(57)【要約】【課題】複数の基板上に同時エピタキシャル成長させる場合に、複数の基板間の電気的特性のバラツキを低減することを可能にする。【解決手段】気相エピタキシャル成長装置は、反応管１０内に水平面内で回転するサセプタ１３を有する。サセプタ１３の回転中心の周りに複数の基板Ｗが保持される。反応管１６にガス供給配管１１が連通され、基板Ｗ上にエピタキシャル成長させるために、ガス供給管１１からサセプタ１３のウェハ保持側にサセプタの回転中心に向けて原料ガスを吹き出すようになっている。この構成において、ガス供給配管１１の反応管１０内への吹出口１４の径を、吹出口１４以外のガス供給配管部の径よりも大きくする。【選択図】      図１
2004158735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応管内で回転するサセプタの回転中心の周りに複数の基板を保持させ、前記反応管と連通したガス供給配管から前記サセプタの回転中心に向けて原料ガスを吹き出して、複数の基板上にエピタキシャル成長させる気相エピタキシャル成長装置において、
前記複数の基板に原料ガスを均一に吹出すために、前記ガス供給配管の反応管内への吹出口の径を、吹出口以外のガス供給配管の部分の径よりも大きく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】
前記吹出口の径が、吹出し方向にテーパ状に大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載の気相エピタキシャル成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原料ガスを供給して複数枚の基板上に気相エピタキシャル層を成長させる気相エピタキシャル成長装置に係り、特にその原料ガス供給部に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に従来の気相エピタキシャル成長装置における反応炉の要部断面図を示す。この反応炉は、同時に複数枚の基板上にエピタキシャル層を成長させる同時複数枚成長装置である。反応炉は、それを構成する反応管１６内で回転するサセプタ１３に基板Ｗを保持させ、サセプタ１３の回転中心に向けてガス供給配管１１から原料ガスを吹き出して、加熱された基板上にエピタキシャル成長させる。サセプタ１３には、回転中心の周りに複数の基板Ｗが回転可能に保持されて、複数のエピタキシャル成長が同時に行われる。原料ガスを吹き出す吹出口１２はガス供給配管１１と同じ径になっている。Ａ、Ｂはそれぞれサセプタ１３、基板Ｗの回転方向を示す。
【０００３】
なお、関連する技術として、基板と対面する反応管の内壁に原料ガスの流量を広げて原料ガスの流れを減速させるテーパ面を付け、１枚の基板上の中心部と周辺部での成長速度を小さくして、膜厚の面内均一性を向上させたものがある（例えば特許文献１）。この特許文献１には、その図面（図１〜図４）上に、原料ガス導入口がテーパ状のものとして表示されているが、テーパ状とした理由が記載されておらず、装置も同時複数枚成長装置ではなく枚葉成長装置であり、その技術内容からして、それは複数枚基板処理を前提としたものとは考えられない。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７一２２３１８号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示した従来の技術では、原料ガスの吹出口はガス供給配管と同じ径になっているため、吹出口付近のガス流速が非常に速く、反応管内で均等に流れにくい。このため、同時に複数枚の基板にエピタキシャル成長させた場合に、複数のウェハ間（以下、ウェハバッチ間ないし基板バッチ間という）の電気的時性のバラツキが大きくなってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、複数の基板を同時エピタキシャル成長させる場合に、基板間の電気的特性のバラツキを低減することが可能な気相エピタキシャル成長装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、反応管内で回転するサセプタの回転中心の周りに複数の基板を保持させ、前記反応管と連通したガス供給配管から前記サセプタの回転中心に向けて原料ガスを吹き出して、複数の基板上にエピタキシャル成長させる気相エピタキシャル成長装置において、前記複数の基板に原料ガスを均一に吹出すために、前記ガス供給配管の反応管内への吹出口の径を、吹出口以外のガス供給配管の部分の径よりも大きくしたことを特徴とする気相エピタキシャル成長装置である。反応管内への吹出口の径が吹出口以外のガス供給配管の部分の径よりも大きくなっているので、両者の径が同じものと比べて、サセプタの回転中心の周りに保持された複数の基板に、均等に原料ガスを流すことができ、基板バッチ間のエピタキシャル成長のバラツキを低減することができる。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記吹出口の径が、吹出し方向にテーパ状に大きくなっていることを特徴とする。吹出口の径がテーパ状に大きくなっていると、吹出口から吹出される原料ガスに乱流が発生するのを有効に防止できる。
