JP6740084B2 - 気相成長装置、環状ホルダ、及び、気相成長方法 - Google Patents

気相成長装置、環状ホルダ、及び、気相成長方法 Download PDF

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Description

本発明は、ガスを供給して成膜を行う気相成長装置、環状ホルダ、及び、気相成長方法に関する。
高品質な半導体膜を成膜する方法として、ウェハ等の基板に気相成長により単結晶膜を成長させるエピタキシャル成長技術がある。エピタキシャル成長技術を用いる気相成長装置では、常圧又は減圧に保持された反応室内の支持部にウェハを載置する。
そして、このウェハを加熱しながら、成膜の原料となるソースガス等のプロセスガスを、反応室上部から反応室内のウェハ表面に供給する。ウェハ表面ではソースガスの熱反応が生じ、ウェハ表面にエピタキシャル単結晶膜が成膜される。
ウェハ表面に形成されるエピタキシャル単結晶膜の特性は、ウェハの温度に依存する。このため、高いウェハ面内の温度の均一性を達成することが望まれる。
特許文献１には、ウェハを載置するサセプタに、正六角形の頂点に配置された基板支持部を設けた気相成長装置が記載されている。
特開２０１５−１９５２５９号公報
本発明が解決しようとする課題は、基板の温度の均一性を向上できる気相成長装置、環状ホルダ、及び、気相成長方法を提供することにある。
本発明の一態様の気相成長装置は、反応室と、前記反応室内に設けられ基板を載置する環状ホルダであって、環状の外周部と、前記外周部の上面よりも下方に位置する基板載置面を有する環状の内周部とを有し、前記基板載置面が周方向に凸領域と凹領域を繰り返す６回回転対称の曲面である環状ホルダと、前記環状ホルダの下方に設けられたヒータと、を備える。
上記態様の気相成長装置において、前記内周部が、前記基板載置面と前記外周部との間に環状の溝を有することが望ましい。
上記態様の気相成長装置において、前記内周部が、前記外周部の内側に突出した複数の凸部を有することが望ましい。
本発明の一態様の環状ホルダは、環状の外周部と、上面が前記外周部の上面よりも下方に位置する基板載置面を有する環状の内周部とを有し、前記基板載置面が周方向に凸領域と凹領域を繰り返す６回回転対称の曲面である。
本発明の一態様の気相成長方法は、環状の外周部と、上面が前記外周部の上面よりも下方に設けられた基板載置面を有する環状の内周部とを有し、前記基板載置面が周方向に凸領域と凹領域を繰り返す６回回転対称の曲面である環状ホルダに、表面が｛１１１｝面のシリコン基板の＜１−１０＞方向が、対向する前記凸領域を結ぶ方向又は対向する前記凹領域を結ぶ方向に一致するよう前記シリコン基板を載置し、前記環状ホルダの下方に設けられたヒータを用いて前記シリコン基板を加熱し、前記シリコン基板に膜を形成する。
本発明によれば、基板の温度の均一性を向上できる気相成長装置、環状ホルダ、及び、気相成長方法を提供することが可能となる。
第１の実施形態の気相成長装置の模式断面図。 第１の実施形態の環状ホルダの模式図。 第１の実施形態の環状ホルダの模式図。 第１の実施形態の気相成長方法の説明図。 第１の実施形態の気相成長装置の作用及び効果の説明図。 第１の実施形態の気相成長装置の作用及び効果の説明図。 第１の実施形態の気相成長装置の作用及び効果の説明図。 第２の実施形態の環状ホルダの模式図。 第２の実施形態の気相成長装置の作用及び効果の説明図。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本明細書中、同一又は類似の部材について、同一の符号を付す場合がある。
本明細書中、気相成長装置が成膜可能に設置された状態での重力方向を「下」と定義し、その逆方向を「上」と定義する。したがって、「下部」とは、基準に対し重力方向の位置、「下方」とは基準に対し重力方向を意味する。そして、「上部」とは、基準に対し重力方向と逆方向の位置、「上方」とは基準に対し重力方向と逆方向を意味する。また、「縦方向」とは重力方向である。
