(57)【要約】【課題】気相成長装置においてエピタキシャル層の成長に影響する中間フローチャネルの如き流路形成部材内の温度分布を早期に安定させる。【解決手段】基板をセットするサセプター３、サセプターを加熱するヒーター２、及びサセプター表面に沿って原料ガス１を流すための流路を形成する部材（１２）を有し、サセプター表面に沿って原料ガス１を流し、加熱された基板上で半導体結晶をエピタキシャル成長する気相成長装置において、サセプター３の表面に沿って原料ガスを流すための流路を形成する部材である、上流流路部材５、中間流路部材６、下流流路部材７のうち、少なくとも中間流路部材６をグラファイト製とする。【選択図】　　　図１
2004022832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板をセットするサセプター、サセプターを加熱するヒーター、及びサセプター表面に沿って原料ガスを流すための流路を形成する部材を有し、サセプター表面に沿って原料ガスを流し、加熱された基板上で半導体結晶をエピタキシャル成長する気相成長装置において、
サセプター表面に沿って原料ガスを流すための流路を形成する部材をグラファイト製としたことを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
請求項１記載の気相成長装置において、
サセプター表面に沿って原料ガスを流すための流路を形成する流路形成部材を、サセプターを位置せしめた中間流路部材と、その前後の上流流路部材及び下流流路部材から構成し、
上記中間流路部材をグラファイト製としたことを特徴とする気相成長装置。
【請求項３】
請求項２記載の気相成長装置において、
上記流路形成部材が横置きされ、その中間流路部材の上壁部に円板状のサセプターが位置されると共に、その上方にサセプターを加熱するヒーターが設けられた横型の気相成長装置として構成され、
原料ガスが上流流路部材によってサセプターの大きさをカバーできるように水平方向に広げられた後に中間流路部材に導かれ、ここで加熱された基板上で半導体結晶がエピタキシャル成長され、中間流路部材を出たガスが下流流路部材により集束されて排出されることを特徴とする気相成長装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載の気相成長装置において、
上記流路形成部材を構成する上流流路部材、中間流路部材及び下流流路部材のうちの中間流路部材をグラファイト製とすると共に、さらに上流流路部材及び下流流路部材の一方又は双方をグラファイト製としたことを特徴とする気相成長装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の気相成長装置がＧａを含む半導体結晶、Ａｌを含む半導体結晶、Ａｓを含む半導体結晶、Ｐを含む半導体結晶のいずれかを成長する気相成長装置であることを特徴とする気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気相成長装置、特にエピタキシャル層を安定に成長させる気相成長装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）装置では、サセプターに基板をセットし、ヒーターによって基板及びサセプターを所定の温度に保ちながら、その表面に沿って原料ガスを流し、化学反応により基板上にエピタキシャル層を成長させている。
【０００３】
本発明の実施形態に係る図１及び図２を併用して説明する。図１は気相成長装置のおおまかな構造を、図２は反応室のおおまかな構造を示す。この気相成長装置は、基板をセットするグラファイト製のサセプター３、サセプターを加熱するヒーター２、及びサセプター表面に沿って原料ガス１を流すための流路を形成する部材（フローチャネル（ＦＣ））を有し、サセプター３の表面に沿って原料ガス１を流し、加熱された基板上で半導体結晶をエピタキシャル成長するＭＯＣＶＤ装置として構成されている。サセプター表面に沿って原料ガスを流すための流路を形成する流路形成部材であるフローチャネル（ＦＣ）は、図２に示すように、サセプター３を位置せしめる開口６ａを有する石英ガラスの中間フローチャネル（中間流路部材）６と、その前後の上流フローチャネル（上流流路部材）５及び下流フローチャネル（下流流路部材）７から構成されている。
【０００４】
サセプター３はグラファイト製であり、中間フローチャネル（中間流路部材）６（図３）は石英ガラス８（図４）からできている。
【０００５】
基板上にエピタキシャル層を形成するために、上流側から、ＩＩＩ族原料（Ｇａ（ＣＨ３）３、Ａｌ（ＣＨ３）３、Ｉｎ（ＣＨ３）３等）、Ｖ族原料（ＡｓＨ３、ＰＨ３等）、必要に応じて各種ドーパント原料を所定の比率で混合し供給する。流路を形成するフローチャネル（ＦＣ）に入った原料ガス１は、サセプター３の大きさをカバーできるように上流フローチャネル５で水平方向に広げられた後、中間フローチャネル６に導かれ、ヒーター２によりサセプター３の手前あたりから熱分解を開始し、基板表面にエピタキシャル層を形成することになる。そして、中間フローチャネル６を出たガスは、下流フローチャネル７により集束されて排出され、排気系４へと導かれる。
