(57)【要約】  【課題】  気相成長装置内の温度の測定精度を向上させること。  【解決手段】  本発明の一実施形態にかかる気相成長装置１は、気相反応を利用して、基板２上に結晶成長を行なう気相成長装置１であって、上面に基板２が配されるサセプタ５と、サセプタ５の下方に配されたヒータ６と、上方に開口した凹部１４を有し、凹部１４内にヒータ６が配された収容部７と、収容部７の側部に配されて、サセプタ５および収容部７の間に配された凸部１６を有しているカバー８と、カバー８と収容部７との間の領域に先端部が配された熱電対９と、を備え、上記領域は、凸部１６によって収容部７の凹部１４に向かって伸びている。その結果、気相成長装置１内の温度の測定精度を向上させることができる。【選択図】  図１
2017033986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相反応を利用して、基板上に結晶成長を行なう気相成長装置であって、
上面に基板が配されるサセプタと、
前記サセプタの下方に配されたヒータと、
上方に開口した凹部を有し、前記凹部内に前記ヒータが配された収容部と、
前記収容部の側部に配されて、前記サセプタおよび前記収容部の間に配された凸部を有しているカバーと、
前記カバーと前記収容部との間の領域に先端部が配された熱電対と、を備え、
前記領域は、前記凸部によって前記収容部の前記凹部に向かって伸びている、気相成長装置。
【請求項２】
前記熱電対は、前記カバーの前記凸部の下面と前記収容部の上面との間に配されている、請求項１に記載の、気相成長装置
【請求項３】
前記熱電対は、前記カバーの内面と前記収容部の表面とに接している、請求項１または２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記カバーの内面に配された溝を有しており、
前記熱電対は、前記溝内に配されていている、請求項１〜３のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記熱電対の先端面は、前記カバーに被覆されている、請求項１〜４のいずれかに記載の気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、気相反応を利用して、基板上に化合物半導体などの結晶成長を行なう、気相成長装置が知られている。
【０００３】
このような気相成長装置は、反応炉内に材料ガスを供給して、基板上に化合物半導体を成長させる。そして、基板の温度が半導体の結晶成長に影響するため、反応炉内に熱電対を設置して反応炉内の温度を測定することがある。
【０００４】
例えば特許文献１には、ウェハ（基板）を搭載するサセプタ、サセプタの下方に配置されてサセプタを加熱するヒータおよびヒータの温度を検出する熱電対を備えている気相成長装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７―１１１２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の気相成長装置では、サセプタの下方にガスが回り込み、熱電対の先端に化合物半導体が成長する可能性がある。その結果、熱電対で測定する温度が変動して、温度の測定精度が低下するおそれがあった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みて案出されたものであり、温度の測定精度を向上させる気相成長装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態にかかる気相成長装置は、気相反応を利用して、基板上に結晶成長を行なう気相成長装置であって、上面に基板が配されるサセプタと、前記サセプタの下方に配されたヒータと、上方に開口した凹部を有し、前記凹部内に前記ヒータが配された収容部と、前記収容部の側部に配されて、前記サセプタおよび前記収容部の間に配された凸部を有しているカバーと、前記カバーと前記収容部との間の領域に先端部が配された熱電対と、を備え、前記領域は、前記凸部によって前記収容部の前記凹部に向かって伸びている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一実施形態にかかる気相成長装置によれば、気相成長装置内の温度の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態にかかる気相成長装置の断面図である。
