JPS63282195A - エピタキシャル成長装置の原料ガス吹出ノズル - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、気相エピタキシャル成長装置の反応炉の原料
ガス吹出ノズル（吹出口ともいう）に関するもので、特
に硅素（シリコン）の高品質気相エピタキシャル膜の成
長に使用されるものである。

（従来の技術） 硅素の気相エピタキシャル成長技術の基本的内容は、気
相中で硅素化合物の熱分解、水素還元等の化学反応を起
こさせ、高温（１０００〜１２００℃）に保たれた硅素
基板等の上に硅素の単結晶層を形成させることであるウ
　このためのエピタキシャル成長装置の反応炉の一例と
して縦型反応炉の概念図を第３図に示す、　グラファイ
トサセプタ１は中空円板状で、硅素基板（ウェーハ）２
を支持すると共に高周波コイル３により加熱され、基板
′２を所定温度（約１０００〜１１５０℃）に昇温する
。　キャリヤガス（Ｈ２、Ｎ２　）に混合された原料ガ
スはガス吹出ノズル４より反応炉内に供給され、基板２
上にこれと同じ結晶方位の硅素単結晶膜を成長する。　
５は石英ベルジャである。　従来の原料ガス吹出ノズル
４の一例を第２図に示す。　吹出ノズル４は高純度石英
がらっくられる。　原料ガスはキャリアガスと共に流入
ロアより供給され流出口６より炉内に噴出される。　こ
のノズルの形状を変化させることで、エピタキシャル成
長炉内のガス流パターンなどを制御でき−る。　エピタ
キシャル成長膜厚などのエピタキシャル成長膜特性は、
ノズルから供給される原料ガスの流れの状態などに影響
される。　このため吹出ノズルの位置は任意に決められ
ず、熱源からの熱によって加熱される位置に配置する場
合が多い、　従来吹出ノズルは、別工の容易さ、耐熱性
、純度などの点がすぐれているという理由で、素材に高
純度石英（Ｓｉ　Ｏ２）を用いて製作されている。

石英製のノズルを用いた場合の問題点は、前記のように
ノズルが加熱されているために原料ガス中の硅素がノズ
ル面に析出してしまうことである。

ノズルの石英面に析出した硅素（以下パーティクルと呼
ぶ）はノズルから噴出するガスにより容易に剥離し基板
上に運ばれ、エピタキシャル成長膜中に取り込まれ、表
面異常突起などの欠陥を生成する。　原料ガスとして四
塩化硅素（ＳｉＣ１，）を用い、１１００℃程度の高温
でエピタキシャル成長させる場合には、エピタキシャル
成長工程の実施回数、ガス流量条件などにもよるが、上
記の析出硅素は量的にそれ程問題にならない、　しかし
ながら、エピタキシャル成長膜の素子への応用が広゛が
るにつれ、原料ガスもジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃ１２
）、シラン（ＳｉＨ，）、更にはジシラン＜Ｓｉ２Ｈｇ
）なども使用されつつある。

原料ガス分子中の水素の原子数が増加するにつれ、上記
の析出は激しくなり、硅素基板上のパーティクル数も増
加し、エピタキシャル成長膜中に取り込まれるパーティ
クル数は増加し、素子特性、歩留りに悪影響を及ぼす、
　特に選択エピタキシャル成長や高速バイポーラの基板
形成などの比較的低温で行なうエピタキシャル成長工程
に対しては、−回の成長工程中に硅素が析出し、エピタ
キシャル成長工程前にノズルを洗浄しても大きな効果が
得られないという問題がある。

（発明が解決しようとする問題点） 前述のように従来の石英製の原料ガス吹出ノズルを使用
しエピタキシャル成長を行なう場合、ノズルに硅素が析
出し、噴出するガスによって基板上に運ばれ、エピタキ
シャル成長膜中に取り込まれ、表面異常突起などの欠陥
を生成する。　近年エピタキシャル成長膜の素子への応
用が広がるにつれ原料ガスの種類、基板温度等の工程条
件も多岐にわたり、エピタキシャル成長膜に収り込まれ
る硅素のパーティクル数が増大する場合があり、この改
善は大きな問題となっている。

