(57)【要約】【課題】装置を大形化、複雑化することなく簡易な方法で半導体製造装置のチャンバー内壁面の温度を制御することができるようにした半導体製造装置の温度制御方法を提供すること。【解決手段】チャンバー１内に原料ガスＭＧと整流ガスＳＧとを供給して半導体薄膜を成膜する半導体製造装置の温度制御方法において、整流ガスＳＧに熱伝導率が異なる２種類以上のガスを用いその成分割合を調節することによって、チャンバー内壁面１ａの温度を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内に原料ガスと整流ガスとを供給して半導体薄膜を成膜する半導体製造装置の温度制御方法において、整流ガスに熱伝導率が異なる２種類以上のガスを用いその成分割合を調節することによって、チャンバー内壁面の温度を制御することを特徴とする半導体製造装置の温度制御方法。
【請求項２】
整流ガス成分として水素及び窒素を用いることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置の温度制御方法。
【請求項３】
整流ガスの吹き出し角度をチャンバー内に載置する基板上面に対して４５度以下の角度に設定したことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体製造装置の温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置の温度制御方法に関し、特に、チャンバー内に原料ガスと整流ガスとを供給して半導体薄膜を成膜する半導体製造装置の温度制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
チャンバー内に原料ガスと整流ガスとを供給して半導体薄膜を成膜する半導体製造装置においては、原料ガスが反応してサファイア等からなる基板上に窒化ガリウム（ＧａＮ））、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）あるいはこれらの混晶のエピタキシャル膜をＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で成長させ成膜品とするものであるが、原料ガスが反応する際に、チャンバー内壁面に窒化ガリウム等の副生成物が付着して成長し、それが基板上に落ちることによって成膜品の歩留まりが著しく低下するという問題があった。
この問題点は、特に、チャンバー内壁面の温度が高い場合に顕著であることから、従来は、チャンバー壁内に冷却媒体を流通させることによりチャンバー内壁面を冷却することが行われていた（特許文献１参照）。
しかしながら、この半導体製造装置の温度制御方法では、応答性が悪いため、時間遅れが大きくなり、温度制御を高精度に行うことは困難であった。
また、チャンバー壁内に冷却媒体を流通させる構造にすると、装置が大形化、複雑化するという問題があった。
【特許文献１】特開昭６０−２６２４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記従来の半導体製造装置の温度制御方法の有する問題点に鑑み、装置を大形化、複雑化することなく簡易な方法で半導体製造装置のチャンバー内壁面の温度を制御することができるようにした半導体製造装置の温度制御方法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】
【０００４】
上記目的を達成するため、本発明の半導体製造装置の温度制御方法は、チャンバー内に原料ガスと整流ガスとを供給して半導体薄膜を成膜する半導体製造装置の温度制御方法において、整流ガスに熱伝導率が異なる２種類以上のガスを用いその成分割合を調節することによって、チャンバー内壁面の温度を制御することを特徴とする。
【０００５】
この場合において、整流ガス成分として水素及び窒素を用いることができる。
【０００６】
また、整流ガスの吹き出し角度をチャンバー内に載置する基板上面に対して４５度以下の角度に設定することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の半導体製造装置の温度制御方法によれば、チャンバー内に原料ガスと共に供給する整流ガスに熱伝導率が異なる２種類以上のガスを用いその成分割合を調節することによって、チャンバー内壁面の温度を制御するようにしているので、装置を大形化、複雑化することなく、チャンバー内壁面の温度を制御することができる。
そして、原料ガスが反応する際にチャンバーの内壁面に窒化ガリウム等の副生成物が付着することを抑え、成膜品の歩留まりを向上させるとともに、チャンバー内部の清掃頻度を大幅に削減することのできる。
