(57)【要約】【目的】Ｇａを含有するガスを供給したと同一の反応室内で、Ｓｉ上に良質な膜を形成する気相成長方法を提供する。【構成】実施形態の気相成長方法は、反応室にガリウム（Ｇａ）を含有するソースガスを供給し、反応室内の支持部上に載置される第１の基板に第１の膜を形成し、第１の基板を反応室から搬出し、第１の基板を反応室から搬出した後に、支持部を加熱して、支持部に付着した付着物を除去し、付着物を除去した後に、反応室に、第１の基板と異なる表面がシリコン（Ｓｉ）の第２の基板を搬入し、支持部上に載置される第２の基板に第２の膜を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室にガリウム（Ｇａ）を含有するソースガスを供給し、前記反応室内の支持部上に載置される第１の基板に第１の膜を形成し、
前記第１の基板を前記反応室から搬出し、
前記第１の基板を前記反応室から搬出した後に、前記支持部を加熱して、前記支持部に付着した付着物を除去し、
前記付着物を除去した後に、前記反応室に、前記第１の基板と異なる、表面がシリコン（Ｓｉ）の第２の基板を搬入し、
前記支持部上に載置される前記第２の基板に第２の膜を形成することを特徴とする気相成長方法。
【請求項２】
前記付着物を除去する際に、前記反応室内に塩素原子を含有するクリーニングガスを供給することを特徴とする請求項１記載の気相成長方法。
【請求項３】
前記付着物を除去する際に、前記反応室内に水素ガスまたは不活性ガスを含有するベーキングガスを供給することを特徴とする請求項１記載の気相成長方法。
【請求項４】
前記付着物を除去する際に、前記反応室内に塩素原子を含有するクリーニングガスを供給し、その後、前記反応室内に水素ガスまたは不活性ガスを含有するベーキングガスを供給することを特徴とする請求項２記載の気相成長方法。
【請求項５】
前記反応室内に塩素原子を含有するクリーニングガスを供給する際に、前記支持部を８００℃以上１１００℃以下に加熱し、前記反応室内に水素ガスまたは不活性ガスを含有するベーキングガスを供給する際に、前記支持部を１１５０℃以上１２５０℃以下に加熱することを特徴とする請求項４記載の気相成長方法。
【請求項６】
前記クリーニングガスを供給した後に、前記反応室内にアンモニアを供給することを特徴とする請求項２記載の気相成長方法。
【請求項７】
前記ベーキングガスを供給した後に、前記反応室内にアンモニアを供給することを特徴とする請求項４記載の気相成長方法。
【請求項８】
前記クリーニングガスをパージした後、前記反応室内にアンモニアを供給することを特徴とする請求項２記載の気相成長方法。
【請求項９】
前記クリーニングガスが、塩酸ガスまたは塩素ガスを含むことを特徴とする請求項２記載の気相成長方法。
【請求項１０】
前記第２の膜は、窒化アルミニウム膜又は窒化シリコン膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項９いずれか一項記載の気相成長方法。
【請求項１１】
前記第２の膜上に、ガリウム（Ｇａ）を含有する第３の膜を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項１０いずれか一項記載の気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスを供給して成膜を行う気相成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高品質な半導体膜を成膜する方法として、ウエハに気相成長により単結晶膜を成長させるエピタキシャル成長技術がある。エピタキシャル成長技術を用いる気相成長装置では、常圧または減圧に保持された反応室内の支持部にウエハを載置する。そして、このウエハを加熱しながら、成膜の原料となるソースガス等のプロセスガスを、反応室上部の、例えば、シャワープレートからウエハ表面に供給する。ウエハ表面ではソースガスの熱反応等が生じ、ウエハ表面にエピタキシャル単結晶膜が成膜される。
【０００３】
近年、発光デバイスやパワーデバイスの材料として、ＧａＮ（窒化ガリウム）系の半導体デバイスが注目されている。ＧａＮ系の半導体を成膜するエピタキシャル成長技術として、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）がある。有機金属気相成長法では、ソースガスとして、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属や、アンモニア（ＮＨ３）等が用いられる。また、キャリアガスとして水素ガス（Ｈ２）、窒素ガス(N2)等やそれらの混合ガスが用いられる場合もある。
【０００４】
