JPWO2003003432A1 - 気相成長方法および気相成長装置 - Google Patents
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Abstract
反応容器（１１）内にガスを導入しながら、半導体単結晶基板（１）の主表面上に半導体単結晶薄膜を気相成長させる気相成長方法において、ガスの導入領域（Ｒ１）における加熱出力制御を、反応容器（１１）内の、導入領域（Ｒ１）以外の領域で検知した温度に基づいて行うことを特徴とする気相成長方法。
Description
技術分野
本発明は、反応容器内にガスを導入して半導体単結晶基板の主表面上に半導体単結晶薄膜を気相成長させる気相成長方法および気相成長装置に関する。
背景技術
図５に示すように、従来、例えば枚葉式の気相成長装置１００では、反応容器内に設けられたサセプタ１１２上に１枚の半導体単結晶基板（以下、単に基板ということがある）１を載置してサセプタ１１２ごと略水平方向に回転させ、ガスの導入を反応容器１０２の一方向（例えば、図５の左側）から矢印Ａ方向に沿って行い、ガスの排気を導入側とは反対側へ矢印Ｂ方向に行うとともに、反応容器１０２の外側に設けられた加熱装置（図示略）によりサセプタ１１２上の基板１を所望の設定温度に加熱することにより、該基板１の主表面上に半導体単結晶薄膜（以下、単に薄膜ということがある）を気相成長させる。
気相成長中は、温度（特に、基板１の温度）や温度分布（特に、基板１面内での温度分布）といった条件が形成される薄膜の特性に影響を与えるので、これらの条件を適切に制御する必要がある。
温度や温度分布の制御は、例えば熱電対が検知した温度を（例えばハロゲンランプにより加熱を行う）加熱装置の加熱出力にフィードバックして、検知温度が設定温度に近づくように加熱することにより行う。
ここで、熱電対は、反応容器内における複数箇所、例えば基板中心部、側面側、ガスの導入側および排気側の各領域に配されている。そして、これら各領域の温度を各々対応する熱電対により検知し、その検知した温度に基づいて各領域に対し独立に例えばハロゲンランプによる温度制御を行うようにしている。
なお、熱電対は、例えばサセプタ１１２を取り囲むようにして設けられた保熱板１１５内に設けられている。すなわち、例えば基板１の中心部と対応する位置に１本の熱電対１０１ｄ、基板１の周辺部に３本の熱電対１０１ａ（反応容器の側面側）、１０１ｂ（ガスの排気側）、１０１ｃ（ガスの導入側）がそれぞれ配されることとなるように、各熱電対１０１ａ〜１０１ｄを前記保熱板１１５内に配設して、各所毎に温度を検知する構成となっている。
図６に、反応容器１０２内の各所（基板中心部、ガスの導入側及び排気側）において各熱電対で検知された温度の経時変化を示す。図６に示すように、熱電対１０１ｃで検知されるガスの導入領域Ｒ１００（図５の斜線部分）の温度は、熱電対１０１ｄで検知される基板の中心部や、熱電対１０１ｂで検知される排気側の温度に比べて高い。
反応容器１０２内の、前記ガスの導入領域Ｒ１００は、略室温で反応容器１０２内に導入されるガスによって冷やされてしまうため、仮に、反応容器１０２内の全域で加熱出力を一律に設定したとすると、基板のガス導入側周縁部の温度が基板の他の部分の温度に比べて低くなる結果、スリップ転位が発生しやすくなってしまう。
従って、この理由によりスリップ転位が発生しやすくなってしまうことを防止する目的で、導入領域Ｒ１００では、設定温度を高めにしている。このため、上記のように、導入領域Ｒ１００の検知温度は、基板の中心部や排気側の検知温度に比べて高くなる。
スリップ転位の発生し易さは、基板面の２点間の設定温度の差（単位；℃）すなわちオフセットのレベルに応じて変化するが、スリップ転位の発生ができるだけ少なくなるようにオフセットのレベルを設定することが好ましい。
一方、成長する薄膜の抵抗率分布も、設定温度のオフセットレベルに応じて変化する。図４は、設定温度のオフセットレベル（横軸）と薄膜の抵抗率分布（縦軸；基板中心部と周縁部との抵抗率差）との相関を示すグラフである。
このグラフは、基板中心部に対してガスの排気側の設定温度のオフセットレベルを変化させ、高濃度にボロンを添加したｐ＋型のシリコン単結晶基板の主表面上に厚さ約７μｍ、抵抗率約１０Ω・ｃｍのシリコン単結晶薄膜を１１１０℃で気相成長させることにより得たものである。
横軸は、薄膜形成時における、基板中心部に対する加熱の設定温度と、ガスの排気側の領域に対する加熱の設定温度との差を示している。基板中心部の温度は熱電対１０１ｄにより検知され、ガスの排気側の温度は熱電対１０１ｂにより検知される。また、縦軸は、成長したシリコン単結晶薄膜の中心部の抵抗率から、周縁部４点の抵抗率の平均値を差し引いた値（単位；Ω・ｃｍ）であり、この値が０に近いほど抵抗率の面内分布が均一であるといえる。
なお、図４には、上記成長条件でスリップ転位が発生しなかったオフセットのレベルの範囲を範囲Ｈ１００として示す。つまり、オフセットのレベルが−６０℃〜−７０℃の範囲内であればスリップ転位が発生しにくいが、この範囲外であればスリップ転位が発生し易い。
図４によると、抵抗率の面内分布を実質的に０（ゼロ）にするためには、−９５℃のオフセットを設定、すなわち、ガスの排気側の設定温度を基板中心部の設定温度よりも９５℃低くする必要がある。ところが、ガスの排気側と基板中心部とでこれほど温度差が大きいと、オフセットのレベルが上記Ｈ１００の範囲外となってしまうためスリップ転位が発生し易くなってしまう。
逆に、スリップ転位を発生しにくくするためには（上記範囲Ｈ１００内では）、オフセットを−７０℃までにしかできないので、抵抗率が約１０Ω・ｃｍのシリコン単結晶薄膜を気相成長させる場合、薄膜の中心部と周縁部との抵抗率差を０．７Ω・ｃｍ程度までしか小さくすることができない。
なお、各検知温度は、熱電対による検知温度であり、実際の基板の温度とは若干異なる。
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、スリップ転位の発生を抑制しながら抵抗率の面内分布を向上することができる気相成長方法および気相成長装置を提供することを目的とする。
発明の開示
雰囲気ガスを供給しながら反応容器内を昇温しているとき、あるいは反応容器内に原料ガスを供給しているときの加熱の際は、反応容器内におけるガスの導入側の領域は略室温で導入されるガスにより冷却されやすいので、反応容器内における基板中心部、側面側および排気側の各領域に比べてより強く加熱し、基板内の温度バラツキを小さくする必要がある。
