(57)【要約】【課題】基板面内の結晶の特性ばらつきが小さくなるように、均一に基板を加熱することのできる温度均熱板とサセプタの相対的構造を持った横型の気相エピタキシャル成長装置を提供すること。【解決手段】サセプタ１の開口７内に収納支持された基板２の裏側に重ねて設けられる温度均熱板４と、上記基板２、温度均熱板４およびサセプタ１を加熱するための加熱手段８とを備えた横型気相成長装置において、基板２を覆い被せる形状の温度均熱板４を基板２上に設置する。接触面部４ａが基板２と同形状でありその上部に基板２を覆い被せる形状の均熱板部４ｂを有する温度均熱板４を基板２上に設置してもよい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応管内部に臨んで設けられると共に、基板の表側を反応管内に向けた状態で基板を収納し支持するための開口を有するサセプタと、このサセプタの開口内に収納支持された基板の裏側に重ねて設けられる温度均熱板と、上記基板、温度均熱板およびサセプタを加熱するための加熱手段とを備えた横型気相エピタキシャル成長装置において、
上記温度均熱板として、基板を覆い被せる形状の温度均熱板を基板上に設置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】
請求項１記載の気相エピタキシャル成長装置において、
基板面積の１．２５〜２倍の面積を有する温度均熱板を基板上に設置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３】
請求項１記載の気相エピタキシャル成長装置において、
基板の対角若しくは直径の１．１〜１．４倍の長さを有する温度均熱板を基板上に設置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４】
反応管内部に臨んで設けられると共に、基板の表側を反応管内に向けた状態で基板を収納し支持するための開口を有するサセプタと、このサセプタの開口内に収納支持された基板の裏側に重ねて設けられる温度均熱板と、上記基板、温度均熱板およびサセプタを加熱するための加熱手段とを備えた気相エピタキシャル成長装置において、
上記温度均熱板として、基板と同形状の接触面部とその上部に基板を覆い被せる形状の均熱板部を有する温度均熱板を、基板上に設置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５】
請求項４記載の気相エピタキシャル成長装置において、
接触面部が基板と同形状でありその上部に基板面積の１．２５〜２倍の面積を有する温度均熱板を、基板上に設置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６】
請求項４記載の気相エピタキシャル成長装置において、
接触面部が基板と同形状でありその上部に基板の対角若しくは直径の１．１〜１．４倍の長さを有する温度均熱板を基板上に設置したことを特徴とする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、加熱した基板上にサセプタの直径方向又は中心から半径方向に原料ガスを供給し、原料ガスを加熱分解して基板上に化合物半導体結晶を気相成長する横型の気相エピタキシャル成長装置、特に基板を均一に熱するために基板に隣接してセットされる温度均熱板とサセプタの相対的構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体結晶を用いたＦＥＴやＨＥＭＴは、シリコン半導体に比べて電子移動度が高いため、近年携帯電話や衛星放送受信機などの高速動作や高効率が要求される高周波機器の増幅器などに幅広く使用され、その需要はさらに伸びると思われる。
【０００３】
現在、上記のような半導体素子と呼ばれるものにおいて、その化合物半導体結晶を成長する方法の一つとして、有機金属を主原料としてエピタキシャル成長を行うＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法が数多く用いられている。ＭＯＶＰＥ法は、III族有機金属原料ガスとＶ族原料ガスを、高純度水素キャリアガスとの混合ガスとして反応炉内に導入し、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。
