JPH03261696A - 液相エピタキシャル成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、発光ダイオード等に用いられるＧａＡｓ、Ａ
ｌＧａＡｓ、　ＩｎＧａＡｓＰ等の半導体エピタキシャ
ルウェハを液相成長させる装置に関する。

（従来の技術） 従来、縦型液相エピタ牛シャル成長装置は、量産性に優
れた装置として知られている（例えば、特開昭５９−２
１３６９９号公報参厘）。第２図は、この縦型酸相エピ
タキシャル成長装置の断面図である。

この装置は、受は皿８に載せたウェハ１をカセ。

ト２の中に一定の間隔で積層して収容し、外容器７に原
料液回収部９、上記カセット２及び原料液溜６を積み重
ねて収容したものである。成長の手順は、まず、カセッ
ト２内を所定の温度に調整した後、原料液５をカセット
２に導入し、徐冷してウェハｌの表面にエピタキシャル
層を成長させる。

成長終了後、速やかに、原料液５をカセット２の開口部
３から回収部９に移す。

（発明が解決しようとする課題） 上記の装置では、エビタ牛シャル成長終了後、外客器７
を含めた炉全体を傾けることにより、原料液をカセット
２から排出するが、受は皿を予め傾斜してカセットに収
納するか、排出時に受は皿を傾斜させることにより、原
料液を排出してもよい。

しかし、このような排出方法では、いずれも、ウェハの
表面から原料液を完全に除去することができず、残留原
料液と接触する部分は成長が持続されるため、均一なエ
ピタキシャル層を得ることができないという問題があっ
た。この原因は、カセット内の原料液下降速度が大きい
ときに、ウェハ表面に液滴を残したまま流下するからで
あり、この影響は上段のウェハはど大きい。また、この
現象を回避するために、カセットの排出口を小さくして
原料液の下降速度を抑えようとすると、カセット内の原
料液が少なくなって排出口のヘッド圧が小さくなると、
排出口の表面張力によって原料液の流出が妨げられ、カ
セット内に原料液を残留させることになり、ウニ１＼表
面の液切れ不良を生ずることになる。この影響は下段の
ウエノ＼はど大きい。

本発明は、上記の問題を解消し、カセ・ノドから原料液
の排出と同時にウニ１＼表面から原料液を完全に除去す
ることのできる、いわゆる液切れの良い液相エピタキシ
ャル成長装置を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、ウェハを積層して収容するカセットと、該カ
セットの上部に配置した原料液溜と、下部に配置した原
料液回収部とを有する液相エピタキシャル成長装置にお
いて、該カセット底部に排出口を設け、カセット内の断
面積をＡｍｍ’、排出口の最小断面積、若しくは、排出
口に下方に伸びる排出管を付設する場合はその排出管の
最小断面積を５ｌ１１、該最小断面積部分の内周の長さ
を１、■、最小断面積部分から最上段のウェハの高さを
ｈ　ｔａｌｌ、最下段のウェハの高さをり、とするとき
に、ｋＩ＞　ｓ　ｒＴゴ／Ａ ｋｔ＜Ｓｈ、／Ｌ 但し、ｋ　、＝Ｏ，Ｏｆ、　　ｋ　、＝ＩＯの関係を満
たすことを特徴とする液相エピタキシャル成長装置であ
る。

（作用） ウェハをカセット内に積層するタイプの縦型液相エピタ
キシャル成長装置においては、成長終了後原料液はウェ
ハ表面を滑り落ちて、受は皿とカセットの隙間を流れ落
ち、カセットから排出される。その際、ウェハ表面から
の原料液の液切れは、カセット内の原料液の下降速度Ｖ
に依存する。即ち、下降速度が速くなると、第３図に示
したように、受は皿８の開口１１付近のウェハ１表面に
原料Ｉ＆５の液６１０を残したまま受は朋８とカセット
２の隙間を原料液５が下降し、液切れ不良を起こす。こ
のことは、カセット中を下降する原料液の下降速度Ｖが
ある値Ｖ。を越えるときに、ウェハ表面上に原料液が残
留するものと考えられる。

