JPH0710689A - 半導体気相成長装置 - Google Patents
半導体気相成長装置Info
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- JPH0710689A JPH0710689A JP17115193A JP17115193A JPH0710689A JP H0710689 A JPH0710689 A JP H0710689A JP 17115193 A JP17115193 A JP 17115193A JP 17115193 A JP17115193 A JP 17115193A JP H0710689 A JPH0710689 A JP H0710689A
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- Japan
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- donut
- substrates
- vapor phase
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 反応炉1中で複数の被成長基板4を略水平に
保持し、少なくとも前記複数の基板を回転軸を中心に3
00rpm以上2000rpm以下の速度で公転させる
機構を有する半導体気相成長装置において、前記被成長
基板4を保持する回転サセプタをドーナツ状サセプタ1
0とし、かつ、前記ドーナツ状サセプタの中央孔部に、
円板11を回転可能に設けてなる半導体気相成長装置で
ある。 【効果】 同時に処理される複数の被成長基板上に膜
厚、品質などの均一性良好な結晶薄膜を形成することが
可能となり、量産性向上に直結する。
保持し、少なくとも前記複数の基板を回転軸を中心に3
00rpm以上2000rpm以下の速度で公転させる
機構を有する半導体気相成長装置において、前記被成長
基板4を保持する回転サセプタをドーナツ状サセプタ1
0とし、かつ、前記ドーナツ状サセプタの中央孔部に、
円板11を回転可能に設けてなる半導体気相成長装置で
ある。 【効果】 同時に処理される複数の被成長基板上に膜
厚、品質などの均一性良好な結晶薄膜を形成することが
可能となり、量産性向上に直結する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複数枚の被成長基板上
に結晶薄膜を同時に気相成長させる際の生成結晶膜の均
一性を高める半導体気相成長装置に関するものである。
に結晶薄膜を同時に気相成長させる際の生成結晶膜の均
一性を高める半導体気相成長装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4により従来の半導体気相成長装置を
説明する。図4(a)において、1は石英等で作られる
反応管、2は被成長基板を保持するカーボン等で作られ
たサセプタ、3は前記サセプタの回転を行う回転軸、4
はサセプタ上に載置された被成長基板であり、その表面
に半導体の結晶膜が成長する。5はサセプタの加熱を行
うカーボン等で作られたヒーター、6は前記ヒーターの
支持台である。本例ではヒーター5によって、被成長基
板4を載置したサセプタ2を500〜700℃に加熱
し、かつ、回転軸3によってサセプタ2を600〜12
00rpmで回転させながら、原料ガス7の熱分解を利
用して被成長基板4上に膜厚数μm以下の半導体薄膜が
形成されるものであり、図4(b)に示すように被成長
基板4は、サセプタ2上に形成された溝内にほぼ水平に
載置される。例えば、基板は直径50mm、反応炉の圧
力は例えば76torrで、ガス流量は約30L/mi
n、基板表面付近におけるガス流速12cm/secで
ある。本例は4枚の被成長基板を同時に処理するもので
あり、言うまでもなく、量産を目的とした半導体気相成
長装置であり、従って被成長基板面内での結晶膜厚や結
晶中の組成等が均一であることが要求されることはもち
ろん、同時に処理される4枚の被成長基板上に形成され
る半導体薄膜の膜厚、組成等の特性が同一である必要が
ある。前記サセプタの回転はこれらの均一性を実現する
ために実施されるものであり、また、前記600〜12
00rpmの回転数により原料ガスの使用効率も、回転
が低速の場合に比べて増大することが知られている。均
一性を実現するため、前記サセプタの回転数をはじめと
して、反応炉内の圧力、反応炉へのガス供給量、加熱温
度等の作製条件を調整することが試みられている。
説明する。図4(a)において、1は石英等で作られる
