JPH1053488A

JPH1053488A - 半導体液相エピタキシャル成長方法及びその装置並びにウェーハホルダ

Info

Publication number: JPH1053488A
Application number: JP12258997A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Furukawa; 川和由古; Masami Iwamoto; 本正己岩
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1997-05-13
Publication date: 1998-02-24
Anticipated expiration: 2017-05-13
Also published as: JP3476334B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の方法及び装置、ホルダを用いた場合
は、多結晶の析出、膜厚の不均一、基板の熱劣化等、種
々の問題が発生していた。【解決手段】１対のウェーハ１５の裏面を側壁に接触
させ表面が所定間隔を空けて対向するように保持するウ
ェーハ収納部を有し、この収納部にソースを注入する注
入口１６と、ソースを排出する排出口１３とが設けられ
たホルダ本体１１と、ホルダ本体１１の開口面を覆うホ
ルダカバー１２とを備える。

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
長用液体ソースを用いて半導体ウェーハ上にエピタキシ
ャル成長を行い半導体層を形成する半導体液相エピタキ
シャル成長方法及びその装置と、エピタキシャル成長の
ためにウェーハを収納し保持するウェーハホルダに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液相エピタキシャル成長は、液体にした
低融点金属を溶媒として、その中にエピタキシャル成長
させる半導体材料を溶かしてソースとし、このソースを
半導体ウェーハに接触させ、ソースの温度を下げて析出
した半導体をウェーハ上にエピタキシャル成長させる技
術である。Ｇａ（ガリウム）を溶媒としたＧａＰ（ガリ
ウムリン）、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、ＡｌＧａＡｓ
（アルミニウムガリウムヒ素）などの化合物半導体のエ
ピタキシャル成長や、Ｇａ（ガリウム）やＳｎ（スズ）
を溶媒としたＳｉ（シリコン）のエピタキシャル成長に
使われている。

【０００３】液相エピタキシャル成長法は原理的に、ソ
ースをウェーハに接触させる工程と、ソースの温度を下
げる工程と、必要があればソースをウェーハから離脱さ
せる工程を備えている。ソースをウェーハに接触あるい
は離脱させる方法によって、ソース注入法、ディッピン
グ法、スライドボート法など、種々の液相エピタキシャ
ル成長装置と方法が知られている。

【０００４】ソース注入法は、ウェーハを、例えばウェ
ーハホルダに収納してエピタキシャル成長室に載置し、
エピタキシャル成長室内にソースを注入してエピタキシ
ャル成長を行なう方法である。

【０００５】ソース注入法による従来の装置及び方法の
一例を、図１４を用いて説明する。

【０００６】このエピタキシャル成長装置は通常ボート
と呼ばれ、横型あるいは縦型の炉の中で使用される。図
１４のボートは横型炉で使用されるもので、図１４
（ａ）に、エピタキシャル成長を開始する前に炉内に置
かれた状態を示す。但し、炉や炉心管などは省略し図示
されていない。ボート主要部は、本体５５０１、ソース
溜５５０２、排ソース溜５５０３を有し、本体５５０１
と排ソース溜５５０３の間には仕切り板５５０４が設置
されている。また、本体５５０１内にはウェーハ５５０
５を収容しエピタキシャル成長を行うエピタキシャル成
長室５５０６が設けられている。ソース溜５５０２及び
仕切り板５５０４は水平方向にスライドが可能で、通常
炉外から炉内に挿入された図示されていない石英棒によ
り、エピタキシャル成長工程中に動かすことができる。

【０００７】エピタキシャル成長を行う場合には、図１
４（ａ）のようにエピタキシャル成長室５５０６内にウ
ェーハ５５０５を載置する。ウェーハ５５０５は、図１
４に示されたように垂直に保持し、あるいは水平や斜め
に保持される。また、図１４においてはウェーハホルダ
などのウェーハを保持する機構は図示されていない。ソ
ース溜５５０２内には、エピタキシャルソースの原料を
収納する。エピタキシャルソースの原料は、例えばＧａ
Ａｓエピタキシャル成長の場合は、溶媒となる金属Ｇａ
とエピタキシャル成長材料のポリＧａＡｓ、さらにＳｉ
などのドーパントが加えられる。

【０００８】この状態でボートを炉内に導入して昇温
し、ソース原料が金属Ｇａに溶解しエピタキシャル成長
原料で飽和したソース５５０７が得られるのを待つ。ソ
ース５５０７を得るためには、一般に１時間以上の長時
間を要する。ソース５５０７が得られた時点で、図１４
（ｂ）の様にソース溜５５０２を左方にスライドさせ、
ソース溜５５０２に設けた穴５０８１をソース通路５５
０９に合わせる。この操作により、ソース５５０７がソ
ース通路５５０９を通ってエピタキシャル室５５０６内
に流れ込み、ウェーハ５５０５と接触する。ウェーハ５
５０５とソース５５０７が接触した状態で降温すること
で、過飽和となったソース５５０７中のエピタキシャル
成長原料がウェーハ上に析出しエピタキシャル成長す
る。

【０００９】所望の量のエピタキシャル成長が得られた
時点で、図１４（ｃ）のように仕切り板５５０４を左方
にスライドさせ、仕切り板５５０４に設けた穴５０８５
をエピタキシャル成長室５５０６に設けた排出口５０８
３に合わせる。この操作で、使用されたエピタキシャル
ソース５５０７は排ソース溜５５０３に落下し、エピタ
キシャル成長が終了する。

【００１０】図１４を用いて１層だけのエピタキシャル
成長を行う装置及び方法について説明したが、一般にソ
ース注入法では、エピタキシャル成長に使用したソース
を排出した後、新たなソースを注入することで複層のエ
ピタキシャル成長を行うことができる。

【００１１】図１５に、その一例として２層のエピタキ
シャル成長を行う装置を示す。ソース溜６６０２は左右
に仕切られ、それぞれ独立した注入口６０８１と６０８
２を有し、それぞれ第１のソース６０７１と第２のソー
ス６０７２とを収納する。ソース溜６６０２を右方にス
ライドさせ、左方の第１のソース６０７１を注入して第
１のエピタキシャル成長を行い、第１のエピタキシャル
成長が終了した後、第１のソースを排出し、次にソース
溜６６０２を左方にスライドさせ右側の第２のソース６
０７２を注入することで、連続して２層のエピタキシャ
ル成長を行うことができる。

【００１２】ディッピング法は、ソース原料を入れたソ
ース溜を加熱炉中に置き、加熱によりソース原料を溶解
させてエピタキシャル成長ソースとし、その中にウェー
ハをディップする方法である。その後、加熱炉の温度を
下げてエピタキシャル成長を行い、所定膜厚のエピタキ
シャル成長を行った後、ウェーハをソースから引き上げ
てエピタキシャル成長を終了する。

【００１３】スライドボート法は、ウェーハホルダにウ
ェーハを保持し、その上にソースを入れたスライダを置
き、所定の温度になったところでスライダを動かしてソ
ースをウェーハに接触させてエピタキシャル成長を行う
方法である。

【００１４】しかし、従来の液相エピタキシャル成長法
にはその原理上いくつかの問題があり、以下にエピタキ
シャル成長の方式やウェーハを保持するウェーハホルダ
と関連させて列記する。（１）多結晶の析出と膜厚の不均一液相エピタキシャル成長は、過飽和となった溶質をウェ
ーハ上に析出成長させる方法で、溶質は析出により発生
する濃度勾配によりソース中を拡散移動してウェーハに
到達する。ウェーハから離れた位置にあるソースから
は、溶質はウェーハまで到達できず、ソース中やボート
の壁面などに多結晶として析出する。

【００１５】多結晶は不均一に成長するため、ウェーハ
のエピタキシャル成長面近くのソース中やウェーハの対
向面や周辺に析出すると、多結晶が析出した分エピタキ
シャル成長が妨げられ、エピタキシャル成長膜厚の不均
一を引き起こす。

【００１６】注入法では、ソース溜からエピタキシャル
成長室までソースを導くソース通路が必須であるが、ソ
ース通路には多結晶が析出付着しソースの流入や流出を
妨げる。このような現象は、特に１層目の半導体層を成
長させた後、ソースを入れ替えて２層目を成長させる場
合に致命的となる。

【００１７】ディッピング法では、ウェーハの外縁や周
辺部への多結晶の析出が問題となる。単に、ウェーハを
ソースに入れてエピタキシャル成長を行うと、当然なが
らウェーハの裏面にもソースの溶質が析出しエピタキシ
ャル成長する。これを防止するために、例えば特開平４
−１６００９２号公報における図１６に示されたよう
に、浅いシャーレ状の皿１３の中にウェーハ１４を置
き、多数の皿を積み重ねてカセット１５で固定し、これ
をソース１２の中に入れエピタキシャル成長をさせる方
法が提案されている。

【００１８】この方法では、ウェーハの裏面は皿に密着
するためソースと接触せず、従って裏面へのエピタキシ
ャル成長は発生しない。また、多数の皿を使用すれば一
度に多数のウェーハにエピタキシャル成長をすることが
できる。

【００１９】その反面、ウェーハを皿の中に水平に保持
してエピタキシャル成長を行うため、所定のエピタキシ
ャル成長終了後、ソースからウェーハとウェーハホルダ
を引き出してもソースがウェーハの上面に残り、速やか
にエピタキシャル成長を終了させることができない。そ
の結果、半導体層の膜厚の制御が困難になり、またソー
ス残りが不均一に起こるため、ウェーハ間やウェーハ面
内での厚さむらや、エピタキシャル成長表面の平坦度の
低下をもたらす。

【００２０】またウェーハの対向面となる皿の底に多結
晶が析出し、エピタキシャル成長層の膜厚が不均一にな
る問題も生じる。

【００２１】一方、特開昭６０−２１８９７号公報にお
ける図１７に示された様に、ウェーハの裏面をスペーサ
に密着させるディッピング法も提案されている。

【００２２】しかしこの方法では、ウェーハの周辺から
の溶質の拡散とウェーハ縁部分への析出は考慮されてい
ない。図１８に、ソース１９０７にウェーハ１９０５を
ディッピングしエピタキシャル成長を行うときの様子を
示す。ウェーハ１９０５の裏面は、スペーサ１９１１に
密着しているため成長は起こらない。しかし、前述した
ように液相エピタキシャル成長では、ウェーハ表面上の
ソース中の溶質がウェーハ面上まで拡散して析出し、エ
ピタキシャル成長が起きる。この図１８に模式的に示し
たように、ウェーハ１９０５の中央部分では成長に寄与
するのは対向したウェーハ間のソースだけである。これ
に対して、ウェーハ１９０５の縁の部分ではウェーハ周
辺のソースも成長に寄与する。その結果、ウェーハ１９
０５の縁の部分は中央部分よりも厚くエピタキシャル成
長し、エピタキシャル成長層の厚さの面内均一性が悪化
する。

【００２３】また、一般にウェーハの縁部分は面取りが
してあるため表面と結晶の方位が異なり、さらに平坦で
はないため、多結晶が成長するなど異常成長が起こりや
すい。

【００２４】さらには、ディッピング法ではソース溜内
のソース中に溶質が析出し、溶質は溶媒のＧａより軽い
ため浮き上がってくる。エピタキシャル成長中にウェー
ハホルダの下側でソース中に析出した溶質、例えば多結
晶ＧａＡｓはソース中でウェーハホルダやウェーハに付
着する。またエピタキシャル成長ソース表面に浮かび上
がった溶質は、エピタキシャル成長終了後ウェーハを引
き上げる際にウェーハ上部に付着する。

【００２５】このように特開昭６０−２１８９７号公報
において提案された技術では、ウェーハ周辺部分の異常
成長やエピタキシャル成長厚不均一、またソース中に析
出する溶質への対策は考慮されていなかった。（２）ウェーハの熱劣化ＧａＡｓはＡｓの蒸気圧が高いため、高温にさらされる
と表面からＡｓが蒸発し表面が劣化する。Ａｓの蒸発を
防ぐためには、ウェーハを長時間高温下に置くことは避
け、またウェーハ周囲のＡｓ蒸気圧を高めて蒸発を防ぐ
ためになるべく密封した狭い場所にウェーハを置くこと
が必要である。例えば、ＧａＡｓウェーハの熱処理に
は、ウェーハの表面に酸化シリコンの膜を形成してＡｓ
の蒸発を防ぐ、いわゆるキャップアニールなどの方法が
採られている。

