JPS62190832A - 減圧気相成長装置 - Google Patents

減圧気相成長装置

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JPS62190832A
JPS62190832A JP3453086A JP3453086A JPS62190832A JP S62190832 A JPS62190832 A JP S62190832A JP 3453086 A JP3453086 A JP 3453086A JP 3453086 A JP3453086 A JP 3453086A JP S62190832 A JPS62190832 A JP S62190832A
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JP
Japan
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reaction tube
pressure
gas
substrate
growth
Prior art date
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Application number
JP3453086A
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English (en)
Inventor
Motoji Morizaki
森崎 元司
Mototsugu Ogura
基次 小倉
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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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】 産業上の利用分野 本発明は、安全に高品質で均一な半導体結晶成長層を得
ることができる減圧気相成長装置に関°するものである
従来の技術 半導体装置を製作する上で必要な半導体結晶のエピタキ
シャル成長法として、原料ガスの熱分解を利用した気相
成長法がある。例えばモノシラン(Sin4)を用いた
シリコン(Si)の気相成長や、有機金属(アルキル化
物)を用いて化合物半導体結晶を成長する有機金属気相
成長法(MOCVD法)などである。これらの気相成長
装置においては一般に基板を成長温度に加熱し、原料ガ
スを基板表面上で熱分解させて結晶を成長させる。たと
えばm−v族化合物半導体であるGaAgやInP等を
MOCVD法でエピタキシャル成長する場合、第6図に
示すような横型の円筒形の反応管1を有するMOCVD
装置が用いられた。すなわち、■族元素(GaやIn)
の原料ガスである■族元素の有機金属(アルキル化物;
例ニトリエチルガリウム(C2H6)3Ga やトリエ
チルガリウム等)の蒸気ガスは流量制御され導入管13
から供給される。一方、■族元素の水素化物ガス(例:
PH3やAsH3)は、流量制御されて導入管16から
供給される。基板5は高周波コイル3により誘導加熱さ
れたサセプター4上に設置され、成長温度にまで加熱さ
れている。供給された原料ガスは、加熱された基板S上
で熱分解反応し、結晶がエピタキシャル成長する。排気
ガスは排気管18から排気される。更に結晶性の向上、
オートドーピングの軽減、薄膜制御の向上の点から反応
管1内を大気圧以下(通常0.1  気圧付近もしくは
それ以下)に減圧して成長を行なう方法が用いられてい
る。またInP系化合物半導体を結晶成長する際、原料
ガスであるトリエチルインジウムとPH3とが混合時に
低温で反応して不揮発性物質を形成し結晶成長を阻害す
るという問題を防止するためにも、減圧成長法が用いら
れている。
一方、広範囲に均一エピタキシャル成長を行うためには
原料ガスが基板上を均一に流れることが必要である。し
たがって高温に加熱されている基板による原料ガスの対
流の発生を抑制するため、更に基板表面と基板上の反応
管の内壁との空間の間隔を一定にすることで、基板表面
上を原料ガスが均一に流れるようにするため、第6図に
示すような四角柱の形状をした反応管6oが用いられる
′すなわち、基板表面とその上部の反応管内壁との間隔
が一定で狭くなった四角柱の形状をした反応管である。
