(57)【要約】【課題】  気相成長装置及び半導体装置の製造方法に関し、成長層表面側が上凸状態になる結晶成長工程における上凸方向の反り量を低減する。【解決手段】  反応容器内に成長基板を載置するサセプタと、反応容器の天井部に冷却機構とを設け、サセプタと冷却機構の間に設けた天井板を複数枚の天井板要素に分割し、各天井板要素の傾斜角を駆動機構で制御する。【選択図】  図１
2015082517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器と、
前記反応容器内に収容されて成長基板を載置するサセプタと、
前記反応容器の天井部に設けられた冷却機構と、
前記サセプタと前記冷却機構の間に設けられ、複数枚の天井板要素を含み、前記サセプタ側からの熱を反射する天井板と、
前記各天井板要素の前記サセプタに対する傾斜角を制御する駆動機構と、
を備えたことを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記天井板の前記サセプタとの対向面側に熱線を透過させる透明平板を備えたことを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記冷却機構の前記天井板との対向面が、乱反射面或いは熱線吸収面になっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
サセプタ上に載置した成長基板上に、前記成長基板と格子定数及び熱膨張係数が異なる複数の結晶成長層を気相成長させる工程と、
前記サセプタと対向するように設けられた複数の分割された天井板要素を含む天井板の前記各天井板要素を前記サセプタに対して傾斜させて前記サセプタ側への熱線の戻りを抑制する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記各天井板要素を前記サセプタに対して傾斜させて前記サセプタ側へ熱線の戻りを抑制する工程は、前記結晶成長層が堆積した前記成長基板の反りが前記結晶成長層側に凸になる組成の前記結晶成長層を気相成長させる時に行われることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記成長基板がＳｉ基板であり、前記複数の結晶成長層が窒化物半導体層であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記各天井板要素を前記サセプタに対して傾斜させて前記サセプタ側へ熱線の戻りを抑制する工程において、前記各天井板要素を前記サセプタに対して傾斜させる時点が、第１の窒化物半導体層上に、前記第１の窒化物半導体層より格子定数の大きな第２の窒化物半導体層の成長開始時点であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は気相成長装置及び半導体装置の製造方法に関するものであり、例えば、シリコン基板等の成長基板上に窒化物半導体等の異種結晶成長層をＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長〕法等の気相成長法により成膜する気相成長装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のネットワーク社会の急激な発展により、無線通信システムの増加やそれに伴う電波の需要がさらに増大すると予想される。このような高周波動作に対応するためには高速動作が可能な半導体装置の開発が急務である。ＧａＮ系ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）をはじめとする窒化物半導体装置は、高い飽和電子速度及びワイドバンドギャップ等の特徴を有している。そのため、高耐圧且つ高出力の半導体デバイスとしての開発が活発に行われている。
【０００３】
ＧａＮ系ＨＥＭＴとしては、ＧａＮを電子走行層とし、ＡｌＧａＮを電子供給層として用いたＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴが注目されている。近年、特に、基板としてサファイア基板やＳｉＣ基板の代わりにシリコン基板を成長基板として用いたＧａＮ系ＨＥＭＴが注目を集めている。
