(57)【要約】【課題】成長を繰り返しても、エピタキシャル層の面内不均一が生じにくい半導体ウェハの製造方法を提供する。【解決手段】予め、成長炉１内をＧａＳｅからなる層状構造結晶でコーティングして、成長炉１内にＧａＳｅコーティング層５を形成しておき、成長炉１内で、ＧａＡｓ基板２上に気相成長によりエピタキシャル層２ａを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め、成長炉内をＧａＳｅからなる層状構造結晶でコーティングして、前記成長炉内にＧａＳｅコーティング層を形成しておき、
前記成長炉内で、ＧａＡｓ基板上に気相成長によりエピタキシャル層を形成することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
【請求項２】
前記成長炉は、前記エピタキシャル層の原料ガスを流すための石英製の反応管と、該反応管内に前記ＧａＡｓ基板を固定するためのカーボン製の固定治具と、を有し、
前記固定治具に前記ＧａＳｅコーティング層を形成する請求項１記載の半導体ウェハの製造方法。
【請求項３】
前記ＧａＳｅコーティング層の厚さは５０ｎｍ以上である請求項１または２記載の半導体ウェハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＡｓ基板上に気相成長によりエピタキシャル層を形成する半導体ウェハの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体エピタキシャル結晶の積層構造は、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）やＨＢＴ（Hetero Bipolar Transistor）等の電子デバイスや、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）、レーザーといった発光デバイスとして広く使用されている。
【０００３】
これらの化合物半導体の電子デバイス・発光デバイスは、一般的に、ＧａＡｓ基板などの基板に、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）法やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法などの結晶成長法を用いて所望の組成、厚さの化合物半導体結晶（エピタキシャル層）を順次エピタキシャル成長させて製造される。
【０００４】
例えば、ＭＯＶＰＥ法では、エピタキシャル成長時、図３に示すように、ＧａＡｓ基板２はサセプタ３と呼ばれるカーボン製の基板保持具（固定治具）にセットされる。サセプタ３はＧａＡｓ基板２を設置する部分が凹状に窪んでおり、その凹状に窪んだ部分である基板設置部３ａに、ＧａＡｓ基板２が設置される。サセプタ３は、石英製の反応管４の中に設置される。
【０００５】
このようにしてセットした状態で反応管４に原料ガスを流し、エピタキシャル層を成長させる。所望のエピタキシャル層を成長したらＧａＡｓ基板２のみを交換し、交換したＧａＡｓ基板２に対して同様にエピタキシャル層の成長を行う。
【０００６】
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、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−８５３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ＧａＡｓ基板２上にエピタキシャル成長を行う際に、図４に示すように、サセプタ３や反応管４の内面に析出物（以下デポと呼ぶ）４１が発生する。サセプタ３や反応管４の内面は原子レベルでは平滑ではないため、デポ４１は島状に成長し、成長の繰返しに伴って徐々に増大していく。この成長した島状のデポ４１により、やがて原料ガスＧの乱れが生じ、ＧａＡｓ基板２上のエピタキシャル層２ａの膜厚や結晶電気特性の面内均一性が悪化してしまうという問題がある。
【０００９】
そのため、従来方法では、ある程度成長を繰り返したらサセプタ３や反応管４を交換する（破棄して新たなものに交換するか、酸洗浄などでデポ４１を除去して再利用する）必要があり、量産性向上の妨げになっていた。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、成長を繰り返しても、エピタキシャル層の面内不均一が生じにくい半導体ウェハの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、予め、成長炉内をＧａＳｅからなる層状構造結晶でコーティングして、前記成長炉内にＧａＳｅコーティング層を形成しておき、前記成長炉内で、ＧａＡｓ基板上に気相成長によりエピタキシャル層を形成する半導体ウェハの製造方法である。
【００１２】
前記成長炉は、前記エピタキシャル層の原料ガスを流すための石英製の反応管と、該反応管内に前記ＧａＡｓ基板を固定するためのカーボン製の固定治具と、を有し、前記固定治具に前記ＧａＳｅコーティング層を形成してもよい。
【００１３】
