JPH01145806A - 有機金属気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業−１−の利用分野］ 本発明は、自°機金属気相成長法による結晶成長装置に
係わり、特に外界からの水分、酸素の侵入を排除して高
品質のエピタキシャル結晶をｆＵることができる装置に
関する。

［従来の技術］ 半導体ｒ１を結晶層を成長させる際、半導体基板上に半
導体１１１結晶層を成長するエピタキシャル成長法が広
く用いられる。このエピタキシャル成長法のなかで、有
機金属成長法（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｖａｐｏ
ｒＰｈａｓｅ　ｉ：ｐｌｔａｘｙＮ以下ＭＯＶＰＥと略
記）が注目されている。

これは、トリメチルガリウム（Ｇａ　（ＣＨａ）　３）
やトリｘ　＋ルフルミニウムＣＡＱ　（Ｃ２Ｈ５）３）
　”ｒ（１）６ｍ金属ガスとアルシン（Ａ　Ｓ　Ｈ３）
やホスフィン（ＰＨ３）を原料として、それらを熱分解
させて、エビタキ／ヤル成長させる方法である。

ＭＯＶＰＥ法は、精密な制御が可能であり、大量生産に
も向いているといわれ、半導体製造技術の中で重要な地
位を占めるようになった。

ＭＯＶＰＥ法により製造されたエピタキシャル成長層の
特性は、成長装置内の雰囲気に強く影腎を受ける。すな
わち、アルミニウムやアンチモン等の酸化しやすい成分
を含む半導体製品を製造する場合、酸素や水分がＭＯＶ
ＰＥ装置内に少しでも残留していると、その特性が２し
く劣化するという問題があった。そのため、酸素や水分
がＭＯＶＰＥ成長装置内に侵入しないようにするための
工夫が従来よりなされている。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来から酸素や水分等の侵入を防ぐため、配管の高気密
化や、単独に真空排気できる準備室を設け、成長用半導
体ウェハは、この準備室を通じて成長室内を大気にさら
すことなく、チャージできるような方法がとられてきた
。

特に、真空準備室を設ける方法は、有効ではあるが、ウ
ェハやウェハホルダー等に吸着した打害ガス成分を完全
に除去するには相当時間にわたる１°〔空ＪＪＩ気を必
要とする問題があった。

［発明の構成コ 本発明の目的は、」二連の問題点に鑑み、外界の水分、
酸素の侵入を防ぎ高品質のエピタキシャル結晶を安定に
成長できる量産型の有機金属気相成長装置を提供するこ
とにあり、端的にはｆ〔空準備室に半導体ウェハ及びウ
ェハホルダーの加熱機構を設けるか、更にこの加熱機構
を設けた１°〔空準備室にラジカルを導入できるように
構成したものである。

以下、図面に示す実施例により本発明を説明する。

第１図はｒ〔空準備室内に加熱機構を設けた例である。

１１は二重壁よりなる成長室を示し、この二重壁に上下
位置で冷却水人口１３と冷却水出［１１２が取り付けら
れる。８は原料ガス供給系であり、成長室１１の原料ガ
ス導入口９とパイプで連結される。

図示していないが、原料ガス導入口９は成長室内におい
て横方向に移動できるように構成する。１５はサセプタ
ーであり、サセプター回転機横目によって回転できるよ
うに構成される。サセプター１５の裏面にはヒーターＩ
６が配置され、成長室１１の外側のヒーター用電流導入
端子Ｉ７と接続される。成長室ＩＩは成長室排気系ＩＯ
と連結される。

成長室■の上部にはゲートバルブ７により、成長室■と
分離して真空準備室３が設けられる。１゛〔空準備室３
はターボ分子ポンプよりなる真空準備室用排気系２と連
結される。４はウェハ出し入れ用の扉である。

６はｊ１空準備室３内に設置される加熱機構であり、図
示していないが、横方向に移動できる構成となっている
。５は加熱機構６の上面に載置されたウェハホルダーで
ある。このウェハホルダー５に対応して、ｒ〔空準備室
３のに部にウェハ搬送機構１が取り付けられ、その把手
１′は０ｉ１記サセプター１５の上面までのびるように
構成されている。

