JP2009252969A - サセプタおよび気相成長装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成長させる膜のキャリア濃度の面内均一性の悪化を抑制し、かつパーティクルの混入を抑制するサセプタおよび気相成長装置を提供する。
【解決手段】サセプタ１ａは、本体部２と、第１および第２のコーティング部５、６とを備えている。本体部２は、基板１００を載置する載置面３と、基板１００の側面１００ａを支持する支持部４とを含んでいる。本体部２の表面２ａは、支持部４において載置面３の延在方向に沿った方向に伸びる領域を含み、かつ載置面３の外周を囲む第１の領域２ａ１と、第１の領域２ａ１の外周を囲む第２の領域２ａ２とを有している。第１のコーティング部５は、第１の領域２ａ１上に位置し、Ｓｉを含まない材料よりなる。第２のコーティング部６は、第２の領域２ａ２上に位置し、ＳｉＣよりなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、サセプタおよび気相成長装置に関する。

従来より、半導体製造工程において、気相反応成長法により基板の表面に膜を形成している。このような気相反応成長の際に、基板を保持するためにサセプタが用いられている。このサセプタとして、たとえば、特許第３２２７３５３号公報（特許文献１）のＳｉＣ（炭化珪素）膜被覆部材が挙げられる。この特許文献１には、厚さ２０μｍ以上のＳｉＣ膜が基材表面に形成されたＳｉＣ膜被覆部材が開示されている。
特許第３２２７３５３号公報

上記特許文献１に開示のサセプタは、基材の表面がＳｉＣ膜のみで覆われている。このサセプタを窒化物半導体を成長させるために用いると、窒化物半導体の原料であるアンモニアおよび水素を含む高温の雰囲気中に、ＳｉＣ膜が配置されることになる。この雰囲気中では、ＳｉＣ膜はエッチングされ、Ｓｉ（シリコン）を遊離する。成長させる窒化物半導体にこのＳｉが取り込まれると、Ｓｉはｎ型のドーパントとして振舞うので、取り込まれた部分のキャリア濃度が高くなる。したがって、この窒化物半導体のキャリア濃度の面内均一性が低下するという問題があった。

このため、ＳｉＣ以外の材料の膜で基材の表面を覆う技術が考えられる。しかし、ＳｉＣ以外の材料は、窒化物半導体などの膜との格子間隔の違い、回転対称性の違い、熱膨張率の違いなどにより、成長する膜との密着性が悪い。このため、成長した膜がＳｉＣ以外の材料の膜から剥がれやすい。成長した膜がこのＳｉＣ以外の材料の膜から剥がれると、パーティクルとして成長する膜に取り込まれる。

したがって、本発明は、成長させる膜のキャリア濃度の面内均一性の悪化を抑制し、かつパーティクルの混入を抑制するサセプタおよび気相成長装置を提供することである。

本発明のサセプタは、表面上に膜を成長させるための基板を保持するためのサセプタであって、本体部と、第１および第２のコーティング部とを備えている。本体部は、基板を載置する載置面と、基板を載置した状態で基板の側面を支持する支持部とを含んでいる。第１および第２のコーティング部は、本体部において載置面および支持部が形成された表面を覆っている。本体部の表面は、支持部において載置面の延在方向に沿った方向に伸びる領域を含み、かつ載置面の外周を囲む第１の領域と、第１の領域の外周を囲む第２の領域とを有している。第１のコーティング部は、第１の領域上に位置し、かつＳｉを含まない材料よりなる。第２のコーティング部は、第２の領域上に位置し、かつＳｉＣよりなる。

本発明者は、ＳｉＣよりなるコーティング部を備えたサセプタを用いて窒化物半導体などの膜を成長させる場合に、以下のことを見出した。すなわち、基板においてＳｉＣとの距離が近い部分上に成長させる膜に取り込まれるＳｉの量は多く、基板においてＳｉＣとの距離が遠い部分上に成長させる膜に取り込まれるＳｉの量は少ないことを見出した。

このため、本発明のサセプタは、基板が保持される周辺にＳｉを含まない第１のコーティング部を配置している。これにより、保持される基板と第２のコーティング部との距離をあけることができるので、第２のコーティング部を構成するＳｉＣがエッチングされることにより生成されるＳｉが、成長させる膜に取り込まれることを抑制することができる。したがって、ドーパントとして振舞うＳｉが膜に取り込まれることを抑制することができるので、成長させる膜のキャリア濃度の面内均一性の悪化を抑制することができる。

また、本発明のサセプタは、第１のコーティング部の外周側にＳｉＣよりなる第２のコーティング部を配置している。基板上に膜を成長させると、第２のコーティング部上にも膜が成長する。ＳｉＣよりなる第２のコーティング部は、成長させる膜との密着性が高い。このため、成長させた膜が第２のコーティング部から剥がれることを抑制することができる。したがって、剥がれた膜によるパーティクルが、成長させる膜に混入することを抑制することができる。