また、本明細書中、「プロセスガス」とは、基板上への成膜のために用いられるガスの総称であり、例えば、ソースガス、キャリアガス、希釈ガス等を含む概念とする。
（第１の実施形態）
本実施形態の気相成長装置は、反応室と、反応室内に設けられ基板を載置する環状ホルダであって、環状の外周部と、上面が外周部の上面よりも下方に位置する基板載置面を有する環状の内周部とを有し、基板載置面が周方向に凸領域と凹領域を繰り返す６回回転対称の曲面である環状ホルダと、環状ホルダの下方に設けられたヒータと、を備える。
また、本実施形態の環状ホルダは、環状の外周部と、上面が外周部の上面よりも下方に位置する基板載置面を有する環状の内周部とを有し、基板載置面が周方向に凸領域と凹領域を繰り返す６回回転対称の曲面である。
また、本実施形態の気相成長方法は、環状の外周部と、上面が外周部の上面よりも下方に設けられた基板載置面を有する環状の内周部とを有し、基板載置面が周方向に凸領域と凹領域を繰り返す６回回転対称の曲面である環状ホルダに、表面が｛１１１｝面のシリコン基板の＜１−１０＞方向が、対向する凸領域を結ぶ方向又は対向する凹領域を結ぶ方向に一致するようシリコン基板を載置し、環状ホルダの下方に設けられたヒータを用いてシリコン基板を加熱し、シリコン基板に膜を形成する。
図１は、本実施形態の気相成長装置の模式断面図である。本実施形態の気相成長装置は、例えば、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いる枚葉型のエピタキシャル成長装置である。
本実施形態の気相成長装置は、反応室１０、第１のガス供給路１１、第２のガス供給路１２、第３のガス供給路１３を備えている。反応室１０は、環状ホルダ１４、回転体ユニット１６、回転軸１８、回転駆動機構２０、シャワープレート２２、インヒータ（ヒータ）２４、アウトヒータ２６、リフレクタ２８、支持柱３４、固定台３６、固定軸３８、ガス排出口４０を備えている。
第１のガス供給路１１、第２のガス供給路１２、第３のガス供給路１３は、反応室１０にプロセスガスを供給する。
第１のガス供給路１１は、例えば、反応室１０にＩＩＩ族元素の有機金属とキャリアガスを含む第１のプロセスガスを供給する。第１のプロセスガスは、ウェハ上にＩＩＩ−Ｖ族半導体の膜を成膜する際の、ＩＩＩ族元素を含むガスである。
ＩＩＩ族元素は、例えば、ガリウム（Ｇａ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）等である。また、有機金属は、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）等である。
第２のガス供給路１２は、例えば、反応室１０にアンモニア（ＮＨ３）を含む第２のプロセスガスを供給する。第２のプロセスガスは、ウェハ上にＩＩＩ−Ｖ族半導体の膜を成膜する際の、Ｖ族元素、窒素（Ｎ）のソースガスである。
第３のガス供給路１３は、例えば、第１のプロセスガス及び第２のプロセスガスを希釈する希釈ガスを反応室１０へ供給する。希釈ガスで、第１のプロセスガス及び第２のプロセスガスを希釈することにより、反応室１０に供給されるＩＩＩ族元素及びＶ族元素の濃度を調整する。希釈ガスは、例えば、水素ガス、窒素ガス、又は、アルゴンガス等の不活性ガス又はこれらの混合ガスである。
反応室１０は、例えば、ステンレス製で円筒状の壁面１７を備える。シャワープレート２２は反応室１０の上部に設けられる。シャワープレート２２には、複数のガス噴出孔が設けられる。複数のガス噴出孔から反応室１０内にプロセスガスが供給される。
環状ホルダ１４は、反応室１０の内部に設けられる。環状ホルダ１４には、基板の一例であるウェハＷが載置可能である。環状ホルダ１４には、中心部に開口部が設けられる。
環状ホルダ１４は、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、パイロリティックグラファイト（ＰＧ）などのセラミックス、又は、カーボンを基材として形成される。環状ホルダ１４は、例えば、ＳｉＣ、ＢＮ、ＴａＣ、又はＰＧなどをコーティングしたカーボンを用いることができる。
環状ホルダ１４は、回転体ユニット１６の上部に固定される。回転体ユニット１６は、回転軸１８に固定される。環状ホルダ１４は、間接的に回転軸１８に固定される。
