JP2021082824A - Vapor phase growth apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスを供給して成膜を行う気相成長装置に関する。 The present invention relates to a vapor deposition apparatus that supplies a gas to form a film.
高品質な半導体膜を成膜する方法として、ウェハ等の基板に気相成長により単結晶膜を成長させるエピタキシャル成長技術がある。エピタキシャル成長技術を用いる気相成長装置では、常圧又は減圧に保持された反応室内の支持部にウェハを載置する。 As a method for forming a high-quality semiconductor film, there is an epitaxial growth technique in which a single crystal film is grown by vapor phase growth on a substrate such as a wafer. In a vapor phase growth apparatus using an epitaxial growth technique, a wafer is placed on a support portion in a reaction chamber held at normal pressure or reduced pressure.
そして、このウェハを加熱しながら、成膜の原料となるソースガス等のプロセスガスを、反応室上部から反応室内のウェハ表面に供給する。ウェハ表面ではソースガスの熱反応が生じ、ウェハ表面にエピタキシャル単結晶膜が成膜される。 Then, while heating this wafer, a process gas such as a source gas, which is a raw material for film formation, is supplied from the upper part of the reaction chamber to the surface of the wafer in the reaction chamber. A thermal reaction of the source gas occurs on the wafer surface, and an epitaxial single crystal film is formed on the wafer surface.
ウェハ表面に形成されるエピタキシャル単結晶膜の特性は、ウェハの温度に依存する。このため、ウェハ面内の温度の均一性を向上することが望まれる。 The characteristics of the epitaxial single crystal film formed on the wafer surface depend on the temperature of the wafer. Therefore, it is desired to improve the temperature uniformity in the wafer surface.
特許文献1には、ウェハの変形を少なくし、ウェハを均一に加熱するために、ウェハを支持するサセプタに凸部を設けた気相成長装置が記載されている。
本発明が解決しようとする課題は、基板の温度の均一性を向上できる気相成長装置を提供することにある。 An object to be solved by the present invention is to provide a vapor phase growth apparatus capable of improving the temperature uniformity of a substrate.
本発明の一態様の気相成長装置は、反応室と、前記反応室内に設けられ基板を載置する環状ホルダであって、外周部分を構成する環状の外周部と、内周部分を構成し前記外周部と離間した環状の凸部を上部に有する環状の内周部とを有し、前記環状の凸部の上面より前記外周部の上面が上方に設けられる環状ホルダと、前記環状ホルダの下方に設けられたヒータと、を備え、前記環状ホルダに載置された前記基板の外周領域の端部の一部が、前記外周部の内周面に接した状態において、前記環状の凸部の上面の全域が前記基板の裏面に接し、前記環状ホルダは、前記外周部の内周面に凹部を有し、前記凹部を含む前記環状ホルダの径方向の断面において、前記外周部の内周面の内側への突出量は前記外周部の上面で最大となる。 The vapor phase growth apparatus of one aspect of the present invention is an annular holder provided in the reaction chamber and on which a substrate is placed, and constitutes an annular outer peripheral portion and an inner peripheral portion constituting the outer peripheral portion. An annular holder having an annular inner peripheral portion having an annular convex portion at an upper portion separated from the outer peripheral portion, and an annular holder having an upper surface of the outer peripheral portion above the upper surface of the annular convex portion, and an annular holder. The annular convex portion is provided with a heater provided below, and a part of the end portion of the outer peripheral region of the substrate placed on the annular holder is in contact with the inner peripheral surface of the outer peripheral portion. The entire upper surface of the annular holder is in contact with the back surface of the substrate, and the annular holder has a recess on the inner peripheral surface of the outer peripheral portion. The amount of protrusion inward of the surface is maximum on the upper surface of the outer peripheral portion.
上記態様の気相成長装置において、前記環状ホルダの径方向の断面において、前記環状の凸部の高さは前記環状の凸部の幅よりも小さいことが望ましい。 In the vapor phase growth apparatus of the above aspect, it is desirable that the height of the annular convex portion is smaller than the width of the annular convex portion in the radial cross section of the annular holder.
上記態様の気相成長装置において、前記凹部は、前記外周部の内周面の全周に設けられることが望ましい。 In the vapor phase growth apparatus of the above aspect, it is desirable that the recess is provided on the entire circumference of the inner peripheral surface of the outer peripheral portion.
上記態様の気相成長装置において、前記環状ホルダは、前記外周部の内側に突出し、前記環状の凸部と離間した複数の島状の凸部を有し、前記凹部は前記島状の凸部に設けられることが望ましい。 In the vapor phase growth apparatus of the above aspect, the annular holder has a plurality of island-shaped convex portions protruding inward of the outer peripheral portion and separated from the annular convex portion, and the concave portion is the island-shaped convex portion. It is desirable to be provided in.
上記態様の気相成長装置において、前記環状の凸部は、前記内周部の内周から所定距離離間して設けられることが望ましい。 In the vapor phase growth apparatus of the above aspect, it is desirable that the annular convex portion is provided at a predetermined distance from the inner circumference of the inner peripheral portion.
上記態様の気相成長装置において、前記環状の凸部の上面は平面であることが望ましい。 In the vapor phase growth apparatus of the above aspect, it is desirable that the upper surface of the annular convex portion is flat.
本発明によれば、基板の温度の均一性を向上できる気相成長装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a vapor phase growth apparatus capable of improving the temperature uniformity of a substrate.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本明細書中、同一又は類似の部材について、同一の符号を付す場合がある。 In the present specification, the same or similar members may be designated by the same reference numerals.
