WO2011016121A1 - 成膜装置 - Google Patents

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WO2011016121A1
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semiconductor substrate
substrate
susceptor
forming apparatus
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信 橋本
達也 田辺
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住友電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a film forming apparatus for vapor-depositing or vacuum depositing a thin film on a main surface of a substrate. More specifically, the present invention relates to a semiconductor wafer when forming a thin film on a main surface of a semiconductor substrate. The present invention relates to a film forming apparatus for controlling the main surface of the film to be bent by heating.
  • the raw material constituting the thin film to be formed is heated on one main surface of the semiconductor substrate while heating.
  • the method of exposing to gas is generally performed.
  • the source gas for example, a source gas containing a group III nitride semiconductor organometallic compound that becomes a cation or a group V element that becomes an anion is used. By supplying these source gases onto the main surface of the heated semiconductor substrate, a thin film is grown on one main surface of the semiconductor substrate.
  • Non-Patent Document 1 A technique for growing a thin film on a heated semiconductor substrate using the above-described source gas (vapor phase) is called vapor phase growth.
  • a semiconductor substrate is set in an apparatus for performing vapor phase growth, and the semiconductor substrate is heated.
  • a susceptor is provided as a member. In any of the methods for heating a semiconductor substrate disclosed in Non-Patent Document 1, a semiconductor substrate to be heated is set on a susceptor.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an outline of the inside of a film forming apparatus by vapor deposition that has been conventionally used.
  • a conventional deposition apparatus 100 by vapor deposition is lower than a main surface direction of a susceptor 1 for setting a substrate, for example, a semiconductor substrate 10 (in FIG.
  • a heater 2 as a heating member is provided in a direction facing the main surface opposite to the side on which the substrate 10 is set. That is, the susceptor 1 and the semiconductor substrate 10 are heated from below the susceptor 1.
  • a flow channel 3 for flowing a source gas is installed on the upper side of the susceptor 1 (in FIG. 6, the direction facing the side on which the semiconductor substrate 10 is set).
  • the source gas constituting the thin film to be formed is supplied from the source gas nozzle 4 installed at one end (upstream side) of the flow channel 3. It flows inside the flow channel 3 so that one main surface of the semiconductor substrate 10 (the upper main surface shown in FIG. 6) can be exposed to this source gas. Then, a thin film composed of the supplied source gas is formed on the main surface of the heated semiconductor substrate 10.
  • the curvature of the semiconductor substrate 10 to be described later that is, the direction along the main surface of the semiconductor substrate 10, using laser light emitted from the module 5 installed on the ceiling (upper side) inside the film forming apparatus 100. The degree of curvature with respect to can be measured.
  • Non-patent Document 2 it is indicated by data that a wafer as a semiconductor substrate is warped (curved) even if the temperature is raised.
  • the warpage of the semiconductor substrate occurs because a temperature difference between the upper and lower sides of the semiconductor substrate appears due to the heat flow generated by the temperature rise of the semiconductor substrate.
  • a susceptor as a member for setting a semiconductor substrate and heating the semiconductor substrate is currently set on a semiconductor substrate on which a thin film is to be grown on the upper side of the susceptor.
  • a heater is installed on the side to heat the susceptor.
  • a semiconductor substrate installed in the upper side of a susceptor is heated by heating a susceptor from the lower side with a heater.
  • the method of flowing the raw material gas which comprises the thin film to form on the upper side of a semiconductor substrate is used. In the case of the phase down, the above case is upside down.
  • a semiconductor substrate on which a thin film is to be grown is set below the susceptor, and a heater for heating the susceptor is installed above the susceptor. And a semiconductor substrate installed in the lower side of a susceptor is heated by heating a susceptor from the upper side with a heater. And the method of flowing the gas of the raw material which comprises the thin film to form on the lower side of a semiconductor substrate is used.
  • the heat of the heater is transmitted from the lower side of the susceptor to the upper side, and is transmitted from the lower side to the upper side of the semiconductor substrate set on the upper side of the susceptor. Furthermore, heat flows due to radiation above the semiconductor substrate and heat transfer to the raw material gas. Then, a temperature difference appears between the upper and lower sides with respect to the main surface direction of the semiconductor substrate. Therefore, a wafer that is a semiconductor substrate is warped (curved) in the direction along the main surface.
  • the lower temperature of the wafer becomes higher than the upper temperature, so that warpage occurs so that the lower side of the wafer is convex (convex downward).
  • the upper temperature of the wafer becomes higher than the lower temperature, so that the upper side of the wafer is convex (convex upward). Warpage occurs to be.
  • the contact state between the main surface of the wafer and the susceptor varies depending on the position on the main surface of the wafer. For example, if the wafer is warped so that the wafer protrudes downward due to the heater installed on the lower side of the susceptor, the vicinity of the center of the main surface of the wafer comes into contact with the susceptor, but at the edge of the main surface. As the distance gets closer, the distance between the wafer and the susceptor increases. Therefore, in this case, the temperature of the central portion of the wafer is higher than the temperature of the edge of the wafer. In this way, the temperature distribution on the main surface of the wafer may cause the uniformity of the thin film grown on the wafer to deteriorate.
  • the wafer depending on the type of thin film grown on the main surface of the wafer, which is a semiconductor substrate, for example, when gallium nitride (GaN) is vapor-phase grown on the main surface of a silicon (Si) substrate, the wafer after film formation If the warpage (warpage that protrudes downward) becomes large, cracks may occur in the wafer. As described above, due to heat transfer and temperature difference between the upper side and the lower side in the direction along the main surface of the wafer, warpage of the wafer, deterioration of homogeneity, and occurrence of cracks in some cases Problems can occur.
  • GaN gallium nitride
  • Si silicon
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and its purpose is to form a thin film on the main surface of the semiconductor substrate so that the main surface of the semiconductor substrate is curved by heating. It is to provide a film forming apparatus to be controlled.
  • a film forming apparatus includes a susceptor that holds a substrate, a first heating member that is disposed to face one main surface of the susceptor, and the other of the susceptor that is located on the opposite side of the one main surface.
  • the 2nd heating member arrange
  • the film forming apparatus including two heating members the semiconductor substrate set on one main surface of the susceptor can be heated by the heating members from both the upper side and the lower side. .
  • the temperature difference between the upper side and the lower side becomes smaller than in the case where the heating member is provided and heated only on either the upper side or the lower side of the semiconductor substrate.
  • the amount of warpage when a thin film is grown on the semiconductor substrate can be reduced.
  • the temperature uniformity of the semiconductor substrate is improved, and the formed thin film is formed on the semiconductor substrate. It can be almost homogenized over the main surface.
  • the film forming apparatus includes a susceptor that holds a substrate, a first heating member that is disposed so as to face one main surface of the susceptor, and a susceptor that is positioned on the opposite side of the one main surface.
  • a second heating member disposed so as to face the other main surface, and a control unit capable of independently controlling the heating temperatures of the first heating member and the second heating member.
  • One heating member and the second heating member can heat only one or both. That is, the film forming apparatus according to the present invention has an ability to form a good film by heating only one of the first heating member and the second heating member. Therefore, it is possible to arbitrarily control the heat flow inside the film forming apparatus.
  • the possibility of cracks occurring in the semiconductor substrate can be reduced.
  • the heating member so as to face both one and the other main surface with respect to the main surface direction of the semiconductor substrate, the temperature difference of the source gas in the atmosphere facing the main surface of the semiconductor substrate as a result, the concentration gradient due to the gas can be reduced and the occurrence of convection of the source gas can be suppressed. For this reason, the film quality of the formed thin film can be improved.
  • the film forming apparatus further includes a measuring unit that measures the curvature or warpage of the substrate, and each of the first heating member and the second heating member is determined according to the result of measuring the curvature or warpage of the substrate.
  • the measurement result is fed back from the control unit to the first heating member and the second heating member while measuring the amount and direction of curvature of the semiconductor substrate in real time.
  • the temperatures of the first heating member and the second heating member can be controlled in real time so as to reduce the curvature. Since the warpage can be reduced by reducing the curvature, the warpage of the semiconductor substrate can be further reduced as described above.
  • the semiconductor substrate is heated using the susceptor and the heating member described above, and a raw material gas constituting a thin film to be formed is supplied onto one main surface of the semiconductor substrate while heating.
  • a raw material gas constituting a thin film to be formed is supplied onto one main surface of the semiconductor substrate while heating.
  • a source gas for using the above-described method (vapor phase growth) for example, a chloride gas or a hydride gas of a nonmetallic material may be used.
  • vapor of an organometallic compound may be used.
  • vapor of a component constituting a thin film of, for example, a group III nitride semiconductor is deposited in vacuum while the semiconductor substrate is heated. You may use the method by vacuum evaporation. By using this method, it is possible to slow down the film formation rate and to observe the thin film in situ while forming the film.
  • the film forming apparatus of the present invention it is possible to reduce the possibility of warping or cracking on the substrate and to improve the film quality of the grown thin film.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an outline of the inside of a film forming apparatus 201 including a control unit that controls the temperature of a heater.
  • FIG. It is a cross-sectional schematic diagram which shows the outline
  • a film deposition apparatus 200 by vapor deposition according to Embodiment 1 of the present invention is arranged above a susceptor 1 for setting a substrate, for example, a wafer that is a semiconductor substrate 10.
  • a heater 7 is provided as a first heating member disposed so as to face the surface.
  • a heating jig 6 is arranged in a region sandwiched between the heater 7 existing above the susceptor 1 and the susceptor 1.
  • the main surface refers to the surface set in the direction along the horizontal direction having the largest area among the surfaces of the semiconductor substrate 10 and the susceptor 1, for example.
  • growth and film formation are used almost synonymously.
  • a heater 2 as a second heating member is provided on the lower side of the susceptor 1 so as to face the main surface on the lower side of the susceptor 1.
  • a flow channel 3 for flowing a source gas is installed on the upper side of the susceptor 1.
  • the heater 7 and the heater 2 heat the susceptor 1 and the semiconductor substrate 10 thereon, a thin film to be formed is formed from the source gas nozzle 4 installed at one end (upstream side) of the flow channel 3.
  • the component source gas is flowed into the flow channel 3 so that one main surface (the upper main surface shown in FIG. 1) of the semiconductor substrate 10 is exposed to the source gas.
  • a thin film composed of the supplied source gas is formed on the main surface of the heated semiconductor substrate 10.
  • the curvature or warpage of the semiconductor substrate 10 to be described later that is, along the main surface of the semiconductor substrate 10, using the laser light emitted from the module 5 installed on the ceiling (upper side) of the film forming apparatus 200. It is possible to measure the degree of curvature with respect to the direction.
