JP4059990B2

JP4059990B2 - 気相成長装置

Info

Publication number: JP4059990B2
Application number: JP27906598A
Authority: JP
Inventors: 晃山口; 邦全植松
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2018-09-30
Also published as: JP2000114182A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気相成長装置に関し、詳しくは、サセプタ上に載置した基板を所定温度に加熱するとともに、フローチャンネルを使用して基板面に平行に気相成長ガスを流し、基板面に半導体膜を成長させる横型の気相成長装置であって、特に、ＧａＮ等の化合物半導体膜を成長させる有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置に適した構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４及び図５は、一般的な横型気相成長装置の一例を示すもので、図４は断面図、図５は要部の拡大断面図である。この気相成長装置は、密閉可能なチャンバー１内に、鉛直方向の回転軸（サセプタ支持軸）２の上端に支持されたサセプタ３と、該サセプタ３の上方を覆う可動フローチャンネル４と、該可動フローチャンネル４の上流側の固定フローチャンネル５と、下流側の排気通路６と、前記サセプタ３の下部のヒーター７とを収納したものであって、基板８は、サセプタ３の上面に載置されてサセプタ３と一緒に回転するとともに、サセプタ３を介してヒーター７により所定温度に加熱される。
【０００３】
前記フローチャンネル４，５は、石英ガラスで形成された幅方向に偏平な角筒状のものであり、固定フローチャンネル５の上流には，原料ガス（気相成長ガス）等を供給するガス供給部が設けられている。また、ヒーター７は、サセプタ３を効率よく加熱できるように箱型のリフレクター９内に収納されている。さらに、回転軸２の中心部には、サセプタ３の中心部の温度を測定するための熱電対１０が保護管１１に収納された状態で設けられている。
【０００４】
前記サセプタ支持軸２は、下端部外周に突設したフランジ２ａを支持軸保持部材１２にネジ１３で固定することによって支持軸保持部材１２に保持されている。また、上部側は、前記リフレクター９の底部に設けられている通孔９ａを挿通してヒーター７の中心に設けられている通孔７ａ部分まで伸びており、その上端部が前記サセプタ３の裏面に設けた嵌合穴内に嵌入している。
【０００５】
このように形成された気相成長装置において、ガス供給部から所定流量で供給され、フローチャンネル４，５を通ってサセプタ３の部分に到達した原料ガスは、高温に加熱されているサセプタ３の上方で熱分解し、分解したガス分子が基板８の表面に堆積して膜形成が行われる。堆積せずに基板面を通過した原料ガスやキャリアガスは、排気通路６から外部に排出される。
【０００６】
上述のような気相成長装置を使用して半導体膜を成長させる際の基板温度は、例えば、ＧａＮ系の半導体膜の成長操作において、基板にサファイアや炭化珪素を使用し、原料ガス（反応ガス）にトリメチルガリウムとアンモニアとを使用する場合、最初に１２００℃程度に加熱してサーマルクリーニングを施した後、４５０℃程度に降温させて低温バッファ層を成長させ、次いで１１００℃程度に再加熱してＧａＮ層を成長させるようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
気相成長中の温度は、前記熱電対１０により測定されるが、その保護管１１としては、従来、耐熱性や強度、気密性、脱ガス性、加工性等の点を考慮して石英が多く用いられてきた。この石英は、従来のＧａＡｓＩｎＰ等の化合物半導体膜を成長させる際の温度範囲においては全く問題無く使用することができるが、上述のような１２００℃以上の高温では、石英の軟化点を超えてしまうため、変形や破損を生じるおそれがある。このため、頻繁に点検を行う必要があるが、保護管１１は、サセプタ３を支持するサセプタ支持軸２の内部に挿入された状態になっているため、保護管１１を点検したり、交換したりする場合は、サセプタ支持軸２を取外さなければならなかった。
