JPH084074B2 - 半導体薄膜気相成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体薄膜気相成長装置に関し、特に気相成
長時に基板交換室、ゲートバルブや基板取付け台の支持
棒等への反応生成物の付着を防止したものであり、かつ
ガス仕切体を置いたことによる乱流の影響を小さくする
ためのものである。

（従来の技術） 半導体薄膜の気相成長において、GaAs等のIII−Ｖ族
化合物半導体は成長室の残留酸素によって結晶特性が劣
化する。この為III−Ｖ族化合物半導体を成長させる気
相成長楝の成長室を空気にさらさないで基板の交換がで
きる様に基板交換室を設けることが多い。横型気相成長
装置は、第６図に示すように原料ガスの導入口（２）と
排出口（３）を設けた反応室（１）の外周に水冷ジヤケ
ツト（４）を介してRFコイル（５）を設け、反応室
（１）の排出口（３）側端部にゲートバルブ（６）を介
して基板交換室（７）を同軸状に取付け、内部に両室
（１）（７）内を移動する基板（11）取付けのためのサ
セプタ（12）を設けたものである。基板交換室（７）に
はパージガスの導入口（８）と排出口（９）と基板交換
口（10）が設けられ、更に後端にサセプタ（12）移動用
の支持棒（13）が移動可能に取付けられている。

縦型気相成長装置は、第７図に示すように第６図に示す
横型気相成長装置を縦方向に配置したものである。

このような装置により半導体薄膜を気相成長させるに
は、サセプタを基板交換室内に移動させ、ゲートバルブ
を閉じて基板交換口を開き、サセプタに基板を取付け
る。次に基板交換口を閉じてパージガスの導入口の排出
口を開き、基板交換室内をパージした後、パージガスの
導入口の排出口を閉じるか又は開いたまま（通常は閉じ
る）ゲートバルブを開き、基板を反応室内に挿入する。
このようにして、原料ガス導入口より反応室内にキヤリ
アガス、原料ガスを導入し、基板をRFコイルによる所定
温度に加熱し、基板近傍の原料ガスを反応させて基板状
に半導体薄膜を成長させる。この時縦型気相成長装置で
は支持棒を回転して基板に回転を与える。次に原料ガス
の導入を停止し、基板の温度を下げた後、基板を基板交
換室に移しゲートバルブを閉じ基板交換口を開いて基盤
を取換える。

（発明が解決しようとする問題点） 反応室内における基板状の半導体薄膜気相成長時に、
第６図乃至第７図に矢印で示すように原料ガスが基板交
換室内に入り込み、反応生成物が基板交換室ゲートバル
ブや支持棒に付着し、ゲートバルブの開閉及び支持棒の
移動を困難ちするばかりか、ゲートバルブを閉じた時に
リークを生じ、支持棒のシール部からもリークを生ずる
ようになる。

このようなリークは気相成長させた半導体薄膜の特性
を劣化するばかりか、原料ガスが外部に漏れると安全性
が損なわれることになる。これを回避するため、ゲート
バルブや支持棒の洗浄やシール用Ｏリングの交換を頻繁
に行なう必要があり、一方ゲートバルブや支持棒の洗浄
直後に気相成長させた半導体薄膜は特性が悪く、これが
装置の正常な稼動率を著しく低下する欠点がある。

そこでこれらの問題点を解決すべく発明者らは先に
「半導体薄膜気相成長装置」（特願昭60−118379号）を
開発した。この装置は反応室と基板交換の間にガス仕切
板を設けてゲートバルブ及び支持棒の反応生成物による
汚染を防止するものである。仕切板を設けることにより
所期の目的は達成するもののガス仕切板の表面が平板状
であるとパージガスの流れがこの平板に衝突してガス仕
切板上に付着した反応生成物が舞い上がりこれが反応室
内の基板上に付着して製品の歩留りを低下させるおそれ
があった。

（問題点を解決するための手段） 本発明はこれに鑑み種々検討の結果、半導体薄膜の移
送成長時に基板交換室ゲートバルブや支持棒に反応生成
物が付着するのを防止することができ、かつ歩留りが良
好な半導体薄膜気相成長装置を開発したもので、原料ガ
スの導入口と排出口を設けた反応室の排出口側端部に、
ゲートバルブを介して基板交換室を取付け、内部に両室
内を移動できるサセプタを設け、反応室内の原料ガスの
流れの中で基板を加熱することにより、基板上に半導体
薄膜を成長させた後、基板交換室内に移して交換する装
置において、サセプタより原料ガスの流れの下流側に、
装置内璧との間に間隙を有して移動可能であり、且つ反
応室側が略円錐状の形状をなすガス仕切体を設け、反応
室内で基板上の半導体薄膜成長時に、反応室の排出口と
エートバルブ間に該ガス仕切体を配置することを特徴と
するものである。

