JPH07321048A - 薄膜成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】極めて低い濃度のガスも供給して、より広範囲
な濃度分布の濃度分布の製品が得られる薄膜成長装置を
提供する。 【構成】制御ユニットＸにおいて、ボンベ２３から供給
されるドーパントガスの濃度を制御する制御方式とし
て、一定割合制御方式が選択されている場合、流量制御
器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流量比ｘに対し、流量制御器Ｍ
ＦＣ４の流量比を１−ｘに設定することにより、高い濃
度のドーパントガスを供給でき、また、個別割合制御方
式が選択されている場合、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ
５の流量比を０．０５に設定し、流量制御器ＭＦＣ４の
流量比を０．９５〜１．００の範囲に設定することによ
り、極めて低い濃度のドーパントガスが供給でき、従来
の装置において得られていた濃度分布よりも広範囲な濃
度分布のドーパントガスを供給することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば、シリコン、
ガラス等の基板上に気相成長により薄膜成長を行う装置
において、広範囲な濃度分布（比抵抗分布等）を得るた
めの薄膜成長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖ
ａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の薄膜成長装置に
おいて、反応ガスやドーパントガスなどの原料ガス（以
下、ドーパントガスとして説明する。）の濃度を制御す
る濃度制御方式として、 （１）反応ガスやＮ型又はＰ型のドーパントガス（以
下、簡単にＮ型のドーパントガスをＤＮ、Ｐ型のドーパ
ントガスをＤＰと略称する。）を１つの流量制御器（マ
ス・フロー・コントーラ）にて制御する方式。 （２）ドーパントガスを２つの流量制御器にて制御する
方式。 （３）ドーパントガスを３つの流量制御器にて制御する
方式。 がある。

【０００３】以下、これらの方式について図９、図１
０、図１１、図１２を参照して説明する。図９〜図１２
はいずれも従来のドーパントガスの濃度を制御するため
のガス制御系統図である。

【０００４】図９は、第１の従来例のガス制御系統図
で、前記（１）の方式を採用したものである。ＤＮが入
ったボンベ２５から上方へ延びる管路ＰＬ１０には、開
閉弁ＰＶ５が設けられ、流量制御器ＭＦＣ３に通じてい
る。

【０００５】流量制御器ＭＦＣ３では、管路ＰＬ１Ａ上
を流れるＤＮの流量が設定されていて、この流量により
ドーパントの濃度が決定される。また、ＤＮをベント
（ｖｅｎｔ）ラインへ排出する必要があれば、開閉弁Ｐ
Ｖ１０を通じてベントラインＰＬ１１に排出される。

【０００６】第１の従来例の場合、１つの流量制御器で
制御されるので、流量制御器から供給されるガスの濃度
分布の安定性、再現性は高い。しかし、流量制御器の最
大流量に対し、０〜５％程度の範囲は、制御不可能であ
るため、大容量の流量制御器を用いると小流量の制御が
不可能になり、また、広範囲な濃度分布を得るために
は、濃度の違うガスの入ったボンベに交換しなくてはな
らない。つまり、流量制御器ＭＦＣ３の流量範囲によっ
て、流量制御器ＭＦＣ３から供給されるガスの濃度が一
義的に決定されるため、広範囲の濃度分布を得るために
は、流量制御器ＭＦＣ３の交換又は濃度の違うボンベの
交換が必要となる。また、このことと同時に、現在の多
様な多品種少量生産の実情に合わなくなってきている。

【０００７】図１０は、第２の従来例のガス制御系統図
で、前記（２）の方式を採用したものである。この第２
の従来例は、前記した第１の従来例における、供給され
るガスの濃度範囲が狭いという問題点を解決しようとす
るものである。すなわち、流量制御器ＭＦＣ３と開閉弁
ＰＶ１１Ａ、流量制御器ＭＦＣ４と開閉弁ＰＶ１１Ｂを
それぞれ直列に接続したものを、管路ＰＬ１Ａの開閉弁
ＰＶ１０と開閉弁ＰＶ５との間に並列に接続している。

【０００８】流量制御器ＭＦＣ３、流量制御器ＭＦＣ４
にはそれぞれ異なる流量が設定されていて、指令によ
り、流量制御器ＭＦＣ３、流量制御器ＭＦＣ４のどちら
かが選択された後、選択された流量制御器の開閉弁（Ｐ
Ｖ１１Ａ又はＰＶ１１Ｂ）を開くようになっている。
尚、両者の流量制御器を利用して、双方にドーパントガ
スを流すこともある。

【０００９】この第２の従来例では、異なる流量が設定
された、流量制御器ＭＦＣ３、流量制御器ＭＦＣ４のど
ちらを利用するかの選択を行う必要があり、また、各流
量制御器から供給されるガスの濃度は一義的に決定され
るため、２つの異なる流量値をもつ流量制御器を用意し
ても、得られる濃度分布は必然的に限定されるため広範
囲な濃度分布が得られないと言う問題点があった。

【００１０】図１１は、第３の従来例のガス制御系統図
で、前記（３）の方式を採用したものである。この第３
の従来例は、オートドーパントコントロール（ＡＤＣ）
方式と呼ばれ、第２の従来例と同様、前記した第１の従
来例における、供給されるガスの濃度範囲が狭いという
問題点を解決しようとするものである。

【００１１】すなわち、ボンべ２５から上方へ延びる管
路ＰＬ１１には、開閉弁ＰＶ５が設けられ、ソースと呼
ばれる流量制御器ＭＦＣ５に通じている。流量制御器Ｍ
ＦＣ５には、あらかじめ流量が設定されていて、流量制
御器ＭＦＣ５からは一定濃度のＤＮが流出するようにな
っている。

