JP2011108904A - Ｉｉｉ族窒化物半導体の製造方法、ｉｉｉ族窒化物半導体及びｉｉｉ族窒化物半導体素子 - Google Patents

Abstract

【課題】反応室の内部に設けられる石英製の部材の損傷を防止しつつ、石英製の部材から剥がれた反応生成物が被形成体に付着することに起因する歩留まりの低下を抑制する。
【解決手段】本実施形態の発光素子の製造方法は、ＭＯＣＶＤ法を用いて基板上にIII族窒化物半導体層を形成するものである。そして、本実施形態の発光素子の製造方法は、第１組目のウェハ群の製造工程（Ｓ１０１）、清掃工程（Ｓ１０２）、第２組目のウェハ群の製造工程（Ｓ１０３）、及びチップ化工程（Ｓ１０４）を含んで構成されている。ここで、第１組目のウェハ群の製造工程において、ＭＯＣＶＤ装置の反応室に設けられる保護部材に反応生成物が付着する。そして、清掃工程において、ブラスト処理を用いて保護部材に付着する反応生成物の除去を行う。これにより、保護部材の受ける損傷を抑制しつつ、第２組目のウェハ群の製造工程において、ウェハへの反応生成物の混入が抑制される。
【選択図】図３

Description

本発明は、III族窒化物半導体の製造方法、III族窒化物半導体及びIII族窒化物半導体素子に関する。

近年、III族窒化物半導体を用いた半導体素子が広く用いられるようになってきている。このIII族窒化物半導体を用いた半導体素子は、例えば発光ダイオードなどの発光素子や、太陽電池などの受光素子に応用されている。そして、III族窒化物半導体結晶を成長させる方法として、有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：以下、ＭＯＣＶＤ法と呼ぶ）が知られている。ＭＯＣＶＤ法では、例えばIII族有機金属原料ガスおよび窒素原料ガスを、高純度水素キャリアガスとの混合ガスとして反応室内に供給し、反応室内で加熱された基板の付近で原料を熱分解し、基板上にIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させることで、III族窒化物半導体を得ている。

公報記載の従来技術として、ＭＯＣＶＤ法を用いたＭＯＣＶＤ装置において、原料ガスが供給されるエピタキシャル成長炉の内部に、III族窒化物半導体結晶の成長対象となる複数の基板を、それぞれ結晶の成長面が上方となるように配置するものが存在する（特許文献１参照）。

特表２００３−５１８１９９号公報

ところで、ＭＯＣＶＤ装置における反応室の内部には、例えば反応室内に供給される原料ガスの反応によって生成される生成物が、反応室の内壁に付着、堆積するのを防止するための部材が設けられている。また、この反応室の内部に設けられる部材には、不純物濃度が低く、耐久性が高いことから石英製の部材が一般的に用いられている。

そして、ＭＯＣＶＤ法において、原料ガスの反応によって生成された反応生成物（例えばIII族窒化物化合物）は、上述の石英製の部材にも付着、堆積する。さらに、石英製の部材に付着、堆積した反応生成物が一定量を超えると、成膜工程中に石英製の部材から剥がれることがある。このようにして剥がれた反応生成物の塊が基板上の成長面に落下すると、基板上に形成されるIII族窒化物半導体層に、反応生成物の塊が混入してしまう。または、堆積した反応生成物の膜応力によって石英製の部材が割れることもある。

反応生成物の塊が付着した部位については、最終的な製品すなわち半導体素子とすることができなくなってしまうため、半導体素子の製造における歩留まりの低下を招く。特に、基板上に付着した反応生成物の数あるいは量が著しく多いと、III族窒化物半導体層を形成した基板自体を破棄せざるを得なくなってしまうため、III族窒化物半導体層を形成した基板の製造における歩留まりの低下を招く。

ここで、反応室の内部に設けられる石英製の部材に付着、堆積した反応生成物は、例えばフッ化水素酸（ＨＦ）などを用いて除去することも可能である。しかし、かかる処理では、反応生成物を除去するのみならず、石英製の部材までもがエッチングされてしてしまい、石英製の部材の寿命を縮めてしまう。

本発明は、有機金属気相成長法を用いて被形成体にIII族窒化物半導体を製造する方法において、反応室の内部に設けられる石英製の部材の損傷を抑えつつ、石英製の部材から剥がれた反応生成物が被形成体に付着することに起因する歩留まりの低下を抑制することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明が適用されるIII族窒化物半導体の製造方法は、有機金属気相成長法を用いて被形成体にIII族窒化物半導体層を形成するIII族窒化物半導体の製造方法であって、過去のIII族窒化物半導体層の形成に伴って石英製の部材に付着した反応生成物を、機械的な処理によって除去し、被形成体及び反応生成物が除去された石英製の部材を反応室の内部に設置し、反応室に原料ガスを供給し、有機金属気相成長法を用いて被形成体にIII族窒化物半導体層を形成するIII族窒化物半導体の製造方法である。

このようなIII族窒化物半導体の製造方法において、機械的な処理は、石英製の部材にブラスト材を噴射するブラスト処理であることを特徴とすることができる。ここで、ブラスト処理に用いるブラスト材は、石英製の部材よりも硬度が低いことを特徴とすることができる。
また、石英製の部材は、被形成体の上方にて被形成体と対向する位置に設けられることを特徴とすることができる。そして、石英製の部材には、被形成体と対向する側に溝が設けられており、ブラスト処理では、石英製の部材に設けられる溝の幅よりも小さい粒径のブラスト材を用いてブラスト処理を行うことを特徴とすることができる。

