(57)【要約】【課題】化合物半導体の気相成長装置に関する技術を提供すること。【解決手段】気相成長装置は、反応容器を備える。気相成長装置は、反応容器内に配置されているウェハホルダを備える。気相成長装置は、第１原料ガスを反応容器内に供給する第１原料ガス供給管を備える。気相成長装置は、第１原料ガスと反応する第２原料ガスを反応容器内に供給する第２原料ガス供給管を備える。気相成長装置は、第１加熱部を備える。第１原料ガス供給管および第２原料ガス供給管の少なくとも一方のガス供給口の近傍の領域の表面が所定金属で覆われている。所定金属は、第２原料ガスを触媒効果によって分解可能な金属である。第１加熱部は所定金属の表面を８００℃以上に加熱する。【選択図】図１
2019196293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器と、
前記反応容器内に配置されているウェハホルダと、
第１原料ガスを前記反応容器内に供給する第１原料ガス供給管と、
前記第１原料ガスと反応する第２原料ガスを前記反応容器内に供給する第２原料ガス供給管と、
第１加熱部と、
を備え、
前記第１原料ガス供給管および前記第２原料ガス供給管の少なくとも一方のガス供給口の近傍の領域の表面が所定金属で覆われており、
前記所定金属は、前記第２原料ガスを触媒効果によって分解可能な金属であり、
前記第１加熱部は前記所定金属の表面を８００℃以上に加熱する、化合物半導体の気相成長装置。
【請求項２】
前記第１原料ガス供給管の複数のガス供給口、および、第２原料ガス供給管の複数のガス供給口が配置されているシャワーヘッドをさらに備え、
前記シャワーヘッドの少なくとも前記ガス供給口側の表面が前記所定金属で覆われている、請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記第１原料ガス供給管および前記第２原料ガス供給管の端部に前記ガス供給口が配置されており、
前記第１原料ガス供給管の前記ガス供給口側の端部近傍の領域において前記第１原料ガス供給管の内壁および外壁が前記所定金属で覆われており、
前記第２原料ガス供給管の前記ガス供給口側の端部近傍の領域において前記第２原料ガス供給管の内壁および外壁が前記所定金属で覆われている、請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記第２原料ガス供給管の内径は、前記第１原料ガス供給管の外径よりも大きく、
前記第２原料ガス供給管の内部に前記第１原料ガス供給管が配置されている、請求項３に記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記第１原料ガス供給管と前記第２原料ガス供給管とは一体の共通管を形成しており、
前記共通管の前記ガス供給口の反対側に位置する入口には前記第１原料ガスおよび前記第２原料ガスが供給されており、
前記共通管は、前記入口から前記ガス供給口までの全長に渡って内壁が前記所定金属で覆われており、
前記共通管を前記入口から前記ガス供給口までの全長に渡って８００℃以上に加熱する第２加熱部をさらに備える、請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記第１原料ガス供給管および前記第２原料ガス供給管のガス供給口と、前記ウェハホルダとの間の領域の温度を５００℃以上に加熱する第３加熱部を備える、請求項１〜５の何れか１項に記載の気相成長装置。
【請求項７】
前記第１原料ガス供給管の前記ガス供給口の反対側に位置する入口に前記第１原料ガスを供給する第１供給部と、
前記第２原料ガス供給管の前記ガス供給口の反対側に位置する入口に前記第２原料ガスを供給する第２供給部と、
を備え、
前記第１供給部および前記第２供給部は、前記所定金属の表面が８００℃以上の期間中に前記第１原料ガスおよび前記第２原料ガスを供給する、請求項１〜５の何れか１項に記載の気相成長装置。
【請求項８】
前記第１供給部および前記第２供給部は、前記第１加熱部によって前記所定金属の表面が８００℃以上に加熱された後に前記第１原料ガスおよび前記第２原料ガスの供給を開始し、
前記第１加熱部は、前記第１供給部および前記第２供給部によって前記第１原料ガスおよび前記第２原料ガスの供給が停止された後に、前記所定金属の表面の加熱を終了する、請求項７に記載の気相成長装置。
