(57)【要約】【課題】  異物の付着が少なく且つ脱ガス（高純度化）が容易な材質でサセプタを構成することにより、サセプタの再利用を容易とし、歩留まりアップやコスト低減を図った化合物半導体製造装置を提供することにある。【解決手段】  反応管１０内に又は反応管１０内部に臨んで回転する板状のサセプタ４を設け、このサセプタ４に気相エピタキシャル成長の対象である基板３をその結晶成長面を下向きに支持し、上記反応管１０内に原料ガスを基板３の成長面に沿って流し、加熱された基板３上で化合物半導体結晶を成長する化合物半導体製造装置において、上記サセプタ４の材質に石英ガラスを用いた構成とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応管内に又は反応管内部に臨んで回転する板状のサセプタを設け、このサセプタに気相エピタキシャル成長の対象である基板をその結晶成長面を下向きに支持し、上記反応管内に原料ガスを基板の成長面に沿って流し、加熱された基板上で化合物半導体結晶を成長する化合物半導体製造装置において、
上記サセプタの材質に石英ガラスを用いたことを特徴とする化合物半導体製造装置。
【請求項２】
反応管内に又は反応管内部に臨んで回転する板状のサセプタを設け、このサセプタに、その中心から少し離れた位置にて周方向に自転型ホルダを複数配設し、その自転型ホルダにより基板の下面周縁部を支えることにより、基板をその結晶成長面を下向きに支持し、上記反応管内に原料ガスを基板の成長面に沿って流し、加熱された基板上で化合物半導体結晶を成長する化合物半導体製造装置において、
上記基板を公転させる治具たるサセプタの材質に石英ガラスを用いたことを特徴とする化合物半導体製造装置。
【請求項３】
請求項２記載の化合物半導体製造装置において、
上記自転型ホルダの材質をＳｉＣ（炭化珪素）としたことを特徴とする化合物半導体製造装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の化合物半導体製造装置において、
上記サセプタ表面に、化合物半導体膜が堆積又は成長しやすい様に、砂目加工により粗面化処理を施したことを特徴とする化合物半導体製造装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の化合物半導体製造装置において、
サセプタの材質に石英ガラスを用いる代わりに、ＳｉＣ（炭化珪素）を用いたことを特徴とする化合物半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱ガス量の少ない化合物半導体製造装置、特にそのサセプタの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体結晶を成長する方法の一つに有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）がある。ＭＯＶＰＥ法は、III族有機金属原料ガスとＶ族原料ガスを、高純度水素キャリアガスとの混合ガスとして反応炉内に導入し、反応炉内で加熱された基板付近で原料が熱分解され、基板上に化合物半導体結晶がエピタキシャル成長する。
【０００３】
このＭＯＶＰＥ装置のリアクター（反応炉）を構成する方式には、従来、図８（ａ）に示すように、原料ガスが反応管１０の一側から他側に向かって一方向に流れ且つ基板３がサセプタ４の開口部内にフェイスダウンで設けられるタイプ（横型フェイスダウン）や、図８（ｂ）に示すように、下から上に向かう原料ガスがサセプタ４の中央から半径方向外側に流れ且つ基板３がサセプタ４の開口部内にフェイスダウンで設けられるタイプ（自転公転型フェイスダウン）がある。
【０００４】
このようなフェイスダウン方式の化合物半導体製造装置の場合、図６及び図７に示すように、半導体基板３をサセプタ４の開口部１５内に載置し支持する構造を得るため、開口部１５の下面周縁部には、開口部１５の中心方向に張り出した段差から成る基板支持部８が一体に形成され、半導体基板３は、この基板支持部８に外周部が支えられて開口部１５の下面に保持される。 
【０００５】
これらの反応炉内で、基板３をセットする部分周辺にはカーボンの治具が用いられている。図８（ａ）（ｂ）に示すように、基板３を均一に熱するために、均熱板９と呼ぶ治具を基板３に隣接してセットする場合もある。成長する結晶の純度には、これら治具の純度も影響を及ぼす。
【０００６】
ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法を用いて半導体膜を製造する装置の構成例を、本発明の実施形態に係る図１を併用して説明する。
【０００７】