このように、本発明においては、上述のIII族窒化物半導体の製造方法により製造されたIII族窒化物半導体を提供することができる。また、III族窒化物半導体の製造方法により製造されたIII族窒化物半導体をさらに加工して得られるIII族窒化物半導体素子を提供することができる。

本発明によれば、有機金属気相成長法を用いて被形成体にIII族窒化物半導体を製造する方法において、反応室の内部に設けられる石英製の部材の損傷を抑えつつ、石英製の部材から剥がれた反応生成物が被形成体に付着することに起因する歩留まりの低下を抑制することが可能となる。

本実施形態のウェハの断面図の一例である。 本実施形態の発光素子チップの断面図の一例である。 本実施形態の発光素子チップの製造方法を説明するためのフローチャートの一例である。 本実施形態のＭＯＣＶＤ装置の全体構成を説明するための一例の図である。 本実施形態のＭＯＣＶＤ装置の一例の断面図である。 本実施形態のＭＯＣＶＤ装置で使用される保護部材の構成を説明するための一例の図である。 本実施形態のブラスト装置の全体構成を説明するための一例の図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態では、III族窒化物半導体を用いた半導体素子の製造方法を説明する。III族窒化物半導体は、例えば発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光素子や、例えば太陽電池などの受光素子の電子材料などに応用される。そして、以下では、III族窒化物半導体を用いた発光素子チップＬＣの製造方法を例にして説明を行う。

図１は、本実施形態のウェハＷの断面図の一例である。
図１に示すようにウェハＷは、発光素子チップＬＣを得るために、基板上にIII族窒化物半導体層を積層させたものである。本実施形態のウェハＷは、基板１１０と、基板１１０上に形成された中間層１２０と、中間層１２０の上に順次積層される下地層１３０とｎ型半導体層１４０と発光層１５０とｐ型半導体層１６０とを備えている。

ここで、ｎ型半導体層１４０は、下地層１３０側に設けられるｎ型コンタクト層１４０ａと発光層１５０側に設けられるｎ型クラッド層１４０ｂとを有する。また、発光層１５０は、障壁層１５０ａと井戸層１５０ｂとが交互に積層され、２つの障壁層１５０ａによって１つの井戸層１５０ｂを挟み込んだ構造を有する。さらに、ｐ型半導体層１６０は、発光層１５０側に設けられるｐ型クラッド層１６０ａと最上層に設けられるｐ型コンタクト層１６０ｂとを有する。なお、以下の説明においては、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０を、まとめて化合物半導体層１００と称する。

（基板１１０）
基板１１０は、ＩＩＩ族窒化物半導体とは異なる材料から構成され、基板１１０上にＩＩＩ族窒化物半導体結晶がエピタキシャル成長される。基板１１０を構成する材料としては、例えば、サファイア、炭化ケイ素（シリコンカーバイド：ＳｉＣ）、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン等が挙げられる。これらの中でも、サファイア、炭化ケイ素（シリコンカーバイド：ＳｉＣ）が好ましい。

（中間層１２０）
上述したように、基板１１０はIII族窒化物半導体とは異なる材料から構成される。このため、後述するＭＯＣＶＤ装置１を用いて化合物半導体層１００を成膜する前に、バッファ機能を発揮する中間層１２０を基板１１０上に設けておくことが好ましい。特に、中間層１２０が単結晶構造であることは、バッファ機能の面から好ましい。単結晶構造を有する中間層１２０を基板１１０上に成膜した場合、中間層１２０のバッファ機能が有効に作用し、中間層１２０上に成膜される下地層１３０と化合物半導体層１００とは、良好な結晶性を持つ結晶膜となる。なお、中間層１２０は、Ａｌを含有することが好ましく、ＩＩＩ族窒化物であるＡｌＮを含むことが特に好ましい。

（下地層１３０）
下地層１３０に用いる材料としては、Ｇａを含むＩＩＩ族窒化物（ＧａＮ系化合物半導体）が用いられ、特に、ＡｌＧａＮ、又はＧａＮを好適に用いることができる。下地層１３０の膜厚は０．１μｍ以上、好ましくは０．５μｍ以上、さらに好ましくは１μｍ以上である。

（ｎ型半導体層１４０）
ｎ型半導体層１４０は、ｎ型コンタクト層１４０ａおよびｎ型クラッド層１４０ｂから構成される。
ここで、ｎ型コンタクト層１４０ａとしては、下地層１３０と同様にＧａＮ系化合物半導体が用いられる。また、下地層１３０およびｎ型コンタクト層１４０ａを構成する窒化ガリウム系化合物半導体は同一組成であることが好ましく、これらの合計の膜厚を０．１μｍ〜２０μｍ、好ましくは０．５μｍ〜１５μｍ、さらに好ましくは１μｍ〜１２μｍの範囲に設定することが好ましい。

一方、ｎ型クラッド層１４０ｂは、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ等によって形成することが可能である。また、これらの構造をヘテロ接合したものや複数回積層した超格子構造を採用してもよい。ｎ型クラッド層１４０ｂとしてＧａＩｎＮを採用した場合には、そのバンドギャップを、発光層１５０のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きくすることが望ましい。ｎ型クラッド層１４０ｂの膜厚は、好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。なお、本明細書では、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮについて、各元素の組成比を省略した形で記述する場合がある。

（発光層１５０）
発光層１５０は、窒化ガリウム系化合物半導体からなる障壁層１５０ａと、インジウムを含有する窒化ガリウム系化合物半導体からなる井戸層１５０ｂとが交互に繰り返して積層され、且つ、ｎ型半導体層１４０側及びｐ型半導体層１６０側にそれぞれ障壁層１５０ａが配される順で積層して形成される。本実施の形態において、発光層１５０は、６層の障壁層１５０ａと５層の井戸層１５０ｂとが交互に繰り返して積層され、発光層１５０の最上層及び最下層に障壁層１５０ａが配され、各障壁層１５０ａ間に井戸層１５０ｂが配される構成となっている。