【請求項９】
前記所定金属は、タングステンまたはタングステンを含む金属、タングステンまたはタングステンを含む金属の酸化物、タングステンまたはタングステンを含む金属の炭化物、タングステンまたはタングステンを含む金属の窒化物を含む、請求項１〜８の何れか１項に記載の気相成長装置。
【請求項１０】
前記第１原料ガスはＧａＣｌを含むガスであり、
前記第２原料ガスはＮＨ３を含むガスである、請求項１〜９の何れか１項に記載の気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、化合物半導体の気相成長装置に関する技術を開示する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ基板の低コストな製造法の構築が要求されている。現在のＧａＮ基板は、１枚ごとに成長する枚葉式が主流であり、高コストの原因であった。なお、関連する技術が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３１６８９２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＧａＮの長尺結晶成長が可能となれば、１つの長尺結晶から複数枚のウェハを生成できるため、基板製造コストを低下させることができる。しかし、ＧａＮを長尺結晶成長させることは困難である。要因の一つとして、原料ガスの供給口にＧａＮ多結晶が析出することによって、ガス管詰まりやガス流変化が発生してしまう結果、異常成長が発生してしまうことが挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書では、気相成長装置を開示する。この気相成長装置は、反応容器を備える。気相成長装置は、反応容器内に配置されているウェハホルダを備える。気相成長装置は、第１原料ガスを反応容器内に供給する第１原料ガス供給管を備える。気相成長装置は、第１原料ガスと反応する第２原料ガスを反応容器内に供給する第２原料ガス供給管を備える。気相成長装置は、第１加熱部を備える。第１原料ガス供給管および第２原料ガス供給管の少なくとも一方のガス供給口の近傍の領域の表面が所定金属で覆われている。所定金属は、第２原料ガスを触媒効果によって分解可能な金属である。第１加熱部は所定金属の表面を８００℃以上に加熱する。
【０００６】
本明細書の気相成長装置では、所定金属の表面を８００℃以上に加熱することで、所定金属の触媒効果を高めることができる。従って、ガス供給口の近傍の領域の表面において、第２原料ガスを分解することができる。これにより、ガス供給口の近傍の領域へのＧａＮ多結晶の析出を抑制することができる。
【０００７】
第１原料ガス供給管の複数のガス供給口、および、第２原料ガス供給管の複数のガス供給口が配置されているシャワーヘッドをさらに備えていてもよい。シャワーヘッドの少なくともガス供給口側の表面が所定金属で覆われていてもよい。
【０００８】
第１原料ガス供給管および第２原料ガス供給管の端部にガス供給口が配置されていてもよい。第１原料ガス供給管のガス供給口側の端部近傍の領域において第１原料ガス供給管の内壁および外壁が所定金属で覆われていてもよい。第２原料ガス供給管のガス供給口側の端部近傍の領域において第２原料ガス供給管の内壁および外壁が所定金属で覆われていてもよい。
【０００９】
第２原料ガス供給管の内径は、第１原料ガス供給管の外径よりも大きくてもよい。第２原料ガス供給管の内部に第１原料ガス供給管が配置されていてもよい。
【００１０】
第１原料ガス供給管と第２原料ガス供給管とは一体の共通管を形成していてもよい。共通管のガス供給口の反対側に位置する入口には第１原料ガスおよび第２原料ガスが供給されていてもよい。共通管は、入口からガス供給口までの全長に渡って内壁が所定金属で覆われていてもよい。共通管を入口からガス供給口までの全長に渡って８００℃以上に加熱する第２加熱部をさらに備えていてもよい。
【００１１】
第１原料ガス供給管および第２原料ガス供給管のガス供給口と、ウェハホルダとの間の領域の温度を５００℃以上に加熱する第３加熱部を備えていてもよい。
【００１２】