本明細書中、気相成長装置が成膜可能に設置された状態での重力方向を「下」と定義し、その逆方向を「上」と定義する。したがって、「下部」とは、基準に対し重力方向の位置、「下方」とは基準に対し重力方向を意味する。そして、「上部」とは、基準に対し重力方向と逆方向の位置、「上方」とは基準に対し重力方向と逆方向を意味する。また、「縦方向」とは重力方向である。 In the present specification, the direction of gravity in a state where the vapor deposition apparatus is installed so that a film can be formed is defined as "downward", and the opposite direction is defined as "upper". Therefore, "lower" means the position in the direction of gravity with respect to the reference, and "downward" means the direction of gravity with respect to the reference. The "upper part" means a position in the direction opposite to the gravitational direction with respect to the reference, and the "upper" means the direction opposite to the gravitational direction with respect to the reference. The "vertical direction" is the direction of gravity.
また、本明細書中、「プロセスガス」とは、基板上への成膜のために用いられるガスの総称であり、例えば、ソースガス、キャリアガス、希釈ガス等を含む概念とする。 Further, in the present specification, the “process gas” is a general term for gases used for film formation on a substrate, and is a concept including, for example, a source gas, a carrier gas, a diluent gas, and the like.
(第1の実施形態)
本実施形態の気相成長装置は、反応室と、反応室内に設けられ基板を載置する環状ホルダであって、外周部分を構成する環状の外周部と、内周部分を構成し外周部と離間した環状の凸部を上部に有する環状の内周部とを有し、環状の凸部の上面より外周部の上面が上方に設けられる環状ホルダと、環状ホルダの下方に設けられたヒータと、を備える。
(First Embodiment)
The vapor phase growth apparatus of the present embodiment is a reaction chamber, an annular holder provided in the reaction chamber on which a substrate is placed, an annular outer peripheral portion forming an outer peripheral portion, and an outer peripheral portion forming an inner peripheral portion. An annular holder having an annular inner peripheral portion having an annular convex portion at an upper portion and an upper surface of an outer peripheral portion provided above the upper surface of the annular convex portion, and a heater provided below the annular holder. , Equipped with.
図1は、本実施形態の気相成長装置の模式断面図である。本実施形態の気相成長装置は、例えば、MOCVD法(有機金属気相成長法)を用いる枚葉型のエピタキシャル成長装置である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the vapor phase growth apparatus of the present embodiment. The vapor phase growth apparatus of the present embodiment is, for example, a single-wafer type epitaxial growth apparatus using a MOCVD method (metalorganic vapor phase growth method).
本実施形態の気相成長装置は、反応室10、第1のガス供給路11、第2のガス供給路12、第3のガス供給路13を備えている。反応室10は、環状ホルダ14、回転体ユニット16、回転軸18、回転駆動機構20、シャワープレート22、インヒータ(ヒータ)24、アウトヒータ26、リフレクタ28、支持柱34、固定台36、固定軸38、ガス排出口40を備えている。
The vapor phase growth apparatus of the present embodiment includes a
第1のガス供給路11、第2のガス供給路12、第3のガス供給路13は、反応室10にプロセスガスを供給する。
The first
第1のガス供給路11は、例えば、反応室10にIII族元素の有機金属とキャリアガスを含む第1のプロセスガスを供給する。第1のプロセスガスは、ウェハ上にIII−V族半導体の膜を成膜する際の、III族元素を含むガスである。
The first
III族元素は、例えば、ガリウム(Ga)、Al(アルミニウム)、In(インジウム)等である。また、有機金属は、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルインジウム(TMI)等である。 Group III elements are, for example, gallium (Ga), Al (aluminum), In (indium) and the like. Further, the organic metal is trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMA), trimethylindium (TMI) and the like.
第2のガス供給路12は、例えば、反応室10にアンモニア(NH3)を含む第2のプロセスガスを供給する。第2のプロセスガスは、ウェハ上にIII−V族半導体の膜を成膜する際の、V族元素、窒素(N)のソースガスである。
The second
第3のガス供給路13は、例えば、第1のプロセスガス及び第2のプロセスガスを希釈する希釈ガスを反応室10へ供給する。希釈ガスで、第1のプロセスガス及び第2のプロセスガスを希釈することにより、反応室10に供給されるIII族元素及びV族元素の濃度を調整する。希釈ガスは、例えば、水素ガス、窒素ガス、又は、アルゴンガス等の不活性ガス又はこれらの混合ガスである。
The third gas supply path 13 supplies, for example, a diluting gas for diluting the first process gas and the second process gas to the
反応室10は、例えば、ステンレス製で円筒状の壁面17を備える。シャワープレート22は反応室10の上部に設けられる。シャワープレート22には、複数のガス噴出孔が設けられる。複数のガス噴出孔から反応室10内にプロセスガスが供給される。
The
環状ホルダ14は、反応室10の内部に設けられる。環状ホルダ14には、ウェハ(基板)Wが載置可能である。環状ホルダ14には、中心部に開口部が設けられる。
The
環状ホルダ14は、例えば、炭化珪素(SiC)、炭化タンタル(TaC)、窒化ホウ素(BN)、パイロリティックグラファイト(PG)などのセラミックス、又は、カーボンを基材として形成される。環状ホルダ14は、例えば、SiC、BN、TaC、又はPGなどをコーティングしたカーボンを用いることができる。