【０００９】
また上記発明において、複数の基板間のエピタキシャル成長のバラツキを一層低減するために、サセプタの回転に加えて基板も自転するように構成されていることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。まず、気相エピタキシャル成長装置によって製造される化合物半導体デバイス例について説明し、つぎにその化合物半導体デバイスを製造する反応炉について説明する。
【００１１】
ＧａＡｓ（ガリウム砒素）やＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）などの化合物半導体はＳｉ（シリコン）半導体に比べて、電子移動度が高いという特長がある。この特長をいかして、ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓは高速動作や高効率動作を要求されるデバイスに多く用いられている。代表例としてＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が挙げられ、携帯電話の送信用マイクロ波増幅器や衛星放送用受信アンテナの高周波増幅器に用いられている。
【００１２】
ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハ（以下、ＨＥＭＴ用エピと略す）の概略構造を図２に示す。ＨＥＭＴ用エピは、半絶縁性基板１上に順次結晶成長したバッファ層２、電子走行層３、スペーサ層４、電子供給層５及びコンタクト層６よりなる。基板１は単結晶成長するための下地である。バッファ層２は基板表面の残留不純物によるデバイス特性劣化を防ぐ働きや、電子走行層３からのリーク電流を防ぐ働きがある。電子走行層３は自由電子が流れる層であり、高純度である必要がある。スペーサ層４は、電子走行層３の自由電子が電子供給層５のｎ型不純物によってイオン散乱されるのを抑止する働きがある。電子供給層５はｎ型不純物がドーピングされており、発生した自由電子を電子走行層３へ供給する。コンタクト層６は電極を形成するための層である。
【００１３】
図１は、ＨＥＭＴ用エピの成長方法を実施するための気相エピタキシャル成長装置を構成する反応炉の断面図を示す。基板の表面に対する原料ガスの供給は、垂直方向上方から下方に吹き出すタイプと垂直方向下方から上方に吹き出すタイプとがあるが、ここでは垂直方向下方から吹き出すタイプを採用している。
【００１４】
反応炉１０は反応管１６と加熱手段１５とから構成される。反応管１６は例えば石英で構成される。加熱手段１５は、反応管１６の外周に設けた高周波誘導コイルなどにより構成され、サセプタ１３を加熱して、サセプタ１３に保持された基板Ｗを高温化する。
【００１５】
反応管１６の下部中央にガス供給配管１１が連通され、その反応管１６内への吹出口１４からサセプタ１３の回転中心に向けて、垂直方向下方から原料ガスを吹出すようになっている。また、反応管１６の上部には図示しないが原料ガス排出配管が設けられ、反応管１６内を排気できるようになっている。
【００１６】
前記サセプタ１３は例えばグラファイトで構成され、反応管１６内に水平面内で回転可能に設けられている。このサセプタ１３の吹出口１４と対面する下面に、複数枚の基板Ｗを水平に保持し、且つ基板Ｗを自転させることが可能な複数の基板保持部１７が設けられる。複数の基板保持部１７はサセプタ１３の回転中心の周りに設けられる。サセプタ１３及び基板Ｗの回転方向をそれぞれＡ、Ｂで示してある。
【００１７】
また、サセプタ１３は、反応管１６内で昇降自在に支持され、エピタキシャル成長時はサセプタ１３を下降して吹出口１４近傍に近づける。待機時はサセプタ１３を上昇させ、反応管１６の上部に設けた図示しない基板搬送口に臨ませ、基板搬送口から成長済みの基板を取り出せるようにする。
【００１８】
特に、本実施の形態では、図示するように、原料ガス供給配管１１の吹出口１４の径を、吹出口１４以外のガス供給配管１１の部分の径よりも大きくしている。吹出口１４の径は、吹出し方向にテーパ状に大きくしてある。
【００１９】
