JPH06216038A - 半導体結晶成長装置 - Google Patents
半導体結晶成長装置Info
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- JPH06216038A JPH06216038A JP5004716A JP471693A JPH06216038A JP H06216038 A JPH06216038 A JP H06216038A JP 5004716 A JP5004716 A JP 5004716A JP 471693 A JP471693 A JP 471693A JP H06216038 A JPH06216038 A JP H06216038A
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Abstract
でき、優れた半導体層の形成を可能にすると共に、安全
で信頼性の高い半導体結晶成長装置を提供すること。 【構成】上記目的は、基板を覆う成長槽と、上記基板を
加熱する加熱装置と、上記成長槽を超高真空に排気する
排気装置と、上記成長槽外部から内部の基板上に成長さ
せたい成分を含むガスを予め定めた流量及び時間で供給
するガス供給制御装置とを備えた半導体結晶成長装置に
おいて、上記成長槽内部に基板保持部と基板に対向する
リアクタ部とからなる反応室を設け、かつ、該リアクタ
部を独立に温度制御できる構成としたことを特徴とする
半導体結晶成長装置とすることによって達成することが
できる。また、リアクタ部に基板に体し均一にガスを吐
出するノズルを設け、さらに、基板回転機構と吐出口に
対して進退させる移動機構とを設けた構成とすることに
よって、より満足な結果を得ることができる。
Description
させる半導体結晶成長装置に係り、特に、原料ガスの利
用効率を大幅に向上させることができ、優れた半導体層
の形成を可能にすると共に、安全で信頼性の高い半導体
結晶成長装置に関する。
体の製造方法として、分子線エピタキシャル(MBE)法と
有機金属 CVD (MOCVD)法の長所を組み合わせた真空化学
エピタキシー(VCE)法がある。この VCE 法は例えば図3
に示すような装置を用いてIII‐V 族化合物を製造する
ようになっている(特開平 1‐257322号公報記載)。すな
わち、図において、成長室21は真空状態に保持されてお
り、反応室22が該成長室21内に設置され、その底部23に
複数個のノズル孔24が一定間隔で設けられ、該底部23の
外周部に縁部に沿って一定間隔で排出口25が設けられて
いる。また、天井部26が反応室22の下部側に対して着脱
自由になっていると共に、その中央部に基板27が固定さ
れ、さらに、配管28が送られてくる V 族化合物を吐出
口から反応室22内に吐出するようになっている。また、
反応室上方には均熱板30、基板加熱用ヒータ29が設けら
れている。さらに、反応室22の下面にはノズル口24と連
通する複数のノズル口31を設けた混合室32が連結されて
おり、該混合室32の上部側と下部側にそれぞれ連結され
た2個の配管A及びBを介して内部に送られてくるIII
族化合物及びドーパントを混合し、これをノズル孔31及
び24から基板27に向けて吐出させるようになっている。
また、成長室21の下部側に真空ポンプ(図示せず)が配設
されており、排出口25を介して未反応ガスを下方に排出
するようになっている。このような構成によって基板27
の下面に半導体層を形成するというものである。
ような従来装置においては、反応室底部23及び周辺部が
基板加熱ヒータ29による熱輻射によってホットウォール
を形成して原料ガスの吸着が起らないようにしてはいる
ものの、反応室自体に温度調節の制御機構がないことか
ら、使用するガスの種類によって反応室底面部23及び周
辺部に反応ガス及び未反応ガスが吸着することがある。
また、基板の回転機構がないことから、中間流領域以下
の圧力での成長では殆ど問題はないが、粘性流領域に近
いような高い圧力で成長させるような場合には、温度、
ガスの流れに分布が生じやすく、また、基板保持板と反
応室底部のノズルとの間隔が一定であるため、基板表面
のガス圧制御が困難であることから、優れた均一性を得
るためには使用する成長圧力の範囲が限定されることに
なる。また、使用する原料ガスの利用効率は、約20%と
CVD 装置としては極めて高いものの、まだ80%もの有
害排ガスを排出しており、排気系ポンプの負担軽減の点
及び排ガス処理の問題から、さらに高い原料ガス利用効
率の達成が望まれている。
た課題を解決して、原料ガスの利用効率を大幅に向上さ
せることができ、優れた半導体層の形成を可能にすると
共に、安全で信頼性の高い半導体結晶成長装置を提供す
ることにある。
成長槽と、上記基板を加熱する加熱装置と、上記成長槽
を超高真空に排気する排気装置と、上記成長槽外部から
内部の基板上に成長させたい成分を含むガスを所定の流
量及び時間で供給するガス供給制御装置とを備えた半導
体結晶成長装置において、上記成長槽内部に基板保持部
と基板に対向するリアクタ部とからなる反応室を設け、
かつ、該リアクタ部を独立に温度制御できる構成とした
ことを特徴とする半導体結晶成長装置とすることによっ
て達成することができる。また、リアクタ部に基板に体
し均一にガスを吐出するノズルを設け、さらに、基板回
転機構と基板保持部をリアクタ部に対して進退させる移
動機構とを設けた構成とすることによって、より満足な
結果を得ることができる。
