JPH04211116A - Semiconductor fabricating apparatus - Google Patents
Semiconductor fabricating apparatusInfo
- Publication number
- JPH04211116A JPH04211116A JP4703191A JP4703191A JPH04211116A JP H04211116 A JPH04211116 A JP H04211116A JP 4703191 A JP4703191 A JP 4703191A JP 4703191 A JP4703191 A JP 4703191A JP H04211116 A JPH04211116 A JP H04211116A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- substrate
- base
- reaction chamber
- susceptor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 52
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 50
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 25
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 14
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 11
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 9
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 5
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N arsane Chemical compound [AsH3] RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
［０００１１ [00011
【産業上の利用分野］本発明は一般的に半導体層を形成
する装置に関するもので、特に有機金属気相成長法によ
り、基板上に半導体の層を形成するＭＯＣＶＤ装置に関
するものである。
［０００２］有機金属気相成長法（以後ＭＯＣＶＤ法と
呼ぶ）は、基板上に複雑な組成の化合物半導体層を形成
する主要な方法の１つである。この方法は、ＩＩＩ −
Ｖ族生導体物質を用いた超高速半導体装置の製造に不可
欠である。
［０００３］ ＭＯＣＶＤ法において、半導体層は、ア
ルミニウム、ガリウム、インジウム等のＩＩＩ族元素及
び砒素、燐化物等の■族元素を含む有機又は水素化物の
原料ガスの加熱分解により形成される。そして、原料ガ
スは、半導体基板を保持した反応管中に導かれ、抵抗加
熱部又は誘導加熱部、あるいはハイパワーランプを用い
る放射加熱部により加熱分解処理を受ける。その分解の
結果として、原料ガス中のＩＩＩ族及び■族元素は、望
ましいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の形で、基板上で分
解・堆積する。
［０００４］ このＭＯＣＶＤ法において、化合物半導
体層の性質は、基板上の温度に従って大きく変化する。
例えば、３原子あるいは４原子からなる化合物半導体層
を化学量論、組成、厚さといった属性を制御しながら形
成する場合、半導体層形成温度をできる限り均一に保つ
必要がある。さもなくば、得られた半導体層の属性は、
基板の表面上で場所によって変化する。ＧａＡｓのよう
に単純な２元素から成る化合物半導体装置形成の場合で
も、半導体層がドープされ、基板表面に沿って化合物半
導体層の形成温度に不均一がある場合、得られた半導体
層のキャリヤ濃度レベルは、基板表面上の場所によって
は変化することがある。ドーパント元素が所定の濃度で
導入された場合でも、化合物半導体材料中の結晶格子位
置にドーパントを導入することにより活性化を行う必要
があるが、かかる活性化は形成が行われる管中の温度に
強く影響を受けることを留意すべきである。
［０００５１ＭＯＣＶＤ法により形成された化合物半導
体層の属性を制御する為には、基板を保持するサセプタ
の温度よりも、むしろ基板自体及びガスの温度をできる
限り均一に調節する必要がある。換言すれば、基板と接
触するガスの温度をできる限り一定に制御しなければな
らない。ガスが最初に反応管内に導かれるときは、ガス
は一般室温程度の低温であり、反応管内を流れる間に加
熱される。従って、基板のサセプタ又はホルダの均一な
加熱は、形成された化合物半導体装置において均一な品
質を得る為に充分ではなく、望ましい均一な品質を得る
為には、加熱部の複雑な温度調節能力が要求される。
［０００６］ハイパワーランプを用いる放射加熱構成は
、数個のランプを用いて各々のランプを個別に制御する
ことにより、容易に制御された温度プロファイルを供給
できるので、この点で優れている。他方、従来の抵抗加
熱構成又は誘導加熱構成は、異なる温度プロファイル、
ガス流量、ガス組成等に対して適合する点で柔軟性に欠
けている。
［０００７］
【従来の技術】図４は、加熱用の複数個のランプを使用
する従来技術のＭＯＣＶＤ装置を示している。この装置
はＦｒ１ｊｌｉｎｋが開示している装置である（Ｆｒｉ
ｌｉｎｋ、 Ｐ、 Ｍ、 、 ”Ａ Ｎｅｗ Ｖｅｒｓ
ａｔ ｉｌｅ、 Ｌａｒｇｅ ５ｉｚｅ ＭＯＶＰＥ
Ｒｅａｃｔ。
ｒ、 ”Ｊ、Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ｖｏｌ、
９３．ｐｐ２０７−２１５．１９８８） ｑ図４を参
照するに、この装置は、管１１を介してガス又はガス混
合物が導かれる反応室１０ａを持つリアクター１０より
なる。管１１は反応室１０ａにガスを分配する為の円錐
型ノズルｌｌａをもち、反応室１０ａは平面図上で見る
と円形に構成され、ノズルｌｌａを介して導かれたガス
が水平方向に放射線上に流れるようになっている。加熱
分解の後、反応室１０ａの側壁に設置された排ガス出口
１２を通して、ガスは排出される。反応室１０ａ中で、
実質上管１１に一致する軸を中心に回転する円盤上の台
１３上に各々の回転軸の回り回転できるように数個の基
板１４が設置されている。
［０００８］ガスの加熱分解をする為に、台１３の下で
互いに平行に延びるように数個の棒状のタングステンラ
ンプ１５が設置されている。棒状のタングステンランプ
は、第１図の図面紙面に対して垂直に伸びている。使用
時には、棒状のタングステンランプ１５は独立して駆動
され、これにより反応管内に均一の温度分布が形成され
る。
［０００９］Ｌかし、この従来の構成は、棒状ランプ１
５の延長方向における温度プロファイルが制御されない
点で問題を有する。すなわち、ランプが独立して制御さ
れても、反応管内のガスの流れに沿って均一な温度を形
成することは、図１の装置ではできない。
［００１０１従って、基板上の温度を均一化する為中心
軸の回りを台１３が回転すると同時に、各基板が各々の
軸の回りを回転するように複雑な構成が用いられている
。更に、図４のＭＯＣＶＤ装置は、円盤状の台を用いる
際、台上に基板１４を横方向に配置する、装置が大きく
なってしまう問題点を有する。特に、多数の基板１４を
台１３上に配置したい場合や、基板１４のサイズが大き
い場合、この構造は深刻な問題を生じさせる。すなわち
、この場合には、台１３の直径を増すことが不可避であ
るが、台の直径を増すと、ＭＯＣＶＤ装置の寸法が過大
にになってしまう。
［００１１１図５は、ランプ加熱フィクスチャを用いる
別の従来技術によるＭＯＣＶＤ装置２０を示す。この装
置は、特開昭５９−３６９２７号に開示されているもの
である。
［００１２］図５によると、このＭＯＣＶＤ装置は、基
台２１と鐘状の外壁２２をもつペルジャー型の容器より
なる。外壁２２の内側には、内壁２３が一定間隔を隔て
て形成され、その間の空間と、そこにリング状のタング
ステンランプ２９が複数個設けられている。各々のリン
グ状ランプ２９は、実質上水平方向に延びる平面を画成
する。内壁２３は反応室２３ａを画成し、反応室２３ａ
中には基台２１を貫通している管２４を介してガスが導
かれる。こうして導入されたガスは、加熱分解した後、
排気ガス出口管２５を介して排出される。更に、回転軸
２６は基台２１を介して反応管２３ａに延在し、円盤状
の台２７は軸２６の先端に設置される。更に、基板２８
は、台２７上に固定され、化合物半導体層を形成される
。
［００１３］操作時には、リアクタントの原料ガスが管
２４を介して、反応管に導かれ、タングステンランプ２
９が駆動される。その際、各ランプ２９は基板における
熱散逸率の差を補償する為に、放射線上で内部のランプ
出力か小さい一方、放射線上に外側に位置するランプの
出力が大きくなるように制御される。こうして基板への
均一な加熱が達成される。
［００１４］Ｌかし、この従来装置では、均一な分解温
度を得、更には均一な結晶を形成する為のガス温度の制
御は達成されない。ペルジャー型チャンバ２３ａ中に導
かれた冷たいガスは複雑なパターンに沿って流れる為、
タングステンランプ２９の制御により基板２８の表面上
の均一なガス温度を得ることは極めて困難である。
［００１５］更に、図５の装置には図４の問題と同様に
、多数の基板を化合物半導体層の形成に用いたい場合や
