JPS5827239B2 - 半導体結晶の製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、液相エピタキシャル成長法による半導体結
晶の製造装置に関するものである。

法導体結晶、特に■−■族化合物半導体結晶を製造する
一つの手段として液相成長法がよく知られている。

この液相成長法とは、半導体材料を加熱溶融して得られ
た融液に半導体基板を接触させ、融液を冷却して融液中
の半導体材料を上記半導体基板の表面にエピタキシャル
成長させるものである。

従来、液相成長を実施するための装置としては種々の装
置が提案されているが、一例として第１図に示すような
液相成長装置がある。

第１図において、１は融液であって、例えばＧａＡｓの
液相成長の場合はＧａ溶媒中にＡｓを飽和し、不純物を
添加したものである。

２は融液１を入れる容器、３は容器２に隙間なくしかも
下方に摺動可能な蓋部材、４はこの蓋部材を下方に摺動
させるための押圧治具、５は成長融液槽、６は成長融液
槽５に融液を導入するための人口スリット、７は人口ス
リット６に対応する出口スリット、８は成長融液槽５か
ら押圧された融液を溜めるための融液溜め槽、９は成長
融液槽５中に設定された半導体基板、１２は成長融液槽
５、融液溜め槽８及び半導体基板９を保持するための保
持部材であり、押圧治具４と連動するようにされている
。

また、容器２は融液１及び蓋部材３とともに外部からの
操作により、図中左右に移動できる。

上記従来の成長装置により実際のエピタキシャル成長を
行なう場合には、まず第１図ａに示すように融液１、蓋
部材３及び半導体基板９を設定したボートを成長温度ま
で上昇した炉（図示せず）内に挿入する。

これらを一定時間保持した後に第１図すに示すように容
器２を外部からの操作により図中右側に移動する。

その際、融液１上の蓋部材３が押圧治具４により押され
、もって融液１がその人口スリット６を通して成長融液
槽５に導入されて半導体基板９に接触する。

この状態から炉の温度を徐冷することにより半導体基板
９上にエピタキシャル成長する。

さらに不純物の異なる層あるいは異種材料を多層にエピ
タキシャル成長する際には、第１図すに示す容器２をさ
らに右側に移動することにより、次の組成の融液が押圧
治具４により押され、融液の人口スリット６を通して、
成長融液槽５内へ導入される。

この際、前の融液は次の組成の融液により押し流され、
出口スリット７を通して融液溜め槽８へ流し出される。

ところで上述のような従来の半導体結晶の製造装置にお
いては、次の融液により前の融液を洗い流す方式である
ため、エピタキシャル成長後には各融液が全部混ざり合
ってしまう。

そのため同一融液で数回成長することができず、一回の
成長毎に融液を作成する必要があった。

従って、融液作成による作業時間の無駄、成長回数毎の
融液作成による組成のバラツキ、及び融液の使い捨てに
よる融液の無駄などがあった。

また、成長融液槽内の半導体基板に接触する融液の高さ
が成長中には常に一定に保たれているためエピタキシャ
ル成長に寄与する融液の絶対量が制御できず、多層各層
の成長速度を変えることができなかった。

そのため、数十ミクロンの厚いエピタキシャル層とサブ
ミクロンの薄いエピタキシャル層の多層成長を行なうこ
とがほとんど不可能であった。

この発明は上述の従来における欠点に鑑みなされたもの
であって、エピタキシャル成長を一回の融液作成で多数
回成長でき、しかも多層エピタキシャル層の各層の成長
速度を、必要とする成長層厚によって自由に選ぶことの
できる半導体結晶の製造装置を提供するものである。

以下、この発明の一実施例を第２図および第３図に基づ
いて詳しく説明する。

第２図はこの発明に係る半導体結晶の製造装置の構成を
概略的に示したもので、第２図において１は成長用融液
、２は融液１を入れる容器、９は半導体基板、１０は半
導体基板９上に融液１を導入及び排出するためのスリッ
ト、１１は融液１をスリット１０を通して半導体基板９
上に導入及び排出するようにピストン状に摺動するピス
トン部材、１２はピストン部材１１及び半導体基板９を
保持するための保持部材、１３は保持部材１２内に設け
られ、融液１を流し込むための成長容器部である。

なお、ピストン部材１１は融液１を導入及び排出するた
めのスリット１０と半導体基板９を保持した保持部材１
２の成長容器部１３内を隙間なく、かつ図中左右にピス
トン摺動することができる。

