JPS6223108A - 気相成長方法及びその装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシリコン等の半導体結晶を被成長基板上に気相
成長を行わせる気相成長方法及びその装置に関するもの
である。

〔従来技術〕

気相成長装置は通常縦型、横型、シリンダー型等゛に分
類されるが、生産性の面で優れている縦型が多く採用さ
れている。従来のこの種縦型結晶成長装置は種々提案さ
れているが、特に反応ガスの通流型式についてみると、
その代表的なものとして第８，９図に示す如きものがあ
る。

第８図は従来の気相成長装置を示す模式的断面図であり
、基台５１を通して上部が凹面に形成されたベルジャ５
２内の中央に突き出した軸５３の上部にサセプタ５４を
固定し、このサセプタ５４下に高周波加熱用のコイル５
５を配し、またサセプタ５４上には複数のウェーハ（例
えば半導体ウェーハ）５６を配置し、コイル５５にてサ
セプタ５４を加熱し、軸５３にてサセプタ５４を回転さ
せつつ軸５３内を通してベルジャ５２内に臨ませたノズ
ル５７を通じて所要の反応ガスを供給し、ウェーハ５６
上にエピタキシャル成長を行わせ得るようになっている
。

ところでこのような気相成長装置においてはベルジャ５
２内における反応ガスの流れを見ると、矢符で示す如く
にノズル５７から噴出された反応ガスはサセプタ５４の
回転中心に沿って上昇し、半球型、又は半楕円型をなす
ベルジャ５２の頂部に突き当っ、て周囲に分かれ、ベル
ジャ５２の円筒部に沿って下降し、一部は排気口５８か
ら外部に排出され、残部はサセプタ５４の上面に沿って
その外周から中心部側に向けて流れ、ウェーハ５６上に
結晶成長を行うこととなっている。

第７図は横軸にサセプタ中心からの距離を、また縦軸に
膜の成長速度をとって示しており、このグラフから明ら
かなようにサセプタ５４の中心で成長速度が最も大きく
周縁側に向かうに従って順次小さくなっており、膜厚の
ばらつきの程度が大きいという問題があった。

上述の如き膜厚のばらつきを低減する方法として提案さ
れたのが、第９ＷＪに示す如き気相成長装置である。第
９図は従来の気相成長装置の模式的断面図であり、ノズ
ルとして上端部に円板状のガス流制御板５７′ａをノズ
ル上端を閉鎖する態様で水平に固定すると共に、この上
端部周壁に多数の吹出孔５７′ｂを開口させた構造のも
のを使用しである。他の構成は第８図に示゛した従来装
置と略同じであり、対応する部分には同じ番号を付しで
ある。このような従来装置にあっては、ノズル５７′か
ら噴出された反応ガスは第８図に示す場合とは逆に水平
方向にサセプタ５４の中心側から周縁側に向けて放射状
に通流せしめられ、一部は排気口５８から外部に排出さ
れ、残部は矢符で示す如くにベルジャ５２の円筒部内周
壁に沿って上昇し、ベルジャ５２の頂部からサセプタ５
４の回転中心に沿って下降し還流するようになっている
（特開昭５２−１３８０７３号）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところがこのような構成にあっては、反応ガスが十分加
熱されることなく、直接サセプタ５４、ウェーハ５６に
当るためウェーハ５６が冷却されてスリップが発生し易
いこと、また反応ガスに対する予熱ゾーンがな（、反応
ガス温度がサセプタ５４の半径方向で異なり、膜厚分布
の制御が難しいこと、更に反応ガスが放射状に外周縁側
に向けて通流する場合も大型化してサセプタ５４の直径
が大きくなってゆくと、対流の影響を受けて反応ガス流
が乱れ、膜厚のばらつきを確実に抑制するのは難しいと
いう問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところは反応ガスの噴射用ノズルからの反応
ガス噴出力向を結晶成長過程の途中で変化させてウェー
ハ上における１５ｉ！厚を均一化し得るようにした気相
成長方法及びその装置を提供するにある。

本発明に係る気相成長方法は、反応容器内にて回動され
る号セプタ上に配した基板に沿い反応ガスを通流させる
べく、前記反応容器内に反応ガスを供給する過程で、反
応容器内への反応ガスの供給方向を変更することを特徴
とする。

〔実施例〕

以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。

第１図は本発明に係る気相成長方法の実ｈ＆ｉ装置（以
下本発明装置という）の模式的断面図、第２図はノズル
の拡大断面図であり、図中１は基台、２は反応容器たる
ベルジャ、３は中空の軸、４はサセプタ、５は高周波加
熱用のコイル、６はウェーハ、７はノズルを示している
。ベルジャ２は石英製であって、下側過半部は円筒状に
形成され、上部は前記円筒状部分の中心線上に頂部を有
する半球形（又は楕円形でもよい）のドーム状に形成さ
れており、その下部中央からは円筒状部の軸心線に沿っ
て基台ｌを通して中空の軸３が鉛直に立設され、その上
端部周面にサセプタ４が固定されている。サセプタ４は
耐熱材を素材にして円板状に形成されており、その中心
部を前記軸３に外嵌固定されている。サセプタ４の下方
には高周波加熱用のコイル５が、また上方には複数のウ
ェーハ６が配置されている。