回転軸１８は、回転駆動機構２０によって回転可能である。回転駆動機構２０により、回転軸を回転させることにより環状ホルダ１４を回転させることが可能である。環状ホルダ１４を回転させることにより、環状ホルダ１４に載置されたウェハＷを回転させることが可能である。
例えば、ウェハＷを５０ｒｐｍ以上３０００ｒｐｍ以下の回転数で回転させる。回転駆動機構２０は、例えば、モータとベアリングで構成される。
インヒータ２４とアウトヒータ２６は、環状ホルダ１４の下方に設けられる。インヒータ２４とアウトヒータ２６は、回転体ユニット１６内に設けられる。アウトヒータ２６は、インヒータ２４と環状ホルダ１４との間に設けられる。
インヒータ２４とアウトヒータ２６は、環状ホルダ１４に保持されたウェハＷを加熱する。インヒータ２４は、ウェハＷの少なくとも中心部を加熱する。アウトヒータ２６は、ウェハＷの外周領域を加熱する。インヒータ２４は、例えば、円板状である。アウトヒータ２６は、例えば、環状である。
リフレクタ２８は、インヒータ２４とアウトヒータ２６の下方に設けられる。リフレクタ２８と環状ホルダ１４との間に、インヒータ２４とアウトヒータ２６が設けられる。
リフレクタ２８は、インヒータ２４とアウトヒータ２６から下方に放射される熱を反射し、ウェハＷの加熱効率を向上させる。また、リフレクタ２８は、リフレクタ２８より下方の部材が加熱されるのを防止する。リフレクタ２８は、例えば、円板状である。
リフレクタ２８は、耐熱性の高い材料で形成される。リフレクタ２８は、例えば、１１００℃以上の温度に対する耐熱性を有する。
リフレクタ２８は、例えば、ＳｉＣ、ＴａＣ、カーボン、ＢＮ、ＰＧなどのセラミックス、又はタングステンなどの金属を基材として形成される。リフレクタ２８にセラミックスを用いる場合、焼結体や気相成長により作製した基材を用いることができる。リフレクタ２８はまた、カーボンの基材などに、ＳｉＣ、ＴａＣ、ＢＮ、ＰＧ、ガラス状カーボンなどのセラミックスをコートしたものを用いてもよい。
リフレクタ２８は、例えば、複数の支持柱３４によって、固定台３６に固定される。固定台３６は、例えば、固定軸３８によって支持される。
回転体ユニット１６内には、ウェハＷを環状ホルダ１４から脱着させるために、突き上げピン（図示せず）が設けられる。突き上げピンは、例えば、リフレクタ２８、及び、インヒータ２４を貫通する。
ガス排出口４０は、反応室１０の底部に設けられる。ガス排出口４０は、ウェハＷ表面でソースガスが反応した後の余剰の反応生成物、及び、余剰のプロセスガスを反応室１０の外部に排出する。
また、反応室１０の壁面１７には、図示しないウェハ出入口及びゲートバルブが設けられている。ウェハ出入口及びゲートバルブにより、ウェハＷを反応室１０内に搬入したり、反応室１０外に搬出したりすることが可能である。
図２、図３は、本実施形態の環状ホルダの模式図である。図２は斜視図、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡＡ’断面図である。
環状ホルダ１４は、環状の外周部５０と、環状の内周部５２とを有する。内周部５２は、外周部５０の内側に設けられる。外周部５０と内周部５２は、例えば、一体成型されている。
内周部５２は、環状ホルダ１４のザグリである。内周部５２上、かつ、外周部５０の内側に基板の一例であるウェハＷが保持される。
内周部５２は、基板載置面５２ａと溝５２ｂとを有する。基板載置面５２ａは環状である。基板載置面５２ａは、外周部５０の上面５０ａよりも下方に位置する。基板載置面５２ａにウェハＷが載置される。
基板載置面５２ａは、周方向に凸領域Ｈと凹領域Ｌを繰り返す６回回転対称の曲面である。周方向に凸領域Ｈと凹領域Ｌが６０度の周期で繰り返される。すなわち、基板載置面５２ａを周方向に６０度回転させると、回転前の基板載置面５２ａの形状と同一の形状となる。周方向とは、図２及び図３（ａ）において、両矢印で示す方向である。
図３（ａ）中、基板載置面５２ａ上の白丸が凸領域Ｈの最高部であり、黒丸が凹領域Ｌの最低部である。基板載置面５２ａの最高部と最低部の差は、例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下である。