【０００４】
ここで、図１０を参照して従来のＧａＮ系ＨＥＭＴ（窒化物半導体装置）の一例を説明する。図１０は従来のＧａＮ系ＨＥＭＴの概略的断面図である。シリコン基板５１上にＡｌＮバッファ層５２を予め形成した基板上に、ＡｌＮバッファ層５３及びＡｌＧａＮバッファ層５４を形成する。次いで、よりＡｌ組成比の小さなＡｌＧａＮバッファ層５５、ＧａＮチャネル層５６及びｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層５７を順次形成する。このＧａＮチャネル層５６のｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層５７との界面側に二次元電子層５８が形成される。
【０００５】
次いで、窒化膜５９を形成したのち、ゲート開口部を形成し、このゲート開口部にゲート絶縁膜６０及びゲート電極６１を形成する。次いで、第１層間絶縁膜６２を形成したのち、ソース・ドレイン用コンタクトホールを形成して、このコンタクトホールを導電性部材で埋め込むことによってソース電極６３及びドレイン電極６４を形成する。次いで、第２層間絶縁膜６５を形成したのち、ゲート電極６１、ソース電極６３及びドレイン電極６４に達するコンタクトホールを形成する。次いで、このコンタクトホールを導電性部材で埋め込むことによって、ゲート引出電極６６、ソース引出電極６７及びドレイン引出電極６８を形成し、次いで、ＳｉＮ封止膜６９を形成する。
【０００６】
このようなＧａＮ系ＨＥＭＴの成長方法としては通常はＭＯＣＶＤ法が用いられている。図１１は従来のＭＯＣＶＤ装置の概念的構成図であり、チャンバー７０内に抵抗加熱や誘導加熱等によるサセプタ加熱手段７１を介してウェーハ７３を載置するサセプタ７２を配置する。一方、サセプタ７２上には熱線を反射する天井板７４が配置されている。このチャンバー７０内にはガス導入装置７５から有機金属ガスが導入され、排気ポンプ７６で排気されるとともに、有害成分は排気除害装置７７で除外される。また、チャンバー７０の天井面側には各種測定装置７８が設けられている。天井板７４は材料ガスの整流、材料の付着ライナー等の役割もある。
【０００７】
結晶成長時には、ガス導入装置７５により、流量のｏｎ-ｏｆｆを制御した有機金属ガスを含む複数の材料ガスの混合ガスをチャンバー７０に導入し、ウェーハ７３上で熱分解、反応させ、ウェーハ７０上に所望の半導体材料をエピタキシャル成長させる。この時、ウェーハ７３の表面は光学的手段を備えた各種測定装置７８により、温度、反り、反射率等を必要に応じて測定する。
【０００８】
図１２は、従来のＭＯＣＶＤ装置のウェーハ近傍の概念的構成図であり、チャンバーの天井面側には水冷機構を備えたリアクタ天井７９が設けられている。このリアクタ天井７９の過熱を避けるために、ガス流８０により冷却するＭＯＣＶＤ装置もある。
【０００９】
このように、シリコンウェーハ上にＧａＮ系半導体層を成長させるヘテロエピタキシャル成長工程においては、ウェーハの反りが発生する。反りの原因としては成長中の物質と下地の格子定数の大小関係、基板温度を変化させた時の熱膨張係数の差、そして成長中においてはウェーハ表面−裏面の温度差がある。
【００１０】
図１３はウェーハの反りと格子定数との関係の説明図であり、格子定数の大きな物質８１上に格子定数の小さな物質８２を成長させると、少なくとも臨界膜厚まではｐｓｅｕｄｏ-ｍｏｒｐｈｉｃに成長するため、下凸方向に反る。格子定数の関係が逆であれば、逆方向に反る。
【００１１】
図１４はウェーハの反りと熱膨張係数との関係の説明図である。１０００℃程度或いはそれ以上の温度で成長した後、温度を室温まで下げる際には、熱膨張係数の差が問題となる。窒化物半導体８４はＳｉ８３に比べて熱膨張係数が大きいため、温度が変化すると、窒化物半導体８４の収縮量が大きいため下凸方向に反る。
【００１２】
図１５はウェーハの反りと表裏面の温度差との関係の説明図である。一般的なＭＯＣＶＤ装置は図１０に示すように裏面から加熱する構成が多い。一方、表面側は材料ガスを含んだキャリアガスが流れているため、そのガスに熱が奪われ温度が下がり、比較すれば裏面が高温で表面が低温という温度差が付いている。温度が高い方がより膨張するので、下凸方向に反る。
