JPS627696A - 液相エピタキシャル成長方法及びその装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、混晶エピタキシャル層を形成する液相エピタ
キシャル成長方法及びその装置に係り、特に基板上に成
長する結晶の厚さ方向の混晶比を任意に制御する方法及
びその装置に関するもので、例えば厚さが５０μｍ以上
の混晶エピタキシャル層を有するウェハの生産に適用す
れば重度性において浸れたものとなる。

［従来の技術］ 例えば、ＧａＡｆＡｓなどの混晶エピタキシャル層を厚
く成長させた場合には、ガリウム中のアルミニウムの偏
析係数が大きすぎて、厚さ方向で混晶比の均一なエピタ
キシャル層を冑るのは非常に難しい。したがって、一般
的な横型炉方式の液相成長法によって　１００μｍ程度
の厚さになるまで成長させたときに、エピタキシャル結
晶と基板の界面でアルミ混晶比が０．６程度あったとし
ても、エピタキシセル層の表面はほとんどゼロになって
しまう。

そこで、従来、このようなことがないように、温度勾配
を利用してアルミニウムを成長用溶液中に均一に拡散さ
せる特殊な成長方法が採用された。

即ち、この方法は、昇温後成長用溶液の上方に、混入し
たアルミニウムが溜まる傾向にあることから、成長用溶
液溜め内の成長用溶液にその上下方向に温度勾配を持た
せ、冷却の下げ幅を上方で太き（下方で小さくするよう
にしてアルミ混晶比を厚さ方向で均一にしている 装置面では上述した温度勾配を持たせるために、成長用
溶液溜めの外周に縦方向に加熱ヒータを設けて、この加
熱ヒータに流れる電流を制御している。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、成長方法が特殊であるため作業性が悪く、し
かも基板を水平にして溶液と接触さけるので、１度に扱
うことができる基板枚数が極端に少なくなり、ウェハの
大型化が難しり、量産性に劣っていた。

また加熱ヒータの電流制御によって所望の温度勾配を形
成するのが難しかった。

［発明の目的］ 本発明の目的は、前述した従来技術の問題点を解消し、
偏析が問題となり混晶比の制御が難しい混晶エピタキシ
ャル層における厚さ方向の混晶比を同一のみならず任意
に制御することが可能で、しかもウェハの大型化や量産
化が容易な液相エピタキシセル成長方法及びその装置を
提供することである。

［発明の概要］ 上記目的に沿う第１の発明の液相エピタキシャル成長方
法は、実施例に対応する第１図に示すように、成長用溶
液溜め３の上方に成長用溶液２と非接触状態で予め起立
保持されている基板６に対して、成長用溶液溜め３の中
の成長用溶液２の液位を昇降移動させ、基板６と溶液２
との接触・非接触を繰り返す。

この繰り返しの際、すなわち液位を下降させて基板６と
溶液が非接触状態にあるとき、混晶用溶液溜め８から任
意量の混晶用溶液７を成長用溶液溜めに供給して成長用
溶液に添加する。これによって、基板６上に成長する結
晶の厚さ方向の混晶比が任意の値に制御される。

また、上記目的に沿う第２の発明の液相エピタキシャル
成長装置は、第１の発明方法を実施するための装置であ
って複数の基板６を内部に起立保持する中空の基板ホル
ダ部５と、ホルダ部の下部にホルダ部内部と連通ずるよ
うに取り付けられ成長用溶液を収容する成長用溶液溜め
３を備えている。この成長用溶液溜め３には液位昇降手
段４０が設けられて、成長用溶液溜め３内の成長用溶液
２の液位を、基板６と接触したり、その接触を断ったり
するように昇降させる。

一方、成長用溶液溜め３の上部には混晶用溶液７を収容
する混晶用溶液溜め８が設けられ、この混晶用溶液溜め
底部にスライダ１０がスライド自在に設けられている。

そして、このスライダ１゜には貫通して形成された移送
用溶液溜め１１が設けられてスライダ１０を一方向にス
ライドすると混晶用溶液溜め８と連通して混晶用溶液７
を一定量収容し、逆方向にスライドすると成長用溶液溜
め３と連通して収容した一定量の混晶用溶液７を成長用
溶液溜め３に落下させる。

基板６を起立してセットすることにより、水平にセット
する場合と異なり、多数枚の基板がセットできるように
なる。また、反応炉を昇温後、成長用溶液２の液位を上
昇させて基板６と成長用溶液２の接触状態を保持しつつ
徐冷していくと、各基板６上に同時にエピタキシャル層
が成長する。

逆に成長用溶液２の液位を下降させると、基板６との接
触状態が断たれてエピタキシャル層成長が終了する。成
長終了後また昇温して上記工程を繰り返すことにより、
順次厚いエピタキシャル層が基板上に得られる。このよ
うに、成長用溶液の液位の昇降を繰り返すことによりエ
ピタキシャル層を成長させるのであり、液位の上昇量を
増加するに伴なってより広い面積の基板との接触が確保
される。そして、エピタキシャル成長を完了した基板は
新しい基板と交換されるが、成長用溶液は成長用溶液溜
めに自重によって戻るので、交換や移し替えの必要はな
い。

