(57)【要約】【課題】基板裏面における結晶成長を抑止しつつ、基板表面全体に結晶成長させることが可能な液相エピタキシャル成長装置及び液相エピタキシャル成長方法を提供すること。【解決手段】本発明の液相エピタキシャル成長装置１は、縦置きの基板Ｓに結晶をエピタキシャル成長させる装置であって、背板５２ａに立てかけた基板Ｓを縦置きに収容するための成長室２０と、基板に成長させる結晶の原料溶液Ｌを貯留する成長用溶液溜３０とを備える。更に、成長室２０は、成長用溶液溜３０に貯留された原料溶液Ｌが流入する流入口２５ｉを、成長室２０の下部領域に有している。このため、成長室２０の底部から徐々に溜まってゆく原料溶液Ｌが基板Ｓを背板５２ａ側に押え付けるかたちになり、基板Ｓが背板５２ａから離隔する事態を防止できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦置きの基板に結晶をエピタキシャル成長させる液相エピタキシャル成長装置において、
背板に立てかけた前記基板を縦置きに収容するための成長室と、
前記基板に成長させる結晶の原料溶液を貯留する成長用溶液溜と、を備え、
前記成長室は、前記成長用溶液溜に貯留された前記原料溶液が流入する流入口を、該成長室の下部領域に有していることを特徴とする液相エピタキシャル成長装置。
【請求項２】
前記成長室の前記下部領域は、縦置きされる前記基板の下縁よりも低い高さ位置であることを特徴とする請求項１記載の液相エピタキシャル成長装置。
【請求項３】
前記成長室の前記下部領域は、該成長室の底部であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液相エピタキシャル成長装置。
【請求項４】
前記成長用溶液溜は、前記成長室の上方に位置することを特徴とする請求項１〜請求項３のうち何れか一項記載の液相エピタキシャル成長装置。
【請求項５】
縦置きの基板に結晶をエピタキシャル成長させる液相エピタキシャル成長方法において、
背板に立てかけた前記基板を縦置きに収容した成長室に、該成長室の下部領域から原料溶液を導入し、前記基板に結晶をエピタキシャル成長させることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
【請求項６】
縦置きした前記基板の下縁よりも低い高さ位置から前記原料溶液を前記成長室に導入することを特徴とする請求項５記載の液相エピタキシャル成長方法。
【請求項７】
前記成長室の底部から前記原料溶液を導入することを特徴とする請求項５又は請求項６記載の液相エピタキシャル成長方法。
【請求項８】
前記基板における前記背板とは反対側の面の全体を露出させた状態で、前記成長室に前記原料溶液を導入することを特徴とする請求項５〜請求項７のうち何れか一項記載の液相エピタキシャル成長方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦置の基板に結晶成長させる液相エピタキシャル成長装置及び液相エピタキシャル成長方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
縦置きした半導体基板に原料溶液を供給し、温度を低下させることでその基板上に結晶成長させる液相エピタキシャル成長が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された成長装置は、エピタキシャル成長室内で複数の基板が縦置きされ、該成長室の上下にそれぞれ成長溶液溜が設けられている。上側の成長溶液溜の底部、成長室の天井部及び底部、並びに、下側の成長溶液溜の天井部には、それぞれ接続穴が形成されている。そして、位置固定された上下の成長溶液溜に対して中央のエピタキシャル成長室を水平方向にスライドさせることで、上側の成長溶液溜と成長室とを、または下側の成長溶液溜と成長室とを連通できるようになっている。
【０００３】
