JPS59199599A - 液相エピタキシヤル成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液相エピタキシャル装置、さらに詳しくは、大
面積の単結晶基板に結晶層を容易に多層成長せしめるこ
とのできる液相エピタキシャル成長装置に関するもので
ある。

近年、大面積単結晶基板への成長か可能で、かつ量産性
に飛んだ液相エピタキシャル（Ｌ　Ｐ　Ｅと略称する）
膜成長装置の開発が望まれている。

従来、化合物半導体のＬＰＥ膜成長装置としては横型多
層スライド式装置が広く用いられている。

このような、横型多層スライド式成長装置の場合、成長
可能な基板の大きさは、せいぜい２０Ｘ２０ｍｍ角程度
の四角い基板しか使用できず、それ以上の大面積基板へ
、成分比、厚さの均一な結晶膜を成長させることば困ケ
１１であった。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、大面積で、か
つ平坦度が良く、さらに特性が面内において均一な多層
エピタキシャル層を生産性良く成長できるｌｌｋ相エピ
クキシャル成長装置を提供することを目的とする。

本発明を４１’λ説ずれは、本発明による液相エピター
１−シャル成長装置は、縦型の電気炉にエピタキシャル
成長室を設り、この成長室内に、回転上下回７ｉヒな）
１（１ム：ボルダ及びこの基板ボルダに支持される基板
と接触する原料１６ｊ：液を保持するための成長用ル・
ンボを（Ａ１１え〕こ液相エピタキシャル成長装置にお
いて、１）：ｊ記原料融液を圧入するための原料注入口
を有ずろ前記成長用ルツボの外側に複数の原料融？ｌｋ
槽を備えた原料治具を嵌合し、前記治具あるいはルツボ
を回転せしめることによって、前記ルツボの）３ｉτ料
注入口が原料融液槽に対し、開閉するようにするととも
に、前記エピタキシャル成長室とゲー！・バルブで連結
された基板交換室を設け、このエピタキシャル成長室と
基板交換室の間に基板移送機構を備えたことを特徴とす
るものである。

以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明による一実施例の断面楯田８図であり、
図中、１は基板回転上下軸、２は基板ボルダ、３は基板
、４は原料融液槽、５は電気炉、６は高純度石英製の反
応管、７は成長用ルツボ、８は複数の原料融液槽を備え
た原料冶具、９および１０は成長用ルツボを固定するた
めの、高純度石英製固定用円筒、１１は原料冶具の回転
」−下機構、１２はシャッター、１３は原料注入口（ス
リンＩ−）、１４はエビタギシャル成裕室、１５は基板
交換室、１６はゲートバルブ、１７は基板移送機、１８
ば基板受渡機、１９はのぞき窓である。また前記におい
て、電気が５は石英管の内面に金属の半透明膜をコート
しその外面にヒータ線を巻回固定したもので、ヒータ線
の間隙より反応管ないを観察しえるようになっている。

また、ルツボ７および原料冶具８は高純度グラツブイト
製である。

この第１図より明らかなように、この実施例における液
相エピタキシャル成長装置は、前述のような電気炉５内
に反応管６が設りられてエピタキシャル成長室１４か形
成され、この反応管６の内部にエピタキシャル成長室の
原：（ニ１融、・イνを保持するルツボ７、このルツボ
７中の原料融液と接触し、エピタギンヤル成長１摸を成
長させる基板３を支持する基板ボルダ２か設Ｇｊられて
いる。前記基板ボルダ１！よ上下方向に回転しながら移
動可能なように、１１（板回転上−１・幀１に接続して
いる。一方成長用ルン；ｌ；７は１１１１記基板ボルダ
２の先端部に支持される〕、（１反３の下方部に配置さ
れ、基板ホルダ２が基板ＩＬ＋１転上下輔１により下降
したとき、前記基板３がルツボ７内の原料融液に接触す
るようになっている。

前記成長用ルツボ７はこのルツボ７を固定するための固
定用円筒９および１０により反応管６内に固定されてい
るとともに、複数の原料融液槽３を存する原料治具８に
嵌め合わされている。さらにこの成長用ルツボ７はその
下部に、原料注入スリ７１−１３を有し、前記原料治具
８に設けられた原料融／＆槽４より原料融液が供給除去
されるようになっている。

