TW201611157A - 半導體製造裝置及半導體製造方法 - Google Patents

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Abstract

可簡便執行朝反應爐內所配置儲存容器內的金屬原料補充。 本發明的半導體製造裝置，係對反應爐內所設置基板供應原料氣體，而對基板施行成膜處理的半導體製造裝置，具備有：儲存容器、輔助容器、連接管、密封栓、及加熱器部。其中，該儲存容器係配置於上述反應爐內，收容著成為原料氣體基礎的金屬原料。該輔助容器係配置於反應爐內的儲存容器上方側，且設有金屬原料投入口的有底容器。該連接管係使輔助容器所形成的金屬原料流出口，連通於儲存容器內。該密封栓係可開閉密封流出口。該加熱器部係將反應爐內加熱至使輔助容器內的金屬原料及儲存容器內的金屬原料熔融，且對基板施行成膜處理時所必要的既定溫度。

Description

半導體製造裝置及半導體製造方法
本發明係關於例如氮化物半導體之結晶成長所使用的半導體製造裝置及半導體製造方法。
例如氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化銦鎵(InGaN)等氮化物半導體因為能發出紅色至紫外光的發光元件材料而備受矚目。該等氮化物半導體的結晶成長法之一係有如氫化物氣相磊晶(HVPE：Hydride Vapor Phase Epitaxy)法。HVPE法係由高溫下呈氣體狀的金屬氯化物氣體成長結晶的方法，詳言之係將含有III族元素之氯化物屬於金屬氯化物氣體的III族原料氣體、與含有V族元素之氫化物的V族原料氣體，供應給反應管內的基板，而在該基板上成長III-V族半導體結晶的方法。例如氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)等鎵(Ga)系化合物半導體，便將使高溫(300~800℃程度)的Ga接觸氯化氫(HCl)氣體或氯(Cl2)氣體，而生成的氯化鎵(GaCl)氣體或三氯化鎵(GaCl3)氣體，使用為III族原料氣體，又將氨(NH3)氣體、胂(AsH3)氣體或膦(PH3)氣體使用為V族原料氣體，便可使效率佳結晶成長。
執行利用HVPE法進行結晶成長的半導體製造裝置(以下亦稱「HVPE裝置」)，已知有如圖7所示構成(例如參照專利文獻1)。即，HVPE裝置100係如圖7(a)所示，具備有圓筒狀反應爐101，且構成在該反應爐101內設有原料部101a及成長部101b。反應爐101內的原料部101a與成長部101b分別利用加熱器部102被加熱。在反應爐101內的成長部101b設置處理對象基板103。另一方面，在反應爐101內的原料部101a配置收容著金屬原料(例如Ga)104的儲存容器105。儲存容器105連接於配管106與配管107。該配管106係為將氯系氣體供應給儲存容器105內。該配管107係將由金屬原料104與氯系氣體進行反應生成的金屬氯化物氣體，從儲存容器105內排出，並當作III族原料氣體且導引於成長部101b。又，該等配管106、107之外，亦在反應爐101內設置為將V族原料氣體導引於成長部101b的配管108。然後，藉由使III族原料氣體與V族原料氣體在成長部101b進行合流，並在成長部101b所設置的基板103上成長III-V族半導體結晶。另外，若該等各原料氣體在到達成長部101b之前便混合，則在該混合位置處會析出半導體結晶，因而會有導致HVPE裝置100遭破損的可能性，所以儲存容器105具有在容器內所生成金屬氯化物氣體不會洩漏的構造。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2013-225648號公報
上述構成的HVPE裝置100，當重複對基板施行結晶成長處理的情況，因為儲存容器105內所收容的金屬原料104會減少，因而產生儲存容器105內必需補充金屬原料104的問題。
儲存容器105所收容的金屬原料104係若在例如加熱時的反應爐內溫度般，超過該金屬原料104之熔點的溫度下，依具流動性的狀態存在。但是，若在常溫(室溫)環境下，則依例如粒狀或立方體狀鑄錠的固化物存在。現實上並無法將此種固化物直接投入儲存容器105內而補充該儲存容器105內的金屬原料104。理由係儲存容器105必需如上述構成不會發生氣體洩漏之狀態，極難在儲存容器105中設置能投入粒狀或立方體狀鑄錠等大小的開口部
所以，朝儲存容器105內的金屬原料104補充，一般係依如下述順序實施。首先，在HVPE裝置100之外另行準備未圖示的電爐等加熱裝置，使用該加熱裝置將金屬原料的固化物加熱至熔點以上的溫度而液化。若將固化物液化，便如圖7(b)所示，將該經液化後的金屬原料104填充於注射器等專用器具109中，且拆卸例如配置配管106、108之一側的凸緣110，使反應爐101的一端側呈開放狀態。然後，從反應爐101的開放端側，經由耐熱管等專用連結管111，將專用器具109連接於儲存容器105。此時，專用連結管111的前端連接於經拆卸配管106後所出現儲存容器105的開口部105a。然後，若將專用器具109連接於儲存容器105，便在此狀態 下，將專用器具109中所填充的金屬原料104注入於儲存容器105內。依此便對儲存容器105內補充金屬原料104。
