JP7002722B2

JP7002722B2 - 気相成長装置

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Publication number: JP7002722B2
Application number: JP2017183987A
Authority: JP
Inventors: 州吾新田; 善央本田; 謙太郎永松; 浩天野
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd; Tokai National Higher Education and Research System NUC
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd; Tokai National Higher Education and Research System NUC
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2022-02-04
Anticipated expiration: 2037-09-25
Also published as: JP2019059636A

Description

本明細書では、化合物半導体の気相成長装置に関する技術を開示する。

ＧａＮ基板の低コストな製造法の構築が要求されている。現在のＧａＮ基板は、１枚ごとに成長する枚葉式が主流であり、高コストの原因であった。なお、関連する技術が特許文献１に開示されている。

特開２００２－３１６８９２公報

ＧａＮの長尺結晶成長が可能となれば、１つの長尺結晶から複数枚のウェハを生成できるため、基板製造コストを低下させることができる。しかし、ＧａＮを長尺結晶成長させることは困難である。要因の一つとして、結晶成長中に発生したダストがウェハ表面に付着することで、異常成長が発生してしまうことが挙げられる。

本明細書では、気相成長装置を開示する。この気相成長装置は、反応容器と、反応容器内に配置されているウェハホルダであって、ウェハ表面が略鉛直下向きになるようにウェハを保持するウェハ保持面を備えたウェハホルダと、第１原料ガスを反応容器内に供給する第１原料ガス供給管であって、ウェハ保持面の下方側に配置されている第１原料ガス供給管と、第１原料ガスと反応する第２原料ガスを反応容器内に供給する第２原料ガス供給管であって、ウェハ保持面の下方側に配置されている第２原料ガス供給管と、反応容器内のガスを排気するガス排気管であって、ウェハ保持面の下方側に配置されているガス排気管と、を備えることを特徴とする。また、第１原料ガス供給管、第２原料ガス供給管、およびガス排気管は、略鉛直方向へ伸びるように配置されていることを特徴とする。また、ウェハ保持面の中心を通りウェハ保持面に垂直な軸線とガス排気管との距離が、軸線と第１原料ガス供給管および第２原料ガス供給管との距離よりも大きいことを特徴とする。

本明細書の気相成長装置では、ウェハ表面を略鉛直下向きに維持することができる。反応容器内で発生したダストが重力によってウェハ表面に落ちてくることがないため、ダストがウェハ表面に付着することを抑制できる。また、ウェハに対して上側へ排気する場合には、排気によってウェハ上側へ舞い上げられたダストが重力で落下することで、ダストがウェハ表面に付着してしまう場合がある。本明細書の気相成長装置では、ガス排気管がウェハ保持面の下方側に配置されているため、反応容器内のガスをウェハに対して下側に排気することができる。ダストが排気によってウェハ上側に舞い上げられることがないため、ダストがウェハ表面に付着することを抑制できる。

ウェハホルダ、第１原料ガス供給管、第２原料ガス供給管、およびガス排気管の周囲に配置された第１ヒータをさらに備えていてもよい。

第１原料ガス供給管の経路上に配置される隔壁であって、水平方向に伸びる隔壁と、第１原料ガスを生成する第１原料ガス生成部であって、隔壁の下方側に配置されているとともに第１原料ガス供給管の入口が接続されている第１原料ガス生成部と、第１原料ガス生成部の周囲に配置された第２ヒータと、をさらに備えていてもよい。第１ヒータは隔壁に対して上方側に配置されており、第２ヒータは隔壁に対して下方側に配置されており、第１ヒータの方が第２ヒータよりも加熱温度が高くてもよい。

第１原料ガスを反応容器内に供給する複数の第１ノズルと、第２原料ガスを反応容器内に供給する複数の第２ノズルと、が表面に配置されているシャワーヘッドをさらに備えていてもよい。第１原料ガス供給管および第２原料ガス供給管の出口が、シャワーヘッドに接続されていてもよい。シャワーヘッドの表面がウェハ保持面の下方側であってウェハ保持面に対向する位置に配置されていてもよい。ガス排気管はシャワーヘッドの周囲に配置されていてもよい。

シャワーヘッドの表面にはシリコンおよび酸素を含まない材料が配置されていてもよい。

シャワーヘッドの表面にはタングステンを含む材料が配置されていてもよい。

複数の第１ノズルの各々は、第１原料ガスを排出する第１中心孔と、第１中心孔の周囲に配置されており特定ガスを排出する第１周囲孔と、を備えていてもよい。第２ノズルは、第２原料ガスを排出する第２中心孔と、第２中心孔の周囲に配置されており特定ガスを排出する第２周囲孔と、を備えていてもよい。特定ガスは、酸素を含まないガスであって第１原料ガスおよび第２原料ガスと反応しないガスであってもよい。

反応容器内にウェハホルダの上方から略鉛直下方へ特定ガスを供給する特定ガス供給部をさらに備えていてもよい。特定ガスは、酸素を含まないガスであって第１原料ガスおよび第２原料ガスと反応しないガスであってもよい。

特定ガスは、水素、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンの少なくとも一つを含むガスであってもよい。

