JPH05243164A

JPH05243164A - 気相成長装置および気相成長方法

Info

Publication number: JPH05243164A
Application number: JP4390792A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ochimizu; 洋聡落水; Shunei Yoshikawa; 俊英吉川
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-02-28
Filing date: 1992-02-28
Publication date: 1993-09-21

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体薄膜を基板上に成長する気相成長装置に
おいて、割れやすい性質をもつ石英管を装置から取り外
すことなく、堆積した分解生成物を短時間で容易に、且
つ安全に除去することが可能な気相成長装置を提供する
ことを目的とする。【構成】半導体薄膜を基板上に成長する気相成長装置に
おいて、原料ガスを供給するガス供給口２と、ガス排出
口３とを備えた反応管１と、該反応管１の内部に配置さ
れた石英管６と、該石英管６の周囲を覆うように設置さ
れ、被処理基板４を載置するためのサセプタ５と、該被
処理基板４を加熱する加熱手段Ｌと、該石英管６の露出
部分を覆うように設置した第一の保護材９とを有するこ
とを特徴とする気相成長装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体薄膜を基板上に
成長する気相成長装置および気相成長方法に係わり、特
に３族−５族化合物半導体のＭＯＣＶＤ法（Metal Orga
nics Chemical Vapor Deposition）による成長の際に、
成長炉内に生じる原料ガスの分解生成物を除去する構造
に関するものである。

【０００２】ＭＯＣＶＤ法は、原料をすべてガスまたは
蒸気の形で扱うためそれらの流量制御によって、反応室
に送り込む原料ガスの濃度や濃度比を正確に決めること
ができる。その結果として、成長層の膜厚と電気的特性
を再現性よく広い範囲にわたって制御できる。気相成長
装置においては、成長の際、管壁あるいはサセプタ，ノ
ズル，配管等に付着する粒子状生成物の基板への付着が
非常に大きな問題であり、常に清掃等を行っておく必要
がある。特に、分解温度の低い原料ガスを用いた場合、
基板表面以外の箇所でも原料ガスの分解や、不必要な吸
着を引き起こすことになる。

【０００３】どのように高度な装置であってもこのよう
なパーティクルの発生は防ぎ得ないのであって、それを
最小限に食い止め、定期的に除去する作業は一種のルー
ティンワークとも考えなければならない。

【０００４】

【従来の技術】次に、従来の３族−５族化合物半導体の
ＭＯＣＶＤ法を、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウ
ムガリウム燐（ＩｎＧａＰ）、及びガリウム砒素を順
次、気相成長させる場合について図３および図４を参照
しながら説明する。図３は大量生産に適したバレル型気
相成長装置の縦断面図である。図中、１は反応管であ
り、上部にはガス導入口２、下部にはガス排出口３を備
えている。ガス排出口３は排気手段と排ガス処理装置
（いずれも図示せず）に連通している。４はガリウム砒
素からなる基板である。５はカーボン製のサセプタであ
り、その周囲に複数の基板４を保持すると共にこれを加
熱する。６は石英管であり、サセプタ５を保持してこれ
を回転させると共に、内部に赤外線ランプ等の加熱手段
（図示せず）を備えてサセプタ５を加熱する。７は石英
管６に付着した分解生成物である。

【０００５】図４は、図３に示した石英管６の断面図で
ある。図中、Ｌは赤外線ランプを示している。また、図
２と同一符号のものは、同一部位を示している。この装
置を使用してガリウム砒素、インジウムガリウム燐、及
びガリウム砒素を順次、気相成長させる。図３参照。ま
ず、ガス排出口３から排気して反応管１内の圧力を５０
Ｔｏｒｒとし、石英管６内部に設けられた赤外線ランプ
Ｌ（図４参照）を使用して、サセプタ５を加熱して成長
温度を６００℃とする。この際、３族の原料ガスとして
はトリメチルガリウム（但しキャリアガスとして水素を
使用）、５族の原料ガスとしてはアルシンを用い、これ
らをガス導入口２から減圧状態の反応管１内に導入す
る。

