JPH0628243B2 - 有機金属気相成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、有機金属気相成長法による結晶成長装置に係
わり、特に外界からの水分、酸素の侵入を排除して高品
質の結晶を多数枚同時に成長できる装置に関する。

［従来の技術］ 半導体単結晶層を成長させる際、半導体基板上に半導体
結晶層を成長させるエピタキシャル成長法が広く用いら
れる。このエピタキシャル成長法のなかで、有機金属気
相成長法（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy、以下
ＭＯＶＰＥと略記）が注目されている。

これは、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ₃）_３）やト
リエチルアルミニウム（Ａｌ（Ｃ₂Ｈ₅）_３）等の有機金
属ガスとアルシン（ＡｓＨ₃）やホスフィン（ＰＨ₃）を
原料として、それらを熱分解させてエピタキシャル成長
させる方法である。

ＭＯＶＰＥ法は精密な制御が可能であり、大量生産にも
向いているといわれ、半導体製造技術の中で重要な地位
を占めるようになった。

ＭＯＶＰＥ法により製造されたエピタキシャル成長層の
特性は、成長装置内の雰囲気に強く影響を受ける。すな
わち、アルミニウムやアンチモン等の酸化しやすい成分
を含む半導体製品を製造する場合、酸素や水分がＭＯＶ
ＰＥ装置内に少しでも残留していると、特性が著しく劣
化するという問題点がある。そのため、酸素や水分がＭ
ＯＶＰＥ成長装置内に侵入しないようにするための工夫
が従来よりなされてきた。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記の酸素や水分の侵入を防止する手段として、配管の
継手部の溶接化や、成長室そのものの石英からステンレ
ス製への変更によりリークタイトな構造としたり、真空
に排気できる準備室を設け、半導体ウエハは、その準備
室を通過して成長室に装填するような方法が採られてき
た。

特に、真空準備室を設ける方法は有効である。しかし、
従来の装置では、半導体ウエハーは一枚だけしか投入で
きるものしかなく、量産型の多数枚同時成長型の装置で
は、予備室を備えるものはなく、成長中の半導体ウエハ
の表面に搬送機構が接触したり、力が加わると表面に損
傷が生じ、良好なエピタキシャル成長ができない可能性
が大きく、搬送が容易でなく、真空準備室を設けること
は困難であった。このような状況にあり、従来の量産型
の装置で酸化しやすいＡｌ等を含む高品質な半導体エピ
タキシャル結晶を再現性よく成長させることは容易では
なかった。

［発明の効果］ 本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、外界の
水分、酸素の侵入を防ぎ高品質のエピタキシャル結晶を
成長させることができる量産型の有機金属気相成長装置
を提供することを目的としている。

本発明装置は、端的には従来のたて型量産型のＭＯＶＰ
Ｅ装置になかった真空準備室を成長室上側に設け、更に
成長室に半導体ウエハ搬送機構を設けて成長装置を構成
するものである。

以下、第１図に示す実施例により本発明を説明する。図
示のように、本発明の基本構成は、上部の搬送機構１
と、中間の真空準備室２と下側の成長室８からなる。

半導体ウエハ搬送機構１の搬送子１′は、動力により中
間の真空準備室２を垂直に貫通し、更にゲートバルブ６
を貫通して下側のサセプター９の周辺に到達できるよう
になっている。

真空準備室２はその一側にウエハホルダー７を出し入れ
する扉５を備え、真空準備室排気系３とパイプで連結さ
れる。この真空準備室２の底部には、ゲートバルブ６に
至るパイプ孔19を間にして、扉の入口より直線方向にウ
エハホルダーカセット用レール18が布設される。この上
に、ホイールを備えるウエハ搭載用のホルダーカセット
17が載せられるが、このウエハホルダーカセット17は、
この上に搭載される半導体ウエハ12を搭載した複数のウ
エハホルダー７がそれぞれ相互に触れ合わず、かつ、半
導体ウエハ12の面は互に当らないような保持部20を具
え、レール18上で左，右いずれかの終端位置にあると
き、中間にあるゲートバルブ18に達するパイプ孔19はウ
エハホルダーカセット17の端部によって塞がれないよう
に設計される。真空準備室２はゲートバルブ６によって
成長室８より分離されている。

