JPS6321822A - シリコン気相エピタキシヤル成長方法 - Google Patents

シリコン気相エピタキシヤル成長方法

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JPS6321822A
JPS6321822A JP16720986A JP16720986A JPS6321822A JP S6321822 A JPS6321822 A JP S6321822A JP 16720986 A JP16720986 A JP 16720986A JP 16720986 A JP16720986 A JP 16720986A JP S6321822 A JPS6321822 A JP S6321822A
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gas
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hydrogen gas
vapor phase
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Fumitoshi Toyokawa
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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】 し産業上の利用分野〕 本発明に、3iエピタキシヤル成長方法に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
従来、Siの気相エピタキシャル成長方法としてに、高
周波加熱あるいに赤外線ランプ加熱に:り、サセプタ及
びSi単結晶基板(以下基板と記す)のみ全加熱する、
言わゆるコールドウオール方式のものが広く実用化され
ている。Oの方法は、赤外線ランプ加熱あるいは高周波
加熱に二り、基板とサセプタのみを加熱し、反応管内に
、シラン系反応カス(S tH4,S 1Hzct 2
. S 1Hclx、 SiC/4)と水素(H2)及
び必要に応じてドーパントガス(シボランB2H6,ア
ルシンA s H3,ホスフィンPH3)を導入して所
望の8iエピタキシヤル膜を成長させるものである。こ
の様な方法としては、第4図に示し九様に、台形サセプ
タ36を用い、スルーブツト(基板の処理能力)と、膜
質(膜厚、電気抵抗)の均一性を改善したものがある。
(M。
Ogirima ctal、、 J、Electroc
hem、 Soc、 vol。
125、Nn11(1978)P、1879 ”’A 
MultiwaferGrowth System f
or Low Pressure 5iliconEp
itaxy″)また、圃様な方法としては、第5図に示
した様に、基板を積み重ねる様に保持するサセプタ42
と反応ガス導入ノズル43を用い、スループットと膜質
の均一性向上を計ったものがある。(V Iadimi
r3、 Ban etal、、 Proceeding
 of InternatioraiConferen
ce on Chemical Vapor Depo
sition、 TheElectrochemica
l 工nc、、1979 P、102’A  NEWR
EACTORFOR5ILICON  EPITAXY
’)Lかしながら、基板の大口径化が進むに伴い、上述
の様なコールドウオール方式の8i気相エピタキシヤル
成長方法では、装置の運転コスト(消費電力、反応ガス
の消費量、保守の困難さ)、スルーブツト、装置価格、
等の問題が深刻化して来ている。
これらの問題を改善するため、オギリマらは、抵抗加熱
によるホットフォール方式のSi気相エピタキシャル成
長方法を報告している。(M、Ogirima eta
l、、The Electrochemica18oc
iety Extended Abstracts、 
Abstract Nn 404(1981)p981
  @LOW−P几ESSURE HOT−WALL 
5ILICONEPITAXY“)この方法に、拡散炉
に用いられている抵抗加熱炉内に反応管を設置し、減圧