【００２６】しかし、液相エピタキシャル成長ではソー
ス原料の溶解にエピタキシャル成長温度以上の高温と長
時間を要するため、エピタキシャル成長が可能となるま
での準備段階中にもウェーハが高温にさらされる。ま
た、ウェーハのエピタキシャル面をソースに接触させる
必要があるため、ウェーハ表面を完全に覆ってしまうこ
とはできない。

【００２７】注入法では、ウェーハはソース下方のボー
ト内に保持されソース原料と共に炉内高温部に入れられ
るため、ウェーハが高温に長時間さらされる。またウェ
ーハが置かれるエピタキシャル成長室にソース注入通路
が通じているため、ウェーハを狭い場所に密封すること
ができない。

【００２８】ディッピング法では、エピタキシャル成長
の準備が整うまでの間、加熱炉外や炉内の低温部にウェ
ーハを置いておくことができる。しかし、ディッピング
直前にはウェーハをソースと同じ温度にするため予熱が
必要で、この間の熱劣化はさけられない。

【００２９】ウェーハを低温部に置いておく方法は、Ｇ
ａＰの成長に関して特開昭６０−１１５２７１号公報に
開示されている。この方法では、予熱中はソース溜内の
ソース液面上方にウェーハを置き、ソース溜に蓋をする
ことでウェーハを密閉している。

【００３０】しかし、ソース溜に蓋をするのはエピタキ
シャル成長ソースからドーパント源の酸素揮発を防止す
るためであり、ソース溜内の空間が大きいためウェーハ
熱劣化の防止には不十分であった。

【００３１】また、炉以外の低温部にウェーハを置いて
おくこの方法では、基板が置かれる反応管の中の温度勾
配は、反応管が炉の外に出た部分から急激に低下するた
め、炉外の位置に基板を置くと基板の面内で大きな温度
分布が生じ応力が発生するという問題があった。また、
炉内の高温部にウェーハを降下させていくときに、温度
差が大きいために、熱応力が発生するという問題があっ
た。応力が発生すると、基板の反りや結晶欠陥を招く。（３）エピタキシャル成長ソースの組成不均一例えば、ＧａＡｓの液相エピタキシャル成長では、溶媒
となる金属Ｇａとエピタキシャル成長材料のポリＧａＡ
ｓ、さらにＳｉなどのドーパントをソース溜に入れて昇
温し、溶解させてエピタキシャル成長ソースとする。し
かし、自然拡散だけで均一な溶液を得るのは困難で、Ｇ
ａより軽いＡｓはソースの表面付近の濃度が高くなりソ
ース溜底部が未飽和になりがちである。また、ドーパン
トの様に小量を添加されるエピタキシャル成長原料は、
ソース内で不均一になりやすいという問題がある。これ
は、エピタキシャル成長原料は固体で供されるため、ソ
ース溜内に均一に配置しておくことができないことに起
因する。

【００３２】この対策として、ソース溜内でソースを攪
拌することが考えられる。しかし、上述した横型炉内で
使用するボートでは横方向より攪拌駆動を行う必要があ
るため、攪拌装置や機構の設置は困難であった。

【００３３】縦型炉を使用したディッピング法では攪拌
機構の設置は比較的容易ではあるが、ディッピング法で
はウェーハディッピング時のソース飽和度が問題とな
る。ソースが未飽和であると、ウェーハがソースと接触
すると同時に溶解してしまうという問題はエピタキシャ
ル成長方法にかかわらず発生する。ソースが過飽和であ
ると、析出した溶質はソース表面を覆う。このため、特
にディッピング法ではソースが過飽和とならないように
しなければならないという制約が存在する。（４）エピタキシャル成長原料の残留と混入注入法で連続して２層以上のエピタキシャル成長を行う
場合は、第１のソースを排出した後、第２のソースを注
入する。しかし、第１のソースからは多結晶も析出付着
する。特にソース注入法では、ソース通路などエピタキ
シャル成長には本来不要なソースが入りうるスペースが
大きいため、このような現象はより顕著である。この付
着物はソース排出の際にも排出されず、付着物に絡んだ
ソースと共にボート本体内に残る。ここで、第２のソー
スを注入すると第２のソースに第１のソース成分が混入
する。

【００３４】例えば、ＧａＡｓエピタキシャル成長に引
き続きＡｌＧａＡｓをエピタキシャル成長させる場合に
は、ＡｌＧａＡｓソースにＧａＡｓソースが混入するた
め、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ混晶比の低下や不均一が起こ
り、またドーパント濃度の制御も不可能となる問題があ
る。

【００３５】ディッピング法では、複数のソース溜とソ
ースを用意して順次ウェーハを入れてエピタキシャル成
長を行なう。上述した特開平４−１６００９２における
図１７に示されたように、皿状のウェーハホルダ内にウ
ェーハを収納するため、ソースの排出が難しくウェーハ
上に残ったソースが混じり合いソース組成が変わりやす
いため、所望の厚さや組成のエピタキシャル成長層を得
ることが困難である。

【００３６】本発明は上記事情に鑑み、従来の技術で発
生していた、多結晶の析出、膜厚の不均一、ウェーハの
熱劣化、エピタキシャル成長ソースの組成不均一、エピ
タキシャル成長原料の残留及び混入といった種々の問題
を解決し得る半導体液相エピタキシャル成長方法、その
装置並びにエピタキシャル成長を行う際に用いるウェー
ハホルダを提案することを目的とする。

【００３７】

【課題を解決するための手段】本発明のウェーハホルダ
は、少なくとも１組の半導体ウェーハの裏面を内部側壁
に接触させ表面が所定間隔を空けて対向するように保持
するウェーハ収納空間を有し、前記ウェーハ収納空間に
ソースを注排入する注排口、又は前記ウェーハ収納空間
内にソースを注入する注入口及び前記ウェーハ収納空間
内からソースを排出する排出口が設けられたホルダ本体
と、前記ホルダ本体の開口面を覆うホルダカバーとを備
えることを特徴としている。

【００３８】本発明のエピタキシャル成長装置は、液相
エピタキシャル成長に用いるソースを収納するソース溜
と、前記ソース溜の下方に位置し、半導体ウェーハを収
納するエピタキシャル成長室と、前記ソース溜と前記エ
ピタキシャル成長室との間に設けられたソース通路と、
前記ソース通路の一部に設けられた前室とを備え、前記
ソース溜に収納されていたソースが前記ソース通路を通
過して前記エピタキシャル成長室に導入される際に、前
記前室においてソースが攪拌されることを特徴としてい
る。

【００３９】本発明の他のエピタキシャル成長装置は、
加熱手段により加熱されてほぼ均一な温度分布を形成す
る高温均熱領域と、この高温均熱領域よりも上方に位置
し前記高温均熱領域よりも低温である低温領域とを有す
る加熱炉と、前記加熱炉に還元性ガス及び／又は不活性
ガスを供給するガス供給手段と、前記加熱炉内の前記高
温均熱領域に設置され、エピタキシャル成長に用いる半
導体材料を含む溶質を金属を含む溶媒に溶解させたソー
スを入れるソース溜と、複数の半導体ウェーハを保持す
るウェーハホルダと、前記ウェーハホルダを前記加熱炉
内で鉛直方向に移動させ、エピタキシャル成長を行うと
きは前記ウェーハホルダに保持された半導体ウェーハを
前記ソース溜内のソースに浸すウェーハホルダ移動手段
と、前記ソース溜中のソースを攪拌するための攪拌羽根
と、前記攪拌羽根を鉛直方向に移動させて前記攪拌羽根
を前記ソース中に出し入れする攪拌羽根移動手段とを備
えることを特徴とする。

【００４０】本発明の半導体液相エピタキシャル成長方
法は、複数の半導体ウェーハをウェーハホルダに保持す
る工程と、前記ウェーハホルダに保持された半導体ウェ
ーハをエピタキシャル成長室内に収納する工程と、前記
エピタキシャル成長室に還元性ガス及び／又は不活性ガ
スを流入する工程と、前記エピタキシャル成長室内が所
定温度になるように加熱する工程と、ソース溜に収納さ
れているソースを前室に流入して攪拌した後、前記エピ
タキシャル成長室にソースを導入して半導体ウェーハに
ソースを接触させる工程と、前記エピタキシャル成長室
内の温度を降下させていき、半導体ウェーハにエピタキ
シャル成長を行う工程と、前記エピタキシャル成長室内
のソースを排出して、エピタキシャル成長を終了する工
程とを備えている。

【００４１】本発明の半導体液相エピタキシャル成長方
法は、複数の半導体ウェーハをウェーハホルダに保持す
る工程と、加熱手段により加熱されてほぼ均一な温度分
布を形成する高温均熱領域と、この高温均熱領域よりも
上方に位置し前記高温均熱領域よりも低温である低温領
域とを有する加熱炉中の前記低温領域内に、半導体ウェ
ーハを保持した前記ウェーハホルダを保持する工程と、
前記加熱炉に還元性ガス及び／又は不活性ガスを流入す
る工程と、前記加熱炉中の高温均熱領域が所定温度にな
るように前記加熱手段により加熱する工程と、前記ウェ
ーハホルダを前記低温領域から前記高温均熱領域の位置
まで下げて、前記ウェーハホルダ及び半導体ウェーハを
前記所定温度まで昇温させる工程と、前記ウェーハホル
ダ及び半導体ウェーハを下方へ移動させ、エピタキシャ
ル成長に用いる半導体材料を含む溶質を金属を含む溶媒
に溶解させたソースを入れたソース溜内の前記ソースに
入れる工程と、前記高温均熱領域の温度を降下させてい
き、半導体ウェーハにエピタキシャル成長を行う工程
と、前記ウェーハホルダを前記ソースから引き出してエ
ピタキシャル成長を終了する工程とを備えることを特徴
としている。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。（１）第１の実施の形態によるウェーハホルダ図１に、本実施の形態によるウェーハホルダの構造を示
す。図１（ａ）はウェーハホルダの側面の構造を表すＢ
−Ｂ線に沿う縦断面図、図１（ｂ）は正面の構造を表す
Ａ−Ａ線に沿う縦断面図、図１（ｃ）は下面図である。

【００４３】このウェーハホルダは、図１（ａ）に示す
ように、複数のウェーハ１５を表裏互い違いに縦あるい
は斜めに保持し、ウェーハの裏面同士の間はウェーハホ
ルダ１４で分離し、ウェーハ１５の表面同士を空間をあ
けて向かい合わせに保持する構造となっている。また図
１（ｂ）に示すように、ウェーハ１５はウェーハホルダ
本体１１のＵ字型のポケットに入れられ、そのポケット
に差し込まれたカバー１２で固定される。Ｕ字型ポケッ
トとカバー１２の形状はウェーハの外周形状に合わせて
あり、ウェーハ１５の周囲はポケットとカバー１２で覆
われている。カバー１２は、炉に入れた状態として見た
場合に、横方向から差し込まれる。また、図１（ｂ）と
図１（ｃ）に示したように、このウェーハホルダはその
底部にウェーハ１５の表面同士の間にエピタキシャル成
長ソースを注入し排出する注排口１３を有している。ま
た、上部のスリット１６は、ソースを注入排出するとき
のガス抜き口に相当する。

【００４４】本実施の形態によるウェーハホルダは、デ
ィッピング法に使用した場合はウェーハホルダをソース
から引き出してエピタキシャル成長を終了させ、注入法
ではエピタキシャル室からソースを排出させてエピタキ
シャル成長を終了させるときに用いることを前提にして
いる。そのため、ソースがウェーハから速やかに流れ落
ちるように、ウェーハは垂直あるいは斜めに保持する。
また、排出口はウェーハ間の最下部に設けられている。

【００４５】ウェーハホルダ１４を介して２枚のウェー
ハ１５を背中合わせに保持する構造も、本実施の形態に
おける特徴の一つである。ウェーハホルダ１４にウェー
ハ１５の裏面を密着させることで、ディッピング法で問
題となりやすいウェーハ裏面へのエピタキシャル成長を
防止することができる。また、ウェーハホルダ１４に複
数枚のウェーハ１５を保持することで、ウェーハホルダ
に収容できるウェーハ数が増え、その結果１度にエピタ
キシャルできるウェーハ数が増えて生産性を上げること
ができる。