り、小さな反応室の温度制御によるホットウォールの形
成や基板の加熱及び回転によって原料ガスの利用効率が
大幅に向上すると共に、基板温度、基板表面上のガス流
の均一化を図ることができる。また、基板と反応ガス吐
出口との距離及び反応室の圧力等の結晶成長条件の最適
化を図ることができ、高い圧力範囲で反応室のガス圧力
を制御することができる。これらによって、原料ガスの
利用効率、基板上に成長する薄膜の高均一化及び基板表
面のガス圧力制御性が格段に向上するので、未反応ガス
が少なく、安全性に優れ、さらに、膜の成長に要する時
間も短縮することができる。
実施例によってさらに具体的に説明する。本発明装置の
一実施例の構成を図1に示す。図において、1は成長槽
であり、該成長槽1内に反応室2を設けてある。この反
応室2は、反応ガスを供給する数個のノズル4を設け
た、底面が球面状または楕円面状のモリブデン製リアク
タ部3と、反応室2の空間を自在に容積変化させること
のできる基板保持板5とから構成してある。この基板保
持板5には、その中央部に、GaAs 基板6が表面を下側
にして中央部穴の内周縁に設けた段部に支持し着脱自在
に取り付けてある。上記基板保持板5の上方には基板加
熱ヒータ7、熱シールド板8及び基板保持板5を上下移
動または回転させる駆動機構9を配設してある。また、
上記反応室2内に V 族化合物ガス例えばアルシン(As
H3)等を送り込む反応ガス供給管10を連結してあり、こ
の反応ガス供給管10の先端には、基板に対してガスを均
一な分布状態で吐出するガス吐出穴11を設けてある。一
方、リアクタ3の下方には、反応ガスに対して安定なパ
イロリティックボロンナイトライド(pBN)で積層(3層構
造)したカーボンヒータ等を用いた加熱ヒータ12を設け
てあり、熱電対等で計測しながらリアクタ3を独立に温
度制御する。また、加熱ヒータ12の下方には反応ガスを
供給するガス供給室13を配設してあり、III族化合物ガ
ス、例えばトリメチルガリウム(TMGa)、トリエチルガリ
ウム(TEGa)等の有機金属ガスを反応ガス供給管14bから
送り込み、反応室2と連通したノズル4を介して基板6
に向かって均一な分布状態で吐出させる。また、ガス供
給室13には、水路15、冷却水入口パイプ16、冷却水出口
パイプ17を設けてあり、伝導によってリアクタ3、ノズ
ル4の冷却ができるようにしてある。
動作について説明する。まず、成長槽1を圧力 10~7Tor
r以下の真空状態にすると共に、基板6を加熱ヒータ7
によって300〜650℃に加熱する。次いで、反応室2を層
成長に適した圧力にするために、基板保持板5を移動さ
せて反応室2の空間容積を所定の容積に設定する。この
状態で、反応室2内にIII族化合物ガス例えば TMGa 、T
EGa 等の有機金属ガスを反応ガス供給管14bを通してノ
ズル4から基板6に向けて均一な分布状態で吐出させる
と同時に、AsH3等の V 族化合物ガスを反応ガス供給管1
0を通して反応室2内に過剰に吐出させる。この結果、
基板6上に砒化ガリウム等の層を成長させることができ
る。一方、反応室2に供給された V 族化合物ガスは上
記III族化合物ガスと共に基板6を横切って基板保持板
5と反応室との隙間の排出口18へ拡散しながら流れ、成
長槽を排気している大型ポンプによって排気される。
に最適な温度条件に設定し、ホットウォールを形成させ
る。また、供給する化合物ガス(有機金属ガス)が分解し
ないように、ノズル4部の周辺は冷却する。例えば、TM
Ga の場合は150℃以下に温度制御する。これによって、
供給する化合物ガスのリアクタ3の底面、周壁部等への
吸着がなくなり、反応ガスの反射効率を促進させること
ができ、反応ガスを有効に利用することができる。リア
クタ3の温度は100〜650℃の範囲とする。また、発明者
等の実験から、反応室を構成する材料としてモリブデン
を用いることによって、化合物ガスとの反応が起りにく
くなることがわかった。従来のカーボングラファイトあ
るいは SiC コートカーボングラファイト使用の場合に
比べて、反応ガス利用効率が約3〜4倍程度(すなわ
ち、70〜80%まで)向上する。また、タングステン、タ
ンタル等の高融点金属あるいは表面窒化処理したステン
レス使用の場合にも同等の効果を得ることができる。
9によって上方に移動させ、基板保持板5とリアクタ3
との隙間から反応室2内の未反応ガスを高速排気する。
これによって、反応室2内の圧力を高速に切り替えるこ
とができる。
て、基板面上に薄膜を原子層単位で形成することができ
る。また、二つ以上の異種ガスを用いたヘテロ構造の原
子層の形成も、駆動機構9による反応室2内圧力の高速
切り替えと反応ガスの切り替えとを同期させることによ
って実現することができる。
す。図2の例はリアクタ部の表面を波面状にしたもので
ある。表面を波面状とすることによって熱及びガスの反
射効率がさらに向上し、ホットウォールの形成により化
合物ガスの壁面への吸着を防止することができ、原料ガ
スの利用効率を高めることができる。この結果、排気系
ポンプの負担を軽減することができ、安全性に優れた高
稼働率の装置とすることができる。これが高価な原料ガ
スのコスト低減につながることは言うまでもない。
装置を本発明構成の装置とすることによって、従来技術
の有していた課題を解決して、原料ガスの利用効率を大
幅に向上させることができ、優れた半導体層の形成を可
能にすると共に、安全で信頼性の高い半導体結晶成長装
置を提供することができた。
る。 (1) 反応室に底面が球面状または楕円面状のリアクタを
