(57)【要約】【課題】エピタキシャル層の成長完了までの時間を短縮し、基板上に成長させるエピタキシャル層の種類を選択成長可能な半導体製造装置を提供する。【解決手段】原料ガスが供給され、その原料ガスで基板９上に半導体膜を成長させる反応炉３と、その反応炉３内に設けられ、基板９を収納穴１０に収納して保持する成長用治具４とを備えた半導体製造装置１において、成長用治具４に、収納穴１０を開閉するシャッター１１を設けたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスが供給され、その原料ガスで基板上に半導体膜を成長させる反応炉と、その反応炉内に設けられ、上記基板を収納穴に収納して保持する成長用治具とを備えた半導体製造装置において、上記成長用治具に、上記収納穴を開閉するシャッターを設けたことを特徴とする選択成長可能な半導体製造装置。
【請求項２】
上記収納穴は円形に形成され、上記シャッターは、２分割の半円形シャッター片の一端同士を連結して構成される請求項１記載の選択成長可能な半導体製造装置。
【請求項３】
上記原料ガスとして、ＡｓＨ3 、ＰＨ3 、ＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 、Ｈ2 Ｓｅ、Ｇａ（ＣＨ3 ）3 、Ａｌ（ＣＨ3 ）3 、Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 、Ｇａ（ＣＨ3 ＣＨ2 ）3 を用いる請求項１または２記載の選択成長可能な半導体製造装置。
【請求項４】
上記成長用治具に保持した上記基板の成長面の向きが上向きである請求項１〜３いずれかに記載の選択成長可能な半導体製造装置。
【請求項５】
上記シャッターの材質がグラファイトである請求項１〜４いずれかに記載の選択成長可能な半導体製造装置。
【請求項６】
上記シャッターの材質がＳｉＣである請求項１〜４いずれかに記載の選択成長可能な半導体製造装置。
【請求項７】
上記シャッターの材質がＴａである請求項１〜４いずれかに記載の選択成長可能な半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料ガスで基板上に半導体膜を成長させる反応炉と、その反応炉内に設けられ、上記基板を保持する成長用治具とを備えた半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体製造装置は、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法などの結晶成長法を用いている。この半導体製造装置は、原料ガスが供給され、その原料ガスで基板上に半導体膜（エピタキシャル層）を成長させる反応炉（成長炉）を備える。反応炉内には、図４に示すような成長用治具（成長用ジグ、あるいはサセプタ）４１が設けられる。成長用治具４１には収納穴４２が形成され、この収納穴４２に基板が収納されて保持される。
【０００３】
従来の半導体製造装置では、反応炉内に基板をセットした状態の成長用治具４１を配置し、基板を加熱して反応炉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上に結晶成長し、エピタキシャル層が形成される。基板は、インゴットをスライスしたものなので、エピタキシャルウェハ（エピウェハ）とも言う。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２５１９１号公報
【特許文献２】特開２００６−４１３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の半導体製造装置では、基板は成長面が常に露出した状態なので、１回の成長作業により成長できるエピタキシャル層は１種類である。基板上に異なるエピタキシャル層を成長させるためには、反応炉から一度基板を取り出し、新しい基板を成長用治具４１にセットし、もう一度同じ成長作業の工程を繰り返して実施せねばならず、２種類のエピタキシャル層の成長完了までに、１種類のエピタキシャル層の成長完了までと比べて倍の時間を要してしまう。
【０００７】
