JPS62111418A - 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、半導体工業で利用される気相成長装置に関す
るものである。

従来の技術 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。特にシリコン基板を通常８００℃以上の適当な温度
に加熱しておき、四塩化珪素、まだはモノシラン、また
はジクロールシランなどの反応ガス分子と、水素または
ヘリウムなどのキャリヤガスとを混合した反応ガスを供
給することによって、シリコン多結晶膜がシリコン基板
上に形成される。

従来の赤外線加熱方法を使用した気相成長装置は、例え
ば特公昭５７−４４００９号公報に示されているように
第８図のような構造になっていた。

この装置において、反応室は石英ベルジャ１とベース板
２によって、完全に外気と遮断されており、ベース板２
には反応ガスを供給するだめのガス供給口３と、反応ガ
スを排出するだめのガス排出口４が取り付けられていた
。またベース板２上には、シリコン基板５を載置するサ
セプタ６が設置されていた。また石英ベルジャ１の外側
ては、シリコン基板５を加熱するだめの赤外線ランプ７
を収納した赤外線ランプハウス８が設置されていた。

また、同様に赤外線加熱方式を使用した異なる構造の従
来の気相成長装置は、例えば特開昭５９−１１２６１５
号公報に見られるように第９図のような構造になってい
た。この装置において、反応室は、透明石英から成る石
英トッププレート９と反応室壁１０およびベース板１１
によって、完全に外気と遮断されており、ベース板１１
には反応ガスを供給するだめのガス供給口１２と、反応
ガスを排出するためのガス排出口１３が取り付けられて
いた。また、ベース板１１上には、シリコン基板１４を
載置するサセプタ１６が設置されていた。まだ反応室の
外側には、シリコン基板１４を加熱するための赤外線ラ
ンプ１６を収納した赤外線ランプハウス１７が設置され
ていた。更に、キャリヤガスのみから成るパージガスが
、パージガス供給口１８から供給され、パージガスガイ
ド板１９によって、石英トッププレート９と平行に流れ
るように構成されていた。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記第８図のように構成された従来の気相
成長装置では、赤外線ランプ７から発される赤外光だ対
して石英ベルジャ１は完全に透明ではない（透過率は最
大で９０％）ため、石英ベルジャ１は、赤外光の一部を
吸収して昇温する。

更に石英ベルジャ１は、石英ベルジャ１を透過したのち
シリコン基板５で反射した赤外光の一部、および高温に
加熱されたシリコン基板５とサセプタ６から発される輻
射光の一部を吸収して昇温する。石英ベルジャ１の温度
は、石英ベルジャ１の厚み等により決まるが、シリコン
基板６の温度が８ｏＯ℃程度のとき、シリコン基板６に
相対する石英ベルジャ１の内面の温度は、４００℃〜６
００℃となる。このため、シリコン基板６のみならず、
石英ベルジヤ１内面においても気相成長膜が形成され、
昇温・冷却時に石英ベルジャ１からフレークが発生する
という問題があった。まだ、一旦石英ベルジャ１内面に
気相成長膜が付着すると、石英ベルジャ１の赤外光透過
率が悪化し、更に石英ベルジヤ１内面の温度が上昇する
。このため、石英ベルジヤ１内面には更に気相成長膜が
形成され、更に赤外光透過率悪化のだめ温度が上昇し、
この繰り返しにより最終的に石英ベルジャ１が熱応力に
よって破壊するという安全上の問題があった。

そこで第９図に示した従来の気相成長装置では、石英ト
ッププレート９の内面での気相成長膜の発生を防ぐだめ
、ガス供給口１２かも供給された反応ガスが石英トップ
プレート９の内面まで到達しないよう、すなわち石英ト
ッププレート９内面にパージガスによるカーテンが形成
されるよう、パージガス供給口１８と、パージガスガイ
ド板１９が設けられていた。ところが、第９図に示しだ
装置では、ガス供給口１２から毎分２００　ＣＣのモノ
シランと毎分１０００ＣＣのヘリウムを供給し、パージ
ガス供給口１８から毎分２０ｏｏｃｃのヘリウムをパー
ジガスとして供給するとき、反応ガスはきり吹きと同じ
現象によって、流速の大きいパージガス側、すなわち石
英トッププレート９側に引き寄せられてしまい、シリコ
ン基板１４中央部近傍よりモノシラン濃度が１．４倍も
高い場所が石英トッププレート９内面近傍に存在するこ
とがわかった。また、パージガスの流量を抑えることに
より、反応ガスが石英トッププレート９の方へ引き寄せ
られることを抑えることができるが、このとき効果的に
パージガスのカーテンを形成してモノシランの拡散自体
を抑えることは充分ではなく、１回の気相成長で、石英
トッププレート９内面に、うつすらとシリコン多結晶膜
が付着することが確認された。そのため、第９図に示す
構造では、十分に反応ガスの拡散を抑えることはできず
、その結果、以前石英トッププレート９内面での気相成
長膜付着という問題は解消されていなかった。