【００１２】この流量制御器ＭＦＣ５から流出された一
定濃度のＤＮは混合器ＭＸに通じ、下方の開閉弁ＰＶ１
１から供給されるキャリアガス（例えば、水素（Ｈ₂ ）
ガス）と混合され、インジェクション側の流量制御器Ｍ
ＦＣ３とベントライン側の流量制御器ＭＦＣ４に送られ
る。

【００１３】第３の従来例の場合、第１の従来例よりも
比較的広い範囲の濃度分布が得られる。すなわち、ＤＮ
の流量が、例えば流量制御器ＭＦＣ５にて決定される
と、それに応じて、流量制御器ＭＦＣ３、流量制御器Ｍ
ＦＣ４の流量が自動的に決定され、それによりドーパン
トの濃度が決定される。その方法は、流量制御器ＭＦＣ
５から流れ出た一定濃度のＤＮは、混合器ＭＸにおい
て、水素ガス等のキャリアガスと混合し、この混合され
たガスの一部は、流量制御器ＭＦＣ３、管路ＰＬ１Ａを
通って図示しない反応部へインジェクション（注入）さ
れ、ダイリューション（希釈）された余分のガスは、流
量制御器ＭＦＣ４、ベントラインＰＬ６Ａを通って排出
される。

【００１４】この混合されたガスの濃度は、流量制御器
ＭＦＣ３と流量制御器ＭＦＣ４の流量によって決定され
る。すなわち、流量制御器ＭＦＣ３の最大流量ｆ_3maxに
対する流量制御器ＭＦＣ３に設定された流量（設定流
量）ｆ₃ の割合ｆ₃ ／ｆ_3maxを流量割合ｘとすると、流
量制御器ＭＦＣ４の設定流量ｆ₄ は、その最大流量ｆ
_4maxに対し１−ｘの流量割合、すなわち、ｆ₄ ＝ｆ_4max
（１−ｘ）となるように制御される。例えば、流量制御
器ＭＦＣ３の最大流量が３００（ｃｃ／ｍｉｎ）、流量
制御器ＭＦＣ４の最大流量が３０（Ｌ（リットル）／ｍ
ｉｎ）の場合、流量制御器ＭＦＣ３の設定流量が１００
（ｃｃ／ｍｉｎ）のとき、 ｘ＝１００／３００＝１／
３となるので、流量制御器ＭＦＣ４の設定流量ｆ₄ は、
ｆ₄ ＝３０（１−１／３）＝２０（Ｌ／ｍｉｎ）とな
る。通常、流量制御器ＭＦＣ３は、流量制御器ＭＦＣ５
と等しい流量割合に設定されるため、ボンベ２５からの
ＤＮは、３００ｘ／｛３００００（１−ｘ）＋３００
ｘ｝の割合に希釈され、流量制御器ＭＦＣ３を介して図
示しない反応部へ供給される。

【００１５】開閉弁ＰＶ１０とＰＶ１１は、ＤＮと水素
ガス等のキャリアガスとが混合される処理段階では開か
れ、また、この混合されたガスを図示しない反応部へ供
給する処理段階では閉じるようになっている。

【００１６】この第３の従来例では、流量制御器ＭＦＣ
３、流量制御器ＭＦＣ４、流量制御器ＭＦＣ５と構成数
が増えるという欠点を有するものの、前記した従来例と
比較して、広範囲の濃度分布が得られる。しかし、最
近、さらに広範囲な濃度分布が可能となる薄膜成長装置
の要望が高まってきた。

【００１７】そこで、最近、このような要望にこたえる
ために、本発明者らによって図１２に示すような装置が
考えられた（特願平４−１２３５５３号参照）。この装
置は、図１１の装置の改良であり、より高い濃度範囲ま
で濃度分布を拡大したものである。

【００１８】図１２を説明すると、図１１において、流
量制御器ＭＦＣ４とベントラインＰＬ１０との間に開閉
弁ＰＶ１２を設け、開閉弁ＰＶ１１、ＰＶ１２を閉じる
ことにより、ボンベ２５から供給されるＤＮをキャリア
ガスによって希釈することなく図示しない反応部に供給
する機能を、前記したＡＤＣ方式に追加したものである
（以下、このような濃度制御方式を一定割合制御方式と
呼ぶ。）。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】最近、多層の薄膜を連
続して形成できる薄膜成長装置の要望が高まり、そのた
め、１つの装置にてより広範囲な濃度分布の原料ガスが
供給できるものが要求されている。

【００２０】多層の薄膜は、例えば、第１層を低抵抗の
層とするために高濃度のＤＮの供給を必要とし、第２層
を高抵抗の層とするために低濃度のＤＮの供給を必要と
する。

【００２１】高濃度のＤＮの供給については、図１２の
従来考えられた装置でもある程度改善されるが、より低
い濃度を得ようとする場合に問題がある。すなわち、前
記した一定割合制御方式では、流量制御器ＭＦＣ３およ
び流量制御器ＭＦＣ５の最大流量をａ（ｃｃ／ｍｉ
ｎ）、流量制御器ＭＦＣ４の最大流量をｂ（ｃｃ／ｍｉ
ｎ）とすると、ボンベ２５からのＤＮは、ａｘ／｛ｂ
（１−ｘ）＋ａｘ｝の割合に希釈されることになる。こ
のとき、ｘを小さい値に設定すれば、理論的には極めて
低い濃度を得ることができるが、実際の流量制御器で
は、設定流量がその最大流量に対して約５％以下では、
実用に耐える制御精度が得られないため、ｘ＜０．０５
の範囲は設定不可能であるという問題点があった。

