(57)【要約】      （修正有）【課題】各基板サイズ毎に専用の均熱板を用意しておく必要性をなくし、共通の均熱板を用意すれば足りる構造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】反応管内部に臨んで設けられると共に、基板３の表側を反応管内に向けた状態で基板３を収納し支持するための開口７を有するサセプタ４０と、このサセプタ４０の開口７内に収納支持された基板３と、この基板３の裏側に隣接して設けられる均熱板２０と、上記基板３、均熱板２０およびサセプタ４０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、上記均熱板２０の形状寸法をサセプタ４０と同じ大きさにして、直接サセプタ４０と基板３の上に覆い被せて載せた構造とする。【選択図】図１
2005093640.tif 000002
【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と、この基板の裏側に隣接して設けられる均熱板と、上記基板、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、
上記均熱板の形状寸法をサセプタと同じ大きさにして、直接サセプタと基板の上に覆い被せて載せた構造と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、
上記サセプタを基板と同じ厚さの平板状に形成し、上記開口内に載置された基板の上面とサセプタの上面とを同じ平面にし、その上に載置した上記均熱板の下面を基板の上面とサセプタの上面に接触させ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２記載の気相エピタキシャル成長装置において、
上記均熱板が平坦な板から成る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（反応炉）を構成する方式を図４に示す。図４（ａ）はサセプタ１１の角錐斜面に半導体基板（ウェハ）３を保持したバレル型、図４（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３がサセプタ４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４（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３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４（ｄ）は下から上に向かうガスがサセプタ４中央から半径方向外側に流れ、且つ基板３がサセプタ４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４（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３に示す。 図３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３の表側を下向きにした状態で基板３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４と、このサセプタ４の開口内に収納支持された基板３の裏側に隣接して設けられる均熱板２と、上記サセプタ４の上方に設けられ、上記基板、均熱板およびサセプタを加熱して原料ガスＧを熱分解ためのヒータ（加熱手段）８と、サセプタ４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４（ｂ）の横型フェイスダウン方式や図４（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２に示すように、半導体基板３をサセプタ４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１が一体に形成され、半導体基板３は、この内向爪１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４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３）を内向爪１によって支持して、その上に均熱板２を設置し、エピタキシャル成長を行っている。
【０００８】
均熱板２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、均熱板２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、均熱板２の周辺部分の温度が均一にならない。そのため、均熱板２と同じ形状であるウェハ（基板３）の周辺部についても、均一性が悪かった。また、ウェハ（基板３）と均熱板２とサセプタ４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３）周辺部の均一性を悪化させている。
【０００９】
これに対し、従来、均熱効果をより高くする構造として、図に示すように、均熱板の面積を半導体ウェハの面積より大きくす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１０−０２５１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記したように、従来の技術では、図２に示すように、成長用治具に基板３をセットする部分を開口７としてくり貫き、その開口部分に基板３をセットし、更にこの基板３を成長用治具たるサセプタ４と同じ温度にするために、開口７内にて基板３上に均熱板２を載せた構造になっている。
