(57)【要約】【課題】結晶成長時に高温にならない構成部材に付着している反応生成物をも除去することが可能な半導体製造装置の洗浄方法を提供する。【解決手段】本発明に係る半導体製造装置の洗浄方法は、ＧａＮ系化合物半導体結晶を成長させる半導体製造装置１０の洗浄方法であって、半導体製造装置１０の構成部材２４のうち、ＧａＮ系化合物半導体結晶の成長時に生成される反応生成物が付着した構成部材２４を、半導体製造装置１０から取り外して、この構成部材２４に熱リン酸によるエッチング処理を施すことを特徴とする。この半導体製造装置の洗浄方法においては、反応生成物が付着した構成部材２４を装置１０から取り外し、この構成部材２４に対して熱リン酸によるエッチング処理を施すため、半導体製造装置１０の運転時に高温にならない構成部材２４であっても、反応生成物をエッチング除去することができる。【選択図】　図２
2004140304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮ系化合物半導体結晶を成長させる半導体製造装置の洗浄方法であって、
前記半導体製造装置の構成部材のうち、前記ＧａＮ系化合物半導体結晶の成長時に生成される反応生成物が付着した構成部材を、前記半導体製造装置から取り外して、この構成部材に熱リン酸によるエッチング処理を施すことを特徴とする半導体製造装置の洗浄方法。
【請求項２】
前記熱リン酸の温度は、１５０℃以上３００℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置の洗浄方法。
【請求項３】
前記熱リン酸によるエッチング処理をおこなう際、前記構成部材を揺動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体製造装置の洗浄方法。
【請求項４】
前記熱リン酸によるエッチング処理をおこなう前に、前記構成部材に少なくとも硝酸又は塩酸を含む混合液によるエッチング処理を施すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体製造装置の洗浄方法。
【請求項５】
サセプタを加熱することにより反応管の温度よりもサセプタの温度を高くして、このサセプタ上でＧａＮ系化合物半導体結晶を成長させる半導体製造装置の洗浄方法であって、
前記半導体製造装置の構成部材のうち、前記ＧａＮ系化合物半導体結晶の成長時に生成される反応生成物が付着した構成部材を、前記半導体製造装置から取り外して気相エッチング装置内にセットし、この気相エッチング装置内を高温加熱すると共に、前記気相エッチング装置内にハロゲン化水素を供給して、前記構成部材に気相エッチング処理を施すことを特徴とする半導体製造装置の洗浄方法。
【請求項６】
前記構成部材を前記気相エッチング装置にセットする前に、この構成部材に少なくとも硝酸又は塩酸を含む混合液によるエッチング処理を施すことを特徴とする請求項５に記載の半導体製造装置の洗浄方法。
【請求項７】
前記構成部材は、石英からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体製造装置の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、付着した反応生成物を除去する半導体製造装置の洗浄方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法や有機金属気相成長（ＯＭＶＰＥ）法などの気相成長法では、結晶成長時に、反応生成物（例えば、ＧａＮ）やその中間生成物等の堆積物が反応管壁に付着することが知られている。そこで、ハロゲン化水素を用いて装置内の堆積物を除去する技術が、例えば、下記特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示された半導体製造装置の洗浄方法は、基板を１０００℃以上の高温に加熱した後、ハロゲン化水素を装置内に供給して、反応管の堆積物を気相反応により除去する。
【特許文献１】
特開平８−２１３３２６号公報
【特許文献２】
特開昭５０−４２７８０号公報
【特許文献３】
特開昭５０−１５６３７２号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した特許文献１に開示されている半導体製造装置の洗浄方法には、次のような課題が存在している。すなわち、気相成長法に用いられる装置の中には、装置全体ではなく装置の一部（例えば、サセプタ周辺）しか加熱しない装置もあり、このような装置では装置全体を高温に加熱することが困難なため、ハロゲン化水素を用いて気相反応により堆積物を除去することは困難である。なお、上記特許文献２及び特許文献３には、熱リン酸でＧａＮ結晶をエッチング加工する技術が開示されている。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、結晶成長時に高温にならない構成部材に付着している反応生成物をも除去することが可能な半導体製造装置の洗浄方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体製造装置の洗浄方法は、ＧａＮ系化合物半導体結晶を成長させる半導体製造装置の洗浄方法であって、半導体製造装置の構成部材のうち、ＧａＮ系化合物半導体結晶の成長時に生成される反応生成物が付着した構成部材を、半導体製造装置から取り外して、この構成部材に熱リン酸によるエッチング処理を施すことを特徴とする。