ところで、カセット内の断面積をＡｍｍ”とし、カセッ
ト底部排出口の最小断面積、若しくは、カセット底部の
排出口に排出管を付設する場合にはその排出管の最小断
面積をＳＩ２、最小断面積部分から最上段のウェハ高さ
り、ｍｓにおけるカセット内の原料液下降速度Ｖは、 Ｖ＝Ｓ／Ａｒ７ｇ）１＋　　　ｇ：重力加速度の関係に
あり、Ｖ＜Ｖ、の制約より （Ｓ□、）／Ａ　＜　Ｖ。７１７ｇ　＝　ｋ　、　　　
　（１）が導かれる。経験上、ｋ、の値は０．１０であ
った。

下降速度Ｖを小さく押える手段はカセットの排出口若し
くは排出管の最小断面積Ｓを小さくすることがあげられ
るが、それにも限界がある。該最小断面積部分から原料
液が落下するかどうかは、その部分にかかる原料液の圧
力と表面張力とのバランスによって決まり、該最小断面
積部分の内周の長さをＬＬＩＩｌに対して、 ｈ　＝　Ｌ　Ｔ　ｃｏｓθ／ρｇＳ Ｔ・原料液の表面張力 θ：原料液と治具との接触角 ρ：原料液の密度 となった時点で、原料液の排出は停止する。即ち、最小
断面積部分から最下段のウェハの高さり、に対して最小
断面積Ｓは、 Ｓ　ｈ　！／Ｌ　＞　Ｔ　ｃｏｓθ／ρｇ＝ｋｔ　　　
　　　（２）である必要がある。経験上、ｋ、は１０で
ある。

即ち、次の不等式（３）及び（４）を満たすように、カ
セット内の断面積Ａ、排出口若しくは排出管の最小断面
積Ｓ、及び、該最小断面積部分の外周りを選択すること
により、ウエノ・表面の液切れ不良を解消することがで
きる。

（ＳｒＴ−）／Ａ　＜　０．０１　　　　　　　　　　
　　（３）Ｓｈ、／Ｌ＞１０　　　　　　　　　　　　
　　　　（４）第１図は、本発明の１具体例である液相
エピタキシャル成長装置の断面図であり、第２図の従来
装置のカセット２の底部の開口部３に対応する位置に、
原料回収部９内に伸びる排出管４を付設したもので、他
の構成は第２図と同じである。この装置では、カセット
２から原料液５を排出する部分の最小断面積部分から最
下段ウェハ高さり、を確保するために、上記排出管４を
用いているが、排出管の代わりに、カセット内にスペー
サを置いてその上にウェハを載せることにより、該高さ
り。

を確保してもよい。

（実施例） 第１図の装置を用いて、直径５０Ｉ１１１の（１００）
面を有するＺｎドープＧａＡｓウェハ上に、Ｚｎドープ
＾ｌＧａＡｓエピタキシャル層を成長させた。カセット
は内径６０間のものを使用し、排出管は下端に最小断面
積部分を有し、下記の形状のものを使用した。また、カ
セット、受は皿、排出管等の装置部材は高純度カーボン
で作った。カセット内には１０枚のウェハをセットし、
原料液溜にはガリウムｌｏｏｏｇ、　フルミニラム５０
５０ｍｇ、　ＧａＡｓ多結晶４０ｇ１　　ドーパントと
して亜鉛を１０００ｍｇ投入した。最上段ウェハは最下
段のウェハより５０同の高さセットした。

まず、高純度水素雰囲気中で９００°Ｃまで昇温した後
、原料液をカセット内に導入し、冷却速度０．１〜１．
０℃／ｓｉｎで６００℃まで降温してから、原料液を排
出管を通して回収部に移した。

