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JPH09298232A5 - Method for manufacturing a substrate holder - Google Patents

Method for manufacturing a substrate holder

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JPH09298232A5
JPH09298232A5 JP1996109133A JP10913396A JPH09298232A5 JP H09298232 A5 JPH09298232 A5 JP H09298232A5 JP 1996109133 A JP1996109133 A JP 1996109133A JP 10913396 A JP10913396 A JP 10913396A JP H09298232 A5 JPH09298232 A5 JP H09298232A5
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holding portion
substrate holder
semiconductor
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Description

【特許請求の範囲】
【請求項1】 半導体の結晶成長用基板を保持する基板保持具の製造方法であって、
前記基板保持具は、基板を保持する領域である基板保持部と、基板を保持しない領域である基板非保持部とを有し、
前記基板非保持部の上面部に、ショットピーニングによって径が50ミクロン以上の凹部又は凸部形成することを特徴とする基板保持具の製造方法
[Claims]
1. A method for manufacturing a substrate holder for holding a semiconductor crystal growth substrate, comprising:
the substrate holder has a substrate holding portion which is an area for holding a substrate and a substrate non-holding portion which is an area for not holding a substrate,
A method for manufacturing a substrate holder, characterized in that recesses or protrusions having a diameter of 50 microns or more are formed on the upper surface of the non-substrate-holding portion by shot peening .

本発明は、基板保持具の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a substrate holder .

【0012】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成する本発明は、半導体の結晶成長用基板を保持する基板保持具の製造方法であって、前記基板保持具は、基板を保持する領域である基板保持部と、基板を保持しない領域である基板非保持部とを有し、前記基板非保持部の上面部に、ショットピーニングによって径が50ミクロン以上の凹部又は凸部を形成することを特徴とする基板保持具の製造方法である。
[0012]
[Means for solving the problem]
To achieve the above-mentioned object , the present invention is a method for manufacturing a substrate holder for holding a substrate for semiconductor crystal growth, the substrate holder having a substrate holding portion which is an area for holding a substrate, and a non-substrate holding portion which is an area for not holding a substrate, and the method is characterized in that a recess or protrusion having a diameter of 50 microns or more is formed on the upper surface of the non-substrate holding portion by shot peening .

板非保持部の上面部には径が50ミクロン以上の凹部又は凸部が形成されているため、製造時の結晶成長工程の初回から基板非保持部の上面の表面積が大きいので、基板非保持部の上面に堆積する半導体結晶がデンドライト成長したとしても表面積が増加しない。 Since the upper surface of the non- substrate -holding portion has a recess or protrusion with a diameter of 50 microns or more, the surface area of the upper surface of the non-substrate-holding portion is large from the first crystal growth process during manufacturing, and therefore the surface area does not increase even if the semiconductor crystals deposited on the upper surface of the non-substrate-holding portion grow dendrites.

【0051】
【発明の実施の形態】
第1の参考形態
本発明の第1の参考形態を図面を参照しながら説明する。
[0051]
[Embodiments of the Invention]
( First Reference Form )
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1(a),(b)は本発明の第1の参考形態に係る基板ホルダーを示す図であって、(a)は平面図であり、(b)は(a)におけるI−I線による断面図である。(c)は第1の参考形態の第1変形例の基板保持具の断面図である。(a)に示す高融点金属であるモリブデン等からなる基板保持具である基板ホルダー10Aは、半導体結晶の結晶成長用基板を保持する基板保持部11と、基板ホルダー10Aの基板保持部11を除く領域の上面が結晶成長用基板の結晶格子との格子不整合率が10%以内の多結晶基板により覆われた基板非保持部12とから構成されている。基板ホルダー10Aは、図10又は図12に示した従来の半導体製造装置におけるターンテーブル105上の基板ホルダー106に替えて使用することを想定している。 1(a) and 1(b) are views showing a substrate holder according to a first embodiment of the present invention, where 1(a) is a plan view and 1(b) is a cross-sectional view taken along line I-I in 1(a). 1(c) is a cross-sectional view of a substrate holder according to a first modification of the first embodiment . The substrate holder 10A shown in 1(a) is made of a high-melting-point metal such as molybdenum and includes a substrate-holding portion 11 for holding a substrate for crystal growth of a semiconductor crystal, and a non-substrate-holding portion 12, the upper surface of which, excluding the substrate-holding portion 11, is covered with a polycrystalline substrate having a lattice mismatch rate of 10% or less with the crystal lattice of the substrate for crystal growth. The substrate holder 10A is intended to be used in place of the substrate holder 106 on the turntable 105 in the conventional semiconductor manufacturing apparatus shown in 10 or 12.

