JPH07201743A - 気相堆積装置 - Google Patents

気相堆積装置

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JPH07201743A
JPH07201743A JP5336431A JP33643193A JPH07201743A JP H07201743 A JPH07201743 A JP H07201743A JP 5336431 A JP5336431 A JP 5336431A JP 33643193 A JP33643193 A JP 33643193A JP H07201743 A JPH07201743 A JP H07201743A
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JP
Japan
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susceptor
shaft
substrate
cylindrical
deposition apparatus
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Withdrawn
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JP5336431A
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English (en)
Inventor
Toru Okamoto
徹 岡本
Satoshi Murakami
聡 村上
Kenji Maruyama
研二 丸山
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板を保持するサセプタに関し、基板清浄化
熱処理時にサセプタを反転して堆積室の汚染を防止する
ことを目的とする。 【構成】 垂直回転軸を有するシャフト6上端に固設さ
れたU字型の挟持部4を原動節とし,側面にシャフト6
の回転加速により上下移動する円筒カム1c,1dを有
するサセプタ1を設ける。基板保持面1aはサセプタ1
の一端に形成される。円筒カム1c,1dは,2回対称
に設けられ,挟持部4に回動軸廻りに回動自在に挟持さ
れて垂直に垂下する。シャフト6の加速によりサセプタ
1は上昇し,回動軸より重心が高くなると反転して,基
板保持面の上下を逆転する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は基板からの蒸発に起因す
る汚染が少ない気相堆積装置に関し,特に堆積時以外は
基板保持面を堆積時の反対方向に向けることができるサ
セプタに関する。
【0002】半導体基板上に半導体薄膜を堆積する気相
堆積装置,例えばCVD(化学気相堆積)装置,MBE
(分子線エピタキシ)装置では,堆積前に基板表面を清
浄にするために基板を加熱する。
【0003】しかし,この加熱により基板表面から蒸発
した基板の構成元素は,装置内壁に付着し,その後,半
導体薄膜の堆積時に原料ガス中に混入して薄膜を汚染
し,薄膜の品質を劣化させる。
【0004】そこで,かかる基板からの汚染を防止でき
る気相堆積装置が希求されている。
【0005】
【従来の技術】従来の気相堆積装置について,HgCd
Te薄膜のCVD法による堆積例を参照しつつ説明す
る。
【0006】赤外素子に用いられるHgCdTe薄膜
は,格子不整の小さなCdTe又はCdZnTeを基板
としてその上にエピタキシャル成長により堆積すること
ができる。しかし,CdTe及びCdZnTeは,高価
であり又大面積の基板を製造することができない。この
ため,安価で大面積の基板を容易に入手し得るGaAs
単結晶が基板として用いられる。
【0007】GaAsをHgCdTe薄膜の基板として
用いる場合に,基板中のGa元素がHgCdTe堆積層
に拡散しn型不純物として作用すること,また基板と堆
積層との格子定数の不整が大きいため堆積層の結晶欠陥
密度が高いことが問題となる。この問題を解消するため
に,通常,CdTeからなるバッファ層が基板とHgC
dTe薄膜との間に設けられる。
【0008】ところで,GaAs基板表面にCdTeバ
ッファ層を堆積するためには,堆積前に,GaAs基板
を600℃程度の温度に加熱して基板表面を清浄化する
必要がある。しかし,この清浄化のための基板加熱によ
り,堆積室の内壁が汚染される。即ち,初めにGaAs
基板表面から解離圧の高いAsが蒸発し,次いでAsと
の結合を失ったGaが飛散し,これらAs及びGaが堆
積室の内壁面に付着する。これら堆積室内壁に付着した
不純物元素は,堆積の際に原料ガスに混入し,又は直接
に飛来して,堆積する薄膜中に不純物として取り込まれ
る。
【0009】例えば,GaAs基板上に有機Cd( 例え
ばDMCd) を原料ガスに含むCVD法によりHgCdTe
薄膜を堆積する場合,DMCd+Hg →DMHg↑+Cd ↓,3DMHg+
2Ga(GaAs) →2TMGa ↑+Hg なる化学反応によって, 堆積
室の内壁面に付着したGaが,有機Cdと水銀との反応
生成物である有機水銀( 例えばDMHg) と反応して有機G
a( 例えばTMGa) を生ずる。この結果,原料ガス中に有
機Gaが混入して多量のGa不純物をHgCdTe薄膜
中に取り込んでしまうことが,R.Korenstein等によりJ.
