(57)【要約】【課題】熱対流による半導体結晶の成長への悪影響を抑制するためのＣＶＤ技術を提供する。【解決手段】本発明によるＣＶＤ装置は、反応容器（１）と、半導体結晶の原料ガスを反応容器（１）の内部に供給する原料ガス供給部材（２）と、反応容器（１）の内部に設けられ、保持面（３ａ）において基板（１０）を保持するサセプター（３）と排気手段（６）とを備えている。排気手段（６）は、サセプター（３）の保持面（３ａ）に設けられた排気口（４）を介して反応容器（１）からガスを排気する。当該ＣＶＤ装置では、反応容器（１）の内部にあるガスが、保持面（３ａ）に設けられた排気口（４）を介して排気されるため、反応容器（１）に導入された原料ガスの流れは、保持面（３ａ）に保持されている基板（１０、２０）の方向に向かう。これにより、基板（１０）の近傍の熱対流により、原料ガスが基板（１０）から離れる方向に流れることが防止され、好適な条件での半導体結晶の成長が可能になる。【選択図】　図１
2004063783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器と、
半導体結晶の原料ガスを、前記反応容器の内部に供給する原料ガス供給部材と、
前記反応容器の内部に設けられ、保持面において基板を保持するサセプターと
排気手段
とを備え、
前記排気手段は、前記保持面に設けられた排気口を介して前記反応容器からガスを排気する
ＣＶＤ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＣＶＤ装置において、
前記基板は複数であり、
前記サセプターは、前記保持面に垂直な対称軸に対して対称的に前記基板を保持し、
前記原料ガス供給部材は、前記原料ガスを、前記対称軸に対して対称的に前記反応容器に導入する
ＣＶＤ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＣＶＤ装置において、
前記排気口は、前記対称軸に対して対称の形状を有する
ＣＶＤ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のＣＶＤ装置において、
前記サセプターは、
サセプター本体と、
前記排気口が設けられた排気口部材
とを含み、
前記排気口部材は、前記サセプター本体から着脱自在であるように前記サセプター本体に接続されている
ＣＶＤ装置。
【請求項５】
請求項１に記載のＣＶＤ装置において、
前記半導体結晶は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ及びそれらの混晶のうちから選ばれた一の結晶である
ＣＶＤ装置。
【請求項６】
請求項１に記載のＣＶＤ装置において，
前記半導体結晶は，ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ及びそれらの混晶のうちから選ばれた一の結晶である
ＣＶＤ装置。
【請求項７】
当該半導体結晶成長用基板を貫通する開口を有する
半導体結晶成長用基板。
【請求項８】
シリコン単結晶で形成された
請求項７に記載の半導体結晶成長用基板。
【請求項９】
（ａ）サセプターの保持面に基板を取りつける工程と、
（ｂ）前記サセプターを加熱する工程と、
（ｃ）前記サセプターを収容する反応容器に原料ガスを供給して、前記基板に半導体結晶を成長する工程と、
（ｄ）前記保持面に設けられた排気口を介して前記反応容器から前記原料ガスを排気する工程
とを備えた
半導体デバイスの製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体デバイスの製造方法において、
前記基板には、開口が設けられ、
前記原料ガスは、前記開口と前記排気口とを介して前記反応容器から排気される
半導体デバイスの製造方法。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載の半導体デバイスの製造方法において、
前記半導体結晶は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ及びそれらの混晶のうちから選ばれた一の結晶である
