(57)【要約】【課題】原料ガス効率と単結晶膜の結晶性を向上し得る化合物半導体製造装置の提供。【解決手段】側壁に排気口２を設けたリアクタ１と、リアクタに収容され、基板３を水平に又は傾斜させて保持するサセプタ４と、排気口に対向させてリアクタに導入されると共に、供給口６ａがサセプタに近接され、Ｖ族原料ガスを基板上面に供給するＶ族原料ガス供給ノズル６と、リアクタ内においてＶ族原料ガス供給ノズルに設けられ、その中を通るＶ族原料ガスを温度調節可能に加熱するＶ族原料ガス加熱手段７と、Ｖ族原料ガス供給ノズルの上方に近接してリアクタに導入されると共に、供給口８ａがサセプタに近接され、Ｖ族原料ガスの上方からＩＩＩ族原料ガスを基板上面に供給するＩＩＩ族原料ガス供給ノズル８とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にエピタキシャル成長法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の単結晶膜を形成する化合物半導体製造装置であって、側壁に排気口を設けたリアクタと、リアクタに収容され、基板を水平に又は傾斜させて保持するサセプタと、前記排気口に対向させてリアクタに導入されると共に、供給口がサセプタに近接され、Ｖ族原料ガスを基板上面に供給するＶ族原料ガス供給ノズルと、前記リアクタ内においてＶ族原料ガス供給ノズルに設けられ、その中を通るＶ族原料ガスを温度調節可能に加熱するＶ族原料ガス加熱手段と、前記Ｖ族原料ガス供給ノズルの上方に近接してリアクタに導入されると共に、供給口がサセプタに近接され、Ｖ族原料ガスの上方からＩＩＩ族原料ガスを基板上面に供給するＩＩＩ族原料ガス供給ノズルとを備えることを特徴とする化合物半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン（Ｓｉ）やサファイア等の基板にエピタキシャル成長法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の単結晶膜を形成する化合物半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の化合物半導体製造装置としては、図３に示す縦型のものが知られている。
この化合物半導体製造装置は、上、下端を気密に閉鎖した短円筒状を呈し、上端側部にＩＩＩ−Ｖ族混合原料ガス（キャリアガスを含む）を導入するガス導入口３１、底部にガスを排出するガス排出口３２をそれぞれ複数設けると共に、天井部に透明石英ガラス板３３を気密に嵌め込んだ覗き窓３４を設けたステンレス鋼製のリアクタ（反応器）３５を備えている。
リアクタ３５内は、透明石英ガラスからなり、後述する基板に供給するＩＩＩ−Ｖ族混合原料ガスのガス流を整流すべく、多孔の微小孔（図示せず）を設けた整流板（シャワープレート）３６によって、ガス導入口３１側のガス室３７とガス排出口３２側の反応室３８とに上下に分けて画成されている。
【０００３】
上記、リアクタ３５の反応室３８内には、基板３９を水平に保持するサセプタ４０が収納されており、このサセプタ４０は、基板３９にエピタキシャル成長するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の単結晶膜の面内膜厚分布を均一にすべく、リアクタ３５の底部中央を気密に貫通する回転軸４１を介して支持され、かつ、回転軸４１と連動直結した回転駆動装置（図示せず）を介して高速回転（ｍａｘ．２０００ｒｐｍ）可能に設けられている。
そして、サセプタ４０内には、基板３９を下方から加熱する発熱体４２が設けられている。
図３において４３は覗き窓３４の気密性とガス室３７の清浄度を高めるため、その透明石英ガラス３３と整流板３６との間を気密に仕切る透明石英ガラス板、４４は反応室３８の清浄度を高めるため、リアクタ３５の内周に沿って配置した透明石英ガラス筒であり、４５はリアクタ３５内を真空吸引するため、その周壁に設けた真空吸引口、４６はリアクタ３５を冷却する冷却水を通水するため、その周壁に設けた通水空洞である。
【０００４】
