TWI390078B - Iii族氮化物半導體之氣相成長裝置 - Google Patents

Iii族氮化物半導體之氣相成長裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI390078B
TWI390078B TW099105553A TW99105553A TWI390078B TW I390078 B TWI390078 B TW I390078B TW 099105553 A TW099105553 A TW 099105553A TW 99105553 A TW99105553 A TW 99105553A TW I390078 B TWI390078 B TW I390078B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
tray
substrate
vapor phase
phase growth
nitride semiconductor
Prior art date
Application number
TW099105553A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201040310A (en
Inventor
Kenji Iso
Yoshiyasu Ishihama
Ryohei Takaki
Yuzuru Takahashi
Original Assignee
Japan Pionics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Pionics filed Critical Japan Pionics
Publication of TW201040310A publication Critical patent/TW201040310A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI390078B publication Critical patent/TWI390078B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/301—AIII BV compounds, where A is Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C23C16/303—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C23C16/4586—Elements in the interior of the support, e.g. electrodes, heating or cooling devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Description

III族氮化物半導體之氣相成長裝置
本發明係關於III族氮化物半導體之氣相成長裝置(MOCVD裝置)，更具體地說，本發明係關於下述的III族氮化物半導體之氣相成長裝置，其包括保持基板的托盤、對基板進行加熱用的加熱器、原料氣體導入部、反應爐以及反應氣體排出部等。
有機金屬化合物氣相成長法(MOCVD法)，與分子束外延法(MBE法)一起，常用於氮化物半導體的結晶成長。特別是，MOCVD法的結晶成長速度快於MBE法，另外，也不必要求像MBE法那樣的高真空裝置等，由此，廣泛地用於產業界的化合物半導體量產裝置。近年，為了提高伴隨藍色或紫外線LED和藍色或紫外線雷射二極體的普及，氮化鎵、氮化銦鎵、氮化鋁鎵的量產性，人們對構成MOCVD法的物件的基板的直徑的增加、數量的提高大量地進行了研究。
作為這樣的氣相成長裝置，比如，像專利文獻1～3所示的那樣，可列舉有下述氣相成長裝置，其包括用於保持基板的托盤、用於對基板進行加熱的加熱器、設置於托盤的中心部的原料氣體導入部、由從托盤和托盤的相對面的間隙形成的反應爐、設置於托盤的外周側的反應氣體排出部。在這些氣相成長裝置中，形成多個基板保持架設置於托盤上，通過驅動手段使托盤自轉，並且基板保持架實現自公轉的方案。
專利文獻1：日本特開2002-175992號公報
專利文獻2：日本特開2007-96280號公報
專利文獻3：日本特開2007-243060號公報
專利文獻4：日本特開2002-246323號公報
