気相成長装置

【目的】基板支持部を薄くできるようにサセプタとは別体に形成して、基板表面とサセプタ表面との段差をなくし、段差に起因する膜厚分布のばらつきを改善する。
【構成】カーボン製サセプタ１３の開口端面１５にサセプタとは別体で厚さの薄いモリブデン製のツメ１４を数箇所取り付ける。このツメ１４で基板２の外周部を支えて、成長面となる基板表面１９を下にして保持する。これにより、基板表面１９とサセプタ端面１５とが面一になるようにする。ツメ１４の影響を少なくするには、ツメ１４の厚さＴ、基板２にかかるツメ１４の長さをＬとした場合、Ｔ≦−０．２・Ｌ＋０．６の関係を満たすようにする。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はエピタキシャル層の膜厚分布を改善した気相成長装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４に従来の横型気相成長装置の模式化した横断面図を示す。反応管１は上下に二分され、上半分にはエピタキシャル成長用基板２の表面を下向きに支持するカーボン製のサセプタ３が設けられる。このサセプタ３の底部開口の径を縮径して基板支持部４を本体と一体的に形成し、その基板支持部４に基板２の外周部を支えることにより基板２を保持する。サセプタ３の上部開口面には、カーボン製のヒータ５が取り付けられ、サセプタ３並びに基板２を加熱できるようになっている。また、サセプタ３は、サセプタ支持軸７を介してモータ６に接続され回転する。
【０００３】反応管１の下半分は原料ガスの通路になっており、原料ガス導入口８より原料ガスが供給され、加熱された基板２に対して水平にガスを流してエピタキシャル成長を行い、反応したガスを排気口９から排出する。なお、反応管１の上半分はジャケット構造になっており、両端に設けた冷却水出入口１０から給排される冷却水により反応管１を冷却するようになっている。
【０００４】同図に示す通り、基板２を表面を下にしてサセプタ３にセットし、カーボン製ヒータ５に電流を流し、サセプタ３即ち基板２を加熱する。この状態で原料ガスをガス導入口８より供給すると、同図矢印に沿って原料ガスが基板２表面上を流れ、そこで高温気相における原料ガス分解、デポジションが起こり、基板２の表面上にエピタキシャル層が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の横型気相成長装置で用いている基板支持部一体型のカーボン製サセプタ３では、図５に模式的に示したように、基板２を支える基板支持部４の厚さが約１ｍｍあるため、この基板支持部４に載せる基板２の表面はサセプタの開口端面に対して１ｍｍへこんだ位置にあり、サセプタ端面と段差ができる。この段差により基板周辺部でガス流速度境界層が剥離してガス流速度が遅くなり、それにより成長速度が低下して膜厚均一性を悪くしていた。
【０００６】図６（Ａ）に上述した従来の気相成長装置により３インチＧａＡｓ基板上に成長したｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層の直径方向の膜厚分布を示す。直径方向は同図（Ｂ）に示すように２種類ある。中心から２５ｍｍまではフラットな膜厚分布を示しているが、それより外周では基板表面とサセプタ表面との段差の影響により外方に行くほど膜厚が薄くなっていき、ちょうどお皿を逆さまにしたような膜厚分布になっている。
【０００７】基板表面とサセプタ端面との段差をなくせば基板周辺部でガス流速度境界層の剥離が発生しないため、基板周辺部で成長速度の低下が起こらず、膜厚均一性を向上させることが可能になると考えられる。しかし、基板支持部はカーボンを用いてサセプタの一体加工により形成しているため、強度の点から１ｍｍ以下の厚さにすることが出来なかった。
【０００８】本発明の目的は、基板支持部をサセプタとは別体に形成し基板表面とサセプタ端面との段差をなくすことによって、前記した従来技術の欠点を解消し、膜厚均一性の良好なエピタキシャル基板を形成できる気相成長装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の気相成長装置は、無底容器状をしたサセプタの底部開口に基板表面を下向きにして基板を保持し、基板表面に沿って原料ガスを流してエピタキシャル成長を行う気相成長装置において、サセプタ底部開口の端面に、その端面延長上の径方向内方に突き出て基板の外周部を支える金属製の基板支持片をサセプタとは別体に取り付けるようにしたものである。基板支持片は例えばモリブデンなどが好ましい。
【００１０】この場合において、特に、基板支持片の厚さをＴ（ｍｍ）、基板にかかる基板支持片の長さをＬ（ｍｍ）とすると、Ｔ≦−０．２・Ｌ＋０．６の関係を満たすことが好ましい。
【００１１】
【作用】サセプタの開口端面延長上にサセプタとは別体に取り付けた基板支持片で基板を支えると、基板表面とサセプタの開口端面とに段差が生じず、段差によって発生していた速度境界層の剥離がなくなる。このためガス流速が遅くなって基板周辺部の成長速度が低下する現象がなくなる。その結果、膜厚均一性の良好なエピタキシャル成長が可能になる。
【００１２】この場合において、基板支持片の厚さＴと基板にかかる基板支持片の長さＬとが上式の関係を満たしていると、基板支持片の影響を最小にすることが出来る。
【００１３】
【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。図１は本発明の気相成長装置に用いるサセプタ１３の実施例を示し、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は点線の丸で囲った部分の拡大図である。なお、気相成長装置の構成は、サセプタ部を除いて、従来例で説明した図４の構成と同じである。
