JP7002731B2 - Vapor deposition equipment - Google Patents
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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。 This specification discloses a technique relating to a vapor phase growth apparatus for a compound semiconductor.
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。
There is a demand for the construction of a low-cost manufacturing method for GaN substrates. The current GaN substrate is mainly a single-wafer type that grows one by one, which is a cause of high cost. The related technique is disclosed in
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、原料ガスの供給口に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結果、異常成長が発生してしまうことが挙げられる。 If GaN long crystals can be grown, a plurality of wafers can be produced from one long crystal, so that the substrate manufacturing cost can be reduced. However, it is difficult to grow a long crystal of GaN. One of the factors is that the precipitation of GaN polycrystals at the supply port of the raw material gas causes clogging of the gas pipe and change of the gas flow, resulting in abnormal growth.
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、反応容器を備える。気相成長装置は、反応容器内に配置されているウェハホルダを備える。気相成長装置は、第1原料ガスを反応容器内に供給する第1原料ガス供給管を備える。気相成長装置は、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原料ガス供給管を備える。気相成長装置は、第1加熱部を備える。第1原料ガス供給管および第2原料ガス供給管の少なくとも一方のガス供給口の近傍の領域の表面が所定金属で覆われている。所定金属は、第2原料ガスを触媒効果によって分解可能な金属である。第1加熱部は所定金属の表面を800℃以上に加熱する。 This specification discloses a vapor deposition apparatus. This vapor deposition apparatus comprises a reaction vessel. The vapor deposition apparatus comprises a wafer holder located within the reaction vessel. The vapor phase growth apparatus includes a first raw material gas supply pipe that supplies the first raw material gas into the reaction vessel. The vapor phase growth apparatus includes a second raw material gas supply pipe that supplies a second raw material gas that reacts with the first raw material gas into the reaction vessel. The vapor phase growth apparatus includes a first heating unit. The surface of the region near at least one gas supply port of the first raw material gas supply pipe and the second raw material gas supply pipe is covered with a predetermined metal. The predetermined metal is a metal capable of decomposing the second raw material gas by a catalytic effect. The first heating unit heats the surface of the predetermined metal to 800 ° C. or higher.
本明細書の気相成長装置では、所定金属の表面を800℃以上に加熱することで、所定金属の触媒効果を高めることができる。従って、ガス供給口の近傍の領域の表面において、第2原料ガスを分解することができる。これにより、ガス供給口の近傍の領域へのGaN多結晶の析出を抑制することができる。 In the vapor phase growth apparatus of the present specification, the catalytic effect of the predetermined metal can be enhanced by heating the surface of the predetermined metal to 800 ° C. or higher. Therefore, the second raw material gas can be decomposed on the surface of the region near the gas supply port. This makes it possible to suppress the precipitation of GaN polycrystals in the region near the gas supply port.
第1原料ガス供給管の複数のガス供給口、および、第2原料ガス供給管の複数のガス供給口が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。シャワーヘッドの少なくともガス供給口側の表面が所定金属で覆われていてもよい。 A shower head in which a plurality of gas supply ports of the first raw material gas supply pipe and a plurality of gas supply ports of the second raw material gas supply pipe are arranged may be further provided. At least the surface of the shower head on the gas supply port side may be covered with a predetermined metal.
第1原料ガス供給管および第2原料ガス供給管の端部にガス供給口が配置されていてもよい。第1原料ガス供給管のガス供給口側の端部近傍の領域において第1原料ガス供給管の内壁および外壁が所定金属で覆われていてもよい。第2原料ガス供給管のガス供給口側の端部近傍の領域において第2原料ガス供給管の内壁および外壁が所定金属で覆われていてもよい。 Gas supply ports may be arranged at the ends of the first raw material gas supply pipe and the second raw material gas supply pipe. The inner wall and the outer wall of the first raw material gas supply pipe may be covered with a predetermined metal in the region near the end of the first raw material gas supply pipe on the gas supply port side. The inner wall and the outer wall of the second raw material gas supply pipe may be covered with a predetermined metal in the region near the end of the second raw material gas supply pipe on the gas supply port side.
第2原料ガス供給管の内径は、第1原料ガス供給管の外径よりも大きくてもよい。第2原料ガス供給管の内部に第1原料ガス供給管が配置されていてもよい。 The inner diameter of the second raw material gas supply pipe may be larger than the outer diameter of the first raw material gas supply pipe. The first raw material gas supply pipe may be arranged inside the second raw material gas supply pipe.