下で、8iH2Ct2.H2,PH3g同時に同一の流
路で基板し VCC対画垂直流し、所望のSiエピタキシャル成長膜
を成長させるものとなっている。
〔発明が解決し:うとする問題点〕
上述した従来のホットウォール方式VCよるSi気相エ
ピタキシャル成長方法に、反応に関与する全てのガスを
同一のガス流として、900℃〜1200℃の高温に維
持さnた反応管内に導入するため、Siiエピタキシャ
ル底長しようとする基板表面以外においても、シラン系
ガスの熱分解反応及び8iH4以外のシラン系ガス?使
用した場合はH2Kよる還元反応が生じ、Stエピタキ
シャル成長の原料となるシラン系ガスが著しく消費さn
る。こ(Dfcめ、反応ガスN、路の上流側と下流側と
では、成長したエピタキシャル膜の膜厚は著しく異なっ
たものとなってしまう問題がある。また、Oれら熱分解
反応や、還元反応に、不要の微粒子を多数発生させるた
め、基板を汚染し、エピタキシャル膜の欠陥発生原因と
なる。
〔問題点上解決するtめの手段〕
本発明のSi気相エピタキシャル成長方法に、シラン系
ガスvcHCtあるいはCt2i混合したガスと水素ガ
スと全基板近傍までそれぞれ別々に分離して供給するも
のである。
〔作用〕
シラン系ガスにHCzあるいflc12”f混合したガ
スと水素ガスとを基板近傍1で、そfl、ぞn別々に分
離して供給することにより、基板近傍以外の領域におけ
るシラン系ガスの熱分解反応?抑制し、H2VCよるシ
ラン系ガスの還元反応金防止できる。
その結果微粒子の発生が抑制さ几、この微粒子に起因す
るエピタキシャル膜の欠陥発生が抑えられる。1九原料
ガスの消費も抑制することができ、低コストでエピタキ
シャルik製造できる。
〔実施例〕
次に本発明について図面全参照して説明する。
〔実施例1〕 第1図は本発明の第1の実施例に使用し九収長装置の縦
断面図である1反応管は外管1及び内管2から成る2重
管であり、内管2にはガス導入の之めの複数の細孔3が
内管2の壁面に均一に分布する様設けられている。また
外管1にはガス導入口4,5が設けられている。内管2
の内部には。
基板6を水平に保持する回転可能な基板ホルダー7及び
基板6の枚数と同等の数で基板6と同等の高さに基板に
向って開口している細孔を有するノズル8が設置されて
おり、ノズル8及びガス導入口4,5工ク反応に関与す
るガスを導入する(図中矢印はガス流路を示している)
。外管1は真空気密を保つ様架台9に固定され、架台9
には真空排気口10が設けられている。基板6の加熱は
、縦型の抵抗加熱炉11t−用いて行なわれる。
以下に、第1の実施例の8i気相エピタキシヤル成長方
法におけるSiエピタキシャル成長例を示す。
基板ホルダー7に直径150■ の基板6t−10−間
隔で50枚取り付け、10rpmで回転させながら、ガ
ス導入口4,5エクH2’<3017−で流し反応管内
温度t−1100℃とした。次にガス導入口4,5より
H2を151/−で流しX空排気ロ10エク真空排気す
る事で反応管内部f2torrとした。その後ノズル8
工95iH2Ctz 0.8t/”HCI 0.8t/
m、 PHa  0.003m1/m f:流し、反応
管内部12torrに維持しSiのエピタキシャル成長
を行なった。その結果、成長速度にQ、5#L/’mで
あり、50枚金工の基板におけるSiエピタキシャル膜
の膜厚分布は±4%以内、電気抵抗分布は±6%以内で
あり、かつ微粒子の発生に起因する欠陥は認められなか
った。
なお、第1の実施例において、H2流路を変更し真空排
気口10′t−ガス導入口としてHx’r導入し、ガス
導入口4,5から真空排気を行なう成長実験も試み友結
果、同等の膜厚、電気抵抗の分布を有する8iエピタキ
シヤル膜が得られ、微粒子による欠陥も認められなかっ
た。
[実施例2] 第2図は1本発明の第2の実施例において、使用した成
長装置の縦断面図である。
本実施例に内管13内部に設置されたノズル19の細孔
が、内管13の内壁面に向って開口している点で第1の
実施例と異なる。この時ノズル19の細孔と、内管13
の壁面に開口している細孔14とに位置が一致しない様
装置する事が望ましい。
この実施例では、ノズル19工り導入さnるガス流が一
