JPS6278189A

JPS6278189A - 気相成長装置

Info

Publication number: JPS6278189A
Application number: JP21712685A
Authority: JP
Inventors: Isao Matsui; 功松井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-09-30
Filing date: 1985-09-30
Publication date: 1987-04-10

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】〔発明の技術分野〕この発明は、半導体の気相成長装置に関する。

（発明の技術的背玖とその問題点〕近年、半導体の気相成長技術は、急速な進展をみせてい
る。とりわけ、有機金属と水素化物の混合ガスを所定温
度に加熱した結晶基板上で反応、分解させることにより
ｉｌ　ＩＱ結晶を成長させる化合物半導体の結晶成長装
置（ＭＯＣＶＤ装置）は、成長速度の制御性、操作の単
純性、量産性等に優れているため多大の注目を集めてい
る。

従来のこの種の気相成長装置として、例えば第５図に示
すようなものがある。すなわち、反応ガス供給口１０１
と反応ガス排出口１０３とを有する反応炉体１０５内に
結晶基板１０７を保持する支持台としてのサセプタ１０
９が設置されている。

サセプタ１０９は反応炉体１０５の底壁１０５ａに回転
自在に支承された回転軸１１１によって支持され、図示
しないモータ等によって回転される。

前記反応炉体１０５には、結晶基板１０７を加熱するた
めの高周波誘導加熱装置１１３が設けられている。

そして、結晶させるべき原料ガスを含む反応ガスを反応
ガス供給口１０１から反応炉体１０５内に導入し、この
反応ガスをサセプタ１０９上に保持され高周波誘導加熱
装置１１３によって所定温度に加熱された結晶基板１０
７に向けて流し、結晶基板１０７表面での反応２分解作
用によって結晶成長が行なわれる。反応１分解を終了し
た反応ガスは、サセプタ１０９の周縁部１０９ａと反応
炉体１０５の内壁１０５ｂとの間の空間部１１５を流れ
て、反応ガス排出口１０３から炉体へ排出されるように
なっている。

ところで、この種の気相成長装置における現状の課題は
、量産化を前提にして、（ａ）　　結晶基板表面での結
晶成長の均一性　（ｂ）　　反応ガス組成の切換え時に
おける組成界面の急峻性を如何にして実現するかにある
。

しかしながら、従来の気相成長装置にあっては、反応ガ
スの運転圧力が高く流速が遅い場合は、反応ガスの流線
が第６図に示すように熱対流を生じる状態となり、また
、反応ガスの運転圧力が低（ガスのイナーシャが小さい
低レイノルズ数域の場合には、第７図に示すように、き
れいな流線が形成されるが基板中央部及びその近傍付近
に反応ガスが流れにくい状態となる。従って、上記いづ
れの場合も、基板１０７表面の結晶成長速度は、第１０
図に示すように、基板１０７の周辺部で大きく中央部で
小さくなるという問題点がある。

これに対し、反応ガス供給口１０１を結晶基板の表面に
地下づけて、第８図に示すような反応ガスの流線状態を
形成せしめることにより、結晶基板の中央部付近の境界
層厚みを薄クシ、この部分の成長速度を速めればかなり
結晶成長の均一性を向上させることが可能である。この
技術的思想に基づいて、第９図に示すように反応炉体１
０５内に反応ガス供給口１０１に連設された反応ガス導
入管１１７を導入し、この反応ガス導入管１１７のガス
放出口１７ａを結晶基板１０７の表面近くに配置させる
ことにより、結晶成長の均一性を（ｑることができたと
いう報告がある。

しかしながら、このような構成のものは、結晶基板表面
での結晶成長の均一性をかなりの精度で得ることができ
るという利点を有する反面、第９図に示すように、反応
ガス導入管１１７と反応炉体１０５の内壁１０５ｂとの
間の空間部１１９に渦流を生じて反応ガスが滞溜するた
め反応ガスの組成を切換える場合に、反応炉体１０５内
のガス組成を急峻に切換えることができず、このため組
成界面の急峻性が著しく損なわれるという欠点があった
。しかも、結晶成長の均一性は高いとは言え、反応ガス
が流れにくい結晶基板１０７の中心部での均一性向上に
は限界があった。

