JPH02109323A - バレル型気相成長装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、基板上に薄膜を形成するバレル型気相成長装
置に関する。

〔従来の技術〕

従来から、気相成長ガス中の原料ガスを熱化学反応させ
て反応生成物を基板面に堆積させ、成長膜（薄膜）を形
成することによって成膜基板を得ることが行われており
、多数の基板を一度に成膜処理する装置としてバレル型
気相成長装置が用いられている。

第２図は、従来のバレル型気相成長装置の一例を示すも
ので、このバレル型気相成長装置１は、ｍ部にガス導入
管２が、下方側部にガス排出管３゜３がそれぞれ連設さ
れ、かつ外周にＲＦコイル４を巻き付けたキャップ状の
反応管５の内部に、上下動及び回転可能な軸部材６の上
端に支持させた保持台７を設け、更にこの保持台７の」
二にフローチャンネル８を載置したものである。

上記保持台７は、基板の保持と加熱とに用いるもので、
カーボン製の多角錐台状体の側面に、複数の基板取付部
７ａ、７ａを穿設したものである。

また、フローチャンネル８は、上方から導入される気相
成長ガスの整流と予備加熱に用いるもので、滑らかな表
面を有する石英ガラス製の弾頭状カバである。

このバレル型気相成長装置１を使用して気相成長を行う
には、まず保持台７の基板取付部７ａに基板を取り付け
た後、ＲＦコイル４に通電して保持台７を誘導加熱し、
基板を所定の温度に保持すると共に、ガス導入管２から
反応管５内に気相成長ガスを導入して行う。

即ち、反応管５内に導入された気相成長ガスは、フロー
チャンネル８で整流されて円滑に下方に流れるとともに
、該フローチャンネル８は保持台７からの熱伝導により
昇温しでいるので、該フローチャンネル８で予備加熱さ
れて熱分解反応を開始し、反応生成物が基板上に堆積し
て薄膜を形成する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記従来のバレル型気相成長装置１ては
、反応生成物が、本来堆積すべき基板上だけでなく、こ
の周囲の保持台７やフローチャンネル８にも堆積する。

フローチャンネル８への堆積は高温になっている保持台
７近傍はど多く頂部では少ないが、いづれにしても基板
以外の保持台７やフローチャンネル８への堆積物は、有
害堆積物となって次第にその量が増加するにしたがって
剥離し、基板面に落下して薄膜の品質を低下させる。前
記有害堆積物のうち、特にフローチャンネル８に生ずる
有害堆積物は経験的に剥離し易い。

これは保持台７がカーボン製であるのに対しフローチャ
ンネル８は石英ガラス製であることに原因があるものと
推定される。

そこで通常は、気相成長処理をバッチ式で繰り返しなが
ら成長膜の欠陥率を調べ、該欠陥率が所定以上の割合に
なったら気相成長処理を中断して装置各部を清掃し、堆
積物を除去しているが、前記従来装置ではフローチャン
ネル８への有害堆積物の量が多いため開繁な清掃が不可
欠であり、生産性が悪かった。またフローチャンネル８
は取り外して外部で清掃する必要があるが、フローチャ
ンネル８は、整流作用を果たすために表面に突起物を設
けられないので、着脱しにくく保守が容易ではなかった
。

さらに、前記従来装置では、基板上の成長膜が均一の厚
さにならず、良好な成膜基板が得られない欠点があった
。これは、気相成長ガス中の原料ガスが反応生成物とな
って基板面に次々に堆積して減少しても、反応管５内の
外周側を流れる気相成長ガスからの原料ガスの補給が間
に合わず、このため基板面上に流れる気相成長ガス中の
原料ガスが下流側で減少する濃度分布となり、この結果
、基板面の成長膜が上流で厚く、下流で薄く形成される
ためである。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、均一な成
長膜を形成し得ると共に、基板より上流での前記有害堆
積物の量を減少させて生産性を向上させた気相成長装置
を提供することを１］的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、上部にガス導入管
、下部にガス排出管をそれぞれ備えたキャップ状の反応
管と、該反応管の内部に設けられた保持台と、該保持台
上に載置されたフローチャンネルとを備えてなるバレル
型気相成長装置において、前記フローチャンネルと反応
管との間に、該フローチャンネルを囲繞する区画部材を
配設し、該区画部材とフローチャンネルとの間を介在ガ
ス流路とし、区画部材と反応管との間を気相成長ガス流
路としたことを特徴としている。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図に基づいて説明する。

