JPS6251919B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエピタキシヤル析出法及びそのための
反応器に関する。

半導体サブストレートデイスク上にエピタキシ
ヤル析出により半導体層を製造することについて
種々の方法が知られている。半導体化合物からの
反応ガスを被覆すべき半導体デイスクにより分解
し、その際に単結晶の半導体物質がサブストレー
トデイスク上に沈積することにより上記の層を製
造すると優れている。公知方法では、ソース物質
も被覆すべき半導体デイスクも排気処理した反応
器中に装入する。その場合、サブストレートデイ
スクとソース物質は長方形の管の遠く隔つた端部
に配置されている。ソース物質及びサブストレー
トデイスクは異なる温度にされる。その後、例え
ば沃素を包含する注入器を反応器内に開口させる
と、ソースデイスクの区域と半導体サブストレー
トデイスクの区域においてガス状の化学的半導体
は化合物の分圧平衡が達せられる。両方の平衡系
の間の温度差により、これらは互いに相互作用
し、その際にソースデイスクの半導体物質が搬出
されかつ半導体サブストレートデイスクの区域に
おける反応ガスの変換により再び半導体物質が析
出する。この方法は各々のエピタキシヤル工程の
ために反応器を排気処理しかつ密封しなければな
らないので経費が高い。更に、密閉系のこの方法
では反応ガスを遊離するために特別な補助装置を
必要とする。

本発明は、析出工程を非常に厳密に制御調節す
ることができ、その程で反応器の排気処理を必要
とせず、低廉であり、かつ長い準備なしに多数の
半導体デイスクの被覆を許容する、半導体物質を
エピタキシヤル析出させる方法を開示するという
課題に基づいている。

本発明により、半導体デイススクとソース物質
とを反応器中で上下に配置し、半導体デイスク及
びソース物質の温度を別個に異なる温度に調節
し、かつガス状媒体を反応器中に導入して、半導
体物質がソース物質から搬出されかつ半導体デイ
スク上に沈着する平衡状態を生ぜしめることを包
含する、半導体化合物を半導体上にエピタキシヤ
ル析出させる方法が得られる。

更に、本発明により、物質ソース区域と半導体
サブストレートデイスクとの間の搬送空間中でガ
ス状半導体化合物を変換することにより半導体サ
ブストレートデイスク上にエピタキシヤル析出さ
せる方法が得られ、その際にソース物質及び半導
体サブストレートデイスクを反応器中で、別個に
調節可能な異なる温度を有していて、上下に位置
する２つの平面に配置し、この両方の平面の間の
間隔は流動ガスが充填されている反応器の長さに
比べて小さくし、かつソース物質及びサブストレ
ートデイスクの周囲において各々ガス状媒体の分
圧平衡を生ぜしめ、その際に両者の平衡系がソー
スからの物質の侵食及びサブストレートデイスク
上での物質析出下に両方の平面の間の搬送空間を
介して相互作用を行なうことを包含する。

更に、本発明により半導体化合物を半導体デイ
スク上にエピタキシヤル析出させるための装置も
得られ、これは半導体ソース物質と半導体デイス
クを異なる平面に支持叩るための支持部、半導体
ソース物質及び半導体デイスクの温度を別個に調
節する装置及び物質がソース物質から搬出されか
つ半導体デイスク状に沈着する平衡状態を生成す
るために反応器中にガス媒体を導入する装置を備
えた反応器より成る。

殊に、管型反応器中に、ソース物質の支持部と
半導体サブストレートデイスクの支持部が相互に
平行な２つの平面内に上下に設けられている。管
型反応器において、そのサブストレートデイスク
とソース物質を支持する上記区域の前部に予備室
が設置されており、反応ガスがソース物質とサブ
ストレートデイスクとの間の搬送空間中に流入す
る前に該ガスはこの予備室を通過し、かつ該室中
にも同様に半導体ソース物質が設けられており、
これにより確実に、反応ガスが搬送空間の区域に
流入する際に既にその空間で主要である組成を有
する。

一方の側でソースデイスク及び他方の側で被覆
されるサブストレートデイスクが設けられてい
る、搬送空間の範囲を限定している２つの平面の
間の距離は、管型反応器の調節が可能である場合
には変更することができ、この方法で析出率の変
動をもたらす。更に、析出率はソース物質の温
度、また半導体サブストレートデイスクの温度並
びにそれらの間に生じる温度差そして反応ガスの
供給量により決定される。