第２図ａでピストン１１を左右矢印方向に摺動させたり
、融液１を入れた容器２を移動させたり、又ボート本体
に当る保持部材１２を移動させたりすることは、以下の
構成に依るボート操作棒により行なう。

２１は容器２及びピストン１１を摺動させるための成長
用ボート操作棒であり、回転及び左右に移動出来る様に
なっている。

２２は容器２を成長用ボート操作棒２１に依り摺動させ
るためのひっかけ部であり、２３はピストン１１を成長
用ボート操作棒２１に依り摺動させるためのひっかけ部
である。

成長用ボート操作棒２１はＬ字形に曲っており、回転す
る事に依り、容器２のひつかけ部２２にも、ピストン１
１のひっかけ部２３にも、ひっかけられ別々に操作出来
る様になっている。

２４はボート本体に当る保持部材１２を炉内へ入れたり
出したりするための本体ボート操作棒であり、２５はそ
のひっかけ部である。

次にこの発明に係る製造装置により多層エピタキシャル
成長を行なう手順を第２図ａ〜第２図ｆに従って説明す
る。

まず、結晶成長を始めるに尚り、第２図ａに示すように
、２枚の半導体基板９をピストン部材１１と保持部材１
２の少なくとも一方に設定すると共に、融液１を容器２
に設定する。

これらを反応管（図示せず）内に収納して、その内部の
零囲気ガスに充分置換した後、成長温度まで上昇した炉
（図示せず）内に挿入し、一定時間保持する。

次に第２図すに示すように、融液１の入った容器２を外
部からの操作により図中右側に移動し、同時にピストン
部材１１を外部からの操作により図中右側に移動する。

その結果、スリット１０を通して成長容器部１３に融液
１が流れ込み半導体基板９と接触する。

続いて第２図Ｃに示すように、必要とするエピタキシャ
ル層厚に合わせてピストン部材１１により半導体基板９
上の融液１の高さを調整し、炉の温度を徐冷して半導体
基板９上に融液１の組成のものをエピタキシャル成長す
る。

このように半導体基板９上の融液１の高さを調整できる
ので、厚いエピタキシャル層を得る時には高く、薄いエ
ピタキシャル層を得る時には低くできるため、各層の成
長速度を自由に制御でき、ひいては各エピタキシャル層
厚を数十ミクロンからサブミクロンまでの広範囲にわた
って制御できる。

以上のようにして第１層目のエピタキシャル成長終了後
、第２図ｄに示すように、半導体基板９に接触している
第１層目の融液１を、ピストン部材１１を図中左側にピ
ストン状に摺動することにより、元の容器２へもどして
しまう。

このように、融液１を元の容器２に全部もどすと同時に
第２図ｅに示すように容器２を移動し、ピストン部材１
１を再び図中右側に摺動して、第２層目の融液１を成長
容器部１３に流し込んで半導体基板９と接触させる。

さらに続いて第２図ｆに示すように、第２図Ｃでの操作
と同じく、必要とするエピタキシャル層厚に合わせて半
導体基板９上の融液１の高さを調整する。

このようにして第２層目をエピタキシャル成長し、引き
続き同様の操作により、３層目、４層目の多層エピタキ
シャル成長を行なう。

このように前の層を成長した融液を全部元の容器にもど
した後、次の層の融液を入れるため融液間の混ざりがな
い。

なお、上記実施例ではピストン部材１１が融液１に対し
て左右に摺動する横形法の製造装置について説明したが
ピストン部材１１が融液１に対して上下に摺動する縦形
法の製造装置においても同様の動作が期待できる。

第３図はこの発明の他の実施例であって、前記縦形法の
製造装置の構成を概略的に示すものである。

第２図の実施例と相違する点は保持部材１２内に設けら
れる成長容器部１３内をピストン部材１１が融液１に対
して上下に摺動できるような構造とし、容器２を回転操
作できるように構成したことである。

また、結晶成長の手順は第２図ａ〜第２図ｆと全く同様
であるので、その説明を省略する。

第４図は第２の発明の一実施例を示すものであって、第
４図において、１は成長用融液、２は融液１を入れる容
器、９は半導体基板、１０は半導体基板９上に融液１を
導入及び排出するためのスリット、１１は融液１をスリ
ット１０を通して、上記半導体基板９上に導入及び排出
するようにピストン状に摺動するピストン部材、１２は
ピストン部材１１及び半導体基板９を保持するための保
持部材、１３は保持部材１２内に設けられ、融液１を流
し込むための成長容器部である。