【００１１】
しかし、開口７内にて基板３上に均熱板２を載せる構造であるため、均熱板２は各基板のサイズに専用のものを幾つか用意しておかなければならない。すなわち、基板のサイズが変更された場合、その均熱板２が適用できなくなる。
【００１２】
一方、特許文献２に開示された構造の場合、均熱板２は、図５に示すように、大きな円板２ａの下面に複数の円柱状の突起板２ｂを形成した形状のものであり、これらの突起板２ｂに基板３が保持具で保持される。換言すれば、均熱板２ａに突起部分２ｂを付け、その突起部分２ｂに成長させる基板３を付けた形になっている。このため、下記のような不具合が発生する。
【００１３】
（１）基板のサイズが異なる場合、例えば２インチ基板や３インチ基板などでは、相互に流用が効かない。
【００１４】
（２）サセプタと均熱板は、従来技術の図５のサセプタ４と均熱板２の如く、一対でなければならない。例えば、Ａというサセプタに、Ｂというサセプタに使用していた均熱板は、使えない。
【００１５】
（３）均熱板の突起部とサセプタの凹部とが、きちんと合わせられていない場合、その部分の隙間により、基板に熱が均一に伝えることができない。
【００１６】
要するに、従来の図２の構造では、成長治具に穴を開けて、その穴を塞ぎ、熱を均一に基板に伝えるために均熱板を取り付けている構造であって、成長する基板のサイズと同じサイズの均熱板が必要となるため、各基板サイズ毎に専用の均熱板が必要となる。また従来の図５の均熱板構造においても、複数の基板を覆う大きな円板２ａの均熱板としているが、その下面の突起部分（突起板２ｂ）をサセプタの開口にはめ込む構造としているため、各基板サイズ毎に専用の均熱板が必要となる。
【００１７】
また従来の図２の構造の場合、１回に成長する枚数分の均熱板が必要であり、１回の成長枚数が多くなると基板セット作業に掛かる工数が増える。成長治具と均熱板に隙間があると、その部分のせいで、熱が均一に基板に伝わらない。基板の熱が均一でないと、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、最終的なデバイスでの歩留りが悪くなってしまう。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、各基板サイズ毎に専用の均熱板を用意しておく必要性をなくし、共通の均熱板を用意すれば足りる構造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】
【００１９】
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。
【００２０】
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と、この基板の裏側に隣接して設けられる均熱板と、上記基板、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、上記均熱板の形状寸法をサセプタと同じ大きさにして、直接サセプタと基板の上に覆い被せて載せた構造としたことを特徴とする。
【００２１】
この請求項１の発明の気相エピタキシャル成長装置は、均熱板の下面が平坦で上面が平坦な場合と、均熱板の下面が平坦で上面が平坦でない場合の両者の形態を含むものである。
【００２２】
また本発明（請求項１〜３）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４（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４（ｃ）（ｄ））である。
【００２３】
さらに細く分ければ、基板の下面がガス流路に面して均熱板が基板上面側に位置するフェイスダウン型（図４（ｂ）（ｄ））と、基板の上面がガス流路に面して均熱板が基板下面側に位置するフェイスアップ型（図４（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。
【００２４】
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、上記サセプタを基板と同じ厚さの平板状に形成し、上記開口内に載置された基板の上面とサセプタの上面とを同じ平面にし、その上に載置した上記均熱板の下面を基板の上面とサセプタの上面に接触させたことを特徴とする。
【００２５】
請求項３の発明は、請求項２記載の気相エピタキシャル成長装置において、上記均熱板が平坦な板から成ることを特徴とする。
【００２６】
＜発明の要点＞
本発明は、均熱板の形状寸法を基板成長治具たるサセプタと同じ大きさにして、直接サセプタと基板の上に覆い被せて載せた構造としたものである。これにより、次のような作用効果が得られる。
【００２７】
（１）均熱板を各成長基板毎に取り付けるのではなく、一体化させて成長用治具たるサセプタ上に載せる構造としたものであるから、成長する基板のサイズが異なっても、それらに共通してサセプタと同じサイズの均熱板を１種類用意しておけば足り、各基板サイズ毎に専用の均熱板を用意する必要がない。通常、装置にセットすることができるサセプタの大きさ（直径）は同じであるため、均熱板を他のサセプタに流用することが可能となる。また均熱板をフラットな形状、つまり平坦な板とすることにより、どんな大きさの基板に対しても使用することが可能となる。
【００２８】
（２）従来の個々の均熱板を一体化した構造であることから、一回の成長枚数に関わらず、一回の作業で均熱板をセットすることができ、これにより基板のセット及び取り出しを簡易にし、作業性を向上させることができる。つまり、成長治具と同じ大きさにすることにより、鍋に蓋をするような感覚で均熱板を取り付ける事ができる。