なお、上記「第１および第２のコーティング部は、本体部において載置面および支持部が形成された表面を覆っている」とは、第１および第２のコーティング部がこの表面の全体を覆っている場合と、この表面の全体を覆っていない場合とを含む。つまり、この表面において、基板を保持したときに露出している部分に第１および第２のコーティング部が形成されていればよい。言い換えると、本発明は、載置面および支持部の少なくとも一方には、第１および第２のコーティング部が形成されていない場合を含む。

上記サセプタにおいて好ましくは、第１の領域と第２の領域との境界は、第１の領域の内周側から１１ｍｍ以上離れた位置である。

本発明者は、ＳｉＣよりなるコーティング部を備えたサセプタを用いて窒化物半導体などの膜を成長させる場合に、以下のことを見出した。すなわち、基板の成長面の端部から１１ｍｍ未満の領域にＳｉＣよりなるコーティング部を配置するとＳｉが多く取り込まれ、基板の成長面の端部から１１ｍｍ以上離れた領域にＳｉＣよりなるコーティング部を配置するとＳｉが取り込まれる量を大幅に低減できることを見出した。

このため、第１の領域の内周側から１１ｍｍ以上離れた位置に第１の領域と第２の領域との境界があると、第２のコーティング部を構成するＳｉＣがエッチングされることによるＳｉが、成長させる膜の全面に取り込まれることを抑制することができる。したがって、成長させる膜のキャリア濃度の面内均一性の悪化をより効果的に抑制することができる。

上記サセプタにおいて好ましくは、第１のコーティング部は、ｐＢＮ（窒化ホウ素）、ＴａＣ（炭化タンタル）、熱分解炭素、ガラス状炭素、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）およびＡｌ_xＩｎ_yＧａ_(1-x-y)Ｎ（０≦ｘ≦１、ｘ＋ｙ≦１）（窒化アルミニウムインジウムガリウム）からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質よりなる。

これらの物質は、窒化物半導体などの膜の原料ガスに対する耐性が強い。このため、サセプタの耐性を向上することができる。

上記サセプタにおいて好ましくは、第１のコーティング部は、本体部に対して着脱可能な部材である。

これにより、第１のコーティング部が着脱できない状態、つまり第１のコーティング部が本体部と一体に形成されているサセプタに比較して、容易に製造することができる。

上記サセプタにおいて好ましくは、上記膜は、窒化物半導体である。窒化物半導体を成長させる際の雰囲気に対して、本発明のサセプタは特に効果を有する。このため、膜として窒化物半導体を成長させるための基板を保持する際に、このサセプタは特に好適に用いられる。

本発明の気相成長装置は、上記いずれかのサセプタと、このサセプタを内部に配置した成長容器とを備えている。

本発明の気相成長装置によれば、成長させる膜のキャリア濃度の面内均一性の悪化を抑制し、かつパーティクルの混入を抑制するサセプタを備えている。このため、窒化物半導体などの膜を成長させる気相成長装置は、高性能な膜を成長することができる。

本発明のサセプタによれば、基板が載置される周辺にＳｉを含まない第１のコーティング部を配置している。これにより、ドーパントとして振舞うＳｉが取り込まれることを抑制することができるので、成長させる膜のキャリア濃度の面内均一性の悪化を抑制することができる。また、本発明のサセプタは、第１のコーティング部の外周側にＳｉＣよりなる第２のコーティング部を配置している。これにより、成長させた膜が第２のコーティング部から剥がれることを抑制することができるので、成長させる膜にパーティクルが混入することを抑制することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態および実施例を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付してその説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態におけるサセプタを示す概略斜視図である。図２は、図１の線分ＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図３は、本実施の形態のサセプタに基板を保持した状態を示す断面図である。図１〜図３を参照して、本実施の形態におけるサセプタについて説明する。図１〜３に示すように、本実施の形態におけるサセプタ１ａは、表面１００ｂ上に膜（たとえば後述するＧａＮ膜１１０）を成長させるための基板１００を保持する。

具体的には、サセプタ１ａは、本体部２と、第１のコーティング部５と、第２のコーティング部６とを備えている。本体部２は、載置面３と、支持部４とを含んでいる。第１および第２のコーティング部５、６は、本体部２において載置面３および支持部４が形成された表面２ａを覆っている。

本体部２は、たとえばグラファイトなどよりなっている。この本体部２に形成された載置面３は、基板１００を載置する。この載置面３は、保持する基板１００の形状と同様であることが好ましく、本実施の形態では、円形状としている。また本体部２に形成された支持部４は、基板１００を載置した状態で基板１００の側面１００ａを支持する。つまり、支持部４は、基板１００の側面１００ａに外側から内側へ力を加えることで基板１００を載置面３に保持している。この本体部２は、載置面３と支持部４とで形成される凹部を有しており、この凹部は基板１００を搭載する。なお、載置面３および支持部４で構成される基板搭載部は、複数（図１では７個）であってもよく、１個であってもよい。