このように、本参考形態によると、基板ホルダー10Aの基板非保持部12の上面が結晶成長用基板の結晶格子との格子不整合率が10%以内の多結晶基板により覆われているため、基板非保持部12の上面に堆積する半導体結晶がエピタキシャル成長するので、核生成がスムーズに進行し、樹枝状のデンドライト成長とならずに平坦になる。その結果、基板非保持部12の表面積が増大することがなくなるため、製造時に結晶成長工程の回数を重ねても、基板非保持部12からの輻射量が増加することがないので、結晶成長温度が一定となり、常に良質の半導体結晶を得ることができる。なお、格子不整合率が10%以内の多結晶基板であれば格子不整合が起きないという事実は、多数回の試行により経験的に見いだしたものである。 As described above, according to this embodiment , the upper surface of the non-substrate-holding portion 12 of the substrate holder 10A is covered with a polycrystalline substrate having a lattice mismatch rate of 10% or less with the crystal lattice of the crystal growth substrate. Therefore, the semiconductor crystal deposited on the upper surface of the non-substrate-holding portion 12 grows epitaxially, allowing nucleation to proceed smoothly and resulting in a flat surface without dendritic growth. As a result, the surface area of the non-substrate-holding portion 12 does not increase, and therefore, even if the crystal growth process is repeated multiple times during manufacturing, the amount of radiation from the non-substrate-holding portion 12 does not increase. This keeps the crystal growth temperature constant, ensuring consistently high-quality semiconductor crystals. The fact that lattice mismatch does not occur with a polycrystalline substrate having a lattice mismatch rate of 10% or less was empirically discovered through numerous trials.

第2の参考形態
以下、本発明の第2の参考形態を図面を参照しながら説明する。
( Second Reference Form )
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図2(a),(b)は本発明の第2の参考形態に係る基板ホルダーを示す図であって、(a)は平面図であり、(b)は(a)におけるII−II線による断面図である。(a)に示す高融点金属であるモリブデン等からなる基板保持具である基板ホルダー20は、半導体結晶の結晶成長用基板を保持する基板保持部21と、基板ホルダー20の基板保持部21を除く領域の上面が結晶成長用基板と同一の材料よりなる複数の単結晶基板により稠密に覆われた基板非保持部22とから構成されている。基板ホルダー20は、図10又は図12に示した従来の半導体製造装置におけるターンテーブル105上の基板ホルダー106に替えて使用することを想定している。 2(a) and 2(b) show a substrate holder according to a second embodiment of the present invention, with 2(a) being a plan view and 2(b) being a cross-sectional view taken along line II-II in 2(a). The substrate holder 20 shown in 2(a) is a substrate holder made of a high-melting-point metal such as molybdenum. It comprises a substrate-holding portion 21 for holding a substrate for crystal growth of a semiconductor crystal, and a non-substrate-holding portion 22, the upper surface of which, excluding the substrate-holding portion 21, is densely covered with a plurality of single-crystal substrates made of the same material as the crystal growth substrate. The substrate holder 20 is intended to be used in place of the substrate holder 106 on the turntable 105 in the conventional semiconductor manufacturing apparatus shown in 10 or 12.

第1の参考形態においては、大口径の多結晶基板によって基板ホルダー10Aの基板非保持部12の上面を覆ったが、本参考形態においては、結晶成長用基板と全く同一の材料よりなる複数の単結晶基板を用いて基板ホルダー20の基板非保持部22の上面を稠密に敷き詰めて覆っている。 In the first reference embodiment , the upper surface of the non-substrate holding portion 12 of the substrate holder 10A is covered with a large-diameter polycrystalline substrate, but in this reference embodiment , the upper surface of the non-substrate holding portion 22 of the substrate holder 20 is densely covered with a plurality of single-crystal substrates made of the exact same material as the crystal growth substrate.

また、Si(シリコン)よりなる半導体又はInP(インジウムリン)、GaAs(ガリウムヒ素)等よりなる化合物半導体の結晶は、鉄やコバルトの(1 −1 0)面にも格子整合をとれるため、(1 −1 0)面からなる鉄又はコバルトを用いて図1又は図2に説明した基板ホルダーの基板非保持部を被覆してもよい。 Furthermore, since crystals of semiconductors made of Si (silicon) or compound semiconductors made of InP (indium phosphide), GaAs (gallium arsenide), etc. can be lattice-matched to the (1-10) plane of iron or cobalt, the non-substrate-holding portions of the substrate holder described in Figure 1 or Figure 2 may be covered with iron or cobalt having the (1-10) plane.