これを第１図に示す横型気相成長装置を例に説明す、
原料ガスの導入口（２）と排出口（３）を設けた反応室
（１）の外周に水冷ジヤケツト（４）を介してRFコイル
（５）を設け、反応室（１）の排出口（３）側端部にゲ
ートバルブ（６）を介して基板交換室（７）を同軸状に
取付け、内部に両室（１）（７）を移動する基板取付け
用サセプタ（12）とサセプタ（12）の後方で装置内壁と
の間に間隙を有する移動可能な算盤玉状のガス仕切体
（14）を設けたものである。基板交換室（７）にはパー
ジガスの導入口（８）と排出口（９）と基板交換口（1
0）が設けられ、更に後端にサセプタ（12）移動用の支
持棒（13）とガス仕切体（14）移動用の支持棒（15）が
移動可能に取付けられ、ガス仕切体（14）にはサセプタ
（12）移動用の支持棒（13）を通す貫通口が設けられ、
サセプタ（12）とサセプタ（12）より原料ガスの流れの
下流側でガス仕切体（14）とが移動できるようになつて
いる。また第２図は縦型気相成長装置の例を示す物で、
第１図に示す横型気相成長装置を縦方向に配置し、かつ
ガス仕切体（14）をサセプタ（12）の支持棒に固定し
て、サセプタ（12）の後方でサセプタ（12）の共に移動
するようにしたものである。

ここで算盤玉状のガス仕切体とは例えば第３図〜第５
図に示すように両面に略円錐状の山を有する形状のもの
をいうものである。山の高さ、すなわち角度（Ｂ）はそ
れによってガスの流れ方向を調整できるものであり、通
常は120〜150゜の範囲が好ましい。また第５図（ａ）に
示すように山の斜面にＲを付けて、なだらかな面としガ
スの流れをスムーズにすることもできる。第３図
（ａ）、（ｂ）は横型気相成長装置に用いるものでサセ
プタ移動用の支持棒の挿通項（16）が中心よりはずれて
穿項してある。縦型気相成長装置には第４図および第５
図に示すものが用いられるもので中心にサセプタ移動用
の支持棒の挿通孔（16）が穿孔してある。また本発明に
おいては必要に応じて第２図に示すように反応室の排出
口（３）とゲートバルブ（６）の間の装置内壁に上記の
算盤玉状の仕切体の外周面と接触するように突出部（1
5）を設けてガスの遮断を一層効果的にすることができ
る。この突出部は横型、縦型のいずれにも適用できるも
のであるが、ガスの遮断効果を上げるため第４図（ａ）
に示すように算盤玉状仕切体の外周部に上記の突出部に
合うような鍔（17）を設けることもできる。

このようにして反応室内に基板を挿入し、原料ガスの
流れの中で基板を加熱することにより、基板周辺の原料
ガスを反応させて、基板上に半導体薄膜を成長させる
時、ガス仕切体を反応室の排出口とゲートバルブ間に配
置するものである。

（作用） 本発明によれば基板上の半導体薄膜の成長時に反応室
の排出口とゲートバルブ間にガス仕切体があるため、第
１図および第２図に矢印で示すように原料ガスが基板交
換室内に進入するのを阻止し、ゲートバルブ、支持棒や
基板交換室内壁に反応生成物が付着するのを有効に防止
することができる。さらにガス仕切体表面が反応室側に
向かい円錐状となっているのでガスの流れが仕切体に衝
突して舞い上ることなく流れが乱されないため仕切体表
面に付着した反応生成物あ舞い上がることがない。した
がって反応生成物が反応室内の基板上に付着して製品の
歩留りが低下することは皆無となる。

更に半導体薄膜の成長時にパージガスの導入口を開い
たままにしパージガスの排気口を閉れば、第１図及び第
２図に矢印で示すようにガス仕切体の周辺からパージガ
スが反応室内に吹き出す。このときガス仕切体表面が基
板交換室側に向かい円錐状となっているため反応室側に
向かい流れが加速されるため、原料ガスの基板交換室へ
の進入を一層効果的に防止することができる。しかも上
記の構造であるため、パージガスの流量が小量でも、有
効に作用し反応室内の原料ガスの流れを乱すことなくゲ
ートバルブと支持棒のシール寿命を伸ばし、基板交換室
内の汚染をのとんど無くすることができる。

