JPH04174515A - 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、例えば化合物半導体の気相成長作業に用いら
れる気相成長装置に係わる。

〔発明の概要］ 本発明は内部に反応ガスを流す内管と、この内管を収容
する外管とを有する気相成長装置において、その内管を
この内管内に配置される被気相成長基板の支持台の形態
に対応して交換可能にするものであって、このようにす
ることによって気相成長の安定化、装置の清浄作業、保
全の簡略化をはかる。

〔従来の技術〕

各種半導体装置の製造においては、半導体薄膜の成長例
えばＧａＡｓやＩｎＰ等の化合物半導体のエピタキシャ
ル成長においてＭＯＣＶＤ　　（有機金属による化学的
気相成長法）やＭＢＥ　（分子線エピタキシー）等が多
く用いられている。

常圧ＭＯＣＶＤにおいて、そのエピタキシャル気相成長
を行う反応管としては石英管の使用が可能であるが、気
相成長半導体材料ガスが有毒である場合、また高真空度
を必要とする場合においては、石英管によることは破損
が生じ易いなどの不都合がある。また、例えぼりんＰを
含む化合物半導体の成長においては、ＭＯＣＶＤとＭＢ
Ｅの中間的な製法である減圧ＭＯＣＶＤが用いられる。

この減圧ＭＯＣＶＤやＭＯＭＢＨにおいては１０−’Ｔ
ｏｒｒ〜数１００Ｔｏｒｒまでの低真空領域で使われる
ものであってその反応管としてはステンレス管によって
構成されることが−船釣である。

第３図は減圧ＭＯＣＶＤあるいはＭＯＭＢＥ装置の路線
的構成図を示し、第４図はその気相成長装置の斜視図を
示す、この場合例えばステンレス管よりなる反応管（１
）が設けられ、この反応管（１）内に、目的とする気相
成長が行われる基板（２）、すなわち被気相成長基板が
載置される支持台（３）、いわゆるサセプタが配置され
る。（４）は支持台（３）を所定の温度に加熱する加熱
ヒータ等の加熱手段を示す。反応管（１）は例えば円筒
状をなし、その上端が蓋体（５）によって開閉できるよ
うになされる。この蓋体（５）は、反応管（１）にビス
止め等によって気密的に閉蓋される。（６）は支持台（
３）上に被気相成長基板（２）を持来す以前にこの被気
相成長基板（２）が配置される準備室で、この準備室（
６）内に基板（２）が挿入されて、例えばこの準備室（
６）内を含めて排気がなされる。この準備室（６）と反
応管（１）間は、ゲートバルブ（７）を有する基板（２
）の搬送部（８）が配置される。（１２）は、反応管（
１）の、搬送部（８）との連結口を示す。反応管（１）
の例えば上方には気相成長を行う反応ガスすなわち気相
成長原料ガスの供給口（９）が設けられる。また、（１
０）は反応管（１）内の排気を行なう排気口（１１）に
連結された排気系システムポンプ、すなわち排気手段を
示す。

このような構成において、反応管（１）内が所定の真空
度に排気手段（１０）によって排気された状態で、供給
口（９）から例えばキャリアガスと共に反応ガスが供給
されて、この状態で被気相成長基板（２）への半導体薄
膜等の気相成長が行われる。

この気相成長作業時には、支持台（３）は、加熱手段（
４）によって例えば８００°Ｃに加熱されるが、このと
きその輻射熱によってステンレス反応管も２００℃程度
に昇温し、危険であることから、反応管（１）には冷却
装置例えば図示しないが水冷のジャケットを設けるなど
の大損りな装置が必要となり、熱効率の上でも不利であ
る。そして、気相成長が行われた基板（２）は、搬送部
（８）を通じて外部に搬出される。一方、気相成長時に
反応管（１）の内壁面には気相成長材料が接触すること
による堆積物が生じるものであってこの堆積物は、次の
気相成長作業時にこれが剥離するなど塵埃発生の原因と
なり気相成長膜の結晶性を害する原因となることから、
気相成長作業の終了後に、反応管（１）の外蓋（５）を
開放し反応管（１）の内壁面の堆積物をそぎ落とすとい
う清浄作業が行われる。

