JPH0691012B2 - 半導体薄膜気相成長装置 - Google Patents
半導体薄膜気相成長装置Info
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- JPH0691012B2 JPH0691012B2 JP22184183A JP22184183A JPH0691012B2 JP H0691012 B2 JPH0691012 B2 JP H0691012B2 JP 22184183 A JP22184183 A JP 22184183A JP 22184183 A JP22184183 A JP 22184183A JP H0691012 B2 JPH0691012 B2 JP H0691012B2
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- JP
- Japan
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- thin film
- susceptor
- semiconductor thin
- vapor phase
- phase growth
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
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- H01L21/02546—Arsenides
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は半導体薄膜気相成長装置に関するものである。
従来熱分解気相成長法による半導体薄膜気相成長装置の
横型炉においては、第１図に示すように反応管（１）内
のカーボンサセプタ（２）上に置かれた基板結晶（３）
は予め外部のRFコイル（４）により高周波加熱され、こ
れにガス導入口（５）より導入された原料ガス（６）が
サセプタ（２）近傍で熱分解して導かれ半導体薄膜結晶
の成長がなされている。又原料ガス（６）のサセプタ
（２）近傍以外での熱分解をおさえるために外部に冷却
ジャケット（７）が設けられると共に、サセプタ（２）
の上流側に石英製ライナー（８）を設置してサセプタ
（２）の先端部（９）でのガスの乱れを防止するように
している。（10）は排出口である。
横型炉においては、第１図に示すように反応管（１）内
のカーボンサセプタ（２）上に置かれた基板結晶（３）
は予め外部のRFコイル（４）により高周波加熱され、こ
れにガス導入口（５）より導入された原料ガス（６）が
サセプタ（２）近傍で熱分解して導かれ半導体薄膜結晶
の成長がなされている。又原料ガス（６）のサセプタ
（２）近傍以外での熱分解をおさえるために外部に冷却
ジャケット（７）が設けられると共に、サセプタ（２）
の上流側に石英製ライナー（８）を設置してサセプタ
（２）の先端部（９）でのガスの乱れを防止するように
している。（10）は排出口である。
このような従来の気相成長装置の反応管内においては、
ガス（６）の粘性によってサセプタ（２）表面に生ずる
ガス速度の小さい層（よどみ層）とガス速度の大きい層
（対流層）が存在する。第２図はTiO2スモークを用いた
模擬実験により得られたこのよどみ層（11）状態を示す
もので、δはよどみ層（11）の厚みを表わし、l1はサセ
プタ先端部（９）からよどみ層（11）の厚みが一定にな
るところまでの距離を表わしている。尚ライナー（８）
の表面にもよどみ層は形成されているが、ライナー
（８）の温度が低いため、サセプタ（２）表面に形成さ
れたよどみ層にくらべてその厚みは十分うすいので第２
図中に示していない。原料ガス（６）はよどみ層（11）
を拡散することによってサセプタ（２）上の基板結晶
（３）に到達して薄膜結晶を成長させるのであるが、サ
セプタ先端部（９）においては後端部より原料ガス濃度
が大きく、しかもよどみ層（11）の厚みが比較的小さ
い。又先端部（９）からよどみ層（11）の厚みが一定す
るところまでの距離l1が大きいので、基板結晶（３）で
の薄膜成長の状態は第５図（Ｂ）に示すようにセプタ
