JP2570873B2 - 気相成長装置 - Google Patents
気相成長装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は誘導加熱による気相成長装置に関するもので
ある。
ある。
誘導加熱による結晶基板の加熱方法はSiの気相成長や
III−Ｖ族化合物半導体の有機金属気相成長法（MOVPE）
などに用いられている。
III−Ｖ族化合物半導体の有機金属気相成長法（MOVPE）
などに用いられている。
基板のみを加熱するコールドウォールの加熱方法の中
ではランプ加熱に比べて反応管の汚れの影響を受けない
こと、抵抗加熱に比べて加熱速度の速いことが特徴で一
般的に用いられている加熱方法である。
ではランプ加熱に比べて反応管の汚れの影響を受けない
こと、抵抗加熱に比べて加熱速度の速いことが特徴で一
般的に用いられている加熱方法である。
第５図に一般的な横型反応管において誘導加熱による
気相成長装置の構成を示す。図において51が断面円形の
石英反応管であり、その内部に高周波コイル12から誘導
加熱されるカーボン製サセプター53が設置されている。
加熱源としては従来より真空管を使用した高周波発振器
を用い、使用周波数は数百KHzを用いる。しかし最近は
効率の高い、サイリスタインバーター方式の高周波発振
器が増えており、発信周波数は30KHz程度が用いられて
いる（鈴木順一特開昭58−182818）。
気相成長装置の構成を示す。図において51が断面円形の
石英反応管であり、その内部に高周波コイル12から誘導
加熱されるカーボン製サセプター53が設置されている。
加熱源としては従来より真空管を使用した高周波発振器
を用い、使用周波数は数百KHzを用いる。しかし最近は
効率の高い、サイリスタインバーター方式の高周波発振
器が増えており、発信周波数は30KHz程度が用いられて
いる（鈴木順一特開昭58−182818）。
第５図に示す従来より用いられて来た一般的なカーボ
ンサセプターを用いるとキャリアガスの上流側の表面温
度が下流側に比べて低いという問題点を赤外線放射温度
計によるカーボンサセプターの表面温度測定より発見し
た。このことはカーボンサセプター上に結晶基板54を設
置し、結晶成長を行なった場合に成長温度の差を反映し
て上流側と下流側で成長速度や結晶組成、不純物濃度等
に影響を及ぼし、均一性の低下を生じさせていた。
ンサセプターを用いるとキャリアガスの上流側の表面温
度が下流側に比べて低いという問題点を赤外線放射温度
計によるカーボンサセプターの表面温度測定より発見し
た。このことはカーボンサセプター上に結晶基板54を設
置し、結晶成長を行なった場合に成長温度の差を反映し
て上流側と下流側で成長速度や結晶組成、不純物濃度等
に影響を及ぼし、均一性の低下を生じさせていた。
本発明はこれらの問題点を解決し、均一な結晶成長が
可能な気相成長装置を提供することにある。
可能な気相成長装置を提供することにある。
本発明は４つあり、その１つは、高周波を用いた誘導
加熱装置および結晶成長用基板を設置する誘導加熱用カ
ーボンサセプターを備えた気相成長装置において、誘導
加熱用カーボンサセプターをガスフロー整形用絶縁体と
一体化し、かつカーボンサセプターの厚みを一定とする
ことを特徴とする気相成長装置、２つ目は、誘導加熱用
カーボンサセプターをガスフロー整形用絶縁体と一体化
し、かつ下流側のカーボンサセプターの厚みを誘導電流
浸透深さ以下と薄くし、下流側の発熱量を減少させたこ
とを特徴とする気相成長装置、３つ目は、誘導加熱用カ
ーボンサセプターの不純物濃度を変化させ、下流側の発
熱量を減少させたことを特徴とする気相成長装置、４つ
目は、誘導加熱用カーボンサセプターの気孔率を変化さ
せ、下流側の発熱量を減少させたことを特徴とする気相
成長装置である。
加熱装置および結晶成長用基板を設置する誘導加熱用カ
ーボンサセプターを備えた気相成長装置において、誘導
加熱用カーボンサセプターをガスフロー整形用絶縁体と
一体化し、かつカーボンサセプターの厚みを一定とする
ことを特徴とする気相成長装置、２つ目は、誘導加熱用
カーボンサセプターをガスフロー整形用絶縁体と一体化
し、かつ下流側のカーボンサセプターの厚みを誘導電流
浸透深さ以下と薄くし、下流側の発熱量を減少させたこ
とを特徴とする気相成長装置、３つ目は、誘導加熱用カ
ーボンサセプターの不純物濃度を変化させ、下流側の発
