JP4855029B2 - Semiconductor crystal growth equipment - Google Patents

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Description

本発明は、シリコンカーバイドなどの半導体結晶の成長装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for growing a semiconductor crystal such as silicon carbide.

シリコンカーバイド（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて絶縁破壊電界強度が約１０倍であり、この他に熱伝導率、電子移動度、バンドギャップなどにおいても優れた物性値を有する半導体であることから、従来のシリコン系パワー半導体素子に比べて飛躍的な性能向上を実現する半導体材料として期待されている。   Silicon carbide (SiC) is a semiconductor that has a breakdown electric field strength of about 10 times that of silicon (Si), and also has excellent physical properties in terms of thermal conductivity, electron mobility, band gap, and the like. Therefore, it is expected as a semiconductor material that realizes a dramatic performance improvement as compared with conventional silicon-based power semiconductor elements.

従来の半導体用シリコンカーバイドの結晶成長を行なう成長装置としては、例えば図３に示すいわゆる横型結晶成長装置１００のように、単結晶基板１０１を支持する筒状の基板支持台（以下、サセプタと呼ぶ）１０２を供給管１０４と同方向に設置したものがある。そして、サセプタ１０２の内周部の底面１０２ｂ上に単結晶基板１０１が載置され、サセプタ１０２を誘導加熱する誘導コイル１０５が供給管１０４の周囲に設置されている。   As a conventional growth apparatus for crystal growth of silicon carbide for semiconductors, for example, a so-called horizontal crystal growth apparatus 100 shown in FIG. 3, a cylindrical substrate support (hereinafter referred to as a susceptor) that supports a single crystal substrate 101 is used. ) 102 is installed in the same direction as the supply pipe 104. A single crystal substrate 101 is placed on the bottom surface 102 b of the inner peripheral portion of the susceptor 102, and an induction coil 105 for induction heating the susceptor 102 is installed around the supply pipe 104.

そして、誘導コイル１０５によりサセプタ１０２を誘導加熱して単結晶基板１０１を１５００℃程度に加熱するとともに反応ガス１０３を矢印方向に供給することにより、単結晶基板１０１の表面に反応ガス１０３の成分元素あるいは化合物を連続的に析出成長させ、単結晶薄膜を成膜している。   Then, by induction heating the susceptor 102 by the induction coil 105 to heat the single crystal substrate 101 to about 1500 ° C. and supplying the reaction gas 103 in the direction of the arrow, the component elements of the reaction gas 103 are formed on the surface of the single crystal substrate 101 Alternatively, the compound is continuously deposited and grown to form a single crystal thin film.

ところで、このような結晶成長装置１００では、サセプタ１０２は筒状で反応ガス１０３の流れ方向に平行に配置されているため、サセプタ１０２が誘導加熱されると、このサセプタ１０２が最も高温になる。すると、その高温時にサセプタ１０２の表面が反応ガス１０３あるいはキャリアガスによりエッチングされることがある。このようなサセプタ表面のエッチングは、サセプタからの不純物放出の要因となって、形成された単結晶膜の純度を下げてしまう。また、このサセプタ１０２の表面のエッチング作用は、サセプタ１０２の温度が高くなるにつれて顕著になるので、特に、高温（１５００℃以上）かつ長時間の反応が必要となる膜厚の厚いシリコンカーバイド単結晶膜の成長を阻害するという問題があった。   By the way, in such a crystal growth apparatus 100, since the susceptor 102 is cylindrical and arranged in parallel with the flow direction of the reaction gas 103, when the susceptor 102 is induction-heated, the susceptor 102 becomes the highest temperature. Then, the surface of the susceptor 102 may be etched by the reaction gas 103 or the carrier gas at the high temperature. Such etching of the susceptor surface causes impurities to be released from the susceptor and lowers the purity of the formed single crystal film. Further, the etching action on the surface of the susceptor 102 becomes more prominent as the temperature of the susceptor 102 becomes higher. In particular, a thick silicon carbide single crystal that requires a high temperature (1500 ° C. or higher) and a long-time reaction is required. There was a problem of inhibiting the growth of the film.

一方、単結晶基板１０１は高温のサセプタ１０２からの伝熱により加熱されるので、温度上昇に伴って単結晶基板１０１とサセプタ１０２との温度差が大きくなる傾向がある。この単結晶基板１０１とサセプタ１０２との温度差は、サセプタ１０２のコーティング膜の寿命を短縮させる要因という問題があった。   On the other hand, since single crystal substrate 101 is heated by heat transfer from high-temperature susceptor 102, the temperature difference between single crystal substrate 101 and susceptor 102 tends to increase as the temperature rises. This temperature difference between the single crystal substrate 101 and the susceptor 102 has a problem of shortening the life of the coating film of the susceptor 102.

また、このような横置き型の結晶成長装置１００では、基板を一回で処理できる数には限界があり、処理枚数の増加あるいは基板の大口径化をさせるには装置全体を大型化しなければならないという問題があった。しかしながら、装置を大型化すると、反応ガス１０３の流速の均一性が確保し難く、結果として得られた結晶にばらつきが生じるという問題が発生する。   Further, in such a horizontal crystal growth apparatus 100, there is a limit to the number of substrates that can be processed at one time. To increase the number of processed substrates or increase the diameter of the substrate, the entire apparatus must be enlarged. There was a problem of not becoming. However, when the size of the apparatus is increased, it is difficult to ensure the uniformity of the flow rate of the reaction gas 103, and there arises a problem that the resulting crystals vary.

