JP2621197B2 - Barrel type vapor phase growth equipment - Google Patents
Barrel type vapor phase growth equipmentInfo
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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、化合物半導体CVD装置（特にMOCVD装置）等
に適用して好適なバレル型気相成長装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a barrel type vapor phase epitaxy apparatus suitable for application to a compound semiconductor CVD apparatus (especially MOCVD apparatus) and the like.
本発明は、バレル型気相成長装置において、バレル型
サセプタの内側のランプハウス内にサセプタ加熱手段を
配し、ランプハウス内を減圧することによって、サセプ
タ加熱手段の熱効率を高め、サセプタ温度の制御性を良
くするようにしたものである。The present invention provides a barrel type vapor phase growth apparatus, in which a susceptor heating means is arranged in a lamp house inside a barrel type susceptor, and the inside of the lamp house is depressurized, thereby increasing the thermal efficiency of the susceptor heating means and controlling the susceptor temperature. It is designed to improve sex.
〔従来の技術〕 化合物半導体のエピタキシ法には液相法と気相法とが
ある。気相成長法は大きく分類すると、MBE（分子線エ
ピタキシ）法，塩化物法,MOCVD（有機金属気相成長）法
とに大別される。この３者のうちMOCVD法は大量生産に
最も適したエピタキシ法であると考えられており、多数
枚チャージ可能な大型装置が市販されている。[Prior Art] There are a liquid phase method and a gas phase method as epitaxy methods for compound semiconductors. The vapor phase epitaxy can be broadly classified into MBE (molecular beam epitaxy), chloride, and MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). Of these three, the MOCVD method is considered to be the most suitable epitaxy method for mass production, and large-scale devices capable of charging a large number of sheets are commercially available.
MOCVD法は、加熱されたカーボン又はSiCコートされた
サセプタ上に有機金属（例えばTMG（トリメチルガリウ
ム））とＶ族水素化物（例えばAsH3）とを導入し、熱分
解によってIII−Ｖ族化合物を基板上に析出するもので
ある。カーボンサセプタの加熱源としては高周波誘導加
熱が小型装置に対して用いられている。しかし、多数枚
チャージの大型のMOCVD装置では高周波誘導加熱法は用
いられていない。その主な理由は消費電力が大きく、且
つ周囲に及ぼす電気的なノイズが大きいためである。
又、化合物半導体エピタキシの品質は温度に敏感であ
り、高周波誘導加熱方式では多数チャージの大型サセプ
タ全面に亘る温度の均一性を確保することが難しいこと
も原因の一つである。In the MOCVD method, an organic metal (for example, TMG (trimethylgallium)) and a group V hydride (for example, AsH 3 ) are introduced onto a heated carbon or a susceptor coated with SiC, and a III-V compound is thermally decomposed. It is deposited on the substrate. As a heating source for the carbon susceptor, high-frequency induction heating is used for small devices. However, the high frequency induction heating method is not used in a large-sized MOCVD apparatus having a large number of sheets. The main reason is that the power consumption is large and the electric noise exerted on the surroundings is large.
Another factor is that the quality of the compound semiconductor epitaxy is sensitive to temperature, and it is difficult to ensure uniform temperature over the entire surface of a large-sized susceptor with a large number of charges by the high-frequency induction heating method.
そこで、従来の多数枚チャージの減圧MOCVD装置のサ
セプタ加熱方式としてはランプ加熱方式が用いられてき
た。第５図に従来の多数枚チャージのMOCVD装置の模式
図を示す。同図において、（１）は石英製のベルジャ、
（２）はベルジャ（１）との間で反応ガスの導入を形成
する石英製ライナーを示し、ライナー（２）の下端にカ
ーボン製サセプタ（３）が固定される。サセプタ（３）
内側には反応部と加熱部とを仕切る石英筒体よりなるラ
ンプハウス（４）が設けられ、このランプハウス（４）
の内部に棒状の赤外ランプ（５）が多数本配置される。
そして、サセプタ（３）が回転できるようにランプハウ
ス（４）を貫いて回転軸（６）がキャップ（２）の頂上
に取付けられる。回転軸（６）とランプハウス（４）間
は耐熱性Ｏリング（７）によってシールされている。ラ
ンプハウス（４）の内部は赤外ランプ（５）の電極
（８）が加熱されないように不活性ガスを大量に導入し
て冷却している。Therefore, a lamp heating method has been used as a susceptor heating method in a conventional multi-charge, low-pressure MOCVD apparatus. FIG. 5 is a schematic view of a conventional multi-charge MOCVD apparatus. In the figure, (1) is a bell jar made of quartz,
(2) shows a quartz liner which forms the introduction of the reaction gas with the bell jar (1), and a carbon susceptor (3) is fixed to the lower end of the liner (2). Susceptor (3)
A lamp house (4) made of a quartz cylinder partitioning a reaction section and a heating section is provided inside the lamp house (4).