【００１３】
図１６は、成長中のウェーハの反りのタイムチャートである。図において、横軸が時間〔秒〕であり、縦軸はウェーハ表面の曲率半径の逆数〔ｋｍ-１〕であり、成長中の反り量を表したものである。値が０の場合は反り無し。正の場合は下凸、負の場合は上凸であり、値の絶対値が大きいほど反りが大きい。
【００１４】
時間軸に沿って反りの変化を説明する。予めＡｌＮバッファ層５２を成長させたシリコン基板５１をウェーハとする。この場合のＡｌＮバッファ層５２の格子定数はＳｉとＡｌＮの間の格子定数になっていると考えられ、その反りを例えば５０ｋｍ-１で下側に凸状態であるとする。まず、矢印Ａのように基板温度を上昇させると、ウェーハの表裏面温度差による下凸の反りが増大する。
【００１５】
次いで、ＡｌＮバッファ層５２上にＡｌＮバッファ層５３→Ａｌ組成の高いＡｌＧａＮバッファ層５４→Ａｌ組成の低いＡｌＧａＮバッファ層５５→ＧａＮチャネル層５６→ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層５７の順に結晶成長させる。ＡｌＮバッファ層５３の成長工程で矢印Ｂで示すように、下凸方向の反りが増大する。次いで、ＡｌＧａＮバッファ層５４の成長工程において、矢印Ｃで示すように下凸方向の反りが減少し、ＡｌＧａＮバッファ層５５の成長工程において、矢印Ｄで示すように上凸方向の反りに反転する。
【００１６】
次いで、更に格子定数の大きいＧａＮチャネル層５６の成長工程において、矢印Ｅで示すように、上凸方向の反りが増大する。最後にｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層５７の成長工程において、矢印Ｆで示すように上凸方向の反りが少し減少する。結晶成長が終了したのち、基板温度を室温まで下げるにしたがい、次の２つの機構により反りが変化する。１つは矢印Ｇで示すような熱膨張係数差による下凸方向の変化、もう１つは矢印Ｈで示すような表裏面温度差が減ることによる上凸方向の変化である。なお、この変化は同時に発生するが、図では便宜的に２本の矢印で表現した。成長した層構造や途中の成長条件により、最終的な反りは決まる。場合によっては図に示すように上凸状態に留まることもあるし、下凸状態に変化する場合もある。最終的な反りは−１０ｋｍ−１〜３０ｋｍ−１程度が望ましい。反りが−１０ｋｍ−１以下或いは３０ｋｍ−１以上になると、以降のプロセス中でのウェーハ割れや、露光装置での吸着不良を起こす原因となる。
【００１７】
また、反りに関係する別の問題としては、成長中の反りが大きくなり過ぎるという問題がある。反りの絶対値が１００ｋｍ−１程度以内であれば、反りは可逆的変形の範囲であり問題はないが、１００ｋｍ−１を超えると不可逆的な変形を起こす。これはウェーハクラックやスリップといった損傷に相当し、その後のウェーハプロセス中の割れに繋がったり、その結晶を用いて作製した半導体装置の特性を大きく損なうため問題となる。
【００１８】
そのため、成長中における下凸方向の反りが大きくなる工程においては、表面側に副次的加熱手段を設けて表裏面温度差を小さくすることで、下凸方向の反り量を低減することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００９−２９５６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかし、上凸方向の反りが大きくなる工程においては、逆に表面を更に冷却しなければならないが、そのような手段がなく、結晶に損傷を与えてしまい問題となっていた。また、反りが大きいとウェーハとサセプタの接触の具合が変化してしまい、それが面内温度分布の悪化に繋がっていた。なお、図１２に示した天井板の裏面にガス流を流して温度制御する方法もあるが、効果は限られているのが現状である。
【００２１】
したがって、気相成長装置及び気相成長方法において、成長層表面側が上凸状態になる結晶成長工程における上凸方向の反り量を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