このような成長装置によりエピタキシャル成長させるには、まず、上側の成長溶液溜とエピタキシャル成長室の接続穴をつなげて、上側の成長溶液溜から成長室内に成長溶液を落下導入させる。これによって基板と成長溶液が接触し、基板上にエピタキシャル膜が形成される。一定厚のエピタキシャル膜を基板上に形成した後、今度は成長室の底部の接続穴と下側の成長溶液溜の接続穴とをつなげて、エピタキシャル成長室内の成長溶液を下側の成長溶液溜に抜き取るようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１５１２９３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の液相エピタキシャル成長装置には、次のような問題があった。すなわち、通常基板はホルダに保持され、該ホルダが成長室内に縦置きされるが、実際に成長を行なう場合は、基板がホルダから離隔しないようにするために、基板を保持する係止爪、或いは、基板縁部を差し込む収容溝をホルダ又は成長室底部に形成する必要があった。このような対策を講じないと、成長中に基板がホルダから離れてしまい、基板の裏面に溶液が回り込み、そこで結晶成長するという問題が起こってしまう。
【０００６】
ところが、上記の係止爪や収容溝を形成すると、基板における係止爪で覆われた領域や収容溝に差し込まれた領域には、結晶が成長しないという問題が生じてしまう。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、基板裏面における結晶成長を抑止しつつ、基板表面全体に結晶成長させることが可能な液相エピタキシャル成長装置及び液相エピタキシャル成長方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明の液相エピタキシャル成長装置は、縦置きの基板に結晶をエピタキシャル成長させる装置において、背板に立てかけた上記基板を縦置きに収容するための成長室と、上記基板に成長させる結晶の原料溶液を貯留する成長用溶液溜と、を備え、上記成長室は、上記成長用溶液溜に貯留された上記原料溶液が流入する流入口を、該成長室の下部領域に有していることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の液相エピタキシャル成長方法は、縦置きの基板に結晶をエピタキシャル成長させる方法において、背板に立てかけた上記基板を縦置きに収容した成長室に、該成長室の下部領域から原料溶液を導入し、上記基板に結晶をエピタキシャル成長させることを特徴としている。
【００１０】
本発明の液相エピタキシャル成長装置及び液相エピタキシャル成長方法では、原料溶液が成長室の下部領域から流入する。そのため、成長室の底部から徐々に溜まってゆく原料溶液が基板を背板側に押え付けるかたちになり、基板が背板から離隔する事態を防止できる。これにより、基板の裏面すなわち背板側の面における結晶成長を抑止することができる。また、原料溶液により基板を背板側に押え付けることができることから、基板を固定するための爪や溝等が不要となるため、これらの爪や溝が結晶成長の妨げとなることはない。そのため、基板の表面全体に結晶成長させることが可能となる。
【００１１】
また、この液相エピタキシャル成長方法を実施する上で、積極的に基板の表面全体に結晶成長させるために、基板における背板とは反対側の面の全体を露出させた状態で、成長室に原料溶液を導入することが好適である。
【００１２】
また、本発明の液相エピタキシャル成長装置において、上記成長室の上記下部領域は、縦置きされる上記基板の下縁よりも低い高さ位置であることが好ましい。同様に、本発明の液相エピタキシャル成長方法において、縦置きした上記基板の下縁よりも低い高さ位置から上記原料溶液を上記成長室に導入することが好ましい。
【００１３】
この場合、成長室内において、縦置きされた基板の下方から原料溶液が溜まり始めるため、基板の裏面と背板との間に原料溶液が流れ込む事態をより確実に抑止することができる。また、このような効果を得るために、本発明の液相エピタキシャル成長装置において、上記成長室の上記下部領域は、該成長室の底部であるようにすることも好適である。同様に、本発明の液相エピタキシャル成長方法において、上記成長室の底部から上記原料溶液を導入することが好適である。
【００１４】
