JP2002016008A

JP2002016008A - 薄膜気相成長方法及び薄膜気相成長装置

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Publication number: JP2002016008A
Application number: JP2000198338A
Authority: JP
Inventors: Shuji Torihashi; 修治鳥觜; Tadashi Ohashi; 忠大橋; Katsuyuki Iwata; 勝行岩田; Shinichi Mitani; 慎一三谷; Kunihiko Suzuki; 邦彦鈴木; Hidenori Takahashi; 英則高橋
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd; Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK; Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2002-01-18
Anticipated expiration: 2020-06-30
Also published as: JP4450299B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体基板上に薄膜を気相成長させるにあた
り、成膜用ガス、特に、原料ガスの利用効率を向上させ
ることを目的とし、さらに、原料ガスの利用効率向上に
より、未反応原料ガスによる排気管のつまりを減少させ
ることを目的とする。【解決手段】前記反応炉として、頂部内壁面と整流板
との間隙が、ウエハ基板３の中心点を対応中心とする同
心円状に少なくとも２区画に区分され、かつ、各区画の
夫々にガス供給口６、７が配設された構造のものを用
い、前記成膜用ガスのうち、原料ガスとドーパントを含
むガスを前記同心円区画の最内区画部からほぼ垂直に流
下させ、最外区画部からは前記キャリアガスのみを流下
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜気相成長方
法、及び薄膜気相成長装置に関し、より詳細には、原料
ガス、ドーパントガス等の成膜用ガスの有効利用性に優
れ、かつ、排気管閉塞等の不都合が発生しない改良され
た薄膜気相成長方法とその方法に用いられる薄膜気相成
長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体基板面上に薄膜を気相成
長させるＣＶＤ法等に用いる薄膜気相成長装置は、大別
して薄膜成長炉系統とガス供給系統とからなる。例え
ば、図３にエピタキシャル薄膜気相成長装置の一例を概
略断面図として示すように、薄膜成長炉系統は、石英チ
ャンバ１内に、ガス整流板４、ヒータ（図示せず）及び
半導体基板３を保持するサセプタ２及びガス排気管（図
示せず）等からなる。そしてまた、前記サセプタ２には
通常回転機構が設けられ被処理半導体基板３を載置して
その中心を軸に所定回転速度で回転するように構成され
ている。

【０００３】前記薄膜成長炉系統にはガス供給系統に接
続されたガス供給口６が複数、石英チャンバ１上部に設
けられており、ガス供給口６より原料ガス等の成膜用ガ
ス９ａが供給される。薄膜気相成長においては、通常、
成長させようとする薄膜成分を含む原料ガス及び形成薄
膜の比抵抗制御のためのドーパントをキャリアである水
素ガスで希釈したものを薄膜成長炉内に供給する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図３に示し
たような従来装置を用いた薄膜気相成長においては、薄
膜気相成長炉頂部より供給される原料ガスは、半導体基
板面の面積よりも広い範囲、通常、炉内全域に供給され
る。そのため、半導体基板外周部に供給された原料ガス
の利用効率は低く、これがひいては全原料ガスの利用効
率を低下させる原因となっている。また、未利用のガス
は炉内壁面や排気管内等で反応してパーティクルを発生
させたり排気管を閉塞させる原因ともなっている。