半導体デバイスの製造方法。
【請求項１２】
請求項９又は請求項１０に記載の半導体デバイスの製造方法において、
前記半導体結晶は，ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ及びそれらの混晶のうちから選ばれた一の結晶である
半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、及びＣＶＤによる成膜方法に関する。本発明は、特に、高温の成膜温度を必要とする化合物半導体の形成に好適に使用されるＣＶＤ装置、及びＣＶＤを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体結晶を成長するＣＶＤ技術は、半導体デバイスの製造において最も重要な要素技術の一つである。良好な膜質を有する半導体結晶を基板の上に成長するために、様々なＣＶＤ技術が提案され、実際に商業的に使用されている。
【０００３】
しかし、高温の成膜温度を必要とする半導体結晶をＣＶＤによって成長する場合、基板の近傍で発生する激しい熱対流により、好ましい結晶状態を有する半導体結晶の成長が妨げられることがある。基板が高温に加熱されると、基板の近傍では、基板から離れる方向に激しい熱対流が発生する。この熱対流は、反応ガスが好適な条件で基板に供給されることを妨げ、好ましい結晶状態を有する半導体結晶の成長を阻害する。この現象は、高温の成膜温度を必要とする半導体を用いた半導体デバイスの製造の障害となる。
【０００４】
特許公報（２６２８４０４号）には、熱対流による半導体結晶の成長への悪影響を抑制するためのＣＶＤ装置が開示されている。公知のそのＣＶＤ装置は、図８に示されているように、反応容器１０６を備えている。反応容器１０６の内部には、基板１０１を保持するサセプター１０４が収納されている。サセプター１０４はシャフト１０５に接続されている。シャフト１０５は、サセプター１０４を回転可能に保持する。サセプター１０４の近傍には、ヒータ１０７が設けられている。反応容器１０６には、排気口１０８が設けられ、排気口１０８を介して反応容器１０６の内部のガスが排気される。
【０００５】
反応容器１０６には、反応ガス噴射管１０２と副噴射管１０３とが接続されている。反応ガス噴射管１０２は、基板１０１の表面に平行ないし傾斜する方向に反応ガスを供給する。副噴射管１０３は、基板１０１に実質的に垂直な方向に、不活性な押圧ガスを供給する。
【０００６】
基板１０１に半導体結晶を成長する場合、ヒータ１０７によってサセプター１０４が所定の温度に加熱される。サセプター１０４が加熱された状態で、反応ガスが、反応ガス噴射管１０２から基板１０１の表面に平行ないし傾斜する方向に供給される。同時に、不活性ガスが、副噴射管１０３を介して反応ガス噴射管１０２から基板１０１の表面に実質的に垂直な方向から供給される。
【０００７】
図８のＣＶＤ装置は、不活性ガスを、副噴射管１０３を用いて基板１０１と垂直な方向に供給することにより、好ましい結晶状態を有する半導体結晶の成長が熱対流によって阻害される現象の発生を防止している。サセプター１０４が１０００℃以上に加熱されると、反応ガス噴射管１０２から供給された反応ガスは、激しい熱対流により、基板１０１から離れようとする。しかし、副噴射管１０３から供給される不活性ガスは、反応ガスの吹き付けられる方向を、基板１０１に向かう方向に変更させ、好適な結晶状態を有する半導体結晶の基板１０１への成長を促進する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、熱対流による半導体結晶の成長への悪影響を抑制するための他のＣＶＤ技術を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、熱対流による半導体結晶の成長への悪影響を抑制し、且つ、パーティクルの基板への付着を抑制するためのＣＶＤ技術を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されている。但し、付加された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１１】