開示する一観点からは、反応容器と、前記反応容器内に収容されて成長基板を載置するサセプタと、前記反応容器内の天井部に設けられた冷却機構と、前記サセプタと前記冷却機構の間に設けられ、複数枚の天井板要素を含み、前記サセプタ側からの熱を反射する天井板と、前記各天井板要素の前記サセプタに対する傾斜角を制御する駆動機構とを備えたことを特徴とする気相成長装置が提供される。
【００２３】
また、開示する別の観点からは、サセプタ上に載置した成長基板上に、前記成長基板と格子定数及び熱膨張係数が異なる複数の結晶成長層を気相成長させる工程と、前記サセプタと対向するように設けられた複数の分割された天井板要素を含む天井板の前記各天井板要素を前記サセプタに対して傾斜させて前記サセプタ側への熱線の戻りを抑制する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２４】
開示の気相成長装置及び半導体装置の製造方法によれば、成長層表面側が上凸状態になる結晶成長工程における上凸方向の反り量を低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態の気相成長装置の概念的構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の気相成長工程の説明図である。
【図３】本発明の実施例１のＭＯＣＶＤ装置の概念的構成図である。
【図４】本発明の実施例１のＭＯＣＶＤ装置に用いられる天井板の概念的構成図である。
【図５】本発明の実施例１のＭＯＣＶＤ装置に用いられるリアクタ天井の熱線戻り防止面の概念的構成図である。
【図６】本発明の実施例１のＭＯＣＶＤ工程の説明図である。
【図７】本発明の実施例１のＭＯＣＶＤ工程中のウェーハの反りのタイムチャートである。
【図８】本発明の実施例２のＭＯＣＶＤ装置に用いる天井板の概念的構成図である。
【図９】本発明の実施例２の天井板の変形例の説明図である。
【図１０】従来のＧａＮ系ＨＥＭＴの概略的断面図である。
【図１１】従来のＭＯＣＶＤ装置の概念的構成図である。
【図１２】従来のＭＯＣＶＤ装置のウェーハ近傍の概念的構成図である。
【図１３】ウェーハの反りと格子定数との関係の説明図である。
【図１４】ウェーハの反りと熱膨張係数との関係の説明図である。
【図１５】ウェーハの反りと表裏面の温度差との関係の説明図である。
【図１６】成長中のウェーハの反りのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
ここで、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態の気相成長装置及び気相成長方法を説明する。図１は本発明の実施の形態の気相成長装置の概念的構成図である。反応容器１内に成長基板３を載置するサセプタ２が配置されるともに、サセプタ２の背面には抵抗加熱や誘導加熱等によるサセプタ加熱手段４が設けられている。反応容器１の天井部には冷却機構５が設けられており、この冷却機構５のサセプタ２との対向面は乱反射面や熱線吸収面等の熱線戻り防止面６とすることが望ましい。
【００２７】
サセプタ２と冷却機構５の間にはサセプタ側からの熱線を反射する天井板７が設けられており、この天井板７は複数枚の天井板要素８からなるとともに、各天井板要素８のサセプタ２に対する傾斜角を制御する駆動機構（図示は省略）が設けられている。この場合の天井板７は、平面形状が円環状であり、天井板要素８が円環の中心を通る放射状線で分割された形状でも良く、その場合には、駆動機構は円環の中空部に配置される。或いは、天井板７は、平面形状が矩形状であり、各天井要素８が短冊状矩形に分割された鎧戸状の形状でも良く、その場合には、駆動機構は短冊状矩形の短辺側の側部に配置される。
【００２８】
また、天井板７の下面には成長ガスの乱れを抑制するために、整流板となる透明平板９を設けることが望ましい。この透明平板９は、耐熱性を有する透明物であれば良く、例えば、石英ガラス板を用いる。このように、透明平板９を設けると成膜工程において、透明平板の表面にも膜が堆積するが、この場合には、透明平板９を交換するか或いは洗浄すれば良く、天井板要素８及び駆動機構を備えた天井板７を交換する必要はなくなる。
【００２９】