井戸層１５０ｂには、インジウムを含有する窒化ガリウム系化合物半導体として、例えば、Ｇａ_1-sＩｎ_sＮ（０＜ｓ＜０．４）等の窒化ガリウムインジウムを用いることができる。
また、障壁層１５０ａとしては、例えば、インジウムを含有した窒化ガリウム系化合物半導体からなる井戸層１５０ｂよりもバンドギャップエネルギーが大きいＡｌ_cＧａ_1-cＮ（０≦ｃ≦０．３）等の窒化ガリウム系化合物半導体を好適に用いることができる。

（ｐ型半導体層１６０）
ｐ型半導体層１６０は、ｐ型クラッド層１６０ａおよびｐ型コンタクト層１６０ｂから構成される。ｐ型クラッド層１６０ａとしては、好ましくは、Ａｌ_dＧａ_1-dＮ（０＜ｄ≦０．４）のものが挙げられる。ｐ型クラッド層１６０ａの膜厚は、好ましくは１ｎｍ〜４００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。
一方、ｐ型コンタクト層１６０ｂとしては、Ａｌ_eＧａ_1-eＮ（０≦ｅ＜０．５）を含んでなる窒化ガリウム系化合物半導体層が挙げられる。ｐ型コンタクト層１６０ｂの膜厚は、特に限定されないが、１０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍである。

図２は、本実施形態の発光素子チップＬＣの断面図の一例である。
図２に示すように、発光素子チップＬＣにおいては、ｐ型半導体層１６０のｐ型コンタクト層１６０ｂ上に透明正極１７０が積層され、さらにその上に正極ボンディングパッド１８０が形成されるとともに、ｎ型半導体層１４０のｎ型コンタクト層１４０ａに形成された露出領域１４０ｃに負極ボンディングパッド１９０が積層されている。

（透明正極１７０）
透明正極１７０を構成する材料としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂）、ＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ₂Ｏ₃）、ＩＺＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−Ｇａ₂Ｏ₃）等の従来公知の材料が挙げられる。また、透明正極１７０の構造は特に限定されず、従来公知の構造を採用することができる。透明正極１７０は、ｐ型半導体層１６０上のほぼ全面を覆うように形成しても良く、格子状や樹形状に形成しても良い。

（正極ボンディングパッド１８０）
透明正極１７０上に形成される電極としての正極ボンディングパッド１８０は、例えば、従来公知のＡｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ等の材料から構成される。正極ボンディングパッド１８０の構造は特に限定されず、従来公知の構造を採用することができる。

（負極ボンディングパッド１９０）
負極ボンディングパッド１９０は、基板１１０上に成膜された中間層１２０および下地層１３０の上にさらに成膜された化合物半導体層１００（ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０）において、ｎ型半導体層１４０のｎ型コンタクト層１４０ａに接するように形成される。このため、負極ボンディングパッド１９０を形成する際は、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部を除去し、ｎ型コンタクト層１４０ａの露出領域１４０ｃを形成し、この上に負極ボンディングパッド１９０を形成する。
負極ボンディングパッド１９０の材料としては、正極ボンディングパッド１８０と同じ組成、構造でもよく、各種組成および構造の負極が周知であり、これら周知の負極を何ら制限無く用いることができ、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。

図３は、本実施形態の発光素子チップＬＣの製造方法を説明するためのフローチャートの一例である。
本実施形態では、後述のＭＯＣＶＤ装置１を用いて、ＭＯＣＶＤ法によりIII族窒化物半導体の成膜を行う。本実施形態では、単一のＭＯＣＶＤ装置１にて複数（例えば６枚）のウェハＷ（以下、ウェハ群と呼ぶ。）を製造する。そして、本実施形態では、ＭＯＣＶＤ装置１によって製造された２組のウェハ群から、さらに複数の発光素子チップＬＣを得る。

本実施形態の発光素子チップＬＣの製造方法は、図３に示すように、第１組目のウェハ群の製造工程（Ｓ１０１）、清掃工程（Ｓ１０２）、第２組目のウェハ群の製造工程（Ｓ１０３）、及びチップ化工程（Ｓ１０４）を含んで構成されている。
第１組目のウェハ群の製造工程は、２組製造するウェハ群のうち最初のウェハ群を製造する工程である（Ｓ１０１）。上述のとおり、ＭＯＣＶＤ装置１を用いて、それぞれ基板１１０上にIII族窒化物半導体層を形成させた例えば６枚のウェハＷからなる１組目のウェハ群を製造する。

清掃工程は、第１組目のウェハ群の製造の後であって第２組目のウェハ群の製造の前に、ＭＯＣＶＤ装置１の反応室内における部材の清掃を行う工程である（Ｓ１０２）。本実施形態では、ＭＯＣＶＤ装置１によって２組のウェハ群を製造する。そして、第１組目のウェハ群を製造することにより、ＭＯＣＶＤ装置１の反応室に反応生成物（本実施形態ではIII族窒化物半導体）が付着、堆積する。清掃工程では、このＭＯＣＶＤ装置１の反応室に付着した反応生成物を機械的な処理によって除去する。なお、本実施形態では、機械的な処理として、反応生成物に対してブラスト材を噴射し、反応生成物を叩き落とすブラスト処理を採用している。なお、機械的な処理の他の例として、切削加工、研削加工、バレル加工、ラップ研磨、バフ研磨などが挙げられる。

