JPH04960B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は化合物半導体材料の液相エピタキシー
による多層成長に関するものである。

光通信などに有用な装置を製造するための液相
エピタキシヤル成長は一般によく知られている。
単一の加熱サイクルの中で複数のウエハー上に単
層のエピタキシヤル層を液相エピタキシヤル成長
させる技術はエイチ・ダブリユー・バーラー
（H.W.Verleur）の米国特許第3853643号に示され
ている。また単一のウエハー上に異なるエピタキ
シヤル層を連続して成長させる方法も知られてい
る。このような方法はワイ・ホリコシ（Y.
Horikoshi）の米国特許第4028128号に示されて
いる。

液相エピタキシヤル成長に関連して、あらかじ
め定められた二相溶液を用いると、養素溶液があ
らかじめ定められた温度において特別な層を成長
させるのに適した固有の飽和度を持つ。二相溶液
を用いると養素溶液内にある種の過飽和物となる
固体が存在することになる。ある所定の成長サイ
クル内で、多層構造のうちの１つの層が析出して
いる途中でかつ残りの溶液が冷却されている時、
この二相系はそのあとの各層が析出している時と
同じ飽和度を維持するという点が重要である。こ
のために、成長工程の間、この溶液が同じ状態に
維持される即ち、成長面にある溶液の部分が飽和
固体と接触し、またさらにその一部分が飽和固体
を含んでいるのでこの溶液が成長のための同じ飽
和度を維持するという点は重要である。また個々
の層を希望した組成にするために、複数の溶液を
互いに混合することなく分離させておくことも重
要である。

従つて本発明の目的は単一の加熱サイクルの中
で、複数の層を持つ複数の半導体デバイスをまと
めて製造することを可能とする、多重分割、多層
液相エピタキシー工程を提供することにある。

発明の概要 本発明の方法において、それぞれの層に対応す
る一連の溶液を用意する。各溶液はいくつかの単
位部分と１つの残余部分とに続けて分割される。
垂直挿入式のすべり装置を使用すると都合良く、
複数の半導体ウエハーを第１の溶液の単位部分と
接触するように置くことができる。第１層が特定
温度で成長し、その後に第２の溶液が同様にして
分割される。その後ウエハーは第１の溶液から切
り離され、第２の溶液の単位部分と接触するよう
に置かれる。そしてその後第２層がより低い温度
で成長する。

このくり返しは溶液及び層の数だけ行なわれ
る。各成長工程の間、単位部分は残余部分と接触
している即ち連続している状態にあるが、この残
余部分には固体が含まれている。このようにして
二相系を使用し、またその長所を利用することが
できる。この工程の間、各溶液は各々独立して離
れた状態にあり、また各ウエハーは一度には定め
られた組成をもつただ１つの独立した溶液のみの
作用を受ける。

本発明の方法を実施するための装置にはボート
装置が含まれるが、これは典型的にはグラフアイ
トでできており、上段が一連の溶液容器を含み、
下段が垂直に配置された垂直挿入式のすべりプレ
ートを含む装置である。一組のプレートが一連の
うすい垂直配置型の溶液容器を形成し、それらの
間に挿入されたプレートが両方の面上に、ウエハ
ーを取りつけるための一対の入り込みを有する。
水平配置型のシヤツタープレートには、上段と下
段との間ですべらせて位置決めされ、各溶液を上
段の溶液容器から下段の単位部分に次々に送り込
む一列の溶液穴がある。

このようにして成長層のソースとなる溶液は二
相溶液として均質化された状態を保ちながら単位
部分と残余部分に継続的に分割されるのである。
また、単位部分と残余部分は飽和度を同一に保つ
ために成長工程の間常に接触するようになつてい
る。

詳細な説明 本発明の方法を図面に示される装置を用いて説
明する。第１、第２図において、多重分割、多層
式のボート１０はフレーム部材１１を含むが、こ
れはボート１０を構成する他の要素の支持枠ある
いは外枠を成す。典型的には全装置はグラフアイ
トのように不活性で高温に耐え得る材質から成
る。フレーム部材１１の内部には上下２段から成
る移動式および固定式要素がある。