【０００５】本発明は、上記技術的課題を解決するため
になされたものであり、半導体基板上に薄膜を気相成長
させるにあたり、成膜用ガス、特に、原料ガスの利用効
率を向上させることができる薄膜気相成長方法及び薄膜
気相成長装置を提供することを目的とする。また、原料
ガスの利用効率向上により、未反応原料ガスによる排気
管のつまりを減少させることができる薄膜気相成長方法
及び薄膜気相成長装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るためになされた薄膜気相成長方法は、成長させるべき
薄膜の成分を含む原料ガス、薄膜層の抵抗率を制御する
ためのドーパントを含むガス及びキャリアガスから成る
成膜用ガスを、円筒状の反応炉の頂部に設けられた複数
のガス供給口から整流板を介して流下させ、下方に配備
された回転式サセプタ上に載置した半導体基板に接触さ
せて該基板面上に薄膜を気相成長させる方法において、
前記反応炉として、頂部内壁面と整流板との間隙が、前
記載置ウエハ基板の中心点を対応中心とする同心円状に
少なくとも２区画に区分され、且つ、各区画の夫々にガ
ス供給口が配設された構造のものを用い、前記成膜用ガ
スのうち、原料ガスとドーパントを含むガスを前記同心
円区画の最内区画部からほぼ垂直に流下させ、最外区画
部からは前記キャリアガスのみを流下させることを特徴
としている。

【０００７】ここで、前記同心円区画の最内区画部の直
径が、前記半導体基板の直径をＤとしたとき、０．２Ｄ
〜１．１７Ｄの範囲にあることが望ましい。また、前記
各区画の夫々から供給される各成膜用ガスの単位面積あ
たりの供給量の各供給部位における差が２５％以下であ
ることが望ましい。

【０００８】また、上記技術的課題を解決するためにな
された薄膜気相成長装置は、円筒状反応炉の頂部に複数
のガス供給口、底部に排気口、内部にウエハ基板を載置
する回転式サセプタ、及び内部上部にガス整流板を備
え、原料ガス、ドーパントガス及びキャリアガスから成
る成膜用ガスを、前記ガス供給口から整流板を介して炉
内を流下させ、下方の回転式サセプタ上に載置したウエ
ハ基板に薄膜を気相成長させる薄膜気相成長装置におい
て、前記反応炉は、頂部内壁と整流板との間隙が隔壁に
より前記載置ウエハ基板の中心点に対応中心を有する同
心円状に少なくとも２区画に区分され、各区画の夫々に
ガス供給口が配設されていることを特徴としている。

【０００９】ここで、前記同心円区画の最内区画部の直
径が、前記半導体基板の直径をＤとしたとき、０．２Ｄ
〜１．１７Ｄの範囲にあることが望ましい。また、前記
各区画の夫々から供給される各成膜用ガスの単位面積あ
たりの供給量の各供給部位における差が２５％以下であ
ることが望ましい。

【００１０】更に、前記隔壁が、反応炉頂部内壁と整流
板との間から更に整流板を越えて下方に延び、異なる区
画からの成膜反応ガスが整流板流出後もすぐには混合さ
れないように構成されていることが望ましい。更にま
た、前記ガス供給口には、前記成膜反応ガスの流量を調
整変更して供給する手段が接続されていることが望まし
い。

【００１１】本発明は、薄膜気相成長炉の上部から反応
ガス、ドーパントガス、キャリアガス等の成膜用ガスを
下方の回転するサセプタ上に載置された半導体基板面に
向けて流下させ、反応により、該基板面上に所定の薄膜
を形成させる薄膜気相成長において、円筒状炉頂部にあ
る成膜用ガス供給部を、例えば、隔壁を設ける等によ
り、同心円状に２区画以上に区分し、その最内区画部
（中央部）から、例えば、ＳｉＨ₄ 等の反応ガスを供給
し、その最外区画部からはキャリアガスのみを流下さ
せ、反応ガスをできる限り有効に反応に利用し、炉内に
残留する未反応ガスを極力減少させることにより、排気
管系統の閉塞トラブルを抑制する点を特徴とする。

【００１２】即ち、本発明では、例えばＳｉＨ₄ 等の有
効成分を含む反応ガスは、炉内を上方からほぼ垂直に、
回転する半導体基板面の中心部に向けて流下し、該面中
心部に衝突し、ここで９０°方向を転換して回転する半
導体基板面に沿って、その遠心力により面中心部より周
辺部に向けて広がり、この間に反応して該面に薄膜を形
成する。