第２組目のウェハ群の製造工程は、２組製造するウェハ群のうち後のウェハ群を製造する工程である（Ｓ１０３）。第２組目のウェハ群の製造工程は、ステップ１０２における清掃工程を経て、反応室の清掃が行われたＭＯＣＶＤ装置１を用いて、基板上にIII族窒化物半導体を成膜させた例えば６枚のウェハＷからなる２組目のウェハ群を製造する。なお、第２組目のウェハ群の製造工程の基本構成は第１組目のウェハ群の製造工程と同様であり、本明細書では第２組目のウェハ群の製造工程についての説明は省略する。

チップ化工程は、第１組目のウェハ群の製造工程、及び第２組目のウェハ群の製造工程にて作製された複数のウェハＷから、さらに複数の発光素子チップＬＣを得る工程である（Ｓ１０４）。チップ化工程では、各ウェハＷにおいて電極の形成や、個別チップへの分離などを行う。このチップ化工程を経ることにより、III族窒化物半導体を用いた発光素子チップＬＣ（図２参照）を得ることができる。

「第１組目のウェハ群の製造工程」
図４は、ＭＯＣＶＤ装置１の全体構成を説明するための一例の図である。また、図５は、図４に示すＭＯＣＶＤ装置１のＶ−Ｖ断面図である。
ＭＯＣＶＤ装置１は、内部に反応室が形成される反応容器１０と、反応容器１０の反応室内に配置される支持体２０とを備えている。これらのうち、反応容器１０は、円筒状の形状を有し上方に向かう開口が形成されるとともにその内部に支持体２０を収容する収容部１１と、円板状の形状を有しこの収容部１１の上部に取り付けられる蓋部１２とを備える。また、蓋部１２は、収容部１１に対して開閉自在に取り付けられており、収容部１１に対して閉じられた場合には、収容部１１とともに反応室を形成する。

蓋部１２の中央部には、外部に設けられたガス供給機構（図示せず）から反応室内部に原料ガスを供給するための貫通孔が形成されている。そして、この貫通孔には供給管１３が接続されている。さらに、蓋部１２の中央部から偏倚した位置には、外部から反応室内部を観察するための貫通孔も形成されている。
一方、収容部１１の底面には、反応室内に供給された原料ガスを反応室の外部に排出するための複数の排気管が貫通形成されている。さらに、収容部１１の底面中央部には、後述する軸２１を通すための貫通孔も形成されている。

ここで、ＭＯＣＶＤ装置１で使用する原料ガスについて説明する。
本実施の形態では、ＭＯＣＶＤ装置１を用いて基板１１０上に予め任意の組成の化合物半導体層を形成した被形成体の一例としての化合物半導体基板４０上に、さらにIII族窒化物半導体層を形成する。このため、原料として、III族の元素を含む有機金属と窒素を含むアンモニアＮＨ₃とを使用する。ただし、有機金属は主として液体原料であるため、液体状の有機金属に窒素Ｎ₂および水素Ｈ₂にてバブリングを行い、得られた窒素Ｎ₂および水素Ｈ₂および有機金属を混合させてなる有機金属ガスＭＯを原料ガスとして供給する。本実施の形態では、供給管１３より有機金属ガスＭＯおよびアンモニアＮＨ₃の供給を行う。

なお、有機金属としては、例えばIII族のＧａを含むトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、例えばIII族のＡｌを含むトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、例えばIII族のＩｎを含むトリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）が挙げられる。

また、ｎ型のドーパントとしては、モノシラン（ＳｉＨ₄）やジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）をＳｉ原料、あるいは、ゲルマンガス（ＧｅＨ₄）やテトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ₃）₄Ｇｅ）やテトラエチルゲルマニウム（（Ｃ₂Ｈ₅）₄Ｇｅ）をＧｅ原料として用いてもよい。一方、ｐ型のドーパントとしては、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ₂Ｍｇ）をＭｇ原料として用いてもよい。

また、支持体２０は円板状の形状を有しており、一方の面すなわち表面が上方を向き、且つ、他方の面すなわち裏面が下方を向くように、収容部１１内に配置されている。そして、支持体２０は、カーボン（Ｃ）で形成された基材の外側に、ＳｉＣによるコーティングを施したもので構成されている。ここで、支持体２０の表面側には、それぞれ円形状を有する６個の凹部が、円周方向に等間隔に形成されている。一方、支持体２０の裏面側には、その中央部から下方に向かう金属製の軸２１が取り付けられており、この軸２１は、収容部１１の底面中央部に設けられた貫通孔を介して反応容器１０の外部に突出している。そして、支持体２０は、反応容器１０の外部から軸２１に駆動力を与えることにより、図５に示す矢印Ａ方向に回転するようになっている。

また、支持体２０の表面に設けられた６個の凹部には、それぞれ円形状を有する基板保持体２２が取り付けられている。これら基板保持体２２は、それぞれ、上方を向く面に円形状の凹部が形成されており、各凹部には化合物半導体基板４０が取り付けられている。そして、基板保持体２２も、カーボンで形成された基材の外側に、ＳｉＣによるコーティングを施したもので構成されている。なお、支持体２０に設けられた凹部と基板保持体２２との間には隙間が形成されており、これら６個の基板保持体２２は、支持体２０に対して着脱自在となっている。

ここで、化合物半導体基板４０は、その結晶成長面すなわち結晶の被形成面が外側に露出するように基板保持体２２の凹部に保持されている。なお、化合物半導体基板４０は、基板保持体２２に対して着脱自在となっている。
そして、各基板保持体２２は、それぞれが化合物半導体基板４０を保持した状態で、図示しない貫通孔を介して供給される窒素Ｎ₂の流れにより、図５に示す矢印Ｂ方向に回転するようになっている。

