JPH0614476Y2 - 気相成長装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、サセプタ上のウエハ表面に半導体薄膜を気相
成長させる気相成長装置に関するものである。

［従来技術］ 従来のこの主の有機金属化学堆積法（以下MOCVD法とい
う。）の気相成長装置は、第８図に示すように、シヤフ
ト１に支持されたサセプタ２を容器３内に置き、また容
器３内にはサセプタ２が置かれた位置に対応してサセプ
タ２を包囲する内管４を置き、容器３内に気相成長用ガ
スを入口５から供給して一方向に流すことによりサセプ
タ２上のウエハ６の表面に半導体薄膜を結晶成長させ、
排ガスは容器３の他端寄りの出口７から排出させる構造
であった。なお、８はサセプタ２や内管４の出し入れの
ための容器３の開口部３Ｅを閉塞する蓋である。

この場合、内管４は反応生成物が容器３の内壁に付着・
堆積するのを防止し、且つその反応生成物を容器３の外
に除去するのを容易にするために設けられている。

しかしながら、このような構造では、内管４と容器３と
の間に隙間９が存在し、該隙間９が上流側に開口してい
るので、該隙間９に気相成長用ガスが入り込み、容器３
の内壁に反応生成物が付着・堆積する問題点が解決でき
ない問題点があった。

これを解決するため、第９図に示すように、内管３の上
流側端部に隣接した位置の容器３の部分に段差部３Ａを
設け、該容器３を段差部３Ａより上流側が小径部３Ｂ、
段差部３Ａより下流側が大径部３Ｃとなるようにし、大
径部３Ｃ内には段差部３Ａに一端を位置させて補助管１
０を設け、該補助管１０の内側を容器３の小径部３Ｂの
内径にほぼ一致させた構造の気相成長装置も提案されて
いる。このような気相成長装置では、段差部３Ａに一端
を位置させた補助管１０の存在により、反応生成物が容
器３の内壁に付着・堆積するのを防止できる。

［考案が解決しようとする問題点］ しかしながら、このような気相成長装置では、容器３内
に内管４と補助管１０とを収容しなければならないの
で、構造が複雑になり、また内管４の交換に時間がかか
る問題点があった。また、このような構造では、容器３
内に内管４が突出しているので、容器３内を流れるガス
流が乱れ、ウエハ６上の膜厚を均一に成長させにくい問
題点があった。

本考案の目的は、容器内に内管を収容してもガス流の乱
れを防止でき、しかも構造が簡単な気相成長装置を提供
することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するための本考案の構成を、実施例に
対応する第１図乃至第７図を参照して詳細に説明する
と、本考案はシャフト１に支持されたサセプタ２を容器
３内に置き、また前記容器３内には前記サセプタ２が置
かれる位置に対応して前記サセプタ２を包囲する内管４
を置き、前記容器３内に気相成長用ガスを一方向に流し
て前記サセプタ２上のウエハ６の表面に結晶成長させる
気相成長装置において、前記容器３はその途中の段差部
３Ａを境にしてそれより上流側が小径部３Ｂ、下流側が
大径部３Ｃとして形成され、前記内管４は少なくとも一
端側の内径が前記容器３の前記小径部３Ｂの内径にほぼ
等しくして形成され、且つ前記内管４は前述した一端側
が前記段差部３Ａに位置するようにして前記大径部３Ｃ
内に配置されていることを特徴とする。

［作用］ このように、内管４の少なくとも一端の内径を容器３の
小径側３Ｂの内径にほぼ等しくして、該内管４をその一
端が容器３の段差部３Ａに位置するようにして容器３の
大径側３Ｃにセットすると、内管４が容器３内に突出し
なくなり、ガスの流れを乱さなくなり、ウエハ６の表面
欠陥を減少させることができる。また、容器３内には補
助管を更にセットする必要がなくなり、構造が簡単にな
る。

［実施例］ 以下、本考案の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。第１図乃至第５図は、横型タイプの化学輸送法（以
下、CVD法）による気相成長装置に本考案を適用した例
を示したものである。なお、前述した第８図及び第９図
に対応した部分には同一符号をつけて示している。本実
施例においても、断面円形の容器３はその途中の段差部
３Ａを中心とした上流側が小径部３Ｂ、下流側が大径部
３Ｃとして形成され、且つ段差部３Ａと大径部３Ｃとの
間には内管４の外径に略等しい内径を所定の長さでもっ
た後に大径部３Ｃの内径まで拡径される内管保持部３Ｄ
が設けられている。この場合、小径部３Ｂの内径は例え
ば４０mmφ、大径部３Ｃの内径は例えば５４mmφであ
る。