【００１３】従って、従来の薄膜気相成長装置のよう
に、反応ガスが半導体基板よりも広い範囲、通常、炉内
全体に供給されることがなく、原料ガスの利用効率を向
上させることができ、また、未反応ガスが炉内下部や排
気管内等で反応して反応物が管壁内面に付着し、排気管
等を閉塞させる等の不都合の発生を抑制することができ
る。

【００１４】特に、前記同心円区画の最内区画部の直径
が、前記半導体基板の直径をＤとしたとき、０．２Ｄ〜
１．１７Ｄの範囲にあることが望ましい。同心円区画の
最内区画部の直径が、０．２Ｄ未満の場合には、反応ガ
スが半導体基板全面に行きわたらないため、好ましくな
く、また１．１７Ｄを越える場合には、未利用反応ガス
が生ずるため好ましくない。

【００１５】また、前記各区画の夫々から供給される各
成膜用ガスの単位面積あたりの供給量の各供給部位にお
ける差が２５％以下であることが望ましい。この差が大
き過ぎると、それぞれの部位での成膜速度差が大きくな
り、膜厚分布が不均一となる。この差が２５％以下であ
る場合には、膜厚分布も許容範囲内となるため、好まし
い。望ましくは、この差が１０％以下であることが望ま
しい。

【００１６】また、本発明の方法に使用される薄膜気相
成長装置としては、２以上に区分された各区画領域から
供給される原料ガスの供給量、ドーパントガスの供給量
及び水素ガス等のキャリアガスの供給量を調節する調整
変更手段が設けられていることが好ましく、これにより
半導体基板上に所望の均等厚さの均質薄膜を形成するこ
とができる。

【００１７】特に、上記した理由により、前記同心円区
画の最内区画部の直径が、前記半導体基板の直径をＤと
したとき、０．２Ｄ〜１．１７Ｄの範囲にあることが望
ましく、前記各区画の夫々から供給される各成膜用ガス
の単位面積あたりの供給量の各供給部位における差（変
動幅）が２５％以下に制御可能に構成されることが好ま
しい。

【００１８】また、異なる区画から供給されたガスが、
整流板流出後もすぐには混合されず、望ましくは半導体
基板面上の近傍に達するまでに互いに混ざり合うことが
ないように、前記区画、例えば隔壁を、反応炉頂部内壁
と整流板との間から更に整流板を越えて下方に延長して
構成することがより好ましい。更に、前記ガス供給口に
は、前記成膜反応ガスの流量を調整変更して供給する手
段が接続されていることが望ましく、変動幅を極力少な
くすることができる。

【００１９】このように構成された本発明の薄膜気相成
長装置を用いた本発明の薄膜気相成長方法は、通常の方
法と同様の条件、例えば、１０乃至５００Ｔｏｒｒ程度
の減圧条件にも充分好適に適用でき、かつ、エピタキシ
ャル結晶膜形成を含む単結晶膜形成反応にも好適に適用
できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明を図面を参照してよ
り具体的に説明する。図１は、本発明の薄膜気相成長方
法で使用する薄膜気相成長装置の一実施形態の断面構造
を示す概略図であり、図２は、別の形態例を示す概略図
である。

【００２１】本発明の薄膜気相成長装置である図１及び
図２の装置において、装置の主要部を構成する反応炉
は、ほぼ円筒形状の通常石英製のチャンバー１からな
り、上部に、炉内に原料ガス、ドーパントガス、キャリ
アガス等の成膜用ガスを供給するガス供給口６、７、８
と、ガスの流れを整える複数の貫通孔を形成した整流板
４が配置され、その下方に、半導体基板３を載置する座
を上面に備えたサセプタ２と、該サセプタ２を回転させ
るための回転軸２ａ、座に載置されたウエハ基板３を加
熱する加熱用ヒータ（図示せず）が配設され、チャンバ
ー１下部（通常底部近傍）には、前記回転軸２ａを回転
駆動させるモータ（図示せず）と、チャンバー１内の未
反応ガスを含む排ガスの排気口（図示せず）とその制御
装置（図示せず）が接続された構成を有している。