【００２２】さらに、このような薄膜成長装置において
は、生産性、歩留まりを向上するため、装置上にて、保
守時間、故障時間等のダウンタイムを極力押さえる必要
がある。特に、生産の品種が多岐にわたる場合、品種毎
にガスボンベの交換が必要になれば、生産性に大きな障
害となり、製品価格にも大きな影響を与えることにな
る。

【００２３】そこで、本発明は、極めて低い濃度のガス
も供給して、従来の装置において得られていた濃度分布
よりも広範囲な濃度分布のガスを供給することができる
薄膜成長装置を提供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜成長装置
は、反応炉内にシリコン、ガラス等の基板を配置し、前
記反応炉内に、ガス供給源からの少なくとも１種類の原
料ガスとキャリアガスとを混合器により混合して供給
し、気相成長により前記基板上に薄膜を形成する薄膜成
長装置であって、前記ガス供給源と前記ガス混合器との
間、前記反応炉と前記混合器との間、前記混合器とベン
トラインとの間にそれぞれ配設され、前記ガス流量を制
御可能な第１、第２、第３の流量制御器を有し、前記ベ
ントラインに通じる第３の流量制御器のガス流を独立し
て遮断し、前記ガス供給源から供給される原料ガスと前
記キャリアガスとを混合することなく前記第１、第２の
流量制御器及び混合器を介して前記反応炉へ供給可能に
した薄膜成長装置において、前記ガス供給源から供給さ
れる原料ガスの流量を前記第１の流量制御器の設定値に
応じて制御し、この流量が制御された原料ガスを前記第
２の流量制御器の設定値、および、前記第１の流量制御
器の設定値により決定される前記第３の流量制御器の設
定値に応じて前記混合器において前記キャリアガスで所
望濃度に希釈し、前記第２の流量制御器を介して前記反
応炉に供給する第１の濃度制御手段と、前記ガス供給源
から供給される原料ガスの流量を、前記第１の流量制御
器の設定値に応じて制御し、この流量が制御された原料
ガスを前記第２および第３の流量制御器のそれぞれの設
定値に応じて前記混合器において前記キャリアガスで所
望濃度に希釈し、前記第２の流量制御器を介して前記反
応炉に供給する第２の濃度制御手段と、前記第１の濃度
制御手段および前記第２の濃度制御手段のうちいずれか
一方を選択する選択手段とを具備している。

【００２５】また、本発明の薄膜成長装置は、反応炉内
にシリコン、ガラス等の基板を配置し、前記反応炉内
に、ガス供給源からの少なくとも１種類の原料ガスとキ
ャリアガスとを混合器により混合して供給し、気相成長
により前記基板上に薄膜を形成する薄膜成長装置であっ
て、前記ガス供給源と前記ガス混合器との間、前記反応
炉と前記混合器との間、前記混合器とベントラインとの
間にそれぞれ配設され、前記ガス流量を制御可能な第
１、第２、第３の流量制御器を有する薄膜成長装置にお
いて、前記ガス供給源から供給される原料ガスの流量を
前記第１の流量制御器の設定値に応じて制御し、この流
量が制御された原料ガスを前記第２の流量制御器の設定
値、および、前記第１の流量制御器の設定値により決定
される前記第３の流量制御器の設定値に応じて前記混合
器において前記キャリアガスで所望濃度に希釈し、前記
第２の流量制御器を介して前記反応炉に供給する第１の
濃度制御手段と、前記ガス供給源から供給される原料ガ
スの流量を、前記第１の流量制御器の設定値に応じて制
御し、この流量が制御された原料ガスを前記第２および
第３の流量制御器のそれぞれの設定値に応じて前記混合
器において前記キャリアガスで所望濃度に希釈し、前記
第２の流量制御器を介して前記反応炉に供給する第２の
濃度制御手段と、前記第１の濃度制御手段および前記第
２の濃度制御手段のうちいずれか一方を選択する選択手
段とを具備している。

【００２６】

【作用】第１の濃度制御手段が選択された場合、ガス供
給源から供給される原料ガスを第１、第２の流量制御器
の設定値および第１の流量制御器の設定値により決定さ
れる第３の流量制御器の設定値に応じて、混合器により
キャリアガスで所望濃度に希釈することにより、比較的
高い濃度のドーパントガスを供給でき、また、第２の濃
度制御手段が選択された場合、ガス供給源から供給され
る原料ガスを、第１、第２、第３の流量制御器のそれぞ
れの設定値に応じて混合器によりキャリアガスで所望濃
度に希釈することにより、極めて低い濃度（高抵抗）の
ドーパントガスが供給できる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図１は、本実施例に係る縦型気相成長装
置の構成を概略的に示すもので、高周波発生部１１、反
応炉Ｒ１、Ｒ２を備えた気相成長装置の本体１２、１
３、各反応炉（反応部）内へのガス流量、温度等を制御
するための制御部１４、工場ライン（ボンベ含）より供
給された各種ガスの流量を制御する流量制御器および開
閉弁（以下、簡単に弁と略称する。）等を備えたガス制
御部１５から構成される。さらに、反応炉Ｒ１、Ｒ２に
は、気相成長の処理の開始等の操作を行うための操作盤
１２Ａ、１３Ａを備え、制御部１４には、操作キー入力
部やディスプレイ装置を含む操作パネル１４Ａを備えて
いる。