しかし、その加熱の際、反応容器内における基板中心部、側面側、ガスの導入側および排気側の各領域で温度を検知し、その検知した温度に基づいて各々独立に加熱制御を行うと、各々の領域に対する加熱の大きさはその時々で異なる為、瞬間的に、予め設定したオフセット値から乖離してしまうことがある。
つまり、例えば、基板中心部に対し温度が変化しやすいガスの導入側に＋３０℃のオフセットを設定したとしても、すなわち、ガスの導入側の設定温度を基板中心部の設定温度よりも３０℃高くしたとしても、ガスの導入側と基板中心部とは各々独立に加熱制御されるので、その温度差が瞬間的に−１０℃程度に小さくなったり、逆に＋５０℃程度に大きくなったりするのである。
そこで、本発明の第１の側面によれば、本発明の気相成長方法は、反応容器内にガスを導入しながら、半導体単結晶基板の主表面上に半導体単結晶薄膜を気相成長させる気相成長方法において、ガスの導入領域における加熱出力制御を、前記反応容器内の、該導入領域以外の領域で検知した温度に基づいて行うことを特徴とする。本発明の気相成長方法は、枚葉式の気相成長装置を用いて気相成長させる場合に特に有効である。
前記ガスの導入領域における加熱出力制御は、前記反応容器内の、ガスの排気側あるいは半導体単結晶基板の中心部に対応する位置で検知した温度に基づいて行うことが好ましい。
好ましくは、半導体単結晶基板の中心部に対するガスの排気側の設定温度を、スリップ転位の発生しない範囲内で、半導体単結晶薄膜の抵抗率分布が最小となるように設定する。
また、本発明の第２の側面によれば、本発明の気相成長装置は、ガスを導入可能に構成され、内部に配した半導体単結晶基板の主表面上に半導体単結晶薄膜を気相成長させるための反応容器と、該反応容器内を加熱する加熱装置と、該反応容器内の、ガスの導入領域以外の領域の温度を検知可能な検知器と、該検知器により検知した温度に基づき加熱装置を制御してガスの導入領域を加熱出力制御する加熱出力制御装置とを備えることを特徴とする。
本発明の気相成長方法および装置によると、温度が変化しやすいガスの導入領域における加熱出力制御は、反応容器内における該導入領域以外の温度のより安定している領域（以下、基準領域ともいう。）で検知した温度、例えばガスの排気側の領域あるいは基板の中心部に対応する位置で検知した温度に基づいて行われるので、それら基準領域とガスの導入領域との間で加熱出力比を一定のレベルに保ちながら加熱することができる。
すると、特に昇温時に基板の面内における温度のバラツキを抑制できるのでスリップ転位が発生しづらくなり、スリップ転位の発生しないオフセット温度範囲が広がる。つまり、スリップ転位の発生が抑制できるという条件を満たしながら、抵抗率の面内分布を向上させるための温度調整を行うことが可能な温度範囲が広がる。したがって、本発明の気相成長方法および装置によると、スリップ転位の発生を抑制しながら抵抗率の面内分布を向上することができるのである。
また、本発明の気相成長方法は、反応容器内の、半導体単結晶基板の中心部に対応する位置と、反応容器内におけるガスの排気側と、の２箇所のみで検知した温度に基づいて、反応容器内の加熱出力制御を行うことが好ましい。加熱出力制御は、例えば、熱電対で検知した温度に基づいて行う。
また、本発明の第３の側面によれば、本発明の気相成長装置は、ガスを導入可能に構成され、内部に配した半導体単結晶基板の主表面上に半導体単結晶薄膜を気相成長させるための反応容器と、該反応容器内を加熱する加熱装置と、該反応容器内の、ガスの排気側の領域の温度を検知可能な第１の検知器と、該反応容器内の、半導体単結晶基板の中心部に対応する位置の温度を検知可能な第２の検知器と、前記第１および第２の検知器により検知した温度に基づき前記加熱装置を制御して、前記反応容器内の加熱出力制御を行う加熱出力制御装置と、を備えることを特徴とする。検知器は、例えば熱電対である。
この場合、反応容器内の、半導体単結晶基板の中心部に対応する位置と、反応容器内におけるガスの排気側の領域と、の２箇所のみで検知した温度に基づいて反応容器内の加熱出力制御を行うので、３箇所以上で検知した温度に基づいて加熱出力制御を行う場合と比べて気相成長条件の条件出しに要する時間が少なくて済む。このため、生産性が大幅に向上する。
また、例えば熱電対等の検知器は、反応容器内における半導体単結晶基板の中心部に対応する位置と、反応容器内におけるガスの排気側との２箇所のみに備えるだけで良いため（検知器が２つだけで良いため）、３箇所以上に備える必要がある場合と比べて、気相成長装置を構成するためのコスト、ならびに、気相成長装置を維持するためのコストを低減することができる。加えて、消粍品である検知器を交換するために気相成長装置の操業を停止する時間が短くなる上、検知器を交換した際に必要で、検知器の数が多いほど時間のかかる作業である温度較正も、３箇所以上に検知器を備える必要がある場合と比べて短時間で済む。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して、本発明に係る実施の形態について説明する。
図１に示す気相成長装置１０は、基板（シリコン単結晶基板等の半導体単結晶基板）１（図２等に示す）の主表面上にシリコンエピタキシャル層等の薄膜を気相成長させるための枚葉式の装置であり、反応容器１１と、この反応容器１１内に配され、その上面に基板１を支持するサセプタ１２と、このサセプタ１２を気相成長の際に回転駆動させる駆動装置（図示略）と、反応容器１１内を加熱するための加熱装置としてのハロゲンランプ（加熱装置）１３と、このハロゲンランプ１３の加熱出力を制御する加熱出力制御装置１５（図８）と、反応容器１１内の温度を検知するための熱電対１４（図２等に示す）と、を備えて概略構成されている。
反応容器１１内には、例えば矢印Ａ方向に沿ってガスが導入され、矢印Ｂ方向に沿って排気されるようになっている。つまり、図１の左側から右側にかけてガス流が形成されるようになっている。
このような気相成長装置１０によれば、基板１を支持したサセプタ１２を反応容器１１内に配し、このサセプタ１２を回転させながら、加熱出力制御装置１５の制御下でハロゲンランプ１３により反応容器１１内の基板１およびサセプタ１２を加熱するとともに、反応容器１１内にガスを導入することで、基板１の主表面上に薄膜を気相成長させることができる。
例えば図２に示すように、ハロゲンランプ１３は、反応容器１１の上側では、ガス流に沿って複数本（例えば、９本）配置され、反応容器１１の下側では、ガス流と直交して複数本（例えば、８本）配置されている。加えて、反応容器１１の中心（基板１の中心部と対応）にもハロゲンランプ１３が配置されている。
ここで、各ハロゲンランプ１３を区別するために、各ハロゲンランプ１３が配置された区域毎にハロゲンランプ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅと区別した符号も付す。