、直径が大きな基板を用いたい場合に、台２７の直径が
必然的に大きくなり、装置の大きさもまた大きくなる問
題点を有する。
［００１６］基板に沿って反応管内を流れる原料ガスの
温度を制御する能力をもつコンパクトなＭＯＣＶＤ装置
が望まれている。
［００１７］FIELD OF INDUSTRIAL APPLICATION The present invention generally relates to an apparatus for forming a semiconductor layer, and more particularly to an MOCVD apparatus for forming a semiconductor layer on a substrate by metal organic vapor phase epitaxy. [0002] Metalorganic chemical vapor deposition (hereinafter referred to as MOCVD) is one of the main methods for forming a compound semiconductor layer with a complex composition on a substrate. This method is
It is essential for manufacturing ultra-high speed semiconductor devices using V group bioconductor materials. [0003] In the MOCVD method, a semiconductor layer is formed by thermally decomposing an organic or hydride source gas containing a group III element such as aluminum, gallium, and indium, and a group II element such as arsenic and phosphide. Then, the raw material gas is guided into a reaction tube holding a semiconductor substrate, and subjected to thermal decomposition treatment by a resistance heating section, an induction heating section, or a radiation heating section using a high power lamp. As a result of the decomposition, the group III and group II elements in the source gas are decomposed and deposited on the substrate in the form of a desired group III-V compound semiconductor layer. [0004] In this MOCVD method, the properties of the compound semiconductor layer vary greatly depending on the temperature on the substrate. For example, when forming a compound semiconductor layer consisting of three or four atoms while controlling attributes such as stoichiometry, composition, and thickness, it is necessary to keep the semiconductor layer forming temperature as uniform as possible. Otherwise, the properties of the obtained semiconductor layer are
varies from place to place on the surface of the substrate. Even in the case of forming a compound semiconductor device made of simple two elements such as GaAs, if the semiconductor layer is doped and there is non-uniformity in the formation temperature of the compound semiconductor layer along the substrate surface, the carrier concentration of the obtained semiconductor layer will be The level may vary depending on location on the substrate surface. Even if the dopant element is introduced at a given concentration, activation must occur by introducing the dopant into a crystal lattice location in the compound semiconductor material, but such activation will occur at a temperature in the tube in which the formation takes place. It should be noted that this will be strongly affected. [00051 In order to control the attributes of a compound semiconductor layer formed by MOCVD, it is necessary to adjust the temperature of the substrate itself and the gas as uniformly as possible, rather than the temperature of the susceptor that holds the substrate. In other words, the temperature of the gas in contact with the substrate must be controlled as constant as possible. When the gas is first introduced into the reaction tube, the gas is at a low temperature, typically around room temperature, and is heated while flowing through the reaction tube. Therefore, uniform heating of the substrate susceptor or holder is not sufficient to obtain uniform quality in the formed compound semiconductor device, and complex temperature control capabilities of the heating section are required to obtain the desired uniform quality. required. [0006] Radiant heating configurations using high power lamps are advantageous in this regard because they can provide easily controlled temperature profiles by using several lamps and controlling each lamp individually. On the other hand, conventional resistance heating configurations or induction heating configurations have different temperature profiles,
It lacks flexibility in adapting to gas flow rate, gas composition, etc. BACKGROUND OF THE INVENTION FIG. 4 shows a prior art MOCVD apparatus that uses multiple lamps for heating. This device is a device disclosed by Fr1jlink (Fri
link, P, M, , ”A New Vers
at ile, Large 5ize MOVPE
React. r, “J, Crystal Growth vol.