設け、かつ、リアクタ部の温度調節によるホットウォー
ル構成によって高均質な薄膜結晶を形成することができ
ること。 (2) 反応ガスの利用効率を約70〜80%とすることができ
ること。 (3) 基板保持部を回転させることにより基板温度と基板
上のガス流を均一化できること。 (4) (2)の利用効率の向上により未反応毒性ガスを減少
させることができ、排気ポンプ等の負担を大幅に軽減で
きる結果、ポンプ寿命の向上が図れること。
ので、コスト低減になること。
示す断面図。
形面としたもの)の構成を示す断面図。
構成を示す断面図。
…基板保持板、6…基板、7…基板加熱ヒータ、8…熱
シールド板、9…駆動機構、10…反応ガス供給管、11…
ガス吐出穴、12…加熱ヒータ、13…ガス供給室、14…反
応ガス供給管、15…水路、16…冷却水入口、17…冷却水
出口、18…排出口、21…成長室、22…反応室、23…底
部、24…ノズル孔、25…排出口、26…天井部、27…基
板、28…配管、29…ヒータ、30…均熱板、31…ノズル
孔、32…混合室。
Claims (5)
- 【請求項1】基板を覆う成長槽と、上記基板を加熱する
加熱装置と、上記成長槽を超高真空に排気する排気装置
と、上記成長槽外部から内部の基板上に成長させたい成
分を含むガスを所定の流量及び時間で供給するガス供給
制御装置とを備えた半導体結晶成長装置において、上記
成長槽内部に基板保持部と基板に対向するリアクタ部と
からなる反応室を設け、かつ、該リアクタ部を独立に温
度制御できる構成としたことを特徴とする半導体結晶成
長装置。 - 【請求項2】上記リアクタ部の底面を球面状あるいは楕
円面状としたことを特徴とする請求項1記載の半導体結
晶成長装置。 - 【請求項3】上記の底面を球面状あるいは楕円面状とし
たリアクタ部の表面を波面状としたことを特徴とする請
求項1及び2記載の半導体結晶成長装置。 - 【請求項4】上記リアクタ部をモリブデンで形成し、上
記基板保持部をモリブデン、タンタル、タングステン及
び表面窒化処理を施したステンレスの何れかによって形
成したことを特徴とする請求項1〜3記載の半導体結晶
成長装置。 - 【請求項5】上記基板保持部に回転機構を設けると共
に、上記リアクタ部に対して進退させることにより基板
表面上のガス圧力を制御する構成としたことを特徴とす
る請求項1〜4記載の半導体結晶成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00471693A JP3168277B2 (ja) | 1993-01-14 | 1993-01-14 | 半導体結晶成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00471693A JP3168277B2 (ja) | 1993-01-14 | 1993-01-14 | 半導体結晶成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06216038A true JPH06216038A (ja) | 1994-08-05 |
| JP3168277B2 JP3168277B2 (ja) | 2001-05-21 |
Family
ID=11591613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00471693A Expired - Lifetime JP3168277B2 (ja) | 1993-01-14 | 1993-01-14 | 半導体結晶成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3168277B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006310813A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-11-09 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 成膜装置 |
| JP2008543037A (ja) * | 2005-05-25 | 2008-11-27 | エルピーイー ソシエタ ペル アチオニ | 反応ガスを反応チャンバに導入するデバイス、および前記デバイスを使用するエピタキシャル反応炉 |
-
1993
- 1993-01-14 JP JP00471693A patent/JP3168277B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006310813A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-11-09 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 成膜装置 |
| JP2008543037A (ja) * | 2005-05-25 | 2008-11-27 | エルピーイー ソシエタ ペル アチオニ | 反応ガスを反応チャンバに導入するデバイス、および前記デバイスを使用するエピタキシャル反応炉 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3168277B2 (ja) | 2001-05-21 |
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