第1原料ガス供給管と第2原料ガス供給管とは一体の共通管を形成していてもよい。共通管のガス供給口の反対側に位置する入口には第1原料ガスおよび第2原料ガスが供給されていてもよい。共通管は、入口からガス供給口までの全長に渡って内壁が所定金属で覆われていてもよい。共通管を入口からガス供給口までの全長に渡って800℃以上に加熱する第2加熱部をさらに備えていてもよい。 The first raw material gas supply pipe and the second raw material gas supply pipe may form an integral common pipe. The first raw material gas and the second raw material gas may be supplied to the inlet located on the opposite side of the gas supply port of the common pipe. The inner wall of the common pipe may be covered with a predetermined metal over the entire length from the inlet to the gas supply port. A second heating unit that heats the common pipe to 800 ° C. or higher over the entire length from the inlet to the gas supply port may be further provided.
第1原料ガス供給管および第2原料ガス供給管のガス供給口と、ウェハホルダとの間の領域の温度を500℃以上に加熱する第3加熱部を備えていてもよい。 A third heating unit that heats the temperature of the region between the gas supply port of the first raw material gas supply pipe and the second raw material gas supply pipe and the wafer holder to 500 ° C. or higher may be provided.
第1原料ガス供給管のガス供給口の反対側に位置する入口に第1原料ガスを供給する第1供給部を備えていてもよい。第2原料ガス供給管のガス供給口の反対側に位置する入口に第2原料ガスを供給する第2供給部を備えていてもよい。第1供給部および第2供給部は、所定金属の表面が800℃以上の期間中に第1原料ガスおよび第2原料ガスを供給してもよい。 A first supply unit for supplying the first raw material gas may be provided at an inlet located on the opposite side of the gas supply port of the first raw material gas supply pipe. A second supply unit for supplying the second raw material gas may be provided at an inlet located on the opposite side of the gas supply port of the second raw material gas supply pipe. The first supply unit and the second supply unit may supply the first raw material gas and the second raw material gas while the surface of the predetermined metal is 800 ° C. or higher.
第1供給部および第2供給部は、第1加熱部によって所定金属の表面が800℃以上に加熱された後に第1原料ガスおよび第2原料ガスの供給を開始してもよい。第1加熱部は、第1供給部および第2供給部によって第1原料ガスおよび第2原料ガスの供給が停止された後に、所定金属の表面の加熱を終了してもよい。 The first supply unit and the second supply unit may start supplying the first raw material gas and the second raw material gas after the surface of the predetermined metal is heated to 800 ° C. or higher by the first heating unit. The first heating unit may end the heating of the surface of the predetermined metal after the supply of the first raw material gas and the second raw material gas is stopped by the first supply unit and the second supply unit.
所定金属は、タングステンまたはタングステンを含む金属、タングステンまたはタングステンを含む金属の酸化物、タングステンまたはタングステンを含む金属の炭化物、タングステンまたはタングステンを含む金属の窒化物を含んでいてもよい。 The predetermined metal may include tungsten or a metal containing tungsten, an oxide of tungsten or a metal containing tungsten, a carbide of a metal containing tungsten or tungsten, or a nitride of a metal containing tungsten or tungsten.
第1原料ガスはGaClを含むガスであってもよい。第2原料ガスはNH3を含むガスであってもよい。 The first raw material gas may be a gas containing GaCl. The second raw material gas may be a gas containing NH 3 .
