JPH10177960A

JPH10177960A - 気相成長装置及び気相成長方法

Info

Publication number: JPH10177960A
Application number: JP35438196A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Ohashi; 忠大橋; Katsuhiro Chagi; 勝弘茶木; Taira Shin; 平辛; Tatsuo Fujii; 達男藤井; Katsuyuki Iwata; 勝行岩田; Shinichi Mitani; 慎一三谷; Yasuaki Honda; 恭章本多
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd; Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK; Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1996-12-19
Publication date: 1998-06-30
Anticipated expiration: 2016-12-19
Also published as: JP3597003B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高品質が要求される半導体ウエハ基板の製造
工程に適用される気相中のパーティクル及び炉壁への析
出物の発生が少なく、均一な膜厚の薄膜が形成され、抵
抗値のばらつきが無く均質で結晶欠陥の少ない半導体ウ
エハ基板を得るための気相成長装置の提供。【解決手段】中空の反応炉の頂部に複数の反応ガス供
給口、底部に排気口、内部にウエハ基板を載置する回転
基板保持体、及び、内部上部に天井部と空間域を形成し
て複数のガス孔が穿設された整流板を有して、内部に反
応ガスを供給して回転基板保持体上のウエハ基板表面に
薄膜を気相成長させる気相成長装置において、炉内の中
央部と外周部とのガス流速が異なるように形成されてな
ることを特徴とする気相成長装置。前記整流板のガス孔
の開口率が、前記整流板に正投影される前記回転基板保
持体の投影形状の外周縁より径方向の外部域で他の領域
より大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は気相成長装置及び気
相成長方法に関し、詳しくは高品質が要求される半導体
ウエハ基板の製造工程に適用される気相中のパーティク
ル及び炉壁への析出物の発生が少なく、均一な膜厚の薄
膜が形成され、抵抗値のばらつきが無く均質で結晶欠陥
の少ない半導体ウエハ基板が得られる気相成長装置及び
気相成長方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来の気相成長装置の一例を示
す概略説明図（Ａ）及びその装置内の（Ａ）に示した所
定位置Ｂ、Ｃ及びＤにおけるそれぞれの垂直方向のガス
流速分布図（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）である。なお、
（Ａ）中の矢印付きの線分は、装置内のガス流を模式的
に示したガス流線図である。図７（Ａ）において、一般
に円筒状の反応炉７１内の下部には、例えばシリコンウ
エハ等のウエハ基板Ｗを載置する回転基板ホルダー７
２、回転基板ホルダー７２を回転させるための回転軸７
３及び加熱用のヒータ７４が配設され、回転軸７３には
回転駆動するモータ（図示せず）が接続されている。ま
た、反応炉７１底部には未反応ガス等を排気する複数の
排気口７５、７５が配設されて排気制御装置（図示せ
ず）に接続されている。一方、反応炉７１の頂部には炉
内に原料ガスやキャリアガスの反応ガスを供給する複数
のガス供給管７６、７６と円盤状の整流板７７とが配設
され、整流板７７には、ガスの流れを整える多数の孔７
７ａが穿設されている。従来の気相成長装置は上記のよ
うに構成され、モータの回転駆動によって所定の回転数
で回転する回転基板ホルダー７２上に載置された基板Ｗ
は、回転しながらヒータ７４により所定温度に加熱され
る。同時に、反応炉７１内には原料ガスやキャリアガス
等の反応ガスを複数のガス供給管７６、７６を介して導
入しガス運動量や圧力分布を均一化し、次いで反応炉内
のガス流速分布が均一になるように整流板７７の多数の
孔７７ａを通過させ、回転基板ホルダー７２上のウエハ
基板Ｗに反応ガスを均一に供給して薄膜を気相成長させ
ている。

【０００３】上記したような半導体ウエハ上へ薄膜を形
成する気相成長装置においては、薄膜形成ガスによるパ
ーティクルの発生や反応炉内壁への析出物の付着を防止
するため、また、薄膜形成時の不都合により結晶欠陥が
生じないようにして薄膜が均質で且つ膜厚が均一な薄膜
形成ウエハが得られるように各種の提案がなされてい
る。例えば、特開平５−７４７１９号公報では原料ガス
の供給流量を所定に制御して反応炉内の温度変化を防止
することにより結晶欠陥の防止を図っている。特開平５
−９０１６７号公報では薄膜形成時のウエハ基板の面内
温度分布を均一にするように原料ガス量、炉内圧力、回
転基板ホルダの回転数等を所定に制御してスリップの防
止を図っている。特開平６−２１６０４５号公報では析
出物が生じ易い反応炉内壁の一部に内周面を平滑に維持
して遮蔽管を配設し、薄膜形成操作を行った後の反応炉
洗浄を容易にすると共に、ガス流を層流状態に維持して
均質な薄膜の形成を図るものである。また、特開平７−
５０２６０号公報では、反応炉上部に複数の孔を有する
整流板上への原料ガスやキャリアガスの導入を複数の供
給管を介して行うと共に流入方向を所定にすることによ
り、ガス運動量やガス圧を均一にして均一な流速で原料
ガス等を基板上に供給して薄膜厚の均一化を図るもので
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
各種提案の従来の気相成長装置においても、薄膜成長さ
せたウエハ基板で、結晶欠陥が生じたり、パーティクル
付着等の不都合が十分に防止できるまでには到っていな
い。また、特に近年の半導体における超高集積化に伴
い、ウエハ基板は、ますます高品質化が要求されるよう
になったことから、薄膜形成ウエハ基板の僅かな欠陥の
品質低下も問題になることが多くなっている。本発明
は、このような従来の気相成長装置による気相成長薄膜
形成でのウエハ基板の品質低下に鑑み、それらを解決す
る目的でなされたものである。発明者らは、先ず、従来
の気相成長装置で生じている現象について詳細に検討し
た。その結果、反応炉壁にパーティクルが多く付着する
現象が観察され、そのため、メンテナンスサイクルを短
縮させたり、この反応炉壁に付着したパーティクルが、
ウエハ基板に付着し結晶欠陥の原因となったり、付着パ
ーティクルとして直接にウエハ品質の低下をもたらす原
因となっていることを知見した。