Vac.Sci.Technol.,A8,p1039(1990) 報告されている。
【0010】従って,気相堆積装置において原料ガスに
暴露される堆積室内壁を,堆積前の加熱によって生ずる
基板の構成元素による汚染から防護する方法が,高純度
の堆積層を形成するために必要となる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述したように,従来
の気相堆積装置では,基板の加熱処理の際に基板の構成
元素が堆積室内壁面に付着するため,これら基板の構成
元素が堆積薄膜中に不純物として取り込まれるという問
題があった。
【0012】本発明は,サセプタの上下面を反転するこ
とにより,堆積室内を汚染するおそれがある基板加熱時
にはサセプタの基板保持面を堆積時と上下反対向きに
し,堆積室の汚染を減少して,高純度の薄膜を堆積する
気相堆積装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】図1は,本発明の実施例
サセプタ斜視図であり,気相堆積装置のサセプタの構造
とその支持構造を表している。図2は本発明の実施例気
相堆積装置断面図であり,気相堆積装置の主要部分の概
要を表している。
【0014】上記課題を解決するための本発明の第一の
構成は,図1及び図2を参照して,堆積室内に,鉛直か
つ回転自在に設けられたシャフト6と,該シャフト6上
端に保持され,基板保持面1aが形成されたサセプタ1
とを有する気相堆積装置において,該サセプタ1に形成
された円筒部1eと,該円筒部1e側面に形成され,該
円筒部1eの中心軸を対称軸とする2回回転対称な2条
の円筒カム1c,1dと,2条の該円筒カム1c,1d
に該円筒部1eの直径の両端でそれぞれ接触し,該円筒
部1eを挟持する2個の接触子3c,3dと,該シャフ
ト6上端に形成された二股の各枝に各1つの該接触子3
c,3d)を水平直線上に保持し,該接触子3c,3d
により該二股の間に挟持された該円筒部1eを該水平直
線の廻りに回動自在に支持する挟持部4と,該シャフト
6に回転加速度を付加する回転駆動装置7とを有し,該
サセプタ1の重心は,該シャフト6の停止又は定速回転
時に該円筒部1eの中心線が鉛直に垂下する位置に設け
られ,該円筒カム1c,1dと該挟持部4は,該円筒カ
ム1c,1dを従属節とし該接触子3c,3dを原動節
として,該シャフト6の回転加速度に応じて該サセプタ
1を上下直線運動させる円筒カム装置を構成することを
特徴として構成し,及び,第二の構成は,第一の構成の
気相堆積装置において,該U字部4の底辺4aに,該サ
セプタ1からの熱輻射光を該シャフト6に導入し,下端
から導出するための温度観測用窓5を設けたことを特徴
として構成し,及び,第三の構成は,第一の構成の気相
堆積装置において,基板2の加熱洗浄時の該基板保持面
(1a)近傍に揮発成分供給用ガスのノズル8を設けた
ことを特徴として構成する。
【0015】
【作用】本発明の構成では,サセプタはその一部に円筒
部を有し,この円筒部に直交又は斜交する基板保持面を
有する。かかる形状の一つに円柱状サセプタがある。こ
の場合は,サセプタ全体が円筒部を構成し,円柱の一端
面を基板保持面とすることができる。以下,説明の便宜
のために,サセプタ1が円柱状の例について説明する。
【0016】先ず本発明の構成では,図1を参照して,
サセプタ1の円筒部1eに互いに2回回転対称の関係に
ある2条の円筒カム1c,1d,例えば円筒カム溝が設
けられている。この円筒カム1c,1dには,それぞれ
接触子3c,3dのうちの1個が接触し,2個の接触子
3c,3dは円筒部1eの直径上の両端に対向して配置
される。
【0017】これら2個の接触子3c,3dは,二股を
なす挟持部4の垂直な枝4c,4dの通常は先端近く
に,枝4cに円筒カム1cの接触子3cが,枝4dに円
筒カム1dの接触子3dが保持され,かつ,これら接触
子3c,3dが水平直線上にあるように取付けられる。
【0018】さらに,円筒カム1c,1dは互いに2回
回転対称の関係にある。従って,円筒部1eは,その直
