WO2005081298A1 - 気相成長装置 - Google Patents

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wafer
heating
wafer holder
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gas
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Eiichi Shimizu
Nobuhito Makino
Manabu Kawabe
Original Assignee
Nippon Mining & Metals Co., Ltd.
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/12—Substrate holders or susceptors

Definitions

  • the present invention relates to a vapor phase growth apparatus for vapor-phase growing a thin film of a compound semiconductor or the like on a wafer surface by supplying a source gas in a high temperature state while heating the wafer, and particularly relates to a wafer. And a technique for making the in-plane temperature distribution uniform.
  • the vapor phase growth method is used in various fields of the industrial world!
  • this vapor phase growth method it is needless to say that the film thickness, composition and doping concentration are uniform over the entire surface of the thin film grown on the wafer.
  • Various methods are conceivable as means for realizing the uniformity of the film thickness and the like over the entire in-plane area.
  • temperature uniformity when heating the wafer is regarded as the most important elemental technology.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration example of a conventional general vapor phase growth apparatus.
  • the vapor phase epitaxy apparatus 100 includes a reaction furnace 1, a wafer holder 3 on which a wafer 2 is placed, a susceptor 4 on which a wafer holder 3 is mounted, and a heating apparatus provided below the susceptor 4. It comprises a heater 5, a rotating mechanism 6 for rotatably supporting the wafer holder 3 and the susceptor 4, a gas introduction pipe 7 for supplying a source gas and a carrier gas, a gas exhaust pipe 8 for exhausting unreacted gas, and the like.
  • FIG. 6 is an enlarged view showing a detailed configuration of the wafer holder 3, (a) is a plan view, and (b) is a cross-sectional view taken along line AA of (a).
  • the wafer holder 3 has a plurality of (six in FIG. 6) circular pocket holes 3a for placing the wafer 2 on one side thereof on the same circumference, and is configured to contact the susceptor 4 on the opposite side.
  • the susceptor 4 is made of a material having a high thermal conductivity (for example, molybdenum) in order to uniformly transfer the heat from the heater 5.
  • a material having a high thermal conductivity for example, molybdenum
  • graphite or molybdenum having a high thermal conductivity is also used for the wafer holder 3.
  • the wafer holder 3 on which the wafer 2 is placed is constituted by one member.
  • a plurality of wafer holders are provided for each wafer.
  • a vapor phase growth apparatus in which the plurality of wafer holders are mounted at predetermined positions of a susceptor has been proposed (for example, see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 JP-A-11 8119
  • the present invention has been made to solve the above problems, and by improving the in-plane temperature distribution of a wafer, a thin film having good uniformity over the entire area of the wafer can be vapor-phase grown. It is an object of the present invention to provide a vapor phase growth apparatus capable of performing the above.
  • the present invention provides a reactor that can be hermetically sealed, and is installed in the reactor and holds a wafer on the front side.
  • Accommodating means wafer holder
  • gas supplying means gas introduction pipe
  • heating for heating the wafer by heat Means (heater)
  • at least a soaking means susceptor for holding the heater accommodating means and for equalizing the heat of the heating means, wherein the soaking is performed by the heating means in the reaction furnace.
  • a dome-shaped backside of the wafer accommodation means is provided in a vapor phase growth apparatus for forming a growth film on the surface of a wafer by supplying a source gas in a high temperature state while heating the wafer through the means and the wafer accommodation means. In this case, a recessed portion is formed.
  • the ratio of height to diameter HZD is set to be 0.01-2.00%. did. More preferably, the ratio HZD between the height and the diameter of the dome-shaped concave portion is set to 0.50-1.50%. Thereby, the temperature difference between the central part and the peripheral part on the surface of the wafer accommodating means can be made 10 ° C. or less.
  • the height H of the dome-shaped recess provided in the wafer accommodating means is 0.01 to 3.00 mm. As a result, the space formed by the dome-shaped recess is limited, so that a decrease in heat transfer efficiency due to the space can be minimized.