ウェハホルダの表面にはシリコンおよび酸素を含まない材料が配置されていてもよい。

ウェハホルダの表面にはタングステンを含む材料が配置されていてもよい。

気相成長装置を側面からみた概略断面図である。 II－II線における断面図を鉛直上方から見た図である。第１ノズルの上面拡大図およびその断面図である。温度分布を示す図である。

＜気相成長装置の構成＞
図１に、本明細書の技術に係る気相成長装置１を側面から見た概略断面図を示す。気相成長装置１は、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）法を実施するための装置構成の一例である。気相成長装置１は、反応容器１０を備えている。反応容器１０は、円筒形状をしている。反応容器１０は、石英で構成されていてもよい。反応容器１０の内部には、原料ガス供給部２０およびウェハホルダ１１が配置されている。

原料ガス供給部２０の構造を説明する。原料ガス供給部２０は、円筒形状の部材である。原料ガス供給部２０は、円筒形のカバー２４を備えている。カバー２４の上端部には、円盤状のシャワーヘッド５０が配置されている。原料ガス供給部２０の下部には、ＨＣｌガス供給管２５の入口および第２原料ガス供給管２２の入口が配置されている。ＨＣｌガス供給管２５の入口には、ＨＣｌを含むガスが供給される。ＨＣｌガス供給管２５の出口は、第１原料ガス生成部４１に接続されている。第１原料ガス生成部４１は、内部に金属ガリウムを格納している。第１原料ガス生成部４１は、ＧａＣｌを含んだ第１原料ガスＧ１を生成する部位である。第１原料ガス供給管２１は、第１原料ガスＧ１を供給する管である。第１原料ガス供給管２１の入口は、第１原料ガス生成部４１に接続されている。第１原料ガス供給管２１の出口は、シャワーヘッド５０に接続されている。第２原料ガス供給管２２の入口には、第２原料ガスＧ２を含むガスが供給される。第２原料ガスＧ２は、ＮＨ_３を含むガスである。第２原料ガス供給管２２の出口は、シャワーヘッド５０に接続されている。

第１原料ガス供給管２１および第２原料ガス供給管２２は、鉛直方向（すなわち図１のｚ軸方向）へ伸びるように配置されている。第１原料ガス供給管２１および第２原料ガス供給管２２の経路上には、隔壁４２が配置されている。隔壁４２は、カバー２４内を水平方向に伸びる石英板である。カバー２４内の空間は、隔壁４２によって上下に隔離されている。

シャワーヘッド５０は、第１原料ガスＧ１および第２原料ガスＧ２をウェハ１３の表面近傍へ排出するための部位である。シャワーヘッド５０から排出された第１原料ガスＧ１および第２原料ガスＧ２は、反応容器１０内を矢印Ｙ１方向に鉛直上方に流れる。

シャワーヘッド５０の構造を、図２および図３を用いて説明する。図２は、図１のII－II線における断面図を鉛直上方から見た図である。シャワーヘッド５０の表面には、第１原料ガスＧ１を排出する複数の第１ノズル５１と、第２原料ガスＧ２を排出する複数の第２ノズル５２が配置されている。多数のノズルから第１原料ガスＧ１および第２原料ガスＧ２を排出することで、ウェハ１３表面へのガス供給量をウェハ面内で均一化することができる。よって、成長したＧａＮ結晶膜厚のウェハ面内バラつきを抑制することが可能となる。

シャワーヘッド５０の表面には、シリコンおよび酸素を含まない材料が配置されている。シャワーヘッド５０の表面に配置される材料は、高温環境下およびアンモニア雰囲気中で安定している材料が好ましい。本実施例では、シャワーヘッド５０の表面にはタングステンを含む材料が配置されている。これにより、第１の効果として、シャワーヘッド５０の表面にＧａＮ多結晶が析出してしまうことを抑制できる。これは、タングステンの触媒効果によるものである。第２の効果として、シャワーヘッド５０表面の温度を均一化することができる。これは、タングステンが熱伝導率の高い金属であるため、第１ヒータ３１によってシャワーヘッド５０の外周が加熱されると、シャワーヘッド５０の中心まで熱を伝えることができるためである。第３の効果として、シャワーヘッド５０から酸素およびシリコンの不純物が発生してしまう事態を防止することができる。これは、シャワーヘッド５０の表面を、シリコンおよび酸素を含まない材料であるタングステンで覆っているためである。

また図２に示すように、カバー２４の上面は、シャワーヘッド５０の外周に配置されている。そのため、カバー２４の上面は、シャワーヘッド５０の一部として機能する。このカバー２４の上面にも、タングステンを含む材料を配置してもよい。これにより、カバー２４の上面にＧａＮ多結晶が析出してしまうことを抑制できる。

図３に、第１ノズル５１の上面拡大図およびその断面図を示す。第１ノズル５１は、第１原料ガスＧ１を排出する中心孔５４と、中心孔５４の周囲に配置されており特定ガスＧ３を排出する周囲孔５５と、を備えている。特定ガスＧ３は、酸素を含まないガスであって、第１原料ガスＧ１および第２原料ガスＧ２と反応しないガスである。具体例としては、特定ガスＧ３は、水素、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンの少なくとも一つを含むガスである。例えば、窒化物半導体の構成元素であるＮを含まない不活性ガスであるアルゴンや、第２原料ガスＧ２の構成元素であるＨを含まない不活性ガスであるヘリウムを用いることで、予期しない反応を抑制してもよい。また、窒素よりも原子半径の大きいアルゴンを特定ガスＧ３に含ませることで、後述するエアーカーテンの機能を高めることが可能である。なお、第２ノズル５２の断面構造についても、図３で説明した第１ノズル５１と同様である。すなわち、第２原料ガスＧ２を排出する中心孔と、中心孔の周囲に配置されており特定ガスＧ３を排出する周囲孔と、を備えている。

