JP2003257867A - 気相成長装置及び気相成長方法 - Google Patents
気相成長装置及び気相成長方法Info
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- JP2003257867A JP2003257867A JP2002052511A JP2002052511A JP2003257867A JP 2003257867 A JP2003257867 A JP 2003257867A JP 2002052511 A JP2002052511 A JP 2002052511A JP 2002052511 A JP2002052511 A JP 2002052511A JP 2003257867 A JP2003257867 A JP 2003257867A
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】反応炉内のサセプタ中心部分から基板到達直前
までの領域の温度を厳密に制御して、電子移動度の向上
を図ると共に、基板面内の電子移動度のバラツキを抑
え、また原料効率を高めることを可能にする。 【解決手段】板状のサセプタ２に、複数の基板３を、サ
セプタ中心から少し離れた位置にて周方向に配設し、且
つ面をガス流路４側に向けて支持し、その基板３の裏面
側からサセプタ１をヒータ５で加熱し、サセプタ中心部
分から放射状に原料ガスを流し、加熱された基板３上で
半導体結晶をエピタキシャル成長させる気相成長装置に
おいて、サセプタ中心部分から半径方向外方にかけて複
数個の独立に制御可能な成長用加熱ヒータ５ａ〜５ｅを
順次配設すると共に、上記成長用加熱ヒータ５ａ〜５ｅ
により、サセプタ中心部分から基板３までの領域の温度
を、基板３上の温度よりも低く制御する。
までの領域の温度を厳密に制御して、電子移動度の向上
を図ると共に、基板面内の電子移動度のバラツキを抑
え、また原料効率を高めることを可能にする。 【解決手段】板状のサセプタ２に、複数の基板３を、サ
セプタ中心から少し離れた位置にて周方向に配設し、且
つ面をガス流路４側に向けて支持し、その基板３の裏面
側からサセプタ１をヒータ５で加熱し、サセプタ中心部
分から放射状に原料ガスを流し、加熱された基板３上で
半導体結晶をエピタキシャル成長させる気相成長装置に
おいて、サセプタ中心部分から半径方向外方にかけて複
数個の独立に制御可能な成長用加熱ヒータ５ａ〜５ｅを
順次配設すると共に、上記成長用加熱ヒータ５ａ〜５ｅ
により、サセプタ中心部分から基板３までの領域の温度
を、基板３上の温度よりも低く制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は気相成長装置及び気
相成長方法に係り、特にサセプタ内の温度を領域毎に精
密に制御して基板面内の電子移動度等の特性のバラツキ
をなくし、且つ原料の消費を抑える技術に関するもので
ある。
相成長方法に係り、特にサセプタ内の温度を領域毎に精
密に制御して基板面内の電子移動度等の特性のバラツキ
をなくし、且つ原料の消費を抑える技術に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】半導体には、Ｓｉ（シリコン）、ＧａＡ
ｓ（ガリウム砒素）、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウ
ム砒素）等がある。ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓなどの化合
物からなる半導体は化合物半導体と呼ばれ、Ｓｉ半導体
に比べて、電子移動度が高いという特長がある。この特
長をいかして、ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓは高速動作や高
効率動作を要求されるデバイスに多く用いられている。
代表例としてＨＥＭＴ（High Electron Mobility Trans
istor）が挙げられる。ＨＥＭＴは衛星放送用受信アン
テナに用いられており、衛星からの微弱な高周波信号を
低雑音で増幅できる。
ｓ（ガリウム砒素）、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウ
ム砒素）等がある。ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓなどの化合
物からなる半導体は化合物半導体と呼ばれ、Ｓｉ半導体
に比べて、電子移動度が高いという特長がある。この特
長をいかして、ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓは高速動作や高
効率動作を要求されるデバイスに多く用いられている。
代表例としてＨＥＭＴ（High Electron Mobility Trans
istor）が挙げられる。ＨＥＭＴは衛星放送用受信アン
テナに用いられており、衛星からの微弱な高周波信号を
低雑音で増幅できる。
【０００３】ＨＥＭＴのおおまかな構造を図４に示す。
このＨＥＭＴは、基板上に結晶成長したバッファ層、チ
ャネル層、スペーサ層、キャリア供給層、及びコンタク
ト層よりなる。コンタクト層は電極を形成するための層
である。キャリア供給層はｎ型ドーパントがドーピング
されており、発生した自由電子をチャネル層へ供給す
る。スペーサ層はチャネル層の自由電子がキャリア供給
層のｎ型不純物によりイオン散乱されるのを防ぐ働きが
ある。チャネル層は自由電子が流れる層であり、高純度
である必要がある。バッファ層は基板表面の残留不純物
による、デバイス特性劣化を防ぐ働きがある。基板は単
結晶成長するための下地である。
このＨＥＭＴは、基板上に結晶成長したバッファ層、チ
ャネル層、スペーサ層、キャリア供給層、及びコンタク
ト層よりなる。コンタクト層は電極を形成するための層
である。キャリア供給層はｎ型ドーパントがドーピング
されており、発生した自由電子をチャネル層へ供給す
る。スペーサ層はチャネル層の自由電子がキャリア供給
層のｎ型不純物によりイオン散乱されるのを防ぐ働きが
ある。チャネル層は自由電子が流れる層であり、高純度
である必要がある。バッファ層は基板表面の残留不純物
による、デバイス特性劣化を防ぐ働きがある。基板は単
結晶成長するための下地である。
【０００４】表１に示したＨＥＭＴエピタキシャルウェ
ハの従来の成長方法を以下に述べる。
ハの従来の成長方法を以下に述べる。
【０００５】図３は、気相成長に用いられる従来の成長
炉であり、基板はサセプタと呼ばれる板の下側にフェイ
スダウンでセットされ、真上にある基板加熱用ヒータ５
で加熱される。サセプタ１は、成長中、回転している。
下から上に向かう原料ガス６が、サセプタ１の下を、そ
のサセプタ中心部から半径方向外側に流れ、加熱された
基板上で分解し、基板に結晶成長する。
炉であり、基板はサセプタと呼ばれる板の下側にフェイ
スダウンでセットされ、真上にある基板加熱用ヒータ５
で加熱される。サセプタ１は、成長中、回転している。
下から上に向かう原料ガス６が、サセプタ１の下を、そ
のサセプタ中心部から半径方向外側に流れ、加熱された
基板上で分解し、基板に結晶成長する。
【０００６】この成長炉は、軸２を中心として回転する
板状のサセプタ１に、半導体ウェハから成る複数の基板
３を、サセプタ中心から少し離れた位置にて周方向に配
設し、且つ面をガス流路４側に向けて支持し、その基板
３の裏面側のサセプタ１の上方に基板加熱用ヒータ（成
長用加熱ヒータ）５を配置し、このヒータ５でサセプタ
１を加熱し、サセプタ中心部分から放射状に原料ガス６
を流し、加熱された基板３上で半導体結晶をエピタキシ
ャル成長させる気相成長装置として構成されている。
板状のサセプタ１に、半導体ウェハから成る複数の基板
３を、サセプタ中心から少し離れた位置にて周方向に配