反応管、2は被成長基板を保持するカーボン等で作られ
たサセプタ、3は前記サセプタの回転を行う回転軸、4
はサセプタ上に載置された被成長基板であり、その表面
に半導体の結晶膜が成長する。5はサセプタの加熱を行
うカーボン等で作られたヒーター、6は前記ヒーターの
支持台である。本例ではヒーター5によって、被成長基
板4を載置したサセプタ2を500〜700℃に加熱
し、かつ、回転軸3によってサセプタ2を600〜12
00rpmで回転させながら、原料ガス7の熱分解を利
用して被成長基板4上に膜厚数μm以下の半導体薄膜が
形成されるものであり、図4(b)に示すように被成長
基板4は、サセプタ2上に形成された溝内にほぼ水平に
載置される。例えば、基板は直径50mm、反応炉の圧
力は例えば76torrで、ガス流量は約30L/mi
n、基板表面付近におけるガス流速12cm/secで
ある。本例は4枚の被成長基板を同時に処理するもので
あり、言うまでもなく、量産を目的とした半導体気相成
長装置であり、従って被成長基板面内での結晶膜厚や結
晶中の組成等が均一であることが要求されることはもち
ろん、同時に処理される4枚の被成長基板上に形成され
る半導体薄膜の膜厚、組成等の特性が同一である必要が
ある。前記サセプタの回転はこれらの均一性を実現する
ために実施されるものであり、また、前記600〜12
00rpmの回転数により原料ガスの使用効率も、回転
が低速の場合に比べて増大することが知られている。均
一性を実現するため、前記サセプタの回転数をはじめと
して、反応炉内の圧力、反応炉へのガス供給量、加熱温
度等の作製条件を調整することが試みられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、原料ガスとし
て、水素中に、TMIn(トリメチルインジウム)等の
有機金属ガスとPH3 等のハイドライドガスを含ませて
供給するいわゆるMOCVD(有機金属化学気相成長)
法において、上記の反応炉を採用すると、被成長基板上
に形成される半導体薄膜の特性に分布が生じる。例えば
膜厚を例にとると、図4(c)に示すように、サセプタ
の回転中心からサセプタの外周方向へ向かい、成長膜厚
が薄くなる傾向を呈し、反応炉圧力やガス供給量等の作
製条件や、回転数等を調整しても、例えば直径50mm
の被成長基板上における膜厚分布は±5%以下には改善
されない。また、膜厚以外の例えば結晶組成や結晶中の
不純物の分布も膜厚と同様にサセプタの回転中心からサ
セプタの外周方向に向かう分布を示し、量産に向けてよ
り均一性を向上する必要がある。本発明の目的は上記の
問題を解決して結晶膜の均一性を向上し、量産に適した
半導体気相気相装置を提供することにある。
て、水素中に、TMIn(トリメチルインジウム)等の
有機金属ガスとPH3 等のハイドライドガスを含ませて
供給するいわゆるMOCVD(有機金属化学気相成長)
法において、上記の反応炉を採用すると、被成長基板上
に形成される半導体薄膜の特性に分布が生じる。例えば
膜厚を例にとると、図4(c)に示すように、サセプタ
の回転中心からサセプタの外周方向へ向かい、成長膜厚
が薄くなる傾向を呈し、反応炉圧力やガス供給量等の作
製条件や、回転数等を調整しても、例えば直径50mm
の被成長基板上における膜厚分布は±5%以下には改善
されない。また、膜厚以外の例えば結晶組成や結晶中の
不純物の分布も膜厚と同様にサセプタの回転中心からサ
セプタの外周方向に向かう分布を示し、量産に向けてよ
り均一性を向上する必要がある。本発明の目的は上記の
問題を解決して結晶膜の均一性を向上し、量産に適した
半導体気相気相装置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は上記事情に鑑み
てなされたものであり、本発明の目的は、下記の半導体
気相成長装置によって達成できる。すなわち、反応炉中
で複数の被成長基板を概略水平に保持し、少なくとも前
記複数の基板を回転軸を中心に300rpm以上200
0rpm以下の速度で公転させる機構を有する半導体気
相成長装置において、前記被成長基板を保持する回転サ
セプタをドーナツ状サセプタとし、かつ、前記ドーナツ
状サセプタの中央孔部に、円板を回転可能に設けてなる
ことを特徴とする半導体気相成長装置によって達成する
ことができる。この半導体気相成長装置の回転円板の回
転速度は前記ドーナツ状のサセプタの回転速度よりも低
速であることが望ましい。
てなされたものであり、本発明の目的は、下記の半導体
気相成長装置によって達成できる。すなわち、反応炉中