ＭＯＶＰＥ装置はシリンダーキャビネット１、反応炉２、排気系５により構成されている。シリンダーキャビネット１には原料ガスボンベ６が設置され、反応炉２には原料ガスボンベ６から原料ガスが供給される。
【０００８】
反応炉２内には反応管１０が設置されており、成長時には反応管１０に、基板３をセットした状態のサセプタ４を図２の如く配置し、ヒータ２１により加熱する。そして、反応管１０内に原料ガスを供給することで、原料ガスが熱分解して基板３上に結晶成長する。成長に寄与しなかつた原料ガスは、排気系５により反応管１０外に排出される。
【０００９】
結晶成長時にはサセプタ４表面にも結晶が堆積する。この堆積厚が厚くなると結晶膜厚の分布が悪化してしまうため、サセプタ４の交換作業（メンテナンス）を実施する。
【００１０】
既に述べたように、従来では、サセプタ４に気孔質の材料であるカーボンを用いている。図３（ｂ）は、このカーボン材料の断面を模式的に示したもので、多数の気孔７を有する点に特色がある。
【００１１】
結晶成長を実施する際には、原料ガスを熱分解させるべく、反応炉２内及び基板３を高温に加熱する。この時、基板３をセットしているサセプタ４も一緒に加熱される。このサセプタ４にカーボン等の気孔質の材料を用いた場合、交換作業で反応炉２に導入された直後のサセプタ４には、その気孔７中及び表面に、多量の不純物が含有付着している。そこで、結晶成長前にサセプタ４のみを高温に加熱し、強制的に脱ガスさせ、サセプタ４を十分に高純度化する必要がある。
【００１２】
この脱ガスが不十分な場合、加熱されたことにより、サセプタ４に含有、付着している不純物も、成長雰囲気中に放出され（脱ガス）、結晶成長時に結晶内に取り込まれてしまい、結晶の特性を低下させるという問題が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したように、サセプタは使用後付着物を除去して再生利用したいが、次のような課題があった。
【００１４】
すなわち、従来技術では、サセプタ４の材質にカーボン等の気孔質の材料を用いていた。このため、サセプタ４を装置外で保管している間に、気孔７（図３（ｂ）参照）内部に不純物が付着してしまう。この不純物は、結晶成長時に成長雰囲気中に放出されて、基板３上に成長している結晶に取り込まれてしまい、結晶品質の低下を引き起こす。このため十分な高純度化が必要であるが、気孔７の内部に付着した不純物は高温に加熱しても脱ガスしにくく、高純度化に長い時間を要するため、成長装置が生産に寄与できる時間が短くなり、生産効率が悪化するという問題がある。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、異物の付着が少なく且つ脱ガス（高純度化）が容易な材質でサセプタを構成することにより、サセプタの再利用を容易とし、歩留まりアップやコスト低減を図った化合物半導体製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記目的を達成するため、化合物半導体製造装置のサセプタの材質に石英ガラスを用い、脱ガス（高純度化）しやすくしたものである。
【００１７】
具体的には、本発明は、次のように構成したものである。
【００１８】
請求項１の発明に係る化合物半導体製造装置は、反応管内に又は反応管内部に臨んで回転する板状のサセプタを設け、このサセプタに気相エピタキシャル成長の対象である基板をその結晶成長面を下向きに支持し、上記反応管内に原料ガスを基板の成長面に沿って流し、加熱された基板上で化合物半導体結晶を成長する化合物半導体製造装置において、上記サセプタの材質に石英ガラスを用いたことを特徴とする。
【００１９】
このサセプタの開口内には、必要に応じて均熱板が基板の裏側に重ねて設けられる。この均熱板も石英ガラス又はＳｉＣ（炭化珪素）で構成することが好ましい。
【００２０】
請求項２の発明に係る化合物半導体製造装置は、反応管内に又は反応管内部に臨んで回転する板状のサセプタを設け、このサセプタに、その中心から少し離れた位置にて周方向に自転型ホルダを複数配設し、その自転型ホルダにより基板の下面周縁部を支えることにより、基板をその結晶成長面を下向きに支持し、上記反応管内に原料ガスを基板の成長面に沿って流し、加熱された基板上で化合物半導体結晶を成長する化合物半導体製造装置において、上記基板を公転させる治具たるサセプタの材質に石英ガラスを用いたことを特徴とする。
【００２１】
これには次の形態が含まれる。すなわち、原料ガスを供給し、基板上に半導体膜を成長する反応炉、反応炉内で基板表面を原料ガスに曝すように設置可能で基板の落下及び基板の位置ズレを防止するための基板固定用治具、基板固定治具を備え、基板加熱時に熱を基板に伝導させ、且つ基板を設置するための治具（サセプタ）、サセプタに設置され、基板裏面の温度を均一にするための均熱板を有し、反応炉内のサセプタに基板を直接設置可能な半導体製造装置において、サセプタの材質に石英ガラスを用いたことを特徴とする。
