JPS636831A - 気相成長装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体の気相成長装置に関する。

（従来の技術） 半導体の結晶成長方法としては、液相成長法と気相成長
法とがあるが、気相成長法は液相成長法に比べて制御性
が高く、多相構造の結晶成長を容易に行なうことができ
、その組成比を導入原料ガスの分圧比で制御できるとい
う特徴を有する。このため近年、気相成長技術が急速な
進展をみせている。とりわけ、有機金属と水素化物の混
合ガスとを、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、薄膜結晶を成長させる半導体の結
晶成長装置（ＣＶＯ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６ ところで、従来のこの種の気相成長装置として例えば第
７図に示すようなものがある。この第７図はいわゆる縦
型を示すもので反応ガス導入管１０１を有する反応管１
０５内に、結晶基板１０７を保持するサセプタ１０９が
設置されシャフト１１１により回転可能に支持されてい
る。また反応管１０５周囲には、結晶基板１０７を加熱
するための高周波誘導加熱装［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
ガス導入管１０１から反応管１０５内に導入し、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１０７に
向けて流し、結晶基板１０７表面での反応、分解作用に
よって結晶成長が行なわれるようになっている。

しかしながら、このような従来の装置にあっては、既に
原料ガスが混合された一定温度の反応ガスを反応ガス投
入管１０１より反応管１０５内に導入して基板１０７上
で熱分解させるため、反応ガスの有機金属と水素化合物
とが反応管１０５に導入される以前に中間反応を生ずる
恐れがある。またガスの組成切換えを行なったときに、
反応管１０５人口側のデイフユーザ１０６内で異種の組
成のガス共存が起り、中間反応を生じたり、ガスが入れ
換わる間抜の原料ガスは徐々に濃度が高まるように切換
えが行なわれて組成切換えに遷移時間が長くかかる恐れ
がある。このため薄膜中の組成変動が大きくなると共に
、急峻なドーピングプロフィルが得られなかった。−方
、組成切換えの際に、従前の反応ガスがデイフユーザ１
０６内からなくなった後に反応ガスを供給すれば遷移時
間は短かくなるものの反応ガスの置換時間が長くかかり
、量産性に欠ける恐れがある。

また、　円形の結晶基板１０７を第７図に示す様な構造
の反応管１０５を用い、軸対称流れ中に置く場合デイフ
ユーザ１０６の形状や、デイフユーザ１０６とサセプタ
１０９の相対的位置を、反応を行わせるガス流量や圧力
レベルに合せて最適化しないと、結晶基板上に形成され
る薄膜厚さが半径方向に大きく変化するおそれがあり、
さらに反応ガス流の軸対称性も常時保たれるとは限らな
かった。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のように、従来の気相成長装置では、中間反応を生
じ易いと共に組成切換えに際して遷移時間が長くかかる
と共に１組成変動が大きく、均一で急峻なドーピングプ
ロフィルが得られなかった。

また、遷移時間を短くすると反応ガスの置換時間が長く
かかり、量産性に欠ける恐れがあった。

また、軸対称噴流中で結晶基板上半径方向の形成薄膜厚
さを均一にする為に、薄膜形成条件（反応ガス流量や圧
力）と反応管形状の最適化が必要であるが、この方法に
よっては高い均質性を得る事は困難であった。

本発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、均一で急峻なドーピングプロフィ
ルが得られ、かつ形成薄膜厚さを均一にできる気相成長
装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明の気相成長装置においては、反応させるべきガス
を供給口から試料を保持するサセプタに導くスリット状
の吹出口を設け、この吹出口とサセプタが相対的に移動
可能なように構成している。

（作用） このように構成されたものにあっては、反応させるべき
ガスは、スリット状の吹出口からサセプタに保持された
試料面に到達する。スリット状の吹出口から吹出される
ガスは、スリットの長手方向には均一な速度分布を有す
るため、試料面に均一な膜厚の薄膜が形成される。スリ
ットの長手方向と直交する方向に、吹出口とサセプタを
相対的に移動させることによって、スリットの長手方向
に均一な速度分布を有するガス流が試料面の全域に均等
に作用して、試料面全域に均等な薄膜が形成できるもの
である。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第１
図は本発明の−Ｍｎ実施例の断面図を示し、第２図は第
１図のｎ矢視図を示す、気相成長装置の反応炉１の内部
にｇ動機構２に支持されたサセプタ３があり、このサセ
プタ３上に結晶基板４が保持される０反応炉１には、反
応ガスを吹き込む、吹出口がスリット状となった、ガス
吹出口５が設けられている。結晶基板４は、このガス吹
出口５に対向する位置を含み、第２図において矢印６で
示さ九る方向に駆動機構２により移動し得る様に構成さ
れている。第２図中にはサセプタ３を駆動機構２により
移動させた場合の位置を３ｂ、同様結晶基板位置を４ｂ
と示す、この位置はガス吹出口５から吹き出す反応ガス
が結晶基板に直接衝突しない位置とする。

サセプタ３及び結晶基板４は反応炉１の外部から高周波
誘導加熱装置７により加熱され所定の温度に保たれ、反
応ガスが結晶基板４上に到達する場合において、結晶基
板４上に反応ガスに応じた薄膜が形成される。結晶基板
４の表面で反応分解等の終了した反応ガスは排出口８か
ら図示しない排ガス処理装置へ導かれる。