【００２８】図２は、ガス制御部１５の各構成部品によ
るガス制御系統図である。図２において、反応炉Ｒ１、
Ｒ２に対し供給されるガスは、窒素（Ｎ₂ ）ガス、水素
（Ｈ₂ ）ガス、Ｎ型のドーパントガス（ＤＮ）、塩化水
素（ＨＣｌ）ガスなどで、同図下方において、Ｎ₂ 、Ｈ
₂ 、ＤＮ、ＨＣｌと示した各ボンベ２０、２１、２３、
２４から供給される。また、図においてＳｉＣｌ₄ と示
したバブリングチャンバ２２には、四塩化シリコンＳｉ
Ｃｌ₄ 又はトリクロロシランＳｉＨＣｌ₃ 等の流体が入
っている。尚、以下の説明においては、バブリングチャ
ンバ２２には、四塩化シリコンＳｉＣｌ₄ が入っている
ものとして説明するが、トリクロロシランＳｉＨＣｌ₃
が入っていても、以下の説明は同様である。

【００２９】ボンベ２０から上方へ延びる管路ＰＬ１に
は圧力スイッチＰＳ１、常時開状態の弁（以下、常開弁
と呼ぶ。）ＰＶ１が設けられ、常開弁ＰＶ７に通じてい
る。ボンベ２１から上方へ延びる管路ＰＬ２には圧力ス
イッチＰＳ２、弁ＰＶ２が設けられ、弁ＰＶ８に通じて
いる。弁ＰＶ７と弁ＰＶ８の出口ポートは合流してい
て、それぞれの流量制御器ＭＦＣ１及びＭＦＣ２を介し
て管路ＰＬ１、ＰＬ２に接続されている。

【００３０】管路ＰＬ１には、さらにガス合流弁ＰＶ１
９、ＰＶ２０、ＰＶ２１が反応炉Ｒ１との間に設けられ
ており、管路ＰＬ１Ａ、ＰＬ２Ａ、ＰＬ３Ａにより供給
されるガスを弁ＰＶ１９、ＰＶ２０、ＰＶ２１を開くこ
とにより混合できるようになっている。

【００３１】さらに、管路ＰＬ２上には、ガス合流弁Ｐ
Ｖ２２、ＰＶ２３、ＰＶ２４が反応炉Ｒ２との間に設け
られており、管路ＰＬ１Ａ、ＰＬ２Ａ、ＰＬ３Ａにより
供給されるガスを弁ＰＶ２２、ＰＶ２３、ＰＶ２４を開
くことにより混合できるようになっている。

【００３２】バブリングチャンバ２２からは２本の管路
ＰＬ４Ａ、ＰＬ４Ｂが設けられており、弁ＰＶ３、弁Ｖ
Ｃに接続されている。この弁ＶＣのポートＰ０には管路
ＰＬ５を介して弁ＰＶ２が接続されていて、この弁ＰＶ
２、管路ＰＬ５を介して、キャリアガスとしての水素
（Ｈ₂ ）ガスが弁ＶＣに入り、さらに、管路ＰＬ４Ａ、
弁ＰＶ３を通ってバブリングチャンバ２２内に入り、液
体のＳｉＣｌ₄ に対しバブリングが行われる。すると、
バブリングチャンバ２２内の空間には、蒸気化した四塩
化シリコンＳｉＣｌ₄ と、水素Ｈ₂ の混合気体ができ、
これが管路ＰＬ４Ｂ上の弁ＰＶ３を通って弁ＶＣに入
り、指定量の混合気体がポートＰ１を通り、管路ＰＬ３
Ａに入る。

【００３３】ボンベ２３から上方へ延びる管路ＰＬ１Ａ
には、弁ＰＶ５を介して制御ユニットＸが接続されてい
る。ボンベ２４から上方へ延びる管路ＰＬ２Ａには、弁
ＰＶ６Ａ、流量制御器ＭＦＣ６が設けられ、管路ＰＬ２
Ａを介してそれぞれ合流弁ＰＶ２１、ＰＶ２４の混合ポ
ートに接続されている。さらに、流量制御器ＭＦＣ６に
は、常開弁ＰＶ２６を介してベントラインＰＬ６Ａ、図
示しない排気ガス処理部に接続されていて、管路ＰＬ２
Ａ内の不要なガスを排気したり、流量制御器ＭＦＣ６か
ら出されるガスの流量を安定させるためにガスの排気が
できるようになっている。

【００３４】管路ＰＬ３Ａには、常開弁ＰＶ２５を介し
てベントラインＰＬ６Ａが接続されていて、常開弁ＰＶ
２５の場合と同様に、管路ＰＬ３Ａ内の不要なガスの排
気ができるようになっている。

【００３５】図３は、制御ユニットＸの構成を示したも
のである。この制御ユニットＸの構成は、図１２に示し
た従来考えられた装置と等価なものであるので、図１２
と同一部分には同一符号を付して説明は省略し、異なる
部分についてだけ説明する。すなわち、ボンベ２３から
上方へ延びる管路ＰＬ１Ａには、弁ＰＶ５を介して制御
ユニットＸの流量制御器ＭＦＣ５が接続される。また、
流量制御器ＭＦＣ３には管路ＰＬ１Ａが接続され、さら
に、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ４には、弁ＰＶ１０、
ＰＶ１２を介してベントラインＰＬ６Ａが接続されてい
る。

【００３６】制御ユニットＸにおけるＤＮの濃度制御方
式は、図１２で説明した一定割合制御方式（ＡＤＣ方式
にキャリアガスによりＤＮを希釈しない所定の濃度のＤ
Ｎを供給するようにする機能を追加した制御方式）と、
流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流量比ｘを０．０５に
固定し、流量制御器ＭＦＣ４の流量比のみを所望するＤ
Ｎの濃度に応じて０．９５から１．００まで変化させる
濃度制御方式（以下、個別割合制御方式と呼ぶ。）のう
ち、どちらかが選択されて用いられる。