【０００４】
ここで従来の主なＭＯＶＰＥ装置が採用しているリアクター（反応炉）を構成する方式を図６に示す。図６（ａ）はサセプタ１１の角錐斜面に半導体基板（ウェハ）２を保持したバレル型、図６（ｂ）はガスが反応管１０の一側から他側に向かって一方向に流れ、且つ基板２がサセプタ１の開口部内にフェイスダウンで設けられるタイプ（横型フェイスダウン）、図６（ｃ）は上から下に向かうガスがサセプタ１２の中央から半径方向外側に流れ、且つ基板２がサセプタ１２の開口部内にフェイスアップで設けられるタイプ（自転公転型フェイスアップ）、そして図６（ｄ）は下から上に向かうガスがサセプタ１中央から半径方向外側に流れ、且つ基板２がサセプタ１の開口部内にフェイスダウンで設けられるタイプ（自転公転型フェイスダウン）を示す。これらのうち、図６（ｂ）〜（ｄ）は横型気相エピタキシャル成長装置に属する。
【０００５】
従来の横型気相エピタキシャル成長装置の模式図を図５に示す。 図５に示すように、従来の横型気相エピタキシャル成長装置９は、両端にガス導入口１０ａおよびガス排気口１０ｂを備えたガス整流管から成る反応管１０と、反応管１０内部に臨んで設けられると共に、基板２の表側を下向きにした状態で基板２を収納し支持するための開口７を周方向に複数個有するサセプタ１と、このサセプタ１の開口内に収納支持された基板２の裏側に隣接して設けられる温度均熱板４と、上記サセプタ１の上方に設けられ、上記基板、温度均熱板およびサセプタを加熱して原料ガスＧを熱分解するためのヒータ（加熱手段）８と、サセプタ１を回転可能に支持するためのモータ（回転手段）６を備えたものである（例えば、特許文献１参照）。 
【０００６】
図６（ｂ）の横型フェイスダウン方式や図６（ｄ）の自転公転型フェイスダウン方式の化合物半導体製造装置の場合、図４に示すように、半導体基板２をサセプタ１の開口７内に載置し支持する構造を得るため、開口７の下面周縁部には、開口７の中心方向に張り出した段差から成る基板支持部、具体的には内向爪３が一体に形成され、半導体基板２は、この内向爪３に外周部が支えられて開口７の下面に保持される。 
【０００７】
すなわち、図４に示される様に、サセプタ１の中にエピタキシャル成長を行うウェハ形状の穴をくり貫いている。その貫通部に半導体ウェハ（基板２）を内向爪３によって支持して、その上に温度均熱板４を設置し、エピタキシャル成長を行っている。
【０００８】
温度均熱板４は、エピタキシャル成長の面内均一性を向上するために設置してある。しかし、温度均熱板４を用いてもウェハ周辺部については面内均一性に劣るという課題があった。これは、温度均熱板４の周辺部分の温度が均一にならない。そのため、温度均熱板４と同じ形状であるウェハ（基板２）の周辺部についても、均一性が悪かった。また、ウェハ（基板２）と温度均熱板４とサセプタ１のわずかな隙間においてもエピタキシャル成長時にガスが乱流を起こしウェハ（基板２）周辺部の均一性を悪化させている。
【０００９】
これに対し、従来、光導波路等を構成するための酸化物ガラス薄膜の製造装置においては、ガラス微粒子堆積時における基板温度を均一に保つため、ＳｉＣ等の材料を円板状に加工した温度均熱板を介してターンテーブル上に支持させることが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−８７２５２号公報
【特許文献２】特開平６−１３５７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２は酸化物ガラス薄膜の製造装置において、より広い面積の温度均熱板の上に基板を載せる構成を示しているだけであり、本発明で対象とするところの、サセプタの開口内に収納された基板の裏側（材料ガス流路と反対の側）に重ねて設けられる温度均熱板の構造については言及がない。かかる相違は両者の本質から来るものであって、特許文献２では温度均熱板の上に基板を載せて段差が生じても問題とならないのに対し、本発明では横型気相エピタキシャル成長装置であることから、そのような段差の存在が材料ガスの流れを乱し、気相エピタキシャル成長の大きな障害となる、という関係で対比できる。
【００１１】
従来の横型気相エピタキシャル成長装置においては、基板を均一に熱するために基板に隣接してセットされる温度均熱板の構造には、あまり注意を払って来なかった。すなわち、図４のように、上下方向に見て基板と同一形状の温度均熱板を単に基板に重ねて開口内に収納していた。
