(57)【要約】  【課題】加熱された処理基板の表面に原料ガスを供給して半導体結晶膜を生成する際に、塵等により結晶膜が汚されることなく、結晶膜が一定の成長速度で生成され、結晶膜の処理効率が向上する半導体成膜装置及び半導体成膜方法を提供する。  【解決手段】処理基板１４が間隙をあけてお互いに対向するように、処理基板１４を円板形状のサセプタ１６に支持固定し、サセプタ１６のそれぞれの中央部から、対向するサセプタ１６間の間隙に原料ガスを導入する。円板形状のサセプタ１６を回転させて、導入された原料ガスをサセプタ１６の中央部から円周上の端部に向かって流し、高温に加熱された処理基板１４の成膜処理用ガスとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱された処理基板の表面に原料ガスを供給して半導体結晶膜を生成する半導体成膜装置であって、
処理基板に半導体結晶膜を生成する反応容器と、
処理基板の基板面が所定の間隙をあけてお互いに対向するように、前記反応容器内に間隙を設けて対向して配置された、複数の処理基板を支持固定する２つの支持板と、
前記２つの支持板のそれぞれの中央部に設けられ、対向する支持板間の前記間隙に、前記反応容器の外側から原料ガスを導入する導入口と、
前記間隙に導入された原料ガスを前記導入口から前記２つの支持板の端部に向かって流す流速形成手段と、を有することを特徴とする半導体成膜装置。
【請求項２】
前記２つの支持板は円板形状を成し、前記導入口はこの円板形状の中心に設けられ、
前記流速形成手段は、前記導入口を通り、前記２つの支持板の面に直交する中心軸を回転中心として前記２つの支持板を回転駆動させる回転機構であり、前記２つの支持板を回転することにより原料ガスを前記２つの支持板の円周外側に向かって流す請求項１に記載の半導体成膜装置。
【請求項３】
前記２つの支持板には、複数の処理基板が同心円状に配置され、
前記間隙の外側には、この同心円状に配置された処理基板を加熱するように、前記２つの支持板と別体として基板加熱用ヒータが同心円状に設けられている請求項２に記載の半導体成膜装置。
【請求項４】
加熱された処理基板の表面に原料ガスを供給して半導体結晶膜を生成する半導体成膜方法であって、
処理基板の基板面が所定の間隙をあけてお互いに対向するように、複数の処理基板を２つの支持板に支持固定するステップと、
前記２つの支持板のそれぞれの中央部から、対向する支持板間の前記間隙に原料ガスを導入するステップと、
前記間隙に導入された原料ガスを前記導入口から前記２つの支持板の端部に向かって流すステップと、を有することを特徴とする半導体成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に原料ガスを吹き付けて、基板の表面に所望の結晶膜を形成する半導体成膜装置及び半導体成膜方法に関し、特に窒素化合物の結晶膜を成長させる装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在用いられる青色ＬＥＤ発光素子には、窒化ガリウムが好適に用いられる。この窒化ガリウムは、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）等によって結晶膜が生成される。その際、発光素子の性能は結晶膜の精度によって左右されるため、結晶膜が一定の成長速度で生成され、しかも生成される結晶膜は格子欠陥のない優れた結晶性を有することが望まれている。また、大量の結晶膜を生成するために、生産性の向上も望まれている。
【０００３】
窒化ガリウムの結晶膜は、成膜温度が１０００℃以上と非常に高いため、熱対流が生じ易く、基板上の成膜表面上に十分な量の原料ガスを供給することが困難となっている。
下記特許文献１では、基板の表面に平行ないし傾斜する方向に反応ガス（原料ガス）を供給し、一方、基板の表面に対して実質的に垂直な方向から不活性ガスを押圧ガスとして供給することで、反応ガスの吹き付け方向を基板表面の方向に変更させて結晶膜を成長させる半導体結晶膜の成長方法について提案している。
この方法では、押圧ガスを用いて反応ガスを基板表面に維持することができるので、高温状態の基板から材料ガスが浮き上がることにより生じる結晶膜の成長速度の低下や成長の停止を抑制することができる。
