FR2711274A1 - Apparatus for chemical vapor deposition. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un appareil de dépôt chimique en phase vapeur pour la croissance cristalline sur une pastille disposée dans une chambre de réaction dans laquelle sont fournies des matières à l'état gazeux d'une partie supérieure de la chambre de réaction alors que les matières à l'état gazeux s'échappent du fond de la chambre. Selon l'invention, il comprend un suscepteur (2) sur lequel est placée la pastille (4), un réchauffeur (5) disposé sous le suscepteur (2) pour le chauffer et un organe cylindrique détachable (7) disposé au fond de la chambre de réaction (1) afin de couvrir des pièces sous le suscepteur (2) et d'empêcher les matières à l'état gazeux de s'écouler autour des pièces sous ce suscepteur (2). L'invention s'applique notamment aux semiconducteurs.Disclosed is a chemical vapor deposition apparatus for crystal growth on a pellet disposed in a reaction chamber in which gaseous materials are supplied from an upper portion of the reaction chamber while the materials are supplied. in the gaseous state escape from the bottom of the chamber. According to the invention, it comprises a susceptor (2) on which is placed the pellet (4), a heater (5) arranged under the susceptor (2) to heat it and a detachable cylindrical member (7) arranged at the bottom of the reaction chamber (1) in order to cover parts under the susceptor (2) and to prevent gaseous matter from flowing around the parts under this susceptor (2). The invention applies in particular to semiconductors.
Description
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La présente invention se rapporte à un appareil pour le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) pour la croissance cristalline de semiconducteurs composés ou analogues en utilisant une réaction chimique en phase vapeur, particulièrement, elle se rapporte à un appareil pour le The present invention relates to an apparatus for chemical vapor deposition (CVD) for crystal growth of compound or analog semiconductors using a chemical vapor phase reaction, particularly, it relates to an apparatus for the
dépôt chimique en phase vapeur d'un métal organique (MOCVD). chemical vapor deposition of an organic metal (MOCVD).
La figure 11 est une vue en coupe montrant une chambre de réaction d'un appareil de MOCVD du type à rotation rapide conventionnel. Sur la figure 11, une chambre cylindrique de réaction 1 est faite en SUS. Un suscepteur 2 du type en disque est placé dans la chambre de réaction 1. Un plateau 3 Fig. 11 is a sectional view showing a reaction chamber of a conventional fast rotating type MOCVD apparatus. In FIG. 11, a cylindrical reaction chamber 1 is made of SUS. A susceptor 2 of the disk type is placed in the reaction chamber 1. A plate 3
pour les pastilles est monté détachable sur le suscepteur 2. for the pellets is mounted detachable on the susceptor 2.
Un substrat semiconducteur 4, comme un substrat en GaAs, est placé dans une gorge du plateau 3. Un réchauffeur circulaire A semiconductor substrate 4, such as a GaAs substrate, is placed in a throat of the plate 3. A circular heater
5 chauffe le suscepteur 2 à partir de sa portion inférieure. 5 heats the susceptor 2 from its lower portion.
Une plaque circulaire 6 de blindage contre la chaleur est disposée sur le réchauffeur 5. Une électrode 7 est connectée au réchauffeur 5. L'axe de rotation 8 pour la rotation du suscepteur 2 est fixé au suscepteur 2. Un thermocouple 9 détecte la température du réchauffeur 5. Des première et seconde mailles 12, 13 dispersent uniformément les gaz introduits dans la chambre de réaction 1. Une ouverture 10 est utilisée quand le plateau 3 des pastilles est transporté dans la chambre de réaction 1. Un tube 20a de fourniture d'un gaz porteur et des tubes 20b et 20c de fourniture de matériaux à l'état gazeux fournissent un gaz porteur et des matériaux à l'état gazeux dans la chambre de réaction 1 respectivement. Une vanne à pointeau 11 pour ajuster l'écoulement de gaz est attachée à chacun des tubes 20a, 20b et 20c. Une pompe rotative 16 est disposée en aval dans une gaine d'échappement la de la chambre de réaction 1 et la pression d'aspiration du gaz dans la chambre de réaction 1 est ajustée par une vanne d'ajustement de pression 15 qui est disposée en amont de la pompe rotative 16. Un filtre 14 est disposé en amont de la vanne d'ajustement de pression, lequel élimine la poussière ou analogue du gaz dans la chambre de A circular heat-shielding plate 6 is disposed on the heater 5. An electrode 7 is connected to the heater 5. The rotation axis 8 for the rotation of the susceptor 2 is fixed to the susceptor 2. A thermocouple 9 detects the temperature of the heater. Heater 5. First and second meshes 12, 13 uniformly disperse the gases introduced into the reaction chamber 1. An opening 10 is used when the tray 3 of the pellets is transported in the reaction chamber 1. A delivery tube 20a a carrier gas and gaseous material supply tubes 20b and 20c supply a carrier gas and gaseous materials into the reaction chamber 1 respectively. A needle valve 11 for adjusting the gas flow is attached to each of the tubes 20a, 20b and 20c. A rotary pump 16 is disposed downstream in an exhaust duct 1a of the reaction chamber 1 and the suction pressure of the gas in the reaction chamber 1 is adjusted by a pressure adjustment valve 15 which is arranged in upstream of the rotary pump 16. A filter 14 is arranged upstream of the pressure adjustment valve, which removes dust or the like of the gas in the chamber of
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réaction 1 et envoie le gaz à la vanne 15 d'ajustement de pression. Selon l'appareil pour CVD du type à rotation très rapide, le suscepteur sur lequel sont placées les pastilles est mis en rotation à une vitesse rapide tandis que les matières à l'état gazeux sont fournies, et ces matières fournies à l'état gazeux se rassemblent en tourbillons au centre du suscepteur. Alors, les matières à l'état gazeux sont uniformément dispersées à partir du centre du suscepteur vers sa circonférence. Par suite, on peut améliorer l'uniformité de la croissance cristalline entre les pastilles. On décrira maintenant le fonctionnement pendant la reaction 1 and sends the gas to the pressure adjustment valve 15. According to the CVD apparatus of the very rapid rotation type, the susceptor on which the pellets are placed is rotated at a fast speed while the gaseous materials are supplied, and these materials supplied in the gaseous state. gather in swirls in the center of the susceptor. Then, gaseous materials are uniformly dispersed from the susceptor center to its circumference. As a result, the uniformity of crystal growth between the pellets can be improved. We will now describe the operation during the
croissance cristalline.crystal growth.
Le plateau 3 pour les pastilles sur lequel le dispositif semiconducteur (substrat en GaAs dans ce cas) est disposé à une position prédéterminée est transporté dans la chambre de réaction 1 par l'ouverture de cette chambre 1. Le plateau 3 est placé sur le suscepteur 2 dans la chambre de réaction 1. De l'hydrogène gazeux (H2), servant de gaz porteur, est introduit par le tube 20a de fourniture de gaz porteur disposé en une partie supérieure de la chambre de réaction 1 et la pression dans la chambre de réaction 1 est The platen 3 for the pellets on which the semiconductor device (GaAs substrate in this case) is disposed at a predetermined position is transported in the reaction chamber 1 through the opening of this chamber 1. The plate 3 is placed on the susceptor 2 in the reaction chamber 1. Hydrogen gas (H2), serving as a carrier gas, is introduced through the carrier gas supply tube 20a disposed in an upper part of the reaction chamber 1 and the pressure in the chamber of reaction 1 is
ajustée à une pression souhaitée, par exemple, de 66,5 mbars. adjusted to a desired pressure, for example 66.5 mbar.
A ce moment, le gaz porteur (H2) est uniformément dispersé par la première maille 12 et est fourni dans la chambre de At this time, the carrier gas (H2) is uniformly dispersed by the first mesh 12 and is supplied in the chamber of
réaction 1.reaction 1.
Alors, le suscepteur 2 est graduellement mis en rotation pour atteindre un nombre prédéterminé de tours, par exemple, 1000 t/mn. Alors, le réchauffeur 5 est chauffé à une température prédéterminée, par exemple 700 C, tandis que de l'arsine (ASH3) en tant que matière gazeuse du groupe V est introduite par le tuyau 20b de fourniture de matière gazeuse dans la chambre de réaction 1 afin d'empêcher la décomposition thermique (principalement échappement des atomes de As) du substrat 4. A ce moment, la chaleur produite par le réchauffeur 5 est réfléchie par les deux plaques 6 de Then, the susceptor 2 is gradually rotated to reach a predetermined number of revolutions, for example, 1000 rpm. Then, the heater 5 is heated to a predetermined temperature, for example 700 C, while arsine (ASH3) as a Group V gaseous material is introduced through the gas supply pipe 20b into the reaction chamber 1 to prevent the thermal decomposition (mainly escaping As atoms) of the substrate 4. At this time, the heat produced by the heater 5 is reflected by the two plates 6 of
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blindage thermique qui sont disposées sous le réchauffeur, donc la chaleur va pour la plus grande part vers le suscepteur 2. A ce moment, la température est surveillée par le thermocouple 9 dans la chambre de réaction 1. De plus, comme la température de décomposition de AsH3 est plus importante que celle de TMG (que l'on décrira ci-après) ou analogue, il faut fournir une relativement grande quantité de thermal shielding which are arranged under the heater, so the heat goes for the most part to the susceptor 2. At this time, the temperature is monitored by the thermocouple 9 in the reaction chamber 1. In addition, as the decomposition temperature AsH3 is more important than that of TMG (which will be described below) or the like, a relatively large amount of
AsH3 pour maintenir sa concentration sur le substrat 4. AsH3 to maintain its concentration on the substrate 4.
