JP2011171589A - Vapor phase deposition apparatus and manufacturing method of compound semiconductor substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リアクタ内のサセプタの表面にウエーハを配置し、リアクタ内に原料ガスを供給して該ウエーハの表面に気相成長を行うための気相成長装置と、それを利用した化合物半導体基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a vapor phase growth apparatus for disposing a wafer on the surface of a susceptor in a reactor, supplying a source gas into the reactor, and performing vapor phase growth on the surface of the wafer, and a compound semiconductor substrate using the vapor phase growth apparatus It relates to the manufacturing method.
従来の気相成長装置は、石英ガラス製のリアクタ内にサセプタを配置し、該サセプタの表面にウエーハを配置し、該サセプタを例えば600〜800℃に加熱した状態で、リアクタ内に原料ガスを供給してウエーハの表面にエピタキシャル成長を行わせる構造となっている。 In a conventional vapor phase growth apparatus, a susceptor is disposed in a quartz glass reactor, a wafer is disposed on the surface of the susceptor, and the source gas is introduced into the reactor while the susceptor is heated to, for example, 600 to 800 ° C. This structure is supplied to allow epitaxial growth on the wafer surface.
このような気相成長装置を用いて気相成長を行う方法は、ハイドライドVPE法(単にVPE法とも言う)と呼ばれ、得られるエピタキシャルウエーハは、照明や表示機の光源となる有色の発光素子等の素材として使われている。
この場合、原料ガスとしては、AsH3(アルシン)、PH3(ホスフィン)等が用いられている。このような原料ガスの搬送用キャリアガスとしてはH2が使われる。
A method of performing vapor phase growth using such a vapor phase growth apparatus is called a hydride VPE method (also simply referred to as VPE method), and an obtained epitaxial wafer is a colored light-emitting element that serves as a light source for illumination or a display device. It is used as a material.
In this case, AsH 3 (arsine), PH 3 (phosphine), or the like is used as the source gas. H 2 is used as such a carrier gas for conveying the source gas.
ここで、このような気相成長によって得られるエピタキシャルウエーハは、その膜厚のばらつきは低ければ低い程良いが、そのための工夫が施されていない気相成長装置では±25%位が限界であった。 Here, it is better that the epitaxial wafer obtained by such vapor deposition has a smaller variation in film thickness. However, the limit is about ± 25% in a vapor deposition apparatus that has not been devised for that purpose. It was.
しかし最近になって、後工程での歩留り向上及び高品質化の要求から、エピタキシャルウエーハの膜厚のばらつきは±15%或いはそれ以下が要求されている。このため、様々な工夫がなされている。 Recently, however, the variation in the thickness of the epitaxial wafer has been required to be ± 15% or less due to the demand for improved yield and higher quality in the subsequent process. For this reason, various ideas have been made.
例えば、特許文献1では、膜厚のばらつきを低下させるために、サセプタを回転させるためのモータによって、ウエーハを装着するトレイも連動して回転させることによって、ウエーハを公転させるとともに自転させることができる気相成長装置が提案されている。 For example, in Patent Document 1, in order to reduce variation in film thickness, a wafer for rotating a susceptor is rotated in conjunction with a motor for rotating a susceptor, whereby the wafer can be revolved and rotated. A vapor phase growth apparatus has been proposed.
また、特許文献2では、図8に示すような気相成長装置が提案されている。
この気相成長装置30では、リアクタ31内に配置されたサセプタ32を公転用モータ34によって回転させると供に、サセプタ32の上方から下方に向けて流している原料ガスの流れを自転用気体駆動回転子35で受けることによって、ウエーハWを装着するためにサセプタ32の表面に配置されたトレイ33を自転させることができるようになっているものである。
In this vapor
このような気相成長装置を用いてウエーハをサセプタの表面で自公転させてエピタキシャルウエーハを製造することによって、原料ガスの流れの中でウエーハが自公転することによって該ウエーハの表面での上流,下流をなくすことができるため、ウエーハを公転させるのみの気相成長装置に比べてエピタキシャルウエーハの膜厚のばらつきを低下させることができる。 By using such a vapor phase growth apparatus to revolve the wafer on the surface of the susceptor to produce an epitaxial wafer, the wafer revolves in the flow of the raw material gas so that the wafer is upstream on the surface of the wafer. Since the downstream can be eliminated, the film thickness variation of the epitaxial wafer can be reduced as compared with a vapor phase growth apparatus that only revolves the wafer.
しかしながら、特許文献1に記載されたような気相成長装置では、ウエーハの自転数がサセプタの回転数に依存するので、サセプタの回転数が決まると、ウエーハの自転数も自動的に決まってしまい、サセプタの回転数を最適な値に設定できないという問題点があった。
また、このような構造では、サセプタの回転なしではウエーハを自転させることができないという問題点もあった。
However, in the vapor phase growth apparatus described in Patent Document 1, since the rotation speed of the wafer depends on the rotation speed of the susceptor, the rotation speed of the wafer is automatically determined when the rotation speed of the susceptor is determined. There is a problem that the rotation speed of the susceptor cannot be set to an optimum value.