なお、ピストン部材１１は融液１を導入及び排出するた
めのスリット１０と半導体基板９を保持した保持部材１
２の成長容器部１３内を隙間なくかつ図中上下にピスト
ン状に摺動することができる。

１４は保持部材１２内に設けられた案内路であって成長
容器部１３と連結されている。

１５は案内路１４を移動する移動子であってピストン部
材１１を上下にピストン状に摺動させるための凹凸のパ
ターンを切込んである。

この移動子１５を図中左右に移動させることによりエピ
タキシャル成長に必要な量の融液を半導体基板９上に導
入または排出させることができる。

また移動子１５は容器２と連動させることも可能である
。

次に、この発明に係る製造装置により多層エピタキシャ
ル成長を行なう手順を第４図ａ〜第４図ｆに従って説明
する。

まず、結晶成長を始めるに当り、第４図ａに示すように
２枚の半導体基板９をピストン部材１１と保持部材１２
の少くとも一方に設定すると共に融液１を容器２に設定
する。

これらを反応管（図示せず）内に収納してその内部の雰
囲気ガスに充分置換した後、成長温度まで上昇した炉（
図示せず）内に挿入し、一定時間保持する。

次に第４図すに示すように案内路１４中の凹凸のパター
ンを切込んだ移動子１５を図中左側に移動せしめ、ピス
トン部材１１を図中下方に摺動する。

この際移動子１５は容器２と連動しているので、融液１
がスリット１０を通して半導体基板９に流れ込む。

続いて第４図Ｃに示すように移動子１５を図中左方向に
移動せしめ、必要とするエピタキシャル層厚に合わせて
半導体基板９上の融液１の高さを設定し、炉の温度を徐
冷して半導体基板９上に融液１の組成のものをエピタキ
シャル成長する。

半導体基板９に接触する融液１の高さは移動子１５に切
り込んだ凹凸のパターンにより制御することが可能であ
る。

このように半導体基板９に接触する融液の高さを調整で
きるので、厚いエピタキシャル層を得る時には高く、薄
いエピタキシャル層を得る時には低くできる。

そのため、各層の成長速度を自由に制御でき、ひいては
各エピタキシャル層厚を数十ミクロンからサブミクロン
までの広範囲にわたって制御できる。

以上のようにして第１層目のエピタキシャル成長終了後
、第４図ｄに示すように半導体基板９に接触している第
１層目の融液１を、ピストン部材１１を図中上方向にピ
ストン状に摺動することにより、元の容器２へもどして
しまう。

ピストン部材１１の上方向への摺動は凹凸のパターンを
切込んだ移動子１５を図中左方向に移動することにより
遠戚される。

このように融液を元の容器に全部もどすと同時に第４図
ｅに示すように、再び摺動子１５を左側に移動すること
により、ピストン部材１１を下方に摺動して、第２層目
の融液１を半導体基板９上に流し込む。

さらに続いて第４図ｆに示すように、第４図Ｃでの操作
と同様に、必要とするエピタキシャル層厚に合わせて半
導体基板９上の融液１の高さを調整する。

このようにして第２層目ヲエビタキシャル成長し、引き
つづき同様の操作により、３層目、４層目・・・・・・
の多層エピタキシャル成長を行なう。

なお上記実施例では移動子を容器と連動させた場合につ
いて説明したが、この移動子は容器とは別に移動させて
もよい。

また、その際の移動子の形状も連動の場合と同様に種々
の凹凸パターンを選ぶことができ、従ってエピタキシャ
ル成長層の厚み、組成、濃度等に変化を与えることがで
きる。

さらに、上記実施例では、ピストン部材が成長用融液に
対して上下に摺動する場合について説明したが、保持部
材の成長用容器および案内路の位置を変えることにより
、上記ピストン部材を成長用融液に対して左右に摺動さ
せることも可能である。

以上の説明から明らかなように、これらの発明に係る半
導体結晶の製造装置によれば、半導体基板を保持した基
板支持部材を上下あるいは左右方向へ摺動させる横取と
することにより次のような効果を得ることができる。