一方、このようにして形成された結晶基板１０７は、全
ての部分からチップを採るものではなく、均一性向上に
限界のある中心部を避けて、その周縁部から採らざるを
得なかった。このため、歩留り向上の観点からも限界が
あった。しかし、成品としての結晶基板１０７は高価な
ものであるため、歩留り向上の要求が極めて強かった。

〔発明の目的〕

この発明は、上記の問題点に鑑み創案されたものであっ
て、結晶基板表面に結晶成長を略均−に行なうことかで
き、しかも、ガス組成の切換えを急峻に行なうことがで
き、しかも歩留りの向上を図ることのできる気相成長５
Ａ置の提供を目的とする。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、この発明は、反応ガス供給
口は反応ガス排出口とを有する反応炉体内に結晶基板を
保持する支持台を配置してなる気相成長装置において、
前記結晶基板の略中央部に反応ガスを表面側から裏面側
へ通過させる連通部を設け、前記支持台を前記連通部が
開放されるように構成した。

（発明の効果）この発明の構成によれば、供給される反応ガスの一部が
、結晶基板の略中央部の連通部を通過するため、結晶基
板上でのガス滞溜を著しく抑制することができる。従っ
て、結晶基板表面での結晶成長の均一性を著しく向上さ
せることができる。

しかも、ガスの組成を切換える際の組成界面の急峻性が
極めて良好となる。同時に、成品としての結晶基板はそ
の略全面が利用でき、チップを採る際の歩留りが著しく
向上する。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図、第２図に基づいて
説明する。

第１図は気相成長装はの断面図を示し、反応炉体１内に
回転軸３に支持された支持台としてのサセプタ５が配置
されており、このサセプタ５上に結晶基板７が保持され
ている。前記回転軸３は、第２図に示すように、その上
部がＶ字状を呈する２又状部３ａに形成されており、こ
の２又状部３ａで前記サセプタ５を支持している。従っ
て、サセプタ５の中央部下面には、空間部９が形成され
ている。そして、回転軸３は、反応炉体１の底壁１ａに
回転自在に支持され、モータ１１等によって回転駆動さ
れるようになっている。前記サセプタ５と、このサセプ
タ５上に保持された結晶基板７の中央部には第２図（ａ
）及び第２図（ｂ）に示すように連通部としての孔１３
が形成されている。この孔１３の大きさは、孔１３がな
い場合に気相成長の均一性が保持されないであろうとす
る範囲である。また、サセプタ５にもその中央部に開放
孔１４が形成され、サセプタ５は連通部としての孔１３
が開放されるように構成されている。

反応炉体１の上部中央部には原料ガスを含む反応ガスを
供給する反応ガス供給口１５が設けられ、また、反応炉
体１の下部には、結晶基板７表面で反応２分解を終了し
た反応ガスを炉外へ排出する反応ガス排出口１７が設け
られている。　また、反応炉体１には、該反応炉体１内
に配置されたサセプタ５上に保持された結晶基板７を所
定温度に加熱するための高周波誘導加熱装置１９が設け
られている。

つぎに、上記一実施例の作用について述べる。

反応炉体１の上部中央部に設けられた反応ガス供給口１
５から反応ガスが、サセプタ５上に保持された結晶基板
７の表面に向けて吹き付けられる。

この反応ガスは、例えばトリメチルガリウム（Ｇａ　　
（ＣＨ３）３　）とトリメチルアルミニウム（△ｆＬ　
（ＣＨ３）３　）及びアルシン（ＡＳ　Ｈ３）の混合ガ
スにより組成されている。そして、結晶基板７の表面に
向けて吹き付けられた反応ガスは、高周波誘導加熱装置
１９によって所定温度に加熱された結晶基板７の表面で
次式（１）に示ず化学反応によりＧａ　＋−ｘＡ　１ｘ
　Ａ　Ｓ結晶となって結晶基板７表面で成長する。

