JPH03171721A - 半導体気相成長装置及び気相成長方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は半導体気相成長装置及び半導体気相成長方法に
係り、複数枚の半導体基板（以下、基板と略称する）に
対し同時成長が可能な量産形半導体気相成長装置及び半
導体気相成長方法における堆積膜の均一性の改善に関す
る。

（従来の技術） 半導体薄膜の複数枚同時戊長が可能な量産形半導体気相
成長装置として，最近基板自身が中心を軸として回転し
且つ基板を保持するサセプタ本体も回転するいわゆる自
公転形の装置が用いられるようになってきている．その
一例を第３図に示す。

この装置の特徴は、（ｉ）反応容器１０１内を流れる原
料ガスの流れの不均一によって生ずる基板間の膜厚の不
均一をサセブタ本体１０２の回転によって解消し、（五
）ＪＪＫ料ガスの消費効果及び境界層の分布によって生
ずるガスの流れ方向の膜厚の不均一に対しては、基板１
０３そのものを回転させることによって解消させている
点にある． このように自公転型の半導体気相威長装置は、原理的に
は従来のサセブタ本体のみを回転させる？転型の装置に
比べ、原料ガスの流れ方向に対する膜厚の不均一を改善
できる点で優れている．本発明者は上記の利点に注目し
、（Ｃｌ，）３Ｇａ　（略称；　ＴＭＧ）とＡｓｌｌ，
　（アルシン）ガスの熱分解を利用した砒化ガリウム（
ＧａＡｓ）結晶の気相成長法（ＭＯＣＶＤ法と略称）を
用いた気相成長装置を使用してＧａＡｓ基板上にＧａＡ
ｓの薄膜結晶を堆積させた。結晶成長を行うには、ＴＭ
ＧとＡｓＨ■とを大量の水素ガスで希釈した原料ガスを
導入口１０６より反応容器ｌＯｌ内に流し込みサセプタ
本体１０２とＧａＡｓ基板１０３を載置する基板支持体
１０４とで構成されるサセプタに導く。

サセプタはグラファイトで形威してあり、反応容器の外
周に設置した高周波誘導コイルにより加熱されているた
め原料ガスはこの近傍で分解しＧａＡｓ基板上にＧａＡ
ｓ結晶として成長することになる。戒長に寄与した後の
ガスは排気口１０７より排出される．このようにして形
威したＧａＡｓ基板面内の膜厚分布を調べた．その結果
は第４図の曲線（ａ）に示す如く，基板の中心部に対し
て周辺部が薄くなっており、しかもＧａＡｓ基板温度の
上昇に従って同図の曲線（ｂ）．　（ｃ）に示すように
、基板中心部の膜厚が均一な領域は少なくなり、ばらつ
きが大きくなっていた。

そこで，叙上のような膜厚のばらつきが発生する原因を
解明するため、まず原料ガスの流れ方向に対する膜厚分
布に注目し、ＧａＡｓ基板の回転（自転）を停止したサ
セプタ本体の回転（公転）のみで上記３種の基板温度で
結晶成長を行い，ガスの流れ方向に対する膜厚の分布を
調べた。第５図にその結果を示す。同図曲線（ａ）〜（
ｃ）に示すように膜厚はガスの流れ方向に対し上流側が
ら徐々に薄くなり、下流側で急激に減少していた。更に
この位置はＧａＡｓ基板の温度を高くするとともに上流
側にシフトしていくことが判明した。膜厚がガスの流れ
方向に対してこのような分布する原因は原料ガスが基板
温度上昇と共に上流側で消費されるために下流で急激に
成長速度が減少し、膜厚が薄くなっているものと考えら
れる。又、膜厚が基板内でこの様にばらついた場合、Ｇ
ａＡｓ基板自身を自転させても膜厚の不均一は解消され
ず、基板周辺部が薄くなることが容易に類推できる． 従って膜厚の均一性を改善するには原料ガスの消費効果
を極力防ぐことが重要であり、特に基板よりも上流側で
の原料ガスの分解を押さえることが必要であるためサセ
プタ本体の材料として高周波誘導加熱で熱せられるグラ
ファイトは不適当であるとの結論を得、本発明を達成し
た。

（本発明が解決しようとするＩＩ！ｉ！）上記従来の半
導体気相成長装置及び半導体気相成長方法による戊長膜
にはその膜厚に不均一を生ずる点が回避できないという
重大な欠点があった． 本発明は上記の欠点を除去するもので、基板上に半導体
結晶を気相成長させるに際し、サセプタ本体を絶縁体に
することにより特に原料ガスの流れ方向に対する膜厚分
布を改善し、成長膜厚の均一性を向上させる事の出来る
半導体気相成長装置及び半導体気相成長方法を提供する
ことを目的とする． 〔発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 本発明は、基板上に半導体結晶を成長させるに際し、基
板を保持し，且つ基板の中心を軸として回転する基板支
持体と．該支持体を複数個保持し回転するサセプタ本体
とで構成されるいわゆる自公転形サセプタのサセプタ本
体を電気絶縁材で構成して半導体の結晶成長を行う。

