JP2016201481A - 気相成長方法 - Google Patents

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Abstract

【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、反応室に第１の基板を搬入し、反応室にガリウム（Ｇａ）を含有する第１のガスを供給して、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、反応室に第２の基板を搬入し、反応室に塩素原子を含有する第２のガスを供給し、反応室に水素ガス又は不活性ガスの第３のガスを供給し、第２の基板に窒化アルミニウム膜又は窒化シリコン膜の第２の膜を形成し、第２の基板を反応室から搬出する。【選択図】図２

Description

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。
高品質で厚い半導体膜を成膜する方法として、ウェハ等の基板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、常圧又は減圧に保持された反応室内の支持部にウェハを載置する。そして、このウェハを加熱しながら、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ェハ表面に供給する。ウェハ表面ではソースガスの熱反応等が生じ、ウェハ表面にエピタキシャル単結晶膜が成膜される。
近年、発光デバイスやパワーデバイスの材料として、窒化ガリウム（ＧａＮ）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、ソースガス間の反応を抑制するために分離ガスとして水素ガス（Ｈ２）等が用いられる場合もある。
シリコン（Ｓｉ）基板上に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、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のバッファ層をＳｉ基板上に形成する方法、ＧａＮの成膜前にＳｉ基板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。
特開２００６−２６１４７６号公報 特表２０１２−５２５７０８号公報
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。
本発明の一態様の気相成長方法は、反応室に第１の基板を搬入し、上記反応室にガリウム（Ｇａ）を含有する第１のガスを供給して、上記第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、上記反応室に第２の基板を搬入し、上記反応室に塩素原子を含有する第２のガスを供給し、上記反応室に水素ガス又は不活性ガスの第３のガスを供給し、上記第２の基板に窒化アルミニウム膜又は窒化シリコン膜の第２の膜を形成し、上記第２の基板を上記反応室から搬出する。
上記態様の気相成長方法において、上記第３のガスを供給する際の上記第２の基板の温度が、上記第２のガスを供給する際の上記第２の基板の温度よりも高いことが望ましい。
上記態様の気相成長方法において、上記第２の基板を上記反応室から搬出した後に、上記反応室に表面がシリコン（Ｓｉ）の第３の基板を搬入し、上記第３の基板上に窒化アルミニウム膜又は窒化シリコン膜の第３の膜を形成することが望ましい。
上記態様の気相成長方法において、上記第３の膜の膜厚が上記第２の膜の膜厚よりも厚いことが望ましい。
上記態様の気相成長方法において、上記第３のガスを供給した後、上記第２の膜を形成する前に、上記反応室にアンモニアを含有する第４のガスを供給することが望ましい。
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。
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。 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。 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。
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。
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。したがって、「下部」とは、基準に対し重力方向の位置、「下方」とは基準に対し重力方向を意味する。そして、「上部」とは、基準に対し重力方向と逆方向の位置、「上方」とは基準に対し重力方向と逆方向を意味する。また、「縦方向」とは重力方向である。
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、分離ガス、補償ガス等を含む概念とする。
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。
（第１の実施形態）
本実施形態の気相成長方法は、反応室に第１の基板を搬入し、反応室にガリウム（Ｇａ）を含有する第１のガスを供給して、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、反応室に第２の基板を搬入し、反応室に塩素原子を含有する第２のガスを供給し、反応室に水素ガス又は不活性ガスの第３のガスを供給し、第２の基板に窒化アルミニウム膜又は窒化シリコン膜の第２の膜を形成し、第２の基板を反応室から搬出する。
図１は、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。
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、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。
