JPH1145858A - 化合物半導体気相成長装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応生成物の成長室内壁への付着を抑制し、
ダストの発生を抑えて良質な成膜を可能とし、メンテナ
ンスの頻度も減少させることができる化合物半導体気相
成長装置および方法を提供する 【解決手段】 原料ガス導入管２５は、成長室２１の周
囲に複数箇所設ける。ＧａＡＳウェハ２４を保持するウ
ェハホルダ２３の中心には排気管２６の排気口２７が開
口する。原料ガスの流れ２８は、周囲から横方向に中心
に向い、成長室２１の内壁に触れて反応生成物が析出し
にくくなり、ダストの発生を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光半導体素子や高
周波半導体素子などに利用される化合物半導体材料の良
質な成膜を行うための化合物半導体気相成長装置および
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、図５に示すような縦型気相成
長装置と称され、有機金属気相成長を利用する製造装置
で、化合物半導体、特にＧａＡｓ（ガリウム砒素）やＡ
ｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウム砒素）などのＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体が製造されている。化合物半導体
は、発光ダイオード、半導体レーザ、太陽電池、光導波
管などの発光デバイスや、高周波デバイスなどの種々の
半導体素子の材料として広く利用されている。縦型気相
成長装置についての先行技術は、たとえば実開昭５９−
０３３２３９や実開平２−１０２７２３などに開示され
ている。

【０００３】図５の縦型気相成長装置の成長室１は、密
閉された概略的に円柱状の空間であり、下方からヒータ
２で加熱して、ウェハホルダ３にセットされているＧａ
Ａｓウェハ４上に化合物半導体を成膜する。原料ガス
は、成長室１の上方の原料ガス導入管５から下方に供給
され、ＧａＡｓウェハ４上で成膜に寄与しなかった未反
応の原料ガスは、成長室１の下方の排気管６から真空排
気される。成長室の下部では、反応生成物７がダストと
して析出する。原料ガスの流れ８に沿って原料ガスが流
れる際に、成長室１の内壁に触れて冷却されるからであ
る。

【０００４】図６は、図５の縦型気相成長装置を含む化
合物半導体の製造装置全体の概略的な構成を示す。成長
室１の内部には、ウェハホルダ３を回転させる回転機構
９が設けられる。原料ガス供給装置１０は、Ｇａ原料と
してトリメチルガリウム（以下、「ＴＭＧ」と略称す
る）１１、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（以
下、「ＴＭＡ」と略称する）１２、またＡｓ原料として
アルシン（ＡｓＨ₃ ）１３などの原料ガスをボンベなど
から供給し、高純度水素（Ｈ₂ ）と混合して、成長室１
上部から導入する。

【０００５】図５に示すように、ウェハホルダ３にセッ
トされているＧａＡｓウェハ４は、ヒータ２によって加
熱されており、原料ガスはＧａＡｓウェハ４の表面上で
加熱分解され、ＧａＡｓやＡｌＧａＡｓが成膜する。Ｇ
ａＡｓウェハ４上での成膜に寄与しなかった未反応の原
料ガスは、原料ガスの流れ８に従って、ウェハホルダ３
と成長室１の内壁との間を通り、成長室１の下方向に排
気管６で排気される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図５および図６に示す
ような、成長室１上部から原料ガスを導入し、成長室１
の下部から排気する縦型の成長室１を有する化合物気相
成長装置は、成長室１の内部にウェハホルダ３を回転さ
せる回転機構９を設けやすい。ウェハホルダ３を回転さ
せれば、化合物半導体の成長膜厚の均一性が良くなる。
しかし、成膜に寄与せずに、加熱分解された未反応の原
料ガスが、ウェハホルダ３と成長室１の周囲の内壁との
間を通過して成長室１の下方向に排気される際に、成長
室１の内壁に触れて冷却され、反応生成物７として結晶
が析出し、成長室１内のダスト付着の原因となる。この
ダストがＧａＡｓウェハ４の表面に移行して付着する
と、成膜後の表面状態を悪化させる原因となり、良質の
成膜を行うことができなくなる。そのため、ダストを除
去するためのメンテナンスが必要になる。