【０００６】
上記過程において問題となるのが、熱分解した原料の一部だけがサセプター３の表面に堆積することである。逆に言えば、原料の反応性を上げるためヒーター２の一部をサセプター３よりも上流側へ設置しており、ヒーター上流側端部あたりから下流まで、フローチャネル内面に堆積が発生することになる。その結果、その加工性、不純物の少なさ、耐熱性の面から採用している石英ガラス製フローチャネルが、使用当初の透明な状態から堆積による不透明な状態になり、堆積物自体がヒーター２の熱を受けるため、フローチャネル内部の熱分布が変化する。
【０００７】
熱分布が変化すれば、基板上に形成するエピタキシャル層の状態も変化することになる。そのため、新品或いはメンテナンス後のフローチャネルを使用する場合、本来のエピタキシャル層成長の前に適当な比率で原料ガスを流し、図４に示すように、わざと中間フローチャネル６（図３）の内部へＧａＡｓ膜等の堆積を行い、この堆積物９の存在によって、以後の成長でフローチャネル内部の温度分布の変化が少なくなるようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の気相成長装置においては、流路を形成するフローチャネル部材として石英ガラス８を使用していたため、使用開始後の中間フローチャネル６の内面への堆積の進行により、フローチャネル内部の温度分布が変化し、最終的は、基板へのエピタキシャル層の状態も変化する。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、気相成長装置においてエピタキシャル層の成長に影響する中間フローチャネルの如き流路形成部材内の温度分布を早期に安定させることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、サセプター周辺でＧａＡｓ等の堆積が発生しやすい中間フローチャネルの如き流路形成部材を、サセプター材料として一般的に使用されているグラファイト製に変更する。
【００１１】
本発明は、具体的には次のように構成したものである。
【００１２】
請求項１の発明は、基板をセットするサセプター、サセプターを加熱するヒーター、及びサセプター表面に沿って原料ガスを流すための流路を形成する部材を有し、サセプター表面に沿って原料ガスを流し、加熱された基板上で半導体結晶をエピタキシャル成長する気相成長装置において、サセプター表面に沿って原料ガスを流すための流路を形成する部材をグラファイト製としたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１記載の気相成長装置において、サセプター表面に沿って原料ガスを流すための流路を形成する流路形成部材を、サセプターを位置せしめた中間流路部材と、その前後の上流流路部材及び下流流路部材から構成し、上記中間流路部材をグラファイト製としたことを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項２記載の気相成長装置において、上記流路形成部材が横置きされ、その中間流路部材の上壁部に円板状のサセプターが位置されると共に、その上方にサセプターを加熱するヒーターが設けられた横型の気相成長装置として構成され、原料ガスが上流流路部材によってサセプターの大きさをカバーできるように水平方向に広げられた後に中間流路部材に導かれ、ここで加熱された基板上で半導体結晶がエピタキシャル成長され、中間流路部材を出たガスが下流流路部材により集束されて排出されることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項２又は３記載の気相成長装置において、上記流路形成部材を構成する上流流路部材、中間流路部材及び下流流路部材のうちの中間流路部材をグラファイト製とすると共に、さらに上流流路部材及び下流流路部材の一方又は双方をグラファイト製としたことを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の気相成長装置がＧａを含む半導体結晶、Ａｌを含む半導体結晶、Ａｓを含む半導体結晶、Ｐを含む半導体結晶のいずれかを成長する気相成長装置であることを特徴とする。
【００１７】
＜発明の要点＞
本発明では、エピタキシャル層の成長に影響するフローチャネル内の温度分布を早期に安定させるために、サセプター表面に沿って原料ガスを流すための流路を形成する部材をグラファイト製に変更する。具体的には、サセプター表面に沿って原料ガスを流すための流路を形成する流路形成部材が、上流流路部材、中間流路部材及び下流流路部材から成り、このうちの中間流路部材にサセプターが位置せしめられる形態においては、少なくともその中間流路部材をグラファイト製に変更する。
【００１８】