これにより、第１ノズル５１から排出された第１原料ガスＧ１の周囲、および、第２ノズル５２から排出された第２原料ガスＧ２の周囲には、特定ガスＧ３によるガス層を形成することができる。特定ガスＧ３のガス層は、シャワーヘッド５０の表面５０ａ近傍ではエアーカーテンの機能を果たすが、ウェハ１３の表面近傍では十分に拡散しているため、エアーカーテンとして機能しない。従って、第１原料ガスＧ１と第２原料ガスＧ２とは、シャワーヘッド５０の表面５０ａ近傍では混合しないが、ウェハ１３の表面近傍では混合する。これにより、シャワーヘッド５０の表面５０ａにＧａＮ多結晶が析出してしまうことを抑制できるとともに、ウェハ１３表面にＧａＮ単結晶を成長させることができる。

第１ノズル５１、第２ノズル５２の各々の数や配置レイアウトは、ガスの必要供給量や、ガスフロー状態に与える影響など、様々なパラメータに基づいて自由に設定可能である。またシャワーヘッド５０の表面を複数のゾーンに分け、各ゾーンでガス流量を個別に制御することも可能である。また、第１ノズル５１、第２ノズル５２の形状は様々であってよい。円形、多角形、スリット形状、などであってもよい。

原料ガス供給部２０の周囲には、反応容器１０内のガスを排気するガス排気管２３が構成されている。図２を用いて説明する。図２は、図１のII－II線における断面図を鉛直上方から見た図である。円筒形の反応容器１０の内側に、さらに円筒形の原料ガス供給部２０が配置されている。これにより、反応容器１０の内壁と、原料ガス供給部２０のカバー２４の外壁との間に、環状の隙間が形成されている。この環状の隙間が、ガス排気管２３として機能する。すなわち、ガス排気管２３は、原料ガス供給部２０の外壁および反応容器１０の内壁に沿って、鉛直下方向（すなわち図２のｚ軸方向）へ伸びるように配置されている。これによりガス排気管２３を、シャワーヘッド５０、第１原料ガス供給管２１および第２原料ガス供給管２２の外周を取り囲むように配置することができる。換言すると、第１原料ガス供給管２１、第２原料ガス供給管２２、ガス排気管２３には、以下の関係が成立する。「ウェハ保持面１２ａの中心を通りウェハ保持面１２ａに垂直な軸線Ａ１（図１参照）を想定する。軸線Ａ１とガス排気管２３との距離が、軸線Ａ１と第１原料ガス供給管２１および第２原料ガス供給管との距離よりも大きい。」

また、ガス排気管２３の入口２３ａを、シャワーヘッド５０の側面に位置させることができる。よって図１の矢印Ｙ２に示すように、ウェハ１３の表面でＧａＮ結晶成長に使用された第１原料ガスＧ１および第２原料ガスＧ２を、シャワーヘッド５０の側面方向かつウェハ１３の下方向に排気させることができる。反応容器１０の下端には、ガス排気管２３の出口２３ｂが配置されている。ガス排気管２３の入口２３ａから吸入されたガスは、出口２３ｂからベントラインへ排出される。

また、ガス排気管２３の入口２３ａをシャワーヘッド５０の側面に位置させるとともに出口２３ｂを反応容器１０の下端に位置させることで、入口２３ａから出口２３ｂまでの距離を十分に取ることができる。よって、出口２３ｂが円環状のガス排気管２３の一部に設けられている場合においても、入口２３ａではシャワーヘッド５０の外周から均一にガスを吸入することができる。これにより、ガスの片流れを防止できる。

ウェハホルダ１１は、反応容器１０内に配置されている。ウェハホルダ１１は、下面にウェハ保持部１２を備えている。ウェハ保持部１２は、熱伝導率の高い材料で構成されている。本実施例では、ウェハ保持部１２はＳｉＣ結晶である。これにより、ウェハ１３表面の温度を均一化できる。これは、ＳｉＣが熱伝導率の高い材料であるため、第１ヒータ３１によってウェハ１３の外周が加熱されると、ウェハ１３の中心まで熱を伝えることができるためである。

ウェハ保持部１２の下面には、ウェハ保持面１２ａが配置されている。ウェハ保持面１２ａは、ウェハ１３表面が略鉛直下向きになるようにウェハ１３を保持する。ここで「略鉛直下向き」とは、重力で落下してきたダストがウェハ表面に落ちてくることがない向きである。従って、「略鉛直下向き」は、ウェハの法線が鉛直下方向に一致する態様に限定されない。ウェハの法線が鉛直下方向に対して４５度までの傾きを含む概念である。シャワーヘッド５０の表面は、ウェハホルダ１１のウェハ保持面１２ａの下方側であってウェハ保持面１２ａに対向する位置に配置されている。

