JP4470680B2

JP4470680B2 - 気相成長装置

Info

Publication number: JP4470680B2
Application number: JP2004297504A
Authority: JP
Inventors: 久隆永井
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2004-10-12
Filing date: 2004-10-12
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2024-10-12
Also published as: CN100477088C; US7494562B2; CN1761037A; US20090117721A1; US20060124062A1; US7662733B2; JP2006114547A

Description

本発明はサセプタに保持された半導体ウエハに向けて原料ガスを流し、該ウエハの表（おもて）面上に半導体結晶の薄膜（エピタキシャル層）を成長させる気相成長装置に係り、特にサセプタを自転公転させるプラネタリウム型の気相成長装置に関するものである。

半導体結晶の成長法の一つに気相成長法がある。気相成長法では、原料としてガスを使用し、加熱された半導体ウエハの表面に原料ガスを流し、半導体ウエハの表面に半導体結晶の薄膜を成長させる。原料としてガスを使用するため、厚さ数nmという超薄膜を成長させることができるという特長がある。また、原料ガスとして、高純度の有機金属・水素化物・キャリアガスが用いられ、分子線エピタキシーのような超真空を必要としないので量産性に優れている。

このような気相成長法に用いられる気相成長装置の一つとして、半導体ウエハを保持するサセプタを自転公転させるプラネタリウム型の気相成長装置があり、薄膜の膜厚均一性に優れているという特長を有している。このプラネタリウム型の気相成長装置の一例を図７に模式的に示す。この気相成長装置１’は、下方に向けて開口された原料ガス導入口２’を通して原料ガス３’が下から装置内に導入されるようになっており、原料ガス３’は装置内で熱分解される。熱分解された後の排出ガス４’は、装置の側壁に設けられた複数個（例えば６個）のガス排出口５’を通して装置の中央から側方へ放射状に排出される。装置内には、半導体ウエハ６’を保持する自転サセプタ７’及び公転サセプタ８’と共に半導体ウエハ６’を加熱するヒータ９’が設置されており、公転サセプタ８’は、その中心にモーター１０’の軸１１’が連結され、モーター１０’の駆動により回転するようになっている。半導体ウエハ６’は、表面と裏面があり表面を下向きにして自転サセプタ７’に保持されている。自転サセプタ７’は、ベアリング１２’を介して公転サセプタ８’上に回転自在に載置されている。

図８は、図７中Ｃ部の拡大図である。自転サセプタ７’と公転サセプタ８’は、夫々対向する面にベアリング１２’を受ける溝が設けられ、この溝と溝の間にベアリング１２’が収納されている。このベアリング１２’を介して公転サセプタ８’上に回転自在に載置された自転サセプタ７’は、ベアリング１２’位置及びベアリング１２’を受ける溝の位置より側方へ突出させた状態で小歯車１３’が一体に設けられている。一方、この小歯車１３’に対応して、気相成長装置１’の内壁面に内歯車１４’が一体に設けられ、小歯車１３’が内歯車１４’と噛み合うようになっている。１５’は、小歯車１３’と内歯車１４’の噛み合わせ部である。この噛み合わせ部１５’を拡大して平面的に見たのが図１０である。

図９は気相成長装置１’の内壁面の内歯車１４’と自転サセプタ７’と公転サセプタ８’との位置関係を上から平面的に見たものである。なお、図７はあくまでも模式図であり、この図９との寸法関係は必ずしも合致していない。図９から分かるように、この装置においては、大きな円板状の公転サセプタ８’の周辺部に自転サセプタ７’が１２個環状に並べて配置されており、夫々自転サセプタ７’には、６個の爪１６’が設けられ、これらの爪によって半導体ウエハ６’が保持されている。

ここで、この気相成長装置１’の動作を説明する。モーター１０’により公転サセプタ８’を回転させると、夫々自転サセプタ７’は、公転サセプタ８’と共に公転サセプタ８’の中心を回転軸として回転する。このとき、夫々自転サセプタ７’も内歯車１４’と噛み合っているため、夫々自転サセプタ７’の中心を回転軸として独自に回転する。これにより、半導体ウエハ６’は自転サセプタ７’に保持された状態で公転と同時に自転を行う。この状態で原料ガス３’が図７の原料ガス導入口２’から導入されると、原料ガス３’はヒータ９’によって加熱された半導体ウエハ６’の表面上で熱分解し、該表面上に半導体結晶の薄膜が成長する。半導体ウエハ６’が公転及び自転しているため、半導体ウエハ６’の表面上に高均一の半導体結晶の薄膜が成長される。

このような成長装置の従来技術としては、本発明とは直接関係がないが、自転公転型の機構を示した装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−２１９４４７号公報