【００４６】エピタキシャル成長をする面同士が一定の
間隔で対向するように保持する構造も、このウェーハホ
ルダの特徴の一つである。エピタキシャル成長面を対向
させておくことで、対向面への多結晶析出は起こらず、
均一な厚さで、表面が平坦なエピタキシャル成長層を得
ることができる。

【００４７】本ウェーハホルダにより、多結晶の析出防
止とソースの排出が容易であることは、注入法やディッ
ピング法を用いて２層以上エピタキシャル成長を行う場
合に、特に有効である。

【００４８】ウェーハのエピタキシャル成長面と対向面
との間隔、すなわちウェーハ上のソースの厚さは、エピ
タキシャル成長層の厚さを制御する重要な因子である。
ウェーハ面上のソース中の溶質が、ウェーハ面まで拡散
して析出しエピタキシャル成長層を形成するため、エピ
タキシャル成長層の厚さは原理的にソースの厚さに比例
する。ソースの厚さは必要最小限にする方が、ソースの
無駄がなく効率がよい。しかし、ウェーハと対向面との
間隔を一定以下にすると、ウェーハをソース中に入れて
もソースがウェーハ上に流れ込まなかったり、ウェーハ
をソースから引き上げてもソースが流れ落ちなかったり
して、エピタキシャル成長の開始と終了を制御すること
ができなくなる。ウェーハのエピタキシャル成長面同士
を対向させておけば、必要最小のソース厚は２倍とな
り、ソースの流入と排出を容易にすることができる。

【００４９】具体的なウェーハの間隔は、０．３ｍｍ以
上としてもよいが、０．５ｍｍ以上であることがより望
ましい。０．２ｍｍ以下では、ソースがウェーハの間に
入り込まない可能性がある。０．４ｍｍ以下では、ウェ
ーハをソースから引き出したときに、ソースの表面張力
によりウェーハ間にソースが残ることがある。

【００５０】逆に、ウェーハ間隔を広くしすぎると、ウ
ェーハ間に入ったソース中の溶質がエピタキシャル成長
中にウェーハまで達することができず、ソース中に析出
する。このような析出を防止するためには、ウェーハ間
隔は５ｍｍ以下であることが望ましい。

【００５１】溶質の拡散は過飽和に保たれる時間、すな
わち降温速度の逆数に依存するので、析出が発生するウ
ェーハ間隔も降温速度に依存する。以下の（１）式は、
実験により求めたものであり、ウェーハの間隔はこの
（１）式の範囲に設定することが望ましい。

【００５２】ウェーハ間隔（mm）≦３．１×（１／降温速度（℃／分））^1/2……（１）ウェーハ１５は、ホルダ本体１１に設けられた段差部１
７に収納される。同様の段差はカバー１２にも設けられ
ている。段差の直径の大きい側にウェーハ１５を収納す
るが、この部分の直径はウェーハの熱膨張を考慮し、ウ
ェーハの直径よりも大きく作られている。段差部１７に
おけるウェーハ１５の裏面と反対側は、ウェーハ１５の
縁をカバーするため、この部分の直径がウェーハ１５の
直径よりも小さいことが望ましい。これは、ウェーハに
ソース中において浮力が加わったり、ウェーハホルダを
収納しているボートを動かしたりしても、ウェーハが所
定の位置から離脱しないようにするためである。

【００５３】しかし、この部分の直径を小さくしすぎる
と、ウェーハ面上でエピタキシャル成長ができる部分の
面積が少なくなるため、カバー部分の直径はなるべく大
きい方が望ましい。

【００５４】一般に、ウェーハの周囲は面取りがしてあ
るためエピタキシャル成長をする表面と結晶の方位が異
なり、周辺部には多結晶半導体が成長するなど異常が起
こりやすい。このため、エピタキシャル成長終了後周辺
部を機械的に除去したり、また周辺部に作成した半導体
素子は除去して、ウェーハの周辺部は実質的に使用され
ない。この使用できない領域は、エピタキシャル成長層
の種類や厚さなどの条件により異なるが、ベベル部は最
外周から１ｍｍ以下であるので、安全をみてウェーハ最
外周から２ｍｍ取り除くのが一般的である。従ってウェ
ーハホルダがウェーハと接触する部分を、ウェーハ最外
周から２ｍｍ以内に制限すれば、ウェーハがウェーハホ
ルダに接触することによる異常成長の損失を実質的にな
くすことができる。すなわち段差部１７におけるウェー
ハの表面側の直径は、ウェーハの直径から４ｍｍ差し引
いた値以上であることが望ましい。

【００５５】あるいは、ウェーハ縁の面取り部分にソー
スを接触させずにエピタキシャル成長をさせるようにす
れば、縁が異常成長することはない。従って、段差部１
７を縁の面取り部を覆うようにしておくことが望まし
い。

【００５６】なお、直径を含むウェーハホルダの寸法設
計には、ウェーハホルダとウェーハの熱膨張差を考慮す
る必要がある。

【００５７】本実施の形態によるウェーハホルダは、ウ
ェーハ周辺を覆ってソースをウェーハの周囲や側面に入
れないようにした点、あるいはソースを少量に制限した
点にも特徴がある。

【００５８】ウェーハ周囲の隙間、すなわちウェーハ縁
からウェーハホルダあるいはカバーまでの距離は、狭い
ほどエピタキシャル成長膜厚を均一化することができ
る。逆に隙間が大きく、エピタキシャル成長原料である
溶質がソース中を拡散できる距離よりも大きくなると、
エピタキシャル成長膜厚は不均一になりやすい。前述の
ように、拡散距離はエピタキシャル成長中の降温速度に
依存する。実験により求めた距離は、両側にウェーハが
ある場合（１）式の半分となり、降温速度が０．１℃／
分の場合は４．９ｍｍ、０．４℃／分の場合は２．５ｍ
ｍ、１℃／分の場合は１．６ｍｍとなる。従って、ウェ
ーハ縁とウェーハホルダとの間隔は４．９ｍｍ以下であ
ることが望ましい。

【００５９】また対向するウェーハ間隔と同じく、ウェ
ーハ縁とウェーハホルダの隙間が０．５ｍｍ未満であれ
ばウェーハの縁にソースが入りにくくなる。ウェーハと
ウェーハホルダの熱膨張差を吸収するため、ウェーハホ
ルダには０．５ｍｍ未満の余裕があることが望ましい。

【００６０】ウェーハホルダを炉に入れた状態で見た場
合、ポケットの出入り口をホルダの横方向に設け、ウェ
ーハとカバーを横から差し込むようにした点も、本実施
の形態によるウェーハホルダの特徴である。ウェーハホ
ルダに収納されたウェーハには、自重と比重が大きいエ
ピタキシャル成長ソース中での浮力の上下方向の力が加
わる。そこで、ウェーハとカバーを横から入れることに
より、縦方向の動きをホルダ本体で確実に制限すること
ができる。（２）第２の実施の形態によるウェーハホルダ図２に、本発明の第２の実施の形態によるウェーハホル
ダの構造を示す。図２（ａ）はウェーハホルダの側面構
造を示すＢ−Ｂ線に沿う縦断面図、図２（ｂ）は正面の
構造を示すＡ−Ａ線に沿う縦断面図、図２（ｃ）は下面
図である。

【００６１】本実施の形態における各部分の構造、名称
や番号、作用は図１に示された上記第２の実施の形態と
基本的に同様であるが、以下の点で異なる。

【００６２】本実施の形態では、ウェーハ１５はホルダ
本体１１ａの空間内における段差部ではなくテーパー部
１８に収納される。段差部を設ける場合には、ウェーハ
の厚さごとにウェーハホルダを用意しなければならない
が、テーパー部１８ではウェーハの厚さが異なる場合に
も収納が可能である。また、エピタキシャル成長の開始
前では、ウェーハ１５の自重で下側のテーパーに、エピ
タキシャル成長中は浮力で上側のテーパーに押しつけら
れ、ウェーハ１５がウェーハホルダ１４ａに密着する。
ウェーハホルダ１４ａをカーボンなどの熱伝導が良い材
料で製造することで、ウェーハホルダ１４ａに密着した
ウェーハ１５の面内温度分布が一定になり、均一なエピ
タキシャル成長を行うことができる。

【００６３】テーパー部１８の最小直径は、第１の実施
の形態と同じ理由で、ウェーハの直径より小さく、ウェ
ーハの直径より４ｍｍ差し引いた値以上であることが望
ましく、ウェーハの面取りがされていない部分の直径以
上であることが望ましい。

【００６４】本実施の形態では、ガス抜き口は設けられ
ていない。しかし、ガスはホルダ本体１１ａとカバー１
２ａの間などの隙間から出入りできるため、ソースの注
入や排出速度を制御することでソースの出し入れは可能
である。

【００６５】本実施の形態のソース注排口１３ａは、第
１の実施の形態と同様にウェーハ１５の裏面までは開口
しておらず、図２（ｃ）に示されたようにウェーハ１５
の断面の途中まで開口しており、ウェーハ裏面が密着す
るウェーハホルダ１４ａと段差をなしている。

【００６６】図３に、ウェーハホルダ１４ａ、ウェーハ
１５、注排口１３ａの断面の位置関係を示す。図３
（ａ）に、第１の実施の形態と同様にウェーハホルダ１
４ａと注排口１３ａとを同じ高さに設定した場合を示
す。この場合は、注入されるソースがウェーハ１５の側
面に当たるため、ソースが裏面に回り込む可能性があ
る。また、ウェーハ１５の側面に入るソースの量を制限
するか、あるいはソースを入れないことが重要である
が、図３（ａ）に示された構造では注排口１３ａの部分
にウェーハ１５の縁にソースが入りこみ、注排口１３ａ
のソースから溶質が拡散する。このため、ウェーハ１５
の縁の注排口１３ａ近辺ではエピタキシャル成長膜厚が
増大する。

【００６７】図３（ｂ）に、注排口１３ａの段差をウェ
ーハホルダ１４ａより、ウェーハの厚さ分だけ高くした
構造を示す。この場合は、ウェーハ１５は両者の段差内
に収納される。ソースはウェーハの表面に注入されるた
め裏面に回り込むことはなく、また注排口１３ａに当た
るウェーハ１５縁近辺のエピタキシャル成長膜厚の不均
一も発生しない。

【００６８】図３（ｃ）に、注排口１３ａをウェーハホ
ルダ１４ａよりウェーハ１５の厚さの半分だけ高くした
場合を示す。この段差はウェーハ厚の半分の高さを有す
るが、ウェーハ１５の縁は丸みがつけられているためソ
ースが裏面に回り込むことはない。縁のエピタキシャル
成長膜厚を均一する効果は、図３（ｂ）に示された構造
より劣るが、注排口１３ａの厚さを広くした分ソースの
入出が容易になる。

【００６９】このように、段差を設けてウェーハ１５の
側面の注排口の部分にソースが接触しないようにするこ
とは、ウェーハホルダ１４ａを省略してウェーハ裏面同
士を直接密着させる場合には必須となる。なぜなら、ウ
ェーハ裏面を密着させたままウェーハ側面にソースを接
触させてエピタキシャル成長を行うと、ウェーハ側面へ
の成長により２枚のウェーハが合体してしまうおそれが
あるからである。（３）第３の実施の形態によるウェーハホルダ図４及び図５に、本発明の第３の実施の形態によるウェ
ーハホルダを示す。図４に、ホルダ板１１ｂと差込型の
カバー１２ｂからなるホルダ板を１０枚組み合わせた構
造を示す。ホルダ板の両側には、押さえ板１９が設けら
れている。図５に、各ホルダ板１１ｂとカバー１２ｂの
断面構造と、ウェーハ１５を収納する手順を示す。

