JPH0750686B2 - 気相成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 内部でガスを流し物質の成長を行わせる反応管を具える
気相成長装置において、 反応管の内部におけるガスに接する部分をアルミナ膜で
被覆することにより、 その部分のガスによる腐食を低減させたものである。

〔産業上の利用分野〕 本発明は、気相成長装置に係り、特に、内部でガスを流
し物質の成長を行わせる反応管の内部の構成に関す。

上記反応管を具える気相成長装置は、例えば半導体装置
の製造における基板上に半導体や絶縁体の膜を成長させ
る際に使用されている。

一方、新しい半導体装置の開発に伴い、気相成長装置を
使用して成長させる物質は多伎に渡るようになってきて
いる。その物質の中には成長の際に反応管の内部を腐食
させるガスを用いるものがあるため、その腐食に対する
対策が望まれている。

〔従来の技術〕

上記腐食に繋がる成長物質には、例えばマグネシアスピ
ネル（MgO・AlO₃、以下スピネルと略称する）がある。
気相成長によるスピネル膜は、SOI（Silicon On Insula
tor）構造の半導体における絶縁体として有望視されて
いるものである。

スピネルの成長に使用される気相成長装置は、例えば第
３図の模式側断面図に示す構成をなしている。

第３図において、１は略水平に配設された筒状の反応
管、２は長手方向の中仕切により上段と下段に仕切られ
た筒状をなし反応管１内に配置されたソースチャンバ、
３と４はそれぞれ成長原料を入れてソースチャンバ２の
上段と下段に載置されるソースボート、5aと5bと5cはそ
れぞれソースチャンバ２の上段と下段と反応管１とにガ
スを導入するガス導入口、６は反応管１内に配置されて
ガス流れの断面積を所要の大きさに縮小するライナー
管、７は成長対象の基板Ｗを載置してライナー管６内に
配置される基板ホールダ、８はガス排出口を具え反応管
１の端部開口を蓋するキャップ、9aと9bと9cはそれぞれ
基板Ｗを配置する成長部とソースボート３部とソースボ
ート４部を加熱する抵抗加熱炉、であり、抵抗加熱炉9a
〜9cを除く上記の１〜８は石英ガラス（SiO₂）で作られ
ている。

スピネルの成長は次の如くにして行われる。

ソースボート３に入れられた塩化マグネシウム（Mg
Cl₂）が、加熱炉9bの加熱によりMgCl₂ガスを発生し、そ
のMgCl₂ガスがガス導入口5aから導入された水素（H₂）
ガスにより基板Ｗ上に輸送される。

ソースボート４に入れられたアルミニウム（Al）
が、加熱炉9cの加熱とガス導入口5bから導入されたH₂ガ
スおよび塩化水素（HCl）ガスとにより、塩化アルミニ
ウム（AlCl₃）ガスを発生し、そのAlCl₃ガスが基板Ｗ上
に輸送される。

ガス導入口5cから導入されたH₂ガスおよび二酸化炭
素（CO₂）ガスが基板Ｗ上を流れる。

さすれば加熱炉9aにより加熱された基板Ｗ上に、次
式の反応により成長したスピネル膜が形成される。

MgCl₂＋2AlCl₃＋4CO₂＋4H₂ →MgO・Al₂O₃＋8HCl＋4CO 〔発明が解決しようとする問題点〕 上述した気相成長において、基板Ｗ上のスピネル成長は
所望の如くなされるが、その成長は同時に反応管１の内
部に配置した、ソースチャンバ２、ソースボート３、ラ
イナー管６、などが高温の状態でMgCl₂ガスおよびH₂ガ
スに晒され、またソースボート３の内面は溶融状態のMg
Cl₂に触れている。

このため、SiO₂で作られているこれらソースチャンバ２
などは、MgCl₂に化学的に侵されて徐々に腐食してく
る。この腐食は、ライナー管６で保護されている反応管
１には殆ど見られないものの、ソースチャンバ２の上段
内面やソースボート３において特に甚だしく、ライナー
管６や基板ホールダ７にも及ぶ。

このことから上記気相成長装置は、ソースチャンバ２な
どの定期的交換を余儀無くさせられ、保全に費用がかか
る問題を抱えている。

この問題の解決策として、MgCl₂などに侵されることの
少ない化学的に安定な材料例えばアルミナ（Al₂O₃）で
ソースチャンバ２などを作ることが考えられるが、それ
は石英ガラスに比して加工が困難で非常に高価なものに
なり実用的でない。