そして前記軸３内を通してノズル７．８がベル。

ジャ２内に臨ませである。ノズル７は真直なパイプ８ａ
の上端部を開放して噴出ロアｂとして構成されており、
軸３内の中心部に沿ってこれと同心に配設されている。

またノズル８は同じく真直なパイプ８１１をパイプ７ａ
と軸３との間にこれらと同心に配設し、その上端はノズ
ル７の噴出ロアｂ直下で閉鎖され、その上端部周縁寄り
から軸３の軸心線に対し所要角度傾斜させて斜め上向き
に小径のパイプ８ｂを延在させ、その上端を開口して噴
出口８Ｃとして構成しである。

パイプ８ａからのパイプ８ｂの分岐位置、分岐態様につ
いては特に限定するものではなく、例えばパイプ８ｂを
パイプ８ａの上端からその軸と直交する向きに水平に張
り出し、端末を軸と平行に上方に延在させてＬ形になる
ようにしてもよい。

ノズル７．８を構成するパイプ７ａ、８ａの基端は夫々
基台１の下方に延在させて図示しない切換弁に連結され
ており、切換弁の制御によって反応ガスをノズル７．８
のいずれかから選択的にベルジャ２内に供給するよう構
成されている。

ノズル７の噴出ロアｂからベルジャ２内に供給された反
応ガスは破線で示す如く軸３の回動中心に沿って、換言
すれば回動中心に対し対称に上方に流れ、ベルジャ２の
頂部に達した後、球形の凹面をなす頂部内面に沿って四
周に分流し、円筒部内面に沿って下降し、サセプタ４上
に達してサセプタ４上をその周縁部から中心部に向けて
流れ、一部は基台１に穿った排気孔１ａから外部に排出
されることとなる。

一部ノズル８の噴出口８ｃからベルジャ２内に供給され
た反応ガスは実線で示す如くに軸３の回動中心に対し所
定の角度側斜して、換言すれば軸３の回動中心に対し非
対称に上昇し、ベルジャ２の頂部近傍内面に突き当った
後、上方に流れてベルジャ２の頂部を経て反対側に沿っ
て下降し、サセプタ４上に達してここからサセプタ４上
を一方向に平行に通流して反対側に達し、再び円筒部の
内面に達し、ここから上方に流れることとなる。

第３図は本発明の他の実施例を示す模式的断面図、第４
図（イ）、（ロ）は第３図に示す各ノズルから噴出され
た反応ガスのサセプタ上における通流方向を示す説明図
であり、図中１１は基台、１２はベルジャ、１３は中空
の軸、１４はサセプタ、１５はコイル、１６はウェーハ
、１７．１８はノズルを示している。これらの構成はノ
ズル１８を除いていずれも第８図に示す従来装置の構成
と実質的に同じであり、上半分が半球殻状をなし、下半
部ガス円筒状をなすベルジャ１２下端に設けた基台１１
を通してベルジャ１２内の中央に突き出した中空の軸１
３の上部にサセプタ１４を固定し、このサセプタ１４下
に高周波加熱用コイル１５を配し、またサセプタ１４上
には複数のウェーハ１６を配置しである。ノズル１７は
軸１３の中心に沿って同心に配設され、その上端の噴出
口１７ａをサセプタ１４の表面と路面−に位置させた状
態で上方に向けて配設されている。またベルジャ１２の
円筒形をなず周壁の一部にはサセプタ１４の」二面より
若干上刃に位置させてノズル１８の噴出口１８ｒ１が開
口され、ここにはパイプ１８ｂが連結されている。この
パイプ１８ｂの他端と前記ノズル１７の他端は図示しな
い切換弁に連結されており、切換弁の制御によって反応
ガスをベルジャ１２内に選択的に供給するようになって
いる。

ノズル１７の噴出口１７ａからベルジャ１２内に供給さ
れる反応ガスは第１図に示す実ｈｂ例のノズル５７から
供給される反応ガスと同様に第４図（イ）に示す如くサ
セプタ１４の回動中心に対し対称に、また噴出口１８ａ
から供給される反応ガスは第４図（ロ）に示す如く非対
称に夫々ベルジャ１２内に供給されることとなる。

第５図は本発明の他の実施例を示す模式的断面図、第６
図（イ）、（ロ）は第５図に示す各ノズルから噴出され
た反応ガスのサセプタ上における通流方向を示す説明図
であり、２１は基台、２２はベルジャ、２３は中空の軸
、２４はサセプタ、２５はコイル、２６はウェーハ、Ｚ
７．２８はノズルを夫々示している。これらの構成はノ
ズル２８を除いて前記第１Ｏ図に示した構成と実質的に
同じである。ノズル２８は前記第３図に示す実ｓｂ例と
同様にベルジャ２２の側壁を貫通してサセプタ２４の若
干上方に開口甘しめられている。