第１原料ガス供給管のガス供給口の反対側に位置する入口に第１原料ガスを供給する第１供給部を備えていてもよい。第２原料ガス供給管のガス供給口の反対側に位置する入口に第２原料ガスを供給する第２供給部を備えていてもよい。第１供給部および第２供給部は、所定金属の表面が８００℃以上の期間中に第１原料ガスおよび第２原料ガスを供給してもよい。
【００１３】
第１供給部および第２供給部は、第１加熱部によって所定金属の表面が８００℃以上に加熱された後に第１原料ガスおよび第２原料ガスの供給を開始してもよい。第１加熱部は、第１供給部および第２供給部によって第１原料ガスおよび第２原料ガスの供給が停止された後に、所定金属の表面の加熱を終了してもよい。
【００１４】
所定金属は、タングステンまたはタングステンを含む金属、タングステンまたはタングステンを含む金属の酸化物、タングステンまたはタングステンを含む金属の炭化物、タングステンまたはタングステンを含む金属の窒化物を含んでいてもよい。
【００１５】
第１原料ガスはＧａＣｌを含むガスであってもよい。第２原料ガスはＮＨ３を含むガスであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１に係る気相成長装置を側面からみた概略断面図である。
【図２】II−II線における断面図を鉛直上方から見た図である。
【図３】実施例２に係る気相成長装置を側面からみた概略断面図である。
【図４】実施例３に係る気相成長装置を側面からみた概略断面図である。
【図５】実施例４に係る気相成長装置を側面からみた概略断面図である。
【図６】混合室を備えたシャワーヘッドを側面からみた概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１７】
＜気相成長装置の構成＞
図１に、本明細書の技術に係る気相成長装置１を側面から見た概略断面図を示す。気相成長装置１は、ＨＶＰＥ（Halide Vapor Phase Epitaxy）法を実施するための装置構成の一例である。気相成長装置１は、反応容器１０を備えている。反応容器１０は、円筒形状をしている。反応容器１０は、石英で構成されていてもよい。反応容器１０の内部には、原料ガス供給部２０およびウェハホルダ１１が配置されている。
【００１８】
原料ガス供給部２０の構造を説明する。原料ガス供給部２０は、円筒形状の部材である。原料ガス供給部２０は、円筒形のカバー２４を備えている。カバー２４の上端部には、円盤状のシャワーヘッド５０が配置されている。原料ガス供給部２０の下部には、ＨＣｌガス供給管２５の入口および第２原料ガス供給管２２の入口が配置されている。ＨＣｌガス供給管２５の入口には、第１バルブ６１が配置されている。第１バルブ６１は、ＨＣｌを含むガスの供給を制御する。ＨＣｌガス供給管２５の出口は、第１原料ガス生成部４１に接続されている。第１原料ガス生成部４１は、内部に金属ガリウムを格納している。第１原料ガス生成部４１は、ＧａＣｌを含んだ第１原料ガスＧ１を生成する部位である。第１原料ガス供給管２１は、第１原料ガスＧ１を供給する管である。第１原料ガス供給管２１の入口は、第１原料ガス生成部４１に接続されている。第１原料ガス供給管２１の出口は、シャワーヘッド５０に接続されている。第２原料ガス供給管２２の入口には、第２バルブ６２が配置されている。第２バルブ６２は、第２原料ガスＧ２を含むガスの供給を制御する。第２原料ガスＧ２は、ＮＨ３を含むガスである。第２原料ガス供給管２２の出口は、シャワーヘッド５０に接続されている。
【００１９】
第１原料ガス供給管２１および第２原料ガス供給管２２は、鉛直方向（すなわち図１のｚ軸方向）へ伸びるように配置されている。第１原料ガス供給管２１および第２原料ガス供給管２２の経路上には、隔壁４２が配置されている。隔壁４２は、カバー２４内を水平方向に伸びる石英板である。カバー２４内の空間は、隔壁４２によって上下に隔離されている。隔壁４２は断熱材として機能する。
【００２０】
シャワーヘッド５０は、第１原料ガスＧ１および第２原料ガスＧ２をウェハ１３の表面近傍へ排出するための部位である。シャワーヘッド５０から排出された第１原料ガスＧ１および第２原料ガスＧ２は、反応容器１０内を矢印Ｙ１方向に鉛直上方に流れる。シャワーヘッド５０の構造を、図２を用いて説明する。図２は、図１のII−II線における断面図を鉛直上方から見た図である。シャワーヘッド５０の表面には、第１原料ガスＧ１を排出する複数の第１ガス供給口５１と、第２原料ガスＧ２を排出する複数の第２ガス供給口５２が配置されている。多数のガス供給口から第１原料ガスＧ１および第２原料ガスＧ２を排出することで、ウェハ１３表面へのガス供給量をウェハ面内で均一化することができる。よって、成長したＧａＮ結晶膜厚のウェハ面内バラつきを抑制することが可能となる。
