JPH10149997A - 液相エピタキシャル成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 背面板の形状を工夫してメルト厚みを変化さ
せることで、半導体基板に形成される成長膜厚の不均一
を是正する。 【解決手段】 エピタキシャル成長室２７内に複数個の
半導体基板３，３・・・を立て置きにセットしてエピタ
キシャル成長を行う液相エピタキシャル成長装置におい
て、半導体基板３の裏面に一方の面を密着させてセット
する背面板１の他方の面に、この背面板１と同心円状の
凹み部２を形成するとともに、この凹み部２は外周部ほ
ど浅く、中央部ほど深く形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エピタキシャル成
長室内に複数個の半導体基板を立て置きにセットしてエ
ピタキシャル成長を行う液相エピタキシャル成長装置に
係り、より詳細には、半導体基板に形成される膜厚の均
一性の向上を図った液相エピタキシャル成長装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液相エピタキシャル成長法（除冷法）で
は、例えばIII−V族化合物のＧａＡｌＡｓを例にとる
と、ＧａＡｓ基板、溶液の材料となるＧａ，ＧａＡｓ多
結晶、Ａｌ，ドーパント等が入ったボート（液相エピタ
キシャル成長装置）を水素雰囲気中の成長炉に入れ、８
００℃〜１０００℃まで昇温した後、飽和状態になった
溶液を半導体基板に接触させ、降温させながら結晶成長
を行う。

【０００３】半導体基板を立て置きにセットするボート
は、半導体基板を横に置いてセットするスライド式ボー
トに比べ、基板充填量が大幅に増量できるという利点か
ら、一部で利用されている。

【０００４】このような半導体基板を立て置きにセット
する立て置き式ボートの構造の一例を図８及び図９に示
す。

【０００５】図８は昇温途中の状態、図９は成長途中の
状態を示しており、図中の符号２１は溶液溜部、２２は
スライダー、２３は溶液、２４は底板、２５は背面板、
２６は半導体基板、２７は成長室である。

【０００６】ボートの素材は、一般的に高純度処理を施
されたグラファイト（黒鉛）が使用される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような半導体基板
２６を立て置きにセットする構造の液相エピタキシャル
成長装置においては、エピタキシャル成長膜厚にバラツ
キが生じる主な原因として、以下の２つの原因が考えら
れる。

【０００８】１つ目の原因は、半導体基板２６を立て置
きにセットした場合、成長室２７内の上側に位置する部
分が下側に位置する部分に比べて成長し易い状態となる
ためであり、その結果として、成長膜の不均一を生じ
る。すなわち、セットした半導体基板２６の上側の成長
膜厚が厚く、下側の成長膜厚が薄くなる。これは、溶液
２３中の溶質（ＧａＡｓ）が溶媒（Ｇａ）に比べ、比重
が軽いことに起因するものである。

【０００９】また、液相エピタキシャル成長法では、成
長速度を決めている過程は大きく分けて２つあり、１つ
は成長界面まで成長物質が運ばれてゆく過程であり、も
う１つは運ばれた成長物質が結晶となって析出する過程
である。

【００１０】そして、前者の成長過程に影響するものの
１つとして、溶液を降温させたときの放熱の状態が考え
られる。つまり、成長室２７の形状及び素材の熱に対す
る特性と、その中にある溶液２３の熱に対する特性との
差（溶液の溶媒であるＧａは、ボートの素材であるグラ
ファイトに比べて熱伝導率が小さいため）が、エピタキ
シャル成長膜厚にバラツキを生じる２つ目の原因である
と考えられる。

【００１１】つまり、成長室２７の内壁付近（グラファ
イトに近い部分）は冷却命令に対する反応が速くかつ成
長し易い状態であるのに対し、成長室２７内の中心付近
は冷却命令に対する反応が遅くかつ成長し難い状態であ
るため、その結果として、成長膜の不均一を生じる。す
なわち、このようなボートに半導体基板２６を立て置き
した場合、セットした半導体基板２６の外周部の成長膜
厚が厚く、中央部の成長膜厚が薄くなる。

【００１２】このような２つの原因から、半導体基板２
６を立て置きにセットした場合には、相対的に成長室２
７内の上側に位置する部分の成長膜厚が厚く、成長室２
７内の中央付近に位置する部分の成長膜厚が薄くなるこ
とになる。