Ｓｉ（シリコン）ウエハ上にＧａＮ系の半導体膜を形成する場合、良質な単結晶膜の成長が困難であることが知られている。特許文献１には、この問題を解決するために、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）のバッファ層をＳｉウエハ上に形成する方法、ＧａＮの成膜前にＳｉウエハ表面の水素原子を脱離する方法が記載されている。また、特許文献２には、ＭＯＣＶＤ法を用いたＧａＮ系の半導体膜の形成プロセスにおいて、チャンバー構成部品から堆積物を除去するために、塩素ガスを流す方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２６１４７６号公報
【特許文献２】特表２０１２−５２５７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、Ｇａを含有するガスを供給したと同一の反応室内で、Ｓｉウエハ上に良質な膜を形成する気相成長方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様の気相成長方法は、反応室にガリウム（Ｇａ）を含有するソースガスを供給し、上記反応室内の支持部上に載置される第１の基板に第１の膜を形成し、上記第１の基板を上記反応室から搬出し、上記第１の基板を上記反応室から搬出した後に、上記支持部を加熱して、上記支持部に付着した付着物を除去し、上記付着物を除去した後に、上記反応室に、上記第１の基板と異なる表面がシリコン（Ｓｉ）の第２の基板を搬入し、上記支持部上に載置される上記第２の基板に第２の膜を形成することを特徴とする。
【０００８】
上記態様の気相成長方法において、上記付着物を除去する際に、上記反応室内に塩素原子を含有するクリーニングガスを供給することが望ましい。
【０００９】
上記態様の気相成長方法において、上記付着物を除去する際に、上記反応室内に水素ガスまたは不活性ガスを含有するベーキングガスを供給することが望ましい。
【００１０】
上記態様の気相成長方法において、上記付着物を除去する際に、上記反応室内に塩素原子を含有するクリーニングガスを供給し、その後、上記反応室内に水素ガスまたは不活性ガスを含有するベーキングガスを供給することが望ましい。
【００１１】
上記態様の気相成長方法において、上記反応室内に塩素原子を含有するクリーニングガスを供給する際に、上記支持部を８００℃以上１１００℃以下に加熱し、上記反応室内に水素ガスまたは不活性ガスを含有するベーキングガスを供給する際に、上記支持部を１１５０℃以上１２５０℃以下に加熱することが望ましい。
【００１２】
上記態様の気相成長方法において、上記クリーニングガスを供給した後に、上記反応室内にアンモニアを供給することが望ましい。
【００１３】
上記態様の気相成長方法において、上記ベーキングガスを供給した後に、上記反応室内にアンモニアを供給することが望ましい。
【００１４】
上記態様の気相成長方法において、上記クリーニングガスをパージした後、上記反応室内にアンモニアを供給することが望ましい。
【００１５】
上記態様の気相成長方法において、上記クリーニングガスが、塩酸ガスまたは塩素ガスを含むことが望ましい。
【００１６】
上記態様の気相成長方法において、上記第２の膜は、窒化アルミニウム膜又は窒化シリコン膜であることが望ましい。
【００１７】
上記態様の気相成長方法において、上記第２の膜上に、ガリウム（Ｇａ）を含有する第３の膜を形成することが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、Ｇａを含有するガスを供給したと同一の反応室内で、Ｓｉウエハ上に良質な膜を形成する気相成長方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態の気相成長方法で使用される気相成長装置の模式断面図である。
【図２】第１の実施形態の気相成長方法のプロセスフロー図である。
【図３】第２の実施形態の気相成長方法のプロセスフロー図である。
【図４】第３の実施形態の気相成長方法のプロセスフロー図である。
【図５】第４の実施形態の気相成長方法のプロセスフロー図である。
【図６】第５の実施形態の気相成長方法のプロセスフロー図である。
【図７】実施例および比較例のウエハ表面の光学写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
なお、本明細書中では、気相成長装置が成膜可能に設置された状態での重力方向を「下」と定義し、その逆方向を「上」と定義する。
【００２２】
また、本明細書中、「プロセスガス」とは、基板上への成膜のために用いられるガスの総称であり、例えば、ソースガス、キャリアガス等を含む概念とする。
【００２３】
また、本明細書中、「窒素ガス」は、「不活性ガス」に含まれるものとする。
【００２４】
（第１の実施形態）
本実施形態の気相成長方法は、反応室にガリウム（Ｇａ）を含有するソースガスを供給し、反応室内の支持部上に載置される第１の基板に第１の膜を形成し、第１の基板を反応室から搬出し、第１の基板を反応室から搬出した後に、支持部を加熱して、支持部に付着した付着物を除去し、付着物を除去した後に、反応室に、第１の基板と異なる表面がシリコン（Ｓｉ）の第２の基板を搬入し、支持部上に載置される第２の基板に第２の膜を形成する。