<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(Halide 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。
<Structure of vapor phase growth device>
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of the vapor
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、第1バルブ61が配置されている。第1バルブ61は、HClを含むガスの供給を制御する。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バルブ62が配置されている。第2バルブ62は、第2原料ガスG2を含むガスの供給を制御する。第2原料ガスG2は、NH3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。
The structure of the raw material
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。隔壁42は断熱材として機能する。
The first raw material
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ガス供給口51と、第2原料ガスG2を排出する複数の第2ガス供給口52が配置されている。多数のガス供給口から第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。
The
シャワーヘッド50の表面において、第1ガス供給口51および第2ガス供給口52が形成されていない領域は、所定金属53で覆われている。換言すると、第1ガス供給口51および第2ガス供給口52の近傍の領域の表面が、所定金属53で覆われている。所定金属53は、第2原料ガスに含まれているNH3を触媒効果によって分解可能な金属である。所定金属53は、厚さ数ミリメートルの金属板で構成されていてもよい。金属板には、第1ガス供給口51および第2ガス供給口52の位置および穴径に対応した複数の穴が形成されていてもよい。本実施例では、所定金属として、タングステンが使用されている。
On the surface of the
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。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1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。
A
また、ガス排気管23の入口23a(図1参照)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。
Further, the
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、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。なお「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。本実施例では、ウェハホルダ11の表面にはタングステンが配置されている。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が得られる。
The
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。
The lower end of the
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。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。
A specific
反応容器10の外側には、上部ヒータ31および下部ヒータ32が配置されている。上部ヒータ31が配置されている領域H1と下部ヒータ32が配置されている領域H2の境界近傍には、隔壁42が配置されている。上部ヒータ31は、図1に示す領域R1~R3の周囲を取り囲むように配置されている。領域R1は、ウェハ13を含む領域である。領域R1は、GaN結晶成長に十分な温度(1050±50℃)を維持する必要がある領域である。領域R2は、シャワーヘッド50のガス供給口と、ウェハホルダ11との間の領域である。領域R2は、原料ガス中のGaClが分解しないように、500℃以上に維持する必要がある領域である。領域R3は、シャワーヘッド50表面を覆う所定金属53を含む領域である。領域R3は、GaN多結晶の析出を抑制するために、800℃以上に維持する必要がある領域である。
An
下部ヒータ32は、領域R4を取り囲むように配置されている。領域R4は、第1原料ガス生成部41を含む領域である。領域R4は、GaClの安定的な発生に必要な温度(750℃)以上に維持する必要がある領域である。
The
<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NH3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とした。
<Chemical vapor deposition method>
A method of performing vapor deposition of a GaN layer on a
第1ステップにおいて、上部ヒータ31をオンする。領域R1(ウェハ13)、領域R2(ガス供給口とウェハホルダ11との間の領域)、領域R3(所定金属53)が1050±50℃に加熱される。これにより上部ヒータ31によって、領域R1~R3の全てを、必要な温度以上に維持することができる。また下部ヒータ32をオンすることで、領域R4(第1原料ガス生成部41)を750℃に加熱する。
In the first step, the