基板載置面５２ａは、例えば、正弦波状である。
本明細書中、「曲面」とは、微細な階段状の面の連続を排除しない。例えば、階段状の面の段差が、基板載置面５２ａの最高部と最低部の差の１０分の１以下である場合は、この階段状の面の連続も曲面とみなす。
溝５２ｂは、基板載置面５２ａと外周部５０との間に設けられる。溝５２ｂは、環状である。
外周部５０の上面５０ａには、例えば、基板載置面５２ａの最低部の一つに対応する位置に、合わせマーク５５が設けられる。合わせマーク５５は、例えば、上面５０ａに設けられる線状の溝である。また合わせマークは、環状ホルダ１４の内周部５２ａのさらに内周部へ突き出る形状にしてもよい。ウェハＷには結晶方位を示すためにノッチやオリエンテーションフラットなどの切かけを設けるのが通常であり、上記の合わせマークの内周部に突き出る形状をこの切かけの形状に合わせてもよい。
合わせマーク５５は、例えば、環状ホルダ１４を、回転体ユニット１６に取り付ける際の、位置合わせの目印として利用される。また、例えば、ウェハＷを環状ホルダ１４に載置する際の、位置合わせの目印として利用される。基板載置面５２ａの凹凸は目視で確認することが困難であるため、合わせマーク５５を設けることが有用である。
なお、合わせマーク５５は、複数個所に設けられても構わない。また、基板載置面５２ａの最高部に対応する位置に設けられても構わない。また、基板載置面５２ａの最底部及び最高部の両方に対応する位置に設けられても構わない。また、外周部５０の上面５０ａ以外の位置に設けられても構わない。
次に、本実施形態の気相成長方法について説明する。本実施形態の気相成長方法は、図１に示すエピタキシャル成長装置を用いる。図４は、本実施形態の気相成長方法の説明図である。
窒化インジウムガリウム膜（ＩｎＧａＮ膜）と、窒化ガリウム膜（ＧａＮ膜）とが複数積層された積層膜を、下地ＧａＮ膜上に形成する場合を例に説明する。ＧａＮ膜、ＩｎＧａＮ膜は、窒化物半導体膜の一例である。上記の積層膜は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）の発光層に用いられるＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）層である。
最初に、ウェハＷを、反応室１０内に搬入する。ウェハＷは、表面が｛１１１｝面であるシリコン基板である。ウェハＷの面方位の誤差は３度以下であることが好ましく、より好ましくは２度以下である。図４の例ではノッチＮを含むシリコン基板の直径方向が、［１−１０］方向である。シリコン基板の厚さは、例えば、７００μｍ以上１．２ｍｍ以下である。なお、｛１１１｝面は、（１１１）面と結晶学的に等価な面を示す。また図４は基板の結晶軸の方向を表すためにノッチを付けた例を示しているが、同様の目的のためにオリエンテーションフラットなどを付ける場合もある。
次に、ウェハＷを、環状ホルダ１４の基板載置面５２ａに載置する。ウェハＷは、図４に示すように、シリコン基板の＜１−１０＞方向が、対向する凹領域Ｌを結ぶ方向に一致するよう載置する。より正確には、シリコン基板の＜１−１０＞方向が、環状ホルダ１４内で環状ホルダ１４の中心を挟んで直径方向に対向する凹領域Ｌの最低部同士を結ぶ方向に一致するよう載置する。
例えば、ウェハＷのノッチＮを合わせマーク５５に合わせることで、シリコン基板の［１−１０］方向が対向する凹領域Ｌを結ぶ方向に一致するよう載置される。なお、＜１−１０＞方向との表記は、［１−１０］方向と結晶学的に等価な方向を示す。
ウェハＷのノッチＮを合わせマーク５５に合わせることで、対向する凹領域Ｌを結ぶ方向である３つの方向のすべてが、シリコン基板の［１−１０］方向と一致する。なお、シリコン基板の［１−１０］方向は、対向する凹領域Ｌを結ぶ方向に完全に一致しておらずとも、通常、ウェハＷを環状ホルダ１４に載置する際に生じ得る誤差の範囲で実質的に一致していれば良い。例えば、角度に換算して±３度の範囲で一致していれば良い。