然而，若依照上述補充順序，當朝儲存容器105內補充金屬原料104之際，必需施行將儲存容器105所連接的配管106從該儲存容器105上拆卸的分解作業。然後，在金屬原料104補充後，必需將所拆卸的配管106再度連接於儲存容器105的再組裝作業，且必需從所補充的金屬原料104中除去雜質等的純化處理(例如長時間的高溫加熱處理)、或確認後續成長重現性的確認處理。又，為能朝儲存容器105內施行金屬原料104的補充，便必需準備電爐等加熱裝置。即，若依照上述補充順序，會有為施行朝儲存容器105內的金屬原料104補充，而需要耗費較多的手續與時間等，且必需準備加熱裝置等其他裝置等難處。
緣是，本發明目的在於提供：能簡便地施行朝反應爐內所配置儲存容器內進行金屬原料補充的半導體製造裝置及半導體製造方法。
為達成上述目的，本發明係如下述構成。
本發明一態樣所提供的半導體製造裝置，係對反應爐內所設置基板供應原料氣體，而對上述基板施行成膜處理的半導體製造裝置，具備有：儲存容器，其乃配置於上述反應爐內，收容著成為上述原料氣 體基礎的金屬原料；輔助容器，其乃配置於上述反應爐內的上述儲存容器上方側，且設有上述金屬原料投入口的有底容器；連接管，其乃使上述輔助容器所形成的上述金屬原料流出口，連通於上述儲存容器內；密封栓，其乃可開閉密封上述流出口；以及加熱器部，其乃將上述反應爐內加熱至使上述輔助容器內的上述金屬原料及上述儲存容器內的上述金屬原料熔融，且對上述基板施行成膜處理時所必要的既定溫度。
根據本發明另一態樣所提供的半導體製造方法，係包括有：在內含有收容著金屬原料之儲存容器的上述反應爐內，於既定地方設置基板的步驟；對配置於上述反應爐內的上述儲存容器上方側，且經由連接管連通於上述儲存容器內，並具有上述金屬原料流出口及上述金屬原料投入口之有底容器的輔助容器，在由能開閉並密封上述流出口的密封栓密封著該流出口狀態下，從上述投入口投入上述金屬原料的步驟；將上述反應爐內加熱至使上述輔助容器內的上述金屬原料及上述儲存容器內的上述金屬原料熔融，且對上述基板施行成膜處理時所必要既定溫度的步驟；朝上述儲存容器內供應氣體，使該氣體與上述金屬原料進行反應而生成原料氣體，再將該原料氣體從上述儲存容器內排出並供應給上述基板，而對該基板施行成膜處理的步驟； 將經施行上述成膜處理後的上述基板從上述反應爐內搬出的步驟；以及將密封上述流出口的上述密封栓呈開啟狀態，而將上述輔助容器內的上述金屬原料經由上述流出口及上述連接管，補充於上述儲存容器內的步驟。
根據本發明，可簡便地施行朝反應爐內所配置儲存容器內進行金屬原料補充。
1、100‧‧‧HVPE裝置
10、101‧‧‧反應爐
11a、11b‧‧‧凸緣部
12、101a‧‧‧原料部
13、101b‧‧‧成長部
14、102‧‧‧加熱器部
20、104‧‧‧金屬原料
20a‧‧‧固化物
21、105‧‧‧儲存容器
22、23、24、106、107、108‧‧‧配管
30、103‧‧‧基板
31‧‧‧托盤部
40‧‧‧輔助容器
41‧‧‧連接管
42‧‧‧儲存容器部
42a‧‧‧流出口
42b‧‧‧投入口
43‧‧‧蓋體
43a‧‧‧導孔
43b‧‧‧貫通孔
44‧‧‧密封栓
44a‧‧‧栓部
44b‧‧‧杵部
50‧‧‧迫淨管
105a‧‧‧開口部
109‧‧‧專用器具
110‧‧‧凸緣
111‧‧‧專用連結管
圖1(a)及(b)係本發明所適用HVPE裝置的要件構成例說明圖。
圖2係利用HVPE法施行的結晶成長所進行成膜處理之基本順序一例流程圖。
圖3係相關本發明所適用HVPE裝置的輔助容器之準備處理順序一例流程圖。
圖4係施行圖3所示準備處理時，HVPE裝置的狀態一例說明圖。
圖5係朝本發明所適用HVPE裝置的儲存容器內，進行金屬原料補充處理的順序一例流程圖。
圖6係施行圖5所示補充處理時，HVPE裝置的狀態一例說明圖。
圖7(a)及(b)係習知HVPE裝置的要件構成例說明圖。
以下，根據圖式，針對本發明的半導體製造裝置及半導體製造方法進行說明。
(1)半導體製造裝置之構成
首先，針對本發明半導體製造裝置的構成，舉具體例進行說明。此處，半導體製造裝置係舉利用依照HVPE法進行的結晶成長，在處理對象基板上形成薄膜的HVPE裝置為例進行說明。
圖1所示係本發明所適用HVPE裝置的要件構成例說明圖，(a)係反應爐內的概略構成示意圖，(b)係特徵構成的輔助容器之概略構成示意圖。
(反應爐)
如圖1(a)所示，HVPE裝置1係具備有利用石英玻璃等耐熱性材料形成例如圓筒狀的反應爐10。反應爐10係利用由不銹鋼材等金屬材料所形成凸緣部11a、11b阻塞二端緣。另外，凸緣部11a、11b依視需要能對反應爐10裝卸的方式裝設。而，藉由凸緣部11a、11b能裝卸，反應爐10便成為端緣的開口部分可開閉自如。開口部分中之一個係如後述具有基板30之搬出入口的機能。
再者，反應爐10係構成內部設有原料部12及成長部13。更具體而言，反應爐10內分成位於後述氣流上游側的原料部12、與位於該氣流方向下游側的成長部13。