更に、本発明の液相エピタキシャル成長装置において、上記成長用溶液溜は、上記成長室の上方に位置することが好適である。このような構成を採用した場合、原料溶液溜の原料溶液は自重によって成長室に流入するため、原料溶液への供給作業が容易である。また、成長用溶液溜及び成長室を上下に並べることで、エピタキシャル装置全体の専有面積を狭くすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る液相エピタキシャル成長装置及び液相エピタキシャル成長方法の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、本実施形態の液相エピタキシャル成長装置１（以下、「成長装置」と略すこともある）を示す図である。成長装置１は、液相中で基板Ｓに結晶をエピタキシャル成長させるものであり、基板Ｓを縦置きに収容してエピタキシャル成長を行なう成長室２０と、成長室２０の上方に位置すると共に、成長させる結晶の原料溶液Ｌを貯留する成長用溶液溜３０と、成長室２０の下方に位置すると共に、エピタキシャル成長を終えた後に成長室２０で使用した溶液を受け入れる廃液溜４０とを備えている。本実施形態では、基板ＳはＧａＡｓ基板となっており、この基板上にＧａＡｓ層又はＡｌＧａＡｓ層等をエピタキシャル成長させる。
【００１７】
成長用溶液溜３０は、略直方体形状をなしており、上部には原料溶液Ｌを導入するための開口が形成されている。原料溶液Ｌは、Ｇａ融液中に、ＧａＡｓ及びＳｉが混入されたものとなっている。
【００１８】
成長室２０は、直方体形状或いは円筒形状をなしており、内部には複数の基板Ｓが縦置き、すなわち基板Ｓの面方向が鉛直方向に沿うようにされている。また、各基板Ｓはホルダ５２に立てかけられた状態で、成長室２０内に配置されている。
【００１９】
ここで、図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照して、ホルダ５２について説明する。図２（ａ）は、ホルダ５２の正面図であり、図２（ｂ）は、ホルダ５２のＢ−Ｂ方向の断面図である。ホルダ５２は、円板状の背板部５２ａ（背板）と、背板部５２ａの外縁に一体的に形成された隆起部５２ｂとを備えている。隆起部５２ｂの内側の側壁によって、基板Ｓを収容する略円柱状の空間５２ｃが形成されている。基板Ｓは、鉛直に立たされたホルダ５２の隆起部５２ｂの底部に乗り、背板部５２ａに立てかけられることになる。また、隆起部５２ｂにおける空間５２ｃの中心の上部及び下部は切り欠かれ、その部分は、原料溶液Ｌが流通できる通路５２ｄ，５２ｄとなっている。このようなホルダ５２は、枠体６０に支持された状態で、成長室２０に収容される。
【００２０】
図３を参照して、ホルダ５２を支持する枠体６０について説明する。枠体６０は、主として、対向する一組の側板６２，６２と、各側板６２の一端同士（図中奥側）を連結する連結板６５と、各側板６２の他端側（図中手前側）にセットされる挿入板６７とによって構成されている。連結板６５の下端は、側板６２の下端よりも高い所に位置している。これにより、連結板６５と成長室２０の底部との間に隙間を確保することができ、この隙間を通じて原料溶液Ｌが基板Ｓにスムーズに到達できるようになっている。
【００２１】
また、各側板６２，６２の内側には、下端部から若干上方の位置に、直線状のガイドレール６１，６１が形成されている。ガイドレール６１，６１にホルダ５２の底部両端を載せることで、ホルダ５２の底面が成長室２０の底部から離隔した状態で、その姿勢を保持することができる。ガイドレール６１には、その長手方向に沿って複数のホルダ５２が隙間無く載置される。もっとも、間隔を隔てて各ホルダ５２を並置してもよい。また、側板６２における連結板６５と反対側には、鉛直方向に延びる溝６２ａが形成されており、この溝６２ａに、テーパ状に形成された挿入板６７の両側部が挿入される。挿入板６７によって、連結板６５から最も遠い側のホルダ５２が倒れるのを防止することができる。
【００２２】
再び図１に戻って、成長装置１の構成を説明する。成長室２０と成長用溶液溜３０とは、途中に設けられたバルブによって開閉自在な配管Ｐ１によって連通されており、成長用溶液溜３０内の原料溶液Ｌは配管Ｐ１を通じて成長室２０内に供給される。この際、成長用溶液溜３０は成長室２０の上方に位置するため、原料溶液Ｌは自重によって成長室２０に流入することになり、原料溶液Ｌの成長室２０への供給作業を容易に行なえる。また、成長用溶液溜３０及び成長室２０を上下に並べることで、成長装置１全体の専有面積を狭くすることができる。
【００２３】
また、成長室２０は、その下部領域に、原料溶液Ｌが流入する流入口２５ｉが形成されている。本実施形態では、流入口２５ｉに配管Ｐ１が差し込まれている。ここで、成長室２０の「下部領域」とは、成長室に縦置きされた基板Ｓの下縁付近の高さ位置を意味する。本実施形態では、その下部領域は、縦置きされる基板Ｓの下縁よりも低い高さ位置になっている。つまり、流入口２５ｉの高さ位置は、基板Ｓの下縁よりも低くなっている。
