JP2011077171A

JP2011077171A - 気相成長装置

Info

Publication number: JP2011077171A
Application number: JP2009225076A
Authority: JP
Inventors: Toru Ota; 徹太田; Masayoshi Takemi; 政義竹見; Shinji Kimura; 晋治木村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2011-04-14

Abstract

【課題】製造コストを低く抑えつつ、ウェハ全面を均一な温度に加熱できる気相成長装置を提供する。
【解決手段】反応炉１０内に、上面にウェハ１２を保持するウェハポケット１６を有するトレイ１４が配置されている。トレイ１４の下面側にＲＦコイル１８及び被加熱体２４が配置されている。このＲＦコイル１８により加熱された被加熱体２４は、トレイ１４を介してウェハ１２を加熱する。ガス供給部２０は、ウェハ１２の表面に薄膜を形成するためのガスを反応炉１０内に供給する。ウェハ１２の下面とウェハポケット１６の底面の間に高熱伝導部材２２が配置されている。高熱伝導部材２２は、トレイ１４よりも熱伝導率が高い材料からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハの表面に薄膜を形成する気相成長装置に関し、特に製造コストを低く抑えつつ、ウェハ全面を均一な温度に加熱できる気相成長装置に関する。

ウェハの表面に薄膜を形成するために、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置などの気相成長装置が用いられる。薄膜の組成や膜厚などの特性の面内分布は、結晶成長時におけるウェハ面内の温度分布に左右され、歩留まりに影響する。これは特に化合物半導体において顕著である。

一般的な気相成長装置は、ウェハを保持するトレイとして単一材料のものを用いる。従来はトレイの形状を工夫してウェハ面内の温度分布を調整していた。しかし、ウェハ全面を十分に均一な温度に加熱できず、薄膜の特性に面内分布が発生していた。

そこで、トレイよりも熱伝導率が低い材料をウェハの外周に配置することで、ウェハ全面を均一な温度に加熱する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−５５５９５号公報

しかし、特許文献１の装置では、トレイの材質が石英などの低熱伝導率材料の場合、トレイよりも熱伝導率が低い材料を用意するのが難しい。また、当該材料をウェハの外周に配置するためにリング状に加工する必要がある。従って、特許文献１の装置は製造コストが高いという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、製造コストを低く抑えつつ、ウェハ全面を均一な温度に加熱できる気相成長装置を得るものである。

本発明は、反応炉と、前記反応炉内に配置され、上面にウェハを保持するウェハポケットを有するトレイと、前記トレイの下面側に配置され、前記トレイを介して前記ウェハを加熱する熱源と、前記ウェハの表面に薄膜を形成するためのガスを前記反応炉内に供給するガス供給部と、前記ウェハの下面と前記ウェハポケットの底面の間に配置され、前記トレイよりも熱伝導率が高い材料からなる高熱伝導部材とを備えることを特徴とする気相成長装置である。

本発明により、製造コストを低く抑えつつ、ウェハ全面を均一な温度に加熱できる。

実施の形態１に係る気相成長装置を示す断面図である。比較例に係るトレイを示す断面図である。実施の形態１に係るトレイを示す断面図である。比較例に係るウェハの温度分布を示す図である。実施の形態１に係るウェハの温度分布を示す図である。実施の形態２に係るトレイを示す断面図である。実施の形態３に係るトレイを示す断面図である。実施の形態３及び比較例の気相成長装置によりそれぞれ形成したＩｎＧａＡｓＰ薄膜のＰＬ波長のウェハ面内分布を示す図である。ＩｎＧａＡｓＰ薄膜のＰＬ波長と成長温度の関係を示す図である。実施の形態４に係るトレイを示す断面図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る気相成長装置を示す断面図である。この気相成長装置は、ＩｎＰウェハ上に薄膜としてＩｎＧａＡｓＰ膜を形成するＭＯＣＶＤ装置である。ただし、ウェハはＩｎＰに限らず、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＳｉＣなどでもよい。

反応炉１０内に、上面にウェハ１２を保持するトレイ１４が配置されている。トレイ１４の上面にウェハポケット１６が形成されている。ウェハ１２はウェハポケット１６内に配置され、横方向の移動が制限されている。

ウェハ１２をウェハポケット１６から取り出すために、ウェハ１２の側面とウェハポケット１６の側壁の間には２ｍｍ程度の隙間が空いている。ただし、ウェハ１２の側面とウェハポケット１６の側壁が接触している場合もある。

トレイ１４の下面側にＲＦコイル１８及び被加熱体２４が配置されている。このＲＦコイル１８により加熱された被加熱体２４は、トレイ１４を介してウェハ１２を加熱する。ガス供給部２０は、ウェハ１２の表面に薄膜を形成するためのガスを反応炉１０内に供給する。

ウェハ１２の下面とトレイ１４の上面の間に高熱伝導部材２２が配置されている。高熱伝導部材２２はウェハポケット１６の底面の中央部の一部のみに配置されている。従って、高熱伝導部材２２は、ウェハ１２の下面の外周部分に接触せず、ウェハ１２の下面の中央部分のみに接触する。また、ウェハ１２の下面の外周部はウェハポケット１６の底面にも接触しない。