前記ＧａＳｅコーティング層の厚さは５０ｎｍ以上であるとよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、成長を繰り返しても、エピタキシャル層の面内不均一が生じにくい半導体ウェハの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体ウェハの製造方法に用いる成長炉の断面図である。
【図２】本発明において、成長を２３回繰り返した場合のＰＬ波長面内分布の推移を示す図である。
【図３】従来の半導体ウェハの製造方法に用いる成長炉の断面図である。
【図４】従来の半導体ウェハの製造方法において、成長を繰返すと、サセプタや反応管の内面に島状のデポが発生することを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態に係る半導体ウェハの製造方法に用いる成長炉（半導体ウェハの製造装置）の断面図である。なお、本実施の形態では、ＭＯＶＰＥ法により、ＧａＡｓ基板２上にIII−Ｖ族化合物半導体からなるエピタキシャル層２ａを形成する場合を説明する。
【００１８】
図１に示すように、成長炉１は、原料ガスＧを流すための筒状の石英製の反応管４と、反応管４内にＧａＡｓ基板２を固定するためのカーボン製の固定治具であるサセプタ３と、を有し、ＧａＡｓ基板２上に気相成長（ＭＯＶＰＥ法）によりエピタキシャル層２ａを形成するものである。サセプタ３の表面（図示上側の面）には、凹状に窪んだ基板設置部３ａが形成され、その基板設置部３ａにＧａＡｓ基板２が設置される。
【００１９】
成長炉１では、エピタキシャル成長時には、ＧａＡｓ基板２の背面に設置されているヒータ（図示せず）でＧａＡｓ基板２を加熱した状態で、図示矢印方向（左側から右側の方向）に原料ガスＧが導入される。なお、ＧａＡｓ基板２の配置や原料ガスＧの方向は、これに限定されず、様々な形態が可能であり、例えば、ＧａＡｓ基板２の配置を縦方向としたり、ＧａＡｓ基板２の表面に原料ガスＧを垂直に吹き付ける構成としてもよい。
【００２０】
さて、本実施の形態に係る半導体ウェハの製造方法では、予め、成長炉１内をＧａＳｅからなる層状構造結晶でコーティングして、成長炉１内にＧａＳｅコーティング層（ＧａＳｅ膜）５を形成しておき、そのＧａＳｅコーティング層５を形成した成長炉１内で、ＧａＡｓ基板２上に気相成長によりエピタキシャル層２ａを形成する。
【００２１】
つまり、本発明では、エピタキシャル成長前（ＧａＡｓ基板２をセットする前）に、サセプタ３と反応管４の内面を層状構造を有する結晶（ＧａＳｅコーティング層５）でコーティングしておく。
【００２２】
層状構造を有する結晶表面は原子レベルで平滑であるため、その表面では均一に成長が進行し、島状成長になりにくい。したがって、デポの成長が進んでも、デポは島状に成長せずに平滑性が維持されることとなり、原料ガスＧの乱れが生じにくくなる。
【００２３】
本実施の形態では、成長炉１内全体、すなわちサセプタ３の表面と反応管４の内面の全体にＧａＳｅコーティング層５を形成したが、コーティングは成長炉１内全体でなくとも効果がある。特に、ＧａＡｓ基板２の上流側での原料ガスＧの乱れがエピタキシャル成長へ大きな影響を及ぼすので、反応管４へのコーティングはＧａＡｓ基板２の上流側付近のみとしてもよい。さらには、反応管４の内面へのコーティングを行わず、サセプタ３の表面のみにＧａＳｅコーティング層５を形成しても、本発明の効果は得られる。
【００２４】
本実施の形態では、ＧａＡｓ基板２上にIII−Ｖ族化合物半導体からなるエピタキシャル層２ａを成長することになるが、III−Ｖ族化合物半導体の成長においては、コーティング材料としてＧａＳｅを用いることが望ましい。これは、ＧａもＳｅもエピタキシャル層２ａの原料として用いるので、ＧａＳｅ自体が不純物として悪影響することがないためである。
【００２５】
ＧａＳｅコーティング層５の厚さは５０ｎｍ以上であることが望ましい。これは、ＧａＳｅコーティング層５の厚さを５０ｎｍ以上とすることにより、粘着テープ等を用いてＧａＳｅコーティング層５を容易に剥離できるようにするためである。エピタキシャル成長を繰返し、ＧａＳｅコーティング層５上にデポが成長した後、そのデポが成長したＧａＳｅコーティング層５を剥離することで、再びＧａＳｅコーティング層５を剥離した成長炉１内でのエピタキシャル成長が可能となり、サセプタ３や反応管４の交換をさらに延長することが可能となる。ＧａＳｅコーティング層５は、例えば、スパッタリング法により形成することができる。
【００２６】
なお、ＧａＳｅコーティング層５上のデポは平滑性を維持するが、温度条件や原料ガスＧの種類によっては、成長炉１内でのデポの進行にばらつきが生じ、それによって、ＧａＡｓ基板２上のエピタキシャル層２ａが不均一になるなどの影響が出る場合も考えられる。このような場合にも、特にデポが強い領域のみを粘着テープ等を用いてＧａＳｅコーティング層５ごと剥離させればよい。
【００２７】
ＧａＡｓ基板２上に成長させるエピタキシャル層２ａは、特に限定するものではなく、例えば、従来よりＧａＡｓ基板２上にエピタキシャル成長されていたものであれば、ＬＥＤ用、太陽電池用、レンズ用など様々のデバイス材料を成長可能である。