【００１２】
このため温度均熱板を用いてもウェハ周辺部については面内均一性に劣るという課題があった。これは、温度均熱板の周辺部分の温度が均一にならないためである。そのため、温度均熱板と同じ形状であるウェハの周辺部についても、均一性が悪かった。また、ウェハと温度均熱板とサセプタのわずかな隙間においてもエピタキシャル成長時にガスが乱流を起こしウェハ周辺部の均一性を悪化させていた。
【００１３】
よって従来の横型気相エピタキシャル成長装置では、ＭＯＶＰＥ法におけるエピタキシャル成長において、ウェハ面内の結晶の特性（成長速度、混晶比、キャリア濃度）の均一性、特に周辺部における結晶の均一性が悪いという課題があった。面内均一性が悪くなると、それを使った半導体素子の特性にもバラツキが生じ、結果として製造歩留りが低下する。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、基板面内の結晶の特性ばらつきが小さくなるように、均一に基板を加熱することのできる温度均熱板とサセプタの相対的構造を持った横型の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】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１６】
請求項１の発明に係る気相エピタキシャル成長装置は、反応管内部に臨んで設けられると共に、基板の表側を反応管内に向けた状態で基板を収納し支持するための開口を有するサセプタと、このサセプタの開口内に収納支持された基板の裏側に重ねて設けられる温度均熱板と、上記基板、温度均熱板およびサセプタを加熱するための加熱手段とを備えた横型気相エピタキシャル成長装置において、上記温度均熱板として、基板を覆い被せる形状の温度均熱板を基板上に設置したことを特徴とする。
【００１７】
この請求項１の発明の気相エピタキシャル成長装置は図１及び図２の両者の形態を含むものである。
【００１８】
また本発明（請求項１〜６）において、横型気相エピタキシャル成長装置といった場合、大別して二つの形態が含まれる。第一は、回転する板状のサセプタに、複数の基板を、サセプタ中心から少し離れた位置にて周方向に配設し、且つ成長面たる下面をガス流路側に向けて支持し、その基板の裏面側からサセプタをヒータで加熱し、サセプタの直径方向に原料ガスを流し、加熱された基板上で半導体結晶をエピタキシャル成長させる化合物半導体製造装置（図６（ｂ））である。第二は、回転する板状のサセプタに、複数の基板を、サセプタ中心から少し離れた位置にて周方向に配設し、且つ成長面たる下面をガス流路側に向けて支持し、その基板の裏面側からサセプタをヒータで加熱し、サセプタ中心部分から放射状に原料ガスを流し、加熱された基板上で半導体結晶をエピタキシャル成長させる化合物半導体製造装置（図６（ｃ）（ｄ））である。
【００１９】
さらに細く分ければ、基板の下面がガス流路に面して温度均熱板が基板上面側に位置するフェイスダウン型（図６（ａ）（ｄ））と、基板の上面がガス流路に面して温度均熱板が基板下面側に位置するフェイスアップ型（図６（ｃ））があるが、そのいずれの形態も本発明の横型気相エピタキシャル成長装置の概念に含まれる。
【００２０】
請求項２の発明は、請求項１記載の気相エピタキシャル成長装置において、基板面積の１．２５〜２倍の面積を有する温度均熱板を基板上に設置したことを特徴とする。
【００２１】
ここで温度均熱板の面積を基板面積の１．２５〜２倍としたのは、１．２５倍未満では基板に対する均熱効果に乏しく、また２倍以上では不必要に温度均熱板の面積が大きくなり不経済となるためである。
【００２２】
請求項３の発明は、請求項１記載の気相エピタキシャル成長装置において、基板の対角若しくは直径の１．１〜１．４倍の長さを有する温度均熱板を基板上に設置したことを特徴とする。
【００２３】
ここで温度均熱板の大きさを、基板の対角若しくは直径の１．１〜１．４倍の長さとしたのは、１．１倍未満では基板に対する均熱効果に乏しく、また１．４倍以上では不必要に温度均熱板の面積が大きくなり不経済となるためである。
【００２４】
