JPH0613320A - 有機金属気相成長法 - Google Patents
有機金属気相成長法Info
- Publication number
- JPH0613320A JPH0613320A JP4193071A JP19307192A JPH0613320A JP H0613320 A JPH0613320 A JP H0613320A JP 4193071 A JP4193071 A JP 4193071A JP 19307192 A JP19307192 A JP 19307192A JP H0613320 A JPH0613320 A JP H0613320A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- susceptor
- wafer
- wafers
- film thickness
- thickness distribution
- Prior art date
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体基板上に単結晶薄膜を成長させる有機
金属気相成長法に関し、ウェーハ間の回転方向の膜厚分
布の差を小さくし、膜厚均一性の高いウェーハを量産的
に成長させることを目的とする。 【構成】 バレル型サセプタを用いた気相成長法におい
て、サセプタの回転数を０.8rpm 以下とする。 【効果】 ウェーハ間のガス流速分布の差を小さくで
き、それによってウェーハ間の膜厚分布の差を小さくす
ることが可能となった。その後、ガス導入量の最適化を
図ることによって高均一な膜厚分布を有するウェーハを
量産的に成長させることが可能となった。
金属気相成長法に関し、ウェーハ間の回転方向の膜厚分
布の差を小さくし、膜厚均一性の高いウェーハを量産的
に成長させることを目的とする。 【構成】 バレル型サセプタを用いた気相成長法におい
て、サセプタの回転数を０.8rpm 以下とする。 【効果】 ウェーハ間のガス流速分布の差を小さくで
き、それによってウェーハ間の膜厚分布の差を小さくす
ることが可能となった。その後、ガス導入量の最適化を
図ることによって高均一な膜厚分布を有するウェーハを
量産的に成長させることが可能となった。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板上に単結晶
薄膜を成長させる有機金属気相成長法に関する。
薄膜を成長させる有機金属気相成長法に関する。
【０００２】
【従来の技術】有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）
は、有機金属の熱分解による化学反応を利用して半導体
基板上に薄膜結晶を成長させる気相成長法の一種で、Ｇ
ａＡs やＡｌＧａＡs などの結晶成長に用いられてい
る。
は、有機金属の熱分解による化学反応を利用して半導体
基板上に薄膜結晶を成長させる気相成長法の一種で、Ｇ
ａＡs やＡｌＧａＡs などの結晶成長に用いられてい
る。
【０００３】この方法は、いわゆるバレル型サセプタの
各面上に複数の半導体基板（以下、ウェーハ、という）
を載置し、ガス導入口から原料ガスをキャリアガスと共
に導入し、外部の高周波誘導加熱コイル（以下、ＲＦコ
イル、という）でウェーハおよび原料ガスを加熱して熱
分解反応を起こし、高温に保たれたウェーハ上に原子を
堆積させて単結晶層を形成するものである。結晶成長中
は各ウェーハのキャリア濃度や膜厚の均一化を図るため
にサセプタを回転させる必要がある。
各面上に複数の半導体基板（以下、ウェーハ、という）
を載置し、ガス導入口から原料ガスをキャリアガスと共
に導入し、外部の高周波誘導加熱コイル（以下、ＲＦコ
イル、という）でウェーハおよび原料ガスを加熱して熱
分解反応を起こし、高温に保たれたウェーハ上に原子を
堆積させて単結晶層を形成するものである。結晶成長中
は各ウェーハのキャリア濃度や膜厚の均一化を図るため
にサセプタを回転させる必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述のＭＯＶＰＥ法を
用い、トリメチルガリウム（Ｇa(ＣＨ3)3 ) およびアル
シン（Ａs Ｈ3 ）を原料ガスとし、水素（Ｈ2 ）をキャ
リアガスとしてＧａＡsの成長を行った。成長条件とし
ては、ウェーハ温度を６５０℃、サセプタの回転数を右
方向に３.0rpm とした。また、サセプタの形状は六面角
錐台形で各面に１枚の計６枚のウェーハを載置して同時
に成長を行った。
用い、トリメチルガリウム（Ｇa(ＣＨ3)3 ) およびアル
シン（Ａs Ｈ3 ）を原料ガスとし、水素（Ｈ2 ）をキャ