設し、且つ面をガス流路４側に向けて支持し、その基板
３の裏面側のサセプタ１の上方に基板加熱用ヒータ（成
長用加熱ヒータ）５を配置し、このヒータ５でサセプタ
１を加熱し、サセプタ中心部分から放射状に原料ガス６
を流し、加熱された基板３上で半導体結晶をエピタキシ
ャル成長させる気相成長装置として構成されている。
【０００７】エピタキシャル層を成長させる基板３をサ
セプタ１にセットし、成長炉内で加熱する。成長炉内に
原料ガス６を供給すると、原料ガス６が熱により分解
し、基板３上にエピタキシャル層が成長する。
セプタ１にセットし、成長炉内で加熱する。成長炉内に
原料ガス６を供給すると、原料ガス６が熱により分解
し、基板３上にエピタキシャル層が成長する。
【０００８】原料として、ｉ−ＧａＡｓを成長する場合
には、Ｇａ原料のＧａ（ＣＨ3）3（トリメチルガリウ
ム）とＡｓ原料のＡｓＨ3（アルシン）を基板に供給す
る。なお、Ｇａ原料として他にＧａ（ＣＨ3ＣＨ2）
3（トリエチルガリウム）がある。Ａｓ原料として他に
Ａｓ（ＣＨ3）3（トリメチル砒素）、ＴＢＡ（ターシャ
リーブチルアルシン）がある。
には、Ｇａ原料のＧａ（ＣＨ3）3（トリメチルガリウ
ム）とＡｓ原料のＡｓＨ3（アルシン）を基板に供給す
る。なお、Ｇａ原料として他にＧａ（ＣＨ3ＣＨ2）
3（トリエチルガリウム）がある。Ａｓ原料として他に
Ａｓ（ＣＨ3）3（トリメチル砒素）、ＴＢＡ（ターシャ
リーブチルアルシン）がある。
【０００９】ｉ−Ａｌ0.25ＧａＡｓを成長する場合に
は、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3、及びＡｌ原料のＡｌ
（ＣＨ3）3（トリメチルアルミニウム）を基板に供給す
る。なお、Ａｌ原料として他にＡｌ（ＣＨ3ＣＨ2）
3（トリエチルアルミニウム）がある。Ａｌ0.25ＧａＡ
ｓとはＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを略したものであり、Ａｌ
とＧａの比が０．２５：０．７５であることを意味す
る。
は、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3、及びＡｌ原料のＡｌ
（ＣＨ3）3（トリメチルアルミニウム）を基板に供給す
る。なお、Ａｌ原料として他にＡｌ（ＣＨ3ＣＨ2）
3（トリエチルアルミニウム）がある。Ａｌ0.25ＧａＡ
ｓとはＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを略したものであり、Ａｌ
とＧａの比が０．２５：０．７５であることを意味す
る。
【００１０】ｉ−Ｉｎ0.20ＧａＡｓを成長する場合に
は、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3、及びＩｎ原料のＩｎ
（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）を基板に供給す
る。Ｉｎ0. 20ＧａＡｓとはＩｎ0.20Ｇａ0.80Ａｓを略し
たものであり、ＩｎとＧａの比が０．２０：０．８０で
あることを意味する。
は、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3、及びＩｎ原料のＩｎ
（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）を基板に供給す
る。Ｉｎ0. 20ＧａＡｓとはＩｎ0.20Ｇａ0.80Ａｓを略し
たものであり、ＩｎとＧａの比が０．２０：０．８０で
あることを意味する。
【００１１】ｎ−ＧａＡｓを成長する場合には、Ｇａ
（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びｎ型ドーパントを基板に供給
する。ｎ型ドーパントの元素としてはＳｉやＳｅ（セレ
ン）がある。Ｓｉ原料としてＳｉＨ4（モノシラン）、
Ｓｉ2Ｈ6（ジシラン）がある。Ｓｅ原料としてはＨ2Ｓ
ｅ（セレン化水素）がある。
（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びｎ型ドーパントを基板に供給
する。ｎ型ドーパントの元素としてはＳｉやＳｅ（セレ
ン）がある。Ｓｉ原料としてＳｉＨ4（モノシラン）、
Ｓｉ2Ｈ6（ジシラン）がある。Ｓｅ原料としてはＨ2Ｓ
ｅ（セレン化水素）がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術では、反応炉内に一体型の基板加熱用ヒータしか備え
ていないため、各領域での温度制御をすることが出来な
かった。すなわち、従来の気相成長装置の場合、図３に
示したように、一体型の基板加熱用ヒータ５が、サセプ
タ１の直径を覆う大きさで設けられ、基板の存在しない
中心部分から基板までの領域も、基板の存在する領域
も、この一つの基板加熱用ヒータ５で共通に加熱すると
いう構成となっていた。
術では、反応炉内に一体型の基板加熱用ヒータしか備え
ていないため、各領域での温度制御をすることが出来な
かった。すなわち、従来の気相成長装置の場合、図３に
示したように、一体型の基板加熱用ヒータ５が、サセプ
タ１の直径を覆う大きさで設けられ、基板の存在しない
中心部分から基板までの領域も、基板の存在する領域
も、この一つの基板加熱用ヒータ５で共通に加熱すると
いう構成となっていた。
【００１３】ところが、このような従来の気相成長装置
において、反応炉内の温度を一括で制御すると、表２の
左側に「成長炉内一括温度制御」の欄として示すよう
に、電子移動度の基板面内のバラツキが±６．１％もあ
り、均一性に問題があった。なお、電子移動度とは、電
子が半導体結晶中を動く速度であり、単位はcm2・Ｖ-1
・ｓ-1である。電子移動度はvan der Pauw法によるホー
ル測定で求められる。
において、反応炉内の温度を一括で制御すると、表２の
左側に「成長炉内一括温度制御」の欄として示すよう
に、電子移動度の基板面内のバラツキが±６．１％もあ
り、均一性に問題があった。なお、電子移動度とは、電
子が半導体結晶中を動く速度であり、単位はcm2・Ｖ-1
・ｓ-1である。電子移動度はvan der Pauw法によるホー
ル測定で求められる。
【００１４】また従来技術では、反応炉内の温度がほぼ
同じになるため、原料ガス及び希釈用ガスを原料供給口
であるサセプタ中心部から基板に到達するまでの領域で
分解してしまうことになり、基板に到達する前に原料を
消費してしまう。表３に同じ原料使用量での成長速度の
違いの具体例を示した。すなわち、従来の成長炉内一括
温度制御（表３の左側欄）の場合、ｉ−ＧａＡｓとｉ−
Ａｌ0.25ＧａＡｓでの原料効率（％）が５．５％、５．
４％にとどまっている。
同じになるため、原料ガス及び希釈用ガスを原料供給口
であるサセプタ中心部から基板に到達するまでの領域で
分解してしまうことになり、基板に到達する前に原料を
消費してしまう。表３に同じ原料使用量での成長速度の
違いの具体例を示した。すなわち、従来の成長炉内一括
温度制御（表３の左側欄）の場合、ｉ−ＧａＡｓとｉ−
Ａｌ0.25ＧａＡｓでの原料効率（％）が５．５％、５．
４％にとどまっている。
【００１５】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、半導体製造装置の反応炉内のサセプタ中心部分から
基板到達直前までの領域の温度を厳密に制御し、これに
より電子移動度の向上と、基板面内の電子移動度のバラ
ツキを抑えると共に、原料効率を高めて生産性を向上さ
せることを可能にした気相成長装置及び気相成長方法を
提供することにある。
し、半導体製造装置の反応炉内のサセプタ中心部分から
基板到達直前までの領域の温度を厳密に制御し、これに
より電子移動度の向上と、基板面内の電子移動度のバラ