ウェハホルダ１１の表面には、シリコンおよび酸素を含まない材料が配置されている。本実施例では、ウェハホルダ１１の表面にはタングステンを含む材料が配置されている。これにより、ウェハホルダ１１の表面へのＧａＮ多結晶の析出を抑制する効果、ウェハホルダ１１の表面温度を均一化する効果、酸素およびシリコンの不純物の発生を防止する効果、が得られる。その理由は、シャワーヘッド５０で前述した内容と同様である。

ウェハホルダ１１の上部には、回転軸１４の下端が接続している。回転軸１４の上端部は、反応容器１０の外部に突出している。回転軸１４の上端部は、駆動機構１５に接続している。これによりウェハホルダ１１は、回転させること、および、反応容器１０内で上下に移動させることが可能である。

反応容器１０の上部には、特定ガス供給管１６が備えられている。特定ガス供給管１６の入口には特定ガスＧ３が供給される。特定ガスＧ３は、図１の矢印Ｙ３に示すように、ウェハホルダ１１の上方から鉛直下方へ流れ、ガス排気管２３の入口２３ａに吸入される。これにより、特定ガスＧ３によってダウンフローを生成することができる。

効果を説明する。特定ガスＧ３のダウンフローにより、第１原料ガスＧ１、第２原料ガスＧ２、反応生成物、などがウェハホルダ１１の上方へ上昇してくることを防止することができる。これにより、ウェハホルダ１１の上部が、ＧａＮ多結晶や反応生成物によって汚染されることがない。ウェハホルダ１１の上方からダストが落下してくる事態の発生を防止できる。また、ウェハホルダ１１上部に配置されている回転軸１４およびその回転機構の汚染を防止できるため、ウェハホルダ１１の回転動作を安定させることが可能となる。

反応容器１０の外側には、第１ヒータ３１および第２ヒータ３２が配置されている。第１ヒータ３１は、隔壁４２に対して上方側に配置されている。第１ヒータ３１は、ウェハホルダ１１、第１原料ガス供給管２１、第２原料ガス供給管２２、およびガス排気管２３の周囲を取り囲むように配置されている。第２ヒータ３２は、隔壁４２に対して下方側に配置されている。第２ヒータ３２は、第１原料ガス生成部４１を取り囲むように配置されている。

＜気相成長方法＞
ＨＶＰＥ法によって、ウェハ１３上にＧａＮ層の気相成長を行う方法について説明する。気層成長条件の一例を列挙する。第１原料ガスＧ１中のＧａＣｌと第２原料ガスＧ２中のＮＨ_３の供給量は、モル比を１：２０とした。反応容器１０内の圧力は１０００ｈＰａ、ガス排気管２３の出口２３ｂの圧力は９９０ｈＰａとした。

図１に示すように、第１ヒータ３１が配置されている領域Ｒ１と第２ヒータ３２が配置されている領域Ｒ２の境界近傍には、隔壁４２が配置されている。隔壁４２は断熱材として機能する。従って、隔壁４２を境界として加熱温度を領域ごとに個別に制御できる。本実施形態では、第１ヒータ３１の方が第２ヒータ３２よりも加熱温度を高くする。これにより、図４に示すような温度分布を実現することができる。図４において、横軸は各部材の鉛直方向に沿った位置関係を示しており、縦軸は温度を示している。第１ヒータ３１によって、ウェハ１３を、ＧａＮ結晶成長に十分な温度（１０５０±５０℃）まで加熱することができる。また第２ヒータ３２によって、第１原料ガス生成部４１を、ＧａＣｌの発生に必要な温度（７５０℃以上）まで加熱することができる。なお、ウェハ１３と第１原料ガス生成部４１との加熱温度には３００℃程度の温度差があるが、隔壁４２が断熱材として機能することで、温度差を維持した状態でウェハ１３と第１原料ガス生成部４１との距離を縮めることができる。これにより、気相成長装置１の小型化が可能となる。

＜効果＞
ＨＶＰＥ法において、ＧａＮのｃ面へ長尺結晶（厚膜結晶ともいう）を成長させることは困難である。これは、異常成長の発生を抑制することが困難なためである。異常成長の発生の要因例としては、以下の３つが挙げられる。１つ目の要因は、反応容器内で発生したダストが重力によってウェハ表面に落ちてくることである。２つ目の要因は、シャワーヘッド５０の第１ノズル５１や第２ノズル５２にＧａＮ多結晶が析出することによって、ガス管詰まりやガス流変化が発生してしまうことである。３つ目の要因は、副生成物である塩化アンモニウム粉が、ガス排気管２３等に詰まってしまうことでガス流変化が発生することである。

１つ目の要因の対策として、本明細書のウェハホルダ１１では、ウェハ１３表面を略鉛直下向きに保持することができる。反応容器１０内で発生したダストが重力によってウェハ１３表面に落ちてくることがないため、ダストがウェハ１３表面に付着することを抑制できる。また、ウェハ１３に対して上側へ排気する場合には、排気によってウェハ上側へ舞い上げられたダストが重力で落下することで、ダストがウェハ１３表面に付着してしまう場合がある。本明細書の気相成長装置１では、ガス排気管２３がウェハ保持面１２ａの下方側に配置されているため、反応容器１０内のガスをウェハ１３に対して下側に排気することができる。ダストが排気によってウェハ１３上側に舞い上げられることがないため、ダストがウェハ１３表面に付着することを抑制できる。