  • a dome-shaped concave portion is formed on the back side of the wafer accommodating means, so that the temperature difference between the central portion and the peripheral edge of the wafer accommodating means is reduced, and the wafer is mounted on the wafer accommodating means.
  • the heat is uniformly transmitted to the placed wafer.
  • the temperature becomes uniform over the entire surface of the wafer, so that a thin film having good uniformity can be grown in a vapor phase.
  • FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a vapor phase growth apparatus of an embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing a detailed configuration of a wafer holder 3 of the embodiment, in which (a) is a top view and (b) is a cross-sectional view.
  • FIG. 3 is a graph showing a relationship between a height H (mm) of a dome-shaped concave portion 3b formed in a wafer holder 3 and a temperature difference ⁇ (°) on the wafer holder surface.
  • FIG. 4 is a graph showing a relationship between a height-to-diameter ratio HZD of a dome-shaped concave portion 3b and a temperature difference ⁇ T (° C.) at the wafer holder surface.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a conventional vapor phase growth apparatus.
  • FIG. 6 is an enlarged view showing a detailed configuration of a conventional wafer holder 3, in which (a) is a top view and (b) is a cross-sectional view.
  • Wafer holder Wafer storage means
  • MOCVD apparatus vapor phase growth apparatus
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of the vapor phase growth apparatus according to the present embodiment.
  • Figure 2 3A is an enlarged view showing a detailed configuration of the wafer holder 3
  • FIG. 3A is a plan view
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • the vapor phase epitaxy apparatus 100 includes a reaction furnace 1, a wafer holder 3 as a wafer accommodating means for arranging the wafer 2, a wafer holder 3, and heat from the heating means.
  • a susceptor 4 as a uniform heat equalizing means, a calo-heater 5 provided below the susceptor 4, a rotating mechanism 6 for rotatably supporting the wafer holder 3 and the susceptor 4, and a source gas or a carrier gas. It is composed of a gas introduction pipe 7 for supply and a gas exhaust pipe 8 for exhausting unreacted gas.
  • Each wall of the vapor phase growth apparatus 100 is made of, for example, stainless steel.
  • the gas introduction pipe 7 is installed at the center of the upper wall body, and for example, a group 13 (3B) raw material gas such as trimethyl indium (TMI), trimethyl aluminum (TMA1), trimethyl gallium (TMG), and arsine ( Group 15 (5B) source gas such as AsH) and phosphine (PH) and water as carrier gas
  • An inert gas such as hydrogen (H) is introduced into the reactor.
  • the wafer holder 3 is a member formed into a disk shape, and a plurality of (six in FIG. 2) circular pocket holes 3a for arranging the wafer 2 are formed on one side thereof on the same circumference. It is configured to contact the susceptor 4 on the opposite side. Further, the wafer holder 3 of the present embodiment has a concave portion 3b which is recessed in a dome shape at a predetermined interval from the periphery on the surface in contact with the susceptor 4, and the wafer holder 3 and the susceptor 4 are in contact with the peripheral portion. It comes into contact with surface 3c.
  • the susceptor 4 has a high thermal conductivity to uniformly transmit the heat from the heater 5,
  • a heater 5 for heating the wafer 2 is arranged concentrically below the susceptor 4.
  • the gas introduction pipe 7 is installed on the upper wall of the reactor 1, and the gas exhaust pipe 8 is installed on the bottom wall of the reactor 1.
  • the source gas introduced into the reactor 1 from the inlet through the gas inlet pipe 7 is decomposed on the upstream side of the reactor and flows downstream to form a thin film on the wafer 2, and the unreacted source gas is The gas is discharged to the outside from the gas exhaust pipe 8 through the exhaust port together with the carrier gas.
  • the outer periphery of the rotation mechanism 6 and the outer wall of the lower wall surface of the reactor are The water cooling jacket is provided, and the temperature inside the reaction furnace 1 is controlled by the water cooling jacket and the heater 5.
  • the space formed by the susceptor 4, the dome-shaped recess 3b, and the wafer holder 3 are heated by the heater 5 from below the susceptor 4.