そこで本発明は、反応ガス分子の石英トッププレートへ
の拡散を極力抑え、石英トッププレート内面での気相成
長膜発生が起こりにくい、すなわちフレークの発生しに
くい安全性の高い気相成長装置を提供するものである。

そして更に、石英トッププレート内面のみならず反応室
壁面での気相成長も生じてぐい気相成長装置を提供する
ものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決する本発明の技術的な第１の手段は、
サセプタに載置されたシリコン基板に相対する輻射光透
過プレートを通して、このシリコン基板を反応室外部の
輻射加熱手段によって加熱して被膜形成を行なう横型の
気相成長装置だおいて、一端に反応ガスを整流してシリ
コン基板側にシリコン基板と平行に供給する反応ガス整
流手段と、パージガスを整流して輻射光透過プレート側
に反応ガスと平行に供給するパージガス整流手段とを設
け、他端にガス排気口を設けるとともに、シリコン基板
の上面を反応室の底面とほぼ一致させ、更に反応室の断
面形状をほぼ一定とすることを特徴とするものである。

また、上記問題点を解決する本発明の第２の技術的な手
段は、サセプタによって水平に支持されるシリコン基板
を、反応室外部の輻射加熱手段によって加熱して被膜形
成を行なう横型の気相成長装置において、一端に、反応
ガスを整流してシリコン基板およびサセプタと平行にか
つシリコン基板およびサセプタを包み込むように供給す
る反応ガス整流手段と、パージガスを整流して反応ガス
と平行にかつ反応ガスを包み込むように供給するパージ
ガス整流手段を設け、他端にガス排気口を設けるととも
に、反応室の断面形状をほぼ一定とすることを特徴とす
るものである。

作　　用 これらの技術手段如よる作用は、それぞれ以下のように
なる。

本発明の第１の技術手段においては、サセプタに載置し
たシリコン基板の上面が反応室底面と一致する断面形状
の変化しない反応室内に、反応ガスを反応ガス整流手段
を通してシリコン基板側だト側に層状に、それぞれ平行
に供給すること尾よって、反応室内のガス流れを層流状
にして−乱れをなくし、反応ガスの輻射光透過プレート
側への拡散を極力防いで、輻射光透過プレートでの気相
成長膜の成長を抑えることができる。すなわち、この手
段によシ、輻射光透過プレート内面に、効果的にパージ
ガスのカーテンを形成して、反応ガス停学の濃度を大幅
に低下させ、その結果輻射光透過プレート内面での気相
成長膜の成長を抑えることが可能となる。この第１の技
術手段は、輻射光透過プレートでの気相成長膜の付着を
抑えるだめのものである。

まだ本発明の第２の技術手段においては、サセプタに載
置したシリコン基板の上面が反応室底面と上面のほぼ中
央に位置する断面形状の変化しない反応室内に、反応ガ
スを反応ガス整流手段を通してシリコン基板およびサセ
プタへ層状に、またパージガスをパージガス整流手段を
通して輻射光透過プレート側及び反応室底面側及び反応
室側面側に層状に、それぞれ平行に供給することによっ
て一反応室内のガス流れを層流状にして乱れをなくし、
反応ガス分子の輻射光透過プレート側及び反応室壁面側
への拡散を極力防いで、輻射光透過プレート及び反応室
壁面での気相成長膜の成長を抑えることができる。すな
わち、この手段により、輻射光透過プレート内面及び反
応室壁面に、効果的にパージガスのカーテンを形成して
、反応ガスの濃度を大幅に低下させ、その結果輻射光透
過プレート内面及び反応室壁面での気相成長膜の成長を
抑えることが可能となる。

実施例 以下、本発明の実施例の気相成長装置について、図面を
参照しながら説明する。

壕ず、本発明の第１の実施例の気相成長装置について、
第１図〜第４図を参照しながら説明する。

第１図は、この気相成長装置の断面図である。第１図に
おいて、２０はシリコン基板、２１はシリコン基板２０
を載置するサセプタである。サセプタ２１は、炭化珪素
でコーティングされたグラフフィトより成す−サセプタ
２１を回転する回転機構（図示せず）に直結されている
。２２は、シリコン基板を加熱するだめの輻射加熱手段
としての赤外線ランプで、２３は赤外線ランプ２２を保
持する赤外線ランプユニットである。２４は、透明な石
英から成る輻射光透過プレートとしての石英トッププレ
ートである。石英トッププレート２４ば、赤外線ランプ
２２が発する赤外光を透過しつつ反応室内部を完全に外
気と遮断するだめのものである。２５は、石英トッププ
レート２４と共に反応室内部を完全に外気と遮断するだ
めのステンレス等の耐熱耐食性金属より成る反応室壁で
ある。