また、このＭＯＣＶＤ装置１の支持体２０の裏面側と収容部１１の底面との間には、支持体２０および基板保持体２２を介して化合物半導体基板４０を加熱する加熱部１５が設けられている。この加熱部１５は、軸２１を貫通させる穴が形成されたリング状の形状を備えており、その内部にはコイルが収容されている。なお、加熱部１５は、コイルに電流が供給されることにより、支持体２０を構成するカーボンを電磁誘導加熱する。

さらに、このＭＯＣＶＤ装置１の蓋部１２の下方かつ支持体２０の上方には、反応室内に供給される原料ガスの反応によって生成される生成物が、蓋部１２の内壁に付着、堆積するのを防止することによって蓋部１２を保護する保護部材１６が設けられている。ここで、保護部材１６は円形状を有しており、蓋部１２と同様、中央部に外部から反応室の内部に原料ガスを供給する貫通孔が形成されている。また、保護部材１６には、蓋部１２と同様、外部から反応室内部を観察するための貫通孔も形成されている。

そして、保護部材１６は、図示しない取付部材によって蓋部１２に取り付けられている。なお、取付部材は、蓋部１２に対して着脱自在となっており、これに伴い、保護部材１６も、蓋部１２に対して取り付けおよび取り外しが可能となっている。また、保護部材１６は、取付部材によって蓋部１２に取り付けられることにより固定されるようになっている。

なお、図５に破線で示すように、保護部材１６は、上方からみた場合に支持体２０の全面を覆うように配置されている。したがって、各基板保持体２２を介して支持体２０に保持される６枚の化合物半導体基板４０は、保護部材１６の下方に位置する。

また、このＭＯＣＶＤ装置１の支持体２０と保護部材１６との間には、反応室内に供給され、結晶のエピタキシャル成長に使用された原料ガス等を、収容部１１の底面に設けられた排出管側へと導く排気部材１８が取り付けられている。この排気部材１８は、リング状の形状を有している。また、排気部材１８の内壁は、支持体２０に設けられた６つの凹部よりも外側に位置している。そして、排気部材１８の内壁には、使用後の原料ガス等を外部に排出するための複数の貫通孔（図示せず）が形成されている。なお、排気部材１８は、支持体２０の外周部の縁端側との対向部において、支持体２０の回転を妨げないように構成されている。

そして、このＭＯＣＶＤ装置１の蓋部１２に設けられた貫通孔の上部には、監視装置１９が取り付けられている。この監視装置１９は、蓋部１２および保護部材１６にそれぞれ設けられた貫通孔を介して、反応室の内部の状態、より具体的には、基板保持体２２を介して支持体２０に保持された化合物半導体基板４０上にエピタキシャル成長する結晶の状態、および、化合物半導体基板４０の反りや表面温度の状態等を監視する。なお、これらの貫通孔を介して監視装置１９に原料ガス等が流入するのを防止するため、監視装置１９から反応室に向けて、例えば窒素Ｎ₂等のパージガスが供給されている。

図６は、本実施形態のＭＯＣＶＤ装置１で使用される保護部材１６の構成を説明するための一例の図である。
ここで、図６（ａ）は図４に示す保護部材１６を支持体２０側すなわち下方側からみた図であり、図６（ｂ）は保護部材１６を蓋部１２側すなわち上方からみた図であり、図６（ｃ）は保護部材１６の断面を示す図である。なお、以下の説明においては、図６（ａ）に示す面を保護部材１６の表面と呼び、図６（ｂ）に示す面を保護部材１６の裏面と呼ぶ。

保護部材１６は、例えば石英ガラスによって構成されており、その中央部には原料ガスを供給するための第１貫通孔１６１が形成され、図中右側の一部位には監視装置１９による監視を行うための第２貫通孔１６２が形成されている。

また、保護部材１６の表面側すなわちＭＯＣＶＤ装置１における化合物半導体基板４０との対向面には、３６０本の溝１７が放射状に形成されている。保護部材１６の表面側において、３６０本の溝１７は、１度おきに等間隔に形成されており、それぞれがＶ字状の断面形状を有している。ここで、各溝１７の幅Ｈは、例えば０．４ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲がよく、また、円周方向に対し幅Ｈを途中で任意に変化させた構造であってもよい。また、各溝１７の深さＤは、例えば０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下とすることが好ましい。
さらにまた、本発明においては、保護部材１６の溝１７は、前記Ｖ字状の断面形状以外にも、Ｕ字状の断面形状であってもよく、この場合、各溝１７の幅Ｈは、例えば０．４ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲がよく、また、円周方向に対し幅Ｈを途中で任意に変化させた構造であってもよく、各溝１７の深さＤは、例えば０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下とすることが好ましい。

本実施形態では、保護部材１６の表面に放射状に複数の溝１７を形成することにより、保護部材１６表面の表面積を増加させ、保護部材１６の表面に付着したIII族窒化物半導体の剥がれを抑制している。そして、本実施形態では、成膜の過程において、化合物半導体基板４０上に異物が付着、堆積することを抑制する。