径を水平直線上に配置された2個の接触子3c,3dで
挟持される。その結果,円筒部1eの直径は常に水平に
挟持されるから,円柱状サセプタ1の中心軸は,接触子
3c,3dを結ぶ水平直線(以下,「水平回動軸」とい
う。)と常に直交するように,言い換えると挟持方向
(水平回動軸方向をいう。)に直交する鉛直面内にある
ように保持される。
【0019】次に本発明の構成では,サセプタ1は,挟
持部4の枝4c,4dの間に配置され,水平回動軸の廻
りに正逆回転自在に保持される。かかる機構は,例えば
接触子3c,3dを円柱若しくは球形とすることで,又
は接触子3c,3dを挟持部4の枝4c,4dに回動自
在に支持することで実現できる。
【0020】この構成において,シャフト6,即ち挟持
部4が停止又は定速回転している場合は,サセプタ1は
その重心を最下点にして垂下する。従って,重心が挟持
位置(水平回動軸の位置)より上にあるときは,重心が
最下点になるように,サセプタ1は速やかに水平回動軸
廻りに回転する。本構成では,サセプタ1が垂下したと
き円筒部4が垂直に位置して垂下するようにサセプタ1
の重心位置が定められている。従って,この回転により
サセプタ1は上下180°反転する。即ち,サセプタ1
の一端に形成された基板保持面1aも,サセプタの反転
に伴いサセプタ1の反対側に移動する。
【0021】さらに本発明の構成では,円筒部1eと挟
持部4とは,円筒カム1c,1dを従属節とし,接触子
3c,3dを原動節とする円筒カム機構を構成する。こ
の円筒カム機構を図1(a)〜(c)を用いて説明す
る。図1(a)は,シャフト6が静止している当初の状
態を,図2(b)は,シャフトに回転加速を与えた直後
の状態を,図3(c)は,さらにその後の静止状態を表
している。
【0022】先に述べたように,静止状態では,図1
(a)を参照して,円筒部1eは接触子3c,3dによ
り垂直に挟持されている。この状態で,シャフト6に回
転が加わると,シャフト6上端の挟持部4の回転が加速
される一方,円筒部1eは慣性力により静止状態のまま
に留まる。このため,接触子3c,3dは円筒カム1
c,1dのカム曲線に沿って回転し,図1(b)を参照
して,円筒部1eを上方に垂直に移動する。かかる機構
は,カム曲線を螺旋とする円筒カム,又は,かかる回転
を直線に変換する通常の円筒カムを用いて実現できる。
なお,当初にシャフト6が定速回転をしている場合は,
その回転速度が加速される以外は,上記例と同様の作
用,効果を生ずる。
【0023】ついで,シャフト6の回転加速を零又はカ
ムが移動しない程度に小さくする。なお,接触子3c,
3dの回転により円筒部1eの回転が加速されることが
あるが,この増加した回転速度を加速度を逆の小さな値
にして,回転を減速することもできる。
【0024】このシャフト6の回転加速の減少後,又は
その以前に,上方に移動した円筒部1eは,図1(c)
を参照して,その重心が水平回動軸を超えて上方に移動
しているため,既述のように水平回動軸廻りに反転す
る。その結果,当初はサセプタ1の上端面にあり上方を
向いていた基板保持面1aは,反転後はサセプタ1の下
面となり下方を向く。
【0025】反転したサセプタ1は,シャフト6に同様
の加速を加えることで,再び反転させ当初の状態を回復
することができる。従って,堆積室を気相成長装置の上
方又は下方に設け,堆積時には基板保持面1aに保持さ
れた基板2表面を堆積室内に暴露し,基板2の加熱洗浄
時にはサセプタ1を反転することで基板2を堆積室から
隔離することができる。このため,本構成により,基板
2から飛散する元素による堆積室壁面及び堆積室内の汚
染を防止することができる。従って,不純物の少ない薄
膜が堆積される。
【0026】なお,堆積室を気相成長装置の左右何れか
に設け,サセプタ1の側面に基板保持面を形成しても同
様の作用,効果を生ずる。第二の構成では,図1を参照
して,挟持部4の底辺4aに窓5が設けられる。この窓
5は,サセプタ1からの熱輻射光をシャフト6に導入
し,図2を参照して,シャフト6下端から導出するため
