JPS63199412A - 気相成長装置 - 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、基板上に半導体等を気相成長させる気相成長
装置に関する。さらに詳しくは、非反応性ガス流により
反応容器へのウオールデポジションを抑制した気相成長
装置に関する。

（従来の技術） 半導体基板等へのエピタキシアル膜、多結晶膜の気相成
長装置としては横型炉や縦型炉等がある。

これらの装置においては、高周波加熱の場合にはサセプ
ター等からの輻射熱、抵抗加熱の場合にはヒーターおよ
びサセプターからの輻射熱によって石英へルジャーが加
熱され、内壁に反応生成物が付着する現象（ウオールデ
ポジション）が発生する。一度反応生成物が付着すると
付着部分は加熱され易くなり、ますます付着が加速され
る事になる。この付着物がはがれて基板上に落下すると
突起などの結晶欠陥を引き起す原因となる。

このウオールデポジションを抑制する方法としては、縦
型炉においてはへルジャーを二重構造とし、これらの間
隙に冷却ガスを流通させてヘルジャ一温度を低下させる
ことが試みられている。しかし、この方法ではペルジャ
ーは充分に冷却されず、ウオールデポジションを完全に
抑制することば困難である。特に高温のサセプター近傍
でのウオールデポジションの抑制は難しい。

また、特開昭５４−２０９７１号および特開昭５４−２
０９７２号公報はへルジャー内面に沿って非反応性ガス
を流してペルジャー内壁に反応性ガスが接触しないよう
にする事を提案している。しかしこれらの公報の提案す
る装置では吹き出された非反応性ガスがペルジャー内壁
に沿って流れていく途中で拡散あるいは反応ガスと混合
してしまうため、最もウオールデポジションが生じ易い
サセプター近傍においてペルジャー内壁に反応ガスが接
触することは避けられず該個所でのウオールデポジショ
ンはほとんど抑制されない。そればかりか吹出された非
反応性ガスがサセプター表面のガス流を乱したり、反応
ガス濃度を低下させたりするので膜厚の不均一を招く可
能性も有る。

一方、横型炉において例えば特開昭５３−１２６８６７
号、特開昭５４−２１９７３号公報は、反応管（ヘルジ
ャー）を二重構造とし内側管に多数の孔を設け、その孔
から非反応性ガスを吹出させてペルジャー表面に反応ガ
スが接触しないようにする対策を提案している。これら
の公報の提案する装置においてウオールデポジションを
抑制するためには、非反応性ガスを十分に吹き出させる
ことが必要である。この場合、先に述べた縦型炉の場合
と同じく吹き出された非反応性ガスによってサセプター
表面のガス流れが乱されたり、反応ガス濃度が低下した
りすることは避けられない。このため、膜厚の不均一を
招く結果になる。

ところで特開昭５９−１５９９８０号公報Ｇよ、横型の
気相反応装置において、容器の一端から他端へ向う反応
ガス流の周囲をこれと平行な非反応性ガス流で囲繞して
容器内を流すことを提案している。この公報の提案する
構成の目的はガス消費量の節減にあるが、この構成はウ
オールデポジションを抑制する効果をも有している。し
かしこの公報の装置では、反応ガスを中心としてその周
囲を非反応性ガスで囲みこれらをほぼ一体として容器内
を流すものであるため、横型の反応装置以外への適用は
困難である。また一体となって流れる距離が長（なると
流動中に反応ガスと非反応ガスが混合してしまう。さら
にまた加熱され易くウオールデポジションを生じ易い部
位に非反応性ガス流を集中させて該部位を覆うことは困
難である。

（発明が解決しようとする問題点） 従って本発明は、上述の従来技術の問題点を解決し非反
応性ガス流によりウオールデポジションを効果的に抑制
した気相反応装置を提供することを特徴とする特に、反
応ガス流を乱すことなく、反応容器壁の加熱個所に沿っ
て所定量の非反応性ガス流を流して該個所を覆い、これ
により気相成長速度や成長膜厚に悪影響を与えることな
く該個所におけるウオールデポジションを抑制する気相
成長装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） かくして本発明の要旨とするところは、反応容器内に反
応ガスを流して該容器内に置かれた基板上に気相成長膜
を形成する装置において、前記反応容器壁内面に沿う方
向に非反応性ガスを吹き出す複数の吹出しノズルと、前
記吹出しノズルと所定距離で対向して設けられ、吹出し
ノズルから吹き出された非反応性ガスが基板方向に拡散
する前に非反応性ガスを吸引、排出する複数の吸引ノズ
ルと、を反応容器壁内面の所定個所に備え、基板近傍の
反応ガス流と実質的に分離して流れる非反応性ガス流を
反応容器壁内面の所定個所に沿って形成して該個所を覆
うことを特徴とする気相成長装置である。