【００２５】
図１は、本実施形態の本実施形態の気相成長方法で使用される気相成長装置の模式断面図である。本実施形態の気相成長装置は、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いる縦型で枚葉型のエピタキシャル成長装置である。
【００２６】
気相成長装置は、例えば、ステンレス製で円筒状中空体の反応室１０を備えている。そして、この反応室１０上部に配置され、反応室１０内に、プロセスガスを供給するシャワープレート１１を備えている。シャワープレート１１の上部には、プロセスガスやクリーニングガス等を反応室１０内に供給するためのガス供給部１３を備えている。
【００２７】
また、反応室１０内の、シャワープレート１１下方に設けられ、例えば半導体基板であるウエハＷを載置可能な支持部１２を備えている。支持部１２は、例えば、図１のように中心部に開口部が設けられる環状ホルダーであっても、ウエハＷ裏面のほぼ全面に接する構造のサセプタであってもかまわない。
【００２８】
また、支持部１２をその上面に配置し回転する回転体ユニット１４を備えている。また、支持部１２に載置されたウエハＷを加熱する加熱部１６としてヒーターを、支持部１２下方に備えている。
ここで、回転体ユニット１４は、その回転軸１８が、下方に位置する回転駆動機構２０に接続される。そして、回転駆動機構２０により、ウエハＷをその中心を回転中心として、例えば、５０ｒｐｍ以上１０００ｒｐｍ以下で回転させることが可能となっている。
【００２９】
円筒状の回転体ユニット１４の径は、支持部１２の外周径とほぼ同じにしてあることが望ましい。なお、回転軸１８は、反応室１０の底部に真空シール部材を介して回転自在に設けられている。
【００３０】
そして、加熱部１６は、回転軸１８の内部に貫通する支持軸２２に固定される支持台２４上に固定して設けられる。加熱部１６には、図示しない電流導入端子と電極により、電力が供給される。この支持台２４にはウエハＷを環状ホルダー１８から脱着させるための、例えば突き上げピン（図示せず）が設けられている。
【００３１】
さらに、ウエハＷ表面等でソースガスが反応した後の反応生成物および反応室１０の残留ガスを反応室１０外部に排出するガス排出部２６を、反応室１０底部に備える。なお、ガス排出部２６は真空ポンプ（図示せず）に接続してある。ガス排出部２６は真空ポンプの間には、圧力調整バルブ（図示せず）が設けられ、反応室１０に接続された圧力計（図示せず）の値を一定に保つように圧力制御を行うことが可能になっている。
【００３２】
なお、図１に示した枚葉型エピタキシャル成長装置では、反応室１０の側壁箇所において、ウエハを出し入れするための図示しないウエハ出入口およびゲートバルブ（図示せず）が設けられている。そして、このゲートバルブで連結する例えばロードロック室（図示せず）と反応室１０との間において、ハンドリングアーム（図示せず）によりウエハＷを搬送できるように構成される。ここで、例えば合成石英で形成されるハンドリングアームは、シャワープレート１００と支持部１２とのスペースに挿入可能となっている。
【００３３】
図２は、本実施形態の気相成長方法のプロセスフロー図である。本実施形態の気相成長方法は、図１に示した枚葉型エピタキシャル成長装置を用いて行う。
【００３４】
本実施形態の気相成長方法は、第１の基板搬入ステップ（Ｓ１０）、ＡｌＮ膜形成ステップ（Ｓ１１）、ＧａＮ膜形成ステップ（Ｓ１２）、第１の基板搬出ステップ（Ｓ１４）、クリーニングステップ（Ｓ１６）、第２の基板搬入ステップ（Ｓ１８）、ＡｌＮ膜形成ステップ（Ｓ２０）、ＧａＮ膜形成ステップ（Ｓ２２）、第２の基板搬出ステップ（Ｓ２４）を備えている。
【００３５】
まず、第１の基板、例えば、（１１１）面のＳｉウエハである第１のウエハＷ１が反応室１０内に搬入される（Ｓ１０）。ここで、例えば、反応室１０のウエハ出入口のゲートバルブ（図示せず）を開きハンドリングアーム（図示せず）により、ロードロック室内の第１のウエハＷ１を反応室１０内に搬送する。
【００３６】
そして、第１のウエハＷ１は例えば突き上げピン（図示せず）を介して支持部１２に載置される。ハンドリングアームはロードロック室に戻され、ゲートバルブは閉じられる。
【００３７】
そして、図示しない真空ポンプをにより反応室１０内のガスをガス排出部２６から圧力調整バルブ（図示せず）を介して排気して所定の圧力にする。この際、加熱部１６の加熱出力を上げて第１のウエハＷ１を昇温する。その後、加熱部１６の加熱出力を上げて第１のウエハＷ１を所定の温度、例えば、１０００℃以上１１００℃以下に昇温させる。
【００３８】
そして、上記真空ポンプによる排気を続行すると共に、回転体ユニット１４を所要の速度で回転させながら、成膜前のベークを行う。このベークにより、第１のウエハＷ１上の自然酸化膜が除去され、表面にＳｉが露出する。
【００３９】
ベークの際には、例えば、水素ガスがガス供給部１３を通って、反応室１０に供給される。所定の時間、ベークを行った後に、例えば、加熱部１６の加熱出力を下げて第１のウエハＷ１をエピタキシャル成長温度、例えば、１０００℃以上１１００℃以下に設定する。