  • the heat is transferred to the wafer 2 via the wafer 2 to raise the temperature of the wafer 2 to a predetermined temperature.
  • the source gas and the carrier gas introduced from the gas introduction pipe 7 are evenly supplied to the surface of the wafer 2, and the thin film is vapor-grown.
  • the wafer holder 3 of the present embodiment has, for example, a diameter of 180 mm and a thickness of 10 mm, a pocket hole 3a provided on the front surface having a diameter of 50 mm and a height of 0.5 mm, and a dome-shaped concave portion provided on the back surface.
  • 3b has a diameter (D) of 170 mm and a height (H) of l. 7 mm. That is, the concave portion 3b provided on the back surface side of the wafer holder 3 is configured such that the ratio HZD of the height (H) to the diameter (D) is 1.0%.
  • wafer holder 3 By forming wafer holder 3 in such a shape, a space is formed between wafer holder 3 and susceptor 4, and heat transfer becomes worse toward the center of dome-shaped recess 3b. Therefore, in the present embodiment, the temperature difference between the central portion and the peripheral portion of the wafer holder 3 is significantly reduced. As a result, heat is uniformly transmitted to the wafer 2 placed on the wafer holder 3, and the temperature distribution in the plane of the wafer 2 can be made uniform.
  • the variation in the in-plane temperature distribution of the wafer 2 surface was 1 ° C. or less. Almost uniform. Further, a thin film having good uniformity over the entire surface of the wafer 2 could be vapor-phase grown.
  • the shape (height) of the dome-shaped recess formed on the back surface of the wafer holder 3 will be described based on the results of a study.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the height H (mm) of the dome-shaped recess 3b formed in the wafer holder 3 and the temperature difference ⁇ (° at the surface of the wafer holder
  • FIG. 4 is a diagram showing the height and diameter of the dome-shaped recess 3b. Ratio between the HZD and the temperature difference ⁇ (° 0 It is.
  • the temperature of the portion located immediately above the apex of the dome-shaped concave portion 3b is defined as the central portion temperature Tin
  • the temperature of the portion located directly above the contact portion 3c of the wafer holder 3 with the susceptor 4 is defined as the peripheral portion temperature Tout.
  • the temperature difference obtained from Tin-Tout was defined as the temperature difference ⁇ at the wafer holder surface.
  • the diameter D of the dome-shaped recess 3b was 170 mm, and the set temperature of the heating heater 5 was 640 ° C.
  • the temperature difference ⁇ on the wafer holder surface decreases as the height H of the dome-shaped recess 3b increases, so that a correlation is established between the height H and the temperature difference ⁇ . It can be said that.
  • the height H is in the range of 0.02 to 3.5 mm (the height-to-diameter ratio HZD is in the range of 0.01 to 2.1%)
  • the temperature difference ⁇ is less than 15 ° C.
  • the temperature difference ⁇ is less than 5 ° C.
  • the height H of the dome-shaped concave portion 3b was set to 0 mm, that is, the temperature of the surface of the wafer holder was measured as a configuration in which the wafer holder 3 and the susceptor 4 were in contact with each other as in the conventional case, the center portion and the peripheral portion were measured.
  • the center portion and the peripheral portion were measured.
  • the heat transfer efficiency is degraded when the space formed by the dome-shaped concave portion 3b becomes large. Therefore, heat loss with respect to the height H of the concave portion 3b was examined.
  • the height H of the dome-shaped concave portion 3b is 3.0-3.5 mm, the temperature reached by the wafer holder 3 is 607 ° C with respect to the set temperature of the heater 5 of 6 40 ° C, and the heat transfer Efficiency was found to decrease. Therefore, the height H of the dome-shaped recess 3b is preferably set to 0.02 to 3.0 mm, thereby minimizing the heat loss due to heat transfer through the space. .
  • the dome-shaped recess 3b may be provided with a projection for improving the temperature distribution of the wafer holder 3, or the projection may locally contact the wafer holder 3 and the susceptor 4. You may make it do.
  • these projections continuously, a dome-shaped recess is formed.