の温度観測用窓5であり,シャフト6下端から温度計,
例えば放射温度計によりサセプタ6の温度を観測するこ
とができる。従って,基板温度の制御を容易に精密にな
すことができる。
【0027】第三の構成では,基板2の加熱洗浄時の該
基板保持面1a近傍に,例えば堆積室が装置上部に設け
られている場合は下方を向いている基板保持面1aの近
くに,ノズル8を設け,基板の加熱洗浄の際に基板を構
成する揮発性の成分元素を供給する。これにより,基板
表面近くの雰囲気中の揮発性元素の分圧を高め,基板か
らの元素の蒸発を防止することができる。従って,基板
の分解に起因する汚染を減少し,また,結晶性のよい薄
膜を堆積することができる。
【0028】なお,本発明において,螺旋状の円筒カム
曲線を逆巻きにすることで,原動節である挟持部の回転
方向を逆向きにできることはいうまでもない。
【0029】
【実施例】本発明を,GaAs基板上にHgCdTe薄
膜を堆積するCVD装置の実施例を参照して,詳細に説
明する。
【0030】図1を参照して,サセプタ1は直径10.
5cm, 高さ10cmの炭素円柱からなり,その一端に円柱
軸に垂直な基板保持面1aが形成され,側面に2条の円
筒カム1c,1dが形成されている。
【0031】基板保持面1aは,基板2を載置する円柱
軸に垂直な平面からなり,その平面上にサセプタ1と螺
合し基板2周辺を押止するリング状の基板保持具1bを
有する。
【0032】円筒カム1c,1dは,螺旋状のカム溝と
して形成される。なお,他のカム曲線を用いることがで
きるのは既述の通りである。接触子3c,3dは,石英
ガラス軸の先端に円,球又は舟形の石英ガラスからなる
接触端が形成されて構成され,石英ガラス軸は挟持部4
に取り付けられ,接触端はカム溝に嵌挿され抱持され
る。
【0033】挟持部4は,石英シャフト6の上端に形成
され,U字型の底辺4a中央でシャフト6上端に載設さ
れた石英部材からなる。2個の接触子3c,3dは,挟
持部4の2枝4c,4dの先端の互いに水平位置に設け
られた孔に接触子3c,3dのガラス軸を挿入して取り
付けられる。この取り付けは,接触子3c,3dの接触
端が舟形のときは回動自在に軸支する。円又は球形の接
触端では,接触端がサセプタを回動自在に保持するか
ら,ガラス軸を固設することもできる。
【0034】挟持部4には,その底辺4a上面中央,即
ちシャフト6上端面の直上に光学的平坦面からなる窓5
が設けられる。他方,シャフト6の下端にも同様の窓が
設けられており,シャフト6下端からシャフト6直上に
位置するサセプタ1の温度を放射温度計13(図2参
照)により観測できる。
【0035】本実施例の気相成長装置は,図2を参照し
て,上端に原料ガス導入口10を,側壁下部に排気口1
1を有する石英のチャンバ12と,チャンバ12底面中
央部に設けられた回転駆動装置7を貫通して,先端をチ
ャンバ12内に嵌挿されたシャフト6と,シャフト6先
端に支持されたサセプタ1とを有する。
【0036】ガス導入口10は,チャンバ上面に例えば
8個のガス導入口を一列に設けられる。先ず堆積時の状
態を説明する。
【0037】サセプタ1は,シャフト6先端の挟持部4
により支持され,堆積中は基板保持面1aを水平にかつ
上に向けて保持される。このとき,基板2とチャンパ1
2上面との間を例えば2cmと近接することで,列設され
たガス導入口10と共に,基板上に一様な流れを形成す
る。本実施例の装置では,このチャンバ12上部が堆積
室9となる。なお,堆積中のサセプタ1は,駆動回転装
置7により一定の速さ,例えば20rpmで回転され
る。
【0038】基板2は,直径75cmのGaAs結晶ウエ
ーハを用い,初めにCdTeバッファ層を堆積し,次い
でHgCdTe薄膜を堆積した。原料ガスは1気圧の水
素ガスをキャアガスとし,CdTeバッファ層の堆積に
はDMCd(ジメチルカドミウム)を10-5気圧及びD
IPTe(ジイソプロピルテルル)を10-3気圧の分圧
で混合して用いた。続いてなされるHgCdTe薄膜の
堆積には,CdTeバッファ層の堆積の原料ガスに加え
て,金属水銀を300℃に加熱して水銀蒸気を供給し,