ところで、成長用溶液２の液位が降下して成長用溶液溜
め３に戻っているときに、スライダ１０を１往復スライ
ドすると一定量の混晶用溶液が成長用溶液に添加される
。これを繰り返すことにより任意量の混晶用溶液が補給
される。この任意量の混晶用溶液の補給によって基板上
に成長するエピタキシャル層の厚さ方向の混晶比が任意
に制御される。

本発明は、ＧａＡｌＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体、あるいは■−■族化合物半導体の混晶エピタキシャ
ルウェハの成長すべてに適用できる。

［実施例］ 本発明の実施例を第１図〜第２図に基づいて説明すれば
以下の通りである。

第１図は本発明方法を実施するための液相エピタキシャ
ル装置の一実施例を示す。

１は成長用溶液２を収容する、上部に開口した成長用溶
液溜め３を形成した溶液収容部である。

この溶液収容部１には液位昇降手段としてのピストン４
が設けられる。このピストン４は溶液収容部１の一側か
ら成長用溶液溜め３に横方向に形成した挿通孔に挿通さ
れて、その先端を成長用溶液溜め３内に出没させること
により成長用溶液２の液位を昇降動させるようになって
いる。

このようなピストン４を出没自在に設けた溶液収容部１
の上部前方（ピストン４の押し出し方向側）に、上下が
開口して、その下部が成長用溶液溜り２と連通ずる中空
の基板ホルダ部５が取り付けられ、その基板ホルダ部５
内には複数の基板６を、例えば互いに向い合った配置で
起立保持できるようになっている。したがって、ピスト
ン４を押し出すと、押し上げられた成長用溶液２は基板
ホルダ部５内に侵入して基板６と接触し、逆にピストン
４を没入すると、成長用溶液２の液位が降下して基板６
との接触が断たれるようになっている。

また、溶液収容部１の上部後方に混晶用溶液７を収容す
る混晶用溶液溜め８が取り付けられる。

この混晶用溶液溜め８の底部は開口しており、この開口
底部には、これに沿って横方向に形成した挿通孔９が設
（ブられ、この挿通孔を介して混晶用溶液溜め８と成長
用溶液溜め３とが連通している。

挿通孔９には混晶用溶液溜め８の開口底部と挿通孔を閉
塞するスライダ１０がピストン４と同じ方向にスライド
自在に挿通されている。

このスライダ１０の途中には、これを縦方向に貫通する
一定容積の移送用溶液溜め１１が形成され、スライダ１
１を引き方向にスライドすると混晶用溶液溜め８と連通
して混晶用溶液７を一定量収容し、押し出し方向にスラ
イダ１０をスライドすると成長用溶液溜め３と連通して
収容した一定層の混晶用溶液７を成長用溶液溜め３に落
下させるようになっている。

本実施例では、上記スライダ用の挿通孔９や混晶用溶液
溜め８は、基板ホルダ部５の一側の肉厚部に一体形成し
た例を示しているが、別体でもよく、また基板ホルダ部
５は溶液収容部１に一体的に取り付けても、あるいは着
脱自在に取り付けてもよい。

そして上記した成長装置の作業順序をＱａΔ２Ａｓエピ
タキシャル成長方法に適用した具体例について述べる。

予め、基板ホルダ部５に２インチウェハを向かい合った
配置で３０枚セットし、成長用溶液溜め３にはＱａｌ、
５００ｇとＧａＡｓ６０ｇを、混晶用溶液溜め８にはＱ
　ａ５０ｇとＡＩ！５ａをそれぞれセットしておき、こ
ようにセットした本成長装置を横型反応管（図示せず）
に挿入して内部をＨ２ガスと置換する。

］１２ガスと置換後、最初に反応炉を８００℃の成長開
始温度まで貸温し、昇温後スライダ１０を１０回往復さ
せてＡρの溶けたＧａ溶液を成長用溶液溜め３内に落下
させる。本実施例では１回の往復でＡ　Ｉ！　１２０ｍ
ｇとＧａ１，２ａの溶液が落下する。落下したＡβの溶
けたＧａ溶液は成長用溶液中に拡散する。落下侵、ピス
トン４を押し出してＧａＡＳの成長用溶液を押し上げ、
基板６と接触させる。

接触後５分したら徐冷を開始し結晶成長を行なう。

３０分間接触させた後、ピストン４を没入させると押し
上げられた成長用溶液は降下して成長用溶液溜め３に自
重で戻り、成長は停止する。

次に、炉を再度８００℃まで昇温する。このときに、ま
たスライダ１０を往復動させて上記したのと等量となる
ように不足分のＡ（の溶けたＧａ溶液を成長用溶液に補
給する。昇温後２０分したら直ちにピストン４を押し出
して成長用溶液と基板６とを接触させる。このとき、炉
がまだ安定していないため基板表面が多少メルトバック
される傾向がある。接触後５分したら徐冷を開始し再度
成長を行なう。