次に、ウェハＷを回転駆動機構２０により回転させながら、環状ホルダ１４の下方に設けられたインヒータ２４及びアウトヒータ２６により加熱する。
次にウェハ上にＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用いて、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）及びＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）のバッファ層を成膜した後、下地ＧａＮ膜を成長させる。次に、この下地ＧａＮ膜上にＩｎＧａＮ膜とＧａＮ膜を交互に成膜してＭＱＷ層を形成する。
ＩｎＧａＮ膜を成膜する場合、反応室１０に第１のガス供給路１１から、例えば、窒素ガスをキャリアガスとするＴＭＧとＴＭＩの混合ガスを供給する。また、反応室１０に、第２のガス供給路１２から、例えば、アンモニアを供給する。また、反応室１０に、第３のガス供給路１３から、希釈ガスとして、例えば、窒素ガスを供給する。
ＧａＮ膜を成膜する場合、反応室１０に第１のガス供給路１１から、例えば、窒素ガスをキャリアガスとするＴＭＧを供給する。また、反応室１０に、第２のガス供給路１２から、例えば、アンモニアを供給する。また、反応室１０に、第３のガス供給路１３から、希釈ガスとして、例えば、窒素ガスを供給する。
ＭＱＷ層を形成した後、インヒータ２４及びアウトヒータ２６による加熱を停止し、ウェハＷの温度を下げる。その後、ウェハを反応室１０から搬出する。
次に、本実施形態の気相成長装置、環状ホルダ及び気相成長方法の作用及び効果について説明する。
ウェハＷ表面に形成されるエピタキシャル単結晶膜の特性、例えば、膜厚、化学組成、結晶性等は、ウェハＷの温度に依存する。したがって、ウェハＷ面内の温度ばらつきが大きくなると膜の特性がウェハＷの面内でばらつく。よって、ウェハ面内の温度の均一性を向上させることが望まれる。
図５、図６、及び、図７は、本実施形態の気相成長装置の作用及び効果の説明図である。
図５は、比較形態の環状ホルダ１５の斜視図である。比較形態の環状ホルダ１５は、基板載置面５２ａが、曲面ではなく平面である点で、本実施形態の環状ホルダ１４と異なる。比較形態の環状ホルダ１５は、基板載置面５２ａに周方向に凸領域Ｈ及び凹領域Ｌが存在しない点で、本実施形態の環状ホルダ１４と異なる。
図６は、比較形態の環状ホルダ１５を用いて、上記気相成長方法と同様の方法でＭＱＷ層を形成した場合の結果を示す図である。図６（ａ）はウェハＷ面内の特性分布を示す図、図６（ｂ）はウェハＷの外周領域の周方向の特性分布を示すグラフである。
図６（ｂ）の横軸は周方向の位置、縦軸はＭＱＷ層の発光ピーク波長及びウェハ高さである。実線が発光ピーク波長、点線がウェハ高さである。なお、周方向とは図６（ａ）の矢印で示される方向である。ウェハ高さは、ウェハＷにＭＱＷを含む層を成膜したのちに計測したウェハ表面の高さであり、ウェハ表面の最も低い位置を基準として示してある。
発光ピーク波長は、ウェハＷに励起光を照射し、ＭＱＷ層から放出される蛍光の波長を測定することにより求める。図６（ｂ）は、ウェハＷの外周領域の発光ピーク波長の周方向の依存性を示している。
ＭＱＷ層の発光ピーク波長は、ウェハＷの温度に依存する。例えば、ＭＱＷの成膜時のウェハＷの温度が高い程、発光ピーク波長は短くなる。また、例えば、ＭＱＷの成膜時のウェハＷの温度が低い程、発光ピーク波長は長くなる。
実際にＭＱＷを含む層を成長したウェハＷについて外周部での発光ピーク波長の分布とウェハ高さの分布の測定結果を示した例が図６（ｂ）である。図６（ｂ）に示すように、ウェハＷの外周部での発光ピーク波長は周期的に変化することがわかり、またその変化の様子はウェハＷのウェハ高さと一致している。さらに図６（ｂ）に示すように、各領域は６０度の周期で現れる。言い換えれば、ウェハＷの外周領域の発光ピーク波長の分布は、６回回転対称である。
この結果と、ＭＱＷの成長時のウェハの温度と発光ピーク波長の関係とを考え合わせると、ＭＱＷの成膜時に図６（ａ）に示すようにウェハＷの外周領域に、発光ピーク波長が短い、すなわち、ＭＱＷの成膜時の温度の高かった領域（図中、短波長・高温）と、発光ピーク波長が長い、すなわち、成膜時の温度の低かった領域（図中、長波長・低温）と、が周方向に交互に存在していたことがわかる。