Alors, une matière gazeuse pour la croissance cristalline, comme TMG, est introduite par le tuyau 20c pendant une période souhaitée de temps. Ainsi, AsH3 et TMG (triméthylgallium) se trouvent uniformément dispersés par la seconde maille 13 disposée à la partie supérieure de la Then, a gaseous material for crystal growth, such as TMG, is introduced through the pipe 20c for a desired period of time. Thus, AsH3 and TMG (trimethylgallium) are uniformly dispersed by the second mesh 13 disposed at the upper part of the
chambre de réaction 1 pour atteindre le substrat 4 en GaAs. reaction chamber 1 to reach the substrate 4 GaAs.
Par conséquent, cela améliore l'uniformité de l'épaisseur et de la concentration en porteurs d'un film de GaAs tiré sur le Therefore, it improves the uniformity of the thickness and the carrier concentration of a GaAs film shot on the
substrat 4 en GaAs.substrate 4 in GaAs.
Alors, on arrête la fourniture du TMG gazeux et le réchauffeur 5 est arrêté alors que l'on fournit AsH3 afin d'empêcher As dans le film en croissance de GaAs de s'échapper. Quand la température tombe à un point souhaité, la fourniture de AsH3 est arrêtée et le nombre de tours du suscepteur 2 est graduellement réduit jusqu'à ce que la rotation s'arrête. Alors, le plateau 3 pour les pastilles est sorti de la chambre de réaction 1 par l'ouverture 10 et on obtient le substrat 4 en GaAs sur lequel est tiré le film de GaAs. De plus, dans le cas de la croissance cristalline de GaAs, on fournit TMA (triméthylaluminium) en même temps que Then, the delivery of the gaseous TMG is stopped and the heater 5 is stopped while supplying AsH3 to prevent As in the growing film of GaAs from escaping. When the temperature falls to a desired point, the supply of AsH3 is stopped and the number of turns of the susceptor 2 is gradually reduced until the rotation stops. Then, the plate 3 for the pellets has left the reaction chamber 1 through the opening 10 and the GaAs substrate 4 is obtained on which the GaAs film is drawn. Moreover, in the case of crystalline growth of GaAs, TMA (trimethylaluminum) is provided at the same time as
TMG par le tuyau 20c de fourniture de matière gazeuse. TMG through gas supply pipe 20c.
Comme l'appareil conventionnel pour CVD est constitué comme décrit cidessus, l'échappement se produit à la partie inférieure de la chambre de réaction et le gaz de la réaction arrive dans une région sous le suscepteur o la température est basse. En conséquence, comme le montre la figure 12, des produits de réaction 17 produits par la décomposition thermique du gaz de réaction se trouvent attachés à la paroi latérale de la chambre de réaction 1, aux plaques de blindage Since the conventional CVD apparatus is constituted as described above, the exhaust occurs at the bottom of the reaction chamber and the reaction gas arrives in a region below the susceptor where the temperature is low. As a result, as shown in FIG. 12, reaction products 17 produced by the thermal decomposition of the reaction gas are attached to the side wall of the reaction chamber 1, to the shielding plates
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thermique 6 et à l'axe de rotation 8. Par suite, le rayonnement de chaleur fluctue i.e., baisse, à cause de l'attachement des produits de réaction 17, et donc la température surveillée semble chuter. Afin de compenser cela, on applique du courant électrique au réchauffeur 5. En conséquence, comme le montre la figure 13(a), la température réelle de croissance fluctue pendant la croissance cristalline et d'un essai à l'autre. En particulier, la température de croissance fluctue grandement juste après l'entretien. De plus, un nettoyage pour retirer les produits de réaction 17 des parties ci-dessus décrites de la chambre As a result, the heat radiation fluctuates i.e., drops, because of the attachment of the reaction products 17, and thus the temperature monitored seems to drop. In order to compensate for this, electric current is applied to heater 5. Accordingly, as shown in Fig. 13 (a), the actual growth temperature fluctuates during crystal growth and from one test to another. In particular, the growth temperature fluctuates greatly just after the maintenance. In addition, cleaning to remove the reaction products 17 from the above described parts of the chamber
de réaction 1 doit être périodiquement effectué. reaction 1 must be periodically performed.
De plus, comme la fourniture en matière gazeuse est contrôlée par la vanne à pointeau 11, l'épaisseur du film, la concentration en porteurs ou analogues deviennent irrégulières dans une région située en aval de l'écoulement de gaz, dans le substrat 4 dans la chambre de réaction. On In addition, since the gaseous feed is controlled by the needle valve 11, the film thickness, carrier concentration, or the like become irregular in a region downstream of the gas flow, in the substrate 4 the reaction chamber. We
donnera une description détaillée en se référant à la figure will give a detailed description referring to the figure
13. En ce qui concerne l'épaisseur du film, comme la couche limite devient mince en aval de la pastille, comme on peut le voir sur la figure 13(b), il y a en conséquence réduction de l'épaisseur du film tiré sur la pastille. En ce qui concerne la concentration en porteurs, comme on fournit une grande quantité d'atomes du groupe V dont la température de décomposition est élevée, la concentration est moins irrégulière dans le substrat, mais il y a consommation d'atomes du groupe III et la concentration baisse vers l'aval. Par conséquent, la concentration en atomes du groupe V semble augmenter vers l'aval comme le montre la figure 13(c). Comme on l'a décrit ci-dessus, il y a une irrégularité de l'épaisseur du film, de la concentration en porteurs ou analogue. En conséquence, cela diminue l'uniformité du produit. Additionnellement, les produits de réaction se trouvent attachés à la seconde maille à cause de la décomposition thermique des matières gazeuses introduites par les tuyaux qui sont disposés à la partie supérieure de la chambre de 13. With regard to the thickness of the film, as the boundary layer becomes thin downstream of the wafer, as can be seen in FIG. 13 (b), there is accordingly a reduction in the thickness of the drawn film on the pellet. With regard to the carrier concentration, since a large amount of Group V atoms are provided with a high decomposition temperature, the concentration is less irregular in the substrate, but there is a consumption of Group III atoms and the concentration decreases downstream. As a result, the group V atom concentration appears to increase downstream as shown in Figure 13 (c). As described above, there is an irregularity in film thickness, carrier concentration, or the like. As a result, it decreases the uniformity of the product. Additionally, the reaction products are attached to the second mesh because of the thermal decomposition of the gaseous materials introduced by the pipes which are arranged at the upper part of the chamber.
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réaction dans cette chambre, ce qui force la maille à se boucher. En conséquence, les matières gazeuses ne se trouvent pas uniformément fournies au substrat donc l'épaisseur et la concentration en porteurs du film tiré sur le substrat deviennent irrégulières. De plus, un entretien pour retirer reaction in this room, forcing the mesh to clog. As a result, the gaseous materials are not uniformly supplied to the substrate so that the thickness and the carrier concentration of the film pulled on the substrate become irregular. In addition, an interview to remove
les produits de réaction doit être effectué. the reaction products must be carried out.
Par ailleurs, comme la température de décomposition de la matière gazeuse du groupe V, comme AsH3, est élevée comme on l'a décrit ci- dessus, le gaz se décompose principalement uniquement sur le substrat. Par suite, quand la matière gazeuse et les atomes du groupe III sont fournis en quantité équivalente, la concentration des atomes du groupe V (atomes de As dans le cas de l'arsine) qui sont fournis pour la croissance cristalline sur le substrat diminue. Par conséquent, il faut introduire une grande quantité de la matière gazeuse du groupe V pendant la croissance cristalline, ce qui signifie que l'efficacité des matières gazeuses fournies (efficacité des matières) pour la On the other hand, since the decomposition temperature of the Group V gas material, such as AsH 3, is high as described above, the gas decomposes mainly on the substrate only. As a result, when the gaseous material and Group III atoms are supplied in an equivalent amount, the concentration of Group V atoms (As atoms in the case of arsine) which are provided for crystal growth on the substrate decreases. Therefore, a large amount of the Group V gaseous material must be introduced during the crystalline growth, which means that the efficiency of the gaseous materials supplied (material efficiency) for the
croissance cristalline est faible.Crystalline growth is low.
D'autre part, la demande de brevet publiée au Japon N 248519/1986 et la demande de brevet publiée au Japon N 126823/1985 révèlent un appareil comprenant deux gaines d'échappement à une partie inférieure d'une chambre de réaction, de façon que l'écoulement du gaz de réaction soit accéléré sous un suscepteur pour réduire la production de produits de réaction à la partie inférieure de la chambre de réaction. Cependant, dans cette structure, le gaz de réaction n'est pas totalement empêché de passer sous le suscepteur et l'épaisseur du film, la concentration en porteurs et analogue On the other hand, the patent application published in Japan N 248519/1986 and the published patent application in Japan N 126823/1985 reveal an apparatus comprising two exhaust ducts at a lower part of a reaction chamber, so that the flow of the reaction gas is accelerated under a susceptor to reduce the production of reaction products at the bottom of the reaction chamber. However, in this structure, the reaction gas is not completely prevented from passing under the susceptor and the film thickness, the carrier concentration and the like
sont irrégulières en amont et en aval de l'écoulement de gaz. are irregular upstream and downstream of the gas flow.
