JPH053157A

JPH053157A - 半導体ウエハの気相成長装置

Info

Publication number: JPH053157A
Application number: JP15334991A
Authority: JP
Inventors: Yukio Komura; 幸夫香村; Masae Numanami; 正衛沼波; Sadanori Ishida; 禎則石田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1991-06-25
Filing date: 1991-06-25
Publication date: 1993-01-08

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体ウエハの気相成長装置、特に反応炉内
の構造を簡単にする。【構成】真空容器内２内に回転可能に配置されたサセ
プタ３と、サセプタ３の各周壁３ａに配置される受け機
構１５と、磁場発生手段４等を備えた気相成長装置１で
ある。各受け機構１５のトレー１７は、ベアリング及び
ブラケット１３等を介して周壁３ａに回転自在に支持さ
れている。このトレー１７には、金属板が埋め込まれて
いる。磁力発生手段４の各磁石ユニット３２，３３は、
コントローラ３４で制御されて互いに反対方向に回る回
転磁場を形成する。これら回転磁場は、電磁誘導を利用
して磁束を変化させ、金属板に所定の電磁力を発生させ
て、トレー１７を回転させる。一方、サセプタ３が回転
すると、各受け機構１５がシャフト１１の周りを公転す
る。従って、各トレー１７に保持された各半導体ウエハ
２０は、公転しながら自転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハに所定の
化合物半導体からなる薄膜を生成するための半導体ウエ
ハの気相成長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の気相成長装置は、反応炉内のサ
セプタ上に半導体ウエハを載置し、この状態で、反応炉
内に、例えば、ＡｓＨ₃｛アルシン｝，ＴＭＧ｛トリメ
チルガリウム｝等よりなる原料ガスを、水素ガス等のキ
ャリアガスにのせて導入することにより、各半導体ウエ
ハ上にＧａＡｓよりなる薄膜を気相成長させるものであ
る。半導体ウエハは、サセプタ上に載置されており、薄
膜を気相成長させるときには、サセプタを回転させて各
半導体ウエハを公転させ、各薄膜の厚さを均一にするこ
とを図っている。

【０００３】しかしながら、反応炉内において、各半導
体ウエハを公転させるだけでは、薄膜の均一性を十分に
確保することができない。このため、各半導体ウエハを
公転させると同時に自転させるようにした気相成長装置
が提案されるに至っている。即ち、反応炉内に回転駆動
可能なサセプタを配置する一方、このサセプタの周縁部
分に複数のトレーを回転自在に取り付け、これらのトレ
ーに半導体ウエハを載せる。各トレーは、駆動機構によ
り回転される。この駆動機構としては、回転軸や歯車を
利用した機械的な駆動機構や、不活性ガス等の気体の流
れを利用した気流型駆動機構が考えられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体ウエ
ハを載せたトレーを機械的な駆動機構で回転させる場合
には、様々な問題があった。つまり、駆動機構自体をサ
セプタ内に組み込まなければならず、その構成が複雑に
なる。また、半導体ウエハ上に薄膜を成長させる際、半
導体ウエハと共にサセプタ内の駆動機構自体も高温に加
熱されてしまい、駆動機構によるトレーの回転、即ち、
半導体ウエハの自転が不安定になる。さらに、駆動機構
の摺動部等より発生する不純物が原料ガス中に混入し、
薄膜を汚染してしまう虞がある。そして、駆動機構の存
在により、半導体ウエハの均一な加熱が困難である等の
問題があった。

