JPH0341724A - 縦型気相成長装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は縦型気相成長装置に関するものであり、特に
、膜厚分布の均一化を図れるように改良された縦型気相
成長装置に関するものである。

［従来の技術］ 半導体結晶膜は、フォトエレクトロニクスデバイスや超
高速電子デバイス用結晶材利として広く用いられている
。第４図は、従来の縦型気相成長装置の模式図である。

縦型気相成長装置は、縦型の円筒状反応管２を備える。

円筒状反応管２内には、傾斜面を有し、かつその上部が
球状構造になっているバレル型のサセプタ４が設置され
ている。

サセプタ４の傾斜面には、半導体基板６が保持される。

サセプタ４は、円筒状反応管２内で、矢印Ｒ方向に回転
する。円筒状反応管２の頂点には、該円筒状反応管２内
に原料ガスを導入するための原料ガス導入用ノズル８が
設けられている。また、円筒状反応管２の下方部には、
排ガスを排出するための排気口１４が設けられている。

円筒状反応管２の側壁部には、該円筒状反応管２の側壁
部を囲むように、冷却管１０が取付けられている。冷却
管１０の中には、冷却水が流される。また、円筒状反応
管２を取囲むように、高周波コイル１２が配置されてい
る。

次に、この装置を用いて、半導体結晶膜を成長させる方
法について説明する。

サセプタ４の傾斜面に半導体基板６を保持させ、サセプ
タ４を矢印Ｒ方向に回転させる。次に、高周波コイル１
２をＯＮＬ、、高周波誘導により、サセプタ４を所定の
温度に加熱する。その後、原料ガス導入用ノズル８より
、反応管２内にキャリアガス（たとえば水素ガス）とと
もに、原料ガス（たとえば、トリメチルガリウム、Ａｓ
Ｈ３）を導入する。すると、原料ガスは熱分解等の反応
を起こし、サセプタ４の傾斜面に配置された半導体基板
６上に、ＧａＡｓの結晶膜を成長させる。原料ガスは、
その後、排気口１４より外部に排出される。

反応管２の管壁に設けられた冷却管１０に冷却水が流さ
れているので、反応管２の壁面での原料ガスの消費は抑
制される。また、サセプタ４の側壁に傾斜角を持たせて
いるのは、ガス流方向の膜厚分布の均一化を図るためで
ある。また、サセプタ４を所定の回転数で回転させるの
は、導入された原料ガスの片流れによる影響を防止する
ためである。

［発明が解決しようとする課題］ さて、従来の縦型気相成長装置において、サセプタ４の
側壁の傾斜角およびサセプタ４と反応管２との距離（つ
まり、ガス流が通過する断面積）の決定は、装置設計前
の流れの可視化実験や計算機シミュレーションによって
、さらに、実際の装置を用いる試行錯誤的実験によって
なされている。

従来は、この方法によって、ガス流方向の膜厚分布の均
一化を図っていた。

しかしながら、現在においては、膜厚分布等のさらに高
度の均一化が要望されている。このような現在の状況下
において、前述の装置構造を改良する方法は、実際上、
そう簡単なものではない。

また、その他の方法として、ガス全流量等の成長条件を
変更することによって、膜厚分布等の均一化を図る方法
も提案されているが、他の特性との関係上、限界がある
。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、簡単な方法で、ガス流方向の膜厚分布を均
一化することのできる縦型気相成長装置を提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明は、上から下へ原料ガスを流し、該原料ガスの
分解物を基板上に半導体結晶膜として成長させる縦型気
相成長装置にかかるものである。

当該縦型気相成長装置は、原料ガスが導入される縦型円
筒状反応管を備えている。縦型円筒状反応管内には、そ
の傾斜面に基板を保持するサセプタが設けられている。

サセプタの周囲を取囲むように、上記縦型円筒状反応管
の内側壁面に沿って、複数枚の調整板が並べられている
。複数枚の調整板の上端部は、上記反応管の内側壁面に
、当該調整板が反応管の径方向に傾斜できるように、可
動可能に接続されている。この調整板の傾斜角度が大き
くされることによって、原料ガスの流速は下方向に向か
うにつれて増加するようになる。さらに、当該縦型気相
成長装置は、調整板の傾斜角度を調節する傾斜角度調節
手段を備えている。

本発明において用いられる調整板は、上記反応管の内側
壁面と同じ曲率を有するものが好ましい。

調整板の取付部の形状についても、同様である。

また、複数枚の調整板は、上記反応管の内側壁面に沿っ
て隙間なく配置されているのが好ましい。

〔作用〕

この発明にかかる縦型気相成長装置は、その傾斜角度を
大きくすることによって、原料ガスの流速を下方向に向
かうにつれて増加させる複数枚の調整板を備えている。

この調整板の傾斜角度の調節は、傾斜角度調節手段を操
作することによって、簡単に行なえる。それゆえに、傾
斜角度調節手段を操作することによって、原料ガスの流
速を下方向に向かうにつれて１曽加させるということが
、簡単に行なえるようになる。

［丈施例１ 以下、この発明の実施例を図について説明するが、本発
明はこれに限定されるものでない。

第１図は、この発明の一実施例にかかる縦型気相成長装
置の模式図である。第１図に示す実施例は、以下の点を
除いて、第４図に示す従来例と同様であり、同一部分に
ついては同一の参照番号を付し、その説明を省略する。

