JPH04127265U - 液相エピタキシヤル成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】溶液落下方式おいて、厚さの薄い成長用溶液で
あっても基板間に成長用溶液を確実に注入して、少ない
溶液での成長を可能にしてコスト低減を図り、エピタキ
シャル成長層の膜厚の面内均一性を向上する。 【構成】上段は成長溶液１４を溜める溶液溜１１で、中
段は成長溶液を基板１５に接触させて基板１５上にエピ
タキシャル層を成長させる結晶成長室１２である。この
結晶成長室１２内には、基板１５が縦方向に配設され
る。下段は成長溶液を回収する溶液回収部１３である。
上段の溶液溜１１と中段の結晶成長室１２との間に、両
部を仕切る上部仕切板１６がスライド自在に設けられ
る。上部仕切板１６に、成長溶液１４を通過させる連通
孔１が開けられている。中段の結晶成長室１２には、連
通孔１を合せたとき、上段に溜めた成長溶液１４を溶液
溜１１の底部から取り出して、結晶成長室１２の下部に
導く溶液通路２が設けられる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、縦方向に収容した多数枚の基板に同時にエピタキシャル成長させる ことが可能な縦型の液相エピタキシャル成長装置に係り、特に上段の溶液溜から 下段の成長室部へ成長用溶液を注入する注入機構を改善したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】

化合物半導体を用いた半導体装置において、基板上に液相エピタキシャル結晶 層を成長させたエピタキシャルウェハの量産化技術は、半導体装置の低価格化と の関係で特に重要である。図３及び図４は、ＧａＰやＧａＡｓ系の発光ダイオー ド（ＬＥＤ）用ウェハの作成に使われている従来の液相エピタキシャル成長装置 の構成を示す縦断面図である。

【０００３】 図１は溶液落下方式と呼ばれる多数枚成長用の縦型液相エピタキシャル成長装 置例を示す。装置本体３０は３段構造になっている。上段の溶液溜３１に溜めた 成長用溶液３４を、操作棒３７で上部仕切板３６をスライドして全開することに より中段の結晶成長室３２に落下注入する。結晶成長室３２には縦方向に多数枚 の基板３５が設置されており、落下注入により室内に満たされた溶液と接触する ことで、基板３５上にエピタキシャル層が成長する。所定の膜厚成長後、操作棒 ３９で下部仕切板３８をスライドすることにより、使用済み溶液を下段の溶液回 収部３３に落下して回収するようになっている。

【０００４】 ところで、このような従来装置でエピタキシャルウェハを量産する場合、基板 ３５、３５間に成長用溶液３４を確実に注入させることが、高歩留りの１つの条 件となる。基板間に溶液を確実に注入させるには、溶液溜３１に溜める成長用溶 液３４の厚さをある程度厚くして自重をかける必要がある。そうしないと、溶液 ３４の表面張力等の影響で成長用溶液３４が注入されず、上部に残ったままとな ってしまう。例えば我々の実験では、注入落下させるためには最低３ｍｍ以上の 厚さが必要であった。

【０００５】 しかし、成長用溶液３４を厚くすると、エピタキシャル成長層に使われずに残 ってしまう無駄な溶液が多くなり、これはエピタキシャルウェハの製造コストを 上げることになる。また、厚い成長用溶液ではエピタキシャル成長層の膜厚の面 内均一性が極端に低下するという欠点もあった。

【０００６】 また、スライダを全開して自由状態で成長用溶液を落下させるために、落下時 に成長用溶液に気泡が取り込まれ、気泡に伴う未成長部分が生じるという欠点も あった。

【０００７】 さらに、成長用溶液の全部を落下させるため、成長用溶液表面に浮遊している 過剰のＧａＡｓやスラッジ等の異物もエピタキシャル成長用溶液として取り込ま れ、それらが基板表面に付着して欠陥発生の原因を作っていた。