【０００５】一方、半導体ウエハを載せたトレーを、気
流型駆動機構で回転させる場合には、機械的な駆動機構
に比べてサセプタ内の構造が簡単になり、また、不純物
による薄膜の汚染を防止することができるものの、この
場合には、各半導体ウエハの自転速度を安定して制御し
難いとの問題があった。本発明は、上述の問題点を解決
するためになされたもので、反応炉内の構成を簡単にし
て、なおかつ、半導体ウエハの自転が可能となり、しか
も、その自転速度を高精度に制御することができる半導
体ウエハの気相成長装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、原料ガスが導入される反応炉と、
この反応炉内に回転可能に収納されるサセプタと、この
サセプタの周縁部分に取り付けられ、半導体ウエハを保
持することができる受け部とを備え、半導体ウエハの薄
膜の気相成長を行う際、サセプタを回転させることで前
記受け部を公転させる半導体ウエハの気相成長装置にお
いて、サセプタと受け部との間に介在され、受け部をサ
セプタに対して回転自在にする回転手段と、受け部に設
けられる導体と、反応炉の外側に設けられ、半導体ウエ
ハの薄膜の気相成長を行う際、前記受け部と相対的に変
位することができて電磁誘導により前記導体を貫く磁束
を変化させ、導体及び受け部を回転させる電磁力を発生
させる磁場発生手段とを備えて構成するものである。

【０００７】

【作用】本発明の気相成長装置においては、半導体ウエ
ハ上に薄膜を気相成長させる際、反応炉内でサセプタを
回転させると共に、磁場発生手段で受け部を回転させ
る。即ち、サセプタの周縁部分に取り付けられた受け部
は、サセプタが回転することで当該サセプタの回転軸を
中心に公転する。

【０００８】また、磁場発生手段と受け部とが相対的に
変位することで、電磁誘導に起因した磁束の変化によ
り、導体に所定の電磁力が発生する。受け部は、回転手
段を介してサセプタに支持されているので、前記電磁力
により、受け部が回転する。従って、受け部で保持され
る半導体ウエハは、公転しながら自転する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。図１は、本発明を適用した半導体ウエハの
気相成長装置の一実施例を示し、気相成長装置１は、反
応炉としての真空容器２、サセプタ３及び磁場発生手段
４等より構成されている。

【００１０】真空容器２は、例えば石英ガラスよりな
り、円筒形状をなしている。この真空容器２は、上側シ
ェル６及び下側シェル７等より構成されている。上側シ
ェル６の天井面の中央には、導入ポート８が設けられて
いる。この導入ポート８は、図示しない原料ガス供給源
に接続されている。この原料ガス供給源からは、例え
ば、ＡｓＨ₃やＴＭＧ等の原料ガスと、キャリヤガスと
しての水素ガスとからなる混合ガスが供給される。従っ
て、この混合ガスは、導入ポート８を介して真空容器２
内に導入される。

【００１１】また、下側シェル７の所定位置には、排出
ポート９が設けられている。この排出ポート９は、低圧
源である排気ポンプ（図示せず）に接続されている。サ
セプタ３は、上側シェル６内に収納され、シャフト１１
で支持されている。サセプタ３は、所謂バレル式のサセ
プタで、６枚の周壁３ａを有している（図中２枚のみ図
示）。各周壁３ａの中央には、大径の孔３ｂが穿設さて
おり、当該孔３ｂには、ブラケット１３に保持された受
け機構１５が配置されている。即ち、このサセプタ３の
周縁部分には、全部で６個の受け機構１５が取り付けら
れており、これらの受け機構１５は、全て同じ高さ位置
に配置されている。

【００１２】ブラケット１３は、図２に示すように、周
壁３ａの裏面に固定されている。ブラケット１３は、前
記孔３ｂと略同じ径を有する環状板１３ａと、環状板１
３ａの外周縁よりサセプタ３の外側に向けて延びる円筒
状の周壁部１３ｂと、環状板１３ａの内周縁よりサセプ
タ３の内側に向けて延びる円筒部１３ｃより構成され、
これらは一体的に成形されている。周壁部１３ｂの外側
縁にはフランジ１３ｄが形成されており、当該フランジ
１３ｄを前記周壁３ａに固着させることで、このブラケ
ット１３が周壁３ａに固定される。

