JPH0952792A

JPH0952792A - 半導体成長装置における基板ホルダ

Info

Publication number: JPH0952792A
Application number: JP20552995A
Authority: JP
Inventors: Mineo Wajima; 峰生和島
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1995-08-11
Filing date: 1995-08-11
Publication date: 1997-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】基板ホルダに載置した状態で高速に昇降温を
行うと基板周囲にスリップラインが生じ易く、これが基
板の割れを招き、歩留りを低下させる。【解決手段】成長室内に設置され、結晶成長のための
基板１０７が処理面を下にして載置される円環状の基板
ホルダ１０は、基板１０７に対して線接触するように傾
斜面を有する載置部１１を備えている。これにより、基
板１０７と基板ホルダ１０は、面接触する部分がなくな
り、基板の周縁部に生じるスリップラインが大幅に低減
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体成長装置の
成長室内の所定位置に処理対象の基板を保持するための
基板ホルダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】砒化ガリウム等の化合物半導体を用いた
半導体素子の製造には、分子線エピタキシャル法（ＭＢ
Ｅ法）や有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法等を用いた
結晶成長工程を必要とする場合が多い。図８はＭＢＥ半
導体成長装置の一例を示す構成図である。

【０００３】成長室１０１は中空のタンク状の構造を有
し、内面には余分なガスを吸着するための冷却を行う液
体窒素シュラウド１０２が配設され、下部には蒸発源で
あるクヌードセンセル１０３が設けられ、その上部には
クヌードセンセルシャッター１０４が設けられている。
また、クヌードセンセル１０３の下部には成長室１０１
内を高真空にするための真空ポンプ１０５が設置されて
いる。更に、成長室１０１の側壁の一部には、ゲートバ
ルブ１０６が設けられている。

【０００４】成長室１０１の中央部には、成長に用いら
れる砒化ガリウム基板１０７を保持する基板ホルダ１０
８、及び基板ホルダ１０８上の砒化ガリウム基板１０７
を裏面側から加熱するためのヒータ１０９が配設されて
いる。基板ホルダ１０８はタングステン（Ｗ）、モリブ
デン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）等を用いて作られ、駆
動装置１０８ａによって回転させることができる。

【０００５】ゲートバルブ１０６には、砒化ガリウム基
板１０７を搬入／搬出するための通路及び退避場所とな
る中空構造の搬送室１１０が連結され、この搬送室１１
０には搬送室真空ポンプ１１１が連結されている。更
に、ゲートバルブ１１２を介して中空構造の導入室１１
３が連結され、この導入室１１３には導入室真空ポンプ
１１４が連結されている。また、導入室１１３の中心線
上には円板状の基板導入用フランジ１１５が着脱自在に
取り付けられ、この中心部にはトランスファロッド１１
６が水平移動可能に配設されており、その先端部に砒化
ガリウム基板１０７を装着することができる。

【０００６】このような半導体成長装置にあっては、真
空ポンプ１０５によって成長室１０１内を超高度の真空
にし、また、成長室１０１内に不純物が入り込まないよ
うにする必要がある。そこで、外部から基板を搬入又は
搬出する場合には、搬送室１１０及び導入室１１３を真
空にし、砒化ガリウム基板１０７を段階的に搬送するよ
うにしている。

【０００７】外部から砒化ガリウム基板１０７を挿入す
る場合、まず、基板導入用フランジ１１５を外し、トラ
ンスファロッド１１６の先端部に砒化ガリウム基板１０
７を装着した後、基板導入用フランジ１１５を閉じる。
ついで導入室１１３内を導入室真空ポンプ１１４によっ
て真空にし、また、搬送室１１０を搬送室真空ポンプ１
１１で真空にする。この状態でゲートバルブ１１２を開
けて搬送室１１０まで砒化ガリウム基板１０７を搬入
し、ゲートバルブ１１２を閉める。更に、ゲートバルブ
１０６を開け、トランスファロッド１１６を移動させ、
砒化ガリウム基板１０７を成長室１０１内の基板ホルダ
１０８の直下まで搬入する。ここで、砒化ガリウム基板
１０７を基板ホルダ１０８に移し替え、トランスファロ
ッド１１６を後退させ、ゲートバルブ１０６を閉じる。

