JPH0722318A - 縦形気相エピタキシャル成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】基板両端の原料ガスの流速を下げることによ
り、速くなる傾向にある基板両端における成長速度を抑
え、膜厚の面内均一性を向上させる。 【構成】半導体基板２は反応管１内のサセプタ５にセッ
トされ、高周波誘導コイル６で加熱される。原料ガス導
入口３から原料ガスが、半導体基板２の表面に垂直方向
に供給される。原料ガスは矢印の方向に沿って流れ、半
導体基板２の表面で化学反応を生じて半導体薄膜を形成
する。反応管１の内壁に原料ガスの流路を広げて原料ガ
スの流れを減速させるテーパ面１０を付けてある。原料
ガスは矢印方向に沿って半導体基板２の表面を中心から
基板両端に向かって流れるが、反応管１の内壁にあるテ
ーパ面１０によって基板両端で広がり、その部分での流
速を低減する。これにより、中心部と両端部での成長速
度差を小さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板表面の膜厚分布を
改善した縦形エピタキシャル成長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３に、従来の縦形気相エピタキシャル
成長装置の断面図を示す。同図において１は反応管、２
は半導体基板、３は原料ガス導入口、４は原料ガス排出
方向、５は半導体基板２を支持するサセプタ、６はサセ
プタ５を加熱させる高周波誘導コイル、７は反応管２を
冷却するための冷却水パイプ、８はサセプタ５を回転又
は昇降させるための機構である。

【０００３】同図において半導体基板２はサセプタ５に
セットされ、半導体基板２とサセプタ５は回転しながら
高周波誘導コイル６で加熱される。原料ガス導入口３か
らは原料ガスが供給される。その原料ガスは矢印の方向
に沿って流れ、高温気相中で半導体基板２の表面に半導
体薄膜を形成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】縦形気相エピタキシャ
ル装置において、膜厚分布を決める要因は色々あるがそ
の中の１つに図４に示す反応管１の上部内壁９からサセ
プタ５までの距離Ｌがある。

【０００５】この距離Ｌによる膜厚分布の影響を調べる
ために、同図に示すように、間隔Ｌをａ、ｂ、ｃ点と変
えて薄膜を成長させた。ここでａ、ｂ、ｃ点は、反応管
１の内壁９の位置を０ｍｍとして徐々にａ、ｂ、ｃ点の
順にサセプタ５を下げた時の、サセプタ５の最上部の位
置と定義した。成長膜厚のウェハ面内の分布を図５
（ａ）〜（ｃ）に示す。

【０００６】その結果、非常に強いＷ分布となるａ点、
緩いＷ分布となるｂ点、及び下に凸のＵ分布となるｃ点
が存在することがわかった。ｃ点よりさらにサセプタ５
を下げると、原料ガスが乱流となりエピタキシャル成長
の再現性がないこともわかった。またａ、ｂ、ｃ点のい
ずれの位置においても、基板の両端で膜厚が厚くなって
いることもわかった。

【０００７】そこで現状では、原料ガスの乱流の起きな
いｂ点の緩いＷ分布を示す条件下でエピタキシャル成長
をさせることが最も好ましい選択となるが、それでも基
板端部における膜厚対策を何ら施していないため、基板
両端で膜厚が厚くなることは避けられなかった。

【０００８】成長速度Ｇｒと原料ガスの流速Ｖは、Ｇｒ
がＶ^1/2 に比例するという関係があり、半導体基板の両
端で膜厚が厚くなる原因は、両端で原料ガスの流速が大
きくなっていることによるものと考えられる。

【０００９】本発明の目的は、特に膜厚が厚くなってい
る基板両端の成長速度を下げることにより、上述した従
来技術の欠点を解消して、膜厚の面内均一性を向上させ
ることが可能な縦形気相エピタキシャル成長装置を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、反応管内に水
平に置かれた半導体基板の表面に垂直方向から原料ガス
を供給し、基板表面に沿わせつつ基板端部に向って流す
ことにより、半導体基板表面に単結晶を成長させる縦形
気相エピタキシャル成長装置において、反応管に、半導
体基板端部を流れる原料ガスの流路を広げて原料ガスの
流れを減速させる流路拡大部を設けたものである。