反応容器１内にはガス導入装置１０から有機金属ガス等の成長ガスが導入され、排気ポンプ１１で排気されるとともに、有害成分は排気除害装置１２で除外される。また、反応容器１の天井面側には光学手段を備えて温度、反り或いは反射率を測定する各種測定装置１３を設けても良い。
【００３０】
図２は、本発明の実施の形態の気相成長工程の説明図であり、図２（ａ）は成長層表面側が下凸状態になる結晶成長工程におけるウェーハ近傍の概念的構成図であり、天井板７は平坦な状態のままであり、サセプタ２からの熱線をサセプタ側に反射している。図２（ａ）に示した気相成長工程は、例えば、図１０に示した窒化物半導体装置の製造工程の一部として実施される。
【００３１】
図２（ｂ）は成長層表面側が上凸状態になる結晶成長工程におけるウェーハ近傍の概念的構成図であり、駆動機構を駆動させて各天井板要素８をサセプタ２に対して傾斜させる。この場合の傾斜角は、冷却機構５のサセプタ２との対向面が熱線戻り防止面６になっている場合には、４５°以上でも良く、特に、熱線戻り防止面６がほぼ完全な熱線吸収面の場合には９０度でも良い。一方、熱線戻り防止面６になっていない場合には、４５°以下の傾斜角にして、冷却機構５のサセプタ２との対向面で反射された熱線がサセプタ側に戻りにくくすることが望ましい。なお、結晶成長中のウェーハの反りを測定装置１３によりモニタしながら、その値により自動で天井板要素８の傾斜角を変更しても良い。
【００３２】
このように、成長層表面側が上凸状態になる結晶成長工程において、各天井板要素８をサセプタ２に対して傾斜させて、各天井板要素８により熱線が反射されてサセプタ側に戻らないようにしているので、ウェーハの表裏の温度差をより大きくすることができる。それによって、上凸状態の反り量を低減することができるので、成長工程において、ウェーハクラックやスリップの発生を防止することが可能になる。
【００３３】
なお、本発明の気相成長装置はＭＯＣＶＤ装置に限られるものではなく、ＡＬＤ（原子層堆積）装置等の他の気相成長装置にも適用されるものである。また、成長基板と異種結晶成長層の組み合わせは、シリコン基板と窒化物半導体層の組み合わせが典型的なものであるが、サファイア基板或いはＳｉＣ基板と窒化物半導体層の組み合わせにも適用されるものである。さらには、窒化物半導体層に限られるものではなく、ヘテロエピタキシャル成長工程一般にも適用されるものである。
【実施例１】
【００３４】
次に、図３乃至図７を参照して、本発明の実施例１のＭＯＣＶＤ装置及び結晶性成長工程を説明する。図３は、本発明の実施例１のＭＯＣＶＤ装置の概念的構成図であり、チャンバー２１内に抵抗加熱や誘導加熱等によるサセプタ加熱手段２２を介してウェーハ２４を載置するサセプタ２３を配置する。また、チャンバー２１の天井面側には水冷機構２６を備えたリアクタ天井２５が設けられており、その下面は熱線戻り防止面２７になっている。
【００３５】
サセプタ２３上には石英ガラス板からなる整流板２８を介して熱線を反射する天井板２９が配置されている。この天井板２９は分割された複数の天井板要素３０で形成されており、この天井板要素３０は後述する駆動機構により傾斜角を任意に変更することができる。このチャンバー２１内にはガス導入装置３１から有機金属ガスが導入され、排気ポンプ３２で排気されるとともに、有害成分は排気除害装置３３で除外される。また、チャンバー２１の天井面側には光学手段を備えた各種測定装置３４が設けられている。
【００３６】
図４は、本発明の実施例１のＭＯＣＶＤ装置に用いられる天井板の概念的構成図であり、天井板２９は平面形状が円環状であり、天井板要素３０が円環の中心を通る放射状線で分割された形状である。駆動機構は２つのかさ歯車４１，４２からなり、各天井板要素３０はかさ歯車４２に固定されており、中央のかさ歯車４１を回転させることによって、連動してかさ歯車４２が回転して各天井板要素３０が傾斜する。
【００３７】
図５は、本発明の実施例１のＭＯＣＶＤ装置に用いられるリアクタ天井の熱線戻り防止面の概念的構成図であり、図５（ａ）に示すように乱反射面３５とする。この乱反射面３５により天井板２９を通過した熱線はランダムな方向に反射されてサセプタ側には戻りにくくなる。なお、この熱線戻り防止面は図５（ｂ）に示すようにカーボンブラック等を塗布した熱線吸収面３６でも良い。