（作用） 一般に非反応性ガスの吹出しノズルおよび吸引ノズルは
容器壁のうち特に加熱され易い個所に沿って非反応性ガ
ス流を形成するように設けられる。

所定位置に所定距離で設けられた対向ノズル間を流れる
非反応性ガス流は、反応ガス流と実質的に分離した形で
形成されるから反応ガス流が非反応ガス流により乱され
たり、反応ガスの濃度が混合により低下したりすること
は殆どない。従って基板への気相成長の速度を下げたり
、また成長膜厚に不均一を生じさせたりすることなく、
ウオールデポジションを効果的に抑制することができる
。

非反応性ガス流は、対向ノズルの設置位置、方向、数、
距＃（対向ノズル間距離）、および各ノズルの吹出し、
吸引量の選択により最適のガス流を形成するように制御
することが可能である。

（実施例） 次に添付図面を参照しながら本発明の実施例について詳
しく説明する。

尖施±１ 第１図は、横型炉に本発明を適用した第１の実施例の長
軸に直交する面に沿う断面図である。

Ｓｉ等の半導体基板１は、サセプター２に載荷される。

反応ガス供給口（図示せず）からは例えばＳ　ｉ　ＣＱ
　４等を含む反応ガスが吹き出され、反応容器を構成す
る石英ペルジャー３内の基板１近傍を図において紙面と
直交する方向に流れた後、反応ガス排気口（図示せず）
から排出される。この際基板１は高周波コイル４により
サセプタ−２を介して加熱され、基板１上にＳｉ等が気
相成長する。

ペルジャー３内の四隅には非反応性ガス吹出しノズル５
が設けられ、非反応性ガス（例えば１（２）を供給する
。ノズル５は、ペルジャ−３の長手方向（図において紙
面と直交する方向）に延在する非反応性ガス供給管にお
いて矢印の方向に開口する複数の供給口により構成され
、矢印の方向に非反応性ガスを吹き出す。ペルジャ−３
の多襞のほぼ中央にはそれぞれ非反応性ガス吸引ノズル
６が設けられ、ノズル５から吹き出された非反応性ガス
を吸引、排出する。吸引ノズル６は、ペルジャー３の長
手方向に延在する非反応性ガス吸引管において、吹出し
ノズル５を構成する供給口に対向して設けられた複数の
吸引口により構成される。

このように非反応性ガスの吹出しノズル５および吸引ノ
ズル６はペルジャー３壁内面に沿う方向に向って互いに
対向して開口し、しかも対向ノズル間の距離は小さい。

従ってノズル５から吹き出された非反応性ガスは、基板
１の方向に拡散したり反応性ガス流を乱したりする前に
ほぼ吸引ノズル６により吸引、排出される。このように
非反応性ガスは、基板１近傍における反応性ガス流とは
実質的に分離した流れを形成して高温となるペルジャー
３の内面を覆い、ウオールデポジションを防止する。

爽施班芳 第２図は、本発明を縦型炉に適用した実施例の縦断面図
である。

基板１は、回転するサセプター２上に載せられ、反応容
器を構成するペルジャー３により覆われる。

基Ｆｉ１は、サセプター２を介して高周波コイル４によ
り加熱される。反応ガスは、吹出しノズル７から吹き出
され基板１近傍を通過後、排気孔８゛から排出される。

非反応性ガスの吹出しノズル５および吸引ノズル６は、
高温となるペルジャ−３の側壁内面に沿って周方向にほ
ぼ等間隔で数組が対向して設けられる。従って非反応性
ガスは、基ｖｉ、１近傍の反応性ガス流を乱すことなく
ペルジャー３側壁内面を覆い、ウオールデポジションを
防止する。

