(57)【要約】【課題】基板表面到達前にソースそれぞれに最適な分解効率を示す温度で加熱し、十分な分解をさせた後に結晶成長を行うようにしたＭＯＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】有機金属錯体を気化した複数の半導体材料ガスを供給して、基板上に金属化合物を成膜するＭＯＣＶＤ装置において、前記複数の半導体材料ガスが供給される反応室内は部分的に異なる複数の温度領域を有するように制御されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機金属錯体を気化した複数の半導体材料ガスを供給して、基板上に金属化合物を成膜するＭＯＣＶＤ装置において、前記複数の半導体材料ガスが供給される反応室内は部分的に異なる複数の温度領域を有するように制御されていることを特徴とするＭＯＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記部分的に異なる温度領域の温度は前記複数種の半導体材料ガスがそれぞれの温度領域に供給されたときに完全に分解する温度に制御されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＯＣＶＤ装置装置。
【請求項３】
前記複数の半導体材料ガスの第１はホスフィン（ＰＨ３）、第２はアルシン（ＡｓＨ３）であって７００℃程度に、第３はＩＩＩ族若しくはＶ族系半導体材料ガスであって５５０℃程度に制御されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＭＯＣＶＤ装置装置。
【請求項４】
前記複数種の半導体材料ガスの供給口はホスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）の供給口を反応室の下方付近に、ＩＩＩ族若しくはＶ族系半導体材料ガスの供給口を反応室の上方付近に配置したことを特徴とする請求項１乃至３に記載のＭＯＣＶＤ装置。
【請求項５】
前記半導体材料ガスを加熱するヒータおよび基板加熱用ヒータを含んで前記反応室全体を覆ったことを特徴とする請求項１乃至４に記載のＭＯＣＶＤ装置。
【請求項６】
前記半導体材料ガスの排気系は前記反応室の上方に配置されると共に、前記基板の表面は前記反応室の天井から内側に向かって配置されたことを特徴とする請求項１乃至５に記載のＭＯＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＭＯＣＶＤ装置に関し、複数の半導体材料ガスが供給される反応室内に部分的に異なる複数の温度領域を設け、それぞれのガスごとにガスの完全分解をはかったＭＯＣＶＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＯＣＶＤはＩｎｐやＧａＡｓといった化合物半導体基板上に同種もしくは異種の結晶を成長させる装置である。基本的な原理として加熱し反応しやすくなった半導体基板上にＩＩＩ族やＶ族の雰囲気を流しこれらを分解し基板上に成長を行うものである。
【０００３】
ＩＩＩ族としてはトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）やトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）が一般的であり、これらは有機金属（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ）と呼ばれている。Ｖ族としてはトリブチルフォスファー（ＴＢＰ）等もあるが、まだ一般的とは言えず、ガスソースであるＡｓＨ３やＰＨ３を使用している。
【０００４】
化合物半導体では、例えばＩｎＰ基板上には同種のＩｎＰだけでなくＩｎＧａＡｓといったものを同じ格子常数で成長できることが特徴である。
反応式としてＩｎＰでは
（Ｃｈ３）３Ｉｎ＋ＰＨ３＋Ｈ２→Ｉｎｐ＋３ＣＨ４＋Ｈ２
ＩｎＧａＡｓでは
２（ＣＨ３）３Ｉｎ＋２（ＣＨ３）３Ｇａ＋２ＡｓＨ３＋３Ｈ２→２ＩｎＧａＡｓ＋６ＣＨ４
と表される。
ここでＨ２はキャリアガスとして一般的に使用されている。
【０００５】
図２（ａ，ｂ）は従来のＭＯＣＶＤ装置の一例を示す要部断面構成図である。
図２（ａ）において、２０はＭＯＣＶＤ装置を構成する反応室、２１は基板ステージ２２上に載置されたウエハ（基板）、２３は基板ステージを加熱するヒータである。２４は反応室の上流側に設けられたＩＩＩ族＋Ｖ族ソースの導入ライン、２５は反応室の下流側に設けられた排気ラインである。
【０００６】
上述の構成において、反応室２０の上流側からＩＩＩ族＋Ｖ族ソースの導入ライン２４を介して半導体材料ガス（ソース）を導入する。
半導体材料ガスがヒーター２２によって加熱された基板（ウエハ）２１上に到達すると、それらが分解し基板２１の上に成長する。
【０００７】
その場合、成長に寄与しなかったソースは排気されるが、多数のウェハを処理する場合はＨ２で浮上させたり、ギアを用いてウェハを自公転させウェハ面内組成均一性を向上させるものがある。
【０００８】
図２（ｂ）は他の従来例を示す要部断面構成図であり、図２（ａ）と同一要素には同一符号を付している。この従来例においてはＩＩＩ族とＶ族のソースを別々に反応室内に導入するタイプである。基本的な成膜プロセスは図２（ａ）に示すものと同じである。
【０００９】