【０００６】これらのガスは、サセプタ５上で加熱され
ているガリウム砒素の基板４の近傍で熱分解し、また、
それらが反応することによって基板４表面にガリウム砒
素が気相成長する。次に、インジウムガリウム燐を気相
成長させる。再び、ガス排出口３から排気して反応管１
内の圧力を５０Ｔｏｒｒとし、石英管６内部に設けられ
た赤外線ランプＬ（図４参照）を使用して、サセプタ５
を加熱して成長温度を６００℃とする。この際、３族の
原料ガスとしてはトリエチルガリウム，トリメチルイン
ジウム（但しキャリアガスとして水素を使用）、５族の
原料ガスとしてはホスフィンを用い、これらをガス導入
口２から減圧状態の反応管１内に導入する。

【０００７】これらのガスは、サセプタ５上で加熱され
ているガリウム砒素の基板４の近傍で熱分解し、また、
それらが反応することによって基板４表面にインジウム
ガリウム燐が気相成長する。さらに、前述の方法を用い
て、ガリウム砒素を気相成長させ積層する。以上によ
り、ガリウム砒素、インジウムガリウム燐、及びガリウ
ム砒素を順次気相成長させる。

【０００８】この際、石英管６の外面のサセプタ５より
下方の部分に分解・反応生成物７が付着する。基板４へ
のガリウム砒素の気相成長が完了した後、原料ガスの供
給を停止して反応管１内を窒素ガスに置換し、基板４を
装置から取り出す。以上説明した様に、従来の多数枚同
時成長を可能とするバレル型気相成長装置は、上部から
流れてきた原料ガスがカーボンサセプタ付近で熱分解さ
れることによって生じる分解生成物が、下流側に運ばれ
サセプタの下側にある石英管に付着堆積していた。バレ
ル型成長炉は、成長効率が数％と低いため、下流部への
付着は多量となる。この付着物の除去の方法としては、
気相成長を何度か繰り返して付着物が大量に堆積してき
た後、適当な時期に石英管を取り外し、洗浄除去すると
いった措置がとられていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、以上述べた
ような従来の気相成長装置では、石英管に付着した分解
生成物を洗浄除去するため、石英管を取り外す際に、そ
の割れやすい性質のため誤って破損してしまうといった
トラブルが発生していた。しかし、加熱法として石英管
の内部に赤外線ランプを使用している以上、耐熱性及び
赤外線に対する透過性が必要であるため、石英以外の材
料を使用することはできない。

【００１０】また、気相成長による分解生成物の堆積が
多量の時は、石英管を取り外す際に、分解生成物中の砒
素（Ａｓ）や燐（Ｐ）が、空気中の酸素や水分と反応し
て、アルシンやホスフィン等の有毒ガスを発生し危険で
ある。一方、燐（Ｐ）系化合物の気相成長により、石英
管外面に燐を含む分解生成物が多量に蓄積されると、燃
焼爆発が起こる危険性がある。

【００１１】上記のような有毒ガスの発生及び燃焼爆発
の問題は、分解生成物の堆積が少量のうちに石英管の洗
浄を行い、除去すれば問題はない。しかし、石英管を取
り外して洗浄除去する回数を大幅に増加させると、基板
のスループットを低減させることになる。本発明は、割
れやすい性質をもつ石英管を装置から取り外すことな
く、堆積した分解生成物を短時間で容易に、且つ安全に
除去することが可能な気相成長装置および気相成長方法
を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の問題点は、以下に
示す気相成長装置により解決される。すなわち、原料ガ
スを供給するガス供給口２と、ガス排出口３とを備えた
反応管１と、反応管１の内部に配置された石英管６と、
石英管６の周囲を覆うように設置され、被処理基板４を
載置するためのサセプタ５と、被処理基板４を加熱する
加熱手段Ｌと、石英管６の露出部分を覆うように設置し
た第一の保護材９とを有することを特徴とする気相成長
装置である。

【００１３】次に、気相成長方法について以下に示す。
原料ガスを供給するガス供給口２を備えた反応管１と、
反応管１の内部に配置された石英管６と、石英管６の周
囲を覆うように設置され、被処理基板４を載置するため
のサセプタ５と、被処理基板４を加熱する加熱手段Ｌと
を設け、石英管６の露出部分を覆うように第一の保護材
９を設置した状態で、加熱手段Ｌにより被処理基板４を
加熱し、ガス供給口２から原料ガスを供給することによ
って、被処理基板４表面に気相成長膜を成長させること
を特徴とする気相成長方法である。