真空準備室３は、このように扉４により外界に通じ、ま
た気密に閉じることができ、ゲートバルブ７により成長
室ＩＩと分離され、加熱機構６を備え、独立に排気でき
る。

ここに、本装置によりＧａＡｓウエノ１」二にＡＱＧａ
Ａ−エビタキ７ヤル成長させた例について説明する。

エピタキシャル成長用ＧａＡｓウエノ１はウェハホルダ
ーに搭載され、１′ｒ、空学備室３の加熱機構６−１−
に配置される。１′ｃ空準備室排気系２により約１５分
で３　Ｘ　ｌＯ−＠Ｔｏｒｒの１１空度まで排気される
。その後、加熱機構６に通電し、Ｇ−Ａｓウニ／％温度
が約４００℃となるまで加熱し、約３０分間保持する。

この際、外温直後は一時的に１０−’Ｔｏｒｒ台の１１
空度まで悪化するが、次第に回復し、１０−’Ｔｏｒｒ
台となる。

次にゲートバルブ７を開けてｌ０＝Ｔｏｒｒ台に維持さ
れた成長室ＩＩ内のサセプター１５上に、ウニ／１はウ
ェハホルダー５と一緒に、搬送機構１の把手１′によっ
て運ばれ、セットされる。このとき、加熱機構６及び原
料ガス導入口９は、さきに説明したように移動できるよ
うに構成されており、搬送の邪魔にならない位置に後退
させているので、ゲートバルブ７を閉じてから、すくな
くとも原料ガス導入口９は元位置に復帰させる。

０℃に保持したトリメチルガリウムをバブリングした水
素を７．５ｓｅｃ＋Ｉｎ　２０’Ｃに保持したトリメチ
ルアルミニウムをバブリングした水素を１０　、Ｏ８（
！０１１％水素ベースＩＯ％アルシンを３００ｓｃｃ騰
、トータル流量がｌ０００ｓｃｃ■となるよう純水素ガ
スを原料ガス導入口９より導入し、成長圧力１５Ｔｏｒ
ｒ、基板温度８９０℃、サセプター回転数１０ｒｐｍで
約３峙間成長させ、Ａ１２ＧａＡｓエピタキシヤル結晶
を得た。その後、上記と逆の順序で成長済みのウェハを
外部に取り出した。

比較のため、上記と全く同一の条件で、真空準備室で加
熱による吸若ガスの放出促進を施さず、ＡＱＧａＡｓエ
ピタキシャル成長を行った。この際、成長室ヘウエハ搬
送する前１特間真空排気し、２．５Ｘ　ＩＦ”　Ｔｏｒ
ｒであった。

上記双方のエピタキシャル結晶を室温のフォトルミネッ
センス測定により評価を行ったところ、真空準備室で加
熱処理したものの発光強度は加熱処理しないものに比較
して重０倍程度大きく、良好な光学特性を示した。

１“〔空準備室にセットされたウェハ及びウェハホルダ
ーなどに吸若したり、これらを真空準備室にセットする
ときに導入された大気中の酸素、水分等エピタキシャル
特性にとって有害となる成分は、大部分１′〔空準備室
を排気することにより除去されるが、短時間で排気でき
ない。この点本発明によればこれらウェハ、ウェハホル
ダーに吸若した水分、酸素等有害成分は加熱により促進
される。

しかし、これでも十分ではない場合のため、ｒＬ空準備
室内に水素ラジカルや塩素ラジカルを導入し、ウェハ、
ウェハホルダーに対する加熱しつつ、化学反応によって
吸若した有害成分の除去をより完全に行ない、短時間の
うちに清浄な状態で成長室に投入できる状態とすること
が必要である。

第２図に示す実施例は上述の目的にそう一実施例を示し
ている。

第１図に示した実施例と同一部分は同一符号で示すが、
異なるところは、ラジカル発生装置Ｉ８が付設され、こ
のラジカル発生装置Ｉ８が真空準備室３のラノカル導入
口１９とパイプで連結された点である。

ここに、第２図の装置を用い、ＧａＡｓウェハ上にＡＱ
ＧａＡｓエピタキシャル成長させた例について説明する
。

エピタキシャル成長用ＧａＡ１ウェハはウェハホルダー
に搭載され、ｆｃ空準備室３の加熱機構６上に配置され
る。ターボ分子ポンプからなる排気系２により約１５分
間で約３　Ｘ　ＩＯ＝　Ｔｏｒｒまで排気される。次に
カーボン製ヒータからなる加熱機構６に通電し、ウェハ
温度が約２５０℃になるまで加熱し、ラジカル発生装置
＋８より水素ラジカルを導入し３０分間保持した。

