JPH04219925A - 縦型気相エピタキシャル成長装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板に対して原料ガス
を垂直に吹き付けて基板上にエピタキシャル層を成長さ
せる縦型気相エピタキシャル成長装置に係り、特に原料
ガスの流れを改善したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】図２に従来の縦型気相エピタキシャル成
長装置の模式化した構成を示す。この縦型気相エピタキ
シャル成長装置は、多数枚の基板をチャージすることが
可能であり、図示例では３枚の基板をチャージできるよ
うになっている。同図において、１は反応管、２はエピ
タキシャル成長させる結晶成長用基板、３は原料ガスの
導入口、４はその排気口、５は基板２を支持するサセプ
タ、６は基板加熱手段であるＲＦ（　高周波）　コイル
、７はサセプタ支持軸、８はサセプタ５及び基板２を回
転させるモータ、９は反応管１を冷却するための冷却水
出入口である。

【０００３】同図に示す通り、サセプタ５の上に結晶成
長用基板２をセットし、ＲＦコイル６に高周波電流を流
し、サセプタ５即ち結晶成長用基板２を加熱する。この
とき原料ガスをガス導入口３より供給すると、同図矢印
に沿って原料ガスが結晶成長用基板２上に流れ、結晶成
長用基板２上において、高温気相における原料ガス分解
、デポジションが起こり、結晶成長用基板２上にエピタ
キシャル層が形成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、結晶
成長用基板２表面には原料ガスの気相分解反応により、
エピタキシャル層が成長するが、このとき従来の縦型気
相エピタキシャル成長装置では、図２に模式的に示した
ように、サセプタ中央上部１０、つまり原料ガスがサセ
プタ５に垂直に入射して横に広がる空間部において、原
料ガスの対流が発生してしまう。

【０００５】上記原料ガスの対流は、原料ガスを連続的
に切り替えて多層エピタキシャル成長させる場合におい
て、切り替え前の原料ガスの残留を起こし、エピタキシ
ャル層界面におけるキャリア濃度の急峻性やヘテロ界面
の急峻性を悪化させるため、特に問題となる。

【０００６】この点に関しては、連続的にエピタキシャ
ル成長させず、成長切り替え時に原料ガスを止めて成長
を中断させ、ガスのパージを十分に行なえば解決できる
と考えられるかもしれない。しかし、成長を中断するこ
とにより、結晶成長用基板表面に汚染や砒素抜け等のダ
メージを与え、エピタキシャル層界面の性質を悪化させ
る恐れがあるため好ましくない。

【０００７】一方、原料ガスが垂直に入射する縦型気相
エピタキシャル成長装置の場合、一般的にサセプタ５の
中心部１１よりサセプタ外周部１２の方がガス流は速く
なる。通常、エピタキシャル成長は基板表面への原料輸
送速度が成長速度を支配している領域、即ち原料輸送律
速の領域で成長を行なっている。この領域ではエピタキ
シャル成長速度は基板表面の境界層厚さに反比例すると
考えられ、また、境界層理論により境界層厚さはガス流
速に反比例するため、エピタキシャル成長速度とガス流
速は比例関係になる。従って、サセプタ内周部はサセプ
タ外周部に比べエピタキシャル成長速度は遅くなり、基
板上に膜厚分布が発生する。

【０００８】このため、サセプタを公転ないしサセプタ
上の基板を自転させることにより、膜厚分布を打消すこ
とが行なわれているが、膜厚分布が大きいとそれらの回
転では十分に膜厚分布を打消すことができなくなる。従
って高膜厚均一性にするためにはサセプタ上のガス流速
差を小さくすることが必要になるが、現在のところ有効
な方法は見い出されていない。

【０００９】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、高キャリア濃度急峻性、高ヘテロ界面急峻性
及び高膜厚均一性のエピタキシャル基板を得ることので
きる縦型気相エピタキシャル成長装置を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、反応管内に結
晶成長用基板を支持するサセプタを設け、このサセプタ
の中央に原料ガスをほぼ垂直に吹き付け、サセプタの中
央からサセプタの径方向外方へ流して基板上にエピタキ
シャル層を成長させる縦型気相エピタキシャル成長装置
に適用される。