但是，在像這樣的氣相成長裝置中，同樣具有尚未解決的多個課題。在氣相成長裝置的反應爐中，各種原料氣體在高溫加熱的基板表面上分解，在基板表面上結晶。但是，具有下述的問題，即，伴隨基板的直徑的增加、數量的增加，反應爐內的原料氣體流路長，原料氣體無法有效地到達下游側，下游側的基板表面的結晶成長速度減少。另外，設置於構成有機金屬氣相成長的物件的基板所面對的一側的相對面通過加熱器加熱，在該相對面的表面，原料氣體反應，形成結晶，伴隨成長次數的反復，結晶慢慢地堆積。為此，基板上的原料氣體的反應效率減少，經濟性降低，而且也難以以良好的再現性獲得高品質的結晶膜。
另外，在專利文獻4中，列舉有下述的III族氮化物半導體用的MOCVD裝置，其特徵在於對MOCVD反應爐的托盤的相對面進行冷卻，通過石英而形成反應管的其他的部分。針對該發明而記載到，通過對相對面進行水冷，藍寶石上的AlN成膜速度達到過去的未水冷的成膜速度的2.4倍。但是，在該發明中，同樣只獲得1.2μm/h的AlN的成膜速度，在有效的原料氣體的利用的方面是不充分的。在以工業方式，進行氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)的成長的場合，成長速度為2.5μm/h係在經濟上是不成立的，而需要4.0μm/h以上的成長速度。實際上，工業上目前製造的GaN膜按照4.0μm/h的成長速度進行成長。另外，在該發明中，構成反應爐的材料採用不銹鋼和石英，但是，人們熟知，不銹鋼的性能在溫度700℃以上時發生退化，對於石英，由於熱傳導率顯著小，故難以將反應爐保持在均勻的溫度。
於是，本發明要解決的課題在於提供一種III族氮化物半導體之氣相成長裝置，其為前述那樣的氣相成長裝置，即使在保持於具有較大直徑的托盤上的大直徑的多個基板的表面上進行結晶成長的情況下，即使在1000℃以上的溫度對基板進行加熱，進行結晶成長的場合，仍可按照4.0μm/h以上的成長速度而實現高品質的結晶成長。
本發明人為了解決這些課題而進行了深入的研究，其結果發現為了使托盤和托盤的相對面的間隙變窄，另外抑制原料氣體在相對面的表面上發生反應，進行結晶的情況，通過形成較低地控制相對面的溫度的結構，基板上的原料氣體的反應效率提高，並且以良好的再現性獲得高品質的結晶膜，因而實現了本發明的氣相成長裝置。
換言之，本發明係關於一種III族氮化物半導體之氣相成長裝置，其包括用於保持基板的直徑在30～200cm的範圍內的托盤；該托盤的相對面；用於加熱該基板的加熱器；設置於該托盤的中心部的原料氣體導入部；由該托盤和該托盤的相對面的間隙形成的反應爐；設置於該托盤的外周側的反應氣體排出部，其特徵在於基板和托盤的相對面的間隙在基板的上游側的位置在2～8mm的範圍內，並且在基板的下游側的位置在1～5mm的範圍內，該氣相成長裝置具有使冷媒在該托盤的相對面流通的結構，在反應爐中原料氣體所接觸的部分的材料由碳系材料、氮化物系材料、碳化物系材料、鉬、銅、氧化鋁、在表面上覆蓋碳系材料的材料或這些材料的複合材料形成。
在本發明的氣相成長裝置中，通過使托盤和托盤的相對面的間隙變窄，並且使冷媒在托盤的相對面流通，對該相對面的表面進行冷卻，即使在大直徑、多個基板的表面上進行結晶成長的情況下，即使在1000℃以上的溫度對基板進行加熱的場合，仍可緩和或消除下游側的基板表面的結晶成長速度減少的問題，向基板上的原料氣體的反應效率提高，以良好的再現性獲得高品質的結晶膜。
 實施發明之最佳形態
本發明適用於下述的III族氮化物半導體之氣相成長裝置，該裝置包括用於保持基板的托盤；該托盤的相對面；用於加熱該基板的加熱器；設置於該托盤的中心部的原料氣體導入部；由該托盤和托盤的相對面的間隙形成的反應爐；以及設置於該托盤的外周側的反應氣體排出部。本發明的氣相成長裝置為主要用於進行使氮化物半導體(由從鎵、銦、鋁中選擇的1種或2種以上的金屬與氮形成的化合物)的結晶成長的氣相成長裝置。在本發明中，特別是在保持直徑大於3吋的尺寸的多個基板的氣相成長的場合，可充分地發揮效果。由於將這樣的尺寸的基板保持在托盤上，故對於用於本發明的托盤的尺寸，通常直徑在30～200cm的範圍內，最好直徑在50～150cm的範圍內。
下面根據第1圖～第5圖，對本發明的氣相成長裝置進行具體說明，但是，本發明並不受限於彼等。
另外，第1圖、第2圖為表示本發明的氣相成長裝置的一個例子的垂直剖視圖(第1圖為下述的氣相成長裝置，其具有通過使圓盤12旋轉，以使托盤2旋轉的手段，第2圖為下述的氣相成長裝置，其具有通過使托盤旋轉軸13旋轉，以使托盤2旋轉的手段)。第3圖、第4圖分別為第1圖、第2圖中的使冷媒流通的結構附近的放大剖視圖。第5圖為表示本發明的氣相成長裝置中的托盤的形式的例子的結構圖。
