JP3537428B2 - 半導体結晶成長装置用治具，及び半導体製造方法 - Google Patents
半導体結晶成長装置用治具，及び半導体製造方法Info
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Classifications
-
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-
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，高温に加熱したウ
ェハ上で，原料ガスを熱分解して結晶成長を行う結晶成
長装置，特に縦型高速回転型のＭＯＶＰＥ装置に関する
ものである。
ェハ上で，原料ガスを熱分解して結晶成長を行う結晶成
長装置，特に縦型高速回転型のＭＯＶＰＥ装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】近年，電子デバイスの多くはその材料
に，エピタキシャルウェハ（薄膜層を成長したウェハ）
を使用しておりデバイスの量産には，この材料の量産具
術が不可欠である。現在実用化されているエピタキシャ
ル成長技術には，ＶＰＥ（Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅ
ｐｉｔａｘｙ：気相薄膜成長法），ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃ
ｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：分子線薄膜成長
法），ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａ
ｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：有機金属気相薄
膜成長法）などがある。
に，エピタキシャルウェハ（薄膜層を成長したウェハ）
を使用しておりデバイスの量産には，この材料の量産具
術が不可欠である。現在実用化されているエピタキシャ
ル成長技術には，ＶＰＥ（Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅ
ｐｉｔａｘｙ：気相薄膜成長法），ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃ
ｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：分子線薄膜成長
法），ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａ
ｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：有機金属気相薄
膜成長法）などがある。
【０００３】このうち，本発明で述べるＭＯＶＰＥは，
III族の有機金属とＶ族のガスを加熱されたウェハ上で
反応させ，化合物半導体の薄膜結晶をウェハ上に成長す
る方法である。この方式で量産するためには，複数枚を
同時に成長するマルチチャージ方式とすることが不可欠
である。現在実用化されている方式の１つに縦型高速回
転型がある。この方式では，ウェハは表面を上にしてチ
ャージし，反応ガスを垂直に（縦方向に）流し，ウェハ
面内で均一に成長させるため，ウェハをささえるサセプ
タは回転している。
III族の有機金属とＶ族のガスを加熱されたウェハ上で
反応させ，化合物半導体の薄膜結晶をウェハ上に成長す
る方法である。この方式で量産するためには，複数枚を
同時に成長するマルチチャージ方式とすることが不可欠
である。現在実用化されている方式の１つに縦型高速回
転型がある。この方式では，ウェハは表面を上にしてチ
ャージし，反応ガスを垂直に（縦方向に）流し，ウェハ
面内で均一に成長させるため，ウェハをささえるサセプ
タは回転している。
【０００４】ＭＯＶＰＥ装置を用いた結晶成長におい
て，成長層のウェハ面内均一性を向上させる方法とし
て，文献が開示されている（２００１，Ｉｎｔｅｒｎａ
ｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｄｉ
ｕｍ Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｏｓｔ Ｄｅａｄｌｉｎｅ Ｐ
ａｐｅｒｓ ｐ．１５−１６．１３ｔｈＩＰＲＭ １４
−１８，Ｍａｙ ２００１Ｎａｒａ，Ｊａｐａｎ）。上
記文献では，温度により結晶の組成が変化してバンドギ
ャップ波長が変化することを用い，ＭＯＶＰＥ装置を用
いた結晶成長における波長制御方法に関して，導入ガス
の種類や流量変化による温度変化を直接制御して温度制
御性を向上させ，面内での波長を制御して均一性を向上
させる方法が示されている。
て，成長層のウェハ面内均一性を向上させる方法とし
て，文献が開示されている（２００１，Ｉｎｔｅｒｎａ
ｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｄｉ
ｕｍ Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ
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ａｐｅｒｓ ｐ．１５−１６．１３ｔｈＩＰＲＭ １４
−１８，Ｍａｙ ２００１Ｎａｒａ，Ｊａｐａｎ）。上
記文献では，温度により結晶の組成が変化してバンドギ
ャップ波長が変化することを用い，ＭＯＶＰＥ装置を用
いた結晶成長における波長制御方法に関して，導入ガス
の種類や流量変化による温度変化を直接制御して温度制
御性を向上させ，面内での波長を制御して均一性を向上