反応管をこのような四角柱の形状にし、基板表面上の空
間を狭くすることで、原料ガスの対流を抑制することが
でき、また基板表面上の空間が一定であるため、原料ガ
スの流速も一定であり均一なガス流が得られる。なお第
6図の各名称は、反応管6oの形状が円筒形でないだけ
で、他の部分は第S図と同一名称であるので、同一名称
には同一番号を添付した。
発明が解決しようとする問題点 ところが反応管内を大気圧以下に減圧して結晶成長する
場合、反応管内の圧力は通常0.1 気圧程度、もしく
はそれ以下に減圧するため、第6図に示されるような四
角柱の反応管6oでは、大気圧が反応管全体に均一に加
わらず、一部分に集中し、壊れる危険性が大きい。結晶
成長時に用いるキャリアガスは一般にH2である。また
、原料ガスも、シリコン(SL) の気相成長の場合の
モノシラン(SiH4)や、化合物半導体のMOCVD
成長の場合の有機金属(例えばトリエチルガリウム、ト
リエチルリン等)は、空気に触れると自然発火する。更
にMOCVD成長では■族元素の原料ガスは主としてV
族元素の水素化物(例、ホスフィン(PH3)、アルシ
ン(AsHs )等)であり、これらの大部分は毒性ガ
スとして知られている。したがって反応管が壊れ、ガス
が反応管外部に流出することは、たいへん危険である。
一方、第5図に示すような円筒形の反応管1では、気圧
は反応管全体に均一に加わるため、減圧成長に適した反
応管の形状である。しかしながら円筒形の反応管では、
基板の幅以上を直径とする円筒形となり、基板表面と反
応管内壁との間隔が拡がって、基板表面上の空間が大き
くなってしまう。そのため加熱されている基板により、
原料ガスが基板表面上で熱対流を生じ、原料ガスの均一
な流れを乱すこととなる。したがって基板上に均一で高
品質なエピタキシャル成長ができなくなってしまう。
本発明はかかる点を鑑みてなされたもので、安全でかつ
均一で高品質なエピタキシャル成長が可能である減圧気
相成長装置を提供することを目的としている。
問題点を解決するための手段 前述の問題点を解決する本発明の技術的手段は、円筒形
の外側の反応管と、前記外側の反応管内に設置され、内
部に前記基板を載置する円筒形以外の形状でかつ内部の
圧力が前記外側の内部圧力と等しくなるよう少なくとも
前記基板の載置位置よりもガスの下流側で前記外側の反
応管内へ開口している形状を有する内側の反応管とを備
えるもの、もしくは円筒形の外側の反応管と、前記外側
の反応管内に設置され、内部に前記基板を載置する円筒
形以外の形状である内側の反応管と、前記外側の反応管
と前記内側の反応管の減圧排気を同一の減圧システムに
接続して行えるように前記外側の反応管の排気管と前記
内側の反応管の排気管とを途中で接続された配気管とを
備えているもの、もしくは円筒形の外側の反応管と、前
記外側の反応管内に設置され、内部に前記基板を載置す
る円筒・形以外の形状である内側の反応管とを備え、か
つ前記外側の反応管を減圧排気する第1の減圧システム
と前記内側の反応管を減圧排気する第2の減圧システム
と、前記外側の反応管内の圧力と前記内側の反応管内の
圧力を等しく保つ圧力調整システムとを備えているもの
である。
作   用 この技術的手段による作用は次のようになる。
外側の反応管と内側の反応管の内部圧力は等しいため、
減圧気相成長時における大気圧に対しては外側の円筒形
の反応管で耐圧を行ない、内側の円筒形以外の形状例え
ば第6図のような四角柱の反応管で結晶成長を行うこと
によって、減圧気相成長が可能となり、かつ基板表面上
に生じるガスの熱対流の発生を抑え、ガス流が均一にな
るため、均一で高品質な結晶が得られる。
実施例 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
なお本実施例では、リン化インジウム(InP)のMO
CVD成長装置について示すが、この装置に限るもので
はなく、前述したように、モノシラン(S iH4)を
用いたシリコン(Si)の気相成長や、他の化合物半導
体結晶のMOCVD成長等原料ガスの熱分解を利用し、
減圧で気相成長する装置であれば本発明を適用できる。
本発明の一実施例の反応管部の概略構造図を第1図に、
一実施例のMOCVD装置のガス系統概略図を第2図に
示す。第1図に示すように外側の反応管1は円筒形であ
り、内側の反応管2は四角柱の形状をしており、その内