【００３７】ここで、流量比とは、各流量制御器の最大
流量に対する各流量制御器に設定されて実際に流れる流
量との比を言う。また、以下の説明において、個別割合
制御方式が選択されているときに流量制御器ＭＦＣ３、
ＭＦＣ４、ＭＦＣ５に設定される流量比、流量をそれぞ
れ個別流量比、個別流量と呼ぶ。

【００３８】一定割合制御方式による濃度制御方式で
は、流量制御器ＭＦＣ３およびＭＦＣ５の最大流量をａ
（ｃｃ／ｍｉｎ）、流量制御器ＭＦＣ４の最大流量をｂ
（ｃｃ／ｍｉｎ）、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流
量比ｘとすると、ＤＮの濃度は、ａｘ／｛ｂ（１−ｘ）
＋ａｘ｝で表すことができる。この場合、流量比ｘは１
から０．０５まで変化でき、ＤＮの最低濃度はｘ＝０．
０５のときである。すなわち、流量制御器ＭＦＣ３、Ｍ
ＦＣ５の流量比が０．０５で流量制御器ＭＦＣ４の流量
比が０．９５のときに、一定割合制御方式によりＤＮの
濃度を制御した場合の最低濃度が得られ、その濃度値は
０．０５ａ／（０．９５ｂ＋０．０５ａ）である。

【００３９】個別割合制御方式では、流量制御器ＭＦＣ
３、ＭＦＣ５の流量比ｘをｘ＝０．０５と固定し、流量
制御器ＭＦＣ４の流量比のみを個別に０．９５から１．
００まで変化できる。従って、一定割合制御方式の場合
よりもさらに低い濃度が実現でき、その濃度は、流量制
御器ＭＦＣ４の個別流量比を１．００にしたときに、
０．０５ａ／（１．００ｂ＋０．０５ａ）まで低下させ
ることが可能となる。

【００４０】このように、制御ユニットＸでは、比較的
高濃度のＤＮを供給したい場合は、一定割合制御方式が
選択され、ボンベ２３から弁ＰＶ５を介して流れ出るＤ
Ｎの濃度が制御され、また、極めて低い濃度のＤＮを供
給したい場合は、個別割合制御方式が選択され、その濃
度が制御される。そして、所望の濃度のＤＮは、管路Ｐ
Ｌ１Ａに出力され、余分なガスはベントラインＰＬ６Ａ
を通って排出される。

【００４１】図４は、制御部１４に具備された制御ユニ
ットＸを制御するための電気回路の要部を概略的に示す
ものである。図４において、全体の制御を司るマスタＣ
ＰＵ５０には、データバス５１、入出力バス５２が接続
されている。データバス５１には、第１の記憶部５３、
第２の記憶部５４、第３の記憶部５５が接続されてい
る。

【００４２】第１の記憶部５３は、たとえば、ＲＡＭで
構成され、各反応炉Ｒ１またはＲ２において実際の薄膜
成長を行うために実行される一連のプロセスに関するデ
ータ、たとえば、反応炉Ｒ１、Ｒ２での反応温度、反応
時間、反応圧力、ガス流量や、操作パネル１４Ａ、図示
しない各種スイッチ及び各種検出器等の入出力機器から
入力された情報や、制御ユニットＸにおいて実行される
べき濃度制御方式（一定割合制御方式又は個別割合制御
方式のうちどちらか一方の制御方式）を選択するための
情報（以下、制御方式の選択情報とも言う。）が記憶さ
れている。

【００４３】第２の記憶部５４は、本装置を運用するの
に必要な固定データが登録されるもので、たとえば、Ｒ
ＯＭで構成されている。第３の記憶部５５は、プロセス
制御プログラム５５ａと、修正処理プログラム５５ｂ
と、確認処理プログラム５５ｃとが記憶されている。

【００４４】プロセス制御プログラム５５ａは、プロセ
スプログラムのデータに基づいて本装置を動作させるた
めのプログラムである。修正処理プログラム５５ｂは、
成長させようとする気相成長層の特性や各プロセスに応
じて選択された濃度の制御方式に対応させて、第１の記
憶部５３に記憶されている、制御方式の選択情報やガス
流量などの一連のプロセスに関するデータを修正するた
めの処理を行うプログラムである。

【００４５】確認処理プログラム５５ｃは、修正処理プ
ログラム５５ｂにより修正されたデータ等の確認をする
ための処理を行うプログラムである。また、入出力バス
５２には、入出力インタフェイス部５６、および、入出
力インタフェイス部５７が接続されている。

【００４６】入出力インタフェイス部５６は、図３に示
した各流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ４、ＭＦＣ５、およ
び、各弁ＰＶ１０、ＰＶ１１、ＰＶ１２を駆動制御する
ものである。すなわち、入出力インタフェイス部５６
は、各流量制御器に対し、流量の設定を行うための各種
指令信号を与えるデジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）コンバ
ータ等の出力部（図示せず）、各流量制御器から実際の
ガスの流量を伝える信号（実流量信号）を取り込むアナ
ログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ等の入力部（図示
せず）、および、各弁を駆動するデジタル出力部（図示
せず）などから構成されている。流量制御器に対し、そ
の流量制御器に実際に流れるガスの流量を設定する場
合、入出力インタフェイス部５６には、流量比または流
量が通知されるが、以下の説明では、第１の記憶部５３
に記憶された流量比が通知されるものとする。

【００４７】入出力インタフェイス部５７は、前記操作
パネル１４Ａ、図示しない各種スイッチ及び各種検出
器、図示しないディスプレイ装置等の入出力機器５８と
のインタフェイスを司るものである。