続いて、第１組目のウェハ群の製造手順を説明する。
まず、初めに化合物半導体基板４０を準備する。所定の直径と厚さとを有するサファイア製の基板１１０を、図示しないスパッタリング装置にセットする。そして、スパッタリング装置にて、基板１１０上に、Ｖ族元素を含むガスと金属材料とをプラズマで活性化して反応させることにより、III族窒化物からなる中間層１２０を形成する。
次いで、中間層１２０が形成された基板１１０を、図４に示すＭＯＣＶＤ装置１にセットする。具体的に説明すると、中間層１２０が外側に向かうように、各基板１１０を各基板保持体２２にセットし、各基板１１０がセットされた各基板保持体２２を、支持体２０に設けられた各凹部に、中間層１２０が上方を向くように配置する。そして、ＭＯＣＶＤ装置１を用いて中間層１２０の上に下地層１３０の形成を行い、化合物半導体基板４０を得る。

次に、ＭＯＣＶＤ装置１を用いて、化合物半導体基板４０にIII族窒化物半導体層を成膜する。
まず、６枚の基板保持体２２の凹部に、それぞれ１枚ずつ化合物半導体基板４０をセットする。このとき、化合物半導体基板４０の下地層１３０を外部に露出させるようにする。続いて、反応容器１０の蓋部１２を開け、それぞれに化合物半導体基板４０がセットされた６枚の基板保持体２２を、ＭＯＣＶＤ装置１の支持体２０に設けられた６個の凹部にセットする。このとき、化合物半導体基板４０の下地層１３０が上方を向くようにする。
その後、保護部材１６が取り付けられた蓋部１２を閉じて収容部１１と蓋部１２とを密着させる。

また、ＭＯＣＶＤ装置１では、加熱部１５のコイルに対する給電が開始され、加熱部１５に流れる電流により、支持体２０が電磁誘導加熱される。また、支持体２０が電磁誘導加熱されることにより、支持体２０に保持される６個の基板保持体２２および各基板保持体２２に保持される化合物半導体基板４０が所定の温度に加熱される。さらに、監視装置１９から反応室に向けてパージガスの供給が開始される。

そして、ＭＯＣＶＤ装置１は、図示しないガス供給機構により、反応室に対し、供給管１３からｎ型コンタクト層１４０ａ用の有機金属ガスＭＯおよびアンモニアＮＨ₃を供給する。これに伴い、反応室内では、加熱される化合物半導体基板４０の近傍において有機金属とアンモニアＮＨ₃とが反応し、ｎ型コンタクト層１４０ａ用のIII族窒化物化合物が基板保持体２２を介して支持体２０に保持される化合物半導体基板４０上に成長する。このとき、化合物半導体基板４０は所定の温度に加熱されているため、ｎ型コンタクト層１４０ａ用のＩＩＩ族窒化物化合物は、化合物半導体基板４０の下地層１３０上に、エピタキシャルに成長する。

なお、反応室に原料ガスが供給されるのに伴い、既に反応室内に存在するガスの一部は、排気部材１８に設けられた貫通孔を介して反応室の外部に排出され、さらに反応容器１０の収容部１１の底面に設けられた貫通孔を介して、反応容器１０の外部に排出される。

ｎ型コンタクト層１４０ａの形成が完了すると、ＭＯＣＶＤ装置１は、図示しないガス供給機構により、反応室に対し、供給管１３からｎ型コンタクト層１４０ａ用の有機金属ガスＭＯに代えてｎ型クラッド層１４０ｂ用の有機金属ガスＭＯを供給する。このとき、ＭＯＣＶＤ装置１は、アンモニアＮＨ₃の供給を引き続き行う。これに伴い、反応室内では、加熱される化合物半導体基板４０の近傍において有機金属とアンモニアＮＨ₃とが反応し、ｎ型クラッド層１４０ｂ用のIII族窒化物化合物が基板保持体２２を介して支持体２０に保持される化合物半導体基板４０上に成長する。このとき、化合物半導体基板４０は所定の温度に加熱されているため、ｎ型クラッド層１４０ｂ用のIII族窒化物化合物は、化合物半導体基板４０のｎ型コンタクト層１４０ａ上に、エピタキシャルに成長する。

以後、反応室に供給する有機金属ガスＭＯを順次変更することにより、化合物半導体基板４０上に形成されたｎ型クラッド層１４０ｂには、複数の障壁層１５０ａおよび複数の井戸層１５０ｂを有する発光層１５０、そして、ｐ型クラッド層１６０ａおよびｐ型コンタクト層１６０ｂを有するｐ型半導体層１６０が順次形成される。このような手順を経て、ウェハＷを得ることができる。

ところで、上述したＭＯＣＶＤ装置１を用いた製膜プロセスにおいて、反応室内で生成されたIII族窒化物半導体の一部は、化合物半導体基板４０だけでなく、例えば保護部材１６の表面にも付着する。
ここで、化合物半導体基板４０は、上述のとおり支持体２０にて所定の温度に加熱された状態にて、III族窒化物半導体層が成膜される。そして、化合物半導体基板４０には、エピタキシャルに成長したIII族窒化物半導体層が形成される。一方、保護部材１６は、III族窒化物半導体層を形成する対象でもなく、化合物半導体基板４０のように所定の温度に加熱されていない。このため、保護部材１６に付着するIII族窒化物半導体は、エピタキシャルに成長していない。なお、保護部材１６に付着したIII族窒化物半導体を観察したところ、粉体が固まったような外観をしていた。

保護部材１６に付着するIII族窒化物化合物（反応生成物）は、一定の厚み（例えば６μｍ）を越えるとその一部が剥離し易くなる。本実施形態の成膜条件では、第１組目のウェハ群の製造工程を行った段階で、保護部材１６に付着するIII族窒化物半導体の厚みが６μｍ程度になる。そうすると、第１組目のウェハ群の製造工程の後に、続けて第２組目のウェハ群の製造工程を実施すると、保護部材１６に付着するIII族窒化物半導体の厚みが６μｍを越えることとなる。この場合、第２組目のウェハ群の製造プロセス中に、保護部材１６に付着したIII族窒化物半導体の一部が剥離する可能性が極めて高くなる。そこで、本実施形態では、第１組目のウェハ群の製造工程の後に、清掃工程を設けて、保護部材１６に付着するIII族窒化物半導体の膜の除去を行う。