【００３８】
図６は、本発明の実施例１のＭＯＣＶＤ工程の説明図であり、図６（ａ）は成長層表面側が下凸状態になる結晶成長工程におけるウェーハ近傍の概念的構成図であり、天井板２９は平坦な状態のままであり、サセプタ側からの熱線をサセプタ側に反射している。図６に示したＭＯＣＶＤ工程は、例えば、図１０に示した窒化物半導体装置の製造工程の一部として実施される。
【００３９】
図６（ｂ）は成長層表面側が上凸状態になる結晶成長工程におけるウェーハ近傍の概念的構成図であり、駆動機構を駆動ささせて各天井板要素３０をサセプタ２３に対して９０°傾斜させる。この状態でサセプタ側からの熱線は天井板要素３０の間隙を通過して熱線戻り防止面２７で乱反射或いは吸収されて、サセプタ側に戻らなくなる。したがって、ウェーハ２４の表面が反射熱線により加熱されることがないので、ウェーハの表裏の温度差が大きくなり、上凸状態の反り量が低減されることになる。
【００４０】
この時、リアクタ天井側のガス流は、天井板要素３０が立ち上がることによって乱れるが、ウェーハ側のガス流は整流板２８の存在により乱れることがないので、結晶成長に影響を与えることがない。
【００４１】
図７は、本発明の実施例１のＭＯＣＶＤ工程中のウェーハの反りのタイムチャートである。図において、横軸が時間〔秒〕であり、縦軸はウェーハ表面の曲率半径の逆数〔ｋｍ-１〕であり、成長中の反り量を表したものである。時間軸に沿って反りの変化を説明すると、まず、従来例と同様に予めＡｌＮバッファ層５２を成長させたシリコン基板５１をウェーハとする。この場合のＡｌＮバッファ層５２の格子定数はＳｉとＡｌＮの間の格子定数になっていると考えられ、その反りを例えば５０ｋｍ-１で下側に凸状態であるとする。まず、矢印Ａのように基板温度を上昇させると、ウェーハの表裏面温度差による下凸の反りが増大する。
【００４２】
次いで、ＡｌＮバッファ層５２上にＡｌＮバッファ層５３→Ａｌ組成の高いＡｌＧａＮバッファ層５４→Ａｌ組成の低いＡｌＧａＮバッファ層５５→ＧａＮチャネル層５６→ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層５７の順に結晶成長させる。ＡｌＮバッファ層５３の成長工程で矢印Ｂで示すように、下凸方向の反りが増大する。次いで、ＡｌＧａＮバッファ層５４の成長工程において、矢印Ｃで示すように下凸方向の反りが減少し、ＡｌＧａＮバッファ層５５の成長工程において、矢印Ｄで示すように上凸方向の反りに反転する。この時までは、天井板２９は図６（ａ）に示した状態のままである。
【００４３】
次いで、更に格子定数の大きいＧａＮチャネル層５６の成長工程において図６（ｂ）に示すように、各天井板要素３０を傾斜させてウェーハ２４の表裏の温度差を大きくすることで、破線で示す従来の反り量よりも反り量を低減する。この工程でウェーハ２４の反り量は１００ｋｍ−１を超えないので、ウェーハクラックやスリップが発生することはない。
【００４４】
最後にｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層５７の結晶成長が終了したのち、基板温度を室温まで下げるにしたがい、次の２つの機構により反りが変化する。１つは矢印Ｇで示すような熱膨張係数差による下凸方向の変化、もう１つは矢印Ｈで示すような表裏面温度差が減ることによる上凸方向の変化である。なお、この変化は同時に発生するが、図では便宜的に２本の矢印で表現した。
【００４５】
このように、本発明の実施例１においては、ウェーハの上凸状態の反りがピークになるＧａＮチャネル層５６の成長工程において、天井板要素３０を傾斜させているので、成長中のウェーハ２４の反りの絶対値を１００ｋｍ−１以下に保つことができる。また、室温状態に戻したウェーハ２４の反り量を−１０ｋｍ−１〜３０ｋｍ−１以下にすることができるので、以降のプロセス中でのウェーハ割れや、露光装置での吸着不良を起こすことがない。
【実施例２】
【００４６】