【００７０】ウェーハホルダ１１ｂは、ホルダ本体１４
ｂの片側に２枚のウェーハ１５を収納するテーパー部１
８ｂを有する。ウェーハの直径７６．０ｍｍに対し、テ
ーパー部１８ｂの最小直径は７５．２ｍｍ、最大直径は
７７．０ｍｍ、テーパー角は４５度に設定されている。
厚さ０．３５ｍｍのウェーハ１５を使用した場合、向か
い合わせたウェーハとウェーハとの間隔は２ｍｍになる
ように設定されている。ホルダ本体１４ｂの材質は、高
純度カーボンである。

【００７１】図５（ａ）に示された様に、水平に置いた
ホルダ板１１ｂのＵ字型溝部のテーパー部１８ｂに、ウ
ェーハ１５を横方向から表面を露出させる向きに差し入
れる。図５（ｂ）の様に、カバー１２ｂを差し入れウェ
ーハ１５を固定する。カバー１２ｂにも、同様なテーパ
ー部１８ｂが設けられている。図５（ｃ）及び（ｄ）の
様に、２枚目のウェーハ１５を上方より下向きにテーパ
ー部１８ｂに嵌挿する。次に図５（ｅ）のように、次の
ホルダ板１１を重ね、同様に他のホルダ板を重ねた後、
最後に押さえ板１９を重ねる。全体を立てると、２枚の
ウェーハ１５と１５は、その表面を対向し、裏面をウェ
ーハホルダ１４ｂに背中合わせにした状態で収納され
る。

【００７２】積み重ねたウェーハホルダ１４ｂの固定
は、図５には示していないが、例えばウェーハホルダ１
４ｂの溝部以外の部分に貫通穴を設け、ピンやネジを通
してもよい。あるいは、複数のウェーハホルダを収納す
る大きさのケースを用意しておき、ケース中にホルダ板
を入れてもよい。

【００７３】始めにホルダ板を積み重ねてからウェーハ
を入れると、溝部が深い位置にある上に溝が薄いためウ
ェーハが収納時に回転してしまい、ウェーハのオリエン
ティションフラット、すなわち結晶方位の向きを一定に
するのが難しい。本実施例では、ホルダ板を寝かせて積
み重ねながらウェーハを収納するので、ウェーハの向き
を容易に調節することができる。（４）第４の実施の形態によるウェーハホルダ図６に、本発明の第４の実施の形態によるウェーハホル
ダを示す。図６（ａ）に全体の構造を示し、図６（ｂ）
にＣ−Ｃ線に沿う縦断面構造を示す。

【００７４】本実施の形態によるホルダ板１１ｃは、中
央の円形のホルダ保持板１４ｃの開口面側を除く周辺領
域にテーパー部１８ｃからなる半円形の溝部を有する。
カバー１２ｃにも、同様のテーパ１８ｃの溝部が設けら
れている。カバー１２ｃは、テーパー１８ｃの間に存在
する溝にホルダ板１１ｃのホルダ保持板１４ｃがはまり
込んで固定された状態となっている。ホルダ板１１ｃに
設けられた注排口１３ｃとガス抜き溝１６ｃは、ホルダ
保持板１４ｃに対して、図３（ｂ）に示されたようにウ
ェーハ１５の厚さ分だけ段差が付いている。

【００７５】ここで、ホルダ保持板１４ｃの形状が円形
であるのは、ホルダ板１１ｃにウェーハ１５を収納する
際に、ウェーハ１５の向きを容易に調節できるようにす
るためである。

【００７６】本実施の形態によるウェーハホルダは、２
枚のウェーハ１５をホルダ板１１ｃに収納し、カバー１
２ｃを取り付け、その状態の１組を積層、あるいはケー
スに並べて一体化することができる。あるいは、複数の
ホルダ板１１ｃだけを積層固定しておき、そのホルダ板
１１ｃにウェーハ１５を収納し、カバー１２ｃを取り付
けてもよい。この場合には、カバーはホルダ板と１対１
にする必要はなく、複数のホルダ板にかぶせるカバーを
一体化した構造としてもよい。（５）第５の実施の形態によりエピタキシャル成長方法
及びその装置次に、上記第１〜第４の実施の形態によるウェーハホル
ダを用いるとより有効である、横型炉内で使用するソー
ス注入型の液相エピタキシャル成長用ボート及びそれを
使用した液相エピタキシャル成長方法、及び縦型炉使用
のディッピング方式の装置及びその方法を説明する。た
だし、以下の実施の形態は上述したウェーハホルダに限
られるものではなく、他の形式のウェーハホルダを使用
してもよい。

【００７７】図７に、第５の実施の形態によるエピタキ
シャル成長方法を工程別に示す。本実施の形態は、上述
したボートを使用してＧａＡｓウェーハ上にＧａＡｓと
ＡｌＧａＡｓの２層のエピタキシャル成長を行なうもの
である。

【００７８】図７（ａ）に、エピタキシャル成長を開始
する前にウェーハ１０１０５が炉内に置かれた状態を示
す。ここで炉や炉心管などは省略し、図示していない。

【００７９】ボート主要部は、本体１０１０１、ソース
溜１０１０２、排ソース溜１０１０３を有し、本体１０
１０１と排ソース溜１０１０３の間には仕切り板１０１
０４が設置されている。また、本体内にはウェーハ１０
１０５を収容しエピタキシャル成長を行なうエピタキシ
ャル室１０１０６が設けられている。本体１０１０１に
は前室１０１１０が設けられ、前室１０１１０はソース
通路１０１０９でエピタキシャル成長室１０１０６と結
ばれている。ソース通路１０１０９には、制御棒１０１
１１が挿入されている。

【００８０】ソース溜１０１０２、制御棒１０１１
１、、仕切り板１０１０４は水平方向にスライドが可能
で、炉外から炉内に挿入された石英棒（図示せず）によ
りエピタキシャル工程中に動かすことができる。

【００８１】エピタキシャル成長を開始する前に、図７
（ａ）のように、エピタキシャル成長室１０１０６内に
ウェーハ１０１０５を保持する。ウェーハの保持方法や
ウェーハホルダに関しては、本実施の形態においては特
に制限はないが、図７に示されたように２枚のウェーハ
のエピタキシャル成長面を間隔を空けて対向させて垂直
に保持してもよい。また、ウェーハの全周囲をウェーハ
ホルダでカバーし、エピタキシャル成長に必要な最低限
のソースだけが入る空間だけを確保してあるのが望まし
い。

【００８２】ソース溜１０１０２内には、エピタキシャ
ル成長ソースの原料を載置する。本実施の形態ではソー
ス溜１０１０２は左右に仕切られており、図中左方には
ＧａＡｓをエピタキシャル成長するための第１のソース
１１０７１、右方にはＡｌＧａＡｓをエピタキシャル成
長する第２のソース１１０７２が入れられている。第１
のソース原料は重量比で、例えば金属Ｇａが１００、ポ
リＧａＡｓが１５、ドーパントのＳｉが０．３としても
よい。第２のソース原料は、金属Ｇａが１００、ポリＧ
ａＡｓが５．６、金属Ａｌが０．１、ドーパントのＺｎ
が０．０６としてもよい。

【００８３】この状態でボートを炉内に載置し、水素雰
囲気中で摂氏９５０度まで昇温し、ソース原料を溶解す
る。約１時間後、温度を摂氏９２０度まで下げて、エピ
タキシャル成長を始めるためソースの注入を開始する。

【００８４】まず、図７（ｂ）のようにソース溜１０１
０２を右方にスライドさせ、第１のソース１１０７１を
前室１０１１０に導入する。

【００８５】従来の装置のように、前室がないと、ソー
スがソース溜から直接エピタキシャル室に流入する。こ
のため、ソース溜内でソース組成が均一でない場合に
は、エピタキシャル成長室に注入されるソースが、例え
ば注入の始めと終わりでソース組成が異なるなど、不均
一になる。本実施の形態は前室１０１１０を設けたこと
で、ソースが前室１０１１０に流入する際に混じり合
い、全体が均一化する。また、前室１０１１０内にＧａ
Ａｓの固まりを置いておくことで、ソース溜内での溶解
が不十分でソースが未飽和であっても、前室１０１１０
内で飽和状態になる。

【００８６】次に、図７（ｃ）のように制御棒１０１１
１を右方にスライドして、ソース通路１０１０９にソー
スを通してエピタキシャル成長室１０１０６に注入し、
ウェーハ１０１０５に接触させる。

【００８７】次に、図７（ｄ）のように制御棒１０１１
１を左方のソース通路１０１０９と仕切り板１０１０４
とを遮断しない位置まで戻す。この状態では、エピタキ
シャル成長室１０１０６はソース通路１０１０９から遮
断されている。

【００８８】次に、図７（ｅ）のように、仕切り板１０
１０４を右方にスライドさせ、ソース流出口１１０８３
と１１０８４とを合わせ、前室１０１１０及び／又はソ
ース通路１０１０９に残ったソースを排ソース溜１０１
０３の左側の室に排出する。

【００８９】この図７（ｅ）の状態で炉を降温し、Ｇａ
Ａｓエピタキシャル成長を行なう。例えば、降温速度は
摂氏０．８度／分とすることができる。

【００９０】エピタキシャル成長中はエピタキシャル成
長室１０１０６はソース通路と遮断されており、エピタ
キシャル成長面上にだけエピタキシャル成長に必要なソ
ースが存在するだけなので、エピタキシャル成長室１０
１０６の壁面などにポリＧａＡｓが析出付着することが
防止される。また、ソース通路１０１０９及び／又は前
室１０１１０の第２のソースの経路も、制御棒でふさが
れているか、または余剰のソースが排出されているた
め、壁面にポリＧａＡｓが析出することが防止される。
従って、第１のソースを排出する際に、析出付着物ある
いはそれに絡んだソースの残留はなく、ソースの混入を
避けることができる。

【００９１】温度が例えば摂氏８３０度まで下がった時
点で、降温状態から定温状態としてエピタキシャル成長
を停止し、図７（ｆ）のように、制御棒１０１１１を右
方にスライドさせて、第１のソースを排ソース溜１０１
０３の左方に排出する。

【００９２】次に、図７（ｇ）〜図７（ｉ）に示された
ように、第２のソースをエピタキシャル成長室１０１１
０に注入する。ソース溜を左方にスライドさせることを
除いて、図７（ｂ）〜図７（ｄ）に示された第１のソー
スの注入と手順は同様である。

【００９３】注入後、図７（ｉ）の状態で再び降温を始
め、ＧａＡｓエピタキシャル成長層上にＡｌＧａＡｓ層
を成長させる。降温速度は、例えば摂氏０．８度／分と
してもよい。

【００９４】温度が例えば摂氏７００度になった時点で
図７（ｊ）のように制御棒１０１１１を右方にスライド
させ、第２のソースを排ソース溜１０１０３の右側に排
出しエピタキシャル成長工程を終了する。

【００９５】ＧａＡｓ成長に使用した第１のソース１１
０７１と、ＡｌＧａＡｓ成長に使用した第２のソース１
１０７２は、ソース溜の仕切られた部分に排出されるた
め、それぞれ回収して必要なエピタキシャル成長原料を
追加して再使用することができる。

【００９６】本実施の形態によりエピタキシャル成長を
行なった場合と、図１４に示された従来のボートを用い
て同じ条件の下でエピタキシャル成長を行なった場合と
を比較結果について述べる。

【００９７】エピタキシャル成長を終えたウェーハのう
ち、最もソース注入口に近いものを縦に劈開して、エピ
タキシャル成長層を除くウェーハの厚さ分布を調べた。

【００９８】上記第５の実施の形態、従来の方法を用い
た場合とも３５０±１０μｍの厚さのウェーハを使用し
たが、従来の場合では中央に対して下側縁が４２μｍ
（１２％）薄くなっていた。下側縁は、注入されたソー
スが最初に接触するところである。最初に注入されるソ
ースは、ソース溜の底の部分のソースで未飽和になりや
すい。ソースの未飽和であった部分が最初に注入された
ため、注入時にウェーハをエッチングした結果薄くなっ
たと考えられる。これに対し、本実施の形態による成長
方法では、中央と縁のウェーハ厚差はなく、ウェーハ厚
公差内の２μｍ中央が厚くなっていた。

【００９９】ドーパントの均一性を調べるために５枚の
ウェーハを用いてＬＥＤを作製し、発光波長を比べた。
ＳｉをドーパントとするＧａＡｓのＬＥＤは不純物準位
間で発光するため、発光波長はドーパントのＳｉ濃度の
依存する。

