JPH04340709A - 半導体装置の製造装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、赤外線源により半導体
基板を加熱して気相成長を行う半導体製造装置に関する
。

【０００２】半導体デバイスは、ウェハー状にスライス
したバルク結晶と合わせて、結晶品質が良く、必要な結
晶構造が得られるエピタキシャル結晶が用いられている
。エピタキシャル結晶は、シリコン（Ｓｉ）だけでなく
、ガリウム・ヒ素（ＧａＡｓ）やインジウム・リン（Ｉ
ｎＰ）等の種々の化合物半導体が製造されるようになり
、その構造においても超格子、格子不整合ヘテロエピタ
キシなど多様化してきている。エピタキシャル結晶に要
求されるのは、結晶性の良さ、純度の高さとともに、成
長膜の厚みや電気特性の均一性である。これらの均一性
は、基板温度や原料ガス供給の均一性により決定され、
これらの均一性を損なう因子を排除する必要がある。

【０００３】

【従来の技術】従来、化合物半導体によく用いられる成
長方法に、有機金属気相法によるエピタキシャル成長（
Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ
　Ｅｐｉｔａｘｉａｌ　：ＭＯＶＰＥ）がある。このＭ
ＯＶＰＥは、水素ガスをキャリアガスとして用い、有機
金属化合物の蒸気を含ませたガスや水素化合物ガスを反
応室に送り、基板上で熱分解させてエピタキシャル成長
させるものである。

【０００４】図４に、従来のＭＯＶＰＥ装置の概念図を
示す。図４（Ａ）のＭＯＶＰＥ装置１は、予備室２及び
石英で形成された反応管３から成り、反応管３には反応
ガス４を外部より内部に供給する供給口５が設けられて
いる。この反応管３内にはカーボンで形成されたサセプ
タ（保持体）６が設置され、該サセプタ６上に半導体基
板７が載置される。そして、反応管３の周囲には誘導コ
イル８が設けられる。誘導コイル８に高周波電流を供給
し、サセプタ６を誘導加熱して半導体基板７を所定の温
度まで上昇させて、該半導体基板７にエピタキシャル成
長させる。なお、半導体基板７を載置したサセプタ６は
、搬送棒（図示せず、以下図４において同じ）により予
備室２より反応管３に搬送される。

【０００５】この誘導加熱による方法は、反応管３内で
空間的に隔離されたサセプタ６を配線を行わずに加熱す
ることができる。しかし、誘導コイル８の電源が大型、
高価であり、また、強い雑音を発生すると共に、高電圧
のために危険性がある。

【０００６】そのため、図４（Ｂ）に示すように、熱源
として反応管３の外部に赤外線を発するランプ９を設け
たものが考えられている。これは、反応管３の石英が赤
外線を透過させることから、高周波数加熱方式と同様に
空間的に隔離されたサセプタ６を加熱するものであり、
また上述の高周波加熱装置の欠点を総て改善できる。し
かし、エピタキシャル成長途中で反応管３の管壁に反応
生成物が付着して透明度が悪化し、加熱できなくなると
いう問題がある。

【０００７】ランプ９を用いて加熱を行うには図４（Ｃ
）に示すようなものも用いられている。図４（Ｃ）は、
サセプタ６を反応管３に密着させて、該サセプタ６の裏
側より赤外線を照射し、加熱するものである。これは、
管壁に反応生成物が付着するのを防止できるが、該管壁
の温度が上昇して熱歪みを生じることから、反応管３の
内部圧力を大気圧より低くする場合や加熱温度が高い場
合には破損の危険性がある。

【０００８】図４（Ｂ）と（Ｃ）の欠点を改善するもの
として図４（Ｄ）に示すように、反応管３内の供給口５
に内管１０を設け、該内管１０内にサセプタ６を載置す
るものがある。この場合、反応管２にはノズル１１が設
けられており、内管１０の汚染を防止するために水素又
は窒素が供給される。また、サセプタ６は内管１０の内
壁に密着させるために、通常断面は矩形に形成される。 このようにして、反応管３の破損の危険性を低減してい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図４（Ｄ）に
おけるサセプタ６の底面全体が内管１０の内壁に接する
ことから、該サセプタ６の熱が内管に放散し易く、内管
１０自体も加熱による熱歪を受けるという問題がある。 また、内管１０内でサセプタ６や半導体基板７が反応ガ
スの流れを妨げて乱流を生じさせ、その結果エピタキシ
ャル成長の均一性が損なわれるという問題がある。さら
には、構造上内管１０の洗浄が困難であるという問題が
ある。