また、反応室１０内の、シャワープレート１１下方に設けられ、半導体ウェハ（基板）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、半導体ウェハ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。
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に載置されたウェハ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。
回転体ユニット１４の回転軸１８は、下方に位置する回転駆動機構２０に接続される。回転駆動機構２０により、半導体ウェハＷをその中心を回転中心として、例えば、３００ｒｐｍ以上１０００ｒｐｍ以下で回転させることが可能となっている。
円筒状の回転体ユニット１４の径は、支持部１２の外周径とほぼ等しいことが望ましい。回転軸１８は、反応室１０の底部との間に真空シール部材を挟んでいる。
加熱部１６は、回転体ユニット１４内に固定して設けられる。加熱部１６には、回転軸１８の内部を貫通する電極２２を介して、電力が供給される。また、半導体ウェハＷを環状ホルダー１８から脱着させるために、加熱部１６を貫通する突き上げピン（図示せず）が設けられている。
気相成長装置は、さらに、半導体ウェハＷ表面等でソースガスが反応した後の反応生成物及び反応室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）に接続される。
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、半導体ウェハを出し入れするための図示しないウェハ出入口及びゲートバルブが設けられている。そして、このゲートバルブで連結するロードロック室（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により半導体ウェハ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１１とウェハ支持部１２とのスペースに挿入可能となっている。
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。
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（Ｓ１２）、ＧａＮ膜（第１の膜）形成ステップ（Ｓ１４）、第１の基板搬出ステップ（Ｓ１６）、ダミー基板（第２の基板）搬入ステップ（Ｓ１８）、クリーニングステップ（Ｓ２０）、ベークステップ（Ｓ２２）、ＡｌＮ膜（第２の膜）形成ステップ（Ｓ２４）、第２の基板搬出ステップ（Ｓ２６）、第３の基板搬入ステップ（Ｓ２８）、ＡｌＮ膜（第３の膜）形成ステップ（Ｓ３０）、ＧａＮ膜（第３の膜）形成ステップ（Ｓ３２）、第３の基板搬出ステップ（Ｓ３４）を備えている。
まず、表面が（１１１）面のシリコン（Ｓｉ）である第１のウェハが反応室１０内に搬入される（Ｓ１０）。第１のウェハは、例えば、シリコンウェハである。第１のウェハは、第１の基板の一例である。例えば、反応室１０のウェ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により、ロードロック室内の第１のウェハを反応室１０内に搬送する。
そして、第１のウェハは例えば突き上げピン（図示せず）を用いて、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。
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から排気して、反応室１０内を所定の真空度にする。この際、加熱部１６の加熱出力を上げて第１のウェハの温度を予備加熱の温度に保つ。
その後、加熱部１６の加熱出力を上げて、第１のウェハの温度をベークの温度、例えば、１０００℃以上１１００℃以下に昇温させる。第１のウェハの温度は、例えば、放射温度計により測定される。
そして、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（アニール）を行う。ベークにより、例えば、第１のウェハ上の自然酸化膜が除去され、表面にＳｉが露出する。
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のウェハの温度をエピタキシャル成長温度、例えば、９５０℃以上１０５０℃以下にまで降温する。
そして、ガス供給部１３からプロセスガスを、シャワープレート１１を通して反応室１０内に供給する。プロセスガスの供給により、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜を、第１のウェハのＳｉ表面にエピタキシャル成長により形成する（Ｓ１２）。ＡｌＮ膜の膜厚は、例えば、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
プロセスガスは、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）が水素ガス（Ｈ２）で希釈されたガスと、アンモニア（ＮＨ３）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。
なお、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜にかえて、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を用いることも可能である。
次に、ガス供給部１３からプロセスガス（第１のガス）を、シャワープレート１１を通して反応室１０内に供給する。プロセスガスの供給により、窒化ガリウム（ＧａＮ）膜を、第１のウェハのＡｌＮ膜表面にエピタキシャル成長により形成する（Ｓ１４）。ＧａＮ膜は、第１の膜の一例である。