【０００４】
【特許文献１】特許第２６２８４０４号公報
【０００５】
しかし、上記方法においても、必ずしも精度の高い結晶膜を生成することができない場合があった。具体的には、生成された結晶膜に結晶膜と同じ成分の微粒子が塵として結晶膜に混入しあるいは表面に付着するというものである。
このような塵の問題は、結晶膜の生成を反応容器内で行い、反応容器の天井面に付着した原料ガスの結晶膜の一部が剥離して、基板上に落下することにより生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、加熱された処理基板の表面に原料ガスを供給して半導体結晶膜を生成する際に、塵等により結晶膜が汚されることなく、結晶膜が一定の成長速度で生成され、しかも生成される結晶膜は格子欠陥のない優れた結晶性を有し、しかも、この結晶膜の処理効率が向上する半導体成膜装置及び半導体成膜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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、加熱された処理基板の表面に原料ガスを供給して半導体結晶膜を生成する半導体成膜装置であって、処理基板に半導体結晶膜を生成する反応容器と、処理基板の基板面が所定の間隙をあけてお互いに対向するように、前記反応容器内に間隙を設けて対向して配置された、複数の処理基板を支持固定する２つの支持板と、前記２つの支持板のそれぞれの中央部に設けられ、対向する支持板間の前記間隙に、前記反応容器の外側から原料ガスを導入する導入口と、前記間隙に導入された原料ガスを前記導入口から前記２つの支持板の端部に向かって流す流速形成手段と、を有することを特徴とする半導体成膜装置を提供する。
【０００８】
なお、前記２つの支持板は円板形状を成し、前記導入口はこの円板形状の中心に設けられ、前記流速形成手段は、前記導入口を通り、前記２つの支持板の面に直交する中心軸を回転中心として前記２つの支持板を回転駆動させる回転機構であり、前記２つの支持板を回転することにより原料ガスを前記２つの支持板の円周外側に向かって流すことが好ましい。
その際の、２つの支持板の回転は、例えば１００〜１０００ｒｐｍである。また、前記間隙は、例えば１〜１０ｍｍである。
また、前記２つの支持板には、複数の処理基板が同心円状に配置され、前記間隙の外側には、この同心円状に配置された処理基板を加熱するように、前記２つの支持板と別体として基板加熱用ヒータが同心円状に設けられていることが好ましい。
【０００９】
さらに、本発明は、加熱された処理基板の表面に原料ガスを供給して半導体結晶膜を生成する半導体成膜方法であって、処理基板の基板面が所定の間隙をあけてお互いに対向するように、複数の処理基板を２つの支持板に支持固定するステップと、前記２つの支持板のそれぞれの中央部から、対向する支持板間の前記間隙に原料ガスを導入するステップと、前記間隙に導入された原料ガスを前記導入口から前記２つの支持板の端部に向かって流すステップと、を有することを特徴とする半導体成膜方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、処理基板を所定の間隙をあけてお互いに対向するように支持板上に配置し、支持板のそれぞれの中央部から、支持板間の狭い間隙に原料ガスを導入し、この原料ガスを支持板の縁に向かって流す。原料ガスの流路の両側には処理基板が配置されているので、原料ガスが加熱した処理基板に近づく際、熱対流により原料ガスが一方の処理基板から離れるような動きを受けても、他方の処理基板に近づくことになるので、原料ガスを有効に用いることができ、効率よく結晶膜を生成することができる。
また、原料ガスの流路の両側に処理基板が配置されるので、流路を取り巻く壁面には、原料ガスの結晶膜が付着し、その一部が塵、粒子となって剥離するような天井壁面は存在しない。このため塵等により生成する結晶膜が汚されることはない。
さらに、支持板を円板状とし、この円板の中心を回転中心として支持板を回転するので、