  • the space formed by 3b may be divided.
  • the material of the wafer holder 3 is not particularly limited. If the material has such characteristics as not to contaminate the grown crystal and the atmosphere in the reaction furnace 1, V or such a material is used. May be produced. However, in order to increase the efficiency of heat conduction from the heater 5, it is preferable to use a material having a thermal conductivity of 50 WZm 2 K or more and 500 WZm 2 K or less, such as graphite or molybdenum.
  • the concave portion 3b is provided in the wafer holder 3 corresponding to the pocket hole 3a to form a space, but the susceptor 4 and the wafer holder 3 are separated by a predetermined distance using an appropriate jig. May be separated from each other.

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Abstract

　ウェハの面内全域において良好な均一性を有する薄膜を気相成長させることができる気相成長装置を提供する。 　密閉可能な反応炉と、該反応炉内に設置され表側にウェハを保持するためのウェハ載置部（ポケット孔）を有するウェハ収容手段（ウェハホルダ）と、ウェハに向けて原料ガスを供給するためのガス供給手段（ガス導入管）と、前記ウェハを加熱するための加熱手段（加熱ヒータ）と、前記ウェハ収容手段を保持するとともに前記加熱手段からの熱を均一化する均熱手段（サセプタ）と、を少なくとも備え、前記反応炉内において前記加熱手段により前記均熱手段及び前記ウェハ収容手段を介してウェハを加熱しつつ、高温状態で原料ガスを供給することにより、前記ウェハ表面に成長膜を形成する気相成長装置において、前記ウェハ収容手段の裏側にドーム状に窪んだ凹部を形成するようにした。

Description

明 細 書
気相成長装置
技術分野
[0001] 本発明は、ウェハを加熱しながら高温状態で原料ガスを供給することによりウェハ表 面に化合物半導体等の薄膜を気相成長させるための気相成長装置に係り、特に、ゥ ェハの面内温度分布の均一化を図る技術に関する。
背景技術
[0002] 現在、気相成長法は産業界の様々な分野で利用されて!、る。この気相成長法にお いては、ウェハ上に成長させた薄膜の面内全域にわたって膜厚、組成及びドーピン グ濃度が均一であることはいうまでもなく必須項目である。そして、面内全域にわたる 膜厚等の均一化の実現手段には種々の方法が考えられるが、ウェハを加熱する際の 均熱化が最も重要な要素技術とされて 、る。
[0003] 図 5は、従来の一般的な気相成長装置の構成例を示す断面図である。図 5に示す ように、気相成長装置 100は、反応炉 1と、ウェハ 2を配置するウェハホルダ 3と、ゥェ ハホルダ 3を載置するサセプタ 4と、サセプタ 4の下側に設けられた加熱ヒータ 5と、ゥ ェハホルダ 3及びサセプタ 4を回転自在に支持する回転機構 6と、原料ガスやキャリア ガスを供給するガス導入管 7と、未反応ガスを排気するガス排気管 8等で構成される