【図２】図１に示した気相成長装置の上面図である。
【図３】図１に示した気相成長装置の断面の一部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる気相成長装置について、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態にかかる気相成長装置は、いずれの方向が上方または下方とされてもよいが、以下の説明では、便宜的に直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義し、Ｚ軸方向の正側を上方とする。
【００１２】
図１に、本実施形態にかかる気相成長装置を上下方向に切断した時の断面を模式的に示す。図２に、図１に示した気相成長装置のサセプタの上面を模式的に示す。なお、図１は、図２のＡＡ´線に沿って気相成長装置上下方向に切断した時の断面図である。
【００１３】
気相成長装置１は、気相反応を利用して基板上に半導体の結晶をエピタキシャル成長させる装置である。特に、本実施形態にかかる気相成長装置１は、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を利用して半導体の結晶を成長させる装置である。
【００１４】
気相成長装置１は、図１および図２に示すように、基板２と、基板２が内部に配されたチャンバー３と、基板２上に成長させる半導体の材料となるガスをチャンバー３内に供給するガス供給部４と、を備えている。
【００１５】
また、気相成長装置１は、基板２を支持するサセプタ５と、サセプタ５を加熱するヒータ６と、ヒータ６を収容する収容部７と、収容部７を保護するカバー８と、気相成長装置１内の温度を測定する熱電対９とをさらに備えている。そして、サセプタ５と、ヒータ６と、収容部７と、カバー８と、熱電対９の一部とは、チャンバー３内に配置されている。
【００１６】
なお、気相成長装置１は、従来周知の方法によって各構成部材を準備し、適宜組み立てることによって、製造することができる。
【００１７】
基板２は、半導体の結晶を成長させる土台になる。基板２は、例えば半導体材料の単結晶または他結晶からなるウェハが用いられる。また、基板２は、例えばシリコン（Ｓｉ）基板が用いられる。本実施形態にかかる気相成長装置１では、シリコン（Ｓｉ）基板を基板２として、基板２上にガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を成長させるものである。
【００１８】
なお、本発明にかかる気相成長装置１において成長させる半導体の結晶は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）に限らなくてもよい。気相成長装置１を使用して、例えば、アルミニウムヒ素（ＡｌＡｓ）またはインジウムヒ素（ＩｎＡｓ）などを成長させても構わない。また、基板２の材料もシリコン（Ｓｉ）に限定されるものではなく、基板２に成長させる半導体の結晶の格子常数に応じて、適宜選択されるものである。
【００１９】
チャンバー３は、気相反応の反応炉として機能するものである。チャンバー３の内部には、ガス供給部４から供給されたガスが流れている。その結果、気相成長装置１は、ガス供給部４から供給されたガスを基板２上で反応させることによって、基板２上に半導体の結晶を成長させることができる。
【００２０】
半導体の結晶の成長中、チャンバー３内は高温になる。そのため、チャンバー３内は耐熱性の材料で形成される。具体的には、チャンバー３は、例えばステンレス鋼（ＪＩＳ規格におけるＳＵＳ）またはアルミニウム（Ａｌ）などの材料で形成される。なお、半導体の結晶の成長中において、チャンバー３内の雰囲気の温度は、例えば５００℃以上１２００℃以下に設定される。
【００２１】
チャンバー３の形状は、チャンバー３内に配置される気相成長装置１の各構成部材や、チャンバー３内におけるガスの流れを考慮して、適宜設定されるものである。
【００２２】
ガス供給部４は、上述した通り、チャンバー３内にガスを供給するものである。ガス供給部４は、筒状に形成されている。ガス供給部４は、チャンバー３の外側から内側まで伸びている。そして、ガス供給部４は、内部をガスが流れ、チャンバー３の内側までガスを運び、先端からガスを噴出してチャンバー３内にガスを供給する。また、ガス供給部４の先端は、基板２にガスを吹き付けるために、基板２に対向する位置に配置されている。なお、不要なガスがチャンバー３内に進入しないように、ガス供給部４はチャンバー３に設けられている。