【０００７】実開昭５９−０３３２３９や実開平２−１
０２７２３などの先行技術には、成長室内壁に付着した
ダストの原因となる結晶を取除くために行う成長室のク
リーニングを容易にするための考案が開示されている。
しかし、ダスト除去のためのメンテナンスの必要性は残
る。化合物気相成長に使用するアルシンなどの原料ガス
は有毒であり、化合物気相成長装置のメンテナンスは困
難で危険を伴う。また、メンテナンスのために製造装置
としての稼働率が低下するという問題も発生する。

【０００８】本発明の目的は、反応生成物の成長室内壁
への付着を抑制し、ダストの発生を抑えて良質な成膜を
可能とし、メンテナンスの頻度も減少させることができ
る化合物半導体気相成長装置および方法を提供すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、成長室内でほ
ぼ水平な姿勢で保持される化合物半導体ウェハ上に、原
料ガスを導入し、化合物半導体を成長させる化合物半導
体気相成長装置において、原料ガスを成長室の周囲側か
ら内側への横方向に導入するガス導入手段と、成長室内
のガスを成長室の下部から排出するガス排出手段とを含
むことを特徴とする化合物半導体気相成長装置である。

【００１０】本発明に従えば、ガス導入手段によって原
料ガスを成長室の周囲側から横方向に導入し、ガス排出
手段によって成長室の下部から排出するので、未反応の
原料ガスが成長室の内壁で冷却されにくくなる。このた
め、原料ガスが加熱分解されて生成する反応生成物の成
長室内壁への付着を抑制することができる。ダストの発
生が抑えられるので、良質な成膜が可能となり、メンテ
ナンスの頻度も減少させることができる。

【００１１】また本発明で前記成長室は、大略的に上下
方向の軸線を有する円柱状であり、前記ガス導入手段
は、成長室の周方向に間隔をあけて、複数箇所に設けら
れ、前記ガス排出手段は、成長室の中央部に設けられる
開口部からガスの排出を行うことを特徴とする。

【００１２】本発明に従えば、円柱状の成長室の周囲か
ら原料ガスを導入し、中央部から排出するので、未反応
の原料ガスが成長室の内壁に達して冷却される可能性が
少なくなり、ダストの発生を抑制することができる。

【００１３】また本発明で前記ガス導入手段は、前記成
長室の水平な断面内で、径方向に対して斜めの方向に向
けて取付けられることを特徴とする。

【００１４】本発明に従えば、ガス導入手段から成長室
に原料ガスが斜めの方向に導入されるので、成長室内部
に渦状の原料ガスの流れを形成することができる。原料
ガスの流れが渦状となり、複数箇所から導入される原料
ガスが円滑に流れて対流が起りにくくなり、均一な成長
膜を得ることができる。

【００１５】また本発明で前記化合物半導体ウェハは、
前記ガス導入手段が設けられる周辺部に対して、前記ガ
ス排出手段の開口部が設けられる中央部が陥没するよう
な傾斜面上に保持されることを特徴とする。

【００１６】本発明に従えば、化合物半導体ウェハ上を
原料ガスが円滑に流れて排出されるので、原料ガスに対
流が起りにくくなり、均一な成長膜を得ることができ
る。

【００１７】さらに本発明は、化合物半導体を気相成長
させる際に、成長室の周囲側から内側への横方向に原料
ガスを導入し、成長室の下部から排気することを特徴と
する化合物半導体気相成長方法である。

【００１８】本発明に従えば、原料ガスを成長室の周囲
側から横方向に導入して成長室の下部から排出するの
で、気相成長で未反応の原料ガスが成長室の内壁で冷却
されにくくなる。このため、原料ガスが加熱分解されて
生成する反応生成物の成長室内壁への付着を抑制するこ
とができる。ダストの発生が抑えられるので、良質な成
膜が可能となり、メンテナンスの頻度も減少させること
ができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
ある化合物半導体気相成長装置の成長室の内部構成を簡
略化して示す。成長室２１は、密閉された概略的に円柱
状の空間である。下方からヒータ２２で加熱されるウェ
ハホルダ２３には、ＧａＡｓウェハ２４がセットされ
て、ほぼ水平な姿勢で保持される。ＧａＡｓウェハ２４
上に化合物半導体を成膜するための原料ガスは、成長室
２１の周囲に間隔をあけて複数個設けられる原料ガス導
入管２５から、横方向に供給される。ＧａＡｓウェハ２
４上で成膜に寄与しなかった未反応の原料ガスは、成長
室２１の下方の排気管２６から真空排気される。排気管
２６の排気口２７は、ウェハホルダ２３の中央部に開口
する。原料ガスの流れ２８は、成長室２１の周囲から中
央に向って生じ、原料ガスは、成長室２１の内壁には触
れないで、ＧａＡｓウェハ２４の表面に沿って円滑に流
れる。

