JP2018117005A - 気相成長装置 - Google Patents
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- C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
Abstract
Description
第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態の気相成長装置1000の概略構成を示す図である。気相成長装置1000は、基板S1の上にIII 族窒化物半導体層を成長させるためのものである。気相成長装置1000は、反応室100と、サセプター210と、ヒーター220と、回転軸230と、モーター240と、原料ガス導入口310と、ガス排出口320と、ガス流出保護部400と、発光部510と、受光部520と、制御部700と、を有している。なお、基板S1は、半導体層の成膜時にサセプター210に取り付けるものである。そのため、基板S1は、気相成長装置1000の構成要素ではない。
成膜時の気相成長装置1000においては、発光部510は、サセプター210に支持されている基板S1に向けて電磁波を照射する。その電磁波は、半導体層の表面、基板S1の表面、サセプター210の表面で反射または散乱される。もしくは、サセプター210の表面等で吸収される。反射波または散乱波は受光部520により受光される。このような反射波または散乱波を測定することにより、作業者は、基板S1の上に成膜された半導体層の状態をその場観察することができる。本実施形態の気相成長装置1000では、発光部510は、可視光とX線との少なくとも一方を照射する。受光部520は、可視光とX線との少なくとも一方を受信する。
発光部510が照射する電磁波として、X線を用いる場合について説明する。X線回折により、半導体層の内部の応力、半導体層の膜厚、半導体層の固体組成等を高精度に測定することができる。また、反射X線を解析することにより、半導体層の膜厚、半導体層の固体組成、半導体層の表面状態等を高精度に測定することができる。
発光部510が照射する電磁波として、可視光を用いる場合について説明する。レーザー散乱技術を用いることにより、半導体層の表面状態を非常に高い精度で測定することができる。また、レーザー干渉技術を用いることにより、基板S1の反り、半導体層の膜厚、半導体層の配置環境等について測定することができる。また、偏光解析法により、半導体層の膜厚、半導体層の固体組成について測定することができる。
このように、X線、可視光(レーザーを含む)等を組み合わせて測定することにより、半導体層の種々の物理量を測定することができる。このとき気相成長装置1000は、可視光を照射する可視光照射部と、可視光を受信する可視光受信部と、X線を照射するX線照射部と、X線を受信するX線受信部と、を有する。
本実施形態では、気相成長装置1000は、成長途中の半導体層をその場観察することができる。つまり、気相成長装置1000は、半導体層の状態をモニタリングすることができる。そのため、気相成長装置1000は、横軸を時間、縦軸を例えば膜厚等の物理量として、出力することができる。ここで、物理量は、1種類に限らない。
ここで、半導体層の成膜方法について説明する。まず、気相成長装置1000のサセプター210に基板S1を取り付ける。次に、不活性ガス導入口420が、ガス流出保護部400の電磁波通過室401に不活性ガスを供給する。そして、ヒーター220が、サセプター210を加熱する。原料ガス導入口310は、例えば、水素ガスを反応室100に供給する。これにより、基板S1の表面をクリーニングする。
ここで、上記の実施形態における気相成長装置を用いて基板S1の上に半導体層を成長させる場合について説明する。
6−1.MVPE
本実施形態の気相成長装置1000は、MOCVD炉である。しかし、本実施形態の技術は、HVPE炉にも同様に適用することができる。また、その他の気相成長装置にも適用することができる。
本実施形態の気相成長装置1000は、III 族窒化物半導体層を成長させる。しかし、上記以外の半導体層を成長させてもよい。つまり、気相成長装置1000は、GaAs等のIII-V 族半導体層、またはIV族半導体層を成長させてもよい。
原料ガス導入口310は、2つあってもよい。そして、原料ガス導入口310の一方は、III 族元素を含む有機金属ガスを含むガスを反応室100に導入する。原料ガス導入口310の他方は、窒素源であるアンモニアを含むガスを反応室100に導入する。このように、原料ガスを別々に反応室100に導入してもよい。
本実施形態のサセプター210の材質は、例えば、SiCである。しかし、本実施形態では、発光部510がサセプター210に向けて電磁波を照射する。SiCは灰色または黒色である。そのため、SiCは、光を吸収しやすい。気相成長装置1000は、反射波または散乱波を観測するため、サセプター210の材質は、光を反射または散乱させやすい白色の材料であるとよい。このような白色の材質として例えば、BNが挙げられる。また、サセプター210の材質は、500nmの波長の光に対する反射率が40%以上の材料であるとよい。
本実施形態の貫通孔101aは、円形の孔である。図3は、本実施形態の変形例における貫通孔101bと基板S1とを示す図である。図3に示すように、貫通孔101bの形状は長穴である。長穴における長いほうの径(長さ)は、基板S1の半径より大きい。そして、図3は、貫通孔101bを基板S1に射影した位置関係で貫通孔101bおよび基板S1を描いたものである。そのため、基板S1の板面に垂直な方向から貫通孔101bを視ると、基板S1の中心O1から基板S1の端部Q1までの細長い領域が視える。