93. pp 207-215.1988) q With reference to FIG. 4, the apparatus consists of a reactor 10 with a reaction chamber 10a into which a gas or gas mixture is introduced via a tube 11. The tube 11 has a conical nozzle lla for distributing gas into the reaction chamber 10a, and the reaction chamber 10a has a circular configuration when viewed in plan view, and the gas guided through the nozzle lla is radially distributed in the horizontal direction. It is designed to flow. After thermal decomposition, the gas is discharged through the exhaust gas outlet 12 installed on the side wall of the reaction chamber 10a. In the reaction chamber 10a,
Several substrates 14 are mounted on a disc-like platform 13 which rotates about an axis that substantially coincides with the tube 11 so as to be able to rotate about each axis of rotation. [0008] In order to thermally decompose the gas, several rod-shaped tungsten lamps 15 are installed under the platform 13 so as to extend in parallel to each other. The rod-shaped tungsten lamp extends perpendicularly to the plane of the drawing of FIG. In use, the rod-shaped tungsten lamps 15 are driven independently, thereby creating a uniform temperature distribution within the reaction tube. [0009] L lamp, this conventional configuration is a rod lamp 1
There is a problem in that the temperature profile in the extension direction of 5 is not controlled. That is, even if the lamps are independently controlled, it is not possible with the apparatus of FIG. 1 to create a uniform temperature along the flow of gas in the reaction tube. [00101 Therefore, in order to equalize the temperature on the substrate, a complex configuration is used so that the table 13 rotates around the central axis and each substrate rotates around its own axis at the same time. Furthermore, the MOCVD apparatus shown in FIG. 4 has a problem in that when a disk-shaped table is used, the substrate 14 is placed laterally on the table, resulting in an increase in the size of the apparatus. In particular, this structure poses a serious problem when a large number of substrates 14 are desired to be placed on the stand 13 or when the size of the substrates 14 is large. That is, in this case, it is inevitable to increase the diameter of the pedestal 13, but if the diameter of the pedestal is increased, the dimensions of the MOCVD apparatus will become excessively large. [00111 FIG. 5 shows another prior art MOCVD apparatus 20 that uses a lamp heating fixture. This device is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-36927. [0012] According to FIG. 5, this MOCVD apparatus consists of a Pelger-shaped container having a base 21 and a bell-shaped outer wall 22. Inside the outer wall 22, inner walls 23 are formed at regular intervals, and a plurality of ring-shaped tungsten lamps 29 are provided in the space between them. Each ring-shaped lamp 29 defines a substantially horizontally extending plane. The inner wall 23 defines a reaction chamber 23a, and the reaction chamber 23a
Gas is introduced therein via a tube 24 passing through the base 21. After the gas introduced in this way is thermally decomposed,
The exhaust gas is discharged via the exhaust gas outlet pipe 25. Further, the rotating shaft 26 extends to the reaction tube 23a via the base 21, and a disc-shaped stage 27 is installed at the tip of the shaft 26. Furthermore, the substrate 28
is fixed on the stand 27, and a compound semiconductor layer is formed thereon. [0013] During operation, the raw material gas of the reactant is guided to the reaction tube via the tube 24, and the tungsten lamp 2
9 is driven. At this time, each lamp 29 is controlled so that the internal lamp output on the radiation is small, while the output of the lamp located on the outside on the radiation is large, in order to compensate for the difference in heat dissipation rate in the substrate. Uniform heating of the substrate is thus achieved. [0014] However, with this conventional device, control of the gas temperature to obtain a uniform decomposition temperature and furthermore to form uniform crystals is not achieved. Since the cold gas guided into the Pelger-type chamber 23a flows along a complicated pattern,