２つ目の要因の対策として、シャワーヘッド５０の表面にタングステンを含む材料を配置している。また、第１原料ガスＧ１および第２原料ガスＧ２を排出する中心孔５４の周囲に、特定ガスＧ３を排出する周囲孔５５を配置している。これにより、触媒効果やエアーカーテン機能よって、シャワーヘッド５０表面へのＧａＮ多結晶の析出を防止できる。

３つ目の要因の対策として、ウェハホルダ１１、第１原料ガス供給管２１、第２原料ガス供給管２２、およびガス排気管２３の周囲を取り囲むように、第１ヒータ３１を配置している。これにより、ウェハホルダ１１に保持されているウェハ１３を加熱する際に、ガス排気管２３も同時に加熱することができる。ウェハ１３の加熱温度（約１０５０℃）は、ガス排気管２３内に副生成物である塩化アンモニウム粉が生成されてしまう温度（約２００℃）よりも十分に高いため、ガス排気管２３内に塩化アンモニウム粉が詰まってしまうことがない。

＜変形例＞
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

ヒータの配置されている領域は、領域Ｒ１およびＲ２の２つに分割する態様に限られず、３つ以上に分割してもよい。これにより、ウェハ１３、シャワーヘッド５０、第１原料ガス生成部４１などの温度をさらに緻密に制御することができる。例えば、ＧａＮ多結晶を析出させたくない部分の温度を、ウェハ１３表面の温度よりも高くしてもよい。具体的には、ウェハ１３の周囲に配置されるヒータと、シャワーヘッド５０の周囲に配置されるヒータとを個別に配置すればよい。シャワーヘッド５０の表面５０ａの温度を、ウェハ１３表面の温度に対して５０℃程度高くすることによって、表面５０ａへのＧａＮ多結晶の析出を防止することが可能となる。

ＧａＮ結晶成長に十分な温度を１０５０±５０℃と説明した。また、ＧａＣｌの発生に必要な温度を、７５０℃以上と説明した。しかし、これらの温度は例示である。例えば、ＧａＮ結晶成長に十分な温度は、１０５０℃±１００℃の範囲であってもよい。

ガス排気管２３の形状は、本実施形態の形状に限られず、様々な形状であってよい。例えば、複数の細い管をシャワーヘッド５０の外周に配置する形状であってもよい。

シャワーヘッド５０から排出される特定ガスＧ３には、ＨＣｌを添加してもよい。これにより、シャワーヘッド５０の表面やノズルに析出したＧａＮ多結晶を分解することが可能となる。

図１に示している、第１原料ガス供給管２１、第２原料ガス供給管２２、ＨＣｌガス供給管２５の数や配置は一例であり、この形態に限られない。

金属の触媒効果が得られる材料としてタングステンを説明したが、この材料に限られない。モリブデン、ルテニウム、鉄、ニッケル、白金、イリジウム、パラジウム、ロジウムなどの他金属も使用可能である。

ベントラインに不図示のポンプを備えていてもよい。ガス排気管２３内の圧力を、ウェハ１３表面近傍の圧力に対して負圧にしてもよい。これにより、図１の矢印Ｙ２に示すような、シャワーヘッド５０の側面方向かつウェハ１３の下方向への排気をよりスムーズに行うことが可能となる。

本明細書に記載の技術は、ＨＶＰＥ法に限らず、様々な成長法に対して適用することが可能である。例えば、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）法に適用することができる。この場合、第１原料ガスＧ１としてトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ_３）_３））等を使用すればよい。

本明細書に記載の技術は、ＧａＮに限らず、様々な化合物半導体の結晶成長に適用することが可能である。例えば、ＧａＡｓ結晶の成長に適用することができる。この場合、第２原料ガスＧ２としてアルシン（ＡｓＨ_５）を使用すればよい。

第１原料ガスＧ１、第２原料ガスＧ２は、Ｈ_２やＮ_２などのキャリアガスと共に流してもよい。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

中心孔５４は、第１中心孔の一例である。周囲孔５５は、第１周囲孔の一例である。
特定ガス供給管１６は、特定ガス供給部の一例である。

１：気相成長装置、１０：反応容器、１１：ウェハホルダ、１２ａ：ウェハ保持面、２１：第１原料ガス供給管、２２：第２原料ガス供給管、２３：ガス排気管、３１：第１ヒータ、３２：第２ヒータ、４１：第１原料ガス生成部、４２：隔壁、５０：シャワーヘッド