度内管13の内壁面にあたり、内管13内部に広く分散
される九め多数枚の基板にエピタキシャル成長を行なり
場合、膜厚及び電気抵抗の均一性を向上できるという利
点がある。
第2の実施例の8i気相エピタキシヤル成長方法を用い
、75枚の基板に実施例1と同等の条件でエピタキシャ
ル成長上行なっ九結果、収長速匿は0.5μ情/−であ
り膜厚分布に±3%以内、電気抵抗分布は±5%以内あ
っt、まt微粒子発生に起因する欠陥は認められなかっ
た。
なお、第2の実施例においてもH2流路を変更し、真空
排気口21側からH21に導入し、ガス導入口15.1
6側から真空排気を行なう成長実験を試みたところ同等
の膜厚及び電気抵抗分布の8iエピタキシヤル膜が得ら
れ、微粒子による欠陥に認められなかった。
〔実施例3〕 第3図は本発明の第3の実施例において使用した成長装
置の縦断面図である。
反応管は外管23と内管24から取る2重反応管であり
、内管24には排気のための複数の細孔25が、内管2
4の壁面に均一に分布する様設けられている。また外管
231Cは真空排気口26が設けられている。内管24
の内部には、基板27を水平に保持する回転可能な基板
ホルダー28が設けらnでいる。また基板27の枚数と
同等の数で、基板27と同等の高さに細孔を有するノズ
ル29及び30が設けられている(図中矢印はガス流路
を示している)、外管23に真空気密を保つ工の架台3
1に固定されている。基板27の加熱は抵抗加熱炉32
を用いて行なわ几る。
この実施例でに、反応に関与するガスが全てノズルに工
っで導入さ几る事から膜厚、電気抵抗の均−性向上に有
利であり、微粒子発生の抑制もエフ効果的に行なわ几る
次に、第3の実施例のSi気相エピタキシャル成長方法
における8i工ピタキシヤル成長例を示す。
基板ホルダー28に直径150!■基板27を75枚、
8m間隔で取り付け、lQrpmで回転させ、ノズル2
9−りHz k 40 t/mI で流し、反応管内温
度’1lloo℃とした。伏いて、Hzfi量を20t
/−まで減じ、真空排気口26エク真空排気することで
反応管内W’12torrとした。
その後ノズル30工r) S iH2C411/鱈、 
HCt14/厘+ BzH60,01慣t/調を流し、
反応管内部t−2torrに維持しなからSiのエピタ
キシャル成長を行なった。その結果、成長速度は0.6
μ?PL/silであり75枚金工の基板での膜厚分布
は±3%以内、電気抵抗分布は±5%以内であった。ま
た、微粒子起因の欠陥も認められなかった。
なお、第1〜第3の実施例でに5iH2Ct2と混合す
るガスとしてHCl ’に用いたが、ct2  y<用
いても全く同様の結果を得之。さらに、5iH2Ct2
の代わジに、S iH4,S 1ncz、、 S i 
CL 4金用いても同様の結果が得られ九〇 し発明○効果〕 以上説明したように、本発明において、シラン糸ガスに
HCzあるいdC12f混合し定ガスと水素ガスと上基
板近傍ブで、それぞれ別々に分離して供給することに;
ジ、同時VC複数枚の基板を使用し定場合においても、
基根間に膜厚や電気抵抗のバラツキのない状態で、微粒
子の発生に起因する欠陥のない8iエピタキシヤル膜七
低コストかつ量産性良く製造できる効果がある。
近年、LSIの高集積化、微細化が進むに伴い、MO8
型素子にもSiエピタキシャル基板が用いられようとし
ており、通常の引き上げ技術で製造さ几るバルク基板と
比較して高品質であるエピタキシャル基板を低コスト、
高スルーブツトで製造できる本発明の工業的価値は甚大
である。
【図面の簡単な説明】
第1図に本発明の第1の実施例に用いるSi気相エピタ
キシャル成長装置の縦断面図、第2図は本発明の第2の
実施例において使用する成長装置の縦断面図、第3図は
本発明の第3の実施例において使用する成長装置の縦断
面図である。第4図及び第5図にそれぞれ従来のSi気
相エピタキシャル成長装置の縦断面図である。 1・・・・・・外管、2・・・・・・内管、3・−・・
・・細孔、4・・・・・・ガス導入口、5・・・・−・
ガス導入口、6・・・−・・基板、7・−・・・基板ホ
ルダー、8・・・・・・ノズル、9・・・・・・架台、
10・・・・・・真空排気口、11・・・・・・抵抗加