２６は、反応室壁２５を水冷するために反応室壁２５に
設けられている水冷孔である。反応室壁２５の底面は、
サセプタ２１に載置されたシリコン基板２０の上面と水
平になるよう構成されている。２７は、透明石英から成
る石英中間プレートで、石英中間プレート２７と反応室
壁２６の底面構造とによって、反応室の断面形状が極力
変化しないよう構成されている。石英中間プレート２７
は、反応室壁２５に設けられた突起に載せられている。

２８は、石英トッププレート２４を反応室壁２６に固定
するだめのステンレスから成る固定具で、２９は固定具
２８を水冷するために固定具２８に設けられた水冷孔で
ある。３０は、キャリヤガスと反応ガス分子を混合した
反応ガスを供給するための反応ガス供給管で、３１は反
応室壁２５に設けられた反応ガス供給口である。３２は
、パージガスを供給するだめのパージガス供給管で、３
３は反応室壁２５に設けられたパージガス供給口である
。３４は、反応ガス供給口３１から供給された反応ガス
を一旦保持するだめの反応ガス予備室であり、３５は、
反応ガス予備室の一端にある透明な石英から成る反応ガ
ス整流壁で、３６は、反応ガス整流壁だ適当数設けられ
た反応ガス整流孔である。３７は、パージガス供給口３
３から供給されたパージガスを一旦保持するだめのパー
ジガス予備室で、３８はパージガス予備室の一端にある
透明な石英から成るパージガス整流壁で、３９は、パー
ジガス整流壁に適当数設けられたパージガス整流孔であ
る。４ｏは、反応ガス予備室３４とパージガス予備室３
７を仕切る透明石英から成る仕切り板で、反応ガスとパ
ージガスが混合しないよう構成されており、仕切り板４
Ｑの反応室底面からの高さは、反応室の高さの０．４倍
に設定されている。４１は、石英トッププレート２４と
石英中間プレート２７に挾まれた空間にパージガスを導
きかつこの空間の圧力が反応室の圧力より少し高くなる
ようにするだめの通気孔である。そして４２は、反応ガ
スおよびパージガスを排気するためだ反応室壁２５に設
けられたガス排気口で、４３は、ガス排気管である。第
２図は、反応ガス整流壁３５とパージガス整流壁３８の
具体構成を示す拡大斜視図である。第２図において、反
応ガス整流孔３６は、反応ガス整流壁３６に円孔状に適
当数設けられておシ、またパージガス整流孔３９につい
ても、パージガス整流壁３８に円孔状に適当数設けられ
ている。本実施例では、反応ガス整流壁３６とパージガ
ス整流壁３８とが、結合した構成になっている。まだ、
第３図は、第１図のＸｌ−Ｘ２断面図である。サセプタ
２１に載置したときのシリコン基板２ｏの上面と反応室
底面を一致させることと、石英中間プレート２７を設け
ることにより、反応室の断面形状が一定になるよう構成
されている。

以上のように構成された第１の実施例による気相成長装
置について、以下第１図〜第４図を用いてその動作を説
明する。第１図において、赤外線ランプ２２より発せら
れる赤外光は、石英トッププレート２４および石英中間
プレート２７を透過して、反応室内部に設置されたシリ
コン基板２゜およびサセプタ２１を、所定の温度（８ｏ
Ｏ℃）まで輻射加熱する。この際、赤外線ランプ２２よ
シ発せられる赤外光は、同時に反応室壁２５も輻射加熱
するが、反応室壁２５に設けられた水冷孔２６に水を通
すことにより反応室壁２５が強制冷却されるため、反応
室壁２５温度を低温に保持することが可能となる。この
ため、反応ガス分子としてモノシランを、キャリヤガス
としてヘリウムあるいは窒素を用いてシリコン多結晶膜
をシリコン基板２０に成長させるとき、反応室壁２５に
おいては、不要なシリコン多結晶膜は形成されない。