尚、前記第２図に示した従来例と同一要素のものには同
一符号を付して詳細な説明を省略する。

本発明のバレル型気相成長装置１１は、前記従来のバレ
ル型気相成長装置１のフローチャンネル８と反応管５と
の間に、該フローチャンネル８を囲繞するキャップ状の
区画部材１２を配設し、該区画部材１２とフローチャン
ネル８外面との間を介在ガス流路１３とし、区画部材１
２と反応管５内周面との間を気相成長ガス流路１４とし
たもので、該区画部材１２の頂部に介在ガス導入管１５
を連設するとともに、反応管５ｍ部のガス導入管２を二
重管構造に形成して、その内部側を介在ガス導入管］５
に連続する介在ガス導入部１６とし、外周側を気相成長
ガス導入部１７としている。

尚、上記気相成長ガスとは、少なくとも１種類の原料ガ
スを、例えば、水素（Ｎ２　）　、ヘリウム（Ｈｅ）、
アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）等の希釈ガスで希釈し
たガスであり、原料ガスとは、気相成長反応に寄与する
個々の成分ガスで、例えば、シラン（ＳｉＨ４）、アル
シン（ＡｓＨ３）。

等のガス、またはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）。

トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の蒸気である。

上記原料ガスは、［ｌ的に応じて単独で、または適宜混
合して使用され、例えばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板
にＧａＡｓ膜を形成するときは、ＡｓＨ３とＴＭＧ蒸気
の両原料ガスをＮ２で希釈した気相成長ガスを用いる。

一方介在ガスとしては、上記希釈ガス、またはこれに少
量の揮発抑制ガスを添加したものを用いることができる
。揮発抑制ガスとは、基板を構成する物質のうち、熱に
より揮発する成分の揮発を抑制するためのガスであり、
例えばＧａＡｓ基板の場合は、Ａｓの揮発を防止するた
めＡｓＨ３を抑制ガスとして用いる。

いずれのガスも、基板の種類や基板上に形成する薄膜の
種類、その他の条件により各種のガスを適宜用いること
ができる。

前記区画部材１２は、反応管５と同様の石英ガラス等で
形成されるもので、その下端開口縁１２ａが基板取付部
７ａより上方で、かつ介在ガス及び気相成長ガスが基板
面と略平行に流れるように形成されている。

上記区画部材１２の下端開口縁１．２　ａと保持台７の
基板取付部７　ａ　ｓ即ちこれに取付けられる基板の上
端部との距離は、前記気相成長ガス及び介在ガスの種類
、流量、反応時の温度や圧力等の諸条件により適宜設定
されるものである。

即ち、両流路１３．１４を別々に流れる気相成長ガスと
介在ガスは、前記下端開口縁１．２　ａを過ぎた後は、
相互に拡散しながら保持台７上の基板に向って流れ、介
在ガスは、原料ガス濃度を徐々に高めながら基板面に接
近する。基板面通過時には、介在ガス中の原料ガスが熱
分解し、反応生成物となって次々に基板面に堆積すると
共に、上記相斤拡散作用により、気相成長ガス中の原料
ガスが引き続き介在ガス中に混入してくる。

従って、上記下端開口縁１２ａと基板取付部７ａの上端
部との距離、介在ガス及び気相成長ガスの流速、気相成
長ガス中の原料ガス濃度等を適宜調節することにより、
気相成長ガス中から介在ガス中に拡散混入する原料ガス
量と、基板面へ堆積して介在ガス中から消失する原料ガ
ス量とを単位時間当りでバランスさせることができる。

これによって基板面通過時の介在ガス中の原料ガスを流
れ方向に均一な濃度分布とすることができ、均一な膜厚
の成長膜を形成でき、良好な成膜基板を得ることができ
る。

また前記区画部材１２内面とフローチャンネル８外面と
の距離は、装置の大きさや前記ガスの諸条件等により異
なるが、両者の距離が近過ぎると区画部材１２が保持台
７及びフローチャンネル８により熱せられるため高温と
なり、区画部材１２に前記有害堆積物が生ずる虞がある
。また両者の距離が離れ過ぎると原料ガスが介在ガス中
に拡散して基板に達するまでに相当の距離が必要となり
、装置の大型化を招き好ましくないため、例えば保持台
７を７００℃程度として気相成長を行うときには、１０
〜２０　ａｍ程度とするのが実用的である。

このバレル型気相成長装置１１での気相成長は、ガス導
入管２から反応管５内に気相成長ガスと共に介在ガスを
導入して行う以外は、前記従来装置と同様にして行うこ
とができる。即ち、保持台７の基板取付部７　ａ　ｌ、
：基板を取り付けた後、ＲＦコイル４に通電して基板を
所定の温度に保持し、ガス導入管２から反応管５内に気
相成長ガスと共に介在ガスを導入して気相成長を行う。

このようにバレル型気相成長装置１１を構成することに
より、フローチャンネル８部分には殆んど気相成長ガス
が接触しないので、該フローチャンネル８への有害堆積
物の堆積を大幅に減少させることができる。従って、基
板上方から落下する有害堆積物が減少し、これによる不
良品の発生を低減するとともに、装置内部の清掃回数も
低減でき、生産性を高めることができる。