Claims

反応容器と、
前記反応容器内に配置されているウェハホルダであって、ウェハ表面が略鉛直下向きになるようにウェハを保持するウェハ保持面を備えた前記ウェハホルダと、
第１原料ガスを前記反応容器内に供給する第１原料ガス供給管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記第１原料ガス供給管と、
前記第１原料ガスと反応する第２原料ガスを前記反応容器内に供給する第２原料ガス供給管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記第２原料ガス供給管と、
前記第１原料ガス供給管および前記第２原料ガス供給管の出口が接続されているシャワーヘッドであって、前記第１原料ガスを前記反応容器内に供給する複数の第１ノズルと、前記第２原料ガスを前記反応容器内に供給する複数の第２ノズルと、が表面に配置されている前記シャワーヘッドと、
前記反応容器内のガスを排気するガス排気管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記ガス排気管と、
を備え、
前記第１原料ガス供給管、前記第２原料ガス供給管、および前記ガス排気管は、略鉛直方向へ伸びるように配置されており、
前記ウェハ保持面の中心を通り前記ウェハ保持面に垂直な軸線と前記ガス排気管との距離が、前記軸線と前記第１原料ガス供給管および前記第２原料ガス供給管との距離よりも大きく、
前記ガス排気管は前記シャワーヘッドの周囲に配置されており、
前記シャワーヘッドの表面が前記ウェハ保持面の下方側であって前記ウェハ保持面に対向する位置に配置されており、
前記シャワーヘッドの表面にはシリコンおよび酸素を含まない材料が配置されていることを特徴とする、化合物半導体の気相成長装置。
反応容器と、
前記反応容器内に配置されているウェハホルダであって、ウェハ表面が略鉛直下向きになるようにウェハを保持するウェハ保持面を備えた前記ウェハホルダと、
第１原料ガスを前記反応容器内に供給する第１原料ガス供給管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記第１原料ガス供給管と、
前記第１原料ガスと反応する第２原料ガスを前記反応容器内に供給する第２原料ガス供給管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記第２原料ガス供給管と、
前記第１原料ガス供給管および前記第２原料ガス供給管の出口が接続されているシャワーヘッドであって、前記第１原料ガスを前記反応容器内に供給する複数の第１ノズルと、前記第２原料ガスを前記反応容器内に供給する複数の第２ノズルと、が表面に配置されている前記シャワーヘッドと、
前記反応容器内のガスを排気するガス排気管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記ガス排気管と、
を備え、
前記第１原料ガス供給管、前記第２原料ガス供給管、および前記ガス排気管は、略鉛直方向へ伸びるように配置されており、
前記ウェハ保持面の中心を通り前記ウェハ保持面に垂直な軸線と前記ガス排気管との距離が、前記軸線と前記第１原料ガス供給管および前記第２原料ガス供給管との距離よりも大きく、
前記ガス排気管は前記シャワーヘッドの周囲に配置されており、
前記シャワーヘッドの表面が前記ウェハ保持面の下方側であって前記ウェハ保持面に対向する位置に配置されており、
前記シャワーヘッドの表面にはタングステンを含む材料であって前記第２原料ガスを触媒効果によって分解可能な材料が配置されており、
前記第２原料ガスはＮＨ _３を含むガスであることを特徴とする、化合物半導体の気相成長装置。
反応容器と、
前記反応容器内に配置されているウェハホルダであって、ウェハ表面が略鉛直下向きになるようにウェハを保持するウェハ保持面を備えた前記ウェハホルダと、
第１原料ガスを前記反応容器内に供給する第１原料ガス供給管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記第１原料ガス供給管と、
前記第１原料ガスと反応する第２原料ガスを前記反応容器内に供給する第２原料ガス供給管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記第２原料ガス供給管と、
前記第１原料ガス供給管および前記第２原料ガス供給管の出口が接続されているシャワーヘッドであって、前記第１原料ガスを前記反応容器内に供給する複数の第１ノズルと、前記第２原料ガスを前記反応容器内に供給する複数の第２ノズルと、が表面に配置されている前記シャワーヘッドと、
前記反応容器内のガスを排気するガス排気管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記ガス排気管と、
を備え、
前記第１原料ガス供給管、前記第２原料ガス供給管、および前記ガス排気管は、略鉛直方向へ伸びるように配置されており、
前記ウェハ保持面の中心を通り前記ウェハ保持面に垂直な軸線と前記ガス排気管との距離が、前記軸線と前記第１原料ガス供給管および前記第２原料ガス供給管との距離よりも大きく、
前記ガス排気管は前記シャワーヘッドの周囲に配置されており、
前記シャワーヘッドの表面が前記ウェハ保持面の下方側であって前記ウェハ保持面に対向する位置に配置されており、
前記複数の第１ノズルの各々は、
前記第１原料ガスを排出する第１中心孔と、
前記第１中心孔の周囲に配置されており特定ガスを排出する第１周囲孔と、
を備えており、
前記第２ノズルは、
前記第２原料ガスを排出する第２中心孔と、
前記第２中心孔の周囲に配置されており前記特定ガスを排出する第２周囲孔と、
を備えており、
前記特定ガスは、酸素を含まないガスであって前記第１原料ガスおよび前記第２原料ガスと反応しないガスであることを特徴とする、化合物半導体の気相成長装置。
反応容器と、
前記反応容器内に配置されているウェハホルダであって、ウェハ表面が略鉛直下向きになるようにウェハを保持するウェハ保持面を備えた前記ウェハホルダと、