しかしながら、図７〜１０に示された気相成長装置１’によると、半導体ウエハ６’を保持する自転サセプタ７’に一体に設けられた小歯車１３’がベアリング１２’及びベアリング１２’を受ける溝の水平方向外側位置に設けられているため、この例に基づいて具体的にいうと、自転サセプタ７’の直径が半導体ウエハ６’の直径よりもかなり大きくなってしまう。この結果、図９の場合について言えば、例えば直径７６mmの半導体ウエハ６’を保持する自転サセプタ７’としては、内歯車１４’との位置関係を考慮すると、円板上の公転サセプタ８’の周辺部に１２個並べて配置するのが限界であった。公転サセプタ８’上に配置できる自転サセプタ７’の数が少ないと、一つの気相成長装置により一回の工程で生産される、表面に半導体結晶の薄膜が成長された半導体ウエハの数が少なくなり、生産性が低くなるという問題があった。

そこで本発明の目的は、上記課題を解決し、自転サセプタに一体に設けられる小歯車の位置を変更することにより、一回の工程で生産される、表面に半導体結晶の薄膜が成長された半導体ウエハの数を増やし、半導体ウエハの生産性を確実に向上できるようにすることにある。

上記目的を達成するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項１に係る気相成長装置は、原料ガス導入口、半導体ウエハを加熱するヒータ及びガス排出口を有すると共に、各々半導体ウエハを保持する複数個の自転サセプタ及びこれら自転サセプタを夫々ベアリングを介して回転自在に設置した円板状の公転サセプタを有し、前記複数個の自転サセプタを前記円板状の公転サセプタの周辺部に環状に並べて配置すると共に、前記複数個の自転サセプタの外周部に夫々形成された小歯車をこれら小歯車の外側に位置する共通の内歯車と噛み合わせてなる気相成長装置において前記自転サセプタの外周部に一体に形成された前記小歯車は、前記自転サセプタ外周部の水平方向外側へ突出することなく、ベアリングの上部に位置するよう形成されることを特徴とする。
請求項２の発明に係る気相成長装置は、原料ガス導入口、半導体ウエハを加熱するヒータ及びガス排出口を有すると共に、各々半導体ウエハを保持する複数個の自転サセプタ及びこれら自転サセプタを夫々ベアリングを介して回転自在に設置した円板状の公転サセプタを有し、前記複数個の自転サセプタを前記円板状の公転サセプタの周辺部に環状に並べて配置すると共に、前記複数個の自転サセプタの外周部に夫々形成された小歯車をこれら小歯車の内側に存在する共通の外歯車と噛み合わせてなる気相成長装置において、前記自転サセプタの外周部に一体に形成された前記小歯車は、前記自転サセプタ外周部の水平方向外側へ突出することなく、ベアリングの上部に位置するよう形成されることを特徴とする。

本発明の気相成長装置によれば、ベアリングを介して公転サセプタ上に回転自在に載置される自転サセプタに一体に設けられる小歯車の位置を、前記自転サセプタの水平方向外側へ突出させることなく、前記ベアリングの上部に位置するようにしたため、その分自転サセプタの直径を小さくすることができる。そして、これにより公転サセプタ上に載置される自転サセプタの数を増やすことができるため、一回の工程で生産される、表面に半導体結晶の薄膜が成長された半導体ウエハの数を増やすことができ、半導体ウエハの生産性の確実な向上を図ることができる。

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る気相成長装置の断面を示す模式図である。気相成長装置１は、円板状の公転サセプタ８の中心に向かって原料ガス３が下から導入されるように下方に原料ガス導入口２が設けられている。さらに、円板上の公転サセプタ８の中心から側方に向かって排出ガス４が、放射状に排出されるように側方にガス排出口５が設けられている。また、直径７６mmの１４枚の半導体ウエハ６は、公転サセプタ８と同一面上において夫々自転サセプタ７によって表面を下向きにして保持される。自転サセプタ７上の半導体ウエハ６は、ヒータ９により加熱され、加熱された半導体ウエハ６の表面上で原料ガス３が熱分解することによって結晶成長が行われる。自転サセプタ７は、夫々ベアリング１２を介して公転サセプタ８上に回転自在に載置されている。自転サセプタ７の外周部には小歯車１３が一体に形成されている。その小歯車１３の外側には、気相成長装置１の内壁に一体に設けられた共通の内歯車１４があり、前記小歯車１３と前記内歯車１４とは、夫々図４のように噛み合っている。公転サセプタ８は、中心部にモーター１０の軸１１が連結されており、モーター１０の駆動によって回転するようになっている。前記のように自転サセプタ７の小歯車１３と内歯車１４とが噛み合っているので、モーター１０によって公転サセプタ８を回転させると、自転サセプタ７は公転と同時に自転する。本実施例では、図２に示すように、自転サセプタ７の外周部に一体に設けられる小歯車１３の位置を、自転サセプタ７外周部の水平方向外側へ突出させることなく、ベアリング１２の上部に位置するようにした。このように小歯車１３の形成位置を変更することにより、図３にみられる通り、自転サセプタ７自体の大きさ（直径）を図９の従来技術の場合よりも一回り小さくすることができる。この結果、例えば図９の従来技術の場合では、直径７６mmの半導体ウエハを１２枚配置しているが、本実施例では、１４枚配置することが可能となる。この場合、半導体ウエハの枚数が増加したことにより、半導体ウエハの生産性は約１７％向上する。因みに、図９及び図３の例について従来技術における自転サセプタの直径は１１１mmであるが、本発明における自転サセプタの直径は９９mmである。このような自転サセプタの直径縮小による効果は、公転サセプタの直径が大きい程効果的である。

