(57)【要約】【課題】  エピタキシャル成長させる基板に熱を均一に伝え、基板の裏面への原料ガスの回り込みを防止する気相エピタキシャル成長装置を提供する。【解決手段】  基板３を結晶成長用治具４の収容穴４ｈに固定用爪１１にて保持すると共に、基板３の裏面３ｒに均熱板２を配置し、基板３表面３ｆに気相エピタキシャル成長させるための気相エピタキシャル成長装置１において、基板３の外周に位置した結晶成長用治具４或いは均熱板２に原料ガスＧの基板３の裏面３ｒへの回り込みを防ぐべく原料ガスＧを排気する逃がし溝５を形成した気相エピタキシャル成長装置１である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を結晶成長用治具の収容穴に固定用爪にて保持すると共に、上記基板の裏面に均熱板を配置し、上記基板表面に気相エピタキシャル成長させるための気相エピタキシャル成長装置において、上記基板の外周に位置した結晶成長用治具或いは上記均熱板に原料ガスの上記基板の裏面への回り込みを防ぐべく上記原料ガスを排気する逃がし溝を形成したことを特徴とする気相エピタキシャル成長装置。
【請求項２】
上記均熱板を、上記結晶成長用治具の上記収容穴の径より充分大きく形成すると共に上記収容穴の外周部と上記均熱板の外周部とをテーパ形状に形成して、上記均熱板のテーパ面を上記結晶成長用治具のテーパ面に接触させるようにした請求項１記載の気相エピタキシャル成長装置。
【請求項３】
上記均熱板の外周部に逃がし溝が形成され、上記収容穴は上記基板に対して大きな径に形成され、上記基板と上記収容穴との隙間に、上記逃がし溝が位置するように形成される請求項１または２記載の気相エピタキシャル成長装置。
【請求項４】
上記逃がし溝は、上記均熱板に沿って円弧状に形成され、かつ上記基板と上記結晶成長用治具との隙間から径方向外方に向くように形成される請求項３記載の気相エピタキシャル成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製品の気相エピタキシャル成長装置に係り、特に基板を保持するためのサセプタ及び均熱板の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯移動端末や衛星放送受信機などの通信伝送量が増加しており、これらの高周波機器において高速動作や高効率が要求されている。この要求に対応する半導体デバイスとして化合物半導体結晶を用いたＦＥＴ（電界効果トランジスタ）やＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）の需要が高まっており、この需要は更に伸びると期待されている。
【０００３】
現在、このような半導体デバイスに用いる化合物半導体結晶を成長させる方法の一つとして、エピタキシャル成長によるＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）がしばしば用いられている。この結晶成長方法は、ＩＩＩ族有機金属原料ガスとＶ族原料ガスとを混合ガスとして、この混合ガスを気相エピタキシャル成長装置の反応炉内に導入し、反応炉内で加熱された基板付近で原料ガスが熱分解され、基板上に化合物半導体結晶がエピタキシャル成長する工程によりなっている。
【０００４】
従来の技術では、気相エピタキシャル成長装置の反応炉内で図３に示すように結晶成長用治具３４に基板を収容するための貫通した穴（収容穴）が結晶成長用治具３４の面に直角に設けられ、結晶成長用治具３４の穴に基板３３を収容した後に基板固定用の爪３１で固定し、基板３３に熱を均等に伝えるために基板３３を上から円盤状の均熱板３２で蓋をした構造となっている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−８７２５２号公報
【特許文献２】特開平１０−２５１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この結晶成長用治具３４に基板３３を収容するための穴を開けて、熱を均一に伝えるためにその穴を塞ぐように基板３３の背面に均熱板３２を取り付けているが、結晶成長用治具３４と均熱板３２との接触面積が狭いため、熱が均一に基板３３に伝わらない。
【０００７】
また、結晶成長用治具３４と均熱板３２との間に隙間があると、その隙間のため熱が均一に基板３３に伝わらない。
【０００８】
基板３３に熱が均一に伝わらないと、エピタキシャル層が成長後のエピタキシャルウェハの成長膜厚等の特性に悪影響を及ぼし、このエピタキシャルウェハにより製造される最終的なデバイスの歩留まりが悪くなってしまうという問題があった。
【０００９】