而して上述した如き本発明装置にあっては、ノズル２７
から噴出される反応ガスはサセプタ２４の回動中心から
第６図（イ）に示す如く放射状に通流し、またノズル２
８から噴出された反応ガスはサセプタ２４上をその片側
から反対側に向けて平行に通流するようになっている。

ノズル２７．２８は図示しない切換弁によっ２て適宜に
設定される。

なおサセプタの回動中心に対して対称に反応ガスを供給
するノズル？、　１７．２７と非対称に反応ガスを供給
するノズル８．１８．２８の切換タイミング等はベルジ
ャ形状、ノズルの径、高さ、傾斜角等に応じて膜成長速
度が変化するため、予め実験等にて適切な制御プログラ
ムを作成しておくのが良い。

次に本発明方法及び装置についての比較試験を示す、試
験は本発明装置としては第１図に示す如く鉛直ノズルと
、サセプタの鉛直軸からの傾斜を７“とじた傾斜ノズル
とを備える縦型炉を、また従来装置として第８図に示す
如く鉛直ノズルのみを備えた縦型炉とを用い、夫々反応
ガスとして５ｉＨＣｌ　３　、また反応温度（サセプタ
温度）を１１０（）℃とし、ウェハー上にシリコンを２
０分間エピタキシャル成長させた。なお本発明装置にあ
っては反応開始から１０分間は鉛直ノズルのみを用いて
、また次の１０分間は傾斜ノズルのみを用いて夫々反応
ガスを供給した。この後膜厚分布を測定した。その結果
は第７図（イ）、（ロ）に示すとおりである。第７図（
イ）は本発明装置の、また第７図（ロ）は従来装置の各
結果を示している。

第７図（イ）、（ロ）はいずれも横軸にサセプタ中心か
らの距離（龍）を、また縦軸に膜厚（μ１１）をとって
示している。第７図（イ）、（ロ）から明らかなように
従来装置に依った場合のｌ’ｊ！厚のばらつきは±ｌθ
％程度であるが、本発明装置に依った場合の膜厚のばら
つきは±２％程度に抑制し得ることが解る。

〔効果〕

以上の如く本発明方法及び本発明装置にあっては反応容
器内への反応ガスの供給方向を変更するようにしである
から、膜厚のばらつきが抑制され、より均一な膜厚を形
成することが出来、品質の大幅な向上が図れるなど、本
発明は優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を本発明装置にて実＆している態様
を示す模式的断面図、第２図は第１図に示すノズルの拡
大断面図、第３図は本発明の他の実ｈｂ例を示す模式的
断面図、第４図（イ）、（ロ）。 は各ノズルから供給された反応ガスのサセプタ表面にお
ける通流パターンを示す説明図、第５図は本発明の更に
他の実ｈ１１！例を示す模式的断面図、第６図（イ）、
（ロ）は前記第５図に示す各ノズルから供給された反応
ガスのサセプタ表面における通流パターンを示す説明図
、第７図（イ）、（ロ）は試験結果を示すグラフ、第８
．　９′ＦＩＩ４は従来装置の模式的断面図である。 １、１１．２１・・・基台　２．１２．２２・・・ベル
ジャ３、１３．２３・・・軸　４．１４．２４・・・サ
セプタ５、１５．２５・・・コイル　６，１６．２６・
・・ウェーハ７、１７．２７・・・ノズル　７ａ・・・
パイプ　７ｂ・・・噴出口８、１８．２８・・・ノズル
　８ａ・・・パイプ　８ｂ・・・パイプ８ｃ・・・噴出
口 特　許　出願人　　住友金属工業株式会社代理人　弁理
士　　イ　　野　　登　　夫′＄３図 （イフ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　（ロ）第　４　図 第　５図 サセプター中心力゛らの１臣ｗ７１（ｒｒＬｒｒＬ）第
７図 第　８　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、反応容器内にて回動されるサセプタ上に配した基板
   に沿い反応ガスを通流させるべく、前記反応容器内に反
   応ガスを供給する過程で、反応容器内への反応ガスの供
   給方向を変更することを特徴とする気相成長方法。 ２、反応容器と、該反応容器内で回動されるサセプタと
   、該サセプタ上に配設される基板表面に沿って反応ガス
   を通流させるべく、前記反応容器内に反応ガスを供給す
   るノズルとを備えた気相成長装置において、前記ノズル
   はサセプタの表面に沿ってその回転軸に対称に反応ガス
   を通流させるべく、反応ガスを反応容器内に供給するノ
   ズルと、サセプタの表面に沿ってその回転軸に非対称に
   反応ガスを通流させるべく反応ガスを反応容器内に供給
   するノズルとを具備することを特徴とする気相成長装置
   。