さらに、ウンモやイオウ等のファンデアワールス材料によって基板非保持部を被覆しても、ファンデアワールス材料は表面に結合手を有していないため、Siよりなる半導体、InP又はGaAs等よりなる化合物半導体の結晶は自己の格子定数により成長するので、格子不整合が生じない。従って、第1及び第2の参考形態と同様の効果を得ることができる。 Furthermore, even if the non-substrate-holding portion is coated with a van der Waals material such as ammonium or sulfur, the van der Waals material does not have bonds on its surface, so the crystals of semiconductors made of Si or compound semiconductors made of InP or GaAs grow according to their own lattice constants, and no lattice mismatch occurs. Therefore, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained.

第1の実施形態
以下、本発明の第1の実施形態を図面を参照しながら説明する。
( First embodiment )
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図3(a),(b)は本発明の第1の実施形態に係る基板ホルダーを示す図であって、(a)は平面図であり、(b)は(a)におけるIII・−III・線による断面図である。(a)に示す高融点金属であるモリブデン等からなる基板保持具である基板ホルダー30は、半導体結晶の結晶成長用基板を保持する基板保持部31と、基板ホルダー30の基板保持部31を除く領域の上面部に径が50μm以上の凹部又は凸部が形成された基板非保持部32とから構成されている。基板ホルダー30は、図10又は図12に示した従来の半導体製造装置におけるターンテーブル105上の基板ホルダー106に替えて使用することを想定している。 3(a) and 3(b) are diagrams showing a substrate holder according to a first embodiment of the present invention, where 3(a) is a plan view and 3(b) is a cross-sectional view taken along line III-III in 3(a). The substrate holder 30 shown in 3(a) is a substrate holder made of a high-melting-point metal such as molybdenum, and is composed of a substrate-holding portion 31 for holding a substrate for crystal growth of a semiconductor crystal, and a non-substrate-holding portion 32 having a recess or protrusion with a diameter of 50 μm or more formed on the upper surface of the substrate holder 30 excluding the substrate-holding portion 31. The substrate holder 30 is intended to be used in place of the substrate holder 106 on the turntable 105 in the conventional semiconductor manufacturing apparatus shown in 10 or 12.

本実施形態の特徴として、モリブデン等の高融点金属よりなる基板非保持部32は、ショットピーニング等によってその上面部には50μm以上の径が凹部又は凸部が形成されているため、製造時における初回の結晶成長工程においても、基板非保持部32の表面積は十分に大きいので、結晶成長工程の回数を重ねても、基板非保持部32の表面積はほとんど変化しない。その結果、基板非保持部32からの輻射量が変化しないので、結晶成長温度が一定となり、良質の半導体結晶を得ることができる。 A feature of this embodiment is that the non-substrate-holding portion 32, made of a high-melting-point metal such as molybdenum, has recesses or protrusions with a diameter of 50 μm or more formed on its upper surface by shot peening or the like. Therefore, even during the initial crystal growth process during manufacturing, the surface area of the non-substrate-holding portion 32 is sufficiently large, so that the surface area of the non-substrate-holding portion 32 changes very little even after multiple crystal growth processes. As a result, the amount of radiation from the non-substrate-holding portion 32 does not change, so the crystal growth temperature remains constant and high-quality semiconductor crystals can be obtained.

第3の参考形態
以下、本発明の第3の参考形態を図面を参照しながら説明する。
( Third Reference Form )
A third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図4(a),(b)は本発明の第3の参考形態に係る基板ホルダーを示す図であって、(a)は平面図であり、(b)は(a)におけるIV−IV線による断面図である。(a)に示す高融点金属であるモリブデン等からなる基板保持具である基板ホルダー40は、半導体結晶の結晶成長用基板を保持する基板保持部41と、基板ホルダー40の基板保持部41を除く領域の上面が3か所のネジ42aにより取り付けられたステンレス又はモリブデンよりなる均熱板によって覆われた基板非保持部42とから構成されている。基板ホルダー40は、図10又は図12に示した従来の半導体製造装置におけるターンテーブル105上の基板ホルダー106に替えて使用することを想定している。 4(a) and 4(b) are diagrams showing a substrate holder according to a third embodiment of the present invention, with 4(a) being a plan view and 4(b) being a cross-sectional view taken along line IV-IV in 4(a). The substrate holder 40 shown in 4(a) is a substrate holder made of a high-melting-point metal such as molybdenum. It comprises a substrate-holding portion 41 for holding a substrate for crystal growth of a semiconductor crystal, and a non-substrate-holding portion 42, the upper surface of which, excluding the substrate-holding portion 41, is covered with a heat-equalizing plate made of stainless steel or molybdenum and attached with three screws 42a. The substrate holder 40 is intended to be used in place of the substrate holder 106 on the turntable 105 in the conventional semiconductor manufacturing apparatus shown in 10 or 12.