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）が水素ガス（Ｈ２）で希釈されたガスと、アンモニア（ＮＨ３）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。
第１のウェハにＧａＮ膜を形成する際に、反応室１０の第１のウェハ以外の部分にもＧａを含有する付着物が付着する。Ｇａを含有する付着物は、例えば、反応室１０内の部材表面や反応室１０の内壁に付着する。
Ｇａを含有する付着物は、例えば、Ｇａを含有する反応生成物である。特に、高温で、反応が促進される支持部１２のウェハで覆われていない領域上に、Ｇａを含有する反応生成物が付着する恐れがある。Ｇａを含有する反応生成物は、例えば、ＧａＮである。また、Ｇａを含有する付着物は、例えば、Ｇａを含有するガスの吸着物である。
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膜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）膜、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）膜、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）膜等であってもかまわない。
そして、エピタキシャル成長終了時には、ガス供給部１３からのプロセスガス供給を停止し、第１のウェハ上へのプロセ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。
成膜後は、第１のウェハの降温を始める。まず、回転体ユニット１４の回転を停止させる。ＧａＮ単結晶膜が形成された第１のウェハを支持部１２に載置したままにして、加熱部１６の加熱出力を低下させ、第１のウェハの温度が予備加熱の温度まで低下するよう調整する。
第１のウェハの温度が所定の温度に安定した後、例えば突き上げピンにより第１のウェハを支持部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及び支持部１２の間に挿入する。そして、ハンドリングアームの上に第１のウェハを載せる。そして、第１のウェハ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のウェハが反応室１０外へ搬出される（Ｓ１６）。
次に、第１のウェハと同様の手順で、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）のダミーウェハが反応室１０内に搬入される（Ｓ１８）。ダミーウェハは、ダミー基板（第２の基板）の一例である。
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から排気して、反応室１０内を所定の真空度にする。その後、加熱部１６の加熱出力を上げて、ダミーウェハの温度をクリーニングの温度、例えば、９５０℃以上１０５０℃以下に昇温させる。
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(第２のガス)を供給してクリーニングを行う（Ｓ２０）。クリーニングにより、反応室１０内の部材表面や反応室１０の内壁に付着したＧａを含有する付着物が除去される。
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。例えば、塩酸ガスの流量は、水素ガスの流量の５％以上１５％以下である。
クリーニングの際のダミーウェハ（第２の基板）の温度は、９５０℃以上１０５０℃以下であることが望ましい。上記範囲を下回ると、Ｇａを含有する付着物が十分除去できない恐れがある。また、上記範囲を上回ると、反応室１０内の部材表面や反応室１０の内壁がクリーニングガスにより損傷する恐れがある。
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、加熱部１６の加熱出力を上昇させ、ダミーウェハの温度を、ベークの温度、例えば１０５０℃以上１２００℃以下まで上昇させる。
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、ベーク（アニール）を行う（Ｓ２２）。ベークの際には、ベーキングガス（第３のガス）が、ガス供給部１３から、シャワープレート１１を通って、反応室１０に供給される。
クリーニングの際に、反応室１０内の部材表面や反応室１０の内壁、配管内に塩素原子を含有する付着物が付着する恐れがある。塩素原子を含有する付着物は、例えば、塩素原子を含有する反応生成物や、塩素原子を含有するガスの吸着物である。
ベークにより、反応室１０内の部材表面や反応室１０の内壁、配管内に付着した塩素原子を含有する付着物が除去される。
ベーキングガスは、塩素原子を含有する付着物に加え、Ｇａを含有する付着物も除去する観点から、水素ガスであることが望ましい。もっとも、水素ガスにかえて窒素ガス等の不活性ガスを用いることも可能である。
ベークの際の、ダミーウェハ（第２の基板）の温度は、１０５０℃以上１２００℃以下であることが望ましい。上記範囲を下回ると、塩素原子を含有する付着物が十分除去できない恐れがある。また、上記範囲を上回ると、ダミーウェハが損傷する恐れがある。
ベーキングガス（第３のガス）を供給する際のダミーウェハ（第２の基板）の温度が、クリーニングガス(第２のガス)を供給する際のダミーウェハ（第２の基板）の温度よりも高いことが望ましい。ベークの温度を、クリーニングの温度よりも高くすることで、塩素原子を含有する付着物の除去効果が大きくなる。また、ベーキングガスが水素ガスの場合、Ｇａを含有する付着物の除去効果が大きくなる。
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ダミーウェハの温度をエピタキシャル成長温度、例えば、９５０℃以上１０５０℃以下に降温させる。