  • both the curvature and the warpage are quantitative indicators of the degree of curvature of the semiconductor substrate 10, but the curvature is an index representing the degree of curvature at a certain point on the main surface of the semiconductor substrate 10. Is an index representing the degree of curvature of the entire main surface of the semiconductor substrate 10 and the shape of the main surface of the semiconductor substrate 10 accompanying the curvature.
  • the heating jig 6, the heater 7, and the flow channel 3 are partially discontinuous in the left-right direction. This is because the laser light emitted from the module 5 is emitted from the main surface of the semiconductor substrate 10. This is to facilitate the image to be propagated upward. Therefore, as long as the laser beam from the module 5 can be transmitted, a member in which the left and right directions of the heating jig 6 and the heater 7 are continuous may be used. In FIG. 1, the laser beam from the module 5 is irradiated from above.
  • the module 5 is set near the side surface of the flow channel 3, and the module 5 to the main surface of the semiconductor substrate 10 are You may irradiate the laser beam which can permeate
  • FIG. 1 is a cross-sectional view, the heating jig 6, the heater 7, and the flow channel 3 are actually one member.
  • the susceptor 1 is for setting the semiconductor substrate 10.
  • both the susceptor 1 and the heating jig 6 have a role of uniformly transmitting the heat of the heater to the semiconductor substrate 10.
  • the heating jig 6 propagates the heat generated by the heater 7 and the susceptor 1 uniformly propagates the heat generated by the heater 2 to the semiconductor substrate 10.
  • Both the susceptor 1 and the heating jig 6 are made of carbon (C) coated with silicon carbide (SiC), for example. Since silicon carbide has high thermal conductivity and excellent heat resistance, heat can be smoothly propagated to the semiconductor substrate 10.
  • quartz, sapphire, SiC, carbon coated with pyrolytic carbon, boron nitride (BN), and tantalum carbide (TaC) are used as materials for the susceptor 1 and the heating jig 6. it can.
  • the flow channel 3 is a pipe provided for supplying a source gas onto the main surface of the semiconductor substrate 10.
  • quartz is used as the material of the flow channel 3.
  • a raw material gas constituting the thin film to be formed is supplied from the raw material gas nozzle 4 into the flow channel 3. At this time, if the semiconductor substrate 10 is heated by the heater 7 and the heater 2, the source gas supplied onto the main surface of the semiconductor substrate 10 is thermally decomposed and crystals (thin films) are formed on the main surface of the semiconductor substrate 10. Can be formed.
  • the gas supplied from the source gas nozzle 4 onto the main surface of the semiconductor substrate 10 has a high vapor pressure at room temperature formed by adding a methyl group (—CH 3 ) to the metal constituting the thin film.
  • a liquid or solid organometallic vapor and a non-metallic hydride gas are added.
  • These gases are blown onto the main surface of the heated semiconductor substrate 10 and thermally decomposed to obtain semiconductor crystals, thereby using a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE method) to form a group III compound semiconductor thin film as a semiconductor.
  • MOVPE method metal organic vapor phase epitaxy
  • a film can be formed on the main surface of the substrate 10. As described above, heating by the heater is performed in order to thermally decompose the supplied gas to form a crystal as a thin film.
  • a vapor phase growth method (VPE method) using a chloride gas may be used as a gas supplied from the source gas nozzle 4 onto the main surface of the semiconductor substrate 10.
  • a vapor phase growth method using a chloride gas and a hydride gas of a nonmetallic material is referred to as a hydride vapor phase growth method (H-VPE method).
  • H-VPE method a hydride vapor phase growth method using a chloride gas and a hydride gas of a nonmetallic material.
  • a temperature gradient occurs between the lower side and upper side of the main surface of the sapphire substrate, and the curvature of the main surface of the sapphire substrate is caused by the temperature gradient (temperature difference) between the lower side and upper side of the main surface of the sapphire substrate. Increases, warping occurs in the direction along the main surface of the sapphire substrate.
  • the source gas supplied to the inside of the flow channel 3 due to radiant heat or the like from the lower side to the upper side of the susceptor 1 due to radiant heat or the like from the lower side to the upper side of the susceptor 1, a gas temperature gradient occurs, resulting in active gas convection. Then, when the source gas supplied from the source gas nozzle 4 passes over the main surface of the semiconductor substrate 10, it passes while repetitively moving in the vertical direction by the convection of the gas. Such gas convection hinders stable vapor phase growth on the main surface of the semiconductor substrate 10.
  • the conventional film forming apparatus 100 shown in FIG. 6 includes a heater 7 as a first heating member disposed so as to face the upper main surface of the susceptor 1.
  • the semiconductor substrate 10 is heated using a film forming apparatus 200 shown in FIG. 1 having a configuration in which a heating jig 6 is arranged in a region sandwiched between the heater 7 present on the upper side and the susceptor 1.
  • the semiconductor substrate 10 set on one main surface of the susceptor 1 is heated by the heating member from both the upper side and the lower side.
  • the temperature difference between the upper side and the lower side is higher than that when the heating member is provided and heated only on either the upper side or the lower side of the semiconductor substrate 10 as in the film forming apparatus 100 shown in FIG. Get smaller.
  • the curvature of the main surface of the semiconductor substrate 10 when the thin film is grown on the semiconductor substrate 10 is compared with the case where the heating member is provided and heated only on either the upper side or the lower side of the semiconductor substrate 10. The degree of curvature can be reduced, and the amount of warpage can be reduced.
  • the film forming apparatus 200 for example, only one of the heater 7 and the heater 2 can be heated as necessary. For example, when only the heater 2 is heated without operating the heater 7 in the film forming apparatus 200, the same operation as the film forming apparatus 100 shown in FIG. 6 can be performed. In other words, the film forming apparatus 200 has a capability of forming a good film even if only one of the heater 7 and the heater 2 is used. Moreover, the heating temperature of the heater 7 and the heater 2 can be set to any heating temperature independently. Therefore, the heat flow inside the film forming apparatus 200 can be arbitrarily controlled.
  • each of the heater 7 and the heater 2 can be independently set to an arbitrary heating temperature, including the case where only one of the heater 7 and the heater 2 is heated.
  • two heating members are disposed on the main surface of the semiconductor substrate 10 so as to face both the main surfaces of one (upper side) and the other (lower side) with respect to the main surface direction of the semiconductor substrate 10.
  • the concentration gradient of the source gas in the facing atmosphere due to the temperature difference is reduced, and generation of convection of the source gas can be suppressed.
  • the source gas flows stably from the upstream side to the downstream side in the pipe of the flow channel 3. Therefore, vapor phase growth can be stably performed on the main surface of the semiconductor substrate 10, and the film quality of the grown thin film can be improved.
  • the contact state between the main surface of the semiconductor substrate 10 and the susceptor 1 is changed.
  • the upper position that is, the central portion and the edge of the semiconductor substrate 10 can be made substantially constant. Therefore, the temperature of the main surface of semiconductor substrate 10 can be made substantially constant regardless of the position on the main surface.
  • the thin film formed on the semiconductor substrate 10 can be made substantially homogeneous.
  • the possibility of cracks occurring in the semiconductor substrate 10 is reduced by reducing the warpage of the semiconductor substrate 10 after film formation and after temperature drop.
  • the warpage of the semiconductor substrate 10 is reduced.
  • the thermal expansion coefficient of the substrate (semiconductor substrate 10) and the film grown on the substrate are different, when the temperature is lowered after the film formation, the warpage of the substrate increases, and the substrate may crack. is there.
  • the warp generated based on the physical properties of the substrate during film formation is reduced (corrected). be able to.
  • the film forming apparatus 200 can heat only one of the heater 7 and the heater 2, and can independently control the temperature of each of the heater 7 and the heater 2 independently. It becomes possible.
  • the semiconductor substrate 10 on which the thin film is formed for example, a sapphire substrate, a Si wafer, a compound semiconductor such as GaN, SiC, aluminum nitride (AlN), or aluminum gallium nitride (AlGaN) wafer (substrate). It may be used.
  • the curvature can be measured using, for example, laser light emitted from the module 5 serving as a measurement unit installed on the ceiling (upper side) of the film forming apparatus 200.
  • the module 5 is set in the vicinity of the side surface of the flow channel 3, and from the diagonal direction with respect to the main surface of the semiconductor substrate 10 from the module 5 to the main surface of the semiconductor substrate 10, You may irradiate the laser beam which can permeate
  • the warpage of the semiconductor substrate 10 during film formation is obtained by calculation in the module 5 from the curvature measured by the module 5 (in-situ monitor).
  • a commercially available module 5 may be used as the module 5 for measuring the warpage of the semiconductor substrate 10 during film formation.
  • a module 5 of a type that calculates the warp by calculation after measuring the curvature of a certain point on the main surface of the semiconductor substrate 10 may be used, or the warp (shape) of the entire semiconductor substrate 10 may be measured.
  • a step meter or a surface roughness meter may be used.
  • the film forming apparatus 201 shown in FIG. 2 has a configuration in which the film forming apparatus 200 shown in FIG. 1 is further provided with a control unit 30 that controls the temperatures of the heater 7 and the heater 2.
  • the control unit 30 is connected to the module 5, and the module 5 performs real-time so that the curvature of the semiconductor substrate 10 becomes a predetermined value according to the result of measuring the curvature in the direction along the main surface of the semiconductor substrate 10.
  • the heating temperatures of the heater 7 and the heater 2 can be controlled independently.
  • the control unit 30 connected to the module 5 is connected to the heater 7 and the heater 2, and the curvature (warp) of the semiconductor substrate 10 is controlled by independently controlling the heating temperature of the heater 7 and the heater 2 in real time.
  • vapor deposition apparatus 301 As shown in FIG. 2, vapor deposition apparatus 301 according to Embodiment 2 of the present invention irradiates vapor of components constituting a thin film to be deposited on one main surface of a substrate, for example, semiconductor substrate 10.
  • a material container called a Knudsen cell 71 and a Knudsen cell 72 is provided with a material container having a pinhole at the tip.
  • the film forming apparatus 301 has a function of evacuating the apparatus.
  • the Knudsen cell 71 and the Knudsen cell 72 are provided with a pin on the main surface of the semiconductor substrate 10 in which a material is heated and evaporated in a vacuum higher than outer space and a jet flow (molecular beam) in which the evaporation molecules are scattered in a uniform direction is heated.
  • a group III nitride semiconductor thin film to be formed on the main surface of the semiconductor substrate 10 is crystal-grown by irradiation from the holes.