請求項４の発明に係る気相エピタキシャル成長装置は、反応管内部に臨んで設けられると共に、基板の表側を反応管内に向けた状態で基板を収納し支持するための開口を有するサセプタと、このサセプタの開口内に収納支持された基板の裏側に重ねて設けられる温度均熱板と、上記基板、温度均熱板およびサセプタを加熱するための加熱手段とを備えた横型気相エピタキシャル成長装置において、上記温度均熱板として、基板と同形状の接触面部とその上部に基板を覆い被せる形状の均熱板部を有する温度均熱板を、基板上に設置したことを特徴とする。
【００２５】
この請求項４の発明の気相エピタキシャル成長装置は図２の形態を特定したものである。
【００２６】
請求項５の発明は、請求項４記載の気相エピタキシャル成長装置において、接触面部が基板と同形状でありその上部に基板面積の１．２５〜２倍の面積を有する温度均熱板を基板上に設置したことを特徴とする。温度均熱板の面積を基板面積の１．２５〜２倍とした意義は、上記請求項２と同じである。
【００２７】
請求項６の発明は、請求項４記載の気相エピタキシャル成長装置において、接触面部が基板と同形状でありその上部に基板の対角若しくは直径の１．１〜１．４倍の長さを有する温度均熱板を基板上に設置したことを特徴とする。温度均熱板の大きさを、基板の対角若しくは直径の１．１〜１．４倍の長さとした意義は、上記請求項３と同じである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００２９】
温度均熱板の大きさを、基板の形状に対して図１又は図２に示す様に覆い被さる形状寸法のものにすることで、基板周辺部の成長時における温度分布を均一にすることができる。
【００３０】
また、基板とサセプタの隙間に流入するガスについてもその流れる経路を曲げることで削減し、面内均一性の向上に効果がある。
【００３１】
従って、ＭＯＶＰＥ法を使ったエピタキシャル成長において、半導体ウェハに対してその形状を覆うことのできる温度均熱板を使用することにより、例えばｐ型キャリア濃度の面内分布を３％以内に抑えることができる。ウェハ周辺部の面内均一性を向上させ半導体素子の歩留りを向上させることにより、ウェハの使用可能面積を大きくする効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００３３】
前提となる気相エピタキシャル装置の構成は、温度均熱板とサセプタの相対的構造を除いて、図５のものと同じである。すなわち、原料ガス導入口１０ａからガス排気口１０ｂへ原料ガスが流通する反応管１０の上部壁に板状のサセプタ１を設け、これを回転手段たるモータ６で回転可能とすると共に、このサセプタ１に、気相エピタキシャル成長の対象である半導体基板２とほぼ同じ形状に開口７を開け、このサセプタ１に開けた開口７内に基板２の表面を下向きに収納し、下面を反応管内部に露出させた状態で支持すると共に、上記基板２及びサセプタ１を上方から加熱する加熱源たるヒータ８に面して上記開口７に温度均熱板４をはめ込んで、基板２に温度均熱板４を隣接させた構成となっている。ここで基板２は半導体ウェハであり、これに隣接する温度均熱板４の材質はカーボンから成る。
【００３４】
本実施形態に係る温度均熱板４とサセプタ１の相対的構造を図１、図２に示す。この図１、図２はサセプタ１と温度均熱板４の部分の概略的な断面図である。
【００３５】
＜実施形態１＞
図１に示す第一の実施形態では、温度均熱板４は肉厚が半導体ウェハ（基板２）より厚く、且つ一定で面積規模が半導体ウェハ（基板２）より大きい円板状である。ここで温度均熱板４は基板面積の１．２５〜２倍の面積又は基板の直径の１．１〜１．４倍の長さを有する。
【００３６】
一方、サセプタ１の開口７は、半導体ウェハ（基板２）の外周に対応する内周と、半導体ウェハ（基板２）の厚さに対応する深さを有する相対的に小径の基板収納部７ａと、そして温度均熱板４の外周に対応する内周と、温度均熱板４の厚さにほぼ対応する深さを有する相対的に大径の均熱板収納部７ｂとを有し、結果として肉厚方向の中間に段差７１を有する段差断面形状となっている。
【００３７】
したがって、図１に示す様に、サセプタ１の開口７内において、半導体ウェハ（基板２）及びこれと同じ面一にある段差７１の上に温度均熱板４が載置され、導体ウェハ（基板２）上により面積規模の大きい温度均熱板４が覆い被さる形となる。
【００３８】
