JPH01249694A - 化合物半導体の気相成長装置および気相成長方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は化合物半導体のエピタキシ■ル気相成長装置に
係り、特に組成の異なる複数の成長膜を一度に多数枚の
基板ウェハーにわたって均一性良く形成させる化合物半
導体気相成長装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、化合物半導体気相成長装置に於て反応ガスを水平
方向に流す第２図に示される横型炉と、］−下方向に流
す縦型炉かあり、縦型炉には、基板ウェハー載置用基台
の形状と基板ウェハーの載置の仕方、反応ガスの流し方
によってそれぞれ第３図〜第５図に示されるバレル型、
パンケーキ型、チムニ型等か知られている。成長膜の厚
さや、キャリア濃度、移動度等に関するノ、（板ウェハ
ー面内の均一性を向−１−させ、且つ生Ｊｔ性を向」−
させる為基板ウェハーの自転機構、多数枚の基板ウェハ
ーを載置した基板ウェハー載置用基台を回転させる機構
、あるいはそのｉｒ＋Ｕ方を取入れた機構等が使用され
ている。

しかし、気相成長用基板ウェハーを出発利料とする化合
物半導体気相成長装置の高性能、高機能化の為には、成
長膜の厚みや組成を１原子層程度で制御する必要が生じ
ているが、生産性と均一性向上を１・１指した従来の気
相成長装置では反応槽の容積が大きくなり、ガス流の切
換え、断続を原子層程度の成長時間内に行なう事が困難
であるという欠点があった。

［発明の解決しようとする課題］ 従来技術では、生産性を向−Ｉ−さぜる［」的で気相成
長装置に一度にチャージする基板ウェハー枚数を増加さ
ぜるど、反応ガス、キャリアガスのガス流や温度分布−
９の制御が難しくなり、−般に成長膜の膜厚等のばらつ
きが大きくなる傾向にあった。

この成長膜のばらつきを低減する目的で、第３図、第４
図に示されるように基板ウェハー５を基板ウェハー載置
用基台４の中心軸のまわりに公転させる機構や、第２図
の横型炉の場合にも基板ウェハー載置用基台４而内で基
板ウェハー５を自公転させる機構が取り入れられている
が、チャージ枚数が多くなるとやはり第６図に示される
ように膜厚及びキャリア濃度のばらつきが大きくなる傾
向があり、前記ばらつきの低減は充分ではない。

また、チャージ枚数が多くなると反応槽の容積が大きく
なり反応ガスの切換１１５・間が長くなる欠点が生じる
。さらに回転機構がある場合は、均一性を保持する為に
最低一周期の間は反応ガスを切換えない方が良い。これ
らの理由で、急峻な組成変化を要する多層構造のエピタ
キシャル成長膜を得るには従来構造でチャージ枚数を増
加させた気相成長装置では困難であった。

［課題を解決するだめの手段］ 本発明は以」−の問題点に鑑みなされたもので、化合物
半導体の基板ウェハー載置用基台と、ガス導入管とガス
排出管とからなるガス導入υ１出手段とが電封容器内に
収容されて、前記基板ウェハー載置用基台と前記ガス導
入刊−出手段とが相対的に回動することを特徴とする化
合物半導体の気相成長装置を提供するものである。

第１図に示す本発明による化合物半導体の気相成長装置
の１実施例に基き説明する。第１図（ａ）は気相成長装
置を側面からみた模式図であり、第１図（ｂ）は上方か
らみた模式図である。

多角形断面を持つバレル型の基板ウェハー載設用基台１
４の側面に複数の基板ウェハー１５を周期的にかつ１側
面のみ間引きして間引き領域１６を設けて配置し、直立
または直立に近い角度で保持させ、基板ウェハー載置用
基台１４は回転軸１６で支持され回転させることができ
る。間引き領域１６は、その領域がガス導入管１２の開
口部を通り過ぎる時間内に反応ガスの供給開始や停止を
行う目的て設げられる。開口部かスリッｌ−状のガス導
入ノズルを有するガス導入管ＩＺをその開口部が基板ウ
ェハー載置用基台１４側面と対向するように配置し、ま
たガス導入管１２の開１−１部の最長部は少なくともノ
、（板ウェハー１５の最大径より大きく、基板ウェハー
載置用基台１４を回転させた時、ガス導入管１２の基板
ウェハー載置用基台１４側面への射影軌跡が、基板ウェ
ハー１５を隅なく覆うようにガス導入管１２を配置させ
る。ガス導入管１２の周囲を囲むようにしてガス排出管
１３をガス導入管１２に近接して配置する。