また、チャンバー壁内に冷却媒体を流通させる温度制御方法と違って、整流ガスの成分割合の調節はマスフローコントローラの制御によって容易かつ瞬時に行うことができるため、ＭＯＣＶＤ法によって化合物半導体を製造する際に行う基板温度の急激な変化に対しても高い応答性をもってチャンバー内壁面の温度を一定に保つことができる。
【０００８】
また、整流ガス成分として水素及び窒素を用いることにより、熱伝導率が高い水素と熱伝導率が低い窒素との成分割合を適宜設定することにより、チャンバー内壁面の温度を制御することができる。
【０００９】
また、整流ガスの吹き出し角度をチャンバー内に載置する基板上面に対して４５度以下の角度に設定することにより、窒化ガリウム等の副生成物が付着しやすいチャンバー内壁の天井面に対して整流ガスを有効に作用させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の半導体製造装置の温度制御方法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１に、本発明の半導体製造装置の温度制御方法の一実施例を示す。
この半導体製造装置２０は、ＭＯＣＶＤ法によって化合物半導体を製造するための装置であり、チャンバー１と、原料ガスＭＧの導入ノズル（原料ガス吹き出し部）２ａ、２ｂと、不活性ガスＲＧの導入用ノズル２ｃと、複数の整流ガスＳＧの供給ノズル（整流ガス吹き出し部）３ｂと、排気口４と、サセプタ５と、ターンテーブル６と、ヒータ７と、タングステンリング（触媒部材）８とを主要構成要素として有している。
【００１２】
この場合において、導入ノズル２ａからは有機金属ガスＯＧを、導入ノズル２ｂからはアンモニアガスＮＨ（ＮＨ３）を導入するようにしている。
【００１３】
チャンバー１は、内部の反応室内に基板Ｗ等（例えば、サファイア単結晶基板、炭化シリコン、窒化ガリウム、シリコン等）を保持することができるようにしている。
基板Ｗを載置保持するサセプタ５は、ターンテーブル６上に載置されており、ターンテーブル６によって回動可能にされている。
ヒータ７は、ターンテーブル６の下部に配設されており、ターンテーブル６及びサセプタ５を通して成膜反応の起こる任意の温度（例えば、８００〜１２００℃）に基板Ｗを加熱し、温度制御するために設けられている。
また、タングステンリング８が、アンモニアガスＮＨを触媒作用により分解するための触媒部材として、サセプタ５の外周を取り囲むように配設されている。
【００１４】
排気口４は、サセプタ５上部を通過した使用済みのガスを排気するために設けられており、各ノズル２ａ、２ｂ、２ｃの反対側のチャンバー１の側壁に設けられている。
【００１５】
複数の整流ガス供給ノズル３ｂの各々は、ガス流路３ａを流れる整流ガスＳＧ（例えば、水素ガス、窒素ガス等のガス）をチャンバー１内に噴射するもので、複数の整流ガス供給ノズル３ｂは、基板Ｗの上面に対向するチャンバー内壁面１ａに形成されている。
この複数の整流ガス供給ノズル３ｂの各々は、基板Ｗの上面と角度θをなす斜め方向に向かって整流ガスＳＧを吹き出すように、かつチャンバー１内における原料ガスの流れに対して上流側から下流側に向かって整流ガスＳＧを吹き出すように形成されている。
各整流ガス供給ノズル３ｂの基板Ｗの上面に対する角度θは、４５°以下、より好ましくは、５〜２０°（本実施例においては、約１０°）の角度で傾斜していることが好ましい。
また、チャンバー内壁面１ａは整流ガス供給ノズル３ｂの傾斜角度と実質的に同じ角度、換言すると、整流ガス供給ノズル３ｂと平行に傾斜していることが好ましい。
【００１６】
また、有機金属ガスＯＧとしては、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩ）及び他の不純物元素を含む有機金属を用いることができる。
【００１７】
また、チャンバー１の原料ガスＭＧ及び整流ガスＳＧに触れる部分の材質はニッケルで形成することが好ましい。
【００１８】
また、サセプタ５を取り囲むように配置されたタングステンリング８は、アンモニアを触媒作用により分解できる触媒部材であればよい。
アンモニアを分解しやすくするために、予め３００℃程度に予備加熱されたアンモニアガスＮＨがチャンバー１内に供給されてもよい。
【００１９】
上記構成において、サセプタ５に単結晶サファイア等の基板Ｗを載置し、サセプタ５を１２００℃まで加熱する。
基板Ｗの実際の温度をチャンバー１の外部に設けた放射温度計（図示省略）によりモニターする。
【００２０】
上記のガス条件と温度条件とを維持した状態で１０分間放置する。このとき、５ｒｐｍ〜１０ｒｐｍでサセプタ５をターンテーブル６により回転させる。サセプタ５の回転は成膜終了まで継続する。上記放置時間経過後にサセプタ５の温度を８００℃まで下げる。