本發明的III族氮化物半導體之氣相成長裝置像第1圖所示的那樣，為下述的III族氮化物半導體之氣相成長裝置，其包括用於保持基板1的托盤2；托盤的相對面3；用於對基板進行加熱的加熱器4；設置於托盤的中心部的原料氣體導入部5；由托盤和托盤的相對面的間隙形成的反應爐6；具有設置於該托盤的外周側的反應氣體排出部7，該裝置包括使冷媒在托盤的相對面3流通的結構8。
此外，本發明的III族氮化物半導體之氣相成長裝置也可像第2圖所示的那樣，為下述的氣相成長裝置，其中用於將惰性氣體噴向反應爐內的微多孔部9；用於將惰性氣體供向該微多孔部的結構10設置於托盤的相對面上。
在本發明中，無論哪個的氣相成長裝置，基板和托盤的相對面的間隙在基板的上游側的位置在2～8mm的範圍內，並且在基板的下游側的位置在1～5mm的範圍內，在反應爐中，原料氣體所接觸的部分的材料為由碳系材料、氮化物系材料、碳化物系材料、鉬、銅、氧化鋁、在表面覆蓋有碳系材料的材料或它們的複合材料構成。
另外，本發明的托盤的形式比如，像第5圖所示的那樣，呈圓盤狀，在其周邊部具有用於保持多個基板的空間。在第1圖所示的那樣的氣相成長裝置中，形成下述的結構，其中在外周具有齒輪的多個圓盤(使托盤2旋轉的圓盤12)按照與托盤的外周的齒輪嚙合的方式設置，通過外部的旋轉發生部而使圓盤12旋轉，藉以形成使托盤旋轉的結構。
在本發明的氣相成長裝置中，構成原料氣體的有機金屬化合物(三甲基鎵、三乙基鎵、三甲基銦、三乙基銦、三甲基鋁、三乙基鋁等)、氨和載氣(氫、氮等的惰性氣體，或它們的混合氣體)等像第1圖、第2圖所示的那樣，從來自外部的管11供向原料氣體導入部5，另外從原料氣體導入部5導入反應爐6中，反應後的氣體從排出部7排到外部。此外，原料氣體導入部的各氣體噴射口在第1圖、第2圖中為2個上下平行噴射型，但是，在本發明中，並不限於噴射口數量、形態等的條件。也可設置比如，有機金屬化合物、氨和載氣的各自的噴射口(共計3個噴射口)。
通過基板保持架15保持的成為有機金屬氣相成長對象的基板1，係如第3圖、第4圖所示的那樣，通過借助加熱器4加熱的均熱板14而加熱。原料氣體在已加熱的基板表面附近進行分解、反應，在基板上形成結晶。就過去的氣相成長裝置來說，一般，基板的相對面3放置於離基板10mm以上的位置。這是因為，在將相對面接近距離基板10mm以下的距離而設置的場合，相對面也通過來自加熱器的輻射熱而被加熱，而產生在相對面的表面上，氮化物半導體結晶的問題。
該現象係與氮化物半導體的成長有關，牽涉到無法獲得再現性良好、高品質的結晶膜的問題。另外，如果相對面3的表面設置於相對基板離開10mm以上的位置，則原料氣體無法充分地靠近基板表面，其結果是，氮化物半導體的成長速度降低。該成長速度的降低在基板的下游側特別顯著，比如，如果基板的尺寸在3吋以上，則具有在下游側的基板表面，原料氣體幾乎不到達基板表面的危險。其結果是，在基板下游側的表面，全部的氮化物半導體無法成長的可能性增加。
在本發明的氣相成長裝置中，相對面靠近基板，另外，為了抑制在相對面的表面上的氮化物半導體的結晶化，通過使冷媒流過使設置於相對面(的構成物)上的冷媒流通的結構8，進行降低相對面(的構成物)的溫度的控制。具體來說，基板和托盤的相對面的間隙在基板的上游側的位置16(第3圖、第4圖)在2～8mm的範圍內，並且在基板的下游側的位置17(第3圖、第4圖)在1～5mm的範圍內時，可有效地將原料氣體不分解地供給到下游側的基板表面處。另外，最好，托盤和托盤的相對面的間隙按照從托盤的中心部朝向周邊部而變窄的方式構成。相對面對於基板的傾斜角度α在0.376～5.25度的範圍內。上述下限的值按照tanα為1mm/6inch的方式設定，上述上限的值按照tanα為7mm/3inch的方式設定。
另外，關於上述托盤(基板)和托盤的相對面的間隙，如果比如，基板和相對面的間隙為8mm，將基板加熱到1050℃，則相對在不使冷媒(水)流通的場合，相對面的表面溫度達到800℃左右的情況，在使冷媒(水)流通的場合，相對面的表面溫度通常在400℃左右，根據冷媒的流通條件，可將該表面溫度降低到200℃左右。如果相對面的表面溫度在800℃左右，則在相對面的表面產生結晶成長反應，氮化物半導體的結晶堆積，但是，在相對面的表面溫度在400℃以下的場合，結晶成長反應極慢，可使氮化物半導體的結晶的堆積極少。