所定金属53の表面が800℃以上になったことに応じて、第2ステップへ進む。第2ステップへの移行タイミングは、所定金属53の表面温度を各種センサで計測することで決定してもよい。第2ステップにおいて、第1バルブ61および第2バルブ62を開くことで、第1原料ガスG1および第2原料ガスG2の供給を開始する。これにより、ウェハ13上にGaN層の気相成長を行うことができる。気相成長が完了すると、第3ステップへ移行し、第1バルブ61および第2バルブ62を閉じる。第1原料ガスG1および第2原料ガスG2の供給が終了する。その後第4ステップへ進み、上部ヒータ31および下部ヒータ32をオフする。これにより、所定金属53の表面の加熱が終了する。
When the surface of the
<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、シャワーヘッド50の表面に配置されている第1ガス供給口51や第2ガス供給口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が挙げられる。この対策として、触媒効果によってNH3を分解可能な所定金属(例:タングステン)で、シャワーヘッド50の表面を覆うことが考えられる。しかし本発明者らは、GaN多結晶の析出を防止するためには、シャワーヘッド50の表面を所定金属で覆うだけでは足りず、所定金属の表面温度を800℃以上にする必要があることを見出した。これは、触媒効果によってNH3が分解されて発生する活性水素が、GaN多結晶の析出を抑制すると考えられるためである。また、活性水素がGaN多結晶と反応するためには、800℃以上が必要であると考えられるためである。そこで実施例1の気相成長装置1は、所定金属53を含んだ領域R3の周囲を取り囲む、上部ヒータ31を備えている。これにより、所定金属の表面を800℃以上に加熱することができるため、シャワーヘッド50の表面へのGaN多結晶の析出を抑制することが可能となる。
<Effect>
In the HVPE method, it is difficult to grow a long crystal (also referred to as a thick film crystal) on the c-plane of GaN. This is because it is difficult to suppress the occurrence of abnormal growth. As an example of the cause of the occurrence of abnormal growth, GaN polycrystals are deposited on the first
実施例1の気相成長法では、所定金属53の表面が800℃以上になったことに応じて、第1原料ガスG1および第2原料ガスG2の供給を開始する(第2ステップ)。また、第3ステップで第1バルブ61および第2バルブ62を閉じた後に、第4ステップで上部ヒータ31をオフする。以上のフローによって、「所定金属53の表面が800℃以上の期間中に第1原料ガスG1および第2原料ガスG2を供給する」ように、第1バルブ61および第2バルブ62を制御することができる。よって、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することができる。
In the vapor phase growth method of Example 1, the supply of the first raw material gas G1 and the second raw material gas G2 is started when the surface of the
図3に、実施例2に係る気相成長装置201を側面から見た概略断面図を示す。気相成長装置201は、HVPE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201は、反応容器210、サセプタ211、第1原料ガス供給管221、第2原料ガス供給管222、ガス排気管271、を備えている。サセプタ211は、反応容器210内に格納されている。サセプタ211のウェハ保持面には、ウェハ213が保持されている。
FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of the vapor
反応容器210には、第1原料ガスG1を供給する第1原料ガス供給管221、および、第2原料ガスG2を供給する第2原料ガス供給管222が接続されている。第2原料ガス供給管222の内径D1は、第1原料ガス供給管221の外径D2よりも大きい。第2原料ガス供給管222の内部には、第1原料ガス供給管221が配置されている。第1原料ガス供給管221の外壁と第2原料ガス供給管222の内壁との間には隙間が形成されており、その隙間を第2原料ガスG2が流れる。第1原料ガス供給管221および第2原料ガス供給管222の端部領域E1は、ガス供給口として機能する。端部領域E1の近傍において、第1原料ガス供給管221および第2原料ガス供給管222の内壁および外壁が、所定金属253で覆われている。
A first raw material
第1原料ガス供給管221の経路上には、第1原料ガス生成部241が配置されている。第1原料ガス生成部241の内部には、金属ガリウム243が格納されている。第1原料ガス供給管221の入口にはHClガスが供給され、ガス供給口からは第1原料ガスG1が排出される。第2原料ガス供給管222の入口には第2原料ガスG2が供給され、ガス供給口からは第2原料ガスG2が排出される。反応容器210には、ガス排気管271が接続されている。GaNの気相成長に使用された原料ガスは、ガス排気管271を介してベントラインへ排出される。
A first raw material
反応容器210の外周には、サセプタ211を取り囲むようにヒータ231が配置されている。ヒータ231は、ホットウォール方式によりウェハ213を加熱する装置である。これにより、ウェハ213をGaN結晶成長に十分な温度(1050±50℃)に維持することができる。また反応容器210内壁への副生成物の析出を抑制することができる。反応容器210の外側には、端部領域E1を取り囲むようにヒータ232が配置されている。これにより、端部領域E1に配置されている所定金属253を800℃以上に維持することができる。第2原料ガス供給管222の外側には、第1原料ガス生成部241を取り囲むようにヒータ233が配置されている。これにより、GaClを発生させるために、第1原料ガス生成部241を750℃以上に維持することができる。
A
<効果>