リアガスとしてＧａＡsの成長を行った。成長条件とし
ては、ウェーハ温度を６５０℃、サセプタの回転数を右
方向に３.0rpm とした。また、サセプタの形状は六面角
錐台形で各面に１枚の計６枚のウェーハを載置して同時
に成長を行った。
【０００５】その結果、６枚のウェーハ（面番号１〜
６）の回転方向の膜厚分布を調べると、図５に示すよう
に、各ウェーハの膜厚分布に差がみられ、膜厚均一性
も、図６に示すように、±３〜７％と差が生じた。
６）の回転方向の膜厚分布を調べると、図５に示すよう
に、各ウェーハの膜厚分布に差がみられ、膜厚均一性
も、図６に示すように、±３〜７％と差が生じた。
【０００６】一般に、膜厚分布が下に凸形のウェーハ
（例えば、面番号４のウェーハ）に対しては、成長時の
ガス導入量を減少させることによって両端の膜厚を薄く
することができ、膜厚均一性を改善することが可能とな
る。ところが、ガス導入量を減少させると、片端の下が
った膜厚分布を有するウェーハ（例えば、面番号１のウ
ェーハ）では、下がった部分の膜厚がさらに薄くなり、
均一性がさらに悪化してしまうという不都合が生じる。
（例えば、面番号４のウェーハ）に対しては、成長時の
ガス導入量を減少させることによって両端の膜厚を薄く
することができ、膜厚均一性を改善することが可能とな
る。ところが、ガス導入量を減少させると、片端の下が
った膜厚分布を有するウェーハ（例えば、面番号１のウ
ェーハ）では、下がった部分の膜厚がさらに薄くなり、
均一性がさらに悪化してしまうという不都合が生じる。
【０００７】逆に、ガス導入量を増加させると、逆の理
由で面番号１のウェーハの膜厚分布は改善されるが、面
番号４のウェーハの膜厚分布が悪化してしまうという不
都合が生じる。このように、従来の方法ではウェーハ間
の回転方向の膜厚分布に差が生じ、膜厚均一性の高いウ
ェーハを量産的に成長させることが出来なかった。
由で面番号１のウェーハの膜厚分布は改善されるが、面
番号４のウェーハの膜厚分布が悪化してしまうという不
都合が生じる。このように、従来の方法ではウェーハ間
の回転方向の膜厚分布に差が生じ、膜厚均一性の高いウ
ェーハを量産的に成長させることが出来なかった。
【０００８】本発明は、ウェーハ間の回転方向の膜厚分
布の差を小さくし、膜厚均一性の高いウェーハを量産的
に成長させる方法を提供することを目的とする。
布の差を小さくし、膜厚均一性の高いウェーハを量産的
に成長させる方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による有機金属気
相成長法は、バレル型サセプタを用いた気相成長法にお
いて、サセプタの回転数を、０.8rpm 以下とすることを
特徴とする。
相成長法は、バレル型サセプタを用いた気相成長法にお
いて、サセプタの回転数を、０.8rpm 以下とすることを
特徴とする。
【００１０】
【作用】本発明は、サセプタの回転数を０.8rpm 以下と
してウェーハ上に薄膜を気相成長させることにより、ウ
ェーハ間の回転方向の膜厚分布の差を面内の均一性で±
１％以下と小さくすることができ、また、ウェーハ間の
膜厚分布の差を小さくした後に成長時のガス導入量の最
適化を図ることによって、膜厚均一性の高いウェーハが
量産的に成長できるようになった。
してウェーハ上に薄膜を気相成長させることにより、ウ
ェーハ間の回転方向の膜厚分布の差を面内の均一性で±
１％以下と小さくすることができ、また、ウェーハ間の
膜厚分布の差を小さくした後に成長時のガス導入量の最
適化を図ることによって、膜厚均一性の高いウェーハが
量産的に成長できるようになった。
【００１１】
【実施例】図１は、本発明による有機金属気相成長法を
実施するためのＭＯＶＰＥ装置の一例を示す概略的構成
図である。この装置は、リアクタ１内にカーボン製の六
角錐台形状のバレル型サセプタ２を設置し、各面に１枚
ずつ計６枚の半導体基板（ウェーハ）３を載置する。そ
して、外部の高周波誘導加熱コイル（ＲＦフィルタ）４
による高周波誘導によりサセプタ２およびウェーハ３を
所定の温度に加熱する。
実施するためのＭＯＶＰＥ装置の一例を示す概略的構成
図である。この装置は、リアクタ１内にカーボン製の六
角錐台形状のバレル型サセプタ２を設置し、各面に１枚
ずつ計６枚の半導体基板（ウェーハ）３を載置する。そ
して、外部の高周波誘導加熱コイル（ＲＦフィルタ）４
による高周波誘導によりサセプタ２およびウェーハ３を
所定の温度に加熱する。
【００１２】原料ガスはキャリアガスと共にリアクタ１
のガス導入口５から導入し、加熱したウェーハ３の近傍
で熱化学反応を起こさせてウェーハ３上に薄膜結晶を成