ラジカル発生装置１８においては、通常の高周波方式の
プラズマ発生装置を用い、ラジカルのみを抽出し、１°
〔空準備室内の水圧圧力が１．５Ｘ　ＩＦ３Ｔｏｒｒと
なるように導入した。前記３０分程経過後、水素ラジカ
ルを止めて％　１．５Ｘ　１Ｇ−＠Ｔｏｒｒまで真空度
を上げてから、ゲートバルブ７を開けて、搬送機構１の
把手１′によりウェハホルダー５をＩＯ−＠Ｔｏｒｒ台
に推持された成長室■内のサセプター１５にセットする
。

ゲートバルブ７を閉じてから、０℃に保持したトリメチ
ルガリウムをバブリングした水素を７．５ｓｅｃ園、２
０℃に保持したトリメチルアルミニウムをバブリングし
た水素をＩＯ，Ｏｓｃｃｍ、水素ベース１０窩アルシン
ガスを３００ｓｃｃ園、全流ｎがｌ０００ｓｃｃ園とな
るように水素ガスを導入し、成長圧力１５Ｔｏｒｒｓ基
板温度７００℃、サセプター回転数１０ｒｐ−で約３時
間成長させ、ＡＱＧａＡｓエピタキシャル結晶を得た。

比較のため、上記と全く同一条件で真空準備室での水素
ラジカル下での加熱処理を実施せず、ＡＱＧａＡｓエピ
タキシャル成長を行った。このとき、成長室へのウェハ
の搬送前に、１峙間ｒｃ″１２！排気し、２．４Ｘ　１
Ｇ−’　Ｔｏｒｒの真空であった。

双方のエピタキシャル結晶を室温の７オトルミネ１セン
ス測定により評価したところ、真空準備室で水素ラジカ
ル雰囲気下で加熱処理したものの発光強度は、加熱処理
しないものと比較して約１０倍大きく、良好な光学特性
を示した。

第２図に示した実施例装置によれば、化学反応により吸
むしたイ丁害成分の除去を完全に行うことができる。そ
して短時間のうちにｉｎ　ｔｆｆｌな杖態で成長室に投
入できる。

また、加熱だけでは、相当高温に昇温する必要があるが
、活性なラジカルを導入することにより、それ程高温に
半導体ウェハを加熱する必要もなくなる。

塩素ラジカルを用いても同等の効果が得られる。

以上、第１図、第２図により説明した実施例ではウェハ
１枚成長の装置として示したが、本発明装置によれば、
多数枚同峙成長の量産装置にも適用できる。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、ＭＯＶＰＥ成長室
への半導体ウェハの投入に際し、酸素や水分等エピタキ
シャル特性にとってを害成分の成長室内への侵入を防ぐ
ことができ、その結果、高品質なエピタキシャル成長が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれ本発明の実施例を示す。 １・・・ウェハ搬送機構、２・・・ｊｉ［空塗備室用排
気系、３・・・１′〔空帛備室、４・・・出し入れ用扉
、５・・・ウェハホルダー、６・・・加熱機構、７・・
・ゲートバルブ、８・・・原料ガス供給系、９・・・原
料ガス導入口、■・・・成長室ＩＪ［気系、■・・・成
長室、！２・・・冷却水出口、１３・・・冷却水入口、
１４・・・サセプター回転機構、１５・・・サセプター
、＋６・・・ヒーター、１７・・・ヒーター用電流導入
端子、＋８・・・ラジカル発生、　１９・・・ラジカル
導入Ｌ１゜寡　ＩＦｉＡ 第　２　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）気密に閉じることができ、ゲートバルブにより成
   長室と分離され、独立に真空排気することができる真空
   準備室を持ち、該真空準備室を通じてエピタキシャル成
   長用半導体ウェハを成長室内のサセプターに搬送し、エ
   ピタキシャル成長を行う有機金属気相成長装置において
   、前記真空準備室内に、半導体ウェハ、半導体ウェハホ
   ルダーを加熱できる加熱機構を設けたことを特徴とする
   有機金属気相成長装置。
2. （２）気密に閉じることができ、ゲートバルブによって
   成長室と分離され、独立に真空排気することができる真
   空準備室を持ち、該真空準備室を通じてエピタキシャル
   成長用半導体ウェハを成長室のサセプターに搬送し、エ
   ピタキシャル成長を行う有機金属気相成長装置において
   、前記真空準備室に、半導体ウェハ、半導体ウェハホル
   ダーを加熱する加熱機構を設けるとともに、別に設置し
   たラジカル発生装置からのラジカルの導入口を設けたこ
   とを特徴とする有機金属気相成長装置。