第２図はこのような成長用ルツボ７の構造を示す断面図
であり、第２図ａはこの実施例において用いられている
ルツボの断面図、第２図すは他の実施例の断面図である
。第２図ａのルツボ７においては、ルツボ７の底部は底
部中心方向に内部に盛り上がっており、注入スリン１−
１３よりルツボ７内に注入された原料融液はこの斜面を
利用して原料融液槽４に戻されるようＱこなっている。

一方、第２図すの成長用ルツボ７においては、ルツボ７
の底部は中心部にむかってへこんでおり、このへこんだ
中心に原料融液を除去する丸めの原料融液排出口が設り
られ、この排出口はプラグ２０によって閉塞されている
。このような構成のルツボ７よりの原料層！？夜の除去
は、プラグ２０を外すごとによって行われ、除去された
融液ムよ固定用円筒１０の下部に形成されでいる融液受
け２１に回収される。

原料治具８は、第３図ａ、ｂに示すように、原料融液槽
４が円周方向に形成された治具本体８０とこの治具本体
８０を覆う蓋８１よりなる。前記原料治具８はこの実施
例において、２　（１７Ｉｌのｌ「具本体８０を有し、
前記２個の治具本体８０と蓋８１は相互にねじによって
螺着されるようになっている。前記治具本体８０はこの
実施例では２開示されているが、もちろんご礼に限定さ
れるわけではな（、必要に応じ２　ｆｌｉＩｔ以上市合
わずこともてき、またただ１個のみ用し・でもよい。１
）；■記治具本体８０および蓄８１には、成１こ用ルツ
ボ７を嵌合するための嵌合口８２が穿設されている。さ
らに、冶具本体８０の原料融液槽３に：よ、ルツボ７の
原料注入口１３を介し前記ルツボ７と導通させるための
スリット３０が設けられている。

このような原料治具８ば回転上下機構１１と接続してお
り、ルツボ７の表面を、上下および円周方向乙こ扇動す
るようになっている。

さらに本発明にあっては、ルツボ７の表面を覆うことか
可能なシャッター１２か垂設されており、基板２が上部
に有るときは、ルツボ７の輻射熱が前記基板２に輻射さ
れにくくなっている。前記シャッター１２は開閉自在に
構成されており、基板ボルダ１が下１介してルツボ７内
の原料融液に接触しているときは、開放状態となって、
基板２が融液と士長ｉＱ］！するのを干渉しないように
なっている。

前記のような構成のエピタキシャル成長室１４の上方に
基板交換室１５が設げられ、このシ、（扱交換室１５は
ゲーＩ−バルブ１６を介して前記エピタキシートル成長
室１４に接続している。

この基板交換室１５には基板移送機１７か（Ａｉｏｌえ
られ、一方エビタキシャル成長室の対応部分には基板受
渡機１８が設りられている。さらにこの基板交換室１５
およびエピタキシャル成長室１４の基板交換部分にのぞ
き窓１９が形成されており、交換室１５の状態および基
板交換の状況を観察できるようになっている。

次ぎに、本発明の作用を１ｎＰのボモエピクキシャル成
長の具体例に基づき説明する。

まず、ＩｎとＩｎＰ　　（ドーパン１〜としてＳｎを含
む）の仕込量を決定したのら、前記ＩｎおよびＩｎＰを
Ｊｉ量し、前記ＩｎとＩ　ｎ　Ｆ’を原料治具８のそれ
ぞれ対向する原料融液槽３に導入する。また、ノル１−
ハック用のＩｎは、前記治具８の、他の対向する原料融
液槽３に導入する。前記１ｎＰをエピタキシャル成長さ
せる場合は、第２段目の冶具本体８０ば空のままでよい
。

その後、ルツボ７と原料冶具８を組立て、反応７：：６
内の所定位置に前記ルツボ７を固定用円筒９゜１０によ
って固定し、真空引きを行い、次いで清浄化した水素ガ
スを導入し、しばら（放置する。水素ガス置換が終了次
第、電気炉５で　結晶成長温度より７ｐ、；い’６”＋
！＋度に保持し、原料融液の均質化と清浄化を行う。こ
れを冷却したのち、およ゛・そ２インチ径のＩ〕型１ｎ
Ｐ基板２を支持ボルダ１に取付、再び真空引き、水素置
換を行ったのち、昇温し、結晶成長を行う。