【０００８】 一方、図２に示すディッピング方式採用した液相エピタキシャル成長装置は、 溶液溜となる装置本体４０と、多数枚の基板４３を縦方向にセットした基板保持 部４２とから構成される。溶液溜内に成長用溶液４１を溜めて、基板保持部４２ を降下して成長用溶液４１内に基板４３２を没入させることにより、基板４３を 成長溶液４１と接触させてエピタキシャル成長を行う。これもエピタキシャルウ ェハ量産化技術として良く知られている。

【０００９】 ところが、ディッピング方式を用いた上記装置は、上下に基板を移動する関係 で、本装置を収容する成長炉に縦型の成長炉が用いられることが多い。このため 、溶液温度の均一性を確保することは難しく、膜厚のそろったエピタキシャル層 を確保するのが困難であった。

【００１０】 また、これは図３と図４のものに共通していえることであるが、成長用溶液の 上面には過剰のＧａＡｓやスラッジが浮遊しており、それらが基板を溶液に接触 させた際、基板表面に付着して欠陥発生の原因を作っていた。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】

上述したように、注入落下方式では、基板間に成長溶液を確実に注入するため に成長用溶液を厚くする必要があるが、そうすると無駄な溶液が多くなるためコ スト高を招き、また、エピタキシャル成長層の膜厚の面内均一性が極端に低下し 、さらには落下時に気泡を取り込む等の理由により結晶欠陥が多いという欠点が あった。

【００１２】 一方、ディッピング方式では、縦型の成長炉が用いられるために溶液温度の均 一性を確保することが難しく、膜厚のそろったエピタキシャル層を確保するのが 困難であった。

【００１３】 そして、両者に共通していえる欠点として、成長用溶液の上面には過剰のＧａ Ａｓやスラッジが浮遊するために、それらが基板表面に付着して欠陥発生の原因 を作っていた。

【００１４】 本考案は上記方式のうち、特に溶液温度の均一性を確保できる量産に有利な注 入落下方式に着目し、その注入方式を改善したものである。

【００１５】 本考案の目的は、成長用溶液を結晶成長室の上部からではなく下部から注入す ることによって、前記した従来技術の欠点を解消し、均一かつ欠陥のないエピタ キシャルウェハを低コストで得ることが可能な液相エピタキシャル成長装置を提 供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上段の溶液溜に成長用溶液を溜め、基板を縦方向に収容した下段の 結晶成長室に成長用溶液を注入して、基板上にエピタキシャル成長させる液相エ ピタキシャル成長装置に適用され、成長用溶液を溶液溜の下部から取り出して、 結晶成長室の下部に導く溶液通路を結晶成長室に区画形成するようにしたもので ある。

【００１７】 本考案に用いられる装置各部の材質としては、高純度グラファイト材もしくは ＰＢＮ（パイロリティック・ボロン・ナイトライド）が好ましい。ただし、ＰＢ Ｎは高価であるため、成長用溶液と接触する部分だけにＰＢＮをコートした複合 材料を用いてもよく、この場合でもＰＢＮと同様に良好な成長が可能である。

【００１８】

【作用】

溶液溜の下部から成長用溶液を取り出すと、成長溶液はその下方の部分から結 晶成長室へ注入されるので、成長用溶液表面に浮遊している異物が結晶成長室内 に入ることがなくなる。従って、異物付着に起因する結晶欠陥の発生を有効に回 避できる。

【００１９】 また、結晶成長室に注入した成長溶液は、結晶成長室に設けられた溶液通路を 通って導かれ、結晶成長室の下方から上方に向けて室内を徐々に満たしていく。 従って、自由状態で基板間に落下注入させる場合と異なり、気泡の取込みが有効 に防止され、気泡に起因する未成長部の欠陥を大幅に低減させることが可能とな る。また、狭い基板間に注入させるのではなく、結晶成長室に区画形成された溶 液通路径に注入されるので、通路径が成長用溶液の表面張力の影響を受けない程 度の大きさに確保されていれば、溶液溜に溜める成長用溶液の厚さは薄くて済む 。

