(57)【要約】【課題】成長工程における基板の昇温及び降温工程を成長室の外で行うことを可能とし、スループットを向上させる気相成長装置を提供すること。【解決手段】半導体膜を成長させる区画たる成長室１１１と隣接した箇所、例えば成長室１１１と基板設置室１１２との間に、半導体膜の成長原料が供給可能で減圧の環境下に制御が可能な降温区画又は更に基板を加熱する昇降温用ヒータ２１２を付加して構成した昇降温区画として昇降温室２１１を設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体膜成長原料を供給した減圧の環境下に半導体膜成長用基板を設置し、半導体膜成長用基板表面に半導体膜を成長させる気相成長装置において、
半導体膜を成長させる区画と隣接した箇所に、半導体膜成長原料が供給可能で、減圧の環境下に制御が可能な降温区画を有する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、
上記降温区画に半導体膜成長用基板を加熱可能な加熱手段を付加して構成した昇降温区画を有することを特徴とする気相成長装置。
【請求項３】
成長室、基板設置室、及びその一方から他方へ半導体膜成長用基板を基板保持治具にて出し入れする搬送装置を含む成長区画系統と、成長室への原料供給系統と、成長室からの排気・除害系統とを具備する気相成長装置において、
上記成長室と基板設置室の間に、基板加熱用ヒータを備え、且つ原料供給系統と排気・除害系統に接続された昇降温室を設けると共に、
上記搬送装置として、基板を基板設置室から昇降温室へ移し、昇温した後に高温減圧状態にて成長室へ移す第一の搬送装置と、
成長室で半導体膜の成長された基板を高温減圧状態にて昇降温室へ移し、降温した後に基板設置室へ移す第二の搬送装置とを設けたことを特徴とする気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板等の基板上に半導体膜を成長させる気相成長装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、半導体素子の需要拡大が目覚ましい。半導体素子には、携帯電話等に使用されているＦＥＴ、ＣＤやＤＶＤ等に使用されているレーザダイオード、交通用信号・自動車のブレーキランプ・大型電光表示盤等に使用されている発光ダイオード等があり、使用用途は多岐にわたっている。これら半導体素子は半導体基板上に半導体膜を成長させた半導体エピタキシャルウェハを加工して製造されており、この半導体エピタキシャルウェハの製造技術及び製造効率の向上が望まれている。
【０００３】
従来、半導体膜の成長に用いられている半導体膜成長装置１００の典型的構造は、図３に示すように、成長区画系統１１０、原料供給系統１２０、排気・除害系統１３０の３つから構成されており、成長区画系統１１０は、成長室１１１、基板設置室１１２、搬送装置１１３から構成されている。
【０００４】
基板設置室１１２内において半導体基板１１５が設置された基板保持治具１１４を、搬送装置１１３にて成長室１１１内に搬送して設置する。そして、基板加熱用ヒータ１１６及び排気・除害系統１３０にて成長室１１１内を高温減圧状態にする工程を経て、成長室１１１内に、原料供給系統１２０の半導体材料源１２２から原料供給配管１２１を通して原料ガスを供給することにより、半導体基板１１５の表面に半導体膜を成長する。
【０００５】
現在では、これらの成長工程を如何に短時間で行うかという、スループット向上が重要な課題となっている。
【０００６】
なお、このスループット向上とは直接には関係がないが、基板を収容した反応容器の一方の側に複数のガス供給管を、また他方の側に複数のガス排気管を設けた気相成長装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−７７１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の半導体膜成長装置１００における問題点は、成長室１１１内で半導体基板１１５の昇温及び降温を行わなければならない点である。例えば、半導体膜の成長された半導体基板は降温工程を経て搬出しなければならない。また半導体膜を成長する為には、半導体基板を昇温工程を経て高温にしなければならない。半導体基板を昇温及び降温する際には一部の原料供給も必要となる。
【０００８】
この為、従来の半導体膜成長装置１００では、成長室１１１の内部で昇温及び降温工程を行っている。半導体膜成長工程全体に対する、この昇温及び降温に要する時間の比率は大きく、昇温及び降温工程の時間短縮がスループット向上への大きな課題となっている。
【０００９】