前記結晶成長のプロセスは第４図に示すように行った。

第４図において、第１〜第３図と同一の符号は同様の物
質ないし部材を示している。−また、符号・１１はＩｎ
融液、４２はドーパントを含むＩ　ｎ　−Ｐ融液を示す
。

成１シ用ルツボ７および原料治具８を結晶成長温度より
若干高い６７０°Ｃに２０分保持し、その後冷却し成長
開始温度近くになったら、冷却速度を０．５〜１°Ｃ／
分にする。（第４図ａ）。

次ぎに、原料治具８を回転し、ｊ夏材治具８のスリ７１
〜３０とルツボ７の原料注入１」１３をス・）応−１し
めて、原料槽４とルツボ７が導通ずるようにし、ルツボ
７内にＩｎ融液４１を導入ずろ（第４図ｂ）。

この間、シャッター１２は閉しられており、ルツボ７の
輻射熱が基板３を熱することがないようになっている。

Ｉｎ融液４１の導入後、シャッター１２を開放し、直ち
にＩｎＰ基板３を回転せしめながら降下させ、前記Ｉｎ
Ｐ基板３をＩｎ融液４１に接触させる。接触確認後、約
１０秒間浸漬し、ＩｎＰ基板３のノル１−ハックを行う
　（第４図Ｃ）。

メルトバック終了後、ＩｎＰ基板３を直らに上昇させ、
シャンク−１２を閉しる。

次ぎに、原料治具８を、回転」二下機構１１によって、
徐々に降下せしめ、成長用ルツボ７内の使用済みのＩｎ
融液４１を注入スリット１３より元の原料融液槽４に完
全に戻す（第４図ｄ）。

次いで、Ｉｎ融液４１の入っノこ原１’ｉｌ　ＩＩ’＋
ｉ！液槽４とは別の原料融液槽４に導入されたＩｎとＩ
＋ｌ−Ｐの＋ＡＪ！　’ｌ夜４２を同はな操作により、
ルツボ７に導入し、メルトバックを１ｊ−２たｌｎＰ基
、汲３を前記融１７シ４２に接触さ一口で、Ｉｒ＋Ｉ’
のコニピタキシャル１研を成１益せしめる（第４図Ｃ）
。

成長終了後、エピタキシャル層を形成したＩｎＰ基（反
３を高速回転しなから融液４２より分＆１ｔシ、分離確
Ｊ忍後、Ｉ　ｎ　Ｐ甚（反２を」１界せしめ、シャッタ
ー１２を閉じる（第４図ｆ）。

次ぎに、ルツボ７中の使用済みのＩｎ−Ｐ融）夜を元の
原料融液イ曹・１に戻す。

この間、エピタキシャル成長室１４の上方にあるデー１
−バルブ１６は閉しられており、基板交換室１５内には
新だな基板ボルダ２に取りつりられたＩｎＰ基板３か装
填されており、真空引き、水素置換さ゛れだ１尺！占に
（呆持されている。

エビタギシャル成長終了後、エビクキシャル成用股の形
成された）ｎＰ基板３は基板受渡機１８によ、って基板
ボルダ２とともに取り外され、基板移送殿１７によって
、開放されたゲートバルブ１９を通って基（及交換室１
５に移送される。新たなＩｎＰ基板３を装着した基板ホ
ルダ２を、＋ｉｉｊ記基板移送機］７によってエピタキ
シャル成長室１混こ移送した後、基板受渡機１８によっ
て、基板回転上下軸１に設置する。その後、ゲーＩ・バ
ルブ１９を閉し、２回口の成長を行う。ごの成長の間に
、基板受１−灸室１５に移送された成長済め基板３を取
り出すとともに、３回口の成長用の基板を設置する。

同様にして、連続的にエビタキソヤル成長を行うことが
可能となる。

（得られた約２インチ径のＩｎＰエピタキシャル層の表
面はきわめて平坦であり、熱損傷を受りた基板表面に特
徴的なピット状のものは観察されなかった。また前記エ
ピタキシャル）母をへき関して、その成長層の厚さの基
板内分布を調べたところ、外周部５罷程の所を除重ば、
均一な厚さのＩｎＰエピタキシャル層が形成しているの
が分かった。