長させ、ガス排気口６から排気する。結晶成長中は複数
個のウェーハ３間の差を平均化する目的でシャフト７に
よってサセプタ２を回転させる。
のガス導入口５から導入し、加熱したウェーハ３の近傍
で熱化学反応を起こさせてウェーハ３上に薄膜結晶を成
長させ、ガス排気口６から排気する。結晶成長中は複数
個のウェーハ３間の差を平均化する目的でシャフト７に
よってサセプタ２を回転させる。
【００１３】リアクタ１の外側には、ＲＦコイル４の内
側に当たる部分に冷却ジョケット８が形成されている。
冷却水入口９から供給された冷却水はジャケット８内を
循環して冷却水出口１０から排出される。リアクタ１に
は、この他にもゲートバルブ１１、プレチャンバ１２、
ガス導入路１３、ウェーハ取り出し口１４がそれぞれ設
けてある。
側に当たる部分に冷却ジョケット８が形成されている。
冷却水入口９から供給された冷却水はジャケット８内を
循環して冷却水出口１０から排出される。リアクタ１に
は、この他にもゲートバルブ１１、プレチャンバ１２、
ガス導入路１３、ウェーハ取り出し口１４がそれぞれ設
けてある。
【００１４】本発明は、この装置を用いて前述と同一の
条件下、すなわち原料ガスとしてトリメチルガリウム
（Ｇa(ＣＨ3)3 ) およびアルシン（Ａs Ｈ3 ）を用い、
キャリアガスとして水素（Ｈ2 ）を使用し、ウェーハ温
度６５０℃でＧａＡs の成長を行った。ただし、サセプ
タ２の回転数は０.8rpm とし、成長時のガス導入量は５
０リットル／min とした。
条件下、すなわち原料ガスとしてトリメチルガリウム
（Ｇa(ＣＨ3)3 ) およびアルシン（Ａs Ｈ3 ）を用い、
キャリアガスとして水素（Ｈ2 ）を使用し、ウェーハ温
度６５０℃でＧａＡs の成長を行った。ただし、サセプ
タ２の回転数は０.8rpm とし、成長時のガス導入量は５
０リットル／min とした。
【００１５】その結果、６枚のウェーハの膜厚分布は、
図２に示すように、両端の厚さに違いはあるものの全て
下側に凸の分布形状になった。また、図３に示すよう
に、面内の膜厚均一性が６枚全てのウェーハで±４〜５
％と±１％以内に入り、ウェーハ間の膜厚分布の差が減
少した。
図２に示すように、両端の厚さに違いはあるものの全て
下側に凸の分布形状になった。また、図３に示すよう
に、面内の膜厚均一性が６枚全てのウェーハで±４〜５
％と±１％以内に入り、ウェーハ間の膜厚分布の差が減
少した。
【００１６】次に、サセプタ２の回転数を０.8rpm とし
た理由について説明する。本発明者は詳細な調査および
実験の結果、ウェーハ３間で回転方向の膜厚分布に差が
生じる理由は、第１にサセプタ２やリアクタ１の非対称
性により反応炉内のガス流速に違いが生じること、第２
にサセプタ２の回転によるガスの圧縮・拡散によりウェ
ーハ３間のガス流速分布に差が生じることにあると突き
止めた。そして、さらに実験を重ねたところ、前述の２
要因のうち１要因を改善することでウェーハ３間の回転
方向の膜厚分布の差が小さくなることを解明した。
た理由について説明する。本発明者は詳細な調査および
実験の結果、ウェーハ３間で回転方向の膜厚分布に差が
生じる理由は、第１にサセプタ２やリアクタ１の非対称
性により反応炉内のガス流速に違いが生じること、第２
にサセプタ２の回転によるガスの圧縮・拡散によりウェ
ーハ３間のガス流速分布に差が生じることにあると突き
止めた。そして、さらに実験を重ねたところ、前述の２
要因のうち１要因を改善することでウェーハ３間の回転
方向の膜厚分布の差が小さくなることを解明した。
【００１７】そこで、まずサセプタ２やリアクタ１の対
称性を向上させることを試みたが、ＲＦコイル４によっ
て外部から加熱する方式では、サセプタ２やリアクタ１
の材質がカーボンや石英等の寸法精度を出しにくい材料
であるため、常時良好な対称性を保つことは非常に困難
であった。
称性を向上させることを試みたが、ＲＦコイル４によっ
て外部から加熱する方式では、サセプタ２やリアクタ１
の材質がカーボンや石英等の寸法精度を出しにくい材料
であるため、常時良好な対称性を保つことは非常に困難
であった。
【００１８】そこで、次にサセプタ２の回転数を小さく
したところ、ウェーハ３間の回転方向の膜厚分布の差が
減少し、とくにサセプタ２の回転数が０.8rpm 以下では
膜厚均一性の差が±１％以下になることが分かった。
したところ、ウェーハ３間の回転方向の膜厚分布の差が
減少し、とくにサセプタ２の回転数が０.8rpm 以下では
膜厚均一性の差が±１％以下になることが分かった。
【００１９】ところで、ウェーハ３間の回転方向の膜厚