【００１３】このような成長室２７内での位置の違いに
よる成長膜厚の違いは、図８に示すように半導体基板２
６を背面板２７と共に一定速度で回転（半導体基板２６
の中心点を回転中心として、車輪を回すように回転）さ
せることにより、ある程度是正できる。つまり、回転さ
せることによって、半導体基板２６の外周部が成長室２
７内の上側を均等に通過することになるからである。

【００１４】しかしながら、このような半導体基板２６
の回転によっても、半導体基板２６の中央部は依然とし
て薄く、外周部は厚いといった成長膜厚の不均一は残る
ことになる。

【００１５】また、成長室２７内の位置の違いで溶液組
成が異なることから、成長室内の溶液組成が均一になる
よう、溶液を機械的に攪拌させながら成長させる方法も
考えられるが、現在までのところ具体的な手法について
は乏しく、現実的でない。

【００１６】本発明は係る問題点を解決すべく創案され
たもので、メルト厚み（基板成長面とそれに相対する背
面板との間の距離）が成長膜厚を左右する一要因である
点に着目するとともに、半導体基板の裏面への結晶成長
を防ぐために、半導体基板の裏面に密着させて用いられ
る背面板に着目し、この背面板の形状を工夫することに
よってメルト厚みを変化させることで、半導体基板に形
成される膜厚の均一性の向上を図った液相エピタキシャ
ル成長装置を提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１記載の液相エピタキシャル成長装
置は、エピタキシャル成長室内に複数個の半導体基板を
立て置きにセットしてエピタキシャル成長を行う液相エ
ピタキシャル成長装置において、半導体基板の裏面に一
方の面を密着させてセットする背面板の他方の面に、こ
の背面板と同心円状の凹み部を形成したものである。

【００１８】また、本発明の請求項２記載の液相エピタ
キシャル成長装置は、請求項１記載のものにおいて、前
記凹み部を、外周部が浅く、中央部に行くほど深く形成
したものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２０】図１は、本発明の要部である背面板１の形
状の一例を示している。

【００２１】すなわち、本発明では、半導体基板３の裏
面への結晶成長を防ぐために、半導体基板３の裏面に密
着させて用いられる背面板１の他方の面（半導体基板３
をセットしない面）に、この背面板１と同心円状の凹み
部２を形成したものである。凹み部２の形状は、本実施
形態では円錐形状となっている。

【００２２】これにより、この背面板１に隣接して向き
合う半導体基板３とのメルト厚み（基板成長面とそれに
相対する背面板との間の距離）を基板面内で変えてい
る。

【００２３】メルト厚みも成長膜厚を左右する一要因で
ある。メルト厚みが薄いと、基板成長面への溶質の十分
な供給が行われず、成長膜厚が薄くなってしまうからで
ある。また、半導体基板を立て置きにセットして一定間
隔で並べる構造のボートでは、従来の技術でも述べたよ
うに、セットした半導体基板の外周部への溶質の供給量
に比べ、中央部への溶質の供給量が十分ではないため、
成長膜厚の差がより顕著なものとなる。

【００２４】そこで、本発明に係わる背面板１のよう
に、他方の面に同心円状の凹み部２を形成することによ
り、この背面板１に相対する基板成長面の中央部はメル
ト厚みが厚くなって十分な溶質の供給源が確保され（成
長膜厚が厚くなる方向）、外周部はメルト厚みが薄くな
って溶質の供給がされ難い状態（成長膜厚が薄くなる方
向）となる。

【００２５】つまり、従来の液相エピタキシャル成長装
置に本発明に係わる背面板１を用いることにより、半導
体基板１の中央部の成長膜厚が薄く、外周部の成長膜厚
が厚くなるといった従来装置の特徴と、半導体基板１の
中央部の成長膜厚が厚く、外周部の成長膜厚が薄くなる
といった本発明に係わる背面板１を用いることによる特
徴とが、相殺する形となって、成長膜厚の不均一が是正
されるものである。

【００２６】なお、本発明に係わる背面板１に半導体基
板３をセットした後のエピタキシャル成長法は、図２及
び図３に示す通り従来と同様である。図２は昇温途中の
状態、図３は成長途中の状態を示しており、成長途中で
は、半導体基板３及び背面板１を一定速度で回転させて
いる。なお、図８及び図９に示す部材と同じ部材には同
符号を付している。

【００２７】また、背面板１に形成する凹み部２は、背
面板１と同心円状であれば、図４（ａ），（ｂ）に示す
如く、碗形状、階段形状等どのような形状であってもよ
く、それぞれの成長膜厚、成長材料（ＧａＰ，ＧａＡｓ
等）、成長条件などに応じて適宜設計すればよい。