結晶基板４上に反応ガスを衝突させる気相成長装置では
、原料ガスを含み噴流と基板の相対的位置を同定すると
、噴流の衝突点から流れ方向下流側へ向けて境界層が発
達する事により、結晶基板４上への原料の付着速度が変
化する。軸対称噴流を用いる例えば第７図に示すような
従来形の気層成長装置では、薄膜の形成を均質にし、又
、結晶組成の変化を急峻とする為に、デフユーザ形状の
最適化を行う必要があるが、流れと反応ガス濃度を最適
に制御する事は非常に困匁となっていた。

しかし１本発明の気層成長装置によれば１例えば第１図
に示す実施例によるときわめて均質性の高い二次元（ス
リット状）の噴流を発生する事は第２図に示す吹出口５
の先細ノズル構成によって容易であり、少くともスリッ
トの長手方向の均質性が実現し得る。この場合も、噴流
の衝突点を中心として、薄膜の成長速度はスリットの長
手方向と直交方向に分布を持つが、噴流を横切るように
。

結晶基板４を駆動機構２で移動する事により薄膜の成長
速度が結晶基板４の全体にわたって平均化され均質化す
る。

さらに、原料ガスの切り換え時には結晶基板４を噴流の
影響範囲外に位置させる事により、組成変化の急峻性を
実現し得る。

第２図に示す反応ガス吹出口５の形状は、同図では先細
ノズル形状とし、キャリアガスと原料ガスをあらかじめ
混合し１反応炉１内に供給する方式としたが、ガス吹出
口５の形状は、第３図（ａ）に示す様な矩形管形状５ｂ
及び第３図（ｂ）に示す二次元ラバルノズル形状５Ｃと
しても良い、また、この吹出口５近くの構造は、第４図
に示すように、その出口部付近に原料ガス又は原料ガス
をキャリアガスで希釈した第二、第三の反応ガス供給口
９ａ。

９ｂ等を設ける構成としても良い、複数の異種反応ガス
を使用する場合には、主ガス供給口１０からはキャリア
ガスを供給し、第二の反応ガス供給口９ａ。

９ｂから、それぞ九異種の反応ガスを供給する方式とす
れば１Ｍ料ガス同志の混合を抑える事ができる。

特に、第二、第三の反応ガス供給口９ａ、９ｂを用いて
、ガスの組成切換えを行なえば中間反応を阻止できる。

またサセプタ３及び結晶基板４の構成についても、結晶
基板４の周辺の構成を例えば第５図の様にすることがで
きる。結晶基板４の端面近くでの流れを、中心部に衝突
する場合と同様に対称とするためにスリーブ１１を取付
けるものとしても良い。

このように反応原料ガス吹出口を二次元スリット状とす
ることにより、従来の軸対称噴流タイプとは異なり、先
づ、噴流自体のスリット長手方向の速度分布の均一性が
得られ、さらに、このスリット状噴流に対してスリット
の長手方向と直交する方向に結晶基板を相対的に運動さ
せることにより、スリット長手方向に直交する方向につ
いても時間的に速度分布の均一性が得られるため、結晶
基板の全領域に渡って薄膜厚さが平均化され均一になる
効果を有する。

さらに、原料ガスを切り換える場合には噴流が結晶基板
に衝突しないように移動できるため組成変化の急峻性も
同時に実現し得る。

第６図は、他の実施例を示す模式図である。結晶基板４
を多数配置して、スリット状の吹出口５に対して順次移
動させるものである。このようにすれば量産性に優れる
。

なお、上述の実施例では、原料ガスの噴流と結晶基板を
相対的に運動させるのに、結晶基板を移動させていたが
ガスの吹出口を移動させてもよいことは明白である。

さらに、吹出口の出口近傍で原料ガスの流路を分割する
ような網目状のスリットとすると、吹出されるガスの速
度分布がより一層均−化される。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、均一で急峻なドー
ピングプロフィルが得られ、かつ、形成薄膜の厚さを全
域にわたってほぼ均一にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の気相成長装置の一実施例を示す断面図
、第２図は第１図に置けるＡＡ線矢視図、第３図は本発
明に係る反応ガス吹出口の変形例を示す断面図、第４図
から第６図は本発明の他の実施例を示す断面図及び模式
図、第７図は従来の気相成長装置を示す断面図である。 １・・・反応炉　　　　　２・・・駆動機構３・・・サ
セプタ　　　　４・・・結晶基板５・・・（スリット状
）吹出口 ア・・・高周波誘導加熱装置　　８・・・排出口１０・
・・供給口　　　　　１１・・・スリーブ第１図 （ａ）　　　　　（ｂ） 第　６　図 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応容器と、この反応容器内に設けたサセプタと
   、このサセプタに反応させるべきガスを供給する供給口
   と、ガスを排出する排出口を具備し、前記ガスを反応さ
   せて前記サセプタに保持される試料面に薄膜を成長させ
   る気相成長装置において、前記供給口から前記ガスを前
   記サセプタに導くスリット状の吹出口を形成し、かつこ
   の吹出口と前記サセプタが相対的に移動可能なように移
   動手段を設けたことを特徴とする気相成長装置。
2. （２）前記移動手段は、前記スリット状の吹出口の長手
   方向とほぼ直交する方向に相対的に前記サセプタと前記
   吹出口を移動させることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の気相成長装置。