A number of rod-shaped infrared lamps (5) are arranged in the inside.
Then, a rotating shaft (6) is attached to the top of the cap (2) through the lamp house (4) so that the susceptor (3) can rotate. The space between the rotating shaft (6) and the lamp house (4) is sealed by a heat-resistant O-ring (7). The inside of the lamp house (4) is cooled by introducing a large amount of inert gas so that the electrode (8) of the infrared lamp (5) is not heated.
しかしながら、第５図の従来のランプ加熱方式では次
のような欠点があった。However, the conventional lamp heating method shown in FIG. 5 has the following disadvantages.
（ｉ）赤外ランプ（５）の電極（８）及び赤外ランプ
（５）のガラス管自身を冷却するために不活性ガス（通
常は電極（８）の酸化を防ぐためにN2ガス）を冷却剤と
してガラス管（９）を通じて導入している。このため、
投入した電力のかなりの量が無駄となって排出される。(I) An inert gas (usually N 2 gas to prevent oxidation of the electrode (8)) is used to cool the electrode (8) of the infrared lamp (5) and the glass tube itself of the infrared lamp (5). Coolant is introduced through a glass tube (9). For this reason,
A considerable amount of the input power is wasted and discharged.
（ii）赤外ランプの電極（８）及びそれの固定具などの
ためランプハウス（４）は大きな面積を必要とする。従
ってカーボンサセプタ（３）はランプハウス（４）の大
きさによって制約を受け、最適設計（又はコスト設計）
ができなくなる恐がある。例えば２インチ基板を12枚周
囲に並べるバレル型サセプタ反応系を考えてみると、サ
セプタ（３）の外周は概略50mm×12600mm周長でよい
はずであり、従ってサセプタ（３）の外形は200mm程度
でよい。このとき、ランプハウス（４）の直径は160〜1
80mm程度となるが、一般的には数10kwの赤外ランプをこ
の様な小さな場所に設置するのは難かしい。従ってラン
プハウス（４）を大きくするためにサセプタ（３）を大
きくし、かつベルジャ（１）も大きくする。すると反応
ガスの流れの断面積が大きくなるので適当な流速を確保
するためには大量のガスを流さなければならなくなる。(Ii) The lamp house (4) requires a large area for the electrode (8) of the infrared lamp and its fixture. Therefore, the carbon susceptor (3) is limited by the size of the lamp house (4), and has an optimal design (or cost design).
May be unable to do so. For example, considering a barrel type susceptor reaction system in which twelve 2-inch substrates are arranged around the circumference, the outer circumference of the susceptor (3) should be approximately 50 mm x 12600 mm in circumference, and the outer diameter of the susceptor (3) is about 200 mm. Is fine. At this time, the diameter of the lamp house (4) is 160 to 1
Although it is about 80 mm, it is generally difficult to install an infrared lamp of several tens of kw in such a small place. Therefore, in order to enlarge the lamp house (4), the susceptor (3) is enlarged, and the bell jar (1) is also enlarged. Then, the cross-sectional area of the flow of the reaction gas increases, so that a large amount of gas must be flowed in order to secure an appropriate flow velocity.
（iii）赤外ランプは寿命のある素子である。それが多
数本設置されているので、電極やフィラメントに故障が
起きる確率は大きい。したがってメンテナンスが容易で
ない。(Iii) An infrared lamp is a device with a long life. Since many of them are installed, there is a high probability that an electrode or a filament will fail. Therefore, maintenance is not easy.
以上のようにサセプタ内側からの赤外ランプ加熱方式
はエネルギ効率の悪さ，冷却用N2ガスの大量消費，反応
装置の設計の自由度の制約，メンテナンスの悪さ等の欠
点を有していた。Above the infrared lamp heating system from the susceptor inside poor energy efficiency, high consumption of cooling N 2 gas, the degree of freedom of design constraints of the reactor, had the disadvantage of poor such maintenance.
本発明は、上述の点に鑑み、特に装置の省エネルギー
化を可能にしたバレル型気相成長装置を提供するもので
ある。The present invention has been made in view of the above points, and provides a barrel-type vapor phase growth apparatus that enables energy saving of the apparatus.