【００４０】
そして、ガス供給部１３からプロセスガスがシャワープレート１１を介して反応室１０内に供給する。これにより、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）膜を、第１のウエハＷ１のＳｉ表面にエピタキシャル成長により形成する（Ｓ１１）。
【００４１】
プロセスガスは、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）と、アンモニア（ＮＨ３）とキャリアガスの水素ガス（Ｈ２）である。トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）はアルミニウム（Ａｌ）のソースガスであり、アンモニア（ＮＨ３）は窒素（Ｎ）のソースガスである。
【００４２】
次に、ガス供給部１３からプロセスガスを、シャワープレート１１を介して反応室１０内に供給する。これにより、第１の膜であるＧａＮ（窒化ガリウム）膜を、第１のウエハＷ１のＡｌＮ膜表面にエピタキシャル成長により形成する（Ｓ１２）。
【００４３】
プロセスガスには、ガリウム（Ｇａ）を含有するソースガスが含まれる。プロセスガスは、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）と、アンモニア（ＮＨ３）とキャリアガスの水素ガス（Ｈ２）である。トリメチルガリウム（ＴＭＧ）はガリウム（Ｇａ）のソースガスであり、アンモニア（ＮＨ３）は窒素（Ｎ）のソースガスである。
【００４４】
第１のウエハＷ１にＧａＮ膜を形成する際に、反応室１０の第１のウエハＷ１以外の部分にも反応生成物が付着物として付着する。特に、高温で反応が促進される支持部１２のウエハで覆われていない領域上に多くの付着物が付着する。付着物は、例えば、ＧａＮである。
【００４５】
なお、第１の膜として成膜される膜は、ガリウム（Ｇａ）を含有するソースガスを供給して形成される膜であれば、ＧａＮに限定されるものではない。例えば、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）等であってもかまわない。
【００４６】
そして、エピタキシャル成長終了時には、ガス供給部１３からのソースガス供給を停止し、第１のウエハＷ１上へのソースガスの供給が遮断され、キャリアガスの水素ガス（Ｈ２）のみが流れ、ＧａＮ単結晶膜の成長が終了される。
【００４７】
成膜後は、第１のウエハＷ１の降温を始める。ＧａＮ単結晶膜が形成された第１のウエハＷ１を支持部１２に載置したままにして、加熱部１６の加熱出力を停止し、所定の温度まで低下させる。
【００４８】
第１のウエハＷ１が所定の温度まで低下した後、回転体ユニット１４の回転を停止する。突き上げピンを上昇させ第１のウエハＷ１を支持部１２から脱着させる。そして、再びゲートバルブを開いてハンドリングアームをシャワープレート１１および支持部１２の間に挿入する。突き上げピンを下降させ、ハンドリングアームの上に第１のウエハＷ１を載せる。そして、第１のウエハＷ１を載せたハンドリングアームをロードロック室に戻すことにより、第１の基板である第１のウエハＷ１が反応室１０外へ搬出される（Ｓ１４）。
【００４９】
次に、反応室１０内に塩素原子を含有するクリーニングガスを供給してクリーニングを行う（Ｓ１６）。クリーニングにより、支持部１２に付着した付着物が除去される。
【００５０】
塩素原子を含有するクリーニングガスは、例えば、水素ガス（Ｈ２）で希釈された塩酸ガス（塩化水素：ＨＣｌ）である。また、塩素原子を含有するクリーニングガスは、例えば、水素ガス（Ｈ２）で希釈された塩素ガス（Ｃｌ２）等その他のガスであってもかまわない。
【００５１】
クリーニングの際、支持部１２を加熱する。支持部１２は、加熱部１６の加熱出力を上げることにより加熱される。支持部１２は８００℃以上１１００℃以下の温度に加熱されることが望ましく、９５０℃以上１０５０℃以下であることがより望ましい。
【００５２】
上記範囲を下回ると、付着物が十分除去できないおそれがある。また、上記範囲を上回ると、反応室１０の内壁や部材表面がクリーニングガスにより損傷するおそれがある。
【００５３】
クリーニングの際、支持部１２上にダミーウエハを載置してもかまわない。特に、支持部１２が図１のように、中心部に開口部が設けられる環状ホルダーの場合は、加熱部１６等をクリーニングガスから保護するために、ダミーウエハを載置することが望ましい。
【００５４】
クリーニングの終了時には、ガス供給部１３からのクリーニングガスの供給を停止し、水素ガス（Ｈ２）のみを供給する。そして、加熱部１６の加熱出力を低下させ、支持部１２の温度を低下させる。
【００５５】
その後、支持部１２にダミーウエハを載置している場合には、上記第１のウエハＷ１と同様の手順でダミーウエハを反応室１０外へ搬出する。
【００５６】
