JPH0345957Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は半導体基板の製造技術さらには化合物
半導体の気相エピタキシャル成長技術に係り、特
にクロライド法によりガリウム砒素（GaAs）等
の化合物半導体層を基板（ウエハ）上にエピタキ
シャル成長させる場合に利用して効果的な技術に
関する。

［従来の技術］ 従来の気相成長方法によるガリウム砒素半導体
層の形成は、例えば第３図Ａに示すように、横向
きに置かれた石英製反応容器１の中に、ソースと
なるガリウム（Ga）を入れた石英製ボート１０
とガリウム砒素の成長用基板２０（ウエハ）を支
持台３上に配置し、反応容器１の外周より抵抗加
熱炉１１でボート部を約850℃に加熱してHClと
反応させてGaClを発生させる。一方、支持台３
上のウエハ２０は、高周波コイル５によつて約
750℃に加熱してボート部で生成されたGaClと導
入パイプ７から供給されるAsH₃とを反応させて
ウエハ表面上にGaAsを析出させるようにしてい
た（特開昭60−109222号公報参照）。

［考案が解決しようとする問題点］ ところが、上記先願発明にあつては、ウエハ上
へのエピタキシャル成長にあずからなかつた余剰
のGaAs、GaCl、砒素など反応生成物の反応容器
１の内壁への析出については何ら考慮されていな
かつた。しかるにGaAs等反応生成物が反応容器
１の内壁に付着すると、容器内の温度プロフアイ
ルが変化したり、次回の気相成長の際に壁面に付
着していた堆積物がはがれてウエハ表面に付着し
て結晶欠陥を生じさせる等の不都合が生じる。そ
こで、反応容器１の内壁に付着した堆積物を除去
するため、容器の洗浄が必要となるが、従来の気
相成長装置では複雑かつ大型の反応容器全体を洗
浄しなくてはならないという問題点がある。

なお、反応容器を縦型として容器下部に設置さ
れたウエハに対し、上方より反応ガスを流下させ
てウエハ表面にGaAs層を気相成長させるように
構成された装置において、ウエハ支持台の下方に
スリーブを配設し、このスリーブに余剰反応生成
物を析出させて反応容器の内壁への堆積を抑制す
るようにしたものも提案されている。

しかしながら、上記気相成長装置にあつては、
余剰反応生成物を析出させるスリーブの高さや構
造については、ほとんど考慮されていなかつたた
め、反応容器内壁への余剰反応生成物の堆積を充
分に防止することができないとともに、洗浄のた
めのスリーブの取外しの際に堆積物が剥がれて落
下し、容器内を汚染するおそれがあることが分か
つた。

しかも、本考案者等が知得したところによる
と、余剰反応生成物の反応容器内壁への析出は、
実施する気相成長方法により異なり、原料の輸送
を水素化物の形で行なうハイドライド法では、ウ
エハの支持台よりも高い位置にて反応容器内壁へ
の析出があり、原料の輸送を塩化物の形で行なう
クロライド法では、主に支持台よりも低い位置に
て析出がある。

しかるに、反応容器内壁への余剰反応生成物の
堆積を抑制するスリーブの高さをあまり高くしす
ぎると、温度プロフアイルに悪影響を与えたり反
応ガスの流れをみだしたりするおそれがある。

さらに、容器内の支持台の下方に、高周波コイ
ルやランプ等の加熱手段その他の部品を置くよう
にした気相成長装置では、反応容器内壁への析出
のみならず支持台下方の部品への析出も、洗浄を
面倒にするため回避する必要があるが、従来のよ
うな一個のスリーブのみでは反応容器内壁および
支持台下方の部品への析出を同時に防止するのは
困難であつた。

この考案は上記のような背景の下になされたも
ので、その目的とするところは、実施する気相成
長方法に応じて反応容器内壁等への余剰反応生成
物の堆積を効果的に防止し、装置の洗浄を容易に
行なえるようにするとともに、堆積物による反応
容器内の汚染を防止してウエハ表面の欠陥を減少
させることにある。