【００１３】このサセプタ３内には、加熱ヒータ（図示
せず）が内蔵されている。この加熱ヒータは、カーボン
ヒータ、または抵抗発熱ヒータ等で構成され、サセプタ
３や後述する半導体ウエハ２０を７００〜８００℃に加
熱する。ブラケット１３に支持される受け機構１５は、
トレー１７及び金属板１８等より構成されている。トレ
ー１７は、例えばカーボンよりなり、円板状をなしてい
る。そして、このトレー１７は、周壁３ａの孔３ｂ及び
周壁部１３ｂ内に、これらとの間に若干の間隙を存しな
がら配置されている。このトレー１７の表面には、凹部
１７ａが形成されている。凹部１７ａには、半導体ウエ
ハ２０が１枚だけ載置される。即ち、この凹部１７ａ
は、載置された半導体ウエハ２０を保持できる。

【００１４】なお、トレー１７に凹部１７ａを複数形成
しても良い。この場合には、トレー１７上により多くの
半導体ウエハ２０を載置することができる。また、トレ
ー１７の裏面の中央には、シャフト２２が固定されてい
る。このシャフト２２は、ブラケット１３の円筒部１３
ｃの軸線に沿って延びている。そして、シャフト２２
は、ベアリング２３を介して円筒部１３ｃに回転自在に
支持されている。従って、トレー１７はブラケット１３
に回転自在に支持されている。

【００１５】金属板１８は円板状をなし、トレー１７内
に埋め込まれている。この金属板１８としては、例え
ば、銅、コバルト、ニッケル、モリブデン等の融点の高
い金属材料が好ましい。また、この金属板１８の形状と
しては、環状でも良い。なお、図１中符号３８は、整流
キャップである。この整流キャップ３８は、導入ポート
８から真空容器２内に流入した混合ガスの流れを整え
る。

【００１６】サセプタ３を支持するシャフト１１は上下
方向に延びており、真空容器２に対して回転自在に取り
付けられている。シャフト１１の下端は、下側シェル７
の外側に延びており、シャフト１１と下側シェル７との
間は気密にシールされている。このシャフト１１は、シ
ャフト駆動機構２５により回転される。即ち、シャフト
１１の下端近傍位置には、プーリ２６が固定されてお
り、このプーリ２６は、駆動ベルト２７及びプーリ２８
を介して電動モータ２９に接続されている。また、シャ
フト１１には、前記排出ポート９に対向するブローガイ
ド３０が取り付けられている。このブローガイド３０
は、真空容器２内に導入された混合ガスを排出ポート９
に導く。

【００１７】磁場発生手段４は、図１及び図３に示すよ
うに、上側磁石ユニット３２、下側磁石ユニット３３及
びコントローラ３４等より構成されている。上側及び下
側磁石ユニット３２，３３は、環状ホルダ（図示せず）
と、この環状ホルダに支持される多数の電磁石３６等よ
り構成されている。各磁石ユニット３２，３３は、真空
容器２の外側に配置され、この真空容器２を水平に囲ん
でいる。従って、上側磁石ユニット３２は、全てのトレ
ー１７の上側の部位に対向して、また、下側磁石ユニッ
ト３３は、全てのトレー１７の下側の部位に対向して配
置されている。このため、各磁石ユニット３２，３３
は、サセプタ３が回転して各トレー１７がシャフト２２
を中心にして公転した場合においても、常に各トレー１
７の上側及び下側の部位に対向する。

【００１８】なお、前記各環状ホルダは、例えば、フロ
アより延びる支柱（図示せず）に固定されている。ま
た、上側磁石ユニット３２及び下側磁石ユニット３３を
構成する各電磁石３６は、環状に配列されて各環状ホル
ダにより支持されている。これら各電磁石３６は、コン
トローラ３４に電気的に接続され、当該コントローラ３
４によるスイッチ操作で励磁される。各電磁石３６が励
磁されると、金属板１８に影響を与える磁界が発生す
る。即ち、各電磁石３６からの磁力線は、各金属板１８
を貫く。

【００１９】コントローラ３４は、マイクロコンピュー
タよりなり、上側及び下側磁石ユニット３２，３３の各
電磁石３６を順次切り換え制御する。これにより、上側
磁石ユニット３２の各電磁石３６は、上方からみて時計
回りに順次励磁され、上側磁石ユニット３２として時計
回りの所謂回転磁場を形成する。また、下側磁石ユニッ
ト３３の各電磁石３６は、上方からみて反時計回りに順
次励磁され、下側磁石ユニット３３として反時計回りの
回転磁場を形成する。