【００２９】
（３）直接成長治具たるサセプタと基板の双方に亘って共通の均熱板を載せるので、均熱板を介して、サセプタと全ての基板の両者に熱が均一に伝わることから、成長治具たるサセプタと全ての基板を同じ温度にすることが容易にできる。従って、全ての基板に熱を均一に伝え同じ温度にすることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００３１】
請求項１に記載の発明によれば、上記均熱板の形状寸法をサセプタと同じ大きさにして、直接サセプタと基板の上に覆い被せて載せた構造としたので、成長する基板のサイズが異なっても、それらに共通してサセプタと同じサイズの均熱板を１種類用意しておけば足りる。また、一回の成長枚数に関わらず、一回の作業で均熱板をセットすることができる。そして均熱板を介して、全ての基板の両者に熱が均一に伝わることから、容易に全ての基板を同じ温度にすることができる。よって、エピタキシャル層が均一に成長され、最終的なデバイス特性及び歩留りを向上させることができる。
【００３２】
請求項２の発明によれば、基板の上面とサセプタの上面とを同じ平面にし、その上に載置した上記均熱板の下面を基板の上面とサセプタの上面に接触させた構成としたので、均熱板を介して、サセプタと全ての基板の両者に熱を均一に伝えることができ、容易に、サセプタと全ての基板の温度を同じにすることができる。よって、エピタキシャル層がよりいっそう均一に成長され、最終的なデバイス特性及び歩留りを向上させることができる。
【００３３】
請求項３の発明によれば、上記均熱板を平坦な板で構成したので、どんな大きさの基板に対しても使用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００３５】
前提となる気相エピタキシャル装置の構成は、均熱板とサセプタの構造を除いて、図３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４０（図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４０に、気相エピタキシャル成長の対象である半導体基板３とほぼ同じ形状に開口７を開け、このサセプタ４０に開けた開口７内に基板３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３及びサセプタ４０を上方から加熱する加熱源たるヒータ５に面して、基板３に隣接して均熱板２０を配設した構成となっている。ここで基板３は半導体ウェハであり、これに隣接する均熱板２０の材質はカーボンから成る。
【００３６】
本実施形態に係る均熱板２０とサセプタ４０の相対的構造を図１に示す。この図１はサセプタ４０と均熱板２の部分の概略的な断面図である。
【００３７】
サセプタ４０は基板３と同一の厚さを有する円板から成り、半導体基板３とほぼ同じ形状に開けた開口７内に基板３が内向爪１で支持されて収納されており、この基板３の表面とサセプタ４０の表面とは、同じ平面になっている。この基板３の表面とサセプタ４０の表面を覆って、下面及び上面が平坦な円板から成る均熱板２０が載置されている。この均熱板２０の形状寸法は、基板成長治具たるサセプタ４０と同じ大きさであり、直接サセプタと基板の上に覆い被せてある。
【００３８】
このように成長治具たるサセプタ４０と基板３の双方に亘って共通の均熱板２０を載せる構造とすることで、均熱板を介して、サセプタと全ての基板の両者に熱が均一に伝わることから、成長治具たるサセプタと全ての基板を同じ温度にすることが容易にできる。従って、全ての基板に熱を均一に伝え同一温度にすることができる。
【００３９】
しかも、このサセプタ４０と同じサイズの均熱板２０は、成長する基板３のサイズが異なってもそれらに共通する均熱板として作用する。従って、従来のように各基板サイズ毎に専用の均熱板を用意しておく必要がない。通常、装置にセットすることができるサセプタの大きさ（直径）は同じであるため、均熱板を他のサセプタに流用することが可能となる。また均熱板をフラットな形状、つまり平坦な板とすることにより、どんな大きさの基板に対しても使用することが可能となる。
【００４０】
また基板３のセット及び取り出しは簡単であり、均熱板２０をセット又は除去する一回の操作だけで、従来の全ての基板の均熱板をセット又は除去したことになり、あたかも鍋に蓋をするような感覚で簡易に均熱板を取り扱うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の気相エピタキシャル成長装置における均熱板とサセプタの相対的構造を示す断面図である。
【図２】従来技術の気相エピタキシャル成長装置における均熱板とサセプタの相対的構造を示す断面図である。
【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の主なリアクター方式を示した図である。
【図５】他の従来技術の気相エピタキシャル成長装置における均熱板とサセプタの相対的構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  内向爪
３  基板
７  開口  
８  ヒータ（加熱手段）
１０  反応管
２０  均熱板
４０  サセプタ
【図１】
2005093640.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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