（２）上の上流側で膜厚が異常に大きくなり、又膜厚の
変化も下流側にくらべ大きくなっている。したがって又
原料ガスの消費が大きくなり収率が低下する。
ガス（６）の粘性によってサセプタ（２）表面に生ずる
ガス速度の小さい層（よどみ層）とガス速度の大きい層
（対流層）が存在する。第２図はTiO2スモークを用いた
模擬実験により得られたこのよどみ層（11）状態を示す
もので、δはよどみ層（11）の厚みを表わし、l1はサセ
プタ先端部（９）からよどみ層（11）の厚みが一定にな
るところまでの距離を表わしている。尚ライナー（８）
の表面にもよどみ層は形成されているが、ライナー
（８）の温度が低いため、サセプタ（２）表面に形成さ
れたよどみ層にくらべてその厚みは十分うすいので第２
図中に示していない。原料ガス（６）はよどみ層（11）
を拡散することによってサセプタ（２）上の基板結晶
（３）に到達して薄膜結晶を成長させるのであるが、サ
セプタ先端部（９）においては後端部より原料ガス濃度
が大きく、しかもよどみ層（11）の厚みが比較的小さ
い。又先端部（９）からよどみ層（11）の厚みが一定す
るところまでの距離l1が大きいので、基板結晶（３）で
の薄膜成長の状態は第５図（Ｂ）に示すようにセプタ
（２）上の上流側で膜厚が異常に大きくなり、又膜厚の
変化も下流側にくらべ大きくなっている。したがって又
原料ガスの消費が大きくなり収率が低下する。
本発明はこのような従来の半導体薄膜気相成長装置にお
ける欠点に対処してなされたもので、半導体薄膜気相成
長装置の横型炉において反応管内のサセプタ上流側にラ
イナーを設け、その上にカーボン発熱体を設置すること
により、原料ガスをその熱分解温度以下の高温度に加熱
してサセプタ上の基板結晶に導き、半導体薄膜結晶を成
長させるようにした半導体薄膜気相成長装置に係るもの
である。
ける欠点に対処してなされたもので、半導体薄膜気相成
長装置の横型炉において反応管内のサセプタ上流側にラ
イナーを設け、その上にカーボン発熱体を設置すること
により、原料ガスをその熱分解温度以下の高温度に加熱
してサセプタ上の基板結晶に導き、半導体薄膜結晶を成
長させるようにした半導体薄膜気相成長装置に係るもの
である。
本発明の装置によれば、サセプタ上流側で原料ガスをそ
の熱分解温度以下の高温度に加熱してサセプタ上に導く
ことにより、従来装置に比較してサセプタ先端部におけ
るガスのよどみ層の厚みを大きくし、かつサセプタ先端
部からよどみ層の厚みが一定するところまでの距離を小
さくできるので、結晶基板上の上流側領域での薄膜結晶
の成長速度をおさえることができる。従って結晶基板上
の下流側領域で薄膜結晶の成長量が増加し、全体として
ばらつきの少ない略一様な厚みの薄膜結晶が得られ、又
原料ガス収率も向上する。
の熱分解温度以下の高温度に加熱してサセプタ上に導く
ことにより、従来装置に比較してサセプタ先端部におけ
るガスのよどみ層の厚みを大きくし、かつサセプタ先端
部からよどみ層の厚みが一定するところまでの距離を小
さくできるので、結晶基板上の上流側領域での薄膜結晶
の成長速度をおさえることができる。従って結晶基板上
の下流側領域で薄膜結晶の成長量が増加し、全体として
ばらつきの少ない略一様な厚みの薄膜結晶が得られ、又
原料ガス収率も向上する。
以下図面に示す実施例により本発明を詳述する。
第３図は本発明の半導体薄膜気相成長装置の横型炉の断
面図を示すもので、反応管（21）には冷却水による冷却
ジャケット（22）とRFコイル（23）が設けられ、管内に
はサセプタ（24）上に基板結晶（25）が置かれ、サセプ
タ（24）の上流側には石英ライナー（26）さらにその上
にSiCコーティングを施したカーボン板発熱体（27）が
設置されている。カーボン板発熱体（27）はRFコイル
（23）により加熱されるので、それに適するようにその
厚み及びRFコイル（23）の配置が考慮されている。
面図を示すもので、反応管（21）には冷却水による冷却
ジャケット（22）とRFコイル（23）が設けられ、管内に
はサセプタ（24）上に基板結晶（25）が置かれ、サセプ
タ（24）の上流側には石英ライナー（26）さらにその上
にSiCコーティングを施したカーボン板発熱体（27）が