De plus, il existe encore l'inconvénient ci-dessus que la maille disposée à une partie supérieure de la chambre de In addition, there is still the disadvantage above that the mesh disposed at an upper portion of the chamber of
réaction peut se trouver bouchée.reaction may be clogged.
Par ailleurs, dans l'exemple conventionnel, afin de retirer les produits de réactions qui se déposent dans la chambre de réaction, la chambre de réaction est chauffée à une température prescrite jusqu'à ce que les produits de On the other hand, in the conventional example, in order to remove the reaction products which are deposited in the reaction chamber, the reaction chamber is heated to a prescribed temperature until the products of
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réaction soient suffisamment décomposés après la croissance cristalline alors que seul le gaz porteur est fourni ou bien dans une atmosphère évacuée. Cependant, selon cette méthode, le temps d'entretien est extrêmement augmenté et cela diminue l'efficacité de fabrication. De plus encore, par exemple, comme cela est révélé dans la demande de brevet publiée au Japon N 277627/1992 et la demande de brevet publiée au Japon N 126823/1985, une électrode formant douche de gaz éjectant les matières gazeuses est chauffée ou bien les tuyaux fournissant les matières gazeuses sont directement chauffés. Cependant, dans cette structure, les matières gazeuses sont chauffées avant d'être introduites dans la chambre de réaction, donc l'écoulement des matières gazeuses dans l'électrode formant douche de gaz ou bien les tuyaux de fourniture de matières gazeuses n'est pas suffisamment chauffé. De plus, comme les matières gazeuses se décomposent dans l'électrode formant douche de gaz ou les tuyaux de fourniture de matières gazeuses, il s'y forme des produits de réaction qui s'y reaction are sufficiently decomposed after the crystalline growth whereas only the carrier gas is supplied or in an evacuated atmosphere. However, according to this method, the maintenance time is extremely increased and this decreases the manufacturing efficiency. Still further, for example, as disclosed in Japanese Patent Application No. 277627/1992 and Japanese Patent Application Publication No. 126823/1985, a gas shower electrode ejecting gaseous materials is heated or the pipes supplying the gaseous substances are directly heated. However, in this structure, the gaseous materials are heated before being introduced into the reaction chamber, therefore the flow of the gaseous materials in the gas shower electrode or the gaseous supply pipes is not sufficiently heated. In addition, since the gaseous materials decompose in the gas shower electrode or the gaseous feed pipes, reaction products are formed therein.
attachent.attach.
La présente invention a pour objet de procurer un appareil pour CVD dans lequel la fluctuation de la température de croissance est réduite et le cycle de The object of the present invention is to provide a CVD apparatus in which the fluctuation of the growth temperature is reduced and the cycle of
nettoyage de pièces dans une chambre de réaction est accru. cleaning of parts in a reaction chamber is increased.
La présente invention a pour autre objet de procurer un appareil pour CVD capable d'effectuer une croissance Another object of the present invention is to provide a CVD apparatus capable of growth
cristalline très uniforme.crystalline very uniform.
La présente invention a pour autre objet de procurer un appareil pour CVD dans lequel une maille disposée sous les tuyaux pour introduire les matières à l'état gazeuse dans une chambre de réaction peut être aisément et rapidement nettoyée, et les matières à l'état gazeux se trouvent Another object of the present invention is to provide a CVD apparatus in which a mesh disposed under the pipes for introducing gaseous materials into a reaction chamber can be easily and quickly cleaned, and gaseous materials are found
toujours uniformément fournies à un substrat. always uniformly supplied to a substrate.
La présente invention a pour autre objet de procurer un appareil pour CVD capable d'améliorer l'efficacité de matière en accélérant la décomposition d'une matière à l'état gazeux Another object of the present invention is to provide a CVD apparatus capable of improving material efficiency by accelerating the decomposition of a gaseous material.
dont température de décomposition est élevée. whose decomposition temperature is high.
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Selon un appareil pour CVD de la présente invention, un évent d'échappement est formé à une partie inférieure d'une chambre de réaction et un organe cylindrique détachable est disposé afin d'entourer des pièces se trouvant en dessous d'un réchauffeur. Ainsi, comme les pièces disposées sous un suscepteur sont entourées de l'organe cylindrique, les matières à l'état gazeux ne peuvent passer autour de ces pièces. Selon un appareil pour CVD de la présente invention, comme un évent d'échappement est formé dans une paroi latérale d'une chambre de réaction à proximité d'un suscepteur tandis que les matières à l'état gazeux sont fournies de la partie supérieure de la chambre de réaction, les matières fournies à l'état gazeux s'échappent à proximité du suscepteur et elles ne peuvent pas passer en dessous de celui-ci. De plus, comme un tuyau d'introduction de gaz porteur pour prévenir l'attachement des produits est prévu afin de fournir un gaz porteur à partir du fond de la chambre de réaction vers la surface arrière du suscepteur, les matières à l'état gazeux ne peuvent s'écouler autour d'une région sous According to a CVD apparatus of the present invention, an exhaust vent is formed at a lower portion of a reaction chamber and a detachable cylindrical member is disposed to surround parts below a heater. Thus, since the parts arranged under a susceptor are surrounded by the cylindrical member, the materials in the gaseous state can not pass around these parts. According to a CVD apparatus of the present invention, as an exhaust vent is formed in a side wall of a reaction chamber near a susceptor while gaseous materials are provided from the upper part of the reactor. the reaction chamber, the materials supplied in the gaseous state escape near the susceptor and they can not pass below it. In addition, as a carrier gas introduction pipe to prevent attachment of the products is provided to provide a carrier gas from the bottom of the reaction chamber to the rear surface of the susceptor, the gaseous materials can not flow around a region under
le suscepteur.the susceptor.
Selon un appareil pour CVD de la présente invention, les matières à l'état gazeux sont fournies d'une partie supérieure d'une chambre de réaction et la matière à l'état gazeux est également fournie d'un tuyau auxiliaire vers une partie en aval de l'écoulement de matières à l'état gazeux ci-dessus, dans une pastille disposée sur un suscepteur. En conséquence, cela réduit l'irrégularité des couches limites à According to a CVD apparatus of the present invention, the gaseous materials are supplied from an upper part of a reaction chamber and the gaseous material is also supplied from an auxiliary pipe to a portion thereof. downstream of the flow of gaseous materials above, in a pellet disposed on a susceptor. Consequently, this reduces the irregularity of the boundary layers to
la surface de la pastille.the surface of the pellet.
Selon un appareil pour CVD de la présente invention, une maille chauffable est disposée entre les sorties des tuyaux d'introduction des matières à l'état gazeux dans une chambre de réaction et un plateau pour pastilles sur un suscepteur ou est placé un substrat et la maille est chauffée au moment de l'entretien. Ensuite, les produits attachés à la According to a CVD apparatus of the present invention, a heatable mesh is disposed between the outlets of the gaseous material feed pipes in a reaction chamber and a pellet tray on a susceptor where a substrate is placed and the mesh is heated at the time of maintenance. Then, the products attached to the
maille peuvent en être rapidement enlevés. mesh can be quickly removed.
