JPH06104185A - 気相結晶成長装置 - Google Patents
気相結晶成長装置Info
- Publication number
- JPH06104185A JPH06104185A JP25025992A JP25025992A JPH06104185A JP H06104185 A JPH06104185 A JP H06104185A JP 25025992 A JP25025992 A JP 25025992A JP 25025992 A JP25025992 A JP 25025992A JP H06104185 A JPH06104185 A JP H06104185A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- susceptor
- crystal growth
- raw material
- vapor phase
- reaction tube
- Prior art date
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- Withdrawn
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 原料ガスを下方から供給し、上方から排出す
る方式のチムニー型気相結晶成長装置に於いて、異物粒
子の発生を抑制すること。 【構成】 原料ガスを断続的に反応管に送入しながらエ
ピタキシャル成長を行う結晶成長装置に於いて、基板を
下方に向けて保持するサセプタの、基板保持面以外の表
面を、石英ガラスのような熱伝導率の小さい材料で被覆
する。従来、結晶成長に関与しなかった原料物質がサセ
プタからの熱で分解し、反応管内壁に析出していたが、
サセプタからの熱の供給が抑制されるので、この経緯で
発生していた異物粒子が大幅に減少する。
る方式のチムニー型気相結晶成長装置に於いて、異物粒
子の発生を抑制すること。 【構成】 原料ガスを断続的に反応管に送入しながらエ
ピタキシャル成長を行う結晶成長装置に於いて、基板を
下方に向けて保持するサセプタの、基板保持面以外の表
面を、石英ガラスのような熱伝導率の小さい材料で被覆
する。従来、結晶成長に関与しなかった原料物質がサセ
プタからの熱で分解し、反応管内壁に析出していたが、
サセプタからの熱の供給が抑制されるので、この経緯で
発生していた異物粒子が大幅に減少する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は気相エピタキシャル成長
装置に関わり、特に装置内で発生する異物により成長層
が損なわれることのない結晶成長装置に関わる。
装置に関わり、特に装置内で発生する異物により成長層
が損なわれることのない結晶成長装置に関わる。
【０００２】近年電子デバイスの設計が精細化し、超格
子構造を利用した素子が提案されている。また、それを
実現するために原子層エピタキシー技術が開発されてい
るが、原子層エピタキシーでは化合物半導体の結晶を構
成する原子層を１層ずつ逐次成長させるので、その実現
のためには反応室内の気流を高速にすることが要求され
る。
子構造を利用した素子が提案されている。また、それを
実現するために原子層エピタキシー技術が開発されてい
るが、原子層エピタキシーでは化合物半導体の結晶を構
成する原子層を１層ずつ逐次成長させるので、その実現
のためには反応室内の気流を高速にすることが要求され
る。
【０００３】この種のエピタキシャル成長は、半導体構
成元素の有機化合物又は水素化合物を含む原料ガスを下
地結晶面に供給し、その熱分解によって必要な原子層を
堆積させるのが通常の方法であるが、上記の事情から、
原料ガスのジェットを基板面に吹きつける形で処理が進
められる。
成元素の有機化合物又は水素化合物を含む原料ガスを下
地結晶面に供給し、その熱分解によって必要な原子層を
堆積させるのが通常の方法であるが、上記の事情から、
原料ガスのジェットを基板面に吹きつける形で処理が進
められる。
【０００４】また、このように原料ガスをジェット状に
供給する場合、成長面はガス流に垂直に保持されること
になるから、成長装置は殆ど必然的に縦型となる。更
に、縦型の中では、原料ガスを重力場に逆らって送るこ
とになる上方供給下方排出式より、下方から供給し上方
に排出する方式のものの方が、原料ガスの流れが自然で
あり、均一で良好な成長層が得られるという特長を有し
ている。