［問題点を解決するための手段］ そこでこの考案は、上部の一端が閉塞され縦方
向に設置されたベルジヤー型反応容器の上部に
族原料の収容ボートを、またこの収容ボートの下
方に回転可能な基板支持台を配置し、この基板支
持台の回転中心を貫通するように複数種の反応ガ
ス供給用ノズルを反応容器のベース下部より上部
に向けて装着するとともに、上記収容ボートに対
応して第１の加熱手段を、また基板支持台に対応
して第２の加熱手段を配設し、かつ上記反応容器
内部、基板支持台の周囲に余剰反応生成物を析出
させる２重構造のスリーブを配設し、このスリー
ブの外筒と内筒との間に反応終了後のガスの排気
孔を臨ませ、さらに２重構造のスリーブの外筒
は、実施する気相成長方法に応じてその上端が基
板支持台とほぼ同一高さまたはそれよりも高くな
るように決定し、内筒はその上端が基板支持台よ
りも低くなるように決定するようにした。

［作用］ 上記手段によれば、余剰反応生成物析出のため
設けられたスリーブが２重構造であるので、スリ
ーブの外筒が反応容器内壁への析出物の堆積を抑
制し、内筒がウエハ支持台下方の部品への析出物
の堆積を抑制して、洗浄を容易にするとともに、
実施する気相成長法に応じてスリーブの外筒の高
さを変えているので、スリーブによる容器内の温
度プロフアイルや反応ガスの流れに対する悪影響
を少なくして均一な気相成長膜の形成を可能にす
ることができる。

［実施例］ 第１図には、ハイライド法により化合物半導体
気相成長を実施する場合に好適な気相成長装置の
一実施例が示されている。

この実施例では、一端が閉塞されたベルジヤー
型の石英製反応容器１が、閉塞端を上にして縦向
きの姿勢を保つようにベース２上に配置されてい
る。反応容器１は、上半分が小径部１ａ、下半分
が大径部１ｂとされ、大径部１ｂ内には円板状の
黒鉛製支持台３ａが配置されている。上半分が下
半分と同径の場合は基板上方の空間部の体積が大
となる結果反応ガスの停滞量が増大し、エピタキ
シャル成長層内の厚さ方向の不純物のドーピング
分布が急峻とならないでなだらかとなり、トラン
ジスタなどのデバイスの電気的特性に悪影響を及
ぼす。このため、上半分は機能の許すかぎり、で
きるだけ小径化することが好ましい。支持台３ａ
は、ベース２に対して回転自在に取り付けられた
円筒状の支持台３ｂの上端に固定されている。ま
た、支持台３ａの上面にはGaAs成長用基板たる
ウエハ２０が載置される収容凹部３ｃが、第３図
ｂに示す支持台３と同じように、等間隔をおいて
複数個形成されているとともに、支持台３ａの表
面には炭化ケイ素等からなる約0.3mmの被膜が形
成されている。この被膜によつて、支持台を形成
する黒鉛から発生する不純物を封じ反応容器内の
汚染を防止するとともに、エピタキシャル成長に
より支持台３ａの表面に析出したGaAsの王水洗
浄が容易にできるようになる。

また、上記支持台３ａの下方には石英製のコイ
ルカバー４を介して渦巻状の高周波コイル５が配
設され、コイル５に高周波電流を流すことにより
支持台３ａを誘導加熱させ、その上に載置されて
いるウエハを間接的に加熱できるようになつてい
る。

一方、上記支持台３ａの周囲、反応容器内側に
は、上端が開口された外筒６ａと内筒６ｂとから
なる２重構造のスリーブが、反応容器１およびコ
イルカバー４と僅かな間隔を置いて配置されてい
る。上記外筒６ａは、反応容器１の大径部１ｂと
テーパ部１ｃに対応し、上端が小径部１ａの下端
の高さと略一致するように形成されるとともに、
上記内筒６ｂはコイルカバー４とほぼ同一の高さ
となるように形成されている。また、上記ベース
２にはこの外筒６ａと内筒６ｂとの間に位置する
ように、反応終了後のガスの排気孔２ａが設けら
れている。これによつて、反応管下部の低温部に
おいて、反応容器１の内壁に過剰なGaAsが析出
するのを防止することができる。つまり、上方よ
り流下して来る反応ガスを専ら外筒６ａと内筒６
ｂの内側に誘導して、外筒６ａ内壁面と内筒６ｂ
の外壁面へ余剰GaAsを析出させることにより、
反応容器１の内壁およびコイルカバー４の壁面へ
の析出を防止するものである。