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Selon un appareil pour CVD de la présente invention, des matières à l'état gazeux ayant différentes températures de décomposition sont indivuellement fournies par des tuyaux différents; la sortie d'un tuyau de fourniture de matière à l'état gazeux qui fournit la matière à l'état gazeux ayant la plus forte température de décomposition est disposée plus près d'un substrat que la sortie du tuyau de fourniture de matière à l'état gazeux qui fournit la matière à l'état gazeux ayant la plus faible température de décomposition; une maille chauffable est disposée sous les sorties des tuyaux ci-dessus; et la matière à l'état gazeux ayant la plus haute température de décomposition est décomposée et est fournie au substrat pendant la croissance cristalline. Ainsi, la concentration des atomes de la matière à l'état gazeux ayant la plus forte température de décomposition sur la pastille est augmentée et l'efficacité de la matière à l'état gazeux est améliorée. Par ailleurs, deux gaz ayant différentes températures de décomposition ne réagissent pas avant According to a CVD apparatus of the present invention, gaseous materials having different decomposition temperatures are provided individually by different pipes; the outlet of a gaseous material supply pipe which supplies the gaseous material having the highest decomposition temperature is disposed closer to a substrate than the outlet of the material supply pipe; a gaseous state which supplies the gaseous material with the lowest decomposition temperature; a heatable mesh is disposed under the outlets of the pipes above; and the gaseous material having the highest decomposition temperature is decomposed and is supplied to the substrate during crystal growth. Thus, the concentration of the atoms of the gaseous material having the highest decomposition temperature on the pellet is increased and the efficiency of the gaseous material is improved. In addition, two gases with different decomposition temperatures do not react before
d'atteindre la pastille.to reach the pellet.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci The invention will be better understood and other purposes, features, details and advantages thereof
apparaîtront plus clairement au cours de la description will become clearer during the description
explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe montrant un appareil pour MOCVD selon un premier mode de réalisation de la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe montrant un appareil pour MOCVD selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention; la figure 3 est une vue en coupe montrant un appareil pour MOCVD selon un troisième mode de réalisation de la présente invention; explanatory text which will follow with reference to the accompanying schematic drawings given by way of example only, illustrating several embodiments of the invention and in which: FIG. 1 is a sectional view showing an apparatus for MOCVD according to a first embodiment of the present invention; Fig. 2 is a sectional view showing an apparatus for MOCVD according to a second embodiment of the present invention; Fig. 3 is a sectional view showing an apparatus for MOCVD according to a third embodiment of the present invention;
9 27112749 2711274
la figure 4 est une vue en coupe montrant un appareil pour MOCVD selon un quatrième mode de réalisation de la présente invention; la figure 5 est une vue en coupe montrant un appareil pour MOCVD selon un cinquième mode de réalisation de la présente invention; la figure 6 est une vue en coupe montrant un appareil pour MOCVD selon un sixième mode de réalisation de la présente invention; la figure 7 est une vue en plan montrant une structure d'une seconde maille de l'appareil pour MOCVD; la figure 8 est une vue en coupe montrant un appareil pour MOCVD selon un septième mode de réalisation de la présente invention; la figure 9 est une vue en perspective montrant une structure d'un réchauffeur céramique poreux utilisé dans l'appareil pour MOCVD selon un huitième mode de réalisation de la présente invention; la figure 10 est une vue en coupe montrant un appareil pour MOCVD selon des neuvième et dixième modes de réalisation de la présente invention; la figure 11 est une vue en coupe montrant un appareil pour MOCVD du type à rotation très rapide selon l'art antérieur; la figure 12 est une vue en coupe expliquant les problèmes posés par l'appareil pour MOCVD de l'art antérieur; et les figures 13(a)-13(c) sont des graphiques expliquant les problèmes posés par l'appareil pour MOCVD de l'art Fig. 4 is a sectional view showing an apparatus for MOCVD according to a fourth embodiment of the present invention; Fig. 5 is a sectional view showing an apparatus for MOCVD according to a fifth embodiment of the present invention; Fig. 6 is a sectional view showing an apparatus for MOCVD according to a sixth embodiment of the present invention; Fig. 7 is a plan view showing a structure of a second mesh of the MOCVD apparatus; Fig. 8 is a sectional view showing an apparatus for MOCVD according to a seventh embodiment of the present invention; Fig. 9 is a perspective view showing a structure of a porous ceramic heater used in the MOCVD apparatus according to an eighth embodiment of the present invention; Fig. 10 is a sectional view showing an apparatus for MOCVD according to ninth and tenth embodiments of the present invention; Figure 11 is a sectional view showing a MOCVD apparatus of the very fast rotation type according to the prior art; Fig. 12 is a sectional view explaining the problems of the prior art MOCVD apparatus; and Figs. 13 (a) -13 (c) are graphs explaining the problems posed by the art MOCVD apparatus.
antérieur.prior.
On décrira ci-après le premier mode de réalisation. The first embodiment will be described below.
La figure 1 est une vue en coupe illustrant un appareil pour MOCVD selon un premier mode de réalisation de la présente invention. Sur la figure 1, les mêmes chiffres de référence que sur les figures. 11 et 12 désignent des pièces identiques ou correspondantes. De plus, un certain nombre d'évents d'échappement lb sont prévus au fond de la chambre Fig. 1 is a sectional view illustrating an apparatus for MOCVD according to a first embodiment of the present invention. In Figure 1, the same reference numerals as in the figures. 11 and 12 denote identical or corresponding parts. In addition, a number of exhaust vents lb are provided at the bottom of the chamber
27112742711274
de réaction 1, ainsi qu'un tuyau lc pour introduire de l'hydrogène gazeux vers une partie inférieure de l'axe de rotation 8. De plus, un organe cylindrique détachable 17 (fait en quartz, par exemple) est attaché au fond de la chambre de réaction 1 afin d'entourer les pièces se trouvant 1 and a pipe 1c for introducing hydrogen gas to a lower part of the axis of rotation 8. In addition, a detachable cylindrical member 17 (made of quartz, for example) is attached to the bottom of the the reaction chamber 1 in order to surround the pieces lying
sous le réchauffeur 5.under the heater 5.
Le fonctionnement de l'appareil pendant la croissance cristalline sera décrit. Comme le procédé de croissance cristalline est le même que celui décrit dans l'exemple conventionnel, seule une opération qui est caractéristique de The operation of the apparatus during crystal growth will be described. Since the crystal growth process is the same as that described in the conventional example, only one operation which is characteristic of
ce mode de réalisation sera décrite. this embodiment will be described.
Comme le montre la figure 1, l'écoulement de gaz pendant la croissance cristalline ne passe pas autour des pièces se trouvant sur le réchauffeur 5 parce que la plaque de blindage thermique 12 entoure le pourtour du réchauffeur , l'axe de rotation 8 et autres éléments disposés sous le suscepteur 2. De plus, comme de l'hydrogène gazeux (H2), en tant que gaz porteur, est fourni par le tuyau lc disposé au fond de la chambre de réaction 1, les matières à l'état gazeux sont mieux empêchées de passer autour des pièces et ainsi les produits réactionnels ne peuvent s'attacher sur les pièces situées sous le réchauffeur 5. Par conséquent, cela réduit la fluctuation du rayonnement thermique provoquée par l'attachement des produits réactionnels et cela réduit également la fluctuation de la température de croissance pendant la croissance cristalline, d'un essai à l'autre. Bien que le tuyau lc soit prévu afin de fournir le gaz de fond de la chambre de réaction 1 vers l'axe de rotation 8 en direction verticale sur la figure 1, comme l'axe de rotation 8 tourne à une vitesse rapide pendant la croissance cristalline, le gaz porteur fourni s'écoule vers la surface inférieure du suscepteur 2 le long de l'axe de rotation 8 As shown in FIG. 1, the flow of gas during crystal growth does not pass around the parts on the heater 5 because the thermal shielding plate 12 surrounds the periphery of the heater, the axis of rotation 8 and the like. In addition, since hydrogen gas (H 2), as the carrier gas, is supplied by the pipe 1c disposed at the bottom of the reaction chamber 1, the gaseous materials are better prevented from passing around the parts and thus the reaction products can not attach to the parts under the heater 5. Consequently, this reduces the fluctuation of the thermal radiation caused by the attachment of the reaction products and this also reduces the fluctuation the growth temperature during crystal growth, from one test to another. Although the pipe 1c is provided to supply the bottom gas from the reaction chamber 1 to the axis of rotation 8 in the vertical direction in FIG. 1, as the axis of rotation 8 rotates at a rapid rate during the growth. crystalline, the carrier gas supplied flows to the lower surface of the susceptor 2 along the axis of rotation 8
tout en tournant.while turning.
Par ailleurs, comme l'extérieur de l'organe cylindrique 17 est principalement contaminé, seul l'organe 17 est sorti de la chambre de réaction 1 après la croissance cristalline il 2711274 pour être nettoyé au moment de l'entretien, ce qui est très simple. De plus encore, comme le gaz porteur introduit par le tuyau lc représente à peu près un sixième des matières à l'état gazeux et que le gaz porteur est fourni de la partie supérieure de la chambre de réaction 1, l'écoulement de matières à l'état gazeux fourni sur le substrat 4 pendant la Moreover, since the outside of the cylindrical member 17 is mainly contaminated, only the member 17 has left the reaction chamber 1 after the crystalline growth 2711274 to be cleaned at the time of the maintenance, which is very simple. Still further, since the carrier gas introduced by the pipe 1c represents about one-sixth of the gaseous material and the carrier gas is supplied from the upper part of the reaction chamber 1, the flow of materials to the gaseous state provided on the substrate 4 during the
croissance cristalline n'est pas mal influence. Crystalline growth is not bad influence.
On décrira maintenant le deuxième mode de réalisation, la figure 2 étant une vue en coupe illustrant un appareil pour MOCVD selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention. Sur la figure 2, un certain nombre d'évents d'échappement ld sont prévus sur la paroi latérale de la chambre de réaction 1, à proximité du suscepteur 2, le long du pourtour de la chambre de réaction 1. Au moins deux évents d'échappement ld sont disposés face à face sur la paroi latérale de la chambre de réaction 1 ou bien un certain nombre d'évents d'échappement ld sont de préférence radialement disposés, à partir du centre du plateau 3, ainsi l'écoulement des matières à l'état gazeux peut être uniformément fourni sur le plateau 3. De plus, comme pour le premier mode de réalisation ci-dessus décrit, le tuyau lc est disposé afin d'introduire l'hydrogène gazeux à partir du côté inférieur de l'axe de rotation 8, dans ce deuxième mode de réalisation de la présente invention. De plus, bien qu'une ouverture 10 par o entre et sort le plateau 3 de la pastille soit également prévue dans ce deuxième mode de réalisation, elle n'est pas représentée sur la vue en coupe de la figure 2. Le fonctionnement de l'appareil ci-dessus décrit au The second embodiment will now be described, with FIG. 2 being a sectional view illustrating an apparatus for MOCVD according to a second embodiment of the present invention. In Figure 2, a number of exhaust vents ld are provided on the side wall of the reaction chamber 1, near the susceptor 2, along the periphery of the reaction chamber 1. At least two air vents 1d exhaust are arranged face to face on the side wall of the reaction chamber 1 or a number of exhaust vents ld are preferably radially disposed from the center of the plate 3, the flow of materials in the gaseous state can be uniformly provided on the plate 3. In addition, as for the first embodiment described above, the pipe 1c is arranged to introduce the hydrogen gas from the lower side of the rotation axis 8, in this second embodiment of the present invention. In addition, although an aperture 10 between and between the plate 3 of the chip is also provided in this second embodiment, it is not shown in the sectional view of FIG. apparatus described above in
moment de la croissance cristalline sera maintenant décrit. moment of crystalline growth will now be described.
