(57)【要約】【課題】半導体結晶成長装置の除害筒への負荷を軽減させ、除害筒の交換周期を長期化することを可能にする。【解決手段】反応炉１０の後段に有毒ガスを強制的に熱分解させるヒータ２３等の熱源を有する熱分解室２０を設け、そこで反応炉１０内で成長に寄与せずに未分解のまま素通りしてきた有毒ガスを強制的に熱分解させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有毒な原料ガスを用いて化合物半導体膜を気相成長する反応炉の排気系統中に、除害剤との化学反応を利用して未分解の原料ガスを回収し有毒ガスをじょ限量以下に希釈する除害筒を設けた半導体結晶成長装置において、
上記排気系統中における除害筒の前に、反応炉から排気される未分解の原料ガスを強制的に熱分解させる熱分解室を設けたことを特徴とする半導体結晶成長装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体結晶成長装置において、
上記反応炉が有機金属気相成長法、ハイドライドＶＰＥ法又はプラズマＣＶＤ法のいずれかを用いた装置から成ることを特徴とする半導体結晶成長装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体結晶成長装置において、
上記熱分解室に熱源としてヒータを設け、そのヒータ温度を１５００℃以上としたことを特徴とする半導体結晶成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化合物半導体結晶成長装置、特に反応炉から排気される有毒ガスを除害筒により除害する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を成長する気相成長装置の反応炉の後段には、除害剤との化学反応を利用して未分解の原料ガスを回収し有毒ガスをじょ限量以下に希釈する為の除害筒（除害装置）を有しているのが一般的である。
【０００３】
ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）を用いて、半導体膜を製造する装置の構成を図４に示した。このＭＯＶＰＥ装置（半導体結晶成長装置）は、シリンダーキャビネット１と、原料ガスを供給し基板上に半導体膜を成長する反応炉１０と、反応炉１０の排気側に設けられ反応生成物を回収するトラップ３と、トラップ３の排気側に設けられ反応炉１０を減圧にする為の真空ポンプ４と、そして真空ポンプ４の排気側に設けられた除害筒３０とによって構成されている。
【０００４】
シリンダーキャビネット１には原料ガスボンベが保管されている。反応炉１０にはシリンダーキャビネット１内にある原料ガスボンベから原料ガスが供給される。反応炉１０内では基板（半導体を結晶成長させるための板状の結晶）が加熱されており、原料ガスが熱分解して基板上に結晶成長する。トラップ３では成長に寄与しなかった原料ガスの内、熱分解反応した生成物を回収する。真空ポンプ４は反応炉１０を成長圧力まで減圧する。除害筒３０では未分解の原料ガスが回収される。
【０００５】
図３に、反応炉１０と除害筒３０の前後関係を示す。反応炉１０で未分解のまま素通りした原料ガスつまり有毒ガスが除害筒３０に導かれる。この除害筒３０には有毒ガスと反応するような除害剤が入れられており、有毒ガスとの化学反応を利用し、有毒ガスをじょ限量以下に希釈する働きをする。
【０００６】
特許文献的には、従来、プロセスポンプからの排気ガス中に含まれるダストや反応生成物をフィルターで蓄積除去し、フィルターで除去できなかった排気ガス中の有毒ガス成分を除害筒で吸着する装置（例えば、特許文献１参照）や、有機金属化合物の除害処理を行うのに先立って水添反応を行うこと、すなわち有毒ガスを水添反応処理した後に、固体除害剤に接触させる装置（例えば、特許文献２参照。）が知られている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−５８０１８号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平８−１４１３５９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の図４又は特許文献１の如き装置では、成長に寄与しなかった有毒ガスはそのまま除害筒へ流入する。既に触れたように、除害筒は有毒ガスと反応するような除害剤を入れ、有毒ガスとの化学反応を利用し、有毒ガスをじょ限量以下に希釈する働きをする。反応炉は通常６００〜８００℃に加熱されているが、そこでの有毒ガスの分解は少なく、大部分が成長に寄与せずに排気側に流れる。
【００１０】
このように分解しきれなかった有毒ガスが排気系にある除害筒に流れ込むと、除害剤への負荷が大きくなり、短期間で除害する能力を失い交換しなければならなくなる。
【００１１】
また特許文献２のような装置では、排ガスと水素ガスとを接触させる必要がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、反応炉を未分解のまま素通りした有毒ガスを、強制的に熱分解させて、除害筒への負荷を軽減させ、除害筒の交換周期を長期化することを可能にした簡易な構成の除害装置を具備する半導体結晶成長装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１４】
請求項１の発明に係る半導体結晶成長装置は、有毒な原料ガスを用いて化合物半導体膜を気相成長する反応炉の排気系統中に、除害剤との化学反応を利用して未分解の原料ガスを回収し有毒ガスをじょ限量以下に希釈する除害筒を設けた半導体結晶成長装置において、上記排気系統中における除害筒の前に、反応炉から排気される未分解の原料ガスを強制的に熱分解させる熱分解室を設けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１記載の半導体結晶成長装置において、上記反応炉が有機金属気相成長法、ハイドライドＶＰＥ法又はプラズマＣＶＤ法のいずれかを用いた装置から成ることを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の半導体結晶成長装置において、上記熱分解室に熱源としてヒータを設け、そのヒータ温度を１５００℃以上としたことを特徴とする。
【００１７】
＜発明の要点＞