そこで、一度に多量の基板を処理することができるように、図４に示したように、ガス供給管を縦型に配置したものも提供されている（特許文献２）。
この半導体結晶の成長装置１０では、供給管１１が縦型に配置され、その外周に誘導加熱装置２６が配置されている。そして、第１の隔壁１８と第２の隔壁２２とで断面矩形状に画成された内室１２内に基板保持治具３０が収容され、この基板保持治具３０の各段に基板３２が配置されている。 Thus, there is also provided a gas supply pipe arranged vertically as shown in FIG. 4 so that a large amount of substrates can be processed at one time (Patent Document 2).
In this semiconductor crystal growth apparatus 10, the supply pipe 11 is arranged vertically, and an induction heating apparatus 26 is arranged on the outer periphery thereof. The substrate holding jig 30 is accommodated in the inner chamber 12 defined by the first partition wall 18 and the second partition wall 22 so as to have a rectangular cross section, and the substrate 32 is provided at each stage of the substrate holding jig 30. Has been placed.

また、いわゆるパンケーキ型の気相成長装置も知られている（特許文献３、特許文献４）
これらパンケーキ型の成長装置では、ペルジャと称されるドーム状の空間内にサセプタが配置される。
特開２００１−１２２６９２号公報 特開平９−３３０８８４号公報 特開２０００−１７５９９５号公報 特開平７−４５５３０号公報 A so-called pancake type vapor phase growth apparatus is also known (Patent Documents 3 and 4).
In these pancake-type growth apparatuses, a susceptor is arranged in a dome-shaped space called a “pergia”.
JP 2001-122692 A Japanese Patent Laid-Open No. 9-330884 JP 2000-175959 A JP 7-45530 A

ところで、特許文献２の成長装置１０では、装置本体の下方から反応ガスを導入するとともに同方向から反応ガスを排出するため、内室１２内でのガスの流速及び流量に違いが生じ、得られた結晶の厚みにばらつきが生じるという問題があった。   By the way, in the growth apparatus 10 of Patent Document 2, since the reaction gas is introduced from the lower side of the apparatus main body and the reaction gas is discharged from the same direction, a difference occurs in the flow velocity and flow rate of the gas in the inner chamber 12. There was a problem that the thickness of the crystal was varied.

加えて、特許文献２の成長装置１０では、ガスの導入および排出は、ノズルなどを用いて行なっているため、部品点数が多くなるとともに、構造が煩雑になるという問題もあった。   In addition, in the growth apparatus 10 of Patent Document 2, since introduction and discharge of gas are performed using a nozzle or the like, there are problems that the number of parts increases and the structure becomes complicated.

また、従来の成長装置１０、１００では、供給管１１、１０４の断熱性が十分でなく、反応室の保熱性が損なわれ、そのため反応室内の温度分布の均質性が保ち難い（特にＳｉＣのような高温加熱を必要とする場合）。その結果、得られる結晶の品質にばらつきが生じるという問題がある。さらには、一度下がった温度を上昇させるための時間およびエネルギーが余分にかかるという問題があった。   Moreover, in the conventional growth apparatuses 10 and 100, the heat insulation of the supply pipes 11 and 104 is not sufficient, and the heat retention of the reaction chamber is impaired, so that it is difficult to maintain the homogeneity of the temperature distribution in the reaction chamber (especially like SiC). When high temperature heating is required). As a result, there is a problem that the quality of the obtained crystal varies. Furthermore, there is a problem that it takes extra time and energy to raise the temperature once lowered.

また、特許文献３及び特許文献４のパンケーキ型は、図３に示した成長装置１００に比べると、一度に処理できる基板の枚数は増えるものの、やはり限界があり、また大口径の基板を処理するには特に、横方向への大型化が必要とされる上、結晶膜の品質の均一化が損なわれるなどの問題を有している。   In addition, the pancake molds of Patent Document 3 and Patent Document 4 have a limited number of substrates that can be processed at one time as compared with the growth apparatus 100 shown in FIG. In particular, there is a problem in that the lateral enlargement is required and the uniformity of the quality of the crystal film is impaired.

本発明は、このような実情に鑑み、大口径の基板を多数同時に処理することが可能であるとともに、構造が簡単で、反応室内の断熱性及び温度分布の均質性も十分で処理時間の短縮化が図れ、しかも結晶膜の純度も良好で、得られた結晶のばらつきも可及的に少なくすることができる半導体結晶の成長装置を提供することを目的としている。   In view of such circumstances, the present invention can simultaneously process a large number of large-diameter substrates, has a simple structure, sufficient heat insulation in the reaction chamber, and sufficient temperature distribution homogeneity, thereby shortening the processing time. It is an object of the present invention to provide a semiconductor crystal growth apparatus that can be made uniform, and that the purity of the crystal film is good, and variations in the obtained crystal can be minimized.