【００２４】
廃液溜４０は、略直方体形状をなしており、上部には開口が形成されている。廃液溜４０と成長室２０とは、バルブによって開閉自在な配管Ｐ２によって連通されている。成長室２０の底部には流出口２５ｏが形成され、そこに配管Ｐ２が挿入されている。
【００２５】
また、図示は省略するが、成長装置の周囲には、エピタキシャル成長を実施するための加熱ヒータが配置されている。以上が本実施形態の液相エピタキシャル成長装置１の構成である。
【００２６】
次に、図１及び図４を参照して、本実施形態の液相エピタキシャル成長方法を説明する。
【００２７】
まず、鉛直にしたホルダ５２の背板部５２ａに基板Ｓを立てかけ、この状態で複数のホルダ５２を枠体６０に収容する。そして、枠体６０を成長室２０内に載置して、基板Ｓを成長室２０内で縦置き状態にする。
【００２８】
その一方、配管Ｐ１，Ｐ２のバルブを閉じた状態で、成長用溶液溜３０に、Ｇａ，ＧａＡｓ，Ｓｉ等を含んだ原料を導入する。次いで、加熱ヒータ（図示略）を作動させて、成長室２０及び成長用溶液溜３０付近の温度を例えば９００℃まで昇温させる。これにより、原料は溶融して原料溶液Ｌとなる。
【００２９】
次に、図４に示すように、配管Ｐ１のバルブを開放して、流入口２５ｉを通じて成長用溶液溜３０内の原料溶液Ｌを成長室２０内に導入する。この際、原料溶液Ｌは、成長室２０の下部領域、具体的には基板Ｓの下縁よりも低い位置から流入する。成長室２０内に導入された原料溶液Ｌは、ホルダ５２の下側の通路５２ｄを通じて、基板Ｓ付近に到達する。これにより、成長室２０の底部から徐々に溜まってゆく原料溶液Ｌが基板Ｓをホルダ５２の背板部５２ａ側に押え付けるかたちになり、基板Ｓが背板部５２ａから離隔する事態を防止できる。
【００３０】
成長室２０内を原料溶液Ｌで満たし終えたら、加熱ヒータを調節して温度を徐々に低下し始めて、基板Ｓに結晶をエピタキシャル成長させる。成長室の温度を９００℃から８５０℃付近に降温させることで、ＧａＡｓ基板上に、最初にＳｉドープのｎ型のＧａＡｓ層を成長させ、次にＳｉドープｐ型のＧａＡｓ層を成長させることができる。所望のエピタキシャル成長を終えた後、配管Ｐ２のバルブを開放して、使用済みの溶液を廃液溜４０に排出し、一連の成長工程が終了する。
【００３１】
ここで、上記のように原料溶液Ｌが基板Ｓをホルダ５２の背板部５２ａ側に押え付けながら成長室２０内に溜まっていくため、基板Ｓの裏面すなわち背板部５２ａ側の面における結晶成長を抑止することができる。特に、本実施形態では、縦置きされる基板Ｓの下縁よりも低い高さ位置に流入口２５ｉを形成しているため、基板Ｓの裏面と背板部５２ａとの間に原料溶液Ｌが流れ込む事態をより確実に抑止することができる。
【００３２】
また、原料溶液Ｌにより基板を背板部５２ａ側に押え付けることから、基板Ｓを固定するための爪や溝等が不要となるため、これらの爪や溝が結晶成長の妨げとなることはない。上記から分かるように、本実施形態では、基板Ｓの背板部５２ａとは反対側の面は、全く覆われておらず、全体が露出した状態で成長室２０内に原料溶液Ｌが導入される。その結果として、基板Ｓの表面全体に結晶成長させることができる。
【００３３】
図５を参照して、本実施形態の更なる利点を説明する。ホルダ５２を枠体６０に設置した後に、振動等の何らかの影響により基板Ｓが傾き、ホルダ５２の背板部５２ａから離隔することがあり得る。この場合、基板Ｓ（図中、一番右側の基板）は、隣のホルダ５２の背板部５２ａにもたれ掛るかたちになる。
【００３４】
この状態で成長用溶液溜３０から原料溶液Ｌを成長室２０に導入すると、基板Ｓの下方から徐々に原料溶液Ｌが溜まってゆく。そして、原料溶液Ｌの導入量が増すにつれて、図中矢印Ｘで示すように、倒れた基板Ｓをホルダ５２の背板部５２ａに押し戻される（完全に戻した状態を二点鎖線で示す）。このように、本実施形態では、倒れた基板Ｓの姿勢を正す特殊な機構を設けなくても、原料溶液Ｌの押圧力によって基板Ｓがホルダ５２に押し戻されるようになっている。尚、かかる基板Ｓの姿勢修正を目的とする場合、ホルダ５２の空間５２ｃの前に、倒れた基板Ｓがもたれ掛るための支持板を配置することが好ましい。特に、本実施形態のように支持板を他のホルダ５２の背板部５２ａとすれば、倒れた基板Ｓを支えるためだけに支持板を準備する必要が無いため好適である。