Comme le processus de croissance cristalline est le même que dans l'exemple conventionnel, on ne décrira que l'opération qui est caractéristique du deuxième mode de réalisation de la Since the crystalline growth process is the same as in the conventional example, only the operation which is characteristic of the second embodiment of the invention will be described.
présente invention.present invention.
Les matières premières à l'état gazeux s'écoulent principalement à partir du centre du plateau 3 pour les Raw materials in the gaseous state flow mainly from the center of the plate 3 for
12 271127412 2711274
pastilles vers la périphérie et, ensuite, s'écoulent vers les évents d'échappement qui sont disposés sur la paroi latérale de la chambre de réaction 1, comme le montre la figure 2, tandis que le gaz porteur est introduit par le tuyau lc disposé sous le suscepteur 2. Par conséquent, les matières à l'état gazeux sont mieux empêchées de passer sous le suscepteur 2. Par suite, les produits réactionnels ne peuvent pellets to the periphery and then flow to the exhaust vents which are arranged on the side wall of the reaction chamber 1, as shown in Figure 2, while the carrier gas is introduced through the pipe arranged lc Under the susceptor 2, therefore, gaseous materials are better prevented from passing under susceptor 2. As a result, the reaction products can not
s'attacher sur les pièces se trouvant sous le réchauffeur 5. attach to the parts under the heater 5.
En conséquence, la fluctuation du rayonnement thermique du fait de la fixation des produits est réduite et la fluctuation de la température de croissance pendant la croissance cristalline et d'un essai à l'autre est également réduite. Par ailleurs, dans ce cas, comme les produits de réaction sont à peine attachés aux pièces dans la chambre de réaction 1, l'entretien, comme le nettoyage des pièces et de l'intérieur de la chambre de réaction, n'est pas nécessaire As a result, the fluctuation of the thermal radiation due to the fixing of the products is reduced and the fluctuation of the growth temperature during crystal growth and from one test to another is also reduced. On the other hand, in this case, since the reaction products are barely attached to the parts in the reaction chamber 1, maintenance, such as cleaning the parts and the interior of the reaction chamber, is not necessary.
ou bien son cycle peut être considérablement accru. or its cycle can be considerably increased.
La figure 3 est une vue en coupe illustrant un appareil pour MOCVD selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 3, un espace d'échappement 24 est formé sur la surface périphérique interne de la chambre de Figure 3 is a sectional view illustrating an apparatus for MOCVD according to a third embodiment of the invention. In FIG. 3, an exhaust space 24 is formed on the inner peripheral surface of the chamber of
réaction 1, vers le bas, à partir du suscepteur. reaction 1, downward, from the susceptor.
Le fonctionnement de l'appareil pendant la croissance cristalline sera maintenant décrit. Comme le processus de la croissance cristalline est le même que ce que l'on a décrit pour l'exemple conventionnel, seule sera décrite l'opération The operation of the apparatus during crystal growth will now be described. Since the process of crystal growth is the same as that described for the conventional example, only the operation will be described.
qui est caractéristique de ce mode de réalisation. which is characteristic of this embodiment.
Les gaz fournis par le tuyau 20a de fourniture de gaz porteur et les tuyaux 20b et 20c de fourniture de matières à l'état gazeux s'écoulent à partir du centre du plateau 3 vers sa périphérie et ensuite, s'écoulent uniformément de la The gases supplied by the carrier gas supply pipe 20a and the gaseous material supply pipes 20b and 20c flow from the center of the plate 3 towards its periphery and then flow uniformly from the
périphérie du plateau 3 vers l'espace d'échappement 24. periphery of the plate 3 towards the exhaust space 24.
Alors, les gaz s'échappent de la chambre de réaction 1. A ce moment, comme le gaz porteur est introduit par le tuyau lc disposé sous le suscepteur 2, les matières à l'état gazeux Then, the gases escape from the reaction chamber 1. At this moment, since the carrier gas is introduced through the pipe 1 disposed under the susceptor 2, the gaseous substances
sont encore mieux empêchées de passer sous le suscepteur 2. are even better prevented from passing under the susceptor 2.
Par suite, les produits de réaction ne peuvent s'attacher aux As a result, reaction products can not focus on
13 271127413 2711274
pièces disposées sous le réchauffeur 5. Donc, comme dans le deuxième mode de réalisation de la présente invention, une fluctuation du rayonnement thermique provoquée par l'attachement des produits réactionnels est réduite et la fluctuation de la température de croissance pendant la croissance cristalline et d'un essai à l'autre est également réduite. Par ailleurs, l'entretien comme le nettoyage des pièces et de l'intérieur de la chambre de réaction est inutile ou bien son cycle est considérablement augmenté. De plus encore, comme le gaz s'échappe uniformément du pourtour du plateau 3, cela améliore la régularité des couches limites dans le substrat 4. En conséquence, on peut obtenir des Thus, as in the second embodiment of the present invention, a fluctuation of the thermal radiation caused by the attachment of the reaction products is reduced and the fluctuation of the growth temperature during crystalline growth and growth. one trial to another is also reduced. Moreover, the maintenance as the cleaning of the parts and the interior of the reaction chamber is useless or its cycle is considerably increased. Moreover, since the gas escapes uniformly around the periphery of the plate 3, this improves the regularity of the boundary layers in the substrate 4. As a result, it is possible to obtain
cristaux uniformes.uniform crystals.
La figure 4 est une vue en coupe illustrant un appareil pour MOCVD selon un quatrième mode de réalisation de la présente invention. Sur la figure 4, un tuyau auxiliaire de matière à l'état gazeux 19, pour introduire la matière à l'état gazeux à partir de son extrémité vers le côté extérieur du substrat (le côté de la paroi latérale de la chambre de réaction), est disposé au-dessus du plateau 3 à proximité de celui-ci. Bien qu'il n'y ait qu'un seul tuyau 19 montré à la figure 4, il y a en réalité un certain nombre de tuyaux 19 dans la chambre de réaction 1. De plus, l'autre extrémité du tuyau 19 est connectée à un appareil 21 de bouillonnement. A l'appareil 21 de bouillonnement est fourni le gaz porteur (H2 dans ce cas) dont le débit est contrôlé par un contrôleur d'écoulement massique 22. Ainsi, on produit une quantité prédéterminée de matières à l'état gazeux. Le reste de la structure est le même que dans l'exemple Fig. 4 is a sectional view illustrating an apparatus for MOCVD according to a fourth embodiment of the present invention. In Fig. 4, an auxiliary pipe of gaseous material 19, for introducing gaseous material from its end to the outer side of the substrate (the side of the side wall of the reaction chamber) , is disposed above the plate 3 close to it. Although there is only one pipe 19 shown in Figure 4, there are actually a number of pipes 19 in the reaction chamber 1. In addition, the other end of the pipe 19 is connected. to a boiling apparatus 21. To the bubbling apparatus 21 is provided the carrier gas (H 2 in this case) whose flow rate is controlled by a mass flow controller 22. Thus, a predetermined amount of gaseous material is produced. The rest of the structure is the same as in the example
conventionnel.conventional.
Le fonctionnement de l'appareil pendant la croissance cristalline sera maintenant décrit. Selon ce mode de réalisation de la présente invention, comme les matières à l'état gazeux sont fournies de la partie supérieure de la chambre de réaction 1 par chacun des tuyaux 20b et 20c et également par le tuyau auxiliaire 19, la matière à l'état gazeux est également fournie au côté extérieur de la pastille The operation of the apparatus during crystal growth will now be described. According to this embodiment of the present invention, since the gaseous substances are supplied from the upper part of the reaction chamber 1 by each of the pipes 20b and 20c and also through the auxiliary pipe 19, the material to the gaseous state is also provided at the outer side of the pellet
14 271127414 2711274
(ou en aval) o peut se produire l'irrégularité des couches limites. En conséquence, on peut aisément améliorer l'uniformité de la couche tirée. Par exemple, lorsqu'on forme une couche tirée en GaAs, son uniformité est améliorée en fournissant une quantité appropriée de TMG par le tuyau (or downstream) o The boundary layer irregularity may occur. As a result, the uniformity of the drawn layer can be easily improved. For example, when forming a GaAs-drawn layer, its uniformity is improved by providing an appropriate amount of TMG through the pipe
auxiliaire 19.auxiliary 19.
La figure 5 est une vue en coupe illustrant un appareil pour MOCVD selon un cinquième mode de réalisation de la présente invention. Tandis que dans le quatrième mode de réalisation ci-dessus décrit, la matière à l'état gazeux est produite par l'appareil de bouillonnement 21 et est fournie au tuyau auxiliaire 19, dans ce cinquième mode de réalisation, les matières à l'état gazeux sont fournies par les tuyaux de fourniture des matières nécessaires à l'état gazeux et également par le tuyau auxiliaire 19 connecté au tuyau de fourniture de matière à l'état gazeux en utilisant untuyau en dérivation 23 comme le montre la figure 5. Dans ce cas, le tuyau en dérivation 23 est connecté au tuyau 20c de fourniture de matière à l'état gazeux et la vanne à pointeau 11 se trouve disposée au milieu. Les autres pièces sont identiques au troisième mode de réalisation de la Fig. 5 is a sectional view illustrating an apparatus for MOCVD according to a fifth embodiment of the present invention. While in the fourth embodiment described above, the gaseous material is produced by the bubbling apparatus 21 and is supplied to the auxiliary pipe 19, in this fifth embodiment, the materials in the state. gaseous are provided by the supply pipes of the necessary materials in the gaseous state and also by the auxiliary pipe 19 connected to the material supply pipe in the gaseous state by using a bypass pipe 23 as shown in FIG. In this case, the branch pipe 23 is connected to the gas supply pipe 20c and the needle valve 11 is placed in the middle. The other parts are identical to the third embodiment of the
présente invention.present invention.