  • a film forming method for depositing on one main surface of a substrate by irradiating a molecular beam in a vacuum with the vapor scattering directions of the components constituting the thin film to be formed in a vacuum is used as a molecular beam epitaxy ( MBE method).
  • the Knudsen cell 71 and the Knudsen cell 72 are filled with aluminum (Al) and nitrogen (N), respectively. Then, the Knudsen cell 71 is heated to evaporate Al. Note that N filled in the Knudsen cell 72 is a gas at room temperature, so heating is not necessary. However, for example, when a metal material or the like is filled here, heating is performed in the same manner as the Knudsen cell 71 to evaporate the material. .
  • a jet stream (molecular beam) is irradiated onto one main surface of the semiconductor substrate 10 heated in vacuum from a pinhole at the tip of the Knudsen cell.
  • Al and N molecules that have reached the main surface of the semiconductor substrate 10 adhere and bond on the main surface of the heated semiconductor substrate 10 to form an AlN crystal. That is, this is a vacuum deposited AlN thin film.
  • the MBE method is a non-equilibrium system and does not involve a chemical reaction process, it is a film formation method suitable for analyzing a crystal growth mechanism and growing an ultrathin film.
  • Knudsen cells are installed in the film forming apparatus 301 in FIG. 3, the number of Knudsen cells may be increased depending on the type of thin film to be formed. For example, in order to form a ternary gallium aluminum arsenide (GaAlAs) thin film, three Knudsen cells may be installed.
  • GaAlAs gallium aluminum arsenide
  • the second embodiment of the present invention is different from the first embodiment of the present invention only in that the film forming apparatus 301 using the MBE method by vacuum evaporation described above is used. That is, as shown in FIG. 3, also in the film forming apparatus 301, the semiconductor substrate 10 is set on the upper side of the susceptor 1, and the first heating member arranged so as to face the main surface on the upper side of the susceptor 1. A heater 7 and a heater 2 as a second heating member arranged to face the lower main surface of the susceptor 1 are provided. The two heaters propagate heat to the semiconductor substrate 10 via the susceptor 1 and the heating jig 6, respectively.
  • the configuration in which the semiconductor substrate 10 set on one main surface of the susceptor 1 is heated by the heating member from both the upper side and the lower side is, for example, a film forming apparatus 200 shown in FIG. This is the same as the film forming apparatus 201 shown in FIG.
  • Example 1 is an example in which the film forming apparatus of the present invention improves the uniformity of the thin film formed and the curvature of the laminated structure.
  • a main surface (upper side in FIG. 4) of a 6-inch sapphire substrate 11 (c-plane) as a semiconductor substrate 10 shown in FIG.
  • Sample 1 was formed with a sapphire laminated structure 50 shown in FIG. 4 using a film forming apparatus 100 conventionally used as shown in FIG.
  • the temperature T of the main surface of the sapphire substrate 11 in the sapphire laminated structure 50 is measured using a thermocouple (not shown in FIG. 6), and T when forming the low-temperature GaN 21 is 500 ° C.
  • GaN 22 and AlGaN 42 were formed by using a metal organic vapor phase epitaxy method (MOVPE method) in a state where T when forming each of AlGaN 42 was 1050 ° C.
  • MOVPE method metal organic vapor phase epitaxy method
  • Sample 2 is heated only by heater 2 using film forming apparatus 200 according to Embodiment 1 of the present invention shown in FIG. 1, and heater 7 is not heated, so that sapphire laminated structure 50 shown in FIG. 4 is formed. did.
  • the heating temperature of the heater 2 conforms to the heating temperature when the sample 1 was prepared. Specifically, the temperature T of the main surface of the sapphire substrate 11 in the sapphire laminated structure 50 is obtained using a thermocouple (not shown in FIG. 1).
  • the metal organic chemical vapor deposition method MOVPE method
  • MOVPE method metal organic chemical vapor deposition method
  • the temperature T of the main surface of the sapphire multilayer structure 50 at this time conforms to the temperature when the sample 1 and the sample 2 are prepared.
  • the temperature T of the main surface of the sapphire substrate 11 is measured, T when forming the low-temperature GaN 21 is 500 ° C., and T when forming each of the GaN 22 and AlGaN 42 is 1050 ° C.
  • a GaN 22 film and an AlGaN film 42 were formed by using a metal organic chemical vapor deposition method (MOVPE method). Films were formed while adjusting the outputs (heating temperature) of the heaters 7 and 2 so that T becomes the above-described temperature and adjusting the outputs of the heaters 7 and 2 to be substantially the same. The other film forming conditions were followed when the sample 1 was formed.
  • MOVPE method metal organic chemical vapor deposition method
  • Sample 4 formed sapphire laminated structure 50 shown in FIG. 4 while heating both heater 2 and heater 7 using film forming apparatus 200 in Embodiment 1 of the present invention shown in FIG.
  • the temperature T of the main surface of the sapphire substrate 11 in the sapphire multilayer structure 50 conforms to the temperature when the samples 1 to 3 described above are prepared.
  • film formation was performed using metal organic chemical vapor deposition (MOVPE). Specifically, the output (heating temperature) of the heater 7 and the heater 2 is adjusted so that T becomes the above-described temperature, and the curvature (or warpage) of the sapphire laminated structure 50 during film formation is substantially zero. Specifically, the output ratio between the heater 7 and the heater 2 was adjusted to be approximately 67:33. The other film forming conditions were followed when the sample 1 was formed.
  • MOVPE metal organic chemical vapor deposition
  • the susceptor using the film forming apparatus 200 according to the present invention is also used when the film forming apparatus 100 in which the heater 2 is installed only on the lower side of the susceptor 1 (sample 1) is used.
  • the same result was obtained when only the lower heater 2 of sample 1 was heated (sample 2).
  • the main surface of the sapphire multilayer structure 50 is curved with a large curvature so as to be convex in the concave direction, that is, downward.
  • the distribution is ⁇ 62 ⁇ / sq for sample 1 and ⁇ 52 ⁇ / sq for sample 2, indicating that the uniformity of the grown thin film is not maintained.
  • the sheet resistance value of the central portion of the main surface is a relatively good result of about 433 ⁇ / sq, but as the edge approaches the edge from the central portion, the sheet resistance value increases and the distribution deteriorates. did.
  • the sheet resistance value is relatively good at about 431 ⁇ / sq at the central part of the main surface, but the sheet resistance value increases as the distance from the central part approaches the edge. Worsened. Accordingly, when only the lower side of the susceptor 1 is heated, the temperature gradient (temperature difference) between the lower side and the upper side of the sapphire multilayer structure 50 increases, so that the sapphire multilayer structure 50 is greatly curved and the temperature distribution in the main surface of the sapphire multilayer structure 50 is increased. It became clear that the distribution of sheet resistance deteriorated.
  • the curvature of the sapphire multilayer structure 50 during the film formation of the AlGaN 42 is reduced by heating both the upper and lower heaters of the susceptor 1 as in the sample 3, for example. Also, the sheet resistance distribution was improved to ⁇ 11 ⁇ / sq, and the uniformity of the grown thin film was improved. The sheet resistance value at the center part is also good at 426 ⁇ .
  • the MOVPE apparatus capable of independently controlling the heating temperatures of the heater 7 as the first heating member and the heater 2 as the second heating member using the control unit 30 that can independently control the heating temperature.
  • the homogeneity of the thin film formed on the main surface of the sapphire multilayer structure 50 could be greatly improved.
  • the temperature gradient (temperature difference) between the lower and upper sides of the flow channel 3 is reduced, thereby reducing the sapphire stack.
  • Generation of convection of the source gas in the atmosphere facing the main surface of the structure 50 can be suppressed. For this reason, the source gas flows stably from the upstream side to the downstream side in the pipe of the flow channel 3. Therefore, it is considered that film formation can be performed stably on the main surface of the sapphire multilayer structure 50, and characteristics such as sheet resistance distribution of the sapphire multilayer structure 50 are improved.
  • both the lower and upper heaters of the main surface of the susceptor 1 are heated to reduce the temperature gradient (temperature difference) between the lower and upper sides of the main surface of the sapphire laminated structure 50, the curved shape The degree of curvature can be reduced.
  • the contact state between the main surface of the sapphire multilayer structure 50 and the susceptor 1 is changed regardless of the position on the main surface of the sapphire multilayer structure 50, that is, the central portion and the edge of the sapphire multilayer structure 50 are almost the same.
  • Can be constant. Therefore, the temperature of the main surface can be made substantially constant regardless of the position on the main surface.
  • the thin film to be grown can be made substantially uniform by keeping the temperature distribution on the main surface substantially constant.
  • the warp generated in the sapphire laminated structure 50 during the formation of the thin film is, for example, the heating conditions, thin film growth conditions such as the type and amount of source gas to be supplied, the type of sapphire laminated structure 50, and the substrate used. It varies depending on the type. For this reason, the temperature gradient (temperature difference) between the lower side and the upper side of the main surface of the susceptor 1 also changes depending on the above-described thin film growth conditions. For this reason, it is preferable to change the output ratio of the heater 7 and the heater 2 independently each time the growth conditions of the thin film are changed.
  • Example 2 is an example in which the amount of warpage of the laminated structure formed by the film forming apparatus of the present invention was improved and cracks were suppressed.
  • thickness is 700 ⁇ m
  • the semiconductor substrate 10 see FIGS. 1 to 3 (in FIG. 5)
  • 40 pairs of AlN 32 having a film thickness of 100 nm and a pair stack 62 of a GaN film having a film thickness of 25 nm and an AlN film having a film thickness of 5 nm were stacked to a total thickness of 1.2 ⁇ m.
  • a sample of the silicon laminated structure 60 as an epitaxial laminated structure in which a thin film of GaN 22 having a thickness of 1.2 ⁇ m was laminated on the pair laminated layer 62 was formed by the following method.
  • a nitride semiconductor epitaxial layer When a nitride semiconductor epitaxial layer is grown on the main surface of the silicon substrate 12, it protrudes downward due to a difference in thermal expansion coefficient between the silicon substrate 12 and the grown nitride semiconductor epitaxial layer when the temperature is lowered after film formation.
  • the warpage of the nitride semiconductor epitaxial layer may increase, and cracks may occur in the nitride semiconductor epitaxial layer. Therefore, in Example 2, the presence or absence of warpage and cracks when the film was formed on the silicon substrate 12 was investigated.
  • Sample 5 was formed with a silicon laminated structure 60 shown in FIG. 5 by using a conventional film forming apparatus 100 shown in FIG.
  • the temperature T of the main surface of the silicon substrate 12 in the silicon multilayer structure 60 is measured using a thermocouple (not shown in FIG. 6), and each of the above-described T is 1050 ° C.