上記目的を達成するための本発明に係る半導体結晶の成長装置は、
縦型に配置され、限定された空間内に反応ガスが導入されるガス供給管と、
前記ガス供給管の外周面に配置される誘導加熱手段と、
前記誘導加熱手段と対向するように前記ガス供給管の内周側に配置され、ガス導入口とガス排出口がそれぞれ対向する側壁面に形成された有底筒構造の輻射部材と、
前記輻射部材の内方に挿入された軸に一体的に支持され、略水平方向に複数の基板を載置できるように棚状に構成されたサセプタ構成部材と、
前記サセプタ構成部材を支持する軸に回転力および直線方向への移動力を付与する動力手段と、を備え、
前記ガス供給管と前記輻射部材との間には、内側断熱材が介在され、
前記輻射部材の上部には、上方断熱材が移動不能に設置され、
前記サセプタ構成部材と前記軸との間には、複数の反射板が多段に載置された下方断熱部材が設置され、この下方断熱部材を介して前記サセプタ構成部材が前記軸に支持され、
前記反応ガスは、軸方向上部から導入され、前記輻射部材の外側を通り、軸方向下方に進んだ後、前記ガス導入口からサセプタ構成部材の内部に向かって略水平方向に供給され、その後、前記ガス排出口から前記内側筒の外側を通って軸方向下部に送給されるか、または、
前記反応ガスは、軸方向下部から導入され、前記輻射部材の外側を通り、軸方向上方に進んだ後、前記ガス導入口からサセプタ構成部材の内部に向かって略水平方向に供給され、その後、前記ガス排出口から前記内側筒の外側を通って軸方向上部に送給されることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a semiconductor crystal growth apparatus according to the present invention comprises:
A gas supply pipe which is arranged in a vertical shape and into which a reaction gas is introduced in a limited space;
Induction heating means disposed on the outer peripheral surface of the gas supply pipe;
A radiating member having a bottomed cylindrical structure that is disposed on the inner peripheral side of the gas supply pipe so as to face the induction heating means, and a gas introduction port and a gas discharge port are respectively formed on opposite side wall surfaces;
A susceptor constituting member that is integrally supported by a shaft inserted inward of the radiation member and configured in a shelf shape so that a plurality of substrates can be placed in a substantially horizontal direction;
Power means for applying a rotational force and a moving force in a linear direction to a shaft that supports the susceptor component,
An inner heat insulating material is interposed between the gas supply pipe and the radiation member,
On the upper part of the radiating member, an upper heat insulating material is installed immovably,
Between the susceptor constituent member and the shaft, a lower heat insulating member in which a plurality of reflectors are placed in multiple stages is installed, and the susceptor constituent member is supported by the shaft via the lower heat insulating member,
The reaction gas is introduced from the upper part in the axial direction , passes through the outside of the radiation member, travels downward in the axial direction , and then is supplied in a substantially horizontal direction from the gas inlet toward the inside of the susceptor component, Fed from the gas outlet through the outside of the inner cylinder to the lower part in the axial direction, or
The reaction gas is introduced from the lower part in the axial direction, passes through the outside of the radiating member, travels upward in the axial direction, and then is supplied in a substantially horizontal direction from the gas inlet toward the inside of the susceptor component, The gas discharge port is fed to the upper part in the axial direction through the outside of the inner cylinder .

このような構成による本発明によれば、誘導加熱により加熱される輻射部材が有底筒構造となっているので、輻射部材の外側をガス通路として構成することができる。よって、ガス導入のためにノズルなどの部材が不要となり、部品点数を少なくすることができる。   According to the present invention having such a configuration, since the radiating member heated by induction heating has a bottomed cylindrical structure, the outside of the radiating member can be configured as a gas passage. Therefore, a member such as a nozzle is not necessary for introducing gas, and the number of parts can be reduced.

さらに、サセプタ構成部材は棚状に構成され、ガス供給管の内側に略全体に広がるように配置することができるので、装置全体をそれ程大型にしなくても、大口径の基板の処理を行なうことができる。
また、本発明では、前記サセプタ構成部材と前記軸との間には、下方断熱部材が設置され、この下方断熱部材を介して前記サセプタ構成部材が前記軸に支持されているので、装置全体をコンパクトにしつ下部の断熱性を向上させることができる。 Furthermore, since the susceptor constituting member is formed in a shelf shape and can be arranged so as to spread almost entirely inside the gas supply pipe, a large-diameter substrate can be processed without making the entire apparatus so large. Can do.
In the present invention, a lower heat insulating member is installed between the susceptor constituent member and the shaft, and the susceptor constituent member is supported by the shaft through the lower heat insulating member. It is compact and can improve the heat insulation of the lower part of the heel.

さらに、前記反応ガスは、前記輻射部材の外側を通り、軸方向に進んだ後、前記ガス導入口からサセプタ構成部材の内部に向かって略水平方向に供給され、その後、前記ガス排出口から輻射部材の外側を通って軸方向に送給されるので、結晶の均一化に寄与することができる。   Further, the reaction gas passes through the outside of the radiating member and advances in the axial direction, and then is supplied in a substantially horizontal direction from the gas inlet toward the inside of the susceptor component, and then radiates from the gas outlet. Since it is fed in the axial direction through the outside of the member, it can contribute to the homogenization of crystals.

また、本発明では、前記ガス供給管と前記輻射部材との間には、内側断熱材が介在されているので、外周部分での断熱性を向上させることができる。
さらに、前記輻射部材の上部に、上方断熱材が移動不能に設置されているので、輻射部材の上部での断熱性を向上させることができる。 Moreover, in this invention, since the inner side heat insulating material is interposed between the said gas supply pipe | tube and the said radiation member, the heat insulation in an outer peripheral part can be improved.
Furthermore, since the upper heat insulating material is immovably installed on the upper portion of the radiating member, the heat insulating property on the upper portion of the radiating member can be improved.

