JPH0773099B2 - 半導体気相成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体気相成長装置に関し、詳しくはサセプタ
の下部における原料ガスとキャリアガスの流れの乱れを
減少させることにより、半導体基板上に成長させる薄膜
の均一性を向上させる半導体気相成長装置に関する。

（従来の技術） 従来、この種の半導体気相成長装置は、第２図（ａ）、
（ｂ）及び第３図（ａ）、（ｂ）に示すように縦型の円
筒状反応管（20）内のカーボン製サセプタ（21）上に１
枚もしくは複数枚の半導体基板（22）を取付けるととも
に、外部のRFコイル（23）により高周波加熱を行う一
方、冷却ジャケット（24）に冷媒、例えば冷却水を通し
て反応管（20）の周壁の温度コントロールをしている。
この装置において、上記円管状反応管（20）の上部のガ
ス導入口（25）から導入された原料ガスとキャリアガス
とからなる混合ガスは上記カーボン製サセプタ（21）の
表面付近で反応し、半導体基板（22）上に半導体薄膜が
成長する。この場合、サセプタ（21）と反応管（20）間
の幾何学的対称性のずれと、排出口（26）による流れの
非対称性による影響を減少させ成長する半導体薄膜の厚
み等を均一にするため、通常上記サセプタ（21）を一定
の回転数で回転させながら成長を行っている。符号（2
7）は半導体薄膜を成長させた基板（22）を取替えるた
めの前室、（28）はゲートバルブ、（29）は前室のパー
ジガス導入口、（30）は開閉用扉を示す。また（31）は
サセプタホルダー、（32）は回転軸、（33）は熱電対を
それぞれ示す。なお、第２図及び第３図において同部位
は同符号を付した。

（発明が解決しよとうとする問題点） ところで、第２図に示すような従来の半導体気相成長装
置におけるサセプタホルダー（31）は同図（ｂ）に示す
ようにその上面端部がせいぜい面取してある程度なの
で、反応管（20）のガス導入口（25）から導入された反
応ガスの流れが一部剥離してしまい上記上面端部の下流
部から流れが大きく乱れ、その影響が上流部まで及び半
導体基板（22）上に堆積した膜厚分布の均一性が特に基
板端部から10mm内側の所が良好とはいえなかった。ま
た、第３図の半導体気相成長装置におけるサセプタ（2
1）は同図（ｂ）に示すようにその角が面取りをしてあ
るだけであるから、サセプタの下流部でガスの流れが剥
離し、小さな渦が発生するとともに、回転軸（32）に沿
って上昇流が発生し、大きな渦が発生する。このような
流れの乱れる影響が上流まで伝わることによって半導体
基板（22）の表面の膜厚の均一性が悪化する。

上述のように第２図及び第３図に示す従来の半導体気相
成長装置ではサセプタ（21）の下流端で反応ガスの流れ
の剥離がおき、各種の渦が発生する。この渦は周期的に
発生するので、その圧力変動が上流に影響を及ぼし、基
板上の境界層の厚さを変化させる。この境界の厚さの変
動により堆積速度が変化する。またこの影響は、下流に
近い所ほど大きいので、ウエハのエッジ部の堆積速度の
バラツキを大きくさせる原因となる。これは通常成長す
る条件では、Mach数Ｍが１よりはるか小さい（Ｍ＝v/a
＜＜1.0、ここでv:ガス流速、a:音速）ことから考えて
も十分に考えられる。したがって、膜厚の均一性の良い
ものが得にくい。特に、多数枚数同時に成長させる場合
には、サセプタ（21）の下流部に近い半導体基板（22）
の膜厚の均一性が上流側の半導体基板（22）に比べて膜
厚均一性が悪化する。しかし、上記基板間のバラツキを
小さくすることは難しい。また、サセプタ（21）の下流
部近傍の回転軸（32）に原料の反応生成物が付着し易
く、この付着物が回転軸（32）を駆動するときにはがれ
おち、オーリング等の軸のシール材を傷つけることも多
くなり、整備回数が多くなる結果となる。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、特
に、簡単な構造によってサセプタの下流部近傍の流れの
乱れを減少させて圧力変動の少ない流れを作り、膜厚の
均一性をより一層向上させることができる半導体気相成
長装置を提供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の上記目的は、反応管内で回転するサセプタ上に
半導体基板を取付け、この反応管内に原料ガスとキャリ
アガスを導入して半導体基板を加熱することにより熱分
解等の反応をさせて半導体基板上に半導体薄膜を成長さ
せる装置において、上記サセプタの下部にガス整流筒を
形成するとともに、このガス整流筒の内部より下方に向
けて整流ガス供給用管を介して整流ガスを吹き出させる
ようにしたことを特徴とする半導体気相成長装置により
達成された。

（実施例） 以下、図面によって本発明に係る半導体気相成長装置の
実施態様の一例について説明する。

第１図（ａ）、（ｂ）おいて、符号（Ａ）は半導体気相
成長装置におけるサセプタ部を示すもので、この例にお
いてサセプタ部（Ａ）以外の部位は第２図及び第３図に
示す従来の半導体気相成長装置と同様であるから、図示
及びその説明は省略する。