本発明によるＣＶＤ装置は、反応容器（１）と、半導体結晶の原料ガスを反応容器（１）の内部に供給する原料ガス供給部材（２）と、反応容器（１）の内部に設けられ、保持面（３ａ）において基板（１０、２０）を保持するサセプター（３）と排気手段（６）とを備えている。排気手段（６）は、サセプター（３）の保持面（３ａ）に設けられた排気口（４）を介して反応容器（１）からガスを排気する。当該ＣＶＤ装置では、反応容器（１）の内部にあるガスが、保持面（３ａ）に設けられた排気口（４）を介して排気されるため、反応容器（１）に導入された原料ガスの流れは、保持面（３ａ）に保持されている基板（１０、２０）の方向に向かう。これにより、基板（１０、２０）の近傍の熱対流により、原料ガスが基板（１０、２０）から離れる方向に流れることが防止される。
【００１２】
基板（１０）が複数である場合、サセプター（３）は、保持面（３ａ）に垂直な対称軸（３ｂ）に対して対称的に基板（１０）を保持し、原料ガス供給部材（２）は、対称軸（３ｂ）に対して対称的に、原料ガスを反応容器（１）に導入することが好ましい。このような構造は、基板（１０）に成膜された半導体結晶の薄膜の諸特性の、基板（１０）毎のバラツキを抑制する。
【００１３】
排気口（４）は、対称軸（３ｂ）に対して対称的な形状を有することが好ましい。このような構造は、基板（１０）に成膜された半導体結晶の薄膜の諸特性の、基板（１０）毎のバラツキを一層に抑制する。
【００１４】
サセプター（３）がサセプター本体（７）と、排気口（４）が設けられた排気口部材（８）とを含んで構成される場合、排気口部材（８）は、サセプター本体（７）から着脱自在であるようにサセプター本体（７）に接続されていることが好ましい。
【００１５】
当該ＣＶＤ装置は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ及びそれらの混晶、並びに、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ及びそれらの混晶のように、高い成長温度が必要な半導体結晶の成長に、特に好適である。
【００１６】
本発明による半導体結晶成長用基板（２０）は、当該半導体結晶成長用基板（２０）を貫通する開口（２０ａ）を有する。このような半導体結晶成長用基板（２０）は、ＣＶＤ装置の反応容器（１）からの排気を開口（２０ａ）から行うことができる。この場合、反応容器（１）の内部にあるガスが、サセプター（３）の保持面（３ａ）に設けられた排気口（４）を介して排気されるように、開口（２０ａ）の位置と、サセプター（３）の排気口（４）の位置とが整合される。開口（２０ａ）を介しての反応容器（１）の排気は、反応容器（１）に導入された原料ガスの流れを、基板（２０）の方向に向かわせ、熱対流による半導体結晶の成長への悪影響を抑制する。このように、開口（２０ａ）を有する半導体結晶成長用基板（２０）は、熱対流による半導体結晶の成長への悪影響の抑制に好適な構造を有している。更に、半導体結晶成長用基板（２０）に開口（２０ａ）が設けられていることによって、サセプター（３）の保持面（３ａ）の面積の有効な利用が可能であり、従って、半導体結晶成長用基板（２０）の大面積化が可能である。
【００１７】
当該半導体結晶成長用基板（２０）は、シリコン単結晶で形成されていることが好ましい。
【００１８】
本発明による半導体デバイスの製造方法は、
（ａ）サセプター（３）の保持面（３ａ）に基板（１０、２０）を取りつける工程と、
（ｂ）サセプター（３）を加熱する工程と、
（ｃ）サセプター（３）を収容する反応容器（１）に原料ガスを供給して、基板（１０、２０）の上に半導体結晶を成長する工程と、
（ｄ）保持面（３ａ）に設けられた排気口（４）を介して反応容器（１）から前記原料ガスを排気する工程
とを備えている。当該半導体デバイスの製造方法では、反応容器（１）の内部にあるガスが、保持面（３ａ）に設けられた排気口（４）を介して排気されるため、反応容器（１）に導入された原料ガスの流れは、保持面（３ａ）に保持されている基板（１０、２０）の方向に向かう。これにより、基板（１０、２０）の近傍の熱対流により、原料ガスが基板（１０、２０）から離れる方向に流れることが防止される。