本体部２の表面２ａは、第１の領域２ａ１と、第２の領域２ａ２とを有している。第１の領域２ａ１は、支持部４において載置面３の延在方向に沿った方向に伸びる領域を含み、かつ載置面３の外周を囲んでいる。第１の領域２ａ１は、載置面３の外周のすべてを覆っていることが好ましい。第２の領域２ａ２は、第１の領域２ａ１の外周を囲んでおり、第１の領域２ａ１の外周のすべてを覆っていることが好ましい。この第１の領域２ａ１は、第１の領域２ａ１と本体部２の外周縁２ａ３との間に位置している。また、複数の第１の領域２ａ１が形成されている場合には、第２の領域２ａ２は、隣り合う第１の領域２ａ１間に位置している領域を含んでいる。

第１のコーティング部５は、第１の領域２ａ１上に位置している。第２のコーティング部６は、第２の領域２ａ２上に位置している。つまり、基板１００が載置された状態で上方から見たときに、第１のコーティング部５は基板１００の外周のすべてを取り囲むように形成され、かつ第２のコーティング部６は第１のコーティング部５の外周をすべて取り囲むように形成されている。

第１のコーティング部５は、Ｓｉを含まない材料よりなっており、ｐＢＮ、ＴａＣ、熱分解炭素、ガラス状炭素、ＧａＮ、ＡｌＮ、Ａｌ_xＩｎ_yＧａ_(1-x-y)Ｎ（０≦ｘ≦１、ｘ＋ｙ≦１）からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質よりなることが好ましい。第１のコーティング部５は、成長させる膜にドーパントとして振舞うＳｉが取り込まれることを抑制するために形成されている。たとえば成長させる膜が窒化物半導体の場合には、Ｓｉはｎ型ドーパントとして振舞う。

第２のコーティング部６は、ＳｉＣよりなっている。第２のコーティング部６は、成長させる膜との密着性を向上することで、成長させる膜にパーティクルが混入することを抑制するために形成されている。

第１の領域２ａ１と第２の領域２ａ２との境界は、成長する膜にＳｉが混入することを抑制する観点から、第１の領域２ａ１の内周側から１１ｍｍ以上離れた位置（図２および図３におけるｘの位置）であることが好ましく、１３ｍｍ以上離れた位置であることがより好ましい。この第１の領域２ａ１の内周側とは、基板１００を載置したときに、本体部２の表面２ａにおいて、基板１００の側面１００ａと接する位置である。言い換えると、基板１００を載置したときに、基板１００の表面１００ｂにおいて露出している領域の最も幅の狭くなっている端部と接する位置である。

また、第１の領域２ａ１と第２の領域２ａ２との境界は、成長する膜にパーティクルが混入することを抑制する観点から、第１の領域２ａ１の内周側からたとえば２０ｍｍ以下離れた位置であることが好ましい。

第１のコーティング部５は、基板１００を保持した状態で露出しない部分には、形成されていない。たとえば図３に示すように基板１００が保持されている状態では、載置面３および支持部４の支持面には、第１のコーティング部５が形成されていない。つまり、本体部２において、載置面３および支持部４が形成された表面２ａのうち、載置面３および支持部４の側面以外のすべての領域が、第１および第２のコーティング部５、６で覆われている。なお、載置面３および支持部４の少なくとも一方に第１のコーティング部５を形成してもよい。

第１および第２のコーティング部５、６の厚みは、たとえば２０μｍ以上３００μｍ以下である。また、基板１００が載置された状態で、基板１００において膜を成長する表面１００ｂと、第１および第２のコーティング部５、６とが同一平面に位置付けられることが好ましい。この場合、原料ガスの気流がサセプタ１ａにより乱れることを防止できるので、原料ガスがサセプタに均一に供給される。

図４は、本実施の形態のサセプタ１ａにおける第１のコーティング部５の機能を説明するための斜視図である。図４に示すように、第１のコーティング部５は、本体部２に対して着脱可能な部材であることが好ましい。本体部２に対して第１のコーティング部５を装着する場合には、この第２のコーティング部６の内周に位置するように第１のコーティング部５を取り付ける。本体部２に対して第１のコーティング部５を脱着する場合には、この第２のコーティング部６の内周側から第１のコーティング部５を取り外す。本実施の形態では、第１のコーティング部５は、リング状の部材である。

続いて、本実施の形態のサセプタ１ａの製造方法について説明する。
まず、載置面３および支持部４が形成された本体部２を準備する。このとき、本体部２の表面２ａにおいて、第１の領域２ａ１および第２の領域２ａ２は、第１のコーティング部５および第２のコーティング部６との密着性が高い材料でそれぞれ構成することが好ましい。次に、この本体部２の表面２ａの第１の領域２ａ１上にマスクを形成する。本体部２の表面２ａの第２の領域２ａ２上に、ＳｉＣよりなる第２のコーティング部６をたとえばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学蒸着）法により形成する。その後、第１の領域２ａ１上のマスクを除去する。次に、第２のコーティング部６上にマスクを形成する。第１の領域２ａ１上に、Ｓｉを含まない材料よりなる第１のコーティング部５をたとえばＣＶＤ法により形成する。その後、第２のコーティング部６上のマスクを除去する。なお、第１のコーティング部５を第２のコーティング部６より先に形成してもよい。