【００２３】
ガス供給部４は、半導体の結晶の成長中に高温にさらされるため、耐熱性の材料で形成される。ガス供給部４の材料は、例えばステンレス鋼（ＪＩＳ規格におけるＳＵＳ）またはアルミニウム（Ａｌ）などの材料で形成される。
【００２４】
サセプタ５は、基板２を支持する機能を有する。そのため、サセプタ５の上面には、図２に示すように基板２が配されている。なお、サセプタ５の上面は、ガス供給部４の先端に対向している。その結果、ガス供給部４は、サセプタ５の上面に配置された基板２に対して、ガスを吹き付けやすくなる。なお、サセプタ５の上面には複数の基板２が配置されてもよい。また、１つの基板２が配置されてもよい。
【００２５】
サセプタ５は、例えば板状に形成される。また、サセプタ５の平面形状は、例えば矩形状または円形状である。本実施形態にかかるサセプタ５の形状は、図１および図２に示すように、円盤状である。
【００２６】
サセプタ５はチャンバー３内で使用されるため、耐熱性の材料で形成される。具体的には、サセプタ５は、例えばカーボン（Ｃ）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの材料で形成される。
【００２７】
また、本実施形態にかかるサセプタ５は、回転可能に設けられている。具体的には、気相成長装置１は、先端部がチャンバー３内に位置した支持柱１０をさらに備えている。そして、支持柱１０の先端は、サセプタ５の下面の中央部に接続されている。その結果、支持柱１０が自転することによって、サセプタ５を回転させることができる。
【００２８】
支持柱１０は、上下方向に伸びている。支持柱１０の平面形状は、例えば円形状に形成される。そして、支持柱１０は、平面形状における周方向に回転する。具体的には、支持柱１０は、支持柱１０の平面形状の中心を通るとともに上下方向に伸びた軸を回転軸として回転する。また、サセプタ５は、平面形状における周方向に回転する。具体的には、サセプタ５は、平面形状の中心を通るとともに上下方向に伸びた軸を回転軸として回転する。
【００２９】
また、本実施形態にかかる支持柱１０は、先端部に位置して、上方に開口した窪み部１１を有している。また、サセプタ５は、下面の中央部に位置して、下方に突出した突起部１２を有している。そして、サセプタ５の突起部１２が支持柱１０の窪み部１１にはめ込まれることによって、サセプタ５は、支持柱１０の先端に固定されて支持柱１０に連動して回転することができる。
【００３０】
なお、本実施形態にかかる気相成長装置１では、サセプタ５の突起部１２が支持柱１０の窪み部１１にはめ込まれているが、サセプタ５と支持柱１０を連結することができれば、上記構成に限られる必要はない。
【００３１】
支持柱１０は、チャンバー３内で使用されるため、耐久性の材料で形成される。具体的には、支持柱１０は、例えばニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）およびクロム（Ｃｒ）などを
含む合金またはステンレス鋼（ＪＩＳ規格におけるＳＵＳ）などの材料で形成される。
【００３２】
ヒータ６は、サセプタ５の上面に配された基板２を加熱するものである。具体的には、ヒータ６は、サセプタ５の下方、且つ近傍に配されており、サセプタ５を加熱することによって、基板２を加熱するものである。
【００３３】
ヒータ６は、金属配線を有している。その結果、金属配線に電流を流すことによって金属配線から抵抗熱が発生し、抵抗熱を利用して基板２を加熱することができる。なお、本実施形態にかかるヒータ６は、金属配線を支える支持板をさらに有している。
【００３４】
金属配線の材料は、例えばニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）およびクロム（Ｃｒ）などを含む合金またはモリブデン（Ｍｏ）などの金属材料からなる。支持板の材料は、例えばステンレス鋼（ＪＩＳ規格におけるＳＵＳ）またはアルミニウム（Ａｌ）などの金属材料からなる。
【００３５】
なお、気相成長装置１には、ヒータ６の金属配線に電流を流すために、電流供給部１３をさらに有している。電流供給部１３は、例えば筒部材の内部に金属線を配したものである。
【００３６】