ハイドライド法によるGaAsの気相成長では
HClの分圧が大きくGaClの分圧が小さいため、
4GaCl＋As₄＋2H₂→4GaAs＋4HClなる反応が起
き易い。そのため、ウエハの上方の反応容器テー
パ部１ｃの壁面にGaAsが析出するおそれがある
が、外筒６ａが支持台３ａよりも高く形成されて
いるためそれが防止される。

外筒６ａおよび内筒６ｂは、エピタキシャル成
長処理後、反応容器１内から取り外して王水等に
より洗浄することによつて、反応容器１やコイル
カバー４自身を洗浄する場合に比べて取扱いが容
易となる。しかも、外筒６ａと内筒６ｂは縦方向
にて分割可能になつており、洗浄の際に左右に開
くようにして取り外すことにより、取外しの際に
振動で堆積物が支持台３上に落下するのを防止で
きる。また、外筒６ａと内筒６ｂの間隔は特に規
定されないが、あまり大きすぎると反応容器１の
径が大きくなつてしまうので、最大で５mm程度に
しておくのが望ましい。

なお、この実施例の装置では上記支持台３ａの
回転軸たる支持体３ｂの中心を貫通し、反応容器
１の小径部１ａに向かつて突出するように、ノズ
ル７が設けられている。このノズル７は、インナ
ノズル７ａとアウタノズル７ｂとの２重管構造と
されており、インナノズル７ａはアウタノズル７
ｂの先端よりもさらに上方へ突出されている。そ
して、アウタノズル７ｂの上方には、そこから流
出されたガスの流れを強制的に下方へ変更させる
ストツパ８がインナノズル７ａの外周に固定され
ている。

また、インナノズル７ａの先端は、上記外筒６
ａの上端に固定された支柱９によつて支持された
石英製の原料収容ボート１０よりも上方に突出さ
れている。原料収容ボート１０はドーナツ状に形
成されており、その中には族半導体原料たるガ
リウムGaが収容される。

ハイドライド法では、インナノズル７ａより水
素をキヤリアガスとしてHClが供給されて、ボー
ト部でGaと反応してGaClが生成されて流下し、
アウタノズル７ｂより供給されるAsH₃と反応し
てウエハ表面にGaAs層が成長される。

さらに実施例では、上記ノズル７ａ，７ｂより
流出された反応ガスの誘導路となる反応容器１の
小径部１ａ、テーパ部１ｃ及び大径部１ｂの一部
の周囲に電気抵抗加熱炉１１が配置され、原料収
容ボート１０の近傍を800℃前後の安定した温度
に保持できるようにされている。しかも、この実
施例では、反応容器１の上部まで電気抵抗加熱炉
１１によつて覆われるように構成されており、こ
れによつて、反応容器１の周囲に煙突効果で生じ
る下方から上法へ向かう空気の流れを防止するこ
とができ、原料収容ボート配置部および原料ガス
輸送部としての小径部１ａ全体を、軸方向に沿つ
た温度分布が定常的に略一様または一定の温度勾
配となるように加熱することができる。

また、上記高周波コイル５の下方には、支持台
３ａで発生した高熱をベース２に伝えないように
遮断するための遮熱板１２が配設されているとと
もに、ベース２には、コイルカバー４の内部に、
H₂やHe等のガスを導入する導入管１３が設けら
れている。コイルカバー４の内側にH₂やHe等の
ガスを導入することにより、高周波コイル５等の
部品の腐食や酸化損傷及びGaAsの析出を防止す
ることができる。

第２図には、クロライド法による化合物半導体
気相成長に好適な気相成長装置の実施例が示され
ている。

この実施例では基板支持台３ａの下方にコイル
カバー４を介して高周波コイルの代わりに渦巻状
あるいは複数の棒状加熱ランプ５ａおよび反射鏡
５ｂが配設され、ランプ５ａに電流を流すことに
より支持台３ａを輻射加熱させ、その上に載置さ
れているウエハを間接的に加熱できるようになつ
ている。この際、ランプと支持台３ａの相対位置
を半径方向に沿つて適当に調節することにより支
持台３ａの面内温度分布を均一にできる。さら
に、加熱ランプ５ａの下方には、ランプ５ａによ
り発生した輻射熱がベース２に伝わるのを防止
し、かつ基板支持台側へ反射させて発生熱をすべ
て有効に利用できるようにするための反射鏡５ｂ
が配置されている。