The
環状ホルダ14は、回転体ユニット16の上部に固定される。回転体ユニット16は、回転軸18に固定される。環状ホルダ14は、間接的に回転軸18に固定される。
The
回転軸18は、回転駆動機構20によって回転可能である。回転駆動機構20により、回転軸を回転させることにより環状ホルダ14を回転させることが可能である。環状ホルダ14を回転させることにより、環状ホルダ14に載置されたウェハWを回転させることが可能である。
The
例えば、ウェハWを50rpm以上3000rpm以下の回転数で回転させる。回転駆動機構20は、例えば、モータとベアリングで構成される。
For example, the wafer W is rotated at a rotation speed of 50 rpm or more and 3000 rpm or less. The
インヒータ24とアウトヒータ26は、環状ホルダ14の下方に設けられる。インヒータ24とアウトヒータ26は、回転体ユニット16内に設けられる。アウトヒータ26は、インヒータ24と環状ホルダ14との間に設けられる。
The in-
インヒータ24とアウトヒータ26は、環状ホルダ14に保持されたウェハWを加熱する。インヒータ24は、ウェハWの少なくとも中心部を加熱する。アウトヒータ26は、ウェハWの外周部を加熱する。インヒータ24は、例えば、円板状である。アウトヒータ26は、例えば、環状である。
The in-
リフレクタ28は、インヒータ24とアウトヒータ26の下方に設けられる。リフレクタ28と環状ホルダ14との間に、インヒータ24とアウトヒータ26が設けられる。
The
リフレクタ28は、インヒータ24とアウトヒータ26から下方に放射される熱を反射し、ウェハWの加熱効率を向上させる。また、リフレクタ28は、リフレクタ28より下方の部材が加熱されるのを防止する。リフレクタ28は、例えば、円板状である。
The
リフレクタ28は、耐熱性の高い材料で形成される。リフレクタ28は、例えば、1100℃以上の温度に対する耐熱性を有する。
The
リフレクタ28は、例えば、SiC、TaC、カーボン、BN、PGなどのセラミックス、又はタングステンなどの金属を基材として形成される。リフレクタ28にセラミックスを用いる場合、焼結体や気相成長により作製した基材を用いることができる。リフレクタ28はまた、カーボンの基材などに、SiC、TaC、BN、PG、ガラス状カーボンなどのセラミックスをコートしたものを用いてもよい。
The
リフレクタ28は、例えば、複数の支持柱34によって、固定台36に固定される。固定台36は、例えば、固定軸38によって支持される。
The
回転体ユニット16内には、ウェハWを環状ホルダ14から脱着させるために、突き上げピン(図示せず)が設けられる。突き上げピンは、例えば、リフレクタ28、及び、インヒータ24を貫通する。
A push-up pin (not shown) is provided in the
ガス排出口40は、反応室10の底部に設けられる。ガス排出口40は、ウェハW表面でソースガスが反応した後の余剰の反応生成物、及び、余剰のプロセスガスを反応室10の外部に排出する。
The
また、反応室10の壁面17には、図示しないウェハ出入口及びゲートバルブが設けられている。ウェハ出入口及びゲートバルブにより、ウェハWを反応室10内に搬入したり、反応室10外に搬出したりすることが可能である。
Further, a wafer inlet / outlet and a gate valve (not shown) are provided on the
図2は、本実施形態の環状ホルダの模式図である。図2(a)は上面図、図2(b)は図2(a)のAA’断面図である。 FIG. 2 is a schematic view of the annular holder of the present embodiment. FIG. 2A is a top view, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA'of FIG. 2A.
環状ホルダ14は、外周部分を構成する外周部50と、その内側に設けられる内周部52とを有する。外周部50と内周部52は、例えば、一体成型されている。
The
外周部50は環状である。
The outer
内周部52は環状である。内周部52は、外周部50の内側に設けられる。なお、以下、外周部50の内側の端部(図2中のE2)を、外周部50の内周面E2と表現する場合がある。
The inner
内周部52は、環状ホルダ14のザグリである。内周部52上、且つ、外周部50の内側にウェハWが保持される。
The inner
内周部52の上部には、環状の凸部54が設けられる。環状の凸部54は、外周部50と離間して設けられる。言い換えれば、環状の凸部54の外側の端部(図2(b)中のE3)は、外周部50の内側の端部(図2(b)中のE2)と離間している。
An annular
凸部54の上面は外周部50の上面50aよりも下方に在る。凸部54は、内側の端部が内周部52の内側の端部(図2(b)中のE1)と面一になるように設けられる。言い換えれば、凸部54の内側の端部の位置と、内周部52の内側の端部の位置が一致している。
The upper surface of the
図2(b)に示すように、環状ホルダ14の径方向の断面において、環状の凸部54の高さ(図2(b)中のh)は、例えば、環状の凸部54の幅(図2(b)中のd)よりも小さい。環状の凸部54の高さが幅よりも小さいことで、環状の凸部54の機械的強度が高くなる。
As shown in FIG. 2B, in the radial cross section of the
環状の凸部54の上端の角部は、例えば、面取りがされている。面取りがされることで、環状の凸部54の欠けが予防される。
The upper end corner of the annular
内周部の内径(図2(a)中のr)は、例えば、環状ホルダ14に載置されるウェハWの径の90%以上である。内周部の内径をウェハWの径の90%以上とすることで、ウェハWの裏面の露出面積が大きくなり、ウェハWを高効率、且つ均一に加熱することが可能となる。内周部の内径は、環状ホルダ14に載置されるウェハWの径の95%以上であることが望ましい。
The inner diameter of the inner peripheral portion (r in FIG. 2A) is, for example, 90% or more of the diameter of the wafer W placed on the
次に、本実施形態の気相成長装置の作用・効果について説明する。 Next, the action / effect of the vapor phase growth apparatus of the present embodiment will be described.
ウェハW表面に形成されるエピタキシャル単結晶膜の特性、例えば、膜厚、化学組成、結晶性等は、ウェハの温度に依存する。したがって、ウェハ面内の温度ばらつきが大きくなると膜の特性がウェハWの面内でばらつく。よって、ウェハ面内の温度の均一性を向上することが望まれる。 The characteristics of the epitaxial single crystal film formed on the surface of the wafer W, such as the film thickness, chemical composition, and crystallinity, depend on the temperature of the wafer. Therefore, when the temperature variation in the wafer surface becomes large, the characteristics of the film vary in the surface of the wafer W. Therefore, it is desired to improve the temperature uniformity in the wafer surface.
図3、図4、図5、及び図6は、本実施形態の気相成長装置の作用・効果の説明図である。 3, FIG. 4, FIG. 5, and FIG. 6 are explanatory views of the operation and effect of the vapor phase growth apparatus of the present embodiment.