グラファイト自体、非常に熱伝導に優れる材料であることから、ヒーターによる加熱で、サセプターを含めて周囲温度環境を殆ど均一にできることになり、非常に良質のエピタキシャル層を形成することが可能である。加えて、サセプターの材料としても使用されていることから分かるように、温度面、不純物面の面でも特に問題が無いものを製作することが可能である。
【００１９】
このことにより、新品中間フローチャネルを使用する際、或いはメンテナンスした中間フローチャネルを使用する際に実施しているところの、通常温度安定のためのＧａＡｓ等の堆積作業を、短時間化すること或いは無くすことが可能になる。
【００２０】
本発明は、次のようないずれの半導体の成長装置においても有効に作用するものである。
【００２１】
（１）　Ｇａを含む半導体結晶を成長し、Ｇａ原料として、Ｇａ（ＣＨ３）３（トリメチルガリウム）またはＧａ（Ｃ２Ｈ５）３（トリエチルガリウム）を用いる。
【００２２】
（２）　Ａｌを含む半導体結晶を成長し、Ａｌ原料として、Ａｌ（ＣＨ３）３（トリメチルアルミニウム）またはＡｌ（Ｃ２Ｈ５）３（トリエチルアルミニウム）を用いる。
【００２３】
（３）　Ａｓを含む半導体結晶を成長し、Ａｓ原料として、Ａｓ（ＣＨ３）３（トリメチル砒素）、ＡｓＨ３（アルシン）またはＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）を用いる。
【００２４】
（４）　Ｐを含む半導体結晶を成長し、Ｐ原料として、ＰＨ３（ホスフィン）またはＴＢＰ（ターシャリーブチルホスフィン）を用いる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００２６】
図１に本実施形態に係る気相成長装置のおおまかな構造を、図２にその反応室の構造を示す。この気相成長装置は、図５（ｂ）のように基板１４をセットするグラファイト製のサセプター３、サセプターを加熱するヒーター２、及びサセプター表面に沿って原料ガス１を流すための流路を形成する部材（フローチャネル１２）を有し、サセプター３の表面に沿って原料ガス１を流し、加熱された基板上で原料を熱分解して半導体結晶をエピタキシャル成長するＭＯＣＶＤ装置として構成されている。
【００２７】
サセプター表面に沿って原料ガスを流すための流路を形成する流路形成部材であるフローチャネル（ＦＣ）１２は、図２に示すように、サセプター３を位置せしめる開口６ａを有する中間フローチャネル（中間流路部材）６と、その前後の上流フローチャネル（上流流路部材）５及び下流フローチャネル（下流流路部材）７から構成されている。
【００２８】
この例では、流路形成部材であるフローチャネル１２が横置きされ、その中間フローチャネル６の上壁部に円板状のサセプター３が位置されると共に、その上方にサセプター３を加熱するヒーター２が設けられ、横型の気相成長装置として構成されている。原料の反応性を上げるため、ヒーター２の一部はサセプター３よりも上流側へ設置されている。
【００２９】
上記サセプター３はグラファイト製であるが、上記中間フローチャネル（中間流路部材）６は従来と異なり、石英ガラスで製はなくグラファイト製となっている。
【００３０】
すなわち、サセプター３の温度分布に影響を与えるのは、図１に示す位置関係から分かるように中間フローチャネル６である。そこで、この中間フローチャネル６をグラファイト製に変更する。
【００３１】
上流フローチャネル端部から原料ガス１として導入された原料は、中間フローチャネル６に到達した時点でヒーター２により熱分解を開始し、基板上にエピタキシャル成長すると共に、周辺部にも堆積する。
【００３２】
これまでは、中間フローチャネル６に石英ガラスを使用していたため、その内部に付いた堆積物９（図４）が、ヒーター２による加熱層と保温層の役割を果たしていた。そのため、ある程度堆積物９（図４）が付かないと、中間フローチャネル６内の温度分布が安定しなかった。それに対して、本実施形態の気相成長装置では、グラファイト製の中間フローチャネル６としているため、中間フローチャネル６自体がヒーター２により加熱され、その熱容量で保温層として働くことから、使用開始当初より内部の温度分布が安定することになる。
【００３３】
ところで、通常、上記のような気相成長装置により製造される半導体製品は、複数のエピタキシャル層から形成されており、製品のエピタキシャル成長に当たっては、事前に各層の条件出しを行うことが必要不可欠である。つまり、条件出しの際の温度条件と製品成長させる時の温度条件が異なると、結果として、各種特性が規格から外れる可能性が出てくる。
【００３４】
この意味でも、熱伝導が高く、熱容量が大きく、内部堆積物の温度分布への影響が小さくできる中間フローチャネル６のグラファイト化は非常に有効である。
【００３５】
上記のようにグラファイト製の中間フローチャネル６とした構成の気相成長装置によれば、次のような利点が得られる。
【００３６】
（ｉ）　製品を製作する際に行う条件出し作業から実際の製品成長時まで、温度条件を一定にして作業できるため、条件出しで求められた成長条件で、狙ったとおりの製品を製作できる。