【０００５】発明者らは、上記知見から、更に、反応炉
壁でのパーティクル多量付着現象の原因を見出すべく、
反応炉内での原料ガス流れ等を検討した。その結果、下
記する現象が反応炉内で生じることが更に明らかになっ
た。即ち、上記図７に示した従来の反応炉７１におい
て、シリコン原料ガス等の反応ガスは頂部より導入され
均一な流速でウエハ基板Ｗ上に供給され薄膜形成に供さ
れると同時に、反応炉下部がヒータ７４で加熱されてい
ることから、ウエハ基板Ｗ近傍に到達した反応ガスも加
熱昇温される。その結果、図７の（Ａ）のガス流線図、
また（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）の流速分布で示したよう
に、炉内（Ｂ）域ではガスはほぼ均一な流速で流下する
が、（Ｃ）域では炉内周壁付近でガス流速が低下し、
（Ｄ）域では反応炉内周壁に沿ってガス流が上昇流に転
じる。このため、反応ガスの舞上り現象が生じ、ガス渦
流の発生が起こる。また、加温された反応ガスが上昇
することから、反応炉７１内全域の温度も上昇し気相中
での薄膜形成原料ガスの均一核生成が増大し、気相中で
のパーティクル発生が増大する。更に、上記ガス渦流
が発生すると、回転基板ホルダー７２上のウエハ基板Ｗ
の外周部で反応ガス中のドーパントの再取込が起こるお
それがあり、得られるウエハ基板の面内抵抗値分布の不
均一化の原因ともなる。

【０００６】上記した各種の不都合を引き起こすガス渦
流の発生は、従来の反応炉において、回転基板保持体の
軸方向へのガス流速を約１ｍ／ｓ以上の極めて速くする
ことである程度は抑制できる。しかし、そのためには大
量のキャリアガスを流す必要があり、工業的には実用性
に乏しいものとなる。このため、発明者らは前記した薄
層形成ウエハ基板の品質低下や反応炉のメンテナンスサ
イクルの短期化等の不都合の原因が、主に反応炉内での
ガスの上昇流によるガス渦流の発生とガス流の乱れにあ
るとして、これらガス渦流発生を防止するべく鋭意検討
した。その結果、反応ガスを均一な流速で回転基板保持
体上に供給するために配設される整流板の開口率が、従
来、全域で均等に約１０％に調整されていたのに対し、
所定領域で開口率を変化させることにより上昇ガス流を
効果的に抑制できることから、上記したパーティクルの
多量発生、炉壁へのパーティクルの多量付着、薄膜形成
成分の析出を防止でき、それによりウエハ基板の結晶欠
陥の減少やドーパントのウエハ外周部での取込みを防止
でき、結晶欠陥が少なく高品質で均一膜厚の薄膜が気相
成長したウエハ基板を得られることを見出し本発明を完
成した。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、中空の
反応炉の頂部に複数の反応ガス供給口、底部に排気口、
内部にウエハ基板を載置する回転基板保持体、及び、内
部上部に天井部と空間域を形成して複数のガス孔が穿設
された整流板を有して、内部に反応ガスを供給して回転
基板保持体上のウエハ基板表面に薄膜を気相成長させる
気相成長装置において、炉内の中央部と外周部とのガス
流速が異なるように形成されてなることを特徴とする気
相成長装置が提供される。

【０００８】上記本発明の気相成長装置において、前記
整流板が炉内周壁に密接し、前記ガス孔の開口率が、そ
の整流板に正投影される前記回転基板保持体の投影形状
の外周縁から径方向の外部域で他の領域より大きくなる
ようにして、炉内中央部と外周部とのガス流速が異なる
ようにすることが好ましい。または、前記整流板外周縁
と炉内周壁とが間隙を有し、該整流板外周縁が、前記整
流板に正投影される前記回転基板保持体の投影形状の外
周縁から径方向の外部域にあるようにして、炉内中央部
と外周部とのガス流速が異なるようにすることが好まし
い。これらの場合、前記外部域が、前記反応炉内周壁か
ら所定の間隔幅を有し、前記間隔幅（Ｘ）と前記整流板
相当半径（Ｒ_D ）と前記投影形状の相当半径（Ｒ_P ）の
差（Ｙ＝Ｒ_D −Ｒ_P ）との比（Ｘ／Ｙ）が０．０２〜
１．０、好ましくは０．０５〜０．５であることが好ま
しい。また、前記反応炉の水平断面が円形であり、前記
整流板と前記回転基板保持体とが同心状に配設されるこ
とが好ましい。即ち、上記開口率を大きくする、また、
炉内周と間隙を有する整流板外周縁が位置する外部域の
炉内壁からの間隔幅が、整流板と回転基板保持体の各半
径の差に等しいか、または、その差の０．０２倍以上に
あることが好ましい。

【０００９】また、上記本発明の気相成長装置におい
て、前記空間域が、その内部で前記整流板に正投影され
る前記回転基板保持体の投影形状の外周縁から径方向の
外部域に配置される仕切部材により少なくとも二区分さ
れると共に、各区分に２以上の反応ガス供給口がそれぞ
れ配設されて、炉内中央部と外周部とのガス流速が異な
るようにすることが好ましい。これらの場合、前記外部
域が、前記反応炉内周壁から所定の間隔幅を有し、前記
間隔幅（Ｘ）と前記整流板相当半径（Ｒ_D ）と前記投影
形状の相当半径（Ｒ_P ）の差（Ｙ＝Ｒ_D −Ｒ_P ）との比
（Ｘ／Ｙ）が０．０２〜１．０、好ましくは０．０５〜
０．５であることが好ましい。また、前記反応炉の水平
断面が円形であり、前記整流板と前記回転基板保持体と
が同心状に配設されることが好ましい。即ち、仕切板が
配設される外部域の炉内壁からの間隔幅が、整流板と回
転基板保持体の各半径の差に等しいか、または、その差
の０．０２倍以上にあることが好ましい。また、前記区
分毎に、前記反応ガス供給口を介して別個の反応ガス供
給系統が連絡されて炉内中央部と外周部とのガス流速が
異なるようにすることが好ましい。

【００１０】更に、上記の本発明の気相成長装置におい
て、反応炉の中空内部が、相当内径が異なる上下部に区
分され、上部の相当内径が下部の相当内径より小さく、
且つ、上部下端と下部上端とが接続されて中空内部が連
続するように形成することができる。

【００１１】また、本発明によれば、上記の気相成長装
置を用いて反応ガスを前記整流板を流通させて整流する
と共に、流通整流後の反応ガス流速が、前記他の領域よ
り前記外部域で高速となって前記回転基板保持体上のウ
エハ基板表面上に供給されることを特徴とする気相成長
方法が提供される。この気相成長方法において、前記外
部域のガス流速（Ｖ_X ）と前記他の領域のガス流速（Ｖ
_Z ）との流速比（Ｖ_X／Ｖ_Z ）が５〜３０で、好ましく
は１０〜２０の範囲にあることが好ましい。

【００１２】更に、本発明は、中空の反応炉内に上方よ
り反応ガスを供給し整流後、下方の支持回転されるウエ
ハ基板上に反応ガスを流下させてウエハ基板表面に薄膜
を気相成長させる方法であって、前記整流後に、反応炉
内壁周辺域のガス流速（Ｖ_X）がウエハ基板上方域のガ
ス流速（Ｖ_Z ）より高速となるように反応ガスを供給す
ることを特徴とする気相成長方法を提供する。この気相
成長方法において、反応炉内壁周辺域のガス流速（Ｖ
_X ）とウエハ基板上方域のガス流速（Ｖ_Z ）との流速比
（Ｖ_X ／Ｖ_Z ）が５〜３０で、好ましくは１０〜２０の
範囲にあることが好ましい。