設置されている。カーボン板発熱体（27）はRFコイル
（23）により加熱されるので、それに適するようにその
厚み及びRFコイル（23）の配置が考慮されている。
以下MO−CVD法によりガリウム（Ga）源としてトリメチ
ルガリウム（TMGa）、砒素（As）源としてアルシン（As
H3）を用いて、これらの熱分解によりGaAs薄膜結晶を基
板結晶（25）上に成長させる場合を例にとり説明する。
まずサセプタ（24）を650〜700℃に加熱し、TMGa、AsH3
は300℃以下で分解しないので、ライナー（26）上のカ
ーボン板発熱体（27）を300℃に加熱してのち、ガス導
入口（28）よりTMGaとAsH3の原料ガス（29）の所定量を
導入して基板結晶（25）上にGaAsの薄膜結晶を成長させ
た。（30）は排出口である。このときのサセプタ（24）
上におけるガスのよどみ層（31）の状態は第４図に示す
とおりであり、カーボン板発熱体（27）でガス（29）が
加熱されることにより、よどみ層（31）はサセプタ先端
部（32）から下流側に向かって徐々に厚くなり、やがて
略一定のδ１となる。この場合のサセプタ先端部（32）
からよどみ層（31）の厚みが一定するところまでの距離
l2は、従来装置による場合（第２図）よどみ層（11）の
厚みはＯからδまで変化するのに対し、本発明ではカー
ボン板発熱体（27）上における厚みδ２からδ１へ変化
するので、当然l1＞l2となり、又サセプタ先端部（32）
におけるよどみ層（31）の厚みも従来の場合よりも大き
い。したがって基板結晶（25）上の上流側領域でのGaAs
薄膜結晶の成長速度はおさえられて原料ガス消費量も減
少すると同時に、下流側領域での薄膜結晶の成長量は増
大し、第５図の（Ａ）に示すように従来装置による場合
の膜厚（Ｂ）に比較して大きくなり、全体として略一様
な膜厚のGaAs薄膜が得られた。又この結果、原料ガス収
率も向上した。
ルガリウム（TMGa）、砒素（As）源としてアルシン（As
H3）を用いて、これらの熱分解によりGaAs薄膜結晶を基
板結晶（25）上に成長させる場合を例にとり説明する。
まずサセプタ（24）を650〜700℃に加熱し、TMGa、AsH3
は300℃以下で分解しないので、ライナー（26）上のカ
ーボン板発熱体（27）を300℃に加熱してのち、ガス導
入口（28）よりTMGaとAsH3の原料ガス（29）の所定量を
導入して基板結晶（25）上にGaAsの薄膜結晶を成長させ
た。（30）は排出口である。このときのサセプタ（24）
上におけるガスのよどみ層（31）の状態は第４図に示す
とおりであり、カーボン板発熱体（27）でガス（29）が
加熱されることにより、よどみ層（31）はサセプタ先端
部（32）から下流側に向かって徐々に厚くなり、やがて
略一定のδ１となる。この場合のサセプタ先端部（32）
からよどみ層（31）の厚みが一定するところまでの距離
l2は、従来装置による場合（第２図）よどみ層（11）の
厚みはＯからδまで変化するのに対し、本発明ではカー
ボン板発熱体（27）上における厚みδ２からδ１へ変化
するので、当然l1＞l2となり、又サセプタ先端部（32）
におけるよどみ層（31）の厚みも従来の場合よりも大き
い。したがって基板結晶（25）上の上流側領域でのGaAs
薄膜結晶の成長速度はおさえられて原料ガス消費量も減
少すると同時に、下流側領域での薄膜結晶の成長量は増
大し、第５図の（Ａ）に示すように従来装置による場合
の膜厚（Ｂ）に比較して大きくなり、全体として略一様
な膜厚のGaAs薄膜が得られた。又この結果、原料ガス収
率も向上した。
なお、本実施例では発熱体としてカーボン板を用いRFコ
イルからの電位波による誘導加熱方式としたが、第６図
に示す櫛形構造の発熱体を用い抵抗加熱方式としてもよ
い。この場合電磁波による誘導加熱量は極めて少ないか
ら、流す電流により加熱量は制御でき所望の温度コント
ロールが容易に行なえる。
イルからの電位波による誘導加熱方式としたが、第６図
に示す櫛形構造の発熱体を用い抵抗加熱方式としてもよ
い。この場合電磁波による誘導加熱量は極めて少ないか
ら、流す電流により加熱量は制御でき所望の温度コント
ロールが容易に行なえる。