ツキを抑えると共に、原料効率を高めて生産性を向上さ
せることを可能にした気相成長装置及び気相成長方法を
提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、次のように構成したものである。
め、本発明は、次のように構成したものである。
【００１７】請求項１の発明に係る気相成長装置は、板
状のサセプタに、複数の基板を、サセプタ中心から少し
離れた位置にて周方向に配設し、且つ面をガス流路側に
向けて支持し、その基板の裏面側からサセプタをヒータ
で加熱し、サセプタ中心部分から放射状に原料ガスを流
し、加熱された基板上で半導体結晶をエピタキシャル成
長させる気相成長装置において、サセプタ中心部分から
半径方向外方にかけて複数個の独立に制御可能な成長用
加熱ヒータを順次配設すると共に、上記成長用加熱ヒー
タを制御して、サセプタ中心部分から基板までの領域の
温度を、基板上の温度よりも低く保持する制御手段を設
けたことを特徴とする。
状のサセプタに、複数の基板を、サセプタ中心から少し
離れた位置にて周方向に配設し、且つ面をガス流路側に
向けて支持し、その基板の裏面側からサセプタをヒータ
で加熱し、サセプタ中心部分から放射状に原料ガスを流
し、加熱された基板上で半導体結晶をエピタキシャル成
長させる気相成長装置において、サセプタ中心部分から
半径方向外方にかけて複数個の独立に制御可能な成長用
加熱ヒータを順次配設すると共に、上記成長用加熱ヒー
タを制御して、サセプタ中心部分から基板までの領域の
温度を、基板上の温度よりも低く保持する制御手段を設
けたことを特徴とする。
【００１８】請求項２の発明は、請求項１記載の気相成
長装置において、上記成長用加熱ヒータの一つが、サセ
プタ中心部分から基板までの領域に対応する半径方向幅
の部分ヒータとして構成され、上記制御手段がこの部分
ヒータを制御して、サセプタ中心部分から基板上に到達
するまでの領域の温度を、基板上の温度よりも低く保持
することを特徴とする。
長装置において、上記成長用加熱ヒータの一つが、サセ
プタ中心部分から基板までの領域に対応する半径方向幅
の部分ヒータとして構成され、上記制御手段がこの部分
ヒータを制御して、サセプタ中心部分から基板上に到達
するまでの領域の温度を、基板上の温度よりも低く保持
することを特徴とする。
【００１９】請求項３の発明は、請求項１又は２記載の
気相成長装置において、上記制御手段が、サセプタ中心
部分から基板に到達するまでの領域を４００〜５５０℃
の温度に制御することを特徴とする。
気相成長装置において、上記制御手段が、サセプタ中心
部分から基板に到達するまでの領域を４００〜５５０℃
の温度に制御することを特徴とする。
【００２０】請求項４の発明に係る気相成長方法は、板
状のサセプタに、複数の基板を、サセプタ中心から少し
離れた位置にて周方向に配設し、且つ面をガス流路側に
向けて支持し、その基板の裏面側からサセプタをヒータ
で加熱し、サセプタ中心部分から放射状に原料ガスを流
し、加熱された基板上で半導体結晶をエピタキシャル成
長させる気相成長方法において、サセプタ中心部分から
基板までの領域の温度を、基板上の温度よりも低くした
状態で原料ガスを流すことを特徴とする。
状のサセプタに、複数の基板を、サセプタ中心から少し
離れた位置にて周方向に配設し、且つ面をガス流路側に
向けて支持し、その基板の裏面側からサセプタをヒータ
で加熱し、サセプタ中心部分から放射状に原料ガスを流
し、加熱された基板上で半導体結晶をエピタキシャル成
長させる気相成長方法において、サセプタ中心部分から
基板までの領域の温度を、基板上の温度よりも低くした
状態で原料ガスを流すことを特徴とする。
【００２１】この気相成長方法には、板状のサセプタ
に、複数の基板を、サセプタ中心から少し離れた位置に
て周方向に配設し、且つ面をガス流路側に向けて支持
し、その基板の裏面側からサセプタをヒータで加熱し、
サセプタ中心部分から放射状に原料ガスを流し、加熱さ
れた基板上で半導体結晶をエピタキシャル成長させる気
相成長方法であって、原料ガス及び希釈用ガスを供給す
るサセプタ中心部分から半径方向外方にかけて複数個の
独立に制御可能な成長用加熱ヒータを配設し、上記成長
用加熱ヒータを制御して、サセプタ中心部分から基板ま
での領域の温度を、基板の温度よりも低く保持する形態
が含まれる。
に、複数の基板を、サセプタ中心から少し離れた位置に
て周方向に配設し、且つ面をガス流路側に向けて支持
し、その基板の裏面側からサセプタをヒータで加熱し、
サセプタ中心部分から放射状に原料ガスを流し、加熱さ
れた基板上で半導体結晶をエピタキシャル成長させる気
相成長方法であって、原料ガス及び希釈用ガスを供給す
るサセプタ中心部分から半径方向外方にかけて複数個の
独立に制御可能な成長用加熱ヒータを配設し、上記成長
用加熱ヒータを制御して、サセプタ中心部分から基板ま
での領域の温度を、基板の温度よりも低く保持する形態
が含まれる。
【００２２】請求項５の発明は、請求項４記載の気相成
長方法において、原料ガス及び希釈用ガスがサセプタ中
心部分から基板上に到達するまでの領域を、４００〜５
５０℃の温度に保つことを特徴とする。
長方法において、原料ガス及び希釈用ガスがサセプタ中
心部分から基板上に到達するまでの領域を、４００〜５
５０℃の温度に保つことを特徴とする。
【００２３】請求項６の発明は、請求項４記載の気相成
長方法において、原料ガス及び希釈用ガスがサセプタ中
心部分から基板上に到達するまでの領域を、４００℃を
下回る加熱温度に保つことを特徴とする。
長方法において、原料ガス及び希釈用ガスがサセプタ中
心部分から基板上に到達するまでの領域を、４００℃を
下回る加熱温度に保つことを特徴とする。
【００２４】請求項７の発明は、請求項４〜６のいずれ
かに記載の気相成長方法において、Ｖ族原料として、Ａ
ｓＨ3（アルシン）、Ａｓ（ＣＨ3）3（トリメチル砒
素）、ＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）、ＰＨ3
（ホスフィン）またはＴＢＰ（ターシャリーブチルホス
フィン）を用い、III族原料として、Ａｌ（ＣＨ3）
3（トリメチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3）3（トリ
メチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジ
ウム）、Ａｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルアルミニウ
ム）、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルガリウム）又
はＩｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルインジウム）を用
い、希釈用ガスとして、Ｈ2（水素）、Ｎ2（窒素）また
はＡｒ（アルゴン）を用いることを特徴とする。
かに記載の気相成長方法において、Ｖ族原料として、Ａ
ｓＨ3（アルシン）、Ａｓ（ＣＨ3）3（トリメチル砒
素）、ＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）、ＰＨ3
（ホスフィン）またはＴＢＰ（ターシャリーブチルホス
フィン）を用い、III族原料として、Ａｌ（ＣＨ3）
3（トリメチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3）3（トリ
メチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジ
ウム）、Ａｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルアルミニウ
ム）、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルガリウム）又
はＩｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルインジウム）を用
い、希釈用ガスとして、Ｈ2（水素）、Ｎ2（窒素）また
はＡｒ（アルゴン）を用いることを特徴とする。
【００２５】＜発明の要点＞本発明の要点は反応炉内に
複数の成長用ヒータを設けたことにある。従来技術で
は、反応炉内には一体型のヒータしかなく、炉内の領域
毎に厳密な温度制御を行うことが出来なかった。本発明
では、複数の基板加熱用ヒータを設けたため、それぞれ
の領域の温度を制御することが出来る。特にサセプタ中
心部から基板までの領域の温度を、基板上の温度よりも
低く制御することにより、基板面内の電子移動度のバラ
ツキが少なく、原料効率の良い成長が可能となる。
複数の成長用ヒータを設けたことにある。従来技術で
は、反応炉内には一体型のヒータしかなく、炉内の領域
毎に厳密な温度制御を行うことが出来なかった。本発明
では、複数の基板加熱用ヒータを設けたため、それぞれ
の領域の温度を制御することが出来る。特にサセプタ中
心部から基板までの領域の温度を、基板上の温度よりも
低く制御することにより、基板面内の電子移動度のバラ
ツキが少なく、原料効率の良い成長が可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
【００２７】本発明は、半導体製造装置反応炉内のサセ
プタ中心部分から基板到達直前までの領域の温度を、基
板温度よりも低くなるように、厳密に制御することによ
り、基板面内の電子移動度のバラツキを抑える。これに
より、表２の右側欄「成長炉内領域毎に温度制御」に示
すように、電子移動度を向上させ、またその基板面内バ
ラツキを±３．９％に抑える。
プタ中心部分から基板到達直前までの領域の温度を、基
板温度よりも低くなるように、厳密に制御することによ
り、基板面内の電子移動度のバラツキを抑える。これに
より、表２の右側欄「成長炉内領域毎に温度制御」に示
すように、電子移動度を向上させ、またその基板面内バ
ラツキを±３．９％に抑える。
【００２８】また、サセプタ中心部分から基板到達直前
までの領域の温度を、基板温度よりも低く制御すること
は、表３に示すように成長速度の改善による生産性の向
上にも繋がるものである。
までの領域の温度を、基板温度よりも低く制御すること
は、表３に示すように成長速度の改善による生産性の向
上にも繋がるものである。
【００２９】本発明では、サセプタ内の温度を領域毎に
厳密に制御するために複数の成長用加熱ヒータを設け
る。
厳密に制御するために複数の成長用加熱ヒータを設け
る。
【００３０】詳述するに、図１に示す気相成長装置は、
板状のサセプタ１に、複数（ここでは４枚）の半導体ウ
ェハから成る基板３を、サセプタ中心から少し離れた位
置にて周方向に配設し、且つ成長させる基板面をガス流
路側に向けて支持している。この基板３の裏面側におい
て、サセプタ１の上方には基板加熱用ヒータ５が設けて
あり、この基板加熱用ヒータ５によりサセプタ１を基板
３の裏面側から加熱している。そして、下方の供給口か
らサセプタ中心部分に向けて下方から上方へと供給され
る原料ガスを、サセプタの下面に沿ってサセプタ中心部
分から半径方向外側に向けて放射状に流し、上記基板加
熱用ヒータ５により加熱された基板３上で半導体結晶を
エピタキシャル成長させる構成となっている。
板状のサセプタ１に、複数（ここでは４枚）の半導体ウ
ェハから成る基板３を、サセプタ中心から少し離れた位
置にて周方向に配設し、且つ成長させる基板面をガス流
路側に向けて支持している。この基板３の裏面側におい
て、サセプタ１の上方には基板加熱用ヒータ５が設けて
あり、この基板加熱用ヒータ５によりサセプタ１を基板
３の裏面側から加熱している。そして、下方の供給口か
らサセプタ中心部分に向けて下方から上方へと供給され
る原料ガスを、サセプタの下面に沿ってサセプタ中心部
分から半径方向外側に向けて放射状に流し、上記基板加
熱用ヒータ５により加熱された基板３上で半導体結晶を
エピタキシャル成長させる構成となっている。
【００３１】上記基板加熱用ヒータ５は、従来技術と異
なり、サセプタ１の中心部分から半径方向外方にかけて
順次配設した複数個の環状の成長用加熱ヒータ５ａ〜５
ｅから構成されており、各成長用加熱ヒータ５ａ〜５ｅ
は独立に通電制御が可能となっている。
なり、サセプタ１の中心部分から半径方向外方にかけて
順次配設した複数個の環状の成長用加熱ヒータ５ａ〜５
ｅから構成されており、各成長用加熱ヒータ５ａ〜５ｅ
は独立に通電制御が可能となっている。
【００３２】これらの成長用加熱ヒータ５ａ〜５ｅのう
ち、サセプタ中心部分に位置する最内側の環状ヒータ５
ａは、サセプタ中心部分から基板３までの領域に対応す
る半径方向幅を有する部分ヒータとして構成されてい
る。そして、図示してない温度制御装置（制御手段）が
こられの成長用加熱ヒータ５ａ〜５ｅに与える電力を制
御して、各成長用加熱ヒータ５ａ〜５ｅに対応するサセ
プタ１の領域の温度を厳密に制御する。この場合、特に
部分ヒータ５ａについては、サセプタ中心部分から基板
上に到達するまでの領域の温度が、基板３上の温度より
も低くなるように電力制御される。
ち、サセプタ中心部分に位置する最内側の環状ヒータ５
ａは、サセプタ中心部分から基板３までの領域に対応す
る半径方向幅を有する部分ヒータとして構成されてい
る。そして、図示してない温度制御装置（制御手段）が
こられの成長用加熱ヒータ５ａ〜５ｅに与える電力を制
御して、各成長用加熱ヒータ５ａ〜５ｅに対応するサセ
プタ１の領域の温度を厳密に制御する。この場合、特に
部分ヒータ５ａについては、サセプタ中心部分から基板
上に到達するまでの領域の温度が、基板３上の温度より
も低くなるように電力制御される。
【００３３】例えば、成長時の基板温度を７００℃とす
ると、サセプタ中心部分から基板に到達するまでの領域
は、これより低い４００〜５５０℃の温度に制御され
る。しかし、原料の分解する温度である４００℃を下回
る加熱温度に保つことも可能である。
ると、サセプタ中心部分から基板に到達するまでの領域
は、これより低い４００〜５５０℃の温度に制御され
る。しかし、原料の分解する温度である４００℃を下回
る加熱温度に保つことも可能である。
【００３４】従来技術の気相成長装置（図３）では、反
応炉内に一体型の基板加熱用ヒータしかないため各領域
での温度制御をすることが出来なかった。しかし、本実
施例の気相成長装置では、図１のように複数個の成長用
加熱ヒータ５ａ〜５ｅをサセプタ１の中心部分から半径
方向外方に順次配設しているため、サセプタ１内の領域
を複数の領域に区分けすることができ、これにより各領
域毎に温度を制御することができる。そして、特にサセ
プタ中心部分から基板に到達するまでの領域は、基板よ
り低い４００〜５５０℃の温度に制御することにより、
電子移動度等の特性について基板面内のバラツキをなく
し、且つ原料の消費を抑えることができる。
応炉内に一体型の基板加熱用ヒータしかないため各領域
での温度制御をすることが出来なかった。しかし、本実
施例の気相成長装置では、図１のように複数個の成長用
加熱ヒータ５ａ〜５ｅをサセプタ１の中心部分から半径
方向外方に順次配設しているため、サセプタ１内の領域
を複数の領域に区分けすることができ、これにより各領
域毎に温度を制御することができる。そして、特にサセ
プタ中心部分から基板に到達するまでの領域は、基板よ
り低い４００〜５５０℃の温度に制御することにより、
電子移動度等の特性について基板面内のバラツキをなく
し、且つ原料の消費を抑えることができる。
【００３５】＜実施例＞次に、図１の気相成長装置を用
いて、ＨＥＭＴエピタキシャルウェハを成長させる実施
例について説明する。
いて、ＨＥＭＴエピタキシャルウェハを成長させる実施
