JPH025515A - 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】 〔概　要〕 気相成長法によって半導体デバイスを製造するを機金属
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、 加熱された結晶基板面に複数のノズルから噴出する流量
制御された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、結晶基板と近接した位置にノズルの外側周囲に
該ノズルと平行に貫通する空隙部を備えた複数のノズル
を前記結晶基板の全面を覆うように配置し、更に上記空
隙部に、原料ガスの噴出方向と逆方向に吸引する排気手
段を直結して構成する。

〔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２図は従来の気相成長装置の一例を説明する図であり
、（Ａ）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。

第２図（Ａ）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Ｆｉ５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ｉｔされている。

一方原料ガス供給系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１の上部近傍に装着され
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
設はノズル毎の流量が調節できるようにしている。

なお図の１１は、結晶基板５の表面で拡散処理が終了し
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°Ｃ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、例えばトリ
メチルインジウムＴＭＩｎ、　　）リエチルガリウムＴ
ＥＧａ　＋　アルシンへ３１１３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／ｓ６（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ＩｎＧａＡｓ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９ｂ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の表面でエピタキシャル成長を行いな
がら図の■、■の二方向に進む。

−万両端にある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）で説明した如（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＋、ＣＴＴ
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Ｃ１が形成されることになる。

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、結晶基板５
の径が例えば２ｉｎ以下程度の場合には良好な結果を得
ることができるが、径が大きくなるにつれて結晶基板周
辺部での膜厚１組成およびキャリア濃度の平均値からの
ずれが大きくなって均−なエピタキシャル層の形成を困
難にしている。

〔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、径の大きいく例え
ば３ｉｎ以上）結晶基板には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り、ま
た複数個同時作業による生産性の向上に困難を伴うと云
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、加熱された結晶基板面に複数のノズルか
ら噴出する流量制御された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、結晶基板と近接した位置にノズ
ルの外側周囲に該ノズルと平行に貫通する空隙部を備え
た複数のノズルを前記結晶基板の全面を覆うように配置
し、更に上記空隙部に、原料ガスの噴出方向と逆方向に
吸引する排気手段を直結してなる有機金属気相成長装置
によって解決される。

〔作　用〕

径の大きい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、結晶基板上のあらゆる位置に常
時新しい原料ガスが供給されると共にエピタキシャル成
長の終了した残余の原料ガスは他の位置を通ることなく
そのまま速やかに排気されることが必要である。

本発明になる気相成長装置では、結晶基板の全面をカバ
ーするに足る大きさを有するノズルユニットを、ノズル
から噴出した原料ガスが該ノズルの周囲から直ちに排出
できるように空隙を持って整列させた複数のノズルで構
成している。

従って、ノズルから噴出する制御された原料ガスは、結
晶基板上でエピタキシャル成長を行った後基板上を流れ
ることなくノズルの周囲に形成された空隙からそのまま
排出されることから、該結晶基板上に安定した均一なエ
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、（Ａ）は側面断面図をまた（Ｂ）は主要部のノズ
ルユニットを説明する図である。

なお、図では理解し易くするために結晶基板が１個の場
合について説明する。

第１図（Ａ）で、チャンバ１５には、上部にフランジ面
１６ａを備えた基台１６が固定されており、該基台１６
の上記フランジ面１６ａ上には前記チャンバ１５の外部
周上に設けたコイル３によって加熱されるカーボン（炭
素）よりなるサセプタ１７が配設されている。

また表面（図では上面）にエピタキシャル層を形成する
第２図同様の被加工結晶基板５“は、上記サセプタ１７
の所定位置に載置されている。

一方原料ガス供給系６から送出される原料ガス７は、配
管８Ｓ経由した後上記チャンバ１５の上部近傍に装着さ
れているノズルユニット１８の構成要素である複数の各
ノズル１９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
が変えられるように各ノズル１９の直前に１０で示す流
量調節部を設けている。

なお図の１１は、第２図同様に結晶基板５“の表面でエ
ピタキシャル成長が終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。

また図（Ａ）の図示ａ”−ａ’部における切断平面図を
示す図（Ｂ）で、ノズルユニット１８は複数（図は１９
個の場合を示している）の円筒状ノズル１９を相互に密
着させて六角形状に整列し、その外側周囲を例えば石英
等よりなる固定板１８ａで固定すると共に該固定板１８
ａの結晶基板５′側の下端部１８ｂを上記各ノズル１９
より多少突出させて全長に亙ってサセプタ１７の上面と
接するように設置している。

この場合各ノズル１９から噴出する原料ガス７は、結晶
基板５°の表面にぶつかった後各ノズル１９の周囲に形
成されている三角柱状の空隙領域Ｃから退去せざるを得
ない状態にある。

ここで排気ポンプ１１を作動させてチャンバ１５内を０
．１気圧程度に減圧し結晶基板５“をサセプタ１７で６
５０℃前後に加熱した状態で、第２図同様に流量調節部
１０で制御された原料ガス７を例えば２〜３　ｍ／ｓｅ
ｃの流速で図示■の如（該結晶基板５゜の表面に吹き付
けて該結晶基板５“の表面に所要のエピタキシャル層を
形成させる。

この際、該結晶基板５′の表面で所定のエピタキシャル
成長が終了した残余の原料ガス７は、各ノズル１９の周
囲に形成されている空隙領域Ｃに吸引されて■となり更
に該ノズルユニット１８とチャンバ１５の間の隙間領域
りを通る■となって排気ポンプ１１から外部に排出され
る。

従ってかかる構成になる気相成長装置では、結晶基板の
全面に制御された新しい原料ガスが常に供給できると共
に、成長終了後の残余の原料ガスは該結晶基板５′上を
流れることなくそのまま吸引排出されるため、如何なる
大きさの結晶基板でもその大きさに関係なく均一にして
安定したエピタキシャル層を該結晶基板５゛の表面に形
成することができる。

なお、図ではチャンバ１５内に１個の結晶基板５°を配
置しているが、同一チャンバ内に全く同様の方法で複数
個の結晶基板を配置することも可能である。

〔発明の効果〕

本発明により、同時に複数個の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有機金
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、 である。図において、 ３はコイル、　　　５′は結晶基板、 ６は原料ガス供給系、７は原料ガス、 ８は配管、　　　　１０は流量調節部、１１は排気ポン
プ、 １５はチャンバ、 １７はサセプタ、 １８ａは固定板、 １９はノズル、 をそれぞれ表わす。 １６は基台、 １８はノズルユニット、 １８ｂは下端部、 （Ａ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 加熱された結晶基板面に複数のノズルから噴出する流量
   制御された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、 結晶基板と近接した位置にノズルの外側周囲に該ノズル
   と平行に貫通する空隙部を備えた複数のノズルを前記結
   晶基板の全面を覆うように配置し、更に上記空隙部に、
   原料ガスの噴出方向と逆方向に吸引する排気手段を直結
   してなることを特徴とする有機金属気相成長装置。