JPH0350185A - 気相薄膜成長装置 - 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〕 本発明はリアクタ内に多角錐台又は多角柱形状のいわゆ
るバレル型サセプタを有する半導体薄膜の気相成長装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、例えば■−ｖ族半導体薄膜を得る方法の一つとし
て次に示すようなバレル型サセプタを有する反応炉が用
いられている。

先ず第４図には、上部に原料ガス導入口（１１、下部に
原料ガス排出口（２）を形成したリアクタ（４）の内部
に、回転シャフト（５）に支持されている石英製ホルダ
ー（６）上に載置したカーボン製で多角錐台形状の一体
型すセプタαＧを設置した反応炉を示す。図中αωはサ
セプタの上面に取り付けた石英製のキャップを示し、（
８）はサセプタの側面に取り付けた半導体基板を示す。

このような反応炉での加熱源は、通常リアクタの周囲に
配置した高周波誘導コイル（３）（以下ＲＦコイルと略
記する）であって誘導加熱により導電性のカーボンから
なる一体型サセプタ００を加熱するものである。この際
サセプタを効率よくかつ均一に昇温するには、このＲＦ
コイルの作る磁束を十分な面積で貫通させることのでき
るサセプタが必要となるため、上記のように一体型のサ
セプタが使用されている。またこのサセプタは使用環境
から通常カーボン製であるが、−射的に多孔質なカーボ
ンからは昇温と共にカーボンに吸着した不純物が発生し
やすく、このため表面にＳｉＣをコーティングして使用
している。

次に第５図（イ）（ロ）には、上部が多角錐台形状で下
端に回転シャフト（５）を取り付けた石英等からなる一
体型すセプタホルダーαηの側面に、それぞれ１枚の基
板（８）を取り付けたカーボンからなる平板状の分割型
サセプタ（２２）を配置して保持させ、これらをリアク
タ（４）内に設置した反応炉を示す。このような反応炉
でのサセプタ（２２）の加熱は、第５図（ロ）に示すよ
うにサセプタホルダー〇での内部に設けたヒータ又は赤
外線ランプα乃により行っている。なお第４図の一体型
すセブタＱ８の内部にもこのヒータ又は赤外線ランプを
設置することも可能である。

上記第４図又は第５図のような反応炉を使用してＩ−Ｖ
族半導体薄膜を形成するには、■族有機金属（例えばＴ
ＭＧ、　ＴＭＡ、　Ｔ　Ｅ　Ｇ、　Ｔ　Ｅ　Ａ。

ＴＭｌ、ＴＥＩ等）、Ｖ族水素化物ガス（Ａ　ｓ　Ｈｓ
　。

ＳｂＨ，、ＰＨ３）及び添加不純物（例えばＳｉＨ，。

Ｓｉ！Ｈ＋１．ＨｚＳ、Ｈ２Ｓｅ、ＤＥＺｎ、ＤＭＺｎ
等）を水素ガスをキャリアガスとして上部の導入口から
反応炉内に導入し、■−ｖ族半導体基板を取り付けたサ
セプタを６００〜８００℃に加熱して基板近傍で原料ガ
スの熱分解反応を起こさせることによって、基板上に薄
膜を成長させるものである。

このときガスの流れの不均一が起こると形成する薄膜の
膜厚や電気特性に不均一が生じてしまう。そこでこのサ
セプタの周方向の不均一を平均化して取り除く手段とし
て一般に用いられるのは、サセプタの周方向への回転で
ある。これはサセプタホルダーを支持しているシャフト
を回転することによって行われている。

さらに薄膜の平均化をより促進する手段として各基板を
自転する方法もある。これは第６図に示すようにサセプ
タホルダー（６）を支持する金属製回転ンヤフト（５）
の内部を貫通して自転用シャフトα９を通し、バレル型
の一体に形成したカーボン製サセプタ（１６°）の内部
で歯車ａりの組み合わせにより、該サセプタ（１６”）
側面の基板（８）を取り付けた部分のカーボン製自転サ
セプタ（至）のみを自転させるものである。この装置で
サセプタを加熱する場合、第４図のような誘導加熱を用
いると誘導電流の経路が自転する自転サセプタ■で妨げ
られてしまうので加熱が困難であり、このため図のよう
に赤外線ランプ０秒による場合が多い。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが上記各タイプの反応炉において、例えば第４図
に示すカーボンの表面にＳｉＣをコーティングした一体
型すセブタＱｅの場合は、コーティング層にピンホール
やクラック等がかなりの頻度で生ずるが、これが生ずる
と形成した薄膜に異常をきたし、従って一箇所でもピン
ホールが生じた場合はサセプタ全体を取り替える必要が
あり、経済的におおきな不利となる。