【００２０】次に、上述した気相成長装置１の作動につ
いて説明する。この気相成長装置１においては、導入ポ
ート８より混合ガスを真空容器２内に導入し、各半導体
ウエハ２０上に薄膜を気相成長させる際、電動モータ２
９を駆動させると共に、磁石発生手段４で回転磁場を形
成する。具体的に説明すると、先ず、電動モータ２９が
駆動されることでシャフト１１が回転し、サセプタ３全
体で水平に回転する。従って、サセプタ３の各周壁３ａ
は同じ高さ位置で連続的に変位し、各トレー１７がシャ
フト１１の軸線周りを公転する。

【００２１】一方、磁場発生手段４が回転磁場を形成す
ると、各トレー１７がそれぞれ回転する。図４において
この原理を説明すると、金属板１８の周縁部分を通過す
る一点鎖線に沿って、磁力線Ｂを発生させる電磁石３６
を矢印Ｆ方向に移動させると、電磁誘導により金属板１
８内に矢印Ｉで示す起電力が発生する。従って、矢印Ｉ
の周りに渦状の磁束が発生し、磁力線Ｂとの関係で、金
属板１８を矢印ＣＣ方向に回転させる電磁力が発生す
る。

【００２２】このため、図５において、金属板１８の埋
め込まれたトレー１７の上側の部位及び下側の部位を、
それぞれ反対方向に向けて各電磁石３６が通過すると、
トレー１７がシャフト２２を中心に矢印ＣＣ方向に回転
する。本実施例の気相成長装置１においては、コントロ
ーラ３４が各磁石ユニット３２，３３の各電磁石３６を
順次切り換え制御し、時計回り及び半時計回りの回転磁
場を形成するので、サセプタ３の回転により公転してい
る各トレー１７が回転する。従って、各トレー１７に載
置された半導体ウエハ２０は、公転しながら自転する。

【００２３】各トレー１７の回転速度、即ち各半導体ウ
エハ２０の自転速度は、コントローラ３４による各電磁
石３６の切り換え速度を変化させ、回転磁場の速さを調
整することで、制御することができる。コントローラ３
４は、原料ガスの供給量に応じて、回転磁場の速さを調
整する。なお、本実施例においては、各磁石ユニット３
２，３３で形成される回転磁場により各トレー１７を回
転させる構成としたが、これに限るものではない。即
ち、金属板１８とこれに作用する磁場とを相対的に変位
させることが可能であれば、各トレー１７を回転させる
ことができる。例えば、上側磁石ユニット３２に対応す
る高さ位置付近に固定磁場（回転することのない磁場）
を設け、サセプタ３の回転を利用して金属板１８と固定
磁場とを相対的に変位させ、各トレー１７を回転させる
構成としても良い。この固定磁場としては、下側磁石ユ
ニット３３に対応する高さ位置付近に設けても良い。

【００２４】また、本実施例においては、各磁石ユニッ
ト３２，３３の各電磁石３６を、コントローラ３４で切
り換え制御することで各回転磁場を形成する構成とした
が、これに限るものではない。例えば、上側及び下側磁
石ユニット３２，３３に対応する位置に環状のガイドレ
ールをそれぞれ設け、このガイドレールに沿って、単一
あるいは数個の磁石を機械的に回転させて回転磁場を形
成しても良い。

【００２５】さらに、本実施例においては、サセプタ３
の周壁３ａに取り付けられたブラケット１３と、トレー
１７のシャフト２２との間にベアリング２３を介在さ
せ、このベアリング２３でトレー１７を回転自在に支持
する構成にしたが、これに限るものではない。例えば、
図６に示すように、サセプタ６３の周壁６３ａとトレー
１７との間の間隙に、浮上ガス供給源４０より水素ガス
等のキャリアガス又は窒素ガス等の不活性ガスを供給
し、当該ガスでトレー１７を周壁６３ａに対して浮かび
上がらせ、当該トレー１７を回転自在にする構成にして
も良い。この場合には、トレー１７の脱落を防止するた
めに、シャフト２２に脱落防止部材６４を取り付けるこ
とが望ましい。

