JPH0450193A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 気相成長装置に関し、 基板を逆さに保持するとき、サセプタの爪が発熱して成
長表面が熱的に不均一になりダメージが生ずるのを防止
することを目的として、基板の成長表面側に当接して保
持する爪を非発熱体で構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は気相成長装置に係る。

〔従来の技術〕

従来の気相成長装置では、基板２２はカーボンサセプタ
２３上に置くだけで充分だった。カーボンサセプタ２３
上に基板２２を置き、反応室２１に反応ガス２４を流し
て基板２２上に半導体結晶を成長させていた。しかしな
がら、ソースガスの自然対流のため、均一な成長膜を得
るのが困難である、また気相反応の活発なソースガスを
用いた場合、反応管の天井面への付着物２６が多くなり
、これもソースガスの流れを乱し、均一な膜を得るのを
困難にするという問題が、特に化合物半導体の成長の場
合にあった（第７図）。これに対して、基板を下向きに
して、対流の効果及び天井面への付着を軽減する成長方
法は公知である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の方法では、基板をどのように保持
するかが懸案となっている。すなわち、カーボン製の爪
で基板をカーボン製サセプタに対して支えるが、基板表
面のカーボン製型の周囲は加熱されて温度が上昇するた
め、膜の質が基板の端部で劣化し、その影響が基板の中
央近くまで及んでしまう事実が見出されている。

そこで、本発明は基板を逆さにするなどして保持する場
合にも、基板表面にダメージを与えることなく基板を保
持して、均一性の高い結晶膜を成長できる気相成長装置
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、被成長基板を載
置する発熱体サセプタと該被成長基板の結晶成長面に当
接して該被成長基板を該発熱体サセプタに保持する非発
熱体保持部材とから成る基板ホルダーを有し、該基板ホ
ルダーで被成長基板を保持し、反応ガスを流して該被成
長基板上に結晶成長させることを特徴とする気相成長装
置を提供する。

発熱体、非発熱体とは気相成長時に発熱するもの、発熱
しないものをいい、高周波加熱の場合は、カーボンが代
表的な発熱体であり、非発熱体としては、窒化硼素、ア
ルミナなどがある。

〔作　用〕

本発明の装置では、基板ホルダーの基板を支える爪の部
分（保持部材）を非発熱体で構成しているので、基板表
面は爪の部分（保持部材）に基づく熱的な不均一さがな
く、従って成長結晶にダメージを受けない。この基板ホ
ルダーを用いて基板を下に向けて保持することにより、
熱対流の効果や反応管の天井面への付着物の効果による
ソースガス流の乱れのない気相成長を行い、より均一な
結晶成長を実現することができる。

〔実施例〕

第１図に実施例の気相成長装置（常圧横型ＭＯＭＣＶＤ
装置）を示す。同図中、１は反応管、２は高周波コイノ
ベ３は基板ホルダー、４は基板である。基板４は基板ホ
ルダー３に保持されて、反応管１内に下向きに配置され
る。５は純水素ガスの入口、６．７・８はソースガスの
バブラ、９．１０はドーパントガスのボンベ、１１は減
圧弁、１２はブロックバルブでここから反応管１中へ混
合ソースガスが送られる。１３はフィルタ、１４は吸着
剤、１５は検知機で、１６は排気系へ接続されている。

第２図に基板ホルダーの詳細を示す。サセプタ台座１１
はカーボン製で、ウェーハ押え１２が丁度入る台座を有
している。ウェーハ押え１２はＰＢＮ（Ｐｙｒｏｌｙｔ
ｉｃ　Ｂｏｒｏｎ　Ｎ１ｔｒｉｄｅ　）製で、中央にウ
ェーハが入り、それをビン１３で支え、そしてこのウェ
ーハを入れた状態で、ウェーハ押え１２はサセプタ台座
１１に入れられると、ウェーハを下向きにでも保持する
ことができる。ウェーハ押え１２はつ工−ハを入れてサ
セプタ台座１１に入れられてからボルトで固定されるこ
とができる。この例では、つ工−ハは３インチである。

ピン１３はウェーハを保持するためにウェーハ押え１２
本体から僅かに１ミリだけ内側に突出し、その突出部１
４は厚み１．５ミリであるが先端及び後端部は滑らかな
曲線に仕上げられて、ガスの流れを極力撹乱しないよう
にされている。

この装置で、基板として３インチ径のＧａＡｓを用い、
Ａ１．Ｇａ＋−ｘＡｓ　（ｘ＝０．２８）の■−■族半
導体を成長させた。ソースガスとして、トリメチルアル
ミニウム（ＴＭＡＩ）　、）リメチルガリウム（ＴＭＧ
ａ）、ターシャリ・ブチルアルシン（ｔＢＡｓ）を用い
た。

砒素原料としてターシャリ・ブチルアルシン（ｔＢＡｓ
）を用いたのは、本発明の効果を明確にするために、均
一な結晶を得ることが困難な材料を選択する狙いからで
ある。なお、このターシャリ・ブチルアルシン（ｔＢＡ
ｓ）は砒素原料として汎用されるアルシンと比較して安
全性の面で優れたガスである。