第１図は従来の半導体薄膜気相成長装置の横型炉の断面
図を示し、第２図は上記装置の反応管内におけるガスの
よどみ層の状態を示す説明図であり、第３図は実施例に
示す本発明の半導体薄膜気相成長装置の横型炉の断面
図、第４図は本発明の上記装置の反応管内におけるガス
のよどみ層の状態を示す説明図、第５図はサセプタにお
ける先端部から下流側への距離と半導体薄膜の厚さとの
関係を示す図表で、Ａは本発明、Ｂは従来の場合を夫々
示す。 第６図は本発明に用いられるカーボン発熱体の１例の平
面図である。 21……反応管 22……冷却ジャケット 23……RFコイル 24……サセプタ 25……基板結晶 26……ライナー 27……カーボン板発熱体 28……ガス導入口 29……原料ガス 30……排出口 31……よどみ層 32……サセプタ先端部
図を示し、第２図は上記装置の反応管内におけるガスの
よどみ層の状態を示す説明図であり、第３図は実施例に
示す本発明の半導体薄膜気相成長装置の横型炉の断面
図、第４図は本発明の上記装置の反応管内におけるガス
のよどみ層の状態を示す説明図、第５図はサセプタにお
ける先端部から下流側への距離と半導体薄膜の厚さとの
関係を示す図表で、Ａは本発明、Ｂは従来の場合を夫々
示す。 第６図は本発明に用いられるカーボン発熱体の１例の平
面図である。 21……反応管 22……冷却ジャケット 23……RFコイル 24……サセプタ 25……基板結晶 26……ライナー 27……カーボン板発熱体 28……ガス導入口 29……原料ガス 30……排出口 31……よどみ層 32……サセプタ先端部
Claims (1)
- 【請求項１】半導体薄膜気相成長装置の横型炉におい
て、反応管内のサセプタ上流側にライナーを設け、その
上にカーボン発熱体を設置することにより、原料ガスを
その熱分解温度以下の高温度に加熱制御してサセプタ上
の基板結晶に導き、半導体薄膜を成長させるようにした
ことを特徴とする半導体薄膜気相成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22184183A JPH0691012B2 (ja) | 1983-11-25 | 1983-11-25 | 半導体薄膜気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22184183A JPH0691012B2 (ja) | 1983-11-25 | 1983-11-25 | 半導体薄膜気相成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60113923A JPS60113923A (ja) | 1985-06-20 |
| JPH0691012B2 true JPH0691012B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=16773027
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22184183A Expired - Lifetime JPH0691012B2 (ja) | 1983-11-25 | 1983-11-25 | 半導体薄膜気相成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0691012B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0732129B2 (ja) * | 1986-04-11 | 1995-04-10 | 富士通株式会社 | 気相エピタキシヤル成長装置 |
| JPH0441175Y2 (ja) * | 1987-05-29 | 1992-09-28 |
-
1983
- 1983-11-25 JP JP22184183A patent/JPH0691012B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60113923A (ja) | 1985-06-20 |
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