一方、上記コイルカバー４の周囲、反応容器内
側は第１の実施例と同様に、外筒６ａと内筒６ｂ
とからなるスリーブが配置されている。しかし
て、この実施例では、内筒６ｂの高さはコイルカ
バー４と同じであるが、外筒６ａの高さは、基板
支持台３ａの高さと略一致するように形成されて
いる。外筒６ａと内筒６ｂは第１の実施例の場合
と同様な目的のために設けられたものであり、外
筒６ａと内筒６ｂの壁面に過剰なGaAs等の反応
生成物を析出させることにより、反応容器１の内
壁およびコイルカバー４の壁面へのGaAsの析出
を防止する働きをする。また、外筒６ａと内筒６
ｂは縦方向に沿つて２分割可能になつている。

また、この実施例では、インナノズル７ａが第
１実施例のそれよりも短くされ、ストツパ８の上
方にてインナノズル７ａと連続する補助ノズル１
７が連結パイプ１６によつて連結されている。そ
して、この補助ノズル１７の上端に鍔部１７ａが
形成されており、この鍔部１７ａ上にドーナツ状
の原料収容ボート１０を載置するように構成され
ている。さらに、原料収容ボート１０の上方には
比較的狭い間隔をおいて、縁部１８ａと邪魔板１
８ｂのついた円板状のバツフル１８が配置されて
いる。これにより、補助ノズル１７より流出した
ガスは、このバツフル１８と邪魔板１８ｂに衝突
して流れの向きを下方へ変え、原料収容ボート１
０内のガリウムGaの表面に接触され、原料ガス
とガリウムとの反応が十分に行われるようになつ
ている。なお、上記バツフル１８は、ボート１０
の周縁部に形成された数個の突出部１０ａにて支
持されている。

クロライド法によるウエハ上へのGaAsエピタ
キシャル層の成長に際しては、原料収容ボート１
０内に原料としてGaAsクラストが収納されると
ともに、インナノズル７ａおよびアウタノズル７
ｂより所定量の窒素及び水素を流して反応容器内
のガスを置換する。続いてノズル７ａ，７ｂより
水素を流出させながら加熱ランプ５ａの電源スイ
ツチを投入して、ウエハ支持台３ａを加熱する。
これとともに、既に充分に加熱させておいた抵抗
加熱炉１１を反応容器１の上部にかぶせて、原料
収容ボート部および原料ガス輸送部を加熱する。
なお、このとき、支持台３ａは、支持体３ｂを介
して10rpm程度のゆつくりとした速度で回転させ
ておく。

上記加熱により、ガリウム収容部が800℃〜900
℃に、また成長用基板が600℃〜750℃の温度に達
するまでインナノズル７ａより毎分数c.c.のHCl
（塩化水素）を水素とともに流出させる。これに
より、GaAs成長基板の表面がエツチングされ
て、清浄化されるとともに、キヤリアガスたる水
素による面荒れを防止できる。すなわち、GaAs
基板が750℃程度に加熱された状態で長時間水素
にさらされると、熱分解によりAsが揮発して面
荒れが生じるが、Asの揮発よりもHClによるエ
ツチングの方が早いため面荒れを防止することが
できる。ただし、HClを流すのは、ガリウム収納
部が所定の温度（800〜900℃）に達するまでの約
30分間であり、この間にGaAs基板がエツチング
される量は５〜10μｍ程度にすぎない。GaAs基
板はランプ加熱により数分で所定温度に達する。

Ga収容部が所定温度に達したならば、アウタ
ノズル７ｂより毎分数ｌの割合で水素（もしくは
水素をキヤリアガスとして三塩化砒素AsCl₃）を
ながし、インナノズル７ａより水素をキヤリアガ
スとしてAsCl₃を導入する。すると、原料収容ボ
ート１０内のガリウムGaと、導入されたAsCl₃と
が反応してGaClとAsガスが生成され、これらが
下方へ流下して、GaAs成長基板の表面で、水素
との還元反応によりGaAsが生成され単結晶がエ
ピタキシャル成長される。