で複数の被成長基板を概略水平に保持し、少なくとも前
記複数の基板を回転軸を中心に300rpm以上200
0rpm以下の速度で公転させる機構を有する半導体気
相成長装置において、前記被成長基板を保持する回転サ
セプタをドーナツ状サセプタとし、かつ、前記ドーナツ
状サセプタの中央孔部に、円板を回転可能に設けてなる
ことを特徴とする半導体気相成長装置によって達成する
ことができる。この半導体気相成長装置の回転円板の回
転速度は前記ドーナツ状のサセプタの回転速度よりも低
速であることが望ましい。
【0005】
【実施例】次に本発明を図示の実施例に従って説明す
る。図1は本発明の半導体気相成長装置の一実施例の断
面図である。図中、10は、回転軸12により回転され
る平面形状がドーナツ状のサセプタ、11は前記ドーナ
ツ状のサセプタの中央孔部の内部に設けられ、回転軸1
3により回転される回転円板、14はサセプタ10の加
熱を行うヒーター、15は前記ヒーターの支持台、16
はヒーター14に電力を供給する電極棒である。17は
反応炉外部から反応炉内部の前記電極棒16に電流を導
入するための端子である。19はベルト20により回転
軸12を回転させる第1の回転モーター、21はベルト
22により回転軸13を回転させる第2の回転モーター
である。また18は反応炉内部を気密に保ちつつ、回転
軸12及び13を支える回転導入機であり、本実施例で
は、磁性流体を用いたいわゆる磁気シール型の回転導入
機を採用している。24は排気口である。なお、図4と
同様1は反応管、4は被成長基板を示す。
る。図1は本発明の半導体気相成長装置の一実施例の断
面図である。図中、10は、回転軸12により回転され
る平面形状がドーナツ状のサセプタ、11は前記ドーナ
ツ状のサセプタの中央孔部の内部に設けられ、回転軸1
3により回転される回転円板、14はサセプタ10の加
熱を行うヒーター、15は前記ヒーターの支持台、16
はヒーター14に電力を供給する電極棒である。17は
反応炉外部から反応炉内部の前記電極棒16に電流を導
入するための端子である。19はベルト20により回転
軸12を回転させる第1の回転モーター、21はベルト
22により回転軸13を回転させる第2の回転モーター
である。また18は反応炉内部を気密に保ちつつ、回転
軸12及び13を支える回転導入機であり、本実施例で
は、磁性流体を用いたいわゆる磁気シール型の回転導入
機を採用している。24は排気口である。なお、図4と
同様1は反応管、4は被成長基板を示す。
【0006】図2は前記図1の反応炉を用いてMOCV
D法を用いてInP基板上にInP薄膜を形成した際の
InP膜厚分布について検討した例であり、前記ドーナ
ツ状サセプタ10の回転数を1000rpmに固定し
て、回転円板11の回転数を変えた場合である。前記回
転円板11の回転数を前記ドーナツ状サセプタと同じ1
000rpmにすると、図4(c)同様に基板面内にお
ける膜厚はサセプタ周方向に向かい薄くなる傾向を示
し、一方、前記回転円板を0rpmにした場合にはほぼ
均一であるが、逆にサセプタ周方向に向かい若干膜厚が
増加する傾向が見られた。回転円板を400rpmとす
ることにより図2に示すような均一な膜厚分布が得られ
た。回転円板11の回転方向はドーナツ状サセプタ10
のそれと同じとするのが好ましい。また本発明において
回転円板11の回転をドーナツ状サセプタ10より低速
にするとは、下限として、回転数0の場合も包含する意
味である。
D法を用いてInP基板上にInP薄膜を形成した際の
InP膜厚分布について検討した例であり、前記ドーナ
ツ状サセプタ10の回転数を1000rpmに固定し
て、回転円板11の回転数を変えた場合である。前記回
転円板11の回転数を前記ドーナツ状サセプタと同じ1
000rpmにすると、図4(c)同様に基板面内にお
ける膜厚はサセプタ周方向に向かい薄くなる傾向を示
し、一方、前記回転円板を0rpmにした場合にはほぼ
均一であるが、逆にサセプタ周方向に向かい若干膜厚が
増加する傾向が見られた。回転円板を400rpmとす
ることにより図2に示すような均一な膜厚分布が得られ
た。回転円板11の回転方向はドーナツ状サセプタ10
のそれと同じとするのが好ましい。また本発明において
回転円板11の回転をドーナツ状サセプタ10より低速
にするとは、下限として、回転数0の場合も包含する意
味である。
【0007】このような回転円板11の作用については
次のように考えられる。すなわち、従来構造ではサセプ
タの回転により原料ガスがサセプタ中央部に集中するた
め、サセプタ中央寄りで原料ガス濃度が高くなり、サセ