下段には一連の挿入式プレートがありこれらは
垂直に配置されている。一組の固定式溶液容器で
ある溶液プレート１２には切り抜き部分があり、
これが下段に井戸型溶液だめ２５を形成してい
る。この井戸型溶液だめ２５の間には小さな切り
抜き部分があり、これがふき取り用溶液だめ２２
を形成している。溶液プレート１２はウエハープ
レート１３と共に挿入されているが、この１３の
両面にはそれぞれに対の入り込み２４がある。こ
の入り込み２４は成長工程の間、それぞれが１枚
ずつの半導体ウエハーを固定するように設計され
ている。

第２図には、図を明確にするため１ウエハープ
レート１３と１溶液プレート１２のみが示されて
いる。

同様に、第３図および第４図においては、溶液
プレート１２及びウエハープレート１３の全部を
描かないで、むしろ井戸型溶液だめ２５、ウエハ
ープレート１３および溶液プレート１２が詳細に
わかるようそれらの部分的な断面が示されてい
る。

挿入式のウエハープレート１３の中で、終端プ
レート２１は内側の面にある入り込み２４の中の
ただ１枚のウエハーを搬送するだけである。この
ようにして７枚の中間部プレートと２枚の終端プ
レートで16枚のウエハーを取りつけられる。溶液
プレート１２はフレーム部材１１に対して固定さ
れた位置に取りつけられているが、ウエハープレ
ート１３の方はまとめて束ねてプレート押し込み
器２０によつて一単位として動かされる。

シヤツタープレート１４は挿入式の垂直に配置
された溶液プレート１２及びウエハープレート１
３の上に、すべることができるようにして取りつ
けられている。このシヤツタープレート１４は溶
接プレート１２及びウエハープレート１３とうま
くかみ合うように下面に溝をつけることもでき
る。またシヤツタープレート１４には一列に並ん
だ溶液穴２６があり、これは溶液プレートがその
下に形成する井戸型溶液だめ２５と位置が一致す
るようになつている。さらにシヤツタープレート
１４はシヤツター押し込み器１９によつて動かさ
れるが、この１９には押し込み棒１８が取りつけ
られている。

溶液容器部材１５がすべることができるように
取りつけられていて、ボート１０の上段を形成し
ている。この溶液容器部材１５は一連の溶液容器
１６を含んでいるが、これらはそれぞれ別種の成
長溶液を受容できるように設計されている。各溶
液容器１６には圧力素子即ちピストン１７があ
る。工程の中で押し込み棒１８及びシヤツター押
し込み器１９が押し進められる時、押し込み棒１
８はピストン１７の傾斜面とかみ合つてこれを下
向きに押し下げる。溶液容器部材１５は大きなヘ
ツド部材２８で歯どめがかかるために溶液容器１
６と、下段の中の対応する井戸型溶液だめ２５と
の間の位置を越えて上段内をすべり動くことはで
きない。

本発明の方法の実施にあたつては上記の装置を
使用し、まず初めに第３図及び第４図のようにウ
エハー２７を取りつけ、また各溶液容器１６の中
に前記の成長溶液を入れてボート１０を充てんす
る。ウエハー２７については、井戸型溶液だめ２
５の面積をウエハー用の入り込み２４よりも小さ
くしてウエハー２７が確実に取りつけられるよう
にしている。典型的にはこのウエハー２７は化合
物半導体単結晶構造であり、同様に成長溶液も光
電素子用の伝導度を持つ層を形成するように適当
にドープした化合物半導体でできている。特にこ
の方法はインジウム、リン−インジウム、ガリウ
ム砒素族のような三成分化合物から成る装置の製
造に関するものである。しかしながらこの方法は
そのような化合物に完全に限定されるものではな
く、液相エピタキシーが通常に用いられるような
材料にも適用できるものである。よく知られてい
るように、成長溶液は継続的に温度を下げて行く
と各々の独立した溶液からエピタキシヤル成長が
継続的に行なわれるように配列されている。