【００１９】
サセプター（３）の保持面（３ａ）を有効に活用するためには、基板（２０）に、開口（２０ａ）が設けられ、原料ガスが、開口（２０）と排気口（４）とを介して反応容器（１）から排気されることが好ましい。
【００２０】
また、当該半導体デバイスの製造方法は、熱対流が激しく発生し得る状況において好適であり、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ及びそれらの混晶、並びに、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ及びそれらの混晶のように、高い成長温度が必要な半導体結晶の成長に、特に好適である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明によるＣＶＤ装置、及び半導体デバイスの製造方法の実施の一形態を説明する。
【００２２】
本発明によるＣＶＤ装置の実施の一形態では、図１に示されているように、反応容器１に、原料ガス供給部材２とサセプター３とが収納されている。原料ガス供給部材２は、反応容器１に、半導体結晶の原料ガスを導入する。原料ガス供給部材２の構造は、後に詳細に説明され、ここでは説明されない。
【００２３】
サセプター３は、基板１０を保持する保持面３ａを有している。サセプター３は、基板１０の半導体結晶を成長する面が鉛直方向上向きになるように基板１０を保持する。保持面３ａには、図示されない保持冶具が設けられ、該保持冶具によって、基板１０が複数保持される。サセプター３には、図示されないヒータが設けられ、サセプター３は、基板１０を加熱可能である。サセプター３が加熱されている状態で、原料ガスが基板１０の表面に供給されると、基板１０の表面には、半導体結晶が成長する。
【００２４】
図２は、サセプター３の上面図である。サセプター３は、実質的に円柱状の形状を有している。サセプター３は、保持面３ａに垂直な対称軸３ｂに対して回転対称の形状を有し、保持面３ａに垂直な方向から見たときに実質的に円形である。基板１０は、対称軸３ｂに対して対称に保持されている。原料ガス供給部材２は、サセプター３の側面３ｃの側から、原料ガスを対称軸３ｂに対して実質的に対称に導入する。基板１０は、対称軸３ｂに対して対称に保持され、且つ、原料ガスが、対称軸３ｂに対して対称に導入されることにより、基板１０に形成される半導体結晶の膜厚、その他の特性の、基板１０毎のバラツキが抑制されている。
【００２５】
サセプター３には、原料ガスを反応容器１から排気する排気口４が設けられている。図１に示されているように、排気口４は、サセプター３を貫通するように形成され、排気管５に接続されている。排気管５は、真空ポンプ６に接続されている。真空ポンプ６は、排気口４及び排気管５を介して、反応容器１の内部に存在するガスを反応容器１から排気する。
【００２６】
図２に示されているように、排気口４は、保持面３ａに垂直な方向から見たときに円形であり、その中心は、対称軸３ｂの上にある。排気口４は、基板１０によって取り囲まれている。サセプター３の側面３ｃの側から供給された原料ガスは、基板１０の表面の近傍を通過して、排気口４に向かって流れる。排気口４の中心が対称軸３ｂの上にあることにより、原料ガスの流れが対称化され、基板１０に形成される半導体結晶の膜厚、その他の特性の、基板１０毎のバラツキが抑制されている。
【００２７】
図３は、サセプター３のうちの、排気口４の近傍の部分の拡大図である。サセプター３は、サセプター本体７と排気口部材８とを備えている。上述の排気口４は、排気口部材８を貫通するように設けられている。排気口部材８は、サセプター本体７にサセプター３の保持面３ａの側から挿入されている。排気口部材８は、サセプター本体７から着脱自在である。
【００２８】