【００１３】本発明は上記のように構成され、原料ガス
及びキャリアガス等の反応ガスを複数のガス供給口より
空間域に供給することによりガスの運動量や圧力分布を
均一化すると共に、整流板のガス孔の穿設開口率が整流
板面内の所定の外周域で、その他の領域（主に中心域）
より大きくなるようにガス孔を穿設配置することから、
整流板より下方の反応炉内壁周辺での反応ガス流速を速
くすることができる。このことから反応ガス流は、回転
基板保持体上のウエハ基板表面近くに達し、径方向への
方向性を有して流通し、その後、未反応ガスは炉内壁周
辺の高速のガス流により、前記従来法と異なり、炉壁沿
いの上昇流を形成することなく回転基板保持体の外周側
から反応炉底部の排気口へ円滑に流通する。従って、炉
内ガスの温度上昇が抑制され均一核生成が減少し、パー
ティクル発生が低減され、炉壁へのパーティクル付着や
薄膜形成成分析出、付着パーティクルの落下付着等によ
るウエハ基板の結晶欠陥の形成を防止することができ
る。また、円滑なガス流れが維持されることからドーパ
ントのウエハ基板外周部での再取込みが防止でき、ウエ
ハ面内抵抗値のも均一となり、高品質の薄膜形成ウエハ
基板を得ることができる。これらは従来の反応炉に配設
された整流板が、ガス孔を全域に均等な開口率で穿設形
成し、整流板下方の反応炉内で均一な流速となるように
調整していたのとは全く異なるものであり、本発明によ
り初めて提案されるものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づきに詳細に説明する。但し、本発明は下記実施例によ
り制限されるものでない。なお、下記実施例において
は、便宜上、反応炉の水平断面形状が円形の円筒状中空
の反応炉について説明するが、水平断面形状は特に制限
されるものでなく角状等でもよい。また、回転基板保持
体も同様である。一般的には、円筒状中空反応炉及び円
形回転基板保持体が好適に用いられる。

【００１５】図１は本発明の気相成長装置の一実施例の
概略断面説明図（Ａ）及び装置内の（Ａ）に示した所定
位置Ｂ、Ｃ及びＤにおけるそれぞれの垂直方向のガス流
速分布図（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）である。なお、
（Ａ）中の矢印付きの線分は、前記の図７と同様に装置
内のガス流を模式的に示したガス流線図である。図２は
図１に配備される整流板の平面模式図である。図１
（Ａ）及び図２において、反応炉１１は、前記した従来
の気相成長装置の反応炉とほぼ同様に構成され、炉内の
下部には、ウエハ基板Ｗを載置する回転体１２が、回転
軸１３により回転自在に支持され配設され、その下方に
は回転体１２及びその上に載置されるウエハ基板Ｗとを
加熱するヒータ１４が配設される。回転軸１３には回転
駆動するモータ（図示せず）が接続される。また、反応
炉１１底部には未反応ガス等を排気する複数の排気口１
５、１５が配設される。一方、反応炉１１の頂部には、
例えばシラン（ＳｉＨ₄ ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ₂
Ｃｌ₂ ）等の原料ガスや、水素（Ｈ₂ ）、アルゴン（Ａ
ｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等のキャリアガスからなる反応
ガスを供給する複数のガス供給口１６、１６が配設され
る。反応炉内部の上部には天井部と所定の空間域Ｓを保
持し、小径のガス孔１７ａ及び大径のガス孔１７ｂがそ
れぞれ複数穿設された円盤状の整流板１７が、供給され
る反応ガスが偏流することがないように反応炉１１の内
周面に密接して配備される。

【００１６】本発明において、上記反応炉の上部に配備
される整流板は、ガス供給口１６、１６から流入された
反応ガスを、多数穿設されたガス孔１７ａ及び１７ｂか
ら反応炉内に流入する。この場合、従来の整流板の均一
な開口率と異なり、整流板１７の所定の外部域（Ｘ域）
の開口率が、それ以外の領域、主に中心領域（以下、単
に中心域またはＺ域とする）より大きくなるようにガス
孔を適宜穿設する。この場合、外部域開口率（Ｏ_X ）と
中心域開口率（Ｏ_Z ）の比は、各領域のガス孔を通過し
て整流された後の反応ガスの流速が後記するような比率
（Ｖ_X ／Ｖ_Z ）となるようにするのが好ましい。通常、
Ｏ_X ／Ｏ_Z 比が１０〜２６００に各域のガス孔をそれぞ
れ穿設する。また、ガス孔の孔形状や穿設配置は、特に
制限されるものでなく反応炉の形状や反応条件に応じて
適宜選択することができる。例えば、図１及び２に示し
たように、大小異なる開口径のガス孔を穿設することに
より開口率を変化させる方式がある。図１及び図２にお
いて、整流板１７の中心域には小径のガス孔１７ａが均
等に配置され、外部域には大径のガス孔１７ｂが適宜配
置されている。図２に示した大径のガス孔１７ｂの開口
部は周方向に長円状に延びた形状であるが、孔形状は円
孔や角孔でもよい。また、図３に示したように、同一形
状で同一開口径のガス孔１７ｃを、外部域において単位
面積あたりのガス孔の穿設数を中心域より多くすること
により外部域の開口率を大きくすることもできる。更
に、本発明の整流板の中心域に穿設するガス孔１７ａ
は、いずれの場合においても、中心域のガス孔１７ａを
通過した反応ガスが整流されて、回転基板保持体１２上
のウエハ基板Ｗ表面に均一な流速で流下するように、ほ
ぼ均等に配置される。

【００１７】本発明において、上記した開口率を大きく
する外部域は、図２に示したように、反応炉下方に配設
される回転基板保持体１２が正投影して描く投影形状の
外周縁Ｐより径方向に位置する領域を指すものである。
即ち、円盤状の回転基板保持体１２の正投影により描か
れる投影形状の半径Ｒ_P は、回転基板保持体１２の半径
（Ｒ_S ）に等しい。本発明の外部域と中心域との境界
は、整流板半径Ｒ_D と投影形状の半径Ｒ_P の差Ｙ（＝Ｒ
_D −Ｒ_P ）に等しいか、それより小さくなるようにす
る。即ち、外部域と中心域との境界は、整流板外周部、
即ち、整流板が密接する炉内壁から間隔距離（幅）Ｘを
有し、且つ、中心から距離Ｚを有して位置する場合、Ｘ
≦Ｙである。従って、Ｘ＝Ｙであれば、Ｚ＝Ｒ_P で投影
形状の外周縁Ｐに一致し、Ｘ＜ＹであればＺ＞Ｒ_P で外
周縁Ｐより径方向に位置する。更に、外部域の間隔幅Ｘ
と上記差Ｙとの比が０．０２〜１．０（０．０２≦Ｘ／
Ｙ≧１．０）の範囲、好ましくは０．０５〜０．５の範
囲となるようするのが好ましい。このＸ／Ｙ比が０．０
２未満であると、反応炉壁に沿ってガス流の上方への舞
上り現象が生じ、ガス渦流の発生を抑制できない。一
方、１．０を超え上記投影形状の外周縁Ｐ内まで大きな
開口率とすると回転基板保持体までの反応炉内で、好適
な均一な流速分布を有する反応ガス流を得ることができ
ず、結晶欠陥のない高品質の薄膜形成ウエハ基板を製造
することができない。