参考形態の特徴として、基板ホルダー40の基板非保持部42の上面を覆う均熱板は3本のネジ42aのみにより基板ホルダー40に取り付けられており、均熱板と基板ホルダー40の基板非保持部42とは空間が形成されているため、基板ホルダー40の熱が均熱板に直接に伝わりにくいので、均熱板の温度は基板保持部41に接している結晶成長用基板の温度よりも低くなる。その結果、均熱板の温度は結晶成長用基板の温度よりも低くなるため、原料ガスの熱分解が進みにくくなるので、均熱板の上面に結晶が成長しにくくなると共に、均熱板からの輻射量が減少する。従って、製造時に結晶成長工程の回数を重ねても、基板非保持部42の表面積はほとんど変化せず、基板非保持部42からの輻射量が変化しないので、結晶成長温度が一定となり、良質の半導体結晶を得ることができる。 A feature of this embodiment is that the heat spreader plate covering the upper surface of the non-substrate-holding portion 42 of the substrate holder 40 is attached to the substrate holder 40 with only three screws 42a, and a space is formed between the heat spreader plate and the non-substrate-holding portion 42 of the substrate holder 40, which makes it difficult for heat from the substrate holder 40 to be directly transferred to the heat spreader plate, so the temperature of the heat spreader plate is lower than that of the crystal growth substrate in contact with the substrate-holding portion 41. As a result, the temperature of the heat spreader plate is lower than that of the crystal growth substrate, which makes it difficult for the source gas to thermally decompose, making it difficult for crystals to grow on the upper surface of the heat spreader plate and reducing the amount of radiation from the heat spreader plate. Therefore, even if the crystal growth process is repeated multiple times during manufacturing, the surface area of the non-substrate-holding portion 42 hardly changes, and the amount of radiation from the non-substrate-holding portion 42 does not change, so the crystal growth temperature remains constant and high-quality semiconductor crystals can be obtained.

第4の参考形態
以下、本発明の第4の参考形態を図面を参照しながら説明する。
( Fourth Reference Form )
A fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図5(a),(b)は本発明の第4の参考形態に係る基板ホルダーを示す図であって、(a)は平面図であり、(b)は(a)におけるV−V線による断面図である。(a)に示す高融点金属であるモリブデン等からなる基板保持具である基板ホルダー50は、半導体結晶の結晶成長用基板を保持する基板保持部51と、基板ホルダー50の基板保持部51を除く領域の上面部が基板保持部51の上面部よりも低くなるように形成された基板非保持部52とから構成されている。基板ホルダー50は、図10又は図12に示した従来の半導体製造装置におけるターンテーブル105上の基板ホルダー106に替えて使用することを想定している。 5(a) and (b) are views showing a substrate holder according to a fourth embodiment of the present invention, where (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view taken along line V-V in (a). The substrate holder 50 shown in (a), which is a substrate holder made of a high-melting-point metal such as molybdenum, comprises a substrate-holding portion 51 for holding a substrate for crystal growth of a semiconductor crystal, and a non-substrate-holding portion 52 formed so that the upper surface of the region of the substrate holder 50 excluding the substrate-holding portion 51 is lower than the upper surface of the substrate-holding portion 51. The substrate holder 50 is intended to be used in place of the substrate holder 106 on the turntable 105 in the conventional semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. 10 or 12.

