JP2011011942A - Apparatus and method for producing crystal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、結晶製造装置及び結晶製造方法に関する。 The present invention relates to a crystal manufacturing apparatus and a crystal manufacturing method.
窒化ガリウム（ＧａＮ）等の物質の単結晶は、溶融液から成長させることが困難である。ＧａＮの単結晶を製造する方法として、例えば、ＧａＮと格子定数の近いサファイヤ等の単結晶からなる下地基板の上に、ガリウム（Ｇａ）を含むガスと窒素（Ｎ）を含むガスとを供給し、この下地基板上にＧａＮの単結晶をヘテロエピタキシャル成長させた後、得られたＧａＮの単結晶を下地基板から剥離する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。 Single crystals of materials such as gallium nitride (GaN) are difficult to grow from a melt. As a method for producing a single crystal of GaN, for example, a gas containing gallium (Ga) and a gas containing nitrogen (N) are supplied onto a base substrate made of a single crystal such as sapphire having a lattice constant close to that of GaN. A method is known in which a single crystal of GaN is heteroepitaxially grown on the base substrate, and then the obtained single crystal of GaN is peeled off from the base substrate (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、例えば特許文献１に示すような従来技術では、同時に複数の結晶を製造することは困難であり、高い生産性が得られ難いという課題があった。 However, in the conventional technique as shown in Patent Document 1, for example, it is difficult to manufacture a plurality of crystals at the same time, and it is difficult to obtain high productivity.
そこで本発明は、例えばＧａＮ等の結晶を成長させる場合において、同時に複数の結晶を製造することができ、結晶製造の生産性を向上させることが可能な結晶製造装置及び結晶製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a crystal manufacturing apparatus and a crystal manufacturing method capable of simultaneously manufacturing a plurality of crystals when growing a crystal such as GaN, and improving the productivity of crystal manufacturing. With the goal.
本発明の一態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室内で複数の前記基板を保持する基板保持台と、前記処理室内に所定のガスを供給するガス供給部と、前記処理室内のガスを排出するガス排出部と、を備え、前記基板保持台は、複数の支柱と、前記支柱の長手方向に複数設けられる基板保持棚と、複数の前記基板保持棚にそれぞれ立設される基板保持部支持体と、前記基板保持部支持体にそれぞれ設けられ、前記基板を保持する基板保持部と、を備える結晶製造装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a processing chamber for processing a substrate, a substrate holding table for holding a plurality of the substrates in the processing chamber, a gas supply unit for supplying a predetermined gas into the processing chamber, and the processing A gas discharge section for discharging gas in the room, and the substrate holding table is erected on each of a plurality of support columns, a plurality of substrate holding shelves provided in a longitudinal direction of the support columns, and the plurality of substrate holding shelves. There is provided a crystal manufacturing apparatus comprising: a substrate holding part support body; and a substrate holding part that is provided on the substrate holding part support body and holds the substrate.
本発明の他の態様によれば、複数の支柱と、前記支柱の長手方向に複数も受けられる基板保持棚と、複数の前記基板保持棚にそれぞれ立設される基板保持部支持体と、前記基板保持部支持体にそれぞれ設けられる基板保持部と、を備える基板保持台における前記基板保持部に基板を保持させ、前記基板保持台を処理室内に搬送する工程と、前記処理室内にガス供給部から所定のガスを供給しつつ、前記処理室内のガスをガス排出部から排出して前記基板上に結晶を成長させる工程と、を有する結晶製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a plurality of support columns, a plurality of substrate holding shelves that can be received in the longitudinal direction of the support columns, a substrate holding unit support respectively erected on the plurality of substrate holding shelves, A substrate holding unit provided on each of the substrate holding unit supports, a step of holding the substrate on the substrate holding unit in a substrate holding table, and transporting the substrate holding table into the processing chamber; and a gas supply unit in the processing chamber And a step of growing a crystal on the substrate by discharging the gas in the processing chamber from a gas discharge section while supplying a predetermined gas from the substrate.
本発明に係る結晶製造装置及び結晶製造方法によれば、例えばＧａＮ等の結晶を成長させる場合において、同時に複数の結晶を製造することができ、結晶製造の生産性を向上させることが可能となる。 According to the crystal manufacturing apparatus and the crystal manufacturing method according to the present invention, when growing a crystal such as GaN, for example, a plurality of crystals can be manufactured at the same time, and the productivity of crystal manufacturing can be improved. .