It is extremely difficult to obtain a uniform gas temperature on the surface of the substrate 28 by controlling the tungsten lamp 29. [0015]Furthermore, similar to the problem in FIG. 4, in the apparatus of FIG. However, there is a problem in that the size of the device also increases. [0016] A compact MOCVD apparatus is desired that has the ability to control the temperature of the source gas flowing within the reaction tube along the substrate. [0017]
【発明が解決しようとする課題】本発明のより具体的な
目的は、リアクター中に正確に制御された温度プロファ
イルで原料ガスを流すことにより基板上に均一な半導体
層を形成するＭＯＣＶＤ装置を提供すると共に、リアク
ター中に正確に制御された温度で原料ガスを流すことに
より基板上に均一な半導体層を形成させる、コンパクト
なＭＯＣＶＤ装置を提供することである。
［００１８］A more specific object of the present invention is to provide an MOCVD apparatus that forms a uniform semiconductor layer on a substrate by flowing a source gas in a reactor with a precisely controlled temperature profile. Another object of the present invention is to provide a compact MOCVD apparatus that forms a uniform semiconductor layer on a substrate by flowing source gases through a reactor at precisely controlled temperatures. [0018]
【課題を解決するための手段】本発明は、上主面により
画成された基台と；基台より上方に延在し、基台との間
に閉じた第１の空間を形成する外側容器と；前記第１の
空間に、基台から上方に延出して閉じた第２の空間を形
成するように形成され、外側容器に対応して形状を有し
、外側容器との間に反応室を画成する内側容器と；外側
容器頂部に形成され、反応室にガスを導入するガス入口
と；基台中に、反応室に対応して形成され、反応室を排
気するガス出口と；内側容器上に設けられ、基板を保持
するサセプタとよりなり、基板上に半導体層を成長させ
る半導体製造装置であって、前記外側容器と内側容器と
は、ガス入口から導入されたガスが基台へ向って略−方
向に流れるように構成されてなり、サセプタは基板表面
が反応室中のガス流に略平行になるように保持し、さら
に前記第２の空間中には、複数のリング状ランプが、相
互と同心円的な関係で、かつ基台上主面に略平行に、し
かも上下方向に異なったレベルで、ガス入口に近い側の
ランプはサセプタ上方部分を加熱するように、しかし基
台に近い側のランプはサセプタの下方部分を加熱するよ
うに、又、中間部のランプは基台の中間部を加熱するよ
うに設けられてなり、前記複数のリング状ランプの各々
を、ガス入口に近い側のランプが中間部のランプよりも
大なる出力を生じるように独立して制御する制御手段を
設けたことを特徴とする装置により上記課題を解決する
。
［００１９］Means for Solving the Problems The present invention provides a base defined by an upper main surface; and an outer side extending upwardly from the base and forming a closed first space between the base and a container; formed to extend upward from the base to form a closed second space in the first space, having a shape corresponding to the outer container, and having a reaction space between the container and the outer container; an inner container defining a chamber; a gas inlet formed at the top of the outer container for introducing gas into the reaction chamber; a gas outlet corresponding to the reaction chamber formed in the base for evacuating the reaction chamber; A semiconductor manufacturing apparatus for growing a semiconductor layer on the substrate, which includes a susceptor provided on a container and holding a substrate, and the outer container and the inner container are configured to allow gas introduced from a gas inlet to reach the base. The susceptor holds the substrate surface substantially parallel to the gas flow in the reaction chamber, and a plurality of ring-shaped lamps are arranged in the second space. The lamps on the side closer to the gas inlet heat the upper part of the susceptor, but in a concentric relationship with each other and approximately parallel to the main surface of the base, but at different levels in the vertical direction. The lamps closer to the susceptor are arranged to heat the lower part of the susceptor, and the lamps in the middle are arranged to heat the middle part of the base. The above-mentioned problem is solved by a device characterized in that a control means is provided for independently controlling the lamps closer to the lamp to produce a larger output than the lamps in the middle. [0019]
【作用】本発明によれば、均一な基板温度を生じさせる
のに必要な望ましい温度プロファイルが、各ランプを独
立して制御することにより得られる。更に、化合物半導
体装置のエピタキシャル成長を行う基板の大きさ又は数
をＭＯＣＶＤ装置の高さを延ばすことにより、より容易
に増加させることが可能である。従って、装置サイズの
横方向への好ましくない増加を避けることができる。他