なお、特許文献１の気相成長装置は、半導体膜を成長させる１つの区画たる反応容器を対象とし、そのガス供給管に設けた各々の供給バルブの開閉操作と、ガス排気管に設けた各々の排気バルブの開閉操作とを組み合わせて、基板上に流れるガス流量およびガス流の移動方向を制御し、基板上で対流の発生を防止するものであり、スループット向上とは直接には関係がない。 
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、成長工程における基板の昇温及び降温工程を成長室の外で行うことを可能とし、スループットを向上させることのできる気相成長装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１２】
請求項１の発明に係る気相成長装置は、半導体膜成長原料を供給した減圧の環境下に半導体膜成長用基板を設置し、半導体膜成長用基板表面に半導体膜を成長させる気相成長装置において、半導体膜を成長させる区画と隣接した箇所に、半導体膜成長原料が供給可能で、減圧の環境下に制御が可能な降温区画を有することを特徴とする。
【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、上記降温区画に半導体膜成長用基板を加熱可能な加熱手段を付加して構成した昇降温区画を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明に係る気相成長装置は、成長室、基板設置室、及びその一方から他方へ半導体膜成長用基板を基板保持治具にて出し入れする搬送装置を含む成長区画系統と、成長室への原料供給系統と、成長室からの排気・除害系統とを具備する気相成長装置において、上記成長室と基板設置室の間に、基板加熱用ヒータを備え、且つ原料供給系統と排気・除害系統に接続された昇降温室を設けると共に、上記搬送装置として、基板を基板設置室から昇降温室へ移し、昇温した後に高温減圧状態にて成長室へ移す第一の搬送装置と、成長室で半導体膜の成長された基板を高温減圧状態にて昇降温室へ移し、降温した後に基板設置室へ移す第二の搬送装置とを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の気相成長装置は、半導体膜を成長させる区画たる成長室と隣接した箇所、例えば成長室と基板設置室との間に、半導体膜の成長原料が供給可能で減圧の環境下に制御が可能な降温区画又は更に基板加熱用の加熱手段を付加して構成した昇降温区画を、例えば基板加熱用ヒータを備え、且つ原料供給系統と排気・除害系統に接続された昇降温室の形で有している。従って、本発明によれば、２つの基板保持治具を個々に搬送装置で搬送可能にすることにより、一方の半導体膜成長用基板を成長室内に設置して半導体膜を成長すると同時に、他方の半導体膜成長用基板を昇降温室で昇温又は降温することが可能となり、製造工程時間の時間短縮による大幅なスループット向上が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１に本実施形態に係る半導体膜成長装置（気相成長装置）２００の構成の概略を示す。
【００１８】
この半導体膜成長装置２００は、半導体膜成長原料を供給した減圧の環境下に半導体膜成長用基板を設置し、半導体膜成長用基板表面に半導体膜を成長させる気相成長装置であって、半導体膜を成長させる区画と隣接した箇所に、半導体膜成長原料が供給可能で減圧の環境下に制御が可能な降温区画又は更に基板加熱用の加熱手段を付加して構成した昇降温区画を有する。
【００１９】
詳述するに、成長室１１１、基板設置室１１２、及びその一方から他方へ半導体基板１１５の設置された基板保持治具１１４を出し入れする搬送装置１１３を含む成長区画系統１１０と、成長室１１１への原料供給系統１２０と、成長室１１１からの排気・除害系統１３０とを具備するという基本的構成は、図３の従来の気相成長装置と同じである。
【００２０】
しかし、上記成長室１１１と基板設置室１１２の間には、これらにシャッタ２１５、２１６を介して内部空間が接続された、降温区画又は昇降温区画として機能する昇降温室２１１が設けられている。この昇降温室２１１はその内部に基板保持治具１１４を２個並置し得る大きさを有しており、この昇降温室２１１内には、その内部空間に基板保持治具１１４にて置かれた半導体基板１１５を加熱する基板加熱用ヒータ（加熱手段）として機能するように、昇降温用ヒータ２１２が配設されている。また、この昇降温室２１１の内部空間には、配管２１３、２１４を介して、原料供給系統１２０の半導体材料源１２２と排気・除害系統１３０が接続されている。
【００２１】