＜本発明の一実施形態＞
以下に本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
<One Embodiment of the Present Invention>
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
（１）結晶製造装置の構成
図１は、本実施形態に係る結晶製造装置の処理炉２０２の縦断面図であり、結晶成長前の状態を示している。図２は、本実施形態に係る結晶製造装置のホットウォール型の処理炉２０２の縦断面図であり、結晶成長後の状態を示している。図１，図２に示すように、処理炉２０２は、基板としてのウエハ２００を処理する処理室２０１と、処理室２０１内で複数のウエハ２００を保持する基板保持台としてのボート２１７と、処理室２０１内に所定のガスを供給する後述のガス供給部と、処理室２０１内のガスを排出する後述のガス排出部と、を備えている。なお、ウエハ２００は、例えばＧａＮ単結晶からなる基板、あるいはＧａＮと格子定数の近いサファイヤ等の単結晶からなる基板として構成されている。
(1) Configuration of Crystal Manufacturing Apparatus FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a processing furnace 202 of a crystal manufacturing apparatus according to this embodiment, and shows a state before crystal growth. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the hot wall type processing furnace 202 of the crystal manufacturing apparatus according to the present embodiment, showing a state after crystal growth. As shown in FIGS. 1 and 2, the processing furnace 202 includes a processing chamber 201 for processing wafers 200 as substrates, a boat 217 as a substrate holding table for holding a plurality of wafers 200 in the processing chamber 201, and a processing A gas supply unit (described later) that supplies a predetermined gas into the chamber 201 and a gas discharge unit (described later) that discharges the gas in the processing chamber 201 are provided. The wafer 200 is configured as, for example, a substrate made of a GaN single crystal or a substrate made of a single crystal such as sapphire having a lattice constant close to that of GaN.
（処理室）
処理室２０１は反応管２０４内に設けられている。反応管２０４は、上端が閉塞し、下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管２０４は、例えば石英（ＳｉＯ２）やＳｉ酸化膜（ＳｉＯ２膜）によりコーティングされたシリコン（Ｓｉ）等の耐熱性材料により構成されている。処理室２０１内にはウエハ２００を保持した上述のボート２１７が収容可能に構成されている。
(Processing room)
The processing chamber 201 is provided in the reaction tube 204. The reaction tube 204 is formed in a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened. The reaction tube 204 is made of, for example, a heat resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon (Si) coated with a Si oxide film (SiO 2 film). The processing chamber 201 is configured such that the boat 217 holding the wafer 200 can be accommodated therein.
反応管２０４の下端部には、反応管２０４の下端開口を気密に閉塞可能な保持体としてのベース２５７が設けられている。ベース２５７は、例えばステンレス等の金属により、円盤状に形成されている。ベース２５７の上面には、反応管２０４の下端に当接するシール部材としてのＯリング２２０が設けられている。 A base 257 as a holding body capable of airtightly closing the lower end opening of the reaction tube 204 is provided at the lower end portion of the reaction tube 204. The base 257 is formed in a disk shape from a metal such as stainless steel. On the upper surface of the base 257, an O-ring 220 as a seal member that abuts the lower end of the reaction tube 204 is provided.
ベース２５７の下には、炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、例えばステンレス等の金属により円盤状に形成されている。シールキャップ２１９は、ボートエレベータ１１５により後述するボート２１７を処理室２０１内に搬入する際に、ベース２５７、Ｏリング２２０を介して反応管２０４の下端を気密に閉塞するように構成されている。 Under the base 257, a seal cap 219 as a furnace port lid is provided. The seal cap 219 is formed in a disk shape from a metal such as stainless steel. The seal cap 219 is configured to hermetically close the lower end of the reaction tube 204 via the base 257 and the O-ring 220 when a boat 217 described later is carried into the processing chamber 201 by the boat elevator 115.
シールキャップ２１９の下側中心付近には、ボート２１７を回転させる回転機構２５４が設置されている。回転機構２５４の回転軸２５５は、シールキャップ２１９とベース２５７とを貫通し、後述する断熱筒２１８を介してボート２１７に接続されている。 A rotation mechanism 254 that rotates the boat 217 is installed near the lower center of the seal cap 219. A rotating shaft 255 of the rotating mechanism 254 passes through the seal cap 219 and the base 257 and is connected to the boat 217 via a heat insulating cylinder 218 described later.