【００１１】前記サセプタの中央にガスの対流を生じる
空間を排除してサセプタ中央上部でのガスの乱れを抑止
しすると共に、サセプタに垂直に吹き付けられる原料ガ
スをサセプタに対して水平方向に方向転換させて基板上
のガス流を均一化するガス流制御手段を設けるようにし
たものである。

【００１２】

【作用】結晶成長用基板を支持するサセプタの中央に設
けたガス流制御手段は、対流が起きるデッドスペースを
小さくすることにより、サセプタ中央上部付近に存在す
るガスの対流を有効に抑止することができる。

【００１３】またガス流制御手段はガス流をサセプタに
対して強制的に水平方向に方向転換させるため、サセプ
タ中央部とサセプタ外周部のガス流速差を小さくするこ
とが可能になり、サセプタ上におけるガス流速を均一に
できる。

【００１４】このため、エピタキシャル基板のキャリア
濃度急峻性やヘテロ界面急峻性が改善され、しかも、膜
厚均一性の良好なエピタキシャル層を成長することが可
能になる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１６】図１に模式的に示した縦型気相エピタキシ
ャル成長装置を示す。この装置は多数枚の基板をチャー
ジすることが可能である。基本的には図２と同じ構成で
あり、パンケーキ型をした反応管１内に結晶成長用基板
２を支持するサセプタ５を設け、サセプタ５を基板加熱
手段であるＲＦコイル６で加熱すると共に、サセプタ支
持軸７をモータ８で回転させ、サセプタ５及び結晶成長
用基板２を回転させるようになっている。

【００１７】また、原料ガスは、反応管１の導入口３か
らサセプタ５の中央にほぼ垂直に吹き付け、サセプタ５
の中央からサセプタの径方向外方に流して、サセプタ上
の結晶成長用基板２表面に高温気相中で化学反応を生じ
させ、結晶成長用基板２の表面にエピタキシャル層を成
長させる。なお、９は反応管１を冷却するための冷却水
出入口である。

【００１８】しかし、図２の場合と異なり、この縦型気
相成長装置においては、結晶成長用基板２を載置してい
るサセプタ５の中央部にガス流制御手段１３を設けてい
る。このガス流制御手段１３は、対流が発生するサセプ
タ中央上部のデッドスペースを空間的に排除するように
構成される。また、サセプタ５に垂直に吹き付けられる
原料ガスをサセプタに対して水平方向に方向転換させる
ように構成されている。これにより、サセプタ中央上部
におけるガス流の乱れが抑止され、かつ、結晶成長用基
板２上のガス流が均一化する。

【００１９】ガス流制御手段１３は、具体的には錐体で
構成されて、この錐体が占める空間には原料ガスが流れ
込まないようにしてある。また、錐体の頂点は、垂直に
入射する原料ガスの中心線上、即ちサセプタ５の回転中
心線上に有り、錐体の裾はサセプタ５上に回転対称の位
置にある３枚の結晶成長用基板２の外周に接触する形で
終わるようにしてある。このため錐体は六角錐としてい
る。そして、頂点から各結晶成長用基板２に接触する裾
に至る周面を含めて、六面とも全て凹面に形成して、垂
直に入射する原料ガスをスムーズに水平方向に方向転換
させるようにしてある。

【００２０】サセプタ５及びガス流制御手段１３の材質
は、高温、少なくとも８００℃以上に耐えられるもので
なければならない。適用できるものとして、ｐＢＮ、Ａ
ｌＮ、Ａｌ２　Ｏ３　及びカーボン並びにカーボンにｐ
ＢＮ、ＡｌＮ及びＡｌ２　Ｏ３　をコーティングしたも
のがある。また、ガス流制御手段１３としての錐体は、
サセプタ５とは別体で、これをサセプタ５に取り付ける
ようにしても、あるいはサセプタ５と一体的に形成する
ようにしてもよい。