【００１４】

【作用】本発明では、図１のように、石英管を覆う２つ
の保護材を設けている。第一の保護材とは、サセプタを
取り付けた石英管の下側を、円筒状の骨組みにメッシュ
シートを取り付けたものである。第二の保護材とは、石
英管と第一の保護材との間に、ステンレス製のフランジ
を固定したものである。

【００１５】成長炉内に上部から原料ガスが流れてきて
熱分解され、成長に寄与しなかった分解生成物が下部へ
と流れていく。この時、成長炉内の内側への分解生成物
の付着は、第一の保護材上でおこり、この第一の保護材
を取り外すことで付着物を除去できるため、短時間で容
易に分解生成物を除去できる。また、第二の保護材を設
置すれば、第一の保護材を着脱する際に、石英管に傷を
つけることがなくなる。

【００１６】さらに、本発明では、気相成長中に分解生
成物を付着させる保護材の温度が、従来例での石英管表
面の温度よりも高くなるので、分解生成物による有毒ガ
スの抑制ができる。

【００１７】

【実施例】以下、図を参照しつつ、一実施例により本発
明を具体的に説明する。本発明の一実施例は図１と図２
に示される。図１は本発明の一実施例におけるバレル型
気相成長装置の縦断面図である。図中、１乃至６は図４
の従来装置のものと同一のものである。７ａは分解生成
物、８は第二の保護材となる厚さ３ｍｍ程度のステンレ
ス製のフランジ、９は第一の保護材、１０は溝である。

【００１８】図２は本発明の一実施例における第一の保
護材９の斜視図である。図中、９ａはステンレス製のメ
ッシュシート、９ｂはステンレスで作製した左右２分割
の円筒状の骨組みである。メッシュシート９ａは、ステ
ンレスの針金（図示せず）を用いて骨組み９ｂにくくり
つけたものであり、骨組み９ｂはフランジ８に容易に着
脱可能としている。

【００１９】図１参照。まず、石英管６を覆うようにス
テンレス製のフランジ８を取り付ける。石英とステンレ
スでは熱膨張率が異なるため、安全を考えてステンレス
製のフランジ８と石英管６の間は、２〜３ｍｍ程度の隙
間を開け、お互いが触れることのないようにする。次
に、骨組み９ｂにメッシュシート９ａを取り付けた第一
の保護材を、このフランジ８の外側に置く。メッシュシ
ート９ａのメッシュサイズは＃３００である（＃３００
は１インチ当たりのメッシュの数が３００であることを
表し、メッシュシート９ａのメッシュサイズは、＃１５
０〜４００が適当である）。フランジ８の第一の保護材
を置く部分には、骨組み９ｂに合わせた溝１０を付けて
おく。したがって、骨組み９ｂの取り付け、取り外しは
容易にすることができ、簡単に交換することができる。

【００２０】これらを取り付けた状態で、従来例で説明
したものと同様の条件において、ガリウム砒素（ＧａＡ
ｓ）、インジウムガリウム燐（ＩｎＧａＰ）、及びガリ
ウム砒素の気相成長を順次行った。分解生成物７ａの付
着状況を見ると、メッシュシート９ａの表面に虹状の色
をした付着物が付いていた。これはメッシュシート９ａ
の温度が気相成長中高くなっていたためである。従来の
ような石英管に付着した分解生成物は粉末状になってお
り、空気と反応もしやすく危険であったが、本発明では
分解生成物が膜状となり、安定化して不活性であるため
このような危険性はない。内側のフランジ８にはほとん
ど付着物はなく、外側のメッシュシート９ａを取り外す
だけで、分解生成物を取り除くことができる。

【００２１】本発明では、メッシュシート９ａに付着し
た分解生成物が少量のうちに、第一の保護材９を取り外
して交換するので、燐の付着があるにもかかわらず、安
全に分解生成物を取り出せることができた。また、石英
管に付着した粉末状の分解生成物は洗浄しても取れにく
いが、メッシュシートに付着した膜状の分解生成物は洗
浄効果が非常に高い。