（ボート）
図３は、本発明の一実施形態に係る基板保持台としてのボート２１７の斜視拡大図である。図４は、本発明の一実施形態に係るボート２１７の縦断面拡大図である。
(boat)
FIG. 3 is an enlarged perspective view of a boat 217 as a substrate holding table according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is an enlarged vertical cross-sectional view of a boat 217 according to an embodiment of the present invention.
基板保持台としてのボート２１７は、複数本（本実施形態では４本）の支柱２１７ａと、支柱２１７ａの長手方向に複数（本実施形態では５枚）設けられる基板保持棚２１７ｂと、複数の基板保持棚２１７ｂにそれぞれ立設される基板保持部支持体２１７ｃと、基板保持部支持体２１７ｃにそれぞれ設けられ、ウエハ２００を保持する基板保持部２１７ｄと、を備えている。 The boat 217 as a substrate holding table includes a plurality of (four in this embodiment) support columns 217a, a substrate holding shelf 217b provided in the longitudinal direction of the support columns 217a (five in this embodiment), and a plurality of substrates. A substrate holding part support 217c erected on the holding shelf 217b and a substrate holding part 217d provided on the substrate holding part support 217c and holding the wafer 200 are provided.
複数の支柱２１７ａは、互いに平行になるように垂直方向にそれぞれ立設されている。また、複数枚の基板保持棚２１７ｂは、垂直方向に互いに所定の間隔を保ちつつ、それぞれ水平姿勢で保持されている。また、複数本の基板保持部支持体２１７ｃは、基板保持棚２１７ｂの略中央にそれぞれ垂直方向に立設されている。そして、基板保持部２１７ｄは基板保持部支持体２１７ｃにより下方から支持されており、基板保持部２１７ｄのウエハ２００の保持面は水平になるように構成されている。すなわち、ボート２１７は、複数枚のウエハ２００を、水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて保持するようになっている。ボート２１７を構成する各部は、例えば石英や炭化珪素（ＳｉＣ）にＳｉＯ２膜がコーティングされた材料等の耐熱性非金属材料により構成されている。 The plurality of support columns 217a are vertically provided so as to be parallel to each other. The plurality of substrate holding shelves 217b are each held in a horizontal posture while maintaining a predetermined interval in the vertical direction. In addition, the plurality of substrate holding part supports 217c are erected in the vertical direction at substantially the center of the substrate holding shelf 217b. The substrate holding unit 217d is supported from below by the substrate holding unit support 217c, and the holding surface of the wafer 200 of the substrate holding unit 217d is configured to be horizontal. In other words, the boat 217 holds the plurality of wafers 200 in a horizontal posture and in a state where the centers are aligned with each other. Each part constituting the boat 217 is made of a heat-resistant non-metallic material such as a material in which a SiO 2 film is coated on quartz or silicon carbide (SiC), for example.
後述するように、基板保持部２１７ｄに保持されたウエハ２００上には、例えばＧａＮ等の結晶が成長することになる。図６は、後述する結晶製造工程の一工程を示す模式図であり、（ａ）はボート２１７にウエハ２００が保持されている様子を、（ｂ）は成長した結晶３００が基板保持部２１７ｄ内を満たし、基板保持部２１７ｄ外へ溢れ出した様子を、（ｃ）は成長した結晶３００が基板保持部２１７ｄを中心とする球を形成する様子をそれぞれ示している。 As will be described later, a crystal such as GaN grows on the wafer 200 held by the substrate holder 217d. 6A and 6B are schematic diagrams showing one process of a crystal manufacturing process to be described later. FIG. 6A shows a state in which the wafer 200 is held by the boat 217, and FIG. 6B shows a state in which the grown crystal 300 is in the substrate holding part 217d. (C) shows a state in which the grown crystal 300 forms a sphere centered on the substrate holding part 217d.