熱量を減少させたことを特徴とする気相成長装置、４つ
目は、誘導加熱用カーボンサセプターの気孔率を変化さ
せ、下流側の発熱量を減少させたことを特徴とする気相
成長装置である。
第５図に示すような従来より用いられてきた一般的な
カーボンサセプターを用いた場合上流側の温度が低くな
る理由として以下の２点が考えられる。まず第一に上流
側から室温のキャリアガスにより冷却されていること。
第二に上流側のカーボンサセプターの厚さが薄いことで
ある。誘導加熱によるカーボンサセプターの発熱量は次
式によって決まる。
カーボンサセプターを用いた場合上流側の温度が低くな
る理由として以下の２点が考えられる。まず第一に上流
側から室温のキャリアガスにより冷却されていること。
第二に上流側のカーボンサセプターの厚さが薄いことで
ある。誘導加熱によるカーボンサセプターの発熱量は次
式によって決まる。
Ｐ＝I2 2r＝KN2I1 2ρ×10-6/d（W/cm2） ……（１） P:単位表面積当たりに発生するエネルギー（W/cm2） I1:コイルの電流（Ａ） I2:導体に流れる電流（Ａ） d:誘導電流浸透の深さ（cm） r:導体の等価抵抗（Ω/cm2） ρ：導体の比抵抗（μΩcm） K:コイルと導体の係数 N:コイルの巻数 ここで電流浸透の深さ:dは次式によって決まる。
μ：導体の比透磁率 f:周波数（Hz） ここで真空管式誘導加熱の場合周波数を300KHzとする
カーボンサセプターの電流浸透深さは0.3cm程度とな
り、第５図に示したカーボンサセプターでは上流部の一
部が誘導電流浸透深さ以下となり、発熱量は低下する。
一方サイリスターインバーター式誘導加熱の場合周波数
を30KHzとするカーボンサセプターの誘導電流浸透深さ
は1cm程度となり一層上流部の発熱量は低下する。
カーボンサセプターの電流浸透深さは0.3cm程度とな
り、第５図に示したカーボンサセプターでは上流部の一
部が誘導電流浸透深さ以下となり、発熱量は低下する。
一方サイリスターインバーター式誘導加熱の場合周波数
を30KHzとするカーボンサセプターの誘導電流浸透深さ
は1cm程度となり一層上流部の発熱量は低下する。
そこで本発明は、カーボンサセプターの厚みを上流部
から下流部まで均一とし、キャリアガスフローのための
楔型の形状はカーボンサセプターに誘導加熱を受けない
絶縁物を組み合わせて一体化することによってガスフロ
ーに乱れがなくかつ上流部から下流部まで均一な発熱量
を得られる気相成長装置が可能となった。
から下流部まで均一とし、キャリアガスフローのための
楔型の形状はカーボンサセプターに誘導加熱を受けない
絶縁物を組み合わせて一体化することによってガスフロ
ーに乱れがなくかつ上流部から下流部まで均一な発熱量
を得られる気相成長装置が可能となった。
さらに本発明は、上流側から室温のキャリアガスによ
り冷却されていることによって上流部の冷却量が大きく
なってしあまうことに対して、下流部のカーボンサセプ
ターの厚さを誘導電流深さ以下とし下流部の発熱量を低
下させ、実質的にカーボンサセプターの表面温度の均一
化を計っている。この場合誘導電流浸透深さが大きくな
るサイリスターインバーター方式の低周波誘導加熱方式
の方がより有効である。
り冷却されていることによって上流部の冷却量が大きく
なってしあまうことに対して、下流部のカーボンサセプ
ターの厚さを誘導電流深さ以下とし下流部の発熱量を低
下させ、実質的にカーボンサセプターの表面温度の均一
化を計っている。この場合誘導電流浸透深さが大きくな
るサイリスターインバーター方式の低周波誘導加熱方式
の方がより有効である。
さらに本発明は、誘導加熱用カーボンサセプターの不
純物濃度を変化させ、（１）式における導体の比抵抗を
変化させ下流側の発熱量を減少させ、実質的にカーボン
サセプターの表面温度の均一化を計った。
純物濃度を変化させ、（１）式における導体の比抵抗を
変化させ下流側の発熱量を減少させ、実質的にカーボン
サセプターの表面温度の均一化を計った。
さらに本発明は、誘導加熱用カーボンサセプターの気
孔率を変化され、（１）式における導体の比抵抗を変化
させガス流下流側の発熱量を減少させ、実質的にカーボ
ンサセプターの表面温度の均一化を実現した。
孔率を変化され、（１）式における導体の比抵抗を変化
させガス流下流側の発熱量を減少させ、実質的にカーボ
ンサセプターの表面温度の均一化を実現した。
