JPS6127360B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液相エピタキシヤル装置、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ヤル成
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が可能で、か
つ量産性に飛んだ液相エピタキシヤル（LPE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20×20
mm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
成長させることは困難であつた。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、大面
積で、かつ平担度が良く、さらに特性が面内にお
いて均一な多層エピタキシヤル層を生産性良く成
長できる液相エピタキシヤル成長装置を提供する
ことを目的とする。

本発明を概設すれば、本発明による液相エピタ
キシヤル成長装置は、縦型の電気炉にエピタキシ
ヤル成長室を設け、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ヤル成長装置にお
いて、前記原料融液を注入するための原料注入口
を有する前記成長用ルツボの外側に複数の原料融
液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つて、前記ルツ
ボの原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、前記エピタキシヤル成長室と
ゲートバルブで連結された基板交換室を設け、こ
のエピタキシヤ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概略図で
あり、図中、１は基板回転上下軸、２は基板ホル
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治具、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は原料治具の回転上下機
構、１２はシヤツター、１３は原料注入口（スリ
ツト）、１４はエピタキシヤル成長室、１５は基
板交換室、１６はゲートバルブ、１７は基板移送
機、１８は基板受渡機、１９はのぞき窓である。
また前記において、電気炉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つている。また、ルツボ
７および原料治具８は高純度グラフアイト製であ
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ヤル成長装置は、前述のよ
うな電気炉５内に反応管６が設けられてエピタキ
シヤル成長室１４が形成され、この反応管６の内
部にエピタキシヤル成長用の原料融液を保持する
ルツボ７、このルツボ７中の原料融液と接触し、
エピタキシヤル成長膜を成長させる基板３を支持
する基板ホルダ２が設けられている。前記基板ホ
ルダ１は上下方向に回転しながら移動可能なよう
に基板回転上下軸１に接続している。一方成長用
ルツボ７は前記基板ホルダ２の先端部に支持され
る基板３の下方部に配置され、基板ホルダ２が基
板回転上下軸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つて
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
を有する原料治具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
リツト１３を有し、前記原料治具８に設けられた
原料融液槽４より原料融液が供給除去されるよう
になつている。

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ｂ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
盛り上がつており、注入スリツト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に戻されるようになつている。一
方、第２図ｂのルツボ７においては、ルツボ７の
底部は中心部にむかつてへこんでおり、このへこ
んだ中心に原料融液を除去するための原料融液排
出口が設けられ、この排出口はプラグ２０によつ
て閉塞されている。このような構成のルツボ７よ
りの原料融液の除去は、プラグ２０を外すことに
よつて行われ、除去された融液は固定用円筒１０
の下部に形成されている融液受け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個の治具本
体８０を有し、前記２個の治具本体８０と蓋８１
は相互にねじによつて螺着されるようになつてい
る。前記治具本体８０はこの実施例では２個示さ
れているが、もちろんこれに限定されるわけでは
なく、必要に応じ２個以上重合わすこともでき、
またただ１個のみ用いてもよい。前記治具本体８
０および蓋８１には、成長用ルツボ７を嵌合する
ための嵌合口８２が穿設されている。さらに、治
具本体８０の原料融液槽３には、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
のスリツト３０が設けられている。

このような原料治具８は回転上下機構１１と接
続しており、ルツボ７の表面を、上下および円周
方向に滑動するようになつている。

さらに本発明にあつては、ルツボ７の表面を覆
うことが可能なシヤツター１２が垂設されてお
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つている。前
記シヤツター１２は開閉自在に構成されており、
基板ホルダ１が下降してルツボ７内の原料融液に
接触しているときは、開放状態となつて、基板２
が融液と接触するのを干渉しないようになつてい
る。

前記のような構成のエピタキシヤル成長室１４
の上方に基板交換室１５が設けられ、この基板交
換室１５はゲートバルブ１６を介して前記エピタ
キシヤル成長室１４に接続している。

この基板交換室１５には基板移送機１７が備え
られ、一方エピタキシヤル成長室の対応部分には
基板受渡機１８が設けられている。さらにこの基
板交換室１５およびエピタキシヤル成長室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
きるようになつている。

次ぎに、本発明の作用をInPのホモエピタキシ
ヤル成長の具体例に基づき説明する。

まず、InとInP（ドーパントとしてSnを含む）
の仕込量を決定したのち、前記InおよびInPを計
量し、前記InとInP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。またメルトバツク
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InPをエピタキシヤル成長
させる場合には、第２段目の治具本体８０は空の
ままでよい。

その後、ルツボ７と原料治具８を組立て、反応
管６内の所定位置に前記ルツボ７を固定用円筒
９，１０によつて固定し、真空引きを行い、次い
で清浄化した水素ガスを導入し、しばらく放置す
る。水素ガス置換が終了次第、電気炉５で結晶成
長温度より高い温度に保持し、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Ｐ型InP基板２を支持ホルダ１に取
付、再び真空引き、水素置換を行つたのち、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
行つた。

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
４１はIn融液、４２はドーパントを含むIn−Ｐ融
液を示す。

成長用ルツボ７および原料治具８を結晶成長温
度より若干高い670℃に20分間保持し、その後冷
却し成長開始温度近くになつたら、冷却速度を
0.5〜１℃／分にする。（第４図ａ）。