なぜならば上記のガス組合せでシリコン多結晶膜を成長
させるとき、反応温度を４００°Ｃ以上に保持する必要
があるからである。しかし、強制冷却手段を有さない石
英トッププレート２４および石英中間プレート２７は、
赤外光の一部を吸収して昇温し、シリコン基板２ｏがｓ
　ｏ　ｏ　’ｃ程度の温度のとき、石英トッププレート
２４および石英中間プレート２７の温度は、４００℃〜
６００　”Ｃとなる。そこで、反応ガス分子を含まない
パージガスを、パージガス供給口３３を通してパージガ
ス予備室３７に第１図矢印Ａの方向に沿って供給し、パ
ージガスを一部パージガス予備室３７で保持して圧力を
一定にした後、このパージガスをパージガス整流壁３８
に設けられたパージガス整流孔３９を通して、矢印Ｂの
方向に沿って、層流状に整流して反応室内部の石英中間
プレート２７側に供給する。同時に、反応ガス分子とキ
ャリヤガスを十分混合した反応ガスを、反応ガス供給口
３１を通して反応ガス予備室３４に第１図矢印Ｃの方向
に沿って供給し、反応ガスを一部反応ガス予備室３４で
保持して圧力を一定だしだ後、この反応ガスを反応ガス
整流壁３６に設けられた反応ガス整流孔３６を通して、
矢印りの方向に沿って、層流状に整流して反応室内部の
シリコン基板２Ｑ側て供給する。反応室内に供給された
反応ガスとパージガスは、反応室の断面形状が一定に保
たれているため、乱れることなく層状にガス排気口４１
へ向かって流れる。このとき、ガス流れの乱れによる反
応ガス分子の拡散が解消され石英中間プレート２７側で
はパージガス雰囲気が、シリコン基板２ｏ側には反応ガ
ス分子をリッチに含む反応ガス雰囲気が形成され、石英
中間プレート２７側の反応ガス分子濃度を大きく低下さ
せることが可能となる。すなわち、石英中間プレート２
７側に効果的にパージガスのカーテンを形成できる。た
だし、反応ガス分子の拡散が分子レベルで起こるため、
石英中間プレート２７近傍での反応ガス分子の濃度をゼ
ロとすることは不可能である。実際第１図の装置に反応
ガス分子としてモノシランを、キャリヤガスとしてヘリ
ウムを、パージガスとしてヘリウムを用い、シリコン基
板２Ｑを８００℃まで加熱して気相成長を行なったとこ
ろ、シリコン基板２ｏ中央近傍でのモノシランモル濃度
Ｃ１と石英中間プレート２７近傍の最大モノシランモル
濃度Ｃ２の比Ｃ２／Ｃ４は、しきり板３４の高さ比り、
／ｈ０（ここにｈｌ：反応室底面からしきり板４ｏまで
の距離、ｈｏ：反応室底面から反応室上面までの距離）
および反応室に供給するパージガスの平均レイノルズ数
Ｒｅｐと反応ガスの平均レイノルズ数Ｒｅｒの比Ｒｅｐ
／Ｒｅｒ　（ここにＲｅｒ＝ＵｒＸＤｒ／ν２．　Ｒａ
ｐ　＝ＵｐｘＤｐ／　Ｉ／ｐ、Ｕｒ：整流直後の反応ガ
スの平均流速、　Ｄｒ：反応ガス整流孔３６の直径の平
均値、νｒ＝整流直前の反応ガスの動粘性係数、　Ｕｐ
：整流直後のパージガス平均流速。

Ｄ°パージガス整流孔３９の直径の平均値ＨＪ／ｐ：ｐ
。

整流直前のパージガスの動粘性係数）の値によって大き
く変化することがわかった。第４図尾、ｈ１／ｈ０およ
びＲｅｐ／Ｒｅｒを種々変えたときのＣ２／Ｃ１の変化
の様子を示す。なお、モノシランの流量は常に毎分２０
０ＣＣとし、ガス排気口４１での圧力を５　ｔｏｒｒと
した。第４図より、ｈ１／ｈ０が小さいほど、Ｒａｐ／
Ｒｅｒが大きいほど、Ｃ２／Ｃ４が小さくなる、すなわ
ちシリコン基板２ｏ側に対して石英中間プレート２７側
の反応ガス分子濃度が小さくなり、ｈ１／ｈｏ≦０．４
でかつ４≦Ｒｅｐ／Ｒｅｒであれば、Ｃ２／Ｃ１を面取
下にできることがわかった。従って、石英中間プレート
２７側で不要な気相成長膜が形成されたとしても、その
不要な気相成長膜の膜厚を、シリコン基板２０に形成さ
れる気相成長膜ので以下に抑えることが可能である（実
際は、石英中間プレート２７の温度がシリコン基板２ｏ
の温度より低いため、数百分の−から子分の−となる）
。まだ、ｈ、／ｈ０が小さいほど、シリコン基板２Ｑに
形成される気相成長膜の膜厚のバラツキが大きくなり、
バラツキを±６チ以内に抑えるためには、０．２≦ｈ１
／ｈｏが望ましいことがわかった。更に、Ｒａｐ／Ｒｅ
ｒが大きいほどパージガス消費量が増え、ｈ１／ｈ０≦
０．４でＲｅｐ／Ｒｅｒ）１５のとき、シリコン基板２
ｏ上で、反応ガスが石英中間プレート２７側に引き寄せ
られ（きり吹きの原理）、反応ガス分子が大きく拡散す
ることがわかった。そのため、しきり板４０の位置につ
いては、０．２≦ｈ、／ｈ０≦０．４が望ましく、反応
ガスおよびパージガスの流量に関しては、４≦Ｒａｐ／
Ｒｅｒ≦１６であることが望ましい。