析出率もしくは析出条件が幾つかのパラメータ
により変更できることは特に有利である。

本発明方法或いはそのための装置では反応管の
最適な利用が可能である。それというのもソース
デイスクと被覆される半導体デイスクが上下に位
置していて、通常のように反応管の長手延長部に
関して前後に配置されていないからである。ソー
ス物質と被覆される半導体サブストレートデイス
クとの間の間隔は半導体デイスクを支持する支持
部の長手延長部に対して小さく、従つて実際にソ
ース源から搬出される全物質はエピタキシヤル法
により半導体サブストレートデイスク上に析出す
る。予備室を取り付けることにより、搬送空間の
全区域において、それ故被覆されるすべての半導
体デイスクにおいて同一の分圧挙動が得られ、従
つてガス混合物は搬送空間の全区域で長手延長部
方向において同じ組成を有する。勿論、ガスはそ
の組成において、ソース物質穿区域における温度
と異なるために、半導体サブストレートデイスク
の直近の組成と異なる。従つて、温度差により互
いに相互作用をする２つの異なる平衡系が生じ、
この際に物質交換が行なわれる。

特に、本発明方法は単結晶の珪素サブストレー
トデイスク上に単結晶珪素半導体層を生成するの
に好適である。更に有利には、半導体サブストレ
ートデイスク上にエピタキシヤル析出物質より成
る局所的に限定された半導体区域を生成するのに
使用することができる。半導体サブストレートデ
イスクのこの部分破壊は局所エピタキシーとして
表わされる。エピタキシヤル析出した半導体層は
種々の方法でドーピングすることができる。他方
ではドーピングしたソース物質を使用することが
でき、その際にエピタキシー層中にドーピングさ
れる。反応ガスにドーピングガスを付加するか又
は両方のドーピング法を一緒に使用することもで
きる。更に、例えばアルゴン又は窒素から成る適
当なキヤリアガスを反応ガスに添加することがで
きる。

次に、本発明方法或いはこの方法を実施するた
めの装置を添付図面により詳説する。図面により
法形横断面を有する管型反応器１を使用すると有
利である。殊に、この管型反応器１は石英製であ
る。この管型反応器は排気しないが、入口位置に
閉鎖部８を具備しており、この閉鎖部８は反応ガ
ス及び場合によりドーピングガスもしくはキヤリ
アガス用の開口部９を包含する。

この反応器は端部で細くなり、最後に排出部に
開口している。

管型反応器１中には２つの平行な上下に設けら
れている平面内に２つの支持部２及び３が設置さ
れており、これらはサセプターとしても表わされ
る。殊に、これら両方のサセプター２及び３はほ
ぼ同じ大きさでありかつ基本的に合同で上下に位
置する。両方の支持部２及び３の間の距離は、管
の軸線に平行に延びている長手延長部に比べて短
い。実施例ではその距離は約２〜６cmであり、支
持部は長さ30〜100cmであつてよい。下部に設け
られているサセプター２は半導体ソース物質の支
持に使われる。例えばこのソース物質はデイスク
５の型で支持部２上に載置されている。このソー
ス物質を多数の折出工程のために最終的に消費す
るまで繰返し使用することができるので、サセプ
ター全面をソース物質で厚く被覆することもでき
る。上方のサセプター３は被覆される半導体サブ
ストレートデイスク６の担持或いは熱伝達に使わ
れる。好適な実施例では両方のサブストレートデ
イスク２及び３は支持枠１２に取り付けられてい
る。この支持枠１２の垂直な柱状部に半導体デイ
スクを担持する被覆ボード１７用の案内部１６が
取り付けられていてよい。有利には、この被覆ボ
ート１７はフレームから成つていて、その空隙に
半導体デイスク６が挿入される。半導体デイスク
がそのフレームから落ちないように、被覆ボート
１７のフレームに小型の支持面１８が設置されて
おり、これは半導体デイスク６の縁を支持する。
このように、半導体デイスク６は被覆ボートにお
いて懸架状態に設置されておりかつその上方に設
けられているサセプター３を介して必要な温度に
加熱される。有利には、被覆ボート１７は可動性
に設けられており、サセプター用の支持枠から取
りはずすことができる。その際に、被覆ボートは
ガイドレール１６上を滑動する。被覆ボートの案
内部のすべての部分は有利には石英ガラスから成
つている。半導体デイスク物質と被覆すべき半導
体サブストレートデイスクとの間の自由な空間は
反応工程で搬送空間１９として役立つ。

管の閉鎖部８を通して導入される反応ガスがこ
の搬送空間９の区域に達する前に、少なくともそ
の一部は予備室１０を流動する。有利には、その
予備室１０は箱形に構成されておりかつ更に１つ
の支持部もしくはサセプター４を包含する。殊
に、このサセプターは半導体ソース物質のサセプ
ター２の平面内に位置する。箱形の予備室１０は
搬送空間に面してガス流出用に開放されている
が、箱形の予備室のそれと対向する側の端面１１
は閉鎖されておりかつ１個又は数個の導入管の開
口部９だけが設けられている。