在反應爐10的外周側設有為加熱反應爐10內的加熱器部14。加熱器部14係構成能分別對反應爐10內的原料部12與成長部13施行加熱狀態。藉此，加熱器部14能施行例如將原料部12加熱至850℃左右，並將成長部13加熱至1000℃左右。
(成長部)
在反應爐10內的成長部13配置有支撐著處理對象基板30的托盤部31。托盤部31係依能以沿反應爐10之圓筒軸方向延伸的旋轉軸為中心，依既定速度旋轉的方式，支撐著基板30。另外，托盤部31係因為會利用反應爐10內的加熱器部14施行加熱，因而利用屬於耐熱性材料的石英、碳等形成。
由托盤部31支撐的基板30係使用例如平坦的藍寶石基板。但，基板30亦可在表面上形成有所欲成膜之薄膜外的其他薄膜。針對此種基板30，藉由施行如後述的成膜處理，而構成半導體發光元件等半導體裝置。
再者，托盤部31係構成旋轉軸貫通位於成長部13側的凸緣部11b狀態。藉此，由托盤部31支撐的基板30便可隨凸緣部11b對反應爐10的裝卸，進行設置於反應爐10內、或從反應爐10內取出。即，經拆卸凸緣部11b狀態的反應爐10之端緣開口部分具有基板30的搬出入口機能。然後，當從反應爐10拆卸凸緣部11b時，便可從貫通該凸緣部11b的托盤部31上拆卸基板30、或使該托盤 部31支撐著基板30。
(原料部)
反應爐10內的原料部12配置有收容金屬原料20的儲存容器21。儲存容器21係構成除後述配管22、23及連接管41之外，其餘均呈不會發生氣體洩漏等地密閉容器，形成在該密閉容器內收容著金屬原料20的構造。另外，因為儲存容器21係配置於反應爐10內，因而由耐熱性材料形成，且為能確認所收容金屬原料20之殘量確認等而由具透光性(能見度)的材料形成。此種材料係可考慮使用例如石英玻璃。
儲存容器21所收容的金屬原料20係成為III族原料氣體的基礎。具體而言，金屬原料20係使用例如III族元素之一的鎵(Ga)。另外，因為Ga的熔點係29.8℃的較低，因而在儲存容器21內依熔融狀態(即液體狀)存在。
儲存容器21連接著貫通凸緣部11a延伸的配管22一端。配管22另一端係連接於未圖示氯系氣體的供應源。該配管22係供將氯系氣體供應給儲存容器21內。
從配管22供應的氯系氣體係使用例如氯化氫(HCl)氣體。例如當儲存容器21內所收容的金屬原料20係Ga的情況，若從配管22所供應的氯系氣體係HCl氣體，則在該儲存容器21內的Ga與HCl氣體會產生反應，而生成屬於金屬氯化物氣體的氯化鎵(GaCl)氣 體。該GaCl氣體係如後述當作III族原料氣體並提供對基板30施行成膜處理。
再者，儲存容器21連接於朝成長部13延伸的配管23。該配管23係供將在儲存容器21內生成的金屬氯化物氣體從儲存容器21內排出，並當作III族原料氣體且導引於成長部13。
再者，在該等配管22、23之外，於反應爐10內的原料部12中亦設有為將V族原料氣體導引於成長部13用的配管24。該配管24係構成在未經由儲存容器21情況下，呈貫通凸緣部11a延伸狀態。而，其一端係與配管23的一端同樣，配置於呈面朝成長部13中所設置基板30的狀態。又，另一端係連接於未圖示V族原料氣體的供應源。
從配管24所供應的V族原料氣體係使用例如氨(NH3)氣體。
該等配管22、23、24因為係配置於反應爐10內，因而均由石英玻璃等耐熱性材料形成。
藉由具備該等配管22、23、24，便在反應爐10內形成由原料部12朝向成長部13的氣流。另外，為能確認反應爐10內的氣流形成，便在位於氣流下游側的凸緣部11b設置為將反應爐10內的氣體予以排氣用的排氣口。
(輔助容器)
在反應爐10內除儲存容器21之外，另外設有輔助容器40。輔助容器40係具有當作收容金屬原料20的儲存容器21之預備(副)槽機能。所以，輔助容器40係構成能儲存金屬原料20狀態。而，為能將所儲存的金屬原料20補充於反應爐10內，輔助容器40係配置於儲存容器21的上方側，且底部經由連接管41連接於儲存容器21。
以下，針對該輔助容器40的構成進行詳細說明。
如圖1(b)所示，輔助容器40係具備有：上方側設有開口之有底容器的儲存容器部42、以及阻塞儲存容器部42之開口的蓋體43。
在儲存容器部42的底部形成金屬原料20的流出口42a。流出口42a連接於形成管狀的連接管41上端。另外，連接管41的下端連接於儲存容器21的頂板部。藉此，連接管41形成使儲存容器部42的流出口42a連通於儲存容器21內。
再者，在流出口42a可裝卸地裝設有密封栓44。密封栓44係具有：朝下方呈漸細的推拔狀栓部44a、以及從該栓部44a朝上方延伸的棒狀杵部44b。所以，構成若栓部44a插入於流出口42a，便將流出口42a呈關閉狀態，另一方面，若握持杵部44b朝上方拉起，便將流出口42a呈開啟狀態。即，密封栓44係可開閉並密封流出口42a。
儲存容器部42所具有的上方側開口，係具有當作能將金屬原料20投入於儲存容器部42內的投入口42b機能。此處，金屬原料20係可依液體狀態投入，可省略依固化物形式投入時所需的溶解手續，故屬較佳。所謂「金屬原料20的固化物」係指金屬原料20未熔融而依固體狀存在，具體係可例如粒狀或立方體狀鑄錠。為能投入此種固化物，投入口42b必需由較大於該固化物的開口形成。