収容部７は、上述したように、ヒータ６を収容するものである。具体的には、収容部７は、上方に開口した凹部１４を有しており、ヒータ６は、凹部１４内に配されている。また、ヒータ６が凹部１４に収容されることによって、凹部１４の内面がヒータ６の熱を反射することができる。その結果、サセプタ５の加熱を容易にすることができる。
【００３７】
なお、本実施形態にかかる気相成長装置１では、収容部７の凹部１４の底面にヒータ６の支持板が配されることによって、ヒータ６は収容部７内に収容されている。
【００３８】
収容部７の外形は、例えば円盤状に形成される。収容部７の上面は、凹部１４内へのガスの進入を低減するために、サセプタ５の下面の近傍に配置されている。なお、サセプタ５の下面と収容部７の上面との距離は、例えば０．６ｍｍ以上３．０ｍｍ以下に設定される。
【００３９】
本実施形態にかかる収容部７は、凹部１４の底面の中央部に貫通孔１５を有している。この貫通孔１５内には、支持柱１０が配されている。すなわち、支持柱１０は、収容部７の貫通孔１５を介してサセプタ５の下面に接続している。なお、本実施形態にかかる収容部７およびヒータ６は、回転するものではない。
【００４０】
収容部７は、チャンバー３内で使用されるため、耐熱性の材料で形成される。収容部７は、例えばステンレス鋼（ＪＩＳ規格におけるＳＵＳ）またはカーボン（Ｃ）などの材料で形成される。
【００４１】
カバー８は、収容部７の表面に配置されて、収容部７を保護するものである。また、カバー８は、サセプタ５と収容部７との間に位置して、収容部７の凹部１４内へのガスの進入を低減することもできる。そのため、カバー８は、内側に向かって突出した凸部１６を有している。そして、凸部１６は、サセプタ５と収容部７との間に位置しており、収容部７の上面に配されている。
【００４２】
カバー８は、例えばリング状に形成されている。そして、カバー８の内面には収容部７がはめ込まれている。言い換えれば、カバー８は、収容部７の側部に配されている。また、凸部１６は、カバー８の内面を一周するように連続して配されている。言い換えれば、カバー８は、上方に開口した開口部と下方に開口した開口部を有しており、カバー８の一部が収容部７の上面の一部を覆うように、上側の開口部の開口面積は、下側の開口部の開口面積よりも小さく設定されている。
【００４３】
カバー８は、チャンバー３内で使用されるため、耐熱性の材料で形成される。カバー８は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）またはカーボン（Ｃ）などの材料で形成される。
【００４４】
なお、本実施形態にかかるカバー８は、サセプタ５を回転可能にするため、サセプタ５の下面と収容部７の上面との領域を埋めるものではない。
【００４５】
熱電対９は、上述した通り、気相成長装置１内の温度を測定するものである。熱電対９は、ゼーベック効果を利用して温度を測定するものである。すなわち、２種類の異なる材質からなる一対の導線で閉回路を形成し、この閉回路に生じる熱起電力に基づいて、一対の導線の接点の温度を測定するものである。熱電対９は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）およびマンガン（Ｍｎ）などを含む合金などからなる導線と、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）および鉄（Ｆｅ）などを含む合金などからなる導線とで形成される。
【００４６】
図３に、図１に示した気相成長装置１の断面の一部を拡大して模式的に示す。具体的には、熱電対９と、熱電対９の周辺の構造について示している。
【００４７】
本発明にかかる熱電対９は、先端部がカバー８と収容部７との間の領域に配置されている。そして、カバー８と収容部７との間の領域は、凸部１６によって収容部７の凹部１４に向かって伸びている。ここで、従来の気相成長装置では、チャンバー内に配置された熱電対に半導体の結晶が成長してしまい、気相成長装置内における温度の測定精度が低下するおそれがあった。これに対して、本発明にかかる気相成長装置１では、カバー８と収容部７との間の領域が凹部１４に向かって伸びているため、カバー８と収容部７との間の領域が上方に向かって解放されていない。そして、熱電対９は、カバー８と収容部７との間の領域に配置されているため、熱電対９とチャンバー３内のガスとの接触を低減することができる。その結果、熱電対９に半導体の結晶が成長する可能性を低減することができる。したがって、気相成長装置１内での温度の測定精度を向上させることができる。
