JPS6276718A - 気相結晶成長装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は半導体の気相結晶成長装置に係わり、特に原
料交換において、配管内及び反応炉内の汚染を防止し結
晶成長層の特性の再現性を向上する気相結晶成長装置に
関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

気相結晶成長法の１つに、成長させる結晶の原料ガスを
反応炉に導入し熱分解反応により基板上に結晶を成長さ
せる化学輸送法（Ｃｈｅｎ＋１ｃａｌ　ＶａｐｏｒＤｅ
ｐｏｓｉｔｊ、ｏｎ　：　ＣＶＤ法）がある。この方法
は原料が全て気体であるため弁の開閉と流量の精密な制
御により、結晶の成長速度、組成、物理的性質を広範囲
に変化させることが出来るという特徴がある。

ところで、従来から使用されている気相結晶成長装置は
、第３図に示すように構成される。この装置によれば、
原料ガスを輸送する配管系は、原料ガスボンベ■よりバ
ルブ（イ）、マスフローコントローラ■、バルブ（１７
）を介し反応炉（１０）に接続される配管すとキャリア
ガスボンベ■よりガス純化装置ω、バルブ（８）及びマ
スフローコントローラ（９）を介して配管すに接続され
る配管Ｃからなっている。

また、成長終了後またはボンベ交換後の残留ガスを置換
するための配管系ｄが、置換用ガスボンベ（３）よりバ
ルブ■を介して原料ガスボンベ（ト）の出口部ａに接続
されている。

反応炉（１０）は、加熱用ＲＦコイル（１１）ならびに
このＲＦコイル（１１）によって加熱される基板（１２
）及ヒ、この基板（１２）を支持するサセプタ（１３）
Ｌ備えており、出口側にはバルブ（１４）を介して真空
徘気装置（１５）が接続されている。また、反応炉（１
０）内に導入されたガスはバルブ（１６）を介して排気
される。

このような装置を用いて、例えば代表的な半導体である
シリコンＳｉをＳｉ基板（１２）上に成長させる場合、
原料ガスとしてシラン５ｉｔｌ、の入っているボンベ（
υ、キャリアガスとして、水素Ｉ＋２の入っているボン
ベ■、置換用ガスとしてアルゴンＡｒの入っているボン
ベ■を使用する。成長を行うには、ボンベ（１）及びボ
ンベ■を開け、さらにそれぞれのバルブ（イ）、（８）
を開け、原料を輸送する配管系を通してシラン５ｉｌ１
４と水素１１２の混合ガスを、ＲＦコイル（１１）によ
り加熱された基板支持用サセプタ（１３）が内部に配置
された反応炉（１１）に導入する。

ところで、シランＳｉＨ４は酸素や水分と反応しやす＜
、Ｓｉ基板を載置した際に反応炉（１０）内に前記のよ
うな残留ガスがあると、成長層の表面形態や、移動度、
抵抗率などの電気的特性に多大の影響を与える。また、
シラン５ｉｌ１４に限らず、気相結晶成長で使用する原
料ガスは酸素や水分を嫌うものが多い。

そこで成長前には、置換用ガスＡｒまたはキャリア用ガ
ス１１□により配管及び反応炉内のパージを十分行うか
、または真空排気装置（１５）により真空排気を行った
後、置換用ガスＡｒまたはキャリア用ガス１１２によっ
てガス置換を行うのが一般的である。

ところがボンベを交換する場合、例えば第３図において
シランガスボンベ■について考えると、バルブ６）及び
バルブ■を閉じた状態で交換した場合でも、ボンベ０）
の出口部ａからバルブ０）及びバルブ■までの配線内に
大気が残留することになる。

そこでこの残留した大気を除去するために、ボンベ■の
交換後、真空排気装置（１５）によりバルブ（１４）、
反応炉（ｌＯ）、バルブ（１７）　、マスフローコント
ローラ（１６）及びバルブ（４）を介して真空排気した
後、アルゴンＡｒボンベ■を開は次にバルブ０を開は配
管内を置換する方法が行われる。

しかし、上記の方法では残留した大気が原料ガスを輸送
する配管系すや反応炉（１ｏ）内を通過するため、内壁
へのガス吸着は避けられない。また、真空排気の通路が
長いため、排気時間が長くかかる。また、成長層の特性
においてもボンベ交換直後の成長では表面形態異常や、
第４図に示すように移動度の低下などを招きやすく問題
があった。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、上記従来の問題点を解消し、ボンベ
交換直後に成長した結晶においても良質な成長層を再現
性良く得ることが出来る気相結晶成長装置を提供するこ
とである。

〔発明の概要〕

この発明は、反応炉出口側の真空排気装置とは別に反応
炉より上流側に配管系に専用の真空排気装置を接続する
ことにより、ボンベ交換時に配管内に残留した大気を反
応炉を通過させることなく除去できる気相結晶成長装置
である。