〔実施例１〕 第１図に本発明による気相成長装置の構造断面図を示
す。石英反応管51内に結晶基板ホルダー11が設置され、
石英反応管の周囲に誘導加熱装置の高周波コイル12が配
置されている。半導体結晶基板54を保持する結晶基板ホ
ルダー11はガス導入口側が薄くなっている楔型の形状を
有した石英構造体10の上に均一な厚さのカーボンプレー
ト13、すなわち、カーボンサセプターが石英製ビス14に
より固定・一体化された構造である。
す。石英反応管51内に結晶基板ホルダー11が設置され、
石英反応管の周囲に誘導加熱装置の高周波コイル12が配
置されている。半導体結晶基板54を保持する結晶基板ホ
ルダー11はガス導入口側が薄くなっている楔型の形状を
有した石英構造体10の上に均一な厚さのカーボンプレー
ト13、すなわち、カーボンサセプターが石英製ビス14に
より固定・一体化された構造である。
本実施例に用いた基板ホルダーを気相成長装置内で水
素気流中で高周波加熱により700℃に加熱したところ、
サセプター表面温度は上流側の方が下流側より５℃高温
であった。一方第５図に示す従来構造のカーボンサセプ
ターでは同一条件下で20℃上流側の方が高温であった。
素気流中で高周波加熱により700℃に加熱したところ、
サセプター表面温度は上流側の方が下流側より５℃高温
であった。一方第５図に示す従来構造のカーボンサセプ
ターでは同一条件下で20℃上流側の方が高温であった。
〔実施例２〕 第２図に本発明による気相成長装置の構造断面図を示
す。結晶基板ホルダー21は楔型の形状を有した石英構造
体10の上に、上流側の厚さが1cm、下流側の厚さが0.5cm
のカーボンプレート23で成るカーボンサセプターが石英
製ビス14により固定・一体化されている。この他の部分
は実施例11と同じである。
す。結晶基板ホルダー21は楔型の形状を有した石英構造
体10の上に、上流側の厚さが1cm、下流側の厚さが0.5cm
のカーボンプレート23で成るカーボンサセプターが石英
製ビス14により固定・一体化されている。この他の部分
は実施例11と同じである。
本実施例に用いた基板ホルダーを気相成長装置内で水
蒸気流中で700℃加熱した。用いた高周波発振器はサイ
リスターインバーター方式のもので誘導周波数は30KHz
である。サセプター表面温度は周辺部を除いて±２℃以
内と極めて均一であることがわかった。
蒸気流中で700℃加熱した。用いた高周波発振器はサイ
リスターインバーター方式のもので誘導周波数は30KHz
である。サセプター表面温度は周辺部を除いて±２℃以
内と極めて均一であることがわかった。
〔実施例３〕 第３図に本発明による気相成長装置の構造断面図を示
す。結晶基板ホルダー31はガス流の上流側が高純度カー
ボン33、下流側がシリコン含有率の高いコーボン34で成
るカーボンサセプターが楔型の形状を有した石英構造体
10の上にそれぞれ石英製ビス14に固定・一体化されてい
る。上流側のカーボンサセプターの抵抗率は1300μΩ/c
mで下流側は1800μΩ/cmとなっている。この他の部分は
実施例１と同じである。
す。結晶基板ホルダー31はガス流の上流側が高純度カー
ボン33、下流側がシリコン含有率の高いコーボン34で成
るカーボンサセプターが楔型の形状を有した石英構造体
10の上にそれぞれ石英製ビス14に固定・一体化されてい
る。上流側のカーボンサセプターの抵抗率は1300μΩ/c
mで下流側は1800μΩ/cmとなっている。この他の部分は
実施例１と同じである。
本実施例に用いた基板ホルダーを気相成長装置内で水
素気流中で700℃に加熱した。サセプター表面温度は周
辺部を除いて±２℃以内と極めて均一であることがわか
った。
素気流中で700℃に加熱した。サセプター表面温度は周
辺部を除いて±２℃以内と極めて均一であることがわか
った。
〔実施例４〕 第４図に本発明による気相成長装置の構造断面図を示
す。結晶基板ホルダー41はガス流の上流側が気孔率の低
いカーボン42、下流側が気孔率の高いカーボン43で成る
カーボンサセプターが楔型の形状を有した石英構造体10
の上にそれぞれ石英製ビス14にて固定・一体化されてい
る。上流側のカーボンサセプターのかさ密度は1.85g/cm
3抵抗率は1200μΩcmで下流側は密度は1.55g/cm3抵抗率
は4700μΩcmとなっている。この他は実施例１と同じで
ある。
す。結晶基板ホルダー41はガス流の上流側が気孔率の低