また、反応容器１１内には、基板１の中心部、および基板１に対しガスの排気側の領域、ガスの導入側の領域（ガスの導入領域Ｒ１；図２の斜線部）、反応容器の側面側の領域にそれぞれ対応して、１つずつの熱電対１４が配置されている。ここで、各熱電対１４を区別するために、それぞれに熱電対１４ａ（検知器；特に第２の検知器）、１４ｂ（検知器；特に第１の検知器）、１４ｃ、１４ｄとの符号も付す。
本発明の気相成長装置１０では、各ハロゲンランプ１３のうち、基板１の中心部寄りに配されたハロゲンランプ１３ａおよびハロゲンランプ１３ｂの加熱出力は、基板１の中心部に対応する位置の熱電対１４ａによる検知温度に基づき制御する構成となっている。なお、ハロゲンランプ１３ａとハロゲンランプ１３ｂとの加熱出力比は、予め所定の値に定められている。
他方、その他のハロゲンランプ１３（網掛けを施して示すもの）、すなわち、ハロゲンランプ１３ｃ（ガスの導入側）、ハロゲンランプ１３ｄ（反応容器の側面側）、およびハロゲンランプ１３ｅ（ガスの排気側）の加熱出力は、ガスの排気側の領域に位置する熱電対１４ｂによる検知温度に基づき制御する構成となっている。なお、ハロゲンランプ１３ｃ、１３ｄ、１３ｅの加熱出力比についても、同様に、予め所定の値に定められている。
ここで、各ハロゲンランプ１３の加熱出力比の定め方、すなわち、各区域毎の加熱量の比の定め方について説明する。
先ず、反応容器１１内に基板１を配し、この基板１を回転させずに反応律速の温度領域（本来の気相成長温度よりも低い）で基板１の主表面上に薄膜を気相成長することを、ハロゲンランプ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅの個々の加熱出力のバランスを変化させて複数回行い、薄膜の膜厚分布が最も良くなる各ハロゲンランプ１３の出力バランスを、仮の加熱出力比とする。反応律速の温度領域において膜厚分布が良いということは、温度分布が良いということにほかならない。なお、基板１上に薄膜が成長する速度は、ある温度領域（例えば、シリコン単結晶薄膜の場合、８００℃〜９５０℃程度）では、反応温度が高くなるにつれて大きくなるが、上記反応律速の温度領域とは、この温度領域のことをいう。
次に、反応容器１１内に基板１を配し、この基板１を回転させずに本来の気相成長温度（供給律速の温度領域；例えば、シリコン単結晶薄膜の成長をトリクロロシランガスを用いて行う場合、１１００℃程度）で基板１の主表面上に薄膜を気相成長することを、ハロゲンランプ１３ａ，１３ｂの加熱出力は一定に保つ一方、例えば、ハロゲンランプ１３ｅの設定温度を−５０℃〜＋５０℃変化させるのに伴わせて、ハロゲンランプ１３ｃ，１３ｄ，１３ｅの加熱出力比を一定に保ったままでハロゲンランプ１３ｃ，１３ｄ，１３ｅの出力を均等に変化させて複数回行い、このうちスリップ転位の発生が極力抑えられ、かつ、基板面内の抵抗率分布が良好となる条件を求める。そして、この条件でのハロゲンランプ１３ａ，１３ｂの加熱出力比（以下、第１の加熱出力比；なお、第１の加熱出力比については、上記仮の加熱出力比と同じである）と、ハロゲンランプ１３ｃ，１３ｄ，１３ｅの加熱出力比（以下、第２の加熱出力比）とを上記所定の加熱出力比として用いる。
反応容器１１内は、ハロゲンランプ１３ａ、１３ｂが配された基板中心部と、ハロゲンランプ１３ｃ、１３ｄ、１３ｅが配された基板周辺部との２つの領域に大きく分けられ、このうち基板周辺部のハロゲンランプ１３ｃ、１３ｄ、１３ｅの加熱出力は、雰囲気温度が比較的安定している排気側の領域の熱電対１４ｂによる検知温度と上記第２の加熱出力比とに基づき一括制御し、基板中心部のハロゲンランプ１３ａ、１３ｂの加熱出力は、基板中心部に対応する位置の熱電対１４ａによる検知温度と上記第１の加熱出力比とに基づき一括制御する構成となっている。
つまり、反応容器１１へのガスの導入領域Ｒ１における加熱出力制御は、反応容器１１内の、該導入領域Ｒ１以外の領域（以下、基準領域ともいう）に配置された排気側の熱電対１４ｂにより検知した温度に基づいて行う構成となっている。
従って、基準領域とガスの導入領域Ｒ１との間で加熱出力比を一定のレベルに保ちながら加熱することができるので、特に昇温時に生じやすいそれら領域間の温度差の変動を抑制できる。
図３に、加熱制御法を、設定温度により独立に制御する従来の制御法から、本発明の加熱出力比による制御に変更した直後に、本発明の気相成長装置１０を用いて気相成長を行った際の反応容器１１内の各所（基板中心部、ガスの導入側及び排気側）における温度の経時変化を示す。反応容器１１内の各所に対する加熱出力比は、気相成長前に施す約１１５０℃の熱処理時のものを使用している。図３に示す「導入側」の温度は、ガスの導入領域Ｒ１の温度に相当する。また、図３の期間Ｔ１０は、気相成長中の期間を示す。
この図３と、図６との比較から分かるように、本発明の気相成長装置１０によれば、気相成長中の導入領域Ｒ１の温度を、従来の気相成長装置１００を用いた場合（なお、図６では気相成長中の期間を期間Ｔ１００と示す）と比べて、導入領域Ｒ１に対する加熱出力が低いため、基板中心部の温度に近づけることができる。つまり、基板内の温度バラツキを小さくすることができる。
また、図４は、オフセットのレベル（横軸）と薄膜の抵抗率分布（縦軸；基板中心部と周縁部との抵抗率差）との相関を示すグラフである。
このグラフは、各ハロゲンランプの加熱出力比を上記した手順で定めた後に、本発明の気相成長装置１０を用いて、基板中心部に対するガスの導入側、反応容器の側面側およびガスの排気側の加熱出力のレベルを変化させ、高濃度にボロンを添加したｐ＋型のシリコン単結晶基板の主表面上に厚さ約７μｍ、抵抗率約１０Ω・ｃｍのシリコン単結晶薄膜を１１１０℃で気相成長させることにより得たものである。ガスの導入側、反応容器の側面側およびガスの排気側の加熱出力レベルの変更は、互いの加熱出力比を保ちながらガスの排気側の設定温度を変えることにより一括して行う。
なお、横軸は、薄膜形成時における、基板中心部に対する加熱の設定温度と、ガスの排気側の領域に対する加熱の設定温度との差を示している。基板中心部の温度は熱電対１４ａにより検知され、ガスの排気側の温度は熱電対１４ｂにより検知される。
この図４には、上記条件で気相成長した場合にスリップ転位が発生しなかったオフセット（基板中心部に対する排気側設定温度のオフセット）のレベルの範囲を範囲Ｈ１と示している。
範囲Ｈ１から分かるように、該オフセットのレベルが−６０℃〜−９５℃の範囲内であればスリップ転位が発生しにくい。