【００４８】
なお、熱電対９をカバー８と収容部７との間に配置する場合、収容部７の下方から、カバー８と収容部７との間に配置してもよい。また、カバー８に孔をあけて、カバー８の側方から熱電対９を挿入して、カバー８の凸部１６の下面と収容部７の上面との間に配置してもよい。
【００４９】
熱電対９の先端部は、カバー８の凸部１６の下面と収容部７の上面との間に配置してもよい。その結果、熱電対９の先端部を、基板２に近づけることができ、熱電対９の測定値と、基板２の実際の温度との差を低減することができる。したがって、気相成長装置１中の基板２の温度を推定しやすくなる。
【００５０】
熱電対９は、カバー８の内面と収容部７の表面に接していてもよい。その結果、カバー８と収容部７とで、熱電対９を挟み込むことができる。したがって、熱電対９を所定の位置に固定することができ、熱電対９のズレを低減することができる。
【００５１】
カバー８の内面には、溝１７を有していてもよい。そして、溝１７には、熱電対９が配されていてもよい。その結果、熱電対９とチャンバー３内のガスとの接触を低減することができ、熱電対９の温度の測定精度を向上させることができる。
【００５２】
熱電対９の先端部１８は、収容部７の凹部１４に達していない方がよい。その結果、熱電対９とチャンバー３内のガスとの接触を低減することができ、熱電対９の温度の測定精度を向上させることができる。
【００５３】
熱電対９の先端面は、カバー８によって被覆されていてもよい。その結果、熱電対９とチャンバー３内のガスとの接触を低減することができ、熱電対９の温度の測定精度を向上させることができる。
【００５４】
カバー８の凸部１６の先端は、ヒータ６とサセプタ５との間に位置していてもよい。その結果、凸部１６の加熱される面積が増加して、熱電対９に熱が伝わり易くなる。したがって、熱電対９の温度の測定精度を向上させることができる。
【００５５】
気相成長装置１を上面透視したときに、カバー８の凸部１６の先端は、サセプタ５の基板２の設置領域よりも外側に位置していてもよい。その結果、凸部１６によって、ヒータ６の輻射熱が遮られて、基板２の温度が変動することを低減することができる。
【００５６】
カバー８は、サセプタ５と同じ材料でなってもよい。その結果、気相成長装置１の温度の測定精度を向上させることができる。
【００５７】
カバー８の凸部１６の下面には、基板２と同様に構成されたダミー基板１８が設置されていてもよい。そして、基板２に熱電対９の先端部が接触していてもよい。その結果、気相成長装置１中の基板２の温度を推定しやすくなる。
【００５８】
カバー８の凸部１６の上面には、基板２と同様に構成されたダミー基板１８が設置されてもよい。その結果、疑似的に、基板２が設置されたサセプタ５を作ることができる。したがって、気相成長装置１の温度の測定精度を向上させることができる。
【００５９】
サセプタ５の側面は、下面に向って幅広になるテーパー状に形成されていてもよい。その結果、サセプタ５の上面に吹きつけられるガスを、カバー８の側方に流しやすくなる。したがって、収容部７の凹部１４内にガスが進入する可能性を低減することができる。
【００６０】
カバー８の側面は、下面に向って幅広になるテーパー状に形成されていてもよい。その結果、サセプタ５の上面に吹きつけられるガスを、カバー８の側方に流しやすくなる。したがって、収容部７の凹部１４内にガスが進入する可能性を低減することができる。
【００６１】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良などが可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１    ・・・気相成長装置
２    ・・・基板
３    ・・・チャンバー
４    ・・・ガス供給部
５    ・・・サセプタ
６    ・・・ヒータ
７    ・・・収容部
８    ・・・カバー
９    ・・・熱電対
１０  ・・・支持柱
１１  ・・・窪み部
１２  ・・・突起部
１３  ・・・電流供給部
１４  ・・・凹部
１５  ・・・貫通孔
１６  ・・・凸部
１７  ・・・溝
１８  ・・・ダミー基板
【図１】
2017033986.tif 000003
【図２】
2017033986.tif 000004
【図３】
2017033986.tif 000005