このような装置によれば、ＩＩＩ族とＶ族系ソースを別々に導入することで膜の組成分布均一性が改善される。このタイプではウェハのは移動は公転のみである。自公転にしない理由は機械的に装置構造が複雑になるためと考えられる。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１００７２８号公報
【特許文献２】特開２００１−０１９５９０号公報
【特許文献３】特開２００３−２５３４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、図２（ａ，ｂ）に示すＭＯＣＶＤ装置には、次のような問題点があった。
１）基板を加熱する温度だけでソースを分解しているが、文献（西澤潤一編，半導体研究  ２７  ｐ１０４  （財）半導体研究振興会，工業調査会）によれば、ＡｓＨ３が十分分解する温度は７００℃以上とされている、
【００１２】
また、文献（西澤潤一編，半導体研究  ２３  ｐ４０  （財）半導体研究振興会，工業調査会）によれば、ＰＨ３も分解を開始する温度は３００〜４００℃であるが、完全に分解するのは７００℃程度で、ＩｎＰ基板上に結晶成長を行う場合の一般的な６５０℃程度()より高く、基板のみの加熱では非効率である。
【００１３】
２）分解しなかったガスは排気系から排出されるが、大気中に排出された場合危険である。危険防止のため一般的に排気側に必ず付属している除害システムの負担となる。
【００１４】
３）ＴＭＩｎやＴＭＧａもこの６５０℃という温度では十分に分解していると思われるが、それは表面近傍に到達した分子だけで、他はＡｓＨ３同様分解しないまま排気されてしまう。これらソースは純度が高いため非常に高価であるにも関わらず、コスト的にも膜の生成にも非効率である。
【００１５】
４）一方図２（ａ）のようなタイプでＩｎＧａＡｓを成長する際、ＴＭＩｎとＴＭＧａの分解温度が異なるため、ソースの上流側では分解温度の高いＴＭＧａより低いＴＭＩｎの分解が先に分解して半導体表面に速く到達するため、ここの領域では相対的にＩｎの多い膜となるが、下流になるにつれＴＭＧａも分解されていくため、下流になるほどＧａの多い膜となる。つまり分解温度の差は半導体基板表面に成長する結晶中の組成分布に斑が発生する。
従って本発明は、基板表面到達前にソースそれぞれに最適な分解効率を示す温度で加熱し、十分な分解をさせた後に結晶成長を行うようにしたＭＯＣＶＤ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、請求項１に記載のＭＯＣＶＤ装置においては、
有機金属錯体を気化した複数の半導体材料ガスを供給して、基板上に金属化合物を成膜するＭＯＣＶＤ装置において、前記複数の半導体材料ガスが供給される反応室内は部分的に異なる複数の温度領域を有するように制御されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項２においては、請求項１に記載のＭＯＣＶＤ装置装置において、
前記部分的に異なる温度領域の温度は前記複数種の半導体材料ガスがそれぞれの温度領域に供給されたときに完全に分解する温度に制御されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項３においては、請求項１または２に記載のＭＯＣＶＤ装置装置において、
前記複数の半導体材料ガスの第１はホスフィン（ＰＨ３）、第２はアルシン（ＡｓＨ３）であって７００℃程度に、第３はＩＩＩ族若しくはＶ族系ソースであって５５０℃程度に制御されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４においては、請求項１乃至３に記載のＭＯＣＶＤ装置において、
前記複数種の半導体材料ガスの供給口はホスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）の供給口を反応室の下方付近に、ＩＩＩ族若しくはＶ族系ソースの供給口を反応室の上方付近に配置したことを特徴とする。
【００２０】
請求項５においては、請求項１乃至４に記載のＭＯＣＶＤ装置において、
前記半導体材料ガスを加熱するヒータおよび基板加熱用ヒータを含んで前記反応室全体を覆ったことを特徴とする。
【００２１】
請求項６においては、請求項１乃至５に記載のＭＯＣＶＤ装置において、
前記半導体材料ガスの排気系は前記反応室の上方に配置されると共に、前記基板の表面は前記反応室の天井から内側に向かって配置されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したことから明らかなように本発明の請求項１，２によれば、複数の半導体材料ガスが供給される反応室内を部分的に異なる複数の温度領域に設定し、複数種の半導体材料ガスがそれぞれの温度領域に供給されたときに完全に分解する温度に制御したので、斑がなく効率的な結晶成長を行うことができる。
【００２３】
請求項３，４によれば、複数の半導体材料ガスとしてホスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）を７００℃程度に、ＩＩＩ族若しくはＶ族系ソースを５５０℃程度に制御し、ホスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）の供給口を反応室の下方付近に、ＩＩＩ族若しくはＶ族系ソースの供給口を反応室の上方付近に配置したので、斑がなく効率的な結晶成長を行うことができる。
【００２４】