また、反応室断面形状の変化の及ぼす影響については、
テーパ形状の反応室により確認した結果、断面形状の変
化率が１０チ以下ならば、はぼ断面形状の変化がない場
合と同様の効果が得られることがわかった。

以上詳述した形で、反応ガスとパージガスを反応室内に
導いて気相成長を行なうとき、シリコン基板２ｏ上に±
６係以内のバラツキの膜厚の気相成長膜を形成できると
共に、石英中間プレート２７側の不要な気相成長膜の形
成を大幅に削減できかつ反応室壁２６での不要な膜の形
成を解消できる。また、不要な膜の発生する部分が石英
中間プレート２７のみであり、本発明の気相成長装置で
は、石英中間プレート２７の着脱が、ガス供給系、排気
系を着脱することなく行うことが可能なため、装置内部
の洗浄・乾燥も容易に行なうことが可能である。

なお、本実施例では、反応ガスおよびパージガスの整流
手段として、それぞれガス予備室３４および３７．ガス
整流壁３５および３８．ガス整流孔３６および３９を設
けたが、反応ガス、パージガスを整流することが可能な
らば、いかなる整流手段を用いてもかまわないことは言
うまでもない。

また、本実施例では、ガス整流孔３６および３９を円孔
としたが、ガスを整流することが可能ならば、いかなる
形状の整流孔であってもかまわない。

更に、本実施例では、反応ガス整流壁３６とパージガス
整流壁３８を結合した構成としたが、前記した動作が可
能な限り、分離していてもかまわない。

次に、本発明の第２の実施例の気相成長装置について、
第５図〜第７図を参照しながら説明する。

第５図は、この気相成長装置の断面図である。第５図に
おいて、４３はシリコン基板、４４は赤外線ランプ、４
５は赤外線ランプユニット、４６は一石英トツブプレー
ト、４７は反応室壁、４８は反応室壁４７を水冷するだ
めの水冷孔、４ｅは石英中間プレート、５ｏは石英トッ
ププレート４６を固定する固定具、６１は固定具５ｏを
水冷するだめの水冷孔、５２は反応ガス供給管、５３は
反応ガス供給口、５４はパージガス供給管、６６はパー
ジガス供給口、５６は通気孔、５７はガス排気口、５８
はガス排気管であって、第１図に示した本発明の第１の
実施例の気相成長装置の構成と同様なものである。本発
明の第２の実施例の気相成長装置の構成が、本発明の第
１の実施例における気相成長装置の構成と異なる点は以
下に示す通シである。第５図において、６９は炭化珪素
でコーティングされたグラファイトから成るサセプタで
、シリコン基板４３を載置したときに、シリコン基板４
３の上面の反応室底面からの高さが、反応室の高さのほ
ぼ２分の１になるよう設置されている。

６ｏは、反応ガス供給口５３から供給された反応ガスを
反応室内部まで導く透明石英から成る反応ガス誘導管で
ある。第５図は、誘導管６ｏの拡大斜視図で、同図にお
いて６１は誘導管６ｏの一端に設けられた反応ガス整流
壁で、６２は反応ガス整流壁６１に適当数設けられた反
応ガス整流孔である。第５図において、反応ガス誘導管
６ｏの一端に設けられた反応ガス整流壁６１は、反応室
側に位置し、反応ガス誘導管６０の他端は、反応ガス供
給口５３に直結している。反応ガス誘導管６ｏの水平中
央断面の位置は、シリコン基板４３をサセプタ５９に載
置したときのシリコン基板４３の上面の位置とほぼ一致
するよう構成されている。第５図において−６３は、パ
ージガス供給口３５から供給されたパージガスを一旦保
持するだめのパージガス予備室で、パージガス予備室６
３は、反応ガス誘導管６ｏを包み込む形で構成されてい
る。６４は、パージガス予備室６３の一端にある透明な
石英から成るパージガス整流壁で、６５は、パージガス
整流壁６３に設けられた適当数のパージガス整流孔であ
る。第７図は、パージガス整流壁６４の具体構成を示す
拡大斜視図で、同図において、６６ば、装置組立時に反
応ガス整流壁６１とパージガス整流壁６４とを合致させ
るためにパージガス整流壁６４に設けられた穴である。