また、図４に示す第１のコーティング部５が本体部２に対して着脱可能な場合には、たとえば以下の工程を実施する。まず、載置面３および支持部４が形成された本体部２を準備する。次に、この本体部２の表面２ａの第１の領域２ａ１上にマスクを形成する。本体部２の表面２ａの第２の領域２ａ２上に、ＳｉＣよりなる第２のコーティング部６を形成する。また、たとえばＣＶＤ法、金型成形などにより第１のコーティング部５を形成する。第１のコーティング部５が本体部２に対して着脱可能な場合には、本体部２の表面２ａにおいて第１の領域２ａ１および第２の領域２ａ２の材料は、第２のコーティング部６との密着性がよい材料を選択する。これにより、第１および第２の領域２ａ１、２ａ２の材料が同じであっても、第１および第２のコーティング部５、６の一方が剥がれ易くなるという問題を回避できる。したがって、第１および第２のコーティング部５、６を備えたサセプタを容易に製造できる。

以上の工程により、図１〜３に示すサセプタ１ａを製造することができる。このサセプタ１ａは、基板１００の表面１００ｂ上に膜を成長するために用いられる。この膜は特に限定されないが、窒化物半導体であることが好ましく、ＧａＮであることがより好ましい。

図５は、本実施の形態の変形例１におけるサセプタを示す断面図である。図６は、本実施の形態の変形例１におけるサセプタに基板を保持した状態を示す断面図である。図５および図６に示すように、本実施の形態の変形例１におけるサセプタ１ｂは、基本的には図１および図２に示すサセプタ１ａと同様の構成を備えているが、本体部２の形状と、第１および第２のコーティング部５、６の形状とが異なっている。

具体的には、本体部２の載置面３は、外周縁（図１における外周縁２ａ３）を含む第２の領域２ａ２と同一平面に位置付けられている。支持部４は、載置面３と連なり、かつ載置面３の端部から上方に突出している。

本体部２の表面２ａの第１の領域２ａ１は、支持部４において載置面３の延在方向に沿った方向に伸びる領域（図５において支持部４の上面）と、支持部４において基板１００の側面１００ａを保持する面と反対側の面の一部とを含んでいる。第１の領域２ａ１と連なる第２の領域２ａ２は、支持部４において基板１００の側面１００ａを保持する面と反対側の面であってもよい。

この本体部２の表面２ａの第１の領域２ａ１上に第１のコーティング部５が形成され、第２の領域２ａ２上に第２のコーティング部６が形成されている。変形例１では、第１のコーティング部５は、支持部４の上面から、支持部４において基板１００の側面１００ａを保持する面と反対側の面の一部にかけて（図５および図６におけるｘの位置に）形成されている。第２のコーティング部６は、支持部４において基板１００の側面１００ａを保持する面と反対側の面の残部から外周縁（図１における外周縁２ａ３）にかけて形成されている。

なお、第１の領域２ａ１と第２の領域２ａ２との境界は、支持部４の上面に位置してもよく、支持部４において基板１００の側面１００ａを保持する面と反対側の面に位置してもよく、載置面３および支持部４が形成されていない面に位置していてもよい。

図７は、本実施の形態の変形例２におけるサセプタを示す断面図である。図８は、本実施の形態の変形例２におけるサセプタに基板を保持した状態を示す断面図である。図７および図８に示すように、本実施の形態の変形例２におけるサセプタ１ｃは、基本的には図１および図２に示すサセプタ１ａと同様の構成を備えているが、本体部２の形状および第１および第２のコーティング部５、６の形状が異なっている。また、本実施の形態の変形例２におけるサセプタ１ｃは、基本的には図５および図７に示す変形例１のサセプタ１ｂと同様の構成を備えているが、支持部４が爪部４ａを有している点および第１のコーティング部５が爪部４ａ上に形成されている点において異なっている。

具体的には、本体部２の載置面３は、外周縁を含む第２の領域２ａ２と同一平面に位置付けられている。支持部４は、載置面３と連なり、かつ載置面３の上方に突出している。また、支持部４は、載置面３との間で基板１００を挟み込んで、基板１００の表面１００ｂから支持する爪部４ａを有している。

本体部２の表面２ａの第１の領域２ａ１は、支持部４において載置面３の延在方向に沿った方向に伸びる領域（図７において爪部４ａを含む支持部４の上面）を含んでいる。なお、第１の領域２ａ１は、支持部４において基板１００を保持する面と反対側の面を含んでいてもよい。この第１の領域２ａ１と連なる第２の領域２ａ２は、図７に示すように、支持部４において基板１００を保持する面と反対側の面を含んでいてもよい。

この本体部２の表面２ａの第１の領域２ａ１上に第１のコーティング部５が形成され、第２の領域２ａ２上に第２のコーティング部６が形成されている。変形例２では、第１のコーティング部５は、支持部４の爪部４ａ（図７および図８におけるｘの位置に）形成されている。