また、製品特性を詳細に比較し、スピーディーな製品開発が求められる昨今、従来の半導体製造装置では、成長条件の異なるエピタキシャル層の成長自体に時間がかかるだけでなく、反応炉内の条件を全く同じとして異なるエピタキシャル層の成長を実施したい場合でも、全く同じ炉の状態を再現することは困難であった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、エピタキシャル層の成長完了までの時間を短縮し、基板上に成長させるエピタキシャル層の種類を選択成長可能な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】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、原料ガスが供給され、その原料ガスで基板上に半導体膜を成長させる反応炉と、その反応炉内に設けられ、上記基板を収納穴に収納して保持する成長用治具とを備えた半導体製造装置において、上記成長用治具に、上記収納穴を開閉するシャッターを設けた選択成長可能な半導体製造装置である。
【００１０】
請求項２の発明は、上記収納穴は円形に形成され、上記シャッターは、２分割の半円形シャッター片の一端同士を連結して構成される請求項１記載の選択成長可能な半導体製造装置である。
【００１１】
請求項３の発明は、上記原料ガスとして、ＡｓＨ3 、ＰＨ3 、ＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 、Ｈ2 Ｓｅ、Ｇａ（ＣＨ3 ）3 、Ａｌ（ＣＨ3 ）3 、Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 、Ｇａ（ＣＨ3 ＣＨ2 ）3 を用いる請求項１または２記載の選択成長可能な半導体製造装置である。
【００１２】
請求項４の発明は、上記成長用治具に保持した上記基板の成長面の向きが上向きである請求項１〜３いずれかに記載の選択成長可能な半導体製造装置である。
【００１３】
請求項５の発明は、上記シャッターの材質がグラファイトである請求項１〜４いずれかに記載の選択成長可能な半導体製造装置である。
【００１４】
請求項６の発明は、上記シャッターの材質がＳｉＣである請求項１〜４いずれかに記載の選択成長可能な半導体製造装置である。
【００１５】
請求項７の発明は、上記シャッターの材質がＴａである請求項１〜４いずれかに記載の選択成長可能な半導体製造装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、基板上に成長させるエピタキシャル層の種類を選択可能とし、エピタキシャル層の成長以外の段取り時間を従来の半分に削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１８】
図１は、本発明の好適な実施形態を示す選択成長可能な半導体製造装置の構成図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態に係る選択成長可能な半導体製造装置１は、ＭＯＶＰＥ装置に適用した例であり、ガス供給手段２と、反応炉３と、反応炉３内に設けられる成長用治具（成長用ジグ、あるいはサセプタ）４と、排気系５とで主に構成される。ガス供給手段２と反応炉３の供給側は反応管（ガス供給・排気管）６で接続され、反応炉３の排気側は排気系５を通して反応管６が接続される。
【００２０】
ガス供給手段２は、シリンダーキャビネット７と、そのシリンダーキャビネット７内に備えられ、半導体膜（エピタキシャル層）の原料となる原料ガスを充填した原料ガスボンベ８とからなる。
【００２１】
原料ガスとしては、化合物半導体の材料となるＡｓＨ3 （アルシン）、ＰＨ3 （ホスフィン）、ＳｉＨ4 （モノシラン）、Ｓｉ2 Ｈ6 （ジシラン）、Ｈ2 Ｓｅ（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（ＣＨ3 ＣＨ2 ）3 （トリエチルガリウム）を用いる。
【００２２】
反応炉３は、ガス供給手段２から原料ガスが供給され、その原料ガスで基板９上にエピタキシャル層をそれぞれ成長させるものである。
【００２３】
サセプタ４には、ほぼ円形の収納穴（あるいは収容穴）１０が複数個形成され、各収納穴１０に基板９がそれぞれ収納（あるいは収容）される。サセプタ４には、図示しない固定用爪あるいはクランク状の腕部が設けられており、これらで収納穴１０に収納した基板９が保持される。本実施形態では、サセプタ４に保持した基板９の成長面の向きは上向き（フェイスアップ）である。