In addition, such a structure has a problem that the wafer cannot be rotated without rotation of the susceptor.
また、特許文献2に記載されたような気相成長装置は、原料ガス流によってウエーハを自転させるものであるため、自転用気体駆動回転子の駆動トルクが小さいという問題があった。そして駆動させるために大量の原料ガスを使用する必要があるため、製造コストが上昇するという問題もある。
更に、ウエーハの自転数は飽和傾向にあり、そもそも気相成長中の原料ガスの流量の変動や炉内温度の変動によって自転数が変動するため、制御が非常に困難であった。
In addition, since the vapor phase growth apparatus described in
Further, the number of rotations of the wafer tends to be saturated, and in the first place, since the number of rotations varies depending on the flow rate of the raw material gas during the vapor phase growth and the temperature in the furnace, it is very difficult to control.
その上、ウエーハの正転、逆転が不可能で、停止までの応答性が遅いとの欠点もある。
しかも、ガスにより、意図しないリアクタ内下部の温度低下が発生することがあり、その結果、排ガスの冷却によって、ウエーハ上に反応生成物(パーティクル)が発生することもあった。
また、ウエーハ自転用の回転軸と公転用の回転軸の軸中心を同じにする必要があるため、ウエーハ公転用か自転用のいずれかの回転軸をもう一方の回転軸より直径の太い円筒状の形状としなければならず、装置の製造コストが上昇する。そして、自転軸と公転軸の回転軸間の空間はガス置換が困難なデッドスペースとなり、装置の運転効率やメンテナンス性を下げるという問題があった。
In addition, the wafer cannot be rotated forward or backward, and there is a drawback that the response to the stop is slow.
Moreover, the gas may cause an unintended lowering of the temperature in the lower part of the reactor, and as a result, reaction products (particles) may be generated on the wafer due to cooling of the exhaust gas.
Also, since the center of rotation of the rotation axis for wafer rotation and the rotation axis for revolution need to be the same, either the rotation axis for wafer rotation or rotation is cylindrical with a diameter larger than that of the other rotation axis. This increases the manufacturing cost of the device. The space between the rotating shaft and the rotating shaft becomes a dead space in which gas replacement is difficult, and there is a problem that the operating efficiency and maintainability of the apparatus are lowered.
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、エピタキシャルウエーハの膜厚のばらつきを従来より更に小さくするために、サセプタの回転の有無に拘らずウエーハを自由に回転させることができ、また気相成長条件が変動してもウエーハの自転に影響を出さずに気相成長を行うことができる気相成長装置と、それを利用した化合物半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in order to further reduce the variation in the film thickness of the epitaxial wafer, the wafer can be freely rotated regardless of whether or not the susceptor is rotated. An object of the present invention is to provide a vapor phase growth apparatus capable of performing vapor phase growth without affecting the rotation of the wafer even if the vapor phase growth conditions fluctuate, and a method of manufacturing a compound semiconductor substrate using the vapor phase growth apparatus. .
上記課題を解決するため、本発明では、少なくとも、リアクタと、該リアクタの内部に配置されたバレル型サセプタと、ウエーハを装着するために該サセプタの表面に配置されたトレイとを備えた気相成長装置において、前記トレイは前記サセプタとは異なる回転軸で回転するものであり、かつ前記サセプタは公転用電動モータによって回転し、前記トレイは自転用電動モータによって回転するものであることを特徴とする気相成長装置を提供する。 In order to solve the above problems, in the present invention, a gas phase comprising at least a reactor, a barrel-type susceptor disposed inside the reactor, and a tray disposed on the surface of the susceptor for mounting a wafer. In the growth apparatus, the tray is rotated by a rotation shaft different from the susceptor, the susceptor is rotated by an electric motor for revolution, and the tray is rotated by an electric motor for rotation. A vapor phase growth apparatus is provided.
このように、ウエーハを装着するためのトレイを、サセプタを回転させるための公転用電動モータとは別のモータ(自転用電動モータ)によって回転させることによって、サセプタの回転に影響されずにウエーハを回転させることができる。また電動で駆動させるため、気相成長条件の変動にも影響を受けずにウエーハを自転させることができ、気相成長中にウエーハを自由に自公転させることができる。
すなわち、気相成長条件に応じてウエーハの自公転を自由に制御することができるため、状況に応じたウエーハの回転制御が可能となり、気相成長膜の膜厚を従来より均一なものとするのに好適な気相成長装置とすることができる。
また、サセプタがバレル型であるため、気相成長膜にスリップが発生しづらく、金属汚染や表面欠陥が少ない気相成長膜を得られ、高品質な気相成長膜の製造に適した装置となっている。
Thus, by rotating the tray for mounting the wafer by a motor (rotational electric motor) that is different from the electric motor for revolution for rotating the susceptor, the wafer is not affected by the rotation of the susceptor. Can be rotated. Further, since it is driven electrically, the wafer can be rotated without being affected by fluctuations in the vapor phase growth conditions, and the wafer can be freely rotated and revolved during the vapor phase growth.