阻塞投入口42b的蓋體43係依對投入口42b能裝卸狀態裝設。在蓋體43中，為導引密封栓44的上下移動，便設有供杵部44b插入用的導孔43a。又，在蓋體43中設有使氣體能通過輔助容器40之內外的貫通孔43b。另外，導孔43a與貫通孔43b係可分別個別設置，亦可共用一個孔。
此種構成的輔助容器40係配置於具基板30搬出入口機能的反應爐10之端緣開口部分附近。即，輔助容器40係配置於反應爐10內的成長部13。所以，使儲存容器21內與輔助容器40內相連通的連接管41，形成橫跨原料部12與成長部13之間延伸狀態。
另外，因為輔助容器40、連接管41及密封栓44均配置於儲存容器21內，因而分別由例如石英玻璃之類的耐熱性材料形成。
(迫淨處理部)
在反應爐10中，如圖1(a)所示設有迫淨管50。迫淨管50的一端係位於反應爐10內的輔助容器40附近。又，迫淨管50的另一 端係連接於未圖示的惰性氣體供應源。藉由具備此種迫淨管50，構成對反應爐10內的輔助容器40周圍供應惰性氣體之迫淨處理部。另外，迫淨處理部所供應的惰性氣體係可考慮使用例如氮素(N2)氣體，但除N2氣體之外，尚亦可使用例如氦(He)氣體、氖(Ne)氣體、氬(Ar)氣體等稀有氣體。
(2)半導體製造方法之順序
其次，針對上述構成的HVPE裝置1之處理動作順序、即本發明半導體製造方法一具體例的順序進行說明。此處，針對為構成屬於半導體裝置一種的半導體發光元件，而對反應爐10內所設置的藍寶石基板30，供應屬於III族原料氣體的GaCl氣體、與屬於V族原料氣體的NH3氣體，在該藍寶石基板30上施行氮化鎵(GaN)薄膜之成膜處理的情況為例進行說明。
(成膜處理的基本順序)
此處，首先針對HVPE裝置1的成膜處理基本順序進行說明。
圖2所示係利用依HVPE法進行的結晶成長施行成膜處理時，基本順序一例的流程圖。
當使用HVPE裝置1施行成膜處理時，首先執行基板搬入步驟(步驟11、以下將步驟簡稱「S」)。基板搬入步驟(S11)係使處理對象基板30由托盤部31支撐，藉由將該托盤部31所貫通的凸緣部11b安裝於反應爐10，便將基板30設置於反應爐10內的既定地方。此時，在反應爐10所內含的儲存容器21中，已收容有屬於金屬原 料20的Ga。
若在基板搬入步驟(S11)中將基板30設置於反應爐10內，則例如藉由惰性氣體供應而從反應爐10內逐出大氣後，便執行升溫步驟(S12)。在升溫步驟(S12)中，加熱器部14係將反應爐10內加熱至既定溫度。具體而言，加熱器部14係例如將原料部12加熱至850℃左右，並將成長部13加熱至1000℃左右。成長部13的1000℃左右溫度係對基板30施行成膜處理所必要的溫度。又，對原料部12及成長部13的加熱溫度均係超過金屬原料20的Ga熔點之溫度，使該Ga呈熔融狀態的溫度。
經在升溫步驟(S12)中將反應爐10內加熱至既定溫度後，在保持該既定溫度下，接著執行成膜處理步驟(S13)。在成膜處理步驟(S13)中，通過配管22朝儲存容器21內供應屬於氯系氣體的HCl氣體。若供應HCl氣體，便在儲存容器21內使Ga與HCl氣體產生反應，而生成屬於金屬氯化物氣體的GaCl氣體。然後，GaCl氣體被從儲存容器21內通過配管23導引於成長部13，當作III族原料氣體並供應給在成長部13中所設置的基板30。又，在成膜處理步驟(S13)中，通過配管24將屬於V族原料氣體的NH3氣體，供應給在成長部13中所設置的基板30。藉此，在成長部13中將屬於III族原料氣體的GaCl氣體、與屬於V族原料氣體的NH3氣體合流，並在基板30上成長GaN的結晶。藉由持續施行該步驟既定時間，便在基板30上形成既定膜厚的GaN層。
另外，在成膜處理步驟(S13)中，當對在成長部13中所設置基板30供應GaCl氣體及NH3氣體時，亦可經由配管22、23、24合併供應屬於載氣或稀釋氣體的H2氣體或N2氣體等惰性氣體、或該等的混合氣體。又，當對基板30供應GaCl氣體及NH3氣體時，最好從迫淨管50對輔助容器40的周圍供應N2氣體等惰性氣體。
經在成膜處理步驟(S13)中於基板30上形成既定膜厚的GaN層後，接著執行降溫步驟(S14)。在降溫步驟(S14)中，停止由加熱器部14進行的加熱，使反應爐10內的溫度自然下降。
若在降溫步驟(S14)中使反應爐10內下降至例如常溫，接著便執行基板搬出步驟(S15)。在基板搬出步驟(S15)中，從反應爐10上拆卸托盤部31所貫通的凸緣部11b，取出由該托盤部31所支撐的基板30。藉此，獲得成膜處理畢的基板30，且可針對新的基板30執行從基板搬入步驟(S11)開始起的一連串成膜處理。
藉由經如上各步驟(S11~S15)，便在基板30上形成例如GaN層，而構成半導體裝置。依此製造的半導體裝置係例如在藍寶石基板上形成AlN緩衝層，更在其上面積層GaN層的氮化物半導體裝置。但，此處所舉例的氮化物半導體裝置僅為其中一例而已，相關具有其他積層構造的半導體裝置仍可適用上述順序的成膜處理。
(相關輔助容器的準備處理順序)
但是，本實施形態所說明的HVPE裝置1，係在開始進行包括 有上述各步驟(S11~S15)的成膜處理時，便預先進行輔助容器40的相關準備處理。此處所謂「準備處理」係包括朝輔助容器40內投入金屬原料20之固化物的投入處理。
以下，針對朝輔助容器40內投入金屬原料20之固化物的投入處理進行說明。