【００２２】本発明の薄膜気相成長方法で用いる装置の
特徴は、反応炉チャンバー１の頂部内壁と整流板４との
間隙が、隔壁５により載置半導体基板３の中心点を対応
中心とする同心円状に複数区画に区分され、各区画の夫
々にガス供給口６，７、８等が配設され、かつ、好まし
くは、ガス供給口に成膜反応ガス流量、組成のうち少な
くとも一方を調整変更して供給できる手段が接続されて
いる点にある。

【００２３】本発明の薄膜気相成長においては、図１、
図２の装置の場合、ガス供給口６からは、成長させるべ
き薄膜の成分を含む原料ガスと薄膜層の抵抗率を制御す
るためのドーパントを含むガス９ｂとが供給される。

【００２４】前記原料ガスの有効成分としては、具体的
には、シリコン（Ｓｉ）単結晶薄膜形成の場合は、シラ
ンガス（ＳｉＨ₄ ）やジクロロシランガス（ＳｉＨ₂ Ｃ
ｌ₂）等が用いられる。ドーパントガスとしては、例え
ば、ジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）等を水素ガス等のキャリアガ
スで５０乃至２００ｐｐｍ程度の濃度に希釈したものが
用いられる。そして、この原料ガス及びドーパントガス
は、最内区画域内に設置された整流板４により整流され
て上方より半導体基板３の中央部に向かってほぼ垂直に
流下し、基板表面の中心部に達し、該基板表面上で、外
周方向に向きを変えて流れる。

【００２５】その際において、前記サセプタ２上に載置
された半導体基板３はサセプタと共に、通常、５００乃
至３０００ｒｐｍの回転速度で回転しているため、前記
基板表面の中心部に達した原料ガス及びドーパントガス
は、その遠心力により均等に外周方向に拡散しながら半
導体基板面に沿って流れ、反応により該面上に薄膜層を
形成してゆく。

【００２６】一方、ガス供給口７、８からは、水素ガス
等のキャリアガス１０が供給され、該ガスは、同様に夫
々対応する区画内に設けられた整流板４により整流さ
れ、上方よりウエハ基板外周部、その外延側に向かって
流下する。

【００２７】本発明の薄膜気相成長装置においては、図
１、２に示すように、前記隔壁５が反応炉頂部内壁と整
流板との間から更に整流板４を越えて下方に延びた延長
部５ａを備えていることが特に好ましい。特に図２に示
す形態のものは、異なる区画からのガス、即ち、供給口
６と供給口７，８から供給された成分を異にする各成膜
用ガスが整流板４流出後もすぐには混合されることがな
い。そのため、薄膜形成に際して膜厚、面内抵抗率の均
一化に優れた効果を奏するだけでなく、炉内を垂下する
ガス流の乱流化が抑制されるため、結果的にパーティク
ル発生を低減できる利点をも有する。

【００２８】本発明において、最内区画領域では、その
直径が、被処理半導体基板の直径をＤとしたとき、０．
２Ｄ〜１．１７Ｄの範囲、より好ましくは、０．２〜
０．５Ｄの範囲にあることが原料ガス等の有効利用性改
善の観点から好ましい。同心円区画の最内区画部の直径
が、０．２Ｄ未満の場合には、反応ガスが半導体基板全
面に行きわたらないため、好ましくなく、また１．１７
Ｄを越える場合には、未利用反応ガスが生ずるため好ま
しくない。

【００２９】また、本発明の薄膜気相成長装置において
は、前記隔壁を交換することによって、前記区画領域を
可変できるように構成されていることが、処理される半
導体基板の径、形成すべき薄膜の種類、所望膜厚、所望
の形成膜特性等種々の所望用件に対応して適宜最適成膜
条件を設定できる観点からより好ましい。