【００１１】この場合において、流路拡大部を、半導体
基板端部の上部に位置する反応管の内壁を水平面より上
向きの径方向外方に向かうテーパ面とすることにより構
成したり、水平面より上向きの径方向外方に向かうテー
パ面を有するテーパ部材を半導体基板端部の上部に位置
する反応管の水平内壁に取り付けることにより構成した
りすることが好ましい。

【００１２】なお、半導体基板の表面に対する原料ガス
の垂直方向からの供給は、上方からでも下方からでもよ
い。

【００１３】

【作用】反応管に、半導体基板端部を流れる原料ガスの
流路を広げて原料ガスの流れを減速させる流路拡大部を
設けると、半導体基板端部で大きくなる原料ガスの流速
が小さくなるので、半導体基板の両端の膜厚が厚くなる
ことが回避され、半導体基板表面に成長する膜厚が均一
化される。

【００１４】また、半導体基板端部の上部に位置する反
応管の内壁に、径方向外方に向かって水平面より上向き
にテーパ面が付いていると、それによって大幅に膜厚分
布の面内均一性が向上する。

【００１５】そして、水平面より上向きの径方向外方に
向かうテーパ面を有するテーパ部材を、半導体基板端部
の上部に位置する反応管の水平内壁に取り付けると、面
内均一性の向上に加えて、反応管を加工することなく容
易に流路拡大部を形成することができる。

【００１６】

【実施例】図１に、本発明の実施例である縦形気相エピ
タキシャル成長装置の断面図を示す。反応管１の上部に
原料ガス導入口３が設けられ、下部には図示しないが原
料ガス排出口が設けられる。反応管１の内部にグラファ
イト製のサセプタ５が回転又は昇降自在に支持され、こ
のサセプタ５上に半導体基板２が水平にセットされる。
反応管１の外周に設けた高周波誘導コイル６によりサセ
プタ５を加熱させ、この加熱により高温化する反応管２
を、反応管１の外壁に設けた冷却水パイプ７により冷却
する。

【００１７】特に本実施例では、図示するように、縦形
に配置した反応管１の肩部に、半導体基板２の端部を流
れる原料ガスの流路を広げて原料ガスの流れを減速させ
る流路拡大部を設けてある。この流路拡大部は、半導体
基板端部の上部に位置する反応管１の内壁そのものを、
水平面より上向きの径方向外方に向かうテーパ面１０と
することによって構成されている。

【００１８】同図において半導体基板２はサセプタ５に
セットされ、半導体基板２とサセプタ５は回転しなが
ら、高周波誘導コイル６で加熱される。原料ガス導入口
３からは、水素をキャリアガスとして原料ガスのアルシ
ン、トリメチルガリウムなどの有機金属が、半導体基板
２の表面に垂直方向に供給される。その原料ガスは高周
波誘導コイル６で加熱された高温の雰囲気下で熱分解す
る。熱分解した原料ガスは矢印の方向に沿って流れ、半
導体基板２の表面で化学反応を生じてＧａＡｓ層などの
半導体薄膜を形成する。

【００１９】さて、分解した原料ガスは半導体基板２の
表面を中心から基板両端に向かって流れるが、その分解
した原料ガスは反応管１の内壁にあるテーパ面１０によ
って基板両端で広がり、その部分で流速が大きくなるの
が抑えられる。それによって中心部と両端部での成長速
度差が小さくなり膜厚分布を改善できる。ただし、この
テーパの角度は、半導体基板２の両端でガスが乱流にな
らない範囲の角度とすることが必要である。本実施例で
はこの角度を５度とした。