また、図６（ｂ）に示すように、成膜時の温度の高かった領域のウェハＷの高さは低く、成膜時の温度の低かった領域のウェハＷの高さは高い。成膜時の温度の高かった領域は、ウェハＷの外周部でウェハの中心から見てシリコン基板の＜１−１０＞方向に相当する領域である。
なお、ウェハＷをあらかじめ３０度回転させて環状ホルダ１５に載置しても、成膜時の温度の高かった領域は、ウェハＷのシリコン基板の＜１−１０＞方向と一致する。したがって、環状ホルダ１５に生じた温度分布が、周期的な温度分布の原因となっているわけではない。
上記結果より、ウェハＷの外周領域の温度分布が生ずる理由は以下のように考えられる。すなわち、ＭＱＷ層の成膜中に、ウェハＷが結晶方位に依存して変形し、ウェハＷの外周領域に周方向の周期的な反りが生じる。ウェハＷが反った結果、ウェハＷの高さが低い領域は、環状ホルダ１５の基板載置面５２ａにウェハＷ裏面が接触する。一方、ウェハＷの高さが高い領域は、環状ホルダ１５の基板載置面５２ａからウェハＷ裏面が離れ非接触となる。
ウェハＷは、成膜中、インヒータ２４とアウトヒータ２６により裏面側から加熱される。ウェハＷの裏面と環状ホルダ１５との間では、基板載置面５２ａを介して熱伝導が生ずる。
このため、例えば、基板載置面５２ａにウェハＷ裏面が接触する領域は高温になり、非接触の領域は低温になる。本実施形態の例では、シリコン基板の＜１−１０＞方向のウェハＷの高さが低くなり、基板載置面５２ａに接触し高温となる。一方、＜１−１０＞方向から３０度ずれた領域のウェハＷの高さが高くなり、基板載置面５２ａに非接触となり低温となる。
本実施形態の環状ホルダ１４は、図２及び図３に示すように、周方向に凸領域Ｈと凹領域Ｌが６０度の周期で繰り返される基板載置面５２ａを備える。シリコン基板の＜１−１０＞方向を、凹領域Ｌに合わせることにより、ウェハＷの反りによって生じるウェハＷ裏面の凹凸形状を、基板載置面５２ａの凹凸に合わせることが可能となる。したがって、ウェハＷの裏面が、均等に基板載置面５２ａに接し、ウェハＷの外周領域に結晶方位に依存した周期的な温度分布が生ずることを抑制する。
なお、基板載置面５２ａの曲面の形状を、完全にウェハＷの裏面の形状に合わせることができず、ウェハＷ裏面の一部が非接触となったとしても、基板載置面５２ａとウェハＷ裏面との距離は、比較形態の場合に比べれば格段に近くなる。ウェハＷの温度は、基板載置面５２ａからの放射熱によっても上昇する。したがって、ウェハＷ裏面の一部が非接触であっても、基板載置面５２ａとの距離が近くなることで、ウェハＷの外周領域に結晶方位に依存した周期的な温度分布が生ずることが抑制される。
本実施形態の環状ホルダ１４において、基板載置面５２ａの最高部と最低部の差は、１０μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましく、２０μｍ以上５０μｍ以下であることがより望ましい。上記範囲を下回るとウェハＷの反りに十分対応できないおそれがある。上記範囲を上回るウェハＷの反りが生ずるとウェハＷにスリップが生ずるおそれがある。
図７は、ウェハＷの中心が、環状ホルダ１４の中心からずれて載置された状態を示す上面図である。例えば、ウェハＷの成膜中、環状ホルダ１４は、ウェハＷを載置した状態で回転する。この際、ウェハＷにかかる遠心力により、環状ホルダ１４の中心からウェハＷがずれる場合がある。
例えば、環状ホルダに溝５２ｂが設けられていない場合、ウェハＷの中心が、環状ホルダ１４の中心からずれると、ウェハＷ裏面の外周の環状ホルダとの接触面積が場所により異なるようになる。このため、ウェハＷの外周領域の温度ばらつきが生じやすくなる。
本実施形態の環状ホルダ１４は、基板載置面５２ａと外周部５０との間に、溝５２ｂが設けられる。このため、ウェハＷ裏面は、内周部５２の基板載置面５２ａでのみ環状ホルダ１４と接触する。
したがって、図７に示すように、ウェハＷの中心が、環状ホルダ１４の中心からずれて載置された場合でも、ウェハＷ裏面の外周と環状ホルダ１４との接触面積は場所により変化しない。よって、例えば、溝５２ｂが設けられない環状ホルダと比較してウェハＷの外周領域の温度ばらつきが生じにくい。
