JPS63147894A - 気相成長方法と縦型気相成長装置 - 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】 利用産業分野 この発明は、化学反応により、基板上に所要の半導体薄
膜を気相成長させる縦型気相成長装置を用いる気相成長
方法と該装置の改良に係り、基板のサセプタへのローデ
ィング位置にかかわらず、反応室内の原料ガス流の影響
を均一化を図り、高精度エピタキシャル成長させて、製
品歩留を向上させることができる気相成長方法と縦型気
相成長装置に関する。

背景技術 今日、集積回路の量産には、高温に加熱された基板を収
納したベルジャー内に、一方より原料ガスを導入し、該
基板上に特定組成の薄膜を気相化学反応により形成し、
ベルジャーの他方より該ガスを排出する構成からなる気
相成長装置が用いられている。

ベルジャー内の原料ガスの流体力学的な検討や、基板の
加熱方法などにより、横型、縦型、バレル型等の各種型
式の気相成長装置が開発され、ベルジャー内の原料ガス
の流れ状態が、薄膜厚みの均一性に悪影響を与えること
が知られており、基板上に薄膜を所要厚みに均一に形成
するには、温度、圧力、ガス濃度、ガス流れ、基板表面
などの各種要素を最適に選択、保持する必要があるとさ
れている。

第６図に示す縦型気相成長装置は、基台（１）に垂直に
軸支された筒状回転軸（２）に水平装着されたテーブル
状のサセプター（３）に、基板（４）を載置するもので
、ドーム型の石英ベルジャー（５）を基台（１）に被せ
、前記回転軸（２）に同軸配置したガス導入口（６）よ
り原料ガスがベルジャー（５）内のドーム部内、すなわ
ち反応室内へ吹込まれ、反応室内を下降したガスは下部
の基台（１）に設けたガス排出口（７）より排出し、ま
た、サセプター（３）の下部と基台（１）間に加熱源と
しての高周波コイル（８）が配置されている。また、石
英ベルジャー（５）の外周に、冷却媒体を循環させるた
めのステンレス鋼製からなり、該石英ベルジャー（５）
と相似形の金属ベルジャー（９）が配置される 上記構成からなる縦型気相成長装置において、基板は、
第５図Ａに示す如く、テーブル型サセプタ上に、内周列
と外周列の２列にローデングされる。原料ガスはサセプ
タの内周から外周、あるいは外周から内周へと流れるた
め、基板はローディングされた位置によってガス流の影
響を大きく受け、エピタキシャル厚み分布や比抵抗分布
等の気相成長の高精度化が妨げられる問題があった。

従来、例えば、特開昭５９−１９４４２４号公報には、
反応容器の排気口に接続した排気管にそのコンダクタン
スを可変となすバルブを付設し、ガス供給量を変えるこ
となく反応ガス流量を調整し、サセプタの半径方向での
膜厚の均一化を計った気相成長装置が提案されている。

また、特開昭５９−２２０９１７号公報には、テーブル
型サセプタに円周上にローデングした基板配列に対応さ
せて、サセプタ外周部に切欠を設け、外周部における熱
容量を少なく設定して基板に対する熱分布を均一化し、
結晶欠陥を防止した気相成長装置が提案されている。

しかし、従来のいずれの技術も、サセプタへの基板のロ
ーディング位置により、反応ガス流の影響が変化するこ
とが避けられず、エピタキシャル成長の高精度化が妨げ
られていた。

発明の目的 この発明は、サセプタにローデングされた多数枚の基板
が、それぞれのローディング位置の違いにかかわらず、
ガス流の影響が均一となり、膜厚の均一性を向上させ、
製品歩留を向上させることができる気相成長方法並びに
縦型気相成長装置を目的としている。

発明の構成 この発明は、縦型気相成長装置における基板への原料ガ
ス流の影響を均一化することを目的に種々検討した結果
、ベルジャー内で、複数枚１組の基板をそれぞれある１
点回りに公転させ、かつ前記中心点をガスの導入または
排出管を中心に公転させることにより、サセプタ上のい
ずれの位置に載置された基板も略同−条件の原料ガス流
に接触し、成形薄膜厚みの均一性が向上し、また、基板
上での温度分布の均一精度が大きく向上し、基板の結晶
学的なすべりが防止され、製品歩留が向上することを知
見したものである。

すなわち、この発明は、 基板を載置するサセプタを包囲して反応室を形成するベ
ルジャーを有し、テーブル型サセプタの中心部に配置し
た管にて半導体ガスを導入または吸引し、水素還元、熱
分解法等の化学的反応により、基板上に結晶層を気相成
長させる縦型気相成長装置において、複数枚を１組とし
た基板をそれぞれ同テーブル上の任意の同一点を中心に
公転させ、かつサセプタの回転による回転軸を中心とし
た各基板の公転とにより、載置した少なくとも１組の各
基板のターンテーブル上での軌道長を相互に近似させて
気相成長させることを特徴とする気相成長方法であり、
また、複数組載置した際の各組の交点中心を、サセプタ
回転軸を中心とする同一円周上に配置したことを特徴と
する気相成長方法である。