【００２１】
シャワーヘッド５０の表面において、第１ガス供給口５１および第２ガス供給口５２が形成されていない領域は、所定金属５３で覆われている。換言すると、第１ガス供給口５１および第２ガス供給口５２の近傍の領域の表面が、所定金属５３で覆われている。所定金属５３は、第２原料ガスに含まれているＮＨ３を触媒効果によって分解可能な金属である。所定金属５３は、厚さ数ミリメートルの金属板で構成されていてもよい。金属板には、第１ガス供給口５１および第２ガス供給口５２の位置および穴径に対応した複数の穴が形成されていてもよい。本実施例では、所定金属として、タングステンが使用されている。
【００２２】
原料ガス供給部２０の周囲には、反応容器１０内のガスを排気するガス排気管２３が構成されている。図２を用いて説明する。円筒形の反応容器１０の内側に、さらに円筒形の原料ガス供給部２０が配置されている。これにより、反応容器１０の内壁と、原料ガス供給部２０のカバー２４の外壁との間に、環状の隙間が形成されている。この環状の隙間が、ガス排気管２３として機能する。すなわち、ガス排気管２３は、原料ガス供給部２０の外壁および反応容器１０の内壁に沿って、鉛直下方向（すなわち図１の−ｚ軸方向）へ伸びるように配置されている。これによりガス排気管２３を、シャワーヘッド５０、第１原料ガス供給管２１および第２原料ガス供給管２２の外周を取り囲むように配置することができる。
【００２３】
また、ガス排気管２３の入口２３ａ（図１参照）を、シャワーヘッド５０の側面に位置させることができる。よって図１の矢印Ｙ２に示すように、ウェハ１３の表面でＧａＮ結晶成長に使用された第１原料ガスＧ１および第２原料ガスＧ２を、シャワーヘッド５０の側面方向かつウェハ１３の下方向に排気させることができる。反応容器１０の下端には、ガス排気管２３の出口２３ｂが配置されている。ガス排気管２３の入口２３ａから吸入されたガスは、出口２３ｂからベントラインへ排出される。
【００２４】
ウェハホルダ１１は、反応容器１０内に配置されている。ウェハホルダ１１は、下面にウェハ保持部１２を備えている。ウェハ保持部１２は、ウェハ１３表面が略鉛直下向きになるようにウェハ１３を保持する。なお「略鉛直下向き」は、ウェハの法線が鉛直下方向に一致する態様に限定されない。ウェハの法線が鉛直下方向に対して４５度までの傾きを含む概念である。本実施例では、ウェハホルダ１１の表面にはタングステンが配置されている。これにより、ウェハホルダ１１の表面へのＧａＮ多結晶の析出を抑制する効果が得られる。
【００２５】
ウェハホルダ１１の上部には、回転軸１４の下端が接続している。回転軸１４の上端部は、反応容器１０の外部に突出している。回転軸１４の上端部は、駆動機構１５に接続している。これによりウェハホルダ１１は、回転させること、および、反応容器１０内で上下に移動させることが可能である。
【００２６】
反応容器１０の上部には、特定ガス供給管１６が備えられている。特定ガス供給管１６の入口には特定ガスＧ３が供給される。特定ガスＧ３は、図１の矢印Ｙ３に示すように、ウェハホルダ１１の上方から鉛直下方へ流れ、ガス排気管２３の入口２３ａに吸入される。これにより、特定ガスＧ３によってダウンフローを生成することができる。特定ガスＧ３は、酸素を含まないガスであって、第１原料ガスＧ１および第２原料ガスＧ２と反応しないガスである。具体例としては、特定ガスＧ３は、水素、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンの少なくとも一つを含むガスである。
【００２７】
反応容器１０の外側には、上部ヒータ３１および下部ヒータ３２が配置されている。上部ヒータ３１が配置されている領域Ｈ１と下部ヒータ３２が配置されている領域Ｈ２の境界近傍には、隔壁４２が配置されている。上部ヒータ３１は、図１に示す領域Ｒ１〜Ｒ３の周囲を取り囲むように配置されている。領域Ｒ１は、ウェハ１３を含む領域である。領域Ｒ１は、ＧａＮ結晶成長に十分な温度（１０５０±５０℃）を維持する必要がある領域である。領域Ｒ２は、シャワーヘッド５０のガス供給口と、ウェハホルダ１１との間の領域である。領域Ｒ２は、原料ガス中のＧａＣｌが分解しないように、５００℃以上に維持する必要がある領域である。領域Ｒ３は、シャワーヘッド５０表面を覆う所定金属５３を含む領域である。領域Ｒ３は、ＧａＮ多結晶の析出を抑制するために、８００℃以上に維持する必要がある領域である。