本発明の要点は、反応炉の後段に有毒ガスを強制的に熱分解させるヒータ等の熱源を有する熱分解室を設け、そこで反応炉内で成長に寄与せずに未分解のまま素通りしてきた有毒ガスを強制的に熱分解させる点にある。
【００１８】
これにより未分解な有毒ガスが除害筒に流入する量が抑えられ、除害筒への負荷は大幅に軽減することができる。除害筒への負荷が軽減されれば除害筒の寿命が長期化され交換周期がながくなる。
【００１９】
熱分解室には、１５００℃以上に加熱されたヒータが設置されている。ここを通過する際に反応炉で成長に寄与しなかった未分解の有毒ガスは強制的に熱分解される。
【００２０】
なお、上記有毒ガスは、例えばアルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、モノシラン（ＳｉＨ４）、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）等である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００２２】
図１に、本発明の半導体結晶成長装置を図３と同様に省略した形で示す。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を成長する気相成長装置の反応炉１０の後段には、従来と同様に、有毒ガスをじょ限量以下に除害する為の除害筒３０が設けられている。除害筒３０には、固体除害剤が充填されており、除害剤との化学反応を利用して未分解の原料ガスを回収し有毒ガスをじょ限量以下に希釈するように構成されている。
【００２３】
しかし、従来と異なり、この反応炉１０の排気系統中における除害筒３０の前に、反応炉１０から排気される未分解の原料ガスを強制的に熱分解させるヒータ２３を有する熱分解室２０が設けられている。
【００２４】
実際には、図４で説明したように、化合物半導体膜をＭＯＶＰＥ法により気相成長する反応炉１０の排気系統中においては、更に反応炉１０の排気側に設けられ反応生成物を回収するトラップ３と、トラップ３の排気側に設けられ反応炉１０を減圧にする為の真空ポンプ４と、そして真空ポンプ４の排気側に設けられた除害筒３０とが設けられており、その除害筒３０の前（上流側）に、上記ヒータ２３を有する熱分解室２０が設けられている。
【００２５】
熱分解室２０はヒータ２３により１５００℃以上に加熱されており、反応炉１０で成長に寄与しなかった未分解の有毒ガスは、ここを通過する際に強制的に熱分解される。これにより未分解な有毒ガスが除害筒３０に流入する量が抑えられ、除害筒３０への負荷を大幅に軽減することができる。除害筒３０への負荷が軽減されれば除害筒の寿命が長期化され交換周期が長くなる。
【００２６】
本発明の効果を確認するため、従来例として、図２の従来の成長装置（熱分解室なし）を用いて、ＧａＡｓの成長を繰り返し行った。この際の成長条件は、ＴＭＧ：５．０×１０−４ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＡｓＨ３は４．５×１０−２ｍｏｌ／ｍｉｎ、成長温度は６００℃である。ＡｓＨ３の積算流量と除害筒の破過時期を調べた結果、ＡｓＨ３を９００ｍｏｌ流したところで除害筒は破過してしまい交換となった。
【００２７】
一方、本発明の実施例として、従来技術の成長条件と全く同じで、図１の成長装置（熱分解室あり）を用いて成長を繰り返し、除害筒の破過時期を調べた。この際、熱分解室内に設置されたヒータ温度は１５００℃とした。その結果、従来のＡｓＨ３を９００ｍｏｌ流したところでは除害筒が破過せず、ＡｓＨ３を１６００ｍｏｌ流したところで除害筒の破過が起こった。よって従来技術の１．８倍除害筒の交換周期が長期化された。
【００２８】
本発明の化合物半導体結晶成長装置は、有毒ガスがアルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、モノシラン（ＳｉＨ４）、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）等である場合に有効である。これらの有毒ガスのそれぞれを用いて、熱分解室２０のヒータ温度と除害筒３０の破過周期を調べたところ、図３に示すように１０００℃から１５００℃までは温度高くなるにつれ、破過周期は徐々に長くなった。しかし、１５００℃以上では破過周期に差が見られなくなった為、熱分解室２０のヒータ温度としては１５００℃以上とするのが良いことが分かる。
【００２９】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を成長する気相成長装置に適用することができ、反応炉は有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法、ハイドライドＶＰＥ法、プラズマＣＶＤを用いた装置のいずれであっても良い。
【００３０】
本発明は、熱分解室の加熱温度を変えることにより、様々な有毒ガスに対応することが可能である。
【００３１】
上記実施形態では、熱源としてヒータを具備する熱分解室を除害筒に前置したが、ヒータを熱源とする熱分解室の代わりに、高周波により放電された部屋を設け、そこに有毒ガスを通し、クラッキングにより分解させるようにしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、反応炉の後段に有毒ガスを強制的に熱分解させるヒータ等の熱源を有する熱分解室を設け、そこで反応炉内で成長に寄与せずに未分解のまま素通りしてきた有毒ガスを強制的に熱分解させる構成としたので、除害筒へ流れ込む未分解の有毒ガス量を低減することができる。これにより除害筒への負荷が大幅に低減でき、その結果、除害筒の交換周期を長期化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体結晶成長装置の概略構成を示した図である。
【図２】図１の熱分解室のヒータ温度と除害筒破過周期の関係を示した図である
【図３】従来技術の半導体結晶成長装置の概略構成を示した図である。
【図４】従来技術の半導体結晶成長装置の構成を示した図である。
【符号の説明】
１０  反応炉
２０  熱分解室
２３  ヒータ
３０  除害筒（除害装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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