[0004] 図 6はウェハホルダ 3の詳細な構成を示す拡大図であり、 (a)は平面図、（b)は (a) の A— A線に沿った断面図である。ウェハホルダ 3は、その片面にウェハ 2を配置する ための円形のポケット孔 3aを同一円周上に複数個（図 6では 6個）形成され、反対側 の面でサセプタ 4と接触するように構成されて！、る。
[0005] なお、サセプタ 4は加熱ヒータ 5からの熱を均一に伝達するために熱伝導率の高い 材質 (例えばモリブデン等)で構成される。また、ウェハホルダ 3にも熱伝導率の高い グラフアイトやモリブデン等が用いられるのが一般的である。
[0006] 上述の構成をした気相成長装置においては、加熱ヒータ 5でサセプタ 4の下側から 加熱することによりサセプタ 4、ウェハホルダ 3を介してウェハ 2に熱を伝え、ウェハ 2を 所定の温度まで上昇させる。また、サセプタ 4を回転機構 6により所定の回転数で回 転させることにより、ガス導入管 7より導入した原料ガスやキャリアガスをウェハ 2表面 に均等に供給しながら薄膜の気相成長を行う。
[0007] また、図 5, 6では、ウェハ 2を載置するウェハホルダ 3を 1つの部材で構成している 力 複数のウェハを載置する場合、それぞれのウェハに対応して複数のウェハホルダ を設け、サセプタの所定の位置に前記複数のウェハホルダを載置するようにした気相 成長装置も提案されている (例えば、特許文献 1参照)。
特許文献 1：特開平 11 8119号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] しかしながら、上述したような気相成長装置 100においては、ウェハ 2を含むウェハ ホルダ 3全体において、ウェハ 2と平行な面における面内温度分布に大きなむらが生 じることが判明した。また、ウェハホルダ自体の温度分布を調査したところ、ウェハホ ルダ表面の中心部の温度は周縁部の温度よりも高くなつている（例えば 15°C以上)こ とも判明した。
[0009] これは、主に加熱ヒータ 5の加熱方式や設置位置、又はサセプタ 4、ウェハホルダ 3 ,及びウェハ 2の熱伝達率 (熱拡散率)の違!ヽゃ接触熱抵抗によるものと考えられる。 つまり、サセプタ 4とウェハホルダ 3、ウェハホルダ 3とウェハ 2のような固体同士の接触 は完全な面接触とはならず、不連続な面接触となる（点接触の集合となる）ため、それ ぞれの境界面における熱抵抗が不均一となりウェハホルダ 3 (ウェハ 2を含む）の温度 分布の悪ィ匕を引き起こしていると考えられる。その結果、従来の気相成長装置ではゥ ェハ 2の面内温度分布が不均一となってしまい、ウェハ 2の面内全域において均一性 に優れた薄膜を気相成長させるのは困難であった。
[0010] 本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、ウェハの面内温度分布 を改善することで、ウェハの面内全域において良好な均一性を有する薄膜を気相成 長させることができる気相成長装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0011] 本発明は、密閉可能な反応炉と、該反応炉内に設置され表側にウェハを保持する ためのウェハ載置部（ポケット孔）を有するウェハ収容手段（ウェハホルダ）と、ウェハ に向けて原料ガスを供給するためのガス供給手段 (ガス導入管）と、前記ウェハをカロ 熱するための加熱手段 (加熱ヒータ）と、前記ゥ ハ収容手段を保持するとともに前記 加熱手段力もの熱を均一化する均熱手段 (サセプタ）と、を少なくとも備え、前記反応 炉内において前記加熱手段により前記均熱手段及び前記ウェハ収容手段を介して ウェハを加熱しつつ、高温状態で原料ガスを供給することにより、前記ウェハ表面に 成長膜を形成する気相成長装置において、前記ウェハ収容手段の裏側にドーム状 に窪んだ凹部を形成するようにしたものである。
[0012] これにより、ゥ ハ収容手段と均熱手段との間に熱伝導率の低い気体で満たされた 空間が形成され、該空間が大きいほど、すなわちドーム状凹部の中心部（ウェハ収容 手段の中心部）ほど熱の伝達効率が悪くなることとなる。したがって、従来のウェハ収 容手段では中心部ほど温度が高くなつていたのを、本発明のウェハ収容手段によれ ば中心部と周縁部の温度差を小さくすることができる。