なお、第１の領域２ａ１と第２の領域２ａ２との境界は、爪部４ａに位置してもよく、支持部４において基板１００の側面１００ａを保持する面と反対側の面に位置してもよく、載置面３および支持部４が形成されていない面に位置していてもよい。

以上説明したように、本実施の形態におけるサセプタ１ａ〜１ｃによれば、支持部４の周辺に位置する領域（第１の領域２ａ１）上にＳｉを含まない第１のコーティング部５が形成され、それ以外の領域（第２の領域２ａ２）上にＳｉＣよりなる第２のコーティング部６が形成されている。

ＳｉＣよりなる第２のコーティング部６は、支持部４に対して第１のコーティング部５よりも外周側に配置されている。これは、ＳｉＣよりなるコーティング部を備えたサセプタを用いて窒化物半導体などの膜を成長させる場合に、本発明者が以下の知見を得たことによる。つまり、膜の成長により、コーティング部を構成するＳｉＣがエッチングされてＳｉが拡散する。特に、窒化物半導体を成長させる際の、高温でアンモニアおよび水素を含む雰囲気では、ＳｉＣのエッチングレートが速く、Ｓｉが拡散しやすい。載置面３と支持部４とで保持される基板１００において露出している表面１００ｂの端部からの距離が遠いと、この拡散したＳｉが成長した膜に取り込まれることを抑制することができることを見出した。このため、本実施の形態では、ＳｉＣよりなる第２のコーティング部６を第１のコーティング部５の幅だけ支持部４から距離をあけて配置している。したがって、ＳｉＣがエッチングされることにより生成されるＳｉが、成長させる膜に取り込まれることを抑制することができる。

なお、Ｓｉと同様にドーパントとして振舞う元素としてＯ（酸素）、Ｇｅ（ゲルマニウム）などが挙げられる。しかし、一般的に、Ｏの混入を抑制する方法は別途あり、Ｇｅはもともと含まれる量が少ない。このため、成長させる膜へのＳｉの混入を抑制することで、成長させる膜のキャリア濃度を制御することができる。したがって、第１のコーティング部５をＳｉを含まない材料とすることにより、成長する膜のキャリア濃度のばらつきを効果的に抑制できる。

また、膜を成長させると、第２のコーティング部６上にも膜が成長する。しかし、ＳｉＣよりなる第２のコーティング部６は、成長させる膜との密着性が高い。特に膜が窒化物半導体である場合には、ＳｉＣと窒化物半導体とは、格子間隔、回転対称性、熱膨張率などの違いが小さいため、密着性が非常に高い。このため、ＳｉＣよりなる第２のコーティング部６は、成長する窒化物半導体の膜との密着性が非常に良好である。このため、成長した膜が第２のコーティング部６から剥がれることを抑制することができる。したがって、剥がれた膜によるパーティクルが、成長させる膜に混入することを抑制することができる。

また、サセプタ１ａ〜１ｃは、基板１００が載置される周辺にＳｉを含まない第１のコーティング部５を配置している。これにより、ＳｉＣがエッチングされることにより生成されるＳｉが、成長させる膜に取り込まれることを防止することができる。特に、第１のコーティング部５が１１ｍｍ以上の幅を有している場合には、成長させる膜の全面にＳｉが取り込まれることを効果的に防止できる。したがって、ドーパントとして振舞うＳｉが膜に取り込まれることを抑制することができるので、成長させる膜のキャリア濃度の面内均一性の悪化を抑制することができる。

（実施の形態２）
図９は、本実施の形態における気相成長装置を示す概略断面図である。図９を参照して、本実施の形態における気相成長装置を説明する。本実施の形態における気相成長装置は、たとえばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相堆積）装置である。

図９に示すように、ＭＯＣＶＤ装置１０は、成長容器１１と、実施の形態１で説明したサセプタ１ａと、第１、第２および第３のフローチャネル１２、１３、１４と、ヒータ１５とを備えている。

成長容器１１内に設けられた第１、第２および第３のフローチャネル１２、１３、１４は、所定の軸に沿って配置されている。第１のフローチャネル１２は、原料ガスを第２のフローチャネル１３に導く。第１のフローチャネル１２は、たとえば窒素ガスおよび水素ガスを流す第１のライン１２ａと、ＩＩＩ族有機金属ガスおよびキャリアガスを流す第２のライン１２ｂと、アンモニアおよびキャリアガスを流す第３のライン１２ｃとを含んでいる。

第２のフローチャネル１３は、サセプタ１ａを設置するための開口部１３ａを有している。原料ガスは、この開口部１３ａに位置するサセプタ１ａ上を流れる。原料ガスの反応により、膜としてＩＩＩ族窒化物半導体が基板１００上に成長される。原料ガスの残余および反応生成ガスは、第３のフローチャネル１４を介して排気される。サセプタ１ａにおいて基板１００を載置する表面２ａと反対側には、基板１００の温度を調整するためのヒータ１５が設けられている。ヒータ１５からの熱はサセプタ１ａを伝搬して基板１００に到達する。