【００１８】本発明の気相成長装置において、反応炉内
上部に配設される整流板は、上記したように外部域（Ｘ
域）で中心域（Ｚ域）より開口率が大きくなるようにガ
ス孔が穿設形成され、且つ、中心域のガス孔は通過した
反応ガスが均一な流速で流下するように均一に配置され
る。従って、反応炉頂部の複数のガス供給口１６、１６
より空間域Ｓに導入された反応ガスは、整流板１７の各
ガス孔を通過して整流されると同時に、Ｘ域とＺ域とは
流速を異にして流下する。また、開口率の大きなＸ域と
開口率の小さなＺ域との境界は、上記のように回転基板
保持体の正投影した投影形状の外周縁Ｐにほぼ一致させ
るか、その外周縁Ｐから炉内壁方向に位置させる。この
ため、投影形状の外周縁Ｐより中心側のほぼ回転基板保
持体の上方に位置されて均一に配置されたガス孔１７ａ
を通過する反応ガスは、前記したように回転基板保持体
１２上のウエハ基板Ｗ表面に所定の均一な流速（流量）
で流下供給される。一方、投影形状外周縁Ｐより外側に
位置するＸ域のガス孔１７ｂを通過する反応ガスは、開
口率が大であることからＺ域のガス孔１７ａ通過のガス
量より多量となり速い流速で流下することになる。

【００１９】上記のように構成された本発明の気相成長
装置を用い、回転基板保持体１２上にウエハ基板Ｗを載
置し、その後、排気口１５、１５に接続されている排気
制御装置により反応炉１１内を排気し、例えばシランガ
ス等の原料ガスを供給して炉内圧を２０〜５０ｔｏｒｒ
に調整する。一方、モータを稼働して回転軸１３を回転
駆動させて回転基板保持体１２を回転し、その上のウエ
ハ基板Ｗが同時に回転させられる。同時に、ヒータ１４
により回転基板保持体１２上のウエハ基板Ｗは、例え
ば、約９００〜１２００℃に加熱昇温される。また、同
時に、ガス供給口１６、１６から流量を所定に制御しな
がら原料ガス及びキャリアガスからなる反応ガスを反応
炉１１内の空間域Ｓに供給する。複数のガス供給口１
６、１６から空間域Ｓに供給されるガス流は、運動量や
圧力分布が均一化され、更に、整流板１７に所定域に応
じた開口率で複数穿設されたガス孔１７ａ及び１７ｂを
通過して整流され流下する。また、整流板通過後の反応
ガスは、供給されるガス量及び開口率に応じ所定流速と
なる。更に、前記のように回転基板保持体の投影形状の
外周縁Ｐ近辺より中心側のＺ域では、同一径のガス孔１
７ａが均等に穿設されることから、反応ガスはほぼ均一
なガス流速でウエハ基板上に流下し、ウエハ基板上に均
質な薄膜を均一に気相成長させることができる。

【００２０】本発明の反応炉の整流板を通過する反応ガ
スは、上記の通り、回転基板保持体の投影形状の外周縁
Ｐ近辺を境として開口率に大小の差のある外部域（Ｘ
域）と中心域（Ｚ域）とで流速が異なり、反応炉内でガ
ス流速分布に勾配を生じる。例えば、反応ガス流は、図
１の（Ａ）のガス流線図、また（Ｂ）、（Ｃ）及び
（Ｄ）の流速分布で示したように、開口率の大きな反応
炉内壁周辺のＸ域で反応ガス流量が多く高流速でほぼ垂
直に流下する。この反応炉内壁周辺に形成される流速の
速いガス流により、前記した従来の反応炉で観察された
反応炉壁に沿うガス流上昇の舞上り現象が抑制され、ガ
ス渦流の発生も防止される。更に、昇温ガスの上昇がな
いことから反応炉内気相温度が上ることも防止できる。
そのため、反応ガス中の原料ガスによる薄膜形成成分の
均一核生成が抑制され、炉内気相中で発生するパーティ
クルが減少する。従って、気相中で発生したパーティク
ルが、反応炉壁に付着しメンテナンスサイクルを短縮さ
せたり、ウエハに付着し結晶欠陥を生起させたり、付着
パーティクルとしてウエハ品質の直接低下をもたらすこ
と等の従来法での不都合が防止される。

【００２１】一方、整流板の中心側のＺ域内を流通する
反応ガスは、Ｘ域に比し開口率が小さくほぼ均等に配置
されたガス孔１７ａを通過して、その中央部においてＸ
域の流速より緩やかでほぼ垂直に均一な流速で流下しウ
エハ基板上に供給され、従来法と同様に均一な薄膜を形
成することができる。図１の（Ａ）に示したように、Ｚ
域の最外周部では、Ｘ域に隣接することからＸ域の多量
に流出する反応ガスの影響を受け、一旦、ガス流線は中
心方向に押されるように屈曲する。しかし、炉内壁周辺
のＸ域においてガス舞上り現象やガス渦流の発生がない
ため、その後はＸ域を流通するガス流に吸引されるよう
に、ウエハ基板上で径方向へ流通し、Ｚ域の中央部をほ
ぼ垂直に流下した反応ガスと共に径方向へ流れガス流遷
移層を形成して、排気口１５へ流通することが確認され
ている。従って、回転基板保持体上のウエハ基板直上で
は、径方向へのガス流通が妨げられことなく円滑化さ
れ、ウエハ基板の中心から外周部へ均等にガスが流通す
る。このため、ウエハ基板外周部でのドーパントの再取
込が生起されることがない。従って、気相成長により均
一な薄膜が形成されたウエハ基板の面内抵抗値分布も均
一となり、高品質のウエハ基板を得ることができる。