さらに、この発明は、 基板を載置するためのターンテーブルを包囲して反応室
を形成するベルジャーを有し、水素還元、熱分解法等の
化学的反応により、基板上に結晶層を気相成長させる縦
型気相成長装置において、半導体ガスノズルまたは排出
管を同心配置した回転軸にて回転可能なターンテーブル
上に、該テーブルの半径以下の直径を有し複数の基板を
載置できるテーブル型サセプタを、複数台、回転可能に
かつ回転中心軸をターンテーブルの同一円周上に配置し
たことを特徴とする縦型気相成長装置である。

発明の図面に基づく開示 第１図Ａ、Ｂはこの発明による製造方法を示、すターン
テーブルの上面説明図と載置された基板の軌跡説明図で
ある。第２図はこの発明による気相成長装置のターンテ
ーブルの縦断説明図である。第５図Ａ、Ｂは従来製造方
法を示すターンテーブルの上面説明図と載置された基板
の軌跡説明図である。

第６図は従来の気相成長装置の縦断説明図である。

第２図に示す縦型気相成長装置は、基台（１０）に垂直
に軸支された筒状回転軸（１１）に水平装着されたター
ンテーブル（１２）上に、ターンテーブル（１２）の半
径より小円からなる４枚のサセプタ（１３）を水平に回
転可能に軸支装着してあり、各サセプタ（１３）上に基
板（１５）を載置する構成からなる。

また、筒状回転軸（１１）には、大円ギア（１６）が軸
支されており、前記のターンテーブル（１２）に軸支さ
れたサセプタ（１３）の回転軸（１４）が、ターンテー
ブル（１２）を貫通してその垂下先端に小ギア（１７）
が貫着され、前記大円ギア（１６）と歯合し、筒状回転
軸（１１）の回転により、ターンテーブル（１２）の回
転並びに、前記大円ギア（１６）と小ギア（１７）との
ギア比に応じたサセプタ（１３）の回転かえられる構成
である。

ドーム型の石英ベルジャー（２０）を基台（１０）に被
せ、前記回転軸（１１）に同軸配置したガス導入口（１
８）より原料ガスがベルジャー（２０）内のドーム部内
、すなわち反応室内へ吹込まれ、反応室内を上昇し再度
下降、あるいはターンテーブル（１２）の内周から外周
方向へ移動したガスは、反応室下部の基台（１０）に設
けたガス排出口（１９）より排出する。

マタ、石英ベルジャー（２０）とステンレスＭ５ｕの金
属ベルジャー（２１）との間に加熱源としてのランプ（
２２）が配置されている。

発明の作用・効果 上述した構成において、第１図Ａ図に示す如く、ターン
テーブル（１２）に載置された４枚のサセプタ（１３）
に、それぞれ４枚の基板（１５）を等間隔で載置した場
合、ターンテーブル（１２）の回転（図で時計回り）に
ともない、各サセプタ（１３）も同方向に回転する。

ここで、ターンテーブル（１２）の１回転時にサセプタ
（１３）も１回転するよう大円ギア（１６）と小ギア（
１７）とのギア比を設定した場合、サセプタ（１３）の
直径方向の３点（ａ、Ｃは基板の中心点、ｂはサセプタ
の回転中心）の回転軌跡を測定したところ、Ｂ図の結果
を得た。

すなわち、各基板（１５）は、ターンテーブル（１２）
の回転軸（１１）を中心に公転するとともに、載置され
るサセプタ（１３）の中心（ｂ点）を中心にも公転する
ことになり、ａ点軌跡は一点鎖線、ｂ点軌跡は実線、Ｃ
点軌跡は破線で示す如（、各基板（１５）の軌跡は相似
形でかつ同軌跡長さである。

従って、各基板（１５）は、反応室内へ吹込まれて反応
室内を上昇し再度下降、あるいはターンテーブル（１２
）の内周から外周方向へ移動したガスに対して、同一条
件の影響を受けることになる。

すなわち、この発明による気相成長装置では、各基板（
１５）は同一条件の反応ガス流に接触できるため、サセ
プタ（１３）上での載置位置にかかわらず、いずれの基
板上に成長する薄膜の膜厚並びに性状も均一化される利
点がある。

これに対して、従来の縦型気相成長装置では、前述した
この発明装置のターンテーブル（１２）に相当する大円
のテーブル型サセプタ（３）上に、外周列及び内周列の
２列に複数枚の基板（４）が載置される。

ここで、外周列基板（４）の中心点ｄ点と、内周列の基
板の中心点ｅ点との回転軌跡を測定すると、第５図Ｂ図
に示す如く、各軌跡は大小の同心円となり、サセプタ（
３）上での軌跡位置並びに軌跡長さも全く異なり、各基
板（４）はそれぞれ異なる条件の反応ガスと接触するこ
とになり、基板（４）上に成長する薄膜の膜厚並びに性
状が不均一となり易い。

