(57)【要約】【課題】  気相成長装置において、サセプタとこれを嵌め込んだフローチャネル開口部との擦れを検知する方法を提供することにある。【解決手段】  サセプタ１を導電性材料で構成すると共に、このサセプタ１との嵌め合わせ部分であるフローチャネル開口部５における内周縁部２ｂを導電性材料で構成し、この内周縁部２ｂとサセプタ１間の導通の有無により、回転時にサセプタ１がフローチャネル開口部５に擦れたかどうかを検知する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガス等のガス流路となるフローチャネルの壁内の所定位置に開口部を設け、この開口部に基板を保持したサセプタを嵌め込み、このサセプタを開口部内で回転させつつ基板上に半導体の単結晶、多結晶あるいはアモルファス等の薄膜を成長する気相成長装置において、
前記サセプタを導電性材料で構成すると共に、前記サセプタとの嵌め合わせ部分であるフローチャネルの開口部の内周縁部を導電性材料で構成し、
前記フローチャネルの開口部の内周縁部とサセプタ間の導通の有無により、回転時にサセプタがフローチャネルの開口部に擦れたかどうかを検知することを特徴とする気相成長装置におけるサセプタ擦れ検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応炉内に設置されたサセプタに基板を配置して、各基板上に半導体の単結晶、多結晶、あるいはアモルファス等の薄膜を気相成長する気相成長装置におけるサセプタ擦れ検知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰなどの化合物半導体エピタキシャル結晶の積層構造はＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）やＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）等の電子デバイスやＬＥＤ、レーザーといった発光デバイスとして広く使用されている。これらの化合物半導体の電子・発光デバイスは、一般的にまずＧａＡｓなどの基板にＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）などの結晶成長法を用いて所望の組成、厚さの化合物半導体結晶を順次エピタキシャル成長させる。
【０００３】
基板上に薄膜を形成させるエピタキシャル成長法の一種である気相成長において、膜厚分布、比抵抗分布等が均一な高品質の結晶を成長させるため、原料ガス濃度や流れが複数の基板表面で均一になるよう、基板を配置したサセプタを回転させながら成長させる方法がある。そのうち結晶成長面が下向きになるように結晶成長炉内に基板を固定する方式（例えば、特許文献１参照）はフェイスダウンタイプと呼ばれている。フェイスダウンタイプは原料ガスを基板に供給する際に余分な対流が生じにくいため微細な積層構造作成に優れ、また炉内に蓄積した堆積物が基板表面に舞い降りることが少ないため、表面不良も生じにくいという利点を有している。
【０００４】
図３は、従来のフェイスダウンタイプの気相エピタキシャル成長装置を示した縦断面図である。
【０００５】
気相エピタキシャル成長装置内の上下方向の中間部には、原料ガス等のガス流路となるフローチャネル２０を構成すべく、片側に原料ガス供給口（入口）２１、反対側にガス排気口（出口）２２を備えた横型反応管２が配置されている。このフローチャネル２０の上壁内、つまり横型反応管２の上壁内には、その中心部に開口部５が設けられ、この開口部５に、複数の半導体基板４を保持するサセプタ１が回転可能に嵌め込まれている。
【０００６】
サセプタ１は円板形をしており、その円板面内には同一円上に均等に複数の円形の開口６が設けられ、各々の開口６内には、エピタキシャル成長の対象である結晶成長用基板としての半導体基板（ウェハ）４がその表面（結晶成長面）を下向きにして収納配置される。この半導体基板４を開口６内に載置し支持する構造を得るため、開口６の下面周縁部には、開口６の中心方向に一部が張り出した金属製のツメ７から成る基板支持部が設けられており、半導体基板４は、この基板支持部に外周部が支えられて開口６の下面に保持される。なお、開口６内において、半導体基板４の上には必要に応じて均熱板が設けられる。
【０００７】
フェイスダウンタイプのＭＯＶＰＥ法にてエピタキシャル成長する場合、上記半導体基板４を支持するサセプタ１を、その回転軸８をモータで回転しつつ、上方のヒータ（図示せず）によりサセプタ１を介して半導体基板４を加熱し、サセプタ１と平行に原料ガスを流して半導体基板（ウェハ）４上に所望の構造のエピタキシャル膜を成長させる。
【０００８】