第５図に示した気相成長装置では、反応ガス整流孔６２
を通して反応室内に供給される反応ガスは、シリコン基
板４３およびサセプタ５９を包むように反応室内を流れ
、そしてパージガス整流孔６５を通して反応室内だ供給
されるパージガスが、この反応ガスを包むように反応室
内を流れるよう構成されている。また、反応室内の断面
形状が極カ一定であるように、石英中間プレート４９お
よび反応室壁４７が構成されている。

以上のように構成された気相成長装置てついて、以下第
５図〜第７図を用いてその動作を説明する。

第５図において、赤外線ランプ４４より発せられる赤外
光は、石英トッププレート４６および石英中間プレート
４９を透過して、反応室内部に設置されたシリコン基板
４３およびサセプタ６９を所定の温度（４５ｏ′Ｃ）ま
で輻射加熱する。この際赤外線ランプ４４より発せられ
る赤外光は、同時に反応室壁４７も輻射加熱するが、反
応室壁４７に設けられた水冷孔４８に水を通すことによ
り反応室壁４７が強制冷却され、反応室壁４７は低温に
保持される。一方、強制冷却手段を有さない石英トップ
プレート４６および石英中間プレート４９ば、赤外光の
一部を吸収して昇温し、シリコン基板４３が４６０　’
Ｃ程度のとき、石英トッププレート４６および石英中間
プレート４９の温度は、２５０　’Ｃ〜４ｏｏ℃となる
。このとき、反応ガス分子としてモノシランと酸素を、
キャリヤガスとしてヘリウムあるいは窒素を用いて、反
応ガス分子とキャリヤガスを混合して反応ガスを作り、
反応ガス供給口５３を通して反応ガス誘導管６０内部に
第５図矢印Ａの方向に沿って供給し、反応ガスを一旦反
応ガス誘導管６０内部で保持して圧力を一定にした後、
この反応ガスを反応ガス誘導管６Ｑの一端にある反応ガ
ス整流壁６１に設けられた反応ガス整流孔６２を通して
、矢印Ｂの方向に沿って、層流状に整流して、反応室内
部のシリコン基板４３およびサセプタ５９を包み込むよ
うに供給する。このとき反応ガス中のモノシランと酸素
が熱分解して、シリコン基板４３上に酸化珪素膜が形成
される。しかし、モノシランと酸素の反応は、室温程度
の低温でも小量ではあるが発生し、強制冷却する反応室
壁４７にも不要な気相成長膜が形成される。そこで、反
応ガスを反応室内に供給すると同時に、反応ガス分子を
含まないヘリウムあるいは窒素から成るパージガスを、
バージガス供給口５５を通してパージガス予備室６３に
第５図矢印Ｃの方向に沿って供給し、このパージガスを
パージガス整流壁６４だ設けられたパージガス整流孔６
５を通して、矢印りの方向に沿って、層流状に整流して
、反応ガスを包み込むように、すなわち石英中間プレー
ト４９および反応室壁４７の底面、側面にパージガスの
カーテンを形成するように供給する。反応室内に供給さ
れた反応ガスとパージガスは、反応室断面形状が一定に
保たれているため、乱れることなく層状にガス排気口６
７へ向かって流れる。このとき効果的に石英中間プレー
ト４９近傍および反応室壁４７近傍のモノシランおよび
酸素の濃度を大幅に低下させることが可能となる。なお
、反応ガス誘導管６゜の鉛直方向の幅をｈｌ　　とし、
反応室の鉛直方向の幅をｈｏとするとき、比ｈ１／ｈｏ
は、本発明の技術的な第一の手段による気相成長装置の
動作の説明の所で述べた理由と同様の理由により、０．
２≦ｈ１／ｈ０≦０．４であることが望ましく、このと
きシリコン基板４３上に形成される気相成長膜の膜厚バ
ラツキが±６％以下に抑えることができる。また、反応
ガス誘導管６０の水平方向の幅をｔｌ、反応室の水平方
向の幅をｔｏとするとき、比ｔ、／１０に関しても、０
．２≦ｌ１／ｌ０≦０．４であることが望ましい。更に
供給する反応ガスの平均レイノルズ数をＲｅｒ、供給す
るパージガスの平均レイノルズ数をＲｅｐとするとき、
比Ｒａｐ／Ｒｅｒは、４≦Ｒａｐ／Ｒｓｒ≦１６である
ことが望ましい。また、シリコン基板４３をサセプタ６
９に載置したときのシリコン基板４３の上面の、反応室
底面からの高さをｈ２とするとき、比ｈ２／ｈ０は、は
ぼ０．５テアルコトカ望マシイカ、ｈ２／ｈ０＝０．６
±０．０５のとき、石英中間プレート４９１反応室壁４
７の壁面での不要な膜成長にはほとんど影響が無かつた
。更に、反応室断面形状の変化の及ぼす影響については
、テーパ形状の反応室だより確認した結果、サセプタ６
９の影響のため、断面形状の変化率が６係を越えると、
上記の効果が大きく低下することがわかった。そのため
、断面形状の変化率は６％以下であることが望ましい。