上記実施例に基づく作用の説明にあってしよ、ＩｎＰ基
板にＩｎＰエピタキソヤル屋ｊを形成する場合乙こつい
て説明したが、これに１製定されないのｊま明らかであ
る。

すなわち、下方の治具本体８０の原料融液槽４にも原＋
１＋（ｌ融液を導入ずれシよ、ずなわち原料融液槽４の
数を５．ｊ（４やせば、同様なし作において、多数のエ
ビ、タキンヤル成長層を同一の基板上に成長せしめるこ
とや、成長中におりるＭｊ！　？ｌ＊絹成を制御ａ１）
できるようになる。

Ｊ′た、本発明の一実施例のエピタキシャル成長室ｊ、
１１、反応管を石英管としたものであったが、ステンレ
ス鋼）ソとし、電気炉を成長室内に設けた内熱式の装置
においても、はぼ同様な結果がｊＭられた。この場合、
ステンレス鋼製の反応管の壁面に２箇所の観察窓を設け
、成長室内の基板やルツボ中を観察できるようにした。

さらに、このような装置において、ステンレス別語の反
応管壁面に冷却ジャケットを設けるとともに、シール部
の高気密性に注意を払った結果、ｊワられたエピタキシ
ャル成長室の純度は、前記装＋ｉ′＃Ｌのものより若干
向上していた。

以上説明したように、本発明による液相エピクギンーン
ル成１し装置乙こよれば、大面積で、平坦度がよく、か
つ特性が面内で均一に分布した多層エピタキシャル層を
成長させることができる。

またエピタキシートル成長室と基板交換室が相方。

にゲートハルレフ゛を介して１妄続しており１．！舌１
反か移送機構によってそれぞれの空間を移動できる。］
、うになっているため、 （］）　　エエピタキシャル成長を外気に晒すことなく
基板交換が可能であるので、成長室は清浄に保持され、
成長用の原料か汚染元素の影曾を受りに＜＜、高純度の
成長膜がｉＭられるという利点がある、 （２）　　また、エビクキシャル成長と？ｒｆ値基（反
の準備を同時に行うことかできるので、エピタキシャル
成長ウェハ装作時間か大幅に短縮でき、η二度押が著し
く向上するという利点もある。

ずなわら、本発明による液相エピタキシャル成長装置を
、たとえば化合物半シη体う−）λ・イスの装造に用い
れば、経済性の」−で極めて有用でｊ）ろ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面概略図、第２図（よル
フポの（昔造を示ず断面図、第３図は典型的原料治具の
構成を示す斜視図、第４図は本発明による装置を用いて
、エピタキシートル層を成長せしめる一例のプしｌセス
を説明するための説明図であ、乙。 １　・・・基板回転上下軸、２　・・・支持ボルダ、３
　・・・基板、４　・・・原料融液槽、５　・・・電気
か、６　・・・反応管、７　・・・成長用ルツボ、８　
・・・原料治具、１２・・・シャ、ター、１３・・　原
料注入Ｉコ、１４　　・・エビクキシャル成長室、１５
・・・基板交換室、１６・・・ゲートバルブ。 ｉｌｆ　Ｍ１人代理人　　　　　雨　宮　正　季節　１
　図 第２　し１ （ａ）　　　　　　　（ｂ） 第　３　　’：Ｍ　　（ａ） 第　３　図　（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 縦型の電気かにエピタキシャル成長室を設け、この成長
   室内に、回転上下可能な基板ホルダ及びこの基板ホルダ
   に支持される基板と接触する原料融液を保持するための
   成長用ルツボを備えた液相エピタキシャル成長装置にお
   いて、前記原料融液を圧入するだめの原料注入口を有す
   る前記成長用ルツボの外側シこ複数の原料融液ネ１１を
   備えた原料冶具を嵌合し、前記治具あるいはルツボを回
   転せしめろごとによって、前記ルツボの原料注入口が原
   １；、！融液槽に対し、開閉するようにするとともに、
   前記エピタキシャル成長室とデー１−バルブで連結され
   た基板交換室を設け、このエピタキシャル成長室と占Ｉ
   ＞板文挟室の間に基板移送機構を備えたことを４ｊ、ｌ
   ｊ−徴とする液相エピタキシャル成長装置。