上記構造において、サセプタ１はグラファイトで形成されたものである。フローチャネル２０を形成する反応管２は石英ガラスで形成された軸方向に扁平な角筒状のものである。原料ガスはフローチャネル２０の中を通ってサセプタ１に到達し、ヒータによって高温に加熱されているサセプタ下方で熱分解し、分解したガス分子が半導体基板４に到達して膜の形成が行われる。ここで、フローチャネル２０の内部からの原料ガスの流出や、フローチャネル２０外部への不純物およびパーティクルの流入を防止するために、サセプタ１と反応管２の嵌め合わせ部に生じる隙間３は極力狭くする方がよい。
【特許文献１】特開平１０−２５１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述のようにサセプタと反応管の開口部との間の隙間を狭くした場合、気相成長における高温下では、サセプタ、フローチャネルが熱変形して両者が擦れ、これによって発生する黒鉛粉が基板上に成長中の薄膜に取り込まれ品質低下を招くという問題がある。このような事態が発生すると、生産を中断し、サセプタおよびフローチャネルたる反応管の交換および位置調整を速やかに実施する必要がある。しかし、反応炉内部には死角が多いため、覗き窓から擦れの有無を調査しても発見が難しく、この結果、低品質の薄膜を継続的に生産してしまうという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、原料ガス等のガス流路となるフローチャネルの壁内の所定の位置に開口部を設け、これに基板を保持したサセプタを嵌め込んだ気相成長装置において、サセプタとフローチャネル開口部との擦れを検知する方法を提供し、生産歩留の低下を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１２】
請求項１の発明に係る気相成長装置におけるサセプタ擦れ検知方法は、原料ガス等のガス流路となるフローチャネルの壁内の所定位置に開口部を設け、この開口部に基板を保持したサセプタを嵌め込み、このサセプタを開口部内で回転させつつ基板上に半導体の単結晶、多結晶あるいはアモルファス等の薄膜を成長する気相成長装置において、前記サセプタを導電性材料で構成すると共に、前記サセプタとの嵌め合わせ部分であるフローチャネルの開口部の内周縁部を導電性材料で構成し、前記フローチャネルの開口部の内周縁部とサセプタ間の導通の有無により、回転時にサセプタがフローチャネルの開口部に擦れたかどうかを検知することを特徴とする。
【００１３】
＜発明の要点＞
本発明の要点は、フローチャネルのサセプタ嵌め込み部をグラファイト等の導電性材料で形成することで、この部分とサセプタとの間で電気回路を構成しその導通を検出可能とし、これによって、サセプタとフローチャネルの擦れの有無を検知する点にある。
【００１４】
図１は、サセプタ１がフローチャネル２０の開口部５にセットされている状態を示している。本発明によれば、フローチャネル２０の開口部５は石英ガラスで形成された本体部分２ａと、導電性材料からなる内周縁部２ｂで構成される。この内周縁部２ｂの部分とサセプタ２の双方を外部で電流検出回路１０を介して電源に接続しておけば、図２に示すようにサセプタ１とフローチャネル２０の開口部５間に擦れが生じた状態においては、両者が通電し電気回路が形成される。即ち、電流が流れている状態を擦れありとして検知することによって、気相成長中のサセプタ擦れの有無を検出することが可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フローチャネルのサセプタ嵌め込み部である開口部をグラファイト等の導電性材料で構成し、この部分とサセプタとの間の導通を検出可能としたので、従来の覗き窓から擦れの有無をチェックする方法に較べ、サセプタがフローチャネル２０の開口部５に擦れるという異常を直ちに検知することができ、早期にその対策を採ることができる。従って、本発明によれば、従来の低品質の薄膜を継続的に生産してしまうという問題を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態に係るフェイスダウンタイプの気相エピタキシャル成長装置を示したものである。この成長装置は、基本的には図３と同じ構成であり、原料ガス等のガス流路となるフローチャネル２０の上部壁、つまり横型反応管２の上壁内に設けた円形の開口部（以下フローチャネル開口部という）５に、複数の半導体基板４を保持する円形のサセプタ１を回転可能に嵌め込み、原料ガスが流通する横型反応管２の上部壁の一部として機能させている。
【００１８】
この円形のサセプタ１の面内には、気相エピタキシャル成長の対象である半導体基板４とほぼ同じ形状の複数個の開口６が、サセプタ１と同心の一つの円周上に沿って、周方向に配設されており、この開口６内には、半導体基板４がその結晶成長面を下向きにして収納され、かつ下部のツメ７から成る基板支持部により支持されている。