  • the AlN 32, the pair stack 62, and the GaN 22 were formed by using a metal organic chemical vapor deposition method (MOVPE method).
  • MOVPE method metal organic chemical vapor deposition method
  • the sample 6 is heated only by the heater 2 using the film forming apparatus 200 according to Embodiment 1 of the present invention shown in FIG. 1, and the silicon laminated structure 60 shown in FIG. 5 is formed without heating the heater 7. did.
  • the heating temperature of the heater 2 is in accordance with the heating temperature when the sample 5 is prepared. Specifically, the temperature T of the main surface of the silicon substrate 12 in the silicon laminated structure 60 using a thermocouple not shown in FIG.
  • the film was formed with AlN32, the pair stack 62, and GaN22 by using the metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE method) in the state where T when forming each of the above films was 1050 ° C. The other film forming conditions were followed when the sample 5 was formed.
  • MOVPE method metal organic vapor phase epitaxy
  • Sample 7 is heated only by heater 7 using film forming apparatus 200 according to Embodiment 1 of the present invention shown in FIG. 1, and heater 2 is not heated to form silicon laminated structure 60 shown in FIG. did.
  • the heating temperature of the heater 7 is in accordance with the heating temperature when the sample 5 is prepared. Specifically, the temperature T of the main surface of the silicon substrate 12 in the silicon laminated structure 60 using a thermocouple not shown in FIG.
  • the film was formed with AlN32, the pair stack 62, and GaN22 by using the metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE method) in the state where T when forming each of the above films was 1050 ° C. The other film forming conditions were followed when the sample 5 was formed.
  • MOVPE method metal organic vapor phase epitaxy
  • the susceptor using the film forming apparatus 200 of the present invention is also used when the film forming apparatus 100 in which the heater 2 is installed only on the lower side of the susceptor 1 is used (sample 5).
  • the same result was obtained when only the lower heater 2 of sample 1 was heated (sample 6).
  • the main surface of the silicon substrate 12 that will later become the silicon laminated structure 60 has a large curvature (both 40 km) so as to be convex in the concave direction, that is, downward. Curved at -1 ).
  • a large warp of about 100 ⁇ m occurred and cracks occurred.
  • the silicon laminated structure 60 is later formed when the temperature of the silicon substrate 12 is raised to 1050 ° C.
  • the main surface of the silicon substrate 12 is curved in a convex direction, that is, so that the central portion is warped upward (convex upward), and the absolute value of the curvature is 30 km ⁇ 1 .
  • the warpage was 30 ⁇ m, which was significantly smaller than samples 5 and 6, and no cracks were generated.
  • the nitride semiconductor epitaxial layer on the silicon substrate 12 warps in the concave direction when the temperature falls due to the difference in thermal expansion coefficient between silicon and the nitride semiconductor, and cracks are likely to occur.
  • the silicon laminated structure 60 is greatly curved in the concave direction. It was found that the warpage of the silicon laminated structure 60 after growth and the occurrence of cracks can be suppressed by suppressing (correcting) the bending in the concave direction of the film, but rather in the convex direction.
  • the silicon laminated structure 60 tends to warp in the concave direction. Therefore, suppressing the warping in the concave direction reduces the occurrence of cracks. It can also be connected.
  • the film forming apparatus of the present invention is particularly excellent as a technique for improving the uniformity of the film quality of the substrate by improving the warp of the substrate on which the film is formed and suppressing cracks in the substrate.

Abstract

　半導体基板（１０）などを加熱雰囲気中で成膜させる際には、昇温させるだけでも半導体基板（１０）には相当の反り（湾曲）が発生する。反りが原因で、基板（１０）上に成膜させた膜質の均質性が劣化したり、基板（１０）にクラックが発生しやすくなるなどの問題が起こる。このため本発明の成膜装置（２００）は、基板（１０）の主表面の上側と下側との両方から基板（１０）を加熱することにより、主表面の上側と下側との温度勾配（温度差）を小さくし、基板（１０）の反りを抑制する。基板（１０）の曲率または反りを測定する測定部（５）を備えることがさらに好ましい。

Description

成膜装置
　本発明は、基板の主表面上に薄膜を気相成長ないしは真空蒸着させる成膜装置に関するものであり、より特定的には、半導体基板の主表面上に薄膜を成膜させる際に、半導体ウェハの主表面が加熱により湾曲することを制御する成膜装置に関するものである。
　基板、たとえば半導体基板の一方の主表面上に、半導体素子を形成させるために薄膜を成長させる際には、加熱しながら半導体基板の一方の主表面上を、形成させたい薄膜を構成する原料のガスに曝露させる方法が一般的に行なわれている。原料ガスとしてはたとえば、カチオンとなるＩＩＩ族窒化物半導体の有機金属化合物や、アニオンとなるＶ族元素を含む原料ガスが用いられる。これらの原料ガスを、加熱された半導体基板の主表面上に供給することにより、半導体基板の一方の主表面上に薄膜を成長させる。
　ここで、半導体基板を加熱する方法としては、従来から、「ＩＩＩ族窒化物半導体」（非特許文献１）に示すように、たとえばＲＦ加熱、抵抗加熱、赤外線ランプ加熱などの方法がある。加熱した半導体基板に上述した原料ガス（気相）を用いて薄膜を成長させる技術を気相成長といい、気相成長を行なうための装置には、半導体基板をセットし、半導体基板を加熱する部材としてのサセプタを備えている。非特許文献１において開示されている半導体基板を加熱する方法は、いずれもサセプタの上に、加熱させたい半導体基板をセットしている。