また、結晶成長用治具３４と均熱板３２との間の隙間より原料ガスが基板３３の裏面まで回り込んでしまい、基板３３の裏面にもエピタキシャル層が成長する可能性がある。基板３３の裏面に構造不明のエピタキシャル層が形成されると、これも最終的なデバイス構造にしたときに歩留まり低下の原因となるという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、エピタキシャル成長させる基板に熱を均一に伝え、基板の裏面への原料ガスの回り込みを防止する気相エピタキシャル成長装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、第１の発明は、基板を結晶成長用治具の収容穴に固定用爪にて保持すると共に、上記基板の裏面に均熱板を配置し、上記基板表面に気相エピタキシャル成長させるための気相エピタキシャル成長装置において、上記基板の外周に位置した結晶成長用治具或いは上記均熱板に原料ガスの上記基板の裏面への回り込みを防ぐべく上記原料ガスを排気する逃がし溝を形成した気相エピタキシャル成長装置である。
【００１２】
第２の発明は、上記均熱板を、上記結晶成長用治具の上記収容穴の径より充分大きく形成すると共に上記収容穴の外周部と上記均熱板の外周部とをテーパ形状に形成して、上記均熱板のテーパ面を上記結晶成長用治具のテーパ面に接触させるようにしたものである。
【００１３】
第３の発明は、上記均熱板の外周部に逃がし溝が形成され、上記収容穴は上記基板に対して大きな径に形成され、上記基板と上記収容穴との隙間に、上記逃がし溝が位置するように形成されるものである。
【００１４】
第４の発明は、上記逃がし溝は、上記均熱板に沿って円弧状に形成され、かつ上記基板と上記結晶成長用治具との隙間から径方向外方に向くように形成されるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、エピタキシャル成長させる基板に熱を均一に伝え、基板の裏面への原料ガスの回り込みを防止する気相エピタキシャル成長装置を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１７】
半導体デバイス用のウェハを形成する気相エピタキシャル成長装置は、結晶の原料である原料ガスを気相エピタキシャル成長装置の反応炉内に導入し、反応炉内で原料ガスが加熱され熱分解されて、この熱分解された原料ガス雰囲気中の基板上に化合物半導体結晶がエピタキシャル成長する工程によってエピタキシャルウェハを形成するものである。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態である気相エピタキシャル成長装置の一例を示す部分断面図である。
【００１９】
図示したように気相エピタキシャル成長装置１は、気相成長させるための反応炉内に、表面に化合物半導体結晶を気相エピタキシャル成長させるための基板３と、基板３を載置するための収容穴４ｈが設けられた結晶成長用治具４と、結晶成長用治具４に基板３を載置した後に基板３を結晶成長用治具４に保持するための基板固定用の爪１１と、基板３及び結晶成長用治具４に熱を均等に伝えるための均熱板２とを備えた構造となっている。
【００２０】
基板３の表面３ｆは、加熱された原料ガスＧ雰囲気に曝されるように反応炉内に設け、原料ガスＧが気体−固体転位して基板３の表面３ｆの上に半導体結晶がエピタキシャル成長して薄いエピタキシャル成長層を形成する。
【００２１】
均熱板２は、基板３の裏面３ｒに密着するように配置するとよく、カーボンなどの熱伝導率のよい材料で結晶成長用治具４に設けられた収容穴４ｈの径よりも充分大きく円盤状に形成し、この円盤状の外周部は鍔状に張り出しており、その張り出した鍔２ｇの根元から収容穴４ｈに向かってテーパ形状に狭くなるようにテーパ面２ｔを形成し、テーパ２ｔが終了した部分から円錐台状の底面２ｂを形成し、この底面２ｂは基板３の裏面３ｒに密着するようになっており、外周部にこのテーパ面２ｔの内側をテーパ面２ｔにほぼ平行するように下面から上面に貫いて逃がし溝５を形成している。
【００２２】
逃がし溝５は、図に示すように均熱板２に沿って、基板３と結晶成長用治具４との隙間から開口しこの開口した部分から径方向外方に向くように形成し、均熱板２の上面に貫通して円弧状となっている。この逃がし溝５は、均熱板２の外周部に形成する代わりに、結晶成長用治具４に形成してもよく、いずれの場合も、基板３の裏面への原料ガスＧの回り込みを防ぐべく設けられた原料ガスＧ排気用の通路である。
【００２３】
結晶成長用治具４には、本実施の形態では基板３を収容するための収容穴４ｈ（図１では、収容穴４ｈに基板３が収容され収容穴４ｈ残りが隙間４ｓとして存在している）を基板３に対して大きな径で形成し、この収容穴４ｈに基板３を収容し、収容穴４ｈの外周部には均熱板２のテーパ面２ｔに接触して嵌るようにテーパ面４ｔを形成し、テーパ面４ｔよりも外方では、均熱板２の鍔２ｇが結晶成長用治具４の上面に密着する構造となっている。
【００２４】
均熱板２は、基板３及び結晶成長用治具４の上に蓋をするように配置する。
【００２５】