また、請求項５，６によれば、半導体材料ガスを加熱するヒータおよび基板加熱用ヒータを含んで前記反応室全体を覆い、半導体材料ガスの排気系を反応室の上方に配置し、基板の表面を反応室の天井から内側に向かって配置したので斑がなく効率的な結晶成長を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１（ａ，ｂ）はＭＯＣＶＤ装置を構成する反応室の要部構成図で、図１（ａ）は要部断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す反応室１を矩形状とした場合のガス導入ライン（２〜５）の一例を示す平面図である。なお、反応室は円、若しくは多角形状であってもよい。
この反応室１は温度領域がガス導入ライン付近で異なった温度に制御されている。即ち、底部全面を覆って底部ヒータ１０が配置され、下部側面に第１側面ヒータ１１および第２側面ヒータ１２が周囲を覆って配置されている。
【００２６】
１３，１４は反応室の中部付近にその周囲を覆って配置された第３、第４側面ヒータ、１５，１６は反応室の上部部付近にその周囲を覆って配置された第５、第６側面ヒータである。２は第２，第４側面ヒータの間に配置されたホスフィン（ＰＨ３）導入ライン。３は同じく第１，第３側面ヒータの間に配置されたアルシン（ＡｓＨ３）導入ラインであり（ＰＨ３）導入ラインよりはわずかに上方に配置されている。
【００２７】
４は第３側面ヒータ１３と第５側面ヒータ１５の間に配置されたＩＩＩ族系ソース第１導入ライン、５は同じく第４側面ヒータ１４と第６側面ヒータ１６の間に配置されたＩＩＩ族系ソース第２導入ラインであり、ＩＩＩ族系ソース第１導入ラインと対向する位置に、これよりはわずかに上方に配置されている。
【００２８】
１８は反応室１の上部に反応室を覆って配置された基板ステージであり、一方の面（外側）に上部ヒータ１７が配置され、他方の面（反応室側）には基板（ウエハ）１７がフェイスダウン状態で配置されている。７，８は反応室１の上方で基板の周囲に対向して配置された第１，第２排気ラインである。
【００２９】
上述の構成において、反応室は減圧下に置かれ、排気は反応室の上部から行われる。そして、底部ヒータ１０、第１側面ヒータ１１および第２側面ヒータ１２は７００℃程度に加熱されホスフィン（ＰＨ３）の分解用として機能する。
また、第３側面ヒータ１３および第４側面ヒータ１４も７００℃程度に加熱されホスフィン（ＰＨ３）の分解用として機能する。
【００３０】
また、第５側面ヒータ１５および第６側面ヒータ１６は５５０℃程度に加熱されＩＩＩ族分解用として機能する。
これらの温度がソースが分解するのに十分な温度であることは、有機金属ガリウムＴＭＧａ（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ  Ｇａｌｌｉｕｍ）が西澤潤一編，半導体研究  ２７  ｐ１０３  （財）半導体研究振興会，工業調査会の文献に記載されており、ＴＭＩｎはＪｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ９２  （１９８８）  ５９１−６０４に記載されている。
なお、基板（ウエハ）６は基板ステージ１８を介して上部ヒータにより６５０℃に加熱される。図では反応室１の断面図の左右で側面ヒ−タを異なる番号で表示しているが位置説明の都合によるもので特別の意味はない。
【００３１】
導入されたＡｓＨ３やＰＨ３およびＩＩＩ族ソースのＴＭＩｎやＴＭＧａが反応室１の外部に配置されたヒータ１０〜１６により完全に分解され、上昇気流となって第１，第２排気ライン方向に向かって流れる。そして、完全に分解したソースは６５０℃に加熱された半導体基板表面に到達し結晶の成長がなされる。
【００３２】
このとき成長に寄与しなかったものは排気系から排出されが、基板（ウェハ）はフェイスダウンにして下向きに配置されているので、ＡｓやＩｎの固形物がウェハ表面に付着するのを防止することができる。
【００３３】
上述の構成によれば、
各々のソースが分解するのに適した温度で加熱してから結晶成長を行うため、供給したソースに対して成長に寄与する割合を高くすることができ、その結果、成長速度も速くなり、除害装置を含む排気系にかかる負担を少なくすることができる。
【００３４】
以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のＭＯＣＶＤ装置の実施形態の一例を示す要部断面構成図である。
【図２】従来例を示す要部断面構成図である。
【符号の説明】
【００３６】
１，２０        反応室
２        ＰＨ３導入ラインＡｓＨ３導入ライン
３        ＡｓＨ３導入ライン
４        ＩＩＩ族系ソース第１導入ライン
５        ＩＩＩ族系ソース第２導入ライン
６，２１        基板（ウエハ）
７        第１排気ライン
８        第２排気ライン
１０      底部ヒータ
１１      第１側面ヒータ
１２      第２側面ヒータ
１３      第３側面ヒータ
１４      第４側面ヒータ
１５      第５側面ヒータ
１６      第６側面ヒータ
１７      上部ヒータ
１８，２２      基板ステージ
２３      ヒータ
２４ａ    ＩＩＩ族系ソース導入ライン
２４ｂ    Ｖ族系ソース導入ライン
２５      排気ライン
【図１】
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【図２】
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