成長させた結晶３００中における欠陥のない領域を増大させるため、本実施形態においては、基板保持部２１７ｄを円筒形状とし、基板保持部２１７ｄに保持されたウエハ２００の外周を基板保持部２１７ｄの外周部によって囲うように構成している。すなわち、図３、図４に示すように、基板保持部２１７ｄを、下端が閉塞し、上端が開口した円筒形状に形成するようにしている。そして、ウエハ２００を、基板保持部２１７ｄの底部上面に水平姿勢で載置するようにし、基板保持部２１７ｄの底部上面に載置されたウエハ２００の外周が基板保持部２１７ｄの円筒内側壁によって囲われるようにしている。なお、ウエハ２００の外周を囲う基板保持部２１７ｄの側壁（筒部）の高さ（ａ）は、ウエハ２００の厚さ（ｔ）よりも大きくなるように構成されている。基板保持部２１７ｄの側壁（筒部）の高さ（ａ）を、ウエハ２００の厚さ（ｔ）よりも大きくすることによって、成長させた結晶３００中における欠陥のない領域を増大させることが出来る。 In order to increase the defect-free region in the grown crystal 300, in this embodiment, the substrate holding part 217d is cylindrical, and the outer periphery of the wafer 200 held by the substrate holding part 217d is the outer periphery of the substrate holding part 217d. It is configured to be surrounded by a part. That is, as shown in FIGS. 3 and 4, the substrate holding part 217d is formed in a cylindrical shape with the lower end closed and the upper end opened. Then, the wafer 200 is placed in a horizontal posture on the upper surface of the bottom of the substrate holder 217d, and the outer periphery of the wafer 200 placed on the upper surface of the bottom of the substrate holder 217d is surrounded by the cylindrical inner wall of the substrate holder 217d. It is supposed to be. In addition, the height (a) of the side wall (cylinder part) of the substrate holding part 217 d surrounding the outer periphery of the wafer 200 is configured to be larger than the thickness (t) of the wafer 200. By making the height (a) of the side wall (cylinder part) of the substrate holding part 217d larger than the thickness (t) of the wafer 200, it is possible to increase the defect-free region in the grown crystal 300. .
また、図６（ｃ）に示すように、結晶３００の成長が進行すると、基板保持部２１７ｄ及び基板保持部支持体２１７ｃの上部は、球状の結晶３００中に包含されることになる。従って、成長させた球状の結晶３００をボート２１７から取り出すには、基板保持部支持体２１７ｃを基板保持棚２１７ｂから取り外す必要がある。そこで本実施形態においては、基板保持棚２１７ｂと基板保持部支持体２１７ｃとを着脱自在に構成している。具体的には、基板保持棚２１７ｂ或いは基板保持部支持体２１７ｃのいずれか一方にネジ穴を設けると共に、他方にネジ棒を形成するようにしている。そして、これらネジ穴とネジ棒とを嵌め合わせることで、基板保持棚２１７ｂと基板保持部支持体２１７ｃとを着脱自在に固定するようにしている（ネジ式による固定）。図５は、本実施形態に係るボート２１７の縦断面図であり、（ａ）は組み立て後の状態を示し、（ｂ）は分解後の状態を示している。 Further, as shown in FIG. 6C, when the growth of the crystal 300 proceeds, the upper part of the substrate holding part 217 d and the substrate holding part support 217 c is included in the spherical crystal 300. Therefore, in order to take out the grown spherical crystal 300 from the boat 217, it is necessary to remove the substrate holding portion support 217c from the substrate holding shelf 217b. Therefore, in the present embodiment, the substrate holding shelf 217b and the substrate holding portion support 217c are configured to be detachable. Specifically, a screw hole is provided in one of the substrate holding shelf 217b and the substrate holding part support 217c, and a screw rod is formed in the other. The board holding shelf 217b and the board holding part support 217c are detachably fixed by fitting the screw holes and the screw rods (screw type fixing). FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the boat 217 according to this embodiment, where (a) shows a state after assembly, and (b) shows a state after disassembly.