Selon la structure ci-dessus décrite, on peut fournir des matières à l'état gazeux souhaitées uniquement en changeant la tuyauterie sans prévoir additionnellement un mécanisme pour produire les matières à l'état gazeux comme dans le quatrième mode de réalisation, laquelle structure est According to the above described structure, desired gaseous materials can be supplied only by changing the piping without additionally providing a mechanism for producing gaseous materials as in the fourth embodiment, which structure is
très simple.very simple.
La figure 6 est une vue en coupe illustrant un appareil pour MOCVD selon un sixième mode de réalisation de la présente invention. Sur la figure 6, une électrode de chauffage de la maille 25 est connectée à la seconde maille 26. En appliquant une tension à l'électrode 25, la seconde maille 26 est chauffée. La figure 7 est une vue montrant une structure détaillée de la seconde maille 26. Comme le montre la figure 7, la seconde maille 26 est formée par un fil 26a à résistance comprenant du tungstène ou analogue et un film Fig. 6 is a sectional view illustrating an apparatus for MOCVD according to a sixth embodiment of the present invention. In Fig. 6, a heating electrode of the mesh 25 is connected to the second mesh 26. By applying a voltage to the electrode 25, the second mesh 26 is heated. Fig. 7 is a view showing a detailed structure of the second mesh 26. As shown in Fig. 7, the second mesh 26 is formed by a resistance wire 26a comprising tungsten or the like and a film
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isolant 26b comprenant du quartz ou analogue. L'électrode 25 insulator 26b comprising quartz or the like. The electrode 25
est connectée aux deux extrémités du fil de résistance 26a. is connected to both ends of the resistance wire 26a.
Ainsi, la seconde maille 26 est chauffée par application Thus, the second mesh 26 is heated by application
d'une tension à l'électrode 25.a voltage at the electrode 25.
On décrira maintenant le fonctionnement de l'appareil pendant la croissance cristalline. Bien que le procédé pour la croissance cristalline soit le même que dans l'exemple conventionnel, comme la seconde maille 26 disposée entre le plateau 3 pour la pastille sur lequel est placé le substrat 4 GaAs et les tuyaux 20b et 20c pour introduire les matières à l'état gazeux dans la chambre de réaction 1 peut être chauffé, on peut aisément la nettoyer en accomplissant The operation of the apparatus will now be described during crystal growth. Although the process for crystal growth is the same as in the conventional example, such as the second mesh 26 disposed between the plate 3 for the pellet on which the substrate 4 GaAs is placed and the pipes 20b and 20c to introduce the materials to the gaseous state in the reaction chamber 1 can be heated, it can be easily cleaned by performing
l'opération suivante après la croissance cristalline. the next operation after crystal growth.
En effet, initialement le substrat 4 en GaAs est placé sur le plateau 3 ou bien rien n'y est mis. Alors, le plateau 3 est placé sur le suscepteur 2 dans la chambre de réaction Ensuite, de l'hydrogène gazeux (H2) servant de gaz porteur est introduit dans le tuyau 20a qui est disposé à la partie supérieure de la chambre de réaction 1, dans cette chambre 1 et la pression dans la chambre de réaction 1 est Indeed, initially the substrate 4 GaAs is placed on the plate 3 or nothing is put there. Then, the plate 3 is placed on the susceptor 2 in the reaction chamber. Next, hydrogen gas (H2) serving as a carrier gas is introduced into the pipe 20a which is arranged at the upper part of the reaction chamber 1. in this chamber 1 and the pressure in the reaction chamber 1 is
établi à une valeur souhaitée, par exemple 66,5 mbars. set to a desired value, for example 66.5 mbar.
Alternativement, la chambre de réaction 1 est évacuée sans Alternatively, the reaction chamber 1 is evacuated without
introduire le gaz porteur dans la chambre 1. introduce the carrier gas into the chamber 1.
Alors, une tension prédéterminée est appliquée à l'électrode 25 connectée à la seconde maille 26 et la seconde maille 26 se trouve chauffée à une température de 300 C ou à Then, a predetermined voltage is applied to the electrode 25 connected to the second mesh 26 and the second mesh 26 is heated to a temperature of 300 ° C. or
plus, à laquelle les produits de réaction sont décomposés. more, to which the reaction products are decomposed.
Ainsi, la seconde maille 26 se trouve nettoyée pendant une période souhaitée de temps. Par suite, les produits de réaction attachés à la seconde maille 26 sont décomposés par la chaleur et retirés de la seconde maille 26 et les produits décomposés de réaction sont évacués par l'évent d'échappement la, vers l'extérieur de la chambre de réaction 1. A ce moment, bien qu'une partie des produits décomposés de réaction puisse se disperser et s'attacher sur le suscepteur, Thus, the second mesh 26 is cleaned for a desired period of time. As a result, the reaction products attached to the second mesh 26 are decomposed by heat and removed from the second mesh 26 and the decomposed reaction products are discharged through the exhaust vent 1a, outwardly of the chamber. reaction 1. At this time, although some of the decomposed reaction products can disperse and attach to the susceptor,
si le plateau 3 est placé sur le suscepteur 2a décrit ci- if the tray 3 is placed on the susceptor 2a described above
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dessus, les produits de réaction ne peuvent s'attacher sur le suscepteur 2. Par suite, quand la croissance cristalline est effectuée de nouveau après le nettoyage, la chaleur du above, the reaction products can not attach to the susceptor 2. As a result, when the crystalline growth is carried out again after the cleaning, the heat of the
suscepteur 2 peut être efficacement transférée au plateau 3. susceptor 2 can be efficiently transferred to tray 3.
Après refroidissement de la seconde maille 26, le plateau 3 est sorti de la chambre de réaction 1 pour être After cooling the second mesh 26, the plate 3 is out of the reaction chamber 1 to be
préparé pour la croissance cristalline suivante. prepared for the next crystalline growth.
Comme on l'a décrit ci-dessus, selon ce sixième mode de réalisation de la présente invention, comme la seconde maille chauffable pour disperser les matières à l'état gazeux éjectées est disposée sous les tuyaux 20b et 20c de fourniture de matières à l'état gazeux, seule la seconde maille 26 est rapidement et sélectivement chauffée au moment de l'entretien et le nettoyage dans la chambre de réaction peut être rapidement accompli. De plus, cela améliore l'uniformité de l'épaisseur et de la concentration en As described above, according to this sixth embodiment of the present invention, as the second heatable mesh for dispersing ejected gaseous materials is disposed under hoses 20b and 20c for supplying materials to the In the gaseous state, only the second mesh 26 is rapidly and selectively heated at the time of maintenance and cleaning in the reaction chamber can be quickly accomplished. In addition, it improves the uniformity of thickness and concentration in
porteurs du film tiré sur le substrat 4. carriers of the film shot on the substrate 4.
La figure 8 est une vue en coupe illustrant un appareil pour MOCVD selon un septième mode de réalisation de la présente invention. Bien que la seconde maille 26 soit chauffée alors que le gaz porteur s'écoule dans la chambre de réaction 1 ou dans une atmosphère évacuée au moment du nettoyage dans le sixième mode de réalisation ci-dessus décrit, la seconde maille 26 est chauffée tandis que de l'hydrogène gazeux (H2), servant de gaz porteur, est introduit en même temps qu'un gaz d'attaque tel que HC1, dans ce septième mode de réalisation de la présente invention que l'on peut voir à la figure 8. La structure est la même que Fig. 8 is a sectional view illustrating an apparatus for MOCVD according to a seventh embodiment of the present invention. Although the second mesh 26 is heated while the carrier gas flows into the reaction chamber 1 or into an atmosphere discharged at the time of cleaning in the sixth embodiment described above, the second mesh 26 is heated while hydrogen gas (H2), serving as a carrier gas, is introduced together with an etching gas such as HC1, in this seventh embodiment of the present invention, which can be seen in FIG. 8 The structure is the same as
pour le sixième mode de réalisation. for the sixth embodiment.
Dans ce septième mode de réalisation, comme la seconde maille 26 est nettoyé alors que le gaz d'attaque est fourni, la maille 26 peut être encore plus efficacement nettoyée en comparaison avec le sixième mode de réalisation de la In this seventh embodiment, since the second mesh 26 is cleaned while the etching gas is supplied, the mesh 26 can be even more effectively cleaned in comparison with the sixth embodiment of the invention.
présente invention.present invention.
Bien que l'on utilise HC1 comme gaz d'attaque dans ce mode de réalisation, l'attachement de cristaux autres que Although HC1 is used as the etching gas in this embodiment, the attachment of crystals other than
17 271127417 2711274
GaAs et InP peut être bien supprimé en changeant le gaz GaAs and InP can be well suppressed by changing the gas
d'attaque selon les produits attachés. of attack according to the attached products.
