JPS6197193A - 減圧ホツトウオールｃｖｄ用反応管 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は主としてシリコン・エピタキシアル結晶を形成
させる減圧ホントウオールＣＶＤ装置の反応管に関する
ものであるが１本発明の反応管の構造は多結晶シリコン
、シリコン酸化膜等を形成させる減圧ホットウォールＣ
ＶＤにも適用が可能である。

〔発明の背景〕

シリコン・エピタキシはこれまで高周波加熱法がよく用
いられてきた。この場合シリコン基板が局部的に加熱さ
れ基板界面でエピタキシアル反応が起るが、反応管壁は
コールドウオールになっており反応生成物は管壁には殆
んど付着しない。しかしシリコン基板を加熱板上に２次
元的にしか置けないので、大量装填ができず、生産効率
が良くなかった。

これに対し、電気炉により反応管の外側より加熱するホ
ントウオール方式では１反応管の中に基板を立体的に大
量装填できる利点があるが１反応管の管壁に反応生成物
が析出する。この管壁析出物は、基板を搭載した治具を
電気炉内部の高温反応帯に搬入または引出しのため往復
移動させると粉化し、舞上って基板表面に付着してエピ
タキシアル結晶を不良化する。この対策としては基板冶
具に車をつける方法、管壁をスライドしないで目的場所
まで反応管内中空を移動させるソフトランディング法な
どが試みられている。また管壁析出物をＨＣＱで気相エ
ッチして管壁をクリーニングする方法もあるが、低温管
壁のクリーニングが十分でない。さらに内管を挿入し、
エピタキシアル反応後外部に取り出し洗滌する方法もあ
るが、内管が長い場合反応管との嵌め合い、取扱いなど
に難点を生じている（特開昭５５−１１００３３号、特
開昭５５−１５３３２３号、特開昭５９−５００９３号
）。

〔発明の目的〕

本発明は上記の問題点を解消するためになされたもので
、減圧ホットウォールＣＶＤ装置において、反応管内部
に複数に分割された内管を設け、基板搭載治具の移動通
路にあり、かつ温度が低いため軟質の管壁付着物が生成
しやすく、またＨＣａ気相エッチによるクリーニングが
不完全である部分を一つの短かく分割された内管（低温
部内管と呼ぶ）で区切り、外部への取出しを容易にして
頻繁な洗滌を実施することにより、粉化微粒子によるエ
ピタキシアル結晶の不良化を防止し生産効率を高揚させ
ることを目的としている。

また、別に分割された内管（高温部内管と呼ぶ）には、
ドーピング用ノズル管を内側に溶接させ。

細いノズル管の支持、補強を兼ねるほか反応管から分離
できる構造とすることにより、反応管の製作、ノズルの
取付け、修理などの加工を容易にすることも目的として
いる。

〔発明の概要〕

減圧ホットウォール・シリコン・エピタキシアル反応操
作は、電気炉内に挿入された石英製反応管の管軸方向中
央部の所定高温帯にエピタキシアル基板を置き、反応ガ
スを減圧の下で流通させることにより行なわれる。この
場合反応管の管軸方向に常温より所定高温帯に至る温度
勾配が形成される。反応ガスは基板の上でエピタキシア
ル反応を行なうが、同時に反応管内側の管壁にも反応化
１゜ 酸物を析出する。この゛管壁析出物は基板の上流におい
て約４００℃の管壁温度から生成を始め高温部に至るま
で反応管の内側に付着する。管壁析出物の存在はホット
ウォール方式の欠点であり、管壁の付着は反応ガスの濃
度落差を招くため成長速度の変化すなわちエピタキシア
ル膜厚の不均一化の原因となるほか、基板を搭載した治
具の移動に際し管壁析出物が粉化し、エピタキシアル結
晶を不良化するＪ）に囚にもなる。

基板のセットされる高温反応帯における管壁析出物は比
較的硬質で粉化しがたく、またＭＣｌ１による気相エッ
チ法で除去が可能である。これに反し基板上流の低温部
に付着する管壁析出物はＳｉｘ　Ｈｙの複雑な形で非常
に軟質である上、種々の不純ガスを吸着しやすい性質が
認められる。低温析出物は一見煙道中の煤のようにたと
えられ、一部は流通するガスによっても飛散する。さら
に低温析出物は基板搭載治具の移動Ｍ擦により特に粉化
しやすく、反応管内粉体の大部分を占めることが判った
。この析出物は低温管壁に付着しているので、ＨＣＡに
よる気相エッチを行なっても除去が困難である。