第１原料ガスを前記反応容器内に供給する第１原料ガス供給管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記第１原料ガス供給管と、
前記第１原料ガスと反応する第２原料ガスを前記反応容器内に供給する第２原料ガス供給管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記第２原料ガス供給管と、
前記反応容器内のガスを排気するガス排気管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記ガス排気管と、
を備え、
前記第１原料ガス供給管、前記第２原料ガス供給管、および前記ガス排気管は、略鉛直方向へ伸びるように配置されており、
前記ウェハ保持面の中心を通り前記ウェハ保持面に垂直な軸線と前記ガス排気管との距離が、前記軸線と前記第１原料ガス供給管および前記第２原料ガス供給管との距離よりも大きく、
前記ウェハホルダの表面にはタングステンを含む材料であって前記第２原料ガスを触媒効果によって分解可能な材料が配置されており、
前記第２原料ガスはＮＨ _３を含むガスであることを特徴とする、化合物半導体の気相成長装置。
前記ウェハホルダ、前記第１原料ガス供給管、前記第２原料ガス供給管、および前記ガス排気管の周囲に配置された第１ヒータをさらに備えることを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の気相成長装置。
前記第１原料ガス供給管の経路上に配置される隔壁であって、水平方向に伸びる前記隔壁と、
前記第１原料ガスを生成する第１原料ガス生成部であって、前記隔壁の下方側に配置されているとともに前記第１原料ガス供給管の入口が接続されている前記第１原料ガス生成部と、
前記第１原料ガス生成部の周囲に配置された第２ヒータと、
をさらに備え、
前記第１ヒータは前記隔壁に対して上方側に配置されており、
前記第２ヒータは前記隔壁に対して下方側に配置されており、
前記第１ヒータの方が前記第２ヒータよりも加熱温度が高いことを特徴とする請求項５に記載の気相成長装置。
前記反応容器内に前記ウェハホルダの上方から略鉛直下方へ特定ガスを供給する特定ガス供給部をさらに備え、
前記特定ガスは、酸素を含まないガスであって前記第１原料ガスおよび前記第２原料ガスと反応しないガスであることを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の気相成長装置。
前記特定ガスは水素、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンの少なくとも一つを含むガスであることを特徴とする請求項７に記載の気相成長装置。
前記ウェハホルダの表面にはシリコンおよび酸素を含まない材料が配置されていることを特徴とする請求項１～８の何れか１項に記載の気相成長装置。
気相成長装置を用いた化合物半導体の気相成長方法であって、
前記気相成長装置は、
反応容器と、
前記反応容器内に配置されているウェハホルダであって、ウェハ表面が略鉛直下向きになるようにウェハを保持するウェハ保持面を備えた前記ウェハホルダと、
第１原料ガスを前記反応容器内に供給する第１原料ガス供給管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記第１原料ガス供給管と、
前記第１原料ガスと反応する第２原料ガスを前記反応容器内に供給する第２原料ガス供給管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記第２原料ガス供給管と、
前記第１原料ガス供給管および前記第２原料ガス供給管の出口が接続されているシャワーヘッドであって、前記第１原料ガスを前記反応容器内に供給する複数の第１ノズルと、前記第２原料ガスを前記反応容器内に供給する複数の第２ノズルと、が表面に配置されている前記シャワーヘッドと、
前記反応容器内のガスを排気するガス排気管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記ガス排気管と、
を備え、
前記第１原料ガス供給管、前記第２原料ガス供給管、および前記ガス排気管は、略鉛直方向へ伸びるように配置されており、
前記ウェハ保持面の中心を通り前記ウェハ保持面に垂直な軸線と前記ガス排気管との距離が、前記軸線と前記第１原料ガス供給管および前記第２原料ガス供給管との距離よりも大きく、
前記ガス排気管は前記シャワーヘッドの周囲に配置されており、
前記シャワーヘッドの表面が前記ウェハ保持面の下方側であって前記ウェハ保持面に対向する位置に配置されており、
前記シャワーヘッドの表面にはシリコンおよび酸素を含まない材料が配置されており、
前記気相成長方法は、
前記ウェハホルダで前記ウェハを保持する工程と、
前記複数の第１ノズルから、第１原料ガスを前記反応容器内に供給する第１原料ガス供給工程と、
前記複数の第２ノズルから、前記第１原料ガスと反応する第２原料ガスを前記反応容器内に供給する第２原料ガス供給工程と、
前記ガス排気管から、前記反応容器内のガスを排気するガス排気工程と、
を備えることを特徴とする、化合物半導体の気相成長方法。
気相成長装置を用いた化合物半導体の気相成長方法であって、
前記気相成長装置は、
反応容器と、
前記反応容器内に配置されているウェハホルダであって、ウェハ表面が略鉛直下向きになるようにウェハを保持するウェハ保持面を備えた前記ウェハホルダと、
第１原料ガスを前記反応容器内に供給する第１原料ガス供給管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記第１原料ガス供給管と、
前記第１原料ガスと反応する第２原料ガスを前記反応容器内に供給する第２原料ガス供給管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記第２原料ガス供給管と、