次ぎに、原料治具８を回転し、原料治具８のス
リツト３０とルツボ７の原料注入口１３を対応せ
しめて、原料槽４とルツボ７が導通するように
し、ルツボ７内にIn融液４１を導入する（第４図
ｂ）。

この間、シヤツター１２は閉じられており、ル
ツボ７の輻射熱が基板３を熱することがないよう
になつている。

In融液４１の導入後、シヤツター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InP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のメル
トバツクを行う（第４図ｃ）。

メルトバツク終了後、InP基板３を直ちに上昇
させ、シヤツター１２を閉じる。

次に、原料治具８を、回転上下機構１１によつ
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を注入スリツト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の入つた原料融液槽４とは
別の原料融液槽４に導入されたInとIn−Ｐの融液
４２を同様な操作により、ルツボ７に導入し、メ
ルトバツクを行つたInP基板３を前記融液４２に
接触させて、InPのエピタキシヤル層を成長せし
める（第４図ｅ）。

成長終了後、エピタキシヤル層を形成したInP
基板３を高速回転しながら融液４２より分離し、
分離確認後、InP基板２を上昇せしめ、シヤツタ
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融液を
元の原料融液槽４に戻す。

この間、エピタキシヤル成長室１４の上方にあ
るゲートバルブ１６は閉じられており、基板交換
室１５内には新たな基板ホルダ２に取りつけられ
たInP基板３が装填されており、真空引き、水素
置換された状態に保持されている。

エピタキシヤル成長終了後、エピタキシヤル成
長膜の形成されたInP基板３は基板受渡機１８に
よつて基板ホルダ２とともに取り外され、基板移
送機１７によつて、開放されたゲートバルブ１９
を通つて基板交換室１５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、前記基板
移送機１７によつてエピタキシヤル成長室１４に
移送した後、基板受渡機１８によつて、基板回転
上下軸１に設置する。その後、ゲートバルブ１９
を閉じ、２回目の成長を行う。この成長の間に、
基板交換室１５に移送された成長済み基板３を取
り出すとともに、３回目の成長用の基板を設置す
る。

同様にして、連続的にエピタキシヤル成長を行
うことが可能となる。

得られた約２インチ径のInPエピタキシヤ層の
表面はきわめて平担であり、熱損傷を受けた基板
表面に特徴的なビツト状のものは観察されなかつ
た。また前記エピタキシヤル層をへき開して、そ
の成長層の厚さの基板内分布を調べたところ、外
周部５mm程の所を除けば、均一な厚さのInPエピ
タキシヤル層が形成しているのが分かつた。

上記実施例に基づく作用の設明にあつては、
InP基板にInPエピタキシヤル層を形成する場合
について説明したが、これに限定されないのは明
らかである。

すなわち、下方の治具本体８０の原料融液槽４
にも原料融液を導入すれば、すなわち原料融液槽
４の数を増やせば、同様な操作において、多数の
エピタキシヤル成長層を同一の基板上に成長せし
めることや、成長中における融液組成を制御でき
るようになる。

また、本発明の一実施例のエピタキシヤル成長
室は、反応管を石英管としたものであつたが、ス
テンレス鋼製とし、電気炉を成長室内に設けた内
熱式の装置においても、ほぼ同様な結果が得られ
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
鋼製の反応管壁面に冷却ジヤケツトを設けるとと
もに、シール部の高気密性に注意を払つた結果、
得られたエピタキシヤル成長膜の純度は、前記装
置のものより若干向上していた。

以上発明したように、本発明による液相エピタ
キシヤル成長装置によれば、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
タキシヤル層を成長させることができる。

またエピタキシヤル成長室と基板交換室が相互
にゲートバルブを介して接続しており、基板が移
送機構によつてそれぞれの空間を移動できるよう
になつているため、 (1) エピタキシヤル成長室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、成長用の原料が汚染元素の影響を受け
にくく、高純度の成長膜が得られるという利点
がある、 (2) また、エピタキシヤル成長と清浄基板の準備
を同時に行うことができるので、エピタキシヤ
ル成長ウエハ製作時間が大幅に短縮でき、生産
性が著しく向上するという利点もある。

すなわち、本発明による液相エピタキシヤル成
長装置を、たとえば化合物半導体デバイスの製造
に用いれば、経済性の上で極めて有用である。

【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
図はルツボの構造を示す断面図、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、エピタキシヤル層を成長せし
める一例のプロセスを説明するための説明図であ
る。 １……基板回転上下軸、２……支持ホルダ、３
……基板、４……原料融液槽、５……電気炉、６
……反応管、７……成長用ルツボ、８……原料治
具、１２……シヤツター、１３……原料注入口、
１４……エピタキシヤル成長室、１５……基板交
換室、１６……ゲートバルブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 縦型の電気炉にエピタキシヤル成長室を設
   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
   液相エピタキシヤル成長装置において、前記原料
   融液を注入するための原料注入口を有する前記成
   長用ルツボの外側に複数の原料融液槽を備えた原
   料治具を嵌合し、前記治具あるいはルツボを回転
   せしめることによつて、前記ルツボの原料注入口
   が原料融液槽に対し、開閉するようにするととも
   に、前記エピタキシヤル成長室とゲートバルブで
   連結された基板交換室を設け、このエピタキシヤ
   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液相エピタキシヤル成長装
   置。