【００１０】本発明は上記課題に鑑み、内管への熱の放
散を防ぎかつ気流を円滑にして成長の均一性を図るよう
な半導体製造装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題は、半導体基板
を赤外線源で加熱して所定の反応ガスにより気相成長を
行う半導体装置の製造装置において、内部に反応ガスを
供給するための供給口が外部より該内部にかけて設けら
れた反応管と、一部に開口部が形成されて、前記半導体
基板を該開口部に載置し、該反応管内で該供給口に着脱
可能に取着される内管と、該内管を、該供給口に脱着さ
せる搬送手段とを有し、また該内管における他の構造と
して、前記内管の開口部に、載置される前記半導体基板
と前記内管の内壁との表面を平坦化させる座ぐりを形成
し、又は、前記半導体基板が保持される保持体を、適宜
該開口部との表面を平坦にして取着することにより解決
される。

【００１２】

【作用】上述のように、本発明は内管に開口部を形成し
、該開口部に半導体基板を載置し、又は半導体基板を保
持する保持体を取着するものである。これにより、内管
を介さずに半導体基板又は保持体が赤外線源で加熱され
、該内管との接触面積が小さいことから放熱が抑えられ
ると共に、内管の熱歪みを防止することが可能となる。 従って、内管の温度上昇が低減でき、内管への反応生成
物の付着を防ぐことが可能となる。

【００１３】また、内管は反応管内で供給口に着脱可能
に取着される。これにより、成長ごとに内管を容易に取
外して洗浄又は交換することが可能となる。

【００１４】さらに、内管の内壁と半導体基板又は保持
体の表面とが平坦化されている。従って、内管中で反応
ガスの乱流が発生しにくく、均一な成長を行うことが可
能となる。

【００１５】

【実施例】図１に、本発明の第１の実施例の構成図を示
す。なお、図４と同一の構成については同一の符号を付
す。図１（Ａ）はＭＯＶＰＥ装置に適用した内管部分を
示した概略断面図であり、図１（Ｂ）はＧａＡｓエピタ
キシャル成長のＭＯＶＰＥ装置の概念図である。図１（
Ａ）において、供給口５の一端（反応管内）は上下に鉤
形状の支持部５ａ，５ｂが形成されており、該支持部５
ａ，５ｂにフローチャネルと呼ばれる内管１０が嵌入さ
れて着脱可能に取着、固定される。なお、図示しないが
支持部５ａ，５ｂと内管１０の端部には対応するガイド
、溝部が形成されて、位置決めされる。この内管１０は
、例えば石英で形成されており下部に開口部２０が形成
されると共に、該開口部２０の端部に座ぐり２１が形成
される。開口部２０は、載置する半導体基板７と略同寸
法（直径２〜３インチ）であり、座ぐり２１は該半導体
基板７の厚さと同じ（３００〜６００μｍ）に形成され
て半導体基板７を嵌合する状態で載置する。また、内管
１０の下部には、該内管１０を供給口５に脱着する搬送
手段である搬送棒２２を螺合固定する固定部２３が設け
られる。

【００１６】一方、図１（Ｂ）のＭＯＶＰＥ装置１では
、予備室２と反応管３がゲートバルブ２４を介して連結
されており、反応管３に外部より内部にかけて設けられ
た供給口５に内管１０が搬送棒２２により搬送される。 反応管３は赤外線を透過する例えば石英で形成されてお
り、図示しないが真空ポンプ等により減圧される。 また、反応管３の下方には赤外線源のランプ９が配置さ
れる。

【００１７】このようなＭＯＶＰＥ装置１では、半導体
基板７が載置された内管１０が搬送棒２２により予備室
２からゲートバルブ２４を通り反応管３内に搬送され、
供給口５に取着される。そして、ランプ９により半導体
基板７を直接加熱し、所定温度に達したときに供給口５
より反応ガス４を供給しはじめてエピタキシャル結晶を
成長させるものである。

【００１８】この場合、加熱される半導体基板７と内管
１０との接触面積が小さいことから、内管１０の温度上
昇が小さく熱歪みの発生を防止することができると共に
、反応ガス４が分解した反応生成物が該内管１０に付着
することを防止することができる。また、内管１０の内
壁と半導体基板７の表面とが平坦化されていることから
、反応ガス４の乱流を生じることがなく、結晶成長の均
一化を図ることができる。さらに、内管１０は供給口５
と着脱可能であることから、処理ごとに取り出し、容易
に洗浄又は交換することができる。