一方策５図のような分割型サセプタ（２２）を用いた場
合は、ピンホール等の不具合に対しては当該サセプタ（
２２）の一部分ずつを交換することで対応できるので大
変有利となる。しかしながらこの場合加熱のために必要
な電力量はｌ０ＫＷを超え、さらに電気ケーブル（２１
）を回転シャフト（５）内に通し、リアクタ（４）内の
気密性を保ちながら外部の電源に接続するのは構造上非
常に困難である。またこの場合ＲＦコイルによる誘導加
熱を実施しようとしても、分割型サセプタ（２２）が多
角錐台形状の一体型すセプタホルダーαηの側面毎に分
割されて配置されているのでこれらサセプタ（２２）全
体が十分に均一に加熱されないという問題があった。

また第６図の基板の自転を伴う装置では、回転シャフト
（５）内に電カケープル（２１）のほか、自転サセプタ
（イ）用の駆動系も装入しなければならず製作は一層困
難である。しかもバレル型の一体型すセブタ（１６°）
の内部には自転サセプタ翰を駆動するための歯車ａ！９
等や赤外線ランプα穆等の加熱源を設置する必要がある
にもかかわらず限られたスペースしかな（、設計上の自
由度が極めて乏しかった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこれに鑑み種々検討の結果、サセプタを、基板
を取り付けた各部分で分割できる形式とし、かつ高周波
誘導加熱を可能とした気相薄膜成長装置を開発したもの
である。

即ち本発明は、上部に原料ガスを導入するガス導入口を
形成し、下部に原料ガスの排出口を形成したリアクタ内
に、半導体基板を取り付けたサセプタを、該基板が多角
錐台又は多角柱形状の側面に位置するように設け、これ
らを回転シャフトに支持されたホルダーで保持し、さら
にサセプタを加熱する加熱装置を備えた気相薄膜成長装
置において、中空の多角錐台又は多角柱に形成した一体
型耐熱性導電材料のそれぞれの側面に、半導体基板を取
り付けた耐熱性絶縁材料で形成した平板状サセプタを配
置し、さらにリアクタの外部に高周波誘導加熱用コイル
を設けたことを特徴とするものである。

そしてサセプタ材料として耐熱性材料の表面に耐熱性の
絶縁材料をコーティングするのは有効であり、また中空
の多角錐台又は多角柱に形成した一体型耐熱性導電材料
の、上方及び側面をこの耐熱性導電材料と同形状の耐熱
性絶縁材料で覆い、該絶縁材料のそれぞれの側面に、半
導体基板を取り付けた平板状サセプタを配置するのは効
果がある。

〔作用〕

このようにＲＦコイルを用いた誘導加熱方式を採用した
のは、特に基板を自転させる装置構成の場合に従来のよ
うに加熱源の電カケープルを回転シャフト内に通す必要
がないのでシャフト径を小さくでき、またバレル型に配
置したサセプタの内部のスペースにヒーター等の加熱装
置を設置する必要がないので、自転サセプタを自転させ
る駆動系の設計の自由度が大きくなる効果を有する。

また中空の多角錐台又は多角柱に形成した一体型耐熱性
導電材料のそれぞれの側面に、半導体基板を取り付けた
耐熱性絶縁材料で形成した平板状サセプタを配置するの
は、ＲＦコイルを使用することにより、このバレル形状
の一体型導電材料の側面の周方向に配置した絶縁材料か
らなる平板状の分割型サセプタにはこれらを貫通してそ
の周方向には電流は流れず、内側の一体型の導電材料だ
けに電流は流れるのでこの導電材料だけを誘導加熱する
ことができ、これを一体型ヒーターとして作用させて間
接的にサセプタを加熱させるためである。そして上記一
体型導電材料によればＲＦコイルにより生ずる磁束はこ
の導電材料を十分な面積で貫通するので効率のよい加熱
ができる利点を有する。