供給する場合、成長面はガス流に垂直に保持されること
になるから、成長装置は殆ど必然的に縦型となる。更
に、縦型の中では、原料ガスを重力場に逆らって送るこ
とになる上方供給下方排出式より、下方から供給し上方
に排出する方式のものの方が、原料ガスの流れが自然で
あり、均一で良好な成長層が得られるという特長を有し
ている。
【０００５】電子デバイスなどの量産性向上のために
は、結晶成長装置の稼働時間をより長くすることが望ま
しい。結晶装置の稼働時間を短くする原因として、成長
処理に伴って反応室内が汚れるので、それのクリーニン
グする作業が大きな比率を占めている。稼働時間延長の
ためにはこのクリーニングの回数を減らすことが効果的
である。
は、結晶成長装置の稼働時間をより長くすることが望ま
しい。結晶装置の稼働時間を短くする原因として、成長
処理に伴って反応室内が汚れるので、それのクリーニン
グする作業が大きな比率を占めている。稼働時間延長の
ためにはこのクリーニングの回数を減らすことが効果的
である。
【０００６】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】図２は、
従来のこの種の気相結晶成長装置の構造を示すと共にそ
の問題点を説明する図である。縦型上向き気流の気相結
晶成長装置はチムニー型とも呼ばれ、図示の如く、円筒
型の反応室(以下、反応管)１の内部にサセプタ２が設け
られ、その下面に下地基板３が取りつけられる。原料ガ
スは下方からジェット状に送り込まれる。
従来のこの種の気相結晶成長装置の構造を示すと共にそ
の問題点を説明する図である。縦型上向き気流の気相結
晶成長装置はチムニー型とも呼ばれ、図示の如く、円筒
型の反応室(以下、反応管)１の内部にサセプタ２が設け
られ、その下面に下地基板３が取りつけられる。原料ガ
スは下方からジェット状に送り込まれる。
【０００７】基板の加熱は高周波誘導加熱によるのが通
常であり、そのためサセプタの材料には黒鉛が用いられ
ることが多い。結晶成長の際は、先ずサセプタの温度を
上げ、その表面に取りつけられた基板の温度を所定値と
し、その値に保持する。
常であり、そのためサセプタの材料には黒鉛が用いられ
ることが多い。結晶成長の際は、先ずサセプタの温度を
上げ、その表面に取りつけられた基板の温度を所定値と
し、その値に保持する。
【０００８】送入された原料ガスは基板表面に到達して
熱分解し、ＧａやＡｓ等の原子が遊離して結晶成長が進
行するが、同時にサセプタ表面のような高温面から伝わ
る熱によっても分解反応が進み、反応管内壁に析出物８
が付着する。結晶成長処理の累積時間が長くなると、こ
の析出物が粗大化し、熱衝撃によって剥離、落下するよ
うになる。
熱分解し、ＧａやＡｓ等の原子が遊離して結晶成長が進
行するが、同時にサセプタ表面のような高温面から伝わ
る熱によっても分解反応が進み、反応管内壁に析出物８
が付着する。結晶成長処理の累積時間が長くなると、こ
の析出物が粗大化し、熱衝撃によって剥離、落下するよ
うになる。
【０００９】剥離した析出物の大きさは一定しないが、
微粒のものは落下の途中で原料ガスのジェットに乗り、
或いは墜落して破砕された粒子が巻き上げられ、基板表
面に送られることが起こる。この析出物粒子の移動状況
が図２に示されている。
微粒のものは落下の途中で原料ガスのジェットに乗り、
或いは墜落して破砕された粒子が巻き上げられ、基板表
面に送られることが起こる。この析出物粒子の移動状況
が図２に示されている。
【００１０】エピタキシャル成長面に異物が付着し、こ
れを巻き込んでしまうと、その部分に形成された素子は
不良となり、集積回路のようにチップサイズの大きいも
のでは歩留まりを大幅に低下させることになる。
れを巻き込んでしまうと、その部分に形成された素子は
不良となり、集積回路のようにチップサイズの大きいも
のでは歩留まりを大幅に低下させることになる。
【００１１】本発明の目的は気相結晶成長に於ける異物
の巻き込みを低減させたチムニー型気相成長装置を提供
することであり、それによって原子層エピタキシーを利
用して形成される半導体装置の製造歩留まりを向上させ
ることである。
の巻き込みを低減させたチムニー型気相成長装置を提供
することであり、それによって原子層エピタキシーを利
用して形成される半導体装置の製造歩留まりを向上させ
ることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の気相結晶成長装置は、原料ガスを断続的に