高熱伝導部材２２は、トレイ１４よりも熱伝導率が高い材料からなる。トレイ１４は、カーボン、モリブデン、石英などの単一材料からなる。高熱伝導部材２２は、シリコン、カーボン、ＳｉＣ、ＡｌＮ、サファイヤ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどからなる。ただし、各材料の室温における熱伝導率の関係は、石英＜＜サファイヤ＜ＧａＡｓ＜ＩｎＰ＜＜モリブデン＜シリコン＜ＡｌＮ＜ＳｉＣ＜カーボンである。

本実施の形態の効果について比較例と比較しながら説明する。図２は、比較例に係るトレイを示す断面図である。図３は、実施の形態１に係るトレイを示す断面図である。図４は、比較例に係るウェハの温度分布を示す図である。図５は、実施の形態１に係るウェハの温度分布を示す図である。

ウェハ１２の側面から熱供給が有るため、比較例ではウェハ１２の外周部が中央部より高温になる。一方、実施の形態１では、高熱伝導部材２２によりウェハ１２の下面側からの熱供給量が多くなるため、ウェハ１２の全面を均一な温度に加熱できる。

また、本実施の形態では、トレイ１４や高熱伝導部材２２を特殊な形状に下降する必要がない。そして、石英などの低熱伝導率材料からなるトレイ１４よりも熱伝導率が高い高熱伝導部材２２の材料を用意するのは簡単である。従って、製造コストを低く抑えることができる。

また、高熱伝導部材２２は、ウェハ１２の下面の外周部分に接触せず、ウェハ１２の下面の中央部分のみに接触する。これにより、ウェハ１２の下面側からウェハ１２の外周部への熱供給量を減らして、ウェハ面内の温度分布を更に均一にすることができる。

実施の形態２．
図６は、実施の形態２に係るトレイを示す断面図である。ウェハポケット１６内に形成された溝内に高熱伝導部材２２が配置されている。このため、ウェハ１２の下面の外周部はウェハポケット１６の底面に接触する。その他の構成は実施の形態１の構成と同様である。この場合でも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図７は、実施の形態３に係るトレイを示す断面図である。高熱伝導部材２２はウェハポケット１６の底面の全面に配置されている。その他の構成は実施の形態１の構成と同様である。

図８は、実施の形態３及び比較例の気相成長装置によりそれぞれ形成したＩｎＧａＡｓＰ薄膜のＰＬ波長のウェハ面内分布を示す図である。比較例よりも実施の形態３の方がよりＰＬ波長が均一であることが分かる。

図９は、ＩｎＧａＡｓＰ薄膜のＰＬ波長と成長温度の関係を示す図である。図８及び図９から、比較例の場合はウェハ周辺部が低温化しているのに対し、実施の形態３ではウェハ全面を均一な温度に加熱できることが分かる。その他、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
図１０は、実施の形態４に係るトレイを示す断面図である。高熱伝導部材２２はウェハポケット１６の側面にも配置されている。ただし、ウェハポケット１６の側面における高熱伝導部材２２は、ウェハポケット１６の底面における高熱伝導部材２２よりも薄い。その他の構成は実施の形態１の構成と同様である。

高熱伝導部材２２が厚いほど熱供給量が大きくなるため、ウェハ１２の下方からの熱供給量よりも側面からの熱供給量が小さくなる。従って、ウェハ全面を均一な温度に加熱できる。その他、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、トレイ１４と高熱伝導部材２２を一体化させる必要はない。それぞれを別部品としてもち合わせて組み立てて使用しても、同一の効果が期待できる。また、実施の形態１−３において、高熱伝導部材２２として半導体ウェハを用いても良い。これにより、更に製造コストを低く抑えることができる。

１０反応炉
１２ウェハ
１４トレイ
１６ウェハポケット
２０ガス供給部
２２高熱伝導部材
２４被加熱体（熱源）

Claims

反応炉と、
前記反応炉内に配置され、上面にウェハを保持するウェハポケットを有するトレイと、
前記トレイの下面側に配置され、前記トレイを介して前記ウェハを加熱する熱源と、
前記ウェハの表面に薄膜を形成するためのガスを前記反応炉内に供給するガス供給部と、
前記ウェハの下面と前記ウェハポケットの底面の間に配置され、前記トレイよりも熱伝導率が高い材料からなる高熱伝導部材とを備えることを特徴とする気相成長装置。
前記高熱伝導部材は、前記ウェハの下面の外周部分に接触せず、前記ウェハの下面の中央部分のみに接触することを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
前記高熱伝導部材は、半導体ウェハであることを特徴とする請求項１又は２に記載の気相成長装置。
前記高熱伝導部材は前記ウェハポケットの側面にも配置され、
前記ウェハポケットの側面における前記高熱伝導部材は、前記ウェハポケットの底面における前記高熱伝導部材よりも薄いことを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。