在本發明的氣相成長裝置的反應爐中，原料氣體所接觸的部分的材料(比如，在第3圖中指托盤2、托盤的相對面3、圓盤12，在第4圖中指托盤2、托盤的相對面3、微多孔部9)採用下述的材料。即，作為碳系材料，列舉有碳、熱解石墨(PG)、玻璃碳(GC)，作為氮化物系材料，列舉有氮化鋁(AlN)、氮化硼(BN)、氮化矽(Si3 N4 )，作為碳化矽系材料，列舉有碳化矽(SiC)、碳化硼(B4 C)，作為其他的材料，列舉有鉬、銅、氧化鋁。另外，作為將2種以上的上述的材料組合的複合材料，列舉有PG覆層-碳複合材料，GC覆層-碳複合材料，SiC覆層-碳複合材料。其中，碳系材料、氮化物系、碳化物系材料、複合材料並不限於上述材料。另外，按照比如，托盤的相對面(的組成物)的材料採用碳，托盤的材料採用SiC覆層-碳複合材料的方式，在反應爐中原料氣體所接觸的部分的材料也可並不相同。但是，從熱傳導良好、按照均勻的溫度加熱容易的方面來說，最好，原料接觸部的最優的材料採用碳系材料、在表面覆蓋碳系材料的材料。
作為使冷媒流通的結構8，通常，管設置於相對面(的構成物)的內部。管既可為1根，也可為多根。另外，關於管的結構，沒有特別的限定，但是，比如，可列舉有多根管從相對面(的構成物)的中心部，呈輻射狀設置的類型，或呈螺旋狀設置的類型等。冷媒流動的方向並沒有特別的限定。流過管8的冷媒採用任意的高沸點溶劑，特別是最好採用沸點在90℃以上的溶劑。對於這樣的冷媒，可列舉有水、有機溶劑、油等。
另外，還像第2圖、第4圖所示的那樣，在托盤的相對面上，可獨立於使冷媒流通的結構，而設置用於向反應爐的內部噴射惰性氣體的微多孔部9與用於將惰性氣體供向微多孔部的結構10。微多孔的設置位置通常設置於至少相當於基板的位置的相對面的表面。另外，用於將惰性氣體供給微多孔的結構10通常採用配管。
在本發明中，通過將惰性氣體從微多孔部噴向反應爐的內部，可有效防止相對面表面上的氮化物半導體的結晶化。即使為第1圖、第3圖所示的那樣的氣相成長裝置的情況下，如果與不使冷媒流過相對面的結構的氣相成長裝置相比較，則相對面表面上的氮化物半導體的結晶化顯著減少。但是，像第2圖、第4圖所示的那樣，從設置於相對面的表面上的多個孔噴射惰性氣體，由此，可更有效地防止相對面的表面上的氮化物半導體的結晶化。
下面通過實施例，對本發明進行具體說明，但是，本發明並不受其限制。
實施例 (實施例1) (氣相成長裝置的製作)
在不銹鋼製作的反應容器的內部，設置圓板狀的托盤(可保持具有SiC覆層-碳複合材料制、直徑600mm、厚度20mm、3吋的5個基板)，具有使冷媒流通的結構的托盤的相對面(碳製)，加熱器、原料氣體的導入部(碳製)，反應氣體排出部等，製作第1圖所示的那樣的氣相成長裝置。另外，在氣相成長裝置中，設定由3吋尺寸的藍寶石(C面)形成的5個基板。另外，作為使冷媒流通的結構，1根管從中心部朝向周邊部呈螺旋狀設置。
(氣相成長實驗)
採用這樣的氣相成長裝置，按照基板的上游側的位置的間隙(第3圖中的標號16)為8.0mm，基板的下游側的位置的間隙(第3圖中的標號17)為3.0mm的方式將5個藍寶石基板保持於托盤上，在基板的表面上，進行氮化鎵(GaN)的成長。另外，相對面對於基板的傾斜角度α為3.75度。在開始對抗面的冷卻用管的冷卻水迴圈(流量：18L/min)後，在使氫流動的同時，使基板的溫度上升到1050℃，進行基板的清潔。接著，將基板的溫度降低到510℃，原料氣體採用三甲基鎵(TMG)和氨，載氣採用氫，使由GaN形成的緩衝層按照約20nm的膜厚成長於藍寶石基板上。
在緩衝層成長後，僅停止TMG的供給，將溫度上升到1050℃。然後，原料氣體採用TMG(流量：120cc/min)、氨(流量：50L/min)、載氣採用氫(流量：80L/min)、氮(流量：95L/min)，使未摻雜GaN成長1個小時。另外，包括緩衝層的全部成長以按照10rpm的速度使基板自轉的同時進行。此時的托盤的相對面的表面溫度為410℃。
在像上述那樣，使氮化物半導體成長之後，降低溫度，從反應容器取出基板，測定GaN膜厚。其結果是，GaN膜厚的平均值為4.23μm。這表明GaN平均成長速度為4.23μm/h。另外，在托盤的相對面的表面上，幾乎看不到結晶。
第6圖表示實施例1的GaN成膜的3吋基板面內膜厚分佈。另外，橫軸中的0點表示基板的中心，其他的值表示距該中心的距離。知道同樣在3吋的基板中，面內的膜厚變化幾乎是沒有的(膜厚的變化2%)，在涵蓋基板整體的範圍內，可按照4.0μm/h以上的成長速度形成膜。
(實施例2～6)
針對實施例1的氣相成長裝置的製作，除了將托盤的相對面的材料分別變為氮化物系材料(實施例2)、碳化物系材料(實施例3)、鉬(實施例4)、銅(實施例5)、氧化鋁(實施例6)以外，按照與實施例1相同的方式，製作氣相成長裝置。
按照與實施例1的氣相成長實驗相同，在基板的表面上進行氮化鎵(GaN)的成長，其結果是，GaN膜厚的平均值均在4.1～4.3μm的範圍內。