【００２８】
下部ヒータ３２は、領域Ｒ４を取り囲むように配置されている。領域Ｒ４は、第１原料ガス生成部４１を含む領域である。領域Ｒ４は、ＧａＣｌの安定的な発生に必要な温度（７５０℃）以上に維持する必要がある領域である。
【００２９】
＜気相成長方法＞
ＨＶＰＥ法によって、ウェハ１３上にＧａＮ層の気相成長を行う方法について説明する。気層成長条件の一例を列挙する。第１原料ガスＧ１中のＧａＣｌと第２原料ガスＧ２中のＮＨ３の供給量は、モル比を１：２０とした。反応容器１０内の圧力は１０００ｈＰａとした。
【００３０】
第１ステップにおいて、上部ヒータ３１をオンする。領域Ｒ１（ウェハ１３）、領域Ｒ２（ガス供給口とウェハホルダ１１との間の領域）、領域Ｒ３（所定金属５３）が１０５０±５０℃に加熱される。これにより上部ヒータ３１によって、領域Ｒ１〜Ｒ３の全てを、必要な温度以上に維持することができる。また下部ヒータ３２をオンすることで、領域Ｒ４（第１原料ガス生成部４１）を７５０℃に加熱する。
【００３１】
所定金属５３の表面が８００℃以上になったことに応じて、第２ステップへ進む。第２ステップへの移行タイミングは、所定金属５３の表面温度を各種センサで計測することで決定してもよい。第２ステップにおいて、第１バルブ６１および第２バルブ６２を開くことで、第１原料ガスＧ１および第２原料ガスＧ２の供給を開始する。これにより、ウェハ１３上にＧａＮ層の気相成長を行うことができる。気相成長が完了すると、第３ステップへ移行し、第１バルブ６１および第２バルブ６２を閉じる。第１原料ガスＧ１および第２原料ガスＧ２の供給が終了する。その後第４ステップへ進み、上部ヒータ３１および下部ヒータ３２をオフする。これにより、所定金属５３の表面の加熱が終了する。
【００３２】
＜効果＞
ＨＶＰＥ法において、ＧａＮのｃ面へ長尺結晶（厚膜結晶ともいう）を成長させることは困難である。これは、異常成長の発生を抑制することが困難なためである。異常成長の発生の要因例としては、シャワーヘッド５０の表面に配置されている第１ガス供給口５１や第２ガス供給口５２にＧａＮ多結晶が析出することによって、ガス管詰まりやガス流変化が発生してしまうことが挙げられる。この対策として、触媒効果によってＮＨ３を分解可能な所定金属（例：タングステン）で、シャワーヘッド５０の表面を覆うことが考えられる。しかし本発明者らは、ＧａＮ多結晶の析出を防止するためには、シャワーヘッド５０の表面を所定金属で覆うだけでは足りず、所定金属の表面温度を８００℃以上にする必要があることを見出した。これは、触媒効果によってＮＨ３が分解されて発生する活性水素が、ＧａＮ多結晶の析出を抑制すると考えられるためである。また、活性水素がＧａＮ多結晶と反応するためには、８００℃以上が必要であると考えられるためである。そこで実施例１の気相成長装置１は、所定金属５３を含んだ領域Ｒ３の周囲を取り囲む、上部ヒータ３１を備えている。これにより、所定金属の表面を８００℃以上に加熱することができるため、シャワーヘッド５０の表面へのＧａＮ多結晶の析出を抑制することが可能となる。
【００３３】
実施例１の気相成長法では、所定金属５３の表面が８００℃以上になったことに応じて、第１原料ガスＧ１および第２原料ガスＧ２の供給を開始する（第２ステップ）。また、第３ステップで第１バルブ６１および第２バルブ６２を閉じた後に、第４ステップで上部ヒータ３１をオフする。以上のフローによって、「所定金属５３の表面が８００℃以上の期間中に第１原料ガスＧ１および第２原料ガスＧ２を供給する」ように、第１バルブ６１および第２バルブ６２を制御することができる。よって、シャワーヘッド５０の表面にＧａＮ多結晶が析出してしまうことを抑制することができる。
【実施例２】
【００３４】