本発明の目的は、硅素のエピタキシャル成長工程におい
て、反応炉の原料ガス吹出ノズルに析出する硅素が原因
となって生じるエピタキシャル成長膜中のパーティクル
を減少させ、該成長膜の表面異常突起などの欠陥を抑制
し、高品質のエピタキシャル成長膜を作製する原料ガス
吹出ノズルを提供することである。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段と作用）本発明は、気相
エピタキシャル成長装置の反応炉の原料ガス吹出ノズル
〈吹出口ともいう）であって、高純度の石英製ノズルに
炭化硅素膜を被覆したことを特徴とするＨ料ガス吹出ノ
ズルである。

前述のように従来の石英製のノズルだとエピタキシャル
成長工程中にノズルの石英面に硅素が剥れ易いボロボロ
の状態で析出し、噴出する原料ガスによってその一部が
基板上に運ばれパーティクル（細粒）となってエピタキ
シャル成長膜に取り・込まれる。　しかし本発明におい
てはノズルの石英面を炭化硅素（ＳｉＣ）ｇで被覆（コ
ーティング）するので、エピタキシャル成長工程中にノ
ズルに析出する硅素はこの炭化硅素膜に剥れ難い状態で
被着し、従来技術におけるパーティクルの原因となるよ
うな状態の硅素の析出は除去できる。

これによりエピタキシャル成長膜に取り込まれるパーテ
ィクルも大幅に減少する。

望ましい実施態様として、高純度石英製のノズル石英面
にＣＶＤ法で硅素又は窒化硅素を被覆した後、更にその
上にＣＶＤ法で炭化硅素膜を被覆する、　この理由は炭
化硅素を直接石英に被覆すると昇温時（特に約９００℃
以上の高温）において炭化硅素膜が剥離する可能性があ
るためで、中間膜の硅素又は窒化硅素の薄膜は炭化硅素
膜の剥離を防止する作用を持つ。

（実施例） 本発明の吹出ノズルの実施例として、高純度石英上に硅
素又は窒化硅素を被覆〈コーティング）し、更にその上
に炭化硅素をコーティングした望ましい実施態様の場合
について述べる。　第１図（ａ　）はこの吹出ノズル１
且の断面図である。

符号１４は石英から成る吹出ノズルであり、符号１９は
該ノズルの石英面を被覆する炭化硅素膜である。　又石
英面と炭化硅素膜１９との間に硅素又は窒化硅素から成
る中間膜１８が介在する。

原料ガスはキャリアガスと共に流入口１７から流れ込み
、流出口１６より炉内に供給される。　第１図（ｂ）は
、同図＜ａ　＞の破線で示す部分Ａの拡大断面図である
。

一般に吹出ノズルの形状は、エピタキシャル成長装置の
構造、エピタキシャル成長条件などによって最適な形状
が決定される為、特に定めない。

第１図に示すものはその一例である。　あるエピタキシ
ャル工程に最適なノズルの形状が決定されると、先ず高
純度石英をその形状に加工する。

次にＣＶＤ法によって、加工されたノズル１４の高純度
石英面を硅素又は窒化硅素の膜１８によってコーティン
グする。　このコーティング温度及び原料ガス等は公知
の条件により行ない特に定めない、　例として硅素で石
英面をコーティングする場合、（Ｓｔ２Ｈ６＋８２）又
は（Ｓ　Ｉ　Ｈａ　＋８２）の混合ガスを使用し、約９
００℃でコーティング可能である。　又窒化硅素でコー
ティングする場合、（ＮＨ３＋Ｓ　ｉ　Ｈ４）系などの
混合ガスを使用し、約９００℃で行なう、　石英面にコ
ーティングする硅素又は窒化硅素の膜厚が厚過ぎると剥
離し易くなり又コストも高くなるので、その膜厚は１０
μｌを超えないことが望ましい。

上記のように石英を硅素又は窒化硅素でコーティングし
た後に更に公知のＣＶＤ法で炭化硅素（ＳｉＣ）膜１９
をコーティングする。　例えば反応ガスとしてはメタン
とシランの混合ガスを使用し、かなりの高温（１３００
〜１８００℃）で行なう。

コーティングする炭化硅素の膜厚は本発明の効果を得る
為には１００μｌあれば充分で、それ以上厚いとコスト
が高くなるので１００μｍを超えないことが望ましく、
又膜厚が薄いとエピタキシャル成長工程前の塩酸エツチ
ング等で、炭化硅素膜がエツチングされ、石英面が露出
してしまう、　従って、コーティングする炭化硅素の膜
厚は１０〜１００μｌの範囲が適当である。