[0013] また、前記ウェハ収容手段に設けられたドーム状凹部の高さを H、直径を Dとしたと きに、高さと直径の比 HZDが 0. 01-2. 00%となるようにした。より好ましくは、前記 ドーム状凹部の高さと直径の比 HZDを 0. 50-1. 50%となるようにする。これにより 、ウェハ収容手段の表面における中心部と周縁部との温度差を 10°C以下とすること ができる。
[0014] また、前記ウェハ収容手段に設けられたドーム状凹部の高さ Hは 0. 01-3. 00m mとするのが望ましい。これにより、ドーム状凹部により形成される空間が制限される ので、空間により熱伝達効率が低下するのを最小限に抑えることができる。
発明の効果
[0015] 本発明によれば、ウェハ収容手段の裏側にドーム状に窪んだ凹部を形成するように したので、ウェハ収容手段の中心部と周縁部の温度差は小さくなり、ウェハ収容手段 に載置されたウェハに対して熱が均一に伝達されることとなる。この結果、ウェハの面 内全域における温度は均一となるので、良好な均一性を有する薄膜を気相成長させ ることができると!/、う効果を奏する。
図面の簡単な説明 [0016] [図 1]実施形態の気相成長装置の概略構成を示す断面図である。
[図 2]実施形態のゥ ハホルダ 3の詳細な構成を示す拡大図であり、（a)上面図と (b) 断面図である。
[図 3]ウェハホルダ 3に形成されたドーム状凹部 3bの高さ H (mm)とウェハホルダ表面 における温度差 ΔΤ(° との関係を示すグラフである。
[図 4]ドーム状凹部 3bの高さと直径の比 HZDとウェハホルダ表面における温度差 Δ T(°C)との関係を示すグラフである。
[図 5]従来の気相成長装置の概略構成を示す断面図である。
[図 6]従来のウェハホルダ 3の詳細な構成を示す拡大図であり、（a)上面図と (b)断面 図である。
符号の説明
[0017] 1 反応炉
2 ウェハ
3 ウェハホルダ（ウェハ収容手段）
3a ポケット孔
3b ドーム状凹部
3c 接触部
4 サセプタ（均熱手段）
5 加熱ヒータ (加熱手段）
6 回転機構
7 ガス導入管 (ガス供給手段）
8 ガス排気管
100 気相成長装置
発明を実施するための最良の形態
[0018] 以下に本発明に係る気相成長装置 (MOCVD装置）の一実施形態について図面 を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施例により何ら限定されるものでな いのはいうまでもない。
[0019] 図 1は、本実施形態に係る気相成長装置の構成例を示す断面図である。また、図 2 はウェハホルダ 3の詳細な構成を示す拡大図であり、 (a)は平面図、（b)は（a)の A— A線に沿った断面図である。
[0020] 図 1、 2に示すように、気相成長装置 100は、反応炉 1と、ウェハ 2を配置するウェハ 収容手段としてのウェハホルダ 3と、ウェハホルダ 3を保持するとともに加熱手段から の熱を均一化する均熱手段としてのサセプタ 4と、サセプタ 4の下側に設けられたカロ 熱ヒータ 5と、ウェハホルダ 3及びサセプタ 4を回転自在に支持する回転機構 6と、原 料ガスやキャリアガスを供給するガス導入管 7と、未反応ガスを排気するガス排気管 8 等で構成される。
[0021] この気相成長装置 100の各壁体は例えばステンレスで構成される。また、ガス導入 管 7は上側壁体中央部に設置され、例えば、トリメチルインジウム (TMI)、トリメチル アルミニウム (TMA1)、トリメチルガリウム (TMG)等の第 13 (3B)族原料ガスと、アル シン (AsH )、ホスフィン（PH )等の第 15 (5B)族原料ガスと、キャリアガスとしての水
3 3
素 (H )等の不活性ガスと、を反応炉内に導入する。
2