ゲートバルブ６の下方に設置される成長室８の壁面はい
わゆるたて型の成長室をなし、ステンレス製である。上
方の加熱により昇温する部分は二重壁構造となり、この
二重壁構造部分の下方で冷却水入口10が設けられ、上方
で冷却水出口11が設けられ、成長室８はその下部におい
て成長室排気系15とパイプで連結され、又、原料ガス供
給系４よりの原料ガスを受けるため、成長室８の頂部で
原料ガス供給系４とパイプで連結される。この成長室８
の頂部内側及びこれに対向するサセプター９の表面は、
後述のようにウエハホルダー７を装着した状態で原料ガ
ス流の乱れを生じないような形状に形成される。

回転式のサセプター９はサセプター回転機構13によって
垂直方向で回転できるように支持され、その内側にはウ
エハ12を加熱する抵抗型のヒーター16が配置され、ヒー
ター用電流導入端子14と接続される。

本実施例で、ウエハホルダーカセット17は８枚のウエハ
ホルダー７を保持できるように形成されており、サセプ
ター９はその側面に４枚のウエハホルダー７を装着でき
る装着部を備えている。この理由は、成長室８のサセプ
ター９において一度に装着されるウエハホルダー７の枚
数の倍又はそれ以上の保持部20を設けて、４枚のウエハ
ホルダー７についてエピタキシャル成長を完了したとき
は、これを引上げ、真空準備室２のウエハホルダーカセ
ット17の空いた保持部に保持し、扉５を開くこなく、直
ちに、待機させておいた未エピタキシャル成長加工のウ
エハホルダー７をサセプター９に下ろして装着し、エピ
タキシャル処理に入るためである。もちろんウエハホル
ダーカセット７はサセプター９の装着できるウエハホル
ダー９と同枚数収容のものでもよい。

棒状の搬送子１′がゲートバルブ６を通り、成長室８に
下降したとき、その先端に懸垂されたウエハホルダー７
は、サセプター９の外周に装着部として形成された、下
方出張り傾斜の凹部にすべり込むように、サセプター９
の表面に接した状態で下降し、凹部に嵌り込む。

今、図の状態で、最左端のウエハホルダー７を成長室８
のサセプター９にセットするには、サセプター９を回転
させ、サセプター９の空きウエハホルダー７の装着部を
ゲートバルブ６の真下となる位置に置き、ウエハホルダ
ーカセット17を若干左に移動させ、ウエハホルダーカセ
ット17を搬送子１′の先端と連結し、若干上方に引上
げ、ウエハホルダーカセット17をもとの位置に後退さ
せ、ゲートバルブ６を開いた状態で搬送子１′を下降さ
せてウエハホルダー17をサセプター９に装着する。この
動作を順次繰返すことでサセプター９の全装着部の凹部
にウエハホルダー７をセットすることができる。これを
真空準備室２に引上げる時には、処理の終了したウエハ
ホルダー７を順次、図でゲートバルブ６に通じる孔19に
遠いウエハホルダーカセット17の保持部20より順に孔19
に近い保持部20にわたってセットする。

次に図示していないが、未処理のウエハホルダー７があ
るときは、前記カセット17全体を左方のレール18に移
し、前記動作を繰返し、最終的に全処理終ったとき、こ
の実施例では８枚の処理の終ったウエハホルダーがウエ
ハホルダーカセット17上にあり、ゲートバルブ６を閉じ
た状態で出し入れ扉５から外界に引出される。

前後するが、ウエハホルダーカセット17に未処理のウエ
ハホルダー７を保持して真空準備室２に投入後、排気系
３により、独立して真空に排気され、ウエハ投入時に侵
入した外気や、ウエハ及びウエハホルダーに吸着した酸
素や水分等が除去される。ゲートバルブ６を開けて、搬
送機構によって、上述のようにウエハホルダー７を次々
にサセプター９にセットする。