【００２２】
上記の請求項２の発明においても、サセプタの開口内には、必要に応じて均熱板が基板の裏側に重ねて設けられる。この均熱板も石英ガラス又はＳｉＣ（炭化珪素）で構成することが好ましい。
【００２３】
請求項３の発明は、請求項２記載の化合物半導体製造装置において、上記自転型ホルダの材質をＳｉＣ（炭化珪素）としたことを特徴とする。
【００２４】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の化合物半導体製造装置において、上記サセプタ表面に、化合物半導体膜が堆積又は成長しやすい様に、砂目加工により粗面化処理を施したことを特徴とする。
【００２５】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の化合物半導体製造装置において、サセプタの材質に石英ガラスを用いる代わりに、ＳｉＣ（炭化珪素）を用いたことを特徴とする。
【００２６】
＜発明の要点＞
本発明の化合物半導体製造装置では、原料ガスとして、ＡｓＨ3（アルシン）、ＰＨ3（ホスフィン）、ＳｉＨ4（モノシラン）、Ｓｉ2Ｈ6（ジシラン）、Ｈ2Ｓｅ（セレン化水素）、Ｇａ（ＣＨ3）3（トリメチルガリウム）、Ａｌ（ＣＨ3）3（トリメチルアルミニウム）、Ｉｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルガリウム）を用いる構造を採用することができる。
【００２７】
本発明の要点は、サセプタの材質としてカーボン等の気孔質ではなく、緻密な材質且つ加熱により容易に高純度化が可能な石英ガラスを用いたことにある。
【００２８】
従って、本発明による石英ガラス製のサセプタを用いた化合物半導体製造装置によれば、サセプタの交換作業毎に実施していた高純度化の作業時間が短縮できる。また、従来技術のカーボン製の場合と異なり、サセプタに気孔がないため、サセプタに液体の染み込みがないことから、結晶成長実施後の使用済みサセプタを薬品洗浄で再利用することが可能となる。従って、生産コストが低減でき、製品の価格も下げることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００３０】
請求項１、２に記載の発明によれば、サセプタを石英ガラス製としたので、従来のカーボン製の場合に較べ、サセプタの交換作業毎に実施していた高純度化の作業時間を短縮することができる。また、石英ガラス製のサセプタは、従来技術のカーボン製の場合と異なり、気孔がないために液体の染み込みが生じないことから、結晶成長実施後の使用済みサセプタを薬品洗浄で再利用することが可能となる。従って、生産コストが低減でき、製品の価格も下げることができる。
【００３１】
請求項３に記載の発明によれば、自転型ホルダの材質をＳｉＣ（炭化珪素）としたので、カーボンでは耐久性に問題があり採用できなかった基板保持部分の薄肉化が可能となり、基板の利用できる部分が増えることになる。また、ＳｉＣは耐薬品性がカーボンより高く、付着物除去が容易で、かつ、表面に付着しずらい為、再利用可能である。
【００３２】
請求項４に記載の発明によれば、化合物半導体膜が堆積又は成長しやすい様に、砂目加工により粗面化処理を施したので、石英ガラスを透過する熱を抑制し、加熱（高純度化）効率を高めることができる。
【００３３】
請求項５に記載の発明によれば、サセプタの材質にＳｉＣ（炭化珪素）を用いたので、カーボン製に較べ耐薬品性が高まり、また付着物除去が容易で、かつ、表面に付着しずらい為、容易に再利用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００３５】
＜実施形態１＞
本発明の実施形態に係るＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法を用いて化合物半導体膜を製造する装置の全体構成を図１に、また、この化合物半導体製造装置の主体をなす反応炉（成長装置）の構成を図２に示す。
【００３６】
図１に示すように、ＭＯＶＰＥ装置は、シリンダーキャビネット１、反応炉２、排気系５により構成されている。シリンダーキャビネット１には原料ガスボンベ６が設置され、反応炉２には原料ガスボンベ６から原料ガスが供給される。
【００３７】
反応炉２内には図２に示す如く反応管１０が設置されている。成長時には反応管１０に、基板３をセットした状態のサセプタ４を図２の如く配置し、ヒータ２１により加熱する。そして、反応管１０内に原料ガスを供給することで、原料ガスが熱分解して基板３上に結晶成長する。成長に寄与しなかつた原料ガスは、排気系５により反応管１０の外に排出される。