以上の工程を繰り返すことにより、序膜のＧａＡｆｆｉ
Ａｓエピタキシせルウエバを得ることができる。本実施
例では昇温工程を２０回繰り返すことにより、厚さ１５
０μｍ１表面混晶比０．２５で厚さ方向に均一性の極め
て良好なＧａＡβＡｓ混晶エピタキシャル層を成長させ
ることができた。

このように、本実施例によれば１度に２インチサイズで
３０枚程度の厚さ５０μｍ以上の混晶エピタキシャル成
長が可能であり、このようなウェハの大型化と量産化を
達成することができるのは、基板を起立してセットする
と共に成長用溶液の液位の昇降を繰り返すことにより、
エピタキシャル層の厚さを増加させるようにしたからで
あり、また、厚さ方向の混晶比を均一化させることがで
きるのは、成長用溶液が溶液溜めに戻っているときに、
混晶用溶液の不足分を補給することによって混晶比を調
整しているからである。

なお、上記実施例においては、混晶比が厚さ方向で均一
なエピタキシャルウェハの場合について述べたが、混晶
用溶液の添加量により、第２図に示すように、混晶比が
厚さ方向で増加したり、あるいは減少したり、更には２
段ステップになったり等、いろいろな種類のプロファイ
ルをもったエピタキシャル層の成長が可能である。また
数μｍの付近の薄い厚さであれば、急激に混晶比が増加
するエピタキシャル層の成長も可能である。

更に、Ａ″ββ以外析係数の大ぎなドーパントを入れて
も、厚さ方向でキャリア濃度が均一なＪｌ膜エピタキシ
ャル層の成長が可能となる。

［発明の効果１ 以上要するに本発明によれば次のような優れた効果を発
揮する。

（１）　　成長用溶液に温度勾配を持たせる必要もなく
、成長用旧位の液位の昇降と混晶用溶液の補給との繰り
返しにより、任意の厚さで任意の混晶比のエピタキシャ
ル層を基板上に成長させることができる。また、基板を
起立させたことにより１回に扱える枚数は任意であり、
同時に多数の基板をセットすることが可能で、しかも原
料溶液が基板の下方に戻るため、基板を交換するだけで
原ｎｗＪ液は交換も移し換えも不要で何度でもそのまま
使用できるので、従来の方法に比べて作業性もよく、ウ
ェハの大型化が可能で量産向きとなる。

（２）　　一定量の混晶用溶液を成長用溶液溜めに落下
させるには、混晶用溶液溜め内にピストンを押し出し、
この押し出しによる混晶用溶液溜め上部からの溢流液を
利用してもよいが、前述した本発明装置を使用し、移送
用溶液溜め付きスライダを往ｖ１紡させるようにすれば
、スト０−りの調節をすることなく、所定ａの混晶用溶
液を補給できるようになって、作業は一層容易で供給落
下員の秤ｍｇｉ度を上げることができる。また、ｍ　１
１１勾配用の加熱ヒータも不要で、その電流＄り罪も行
なう必要がなく、ｉ＄１１４ｉな機械的構成のみから成
ついるので、従来の装置に比して耐久性、操作性が良い
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る液相エピタキシャル成長装置の一
実施例を示す縦断面図、第２図は本発明を実施した場合
に可能な混晶比の厚さ方向のプロファイルを示す線図で
ある。 図中、２は成長用溶液、３は成長用溶液溜め、４はピス
トン、５は基板ホルダ部、６は基板、７は混晶用溶液、
８は混晶用溶液溜め、１０はスライダ、１１は移送用溶
液溜め、４０は液位昇降手段である。 特許出願人　　　　日立電線株式会社 代理人弁理士　　　絹　　谷　　信　　雄第１図 は） 第 １？　、ｆ　ｆ山 （ｂ）“ ａ図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）成長用溶液溜めの上方に成長用溶液と非接触状態
   で起立保持されている基板に対し、成長用溶液の液位を
   昇降移動させて基板との接触・非接触を繰り返し、この
   繰り返しの際に混晶用溶液溜めから任意量の混晶溶液を
   成長用溶液溜めに供給することにより、基板上に成長す
   る結晶の厚さ方向の混晶比を任意に制御することを特徴
   とする液相エピタキシャル成長方法。
2. （２）複数の基板を内部に起立保持する中空基板ホルダ
   部と、該ホルダ部の下部にホルダ部内部と連通するよう
   に取り付けられ成長用溶液を収容する成長用溶液溜めと
   、該成長用溶液溜めに設けられ成長用溶液の液位を昇降
   する液位昇降手段と、上記成長用溶液溜めの上部に設け
   られ混晶用溶液を収容する混晶用溶液溜めと、該混晶用
   溶液溜め底部にスライド自在に設けられたスライダと、
   該スライダを貫通して形成され、スライダを一方向にス
   ライドすると混晶用溶液溜めと連通して混晶用溶液を一
   定量収容し、逆方向にスライドすると成長用溶液溜めと
   連通して収容した一定量の混晶用溶液を成長用溶液溜め
   に落下させる移送用溶液溜めとで構成されていることを
   特徴とする液相エピタキシャル成長装置。