【００１４】本実施例のサセプタ１３は、上部のみならず底部にも開口した無底容器状をしており、その開口の大きさは基板２を内部に収納するために、基板２の直径よりもやや大きな内径をもつ偏平な円筒体で構成されている。サセプタ１３の材料はカーボン製である。
【００１５】サセプタ１３の容器壁の厚さにより形成される底部開口の端面１５には、端面延長上の径方向内方に突き出した厚さの薄い基板支持片を構成するツメ１４が、サセプタ１３とは別体に取り付けてある。ツメ１４の本数は、図示例では、底部開口端面１５の周方向に沿って等間隔に４本になっているが、３本でも、あるいは５本以上でもよい。これらのツメ１４には、予めねじを切ったロッド１６をツメ１４の面に対して垂直に固着しておき、ツメ１４の取り付け箇所の容器壁に軸方向にロッド挿通穴１７を明け、その挿通穴１７にツメのロッド１６を通し、ナット１８で締め付けることにより、サセプタ１３の底部開口端面１５にツメ１４を固定する。サセプタ１３内に納めた基板２は、その底部のツメ１４に基板外周部を支えてサセプタ１３に保持させる。このときエピタキシャル成長させる表面を下にして、基板表面１９がサセプタ１３の底部開口を臨むようにする。
【００１６】基板２を支えるツメ１４は原料ガスと反応しない金属で構成することが好ましい。本実施例ではモリブデンで製作してある。また、ツメ１４の厚さＴを０．２ｍｍ、ツメ１４が基板２に係止する部分の長さＬを１ｍｍとした。
【００１７】このように、サセプタ１３の開口端面１５に取り付けたツメ１４の上に基板２を載せるので、サセプタの開口端面１５と基板表面１９とには段差を生じず面一となる。なお、ツメ１４とサセプタの開口端面１５および基板表面１９との間ではツメ１４の厚さ分の段差はできるが、この点に関しては後述する。
【００１８】上記ツメ付きサセプタを用いた気相成長装置を用いて３インチＧａＡｓ基板上にｎ型ＧａＡｓ層を成長した。サセプタ１３の回転数は１０ｒｐｍとした。ガス流速は１．５ｍ／ｓとした。得られたエピタキシャルウェハの膜厚分布を測定したところ、図２に示す通り±２％以下のフラットな膜厚分布が得られた。これは、基板支持部をサセプタとは一体ではなく、基板支持片として別体に構成し、基板表面をサセプタ開口端面と同一表面上にもってきたことによる。また、基板支持片をサセプタ開口端面の全周ではなく、周方向にツメとして分離して数点取り付けるようにしたので、ツメの影響を少なくすることができる。
【００１９】このように本実施例により良好な膜厚均一性が得られることがわかったが、新たに次のことが問題になる。それは、基板とそれを支えるツメとの間に段差ができるため、この部分で成長速度の低下が生じることである。そこで、ツメの厚さＴ（ｍｍ）と基板にかかるツメの長さＬ（ｍｍ）とを変えたツメを製作し、これを用いてＧａＡｓ基板上にｎ型ＧａＡｓエピタキシャル成長し、その影響を調べた。ガス流速は１．５ｍ／ｓ、サセプタの回転数は１０ｒｐｍとした。
【００２０】結果を図３に示す。基板を支持するツメの存在する直径方向で基板周辺３ｍｍを除いた膜厚均一性が±２％未満を○、±２％以上を×としてプロットした。その結果、次式Ｔ≦−０．２・Ｌ＋０．６を満たすＴ及びＬで良好な膜厚均一性が得られることがわかった。
【００２１】
【発明の効果】（１）請求項１に記載の気相成長装置によれば、サセプタとは別体の金属製のツメを用いて基板を支えることにより、サセプタ底面と基板表面との段差がなくなり、ガス流速度境界層の剥離をなくすことができ、基板周辺部での成長速度の低下を抑えることができる。従って、膜厚均一性の良いエピタキシャル層を成長することが可能になる。
【００２２】（２）請求項２に記載の気相成長装置によれば、ツメの厚さと基板にかかるツメの長さとを、ツメの影響が最小になるような関係に設定したので、膜厚均一性の一層良好なエピタキシャル層を成長することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の気相成長装置の実施例に用いるサセプタの模式化した横断面図、底面図および拡大図。
【図２】本実施例による気相成長装置で成長したｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層の膜厚分布特性図。
【図３】本実施例による気相成長装置に用いるサセプタのツメの厚さＴ、ツメが基板にかかる長さＬを変えてエピタキシャル層の膜厚均一性を調べたＬ、Ｔ値の適合不適合図。
【図４】従来例の横型気相成長装置の模式化した横断面図。
【図５】従来例の気相成長装置に用いるサセプタの模式化した横断面図及び底面図。
【図６】従来例の気相成長装置で成長したｎ型ＧａＡｓエピタキシャル層の膜厚分布特性図およびウェハ上の分布測定箇所の説明図。
【符号の説明】
１反応管
２基板
５カーボン製ヒータ
６モータ
７サセプタ支持軸
８原料ガス導入口
９排気口
１０冷却水出入口
１３サセプタ
１４金属製のツメ
１５サセプタの底部開口端面
１９基板表面

【特許請求の範囲】
【請求項１】無底容器状をしたサセプタの底部開口に基板表面を下向きにして基板を保持し、基板表面に沿って原料ガスを流してエピタキシャル成長を行う気相成長装置において、前記サセプタ底部開口の端面に、その端面延長上の径方向内方に突き出て基板の外周部を支える金属製の基板支持片をサセプタとは別体に取り付けたことを特徴とする気相成長法。
【請求項２】前記基板支持片の厚さをＴ（ｍｍ）、基板にかかる基板支持片の長さをＬ（ｍｍ）とすると、Ｔ≦−０．２・Ｌ＋０．６の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。

【図１】