本発明は、ベルジャ（11）内に基板を支持するバレル
型サセプタ（14）を有して成るバレル型気相成長装置に
おいて、バレル型サセプタ（14）の内側にランプハウス
（17）を設け、このランプハウス（17）内にサセプタ加
熱手段（15）を配置し、ランプハウス（17）内を減圧す
るように構成する。The present invention provides a barrel type vapor phase growth apparatus having a barrel type susceptor (14) for supporting a substrate in a bell jar (11), wherein a lamp house (17) is provided inside the barrel type susceptor (14), The susceptor heating means (15) is arranged in the lamp house (17) so that the pressure in the lamp house (17) is reduced.
サセプタ加熱手段（15）としてはカーボン,SiC等によ
る抵抗加熱体で構成するを可とするも、赤外ランプをＵ
字状にし電極部分を下方に導出できるように形成したも
のを使用することもできる。The susceptor heating means (15) may be composed of a resistance heating body made of carbon, SiC, etc.
It is also possible to use an electrode-shaped member formed so that the electrode portion can be led out downward.
サセプタ加熱手段（15）を配したランプハウス（17）
内を減圧することにより、サセプタ加熱手段（15）のエ
ネルギーはすべて輻射エネルギーとすることができ、エ
ネルギー（熱）効率が向上し、サセプタ温度制御性が向
上する。Lamp house (17) with susceptor heating means (15)
By reducing the pressure inside the susceptor, all of the energy of the susceptor heating means (15) can be converted into radiation energy, so that energy (heat) efficiency is improved and susceptor temperature controllability is improved.
又、ランプハウス（17）内の減圧によってランプハウ
ス（17）はこれを受ける台座に押しつけられ、サセプタ
とベルジャ間の所謂反応室との気密が容易に保持され
る。The reduced pressure in the lamp house (17) causes the lamp house (17) to be pressed against a pedestal receiving the lamp house, thereby easily maintaining the airtightness between the susceptor and the bell jar in a so-called reaction chamber.
以下、図面を参照して本発明を多数枚チャージ減圧MO
CVD装置に適用した場合の実施例を説明する。Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
An embodiment when applied to a CVD apparatus will be described.
本例においては、第１図に示すように円筒体の上部が
半球状に形成された石英のベルジャ（11）内に、ベルジ
ャ（11）の上部との間で反応ガスの導入路（12）を形成
する半球状の石英のキャップ（13）と、この石英のキャ
ップ（13）の下端より下方に延長するバレル型カーボン
サセプタ（14）が配される。このサセプタ（14）の内側
にはサセプタ（14）と後述のカーボンヒータ（15）とを
仕切る石英製円筒体（16）よりなるランプハウス（17）
が設けられると共に、このランプハウス（17）内にサセ
プタ加熱手段となるカーボンヒータ（15）が配設され
る。In this embodiment, as shown in FIG. 1, a quartz gas bell jar (11) in which the upper part of a cylindrical body is formed in a hemispherical shape, a reaction gas introduction passage (12) between the bell jar (11) and the upper part. And a barrel-shaped carbon susceptor (14) extending below the lower end of the quartz cap (13). Inside the susceptor (14), a lamp house (17) consisting of a quartz cylinder (16) that separates the susceptor (14) and a carbon heater (15) described later.
And a carbon heater (15) serving as susceptor heating means is provided in the lamp house (17).
ランプハウス（17）を構成する石英製円筒体（16）は
その上端（16A）がキャップ（13）に気密的に取付けら
れ、下端フランジ部（16B）が円筒状のステンレス台座
（18）に固定される。このランプハウス（17）の内部空
間はサセプタ（14）とベルジャ（11）間の反応室（反応
ガス流路）（22）よりも減圧となるように真空に引かれ
る。（23）は円筒体（16）の上端に配された熱反射板で
ある。ライナー（13）及び円筒体（16）は固定であり、
サセプタ（14）は回転機構を介して回転可能となされ
る。The upper end (16A) of the quartz cylinder (16) that constitutes the lamp house (17) is hermetically attached to the cap (13), and the lower end flange (16B) is fixed to the cylindrical stainless steel pedestal (18). Is done. The interior space of the lamp house (17) is evacuated to a lower pressure than the reaction chamber (reaction gas flow path) (22) between the susceptor (14) and the bell jar (11). (23) is a heat reflection plate disposed on the upper end of the cylindrical body (16). The liner (13) and the cylindrical body (16) are fixed,
The susceptor (14) is rotatable via a rotation mechanism.