さらに、本発明では、前記サセプタ構成部材と前記軸との間には、下方断熱材が設置され、この下方断熱材を介して前記サセプタ構成部材が前記軸に支持されているので、装置全体をコンパクトにしつつ下部の断熱性を向上させることができる。 Furthermore, in the present invention, between the shaft and the susceptor component is lower heat insulator is installed, since the susceptor component through the lower heat insulator is supported by the shaft, the entire device The heat insulating property of the lower part can be improved while being compact.

また、本発明では、前記下方断熱体は、複数の反射板が多段に載置されたものであることから、輻射熱を反射板で反射させることができる。
さらに、複数の反射板を単に、多段に載置して構成するので、反射板の設置が簡便であるとともに、断熱性が極めて良好に発揮される。これにより、反応室の温度分布の均質化を図ることができる。また、反射板の数を変更することにより、断熱効果を容易に調節することができる。 Moreover, in this invention, since the said lower heat insulator is a thing in which the several reflecting plate was mounted in multistage, it can reflect radiant heat with a reflecting plate.
Furthermore, since the plurality of reflecting plates are simply placed in multiple stages, the reflecting plates can be easily installed and the heat insulating property is exhibited extremely well. Thereby, homogenization of the temperature distribution of the reaction chamber can be achieved. Moreover, the heat insulation effect can be easily adjusted by changing the number of reflectors.

さらに、本発明では、前記ガス供給管には、減圧手段が接続されていることが好ましい。
このような構成であれば、結晶の成長に不純物が混入せず、より均一な結晶膜を成長させることができる。 Furthermore, in the present invention, it is preferable that a decompression means is connected to the gas supply pipe.
With such a configuration, impurities are not mixed in the crystal growth, and a more uniform crystal film can be grown.

また、前記反応ガスは、軸方向上部あるいは下部のいずれか一方から導入され、いずれか他方から排出されることが好ましい。
このような構成であれば、反応ガスの流量、流速に違いがでることが少なくなる。 Moreover, it is preferable that the said reactive gas is introduce | transduced from either one of the axial direction upper part or the lower part, and is discharged | emitted from either one.
With such a configuration, the difference in the flow rate and flow rate of the reaction gas is reduced.

本発明に係る半導体結晶の成長装置によれば、輻射部材の外側を利用して反応ガスを流すことができるので、ノズルなどのガス導入のための部材が不要であり、構造がコンパクトである。また、大型の基板を多数枚同時に処理することができる。さらに、反応が行なわれる空間は、周囲が断熱材により覆われているので、保熱効果が高く、熱エネルギーを有効に用いることができる。また、下方断熱部材は、その断熱性の調整が容易であるので、好ましい断熱性を付与することができる。 According to the semiconductor crystal growth apparatus of the present invention, since the reaction gas can be flowed using the outside of the radiation member, a member for introducing a gas such as a nozzle is unnecessary, and the structure is compact. In addition, a large number of large substrates can be processed simultaneously. Furthermore, since the space where the reaction is performed is covered with a heat insulating material, the heat retention effect is high, and heat energy can be used effectively. Moreover, since the downward heat insulation member is easy to adjust the heat insulation property, it can provide preferable heat insulation properties.

また、上部と下部で反応ガスの流速を略一定に保つことができるとともに、サセプタ構成部材を回転させることができるので結晶の均一化を向上させることができる。   In addition, the flow rate of the reaction gas can be kept substantially constant between the upper part and the lower part, and the susceptor constituting member can be rotated, so that the uniformity of crystals can be improved.

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。
図１は本発明の一実施例に係る半導体結晶の成長装置の一部を示したものである。なお、本明細書において、「上」「下」「右」「左」などは、説明の都合上便宜的に用いたもので、「上」とは図１において紙面の上を、「右」とは図１において紙面の右を示しているが、上下左右逆転した状態に配置することも可能である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a part of a semiconductor crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention. In the present specification, “upper”, “lower”, “right”, “left” and the like are used for convenience of explanation, and “upper” means “right” on the paper surface in FIG. 1 shows the right side of the page in FIG. 1, but it can also be arranged upside down, left and right.

すなわち、この結晶の成長装置５０は、略筒状のガス供給管５２と、ガス供給管５２の外周面に配置される誘導加熱手段５４と、誘導加熱手段と対向するようにガス供給管５２の内周面に配置された有底筒状の輻射部材５６と、輻射部材５６の内方に挿入された軸５９と、軸５９に支持され略水平方向に複数の基板を載置できるように棚状に構成されたサセプタ構成部材５８と、軸５９に回転力および直線移動力を付与する動力手段６０と、を有している。   That is, the crystal growth apparatus 50 includes a substantially cylindrical gas supply pipe 52, an induction heating means 54 disposed on the outer peripheral surface of the gas supply pipe 52, and the gas supply pipe 52 so as to face the induction heating means. A bottomed cylindrical radiating member 56 disposed on the inner peripheral surface, a shaft 59 inserted inside the radiating member 56, and a shelf supported by the shaft 59 so that a plurality of substrates can be placed in a substantially horizontal direction. A susceptor constituting member 58 configured in a shape, and power means 60 for applying a rotational force and a linear moving force to the shaft 59.

