を行なうため、反応ガスの流
れ方向に沿った厚さ分布が改善され、厚さバラツキの少
ない気相処理技術であること。このため反応ガスの流れ
方向に多数枚、の基板ウェー・・を並べることができる
ので、生産性の良好な気相処理技術であること。
また反応ガスの流れ方向を交互に変更するので、エピタ
キシャル成長の場合に成長層内のオートドーピングの反
応ガス下流への影響が平均化され、エピタキシャルeウ
ェーへ毎の差がなくなり、オートドーピングの均一なエ
ピタキシャル成長技術であること。
さらに真空排気装置を備えた低圧エピタキシャル装置の
場合には、H7とSiH,の混合ガスのような低温で分
解・反応を生ずる反応ガスの場合にも、成長層の厚さ分
布が良好で、かつオートドーピングが均一でしかも低減
されること。このためこの低圧エピタキシャル法により
製造したエピタキシャル・ウェー・・は、ウェー・・毎
の素子特性のバラツキが少なく、歩留が向上すること。
すなわち品質の揃った素子が得られ、かつ生産性も向上
し得る低圧エピタキシャル技術であって、工業上大きな
効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
第1図は横形気相成長装置の要部断面図、第2図は縦形
気相成長装置の要部断面図、第3図はバレル形気相成長
装置の要部断面図である。第4図乃至第6図は本発明の
詳細な説明するためのもので、第4図は横形気相成長装
置、第5図はバレル形気相成長装置、第6図は低圧気相
成長装置の要部断面図である。第7図は反応ガスを一方
向から流した場合の、低圧下と常圧下での成長層の厚さ
分布の比較図、第8図は反応ガスの流れ方向が一方向の
場合と双方向の場合での成長層の厚さ分布の比較図であ
る。 1・・・反応管、2・・・サセプタ、3・・・基板ウェ
ー・・4・・・加熱器、5・・・流入ガス、6.7.8
.9・・・ガス切換弁、10・・・真空排気装置、11
・・・モータ、12・・排気ガス、13・・・真空計。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、反応ガスの流れ方向に多数の被処理板状物を配置し
    、前記流れ方向に温度勾配を設ける被処理板状物の気相
    処理方法において、処理の途中において前記ガスの流れ
    方向を変化させることを特徴とする被処理板状物の気相
    処理方法。
JP12819085A 1985-06-14 1985-06-14 被処理板状物の気相処理方法 Pending JPS6117493A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63164426A (ja) * 1986-12-26 1988-07-07 Fujitsu Ltd 気相成長方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63164426A (ja) * 1986-12-26 1988-07-07 Fujitsu Ltd 気相成長方法

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