例について説明する。
【００３６】
【表１】
【００３７】ここでは、表１に示す縦断面構造を持つＨ
ＥＭＴエピタキシャルウェハを試作対象とした。すなわ
ち、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、バッファ層として、ｉ
−ＧａＡｓ（厚さ１０００ｎｍ、キャリア濃度１×１０
15cm-3以下）を設け、更に、チャネル層としてｉ−Ｉｎ
0.20ＧａＡｓ（厚さ２０ｎｍ、キャリア濃度１×１０ 16
cm-3以下）を設ける。その上に、スペーサ層として、ｉ
−Ａｌ0.25ＧａＡｓ（厚さ３ｎｍ、キャリア濃度１×１
０16cm-3以下）を設ける。その上に更に、キャリア供給
層として、ｎ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ層（厚さ２５０ｎｍ、
キャリア濃度３×１０18cm-3）、ｉ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ
層（厚さ５０ｎｍ、キャリア濃度１×１０16cm-3以下）
を設け、その上にコンタクト層としてｎ−ＧａＡｓ（厚
さ１００ｎｍ、キャリア濃度３×１０18cm-3）を設け
た。なお、結晶成長のことをエピタキシャルと言う。エ
ピタキシャル層名称のｎ−、ｉ−はエピタキシャル層が
それぞれｎ型、半絶縁性であることを表している。厚さ
の単位はｎｍ（１０-9ｍ）である。キャリア濃度の単位
はcm-3である。
ＥＭＴエピタキシャルウェハを試作対象とした。すなわ
ち、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、バッファ層として、ｉ
−ＧａＡｓ（厚さ１０００ｎｍ、キャリア濃度１×１０
15cm-3以下）を設け、更に、チャネル層としてｉ−Ｉｎ
0.20ＧａＡｓ（厚さ２０ｎｍ、キャリア濃度１×１０ 16
cm-3以下）を設ける。その上に、スペーサ層として、ｉ
−Ａｌ0.25ＧａＡｓ（厚さ３ｎｍ、キャリア濃度１×１
０16cm-3以下）を設ける。その上に更に、キャリア供給
層として、ｎ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ層（厚さ２５０ｎｍ、
キャリア濃度３×１０18cm-3）、ｉ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ
層（厚さ５０ｎｍ、キャリア濃度１×１０16cm-3以下）
を設け、その上にコンタクト層としてｎ−ＧａＡｓ（厚
さ１００ｎｍ、キャリア濃度３×１０18cm-3）を設け
た。なお、結晶成長のことをエピタキシャルと言う。エ
ピタキシャル層名称のｎ−、ｉ−はエピタキシャル層が
それぞれｎ型、半絶縁性であることを表している。厚さ
の単位はｎｍ（１０-9ｍ）である。キャリア濃度の単位
はcm-3である。
【００３８】図１に示すように、基板３はサセプタと呼
ばれる板の下側にフェイスダウンでセットされ、真上に
ある基板加熱用ヒータ５ａ〜５ｅで加熱される。サセプ
タ１は、成長中、回転している。原料ガス６は中心から
放射状に外側へ流れ、基板加熱用ヒータ５ａ〜５ｅによ
って加熱され、分解し、基板３上に結晶成長する。
ばれる板の下側にフェイスダウンでセットされ、真上に
ある基板加熱用ヒータ５ａ〜５ｅで加熱される。サセプ
タ１は、成長中、回転している。原料ガス６は中心から
放射状に外側へ流れ、基板加熱用ヒータ５ａ〜５ｅによ
って加熱され、分解し、基板３上に結晶成長する。
【００３９】本発明の気相成長装置における作用効果を
次の手順で調べた。従来技術の反応炉（図３）内にて
ＨＥＭＴを成長し、その電子移動度の大きさ、基板面内
バラツキ、原料効率等の特性を調べる。本発明の反応
炉（図１）内にてＨＥＭＴを成長し、その電子移動度の
大きさ、基板面内バラツキ、原料効率等の特性を調べ
る。個々のヒータ温度を制御してやることにより、上記
の特性の変化を調べる。反応炉を加熱するヒータ温度
は、４００〜１２００℃である。
次の手順で調べた。従来技術の反応炉（図３）内にて
ＨＥＭＴを成長し、その電子移動度の大きさ、基板面内
バラツキ、原料効率等の特性を調べる。本発明の反応
炉（図１）内にてＨＥＭＴを成長し、その電子移動度の
大きさ、基板面内バラツキ、原料効率等の特性を調べ
る。個々のヒータ温度を制御してやることにより、上記
の特性の変化を調べる。反応炉を加熱するヒータ温度
は、４００〜１２００℃である。
【００４０】ＨＥＭＴの成長条件は以下の通りである。
成長時の基板温度は７００℃、成長炉内圧力は７６Ｔｏ
ｒｒ、希釈用ガスは水素である。サセプタ回転数は１０
回転／分である。基板には、ＧａＡｓ基板を用いた。
成長時の基板温度は７００℃、成長炉内圧力は７６Ｔｏ
ｒｒ、希釈用ガスは水素である。サセプタ回転数は１０
回転／分である。基板には、ＧａＡｓ基板を用いた。
【００４１】ｉ−ＧａＡｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3）3
とＡｓＨ3を用いた。Ｇａ（ＣＨ3） 3の流量は１０．５c
m3／分である。ＡｓＨ3の流量は３１５cm3／分である。
とＡｓＨ3を用いた。Ｇａ（ＣＨ3） 3の流量は１０．５c
m3／分である。ＡｓＨ3の流量は３１５cm3／分である。
【００４２】ｉ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ層の成長にはＧａ
（ＣＨ3）3、Ａｌ（ＣＨ3）3及びＡｓＨ3を用い、それ
らの流量はそれぞれ５．３cm3／分、１．４３cm3／分及
び６３０cm3／分とした。ｉ−Ｉｎ0.20ＧａＡｓ層の成
長にはＧａ（ＣＨ3）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3及びＡｓＨ3を
用い、それらの流量はそれぞれ５．３cm3／分、２．０
９cm3／分及び５００cm3／分とした。
（ＣＨ3）3、Ａｌ（ＣＨ3）3及びＡｓＨ3を用い、それ
らの流量はそれぞれ５．３cm3／分、１．４３cm3／分及
び６３０cm3／分とした。ｉ−Ｉｎ0.20ＧａＡｓ層の成
長にはＧａ（ＣＨ3）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3及びＡｓＨ3を
用い、それらの流量はそれぞれ５．３cm3／分、２．０
９cm3／分及び５００cm3／分とした。
【００４３】ｎ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ層の成長には、ｉ−
Ａｌ0.25ＧａＡｓの成長に使用したＧａ（ＣＨ3）3、Ａ
ｌ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3に加えてＳｉ2Ｈ6使用した。Ｓ
ｉ2Ｈ 6の流量は７．７８×１０-3cm3／分である。Ｓｉ2
Ｈ6以外の流量はｉ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ層の場合と同じ
である。
Ａｌ0.25ＧａＡｓの成長に使用したＧａ（ＣＨ3）3、Ａ
ｌ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3に加えてＳｉ2Ｈ6使用した。Ｓ
ｉ2Ｈ 6の流量は７．７８×１０-3cm3／分である。Ｓｉ2
Ｈ6以外の流量はｉ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ層の場合と同じ
である。
【００４４】ｎ−ＧａＡｓ層の成長には、ｉ−ＧａＡｓ
の成長に使用したＧａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3に加えてＳ
ｉ2Ｈ6を用いた。Ｓｉ2Ｈ6の流量は１．４７×１０-4cm
3／分である。Ｓｉ2Ｈ6以外の流量はｉ−ＧａＡｓ層の
場合と同じである。