なお、本発明は係る形態に限定されず、例えば、基板保持棚２１７ｂ或いは基板保持部支持体２１７ｃのいずれか一方に鍵穴を設け、他方に前記鍵穴に適合する鍵構造を設けるようにしてもよい。そして、これら鍵穴と鍵構造とを嵌め合わせることにより、基板保持棚２１７ｂと基板保持部支持体２１７ｃとを客脱可能に固定するようにしてもよい（キー式による固定）。また、本発明は、基板保持棚２１７ｂと基板保持部支持体２１７ｃとを着脱自在に構成する場合に限定されない。例えば、成長させた球状のＧａＮの結晶をボート２１７から取り外す際には、基板保持部支持体２１７ｃの露出部（根元部分等）を切断するようにしてもよい。係る場合、基板保持部支持体２１７ｃを例えば中空形状に形成したり、基板保持部支持体２１７ｃの下端部外周に切り込みを予め設けたりしておくことで、基板保持部支持体２１７ｃの露出部（根元部分等）を容易に切断できるようにすることが好ましい。 Note that the present invention is not limited to such a form. For example, a key hole may be provided in one of the substrate holding shelf 217b or the substrate holding part support 217c, and a key structure that matches the key hole may be provided in the other. . Then, the substrate holding shelf 217b and the substrate holding portion support 217c may be fixed in a detachable manner by fitting these key holes and the key structure (fixing by a key type). The present invention is not limited to the case where the substrate holding shelf 217b and the substrate holding part support 217c are configured to be detachable. For example, when removing the grown spherical GaN crystal from the boat 217, an exposed portion (such as a root portion) of the substrate holding portion support 217c may be cut. In this case, the substrate holding part support 217c is formed in, for example, a hollow shape, or a notch is provided in advance on the outer periphery of the lower end of the substrate holding part support 217c. It is preferable that the base portion or the like can be easily cut.
なお、成長した球状の結晶３００が、基板保持棚２１７ｂから転落してしまうことを回避するため、本実施形態においては、基板保持棚２１７ｂの外周部等に、球状の結晶３００の転がりを抑制する転がり抑制部２１７ｅを設けている。転がり抑制部２１７ｅは、例えば図４、図６に示すように、基板保持棚２１７ｂの外周部を囲う円筒壁として構成することが出来る。 In order to avoid the grown spherical crystal 300 from falling from the substrate holding shelf 217b, in this embodiment, the rolling of the spherical crystal 300 is suppressed at the outer periphery of the substrate holding shelf 217b or the like. A rolling suppression portion 217e is provided. For example, as shown in FIGS. 4 and 6, the rolling suppression portion 217 e can be configured as a cylindrical wall that surrounds the outer peripheral portion of the substrate holding shelf 217 b.
（回転機構及びボートエレベータ）
ボート２１７の下方には、断熱部材としての断熱筒２１８が、ボート２１７を下方から支持するように設けられている。断熱筒２１８は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料により、円筒形状に形成されている。断熱筒２１８は、後述するヒータ２０６からの熱を反応管２０４の下端側に伝達し難く構成されている。断熱筒２１８は、回転機構２５４の回転軸２５５により下方から支持されている。回転機構２５４を作動させることにより、ボート２１７に保持された複数枚のウエハ２００を、処理室２０１内で回転させることが可能に構成されている。
(Rotating mechanism and boat elevator)
A heat insulating cylinder 218 as a heat insulating member is provided below the boat 217 so as to support the boat 217 from below. The heat insulating cylinder 218 is formed in a cylindrical shape from a heat resistant material such as quartz or silicon carbide. The heat insulation cylinder 218 is configured to hardly transmit heat from a heater 206 described later to the lower end side of the reaction tube 204. The heat insulating cylinder 218 is supported from below by the rotating shaft 255 of the rotating mechanism 254. By operating the rotation mechanism 254, a plurality of wafers 200 held in the boat 217 can be rotated in the processing chamber 201.
シールキャップ２１９の下側周縁は、昇降機構であるボートエレベータ１１５のアームに連結されている。ボートエレベータ１１５は、反応管２０４の外部に垂直に設置されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を垂直方向に昇降させるように構成されている。すなわち、ボートエレベータ１１５は、処理室２０１内に対してボート２１７を搬入搬出可能となっている。回転機構２５４及びボートエレベータ１１５は、後述するコントローラ２４０の駆動制御部２３７に電気的に接続されている。 The lower peripheral edge of the seal cap 219 is connected to the arm of the boat elevator 115 which is a lifting mechanism. The boat elevator 115 is vertically installed outside the reaction tube 204. The boat elevator 115 is configured to raise and lower the seal cap 219 in the vertical direction. That is, the boat elevator 115 can carry the boat 217 into and out of the processing chamber 201. The rotation mechanism 254 and the boat elevator 115 are electrically connected to a drive control unit 237 of a controller 240 described later.