【０００８】
一方、上述のような高温状態を安定して保持するためには、ヒーター７やサセプタ３からの放熱をできるだけ低く抑える必要があるため、リフレクター９の底板に設ける通孔９ａの径をできるだけ小さく形成するようにしている。
【０００９】
ところが、通孔９ａの径を小さくすると、サセプタ支持棒２の下端部に設けたフランジ２ａが通孔９ａを通過できなくなるため、保護管１１を点検したりする際には、ヒーターユニット全体を取外さなければならず、作業に長時間を必要とし、生産性を大幅に損なうことになったいた。
【００１０】
そこで本発明は、熱電対を保護するための保護管の点検等を簡単に短時間で行うことができ、生産性の向上が図れる気相成長装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の気相成長装置は、基板を載置するサセプタと該サセプタを介して前記基板を加熱するヒーターとをリフレクター内に収納し、前記サセプタをリフレクター底板に設けた通孔及びヒーターに設けられている通孔を挿通するサセプタ支持軸の上端部に嵌着した気相成長装置において、前記サセプタ支持軸の下端部外周に前記リフレクター底板の通孔及びヒーターの通孔より小径のフランジを突設するとともに、サセプタ支持軸を保持する保持部材には、前記フランジが嵌合する嵌合凹部を設けた嵌合部材と、該嵌合部材の開口縁に着脱可能に装着されてフランジを嵌合凹部内に保持する押え部材とを有し、該押え部材は、フランジ上方のサセプタ支持軸を囲む複数の部材に分割形成されていることを特徴とている。さらに、本発明では、前記サセプタ支持軸内に挿入される熱電対保護用の保護管をサファイアにより形成したことを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１乃至図３は、本発明の気相成長装置の一形態例を示すものであって、図１は要部の断面正面図、図２はサセプタ支持軸の下端部を示す拡大断面図、図３は要部の断面平面図である。なお、気相成長装置全体の構造は、前記図４に示した従来例装置と同様に形成することができるので、その詳細な図示や説明は省略する。
【００１３】
まず、図１に示すように、基板２１をフローチャンネル２２内の所定位置にセットするためのサセプタ２３は、円盤状のサセプタ本体２４の下面中心に、サセプタ支持軸２５の上端部に嵌着する嵌着穴を有する筒状突出部２６を設けたものであって、該サセプタ２３の下方に設けられたヒーター２７と共にリフレクター２８に収納された状態となっている。ヒーター２７やリフレクター２８は、支持棒２９や支持台３０によって所定位置に固定されており、ヒーター２７には、リフレクター２８の底板を貫通した電極ロッド３１が取付けられている。
【００１４】
サセプタ支持軸２５は、中空のパイプ状に形成されるものであって、その上端部は、中間の軸部２５ａに比べて僅かに大径に形成されるとともに、前記筒状突出部２６の嵌着穴に嵌入する凸部３２が設けられている。サセプタ支持軸２５の上端とサセプタ２３との嵌着部は、ヒーター２７の中心に設けられている通孔２７ａ及びリフレクター２８の底板に設けられた通孔２８ａを挿通した状態で設けられており、特に、通孔２８ａとの間の隙間は、放熱を抑えるためにできるだけ狭く形成されている。
【００１５】
また、サセプタ支持軸２５の上端からは、サセプタ２３の中心部の温度を測定するための熱電対３３が保護管３４に収納されて保護された状態で突出しており、保護管３４の下端は、サセプタ支持軸２５の下端から突出して保護管支持部材３５により支持されている。熱電対３３に接続される電線３３ａは、保護管３４の下端から更に下方に伸び、図示しない回転ジョイントを介して測定装置に接続されている。
【００１６】
そして、サセプタ支持軸２５の下端は、チャンバー１の底壁を貫通する軸部材３６の上端に設けられた保持部材３７によって保持固定されている。すなわち、サセプタ支持軸２５の下端部外周に、前記ヒーター２７の通孔２７ａ及びリフレクター２８の通孔２８ａの径より小さく、これらを通過可能な大きさのフランジ３８を形成し、このフランジ３８を保持部材３７に嵌合させてサセプタ支持軸２５を所定の姿勢で保持するようにしている。
【００１７】