【００４８】図５は、第１の記憶部５３に記憶されたプ
ロセスプログラムのデータ構成の具体例を示したもので
ある。図５において、制御方式の選択情報は、制御ユニ
ットＸを一定割合制御方式又は個別割合制御方式のどち
らで制御するかを選択するための情報で、たとえば、個
別割合制御方式が選択されているときにセットするよう
にするフラグが記憶されている。また、プロセスプログ
ラムに関連した情報や、このプロセスプログラムを構成
する各プロセスのシーケンス番号Ｓ（ｉ）と、そのシー
ケンス番号Ｓ（ｉ）のプロセスの処理の実行に必要なデ
ータが順次記憶されている。

【００４９】図６は、シーケンス番号Ｓ（ｉ）のデータ
の構造の具体例を示したものである。図６において、シ
ーケンス番号Ｓ（ｉ）のデータのデータサイズ、シーケ
ンス番号Ｓ（ｉ）のプロセスの処理時間であるシーケン
ス時間、反応炉Ｒ１およびＲ２の加熱温度、また、水素
（Ｈ₂ ）ガス、塩化水素（ＨＣｌ）ガス、四塩化シリコ
ン（ＳｉＣｌ₄ ）ガスの流量、流量制御器ＭＦＣ３、Ｍ
ＦＣ５に対して設定される流量比、流量制御器ＭＦＣ４
に対して設定される流量比等の流量選択情報が記憶され
ている。

【００５０】尚、制御ユニットＸの流量制御器ＭＦＣ
３、ＭＦＣ４、ＭＦＣ５に設定される流量比は、制御方
式の選択情報により選択された濃度制御方式（一定割合
制御又は個別割合制御）に応じて、その値が後述するよ
うに修正されるものである。

【００５１】また、濃度制御方式の選択の変更（制御方
式の選択情報の修正）は、プロセスプログラム単位に行
うことも、シーケンス番号を指定して各プロセス毎に行
うことも可能である。

【００５２】次に、図７に示すフローチャートを参照し
て、プロセス制御プログラム５５ａにより行われる、本
装置の動作処理について説明する。プロセス制御プログ
ラム５５ａが起動されると、まず、ステップＳ１に進
み、反応炉Ｒ１を動作させるためのスタートスイッチ
（図示せず）が押下されているか否かがチェックされ、
押下されているとステップＳ２に進む。

【００５３】ステップＳ２では、反応炉Ｒ１において実
行されているシーケンス番号Ｓ（ｉ−１）のプロセスの
シーケンス時間の残り時間が「０」であるか否かがチェ
ックされ、残り時間＝０のときは、ステップＳ３に進
む。

【００５４】一方、ステップＳ２において、残り時間が
「０」でないときは、ステップＳ１に戻る。すなわち、
残り時間が「０」になるまで（シーケンス番号Ｓ（ｉ）
のプロセスが終了するまで）待機するようになってい
る。

【００５５】ステップＳ３では、次のシーケンス番号Ｓ
（ｉ）が終了のシーケンス番号であるか否かがチェック
され、終了のシーケンス番号でないときは、ステップＳ
４に進み、終了のシーケンス番号のときは処理が終了さ
れる。

【００５６】ステップＳ４では、次のシーケンス番号Ｓ
（ｉ）が指定され、第１の記憶部５３からシーケンス番
号Ｓ（ｉ）のデータ（図６参照）が読み出され、ステッ
プＳ５に進む。

【００５７】ステップＳ５では、第１の記憶部５３から
読み出されたシーケンス番号Ｓ（ｉ）のプロセスのシー
ケンス時間をセットし、ステップＳ６に進む。ステップ
Ｓ６では、第１の記憶部５３に記憶されている制御方式
の選択情報から、一定割合制御方式か個別割合制御方式
のどちらが選択されているかがチェックされ、一定割合
制御方式が選択されていると判断されると、ステップＳ
７に進む。

【００５８】ステップＳ７では、シーケンス番号Ｓ
（ｉ）のデ−タとして記憶されている流量制御器ＭＦＣ
３、ＭＦＣ５の流量比（ｘ）から流量制御器ＭＦＣ４に
おけるガスの流量比（１−ｘ）を演算して求め、ステッ
プＳ８に進む。

【００５９】ステップＳ８では、流量制御器ＭＦＣ３、
ＭＦＣ５の流量比、ステップＳ７で求めた流量制御器Ｍ
ＦＣ４の流量比、第１の記憶部５３にシーケンス番号Ｓ
（ｉ）のデ−タとして記憶されている各種ガスの流量な
どの流量選択情報、反応炉Ｒ１の加熱温度等のデータが
出力インタフェイス部５６に出力されて、その制御値に
従って各流量制御器および弁の動作が制御され、ステッ
プＳ９に進む。

【００６０】ステップＳ９では、次のプロセスを実行す
るための準備として、シーケンス番号がインクリメント
され、次のシーケンス番号であるＳ（ｉ＋１）がセット
され、ステップＳ１に戻る。

【００６１】ステップＳ６でのチェックの結果、個別割
合制御方式が選択されていると判断されると、ステップ
Ｓ７をジャンプしてステップＳ８に進む。ステップＳ８
では、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ４、ＭＦＣ５の流量
比、第１の記憶部５３にシーケンス番号Ｓ（ｉ）のデ−
タとして記憶されている各種ガスの流量などの流量選択
情報、反応炉Ｒ１の加熱温度等のデータが入出力インタ
フェイス部５６に出力されて、その制御値に従って各流
量制御器および弁の動作が制御され、ステップＳ９に進
み、以降の処理は前記同様である。このとき、第１の記
憶部５３にシーケンス番号Ｓ（ｉ）のデータとして記憶
されている流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５、ＭＦＣ４の
流量比はそれぞれの流量制御器に個別に与えられる個別
流量比である。