させる方法が示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，結晶成
長において，ウェハホルダの熱伝導の仕方により実際に
成長されるウェハの表面温度に分布が生じてしまう。そ
のわずかな温度分布差によって表面での原料ガスの分解
効率が変化し，敏感に組成が変化してしまい，面内での
組成分布が生じることにより面内均一性が劣化してしま
うという問題があった。
長において，ウェハホルダの熱伝導の仕方により実際に
成長されるウェハの表面温度に分布が生じてしまう。そ
のわずかな温度分布差によって表面での原料ガスの分解
効率が変化し，敏感に組成が変化してしまい，面内での
組成分布が生じることにより面内均一性が劣化してしま
うという問題があった。
【０００６】ここで，ＭＯＶＰＥ装置によりバンドギャ
ップ波長１．３μｍのインジウムガリウムヒ素リン（Ｉ
ｎＧａＡｓＰ）の４元混晶を成長した時の，ＰＬ（フォ
トルミネッセンス）ピーク波長を実測した。ＰＬは，半
導体に照射する光の波長を変えながら，半導体から放出
される光を観測して結晶中に含まれる不純物の準位を測
定するものであり，この場合，ウェハ面内でのバンドギ
ャップ波長分布を得ることができる。
ップ波長１．３μｍのインジウムガリウムヒ素リン（Ｉ
ｎＧａＡｓＰ）の４元混晶を成長した時の，ＰＬ（フォ
トルミネッセンス）ピーク波長を実測した。ＰＬは，半
導体に照射する光の波長を変えながら，半導体から放出
される光を観測して結晶中に含まれる不純物の準位を測
定するものであり，この場合，ウェハ面内でのバンドギ
ャップ波長分布を得ることができる。
【０００７】このバンドギャップ波長分布つまりは組成
分布は，中心付近が長波長で同心円もしくは，それに近
い形でウェハ外周部に近い程，短波長へシフトしてい
る。バンドギャップ波長の成長温度依存性から波長分布
を逆に換算して，ウェハ面内での温度分布が中心付近か
らウェハ外周部に向かって，約３〜４℃温度が高くなっ
ていることがわかった。
分布は，中心付近が長波長で同心円もしくは，それに近
い形でウェハ外周部に近い程，短波長へシフトしてい
る。バンドギャップ波長の成長温度依存性から波長分布
を逆に換算して，ウェハ面内での温度分布が中心付近か
らウェハ外周部に向かって，約３〜４℃温度が高くなっ
ていることがわかった。
【０００８】本発明は，従来の結晶成長装置に関する上
記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的
は，ウェハの表面温度が均一になり，組成分布のばらつ
きの少ない面内均一性に優れた，新規かつ改良された半
導体結晶成長装置用治具，及び半導体製造方法を提供す
ることである。
記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的
は，ウェハの表面温度が均一になり，組成分布のばらつ
きの少ない面内均一性に優れた，新規かつ改良された半
導体結晶成長装置用治具，及び半導体製造方法を提供す
ることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め，本発明の第１の観点によれば，結晶成長室内のウェ
ハキャリアにウェハを載置する座ぐり部が形成された半
導体結晶成長装置用治具において，座ぐり部底面に，熱
を拡散してウェハ面内の温度を均一にするための複数の
溝が形成されており，その複数の溝の深さはウェハ中心
部よりウェハ周辺部で深く，密度はウェハ中心部よりウ
ェハ周辺部で高いことを特徴とする半導体結晶成長装置
用治具，並びに上記治具を用いた半導体製造方法が提供
される。そのような溝のパターン例としては，第１の例
として，中心部から外周に向かい広がったくさび状の溝
が複数個形成され，かつ外周に向かうほど深くなってい
ることを特徴とするもの，第２の例として，中心部から
外周に向かい間隔が狭くなっている複数個の円形の溝で
形成され，かつ外周に向かうほど深くなっていることを
特徴とするもの，第３の例として，中心部から外周に向
かうほど径が小さくなる円形溝で埋められて形成され，
かつ外周に向かうほど深くなっていることを特徴とする
もの，第４の例として，中心部から外周に向かうほど辺
の短い正方形の溝で埋められて形成され，かつ外周に向
かうほど深くなっているものが適用される。
め，本発明の第１の観点によれば，結晶成長室内のウェ
ハキャリアにウェハを載置する座ぐり部が形成された半
導体結晶成長装置用治具において，座ぐり部底面に，熱
を拡散してウェハ面内の温度を均一にするための複数の
溝が形成されており，その複数の溝の深さはウェハ中心
部よりウェハ周辺部で深く，密度はウェハ中心部よりウ
ェハ周辺部で高いことを特徴とする半導体結晶成長装置
用治具，並びに上記治具を用いた半導体製造方法が提供
される。そのような溝のパターン例としては，第１の例
として，中心部から外周に向かい広がったくさび状の溝
が複数個形成され，かつ外周に向かうほど深くなってい
ることを特徴とするもの，第２の例として，中心部から
外周に向かい間隔が狭くなっている複数個の円形の溝で
形成され，かつ外周に向かうほど深くなっていることを
特徴とするもの，第３の例として，中心部から外周に向
かうほど径が小さくなる円形溝で埋められて形成され，
かつ外周に向かうほど深くなっていることを特徴とする
もの，第４の例として，中心部から外周に向かうほど辺
の短い正方形の溝で埋められて形成され，かつ外周に向
かうほど深くなっているものが適用される。
【００１０】こうして，深さがウェハ中心部よりウェハ
周辺部で深く，密度はウェハ中心部よりウェハ周辺部で
高い，複数の溝を座ぐり部底面に形成することにより，
加熱されたウェハキャリアからの熱が，ウェハ中心部よ
り高温の外周部で多く拡散されるので，ウェハへの熱伝
導が均一になって温度分布がなくなるので，ウェハ面内