部に高周波コイル3に誘導加熱されたカーボン族のサセ
プター4とともに、そのうえに置かれた基板6が載置さ
れている。
基板6の表面と内側の反応管2の内壁との間隔は5Nn
である。内側の反応管2のガス流の下流端6は外側の反
応管1の内部に開口しておシ、外側の反応管1と内側の
反応管2の内部の圧力が等しくなる。第2図に示すよう
なMOCV D装置でInPを成長する場合、■族元素
のインジウム(Ia)の原料ガスであるトリエチルイン
ジウム((C2H,)3In ? )10は、マスフロ
ー11で流量制御されたキャリアガス(主としてH2)
12でバブリングし、蒸気ガスとしてガス導入管13を
通して内側の反応管2に供給される。一方、V族元素の
リン(P)の原料であるホスフィン(PH3)14はマ
スフロー16で流量制御され、ガス導入管16で内側の
反応管2に供給される。各原料ガスの供給量は、トリエ
チルインジウムへのH2のバブリング量が350CC/
min、PH3は10 CC/minである。成長温度
650°Cに加熱された基板6の表面上で、供給された
原料ガスは熱分解反応によりInPエピタキシャル成長
をする。一方、外側の反応管1にもガス導入管17から
、馬が供給される。これによって内側の反応管2に供給
された原料ガスが逆流して外側の反応管1へ流れること
を抑える。排ガスは、ガス排気管18から排気される。
外側および内側の反応管1,2は、減圧システム19に
よって0.1気圧に減圧されている。20は高周波発生
電源装置である。
このような構造の反応管をもつMOCVD装置では、減
圧による大気圧を一部に集中させず、均一に受ける円筒
形の外側の反応管1で受け、内側の四角柱の形状の反応
管2が大気圧で壊れることを防いでいる。一方四角柱の
内側の反応管2は、反応管内外の圧力差が無いため、圧
力で壊れることはなく、安全かつ均一で高品質なエピタ
キシャル成長するため、熱対流を抑え、均一なガス流を
得ることができる。すなわち、外側の反応管1は圧力か
ら成長用の内側の反応管2ft守るためのものである。
また内側の反応管2は、基板50表面と内側の反応管2
の内壁との間隔が狭く、そのためガス流の熱対流などの
発生が抑えられ、ガスは均一に流れ、その結果均一で高
品質な結晶成長を行うためのものである。
第3図に内側の反応管2が、外側の反応管1の内部で開
口していない構造をしている場合の本発明の第2の実施
例を示す。第2図と同じく四角柱の形状をした内側の反
応管2の内部は、円筒形の外側の反応管1の内部とは直
接開口しておらず、独立している0原料ガスは、先程と
同じく、ガス導入管13および16からそれぞれ、トリ
エチルインジウムおよびPH3が供給される。外側の反
応管1および内側の反応管2の作用は第1図の実施例と
同じである。ただし反応炉がそれぞれ独立しているので
、ガス流が他の反応管へ流れ込み、基板6上の原料ガス
の流れが乱れることはない。排気ガスは、同一の減圧シ
ステム20で減圧、排気する。そのため、外側の反応管
1と内側の反応管2に接続され、途中から一本になって
いるガス排気管21を通して減圧される。なお、内側の
反応管2の内外で圧力差が生じないように、ガス導入管
17を通して外側の反応管1へ供給するH2ガスの流量
を制御する。1nPの成長条件、成長方法は第1図に示
した実施例と同じである。
第4図に更に外側の反応管1と内側の反応管2の減圧シ
ステムを別にした本発明の第3の実施例である。成長方
法、成長条件は第1図と同じである。内側の反応管2の
減圧は、減圧システム3゜で行われ、内側の反応管2の
内部圧力は圧力計31でモニターされる。外側の反応管
1の減圧は減圧システム32で行われ、外側の反応管1
の内部圧力は圧力計33でモニターされる0圧力計31
および33でモニターされた圧力は、圧力調整システム
34で比較されて、両者の圧力が等しくなるように、外
側の反応管1の減圧システム320減圧制御を行う。し
たがって内側の反応管2の内外の圧力差は無く、圧力で
壊れることはない。なお外側の反応管1の圧力を制御す
るためには前述の他に導入管17から供給されるH2の
流量を制御する方法でも良い。前述の減圧システム2o
および3oは反応管内を所定の圧力に保ちながら排気で
きるシステム系であればどのようなものでもかまわない
。また減圧システム32は反応管内の圧力を外部信号に