さらに、本実施例では、略筒状のガス供給管５２と輻射部材５６との間に内側断熱材６２が、輻射部材５６の上部に上方断熱材６４が、サセプタ構成部材５８と軸５９との間に下方断熱部材６６が、それぞれ設置されている。   Further, in the present embodiment, the inner heat insulating material 62 is provided between the substantially cylindrical gas supply pipe 52 and the radiation member 56, the upper heat insulating material 64 is provided on the upper portion of the radiation member 56, and the susceptor constituting member 58 and the shaft 59. A lower heat insulating member 66 is installed between them.

上記ガス供給管５２は、誘導加熱されないように、具体的には石英管により形成され縦型に配置されているが、図外の上下端面は密閉されることにより、内部に限定した空間Ｓを構成している。   The gas supply pipe 52 is specifically formed of a quartz pipe so as not to be induction-heated and is arranged in a vertical shape. However, the upper and lower end surfaces outside the figure are sealed, so that a space S limited to the inside is formed. It is composed.

上記誘導加熱手段５４は、より具体的には交流電流により磁界を発生する誘導コイルである。
上記輻射部材５６は、外側の誘導加熱手段５４により誘導加熱されるもので、例えば、表面がシリコンカーバイドにより被覆された導電性材料から構成されている。本実施例の輻射部材５６は、有底二重筒構造で、上下逆転した姿勢、すなわち、底部分が天井面７２を構成するように配置されている。このように、本実施例では、輻射部材５６が二重の円筒状に形成されているので、空間Ｓ内を略均等に加熱することが促進される。なお、この輻射部材５６は、単に円筒体であっても良く、二重構造の筒体に限定されるものではない。 More specifically, the induction heating means 54 is an induction coil that generates a magnetic field by an alternating current.
The radiation member 56 is induction-heated by the outer induction heating means 54, and is made of, for example, a conductive material whose surface is covered with silicon carbide. The radiation member 56 of the present embodiment has a bottomed double cylinder structure, and is disposed so that the vertically inverted position, that is, the bottom portion forms the ceiling surface 72. Thus, in the present embodiment, since the radiation member 56 is formed in a double cylindrical shape, it is promoted to heat the space S substantially uniformly. The radiating member 56 may be a simple cylindrical body, and is not limited to a double-structured cylindrical body.

天井面７２は、グラファイト材からなるもので、環状の内側筒６８と環状の外側筒７０とを互いに連結して天板面を略閉塞しているが、図１において左側の天井面外周部領域には、開口７２ａが形成され、この開口７２ａは内部の空間Ｓに連通している。これにより、図の左側の開口７２ａから供給された反応ガスは、図中矢印で示したように二重筒６８，７０間の隙間を上下方向に案内される。一方、天井面７２の図１において右側の外周部領域は、天井面７２の一部を構成する天井板部７２ｂにより閉じられている。   The ceiling surface 72 is made of a graphite material, and connects the annular inner cylinder 68 and the annular outer cylinder 70 to each other to substantially close the top plate surface. Is formed with an opening 72a, and the opening 72a communicates with the internal space S. As a result, the reaction gas supplied from the opening 72a on the left side of the figure is guided in the vertical direction through the gap between the double cylinders 68 and 70 as indicated by the arrows in the figure. On the other hand, the right outer peripheral region of the ceiling surface 72 in FIG. 1 is closed by a ceiling plate portion 72 b that constitutes a part of the ceiling surface 72.

さらに、輻射部材５６の高さ方向の略中間位置には、上方から流れてくる反応ガスの流れ向きを変更するガス導入口７４が内側筒６８に形成され、これと反対側の内側筒６８には、ガス排出口７６が形成されている。なお、このようなガス導入口７４およびガス排出口７６は、図の左方および図の右方から見れば、略矩形状に形成されたものであるが、ガス導入口７４およびガス排出口７６の形状はこれに限定されない。例えば、窓のように大きな矩形状でなくても、同じ窓枠の範囲に、小孔を多数個、列状に設け、これらの小孔によりガス導入孔７４およびガス排出口７６を構成するようにしても良い。   Further, a gas introduction port 74 for changing the flow direction of the reaction gas flowing from above is formed in the inner cylinder 68 at a substantially intermediate position in the height direction of the radiation member 56, and the inner cylinder 68 on the opposite side is formed in the inner cylinder 68. Is formed with a gas discharge port 76. The gas inlet port 74 and the gas outlet port 76 are formed in a substantially rectangular shape when viewed from the left side of the figure and the right side of the figure, but the gas inlet port 74 and the gas outlet port 76 are formed. The shape is not limited to this. For example, even if it is not a large rectangular shape like a window, a large number of small holes are provided in a row within the same window frame, and the gas introduction hole 74 and the gas discharge port 76 are configured by these small holes. Anyway.

また、ガス導入口７４の下方付近では、内側筒６８と外側筒７０との間がフランジ７８で略閉塞されている。これにより、上方から下方に向かって流れてくる反応ガスは、フラ
ンジ７８を越えて不用意に下方に流れることはなく、その多くは水平方向に導出される。一方、ガス排出口７６側の出口付近では、反応ガスが積極的に下方に排出できるように、フランジ７８に開口７８ａ、７８ｂがそれぞれ形成されている。 In the vicinity of the lower part of the gas introduction port 74, the gap between the inner cylinder 68 and the outer cylinder 70 is substantially closed by a flange 78. Thus, the reaction gas flowing downward from above does not inadvertently flow downward beyond the flange 78, and most of the reaction gas is led out in the horizontal direction. On the other hand, in the vicinity of the outlet on the gas outlet 76 side, openings 78a and 78b are formed in the flange 78 so that the reactive gas can be positively discharged downward.

