專利名稱：半導(dǎo)體膜的氣相生長方法
半導(dǎo)體膜的氣相生長方法技術(shù)領(lǐng)域
本申請要求基于2010年5月14日申請的日本國專利申請第2010-112137號的優(yōu)先權(quán)。該申請的全部內(nèi)容以參考的方式被援用于本申請說明書中。本申請涉及使半導(dǎo)體膜在基板的表面生長的氣相生長技術(shù)。
背景技術(shù)：
已知有使半導(dǎo)體膜在基板的表面氣相生長的氣相生長方法。在日本專利文獻特開 2000-306850號公報中公開了向加熱至1000°C的基板的表面從與該表面垂直的方向供應(yīng)原料氣體的技術(shù)。這里所說的“原料氣體”是指包含構(gòu)成半導(dǎo)體膜的元素的氣體。發(fā)明內(nèi)容
作為加快半導(dǎo)體膜的生長速度的方法，可舉出增大向基板的表面供應(yīng)的原料氣體的量的方·法。原料氣體在到達基板表面之前有時會在氣相中分解。當供應(yīng)的原料氣體的量增多時，在氣相中分解的原料氣體的量也增多，從而生成很多反應(yīng)生成物。在·以下的說明中，將由于原料氣體在氣相中分解而產(chǎn)生的生成物稱作“反應(yīng)生成物”。另外，本說明書中所說的“原料氣體的量”是每單位時間導(dǎo)入到每單位面積的原料氣體的摩爾量。
例如當使用氯硅烷氣體作為原料氣體時，氯硅烷氣體在氣相中分解，生成作為反應(yīng)生成物的氯化氫氣體。若果氣相狀態(tài)的氯硅烷氣體的量增多，則作為反應(yīng)生成物的氯化氫氣體的量也增多。另一方面，當半導(dǎo)體膜在基板上結(jié)晶生長時，從基板的表面產(chǎn)生作為副生成物的氯化氫氣體。即，當使用氯硅烷氣體作為原料氣體時，在氣相中生成的反應(yīng)生成物和從基板的表面生成的副生成物相同。如果基板表面存在多的副生成物，就會有與結(jié)晶生長時的反應(yīng)相反的反應(yīng)(逆反應(yīng))進行，半導(dǎo)體膜的生長速度減小。同樣地，如果在氣相中存在多的反應(yīng)生成物，半導(dǎo)體膜的生長速度就會減小。因此，即使增加向基板的表面供應(yīng)的原料氣體的量，也無法獲得與所供應(yīng)的原料氣體的量相稱的生長速度。即，即使增加向基板的表面供應(yīng)的原料氣體的量，半導(dǎo)體膜的生長速度也不一定變快。如果供應(yīng)的原料氣體的量過剩，半導(dǎo)體膜的生長速度就會飽和(或變慢)。
作為增大半導(dǎo)體膜的生長速度的其他方法，可舉出提高基板溫度的方法。如果提高基板溫度，基板表面的半導(dǎo)體膜的結(jié)晶生長就會得到促進。因此，表面上會認為如果提高基板的溫度，半導(dǎo)體膜的生長速度就會變快。但是，如果提高基板溫度，向基板供應(yīng)的原料氣體的溫度也會升高。其結(jié)果是，原料氣體的分解得到促進，氣相狀態(tài)下的反應(yīng)生成物的量增多。尤其是，當在提高基板溫度的同時增加向基板的表面供應(yīng)的原料氣體的量時，氣相狀態(tài)下的反應(yīng)生成物的量顯著增多，阻礙半導(dǎo)體膜的結(jié)晶生長。因此，即使提高基板的溫度， 也無法增加原料氣體的供應(yīng)量，無法充分加快半導(dǎo)體膜的生長速度。
由于上述原因，以往，能夠向基板的表面供應(yīng)的原料氣體的量以及基板溫度的提高存在極限。因此，無法允分加快半導(dǎo)體膜的生長速度。本說明書中公開的技術(shù)的目的在于，在氣相生長技術(shù)領(lǐng)域中提供一種比以往加快半導(dǎo)體膜的生長速度的技術(shù)。