圖3所示係本發明所適用HVPE裝置的輔助容器之相關準備處理順序一例流程圖。圖4所示係當執行圖3所示準備處理時，HVPE裝置的狀態一例說明圖。
在HVPE裝置1中，最慢亦是在上述基板搬入步驟(S11)完成前的期間內，執行輔助容器40相關準備處理之朝該輔助容器40內投入金屬原料20之固化物的投入處理。
具體而言，首先如圖3所示，判斷輔助容器40是否空(S21)。此項判斷係如圖4所示，只要在基板搬入步驟(S11)從反應爐10上拆卸凸緣部11b的狀態下，由HVPE裝置1的使用者依目視確認在該反應爐10的端緣開口(即基板30的搬出入口)附近所配置輔助容器40便可。為使此項確認容易執行，輔助容器40最好由石英玻璃等具有透光性(檢視性)的材料形成。
此項結果係若輔助容器40呈空、或輔助容器40內的儲存量少於既定量(下一次補充處理(後述)時的必要量)而視為空的狀態，接著便如圖3所示，執行朝輔助容器40內投入金屬原料20的固化物 (S22)。詳言之，如圖4所示，在輔助容器40的蓋體43被拆卸狀態下，由HVPE裝置1的利用者朝該輔助容器40內投入金屬原料20的固化物20a。
所投入金屬原料20的固化物20a係例如Ga的粒狀或立方體狀鑄錠。為能投入此種固化物20a，輔助容器40的儲存容器部42之投入口42b，係具有該固化物20a即便未熔融仍可投入的大小。具體而言，投入口42b可為方形、圓形等任何形狀，就形狀並無特別的限定，但必需由較大於固化物20a的開口(例如較一般的鑄錠大出 2cm以上大小的開口)形成。
在此，當朝輔助容器40內投入固化物20a時，在構成該輔助容器40的儲存容器部42之底部所形成流出口42a，係處於由密封栓44密封的狀態。又，在朝輔助容器40內投入固化物20a之後，便利用蓋體43阻塞住輔助容器40的儲存容器部42之投入口42b。
另外，若輔助容器40非呈空、或非屬視為空的狀態，便在未執行朝輔助容器40內的金屬原料20之固化物投入情況下，結束輔助容器40的相關準備處理。
依此結束輔助容器40的相關準備處理(S21,S22)，且結束基板搬入步驟(S11)後，接著執行上述的升溫步驟(S12)。若執行升溫步驟(S12)，則經投入於輔助容器40內的金屬原料20之固化物20a，便會被加熱至超過熔點的溫度(例如1000℃)。然後，直到開始降溫 步驟(S14)之前均維持加熱後的溫度狀態。藉此，在輔助容器40內，金屬原料20被熔融而呈液化狀態，且在經施行從該金屬原料20中除去雜質等的純化處理狀態下，將該金屬原料20儲存於輔助容器40內。此時，若投入口42b被蓋體43阻塞，則即便維持例如1000℃的高溫狀態，仍可抑制金屬原料20從輔助容器40內蒸發並擴散於反應爐10內的情況發生。
在輔助容器40內儲存著金屬原料20的狀態，係在後續所執行成膜處理步驟(S13)中仍持續此狀態。在成膜處理步驟(S13)中，如上述，朝反應爐10內的成長部13供應GaCl氣體及NH3氣體。此時，若從迫淨管50供應惰性氣體，便可抑制GaCl氣體或NH3氣體到達輔助容器40周圍而生成不必要的反應副產物等。又，藉由從迫淨管50供應惰性氣體，便可通過蓋體43所形成的貫通孔43b，將輔助容器40內的大氣置換為惰性氣體，因而亦可實現能抑制輔助容器40內的金屬原料20遭氧化等情形。
(朝儲存容器內的金屬原料之補充處理順序)
在此若在HVPE裝置1中執行成膜處理步驟(S13)，則儲存容器21內所收容的金屬原料20會減少。
若金屬原料20減少，則儲存容器21內的金屬原料20之液面高度會下降。若儲存容器21內的金屬原料20之液面高度有出現變化，在經該變化後所執行的成膜處理步驟(S13)，會因液面高度的變化影響而導致成膜條件等亦變化，結果造成無法執行如預期的成膜處理。
所以，當在HVPE裝置1中重複對基板30執行成膜處理時，不僅為防止金屬原料20減少導致儲存容器21內呈空，亦為能盡力將儲存容器21內的金屬原料20之液面高度保持呈一定，因而必需定期執行朝儲存容器21內的金屬原料20之補充。
本實施形態所說明的HVPE裝置1，朝儲存容器21內的金屬原料20之補充，係依如下述順序實施。
圖5所示係朝本發明所適用HVPE裝置的儲存容器內，進行金屬原料之補充處理順序一例流程圖。圖6所示係執行圖5所示補充處理時的HVPE裝置狀態一例說明圖。
在HVPE裝置1中，從基板搬出步驟(S15)開始後起直到下一個新的基板30執行基板搬入步驟(S11)結束為止的期間內，均執行朝儲存容器21內的金屬原料20之補充處理。另外，HVPE裝置1在朝儲存容器21內進行金屬原料20之補充處理的前提，係已完成輔助容器40的相關準備處理，依金屬原料20被熔融呈液化的狀態儲存於該輔助容器40內。
具體而言，首先如圖5所示，判斷是否必需朝儲存容器21內補充金屬原料20(S31)。此項判斷係只要由HVPE裝置1的利用者依目視確認儲存容器21內到底收容何種程度量的金屬原料20便可。為使此項確認容易實施，儲存容器21及內含其的反應爐10最好由石英玻璃等具透光性(檢視性)的材料形成。
此項結果若判斷不需要補充金屬原料20，便在未執行朝儲存容器21內補充金屬原料20情況下，結束對該儲存容器21的金屬原料20之補充處理。