このように半導体ウェハ（基板２）の形状に対して、温度均熱板４が覆い被さる形状にすることで、半導体ウェハ（基板２）周辺部の成長時における温度分布を均一にすることができる。
【００３９】
＜実施形態２＞
図２に第二の実施形態を示す。この実施形態では、温度均熱板４は基板２の裏面と同一の形状寸法の接触面部４ａと、その上の部位である均熱板部４ｂからなる。均熱板部４ｂは、肉厚が半導体ウェハ（基板２）より厚く、且つ一定で面積規模が半導体ウェハ（基板２）より大きい円板状をしており、この均熱板部４ｂの下面（基板側の面）に突設する形で、基板２の裏面と同一の形状寸法の接触面部４ａが設けられている。ここで均熱板部４ｂは基板面積の１．２５〜２倍の面積又は基板の直径の１．１〜１．４倍の長さを有する。
【００４０】
一方、サセプタ１の開口７は、半導体ウェハ（基板２）の外周に対応する内周と、半導体ウェハ（基板２）の厚さ及び上記接触面部４ａの厚さの和に対応する深さを有する相対的に小径の基板収納部７ｃと、そして均熱板部４ｂの外周に対応する内周と、均熱板部４ｂの厚さにほぼ対応する深さを有する相対的に大径の均熱板収納部７ｄとを有し、結果として肉厚方向の中間に段差７２を有する段差断面形状となっている。
【００４１】
したがって、図２に示す様に、サセプタ１の開口７内において、温度均熱板４は段差７２の上に周縁部が載置されて収納される。すなわち、接触面部４ａを介して導体ウェハ（基板２）上に温度均熱板４が載置され、導体ウェハ（基板２）上により面積規模の大きい温度均熱板４が覆い被さる形となる。このとき均熱板部４ｂの周縁部下面は段差７２上に密接され、且つ接触面部４ａが導体ウェハ（基板２）上に密接されて収納される。
【００４２】
このように温度均熱板４の大きさを、基板の形状に対して覆い被さる形状寸法のものにすることで、基板周辺部の成長時における温度分布を均一にすることができる。また、均熱板部４ｂの周縁部下面が段差７２上に密接され、且つ接触面部４ａが半導体ウェハ（基板２）上に密接されて、基板２とサセプタ１の隙間のガス流路が閉塞又は屈曲されることから、反応管１０に流れるガス流の乱れを削減し、導体ウェハ（基板２）における結晶の面内均一性を高めることができる。
【００４３】
上記実施形態では、温度均熱板４は基板面積の１．２５〜２倍の面積を有する構成としたが、基板が長方形である場合には、基板の対角の１．１〜１．４倍の長さを有する温度均熱板を基板上に設置することで、同様の基板面内の結晶均一化効果を発揮させることができる。
【００４４】
本発明の横型気相エピタキシャル成長装置は、ＭＯＶＰＥ法を用いたエピタキシャル成長において、面内均一性が要求されるものについては全てに適用することが可能である。また図４に示すようにサセプタと温度均熱板が融合され一体となった均熱板融合サセプタ５の構造としても、基板面内均一化効果があると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る気相エピタキシャル成長装置における温度均熱板とサセプタの相対的構造部分を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に係る気相エピタキシャル成長装置における温度均熱板とサセプタの相対的構造部分を示す縦断面図である。
【図３】温度均熱板とサセプタの相対的構造部分の変形例を示す縦断面図である。
【図４】従来の気相エピタキシャル成長装置における温度均熱板とサセプタの相対的構造部分を示す縦断面図である。
【図５】従来技術の気相エピタキシャル成長装置を示す縦断面図である。
【図６】従来の気相エピタキシャル成長装置の主なリアクター方式を示した図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  サセプタ
２  基板
３  内向爪
４  温度均熱板
４ａ  接触面部
４ｂ  均熱板部
７  開口  
７ａ、７ｃ  基板収納部
７ｂ、７ｄ  均熱板収納部
７１、７２  段差
８  ヒータ（加熱手段）
１０  反応管
【図１】
2005093505.tif 000003
【図２】
2005093505.tif 000004
【図３】
2005093505.tif 000005
【図４】
2005093505.tif 000006
【図５】
2005093505.tif 000007
【図６】
2005093505.tif 000008