【００６２】また、ステップＳ１で、反応炉Ｒ１のスタ
ートスイッチが押下されていないときは、ステップＳ１
０に進み、ここで、反応炉Ｒ２を動作させるためのスタ
ートスイッチが押下されているか否かがチェックされ
る。スタートスイッチが押下されていないときは、処理
は終了され、スタートスイッチが押下されているとき
は、ステップＳ２に進み、反応炉Ｒ２に対して、前記同
様の処理が行われる。

【００６３】次に、図８に示すフローチャートを参照し
て、修正処理プログラム５５ｂにより行われる、第１の
記憶部５３に記憶された各プロセスの処理の実行に必要
なデータ（たとえば、シーケンス番号Ｓ（ｉ）のデー
タ）の修正処理について説明する。

【００６４】修正処理プログラム５５ｂが起動される
と、まず、ステップＳ２０に進み、シーケンス番号Ｓ
（ｉ）が入力され、ステップＳ２１に進む。ステップＳ
２１では、第１の記憶部５３に記憶された流量制御器Ｆ
ＭＣ３、ＭＦＣ４、ＭＦＣ５の流量比に対して修正が行
われたか否かがチェックされる。流量比の修正が行われ
ていない場合は、ステップＳ２５に進む。

【００６５】ステップＳ２５では、第１の記憶部５３に
記憶されている、シーケンス番号Ｓ（ｉ）の他のデータ
（加熱温度、反応時間、反応圧力、ガス流量等）に対し
ても修正が行われる。このとき、各データ毎に、修正さ
れたか否かのチェックが行われるが、説明は省略する。
この修正が終了すると、シーケンス番号Ｓ（ｉ）のデー
タの修正が終了する。

【００６６】一方、ステップＳ２１におけるチェック
で、流量比の修正が行われていたと判断された場合は、
ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、第１の記
憶部５３に記憶されている制御方式の選択情報から、一
定割合制御方式が選択されているか否かがチェックさ
れ、一定割合制御方式が選択されていると判断される
と、ステップＳ２３に進む。

【００６７】ステップＳ２３では、第１の記憶部５３に
記憶されている流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５における
流量比（ｘ）が修正され、ステップＳ２４に進む。ステ
ップＳ２４では、これら修正された流量制御器ＭＦＣ
３、ＭＦＣ５における流量比（ｘ）をもとに、流量制御
器ＭＦＣ４の流量比（１−ｘ）が演算され、第１の記憶
部５３に記憶されている流量制御器ＭＦＣ４における流
量比が修正され、ステップＳ２５に進む。尚、このステ
ップＳ２４において行われる演算及び修正処理は、プロ
セス制御プログラム５５ａの処理の実行時に、図７に示
したフローチャートのステップＳ７で行ってもよい。

【００６８】ステップＳ２２でのチェックの結果、一定
割合制御方式が選択されていないと判断されると、ステ
ップＳ２６に進み、第１の記憶部５３に記憶されている
制御方式の選択情報から、個別割合制御方式が選択され
ているか否かがチェックされる。個別割合制御方式が選
択されていると判断されると、ステップＳ２７に進み、
個別割合制御方式が選択されていないと判断されると、
ステップＳ２５に進む。

【００６９】ステップＳ２７では、第１の記憶部５３に
記憶されている流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流量比
が個別流量比に修正され、ステップＳ２８に進む。ステ
ップＳ２８では、第１の記憶部５３に記憶されている流
量制御器ＭＦＣ４の流量比が個別流量比に修正され、ス
テップＳ２５に進む。

【００７０】以上説明したように、上記実施例によれ
ば、制御ユニットＸにおいて、ボンベ２３から供給され
るドーパントガスの濃度を制御する制御方式として、一
定割合制御方式が選択されている場合、流量制御器ＭＦ
Ｃ３、ＭＦＣ５の流量比ｘに対し、流量制御器ＭＦＣ４
の流量比を１−ｘに設定することにより、比較的高い濃
度のドーパントガスを供給でき、また、個別割合制御方
式が選択されている場合、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ
５の流量比を０．０５に設定し、流量制御器ＭＦＣ４の
流量比を０．９５〜１．００の範囲に設定することによ
り、極めて低い濃度のドーパントガスが供給でき、従来
の装置において得られていた濃度分布よりも広範囲な濃
度分布のドーパントガスを供給することができる。ま
た、ダウンタイムを少なくし装置の稼働率も向上し、多
品種にわたる製品の製造も１つの装置にて可能になる。

【００７１】尚、上記実施例において、個別割合制御方
式が選択されている場合、制御ユニットＸの流量制御器
ＭＦＣ３、ＭＦＣ４、ＭＦＣ５の流量比を０．０５より
も大きい範囲においてそれぞれ個別に自由に設定するこ
とも可能である。

【００７２】また、上記実施例において、制御ユニット
Ｘのガス制御系統は、図１２の従来考えられた装置と等
価としたが、これに限らず、図１１に示した従来例の場
合のガス制御系統でも可能である。この場合、たとえ
ば、一定割合制御方式が選択されているときは、図１１
の構成により濃度の制御が行われ、個別割合制御方式が
選択されているときは、各流量制御器に対し、その流量
比を０．０５より大きい範囲においてそれぞれ個別に自
由に設定すればよい。

【００７３】また、本発明は、前述した実施例に限定さ
れるものではなく、低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）、
プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、光化学気相成長
等の薄膜成長装置にも同様に適用し得るものである。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、極
めて低い濃度のガスも供給して、より広範囲な濃度分布
の製品が得られる薄膜成長装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る縦型薄膜成長装置の概
略構成を示す外観斜視図。