〔問題点を解決するための手段〕

内部でガスを流し物質の成長を行わせる反応管の内部に
おける該ガスに接する部分が、前記反応管内部に置かれ
たアルミニウムにH₂雰囲気中でHClガスを反応させて発
生したAlCl₃ガスに、CO₂ガスを反応させることで形成さ
れたアルミナ膜で被覆されてなることを特徴とする本発
明の気相成長装置によって解決される。

〔作用〕

先に述べた腐食は対象物の表面から内部に進行するもの
であることから、その表面をアルミナで形成しておけば
腐食を低減させることが出来る。

そして従来の構成材料である石英ガラスの表面をアルミ
ナ膜で被覆することは、後述するように容易に行うこと
が出来る。

かくして本気相成長装置は、高価なものにならずして且
つ腐食に対する保全費用を軽減させるものとなる。

〔実施例〕

第１図は本発明実施例装置の模式側断面図、第２図は従
来例装置を実施例装置に改造する方法例の説明図、であ
る。全図を通じ同一符号は同一対象物を示す。

第１図は第３図に対応した図であり、第１図に示す実施
例装置となる気相成長装置は、例えば後述の第２図で説
明する方法により第３図に示した従来例装置の要部にア
ルミナ膜を被覆したものである。

この被覆により、ソースチャンバは２から2aに、ソース
ボートは３から3aに、ライナー管６は6aに、基板ホール
ダは７から7aになっている。なお第２図で説明する方法
によれば、反応管１やキャップ８にも多少の被覆がなさ
れるが、第１図では従来の符号のままにしてある。

この装置を使用したスピネルの成長方法は、従来例装置
の場合と全く同一である。

上記アルミナ膜の被覆は、例えば次の如くに行う（第２
図参照）。

被覆に使用する従来例装置には、腐食の生じていな
いものを使用する。

ソースボート３は空に、基板ホールダ７には基板Ｗ
を載置せずにしておき、ソースボート４にはAlを入れ、
更にソースチャンバ２のソースボート４部上段にAlを入
れたソースボート10を追加する。

加熱炉9cによりソースボート４部を約550℃に、ま
た加熱炉6aおよび6bにより成長部およびソースボート３
部を約950℃に加熱する。

ガス導入口5aおよび5bのそれぞれからH₂ガスおよび
HClガスを、また、ガス導入口5cからH₂ガスおよびCO₂ガ
スを導入し反応管１内部に流す。AlCl₃ガスがソースボ
ート４および10から発生し一緒に流れる。

ガス導入口5aおよび5bのH₂ガス導入量を調整することに
より、ソースチャンバ２内およびソースボート３付近に
も拡散によりCO₂ガスが導入される。

さすれば加熱された各部の上記ガスに晒される表面
に、次式の反応により成長したアルミナ膜が形成され
る。アルミナ膜の厚さは、従来例装置で腐食の甚だしい
部分で数μｍ以上を目処にすれば良い。

2AlCl₃＋3CO₂＋3H₂ →Al₂O₃＋6HCl＋3CO この改造により得られた気相成長装置におけるソースチ
ャンバ2aなどの腐食による定期的交換の周期は、従来例
装置の場合に比して10倍以上に延伸した。

なおソースチャンバ２など腐食対象物にアルミナ膜を被
覆するのに、上記例では成長に使用する気相成長装置自
体を用いたが、被覆が気相成長を利用して行っているこ
とから、定期的に交換する腐食対象物に対して別途の処
で被覆することも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の構成によれば、内部でガス
を流し物質の成長を行わせる反応管を具える気相成長装
置において、装置を高価なものにせずして反応管の内部
におけるガスに接する部分の該ガスによる腐食を低減さ
せることが可能になり、当該装置の腐食に対する保全費
用を軽減させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例装置の模式側断面図、 第２図は従来例装置を実施例装置に改造する方法例の説
明図、 第３図は実施例装置となる気相成長装置の模式側断面
図、 である。 図において、 １は反応管、 ２、2aはソースチャンバ、 ３、3a、４、10はソースボート、 5a〜5cはガス導入口、 ６、6aはライナー管、 ７、7aは基板ホールダ、 ８はキャップ、 9a〜9cは抵抗加熱炉、 Ｗは成長対象の基板、 である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部でガスを流し物質の成長を行わせる反
   応管の内部における該ガスに接する部分が、前記反応管
   内部に置かれたアルミニウムにH₂雰囲気中でHClガスを
   反応させて発生したAlCl₃ガスに、CO₂ガスを反応させる
   ことで形成されたアルミナ膜で被覆されてなることを特
   徴とする気相成長装置。