支持部１２に付着した付着物を除去するクリーニング後、反応室１０に、第１のウエハＷ１と異なる、表面がシリコン（Ｓｉ）の第２のウエハを搬入する（Ｓ１８）。第２のウエハは、例えば、表面が（１１１）面のＳｉウエハである第２のウエハＷ２である。第２のウエハＷ２は、上記第１のウエハＷ１と同様の方法にて、反応室１０に搬入される。
【００５７】
そして、図示しない真空ポンプを作動して反応室１０内のガスをガス排出部２６から圧力調整バルブ（図示せず）を介して排気して所定の圧力にする。支持部１２に載置した第２のウエハＷ２は、加熱部１６により加熱する。
【００５８】
さらに、加熱部１６の加熱出力を上げて第２のウエハＷ２を所定の温度、例えば、１１５０℃以上１２５０℃以下の温度に昇温させる。
【００５９】
そして、上記真空ポンプによる排気を続行すると共に、回転体ユニット１４を所要の速度で回転させながら、成膜前のベークを行う。このベークにより、例えば、第２のウエハＷ２上の自然酸化膜が除去され、表面にＳｉが露出する。
【００６０】
ベークの際には、例えば、水素ガスがガス供給部１３を通って、反応室１０に供給される。所定の時間、ベークを行った後に、例えば、加熱部１６の加熱出力を下げて第２のウエハＷ２をエピタキシャル成長温度、例えば、１０００℃以上１１００℃以下に設定する。
【００６１】
そして、ガス供給部１３からプロセスガスがシャワープレート１１を介して反応室１０内に供給する。これにより、第２の膜であるＡｌＮ（窒化アルミニウム）膜を、第２のウエハＷ２のＳｉ表面にエピタキシャル成長により形成する（Ｓ２０）。
【００６２】
プロセスガスは、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）と、アンモニア（ＮＨ３）とキャリアガスの水素ガス（Ｈ２）である。トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）はアルミニウム（Ａｌ）のソースガスであり、アンモニア（ＮＨ３）は窒素（Ｎ）のソースガスである。
【００６３】
なお、第２の膜として成膜される膜は、ＡｌＮに限定されるものではない。第２の膜上に、ＧａＮ系の第３の膜のエピタキシャル成長で形成する場合、その成長を妨げない膜であればかまわない。例えば、薄いＳｉＮ（窒化シリコン）等であってもかまわない。
【００６４】
そして、ＡｌＮ単結晶膜の成長終了時には、ガス供給部１３からのソースガス供給を停止し、第２のウエハＷ２上へのソースガスの供給が遮断され、ＡｌＮ単結晶膜の成長が終了される。
【００６５】
次に、ＡｌＮ膜（第２の膜）上に、第３の膜、例えば、ＧａＮ単結晶膜を成長させる（Ｓ２２）。ＧａＮ膜を形成するためのプロセスガスをガス供給部１３から供給する。第２のウエハＷ２の温度は、例えば、１０００℃以上１１００℃以下とする。
【００６６】
プロセスガスには、ガリウム（Ｇａ）を含有するソースガスが含まれる。プロセスガスは、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）と、アンモニア（ＮＨ３）とキャリアガスの水素ガス（Ｈ２）である。トリメチルガリウム（ＴＭＧ）はガリウム（Ｇａ）のソースガスであり、アンモニア（ＮＨ３）は窒素（Ｎ）のソースガスである。
【００６７】
なお、第３の膜として成膜される膜は、ＧａＮに限定されるものではない。例えば、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）等であってもかまわない。
【００６８】
そして、エピタキシャル成長終了時には、ガス供給部１３からのソースガス供給を停止し、第２のウエハＷ２上へのソースガスの供給が遮断され、ＧａＮ単結晶膜の成長が終了される。
【００６９】
成膜後は、第２のウエハＷ２の降温を始める。ＧａＮ単結晶膜が形成された第２のウエハＷ２を支持部１２に載置したままにして、加熱部１６の加熱出力を停止し、所定の温度に低下するよう調整する。
【００７０】
その後、上述した第１のウエハＷ１の場合と同様にして、第２の基板である第２のウエハＷ２が反応室１０外へ搬出される（Ｓ２４）。
【００７１】
本実施形態では、反応室にガリウム（Ｇａ）を含有するソースガスを供給して第１のウエハＷ１に成膜を行った後に、第１のウエハＷ１を搬出した状態で、気相成長装置の支持部１２を加熱しながらクリーニングを行う。すなわち、クリーニングは、反応室１０内に、ウエハが無い状態または成膜を行わないダミーウエハのみがある状態で行われる。
【００７２】
このクリーニングを行うことにより、第１のウエハＷ１の成膜時に、特に支持部１２に付着した付着物が除去される。この付着物には、第１のウエハＷ１の成膜時に、プロセスガスとして流したＧａ（ガリウム）が含まれると考えらえる。
【００７３】
支持部１２にＧａが含有される付着物が付着していると、反応室１０での次の膜の成膜の昇温過程で、ウエハのＳｉと、ＧａまたはＧａ化合物が反応することにより、ウエハ上に凹凸や穴が形成される。そうすると、ウエハ上に良質な膜を形成することが困難となる。
【００７４】