したがって、輻射部材５６にこのようなガス導入口７４、ガス排出口７６が形成されることにより、ガス供給管５２内に供給された反応ガスは、図中、矢印で示したように、上方から下方、さらに水平方向に流れ、その後下方に向かって流れることになる。   Therefore, by forming such a gas inlet 74 and gas outlet 76 in the radiating member 56, the reaction gas supplied into the gas supply pipe 52 is supplied from above as indicated by arrows in the figure. It flows downward, further in the horizontal direction, and then flows downward.

上記軸５９は、動力手段６０からの力により、サセプタ構成部材５８に回転力と軸方向への直線移動力を付与することができる。したがって、実際の駆動中においては、動力手段６０により軸５９に回転力を付与すれば、サセプタ構成部材５８内の基板が回転するので、結晶成長の均一化を促進することができる。   The shaft 59 can apply a rotational force and a linear moving force in the axial direction to the susceptor constituting member 58 by the force from the power means 60. Therefore, during actual driving, if a rotational force is applied to the shaft 59 by the power means 60, the substrate in the susceptor constituting member 58 rotates, so that uniform crystal growth can be promoted.

また、本実施例の成長装置５０では、軸５９の先端部に多数の反射板６６ａからなる下方断熱部材６６が設置され、この下方断熱部材６６を介してサセプタ構成部材５８が軸５９に一体的に設置されている。   Further, in the growth apparatus 50 of the present embodiment, a lower heat insulating member 66 composed of a large number of reflecting plates 66 a is installed at the tip of the shaft 59, and the susceptor constituting member 58 is integrated with the shaft 59 through the lower heat insulating member 66. Is installed.

上記サセプタ構成部材５８は、図示しない円盤状の基板を載置または止め具などを用いて裏面に固定できるように棚状に構成されたもので、実施例では８個の棚板５８ａ，５８ａ、５８ａ…から構成されている。なお、これらの棚板５８ａ，５８ａ間は、複数本のピン部材などで、所定間隔置きに位置決めされて一体化されている。さらに、最下端の棚板５８ａ’は、最上位の反射板６６ａ’に一体化されている。   The susceptor constituting member 58 is configured in a shelf shape so that a disk-shaped substrate (not shown) can be placed or fixed to the back surface using a stopper or the like. In the embodiment, eight shelf plates 58a, 58a, 58a... The shelf plates 58a and 58a are integrated by being positioned at predetermined intervals by a plurality of pin members or the like. Further, the lowermost shelf plate 58a 'is integrated with the uppermost reflection plate 66a'.

したがって、本実施例では、軸５９が動力手段６０からの力により、例えば直線移動すれば、サセプタ構成部材５８も反射板６６ａからなる下方断熱部材６６とともに直線移動し、軸５９が回転すればサセプタ構成部材５８も下方断熱部材６６とともに回転移動する。   Therefore, in this embodiment, if the shaft 59 moves linearly by the force from the power means 60, for example, the susceptor constituting member 58 also moves linearly together with the lower heat insulating member 66 made of the reflecting plate 66a, and if the shaft 59 rotates, the susceptor. The component member 58 also rotates together with the lower heat insulating member 66.

下方断熱部材６６は空間Ｓの断熱性及び温度分布の均質性を向上させるものである。具体的には、複数の略お盆形状（有底筒形状）の反射板６６ａを上下方向に重ね合わせて構成されている。したがって、下部断熱部材６６の内部の空気層ａは密閉されているわけではなく、炉の運転中における空気層ａ内は、減圧雰囲気あるいは真空に近い状態に維持される。   The lower heat insulating member 66 improves the heat insulating property of the space S and the homogeneity of the temperature distribution. Specifically, a plurality of substantially tray-shaped (bottom-bottomed cylindrical) reflectors 66a are stacked in the vertical direction. Therefore, the air layer a inside the lower heat insulating member 66 is not hermetically sealed, and the inside of the air layer a during operation of the furnace is maintained in a reduced pressure atmosphere or a state close to vacuum.

このような下方断熱部材６６によれば、積層する反射板６６ａの数を適宜増減することにより、断熱性能を容易に調整することができる。
一方、輻射部材５６の天井面７２の上部に配置された上方断熱材６４は、炭素繊維などからなるもので、輻射部材５６の天井面７２に固定的に設けられている。 According to such a lower heat insulating member 66, the heat insulating performance can be easily adjusted by appropriately increasing or decreasing the number of reflection plates 66a to be laminated.
On the other hand, the upper heat insulating material 64 disposed above the ceiling surface 72 of the radiating member 56 is made of carbon fiber or the like, and is fixedly provided on the ceiling surface 72 of the radiating member 56.