（作　用） 本発明にかかる半導体気相成長方法では基板上に半導体
結晶を成長させるに際して．基板を保持し、且つ基板の
中心を軸として回転する基板支持体と、該支持体を複数
個保持し回転するサセブタ本体とで構成されるいわゆる
自公転形サセプタのサセプタ本体の材料を絶縁体にする
ことによって半導体結晶の原料ガスの流れ方向に対する
膜厚分布を改善することにより結晶成長層の均一性を改
善できる． （実施例） 以下本発明の一つの実施例につき図面を参照して説明す
る．半導体気相成長装置の形状は第１図に示したように
基本的には従来と変わらないが、本発明の特徴は自公転
型になるサセブタ本体１２の材質を電気絶縁材で構成し
た点にある。．従って説明において従来と変わらない部
分には従来と同じ符８−をつけて示し、説明を省略する
。

本実施例では機械的加工が容易なセラミックス（マシナ
ブルセラミックス）中からその戒分が半導体の不純物に
なりにくいものとして選んだマイカセラミックスを加工
して形或し用いた。基板支持体１０４は従来通リグラフ
ァイトを用い高周波誘導コイル１０５により直接加熱さ
れる部分が基板１０３の周囲のみに限られるようにして
ある。

この様な半導体気相成長装置を用いＧａＡｓ基板上にＭ
ＯＣＶＤ法にてＧａＡｓ結晶を戒長させた。結晶成長時
の原料ガスの流量や成長時間、基板の自転数、公転数等
の成長条件は前記従来例での実験と同じにした。

第２図に示される曲線（ａ）〜（ｃ）はＧａＡｓ基板温
度を６４０〜７２０℃まで変えた３種類の基板に於ける
ＧａＡｓ結晶成長層の膜厚分布を示す。この図から膜厚
の基板温度依存性は若干残っているものの基板の周辺部
での膜厚の減少は大幅に改良され、更に成長温度が高く
なるほど効果が顕著になっていることが分かる。又、原
料ガスの消費効果が低減したことによって成長速度も改
善され、基板温度が最も高い７２０℃の結果では従来に
比べて２０％以」二改善されていた。

以上の実験結果から分かるように、結晶成長時にＧａＡ
ｓ基板より」二流側で原料ガスが加熱分解され下流側で
結晶成長速度が急激に低下することを防ぐため、サセプ
タ本体を絶縁物で構成することにより従来のように原料
ガスの消費効果により膜厚分布が悪化するのを防ぐこと
が出来，本発明による効果が明らかとなった。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の方法を用いれば膜厚の均一性
に優れた半導体結晶を複数枚同時に成長できるため、量
産型半導体気相成長装置を用いた気相成長法に適して好
適な、結晶成長方法を提供できる。

尚、本実施例ではＧａＡｓ結晶の戊長例のみを記載した
が、材料はこれに限定されるわけではなく，他の半導体
の結晶成長に用いて良い． 又、実施例ではサセプタ本体の材料としてマイカセラミ
ックスを使用したが、半導体結晶の戒長が行われる基板
温度に耐え、機械加工が可能な電気絶縁材であれば適用
出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による半導体結晶威長装置の概略を示す
断面図，第２図は本発明によるＧａＡｓ気相成長基板の
膜厚分布を示す線図，第３図は従来例に示した半導体結
晶成長装置の概略を示す断面図、第４図及び第５図は第
３図に示した従来例の半導体結晶成長装置によるＧａＡ
ｓ気相成長基板の膜厚の分布を示す線図である． １２，　１０２・・・サセプタ本体　　　１０１・・・
反応容器１０３・・・基板　　　　　　　　　１０４・
−・基板支持体１０５・・・高周波誘導コイル　　　１
０６・・・ガス導入口１０７・・・排気口 （ａ）・・・基板温度二６４０℃ （ｂ）・・・基板温度＝６８０℃ （ｅ）・・・基板温度：７２０℃

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板を保持するとともに半導体基板の中心
   を軸として回転する基板支持体と、該支持体を複数個保
   持し回転するサセプタ本体とで構成されるサセプタを反
   応容器内に配置し、前記反応容器の周囲に高周波誘導コ
   イルを配置してなる半導体気相装置に於いて、前記サセ
   プタ本体が電気絶縁材でなることを特徴とする半導体気
   相成長装置。
2. （２）前記特許請求の範囲第１項記載の半導体気相成長
   装置を用い基板支持体とサセプタ本体とを回転させなが
   ら半導体基板上に半導体結晶を堆積させることを特徴と
   する半導体気相成長方法。