以上、本実施形態の気相成長装置、環状ホルダ、及び、気相成長方法によれば、ウェハＷの外周領域の周方向の温度ばらつきを低減することにより、ウェハの温度の均一性を向上することが可能となる。したがって、特性ばらつきの小さい膜を成膜することが可能となる。
（第２の実施形態）
本実施形態の気相成長装置及び環状ホルダは、内周部に、外周部の内側に突出した複数の島状の凸部を有すること以外は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
図８は、本実施形態の環状ホルダの模式図である。図８（ａ）は上面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＢＢ’断面図である。
本実施形態の環状ホルダ６４は、内周部５２に、外周部５０の内側に突出した複数の島状の凸部５２ｃを有する。例えば、外周部５０の内周面の８箇所に中心方向に突出した島状の凸部５２ｃが設けられる。複数の島状の凸部５２ｃは、基板載置面５２ａと離間している。
図９は、本実施形態の気相成長装置の作用及び効果の説明図である。図９は、ウェハＷの中心が、環状ホルダ６４の中心からずれて載置された状態を示す上面図である。
基板載置面５２ａの凹凸は、ウェハＷの中心が、環状ホルダ６４の中心に一致することを前提に形成される。このため、ウェハＷの中心が、環状ホルダ６４の中心からずれて載置されると、ウェハＷの反りによって生じたウェハＷ裏面の凹凸形状が、基板載置面５２ａの凹凸に合わなくなり、ウェハＷの外周領域の周方向の温度ばらつきが大きくなるおそれがある。
例えば、図７に示すように、第１の実施形態の環状ホルダ１４の場合、ウェハＷの中心と環状ホルダ１４の中心との間に大きなずれが生じる。さらに、ウェハＷの端部と外周部５０とが広い範囲で接触又は近接し、例えば、外周部５０からの熱伝導によるウェハ端部の温度上昇が生じる。したがって、ウェハＷの外周領域の周方向の温度ばらつきが更に大きくなるおそれがある。
本実施形態の環状ホルダ６４の場合、内周部５２に、外周部５０の内側に突出した複数の島状の凸部５２ｃを有する。このため、図９に示すように、ウェハＷの中心が、環状ホルダ６４の中心からずれても、島状の凸部５２ｃにウェハＷの端部が接触し、ウェハＷの中心と環状ホルダ６４の中心との間のずれを小さくとどめることが可能である。したがって、ウェハＷの反りによって生じたウェハＷ裏面の凹凸形状と、基板載置面５２ａの凹凸とのずれも小さく抑えることができる。
また、ウェハＷの端部と外周部５０とは、島状の凸部５２ｃのみで接触する。したがって、図７に示す第１の実施形態の場合と比較して、ウェハＷの端部と外周部５０との接触面積が小さくなる。よって、ウェハＷの外周領域の周方向の温度ばらつきが低減する。
なお、島状の凸部５２ｃの数は、必ずしも８個に限られることはなく、８個未満であっても、８個より多くても構わない。但し、ウェハＷが環状ホルダ６４の中心からずれた場合に、ウェハＷの端部が必ず凸部５２ｃに接するようことが望ましい。この観点から、少なくとも、島状の凸部５２ｃの数は３個以上であることが望ましい。
本実施形態の気相成長装置によれば、第１の実施形態より、さらに、ウェハＷの外周領域の周方向の温度ばらつきを低減することが可能となる、したがって、さらに、ウェハの温度の均一性を向上することが可能となる。
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。上記、実施形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、各実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもかまわない。
例えば、実施形態では、内周部５２に環状の溝５２ｂを設ける場合を例に説明したが、環状の溝５２ｂを設けない形態とすることも可能である。
また、実施形態では、枚葉型の気相成長装置を例に説明したが、環状ホルダを用いる装置であれば、枚葉型に限らず、複数のウェハＷに同時に成膜するバッチ式の気相成長装置にも本発明を適用することが可能である。