【００２２】本発明において、整流板の外部域（Ｘ域）
と他の領域（Ｚ域）のガス孔を通過して流下する反応ガ
スのそれぞれの流速Ｖ_X 及びＶ_Z は、上記した通り整流
板のガス孔の開口径や配置数等を適宜調整して開口率を
所定にすることにより、Ｖ_XがＶ_Z より大きくなるよう
に設定される。好ましくは、Ｘ域の流速Ｖ_X とＺ域の流
速Ｖ_Z との比（Ｖ_X ／Ｖ_Z ）が５〜３０、好ましくは１
０〜２０となるように設定する。この流速比が５未満で
あると、反応炉壁に沿って上方へのガス流の舞上り現象
及びガス渦流が発生し好ましくない。一方、３０を超え
ると炉壁周辺のＸ域（外部域）のガス流速が速過ぎるた
め、回転基板保持体上の回転基板の中央から外周部への
遷移層を形成するガス流れを阻害するため好ましくな
い。本発明において、Ｚ域ガス流速は、一般に０．０５
〜０．７ｍ／ｓとすることが好ましい。０．０５ｍ／ｓ
未満であると、Ｘ域に隣接する回転基板保持体上のＺ域
の最外部のガス流が中央側に押されるだけでなく、回転
基板保持体上の回転基板の中央から外周部へのガス流れ
が阻害されるため好ましくない。また、０．７ｍ／ｓを
超えてもより以上の効果は得られない。従来の気相成長
装置では、反応ガスを通常比較的速い０．７〜１．０ｍ
／ｓで流していたのに対して、本発明の気相成長装置は
０．７ｍ／ｓ以下の流速により従来法で生じていたガス
舞上り現象やガス渦流を防止でき、キャリアガスを多量
に流す必要がなく工業的に極めて実用性が高い。この場
合、Ｘ域のガス流速は、上記Ｖ_X ／Ｖ_Z の比率で所定に
設定すればよい。

【００２３】図４は、本発明の気相成長装置の他の実施
例の概略断面説明図である。図４においては、反応炉４
１内上部の天井部と整流板１７とで形成される空間域
が、仕切板１８により周部空間域Ｓ_X と中央空間域Ｓ_Z
とに二区分される以外は図１の装置と同様に構成され
る。なお、図１と同一の部材には同一符号を付し説明を
省略する。仕切板１８は、一般に、前記図１に示した整
流板の開口率の変化する外部域と他の領域との境界、即
ち、開口率が大きく反応ガス流速の速い外部域（Ｘ域）
と、開口率が小さく反応ガス流速の遅い他の領域（Ｚ
域）との境界に配設され、外部域の炉内周壁からの間隔
幅は、前記と同様である。通常、回転基板保持体１２の
整流板１７への正投影形状の外周縁Ｐ近辺に位置して配
設される。空間域Ｓ_X にはガス供給口１６、１６が、ま
た、空間域Ｓ_Z にはガス供給口１９がそれぞれ別個に配
設され、更に、ガス供給口１６、１６と１９には、別々
のガス供給システムＧ_X 及びＧ_Z がそれぞれ別個に連絡
される。これにより仕切板１８により区分された各空間
域Ｓ_X 及びＳ_Z には、原料ガス、キャリアガス等の反応
ガスを別々に供給することができ、要すれば、反応ガス
の種類、また混合ガスであればその混合比率、ガス供給
時の温度、圧力、流量等の供給条件を種々変化させて供
給することができる。例えば、図４においては、図１と
同様に整流板１７は仕切板１８を境にして開口率が異な
るように、Ｘ域では大径のガス孔１７ｂを、Ｚ域では小
径のガス孔１７ａが穿設されている。また、この方式に
おいては、整流板１７全域の開口率を均等にガス孔を穿
設して、仕切板１８により区分された空間域Ｓ_X 及びＳ
_Z に、ガス供給システムＧ_X 及びＧ_Z からそれぞれ異な
るガス流量で薄膜形成原料ガス及びキャリアガスからな
る反応ガスを供給し、整流板１７を通過後のガス流が反
応炉内のＸ域でＺ域より速い流速となるようにしてもよ
い。また、Ｘ域にはキャリアガスのみを流通させること
もできる。

【００２４】図５は本発明の気相成長装置の他の実施例
の概略断面説明図である。図５において、中空の反応炉
５１内が、上部１と下部２とに区分され上部１が下部２
より細く形成され、上部内径Ｄ₁ が下部内径Ｄ₂ より小
さくＤ₁ ＜Ｄ₂ であり、大径の下部２の上端部Ｕと小径
の上部１の下端部Ｂとが連結部２０により接続され、炉
内空間が連続される以外は図１の装置と同様に構成され
る。なお、図１と同一の部材には同一符号を付し説明を
省略する。図５の反応炉５１において、回転基板保持体
１２は上面が反応炉上部下端Ｂより所定の高低差（Ｈ）
を有して下方に位置して配設される。反応炉上部１の側
壁面は、通常、下部２の側壁面と平行に垂直に形成さ
れ、回転基板保持体１２上面に対し垂直に形成される。
上記の上部下端Ｂと下部上端Ｕとの連結部２０は、通
常、水平に形成するが、特に制限されるものでなく傾斜
状や曲面状に形成してもよい。上記のように構成された
反応炉５１では、図１の反応炉１１と同様に回転基板保
持体１２の整流板１７への投影形状の外周縁Ｐ近辺を境
に炉内の外部域（Ｘ域）でのガス流速を速くすること
で、ガス流の舞上り現象やガス渦流の発生が抑制される
と共に、炉上部１の内径Ｄ₁ が細くなっていることか
ら、ガス流の上方への舞上り現象をより一層抑制でき、
相乗的に気相パーティクルの発生が抑制され、炉壁への
付着やウエハ基板への影響を防止でき薄膜形成ウエハ基
板の品質が向上し、メンテナンスサイクルも長期とな
り、工業的利点が著しい。