【００２１】次に上記のような構成の作用について述べ
る。

【００２２】サセプタ５の上に結晶成長用基板２をセッ
トし、ＲＦコイル６に電流を流し、高周波誘導によりサ
セプタ５、即ち結晶成長用基板２を成長可能な温度に加
熱する。この状態で原料ガスをガス導入口３より供給す
ると、図１矢印に沿って、原料ガスが結晶成長用基板２
上を流れ、結晶成長用基板２上において、高温気相にお
ける原料ガスの分解、デポジションが起こり、結晶成長
用基板２にエピタキシャル層が形成される。このとき、
結晶成長用基板２を支持するサセプタ５の中央部分に設
けたガス流制御手段１３は、サセプタ中央上部付近に存
在するガスの対流領域の空間を小さくして、その結果サ
セプタ中央上部付近に存在するガスの対流を抑止する。

【００２３】また、サセプタ５中央部に設けたガス流制
御手段１３により、原料ガス導入口３より供給された原
料ガスがスムーズに基板面に沿った水平の流れに変換さ
れる。これによりサセプタ中央部付近のガスの流れを速
くすることができ、サセプタ中央部１１とサセプタ外周
部１２におけるガス流速差は、ガス流制御手段１３を設
けない場合に比して小さくなる。

【００２４】このため、原料ガスを連続的に切り替える
方法を実行しつつ、キャリア濃度急峻性、ヘテロ界面急
峻性の良好な多層エピタキシャル層を成長させることが
できる。また、膜厚均一性の良いエピタキシャル層を成
長させることも可能になる。以上述べたように本実施例
によれば、サセプタ中央上部付近に存在するガスの対流
を錐体を用いることにより、対流を起こすデッドスペー
スをなくしガスの対流を抑止することができる。

【００２５】また、錐体面による円滑な方向制御により
サセプタ内周部のガス流速を底上げする形でサセプタ外
周部との流速差を小さく抑えることが可能になり、膜厚
均一性を良くすることができる。

【００２６】さらに、錐体を既存のサセプタの上に設置
するか、または既存のサセプタを錐体と一体化したサセ
プタに交換するだけでよいため、構造を簡素化すること
ができる。

【００２７】このようにして、本実施例の縦型気相エピ
タキシャル成長装置によれば、高キャリア濃度急峻性、
高ヘテロ界面急峻性及び高膜厚均一性のエピタキシャル
基板を多量に得ることができる。よって、高性能なエピ
タキシャル基板を経済的に量産することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、サ
セプタの中央にガス流制御手段を設けたので、サセプタ
中央部における原料ガスの対流を抑止し、かつサセプタ
内周部部とサセプタ外周部のガス流速差を小さくするこ
とができる。従って、エピタキシャル層界面のキャリア
濃度急峻性やヘテロ界面急峻性が改善され、かつ膜厚均
一性の良いエピタキシャル層を成長することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による縦型気相エピタキシャル
成長装置の模式化した構成図。

【図２】従来例による縦型気相エピタキシャル成長装置
の模式化した構成図。

【符号の説明】

１　　　　反応管 ２　　　　結晶成長用基板 ３　　　　原料ガスの導入口 ４　　　　排気口 ５　　　　サセプタ ６　　　　基板加熱手段（　ＲＦコイル）７　　　　サ
セプタ支持軸 ８　　　　モータ ９　　　　冷却水出入口 １０　　サセプタ中央上部 １１　　サセプタ内周部 １２　　サセプタ外周部 １３　　ガス流制御手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　反応管内に結晶成長用基板を支持する
   サセプタを設け、このサセプタの中央に原料ガスをほぼ
   垂直に吹き付け、サセプタの中央からサセプタの径方向
   外方へ流して基板上にエピタキシャル層を成長させる縦
   型気相エピタキシャル成長装置において、前記サセプタ
   の中央にガスの対流を生じる空間を排除すると共に、サ
   セプタに垂直に吹き付けられる原料ガスをサセプタに対
   して水平方向に方向転換させるガス流制御手段を設けた
   ことを特徴とする縦型気相エピタキシャル成長装置。