另一方面，當判斷需要補充金屬原料20的情況，接著便對輔助容器40施行解除由密封栓44進行的流出口42a密封狀態(S32)。詳言之，如圖6所示，只要在由基板搬出步驟(S15)或基板搬入步驟(S11)中之任一步驟，於從反應爐10上拆卸凸緣部11b的狀態下，對在該反應爐10的端緣開口(即基板30的搬出入口)附近所配置輔助容器40，由HVPE裝置1的利用者伸手將密封栓44的杵部44b朝上方拉起，使由該密封栓44的栓部44a所密封之流出口42a呈開啟狀態，而施行該流出口42a的密封解除。
此時，在輔助容器40內，金屬原料20係依熔融呈液化狀態儲存。又，輔助容器40係配置於儲存容器21的上方側，且底部所形成的流出口42a經由連接管41連通於儲存容器21內。所以，若解除由密封栓44進行的流出口42a密封使該流出口42a呈開啟狀態，液化狀態的金屬原料20便從輔助容器40，利用重力由流出口42a通過連接管41內流入於儲存容器21內。此時，藉由在蓋體43中所設置導孔43a或貫通孔43b中之至少其中一者具有脫氣孔的機能，便可順暢地形成利用重力造成的金屬原料20之流動。依此，從輔助容器40內開始朝儲存容器21內的金屬原料20之補充。
在從輔助容器40內開始朝儲存容器21內補充金屬原料20之後，接著如圖5所示，判斷朝儲存容器21內的金屬原料20之補充 是否已完成(S33)。此項判斷係只要由HVPE裝置1的利用者，利用目視確認儲存容器21內的金屬原料20收容量是否已達預設的既定基準量便可。相關此項確認亦是若反應爐10及儲存容器21係由石英玻璃等具透光性(檢視性)的材料形成，便可輕易執行。
此項結果係若金屬原料20的收容量已到達既定基準量，便藉此機會利用密封栓44密封流出口42a，結束從輔助容器40內朝儲存容器21內的金屬原料20之補充(S34)。詳言之，只要在凸緣部11b從反應爐10上拆卸的狀態下，使由HVPE裝置1的利用者所拉起的密封栓44之杵部44b朝下方降下，藉由形成由密封栓44的栓部44a密封流出口42a呈封閉狀態，而結束金屬原料20的補充便可。
HVPE裝置1中，經由如上述順序(S31~S34)執行朝儲存容器21內的金屬原料20之補充。即，使儲存容器21、與配置於其上方側的輔助容器40之間，利用連接管41相連通，且利用密封栓44開閉該連接管41所連接的流出口42a，而開始(或結束)朝儲存容器21內的金屬原料20之補充。
當依照此種順序執行從輔助容器40朝儲存容器21的金屬原料20之補充時，若非在一次的補充中便使輔助容器40內所儲存的金屬原料20全部流入，而是在輔助容器40的底部殘留金屬原料20，便可防止防止大氣從輔助容器40側流入於儲存容器21側。又，藉由在輔助容器40的底部殘留金屬原料20，亦可防止凸緣部11b開 放時會發生在輔助容器40內的金屬原料20表面上所形成氧化膜，流入於儲存容器21側情形。即，藉由在輔助容器40的底部殘留金屬原料20情況下，執行朝儲存容器21的金屬原料20之補充，便可防止大氣、氧化膜等流入，故在儲存容器21內能確保所補充金屬原料20的純度，俾可實現剛補充後執行高純度的結晶成長。
由以上事項得知，針對輔助容器40即便朝儲存容器21內補充必要量的金屬原料20，最好使底部有殘留金屬原料20，且不致阻礙基板30設置於反應爐10內，並可形成反應爐10內所能收容範圍的極大容量。若輔助容器40形成大容量，則亦能充分確保所儲存金屬原料20的熱容量，因而即便經過降溫步驟(S14)仍不易從液化狀態轉移為固化狀態，就此點而言可謂較佳。
再者，針對輔助容器40，若配置於反應爐10的端緣開口(即基板30的搬出入口)附近，則朝該輔助容器40內的固化物20a投入、利用密封栓44進行的流出口42a密封或解除密封等便可輕易實施。即，反應爐10內的輔助容器40之位置係就對HVPE裝置1的利用者屬輕易處置而言，較佳係基板30的搬出入口附近、或利用者在基板搬入出時可輕易存取的地方。又，反應爐10內的輔助容器40之位置係成為輔助容器40內的固化物20a能熔融溫度的位置，且為使熔融狀態金屬原料20能利用重力流入於儲存容器21內而位於儲存容器21的上方側。
此種輔助容器40在底部形成利用密封栓44進行開閉的流出口 42a。若流出口42a形成於輔助容器40的底部，則在該流出口42a被密封栓44密封的狀態下，流出口42a及密封栓44便利用輔助容器40內所儲存的金屬原料20進行液封。即若流出口42a呈封閉狀態，該流出口42a便利用金屬原料20被液封，因而確保利用連接管41而與輔助容器40連通的儲存容器21內之氣密性。故，即便構成儲存容器21與輔助容器40相連通狀態，但在儲存容器21內所生成的金屬氯化物氣體等氣體仍不會發生洩漏情形。
再者，若流出口42a形成於輔助容器40的底部，則供開始(或結束)進行金屬原料20補充的流出口42a之開閉，便非由儲存容器21側進行，而是由輔助容器40側執行。所以，在利用密封栓44的密封而關閉流出口42a的狀態下，在使儲存容器21與輔助容器40相連通的連接管41之管內便不會殘留金屬原料20。若在連接管41的管內有殘留金屬原料20，則當例如經由降溫步驟(S14)後出現管內的金屬原料20固化之情況，因此現象衍生的金屬原料20之體積變動，會有造成連接管41發生破損的可能性。但是，若流出口42a形成於輔助容器40的底部，且在連接管41的管內沒有殘留金屬原料20的話，便可排除該連接管41遭破損的可能性。