【００２６】また、本実施例においては、カーボンより
なるトレー１７に金属板１８を埋め込む構成としたが、
これに限るものではない。即ち、磁場発生手段４との相
対変位に起因した電磁誘導により、トレー側に起電力を
発生させることができれば良く、例えば、金属板１８を
省略して、カーボンよりなるトレー１７自体に起電力を
発生させても良い。この場合には、磁場発生手段４の磁
界を強くすることが好ましい。

【００２７】さらに、本実施例においては、所謂バレル
型サセプタを有する気相成長装置１に適用した場合につ
いて説明したが、これに限るものではなく、図７及び図
８に示すように、所謂テーブル型サセプタ４５を有する
気相成長装置４６に適用しても良い。具体的には、シャ
フト４８に支持されて回転自在なサセプタ４５には、そ
の周縁部分に３個のトレー４９が配設されている。各ト
レー４９は、不活性ガスよりなる浮上ガスで持ち上げら
れて浮かび、回転自在とされている。一方、磁場発生手
段としての、多数の電磁石よりなる一対の磁石ユニット
５１，５２は、各トレー４９の内側の部位及び外側の部
位に対向して配置されている。各磁石ユニット５１，５
２の電磁石は、コントローラ５３により順次励磁されて
互いに反対方向に向けて回転する回転磁場を形成する。
各電磁石の磁力線は、各トレー４９内に埋め込まれてい
る金属板５５を貫く。従って、図１に示す各トレー１７
と同様に、各トレー４９が回転する。即ち、各トレー４
９に載置された各半導体ウエハ５６は、公転しながら自
転する。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体ウエハの気相成長装置を上述のように構成したの
で、各半導体ウエハを公転させながら自転させることが
でき、各半導体ウエハ上の薄膜の厚さの均一化を図るこ
とができ、なおかつ、生産性を向上させることができ
る。しかも、各トレーと磁場との相対的な変位の速度を
調整することで、各半導体ウエハの自転速度を制御する
ことができる。さらに、磁場発生手段は、反応炉の外側
に設けられているので、反応炉内の構成を簡単にするこ
とができて装置自体の小型化を図ることができ、また、
点検整備が容易になる等の優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した半導体ウエハの気相成長装置
の一実施例を示し、その一部を切り欠いた概略構成図で
ある。

【図２】図１の気相成長装置の受け機構を示す拡大断面
図である。

【図３】図１の気相成長装置の磁場発生手段を示し、上
方より見た概略構成図である。

【図４】移動する磁場により、金属板が回転する原理を
示す説明図である。

【図５】図１の気相成長装置のトレーが回転する様子を
示す説明図である。

【図６】図１の気相成長装置の受け機構の他の実施例を
示す断面図である。

【図７】本発明を適用した半導体ウエハの気相成長装置
の他の実施例を示す断面図である。

【図８】図７の気相成長装置の磁場発生手段の概略構成
を示す平面図である。

【符号の説明】

１，４６気相成長装置２真空容器３，４５，６３サセプタ４磁場発生手段１５受け機構１７トレー１８，５５金属板２０半導体ウエハ２３ベアリング３２，３３，５１，５２磁石ユニット３６電磁石

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】原料ガスが導入される反応炉と、この反
応炉内に回転可能に収納されるサセプタと、このサセプ
タの周縁部分に取り付けられ、半導体ウエハを保持する
ことができる受け部とを備え、半導体ウエハの薄膜の気
相成長を行う際、サセプタを回転させることで前記受け
部を公転させる半導体ウエハの気相成長装置において、
サセプタと受け部との間に介在され、受け部をサセプタ
に対して回転自在にする回転手段と、受け部に設けられ
る導体と、反応炉の外側に設けられ、半導体ウエハの薄
膜の気相成長を行う際、前記受け部と相対的に変位する
ことができて電磁誘導により前記導体を貫く磁束を変化
させ、導体及び受け部を回転させる電磁力を発生させる
磁場発生手段とを備えることを特徴とする、半導体ウエ
ハの気相成長装置。