本実施形態では、作業者が、反射光または散乱光の測定値を把握し、成膜中の半導体層のうち表面が荒れている部分を除去する。しかし、作業者の代わりに、制御部700が、成膜中の半導体層のうち表面が荒れている部分を除去することとしてもよい。その場合には、制御部700は、反射波または散乱波の強度が予め定めた閾値以上になった場合に、半導体層の成長を停止するとともに半導体層の所定の膜厚をエッチングする。または、制御部700は、予め定めた期間内における反射波または散乱波の強度の上昇量が予め定めた閾値以上になった場合に、半導体層の成長を停止するとともに半導体層の所定の膜厚をエッチングする。
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。
本実施形態の気相成長装置1000は、反応室100と、サセプター210と、発光部510と、受光部520と、を有する。発光部510は、サセプター210の支持されている基板S1に向けて電磁波を照射する。受光部520は、基板S1または半導体層で反射または散乱された光を受光する。これにより、気相成長装置1000は、基板S1の上の半導体層の状態をモニタリングすることができる。したがって、気相成長装置1000は、歩留まり良く半導体素子を製造することができる。
第2の実施形態について説明する。第2の実施形態と第1の実施形態との間の相違点は、ガス流出保護部である。したがって、異なっている点について説明する。
図4は、本実施形態の気相成長装置2000の概略構成を示す図である。図4に示すように、気相成長装置2000は、ガス流出保護部2400を有している。
本実施形態では、貫通孔2101a、2101bは、サセプター210を反応室天板101に射影した領域内に形成されている。しかし、貫通孔2101a、2101bの一方が、サセプター210を反応室天板101に射影した領域外に形成されていてもよい場合がある。
第3の実施形態について説明する。第3の実施形態と第1の実施形態との間の相違点は、発光部および受光部である。したがって、異なっている点について説明する。
図5は、本実施形態の気相成長装置3000の概略構成を示す図である。図5に示すように、気相成長装置3000は、発光部510と、ハーフミラー3520と、受光部3530と、受光部3540と、を有する。
ハーフミラー3520は、受光部3530または受光部3540と貫通孔3101aとの間の位置に配置されていてもよい。
S1…基板
100…反応室
101…反応室天板
101a…貫通孔
102…反応室底板
103、104…反応室側板
210…サセプター
220…ヒーター
230…回転軸
240…モーター
310…原料ガス導入口
320…ガス排出口
400…ガス流出保護部
401…電磁波通過室
410…内壁
420…不活性ガス導入口
430…窓
510…発光部
520…受光部
700…制御部
Claims (8)
- 基板を支持する基板支持部と、
前記基板支持部を収容する反応室と、
前記反応室に原料ガスを供給する原料ガス導入口と、
前記反応室からガスを排出するガス排出口と、
前記基板支持部に向けて電磁波を照射する電磁波照射部と、
電磁波を受信する電磁波受信部と、
を有し、
前記原料ガス導入口と前記ガス排出口とを結ぶ線と、前記基板の板面と、がなす角の角度が−20°以上20°以下であり、
前記反応室は、
前記基板支持部と対面する天板を有し、
前記天板は、
1以上の貫通孔を有し、
前記電磁波照射部は、
電磁波を前記1以上の貫通孔のうちの1つに通過させて前記基板支持部に向けて照射し、
前記電磁波受信部は、
前記1以上の貫通孔のうちの1つに通過させた電磁波を受信すること
を特徴とする気相成長装置。 - 請求項1に記載の気相成長装置において、
前記反応室の外部にガス流出保護部を有し、
前記ガス流出保護部は、
1以上の窓部材と、
前記1以上の貫通孔を介して前記反応室と連通する電磁波通過室と、
前記電磁波通過室に不活性ガスを導入する不活性ガス導入口と、
を有し、
前記電磁波照射部は、
電磁波を前記1以上の窓部材のうちの1つに通過させた後に前記1以上の貫通孔のうちの1つに通過させること
を特徴とする気相成長装置。 - 請求項1または請求項2に記載の気相成長装置において、
前記電磁波照射部は、
可視光とX線との少なくとも一方を照射し、
前記電磁波受信部は、
可視光とX線との少なくとも一方を受信すること
を特徴とする気相成長装置。 - 請求項3に記載の気相成長装置において、
可視光を照射する可視光照射部と、
可視光を受信する可視光受信部と、
X線を照射するX線照射部と、
X線を受信するX線受信部と、
を有すること
を特徴とする気相成長装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の気相成長装置において、
前記基板または前記基板の上に成長させた半導体層からの反射波を受信する反射波受信部と、
前記基板または前記半導体層からの散乱波を受信する散乱波受信部と、
を有すること
を特徴とする気相成長装置。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の気相成長装置において、
前記基板支持部は、
前記基板の中心のまわりに回転可能であり、
前記貫通孔が長穴であり、
前記電磁波照射部は、
前記基板の中心から前記基板の端部まで電磁波を照射すること
を特徴とする気相成長装置。 - 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の気相成長装置において、
前記基板支持部の材質は、
500nmの波長の光に対する反射率が40%以上の材料であること
を特徴とする気相成長装置。 - 請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の気相成長装置において、
前記電磁波照射部または前記電磁波受信部と前記1以上の貫通孔のうちの1つとの間の位置にハーフミラーが配置されていること
を特徴とする気相成長装置。
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