そして従来の第４図のようなＳｉＣをコートした一体型
で成長結晶に悪影響を及ぼしやすいカーボン製のサセプ
タを使用せずに、絶縁材料で形成したより単純な形状で
安価な平板状の分割型サセプタを使用するので、その一
部が破損等したときにもそれだけを交換すればよく、予
備部品のストックも容易であるという利点がある。

そしてこのように使用することができる耐熱絶縁材料と
しては、例えばボロンナイトライド。

ＳｔＣ，石英又はアルミナ等が良好であり、さらに耐熱
材料であるが導電材料であるカーボンの表面に絶縁材料
であるＳｉＣをコーティングしたものでもよい。

さらにこのような一体型ヒーターは耐熱性の導電材料で
あればどのようなものでもよく、例えばカーボンや高融
点金属であるモリブデン等が使用できる。なおり−ボン
、特に多孔質カーボンの場合は酸素や水分が吸着しやす
いのでこれらの放出や、さらに昇温の過程での不純物ガ
スの放出があるが、基板はサセプタを隔てて取り付けら
れているので、これら不純物ガス等が基板面に到達する
頻度は大変少ない。従って基板上での薄膜形成時に薄膜
の特性に悪影響を与えることは非常に少ない。さらによ
り一層不純物ガスの悪影響を除くには表面にＳｉＣコー
ティングするのがよい。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について説明する。

〈実施例１〉 第１図（イ）（ロ）に示すように、回転シャフト（５）
に支持された石英製のホルダー（６）上に、表面がＳｉ
Ｃコートされた中空バレル型の一体型カーボン（７）を
載置して一体型ヒーターとし、さらに該一体型カーボン
（７）のそれぞれの側面に、半導体基板（８）を取り付
けた複数枚のＳｉＣコーティングをした平板状のカーボ
ン製分割型サセプタ（９）を密接させて配置した。そし
てバレル型の一体型カーボン（７）上には石英製キャッ
プＣＩＤＩを取り付け、これらを上部に原料ガスの導入
口（１）と、下部に原料ガス排出口（２）とを有し、外
部の側面周囲にＲＦコイル（３）を設けたリアクタ（４
）の内部に設置して気相薄膜成長装置を構成した。

このような気相薄膜成長装置によれば、ＲＦコイル（３
）によりホルダー（６）上の一体型カーボン（７）が先
ず加熱されてヒーターとなり、このヒーターによりこれ
に接している複数枚の分割型サセプタ（９）が加熱され
る。そしてこのような一体型カーボン（７）はＲＦコイ
ルの作る磁束を大きい面積で貫通させることができるの
で、全体が均一に加熱される特徴がある。またこの一体
型カーボン（７）の表面のＳｉＣコートがピンホール等
により破壊され、カーボン内から不純物ガスが発生して
も基板（８）はサセプタ（９）を介して反対側に位置し
ているので基板上の成長薄膜には太きな悪影響は及ぼさ
ない。

〈実施例２〉 第２図に示すように中空バレル型の一体型カーボン（７
）を一体型ヒーターとして石英製ホルダー（６）上に載
置し、この一体型ヒーターの上方及び側面を同じく中空
バレル型である石英製サセプタホルダー０１）で覆い、
該サセプタホルダー（１１１のそれぞれの側面に、半導
体基板（８）を取り付けた表面をＳｉＣコートしたカー
ボン製の分割型サセプタ（９）を配置した。この組立物
を図示していないリアクタ内に装入して気相薄膜成長装
置を作製した。

この気相薄膜成長装置によれば、一体型ヒーターである
一体型カーボン（７）にはＳＩＣ等をコーティングして
いないが、加熱時に発生するガスは石英製ホルダー（６
）に設けた開口（２）即ち基板（８）の位置より原料ガ
ス等の流れの下流に位置している開口α２より流出して
原料ガス排出口より排出するので、ガスは基板面には到
達しないことになって非常に有効である。