図3は、比較形態の環状ホルダ15にウェハWを載置された状態の模式図である。ウェハWが環状ホルダ15の中心に載置された状態を示す。図3(a)は上面図、図3(b)は図3(a)のAA’断面図である。図3(a)中、内周部52の内側の端部(図3(b)中のE1)の位置を点線で示す。
FIG. 3 is a schematic view of a state in which the wafer W is placed on the
比較形態の環状ホルダ15は、内周部53の上面に本実施形態の環状の凸部54を有しない点で、本実施形態の環状ホルダ14と異なる。
The
ウェハWの裏面の外周領域は、内周部53の上面53aに接する。ウェハWは、成膜中、インヒータ24とアウトヒータ26により裏面側から加熱される。ウェハWの裏面と環状ホルダ14との間では、上面53aを介して熱伝導が生ずる。
The outer peripheral region of the back surface of the wafer W is in contact with the
ウェハWが環状ホルダ15より低温の場合は、環状ホルダ15からウェハWに熱が伝導する。逆に、ウェハWが環状ホルダ15より高温の場合は、ウェハWから環状ホルダ15に熱が伝導する。
When the wafer W is lower than the
図3では、環状ホルダ15の中心にウェハWが載置される。このため、ウェハWの裏面の外周領域は均等に上面53aに接する。言い換えれば、ウェハWの裏面の外周領域と第2の上面53aとの接触面積は、ウェハWの円周方向で均一である。
In FIG. 3, the wafer W is placed in the center of the
したがって、ウェハWの外周領域での環状ホルダ15とウェハW間の熱伝導は、ウェハWの円周方向の位置に関わらず均一に生じる。よって、ウェハWの円周方向の温度のばらつきは小さくなる。例えば、図3(a)中の領域Xと領域Yの温度は略同一となる。
Therefore, the heat conduction between the
図4は、比較形態の環状ホルダ15にウェハWが載置された状態の模式図である。ウェハWが環状ホルダ15の中心に対してずれて載置された状態を示す。図4(a)は上面図、図4(b)は図4(a)のAA’断面図である。
FIG. 4 is a schematic view of a state in which the wafer W is placed on the
ウェハWの成膜中、環状ホルダ15は、ウェハWを載置した状態で回転する。この際、ウェハWにかかる遠心力により、環状ホルダ15の中心からウェハWがずれる場合がある。この際、例えば、図4(b)に示すように、ウェハWの外周領域の端部の一部は、外周部51の内周面E2に接することになる。
During the film formation of the wafer W, the
図4に示したように、ウェハWが環状ホルダ15の中心に対してずれて環状ホルダ15に載置された場合、ウェハWの裏面の外周領域は不均一に内周部の上面53aに接することになる。具体的には、ウェハWは環状ホルダ15の片方に押しやられているため、図4(a)での領域YではウェハWと内周部の上面53aとの接触面積が領域Xでの接触面積に比べて大きくなっている。すなわち、ウェハWの裏面の外周領域と内周部の上面53aとの接触面積は、ウェハWの円周方向で不均一となる。
As shown in FIG. 4, when the wafer W is placed on the
したがって、ウェハWの外周領域での環状ホルダ15とウェハW間の熱伝導は、ウェハWの円周方向の位置により不均一に生じる。よって、ウェハWの円周方向の温度のばらつきが大きくなる。例えば、図4(a)中の領域Xの温度と領域Yの温度差が大きくなる。
Therefore, the heat conduction between the
図5は、本実施形態の環状ホルダにウェハWが載置された状態の模式図である。ウェハWが環状ホルダ14の中心に載置された状態を示す。図5(a)は上面図、図5(b)は図5(a)のAA’断面図である。図5(a)中、環状の凸部54の内側の端部(図5(a)中のE1に相当)と外側の端部E3を点線で示す。
FIG. 5 is a schematic view of a state in which the wafer W is placed on the annular holder of the present embodiment. The state where the wafer W is placed in the center of the
ウェハWの裏面の外周領域は、環状の凸部54の上面に接する。ウェハWは、成膜中、インヒータ24とアウトヒータ26により裏面側から加熱される。ウェハWの裏面と環状ホルダ14との間では、環状の凸部54の上面を介して熱伝導が生ずる。
The outer peripheral region of the back surface of the wafer W is in contact with the upper surface of the annular
図5では、環状ホルダ14の中心にウェハWが載置されている。このため、ウェハWの裏面の外周領域は均一に環状の凸部54の上面に接する。したがって、ウェハWの外周領域での環状ホルダ14とウェハW間の熱伝導は、ウェハWの円周方向の位置に関わらず均一に生じる。よって、ウェハWの円周方向の温度のばらつきは小さくなる。例えば、図5(a)中の領域Xと領域Yの温度は略同一となる。
In FIG. 5, the wafer W is placed in the center of the
図6は、本実施形態の環状ホルダにウェハWが載置された状態の模式図である。ウェハWが環状ホルダ14の中心に対してずれた状態を示す。図6(a)は上面図、図6(b)は図6(a)のAA’断面図である。
FIG. 6 is a schematic view of a state in which the wafer W is placed on the annular holder of the present embodiment. The state where the wafer W is deviated from the center of the
比較形態の場合と同様、例えば、図6(b)に示すように、ウェハWの外周領域の端部の一部は、外周部50の内周面E2に接することになる。ウェハWの裏面の外周領域は、ウェハWが中心からずれても、均一に環状の凸部54の上面に接することになる。具体的には、環状の凸部54の幅が限定されているため、ウェハWが中心からずれても、ウェハWの裏面の外周領域と環状の凸部54との接触面積は、ウェハWの円周方向で均一となる。
As in the case of the comparative form, for example, as shown in FIG. 6B, a part of the end portion of the outer peripheral region of the wafer W comes into contact with the inner peripheral surface E2 of the outer
したがって、ウェハWが中心からずれても、ウェハWの円周方向の温度のばらつきは小さい。例えば、図6(a)中の領域Xと領域Yの温度は略同一となる。 Therefore, even if the wafer W deviates from the center, the temperature variation in the circumferential direction of the wafer W is small. For example, the temperatures of the region X and the region Y in FIG. 6A are substantially the same.