実施例2の気相成長装置201は、ガス供給口(端部領域E1)の近傍に配置されている所定金属253の周囲を取り囲む、ヒータ232を備えている。これにより、所定金属253の表面を800℃以上に加熱することができるため、ガス供給口でのGaN多結晶の析出を抑制することが可能となる。
<Effect>
The vapor
図4に、実施例3に係る気相成長装置301を側面から見た概略断面図を示す。実施例3に係る気相成長装置301は、実施例2に係る気相成長装置201に対して、第1原料ガス供給管221および第2原料ガス供給管222の位置を、ウェハ右側面側から上方側へ移動させた構成を備えている。また、ガス排気管271の位置を、ウェハ左側面側から下方側へ移動させた構成を備えている。実施例2の気相成長装置201と同一の構成要素には同一の符号を付与しているため、詳細な説明は省略する。
FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of the vapor
実施例3の気相成長装置301においても、ヒータ232によって所定金属253の表面を800℃以上に加熱することができる。よって、ガス供給口でのGaN多結晶の析出を抑制することが可能となる。
Also in the vapor
図5に、実施例4に係る気相成長装置401を側面から見た概略断面図を示す。実施例4に係る気相成長装置401は、実施例2に係る気相成長装置201に対して、共通管423を備えた構成を有している。実施例2の気相成長装置201と同一の構成要素には同一の符号を付与しているため、詳細な説明は省略する。
FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of the vapor
第1原料ガス供給管421および第2原料ガス供給管422が、接続部J1において共通管423に接続されている。換言すると、第1原料ガス供給管421および第2原料ガス供給管422とは、一体の共通管423を形成している。共通管423の端部領域E2は、ガス供給口として機能する。
The first raw material
共通管423において、第1原料ガスG1および第2原料ガスG2の入口の位置を、位置P1とする。またガス供給口の位置を、位置P2とする。位置P1から位置P2までの全長に渡る領域を、領域R11とする。共通管423は、領域R11を含む領域の全体に渡って、内壁が所定金属453で覆われている。また端部領域E2の近傍において、共通管423の内壁および外壁が、所定金属453で覆われている。
In the
第1原料ガス供給管421の入口には第1原料ガスG1が供給され、第2原料ガス供給管422の入口には第2原料ガスG2が供給される。第1原料ガスG1および第2原料ガスG2は共通管423内部で混合され、混合ガスが共通管423のガス供給口から排出される。
The first raw material gas G1 is supplied to the inlet of the first raw material
領域R11の全長に渡って、共通管423を取り囲むように、ヒータ432および433が配置されている。これにより、領域R11を含む領域の全体に渡って、所定金属453を800℃以上に維持することができる。
<効果>
実施例4の気相成長装置401では、共通管423の位置P1から位置P2までの領域R11を用いて、第1原料ガスG1と第2原料ガスG2とを混合することができる。両ガスを混合するための十分な距離および時間を取ることができるため、共通管423のガス供給口からは、両ガスが十分に混合された状態で排出することができる。良好なGaN結晶を高速で成長させることが可能となり、低コスト化に有利である。また、両ガスを混合するための十分な距離および時間を取ると、共通管423の内壁にGaN多結晶が析出してしまうおそれがある。そこで実施例4の気相成長装置401では、ヒータ432および433によって、共通管423の全長に渡って、共通管423の内壁の所定金属453の表面を800℃以上に加熱することができる。共通管423内壁でのGaN多結晶の析出を抑制することが可能となる。
<Effect>
In the vapor
<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。
<Modification example>
Although the examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples exemplified above.
NH3を触媒効果によって分解可能な金属の一例として、タングステンを説明したが、この材料に限られない。タングステンの酸化物(WOx)、タングステンの炭化物(WCx)、タングステンの窒化物(WNx)、なども使用可能である。またタングステンを含む金属(タングステン合金)、および、それらの酸化物、炭化物、窒化物も使用可能である。またルテニウム、イリジウム、白金、モリブデン、パラジウム、ロジウム、鉄、ニッケル、レニウム、などの他金属も使用可能である。また、これらの金属の酸化物、炭化物、窒化物や、これらの金属を含んだ合金なども使用可能である。 Tungsten has been described as an example of a metal in which NH 3 can be decomposed by a catalytic effect, but the material is not limited to this material. Tungsten oxide (WOx), tungsten carbide (WCx), tungsten nitride (WNx), and the like can also be used. Further, metals containing tungsten (tungsten alloy) and their oxides, carbides and nitrides can also be used. Other metals such as ruthenium, iridium, platinum, molybdenum, palladium, rhodium, iron, nickel and rhenium can also be used. Further, oxides, carbides and nitrides of these metals, alloys containing these metals and the like can also be used.