La figure 9 est une vue en perspective illustrant un réchauffeur céramique poreux employé dans un appareil pour MOCVD selon un huitième mode de réalisation de la présente Fig. 9 is a perspective view illustrating a porous ceramic heater employed in a MOCVD apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
invention. Tandis que dans le sixième mode de réalisation ci- invention. Whereas in the sixth embodiment
dessus décrit, la seconde maille 26 est formée d'un filet du fil de résistance 26a en tungstène et du film isolant 26b en quartz et que l'électrode 25 de chauffage de la maille est connectée aux deux extrémités du fil de résistance 26a, l'électrode 25 peut être connectée à un réchauffeur céramique poreux 30 montré à la figure 9. En bref, on peut employer une autre structure si la température peut être élevée, la résistance à la corrosion est excellente et les matières à described above, the second mesh 26 is formed of a thread of the tungsten resistance wire 26a and the quartz insulating film 26b and that the heating electrode of the mesh is connected to both ends of the resistance wire 26a, The electrode 25 can be connected to a porous ceramic heater 30 shown in FIG. 9. In short, another structure can be used if the temperature can be high, the corrosion resistance is excellent and the materials to be
l'état gazeux peuvent être transmises. the gaseous state can be transmitted.
La figure 10 est une vue en coupe illustrant un appareil pour MOCVD selon un neuvième mode de réalisation de la présente invention. Sur la figure 10, une troisième maille 27, ayant la même structure que la deuxième maille 24 est disposée sous la deuxième maille 26, et l'électrode 25 de chauffage lui est connectée. Les sorties d'un tuyau 20d de fourniture de matière à l'état gazeux sont classées entre la Fig. 10 is a sectional view illustrating an apparatus for MOCVD according to a ninth embodiment of the present invention. In Fig. 10, a third mesh 27, having the same structure as the second mesh 24 is disposed under the second mesh 26, and the heating electrode 25 is connected thereto. The outlets of a pipe 20d for supplying material in the gaseous state are classified between
deuxième maille 26 et la troisième maille 27. second stitch 26 and the third stitch 27.
Le fonctionnement de cet appareil pour MOCVD sera décrit. D'abord, on place le substrat 4 en GaAs dans une gorge du plateau 3 et le plateau 3 est placé sur le suscepteur 2 dans la chambre de réaction 1. Alors, de l'hydrogène gazeux (H2), servant de gaz porteur, est fourni par le tuyau 20a qui est disposé à la partie supérieure de la chambre de réaction 1, dans la chambre de réaction 1, et la pression dans la chambre de réaction 1 est établie à une The operation of this device for MOCVD will be described. First, the GaAs substrate 4 is placed in a groove of the plate 3 and the plate 3 is placed on the susceptor 2 in the reaction chamber 1. Then hydrogen gas (H2) serving as carrier gas is provided by the pipe 20a which is disposed at the upper part of the reaction chamber 1, in the reaction chamber 1, and the pressure in the reaction chamber 1 is set at a
pression souhaitée, par exemple de 66,5 mbars. desired pressure, for example 66.5 mbar.
Alors, le suscepteur 2 est entraîné en rotation et le réchauffeur 5 est chauffé alors que l'on introduit de l'arsine (ASH3) en tant que matière à l'état gazeux du groupe V, par le tuyau 20b de fourniture de matière à l'état gazeux, dans la chambre réaction 1 afin d'empêcher la décomposition à Then, the susceptor 2 is rotated and the heater 5 is heated while arsine (ASH3) is introduced as the gaseous group V material, through the material supply pipe 20b. the gaseous state, in the reaction chamber 1 in order to prevent decomposition at
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la chaleur du substrat 4 en GaAs. Ainsi, le substrat 4 en GaAs est chauffé à une température souhaitée, par exemple de 700 C, en élevant la température du suscepteur 2. En même temps, une tension est appliquée à l'électrode 25 connectée à la deuxième maille 26 qui est disposée sous le tuyau 20b pour the heat of the substrate 4 in GaAs. Thus, the GaAs substrate 4 is heated to a desired temperature, for example 700 C, by raising the temperature of the susceptor 2. At the same time, a voltage is applied to the electrode 25 connected to the second mesh 26 which is arranged under the pipe 20b for
chauffer la deuxième maille 26 aux environs de 100 à 300 C. heat the second mesh 26 at around 100 to 300 C.
Ainsi, AsH3 qui passe à travers la deuxième maille 26 a déjà été chauffée et cela accélère la décomposition sur le substrat 4 en GaAs, et donc la concentration en As sur le substrat en GaAs augmente et le taux de matière réellement Thus, AsH3 which passes through the second mesh 26 has already been heated and this accelerates the decomposition on the substrate 4 in GaAs, and therefore the As concentration on the GaAs substrate increases and the rate of material actually increases.
utilisée augmente.used increases.
Alors, une matière à l'état gazeux du groupe III comme TMG, est introduite par le tuyau 20d de fourniture de matière à l'état gazeux pour la croissance cristalline. AsH3 gazeuse et TMG gazeux sont uniformément dispersés par la deuxième maille 26 qui est disposée sous le tuyau 20b pour fournir AsH3 gazeuse et la troisième maille 27 disposée sous le tuyau d pour fournir TMG gazeux, respectivement, afin d'atteindre le substrat 4 en GaAs. Ainsi, on améliore l'uniformité de l'épaisseur de la composition et de la concentration en porteurs du film en GaAs tiré sur le substrat 4 en GaAs. De plus, comme TMG gazeux est fourni par le tuyau 20d dont les sorties sont placées sous la deuxième maille 26, il ne peut arriver que TMG gazeux se décompose avant d'atteindre le substrat 4 en GaAs et s'attache à la troisième maille 27 par Then, a gaseous group III material such as TMG is introduced through the gas supply pipe 20d for crystal growth. AsH3 gas and TMG gas are uniformly dispersed by the second mesh 26 which is disposed under the pipe 20b to provide gas AsH3 and the third mesh 27 disposed under the pipe d to supply TMG gas, respectively, in order to reach the substrate 4 in GaAs . Thus, the uniformity of the thickness of the composition and the carrier concentration of the GaAs film shot on the GaAs substrate 4 is improved. In addition, since the gaseous TMG is provided by the pipe 20d whose outlets are placed under the second mesh 26, it can not happen that TMG gas decomposes before reaching the substrate 4 in GaAs and attaches to the third mesh 27 by
une réaction avec AsH3.a reaction with AsH3.
Alors, la fourniture de TMG gazeux est arrêtée et le substrat 4 en GaAs est refroidi en supprimant le chauffage du réchauffeur 5, tout en fournissant AsH3 gazeux. Alors, le chauffage de la seconde maille et la fourniture de AsH3 gazeux sont arrêtés puis la rotation du suscepteur 2 est arrêtée. Alors, le plateau 3 est sorti de la chambre de réaction 1 et on retire le substrat 4 en GaAs sur lequel on Then, the supply of gaseous TMG is stopped and the substrate 4 in GaAs is cooled by suppressing the heating of the heater 5 while supplying AsH3 gas. Then, the heating of the second mesh and the supply of AsH3 gas are stopped then the rotation of the susceptor 2 is stopped. Then, the plate 3 is out of the reaction chamber 1 and the substrate 4 is removed in GaAs on which one
été tirés des cristaux.been drawn from the crystals.
De plus, dans le cas o la maille 27 est bouchée par les produits réactionnels après un nombre prédéterminé de croissance, comme dans le cas du sixième mode de réalisation In addition, in the case where the mesh 27 is plugged by the reaction products after a predetermined number of growth, as in the case of the sixth embodiment
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de la présente invention, une tension est appliquée à l'électrode 25 de chauffage de la maille qui est connectée à la troisième maille 27 pour nettoyer la maille. De plus, si nécessaire, l'électrode 25 connectée à la deuxième maille 26 peut être chauffée par l'application d'une tension. Ainsi, selon ce neuvième mode de réalisation de la présente invention, la deuxième maille chauffable 26 est disposée sous le tuyau 20b pour fournir un AsH3 gazeux à proximité de celle-ci, les sorties du tuyau 20d pour fournir TMG gazeux sont placées sous la deuxième maille 26 et la troisième maille 27 est disposée sous les sorties du tuyau b. De plus, pendant la croissance cristalline, la deuxième maille 26 est chauffée et AsH3 ayant une température de décomposition plus importante que celle de TMG et une efficacité de décomposition plus faible que celle de TMG est chauffée avant d'être fournie au substrat 4. En conséquence, cela accélère la décomposition de AsH3 sur le substrat 4. Par suite, la concentration du gaz du groupe V sur le substrat 4 peut être augmentée et le taux des matières à l'état gazeux efficacement utilisé pour la croissance cristalline est of the present invention, a voltage is applied to the mesh heating electrode 25 which is connected to the third mesh 27 to clean the mesh. In addition, if necessary, the electrode 25 connected to the second mesh 26 may be heated by the application of a voltage. Thus, according to this ninth embodiment of the present invention, the second heatable mesh 26 is disposed under the pipe 20b to provide an AsH3 gas close thereto, the outlets of the pipe 20d to provide TMG gas are placed under the second mesh 26 and the third mesh 27 is disposed under the outlets of the pipe b. In addition, during crystal growth, the second mesh 26 is heated and AsH3 having a higher decomposition temperature than that of TMG and a lower decomposition efficiency than that of TMG is heated before being supplied to the substrate 4. In Accordingly, this accelerates the decomposition of AsH3 on the substrate 4. As a result, the concentration of the group V gas on the substrate 4 can be increased and the gaseous material content effectively used for the crystal growth is
également augmenté.also increased.