（ガス供給部）
反応管２０４の下端部には、ガス導入部２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃが設けられている。ガス導入部２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃの下流端には、細管２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃが接続されている。細管２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃは、反応管２０４の下方から反応管２０４の天井部２３３に至るまで、反応管２０４の外壁に沿って垂直に設けられている。細管２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃの下流端は、反応管２０４の天井部２３３に開口するように形成されたガス導入口２３３ａ，２３３ｂ，２３３ｃにそれぞれ接続されている。ガス導入部２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃから導入されたガスは、細管２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ内を流通し、ガス導入口２３３ａ，２３３ｂ，２３３ｃから処理室２０１内に導入されるようになっている。
(Gas supply part)
At the lower end of the reaction tube 204, gas introduction portions 230a, 230b, and 230c are provided. Narrow tubes 234a, 234b, and 234c are connected to the downstream ends of the gas introduction portions 230a, 230b, and 230c. The thin tubes 234a, 234b, and 234c are provided vertically along the outer wall of the reaction tube 204 from the lower side of the reaction tube 204 to the ceiling 233 of the reaction tube 204. The downstream ends of the thin tubes 234a, 234b, and 234c are connected to gas inlets 233a, 233b, and 233c formed so as to open to the ceiling portion 233 of the reaction tube 204, respectively. Gases introduced from the gas introduction portions 230a, 230b, and 230c circulate in the narrow tubes 234a, 234b, and 234c, and are introduced into the processing chamber 201 from the gas introduction ports 233a, 233b, and 233c.
ガス導入部２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃの上流側には、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｃがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ａの上流側には、ガリウム塩化物含有ガスとして例えば塩化ガリウム（ＧａＣｌ３）を含むガスを供給するガリウム含有ガス供給管２６１が接続されている。ガス供給管２３２ｂの上流側には、窒素含有ガス
として例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスを供給する窒素含有ガス供給管２７１が接続されている。ガス供給管２３２ｃの上流側には、エッチングガスとして例えば塩酸（ＨＣｌ）ガスを供給するエッチングガス供給管２８１が接続されている。
Gas supply pipes 232a, 232b, and 232c are connected to the upstream side of the gas introduction units 230a, 230b, and 230c, respectively. A gallium-containing gas supply pipe 261 that supplies a gas containing, for example, gallium chloride (GaCl 3 ) as a gallium chloride-containing gas is connected to the upstream side of the gas supply pipe 232a. A nitrogen-containing gas supply pipe 271 that supplies, for example, ammonia (NH 3 ) gas as a nitrogen-containing gas is connected to the upstream side of the gas supply pipe 232b. An etching gas supply pipe 281 that supplies, for example, hydrochloric acid (HCl) gas as an etching gas is connected to the upstream side of the gas supply pipe 232c.
ガリウム含有ガス供給管２６１には、上流側から順に、ＨＣｌガス供給源２６２、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２６３、開閉弁であるバルブ２６４、ガリウム（Ｇａ）融液を貯留したＧａ融液タンク２６５が設けられている。ＨＣｌガス供給源２６２から供給されたＨＣｌガスは、バルブ２６４の開動作により、マスフローコントローラ２６３により所定の流量に調整されつつ、ガリウム含有ガス供給管２６１内を流通し、Ｇａ融液タンク２６５内に供給される。Ｇａ融液タンク２６５内では、供給されたＨＣｌガスと貯留されていたＧａ融液とが反応し、ＧａＣｌ３が生成される。ガリウム含有ガス供給管２６１を流れたＧａＣｌ３を含むガスは、ガス供給管２３２ａ、ガス導入部２３０ａ、細管２３４ａ、ガス導入口２３３ａを介して処理室２０１内に導入されるようになっている。 In the gallium-containing gas supply pipe 261, an HCl gas supply source 262, a mass flow controller 263 that is a flow rate controller (flow rate control means), a valve 264 that is an on-off valve, and a gallium (Ga) melt are stored in order from the upstream side. A Ga melt tank 265 is provided. The HCl gas supplied from the HCl gas supply source 262 circulates in the gallium-containing gas supply pipe 261 while being adjusted to a predetermined flow rate by the mass flow controller 263 by the opening operation of the valve 264, and enters the Ga melt tank 265. Supplied. In the Ga melt tank 265, the supplied HCl gas reacts with the stored Ga melt to produce GaCl 3 . The gas containing GaCl 3 flowing through the gallium-containing gas supply pipe 261 is introduced into the processing chamber 201 through the gas supply pipe 232a, the gas introduction unit 230a, the narrow tube 234a, and the gas introduction port 233a.