実施±１ 本発明は以上に述べた横型炉、縦型炉に限定されること
なく、あらゆるタイプの気相成長装置に適用可能である
。第３図はいわゆるホットウォール型になると考えられ
る気相成長装置に本発明を適用した実施例を示す。この
型の装置ではへルジャーが加熱されることは避けれない
。従ってウオールデポジションが生じ易（ウオールデポ
ジション抑制が重要な問題となる。第３図（Ａ）は、同
図（Ｂ）の鎖線Ａ−Ａに沿う縦断面図、同図（Ｂ）は、
同図（Ａ）の鎖線Ｂ−Ｂに沿う横断面図である。

基板１ば、回転する棚状のサセプター２に載せられ、石
英へルジャ−３の外側のヒーター４′により加熱される
。反応ガスは、吹出しノズル７から吹出し、基板１近傍
を矢印方向に流れた後、吸引ノズル８から排気される。

ノズル７．８は、ペルジャー３内に設けられた一対の管
状体において、基板１方向に互いに対向して開口する複
数の吹出し口および吸引口により構成される。

非反応性ガスの吹出しノズル５および吸引ノズル６は、
ペルジャー３側壁に沿って周方向に交互に設けられた非
反応性ガス供給管および排気管の側面において互いに対
向して開口する複数の吹出し口および吸引口により構成
される。従って吹出しノズル５から吹き出された非反応
性ガスは、基板１近傍を流れる反応ガス流を乱すことな
くベルジャ−３側壁内面に沿って流れ吸引ノズル６に吸
引され排出される。

なお、いづれの実施例装置についても本発明の気相成長
装置においては非反応性ガスの吹出し流量、流速、およ
び吸引ガス量が重要な操業条件になる。これらは装置形
状、反応ガス流量および流速によって最適値が異なる。

従って一概には言えないが、非反応性ガス吸引ノズルか
らの吸引量は非反応性ガス吹出し量とほぼ同等とするこ
とが好ましい。

（発明の効果） 本発明においては以上のように基板近傍の反応ガス流と
実質的に分離された非反応ガス流により反応容器壁内面
を覆っている。従って基板上へのＳｉ等の反応物質の気
相成長過程に悪影響を与えることなく効果的にウオール
デポジションを抑制することができる。即ち、膜厚の不
均一あるいは突起等の結晶欠陥を気相成長膜に発生させ
ることなくウオールデポジションを抑制することが可能
になる。

本発明のこのような効果を具体的に確認するため、第１
図および第３図の実施例装置と、第４図および第５図に
示される従来の横型気相成長装置の作用効果を比較する
実験を行った。（第４図、第５図とも横型装置の長軸に
沿う縦断面を示し、符号１．２．３．４はそれぞれ基板
、サセプター、−、ルジャー、高周波コイルを示す。た
だし第５図の装置ではペルジャーは、内側へルジャ−３
ａ、外側へルジャ−３ｂの二重構造となっている。この
装置では、両者の間を導かれた非反応ガスが内側ペルジ
ャー３ａに設けられた複数の孔から吹出しウォ混合ガス
（ＳｉＣＱ４２　ｖｏｌχ）を、また非反応性ガスとし
て１１２を使用した。

まず始めにサセプタ一温度を７００°Ｃとし、基板は置
かずにヘルジャー内各位置におけるＳ　ｉ’４度を検出
し、反応ガス流と非反応ガス流の間の干渉の有無を調べ
た。Ｓｉ濃度の検出は、ヘルジャー内の各位Ｗで採取し
たガスのガスクロマトグラム分析による。なお、サセプ
タ一温度を７００°ＣとしたのはＳ　ｉ　ＣＱ　４が反
応してサセプター等に析出しないようにするためである
。

次の第１表はこのようにして得られたＳｉ濃度（ｇ／　
７りを各装置について比較したものである。

第１表 なおこの実験における各装置で用いた反応ガスおよび非
反応性ガス流量（β／ｍ１ｎ）は次の通りである。

第２表 第１表から分かるように第１図および第３図の本発明実
施例装置では、ペルジャー内面近傍におけるＳｉ’ｌＱ
度は反応ガス導入部付近に比べ大きく減少しているのに
対し、基板が置かれるサセプター表面における５ｉＮａ
度は、反応ガス導入部付近から殆んど低下していない。