另外，輔助容器40的流出口42a之開閉係藉由將密封栓44朝上方拉起或朝下方降下而實施。此時，若在輔助容器40的蓋體43上設置導孔43a，則將密封栓44的杵部44b插入於該導孔43a中，藉此導引密封栓44的上下移動。即，利用蓋體43的導孔43a導引密封栓44的上下移動，因而在進行該上下移動時，可抑制密封栓 44發生歪倒等情形，俾使利用該密封栓44進行的流出口42a之開閉動作能順暢且簡便地執行。
(3)本實施形態之效果
根據本實施形態，可達以下所述一項或複數項效果。
(a)本實施形態中，儲存金屬原料20的輔助容器40係配置於儲存容器21的上方側，即便產生必需朝儲存容器21內補充金屬原料20，仍只要將利用密封栓44密封的流出口42a設為開啟狀態，便可通過使輔助容器40與儲存容器21相連通的連接管41，從輔助容器40內朝儲存容器21內補充金屬原料20。且，儲存金屬原料20的輔助容器40，因為其金屬原料20的投入口42b係具有能投入金屬原料20之固化物20a大小的開口，因而不僅金屬原料20呈液體狀態的情況，即便金屬原料20係固化物20a的情況，仍可直接投入該固化物20a。又，因為輔助容器40係配置於即便直接投入固化物20a，仍可利用加熱器部14加熱至超過金屬原料20之熔點溫度的地方，因而依所投入的固化物20a呈液化狀態儲存。
所以，根據本實施形態，當朝儲存容器21內補充金屬原料20之際，不需要施行將儲存容器21所連接的配管22從該儲存容器21上拆卸的分解作業、以及將所拆卸的配管22再度組裝於儲存容器21的再組裝作業等。又，因為將金屬原料20的固化物20a直接投入於輔助容器40，因而亦不需要另外準備電爐等加熱裝置。又，藉由利用加熱器部14施行加熱，不僅可使輔助容器40內的固化物20a熔融呈液化，且亦可施行至從液化的金屬原料20中除去雜質等純 化處理(例如長時間的高溫加熱處理)，不需要所補充金屬原料20的成長重現性之確認處理。
即，本實施形態中，即便朝儲存容器21內執行金屬原料20之補充的情況，仍不同於如習知需要配管分解作業與再組裝作業等的情況，不需要耗費較多的手續與時間等，更亦不需要準備加熱裝置等其他裝置。所以，可簡便地執行朝反應爐10中所配置儲存容器21內的金屬原料20之補充，就為進行該補充而需要的手續與時間等而言，可較習知獲大幅削減。
(b)根據本實施形態，如上述可大幅削減朝儲存容器21內進行金屬原料20補充時所需要的手續與時間等。因而，相較於習知之下，可輕易提高朝儲存容器21內的金屬原料20之補充頻度。若提高金屬原料20的補充頻度，便可實現盡力保持儲存容器21內的金屬原料20之液面高度呈一定，俾能迴避因該液面高度變化而對成膜條件等造成影響(即無法執行所預期成膜處理的可能性)。
(c)根據本實施形態，從輔助容器40朝儲存容器21進行的金屬原料20之補充，係使用使該等間相連通的連接管41，利用作用於金屬原料20的重力實施。又，供開始(或結束)金屬原料20之補充用的流出口42a開閉，係利用密封該流出口42a的密封栓44上下移動實施。即，金屬原料20補充時所必要的構成係利用輔助容器40、連接管41、密封栓44等非常簡單的構造，不需要閥、驅動源等複雜構成。且，輔助容器40、連接管41、密封栓44等均利用石英玻璃等耐熱性材料形成。所以，即便反應爐10內被加熱至850 ℃~1000℃左右高溫的情況，仍可在該反應爐10內配置例如輔助容器40、連接管41、密封栓44等(即金屬原料20補充時所必要的構成)。
(d)根據本實施形態，因為金屬原料20的流出口42a係形成於輔助容器40的底部，因而若流出口42a呈關閉狀態，該流出口42a便利用輔助容器40內的金屬原料20進行液封。所以，即便構成使儲存容器21與輔助容器40相連通的狀態，當流出口42a呈關閉狀態時，仍可確保儲存容器21內的氣密性，儲存容器21內所生成的金屬氯化物氣體等氣體不會發生洩漏。又，因為金屬原料20的流出口42a係形成於輔助容器40的底部，因而流出口42a的開閉係由輔助容器40側實施，在利用密封栓44的密封關閉流出口42a之狀態下，於連接管41的管內不會有金屬原料20殘留。所以，例如有出現金屬原料20呈固化的溫度變化情況，仍不會有因此現象所衍生金屬原料20之體積變動，而導致連接管41發生破損情形。
(e)根據本實施形態，因為輔助容器40係配置於反應爐10的端緣開口(即基板30的搬出入口)附近、或利用者在基板搬出入時可輕易存取的地方，因而可輕易進行朝輔助容器40內的固化物20a投入、與利用密封栓44進行流出口42a的密封或解除密封等，對HVPE裝置1的利用者而言可謂處置容易。
(f)根據本實施形態，因為輔助容器40的投入口42b係利用蓋體43阻塞，因而即便反應爐10內維持高溫狀態的情況，仍可抑制 從輔助容器40內蒸發金屬原料20並擴散於反應爐10內的情況。即，可抑制反應爐10內發生因金屬原料20的蒸發而造成的不必要反應，藉此可擔保反應爐10內的成長部13之成膜處理良好品質。