チャンバ内に10-2気圧のHg分圧を付与した。基板2
の加熱は,チャンバ12外部に設けられた高周波コイル
によりサセプタ1を誘導加熱することでなされ,堆積中
は例えば360℃に維持される。
【0039】かかる条件下で,CdTeバッファ層及び
HgCdTe薄膜のいずれも略2.5μm/時の成長速
度で堆積された。次に,堆積前の予備的処理及び堆積後
の処理について説明する。
【0040】GaAs基板2は,サセプタ1の基板保持
面1a上に基板保持具1bにより固定される。次いで,
チャンバ12内でサセプタ1を基板保持面1aが下向き
になるように反転する。かかる操作は,基板2の取り付
けをサセプタ1上面で行い,その後サセプタを反転する
ので,基板の操作を容易にし,かつ塵埃の付着を減少す
る。なお,サセプタ1の反転は,既述したように,回転
駆動装置7によりシャフト6に回転加速を加えて行うこ
とができる。また,下を向く基板保持面の近くにはノズ
ル8が設けられている。
【0041】次いで,サセプタ1を回転駆動装置7によ
り例えば20rpmで回転し,ガス導入口から1気圧の
水素ガスを供給する。次いで,高周波誘導加熱によりサ
セプタ1を加熱し,基板2を600℃,30分間清浄化
のための熱処理を行う。このとき,基板2表面は下方を
向いているため,その表面から蒸発する元素は,堆積室
9であるチャンバ12上部には到達することがない。従
って,堆積室9内壁面及び堆積室内に表出する部材は汚
染されない。
【0042】この熱処理において,基板2温度が600
℃に昇温してから継続して,基板保持面の近くに設けら
れたノズル8から,分圧10-3気圧のTBAs(ターシ
ャリーブチルアルシン)を基板2表面に照射する。
【0043】次いで,基板温度を堆積温度,例えば36
0℃に降温し,維持する。これらの温度調整は,基板表
面からの熱輻射を,窓6を通しシャフト6下端に設けら
れた放射温度形13により観測して,その結果を高周波
出力に帰還することでなされる。
【0044】次いで,TBAsの照射を停止し,シャフ
ト6の回転を略100rpmまで加速してサセプタ1を
反転させ,基板保持面1aを上方に向ける。反転の操作
は既述と同じである。その後,除々に減速して再び20
rpmとする。
【0045】反転後,温度が安定した後,既述したCd
Teバッファ層とHgCdTe薄膜との堆積を行う。次
いで,再びシャフト6回転を加速して,サセプタ1を反
転し,基板保持面1aを下方に向ける。これにより,堆
積後に塵埃が基板2表面に降積することを回避すること
ができる。
【0046】図3は本発明の他の実施例気相堆積装置断
面図であり,横型気相堆積装置を表している。本実施例
の装置のチャンバーは,図3を参照して,左端閉管,右
端開管の石英ガラス製円筒管からなるチャンバー本体1
2Aと,その開管部に嵌合する石英製キャップ12Bか
ら構成される。チャンバー本体12Aの左方封管部の中
心には原料ガスを導入するガス導入口10Aが開口す
る。キャップ12Bの下端には排気口11Aが開設され
ている。
【0047】基板2を保持するサセプタ1,シャフト6
上端にサセプタ1を支持する挟持部4,及びシャフト6
の回転駆動部7は既述した第一実施例と同様に配設され
る。なお,回転駆動部7は,チャンバ本体12Aの底面
の一部を平坦に加工した領域に設けられる。また,シャ
フト6下端から放射温度形13によりサセプタ1の温度
を測定できることも第一実施例と同様である。
【0048】堆積中の基板2は,サセプタ1の上端面に
保持され,チャンバ本体の上方におかれる。基板2の清
浄化熱処理時は,サセプタ1を反転し,基板2をサセプ
タ1の下面に下向きに保持する。この状態の基板2表面
近くに開口し,TBAsを放出するノズル8Aを有する
ガス導入管が,チャンバ本体12Aの左端下部から挿入
されている。
【0049】本実施例の操作は,第一実施例と同様にな
される。なお,堆積条件も第一実施例と変わらない。
【0050】
【発明の効果】本発明の気相堆積装置によれば,堆積時
とそれ以外の時とでサセプタの基板保持面を反転するこ