[0022] ウェハホルダ 3は、円盤状に成型された部材でなり、その片面にウェハ 2を配置する ための円形のポケット孔 3aを同一円周上に複数個（図 2では 6個）形成され、反対面 でサセプタ 4と接触するように構成される。また、本実施形態のウェハホルダ 3は、サ セプタ 4と接する側の面に周縁から所定の間隔をおいてドーム状に窪んだ凹部 3bを 形成されており、ウェハホルダ 3とサセプタ 4は周縁部の接触面 3cで接触するようにな つている。
[0023] サセプタ 4は、加熱ヒータ 5からの熱を均等に伝達するために熱伝導率の高!、材質
(例えばモリブデン等)で構成され、回転機構 6により回転可能に支持されている。ま た、サセプタ 4の下側にはウェハ 2を加熱するための加熱ヒータ 5が同心円状に配設 されている。
[0024] ガス導入管 7は反応炉 1の上壁に、また、ガス排気管 8は反応炉 1の底壁に設置さ れる。ガス導入管 7を介して導入口より反応炉 1内に導入された原料ガスは、反応炉 の上流側で分解され下流側に流れてウェハ 2上に薄膜を形成し、未反応の原料ガス はキャリアガスと共に排気口を介してガス排気管 8から外部へ排出される。
[0025] また、図には示さないが、例えば回転機構 6の外周及び反応炉の下側壁面外壁に は水冷ジャケットが設けられ、これらの水冷ジャケット及び加熱ヒータ 5で反応炉 1内 の温度を制御するようになっている。
[0026] 上述した構成をした気相成長装置 100においては、加熱ヒータ 5でサセプタ 4の下 側から加熱することにより、サセプタ 4、ドーム状の凹部 3bにより形成された空間、ゥェ ハホルダ 3を介してウェハ 2に熱が伝わり、ウェハ 2を所定の温度まで上昇させる。ま た、サセプタ 4を回転機構 6により所定の回転数で回転させることにより、ガス導入管 7 より導入した原料ガスやキャリアガスをウェハ 2表面に均等に供給して薄膜を気相成 長させる。
[0027] 本実施形態のウェハホルダ 3は、例えば、直径 180mm,厚さ 10mmで、表面に設 けられたポケット孔 3aは直径 50mm,高さ 0. 5mmで、裏面に設けられたドーム状凹 部 3bは直径（D) 170mm,高さ（H) l. 7mmである。つまり、ウェハホルダ 3の裏面側 に設けられた凹部 3bは、その高さ（H)と直径 (D)の比 HZDが 1. 0%となるようにし ている。
[0028] ウェハホルダ 3をこのような形状とすることにより、ウェハホルダ 3とサセプタ 4との間 に空間が形成され、ドーム状凹部 3bの中心部ほど熱の伝達が悪くなる。したがって、 従来はウェハホルダ 3の中心部ほど温度が高くなつていた力 本実施形態ではウェハ ホルダ 3の中心部と周縁部の温度差が格段に小さくなる。その結果、ウェハホルダ 3 に載置されるウェハ 2へ熱が均一に伝達されることとなり、ウェハ 2の面内温度分布の 均一化を図ることができる。
[0029] 実際に、本実施例のウェハホルダ 3を適用した気相成長装置を用いて InPウェハ 2 上に薄膜を成長させたところ、ウェハ 2表面の面内温度分布のバラツキは 1°C以下で ほぼ均一にすることができた。また、ウェハ 2の面内全域において良好な均一性を有 する薄膜を気相成長させることができた。
[0030] 以下に、ウェハホルダ 3の裏面に形成するドーム状凹部の形状 (高さ）につ 、て検 討した結果にっ 、て説明する。
図 3は、ウェハホルダ 3に形成されたドーム状凹部 3bの高さ H (mm)とウェハホルダ 表面における温度差 ΔΤ(° との関係を示すグラフで、図 4は、ドーム状凹部 3bの高 さと直径の比 HZDとウェハホルダ表面における温度差 ΔΤ(°0との関係を示すダラ フである。ここで、ドーム状凹部 3bの頂点の直上に位置する部分の温度を中心部温 度 Tinとし、ウェハホルダ 3のサセプタ 4との接触部 3cの直上に位置する部分の温度 を周縁部温度 Toutとしたときに、 Tin— Toutで求められる温度差をウェハホルダ表面 における温度差 ΔΤとした。また、ドーム状凹部 3bの直径 Dは 170mmで、加熱ヒー タ 5の設定温度は 640°Cとした。