反応室に送入しながらエピタキシャル成長を行う結晶成
長装置であって、該反応室内の原料ガスの流れは下部か
ら上部に向かうものであり、結晶成長下地基板は、例え
ば黒鉛であるサセプタの底面に成長面を下方に向けて保
持され、該サセプタの、該下地基板保持面を除く表面の
一部又は全部が、該サセプタ構成物質より熱伝導度が小
である物質、例えば石英ガラスにより被覆されたものと
なっている。
め、本発明の気相結晶成長装置は、原料ガスを断続的に
反応室に送入しながらエピタキシャル成長を行う結晶成
長装置であって、該反応室内の原料ガスの流れは下部か
ら上部に向かうものであり、結晶成長下地基板は、例え
ば黒鉛であるサセプタの底面に成長面を下方に向けて保
持され、該サセプタの、該下地基板保持面を除く表面の
一部又は全部が、該サセプタ構成物質より熱伝導度が小
である物質、例えば石英ガラスにより被覆されたものと
なっている。
【００１３】
【作用】一般に、気相結晶成長装置、特にチムニー型の
装置に於ける反応管内の異物粒子発生の主因は、基板表
面での反応に関与しなかった原料物質が、サセプタの高
温表面で加熱され、その熱分解生成物が反応管内壁に析
出することにある。従ってサセプタ表面から原料物質に
伝わる熱量を減ずれば、反応管内壁への析出も減少し、
反応管内の汚染が軽減されることになる。
装置に於ける反応管内の異物粒子発生の主因は、基板表
面での反応に関与しなかった原料物質が、サセプタの高
温表面で加熱され、その熱分解生成物が反応管内壁に析
出することにある。従ってサセプタ表面から原料物質に
伝わる熱量を減ずれば、反応管内壁への析出も減少し、
反応管内の汚染が軽減されることになる。
【００１４】結晶成長中のサセプタ表面付近の熱の流れ
は、原料ガスが運び去る熱量とサセプタ内部から表面に
供給される熱量が平衡して定常状態となっている。ガス
によって運ばれる熱量は定圧モル熱容量と流速によって
定まり、サセプタ内部から表面に送られる熱量は熱伝導
率をパラメータとするフーリエの法則によって決まる。
は、原料ガスが運び去る熱量とサセプタ内部から表面に
供給される熱量が平衡して定常状態となっている。ガス
によって運ばれる熱量は定圧モル熱容量と流速によって
定まり、サセプタ内部から表面に送られる熱量は熱伝導
率をパラメータとするフーリエの法則によって決まる。
【００１５】結晶成長条件を変更することなく不用原料
への熱輸送を抑制するには、サセプタの不用表面の熱伝
導率を下げればよく、当該表面を石英ガラスのような熱
伝導率の小さいもので被覆することでそれが実現する。
通常のサセプタは黒鉛でできており、700Ｋに於ける熱
伝導率は3.8Ｗｍ-1Ｋ-1であるが、石英のそれは1.92Ｗ
ｍ-1Ｋ-1であって、不用原料への熱輸送は十分に抑制さ
れ、反応管内壁への析出は大幅に低減する。また、黒鉛
と石英は熱膨張係数がほゞ同じであるから、昇降温の際
の体積変化に因る損壊が生じることもない。
への熱輸送を抑制するには、サセプタの不用表面の熱伝
導率を下げればよく、当該表面を石英ガラスのような熱
伝導率の小さいもので被覆することでそれが実現する。
通常のサセプタは黒鉛でできており、700Ｋに於ける熱
伝導率は3.8Ｗｍ-1Ｋ-1であるが、石英のそれは1.92Ｗ
ｍ-1Ｋ-1であって、不用原料への熱輸送は十分に抑制さ
れ、反応管内壁への析出は大幅に低減する。また、黒鉛
と石英は熱膨張係数がほゞ同じであるから、昇降温の際
の体積変化に因る損壊が生じることもない。
【００１６】
【実施例】図１に本発明の一実施例の装置の構造が模式
的に示されている。同図に於いて、１が反応管、２が黒
鉛のサセプタ、３がエピタキシャル成長の下地基板であ
る点は図２と同じである。また本装置でも、原料供給装
置６から供給される原料ガスは反応管の下方から送り込
まれ、基板面にジェット状に吹きつけられる。基板位置
を通過した後、原料ガスは排気装置７によって上方から
排出される。
的に示されている。同図に於いて、１が反応管、２が黒
鉛のサセプタ、３がエピタキシャル成長の下地基板であ
る点は図２と同じである。また本装置でも、原料供給装
置６から供給される原料ガスは反応管の下方から送り込
まれ、基板面にジェット状に吹きつけられる。基板位置
を通過した後、原料ガスは排気装置７によって上方から
排出される。
【００１７】本実施例では上記構成に加えて、サセプタ
の基板取付け面以外の表面が石英ガラスのカバー４で被
覆されている。サセプタは円柱形であり、その上部中央