【００１９】
そしてＭＯＶＰＥ法にてエピタキシャル成長する場合、上記半導体基板４を支持するサセプタ１を、その回転軸８をモータで回転しつつ、上方のヒータ（図示せず）によりサセプタ１を介して半導体基板４を加熱し、サセプタ１と平行に原料ガスを流して半導体基板（ウェハ）４上に、半導体の単結晶、多結晶、あるいはアモルファスといった薄膜を気相成長させる構造となっている。
【００２０】
しかし、従来の成長装置と異なり、フローチャネル開口部５は、その内周縁部２ｂが導電性材料で構成されている。すなわち、反応管２はその本体部分２ａが絶縁性の石英ガラスから成るものの、サセプタ１と反応管２の嵌め合わせ部分である開口部５は、その内周縁部２ｂが導電性材料のグラファイトで構成されている。一方、サセプタ１は従来と同様に導電性材料のグラファイトで構成されている。そして、このフローチャネル開口部５の導電性の内周縁部２ｂと導電性のサセプタ１の両者を電流検出回路１０に接続し、両者間の導通時の電流の有無により、回転時にサセプタ１がフローチャネルの開口部５に擦れたかどうかを検知する構成となっている。
【００２１】
上記構造において、サセプタ１と反応管開口部即ち、フローチャネル開口部５との間の嵌め合わせ部に生じる隙間３は、フローチャネル２０の内部からの原料ガスの流出や、フローチャネル２０外部への不純物およびパーティクルの流入を防止するために、極力狭く設定される。このため、気相成長における高温下では、サセプタ、フローチャネルが熱変形して両者が擦れ合い、これによって発生する黒鉛粉が基板上に成長中の薄膜に取り込まれ、成長膜の品質低下を招く。従って、この擦れの検出が遅れると、低品質の薄膜を継続的に生産してしまうという問題がある。
【００２２】
図１はサセプタ１がフローチャネル開口部５内にセットされ且つ両者が非導通（ＯＦＦ）にある状態を、そして図２は両者が擦れて導通（ＯＮ）した状態を示す図である。サセプタ１とフローチャネル開口部５の内周縁部２ｂとは、それぞれを電流検出回路１０を介して外部の電源に接続されている。このため、サセプタ１とフローチャネル開口部５の両者が図２の如く接触して擦れた状態となった場合には、電気的な閉回路（電気回路）が形成される。すなわちＯＮ状態となり、電流が流れる。従って、これを電流検出回路１０により検出し、検出信号として出力することにより、サセプタ１とフローチャネル開口部５との擦れを検出することが可能である。
【００２３】
次に、本発明の効果を確認するため、上記サセプタ擦れ検知方法を実際の気相成長に適用してみた。
【００２４】
サセプタ１に前記基板４をセットして気相成長を実施後、前記基板４を取り出すまでを１バッジとし、数バッジ繰り返して気相成長を実施したところ、あるバッジにおいてサセプタ１とフローチャネル開口部５の間で通電が確認された。取り出した基板４を確認したところ、前のバッジに比べ極端に表面状態が悪化していた。また、サセプタ１とフローチャネル開口部５を点検したところ、双方に擦れ跡が見つかった。このため、サセプタ１と反応管２の位置を調整し、常温で擦れが無いことを確認し、その後に生産を再開したところ、通常の表面状態に改善した。
【００２５】
以上から、気相成長中のサセプタとフローチャネル開口部５間の擦れを、両者間の通電により検知することができ、前記基板４上に半導体結晶やアモルファス等の薄膜を気相成長させるに際し、その生産歩留低下の防止に効果的であることが判明した。
【００２６】
上記実施形態においては、サセプタの半径方向に原料ガスが流れるフェイスダウンタイプを例にして説明したが、本発明はサセプタの直径方向に原料ガスが流れるフェイスダウンタイプについても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のサセプタ擦れ検知方法におけるサセプタとフローチャネル開口部の非導通状態を示した図である。
【図２】本発明のサセプタ擦れ検知方法におけるサセプタとフローチャネル開口部の導通状態を示した図である。
【図３】従来技術の気相成長装置を示した断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  サセプタ
２  反応管
２ａ  本体部分（石英部）
２ｂ  内周縁部（導電部）
３  隙間
４  半導体基板（ウェハ）
５  開口部
６  開口
７  ツメ
８  回転軸
１０  電流検出回路
２０  フローチャネル
【図１】
2006165135.tif 000003
【図２】
2006165135.tif 000004
【図３】
2006165135.tif 000005