【００２８】図５は、凹み部２を円錐形状としたときの
背面板１の寸法（条件）、及び半導体基板３を伴うセッ
ト位置の寸法（条件）を示しており、図６は、従来の背
面板２５の寸法（条件）、及び半導体基板２６を伴うセ
ット位置の寸法（条件）を示しており、図７は、図５及
び図６のような条件でエピタキシャル成長を行ったとき
の成長膜厚の違いを示している。

【００２９】図５（ａ）は成長室の左右両端部での背面
板１の寸法及びセット位置の寸法を示しており、図５
（ｂ）は成長室の中央部での背面板１の寸法及びセット
位置の寸法を示している。

【００３０】成長室の左右両端部での背面板１の寸法
は、半径３０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤形状であって、円
錐形状の凹み部２の中心の深さは２．３ｍｍとなってい
る。また、隣接する背面板１，１同士の距離（正確に
は、半導体基板３，３の距離）は６８ｍｍであって、メ
ルト厚みは中心部で５．８ｍｍ、中心から半径２０ｍｍ
の位置で４．２ｍｍとなっている。

【００３１】一方、成長室の中央部での背面板１の寸法
は、半径３０ｍｍ、厚さ２．４ｍｍの円盤形状であっ
て、円錐形状の凹み部２の中心の深さは１．４ｍｍとな
っている。また、隣接する背面板１，１同士の距離（正
確には、半導体基板３，３の距離）は６８ｍｍであっ
て、メルト厚みは中心部で５．５ｍｍ、中心から半径２
０ｍｍの位置で４．５ｍｍとなっている。

【００３２】また、図６に示す従来の背面板２５の寸法
は、半径３０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円盤形状となって
いる。また、隣接する背面板２５，２５同士の距離（正
確には、半導体基板２６，２６の距離）は６８ｍｍとな
っている。

【００３３】このような条件でエピタキシャル成長を行
った結果、図７に示すように、成長室の左右両端部にセ
ットした半導体基板３及び成長室の中央部にセットした
半導体基板３のいずれにおいても、成長膜厚がより均一
化されていることがわかる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の液相エピタキシャル成長装置
は、エピタキシャル成長室内に複数個の半導体基板を立
て置きにセットしてエピタキシャル成長を行う液相エピ
タキシャル成長装置において、半導体基板の裏面に一方
の面を密着させてセットする背面板の他方の面に、この
背面板と同心円状の凹み部を形成するとともに、凹み部
の形状を外周部が浅く、中央部に行くほど深く形成して
いる。これにより、半導体基板の中央部の成長膜厚が薄
く、外周部の成長膜厚が厚くなるといった従来装置の特
徴と、半導体基板の中央部の成長膜厚が厚く、外周部の
成長膜厚が薄くなるといった本発明に係わる背面板を用
いることによる特徴とが、相殺する形となって、成長膜
厚がより均一化されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の要部である背面板の形状の一例を示す
断面図である。

【図２】本発明に係わる背面板を用いてエピタキシャル
成長を行う昇温途中の状態を示す断面図である。

【図３】本発明に係わる背面板を用いてエピタキシャル
成長を行う成長途中の状態を示す断面図である。

【図４】本発明の要部である背面板の形状の他の一例を
示す断面図である。

【図５】凹み部を円錐形状としたときの背面板の寸法
（条件）及び半導体基板を伴うセット位置の寸法（条
件）を示す図である。

【図６】従来の背面板の寸法（条件）及び半導体基板を
伴うセット位置の寸法（条件）を示す図である。

【図７】図５及び図６に示す条件でエピタキシャル成長
を行ったときの成長膜厚の違いを示すグラフである。

【図８】従来の液相エピタキシャル成長装置によってエ
ピタキシャル成長を行う昇温途中の状態を示す断面図で
ある。

【図９】従来の液相エピタキシャル成長装置によってエ
ピタキシャル成長を行う成長途中の状態を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 背面板 ２ 凹み部 ３ 半導体基板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エピタキシャル成長室内に複数個の半導
   体基板を立て置きにセットしてエピタキシャル成長を行
   う液相エピタキシャル成長装置において、 前記半導体基板の裏面に一方の面を密着させてセットす
   る背面板の他方の面に、この背面板と同心円状の凹み部
   が形成されたことを特徴とする液相エピタキシャル成長
   装置。
2. 【請求項２】 前記凹み部は、外周部が浅く、中央部に
   行くほど深く形成されたことを特徴とする請求項１記載
   の液相エピタキシャル成長装置。