JP2012124326A - 化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原料ガスの流れ方向におけるサセプタにかかる領域で、上流側での原料ガスの消費を抑え、エピ厚さのウェハ面内の均一性を向上させることができる化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置を提供する。
【解決手段】化合物半導体結晶基板１１上に、化合物半導体結晶を気相エピタキシャル成長させる化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置１０において、反応炉１８内で原料ガス流路Ｇを形成する反応管１６内にスロープ２３を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数枚の化合物半導体結晶基板上に、一括して化合物半導体結晶を気相エピタキシャル成長させる化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置に関するものである。

近年、光ピックアップ用光源として用いられる半導体レーザや、携帯電話用増幅器などに用いられるＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；高電子移動度トランジスタ）等に化合物半導体の需要が増大しており、それに伴って低価格で高品質な化合物半導体が得られる技術が求められている。

このため、ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ；有機金属気相成長法）法を用いて一度に多数枚の化合物半導体エピタキシャルウェハを製造できる技術が必要となっている。

化合物半導体をエピタキシャル成長させるには、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の場合には、ＩＩＩ族原料ガス、Ｖ族原料ガス、ドーパント原料ガス等をリアクタ（反応炉）内に導入し、サセプタ上に設置されたヒータで加熱した化合物半導体結晶基板上に、これらの原料ガスを供給し熱分解させることで、化合物半導体結晶基板表面にＧａＡｓなどの化合物半導体結晶を気相エピタキシャル成長させる。

図５は、従来のＭＯＶＰＥ法を用いた化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置を示す断面図である。

図５に示すように、化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置５０は、複数の化合物半導体結晶基板５１をセットするための円盤状のサセプタ５２と、サセプタ５２をその中心軸廻りに回転させる回転軸５３と、サセプタ５２の上側に設けられたヒータ５４と、ヒータ５４からの熱を化合物半導体結晶基板５１の面内に亘って均一に伝達する均熱板５５と、サセプタ５２の下側に原料ガス流路Ｇを形成する反応管５６と、反応管５６を支持する反応管ステージ５７と、これらを収容する反応炉５８とを備えている。

この化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置５０では、サセプタ５２に同心円上に複数の化合物半導体結晶基板５１をセットし、回転軸５３でサセプタ５２を自転させたところに、原料供給系より化合物半導体結晶基板５１上に原料ガスを供給し、原料ガスをヒータ５４で熱分解し、複数の化合物半導体結晶基板５１上に化合物半導体結晶を気相エピタキシャル成長させている。

特開平１０−２５１９１号公報

前述した従来技術の化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置５０では、複数の化合物半導体結晶基板５１を気相エピタキシャル成長に適した温度に加熱するためヒータ５４の設定温度を決定しているが、この設定温度では、原料ガスの流れ方向におけるサセプタ５２にかかる領域で、上流側（原料ガス供給側）で原料ガスが消費される割合が大きく、下流側に達する原料ガスの割合が少ない。

このことは、気相エピタキシャル成長後のエピ厚さ（エピタキシャルウェハの厚さ）のウェハ面内均一化の阻害要因となっている。この均一性が悪いと、エピタキシャルウェハ１枚から取得できるチップの歩留を悪化させることになり問題である。

そこで、本発明の目的は、原料ガスの流れ方向におけるサセプタにかかる領域で、上流側での原料ガスの消費を抑え、エピ厚さのウェハ面内の均一性を向上させることができる化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置を提供することにある。

この目的を達成するために創案された本発明は、化合物半導体結晶基板上に、化合物半導体結晶を気相エピタキシャル成長させる化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置において、反応炉内に原料ガス流路を形成する反応管内にスロープを有する化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置である。