熱炉、12・・・・・・外管、13・・・・・・内管、
14・・−・・・細孔、15・−・・・−ガス導入口、
16・・−・・・ガス導入口、17・・・・・・基板、
18・・・・・・基板ホルダー、19・・・・・・ノズ
ル、20・−・−架台、21・・−・・・真空排気口、
22・・・・・・抵抗加熱炉、23・・・・−・外管、
24・・・・・・内管、25・・・・細孔、26・・・
・・・真空排気口、27・・・・・・基板、28・−・
・・・基板ホルダー、29・・・・・・ノズル、30・
・・・・・ノズル、31・・・・−・架台、32・・・
・・・抵抗加熱炉、33・・・・・・反応管、34・・
−・・・赤外線加熱炉、35・・・−・・基板、36・
・・・・・サセプタ、37・・・・・・排気口、38・
・・・−・ノズル、39・・・−熱雷対、40・・・・
・・ガス導入口、41・・・・・・反応管、42・・・
・・・サセプタ、43・−・・・・ノズル、44・・−
・・・排気口、45・・・・・・基板、46・・・・−
高周波加熱炉。 豪11 15fJ”ス導2\ロ ヤ2て 不3面

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シラン系ガスに塩化水素ガスあるいは塩素ガスを
    混合したガスと、水素ガスとをシリコンを成長さすべき
    基板の近傍まで、それぞれ別々に分離して供給すること
    を特徴とするシリコン気相エピタキシャル成長方法。
  2. (2)前記混合したガスと、前記水素ガスとを前記基板
    の近傍まで、それぞれ別々に分離して供給する方法は、
    縦型抵抗加熱炉内に設置された反応管内に、複数枚のシ
    リコン単結晶基板を任意の間隔をもたせて積み重ねるよ
    うに水平に保持するシリコンの気相エピタキシャル成長
    装置を用いて、前記混合ガスを前記基板近傍に開口部を
    有するノズルにより供給し、前記水素ガスを別の流路よ
    り前記反応管内に導入する方法である特許請求の範囲第
    1項記載のシリコン気相エピタキシャル成長方法。
  3. (3)前記水素ガスを前記基板の近傍まで供給する方法
    は、縦型抵抗加熱炉内に設置された反応管が、外管及び
    壁面に均一に分布する細孔を有する円管とから成る2重
    管構成であるエピタキシャル成長装置を用いて、該装置
    の前記外管と前記内管との間隙及び前記内管の細孔を通
    して前記水素ガスを前記基板の表面に供給する方法であ
    る特許請求の範囲第(1)項記載のシリコン気相エピタ
    キシャル成長方法。
  4. (4)前記混合したガスと、前記水素ガスとを、前記基
    板の近傍まで、それぞれ別々に分離して供給する方法は
    、縦型抵抗加熱炉内に設置された反応管内へ前記混合し
    たガスを前記基板の近傍に開口部を有するノズルで供給
    し、前記水素ガスを前記基板の近傍に開口部を有する別
    のノズルを用いて供給する方法である特許請求の範囲第
    (1)項記載のシリコン気相エピタキシャル成長方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008155876A1 (ja) * 2007-06-21 2008-12-24 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Soiウェーハの製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008155876A1 (ja) * 2007-06-21 2008-12-24 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Soiウェーハの製造方法
US8361888B2 (en) 2007-06-21 2013-01-29 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Method for manufacturing SOI wafer

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