　図６は、従来から用いられている気相成長による成膜装置の内部の概要を示す概略図である。図６に示すように、従来から用いられている気相成長による成膜装置１００は基板、たとえば半導体基板１０をセットするためのサセプタ１の主表面方向に対して下側（図６において、半導体基板１０をセットした側と反対側の主表面に対向する方向）に、加熱部材としてのヒーター２を備えている。すなわちサセプタ１の下側から、サセプタ１および半導体基板１０が加熱される。そしてサセプタ１の上側（図６において、半導体基板１０をセットした側に対向する方向）には原料ガスを流すためのフローチャネル３が設置されている。ヒーター２がサセプタ１およびその上の半導体基板１０を加熱しながら、フローチャネル３の一方の端部（上流側）に設置された、原料ガスノズル４から、成膜させたい薄膜を構成する原料ガスをフローチャネル３の内部に流し、半導体基板１０の一方の主表面（図６に示す上側の主表面）がこの原料ガスを曝露できる状態にする。すると加熱された半導体基板１０の主表面上には、供給された原料ガスにて構成される薄膜が成膜される。このとき、成膜装置１００の内部の天井部（上側）に設置されたモジュール５から照射されるレーザー光を用いて、後述する半導体基板１０の曲率、すなわち半導体基板１０の主表面に沿った方向に関する湾曲の程度を測定することができる。
　また、「取扱商品」（非特許文献２）においては、半導体基板としてのウェハは、昇温させるだけでも相当の反り（湾曲）が発生することをデータで示している。半導体基板の反りは、半導体基板の昇温により生じる熱の流れにより、半導体基板の上下側の温度差が現れるために発生するものである。
赤崎勇編書、「ＩＩＩ族窒化物半導体」、培風館、１９９４年、ｐ．１４７－１６５ ゛取扱商品″、[online]、丸文株式会社、[平成２０年３月１７日検索]、インターネット＜http://www.marubun.jp/product/thinfilm/other/qgc18e0000000db3.html＞
　上述した薄膜を成長させるための成膜装置において、半導体基板をセットし、半導体基板を加熱する部材としてのサセプタは、現状、サセプタの上側に薄膜を成長させたい半導体基板をセットし、サセプタの下側にサセプタを加熱するためのヒーターを設置している。そして、サセプタをヒーターで下側から加熱することにより、サセプタの上側に設置された半導体基板を加熱する。そして、半導体基板の上側に、形成させたい薄膜を構成する原料のガスを流すという方法を用いている。なお、フェーズダウンの場合は、上述した場合と上下が逆になる。すなわち、サセプタの下側に薄膜を成長させたい半導体基板をセットし、サセプタの上側にサセプタを加熱するためのヒーターを設置している。そして、サセプタをヒーターで上側から加熱することにより、サセプタの下側に設置された半導体基板を加熱する。そして、半導体基板の下側に、形成させたい薄膜を構成する原料のガスを流すという方法を用いている。
　以上の場合、たとえばサセプタの下側にヒーターが設置された場合は、ヒーターの熱がサセプタの下側から上側に伝わり、サセプタの上側にセットされた半導体基板の下側から上側に伝わる。さらに半導体基板の上方への輻射や、原料のガスへの伝熱により、熱が流れていく。すると、半導体基板の主表面方向に対する上下間に温度差が現れる。したがって、半導体基板であるウェハは、主表面に沿った方向に関して、反り（湾曲）を生じる。サセプタの下側にヒーターが設置された場合は、ウェハの下側の温度が上側の温度よりも高くなるため、ウェハの下側が凸（下に凸）になるように反りが発生する。また、たとえばフェーズダウンの場合のように、サセプタの上側にヒーターが設置された場合は、ウェハの上側の温度が下側の温度よりも高くなるため、ウェハの上側が凸（上に凸）になるように反りが発生する。
　半導体基板であるウェハが、その主表面上に薄膜を成長している最中に反りを発生すると、ウェハの主表面とサセプタとの接触状況が、ウェハの主表面上の位置によって異なる。たとえば、サセプタの下側にヒーターが設置されていることによりウェハは下に凸になるように反りが発生した場合、ウェハの主表面の中央付近はサセプタと接触するが、主表面の縁部に近づくにつれてウェハとサセプタとの距離が大きくなる。したがってこの場合、ウェハの中央部分の温度がウェハの縁部の温度よりも高くなる。このようにして、ウェハの主表面上に温度分布が生じることにより、ウェハに成長させる薄膜の均質性が劣化することがある。
　また、半導体基板であるウェハの主表面上に成長させる薄膜の種類によっては、たとえばシリコン（Ｓｉ）基板の主表面上に窒化ガリウム（ＧａＮ）を気相成長させる場合などは、成膜後のウェハの反り（下に凸になる反り）が大きくなると、ウェハにクラックが発生することがある。以上のように、ウェハの主表面に沿った方向に関して上側と下側との間に熱の移動や温度差が発生することにより、ウェハの反り、均質性の劣化、場合によってはクラックの発生といった問題が発生することがある。
　本発明は、上述した問題を解決するために鑑みなされたものであり、その目的は、半導体基板の主表面上に薄膜を成膜させる際に、半導体基板の主表面が加熱により湾曲することを制御する成膜装置を提供することである。
　本発明における成膜装置は、基板を保持するサセプタと、サセプタの一方の主表面に対向するように配置された第１の加熱部材と、サセプタの、一方の主表面と反対側に位置する他方の主表面に対向するように配置された第２の加熱部材と、第１の加熱部材および第２の加熱部材のそれぞれの加熱温度を独立に制御可能な制御部とを備える。
　上述したようにサセプタの一方の主表面に対向するように配置された第１の加熱部材と、サセプタの一方の主表面と反対側に位置する他方の主表面に対向するように配置された第２の加熱部材とを備えた成膜装置を用いることにより、サセプタの一方の主表面上にセットされた半導体基板は、上側と下側との両方から加熱部材により加熱されることが可能になる。すると、半導体基板の上側もしくは下側のいずれか一方にのみ加熱部材を設けて加熱させた場合に比べて、上側と下側との温度差が小さくなる。このため、半導体基板の上側もしくは下側のいずれか一方にのみ加熱部材を設けて加熱させた場合に比べて、半導体基板に薄膜を成長させたときの反りの量を小さくすることができる。また、半導体基板の上側と下側との温度差を小さくして、半導体基板の反りの量を小さくすることにより、半導体基板の温度均一性を向上させ、成膜させた薄膜を、半導体基板の主表面上全体にわたってほぼ均質化させることができる。
　また、本発明における成膜装置は、基板を保持するサセプタと、サセプタの一方の主表面に対向するように配置された第１の加熱部材と、サセプタの、一方の主表面と反対側に位置する他方の主表面に対向するように配置された第２の加熱部材と、第１の加熱部材および第２の加熱部材のそれぞれの加熱温度を独立に制御可能な制御部とを備えるが、第１の加熱部材および第２の加熱部材は、一方のみを加熱することも、両方を加熱することも可能である。すなわち、本発明における成膜装置は、第１の加熱部材または第２の加熱部材のいずれか一方のみを加熱することによっても、良好な成膜が可能な能力を有している。したがって、成膜装置の内部における熱の流れを任意に制御することができる。
　また、半導体基板の反りを小さくすることにより、半導体基板にクラックが発生する可能性を小さくすることができる。さらに、半導体基板の主表面方向に対して一方と他方との両方の主表面に対向するように加熱部材を配置することにより、半導体基板の主表面に対向する雰囲気中の原料ガスの、温度差による濃度勾配が小さくなるとともに、原料ガスの対流の発生を抑制させることができる。このため、成膜させた薄膜の膜質を向上させることができる。
　また、本発明における成膜装置は基板の曲率または反りを測定する測定部をさらに備え、基板の曲率または反りを測定した結果に応じて、第１の加熱部材および第２の加熱部材のそれぞれの加熱温度を制御部にて独立に制御する機能をさらに備えていてもよい。以上のような機能を備えることにより、半導体基板の曲率の量や向きをリアルタイムで測定しながら、その測定結果を制御部から第１の加熱部材および第２の加熱部材にフィードバックし、半導体基板の曲率を小さくするように第１の加熱部材および第２の加熱部材の温度をリアルタイムで制御することができる。曲率を小さくすれば反りを小さくすることができるため、以上により、半導体基板の反りをさらに小さくすることができる。また、成膜中の半導体基板の曲率を測定する代わりに、たとえばレーザー光を用いて成膜中の半導体基板の反りを測定することも可能であり、上述した曲率の代わりに反りを用いて制御することもできる。
　本発明においては、上述したサセプタおよび加熱部材を用いて、半導体基板の加熱を行なうが、加熱しながら半導体基板の一方の主表面上を、形成させたい薄膜を構成する成分の原料ガスを供給する。このような方法（気相成長）を用いることにより、半導体基板の結晶面に揃えた結晶配列の高品質な薄膜を形成させることができる。上述した方法（気相成長）を用いるための原料ガスとして、たとえば、塩化物ガスや、非金属材料の水素化物ガスを用いてもよい。あるいは、有機金属化合物の蒸気を用いてもよい。
　また、上述したサセプタおよび加熱部材を用いて半導体基板を加熱しながら、基板の一方の主表面上に成膜させたい、たとえばＩＩＩ族窒化物半導体の薄膜を構成する成分の蒸気を真空中で堆積させる、真空蒸着による方法を用いてもよい。この方法を用いることにより、成膜の速度を遅くさせることや、成膜しながら薄膜のその場観察を行なうことができる。
　本発明の成膜装置によれば、基板に反りやクラックが発生する可能性を小さくし、成長させた薄膜の膜質を向上させることができる。
本発明の実施の形態１における気相成長による成膜装置の内部の概要を示す断面概略図である。 ヒーターの温度を制御する制御部を備えた成膜装置２０１の内部の概要を示す断面概略図である。 本発明の実施の形態２における真空蒸着による成膜装置の内部の概要を示す断面概略図である。 成膜させた薄膜の均質性を調査するためのＨＥＭＴエピタキシャル構造の積層構造を示す概略図である。 成膜させた薄膜の反りおよびクラックの発生を調査するためのＨＥＭＴエピタキシャル構造の積層構造を示す概略図である。 従来から用いられている気相成長による成膜装置の内部の概要を示す概略図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態が説明される。なお、各実施の形態において、同一の機能を果たす部位には同一の参照符号が付されており、その説明は、特に必要がなければ、繰り返さない。
　（実施の形態１）
　図１に示すように、本発明の実施の形態１における気相成長による成膜装置２００は基板、たとえば半導体基板１０であるウェハをセットするためのサセプタ１の上側に、サセプタ１の上側の主表面に対向するように配置された第１の加熱部材としてのヒーター７を備えている。また、図１に示すように、サセプタ１の上側に存在するヒーター７と、サセプタ１とに挟まれた領域には加熱治具６が配置されている。なお、ここで主表面とは、たとえば半導体基板１０やサセプタ１などの表面のうち最も面積の大きい、水平方向に沿った方向にセットされている表面をいう。また、ここでは成長と成膜とはほぼ同義として用いる。
　成膜装置２００のその他の構成は、先述した図６に示す成膜装置１００と同じである。すなわちサセプタ１の下側にも、サセプタ１の下側の主表面に対向するように配置された第２の加熱部材としてのヒーター２を備えている。そしてサセプタ１の上側には原料ガスを流すためのフローチャネル３が設置されている。ヒーター７およびヒーター２がサセプタ１およびその上の半導体基板１０を加熱しながら、フローチャネル３の一方の端部（上流側）に設置された、原料ガスノズル４から、成膜させたい薄膜を構成する成分の原料ガスをフローチャネル３の内部に流し、半導体基板１０の一方の主表面（図１に示す上側の主表面）がこの原料ガスを曝露する状態にする。すると加熱された半導体基板１０の主表面上には、供給された原料ガスにて構成される薄膜が成膜される。このとき、成膜装置２００の内部の天井部（上側）に設置されたモジュール５から照射されるレーザー光を用いて、後述する半導体基板１０の曲率または反り、すなわち半導体基板１０の主表面に沿った方向に関する湾曲の程度を測定することができる。なお、ここで曲率も反りも、半導体基板１０の湾曲の程度の定量的指標であるが、曲率とは半導体基板１０の主表面上のある１点における湾曲の程度を表わす指標であり、反りとは半導体基板１０の主表面の全面における湾曲の程度や、湾曲に伴う半導体基板１０の主表面の形状を表わす指標である。