図３に、実施例２に係る気相成長装置２０１を側面から見た概略断面図を示す。気相成長装置２０１は、ＨＶＰＥ法を実施するための装置構成の一例である。気相成長装置２０１は、反応容器２１０、サセプタ２１１、第１原料ガス供給管２２１、第２原料ガス供給管２２２、ガス排気管２７１、を備えている。サセプタ２１１は、反応容器２１０内に格納されている。サセプタ２１１のウェハ保持面には、ウェハ２１３が保持されている。
【００３５】
反応容器２１０には、第１原料ガスＧ１を供給する第１原料ガス供給管２２１、および、第２原料ガスＧ２を供給する第２原料ガス供給管２２２が接続されている。第２原料ガス供給管２２２の内径Ｄ１は、第１原料ガス供給管２２１の外径Ｄ２よりも大きい。第２原料ガス供給管２２２の内部には、第１原料ガス供給管２２１が配置されている。第１原料ガス供給管２２１の外壁と第２原料ガス供給管２２２の内壁との間には隙間が形成されており、その隙間を第２原料ガスＧ２が流れる。第１原料ガス供給管２２１および第２原料ガス供給管２２２の端部領域Ｅ１は、ガス供給口として機能する。端部領域Ｅ１の近傍において、第１原料ガス供給管２２１および第２原料ガス供給管２２２の内壁および外壁が、所定金属２５３で覆われている。
【００３６】
第１原料ガス供給管２２１の経路上には、第１原料ガス生成部２４１が配置されている。第１原料ガス生成部２４１の内部には、金属ガリウム２４３が格納されている。第１原料ガス供給管２２１の入口にはＨＣｌガスが供給され、ガス供給口からは第１原料ガスＧ１が排出される。第２原料ガス供給管２２２の入口には第２原料ガスＧ２が供給され、ガス供給口からは第２原料ガスＧ２が排出される。反応容器２１０には、ガス排気管２７１が接続されている。ＧａＮの気相成長に使用された原料ガスは、ガス排気管２７１を介してベントラインへ排出される。
【００３７】
反応容器２１０の外周には、サセプタ２１１を取り囲むようにヒータ２３１が配置されている。ヒータ２３１は、ホットウォール方式によりウェハ２１３を加熱する装置である。これにより、ウェハ２１３をＧａＮ結晶成長に十分な温度（１０５０±５０℃）に維持することができる。また反応容器２１０内壁への副生成物の析出を抑制することができる。反応容器２１０の外側には、端部領域Ｅ１を取り囲むようにヒータ２３２が配置されている。これにより、端部領域Ｅ１に配置されている所定金属２５３を８００℃以上に維持することができる。第２原料ガス供給管２２２の外側には、第１原料ガス生成部２４１を取り囲むようにヒータ２３３が配置されている。これにより、ＧａＣｌを発生させるために、第１原料ガス生成部２４１を７５０℃以上に維持することができる。
【００３８】
＜効果＞
実施例２の気相成長装置２０１は、ガス供給口（端部領域Ｅ１）の近傍に配置されている所定金属２５３の周囲を取り囲む、ヒータ２３２を備えている。これにより、所定金属２５３の表面を８００℃以上に加熱することができるため、ガス供給口でのＧａＮ多結晶の析出を抑制することが可能となる。
【実施例３】
【００３９】
図４に、実施例３に係る気相成長装置３０１を側面から見た概略断面図を示す。実施例３に係る気相成長装置３０１は、実施例２に係る気相成長装置２０１に対して、第１原料ガス供給管２２１および第２原料ガス供給管２２２の位置を、ウェハ右側面側から上方側へ移動させた構成を備えている。また、ガス排気管２７１の位置を、ウェハ左側面側から下方側へ移動させた構成を備えている。実施例２の気相成長装置２０１と同一の構成要素には同一の符号を付与しているため、詳細な説明は省略する。
【００４０】
実施例３の気相成長装置３０１においても、ヒータ２３２によって所定金属２５３の表面を８００℃以上に加熱することができる。よって、ガス供給口でのＧａＮ多結晶の析出を抑制することが可能となる。
【実施例４】
【００４１】
図５に、実施例４に係る気相成長装置４０１を側面から見た概略断面図を示す。実施例４に係る気相成長装置４０１は、実施例２に係る気相成長装置２０１に対して、共通管４２３を備えた構成を有している。実施例２の気相成長装置２０１と同一の構成要素には同一の符号を付与しているため、詳細な説明は省略する。
【００４２】
第１原料ガス供給管４２１および第２原料ガス供給管４２２が、接続部Ｊ１において共通管４２３に接続されている。換言すると、第１原料ガス供給管４２１および第２原料ガス供給管４２２とは、一体の共通管４２３を形成している。共通管４２３の端部領域Ｅ２は、ガス供給口として機能する。
【００４３】