【００３０】更に、２以上に区分された供給口から供給
される原料ガスの供給量を調節する調整変更手段、ドー
パントガスの供給量を調節する調整変更手段、水素ガス
等のキャリアガス供給量を調節する調整変更手段が設け
られていることがより好ましく、これにより半導体基板
上により均等な厚さのより均質な薄膜を形成することが
できる。特に、各成膜用ガスの供給量を調節する調整変
更手段によって、前記各区画の夫々から供給される各成
膜用ガスの単位面積あたりの供給量の各供給部位におけ
る差（変動幅）が２５％以下に制御することが好まし
い。

【００３１】本発明の方法において、薄膜形成に用いる
基板としては、典型的にはシリコンウエハであるが、炭
化珪素基板等のシリコン以外の半導体基板も使用でき
る。更に、前記半導体基板上に形成される薄膜はシリコ
ン膜が最も一般的であるがその他の薄膜、例えばＧａＡ
ｓ膜等でもよく、また、該薄膜は、単結晶膜、多結晶
膜、エピタキシャル結晶膜の何れでも支障なく適用され
得る。本発明で上記気相成長に用いる成膜ガスとして
は、通常のＣＶＤ薄膜成長法による薄膜形成で用いる成
膜用ガスが、特に限定されることなく使用でき、このよ
うな成膜ガスとして、例えば、シリコン薄膜形成の場
合、シリコン成分を含む原料ガス、ドーパント、キャリ
アガスから成る成膜反応ガスを挙げることができる。

【００３２】上記原料ガスのシリコン成分としてはＳｉ
Ｈ₄ 、Ｓｉ₂ Ｈ₆ 、ＳｉＨＣｌ₃ 、ＳｉＣｌ₄ 、等を例
示でき、ドーパントガスとしては、Ｂ₂ Ｈ₆ の硼素化合
物、ＰＨ₃ のリン化合物の他ＡｓＨ₃ 等を例示できる。
また、キャリアガスとしては一般に水素ガスＡｒ等が使
用される。このように構成された本発明の薄膜気相成長
装置を用いた本発明の薄膜気相成長方法は、通常の方法
と同様の条件、例えば、１０乃至５００Ｔｏｒｒ程度の
減圧条件にも充分好適に適用できる。

【００３３】

【実施例】［実施例１］図１に示した薄膜気相成長装置
を用い、ガス供給口６（最内部区画：内径Ｄ３５０ｍ
ｍ）から成膜ガス５０リットル／ｍｉｎ（原料ガス；Ｓ
ｉＨ₄ １．５リットル／ｍｉｎ、ドーパント；Ｂ₂ Ｈ₆
０．４ｐｐｂ、残部キャリアガス：Ｈ₂ ）を、また、ガ
ス供給口８（中間部区画）からキャリアガス（Ｈ₂ ）２
４リットル／ｍｉｎを、及び、ガス供給口７（最外部区
画）からキャリアガス（Ｈ₂ ）３０リットル／ｍｉｎを
夫々供給した。このときの、最内部区画の流速（整流板
４の直下の流速）は０．０５２リットル／ｃｍ² ・ｍｉ
ｎであり、中間部区画の流速（整流板４の直下の流速）
は０．０５７リットル／ｃｍ² ・ｍｉｎであり、最外部
区画の流速（整流板４の直下の流速）は０．０５２リッ
トル／ｃｍ² ・ｍｉｎであった。また、気相成長温度１
０００℃、気相成長圧力２０ｔｏｒｒ、ホルダー回転数
１５００ｒｐｍの操作条件下に、直径３００ｍｍのシリ
コンウエハ基板上に薄膜を成長させる操作を繰り返し
（約３０００回、期間３ヶ月間）実施した。そしてこの
間の平均成膜速度、原料ガス利用効率及びメンテナンス
回数を測定記録した。得られた結果を表１に示した。