本実施例における内管４は、容器３の小径部３Ｂの内径
とほぼ等しい内径をもち且つ容器３の内管保持部３Ｄの
内径とほぼ等しい外径をもつ円筒部４Ａと、この円筒部
４Ａの断面円形から断面四角形に徐々に変化するテーパ
部４Ｂと、このテーパ部４Ｂの断面四角形の端部に連続
する断面四角形の四角筒部４Ｃとで構成されている。こ
のような内管４は、円筒部４Ａを容器３の内管保持部３
Ｄに挿入し該円筒部４Ａの先端を段差部３Ａに当接若し
くは接近させて容器３の大径部３Ｃ内に配設されてい
る。この場合、円筒部４Ａの内径は例えば４０mmφ、四
角筒部４Ｃの孔の幅は例えば４０mm、高さは３０mmであ
る。

また、容器３の小径部３Ｂ内にはボート１１が配置さ
れ、該ボート１１上には固体ガリウムＧａソース１２が
載置されている。

次に、このような装置でウエハ６上にＧａＡｓを結晶成
長させる例について説明する。まず、容器３内に内管４
を挿入し、気相エッチングを行う。この気相エッチング
の終了後に内管４を新しいものと交換し、Ｇａソース１
２をボート１１で容器３内の所定位置に挿入し、容器３
の外部の図示しないヒータでＧａソース１２を約８５０
℃まで加熱する。このとき、ＡｓＣｌ_３とキャリアガス
（Ｈ_２）を容器３内に入口５から供給し、Ｇａ融液中に
Ａｓを溶解させる。このとき生成されるＧａの塩化物や
少量のＡｓ，ＧａＡｓ等は内管４に堆積し、この工程が
終了後に内管４を交換する。次に容器３内にサセプタ２
を介してＧａＡｓウエハ６を挿入し、ウエハ６及びＧａ
ソース１２をそれぞれ所定温度（ウエハ：700〜750℃、
Ｇａソース850℃）に昇温させ、ＡｓＣｌ_３とキャリア
ガス（Ｈ_２）を内管４内に入口５から供給して、ＧａＡ
ｓウエハ６上にエピタキシャル成長させる。このとき、
成長されたＧａの塩化物，Ａｓ，ＧａＡｓが内管４に堆
積する。この内管４を交換し、ヒータを切り、ウエハ６
の冷却を行う。

従来の装置と比較して本考案の装置を用いた製造方法に
よれば、ウエハ表面の欠陥数が１０〜２０％減少し、結
晶膜厚の均一性やその再現性も良くなった。

代表的な成長条件 キャリアガス流量Ｈ_２：1000cc/min ＡｓＣｌ_３バプリング流量Ｈ_２：300cc/min Ｇａソース温度：850℃ ウエハ温度：730℃ ウエハ寸法：30mm×20mm ウエハ枚数：２枚 なお、第１図乃至第５図の装置は、ボート１１に乗せて
Ｇａソース１２を供給する代りに、入口５から原料ガス
も供給するMOCVD法にも適用できることは勿論である。

第６図及び第７図は縦型タイプのMOCVD法による気相成
長装置に本考案を提供した例を示したものである。この
実施例では、容器３は上下に配置されたリアクタ１３と
プリチャンバ１４とで構成されている。リアクタ１３の
箇所で容器３は前述したと同様に段差部３Ａを中心とし
た上流側が小径部３Ｂ、下流側が大径部３Ｃとして形成
されている。例えば、小径部３Ｂの内径は140mmφ、大
径部３Ｃの内径は150mmφである。段差部３Ａに一端が
突き当てられて大径部３Ｃ内には内径４が配置されてい
る。内管４は前述したと同様にその内径が小径部３Ｂの
内径とほぼ等しく形成されている。内径４は内管昇降台
１５上にバネ１６を介して搭載され、該内管昇降台１５
は内管昇降軸１７で昇降されるようになっている。内管
４には容器３の出口７に対応して排気口１８が形成され
ている。段差部３Ａに連続した容器３の大径部３Ｃの外
周には冷却ジャケット１９が液密に取り付けられ、その
外周には加熱用の誘導加熱コイル等の加熱手段２０が配
設されている。内管４の下に対応して容器３にはケート
バルブ２１が設けられ、容器３内の上下の仕切り閉鎖が
行えるようになっている。容器３のプリチャンバ１４の
部分には開閉用扉２２が設けられている。プリチャンバ
１４の下端には各軸１，１７のシール部２３，２４が設
けられている。