【００１９】ここで、図２に、図１の他の実施例の構成
図を示す。図２は、内管１０の上方に開口部２０及び端
部に座ぐり２１を形成したもので、該座ぐり２１上に半
導体基板７を載置するものである。この場合、ランプ９
は図示しないが反応管３の上方に配置される。このよう
に半導体基板７を上方位置に配置することにより、反応
ガス４が、対流現像により上昇して半導体基板７に効率
よく供給することができる。

【００２０】次に、図３に、本発明の第２実施例の構成
図を示す。図３（Ａ）は、内管１０の下部に開口部２０
を形成し、この開口部２０にサセプタ２５を嵌入して取
着したもので、他は図１（Ａ）と同様である。サセプタ
２５は、赤外線の吸収効率の高い、例えばカーボン、モ
リブデン、ステンレス等により形成され、側部に搬送棒
２２が螺着される。また、サセプタ２５上には半導体基
板７と同じ厚さ（４００〜６００μｍ）の凹部２６が形
成され、該凹部２６に半導体基板７が載置される。この
場合、内管１０の内壁、サセプタ２５の表面及び半導体
基板７の表面は平坦化されており、反応ガス４の乱流の
発生を防止してエピタキシャル結晶の均一な成長を行わ
せるものである。

【００２１】一方、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の内管１
０をＭＯＶＰＥ装置１に使用するもので、他の構成は図
１（Ｂ）と同様である。すなわち、ランプ９によりサセ
プタ２５を加熱し、このサセプタ２５により半導体基板
７を加熱するものである。これにより、第１の実施例と
同様に、内管１０の熱歪みの発生、反応生成物の付着を
防止することができると共に、結晶成長の均一化を図る
ことができる。また、内管１０は着脱可能であることか
ら、内管１０やサセプタ２５の交換を容易に行うことが
できる。

【００２２】このように、第１及び第２の実施例からも
明らかなように、内管１０やサセプタ２５を成長処理ご
とに容易に洗浄又は交換できることから成長開始時には
半導体基板７周辺における反応生成物が付着していない
。シリコン基板上の化合物半導体成長装置では、シリコ
ン基板を１０００℃の高温で熱処理してから温度を下げ
て成長する。従来はシリコン基板加熱時にそれまでの成
長で付着していた反応生成物が解離して基板表面を汚染
していた。しかし本発明では清浄な環境でシリコン基板
の加熱が行なえるので、結果として基板表面の汚染を防
止できる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、供給口に
内管を着脱可能にし、該内管に形成された開口部に半導
体基板を載置し、又は半導体基板を載置した保持体を取
着して赤外線加熱で気相成長を行うことにより、半導体
基板の熱の放散を防ぐことができ、周辺の反応生成物の
付着を防止することができると共に、内管の脱着により
毎回清浄な内管や保持体で成長を行わせることができる
。これにより、化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長に赤外線
加熱を有効に適用することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成図である。

【図２】図１の他の実施例の構成図である。

【図３】本発明の第２の実施例の構成図である。

【図４】従来のＭＯＶＰＥ装置の概念図である。

【符号の説明】

１　　ＭＯＶＰＥ装置 ２　　予備室 ３　　反応室 ４　　反応ガス ５　　供給口 ７　　半導体基板 ９　　ランプ １０　　内管 ２０　　開口部 ２１　　座ぐり ２２　　搬送棒 ２５　　サセプタ ２６　　凹部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体基板（７）を赤外線源（９）で
   加熱して所定の反応ガス（４）により気相成長を行う半
   導体装置の製造装置において、内部に反応ガス（４）を
   供給するための供給口（５）が外部より該内部にかけて
   設けられた反応管（３）と、一部に開口部（２０）が形
   成されて、前記半導体基板（７）を該開口部（２０）に
   載置し、該反応管（３）内で該供給口（５）に着脱可能
   に取着される内管（１０）と、該内管（１０）を、該供
   給口（５）に着脱させる搬送手段（２２）と、を有する
   ことを特徴とする半導体装置の製造装置。
2. 【請求項２】　　前記内管（１０）の開口部（２０）に
   、載置される前記半導体基板（７）と前記内管（１０）
   の内壁との表面を平坦化させる座ぐり（２１）を形成す
   ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造装
   置。
3. 【請求項３】　　前記内管（１０）の開口部（２０）に
   、前記半導体基板（７）が保持される保持体（２５）を
   取着することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の
   製造装置。
4. 【請求項４】　　前記内管（１０）の内壁と前記保持体
   （２５）との表面を平坦化すると共に、該保持体（２０
   ）に、保持する前記半導体基板（７）の表面と平坦化さ
   せる凹部（２６）を形成することを特徴とする請求項１
   及び３記載の半導体装置の製造装置。