[0031] 図 3, 4より、ドーム状凹部 3bの高さ Hが高くなるに伴いウェハホルダ表面における 温度差 ΔΤは小さくなることから、高さ Hと温度差 ΔΤとの間には相関関係が成り立つ といえる。また、高さ Hが 0. 02—3. 5mmの範囲（高さと直径の比 HZDが 0. 01— 2 . 1%の範囲）では温度差 ΔΤは 15°C以下となり、特に、高さ Hが 0. 9-2. 5mmの 範囲（高さと直径の比 HZDが 0. 50-1. 50%の範囲）では温度差 ΔΤは 5°C以下と なっている。
[0032] 一方、ドーム状凹部 3bの高さ Hを 0mm、すなわち従来と同様にウェハホルダ 3とサ セプタ 4とが全面で接触する構成としてウェハホルダ表面の温度測定を行ったところ、 中心部と周縁部の温度差は 15°Cであった。このことから、本実施形態のようにウェハ ホルダ 3の裏面にドーム状凹部 3bを設けることにより、ウェハホルダ 3の表面における 温度分布は均一化されることがわ力つた。
[0033] さらに、ドーム状凹部 3bにより形成される空間が大きくなると熱伝達効率が悪くなる と考えられるため、凹部 3bの高さ Hに対する熱の損失について検討した。その結果、 ドーム状凹部 3bの高さ Hを 3. 0-3. 5mmとした場合は、加熱ヒータ 5の設定温度 6 40°Cに対してウェハホルダ 3の到達温度は 607°Cとなり、熱伝達効率が低下すること が判明した。したがって、ドーム状凹部 3bの高さ Hは 0. 02-3. 0mmとすることが望 ましぐこれにより空間を介して熱伝達されることによる熱の損失を最小限に抑えるこ とがでさる。
[0034] 以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが 、本発明は上記実施形態に限定されるものではなぐその要旨を逸脱しない範囲で 変更可能である。
[0035] 例えば、ドーム状凹部 3bにはウェハホルダ 3の温度分布を改善するための突起を 設けるようにしてもよいし、その突起により局部的にウェハホルダ 3とサセプタ 4を接触 させるようにしてもよい。また、この突起を連続して形成することによってドーム状凹部
3bにより形成された空間部が分割されるようになっても構わない。
[0036] また、ウェハホルダ 3の材質は、特に限定しないが、育成結晶や反応炉 1内の雰囲 気を汚染しな 、ような特性を有する材料であれば、 V、かなる材料を用いて製作しても よい。ただし、加熱ヒータ 5からの熱伝導効率を上げるために、グラフアイトやモリブデ ン等のように熱導電率が 50WZm2K以上 500WZm2K以下の材質とするのが望ま しい。
[0037] 上記実施例では、ウェハホルダ 3にポケット孔 3aに対応して凹部 3bを設けて空間部 を形成するようにしたが、適当な治具を用いてサセプタ 4とウェハホルダ 3とを所定の 距離だけ離間するようにしてもよい。

Claims

請求の範囲
[1] 密閉可能な反応炉と、該反応炉内に設置され表側にゥ ハを保持するためのゥ ハ載置部を有するウェハ収容手段と、ウェハに向けて原料ガスを供給するためのガス 供給手段と、前記ウェハを加熱するための加熱手段と、前記ウェハ収容手段を保持 するとともに前記加熱手段力 の熱を均一化する均熱手段と、を少なくとも備え、 前記反応炉内にぉ 、て前記加熱手段により前記均熱手段及び前記ウェハ収容手 段を介してウェハを加熱しつつ、高温状態で原料ガスを供給することにより、前記ゥェ ハ表面に成長膜を形成する気相成長装置であって、
前記ウェハ収容手段は、裏側にドーム状に窪んだ凹部が形成されていることを特徴 とする気相成長装置。
[2] 前記ウェハ収容手段に設けられた前記凹部の高さを H、直径を Dとすると、高さと直 径の比 HZDは、 0. 01-2. 10%であることを特徴とする請求項 1に記載の気相成 長装置。
[3] 前記高さと直径の比 HZDは、 0. 50-1. 50%であることを特徴とする請求項 2に 記載の気相成長装置。
[4] 前記ウェハ収容手段に設けられた前記凹部の高さ Hは、 0. 02-3. 00mmである ことを特徴とする請求項 2または 3の何れかに記載の気相成長装置。
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