In other words, since the rotation of the wafer can be freely controlled according to the vapor growth conditions, the rotation of the wafer can be controlled according to the situation, and the film thickness of the vapor growth film is made more uniform than before. Therefore, a vapor phase growth apparatus suitable for the above can be obtained.
In addition, since the susceptor is a barrel type, it is difficult to generate a slip in the vapor growth film, a vapor growth film with less metal contamination and surface defects can be obtained, and an apparatus suitable for manufacturing a high quality vapor growth film It has become.
ここで、前記公転用電動モータと前記自転用電動モータは、互いの回転軸が一致せず、2軸に分かれているものとすることが好ましい。
このように、公転用電動モータの回転軸(公転用回転軸軸中心とする)と自転用電動モータの回転軸(自転用回転軸軸中心とする)が互いに一致せずに分かれたものであれば、ウエーハ公転用か自転用のいずれかの回転軸を、もう一方の回転軸より直径の太い円筒状の形状とする必要もなく、一般的なロッド等を用いることができ、安上がりで済む。その上、デッドスペース等が発生せず、運転効率やメンテナンス性が低下することが防止されたものとすることができる。
Here, it is preferable that the revolution electric motor and the rotation electric motor have two rotation axes that do not coincide with each other.
In this way, the rotating shaft of the electric motor for revolution (with the center of the rotating shaft for revolution) and the rotating shaft of the electric motor for rotating (with the center of the shaft of rotating shaft) separated from each other. For example, it is not necessary to use a cylindrical shape having a diameter larger than that of the other rotating shaft for the rotating shaft for wafer revolution or rotation, and a general rod or the like can be used. In addition, dead space or the like is not generated, and it is possible to prevent a decrease in operating efficiency and maintainability.
また、本発明では、化合物半導体基板の製造方法であって、本発明に記載の気相成長装置を用いて前記サセプタに配置された前記トレイ上にウエーハを装着し、該ウエーハを自転及び公転させつつ、該ウエーハの主表面上にIII−V族の化合物半導体を気相成長させることを特徴とする化合物半導体基板の製造方法を提供する。 The present invention also provides a method for producing a compound semiconductor substrate, wherein a wafer is mounted on the tray disposed on the susceptor using the vapor phase growth apparatus according to the present invention, and the wafer is rotated and revolved. A method of manufacturing a compound semiconductor substrate is provided, wherein a III-V group compound semiconductor is vapor-phase grown on a main surface of the wafer.
上述のように、本発明の気相成長装置によれば、ウエーハを電動モータで自公転することができ、気相成長膜の膜厚を従来より均一なものとすることができるため、このような気相成長装置を用いてウエーハの主表面上に気相成長させたIII−V族の化合物半導体は、膜厚が従来に比べて均一なものとなっており、発光素子等の製造の際の歩留りを向上させることができ、製造コストの低減を図ることができる。 As described above, according to the vapor phase growth apparatus of the present invention, the wafer can be rotated and revolved by an electric motor, and the film thickness of the vapor phase growth film can be made more uniform than in the prior art. Group III-V compound semiconductors grown on the main surface of a wafer using a simple vapor phase growth apparatus have a uniform film thickness as compared with the conventional ones. The yield can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.
ここで、前記自転用電動モータによって回転させる前記トレイの回転数(自転数)と、前記公転用電動モータによって回転させる前記サセプタの回転数(公転数)との比率(自転数/公転数)を、4〜20とすることが好ましい。
このようにウエーハの公転数と自転数の比率を4以上とすることによって、ウエーハの自転数がウエーハの公転数に比べて小さくなり過ぎずに済み、化合物半導体の膜厚が不均一になることを防止できる。また20以下であれば、部品の摩擦による発塵が大きくなることを防止することができ、高品質な化合物半導体基板を製造することができる。
Here, a ratio (rotation number / revolution number) between the rotation number (revolution number) of the tray rotated by the electric motor for rotation and the rotation number (revolution number) of the susceptor rotated by the electric motor for revolution. 4 to 20 is preferable.
Thus, by setting the ratio of the number of revolutions of the wafer to the number of revolutions of 4 or more, the number of revolutions of the wafer does not become too small compared to the number of revolutions of the wafer, and the film thickness of the compound semiconductor becomes nonuniform. Can be prevented. Moreover, if it is 20 or less, it can prevent that the dust generation by friction of components becomes large, and can manufacture a high quality compound semiconductor substrate.
また、前記比率を、整数ではなく小数とすることが好ましい。
このようにトレイの回転数(ウエーハの自転数)とサセプタの回転数(ウエーハの公転数)の比率を整数ではなく小数とすることによって、ウエーハの自転数と公転数が同期する(規則的に回転する)ことによって化合物半導体基板の膜厚に特異的な高低が発生することを防止でき、より膜厚が均一(高品質)な化合物半導体基板の製造方法とすることができる。
The ratio is preferably a decimal number instead of an integer.