いカーボン42、下流側が気孔率の高いカーボン43で成る
カーボンサセプターが楔型の形状を有した石英構造体10
の上にそれぞれ石英製ビス14にて固定・一体化されてい
る。上流側のカーボンサセプターのかさ密度は1.85g/cm
3抵抗率は1200μΩcmで下流側は密度は1.55g/cm3抵抗率
は4700μΩcmとなっている。この他は実施例１と同じで
ある。
本実施例に用いた基板ホルダーを気相成長装置内で水
蒸気流中で700℃に加熱した。サセプター表面温度は周
辺部を除いて±２℃以内と極めて均一であることがわか
った。
蒸気流中で700℃に加熱した。サセプター表面温度は周
辺部を除いて±２℃以内と極めて均一であることがわか
った。
本発明によれば高周波を用いた誘導加熱装置および結
晶成長用基板を設置する誘導加熱用カーボンサセプター
を備えた気相成長装置において、誘導加熱用カーボンサ
セプターをガスフロー整形用絶縁体と一体化したことに
より、また誘導加熱用カーボンサセプターをガスフロー
整形用絶縁体と一体化し、かつガス流下流側のカーボン
サセプターの厚みを誘導電流浸透深さ以下と薄くし、下
流側の発熱量を減少させたことにより、また誘導加熱用
カーボンサセプターの不純物濃度を変化させ、下流側の
発熱量を減少させたことにより、また誘導加熱用カーボ
ンサセプターの気孔率を変化させ、下流側の発熱量を減
少させたことによりカーボンサセプター表面の温度分布
が均一になることがわかった。
晶成長用基板を設置する誘導加熱用カーボンサセプター
を備えた気相成長装置において、誘導加熱用カーボンサ
セプターをガスフロー整形用絶縁体と一体化したことに
より、また誘導加熱用カーボンサセプターをガスフロー
整形用絶縁体と一体化し、かつガス流下流側のカーボン
サセプターの厚みを誘導電流浸透深さ以下と薄くし、下
流側の発熱量を減少させたことにより、また誘導加熱用
カーボンサセプターの不純物濃度を変化させ、下流側の
発熱量を減少させたことにより、また誘導加熱用カーボ
ンサセプターの気孔率を変化させ、下流側の発熱量を減
少させたことによりカーボンサセプター表面の温度分布
が均一になることがわかった。
第１図は本発明の第１の実施例を説明するための気相成
長装置の構造断面図。 第２図は本発明の第２の実施例を説明するための気相成
長装置の構造断面図。 第３図は本発明の第３の実施例を説明するための気相成
長装置の構造断面図。 第４図は本発明の第４の実施例を説明するための気相成
長装置の構造断面図。 第５図は本発明の従来例を説明するための気相成長装置
の構造断面図。 11,21,31,41……基板ホルダー、12……高周波コイル、1
3,23……カーボンプレート、14……石英製ビス、10……
石英構造体、33……高純度カーボン、34……シリコン含
有カーボン、42……低気孔率カーボン、43……高気孔率
カーボン、51……石英製反応管、53……カーボン製サセ
プタ、54……半導体結晶基板、55……ガス導入口。
長装置の構造断面図。 第２図は本発明の第２の実施例を説明するための気相成
長装置の構造断面図。 第３図は本発明の第３の実施例を説明するための気相成
長装置の構造断面図。 第４図は本発明の第４の実施例を説明するための気相成
長装置の構造断面図。 第５図は本発明の従来例を説明するための気相成長装置
の構造断面図。 11,21,31,41……基板ホルダー、12……高周波コイル、1
3,23……カーボンプレート、14……石英製ビス、10……
石英構造体、33……高純度カーボン、34……シリコン含
有カーボン、42……低気孔率カーボン、43……高気孔率
カーボン、51……石英製反応管、53……カーボン製サセ
プタ、54……半導体結晶基板、55……ガス導入口。
Claims (4)
- 【請求項１】高周波を用いた誘導加熱装置および結晶成
長用基板を設置する誘導加熱用カーボンサセプターを備
えた気相成長装置において、誘導加熱用カーボンサセプ
ターをガスフロー整形用絶縁体と一体化し、かつカーボ
ンサセプターの厚みを一定とすることを特徴とする気相
成長装置。 - 【請求項２】高周波を用いた誘導加熱装置および結晶成
長用基板を設置する誘導加熱用カーボンサセプターを備
えた気相成長装置において、誘導加熱用カーボンサセプ
ターをガスフロー整形用絶縁体と一体化し、かつ下流側
のカーボンサセプターの厚みを誘導電流浸透深さ以下と