参考形態の特徴として、基板ホルダー50の基板非保持部52の上面部は、基板保持部51の上面部よりも低くなるように形成されているため、基板保持部51の上面部を基準に設定された原料ガスの熱分解が進行する境界層を外れるので、基板非保持部52の上面での原料ガスの熱分解が進みにくくなり、これにより、基板非保持部52の上面に結晶が成長しにくくなる。従って、製造時に結晶成長工程の回数を重ねても、基板非保持部52の表面積はほとんど変化しないため、基板非保持部52からの輻射量が変化しないので、結晶成長温度が一定となり、良質の半導体結晶を得ることができる。 A feature of this embodiment is that the upper surface of non-substrate-holding portion 52 of substrate holder 50 is formed to be lower than the upper surface of substrate-holding portion 51, and therefore is outside the boundary layer where thermal decomposition of the source gas progresses, which is set based on the upper surface of substrate-holding portion 51, making it difficult for thermal decomposition of the source gas to progress on the upper surface of non-substrate-holding portion 52, and therefore making it difficult for crystals to grow on the upper surface of non-substrate-holding portion 52. Therefore, even if the crystal growth process is repeated many times during manufacturing, the surface area of non-substrate-holding portion 52 hardly changes, and the amount of radiation from non-substrate-holding portion 52 does not change, so the crystal growth temperature remains constant and good quality semiconductor crystals can be obtained.

また、各参考形態における基板ホルダーの基板非保持部の部材が成長する半導体結晶と異なる部材を用いている場合に、該半導体結晶と同等の輻射率を有する部材によって基板非保持部を作製すると、製造時における初回の結晶成長工程における基板非保持部の輻射率と成長工程の回数を重ねた後の基板非保持部の輻射率とが変化しなくなる。従って、図11(a)により説明した基板ホルダーの表面からの輻射光を測定することにより温度補正を行なう際に、輻射率が変化しないので、正確に基板ホルダーの表面温度を測定することができる。 Furthermore, in each of the reference embodiments , when the non-substrate-holding portions of the substrate holder are made of a material different from that of the semiconductor crystal being grown, if the non-substrate-holding portions are made of a material having an emissivity equivalent to that of the semiconductor crystal, the emissivity of the non-substrate-holding portions during the initial crystal growth process during manufacture will not change from the emissivity of the non-substrate-holding portions after multiple growth processes have been performed. Therefore, when performing temperature correction by measuring the radiant light from the surface of the substrate holder as described with reference to Figure 11(a), the emissivity will not change, and the surface temperature of the substrate holder can be measured accurately.

また、本発明の各参考形態に係る基板ホルダーは、半導体結晶用の原料となるガスを加熱分解するための反応室と、反応室の外部から原料となるガスを反応室に導くガス導入部と、ガス導入部の直下にガス導入部から吹き出す原料となるガスの流れを遮るように設けられ、ターンテーブル用駆動軸により高速に回転するターンテーブルと、ターンテーブルに固定され、結晶成長用基板を保持する基板保持具と、結晶成長用基板を加熱する加熱手段としてのヒータとを備えた半導体製造装置における基板保持具に適用することができるが、前記の半導体装置の全体構成については図9に基づき説明した従来のものと同様であるので、説明を省略する。 Furthermore, the substrate holder according to each of the reference embodiments of the present invention can be applied to a substrate holder in a semiconductor manufacturing apparatus that includes a reaction chamber for thermally decomposing a gas that is a raw material for semiconductor crystals, a gas inlet that introduces the raw material gas from outside the reaction chamber into the reaction chamber, a turntable that is arranged directly below the gas inlet so as to block the flow of the raw material gas blown out from the gas inlet and that rotates at high speed by a turntable drive shaft, a substrate holder that is fixed to the turntable and holds a substrate for crystal growth, and a heater as heating means for heating the substrate for crystal growth; however, the overall configuration of the semiconductor device is similar to that of the conventional one described based on Figure 9, so description thereof will be omitted.

第5の参考形態
以下、本発明の第5の参考形態に係る結晶成長方法を説明する。
( Fifth embodiment )
A crystal growth method according to the fifth embodiment of the present invention will now be described.

結晶成長用基板を保持する基板保持部及び基板保持部を除く基板非保持部を有する各参考形態や従来の基板ホルダーにおける基板非保持部の部材と、結晶成長させる半導体結晶との格子不整合率が10%以内にならない場合は、部材や部材の形状による程度の差こそあれ、基板非保持部にデンドライト型の結晶が堆積する。 In each of the reference embodiments and conventional substrate holders having a substrate-holding portion that holds a substrate for crystal growth and a substrate-non-holding portion excluding the substrate-holding portion, if the lattice mismatch rate between the components of the substrate-non-holding portion and the semiconductor crystal to be grown is not within 10%, dendrite-type crystals will accumulate on the substrate-non-holding portion, although the degree will vary depending on the component and the shape of the component.

第6の参考形態
以下、本発明の第6の参考形態に係る半導体製造方法における基板温度の測定方法を図面を参照しながら説明する。
( Sixth embodiment )
A method for measuring the substrate temperature in a semiconductor manufacturing method according to a sixth embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings.