また、ガス供給管５２の内周面に配置された内側断熱材６２は、炭素繊維またはガラスウールなどからなるもので、輻射部材５６の外周側を断熱している。
このように本実施例による結晶の成長装置５０では、上方が上方断熱材６４で断熱され、外周面が内側断熱材６２で断熱され、下部側が下方断熱部材６６で断熱されているので、空間Ｓの保熱性が極めて良好である。 The inner heat insulating material 62 disposed on the inner peripheral surface of the gas supply pipe 52 is made of carbon fiber or glass wool, and insulates the outer peripheral side of the radiating member 56.
Thus, in the crystal growth apparatus 50 according to the present embodiment, the upper part is insulated by the upper heat insulating material 64, the outer peripheral surface is insulated by the inner heat insulating material 62, and the lower side is insulated by the lower heat insulating member 66. Is very good in heat retention.

さらに、本実施例では、空間Ｓに図示しない減圧手段が接続されており、この減圧手段により所定の圧力に減圧することが可能にされている。
以下、本実施例による結晶の成長装置５０の作用について、図２を参照しながら説明する。 Further, in the present embodiment, a decompression means (not shown) is connected to the space S, and the decompression means can reduce the pressure to a predetermined pressure.
The operation of the crystal growth apparatus 50 according to this embodiment will be described below with reference to FIG.

今、図２（Ａ）の状態でサセプタ構成部材５８の各棚板５８ａには複数の基板、例えば、シリコンカーバイド基板が略水平状態に並べられている。そして、基板が並べられたサセプタ構成部材５８が、反射板６６ａからなる下方断熱部材６６の上に一体的でかつ着脱自在に取付けられている。また、空間Ｓ内は上記減圧手段により所定の圧力に減圧されている。   Now, in the state of FIG. 2A, a plurality of substrates, for example, silicon carbide substrates, are arranged in a substantially horizontal state on each shelf plate 58a of the susceptor constituting member 58. A susceptor constituting member 58 on which substrates are arranged is integrally and detachably attached on a lower heat insulating member 66 made of a reflecting plate 66a. The space S is depressurized to a predetermined pressure by the depressurizing means.

このように減圧された空間Ｓ内にサセプタ構成部材５８が図２（Ａ）のようにセットされたら、図外の誘導加熱手段５４に高周波電力を印加することにより、輻射部材５６を誘導加熱し、複数の基板を例えば１５００℃に加熱する。これにより、基板上にエピタキシャル層を成長させることが可能になる。   When the susceptor constituting member 58 is set in the space S thus depressurized as shown in FIG. 2A, the radiation member 56 is induction-heated by applying high-frequency power to the induction heating means 54 (not shown). The plurality of substrates are heated to 1500 ° C., for example. This makes it possible to grow an epitaxial layer on the substrate.

そして、図の上方側からガス供給管５２内に所定の反応ガスを導入し、さらにその反応ガスを開口７２ａから二重筒内に導入し、さらにガス導入口７４を介して反応ガスを水平方向に導くことによりサセプタ構成部材５８内に導入し、図示しない基板の表面に反応ガスを供給する。これにより、結晶の成長が行なわれる。
なお、反応ガスとしてはモノシランおよびプロパンなどを例示することができる。 Then, a predetermined reaction gas is introduced into the gas supply pipe 52 from the upper side of the figure, the reaction gas is further introduced into the double cylinder through the opening 72a, and the reaction gas is further introduced into the horizontal direction via the gas introduction port 74. Is introduced into the susceptor constituting member 58 to supply a reactive gas to the surface of the substrate (not shown). Thereby, the crystal is grown.
Examples of the reaction gas include monosilane and propane.

こうして、一回の処理によるエピタキシャル層の形成が完了したら、図２（Ｂ）に示したように、ガス供給管５２の下端を開放し、軸５９を下方向に移動し、軸５９とともにサセプタ構成部材５８を成長装置５０の外方に取り出す。この状態から、サセプタ構成部材５８に収納された基板を新たなものと入れ替える。なお、この入れ替え作業を行なう場合に、誘導加熱手段５４を継続して駆動しておき輻射部材５６を加熱しておくことが好ましい。このようにすれば、空間Ｓ内の温度を高温状態に維持することができる。   In this way, when the formation of the epitaxial layer by one process is completed, as shown in FIG. 2B, the lower end of the gas supply pipe 52 is opened, the shaft 59 is moved downward, and the susceptor configuration together with the shaft 59 is formed. The member 58 is taken out of the growth apparatus 50. From this state, the substrate accommodated in the susceptor constituting member 58 is replaced with a new one. In addition, when performing this replacement | exchange operation | work, it is preferable to drive the induction heating means 54 continuously and to heat the radiation member 56. FIG. If it does in this way, the temperature in space S can be maintained at a high temperature state.

次いで、図２（Ｃ）に示したように、再び軸５９を上動させ再びセットする。
このようにすれば、成長装置全体の温度を上げ下げする必要がないので、昇温時間の短縮化が図れる。 Next, as shown in FIG. 2C, the shaft 59 is again moved up and set again.
In this way, since it is not necessary to raise or lower the temperature of the entire growth apparatus, the temperature raising time can be shortened.

以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されない。例えば、上記実施例では、上方から反応ガスを導入し、下方から反応ガスを排出するようにしているが、逆の態様で設置することもできる。   As mentioned above, although one Example of this invention was described, this invention is not limited to the said Example at all. For example, in the above-described embodiment, the reaction gas is introduced from the upper side and the reaction gas is discharged from the lower side.