上述した化合物半導体製造装置は、基板３９を発熱体４２により所要温度に加熱し、かつ、回転駆動装置によりサセプタ４０等と一緒に高速回転させる一方、覗き窓３４から透明石英ガラス板３３，４３及び整流板３６を通して基板３９の観察や赤外線放射温度計による温度測定をしながら、ガス導入口３１からガス室３７へ導入したＩＩＩ−Ｖ族混合原料ガスを整流板３６を介してガス流を整流して基板３９上に供給することにより、基板３９上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の単結晶膜を均一な厚さで形成するものである。
【０００５】
又、化合物半導体製造装置としては、図４に示す縦型のものも知られている。この化合物半導体製造装置は、上端にキャリアガスを導入するガス導入口４７、下端にガス排出口４８を設けた透明石英ガラス製の円筒状のリアクタ４９を備えている。
リアクタ４９内には透明石英ガラスからなり、後述する基板にＩＩＩ−Ｖ族混合原料ガスを供給するノズル５０が上方に配設されている一方、このノズル５０の下方に位置して基板５１を水平に保持するサセプタ５２が収容されている。
そして、サセプタ５２は、リアクタ４９の外部に配設した高周波コイル（図示せず）によって高周波誘導加熱されるグラファイトからなるものであって、基板５１にエピタキシャル成長するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の単結晶膜の面内膜厚分布を均一にすべく、前述したものと同様に、回転軸５３を介して回転可能に支持されている。
【０００６】
上述した化合物半導体製造装置は、基板５１を高周波コイルによるサセプタ５２の高周波誘導加熱により所異温度に加熱し、かつ、回転軸５３の回転によってサセプタ５２と一緒に回転させる一方、ノズル５０からリアクタ４９内へ導入したＩＩＩ−Ｖ族混合原料ガスをガス導入口４７から導入したキャリアガスを介して基板５１上に供給することにより、基板５１上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の単結晶膜を均一な厚さで形成するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の化合物半導体製造装置では、いずれのものでも分解温度の異なるＩＩＩ族、Ｖ族の原料ガスが基板上面に上方から混合して供給されるため、基板上面に到達する原料ガスの量が少なく、原料ガス効率が極めて低い不具合がある。
又、整流板若しくはノズル直下で、ガス反応が開始されるため、副生成物の発生やリアクタ内壁への析出が起こり、パーティクルとして基板上に付着し、単結晶膜の汚染を生じる不具合がある。
【０００８】
そこで、本発明は、原料ガス効率と単結晶膜の結晶性を向上し得る化合物半導体製造装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の化合物半導体製造装置は、基板にエピタキシャル成長法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の単結晶膜を形成する化合物半導体製造装置であって、側壁に排気口を設けたリアクタと、リアクタに収容され、基板を水平に又は傾斜させて保持するサセプタと、前記排気口に対向させてリアクタに導入されると共に、供給口がサセプタに近接され、Ｖ族原料ガスを基板上面に供給するＶ族原料ガス供給ノズルと、前記リアクタ内においてＶ族原料ガス供給ノズルに設けられ、その中を通るＶ族原料ガスを温度調節可能に加熱するＶ族原料ガス加熱手段と、前記Ｖ族原料ガス供給ノズルの上方に近接してリアクタに導入されると共に、供給口がサセプタに近接され、Ｖ族原料ガスの上方からＩＩＩ族原料ガスを基板上面に供給するＩＩＩ族原料ガス供給ノズルとを備えることを特徴とする。
【００１０】
【作用】
本発明の化合物半導体製造装置においては、Ｖ族原料ガスが基板上面への供給直前において分解を促進された状態となり、かつ、基板上面において初めてＩＩＩ族原料ガスと会合する。
【００１１】
リアクタは、縦型のものと同様に、基板の観察等が可能で、かつ、内部の清浄度を高めた短円筒状又は箱形状とされる。
【００１２】
サセプタは、単結晶膜の面内膜厚分布の均一化を保つため、回転可能とされる。
又、サセプタは、基板を加熱する発熱体を埋設したものであってもよく、あるいはカーボン等の高周波誘導発熱体からなり、リアクタの外側に配置した高周波コイルによる高周波誘導加熱により基板を加熱するようにしたものであってもよい。