参考形態は、ドーパントの取り込み効率が基板温度によって大きく変化することに着目して基板温度を測定する。例えば、InPよりなる半導体結晶を製造するときのp型ドーパントとしてZn(亜鉛)を添加する際には、同率のZn元素を含む原料ガスを添加したとしても、図6に示すように、基板温度によってInPよりなる半導体結晶のホール濃度が変化することが分かる。これは、結晶内に取り込まれるZnの濃度が基板温度によって異なるためである。 In this embodiment , the substrate temperature is measured with the focus on the fact that the dopant incorporation efficiency varies greatly depending on the substrate temperature. For example, when adding Zn (zinc) as a p-type dopant to manufacture a semiconductor crystal made of InP, even if a source gas containing the same amount of Zn element is added, it can be seen that the hole concentration of the semiconductor crystal made of InP varies depending on the substrate temperature, as shown in Figure 6. This is because the concentration of Zn incorporated into the crystal differs depending on the substrate temperature.

このように、本参考形態によると、半導体の成膜処理だけでなく拡散処理をも含めた熱処理工程において、あらかじめ所望の半導体の基板温度と、該半導体のドーパントの添加量とキャリア濃度との比との関係を表わす基板温度評価関数を準備工程として求めておき、基板温度評価関数を用いて成膜処理又は拡散処理の温度を制御するため、良質の半導体結晶を得ることができる。 As described above, according to this embodiment , in a heat treatment process including not only a semiconductor film formation process but also a diffusion process, a substrate temperature evaluation function that represents the relationship between the substrate temperature of a desired semiconductor and the ratio of the dopant addition amount to the carrier concentration of the semiconductor is calculated in advance as a preparation process, and the temperature of the film formation process or the diffusion process is controlled using the substrate temperature evaluation function, thereby making it possible to obtain high-quality semiconductor crystals.

第7の参考形態
以下、本発明の第7の参考形態に係る半導体製造方法における基板温度の測定方法を説明する。
( Seventh embodiment )
A method for measuring the substrate temperature in a semiconductor manufacturing method according to the seventh embodiment of the present invention will now be described.

このように、本参考形態によると、半導体の成膜処理だけでなく拡散処理をも含めた熱処理工程において、あらかじめ所望の半導体の基板温度と、該半導体のエネルギーバンドギャップと格子定数とが共に等しくなるような少なくとも第1のV族ガス及び第2のV族ガス、例えばアルシン及びホスフィンの供給比との関係を表わす基板温度評価関数を準備工程として求めておき、基板温度評価関数を用いて成膜処理又は拡散処理の温度を制御するため、4元混晶からなる良質なIII-V族の半導体結晶を得ることができる。 As described above, according to the present embodiment , in the heat treatment process including not only the semiconductor film formation process but also the diffusion process, a substrate temperature evaluation function is obtained in advance as a preparation process, which represents the relationship between the desired semiconductor substrate temperature and the supply ratio of at least the first group V gas and the second group V gas, for example, arsine and phosphine, such that the energy band gap and the lattice constant of the semiconductor are both equal. The substrate temperature evaluation function is then used to control the temperature of the film formation process or the diffusion process, so that a high-quality III-V group semiconductor crystal consisting of a quaternary mixed crystal can be obtained.

以下、具体的に、本発明の第6又は第7の参考形態に係る半導体製造方法を図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a semiconductor manufacturing method according to the sixth or seventh embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

まず、第6の参考形態に示したキャリア濃度と基板温度との関係から、又は第7の参考形態に示した少なくとも第1のV族ガス及び第2のV族ガスの供給比と基板温度との関係から基板温度評価関数を定義しておく。 First, a substrate temperature evaluation function is defined from the relationship between the carrier concentration and the substrate temperature shown in the sixth embodiment , or from the relationship between the supply ratio of at least the first group V gas and the second group V gas and the substrate temperature shown in the seventh embodiment .