【００２５】また、図５の反応炉において、反応炉上部
内径Ｄ₁ 、下部内径Ｄ₂ 、回転基板保持体１２の径Ｄ_S
とが、それぞれ下記のような比率関係にあることが好ま
しい。例えば、Ｄ₁ がウエハ直径より大きく、（１）Ｄ
₂ ／Ｄ₁ 比が１．２以上（Ｄ₂ ／Ｄ₁ ≧１．２）であ
る。Ｄ₁ がウエハ直径より小さいと、炉上部１内壁面か
ら脱落したパーティクルが、回転基板保持体１２上に載
置したウエハ基板に付着し易く、結果的にＬＰＤ（ウエ
ハ表面レーザー散乱体（パーティクルを含む））として
計測される結晶欠陥が増加するためである。また、通常
気相薄膜成長工程で行われるウエハ基板外周部の赤外線
による非接触温度測定が困難となるためである。一方、
Ｄ₂ ／Ｄ₁ 比が１．２より大きいと、反応域のＸ域とＺ
域のガス流速比が比較的小さくても、ガス流の上方への
舞上り現象を抑制することができる。（２）Ｄ₁ ／Ｄ_S
比が０．７〜１．２（０．７≦Ｄ₁ ／Ｄ_S ≦１．２）に
ある。Ｄ₁ ／Ｄ_S 比が０．７〜１．２であれば反応炉の
Ｘ域とＺ域のガス流速比が比較的小さくても、ガス流の
上方への舞上り現象を抑制することができる。Ｄ₁ ／Ｄ
_S 比が０．７より小さいと、上部１の壁面が回転基板保
持体１２上に載置されたウエハ基板に近接し過ぎて炉内
壁面から脱落したパーティクルがウエハ基板に付着し易
くなる。そのため、上記Ｄ₁ がウエハ基板直径より小さ
い場合と同様に、ＬＰＤとして測定される結晶欠陥が増
加し薄膜形成ウエハ基板の品質が低下するためである。
一方、Ｄ₁ ／Ｄ_S 比が１．２より大きくしても、それ以
上の効果の向上は得られない。（３）Ｄ₂ ／Ｄ_S 比が
１．２以上（Ｄ₂ ／Ｄ_S ≧１．２）である。Ｄ₂ ／Ｄ_S
比が１．２より小さいと、回転基板保持体１２上を流通
したＺ域のガス流が円滑に排気管に流れにくくなるた
め、回転基板保持体１２外側に対向する反応炉内壁にパ
ーティクルが付着したり、未反応ガスが回転基板保持体
１２の下方で反応して反応炉下部２の内壁に薄膜形成成
分が析出しメンテナンスサイクルが短期化するためであ
る。

【００２６】更に、図５の反応炉５１は、上記のように
回転基板保持体１２の上面が反応炉上部１の下端Ｂより
下方で所定の高低差Ｈを有して配設される。この高低差
Ｈは、通常、回転基板保持体１２上のＺ域でのガス流が
形成する遷移層、即ち、図５に矢印にて示したように整
流板１７のガス孔１７ａを通過して供給された原料ガス
等のガス流が回転基板保持体１２上で中心から外周方向
へのベクトルを有するガス層の厚さ（Ｔ）より大きくな
るようにすのが好ましい。この高低差Ｈが遷移層厚Ｔよ
り小さいと、回転基板保持体１２上のウエハ基板Ｗの中
心から径方向へのガス流が、反応炉上部１の下端Ｂによ
り阻害され、反応炉上部１の側面に沿って上方への舞上
り現象が生じ、ガス渦流の発生を助長する。また、回転
基板保持体１２上面は、反応炉上部１と下部２の連結部
２０と、平行であることが好ましい。

【００２７】また、上記の回転基板保持体１２上でのガ
ス流の遷移層厚さＴは、従来から用いられる一般的な反
応炉において、主に反応炉内の雰囲気ガスの種類、反応
炉内圧力、回転基板保持体の回転数により変化するが、
下記式（１）で算出することができる。下記式（１）
は、流体力学により一般的に示されるものである。Ｔ＝３．２２（ν／ω）^1/2 （１）（但し、νは反応炉内反応ガスの動粘性係数（ｍｍ² ／
ｓ）を、ωは回転の角速度（ｒａｄ／ｓ）をそれぞれ表
示する。）この場合、ωは気相成長装置での薄膜形成稼
働中の最小値を採るものとする。例えば、原料ガスがシ
ランガス、キャリアガスが水素ガスであり、回転基板保
持体の回転数が５００〜２０００ｒｐｍ（５２〜２０９
ｒａｄ／ｓ）である場合は、遷移層厚Ｔは約５〜５０ｍ
ｍとなる。従って、小径の反応炉上部１の下端Ｂから上
記のＴ値より大きな高低差Ｈで回転基板保持体上面が位
置するように配設することが好ましい。これにより、ウ
エハ基板上の中心から外周へのガス流れがより一層円滑
となり、炉内壁に薄膜形成原料のパーティクルの付着が
なく、また得られる薄膜形成ウエハは結晶相に欠陥が無
く均一な薄膜が形成される。

【００２８】図６は本発明の気相成長装置の他の実施例
の概略断面説明図である。図６において、小径上部１と
大径下部２とに反応炉６１が上下に区分され、上部１と
下部２との連結部２０に整流用ガスを流出するための整
流ガス流出孔２０ａが複数穿設されると共に、反応炉上
部１の外周面全域を包囲して二重環状になし、中空環状
部２１により整流ガス流出孔２０ａが穿設された連結部
２０を気密に包囲し、中空環状部２１に整流ガス供給口
Ｉを設けた以外は、図５の装置と同様に構成される。な
お、図５と同一の部材には同一符号を付し説明を省略す
る。図６の反応炉５１において、上記連結部２０に穿設
された整流ガス流出孔２０ａからは、未反応ガスの排気
口１５、１５への流れを円滑に行うために整流用ガスを
流出することができる。整流用ガスは一般に上記キャリ
アガスが用いられ、通常、反応炉のガス供給口１６、１
６から導入されるキャリアガスと同一ガスを流出する。
この整流ガス流出により、Ｘ域の高流速の反応ガスとの
相乗効果により、ウエハ基板Ｗに達し薄膜成長に供され
た後の未反応ガスが、ガス渦流やガス流の荒れを生じる
ことなく回転基板保持体１２外周側を流通し円滑に排気
口１５、１５から排出され、反応炉下部での薄膜形成成
分の析出もなく、炉のメンテナンスサイクルの長期化を
図ることができる。

【００２９】図６の反応炉６１において、Ｘ域の反応ガ
スの流速（Ｖ_X ）と整流ガス流出孔２０ａからの整流用
ガスの流速（Ｖ_I ）との比（Ｖ_I ／Ｖ_X ）が０．０５〜
２（０．０５≦Ｖ_I ／Ｖ_X ≦２）となるように流出する
ことが好ましい。Ｖ_I ／Ｖ_X比が上記範囲内となるよう
に、連結部２０の整流ガス流出孔２０ａより整流用ガス
を流出することにより、回転基板保持体上の反応ガスの
流れ及び回転基板保持体外周側から反応炉下部中空間へ
の未反応ガスの流れが、ガス渦流やガス流れ荒れを生じ
ることなく円滑となり、結晶欠陥が少なく均質な高品質
の薄膜形成ウエハ基板を得ることができる。Ｖ_I ／Ｖ_X
が０．０５未満であると、回転基板保持体１２外側に位
置する反応炉下部の径拡大部分の２０ａからの整流用ガ
スを流す効果が得られない。また、Ｖ_I ／Ｖ_X が２を超
えると、回転基板保持体１２外側の径拡大部分でのガス
流速が早くなりすぎ、回転基板保持体１２上での中心か
ら外周への円滑なガス流れが阻害され、均一厚で均質な
薄膜成長ができないため好ましくない。