【００３４】なお、平均成膜速度（μｍ／ｍｉｎ）は、
ウエハ面内の膜厚を測定し平均を求め、該平均値を成膜
時間で割ることによって、得られる。また、原料ガス利
用効率を求めるには、まず次式によって堆積レートを求
める。堆積レート（μｍ³ ／ｍｉｎ）＝ウエハ面積（ｍｍ² ）
／１０^-6×成膜（成長）速度（μｍ／ｍｉｎ）この式から求められる堆積レートを単位（ｍｏｌ／ｍｉ
ｎ）換算し、次式から原料ガス利用効率を求める。原料ガス利用効率＝堆積レートを単位（ｍｏｌ／ｍｉ
ｎ）／原料ガス使用量（ｍｏｌ／ｍｉｎ）×１００更に、メンテナンス回数とは、炉内の分解クリーニング
回数を意味し、堆積物により排気圧が管理値より外れた
状態になった時にメンテナンスが必要とし、その回数を
カウントした。

【００３５】［実施例２及び実施例４］実施例１におい
て、ガス供給口６、８、７（図１参照）から夫々供給す
る各ガスの流量を表１に記載した値に変更した以外は実
施例１と同様にして薄膜成長操作を実施し、実施例１と
同様に評価した。その結果を表１に示す。このときの、
実施例２における最内部区画の流速（整流板４の直下の
流速）は０．０５１リットル／ｃｍ² ・ｍｉｎであり、
中間部区画の流速（整流板４の直下の流速）は０．０５
１リットル／ｃｍ² ・ｍｉｎであり、最外部区画の流速
（整流板４の直下の流速）は０．０５１リットル／ｃｍ
² ・ｍｉｎであった。

【００３６】同様に、実施例３における最内部区画の流
速（整流板４の直下の流速）は０．０６４リットル／ｃ
ｍ² ・ｍｉｎであり、中間部区画の流速（整流板４の直
下の流速）は０．０４５リットル／ｃｍ² ・ｍｉｎであ
り、最外部区画の流速（整流板４の直下の流速）は０．
０５０リットル／ｃｍ² ・ｍｉｎであった。また、実施
例４における最内部区画の流速（整流板４の直下の流
速）は０．０３５リットル／ｃｍ² ・ｍｉｎであり、中
間部区画の流速（整流板４の直下の流速）は０．０１５
リットル／ｃｍ² ・ｍｉｎであり、最外部区画の流速
（整流板４の直下の流速）は０．０３６リットル／ｃｍ
² ・ｍｉｎであった。

【００３７】［参考例１］参考例１において、ガス供給
口６、８、７（図１参照）から夫々供給する各ガスの流
量を表２に記載した値に変更した以外は実施例１と同様
にして薄膜成長操作を実施し、実施例１と同様に評価し
た。その結果を表２に示す。このときの、参考例１にお
ける最内部区画の流速（整流板４の直下の流速）は０．
１４２リットル／ｃｍ² ・ｍｉｎであり、中間部区画の
流速（整流板４の直下の流速）は０．０２８リットル／
ｃｍ² ・ｍｉｎであり、最外部区画の流速（整流板４の
直下の流速）は０．０２７リットル／ｃｍ² ・ｍｉｎで
あった。

【００３８】［比較例１及び比較例２］図３に示した従
来の薄膜成長装置（比較例１）、図４に示すようにガス
供給口６の内径を４５０ｍｍとし、中間供給口８を除い
た薄膜成長装置（比較例２）を夫々用い、その供給口か
ら、表１の比較例１，比較例２の欄に記載された流量の
ガスを供給した以外は実施例１と同様の条件で薄膜成長
反応を実施した。その結果を表２に示す。なお、このと
きの、比較例１における最内部区画の流速（整流板４の
直下の流速）は０．０５１リットル／ｃｍ² ・ｍｉｎで
あり、比較例２における最内部区画の流速（整流板４の
直下の流速）は０．０５０リットル／ｃｍ² ・ｍｉｎで
あり、最外部区画の流速（整流板４の直下の流速）は
０．０５４リットル／ｃｍ²・ｍｉｎであった。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】表１、２から、実施例１〜４、参考例１の
原料ガス利用率が従来装置用いた比較例に比べて向上し
ていることが認められた。特に、最内区画領域では、そ
の直径が、処理されるウエハの直径をＤとしたとき、
０．２Ｄ〜１．１７Ｄの範囲（実施例１〜４）の範囲に
あることが原料ガス等の有効利用性改善の観点から好ま
しいことが認められた。更に、成膜速度の点を考慮すれ
ば、実施例３、４にように、ウエハの直径をＤとしたと
き、０．２Ｄ〜０．５Ｄの範囲にあることが好ましいこ
とが認められた。