【０１００】本実施の形態によりエピタキシャル成長さ
せて製造したＬＥＤは平均波長９３８ｎｍで、最大と最
小の差が４ｎｍであった。一方、従来の方法によるＬＥ
Ｄは平均波長は同じであったが、最大最小差が１１ｎｍ
と大きく、ドーパントが不均一に添加されていることが
示された。

【０１０１】ソースの混入度合いについて、第２のソー
スでエピタキシャル成長するＡｌＧａＡｓ層のＡｌ混晶
比から調べた。エピタキシャル成長室の左方（ソース注
入の上流側）、中央、右方（ソース注入の下流側）のウ
ェーハを劈開し、ＡｌＧａＡｓの成長開始界面近傍のＡ
ｌ混晶比をフォトルミネセンスにより測定した。本実施
の形態では設定通り０．３０であったのに対し、従来の
方法では左側より０．２８、０．２１、０．１１と設定
値より低下していた。

【０１０２】Ａｌ混晶比の低下は、ＧａＡｓ成長用第１
ソースがＡｌＧａＡｓ成長用第２ソースに混入したこと
を示している。また、従来の方法でソース注入の下流側
の低下度合いが大きいことは、第２のソースが注入され
る際、ソース通路に残留した第１のソースを吸収しなが
ら流れ込んだことを示すと考えられる。（６）第６の実施の形態によるエピタキシャル成長方法
及びその装置図８に、第６の実施の形態によるエピタキシャル成長装
置を示す。この装置は、ソース溜２２０２とエピタキシ
ャル成長室２２０６とを結ぶソース通路２０９１と２０
９２の間に前室２２１０が設けられている。ただし、前
室２２１０とエピタキシャル成長室２２０６との間を遮
断する制御棒は設けられていない。

【０１０３】図８（ａ）にエピタキシャル成長前の状態
を示し、ソース溜２２０２内にはエピタキシャル成長ソ
ース２２０７が収納されている。エピタキシャル成長を
行なう際にはソース溜２２０２を左方にスライドさせ、
前室２２１０を経由してソースをエピタキシャル成長室
２２０６に注入する。

【０１０４】ソースが前室２２１０に流れ込み一時滞留
するが、流入による自己撹拌により均一化する。滞留時
間を長くして撹拌効果を上げるために、前室２２１０手
前のソース通路２２０８及び２０９１の断面積を、前室
２２１０下流のソース通路２０９２より小さくする方が
望ましい。（７）第７の実施の形態によるエピタキシャル成長方法
及びその装置図９に、第７の実施の形態による装置の構成を示す。こ
の装置は、ボート本体３３０１の表面に前室３３１０が
設けられており、前室３３１０からエピタキシャル成長
室３３０６へのソース流入をソース溜の動きで制御す
る。ソース溜３３０２の底部の一部３０２３は、前室３
３１０の底まで達している。

【０１０５】図９（ａ）に、エピタキシャル成長前の状
態を示す。ソース溜３３０２内に、エピタキシャル成長
ソース３３０７が収納される。エピタキシャル成長を行
なう際に、ソース溜３３０２を左方にスライドさせ、図
９（ｂ）に示された状態にする。すなわち、ソース溜の
流出口３３０８が前室３３０１に開かれ、かつソース溜
の一部３０２３がソース溜の流出口３３０８とソース通
路３３０９を遮断する。この状態では、ソース３３０７
は前室３３１０内に流れ込み、流入による撹拌で均一化
するが、エピタキシャル成長室３３０６には流れ込まな
い。さらにソース溜を左方にスライドすると、図９
（ｃ）のように前室３３１０とソース通路３３０９が通
じ、ソースはエピタキシャル成長室３３０６に注入され
る。

【０１０６】上記第６の実施の形態では、ソースの前室
への注入と、前室からエピタキシャル成長室への注入を
同時に行なうため、ソースが完全に均一化する前にエピ
タキシャル成長室に流れ込むおそれがある。これに対し
て、本実施の形態では前室３３１０からエピタキシャル
成長室３３０６へソースを注入するタイミングを自由に
制御できるので、完全に均一になったソースを使ってエ
ピタキシャル成長をすることができる。

【０１０７】また、図９（ｂ）に示された状態からソー
ス溜３３０２を右方に戻すと、前室３３０１に移ったソ
ースの液面が上昇する。前室３３１０とソース通路３３
０９をソース溜の一部３０２３で遮断した状態でソース
溜を左右に動かすことで、ソースを強制的に撹拌するこ
とができる。

【０１０８】エピタキシャル成長ソースの原料、例えば
ＧａＡｓエピタキシャル成長ではＧａＡｓ単結晶を前室
３３１０内に置くことで、仮にソース溜内のソースが未
飽和であっても、前室３３１０内で飽和溶液とすること
ができる。（８）第８の実施の形態によるエピタキシャル成長方法
及びその装置図１０に、本発明の第８の実施の形態による装置の構成
を示す。この装置は、第１のソース４０７１及び第２の
ソース４０７２を、それぞれ異なるソース通路４０９１
及び４０９２から注入する構造を有している。

【０１０９】制御棒４４１１は、ソース通路４０９２を
遮断するものであり、第１のソース通路４０９１に残っ
たソースを排出して第１のソースからの析出付着を防ぐ
機能を直接有してはいない。しかし、第２のソースを第
１のソースと異なるソース通路から注入することで、第
１のソースの混入を防ぐことができる。（９）第９の実施の形態によるエピタキシャル成長方法
及びその装置本実施の形態はディッピング法を用いる半導体液相エピ
タキシャル成長装置に関するものである。

【０１１０】この装置の基本的な構成は、図１１に示さ
れるようである。本装置は、高温均熱部１０２とそれよ
り上方に低温部１０３を備えた縦型の加熱炉１０１と、
加熱炉１０１に還元性ガスと不活性ガスと真空とを供す
るガス供給系１０４と、複数のウェーハを保持するウェ
ーハホルダ１０５と、ウェーハホルダを垂直方向に上下
させる機構１０６と、加熱炉内高温均熱部１０２内に設
置したソース溜１０７とソース溜に収納されたソース１
０８とを備えている。

【０１１１】図１１に、その一例としてヒーター１０９
を５つ有する５段炉の構成を示す。しかし、ヒーターの
数には制限はなく、高温均熱部１０２と低温部１０３と
が得られるものであればよい。低温部１０３は一定温度
領域として示してあるが、この部分はウェーハホルダ１
０５とウェーハの予備加熱と冷却を行なう領域であり、
例えば点線で示すように多少の傾斜をもっていても差し
支えない。

【０１１２】特開昭６０−１１５７１号公報には、ウェ
ーハを炉外の低温部に待機させておく方法が開示されて
いる。しかし、炉の外の温度の制御は炉によって行うこ
とはできず、また温度勾配が大きい。このため、ウェー
ハに熱応力がかかり結晶欠陥が生じる恐れがある。従っ
て、本実施の形態のように炉内に温度制御が可能な低温
部を設けることで、このような事態を回避することがで
きる。

【０１１３】ここで、低温のウェーハの待機位置から高
温のエピタキシャル成長位置へウェーハを下げる場合に
は、急激な温度変化を避けるために一定速度以下で移動
させる必要がある。この速度はウェーハの大きさや、ウ
ェーハを移動させる部分の温度勾配で決まり、ウェーハ
が小さいほどまた温度勾配が小さいほど速い速度でウェ
ーハをエピタキシャル成長位置に動かすことができ、そ
の結果エピタキシャル成長工程に必要な時間を短縮する
ことができる。

【０１１４】従って、工程時間の面からウェーハ待機低
温部の温度は高い方がよく、また生産の再現性の面から
待機位置の温度が安定していることが特に重要である。

【０１１５】炉外は外気の影響を直接受けるための温度
が安定していないので、炉内に制御された低温部を持つ
ことが望ましい。基板からのＡｓ蒸発は７００℃前後か
ら顕著になるため、低温部の温度を５００〜６００℃に
制御しておけば基板の熱劣化を避けながら工程時間を最
小にすることができる。

【０１１６】図１１に、ソース溜台１１３に載置された
２つのソース溜１０７を示す。ソース溜台１０７は、駆
動機構１１４により回転し、任意のソース溜をウェーハ
ホルダ直下に移動することができる。複数のソース溜を
備え、任意のソース溜をウェーハホルダ直下の位置に移
動させる機構を備える点も、本実施の形態における特徴
の一つである。

【０１１７】このように構成したことにより、ウェーハ
を任意のソースに入れてエピタキシャル成長を行なうこ
とができるので、複数のソースを用いて順次エピタキシ
ャル成長を行ない、複数のエピタキシャル成長層を得る
ことができる。ソース溜の駆動は回転運動に限られず、
直線運動等であってもよく、複数のソース溜をウェーハ
ホルダ直下に移動することができるものであればよい。

【０１１８】また、駆動機構１１４は上下駆動機構も備
えており、ソース１０８を加熱炉１０１の下側から取り
出すことが可能である。

【０１１９】本実施の形態における他の特徴は、ソース
を撹拌する機構を備えている点にある。図１１に、ソー
ス１０８中に下ろした撹拌羽根１１５と撹拌羽根駆動機
構１１６とを示す。この撹拌羽根１１６を回転させるこ
とで、ソースを撹拌することができる。撹拌は回転に限
定されるものではなく、上下動や横方向の動きでもよ
く、さらにはこれらを組み合わせた動きでもよい。撹拌
羽根の形状は、例えば板状やプロペラ状など、羽根の動
きに合わせた任意の形状にすることができる。あるい
は、羽根の形状に限らず、所定の体積を持つ物体を上下
動を利用してソース中に出し入れし、ソースの液面を上
下させて撹拌してもよい。

【０１２０】本実施の形態におけるその他の特徴の一つ
は、エピタキシャル成長を行なう高温下で溶質である半
導体材料をソースに供給し飽和させる構成を備えること
である。図１１にその具体的機構として、半導体材料１
１７とそれを上下に駆動する機構１１８を示す。但し、
図１１には半導体材料１１７を保持する機構は省略され
ている。

【０１２１】本実施の形態による装置を用いて、ソース
を撹拌し供給することにより、次のような効果が得られ
る。

【０１２２】液相エピタキシャル成長を行なうには、ウ
ェーハをソースに入れる時に、ソースが飽和状態である
ことが必要である。ソースが未飽和であると、ウェーハ
をソースに入れた際にウェーハがソースに溶ける。逆
に、過飽和であるとウェーハを入れる前に析出した溶質
がソース表面を覆い、特にディッピング法ではウェーハ
をソース中に入れる際に障害となる。このため、エピタ
キシャル成長を開始する温度でソースが溶質の半導体材
料で飽和するように計算して、室温で所定の溶媒金属と
溶質をソース溜に入れ昇温する。しかし、溶質の溶け残
り、温度制御の誤差、溶解度計算値と実際の値との誤差
などにより、エピタキシャル成長を開始する時にソース
が未飽和になったりあるいは逆に過飽和になる。

【０１２３】液相エピタキシャル成長では金属溶質の方
が比重が大きいので溶質は溶媒の表面に浮く。このた
め、溶質すべてを溶媒に溶かすためには溶質が溶媒中に
拡散していく必要があり長時間を要する。また、ソース
の表面付近と内部との間に濃度差が生じやすい。上述し
た実施の形態によりソースを撹拌することで、溶質の移
動を促進し、溶質の溶け残りを防止してソースの均一化
をはかり、さらにソースを昇温してからソースが均一化
し、エピタキシャル成長層ができるまでの時間を短縮す
る効果がある。

【０１２４】ソース供給機構は、過飽和によるエピタキ
シャル成長前の溶質析出を防ぐ効果がある。エピタキシ
ャル成長を開始する温度で確実に未飽和で留まる量の溶
質を、あらかじめ室温で溶媒に加えておき、エピタキシ
ャル成長開始温度まで昇温した後、溶質である半導体材
料をソース中に入れることにより、半導体材料を溶質が
飽和するまで溶質に溶かすことができる。このような操
作を一定温度下で行い、あるいは昇温しながら行うこと
で、ソースが過飽和になり表面に溶質が析出することが
防止される。溶質供給後、エピタキシャル成長開始まで
に析出が起こらないように、溶質供給終了時の温度はエ
ピタキシャル成長開始温度と同じであることが望まし
い。