【００２１】
ノズル２ｂからアンモニアガスＮＨを１５リットル／分の流量で、かつノズル２ｃから不活性ガスＲＧとして窒素ガスを６リットル／分の流量で、それぞれチャンバー１内に供給する。このアンモニアガスＮＨと窒素ガスとの供給状態を維持しながら、サセプタ５上を通過したアンモニアガスと窒素ガスとを排気口４からチャンバー１外部へ排気する。この状態で、６リットル／分の流量の窒素ガスをキャリアガスとして、ノズル２ａからトリメチルインジウムを９．６×１０−５モル／分で、トリメチルガリウムを８．０×１０−６モル／分でチャンバー１内に供給する。この状態で、基板Ｗ上にて窒化インジウムガリウム薄膜の成長が開始され、窒化インジウムガリウム薄膜を１時間成長させる。これにより、約０．３μｍの窒化インジウムガリウム薄膜が基板Ｗ上に成長する。
【００２２】
ところで、本実施例においては、チャンバー内壁面１ａの温度を制御するために、整流ガス供給ノズル３ｂから吹き出す整流ガスＳＧの成分割合を調節して行うようにしている。
具体的には、整流ガスＳＧは、熱伝導率が異なる２種類以上のガスを用いその成分割合を調節することによって、チャンバー内壁面１ａの温度を制御するようにする。
【００２３】
この際、整流ガスＳＧの成分として、熱伝導率が高い水素（熱伝導率１７．５３）と熱伝導率が低い窒素（熱伝導率２．３８）とを用いることが好ましく、両者の成分割合を適宜設定することにより、チャンバー内壁面１ａの温度を制御することができる。
整流ガスＳＧの成分としては、水素、窒素以外に、アルゴン、ヘリウム、ネオン等を用いることができる。熱伝導率が１．６３のアルゴンは、窒素の熱伝導率２．３８よりも低く、チャンバー内壁面１ａの温度を上昇させる必要がある場合には、窒素の代替ガスとして好適に用いることができる。
【００２４】
整流ガス濃度（水素ガス濃度）と壁面温度の関係を図２に示す。
基板Ｗの温度が１０９１℃のときに、水素ガス０％、窒素ガス１００％の整流ガスＳＧを使用した場合には壁面温度が１６１℃、水素ガス５０％、窒素ガス５０％の整流ガスＳＧを使用した場合には壁面温度が１２６℃、水素ガス１００％、窒素ガス０％の整流ガスＳＧを使用した場合には壁面温度が９１℃となった。
この結果からも明らかなように、水素濃度と壁面温度の関係は比例関係にある。
【００２５】
チャンバー内壁面１ａの温度を計測する温度計測器１０は、チャンバー内壁面１ａの近傍に配設するもので、図示のように中央に１箇所設けるほか、数箇所に配設してその平均値を採るように構成してもよい。
通常、チャンバー内壁面１ａの温度が２００℃を越えると有機物が分解し、チャンバー内壁面１ａに析出し、１００℃を下回ると液化して付着する。
したがって、温度計測器１０によって測定されるチャンバー内壁面１ａの温度が１００〜２００℃を保つように、整流ガス供給ノズル３ｂから吹き出す整流ガスＳＧの水素の成分と窒素の成分割合をマスフローコントローラ（図示省略）の制御によって調節するようにする。
すなわち、チャンバー内壁面１ａの温度を低下させる必要があるときは水素濃度を上昇させ、窒素濃度を低下させる。反対にチャンバー内壁面１ａの温度を上昇させる必要があるときは水素濃度を低下させ、窒素濃度を上昇させる。
【００２６】
以上、本発明の半導体製造装置の温度制御方法について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上、本発明の半導体製造装置の温度制御方法は、装置を大形化、複雑化することなく、整流ガスの成分割合を調節するという簡易な方法でチャンバー内壁面の温度を制御することができることから、新規の半導体製造装置のほか、既存の半導体製造装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の半導体製造装置の温度制御方法を適用する半導体製造装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】整流ガス濃度（水素ガス濃度）と壁面温度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１    チャンバー
１ａ  チャンバー内壁面
２    原料ガスの導入ノズル
２ａ  原料ガス（有機金属ガス）の導入ノズル
２ｂ  原料ガス（アンモニアガス）の導入ノズル
２ｃ  不活性ガスの導入用ノズル
３ａ  ガス流路
３ｂ  整流ガス供給ノズル
４    排気口
５    サセプタ
６    ターンテーブル
７    ヒータ
８    タングステンリング（触媒部材）
２０  半導体製造装置
ＭＧ  原料ガス
ＳＧ  整流ガス
【図１】
2006013326.tif 000003
【図２】
2006013326.tif 000004