【０００８】更に、真空ポンプ１０５によって成長室１
０１内を１０¹⁰Ｔorr 程度の高真空に保ち、ヒータ１０
９に通電して輻射熱により砒化ガリウム基板１０７を加
熱する。ここでクヌードセンセルシャッター１０４を開
け、クヌードセンセル１０３からＧａとＡｓを個別に蒸
発させ、加熱した砒化ガリウム基板１０７の表面に堆積
させ、エピタキシャル成長を行う。すなわち、砒化ガリ
ウム基板１０７にＧａ原子とＡｓ分子が到達すると、最
初にＧａ原子が吸着し、その後にＡｓ₄分子が付着し、
砒化ガリウム基板１０７の表面にＧａＡｓ層が形成され
る。基板の搬出については、搬入時と逆の手順により行
われる。

【０００９】図９は基板ホルダ１０８の周辺構成を示す
断面図である。また、図１０は基板ホルダ１０８の拡大
断面図を示している。“Ｌ”字形の断面形状を有する基
板ホルダ１０８の底部には、円板状の基板ホルダ支持具
１１７が取り付けられ、この基板ホルダ支持具１１７の
周辺の下面の複数箇所には、凹部１１８及びこの凹部１
１８より小径の貫通孔１１９が形成されている。この貫
通孔１１９にはモリブデン製のねじ１２０が下側から挿
通され、基板ホルダ支持具１１７の上側に立設された基
板ホルダ支持具用支柱１２１を固定している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
技術にあっては、図１０に示す様に、砒化ガリウム等の
化合物半導体結晶では、基板結晶と基板ホルダ材料（例
えば、モリブデン等）との熱膨張率が大きく異なるた
め、成長終了後、搬送温度まで降温するに際し、１００
℃／ｍｉｎ程度の高速で冷却すると、基板周囲にスリッ
プラインが生じやすい。このスリップラインは、基板表
面の〔１１０〕方向に発生しやすい。そして、スリップ
ラインが生じると、基板が割れやすくなり、後のプロセ
ス工程が通らなくなり、歩留りを低下させる。

【００１１】なお、気相成長やエピタキシャル成長にお
ける基板又はウェハの保持に関する技術には、例えば、
特開平３−１２６８７５号公報、特開平３−１９９１９
６号公報、特開平４−５０１９５号公報、特開平４−１
８２３８６号公報、特開平５−２３８８８２号公報等が
ある。特開平３−１２６８７５号公報には、リング状の
載置台にウェハを処理面を下にして載せ、下部から反応
ガスを供給する技術が示されている。しかし、ウェハの
周辺が面接触で支持されるため、上記した問題が残され
る。

【００１２】特開平３−１９９１９６号公報には、サセ
プタに半球状に形成された座ぐり部の傾斜面にウェハを
当接させ、ピンホールの発生を防止する技術が示されて
いるが、下側から反応ガスを供給することができないた
め、図８の様な構成の半導体成長装置に用いることはで
きない。特開平４−５０１９５号公報には、基板ホルダ
をウェハ押さえと、このウェハ押さえに装着されるＬ字
形の複数のピンから構成し、このピンの先端部でウェハ
を支持してウェハを下向きに保持できるようにした技術
が示されている。しかし、ウェハの周縁部がサセプタに
よって面接触で支持されるため、上記した問題が残され
る。