従来の石英製の吹出ノズルでエピタキシャル成長した場
合、ノズルの石英面に析出した硅素は剥離し易く、パー
ティクルになってエピタキシャル成長中の基板表面に付
着し、表面異常突起などの欠陥の原因となる。　しかし
本発明では石英製ノズル１４の表面に炭化硅素膜１９を
コーティングしたので、析出する硅素は炭化硅素膜１９
上に剥れ難い状態で付着する。　これによりパーティク
ルの発生は防止され、従来の表面異常突起などの欠陥は
大幅に改善される。　なお石英面と炭化硅素膜１９との
間の硅素又は窒化硅素から成る中間膜１８の作用はエピ
タキシャル工程中に炭化硅素膜の剥離するのを防止する
ものである。　上記実Ｍ例のノズル（ｉ１図）と従来の
ノズル（第２図）との特性を比較するため次の試行を行
なった。

即ちエピタキシャル成長前の基板表面のパーティクルレ
ベルが（２０〜６０）個／ウェーハを準備し、原料ガス
としてジシランを用い、９００℃でエピタキシャル成長
をそれぞれのノズルを使用して行なった後、基板上のパ
ーティクルレベルを調査した。

従来の石英ノズルの場合ではパーティクルが約１００個
／ウェーハと激増したが、本実施例のノズルを使用した
場合は元のパーティクルレベル（２０〜６０）個／ウェ
ーハと殆ど同じであった。　同様に９００℃でエピタキ
シャル成長させたウェーハでキャパシターを作製し、そ
れぞれの耐圧を調査した。　　８ＭＶ／ｃ１１以上の耐
圧を示すキャパシターの数は、従来のノズルで作製した
場合供試品の２０〜３０％であったが、本実施例のノズ
ルの場合は５０％以上で、エピタキシャル成長層表面の
異常突起などの欠陥が本発明のノズルを使用すれば著し
く減少することが確認された。

尚前述の実施例では、石英製ノズルの全面に炭化硅素膜
をコーティングしたが、エピタキシャル成長工程で温度
上昇が低く硅素析出が生じないノズル部分に対しては炭
化硅素のコーティングは所望により省略できる。　又エ
ピタキシャル成長装置としては一例を第３図に示したが
、その池の横型又はバレル型の成長装置に使用される原
料ガス吹出ノズル又は吹出口に対しても本発明は勿論適
用できる。

［発明の効果］ 前述したように、硅素の気相エピタキシャル成長装置の
反応炉の原料ガス吹出ノズルに、従来の石英製のノズル
を使用すると、該ノズルの石英面に析出する硅素が原因
となって、エピタキシャル成長膜の表面に異常突起等の
欠陥が発生する。

本発明においては、ノズルの石英面を炭化硅素膜で被覆
するので、析出した硅素は剥離し難く、従ってエピタキ
シャル成長膜中に取り込まれる硅素のパーティクルは大
幅に減少する。　これにより、前記実施例の試行結果か
らも明らかなように、エピタキシャル成長膜の表面異常
突起などの欠陥を抑制し高品質のエピタキシャル成長膜
を作製する　−原料ガス吹出ノズルを提供することがで
きた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエピタキシャル成長装置の原料ガス吹
出ノズルの断面図、第２図は従来の原料ガス吹出ノズル
の断面図、第３図はエピタキシャル成長装置の反応炉の
一例を示す概念図である。 ４．１４・・・石英製原料ガス吹出ノズル、　１旦・・
・本発明の原料ガス吹出ノズル、　１８・・・硅素又は
窒化硅素から成る中間膜、　１９・・・炭化硅素膜。 第１図 第２図　　　　　　　５３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　石英から成り、該石英面に被覆された炭化硅素膜を
   有することを特徴とする気相エピタキシャル成長装置の
   原料ガス吹出ノズル。 ２　前記石英面と炭化硅素膜との間に硅素又は窒化硅素
   から成る中間膜を介在させた特許請求の範囲第１項記載
   の原料ガス吹出ノズル。 ３　前記炭化硅素膜の膜厚が１００μｍを超えない特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の原料ガス吹出ノズル
   。 ４　前記硅素又は窒化硅素から成る中間膜の膜厚が１０
   μｍを超えない特許請求の範囲第２項又は第３項記載の
   原料ガス吹出ノズル。