本說明書中公開的技術(shù)的特征在于，在抑制向基板供應(yīng)的原料氣體的溫度上升的同時，使基板的溫度高于以往采用的溫度。由此能夠增加向基板的表面供應(yīng)的原料氣體的量，并能夠比以往加快半導(dǎo)體膜的生長速度。原料氣體在與載氣混合的混合原料氣體的狀態(tài)下被運送到基板表面。在本說明書公開的技術(shù)中，混合原料氣體中的載氣抑制原料氣體的溫度上升。具體地，特征在于載氣包含氫氣、和從IS氣、氣氣、氪氣以及氖氣中選擇的至少一種以上的氣體。在以往的氣相生長方法中，只使用氫氣作為載氣。
氬氣、氙氣、氪氣以及氖氣具有比氫氣大的定壓比熱(熱容量)。即使基板的溫度變高，包含這些氣體的載氣的溫度也難以上升。因此，混合原料氣體中的原料氣體的溫度上升得到抑制。從而在氣相中原料氣體的分解得到抑制，能夠抑制作為反應(yīng)生成物的氯化氫氣體的產(chǎn)生。即使增加向基板的表面供應(yīng)的原料氣體的量，半導(dǎo)體膜的結(jié)晶生長也不容易由于反應(yīng)生成物而受到阻礙。因此，能夠在增加向基板的表面供應(yīng)的原料氣體的量的同時提高基板的溫度。其結(jié)果是，能夠比以往加快半導(dǎo)體膜的生長速度。
本說明書中公開的技術(shù)被用于使半導(dǎo)體膜在基板的表面生長的氣相生長方法。所述氣相生長方法包括向加熱至1200 1400°C的基板的表面從與該表面垂直的方向供應(yīng)包含氯硅烷氣體與載氣的混合原料氣體的工序?；迕縄cm2表面的氯硅烷氣體的供應(yīng)量為200μηιο1/分鐘以上。載氣包含氫氣、和從IS氣、氣氣、氪氣以及氖氣中選擇的至少一種以上的氣體。
根據(jù)上述方法，載氣的溫度上升得到抑制，因此原料氣體的溫度上升被抑制。其結(jié)果是，能夠?qū)⒒寮訜嶂帘纫酝臍庀嗌L方法高的1200 1400°C。另外，因為原料氣體的分解得到抑制，所以能夠?qū)⑾蚧迕縄cm2表面供應(yīng)的原料氣體的供應(yīng)量設(shè)為比以往的氣相生長方法大的200μπιΟ1/分鐘以上。當使用氯硅烷氣體作為原料氣體時，硅膜在基板上結(jié)晶生長。硅的熔點為大約1400°C。因此，在上述方法中，將基板的加熱溫度設(shè)為1400°C 以下。優(yōu)選將基板事先加熱至1200 1350°C。
在上述氣相生長方法中，從IS氣、氣氣、氪氣以及氖氣中選擇的至少一種以上的氣體在載氣中的比例優(yōu)選為0.01 10νΟ1% (體積百分比)。如上所述，載氣除了從氬氣、氙氣、氪氣以及氖氣中選擇的至少一種以上的氣體之外，還包含氫氣。氫氣與已結(jié)合到基板表面的氯硅烷氣體的氯基發(fā)生反應(yīng)，從基板表面去除氯基。其結(jié)果是，硅殘留在基板表面，半導(dǎo)體膜結(jié)晶生長。若載氣中過量包含氫氣以外的氣體，氫氣的比例就相對減少。氫氣難以與氯基發(fā)生反應(yīng)，半導(dǎo)體膜的生長速度減慢。如果從氬氣、氙氣、氪氣以及氖氣中選擇的至少一種以上的氣體的比例為O. 01 IOvol %，則能夠在抑制混合原料氣體的溫度上升的同時高效率地從基板表面去除氯基。
在上述氣相生長方法中，優(yōu)選在使基板以IOOOrpm以上的速度旋轉(zhuǎn)的情況下，供應(yīng)所述混合原料氣體。能夠進一步抑制混合原料氣體的溫度上升。能夠進一步抑制氣相狀態(tài)下的原料氣體的分解，進一步加快半導(dǎo)體膜的生長速度。