まず、同図（ａ）に示す半導体気相成長装置におけるサ
セプタ部（Ａ）はサセプタホルダ（２）の側面部に上部
から略中央部にかけてテーパ部（7a）を有するガス整流
筒（７）を設けるとともに、底部には下方に整流ガス吹
き出し孔（8a）…が穿設された平板（８）を設けた覆い
部材（９）が取着されている。そして、この覆い部材
（９）の内部には整流ガス導入のための整流ガス供給用
管（9a）の先端が配されるとともに、この整流ガス供給
用管（9a）はカーボンサセプタ（１）を回転させるため
の回転軸（５）と一緒に回転するように形成されてい
る。（６）は上記カーボンサセプタ（１）上に設けられ
たウエハ、（３）はカーボンサセプタ（１）とシース熱
電対（４）との間に介在されている毛細管を示す。

サセプタ部（Ａ）は上述のように構成されているので、
その使用にあたっては、まず、整流ガス供給用管（９）
内に整流ガスを通すことによって、この整流ガスはサセ
プタホルダ（２）の底部に設けた覆い部材（９）内に導
かれるとともに、この覆い部材（９）の下方に設けた平
板（８）の整流ガス吹き出し孔（8a）、（8a）…より半
導体気相成長装置の反応管（図示せず）内に吹き出され
る。これによって、ガス整流筒（７）の下部での反応ガ
スの剥離に伴う流れの乱れを著しく減少させることがで
き、半導体基板上に均一な膜厚を成長させることができ
る。この場合、膜厚均一性が基板端部から5mm内側の所
まで良好であった（バラツキが±５％以内）、また、吹
き出すガスが反応管（図示せず）内の反応ガスに比べて
非常に低い温度なので、上記整流ガス供給管（９）等に
対する反応生成物の付着が減少し、サセプタ（１）の回
転や基板取り出しのための昇降時に付着物がはがれ、シ
ール用のオーリング等を劣化させることが少なくなり、
整備の回数を低減し、安全性を向上させることができ
た。さらに、ウエハの場合、均一性増加の効果は表面比
で表わすと、２″ウエハの場合78％の増加となり顕著な
効果を示すことがわかる。

次に、同図（ｂ）に示す半導体気相成長装置におけるサ
セプタ部（Ａ）はカーボンサセプタ（10）の下部に断熱
性のガス整流筒（11）を取着して反応管（図示せず）の
下流部で反応ガスの流れの乱れの発生する場所をサセプ
タ（10）からできるだけ遠くするようにしたものであ
る。また、このカーボンサセプタ（10）の底部には同図
（ａ）と同様に下方に整流ガス吹き出し孔（12a）、（1
2a）…が穿設された平板（12）が設けられた覆い部材
（13）が取着されるとともに、この覆い部材（13）の内
部には整流ガス導入のための整流ガス供給用管（14）の
先端が配されている。そして、この整流ガス供給用管
（14）はカーボンサセプタ（10）を回転させるための回
転軸（15）と一緒に回転するように形成されている。
（16）はカーボンサセプタ（10）の外側面に設けられた
ウエハ、（17）はサセプタホルダ、（18）は毛細管、
（19）は熱電対を示す。

サセプタ部（Ａ）は上述のように構成されているので、
半導体薄膜成長を行うにあたっては、まず、整流ガス供
給用管（14）内に整流ガスを通すことによって、この整
流ガスはサセプタ（10）の底部に設けた覆い部材（13）
内に導かれるとともに、この覆い部材（13）の下方に設
けた平板（12）の整流ガス吹き出し孔（12a）、（12a）
…より半導体気相成長装置の反応管（図示せず）内に吹
き出される。これによって、反応管内におけるカーボン
サセプタ（10）を回転させるための回転軸（15）に沿う
反応ガスの上昇流がほとんど見受けられなくなる。実際
にGaAsのエピタキシャル膜を成長させたところ、前記第
２図及び第３図で示す従来装置では、半導体基板端部か
ら5mmの所で均一性が著しく悪かった（バラツキが±５
％以上）が、本発明の装置を用いると基板端部より3mm
の所で均一性が悪くなった。２″ウエハの場合この均一
性の増加は面積比で表わすと27％となり顕著な効果が得
られたことがわかる。

（発明の作用、効果） 上記構成のように、本発明に係る半導体気相成長装置に
よれば、サセプタの下部にガス整流筒を設けるととも
に、このガス整流筒の内部より下方に向けて整流ガス供
給用管を介して整流ガスを吹き出させるように形成した
ものである。したがって、反応管内のサセプタ下流部で
の反応ガスの乱れを著しく減少させることができるの
で、半導体基板上に成長させる薄膜の均一性を顕著に高
めることができるほか、反応生成物等の回転軸への付着
を防止でき、整備を行う頻度が減り、より一層安全性が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明に係るパンケーキ及びバ
レル型半導体気相成長装置におけるサセプタ部の説明
図、第２図（ａ）、（ｂ）及び第３図（ａ）、（ｂ）は
従来のパンケーキ及びバレル型気相成長装置の全体図及
びサセプタ部の説明図である。 符号の説明 Ａ……サセプタ部 （１）……カーボンサセプタ （２）……サセプタホルダ （７）……ガス整流筒 （８）……平板 （９）……覆い部材 （9a）……整流ガス供給用管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反応管内で回転するサセプタ上に半導体基
   板を取付け、この反応管内に原料ガスとキャリアガスを
   導入して半導体基板を加熱することにより熱分解等の反
   応をさせて半導体基板上に半導体薄膜を成長させる装置
   において、上記サセプタの下部にガス整流筒を設けると
   ともに、このガス整流筒の内部より下方に向けて整流ガ
   ス供給用管を介して整流ガスを吹き出すようにしたこと
   を特徴とする半導体気相成長装置。