次に、図８を参照して本発明の実施例２のＭＯＣＶＤ装置を説明するが、天井板の構造以外は、上記の実施例２と同様であるので、天井板の構成のみを説明する。図８は、本発明の実施例２のＭＯＣＶＤ装置に用いる天井板の概念的構成図である。天井板４５は複数の短冊状の天井板要素４６によって形成され、ラックギア４７とピニオンギア４８からなる駆動機構が短冊状の天井板要素４６の側部に配置されている。天井板要素４６はピニオンギア４８に固定され、ラックギア４７の水平移動に伴ってピニオンギア４８とともに回転して所定の傾斜角に設定される。
【００４７】
上記の実施例１の天井板２９はチャンバーが円筒状でサセプタが回転するプラネタリー型のＭＯＣＶＤ装置にしか適用できないが、この実施例２の天井板４５は中央部が開口になっていないので、各種の構造のＭＯＣＶＤ装置に適用できる。なお、チャンバーが円同状の場合には、天井板４５の平面形状を円板状にすれば良い。
【００４８】
なお、図９は本発明の実施例２の天井板の変形例の説明図であり、図９（ａ）は平坦な状態における断面図であり、図９（ｂ）は駆動機構により傾斜させた状態の断面図である。図に示すように、天井板４９を形成する分割された複数の天井板要素５０の断面形状を逆Ｚ形状にしたものである。この形状にすることにより、４５°以下の傾斜角で傾斜させた場合に、リアクタ天井の対向面がサセプタ側から完全に隠れるので、リアクタ天井からサセプタ側への熱線の戻りを大幅に低減することができる。また、リアクタ天井の対向面に熱線戻り防止面を設けた場合にも、熱線戻り防止面から若干の反射が生じるので、このような反射熱線がサセプタ側に戻るのを大幅に低減することができる。なお、このような天井板要素５０の形状は、図４に示したドーナツ状の天井板２９を形成する天井板要素３０の形状にも適用できる。
【実施例３】
【００４９】
次に、本発明の実施例３のＭＯＣＶＤ工程を説明するが、基本的な成長工程は図７に示したタイムチャートと全く同様であるので図示は省略する。この実施例３においては、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層５７の成長工程において、天井板２９を図６（ａ）に示すように平坦な状態に戻すものである。即ち、ＧａＮチャネル層５６→ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層５７の成長時は最も重要な２次元電子ガス層５８が形成する部分の成長である。したがって、通常はｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層５７はＧａＮチャネル層５６より高温で成長することが多い。その結果、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層５７の結晶成長開始時にはウェーハの裏面の温度が急激に上がり、ひいては表裏面の温度差も急激に拡大する。
【００５０】
しかし、この実施例３においては、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層５７の成長工程において、天井板２９を図６（ａ）に示すように平坦な状態に戻しているので、表裏面温度差の急激な変化を抑制し、面内温度分布の悪化を抑制するができる。
【００５１】
ここで、実施例１乃至実施例３を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
（付記１）反応容器と、前記反応容器内に収容されて成長基板を載置するサセプタと、前記反応容器内の天井部に設けられた冷却機構と、前記サセプタと前記冷却機構の間に設けられ、複数枚の天井板要素を含み、前記サセプタ側からの熱を反射する天井板と、前記各天井板要素の前記サセプタに対する傾斜角を制御する駆動機構と、を備えたことを特徴とする気相成長装置。
（付記２）前記天井板の前記サセプタとの対向面側に熱線を透過させる透明平板を備えたことを特徴とする付記１に記載の気相成長装置。
（付記３）前記天井板の平面形状が円環状であり、各天井板要素が円環の中心を通る放射状線で分割されており、前記駆動機構が円環の中空部に配置されていることを特徴とする付記１または付記２に記載の気相成長装置。
（付記４）前記天井板の平面形状が矩形状であり、前記各天井板要素が短冊状矩形に分割されており、前記駆動機構が前記短冊状矩形の短辺側の側部に配置されていることを特徴とする付記１または付記２に記載の気相成長装置。