在上述的氣相生長方法中，基板的熔點優(yōu)選高于硅的熔點。作為這樣的基板材料，可舉出藍寶石(Al2O3)、碳化硅(SiC)、尖晶石(MgAlO4)、III族氮化物半導(dǎo)體(GaN、AlN、 AlGaN)等。
發(fā)明效果
根據(jù)本說明書中公開的技術(shù)，能夠使半導(dǎo)體膜以比以往更快的速度氣相生長。


圖1示出了在本實施例的氣相生長方法中使用的氣相生長裝置；
圖2示意地示出了半導(dǎo)體膜生長的工序(工序I);
圖3示意地示出了半導(dǎo)體膜生長的工序(工序2);
圖4示意地示出了半導(dǎo)體膜生長的工序(工序3);
圖5示意地示出了半導(dǎo)體膜生長的工序(工序4);
圖6示出了原料氣體的供應(yīng)量與半導(dǎo)體膜的生長速度的關(guān)系；
圖7示出了原料氣體的供應(yīng)量與半導(dǎo)體膜的生長速度的關(guān)系；
圖8示出了原料氣體的供應(yīng)量與半導(dǎo)體膜的生長速度的關(guān)系；
圖9示出了原料氣體的供應(yīng)量與半導(dǎo)體膜的生長速度的關(guān)系。
具體實施方式
在對實施例進行說明之前，下面敘述實施例的幾個技術(shù)特征。
(特征I)在將混合原料氣體的溫度維持在1000°C以下的狀態(tài)下，向基板的表面供應(yīng)混合原料氣體。
(特征2)使硅的半導(dǎo)體膜在氮化鋁基板的表面上生長。
實施例
首先，參考圖1，說明氣相生長裝置I。氣相生長裝置I包括氣相生長室4、載置臺 10以及加熱器8。在氣相生長室4的上部設(shè)置有原料供應(yīng)口 2。原料供應(yīng)口 2設(shè)置在與載置臺10的表面垂直的方向。在氣相生長室4的下部設(shè)置有排氣口 12?；旌显蠚怏w18從原料氣體槽(省略圖示)經(jīng)過原料供應(yīng)口 2被導(dǎo)入到氣相生長室4內(nèi)。排氣氣體16從氣相生長室4內(nèi)經(jīng)過排氣口 12排出到氣相生長裝置I外。載置臺10通過電動機(省略圖示) 能夠如箭頭14所示的那樣旋轉(zhuǎn)。在載置臺10的表面能夠載置基板6。在載置臺10的內(nèi)部設(shè)置有加熱器8。利用加熱器8，能夠?qū)⒒?加熱至預(yù)定的溫度。
接下來，對使半導(dǎo)體膜在基板的表面氣相生長的方法進行說明。在本實施例中，對使硅(Si)的半導(dǎo)體膜在氮化鋁(AlN)基板的表面生長的方法進行說明。首先，在載置臺10 的表面載置氮化鋁基板6之后，一邊使載置臺10以IOOOrpm以上的速度旋轉(zhuǎn)，一邊將氮化鋁基板6加熱至1300°C。然后，在將氮化鋁基板6的溫度維持在1300°C的狀態(tài)下，將混合原料氣體18從原料供應(yīng)口 2導(dǎo)入到氣相生長室4。在將混合原料氣體18導(dǎo)入到氣相生長室4內(nèi)時，也使載置臺10繼續(xù)以IOOOrpm以上的速度旋轉(zhuǎn)。雖然詳細情況后述，但將氮化鋁基板6的溫度維持在1200 1350°C的范圍內(nèi)即可。在以往的技術(shù)中，當使硅膜在基板的表面結(jié)晶生長時，在將基板加熱到900 1200°C左右的狀態(tài)下進行氣相生長。在本實施例中，在將基板的溫度維持在比以往更高的溫度的狀態(tài)下進行氣相生長。