の組成分布も均一にできる効果がある。
周辺部で深く，密度はウェハ中心部よりウェハ周辺部で
高い，複数の溝を座ぐり部底面に形成することにより，
加熱されたウェハキャリアからの熱が，ウェハ中心部よ
り高温の外周部で多く拡散されるので，ウェハへの熱伝
導が均一になって温度分布がなくなるので，ウェハ面内
の組成分布も均一にできる効果がある。
【００１１】さらに本発明の第２の観点によれば，結晶
成長室内のウェハキャリアにウェハを載置する座ぐり部
が形成された半導体結晶成長装置用治具において，座ぐ
り部上に，熱を拡散してウェハ面内の温度を均一にする
ための複数の溝が形成されたスペーサ板が設置されたこ
とを特徴とする半導体結晶成長装置用治具，並びに上記
治具を用いた半導体製造方法が提供される。ここで複数
の溝の深さはスペーサ板中心部よりスペーサ板周辺部で
深く，密度はスペーサ板中心部よりスペーサ板周辺部で
高くなっていることが好ましい。溝の例としては，第１
の観点と同様のパターンを用いることができる。
成長室内のウェハキャリアにウェハを載置する座ぐり部
が形成された半導体結晶成長装置用治具において，座ぐ
り部上に，熱を拡散してウェハ面内の温度を均一にする
ための複数の溝が形成されたスペーサ板が設置されたこ
とを特徴とする半導体結晶成長装置用治具，並びに上記
治具を用いた半導体製造方法が提供される。ここで複数
の溝の深さはスペーサ板中心部よりスペーサ板周辺部で
深く，密度はスペーサ板中心部よりスペーサ板周辺部で
高くなっていることが好ましい。溝の例としては，第１
の観点と同様のパターンを用いることができる。
【００１２】こうして，第１の観点と同様にウェハの温
度分布がなくなって，ウェハ面内の組成分布を均一にで
きる効果があると同時に，座ぐり部に直接溝を形成した
場合には，結晶成長時にウェハ裏面に回り込んだガスに
より溝に生成物が堆積することがあるため，ウェハキャ
リアの交換，もしくは洗浄が必要であるが，スペーサ板
に溝を形成したので，スペーサ板の交換，もしくは洗浄
で済ますことができ，汎用性を向上する効果がある。
度分布がなくなって，ウェハ面内の組成分布を均一にで
きる効果があると同時に，座ぐり部に直接溝を形成した
場合には，結晶成長時にウェハ裏面に回り込んだガスに
より溝に生成物が堆積することがあるため，ウェハキャ
リアの交換，もしくは洗浄が必要であるが，スペーサ板
に溝を形成したので，スペーサ板の交換，もしくは洗浄
で済ますことができ，汎用性を向上する効果がある。
【００１３】また，本発明の第３の観点によれば，結晶
成長室内のウェハキャリアにウェハを載置する座ぐり部
が形成された半導体結晶成長装置を用いて結晶成長を行
う半導体製造方法において，ウェハ裏面に，熱を拡散し
てウェハ面内の温度を均一にするための複数の溝を形成
する工程を含み，その複数の溝の深さはウェハ中心部よ
りウェハ周辺部で深く，密度はウェハ中心部よりウェハ
周辺部で高くした，半導体製造方法が提供される。溝の
例としては，第１の観点と同様のパターンを用いること
ができる。
成長室内のウェハキャリアにウェハを載置する座ぐり部
が形成された半導体結晶成長装置を用いて結晶成長を行
う半導体製造方法において，ウェハ裏面に，熱を拡散し
てウェハ面内の温度を均一にするための複数の溝を形成
する工程を含み，その複数の溝の深さはウェハ中心部よ
りウェハ周辺部で深く，密度はウェハ中心部よりウェハ
周辺部で高くした，半導体製造方法が提供される。溝の
例としては，第１の観点と同様のパターンを用いること
ができる。
【００１４】第３の観点では，ウェハの温度分布をなく
し，面内の組成分布を均一にできる効果があるのと同時
に，溝をウェハに直接形成するため，ウェハキャリアを
加工する必要がなく，またスペーサ板も必要ない。ま
た，溝に堆積する生成物によって成長ごとに熱分布が変
わることもないので，結晶成長の再現性が向上する効果
がある。さらに，裏面の溝は，裏面研磨工程で最終的に
はなくなってしまうので，その後の組立工程や特性に影
響を及ぼすことはない。
し，面内の組成分布を均一にできる効果があるのと同時
に，溝をウェハに直接形成するため，ウェハキャリアを
加工する必要がなく，またスペーサ板も必要ない。ま
た，溝に堆積する生成物によって成長ごとに熱分布が変
わることもないので，結晶成長の再現性が向上する効果
がある。さらに，裏面の溝は，裏面研磨工程で最終的に
はなくなってしまうので，その後の組立工程や特性に影
響を及ぼすことはない。
【００１５】またさらに，本発明の第４の観点によれ
ば，結晶成長室内のウェハキャリアにウェハを載置する
座ぐり部が形成された半導体結晶成長装置を用いて結晶
成長を行う半導体製造方法において，ウェハ裏面に絶縁
膜を形成する工程と，絶縁膜に，熱を拡散して前記ウェ
ハ面内の温度を均一にするための複数の溝を形成する工
程とを含み，その複数の溝の深さはウェハ中心部よりウ
ェハ周辺部で深く，密度はウェハ中心部よりウェハ周辺
部で高くした，半導体製造方法が提供される。溝の例と
しては，第１の観点と同様のパターンを用いることがで
きる。
ば，結晶成長室内のウェハキャリアにウェハを載置する
座ぐり部が形成された半導体結晶成長装置を用いて結晶
成長を行う半導体製造方法において，ウェハ裏面に絶縁
膜を形成する工程と，絶縁膜に，熱を拡散して前記ウェ
ハ面内の温度を均一にするための複数の溝を形成する工
程とを含み，その複数の溝の深さはウェハ中心部よりウ
ェハ周辺部で深く，密度はウェハ中心部よりウェハ周辺
部で高くした，半導体製造方法が提供される。溝の例と
しては，第１の観点と同様のパターンを用いることがで
きる。
【００１６】第４の観点の場合にも，ウェハの温度分布
をなくし，面内の組成分布を均一にできる効果があるの
と同時に，ウェハ裏面に形成した絶縁膜にパターン溝を