図7は、本実施形態の気相成長装置の作用・効果の説明図である。図7の横軸は、ウェハWの円周方向の位置を位相(角度)で表す。また、図7の縦軸は、ウェハW上に成膜したLED(Light Emitting Diode)用のMQW(Multi Quantum Well)層の発光ピーク波長である。測定値はウェハWの中心から90mmの位置でのものである。ウェハWの半径は100mmである。
FIG. 7 is an explanatory diagram of the operation and effect of the vapor phase growth apparatus of the present embodiment. The horizontal axis of FIG. 7 represents the position of the wafer W in the circumferential direction in terms of phase (angle). The vertical axis of FIG. 7 is the emission peak wavelength of the MQW (Multi Quantum Well) layer for the LED (Light Emitting Diode) formed on the wafer W. The measured value is at a
MQW層は、窒化インジウムガリウム(InGaN)膜と窒化ガリウム(GaN)膜との積層膜である。発光ピーク波長は、ウェハWに励起光を照射し、MQW層から放出される蛍光の波長を測定することにより求める。図7は、ウェハWの外周部の発光ピーク波長の円周方向の依存性を示している。 The MQW layer is a laminated film of an indium gallium nitride (InGaN) film and a gallium nitride (GaN) film. The emission peak wavelength is determined by irradiating the wafer W with excitation light and measuring the wavelength of fluorescence emitted from the MQW layer. FIG. 7 shows the dependence of the emission peak wavelength on the outer peripheral portion of the wafer W in the circumferential direction.
比較形態の環状ホルダ15を用いた場合、発光ピーク波長の円周方向のばらつきは約7nmである。一方、本実施形態の環状ホルダ14を用いた場合、発光ピーク波長の円周方向のばらつきは約3.5nmである。本実施形態の環状ホルダ14を用いることにより、円周方向の発光ピーク波長のばらつきが半減する。
When the
MQW層の発光ピーク波長は、ウェハWの温度に依存する。例えば、成膜時のウェハWの温度が高い程、発光ピーク波長は短くなる。したがって、本実施形態の環状ホルダ14を用いることにより、ウェハWの外周部の円周方向の温度ばらつきが低減していると考えられる。
The emission peak wavelength of the MQW layer depends on the temperature of the wafer W. For example, the higher the temperature of the wafer W at the time of film formation, the shorter the emission peak wavelength. Therefore, it is considered that the temperature variation in the circumferential direction of the outer peripheral portion of the wafer W is reduced by using the
本実施形態の環状ホルダ14の環状の凸部54は環状である。このため、ウェハWの裏面が環状の凸部54と連続的に密着する。したがって、成膜中のガスがウェハWの裏面と環状ホルダ14との間を流れることが抑制される。よって、成膜中のガスの回転体ユニット16の内部と外部の間の流れが抑制される。
The annular
仮に、回転体ユニット16の内部から外部にガスの流れが生じると、回転体ユニット16内のヒータ等の部材からの汚染がウェハW上の膜に取り込まれ、膜の特性が劣化する恐れがある。また、仮に、回転体ユニット16の外部から内部にガスの流れが生じると、プロセスガスにより、回転体ユニット16内のヒータ等の部材がエッチングされたり、ヒータ等の部材に付着物が生じたりする恐れがある。部材がエッチングされたり、部材に付着物が生じたりすると、部材の寿命が短くなったり、成膜条件に変化が生じ膜の特性が劣化したりする恐れがある。
If a gas flow occurs from the inside of the
部材のエッチングは、プロセスガスとして活性の高いH2やアンモニアガスを使用する際に、特に問題となる。 Etching of the member becomes a particular problem when H 2 or ammonia gas having high activity is used as the process gas.
本実施形態の環状ホルダ14によれば、膜中のガスの回転体ユニット16の内部と外部の間の流れを抑制することにより、部材の長寿命化、成膜する膜の特性の安定化が実現できる。
According to the
以上、本実施形態の気相成長装置によれば、ウェハWの外周領域の円周方向の温度ばらつきを低減することにより、ウェハの温度の均一性を向上することが可能となる。また、部材の長寿命化、成膜する膜の特性の安定化が実現できる。 As described above, according to the vapor phase growth apparatus of the present embodiment, it is possible to improve the temperature uniformity of the wafer by reducing the temperature variation in the circumferential direction of the outer peripheral region of the wafer W. In addition, it is possible to extend the life of the member and stabilize the characteristics of the film to be formed.
(第2の実施形態)
本実施形態の気相成長装置は、外周部の垂直断面において、外周部の内側の端部の一部が、外周部の内側の端部の別の一部よりも外周部の内側に突出すること以外は、第1の実施形態と同様である。したがって、第1の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
(Second embodiment)
In the vapor phase growth device of the present embodiment, in the vertical cross section of the outer peripheral portion, a part of the inner end portion of the outer peripheral portion protrudes inside the outer peripheral portion than another part of the inner end portion of the outer peripheral portion. Other than that, it is the same as that of the first embodiment. Therefore, the description of the content that overlaps with the first embodiment will be omitted.