以上詳述した形で、モノシランと酸素とキャリヤガスか
ら成る反応ガスと、パージガスを、反応室内に導いて気
相成長を行なうとき、シリコン基板２ｏ上に良質の気相
成長膜を形成できると共に、石英中間プレート４９およ
び反応室壁４７での不要な気相成長膜の形成を大幅に削
減できる。

なお、本実施例では、反応ガスの整流手段として、反応
ガス誘導管６ｏと反応ガス整流壁６１゜反応ガス整流孔
６２を設け、パージガスの整流手段として、パージガス
予備室６３とパージガス整流壁６４．パージガス整流孔
６５を設けたが、反応ガス、パージガスを整流すること
が可能ならば、いかなる整流手段を用いてもかまわない
ことは言うまでもない。また、本実施例では、ガス整流
孔６２および６５を円孔としたが、ガスを整流可能なら
ば、いかなる形状であってもかまわない。

発明の効果 以上のように本発明は、サセプタに載置されたシリコン
基板に相対する輻射光透過プレートを通してこのシリコ
ン基板を反応室外部の輻射加熱手段によって加熱して被
膜形成を行なう横型の気相成長装置において、一端に反
応ガスを整流してシリコン基板側にシリコン基板と平行
に供給する反応ガス整流手段と、パージガスを整流して
輻射光透過プレート側に反応ガスと平行に供給するパー
ジガス整流手段を続け、他端にガス排気口を設け、そし
てシリコン基板の上面を反応室の底面とほぼ一致させ、
更に反応室の断面形状をほぼ一定とすることによって、
シリコン多結晶膜を気相成長させるとき、均一性のすぐ
れたシリコン多結晶膜を形成できると共に、幅対光透過
プレートでの不要な気相成長膜の発生を大幅に抑えるこ
とができ、その実用的効果は大なるものがある。

さらに本発明は、サセプタによって水平に支持されるシ
リコン基板を、反応室外部の輻射加熱手段によって加熱
して被膜形成を行なう横型の気相成長装置において、一
端に、反応ガスを整流してシリコン基板およびサセプタ
と平行にかつシリコン基板およびサセプタを包み込むよ
うに供給する反応ガス整流手段と、パージガスを整流し
て反応ガスと平行にかつ反応ガスを包み込むよう疋供給
するパージガス整流手段を設け、他端にガス排気口を設
け、そして反応室の断面形状をほぼ一定とすることによ
って、酸化珪素膜を気相成長させるとき、均一性のすぐ
れた酸化珪素膜を形成できると共に、反応室壁面での不
要な気相成長膜の発生を大幅に抑えることができ、その
実用的効果は犬なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の気相成長装置の断面図
、第２図は反応ガス整流壁とパージガス整流壁の具体構
成を示す拡大斜視図、第３図は第１図４７）Ｘｌ−Ｘ２
断面図、第４図は比ｈ１／ｈ０オよびＲｅｐ／Ｒｅｒに
対するＣ２／Ｃ１の関係を表わす図、第５図は本発明の
第２の実施例の気相成長装置の断面図、第５図は反応ガ
ス誘導管と反応ガス整流壁の具体構成を示す拡大斜視図
、第７図はパージガス整流壁の具体構成を示す拡大斜視
図、第８図および第９図は従来の気相成長装置の断面図
である。 ２０．４３・・・・・・シリコン基板、２１１５９・・
・・・・サセプタ、２２．４４・・・・・・赤外線ラン
プ、２４゜４６・・・・・石英トッププレートご２５，
４了・・・・・・反応室壁、２７．４９・・・・・・石
英中間プレート、３１゜５３・・・・・・反応ガス供給
口、３３．５５・・・・・パージガス供給口、３４・・
・・・・反応ガス予備室、３５．６１・・・・・反応ガ
ス整流壁、３７．６３・−・・・・・パージガス予備室
、３８．６４・・・・・パージガス整流壁、−３６゜６
２・・・・・反応ガス整流孔、３９．６５・・・・・・
パージガス整流孔、４１．５７・・・・・・ガス排気口
、６ｏ・・・・反応ガス誘導管。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名２０
−一一シリゴン渇乙９え ２１−−−　ｖてブブ ２２−−一春りｌま隈うノフ１ ２７一−石兎、゛中間デし一ト ３ｆ−−一反、をＤ”スリ１１計口 ３３−一一戸′−シブ入　　′ ３Ｂ−ｍ−・・　　　　ｔう兄璧 ４ｆ−−−リ゛ス利を艮口 ３Ｊ−互７℃ア、ぢ、を竺 ３９−ｍ−札 ・ｊＳ３図 第４図 Ｒ己ｒ ｊ３−一一デノコ〉不４仄 ４７−゛−万爬ｔデ ｓｓ−ｇ−ジｆス・・ ５７゛１°スＪイト灯ｉ口 ５ｑ−−−−１乞τグ ＧＯ−一一反島１人ＸＡ躊Ｉ Ｃトー　　、　　！、Ｌ！ ６５−ｍ−・　　　　・・　孔 第　８　図 第９図