【００２０】図２は、図１の成長室２１を含む化合物半
導体の製造装置全体の概略的な構成を示す。原料ガス供
給装置３０は、図６の原料ガス供給装置１０と基本的に
同等であり、Ｇａ原料としてＴＭＧ３１、Ａｌ原料とし
てＴＭＡ３２、またＡｓ原料としてアルシン３３などの
原料ガスを、高純度水素と混合して供給する。本実施形
態では、原料ガスを、成長室２１の周囲に複数箇所設け
られる原料ガス導入管２５から横方向に導入する。ウェ
ハホルダ３に、ＧａＡｓウェハ２４の自転や公転を行わ
せる回転機構を設ければ、成膜の均一性を高めることが
できる。また、原料ガス導入管２５は１箇所でもよい。
複数箇所設ければ、成長室２１内の原料ガス濃度の均一
性を高めることができる。

【００２１】ヒータ２２によって５００℃〜８００℃に
加熱されるＧａＡｓウェハ２４上に供給される原料ガス
は、加熱分解され、ＧａＡｓウェハ２４上にはＧａＡｓ
やＡｌＧａＡｓがエピタキシャル成長する。加熱分解さ
れても成長に寄与しなかった未反応の原料ガスは、原料
ガスの流れ２８に従って、ウェハホルダ３の中心部の排
気口２７から排気管２６を通って真空排気される。この
ような構造によって、成長室２１の内壁に原料ガスが触
れることを抑えることができ、成長室２１の内壁に付着
する砒素等の析出物の発生を減少させることができる。
このため、成長室２１内のダストが減り、成長室２１内
を清浄な状態に保つことができる。また、成長膜上への
ダスト付着による表面状態の悪化が減少するので、良質
な成膜が可能となる。これに伴い、成長室２１に付着す
る砒素等の析出物を取除くクリーニングなどのメンテナ
ンスの頻度を減らし、装置の稼働率を向上させることが
できる。

【００２２】図３は、本発明の実施の他の形態である化
合物半導体気相成長装置の成長室の内部構成を簡略化し
て示す。図１の実施形態に対応する部分には同一の参照
符を付し、重複する説明を省略する。成長室４１は、密
閉された概略的に円柱状の空間である。ヒータ４２およ
びヒータ４２で加熱されるウェハホルダ４３は、概略的
に円錐状であり、ＧａＡｓウェハ２４が水平に対して傾
斜する姿勢でセットされて保持される。原料ガス導入管
４５からは、原料ガスが渦状に導入される。ウェハホル
ダ４３は、中心部が陥没して排気管２６の排気口４７が
開口する。これによって、成長室２１の周囲から横方向
に導入される原料ガスを、渦状の原料ガスの流れ４８に
沿って円滑に中央に集め、下方に排気することができ
る。

【００２３】図４は、図３の成長室４１の水平断面内で
の原料ガスの流れ４８を示す。原料ガス導入管４５の向
きが径方向に対して斜めになるように取付けられている
ので、成長室４１内では渦状の原料ガスの流れ４８が形
成される。これによって、複数の原料ガス導入管４５か
ら導入される原料ガスが円滑に流れ、対流が起りにくく
なって均一な成長膜を得ることができる。図１の実施形
態のように、平坦なウェハホルダ３を用いる場合でも、
原料ガスを渦状に導入する効果は得られる。本実施形態
のように円錐状のウェハホルダ４３を用いればさらに成
長膜の均一性を向上させることができる。