また、この発明による装置と従来装置と比較すると、基
板のローディング量に差がでる力′ｆ、この発明よる気
相成長はエピタキシャル厚み分布や比抵抗分布等の気相
成長の高精度化が達成できるため、製品ばらつきが減少
し、単位当りの歩留は従来装置に比べて大きく向上する
利点がある。

実施例 第２図に示したこの発明による縦型気相成長装置を用い
て、 サセプター；　直径２７０ｍｍ、 回転数８／ｍｉｎ メインテーブル；　直径７００ｍｍ 回転数８／ｍｉｎ 加熱時間；　１時間 加熱温度；　　１１２０℃、 反応時間；３０分 半導体ガス；　　５ｉＨＣ１３ 基板；　４φ＜　１００＞ウェハー なる条件の気相成長を行なった。

また、従来例として第６図に示した縦型気相成長装置を
用いて、 サセプター：　直径６００ｍｍ。

回転数８／ｍｉｎ 加熱時間；　１時間 加熱温度；　　１１２０℃、 反応時間；３０分 半導体ガス；　　５ｉＨＣ１３ 基板；　４Φ＜　１００＞ウェハー なる条件の気相成長を行なった。

すなわち、この発明のメインテーブル径と従来装置のサ
セプタ径をほぼ同一となし、反応ガス流等のベルジャー
内の反応条件を同一となして気相成長行い、各基板上に
気相成長した薄膜のエピタキシャル厚みｔｅばらつきと
、比抵抗ｐｅばらつき並びにｔｅ分布とｐｅ分布を測定
した。

測定の結果、この発明装置の場合、 ｔｅばらつき；±１．６％、ｐｅばらつき；±１．２％
であったが、 従来装置の場合、 ｔｅばらつき；±４．７％、ｐｅばらつき；±４．５％
であり、この発明装置により、各ばらつきが著しく減少
したことが分かる。

ｔｅ分布とｐｅ分布は、第４図に示す如く、外周側及び
内周側の各基板の径方向の３点を測定し、ターンテーブ
ルまたはテーブル型サセプタの外周側から１の番号を付
して、第３図に示す如く、グラフの横軸に上記位置を、
縦軸に測定値を示した。

・印がこの発明装置の場合であり、Ｑ印が従来装置の場
合を示す。

すなわち、この発明装置によると、サセプタへのローデ
ィング位置にかかわらず、基板上の薄膜性状が均一化さ
れることが分かる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ、Ｂはこの発明による製造方法を示すターンテ
ーブルの上面説明図と載置された基板の軌跡説明図であ
る。第２図はこの発明による気相成長装置のターンテー
ブルの縦断説明図である。第３図Ａ、Ｂは実施例におけ
るエピタキシャル厚み分布を示すグラフと比抵抗分布を
示すグラフである。 第４図は第３図のエピタキシャル厚み分布と比抵抗分布
の測定位置を示すターンテーブルの説明図である。 第５図Ａ、Ｂは従来製造方法を示すターンテーブルの上
面説明図と載置された基板の軌跡説明図である。第６図
は従来の気相成長装置の縦断説明図である。 ｌＯ・・・基台、１１・・・筒状回転軸、１２・・・タ
ーンテーブル、１３・・・サセプタ、１４・・・回転軸
、１６・・・大円ギア、１７・・・小円ギア、１８・・
・ガス導入口、１９・・・ガス排出口、２０・・・石英
ベルジャー、２１・・・金属ベルジャー、２２・・・ラ
ンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板を載置するサセプタを包囲して反応室を形成するベ
   ルジャーを有し、テーブル型サセプタの中心部に配置し
   た管にて半導体ガスを導入または吸引し、水素還元，熱
   分解法等の化学的反応により、基板上に結晶層を気相成
   長させる縦型気相成長装置において、複数枚を１組とし
   た基板をそれぞれ同サセプタ上の任意の同一点を中心に
   公転させ、かつサセプタの回転による回転軸を中心とし
   た各基板の公転とにより、載置した少なくとも１組の各
   基板のターンテーブル上での軌道長を相互に近似させて
   気相成長させることを特徴とする気相成長方法。 ２ 基板を複数組載置した際の各組の公転中心を、テーブル
   型サセプタ回転軸を中心とする同一円周上に配置したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の気相成長方
   法 ３ 基板を載置するためのターンテーブルを包囲して反応室
   を形成するベルジャーを有し、水素還元，熱分解法等の
   化学的反応により、基板上に結晶層を気相成長させる縦
   型気相成長装置において、半導体ガスノズルまたは排出
   管を同心配置した回転軸にて回転可能なターンテーブル
   上に、該テーブルの半径以下の直径を有し複数の基板を
   載置できるテーブル型サセプタを、複数台、回転可能に
   かつ回転中心軸をターンテーブルの同一円周上に配置し
   たことを特徴とする縦型気相成長装置。