【００２４】
サセプタ４は、耐熱性、原料ガスに対する不活性さ、耐腐食性が高い材質、例えば、グラファイト、ＳｉＣ（炭化珪素）、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ、耐熱性セラミックスなどで形成される。
【００２５】
また、反応炉３内には、サセプタ４を取り付けるための図示しない基板固定用治具も設けられる。この基板固定用治具には、サセプタ４が複数個取り付けられる。基板固定用治具は、サセプタ４に保持した基板９の表面を原料ガスに曝すと共に、基板９の落下および基板９の位置ズレを防止するためのものである。
【００２６】
サセプタ４の裏面、あるいは各収納穴１０の底部には、基板加熱時に熱を基板９に伝導させ、基板９の表面の温度を均一にするための図示しない均熱板が設けられる。均熱板は、金属などの熱伝導性が高い材料で形成される。
【００２７】
排気系５には、反応炉３内を真空排気すると共に、エピタキシャル層の成長に寄与しなかった原料ガスを排気する真空ポンプが備えられる。
【００２８】
さて、図２に示すように、サセプタ４の各収納穴１０の上部には、各収納穴１０をそれぞれ独立して開閉するシャッター１１が設けられる。
【００２９】
各シャッター１１は、左右２分割のほぼ半円形のシャッター片１１Ｌ，１１Ｒを備え、これらの一端同士を、シャッター片１１Ｌ，１１Ｒがサセプタ４の表面あるいは裏面に沿って回動自在になるように連結して構成される。
【００３０】
図２の例では、全てのシャッター１１を同時に開閉できないが、サセプタ４に形成する各収納穴１０の間隔を図２よりも広くし、全てのシャッター１１を同時に開閉できるようにしてもよい。
【００３１】
各シャッター１１は、基板９への熱伝導を均一にするため、サセプタ４と同じ材質で形成するとよい。すなわち、各シャッター１１は、耐熱性、原料ガスに対する不活性さ、耐腐食性が高い材質、例えば、グラファイト、ＳｉＣ（炭化珪素）、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ、耐熱性セラミックスなどで形成される。
【００３２】
各シャッター１１には、圧縮した不活性ガス（例えば、窒素ガス）を用いた図示しない空気圧シリンダなどの駆動手段がそれぞれ接続され、これら駆動手段で各シャッター１１がそれぞれ開閉される。駆動手段の駆動に不活性ガスを使うと、空気を使う場合に比べ、基板９上に形成するエピタキシャル層や、サセプタ４、シャッター１１に生じる不具合を防止できる。
【００３３】
本実施形態の作用を説明する。
【００３４】
まず、半導体製造装置１では、サセプタ４の各収納穴１０に基板９をそれぞれ収納してサセプタ４に基板９を保持し、サセプタ４に基板９をセット（ウェハセット）する。エピタキシャル層を成長させる基板９を収納した収納穴１０のシャッター１１を開き、基板９の表面（基板成長面）を露出させる。このとき、エピタキシャル層を成長させない基板９を収納した収納穴１０のシャッター１１を閉じ、基板成長面をシャッター１１で覆う。反応炉３内の基板固定用治具にウェハセットしたサセプタ４を取り付ける。
【００３５】
この状態で排気系５により反応炉３を真空排気し、反応炉３内を加熱して基板９を加熱し、ガス供給手段２から反応炉３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９上に結晶成長し、基板９上にエピタキシャル層が形成される。成長に寄与しなかった原料ガスは排気系５により反応炉３外に排出される。
【００３６】
ここで、半導体製造装置１の動作を、図２および図３（ａ）を用いて、より詳細に説明する。
【００３７】
異なる２つの成長条件Ａ，Ｂの成長を実施する場合で、本実施形態に係る半導体製造装置１と従来の装置との動作を比較する。ここで、成長条件Ａは基板９上にエピタキシャル層Ａを形成する条件、成長条件Ｂは基板９上にエピタキシャル層Ａとは異なる種類のエピタキシャル層Ｂを形成する条件とする。
【００３８】
従来の装置は、図３（ｂ）に示すように、ウェハＡセット、昇温、成長条件Ａによる成長Ａ、降温、ウェハＡ取り出し・ウェハＢセット、昇温、成長条件Ｂによる成長Ｂ、降温、ウェハＢ取り出しの成長シーケンスを行う必要がある。