窒素含有ガス供給管２７１には、上流側から順に、ＮＨ３ガス供給源２７２、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２７３、開閉弁であるバルブ２７４が設けられている。ＮＨ３ガス供給源２７２から供給されたＮＨ３ガスは、バルブ２７４の開動作により、マスフローコントローラ２７３により所定の流量に調整されつつ、窒素含有ガス供給管２７１内を流通し、ガス供給管２３２ｂ、ガス導入部２３０ｂ、細管２３４ｂ、ガス導入口２３３ｂを介して処理室２０１内に導入されるようになっている。 The nitrogen-containing gas supply pipe 271 is provided with an NH 3 gas supply source 272, a mass flow controller 273 that is a flow rate controller (flow rate control means), and a valve 274 that is an on-off valve in this order from the upstream side. NH 3 NH 3 gas supplied from the gas supply source 272, the opening operation of the valve 274, while being adjusted to a predetermined flow rate by the mass flow controller 273, and flows in the nitrogen-containing gas supply pipe 271, a gas supply pipe 232b, The gas is introduced into the processing chamber 201 through the gas introduction part 230b, the narrow tube 234b, and the gas introduction port 233b.
エッチングガス供給管２８１には、上流側から順に、ＨＣｌガス供給源２８２、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２８３、開閉弁であるバルブ２８４が設けられている。ＨＣｌガス供給源２８２から供給されたＨＣｌガスは、バルブ２８４の開動作により、マスフローコントローラ２８３により所定の流量に調整されつつ、エッチングガス供給管２８１内を流通し、ガス供給管２３２ｃ、ガス導入部２３０ｃ、細管２３４ｃ、ガス導入口２３３ｃを介して処理室２０１内に導入されるようになっている。 In the etching gas supply pipe 281, an HCl gas supply source 282, a mass flow controller 283 that is a flow rate controller (flow rate control means), and a valve 284 that is an on-off valve are provided in this order from the upstream side. The HCl gas supplied from the HCl gas supply source 282 is circulated through the etching gas supply pipe 281 while being adjusted to a predetermined flow rate by the mass flow controller 283 by the opening operation of the valve 284, and the gas supply pipe 232c, gas introduction unit 230c, the narrow tube 234c, and the gas inlet 233c are introduced into the processing chamber 201.
主に、ガリウム含有ガス供給管２６１、ＨＣｌガス供給源２６２、マスフローコントローラ２６３、バルブ２６４、Ｇａ融液タンク２６５、ガス供給管２３２ａ、ガス導入部２３０ａ、細管２３４ａ、ガス導入口２３３ａにより、本実施形態に係るガリウム含有ガス供給部が構成されている。また主に、窒素含有ガス供給管２７１、ＮＨ３ガス供給源２７２、マスフローコントローラ２７３、バルブ２７４、ガス供給管２３２ｂ、ガス導入部２３０ｂ、細管２３４ｂ、ガス導入口２３３ｂにより、本実施形態に係る窒素含有ガス供給部が構成されている。また主に、エッチングガス供給管２８１、ＨＣｌガス供給源２８２、マスフローコントローラ２８３、バルブ２８４、ガス供給管２３２ｃ、ガス導入部２３ｃ０、細管２３４ｃ、ガス導入口２３３ｃにより、本実施形態に係るエッチングガス供給部が構成されている。そして、主に、ガリウム含有ガス供給部、窒素含有ガス供給部、エッチングガス供給部により、処理室２０１内に所定のガスを供給するガス供給部が構成されている。 Mainly implemented by a gallium-containing gas supply pipe 261, an HCl gas supply source 262, a mass flow controller 263, a valve 264, a Ga melt tank 265, a gas supply pipe 232a, a gas inlet 230a, a narrow pipe 234a, and a gas inlet 233a. The gallium containing gas supply part which concerns on a form is comprised. The nitrogen-containing gas supply pipe 271, the NH 3 gas supply source 272, the mass flow controller 273, the valve 274, the gas supply pipe 232 b, the gas introduction part 230 b, the narrow pipe 234 b, and the gas introduction port 233 b mainly provide nitrogen according to this embodiment. A contained gas supply unit is configured. Also, the etching gas supply according to this embodiment is mainly performed by the etching gas supply pipe 281, the HCl gas supply source 282, the mass flow controller 283, the valve 284, the gas supply pipe 232 c, the gas introduction part 23 c 0, the narrow pipe 234 c, and the gas introduction port 233 c. The part is composed. And the gas supply part which supplies predetermined gas in the process chamber 201 is mainly comprised by the gallium containing gas supply part, the nitrogen containing gas supply part, and the etching gas supply part.