図３に示されたサセプター３の構造は、当該ＣＶＤ装置のメンテナンスを容易化する。排気口４が設けられている排気口部材８には、原料ガスが集中して流れる上、排気口部材８はサセプター３に設けられたヒータによって加熱される。従って、排気口部材８の表面では、原料ガスの分解が顕著に発生し、堆積物が堆積しやすい。しかし、着脱自在である排気口部材８は、排気口部材８に堆積物が多く堆積した場合に、交換可能である。堆積物が堆積しやすい排気口部材８が交換可能であることは、ＣＶＤ装置のメンテナンスを容易化する。
【００２９】
原料ガス供給部材２は、原料ガスを、サセプター３の側面３ｃの側から対称軸３ｂに対して実質的に対称に導入するために、下記の構造を有している。図１を参照して、原料ガス供給部材２は、外殻２ａと内殻２ｂと配管２ｃとを含む。外殻２ａと内殻２ｂとは、概ね半球状の形状を有しており、内殻２ｂは、外殻２ａに挿入されている。配管２ｃには開口２ｄが設けられ、配管２ｃは、その開口を介して、外殻２ａと内殻２ｂとの間に原料ガスを導入する。
【００３０】
図４に示されているように、外殻２ａと内殻２ｂとの間には、外殻２ａと内殻２ｂとの間の空間を仕切る仕切り板２ｅが複数設けられている。図５に示されているように、仕切り板２ｅは、サセプター３の表面に垂直な方向から見て等角度に配置されている。原料ガスを外殻２ａと内殻２ｂとの間に導入する開口２ｄは、隣接する２つの仕切り板２ｅの間にそれぞれ設けられている。開口２ｄは、原料ガスが配管２ｃから噴出する方向が、サセプター３の表面に垂直な方向から見て、仕切り板２ｅがなす角の中心の方向に一致するように設けられている。このような開口２ｄと仕切り板２ｅとの配置は、原料ガスを、サセプター３の側面３ｃの側から対称軸３ｂに対して実質的に対称に導入することを可能にする。
【００３１】
図１に示されているように、内殻２ｂには、サセプター３に対向する熱反射板９が接続されている。熱遮蔽板９は、サセプター３と内殻２ｂとの間に設けられ、サセプター３から放出される熱線（赤外線）を反射する。サセプター３の加熱によって原料ガス供給部材２の温度が過剰に上昇すると、原料ガス供給部材２の内部で原料ガスが分解し、原料ガス供給部材２の内部に堆積物が付着する。熱遮蔽板９は、サセプター３が加熱されたときに、原料ガス供給部材２の温度が過剰に上昇することを防ぐ。これにより、原料ガス供給部材２の内部で原料ガスが分解し、原料ガス供給部材２の内部に堆積物が付着することが防がれている。
【００３２】
本実施の形態のＣＶＤ装置を使用した半導体結晶の成長は、以下の手順で行われる。サセプター３に基板１０が装着された後、サセプター３が加熱される。更に、半導体結晶の原料となる原料ガスが、原料ガス供給部材２を介して反応容器１に導入される。反応容器１に導入された原料ガスは、サセプター３の側面３ｃの側から、基板１０の表面の近傍を通過して、排気口４に向かって流れる。原料ガスは、基板１０の表面で分解され、基板１０の表面に半導体結晶が成長する。
【００３３】
本実施の形態のＣＶＤ装置は、原料ガスを排気する排気口４が基板１０を保持する保持面３ａに開口されている構造により、熱対流による半導体結晶の成長への悪影響を抑制することができる。上述のように、半導体結晶の成長の間、サセプター３は加熱され、基板１０から離れる方向への熱対流が発生する。この熱対流は、好ましい結晶状態を有する半導体結晶の成長の妨げとなり得る。しかし、本実施の形態のＣＶＤ装置では、原料ガスを排気する排気口４が基板１０を保持する保持面３ａに開口されていることにより、原料ガスは、基板１０に近づく方向に導かれる。本実施の形態のＣＶＤ装置では、基板１０から離れる方向への原料ガスの流れが発生しにくい。このため、本実施の形態のＣＶＤ装置は、熱対流による半導体結晶の成長への悪影響を効果的に防止することができる。高温の成長温度を必要とする半導体結晶の成長では激しい熱対流が発生するため、かかるＣＶＤ装置は、高温の成長温度を必要とする半導体結晶の成長に好適であり、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ及びそれらの混晶、並びに、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ及びそれらの混晶の結晶の成長に特に好適である。