成長条件は次の通りとした。

ガス流速： ＴＭＡＩ　　　　１．２６ｘｌＯ−５ｍｏｌ／ｍｉｎＴ
ＭＧａ　　　　４．０４　ｘｌｏ−５ｍｏｌ　７ｍ１ｎ
ｔＢＡｓ　　　　３．１７Ｘ１０−３ｍｏｌ／ｍ１ｎ（
Ｖ／ＩＩＩ比＝６０） Ｓｉ２Ｈ６８，１８ＸＩＱ−８ｍｏｌ／ｍｉｎ基板温度
　　６５０℃ 成長膜厚　　９Ｑｎｍ こうして成長したＡ１゜、　２８Ｇａ０．７２ＡＳの膜
厚及びドーパント濃度の分布を測定した。結果を第３図
及び第４図に示す。膜厚の分布は０．９％以内、Ｓｉド
ーピング濃度の分布は１．２％以内という極めて良好な
結果が得られた。

次に、基板を逆さに保持することの効果を示す例を示す
。第１図と同じ装置で、ただし、ウェーハ押えのピンを
カーボン製として、砒素原料をターシャリ・ブチルアル
シン及びアルシンの２種類とした例と、基板を従来法の
如く上向きに保持した場合で砒素原料をターシャリ・ブ
チルアルシン及びアルシンの２種類とした例の結果を第
５図に示す。従来法では、アルシン、ターシャリ・ブチ
ルアルシンのいずれの場合にも成長速度がソースガスの
流れに沿って大きな分布（１０％、４０％）を持つが、
これに対して逆さ保持法ではアルシン、ターシャリ・ブ
チルアルシンのいずれの場合にも成長速度がソースガス
の流れに沿って小さい分布になった（５〜６％以内）。

逆さ保持法でカーボン製ホルダーの場合、基板ホルダー
を自転させると、膜厚の分布は３〜４％まで低下した。

さらに、基板ホルダー〇ウェーハ押えのピンをカーボン
にした場合と上記最初の実施例の場合の膜厚の分布を比
較した。このときの膜厚の分布を第６図に示す。同図に
見られるように、カーボン製の場合ウェーハの端部で膜
厚が大きく変化し、歩留りが低下していることが認めら
れる。一方、実施例ではウェーハの端部でも膜厚は均一
である。

なお、基板ホルダーのウェーハ押えのピンの形状として
、表面形状が滑らかな曲面になっていない場合には、こ
のピンによってソースガスの流れが撹乱されて、膜質が
幾分不均一化、劣化することが認められた。

上記実施例では、■族混晶三元系半導体の成長に付いて
述べたが、■族混晶系半導体の成長についても、四元系
以上についても同様であること、また反応装置のタイプ
も横型常圧ＭＯＣＶＤ炉のみならず、縦型炉、減圧炉、
クロライドＣＶＤ炉などにも応用できることは胡らかで
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、被成長基板を逆さに保持しても、基板
を保持する部材による基板表面に対するダメージが防止
される。したがって、通常のＭＯＣＶＤ炉では自然対流
や反応管への付着などのため均一な膜が得られない材料
を使用する場合に、基板を逆さに保持して膜質を均一化
を図る際にも、基板保持部分による膜の均一性の劣化が
ないので、所期の効果を得ることができる。よって、高
品質かつ高均一性の結晶膜を成長でき、この半導体結晶
を用いた半導体装置の性能の向上、製造プロセスの簡易
化に対する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の気相成長装置の模式図、第２図は基板
ホルダーの断面図、第３図は実施例で成長したＡｌｏ、
　２８ｃａ０．７２ＡＳの膜圧の分布を示す図、第４図
は実施例で成長したＡｌｏ、　２ｓＧａｏ、　？２ＡＳ
のドーパント濃度の分布図、第５図は逆さ及び常法の基
板保持による結晶成長時の製膜速度を示す図、第６図は
実施例及び従来例で成長したＡｌｏ、　２ｅＧａｏ、　
ｔ２Ａｓの膜厚の分布を示す図、第７図ア）及びイ）は
従来法及び本発明の気相成長法のガス流の様子を示す模
式図である。 １・・・反応管、 ３・・・基板ホルダー １１・・・サセプタ台座、 １３・・・ピン。 ２・・・高周波コイル、 ４・・・基板、 １２・・・ウェーハ押え、 基板ホルダー 第 図 距 離 （ｍｍ） 第 図 ガス流中の位置 基板面内位置 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被成長基板を載置する発熱体サセプタと該被成長基
   板の結晶成長面に当接して該被成長基板を該発熱体サセ
   プタに保持する非発熱体保持部材とから成る基板ホルダ
   ーを有し、該基板ホルダーで被成長基板を保持し、反応
   ガスを流して該被成長基板上に結晶成長させることを特
   徴とする気相成長装置。