シャワーヘッドの構造は、実施例1に示す構造に限られない。例えば、第1原料ガスG1および第2原料ガスG2が混合された混合ガスが、シャワーヘッドから排出される態様であってもよい。図6に、混合ガスを生成する混合室54を備えたシャワーヘッド50を側面からみた概略断面図を示す。混合室54の下部には、シャワーヘッド50の第1ガス供給口51および第2ガス供給口52が接続されている。混合室54の上部には、複数のガス供給口55が配置されている。混合室54の内壁および外壁は、所定金属56で覆われている。第1原料ガスG1および第2原料ガスG2は混合室54内部で混合され、混合ガスGmがガス供給口55から排出される。効果を説明する。混合室54のガス供給口55から混合ガスGmを排出することができるため、ウェハに供給される原料ガス中のV/III比を均一にすることができる。均一なGaN結晶を成長させることが可能となる。また、V/III比を高めることが可能になるため、GaN結晶の成長レートを上昇させることが可能となる。また、混合室54を備えない場合には、第1原料ガスG1および第2原料ガスG2を十分に混合させるために、ガス供給口とウェハ表面との距離をある程度確保する必要があった。しかし、混合室54を備える図6の構造では、ガス供給口とウェハ表面とをより近接させることができるため、GaN結晶の成長レートを高めることや、原料効率を高めてガスの消費量を抑制することが可能となる。また、混合室54を取り囲むように、ヒータ31(図1参照)が配置されている。これにより、混合室54の全体に渡って、所定金属56を800℃以上に維持することができる。混合室54の内壁および外壁でのGaN多結晶の析出を抑制することが可能となる。
The structure of the shower head is not limited to the structure shown in the first embodiment. For example, the mixed gas in which the first raw material gas G1 and the second raw material gas G2 are mixed may be discharged from the shower head. FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of a
実施例1においては、シャワーヘッド50の表面が所定金属53で覆われているとしたが、この形態に限られず、シャワーヘッド50の側面等を所定金属53で覆ってもよい。実施例2-4においては、ガス供給管の端部近傍の内壁および外壁を、所定金属で覆う態様を説明したが、この態様に限られない。ガス供給管自体を、所定金属を含んだ材料で形成してもよい。
In the first embodiment, it is assumed that the surface of the
本実施例では、第1原料ガス供給管および第2原料ガス供給管の両方のガス供給口を所定金属で覆う形態を説明したが、この形態に限られない。少なくとも一方のガス供給管のガス供給口の近傍の領域の表面が所定金属で覆われていればよい。例えば、実施例2(図3)や実施例3(図4)のように、第2原料ガス供給管222の内部に、第1原料ガス供給管221が配置されている構造では、第1原料ガス供給管221の供給口の近傍領域にGaN多結晶が析出しやすい。従って、第1原料ガス供給管221の供給口の内壁および外壁のみを、所定金属253で覆ってもよい。また反対に、第2原料ガス供給管222の供給口の内壁および外壁のみを、所定金属253で覆ってもよい。
In this embodiment, a mode in which the gas supply ports of both the first raw material gas supply pipe and the second raw material gas supply pipe are covered with a predetermined metal has been described, but the present invention is not limited to this mode. The surface of the region near the gas supply port of at least one gas supply pipe may be covered with a predetermined metal. For example, in the structure in which the first raw material
実施例1では、領域R1~R3の周囲を上部ヒータ31で取り囲む態様を説明したが、上部ヒータ31を2つ以上に分割してもよい。これにより、領域R1~R3の温度を、個別に制御することができる。
In the first embodiment, the embodiment in which the regions R1 to R3 are surrounded by the
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。 The temperature sufficient for GaN crystal growth was described as 1050 ± 50 ° C. Further, it was explained that the temperature required for the generation of GaCl was 750 ° C. or higher. However, these temperatures are exemplary. For example, the temperature sufficient for GaN crystal growth may be in the range of 1050 ° C ± 100 ° C.
第1原料ガスG1がGaClを含むガスである場合を説明したが、この形態に限られない。第1原料ガスG1は、Gaを含んだガスであれば、何れの化学組成を有するガスであってもよい。例えば、第1原料ガスG1が3塩化Ga(GaCl3)を含むガスであってもよい。この場合、1300℃程度の成長温度を用いてもよい。N面(-c面)へGaN結晶成長させてもよい。これにより、GaN結晶表面を成長と共に拡大させることが可能となる。 Although the case where the first raw material gas G1 is a gas containing GaCl has been described, the present invention is not limited to this form. The first raw material gas G1 may be a gas having any chemical composition as long as it is a gas containing Ga. For example, the first raw material gas G1 may be a gas containing Ga trichloride (GaCl 3 ). In this case, a growth temperature of about 1300 ° C. may be used. A GaN crystal may be grown on the N-plane (−c-plane). This makes it possible to expand the surface of the GaN crystal as it grows.
本明細書で説明している、第1原料ガス供給管および第2原料ガス供給管の数や配置は一例であり、この形態に限られない。 The number and arrangement of the first raw material gas supply pipe and the second raw material gas supply pipe described in the present specification are examples, and are not limited to this form.