前記スロープが、化合物半導体結晶基板がセットされるサセプタよりも上流側にあると良い。

前記スロープは、前記反応管の上流側から下流側にかけて前記反応管のサセプタ側の内面が窄まるように傾斜されて形成されると良い。

本発明によれば、原料ガスの流れ方向におけるサセプタにかかる領域で、上流側での原料ガスの消費を抑え、エピ厚さのウェハ面内の均一性を向上させることができる。

本発明の化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置を示す概略的な断面図である。 実施例で気相エピタキシャル成長させた構造を示す断面模式図である。 サセプタ面内のエピ厚さ分布を示すグラフである。 ウェハ面内のエピ厚さ分布を示すグラフである。 従来の化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置を示す概略的な断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の好適な実施の形態に係る化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置を示す断面図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置１０は、複数の化合物半導体結晶基板１１をセットするための円盤状のサセプタ１２と、サセプタ１２をその中心軸廻りに回転させる回転軸１３と、サセプタ１２の上側に設けられたヒータ１４と、ヒータ１４からの熱を化合物半導体結晶基板１１の面内に亘って均一に伝達する均熱板１５と、サセプタ１２の下側に原料ガス流路Ｇを形成する反応管１６と、反応管１６を支持する反応管ステージ１７と、これらを収容する反応炉１８とを備える。

サセプタ１２は、反応管１６の上部壁１９に形成されたサセプタ用の開口２０に、化合物半導体結晶基板１１の成長面が原料ガス流路Ｇに臨むように設けられる。

反応管１６は、反応炉１８内を直線的に横断している。反応管１６の一端（図１では左側）には、原料ガスを供給するための導入口２１が形成され、他端（図１では右側）には、原料ガスを排出する排出口２２が形成される。

さて、本発明の化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置１０は、原料ガスの流れ方向におけるサセプタ１２にかかる領域で、上流側での原料ガスの消費を抑えるべく、反応炉１８内に原料ガス流路Ｇを形成する反応管１６内にスロープ２３を有する点に特徴がある。

スロープ２３は、化合物半導体結晶基板１１がセットされるサセプタ１２よりも上流側にあり、反応管１６の上流側から下流側にかけて反応管１６のサセプタ１２側の内面が窄まるように傾斜されて形成される。

この化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置１０では、スロープ２３によって、気相エピタキシャル成長時に供給された原料ガスがサセプタ１２から遠避けられ、反応管１６の底面側に誘導される。これにより、サセプタ１２にかかる領域で気相エピタキシャル成長速度の勾配を小さくでき、上流側での原料ガスの消費を抑えることができる。

従って、本実施の形態に係る化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置１０によれば、エピ厚さのウェハ面内の均一性を向上させることができる。

図１で説明した本発明の化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置１０と、図５で説明した従来の化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置５０のそれぞれを用い、図２に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板３１上に１０００ｎｍのＳｉ−Ａｌ_0.50ＧａＡｓ層３２を気相エピタキシャル成長させた構造のエピタキシャルウェハを製造した。

このとき、サセプタの自転を停止させたパターンと、サセプタを自転させたパターンの２つのパターンでエピタキシャルウェハを製造し、サセプタの自転を停止させたパターンにてサセプタにかかる領域内での原料ガスの流れ方向のエピ厚さ分布を比較し、サセプタを自転させたパターンにてエピ厚さのウェハ面内分布を比較した。その結果をそれぞれ図３，４に示す。

図３，４から分かるように、本発明の化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置１０を使った成長は、従来の化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置５０を使った成長と比べて、サセプタにかかる領域でエピ厚さの勾配が小さくなっており、従来技術にあった課題を解決することができ、エピタキシャルウェハのエピ厚さの面内均一性を向上させることができた。

１０ 化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置
１１ 化合物半導体結晶基板
１２ サセプタ
１３ 回転軸
１４ ヒータ
１５ 均熱板
１６ 反応管
１７ 反応管ステージ
１８ 反応炉
１９ 上部壁
２０ 開口
２１ 導入口
２２ 排出口
２３ スロープ
Ｇ 原料ガス流路

Claims (3)

1. 化合物半導体結晶基板上に、化合物半導体結晶を気相エピタキシャル成長させる化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置において、反応炉内に原料ガス流路を形成する反応管内にスロープを有することを特徴とする化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置。
2. 前記スロープが、化合物半導体結晶基板がセットされるサセプタよりも上流側にある請求項１に記載の化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置。
3. 前記スロープは、前記反応管の上流側から下流側にかけて前記反応管のサセプタ側の内面が窄まるように傾斜されて形成される請求項２に記載の化合物半導体エピタキシャルウェハ製造装置。

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