【００３７】
（ｉｉ）　新品中間フローチャネルを使用する際、或いはメンテナンスした中間フローチャネルを使用する際に実施しているところの、中間フローチャネル内面の堆積物成長作業を省略することが可能であり、作業時間にして、２〜４時間程度の時間が省略可能である。
【００３８】
（ｉｉｉ）　上記（ｉｉ）　に際して、サセプターにダミーとしてセットしていた基板が必要でなくなり、コストの低減が図れる。
【００３９】
（ｉｖ）　余分な原料を流す必要が無くなるので、原料面でコスト低減が図れる。
【００４０】
＜他の実施形態＞
上記実施形態では、流路形成部材を構成する上流フローチャネル、中間フローチャネル及び下流フローチャネルのうちの中間フローチャネルをグラファイト製としたが、中間フローチャネル以外のフローチャネルをグラファイト化しても良い。すなわち、中間フローチャネル６をグラファイト製とすると共に、さらに上流フローチャネル５及び下流フローチャネル７の一方又は双方をグラファイト製とすることもできる。なおフローチャネルの材質としては、不純物が出ず、高耐熱性、熱伝導性が高ければ同様の効果を生むことができる。
【００４１】
上記実施形態では、原料の反応性を上げるため、ヒーター２の一部をサセプター３よりも上流側へ設置したが、必ずしもそのようにする必要はない。しかし、熱伝導性として適当な材質のものがあれば、ヒーターによる直接の加熱範囲を小さくし、温度分布に傾斜を持たせることも可能である。
【００４２】
また上記実施形態では、横型フェイスダウン形式の気相成長装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４３】
図５にＭＯＶＰＥ装置が採用しているリアクター（反応炉）の主な構成方式を示す。図５（ａ）はサセプター３１の角錐斜面に半導体基板（ウェハ）１４を保持したバレル型である。図５（ｂ）はガスがフローチャネル（反応管）１２の一側から他側に向かって一方向に流れ、且つ基板１４がサセプター３２の開口部内にフェイスダウンで設けられるタイプ（横型フェイスダウン）であり、１７は均熱板を示す。図５（ｃ）は上から下に向かうガスがサセプター３３の中央から半径方向外側に流れ、且つ基板１４がサセプター３３の開口部内にフェイスアップで設けられるタイプ（自転公転型フェイスアップ）である。そして図５（ｄ）は下から上に向かうガスがサセプター３４中央から半径方向外側に流れ、且つ基板１４がサセプター３３の開口部内にフェイスダウンで設けられるタイプ（自転公転型フェイスダウン）を示す。
【００４４】
これらのいずれの反応炉についても、サセプター表面に沿って原料ガスを流すための流路を形成する部材（フローチャネル１２等）をグラファイト製とすることにより、流路形成部材内の温度分布を早期に安定させ、石英ガラス製に較べて熱分布が変化しないリアクターを得ることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、気相成長装置において、サセプター表面に沿って原料ガスを流すための流路を形成する部材（中間フローチャネル等）をグラファイト製としたので、エピタキシャル層の成長に影響する中間フローチャネルの如き流路形成部材内の温度分布を早期に安定させて、石英ガラス製に較べて熱分布が変化しない気相成長装置を構成することができる。
【００４６】
従って、本発明の気相成長装置によれば、製品を製作する際に行う条件出し作業から実際の製品成長時まで、温度条件を一定にして作業できるため、条件出しで求められた成長条件で、狙ったとおりの製品を製作することができる。
【００４７】
また、新品中間フローチャネルを使用する際や、メンテナンスした中間フローチャネルを使用する際に実施しているところの、中間フローチャネル内面の堆積物成長作業を省略することが可能であり、作業時間にして、２〜４時間程度の時間が省略可能である。また余分な原料を流す必要が無くなるので、原料面でのコストの低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る気相成長装置の構造を示した概略図である。
【図２】図１の気相成長装置における反応室のフローチャネルの構造を示す概略図である。
【図３】図２の気相成長装置の中間フローチャネルを示した概略図である。
【図４】図３の中間フローチャネルのＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明を適用可能な気相成長装置の主なリアクター方式を示した図である。
【符号の説明】
１　原料ガス
２　ヒーター
３　サセプター
４　排気系
５　上流フローチャネル（上流流路部材）
６　中間フローチャネル（中間流路部材）
６ａ　開口
７　下流フローチャネル（下流流路部材）
１２　フローチャネル
１４　基板
【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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