【００３５】
［第２実施形態］
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態の液相エピタキシャル成長装置では、成長室２０の周囲に、これを収容する収容体７０が設けられている。そして、成長室２０と収容体７０の隙間領域に、成長室２０の上方に位置する成長用溶液溜３０から原料溶液Ｌが供給されるようになっている。一方、成長室２０の底部には、原料溶液を成長室２０内に導入するための流入口２５ｉが形成されている。尚、成長室２０内で使用した原料溶液Ｌを排出するための機構や、加熱ヒータ等については、第１実施形態と同様にすることができる。
【００３６】
このような成長装置において液相エピタキシャル成長を実施するには、まず、第１実施形態と同様に、基板Ｓをホルダ５２にセットし、これを枠体６０に収めて成長室２０に収容する。次いで、加熱ヒータを作動させて、成長室２０及び成長用溶液溜３０（図１参照）付近の温度を例えば９００℃まで昇温させて、原料を溶融して原料溶液Ｌを形成する。
【００３７】
次に、成長用溶液溜３０から、成長室２０と収容体７０との間に原料溶液Ｌをその自重により供給する。そして、供給量がある程度に達すると、成長室２０の底部に形成された流入口２５ｉから原料溶液Ｌが成長室２０内に流入する。成長室２０内に導入された原料溶液Ｌは、ホルダ５２の下側の通路５２ｄを通じて、基板Ｓ付近に到達する。これにより、成長室２０の底部から徐々に溜まってゆく原料溶液Ｌが基板Ｓをホルダ５２の背板部５２ａ側に押え付けるかたちになり、基板Ｓが背板部５２ａから離隔する事態を防止することができる。
【００３８】
成長室２０内を原料溶液Ｌで満たし終えたら、加熱ヒータを調節して温度を徐々に低下し始めて、基板Ｓに結晶をエピタキシャル成長させる。所望のエピタキシャル成長を終えた後、配管Ｐ２（図１参照）のバルブを開放して、使用済みの溶液を廃液溜４０（図１参照）に排出し、一連の成長工程が終了する。
【００３９】
ここで、上記のように原料溶液Ｌが基板Ｓをホルダ５２の背板部５２ａ側に押え付けながら成長室２０内に溜まっていくため、第１実施形態と同様に、基板Ｓの裏面すなわち背板部５２ａ側の面における結晶成長を抑止することができる。特に、本実施形態では、縦置きされる基板Ｓの下縁よりも低い高さ位置、具体的には成長室２０の底部に流入口２５ｉを形成しているため、基板Ｓの裏面と背板部５２ａとの間に原料溶液Ｌが流れ込む事態をより確実に抑止することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液相エピタキシャル成長装置及び液相エピタキシャル成長方法によれば、基板裏面における結晶成長を抑止しつつ、基板表面全体に結晶成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液相エピタキシャル成長装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】図２（ａ）は、基板を収容するホルダ（背板を含む）を示す正面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ方向の断面図である。
【図３】ホルダを収容する枠体を示す斜視図である。
【図４】配管を通じて成長室に原料溶液が供給される様子を示す図である。
【図５】倒れた基板が原料溶液の押圧力によって元の位置に戻される過程を示す図である。
【図６】本発明に係る液相エピタキシャル成長装置の第２実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１…液相エピタキシャル成長装置、２０…成長室、２５ｉ…流入口、２５ｏ…流出口、３０…成長用溶液溜、４０…廃液溜、５２…ホルダ、５２ａ…背板部、５２ｂ…隆起部、５２ｃ…空間、５２ｄ…通路、６０…枠体、６１…ガイドレール、６２…側板、６５…連結板、６７…挿入板、７０…収容体、Ｌ…原料溶液、Ｓ…基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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