【００２４】なお、以上説明した実施形態では、ＴＭ
Ｇ，ＴＭＡ，アルシンなどを原料ガスとしてＧａＡｓや
ＡｌＧａＡｓの化合物半導体を気相成長させているけれ
ども、他の原料ガスを使用したり、他の種類の化合物半
導体材料の製造にも本発明を同様に適用することができ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ガス導入
手段が原料ガスを成長室の周囲側から横方向に導入し、
ガス排出手段が成長室の下部から排出するので、未反応
の原料ガスが成長室の内壁で冷却されにくくなり、原料
ガスが加熱分解されて生成する反応生成物の成長室内壁
への付着を抑制することができる。ダストの発生が抑え
られるので、成長室内のクリーニングという大がかりな
メンテナンスを頻繁に行うことなく、良質な成膜が可能
となる。このため、半導体ウェハの表面状態も良くな
り、半導体チップとしての歩留や取れ数を向上させるこ
とができる。

【００２６】また本発明によれば、原料ガスが周囲から
中央部に流れるので、未反応の原料ガスが成長室の内壁
に達して冷却される可能性が少なくなり、ダストの発生
を抑制することができる。

【００２７】また本発明によれば、原料ガスが斜めの方
向に導入されるので、成長室内部に渦状の流れを形成す
ることができ、複数箇所から導入される原料ガスが円滑
に流れて対流が起りにくくなり、均一な成長膜を得るこ
とができる。

【００２８】また本発明によれば、化合物半導体ウェハ
上を原料ガスが円滑に流れて排出されるので、対流が起
りにくくなって、均一な成長膜を得ることができる。

【００２９】さらに本発明によれば、原料ガスを横方向
に導入して下部から排出するので、未反応の原料ガスが
成長室の内壁で冷却されにくくなり、原料ガスが加熱分
解されて生成する反応生成物の成長室内壁への付着を抑
制することができる。ダストの発生が抑えられるので、
良質な成膜が可能となって半導体チップの歩留を向上さ
せ、メンテナンスの頻度を減少させて製造装置の稼働率
も向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である化合物半導体気相
成長装置の成長室の概略的な内部構成を示す斜視図であ
る。

【図２】図１の実施形態の化合物半導体気相成長装置を
含む製造装置の簡略化した配管系統図である。

【図３】本発明の実施の他の形態である化合物半導体気
相成長装置の成長室の概略的な内部構成を示す斜視図で
ある。

【図４】図３の実施形態の化合物半導体気相成長装置内
部の原料ガスの流れを示す置の簡略化した水平断面図で
ある。

【図５】従来の化合物半導体気相成長装置の成長室の概
略的な内部構成を示す斜視図である。

【図６】図５の化合物半導体気相成長装置を含む製造装
置の簡略化した配管系統図である。

【符号の説明】

２１，４１ 成長室 ２２，４２ ヒータ ２３，４３ ウェハホルダ ２４ ＧａＡｓウェハ ２５，４５ 原料ガス導入管 ２６ 排気管 ２７，４７ 排気口 ２８，４８ 原料ガスの流れ ３０ 原料ガス供給装置 ３１ ＴＭＧ ３２ ＴＭＡ ３３ アルシン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成長室内でほぼ水平な姿勢で保持される
   化合物半導体ウェハ上に、原料ガスを導入し、化合物半
   導体を成長させる化合物半導体気相成長装置において、 原料ガスを成長室の周囲側から内側への横方向に導入す
   るガス導入手段と、 成長室内のガスを成長室の下部から排出するガス排出手
   段とを含むことを特徴とする化合物半導体気相成長装
   置。
2. 【請求項２】 前記成長室は、大略的に上下方向の軸線
   を有する円柱状であり、 前記ガス導入手段は、成長室の周方向に間隔をあけて、
   複数箇所に設けられ、前記ガス排出手段は、成長室の中
   央部に設けられる開口部からガスの排出を行うことを特
   徴とする請求項１記載の化合物半導体気相成長装置。
3. 【請求項３】 前記ガス導入手段は、前記成長室の水平
   な断面内で、径方向に対して斜めの方向に向けて取付け
   られることを特徴とする請求項２記載の化合物半導体気
   相成長装置。
4. 【請求項４】 前記化合物半導体ウェハは、前記ガス導
   入手段が設けられる周辺部に対して、前記ガス排出手段
   の開口部が設けられる中央部が陥没するような傾斜面上
   に保持されることを特徴とする請求項２または３記載の
   化合物半導体気相成長装置。
5. 【請求項５】 化合物半導体を気相成長させる際に、 成長室の周囲側から内側への横方向に原料ガスを導入
   し、 成長室の下部から排気することを特徴とする化合物半導
   体気相成長方法。