JPH01310532A - 有機金属気相成長装置 - 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】 〔（既　　要〕 気相成長法によって半導体デバイスを製造する有機金属
気相成長装置に関し、 結晶基板上に均一なエピタキシャル層を効率的に形成す
ることを目的とし、 同一面内で回転する加熱された結晶基板に複数のノズル
から噴出する原料ガスを吹きつけて、該結晶基板面にエ
ピタキシャル層を気相成長させる有機金属気相成長装置
であって、上記結晶基板面と平行で近接した位置に天井
壁を有するチャンバの該天井壁部分に、該結晶基板に向
かい且つ該結晶基板の大きさに対応して整列配置した流
量調節部を備えた複数のノズルと、上記複数のノズルの
整列方向と平行して両側ほぼ等間隔の位置に、上記各ノ
ズルから噴出する原料ガスを少なくとも上方に吸引する
排気手段を備えて構成する。

（産業上の利用分野） 本発明は気相成長方法による半導体デバイスの製造装置
に係り、特に結晶基板上に均一なエピタキシャル層を効
率的に形成して生産性の向上を図った有機金属気相成長
装置に関する。

チャンバ内の加熱された結晶基板上に原料成分を含むガ
ス体（以下原料ガスとする）を吹き付けて該基板上に有
機金属のエピタキシャル層を形成する場合、基板上の結
晶層に拡散する原料成分の量は該基板上を流れる原料ガ
スの流量に大きく左右される。

従って基板の全面に均一なエピタキシャル層を形成する
には、原料ガスを全面に亙って均一な量で且つ均一な流
速分布になるように吹き付けることが必要である。

（従来の技術〕 第２Ｍは従来の気相成長装置の一例を説明する図であり
、（八）は全体の構成図を示しくＢ）および（Ｃ）は主
要部を拡大してガスの流れを説明する図である。

また第３図は実際の原料ガスの流れを示す図である。

第２図（八）で、チャンバ１には図示されていない外部
回転機構部に連結して例えば図示Ｒ方向に回転する回転
軸２が装着されており、該回転軸２の上部フランジ面２
ａには上記チャンバ１の外部に設けたコイル３によって
加熱されるカーボン（炭素）よりなるサセプタ４が固定
されている。

また表面（図では上面）にエピタキシャル層を形成する
被加工結晶基板５は、上記サセプタ４の回転中心に合致
するように中心を合わせて載置されている。

一方ガス供給系６から送出される原料ガス７は、配管８
を経由した後上記チャンバ用のヒ部近傍に装着されてい
る複数のノズル９から上記結晶基板５の表面に噴出する
が、この際ノズルの位置によって噴出する原料ガス７の
流量を変えると良好なエピタキシャル層が得られること
からノズル９の直前部分に１０で示す流量調節部を設は
ノズル毎の？ｆｆｉ　’ｌが調節できるようにしている
。

なお図の１１は、結晶基板５の表面で反応力９冬了した
後の原料ガス７を排出するための排気ポンプである。

ここでチャンバ１内を０．１気圧程度に減圧し、結晶基
板５をサセプタ４で６５０℃前後に加熱した状態で回転
軸２を６０ｒｐｍ程度に回転させながら、例えばＩ・リ
メチル・インジウム（Ｔ旧）、トリエチル・ガリウム（
ＴＥＧ）、アルシン（ＡＳＨ３）を原料とし水素ガスＨ
２をキャリアとした原料ガス７を２〜３　ｍ／ｓｅｃの
流速で図示りの如く該結晶基板５の表面に吹き付けて、
例えばインジウム・ガリウム・砒素１ｎＧａＡｓのエピ
タキシャル層を均一な厚さで形成するようにしている。

ノズル９の部分を拡大した図（Ｂ）で、上記ノズル９は
ノズル９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの４個が一列に整列した
状態で構成されており、この整列した４個のノズルが直
径方向に並ぶ位置で且つ該ノズルの原料ガス噴出口から
約１０〜２０ｍｍ程度離した位置に上記結晶基板５を配
置している。

この状態で各ノズルから原料ガスを噴出させると、例え
ば９ｈおよび９ｃのノズルから噴出する原料ガス７ｂ、
７ｃは結晶基板５の表面近傍で熱分解されながら図の■
、■の二方向に進む。