の目的及び本発明の他の特徴は、以下の詳細な説明より
明らかになるであろう。
［００２０１In accordance with the present invention, the desired temperature profile necessary to produce a uniform substrate temperature is obtained by independently controlling each lamp. Furthermore, the size or number of substrates on which compound semiconductor devices are epitaxially grown can be more easily increased by increasing the height of the MOCVD apparatus. Therefore, an undesirable increase in the device size in the lateral direction can be avoided. Other objects and features of the invention will become apparent from the detailed description below. [00201
【実施例］図１は、本発明によるＭＯＣＶＤ装置の実施
例を示す。
［００２１］図中、一般的に装置３０として示したＭＯ
ＣＶＤ装置は、石英又はステンレス鋼の基台３１とペル
ジャー型側外側容器３２を有する。外側容器３２は５０
６０ｃｍの高さＨを有し、平面図でみると円形の断面を
有する。外側容器３２には、外側容器３２に対応した形
状の、ペルジャー型で石英より形成した内側容器３３が
設けられる。
［００２２］内側容器３２と外側容器３１の間に反応室
が形成され、外部チャンバ３１の頂上部から原料ガスが
導入れる。こうして、反応室内に導かれたガスは内側容
器３２の側面に沿って下方向に流れ、廃ガス出口３９か
ら排出される。
［００２３］反応室に面した側の内側容器３３の表面に
複数個のカーボンサセプタ３４が容器３３を水平面上で
円形状に取り囲むよう設置され、各サセプタ３４はＭＯ
ＣＶＤ法により半導体層が形成しようとする基板３５を
保持する。内側容器３３の直径りは頂上部から底部へと
ゆるやかに増大し、底部では直径りが約４０〜５０ｃｍ
の大きさになる。
［００２４］サセプタ３５は、普通３インチの大きさで
あり、保持する半導体基板の表面が、反応管内でのガス
の流れる一般的な方向と実質的に平行になるように保持
する。反応管内の渦流の発生を防止し入口から基台３１
、さらに排出口３９まで安定した単一方向のガスの流れ
を保証する為に、外部チャンバ３２と内輪容器３３の間
の間隔ｄは、望ましくは約５ｃｍ以下にセットされる。
内側容器３３の内側に形成される空間には、各々が水平
面上に位置するように複数個のリング状タングステンラ
ンプ３６が、１つのランプがもう１つのランプの上に位
置するように、かつサセプタ３４に対応して配置される
。すなわち、底部のランプはサセプタ３４の底部を加熱
する一方、上部のランプはサセプタ３４の上部を加熱す
る。また、温度コントローラにより各ランプ３６は独立
に制御される。
［００２５］サセプタ内の温度をモニターする為、サセ
プタ３４中には熱電対ＴＣが埋め込まれている。
［００２６］次に、基板２３上への半導体層のエピタキ
シャル成長の例について述べる。以下の例では、ＡｌＧ
ａＡｓ層が、ＧａＡｓ基板３５上に制御されたドーピン
グレベルで形成される。
［００２７］本例では、水素キャリヤガスが、外側容器
の頂上部から、外部容器３２と容器３２との間を、１０
０１ ／ｍｉｎ、の流量で下方向に流される。更に、水
素中にアルシン１８％を含むアルシンガスが２１ ／ｍ
ｉｎ、流量で供給される。アルシンに加えてトリメチル
ガリウムとトリメチルアルミニウムが、各々１００ｃｃ
／ｍｉｎ、及び３０ｃｃ／ｍｉｎ、の流量で供給される
。トリメチルアルミニウムの容量は２０℃に伝わるのに
対し、トリメチルガリウムの容量は０℃に保たれる。更
に、水素中に２０ｐｐｍの濃度で含まれる希釈シランガ
スが２０ ｃｃ／ｍｉｎ、の流量で、ドーパントとして
導入される。成長温度は、サセプタ３４の中央で、６４
０℃に設定された。サセプタ３４はガス流方向に２５ｃ
ｍのサイズであり、３インチの基板を固定する。各リン
グランプ３６は、２００ボルドー１２アンペアの定格の
もので、８個のランプが２５ｍｍ間隔で上下方向に配置
される。ランプの管径は１−２ ｃｍ＜らいである。各
ランプ３６は、図示されていないコントローラの制御に
よりカーボンサセプタ３４上でＧａＡｓ基板３５を加熱
し、加熱に応じ、原料ガスが基板表面上で加熱分解を起
こし所望のＡｌＧａＡｓ層の堆積が達成される。基板３
５の温度は、基板３４に埋め込まれている熱電体の出力
電圧により制御され、基板上で均一な温度分布がランプ
３６のパワーを独立に制御することにより達成される。
図２は図１のＭＯＣＶＤ装置のコントロールシステムを
示す。図２によると、熱電体ＴＣと同様にサセプタ３４
に埋め込まれた複数の熱電体ＴＣ１，ＴＣ２、・・・、
の出力が、コントロールユニット４１に供給される。熱
電体は出力に対応して、コントロールユニット４１は、
望ましい温度や各原料ガスの流量の組合せに対応してメ
モリ４２中に記憶されたランプ駆動のプロファイルＥを
読出する。実質的に均一な温度でエピタキシャル層成長
が基板３５上で達成されるように、基板３５の中央部分
に対応してよりも上流側で集中的にガスが加熱されるよ
うに、プロファイルＥは定義される。もちろん、このよ
うな不均一な加熱は、サセプタ３４中の不均一な温度供
給を生じさせるかもしれないが、本発明の目的はエピタ
キシャル結晶成長の均一温度の提供にあるのであって、
均一なサセプタ温度プロファイルを目的とするものでは
ない。
［００２８］図３（Ａ）は、基板３５上で成長するＡｌ
ＧａＡｓ層の性質を均一にするのと使われるランプのパ
ワー制御を示す。この実験では、半導体層中で活性化さ
れたドーパントの割合に対応した電子濃度を測定するこ
とにより、エピタキシャル層の性質の評価を行った。こ
のような活性化は、エピタキシャル層の結晶格子位置へ
のドーパント原子を取り込みにより生じ、温度に強く影
響される。例えばＡｌＧａＡｓ層の成長が低温でなされ
ると大多数のドーパント原子が格子間に残り、比較的わ
ずかな割合のドーパント原子しか所定の結晶格子位置に
入らない。このような不活性ドーパントはキャリヤを放
出しないため、従ってＡｌＧａＡｓ層は望ましい電気的
性質を示さない。
［００２９］かかるドーパント原子の不充分な活性化の
問題はガス温度が比較的低い、基板３５の上流側で発生
しやすい。図３（Ａ）に示されるように、本発明は、基
板３５の中央部分を加熱するランプよりも上流部のラン
プ出力を高く制御することにより、この問題を解消して
いる。図３（Ａ）において、右側のたて軸がランプの出
力パワーを示すこと。また、下流側でランプの出力パワ
−を増加されると、満足な結果が得られることが示され
た。
［００３０１図３（Ａ）は電子濃度を左側のたて軸に示
す。このようにランプの出力プロファイルを制御するこ
とにより一様な電子濃度が得られることを示している。
この図よりわかるように、こうして成長したＡＩＧａＡ
Ｓ層の電子濃度は、基板の表面全体を通して実質的に均
一である。ウェハ３５上の電子濃度の変化は、±２％以
下に抑制されている。
［００３１］他方、図３（Ｂ）は、ランプ３６の出力パ
ワーが、−様に均一に制御されるケースを示す。
［００３２］本ケースは、ランプ出力を独立的に制御す
る能力がない従来型のＭＯＣＶＤ装置に対応する。図面
かられかるように、上流側において電子濃度は低く、ガ
ス温度は上がるにつれて下流側に向って徐々に高くなっ
ている。電子濃度の変化はほぼ±８％にも達する。従っ
て、このような装置からは不満足な結果しか得られない
。
［００３３］
【発明の効果】本発明によれば、上方から下方へ、放射
状に拡がりながら流れるガス流に沿ってリング状のヒー
タを複数設け、各ヒータを外側に、かつ上流側のヒータ
をより強く加熱するように制御することにより、導入す
るガスの濃度を均一化でき、−様な特性の半導体層を基
板上に成長させることが可能になる。[Embodiment] FIG. 1 shows an embodiment of the MOCVD apparatus according to the present invention. [0021] In the figures, an MO designated generally as apparatus 30
The CVD apparatus has a base 31 of quartz or stainless steel and a Pelger type outer container 32. The outer container 32 is 50