この予備室１０は、既に搬送空間１９の開始部
で、搬送空間の全長手延長部にわたつて占めるよ
うな分圧挙動を生ぜしめるのに役立つ。これによ
り、すべての半導体サブストレートデイスクで同
一の析出挙動を生ぜしめることができる。このた
めに予備室中に半導体ソース物質７が配置されて
いる。この場合には例えば支持部４上に垂直に配
置された半導体ソースデイスク７であり、このソ
ースデイスクを通して反応ガスが層状流動し、そ
れ故反応ガスに対して大きな反応面積が提供され
る。

支持部或いはサセプター２，３及び４を加熱す
るために、管型反応器の外部に設置されている放
射加熱器を使用すると有利である。図面では支持
部２及び３は各々６個の放射加熱器で所望の温度
に加熱され、予備室の支持部４には３個の放射加
熱器が設けられている。有利には黒鉛から成つて
いる各々のサセプターにおいて温度探子が設けら
れており、これを介して放射加熱器は制御されか
つサセプターの長手延長部にわたつて均一でなけ
ればならないサセプターの所望の温度が調節され
る。支持部２〜４の放射加熱器は第１図で記号１
３〜１５で記載した。すべての放射加熱器は相互
に独立にかつ別個に制御することができる。

エピタキシヤル析出法を実施する際に、例えば
サセプター２及び３に載置される珪素ソースデイ
スクと珪素サブストレートデイスクを取り付け
る。例えば、半導体ソース物質を担持しているサ
セプター２及び若干小さいサセプター４を放射加
熱器１３ないし１５を用いて1000℃に加熱する。
それに対し、被覆すべき半導体デイスク６が下部
に設けられているサセプター３は加熱器１４によ
り温度約900℃にする。次に、反応ガスと場合に
よりキヤリアガス及びドーピングガスを管９を通
して予備室１０中に導入する。例えば、反応ガス
としては沃素を使い、キヤリアガスはアルゴン又
は窒素、特定の場合には水素であつてもよい。予
備室中で四沃化珪素（SiI₄）、二沃化珪素
（SiI₂）、Ｉ及びI₂から組成されているガス混合物
が生じる。ガス混合物の組成及び分圧は温度及び
沃素の供給量により決まる。このガス混合物は予
備室１０から流出しかつ半導体ソースデイスク５
と被覆すべき半導体サブストレートデイスク６と
の間の搬送空間に達する。ソース区域とサブスト
レートデイスク区域において各々ガス混合物の分
圧の平衡系が生じ、その際にこれらの平衡系の間
で温度差により両方向へ粒子移動が惹起される。
例えば、ソース物質側で四沃化珪素が珪素として
二沃化珪素が生じる。この二沃化珪素は分圧差に
基き半導体サブストレートデイスクの方向へ移動
し、そこで再び珪素と四沃化珪素に分解する。こ
の珪素はサブストレートデイスク上に沈積し、四
沃化珪素は再びソース物質方向に移動し、そこで
改めて、珪素と結合する。このようにして半導体
ソース物質デイスクは腐食されかつ搬送された物
質分は半導体サブストレートデイスク上で単結晶
半導体層としてエピタキシヤル析出する。半導体
ソースデイスクと半導体ソースデイスクとの間の
距離が非常に小さいので、良好に調整制御可能な
エピタキシヤル工程の最適な利用が行なわれる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明方法を実施するのに好適な反
応器の１実施例を表わし、第１図は反応器の縦断
面図、第２図は反応器の横断面図を示す。 １……反応器、２，３，４，１７……支持部、
５，７……半導体ソース物質、６……半導体サブ
ストレートデイスク、１０……予備室、１１……
端面、１３，１４，１５……放射加熱器、１８…
…支持面、１９……搬送空間、２０……端面側。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物質ソース区域と半導体サブストレートデイ
   スクとの間の搬送空間中でガス状半導体化合物を
   変換することにより半導体サブストレートデイス
   ク上でエピタキシヤル析出させる方法において、 ガス系入口およびガス系出口をそれぞれの端部
   に有する管型反応器の共通の空間中に多数の同平
   面の半導体デイスクを配置し、その際に該デイス
   クを管型反応器の縦軸に対してほぼ平行に延びて
   いる平面において相互に近接配置し； 管型反応器の前記の共通空間中に、それぞれの
   サブストレートデイスクと反対側に半導体物質ソ
   ースを配置し、その際にこのソース物質は、前記
   の半導体サブストレートデイスクの平面から垂直
   方向に間隔をおいてかつ平行に位置する平面に配
   置し、かつ前記の平面相互間の間隔は管型反応器
   の長さよりも小さくし； 前記の平面の温度は、所望の異なる温度にそれ
   ぞれ別個に調節維持し； 付加的な半導体物質ソースを、管型反応器中に