一方両瑞にある９ａおよび９ｄのノズルから噴出する原
料ガス７ａおよび７ｄは図示の如く■、■、■の三方向
に進む。

従って両端にあるノズル９ａと９ｄの流量を中央部に位
置するノズル９ｂ、９ｃよりも増やす（例えば約１．３
倍とする）ことによって均一なエピタキシャル層の形成
を可能としている。

すなわち、結晶基板５を回転させない状態での原料ガス
の膜厚分布を示す図（Ｃ）で、Ｘ方向は図（Ｂ）のＸ方
向に、またＹ方向は図（Ｂ）のＹ方向にそれぞれ対応し
ている。

この場合、Ｘ方向の膜厚分布は両端に位置するノズルか
らのガス流量を図（Ｂ）で説明した々口く中央部に比べ
て多くしているためその分布曲線Ｃには図示ｃ’、ｃ”
の２個の山が形成される。

一方Ｙ方向の膜厚分布はガスが吹き付けられるＸ線上を
最大の山とする分布曲線ＣＩが形成されろことになる。

ここで該結晶基板５を前述の如く回転させて時間的に平
均化された膜厚分布を示すガス層によって該結晶基板５
上に均一化されたエピタキシャル層の形成が実現できる
。

しかしかかる構成になる気相成長装置では、チャンバ１
の形状や結晶基板５を載置するサセプタ４が原料ガス７
より高温になっている等の理由によって原料ガス７の流
れに対流が生じ、必ずしも上述の如き理想的な状態にな
らない。

実際の原料ガスの流れを示す第３図は、第２図の図（Ｂ
）　、　（Ｃ）をＹ方向で切断した状態を表わしたもの
で、例えばノズル９から噴出する原料ガス７は第２図（
Ｂ）で説明した如く結晶基板５の表面に吹き付けられた
後に■あるいは■の二方向に分かれて進むが、例えば原
料ガス７の■について説明すると、サセプタ４で加熱さ
れている結晶基板５の表面に沿って進む間に該原料ガス
７が熱せられて上昇し、更にチャンバ１の天井壁１ａに
ぶつかった後に■゛となって下降し排気ポンプ１１から
外部に排出される。

この際、斜線で示す領域Ａ、ＰＩは該原料ガス７の流れ
に追従する対流領域となって原料ガス７の流れを乱す。

従ってエピタキシャル層の形成に寄与する結晶基板５の
表面近傍の原料ガス５の供給が、予期しない影響を受け
て変動することが多い。

更に−Ｆ記対流で生ずる原料ガス７の流れによる千ヤン
ハ１の内壁の汚染が、特性的に優れたエピタキシャル層
の形成を阻害している。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の構成になる気相成長装置では、結晶基板に均一で
安定したエピタキシャル層を形成することが出来ないと
云う問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点は、同一面内で回転する加熱された結晶基板
に複数のノズルから噴出する原料ガスを吹きつけて、該
結晶基板面にエピタキシャル層を気相成長させる有機金
属気相成長装置であって、上記結晶基板面と平行で近接
した位置に天井壁を有するチャンバの該天井壁部分に、 該結晶基板に向かい且つ該結晶基板の大きさに対応して
整列配置した流量調節部を備えた複数のノズルと、 上記複数のノズルの整列方向と平行して両側ほぼ等間隔
の位置に、上記各ノズルから噴出する原料ガスを少なく
とも上方に吸引する排気手段を備えてなる有機金属気相
成長装置によって解決される。

（作　用〕 結晶基板上に常に安定した均一なエピタキシャル層を形
成するには、原料ガスの流れに生ずる対流を抑制し且つ
エピタキシャル層の成長に寄与し終わった原料ガスをで
きるだけ速やかに除去することが必要である。

本発明になる気相成長装置では、熱対流による原料ガス
の乱れを防止するためにチャンバ１の天井壁を結晶基板
の表面にできるだけ近接させると共にエピタキシャル層
の成長に寄与し終わった加熱された原料ガスが排出し易
いように上方に排気する排気孔を設げて構成している。

従ってエピタキシャル層の成長に寄与する原料ガスは、
ノズルから噴出する制御された原料ガスのみとなること
から特性的に安定し且つ均一なエピタキシャル層を形成
することができる。