次に、上述した反応炉１０を使って、ＨＥＭＴ用エピ層構造を作成する方法について述べる。ここで成長させるＨＥＭＴ用エピの層構造例を図３に示す。ｎ−はｎ型、ｉ−は半絶縁性を表している。同図において、ＧａＡｓ基板上に形成されているエピタキシャル層は、下から順に、ｉ−ＧａＡｓ，ｉ−Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ，ｉ−ＧａＡｓ，ｉ−Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ，ｉ−ＧａＡｓの５層がバッファ層、ｉ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓが電子走行層、ｉ−Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓがスペーサ層、ｎ−Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓが電子供給層、ｉ−Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓがコンタクトバッファ層、ｎ−ＧａＡｓがコンタクト層である。
【００２０】
このようなＨＥＭＴ用エピを成長させるには、まず、複数の半絶縁性基板をサセプタ１３の各基板保持部１７にそれぞれ保持し、加熱手段１５により反応炉１０内で加熱する。つぎに、サセプタ１３及び基板Ｗを回転して、反応炉１０内にガス供給配管１１から原料ガスを供給する。これにより原料ガスが熱分解し、基板Ｗ上にエピタキシャル層が成長する。
【００２１】
バッファ層となるｉ−ＧａＡｓを成長する場合には、Ｇａ原料のＧａ（ＣＨ３）３（トリメチルガリウム）とＡｓ原料のＡｓＨ３（アルシン）を基板に供給する。なお、Ｇａ原料として他にＧａ（ＣＨ３ＣＨ２）３（トリエチルガリウム）がある。Ａｓ原料としては他にＡｓ（ＣＨ３）３（トリメチル砒素）、ＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）がある。
【００２２】
バッファ層，スペーサ層，コンタクトバッファ層となるｉ−Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓを成長する場合には、Ｇａ（ＣＨ３）３、ＡｓＨ３、及びＡｌ原料のＡｌ（ＣＨ３）３（トリメチルアルミニウム）を基板に供給する。なお、Ａｌ原料として他にＡｌ（ＣＨ３ＣＨ２）３（トリエチルアルミニウム）がある。
【００２３】
電子走行層となるｉ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓを成長する場合には、Ｇａ（ＣＨ３）３、ＡｓＨ３、及びＩｎ原料のＩｎ（ＣＨ３）３（トリメチルインジウム）を基板に供給する。なお、Ｉｎ原料として他にＩｎ（ＣＨ３ＣＨ２）３（トリエチルインジウム）がある。
【００２４】
コンタクト層となるｎ−ＧａＡｓを成長する場合には、Ｇａ（ＣＨ３）３、ＡｓＨ３及びｎ型ドーパントを基板に供給する。ｎ型ドーパントの元素としてはＳｉ（珪素）やＳｅ（セレン）がある。Ｓｉ原料としてＳｉＨ４（モノシラン）、Ｓｉ２Ｈ６（ジシラン）がある。Ｓｅ原料としてはＨ２Ｓｅ（セレン化水素）がある。
【００２５】
電子供給層となるｎ−Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓを成長する場合には、Ａｌ（ＣＨ３）３、Ｇａ（ＣＨ３）３、ＡｓＨ３及びＳｉ２Ｈ６を基板に供給する。
【００２６】
このようにして、同時に複数の基板上にＨＥＭＴ用エピウェハを製作する。製作されたＨＥＭＴ用エピウェハは、図５に示す従来の反応炉で作製した場合よりも、図１の実施の形態の反応炉で作製した方が、複数の基板間のエピタキシャル成長のウェハバッチ間バラツキを低減することができる。
【００２７】
従来例のものがウェハバッチ間バラツキが大きいのは、図５のように、反応炉の原料ガスの吹出口１２がガス供給配管１１と同じ径であるため、吹出口１２付近のガス流速が非常に速く、原料ガスは回転しているサセプタ１３に当たってから放射状に広がるため、反応炉内で均等に流れにくいからである。
【００２８】
この点で、実施の形態では、図１のように、原料ガスの吹出口１４の径が吹出口１４以外のガス供給配管１１の部分よりも大きくなっているので、吹き出される原料ガスは、その流速が緩和され、サセプタ１３に当たる前から拡散して放射状に流れる。また、吹出口１４の径がテーパ状に大きくなっていので、吹出口１４から吹出される原料ガスに乱流が発生するのを有効に防止できる。したがって、サセプタ１３の回転中心の周りに保持された複数の基板Ｗに、均等に原料ガスを流すことができ、複数の基板間のエピタキシャル成長のウェハバッチ間バラツキを低減することができる。その結果、ＨＥＭＴ用エピを製作するに際して、デバイスメーカーの歩溜まりを向上できる。
【００２９】
なお、実施の形態ではＨＥＭＴ用エピについて適用したが、本発明はＨＥＭＴ用エピ以外の他のエピタキシャルウェハにも適用できる。例えば、ＨＥＭＴと同様に電子デバイスであるＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のエピタキシャルウェハにも適用可能である。また、実施の形態では、基板の表面に対する原料ガスの供給は、垂直方向下方から吹き出すタイプについて説明したが、本発明は垂直方向上方から下方に吹き出すタイプにも適用できる。