混合原料氣體18包含原料氣體和載氣。原料氣體是三氯娃燒(Trichlorosilane SiHCl3)氣體。原料氣體以氮化鋁基板6的表面的每lcm2(以下，稱作基板單位面積)200μηιο1/分種以上的量供應(yīng)。載氣包含氬1氣(Ar)和氫氣(H2)。載氣中的IS氣的體積比例為1. 0VOl%。雖然詳細情況后述，但優(yōu)選載氣中的氬氣的體積比例為O.1 IOvoH 另外，混合原料氣體18除氬氣和氫氣以外，也可以包含作為雜質(zhì)的摻雜氣體。只要混合原料氣體18中包含作為雜質(zhì)的摻雜氣體，就能夠使η型或P型的硅膜結(jié)晶生長。雖然理由后述，但在以往的氣相生長技術(shù)中，原料氣體的供應(yīng)量為每基板單位面積100 200 μ mol/分鐘左右。在本實施例中，向基板供應(yīng)在以往的氣相生長技術(shù)中未能采用的大量的原料氣體。
原料供應(yīng)口 2被設(shè)置在與氮化鋁基板6的表面垂直的方向上。因此，經(jīng)導(dǎo)入到氣相生長室4內(nèi)的混合原料氣體18從與氮化鋁基板6的表面垂直的方向供應(yīng)至氮化鋁基板 6。與從與氮化鋁基板6的表面平行的方向供應(yīng)混合原料氣體18的方法相比，該方法能夠縮短混合原料氣體18在氮化鋁基板6的表面附近移動的距離。其結(jié)果是，能夠抑制混合原料氣體18的溫度由于氮化鋁基板6的熱量而上升。
當混合原料氣體18到達氮化鋁基板6的表面時，構(gòu)成原料氣體的硅原子與氮化鋁基板6的表面結(jié)合。其結(jié)果是，硅膜結(jié)晶生長。在結(jié)晶生長中不使用的混合原料氣體18以及由于結(jié)晶生長產(chǎn)生的副生成物通過排氣口 12排出到氣相生長裝置I外。
參考圖2 圖5的示意圖，對硅膜在氮化鋁基板6的表面生長的工序進行說明。圖 2示出了硅膜24正在氮化鋁基板6的表面氣相生長的過程中的階段。符號26示意地示出了構(gòu)成娃膜24的娃原子。通過新的娃原子與在娃膜24的表面露出的娃原子26結(jié)合,娃膜 24結(jié)晶生長。即，硅膜24的厚度增加。
圖3示意地示出了混合原料氣體18?；旌显蠚怏w18包含三氯硅烷氣體28和載氣34。載氣34包含気氣32和氫氣30。圖3用以示意地示出三氯娃燒氣體28、気氣32、 以及氫氣30，而并不是用來準確地示出這些氣體的比例。如箭頭40所示，三氯硅烷氣體28 在氣相生長室4內(nèi)的空間內(nèi)，分解成SiCl2和氯化氫(HC1)。即，導(dǎo)入到氣相生長室4內(nèi)的三氯硅烷氣體28進行下式(I)所示的反應(yīng)(分解)。
反應(yīng)式(I)=SiHCl3 — Si Cl2+HCl
三氯硅烷氣體28的溫度超過900°C，容易引起上式(I)的反應(yīng)，三氯硅烷氣體28 的溫度越高，反應(yīng)就越活躍。即，氯硅烷氣體28溫度越高分解越深化。如上所述，在本實施例中，載氣34中包含氬氣32。氬氣32的比熱容比氫氣30的比熱容大。因此，與只包含氫氣的載氣相比，包含IS氣32的載氣34的溫度更不容易上升。因此，相比于只包含氫氣的以往的載氣，本實施例的載氣34的溫度上升被抑制。其結(jié)果是，三氯硅烷氣體28的溫度上升也被抑制。另外，如上所述，在本實施例中，從與氮化鋁基板6的表面垂直的方向供應(yīng)混合原料氣體18。因此，在本實施例的氣相生長方法中，三氯硅烷氣體28的溫度上升進一步得到抑制，從而能夠抑制上述反應(yīng)式(I)的分解的進行。
