JPH05217903A

JPH05217903A - 気相成長装置及び気相成長法

Info

Publication number: JPH05217903A
Application number: JP4015495A
Authority: JP
Inventors: Toru Uchida; 徹内田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-01-30
Filing date: 1992-01-30
Publication date: 1993-08-27

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体結晶の高均一・高精度の結晶成長を行う
ため、原料ガスの流れに渦流が発生することを防止し、
ガス組成の急峻な切り換えが可能な半導体装置の製造装
置の提供する。【構成】基板４を載置するサセプタ５に対し垂直に原料
ガスを供給するガス供給管２と、反応管１からなりサセ
プタ５に対し横方向に原料ガスの排気を行う排気管３
と、基板４を加熱する加熱装置とからなる気相成長装置
にキャリアガスを流すことによって原料ガスの排気を速
やかに行い、原料ガスの流れに渦流が発生するのを防止
し、原料ガスの急峻な切り換えを可能とする、ガス供給
管２から遠ざかるにつれて順次管の長さを短くした補助
管７をガス供給管２に隣接して形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は気相成長装置、特に有機
金属気相成長装置及びそれを用いた気相成長方法に関す
る。近年、化合物半導体装置は益々高性能化しており、
それに伴って、化合物半導体層の組成・膜厚を均一に
することはが要求されている。

【０００２】有機金属気相成長法は、化合物半導体薄膜
の高均一・高精度な成長が可能な方法であり、種々のデ
バイス製造に利用されている。

【０００３】

【従来技術】図２に従来の気相成長装置を示す。図２ａ
は平面図、図２ｂは断面図を示している。図２におい
て、１は石英で形成され、結晶成長を行う反応管、２は
基板４に対向して設けられ、反応管１の内部に原料ガス
を基板４に対し垂直に供給するガス供給管、３は反応管
１内に供給した原料ガスを排気する排気系につながる排
気管、４は基板、５はカーボンで形成され、基板４を載
置するサセプタ、６はサセプタ５を加熱し、間接的に基
板４を加熱する高周波加熱装置である。

【０００４】図２ｂに示すように、従来の気相成長装置
は成長膜の基板面内での均一化をはかるため、反応管１
内に導入された原料ガスが直接基板４上に到達するよう
ガス供給管２を基板４の真上に配置していた。また、そ
れに加えて更に図２ａに示すように膜厚の面内均一性を
向上させるために、複数のガス供給管２を排気方向に対
して、垂直方向に一列に並べて配置している。

【０００５】基板４を載置するサセプタ５は図示しない
駆動系によって回転するように構成されており、各ガス
供給管２は、基板４の中心部上のものが最も原料ガスの
流量が少なく、外側のものほど原料ガスの流量が多くな
るように制御されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の気相成長
は、ガス供給管２の配置やガス供給管２からの流量の制
御によって均一な結晶成長を実現する考慮がなされてい
る。しかし、このような気相成長装置では、加熱装置６
によって基板４が加熱されると、基板４の上方に上昇気
流による対流が発生し、また、基板４および反応管１の
上面での衝突によって原料ガスは上下に流れ、図２に示
す矢印Ｂのような渦流が発生しやすかった。

【０００７】そして、この渦流は、原料ガスの淀みを作
るため、原料ガスの組成を急峻に切り換えることが難し
く、層切り換えの急峻な結晶成長を困難にしていた。ま
た、反応管１上面に原料ガスが衝突した場合、反応管１
により原料ガスは冷やされ、原料ガスは固化して反応管
１壁面に原料ガスが付着する。この反応管１壁面に付着
した物質（以下付着物と称する）は反応管１から剥離す
ることがあるため、結晶にとりこまれる場合があり、素
子形成を妨げるといった問題を引き起こしていた。