したがって本発明では低温析出物が付着している区間を
対象に分割した内管（低温部内管）を設け、その短い内
管部を外部に取出し洗滌できるよう構成した。洗滌は一
回のエピタキシアル反応毎に行なっても良いが、４〜５
回の反応に一度の取出し洗滌でも十分である。

一方、前述の内管とは別に分割されたもう一つノ内管（
高温部内管）にはドーピングガス供給用のノズル管が取
り付けられる。

減圧ホットウォール方式の特徴は、反応管内部の空間を
利用し多数枚の基板を密に装填することにより生産効率
を上げることにあり、減圧はシリコン・ソースガスの拡
散を促進、気相熱分解の抑制の効果を持っている。多数
枚の基板をチャージした場合、反応ガスはエピタキシア
ル膜に転化するため消耗し、ガス流れ方向に濃度変化を
起し、膜厚、比抵抗に不均一化をもたらす。したがって
反応ガスの濃度低下を補正する何等から処置が必要であ
る。

膜厚の均一化については、シリコン・ソースガスの中途
補給を行ない、管式ノズルの挿入、内側に多孔ノズルを
持った二重管式反応管などの型式による方法があるが、
いずれもソースガスが高温の管壁側を通過する構造とな
り、気相熱分解によるソースガスの消耗、流路の閉塞な
どトラブルの原因となる。良好な別法としては、反応機
構が界面反応律速であることを利用し、ガス流れ方向に
温度勾配を設ける方法がある。

一方、エピタキシアル膜抵抗率の均一化は、ドーピング
ガスの補給に依存しなければならない。

ドーピングガスは単独では高温管壁への析出がなく、ソ
ースガスの供給とは別個の配管とすることにより補給が
可能である。ドーピングガスのみを二重管式反応管の内
側多孔壁より噴出させる方法もあるが、細孔の径、数お
よびその加工、均一なガス噴出に関し問題が多い０本願
の発明者等の実験的検討によれば数個のノズル孔を有す
る管を用いてドーピングガスを注入するのが最良である
ことを見出した。しかし小径の長い管であるので熱歪曲
しやすく支持法に返点があった。そこで本発明において
は１分割内管法を用いドーピングガス補給用ノズル管を
もう一つの内管（高温部内管）内側に溶接することによ
りノズル管の補強を行なったにのドーピングノズル管材
の内管は反応管から分離可能の構造であるので、製作、
外部へ取り出して修理も簡便である。ノズル管の本数は
４〜１２本程度で、管と管の間に間隔を設けることによ
り、基板搭載治具の移動を可能にする構造となっている
・ 〔発明の実施例〕 以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。

第１図は本発明に係る減圧ホットウォール・シリコン・
エピタキシアル装置の構成説明図である。

図において、１は電気抵抗式加熱炉（電気炉）、２は石
英製反応管、３は治具収納管、４は治具移動用の密閉式
オートローダ−１５は反応ガスとの接触先端にガス整流
器を備えた基板搭載冶具、６は基板、７はガス供給配管
、８はドーピングガス供給配管、９は反応管の排気尾管
、１０．１１は接手、１２は連絡管、１３はドーピング
ガスノズル管のマニホールド、１４は多管式のノズル管
、１５は低温部内管、１６は高温部内管、１７は逆拡散
防止リングである。

主要部の構造・寸法の一例を示すと次の通りである。

電気炉１に挿入され管の外側より加熱される反応管２の
本体は、内径１４０＋ｎｎ＋φ、長さ２２００ｍｍであ
る。反応管２に接続される治具収納管３は、内径１４０
ｎｕａφ、長さ６００ｎ＋ｉである。反応管２、治具収
納管３に挿入される低温部内管１５及び高温部内管１６
は、いずれも外径１３６＋ｓｍφ、肉厚３＋ａｍ、長さ
１４００ｍｍの石英管である。高温部内管１６の内側に
取付けられるノズル管１４は外径６１φの石英管である
。

本装置を用いてシリコン・エピタキシアル成長を行なう
操作を説明する。

シリコン基板６を多数枚（本実施例では４インチ基板を
５０枚）背中合せに搭載した治具５を、ガス供給配管７
よりＮ２ガスを流しなから治具収納管３にセットし密封
してからエピタキシ操作を開始する。まず反応系は排気
され、さらにＮ２ガスを流通させることにより、反応管
や排気系に残存するＨＣｌ１や０□を十分放逐する。そ
の後オートローダ−４を作動し、箔板搭載冶具５を電気
炉１の中央へと運ぶ、炉中央部の温度は９２０℃から９
８０℃までの温度勾配が設けられ、エピタキシアル膜厚
均一化の役目を果している。