なお、ＭＯＣＶＤ装置１０は、サセプタ１ａを回転するための回転駆動機構などをさらに備えていてもよい。

また、本実施の形態におけるＭＯＣＶＤ装置１０は、図１〜３に示すサセプタ１ａを備えているが、これに特に限定されない。ＭＯＣＶＤ装置１０は、たとえば図５および図６に示すサセプタ１ｂ、図７または図８に示すサセプタ１ｃなどを備えていてもよい。

また、本実施の形態では、気相成長装置としてＭＯＣＶＤ装置を用いて説明したが、特にこれに限定されない。気相成長装置としては、たとえば昇華法、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ）法、ＭＯＣＶＤ法などに用いる装置であってもよい。気相成長装置としては、ＭＯＣＶＤ装置が特に好適に用いられる。

以上説明したように、本実施の形態における気相成長装置としてのＭＯＣＶＤ装置１０は、成長させる膜のキャリア濃度の面内均一性の悪化を抑制し、かつパーティクルの混入を抑制するサセプタ１ａ〜１ｃと、このサセプタ１ａ〜１ｃを内部に配置した成長容器１１とを備えている。このため、窒化物半導体などの膜を成長させる気相成長装置は、高性能な膜を成長させることができる。

本実施例では、ＳｉＣよりなる第２のコーティング部を備えることにより、成長させる膜にパーティクルの混入が抑制される効果について調べた。

図１０は、本実施例において、基板上に膜を成長した状態を概略的に示す断面図である。図１０に示すように、まず、サセプタに保持する５枚の基板１００を以下の方法により準備した。

具体的には、Ｇａ（ガリウム）の原料としてＴＭＧを準備した。窒素の原料として、９９．９９９％以上の純度を有するアンモニアを準備した。キャリアガスとして、９９．９９９９９５％以上の純度を有する水素および９９．９９９９９５％以上の純度を有する窒素を準備した。

次に、直径が２インチで、サファイアよりなる下地基板１０１を５枚準備した。１０５０℃の温度で１００Ｔｏｒｒの圧力の水素雰囲気中で、この下地基板１０１をクリーニングした。その後、雰囲気の温度を５００℃まで降温した。５００℃の温度で１００Ｔｏｒｒの圧力の水素雰囲気中で、ＩＩＩ族原料の供給モルに対するＶ族原料の供給モルの比（Ｖ／ＩＩＩ）が１６００の条件で、ＭＯＣＶＤ法により３０ｎｍの厚みを有する第１のＧａＮ層１０２を下地基板１０１上に成膜した。その後、雰囲気の温度を１０７０℃まで昇温した。１０７０℃の温度で２００Ｔｏｒｒの圧力の水素雰囲気中で、ＩＩＩ族原料の供給モルに対するＶ族原料の供給モルの比（Ｖ／ＩＩＩ）が５００の条件で、ＭＯＣＶＤ法により第２のＧａＮ層１０３を第１のＧａＮ層１０２上に成膜した。これにより、下地基板１０１と、この下地基板１０１上に形成した第１のＧａＮ層１０２と、第１のＧａＮ層１０２上に形成した第２のＧａＮ層１０３とを備えた基板１００を５枚準備した。

次に、以下の５つのサセプタを準備した。図１１は、本実施例において本体部の表面にＳｉＣよりなるコーティング部が形成されたサセプタを示す概略斜視図である。１つ目のサセプタとして、図１１に示すグラファイトよりなる本体部２と、本体部２の表面を覆うＳｉＣよりなる第２のコーティング部６とを備えたサセプタを準備した。このサセプタには、第１のコーティング部５は形成されていなかった。図１２は、本実施例において本体部の表面にｐＢＮよりなるコーティング部が形成されたサセプタを示す概略斜視図である。２つ目のサセプタとして、図１２に示すグラファイトよりなる本体部２と、本体部２の表面を覆うｐＢＮよりなる第１のコーティング部５が形成されたサセプタとを準備した。このサセプタには、第２のコーティング部６は形成されていなかった。また、３〜５つ目のサセプタとして、グラファイトよりなる本体部と、本体部の表面を覆い、かつＴａＣ、熱分解炭素およびガラス状炭素よりなるコーティング部とを備えたサセプタ（図示せず）をそれぞれ準備した。これらのサセプタには、第２のコーティング部６は形成されていなかった。

次に、それぞれのサセプタの１の載置面３および支持部４で１枚の基板１００をそれぞれ保持した。この状態で、１０５０℃の温度で、１００Ｔｏｒｒの圧力で、アンモニア雰囲気中で、基板１００をアニールした。その後、水素でバブリングしたＴＭＧ（トリメチルガリウム）と、ドーパントであるＳｉＨ₄ガスとを反応容器の第１のフローチャネル１２に送り、ＩＩＩ族原料の供給モルに対するＶ族原料の供給モルの比（Ｖ／ＩＩＩ）が１２５０の条件で、上述したガスを用いて、ＭＯＣＶＤ法により、１μｍの厚みを有するＧａＮ膜１１０をそれぞれ成長した。これにより、基板１００と、この基板１００上に形成されたＧａＮ膜１１０とを備えたエピウエハを得た。