基板固定用の爪１１は、結晶成長用治具４の下面から基板３の径方向内方（基板３の中心方向）に向かって突き出して、結晶成長用治具４に載置された基板３を動かないように基板３を結晶成長用治具４に保持・固定するためのものである。
【００２６】
原料ガスＧは、例えばＩＩＩ族有機金属ガスとＶ族ガスとを混合して、この混合ガスを気相エピタキシャル成長装置１の反応炉内に導入し加熱して、反応炉内の基板３付近でこの加熱された混合ガスが熱分解され、基板３の表面３ｆ付近を例えば図中矢印方向に流れる。
【００２７】
このようにして形成された均熱板２及び基板３を図１の上方からみた状態を図２に示す。
【００２８】
図から分かるように、均熱板２は、円盤状に丸く形成されており、この均熱板２の外周部に設けられた逃がし溝５は、外周部に沿って円弧状に２個開口しており、均熱板２の底面に接して基板３がほぼ収容穴４ｈの中心辺りに配置されている。
【００２９】
ここで逃がし溝５は、図２の形状・円弧長や個数に限るものではなく、基板３の大きさ、原料ガスＧの種類、濃度などに応じて必要な円弧長、個数にするとよく、結晶成長用治具４に逃がし溝５を形成する場合も同様である。
【００３０】
次にこの気相エピタキシャル成長装置１におけるエピタキシャル成長層の形成について説明する。
【００３１】
図示しないヒータを加熱して、原料ガスＧを反応炉内に導入し、反応炉内及び原料ガスＧを加熱する。
【００３２】
ヒータにより反応炉内が加熱されることにより、均熱板２、基板３、結晶成長用治具４が加熱される。
【００３３】
このとき、仮に基板３と結晶成長用治具４との加熱温度に差があったとしても、均熱板２と結晶成長用治具４とが鍔２ｇ、テーパ面２ｔ、４ｔ、底面２ｂで密着している。また均熱板２の底面２ｂと基板３の裏面３ｒとが密着している。このような従来技術に比べて均熱板２と結晶成長用治具４との接触部分の面積を広くし密着した接触構造のため、熱は均熱板２から基板３及び結晶成長用治具４に伝導し、基板３及び結晶成長用治具４が均等に加熱され、この結果基板３が一様な温度となる。
【００３４】
一方、加熱された原料ガスＧは熱分解されて、反応炉内を流れ（例えば、図中矢印方向）ている。
【００３５】
この状態で反応炉内に原料ガスＧを流通させると、高温気相で熱分解した原料ガスＧが基板３の表面３ｆで結晶化して、表面３ｆにエピタキシャル成長層が形成されるが、基板３が一様な温度となっていることで、表面３ｆのエピタキシャル成長層が均一に形成され、斑のない良好なエピタキシャルウェハ（半導体ウェハ）を得ることができる。
【００３６】
また、このエピタキシャル成長時に、仮に均熱板２の底面２ｂと基板３の裏面３ｒとの間に隙間４ｓがあると原料ガスＧが基板３の裏面３ｒに回り込み易いが、本実施の形態では均熱板２に設けた逃がし溝５を通して気相エピタキシャル成長装置１の隙間４ｓに入り込んだ原料ガスが排気される構造となっている。このため、回り込んだ原料ガスＧは、逃がし溝５を通り反応炉外に排出され、従来のように基板３の裏面３ｒに反応ガスＧが回り込んでエピタキシャル成長することがなくなり、所望の基板３の表面３ｆのみにエピタキシャル成長を行わせることが可能になり、良好なエピタキシャルウェハを得ることができる。
【００３７】
以上説明したように本発明によれば、均熱板と結晶成長用治具が接する部分をテーパ形状にすることにより、接触部分を広くして、基板と結晶成長用治具とに熱が均等に伝わるようにして、基板に均一に熱を伝えることができるので、エピタキシャル層が均一に成長し、最終的なデバイス特性及び歩留まりを向上させることができる。
【００３８】
また、均熱板に回り込んだ原料ガスを外に排気するための逃がし溝を設けることにより、基板の裏面に回り込んだ原料ガスが基板の裏面で成長する不要なエピタキシャル成長を防ぐことができる。
【００３９】
このようにして形成されたエピタキシャルウェハは、良好な特性を有しておりこのエピタキシャルウェハを用いて製造される最終的なデバイスの歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態である気相エピタキシャル成長装置を示す部分断面図である。
【図２】図１に示す均熱板及び基板を上方からみた上面図である。
【図３】従来技術の気相エピタキシャル成長装置を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  気相エピタキシャル成長装置
２  均熱板
２ｂ  底面
２ｇ  鍔
２ｔ  テーパ面
３  基板
３ｆ  表面
３ｒ  裏面
４  結晶成長用治具
４ｈ  収容穴
４ｓ  隙間
４ｔ  テーパ面
５  逃がし溝
１１  基板固定用の爪
３１  基板固定用の爪
３２  均熱板
３３  基板
３４  結晶成長用治具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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