【００２０】

【実施例】

以下本考案を、ＳｉドープＧａＡｓ系ＬＥＤ用エピタキシャルウェハの液相エ ピタキシャル成長装置に適用した本考案の実施例を図面を用いて説明する。

【００２１】 図１は本実施例の液相エピタキシャル成長装置の断面図である。装置本体１０ は３段構造をしている。上段は成長溶液１４を溜める溶液溜１１で、中段は成長 用溶液を基板１５に接触させて基板１５上にエピタキシャル層を成長させる結晶 成長室１２である。この結晶成長室１２内には、多数枚の基板１５が縦方向に配 設される。下段は成長後の余った成長溶液を落下回収する溶液回収部１３である 。

【００２２】 上段の溶液溜１１と中段の結晶成長室１２との間に、両者を仕切る上部仕切板 １６がスライド自在に設けられる。この上部仕切板１６の一箇所に、成長溶液１ ４を通過させることが可能な連通孔１が開けられている。

【００２３】 また、中段の結晶成長室１２と下段の溶液回収部１３との間に、両部を仕切る 下部仕切板１８がスライド自在に設けられる。成長終了前は、仕切状態にしてお き、成長終了後、操作棒１９で下部仕切板１８をスライドして結晶成長室１２に 残った成長溶液１４を落下させて、溶液回収部１３に回収するようになっている 。

【００２４】 中段の結晶成長室１２は、下部は開放して下部仕切板１８によって閉じられる ようになっているが、上部は上部仕切板１６によらず閉じた構造をしており、従 って、下部仕切板１８が閉じていると閉空間となる。ただ、外部と連通する通路 を２箇所もっている。

【００２５】 １つは、上段に溜めた成長溶液１４を溶液溜１１の底部から取り出して、結晶 成長室１２の下部に導く溶液通路２である。この溶液通路２は、結晶成長室１２ の一側に区画形成されている。その上端開口部が、上部仕切板１６をスライドし てその連通孔１と合致したとき、成長用溶液１４をその自重により内部に導入す るようになっている。溶液通路２の口径は溶液１４の表面張力に逆らって成長用 溶液３４がその自重により落下できる程度の大きさであることを要する。そして 、溶液通路内部に導入された成長溶液１４は、結晶成長室１２の底部に臨ませた 下端開口部より、結晶成長室１２内に注入落下して、結晶成長室１２内部を下方 から上方に向って徐々に満たしていく。

【００２６】 他の一つは、結晶成長室１２内部が成長用溶液１４で満たされていくときに、 結晶成長室１２内にあった空気を外部へ逃すための空気孔３である。

【００２７】 さて、装置本体１０の上段の溶液溜１１に成長用溶液原料としてＧａを５００ ｇ、多結晶ＧａＡｓを１００ｇ、そして両性ドーパントであるＳｉを１０ｇをセ ットする。また、中段の結晶成長室１２に、片面が鏡面仕上げで直径２インチの ｎ型ＧａＡｓ基板１５を２枚づつ縦方向に複数組セットする。各組は鏡面が外側 に向くように背中合せに貼り合わる。この成長装置を図示しない成長炉に入れ、 Ｈ₂ 雰囲気下で９５０℃まで昇温する。９５０℃で４時間放置した後、炉の温度 を１．０℃／ｍｉｎで徐冷していく。９４８℃で操作棒１７を引いて上部仕切板 １６をスライドし連通孔１と通路２の開口部を合わせる。この操作によって溶液 溜１１内の成長用溶液１４が溶液通路２を通り、結晶成長室１２の底部に注入さ れ、縦方向にセットされた基板１５をその下部から上部へと浸して、基板１５全 体を没入させる。この状態で８４０℃まで徐冷を行って所定膜厚成長後、操作棒 １９を引いて下部仕切板１８をスライドして余った成長用溶液を下段の溶液回収 部１３へ落下させて成長を終了させる。

【００２８】 従って、本実施例によれば、上段に溜めた成長用溶液１４を溶液溜１１の底部 から成長溶液１４を取り出すようにしたので、下方に溜まっている成長溶液から 結晶成長室へ注入されるので、成長溶液表面に浮遊している異物が結晶成長室内 に入るのを阻止でき、異物付着に起因する結晶欠陥の発生を有効に回避できる。