（１−Ｘ）Ｇａ　　（ＣＨ３）３　　＋ＸＡｌ　　（Ｃ
Ｈ３）３　　＋ＡＳ　　Ｈ３一＋Ｇａ　　＋−ｘＡｌｘ　　Ａｓ　　＋３ＣＨ４・・
・・−（１）反応ガスは、上記反応の際第１図に示すよ
うに結晶基板７の孔１３からサセプタ５の開放孔１４及
び空間部９を介して流下すると共に、サヤ１９５周縁部
５ａと反応炉体１の内壁１ｂとの間の空間部２１を流下
して、反応炉体１の下部に設けられた反応ガス排出口１
７から炉外へ排出される。

このようにして結晶基板７表面での結晶成長が行なわれ
るが、反応ガスが結晶基板７の孔１３とサセプタ５に設
けた開放孔１４を通過するため、従来の装置で生じてい
た結晶基板７の中心部及びその付近でのガスの滞溜が防
止され、これにより結晶基板７表面の結晶成長を均一に
覆ることができる。

また、結晶基板７の中心部及びその付近にガスが滞溜し
ないため、反応ガスの組成を切換えたときに、切換え前
後のガスの混合は殆どなく、極めて急峻に結晶組成が切
換えられる。従って、反応ガスを切替る際の組成界面の
急峻性が極めて良好になる。同時に、成品としての結晶
基板７はその略全面が利用でき、チップを採る際の歩留
りが著゛しく向上する。

第３図（ａ）及び第３図（ｂ）は、この発明の他の実施
例を示すものであって、この実施例では、サセプタ５と
、このサセプタ５上に保持された結晶基板７に連通部と
しての孔２３を、サセプタ５に開放孔２４を設けるとと
もに、周辺部にも前記両者を貫通する複数個の補助孔２
５及び補助開成孔２６が設けられている。そして、中心
部の開孔部２３の開孔面積に対し、周辺部の開孔部２５
の開孔面積を反応ガスの滞溜の程度に応じて小さく形成
している。

このように構成することにより、結晶基板７の中央部及
びその付近でのガスの滞溜を防止する効果をさらに向上
させることができる。従って、結晶基板７表面の結晶成
長の均一性をさらに向上させることができるとともに、
反応ガスの組成を切換える際の組成界面の急峻性をさら
に良好にすることができる。

第４図（ａ）、第４図（ｂ）はこの発明のさらに他の実
施例を示すもので、複数の結晶基板７を周方向に連接し
て各結晶基板７で囲んだ部分として連通部３３を構成し
たものである。、３４は開放孔である。

従って上記と同様な効果が期待できる他、結晶基板７に
孔を設けなくても良いという効果がある。

なお、第３図、第４図の他の実施例において、上記一実
施例と同一構成部分には同符号を付して説明を省略する
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る気相成長装置の断面
図、第２図（ａ）及び第２図（υは要部の側面図及び平
面図、第３図（ａ）及び第３図（ｂ）は他の実施例に係
る要部の側面図及び平面図、第４図（ａ）、第４図（ｂ
）はさらに他の実施例に係る要部の側面図及び平面図、
第５図は従来例による気相成長装置の断面図、第６図〜
第９図は従来例による気相成長装置におけるガスの流れ
を示す説明図、第１０図は従来例による気相成長装置に
よって得られる代表的な結晶成長速度分布を示す説明図
である。（図面の主要部を表わす符号の説明）１・・・反応炉体、５・・・サセプタ（支持台）、７・
・・結晶基板、１３．２３・・・孔（連通部）、３３・
・・連通部、１５・・・反応ガス供給口、１７・・・反
応ガス排出口第１図第　２　図（ｂ）　　　　　　第３　図（ｂ）４ｇ　２
　図（ａ）　　　　　　第３　図（ａ）第４　図（ｂ）第４図（ａ）第５図第６図　　　　第７図第８図　　　　第９図八りま第１０図

Claims

【特許請求の範囲】

反応ガス供給口と反応ガス排出口とを有する反応炉体内
に結晶基板を保持する支持台を配置してなる気相成長装
置において、前記結晶基板の略中央部に反応ガスを表面
側から裏面側へ通過させる連通部を構成し、前記支持台
を前記連通部が開放されるように構成したことを特徴と
する気相成長装置。