図8は、本実施形態の環状ホルダの一部の模式断面図である。図8(a)は、環状ホルダ14の中心にウェハWを載置した状態を示す。図8(b)は、環状ホルダ14の中心からウェハWがずれて載置された状態を示す。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a part of the annular holder of the present embodiment. FIG. 8A shows a state in which the wafer W is placed in the center of the
本実施形態の環状ホルダ14は、外周部50の垂直断面において、外周部50の内側の端部(図8中のE2)の一部が、外周部50の内側の端部の別の一部よりも外周部50の内側に突出している。具体的には、外周部50の内側の上端部が、迫り出し、外周部50の内周面に凹部50cが形成されている。言い換えれば、外周部50の内側の上端部が、オーバーハング形状を有する。
In the
例えば、第1の実施形態の環状ホルダ14の場合、図6に示すように環状ホルダ14の中心からウェハWがずれると、ウェハWの端部の一部は、外周部50の内側の端部(図6(b)中のE2)に接することになる。この場合、ウェハWの端部と環状ホルダ14との間で、外周部50の内側の端部E2を介して熱伝導が生ずる。
For example, in the case of the
このため、ウェハWの端部と環状ホルダ14が接している領域と、ウェハWの端部と環状ホルダ14が接していない領域とで温度差が生じる恐れがある。具体的には、図6(a)中の、領域Xと領域Yの温度差が大きくなる恐れがある。
Therefore, there is a possibility that a temperature difference may occur between the region where the end portion of the wafer W and the
本実施形態の環状ホルダ14では、外周部50の内側の上端部が、迫り出している。したがって、図8(b)に示すように、ウェハWと外周部50との接触面積が、第1の実施形態と比べて小さくなる。
In the
このため、ウェハWの端部と環状ホルダ14との間での、外周部50の内側の端部E2を介しての熱伝導が抑制される。よって、ウェハWの外周領域の円周方向の温度ばらつきが低減する。
Therefore, heat conduction between the end portion of the wafer W and the
なお、本実施形態は、上記に説明したように、外周部50からの円周方向に均一でない熱流入を低減させるという点で、環状の凸部54がない場合にも有効である。本実施形態を環状の凸部54がない形態で用いる場合、ウェハWの裏面と内周部52の上面52aとの接触が、ウェハWが環状ホルダ14に対して中心がずれて載置されると円周方向に不均一になりやすくなる。これを避けるためには、外周部50の内側の端部E2の直径をなるべくウェハWの直径に近付けることが好ましい。こうすることで、ウェハWが環状ホルダ14に対して中心からずれる程度を低減することができる。こうすることで、ウェハWの裏面と内周部52の上面52aとの接触の円周方向での均一性を保ちながら、ウェハWと外周部50の内周面E2の熱接触が低減できる。そして、ウェハWへの内周面E2からの熱流入の円周方向の不均一性を低減でき、ウェハWの外周部の円周方向の温度均一性が向上する。
As described above, the present embodiment is effective even when there is no annular
(変形例)
図9は、本実施形態の変形例の環状ホルダの一部の模式断面図である。図9(a)は、環状ホルダ14の中心にウェハWを載置した状態を示す。図9(b)は、環状ホルダ14の中心からウェハWがずれて載置された状態を示す。
(Modification example)
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a part of the annular holder of the modified example of the present embodiment. FIG. 9A shows a state in which the wafer W is placed in the center of the
本実施形態の変形例の環状ホルダ14は、外周部50の内側の上端部が鋭角状に迫り出している。本実施形態の変形例の環状ホルダ14によっても、本実施形態と同様の効果が実現される。
In the
以上、本実施形態及び変形例の気相成長装置によれば、第1の実施形態より、更に、ウェハWの外周領域の円周方向の温度ばらつきを低減することが可能となる、したがって、更に、ウェハの温度の均一性を向上することが可能となる。 As described above, according to the vapor phase growth apparatus of the present embodiment and the modified example, it is possible to further reduce the temperature variation in the circumferential direction of the outer peripheral region of the wafer W as compared with the first embodiment, and therefore, further. , It is possible to improve the temperature uniformity of the wafer.
なお、変形例は、上記に説明したように、外周部50からの円周方向に均一でない熱流入を低減させるという点で、環状の凸部54がない場合にも有効である。本実施形態を環状の凸部54がない形態で用いる場合、ウェハWの裏面と内周部52の上面52aとの接触が、ウェハWが環状ホルダ14に対して中心がずれて載置されると円周方向に不均一になりやすくなる。これを避けるためには、外周部50の内側の端部E2の直径をなるべくウェハWの直径に近付けることが好ましい。こうすることで、ウェハWが環状ホルダ14に対して中心からずれる程度を低減することができる。こうすることで、ウェハWの裏面と内周部52の上面52aとの接触の円周方向での均一性を保ちながら、ウェハWと外周部50の内周面E2の熱接触が低減できる。そして、ウェハWへの内周面E2からの熱流入の円周方向の不均一性を低減でき、ウェハWの外周部の円周方向の温度均一性が向上する。
As described above, the modified example is effective even when there is no annular
(第3の実施形態)
本実施形態の気相成長装置は、外周部の内側に突出し、環状の凸部と離間した複数の島状の凸部を有すること以外は、第1の実施形態と同様である。したがって、第1の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
(Third Embodiment)
The vapor phase growth apparatus of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that it protrudes inward of the outer peripheral portion and has a plurality of island-shaped convex portions separated from the annular convex portion. Therefore, the description of the content that overlaps with the first embodiment will be omitted.
図10は、本実施形態の環状ホルダの模式図である。図10(a)は上面図、図10(b)は図10(a)のAA’断面図である。 FIG. 10 is a schematic view of the annular holder of the present embodiment. 10 (a) is a top view, and FIG. 10 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA'of FIG. 10 (a).
本実施形態の環状ホルダ14は、外周部50の水平断面において、外周部50の内側の端部(図10(b)中のE2)に、外周部50の内側に突出する複数の島状の凸部56を有する。例えば、外周部50の内周面E2の8箇所に中心方向に突出した島状の凸部56が設けられる。複数の島状の凸部56は、環状の凸部54と離間している。
The
図11は、本実施形態の気相成長装置の作用・効果の説明図である。環状ホルダ14の中心からウェハWがずれた場合、ウェハWの端部と外周部50の内周面とは、島状の凸部56のみで接触する。したがって、図6に示す第1の実施形態の場合と比較して、ウェハWの端部と外周部50の内周面との接触面積が小さくなる。よって、よりウェハWの外周部の円周方向の温度ばらつきが低減する。
FIG. 11 is an explanatory diagram of the operation and effect of the vapor phase growth apparatus of the present embodiment. When the wafer W deviates from the center of the
なお、島状の凸部56の数は、必ずしも8個に限られることはなく、8個未満であっても、8個より多くても構わない。但し、ウェハWが環状ホルダ14の中心からずれた場合に、ウェハWの端部が必ず凸部56に接するようことが望ましい。この観点から、少なくとも、島状の凸部56の数は3個以上であることが望ましい。
The number of island-shaped
本実施形態の気相成長装置によれば、第1の実施形態より、更に、ウェハWの外周領域の円周方向の温度ばらつきを低減することが可能となる、したがって、更に、ウェハの温度の均一性を向上することが可能となる。 According to the vapor phase growth apparatus of the present embodiment, it is possible to further reduce the temperature variation in the circumferential direction of the outer peripheral region of the wafer W as compared with the first embodiment, and therefore, the temperature of the wafer can be further reduced. It is possible to improve the uniformity.