〔発明の実施例〕

この発明に係る一実施例の気相結晶成長装置は第１図に
示すように構成される。なお、従来技術と同等部には同
し参照番号を符した。

特に、本実施例の気相結晶成長装置では、原料ガスボン
ベα）の出口部ａには、バルブ（１８）を介して第２の
真空排気装置（１９）が接続されている。この真空排気
袋［（１９）は、原料ガスボンベのを交換した時に、配
管内に残留している大気を除去するために専用に設けた
ものである。

以下に原料ガスボンベ■を交換する方法を述べる。。

まず、バルブＣ４）、　（５）、　（１８）を閉じた状
態でボンベ０）を交換する６当然のことながらボンベ（
１）の出口部ａからバルブ（イ）、■、　（１８）まで
の配管内には大気が残留している。次にバルブ６）及び
０は閉じたまま、第２の真空排気装置（１９）によりバ
ルブ（１８）を介してボンベ■の出口部ａに接続した配
管内を真空排気する。そして、ｌ置換用ガスポンベ■及
びバルブ■を開け、この配管内を置換する。

これによって残留した大気を反応炉（１０）を通して排
気するという不都合点を解消でき１反応炉（］０）内壁
やバルブＯ）、■開の配管以外の配管し。

Ｃ内壁への酸素や水分の吸着を防止できる。また、真空
排気の通路が従来より短かいため、排気時間の短縮がで
きるという利点を持つ。

本発明の気相結晶成長装置を用いて結晶成長を行った場
合、成長層の特性に及ぼす具体的効果を以下に述へる。

原料ガスボンベ■としてシランＳｉＨ，、キャリアガス
ボンベ■として水素Ｈ，，［換用ガスボンベ■にアルゴ
ンＡｒの３種類のガスを用い、基板（１２）としてはＳ
ｉ基板を用いた。シランガスボンベ交換後、第２の真空
排気装［（１９）によりバルブ（１８）を介してボンベ
出口部ａの配管内をＩ　Ｘ　１０”−’Ｔｏｒｒまで真
空排気した後、アルゴンＡｒによる置換を行なった。

８１基板（１２）上に通常のＣＶＤ法により膜厚３〜４
虜のｕｎｄｏｐｅ　Ｓｉ単結晶の成長を行い、シランガ
スボンベ（１）交換の前後で特性がどのように変化する
かを調へた。

成長層の表面形態を光学顕微鏡により観察した結果、シ
ランガスボンベ■の交換前後の結晶成長で変化はみられ
なかった。また、成長層の電気的特性をνａｎ　ｄｅｒ
　ｐｏｕＶ　　（ファン・デア・パラ）法による測定を
した結果、ｎ導電型を示し、第２図に示すように、ボン
ベ交換の前後で移動度、抵抗率ともほぼ一定値を保って
いることがわかった。

第４図は、従来例として第１の真空排気装置（１５）を
用いてシランガスボンベ交換を行った時の成長層の移動
度、抵抗率の変化を示す。従来例では、交換後、数回の
成長において抵抗率の上昇、及び移動度の低下が現われ
ている。従って、第２図と第４図との比較から、本発明
による成長層の特性に関する再現性が向上していること
がわかる。

なお、真空排気装［（１９）としてヘリウム漏洩検知器
を用いることにより、真空排気と配管の漏洩試験を同時
に行うことができる。これにより作業時間が短縮され作
業効率の向上を実現できる。

また、上記実施例ではＳｉの結晶成長を例に用いたが、
本発明はこれに限られるものではなく、ＧａＡｓやＧａ
ｕｌＡｓなどの化合物半導体のように原料ガスが複数の
場合にも応用できる。

また、原料ガスだけでなくキャリアガスボンベ■や置換
ガスボンベ■の交換にも応用できる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、原料ガスボンベ交換時に、配管内に
残留した大気を反応炉を通さずに排気できるため、反応
炉内の汚染を防止でき、また配管の汚染も少なく、ボン
ベ交換直後の成長でも成長層の表面形態や特性に関する
再現性の向上を実現できた。

【図面の簡単な説明】

第１図はｌこの発明の一実施例に係る気相結晶成長装置
を示す概略図、第２図は本発明の気相結晶成長装置を用
いた場合の原料ガス交換前後の移動度及び抵抗率の変化
を示す図、第３図は従来の気相結晶装置を示す概略図、
第４図は従来例を用いた場合の原料ガス交換前後の移動
度及び抵抗率の変化を示す図である。 （ト）・・・原料ガスボンベ、 ■・・・キャリア用ガスボンベ、 ■・・・置換用ガスボンベ、 Ｇ）、■、（８）、（１４）、（１６）、（１７）、（
１８）・・バルブ、（６）、（９）・・・マスフローコ
ントローラ、■・・・キャリアガス純化装置、 （１０）・・反応炉、　　　　　（１１）・・・ＲＦコ
イル。 （１２）・・・基板、　　　　　　（１３）・・・サセ
プタ。 （１５）・・・第１の真空排気装置、 （１９）・・・第２の真空排気装置。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　大胡典夫

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 反応炉の入口側に原料ガスを輸送する配管系と残留ガス
   を置換する配管系を、また反応炉の出口側に真空排気装
   置を有する気相結晶成長装置において、前記反応炉の入
   口側に真空排気装置を設けたことを特徴とする気相結晶
   成長装置。