従って、気相成長装置１０を用いて気相成長した場合には、−９５℃のオフセットを設定、すなわち、ガスの排気側の設定温度を基板中心部の設定温度よりも９５℃低く設定することにより、抵抗率の面内分布を実質的に０（ゼロ）にしても、オフセットのレベルが上記範囲Ｈ１内であるためスリップ転位が発生しにくい。このようにして、半導体単結晶基板の中心部に対するガスの排気側の制御温度を、スリップ転位の発生しない範囲内で、半導体単結晶薄膜の抵抗率分布が最小となるように設定するのである。
このように、本実施の形態によれば、スリップ転位の発生を抑制できる条件下で調整可能な、基板の中心部と周縁部との抵抗率差（従来は０．７Ω・ｃｍまでしか小さくすることができなかった）を、実質的に０にすることができる。
また、反応容器１１内における基板１の中心部に対応する位置と、反応容器１１内におけるガスの排気側の領域と、の２箇所で検知した温度に基づいて、反応容器１１内の加熱出力制御を行うので、３箇所以上（例えば４箇所）で検知した温度に基づいて制御する場合と比べて加熱出力制御が容易になる。
ところで、上記においては、反応容器１１内におけるガスの導入側の熱電対１４ｃ、反応容器１１内における側面側の熱電対１４ｄも備える例を説明したが、これらの熱電対１４ｃ、１４ｄは、反応容器１１内の加熱出力制御のためには不要である。従って、例えば図７に示すように、これら熱電対１４ｃ、１４ｄを省略し、反応容器１１内の温度を検知可能な熱電対としては、ガスの排気側の領域の熱電対１４ｂ（第１の検知器）と、基板１の中心部に対応した位置の熱電対１４ａ（第２の検知器）との２つのみを備えるようにすることが一層好ましい。なお、図７では、図２に示す場合と比べて、熱電対１４ｃ、１４ｄを省略した点でのみ異なる例を示しているため、図７に示す構成要素のうちで図２に示すのと同様の構成要素には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
図７に示す例の場合、熱電対（検知器）が、熱電対１４ａ、１４ｂの２つだけで足りるので、３つ以上必要な場合と比べて、気相成長装置１０を構成するのに要するコストを低減できる他、気相成長装置１０の維持費を大幅に低減することができる。すなわち、熱電対等の検知器は、いわば消耗品であるため、度々交換する必要があるが、図７に示すように、熱電対を２つにした場合には、３つ以上の場合と比べて維持費を低減できる（例えば、４つの場合と比べて半分の維持費で足りるし、熱電対を交換するために気相成長装置１０の操業を停止する時間も短くなる（例えば、４つの場合の３０％で済む））。
しかも、熱電対は、個々の特性にばらつきがあるため、交換するたびに温度較正を行う必要があるが、この温度較正に要する時間は、対象とする熱電対の数が少ないほど短くて済む。また、気相成長条件を検討して決定する（このことは、「条件出し」という。）際にも、参酌すべき検知温度の数が少ないほど、要する時間が少なくて済む。つまり、熱電対を２つにした場合には、３つ以上の場合と比べて、温度較正や条件出しに要する時間が少なくて済むので生産性が向上する。
なお、上記の実施の形態では、反応容器１１内におけるガスの排気側の熱電対１４ｂで検知した温度に基づき、反応容器１１内におけるガスの導入領域等、基板１の周辺部の加熱出力制御を行う例について説明したが、温度を検知する位置は、反応容器１１内の領域のうちでガスの導入領域Ｒ１以外の領域であれば、その他（例えば、基板の中心部に対応する位置）でもよい。
また、加熱装置としてのハロゲンランプ１３の配置は、あくまで例示であって、その他の配置にしても良いし、区域の分け方も、その他の分け方であっても良いのは勿論である。
さらに、各検知温度は、熱電対による検知温度であり、実際の基板上の温度とは異なるため、上記した具体的な数値は、あくまで目安である。
以上のように、本発明の実施の形態では、反応容器１１内にガスを導入しながら、半導体単結晶基板１の主表面上に半導体単結晶薄膜を気相成長させる気相成長方法において、ガスの導入領域Ｒ１における加熱出力制御を、反応容器１１内の、該導入領域以外の領域で検知した温度に基づいて行う。具体的には、ガスの導入領域Ｒ１における加熱出力制御を、例えばガスの排気側、または、半導体単結晶基板の中心部に対応する位置で検知した温度に基づいて行う。
産業上の利用可能性
本発明に係る気相成長方法および装置によれば、ガスの導入領域における加熱出力制御を、反応容器内の、該導入領域以外の基準領域で検知した温度に基づいて行うので、それらの基準領域とガスの導入領域との間で加熱出力比を一定のレベルに保ちながら加熱することができる結果、スリップ転位の発生を抑制しながらも、抵抗率分布を従来よりも小さくすることができる。従って、本発明に係る気相成長方法および装置は、枚葉式の気相成長装置を用いて気相成長させる場合に特に適している。
【図面の簡単な説明】
図１は、枚葉式の気相成長装置を示す模式的な側断面図であり、
図２は、本発明の加熱出力制御の手法を説明するための、反応容器内の模式的な平面図であり、
図３は、本発明の手法で加熱出力制御を行った場合の反応容器内の各所（基板中心部、ガスの導入側および排気側）の温度の経時変化を示す図であり、
図４は、オフセットのレベル（横軸）と薄膜の抵抗率分布（縦軸；基板中心部と周縁部との抵抗率差）との相関を示すグラフであり、
図５は、従来の温度制御の手法を説明するための、反応容器の模式的な平面図であり、
図６は、従来の手法で温度制御を行った場合の反応容器内の各所（基板中心部、ガスの導入側および排気側）の温度の経時変化を示す図であり、
図７は、本発明の加熱出力制御のより好適な手法を説明するための、反応容器内の模式的な平面図であり、
図８は、加熱出力制御系を示すブロック図である。
本発明は、反応容器内にガスを導入して半導体単結晶基板の主表面上に半導体単結晶薄膜を気相成長させる気相成長方法および気相成長装置に関する。
背景技術
図５に示すように、従来、例えば枚葉式の気相成長装置１００では、反応容器内に設けられたサセプタ１１２上に１枚の半導体単結晶基板（以下、単に基板ということがある）１を載置してサセプタ１１２ごと略水平方向に回転させ、ガスの導入を反応容器１０２の一方向（例えば、図５の左側）から矢印Ａ方向に沿って行い、ガスの排気を導入側とは反対側へ矢印Ｂ方向に行うとともに、反応容器１０２の外側に設けられた加熱装置（図示略）によりサセプタ１１２上の基板１を所望の設定温度に加熱することにより、該基板１の主表面上に半導体単結晶薄膜（以下、単に薄膜ということがある）を気相成長させる。
気相成長中は、温度（特に、基板１の温度）や温度分布（特に、基板１面内での温度分布）といった条件が形成される薄膜の特性に影響を与えるので、これらの条件を適切に制御する必要がある。