【００３０】
【実施例】
次に上記反応炉を用いてＨＥＭＴ用エピ構造を作製した具体例を説明する。成長時の基板温度は６６０℃、成長炉内圧力は９，３３３Ｐａ（７０Ｔｏｒｒ）、希釈用ガスは水素である。基板には半絶縁性ＧａＡｓウェハを用いた。
【００３１】
ｉ−ＧａＡｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ３）３とＡｓＨ３を用いた。Ｇａ（ＣＨ３）３の流量は７０ｃｃ／分である。ＡｓＨ３の流量は２５０ｃｃ／分である。
【００３２】
ｉ−Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ３）３、Ａｌ（ＣＨ３）３及びＡｓＨ３を用い、それらの流量はそれぞれ３０ｃｃ／分、６０ｃｃ／分及び５００ｃｃ／分である。
【００３３】
ｉ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ３）３、Ｉｎ（ＣＨ３）３及びＡｓＨ３を用い、それらの流量はそれぞれ４０ｃｃ／分、１５０ｃｃ／分及び５００ｃｃ／分である。
【００３４】
スペーサ層のｉ−Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０Ａｓ層の成長にはｉ−Ａｌ０．２５ＧａＡｓ層と同じＧａ（ＣＨ３）３、Ａｌ（ＣＨ３）３、ＡｓＨ３を用い、それらの流量はそれぞれ２０ｃｃ／分、１００ｃｃ／分及び７００ｃｃ／分である。
【００３５】
ｎ−Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ層の成長には、ｉ−Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓの成長に使用したＧａ（ＣＨ３）３、Ａｌ（ＣＨ３）３、ＡｓＨ３に加えてＳｉ２Ｈ６を使用した。Ｓｉ２Ｈ６の流量は５０ｃｃ／分である。Ｓｉ２Ｈ６以外の流量はｉ−Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ層の場合と同じである。
【００３６】
ｎ−ＧａＡｓ層の成長には、ｉ−ＧａＡｓの成長に使用したＧａ（ＣＨ３）３、ＡｓＨ３に加えてＳｉ２Ｈ６を用いた。Ｓｉ２Ｈ６の流量は１００ｃｃ／分である。Ｓｉ２Ｈ６以外の流量はｉ−ＧａＡｓ層の場合と同じである。
【００３７】
このような成長条件で、サセプタ１３に保持可能最大枚数（全数）の基板を保持してＨＥＭＴ用エピを作製した。作製した全数のエピウェハのシート抵抗を渦電流法により測定した。ここで、シート抵抗とはエピウェハ表面での抵抗であり、単位はΩ／ｓｑ．である。比較のために、図５に示す従来の反応炉を用いて、同じ成長条件で作製した全数のエピウェハのシート抵抗を測定した。
【００３８】
上記成膜条件で同時複数枚成長したＨＥＭＴ用エピのシート抵抗の最大値と最小値のウェハバッチ間バラツキを図４に示した。従来技術のウェハバッチ間バラツキは６．６％と大きいが、本発明の実施の形態によるウェハバッチ間バラツキは２．７％と小さいことが分る。
【００３９】
作製したエピウェハのシート抵抗がウェハバッチ間でばらつくということは、ＨＥＭＴの電気的特性であるピンチオフ電圧やシートキャリア濃度、電子移動度もウェハバッチ間でばらつくということである。したがって、これらのばらつきの少ないエピタキシャル層を複数枚の基板上に同時に得ることができる反応炉を使ってＨＥＭＴ用エピタキシャル層を製造することは、特に、ＨＥＭＴ用エピタキシャルに要求される厳しい電気的特性をクリアできるので、ＨＥＭＴ用エピを作成する場合に、メリットが大きい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の基板上にを同時にエピタキシャル成長させる場合に、基板間の電気的特性のバラツキを低減することができ、歩溜まりを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態による気相エピタキシャル成長装置を構成する反応炉の断面図である。
【図２】実施の形態によるＨＥＭＴ用エピの縦断面図である。
【図３】実施の形態によるＨＥＭＴ用エピの層構造図である。
【図４】従来技術と本発明の実施例でのウェハバッチ間シート抵抗バラツキの比較結果を示す図である。
【図５】従来例の反応炉の断面図である。
【符号の説明】
１１  ガス供給配管
１３  サセプタ
１４  吹出口
１６  反応管
Ｗ  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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