薄くしたことを特徴とする気相成長装置。 - 【請求項３】高周波を用いた誘導加熱装置および結晶成
長用基板を設置する誘導加熱用カーボンサセプターを備
えた気相成長装置において、誘導加熱用カーボンサセプ
ターの不純物濃度を変化させ、下流側の発熱量を減少さ
せたことを特徴とする気相成長装置。 - 【請求項４】高周波を用いた誘導加熱装置および結晶成
長用基板を設置する誘導加熱用カーボンサセプターを備
えた気相成長装置において、誘導加熱用カーボンサセプ
ターの気孔率を変化させ、下流側の発熱量を減少させた
ことを特徴とすることを特徴とする気相成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1337403A JP2570873B2 (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1337403A JP2570873B2 (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 気相成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03197383A JPH03197383A (ja) | 1991-08-28 |
| JP2570873B2 true JP2570873B2 (ja) | 1997-01-16 |
Family
ID=18308305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1337403A Expired - Fee Related JP2570873B2 (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 気相成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2570873B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003087430A1 (fr) * | 2002-04-16 | 2003-10-23 | Tokyo Electron Limited | Systeme de traitement, procede de traitement et element de montage |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5820686A (en) * | 1993-01-21 | 1998-10-13 | Moore Epitaxial, Inc. | Multi-layer susceptor for rapid thermal process reactors |
| JP2003068669A (ja) * | 2001-08-27 | 2003-03-07 | Denso Corp | 半導体基板の熱処理方法及び装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0691022B2 (ja) * | 1987-05-19 | 1994-11-14 | 古河電気工業株式会社 | 化合物半導体薄膜気相成長装置 |
-
1989
- 1989-12-25 JP JP1337403A patent/JP2570873B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003087430A1 (fr) * | 2002-04-16 | 2003-10-23 | Tokyo Electron Limited | Systeme de traitement, procede de traitement et element de montage |
| CN1314834C (zh) * | 2002-04-16 | 2007-05-09 | 东京毅力科创株式会社 | 处理装置、处理方法及载置部件 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03197383A (ja) | 1991-08-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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