図１１および図１２に示すサセプタを用いて成長したエピウエハについて、ＧａＮ膜１１０の表面を観察した。その結果、図１１に示すＳｉＣよりなるコーティング部を備えたサセプタを用いて成長したＧａＮ膜１１０は、図１２に示すｐＢＮよりなるコーティング部を備えたサセプタを用いて成長したＧａＮ膜１１０よりもパーティクルの数を減少することができた。

また、５つのサセプタ上に形成されたＧａＮの密着性を比較した。その結果、図１１に示すＳｉＣよりなるコーティング部は、ｐＢＮ、ＴａＣ、熱分解炭素およびガラス状炭素よりなるコーティング部よりもＧａＮとの密着性が良好であった。

以上より、本実施例によれば、ＳｉＣよりなるコーティング部を本体部の表面に形成することにより、ＧａＮとの密着性を向上することができるので、成長したＧａＮに混入するパーティクルの数を低減することができることを確認した。このため、第２のコーティング部を備えることにより、成長させる膜との密着性を向上でき、パーティクルの混入を抑制するサセプタを実現できることがわかった。

本実施例では、Ｓｉを含まない材料よりなる第１のコーティング部を備えることにより、成長させる膜のキャリア濃度の面内均一性の悪化を抑制できる効果について調べた。

図１３は、本実施例で製造したショットキーバリアダイオードを概略的に示す断面図である。本実施例では、図１１に示すＳｉＣよりなるコーティング部を備えたサセプタと、図１２に示すｐＢＮよりなるコーティング部を備えたサセプタを用いて成長した実施例１のエピウエハをそれぞれ用いて、図１３に示すショットキーバリアダイオードをそれぞれ製造した。

具体的には、まず、それぞれのエピウエハを準備した。その後、ＧａＮ膜１１０上にＡｕ（金）よりなるダブルショットキー電極１２１、１２２をそれぞれ形成した。これにより、図１３に示す横型のショットキーバリアダイオード１２０をそれぞれ製造した。

図１４は、本実施例におけるＧａＮ膜１１０を上方から見たときの平面図である。これらのショットキーバリアダイオード１２０について、容量と電圧との特性を測定することで、ＧａＮ膜１１０の中心からの距離（図１４におけるｒ）に対するキャリア濃度を測定した。なお、ＧａＮ膜１１０の直径は５０ｍｍ（半径は２５ｍｍ）であり、中心から２ｍｍ毎に１８ｍｍの位置まで測定した。その結果を図１５に示す。図１５は、本実施例において、膜の中心部からの距離とキャリア濃度との関係を示す図である。図１５中、横軸は、膜の中心部からの距離（単位：ｍｍ）を示し、縦軸は、その位置でのキャリア濃度（単位：ｃｍ^-3）を示す。

図１５に示すように、ｐＢＮよりなるコーティング部を備えたサセプタを用いて成長させたＧａＮ膜１１０のキャリア濃度は、すべての位置においてＳｉＣよりなるコーティング部を備えたサセプタを用いて成長させたＧａＮ膜１１０のキャリア濃度よりも低かった。このことから、支持部４の周辺に、Ｓｉを含まない材料よりなる第１のコーティング部５を備えることにより、ドーパントとして振舞うキャリアがＧａＮ膜１１０に混入することを抑制できることがわかった。

またｐＢＮよりなるコーティング部を備えたサセプタを用いて成長させたＧａＮ膜１１０のキャリア濃度は、中心部と外周縁との差はほとんどなかった。このことから、支持部４周辺に、Ｓｉを含まない材料よりなる第１のコーティング部５を配置しても、ドーパントとして振舞うキャリアがＧａＮ膜１１０に取り込まれることを抑制することができることがわかった。

また、ＳｉＣよりなるコーティング部を備えたサセプタを用いて成長させたＧａＮ膜１１０の外周縁近傍のキャリア濃度（中心から１８ｍｍの位置で約２×１０¹⁶ｃｍ^-3）は、ＧａＮ膜１１０の中心部近傍のキャリア濃度（中心から１１ｍｍまでの位置で約７×１０¹⁵ｃｍ^-3）の３倍程度であった。つまり、ＳｉＣよりなるコーティング部を備えたサセプタにより成長したＧａＮ膜１１０は、中心から離れるほど、キャリア濃度が高くなることがわかった。言い換えると、ＳｉＣよりなるコーティング部から距離を隔てた位置の基板１００上のＧａＮ膜１１０はキャリア濃度が低い値で一定であった。このため、基板１００においてＧａＮ膜１１０を成長させる面の外周縁から所定の距離をＳｉを含まない材料よりなる第１のコーティング部５を配置することにより、キャリアが膜に取り込まれることを抑制できることがわかった。