そのため保守の必要性は反応失態の洗浄とサセプタの
ガスエッチングだけとなり装置の稼動率を大巾に向上す
ることができる。さらに、本内室内へ反応生成物が舞い
上がることもなく製品の歩留り低下が防止できる。

（実施例） 石英ガラスからなるガス仕切体を用いて第１図に示す
本発明装置を組立て、キヤリアガス、パージ用ガスに
H₂、原料ガスにアルシン（AsH₃）及びトリメチルガリウ
ム（TMG）を用いてGaAs基板上にGaAs薄膜を成長させ
た。先ずサセプタとガス仕切体を基板交換室内に移動さ
せて、ゲートバルブを閉じてから基板交換口を開いてサ
セプタ上にGaAs基板を取付け、しかる後基板交換口を閉
じてからパーズガス導入口と排出口を開いて基板交換室
内をパージし、続いてゲートバルブを開いて基板を反応
室内に挿入すると共に、ガス仕切体を反応室の排出口と
ゲートバルブ間に配置した。このようにして基板交換室
のパージガス排出口を閉じ、パージガス導入口を少し開
いた状態として反応室内に原料ガスを導入し、基板を所
定温度に加熱して基板上にGaAs薄膜を成長させた後、原
料ガスの導入を止め基板温度を下げてから基板を基板交
換室内に移し、ゲートバルブを閉じてから基板交換口を
開いて基板の交換を行なった。このようにして基板上の
GaAs薄膜の成長を数回繰返し、ゲートバルブとサセプタ
への反応生成物の付着状態を調べ、第６図に示す従来装
置の場合と比較した。

その結果従来装置では５〜10回の繰返し毎にゲートバ
ルブと支持棒の洗浄と、Ｏリングの交換が必要であっ
た。これに対し本発明装置では20回繰返し後もゲートバ
ルブと支持棒には南東異常が認められず、装置の稼動率
が大巾に向上した。さらに先願発明の装置と比較すると
本発明の装置においては製品の歩留りが50％程度向上し
た。

（発明の効果） このように本発明によれば基板上の半導体薄膜の気相
成長時の基板交換室ゲートバルブ及び支持棒の反応生成
物による汚染を防止し、装置のメンテンナンスの回数が
減少し、装置の稼動率を著しく向上し、かつ製品歩留り
を著しく改善するなど工業上顕著な効果を奏するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明横型装置の一例を示す説明図、第２図は
本発明縦型装置の一例を示す説明図、第３図、第４図及
び第５図は本発明のガス仕切体の一例を示す説明図で夫
々（ａ）は側面図（ｂ）は平面図、第６図は従来の横型
気相成長装置の一例を示す説明図、第７図は従来の縦型
気相成長装置の一例を示す説明図である。 １……反応室、２……原料ガス導入口、３……原料ガス
排出口、４……水冷ジヤケツト、５……RFコイル、６…
…ゲートバルブ、７……基板交換室、８……パージガス
導入口、９……パージガス排出口、10……基板交換口、
１……基板、12……サセプタ、13……支持棒、14……ガ
ス仕切体、15……突出部、16……挿通孔、17……鍔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原料ガスの導入口と排出口を設けた反応室
   の排出口側端部に、ゲートバルブを介して基板交換室を
   取付け、内部に両室内を移動できる基板取付台を設け、
   反応室内の原料ガスの流れの中で基板を加熱することに
   より、基板上に半導体薄膜を成長させた後、基板を基板
   交換室内に移して交換する装置において、基板取付台よ
   り原料ガスの流れの下流側に、装置内璧との間に間隙を
   有して移動可能である、且つ反応室側が略円錐状の形状
   をなすガス仕切体を設け、反応室内で基板上の半導体薄
   膜成長時に、反応室の排出口にゲートバルブ間に該ガス
   仕切体を配置すること特徴とする半導体薄膜気相成長装
   置。
2. 【請求項２】ガス仕切体が基板交換室側においても略円
   錐状の形状をなしていることを特徴とする請求項１記載
   の半導体薄膜気相成長装置。
3. 【請求項３】反応室と排出口とゲートバルブ間の装置内
   壁に突出部を設けたことを特徴とする請求項１または請
   求項２記載の半導体薄膜気相成長装置。