高温部にセットされた基板は、減圧下Ｈ２流通の下で表
面を７ニールされ自然酸化膜が除去される。

エピタキシアル反応は、反応ガスＳｉＨ，ＣＱ、、ジャ
リヤガスＨ２、ドーピングガスＰＨ，をガス供給配管系
７を通じて供給することにより行なわれる。また、ドー
ピングガスＰＨ３（Ｈ，稀釈）を配管８を通して反応管
２の後尾から導入し、多管式ノズル管１４より噴出させ
ることにより多数枚基板上のエピタキシアル膜の抵抗率
均一化を計っている。抵抗率はほとんどノズルから噴出
するドーピングガスにより支配され、ノズル噴出口より
風下は通常のドーピングが行なわれるが、風上もドーピ
ングガスの逆拡散によりほとんど均一に結品がドーピン
グされる。基板の上流より供給されるＰＨ，はむしろ抵
抗率の微少補正の役目を負っている。本実施例における
ガス流量はＨｔ　”　２　Ｑ　／ｗｉｎ、　ＳｉＨ，Ｃ
ａ、＝　２　Ｑ　／ｗｉｎ、主流Ｐ　Ｈ，＝０．Ｉ　Ｑ
／ｗｉｎ　（Ｈｚ稀釈で４　ｐｐｍ）　、ノズルＰ　Ｈ
３＝０．４　Ｑ　／ｗｌｉｎで、反応管内圧力は０．３
Ｔｏｒｒとした。そのときエピタキシアル膜の成長速度
は０．３４７ｓｉｎであった・ 第２図は内管とドーピングガス用ノズル管の詳細説明図
である。反応管２の内壁に近接する内管が二つに分割さ
れ、低温部の内管１５と高温部の内管１６より成ってい
る。数個の噴出口を持ったノズル管１４は本実施例の場
合４本より成り、高温部内管１６に熔接されて熱歪曲に
対し補強されている。

１３はノズル管のマニホールドであるとともに、ガス流
れの後方整流器も兼ねている。１８はマニホールド支持
棒である。第１図に示したように、マニホールド１３は
連絡管１２により反応管の排気尾管９を貫通して外部か
らの配管８と接続される。接手ｌＯは尾管９と連絡管１
２の密閉を、接手１１は連絡管１２と配管８の接続を行
なっている。また反応管の尾管９には排気系の不純物ガ
スが反応管内に逆拡散するのを防止するために狭い流路
で作られたリング１７が置かれている。ノズル管１４を
熔接した内管１６は接手１Ｏ１１１により反応管から分
離し１反応管のガス入口側より外部に取出せる構造にな
っている。内管１６に設けられた小孔１９は内管の引出
用である。

第３図は第２図のＡ−Ａ’線における平面に沿って切断
した矢印方向に見た断面図で、ノズル管１４と基板搭載
治具５、基板６の間の位置関係を示したものである。治
具が移動する場合ノズル管に接触せず内管の四壁上を運
行する構造になっている。高温帯はこのノズル管１４近
辺にあるので、管壁析出物はＨＣＱ気相エッチ法でクリ
ーニングが可能であり、高温部内管１６の引出し頻度は
少ない。

一方もう一つの内管１５は低温部にあり、軟質の管壁析
出物が付着するとともに、ＭＣＩ！気相エッチによって
も除去困難であるので、数回のエピタキシアル反応後反
応管のガス入口端より引出し、交換後洗滌する。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明の反応管構造物を使用して、エピタ
キシアル反応操作を行なうことにより、多数の基板上に
粉体の付着しない良質のエピタキシアル膜を、膜厚精度
±５％、比抵抗精度±１０％の範囲で製造することを得
、生産効率の向上がはかられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る減圧ホットウォール・シリコン・
エピタキシアル装置の構成説明図、第２図は内管とドー
ピングガス用ノズル管の詳細説明図、第３図は第２図の
Ａ−Ａ’線における平面に沿って切断した矢視図である
。 １・・・電気炉　　　　　　２・・・反応管３・・・治
具収納管　　　　４・・・オートローダ−５・・・基板
搭載治具　　　６・・・基板７・・・ガス供給配管 ８・・・ドーピングガス供給配管 ９・・・反応管の排気尾管 １３・・・ドーピングノズル管のマニホールド１４・・
・多管式のノズル管　１５・・・低温部内管１６・・・
高温部内管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　内部に挿入した少なくとも２つ以上に分割された内管
   を備え、ガス入口側より基板のセット位置上流付近まで
   の部分に設けられた低温部内管は引出し交換可能に配置
   され、さらに上記基板のセット位置周辺にはドーピング
   ガスを流通させるための多管式ノズルを内側に設けた高
   温部内管を少なくとも１つ備えたことを特徴とする減圧
   ホットウォールＣＶＤ用反応管。