上述のように、搬送子１′でウエハホルダー７を搬送す
るためには、第２図(イ)、(ロ)、(ハ)により、搬送子とウ
エハホルダーおよび保持動作を具体的に示すように、ウ
エハホルダー７の底面に搬送子１′の先端をＬ字形に折
り曲げてできた突起20を挿入できる挿入孔19を設ける。
搬送子１′は矢印で示すように上下し、また回転できる
構成をとることができるから、この突起20を挿入孔19に
挿入し、サセプター９の所定位置（凹部）に保持し、こ
れより真空予備室に移すことができる。

第３図に示す例はウエハホルダー７の下部に孔21を設
け、これに対して搬送子１′の先端横方向に突子22を設
けて連結、解除できるように構成したものである。いず
れにしても、ウエハホルダー７の上部に何らかのウエハ
ホルダーのチャック機構を設けると、この機構が動作し
たとき、ダストが発生し、これがウエハ表面に付着して
エピタキシャル成長面の欠陥となるので、上述のよう
に、影響はできるだけ少なくなるように、下部が望まし
いのである。

次にゲートバルブ６が閉じられ、成長過程に入る。

原料ガス供給系４より正確に制御されたＴＭＧ，ＡｓＨ
₃等の原料ガスがヒーター16により、所定の温度、例え
ば600〜700℃に加熱された半導体ウエハ７の表面に導び
かれ、熱分解し、エピタキシャル成長する。本実施例
は、真空排気系15により減圧下で成長することが可能で
ある。成長終了後、400℃付近まで、例えばＧａＡｓ成
長の場合は、ＡｓＨ₃を流しておき、それ以下の温度に
なってから、真空排気系15より排気される。その後、前
述の手順を逆にして成長処理済みのウエハが真空準備室
２に回収される。以上でＭＯＶＰＥ成長の１サイクルが
完了する。その後、すでに説明した未処理のウエハにつ
いて連続して成長サイクルに入るが、全数処理完了の場
合は真空準備室２をなるべく汚染を避けるため高純度Ｎ
₂ガス（図示していない）によりリークして成長処理済
みの半導体ウエハを取り出し、次の成長用ウエハを投入
する工程に移る。

［発明の効果］ 以上の説明から判るように、本発明の装置によれば、外
界の酸素，水分の侵入を防ぎ、非常にこれらの影響を受
けやすいＡｌＧａＡｓ等の高品質なエピタキシャル結晶
を効率よく量産することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す。 第２図(イ)、(ロ)、(ハ)はそれぞれ搬送子、ウエハホルダ
ー、及び保持動作をそれぞれ示す。 第３図は他の搬送子とウエハホルダーを示す。 １……半導体ウエハ搬送機構、２……真空準備室、３…
…真空準備室排気系、４……原料ガス供給系、５……出
し入れ用扉、６……ゲートバルブ、７……ウエハホルダ
ー、８……成長室、９……サセプター、10……冷却水入
口、11……冷却水出口、12……半導体ウエハ、13……サ
セプター回転機構、14……ヒーター用電流導入端子、15
……成長室排気系、16……抵抗加熱ヒーター、17……ウ
エハホルダーカセット、18……ウエハホルダーカセット
レール。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原料ガス導入口を上部に備え、半導体ウエ
   ハを搭載したウエハホルダーを側面に複数枚装着できる
   回転式サセプターと該サセプターの内側にあつて半導体
   ウエハを加熱するヒーターと真空排気系を備え、原料ガ
   スを所定の圧力下で加熱分解し、半導体ウエハ上に結晶
   をエピタキシャル成長させるたて型ステンレス製成長室
   の上側に、外界に通じ、また気密に閉じることができ、
   かつバルブにより前記成長室とは分離され、独立に排気
   することができ、ウエハホルダーをサセプターに装着で
   きる枚数、又はそれ以上カセットにて保持できる真空準
   備室を持ち、該真空準備室から前記成長室内のサセプタ
   ーに半導体ウエハを搭載したウエハホルダーを該半導体
   ウエハの下部となる位置で搬送子と連結して搬送し、又
   逆に該サセプターよりウエハホルダーを取外し、前記真
   空準備室の前記カセットに搬送できる搬送機構を備える
   ことを特徴とする有機金属気相成長装置。