(實施例7)
針對實施例1的氣相成長實驗，除了在氣相成長中，使基板自轉以外，按照與實施例1相同的方式，進行氣相成長實驗(氣相成長裝置、氣體的流量、溫度等的條件完全相同)。第7圖表示實施例7中的GaN成膜的3吋基板面內膜厚成長速度。另外，橫軸中的0點表示基板的原料氣體上游側基板端，其他的值表示從該基板端，通過基板中心到原料氣體下游側基板端的距離。知道，可在基板上游側，按照約5.5μm/h，在基板下游側，按照3.0μm/h以上的成長速度而形成膜。
(比較例1)
針對實施例1的氣相成長裝置的製作，除了改變托盤相對面的傾斜以外，按照與實施例1相同的方式，製作氣相成長裝置。由此，在將5個藍寶石基板保持於托盤上時，基板的上游側的位置的間隙(第3圖中的標號16)為10.7mm，基板的下游側的位置的間隙(第3圖中的標號17)為4.0mm。又，相對面相對於基板的傾斜角度為5.02°。
與實施例1的氣相成長實驗相同，在基板的表面上，進行氮化鎵(GaN)的成長，其結果是，GaN膜厚的平均值為1.70μm。這表明GaN平均成長速度為1.70μm/h。其結果顯示僅通過相對面的冷卻，是不能夠獲得有效的成長速度。比較例1的GaN成膜的3吋基板面內膜厚分佈如第6圖所示。
(比較例2)
針對實施例7的氣相成長裝置的製作，除了改變托盤相對面的傾斜以外，按照與實施例7相同的方式，製作氣相成長裝置。由此，在將5個藍寶石基板保持於托盤上時，基板的上游側的位置的間隙(第3圖中的標號16)為10.7mm，基板的下游側的位置的間隙(第3圖中的標號17)為8.0mm。又，相對面相對於基板的傾斜角度為2.03°。
與實施例7的氣相成長實驗相同(在氣相成長中，不使基板自轉)，在基板的表面上，進行氮化鎵(GaN)的成長。第7圖表示比較例2的GaN成膜的3吋基板面內膜厚成長速度。在基板上游側，按照約4.1μm/h成長，但是在基板下游側，成長速度幾乎為0。
(比較例3)
針對實施例7的氣相成長裝置的製作，除了改變托盤的相對面的傾斜以外，按照與實施例7相同的方式，製作氣相成長裝置。由此，在將5個藍寶石基板保持於托盤上時，基板在上游側位置的間隙(第3圖中的標號16)為12.0mm，基板在下游側位置的間隙(第3圖中的標號17)為12.0mm。又，相對面對於基板的傾斜角度為0.00°。
與實施例7的氣相成長實驗相同(在氣相成長中，不使基板自轉)，在基板的表面上，進行氮化鎵(GaN)的成長。第7圖表示比較例3的GaN成膜的3吋基板面內膜厚成長速度。在基板上游側，按照約1.0μm/h成長，但是距基板位置15mm，在基板下游側的範圍內，成長速度幾乎為0。
如以上所述，知道本發明的氣相成長裝置在基板表面的氣相成長時，可大幅度地抑制托盤的相對面表面的結晶化，以良好的效率獲得高品質的結晶膜。
1．．．基板
2．．．托盤
3．．．托盤的相對面
4．．．加熱器
5．．．原料氣體導入部
6．．．反應爐
7．．．反應氣體排出部
8．．．流通冷媒的結構
9．．．微多孔部
10．．．用以供給惰性氣體的結構
11．．．氣體配管
12．．．旋轉產生部
13．．．托盤旋轉部
14．．．均熱板
15．．．基板保持器
16．．．基板在上游側位置的間隙
17．．．基板在下游側位置的間隙
第1圖為表示本發明的氣相成長裝置的一個例子的垂直剖視圖。
第2圖為表示本發明的第1圖以外的氣相成長裝置的一個例子的垂直剖視圖。
第3圖為第1圖中的使冷媒流通的冷卻管附近的放大剖視圖。
第4圖為第2圖中的使冷媒流通的冷卻管附近的放大剖視圖。
第5圖為表示本發明的氣相成長裝置中的托盤的形式的例子的結構圖。
第6圖為實施例1和比較例1中的3吋基板面內膜厚分佈。
第7圖為實施例7、比較例2和比較例3的3吋基板面內膜厚分佈。
1．．．基板
2．．．托盤
3．．．托盤的相對面
4．．．加熱器
5．．．原料氣體導入部
6．．．反應爐
7．．．反應氣體排出部
8．．．流通冷媒的結構
11．．．氣體配管
12．．．旋轉產生部

Claims (7)

  1. 一種III族氮化物半導體之氣相成長裝置，其包括用於保持基板的直徑在30～200cm的範圍內的托盤；該托盤的相對面；用於加熱該基板的加熱器；設置於該托盤的中心部的原料氣體導入部；由該托盤和該托盤的相對面的間隙形成的反應爐；及設置於該托盤的外周側的反應氣體排出部，其特徵在於基板和托盤的相對面的間隙在基板的上游側的位置在2～8mm的範圍內，並且在基板的下游側的位置在1～5mm的範圍內，該氣相成長裝置具有使冷媒在該托盤的相對面流通的結構，在反應爐中原料氣體所接觸的部分的材料由碳系材料、氮化物系材料、碳化物系材料、鉬、銅、氧化鋁、在表面上覆蓋碳系材料的材料或這些材料的複合材料而形成的。