【０００６】
この半導体製造装置の洗浄方法においては、反応生成物が付着した構成部材を装置から取り外し、この構成部材に対して熱リン酸によるエッチング処理を施すため、半導体製造装置の運転時に高温にならない構成部材であっても、反応生成物をエッチング除去することができる。
【０００７】
また、熱リン酸の温度は、１５０℃以上３００℃以下であることが好ましい。この温度範囲にすることにより、反応生成物と熱リン酸とが反応し易くなり、エッチング処理が促進される。
【０００８】
また、熱リン酸によるエッチング処理をおこなう際、構成部材を揺動させることが好ましい。この場合、熱リン酸が構成部材に付着している反応生成物に浸透しやすくなるため、エッチング処理が促進される。
【０００９】
また、熱リン酸によるエッチング処理をおこなう前に、構成部材に少なくとも硝酸又は塩酸を含む混合液によるエッチング処理を施すことが好ましい。このように、前処理として付着力の弱い反応生成物を混合液でエッチング除去することにより、熱リン酸によるエッチング時間の短縮化が図られる。
【００１０】
本発明に係る半導体製造装置の洗浄方法は、サセプタを加熱することにより反応管の温度よりもサセプタの温度を高くして、このサセプタ上でＧａＮ系化合物半導体結晶を成長させる半導体製造装置の洗浄方法であって、半導体製造装置の構成部材のうち、ＧａＮ系化合物半導体結晶の成長時に生成される反応生成物が付着した構成部材を、半導体製造装置から取り外して気相エッチング装置内にセットし、この気相エッチング装置内を高温加熱すると共に、気相エッチング装置内にハロゲン化水素を供給して、構成部材に気相エッチング処理を施すことを特徴とする。
【００１１】
この半導体製造装置の洗浄方法においては、反応生成物が付着した構成部材を装置から取り外し、この構成部材を気相エッチング装置内にセットする。そして、この気相エッチング装置内において、上記構成部材に対して所定の気相エッチング処理を施すことで、半導体製造装置の運転時に高温にならない構成部材であっても、反応生成物をエッチング除去することができる。
【００１２】
また、構成部材を気相エッチング装置にセットする前に、この構成部材に少なくとも硝酸又は塩酸を含む混合液によるエッチング処理を施すことが好ましい。このように、前処理として付着力の弱い反応生成物を混合液でエッチング除去することにより、気相エッチング処理に要する時間の短縮化が図られる。
【００１３】
また、構成部材は、石英からなることが好ましい。石英は、熱リン酸及びハロゲン化水素に対する耐性を有しているため、エッチングされない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係る半導体製造装置の洗浄方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
【００１５】
まず、ＧａＮ結晶（ＧａＮ系化合物半導体結晶）を製造する半導体製造装置として、有機金属化学気相成長装置（ＯＭＶＰＥ装置）の概略構成図を図１に示す。
【００１６】
図に示すように、半導体製造装置１０は、流路が水平方向に形成された石英製のフローチャネル１２を有する、いわゆる横型ＯＭＶＰＥ装置である。基板１４は、ヒータ１６を有するサセプタ１８上の石英製トレイ１９内に設置され、サセプタ１８は基板１４を回転自在に支持する。この装置１０は、フローチャネル（反応管）１２の周囲に反応管加熱のためのヒータを有しておらず、すなわち、（ホットウォール型でなく）コールドウォール型の半導体製造装置である。
【００１７】
また、フローチャネル１２は、上流フローチャネル１２Ａ、中間フローチャネル１２Ｂ及び下流フローチャネル１２Ｃから構成されている。そして、ＧａＮ結晶の製造に必要なガスは、上流フローチャネル１２Ａの３層ノズル２０から導入され、基板１４の直前で混合される。以下、説明の便宜上、３層ノズル２０をその上段から、上段ノズル２０Ａ、中段ノズル２０Ｂ、下段ノズル２０Ｃとする。
【００１８】