直接形成するため，ウェハキャリアやスペーサ板を加工
する必要はなく，結晶成長中に溝に堆積する生成物によ
って成長ごとに熱分布が変わることはないので結晶成長
の再現性が向上する。また，裏面の絶縁膜のパターン溝
は，結晶成長後，簡単に除去できるのでその後のウェハ
工程でも影響を及ぼすことはない。
をなくし，面内の組成分布を均一にできる効果があるの
と同時に，ウェハ裏面に形成した絶縁膜にパターン溝を
直接形成するため，ウェハキャリアやスペーサ板を加工
する必要はなく，結晶成長中に溝に堆積する生成物によ
って成長ごとに熱分布が変わることはないので結晶成長
の再現性が向上する。また，裏面の絶縁膜のパターン溝
は，結晶成長後，簡単に除去できるのでその後のウェハ
工程でも影響を及ぼすことはない。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照しながら，
本発明にかかる結晶成長装置の好適な実施の形態につい
て詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，
実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，
同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
本発明にかかる結晶成長装置の好適な実施の形態につい
て詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，
実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，
同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１８】（第１の実施の形態）第１の実施の形態に
ついて，図１に縦型高速回転型ＭＯＶＰＥ結晶装置のチ
ャンバ内斜視図を示した。図２は，図１のＡ−Ａ面を模
式的に示した断面図である。ウェハをセットするウェハ
キャリア１０は，カーボングラファイト，モリブデンな
どの加工し易く，熱伝導の良く，材料ガスにより腐食し
にくい材料を用いる。ウェハキャリア１０はサセプタ３
０上に設置され，サセプタ３０の下にあるヒータ４０に
よりウェハキャリア１０が加熱される。ウェハキャリア
内で均一な成長が行われるように，回転軸５０により支
持されたサセプタ３０は回転する。
ついて，図１に縦型高速回転型ＭＯＶＰＥ結晶装置のチ
ャンバ内斜視図を示した。図２は，図１のＡ−Ａ面を模
式的に示した断面図である。ウェハをセットするウェハ
キャリア１０は，カーボングラファイト，モリブデンな
どの加工し易く，熱伝導の良く，材料ガスにより腐食し
にくい材料を用いる。ウェハキャリア１０はサセプタ３
０上に設置され，サセプタ３０の下にあるヒータ４０に
よりウェハキャリア１０が加熱される。ウェハキャリア
内で均一な成長が行われるように，回転軸５０により支
持されたサセプタ３０は回転する。
【００１９】ウェハキャリア１０にはウェハを水平にセ
ットする座ぐり部分（以降，ウェハポケット２０と呼
ぶ）が複数個形成されている。図１では，３枚のウェハ
を同時に成長できるように記述したが，何枚成長できる
ものでも考え方は同じである。縦型ＭＯＶＰＥ装置にお
いては，チャンバ内ウェハ上方から原料ガスが流入さ
れ，加熱されたウェハ上で反応が起こり，結晶成長す
る。例えばＩｎＧａＡｓＰの四元混晶を成長する場合，
III族元素のＩｎ，Ｇａの原料としてトリメチルインジ
ウム，トリエチルガリウムといった有機金属，Ｖ族元素
のＡｓ，Ｐの原料としてアルシン，ホスフィンを用い
て，これらを熱分解させウェハ上に結晶成長させるもの
である。
ットする座ぐり部分（以降，ウェハポケット２０と呼
ぶ）が複数個形成されている。図１では，３枚のウェハ
を同時に成長できるように記述したが，何枚成長できる
ものでも考え方は同じである。縦型ＭＯＶＰＥ装置にお
いては，チャンバ内ウェハ上方から原料ガスが流入さ
れ，加熱されたウェハ上で反応が起こり，結晶成長す
る。例えばＩｎＧａＡｓＰの四元混晶を成長する場合，
III族元素のＩｎ，Ｇａの原料としてトリメチルインジ
ウム，トリエチルガリウムといった有機金属，Ｖ族元素
のＡｓ，Ｐの原料としてアルシン，ホスフィンを用い
て，これらを熱分解させウェハ上に結晶成長させるもの
である。
【００２０】従来技術の説明でも述べたように，成長層
のバンドギャップ波長分布（組成分布）は，ウェハ中心
部分が長波長で同心円状もしくはそれに近い形でウェハ
外周部に寄るほど短波長へシフトする分布を示す。波長
分布の結果とバンドギャップ波長の成長温度依存性から
換算して，温度分布はウェハ中心部から外周部に向かっ
て約３〜４℃温度が高くなっていると判断される。
のバンドギャップ波長分布（組成分布）は，ウェハ中心
部分が長波長で同心円状もしくはそれに近い形でウェハ
外周部に寄るほど短波長へシフトする分布を示す。波長
分布の結果とバンドギャップ波長の成長温度依存性から
換算して，温度分布はウェハ中心部から外周部に向かっ
て約３〜４℃温度が高くなっていると判断される。
【００２１】外周部の温度が高くなるのは，以下のよう
な理由による。ウェハポケット２０の部分は薄くなって
いるため，熱伝導は良くなるが，ポケットにセットされ
るウェハは裏面から表面に順に熱が伝わり，表面には熱
が伝わりにくくなる。これはウェハの方が，ウェハキャ
リア１０より熱伝導率が低いためであり，こうしてウェ
ハ中心部ほど温度が低くなる温度分布になる。
な理由による。ウェハポケット２０の部分は薄くなって
いるため，熱伝導は良くなるが，ポケットにセットされ
るウェハは裏面から表面に順に熱が伝わり，表面には熱
が伝わりにくくなる。これはウェハの方が，ウェハキャ
リア１０より熱伝導率が低いためであり，こうしてウェ