【００４２】「実施例４」次に、実施例２の条件を基に
して、夫々のガス供給区画から供給するガス流速のバラ
ツキ（流速分布）と形成膜の厚さのバラツキ（膜厚分
布）との関係を調べた。各ガスの供給量は、表３に示す
とおりであり、このときの実施例２、参考例１における
各区画の流速は上記した通りである。また、参考例２に
おける、最内部区画の流速（整流板４の直下の流速）は
０．０５１リットル／ｃｍ² ・ｍｉｎであり、中間部区
画の流速（整流板４の直下の流速）は０．０５１リット
ル／ｃｍ² ・ｍｉｎであり、最外部区画の流速（整流板
４の直下の流速）は０．０５１リットル／ｃｍ² ・ｍｉ
ｎであった。

【００４３】同様に、参考例３における、最内部区画の
流速（整流板４の直下の流速）は０．０５１リットル／
ｃｍ² ・ｍｉｎであり、中間部区画の流速（整流板４の
直下の流速）は０．０４７リットル／ｃｍ² ・ｍｉｎで
あり、最外部区画の流速（整流板４の直下の流速）は
０．０３８リットル／ｃｍ² ・ｍｉｎであった。また、
参考例４における、最内部区画の流速（整流板４の直下
の流速）は０．０５１０リットル／ｃｍ² ・ｍｉｎであ
り、中間部区画の流速（整流板４の直下の流速）は０．
０６７９リットル／ｃｍ² ・ｍｉｎであり、最外部区画
の流速（整流板４の直下の流速）は０．０４００リット
ル／ｃｍ² ・ｍｉｎであった。また、膜厚は、フーリエ
変換赤外分光装置（ＦＴＩＲ）を使用した装置により測
定を行った。

【００４４】そして得られた測定結果から、下記式
（１）及び（２）に基づいて、ガス流速分布及び膜厚分
布を算出した。ガス流速分布＝（各区画ガス流速最大値−最小値）／（各区画ガス流速最大値＋最小値）×１００ …（１）膜厚分布＝（膜厚最大値−膜厚最小値）／（膜厚最大値＋膜厚最小値）…（２）その結果を表３に示す。

【００４５】

【表３】

【００４６】表３の実施例２、参考例２、参考例３か
ら、供給するガスの流速分布（バラツキ）がない場合に
良好な均等膜が得られることが認められる。なお、参考
例１、４に示すようにカス流速分布が２５％を越える
と、膜厚分布が５％（規格値）を越えるため、不良品と
される。したがって、ガス流速部分は２５％以下が好ま
しい。

【００４７】

【発明の効果】以上詳述したように、同心円状に２区画
以上に区分され、かつ、各区画の夫々にガス供給口が配
設された構造の薄膜気相成長装置を用い、原料ガスとド
ーパントを含むガスを前記同心円区画の最内区画部から
ほぼ垂直に被処理半導体基板面の中心部に向けて流下さ
せ、最外区画部からは前記キャリアガスのみを流下させ
ることにより、原料ガスの利用効率を顕著に向上させる
ことができると共に未反応ガスの減少により、排気管の
閉塞等のトラブルを減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄膜気相成長方法で使用する薄膜気相
成長装置の一実施形態の断面構造を示した概略図であ
る。