圖4和圖5示意地示出了三氯硅烷氣體28與硅膜24的表面露出的硅原子26 (也參考圖2)結(jié)合、硅膜24的厚度增加的過程。如圖4所示，首先，通過上述反應(yīng)式(I)產(chǎn)生的SiCl2的Si原子與娃膜24的表面的娃原子26結(jié)合。然后，載氣34中的氫氣30與Cl原子結(jié)合，產(chǎn)生氯化氫氣體46。氯化氫氣體46是伴隨著結(jié)晶生長的副生成物。如圖5所示， 通過Cl原子從硅膜24的表面被去除，在Si原子26的表面形成Si原子42的生長膜。其結(jié)果是，硅膜24的厚度增加。圖5所示的Si原子26是在圖2中在硅膜24的表面露出的 Si原子。圖4和圖5所示的反應(yīng)能夠以下述反應(yīng)式(2)表示。
反應(yīng)式(2)SiCl2+H2 — Si+2HC1
上述反應(yīng)式(2)的反應(yīng)(硅膜的生長)溫度越高越活躍。在硅膜24的表面，也以一定的比例進行下述反應(yīng)式(3)所示的反應(yīng)。
反應(yīng)式(3)Si+3HCl — SiHCl3+H2
上述反應(yīng)式(3)是上述反應(yīng)式(2)的逆反應(yīng)。當上述反應(yīng)式(3)的反應(yīng)活躍時， 硅膜24的生長速度變慢。氣相狀態(tài)下的氯化氫氣體的濃度越大，上述反應(yīng)式(3)越容易進行。即，導(dǎo)入到氣相生長室4內(nèi)的三氯硅烷氣體28的分解越進行(反應(yīng)式(I)進行)，半導(dǎo)體膜24的生長速度就越慢。
如上所述，在本實施例的氣相生長方法中，從與氮化鋁基板6的表面垂直的方向供應(yīng)混合原料氣體18。此外，載氣34中包含有氬氣32。由此，即使將氮化鋁基板6的溫度維持在1300°C的高溫，上述反應(yīng)式(I)的分解也難以進行。如上所述，在以往的氣相生長技術(shù)中，為了抑制上述反應(yīng)式(I)的分解，將基板的溫度抑制在900 1200°C左右。在以往的氣相生長技術(shù)中，雖然認識到如果提高基板的溫度，上述反應(yīng)式(2)的生長就會越活躍，但為了抑制上述反應(yīng)式(I)的分解，降低了基板的溫度。其結(jié)果是，上述反應(yīng)式(2)的生長不活躍，因此未能將原料氣體的導(dǎo)入量設(shè)為200 μ mol以上。相對于此，在本實施例的氣相生長方法中，通過抑制上述反應(yīng)式⑴的分解，能夠比以往的氣相生長技術(shù)提高基板的溫度， 并且能夠增大原料氣體的導(dǎo)入量。其結(jié)果是，在本實施例的氣相生長方法中，能夠比以往加快硅膜的生長速度。
如上述反應(yīng)式⑵所示，為了使硅膜24結(jié)晶生長，需要氫氣30。若載氣34中的氫氣30的比例低，則難以引起上述反應(yīng)式(2)。因此，不優(yōu)選過高地提高載氣34中的氬氣 32的體積比例。為了在抑制混合原料氣體18的溫度上升的同時不妨礙上述反應(yīng)式(2)的生長，載氣34中的氬氣32的體積比例優(yōu)選為O.1 IOvol%。