【０１２５】ソースへの溶質供給は、ソースを撹拌しな
がら行うことにより短時間で完了することができる。ま
た、撹拌羽根に溶質の半導体材料を取り付けたり、撹拌
羽根自体やその一部を溶質の半導体材料製にすることが
望ましい。例えば、Ｇａ溶媒を使ったＧａＡｓエピタキ
シャル成長の場合は、ＧａＡｓ製の撹拌羽根を用いるこ
とで、撹拌機構とソース飽和供給とを機構にすることが
できる。

【０１２６】本装置では、１回のエピタキシャル成長終
了後ウェーハホルダからウェーハを取り外し、ウェーハ
ホルダに新たなウェーハを装着し、ソースはそのまま使
用してエピタキシャル成長を繰り返すことができる。ソ
ース供給機構は２回目以降のエピタキシャル成長の前
に、消費された溶質の供給に用いることができる。

【０１２７】１回目のエピタキシャル成長を行う際に、
ウェーハホルダをソース中にディッピングすることでソ
ースの液面が上昇し、その状態でエピタキシャル成長を
行うと、ソース溜の壁面に多結晶が通常のソース液面よ
り高い位置まで析出付着する。この場合、上述したよう
に、撹拌用物体をソース中に出し入れして撹拌する方法
をとることで、高い位置の析出物がソースに浸かり、析
出物を溶解して再利用することが可能である。

【０１２８】次に、図１２（ｂ）に示した構造の赤外Ｌ
ＥＤ用エピタキシャル成長ウェーハを製造するために、
図１１に示された上記装置を用いてＧａをソースの溶媒
に使い、ＧａＡｓとＳｉを溶質に使い、Ｓｉをドープし
たＧａＡｓエピタキシャル成長層を得るときの具体的な
装置の構成及び成長方法を説明する。

【０１２９】加熱炉１０１は、縦型の５段ヒーター炉で
ある。炉本体は長さは１５０ｃｍ、炉内に設置した石英
反応管の内径は３０ｃｍである。高温均熱部１０２は摂
氏±０．５度の範囲で長さが３０ｃｍ、高温均熱部を摂
氏１０００度に加熱した時の低温部１０３の温度は、３
０ｃｍの範囲で摂氏４８２度から摂氏５１４度の傾斜を
有する。

【０１３０】ソース溜台１１３は直径２８ｃｍの石英製
で、その駆動軸は直径１２ｃｍの石英チューブである。
駆動機構１１４は、ソース溜台１１３を１８０度回転さ
せる。

【０１３１】ソース溜１０７は、図１３に示したよう
に、２つのソース溜１０７１及び１０７２を一体化した
構造を有する。このソース溜１０７はカーボン製であ
り、対角線が約２８ｃｍになるように、横幅１７．５ｃ
ｍ、奥行き２１．９ｃｍ、高さ２０ｃｍの直方体の形状
を有する。この直方体に、幅８ｃｍ、奥行き２０．９ｃ
ｍ、深さ１９ｃｍの直方体状の穴が２つ設けられてい
る。この２つの穴が、第１のソース溜１０７１と第２の
ソース溜１０７２となる。ソース溜の外壁とソース溜間
の壁の厚さは０．５ｃｍ、底の厚さは１ｃｍである。

【０１３２】撹拌羽根１１５は、幅５．６ｃｍ、長さ８
ｃｍ、厚さ０．８ｃｍの石英板であり、羽根を駆動する
棒は直径１．４ｃｍの石英棒である。駆動機構１１６
は、石英棒を介して撹拌羽根を回転させ、また上下に動
かすものである。

【０１３３】半導体材料１１７は、直径５ｃｍ、厚さ
２．４ｃｍの円盤状ＧａＡｓ単結晶、駆動棒は直径１．
４ｃｍの石英棒である。駆動機構１１８は石英棒を介し
てＧａＡｓ円盤を上下に動かし、さらに回転させること
もできる。

【０１３４】ガス系１０４は、加熱炉１０１内に水素、
窒素、両者の混合気体を供給し、また真空に引くもので
ある。

【０１３５】ウェーハホルダ１０５はカーボン製であ
り、図６に示されたホルダ板１４ｃを積層し、図２に示
された構造を有する。ウェーハホルダの材料は、熱的耐
性とエピタキシャル成長ソースに対する化学的耐性とを
有する必要があり、さらに高精度の加工が施せる材料で
あることが望ましい。また、母材の表面を他の材料でコ
ートしたものを用いてもよい。具体的には、カーボン以
外に、石英、炭化ケイ素、サファイヤ、その他セラミッ
クなどがあげられる。

【０１３６】次に、上記実施の形態に基づいてエピタキ
シャル成長層を形成した結果について述べる。

【０１３７】第１のソース溜はＧａＡｓエピタキシャル
成長用とし、溶媒として７５００ｇの金属Ｇａと、溶質
として１１９７ｇの多結晶ＧａＡｓと、２２．５ｇのシ
リコン片とを入れた。第２のソース溜はＡｌＧａＡｓエ
ピタキシャル成長用とし、溶媒として７５００ｇの金属
Ｇａと、溶質として２３８．１ｇの多結晶ＧａＡｓと、
３６．７ｇのＡｌワイヤーとを入れた。

【０１３８】ホルダ板４９枚を積層し、箱形のカセット
に納めて一体化してウェーハホルダとし、直径６２ｍ
ｍ、厚さ３００μｍのＳｉドープＮ型ＧａＡｓウェーハ
９８枚をそれぞれのホルダ板に装着してカバーを取り付
けた後、ウェーハホルダを加熱炉内低温部に保持した。
また導体材料１１７と撹拌羽根１１５を低温部に置い
た。

【０１３９】第１のソース溜が、撹拌羽根と半導体材料
の直下になるようにソース溜台１１３の位置を調整し
た。

【０１４０】この状態で炉内を一度真空に引き、ついで
水素で炉内を満たし、常圧になった後は毎分５リットル
の水素を流し続けた。

【０１４１】常圧になると同時に炉の昇温を始め、２時
間後にエピタキシャル成長を開始する温度摂氏９１５度
に達した。

【０１４２】第１のソース溜内のＧａＡｓエピタキシャ
ル成長ソースは、摂氏９１５度では計算上３０ｇのＧａ
Ａｓが未飽和である。摂氏９１５度に達した時点で、半
導体材料１１７を第１のソース溜の中のＧａＡｓエピタ
キシャル成長ソース１０８中まで下げ、毎分１５回の速
度で３０分間回転させた。この工程で、始めにソース溜
に入れておいたＧａＡｓとＳｉは完全に溶解し、さらに
エピタキシャル成長終了後半導体材料１１７の重量を測
定した結果、３２．５ｇがソース中にとけ込んでいた。

【０１４３】３０分の撹拌後、半導体材料１１７を引き
上げ、ソース溜台１１３を半回転させた。この回転によ
り、ＧａＡｓエピタキシャル成長ソース溜はウェーハホ
ルダ１０５直下の位置に、ＡｌＧａＡｓエピタキシャル
成長ソース溜は撹拌羽根１１５の直下の位置に置かれ
た。

【０１４４】次に、ウェーハホルダをソース溜の中でか
つソース液面につからない位置まで下げて、１０分間そ
の位置においた。この位置は均熱帯内部であり、ウェー
ハとソースの温度はほぼ同じである。

【０１４５】１０分後ウェーハホルダをソース内まで下
げ、毎分摂氏０．４度の速度で降温しエピタキシャル成
長を始め、摂氏８６０度でウェーハホルダを引き上げエ
ピタキシャル成長を終えた。

【０１４６】この間、ＧａＡｓがウェーハ上にエピタキ
シャル成長する。ドーパントのＳｉが自然反転するた
め、エピタキシャル成長前半ではＮ型ＧａＡｓエピタキ
シャル成長層が、約摂氏８８０度である反転温度以下の
後半ではＰ型ＧａＡｓエピタキシャル成長層が成長す
る。

【０１４７】ＧａＡｓエピタキシャル成長の間、撹拌羽
根１１５を直下にある第２のソース溜の中のＡｌＧａＡ
ｓエピタキシャル成長ソース中に下げ入れ、毎分１５回
の速度で回転させ、ソースの溶質であるＡｌＧａＡｓと
Ａｌを完全に溶解させた。

【０１４８】摂氏８６０度でＧａＡｓエピタキシャル成
長を終えると同時に、温度は摂氏８６０度に保持した。
撹拌羽根１１５とウェーハホルダ１０５をそれぞれのソ
ース溜から引き上げ、ソース溜台１１３を再度半回転さ
せてソース溜の位置を交換した。

【０１４９】ソース交換の間、ウェーハホルダはソース
溜より外に出したが、炉内の均熱領域内に保持しておい
た。ウェーハホルダを炉外や炉内の低温部に引き上げな
いのは、ウェーハホルダをソースと同じ温度に保ってお
くことで、次回のエピタキシャル成長開始前の予熱を省
略しエピタキシャル成長工程を簡略迅速化するためであ
る。上述した実施の形態によるウェーハホルダのように
密閉度が高いウェーハホルダを用いることで、ウェーハ
を高温下に保持した場合にも熱劣化をさけることができ
る。

【０１５０】引き続き、第２のソース溜のソース内にウ
ェーハホルダをディッピングし、ＡｌＧａＡｓエピタキ
シャル成長を行った。

【０１５１】毎分摂氏０．４度の速度でソースの温度を
下げ、摂氏８２０度でウェーハホルダを低温度まで引き
上げエピタキシャル成長を終了した。

【０１５２】この工程でＡｌＧａＡｓエピタキシャル成
長層を、ＧａＡｓエピタキシャル成長層の上に成長させ
た。

【０１５３】エピタキシャル成長終了後炉の温度を下
げ、低温部の温度が摂氏２００度を切った時点で窒素で
炉内を置換し、ウェーハホルダとウェーハを取り出し
た。

【０１５４】以上の工程で得られたウェーハの構造は図
１２（ａ）のとおりである。Ｎ型ＧａＡｓウェーハ９１
の上に６０μｍ厚のＮ型ＧａＡｓエピタキシャル成長層
９２．４０μｍのＰ型ＧａＡｓエピタキシャル成長層９
３．１０μｍのノンドープＡｌＧａＡｓ層（Ａｌ混晶比
０．７）９４が成長している。エピタキシャル成長後の
表面は、平滑であった。

【０１５５】このウェーハを摂氏５０度の弗酸でエッチ
ングすると、ＡｌＧａＡｓ層９４だけがエッチングされ
る。エッチングを行い、図１２（ｂ）の構造のエピタキ
シャル成長ウェーハを得た。

【０１５６】図１２（ｂ）に示された構造を有するウェ
ーハ９８枚のうち、３枚置きに２５枚のウェーハを劈開
してステインエッチングにより各ウェーハ５点のＧａＡ
ｓエピタキシャル成長層を調べた。Ｎ型ＧａＡｓ層は平
均厚さが５８．４μｍで標準偏差が４．２μｍ、Ｐ型Ｇ
ａＡｓ層は平均厚さが３８．８μｍで標準偏差が２．９
μｍであった。

【０１５７】平均厚さは設計値の６０μｍと４０μｍに
一致し、標準偏差は従来のエピタキシャル成長方法の膜
厚精度が±３０％前後であるのに比べ、格段に改善され
ていた。

【０１５８】以上、Ｇａを溶質にしたＳｉドープＧａＡ
ｓとノンドープＡｌＧａＡｓのエピタキシャル成長を例
に説明したが、他のドーパントを使用したＧａＡｓ、Ａ
ｌＧａＡｓ、ＧａＰ、その他の化合物半導体の液相エピ
タキシャル成長、さらにＳｎやＧａを溶媒にしたＳｉの
液相エピタキシャル成長にも適用することができる。