ＧａＮ結晶の製造に必要なガスには、ＧａＮ結晶の原料用ガスとして、ＩＩＩ族源の有機金属（ＴＭＧ）を含むガス及びＮＨ３を含むガスが用いられ、キャリアガスとして、水素ガス（Ｈ２）や窒素ガス（Ｎ２）等が用いられる。そして、上段ノズル２０ＡからはＨ２ガス又はＮ２ガス（又はＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガス）Ｇ１、中段ノズル２０ＢからはＴＭＧとＨ２ガスとの混合ガス（ＩＩＩ族原料ガス）Ｇ２、また下段ノズル２０ＣからはＮＨ３ガスとＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガス（アンモニア混合ガス）Ｇ３が基板１４上に供給される。基板１４上の反応で発生した残余ガスは、下流フローチャネル１２Ｃの排気口２２から排気される。なお、上段ノズル２０Ａから、Ｈ２ガスやＮ２ガスを供給することにより、中間フローチャネル１２Ｂ上面への堆積物の付着が抑制される。
【００１９】
続いて、基板１４上にＧａＮ結晶を形成する方法について説明する。
【００２０】
この半導体製造装置１０において、ＧａＮ結晶を成長させる場合、まず、フローチャネル１２内をＮＨ３ガスを含む混合ガス雰囲気にすると共に、ヒータ１６によってサセプタ１８及び基板１４を１０００℃程度に加熱して、基板１４の表面の清浄化処理をおこなう。このヒータ１６のサセプタ１８に対する加熱により、フローチャネル１２の温度よりもサセプタ１８の温度の方が高くなる。そして、所定の基板温度（１０５０℃程度）で、ＩＩＩ族原料としてＴＭＧを含むＩＩＩ族原料ガス、窒素原料としてＮＨ３、キャリアガスとしてＨ２及びＮ２を３層ノズル２０から基板１４上に供給してＧａＮ結晶を成長させる。
【００２１】
このようにしてＧａＮ結晶を成長させた場合、基板１４上以外の場所、例えば、フローチャネル１２の内壁やトレイ１９表面等にもＧａＮ結晶が付着し、堆積する。また、ＧａＮとなるようなＴＭＧと窒素との理想的な反応がおこなわれない場合には、Ｇａドロップレットなどの中間生成物もフローチャネル１２の内壁等に付着する。フローチャネル１２の内壁等に付着するこれらＧａＮやＧａドロップレット等の反応生成物は、フローチャネル１２内の温度制御をする際に悪影響を及ぼすことが知られている。
【００２２】
そこで、発明者らは、鋭意研究の末に上述した装置内の反応生成物を除去する方法として、熱リン酸によるウェットエッチング方法及びハロゲン化水素による気相エッチング方法を見出した。以下、これらの方法について説明する。なお、説明の便宜上、反応生成物が付着した石英製の構成部材を、単に構成部材２４と称す。
【００２３】
始めに、熱リン酸によるウェットエッチング方法について説明する。
【００２４】
まず、このウェットエッチング方法に用いる洗浄用具について説明する。図２は、この方法に用いる洗浄用具を説明するための概略図である。洗浄用具は、熱リン酸３０を収容するための、上面開口の直方体形状のエッチング容器３２と、平板状のホットプレート３４とで構成されている。このエッチング容器３２の一対の側壁上部には、それぞれ把手３６が外方に向けて形成されている。また、ホットプレート３４は、図示しない電源から電力供給されており、上面に載置されるエッチング容器３２を加熱することが可能である。
【００２５】
次に、装置内に付着した反応生成物を除去する手順について説明する。
【００２６】
まず、装置１０を分解し、フローチャネル１２やトレイ１９等の構成部材２４を取り出す。すなわち、フローチャネル１２を上流フローチャネル１２Ａ、中間フローチャネル１２Ｂ及び下流フローチャネル１２Ｃに分解すると共に、トレイ１９等を装置１０内から取り外す。
【００２７】
そして、前処理として、取り出した構成部材２４を王水に浸して、ＧａＮ以外の反応生成物（Ｇａドロップレット等）を除去する。このような前処理は、後の洗浄時間の短縮化に有効である。次に、その構成部材２４をホットプレート３４で１８０℃に加熱されたリン酸溶液（熱リン酸）３０に約３０分間浸し、構成部材２４に対してウェットエッチング処理を施す。このようなエッチング処理により、構成部材２４に付着しているＧａＮが除去される。なお、構成部材２４を熱リン酸に浸している間、エッチング容器３２の把手３６をもって、エッチング容器３２内の熱リン酸及び構成部材２４を揺らしてもよい。エッチング容器３２を揺らす方向（揺動方向）としては、前後方向（図２のＸ軸方向）、左右方向（図２のＹ軸方向）、上下方向（図２のＺ軸方向）及びこれら３方向を組み合わせた方向でよい。このように揺らすことで、構成部材２４に付着している反応生成物に熱リン酸が浸透しやすくなり、エッチング処理が促進される。エッチング処理終了後は、構成部材２４を純水で洗浄して、構成部材２４表面に付着しているリン酸溶液を取り除く。
【００２８】
以上説明したように、半導体製造装置１０の構成部材２４を取り外して、ＧａＮが付着した構成部材２４を熱リン酸３０に浸すことにより、この構成部材２４からＧａＮが除去される。このようにしてＧａＮが除去された構成部材２４を、再度組み合わせて装置１０に組み立てることで、装置１０内のＧａＮ洗浄作業が完了する。すなわち、運転時に装置全体が高温にならない半導体製造装置装置であっても、装置内のＧａＮを除去することができる。