(g)根據本實施形態，在阻塞輔助容器40之投入口42b的蓋體43上，形成導引利用密封栓44進行流出口42a之開閉動作的導孔43a。所以，當進行密封栓44的上下移動時可抑制該密封栓44發生歪倒等情形，俾使由該密封栓44進行的流出口42a之開閉動作能順暢且簡便地進行。
(h)根據本實施形態，具備有迫淨管50的迫淨處理部係通過該迫淨管50，朝反應爐10內的輔助容器40周圍供應惰性氣體。所以，即便經由成膜處理步驟(S13)，仍可抑制GaCl氣體或NH3氣體到達輔助容器40的周圍，此項結果可抑制在輔助容器40的周圍生成不需要的反應副產物等。
(i)根據本實施形態，在阻塞輔助容器40之投入口42b的蓋體43上，形成使惰性氣體通過的貫通孔43b。所以，若從迫淨管50朝輔助容器40的周圍供應惰性氣體，藉由該惰性氣體通過貫通孔43b並侵入於輔助容器40內，便可將該輔助容器40內的大氣置換為惰性氣體。即，通過在蓋體43上所形成的貫通孔43b，可將輔助容器40內的大氣置換為惰性氣體，因而能實現輔助容器40內的金屬原料20遭氧化等情形。
(4)變化例等
以上針對本發明較佳實施形態進行說明，惟上述揭示內容僅例示本發明例示性實施形態之一而已。即，本發明的技術範圍並不僅侷限於上述例示性實施形態。
例如本實施形態中，就儲存容器21內所收容的金屬原料20係Ga，朝該儲存容器21內供應氯系氣體的HCl氣體，再將由Ga與HCl氣體產生反應而生成的金屬氯化物氣體之GaCl氣體，供應給成長部13之情況為例，惟本發明並不僅侷限於此，亦可適用其他金屬原料20。其他的金屬原料20係可考慮使用例如銦(In)、水銀(Hg)等。
再者，例如本實施形態中，半導體製造裝置係舉利用依照HVPE法進行的結晶成長，在處理對象基板上形成薄膜的HVPE裝置1為例，惟本發明並不僅侷限於此，亦可適用於依照其他成長方法進行的半導體製造裝置。
再者，例如本實施形態係針對構成屬於半導體裝置中之一種的半導體發光元件之製造方法順序進行說明，惟本發明並不僅侷限於此，在經由供應原料氣體執行成膜處理的構成前提下，亦可適用於其他種類的半導體裝置之製造方法。
1‧‧‧HVPE裝置
10‧‧‧反應爐
11a、11b‧‧‧凸緣部
12‧‧‧原料部
13‧‧‧成長部
14‧‧‧加熱器部
20‧‧‧金屬原料
21‧‧‧儲存容器
22、23、24‧‧‧配管
30‧‧‧基板
31‧‧‧托盤部
40‧‧‧輔助容器
41‧‧‧連接管
42‧‧‧儲存容器部
42a‧‧‧流出口
42b‧‧‧投入口
43‧‧‧蓋體
43a‧‧‧導孔
43b‧‧‧貫通孔
44‧‧‧密封栓
44a‧‧‧栓部
44b‧‧‧杵部
50‧‧‧迫淨管

Claims (9)

  1. 一種半導體製造裝置，係對反應爐內所設置基板供應原料氣體，而對上述基板施行成膜處理的半導體製造裝置，具備有：儲存容器，其乃配置於上述反應爐內，收容著成為上述原料氣體基礎的金屬原料；輔助容器，其乃配置於上述反應爐內的上述儲存容器上方側，且設有上述金屬原料投入口的有底容器；連接管，其乃使上述輔助容器所形成的上述金屬原料流出口，連通於上述儲存容器內；密封栓，其乃可開閉密封上述流出口；以及加熱器部，其乃將上述反應爐內加熱至使上述輔助容器內的上述金屬原料及上述儲存容器內的上述金屬原料熔融，且對上述基板施行成膜處理時所必要的既定溫度。
  2. 如請求項1項之半導體製造裝置，其中，上述流出口係形成於上述輔助容器的底部。
  3. 如請求項1或2之半導體製造裝置，其中，上述反應爐係具有開閉自如構成的上述基板之搬出入口；上述輔助容器係配置於上述搬出入口的附近、或在基板搬出入時能存取的地方。
  4. 如請求項1至3中任一項之半導體製造裝置，其中，上述輔助容器係設有阻塞上述投入口的蓋體。
  5. 如請求項4之半導體製造裝置，其中，上述蓋體係設有導引利用上述密封栓進行的上述流出口開閉動作之導孔。
  6. 如請求項4或5之半導體製造裝置，其中，具備有：迫淨處理部，其乃朝上述反應爐內的上述輔助容器周圍供應惰性 氣體。
  7. 如請求項6之半導體製造裝置，其中，上述蓋體係設有使上述惰性氣體通過的貫通孔。
  8. 一種半導體製造方法，係包括有：在內含有收容著金屬原料之儲存容器的上述反應爐內，於既定地方設置基板的步驟；對配置於上述反應爐內的上述儲存容器上方側，且經由連接管連通於上述儲存容器內，並具有上述金屬原料流出口及上述金屬原料投入口之有底容器的輔助容器，在由能開閉並密封上述流出口的密封栓密封著該流出口狀態下，從上述投入口投入上述金屬原料的步驟；將上述反應爐內加熱至使上述輔助容器內的上述金屬原料及上述儲存容器內的上述金屬原料熔融，且對上述基板施行成膜處理時所必要既定溫度的步驟；朝上述儲存容器內供應氣體，使該氣體與上述金屬原料進行反應而生成原料氣體，再將該原料氣體從上述儲存容器內排出並供應給上述基板，而對該基板施行成膜處理的步驟；將經施行上述成膜處理後的上述基板從上述反應爐內搬出的步驟；以及將密封上述流出口的上述密封栓呈開啟狀態，而將上述輔助容器內的上述金屬原料經由上述流出口及上述連接管，補充於上述儲存容器內的步驟。
  9. 如請求項8之半導體製造方法，其中，從上述輔助容器的上述投入口所投入之上述金屬原料，係固化物。
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