の成長に使用したＧａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3に加えてＳ
ｉ2Ｈ6を用いた。Ｓｉ2Ｈ6の流量は１．４７×１０-4cm
3／分である。Ｓｉ2Ｈ6以外の流量はｉ−ＧａＡｓ層の
場合と同じである。
【００４５】そして、本発明に従い、基板加熱用ヒータ
５ａ〜５ｅの温度は、サセプタ中心部から基板までの領
域の温度が、基板３の温度（約７００℃）よりも低い温
度（４００〜５５０℃）となるように制御した。
５ａ〜５ｅの温度は、サセプタ中心部から基板までの領
域の温度が、基板３の温度（約７００℃）よりも低い温
度（４００〜５５０℃）となるように制御した。
【００４６】表３は従来技術および本実施例それぞれの
反応炉による成長速度を示す表である。
反応炉による成長速度を示す表である。
【００４７】
【表３】
【００４８】従来技術では、反応炉内の温度がほぼ同じ
になるため、原料ガス及び希釈用ガスを原料供給口であ
るサセプタ中心部から基板に到達するまでの領域で分解
してしまうことになり、基板に到達する前に原料を消費
してしまう。表３は同じ原料使用量での成長速度の違い
を示す。
になるため、原料ガス及び希釈用ガスを原料供給口であ
るサセプタ中心部から基板に到達するまでの領域で分解
してしまうことになり、基板に到達する前に原料を消費
してしまう。表３は同じ原料使用量での成長速度の違い
を示す。
【００４９】すなわち、従来の成長炉内一括温度制御
（表３の左側欄）の場合、ｉ−ＧａＡｓとｉ−Ａｌ0.25
ＧａＡｓでの原料効率（％）が５．５％、５．４％にと
どまっている。これに対し、本実施例により、サセプタ
中心部から基板までの領域の温度を、基板３の温度（約
７００℃）よりも低い温度（４００〜５５０℃）に制御
した場合、表３の右側欄「成長炉内領域毎に温度制御」
に示すように、ｉ−ＧａＡｓとｉ−Ａｌ0.25ＧａＡｓで
の原料効率（％）が６．２％、６．０％と高くなる。
（表３の左側欄）の場合、ｉ−ＧａＡｓとｉ−Ａｌ0.25
ＧａＡｓでの原料効率（％）が５．５％、５．４％にと
どまっている。これに対し、本実施例により、サセプタ
中心部から基板までの領域の温度を、基板３の温度（約
７００℃）よりも低い温度（４００〜５５０℃）に制御
した場合、表３の右側欄「成長炉内領域毎に温度制御」
に示すように、ｉ−ＧａＡｓとｉ−Ａｌ0.25ＧａＡｓで
の原料効率（％）が６．２％、６．０％と高くなる。
【００５０】要するに、サセプタ中心部から基板までの
領域を基板温度よりも低い温度に制御することにより、
基板到達までの原料分解速度を遅らせることができ、表
３の右側欄「成長炉内領域毎に温度制御」に示すよう
に、表３の左側欄「成長炉内一括温度制御」の場合に較
べ、原料効率が約１０％アップとなる。従って、生産性
の向上が期待できる。
領域を基板温度よりも低い温度に制御することにより、
基板到達までの原料分解速度を遅らせることができ、表
３の右側欄「成長炉内領域毎に温度制御」に示すよう
に、表３の左側欄「成長炉内一括温度制御」の場合に較
べ、原料効率が約１０％アップとなる。従って、生産性
の向上が期待できる。
【００５１】次に、サセプタ中心部から基板までの領域
の温度を厳密に制御することにより、ＨＥＭＴの電子移
動度が向上し、且つ電子移動度の基板面内バラツキが抑
えられる、という関係を調べた。ＨＥＭＴの電子移動度
が高いほど、且つ電子移動度の基板面内バラツキが小さ
いほど良質のＨＥＭＴが作られているといえる。
の温度を厳密に制御することにより、ＨＥＭＴの電子移
動度が向上し、且つ電子移動度の基板面内バラツキが抑
えられる、という関係を調べた。ＨＥＭＴの電子移動度
が高いほど、且つ電子移動度の基板面内バラツキが小さ
いほど良質のＨＥＭＴが作られているといえる。
【００５２】ＨＥＭＴの成長条件は上記とほぼ同じで以
下の通りである。
下の通りである。
【００５３】すなわち、成長時の基板温度は７００℃、
成長炉内圧力は７６Ｔｏｒｒ、希釈用ガスは水素であ
る。サセプタ回転数は１０回転／分である。基板には、
ＧａＡｓ基板を用いた。
成長炉内圧力は７６Ｔｏｒｒ、希釈用ガスは水素であ
る。サセプタ回転数は１０回転／分である。基板には、
ＧａＡｓ基板を用いた。
【００５４】ｉ−ＧａＡｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3）3
とＡｓＨ3を用いた。Ｇａ（ＣＨ3） 3の流量は１０．５c
m3／分である。ＡｓＨ3の流量は３１５cm3／分である。
とＡｓＨ3を用いた。Ｇａ（ＣＨ3） 3の流量は１０．５c
m3／分である。ＡｓＨ3の流量は３１５cm3／分である。
【００５５】ｉ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ層の成長にはＧａ
（ＣＨ3）3、Ａｌ（ＣＨ3）3及びＡｓＨ3を用い、それ
らの流量はそれぞれ５．３cm3／分、１．４３cm3／分及
び６３０cm3／分である。
（ＣＨ3）3、Ａｌ（ＣＨ3）3及びＡｓＨ3を用い、それ
らの流量はそれぞれ５．３cm3／分、１．４３cm3／分及
び６３０cm3／分である。
【００５６】ｉ−Ｉｎ0.20ＧａＡｓ層の成長にはＧａ
（ＣＨ3）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3及びＡｓＨ3を用い、それ
らの流量はそれぞれ５．３cm3／分、２．０９cm3／分及
び５００cm3／分である。
（ＣＨ3）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3及びＡｓＨ3を用い、それ
らの流量はそれぞれ５．３cm3／分、２．０９cm3／分及
び５００cm3／分である。
【００５７】ｎ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ層の成長には、ｉ−
Ａｌ0.25ＧａＡｓの成長に使用したＧａ（ＣＨ3）3、Ａ
ｌ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3に加えてＳｉ2Ｈ6使用した。Ｓ
ｉ2Ｈ 6の流量は７．７８×１０-3cm3／分である。Ｓｉ2
Ｈ6以外の流量はｉ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ層の場合と同じ
である。
Ａｌ0.25ＧａＡｓの成長に使用したＧａ（ＣＨ3）3、Ａ
ｌ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3に加えてＳｉ2Ｈ6使用した。Ｓ
ｉ2Ｈ 6の流量は７．７８×１０-3cm3／分である。Ｓｉ2
Ｈ6以外の流量はｉ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ層の場合と同じ
である。
【００５８】ｎ−ＧａＡｓ層の成長には、ｉ−ＧａＡｓ
の成長に使用したＧａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3に加えてＳ
ｉ2Ｈ6を用いた。Ｓｉ2Ｈ6の流量は１．４７×１０-4cm
3／分である。Ｓｉ2Ｈ6以外の流量はｉ−ＧａＡｓ層の
場合と同じである。
の成長に使用したＧａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3に加えてＳ
ｉ2Ｈ6を用いた。Ｓｉ2Ｈ6の流量は１．４７×１０-4cm
3／分である。Ｓｉ2Ｈ6以外の流量はｉ−ＧａＡｓ層の
場合と同じである。
【００５９】ただし、サセプタ中心部から基板までの領
域の温度については、この領域に対応する半径方向幅の
部分ヒータである基板加熱用ヒータ５ａを電力制御する
ことによって、図２に示すように、３５０℃〜６００℃
までの範囲で変化させ、サセプタ中心部から基板までの
領域の温度と電子移動度の基板面内バラツキとの関係を
調べた。