ハ中心部ほど温度が低くなる温度分布になる。
【００２２】そこで，本実施の形態においては，あらか
じめウェハ中心部ほど熱伝導が低減することを想定し，
ウェハ面内での温度分布が均一になるように，ウェハポ
ケット２０底面に，ウェハ外周部で熱が放射されるよう
に溝を加工して，ウェハ面内の温度が均一になるように
熱伝導を変化させるものである。
じめウェハ中心部ほど熱伝導が低減することを想定し，
ウェハ面内での温度分布が均一になるように，ウェハポ
ケット２０底面に，ウェハ外周部で熱が放射されるよう
に溝を加工して，ウェハ面内の温度が均一になるように
熱伝導を変化させるものである。
【００２３】図２の（ａ）〜（ｄ）にウェハポケットの
底面に溝を彫ったパターン図例を示した。各溝のパター
ンと構造について以下に説明する。どのパターンにおい
ても，形成された複数の溝は，ウェハ中心部よりウェハ
周辺部で深く，密度はウェハ中心部よりウェハ周辺部で
高くなっている。さらに，その溝は，各結晶成長装置や
成長条件により最適化されていなければならない。もち
ろんこの条件を備えていれば，ポケット内の加工は，図
２の（ａ）〜（ｄ）の溝パターン例に限らない。
底面に溝を彫ったパターン図例を示した。各溝のパター
ンと構造について以下に説明する。どのパターンにおい
ても，形成された複数の溝は，ウェハ中心部よりウェハ
周辺部で深く，密度はウェハ中心部よりウェハ周辺部で
高くなっている。さらに，その溝は，各結晶成長装置や
成長条件により最適化されていなければならない。もち
ろんこの条件を備えていれば，ポケット内の加工は，図
２の（ａ）〜（ｄ）の溝パターン例に限らない。
【００２４】溝パターンの１つの例として，図２の
（ａ）に示すようなウェハポケット中心部（例えば外周
円の約１／２の径の円周部）から外周に向かい広がった
くさび状の溝が外周円上に沿って複数個形成され，かつ
その溝は外周に向かうほど深くなっているものを適用す
ることができる。
（ａ）に示すようなウェハポケット中心部（例えば外周
円の約１／２の径の円周部）から外周に向かい広がった
くさび状の溝が外周円上に沿って複数個形成され，かつ
その溝は外周に向かうほど深くなっているものを適用す
ることができる。
【００２５】また図２の（ｂ）に示すような，ポケット
中心部（例えば外周円の約１／２の径の円周部）から外
周に向かうほど間隔が狭くなっている複数個の円形の溝
が形成され，かつその溝は外周に向かうほど深くなって
いるものを適用することができる。
中心部（例えば外周円の約１／２の径の円周部）から外
周に向かうほど間隔が狭くなっている複数個の円形の溝
が形成され，かつその溝は外周に向かうほど深くなって
いるものを適用することができる。
【００２６】また図２の（ｃ）に示すような，ポケット
中心部（例えば中心に置かれた外周円の約１／３の径の
円）から外周部が，外周に向かうほど径が小さくなる円
形の溝で埋められており，かつその溝は外周に向かうほ
ど深くなったものを適用することができる。
中心部（例えば中心に置かれた外周円の約１／３の径の
円）から外周部が，外周に向かうほど径が小さくなる円
形の溝で埋められており，かつその溝は外周に向かうほ
ど深くなったものを適用することができる。
【００２７】さらに図２の（ｄ）に示すような，ポケッ
ト中心部（例えば中心に置かれた外周円の径の約１／３
の辺の長さを持つ正方形）から外周に向かうほど辺の短
い正方形の溝で埋められており，かつその溝は外周に向
かうほど深くなったものを適用することができる。
ト中心部（例えば中心に置かれた外周円の径の約１／３
の辺の長さを持つ正方形）から外周に向かうほど辺の短
い正方形の溝で埋められており，かつその溝は外周に向
かうほど深くなったものを適用することができる。
【００２８】このように加工したＭＯＶＰＥ装置のウェ
ハポケットにウェハをセットし，結晶成長を行う。結晶
成長方法や成長膜の種類は，使用装置，目的に応じて使
用，設計する。また成長条件もウェハポケットに施した
加工に合わせて，設定する必要がある。
ハポケットにウェハをセットし，結晶成長を行う。結晶
成長方法や成長膜の種類は，使用装置，目的に応じて使
用，設計する。また成長条件もウェハポケットに施した
加工に合わせて，設定する必要がある。
【００２９】こうして，ポケット内の溝加工によりウェ
ハ表面の温度分布が低減し，表面での原料ガスの熱分解
の均一性も向上することにより，結晶の組成も均一に成
長可能となる。このとき，経験的に温度分布の変化によ
りＶ族の原料ガスの熱分解が変化するため，取り込み係
数が変化して組成分布が変わるが，成長厚を決定するII
I族の取り込み係数はあまり変化しないことが知られて
いるので，厚みの分布は変わらない。
ハ表面の温度分布が低減し，表面での原料ガスの熱分解
の均一性も向上することにより，結晶の組成も均一に成
長可能となる。このとき，経験的に温度分布の変化によ
りＶ族の原料ガスの熱分解が変化するため，取り込み係
数が変化して組成分布が変わるが，成長厚を決定するII
I族の取り込み係数はあまり変化しないことが知られて
いるので，厚みの分布は変わらない。
【００３０】（第２の実施の形態）第２の実施の形態
は，第１の実施の形態のようにウェハポケットに直接溝
加工をせずに，溝加工を施したスペーサ板をウェハポケ
ット上に載せ，そのスペーサ板上にウェハをセットす
る。スペーサ板の材質については，高純度カーボンやモ
リブデン，もしくはインジウムリン（ＩｎＰ），ガリウ
ムヒ素（ＧａＡｓ），シリコン（Ｓｉ）などの半導体ウ
ェハを用いるのが好適である。
は，第１の実施の形態のようにウェハポケットに直接溝
加工をせずに，溝加工を施したスペーサ板をウェハポケ
ット上に載せ，そのスペーサ板上にウェハをセットす
る。スペーサ板の材質については，高純度カーボンやモ