【００１３】
Ｖ族原料ガス供給ノズルは、高純度の石英ガラスからなり、先端に向って拡幅する供給口がサセプタに近接され、かつ、リン等のＶ族原料ガスが基板上面に斜め上方から又は基板上面と平行に供給されるように設けられる。
【００１４】
Ｖ族原料ガス加熱手段は、リアクタ内においてＶ族原料ガス供給ノズルに設けた発熱体と、同様にリアクタ内においてＶ族原料ガス供給ノズルに設けた温度センサと、温度センサからの信号を受けて発熱体の発熱量を調整すべく給電量を制御する制御器とから構成される。
発熱体としては、Ｖ族原料ガス供給ノズルに埋設したカーボンワイヤーヒータ等の抵抗発熱体、リアクタの外側に配置した高周波コイルによって高周波誘導加熱すべく、Ｖ族原料ガス供給ノズルに埋設したカーボン材等の高周波誘導発熱体、又はＶ族原料ガス供給ノズルの外周に巻き付けた高純度の石英ガラスチューブに封入されたカーボンワイヤーヒータ等の抵抗発熱体が用いられる。
温度センサとしては、Ｖ族原料ガス供給ノズルに埋設した熱電対等が用いられる。
【００１５】
ＩＩＩ族原料ガス供給ノズルは、Ｖ族原料ガス供給ノズルと同様に、高純度の石英ガラスからなり、先端に向って拡幅する供給口がサセプタに近接され、かつ、ボロン（Ｂ）等のＩＩＩ族原料ガスが基板上面に斜め上方から又は基板上面と平行に供給されるように設けられている。
【００１６】
なお、リアクタには、ＩＩＩ族原料ガス供給ノズルの上方に近接して導入され、水素ガス（Ｈ２  ）等のキャリアガスをＶ族、ＩＩＩ族原料ガスと平行に供給するキャリアガス供給ノズル、及びキャリアガス供給ノズルの上方において導入され、通常、リアクタの天井部に設けられる覗き窓の窓ガラスの曇りを防止する水素ガス等の窓曇り防止用ガスを窓ガラスと平行に供給する窓曇り防止用ガス供給ノズルを備えることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１、図２は本発明に係る化合物半導体製造装置の実施の形態の一例を示す概念的な縦断面図、図１におけるＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【００１８】
図中１は矩形箱形状のリアクタ（反応器）で、このリアクタ１は、ステンレス鋼等の金属からなる筐体の内面をその中の清浄度を高めるために高純度の石英ガラスで覆って設けられている。
リアクタ１の天井部には、透明石英ガラスからなる窓ガラスを気密に嵌め込んだ覗き窓（図示せず）が設けられ、又、その一端（図１、図２においては右端）壁には、ガスを排出する排気口２が設けられている。
リアクタ１内の底部中央には、シリコンやサファイア等の基板３を水平に保持するサセプタ４が収容されており、このサセプタ４は、基板３を加熱する基板加熱手段としてのヒータ５を内蔵していると共に、図示しない回転駆動装置を介しその中心回りに２〜５０ｒｐｍの回転数で回転可能に設けられている。
【００１９】
又、リアクタ１には、高純度の石英ガラスからなり、リン等のＶ族原料ガスを基板３の上面に供給するＶ族原料ガス供給ノズル６が前記排気口２と対向させて水平に導入されており、このＶ族原料ガス供給ノズル６の供給口６ａは、先端に向って拡幅し、かつ、サセプタ４に近接して設けられていると共に、Ｖ族原料ガスを基板３の上面に斜め上方から供給すべく適宜角度（例えば、２〜３０°）で下方へ折曲されている。
リアクタ１内におけるＶ族原料ガス供給ノズル６には、その中を通るＶ族原料ガスを温度調節可能に加熱するＶ族原料ガス加熱手段７が設けられている。
Ｖ族原料ガス加熱手段７は、Ｖ族原料ガス供給ノズル６に螺旋状をなさせて埋設した抵抗発熱体としてのカーボンワイヤーヒータ７ａ、Ｖ族原料ガス供給ノズル６に埋設した温度センサ（図示せず）、及び温度センサからの信号を受けてカーボンワイヤーヒータ７ａの発熱量を調整すべくカーボンワイヤーヒータ７ａへの給電量を制御する制御器（図示せず）から構成されている。
【００２０】
更に、リアクタ１には、Ｖ族原料ガス供給ノズル６と同様に、高純度の石英ガラスからなり、ボロン等のＩＩＩ族原料ガスをＶ族原料ガスの上方から基板３の上面に供給するＩＩＩ族原料ガス供給ノズル８が前記排気口２と対向させ、かつ、Ｖ族原料ガス供給ノズル６の上方に近接させて水平に導入されており、このＩＩＩ族原料ガス供給ノズル８の供給口８は、先端に向って拡幅し、かつ、サセプタ４に近接して設けられていると共に、ＩＩＩ族原料ガスを基板３の上面に斜め上方から供給すべくＶ族原料ガス供給ノズル６の供給口６ａと平行をなすように下方へ折曲されている。