次に、基板設置室１１２から成長室１１１までの搬送経路上を２つの基板保持治具１１４ａ、１１４ｂを個々独立に搬送可能とする為に、搬送装置１１３として、２つの搬送装置１１３ａ、１１３ｂが設置されている。第一の搬送装置１１３ａは、半導体基板１１５が設置された２番目の基板保持治具１１４ｂを、基板設置室１１２から図１の如く昇降温室２１１へ移し、昇温した後に高温減圧状態にて成長室１１１へ移す搬送機能を有する搬送装置である。第二の搬送装置１１３ｂは、図１の如く成長室１１１で半導体膜の成長された半導体基板の１番目の基板保持治具１１４ａを、高温減圧状態にて昇降温室２１１へ移し、降温した後に基板設置室１１２へ移す機能を有する搬送装置である。
【００２２】
上記のように昇降温室２１１内部に昇降温用ヒータ２１２を設置し、また昇降温室２１１内部に、一部の原料供給系統１２０と排気・除害系統１３０を接続することにより、昇降温室２１１内で減圧状態での昇温及び降温工程を可能とした。
【００２３】
また、基板設置室１１２から成長室１１１までの搬送経路上を２つの基板保持治具１１４ａ、１１４ｂを個々に搬送できるように搬送装置１１３を２つ設置することにより、高温減圧状態のまま成長室１１１と昇降温室２１１間で、２つの基板保持治具１１４ａ、１１４ｂの入れ換えを可能とした。
【００２４】
これら昇降温室２１１と搬送装置１１３ａ、１１３ｂの２つの機構により、複数回の製造工程を連続で行う場合においても、成長室１１１内部を高温減圧状態のまま保持することが可能となった。
【００２５】
本発明の気相成長装置によるスループット向上の効果を確認する為、同一品種の半導体エピタキシャルウェハを、本実施形態の気相成長装置と従来装置で成長し、その成長に要した時間を比較する実験を行った。成長品種はレーザダイオード用半導体エピタキシャルウェハとして、２回の製造工程に要する時間を比較した。
【００２６】
比較結果を図２にて説明する。図中、ａは昇温工程、ｂは成長工程、ｃは降温工程を示す。従来の気相成長装置により成長した半導体エピタキシャルウェハ（従来品）では、昇温工程ａに０．５時間、成長工程ｂに２．０時間、降温工程ｃに１．０時間で、１回の製造工程３．５時間を２回繰り返すため、合計で７．０時間が必要となった。
【００２７】
これに対し、本実施形態の気相成長装置により成長した半導体エピタキシャルウェハ（本発明品）では、基板保持治具１１４ａを用いた１回目の成長工程ｂの終了までに要する時間は変わらないが、１回目の成長工程ｂの終了０．５時間前から、２つ目の基板保持治具１１４ｂを用いて、半導体基板１１５ｂを昇降温室２１１内部で昇温することが出来る。そして、図２中“Ａ”のタイミングで成長室１１１内の基板保持治具１１４ａと、昇降温室２１１内の基板保持治具１１４ｂを、どちらも高温減圧状態で入れ換え、２回目の成長工程をすぐに開始する事が出来た。また成長済みの半導体基板１１５ａの降温工程ｃは２回目の成長中に行う事が出来るので、大幅な時間短縮が実現し、最終的に２回の製造工程に要した時間は５．５時間となった。
【００２８】
以上説明したように、従来の気相成長装置では複数回連続で成長しても１回の製造工程に要する時間は３．５時間と変わらなかった。しかし、本発明の気相成長装置では、連続で製造工程を行うことによって、昇温工程と降温工程を成長工程中に行うことが可能となるので、実質の製造工程時間は成長工程に要する２．０時間とすることが可能となり、スループットを７５％向上させることが出来た。
【００２９】
上記実施形態においては、昇降温用ヒータ２１２を具備し、一部の原料供給系統１２０と排気・除害系統１３０が接続された昇降温室２１１（昇降温区画）として説明したが、この代わりに、一部の原料供給系統１２０と排気・除害系統１３０が接続された降温室として、つまり半導体膜成長原料が供給可能で、減圧の環境下に制御が可能な降温区画として設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の気相成長装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の気相成長装置における２回の製造工程で要する時間を、従来の気相成長装置の場合と比較した略図である。
【図３】従来の気相成長装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１０  成長区画系統
１１１  成長室（半導体膜を成長させる区画）
１１２  基板設置室
１１３  搬送装置
１１３ａ  第一の搬送装置
１１３ｂ  第二の搬送装置
１１４ａ、１１４ｂ  基板保持治具
１１５ａ、１１５ｂ  半導体基板
１１６  基板加熱用ヒータ
１２０  原料供給系統
１２２  半導体材料源
１３０  排気・除害系統
２１１  昇降温室（降温区画、昇降温区画）
２１２  昇降温用ヒータ（基板加熱用ヒータ：加熱手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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