リブデン，もしくはインジウムリン（ＩｎＰ），ガリウ
ムヒ素（ＧａＡｓ），シリコン（Ｓｉ）などの半導体ウ
ェハを用いるのが好適である。
【００３１】このときのスペーサ板の溝のパターン図
は，図２の（ａ）〜（ｄ）に示したものを適用すること
ができる。ウェハポケットへの溝加工は行わず，スペー
サ板にスペーサ板中心部より周辺部で深く，密度はスペ
ーサ板中心部より周辺部で高くなった複数の溝を形成す
る。溝のパターンについては，第１の実施の形態と同様
であるので詳細な説明は省略する。
は，図２の（ａ）〜（ｄ）に示したものを適用すること
ができる。ウェハポケットへの溝加工は行わず，スペー
サ板にスペーサ板中心部より周辺部で深く，密度はスペ
ーサ板中心部より周辺部で高くなった複数の溝を形成す
る。溝のパターンについては，第１の実施の形態と同様
であるので詳細な説明は省略する。
【００３２】本実施の形態では，第１の実施の形態と同
様にウェハ表面の温度分布が低減し，表面での原料ガス
の熱分解の均一性も向上することにより，結晶の組成も
均一に成長可能となる効果がある。しかし第１の実施の
形態の場合は，結晶成長時にウェハ裏面に回り込んだガ
スにより，ウェハポケットに形成された溝に生成物が堆
積することがあるため，ウェハキャリアの交換，もしく
は洗浄が必要であるが，本実施の形態の場合，スペーサ
板の交換，もしくはスペーサ板の洗浄ですむことから，
汎用性が向上する。
様にウェハ表面の温度分布が低減し，表面での原料ガス
の熱分解の均一性も向上することにより，結晶の組成も
均一に成長可能となる効果がある。しかし第１の実施の
形態の場合は，結晶成長時にウェハ裏面に回り込んだガ
スにより，ウェハポケットに形成された溝に生成物が堆
積することがあるため，ウェハキャリアの交換，もしく
は洗浄が必要であるが，本実施の形態の場合，スペーサ
板の交換，もしくはスペーサ板の洗浄ですむことから，
汎用性が向上する。
【００３３】このように通常のウェハポケットに溝加工
したスペーサ板を載せ，その上にウェハをセットしてか
ら縦型高速回転型ＭＯＶＰＥ装置にて結晶成長させる。
結晶成長方法や成長膜の種類は，使用目的に応じて設計
する。また，成長条件についても，スペーサ板上のウェ
ハに結晶成長するので，成長温度等の考慮が必要であ
る。
したスペーサ板を載せ，その上にウェハをセットしてか
ら縦型高速回転型ＭＯＶＰＥ装置にて結晶成長させる。
結晶成長方法や成長膜の種類は，使用目的に応じて設計
する。また，成長条件についても，スペーサ板上のウェ
ハに結晶成長するので，成長温度等の考慮が必要であ
る。
【００３４】（第３の実施の形態）第１，第２の実施の
形態においては，ＭＯＶＰＥ装置の治具について加工を
施すものであったが，第３の実施の形態では，ウェハの
裏面に熱伝導が均一になるように直接，ウェハ裏面に溝
を形成する。このときの溝の加工パターンは図２の
（ａ）〜（ｄ）に示したものと同様なものが適用され
る。また通常の結晶成長ウェハを用いて作製される素子
の場合，作製段階において，裏面は研磨により薄膜化す
るため，裏面に溝を形成してもチップとしての影響は無
い。
形態においては，ＭＯＶＰＥ装置の治具について加工を
施すものであったが，第３の実施の形態では，ウェハの
裏面に熱伝導が均一になるように直接，ウェハ裏面に溝
を形成する。このときの溝の加工パターンは図２の
（ａ）〜（ｄ）に示したものと同様なものが適用され
る。また通常の結晶成長ウェハを用いて作製される素子
の場合，作製段階において，裏面は研磨により薄膜化す
るため，裏面に溝を形成してもチップとしての影響は無
い。
【００３５】結晶成長前のウェハに，従来のウェハ表面
の加工に一般的に用いるフォトリソグラフィ工程とエッ
チング工程とを用い，裏面に熱伝導が均一になるような
パターンの溝を形成する。パターニング用マスク等を用
いフォトレジストで溝のパターニングを行い，ウェッ
ト，或いはドライのエッチングを施し，深さはウェハ中
心部より周辺部で深く，密度はウェハ中心部より周辺部
で高い溝が形成される。パターンについては，第１，第
２の実施の形態と同様であり，詳細な説明は省略する。
の加工に一般的に用いるフォトリソグラフィ工程とエッ
チング工程とを用い，裏面に熱伝導が均一になるような
パターンの溝を形成する。パターニング用マスク等を用
いフォトレジストで溝のパターニングを行い，ウェッ
ト，或いはドライのエッチングを施し，深さはウェハ中
心部より周辺部で深く，密度はウェハ中心部より周辺部
で高い溝が形成される。パターンについては，第１，第
２の実施の形態と同様であり，詳細な説明は省略する。
【００３６】本実施の形態では，温度分布を均一にする
ためにウェハキャリアを加工する必要はなく，またスペ
ーサ板も必要ない。パターン溝をウェハに直接形成する
ため，結晶成長中に溝に堆積する生成物によって成長ご
とに熱分布が変わることはなく，結晶成長の再現性が向
上する効果がある。また，裏面の溝は，裏面研磨工程で
最終的にはなくなってしまうので，その後の組立工程や
特性に影響を及ぼすことはない。
ためにウェハキャリアを加工する必要はなく，またスペ
ーサ板も必要ない。パターン溝をウェハに直接形成する
ため，結晶成長中に溝に堆積する生成物によって成長ご
とに熱分布が変わることはなく，結晶成長の再現性が向
上する効果がある。また，裏面の溝は，裏面研磨工程で
最終的にはなくなってしまうので，その後の組立工程や
特性に影響を及ぼすことはない。
【００３７】上記のようにウェハ裏面に溝を形成した
後，通常のウェハキャリアポケットにセットしてから，
縦型高速回転型ＭＯＶＰＥ装置にて裏面の溝を考慮した
成長条件で結晶成長させる。結晶成長方法や成長膜の種
類は，使用目的に応じて設計する。
後，通常のウェハキャリアポケットにセットしてから，
縦型高速回転型ＭＯＶＰＥ装置にて裏面の溝を考慮した