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(CH3)3))等を使用すればよい。 The technique described herein can be applied not only to the HVPE method but also to various growth methods. For example, it can be applied to the MOVPE (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) method. In this case, trimethylgallium (Ga (CH 3 ) 3 )) or the like may be used as the first raw material gas G1.
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(AsH5)を使用すればよい。 The technique described in the present specification can be applied not only to GaN but also to crystal growth of various compound semiconductors. For example, it can be applied to the growth of GaAs crystals. In this case, arsine (AsH 5 ) may be used as the second raw material gas G2.
第1原料ガスG1、第2原料ガスG2は、H2やN2などのキャリアガスと共に流してもよい。 The first raw material gas G1 and the second raw material gas G2 may be flown together with a carrier gas such as H2 or N2 .
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。 The technical elements described herein or in the drawings exhibit their technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques exemplified in the present specification or the drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes itself has technical usefulness.
上部ヒータ31、ヒータ232、ヒータ432は、第1加熱部の一例である。上部ヒータ31は、第3加熱部の一例である。第1バルブ61は、第1供給部の一例である。第2バルブ62は、第2供給部の一例である。
The
1:気相成長装置 10:反応容器 11:ウェハホルダ 21、221、421:第1原料ガス供給管 22、222、422:第2原料ガス供給管 23:ガス排気管 31:上部ヒータ 32:下部ヒータ 41:第1原料ガス生成部 50:シャワーヘッド 53、253、453:所定金属 231、232、233、432、433:ヒータ
1: Gas phase growth device 10: Reaction vessel 11:
Claims (13)
前記反応容器内に配置されているウェハホルダと、
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原料ガス供給管と、
第1加熱部と、
を備え、
前記第1原料ガス供給管および前記第2原料ガス供給管の少なくとも一方のガス供給口の近傍の領域の表面が所定金属で覆われており、
前記所定金属は、前記第2原料ガスを触媒効果によって分解可能な金属であり、
前記第2原料ガスは、前記触媒効果によって分解されることで活性水素を発生するガスであり、
前記第1加熱部は前記所定金属の表面を800℃以上に加熱する、化合物半導体の気相成長装置。 With the reaction vessel,
The wafer holder arranged in the reaction vessel and
The first raw material gas supply pipe that supplies the first raw material gas into the reaction vessel,
A second raw material gas supply pipe that supplies the second raw material gas that reacts with the first raw material gas into the reaction vessel,
The first heating part and
Equipped with
The surface of the region near at least one gas supply port of the first raw material gas supply pipe and the second raw material gas supply pipe is covered with a predetermined metal.
The predetermined metal is a metal capable of decomposing the second raw material gas by a catalytic effect.
The second raw material gas is a gas that generates active hydrogen by being decomposed by the catalytic effect.
The first heating unit is a vapor phase growth apparatus for a compound semiconductor that heats the surface of the predetermined metal to 800 ° C. or higher.
前記シャワーヘッドの少なくとも前記ガス供給口側の表面が前記所定金属で覆われている、請求項1または2に記載の気相成長装置。 Further, a shower head in which a plurality of gas supply ports of the first raw material gas supply pipe and a plurality of gas supply ports of the second raw material gas supply pipe are arranged is further provided.
The vapor phase growth apparatus according to claim 1 or 2 , wherein at least the surface of the shower head on the gas supply port side is covered with the predetermined metal.
前記第1原料ガス供給管の前記ガス供給口側の端部近傍の領域において前記第1原料ガス供給管の内壁および外壁が前記所定金属で覆われており、
前記第2原料ガス供給管の前記ガス供給口側の端部近傍の領域において前記第2原料ガス供給管の内壁および外壁が前記所定金属で覆われている、請求項1または2に記載の気相成長装置。 The gas supply port is arranged at the end of the first raw material gas supply pipe and the second raw material gas supply pipe.
In the region near the end of the first raw material gas supply pipe on the gas supply port side, the inner wall and the outer wall of the first raw material gas supply pipe are covered with the predetermined metal.
The gas according to claim 1 or 2 , wherein the inner wall and the outer wall of the second raw material gas supply pipe are covered with the predetermined metal in the region near the end of the second raw material gas supply pipe on the gas supply port side. Phase growth device.
前記第2原料ガス供給管の内部に前記第1原料ガス供給管が配置されている、請求項4に記載の気相成長装置。 The inner diameter of the second raw material gas supply pipe is larger than the outer diameter of the first raw material gas supply pipe.