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を通して反応室１０内に供給する。プロセスガスを供給することにより、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜を、ダミーウェハの表面に、エピタキシャル成長により形成する（Ｓ２４）。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜は、第２の膜の一例である。
ベークにより除去しきれなかった反応室１０内の部材表面や反応室１０の内壁に付着した塩素原子を含有する付着物の表面が、ＡｌＮ膜により被覆される。第２の膜として、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を適用することも可能である。
ＡｌＮ膜の膜厚は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが望ましい。上記範囲を下回ると、塩素原子を含有する付着物が十分被覆できない恐れがある。また、上記範囲を上回ると、ＡｌＮ膜の成膜時間が長くなり、ダミーウェハを用いたクレーニング処理時間の、全体の成膜時間に占める割合が大きくなり、成膜のスループットが悪化する恐れがある。
特に、ダミーウェハを用いたクレーニング処理時間を短縮する観点から、ダミーウェハ（第２の基板）に形成するＡｌＮ膜（第２の膜）の膜厚は、第１のウェハ（第１の基板）に形成されるＡｌＮ膜の膜厚よりも薄いことが望ましい。
その後、第１のウェハと同様の手順でダミーウェハ（第２の基板）を反応室１０外へ搬出する（Ｓ２６）。
次に、表面が（１１１）面のシリコン（Ｓｉ）である第２のウェハ（第３の基板）が反応室１０内に搬入される（Ｓ２８）。第２のウェハは、例えば、シリコンウェハである。第２のウェハは、第３の基板の一例である。第２のウェハは、上記第１のウェハと同様の方法にて、反応室１０に搬入される。
その後、第１のウェハと同様の方法にて、第２のウェハのＳｉ表面に、ＡｌＮ膜（第３の膜）及びＧａＮ膜を形成する。
まず、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から排気して、反応室１０内を所定の真空度にする。その後、加熱部１６の加熱出力を上げて、第２のウェハの温度をベークの温度、例えば、１０００℃以上１１００℃以下に昇温させる。
そして、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（アニール）を行う。このベークにより、例えば、第２のウェハ上の自然酸化膜が除去され、表面にＳｉが露出する。
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のウェハの温度をエピタキシャル成長温度、例えば、９５０℃以上１０５０℃以下に降温する。
そして、ガス供給部１３からプロセスガスを、シャワープレート１１を通して反応室１０内に供給する。プロセスガスの供給により、第３の膜であるＡｌＮ（窒化アルミニウム）膜を、第２のウェハのＳｉ表面にエピタキシャル成長により形成する（Ｓ３０）。ＡｌＮ膜の膜厚は、例えば、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
なお、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜にかえて、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を用いることも可能である。
第２のウェハ（第３の基板）に形成するＡｌＮ膜（第３の膜）の膜厚は、ダミーウェハ（第２の基板）に形成するＡｌＮ膜（第２の膜）の膜厚よりも厚いことが望ましい。言い換えれば、ダミーウェハ（第２の基板）に形成するＡｌＮ膜（第２の膜）の膜厚は、第２のウェハ（第３の基板）に形成するＡｌＮ膜（第３の膜）の膜厚よりも薄いことが望ましい。ダミーウェハに形成するＡｌＮ膜を薄くすることにより、ダミーウェハを用いたクレーニング処理時間を短縮することが可能となる。
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を通して反応室１０内に供給する。プロセスガスの供給により、窒化ガリウム（ＧａＮ）膜を、第２のウェハのＡｌＮ膜表面にエピタキシャル成長により形成する（Ｓ３２）。
その後、第１のウェハと同様の手順で第２のウェハを反応室１０外へ搬出する（Ｓ３４）。
例えば、Ｓ３４のステップの後に、Ｓ１８からＳ３４に相当するステップを繰り返すことで、３枚以上の複数のシリコンウェハに、単結晶のＧａＮ膜を成長させることが可能となる。
次に、本実施形態の気相成長方法の作用及び効果について説明する。
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（第１のガス）を供給して第１のウェハに成膜を行った後に、第１のウェハを搬出した状態で、気相成長装置の支持部１２等を加熱しながらクリーニングを行う。クリーニングは、塩素原子を含有するクリーニングガスを用いて行われる。
クリーニングを行うことにより、第１のウェハの成膜時に、反応室１０内の部材表面や反応室１０の内壁に付着した付着物が除去される。この付着物には、第１のウェハの成膜時に、プロセスガスとして流したＧａ（ガリウム）が含まれる。
反応室１０内の部材表面や反応室１０の内壁に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、基板のＳｉと、Ｇａ又はＧａ化合物が反応することにより、基板上に凹凸や穴が形成される恐れがある。このため、基板上に良質な膜を形成することが困難となる。
本実施形態によれば、Ｇａを含有する付着物を除去することにより、クリーニング後に、第２のウェハ上に第３の膜を成膜する際、付着物として存在していたＧａが、第２のウェハ表面のＳｉと反応することが回避される。したがって、第２のウェハ上に、良質な膜を成膜することが可能となる。