温度や温度分布の制御は、例えば熱電対が検知した温度を（例えばハロゲンランプにより加熱を行う）加熱装置の加熱出力にフィードバックして、検知温度が設定温度に近づくように加熱することにより行う。
ここで、熱電対は、反応容器内における複数箇所、例えば基板中心部、側面側、ガスの導入側および排気側の各領域に配されている。そして、これら各領域の温度を各々対応する熱電対により検知し、その検知した温度に基づいて各領域に対し独立に例えばハロゲンランプによる温度制御を行うようにしている。
なお、熱電対は、例えばサセプタ１１２を取り囲むようにして設けられた保熱板１１５内に設けられている。すなわち、例えば基板１の中心部と対応する位置に１本の熱電対１０１ｄ、基板１の周辺部に３本の熱電対１０１ａ（反応容器の側面側）、１０１ｂ（ガスの排気側）、１０１ｃ（ガスの導入側）がそれぞれ配されることとなるように、各熱電対１０１ａ〜１０１ｄを前記保熱板１１５内に配設して、各所毎に温度を検知する構成となっている。
図６に、反応容器１０２内の各所（基板中心部、ガスの導入側及び排気側）において各熱電対で検知された温度の経時変化を示す。図６に示すように、熱電対１０１ｃで検知されるガスの導入領域Ｒ１００（図５の斜線部分）の温度は、熱電対１０１ｄで検知される基板の中心部や、熱電対１０１ｂで検知される排気側の温度に比べて高い。
反応容器１０２内の、前記ガスの導入領域Ｒ１００は、略室温で反応容器１０２内に導入されるガスによって冷やされてしまうため、仮に、反応容器１０２内の全域で加熱出力を一律に設定したとすると、基板のガス導入側周縁部の温度が基板の他の部分の温度に比べて低くなる結果、スリップ転位が発生しやすくなってしまう。
従って、この理由によりスリップ転位が発生しやすくなってしまうことを防止する目的で、導入領域Ｒ１００では、設定温度を高めにしている。このため、上記のように、導入領域Ｒ１００の検知温度は、基板の中心部や排気側の検知温度に比べて高くなる。
スリップ転位の発生し易さは、基板面の２点間の設定温度の差（単位；℃）すなわちオフセットのレベルに応じて変化するが、スリップ転位の発生ができるだけ少なくなるようにオフセットのレベルを設定することが好ましい。
一方、成長する薄膜の抵抗率分布も、設定温度のオフセットレベルに応じて変化する。図４は、設定温度のオフセットレベル（横軸）と薄膜の抵抗率分布（縦軸；基板中心部と周縁部との抵抗率差）との相関を示すグラフである。
このグラフは、基板中心部に対してガスの排気側の設定温度のオフセットレベルを変化させ、高濃度にボロンを添加したｐ＋型のシリコン単結晶基板の主表面上に厚さ約７μｍ、抵抗率約１０Ω・ｃｍのシリコン単結晶薄膜を１１１０℃で気相成長させることにより得たものである。
横軸は、薄膜形成時における、基板中心部に対する加熱の設定温度と、ガスの排気側の領域に対する加熱の設定温度との差を示している。基板中心部の温度は熱電対１０１ｄにより検知され、ガスの排気側の温度は熱電対１０１ｂにより検知される。また、縦軸は、成長したシリコン単結晶薄膜の中心部の抵抗率から、周縁部４点の抵抗率の平均値を差し引いた値（単位；Ω・ｃｍ）であり、この値が０に近いほど抵抗率の面内分布が均一であるといえる。
なお、図４には、上記成長条件でスリップ転位が発生しなかったオフセットのレベルの範囲を範囲Ｈ１００として示す。つまり、オフセットのレベルが−６０℃〜−７０℃の範囲内であればスリップ転位が発生しにくいが、この範囲外であればスリップ転位が発生し易い。
図４によると、抵抗率の面内分布を実質的に０（ゼロ）にするためには、−９５℃のオフセットを設定、すなわち、ガスの排気側の設定温度を基板中心部の設定温度よりも９５℃低くする必要がある。ところが、ガスの排気側と基板中心部とでこれほど温度差が大きいと、オフセットのレベルが上記Ｈ１００の範囲外となってしまうためスリップ転位が発生し易くなってしまう。
逆に、スリップ転位を発生しにくくするためには（上記範囲Ｈ１００内では）、オフセットを−７０℃までにしかできないので、抵抗率が約１０Ω・ｃｍのシリコン単結晶薄膜を気相成長させる場合、薄膜の中心部と周縁部との抵抗率差を０．７Ω・ｃｍ程度までしか小さくすることができない。
なお、各検知温度は、熱電対による検知温度であり、実際の基板の温度とは若干異なる。
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、スリップ転位の発生を抑制しながら抵抗率の面内分布を向上することができる気相成長方法および気相成長装置を提供することを目的とする。
発明の開示
雰囲気ガスを供給しながら反応容器内を昇温しているとき、あるいは反応容器内に原料ガスを供給しているときの加熱の際は、反応容器内におけるガスの導入側の領域は略室温で導入されるガスにより冷却されやすいので、反応容器内における基板中心部、側面側および排気側の各領域に比べてより強く加熱し、基板内の温度バラツキを小さくする必要がある。
しかし、その加熱の際、反応容器内における基板中心部、側面側、ガスの導入側および排気側の各領域で温度を検知し、その検知した温度に基づいて各々独立に加熱制御を行うと、各々の領域に対する加熱の大きさはその時々で異なる為、瞬間的に、予め設定したオフセット値から乖離してしまうことがある。
つまり、例えば、基板中心部に対し温度が変化しやすいガスの導入側に＋３０℃のオフセットを設定したとしても、すなわち、ガスの導入側の設定温度を基板中心部の設定温度よりも３０℃高くしたとしても、ガスの導入側と基板中心部とは各々独立に加熱制御されるので、その温度差が瞬間的に−１０℃程度に小さくなったり、逆に＋５０℃程度に大きくなったりするのである。
そこで、本発明の第１の側面によれば、本発明の気相成長方法は、反応容器内にガスを導入しながら、半導体単結晶基板の主表面上に半導体単結晶薄膜を気相成長させる気相成長方法において、ガスの導入領域における加熱出力制御を、前記反応容器内の、該導入領域以外の領域で検知した温度に基づいて行うことを特徴とする。本発明の気相成長方法は、枚葉式の気相成長装置を用いて気相成長させる場合に特に有効である。
前記ガスの導入領域における加熱出力制御は、前記反応容器内の、ガスの排気側あるいは半導体単結晶基板の中心部に対応する位置で検知した温度に基づいて行うことが好ましい。
好ましくは、半導体単結晶基板の中心部に対するガスの排気側の設定温度を、スリップ転位の発生しない範囲内で、半導体単結晶薄膜の抵抗率分布が最小となるように設定する。
また、本発明の第２の側面によれば、本発明の気相成長装置は、ガスを導入可能に構成され、内部に配した半導体単結晶基板の主表面上に半導体単結晶薄膜を気相成長させるための反応容器と、該反応容器内を加熱する加熱装置と、該反応容器内の、ガスの導入領域以外の領域の温度を検知可能な検知器と、該検知器により検知した温度に基づき加熱装置を制御してガスの導入領域を加熱出力制御する加熱出力制御装置とを備えることを特徴とする。