本実施形態によれば、Ｇａを含む付着物を除去することにより、クリーニング後に、第２のウエハＷ２上に第２の膜を成膜する際、付着物として存在していたＧａが、第２のウエハＷ２表面のＳｉと反応することが回避される。したがって、第２のウエハＷ２上に、良質の膜を成膜することが可能となる。すなわち、本実施形態によれば、Ｇａを含有するガスを供給したと同一の反応室内で、Ｓｉ上に良質な膜を形成する気相成長方法を提供することができる。第２のウエハＷ２にＧａを含む膜を成膜した後は、同様にクリーニングを行い、表面がＳｉであるウエハに同様に良質の膜を成膜することが可能である。
【００７５】
（第２の実施形態）
本実施形態の気相成長方法は、支持部の付着物を除去する際に、反応室内に塩素原子を含有するクリーニングガスを供給した後、反応室内に水素ガスまたは不活性ガスを含有するベーキングガスをさらに供給する点で、第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
【００７６】
図３は、本実施形態の気相成長方法のプロセスフロー図である。本実施形態の気相成長方法は、図１に示した枚葉型エピタキシャル成長装置を用いて行う。
【００７７】
図２で示した第１の実施形態の気相成長方法のプロセスフローに加えて、クリーニング（Ｓ１６）の後に、水素ベーク（Ｓ１７）を行う。水素ベークは、反応室１０内にベーキングガスとして水素ガス（Ｈ２）を供給して熱処理することにより行う。
【００７８】
クリーニング（Ｓ１６）までのプロセスは、第１の実施形態と同様である。クリーニングの終了時には、ガス供給部１３からのクリーニングガスの供給を停止する。そして、例えば、加熱部１６の加熱出力を上昇させ、支持部１２を水素ベークの温度、例えば、１１００℃以上の温度に昇温する。
【００７９】
そして、ガス供給部１３から水素ガス（Ｈ２）を供給する。水素ガスは１００体積％であっても、窒素ガス等の不活性ガスと混合したガスであってもかまわない。
【００８０】
水素ベークの終了時には、ガス供給部１３からの水素ガスを供給したまま、加熱部１６の加熱出力を低下させ、支持部１２の温度を低下させる。
【００８１】
その後、第２の基板上に第２の膜および第３の膜を成膜するプロセスについては、第１の実施形態と同様である。
【００８２】
水素ガスには、ＧａＮをエッチングする作用がある。本実施形態によれば、クリーニングに加えて、水素ベークを行うことにより、支持部１２に付着したＧａＮ等の付着物の除去効果を向上させることが可能となる。したがって、第２のウエハＷ２上に、より良質の膜を成膜することが可能となる。
【００８３】
また、水素ベークを行うことにより、クリーニング後に反応室１０内に残留した塩素系の付着物を除去することが可能となる。したがって、反応室１０の内壁や反応室１０内の部材の塩素による腐食を抑制することが可能となる。
【００８４】
なお、水素ベークは、クリーニングより高い温度で行われる。クリーニングより高い温度で行うことにより、反応室１０の内壁や反応室１０内の部材に吸着しているガスの脱離を促進させる。水素ベークの温度は、１１００℃以上１２５０℃以下であることが望ましく、１１５０℃以上１２００℃以下であることがより望ましい。上記範囲を下回ると、支持部１２に付着した付着物の除去効果を向上させることが困難となるからである。また、上記範囲を上回ると、反応室内の部材等の熱劣化が懸念されるからである。
【００８５】
また、水素ベークの温度は、第２のウエハに、第２の膜および第３の膜を成膜する際の、成膜温度よりも高くすることが望ましい。第２の膜および第３の膜を成膜する温度を水素ベークよりも低温とすることで、支持部１２に付着した付着物が、成膜時に反応室１０の雰囲気中に出ることを抑制することが可能となるからである。
【００８６】
また、本実施形態では、ベーキングガスとして水素ガスを用いる場合を例に説明したが、ベーキングガスとして水素ガスを用いず、窒素ガス（Ｎ２）、アルゴンガス（Ａｒ）等の不活性ガスを適用することも可能である。
【００８７】
（第３の実施形態）
本実施形態の気相成長方法は、支持部の付着物を除去する際に、塩素ガスクリーニングを行わない点で、第２の実施形態と異なっている。以下、第１または第２の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
【００８８】
図４は、本実施形態の気相成長方法のプロセスフロー図である。本実施形態の気相成長方法は、図１に示した枚葉型エピタキシャル成長装置を用いて行う。
【００８９】
図３で示した第２の実施形態の気相成長方法のプロセスフローから、クリーニング（Ｓ１６）が省略されている。
【００９０】
第１のウエハＷ１を搬出した後に、支持部１２に付着した付着物を除去する際に、水素ベーク（Ｓ１７）を行う。水素ベークは、反応室１０内にベーキングガスとして水素ガス（Ｈ２）を供給して熱処理することにより行う。水素ベーク（Ｓ１７）の詳細は、第２の実施形態と同様である。
【００９１】