より制御しながら排気システム系であればどのようなも
のでもかまわないo″lた圧力調整システム34は、2
つの反応管内の圧力差を検知し、圧力差を零にするよう
に減圧システム32をもしくはガス導入管17より供給
されるH2の流量を制御する信号を送り出すものであれ
ばどのようなものでもかまわない。
以上の実施例において内側の反応管2はすべて四角柱の
形状であったが、円筒形以外の形状であれば、ガス流が
均一になる反応管であればどのような形状でも構わない
。また今回の説明はすべて横型の反応管であったが、縦
型の場合でも本発明が適用することは可能である。
発明の効果 以上述べてきたように、本発明によれば、減圧による大
気圧の圧力は円筒形の外側の反応管で耐圧し、熱対流等
のガス流の乱れを抑え、均一なガス流が得られる円筒形
以外の形状の内側の反応管で、エピタキシャル成長を行
うため、均一で高品質な結晶を成長するのに適した形状
の反応管を気圧で壊れる危険性もなく減圧成長に用いら
れる。
したがって安全かつ均一で高品質な結晶を減圧成長で得
られ、今後きわめて有用なものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の反応管部の概略構造図、第
2図は本発明の一実施例のガス系統概略図、第3図は本
発明の第2の実施例の反応管部の概略構造図、第4図は
本発明の第3の実施例の反芯管部の概略構造図、第6図
は従来の減圧気相成長装置の円筒形の反応管部の概略構
造図、第6図は従来の気相成長装置の四角往の形状の反
応管部の概略構造図である。 1・・・・・・外側の反応管、2・・・・・・内側の反
応管、6・・・・・・基板、20,30.32・・・・
・・減圧システム、21・・・・・・排気管、34・・
・・・・圧力調整システム。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)反応管内部を大気圧以下に減圧して基板上に結晶
    を成長させる気相成長装置において、円筒形の外側の反
    応管と、前記外側の反応管内に設置され、内部に前記基
    板を載置する円筒形以外の形状でかつ内部の圧力が前記
    外側の内部圧力と等しくなるよう少なくとも前記基板の
    載置位置よりもガス流の下流側で前記外側の反応管内へ
    開口している形状を有する内側の反応管とを備えている
    ことを特徴とする減圧気相成長装置。
  2. (2)反応管内部を大気圧以下に減圧して基板上に結晶
    を成長させる気相成長装置において、円筒形の外側の反
    応管と、前記外側の反応管内に設置され、内部に前記基
    板を載置する円筒形以外の形状である内側の反応管と、
    前記外側の反応管と前記内側の反応管の減圧排気を同一
    の減圧システムに接続して行えるように前記外側の反応
    管の排気管と前記内側の反応管の排気管とが途中で接続
    された配気管とを備えていることを特徴とする減圧気相
    成長装置。
  3. (3)反応管内部を大気圧以下に減圧して基板上に結晶
    成長を成長させる気相成長装置において、円筒形の外側
    の反応管と、前記外側の反応管内に設置され、内部に前
    記基板を載置する円筒形以外の形状である内側の反応管
    と、前記外側の反応管を減圧排気する第1の減圧システ
    ムと前記内側の反応管を減圧排気する第2の減圧システ
    ムと、前記外側の反応管内の圧力と前記内側の反応管内
    の圧力を等しく保つ圧力調整システムとを備えているこ
    とを特徴とする減圧気相成長装置。
JP3453086A 1986-02-18 1986-02-18 減圧気相成長装置 Pending JPS62190832A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0382125A (ja) * 1989-08-25 1991-04-08 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0382125A (ja) * 1989-08-25 1991-04-08 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法

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