ガス導入管１２とガス排出管１３の組は、必要に応して
基板ウェハー載置用基台１４回転軸を中心とした円周上
に複数個設置する６Ｖかてきる。さらに複数個のガス導
入管Ｊ２の各々に組成の異なる反応ガスを流すことかで
きるし、また反応ガスを１種類づつ独立にガス導入管１
２に流すこともてきる。上記の基板ウェハー載置用基台
１４と、ガス導入管１２と、ガス排出管］３の開口部を
全て収容する密Ｊｏ１式の反応槽１１を設ける。反応槽
１１はステンレス製でも石英製でもよく、水冷構造にす
ることもできる。基板ウェ／＼−載置用基台１４は基板
ウェハー１５の加熱体となるものでグラファイト製を用
い、反応槽１１の外側をとり囲むように誘導コイルを設
置し高周波発振器からの電力を得て加熱する事ができる
。この場合の反応槽１１は石英製を用いる。また、基板
ウェハー載置用基台１４の内側に加熱用赤外線ランプ、
またはヒーターを設は内側から加熱する事もできる。こ
の場合は基板ウェ／＼−装置用基台１４の材料をグラフ
ァイトに限るものではない。

基板ウェハー載置用基台１４とガス導入手段であるガス
導入管１２およびガス排出手段であるガス１ノ１出管１
３は、相対的に回動すれば良く、どちらか一方を固定的
に設置１７ても良い。ガス導入管１２の開口部は、基板
ウニ／＼−１５に対面する場合は、第１図（Ｃ）の開口
部の正面図に示すようにスリッＩ・状が好ましく、より
好ましくはスリット状の開口部の最長部が基板ウェハー
１５の最大径以上であれは、反応ガスを基板ウェハー１
５の全面に隅なく接触させることができる。図中斜線部
は開１１部を示し、壁面１７はガスをノ１（板ウェハー
１５面を中心とする狭い空間から漏出するのを防ぐため
に設ける。

［作用］ 本発明に於て、スリット状のガス導入ノズルを有するガ
ス導入管とガス導入管に近接して設置したガス排出管は
、反応ガスを基板ウェハーを含む基板ウェハー載置用基
台側面近傍の狭い空間にとどめておく為に設けられる。

ガス導入管から噴出した反応ガスは基板ウェ／＼−面に
衝突し基板ウェハー面と平行に流れていくが、直ちにガ
ス排出管に吸いとられてしまい、それ以上は拡がらない
。基板ウェハー上の反応ガス１１１はある瞬間では基板
ウェハー面」−で不均一であるが、基板ウェハー載置用
基台の回転によって平均化され均一になる。反応ガスの
噴出量と基板ウェハー載置用基台回転速度を調整する事
によって、成長する膜厚を制御する事ができる。

複数個のガス導入管について組成の異なる反応ガスを流
し、各々独立に流量を調整してやれば、反応ガスの組成
と流量に応じた膜組成と膜厚の組を多層にわたって成長
させる事ができる。

従来の気相成長装置では、異なった組成の膜をｉ！ｉ！
続成長させる場合には反応ガス流量比を変化させるか、
別種の反応ガスに切替えて行なっていたので、反応槽内
の反応ガスの置換時間を要したが、本発明では、反応ガ
スの切替えを基板ウェハー載置用基台の回転によって行
なっているので、その切替え時間は従来法に比べ格段に
短かくできる。

［実施例］ 次に第７図の模式的平面図に従って本発明の１実施例を
説明する。気相成長用の基板ウェハー１５をグラファイ
ト製で水平円盤型の基板ウェハー載置用基台１４に載置
し、基板ウェ／＼−載鐙用基台１４をその中心を軸とし
て回転させ、基板ウェハー載置用基台１４下部に設けら
れた加熱装置、例えば渦巻状ヒーター、赤外線ランプ、
または高周波誘導コイルによって基板ウェハー載置用基
台１４および基板ウェハー１５を加熱、昇温する。基板
ウェハー載置用基台１４とガス導入管１２、ガスυ１出
管１３．および加熱装置ざＬ等は図示しないが気密構造
の反応槽の中に収められる。反応槽は真空ポンプに接続
され、反応槽内を減圧する事も可能である。基板ウェハ
ー載置用基台１４および基板ウェハー１５の昇温時には
ガス導入管１２から、化合物半導体の基板ウェハー１５
の構成元素を１種類以上含む反応ガスをキャリアガス（
Ｈ２）と共に反応槽内に供給し、基板ウェハー１５から
の構成元素の解離蒸発を防ぐ。