保持部材３７は、前記フランジ３８の形状に対応した嵌合凹部３９ａを形成する嵌合部材３９と、この嵌合部材３９の開口縁にボルト４０により着脱可能に装着される押え部材４１とを有するものであって、図３に示すように、嵌合部材３９及び押え部材４１は、サセプタ支持軸２５を囲むような半割形状の一対の部材よって形成されている。
【００１８】
したがって、サセプタ支持軸２５は、軸部材３６の上面に固定した嵌合部材３９の嵌合凹部３９ａ内にフランジ３８を嵌入させた後、嵌合部材３９の開口縁に、サセプタ支持軸２５を挟むようにして一対の押え部材４１をボルト４０で止着することによって所定位置に取付けられる。また、サセプタ支持軸２５を取外す際には、ボルト４０をそれぞれ外して両側の押え部材４１を取除き、前記通孔２７ａ，２８ａから上方に抜取るようにすればよい。
【００１９】
このとき、従来は、サセプタ支持軸の下端部に形成したフランジを直接ボルトで取付けていたため、フランジの径が大きくなり、リフレクター等の通孔を通過させることができなかったが、上述のように、通孔２７ａ，２８ａより小径に形成したフランジ３８を嵌合部材３９と押え部材４１とで固定するようにしたので、サセプタ支持部材２５を取外す際に、ヒーター２７やリフレクター２８等のヒーターユニットを取外すことなく、通孔２７ａ，２８ａを通して抜取ることあるいは挿入することができ、サセプタ支持軸２５の着脱を短時間で容易に行うことができる。
【００２０】
また、嵌合凹部３９ａを形成する嵌合部材３９も半割状等に分割形成することにより、寸法精度が高い場合でも、一方の部材を緩めることによってフランジ３８の挿入や抜取りを容易に行うことができる。なお、嵌合部材３９や押え部材４１は、サセプタ支持部材２５の外周を完全に囲む必要はなく、複数の部材を断続的に設けるようにしてもよい。
【００２１】
このように、サセプタ支持軸２５を簡単に着脱できるので、その内部に挿入されている保護管３４の点検や交換も容易に行うことができる。さらに、保護管３４の材質を、石英よりも耐熱性に優れたサファイアとすることにより、１２００℃程度の高温で気相成長を行っても、軟化による変形や破損を生じることがなくい。また、サファイアも、石英と同様に、衝撃によって破損し易いものであるが、破損した場合でも、上述のようにして容易に交換することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の気相成長装置によれば、サセプタ支持軸を容易に着脱できるので、その内部に挿入されている熱電対用保護管の点検や交換を容易に短時間で行うことができ、生産性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の気相成長装置の一形態例を示す要部の断面正面図である。
【図２】同じく要部の拡大断面図である。
【図３】同じく要部の断面平面図である。
【図４】従来の横型気相成長装置の一例を示す断面図である。
【図５】同じく要部の拡大断面図である。
【符号の説明】
２１…基板、２２…フローチャンネル、２３…サセプタ、２４…サセプタ本体、２５…サセプタ支持軸、２６…筒状突出部、２７…ヒーター、２７ａ…通孔、２８…リフレクター、２８ａ…通孔、２９…支持棒、３０…支持台、３１…電極ロッド、３２…凸部、３３…熱電対、３４…保護管、３５…保護管支持部材、３６…軸部材、３７…保持部材、３８…フランジ、３９…嵌合部材、３９ａ…嵌合凹部、４０…ボルト、４１…押え部材

Claims

基板を載置するサセプタと該サセプタを介して前記基板を加熱するヒーターとをリフレクター内に収納し、前記サセプタをリフレクター底板に設けた通孔及びヒーターに設けられている通孔を挿通するサセプタ支持軸の上端部に嵌着した気相成長装置において、前記サセプタ支持軸の下端部外周に前記リフレクター底板の通孔及びヒーターの通孔より小径のフランジを突設するとともに、サセプタ支持軸を保持する保持部材には、前記フランジが嵌合する嵌合凹部を設けた嵌合部材と、該嵌合部材の開口縁に着脱可能に装着されてフランジを嵌合凹部内に保持する押え部材とを有し、該押え部材は、フランジ上方のサセプタ支持軸を囲む複数の部材に分割形成されていることを特徴とする気相成長装置。
前記サセプタ支持軸内に挿入される熱電対保護用の保護管をサファイアにより形成したことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。