【図２】ガス制御部の一例を示すガス制御系統図。

【図３】制御ユニットの構成図。

【図４】制御部に具備された制御ユニットを制御するた
めの電気回路の要部を概略的に示すブロック図

【図５】第１の記憶部に記憶されたプロセスプログラム
のデータ構成の具体例を示した図。

【図６】シーケンス番号Ｓ（ｉ）のデータの構造の具体
例を示した図。

【図７】プロセス制御プログラムにより行われる処理を
説明するためのフローチャート。

【図８】修正処理プログラムにより行われる処理を説明
するためのフローチャート。

【図９】従来の薄膜成長装置における濃度制御方式の第
１の例を説明するためのガス制御系統図。

【図１０】従来の薄膜成長装置における濃度制御方式の
第２の例を説明するためのガス制御系統図。

【図１１】従来の薄膜成長装置における濃度制御方式の
第３の例を説明するためのガス制御系統図。

【図１２】従来考えられた薄膜成長装置における濃度制
御方式を説明するためのガス制御系統図。

【符号の説明】

Ｒ１、Ｒ２…反応炉、ＭＦＣ３…流量制御器（第１の流
量制御器）、ＭＦＣ５…流量制御器（第２の流量制御
器）、ＭＦＣ４…流量制御器（第３の流量制御器）、Ｐ
Ｖ１０〜１２…開閉弁、ＰＬ１Ａ…管路、ＰＬ６Ａ…ベ
ントライン、１１…高周波発生部、１２、１３…気相成
長装置の本体、１４…制御部、１５…ガス制御部、２３
…ボンベ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江畑 均 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株式 会社沼津事業所内 (72)発明者 林 健郎 神奈川県秦野市曽屋30 東芝セラミックス 株式会社内 (72)発明者 高村 勝之 山口県徳山市大字徳山字江口開作8231−５ 徳山セラミックス株式会社内 (72)発明者 神本 武彦 山口県徳山市大字徳山字江口開作8231−５ 徳山セラミックス株式会社内 (72)発明者 野村 尚生 山口県徳山市大字徳山字江口開作8231−５ 徳山セラミックス株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応炉内にシリコン、ガラス等の基板を
   配置し、前記反応炉内に、ガス供給源からの少なくとも
   １種類の原料ガスとキャリアガスとを混合器により混合
   して供給し、気相成長により前記基板上に薄膜を形成す
   る薄膜成長装置であって、 前記ガス供給源と前記ガス混合器との間、前記反応炉と
   前記混合器との間、前記混合器とベントラインとの間に
   それぞれ配設され、前記ガス流量を制御可能な第１、第
   ２、第３の流量制御器を有し、前記ベントラインに通じ
   る第３の流量制御器のガス流を独立して遮断し、前記ガ
   ス供給源から供給される原料ガスと前記キャリアガスと
   を混合することなく前記第１、第２の流量制御器及び混
   合器を介して前記反応炉へ供給可能にした薄膜成長装置
   において、 前記ガス供給源から供給される原料ガスの流量を前記第
   １の流量制御器の設定値に応じて制御し、この流量が制
   御された原料ガスを前記第２の流量制御器の設定値、お
   よび、前記第１の流量制御器の設定値により決定される
   前記第３の流量制御器の設定値に応じて前記混合器にお
   いて前記キャリアガスで所望濃度に希釈し、前記第２の
   流量制御器を介して前記反応炉に供給する第１の濃度制
   御手段と、 前記ガス供給源から供給される原料ガスの流量を、前記
   第１の流量制御器の設定値に応じて制御し、この流量が
   制御された原料ガスを前記第２および第３の流量制御器
   のそれぞれの設定値に応じて前記混合器において前記キ
   ャリアガスで所望濃度に希釈し、前記第２の流量制御器
   を介して前記反応炉に供給する第２の濃度制御手段と、 前記第１の濃度制御手段および前記第２の濃度制御手段
   のうちいずれか一方を選択する選択手段と、 を具備したことを特徴とする薄膜成長装置。
2. 【請求項２】 反応炉内にシリコン、ガラス等の基板を
   配置し、前記反応炉内に、ガス供給源からの少なくとも
   １種類の原料ガスとキャリアガスとを混合器により混合
   して供給し、気相成長により前記基板上に薄膜を形成す
   る薄膜成長装置であって、 前記ガス供給源と前記ガス混合器との間、前記反応炉と
   前記混合器との間、前記混合器とベントラインとの間に
   それぞれ配設され、前記ガス流量を制御可能な第１、第
   ２、第３の流量制御器を有する薄膜成長装置において、 前記ガス供給源から供給される原料ガスの流量を前記第
   １の流量制御器の設定値に応じて制御し、この流量が制
   御された原料ガスを前記第２の流量制御器の設定値、お
   よび、前記第１の流量制御器の設定値により決定される
   前記第３の流量制御器の設定値に応じて前記混合器にお
   いて前記キャリアガスで所望濃度に希釈し、前記第２の
   流量制御器を介して前記反応炉に供給する第１の濃度制
   御手段と、 前記ガス供給源から供給される原料ガスの流量を、前記
   第１の流量制御器の設定値に応じて制御し、この流量が
   制御された原料ガスを前記第２および第３の流量制御器
   のそれぞれの設定値に応じて前記混合器において前記キ
   ャリアガスで所望濃度に希釈し、前記第２の流量制御器
   を介して前記反応炉に供給する第２の濃度制御手段と、 前記第１の濃度制御手段および前記第２の濃度制御手段
   のうちいずれか一方を選択する選択手段と、 を具備したことを特徴とする薄膜成長装置。