成長条件で結晶成長させる。結晶成長方法や成長膜の種
類は，使用目的に応じて設計する。
【００３８】（第４の実施の形態）第４の実施の形態
は，ウェハの裏面に絶縁膜を形成し，その絶縁膜に第３
の実施の形態と同様な溝を形成し，熱伝導が均一になる
ようにして組成分布のばらつきを向上させるものであ
る。このときのパターンも図２の（ａ）〜（ｄ）に示し
たものと同様にする。また結晶成長後，裏面の絶縁膜は
エッチングする。
は，ウェハの裏面に絶縁膜を形成し，その絶縁膜に第３
の実施の形態と同様な溝を形成し，熱伝導が均一になる
ようにして組成分布のばらつきを向上させるものであ
る。このときのパターンも図２の（ａ）〜（ｄ）に示し
たものと同様にする。また結晶成長後，裏面の絶縁膜は
エッチングする。
【００３９】まず，結晶成長前のウェハ裏面に，ＣＶＤ
法などにより，例えばシリコン酸化膜などの絶縁膜を形
成する。その後，フォトリソグラフィ工程とエッチング
工程とを用い，絶縁膜に熱伝導が均一になるようなパタ
ーンの溝を形成する。パターニング用マスク等を用いフ
ォトレジストで溝のパターニングを行い，ウェット，或
いはドライのエッチングを施し，深さはウェハ中心部よ
り周辺部で深く，密度はウェハ中心部より周辺部で高い
溝が絶縁膜に形成される。パターンについては，第１，
第２，第３の実施の形態と同様の溝をウェハ裏面の絶縁
膜に形成するもので，詳細な説明は省略する。
法などにより，例えばシリコン酸化膜などの絶縁膜を形
成する。その後，フォトリソグラフィ工程とエッチング
工程とを用い，絶縁膜に熱伝導が均一になるようなパタ
ーンの溝を形成する。パターニング用マスク等を用いフ
ォトレジストで溝のパターニングを行い，ウェット，或
いはドライのエッチングを施し，深さはウェハ中心部よ
り周辺部で深く，密度はウェハ中心部より周辺部で高い
溝が絶縁膜に形成される。パターンについては，第１，
第２，第３の実施の形態と同様の溝をウェハ裏面の絶縁
膜に形成するもので，詳細な説明は省略する。
【００４０】本実施の形態においても，ウェハキャリア
やスペーサ板を加工する必要はない。ウェハ裏面に形成
した絶縁膜にパターン溝を直接形成するため，結晶成長
中に溝に堆積する生成物によって成長ごとに熱分布が変
わることはなく，結晶成長の再現性が向上する効果があ
る。また，裏面の絶縁膜のパターン溝は，結晶成長後，
簡単に除去できるのでその後のウェハ工程でも影響を及
ぼすことはない。
やスペーサ板を加工する必要はない。ウェハ裏面に形成
した絶縁膜にパターン溝を直接形成するため，結晶成長
中に溝に堆積する生成物によって成長ごとに熱分布が変
わることはなく，結晶成長の再現性が向上する効果があ
る。また，裏面の絶縁膜のパターン溝は，結晶成長後，
簡単に除去できるのでその後のウェハ工程でも影響を及
ぼすことはない。
【００４１】このように，裏面に絶縁膜を形成し，さら
に絶縁膜に熱伝導が均一になるように溝を形成したウェ
ハを通常のウェハキャリアポケットにセットしてから，
縦型高速回転型ＭＯＶＰＥ装置にて，裏面の絶縁膜を考
慮した成長条件で結晶成長させる。結晶成長方法や成長
膜の種類は，使用目的に応じて設計する。
に絶縁膜に熱伝導が均一になるように溝を形成したウェ
ハを通常のウェハキャリアポケットにセットしてから，
縦型高速回転型ＭＯＶＰＥ装置にて，裏面の絶縁膜を考
慮した成長条件で結晶成長させる。結晶成長方法や成長
膜の種類は，使用目的に応じて設計する。
【００４２】以上，添付図面を参照しながら本発明にか
かる半導体結晶成長装置治具，及び半導体結晶成長方法
の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる
例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に
記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例ま
たは修正例に想到し得ることは明らかであり，それらに
ついても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解
される。
かる半導体結晶成長装置治具，及び半導体結晶成長方法
の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる
例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に
記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例ま
たは修正例に想到し得ることは明らかであり，それらに
ついても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解
される。
【００４３】本実施の形態では，縦型高速回転型ＭＯＶ
ＰＥ装置にて結晶成長する場合について述べたが，本発
明は原料ガスがウェハに対して水平方向に流入する，ウ
ェハ自転形の横型ＭＯＶＰＥ装置にて結晶成長する場合
においても適用可能である。
ＰＥ装置にて結晶成長する場合について述べたが，本発
明は原料ガスがウェハに対して水平方向に流入する，ウ
ェハ自転形の横型ＭＯＶＰＥ装置にて結晶成長する場合
においても適用可能である。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば，Ｍ
ＯＶＰＥ装置での結晶成長において，ウェハ面内で中心
部と外周部に温度差ができるために，組成分布が面内で
均一でなくなる不具合に対し，装置のウェハポケット
に，中心部の密度が低く，深さも浅くなるような複数の
溝を形成することにより，或いはウェハキャリアとウェ
ハとの間に置くスペーサ板を用意し，そのスペーサ板に
上記ウェハキャリアと同様なパターンの溝を形成するこ