【０１５９】

【発明の効果】本発明のウェーハホルダは、ウェーハを
向かい合わせに保持し、またウェーハの周辺を覆うなど
してウェーハ周辺の不要なエピタキシャル成長ソースの
存在を制限することで、エピタキシャル成長装置内の多
結晶析出を防止することができ、ウェーハ周辺からウェ
ーハの縁へのソース溶質の拡散を抑制し、均一な厚さや
組成のエピタキシャル成長層を得ることが可能である。

【０１６０】また本発明のエピタキシャル成長装置は、
エピタキシャル成長ソースを均一化し、さらにウェーハ
ホルダにソースを供給する通路に不要なソースや多結晶
の析出を残ることを防止することにより、特に２層以上
の液相エピタキシャル成長を行う際に、均一で制御性の
良いエピタキシャル成長層を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態によるウェーハホル
ダの構成を示した縦断面及び下面図。

【図２】本発明の第２の実施の形態によるウェーハホル
ダの構成を示した縦断面及び下面図。

【図３】同ウェーハホルダにおけるウェーハと注排口と
の位置関係を示した縦断面図。

【図４】本発明の第３の実施の形態によるウェーハホル
ダの構成を示した斜視図。

【図５】同ウェーハホルダを用いてウェーハを収納する
手順を工程別に示した縦断面図。

【図６】本発明の第４の実施の形態によるウェーハホル
ダの構成を示した斜視図及び縦断面図。

【図７】本発明の第５の実施の形態によるエピタキシャ
ル成長方法及びその装置を示した縦断面図。

【図８】本発明の第６の実施の形態によるエピタキシャ
ル成長方法及びその装置を示した縦断面図。

【図９】本発明の第７の実施の形態によるエピタキシャ
ル成長方法及びその装置を示した縦断面図。

【図１０】本発明の第８の実施の形態によるエピタキシ
ャル成長方法及びその装置を示した縦断面図。

【図１１】本発明の第９の実施の形態によるエピタキシ
ャル成長方法及びその装置を示した縦断面図。

【図１２】同エピタキシャル成長方法により得られたウ
ェーハの構成を示した縦断面図。

【図１３】同エピタキシャル成長装置におけるソース溜
の構成を示した縦断面図。

【図１４】従来のエピタキシャル成長装置の構成を示し
た縦断面図。

【図１５】従来の他のエピタキシャル成長装置の構成を
示した縦断面図。

【図１６】従来のディッピング法によるエピタキシャル
成長方法を示した縦断面図。

【図１７】従来の他のディッピング法によるエピタキシ
ャル成長方法を示した縦断面図。

【図１８】従来のエピタキシャル成長方法によりエピタ
キシャル成長を行うときのウェーハとソースとの位置関
係を示した縦断面図。

【符号の説明】

１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃウェーハホルダ１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃカバー１３注排口１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃウェーハホルダ部１５，１０５，１０１０５，５５０５ウェーハ１６ガス抜き口１７段差部１８テーパー部１９押さえ板９１Ｎ型ＧａＡｓウェーハ９２Ｎ型ＧａＡｓエピタキシャル成長層９３Ｐ型ＧａＡｓエピタキシャル成長層９４ノンドープＡｌＧａＡｓ層１０１加熱炉１０２高温均熱部１０３低温部１０４ガス供給系１０５ウェーハホルダ１０６上下駆動機構１０７ソース溜１０７１第１のソース溜１０７２第２のソース溜１０８ソース１０９ヒーター１１０ウェーハ１１１スペーサ１１２溝１１３ソース溜台１１４駆動機構１１５撹拌羽根１１６撹拌羽根駆動機構１１７半導体材料１１８駆動機構１０８１〜１０８５，２２０８，３３０８，５０８１〜
５０８５，６０８１，６０８２ソース流出口１１０９，２０９１，２０９２，３３０９，４４０９，
４０９１，４０９２，５５０９ソース通路１１１０，３３１０前室１１１１，４４１１制御棒１０１０１，３３０１，５５０１本体１０１０２，２２０２，３３０２，３０２３，５５０
２，６６０２ソース溜１０１０３，５５０３排ソース溜１０１０４，５５０４仕切り板１０１０６，３３０６，５５０６エピタキシャル成長
室１０７１，１０７２，２２０７，３３０７，４０７１，
４０７２，５５０７，６０７１，６０７２エピタキシ
ャル成長ソース