このような装置においては、まずゲートバルブ２１を閉
め、プリチャンバ１４の扉２２を開いて内管４を内管昇
降台１５上に設置し、扉２２を閉め、プリチャンバ１４
をＨ_２等の置換ガスでパージする。パージ後、ゲートバ
ルブ２１を開き、まずサセプタ２を所定位置まで上昇さ
せ、次に内管を内管昇降台１５と共に所定の位置まで上
昇させる。内管４が上昇された状態では、バネ１６の付
勢で内管４の一端が容器３の段差部３Ａに当接され、隙
間ができないようになる。膜厚を均一にするため、サセ
プタ２をシヤフト１を介して回転させつつリアクタ１３
内に入口５からキャリアガス（Ｈ_２）を供給し、サセプ
タ２上のウエハ６を加熱手段２０により加熱し、その温
度が300℃に達した時点で入口５から気相成長用のガス
であるアルシン（ＡｓＨ_３）を流し、ウエハ６の温度が
700℃に安定してから、入口５よりトリメチルガリウム
（TMG）を流し、ＧａＡｓ結晶をウエハ６上に成長させ
る。成長作業中に、ＧａＡｓやＡｓが内管４の表面にか
なりつくが、リアクタ１３にはほとんどつかない。成長
が終了すると、加熱を止め、ウエハ６の温度が300℃に
なったところでＡｓＨ_３の供給を停止する。ウエハ６の
温度が100〜200℃まで下がったところで、パージガスの
供給を停止し、ゲートバルブ２１を開け、内管４を内管
昇降台１５と共に下げ、次にサセプタ２を下げる。下げ
が終わると、ゲートバルブ２１を閉じ、Ｎ_２ガスでプリ
チャンバ１４内をパージする。パージ終了後、プリチャ
ンバ１４の扉２２を開け、内管４を取り出し、次にウエ
ハ６を取り出し、新しいウエハ６をサセプタ２にセット
し、次に新しい内管４を内管昇降台１５上にセットし、
次の成長作業に入る。

代表的な成長条件 キャリアガス流量Ｈ_２：100／min Ｖ族原料ガス流量ＡｓＨ_３：200cc/min III族バブリングガスＨ_２：100cc/min ウエハ温度：700℃ サセプタ形状：六角錐台 ウエハ枚数：６枚 このようにして成長させたウエハ６の表面欠陥は、従来
が1000個／cm²であったのに対し、この考案では200〜50
0個／cm²となり、２／５〜１／２に欠陥が減少した。ま
た、容器３への反応生成物の付着もほとんどなくなり、
リアクタ１３への反応生成物の付着もほとんど無くな
り、リクアタ１３の交換頻度を激減させることができ
た。

なお、内管４の内径は容器３の小径部３Ｂの内径に等し
いのが最適であるが、小径部３Ｂの内径より内管４の内
径の方が僅かに大きくても同等の効果を得ることができ
る。

［考案の効果］ 以上説明したように本考案では、容器の途中に段差部を
設け、この段差部を境にして上流側を小径部、下流側を
大径部とし、この小径部の内径に少なくとも一端側の内
径がほぼ等しい内管を大径部側に配置して該内管の一端
側を段差部に位置させたので、内管が容器内に突出しな
くなり、ガスの流れを乱さなくくなり、ウエハの表面欠
陥を減少させることができ、またその再現性も向上させ
ることができる。更に、本考案によれば、容器への反応
生成物の付着堆積が非常に少なくなり、容器の交換頻度
を著しく減少させることができる。また、本考案では、
内管以外の補助管等を入れなくて良いので、構造が簡単
になり、且つ交換時の取扱いが容易となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る装置の第１実施例の概略構成を示
す縦断面図、第２図は第１図の要部拡大縦断面図、第３
図は第１実施例で使用している内管の縦断面図、第４図
は第３図のＸ−Ｘ線断面図、第５図は第３図のＹ−Ｙ線
断面図、第６図は本考案に係る装置の第２実施例の縦断
面図、第７図は第６図の要部拡大縦断面図、第８図及び
第９図は従来の装置の２種の例を示す縦断面図である。 １……シャフト、２……サセプタ、３……容器、３Ａ…
…段差部、３Ｂ……小径部、３Ｃ……大径部、４……内
管、５……入口、６……ウエハ、７……出口。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】シャフトに支持されたサセプタを容器内に
   置き、また前記容器内には前記サセプタが置かれる位置
   に対応して前記サセプタを包囲する内管を置き、前記容
   器内に気相成長用ガスを一方向に流して前記サセプタ上
   のウエハの表面に結晶成長させる気相成長装置におい
   て、前記容器はその途中の段差部を境にしてそれより上
   流側が小径部、下流側が大径部として形成され、前記内
   管は少なくとも一端側の内径が前記容器の前記小径部の
   内径にほぼ等しくして形成され、且つ前記内管は前述し
   た一端側が前記段差部に位置するようにして前記大径部
   内に配置されていることを特徴とする気相成長装置。