【００３４】
更に、本実施の形態のＣＶＤ装置は、パーティクルの基板１０への付着を効果的に防止することができる。図１を参照して、本実施の形態のＣＶＤ装置では、成膜の間に発生する堆積物は、主として、排気口４の周囲に堆積される。この堆積物は、パーティクルの発生源となる。しかし、本実施の形態のＣＶＤ装置では、基板１０が、堆積物が堆積する排気口４よりも原料ガスの流れの上流に位置するため、パーティクルが基板１０の表面に飛来しにくい。従って、本実施の形態のＣＶＤ装置は、パーティクルが基板１０に付着しにくい。
【００３５】
以上に説明されているように、本実施の形態のＣＶＤ装置は、好ましい結晶状態を有する半導体結晶の成長が熱対流によって阻害される現象を効果的に防止することができる。更に、本実施の形態のＣＶＤ装置は、パーティクルの基板１０への付着を効果的に防止することができる。
【００３６】
本実施の形態のＣＶＤ装置では、図１に示されているように、基板１０は、半導体結晶を成長する面が鉛直方向上向きになるように保持されるが、基板１０は、半導体結晶を成長する面が鉛直方向下向きになるように保持されることも可能である。この場合、図１のＣＶＤ装置の上下が反転されたＣＶＤ装置が使用される。このような構成は、基板１０の半導体結晶を成長する面の上にパーティクルが付着しにくい点で好適である。
【００３７】
また、本実施の形態において、大面積の基板に半導体結晶を成長させる場合には、図６に示されているように、開口２０ａが設けられた基板２０が、基板１０の代わりに使用されることが好適である。開口２０ａは、基板２０を貫通するように設けられている。基板２０が使用される場合、図７に示されているように、基板２０は、サセプター３の上に、開口２０ａが排気口４に位置整合するように装着される。原料ガスは、開口２０ａ及び排気口４を介して排気される。開口２０ａを介して反応容器１から排気が行われることにより、原料ガスは、基板１０に近づく方向に導かれ、熱対流による半導体結晶の成長への悪影響が抑制される。更に、基板２０に設けられた開口２０ａは、サセプター３の保持面３ａの面積の有効な利用を可能にし、基板２０の大面積化を実現する。基板２０の材料としては、大面積化を容易に達成できる単結晶シリコンが好適である。本実施の形態のＣＶＤ装置は、開口が設けられた大面積の単結晶シリコン基板の上に半導体結晶を成長するために好適である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明により、熱対流による半導体結晶の成長への悪影響を抑制するためのＣＶＤ技術が提供される。
【００３９】
また、本発明により、熱対流による半導体結晶の成長への悪影響を抑制し、且つ、パーティクルの基板への付着を抑制するＣＶＤ技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明によるＣＶＤ装置の実施の一形態を示す。
【図２】図２は、サセプター３の上面図である。
【図３】図３は、サセプター３の排気口４の近傍の構造を示す。
【図４】図４は、原料ガス供給部材２の構造を示す。
【図５】図５は、原料ガス供給部材２の構造を示す。
【図６】図６は、基板２０を示す。
【図７】図７は、基板２０がサセプター３に載置された状態を示す。
【図８】図８は、従来のＣＶＤ装置を示す。
【符号の説明】
１：反応容器
２：原料ガス供給部材
２ａ：外殻
２ｂ：内殻
２ｃ：配管
２ｄ：開口
２ｅ：仕切り板
３：サセプター
３ａ：保持面
３ｂ：対称軸
３ｃ：側面
４：排気口
５：排気管
６：真空ポンプ
７：サセプター本体
８：排気口部材
１０、２０：基板
【図１】
2004063783.tif 000003
【図２】
2004063783.tif 000004
【図３】
2004063783.tif 000005
【図４】
2004063783.tif 000006
【図５】
2004063783.tif 000007
【図６】
2004063783.tif 000008
【図７】
2004063783.tif 000009
【図８】
2004063783.tif 000010