【図２】本発明の薄膜気相成長方法で使用する薄膜気相
成長装置の他の形態の断面構造を示した概略図である。

【図３】従来の薄膜気相成長装置の断面構造を示した概
略図である。

【図４】比較例２において用いた薄膜気相成長装置を示
す概略断面図である。

【符号の説明】

１チャンバー２サセプタ３半導体基板４ガス整流板５隔壁６ガス供給口７ガス供給口８ガス供給口９ａ成膜ガス９ｂ原料ガスとドーパントガス１０キャリアガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大橋忠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)発明者岩田勝行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)発明者三谷慎一静岡県沼津市大岡2068−３東芝機械株式会社内 (72)発明者鈴木邦彦静岡県沼津市大岡2068−３東芝機械株式会社内 (72)発明者高橋英則静岡県沼津市大岡2068−３東芝機械株式会社内Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA17 BA29 CA04 EA03 FA10 GA06 JA01 JA05 KA05 LA15 5F045 AA06 AB02 AB10 AC01 AC05 AF02 AF03 BB02 BB10 BB15 DP03 DP28 DQ04 EE17 EE20 EF15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成長させるべき薄膜の成分を含む原料ガ
ス、薄膜層の抵抗率を制御するためのドーパントを含む
ガス及びキャリアガスから成る成膜用ガスを、円筒状の
反応炉の頂部に設けられた複数のガス供給口から整流板
を介して流下させ、下方に配備された回転式サセプタ上
に載置した半導体基板に接触させて該基板面上に薄膜を
気相成長させる方法において、前記反応炉として、頂部内壁面と整流板との間隙が、前
記載置ウエハ基板の中心点を対応中心とする同心円状に
少なくとも２区画に区分され、且つ、各区画の夫々にガ
ス供給口が配設された構造のものを用い、前記成膜用ガ
スのうち、原料ガスとドーパントを含むガスを前記同心
円区画の最内区画部からほぼ垂直に流下させ、最外区画
部からは前記キャリアガスのみを流下させることを特徴
とする薄膜気相成長方法。
【請求項２】前記同心円区画の最内区画部の直径が、
前記半導体基板の直径をＤとしたとき、０．２Ｄ〜１．
１７Ｄの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の
薄膜気相成長方法。
【請求項３】前記各区画の夫々から供給される各成膜
用ガスの単位面積あたりの供給量の各供給部位における
差が２５％以下であることを特徴とする請求項１または
請求項２に記載の薄膜気相成長方法。
【請求項４】円筒状反応炉の頂部に複数のガス供給
口、底部に排気口、内部にウエハ基板を載置する回転式
サセプタ、及び内部上部にガス整流板を備え、原料ガ
ス、ドーパントガス及びキャリアガスから成る成膜用ガ
スを、前記ガス供給口から整流板を介して炉内を流下さ
せ、下方の回転式サセプタ上に載置したウエハ基板に薄
膜を気相成長させる薄膜気相成長装置において、前記反応炉は、頂部内壁と整流板との間隙が隔壁により
前記載置ウエハ基板の中心点に対応中心を有する同心円
状に少なくとも２区画に区分され、各区画の夫々にガス
供給口が配設されていることを特徴とする薄膜気相成長
装置。
【請求項５】前記同心円区画の最内区画部の直径が、
前記半導体基板の直径をＤとしたとき、０．２Ｄ〜１．
１７Ｄの範囲にあることを特徴とする請求項３に記載の
薄膜気相成長装置。
【請求項６】前記各区画の夫々から供給される各成膜
用ガスの単位面積あたりの供給量の各供給部位における
差が２５％以下であることを特徴とする請求項４または
請求項５に記載の薄膜気相成長装置。
【請求項７】前記隔壁が、反応炉頂部内壁と整流板と
の間から更に整流板を越えて下方に延び、異なる区画か
らの成膜反応ガスが整流板流出後もすぐには混合されな
いように構成されていることを特徴とする請求項４乃至
請求項６のいずれかに記載の薄膜気相成長装置。