化合物半導体のノ、（板ウェハー１５の温度は、パイロ
メーターや熱電対等の手段によって測定し、所定の温度
に達したら反応ガスをスリット状の開口部を有するガス
導入管１２から噴出させる。反応ガスの供給開始や供給
停止のタイミングは、基板ウェハー載置用基台１４上に
載せられｌま た）、（板ウェハー１５全数および基板ウェハー１５面
に於て均一な膜を成長させるのに、厳重な制御を行なう
必要があるが、基板ウェハー載置用基台１４上に間引き
領域１８を設け、間引き領域１６の領域がガス導入管１
２の開１−１部を通り過ぎる時間内に反応ガスの供給開
始や停止を行なえば、基板ウェハー載置用基台１４上の
基板ウェハー１５全数にわたって均一な成長膜を得る事
ができる。

さて、スリット状の開口部を有するガス導入？６・１２
かも噴出した反応ガスは、基板ウェハー１５に衝突して
、基板ウェハー１５表面で反応し成長膜を形成する。キ
ャリアガスと余剰の反応ガスは、基板ウェハー１５表面
に平行に流れた後、上昇気流となって近接したガス排出
管１３に吸いとられ、それ以」−は拡がらない。従って
ガス導入９’ｉ’　１２の開口部近傍に基板ウェハー１
５がきた時のみ成長膜が形成される。基板ウェハー載置
用ス（台１４は回転押動しているので円周方向に反応ガ
ス供給の不均一があっても成長膜は均一化される。また
基板ウェハー１５に自転運動を与える事によって、基板
ウェハー載置用基台１４の径方向についての不均一も均
一化される。複数個のガス導入管１２とガス排出管１３
の組を設けであるので、組成の異なった膜例えばＧａＡ
ｓと　ＡｌＧａＡｓを交互に連続成長可能である。反応
ガスが供給されている領域は、ガス導入管１２とガス排
出管１３の近傍に限定されているので極めて速やかに供
給開始、停止の切換えが可能である。

また、図には示していないがガス導入管１２に反応ガス
供給用ノズルとキャリアガス供給用ノズルを別個に反応
槽内に設け、反応槽内圧力を調整する事が可能である。

複数のガス導入管１２の中の少なくともひとつを上記構
成とし、この目的に用いることも可能である。

以上説明したように第７図の構成によって組成の異る化
合物半導体膜を交互に連続的に均一性良く気相成長する
小ができる。

第８図は本発明のもう１つの実施例を示したもので、基
板ウェハー１５を垂直に近い角度で載置できる多角柱状
（バレル型）の基板ウェハー載置用基台１４と基板ウェ
ハー載置用基台１４側面の下部に設けられ開口部が１−
向きで多角柱状の基板ウェハー載置用基台１４側面に沿
って反応ガスを供給できるように設けたスリット状の開
口部を有するガス導入管１２と、基板ウェハー載置用基
台１４側面の」一部にガス導入管１２と対向するように
設けられたガスυ［出管１３と、上記基板ウェハー載置
用基台１４、ガス導入管１２とガス排出管１３の少なく
とも開口部を収容する気密構造の反応槽１１とからなる
。この場合、ガス導入管１２とガス掴出管１３の開］」
部はスリッ）・状でなくても良く、円形、四角形等でも
使用できる。

基板ウェハー１５に自転運動なゲえ、多角柱状の基板ウ
ェハー載置用基台１４を緩やかに回転させる。加熱方法
は、抵抗加熱でも、赤外線ランプの照射でも、高周波誘
導でも良い。反応ガスはガス導入管１２の開口部とガス
排出管１３の開口部を結ぶ領域近傍に限定され拡がらな
い。化合物半導体の膜はガス導入管１２近傍を通り過ぎ
る時だけ成長し、基板ウェハー１５面内および基板ウェ
ハー載置用基台１４」−に載置させた基板ウェハー１５
間に於て極めて均一な成長膜を得る事ができる。またガ
ス導入管１２とガス排出管１３の組を複数個設ける事に
より、組成の異なる膜を急１唆な組成変化をもって連続
的に成長させる事ができる。