【００２９】
なお、熱リン酸の温度は、１８０℃に限定されず、ＧａＮと熱リン酸とが反応し易い１５０℃以上３００℃以下の温度から適宜選択可能である。また、構成部材２４の前処理に用いる処理液は、王水に限らず、少なくとも硝酸又は塩酸を含む混合液であればよい。このような混合液は、ＧａＮ以外の反応性生物の多くをエッチング除去することができる。
【００３０】
続いて、ハロゲン化水素による気相エッチング方法について、図３を参照しつつ説明する。図３は、この気相エッチング方法に用いる気相エッチング装置４０を示した概略構成図である。
【００３１】
図３に示すように、気相エッチング装置４０は、吸気口４２ａ及排気口４２ｂを有する筒状の横型反応管４２と、反応管４２の周囲を外部から加熱するヒータ４４と、反応管４２内の略中央に設置された載置台４６上で、エッチング部材を支持する支持容器４８とを備えている。反応管４２の吸気口４２ａは図示しないボンベに接続されており、この吸気口４２ａからＨＣｌ（ハロゲン化水素）及びＨ２の混合ガスが反応管４２内に供給される。また、ヒータ４４は図示しない電源から電力供給され、ヒータ４４の加熱により、反応管３２及び反応管３２内部の温度は７００℃以上の高温になる。
【００３２】
次に、この装置４０によって上述した反応生成物を除去する手順について説明する。
【００３３】
上述した熱リン酸によるウェットエッチングと同様に、半導体製造装置１０を分解して、フローチャネル１２等の構成部材２４を取り出し、この構成部材２４を王水で前処理する。次に、この構成部材２４を気相エッチング装置４０の反応管４２内の支持容器４８上（二点鎖線の範囲Ａ付近）に載置する。そして、ヒータ４４で反応管４２内の温度を約８００℃にした状態で、吸気口４２ａからＨＣｌ及びＨ２の混合ガスＧ５を１時間供給し、構成部材２４に対して気相エッチング処理を施す。このようなエッチング処理により、構成部材２４に付着しているＧａＮが除去される。なお、気相エッチング処理による排気Ｇ６は、排気口４２ｂから装置外に排出される。エッチング処理終了後は、構成部材２４を水洗した後、構成部材２４のベーキングをおこなう。
【００３４】
以上説明したように、半導体製造装置１０の構成部材２４を取り外して、ＧａＮが付着したこの構成部材２４に対して、気相エッチング装置４０内でハロゲン化水素であるＨＣｌによる気相エッチング処理を施すことにより、この構成部材２４からＧａＮが除去される。このようにしてＧａＮが除去された構成部材２４を、再度組み合わせて装置１０に組み立てることで、装置１０内のＧａＮ洗浄作業が完了する。すなわち、運転時に装置全体が高温にならない半導体製造装置装置であっても、装置内のＧａＮを除去することができる。なお、吸気口４２ａから供給するハロゲン化水素は、塩化水素（ＨＣｌ）に限定されず、例えば、臭化水素（ＨＢｒ）やヨウ化水素（ＨＩ）などでもよい。
【００３５】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上述した半導体製造装置の洗浄方法が利用される装置は、ＧａＮ結晶を成長させる半導体製造装置に限定されず、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどのＧａＮ系化合物半導体を成長させる半導体製造装置でもよく、また、ヒータではなくマイクロ波でサセプタを（反応管よりも高温に）加熱する半導体製造装置であってもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、反応生成物が付着した構成部材として石英部材（トレイなど）を例に説明してきたが、エッチング処理を施す構成部材は、熱リン酸やハロゲン化水素に耐性を有する、石英以外の材料の構成部材であってもよい。さらに、王水等による前処理は、適宜省略してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、結晶成長時に高温にならない構成部材に付着している反応生成物をも除去することが可能な半導体製造装置の洗浄方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体製造装置（ＭＯＶＰＥ装置）の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る洗浄用具を示した概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係る気相エッチング装置を示した概略構成図である。
【符号の説明】
１０…半導体製造装置、１２…フローチャネル、１４…基板、１６…ヒータ、１８…サセプタ、２４…構成部材、３０…熱リン酸（リン酸溶液）、４０…気相エッチング装置。
【図１】
2004140304.tif 000003
【図２】
2004140304.tif 000004
【図３】
2004140304.tif 000005