It has a height H of 60 cm and a circular cross section when viewed in plan. The outer container 32 is provided with an inner container 33 having a shape corresponding to the outer container 32 and made of quartz and having a Pelger shape. [0022] A reaction chamber is formed between the inner chamber 32 and the outer chamber 31, and a source gas is introduced from the top of the outer chamber 31. The gas thus introduced into the reaction chamber flows downward along the side of the inner container 32 and is discharged from the waste gas outlet 39. [0023] A plurality of carbon susceptors 34 are installed on the surface of the inner container 33 on the side facing the reaction chamber so as to surround the container 33 in a circular shape on a horizontal plane, and each susceptor 34
A substrate 35 on which a semiconductor layer is to be formed by CVD is held. The diameter of the inner container 33 gradually increases from the top to the bottom, and the diameter is about 40 to 50 cm at the bottom.
becomes the size of [0024] The susceptor 35 is typically 3 inches in size and holds the semiconductor substrate so that its surface is substantially parallel to the general direction of gas flow within the reaction tube. Preventing the generation of vortices in the reaction tube and connecting the base 31 from the inlet.
In order to further ensure a stable unidirectional flow of gas to the outlet 39, the spacing d between the outer chamber 32 and the inner vessel 33 is preferably set to about 5 cm or less. In the space formed inside the inner container 33, a plurality of ring-shaped tungsten lamps 36 are placed so that each lamp is positioned on a horizontal plane, and one lamp is positioned above the other lamp, and a susceptor is placed on top of the susceptor. 34. That is, the bottom lamp heats the bottom of the susceptor 34, while the top lamp heats the top of the susceptor 34. Further, each lamp 36 is independently controlled by a temperature controller. [0025] A thermocouple TC is embedded in the susceptor 34 to monitor the temperature within the susceptor. [0026] Next, an example of epitaxial growth of a semiconductor layer on the substrate 23 will be described. In the example below, AlG
An aAs layer is formed on a GaAs substrate 35 with a controlled doping level. [0027] In this example, the hydrogen carrier gas flows from the top of the outer vessel to the outer vessel 32 for 10 minutes.
It flows downward at a flow rate of 0.01/min. Furthermore, arsine gas containing 18% arsine in hydrogen is 21/m
in, flow rate. In addition to arsine, 100cc each of trimethylgallium and trimethylaluminum
It is supplied at a flow rate of 30 cc/min and 30 cc/min. The capacity of trimethylaluminum is transferred to 20°C, whereas the capacity of trimethylgallium is maintained at 0°C. Furthermore, diluted silane gas contained in hydrogen at a concentration of 20 ppm is introduced as a dopant at a flow rate of 20 cc/min. The growth temperature is 64°C at the center of the susceptor 34.
The temperature was set at 0°C. The susceptor 34 is 25c in the gas flow direction.
m size, and fixes a 3-inch board. Each ring lamp 36 is rated at 200 Bordeaux 12 amperes, and eight lamps are arranged vertically at 25 mm intervals. The tube diameter of the lamp is 1-2 cm. Each lamp 36 heats the GaAs substrate 35 on the carbon susceptor 34 under the control of a controller (not shown), and in response to the heating, the raw material gas is thermally decomposed on the substrate surface to achieve the desired deposition of the AlGaAs layer. . Board 3
The temperature of 5 is controlled by the output voltage of a thermoelectric body embedded in the substrate 34, and a uniform temperature distribution on the substrate is achieved by independently controlling the power of the lamps 36. FIG. 2 shows a control system of the MOCVD apparatus of FIG. According to FIG. 2, the susceptor 34 is similar to the thermoelectric body TC.