第１図に示す実施例では、第２図に示す６枚の調整板１
６がサセプタ４の周囲を取囲むように、反応管２の西側
側壁面に沿って並べられている。

それぞれの調整板１６は、反応管２と同じ曲率を有する
形状のものである。それぞれの調整板１６の上端部は反
応管２の内側壁面に、当該調整板１６が反応管２の径方
向に傾斜できるように、取付金具１８によって回動可能
に接続されている。

第２図を参照して、反応管２の内側壁面に並べられた調
整板１６に、順次■■・・・■の番号を付し説明すると
、調整板■■■は、調整板■■■の外側に位置するよう
に取付けられる。調整板１６の下部には長方形状の孔２
４が設けられており、挾み込み金具２０により、隣り合
う調整板１６が互いに隙間なく固定される。そして、１
刈整板■■■を動かすことによって、同時に調整板■■
■も動かせるようになっている。調整板１６の傾斜角度
を調節する傾斜角度調節手段である調整ねじ２２が反応
管２の外側に設けられている。調整ねじ２２の先端は挾
み込み金具に連結されている。調整板１６の傾斜角度は
、挾み込み金具２０を通じて、調整ねじ２２を操作する
ことにより、反応管２の外部から調整される。

次に、調整板１６を取付けることによって、膜厚等が均
一化されることの原理について説明する。

第１図は、調整板１６をサセプタ４側に傾斜させたとき
の様子を示し、ている。調整板１６を図のようにサセプ
タ４側に傾斜させることによって、サセプタ４と調整板
１６（新たに生じた反応管壁面と考えることができる。

）とは、下方に行くにつれてその距離が縮まる。これに
よって、ガス流が通過する部分の断面積は、下方にいく
につれて減少する。その結果、原料ガスの流速は下方向
に向かうにつれて増加する。すなわち、調整板１６を図
のようにサセプタ４側に傾斜させるということは、第４
図の従来装置において、サセプタ４の側壁部の傾斜角を
実質的に変化させていることと同じ結果となり、ガス流
方向の膜厚分布の改善が達成される。

また、本実施例では、調整板１６の上端部が反応管２の
曲率と同じように加工されているので、調整板１６を動
かしても、この部分に隙間は発生せず、ガス流の乱れの
発生が防止される。

次に、具体例を示しながら、実施例にかかる装置の効果
を説明する。ＧａＡｓの結晶膜を２インチ−ＧａＡｓ基
板上にエピタキシャル成長させる場合を例にとり、説明
する。反応管２の内径は３０　ｃ　ｍ　ｓ高さ５０　ｃ
　ｍ　’−サセプタ４の傾斜角は６゛に設定された。原
料ガス導入用ノズル８より、ＴＭＧ（トリメチルガリウ
ム）とＡｓＨ，を、Ｈ２キャリアガスとともに、反応管
２内に流した。

流量は、７Ｍ０２０ｃｃ、ＡｓＨ，ＩＳＬＭ　（Ｓｔａ
ｎｄａｒｄ　　１ｉｔｔｅｒ／ｍ１ｎｕｔｅ）、Ｈ２キ
ャリアガス１９ＳＬＭであった。成長圧力は７０Ｔｏ　
ｒ　ｒ、成長温度は６５０℃であった。

得られたＧａＡｓ結晶膜のガス流方向の膜厚分布を第３
図に示す。膜厚（％）は、上流側の膜厚を基準（１００
％）にして求められた。

曲線（ｂ）は、調整板１６を動かさなかったとき（言換
えると、新しい壁面の壁面角度が０のとき）の結果であ
る。図示されているように、ガス上流から下流に行くに
つれて膜厚は減少し、そのばらつきは１４．３％であっ
た。なお、膜厚のばらつきは、以下の式により求められ
た。

曲線（ａ）は、調整ねじ２２で調整板１６を動かし、調
整板１６に反応管２の壁面に対し３°の傾きを持たせた
ときの結果である。この場合、ガス流方向の膜厚分布の
ばらつきは、３．１％であった。

［発明の効果］ 以上、説明したとおり、この発明にかかる縦型気相成長
装置によれば、その傾斜角度を大きくすることによって
、原料ガスの流速を下方向に向かうにつれて増加させる
ことができる複数枚の調整板を備えているので、これを
操作することによって、簡単に、ガス流方向の膜厚分布
の均一化の改善を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例にかかる縦型気相成長装置の模式図で
ある。第２図は、実施例にかかる縦型気相成長装置に用
いられる、複数枚の調整板の斜視図である。第３図は、
実施例にかかる装置を用いて得られたＧａＡｓ結晶膜の
ガス流方向の膜厚分布を示した図である。第４図は、従
来の縦型気相成長装置の模式図である。 図において、２は円筒状反応管、４はサセプタ、６は半
導体ウェハ、８は原料ガス導入用ノズル、１６は調整板
、１８は取付金具、２０は挾み込み金具、２２は調整ね
じである。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 上から下へ原料ガスを流し、該原料ガスの分解物を基板
   上に半導体結晶膜として成長させる縦型気相成長装置で
   あって、 前記原料ガスが導入される縦型円筒状反応管と、前記縦
   型円筒状反応管内に設けられ、その傾斜面に前記基板を
   保持するサセプタと、 前記サセプタの周囲を取囲むように前記縦型円筒状反応
   管の内側壁面に沿って並べられ、かつそれらの上端部が
   前記反応管の内側壁面に、当該調整板が反応管の径方向
   に傾斜できるように、回動可能に接続され、その傾斜角
   度を大きくすることによって、前記原料ガスの流速を下
   方向に向かうにつれて増加させる複数枚の調整板と、 前記調整板の傾斜角度を調節する傾斜角度調節手段と、
   を備えた縦型気相成長装置。