ボート１０がおよそ700℃の操作温度に加熱さ
れるような工程の最初の時点で、各溶液プレート
１２の終端容器２３はリンソースを含むが、この
リンソースはウエハーがリンの侵食を受けないよ
うにウエハーに近い位置に置かれる。このことは
−族リン化物類のウエハーに対しては好適な
特徴である。第３図に示される溶液プレート１２
の終端容器２３はリンソースと多数の小さな穴を
含む井戸型容器を成すが、この小さな穴からリン
が拡散して多量に供給されるので不適合な侵食を
確実に防ぐことができる。このような容器は他の
化合物半導体の場合で、その成分が自己の高い蒸
気圧のために侵食を受けるような場合にその化合
物に対応する成分を供給するためにも用いられ
る。

溶液を前記の温度で決められた時間にわたつて
均質化した後、シヤツタープレート１４は溶液プ
レート１２の中に形成された第１の組の井戸型溶
液だめ２５まで押し進められる。この部分は第４
図に詳しく示されている。ここでシヤツタープレ
ート１４の溶液穴２６は井戸型溶液だめ２５のう
ち真下にあるものと位置合わせをして示されてい
る。シヤツタープレート１４がこの位置まで進め
られたのと組み合わさつて押し込み棒１８はピス
トン１７を押し下げて溶液に圧力を加えるが、こ
れによつて溶液は各井戸型溶液だめ２５で形成さ
れる一連の単位部分と、シヤツタープレート１４
とピストン１７の間に留まる残余部分２９とに分
けられる。成長工程の間、井戸型溶液だめ２５に
ある単位部分の溶液が溶液穴２６を通して残余部
分２９と接触即ち連続しているという点は重要で
ある。

溶液の残余部分２９が存在すれば二相溶液が使
用できる。この溶液には液体及び固体物質が含ま
れるが、これによつて過飽和成分が生じ該当する
温度サイクル内で溶液の組成が適当な制限を受け
る。成長工程の間単位部分と残余部分が接触して
いるので、溶液のさまざまな部分が比較的に均質
化され、こうして特定の組成にほぼ見合うエピタ
キシヤル層の生成に寄与するのである。

成長段階は温度変化の結果として起きるのであ
るが、この温度変化はおおかた数度あるいは１度
の10分の１の単位である。温度を成長工程のため
のある固定した温度にできるだけ近いところに保
つておく手段があれば、この温度変化はゆるやか
でも急速でも良い。第４図に示すように井戸型溶
液だめ２５にある溶液の単位部分によつて、逆の
方向を向いた２枚のウエハーに物質が供給され
る。

この工程は、続けて第２の溶液に対してほぼ同
様の作業をくり返して継続される。この目的のた
めに、シヤツタープレート１４は溶液穴２６が第
２の溶液の真下で第２の組の井戸型溶液だめの真
下に位置するように押し進められる。シヤツター
プレート１４が第１の成長工程の位置から押し進
められる時、単位部分に残つている第１の溶液は
全て井戸型溶液だめ２５の間にあるふき取り用溶
液だめ２２の中に取り入れられる。

シヤツタープレートの溶液穴を第２の溶液容器
の下に位置させるのと組み合わさつて押し込み棒
１８も押し進められることになるが、このために
第１の溶液と同様に第２の溶液が下段の井戸型溶
液だめの中にある単位部分と上段のピストンの下
にある残余部分とに分けられる。第２の溶液の分
割に続いてウエハープレート１３が第２の組の井
戸型溶液だめの位置まで押し進められる。ウエハ
ーがふき取り用溶液だめ２２を通過する時、第１
の溶液及び第１の成長工程から生じる残留物は全
てふき取り用溶液だめ２２に取り入れられる。こ
のために第２の成長工程では第２の溶液から生じ
る物質のみが使用されまた成長溶液間の相互混濁
の可能性はほぼない。