なお、本実施形態は、上記に説明したように、外周部50からの円周方向に均一でない熱流入を低減させるという点で、環状の凸部54がない場合にも有効である。本実施形態を環状の凸部54がない形態で用いる場合、ウェハWの裏面と内周部52の上面52aとの接触が、ウェハWが環状ホルダ14に対して中心がずれて載置されると円周方向に不均一になりやすくなる。これを避けるためには、外周部50の内側の端部E2の直径をなるべくウェハWの直径に近付けることが好ましい。こうすることで、ウェハWが環状ホルダ14に対して中心からずれる程度を低減することができる。こうすることで、ウェハWの裏面と内周部52の上面52aとの接触の円周方向での均一性を保ちながら、ウェハWと外周部50の内周面E2の熱接触が低減できる。そして、ウェハWへの内周面E2からの熱流入の円周方向の不均一性を低減でき、ウェハWの外周部の円周方向の温度均一性が向上する。
As described above, the present embodiment is effective even when there is no annular
(第4の実施形態)
本実施形態の気相成長装置は、中心方向に突出した島状の凸部の垂直断面において、凹部が形成されている以外は、第3の実施形態と同様である。したがって、第3の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
(Fourth Embodiment)
The vapor phase growth apparatus of the present embodiment is the same as that of the third embodiment except that a concave portion is formed in the vertical cross section of the island-shaped convex portion protruding in the central direction. Therefore, the description of the content that overlaps with the third embodiment will be omitted.
図12は、本実施形態の環状ホルダの一部の模式断面図である。環状ホルダ14の中心にウェハWを載置した状態を示す。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a part of the annular holder of the present embodiment. A state in which the wafer W is placed in the center of the
本実施形態の環状ホルダ14は、島状の凸部56の垂直断面において、島状の凸部56の一部が、迫り出している。具体的には、島状の凸部56の上部が、島状の凸部56の下部よりも内側に迫り出し、凹部56cが形成されている。言い換えれば、島状の凸部56の上部が、オーバーハング形状を有する。
In the
本実施形態の環状ホルダ14によれば、第1、第2及び第3の実施形態の場合と比較して、ウェハWの端部と外周部50の内側の端部の接触面積が小さくなる。したがって、更に、ウェハWの外周部の円周方向の温度ばらつきを低減することが可能となる、よって、更に、ウェハの温度の均一性を向上することが可能となる。
According to the
なお、本実施形態は、上記に説明したように、外周部50からの円周方向に均一でない熱流入を低減させるという点で、環状の凸部54がない場合にも有効である。本実施形態を環状の凸部54がない形態で用いる場合、ウェハWの裏面と内周部52の上面52aとの接触が、ウェハWが環状ホルダ14に対して中心がずれて載置されると円周方向に不均一になりやすくなる。これを避けるためには、外周部50の内側の端部E2の直径をなるべくウェハWの直径に近付けることが好ましい。こうすることで、ウェハWが環状ホルダ14に対して中心からずれる程度を低減することができる。こうすることで、ウェハWの裏面と内周部52の上面52aとの接触の円周方向での均一性を保ちながら、ウェハWと外周部50の内周面E2の熱接触が低減できる。そして、ウェハWへの内周面E2からの熱流入の円周方向の不均一性を低減でき、ウェハWの外周部の円周方向の温度均一性が向上する。
As described above, the present embodiment is effective even when there is no annular
(第5の実施形態)
本実施形態の気相成長装置は、環状の凸部は、内周部の内周から所定距離離間して設けられること以外は、第1の実施形態と同様である。言い換えれば、環状の凸部の内側の端部が内周部の内側の端部と面一になっていない以外は、第1の実施形態と同様である。したがって、第1の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
(Fifth Embodiment)
The vapor phase growth apparatus of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that the annular convex portion is provided at a predetermined distance from the inner circumference of the inner peripheral portion. In other words, it is the same as the first embodiment except that the inner end of the annular convex portion is not flush with the inner end of the inner peripheral portion. Therefore, the description of the content that overlaps with the first embodiment will be omitted.
図13は、本実施形態の環状ホルダの一部の模式断面図である。環状ホルダ14の中心にウェハWを載置した状態を示す。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a part of the annular holder of the present embodiment. A state in which the wafer W is placed in the center of the
本実施形態の環状ホルダ14は、内周部52の内側の端部(図13中のE1)と環状の凸部54とが所定距離離間している。言い換えれば、内周部52の内周が、環状の凸部54よりも内側に迫り出している。
In the
ウェハWの外周部の温度は、ウェハWと環状ホルダ14との間の熱伝導で移動する熱量に左右される。例えば、成膜中に環状ホルダ14の方がウェハWよりも高温となる場合、環状ホルダ14からウェハWへの熱伝導により、ウェハWの外周部の温度が他の部分よりも高くなりすぎる恐れがある。特に、ウェハWの外周領域を加熱する環状のアウトヒータ26を設けた場合、この傾向が顕著になる。
The temperature of the outer peripheral portion of the wafer W depends on the amount of heat transferred by heat conduction between the wafer W and the
本実施形態の環状ホルダ14によれば、環状の凸部54よりも内側に迫り出す内周部52が、ウェハWの外周部にあたるインヒータ24及びアウトヒータ26からの放射熱を遮蔽する。したがって、ウェハWの外周部の温度が他の部分よりも高くなることを抑制する。よって、更に、ウェハの温度の均一性を向上することが可能となる。
According to the
本実施形態は、図8に示した第2の実施形態、図9に示した第2の実施形態の変形例、図10に示した第3の実施形態、及び図12に示した第4の実施形態などと組み合わせて用いてもよい。本実施形態を他の実施形態と組み合わせることで、ウェハWの外周付近での、円周方向と半径方向の温度分布を同時に改善することが可能となる。 This embodiment includes a second embodiment shown in FIG. 8, a modified example of the second embodiment shown in FIG. 9, a third embodiment shown in FIG. 10, and a fourth embodiment shown in FIG. It may be used in combination with an embodiment or the like. By combining this embodiment with other embodiments, it is possible to simultaneously improve the temperature distribution in the circumferential direction and the radial direction in the vicinity of the outer periphery of the wafer W.