この気相成長において、Ｐ（りん）、Ｓｉなどの酸化反
応の強い物質を含む場合、その堆積物が外気と触れると
これが発火、発煙を起こし多くの危険を伴うことから、
この種の酸化反応の強い物質が堆積するような気相成長
においては、その反応管（１）の開放すなわち管内に外
気を導入するに先立って、その堆積物を被覆する材料ガ
ス例えば＾Ｓを送り込んで、この酸化反応の強い物質に
よる堆積物が直接空気と触れないような被覆を施して後
これを開放するという方法をとっている。

ところが、このような方法をとっても、上述したように
反応管（１）内の堆積物をそぎ落とすとき、その被覆の
剥れによって発火、発煙が生じるという危険があｊ。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上述した減圧ＭＯＣＶＤあるいはＭＯＭＢＥ等
の気相成長装置において、大損りな装置、したがって高
価格化を伴うことなく目的とする気相成長態様に応じて
被気相成長基板に対して最適なガス流を形成することが
できるようにする。

また、本発明は酸化反応の強い物質の堆積等においても
反応管内の清浄化を安全、容易に行うことができるよう
にする。

さらに、本発明は、気相成長作業時の支持台の加熱によ
っても反応管の高温化を効果的に回避することができる
ようにして、成る場合は冷却装置を省略できるとか、余
分な熱量の外部への伝導の減少化をはかることができる
ことから温度効率の向上をはかる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、第１図にその一例の路線的断面図を示すよう
に、半導体薄膜等の気相成長を行うべき基板（２）、す
なわち被気相成長基板（２）と、この基板（２）を支持
する支持台（１）とが内部に設けられると共に、内部に
反応ガスを流す内管（２１）と、この内管（２１）を収
容する外管（２２）とにより反応管（１）を構成する。

そして、特に本発明においてはその内管（２１）を外管
支持台（１）の形態、すなわち形状、設置態様に対応し
て交換可能に配設する構成とする。

［作用］ 上述の本発明構成によれば、外管（２２）と内管（２１
）の二重構造として内管（２１）のみを被気相成長基板
の支持台（３）の形態に対応してこれに適合した、すな
わち気相成長態様、条件等に応じて選定した支持台（３
）の形状、設置態様に応じて形状の内管（２１）を配設
するようにしたので、この内部に送り込まれる材料ガス
の気流を例えば基板（２）に対して乱流等の望ましくな
い気流の発生を生しることなく所望の気流、具体的には
層流をもって材料ガスを被気相成長基板（２）の表面に
接触供給することができるので良好に安定した気相成長
を行うことができる。

また、目的とする例えば半導体の気相成長後においては
、反応管（１）から被気相成長基体（２）を取出して後
、反応管（１）内に空気の導入、すなわち真空リークを
なし、その後内管（２１）のみを外部に取出してこれを
洗浄液に浸漬して洗浄することができるので、その取扱
いは極めて簡便であり、またその洗浄効果も充分高める
ことができる。また、その堆積物が可燃性である場合に
おいても、上述した空気の導入に先立って前述したよう
にＡｓ等の被覆作業を行って後、内管（２１）を外管（
２２）より取り出して王水等の洗浄液中に浸して洗浄す
れば、堆積物の発火、発煙を生じることなく洗浄を行う
ことができて、取扱いの簡便化と危険の回避を行うこと
ができる。

〔実施例〕

第１図を参照して本発明の詳細な説明する。この例では
、底部が開放された例えばステンレスより成る外管（２
２）が、固定台（２３）上に密閉して載置取着されるよ
うになされる。この外管（２２）は、例えば第３図で説
明した原料ガスの供給口（９）、排気口（１１）、搬送
部（８）と連結口（１２）を有し、それぞれ原料ガス源
、排気手段、搬送部（８）にねじどめ等によって着脱自
在に連結する。

外管（２２）内には、これとほぼ同心的に同様に底部が
開放された円筒状のステンレス、石英等の気相成長温度
や、用いるガスに応じて材料選定がなされた内管（２１
）が配置される。この内管（２１）には、外管（２２）
の原料ガスの供給口（９）、排気口（１１）、搬送部（
８）との連結口（１２）にそれぞれ連通する開口（２：
３）　、　（２４）及び（２５）が穿設される。