本考案者らの実験によれば、クロライド法によ
るGaAs気相成長では、基板支持台３ａより下方
において反応容器１やコイルカバー４の壁面への
析出が見られ、支持台３ａよりも上方ではほとん
ど析出はなかつた。従つて、上記実施例のよう
に、外筒６ａの高さを支持台３ａとほぼ同一と
し、内筒６ｂをコイルカバー４の高さと同一にす
ることによつて余剰GaAsの反応容器およびコイ
ルカバーへの析出を防止できる。しかも、外筒６
ａの高さが、ハイドライド法におけるそれのよう
に支持台３ａよりも上方へ突出していないため、
温度プロフアイルが予定した分布になりにくかつ
たり、反応ガスの流れが外筒６ａによつて乱され
たりしない。そのため、GaAs析出反応がムラな
く進行し、均一なGaAs成長層が基板（ウエハ）
上に形成される。

上記実施例の装置によれば、反応容器１が縦向
きに設置され、反応ガスがノズル先端から噴出さ
れて上から下へ流れるように構成されているた
め、横向きに設置したときのように管の天側と地
側とでガスの流れの状態が異なるようなことがな
く、反応容器内全体に亘つてガスの流れが一様に
なる。

ちなみに、本考案を適用しない装置で気相成長
を行なつた場合には、GaAs堆積物が原因とみら
れる表面欠陥が直径２インチのウエハ１枚当たり
平均10個見つかつたが、本考案を適用した装置に
よる気相成長を行なつたウエハでは表面欠陥が１
個以下になることが実験によつて確認された。

なお、この考案は、第３図Ａに示すような横型
の気相成長装置に適用することが可能である。

［考案の効果］ 以上説明したようにこの考案は、余剰反応生成
物析出のため設けられたスリーブが２重構造であ
るので、スリーブの外筒が反応容器内壁への析出
物の堆積を抑制し、内筒がウエハ支持台下方の部
品への析出物の堆積を抑制して、洗浄を容易にす
ることができ、これによつて１日当たりの気相成
長処理枚数を増加させることができるとともに、
堆積物による反応容器内の汚染を防止してウエハ
の表面欠陥を減少させることができる。また、実
施する気相成長法に応じてスリーブの外筒の高さ
を変えているので、特にクロライド法では、スリ
ーブによる容器内の温度プロフアイルや反応ガス
の流れに対する悪影響を少なくして均一な気相成
長膜の形成を可能にすることができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はハラドライド法を実施するのに好適な
気相成長装置の一実施例を示す正面図、第２図は
クロライド法を実施するのに好適な気相成長装置
の実施例を示す正面図、第３図Ａは従来の気相成
長装置の一例を示す正面断面図、第３図Ｂは同装
置の反応容器内のウエハ支持台の構成例を示す平
面図である。 １……反応容器、３ａ……支持台、４……コイ
ルカバー、５……第２加熱手段（高周波コイル）、
６ａ，６ｂ……スリーブ（外筒、内筒）、７ａ，
７ｂ……ノズル、１０……原料収容ボート、１１
……第１加熱手段（抵抗加熱炉）、２０……成長
用基板（ウエハ）。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 上部の一端が閉塞され縦方向に設置されたベ
   ルジヤー型反応容器の上部に族原料の収容ボ
   ートを、またこの収容ボートの下方に回転可能
   な基板支持台を配置し、この基板支持台の回転
   軸中心を貫通するように複数種の反応ガス供給
   用ノズルを反応容器のベース下部より上部に向
   けて装着するとともに、上記収容ボートに対応
   して第１の加熱手段を、また基板支持台に対応
   して第２の加熱手段を配設してなる縦型気相成
   長装置において、上記反応容器内部、基板支持
   台の周囲に余剰反応生成物を析出させる２重構
   造のスリーブを配設し、このスリーブの外筒と
   内筒との間に反応終了後のガスの排気孔を臨ま
   せたことを特徴とする化合物半導体気相成長装
   置。 (2) 上記２重構造のスリーブの外筒は、実施する
   気相成長方法に応じてその上端が基板支持台と
   ほぼ同一高さまたはそれよりも高くなるように
   決定され、内筒はその上端が基板支持台よりも
   低くなるように決定されてなることを特徴とす
   る実用新案登録請求の範囲第１項記載の化合物
   半導体気相成長装置。 (3) 上記２重構造のスリーブを構成する外筒と内
   筒は、各々縦方向に沿つて分割可能にされてい
   ることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第
   １項もしくは第２項記載の化合物半導体気相成
   長装置。