   そのガス入口に隣接して配置した予備室中に供給
   し； その付加的な半導体物質ソースを所望の温度に
   維持し；かつ 反応ガスを前記予備室を、次に管型反応器の前
   記の共通空間を貫流させて、サブストレートデイ
   スク及びソース物質の周囲で生じるガス状媒体の
   それぞれの分圧平衡系を発生させ、その際にこの
   ２つの平衡系は前記の平面の間の搬送空間を介し
   て相互作用して、半導体物質をソースから侵食し
   かつ半導体物質をサブストレートデイスク上に沈
   着させることを組合せて成ることを特徴とするエ
   ピタキシヤル析出法。 ２ 半導体物質ソースの平面が半導体サブストレ
   ートデイスクの平面よりも下部に位置する特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ３ 反応ガスを、予備室中の付加的な半導体ソー
   ス物質を通して層状に流動させる特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ４ 予備室中の付加的な半導体ソース物質が多数
   のデイスク状半導体成形体より成り、かつこのデ
   イスク状半導体成形体を予備室中に、それらの表
   面が反応ガスの流動方向にほぼ平行であるように
   配置する特許請求の範囲第３項記載の方法。 ５ 反応ガスにキヤリアガス及び／又はドーピン
   グガスに混合する特許請求の範囲第１項、第３項
   又は第４項のいずれか１項記載の方法。 ６ 物質ソース区域と半導体サブストレートデイ
   スクとの間の搬送空間中でガス状半導体化合物を
   変換することにより半導体サブストレートデイス
   ク上でエピタキシヤル析出させるための反応器に
   おいて、 ガス系入口およびガス系出口をそれぞれの端部
   に有する管型反応器１の共通の空間中に多数の同
   平面の半導体デイスク６が管型反応器１の縦軸に
   対してほぼ平行に延びている平面において相互に
   近接配置されており； 管型反応器１の前記の共通空間中に、それぞれ
   のサブストレートデイスク６と反対側に半導体物
   質ソース５が半導体サブストレートデイスク６の
   平面から垂直方向に間隔ａをおいてかつ平行に位
   置する平面に配置され、かつ前記の平面相互間の
   間隔ａは管型反応器の長さよりも小さくし； 管型反応器１中に半導体ソース物質５及び半導
   体サブストレートデイスク６のために別個に加熱
   可能な、上下に位置する２つの支持部２，３が設
   けられており； 前記の平面の温度を、所望の異なる温度にそれ
   ぞれ別個に調節維持するための放射加熱器１３，
   １４が配置されており； 付加的な半導体物質ソース７が、管型反応器１
   中にそのガス入口に隣接して配置した予備室１０
   中に配置されており； 予備室１０はその付加的な半導体物質ソース７
   を所望の温度に維持するための放射加熱器１５を
   備えている； ことを特徴とする、エピタキシヤル析出させるた
   めの反応器。 ７ 平行に相互に位置する２つの平面内に平らな
   支持部２，３が上下に設けられており、かつこれ
   らの支持部の長手延長部が管型反応器中の軸線に
   対して平行に延びている特許請求の範囲第６項記
   載の反応器。 ８ 管型反応器１が方形断面を有しかつ両方の上
   下に設けられている支持部２，３が殆んど同じ大
   きさでありかつ基本的に合同であるように上下に
   位置している特許請求の範囲第６項又は第７項記
   載の反応器。 ９ 両方の支持部２，３の間の間隔ａが２〜６cm
   である特許請求の範囲第６項記載の反応器。 １０ 支持部２，３の長手延長部が約30〜100cm
   である特許請求の範囲第６項記載の反応器。 １１ 予備室１０が箱形に形成されており、一方
   の端面１１に反応ガス用の流入口が設けられてお
   り、上記端面に対向する端面側２０が、上下に位
   置するように設けられている支持部２，３の方向
   に対してガス流出用に開口している特許請求の範
   囲第６項記載の反応器。 １２ 予備室１０中に半導体ソース物質７を収容
   するための支持部４が設けられている特許請求の
   範囲第１１項記載の反応器。 １３ 半導体サブストレートデイスク６を支持す
   るために、支持部３の直下に滑動可能なフレーム
   １７が設けられており、このフレーム１７が半導
   体サブストレートデイスク６の範囲で搬送空間１
   ９方向に開放されておりかつエピタキシヤル物質
   で被覆される半導体サブストレートデイスク６の
   縁部用の小さな支持面１８を有している特許請求
   の範囲第６項から第１２項までのいずれか１項記
   載の反応器。