〈実施例３〉 第３図に示すように中空バレル型で一体型カーボン（７
）を一体型ヒーターとして石英製ホルダー（６）上に載
置し、該一体型カーボン（７）のそれぞれの側面に平板
状のＳＩＣ製分割型サセプタ（９°）を配置した。さら
にそれぞれのサセプタ（９”）の中央部を開口してそれ
ぞれの開口に、基板（８）を取り付けたＳｉＣ製自転サ
セプタα３を設けた。

そしてホルダー（６）を支持する回転シャフト（５）内
を貫通して基板自転用シャフト０４をホルダー（６）上
に延設し、歯車０！９によりそれぞれのＳｉＣ製自転サ
セすタαＪを自転する機構を設けた。

このような気相薄膜成長装置によれば第６図の従来装置
に比べ、加熱用に環カケープルを回転シャフト内を通す
必要がないのでシャフト径を小さくでき、また加熱用ヒ
ーターの設置スペースは少な（て良いのでＳｉＣ製自転
サセプタを駆動するための歯車装置等の設計の自由度が
大きくなった。

〔発明の効果〕

このように本発明によれば、従来の赤外線ランプ加熱に
よる装置に比べて簡単な構造で、しかもサセプタも簡単
な形状であるため、サセプタにコーティングした絶縁材
にピンホール等の欠陥が生じても部品の一部交換が可能
となり、サセプタの維持に必要なコストが非常に低減す
る。またバレル型に配置した分割型サセプタの内部には
大きなスペースを残すことも可能となるので基板の自転
を行う際の設計の自由度が大幅に広がる等顕著な効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）（ロ）は本発明の一実施例を示すもので（
イ）は装置の側面図、（ロ）は要部側断面図、第２図及
び第３図は本発明の他の実施例を示す要部側断面図、第
４図は従来例を示す側面図、第５図（イ）（ロ）は他の
従来例を示すもので（イ）は側面図、　（ロ）は要部側
断面図、第６図はさらに他の実施例を示す要部側断面図
である。 １・・・原料ガス導入口 ２−原料ガス排出口 ３−ＲＦコイル ４−　リアクタ ５−・回転シャフト ６−石英製ホルダー ７−−−一体型カーボン ８−半導体基板 ９−　Ｓ　ｉ　Ｃコート分割型サセプタ９°　−Ｓ　ｉ
　Ｃ製分割型サセプタ １〇−石英製キャップ １１−石英製サセプタホルダー １２−開口 １３−　自転サセプタ １４・・−基板自転用シャフト １５・・−歯車 １６、１６°・・・一体型サセプタ １７・・一体型サセプタホルダー １８−・ヒーター又は赤外線ランプ １９・・−自転用シャフト ２〇−自転サセプタ ２１−・・電カケープル ２２・ カーボン製分割型サセプタ 第１図 （イ） （ロ） 第２図 第３図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）上部に原料ガスを導入するガス導入口を形成し、
   下部に原料ガスの排出口を形成したリアクタ内に、半導
   体基板を取り付けたサセプタを、該基板が多角錐台又は
   多角柱形状の側面に位置するように設け、これらを回転
   シャフトに支持されたホルダーで保持し、さらにサセプ
   タを加熱する加熱装置を備えた気相薄膜成長装置におい
   て、中空の多角錐台又は多角柱に形成した一体型耐熱性
   導電材料のそれぞれの側面に、半導体基板を取り付けた
   耐熱性絶縁材料で形成した平板状サセプタを配置し、さ
   らにリアクタの外部に高周波誘導加熱用コイルを設けた
   ことを特徴とする気相薄膜成長装置。
2. （２）サセプタ材料として耐熱性材料の表面に耐熱性の
   絶縁材料をコーティングした請求項（１）記載の気相薄
   膜成長装置。
3. （３）中空の多角錐台又は多角柱に形成した一体型耐熱
   性導電材料の、上方及び側面をこの耐熱性導電材料と同
   形状の耐熱性絶縁材料で覆い、該絶縁材料のそれぞれの
   側面に、半導体基板を取り付けた平板状サセプタを配置
   する請求項（１）又は（２）記載の気相薄膜成長装置。