域の温度については、この領域に対応する半径方向幅の
部分ヒータである基板加熱用ヒータ５ａを電力制御する
ことによって、図２に示すように、３５０℃〜６００℃
までの範囲で変化させ、サセプタ中心部から基板までの
領域の温度と電子移動度の基板面内バラツキとの関係を
調べた。
【００６０】図２から分かるように、サセプタ中心部か
ら基板までの領域の温度と電子移動度の基板面内バラツ
キとの関係は、上記した４００〜５５０℃の範囲におい
て、電子移動度の基板面内バラツキが小さくなることが
分かる。これに対し、上記した４００〜５５０℃の範囲
以外の温度においては、図２に示す通り電子移動度の面
内均一性の改善は見られない。
ら基板までの領域の温度と電子移動度の基板面内バラツ
キとの関係は、上記した４００〜５５０℃の範囲におい
て、電子移動度の基板面内バラツキが小さくなることが
分かる。これに対し、上記した４００〜５５０℃の範囲
以外の温度においては、図２に示す通り電子移動度の面
内均一性の改善は見られない。
【００６１】そこで、次に、サセプタ中心部から基板ま
での領域の温度を、基板温度（約７００℃）よりも低い
温度（４００〜５５０℃）のうちの、ある一定の温度で
ある５００℃に固定して、成長炉内の温度制御方式の違
いによる電子移動度と電子移動度の面内バラツキの変化
を調べた。なお、電子移動度とは、電子が半導体結晶中
を動く速度である。電子移動度の単位は、cm2・Ｖ-1・
ｓ-1である。電子移動度はvan der Pauw法によるホール
測定で求めた。この結果を表２に示す。
での領域の温度を、基板温度（約７００℃）よりも低い
温度（４００〜５５０℃）のうちの、ある一定の温度で
ある５００℃に固定して、成長炉内の温度制御方式の違
いによる電子移動度と電子移動度の面内バラツキの変化
を調べた。なお、電子移動度とは、電子が半導体結晶中
を動く速度である。電子移動度の単位は、cm2・Ｖ-1・
ｓ-1である。電子移動度はvan der Pauw法によるホール
測定で求めた。この結果を表２に示す。
【００６２】
【表２】
【００６３】表２は従来技術および本実施例それぞれの
反応炉によるＨＥＭＴ電子移動度の基板面内バラツキを
示す表である。表２の右側の「成長炉内領域毎に温度制
御」欄は本実施例の結果を示すもので、本発明に従いサ
セプタ中心部から基板までの領域の温度を５００℃に制
御したときの、電子移動度と電子移動度の面内バラツキ
を示す。本実施例の場合、表２の左側の「成長炉内一括
温度制御」欄（従来技術）に較べ、電子移動度が向上
し、且つ電子移動度の面内バラツキが小さく抑えられて
いることが分かる。
反応炉によるＨＥＭＴ電子移動度の基板面内バラツキを
示す表である。表２の右側の「成長炉内領域毎に温度制
御」欄は本実施例の結果を示すもので、本発明に従いサ
セプタ中心部から基板までの領域の温度を５００℃に制
御したときの、電子移動度と電子移動度の面内バラツキ
を示す。本実施例の場合、表２の左側の「成長炉内一括
温度制御」欄（従来技術）に較べ、電子移動度が向上
し、且つ電子移動度の面内バラツキが小さく抑えられて
いることが分かる。
【００６４】すなわち、従来技術の場合、反応炉内には
一体型のヒータしかなく、炉内の領域毎に厳密な温度制
御を行うことが出来なかったため、表２の左側欄に示す
ように、電子移動度は６２３４cm2・Ｖ-1・ｓ-1、電子
移動度の基板面内バラツキが±６．１％となる。
一体型のヒータしかなく、炉内の領域毎に厳密な温度制
御を行うことが出来なかったため、表２の左側欄に示す
ように、電子移動度は６２３４cm2・Ｖ-1・ｓ-1、電子
移動度の基板面内バラツキが±６．１％となる。
【００６５】これに対し、本実施例の反応炉では、複数
の基板加熱用ヒータを設けているため、それぞれの領域
の温度を制御することができる。特にサセプタ中心から
基板までの領域を厳密に制御することにより、表２の右
側欄に示すように、本実施例の場合、電子移動度が６４
１８cm2・Ｖ-1・ｓ-1と向上し、電子移動度の基板面内
バラツキについても±３．９％に抑えられ、特性が改善
される。
の基板加熱用ヒータを設けているため、それぞれの領域
の温度を制御することができる。特にサセプタ中心から
基板までの領域を厳密に制御することにより、表２の右
側欄に示すように、本実施例の場合、電子移動度が６４
１８cm2・Ｖ-1・ｓ-1と向上し、電子移動度の基板面内
バラツキについても±３．９％に抑えられ、特性が改善
される。
【００６６】また、サセプタ中心部から基板までの領域
の温度を基板温度よりも低い温度（４００〜５５０℃）
に制御することにより、基板到達までの原料分解速度を
遅らせることができることから、表３のように原料効率
が約１０％アップとなり、生産性の向上が期待できる。
の温度を基板温度よりも低い温度（４００〜５５０℃）
に制御することにより、基板到達までの原料分解速度を
遅らせることができることから、表３のように原料効率
が約１０％アップとなり、生産性の向上が期待できる。
【００６７】＜他の実施例、変形例＞上記実施例では、
エピタキシャル層の成長中、サセプタ中心部から基板ま
での領域を４００〜５５０℃に制御したが、４００℃以
下で制御するようにヒータを制御することもできる。そ
の理由として、通常、原料は４００℃以上の温度で分解
する。つまり、４００℃以下で加熱しているヒータは成
長に寄与しておらず、基板表面上で初めて原料が分解さ
れる。従って、原料効率を高め、電子移動度のバラツキ
を抑えることができる。
エピタキシャル層の成長中、サセプタ中心部から基板ま
での領域を４００〜５５０℃に制御したが、４００℃以
下で制御するようにヒータを制御することもできる。そ
の理由として、通常、原料は４００℃以上の温度で分解
する。つまり、４００℃以下で加熱しているヒータは成
長に寄与しておらず、基板表面上で初めて原料が分解さ
れる。従って、原料効率を高め、電子移動度のバラツキ
を抑えることができる。
【００６８】上記実施例では、サセプタが、成長中、回
転しているが、サセプタが回転するだけでなく、基板自
体も自転する、いわゆる自転公転型として構成すること
もできる。
転しているが、サセプタが回転するだけでなく、基板自
体も自転する、いわゆる自転公転型として構成すること
もできる。
【００６９】また上記実施例では、図３は従来の成長炉
であり、下から上に向かう原料ガス５がサセプタ中央か
ら半径方向外側に流れ、且つ基板２がフェイスダウンで
設けられるタイプについて説明したが、本発明は、上か
ら下に向かうガスがサセプタ中央から半径方向外側に流
れ、且つ基板がフェイスアップで設けられるタイプにも
適用することができる。
であり、下から上に向かう原料ガス５がサセプタ中央か
ら半径方向外側に流れ、且つ基板２がフェイスダウンで
設けられるタイプについて説明したが、本発明は、上か
ら下に向かうガスがサセプタ中央から半径方向外側に流
れ、且つ基板がフェイスアップで設けられるタイプにも
適用することができる。
【００７０】さらに上記実施例では、ＨＥＭＴを成長す
る場合について説明したが、本発明はこれに限らず、半
導体装置の反応炉内において半導体結晶をエピタキシャ
ル成長する用途に適用することができ、ＨＥＭＴやＦＥ
Ｔといったデバイスの特性を向上することができる。ま
た原料効率が約１０％アップとなり、生産性も向上させ
ることができる。
る場合について説明したが、本発明はこれに限らず、半
導体装置の反応炉内において半導体結晶をエピタキシャ
ル成長する用途に適用することができ、ＨＥＭＴやＦＥ
Ｔといったデバイスの特性を向上することができる。ま
た原料効率が約１０％アップとなり、生産性も向上させ
ることができる。
【００７１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、サ
セプタ中心部から基板までの領域の温度を、基板温度よ
りも低い温度、例えば４００〜５５０℃に制御すること