【００１３】特開平４−１８２３８６号公報には、基板
の周縁部に対応する位置に溝を形成し、基板の周縁部に
サセプタが接触しないようにし、周縁部からのクラック
の発生を防止する技術が示されている。しかし、図１０
の様な構造の基板ホルダによって基板を支持する構成に
は適用できない。特開平５−２３８８８２号公報には、
サセプタにウェハの厚み以上の深さのザグリを形成し、
このザグリ面にリング状の突起部を設け、この突起部に
よりウェハを支持し、スリップの発生を防止する技術が
示されている。しかし、図８の様に基板を下向きにし、
下側から反応ガスを供給する構成には適用できない。

【００１４】本発明の目的は、基板の周縁部にスリップ
ラインが生じないようにすることのできる半導体成長装
置における基板ホルダを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明は、成長室内に設置され、結晶成長のた
めの基板が処理面を下にして載置される基板ホルダにお
いて、前記基板を点接触又は線接触によって載置する載
置部を備えるようにしている。この構成によれば、基板
と基板ホルダが、相互に面接触する部分はなくなり、基
板と基板ホルダの熱膨張率の相違に起因する影響を排除
することができる。したがって、基板の周縁部にスリッ
プラインを生じさせる機会を低減することができる。

【００１６】この場合の載置部は、基板に対して傾斜面
を有する構成、基板に対して曲面を有する構成にするこ
とができる。これにより、載置部は基板に対して線接触
により接触し、基板の周縁部にスリップラインを生じさ
せることがない。また、載置部は、横又は縦置きの円柱
状、半円球状、蒲鉾形、円錐形又は角錐形で前記基板側
に突出する突起を備える構成にすることができ、これに
より、載置部は基板に対して点接触又は線接触により接
触し、基板の周縁部にスリップラインを生じさせること
がない。

【００１７】更に、載置部の点接触又は線接触する部分
は、前記基板の〔１１０〕±３度の範囲（方向）を避け
ることが良く、これによりスリップラインが最も発生し
易い領域を避けることができる。この結果、スリップラ
インの発生を更に低減することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
を図面に基づいて説明する。図１は本発明による基板ホ
ルダの第１実施例を示す断面図である。図１に示すよう
に、本発明の基板ホルダ１０においては、砒化ガリウム
基板１０７の載置部１１に傾斜面１１ａを持たせ、載置
部１１と砒化ガリウム基板１０７との接触が点接触又は
線接触になるようにしたところに特徴がある。ここでは
平坦な傾斜部にしたが、図２に示す様に、傾斜面が曲面
１２ａを有してもよい（第２の実施の形態）。或いは、
図３に示す様に、図１とは逆向きの傾斜面１３ａを有す
る構造であってもよい（第３の実施の形態）。

【００１９】更に、図４に示す様に、載置部１４の上面
は水平とし、この面に半円球状又は蒲鉾形、円柱状の突
起１５を載置部１４に一体化して設け、点接触又は線接
触の構造にしてもよい（第４の実施の形態）。なお、図
４の構成においては、突起１５を円錐形、三角形等に変
えることもできる。また、図５に示す様に、突起１５に
代えて球状又は円柱状の突状部材１６を別部品で配設す
る構成にしてもよい（第５の実施の形態）。

【００２０】以上のように、基板ホルダ１０の載置部と
の接触が線接触になるようにしたので、搬送温度まで降
温を急速に行っても、熱膨張率の影響が極めて小さくな
り、スリップラインを生じる恐れはない。したがって、
歩留り向上が可能になる。図６は図４の実施例の平面図
を示している。載置部１４上に点々の半円弧状に示した
ものが突起１５であり、この突起１５上に基板が載置さ
れる。突起１５は、１周を複数に分割し、その分割部１
７は〔１１０〕±３度の位置であり、この分割部１７に
突起を設けないことにより、スリップラインが生じ易い
〔１１０〕方向の基板には接触物が存在しないので、ス
リップラインの発生を確実に防止することができる。

【００２１】図７は図１、図２又は図３の構成におい
て、載置部１１（或いは載置部１２又は１３）を１周さ
せずに、図６と同様に分割部１７を設けた構成にしてい
る。この場合も、分割部１７は〔１１０〕±３度の位置
に設けられる。