ヒータで加熱されて生じる温度分布及び原料ガスの流速分布は軸対称となり、支持板上に同心円状に配置した処理基板に対して行われる成膜の条件は、いずれの処理基板においても同じとなる。このため、一定の成長速度で結晶膜が生成される。
また、対向する処理基板の間の、原料ガスを流す流路を狭くするので、半導体成膜装置に用いる反応容器自体を小さくすることができる。また、処理基板を支持固定する支持板をお互いに対向させて成膜処理を行うので、従来に比べて成膜処理量が２倍に増える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の半導体成膜装置及び半導体成膜方法について、本発明の一実施形態であり、本発明の半導体成膜方法を好適に行うＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）装置に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の半導体成膜装置の一実施形態であるＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）装置１０の概略構成図である。
【００１３】
ＭＯＣＶＤ装置１０は、反応容器１２と、反応容器１２内に設けられた処理基板１４を所定の位置に支持固定する一対のサセプタ（支持板）１６と、このサセプタ１６を軸支する円環状の回転シャフト１８と、この回転シャフト１８内に設けられ、原料ガスを反応容器１２の外部から反応容器内に原料ガスを導く導入管２０と、サセプタ１６の中央部に設けられ、導入管２０から導入される原料ガスを一対のサセプタ１６の間隙に導入する導入口２２と、サセプタ１６と別体として設けられ、処理基板１４を加熱するヒータ２４と、原料ガス等を排気する、図示されない真空ポンプと接続された排気口２６と、を有する。回転シャフト１８は、モータ２８と接続され、回転シャフト１８を介してサセプタ１６が回転するようになっている。
【００１４】
反応容器１２は、ステンレス製であり、回転シャフト１８が反応容器１２の外側に延びて、モータ２８と接続されている。
処理基板１４は、例えばサファイヤの基板であり、この基板にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）やアンモニア（ＮＨ3）等の原料ガスを用いて結晶膜が生成される。
一対のサセプタ１６は、いずれも図２に示すように円板形状を成し、反応容器１２内に垂直に立設し、円板形状の処理基板１４がサセプタ１６上に同心円状に複数配置されて支持固定されている。すなわち、一対のサセプタ１６は、支持固定される処理基板１４がサセプタ１６の内側を向いて対向するように、お互いに対向するように反応容器１２内に設けられている。サセプタ１６間の間隙は、１〜１０ｍｍとなっている。また、サセプタ１６のサイズは、例えば直径が１００〜５００ｍｍである。
【００１５】
一対のサセプタ１６は、回転シャフト１８に軸支されて所定の速度で回転するように構成されている。ヒータ２４は、サセプタ１６を介して互いに対抗する処理基板１４を加熱するヒータであり、円板状のサセプタ１６に対して接触しないように別体として同心円状に設けられている。ヒータ２４は、処理基板１４を１０００℃以上の高温に加熱する。このため、サセプタ１６は、高温にさらされても十分に耐久性を有し、しかも反応容器１２内の原料ガスを汚染しない、ＳｉＣで表面コーティングしたカーボン材が用いられる。
【００１６】
回転シャフト１８内に設けられた導入管２０は、サセプタ１６に設けられた導入口２２に接続されるが、この接続部分は、回転シャフト１８とともに回転するサセプタ１６に対して導入管２０が静止するように接続機構が設けられ、しかも真空シールドを保持するように構成されている。導入管２０の一方の端は、原料ガス源と接続された図示されない供給管に接続されている。
【００１７】
排気口２６は、反応容器１２の、サセプタ１６間の間隙を延長した部分に設けられ、サセプタ１６間の間隙を通過した残余の原料ガスを強制的に排気する部分である。排気口２６は、回転するサセプタ１６の周上に、複数箇所設けられる。
モータ２８は、サセプタ１６を所定の速度で回転させるために設けられ、例えば、１００〜１０００（ｒｐｍ）で回転するように駆動される。