により、電子移動度を高め、且つ電子移動度の基板面内
バラツキを小さく抑えることができる。また基板到達ま
での原料分解速度を遅らせることができるため、原料効
率を高め、生産性の向上に寄与することができる。
セプタ中心部から基板までの領域の温度を、基板温度よ
りも低い温度、例えば４００〜５５０℃に制御すること
により、電子移動度を高め、且つ電子移動度の基板面内
バラツキを小さく抑えることができる。また基板到達ま
での原料分解速度を遅らせることができるため、原料効
率を高め、生産性の向上に寄与することができる。
【図１】本発明の一実施例に係る気相成長装置を示す構
造図である。
造図である。
【図２】サセプタ中心部から基板までの領域の温度変化
させたときの移動度の基板面内バラツキを示す図であ
る。
させたときの移動度の基板面内バラツキを示す図であ
る。
【図３】従来技術の気相成長装置を示す構造図である。
【図４】本発明の気相成長装置による試作対象としたＨ
ＥＭＴの縦断面図である。
ＥＭＴの縦断面図である。
１ サセプタ
２ 軸
３ 基板
４ ガス流路
５、５ａ〜５ｅ ヒータ
６ 原料ガス
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 3K058 AA71 AA86 AA88 BA14 CE18
CE21
4G077 AA03 BE41 DB01 EA01 EG16
TJ03
4K030 AA05 AA08 AA09 AA11 AA16
AA17 AA18 BA02 BA08 BA11
BA25 BB02 BB12 CA04 EA06
GA01 JA04 JA10 KA23 LA15
5F045 AA04 AB10 AB17 AC01 AC08
AC09 AC15 AC16 AD08 AD09
BB02 BB16 CA07 DP15 EK22
Claims (7)
- 【請求項１】板状のサセプタに、複数の基板を、サセプ
タ中心から少し離れた位置にて周方向に配設し、且つ面
をガス流路側に向けて支持し、その基板の裏面側からサ
セプタをヒータで加熱し、サセプタ中心部分から放射状
に原料ガスを流し、加熱された基板上で半導体結晶をエ
ピタキシャル成長させる気相成長装置において、 サセプタ中心部分から半径方向外方にかけて複数個の独
立に制御可能な成長用加熱ヒータを順次配設すると共
に、 上記成長用加熱ヒータを制御して、サセプタ中心部分か
ら基板までの領域の温度を、基板上の温度よりも低く保
持する制御手段を設けたことを特徴とする気相成長装
置。 - 【請求項２】請求項１記載の気相成長装置において、 上記成長用加熱ヒータの一つが、サセプタ中心部分から
基板までの領域に対応する半径方向幅の部分ヒータとし
て構成され、 上記制御手段がこの部分ヒータを制御して、サセプタ中
心部分から基板上に到達するまでの領域の温度を、基板
上の温度よりも低く保持することを特徴とする気相成長
装置。 - 【請求項３】請求項１又は２記載の気相成長装置におい
て、 上記制御手段が、サセプタ中心部分から基板に到達する
までの領域を４００〜５５０℃の温度に制御することを
特徴とする気相成長装置。 - 【請求項４】板状のサセプタに、複数の基板を、サセプ
タ中心から少し離れた位置にて周方向に配設し、且つ面
をガス流路側に向けて支持し、その基板の裏面側からサ
セプタをヒータで加熱し、サセプタ中心部分から放射状
に原料ガスを流し、加熱された基板上で半導体結晶をエ
ピタキシャル成長させる気相成長方法において、 サセプタ中心部分から基板までの領域の温度を、基板上
の温度よりも低くした状態で原料ガスを流すことを特徴
とする気相成長方法。 - 【請求項５】請求項４記載の気相成長方法において、 原料ガス及び希釈用ガスがサセプタ中心部分から基板上
に到達するまでの領域を、４００〜５５０℃の温度に保
つことを特徴とする気相成長方法。 - 【請求項６】請求項４記載の気相成長方法において、 原料ガス及び希釈用ガスがサセプタ中心部分から基板上
に到達するまでの領域を、４００℃を下回る加熱温度に
保つことを特徴とする気相成長方法。 - 【請求項７】請求項４〜６のいずれかに記載の気相成長
方法において、 Ｖ族原料として、ＡｓＨ3（アルシン）、Ａｓ（ＣＨ3）
3（トリメチル砒素）、ＴＢＡ（ターシャリーブチルア
ルシン）、ＰＨ3（ホスフィン）またはＴＢＰ（ターシ
ャリーブチルホスフィン）を用い、 III族原料として、Ａｌ（ＣＨ3）3（トリメチルアルミ
ニウム）、Ｇａ（ＣＨ3）3（トリメチルガリウム）、Ｉ
ｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）、Ａｌ（ＣＨ3
ＣＨ2）3（トリエチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3Ｃ
Ｈ2）3（トリエチルガリウム）又はＩｎ（ＣＨ3ＣＨ2）
3（トリエチルインジウム）を用い、 希釈用ガスとして、Ｈ2（水素）、Ｎ2（窒素）またはＡ
ｒ（アルゴン）を用いることを特徴とする気相成長方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002052511A JP2003257867A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 気相成長装置及び気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002052511A JP2003257867A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 気相成長装置及び気相成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003257867A true JP2003257867A (ja) | 2003-09-12 |
Family
ID=28664181
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002052511A Withdrawn JP2003257867A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 気相成長装置及び気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003257867A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008060292A (ja) * | 2006-08-31 | 2008-03-13 | Furukawa Co Ltd | 気相成長装置 |
| US7862657B2 (en) | 2006-07-24 | 2011-01-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Crystal growth method and apparatus |
-
2002
- 2002-02-28 JP JP2002052511A patent/JP2003257867A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7862657B2 (en) | 2006-07-24 | 2011-01-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Crystal growth method and apparatus |
| JP2008060292A (ja) * | 2006-08-31 | 2008-03-13 | Furukawa Co Ltd | 気相成長装置 |
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