Thus, by making the ratio of the tray rotation speed (wafer rotation speed) and the susceptor rotation speed (wafer revolution speed) a decimal number instead of an integer, the wafer rotation speed and the rotation speed are synchronized (regularly). Rotation) can prevent the occurrence of a specific level in the film thickness of the compound semiconductor substrate, and a method for manufacturing a compound semiconductor substrate with a more uniform film thickness (high quality) can be obtained.
以上説明したように、本発明によれば、エピタキシャルウエーハの膜厚のばらつきを従来より更に小さくするために、サセプタの回転の有無に拘らずウエーハを自由に回転させることができ、また気相成長条件が変動してもウエーハの自転に影響を出さずに気相成長を行うことができる気相成長装置と、それを利用した化合物半導体基板の製造方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, the wafer can be freely rotated regardless of whether or not the susceptor is rotated in order to further reduce the variation in the film thickness of the epitaxial wafer as compared with the prior art. It is possible to provide a vapor phase growth apparatus capable of performing vapor phase growth without affecting the rotation of the wafer even if conditions change, and a method of manufacturing a compound semiconductor substrate using the vapor phase growth apparatus.
以下、本発明について図を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図1は本発明の気相成長装置の概略の一例を示した図である。
本発明の気相成長装置10は、少なくとも、リアクタ11と、リアクタ11の内部に配置されたバレル型のサセプタ(以下カルーセルとも記載)12と、ウエーハWを装着するためにサセプタ(カルーセル)12の表面に配置されたトレイ(以下プラネタリーとも記載)13とを備えたものである。
そして、トレイ(プラネタリー)13はサセプタ12とは異なる回転軸で回転するものであり、かつサセプタ12は公転用電動モータ14によって回転し、トレイ13はプラネタリーギア16を介して自転用電動モータ15によって回転するものである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a vapor phase growth apparatus according to the present invention.
The vapor
The tray (planetary) 13 rotates on a rotating shaft different from that of the
なお、公転用電動モータ14は、ウエーハWを公転させるためにサセプタ12を自転させるものであり、サセプタ12自体は公転せずに自転するものである。
The revolving
このように、ウエーハを装着するためのトレイを回転させるためのモータと、サセプタを回転させるためのモータを別にすることによって、ウエーハをサセプタとは独立して回転させることができる。また、ウエーハを装着させるトレイを電動モータによって回転させるため、リアクタ内の気相成長条件が変化してもその影響を受けずにウエーハを自転させることができ、そしてウエーハの自転の方向も任意に制御できるため、ウエーハの自公転の制御性が高く、気相成長の際の自由度を高くできるため、柔軟な成長条件の変更が可能となる。従って、成長させた気相成長膜の膜厚の均一性を従来より高いものとすることができる気相成長装置となる。
また、バレル型のサセプタとなっているため、スリップや金属汚染、表面欠陥等の少ない気相成長膜が得られ、製造歩留りの向上にも適した気相成長装置となっている。
Thus, by separating the motor for rotating the tray for mounting the wafer and the motor for rotating the susceptor, the wafer can be rotated independently of the susceptor. In addition, since the tray on which the wafer is mounted is rotated by an electric motor, the wafer can be rotated without being affected by changes in the vapor phase growth conditions in the reactor, and the direction of rotation of the wafer is arbitrary. Since it can be controlled, the controllability of the wafer's self-revolution is high and the degree of freedom during vapor phase growth can be increased, so that the growth conditions can be changed flexibly. Therefore, the vapor phase growth apparatus can make the uniformity of the thickness of the grown vapor phase growth film higher than the conventional one.
Further, since it is a barrel-type susceptor, a vapor phase growth film with few slips, metal contamination, surface defects and the like can be obtained, and this is a vapor phase growth apparatus suitable for improving the production yield.
ここで、図1に示すように、公転用電動モータ14と自転用電動モータ15は、互いの回転軸(14a、15a)の中心が一致せず、2軸に分かれているものとすることができる。
このように、公転用電動モータによる回転軸の軸中心(公転用回転軸軸中心14a)と自転用電動モータによる回転軸の軸中心(自転用回転軸軸中心15a)が互いに一致せず、2軸に分かれたものであれば、ウエーハ公転用か自転用のいずれかの回転軸の直径を、もう一方の回転軸より太い形状とすることをせずに済むため、デッドスペースが発生することがなく、リアクタ内に排気が困難な箇所が発生しないため、運転効率が高いものとすることができる。そして回転軸は一般的なロッド等で十分であり、安価なものとすることができる。
Here, as shown in FIG. 1, the revolution
Thus, the axis center of the rotation shaft by the revolution electric motor (revolution rotation
上記のような本発明の気相成長装置を用いた本発明の化合物半導体基板の製造方法の一例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Although an example of the manufacturing method of the compound semiconductor substrate of this invention using the vapor phase growth apparatus of this invention as mentioned above is shown below, this invention is not limited to these.