【００３０】

【実施例】

実施例１〜３前記図１に示した中空の反応炉と同様に構成した断面円
形の気相成長装置を用いてウエハ基板上に薄膜を形成し
た。整流板１７は、開口率の大きい外部域（Ｘ域）の反
応炉内壁からの間隔幅Ｘと、整流板１７の半径（Ｒ_D ）
と回転基板保持体１２の半径、即ち整流板１７への正投
影図形の半径（Ｒ_P ）との差Ｙとが、表１に示した比率
（Ｘ／Ｙ）となるようにＸ域とＺ域の境界を設定し、整
流板のＺ域には、それぞれ表１に示した直径のガス孔１
７ａと開口率（％）で、Ｘ域には表１に示した直径の１
７ｂと開口率（％）で、それぞれ穿設して形成し、反応
炉に配設した。原料ガスとしてＳｉＨ₄ ガスを、キャリ
アガスとしてＨ₂ ガスを、また、ドーパントとしてジボ
ラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）をＨ₂ ガス中０．１ｐｐｍ含有させた
ガスを、Ｘ域の反応ガスの流速（Ｖ_X ）とＺ域の流速
（Ｖ_Z ）を表１に示した比（Ｖ_X ／Ｖ_Z ）となるように
流量を調整して供給した。また、反応温度、反応圧力及
び回転基板保持体の回転数を表１に併せて示した。

【００３１】表１に示した気相成長条件下でシリコンウ
エハ上にＢ₂ Ｈ₆ ドーパントシリコン薄膜の気相成長を
行った。気相成長薄膜を形成した後、使用した気相薄膜
成長装置の反応炉内壁のパーティクル付着を目視観察
し、その多少を表１に示した。また、得られた薄膜形成
ウエハ基板面の結晶相の性状についてテンコール社製サ
ーフスキャン６２００を用い０．１３５μｍ以上のＬＰ
Ｄの個数を計測し、その結果をウエハ当たりの個数とし
て表１に示した。また、形成薄膜の膜厚を赤外干渉膜厚
計により測定し、その最大厚さ（Ｆ_max ）及び最低厚さ
（Ｆ_min ）を求め、薄膜厚さの均一性を（Ｆ_max −Ｆ
_min ）／（Ｆ_max ＋Ｆ_min ）×１００として算出して表
１に示した。また、得られた薄膜形成ウエハ基板の抵抗
値をＣＶ法を用いて測定し、その最大値（Ｒ_max ）及び
最低値（Ｒ_min ）を求め、ドーパント取込みによる抵抗
値の均一性を（Ｒ_max −Ｒ_min ）／（Ｒ_max ＋Ｒ_min ）
×１００として算出して表１に示した。

【００３２】実施例４前記図４に示した中空の反応炉と同様に構成した断面円
形の気相成長装置を用いてウエハ基板上に薄膜を形成し
た。整流板１７は、全体が表２に示した開口率を有する
ものを配設した。また、整流板上の空間域には、回転基
板保持体のと同一径の円外縁部に仕切板１８を設置し、
上部空間域をＳ_X 域とＳ_Z 域に二区分した。Ｓ_Z 域には
実施例１と同様の反応ガスを表２に示した条件で供給し
た流入し、Ｓ_X 域にはＨ₂ ガスを表２に示した流量で供
給し、シリコンウエハ上にＢ₂ Ｈ₆ ドーパントシリコン
薄膜の気相成長を行った。反応炉内の観察及び得られた
薄膜形成ウエハ基板について実施例１と同様に測定した
結果を表２に示した。

【００３３】実施例５〜６前記図５（実施例５）及び図６（実施例６）に示した中
空の反応炉と同様に構成した断面円形の気相成長装置を
用いてウエハ基板上に薄膜を形成した。表２に示した条
件で装置を形成した。実施例６では連結部２０からＹ域
にＨ₂ ガスを表２に示した流量で、Ｘ域の反応ガスの流
速（Ｖ_X ）とＹ域の流速（Ｖ_Y ）を表２に示した比（Ｖ
_X ／Ｖ_Y ）となるように調整して供給し、シリコンウエ
ハ上にＢ₂ Ｈ₆ ドーパントシリコン薄膜の気相成長を行
った。反応炉内の観察及び得られた薄膜形成ウエハ基板
について実施例１と同様に測定した結果を表２に示し
た。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】比較例１〜２Ｖ_X ／Ｖ_Z が所定より小さい比較例１について、表２に
示した条件で整流板を形成し、また、Ｘ／Ｙ比が所定よ
り大きい比較例２について、表２に示した条件で整流板
を形成し、反応炉に配設した以外は、実施例１の反応炉
と同様に構成した気相成長装置を用い、実施例１と同様
にしてシリコンウエハ上にＢ₂ Ｈ₆ ドーパントシリコン
薄膜の気相成長を行った。その後、反応炉内の観察及び
得られた薄膜形成ウエハ基板について同様に測定した結
果を表３に示した。

【００３７】比較例３〜４前記図７に示した従来の気相薄膜成長装置の反応炉と同
様に、即ち、整流板の開口率が均等に形成されて構成さ
れた気相成長装置を用い、表２に示した気相成長反応条
件下で実施例１と同様にしてシリコンウエハ表面上にＢ
₂ Ｈ₆ ドーパントシリコン薄膜を形成した。その後、反
応炉内の観察及び得られた薄膜形成ウエハ基板について
同様に測定した結果を表３に示した。

【００３８】

【表３】

【００３９】上記実施例及び比較例より明らかなよう
に、反応炉内壁周辺の所定幅のＸ域の反応ガス流速を中
心のＺ域より所定比率で速くした場合には、得られる薄
膜形成ウエハ基板表面の結晶相のＬＰＤ個数が１０００
以下で良好な薄膜形成ウエハ基板が得られる。このＬＰ
Ｄ個数は、流速比が所定比率より低い比較例１及び従来
方式でキャリアガスを本実施例と同様に流通させた比較
例３に比し約１／５０以下であり、また、所定幅より広
い領域を流速の速い反応ガスを流した比較例２に比して
は約１／１３０以下である。また、従来方式でキャリア
ガスを２００リットル／分で流通させた比較例４でも１
０００個以上であることからも、本発明の気相成長によ
る薄膜形成が優れることが分かる。また、形成される薄
膜厚の均一性も、比較例４のものよりは低いものの良好
であり、抵抗値の均一性は比較例４に比しても優れるこ
とが明らかであり、キャリアガスを多量に用いることな
く、高品質の薄膜形成ウエハ基板を得ることができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明の気相成長装置は、反応炉へ導入
する反応ガス流が中央部と外周部とで流速を異ならせ
て、外周部でのガス流速が大きくなるようにすることか
ら、種々の不都合を生じさせていた反応ガスの上方への
舞上り現象を防止できる。そのため反応ガスの温度上昇
が抑止でき、薄膜形成原料ガスの均一核生成が抑制さ
れ、気相中で発生するパーティクルが減少する。従っ
て、反応炉壁に付着しメンテナンスサイクルを短縮させ
たり、ウエハに付着し結晶欠陥の原因となるパーティク
ルが減少することから、高品質の薄膜形成ウエハ基板を
製造することができる。また、本発明の気相薄膜成長装
置による気相薄膜成長は、反応炉内のガス流れをパーテ
ィクルの発生もなく、乱流や偏流を生じることなく安定
に維持し、円滑に反応炉内を流通させることができ薄膜
を形成するウエハ基板上でも停滞することなく円滑に流
通するため、ドーパントの再取込み等も起こらず、得ら
れるウエハ基板の面内抵抗値も均一となり、高集積化用
として好適なウエハ基板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の気相薄膜成長装置の反応炉の一実施例
の概略断面説明図