【００２２】

【実施例】本発明者らは、図１の構成の基板ホルダ１０
を用い、ＭＢＥ半導体成長装置によりＦＥＴ用エピタキ
シャル結晶成長を行った。基板温度は、表面荒れを防止
するため、搬入時には４００℃以下にし、ついで駆動装
置１０８ａで回転させながら１００℃／分により７５０
℃まで加熱し、ＲＨＥＥＤ（ Reflective High Energy
Electron Diffraction：反射高速電子線回折法）により
表面サーマルクリーニングを行い、６５０℃に温度を下
げてアンドープＧａＡｓバッファ層を５００ｎｍ成長さ
せた。続けてキャップ層として、ｉドープ（ドーピング
濃度２×１０¹⁷／ｃｍ３）のｎ型ＧａＡｓ層を２００ｎ
ｍ、アンドープＧａＡｓ層を５ｎｍ、順次エピタキシャ
ル成長させ、成長終了後、１００℃／分で４００℃まで
冷却し、成長室１０１→搬送室１１０→導入室１１３の
経路で取り出した。

【００２３】このようにして形成したＦＥＴ構造の半導
体結晶の表面状態は、１００℃／分と非常に高速に昇温
及び降温したにもかかわらず、スリップラインの発生は
殆ど生じなかった。また、電気的特性その他の諸特性に
も変化は見られなかった。なお、上記においてはＭＢＥ
法による成長について説明したが、本発明者らはＭＯＶ
ＰＥ法で行っても同様の確認を行っており、高速な昇降
温を行ってもスリップラインの発生を低減できることが
確かめられた。

【００２４】

【発明の効果】以上より明らかなように、本発明によれ
ば、成長室内に基板を位置決めするための基板ホルダ
が、点接触又は線接触する載置部を備えるようにしたの
で、基板の周縁部にスリップラインを生じさせない様に
することができ、スループットの向上、すなわち製品歩
留りを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による基板ホルダの第１の実施の形態を
示す断面図である。

【図２】本発明による基板ホルダの第２の実施の形態を
示す断面図である。

【図３】本発明による基板ホルダの第３の実施の形態を
示す断面図である。

【図４】本発明による基板ホルダの第４の実施の形態を
示す断面図である。

【図５】本発明による基板ホルダの第５の実施の形態を
示す断面図である。

【図６】図４の実施の形態を示す平面図である。

【図７】図１、図２又は図３の構成において基板ホルダ
の載置部を分割した構成を示す平面図である。

【図８】ＭＢＥ半導体成長装置の一例を示す構成図であ
る。

【図９】図８に示す基板ホルダの周辺構成を示す断面図
である。

【図１０】図８に示す基板ホルダの拡大断面図を示して
いる。

【符号の説明】

１０基板ホルダ１１，１２，１３，１４載置部１５突起１６突状部材１７分割部１００成長室

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成長室内に設置され、結晶成長のための
基板が処理面を下にして載置される基板ホルダにおい
て、前記基板を点接触又は線接触によって載置する載置部を
備えることを特徴とする半導体成長装置における基板ホ
ルダ。
【請求項２】前記載置部は、前記基板を水平に支持す
る傾斜面を有することを特徴とする請求項１記載の半導
体成長装置における基板ホルダ。
【請求項３】前記載置部は、前記基板を水平に支持す
る曲面を有することを特徴とする請求項１記載の半導体
成長装置における基板ホルダ。
【請求項４】前記載置部は、横又は縦置きの円柱状、
半円球状、蒲鉾形、円錐形又は角錐形で前記基板側に突
出する突起を備えることを特徴とする請求項１記載の半
導体成長装置における基板ホルダ。
【請求項５】前記載置部は、前記基板の〔１１０〕±
３度の範囲を避けた部分を支持する構成を有することを
特徴とする請求項１記載の半導体成長装置における基板
ホルダ。