本発明の気相成長方法および装置によると、温度が変化しやすいガスの導入領域における加熱出力制御は、反応容器内における該導入領域以外の温度のより安定している領域（以下、基準領域ともいう。）で検知した温度、例えばガスの排気側の領域あるいは基板の中心部に対応する位置で検知した温度に基づいて行われるので、それら基準領域とガスの導入領域との間で加熱出力比を一定のレベルに保ちながら加熱することができる。
すると、特に昇温時に基板の面内における温度のバラツキを抑制できるのでスリップ転位が発生しづらくなり、スリップ転位の発生しないオフセット温度範囲が広がる。つまり、スリップ転位の発生が抑制できるという条件を満たしながら、抵抗率の面内分布を向上させるための温度調整を行うことが可能な温度範囲が広がる。したがって、本発明の気相成長方法および装置によると、スリップ転位の発生を抑制しながら抵抗率の面内分布を向上することができるのである。
また、本発明の気相成長方法は、反応容器内の、半導体単結晶基板の中心部に対応する位置と、反応容器内におけるガスの排気側と、の２箇所のみで検知した温度に基づいて、反応容器内の加熱出力制御を行うことが好ましい。加熱出力制御は、例えば、熱電対で検知した温度に基づいて行う。
また、本発明の第３の側面によれば、本発明の気相成長装置は、ガスを導入可能に構成され、内部に配した半導体単結晶基板の主表面上に半導体単結晶薄膜を気相成長させるための反応容器と、該反応容器内を加熱する加熱装置と、該反応容器内の、ガスの排気側の領域の温度を検知可能な第１の検知器と、該反応容器内の、半導体単結晶基板の中心部に対応する位置の温度を検知可能な第２の検知器と、前記第１および第２の検知器により検知した温度に基づき前記加熱装置を制御して、前記反応容器内の加熱出力制御を行う加熱出力制御装置と、を備えることを特徴とする。検知器は、例えば熱電対である。
この場合、反応容器内の、半導体単結晶基板の中心部に対応する位置と、反応容器内におけるガスの排気側の領域と、の２箇所のみで検知した温度に基づいて反応容器内の加熱出力制御を行うので、３箇所以上で検知した温度に基づいて加熱出力制御を行う場合と比べて気相成長条件の条件出しに要する時間が少なくて済む。このため、生産性が大幅に向上する。
また、例えば熱電対等の検知器は、反応容器内における半導体単結晶基板の中心部に対応する位置と、反応容器内におけるガスの排気側との２箇所のみに備えるだけで良いため（検知器が２つだけで良いため）、３箇所以上に備える必要がある場合と比べて、気相成長装置を構成するためのコスト、ならびに、気相成長装置を維持するためのコストを低減することができる。加えて、消粍品である検知器を交換するために気相成長装置の操業を停止する時間が短くなる上、検知器を交換した際に必要で、検知器の数が多いほど時間のかかる作業である温度較正も、３箇所以上に検知器を備える必要がある場合と比べて短時間で済む。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して、本発明に係る実施の形態について説明する。
図１に示す気相成長装置１０は、基板（シリコン単結晶基板等の半導体単結晶基板）１（図２等に示す）の主表面上にシリコンエピタキシャル層等の薄膜を気相成長させるための枚葉式の装置であり、反応容器１１と、この反応容器１１内に配され、その上面に基板１を支持するサセプタ１２と、このサセプタ１２を気相成長の際に回転駆動させる駆動装置（図示略）と、反応容器１１内を加熱するための加熱装置としてのハロゲンランプ（加熱装置）１３と、このハロゲンランプ１３の加熱出力を制御する加熱出力制御装置１５（図８）と、反応容器１１内の温度を検知するための熱電対１４（図２等に示す）と、を備えて概略構成されている。
反応容器１１内には、例えば矢印Ａ方向に沿ってガスが導入され、矢印Ｂ方向に沿って排気されるようになっている。つまり、図１の左側から右側にかけてガス流が形成されるようになっている。
このような気相成長装置１０によれば、基板１を支持したサセプタ１２を反応容器１１内に配し、このサセプタ１２を回転させながら、加熱出力制御装置１５の制御下でハロゲンランプ１３により反応容器１１内の基板１およびサセプタ１２を加熱するとともに、反応容器１１内にガスを導入することで、基板１の主表面上に薄膜を気相成長させることができる。
例えば図２に示すように、ハロゲンランプ１３は、反応容器１１の上側では、ガス流に沿って複数本（例えば、９本）配置され、反応容器１１の下側では、ガス流と直交して複数本（例えば、８本）配置されている。加えて、反応容器１１の中心（基板１の中心部と対応）にもハロゲンランプ１３が配置されている。
ここで、各ハロゲンランプ１３を区別するために、各ハロゲンランプ１３が配置された区域毎にハロゲンランプ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅと区別した符号も付す。
また、反応容器１１内には、基板１の中心部、および基板１に対しガスの排気側の領域、ガスの導入側の領域（ガスの導入領域Ｒ１；図２の斜線部）、反応容器の側面側の領域にそれぞれ対応して、１つずつの熱電対１４が配置されている。ここで、各熱電対１４を区別するために、それぞれに熱電対１４ａ（検知器；特に第２の検知器）、１４ｂ（検知器；特に第１の検知器）、１４ｃ、１４ｄとの符号も付す。
本発明の気相成長装置１０では、各ハロゲンランプ１３のうち、基板１の中心部寄りに配されたハロゲンランプ１３ａおよびハロゲンランプ１３ｂの加熱出力は、基板１の中心部に対応する位置の熱電対１４ａによる検知温度に基づき制御する構成となっている。なお、ハロゲンランプ１３ａとハロゲンランプ１３ｂとの加熱出力比は、予め所定の値に定められている。
他方、その他のハロゲンランプ１３（網掛けを施して示すもの）、すなわち、ハロゲンランプ１３ｃ（ガスの導入側）、ハロゲンランプ１３ｄ（反応容器の側面側）、およびハロゲンランプ１３ｅ（ガスの排気側）の加熱出力は、ガスの排気側の領域に位置する熱電対１４ｂによる検知温度に基づき制御する構成となっている。なお、ハロゲンランプ１３ｃ、１３ｄ、１３ｅの加熱出力比についても、同様に、予め所定の値に定められている。
ここで、各ハロゲンランプ１３の加熱出力比の定め方、すなわち、各区域毎の加熱量の比の定め方について説明する。