【００３９】
すなわち、従来の装置では、図３（ｂ）の成長シーケンスのように、種類の異なるエピタキシャル層の成長毎に条件を変更し、２回の成長を実施する必要があった。この場合、成長１回毎に昇温・降温を実施せねばならず、２種類のエピタキシャル層の成長完了までに、１種類のエピタキシャル層の成長完了までと比べて倍の時間を要してしまう。つまり、従来の装置では、成長以外の段取りに倍の時間を要する。また、この段取りの間に炉の条件が変化してしまう可能性があった。
【００４０】
これに対し、半導体製造装置１では、それぞれ独立して開閉可能なシャッター１１を備えているため、このシャッター１１の開閉を適宜行うことで、図３（ａ）に示した成長シーケンスで２種類のエピタキシャル層を選択成長可能である。
【００４１】
図２および図３（ａ）に示すように、まず、ウェハＡ，Ｂをセットし、反応炉３を昇温し、成長条件Ａによる成長Ａを実施する。成長Ａ実施中にはシャッター１１Ａを開状態、シャッター１１Ｂを閉状態とすることにより、シャッター１１Ａ位置の基板９上には成長条件Ａのエピタキシャル層Ａを成長させる。その後、続けて成長Ｂを実施し、この際にはシャッター１１Ａを閉状態、シャッター１１Ｂを閉状態とすることにより、シャッター１１Ｂ位置の基板９上には成長条件Ｂのエピタキシャル層Ｂを同一の成長ロットにて成長させることが可能となる。
【００４２】
このように、半導体製造装置１は、サセプタ４に収納穴１０を開閉するシャッター１１を設け、反応炉３が昇温したままでシャッター１１の開閉を適宜行うことで、図３（ａ）の成長シーケンスを実現することができ、成長以外の段取り時間（ウェハセット時間や昇温・降温時間など）を従来の半分に削減することが可能となった。
【００４３】
つまり、半導体製造装置１は、シャッター１１を開閉することにより、エピタキシャル層の成長完了までの時間を短縮し、基板９上に成長させるエピタキシャル層の種類を選択できるので、選択成長可能な半導体製造装置である。この半導体製造装置１により、基板９上に、多層構造の界面の急峻性がよく、均質なエピタキシャル層を作製できる。
【００４４】
また、反応炉３内の条件を全く同じとして異なるエピタキシャル層の成長を実施したい場合でも、全く同じ炉の状態を再現することは簡単であり、段取り中に反応炉３の状態が変化してしまうといったことによるエピタキシャル層作製の失敗も低減できる。
【００４５】
上記実施の形態では、フェイスアップ方式で基板９上にエピタキシャル層を成長させる例で説明した。フェイスアップ方式はウェハセットやウェハ取り出しが簡単になるという利点があるが、フェイスダウン方式でもよい。原料ガスのフロー方向については特に説明しなかったが、横型ガスフローでも縦型ガスフローでもよい。
【００４６】
また、上記実施の形態では、原料ガスとして化合物半導体の材料を用いた例で説明したが、原料ガスとして半導体の材料を用いてもよい。
【００４７】
シャッター１１としては、サセプタ４の表裏面に沿って左右に開閉する例で説明したが、サセプタ４の表裏面に対して観音開きするもの、サセプタ４の表裏面に沿ってほぼ円形のシャッターが開閉するものや、スライドするものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の好適な実施形態を示す選択成長可能な半導体製造装置の構成図である。
【図２】図１に示した成長用治具の平面図である。
【図３】図３（ａ）は図１に示した選択成長可能な半導体製造装置を用いたウェハの成長シーケンスを示す図、図３（ｂ）は従来の半導体製造装置を用いたウェハの成長シーケンスを示す図である。
【図４】従来の半導体製造装置に用いられる成長用治具の平面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  選択成長可能な半導体製造装置
３  反応炉
４  成長用治具（サセプタ）
９  基板
１０  収納穴
１１  シャッター
１１Ｌ，１１Ｒ  シャッター片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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