本発明は、上記実施例に限定されることはなく、種々変形して実施することができる。図５は本発明の他の実施例に係る気相成長装置の断面を示す模式図である。図１の実施例では、モーター１０の軸１１を公転サセプタ８中心に取り付けることによって公転サセプタ８を回転させていたが、図５の実施例では公転サセプタ８０の外周に外歯車１８を設け、その外歯車１８をモーター１００の軸に連結された駆動歯車１７と噛み合わせることで、公転サセプタ８０を回転させるようにしている。

また、図６は他の実施例に係る気相成長装置の断面を示す模式図である。図５の実施例の場合、自転サセプタ７の小歯車１３は、装置内壁の内歯車１４と噛み合い、自転サセプタ７は、公転サセプタ８０の回転と共に公転しながら自転する。しかし、図６の実施例の場合は、自転サセプタ７０の小歯車は、モーター２００の軸に連結された外歯車１８と噛み合っており、モーター２００の駆動によって回転され、自転の動作を行う。

本発明の一実施例に係る気相成長装置の断面を示す模式図である。図１におけるＡ部の拡大図である。図１の内部における公転サセプタ、自転サセプタ及び内歯車の位置関係を示す上面図である。図３におけるＢ部の拡大図である。本発明の他の実施例に係る気相成長装置の断面を示す模式図である。本発明の別の他の実施例を示す気相成長装置の断面を示す模式図である。従来技術の実施例に係る気相成長装置の断面を示す模式図である。図７におけるＣ部の拡大図である。図７の内部における公転サセプタ、自転サセプタ及び内歯車の位置関係を示す上面図である。図９におけるＢ部の拡大図である。

符号の説明

１気相成長装置
２原料ガス導入口
３原料ガス
４排出ガス
５ガス排出口
６半導体ウエハ
７自転サセプタ
８公転サセプタ
９ヒータ
１０モーター
１１軸
１２ベアリング
１３小歯車
１４内歯車
１５噛み合わせ部

Claims

原料ガス導入口、半導体ウエハを加熱するヒータ及びガス排出口を有すると共に、各々半導体ウエハを保持する複数個の自転サセプタ及びこれら自転サセプタを夫々ベアリングを介して回転自在に設置した円板状の公転サセプタを有し、前記複数個の自転サセプタを前記円板状の公転サセプタの周辺部に環状に並べて配置すると共に、前記複数個の自転サセプタの外周部に夫々形成された小歯車をこれら小歯車の外側に位置する共通の内歯車と噛み合わせてなる気相成長装置において、前記自転サセプタの外周部に一体に形成された前記小歯車は、前記自転サセプタ外周部の水平方向外側へ突出することなく、ベアリングの上部に位置するよう形成されることを特徴とする気相成長装置。
原料ガス導入口、半導体ウエハを加熱するヒータ及びガス排出口を有すると共に、各々半導体ウエハを保持する複数個の自転サセプタ及びこれら自転サセプタを夫々ベアリングを介して回転自在に設置した円板状の公転サセプタを有し、前記複数個の自転サセプタを前記円板状の公転サセプタの周辺部に環状に並べて配置すると共に、前記複数個の自転サセプタの外周部に夫々形成された小歯車をこれら小歯車の内側に存在する共通の外歯車と噛み合わせてなる気相成長装置において、前記自転サセプタの外周部に一体に形成された前記小歯車は、前記自転サセプタ外周部の水平方向外側へ突出することなく、ベアリングの上部に位置するよう形成されることを特徴とする気相成長装置。