　なお、図１においては、加熱治具６およびヒーター７、フローチャネル３は、左右方向において一部不連続になっているが、これはモジュール５から照射されるレーザー光を半導体基板１０の主表面上に伝播させるイメージを容易にするためである。したがって、モジュール５からのレーザー光を透過可能であれば、加熱治具６およびヒーター７の左右方向が連続になった部材を用いてもよい。また、図１においては、モジュール５からのレーザー光を上方から照射しているが、たとえばフローチャネル３の側面付近にモジュール５をセットし、モジュール５から半導体基板１０の主表面上に対して、半導体基板１０の主表面の方向に対して斜め方向から、フローチャネル３を透過可能なレーザー光を照射してもよい。この場合は、加熱治具６およびヒーター７の左右方向は当然に連続となる。いずれの場合にしても、図１は断面図であるので、実際は加熱治具６、ヒーター７、フローチャネル３ともに１つの部材である。
　先述したように、サセプタ１は半導体基板１０をセットするためのものである。しかしそれに加えて、サセプタ１および加熱治具６はいずれも、ヒーターの熱を均一に半導体基板１０に伝える役割を備えている。具体的には、加熱治具６はヒーター７の発生する熱を、サセプタ１はヒーター２の発生する熱を、均一に半導体基板１０に伝播させる。サセプタ１、加熱治具６ともに、たとえば炭化ケイ素（ＳｉＣ）をコートさせたカーボン（Ｃ）で形成させる。炭化ケイ素は熱伝導性が高く、かつ耐熱性に優れているため、半導体基板１０に対して熱をスムーズに伝播させることができる。なお、上述した材質の他に、サセプタ１、加熱治具６の材質として、たとえば石英、サファイア、ＳｉＣ、熱分解炭素をコートしたカーボン、窒化ボロン（ＢＮ）、炭化タンタル（ＴａＣ）を用いることができる。
　フローチャネル３は、半導体基板１０の主表面上に原料ガスを供給するために設けられた配管である。このフローチャネル３の材質としては、たとえば石英を用いるが、この他にたとえばＳｉＣの薄膜をコートしたカーボン、サファイア、ＳｉＣ、熱分解炭素をコートしたカーボン、ＢＮ、ＴａＣ、ＳＵＳ、ニッケル（Ｎｉ）を用いることができる。また、原料ガスノズル４から、フローチャネル３の内部に、形成させたい薄膜を構成する原料のガスを供給する。このとき、ヒーター７およびヒーター２によって半導体基板１０が加熱されていると、半導体基板１０の主表面上に供給された原料ガスは熱分解されて、半導体基板１０の主表面上に結晶（薄膜）を形成させることができる。
　たとえば、半導体基板１０としてサファイア基板（ｃ面）を用いて、サファイア基板の一方の主表面上にＩＩＩ族化合物半導体の薄膜を形成させたい場合を考える。この場合、原料ガスノズル４から半導体基板１０の主表面上に供給されるガスとしては、薄膜を構成する金属にメチル基（－ＣＨ３）を付加させることにより形成される、常温で高い蒸気圧を有する液体または固体の有機金属化合物の蒸気と、非金属材料の水素化物ガスとを用いる。これらのガスを、加熱した半導体基板１０の主表面上に吹きつけ、熱分解させて半導体結晶を得る、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いることにより、ＩＩＩ族化合物半導体の薄膜を半導体基板１０の主表面上に成膜させることができる。以上のようにヒーターによる加熱は、供給したガスを熱分解させて結晶を薄膜として成膜させるために行なうものである。
　あるいは、原料ガスノズル４から半導体基板１０の主表面上に供給されるガスとして、塩化物ガスを用いる気相成長法（ＶＰＥ法）を用いてもよい。特に塩化物ガスと、非金属材料の水素化物ガスとを用いる気相成長法を、ハイドライド気相成長法（Ｈ－ＶＰＥ法）という。これらの原料ガスを、加熱した半導体基板１０の主表面上に吹きつけ、熱分解させて半導体結晶を得る。成膜装置２００を用いれば、上述したＭＯＶＰＥ法、ＶＰＥ法、Ｈ－ＶＰＥ法のいずれを行なうこともできる。
　ここで、たとえば図６に示す従来の、サセプタ１の下側に配置されたヒーター２のみが存在する成膜装置１００を用いて１０５０℃にて成膜しようとすると、ヒーター２の発生する熱は、サセプタ１の下側から上側に伝わり、サセプタ１の上側にセットされた半導体基板１０（サファイア基板）の下側から上側に伝わる。さらに半導体基板１０の上方への輻射や、原料のガスへの伝熱により、大量の熱が流れていく。この下側から上側に向かう大量の熱が、サファイア基板の主表面の下側から上側にも伝播する。このとき、サファイア基板の主表面の下側と上側とで温度に勾配が発生し、このサファイア基板の主表面の下側と上側との温度勾配（温度差）により、サファイア基板の主表面の曲率が大きくなるため、サファイア基板の主表面に沿った方向に反りが発生する。
　また、サセプタ１の下側から上側に向かう輻射熱等により、フローチャネル３の内部に供給される原料ガスについても、ガスの温度の勾配が生じる結果、ガスの対流が盛んになる。すると、原料ガスノズル４から供給される原料ガスは、半導体基板１０の主表面上を通過する際に、ガスの対流により、上下方向に繰り返し運動しながら通過する。このようなガスの対流は、半導体基板１０の主表面上への安定な気相成長を阻害する。
　以上より、半導体基板１０（サファイア基板）の主表面の下側と上側との温度勾配（温度差）を小さくし、原料ガスの対流を小さくすれば、半導体基板１０の反りを抑制しながら、半導体基板１０の主表面上へ良好な気相成長を行なうことができるといえる。そのために、本発明においては、図６に示す従来の成膜装置１００に、サセプタ１の上側の主表面に対向するように配置された第１の加熱部材としてのヒーター７を備え、サセプタ１の上側に存在するヒーター７と、サセプタ１とに挟まれた領域には加熱治具６を配置した構成を備えた、図１に示す成膜装置２００を用いて半導体基板１０の加熱を行なう。
　すると、サセプタ１の一方の主表面上にセットされた半導体基板１０は、上側と下側との両方から加熱部材により加熱されることになる。すると、たとえば図６に示す成膜装置１００のように半導体基板１０の上側もしくは下側のいずれか一方にのみ加熱部材を設けて加熱させた場合に比べて、上側と下側との温度差が小さくなる。このため、半導体基板１０の上側もしくは下側のいずれか一方にのみ加熱部材を設けて加熱させた場合に比べて、半導体基板１０に薄膜を成長させたときの半導体基板１０の主表面の湾曲の程度である曲率を小さくし、反りの量を小さくすることができる。
　なお、成膜装置２００においては、必要に応じて、たとえばヒーター７とヒーター２とのいずれか一方のみを加熱させることもできる。たとえば、成膜装置２００においてヒーター７を稼動させずにヒーター２のみを加熱させると、図６に示す成膜装置１００と同様の運営をさせることができる。別の言い方をすれば、成膜装置２００は、ヒーター７とヒーター２のいずれか一方のみを用いても良好な成膜が可能な能力を持っている。また、ヒーター７およびヒーター２の加熱温度は、それぞれ独立に任意の加熱温度に設定させることができる。したがって、成膜装置２００の内部の熱の流れを任意に制御することができる。
　なお、先述したように、この場合、半導体基板１０の主表面に対して上側と下側との温度差が大きくなり、半導体基板１０の反りの量が大きくなる可能性がある。しかしたとえば、最初から（成膜する前から）相当の反りを有する半導体基板１０の反りを、成膜と同時に矯正する目的で、ヒーター７とヒーター２とのいずれか一方のみを加熱させることが可能となる。このように、ヒーター７とヒーター２とのいずれか一方のみを加熱させる場合も含めて、ヒーター７とヒーター２とのそれぞれを独立に任意の加熱温度に設定することができる。
　また、半導体基板１０の主表面方向に対して一方（上側）と他方（下側）との両方の主表面に対向するように加熱部材を２台配置することにより、半導体基板１０の主表面に対向する雰囲気中の原料ガスの、温度差による濃度勾配が小さくなるとともに、原料ガスの対流の発生を抑制させることができる。このため、原料ガスはフローチャネル３の配管内を安定に上流側から下流側へ流れる。したがって、気相成長を半導体基板１０の主表面上で安定に行なうことができ、成長させた薄膜の膜質を向上させることができる。
　また、半導体基板１０の主表面の湾曲の程度である曲率を小さくして、反りの量を小さくすることにより、半導体基板１０の主表面とサセプタ１との接触状況を、半導体基板１０の主表面上の位置によらず、すなわち半導体基板１０の中央部分も縁部もほぼ一定にすることができる。したがって、半導体基板１０の主表面の温度を、主表面上の位置によらずほぼ一定にすることができる。このように半導体基板１０の主表面上の温度分布をほぼ一定に保つことにより、半導体基板１０に成膜させる薄膜をほぼ均質にすることができる。
　さらに、半導体基板１０に成膜するときの反りを制御することで、成膜後および降温後の半導体基板１０の反りを小さくすることにより、半導体基板１０にクラックが発生する可能性を小さくすることができる。たとえば一般的に、基板（半導体基板１０）と、基板上に成長させる膜との熱膨張係数が異なる場合、成膜後に降温するとき、基板の反りが大きくなり、基板にクラックが発生する場合がある。しかし、たとえばこの基板の物性に基づき発生する反りの方向とは反対方向の反りを、成膜中に発生させることにより、成膜中に基板の物性に基づき発生する反りを小さくする（矯正する）ことができる。したがって、成膜後の基板における反りやクラックの発生を抑制することができる。このことは、先述したように成膜装置２００はヒーター７とヒーター２とのいずれか一方のみを加熱させることもでき、ヒーター７およびヒーター２のそれぞれの温度を独立に自由に制御できるということにより可能になる。
　なお、薄膜を成膜させる半導体基板１０の材質としては、たとえばサファイア基板、Ｓｉウェハのほか、化合物半導体であるＧａＮやＳｉＣ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や窒化アルミガリウム（ＡｌＧａＮ）のウェハ（基板）を用いてもよい。
　ヒーター２およびヒーター７によって加熱されることにより、半導体基板１０に発生する反りの量を把握するための、半導体基板１０の主表面上のある１点における、主表面に沿った方向の湾曲の程度である曲率は、たとえば成膜装置２００の内部の天井部（上側）に設置された、測定部としてのモジュール５から照射されるレーザー光を用いて測定することができる。なお、先述したように、たとえばフローチャネル３の側面付近にモジュール５をセットし、モジュール５から半導体基板１０の主表面上に対して、半導体基板１０の主表面の方向に対して斜め方向から、フローチャネル３を透過可能なレーザー光を照射してもよい。
　成膜中における半導体基板１０の反りは、モジュール５（ｉｎ－ｓｉｔｕモニター）が測定する曲率から、モジュール５にて演算により求められる。成膜中における半導体基板１０の反りを測定するための、モジュール５としては、市販のものを用いてもよい。また、半導体基板１０の主表面上のある１点の曲率を測定した上で演算により反りを算出するタイプのモジュール５を用いてもよいし、半導体基板１０全体の反り（形状）を測定することが可能なタイプのモジュール５を用いてもよい。また、成膜後の半導体基板１０全体の反りを測定するためには、上述したモジュール５を用いてもよいが、たとえば段差計や表面粗さ計を用いてもよい。