とにより，結晶成長時の熱伝導分布が均一となり，ウェ
ハ面内での組成分布が均一な結晶を成長させることがで
きる。
ＯＶＰＥ装置での結晶成長において，ウェハ面内で中心
部と外周部に温度差ができるために，組成分布が面内で
均一でなくなる不具合に対し，装置のウェハポケット
に，中心部の密度が低く，深さも浅くなるような複数の
溝を形成することにより，或いはウェハキャリアとウェ
ハとの間に置くスペーサ板を用意し，そのスペーサ板に
上記ウェハキャリアと同様なパターンの溝を形成するこ
とにより，結晶成長時の熱伝導分布が均一となり，ウェ
ハ面内での組成分布が均一な結晶を成長させることがで
きる。
【００４５】また，結晶成長前のウェハ裏面に，中心部
の密度が低く，深さも浅くなるような複数の溝を形成す
る工程を設けることにより，或いはウェハ裏面に絶縁膜
を形成し，その絶縁膜に上記と同様な溝を形成する工程
を設けることにより，結晶成長時の熱伝導分布が均一と
なり，ウェハ面内での組成分布が均一な結晶を成長する
ことができる。
の密度が低く，深さも浅くなるような複数の溝を形成す
る工程を設けることにより，或いはウェハ裏面に絶縁膜
を形成し，その絶縁膜に上記と同様な溝を形成する工程
を設けることにより，結晶成長時の熱伝導分布が均一と
なり，ウェハ面内での組成分布が均一な結晶を成長する
ことができる。
【図１】第１〜第４の実施の形態にかかるＭＯＶＰＥ装
置の（ａ）はチャンバ内概略斜視図であり，（ｂ）はＡ
−Ａ面の断面図である。
置の（ａ）はチャンバ内概略斜視図であり，（ｂ）はＡ
−Ａ面の断面図である。
【図２】第１〜第４の実施の形態にかかるウェハポケッ
ト，スペーサ板，ウェハ裏面，或いは絶縁膜の溝のパタ
ーンを表す，説明図である。
ト，スペーサ板，ウェハ裏面，或いは絶縁膜の溝のパタ
ーンを表す，説明図である。
【符号の説明】
１０ ウェハキャリア
２０ ウェハポケット
３０ サセプタ
４０ ヒータ
５０ 回転軸
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭59−228714（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−58035（ＪＰ，Ａ)
特開2000−21788（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−262417（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−162615（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−273025（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−256200（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C23C 16/00 - 16/56
H01L 21/02
H01L 21/205
Claims (10)
- 【請求項１】 結晶成長室内のウェハキャリアにウェハ
を載置する座ぐり部が形成された半導体結晶成長装置用
治具において； 前記座ぐり部底面に，熱を拡散して前記ウェハ面内の温
度を均一にするための複数の溝が形成されており，前記
複数の溝の深さは，前記ウェハ中心部より前記ウェハ周
辺部で深くなっていることを特徴とする半導体結晶成長
装置用治具。 - 【請求項２】 前記複数の溝の密度は，前記ウェハ中心
部より前記ウェハ周辺部で高くなっていることを特徴と
する請求項１に記載の半導体結晶成長装置用治具。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の半導体結晶成
長装置用治具を用いて，結晶成長を行うことを特徴とす
る半導体製造方法。 - 【請求項４】 結晶成長室内のウェハキャリアにウェハ
を載置する座ぐり部が形成された半導体結晶成長装置用
治具において； 前記座ぐり部上に，熱を拡散して前記ウェハ面内の温度
を均一にするための複数の溝が形成されたスペーサ板を
設置し，前記複数の溝の深さは，前記スペーサ板中心部
より前記スペーサ板周辺部で深くなっていることを特徴
とする半導体結晶成長装置用治具。 - 【請求項５】 前記複数の溝の密度は，前記スペーサ板
中心部より前記スペーサ板周辺部で高くなっていること
を特徴とする請求項４に記載の半導体結晶成長装置用治
具。 - 【請求項６】 請求項４または５に記載の半導体結晶成
長装置用治具を用いて，結晶成長を行うことを特徴とす
る半導体製造方法。 - 【請求項７】 結晶成長室内のウェハキャリアにウェハ
を載置する座ぐり部が形成された半導体結晶成長装置を
用いて結晶成長を行う半導体製造方法において；前記ウ
ェハ裏面に，熱を拡散して前記ウェハ面内の温度を均一
にするための複数の溝を形成する工程を含むことを特徴
とする半導体製造方法。 - 【請求項８】 結晶成長室内のウェハキャリアにウェハ
を載置する座ぐり部が形成された半導体結晶成長装置を
用いて結晶成長を行う半導体製造方法において；前記ウ
ェハ裏面に絶縁膜を形成する工程と，前記絶縁膜に，熱
を拡散して前記ウェハ面内の温度を均一にするための複
数の溝を形成する工程と，を含むことを特徴とする半導
体製造方法。 - 【請求項９】 前記複数の溝の深さは，前記ウェハ中心
部より前記ウェハ周辺部で深くなっていることを特徴と
する請求項７または８に記載の半導体製造方法。 - 【請求項１０】 前記複数の溝の密度は，前記ウェハ中
心部より前記ウェハ周辺部で高くなっていることを特徴
とする請求項７，８または９のいずれかに記載の半導体
製造方法。
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