なお、ＩＩＩ族原料ガス供給ノズル８は、ＩＩＩ族原料ガスを低温で基板３の上面に供給すべく、水冷されているものである。
【００２１】
更に又、リアクタ１には、高純度の石英ガラスからなり、水素ガス等のキャリアガスをＩＩＩ族原料ガスの上方から基板３の上面に供給するキャリアガス供給ノズル９が前記排気口２と対向させ、かつ、ＩＩＩ族原料ガス供給ノズル８の上方に近接させて水平に導入されており、このキャリアガス供給ノズル９の供給口９ａは、先端に向って拡幅し、かつ、サセプタ４に近接して設けられていると共に、キャリアガスを基板３の上面に斜め上方から供給すべく、ＩＩＩ族原料ガス供給ノズル８の供給口８ａと平行をなすように下方へ折曲されている。
更に、リアクタ１には、高純度の石英ガラスからなり、覗き窓の窓ガラスの曇りを防止する水素ガス等の窓曇り防止用ガスを窓ガラスと平行に供給する窓曇り防止用ガス供給ノズル１０が前記排気口２と対向させ、かつ、キャリアガス供給ノズル９の上方に水平に導入されており、この窓曇り防止用ガス供給ノズル１０の供給口１０ａは、窓ガラス全面に窓曇り防止用ガスが行き渡るように先端に向って拡幅して設けられている。
【００２２】
上述した化合物半導体製造装置においては、サセプタ４上に基板３を載置した後、キャリアガス供給ノズル９からパージガスを供給しながら、基板３を回転駆動装置により回転し、かつ、ヒータ５により加熱し、パージガスを原料ガス等と置換する。
基板３が所要の温度（例えば、３００〜１０００℃）になったら、Ｖ族原料ガス加熱手段７によりＶ族原料ガス供給ノズル６を通るＶ族原料ガスを基板温度より１０〜１００℃程度高く加熱して基板３の上面に供給すると共に、ＩＩＩ族原料ガス供給ノズル８から低温のＩＩＩ族原料ガス及びキャリアガス供給ノズル９からキャリアガスを基板の上面に供給し、かつ、窓曇り防止用ガス供給ノズル１０から窓曇り防止用ガスを窓ガラスと平行に供給する。
基板３より高温で供給されたＶ族原料ガスは、低温で供給された  ＩＩＩ族原料ガスと高温に保たれた基板３上で初めて会合することにより、瞬時に反応し、基板３の上面にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の単結晶膜がエピタキシャル成長する。
一方、覗き窓の窓ガラスは、窓曇り防止用ガスによってその曇りを防止されるので、窓ガラスを通して行われる基板３の観察や赤外線放射温度計による基板温度の測定に支障を来すことはない。
そして、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の単結晶膜のエピタキシャル成長に寄与しなかった、ＩＩＩ族、Ｖ族原料ガス、キャリアガス及び窓曇り防止用ガスは、排気口２からリアクタ１外へ排出される。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の化合物半導体製造装置によれば、Ｖ族原料ガスが基板上面への供給直前において分解を促進された状態となり、かつ、基板上面においてＩＩＩ族原料ガスと会合するので、原料ガス効率と単結晶膜の結晶性を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る化合物半導体製造装置の実施の形態の一例を示す概念的な縦断面図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３】従来の化合物半導体製造装置の縦断面図である。
【図４】従来の他の化合物半導体製造装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１  リアクタ（反応器）
２  排気口
３  基板
４  サセプタ
６  Ｖ族原料ガス供給ノズル
６ａ  供給口
７  Ｖ族原料ガス加熱手段
８  ＩＩＩ族原料ガス供給ノズル
８ａ  供給口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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