　図２に示す成膜装置２０１は、図１に示す成膜装置２００に、ヒーター７およびヒーター２の温度を制御する制御部３０をさらに備えた構成となっている。制御部３０はモジュール５に接続されており、モジュール５が半導体基板１０の主表面に沿った方向の曲率を測定した結果に応じて、半導体基板１０の曲率を所定の値にするように、リアルタイムでヒーター７およびヒーター２の加熱温度を独立に制御することができる。モジュール５に接続された制御部３０をヒーター７およびヒーター２に接続し、リアルタイムでヒーター７およびヒーター２の加熱温度を独立に制御することにより、半導体基板１０の曲率（反り）を制御し、その結果、半導体基板１０の反りの量を小さくすることができる加熱温度とすることができる。このような制御を繰り返すことにより、半導体基板１０の主表面に沿った方向の曲率および反りの量を制御しながら、半導体基板１０の一方の主表面上に薄膜を成膜することができる。
　（実施の形態２）
　図２に示すように、本発明の実施の形態２における気相成長による成膜装置３０１は基板、たとえば半導体基板１０の一方の主表面上に成膜させたい薄膜を構成する成分の蒸気を照射するためのクヌーセンセル７１およびクヌーセンセル７２と呼ばれる筒状の先端にピンホールが空いた材料容器を備えた構成となっている。また、図示しないが成膜装置３０１は装置内を真空にする機能を備えている。
　クヌーセンセル７１およびクヌーセンセル７２には、宇宙空間より高い真空中で材料を加熱蒸発させ、蒸発分子の飛散方向を揃えたジェット流（分子線）を加熱した半導体基板１０の主表面上に、ピンホールから照射することにより、半導体基板１０の主表面上に成膜させたいたとえばＩＩＩ族窒化物半導体の薄膜を結晶成長させるためのものである。このように、成膜させたい薄膜を構成する成分の蒸気の飛散方向を揃えた分子線を真空中で照射することにより、基板の一方の主表面上に堆積させる成膜方法を分子線エピタキシー（ＭＢＥ法）という。
　たとえば、ＡｌＮの薄膜を半導体基板１０の一方の主表面上に成膜させたい場合には、まず、クヌーセンセル７１およびクヌーセンセル７２にそれぞれアルミニウム（Ａｌ）および窒素（Ｎ）を充填する。そしてクヌーセンセル７１を加熱し、Ａｌを蒸発させる。なお、クヌーセンセル７２に充填させたＮは常温で気体のため、加熱不要であるが、ここへたとえば金属材料などを充填させた場合は、クヌーセンセル７１と同様に加熱を行ない、材料を蒸発させる。そして、クヌーセンセルの先端部のピンホールからジェット流（分子線）を、真空中で加熱させた半導体基板１０の一方の主表面上に照射する。すると、半導体基板１０の主表面上に到達したＡｌとＮの分子は、加熱された半導体基板１０の主表面上にて付着および結合し、ＡｌＮ結晶を形成する。すなわちこれが真空蒸着されたＡｌＮの薄膜となる。ＭＢＥ法は、非平衡系でかつ化学反応過程を介さない方法であるため、結晶成長のメカニズム解析や、超薄膜の成長に適した成膜方法である。
　なお、図３における成膜装置３０１には、クヌーセンセルを２台設置しているが、成膜させたい薄膜の種類に応じて、クヌーセンセルの台数を増加させてもよい。たとえば、３成分系のガリウムアルミニウム砒素（ＧａＡｌＡｓ）の薄膜を成膜させたい場合には、クヌーセンセルを３台設置すればよい。
　上述した真空蒸着によるＭＢＥ法を利用する成膜装置３０１を用いる点においてのみ、本発明の実施の形態２は、本発明の実施の形態１と異なる。すなわち、図３に示すように、成膜装置３０１においても、サセプタ１の上側に半導体基板１０がセットされ、サセプタ１の上側の主表面に対向するように配置された第１の加熱部材としてのヒーター７および、サセプタ１の下側の主表面に対向するように配置された第２の加熱部材としてのヒーター２を備えている。２台のヒーターはそれぞれサセプタ１および加熱治具６を介して、半導体基板１０に熱を伝播する。このようにして、サセプタ１の一方の主表面上にセットされた半導体基板１０は、上側と下側との両方から加熱部材により加熱されるという構成は、たとえば図１に示す成膜装置２００や図２に示す成膜装置２０１と同じである。
　以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態１と異なる。すなわち、本発明の実施の形態２について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態１に順ずる。
　実施例１は、本発明の成膜装置により、成膜させた薄膜の均質性および、積層構造の曲率を改善させた実施例である。図４に示す、半導体基板１０（図１～図３参照）としての６インチのサファイア基板１１（ｃ面）の一方の主表面上（図４における上側）に、膜厚２５ｎｍの低温ＧａＮ２１、その上に膜厚２μｍのＧａＮ２２、さらにその上に膜厚２５ｎｍで２５質量％のＡｌを含むＡｌＧａＮ４２のそれぞれの薄膜を積層させたエピタキシャル積層構造としてのサファイア積層構造５０のサンプルを、以下に示す方法で形成させた。
　サンプル１は、図６に示す従来から用いられている成膜装置１００を用いて、図４に示すサファイア積層構造５０を形成した。ここで、図６において図示しない熱電対を用いて、サファイア積層構造５０におけるサファイア基板１１の主表面の温度Ｔを測定し、低温ＧａＮ２１を成膜するときのＴは５００℃に、また、ＧａＮ２２およびＡｌＧａＮ４２のそれぞれを成膜するときのＴが１０５０℃の状態で、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いることにより、ＧａＮ２２およびＡｌＧａＮ４２を成膜した。
　サンプル２は、図１に示す本発明の実施の形態１における成膜装置２００を用いて、ヒーター２のみ加熱させ、ヒーター７は加熱を行なわない状態で、図４に示すサファイア積層構造５０を形成した。ヒーター２の加熱温度はサンプル１を準備したときの加熱温度に準じており、具体的には、図１において図示しない熱電対を用いて、サファイア積層構造５０におけるサファイア基板１１の主表面の温度Ｔを測定し、低温ＧａＮ２１を成膜するときのＴは５００℃に、また、ＧａＮ２２およびＡｌＧａＮ４２のそれぞれを成膜するときのＴが１０５０℃の状態で、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いることにより、ＧａＮ２２およびＡｌＧａＮ４２を成膜した。その他の成膜条件については、サンプル１の成膜時に順ずるようにした。
　サンプル３は、図１に示す本発明の実施の形態１における成膜装置２００を用いて、ヒーター２およびヒーター７の両方を加熱させながら、図４に示すサファイア積層構造５０を形成した。このときのサファイア積層構造５０の主表面の温度Ｔは、サンプル１およびサンプル２を準備したときの温度に準じており、具体的には、図１において図示しない熱電対を用いて、サファイア積層構造５０におけるサファイア基板１１の主表面の温度Ｔを測定し、低温ＧａＮ２１を成膜するときのＴは５００℃に、また、ＧａＮ２２およびＡｌＧａＮ４２のそれぞれを成膜するときのＴが１０５０℃の状態で、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いることにより、ＧａＮ２２およびＡｌＧａＮ４２を成膜した。Ｔが上述した温度となるように、ヒーター７およびヒーター２の出力（加熱温度）を調整し、ヒーター７とヒーター２との出力がほぼ同じになるように調整しながら成膜を行なった。その他の成膜条件については、サンプル１の成膜時に順ずるようにした。
　サンプル４は、図１に示す本発明の実施の形態１における成膜装置２００を用いて、ヒーター２およびヒーター７の両方を加熱させながら、図４に示すサファイア積層構造５０を形成した。このときのサファイア積層構造５０におけるサファイア基板１１の主表面の温度Ｔは、先述したサンプル１～３を準備したときの温度に準じている。また、ここでも有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いて成膜を行なった。Ｔが上述した温度となるように、ヒーター７およびヒーター２の出力（加熱温度）を調整し、かつ、成膜中におけるサファイア積層構造５０の曲率（もしくは反り）がほぼゼロになるように、具体的にはヒーター７とヒーター２との出力の比をおよそ６７：３３となるように調整した。その他の成膜条件については、サンプル１の成膜時に順ずるようにした。
　以上の手順にて準備を行なったサンプル１～４について、サファイア積層構造５０の主表面に沿った方向の曲率（基板の曲率）、サファイア積層構造５０の反りの向き（基板の反り）、シート抵抗（シート抵抗の分布）およびサファイア基板１１の主表面の中央部分のシート抵抗（中央部分のシート抵抗）を測定した。なお、基板の曲率は、モジュール５（図２参照）としてのｉｎ－ｓｉｔｕモニターを用いて、ＡｌＧａＮ４２の成膜中に測定した。また、シート抵抗については、成膜の終了後に非接触のシート抵抗測定装置を用いて、２次元電子ガス特性を評価した。測定結果を次の表１に示す。表１は、実施例１におけるサンプル１～４の構成および測定データをまとめた表である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１より、従来から用いられている、サセプタ１の下側にのみヒーター２が設置されている成膜装置１００を用いた場合（サンプル１）も、本発明の成膜装置２００を用いながらサセプタ１の下側のヒーター２のみ加熱させた場合（サンプル２）も、同様の結果となった。具体的には、ＡｌＧａＮ４２の成膜中において、サファイア積層構造５０の主表面は凹方向、すなわち下に凸となるように、大きな曲率で湾曲している。また、シート抵抗についても、分布がサンプル１は±６２Ω／ｓｑ、サンプル２は±５２Ω／ｓｑとなっており、成長される薄膜の均質性が保たれていないことがわかった。サンプル１については、主表面の中央部分はシート抵抗の値が約４３３Ω／ｓｑと比較的良好な結果であるが、中央部分から縁部に近づくに従い、シート抵抗の値が大きくなり、分布が悪化した。サンプル２についても同様に、主表面の中央部分はシート抵抗の値が約４３１Ω／ｓｑと比較的良好な結果であるが、中央部分から縁部に近づくに従い、シート抵抗の値が大きくなり、分布が悪化した。したがって、サセプタ１の下側のみを加熱させると、サファイア積層構造５０の下側と上側との温度勾配（温度差）が大きくなるため、大きく湾曲し、サファイア積層構造５０の主表面内の温度分布が大きくなり、シート抵抗の分布が悪化することがわかった。
　それに対して、たとえばサンプル３のように、サセプタ１の上側と下側との両方のヒーターを加熱させることにより、ＡｌＧａＮ４２の成膜中におけるサファイア積層構造５０の曲率は小さくなっている。また、シート抵抗の分布も±１１Ω／ｓｑに改善され、成長される薄膜の均質性が改善された。中央部分のシート抵抗の値も４２６Ωと良好である。
　ただし、サセプタ１の上側のヒーター７と下側のヒーター２との出力をほぼ同じにすると、曲率は低いがまだ凹方向に湾曲している。また、主表面の中央部分から縁部に近づくにつれ、シート抵抗の値が顕著に増加した。サンプル１～３の結果より、主表面の下側と上側との温度勾配（温度差）が存在する場合、サファイア積層構造５０の中央部分は温度が高い方に湾曲することがわかる。そこで、曲率を０にするために、温度の低い上側のヒーター７の出力を強くしたところ、サンプル４のように、曲率および反りの値はほぼ０になり、シート抵抗の分布も±４Ω／ｓｑと非常に改善された。中央部分のシート抵抗の値も４２３Ωと良好である。この場合は、主表面の中央部分から縁部に近づいても、シート抵抗の値の顕著な増加も確認されなかった。