共通管４２３において、第１原料ガスＧ１および第２原料ガスＧ２の入口の位置を、位置Ｐ１とする。またガス供給口の位置を、位置Ｐ２とする。位置Ｐ１から位置Ｐ２までの全長に渡る領域を、領域Ｒ１１とする。共通管４２３は、領域Ｒ１１を含む領域の全体に渡って、内壁が所定金属４５３で覆われている。また端部領域Ｅ２の近傍において、共通管４２３の内壁および外壁が、所定金属４５３で覆われている。
【００４４】
第１原料ガス供給管４２１の入口には第１原料ガスＧ１が供給され、第２原料ガス供給管４２２の入口には第２原料ガスＧ２が供給される。第１原料ガスＧ１および第２原料ガスＧ２は共通管４２３内部で混合され、混合ガスが共通管４２３のガス供給口から排出される。
【００４５】
領域Ｒ１１の全長に渡って、共通管４２３を取り囲むように、ヒータ４３２および４３３が配置されている。これにより、領域Ｒ１１を含む領域の全体に渡って、所定金属４５３を８００℃以上に維持することができる。
【００４６】
＜効果＞
実施例４の気相成長装置４０１では、共通管４２３の位置Ｐ１から位置Ｐ２までの領域Ｒ１１を用いて、第１原料ガスＧ１と第２原料ガスＧ２とを混合することができる。両ガスを混合するための十分な距離および時間を取ることができるため、共通管４２３のガス供給口からは、両ガスが十分に混合された状態で排出することができる。良好なＧａＮ結晶を高速で成長させることが可能となり、低コスト化に有利である。また、両ガスを混合するための十分な距離および時間を取ると、共通管４２３の内壁にＧａＮ多結晶が析出してしまうおそれがある。そこで実施例４の気相成長装置４０１では、ヒータ４３２および４３３によって、共通管４２３の全長に渡って、共通管４２３の内壁の所定金属４５３の表面を８００℃以上に加熱することができる。共通管４２３内壁でのＧａＮ多結晶の析出を抑制することが可能となる。
【００４７】
＜変形例＞
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００４８】
ＮＨ３を触媒効果によって分解可能な金属の一例として、タングステンを説明したが、この材料に限られない。タングステンの酸化物（ＷＯｘ）、タングステンの炭化物（ＷＣｘ）、タングステンの窒化物（ＷＮｘ）、なども使用可能である。またタングステンを含む金属（タングステン合金）、および、それらの酸化物、炭化物、窒化物も使用可能である。またルテニウム、イリジウム、白金、モリブデン、パラジウム、ロジウム、鉄、ニッケル、レニウム、などの他金属も使用可能である。また、これらの金属の酸化物、炭化物、窒化物や、これらの金属を含んだ合金なども使用可能である。
【００４９】
シャワーヘッドの構造は、実施例１に示す構造に限られない。例えば、第１原料ガスＧ１および第２原料ガスＧ２が混合された混合ガスが、シャワーヘッドから排出される態様であってもよい。図６に、混合ガスを生成する混合室５４を備えたシャワーヘッド５０を側面からみた概略断面図を示す。混合室５４の下部には、シャワーヘッド５０の第１ガス供給口５１および第２ガス供給口５２が接続されている。混合室５４の上部には、複数のガス供給口５５が配置されている。混合室５４の内壁および外壁は、所定金属５６で覆われている。第１原料ガスＧ１および第２原料ガスＧ２は混合室５４内部で混合され、混合ガスＧｍがガス供給口５５から排出される。効果を説明する。混合室５４のガス供給口５５から混合ガスＧｍを排出することができるため、ウェハに供給される原料ガス中のV／III比を均一にすることができる。均一なＧａＮ結晶を成長させることが可能となる。また、V／III比を高めることが可能になるため、ＧａＮ結晶の成長レートを上昇させることが可能となる。また、混合室５４を備えない場合には、第１原料ガスＧ１および第２原料ガスＧ２を十分に混合させるために、ガス供給口とウェハ表面との距離をある程度確保する必要があった。しかし、混合室５４を備える図６の構造では、ガス供給口とウェハ表面とをより近接させることができるため、ＧａＮ結晶の成長レートを高めることや、原料効率を高めてガスの消費量を抑制することが可能となる。また、混合室５４を取り囲むように、ヒータ３１（図１参照）が配置されている。これにより、混合室５４の全体に渡って、所定金属５６を８００℃以上に維持することができる。混合室５４の内壁および外壁でのＧａＮ多結晶の析出を抑制することが可能となる。