【００２２】上記一実施例における気相成長を１回の成
長とすると、メッシュシート９ａは１回の成長毎に交換
するが、フランジ８も４，５回の成長に１回程度の割合
で、洗浄する。この時、フランジ８を硝酸で洗浄するこ
とになるが、フランジ８に金メッキを施しておくと、王
水で処理することが可能になるため、環境的にもよくな
る。

【００２３】また、内側のフランジ８をＧＣコートカー
ボンで作製、ＳｉＣコートのカーボンで作製、及びＰＢ
Ｎ（パイロリティックボロンナイトライド：窒化ほう
素）で作製した場合、ステンレスに比べて加熱効果があ
り、分解生成物の付着量を低減することができる。尚、
実施例では、３族−５族化合物半導体の成長であるが、
２族−６族化合物半導体の成長でドーパントとして５族
を使用する場合にも適用できることは言うまでもない。
また、実施例では石英管の外側に着脱可能な第一の保護
材としてメッシュシートを使用しているが、これは、骨
組みによって容易に二分割が可能な円形状を形成するこ
とができるからであるが、メッシュシートに限らず、耐
熱性があり、複数に分割しても円筒形状を形成すること
ができる材料ならば、板状等何でもよい。

【００２４】更に、分解生成物を短時間で容易に除去す
ることだけを目的とした場合は、気相成長することが可
能な膜であれば何でもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、石
英管を覆うようにフランジを取り付けることにより、成
長炉内に付着した分解生成物を洗浄除去する際に、石英
管を破損することなく、且つ安全に分解生成物を取り除
くことができる。また、このフランジの外側に、着脱が
容易なメッシュシートを取り付けたことにより、分解生
成物が付着したメッシュシートを骨組みから取り外し、
新しいメッシュシートを付け、再びステンレスのフラン
ジの外側に置くことで、分解生成物を容易に除去するこ
とができる。

【００２６】したがって、成長炉内を常に清浄な状態に
保つことができ、気相成長装置の高性能化に寄与すると
ころが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるバレル型気相成長装
置の縦断面図である。

【図２】本発明の一実施例における第一の保護材の斜視
図である。

【図３】従来のバレル型気相成長装置の縦断面図であ
る。

【図４】石英管６の断面図である。

【符号の説明】

６石英管８石英管を保護するためのステンレス製のフランジ
（第二の保護材）９ａ分解生成物の除去を容易にするメッシュシート９ｂメッシュシートを保持するための円筒状の骨組み９９ａと９ｂとを組み合わせたもの（第一の保護
材）１０骨組みをフランジに固定するための溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料ガスを供給するガス供給口（２）と、
ガス排出口（３）とを備えた反応管（１）と、該反応管（１）の内部に配置された石英管（６）と、該石英管（６）の周囲を覆うように設置され、被処理基
板（４）を載置するためのサセプタ（５）と、該被処理基板（４）を加熱する加熱手段（Ｌ）と、該石英管（６）の露出部分を覆うように設置した第一の
保護材（９）とを有することを特徴とする気相成長装
置。
【請求項２】前記第一の保護材（９）を、分割可能にし
た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】前記第一の保護材（９）が網状であること
を特徴とする請求項１乃至２記載の気相成長装置。
【請求項４】前記石英管（６）と前記第一の保護材
（９）との間に、第二の保護材（８）を設置したことを
特徴とする請求項１乃至３記載の気相成長装置。
【請求項５】原料ガスを供給するガス供給口（２）を備
えた反応管（１）と、該反応管（１）の内部に配置され
た石英管（６）と、該石英管（６）の周囲を覆うように
設置され、被処理基板（４）を載置するサセプタ（５）
と、該被処理基板（４）を加熱する加熱手段（Ｌ）とを
設け、該石英管（６）の露出部分を覆うように第一の保護材
（９）を設置した状態で、該加熱手段（Ｌ）により該被
処理基板（４）を加熱し、該ガス供給口（２）から該原
料ガスを供給することによって、該被処理基板（４）表
面に気相成長膜を成長させることを特徴とする気相成長
方法。