まず、図1に記載されているような、ウエーハを装着するためのトレイをサセプタを回転させるための公転用電動モータとは別のモータ(自転用電動モータ)によって回転させることができる気相成長装置のサセプタに配置されたトレイ上に、ウエーハを装着する。
この時使用するウエーハは、作製する化合物半導体基板に適した規格の材料からなるものを適宜選択すればよく、特に限定されない。例えば化合物半導体基板としてGaAsPエピタキシャルウエーハを製造する場合は、ウエーハとしてはn型GaP基板を用いることができる。
First, as shown in FIG. 1, vapor phase growth in which a tray for mounting a wafer can be rotated by a motor (rotational electric motor) different from a revolving electric motor for rotating a susceptor. The wafer is mounted on a tray placed on the susceptor of the apparatus.
The wafer used at this time is not particularly limited as long as a wafer made of a standard material suitable for the compound semiconductor substrate to be manufactured is appropriately selected. For example, when a GaAsP epitaxial wafer is manufactured as a compound semiconductor substrate, an n-type GaP substrate can be used as the wafer.
そしてリアクタ内を窒素ガスで置換した後に原料ガスを流して、不図示の加熱機構によってウエーハを加熱しながら、ウエーハを自転及び公転させつつ、ウエーハの主表面上にIII−V族の化合物半導体を気相成長させる。
この際使用する原料ガスや気相成長条件は特に限定されず、製造する化合物半導体基板の用途に応じて適宜変更することができる。
Then, after the inside of the reactor is replaced with nitrogen gas, a raw material gas is flowed, and the wafer is rotated and revolved while heating the wafer by a heating mechanism (not shown), and a III-V group compound semiconductor is formed on the main surface of the wafer. Vapor growth is performed.
The source gas and vapor phase growth conditions used at this time are not particularly limited, and can be appropriately changed according to the application of the compound semiconductor substrate to be manufactured.
例えばGaAsPエピタキシャルウエーハを製造する場合は、まず、窒素(N2)ガスをリアクタ内に導入し、空気を十分置換除去した後、キャリアガスとして高純度水素(H2)を導入し、N2の流れを止め昇温工程に入る。
そしてGa入り石英ボート設置部分やGaP基板の設置部分の温度が、所定の温度に一定に保持されていることを確認した後に、GaP基板と同組成のGaPエピタキシャル膜の気相成長を開始する。
For example, when manufacturing a GaAsP epitaxial wafer, first, nitrogen (N 2 ) gas is introduced into the reactor, air is sufficiently replaced and removed, high purity hydrogen (H 2 ) is introduced as a carrier gas, and N 2 Stop the flow and enter the heating process.
After confirming that the temperatures of the Ga-containing quartz boat installation part and the GaP substrate installation part are kept constant at a predetermined temperature, vapor phase growth of a GaP epitaxial film having the same composition as the GaP substrate is started.
最初、n型キャリアドープ用ガスをリアクタ内に導入し、高純度塩化水素ガス(HCl)を上記石英ボート中のGa溜に吹き込み、Ga溜上表面よりGaClxを吹き出させながら、高純度りん化水素ガス(PH3)を導入しつつ、第1層である基板バッファー層をGaP基板上に成長させる。 First, an n-type carrier doping gas is introduced into the reactor, high purity hydrogen chloride gas (HCl) is blown into the Ga reservoir in the quartz boat, and GaCl x is blown out from the upper surface of the Ga reservoir while high purity phosphation is performed. While introducing hydrogen gas (PH 3 ), a substrate buffer layer as a first layer is grown on the GaP substrate.
次に、HClの導入量を変えることなく、高純度ひ化水素ガス(AsH3)の導入を開始した後導入量を徐々に増加し、また同時にn型キャリアドープ用ガスおよびPH3の導入量を減少させて、第2層となるn型のGaAs1−xPx組成変化層を基板バッファー層上に成長させる。 Next, the introduction amount of the high purity hydrogen arsenide gas (AsH 3 ) is started without changing the introduction amount of HCl, and then the introduction amount is gradually increased. At the same time, the introduction amount of the n-type carrier doping gas and PH 3 is increased. The n-type GaAs 1-x P x composition change layer to be the second layer is grown on the substrate buffer layer.
次に、HCl、PH3、AsH3の導入量を変えることなく、n型キャリアドープ用ガスの導入量を徐々に減少させて、第3層となるn型のGaAs1−xPx組成一定層をGaAs1−xPx組成変化層上に成長させる。 Next, the n-type GaAs 1-x P x composition to be the third layer is kept constant by gradually reducing the introduction amount of the n-type carrier doping gas without changing the introduction amounts of HCl, PH 3 , and AsH 3. A layer is grown on the GaAs 1-x P x composition change layer.