第8の参考形態
以下、本発明の第8の参考形態を図面を参照しながら説明する。
( Eighth embodiment )
An eighth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図9は本発明の第8の参考形態に係る半導体製造装置の正面図である。図9に示すように、本半導体製造装置は、半導体結晶用の原料ガスを加熱分解するための反応室61と、反応室61の外部から原料ガスを反応室61に導くガス導入部62と、ガス導入部62の直下にガス導入部62から吹き出す原料ガスの流れ63を遮るように設けられ、ターンテーブル用駆動軸64により毎分500回以上で回転するターンテーブル65の上面に固定されており、結晶成長用基板を保持する基板保持部と基板保持部を除く基板非保持部とからなるステンレス又はモリブデン等の金属により形成された基板保持具としての基板ホルダー66と、ターンテーブル65の温度を検出する第1の温度検出器としてのモニタ用熱電対67と結晶成長用基板を加熱する加熱手段としてのヒータ68と、ヒータ68の温度を検出する第2の温度検出器としてのコントロール用熱電対69とから構成されている。 9 is a front view of a semiconductor manufacturing apparatus according to an eighth embodiment of the present invention. As shown in Fig. 9, this semiconductor manufacturing apparatus comprises a reaction chamber 61 for thermally decomposing a source gas for semiconductor crystals, a gas inlet 62 for introducing the source gas from outside the reaction chamber 61 into the reaction chamber 61, a turntable 65 rotates at 500 rpm or more by a turntable drive shaft 64, and a substrate holder 66 made of a metal such as stainless steel or molybdenum. The turntable 65 is located directly below the turntable 65 so as to interrupt a flow 63 of source gas emitted from the gas inlet 62. The turntable 65 has a substrate holding portion for holding a substrate for crystal growth and a non-substrate holding portion other than the substrate holding portion. A monitor thermocouple 67 serves as a first temperature detector for detecting the temperature of the turntable 65, a heater 68 serves as a heating means for heating the substrate for crystal growth, and a control thermocouple 69 serves as a second temperature detector for detecting the temperature of the heater 68.

このように本参考形態によると、図12に示した基板ホルダーの表面の輻射光を測定することなく、ターンテーブルの近傍に設置したモニタ用熱電対67により基板ホルダー66の温度を測定するため、結晶成長工程の回数を重ねるごとに基板温度の測定誤差が増大することがないので、基板ホルダーの温度制御を正確にできるようになり、従って、良質の半導体結晶を製造することができる。 As described above, according to this embodiment , the temperature of the substrate holder 66 is measured by the monitor thermocouple 67 installed near the turntable, without measuring the radiant light on the surface of the substrate holder as shown in FIG. 12. Therefore, the measurement error of the substrate temperature does not increase with each crystal growth process, and the temperature of the substrate holder can be accurately controlled, thereby enabling the production of high-quality semiconductor crystals.

以下、本発明の第8の参考形態に係る製造装置を用いた製造方法を説明する。 A manufacturing method using a manufacturing apparatus according to the eighth embodiment of the present invention will be described below.

【0104】
【発明の効果】
本発明により得られる基板保持具によると、製造時の結晶成長工程の初回から基板保持具の基板非保持部の表面積が大きいため、基板保持具の基板非保持部の上に堆積する半導体結晶がデンドライト成長したとしても表面積が増加しないので、結晶成長工程の処理回数にかかわらず、基板保持具からの輻射量が変化しなくなる。これにより、基板保持具の温度が変化しなくなるので、基板保持具に保持されている結晶成長用基板の結晶成長温度を一定に保つことができる。
[0104]
[Effects of the Invention]
With the substrate holder obtained by the present invention , the surface area of the non-substrate-holding portions of the substrate holder is large from the first crystal growth process during manufacturing, so even if the semiconductor crystals deposited on the non-substrate-holding portions of the substrate holder undergo dendritic growth, the surface area does not increase, and the amount of radiation from the substrate holder does not change regardless of the number of times the crystal growth process is performed.As a result, the temperature of the substrate holder does not change, and the crystal growth temperature of the crystal growth substrate held by the substrate holder can be maintained constant.