【図２】本発明の整流板の一実施例の平面説明図

【図３】本発明の整流板の他の実施例の平面説明図

【図４】本発明の気相薄膜成長装置の他の実施例の概略
断面説明図

【図５】本発明の気相薄膜成長装置の他の実施例の概略
断面説明図

【図６】本発明の気相薄膜成長装置の他の実施例の概略
断面説明図

【図７】従来の気相薄膜成長装置の一例の概略断面説明
図

【符号の説明】

１反応炉上部２反応炉下部１１、４１、５１、６１、７１反応炉１２、７２回転基板保持体１３、７３回転軸１４、７４ヒータ１５、７５排気口１６、１９、７６ガス供給口１７、７７整流板１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、７７ａ整流孔１８仕切板１９、１９’、２９整流ガス導入空間２０連結部２０ａ整流ガス孔Ｂ上部下端Ｕ下部上端Ｗウエハ基板Ｓ、Ｓ_X 、Ｓ_Z 空間部Ｇ_X 、Ｇ_Z ガス供給システムＩ整流ガス導入口Ｄ₁ 反応炉上部内径Ｄ₂ 反応炉下部内径Ｄ_S 回転基板保持体直径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者辛平神奈川県秦野市曽屋30番地東芝セラミックス株式会社開発研究所内 (72)発明者藤井達男山口県徳山市大字徳山字江口開作8231−５徳山東芝セラミックス株式会社内 (72)発明者岩田勝行山口県徳山市大字徳山字江口開作8231−５徳山東芝セラミックス株式会社内 (72)発明者三谷慎一静岡県沼津市大岡2068−３東芝機械株式会社沼津事業所内 (72)発明者本多恭章静岡県沼津市大岡2068−３東芝機械株式会社沼津事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空の反応炉の頂部に複数の反応ガス供
給口、底部に排気口、内部にウエハ基板を載置する回転
基板保持体、及び、内部上部に天井部と空間域を形成し
て複数のガス孔が穿設された整流板を有して、内部に反
応ガスを供給して回転基板保持体上のウエハ基板表面に
薄膜を気相成長させる気相成長装置において、炉内の中
央部と外周部とのガス流速が異なるように形成されてな
ることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】前記整流板が炉内周壁に密接し、前記ガ
ス孔の開口率が、前記整流板に正投影される前記回転基
板保持体の投影形状の外周縁から径方向の外部域で、他
の領域より大きくなる請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】前記整流板外周縁と炉内周壁とが間隙を
有し、該整流板外周縁が、前記整流板に正投影される前
記回転基板保持体の投影形状の外周縁から径方向の外部
域にある請求項１記載の気相成長装置。
【請求項４】前記外部域が、前記反応炉内周壁から所
定の間隔幅を有し、前記間隔幅（Ｘ）と前記整流板相当
半径（Ｒ_D ）と前記投影形状の相当半径（Ｒ_P ）の差
（Ｙ＝Ｒ_D −Ｒ_P ）との比（Ｘ／Ｙ）が０．０２〜１．
０である請求項２または３記載の気相成長装置。
【請求項５】前記反応炉の水平断面が円形であり、前
記整流板と前記回転基板保持体とが同心状に配設される
請求項２、３または４記載の気相成長装置。
【請求項６】前記空間域が、その内部で前記整流板に
正投影される前記回転基板保持体の投影形状の外周縁か
ら径方向の外部域に配置される仕切部材により少なくと
も二区分されると共に、各区分に２以上の反応ガス供給
口がそれぞれ配設される請求項１に記載の気相成長装
置。
【請求項７】前記外部域が、前記反応炉内周壁から所
定の間隔幅を有し、前記間隔幅（Ｘ）と前記整流板相当
半径（Ｒ_D ）と前記投影形状の相当半径（Ｒ_P ）の差
（Ｙ＝Ｒ_D −Ｒ_P ）との比（Ｘ／Ｙ）が０．０２〜１．
０である請求項６記載の気相成長装置。
【請求項８】前記反応炉の水平断面が円形であり、前
記整流板と前記回転基板保持体とが同心状に配設される
請求項６または７記載の気相成長装置。
【請求項９】前記区分毎に、前記反応ガス供給口を介
して別個の反応ガス供給系統が連絡されてなる請求項
６、７または８記載の気相成長装置。
【請求項１０】前記反応炉の中空内部が、相当内径が
異なる上下部に区分され、上部の相当内径が下部の相当
内径より小さく、且つ、上部下端と下部上端とが接続さ
れて中空内部が連続してなる請求項１〜９のいずれかに
記載の気相成長装置。
【請求項１１】前記請求項１〜１０のいずれかに記載
の気相成長装置を用いて反応ガスを前記整流板を流通さ
せて整流すると共に、流通整流後の反応ガス流速が、前
記他の領域より前記外部域で高速となって前記回転基板
保持体上のウエハ基板表面上に供給されることを特徴と
する気相成長方法。
【請求項１２】前記外部域のガス流速（Ｖ_X ）と前記
他の領域のガス流速（Ｖ_Z ）との流速比（Ｖ_X ／Ｖ_Z ）
が５〜３０の範囲にある請求項１１記載の気相成長方
法。
【請求項１３】中空の反応炉内に上方より反応ガスを
供給し整流後、下方の支持回転されるウエハ基板上に反
応ガスを流下させてウエハ基板表面に薄膜を気相成長さ
せる方法であって、前記整流後に、反応炉内壁周辺域の
ガス流速（Ｖ_X ）がウエハ基板上方域のガス流速（Ｖ
_Z ）より高速となるように反応ガスを供給することを特
徴とする気相成長方法。
【請求項１４】前記反応炉内壁周辺域のガス流速（Ｖ
_X ）と前記ウエハ基板上方域のガス流速（Ｖ_Z ）との流
速比（Ｖ_X ／Ｖ_Z ）が５〜３０の範囲にある請求項１３
記載の気相成長方法。