【００１８】
サセプタ１６を回転させて処理基板１４を回転させるのは、回転させることにより、導入口２２から導入される原料ガスに、円板状のサセプタ１６の中央部から外側方向に向かう流速を与えるためである。しかも、処理基板１４は回転するため、原料ガスの流れを周上で均等に受けることができる。
なお、図１に示すＭＯＣＶＤ装置１０では、サセプタ１６は図中上下方向に立設するが、水平方向に設けてもよい。
【００１９】
このようなＭＯＣＶＤ装置１０では、まず、一対のサセプタ１６の双方に処理基板１４を同心円状に配置して支持固定する。これにより、処理基板１４が間隙を挟んで対向されて配置される。
次に、この状態で原料ガスを導入管２０から、一対のサセプタ１６の間隙に供給しつつ、モータ２８を駆動させて、所定の回転速度でサセプタ１６を回転させる。その際、排気口２６から残余の原料ガスを排気させ、反応容器１２内を所定の圧力に減圧する。
さらに、ヒータ２４を発熱させて、処理基板１４を１０００℃以上に加熱する。
【００２０】
サセプタ１６の回転速度は１００〜１０００ｒｐｍであり、一対のサセプタ１６の間隙は１〜１０ｍｍと狭い。このため、導入口２２から供給される原料ガスには、サセプタ１６の回転に引きずられて回転成分の流速が付与され、図３に示すように、原料ガスは、サセプタ１６の円板形状の外周（外側）に向かって流れる。原料ガスの流速は、例えば２０〜３０（ｃｍ／秒）である。処理基板１４は、ヒータ２４によって高温に加熱されて、一対のサセプタ１６間の１〜１０ｍｍと狭い間隙を介して対向している。このため、原料ガスの加熱膨張により熱対流が生じて一方の側の処理基板１４から遠ざかるように原料ガスが流れても、他方の側の対向する処理基板１４に近づくので、原料ガスは、処理基板１４の結晶膜の成長に有効に用いることができる。また、間隙は１〜１０ｍｍと狭いので、対流による原料ガスの動きも制限される。
従来は、従来原料ガスが高温の処理基板１４によって加熱されて膨張し、熱対流により原料ガスが処理基板１４の表面を通りにくくなることを防ぐため、原料ガスを処理基板１４に押し付けるための押圧ガスを用いていた。
【００２１】
また、原料ガスの流路となるサセプタ１６間の間隙の両側からヒータ２４にて処理基板
１４を加熱し、この両側に処理基板１４を配置するので、従来のような反応容器の天井等に固着した原料ガスの膜やその微粒子が剥離して処理基板１４に付着することはない。このため、処理基板１４に生成される結晶膜が塵や粒子により汚れることは極めて少ない。
また、回転するサセプタ１６の中央部に導入口２２を設け、処理基板１４をサセプタ１６上に同心円状に配置し、ヒータ２４も対応して同心円状に配置するので、原料ガスの流れ及び温度分布も軸対称性を有する。このため、回転するサセプタ１６上に配置した処理基板１４はすべて同じ流速を持つ高温の原料ガスの雰囲気に晒される。これより、処理基板１４の成膜条件が同じとなり、均一な結晶膜を生成することができる。
【００２２】
さらに、一対のサセプタ１６間の間隙を狭くするので、反応容器１２自体の内容積を小さくすることができる。また、原料ガスの流路の両側に処理基板１４を配置して処理を行うので、従来に比べて、処理量が２倍向上する。
【００２３】
以上、本発明の半導体成膜装置及び半導体成膜方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の半導体成膜装置の一実施形態であるＭＯＣＶＤ装置の概略構成図である。
【図２】本発明の半導体成膜装置における支持板上の処理基板の配置と、原料ガスの流れを示す図である。
【図３】本発明の半導体成膜装置における原料ガスの流れを示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  ＭＯＣＶＤ装置
１２  反応容器
１４  処理基板
１６  サセプタ
１８  回転シャフト
２０  導入管
２２  導入口
２４  ヒータ
２６  排気口
２８  モータ
【図１】
2006165450.tif 000003
【図２】
2006165450.tif 000004
【図３】
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