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）サセプタに載置された基板に相対する輻射光透過
   プレートを通して、前記基板を反応室の外部の輻射加熱
   手段によって加熱して、被膜形成を行なう横型の気相成
   長装置において、一端に、反応ガスを整流して前記基板
   側に前記基板と平行に供給する反応ガス整流手段と、反
   応ガス分子を含まないパージガスを整流して前記輻射光
   透過プレート側に反応ガスと平行に供給するパージガス
   整流手段とを有し、他端にガス排気口を有するとともに
   、前記基板の上面が前記反応室の底面とほぼ一致し、前
   記反応室の断面形状がほぼ一定であることを特徴とする
   気相成長装置。
2. （２）供給するパージガスのレイノルズ数Ｒｅｐと、供
   給する反応ガスのレイノルズ数Ｒｅｒとの比Ｒｅｐ／Ｒ
   ｅｒが、４≦Ｒｅｐ／Ｒｅｒ≦１５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。
3. （３）反応室の底面から反応ガス整流手段とパージガス
   整流手段の結合箇所までの高さｈ＿１と、前記反応室の
   底面から輻射光透過プレートまでの高さｈ＿０との比ｈ
   ＿１／ｈ＿０が、０．２≦ｈ＿１／ｈ＿０≦０．４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。
4. （４）反応室の断面形状の変化率が１０％以下であるこ
   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。
5. （５）サセプタによって水平に支持される基板を、反応
   室外部の輻射加熱手段によって加熱して被膜形成を行な
   う横型の気相成長装置において、一端に、反応ガスを整
   流して前記基板およびサセプタと平行にかつ前記基板お
   よびサセプタを包み込むように供給する反応ガス整流手
   段と、反応ガスを含まないパージガスを整流して反応ガ
   スと平行にかつ反応ガスの周囲を包み込むように供給す
   るパージガス整流手段を有し、他端にガス排気口を有す
   るとともに、前記反応室の断面形状がほぼ一定であるこ
   とを特徴とする気相成長装置。
6. （６）供給するパージガスのレイノルズ数Ｒｅｐと、供
   給する反応ガスのレイノルズ数Ｒｅｒとの比Ｒｅｐ／Ｒ
   ｅｒが、４≦Ｒｅｐ／Ｒｅｒ≦１５であることを特徴と
   する、特許請求の範囲第５項記載の気相成長装置。
7. （７）反応室の幅ｌ＿０と、反応ガス整流手段の幅ｌ＿
   １との比ｌ＿１／ｌ＿０が、０．２≦ｌ＿１／ｌ＿０≦
   ０．４であることを特徴とする、特許請求の範囲第５項
   記載の気相成長装置。
8. （８）サセプタに載置された基板の上面の反応室の底面
   からの高さｈ＿１と、前記反応室の底面から上面までの
   高さｈ＿０との比ｈ＿１／ｈ＿０が、ｈ＿１／ｈ＿０＝
   ０．５±０．０５であることを特徴とする、特許請求の
   範囲第５項記載の気相成長装置。
9. （９）反応室の断面形状の変化率が５％以下であること
   を特徴とする、特許請求の範囲第５項記載の気相成長装
   置。