【０００８】本発明は、原料ガスの流れに渦流が発生す
ることを防止し、ガス組成の急峻な切り換えを行うこと
によって、高均一・高精度の結晶成長が可能な気相成長
装置及びそれを利用した気相成長方法を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、石英で形成さ
れ結晶成長を行う反応管１内部にカーボンからなり基板
４を載置するサセプタ５を設け、加熱装置７によって基
板４を加熱し、基板４に対向して設けられたガス供給管
２からは結晶成長のための原料ガスを、ガス供給管２に
隣接しているものから順次管長が短くなっている補助管
７からはガス供給管２に隣接しているものから順次流量
を少なくしたキャリアガスを基板４に対し垂直に供給
し、基板４側方に設けられた排気管３によって反応管１
内に供給した原料ガスを基板４面に対し水平方向に排気
することによって前記問題点を解決している。

【００１０】

【作用】従来と最も異なる本発明のポイントは７で示さ
れた部分で、この７は補助管で、ガス供給管２からガス
供給管２の両側に隣接して設置し、排気管３の方へガス
供給管２から遠いものほど順次管の長さが短くなるよう
になっている。本発明ではこの補助管７を用い、その補
助管７からキャリアガスを流すことによってガスに対し
下向きの圧力をかけるので、上昇気流等によるガスの上
昇を抑制し、ガスの上昇によって発生するガス供給管２
の両側での渦流を抑制する。

【００１１】また、補助管７からのキャリアガスの流量
を、ガス供給管２に隣接しているものから順次少なくな
るようにそれぞれを制御しているので、噴出ガス同士の
衝突による渦流の発生を防ぎ、さらにガスの流れを安定
させることができる。さらに、原料ガスを基板４に供給
した後、補助管７からのガスによって上昇を抑えるた
め、横方向の排気管３にガス流が直接向かい、基板４の
上方に淀みとして原料ガスが残留せず、速やかに原料ガ
スが排気される。

【００１２】

【実施例】図１に本発明の実施例を示す。図１におい
て、図２と同一符号は同一対物を示している。以下に本
発明の気相成長装置を用いてGaAsとAlGaInＰとの二層を
堆積する場合の例を挙げる。

【００１３】GaAsよりなる基板４を、サセプタ５上に載
置し、加熱装置６により成長温度を730［℃］にし、圧
力を 0.1［atm ］となるよう排気が行われた状態で、ま
ず、III 族原料のＴＥＧ（トリエチルガリウム）及びＶ
族原料のAsＨ₃（アルシン）からなる原料ガスをＨ₂か
らなるキャリアガスとともに流量を８［litter/min］で
基板４に供給し、成長速度１〜２［μｍ／ｈ］でGaAsを
成長させる。

【００１４】このとき補助管７からはガス供給管２に隣
接するものから順次ガスの流量が少なくなるように図示
しないマスフローコントローラで制御し、キャリアガス
を反応管１内に矢印Ｄの方向に流すことによって、図１
の矢印Ａで示されるような原料ガスの流れを形成する。
これによって原料ガスの上昇は抑えられ、ガス供給管２
から基板４上を流れた後すぐに排気管３にむかってお
り、渦流となり基板４上に淀みとしてのこらないので、
排気が速やかに行われる。

【００１５】続いて、III 族原料のＴＥＧの供給を止
め、約10秒後にＶ族原料ガスのAsＨ₃を止め、直後にＶ
族原料ガスのＰＨ₃（フォスフィン）を供給し、さらに
約３秒後にIII 族原料のＴＥＧ（トリエチルガリウ
ム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩ（ト
リメチルインジウム）の供給を開始して原料ガスの切り
換えを行う。このときもＨ₂からなるキャリアガスとと
もに流速を８［litter/min］で供給し、成長速度１〜２
［μｍ／ｈ］でAlGaInＰをGaAs上に成長させ、GaAs及び
AlGaInＰの二層の堆積が終了する。