が支持柱５に取付けられるので、石英カバーは中空円筒
の一方に底板を付けた形とし、底板中央に支持柱が通る
穴を開けておけば、サセプタをこのカバーで覆って支持
柱に取付けることにより、図１の構成が実現する。
の基板取付け面以外の表面が石英ガラスのカバー４で被
覆されている。サセプタは円柱形であり、その上部中央
が支持柱５に取付けられるので、石英カバーは中空円筒
の一方に底板を付けた形とし、底板中央に支持柱が通る
穴を開けておけば、サセプタをこのカバーで覆って支持
柱に取付けることにより、図１の構成が実現する。
【００１８】この実施例ではサセプタのカバーを石英ガ
ラスとしているが、サセプタ材料より熱伝導率の小さい
材料で形成すれば本発明の目的は達成される。
ラスとしているが、サセプタ材料より熱伝導率の小さい
材料で形成すれば本発明の目的は達成される。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればチ
ムニー型気相結晶成長装置の反応管内の異物粒子の発生
が抑制され、反応管のクリーニングの頻度が大幅に低下
する。例えば、通常の条件でＭＯＣＶＤを行った場合、
従来は１０回の成長に対し１度クリーニングを行ってい
たものが、２０回に１度のクリーニングで済むようにな
った。
ムニー型気相結晶成長装置の反応管内の異物粒子の発生
が抑制され、反応管のクリーニングの頻度が大幅に低下
する。例えば、通常の条件でＭＯＣＶＤを行った場合、
従来は１０回の成長に対し１度クリーニングを行ってい
たものが、２０回に１度のクリーニングで済むようにな
った。
【図１】 本発明の実施例の構造を示す模式図
【図２】 従来技術の問題点を説明する図
１ 反応管 ２ サセプタ(黒鉛) ３ 基板 ４ カバー(石英ガラス) ５ 支持柱 ６ 原料供給装置 ７ 排気装置 ８ 析出物
Claims (1)
- 【請求項１】 原料ガスを断続的に反応室に送入しなが
らエピタキシャル結晶成長を行う結晶成長装置に於い
て、 該反応室内の原料ガスの流れは下部から上部に向かうも
のであり、 結晶成長基板はサセプタによって成長面を下方に向けて
保持され、 該サセプタの側面が、該サセプタ構成物質より熱伝導度
が小である物質で被覆されていることを特徴とする気相
結晶成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25025992A JPH06104185A (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 気相結晶成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25025992A JPH06104185A (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 気相結晶成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06104185A true JPH06104185A (ja) | 1994-04-15 |
Family
ID=17205230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25025992A Withdrawn JPH06104185A (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 気相結晶成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06104185A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012115837A (ja) * | 2006-08-10 | 2012-06-21 | Corning Inc | 粒子合成用装置 |
-
1992
- 1992-09-18 JP JP25025992A patent/JPH06104185A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012115837A (ja) * | 2006-08-10 | 2012-06-21 | Corning Inc | 粒子合成用装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991130 |