「清掃工程」
清掃工程では、第１組目のウェハ群の製造工程を経ることによって、ＭＯＣＶＤ装置１の反応室に付着した反応生成物の除去を行う。本実施形態の清掃工程では、ＭＯＣＶＤ装置１の反応室を構成する部材のうち保護部材１６を処理の対象とする。本実施形態において、保護部材１６を清掃工程における処理の対象とするのは、ＭＯＣＶＤ装置１においてウェハＷの上側に保護部材１６が位置しており、保護部材１６に付着した反応生成物の一部が剥離した際には、その反応生成物の塊が特にウェハＷ上に降り注ぎ易いためである。
また、本実施形態では、第１組目のウェハ群の製造に際して、機械的な方法によって保護部材１６に付着した反応生成物を除去する。機械的な方法の一つとして、ブラスト処理を採用している。

図７は、本実施形態のブラスト装置３の全体構成を説明するための一例の図である。
図７に示すブラスト装置３は、ブラスト材の飛散を防止するキャビネット３１と、処理対象のワーク（本実施形態では保護部材１６）に向けてブラスト材を噴射するブラストガン３２と、ブラスト材を貯留するブラスト材貯留部３３と、ブラストガン３２に圧縮空気（Ａｉｒ）を供給するコンプレッサ３４と、噴射された後のブラスト材を回収する回収装置３５とを備える。

キャビネット３１は、箱体であって、内側に設けられるブラストガン３２などを操作するための操作口３１ａや、内側をのぞき込むための窓３１ｂを有している。また、キャビネット３１の内側には、ブラスト処理の対象となるワーク（本実施形態では保護部材１６）を載せる回転台３１ｃが設けられている。実際にブラスト装置３を使用する際には、キャビネット３１にワークをセットし、キャビネット３１内でブラスト処理を行う。キャビネット３１内で作業を行うことで、ブラストガン３２から噴射されたブラスト材の周囲への飛散が防止される。

ブラストガン３２は、ブラスト材の噴射のＯＮ／ＯＦＦの操作や、噴射するブラスト材の方向付けを行うものである。ブラストガン３２は、供給管３４１を通じてコンプレッサ３４から圧縮空気の供給を受ける。また、供給管３４１においてブラストガン３２とコンプレッサ３４との間には、ブラスト材貯留部３３に貯留されるブラスト材を供給するための供給管３３１が接続している。そして、ブラストガン３２において、コンプレッサ３４から圧縮空気が供給されると、その圧縮空気によってブラスト材が圧送され、ブラストガン３２の先端部のノズルからブラスト材が噴射される。なお、ブラストガン３２から噴射されるブラスト材の流速の調整は、コンプレッサ３４による圧縮空気の圧力の調節によって行う。

ブラスト材貯留部３３には、ブラスト処理に用いるブラスト材が貯留されている。ブラスト材貯留部３３に貯留されるブラスト材は、供給管３３１を介してブラストガン３２へと供給される。また、ブラスト材貯留部３３は、回収装置３５によって回収されたブラスト材を受け取る。そして、ブラスト材貯留部３３は、回収装置３５から受け取ったブラスト材を再びブラストガン３２へと供給するようになっている。

ブラスト材貯留部３３に貯留されるブラスト材には、本実施形態の保護部材１６よりも軟らかいものを用いる。ブラスト処理によって、保護部材１６が損傷することを抑制するためである。本実施形態の保護部材１６の材料は石英ガラスであり、ブラスト材には、石英ガラスよりも硬度の低い材料を用いている。
また、ブラスト材には、保護部材１６に付着する反応生成物の除去が可能な程度の硬さを有するものを用いる。なお、保護部材１６に付着する反応生成物は、堆積物（デポ）とも呼ばれ、その硬さは石英ガラスを下回る程度である。
そして、本実施形態のブラスト材の材料には、保護部材１６よりも硬度が低く、また保護部材１６に付着する反応生成物の除去が可能な程度の硬さを有するソーダ石灰ガラス（Ｎａ₂Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ₂系ガラス）を用いている。なお、保護部材１６の材料である石英ガラスのモース硬度は５．５〜６．５、一方ブラスト材の材料であるソーダ石灰ガラスのモース硬度は５である。
なお、本実施形態において、「硬度」の定義に限定はない。例えば、前記モース硬度以外にも、工業材料の硬度を定量的に表すヌープ硬度を採用してもよく、その他、ビッカース硬度、ブリネル硬度、ロックウエル硬度、シェア硬度等の定義を用いてもよい。

また、図６を参照しながら説明したように、本実施形態の保護部材１６には、溝１７が設けられている。従って、本実施形態では、保護部材１６の溝１７の内側に付着した反応生成物の除去を行えるように、溝１７の幅Ｈよりも小さい粒径のブラスト材を用いている。

回収装置３５は、噴射後のブラスト材などを回収して、そのブラスト材を再び利用するためのものである。回収装置３５は、遠心分離器を備えている。回収装置３５は、キャビネット３１内に飛散したブラスト材や、粉砕された反応生成物を収集する。そして、回収装置３５は、遠心分離器によってブラスト材とその他のものとを仕分ける。そして、回収装置３５は、ブラスト材をブラスト材貯留部３３へと送る。また、回収された反応生成物は精製処理することによってガリウムなどの有価金属として再利用することができる。