特に、中心から１４ｍｍ離れた位置まではキャリア濃度は低く、１４ｍｍを超えて外周縁（２５ｍｍ）までの領域のキャリア濃度は急激に高くなることがわかった。つまり、外周縁から１１ｍｍまでの領域のキャリア濃度が高くなることがわかった。このため、基板１００においてＧａＮ膜１１０を成長させる面の外周縁から１１ｍｍの領域に、Ｓｉを含まない材料よりなる第１のコーティング部５を配置することにより、その外周にＳｉＣよりなる第２のコーティング部６を配置しても、Ｓｉが取り込まれる量を大幅に低減できることがわかった。また、Ｓｉが取り込まれた場合であっても、ＧａＮ膜１１０に均一に取り込まれるため、成長させたＧａＮ膜１１０のキャリア濃度の面内均一性の悪化は防止されることがわかった。

以上より、本実施例によれば、Ｓｉを含まない材料よりなる第１のコーティング部５を支持部４の周辺に配置することにより、成長させる膜のキャリア濃度の面内均一性の悪化を抑制できることが確認できた。特に、基板１００において膜を成長させる領域の外周縁から１１ｍｍ以上離れた位置に、ＳｉＣよりなる第２のコーティング部６を配置することにより、キャリアであるＳｉが取り込まれることを効果的に抑制することができることが確認できた。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１におけるサセプタを示す概略斜視図である。 図１の線分ＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施の形態１のサセプタに基板を保持した状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態１のサセプタにおける第１のコーティング部の機能を説明するための斜視図である。 本発明の実施の形態１の変形例１におけるサセプタを示す断面図である。 本発明の実施の形態１の変形例１におけるサセプタに基板を保持した状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態１の変形例２におけるサセプタを示す断面図である。 本発明の実施の形態１の変形例２におけるサセプタに基板を保持した状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態２における気相成長装置を示す概略断面図である。 実施例１において、基板上に膜を成長した状態を概略的に示す断面図である。 実施例１において、本体部の表面にＳｉＣよりなるコーティング部が形成されたサセプタを示す概略斜視図である。 実施例１において、本体部の表面にｐＢＮよりなるコーティング部が形成されたサセプタを示す概略斜視図である。 実施例２で製造したショットキーバリアダイオードを概略的に示す断面図である。 実施例２におけるＧａＮ膜を上方から見たときの平面図である。 実施例２において、膜の中心部からの距離とキャリア濃度との関係を示す図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ，１ｃ サセプタ、２ 本体部、２ａ，１００ｂ 表面、２ａ１ 第１の領域、２ａ２ 第２の領域、２ａ３ 外周縁、３ 載置面、４ 支持部、４ａ 爪部、５ 第１のコーティング部、６ 第２のコーティング部、１０ ＭＯＣＶＤ装置、１１ 成長容器、１２ 第１のフローチャネル、１２ａ 第１のライン、１２ｂ 第２のライン、１２ｃ 第３のライン、１３ 第２のフローチャネル、１３ａ 開口部、１４ 第３のフローチャネル、１５ ヒータ、１００ 基板、１００ａ 側面、１０１ 下地基板、１０２ 第１のＧａＮ層、１０３ 第２のＧａＮ層、１１０ ＧａＮ膜、１２０ ショットキーバリアダイオード、１２１，１２２ ショットキー電極。

Claims (6)

1. 表面上に膜を成長させるための基板を保持するためのサセプタであって、
   前記基板を載置する載置面と、前記基板を載置した状態で前記基板の側面を支持する支持部とを含む本体部と、
   前記本体部において前記載置面および前記支持部が形成された表面を覆う第１および第２のコーティング部とを備え、
   前記本体部の前記表面は、前記支持部において前記載置面の延在方向に沿った方向に伸びる領域を含み、かつ前記載置面の外周を囲む第１の領域と、前記第１の領域の外周を囲む第２の領域とを有し、
   前記第１のコーティング部は、前記第１の領域上に位置し、かつＳｉを含まない材料よりなり、
   前記第２のコーティング部は、前記第２の領域上に位置し、かつＳｉＣよりなる、サセプタ。
2. 前記第１の領域と前記第２の領域との境界は、前記第１の領域の内周側から１１ｍｍ以上離れた位置である、請求項１に記載のサセプタ。
3. 前記第１のコーティング部は、ｐＢＮ、ＴａＣ、熱分解炭素、ガラス状炭素およびＧａＮ、ＡｌＮ、Ａｌ_xＩｎ_yＧａ_(1-x-y)Ｎ（０≦ｘ≦１、ｘ＋ｙ≦１）からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質よりなる、請求項１または２に記載のサセプタ。
4. 前記第１のコーティング部は、前記本体部に対して着脱可能な部材である、請求項１〜３のいずれかに記載のサセプタ。
5. 前記膜は、窒化物半導体である、請求項１〜４のいずれかに記載のサセプタ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のサセプタと、
   前記サセプタを内部に配置した成長容器とを備えた、気相成長装置。

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