在上述實施例中，將氮化鋁基板6的溫度維持在1300°C而進行氣相生長。加熱氮化鋁基板6的溫度在1200°C 1400°C的范圍內(nèi)即可。如果氮化鋁基板6的溫度為1200°C 以上，則能夠充分加快硅膜的生長速度。硅的熔點大約在1400°C，因此加熱氮化鋁基板6的溫度優(yōu)選為1400°C以下。因此，加熱氮化鋁基板6的溫度更加優(yōu)選為1200 1350°C。向氣相生長室4導(dǎo)入的混合原料氣體18的溫度優(yōu)選為1000°C以下。上述反應(yīng)式 (I)的分解在氣相中難以進行。
代替氮化鋁基板6，也可以使用藍寶石、碳化硅、尖晶石、或其他III族氮化物半導(dǎo)體(GaN、AlGaN等)材料的基板。這些基板的熔點比硅的熔點高。因此，即使將加熱基板的溫度設(shè)定在硅的熔點附近，基板也難以產(chǎn)生變形等。氮化鋁和碳化硅的熱膨脹系數(shù)與硅的熱膨脹系數(shù)相近。由此，在這些基板中，特別優(yōu)選氮化鋁基板和碳化硅基板。另外，基板的材料也可以是硅。即，也可以使硅膜在硅基板的表面結(jié)晶生長。
參考圖6 圖9，對通過抑制混合原料氣體18的溫度上升而半導(dǎo)體膜24的生長速度加快的情況進行說明。圖6 圖9的曲線是示出三氯硅烷氣體的基板每單位面積的供應(yīng)量與硅膜24的生長速度的關(guān)系的仿真結(jié)果。在圖6 圖9所示的曲線中，橫軸示出了混合原料氣體中的三氯硅烷氣體的摩爾濃度。隨著向曲線的右側(cè)前進，三氯硅烷氣體的摩爾濃度增大。即，隨著向曲線的右側(cè)前進，基板每單位面積的供應(yīng)量增多?？v軸示出了硅膜的生長速度。隨著向曲線的上側(cè)前進，硅膜的生長速度加快。
圖6示出了基板的溫度與混合原料氣體的溫度相等時的結(jié)果。曲線50示出了基板(混合原料氣體)的溫度為1000°c時的結(jié)果，曲線51示出了基板的溫度為1050°C時的結(jié)果，曲線52示出了基板的溫度為1100°C時的結(jié)果，曲線53示出了基板的溫度為1150°C時的結(jié)果，曲線54示出了基板的溫度為1200°C時的結(jié)果。
由圖6可知，隨著基板的溫度升高，硅膜的生長速度加快。但是，不論基板的溫度在如何情況下，若增大三氯硅烷的摩爾濃度，硅膜的生長速度從增大變?yōu)闇p小。即，即使提高基板的溫度，也由于隨之三氯硅烷氣體的分解(上述反應(yīng)式(I))深化，因此無法充分增大混合原料氣體中的三氯硅烷氣體的摩爾濃度。硅膜的生長速度開始飽和時的三氯硅烷氣體的摩爾濃度與向基板的表面供應(yīng)的每Icm2的三氯硅烷氣體的供應(yīng)量在200 μ mol/分鐘左右時的摩爾濃度相當。S卩，當三氯娃燒氣體的供應(yīng)量超過大約200 μ mol/分鐘時,開始無法獲得與三氯硅烷氣體的供應(yīng)量相稱的生長速度。
圖7示出了在使基板溫度保持固定的情況下改變混合原料氣體的溫度的結(jié)果?；宓臏囟葹?150°C。曲線55示出了混合原料氣體的溫度為1150°C的結(jié)果，曲線56示出了混合原料氣體的溫度為1100°C的結(jié)果，曲線57示出了混合原料氣體的溫度為1050°C的結(jié)果，曲線58示出了混合原料氣體的溫度為1000°C的結(jié)果。在曲線55的情況下，混合原料氣體的溫度與基板的溫度都是1150°C。S卩，曲線55示出了與圖6的曲線53相同的結(jié)果。
由圖7可知，當基板的溫度固定時，混合原料氣體的溫度越低，硅膜的生長速度就越快。另外，混合原料氣體的溫度越低，硅膜的生長速度從增加轉(zhuǎn)至減小時的三氯硅烷的摩爾濃度就越大。即，如果將混合原料氣體的溫度維持在低的溫度，則能夠增大原料氣體的濃度，加快半導(dǎo)體膜的生長速度。