本実施形態によれば、水素ベークのみで、支持部１２に付着した付着物の除去を行う。したがって、第２の実施形態に比較して、より簡便なプロセスで、第２のウエハＷ２上に良質の膜を成膜することが可能となる。
【００９２】
また、塩素原子を含有するガスを用いないため、反応室１０の内壁や、反応室内の部材の塩素による腐食を抑制することが可能となる。
【００９３】
（第４の実施形態）
本実施形態の気相成長方法は、支持部の付着物を除去する際に、反応室内に塩素原子を含有するクリーニングガスを供給した後、反応室内にアンモニア（ＮＨ３）を、さらに供給する点で、第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
【００９４】
図５は、本実施形態の気相成長方法のプロセスフロー図である。本実施形態の気相成長方法は、図１に示した枚葉型エピタキシャル成長装置を用いて行う。
【００９５】
図２で示した第１の実施形態の気相成長方法のプロセスフローに加えて、クリーニング（Ｓ１６）の後に、クリーニングガス排出（Ｓ２８）およびアンモニア供給（Ｓ３０）を行う。
【００９６】
クリーニング（Ｓ１６）までのプロセスは、第１の実施形態と同様である。クリーニングの終了時には、ガス供給部１３からのクリーニングガス供給を停止する。そして、例えば、真空引きにより、反応室１０内のクレーニングガスを排出する（Ｓ２８）。その後、ガス供給部１３からアンモニアを供給する（Ｓ３０）。所定の時間、アンモニアを供給した後、アンモニアの供給を停止する。
【００９７】
その後、第２の基板上に第２の膜および第３の膜を成膜するプロセスについては、第１の実施形態と同様である。
【００９８】
塩素原子を含有するクリーニングガスを用いて反応室１０をクリーニングした場合、クリーニングガスに含有される塩素原子が、反応室１０の内面や配管内に残留するおそれがある。そして、この塩素原子が、後にＡｌＮ膜等を成膜する際、ウエハとＡｌＮ膜等の界面に凝集するおそれがある。
【００９９】
塩素原子が界面に存在すると、ウエハ上に形成される、ＡｌＮ膜やＧａＮ膜等の膜質が劣化するおそれがある。また、ＡｌＮ膜やＧａＮ膜等が成膜されたウエハを用いてデバイスを製造する場合、塩素原子がデバイスとの特性を劣化させるおそれがある。
【０１００】
本実施形態によれば、反応室１０にアンモニアを供給することで、反応室１０の内面や配管内に残留する塩素原子を除去することが可能となる。したがって、ウエハ上に良質な膜を形成することが可能となる。なお、クリーニングガス排出（Ｓ２８）において、真空引きの代わりに、又はその前若しくは後に、クリーニングガスの供給のみを停止し、水素ガス（Ｈ２）もしくは窒素ガス（Ｎ２）、アルゴンガス（Ａｒ）等の不活性ガスもしくは、それらの混合ガスのみを流し、クリーニングガスをパージしてもよい。
【０１０１】
（第５の実施形態）
本実施形態の気相成長方法は、支持部の付着物を除去する際に、反応室内に塩素原子を含有するクリーニングガスを供給し、その後、前記反応室内に水素ガスまたは不活性ガスを含有するベーキングガスを供給した後、反応室内にアンモニア（ＮＨ３）を、さらに供給する点で、第２の実施形態と異なっている。以下、第２の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
【０１０２】
図６は、本実施形態の気相成長方法のプロセスフロー図である。本実施形態の気相成長方法は、図１に示した枚葉型エピタキシャル成長装置を用いて行う。
【０１０３】
図３で示した第２の実施形態の気相成長方法のプロセスフローに加えて、水素ベーク（Ｓ１７）の後に、アンモニア供給（Ｓ３０）を行う。
【０１０４】
水素ベーク（Ｓ１７）までのプロセスは、第２の実施形態と同様である。水素ベークの終了後、例えば、ガス供給部１３からアンモニアを供給する（Ｓ３０）。所定の時間、アンモニアを供給した後、アンモニアの供給を停止する。
【０１０５】
その後、第２の基板上に第２の膜および第３の膜を成膜するプロセスについては、第１の実施形態と同様である。
【０１０６】
塩素原子を含有するクリーニングガスを用いて反応室１０をクリーニングした場合、クリーニングガスに含有される塩素原子が、反応室１０の内面や配管内に残留するおそれがある。そして、この塩素原子が、後にＡｌＮ膜等を成膜する際、ウエハとＡｌＮ膜等の界面に凝集するおそれがある。
【０１０７】
塩素原子が界面に存在すると、ウエハ上に形成される、ＡｌＮ膜やＧａＮ膜等の膜質が劣化するおそれがある。また、ＡｌＮ膜やＧａＮ膜等が成膜されたウエハを用いて半導体デバイスを製造する場合、塩素原子が半導体デバイスとの特性を劣化させるおそれがある。
【０１０８】
本実施形態によれば、反応室１０にアンモニアを供給することで、反応室１０の内面や配管内に残留する塩素原子を除去することが可能となる。したがって、ウエハ上に良質な膜を形成することが可能となる。
【実施例】
【０１０９】
以下、本発明の実施例について説明する。
【０１１０】
（実施例）