分布が下に凸形である場合、この均一性を改善するに
は、前述したように成長時のガス導入量を減少させるこ
とが有効である。そこで、成長時のガス導入量の最適化
を図るために、ガス導入量を前述の５０リットル／min から
４０リットル／min に減少させて膜厚分布を調査した。その
結果、図４に示すように、６枚全てのウェーハで膜厚均
一性が±２〜３％となり、各ウェーハの面内膜厚均一性
が大きく改善された。
分布が下に凸形である場合、この均一性を改善するに
は、前述したように成長時のガス導入量を減少させるこ
とが有効である。そこで、成長時のガス導入量の最適化
を図るために、ガス導入量を前述の５０リットル／min から
４０リットル／min に減少させて膜厚分布を調査した。その
結果、図４に示すように、６枚全てのウェーハで膜厚均
一性が±２〜３％となり、各ウェーハの面内膜厚均一性
が大きく改善された。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、サセプタの回転数を小
さくすることによってウェーハ間のガス流速分布の差を
小さくでき、それによってウェーハ間の膜厚分布の差を
小さくすることが可能となった。また、その後、ガス導
入量の最適化を図ることによって高均一な膜厚分布を有
するウェーハを量産的に成長させることが可能となっ
た。
さくすることによってウェーハ間のガス流速分布の差を
小さくでき、それによってウェーハ間の膜厚分布の差を
小さくすることが可能となった。また、その後、ガス導
入量の最適化を図ることによって高均一な膜厚分布を有
するウェーハを量産的に成長させることが可能となっ
た。
【図１】本発明を実施するためのＭＯＶＰＥ装置の一例
を示す概略的構成図である。
を示す概略的構成図である。
【図２】本発明により得た６枚のウェーハの膜厚分布を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図３】本発明により得た６枚のウェーハの膜厚均一性
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図４】本発明により得た６枚のウェーハの膜厚均一性
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図５】従来方法により得た６枚のウェーハの膜厚分布
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図６】従来方法により得た６枚のウェーハの膜厚均一
性を示すグラフである。
性を示すグラフである。
【符号の簡単な説明】１ リアクタ ２ サセプタ ３ 半導体基板（ウェーハ） ４ ＲＦコイル ５ ガス導入口 ６ 排気口 ７ シャフト ８ 冷却ジャケット ９ 冷却水入口 １０ 冷却水出口
Claims (1)
- 【請求項１】 バレル型サセプタを用いた気相成長法に
おいて、前記サセプタの回転数を、０.8rpm 以下とする
ことを特徴とする有機金属気相成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4193071A JPH0613320A (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 有機金属気相成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4193071A JPH0613320A (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 有機金属気相成長法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0613320A true JPH0613320A (ja) | 1994-01-21 |
Family
ID=16301726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4193071A Pending JPH0613320A (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 有機金属気相成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0613320A (ja) |
-
1992
- 1992-06-26 JP JP4193071A patent/JPH0613320A/ja active Pending
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