先ず、反応容器１１内に基板１を配し、この基板１を回転させずに反応律速の温度領域（本来の気相成長温度よりも低い）で基板１の主表面上に薄膜を気相成長することを、ハロゲンランプ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅの個々の加熱出力のバランスを変化させて複数回行い、薄膜の膜厚分布が最も良くなる各ハロゲンランプ１３の出力バランスを、仮の加熱出力比とする。反応律速の温度領域において膜厚分布が良いということは、温度分布が良いということにほかならない。なお、基板１上に薄膜が成長する速度は、ある温度領域（例えば、シリコン単結晶薄膜の場合、８００℃〜９５０℃程度）では、反応温度が高くなるにつれて大きくなるが、上記反応律速の温度領域とは、この温度領域のことをいう。
次に、反応容器１１内に基板１を配し、この基板１を回転させずに本来の気相成長温度（供給律速の温度領域；例えば、シリコン単結晶薄膜の成長をトリクロロシランガスを用いて行う場合、１１００℃程度）で基板１の主表面上に薄膜を気相成長することを、ハロゲンランプ１３ａ，１３ｂの加熱出力は一定に保つ一方、例えば、ハロゲンランプ１３ｅの設定温度を−５０℃〜＋５０℃変化させるのに伴わせて、ハロゲンランプ１３ｃ，１３ｄ，１３ｅの加熱出力比を一定に保ったままでハロゲンランプ１３ｃ，１３ｄ，１３ｅの出力を均等に変化させて複数回行い、このうちスリップ転位の発生が極力抑えられ、かつ、基板面内の抵抗率分布が良好となる条件を求める。そして、この条件でのハロゲンランプ１３ａ，１３ｂの加熱出力比（以下、第１の加熱出力比；なお、第１の加熱出力比については、上記仮の加熱出力比と同じである）と、ハロゲンランプ１３ｃ，１３ｄ，１３ｅの加熱出力比（以下、第２の加熱出力比）とを上記所定の加熱出力比として用いる。
反応容器１１内は、ハロゲンランプ１３ａ、１３ｂが配された基板中心部と、ハロゲンランプ１３ｃ、１３ｄ、１３ｅが配された基板周辺部との２つの領域に大きく分けられ、このうち基板周辺部のハロゲンランプ１３ｃ、１３ｄ、１３ｅの加熱出力は、雰囲気温度が比較的安定している排気側の領域の熱電対１４ｂによる検知温度と上記第２の加熱出力比とに基づき一括制御し、基板中心部のハロゲンランプ１３ａ、１３ｂの加熱出力は、基板中心部に対応する位置の熱電対１４ａによる検知温度と上記第１の加熱出力比とに基づき一括制御する構成となっている。
つまり、反応容器１１へのガスの導入領域Ｒ１における加熱出力制御は、反応容器１１内の、該導入領域Ｒ１以外の領域（以下、基準領域ともいう）に配置された排気側の熱電対１４ｂにより検知した温度に基づいて行う構成となっている。
従って、基準領域とガスの導入領域Ｒ１との間で加熱出力比を一定のレベルに保ちながら加熱することができるので、特に昇温時に生じやすいそれら領域間の温度差の変動を抑制できる。
図３に、加熱制御法を、設定温度により独立に制御する従来の制御法から、本発明の加熱出力比による制御に変更した直後に、本発明の気相成長装置１０を用いて気相成長を行った際の反応容器１１内の各所（基板中心部、ガスの導入側及び排気側）における温度の経時変化を示す。反応容器１１内の各所に対する加熱出力比は、気相成長前に施す約１１５０℃の熱処理時のものを使用している。図３に示す「導入側」の温度は、ガスの導入領域Ｒ１の温度に相当する。また、図３の期間Ｔ１０は、気相成長中の期間を示す。
この図３と、図６との比較から分かるように、本発明の気相成長装置１０によれば、気相成長中の導入領域Ｒ１の温度を、従来の気相成長装置１００を用いた場合（なお、図６では気相成長中の期間を期間Ｔ１００と示す）と比べて、導入領域Ｒ１に対する加熱出力が低いため、基板中心部の温度に近づけることができる。つまり、基板内の温度バラツキを小さくすることができる。
また、図４は、オフセットのレベル（横軸）と薄膜の抵抗率分布（縦軸；基板中心部と周縁部との抵抗率差）との相関を示すグラフである。
このグラフは、各ハロゲンランプの加熱出力比を上記した手順で定めた後に、本発明の気相成長装置１０を用いて、基板中心部に対するガスの導入側、反応容器の側面側およびガスの排気側の加熱出力のレベルを変化させ、高濃度にボロンを添加したｐ＋型のシリコン単結晶基板の主表面上に厚さ約７μｍ、抵抗率約１０Ω・ｃｍのシリコン単結晶薄膜を１１１０℃で気相成長させることにより得たものである。ガスの導入側、反応容器の側面側およびガスの排気側の加熱出力レベルの変更は、互いの加熱出力比を保ちながらガスの排気側の設定温度を変えることにより一括して行う。
なお、横軸は、薄膜形成時における、基板中心部に対する加熱の設定温度と、ガスの排気側の領域に対する加熱の設定温度との差を示している。基板中心部の温度は熱電対１４ａにより検知され、ガスの排気側の温度は熱電対１４ｂにより検知される。
この図４には、上記条件で気相成長した場合にスリップ転位が発生しなかったオフセット（基板中心部に対する排気側設定温度のオフセット）のレベルの範囲を範囲Ｈ１と示している。
範囲Ｈ１から分かるように、該オフセットのレベルが−６０℃〜−９５℃の範囲内であればスリップ転位が発生しにくい。
従って、気相成長装置１０を用いて気相成長した場合には、−９５℃のオフセットを設定、すなわち、ガスの排気側の設定温度を基板中心部の設定温度よりも９５℃低く設定することにより、抵抗率の面内分布を実質的に０（ゼロ）にしても、オフセットのレベルが上記範囲Ｈ１内であるためスリップ転位が発生しにくい。このようにして、半導体単結晶基板の中心部に対するガスの排気側の制御温度を、スリップ転位の発生しない範囲内で、半導体単結晶薄膜の抵抗率分布が最小となるように設定するのである。
このように、本実施の形態によれば、スリップ転位の発生を抑制できる条件下で調整可能な、基板の中心部と周縁部との抵抗率差（従来は０．７Ω・ｃｍまでしか小さくすることができなかった）を、実質的に０にすることができる。
また、反応容器１１内における基板１の中心部に対応する位置と、反応容器１１内におけるガスの排気側の領域と、の２箇所で検知した温度に基づいて、反応容器１１内の加熱出力制御を行うので、３箇所以上（例えば４箇所）で検知した温度に基づいて制御する場合と比べて加熱出力制御が容易になる。
ところで、上記においては、反応容器１１内におけるガスの導入側の熱電対１４ｃ、反応容器１１内における側面側の熱電対１４ｄも備える例を説明したが、これらの熱電対１４ｃ、１４ｄは、反応容器１１内の加熱出力制御のためには不要である。従って、例えば図７に示すように、これら熱電対１４ｃ、１４ｄを省略し、反応容器１１内の温度を検知可能な熱電対としては、ガスの排気側の領域の熱電対１４ｂ（第１の検知器）と、基板１の中心部に対応した位置の熱電対１４ａ（第２の検知器）との２つのみを備えるようにすることが一層好ましい。なお、図７では、図２に示す場合と比べて、熱電対１４ｃ、１４ｄを省略した点でのみ異なる例を示しているため、図７に示す構成要素のうちで図２に示すのと同様の構成要素には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