Par ailleurs, les sorties du tuyau 20d fournissant la matière à l'état gazeux pour fournir TMG dans la température de décomposition est plus faible que celle de AsH3 sont placées sous la deuxième maille 26 et la troisième maille 27 est disposée sous les sorties du tuyau 20d, donc il ne peut arriver que TMG gazeux soit décomposé et que GaH3 gazeux chauffé au préalable par la deuxième maille 26 et réagisse et On the other hand, the outlets of the pipe 20d supplying the material in the gaseous state to provide TMG in the decomposition temperature is lower than that of AsH3 are placed under the second mesh 26 and the third mesh 27 is disposed under the pipe outlets 20d, so it can not happen that TMG gas is decomposed and GaH3 gaseous previously heated by the second mesh 26 and react and
s'attache sur la troisième maille 27. attaches on the third mesh 27.
Un appareil pour MOCVD selon une dixième mode de réalisation de la présente invention sera décrit. Bien que la deuxième maille 26 soit chauffée entre 100 et 300 C pendant la croissance cristalline, pour chauffer au préalable AsH3 dont la température de décomposition est plus haute dans le neuvième mode de réalisation de la présente invention, la deuxième maille 26 peut être chauffée à une haute température de 700 C ou plus pour y décomposer AsH3. Dans ce cas, même An apparatus for MOCVD according to a tenth embodiment of the present invention will be described. Although the second mesh 26 is heated between 100 and 300 C during the crystal growth, to preheat AsH3 whose decomposition temperature is higher in the ninth embodiment of the present invention, the second mesh 26 can be heated to a high temperature of 700 C or more to decompose AsH3. In this case, even
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s'il y a décomposition de ASH3, comme la température de la deuxième maille 26 est suffisamment plus importante que la température de décomposition de ASH3, les produits réactionnels ne peuvent pas s'attacher à la deuxième maille 26. Ainsi, cela améliore encore l'utilisation efficace de AsH3. Par ailleurs, en chauffant également la troisième maille 27 à une température bien plus haute que la température de décomposition de la matière à l'état gazeux, comme AsH3 ou TMG, cela améliore également l'efficacité d'utilisation de la matière à l'état gazeux qui est fournie par le tuyau 20d pour fournir la matière à l'état gazeux telle que TMG. Dans ce cas, cependant, les matières à l'état gazeux décomposées à proximité de la troisième maille 27 pourraient réagir les unes avec les autres et leurs produits de réaction pourraient s'attacher à la paroi latérale de la if there is decomposition of ASH3, as the temperature of the second mesh 26 is sufficiently larger than the decomposition temperature of ASH3, the reaction products can not attach to the second mesh 26. Thus, this further improves the effective use of AsH3. On the other hand, by also heating the third mesh 27 to a temperature much higher than the decomposition temperature of the gaseous material, such as AsH 3 or TMG, this also improves the efficiency of use of the material at the same time. gaseous state that is provided by the pipe 20d to provide gaseous material such as TMG. In this case, however, the decomposed gaseous materials in the vicinity of the third mesh 27 could react with each other and their reaction products could attach to the side wall of the
chambre de réaction 1.reaction chamber 1.
De plus, bien que des cristaux de GaAs soient tirés en utilisant AsH3 comme matière à l'état gazeux du groupe V et TMG comme matière à l'état gazeux du groupe III selon chacun des modes de réalisation ci-dessus, le même effet que dans les modes de réalisation ci-dessus décrits pour être attendu en ce qui concerne la croissance cristalline d'un autre matériau tel que AlGaAs, InP, InGaAsP, ou AlGaInP. De plus, en ce qui concerne la croissance cristalline autre que la croissance cristalline des matières des groupes III-V, on peut s'attendre au même effet en utilisant deux sortes ou plus de matières à l'état gazeux ayant des températures In addition, although GaAs crystals are drawn using AsH3 as the Group V gaseous material and TMG as the Group III gaseous material according to each of the above embodiments, the same effect as in the embodiments described above to be expected with respect to the crystal growth of another material such as AlGaAs, InP, InGaAsP, or AlGaInP. In addition, with respect to crystal growth other than crystal growth of III-V materials, the same effect can be expected by using two or more kinds of gaseous state materials with different temperatures.
différentes de décomposition.different from decomposition.
Par ailleurs, bien que l'évent d'échappement lb soit disposé afin de permettre l'échappement des matières à l'état gazeux à partir du fond de la chambre de réaction 1, en direction verticale, selon le premier mode de réalisation de la présente invention, l'évent d'échappement peut être disposé afin de permettre l'échappement des matières à l'état gazeux au fond de la chambre de réaction 1, en direction horizontale. Furthermore, although the exhaust vent lb is arranged to allow the escape of gaseous materials from the bottom of the reaction chamber 1, in the vertical direction, according to the first embodiment of the invention. In the present invention, the exhaust vent may be arranged to allow the gaseous materials to escape to the bottom of the reaction chamber 1 in the horizontal direction.
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Comme on l'a décrit ci-dessus, selon l'appareil pour CVD de la présente invention, comme les pièces disposées sous le réchauffeur sont couvertes de l'organe cylindrique, les produits de réaction ne peuvent s'attacher aux pièces entourées par l'organe. En conséquence, cela stabilise la température de croissance et cela facilite l'entretien de la As described above, according to the CVD apparatus of the present invention, since the parts arranged under the heater are covered with the cylindrical member, the reaction products can not attach to the parts surrounded by the cylinder. organ. As a result, it stabilizes the growth temperature and this facilitates the maintenance of the
chambre de réaction.reaction chamber.
De plus, selon l'appareil pour CVD de la présente invention, comme les matières à l'état gazeux s'échappent autour du suscepteur, les matières à l'état gazeux ne peuvent passer sous le suscepteur. Ainsi, les produits de réaction ne peuvent s'attacher aux pièces sous le suscepteur et donc la température de croissance est stabilisée et l'entretien de la In addition, according to the CVD apparatus of the present invention, since gaseous materials escape around the susceptor, gaseous materials can not pass under the susceptor. Thus, the reaction products can not attach to the parts under the susceptor and therefore the growth temperature is stabilized and the maintenance of the
chambre de réaction est facilité.reaction chamber is facilitated.
De plus encore, en fournissant le gaz porteur à partir du fond de la chambre de réaction vers la surface arrière du suscepteur, les matières à l'état gazeux sont encore mieux Still further, by supplying the carrier gas from the bottom of the reaction chamber to the rear surface of the susceptor, the gaseous materials are even better.
empêchées de passer sous le suscepteur. prevented from passing under the susceptor.
De plus, selon un appareil pour CVD de la présente invention, comme la matière à l'état gazeux est fournie d'une manière auxiliaire à la partie en aval de l'écoulement des matières à l'état gazeux, dans la pastille disposée sur le suscepteur, la régularité des couches limites de la pastille est améliorée et on peut obtenir une couche de grande uniformité d'épaisseur de film, de concentration en porteurs In addition, according to a CVD apparatus of the present invention, since the gaseous material is provided in an auxiliary manner to the downstream portion of the gaseous material flow, in the pellet disposed on the susceptor, the regularity of the boundary layers of the pellet is improved and a layer of high uniformity of film thickness, carrier concentration can be obtained
et analogue.and the like.
Par ailleurs, selon l'appareil pour CVD de la présente invention, comme la maille chauffable est disposée entre les sorties des tuyaux pour introduire les matières à l'état gazeux dans la chambre de réaction et le plateau ou le suscepteur o est placé le substrat, la maille peut facilement être nettoyée et les matières à l'état gazeux sont toujours uniformément fournies sur le substrat, ce qui permet On the other hand, according to the CVD apparatus of the present invention, as the heatable mesh is disposed between the outlets of the pipes for introducing gaseous materials into the reaction chamber and the tray or susceptor where the substrate is placed. , the mesh can easily be cleaned and gaseous materials are always uniformly provided on the substrate, allowing
d'améliorer l'uniformité de la croissance cristalline. to improve the uniformity of crystal growth.
Additionnellement, selon l'appareil pour CVD de la présente invention, le tuyau pour l'introduction de la matière à l'état gazeux dont la température de décomposition Additionally, according to the CVD apparatus of the present invention, the pipe for the introduction of gaseous material whose decomposition temperature
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est relativement élevée est disposé au-dessus du tuyau pour l'introduction de la matière à l'état gazeux dont la température de décomposition est relativement faible, la maille chauffable est prévue sous chaque zone et la matière à5 l'état gazeux dont la température de décomposition est relativement élevée a déjà été chauffée ou décomposée et is relatively high is disposed above the pipe for the introduction of the material in the gaseous state whose decomposition temperature is relatively low, the heatable mesh is provided under each zone and the gaseous state material whose temperature of decomposition is relatively high has already been heated or decomposed and
fournie à la pastille. En conséquence, cela permet d'améliorer l'usage efficace de la matière à l'état gazeux à une haute température de décomposition. supplied to the pellet. As a result, this improves the efficient use of the gaseous material at a high decomposition temperature.
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