【００２８】
ＧａＡｓ基板２上に所望のエピタキシャル層２ａを成長させた後、ＧａＡｓ基板２のみを交換し、交換した新たなＧａＡｓ基板２に対して再度エピタキシャル成長を行う。生産中はこれを繰返す。以上により、所望のエピタキシャル層２ａを成長させたＧａＡｓ基板２、すなわち半導体ウェハが得られる。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態に係る半導体ウェハの製造方法では、予め、成長炉１内をＧａＳｅからなる層状構造結晶でコーティングして、成長炉１内にＧａＳｅコーティング層５を形成しておき、その成長炉１内で、ＧａＡｓ基板２上に気相成長によりエピタキシャル層２ａを形成するようにしている。
【００３０】
ＧａＳｅコーティング層５の表面は原子レベルで平滑であるため、デポが島状に成長することを抑制し、デポによる原料ガスＧの乱れを抑制することが可能となり、その結果、エピタキシャル成長を繰り返しても、エピタキシャル層２ａの面内不均一を生じにくくすることができる。
【００３１】
また、従来方法では、デポが島状に成長するため、デポがある程度の厚さになったら、サセプタ３、反応管４を取り出して毎回破棄するか、酸洗浄などしてデポを除去して再利用しなければ、エピタキシャル層２ａの面内均一性を維持できなかった。これに対して、本発明では、デポが島状成長しにくいので、サセプタ３や反応管４の交換周期を長くでき、量産性の向上に寄与する。
【００３２】
さらに、ＧａＳｅコーティング層５は層状結晶で剥離しやすいので、デポがある程度成長した段階でＧａＳｅコーティング層５ごと剥離させれば、サセプタ３や反応管４の交換周期をさらに延長できる。ＧａＳｅコーティング層５のコーティング厚さを５０ｎｍ以上とすることで、このような剥離が容易に行えるようになる。
【００３３】
さらにまた、サセプタ３や反応管４を新品に交換する場合、新しいサセプタ３や反応管４に付着した大気成分などによる汚染が問題になることがある。他方、サセプタ３や反応管４を再利用する場合でも、デポを洗浄除去する際に用いた洗浄液成分による汚染が問題になることがある。このような汚染対策として、従来、サセプタ３、反応管４をセッティング後に熱処理など炉内純度を上げる作業を行う必要があったが、本発明では、コーティングされたＧａＳｅコーティング層５が汚染物質の湧き出しを防ぐので、炉内の純度対策が不要あるいは簡略化できる。
【００３４】
このように、本発明によれば、エピタキシャル層２ａの気相成長において、繰返しエピタキシャル成長を行っても、エピタキシャル層２ａの面内均一性を維持できる。また、炉内の純度向上が容易になり、さらにサセプタ３、反応管４の交換周期を延長できる。
【００３５】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【００３６】
例えば、上記実施の形態では、カーボン製のサセプタ３を用いたが、カーボン以外の材料からなるサセプタを用いてもよい。また、上記実施の形態では、石英製の反応管４を用いたが、石英以外の材料からなる反応管を用いてもよい。
【実施例】
【００３７】
ＧａＳｅコーティングはスパッタリング法で行った。１０-2ｔｏｒｒ（約１．３Ｐａ）のＡｒ雰囲気中で、ＧａＳｅ結晶をターゲットとし、サセプタ３のＧａＡｓ基板２配置側の面を対向させて、サセプタ３の表面にＧａＳｅコーティング層５を形成した。
【００３８】
このサセプタ３を用いて図１に示すように反応管４にセットした。ＧａＡｓ基板２は直径４インチの円形状とし、（１００）面を表面とする。
【００３９】
このＧａＡｓ基板２上に次の条件でＡｌＧａＩｎＰ層１０００ｎｍを成長させた。
【００４０】
反応管４の背面に設置されたヒータでＧａＡｓ基板２を６５０℃に保持し、原料ガスＧとしてＴＭＧ（tri-methyl-gallium）：０．０１２（Ｌ／分）、ＴＭＡ（tri-methyl-alminum）：０．００４（Ｌ／分）、ＴＭＩ（tri-methyl-indium）：０．０２（Ｌ／分）、Ｓｉ2Ｈ6：０．５１（Ｌ／分）、ＰＨ3（ホスフィン）：１．８（Ｌ／分）を炉内に供給した。
【００４１】
図２に成長を２３回繰り返した場合のＰＬ波長面内分布の推移を示す。また、従来例として、ＧａＳｅコーティング層５を形成しなかったときのＰＬ波長面内分布を併せて示す。なお、ＰＬ波長面内分布とは、ＡｌＧａＩｎＰ層におけるフォトルミネッセンス光の発光波長の面内分布をいい、ここでは、発光波長の最大値と最小値との差で表している。
【００４２】
図２に示すように、従来例では、成長繰返しに伴い面内分布が悪化していくのに対し、本発明の実施例では、面内分布が安定しており、成長を繰り返しても、エピタキシャル層２ａの面内不均一が生じにくくなっていることが分かる。
【符号の説明】
【００４３】
１  成長炉
２  ＧａＡｓ基板
２ａ  エピタキシャル層
３  サセプタ
４  反応管
５  ＧａＳｅコーティング層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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