比較例１ 排出管は、最小断面積部分が半径３Ｉの円形で、該部分
からの最下段ウェハの高さが１０ｍｍのものを使用して
、上記の条件の下でエピタキシャル成長を行った。この
とき最上段のウエノ＼について、（Ｓ　１ｒ下コ）／Ａ
　＝　ｏ、　ａｓであり、最下段のウエノ＼につイテハ
、（３，７）／Ａ　＝　０．０３テアリ、イスレモ、ｋ
　　＝０．０１より大きく、上記の（３）式を満たして
いなかった。そして、原料液排出後のウエノ＼表面上の
液切れの観察によっても、総てのウエノ＼について第３
図のような原料液滴の残りが認められた。

垣較例２ 比較例１において、最小断面積部分の半径を１１１ｍに
変更して同様の実験を行った。このときの最下段ウェハ
について、Ｓ、ｈ、／Ｌ＝５であり、ｋ。

１ｏより小さいために、上記の（４）式を満たしておら
ず、第３図のような原料液滴は見られなかったが、最下
段とその上の段の２枚のウェハ上には、全面に原料液が
残っていた。

実施例 排出管は、最小断面積部分が半径０．５ｍｍの円形で、
該部分から最下段ウェハの高さが１００ｍｍの排出管を
使用して、上記の条件の下でエピタキシャル成長を行っ
た。このときの最上段のウェハについては、（Ｓｒ下＋
）／Ａ　＝　０．００３Ｆあり、また、最下段のウェハ
については、Ｓｈ、／Ｌ＝２５であって、いずれも、上
記（３）及び（４）式を満たしており、総てのウェハに
ついての観察結果においても、原料液の残りは全く見ら
れなかった。

（発明の効果） 本発明は、上記の構成を採用することにより、成長終了
後のウエノ１表面から完全に原料液を除去することがで
き、均一な膜厚のエピタキシャル層を容易に得ることが
できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１具体例である液相エピタキシャル成
長装置の断面図、第２図は従来装置の断面図、第３図は
、原料液の下降速度が大きいために、ウエノ・表面に原
料液が残留する状態を示した説明図である。 第２図 第１ 図 １　ウニへ １１　開口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ウェハを積層して収容するカセットと、該カセッ
   トの上部に配置した原料液溜と、下部に配置した原料液
   回収部とを有する液相エピタキシャル成長装置において
   、該カセット底部に排出口を設け、カセット内の断面積
   をＡｍｍ＾２、排出口の最小断面積をＳｍｍ＾２、該最
   小断面積部分の内周の長さをＬｍｍ、最小断面積部分か
   ら最上段のウェハの高さをｈ＿１ｍｍ、最下段のウェハ
   の高さをｈ＿２とするときに、 ｋ＿１＞Ｓ√（ｈ＿１／Ａ） ｋ＿２＜Ｓｈ＿２／Ｌ 但し、ｋ＿１＝０．０１、ｋ＿２＝１０ の関係を満たすことを特徴とする液相エピタキシャル成
   長装置。
2. （２）ウェハを積層して収容するカセットと、該カセッ
   トの上部に配置した原料液溜と、下部に配置した原料液
   回収部とを有する液相エピタキシャル成長装置において
   、該カセット底部の排出口に下方に伸びる排出管を付設
   し、カセット内の断面積をＡｍｍ＾２、排出管の最小断
   面積をＳｍｍ＾２、該最小断面積部分の内周の長さをＬ
   ｍｍ、最小断面積部分から最上段のウェハの高さをｈ＿
   １ｍｍ、最下段のウェハの高さをｈ＿２とするときに、 ｋ＿１＞Ｓ√（ｈ＿１／Ａ） ｋ＿２＜Ｓｈ＿２／Ｌ 但し、ｋ＿１＝０．０１、ｋ＿２＝１０ の関係を満たすことを特徴とする液相エピタキシャル成
   長装置。