〔実施例］ 第１図は本発明になる気相成長装置の構成例を示す図で
あり、（八）は正面図をまた（Ｂ）は側面図をそれぞれ
表わしている。

図（八）で、チャンバ１５には図示されていない外部回
転機構部に連結して例えば図示Ｒ方向に自在に回転する
回転軸１６が装着されており、該回転軸１６の一ヒ部フ
ランジ面１６ａには上記チャンバ１５の外壁周囲に沿っ
て設けたコイル３によって加熱されるカーボン（炭素）
よりなるサセプタ１７を固定している。

また表面（図では上面）にエピタキシャル層を形成する
結晶基板５が、上記サセプタ１７の回転中心に合致する
ように中心を合わせて載置されていることは第２図の場
合と同様である。

一方ガス供給系６から送出される原料ガス７は、配管８
を経由した後上記チャンバ１５の上部近傍に装着されて
いる第２図記載のノズル９と同等の一列に整列した複数
のノズル９から上記結晶基板５の表面に噴出するように
構成している。

なおこの各ノズルと配管８との間には原料ガス７の流量
を変えるための流量調節部１０を設けていることは第２
図の場合と同様である。

また上記図（Ａ）をＦ方向からみた側面断面図（Ｂ）で
、上記チャンバ１５の一列に並んだ複数のノズル９の両
側ほぼ平行に、該チャンバ１５の上部に排気されろよう
に構成された排気孔１５ｂが形成されており、該排気孔
１５ｂはチャンバ外部に設置されている排気ポンプ１１
と接続している。

かかる構成になる気相成長装置では、流量調節部１０で
各ノズル毎に制御された原料ガス７は各ノズルから噴出
して結晶基板５にぶつかった後に両側に分かれてチャン
バ１５の天井壁１５＋Ｆとの隙間を流れ図示■となって
排気孔１５ｂで上方に吸引され更に排気ポンプ１１から
外部に排気される。

この場合には、第３図で説明したＡおよびＢ　８Ｕ域の
如き対流域が発生せず原料ガス７の流れに乱れが生じな
いため、第２図で説明したのと同様の条件で原料ガス７
を噴出して結晶基板５に原料を供給することによって、
該結晶基板５上に均一で且つ特性的に安定したエピタキ
シャル層を形成することができる。

〔発明の効果〕

本発明により、結晶基板上に均一で且つ特性的に安定し
たエピタキシャル層が形成できる存機金属気相成長装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる気相成長装置の構成例を示す図、 第２図は従来の気相成長装置の一例を説明する図、 第３図は実際の原料ガスの流れを示す図、である。図に
おいて、 ３はコイル、　　　５は結晶基板、 ６はガス供給系、　７は原料ガス、 ８は配管、　　　　　９はノズル、 １０は流量調節部、　１１は排気ポンプ、１５ばチャン
バ、　　１５ａは天井壁・１５ｂは排気孔、 １６は回転軸、　　　ｌＧａはフランジ面、１７はサセ
プタ、 をそれぞれ表わす。 （Ａ） 木受明Ｃ琢うえ相仄長襞置−五成奢！餅、Ｔ同第　１　
図 リし表の気ｊ乱氏表製１メγ−酬６免明芽う匡第　２　
ｍ 宝際／７タ、茅十力゛ＫＣ唐−＊二２万ｙ丁Ｂｑ第　３
　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　同一面内で回転する加熱された結晶基板に複数のノズ
   ルから噴出する原料ガスを吹きつけて、該結晶基板面に
   エピタキシャル層を気相成長させる有機金属気相成長装
   置であって、 上記結晶基板面と平行で近接した位置に天井壁（１５ａ
   ）を有するチャンバ（１５）の該天井壁（１５ａ）部分
   に、 結晶基板（５）に向かい且つ該結晶基板（５）の大きさ
   に対応して整列配置した流量調節部（１０）を備えた複
   数のノズル（９）と、 上記複数のノズル（９）の整列方向と平行して両側ほぼ
   等間隔の位置に、上記各ノズル（９）から噴出する原料
   ガス（７）を少なくとも上方に吸引する排気手段を備え
   てなることを特徴とする有機金属気相成長装置。