続いて、ブラスト装置３を用いた保護部材１６の清掃手順について説明する。
第１組目のウェハ群の製造の後に、ＭＯＣＶＤ装置１から保護部材１６を取り外す。取り出した保護部材１６は、反応生成物が付着した側を上にしてブラスト装置３の回転台３１ｃに設置される。
そして、回転台３１ｃを回転させながら、ブラストガン３２を操作して保護部材１６における反応生成物の除去を行う。ここで、本実施形態のブラスト処理の条件として、ブラスト材にはソーダ石灰ガラス（Ｎａ₂Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ₂系ガラス）を用いた。また、ブラスト材の粒径は３８μｍ〜５３μｍであり、ブラスト材の形状は球状である。そして、コンプレッサ３４における圧力は０．４ＭＰａとし、ブラスト材の噴射時間は約３０分間とした。

上記の清掃工程のブラスト処理において、保護部材１６に付着した反応生成物は、ブラスト材の噴射を受けて叩き落とされる。そして、保護部材１６における反応生成物の除去が完了する。反応生成物の除去が完了した保護部材１６をブラスト装置３のキャビネット３１から取り出し、ブラシを用いて保護部材１６の表面に残った塵などを取り除いたうえ、さらに超音波洗浄機を用いて保護部材１６の洗浄を行う。最後に、保護部材１６に付着した水分を完全に除去するために加熱処理を行う。

本実施の形態では、保護部材１６の硬度よりも低い硬度を有するブラスト材を用いたブラスト処理によって、保護部材１６に付着する反応生成物の除去を行っている。このため、清掃工程において、保護部材１６が受ける損傷が抑えられる。また、本実施形態の保護部材１６には溝１７（図６参照）が形成されている。ここで、本実施形態では、溝１７の幅Ｈよりも小さい粒径のブラスト材を用いてブラスト処理を行っている。従って、ブラスト材が溝１７の内側まで入り込むことができるため、保護部材１６に付着する反応生成物の除去を効果的に行うことができる。

「第２組目のウェハ群の製造方法」
清掃工程を経た反応生成物の除去が行われた保護部材１６を再びＭＯＣＶＤ装置１に取り付ける。そして、第２組目のウェハ群の製造工程を開始する。なお、第２組目のウェハ群の製造方法は、第１組目のウェハ群の製造方法と同様である。
第１組目のウェハ群を作製するにあたって、ＭＯＣＶＤ装置１の保護部材１６に付着した反応生成物は、上記の清掃工程において除去されている。従って、第２組目のウェハ群を製造する際に、その反応生成物の塊が作製中のウェハＷに混入することが抑制される。

「チップ化工程」
上述のプロセスによって得られた第１組目のウェハ群及び第２組目のウェハ群における各ウェハＷのｐ型半導体層１６０上に透明正極１７０を積層し、その上に正極ボンディングパッド１８０を形成する。また、エッチング等を用いてｎ型コンタクト層１４０ａに露出領域１４０ｃを形成し、この露出領域１４０ｃに負極ボンディングパッド１９０を設ける。そして、基板１１０の厚さが調整されたウェハＷを、例えば３５０μｍ角の矩形に切断することにより、発光素子チップＬＣを得る。

以上のようにして、第１組目のウェハ群の製造工程の後に、清掃工程を実施することで、第２組目のウェハ群の製造工程において、保護部材１６に付着した反応生成物のウェハＷへの混入が抑制される。これにより、本実施形態では、第２組目のウェハ群の製造工程において製造されるウェハＷの収率が向上する。また、清掃工程において、機械的な処理によって保護部材１６に付着する反応生成物の除去を行っているため、保護部材１６が受ける損傷が抑制される。

なお、本実施形態では、ＭＯＣＶＤ装置１における石英製の部材として、被形成体の上方にて当該被形成体と対向する位置に設けられる保護部材１６を例に説明を行った。ただし、石英製の部材としては、保護部材１６に限定されず、例えば被形成体と同一方向にて設けられる石英製の部材にも適用される。

１…ＭＯＣＶＤ装置、３…ブラスト装置、１６…保護部材、ＬＣ…発光素子チップ、Ｗ…ウェハ

Claims (7)

1. 有機金属気相成長法を用いて被形成体にIII族窒化物半導体層を形成するIII族窒化物半導体の製造方法であって、
   過去のIII族窒化物半導体層の形成に伴って石英製の部材に付着した反応生成物を、機械的な処理によって除去し、
   被形成体及び前記反応生成物が除去された前記石英製の部材を反応室の内部に設置し、
   前記反応室に原料ガスを供給し、
   前記有機金属気相成長法を用いて前記被形成体にIII族窒化物半導体層を形成するIII族窒化物半導体の製造方法。
2. 前記機械的な処理は、前記石英製の部材にブラスト材を噴射するブラスト処理であることを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物半導体の製造方法。
3. 前記ブラスト処理に用いる前記ブラスト材は、前記石英製の部材よりも硬度が低いことを特徴とする請求項２に記載のIII族窒化物半導体の製造方法。
4. 前記石英製の部材は、前記被形成体の上方にて当該被形成体と対向する位置に設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体の製造方法。
5. 前記石英製の部材には、前記被形成体と対向する側に溝が設けられており、
   前記ブラスト処理では、前記石英製の部材に設けられる前記溝の幅よりも小さい粒径のブラスト材を用いてブラスト処理を行うことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体の製造方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体の製造方法によって製造されたIII族窒化物半導体。
7. 請求項６に記載のIII族窒化物半導体を加工して得られたIII族窒化物半導体素子。

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