　以上のように、第１の加熱部材としてのヒーター７および第２の加熱部材としてのヒーター２のそれぞれの加熱温度を独立に制御可能な制御部３０を用いて独立に制御させることができるＭＯＶＰＥ装置を用いることにより、サファイア積層構造５０の主表面上に形成されている薄膜の均質性を大幅に向上させることができた。
　サセプタ１の主表面の下側と上側との両方のヒーターを加熱させることで、フローチャネル３（図２参照）の下側と上側との温度勾配（温度差）を小さくすることにより、サファイア積層構造５０の主表面に対向する雰囲気中の原料ガスの対流の発生を抑制させることができる。このため、原料ガスはフローチャネル３の配管内を安定に上流側から下流側へ流れる。したがって、成膜をサファイア積層構造５０の主表面上で安定に行なうことができ、サファイア積層構造５０のシート抵抗の分布などの特性が向上したと考えられる。
　また、それに加えて、熱対流を抑制させれば、対流に起因する付加反応や重合反応が抑制される。このように付加反応や重合反応が抑制されることにより、特性が向上するという効果も考えられる。
　また、サセプタ１の主表面の下側と上側との両方のヒーターを加熱させることで、サファイア積層構造５０の主表面の下側と上側との温度勾配（温度差）を小さくすれば、湾曲の程度である曲率を小さくすることができる。曲率を小さくすることにより、サファイア積層構造５０の主表面とサセプタ１との接触状況を、サファイア積層構造５０の主表面上の位置によらず、すなわちサファイア積層構造５０の中央部分も縁部もほぼ一定にすることができる。したがって、主表面の温度を、主表面上の位置によらずほぼ一定にすることができる。このように主表面上の温度分布をほぼ一定に保つことにより、成長させる薄膜をほぼ均質にすることができた、と考えられる。
　なお、薄膜を成膜させる途中においてサファイア積層構造５０に発生する反りは、たとえば加熱温度、供給する原料ガスの種類や量などの薄膜の成長条件、サファイア積層構造５０の種類、および使用する基板の種類によって変化する。このため、サセプタ１の主表面の下側と上側との温度勾配（温度差）についても、上述した薄膜の成長条件によって変化する。このため、薄膜の成長条件を変更するごとに、ヒーター７およびヒーター２の出力の比率は独立して変更させることが好ましい。
　実施例２は、本発明の成膜装置により、成膜させた積層構造の反りの量を改善させ、クラックを抑制させた実施例である。図５に示す、半導体基板１０（図１～図３参照）としての５インチのシリコン基板１２（方位は（１１１）面に沿った方向、厚みは７００μｍ）の一方の主表面上（図５における上側）に、膜厚１００ｎｍのＡｌＮ３２、その上に膜厚２５ｎｍのＧａＮ膜および膜厚５ｎｍのＡｌＮ膜とのペアー積層６２を４０層積層させて合計１．２μｍの厚みとしたものを積層させた。さらにペアー積層６２の上には膜厚１．２μｍのＧａＮ２２の薄膜を積層させたエピタキシャル積層構造としてのシリコン積層構造６０のサンプルを、以下に示す方法で形成させた。
　シリコン基板１２の主表面上に窒化物半導体エピタキシャル層を成長させた場合、成膜後の降温時に、シリコン基板１２と成長させた窒化物半導体エピタキシャル層との熱膨張係数の違いにより、下に凸の反りが大きくなり、さらには窒化物半導体エピタキシャル層にクラックが生じることがある。そこで実施例２においては、シリコン基板１２上に成膜させたときの反りおよびクラックの発生の有無について調査を行なった。
　サンプル５は、図６に示す従来から用いられている成膜装置１００を用いて、図５に示すシリコン積層構造６０を形成した。ここで、図６において図示しない熱電対を用いて、シリコン積層構造６０におけるシリコン基板１２の主表面の温度Ｔを測定し、上述したそれぞれを薄膜を成膜するときのＴが１０５０℃の状態で、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いることにより、ＡｌＮ３２、ペアー積層６２およびＧａＮ２２を成膜した。
　サンプル６は、図１に示す本発明の実施の形態１における成膜装置２００を用いて、ヒーター２のみ加熱させ、ヒーター７は加熱を行なわない状態で、図５に示すシリコン積層構造６０を形成した。ヒーター２の加熱温度はサンプル５を準備したときの加熱温度に準じており、具体的には、図１において図示しない熱電対を用いて、シリコン積層構造６０におけるシリコン基板１２の主表面の温度Ｔを測定し、上述したそれぞれを成膜するときのＴが１０５０℃の状態で、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いることにより、ＡｌＮ３２、ペアー積層６２およびＧａＮ２２を成膜した。その他の成膜条件については、サンプル５の成膜時に順ずるようにした。
　サンプル７は、図１に示す本発明の実施の形態１における成膜装置２００を用いて、ヒーター７のみ加熱させ、ヒーター２は加熱を行なわない状態で、図５に示すシリコン積層構造６０を形成した。ヒーター７の加熱温度はサンプル５を準備したときの加熱温度に準じており、具体的には、図１において図示しない熱電対を用いて、シリコン積層構造６０におけるシリコン基板１２の主表面の温度Ｔを測定し、上述したそれぞれを成膜するときのＴが１０５０℃の状態で、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いることにより、ＡｌＮ３２、ペアー積層６２およびＧａＮ２２を成膜した。その他の成膜条件については、サンプル５の成膜時に順ずるようにした。
　以上の手順にて準備を行なったサンプル５～７について、シリコン積層構造６０の主表面に沿った方向の、昇温時の反りの向き（１０５０℃昇温時基板の反り）、昇温時の曲率（１０５０℃昇温時基板の曲率）、成膜後の反りの大きさ（成膜後の基板の反りの量）、およびクラックの有無を測定した。曲率は、モジュール５（図２参照）としてのｉｎ－ｓｉｔｕモニターを用いて、シリコン基板１２が１０５０℃まで昇温した時点で測定し、反りについては、１０５０℃まで昇温した時点、および成膜の終了後に、モジュール５としてのｉｎ－ｓｉｔｕモニターを用いて測定した。また、クラックの有無については、成膜の終了後に光学顕微鏡を用いて評価を行なった。測定ないし評価の結果を次の表２に示す。表２は、実施例２におけるサンプル５～７の構成および測定データをまとめた表である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２より、従来から用いられている、サセプタ１の下側にのみヒーター２が設置されている成膜装置１００を用いた場合（サンプル５）も、本発明の成膜装置２００を用いながらサセプタ１の下側のヒーター２のみ加熱させた場合（サンプル６）も、同様の結果となった。具体的には、シリコン基板１２を１０５０℃まで昇温した時点で、後にシリコン積層構造６０となるシリコン基板１２の主表面は凹方向、すなわち下に凸となるように、大きな曲率（いずれも４０ｋｍ－１）で湾曲している。成膜が終わった後のサンプル５およびサンプル６ともに、１００μｍ程度の大きな反りが発生しており、クラックが発生していた。
　また、本発明の成膜装置２００を用いながらサセプタ１の上側のヒーター７のみ加熱させた場合（サンプル７）は、シリコン基板１２を１０５０℃まで昇温した時点で、後にシリコン積層構造６０となるシリコン基板１２の主表面は凸方向、すなわち中央部分が上側に反れる（上に凸となる）ように湾曲しており、曲率は、その絶対値が３０ｋｍ－１であった。成膜が終わった後のサンプル７については、反りは３０μｍとサンプル５、サンプル６よりは大幅に小さくなり、クラックは発生していなかった。
　以上の結果より、通常、シリコン基板１２上の窒化物半導体エピタキシャル層は、シリコンと窒化物半導体との熱膨張係数の差により、降温時には凹方向に反り、クラックが発生しやすい。しかし、通常の成膜方法であるシリコン積層構造６０の下側だけから加熱を行なえばシリコン積層構造６０が凹方向に大きく湾曲するが、シリコン積層構造６０の上側から加熱を行ない、シリコン積層構造６０の凹方向の湾曲を抑制（矯正）し、むしろ凸方向に湾曲させることにより、成長後のシリコン積層構造６０の反りと、クラックの発生とを抑制させることができることがわかった。また、サンプル５、６とサンプル７との湾曲ないし反りの程度を比較することにより、シリコン積層構造６０は凹方向に反れやすいため、凹方向の反りを抑制することが、クラックの発生の抑制につながるということもできる。
　今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　本発明の成膜装置は、成膜される基板の反りを改善することにより、基板の膜質の均質性を改善させ、基板のクラックを抑制する技術として、特に優れている。
　１　サセプタ、２　ヒーター、３　フローチャネル、４　原料ガスノズル、５　モジュール、６　加熱治具、７　ヒーター、１０　半導体基板、１１　サファイア基板、１２　シリコン基板、２１　低温ＧａＮ、２２　ＧａＮ、３０　制御部、３２　ＡｌＮ、４２　ＡｌＧａＮ、５０　サファイア積層構造、６０　シリコン積層構造、６２　ペアー積層、７１　クヌーセンセル、７２　クヌーセンセル、１００　成膜装置、２００　成膜装置、２０１　成膜装置、３０１　成膜装置。

Claims (9)

  1. 　基板（１０）を保持するサセプタ（１）と、
    　前記サセプタ（１）の一方の主表面に対向するように配置された第１の加熱部材（７）と、
    　前記サセプタ（１）の、前記一方の主表面と反対側に位置する他方の主表面に対向するように配置された第２の加熱部材（２）と、
    　前記第１の加熱部材（７）および前記第２の加熱部材（２）のそれぞれの加熱温度を独立に制御可能な制御部（３０）とを備える、成膜装置（２００，２０１，３０１）。
  2. 　基板（１０）を保持するサセプタ（１）と、
    　前記サセプタ（１）の一方の主表面に対向するように配置された第１の加熱部材（７）と、
    　前記サセプタ（１）の、前記一方の主表面と反対側に位置する他方の主表面に対向するように配置された第２の加熱部材（２）と、
    　前記第１の加熱部材（７）および前記第２の加熱部材（２）のそれぞれの加熱温度を独立に制御可能な制御部（３０）とを備えており、
    　前記第１の加熱部材（７）および前記第２の加熱部材（２）は、一方のみを加熱することも、両方を加熱することも可能な成膜装置（２００，２０１，３０１）。
  3. 　前記基板（１０）の曲率または反りを測定する測定部（５）をさらに備え、
    　前記基板（１０）の曲率または反りを測定した結果に応じて、前記第１の加熱部材（７）および前記第２の加熱部材（２）のそれぞれの加熱温度を独立に制御する、請求の範囲第１項に記載の成膜装置（２００，２０１，３０１）。
  4. 　前記基板（１０）の一方の主表面上に、成膜させたい薄膜（２１，２２，３２，４２，６２）を構成する成分の原料ガスを供給する、請求の範囲第１項に記載の成膜装置（２００，２０１，３０１）。
  5. 　前記原料ガスは塩化物ガスを含む、請求の範囲第４項に記載の成膜装置（２００，２０１，３０１）。
  6. 　前記原料ガスは非金属材料の水素化物ガスを含む、請求の範囲第４項に記載の成膜装置（２００，２０１，３０１）。
  7. 　前記原料ガスは有機金属化合物の蒸気を含む、請求の範囲第４項に記載の成膜装置（２００，２０１，３０１）。
  8. 　前記薄膜（２１，２２，３２，４２，６２）は、ＩＩＩ族窒化物半導体である、請求の範囲第４項に記載の成膜装置（２００，２０１，３０１）。
  9. 　前記基板（１０）の一方の主表面上に、成膜させたい薄膜（２１，２２，３２，４２，６２）を構成する成分の蒸気を真空中で堆積させる、請求の範囲第１項に記載の成膜装置（２００，２０１，３０１）。
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