【００２９】 また、結晶成長室１２の下部に導く溶液通路２を区画形成して、結晶成長室１ ２内部を下方から上方に向って徐々に満たしていくようにしたので、仕切板を全 開して成長溶液を落下注入する場合と異なり、気泡に起因する未成長部の成長欠 陥を大幅に低減させることができる。

【００３０】 また、基板間に注入するのではなく、溶液通路を介して基板の下方から成長用 溶液を注入するので、溶液溜に溜める成長用溶液の厚さが薄くてよく、特に本実 施例の場合、従来の成長装置に比べて必要な成長用溶液の量を約１／３に低減す ることができた。

【００３１】 このように、本実施例の液相エピタキシャル成長装置によればエピタキシャル ウェハの製造原価低減と歩留り向上を図ることができる。

【００３２】 なお、上記実施例では溶液通路を結晶成長室の一側に１本設けた場合について 説明したが、両側に２本、あるいは内壁に複数本設けるようにしてもよい。また 、本考案はＧａ溶液を用いたＧａＡｓ液相エピタキシャル成長装置に限定される ものではなく、他のIII −Ｖ族またはII−VI族などの液相エピタキシャル成長装 置にも適用することができる。

【００３３】 また上記実施例では、１種類だけの成長用溶液で成長できるエピタキシャルウ ェハを製作する装置について説明したが、ヘテロ構造や異種ドーパントを用いる 多層構造のエピタキシャルウェハを製作する装置にも、本考案は適用できる。図 ４は、このような多層成長用の液相エピタキシャル成長装置の応用例を示したも のである。図示例のものは、３層用であるため５段構造をしており、下から１段 目が溶液回収部２１、２段目が結晶成長室２２、３段目が第１層用の成長用溶液 を溜める第１の溶液溜２３、４段目が第２の溶液溜２４、そして５段目が第３の 溶液溜２５である。成長用溶液２１０を落下注入するための溶液通路２０は、２ 段目の結晶成長室２２から５段目の溶液溜２５まで延設され、各部屋間に設けた 仕切板２６〜２９に開けた連通孔２０２〜２０４とバイパス孔２０５〜２０７と を組合せることで、各層単位で、異物や気泡が混入しないように成長用溶液の落 下注入を行なえるようになっている。なお、図示例では、第１層目の成長が終わ り、第２層目を成長させているところを示している。

【００３４】

【考案の効果】

本考案によれば、成長用溶液を溶液溜の下部から気泡をまき込むことなく、結 晶成長室に導き、成長室の下部から注入するようにしたので、基板表面に異物の 付着による欠陥や気泡の取り込みに伴う未成長部分の発生を有効に阻止でき、均 一かつ欠陥のないエピタキシャルウェハを得ることができ、また溶液溜の成長用 溶液の厚さを薄くできるので、ウェハを低価格で提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の液相エピタキシャル成長装置の一実施
例を示す断面図。

【図２】本考案の他の応用例である多層用液相エピタキ
シャル装置を示す断面図。

【図３】従来の多数枚成長用の液相エピタキシャル成長
装置の一例を示す断面図。

【図４】従来の多数枚成長用デッピング方式の液相エピ
タキシャル成長装置の一例を示す断面図。

【符号の説明】

１ 連通孔 ２ 溶液通路 ３ 空気孔 １０ 装置本体 １１ 溶液溜 １２ 結晶成長室 １３ 溶液回収部 １４ 成長溶液 １５ 基板

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】上段の溶液溜に成長用溶液を溜め、この成
   長用溶液を基板を縦方向に収容した下段の結晶成長室に
   注入して、基板上にエピタキシャル成長させる液相エピ
   タキシャル成長装置において、前記結晶成長室に成長用
   溶液を溶液溜の下部から取り出して、結晶成長室の下部
   に導く溶液通路を区画形成したことを特徴とする液相エ
   ピタキシャル成長装置。