次は、HCl、PH3、AsH3の導入量を変えることなく、これに窒素ドープ用ガスを導入して、また同時にn型キャリアドープ用ガスの導入をやめてから、第4層となるn型の窒素濃度増加層をGaAs1−xPx組成一定層上に成長させる。 Next, without changing the introduction amount of HCl, PH 3 , AsH 3 , the nitrogen doping gas is introduced into this, and at the same time, the introduction of the n-type carrier doping gas is stopped, and then the n-type which becomes the fourth layer The nitrogen concentration increasing layer is grown on the GaAs 1-x P x composition constant layer.
次はHCl、PH3、AsH3、窒素ドープ用ガスの導入量を変えることなく、第5層となるn型の窒素濃度一定層を窒素濃度増加層上に成長させる。 Next, an n-type nitrogen concentration constant layer to be the fifth layer is grown on the nitrogen concentration increasing layer without changing the introduction amounts of HCl, PH 3 , AsH 3 , and nitrogen doping gas.
そして、次にHCl、PH3、AsH3、窒素ドープ用ガスの導入量を変えることなく、p型キャリアドープ用ガスの導入量を増加させながら、第6層となるGaAs1−xPxp型キャリア濃度増加層を窒素濃度一定層上に成長させる。 Then, the GaAs 1-x P x p serving as the sixth layer is increased while increasing the introduction amount of the p-type carrier doping gas without changing the introduction amount of HCl, PH 3 , AsH 3 , and nitrogen doping gas. A type carrier concentration increasing layer is grown on the nitrogen concentration constant layer.
その後、HCl、PH3、AsH3、p型キャリアドープ用ガスの導入量を変えることなく、また、窒素ドープ用ガスの導入量を徐々に減少させながら、第7層となるp型のGaAs1−xPxエピタキシャル層をp型キャリア濃度増加層上に成長させ、気相成長を終了することによってGaAsPエピタキシャルウエーハを得ることができる。 Thereafter, the p-type GaAs 1 serving as the seventh layer is formed without changing the introduction amount of the HCl, PH 3 , AsH 3 , and p-type carrier doping gas, and while gradually reducing the introduction amount of the nitrogen doping gas. the -x P x epitaxial layer is grown on the p-type carrier concentration increases layer, it is possible to obtain a GaAsP epitaxial wafer by ending vapor deposition.
ここで、上記気相成長の際に、自転用電動モータによって回転させるトレイの回転数(自転数)と、公転用電動モータによって回転させるサセプタの回転数(公転数)との比率(自転数/公転数)を、4〜20とすることができる。
ウエーハの公転数と自転数の比率が4以上であれば、ウエーハの自転数が小さくなって自転させる効果が薄れることが防止できるため、化合物半導体の膜厚をより均一なものとすることができる。そして比率が20以下であれば、ウエーハを自転させるための機構(自転用電動モータやプラネタリーギア等)が摩耗して発塵することを抑制でき、欠陥の少ない化合物半導体基板を気相成長させることができる。
Here, in the vapor phase growth, the ratio of the number of rotations of the tray (rotation number) rotated by the electric motor for rotation and the number of rotations (revolution number) of the susceptor rotated by the electric motor for rotation (rotation number / The number of revolutions) can be 4-20.
If the ratio of the number of revolutions and the number of rotations of the wafer is 4 or more, the number of rotations of the wafer can be reduced and the effect of rotation can be prevented from being reduced. Therefore, the film thickness of the compound semiconductor can be made more uniform. . If the ratio is 20 or less, the mechanism for rotating the wafer (electric motor for rotation, planetary gear, etc.) can be prevented from being worn out and generate dust, and a compound semiconductor substrate with few defects can be vapor-phase grown. be able to.
また、トレイの回転数(ウエーハの自転数)とサセプタの回転数(ウエーハの公転数)の比率を、整数ではなく小数とすることができる。
このように上記比率を整数ではなく小数とすれば、ウエーハの自転数と公転数が同期することを防止でき、特異的な膜厚の高低が気相成長させた化合物半導体に発生することを予め防ぐことができる。従って、より膜厚均一性の高い高品質な化合物半導体基板を製造することができる。
Further, the ratio of the number of rotations of the tray (the number of rotations of the wafer) and the number of rotations of the susceptor (the number of revolutions of the wafer) can be a decimal number instead of an integer.
Thus, if the ratio is set to a decimal number instead of an integer, the number of rotations and revolutions of the wafer can be prevented from being synchronized, and a specific film thickness can be generated in a compound semiconductor that has been vapor-phase grown in advance. Can be prevented. Therefore, a high-quality compound semiconductor substrate with higher film thickness uniformity can be manufactured.
このように、本発明の化合物半導体基板の製造方法によれば、基板上のエピタキシャル膜の厚さが従来に比べて均一な化合物半導体基板を製造することができ、発光素子等の製造の際の歩留りを高くすることに寄与できる気相成長膜を有する基板を得ることができる。 As described above, according to the method for manufacturing a compound semiconductor substrate of the present invention, a compound semiconductor substrate having a uniform thickness of the epitaxial film on the substrate can be manufactured as compared with the conventional method. A substrate having a vapor phase growth film that can contribute to an increase in yield can be obtained.