A plurality of thermoelectric bodies TC1, TC2, ..., embedded in
The output of is supplied to the control unit 41. The thermoelectric body corresponds to the output, and the control unit 41
A lamp drive profile E stored in the memory 42 is read out in correspondence with a desired combination of temperature and flow rate of each raw material gas. The profile E is defined such that the gas is heated more intensively upstream than corresponding to the central portion of the substrate 35 such that epitaxial layer growth is achieved on the substrate 35 at a substantially uniform temperature. be done. Of course, such non-uniform heating may result in non-uniform temperature supply in the susceptor 34, but the purpose of the present invention is to provide a uniform temperature for epitaxial crystal growth.
A uniform susceptor temperature profile is not intended. [0028] FIG. 3(A) shows Al grown on the substrate 35.
It shows the uniformity of the properties of the GaAs layer and the power control of the lamps used. In this experiment, the properties of the epitaxial layer were evaluated by measuring the electron concentration that corresponds to the proportion of activated dopants in the semiconductor layer. Such activation occurs through the incorporation of dopant atoms into the crystal lattice locations of the epitaxial layer and is strongly influenced by temperature. For example, when AlGaAs layers are grown at low temperatures, the majority of dopant atoms remain interstitial, and only a relatively small percentage of dopant atoms enter a given crystal lattice position. Such inert dopants do not release carriers and therefore the AlGaAs layer does not exhibit desirable electrical properties. [0029] Such a problem of insufficient activation of dopant atoms tends to occur upstream of the substrate 35 where the gas temperature is relatively low. As shown in FIG. 3A, the present invention solves this problem by controlling the output of the lamps in the upstream portion to be higher than the lamps that heat the central portion of the substrate 35. In Figure 3(A), the right vertical axis indicates the output power of the lamp. It has also been shown that satisfactory results can be obtained if the output power of the lamp is increased downstream. [00301 Figure 3(A) shows the electron concentration on the left vertical axis. This shows that a uniform electron concentration can be obtained by controlling the lamp output profile in this way. As can be seen from this figure, the AIGaA grown in this way
The electron concentration of the S layer is substantially uniform throughout the surface of the substrate. Changes in electron concentration on the wafer 35 are suppressed to ±2% or less. [0031] On the other hand, FIG. 3(B) shows a case in which the output power of the lamp 36 is uniformly controlled in a negative manner. [0032] This case corresponds to conventional MOCVD equipment that does not have the ability to independently control lamp output. As can be seen from the drawing, the electron concentration is low on the upstream side, and gradually increases toward the downstream side as the gas temperature rises. The change in electron concentration reaches approximately ±8%. Therefore, unsatisfactory results are obtained from such devices. [0033] [Effects of the Invention] According to the present invention, a plurality of ring-shaped heaters are provided along the gas flow that spreads radially from the top to the bottom, and each heater is placed on the outside, and the heater on the upstream side is placed on the outside. By controlling the heating to be strong, the concentration of the introduced gas can be made uniform, and it becomes possible to grow a semiconductor layer with similar characteristics on the substrate.
【図１】図１は本発明の一実施例によるＭＯＣＶＤと装
置の構造を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of MOCVD and an apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】図２は図１のＭＯＣＶＤ装置の制御システムを
示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a control system of the MOCVD apparatus of FIG. 1;
【図３１ （Ａ）及び（Ｂ）は、本発明（７）ＭＯＣ
ＶＤ装置と従来型ＭＯＣＶＤ装置による半導体層形成に
おいて得られる温度プロファイルと電子濃度レベルを比
較して示すグラフである。
【図４】図４は、従来のＭＯＣＶＤ装置の構造を示す断
面図である。[Figure 31 (A) and (B) show the present invention (7) MOC
2 is a graph showing a comparison of temperature profiles and electron concentration levels obtained in semiconductor layer formation using a VD device and a conventional MOCVD device. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional MOCVD apparatus.
【図５】図５は別の従来のＭＯＣＶＤ装置を示す断面図
である。FIG. 5 is a sectional view showing another conventional MOCVD apparatus.