もっとも、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、塩素原子を含有する付着物として、反応室１０内の部材表面や反応室１０の内壁、配管内に残留する恐れがある。そして、この塩素原子が、後にＡｌＮ膜等を成膜する際、ウェハとＡｌＮ膜等の界面に凝集する恐れがある。
塩素原子が界面に存在すると、ウェハ上に形成される、ＡｌＮ膜やＧａＮ膜等の膜質が劣化する恐れがある。また、ＡｌＮ膜やＧａＮ膜等が成膜されたウェ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の特性を劣化させる恐れがある。
本実施形態によれば、クリーニングの後に、ベーキングガスを用いたベークを行う。ベークにより、反応室１０内の部材表面や反応室１０の内壁、配管内に付着した塩素原子を含有する付着物が除去される。したがって、塩素原子が、後にＡｌＮ膜等を成膜する際、ウェハとＡｌＮ膜等の界面に凝集することが抑制される。
さらに、ベークによっても除去しきれなかった、反応室１０内の部材表面や反応室１０の内壁に付着した塩素原子を含有する付着物が、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜で被覆される。したがって、塩素原子が、後にＡｌＮ膜等を成膜する際、雰囲気中に混入することを抑制し、塩素原子がウェハとＡｌＮ膜等の界面に凝集することが、更に抑制される。
以上、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可能となる。
（第２の実施形態）
本実施形態の気相成長方法は、第３のガスを供給した後、第２の膜を形成する前に、反応室にアンモニアを含有する第４のガスを供給すること以外は、第１の実施形態と同様である。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。
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。
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、ベークステップ（Ｓ２２）とＡｌＮ膜（第２の膜）形成ステップ（Ｓ２４）との間にアンモニア供給ステップ（Ｓ４０）を備えている。
ベークステップ（Ｓ２２）までのプロセスは、第１の実施形態と同様である。ベークの後に、ガス供給部１３から、反応室１０内にアンモニア（第４のガス）を供給する（Ｓ４０）。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。
アンモニアを供給する際の、ダミーウェハの温度は、例えば、９５０℃以上１０５０℃以下である。
その後、ダミーウェハ（第２の基板）上にＡｌＮ膜（第２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。
本実施形態によれば、ベークによっても除去しきれなかった、反応室１０内の部材表面や反応室１０の内壁、配管内に付着した塩素原子を含有する付着物を、反応室１０にアンモニアを供給することで、除去することが可能となる。付着物中の塩素原子は、例えば、アンモニアと反応して塩化アンモニウムとなり、塩化アンモニウムが分解昇華することで除去される。したがって、ウェハ上に更に良質な膜を形成することが可能となる。
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。
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、反応室内のクリーニング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。反応室内のＧａを含有する付着物は、Ｓｉ上に成膜する膜種に関わらず、反応室内の加熱によって反応室雰囲気に出て、Ｓｉ表面と反応する恐れがあるからである。
また、実施形態では、ウェハ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ェハに同時に成膜するプラネタリー方式のＣＶＤ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。
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、特許請求の範囲及びその均等物の範囲によって定義されるものである。
１０ 反応室
Ｗ 半導体ウェハ（基板）

Claims (5)

  1. 反応室に第１の基板を搬入し、
    前記反応室にガリウム（Ｇａ）を含有する第１のガスを供給して、前記第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、
    前記反応室に第２の基板を搬入し、
    前記反応室に塩素原子を含有する第２のガスを供給し、
    前記反応室に水素ガス又は不活性ガスの第３のガスを供給し、
    前記第２の基板に窒化アルミニウム膜又は窒化シリコン膜の第２の膜を形成し、
    前記第２の基板を前記反応室から搬出する気相成長方法。
  2. 前記第３のガスを供給する際の前記第２の基板の温度が、前記第２のガスを供給する際の前記第２の基板の温度よりも高い請求項１記載の気相成長方法。
  3. 前記第２の基板を前記反応室から搬出した後に、前記反応室に表面がシリコン（Ｓｉ）の第３の基板を搬入し、
    前記第３の基板上に窒化アルミニウム膜又は窒化シリコン膜の第３の膜を形成する請求項１又は請求項２記載の気相成長方法。
  4. 前記第３の膜の膜厚が前記第２の膜の膜厚よりも厚い請求項３記載の気相成長方法。
  5. 前記第３のガスを供給した後、前記第２の膜を形成する前に、前記反応室にアンモニアを含有する第４のガスを供給する請求項１乃至請求項４いずれか一項記載の気相成長方法。
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