  2. 如申請專利範圍第1項之III族氮化物半導體之氣相成長裝置，其中托盤和托盤的相對面的間隙為從托盤的中心部朝向周邊部而變窄的結構，並且相對面對於基板的傾斜角度α在0.376～5.25度的範圍內。
  3. 如申請專利範圍第1項之III族氮化物半導體之氣相成長裝置，其中在托盤的相對面上，設置用於將惰性氣體朝向反應爐內噴射的微多孔部以及用於將該惰性氣體供向該微多孔部的結構。
  4. 如申請專利範圍第1項之III族氮化物半導體之氣相成長裝置，其中基板的結晶成長面按照朝下的方式設定。
  5. 如申請專利範圍第1項之III族氮化物半導體之氣相成長裝置，其中托盤按照保持多個直徑3吋以上的尺寸的基板的方式設定。
  6. 如申請專利範圍第1項之III族氮化物半導體之氣相成長裝置，其中氮化物半導體為由從鎵、銦和鋁中選擇的1種或2種以上的金屬與氮形成的化合物。
  7. 如申請專利範圍第1項之III族氮化物半導體之氣相成長裝置，其中托盤的直徑在50～150cm的範圍內。
TW099105553A 2009-02-26 2010-02-26 Iii族氮化物半導體之氣相成長裝置 TWI390078B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009043947 2009-02-26
JP2009052247 2009-03-05
JP2009134165A JP2010232624A (ja) 2009-02-26 2009-06-03 Ｉｉｉ族窒化物半導体の気相成長装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201040310A TW201040310A (en) 2010-11-16
TWI390078B true TWI390078B (zh) 2013-03-21

Family

ID=42653600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW099105553A TWI390078B (zh) 2009-02-26 2010-02-26 Iii族氮化物半導體之氣相成長裝置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20100229794A1 (zh)
JP (1) JP2010232624A (zh)
KR (1) KR20100097609A (zh)
CN (1) CN101818333A (zh)
TW (1) TWI390078B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102477546A (zh) * 2010-11-25 2012-05-30 绿种子能源科技股份有限公司 具有冷却模块的薄膜沉积装置
CN102766850A (zh) * 2011-05-05 2012-11-07 绿种子能源科技股份有限公司 薄膜沉积装置
US9948214B2 (en) 2012-04-26 2018-04-17 Applied Materials, Inc. High temperature electrostatic chuck with real-time heat zone regulating capability
CN103726103B (zh) * 2012-10-10 2016-04-27 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 一种反应腔室
JP6058515B2 (ja) * 2013-10-04 2017-01-11 漢民科技股▲分▼有限公司 気相成膜装置
JP6384758B2 (ja) * 2014-09-30 2018-09-05 新東工業株式会社 付着物除去方法
WO2017057271A1 (ja) * 2015-09-30 2017-04-06 日本碍子株式会社 エピタキシャル成長用配向アルミナ基板
DE102017100725A1 (de) * 2016-09-09 2018-03-15 Aixtron Se CVD-Reaktor und Verfahren zum Reinigen eines CVD-Reaktors
JP2018133471A (ja) * 2017-02-16 2018-08-23 漢民科技股▲分▼有限公司 気相成膜装置