図１は本発明の一実施例による半導体結晶の成長装置を示した要部断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a principal part showing a semiconductor crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention. 図２は図１の成長装置における作業工程を順番に示した概略図で、図２（Ａ）はエピタキシャル層の成長工程時の概略図、図２（Ｂ）は基板を入れ替えるときの概略図、図２（Ｃ）は再びエピタキシャル層を成長させるためにセットしたときの概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram sequentially illustrating work steps in the growth apparatus of FIG. 1, FIG. 2 (A) is a schematic diagram during the growth step of the epitaxial layer, and FIG. 2 (B) is a schematic diagram when replacing the substrate, FIG. 2C is a schematic view when the epitaxial layer is set to grow again. 図３は特開２００１−１２２９２号公報に開示された従来の半導体結晶の成長装置の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a conventional semiconductor crystal growth apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-12292. 図４は特開平９−３３０８８４号公報に開示された従来の半導体結晶の成長装置の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a conventional semiconductor crystal growth apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-330884.

符号の説明Explanation of symbols

５０ 結晶装置
５２ ガス供給管
５４ 誘導加熱手段
５６ 輻射部材
５８ サセプタ構成部材
５８’ 棚板
５９ 軸
６０ 動力手段
６２ 内側断熱材
６６ 下方断熱部材
６８ 内側筒
７０ 外側筒
７２ 天井面
７４ ガス導入口
７６ ガス排出口
７８ａ 開口
ａ 空気層
Ｓ 空間 50 Crystal Device 52 Gas Supply Pipe 54 Induction Heating Means 56 Radiation Member 58 Susceptor Constituent Member 58 ′ Shelf Plate 59 Shaft 60 Power Means 62 Inner Thermal Insulation Material 66 Lower Thermal Insulation Member 68 Inner Cylinder 70 Outer Cylinder 72 Ceiling Surface 74 Gas Inlet 76 Gas Discharge port 78a Opening a Air layer S Space

Claims (2)

縦型に配置され、限定された空間内に反応ガスが導入されるガス供給管と、
前記ガス供給管の外周面に配置される誘導加熱手段と、
前記誘導加熱手段と対向するように前記ガス供給管の内周側に配置され、ガス導入口とガス排出口がそれぞれ対向する側壁面に形成された有底筒構造の輻射部材と、
前記輻射部材の内方に挿入された軸に一体的に支持され、略水平方向に複数の基板を載置できるように棚状に構成されたサセプタ構成部材と、
前記サセプタ構成部材を支持する軸に回転力および直線方向への移動力を付与する動力手段と、を備え、
前記ガス供給管と前記輻射部材との間には、内側断熱材が介在され、
前記輻射部材の上部には、上方断熱材が移動不能に設置され、
前記サセプタ構成部材と前記軸との間には、複数の反射板が多段に載置された下方断熱部材が設置され、この下方断熱部材を介して前記サセプタ構成部材が前記軸に支持され、
前記反応ガスは、軸方向上部から導入され、前記輻射部材の外側を通り、軸方向下方に進んだ後、前記ガス導入口からサセプタ構成部材の内部に向かって略水平方向に供給され、その後、前記ガス排出口から前記内側筒の外側を通って軸方向下部に送給されるか、または、
前記反応ガスは、軸方向下部から導入され、前記輻射部材の外側を通り、軸方向上方に進んだ後、前記ガス導入口からサセプタ構成部材の内部に向かって略水平方向に供給され、その後、前記ガス排出口から前記内側筒の外側を通って軸方向上部に送給されることを特徴とする半導体結晶の成長装置。 A gas supply pipe which is arranged in a vertical shape and into which a reaction gas is introduced in a limited space;
Induction heating means disposed on the outer peripheral surface of the gas supply pipe;
A radiating member having a bottomed cylindrical structure that is disposed on the inner peripheral side of the gas supply pipe so as to face the induction heating means, and a gas introduction port and a gas discharge port are respectively formed on opposite side wall surfaces;
A susceptor constituting member that is integrally supported by a shaft inserted inward of the radiation member and configured in a shelf shape so that a plurality of substrates can be placed in a substantially horizontal direction;
Power means for applying a rotational force and a moving force in a linear direction to a shaft that supports the susceptor component,
An inner heat insulating material is interposed between the gas supply pipe and the radiation member,
On the upper part of the radiating member, an upper heat insulating material is installed immovably,
Between the susceptor constituent member and the shaft, a lower heat insulating member in which a plurality of reflectors are placed in multiple stages is installed, and the susceptor constituent member is supported by the shaft via the lower heat insulating member,
The reaction gas is introduced from the upper part in the axial direction , passes through the outside of the radiation member, travels downward in the axial direction , and then is supplied in a substantially horizontal direction from the gas inlet toward the inside of the susceptor component, Fed from the gas outlet through the outside of the inner cylinder to the lower part in the axial direction, or
The reaction gas is introduced from the lower part in the axial direction, passes through the outside of the radiating member, travels upward in the axial direction, and then is supplied in a substantially horizontal direction from the gas inlet toward the inside of the susceptor component, An apparatus for growing a semiconductor crystal, wherein the semiconductor crystal growth apparatus is fed to the upper part in the axial direction from the gas outlet through the outside of the inner cylinder . 前記ガス供給管には、減圧手段が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体結晶の成長装置。   2. The semiconductor crystal growth apparatus according to claim 1, wherein decompression means is connected to the gas supply pipe.
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