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
図1に示すような気相成長装置を用いて、GaP単結晶基板の主表面上にGaPエピタキシャル膜の気相成長を行った。
具体的には、まず、プラネタリー(トレイ)に、ウエーハとして準備したGaP単結晶基板をセットした。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
Example 1
The vapor phase growth of the GaP epitaxial film was performed on the main surface of the GaP single crystal substrate using the vapor phase growth apparatus as shown in FIG.
Specifically, first, a GaP single crystal substrate prepared as a wafer was set on a planetary (tray).
そして、窒素(N2)ガスをリアクタ内に20分間導入し、空気を十分に置換除去した後、キャリアガスとして高純度水素(H2)を導入し、N2ガスの導入を停止して昇温工程に入った。
その後、周期律表第V族元素成分として高純度りん化水素ガス(PH3)を導入した。
更に、所定の温度に到達した後、周期律表III属元素成分原料としてGaClxを生成させるため高純度塩化水素ガス(HCl)を石英ボート中のGa溜に吹き込み、単結晶基板と同組成のGaPエピタキシャル膜の気相成長を行った。この際、カルーセル(サセプタ)の回転数を3rpm、プラネタリーの回転数を3rpmにセットして、GaP単結晶基板を自公転させながら気相成長を行った。
そして、所定の膜厚に達した時点でHClガス、PH3ガス、H2ガスの導入を止めて、気相成長を終了させた。
Then, nitrogen (N 2 ) gas is introduced into the reactor for 20 minutes, and after sufficiently replacing and removing the air, high purity hydrogen (H 2 ) is introduced as a carrier gas, and the introduction of N 2 gas is stopped and the temperature is increased. Entered warm process.
Thereafter, high purity hydrogen phosphide gas (PH 3 ) was introduced as a Group V element component of the periodic table.
Further, after reaching a predetermined temperature, high purity hydrogen chloride gas (HCl) is blown into the Ga reservoir in the quartz boat to generate GaCl x as a Group III element component raw material of the periodic table, and the composition of the single crystal substrate is the same. Vapor phase growth of the GaP epitaxial film was performed. At this time, the rotation speed of the carousel (susceptor) was set to 3 rpm, the rotation speed of the planetary was set to 3 rpm, and vapor phase growth was performed while rotating the GaP single crystal substrate.
When the predetermined film thickness was reached, the introduction of HCl gas, PH 3 gas, and H 2 gas was stopped and the vapor phase growth was terminated.
気相成長終了後、リアクタ内から製造したエピタキシャルウエーハを取り出し、図2に示すようなA方向、B方向のエピタキシャル膜の厚さを測定した。その測定結果をA方向については図3に、B方向については図5に示す。
またA方向、B方向それぞれにおいて、ウエーハ中心のエピタキシャル膜の厚さを1とした時の他の箇所の膜厚の比を評価した。その評価結果をA方向については図4に、B方向については図6に示す。
After completion of the vapor phase growth, the epitaxial wafer manufactured from the reactor was taken out, and the thicknesses of the epitaxial films in the A direction and the B direction as shown in FIG. 2 were measured. The measurement results are shown in FIG. 3 for the A direction and in FIG. 5 for the B direction.
Further, in each of the A direction and the B direction, the ratio of the film thicknesses at other locations when the thickness of the epitaxial film at the wafer center was set to 1 was evaluated. The evaluation results are shown in FIG. 4 for the A direction and in FIG. 6 for the B direction.
(実施例2)
実施例1において、プラネタリーの回転数を30rpmとした以外は同様の条件でエピタキシャル膜の気相成長を行い、実施例1と同様の評価を行った。その結果を図3−6に示す。
(Example 2)
In Example 1, vapor phase growth of the epitaxial film was performed under the same conditions except that the rotation speed of the planetary was 30 rpm, and the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are shown in Fig. 3-6.
(比較例1)
実施例1において、公転用電動モータとプラネタリーギアの間にダミーロッドをセットして、プラネタリーの回転数が0rpmとなるようにした以外は同様の条件でエピタキシャル膜の気相成長を行い、実施例1と同様の評価を行った。その結果を図3−6に示す。
なお、GaP単結晶基板の自転のない比較例1の場合、A方向が公転軸の軸中心に平行な方向、B方向が公転の円周の接線方向となった。
(Comparative Example 1)
In Example 1, vapor phase growth of the epitaxial film was performed under the same conditions except that a dummy rod was set between the electric motor for revolution and the planetary gear so that the rotation speed of the planetary was 0 rpm, Evaluation similar to Example 1 was performed. The results are shown in Fig. 3-6.
In the case of Comparative Example 1 in which the GaP single crystal substrate did not rotate, the A direction was a direction parallel to the axis center of the revolution axis, and the B direction was a tangential direction of the circumference of the revolution.