［発明の効果］ 本発明は、反応ガスの種類を基板ウェハー載置用基台の
回転によって切り科えることができるので、その切り替
え時間が従来装置に比べ格段に短くできる。従って、膜
厚を原子層程度で制御することが可能となり、急峻な組
成変化を有する多層構造の成長膜を、膜厚、キャリア濃
度、移動度のばら′）きを小さくして連続的に気相成長
させることができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図ど第７図と第８図は本発明の３つの実施例を示し
、第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）はバレル型の
基板ウェハー載置用基台を有する化合物半導体気相成長
装置の反応槽内を透視した模式的側面図と模式的平面図
とガス導入管及びガス排出管の開口部の正面図であり、
第７図は水平回転円盤型の基板ウェハー載置用基台を有
する化合物半導体気相成長装置の反応槽を除去した模式
的平面図であり、第８図（ａ）はバレル型の基板ウェハ
ー載置用基台を有する化合物半導体気相成長装置の反応
槽内を透視した模式的側面図であり、第８図（ｂ）は（
ａ）を図中矢印の方向から見た反応槽内を透視した模式
的側面図であり、第２図〜第６図は従来例を示し、第２
図は模型炉の反応槽内を透視した模式的側面図であり、
第３図〜第５図は縦型炉を示しそれぞれバレル型、パン
ケーキ型、チムニ型の基板ウェハー載置用基台を有する
反応槽内を透視した化合物半導体気相成長装置の模式的
側面図（第４図は模式的側断面図）であり、第６図は気
相成長膜のキャリア濃度、膜厚のばらつきを基板ウェハ
ーのチャージ枚数との相関で示すグラフである。 １】・・・反応ＨＩＪ１２・・・ガス導入管１３・・・
ガス排出管 工４・・・基板ウェハー載置用ノ、（台１５・・・基板
ウェハー　　１６・・・間引き領域第４１

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）化合物半導体の基板ウェハー載置用基台と、ガス
   導入管とガス排出管とからなるガス導入排出手段とが密
   封容器内に収容されて、前記基板ウェハー載置用基台と
   前記ガス導入排出手段とが相対的に回動することを特徴
   とする化合物半導体の気相成長装置。
2. （２）回転式基板ウェハー載置用基台と、開口部かスリ
   ット状のガス導入ノズルを有するガス導入管と前記ガス
   導入管の開口部にその開口部が近接して設けられたガス
   排出管の組を、それぞれの開口部を基板ウェハーに対面
   かつ近接させて前記回転式基板ウェハー載置用基台の周
   囲に複数組設置し、前記回転式基板 ウェハー載置用基台とガス導入管とガス排出管を密封さ
   れた反応槽内に収容してなる請求項１記載の化合物半導
   体の気相成長装置。
3. （３）回転式基板ウェハー載置用基台と、ガス導入管と
   前記ガス導入管の開口部にその開口部が対向して設けら
   れたガス排出管の組を、それぞれの開口部を基板ウェハ
   ーの周囲に対向させて前記回転式基板ウェハー載置用基
   台の周囲に複数組設置し、前記回転式基板ウェハー載置
   用基台とガス導入管とガス排出管を密封された反応槽内
   に収容してなる請求項１記載の化合物半導体の気相成長
   装置。
4. （４）回転式基板ウェハー載置用基台の周辺部に複数の
   化合物半導体の基板ウェハーを周期的にかつ少なくとも
   １ヶ所を間引きして配置 し、ガス導入手段と、前記ガス導入手段の開口部にその
   開口部が近接あるいは対向して設けられたガス排出手段
   とからなるガス導入排出手段を、前記回転式基板ウェハ
   ー載置用基台の１回転周期のうちある時間だけ１つの基
   板ウェハー面に反応ガスが接触するよう前記回転式基板
   ウェハー載置用基台の周囲に複数設置し、前記回転式基
   板ウェハー載置用基台とガス導入排出手段を密封された
   反応槽内に収容することを特徴とする化合物半導体の気
   相成長方法。