カーボンヒータ（15）はサセプタ（14）に対向し、そ
の電極部分（19）〔（19A）（19B）〕がステンレス台座
（18）の内側を通って下方に導出される。電極部分（19
B）は銅パイプで形成され、水冷される。カーボンヒー
タ（15）は第２図乃至第４図に示すように円筒体を軸方
向に割溝を入れる如くしてストライプ状に形成したヒー
タ部（20）とその下端に電極部分（19）を一体に形成し
て構成される。このカーボンヒータ（15）は三相△結線
方式であり、ヒータ部（20）の直径が本例では78mmとな
され、抵抗が一相当り〜１Ωと設計されている。従っ
て、三相100Vで30kwの出力が得られる。ヒータの中心に
置いた熱電対温度1050℃のときサセプタ表面のパイロメ
ータで計った温度は約800℃であった。このときの電源
電流は一相当り約60A（全部で約12kw）であった。従っ
て900℃までは十分加熱可能であることがわかった。The carbon heater (15) faces the susceptor (14), and its electrode portion (19) [(19A) (19B)] is drawn downward through the inside of the stainless steel pedestal (18). Electrode part (19
B) is made of copper pipe and water cooled. As shown in FIGS. 2 to 4, the carbon heater (15) has a heater portion (20) formed by forming a cylindrical body in a stripe shape so as to have a split groove in the axial direction, and an electrode portion (19) at the lower end thereof. It is formed integrally. The carbon heater (15) is of a three-phase △ connection type, the diameter of the heater section (20) is 78 mm in this example, and the resistance is designed to be about 1Ω. Therefore, an output of 30 kW at three-phase 100 V can be obtained. When the thermocouple temperature at the center of the heater was 1050 ° C, the temperature measured by a pyrometer on the susceptor surface was about 800 ° C. The power supply current at this time was about 60 A (about 12 kw in total). Therefore, it was found that heating was sufficiently possible up to 900 ° C.
サセプタ（14）の直径は一番大きいところで外径135m
mであり、２インチ基板が一周で８枚セットできる。（2
1）はサセプタ（14）に設けられた熱電対である。The diameter of the susceptor (14) is 135m at the largest diameter
m, and eight 2-inch substrates can be set in one round. (2
1) is a thermocouple provided on the susceptor (14).
かかる構成によれば、カーボンヒータ（15）が配され
たランプハウス（17）内が真空に引かれていることによ
り、カーボンヒータ（15）のエネルギーはすべて輻射エ
ネルギーとすることができ、したがってカーボンヒータ
（15）の熱効率が向上し且つサセプタの温度制御性が向
上する。また、サセプタ（14）側の反応室（22）は数10
Torrの減圧となるので、ランプハウス（17）内部がもし
常圧であると石英製円筒体（16）に大きな上向きの力が
掛り、円筒体（16）の下端フランジ部（16B）とステン
レス台座（18）との固定に大きな力が掛り好ましくな
い。しかし、真空に引くことによって反応室（22）より
もランプハウス（17）内の方を減圧にすれば、下端フラ
ンジ部（16B）はステンレス台座（18）に押しつけら
れ、反応室（22）との気密は容易に保たれる。また、ラ
ンプハウス（17）内には従来のランプ加熱方式のような
冷却用不活性ガスを導入する必要がない。According to such a configuration, since the interior of the lamp house (17) in which the carbon heater (15) is arranged is evacuated, all the energy of the carbon heater (15) can be radiant energy, The thermal efficiency of the heater (15) is improved, and the temperature controllability of the susceptor is improved. The reaction chamber (22) on the susceptor (14) side is
If the pressure inside the lamp house (17) is normal pressure, a large upward force will be applied to the quartz cylinder (16), and the lower flange portion (16B) of the cylinder (16) and the stainless steel base will be depressurized. (18) is not preferable because a large force is applied to fix it. However, if the inside of the lamp house (17) is decompressed more than the reaction chamber (22) by applying a vacuum, the lower end flange (16B) is pressed against the stainless steel pedestal (18), and the reaction chamber (22) The airtightness is easily maintained. Also, there is no need to introduce a cooling inert gas into the lamp house (17) as in the conventional lamp heating method.