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。上記、実施形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、各実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもかまわない。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. The above-described embodiment is merely given as an example, and does not limit the present invention. In addition, the components of each embodiment may be combined as appropriate.
例えば、実施形態では、枚葉型の気相成長装置を例に説明したが、環状ホルダ14を用いる装置であれば、枚葉型に限らず、複数のウェハWに同時に成膜するバッチ式の気相成長装置にも本発明を適用することが可能である。
For example, in the embodiment, a single-wafer type vapor deposition apparatus has been described as an example, but if the apparatus uses an
例えば、実施形態では、GaN膜上に窒化インジウムガリウム膜と、窒化ガリウム膜とが複数積層された積層膜をエピタキシャル成長させる場合を例に説明したが、例えば、窒化アルミニウム(AlN)、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)等、その他のIII−V族の窒化物系半導体の単結晶膜等の成膜にも本発明を適用することが可能である。また、GaAs等のIII−V族の半導体にも本発明を適用することが可能である。更に、本発明は、その他の膜の成膜にも適用することが可能である。 For example, in the embodiment, a case where a laminated film in which a plurality of indium gallium nitride films and a plurality of gallium nitride films are laminated on a GaN film is epitaxially grown has been described as an example. The present invention can also be applied to the formation of a single crystal film of other group III-V nitride semiconductors such as AlGaN). The present invention can also be applied to group III-V semiconductors such as GaAs. Furthermore, the present invention can also be applied to film formation of other films.
また、プロセスガスがシャワープレート内で混合される場合を例に説明したが、プロセスガスがシャワープレートに入る前に混合される構成であってもかまわない。また、プロセスガスがシャワープレートから反応室内に噴出されるまで分離された状態となる構成であってもかまわない。 Further, although the case where the process gas is mixed in the shower plate has been described as an example, the configuration may be such that the process gas is mixed before entering the shower plate. Further, the process gas may be separated until it is ejected from the shower plate into the reaction chamber.
また、環状ホルダ14の外周部50と内周部52が一体成型されている場合を例に説明したが、環状ホルダ14は、内周部52又はその一部が分離可能な構造であっても構わない。内周部52又はその一部を分離可能とすることにより、例えば、多様な形状の環状ホルダ14が適用可能となり、ウェハWの外周部の温度分布の微調整が容易となる。
Further, although the case where the outer
また、ヒータとして、インヒータ24とアウトヒータ26の2種を備える場合を例に説明したが、ヒータは1種のみであっても構わない。
Further, although the case where two types of heaters, an in-
実施形態では、装置構成や製造方法等、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や製造方法等を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての気相成長装置は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物の範囲によって定義されるものである。 In the embodiment, the description of parts that are not directly required for the description of the present invention, such as the device configuration and the manufacturing method, is omitted, but the required device configuration, the manufacturing method, and the like can be appropriately selected and used. In addition, all vapor deposition apparatus having the elements of the present invention and which can be appropriately redesigned by those skilled in the art are included in the scope of the present invention. The scope of the present invention is defined by the scope of claims and the scope of their equivalents.
10 反応室
11 第1のガス供給路
12 第2のガス供給路
14 環状ホルダ
24 インヒータ(ヒータ)
50 外周部
50c 凹部
52 内周部
54 環状の凸部
56 島状の凸部
56c 凹部
W ウェハ(基板)
10
50
Claims (6)
前記反応室内に設けられ基板を載置する環状ホルダであって、外周部分を構成する環状の外周部と、内周部分を構成し前記外周部と離間した環状の凸部を上部に有する環状の内周部とを有し、前記環状の凸部の上面より前記外周部の上面が上方に設けられる環状ホルダと、
前記環状ホルダの下方に設けられたヒータと、
を備え、
前記環状ホルダに載置された前記基板の外周領域の端部の一部が、前記外周部の内周面に接した状態において、前記環状の凸部の上面の全域が前記基板の裏面に接し、
前記環状ホルダは、前記外周部の内周面に凹部を有し、
前記凹部を含む前記環状ホルダの径方向の断面において、前記外周部の内周面の内側への突出量は前記外周部の上面で最大となる気相成長装置。 Reaction room and
An annular holder provided in the reaction chamber on which a substrate is placed, which has an annular outer peripheral portion forming an outer peripheral portion and an annular convex portion forming an inner peripheral portion and separated from the outer peripheral portion at the upper portion. An annular holder having an inner peripheral portion and having an upper surface of the outer peripheral portion above the upper surface of the annular convex portion.
A heater provided below the annular holder and
With
In a state where a part of the end portion of the outer peripheral region of the substrate placed on the annular holder is in contact with the inner peripheral surface of the outer peripheral portion, the entire upper surface of the annular convex portion is in contact with the back surface of the substrate. ,
The annular holder has a recess on the inner peripheral surface of the outer peripheral portion.
A vapor deposition apparatus in which the amount of protrusion of the outer peripheral portion inward on the inner peripheral surface of the outer peripheral portion is maximum on the upper surface of the outer peripheral portion in the radial cross section of the annular holder including the recess.
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