すなわち、非反応性ガス流は基板近傍の反応ガス流をほ
とんど乱すことなく反応容器内面を覆っていることが認
められる。

一方、非反応性ガスを用いない第４図の従来装置では、
ヘルジャー面におけるＳ　ｉ　’１７４度は、サセプタ
ー表面の濃度と殆ど変らず、反応性ガスがペルジャー内
面付近まで及んでいることが認められる。

また非反応性ガスを用いた第５図の従来装置では、ペル
ジャー内面におけるＳｉ濃度は低いが、サセプター表面
のＳ　ｉ　ｔａ度も反応ガス導入部近傍のほぼ１７２程
度に低下している。これは、両ヘルジャ−３ａ、３ｂか
ら流出した非反応性ガスが基板１近傍まで及び反応ガス
流と混合しているためと考えられる。従って非反応ガス
流が基板１への気相成長過程に悪影響を与え基板上のＳ
ｉ成長膜の成長速度を低下させたり膜厚を不均一にした
りすることが予想される。

次に第２表と同一のガス量条件でサセプタ一温度を１２
００°Ｃとし実際に基板をサセプター上に載置して、ペ
ルジャー内面へのウオールデポジション発生の有無を検
知するとともに基板へのＳｉ成長膜の成長速度（μｍ／
ｍ１ｎ）を測定した。次の第３表はこの結果を示す。

第３表 第３表の結果は、第１表から推定されるガス流の状態を
裏付けるものである。

即ち、本発明の実施例装置では、非反応性ガス流は基板
近くの反応ガス流を乱さないため、成長速度をほとんど
低下させることなくウオールデポジションが抑制される
。

非反応性ガスを用いない第４図の従来装置では、ウオー
ルデポジションが発生する。非反応性ガスを用いた第５
図の従来装置ではウオールデポジションは抑制されるも
のの、成長速度は第５図の装置に比べ１７２以下に低下
している。これは基板近傍の反応ガス流が非反応性ガス
流に混入したためと考えられる。

本発明の装置は以上に述べたように、基板近傍の反応ガ
ス流と実質的に分離した非反応性ガス流で反応容器壁を
覆い、これにより気相成長過程に悪影響を与えることな
くウオールデポジションを防止する。本発明においては
また、非反応性ガス流を形成する対向ノズルは、任意の
個所に対向距離を自由に選んで設置できる。従って高温
となりウオールデポジションが生じ易い反応容器部位を
集中的に非反応ガス流で覆い、効果的にウオールデポジ
ションを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を横型炉に適用した場合の実施例装置
の長軸方向に直交する面に沿う垂直断面図： 第２図は、本発明を縦型炉に応用した場合の垂直断面図
； 第３図（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれ、本発明をホ世 ソトウォール鮎光炉に適用した場合の垂直断面図および
水平断面； 第４図は、非反応ガスを用いない従来の横型気相成長装
置の長軸方向に沿う垂直断面図；および第５図は、非反
応ガスを用いた従来の横型気相成長装置の長軸方向の沿
う垂直断面図である。 １：基板　　　　　　２：サセブター ３：ベルジャ−４：ヒーター ５：非反応性ガス吹出しノズル ６：非反応性ガス吸引ノズル ７：反応ガス吹出しノズル ８：反応ガス吸引ノズル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 反応容器内に反応ガスを流して該容器内に置かれた基板
   上に気相成長膜を形成する装置において、前記反応容器
   壁内面に沿う方向に非反応性ガスを吹き出す複数の吹出
   しノズルと、前記吹出しノズルと所定距離で対向して設
   けられ、吹出しノズルから吹き出された非反応性ガスが
   基板方向に拡散する前に非反応性ガスを吸引、排出する
   複数の吸引ノズルと、を反応容器壁内面の所定個所に備
   え、基板近傍の反応ガス流と実質的に分離して流れる非
   反応性ガス流を反応容器壁内面の所定個所に沿って形成
   して該個所を覆うことを特徴とする気相成長装置。