また、実施形態では、ＧａＮ膜上に窒化インジウムガリウム膜と、窒化ガリウム膜とが複数積層された積層膜をエピタキシャル成長させる場合を例に説明したが、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）等、その他のＩＩＩ−Ｖ族の窒化物系半導体の単結晶膜等の成膜にも本発明を適用することが可能である。また、ＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族の半導体にも本発明を適用することが可能である。さらに、本発明は、その他の膜の成膜にも適用することが可能である。
また、実施形態では、プロセスガスがシャワープレート内で混合される場合を例に説明したが、プロセスガスがシャワープレートに入る前に混合される構成であってもかまわない。また、プロセスガスがシャワープレートから反応室内に噴出されるまで分離された状態となる構成であってもかまわない。
また、環状ホルダ１４、６４の外周部５０と内周部５２が一体成型されている場合を例に説明したが、環状ホルダ１４、６４は、内周部５２又はその一部が分離可能な構造であっても構わない。内周部５２又はその一部を分離可能とすることにより、例えば、多様な形状の環状ホルダが適用可能となり、ウェハＷの外周領域の温度分布の微調整が容易となる。
また、実施形態では、ヒータとして、インヒータ２４とアウトヒータ２６の２種を備える場合を例に説明したが、ヒータは１種のみであっても構わない。
以上説明してきた実施形態に従ってウェハＷ上に成膜を行い、周方向の特性を評価した後、凹部と凸部の高低差をさらに微調整することで、周方向の特性の均一性をさらに高くできる場合があり、このような場合には該微調整を行うことが望ましい。
実施形態では、装置構成や製造方法等、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や製造方法等を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての気相成長装置、環状ホルダ、及び、気相成長方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物の範囲によって定義されるものである。
１０ 反応室
１４ 環状ホルダ
２４ インヒータ（ヒータ）
５０ 外周部
５２ 内周部
５２ａ 基板載置面
５２ｂ 溝
５２ｃ 凸部
６４ 環状ホルダ
Ｈ 凸領域
Ｌ 凹領域
Ｗ ウェハ（基板）

Claims (5)

  1. 反応室と、
    前記反応室内に設けられ基板を載置する環状ホルダであって、環状の外周部と、前記外周部の上面よりも下方に位置する基板載置面を有する環状の内周部とを有し、前記基板載置面が周方向に凸領域と凹領域を繰り返す６回回転対称の曲面である環状ホルダと、
    前記環状ホルダの下方に設けられたヒータと、
    を備える気相成長装置。
  2. 前記内周部が、前記基板載置面と前記外周部との間に環状の溝を有する請求項１記載の気相成長装置。
  3. 前記内周部が、前記外周部の内側に突出した複数の凸部を有する請求項１又は請求項２記載の気相成長装置。
  4. 環状の外周部と、上面が前記外周部の上面よりも下方に位置する基板載置面を有する環状の内周部とを有し、前記基板載置面が周方向に凸領域と凹領域を繰り返す６回回転対称の曲面である環状ホルダ。
  5. 環状の外周部と、上面が前記外周部の上面よりも下方に設けられた基板載置面を有する環状の内周部とを有し、前記基板載置面が周方向に凸領域と凹領域を繰り返す６回回転対称の曲面である環状ホルダに、表面が｛１１１｝面のシリコン基板の＜１−１０＞方向が、対向する前記凸領域を結ぶ方向又は対向する前記凹領域を結ぶ方向に一致するよう前記シリコン基板を載置し、
    前記環状ホルダの下方に設けられたヒータを用いて前記シリコン基板を加熱し、
    前記シリコン基板に膜を形成する気相成長方法。
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