CN112342524B (zh) * 2020-11-06 2022-06-17 辽宁百思特达半导体科技有限公司 一种氮化镓高铝组分的外延生长方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6457712A (en) * 1987-08-28 1989-03-06 Sumitomo Metal Ind Vapor growth device
US5647945A (en) * 1993-08-25 1997-07-15 Tokyo Electron Limited Vacuum processing apparatus
US6090211A (en) * 1996-03-27 2000-07-18 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Apparatus and method for forming semiconductor thin layer
JP3968777B2 (ja) * 2002-06-03 2007-08-29 ソニー株式会社 気相成長装置及び気相成長方法
JP4193883B2 (ja) * 2006-07-05 2008-12-10 住友電気工業株式会社 有機金属気相成長装置

Also Published As

Publication number Publication date
TW201040310A (en) 2010-11-16
KR20100097609A (ko) 2010-09-03
CN101818333A (zh) 2010-09-01
US20100229794A1 (en) 2010-09-16
JP2010232624A (ja) 2010-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI390078B (zh) Iii族氮化物半導體之氣相成長裝置
JP4945185B2 (ja) 結晶成長方法
TWI385274B (zh) 氣相成長裝置及氣相成長方法
US8491720B2 (en) HVPE precursor source hardware
JP2014207459A (ja) 三塩化ガリウムを製造するための大容量送達方法
TWI521089B (zh) 氣相成膜裝置
JP2008516877A (ja) ＧａＮ結晶またはＡｌＧａＮ結晶の製造法
JP2008066490A (ja) 気相成長装置
US8679254B2 (en) Vapor phase epitaxy apparatus of group III nitride semiconductor
TW201108305A (en) Gas phase growing apparatus for group III nitride semiconductor
JP2012243861A (ja) 膜成長装置および発光ダイオード
JP6257437B2 (ja) 結晶成長装置
JP2013026358A (ja) シャワープレート及び気相成長装置
JP2009032784A (ja) 気相成長装置、及び半導体素子の製造方法
TW201335419A (zh) 用於化學氣相沈積工藝之噴淋頭
JP2014207357A (ja) サセプタ及びそれを用いた気相成長装置
JP5064132B2 (ja) 気相成長装置、及び半導体素子の製造方法
JP5100231B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物製造装置
JP6499917B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物単結晶の製造方法
JP2010219225A (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体の気相成長装置
JP7209569B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物基板の製造装置及び製造方法
TW201319306A (zh) 氣相成長裝置之構成零件之洗淨裝置及洗淨方法
JP2013030632A (ja) 窒化ガリウムの気相成長方法
JP2013048158A (ja) 窒化ガリウムの気相成長方法
JP7432465B2 (ja) 気相成長装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees