JPH04209794A - 気相膜成長装置 - Google Patents
気相膜成長装置Info
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- JPH04209794A JPH04209794A JP40974890A JP40974890A JPH04209794A JP H04209794 A JPH04209794 A JP H04209794A JP 40974890 A JP40974890 A JP 40974890A JP 40974890 A JP40974890 A JP 40974890A JP H04209794 A JPH04209794 A JP H04209794A
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
［０００１１
【産業上の利用分野］本発明は化合物半導体結晶等の成
長膜を製造する気相膜成長装置に係り、特に膜厚の均一
性を改善したもので、例えば有機金属気相成長装置（Ｍ
ＯＣＶＤ）に適用できる。 ［０００２］ 【従来の技術】気相膜成長装置、例えば薄膜形成に有効
なＭＯＣＶＤにおいては、図２に示すように成長炉２０
を縦型のパンケーキ型とし、低速回転するサセプタ２５
に載せた基板２４に垂直に原料ガスを吹き付けてエピタ
キシャル成長させるものがある。しかし、この縦型ＭＯ
ＣＶＤでは図示するようにガス流２２が大きく曲げられ
る。その結果、基板２４上のガス流境界層２３が平坦に
ならず、エピタキシャル層の厚さの分布は凹面状になる
。 ［０００３］そこで従来、基板を載せたサセプタを高速
回転（１０００〜１５００ｒｐｍ）Ｌながらエピタキシ
ャル成長を行う方式が提案された（例えば、米国ＥＭＣ
ＯＲＥ社のＴｕｒｂｏＤｉｓｋ（商品名））。この方式
では上部よりサセプタに垂直に吹き付けた原料ガス流が
、サセプタの回転によりサセプタ中心に引きよせられた
後、外周方向へ吐き出されるためサセプタ上に均一なガ
ス流境界層が形成され、これにより均一なエピタキシャ
ル層が基板上に成長するとされている。 ［０００４］この均一なエピタキシャル層が成長すると
される理由は次の原理によっている。半無限平面にガス
流が衝突した場合ガス流境界層は均一となる。サセプタ
を高速回転すると、あたかも半無限平面にガス流が衝突
した場合と同様な効果がもたらされる。図３に理想的に
いったときのガス流３２とガス流境界層３３の様子を示
す。 ［０００５］
長膜を製造する気相膜成長装置に係り、特に膜厚の均一
性を改善したもので、例えば有機金属気相成長装置（Ｍ
ＯＣＶＤ）に適用できる。 ［０００２］ 【従来の技術】気相膜成長装置、例えば薄膜形成に有効
なＭＯＣＶＤにおいては、図２に示すように成長炉２０
を縦型のパンケーキ型とし、低速回転するサセプタ２５
に載せた基板２４に垂直に原料ガスを吹き付けてエピタ
キシャル成長させるものがある。しかし、この縦型ＭＯ
ＣＶＤでは図示するようにガス流２２が大きく曲げられ
る。その結果、基板２４上のガス流境界層２３が平坦に
ならず、エピタキシャル層の厚さの分布は凹面状になる
。 ［０００３］そこで従来、基板を載せたサセプタを高速
回転（１０００〜１５００ｒｐｍ）Ｌながらエピタキシ
ャル成長を行う方式が提案された（例えば、米国ＥＭＣ
ＯＲＥ社のＴｕｒｂｏＤｉｓｋ（商品名））。この方式
では上部よりサセプタに垂直に吹き付けた原料ガス流が
、サセプタの回転によりサセプタ中心に引きよせられた
後、外周方向へ吐き出されるためサセプタ上に均一なガ
ス流境界層が形成され、これにより均一なエピタキシャ
ル層が基板上に成長するとされている。 ［０００４］この均一なエピタキシャル層が成長すると
される理由は次の原理によっている。半無限平面にガス
流が衝突した場合ガス流境界層は均一となる。サセプタ
を高速回転すると、あたかも半無限平面にガス流が衝突
した場合と同様な効果がもたらされる。図３に理想的に
いったときのガス流３２とガス流境界層３３の様子を示
す。 ［０００５］
【発明が解決しようとする課題】しかし、実際の高速回
転型の縦型ＭＯＣＶＤでは、図４に示すように排気口が
成長炉２０の下方に設けられているので、サセプタ２５
の外周辺へ向かう原料ガス流４２が曲げられて下方へ排
気されることになり、その曲げられた部分で「エツジ効
果」が生じ、サセプタ２５周辺部のガス流境界層４３が
薄くなる。その結果、通常の低速回転型成長炉はどでは
ないが、周辺部のエピタキシャル膜厚が厚くなって均一
性が悪くなるという問題があった。 ［０００６］この問題は縦型のものに限定されることな
く、原料ガスが基板に垂直に吹き付けられるものであれ
ば、成長炉が横型配置のものにも共通する。また、薄膜
のみならず厚膜であっても同様である。 ［０００７１本発明の目的は、半無限平面と同様なガス
流状態を強制的に作ることによって、上述した従来技術
の欠点を解消し、成長膜の均一性に優れ、しかも原料利
用効率の高い膜を成長できる気相膜成長装置を提供する
ことにある。 ［０００８］
転型の縦型ＭＯＣＶＤでは、図４に示すように排気口が
成長炉２０の下方に設けられているので、サセプタ２５
の外周辺へ向かう原料ガス流４２が曲げられて下方へ排
気されることになり、その曲げられた部分で「エツジ効
果」が生じ、サセプタ２５周辺部のガス流境界層４３が
薄くなる。その結果、通常の低速回転型成長炉はどでは
ないが、周辺部のエピタキシャル膜厚が厚くなって均一
性が悪くなるという問題があった。 ［０００６］この問題は縦型のものに限定されることな
く、原料ガスが基板に垂直に吹き付けられるものであれ
ば、成長炉が横型配置のものにも共通する。また、薄膜
のみならず厚膜であっても同様である。 ［０００７１本発明の目的は、半無限平面と同様なガス
流状態を強制的に作ることによって、上述した従来技術
の欠点を解消し、成長膜の均一性に優れ、しかも原料利
用効率の高い膜を成長できる気相膜成長装置を提供する
ことにある。 ［０００８］
【課題を解決するための手段】本発明は実施例で示した
図１のように、成長炉１０内に導入される原料ガスが成
長炉１０外へ吸引排気される際に、成長炉１０内でサセ
プタ１５を回転しつつサセプタ１５に載せた基板１４に
原料ガスを垂直に吹き付けて膜を成長させる気相膜成長
装置に適用される。 ［０００９１基板１４に垂直に吹き付けられて吸引排気
される原料ガスを、その排気流量を制御しつつサセプタ
１５の径方向外方に導いて水平に吐き出す排気整流部３
０を設け、この排気整流部３０をサセプタ面の略延長面
上の成長炉１０の周壁に沿って設けるようにしたもので
ある。ここでサセプタ面の略延長面上とは、サセプタ面
と面一の延長面上以外にサセプタ面近傍の、サセプタ面
と平行な面の延長面上も含まれることを意味している。 ［００１０１また、排気整流部３０は、排気流速を上げ
るためのオリフィス１６と、粒子など排気物質の逆流を
防止する網１７と、排気流量を調整する弁１８と、排気
流量を測定しその測定結果に応じて上記弁を制御する弁
制御手段１９とから構成することが好ましい。 ［００１１］さらに、排気整流部３０は、成長炉壁の全
周に設けるようにしてもよいが、サセプタ１５の回転中
心軸９に対して回転対称の位置に放射状に設けることが
技術的にも経済的にも望ましい。この場合、各排気整流
部３０を流れる排気流量を各々調節できるようにする。 ［００１２］
図１のように、成長炉１０内に導入される原料ガスが成
長炉１０外へ吸引排気される際に、成長炉１０内でサセ
プタ１５を回転しつつサセプタ１５に載せた基板１４に
原料ガスを垂直に吹き付けて膜を成長させる気相膜成長
装置に適用される。 ［０００９１基板１４に垂直に吹き付けられて吸引排気
される原料ガスを、その排気流量を制御しつつサセプタ
１５の径方向外方に導いて水平に吐き出す排気整流部３
０を設け、この排気整流部３０をサセプタ面の略延長面
上の成長炉１０の周壁に沿って設けるようにしたもので
ある。ここでサセプタ面の略延長面上とは、サセプタ面
と面一の延長面上以外にサセプタ面近傍の、サセプタ面
と平行な面の延長面上も含まれることを意味している。 ［００１０１また、排気整流部３０は、排気流速を上げ
るためのオリフィス１６と、粒子など排気物質の逆流を
防止する網１７と、排気流量を調整する弁１８と、排気
流量を測定しその測定結果に応じて上記弁を制御する弁
制御手段１９とから構成することが好ましい。 ［００１１］さらに、排気整流部３０は、成長炉壁の全
周に設けるようにしてもよいが、サセプタ１５の回転中
心軸９に対して回転対称の位置に放射状に設けることが
技術的にも経済的にも望ましい。この場合、各排気整流
部３０を流れる排気流量を各々調節できるようにする。 ［００１２］
【作用】サセプタ周辺の径方向外方の空間でガス流が下
方に曲がると、その影響を受けてサセプタ面上のガス流
がサセプタ面と平行にならず、特にサセプタ周辺部では
外側に向かって斜め下方に速度ベクトルを持った流れと
なる。従って、サセプタ周辺部のガス流境界層は中心部
に比べて薄くなり、形成膜厚は中心部に比べ厚くなって
しまう。これがいわゆる「エツジ効果」といわれるもの
であり、膜厚の均一性を悪くする。この原因は、サセプ
タ周辺部でガス流が下方に曲げられるためであり、これ
は排気口がサセプタより下方にあることに起因する。 ［００１３］従って、これを解決するためには、サセプ
タ面上を中心から外方に向かって流れるガス流から見て
、その速度ベクトルの行先がサセプタ面と平行な径方向
外方にあるようにすればよい。 ［００１４］即ち、図１に示すように排気整流部３０が
サセプタ１５面の延長面外方上の成長炉壁に設けられて
いれば、サセプタ１５上のガス流１２はサセプタ１５、
即ち基板１４上をこの面に平行に中心から外方に流れる
。さらに、その排気流量が制御されれば原料ガス流の均
一性が確保され、周辺部でも厚くならず均一なガス流境
界層１３ができる。 ［００１５］このように基板１４上の原料ガス流をサセ
プタ１５面に平行に外周へ吐き出すことにより、回転型
の特徴である原料利用効率の向上を損なうことなく成長
膜の均一性を大幅に向上させることができる。 ［００１６］
方に曲がると、その影響を受けてサセプタ面上のガス流
がサセプタ面と平行にならず、特にサセプタ周辺部では
外側に向かって斜め下方に速度ベクトルを持った流れと
なる。従って、サセプタ周辺部のガス流境界層は中心部
に比べて薄くなり、形成膜厚は中心部に比べ厚くなって
しまう。これがいわゆる「エツジ効果」といわれるもの
であり、膜厚の均一性を悪くする。この原因は、サセプ
タ周辺部でガス流が下方に曲げられるためであり、これ
は排気口がサセプタより下方にあることに起因する。 ［００１３］従って、これを解決するためには、サセプ
タ面上を中心から外方に向かって流れるガス流から見て
、その速度ベクトルの行先がサセプタ面と平行な径方向
外方にあるようにすればよい。 ［００１４］即ち、図１に示すように排気整流部３０が
サセプタ１５面の延長面外方上の成長炉壁に設けられて
いれば、サセプタ１５上のガス流１２はサセプタ１５、
即ち基板１４上をこの面に平行に中心から外方に流れる
。さらに、その排気流量が制御されれば原料ガス流の均
一性が確保され、周辺部でも厚くならず均一なガス流境
界層１３ができる。 ［００１５］このように基板１４上の原料ガス流をサセ
プタ１５面に平行に外周へ吐き出すことにより、回転型
の特徴である原料利用効率の向上を損なうことなく成長
膜の均一性を大幅に向上させることができる。 ［００１６］
【実施例】以下、本発明の実施例を図１および図７を用
いて説明する。 ［００１７］図１は縦型ＭＯＣＶＤに適用した本実施例
の原理構成図を示す。縦型成長炉１０は、ガス導入口１
１との接続部にあたる肩部１９が下がっているパンケー
キ型ではなく、肩部１９が水平なフラット型構成をして
いる。この成長炉１０内に、サセプタ１５が回転自在か
つその面を水平にして設けられている。成長炉１０内に
導入され排気口３１より炉外へ吸引排気されることにな
る原料ガスは、まずサセプタ１５の中心部上方のガス導
入口１１よりサセプタ１５の中心に向かって吹きつけら
れ、次いでサセプタ１５の高速回転（例えば１０１００
０ｒｐによりサセプタ中心部へ吹き寄せられる。サセプ
タ１５上には基板１４が載せられサセプタ１５と共に回
転する。 ［００１８］サセプタ１５の基板載置面の延長面外方の
成長炉１０の炉壁には原料ガスを炉外に排出するための
排気口３１が設けられる。この排気口３の途中には、サ
セプタ中心部に吹き寄せられた原料ガスを、その排気流
量を制御しつつサセプタ１５の径方向外方に導いて水平
に吐き出す排気整流部３０が設けられている。この排気
整流部３０は上流から下流に向って順次設けられたオリ
フィス１６、逆流防止網１７、弁１８、弁制御手段１９
から構成される。オリフィス１６は排気流速を速くする
ために、また逆流防止網１７は粒子等の逆流を防止する
ために設けられている。弁１８は排気流量を調整するた
めに、弁制御手段１９は排気流量を測定しその測定結果
に応じて弁１８を制御するために設けられている。 ［００１９］このように構成される排気整流部３０は、
排気ガス流１２をサセプタ回転面と平行で径方向外方に
案内させるために、サセプタ回転面の延長面上に放射状
に又は全周に渡って設ける。 ［００２０１サセプタ中心に垂直にぶつかった原料ガス
はサセプタ１５の径方向外方に向かって基板１４上を水
平に流れ、そのまま水平かつ径方向外方にある排気整流
部３０に吸い込まれ成長炉１０から外部に排気される。 排気口３１から排出される排気流量は、それが多いと弁
制御手段１９により制御される弁１８の弁開度が小さく
なって減量され、逆に排気流量が少ないと弁制御手段１
９により制御される弁１８の弁開度が大きくなって増量
される。この過程で、エピタキシャル膜は加熱された基
板１４上で分解した原料がガス流境界層１３を拡散し基
板１４上に堆積して成長する。 ［００２１１次に、上記した縦型ＭＯＣＶＤの具体例に
ついて図５及び図６を用いて説明する。 ［００２２１円盤状のサセプタ５１の下面側にヒータ５
２を設け、このヒータ５２によりサセプタ５１の温度を
４５０℃〜８００℃とする。このサセプタ５１上にはφ
４インチのＧａＡｓ基板５９を回転対称の位置に３枚載
せた円形トレイ５８が載置され、サセプタ５１と共に回
転する。ここでは５００ｒｐｍ〜２００Ｏｒｐｍの回転
数でトレイ５８を載せたサセプタ５１を回転した。なお
、基板５９とトレイ５８とは面一とする（図５（ａ）参
照）。原料はトリメチルガリウム、トリメチルアルミニ
ウム、トリメチルインジウム、アルシン、ジシランを用
いた。キャリアガスは水素を用い、上記原料と混合して
原料ガスとし計１００ １／ｍｉｎの流量を、成長炉６
０の上部中央に設けたガス導入口５０より成長炉６０内
へ導入した。成長炉６０は天井部内壁がフラットタイプ
の円筒体で構成されている。導入された原料ガスは成長
炉６０に設けた複数の排気管５５から炉外へ排気される
。排気管５５は、トレイ５８面の延長面上の成長炉壁に
サセプタ５１の回転中心軸６３に対して回転対称の位置
に放射状に設けられている。図示例では８本設けた場合
を示している。原料ガスを炉外へ吸引排気するために成
長炉内の圧力は２０ ｔｏｒｒ〜大気圧とした。 ［００２３１上記した排気管５５の設置場所は、より正
確にはサセプタ５１上のトレイ５８に載った基板５９面
と平行で、その延長面と交わる炉壁６４上に描いた円よ
りやや上方に設けられる。この排気管５５の排気経路上
に排気整流部６１が介設され、これは上流側から下流側
に向って設けられたオリフィス５３と、逆流防止網５４
と、ニードルバルブ６８と、流量制御計６９とから構成
される。 ［００２４１基板５９に垂直に吹き付けられた原料ガス
を水平方向外方に案内して、排気管５５に排出させるオ
リフィス５３が形成されている。このオリフィス５３は
排気流速を上げるためにガス流路を狭くすることにより
形成されている。オリフィス５３の出口側にはダスト等
の逆流を防ぎ排気を放射状に均一に行うための網５４が
設けられる。なお、網５４はオリフィス５３の入口側に
設けてもよい。 ［００２５］排気管５５内には上流側に排気流量を調節
するためのニードルバルブ６８と、下流側に排気流量を
監視してその監視結果に応じてニードルバルブ６８の弁
体を制御して排気流量を調節するための流量制御計６９
とが介設される。これらにより各排気管５５から排気さ
れる排気流量は個別に調節され得るようになっている。 このオリフィス５３と網５４との存在により、ガス流は
基板５９に対して平行に流れ、オリフィス５３、網５４
を通過した後に成長炉外へ排気される。また、ニードル
バルブ６８と流量制御計６９との存在により、成長炉外
へ排気される排気流量の均一化が図れ、基板５９上のガ
ス流境界層が均一になる。なお、排気ガス流を基板５９
に平行に流すために成長炉６０の天井部内壁も水平にし
ておくことは重要である。 ［００２６］このように排気整流部６１により基板５９
上のガス流境界層の厚さは均一となり、その結果エピタ
キシャル膜厚が均一となる。また、逆流を防ぐ網５４の
存在により粒子の舞い上がりがなくなるとともに、排気
がサセプタから外側に向ってサセプタ面上で放射状に均
一に行なわれるため表面欠陥のないエピタキシャル結晶
が得られる。さらにニードルバルブ６８．流量制御計６
９によりサセプタ面状の排気流即ちガス流れの均一性を
調整できるため、エピタキシャル特性の均一性を調整、
制御することができる。また、この排気整流部６５があ
るため基板５９上の空間で対流が発生せず炉内での原料
ガスの切り替えが高速に行われる。従って急峻な界面を
有するヘテロ接合エピタキシャル結晶を成長させること
ができる。次に具体例について述べると、成長温度６５
０℃、アルシンとトリメチルガリウム及びトリメチルア
ルミニウム、ｎ型のドーパントとしてＳｉ２Ｈ６を用い
て図７に示すようなｎ型ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ選択ド
ープ構造のエピタキシャル結晶を成長した結果、φ４イ
ンチウェハにおける膜厚バラツキは±１％以下であり、
同時成長した３枚のφ４インチウェハのバラツキは±２
％以下であった。 ［００２７１ｎ型ＧａＡｌＡｓのキャリア濃度のバラツ
キは±２％以下、Ａ１混晶比のバラツキは±０．３％以
下であった。シートキャリア濃度は１．２Ｘ１０１２ｃ
ｍ２±１％であり移動度は６２００±２％と非常に均一
であった。 ［００２８］なお、ＩｎＧａＡｓの成長においても膜厚
バラツキはＧａＡｓと同等であり、キャリア濃度や混晶
比の均一性も良好であった。 ［００２９］本実施例において、原料の利用効率を効果
的に高めるためにサセプタ回転数を５００ｒｐｍ以上と
することが望ましいが、原料の利用効率をそれ程望まず
、非常に均一なエピタキシャル膜成長を安定に行わせる
ことのみを目的とするのであれば、本発明は、サセプタ
回転数が５０Ｏｒｐｍ以下でも、あるいは２００Ｏｒｐ
ｍ以上でも基本的に有効である。 ［００３０１また、上記実施例では成長炉を縦に配置し
た例を説明したが、横に配置した場合であっても原料が
基板に垂直に吹き付けられるものであれば本発明を適用
することは可能である。また、薄膜に限らす厚膜にも適
用できることはもちろんである。 ［００３１１また１本実施例では排気管をサセプタ面の
略延長面上に設けるようにしたが、サセプタ面の略延長
面上に設けるのは排気整流部のみで足り、排気整流部を
経た後に排気ガスがどの様に引き回されるかは本発明で
はあまり重要ではなく、従って排気管への経路が設けら
れているのであれば、排気管は従来同様に成長炉の下方
に設けられていてもよい。 ［００３２］
いて説明する。 ［００１７］図１は縦型ＭＯＣＶＤに適用した本実施例
の原理構成図を示す。縦型成長炉１０は、ガス導入口１
１との接続部にあたる肩部１９が下がっているパンケー
キ型ではなく、肩部１９が水平なフラット型構成をして
いる。この成長炉１０内に、サセプタ１５が回転自在か
つその面を水平にして設けられている。成長炉１０内に
導入され排気口３１より炉外へ吸引排気されることにな
る原料ガスは、まずサセプタ１５の中心部上方のガス導
入口１１よりサセプタ１５の中心に向かって吹きつけら
れ、次いでサセプタ１５の高速回転（例えば１０１００
０ｒｐによりサセプタ中心部へ吹き寄せられる。サセプ
タ１５上には基板１４が載せられサセプタ１５と共に回
転する。 ［００１８］サセプタ１５の基板載置面の延長面外方の
成長炉１０の炉壁には原料ガスを炉外に排出するための
排気口３１が設けられる。この排気口３の途中には、サ
セプタ中心部に吹き寄せられた原料ガスを、その排気流
量を制御しつつサセプタ１５の径方向外方に導いて水平
に吐き出す排気整流部３０が設けられている。この排気
整流部３０は上流から下流に向って順次設けられたオリ
フィス１６、逆流防止網１７、弁１８、弁制御手段１９
から構成される。オリフィス１６は排気流速を速くする
ために、また逆流防止網１７は粒子等の逆流を防止する
ために設けられている。弁１８は排気流量を調整するた
めに、弁制御手段１９は排気流量を測定しその測定結果
に応じて弁１８を制御するために設けられている。 ［００１９］このように構成される排気整流部３０は、
排気ガス流１２をサセプタ回転面と平行で径方向外方に
案内させるために、サセプタ回転面の延長面上に放射状
に又は全周に渡って設ける。 ［００２０１サセプタ中心に垂直にぶつかった原料ガス
はサセプタ１５の径方向外方に向かって基板１４上を水
平に流れ、そのまま水平かつ径方向外方にある排気整流
部３０に吸い込まれ成長炉１０から外部に排気される。 排気口３１から排出される排気流量は、それが多いと弁
制御手段１９により制御される弁１８の弁開度が小さく
なって減量され、逆に排気流量が少ないと弁制御手段１
９により制御される弁１８の弁開度が大きくなって増量
される。この過程で、エピタキシャル膜は加熱された基
板１４上で分解した原料がガス流境界層１３を拡散し基
板１４上に堆積して成長する。 ［００２１１次に、上記した縦型ＭＯＣＶＤの具体例に
ついて図５及び図６を用いて説明する。 ［００２２１円盤状のサセプタ５１の下面側にヒータ５
２を設け、このヒータ５２によりサセプタ５１の温度を
４５０℃〜８００℃とする。このサセプタ５１上にはφ
４インチのＧａＡｓ基板５９を回転対称の位置に３枚載
せた円形トレイ５８が載置され、サセプタ５１と共に回
転する。ここでは５００ｒｐｍ〜２００Ｏｒｐｍの回転
数でトレイ５８を載せたサセプタ５１を回転した。なお
、基板５９とトレイ５８とは面一とする（図５（ａ）参
照）。原料はトリメチルガリウム、トリメチルアルミニ
ウム、トリメチルインジウム、アルシン、ジシランを用
いた。キャリアガスは水素を用い、上記原料と混合して
原料ガスとし計１００ １／ｍｉｎの流量を、成長炉６
０の上部中央に設けたガス導入口５０より成長炉６０内
へ導入した。成長炉６０は天井部内壁がフラットタイプ
の円筒体で構成されている。導入された原料ガスは成長
炉６０に設けた複数の排気管５５から炉外へ排気される
。排気管５５は、トレイ５８面の延長面上の成長炉壁に
サセプタ５１の回転中心軸６３に対して回転対称の位置
に放射状に設けられている。図示例では８本設けた場合
を示している。原料ガスを炉外へ吸引排気するために成
長炉内の圧力は２０ ｔｏｒｒ〜大気圧とした。 ［００２３１上記した排気管５５の設置場所は、より正
確にはサセプタ５１上のトレイ５８に載った基板５９面
と平行で、その延長面と交わる炉壁６４上に描いた円よ
りやや上方に設けられる。この排気管５５の排気経路上
に排気整流部６１が介設され、これは上流側から下流側
に向って設けられたオリフィス５３と、逆流防止網５４
と、ニードルバルブ６８と、流量制御計６９とから構成
される。 ［００２４１基板５９に垂直に吹き付けられた原料ガス
を水平方向外方に案内して、排気管５５に排出させるオ
リフィス５３が形成されている。このオリフィス５３は
排気流速を上げるためにガス流路を狭くすることにより
形成されている。オリフィス５３の出口側にはダスト等
の逆流を防ぎ排気を放射状に均一に行うための網５４が
設けられる。なお、網５４はオリフィス５３の入口側に
設けてもよい。 ［００２５］排気管５５内には上流側に排気流量を調節
するためのニードルバルブ６８と、下流側に排気流量を
監視してその監視結果に応じてニードルバルブ６８の弁
体を制御して排気流量を調節するための流量制御計６９
とが介設される。これらにより各排気管５５から排気さ
れる排気流量は個別に調節され得るようになっている。 このオリフィス５３と網５４との存在により、ガス流は
基板５９に対して平行に流れ、オリフィス５３、網５４
を通過した後に成長炉外へ排気される。また、ニードル
バルブ６８と流量制御計６９との存在により、成長炉外
へ排気される排気流量の均一化が図れ、基板５９上のガ
ス流境界層が均一になる。なお、排気ガス流を基板５９
に平行に流すために成長炉６０の天井部内壁も水平にし
ておくことは重要である。 ［００２６］このように排気整流部６１により基板５９
上のガス流境界層の厚さは均一となり、その結果エピタ
キシャル膜厚が均一となる。また、逆流を防ぐ網５４の
存在により粒子の舞い上がりがなくなるとともに、排気
がサセプタから外側に向ってサセプタ面上で放射状に均
一に行なわれるため表面欠陥のないエピタキシャル結晶
が得られる。さらにニードルバルブ６８．流量制御計６
９によりサセプタ面状の排気流即ちガス流れの均一性を
調整できるため、エピタキシャル特性の均一性を調整、
制御することができる。また、この排気整流部６５があ
るため基板５９上の空間で対流が発生せず炉内での原料
ガスの切り替えが高速に行われる。従って急峻な界面を
有するヘテロ接合エピタキシャル結晶を成長させること
ができる。次に具体例について述べると、成長温度６５
０℃、アルシンとトリメチルガリウム及びトリメチルア
ルミニウム、ｎ型のドーパントとしてＳｉ２Ｈ６を用い
て図７に示すようなｎ型ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ選択ド
ープ構造のエピタキシャル結晶を成長した結果、φ４イ
ンチウェハにおける膜厚バラツキは±１％以下であり、
同時成長した３枚のφ４インチウェハのバラツキは±２
％以下であった。 ［００２７１ｎ型ＧａＡｌＡｓのキャリア濃度のバラツ
キは±２％以下、Ａ１混晶比のバラツキは±０．３％以
下であった。シートキャリア濃度は１．２Ｘ１０１２ｃ
ｍ２±１％であり移動度は６２００±２％と非常に均一
であった。 ［００２８］なお、ＩｎＧａＡｓの成長においても膜厚
バラツキはＧａＡｓと同等であり、キャリア濃度や混晶
比の均一性も良好であった。 ［００２９］本実施例において、原料の利用効率を効果
的に高めるためにサセプタ回転数を５００ｒｐｍ以上と
することが望ましいが、原料の利用効率をそれ程望まず
、非常に均一なエピタキシャル膜成長を安定に行わせる
ことのみを目的とするのであれば、本発明は、サセプタ
回転数が５０Ｏｒｐｍ以下でも、あるいは２００Ｏｒｐ
ｍ以上でも基本的に有効である。 ［００３０１また、上記実施例では成長炉を縦に配置し
た例を説明したが、横に配置した場合であっても原料が
基板に垂直に吹き付けられるものであれば本発明を適用
することは可能である。また、薄膜に限らす厚膜にも適
用できることはもちろんである。 ［００３１１また１本実施例では排気管をサセプタ面の
略延長面上に設けるようにしたが、サセプタ面の略延長
面上に設けるのは排気整流部のみで足り、排気整流部を
経た後に排気ガスがどの様に引き回されるかは本発明で
はあまり重要ではなく、従って排気管への経路が設けら
れているのであれば、排気管は従来同様に成長炉の下方
に設けられていてもよい。 ［００３２］
【発明の効果】本発明によれば、排気整流部を設けて基
板に垂直に吹き付けた原料ガスを排気流量を制御しつつ
水平に吐き出すようにしたので、半無限平面と同様なガ
ス流状態を強制的に作ることが可能となり、均一性に優
れた膜を成長できる。 ［００３３］特にサセプタの回転数を１０ Ｏｒ ｐｍ
以上とすることにより原料利用効率の高い膜を成長でき
る。
板に垂直に吹き付けた原料ガスを排気流量を制御しつつ
水平に吐き出すようにしたので、半無限平面と同様なガ
ス流状態を強制的に作ることが可能となり、均一性に優
れた膜を成長できる。 ［００３３］特にサセプタの回転数を１０ Ｏｒ ｐｍ
以上とすることにより原料利用効率の高い膜を成長でき
る。
【図１】縦型成長炉におけるガス流と排気方法の関係を
示す説明図であって、本実施例の原理構成図。
示す説明図であって、本実施例の原理構成図。
【図２】縦型成長炉におけるガス流と排気方法の関係を
示す説明図であって、一般例の構成図。
示す説明図であって、一般例の構成図。
【図３】縦型成長炉におけるガス流と排気方法の関係を
示す説明図であって、理想例の構成図。
示す説明図であって、理想例の構成図。
【図４】縦型成長炉におけるガス流と排気方法の関係を
示す説明図であって、従来例の構成図。
示す説明図であって、従来例の構成図。
【図５】本発明の気相膜成長装置の実施例を示す構成図
。
。
【図６】本発明の気相膜成長装置の実施例を示す断面図
。
。
【図７】本実施例の成長特性評価に用いたＧａＡｌＡｓ
／ＧａＡｓ選択ドープ構造のエピタキシャル結晶断面図
。
／ＧａＡｓ選択ドープ構造のエピタキシャル結晶断面図
。
９ サセプタの回転中心軸
１０ 成長炉
１１ ガス導入口
１２ ガス流
１３ ガス流境界層
１４ 基板
１５ サセプタ
１６ オリフィス
１７ 逆流防止網
１８弁
１９ 弁制御手段
３０ 排気整流部
５０ ガス導入口
５１ サセプタ
５２ ヒータ
５３ オリフィス
５４ 逆流防止網
５５ 排気管
５８ トレイ
５９ 基板
６０ 成長炉
６１ 排気整流部
６３ サセプタの回転中心軸
６８ ニードルバルブ
６９ 流量制御計
【図６】
Claims (2)
- 【請求項１】成長炉内に導いた原料ガスを成長炉外へ吸
引排気する際に、回転するサセプタに載せた基板に原料
ガスを垂直に吹き付けて膜を成長させる気相膜成長装置
において、サセプタ面の略延長面上の成長炉壁に、基板
に垂直に吹き付けられて吸引排気される原料ガスを、そ
の排気流量を制御しつつサセプタの径方向外方に導いて
水平に吐き出す排気整流部を設けたことを特徴とする気
相膜成長装置。 - 【請求項２】上記排気整流部が、排気流速を上げるオリ
フィスと、粒子の逆流を防止する網と、排気流量を調整
する弁と、排気流量を測定しその測定結果に応じて上記
弁を制御する弁制御手段とから構成されていることを特
徴とする請求項１に記載の気相膜成長装置。【請求項３
】上記排気整流部がサセプタの回転中心軸に対して回転
対称の位置に放射状に設けられていることを特徴とする
請求項１または２に記載の気相膜成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40974890A JP2745819B2 (ja) | 1990-12-10 | 1990-12-10 | 気相膜成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40974890A JP2745819B2 (ja) | 1990-12-10 | 1990-12-10 | 気相膜成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04209794A true JPH04209794A (ja) | 1992-07-31 |
| JP2745819B2 JP2745819B2 (ja) | 1998-04-28 |
Family
ID=18519035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP40974890A Expired - Lifetime JP2745819B2 (ja) | 1990-12-10 | 1990-12-10 | 気相膜成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2745819B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0714782A (ja) * | 1993-06-25 | 1995-01-17 | Nec Corp | 半導体製造装置 |
| JP2004506316A (ja) * | 2000-08-09 | 2004-02-26 | アイティーティー・マニュファクチュアリング・エンタープライゼズ・インコーポレーテッド | エピタキシャル反応装置のガス捕集器 |
| JP2004507897A (ja) * | 2000-09-01 | 2004-03-11 | アイクストロン、アーゲー | 特に１つ以上の結晶質の基板上に、特に結晶質の層を沈積する装置 |
| JP2007067213A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Mitsubishi Electric Corp | 気相成長装置 |
| JP2007531250A (ja) * | 2003-07-15 | 2007-11-01 | ブリッジラックス インコーポレイテッド | 化学気相成長反応装置 |
| US8216419B2 (en) | 2008-03-28 | 2012-07-10 | Bridgelux, Inc. | Drilled CVD shower head |
| US8216375B2 (en) | 2005-02-23 | 2012-07-10 | Bridgelux, Inc. | Slab cross flow CVD reactor |
| US8506754B2 (en) | 2007-04-26 | 2013-08-13 | Toshiba Techno Center Inc. | Cross flow CVD reactor |
| US8668775B2 (en) | 2007-10-31 | 2014-03-11 | Toshiba Techno Center Inc. | Machine CVD shower head |
| JP2018037456A (ja) * | 2016-08-29 | 2018-03-08 | 株式会社ニューフレアテクノロジー | 気相成長方法 |
-
1990
- 1990-12-10 JP JP40974890A patent/JP2745819B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0714782A (ja) * | 1993-06-25 | 1995-01-17 | Nec Corp | 半導体製造装置 |
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| JP2004507897A (ja) * | 2000-09-01 | 2004-03-11 | アイクストロン、アーゲー | 特に１つ以上の結晶質の基板上に、特に結晶質の層を沈積する装置 |
| JP2007531250A (ja) * | 2003-07-15 | 2007-11-01 | ブリッジラックス インコーポレイテッド | 化学気相成長反応装置 |
| JP2009212531A (ja) * | 2003-07-15 | 2009-09-17 | Bridgelux Inc | 化学気相成長反応装置 |
| US8216375B2 (en) | 2005-02-23 | 2012-07-10 | Bridgelux, Inc. | Slab cross flow CVD reactor |
| JP2007067213A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Mitsubishi Electric Corp | 気相成長装置 |
| US8506754B2 (en) | 2007-04-26 | 2013-08-13 | Toshiba Techno Center Inc. | Cross flow CVD reactor |
| US8668775B2 (en) | 2007-10-31 | 2014-03-11 | Toshiba Techno Center Inc. | Machine CVD shower head |
| US8216419B2 (en) | 2008-03-28 | 2012-07-10 | Bridgelux, Inc. | Drilled CVD shower head |
| JP2018037456A (ja) * | 2016-08-29 | 2018-03-08 | 株式会社ニューフレアテクノロジー | 気相成長方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2745819B2 (ja) | 1998-04-28 |
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