（付記５）前記冷却機構の前記天井板との対向面が、乱反射面或いは熱線吸収面になっていることを特徴とする付記１乃至付記４のいずれか１に記載の気相成長装置。
（付記６）サセプタ上に載置した成長基板上に、前記成長基板と格子定数及び熱膨張係数が異なる複数の結晶成長層を気相成長させる工程と、前記サセプタと対向するように設けられた複数の分割された天井板要素を含む天井板の前記各天井板要素を前記サセプタに対して傾斜させて前記サセプタ側への熱線の戻りを抑制する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記７）前記各天井板要素を前記サセプタに対して傾斜させて前記サセプタ側へ熱線の戻りを抑制する工程は、前記結晶成長層が堆積した前記成長基板の反りが前記結晶成長層側に凸になる組成の前記結晶成長層を気相成長させる時に行われることを特徴とする付記６に記載の半導体装置の製造方法。
（付記８）前記各天井板要素を前記サセプタに対して傾斜させて前記サセプタ側へ熱線の戻りを抑制する工程は、前記結晶成長層側に凸である前記成長基板の反りの量がピーク値になるときに行われることを特徴とする付記７に記載の半導体装置の製造方法。
（付記９）前記成長基板がＳｉ基板であり、前記複数の結晶成長層が窒化物半導体層であることを特徴とする付記６に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１０）前記各天井板要素を前記サセプタに対して傾斜させて前記サセプタ側へ熱線の戻りを抑制する工程において、前記各天井板要素を前記サセプタに対して傾斜させる時点が、第１の窒化物半導体層上に、前記第１の窒化物半導体層より格子定数の大きな第２の窒化物半導体層の成長開始時点であることを特徴とする付記９に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１１）前記第１の窒化物半導体層がＡｌＧａＮ層であり、前記第２の窒化物半導体層がＧａＮチャネル層であることを特徴とする付記１０に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１２）前記窒化物半導体層を成長させる工程において、有機金属ガスを成長ガスとして用いることを特徴とする付記９乃至付記１１のいずれか１に記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００５２】
１  反応容器
２  サセプタ
３  成長基板
４  サセプタ加熱手段
５  冷却機構
６  熱線戻り防止面
７  天井板
８  天井板要素
９  透明平板
１０  ガス導入装置
１１  排気ポンプ
１２  排気除害装置
１３  測定装置
２１，７０  チャンバー
２２，７１  サセプタ加熱手段
２３，７２  サセプタ
２４，７３  ウェーハ
２５，７９  リアクタ天井
２６  水冷機構
２７  熱線戻り防止面
２８  整流板
２９，４５，４９，７４  天井板
３０，４６，５０  天井板要素
３１，７５  ガス導入装置
３２，７６  排気ポンプ
３３，７７  排気除害装置
３４，７８  測定装置
３５  乱反射面
３６  熱線吸収面
４１，４２  かさ歯車
４７  ラックギア
４８  ピニオンギア
５１  シリコン基板
５２，５３  ＡｌＮバッファ層
５４  ＡｌＧａＮバッファ層
５５  ＡｌＧａＮバッファ層
５６  ＧａＮチャネル層
５７  ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層
５８  二次元電子ガス層
５９  窒化膜
６０  ゲート絶縁膜
６１  ゲート電極
６２  第１層間絶縁膜
６３  ソース電極
６４  ドレイン電極
６５  第２層間絶縁膜
６６  ゲート引出電極
６７  ソース引出電極
６８  ドレイン引出電極
６９  ＳｉＮ封止膜
８０  ガス流
８１  格子定数の大きな物質
８２  格子定数の小さな物質
８３  Ｓｉ
８４  窒化物半導体
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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