ウエハーが第２の組の井戸型溶液だめ２５に隣
接して配置された時、第２の層のエピタキシヤル
成長を行なうために再び温度変化がなされ、対応
する溶液のための工程がくり返される。第１図に
示した特定の装置においてはもし５個全部の溶液
容器を使用すれば５層のエピタキシヤル層を持つ
装置が生産されることになるが、使用する溶液容
器の数を減らせばそれに応じて層数の装置が生産
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の実施に適した多重分
割、多層式のボートを示す図面、第２図は第１図
に示されるボートのいくつかの構成部を部分的に
示す図面、第３図は第１図及び第２図に示される
ボートの中の垂直挿入式のプレートを部分的に示
す図面、第４図は垂直挿入式のプレート、シヤツ
タープレート及び上段の溶液容器とピストンの詳
細図である。 〔主要部分の符号の説明〕、ボート……１０、
フレーム部材……１１、溶液プレート……１２、
ウエハープレート……１３、シヤツタープレート
……１４、溶液容器……１６、ピストン……１
７、押し込み棒……１８、ふき取り用溶液だめ…
…２２、入り込み……２４、井戸型溶液だめ……
２５（ここに有る溶液が単位部分）、溶液穴……
２６、ウエハー……２７、残余部分……２９。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の半導体ウエハーの上に、複数の分離し
   た溶液から、−族化合物半導体の複数の結晶
   層をエピタキシヤル成長させる方法において、 (a) その各々が、成長される層に対応する複数の
   分離した化合物半導体溶液を形成する工程と、 (b) ウエハーが、成長の過程を通じてほぼ垂直に
   堆積するよう維持され、およびウエハーと溶液
   とがほぼ同じ温度に保たれるような装置の中
   で、ウエハーを前記溶液と接触しないように置
   く工程と、 (c) 該装置の温度を、前記溶液がほぼ溶解する温
   度に上げる工程と、 (d) 前記溶液のうちの第１の溶液を複数の単位部
   分と１つの残余部分とに分離し、前記単位部分
   が前記残余部分と接触するようにする工程と、 (e) 各ウエハーの面の少くとも１つの部分を第１
   の溶液の前記単位部分のうちの対応する１つと
   接触するように置く工程と、 (f) 前記ウエハーの面の上に第１のエピタキシヤ
   ル層が成長するのに充分な時間にわたつて該装
   置の温度を下げる工程と、 (g) 前記溶液のうちの第２の溶液を複数の単位部
   分と１つの残余部分とに分離し、前記単位部分
   が残余部分と接触するようにする工程と、 (h) 前記ウエハーの全てを前記第１の溶液のいか
   なる部分とも接触しないように離す工程と、 (i) 新しく成長した層を持つ各ウエハーの面の少
   くとも１つの部分を第２の溶液の前記単位部分
   のうちの対応する１つと接触するように置く工
   程と、 (j) 前記第１のエピタキシヤル層の上に第２のエ
   ピタキシヤル層が成長するように該装置の温度
   を下げる工程と、希望するならば、 (k) 前記複数のウエハー上に希望する複数の結晶
   層を成長させるよう前記複数の溶液のうちの１
   つずつに対して(g)から(j)までの工程をくり返す
   工程 とを有することを特徴とする−族化合物半導
   体の複数の結晶層のエピタキシヤル成長方法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載された方法にお
   いて、該ウエハーと溶液が化合物半導体材料から
   成ることを特徴とする方法。 ３ 特許請求の範囲第１項あるいは第２項に記載
   された方法において、ウエハーの各対に対して１
   つの単位部分を供給することを特徴とする方法。 ４ 特許請求の範囲第１項あるいは第２項あるい
   は第３項に記載された方法において、該溶液に対
   して圧力をかけることにより各溶液を前記単位部
   分に分離することを特徴とする方法。 ５ 特許請求の範囲第１項あるいは第２項あるい
   は第３項あるいは第４項に記載された方法におい
   て、該第２の溶液と接触させる前に、該ウエハー
   を該第１の溶液から完全に切り離す工程の中に、
   各ウエハー上の新しく成長した層の表面をふき取
   る工程が含まれることを特徴とする方法。 ６ 特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれ
   かに記載された方法において、該ウエハーと溶液
   が３成分、４成分及びそれ以上の多成分の半導体
   から選択された化合物半導体からなることを特徴
   とする方法。