圖8示出了在使混合原料氣體的溫度保持固定的情況下改變基板溫度的結(jié)果?；旌显蠚怏w的溫度為1000°c。曲線60示出了基板的溫度為1100°C的結(jié)果，曲線61示出了基板的溫度為1150°C的結(jié)果，曲線62示出了基板的溫度為1200°C的結(jié)果，曲線63示出了基板的溫度為1250°C的結(jié)果，曲線64示出了基板的溫度為1300°C的結(jié)果，曲線65示出了基板的溫度為1350°C的結(jié)果，曲線66示出了基板的溫度為1400°C的結(jié)果。在曲線61的情況下，基板的溫度為1150°C，混合原料氣體的溫度為1100°C。S卩，曲線61示出了與圖7的曲線58相同的結(jié)果。
如圖8所示，在曲線60、61上，當三氯硅烷的濃度增加時，硅膜的生長速度從增加轉(zhuǎn)至減小。與此相對，在曲線62 66上,三氯硅烷的濃度越大,硅膜的生長速度就越快。 即，硅膜的生長速度不發(fā)生飽和。圖8的結(jié)果示出了在混合原料氣體得溫度為1000°C的情況下，優(yōu)選將基板的溫度設(shè)定為1200°C以上。
與圖8相同，圖9示出了在將混合原料氣體的溫度固定在1000°C的情況下改變基板溫度的結(jié)果。圖9示出了關(guān)于1200°C 1400°C的溫度比圖8的情況更細微地改變基板溫度的結(jié)果。曲線70示出了基板的溫度為1200°C的結(jié)果，曲線71示出了基板的溫度為 1225°C的結(jié)果，曲線72示出了基板的溫度為1250°C的結(jié)果，曲線73示出了基板的溫度為 1275°C的結(jié)果，曲線74示出了基板的溫度為1300°C的結(jié)果，曲線75示出了基板的溫度為 1325°C的結(jié)果，曲線76示出了基板的溫度為1350°C的結(jié)果，曲線77示出了基板的溫度為 1375°C的結(jié)果，曲線78示出了基板的溫度為1400°C的結(jié)果。
如圖9所示，如果將基板的溫度維持在1200°C 1400°C、并將混合原料氣體(三氯硅烷)的溫度設(shè)為1000°c,則隨著三氯硅烷的濃度增大,硅膜的生長速度加快。因此,能夠自由調(diào)整基板每單位面積的三氯硅烷的供應(yīng)量(三氯硅烷的濃度)。如上所述，若考慮硅的熔點，則優(yōu)選基板的溫度為1350°c以下。
在上述實施例中，在使載置臺10以1000rpm旋轉(zhuǎn)的同時，將混合原料氣體18導(dǎo)入到氣相生長室4內(nèi)。載置臺10的旋轉(zhuǎn)速度越快，混合原料氣體18的溫度上升越受到抑制。 即，在上述實施例中，為了抑制混合原料氣體18的溫度上升，使載置臺10以IOOOrpm旋轉(zhuǎn)。 為了進一步抑制混合原料氣體18的溫度上升，也可以使載置臺10以大于IOOOrpm的速度旋轉(zhuǎn)。另外，如果利用其他方法抑制了混合原料氣體18的分解，則也可以使載置臺10以小于IOOOrpm的速度旋轉(zhuǎn)。此外，作為抑制混合原料氣體18的溫度上升的其他方法，有加快混合原料氣體18的流速、降低被導(dǎo)入到氣相生長室4之前的混合原料氣體18的溫度等方法。為了加快混合原料氣體18的流速，除了加快被導(dǎo)入到氣相生長室4的混合原料氣體 18的速度本身的方法之外，還有降低氣相生長室4內(nèi)的壓力，加快已導(dǎo)入到氣相生長室4內(nèi)的混合原料氣體18的移動速度的方法。另外，作為降低被導(dǎo)入到氣相生長室4之前的混合原料氣體18的溫度的方法，有冷卻與氣相生長室4的原料供應(yīng)口 2連通的導(dǎo)入路徑等的方法。