【００２０】図６に、上述した縦形気相エピタキシャル
成長装置を用いて、半導体基板２上にエピタキシャル成
長した時の膜厚分布を示す。反応管１の内壁９からサセ
プタ５までの間隔を先のｂ点とｃ点にした場合、基板両
端での膜厚分布をほぼ平坦にすることが出来た。

【００２１】図２は、本発明の縦形気相エピタキシャル
装置の変形例を示す断面図である。図１と異なる点は、
反応管１の内壁に直接テーパを付けるのではなく、水平
面より上向きの径方向外方に向かうテーパ面を有するテ
ーパ部材１１を使い、これを水平内壁９に取り付けるこ
とにより、原料ガスの流速を均一にする方法である。こ
の方法の利点はテーパ面を持つ部材１１を反応管１とは
別個に製作でき、反応管１に容易に取付けられことであ
る。また、既存の水平内壁９をもつ反応管１をそのまま
利用でき、内壁にテーパ面を直接作ると非常に高価とな
る製作費用を削減できることである。

【００２２】なお、上述した実施例及び変形例では、い
ずれも半導体基板がサセプタに１枚セットされる場合を
示したが、これが複数枚になっても同様な効果が得られ
ることは明白である。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば次の
ような効果が得られる。

【００２４】（１）請求項１に記載の発明によれば、反
応管の所定位置に流路拡大部を設けるという簡単な構成
により、気相エピタキシャル成長時の膜厚を面内均一に
することができ、成長膜厚の面内均一化によりデバイス
製作時の歩留りを向上することができる。

【００２５】（２）請求項２に記載の発明によれば、反
応管の内壁をテーパ化するので、構造の簡素化を図るこ
とができる。

【００２６】（３）請求項３に記載の発明によれば、反
応管の内壁に部材を取り付けることによりテーパを形成
するようにしたことにより、反応管に加工を加えたり新
たに製作する必要がなく、既存のものがそのまま使える
のでコストの低減をはかることができる。また、別部材
によって形成するのでテーパ面の作成が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す縦形気相エピタキシャル
装置の断面図である。

【図２】本発明の変形例を示す縦形気相エピタキシャル
装置の断面図である。

【図３】従来の縦形気相エピタキシャル装置の断面図で
ある。

【図４】反応管の内壁からサセプタまでの距離を示す説
明図である。

【図５】反応管の内壁からサセプタまでの距離を変えた
場合の基板の面内膜厚分布を示す図である。

【図６】本発明の実施例による基板の面内膜厚分布を示
す図である。

【符号の説明】

１ 反応管 ２ 半導体基板 ３ 原料ガス導入口 ４ 原料ガス排出方向 ５ サセプタ ６ 高周波誘導コイル ７ 冷却水パイプ ９ 反応管の内壁 １０ テーパ面 １１ テーパ部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反応管内に水平に置かれた半導体基板の表
   面に垂直方向から原料ガスを供給し、基板表面に沿わせ
   つつ基板端部に向って流すことにより、半導体基板表面
   に単結晶を成長させる縦形気相エピタキシャル成長装置
   において、上記反応管に半導体基板端部を流れる原料ガ
   スの流路を広げて原料ガスの流れを減速させる流路拡大
   部を設けたことを特徴とする縦形気相エピタキシャル成
   長装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の縦形気相エピタキシャル
   成長装置において、上記流路拡大部が、半導体基板端部
   の上部に位置する反応管の内壁を、水平面より上向きの
   径方向外方に向かうテーパ面とすることにより構成され
   ている縦形気相エピタキシャル成長装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の縦形気相エピタキシャル
   成長装置において、上記流路拡大部が、水平面より上向
   きの径方向外方に向かうテーパ面を有するテーパ部材
   を、半導体基板端部の上部に位置する反応管の水平内壁
   に取り付けることにより構成されている縦形気相エピタ
   キシャル成長装置。