【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の第1の参考形態に係る基板ホルダーを示す図であって、
(a)は平面図であり、
(b)は(a)におけるI−I線による断面図であり、
(c)は第1の参考形態の第1変形例に係る基板保持具の断面図である。
【図2】
本発明の第2の参考形態に係る基板ホルダーを示す図であって、
(a)は平面図であり、
(b)は(a)におけるII−II線による断面図である。
【図3】
本発明の第1の実施形態に係る基板ホルダーを示す図であって、
(a)は平面図であり、
(b)は(a)におけるIII・−III・線による断面図である。
【図4】
本発明の第3の参考形態に係る基板ホルダーを示す図であって、
(a)は平面図であり、
(b)は(a)におけるIV−IV線による断面図である。
【図5】
本発明の第4の参考形態に係る基板ホルダーを示す図であって、
(a)は平面図であり、
(b)は(a)におけるV−V線による断面図である。
【図6】
本発明の第6の参考形態に係る半導体製造方法における半導体結晶の基板温度とホール濃度との相関関係を表わすグラフ図である。
【図7】
本発明の第6又は第7の参考形態に係る半導体製造方法における基板ホルダーに堆積した結晶の成長膜厚と基板温度との関係を表わした評価関数のグラフ図である。
【図8】
本発明の第6又は第7の参考形態に係る半導体製造方法における基板ホルダーに堆積した結晶の成長膜厚と設定温度との相関関係を表わすグラフ図である。
【図9】
本発明の第8の参考形態に係る半導体製造装置の正面図である。
【図10】
(a)は従来の半導体製造装置の正面図であって、
(b)〜(d)は従来の結晶成長工程ごとの基板ホルダーの断面図である。
【図11】
従来の基板ホルダーに堆積した結晶の成長膜厚と基板温度との相関関係を表わしたグラフ図である。
【図12】
(a)は従来の温度補正装置を有する半導体製造装置の正面図であって、
(b)は従来の基板ホルダーの平面図である。
【符号の説明】
10A 基板ホルダー
10B 基板ホルダー
11 基板保持部
12 基板非保持部
20 基板ホルダー
21 基板保持部
22 基板非保持部
30 基板ホルダー
31 基板保持部
32 基板非保持部
40 基板ホルダー
41 基板保持部
42 基板非保持部
42a ネジ
50 基板ホルダー
51 基板保持部
52 基板非保持部
61 反応室
62 ガス導入部
63 ガスの流れ
64 ターンテーブル用駆動軸
65 ターンテーブル
66 基板ホルダー
67 モニタ用熱電対
68 ヒータ
69 コントロール用熱電対
[Brief explanation of the drawings]
Figure 1
FIG. 1 is a diagram showing a substrate holder according to a first embodiment of the present invention;
(a) is a plan view;
(b) is a cross-sectional view taken along line I-I in (a);
1C is a cross-sectional view of a substrate holder according to a first modified example of the first embodiment .
Figure 2
FIG. 10 is a diagram showing a substrate holder according to a second embodiment of the present invention;
(a) is a plan view;
1B is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
Figure 3
FIG. 1 is a diagram showing a substrate holder according to a first embodiment of the present invention;
(a) is a plan view;
1B is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
Figure 4
FIG. 10 is a diagram showing a substrate holder according to a third embodiment of the present invention;
(a) is a plan view;
4B is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
Figure 5
FIG. 10 is a diagram showing a substrate holder according to a fourth embodiment of the present invention;
(a) is a plan view;
1B is a cross-sectional view taken along line V-V in FIG.
Figure 6
FIG. 13 is a graph showing the correlation between the substrate temperature and the hole concentration of a semiconductor crystal in a semiconductor manufacturing method according to a sixth embodiment of the present invention.
Figure 7
FIG. 10 is a graph of an evaluation function showing the relationship between the grown film thickness of a crystal deposited on a substrate holder and the substrate temperature in the semiconductor manufacturing method according to the sixth or seventh embodiment of the present invention.
Figure 8
FIG. 10 is a graph showing the correlation between the set temperature and the grown film thickness of the crystal deposited on the substrate holder in the semiconductor manufacturing method according to the sixth or seventh embodiment of the present invention.
Figure 9
FIG. 13 is a front view of a semiconductor manufacturing apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
Figure 10
(a) is a front view of a conventional semiconductor manufacturing apparatus;
10(b) to 10(d) are cross-sectional views of a substrate holder at each conventional crystal growth step.
Figure 11
FIG. 1 is a graph showing the correlation between the grown film thickness of a crystal deposited on a conventional substrate holder and the substrate temperature.
Figure 12
1A is a front view of a semiconductor manufacturing apparatus having a conventional temperature compensation device;
FIG. 1B is a plan view of a conventional substrate holder.
[Explanation of symbols]
10A Substrate holder 10B Substrate holder 11 Substrate holding portion 12 Non-substrate holding portion 20 Substrate holder 21 Substrate holding portion 22 Non-substrate holding portion 30 Substrate holder 31 Substrate holding portion 32 Non-substrate holding portion 40 Substrate holder 41 Substrate holding portion 42 Non-substrate holding portion 42a Screw 50 Substrate holder 51 Substrate holding portion 52 Non-substrate holding portion 61 Reaction chamber 62 Gas inlet portion 63 Gas flow 64 Turntable drive shaft 65 Turntable 66 Substrate holder 67 Monitor thermocouple 68 Heater 69 Control thermocouple

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