すなわち、（ａ） ピストン部材をピストン状に摺動
させることにより半導体基板上の融液の高さが自由に調
整できるので、例えば数十ミクロンもの厚いエピタキシ
ャル層の必要な層は融液の高さを高くし、また例えばサ
ブミクロンの薄い層の必要な層は融液の高さを低くする
ことができるので多層各層のエピタキシャル層厚を自由
に制御することができる。

（ｂ）次の層をエピタキシャル成長させる際には、前の
層の融液をピストン部材で押込み、全て容器内にもどす
ことができるので、融液間の混ざりがない。

（Ｃ） 前の層から次の層への移動の際にも半導体基
板は、雰囲気ガスにさらされず、しかも強制的に半導体
基板表面をこすらないので、多層エピタキシャル層の界
面での欠陥が発生しにくい。

（ｄ） 同一融液で多数回成長できるので融液の無駄
がない。

そのため、融液量を多くできるので秤量誤差が少なく再
現性がよい。

（ｅ） 半導体基板をピストン部材の向い合わせに同
時に２枚設定できるため量産性がよい。

（ｆ’ｓ 半導体基板と融液を接触させる前にピスト
ン部材を押込んでおけば、成長の防げとなる酸素、水分
及び不純物等の混入がないので良質のエピタキシャル層
が得られる。

また、さらに半導体基板を向い合わせて密着しておけば
、半導体基板の熱分解を防ぐことができる。

（ｇ） 融液を適当な大きさのスリットを通して半導
体基板へ導入するので、エピタキシャル成長の防げとな
る融液中の酸化物や結晶核等が濾されてきれいな融液の
みがエビクキシャル成長に寄与する。

（ｈ） 半導体基板上への融液の導入及び排出量と速
度を移動子の凹凸パターンを変えることといった簡単な
操作により自由に制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の概略的な構成を結晶成長を行なう手
順に従って示す断面図、第２図は第１の発明の一実施例
の概略的な構成を結晶成長を行なう順序に従って示す断
面図、第３図は第１の発明の他の実施例の概略的な構成
を示す平面図および断面図、第４図は第２の発明の一実
施例の概略的な構成を結晶成長を行なう順序に従って示
す断面図である。 図中１は成長融液、２は容器、９は半導体基板、１１は
ピストン部材、１２は保持部材、１３は成長容器部、１
４は案内路、１５は移動子である。 なお図中同一符号はそれぞれ同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 成長用融液を収容する容器と、上記融液を流し込む
   成長容器部を有する保持部材と、上記流し込まれた融液
   に接触するように設けられた半導体基板と、上記成長容
   器部内を摺動して上記半導体基板上の融液の高さを設定
   するピストン部材とを備えたことを特徴とする半導体結
   晶の製造装置。 ２ 保持部材の成長容器部はピストン部材が成長用融液
   に対して左右に摺動できる構造である特許請求の範囲第
   １項記載の半導体結晶の製造装置。 ３ 保持部材の成長容器部はピストン部材が成長用融液
   に対して上下に摺動できる構造である特許請求の範囲第
   １項記載の半導体結晶の製造装置。 ４ 半導体基板は保持部材およびピストン部材の成長融
   液と接触し且つ対抗する面の少なくとも一方に設定され
   る特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載
   の半導体結晶の製造装置。 ５ 成長用融液を収容する容器と、上記融液を流し込む
   成長容器部およびこの成長容器部と連結した案内路を有
   する保持部材と、上記流し込まれた融液に接触するよう
   に設けられた半導体基板と、上記成長容器部内を摺動し
   て上記半導体基板上の融液の高さを設定するピストン部
   材と、上記案内路を移動して上記ピストン部材を摺動さ
   せる移動子とを備えたことを特徴とする半導体結晶の製
   造装置。 ６ 保持部材の成長容器部および案内路はピストン部材
   が成長用融液に対して上下に摺動できる構造である特許
   請求の範囲第５項記載の半導体結晶の製造装置。 ７ 保持部材の成長容器部および案内路はピストン部材
   が成長用融液に対して左右に摺動できる構造である特許
   請求の範囲第５項記載の半導体結晶の製造装置。 ８ 半導体基板は保持部材およびピストン部材の成長用
   融液と接触し且つ対抗する面の少なくとも一方に設定さ
   れる特許請求の範囲第５項ないし第７項のいづれかに記
   載の半導体結晶の製造装置。 ９ 移動子は必要とする成長層の組成および厚みに合わ
   せた形状に加工されて戒る特許請求の範囲第５項ないし
   第８項のいずれかに記載の半導体結晶の製造装置。