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１組の半導体ウェーハの裏面を
内部側壁に接触させ表面が所定間隔を空けて対向するよ
うに保持するウェーハ収納空間を有し、前記ウェーハ収
納空間にソースを注排入する注排口、又は前記ウェーハ
収納空間内にソースを注入する注入口及び前記ウェーハ
収納空間内からソースを排出する排出口が設けられたホ
ルダ本体と、前記ホルダ本体の開口面を覆うホルダカバーと、を備えることを特徴とするウェーハホルダ。
【請求項２】半導体ウェーハの外縁と、前記ホルダ本体
の前記ウェーハ収納空間内の半導体ウェーハの外縁が近
接する壁と、半導体ウェーハの外縁との間に所定の隙間
があり、これにより、半導体ウェーハの外縁部分に入り
込むソースが所定の量に制限されて、この外縁部分付近
においてソースに含まれるエピタキシャル成長原料の半
導体ウェーハの縁部分への拡散が抑制されることを特徴
とする請求項１記載のウェーハホルダ。
【請求項３】前記ウェーハ収納空間内の壁と半導体ウェ
ーハの外縁との間の隙間は、４．９mm以下であることを
特徴とする請求項２記載のウェーハホルダ。
【請求項４】半導体ウェーハの外縁と、前記ホルダ本体
の前記ウェーハ収納空間内の半導体ウェーハの外縁が近
接する壁は、前記注排口、又は注入口及び排出口が存在
する部分を除く半導体ウェーハの外縁の全周との間に、
所定の隙間を空けて半導体ウェーハを保持することを特
徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のウェーハホ
ルダ。
【請求項５】前記ホルダ本体の前記ウェーハ収納空間に
おける半導体ウェーハの外縁と近接する壁には、半導体
ウェーハの裏面側の径が表面側の径よりも大きくなるよ
うにテーパ部又は段差部が設けられていることを特徴と
する請求項１乃至４のいずれかに記載のウェーハホル
ダ。
【請求項６】前記ホルダ本体の前記ウェーハ収納空間の
壁に設けられた前記テーパ部又は段差部は、最小径が半
導体ウェーハの径よりも４mm小さい値以上であることを
特徴とする請求項５記載のウェーハホルダ。
【請求項７】前記ホルダ本体の前記ウェーハ収納空間の
壁に設けられた前記テーパ部又は段差部は、最小径が半
導体ウェーハにおける面取り加工がなされていない箇所
の径以上の値であることを特徴とする請求項５記載のウ
ェーハホルダ。
【請求項８】前記ホルダ本体の前記半導体ウェーハ収納
空間には、半導体ウェーハの外周形状に適合するように
Ｕ字形状又は半円形状のポケットが形成されており、開
口面側から半導体ウェーハを前記ウェーハ収納空間内に
入れられて保持し、前記ホルダ本体の開口面を覆う前記ホルダカバーは、半
導体ウェーハの外周形状に適合するように半円状の面を
有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記
載のウェーハホルダ。
【請求項９】円板状のウェーハ保持板と、このウェーハ
保持板の開口面を除く周辺領域を囲むように設けられた
Ｕ字形状又は半円状の溝部とを有し、少なくとも１組の
半導体ウェーハのそれぞれの裏面が前記ウェーハ保持板
の両面に接触し背中合わせの状態で半導体ウェーハのそ
れぞれの外縁が前記溝部に嵌挿されて保持するホルダ板
と、半導体ウェーハの外周に適合するＵ字形状又は半円形状
の溝部を有し、前記ウェーハ保持板の開口面を覆うよう
にして、前記ウェーハ保持板に保持された半導体ウェー
ハの外縁を溝部に嵌挿されて保持するホルダカバーと、を少なくとも２組備え、前記ホルダ板と前記ホルダカバーとが積層されること
で、所定の間隔を空けて２枚ずつの半導体ウェーハのそ
れぞれの表面が所定の間隔を空けて対向するように保持
されることを特徴とするウェーハホルダ。
【請求項１０】ウェーハ保持板と、このウェーハ保持板
の開口面を除く周辺領域を囲むように設けられたＵ字形
状又は半円状の溝部とを有し、１枚の半導体ウェーハの
裏面が前記ウェーハ保持板の内側底面に接触した状態で
半導体ウェーハの外縁が前記溝部に嵌挿されて保持する
ホルダ板と、半導体ウェーハの外周に適合するＵ字形状又は半円形状
の溝部を有し、前記ウェーハ保持板の開口面を覆うよう
にして、前記ウェーハ保持板に保持された半導体ウェー
ハの外縁を溝部に嵌挿されて保持するホルダカバーと、を少なくとも２組備え、１枚の半導体ウェーハを保持した１組の前記ホルダ板及
び前記ホルダカバーの上面には、他の１枚の半導体ウェ
ーハが挟持されるように他の前記ホルダ板が載置され
て、２枚ずつの半導体ウェーハのそれぞれの表面が所定
の間隔を空けて対向するように保持されることを特徴と
するウェーハホルダ。
【請求項１１】前記ウェーハ保持板の前記溝部に、ソー
スを注入する注入口及びソースを排出する排出口が設け
られており、前記注入口及び排出口には、前記ウェーハ
保持板に保持された半導体ウェーハの略半分の厚さ以上
の段差が形成されていることを特徴とする請求項９又は
１０記載のウェーハホルダ。
【請求項１２】少なくとも２組の前記ウェーハ保持板及
び前記ホルダカバーにより表面が対向するように保持さ
れた２枚の半導体ウェーハの前記所定の間隔が、約０．
３mmから５．０mmであることを特徴とする請求項９乃至
１１のいずれかに記載のウェーハホルダ。
【請求項１３】液相エピタキシャル成長に用いるソース
を収納するソース溜と、前記ソース溜の下方に位置し、半導体ウェーハを収納す
るエピタキシャル成長室と、前記ソース溜と前記エピタキシャル成長室との間に設け
られたソース通路と、前記ソース通路の一部に設けられた前室と、を備え、前記ソース溜に収納されていたソースが前記ソース通路
を通過して前記エピタキシャル成長室に導入される際
に、前記前室においてソースが攪拌されることを特徴と
するエピタキシャル成長装置。
【請求項１４】前記ソース通路との間にソース遮断部を
介して設けられた排ソース溜をさらに備え、前記ソース
遮断部が開口すると、前記ソース通路及び／又は前記前
室に残留したソースが前記排ソース溜に排出されること
を特徴とする請求項１３記載のエピタキシャル成長装
置。
【請求項１５】液相エピタキシャル成長に用いる少なく
とも２種類のソースをそれぞれ別けて収納するソース溜
と、前記ソース溜の下方に位置し、半導体ウェーハを収納す
るエピタキシャル成長室と、前記ソース溜と前記エピタキシャル成長室との間に、ソ
ース毎に別けて設けられたソース通路と、を備えることを特徴とするエピタキシャル成長装置。
【請求項１６】前記ソース通路との間にソース遮断部を
介して設けられた排ソース溜をさらに備え、前記ソース
遮断部が開口すると、前記ソース通路に残留したソース
が前記排ソース溜に排出されることを特徴とする請求項
１５記載のエピタキシャル成長装置。
【請求項１７】前記ソース通路との間にソース遮断部を
介してソース毎に別けて設けられた排ソース溜をさらに
備え、前記ソース遮断部が開口すると、前記ソース通路
に残留したソースが前記排ソース溜にソース毎に別けて
排出されることを特徴とする請求項１５記載のエピタキ
シャル成長装置。
【請求項１８】液相エピタキシャル成長に用いるソース
を収納するソース溜と、半導体ウェーハを保持するウェーハホルダであって、少
なくとも１組の半導体ウェーハの裏面を内部側壁に接触
させ表面が所定間隔を空けて対向するように保持するウ
ェーハ収納空間を有し、前記ウェーハ収納空間にソース
を注排入する注排口、又は前記ウェーハ収納空間内にソ
ースを注入する注入口及び前記ウェーハ収納部内からソ
ースを排出する排出口が設けられたホルダ本体と、前記
ホルダ本体の開口面を覆うホルダカバーとを有するウェ
ーハホルダと、前記ソース溜の下方に位置し、前記ウェーハホルダによ
り保持された半導体ウェーハを収納するエピタキシャル
成長室と、前記ソース溜と前記エピタキシャル成長室との間に設け
られたソース通路と、前記ソース通路の一部に設けられた前室と、を備え、前記ソース溜に収納されていたソースが前記ソース通路
を通過して前記エピタキシャル成長室に導入される際
に、前記前室においてソースが攪拌されることを特徴と
するエピタキシャル成長装置。
【請求項１９】加熱手段により加熱されてほぼ均一な温
度分布を形成する高温均熱領域と、この高温均熱領域よ
りも上方に位置し前記高温均熱領域よりも低温である低
温領域とを有する加熱炉と、前記加熱炉に還元性ガス及び／又は不活性ガスを供給す
るガス供給手段と、前記加熱炉内の前記高温均熱領域に設置され、エピタキ
シャル成長に用いる半導体材料を含む溶質を金属を含む
溶媒に溶解させたソースを入れるソース溜と、複数の半導体ウェーハを保持するウェーハホルダと、前記ウェーハホルダを前記加熱炉内で鉛直方向に移動さ
せ、エピタキシャル成長を行うときは前記ウェーハホル
ダに保持された半導体ウェーハを前記ソース溜内のソー
スに浸すウェーハホルダ移動手段と、前記ソース溜中のソースを攪拌するための攪拌羽根と、
前記攪拌羽根を鉛直方向に移動させて前記攪拌羽根を前
記ソース中に出し入れする攪拌羽根移動手段と、を備えることを特徴とする半導体液相エピタキシャル成
長装置。
【請求項２０】前記溶質を構成する元素を含む半導体部
材と、前記半導体部材を保持する半導体部材保持構造体
と、前記半導体部材保持構造体を鉛直方向に移動させて
前記ソース溜内の前記ソース中に前記半導体部材を出し
入れする半導体部材移動手段と、をさらに備えることを
特徴とする請求項１９記載の半導体液相エピタキシャル
成長装置。
【請求項２１】前記攪拌羽根の少なくとも一部は、前記
溶質を構成する元素を含む半導体材料で形成されている
ことを特徴とする請求項１９又は２０記載の半導体液相
エピタキシャル成長装置。
【請求項２２】加熱手段により加熱されてほぼ均一な温
度分布を形成する高温均熱領域と、この高温均熱領域よ
りも上方に位置し前記高温均熱領域よりも低温である低
温領域とを有する加熱炉と、前記加熱炉に還元性ガス及び／又は不活性ガスを供給す
るガス供給手段と、前記加熱炉内の前記高温均熱領域に設置され、エピタキ
シャル成長に用いる半導体材料を含む溶質を金属を含む
溶媒に溶解させたソースを入れるソース溜と、半導体ウェーハを保持するウェーハホルダであって、少
なくとも１組の半導体ウェーハの裏面を内部側壁に接触
させ表面が所定間隔を空けて対向するように保持するウ
ェーハ収納空間を有し、前記ウェーハ収納空間にソース
を注排入する注排口、又は前記ウェーハ収納空間内にソ
ースを注入する注入口及び前記ウェーハ収納部内からソ
ースを排出する排出口が設けられたホルダ本体と、前記
ホルダ本体の開口面を覆うホルダカバーとを有するウェ
ーハホルダと、前記ウェーハホルダを前記加熱炉内で鉛直方向に移動さ
せ、エピタキシャル成長を行うときは前記ウェーハホル
ダに保持された半導体ウェーハを前記ソース溜内のソー
スに浸すウェーハホルダ移動手段と、前記ソース溜中のソースを攪拌するための攪拌羽根と、
前記攪拌羽根を鉛直方向に移動させて前記攪拌羽根を前
記ソース中に出し入れする攪拌羽根移動手段と、を備えることを特徴とする半導体液相エピタキシャル成
長装置。
【請求項２３】複数の半導体ウェーハをウェーハホルダ
に保持する工程と、前記ウェーハホルダに保持された半導体ウェーハをエピ
タキシャル成長室内に収納する工程と、前記エピタキシャル成長室に還元性ガス及び／又は不活
性ガスを流入する工程と、前記エピタキシャル成長室内が所定温度になるように加
熱する工程と、ソース溜に収納されているソースを前室に流入して攪拌
した後、前記エピタキシャル成長室にソースを導入して
半導体ウェーハにソースを接触させる工程と、前記エピタキシャル成長室内の温度を降下させていき、
半導体ウェーハにエピタキシャル成長を行う工程と、前記エピタキシャル成長室内のソースを排出して、エピ
タキシャル成長を終了する工程と、を備えることを特徴とする半導体液相エピタキシャル成
長方法。
【請求項２４】複数の半導体ウェーハをウェーハホルダ
に保持する工程と、前記ウェーハホルダに保持された半導体ウェーハをエピ
タキシャル成長室内に収納する工程と、前記エピタキシャル成長室に還元性ガス及び／又は不活
性ガスを流入する工程と、前記エピタキシャル成長室内が所定温度になるように加
熱する工程と、ソース溜にソース毎に別けて収納されている少なくとも
２種類のソースのうち、第１のソースを前記エピタキシ
ャル成長室に導入して半導体ウェーハに前記第１のソー
スを接触させる工程と、前記エピタキシャル成長室内の温度を降下させていき、
半導体ウェーハにエピタキシャル成長を行う工程と、前記エピタキシャル成長室内の前記第１のソースを排出
して、エピタキシャル成長を終了する工程と、少なくとも２種類のソースのうち、第２のソースを前記
エピタキシャル成長室に導入して半導体ウェーハに前記
第２のソースを接触させる工程と、前記エピタキシャル成長室内の温度を降下させていき、
半導体ウェーハにエピタキシャル成長を行う工程と、前記エピタキシャル成長室内の前記第２のソースを排出
して、エピタキシャル成長を終了する工程と、を備えることを特徴とする半導体液相エピタキシャル成
長方法。
【請求項２５】複数の半導体ウェーハをウェーハホルダ
に保持する工程であって、少なくとも１組の半導体ウェ
ーハの裏面を内部側壁に接触させ表面が所定間隔を空け
て対向するように保持するウェーハ収納空間を有し、前
記ウェーハ収納空間にソースを注排入させる注排口、又
は前記ウェーハ収納空間にソースを注入させる注入口及
び前記ウェーハ収納空間からソースを排出させる排出口
が設けられたホルダ本体と、前記ホルダ本体の開口面を
覆うホルダカバーとを有するウェーハホルダを用いて、
半導体ウェーハを保持する工程と、前記ウェーハホルダに保持された半導体ウェーハをエピ
タキシャル成長室内に収納する工程と、前記エピタキシャル成長室に還元性ガス及び／又は不活
性ガスを流入する工程と、前記エピタキシャル成長室内が所定温度になるように加
熱する工程と、ソース溜に収納されているソースを前室に流入して攪拌
した後、前記エピタキシャル成長室にソースを導入して
半導体ウェーハにソースを接触させる工程と、前記エピタキシャル成長室内の温度を降下させていき、
半導体ウェーハにエピタキシャル成長を行う工程と、前記エピタキシャル成長室内のソースを排出して、エピ
タキシャル成長を終了する工程と、を備えることを特徴とする半導体液相エピタキシャル成
長方法。
【請求項２６】複数の半導体ウェーハをウェーハホルダ
に保持する工程と、加熱手段により加熱されてほぼ均一な温度分布を形成す
る高温均熱領域と、この高温均熱領域よりも上方に位置
し前記高温均熱領域よりも低温である低温領域とを有す
る加熱炉中の前記低温領域内に、半導体ウェーハを保持
した前記ウェーハホルダを保持する工程と、前記加熱炉に還元性ガス及び／又は不活性ガスを流入す
る工程と、前記加熱炉中の高温均熱領域が所定温度になるように前
記加熱手段により加熱する工程と、前記ウェーハホルダを前記低温領域から前記高温均熱領
域の位置まで下げて、前記ウェーハホルダ及び半導体ウ
ェーハを前記所定温度まで昇温させる工程と、前記ウェーハホルダ及び半導体ウェーハを下方へ移動さ
せ、エピタキシャル成長に用いる半導体材料を含む溶質
を金属を含む溶媒に溶解させたソースを入れたソース溜
内の前記ソースに入れる工程と、前記高温均熱領域の温度を降下させていき、半導体ウェ
ーハにエピタキシャル成長を行う工程と、前記ウェーハホルダを前記ソースから引き出してエピタ
キシャル成長を終了する工程と、を備えることを特徴とする半導体液相エピタキシャル成
長方法。
【請求項２７】複数の半導体ウェーハをウェーハホルダ
に保持する工程と、加熱手段により加熱されてほぼ均一な温度分布を形成す
る高温均熱領域と、この高温均熱領域よりも上方に位置
し前記高温均熱領域よりも低温である低温領域とを有す
る加熱炉中の前記低温領域内に、半導体ウェーハを保持
した前記ウェーハホルダを保持する工程と、前記加熱炉に還元性ガス及び／又は不活性ガスを流入す
る工程と、前記加熱炉中の高温均熱領域が所定温度になるように前
記加熱手段により加熱する工程と、前記ウェーハホルダを前記低温領域から前記高温均熱領
域の位置まで下げて、前記ウェーハホルダ及び半導体ウ
ェーハを前記所定温度まで昇温させる工程と、前記加熱炉の前記高温均熱領域内に異なる第１、第２の
ソースをそれぞれ入れた第１、第２のソース溜が設置さ
れており、前記第１のソース内に、前記ウェーハホルダ
及び半導体ウェーハを下方へ移動させて入れる工程と、前記高温均熱領域の温度を降下させていき、半導体ウェ
ーハに１回目のエピタキシャル成長を行い第１のエピタ
キシャル層を形成する工程と、前記ウェーハホルダを前記第１のソースから引き出して
１回目のエピタキシャル成長を終了する工程と、前記第２のソース内に、前記ウェーハホルダ及び半導体
ウェーハを下方へ移動させて入れる工程と、前記高温均熱領域の温度を降下させていき、前記第１の
エピタキシャル層の表面に２回目のエピタキシャル成長
を行い第２のエピタキシャル層を形成する工程と、前記ウェーハホルダを前記第２のソースから引き出して
２回目のエピタキシャル成長を終了する工程と、を備えることを特徴とする半導体液相エピタキシャル成
長方法。
【請求項２８】複数の半導体ウェーハをウェーハホルダ
に保持する工程であって、少なくとも１組の半導体ウェ
ーハの内部裏面を側壁に接触させ表面が所定間隔を空け
て対向するように保持するウェーハ収納空間を有し、前
記ウェーハ収納空間にソースを注排入させる注排口、又
は前記ウェーハ収納空間内にソースを注入させる注入口
及び前記ウェーハ収納空間内からソースを排出させる排
出口とを有するホルダ本体と、前記ホルダ本体の開口面
を覆うホルダカバーとを有するウェーハホルダを用い
て、半導体ウェーハを保持する工程と、加熱手段により加熱されてほぼ均一な温度分布を形成す
る高温均熱領域と、この高温均熱領域よりも上方に位置
し前記高温均熱領域よりも低温である低温領域とを有す
る加熱炉中の前記低温領域内に、半導体ウェーハを保持
した前記ウェーハホルダを保持する工程と、前記加熱炉に還元性ガス及び／又は不活性ガスを流入す
る工程と、前記加熱炉中の高温均熱領域が所定温度になるように前
記加熱手段により加熱する工程と、前記ウェーハホルダを前記低温領域から前記高温均熱領
域の位置まで下げて、前記ウェーハホルダ及び半導体ウ
ェーハを前記所定温度まで昇温させる工程と、前記ウェーハホルダ及び半導体ウェーハを下方へ移動さ
せ、エピタキシャル成長に用いる半導体材料を含む溶質
を金属を含む溶媒に溶解させたソースを入れたソース溜
内の前記ソースに入れる工程と、前記高温均熱領域の温度を降下させていき、半導体ウェ
ーハにエピタキシャル成長を行う工程と、前記ウェーハホルダを前記ソースから引き出してエピタ
キシャル成長を終了する工程と、を備えることを特徴とする半導体液相エピタキシャル成
長方法。