在上述實施例中，對使用三氯硅烷氣體作為原料氣體的例子進行了說明。也可以代替三氯娃燒氣體而使用二氯娃燒(Dichlorosilane SiH2Cl2),四氯娃燒氣體 (Tetrachlorosilane)等。
另外，載氣中也可以取代氬氣、或者與氬氣同時包含從氙氣、氪氣以及氖氣中選擇的一種以上的氣體。與氫氣同時被包含在載氣中的氣體是比熱容比氫氣小、不影響硅膜的生長反應(yīng)的氣體即可。
以上，對本發(fā)明的具體例進行了詳細說明，但這些不過是例示，并不用于限定權(quán)利要求書。權(quán)利要求書所記載的技術(shù)中包含對以上例示的具體例的各種變形、變更。本說明書或附圖中說明的技術(shù)要素單獨或者通過各種組合發(fā)揮技術(shù)有用性，而不受到申請時的權(quán)利要求所述的組合的限定。另外，在本說明書或附圖中例示的技術(shù) 同時實現(xiàn)多個目的，并且其自身實現(xiàn)了其中的一個目的即具有技術(shù)有用性。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體膜的氣相生長方法，用于使半導(dǎo)體膜在基板的表面生長，所述氣相生長方法包括向加熱至1200 1400°C的基板的表面從與該表面垂直的方向供應(yīng)包含氯硅烷氣體和載氣的混合原料氣體的工序，所述氯硅烷氣體的供應(yīng)量相對每Icm2的所述表面而言為200 μ mo I/分鐘以上，所述載氣包含氫氣、和從氬氣、氙氣、氪氣以及氖氣中選擇的至少一種以上的氣體。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體膜的氣相生長方法，其中，所述從氬氣、氙氣、氪氣以及氖氣中選擇的至少一種以上的氣體在所述載氣中的比例為 O. 01 IOvol % ο
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體膜的氣相生長方法，其中，在使所述基板以IOOOrpm以上的速度旋轉(zhuǎn)的情況下,供應(yīng)所述混合原料氣體。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的半導(dǎo)體膜的氣相生長方法，其中，將所述基板事先加熱至1200 1350。。。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的半導(dǎo)體膜的氣相生長方法，其中，所述基板的熔點高于硅的熔點。
全文摘要
半導(dǎo)體膜的氣相生長方法包括向加熱至1200～1400℃的基板的表面從與該表面垂直的方向供應(yīng)包含氯硅烷氣體和載氣的混合原料氣體的工序。氯硅烷氣體的供應(yīng)量相對基板每1cm2的表面而言為200μmol/分鐘以上。載氣包含氫氣、和從氬氣、氙氣、氪氣以及氖氣中選擇的至少一種以上的氣體。
文檔編號H01L21/205GK103026463SQ20108006678
公開日2013年4月3日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者伊藤孝浩, 小澤隆弘, 中島健次, 全基榮 申請人:豐田自動車株式會社