一方、カーボンヒータ（15）は直径がわずか78mmで30
kwの出力が得られる。このため、ランプハウス（17）を
小さくすることができ、サセプタ（14）を最適設計する
ことができる等、MOCVD装置の設計の自由が大きくな
る。すなわち、バレル型サセプタ（14）をランフ加熱方
式に比べて小さく設計できるので、MOCVD装置の小型化
及び省エネルギー化ができる。またランプ加熱方式では
ランプが切れる等の故障が発生する確率が高いが、カー
ボンヒータ（15）を用いた抵抗加熱方式では故障が少な
く、メンテナンスが容易となる。さらにカーボンヒータ
（15）を用いるときは装置のコスト低下が図れる。On the other hand, the carbon heater (15) is only 78 mm in diameter and 30
Output of kw is obtained. For this reason, the lamp house (17) can be made smaller, and the susceptor (14) can be optimally designed. That is, since the barrel type susceptor (14) can be designed to be smaller than that of the Ramf heating method, the size and energy saving of the MOCVD apparatus can be reduced. In the lamp heating method, there is a high probability of occurrence of a failure such as a lamp being cut off, but in the resistance heating method using the carbon heater (15), there are few failures and maintenance is easy. Further, when the carbon heater (15) is used, the cost of the apparatus can be reduced.
尚、上例ではサセプタ加熱手段としてカーボンヒータ
即ち電気抵抗体を用いたが、その他例えば赤外ランプを
Ｕ字状に形成し、電極部分をサセプタより下方になるよ
うにした加熱用ランプを用いることも可能である。In the above example, a carbon heater, that is, an electric resistor was used as the susceptor heating means. However, a heating lamp in which an infrared lamp is formed in a U-shape and the electrode portion is located below the susceptor is used. Is also possible.
本発明のバレル型気相成長装置によれば、バレル型サ
セプタの内側のサセプタ加熱手段を収容したランプハウ
スの内部空間を減圧するようにしたことにより、加熱手
段の熱効率を向上すると共に、サセプタの温度制御性を
向上することができる。従って、特に多数枚チャージの
バレル型MOCVD装置に適用して好適ならしめるものであ
る。According to the barrel-type vapor phase growth apparatus of the present invention, the internal space of the lamp house that houses the susceptor heating means inside the barrel-type susceptor is decompressed, thereby improving the thermal efficiency of the heating means and improving the susceptor. Temperature controllability can be improved. Therefore, the present invention is particularly applicable to a multi-charge barrel type MOCVD apparatus.
第１図は本発明によるバレル型気相成長装置の一実施例
を示す断面図、第２図，第３図及び第４図はカーボンヒ
ータの例を示す断面図，底面図及び展開図、第５図は従
来のバレル型減圧MOCVD装置の例を示す略線的構成図で
ある。 （11）はベルジャ、（13）は石英製ライナー、（14）は
バレル型サセプタ、（15）はカーボンヒータ、（16）は
石英円筒体、（17）はランプハウスである。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a barrel type vapor phase growth apparatus according to the present invention. FIGS. 2, 3, and 4 are cross-sectional views, bottom views, and development views showing examples of a carbon heater. FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional barrel-type reduced-pressure MOCVD apparatus. (11) is a bell jar, (13) is a quartz liner, (14) is a barrel type susceptor, (15) is a carbon heater, (16) is a quartz cylinder, and (17) is a lamp house.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米山 慶一 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 貝瀬 喜久夫 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−72569（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−38930（ＪＰ，Ｕ) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Keiichi Yoneyama, Inventor 6-35, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation (72) Kikuo Kaise 6-35, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation (56) References JP-A-53-72569 (JP, A) JP-A-61-38930 (JP, U)
Claims (1)
にサセプタ加熱手段が配され、上記ランプハウス内が減
圧されて成るバレル型気相成長装置。A susceptor heating means is provided in a lamp house inside a barrel type susceptor, and the inside of the lamp house is decompressed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62190782A JP2621197B2 (en) | 1987-07-30 | 1987-07-30 | Barrel type vapor phase growth equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62190782A JP2621197B2 (en) | 1987-07-30 | 1987-07-30 | Barrel type vapor phase growth equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6435910A JPS6435910A (en) | 1989-02-07 |
| JP2621197B2 true JP2621197B2 (en) | 1997-06-18 |
Family
ID=16263645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62190782A Expired - Lifetime JP2621197B2 (en) | 1987-07-30 | 1987-07-30 | Barrel type vapor phase growth equipment |
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPS5372569A (en) * | 1976-12-10 | 1978-06-28 | Mitsubishi Electric Corp | Vapor growing device |
| JPS6138930U (en) * | 1984-08-07 | 1986-03-11 | 東京エレクトロン相模株式会社 | Optical CVD equipment |
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1987
- 1987-07-30 JP JP62190782A patent/JP2621197B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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| JPS6435910A (en) | 1989-02-07 |
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