１０ リアクタ １０ａ 反応室 １１管 １２ 排ガス出口 １３台 １４ 基板 １５ ランプ ２０ ＭＯＣＶＤ装置 ２１ 基台 ２２ 外壁 ２３ 外壁 ２３ａ 反応室 ２４管 ２５ 出口 ２６軸 ２７台 ２８ 基板 ２９ ランプ ３０ ＭＯＣＶＤ装置 ３１ 基台 ３２ 外側容器 ３３ 内側容器 ３４ サセプタ ３５ 基板 ３６ ランプ ３９ 出口 ＴＣ熱電対 10 Reactor 10a Reaction chamber 11 tubes 12 Exhaust gas outlet 13 units 14 Board 15 Lamp 20 MOCVD equipment 21 Base 22 Exterior wall 23 Exterior wall 23a Reaction chamber 24 tubes 25 Exit 26 axes 27 units 28 Substrate 29 Lamp 30 MOCVD equipment 31 Base 32 Outer container 33 Inner container 34 Susceptor 35 Board 36 Lamp 39 Exit TC thermocouple
【図４】[Figure 4]
【図５】[Figure 5]
【図１】[Figure 1]
【図２】[Figure 2]
【図３】 フロントページの続き[Figure 3] Continuation of front page
Claims (1)
り上方に延在し、基台との間に閉じた第１の空間を形成
する外側容器（３２）と；前記第１の空間に、基台から
上方に延出して閉じた第２の空間を形成するように形成
され、外側容器に対応した形状を有し、外側容器との間
に反応室を画成する内側容器（３３）と；外側容器頂部
に形成され、反応室にガスを導入するガス入口と；基台
中に、反応室に対応して形成され、反応室を中のガスを
排気するガス出口と；内側容器上に設けられ、基板を保
持するサセプタ（３４）とよりなり、基板上に半導体層
を成長させる半導体製造装置であって、前記外側容器と
内側容器とは、ガス入口から導入されたガスが基台へ向
って略一方向に流れるように構成されてなり、サセプタ
は基板表面が反応室中のガス流に略平行になるように保
持し、さらに前記第２の空間中には、複数のリング状ラ
ンプが、相互と同心円的な関係で、かつ基台上主面に略
平行に、しかも上下方向に異なったレベルで設けられて
なり、前記複数のリング状ランプの各々を、独立して制
御する制御手段を設けたことを特徴とする装置。1. A base (31) having an upper main surface; an outer container (32) extending upward from the base and forming a closed first space between it and the base; An inner side is formed to extend upward from the base to form a closed second space in the first space, has a shape corresponding to the outer container, and defines a reaction chamber between the outer container and the second space. a container (33); a gas inlet formed at the top of the outer container to introduce gas into the reaction chamber; a gas outlet formed in the base corresponding to the reaction chamber to exhaust gas from the reaction chamber; A semiconductor manufacturing apparatus for growing a semiconductor layer on the substrate, which includes a susceptor (34) provided on an inner container and holding a substrate, and the outer container and the inner container are connected to a susceptor (34) that holds a substrate. The susceptor is configured such that the gas flows in approximately one direction toward the base, the susceptor holds the substrate surface so that it is approximately parallel to the gas flow in the reaction chamber, and the second space has a plurality of ring-shaped lamps are provided in a concentric relationship with each other and substantially parallel to the main surface of the base, and at different levels in the vertical direction, and each of the plurality of ring-shaped lamps is provided independently. 1. A device characterized in that it is provided with a control means for controlling.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4703191A JPH04211116A (en) | 1990-03-13 | 1991-03-12 | Semiconductor fabricating apparatus |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6151090 | 1990-03-13 | ||
| JP2-61510 | 1990-03-13 | ||
| JP4703191A JPH04211116A (en) | 1990-03-13 | 1991-03-12 | Semiconductor fabricating apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04211116A true JPH04211116A (en) | 1992-08-03 |
Family
ID=26387187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4703191A Withdrawn JPH04211116A (en) | 1990-03-13 | 1991-03-12 | Semiconductor fabricating apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04211116A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008249304A (en) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Koyo Thermo System Kk | Continuous heat treatment device |
-
1991
- 1991-03-12 JP JP4703191A patent/JPH04211116A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008249304A (en) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Koyo Thermo System Kk | Continuous heat treatment device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5704985A (en) | Device and a method for epitaxially growing objects by CVD | |
| TW544775B (en) | Chemical vapor deposition apparatus and chemical vapor deposition method | |
| KR101379410B1 (en) | Eqipment for high volume manufacture of group ⅲ-ⅴ semiconductor materials | |
| KR101094913B1 (en) | Manufacturing process system for forming a group iii-v semiconductor material | |
| KR101330156B1 (en) | Gallium trichloride injection scheme | |
| EP2083935B1 (en) | Method for epitaxial deposition of a monocrystalline Group III-V semiconductor material | |
| US20100273320A1 (en) | Device and method for selectively depositing crystalline layers using mocvd or hvpe | |
| US8889533B2 (en) | Method of manufacturing semiconductor device, method of manufacturing substrate and substrate processing apparatus | |
| TW201246297A (en) | Metal-organic vapor phase epitaxy system and process | |
| EP1432844A1 (en) | Apparatus for inverted cvd | |
| JP2002371361A (en) | Apparatus and method for vapor phase epitaxy | |
| JP2505777B2 (en) | Epitaxial layer deposition method for semiconductor materials | |
| US6030661A (en) | Device and a method for epitaxially growing objects by CVD | |
| US9481943B2 (en) | Gallium trichloride injection scheme | |
| US5070815A (en) | MOCVD device for growing a semiconductor layer by the metal-organic chemical vapor deposition process | |
| US6887775B2 (en) | Process and apparatus for epitaxially coating a semiconductor wafer and epitaxially coated semiconductor wafer | |
| JPS5936927A (en) | Vapor phase growth apparatus for semiconductor | |
| JPH04211116A (en) | Semiconductor fabricating apparatus | |
| KR20020012216A (en) | Method and apparatus for epitaxially growing a material on a substrate | |
| KR900001658B1 (en) | Inverted vertical flow chemical vapor deposition reactor chamber | |
| JPH0527598B2 (en) | ||
| EP0917596B1 (en) | Method of manufacturing a semiconductor device and a device for applying such a method | |
| JP2005228757A (en) | Apparatus and method for growing vapor phase | |
| JPS6071596A (en) | Vapor-phase growth apparatus | |
| JP2002261021A (en) | Apparatus and method for vapor-phase growth |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980514 |