前記第１原料ガス供給管および前記第２原料ガス供給管の出口が接続されているシャワーヘッドであって、前記第１原料ガスを前記反応容器内に供給する複数の第１ノズルと、前記第２原料ガスを前記反応容器内に供給する複数の第２ノズルと、が表面に配置されている前記シャワーヘッドと、
前記反応容器内のガスを排気するガス排気管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記ガス排気管と、
を備え、
前記第１原料ガス供給管、前記第２原料ガス供給管、および前記ガス排気管は、略鉛直方向へ伸びるように配置されており、
前記ウェハ保持面の中心を通り前記ウェハ保持面に垂直な軸線と前記ガス排気管との距離が、前記軸線と前記第１原料ガス供給管および前記第２原料ガス供給管との距離よりも大きく、
前記ガス排気管は前記シャワーヘッドの周囲に配置されており、
前記シャワーヘッドの表面が前記ウェハ保持面の下方側であって前記ウェハ保持面に対向する位置に配置されており、
前記シャワーヘッドの表面にはタングステンを含む材料であって前記第２原料ガスを触媒効果によって分解可能な材料が配置されており、
前記第２原料ガスはＮＨ _３を含むガスであり、
前記気相成長方法は、
前記ウェハホルダで前記ウェハを保持する工程と、
前記複数の第１ノズルから、第１原料ガスを前記反応容器内に供給する第１原料ガス供給工程と、
前記複数の第２ノズルから、前記第１原料ガスと反応する第２原料ガスを前記反応容器内に供給する第２原料ガス供給工程と、
前記ガス排気管から、前記反応容器内のガスを排気するガス排気工程と、
を備えることを特徴とする、化合物半導体の気相成長方法。
気相成長装置を用いた化合物半導体の気相成長方法であって、
前記気相成長装置は、
反応容器と、
前記反応容器内に配置されているウェハホルダであって、ウェハ表面が略鉛直下向きになるようにウェハを保持するウェハ保持面を備えた前記ウェハホルダと、
第１原料ガスを前記反応容器内に供給する第１原料ガス供給管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記第１原料ガス供給管と、
前記第１原料ガスと反応する第２原料ガスを前記反応容器内に供給する第２原料ガス供給管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記第２原料ガス供給管と、
前記第１原料ガス供給管および前記第２原料ガス供給管の出口が接続されているシャワーヘッドであって、前記第１原料ガスを前記反応容器内に供給する複数の第１ノズルと、前記第２原料ガスを前記反応容器内に供給する複数の第２ノズルと、が表面に配置されている前記シャワーヘッドと、
前記反応容器内のガスを排気するガス排気管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記ガス排気管と、
を備え、
前記第１原料ガス供給管、前記第２原料ガス供給管、および前記ガス排気管は、略鉛直方向へ伸びるように配置されており、
前記ウェハ保持面の中心を通り前記ウェハ保持面に垂直な軸線と前記ガス排気管との距離が、前記軸線と前記第１原料ガス供給管および前記第２原料ガス供給管との距離よりも大きく、
前記ガス排気管は前記シャワーヘッドの周囲に配置されており、
前記シャワーヘッドの表面が前記ウェハ保持面の下方側であって前記ウェハ保持面に対向する位置に配置されており、
前記複数の第１ノズルの各々は、
前記第１原料ガスを排出する第１中心孔と、
前記第１中心孔の周囲に配置されており特定ガスを排出する第１周囲孔と、
を備えており、
前記第２ノズルは、
前記第２原料ガスを排出する第２中心孔と、
前記第２中心孔の周囲に配置されており前記特定ガスを排出する第２周囲孔と、
を備えており、
前記特定ガスは、酸素を含まないガスであって前記第１原料ガスおよび前記第２原料ガスと反応しないガスであり、
前記気相成長方法は、
前記ウェハホルダで前記ウェハを保持する工程と、
前記複数の第１ノズルから、第１原料ガスを前記反応容器内に供給する第１原料ガス供給工程と、
前記複数の第２ノズルから、前記第１原料ガスと反応する第２原料ガスを前記反応容器内に供給する第２原料ガス供給工程と、
前記ガス排気管から、前記反応容器内のガスを排気するガス排気工程と、
を備えることを特徴とする、化合物半導体の気相成長方法。
気相成長装置を用いた化合物半導体の気相成長方法であって、
前記気相成長装置は、
反応容器と、
前記反応容器内に配置されているウェハホルダであって、ウェハ表面が略鉛直下向きになるようにウェハを保持するウェハ保持面を備えた前記ウェハホルダと、
第１原料ガスを前記反応容器内に供給する第１原料ガス供給管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記第１原料ガス供給管と、
前記第１原料ガスと反応する第２原料ガスを前記反応容器内に供給する第２原料ガス供給管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記第２原料ガス供給管と、
前記反応容器内のガスを排気するガス排気管であって、前記ウェハ保持面の下方側に配置されている前記ガス排気管と、
を備え、
前記第１原料ガス供給管、前記第２原料ガス供給管、および前記ガス排気管は、略鉛直方向へ伸びるように配置されており、
前記ウェハ保持面の中心を通り前記ウェハ保持面に垂直な軸線と前記ガス排気管との距離が、前記軸線と前記第１原料ガス供給管および前記第２原料ガス供給管との距離よりも大きく、
前記ウェハホルダの表面にはタングステンを含む材料であって前記第２原料ガスを触媒効果によって分解可能な材料が配置されており、
前記第２原料ガスはＮＨ _３を含むガスであり、
前記気相成長方法は、
前記ウェハホルダで前記ウェハを保持する工程と、
前記第１原料ガス供給管から、第１原料ガスを前記反応容器内に供給する第１原料ガス供給工程と、
前記第２原料ガス供給管から、前記第１原料ガスと反応する第２原料ガスを前記反応容器内に供給する第２原料ガス供給工程と、
前記ガス排気管から、前記反応容器内のガスを排気するガス排気工程と、
を備えることを特徴とする、化合物半導体の気相成長方法。