The vapor phase growth apparatus according to claim 4 , wherein the first raw material gas supply pipe is arranged inside the second raw material gas supply pipe.
前記共通管の前記ガス供給口の反対側に位置する入口には前記第1原料ガスおよび前記第2原料ガスが供給されており、
前記共通管は、前記入口から前記ガス供給口までの全長に渡って内壁が前記所定金属で覆われており、
前記共通管を前記入口から前記ガス供給口までの全長に渡って800℃以上に加熱する第2加熱部をさらに備える、請求項1または2に記載の気相成長装置。 The first raw material gas supply pipe and the second raw material gas supply pipe form an integral common pipe.
The first raw material gas and the second raw material gas are supplied to the inlet located on the opposite side of the gas supply port of the common pipe.
The inner wall of the common pipe is covered with the predetermined metal over the entire length from the inlet to the gas supply port.
The vapor phase growth apparatus according to claim 1 or 2 , further comprising a second heating unit that heats the common pipe to 800 ° C. or higher over the entire length from the inlet to the gas supply port.
前記第2原料ガス供給管の前記ガス供給口の反対側に位置する入口に前記第2原料ガスを供給する第2供給部と、
を備え、
前記第1供給部および前記第2供給部は、前記所定金属の表面が800℃以上の期間中に前記第1原料ガスおよび前記第2原料ガスを供給する、請求項1~6の何れか1項に記載の気相成長装置。 A first supply unit that supplies the first raw material gas to an inlet located on the opposite side of the gas supply port of the first raw material gas supply pipe.
A second supply unit that supplies the second raw material gas to an inlet located on the opposite side of the gas supply port of the second raw material gas supply pipe.
Equipped with
The first supply unit and the second supply unit supply the first raw material gas and the second raw material gas while the surface of the predetermined metal is 800 ° C. or higher, any one of claims 1 to 6 . The gas phase growth apparatus described in the section.
前記第1加熱部は、前記第1供給部および前記第2供給部によって前記第1原料ガスおよび前記第2原料ガスの供給が停止された後に、前記所定金属の表面の加熱を終了する、請求項8に記載の気相成長装置。 The first supply unit and the second supply unit start supplying the first raw material gas and the second raw material gas after the surface of the predetermined metal is heated to 800 ° C. or higher by the first heating unit.
The first heating unit is claimed to end heating the surface of the predetermined metal after the supply of the first raw material gas and the second raw material gas is stopped by the first supply unit and the second supply unit. Item 8. The gas phase growth apparatus according to Item 8.
前記第2原料ガスはNH3を含むガスである、請求項1~10の何れか1項に記載の気相成長装置。 The first raw material gas is a gas containing GaCl, and is a gas containing GaCl.
The vapor phase growth apparatus according to any one of claims 1 to 10 , wherein the second raw material gas is a gas containing NH 3 .
第1原料ガス供給管を用いて、第1原料ガスを前記反応容器内に供給する第1供給工程と、
第2原料ガス供給管を用いて、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供給工程と、
を備える化合物半導体の気相成長方法であって、
前記第1原料ガス供給管および前記第2原料ガス供給管の少なくとも一方のガス供給口の近傍の領域の表面が、前記第2原料ガスを触媒効果によって分解可能な所定金属で覆われており、
前記第2原料ガスは、前記触媒効果によって分解されることで活性水素を発生するガスであり、
前記所定金属の表面を800℃以上に加熱する工程をさらに備える、化合物半導体の気相成長方法。 The process of arranging the wafer in the reaction vessel and
The first supply step of supplying the first raw material gas into the reaction vessel using the first raw material gas supply pipe, and
A second supply step of supplying the second raw material gas that reacts with the first raw material gas into the reaction vessel by using the second raw material gas supply pipe.
It is a vapor phase growth method of a compound semiconductor comprising.
The surface of the region near at least one gas supply port of the first raw material gas supply pipe and the second raw material gas supply pipe is covered with a predetermined metal capable of decomposing the second raw material gas by a catalytic effect.
The second raw material gas is a gas that generates active hydrogen by being decomposed by the catalytic effect.
A method for vapor phase growth of a compound semiconductor, further comprising a step of heating the surface of the predetermined metal to 800 ° C. or higher.
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