第２の実施形態と同様のプロセスで成膜した。膜厚２００ｎｍの条件でＡｌＮ膜が成膜された（１１１）面のＳｉウエハ（第１のウエハ）に、縦型の枚葉型のエピタキシャル装置の反応室で、膜厚３０００ｎｍの条件でＧａＮ膜をエピタキシャル成長させた。ソースガスとしてＴＭＧを水素ガスで希釈したガスと、アンモニアを用いた。ＧａＮ膜の形成後にＳｉウエハを反応室から搬出した。
【０１１１】
次に、反応室内にＳｉＣのダミーウエハを搬入し、１０００℃に加熱した。この際、支持部の温度もはぼ１０００℃に加熱される。そして、塩酸ガスを水素ガスで１０体積％に希釈したクリーニングガスを反応室に供給し、５分間のクリーニングを行った。
【０１１２】
クリーニングの後に、ダミーウエハおよび支持部を１１５０℃に加熱した。そして、１００体積％の水素ガスを反応室に供給し、５分間の水素ベークを行った。その後、ダミーウエハを反応室から搬出した。
【０１１３】
次に、クリーニング前に成膜したＳｉウエハとは別の、表面にシリコンが露出した状態の（１１１）面のＳｉウエハ（第２のウエハ）を、反応室内に搬入した。このＳｉウエハ上に、膜厚２００ｎｍの条件のＡｌＮ膜と、膜厚３０００ｎｍの条件のＧａＮ膜をエピタキシャル成長させた。ＡｌＮ膜およびＧａＮ膜形成時の温度は、１０００℃とした。
【０１１４】
ＡｌＮ膜およびＧａＮ膜を形成した後、Ｓｉウエハ（第２のウエハ）を反応室外に搬出した。
【０１１５】
（比較例）
クリーニングおよび水素ベークを行わない以外は、実施例と同様のプロセスで、Ｓｉウエハ（第２のウエハ）上にＡｌＮ膜およびＧａＮ膜を形成した。
【０１１６】
実施例および比較例についてＡｌＮ膜およびＧａＮ膜の成膜状態を確認した。図７は、実施例および比較例のウエハ表面の光学写真である。図７（ａ）が実施例、図７（ｂ）が比較例である。
【０１１７】
実施例の場合、ウエハ表面は鏡面となっており、ＡｌＮ膜およびＧａＮ膜が良好に成膜されていることが確認された。一方、比較例では表面に凹凸があり、ウエハ中心部に白濁した領域がみられた。電子顕微鏡による断面観察により白濁した領域では、Ｓｉウエハがエッチングされ穴が形成されていた。
【０１１８】
比較例の場合、第１のウエハへのＧａＮ膜成長の際に支持部についたＧａを含む付着物が、第２のウエハの昇温時や、ＡｌＮ膜形成時に反応室の雰囲気中に出て、下地のＳｉと反応し、良質なＡｌＮ膜が形成されなかったことが考えられる。このため、ＡｌＮ膜上へのＧａＮ膜の成長の際に、ＡｌＮ膜が十分にＧａとＳｉとの反応を十分抑制できず、Ｓｉウエハのエッチングが進行したと考えられる。
【０１１９】
実施例により、ガリウム（Ｇａ）を含有するソースガスを用いた成膜の後に、反応室内の基板支持部の付着物を除去することで、続く成膜が良好に行われることが確認された。
【０１２０】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。上記、実施形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、各実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもかまわない。
【０１２１】
実施形態では、ガリウム（Ｇａ）を含有するソースガスを用いた成膜の後に、反応室内の支持部の付着物を除去した後に成膜される膜を、ＡｌＮ膜とＧａＮ膜を例に説明した。しかし、これらの膜に限らず、Ｓｉ表面に形成される膜であれば、その他のいかなる膜であってもかまわない。支持部に付着したＧａを含有する付着物は、Ｓｉ上に成膜する膜種に関わらず、支持部の加熱によって反応室雰囲気に出て、Ｓｉ表面と反応するおそれがあるからである。
【０１２２】
また、実施形態では、ウエハ１枚毎に成膜する縦型の枚葉式のエピタキシャル装置を例に説明したが、気相成長装置は、枚葉式のエピタキシャル装置に限られるものではない。例えば、自公転する複数のウエハに同時に成膜するプラネタリー方式のエピタキシャル装置や、横型のエピタキシャル装置等にも、本発明を適用することが可能である。また、エピタキシャル装置以外の気相成長装置であってもかまわない。
【０１２３】
実施形態では、装置構成や製造方法等、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や製造方法等を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての気相成長方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
【符号の説明】
【０１２４】
１０      反応室
１２      支持部
Ｗ        ウエハ（基板）
【図１】
2016105471.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2016105471.tif 000006
【図５】
2016105471.tif 000007
【図６】
2016105471.tif 000008
【図７】
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