プタ周辺部で相対的にサセプタ中央寄りよりも膜厚が薄
くなる。一方、本発明では中央部の回転円板を比較的低
速回転にすることにより、前記従来構造で見られたガス
流の集中が抑制され、回転円板の回転速度の調整によっ
て膜の均一性が向上する。以上説明したように、本発明
における回転円板の回転速度は、サセプタの回転速度よ
りも低速であることが望ましく、その回転速度は反応炉
構造や結晶成長条件によって最適値に設定することがで
き、条件によっては上述の如く回転数0でも構わない。
次のように考えられる。すなわち、従来構造ではサセプ
タの回転により原料ガスがサセプタ中央部に集中するた
め、サセプタ中央寄りで原料ガス濃度が高くなり、サセ
プタ周辺部で相対的にサセプタ中央寄りよりも膜厚が薄
くなる。一方、本発明では中央部の回転円板を比較的低
速回転にすることにより、前記従来構造で見られたガス
流の集中が抑制され、回転円板の回転速度の調整によっ
て膜の均一性が向上する。以上説明したように、本発明
における回転円板の回転速度は、サセプタの回転速度よ
りも低速であることが望ましく、その回転速度は反応炉
構造や結晶成長条件によって最適値に設定することがで
き、条件によっては上述の如く回転数0でも構わない。
【0008】図3は本発明の他の実施例を示すものであ
る。本実施例では図1に示す実施例と異なり、被成長基
板4を、ドーナツ状のトレー23上に載置し、このトレ
ー23をドーナツ状のサセプタ10上に載せて回転する
構造としてある。トレーの採用によって、サセプタ上へ
のウエハーの入れかえが容易となり、予備室を用いた自
動搬送方式の採用も可能となる。トレーを用いることに
よっても、本発明の基本的な効果は全く阻害されない。
図3において、図1と同符号は図1と同じものを示す。
る。本実施例では図1に示す実施例と異なり、被成長基
板4を、ドーナツ状のトレー23上に載置し、このトレ
ー23をドーナツ状のサセプタ10上に載せて回転する
構造としてある。トレーの採用によって、サセプタ上へ
のウエハーの入れかえが容易となり、予備室を用いた自
動搬送方式の採用も可能となる。トレーを用いることに
よっても、本発明の基本的な効果は全く阻害されない。
図3において、図1と同符号は図1と同じものを示す。
【0009】なお、本発明は以上に示した実施例に限定
されるものではなく、様々な変更が可能であることは言
うまでもない。実施例では結晶成長法としてTMIn、
PH3 を用いたMOCVD法を例にとって説明したが、
原料はこれに制限されずTEGa(トリエチルガリウ
ム)、AsH3 (アルシン)、TBP(ターシャリ・ブ
チルホスフィン)等々を用いることが可能であり、Ga
As(ガリウム・ヒ素)、InGaAsP(インジウム
・ガリウム・ヒ素・リン)等、様々な結晶材料を均一に
作製するために本発明は有効である。また、実施例では
膜厚分布について説明を行ったが、原料ガスの集中を抑
えて、原料ガス濃度の分布を調整することにより、結晶
中の構成元素の組成分布や不純物濃度分布をも均一化で
きることはいうまでもない。さらに、本発明の実施例で
は4枚の被成長基板を図示したが、本発明は複数枚の被
成長基板の取扱いを対象としたものであり、枚数は4枚
に限られたものでなく、また基板は図示したような円形
である必要は全くない。加えて、本発明は反応炉の作製
に用いる部品の材質等にも制限を加えるものではなく、
例えば反応管も、実施例で説明した石英製にとらわれる
ことはなく、ステンレス等の他の材質で作製しても問題
はない。
されるものではなく、様々な変更が可能であることは言
うまでもない。実施例では結晶成長法としてTMIn、
PH3 を用いたMOCVD法を例にとって説明したが、
原料はこれに制限されずTEGa(トリエチルガリウ
ム)、AsH3 (アルシン)、TBP(ターシャリ・ブ
チルホスフィン)等々を用いることが可能であり、Ga
As(ガリウム・ヒ素)、InGaAsP(インジウム
・ガリウム・ヒ素・リン)等、様々な結晶材料を均一に
作製するために本発明は有効である。また、実施例では
膜厚分布について説明を行ったが、原料ガスの集中を抑
えて、原料ガス濃度の分布を調整することにより、結晶
中の構成元素の組成分布や不純物濃度分布をも均一化で
きることはいうまでもない。さらに、本発明の実施例で
は4枚の被成長基板を図示したが、本発明は複数枚の被
成長基板の取扱いを対象としたものであり、枚数は4枚
に限られたものでなく、また基板は図示したような円形
である必要は全くない。加えて、本発明は反応炉の作製
に用いる部品の材質等にも制限を加えるものではなく、