図3に示すように、実施例1はウエーハ面内の膜厚が52〜64μm(最大差12μm)、実施例2は56〜61μm(最大差5μm)と、55〜74μm(最大差19μm)であった比較例1に比べて膜厚のバラツキが小さいことが判った。
また、図4に示すように、実施例1,2は、GaP単結晶基板を自転させなかった比較例1に比べて、ウエーハ面内、特にウエーハ外周部の膜厚が中心に比べて厚くなることを抑制でき、膜厚が均一なエピタキシャルウエーハを得られることが判った。特に、自転数/公転数の比率が10と大きい実施例2では、ウエーハ中心のエピタキシャル膜の厚さに対する比率が1〜1.1と、自転数/公転数の比率が1の実施例1の1〜1.2に比べて面内の膜厚均一性に優れていることが判った。
As shown in FIG. 3, Example 1 has a film thickness in the wafer plane of 52 to 64 μm (
Further, as shown in FIG. 4, in Examples 1 and 2, compared with Comparative Example 1 in which the GaP single crystal substrate was not rotated, the film thickness in the wafer surface, particularly the wafer outer peripheral portion, was thicker than the center. It was found that an epitaxial wafer having a uniform film thickness can be obtained. In particular, in Example 2 where the ratio of the number of rotations / revolutions is as large as 10, the ratio of the center of the wafer to the thickness of the epitaxial film is 1 to 1.1, and the ratio of the number of rotations / revolutions is 1 It was found that the in-plane film thickness uniformity was excellent as compared with 1-1.2.
そして、図5に示すように、B方向についても、実施例1はウエーハ面内の膜厚が52〜70μm(最大差18μm)、実施例2は56〜64μm(最大差8μm)と、GaP単結晶基板を自転させずにエピタキシャル成長を行った比較例1(56〜85μm(最大差29μm))に比べて膜厚のバラツキが小さいことが判った。
また、図6に示すように、B方向についてもA方向と同様に、実施例1,2ともに、比較例1に比べてウエーハ面内が均一であり、特にウエーハ外周部の膜厚を改善できることが判った。そして、自転数/公転数の比率が大きい実施例2のほうが実施例1に比べて膜厚が均一となっており、自転数/公転数の比率は大きいほうが良いことが判った。
As shown in FIG. 5, also in the B direction, Example 1 has a wafer surface thickness of 52 to 70 μm (maximum difference 18 μm), and Example 2 has a thickness of 56 to 64 μm (
In addition, as shown in FIG. 6, in the B direction as well as in the A direction, both the first and second embodiments have a uniform wafer surface compared to the first comparative example, and can particularly improve the film thickness at the outer peripheral portion of the wafer. I understood. And it turned out that the film thickness is more uniform in Example 2 where the ratio of the number of revolutions / revolutions is larger than that in Example 1, and the ratio of the number of revolutions / revolutions is better.
(実施例3)
実施例1において、プラネタリーの回転数を12rpm(自転数/公転数=4)とした以外は同様の条件でエピタキシャル膜の気相成長を行い、実施例1と同様の評価を行った。
(Example 3)
In Example 1, vapor phase growth of the epitaxial film was performed under the same conditions except that the rotation speed of the planetary was 12 rpm (autorotation number / revolution number = 4), and the same evaluation as in Example 1 was performed.
そして、各実施例・比較例において、ウエーハ中心部のエピタキシャル膜の厚さを1とした時の、エピタキシャル膜の膜厚比の最大値から最小値を減算して、膜厚の誤差の評価を行った。そしてその結果とウエーハの自転数/公転数との関係を評価した。その結果を図7に示す。
図7に示すように、自転数/公転数の比率を大きくする程、膜厚が均一になることが判った。
In each of the examples and comparative examples, when the thickness of the epitaxial film at the center of the wafer is set to 1, the minimum value is subtracted from the maximum value of the film thickness ratio of the epitaxial film to evaluate the film thickness error. went. The relationship between the result and the number of rotations / revolutions of the wafer was evaluated. The result is shown in FIG.
As shown in FIG. 7, it was found that the film thickness became uniform as the ratio of the number of rotations / revolutions was increased.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.
10…気相成長装置、 11…リアクタ、 12…サセプタ(カルーセル)、 13…トレイ(プラネタリー)、 14…公転用電動モータ、 14a…公転用回転軸軸中心、 15…自転用電動モータ、 15a…自転用回転軸軸中心、 16…プラネタリーギア、
30…気相成長装置、 31…リアクタ、 32…サセプタ、 33…トレイ、 34…公転用モータ、 35…自転用気体駆動回転子、
W…ウエーハ。
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
W ... wah.
Claims (5)
前記トレイは前記サセプタとは異なる回転軸で回転するものであり、かつ前記サセプタは公転用電動モータによって回転し、前記トレイは自転用電動モータによって回転するものであることを特徴とする気相成長装置。 In a vapor phase growth apparatus comprising at least a reactor, a barrel-type susceptor disposed inside the reactor, and a tray disposed on the surface of the susceptor for mounting a wafer,
Vapor phase growth characterized in that the tray is rotated by a rotating shaft different from that of the susceptor, the susceptor is rotated by an electric motor for revolution, and the tray is rotated by an electric motor for rotation. apparatus.
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