内管（２１）内には、例えばそのほぼ軸心上に、この軸
心と直交する面に円板状の支持台（３）が、例えばその
軸心に沿って進退自在に配置される。この支持台（３）
上には、単数もしくは複数枚の被気相成長基板（２）、
例えば半導体ウェファが、例えば、第３図で説明した準
備室（６）から搬送部（８）を通じて持ち来されて載置
される。

第１図に示す例では反応管（１）の上方部に材料ガスの
供給口（９）を設けた場合で、内管（２１）には、その
上端にこの供給口（９）に連通ずる開口（２３）を有す
る管部（２６）が設けられ、これと対向する肩部（２１
ｂ）はなだらかな湾曲面に形成され、ガス供給開口（２
３）からのガス流に乱流が生じることがないようになさ
れてその気流が内管（２１）内に配置された支持台（３
）上の被気相成長基板（２）上に流れるように、その内
形状が選定される。つまり支持台（３）の配置位置、形
状等の形態に応じてその内形状が選定されて供給口（９
）からの気流に乱流ができるだけ生じない形状とする。

すなわち、特に乱流が生し易いガス供給口（９）との連
通開口（２３）の近傍や、これとの対向部等において生
じ易い破線ａで示すような乱流を阻止するいわば壁を有
する形状とする。

このような構成において通常の手順で気相成長を行って
後、被気相成長基板（２）を搬送部（８）を通じて搬出
し、その後反応管（１）内に必要に応じて内管（２１）
内の堆積物が可燃性、つまり酸化性の強い物質である場
合は、Ａｓガス等を送り込んで、その表面を被覆する。

その後、外気の供給すなわち真空リークを行う。そして
、その後外管（２２）を取りはずし、この外管（２２）
から内管（２１）を取出して王水等の洗浄液に浸漬して
この内面に被着された堆積物の洗浄を行う。

また、第１図の例では、いわば縦型構成を採るようにし
た場合であるが、第２図に示すように横型構成とするこ
ともできる。この場合においても外管（２２）内に着脱
交換自在に設けられた内管（２１）はその内形を流線形
として支持台（３）上の基板（２）に気相成長材料ガス
が層流をもって接触するようにする。尚、第２図におい
て、第１図と対応する部分には同一符号を付して重複説
明を省略するが、この第２図の例では、外管（２２）の
上端に内管（２１）を、挿入したり取出したりする蓋体
（５）を設けた場合である。

尚、上述した例では、内管（２１）自体に第１図で破線
ａで示した乱流発生のガスの流れをいわば阻止する壁を
設けた場合であるが、内管（２１）を上下端が開放した
円筒とし、その上端部においてなだらかに内径を小とす
るように湾曲させると共に、これの上に例えばガス供給
口（９）の近傍、及びこれとの対向部６二発生する乱流
の内管（２１）への入り込みを阻止し、内管（２１）の
上端に通ずる中心孔を有するリング状遮蔽板を配置する
構成とすることもできる。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば、外管（２２）に対して
、その内形状を被気相成長基板（２）の支持台（３）の
形態、すなわち形状、配置位置等に対応して内形状が選
定された内管（２１）を交換し得るようにしたことによ
って、常に基板（２）に対して安定した材料ガス流を形
成することができ、これによって安定した気相成長を行
うことができる。

また、この内管（２１）は外管（２２）に対して着脱自
在としたことによって、その洗浄が容易に行うことがで
き、その保全取扱いが簡便化される。

更に、外管（２２）内に内管（２１）を設けた２重構造
としたことによって外管（２２）への輻射熱による温度
上昇を回避できることから外管（２２）の加熱による取
扱いの危険性の回避と共に、これの冷却手段も省略でき
るなど実用上多くの利点をもたらす。

【図面の簡単な説明】

第り図は本発明による気相成長装置の一例の路線的断面
図、第２図は本発明装置の他の例の路線的断面図、第３
図は気相成長装置の動作部を含む全体の路線的構成図、
第４図は従来の気相成長装置の断面図である。 （１）は反応管、（２）は被気相成長基板、（３）は支
持台、（２１）は内管、（２２）は外管である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板と、該基板を支持する支持台と、内部に反応ガスを
   流す内管と、該内管を収容する外管とを有する気相成長
   装置において、 上記内管が上記支持台の形態に対応して交換可能に配設
   されてなることを特徴とする気相成長装置。