とができるので,基板表面から蒸発する不純物元素によ
る堆積室内の汚染を回避することができ,純物の高い薄
膜を堆積することができる。
【0051】このため,半導体回路を含む電子機器の性
能向上に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例サセプタ斜視図
【図2】 本発明の実施例気相堆積装置断面図
【図3】 本発明の他の実施例気相堆積装置断面図
【符号の説明】
1 サセプタ 1a 基板保持面 1b 基板保持具 1c,1d 円筒カム 1e 円筒部 2 基板 3c,3d 接触子 4 U字部 4a 底辺 4c,4d 枝 5 窓 6 シャフト 7 回転駆動装置 8,8A ノズル 9 堆積室 10,10A ガス導入口 11,11A 排気口 12 チャンバ 12A チャンバ本体 12B キャップ 13 放射温度計 14,14A 高周波コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/12 G 31/0264

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 堆積室内に,鉛直かつ回転自在に設けら
    れたシャフト(6)と,該シャフト(6)上端に保持さ
    れ,基板保持面(1a)が形成されたサセプタ(1)と
    を有する気相堆積装置において,該サセプタ(1)に形
    成された円筒部(1e)と,該円筒部(1e)側面に形
    成され,該円筒部(1e)の中心軸を対称軸とする2回
    回転対称な2条の円筒カム(1c,1d)と,2条の該
    円筒カム(1c,1d)に該円筒部(1e)の直径の両
    端でそれぞれ接触し,該円筒部(1e)を挟持する2個
    の接触子(3c,3d)と,該シャフト(6)上端に形
    成された二股の各枝に各1つの該接触子(3c,3d)
    を水平直線上に保持し,該接触子(3c,3d)により
    該二股の間に挟持された該円筒部(1e)を該水平直線
    の廻りに回動自在に支持する挟持部(4)と,該シャフ
    ト(6)に回転加速度を付加する回転駆動装置(7)と
    を有し,該サセプタ(1)の重心は,該シャフト(6)
    の停止又は定速回転時に該円筒部(1e)の中心線が鉛
    直に垂下する位置に設けられ,該円筒カム(1c,1
    d)と該挟持部(4)は,該円筒カム(1c,1d)を
    従属節とし該接触子(3c,3d)を原動節として,該
    シャフト(6)の回転加速度に応じて該サセプタ(1)
    を上下直線運動させる円筒カム装置を構成することを特
    徴とする気相堆積装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の気相堆積装置において,
    該U字部(4)の底辺(4a)に,該サセプタ(1)か
    らの熱輻射光を該シャフト(6)に導入し,下端から導
    出するための温度観測用窓(5)を設けたことを特徴と
    する気相堆積装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の気相堆積装置において,
    基板(2)の加熱洗浄時の該基板保持面(1a)近傍に
    揮発成分供給用ガスのノズル(8)を設けたことを特徴
    とする気相堆積装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018071111A1 (en) * 2016-10-12 2018-04-19 Lam Research Corporation Wafer positioning pedestal for semiconductor processing
JP2024042512A (ja) * 2022-09-15 2024-03-28 アンリツ株式会社 プラズマエッチング装置及びグラフェン薄膜製造方法

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