図７に示す例の場合、熱電対（検知器）が、熱電対１４ａ、１４ｂの２つだけで足りるので、３つ以上必要な場合と比べて、気相成長装置１０を構成するのに要するコストを低減できる他、気相成長装置１０の維持費を大幅に低減することができる。すなわち、熱電対等の検知器は、いわば消耗品であるため、度々交換する必要があるが、図７に示すように、熱電対を２つにした場合には、３つ以上の場合と比べて維持費を低減できる（例えば、４つの場合と比べて半分の維持費で足りるし、熱電対を交換するために気相成長装置１０の操業を停止する時間も短くなる（例えば、４つの場合の３０％で済む））。
しかも、熱電対は、個々の特性にばらつきがあるため、交換するたびに温度較正を行う必要があるが、この温度較正に要する時間は、対象とする熱電対の数が少ないほど短くて済む。また、気相成長条件を検討して決定する（このことは、「条件出し」という。）際にも、参酌すべき検知温度の数が少ないほど、要する時間が少なくて済む。つまり、熱電対を２つにした場合には、３つ以上の場合と比べて、温度較正や条件出しに要する時間が少なくて済むので生産性が向上する。
なお、上記の実施の形態では、反応容器１１内におけるガスの排気側の熱電対１４ｂで検知した温度に基づき、反応容器１１内におけるガスの導入領域等、基板１の周辺部の加熱出力制御を行う例について説明したが、温度を検知する位置は、反応容器１１内の領域のうちでガスの導入領域Ｒ１以外の領域であれば、その他（例えば、基板の中心部に対応する位置）でもよい。
また、加熱装置としてのハロゲンランプ１３の配置は、あくまで例示であって、その他の配置にしても良いし、区域の分け方も、その他の分け方であっても良いのは勿論である。
さらに、各検知温度は、熱電対による検知温度であり、実際の基板上の温度とは異なるため、上記した具体的な数値は、あくまで目安である。
以上のように、本発明の実施の形態では、反応容器１１内にガスを導入しながら、半導体単結晶基板１の主表面上に半導体単結晶薄膜を気相成長させる気相成長方法において、ガスの導入領域Ｒ１における加熱出力制御を、反応容器１１内の、該導入領域以外の領域で検知した温度に基づいて行う。具体的には、ガスの導入領域Ｒ１における加熱出力制御を、例えばガスの排気側、または、半導体単結晶基板の中心部に対応する位置で検知した温度に基づいて行う。
産業上の利用可能性
本発明に係る気相成長方法および装置によれば、ガスの導入領域における加熱出力制御を、反応容器内の、該導入領域以外の基準領域で検知した温度に基づいて行うので、それらの基準領域とガスの導入領域との間で加熱出力比を一定のレベルに保ちながら加熱することができる結果、スリップ転位の発生を抑制しながらも、抵抗率分布を従来よりも小さくすることができる。従って、本発明に係る気相成長方法および装置は、枚葉式の気相成長装置を用いて気相成長させる場合に特に適している。
【図面の簡単な説明】
図１は、枚葉式の気相成長装置を示す模式的な側断面図であり、
図２は、本発明の加熱出力制御の手法を説明するための、反応容器内の模式的な平面図であり、
図３は、本発明の手法で加熱出力制御を行った場合の反応容器内の各所（基板中心部、ガスの導入側および排気側）の温度の経時変化を示す図であり、
図４は、オフセットのレベル（横軸）と薄膜の抵抗率分布（縦軸；基板中心部と周縁部との抵抗率差）との相関を示すグラフであり、
図５は、従来の温度制御の手法を説明するための、反応容器の模式的な平面図であり、
図６は、従来の手法で温度制御を行った場合の反応容器内の各所（基板中心部、ガスの導入側および排気側）の温度の経時変化を示す図であり、
図７は、本発明の加熱出力制御のより好適な手法を説明するための、反応容器内の模式的な平面図であり、
図８は、加熱出力制御系を示すブロック図である。
Claims (9)
- 反応容器内にガスを導入しながら、半導体単結晶基板の主表面上に半導体単結晶薄膜を気相成長させる気相成長方法において、
ガスの導入領域における加熱出力制御を、前記反応容器内の、該導入領域以外の領域で検知した温度に基づいて行うことを特徴とする気相成長方法。 - 前記ガスの導入領域における加熱出力制御を、前記反応容器内の、ガスの排気側で検知した温度に基づいて行うことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の気相成長方法。
- 前記ガスの導入領域における加熱出力制御を、前記反応容器内の、半導体単結晶基板の中心部に対応する位置で検知した温度に基づいて行うことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の気相成長方法。
- 前記反応容器内の、半導体単結晶基板の中心部に対応する位置と、前記反応容器内におけるガスの排気側の領域と、の２箇所で検知した温度に基づいて、前記反応容器内の加熱出力制御を行うことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の気相成長方法。
- 半導体単結晶基板の中心部に対するガスの排気側の設定温度を、スリップ転位の発生しない範囲内で、半導体単結晶薄膜の抵抗率分布が最小となるように設定することを特徴とする請求の範囲第２項に記載の気相成長方法。
- 前記加熱出力制御を、熱電対で検知した温度に基づいて行うことを特徴とする請求の範囲第１〜４項のいずれか１項に記載の気相成長方法。
- ガスを導入可能に構成され、内部に配した半導体単結晶基板の主表面上に半導体単結晶薄膜を気相成長させるための反応容器と、
該反応容器内を加熱する加熱装置と、
該反応容器内の、ガスの導入領域以外の領域の温度を検知可能な検知器と、
該検知器により検知した温度に基づき前記加熱装置を制御して前記ガスの導入領域の加熱出力制御を行う加熱出力制御装置と、
を備えることを特徴とする気相成長装置。 - ガスを導入可能に構成され、内部に配した半導体単結晶基板の主表面上に半導体単結晶薄膜を気相成長させるための反応容器と、
該反応容器内を加熱する加熱装置と、
該反応容器内の、ガスの排気側の領域の温度を検知可能な第１の検知器と、
該反応容器内の、半導体単結晶基板の中心部に対応する位置の温度を検知可能な第２の検知器と、
前記第１および第２の検知器により検知した温度に基づき前記加熱装置を制御して、前記反応容器内の加熱出力制御を行う加熱出力制御装置と、
を備えることを特徴とする気相成長装置。 - 前記検知器は、熱電対であることを特徴とする請求の範囲第７又は８に記載の気相成長装置。
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