【００３８】
詳述するに、図２に示す成長装置は、原料ガス供給口１０ａからガス排気口１０ｂへ原料ガスが流通する反応管１０の上部壁に板状のサセプタ４を設け、これをモータで回転可能に構成すると共に、このサセプタ４に、図６、図７の如く、気相エピタキシャル成長の対象である基板３とほぼ同じ形状に開口部１５を開け、この開口部１５内に基板３の表面を下向きに収納し、下面を露出させた状態で支持すると共に、上記基板３を加熱する加熱源たるヒータ２１に面して前記開口部１５に均熱板９をはめ込んだエピタキシャル成長装置である。
【００３９】
サセプタ４は図６に示すように円板形をしており、その円板面内には同一円上に均等に６つの円形の開口部１５がサセプタ４を上下に貫いて設けられ、各々の開口部１５内には、半導体基板３がその表面を下にして収納配置され、更にその上に均熱板９が重ねられて収納配置される。この半導体基板３を開口部１５内に載置し支持する構造を得るため、開口部１５の下面周縁部には、図７に示すように開口部１５の中心方向に張り出した段差から成る基板支持部８が一体に形成されており、半導体基板３は、この基板支持部８に外周部が支えられて開口部１５の下面に保持される。 
【００４０】
本発明に従い、上記基板を公転させる治具たるサセプタ４の材質は石英ガラス製であり、また、上記基板３上に載置する均熱板９も石英ガラス製である。図３（ａ）に本実施形態に係る石英ガラス製のサセプタ４の断面を模式的に示す。この石英ガラス製のサセプタは、図３（ｂ）に示す従来技術のカーボン製サセプタのように気孔７が存在しないため、液体の染み込みが生じない。従って、結晶成長実施後の使用済みサセプタは、薬品洗浄で再利用することができる。
【００４１】
＜成長例＞
図１のＭＯＶＰＥ装置を用いて、次の如くＡｌＧａＡｓ膜を成長した。
【００４２】
成長炉内圧力を約０．０１ＭＰａに保持した状態でＧａＡｓ基板（実施形態の基板３に対応する。）を加熱し、Ｖ族原料（アルシン）を約４００〜７００ｃｍ3／分、III族原料（トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム）をそれぞれ約３〜１０ｃｍ3／分、０．５〜５ｃｍ3／分供給して、図４に示す構造からなるＡｌＧａＡｓの結晶を成長させた。この成長後の結晶に対し、フォトルミネッセンス（ＰＬ）測定を実施し、ＰＬ発光強度を評価した。
【００４３】
ここでＰＬ測定とは、結晶にレーザー光を照射し、そのエネルギーにより電子を伝導帯に励起させ、その後励起された電子が価電子帯へと再結合する際に放出するエネルギーを測定する装置である。炉内雰囲気（サセプタ４）に含まれる不純物元素の一つに酸素（水分）があり、サセプタ４交換後の高純度化が不十分な場合には、成長中の炉内雰囲気中の酸素濃度が高くなり、成長した結晶中に取りこまれる酸素濃度も増加する。結晶内に取り込まれた酸素は、非発光再結合中心を形成し、ＰＬ発光を妨げる働きをするため、ＰＬ発光強度を検査することで炉内の高純度化の状況を推し量ることができる。
【００４４】
従来例として、カーボン製のサセプタを用い、サセプタ４の交換作業後、高純度化の作業を行い、その後に結晶成長を実施した。この結晶をＰＬ測定し、ＰＬ発光強度を調べたところ、目標とするＰＬ発光強度に達するまでの高純度化作業に約６時間必要であった（図５の曲線Ｃ参照）。その理由として、従来技術では図３（ｂ）に示したように、サセプタ４の材質に気孔質のものを用いていたために、気孔７内に付着している不純物を除去することが困難であり、気孔７内の不純物を十分に除去するためには時間を要したものである。
【００４５】
これに対し、本実施形態の成長例では、図３（ａ）に示すように、サセプタ４の材質に気孔７を持たない石英ガラスを用いた。これにより、従来技術では気孔７内部の不純物除去に必要としていた時間が不要となるため、目標とするＰＬ発光強度に達するまでの高純度化作業時間は約３時間と半分に短縮することができた（図５の曲線Ｂ参照）。
【００４６】
＜最適条件についての根拠＞
本発明を図１のＭＯＶＰＥ装置に適用した。
【００４７】
成長炉内圧力を約０．０１ＭＰａに保持した状態でＧａＡｓ基板を加熱し、Ｖ族原料（アルシン）を約４００〜７００ｃｍ3／分、III族原料（トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム）をそれぞれ約３〜１０ｃｍ3／分、０．５〜５ｃｍ3／分供給して、図４に示す構造からなるＡｌＧａＡｓの結晶を成長させ、成長後の結晶に対しフォトルミネッセンス（ＰＬ）測定を実施しそのＰＬ発光強度を評価した。
【００４８】
従来技術では、図３（ｂ）に示したように、サセプタ４の材質に気孔質のものを用いていたために、気孔７内に付着している不純物を除去することが困難であり、気孔７内の不純物を十分に除去するためには時間を要した。