さらに、従来有害堆積物として消費されていた原料ガス
が基板面に有効に堆積するため、原料ガスを有効に（り
用することができる。

また上記構成により、基板上を流れるガス中の原料ガス
濃度を最適なバランスに保つことができるので、基板面
の流れ方向における原料ガスの濃度分布を均一にするこ
とができ、基板上に均一な成長膜を形成することができ
るので、成膜基板の品質が高まる。

実験例 次に、前記の如く構成した本発明装置と前記従来装置と
を用いてＧａＡｓ基板にＧａＡｓ膜を形成する実験を行
い比較を行った。

直径３インチの基板を、底部のｆｆＬ径が２００１１Ｉ
＋ｗの保持台に１周６枚で２段、５１１２枚取付け、気
相成長ガスとしてＴＭＧｌ、Ｏｃｃ／薗、ＡｓＨ３３０
０ｃｃ／ｍｍ、　Ｈ２４０Ｄ　／ｍｉｎの混合ガスを用
い、また介在ガスとしてＨ＝　１０（１／ｍｉｎ、　Ａ
　ｓ　Ｈ１１Ｑｃｃ／ｍｉｘの混合ガスを用いた。また
反応管内に配設した区画部材は、区画部材内面とフロー
チャンネル外面との距離を１．５ｍｍ、区画部材下端開
口縁と基板上端との距離を５０ｍｍとした。

そして圧力を７６　Ｔｏｒｒ、即ち減圧気相成長の状態
で１時開成膜処理を行った。

比較として、区画部材を有しない従来装置で、同条件で
成膜処理を行った。

得られたそれぞれの成膜基板をガスの流れ方向に沿って
切断し、スティンエツチング方により膜厚検査を実施し
た。また複数回処理後の装置内の状態を［１視により観
察した。

その結果、本発明装置で成膜を行った基板には、略均−
な薄膜が形成されていたが、従来装置で成膜を行った薄
膜は、ガスの流れ方向に沿って徐々に膜厚が減少してい
るのが認められた。

さらに装置内の観察の結果、本発明装置のフローチャン
ネルにはａ害堆積物が認められなかったのに対し、従来
装置のフローチャンネルには多僅のａ害堆ｆｌｉ物か認
められ、得られた薄膜にも、このａ害堆槓物の落ドによ
る不良部分が発生していた。

尚、前記実施例では保持台をＲＦコイルで誘導加熱する
装置の場合で説明したが、保持台内部にヒータを設けて
加熱する抵抗加熱式や保持台に光を照射して加熱するラ
ンプ加熱式の場合にも有効である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のバレル型気相成長装置は
、フローチャンネルと反応管との間に区画部材を配設し
、介在ガスを介して気相成長を行なうよう構成したので
、基板上を流れるガス中の原料ガス濃度を最適な状態に
バランスさせることが可能となり、ｉ−多られる薄膜の
膜厚分布を均一化でき、品質の向上が図れる。また気相
成長時における基板の上流側での有害堆積物を減少する
ことができ、これの落下による不良品の発生を低減して
歩留りを向上させるとともに、清掃回数を減少でき、生
産性を向上させることができる。

さらに気＃１１成長ガスをａ害堆禎物として消費するこ
となく、有効に用いることができ、実用性が高い。

４、図面のｆｆｎ　ｉｎな説明 第１図は本発明装置の一実施例を示す断面ｉＦ而面、第
２図は従来装置の一例を示す断面正面図である。

２・・・ガス導入管　　３・・・ガス排出管　　５・・
・反応管　　７・・・保持台　　８・・・フローチャン
ネル１１・・・バレル型置（ｌ成長装置　　１２・・・
区画部材１３・・・介在ガス流路　　１４・・・気相成
長ガス流路１５・・介在ガス導入管 特　　許　　出　　願　　人　　１１　　本　酸　素　
株　式　会　社代理人　弁理十　　　木　　戸　　傳一
部間 木　　　　Ｐ　　　　　　　　　産 量 小　　　川　　　眞 薯１凹

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、上部にガス導入管、下部にガス排出管をそれぞれ備
   えたキャップ状の反応管と、該反応管の内部に設けられ
   た保持台と、該保持台上に載置されたフローチャンネル
   とを備えてなるバレル型気相成長装置において、前記フ
   ローチャンネルと反応管との間に、該フローチャンネル
   を囲繞する区画部材を配設し、該区画部材とフローチャ
   ンネルとの間を介在ガス流路とし、区画部材と反応管と
   の間を気相成長ガス流路としたことを特徴とするバレル
   型気相成長装置。