【００５０】
実施例１においては、シャワーヘッド５０の表面が所定金属５３で覆われているとしたが、この形態に限られず、シャワーヘッド５０の側面等を所定金属５３で覆ってもよい。実施例２−４においては、ガス供給管の端部近傍の内壁および外壁を、所定金属で覆う態様を説明したが、この態様に限られない。ガス供給管自体を、所定金属を含んだ材料で形成してもよい。
【００５１】
本実施例では、第１原料ガス供給管および第２原料ガス供給管の両方のガス供給口を所定金属で覆う形態を説明したが、この形態に限られない。少なくとも一方のガス供給管のガス供給口の近傍の領域の表面が所定金属で覆われていればよい。例えば、実施例２（図３）や実施例３（図４）のように、第２原料ガス供給管２２２の内部に、第１原料ガス供給管２２１が配置されている構造では、第１原料ガス供給管２２１の供給口の近傍領域にＧａＮ多結晶が析出しやすい。従って、第１原料ガス供給管２２１の供給口の内壁および外壁のみを、所定金属２５３で覆ってもよい。また反対に、第２原料ガス供給管２２２の供給口の内壁および外壁のみを、所定金属２５３で覆ってもよい。
【００５２】
実施例１では、領域Ｒ１〜Ｒ３の周囲を上部ヒータ３１で取り囲む態様を説明したが、上部ヒータ３１を２つ以上に分割してもよい。これにより、領域Ｒ１〜Ｒ３の温度を、個別に制御することができる。
【００５３】
ＧａＮ結晶成長に十分な温度を１０５０±５０℃と説明した。また、ＧａＣｌの発生に必要な温度を、７５０℃以上と説明した。しかし、これらの温度は例示である。例えば、ＧａＮ結晶成長に十分な温度は、１０５０℃±１００℃の範囲であってもよい。
【００５４】
第１原料ガスＧ１がＧａＣｌを含むガスである場合を説明したが、この形態に限られない。第１原料ガスＧ１は、Ｇａを含んだガスであれば、何れの化学組成を有するガスであってもよい。例えば、第１原料ガスＧ１が３塩化Ｇａ（ＧａＣｌ３）を含むガスであってもよい。この場合、１３００℃程度の成長温度を用いてもよい。Ｎ面（−ｃ面）へＧａＮ結晶成長させてもよい。これにより、ＧａＮ結晶表面を成長と共に拡大させることが可能となる。
【００５５】
本明細書で説明している、第１原料ガス供給管および第２原料ガス供給管の数や配置は一例であり、この形態に限られない。
【００５６】
本明細書に記載の技術は、ＨＶＰＥ法に限らず、様々な成長法に対して適用することが可能である。例えば、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）法に適用することができる。この場合、第１原料ガスＧ１としてトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３））等を使用すればよい。
【００５７】
本明細書に記載の技術は、ＧａＮに限らず、様々な化合物半導体の結晶成長に適用することが可能である。例えば、ＧａＡｓ結晶の成長に適用することができる。この場合、第２原料ガスＧ２としてアルシン（ＡｓＨ５）を使用すればよい。
【００５８】
第１原料ガスＧ１、第２原料ガスＧ２は、Ｈ２やＮ２などのキャリアガスと共に流してもよい。
【００５９】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【００６０】
上部ヒータ３１、ヒータ２３２、ヒータ４３２は、第１加熱部の一例である。上部ヒータ３１は、第３加熱部の一例である。第１バルブ６１は、第１供給部の一例である。第２バルブ６２は、第２供給部の一例である。
【符号の説明】
【００６１】
１：気相成長装置    １０：反応容器    １１：ウェハホルダ    ２１、２２１、４２１：第１原料ガス供給管    ２２、２２２、４２２：第２原料ガス供給管    ２３：ガス排気管    ３１：上部ヒータ    ３２：下部ヒータ    ４１：第１原料ガス生成部    ５０：シャワーヘッド    ５３、２５３、４５３：所定金属    ２３１、２３２、２３３、４３２、４３３：ヒータ
【図１】
2019196293.tif 000003
【図２】
2019196293.tif 000004
【図３】
2019196293.tif 000005
【図４】
2019196293.tif 000006
【図５】
2019196293.tif 000007
【図６】
2019196293.tif 000008