【００４９】
一方、本発明の実施形態では、サセプタ４の材質に気孔７を持たない石英ガラスを用い、且つ、この石英ガラス製のサセプタ４表面を砂目状（約４００番）に粗く加工した。これにより従来技術では気孔７内部の不純物除去に要する時間が不要となるだけでなく、表面を砂目状に加工したことにより石英を透過する熱を抑制し、加熱（高純度化）効率が高めることができるようになり、目標とするＰＬ発光強度に達するまでの高純度化作業時間を、約２時間と、従来技術の３分の１に短縮することができた（図５の曲線Ａ参照）。
【００５０】
＜実施形態２＞
次に、第二の実施形態について説明する。これは、回転する板状のサセプタに、その中心から少し離れた位置にて周方向に自転型ホルダを複数配設し、その自転型ホルダにより基板の下面周縁部を支えることにより、成長面たる下面をガス流路側に向けて（フェイスダウン）基板を支持すると共に、その基板の裏面側からサセプタをヒータで加熱し、サセプタ中心部分から放射状に原料ガスを流し、加熱された基板上で化合物半導体結晶を有機金属気相成長法にてエピタキシャル成長させる化合物半導体製造装置の製造用治具に適用した例である。
【００５１】
図６及び図７を併用して説明するに、サセプタ４は図６に示すように円板形をしており、その円板面内には同一円上に均等に６つの円形の開口部１５がサセプタ４を上下に貫いて設けられ、各々の開口部１５内には自転型ホルダ１４が配置され且つ互いに連動するように歯車付けされている。そして、この自転型ホルダ１４により基板３の下面周縁部を支えることにより、基板３がその表面を下（フェイスダウン）にして収納配置され、更にその上に均熱板９が重ねられて収納配置される。この半導体基板３を開口部１５内に載置し支持する構造を得るため、自転型ホルダ１４の下面周縁部には、図７に示すように開口部１５の中心方向に張り出した段差から成る基板支持部８が一体に形成されており、半導体基板３は、この基板支持部８に外周部が支えられて開口部１５の下面に保持される。
【００５２】
本発明に従い、上記自転する治具たる自転型ホルダの材質は歯車の部分も含めＳｉＣ製である。また、上記基板３を公転させる治具たるサセプタ４の材質は石英ガラス製である。更に、上記基板３上に載置する均熱板９も石英ガラス製である。
【００５３】
ＳｉＣは、非常に強度が有り、微細加工可能である。従って、成長面を下面（フェイスダウン）としたフェイスダウン型自転ホルダ１４に適用することで、カーボンでは耐久性に問題があり採用できなかった基板支持部（基板保持部分）８の薄肉化が可能となり、基板の利用できる部分が増えることになる。また歯車もＳｉＣ製であるため、カーボン製の場合に較べ、摩擦で粉の発生やその付着が生じる程度が少ない。さらにまた、ＳｉＣは耐薬品性がカーボンより高く、付着物除去が容易で、かつ、表面に付着しずらい為、再利用可能であり、しかも何度も使用可能となる。
【００５４】
＜他の実施例、変形例＞
上記第一及び第二の実施形態では、サセプタの材質に石英ガラスを用いたが、ＳｉＣ（炭化珪素）を用いてサセプタを構成することもでき、これによりサセプタを石英ガラス製とした場合と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態に係る化合物半導体製造装置の構成図である。
【図２】図１の化合物半導体製造装置の反応炉の構造を示す図である。
【図３】サセプタの材質を示したもので、（ａ）は本発明に係るサセプタの材質の断面模式図、（ｂ）は従来技術に係るサセプタの材質の断面模式図である。
【図４】本発明の評価に用いた結晶構造を示す図である。
【図５】本発明の高純度化作業時間に対するＰＬ発光強度の関係を、従来技術と比較して示した図である。
【図６】図１のサセプタの詳細を半導体基板及び均熱板を装着した状態で示した平面図である。
【図７】図２の化合物半導体製造装置におけるサセプタの開口部分の断面図である。
【図８】従来技術のフェイスダウン方式で基板を支持する半導体気相成長装置の種類を示した概略図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  シリンダーキャビネット
２  反応炉
３  基板
４  サセプタ
５  排気系
６  ガスボンベ
７  気孔
８  基板支持部
９  均熱板
１０  反応管
１４  自転型ホルダ
１５  開口部
２１  ヒータ
【図１】
2006165064.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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