例えば反応管も、実施例で説明した石英製にとらわれる
ことはなく、ステンレス等の他の材質で作製しても問題
はない。
【0010】
【発明の効果】以上、本発明によれば、同時に処理され
る複数の被成長基板上に膜厚、品質などの均一性良好な
結晶薄膜を形成することが可能となり、量産性向上に直
結することから、産業上の有益性は極めて大きい。
る複数の被成長基板上に膜厚、品質などの均一性良好な
結晶薄膜を形成することが可能となり、量産性向上に直
結することから、産業上の有益性は極めて大きい。
【図1】本発明の一実施例の断面図である。
【図2】本発明の一実施例の装置を採用して得られた回
転円板の回転数と結晶膜の膜厚との関係を説明する図で
ある。
転円板の回転数と結晶膜の膜厚との関係を説明する図で
ある。
【図3】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図4】(a)は従来の半導体気相成長装置の一例の説
明図、(b)は該装置のサセプタの断面図、(c)は該
装置より得られた被成長基板上に形成された膜厚分布を
示す図である。
明図、(b)は該装置のサセプタの断面図、(c)は該
装置より得られた被成長基板上に形成された膜厚分布を
示す図である。
1 反応管 2 サセプタ 3 回転軸 4 被成長基板 5 ヒーター 6 支持台 7 原料ガス 10 ドーナツ状サセプタ 11 回転円板 12 回転軸 13 回転軸 14 加熱用ヒーター 15 ヒーター支持台 16 ヒーター用電極棒 17 電流導入端子 18 回転導入機 19 第1の回転モータ 20 ベルト 21 第2の回転モータ 22 ベルト 23 トレー 24 排気口
Claims (2)
- 【請求項1】 反応炉中で複数の被成長基板を略水平に
保持し、少なくとも前記複数の基板を回転軸を中心に3
00rpm以上2000rpm以下の速度で公転させる
機構を有する半導体気相成長装置において、前記被成長
基板を保持する回転サセプタをドーナツ状サセプタと
し、かつ、前記ドーナツ状サセプタの中央孔部に、円板
を回転可能に設けてなることを特徴とする半導体気相成
長装置。 - 【請求項2】 前記回転円板の回転速度が前記ドーナツ
状のサセプタの回転速度よりも低速であることを特徴と
する請求項1記載の半導体気相成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17115193A JPH0710689A (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 半導体気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17115193A JPH0710689A (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 半導体気相成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0710689A true JPH0710689A (ja) | 1995-01-13 |
Family
ID=15917941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17115193A Pending JPH0710689A (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 半導体気相成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0710689A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001036708A1 (en) * | 1999-11-15 | 2001-05-25 | Ionas A/S | A method for depositing layers on a substrate |
-
1993
- 1993-06-17 JP JP17115193A patent/JPH0710689A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001036708A1 (en) * | 1999-11-15 | 2001-05-25 | Ionas A/S | A method for depositing layers on a substrate |
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