【００１６】GaAs形成時と同様に補助管７からはガス供
給管２に隣接するものから順次ガスの流量が少なくなる
ようにキャリアガスを反応管１内に矢印Ｄの方向に流す
ことによって、図１の矢印Ａで示されるような原料ガス
の流れを形成する。この工程によれば、図２の矢印Ｂで
示されるような渦流は発生せず、原料ガスが淀むことは
ない。また、ガス供給管から供給される原料ガスの組成
が切り換わっても、残留ガスとまざることがないので、
急峻な原料ガスの切り換えが可能であることがわかる。
さらに、キャリアガスによる流れによって反応管１に原
料ガスが接触することを防止し、原料ガスが反応管１壁
面に不純物として付着することもなく、固化した原料ガ
スが結晶にとりこまれることによる素子形成の妨げを防
ぐ。

【００１７】以上二層について記述してきたが、三層以
上の場合は同様な工程を繰り返すことによって作製でき
る。また、原料ガスが基板４に対し水平方向へ流れるの
で、均一な層成長が行われ、複数層を形成する場合はも
ちろん、単層の場合においても本発明の気相成長装置に
よる効果があるので、本発明の気相成長装置は形成する
層の数によらず利用できる。

【００１８】なお、各補助管７は一つの管によって構成
されているが、ガス供給管２のように、複数の管を列に
し、それぞれの管の流量を変えて、よりガスの流れを安
定させてもよく、上記の形状に限定されるものではな
い。他の部材においても、排気管３がサセプタ５の側方
にあり、基板４に対し原料ガスが垂直に供給され、補助
管７がガス供給管２に隣接しているものから順次短くな
っていれば材質・形状において上記のものに限定される
ものではない。

【００１９】また、上記実施例では原料ガスはガス供給
管２のみより供給しているが、必要に応じて補助管７か
ら原料ガスを供給してもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、渦
流の発生を防ぐことができ、管内で原料ガスが淀むこと
はなく、急峻な原料ガスの組成切り換えが可能となる。
また、原料ガスは基板に供給された後、速やかに排気さ
れるため、反応管に付着することはなく、作製する結晶
に不純物が取り込まれることはない。

【００２１】従って、形成された半導体装置の層界面で
の組成の切り換わりが向上し、層均一性も増すので半導
体結晶の品質向上に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における気相成長装置を示す図

【図２】従来例における気相成長装置を示す図

【符号の説明】

１反応管２ガス供給管３排気管４基板５サセプタ６加熱装置７補助管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶成長を行う反応管（１）と、前記反応管（１）の内部に配置されて基板（４）を載置
するサセプタ（５）と、前記基板（４）に対向して設けられ、前記反応管（１）
の内部に前記基板（４）に対し垂直に原料ガスを供給す
るガス供給管（２）と、前記基板（４）側方に設けられ、前記反応管（１）内に
供給した原料ガスをその供給方向に対し直角な方向に排
気する排気管（３）と、前記基板（４）を加熱する加熱装置（６）と、前記ガス供給管（２）に隣接し、前記ガス供給管（２）
の位置から遠ざかるに従って順次管長が短くなり、最も
外側においては前記反応管（１）の内面と同一かまたは
さらに短く構成されている補助管（７）とを有すること
を特徴とする気相成長装置。
【請求項２】前記補助管（７）からキャリアガスを噴出
することを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】前記補助管（７）の少なくとも一部から原
料ガスを噴出することを特徴とする請求項１記載の気相
成長装置。
【請求項４】前記補助管（７）を前記ガス供給管（２）
に隣接しているものから順次キャリアガスの流量が少な
くなるようにそれぞれを制御することを特徴とする請求
項２記載の気相成長装置による気相成長法。
【請求項５】前記ガス供給管（２）及び前記原料ガスを
噴出する補助管（７）の各々についてはそれぞれ一つの
管を排気方向に対し垂直方向に一列に配置した複数の管
によって構成し、前記ガス供給管（２）及び補助管
（７）における前記ガス排気方向に対し垂直方向の列に
ついては基板（４）の中心上の管から順次原料ガスの流
量が多くなるようそれぞれを制御し、前記ガス排気方向
と同一方向については前記ガス供給管（２）に隣接して
いるものから順次原料ガスまたはキャリアガスの流量が
少なくなるようにそれぞれを制御することを特徴とする
請求項３記載の気相成長装置による気相成長法。