（ガス排出部）
また、反応管２０４の下端部であってガス導入部２３０と対向する位置に、ガス排気部２３１が設けられている。ガス排気部２３１には、ガス排気管２２９が接続されている。ガス排気管２２９には、上流側から順に、圧力検出器としての圧力センサ２４５、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブとして構成された圧力調整装置２４２、真空ポンプとして構成された排気装置２４６が設けられている。圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて圧力調整装置２４２の弁開度をフィードバック制御することにより、処理室２０１内の圧力を所定の圧力に調整可能なように構成さ
れている。
(Gas discharge part)
In addition, a gas exhaust unit 231 is provided at the lower end of the reaction tube 204 and at a position facing the gas introduction unit 230. A gas exhaust pipe 229 is connected to the gas exhaust unit 231. The gas exhaust pipe 229 is provided with, in order from the upstream side, a pressure sensor 245 as a pressure detector, a pressure adjusting device 242 configured as an APC (Auto Pressure Controller) valve, and an exhaust device 246 configured as a vacuum pump. Yes. The pressure in the processing chamber 201 can be adjusted to a predetermined pressure by feedback controlling the valve opening degree of the pressure adjusting device 242 based on the pressure information detected by the pressure sensor 245.
主に、排気口２３１ａ、ガス排気部２３１、ガス排気管２２９、圧力センサ２４５、圧力調整装置２４２及び排気装置２４６により、処理室２０１内のガス（雰囲気）を排気するガス排出部が構成されている。圧力センサ２４５及び圧力調整装置２４２は、後述するコントローラ２４０の圧力制御部２３６に電気的に接続されている。 The exhaust port 231a, the gas exhaust unit 231, the gas exhaust pipe 229, the pressure sensor 245, the pressure adjusting device 242, and the exhaust device 246 constitute a gas exhaust unit that exhausts the gas (atmosphere) in the processing chamber 201. Yes. The pressure sensor 245 and the pressure adjusting device 242 are electrically connected to a pressure control unit 236 of the controller 240 described later.
（加熱部）
均熱管２０５の下端部には、ヒータベース２５１が設けられている。ヒータベース２５１は、加熱部としてのヒータ２０６を下方から支持している。ヒータ２０６は、円筒形状に形成されている。ヒータ２０６は、反応管２０４の外側に同心円状に配設されている。ヒータ２０６は、反応管２０４を介して、処理室２０１内のウエハ２００を加熱するようになっている。なお、ヒータ２０６は鉛直方向に複数のゾーンに分割されている、ヒータ２０６を構成する複数のゾーンの温度は、それぞれ独立して制御できるように構成されている。尚、ヒータ２０６の発熱体は、好適には、二ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ２）材料等で形成され、抵抗加熱式を採用すると均熱性が向上する。
(Heating part)
A heater base 251 is provided at the lower end of the heat equalizing tube 205. The heater base 251 supports a heater 206 as a heating unit from below. The heater 206 is formed in a cylindrical shape. The heater 206 is disposed concentrically outside the reaction tube 204. The heater 206 heats the wafer 200 in the processing chamber 201 via the reaction tube 204. The heater 206 is divided into a plurality of zones in the vertical direction, and the temperatures of the plurality of zones constituting the heater 206 can be controlled independently. The heating element of the heater 206 is preferably formed of molybdenum disilicide (MoSi 2 ) material or the like, and soaking resistance is improved by adopting a resistance heating method.
また、ヒータ２０６と反応管２０４との間には、温度検出器としての温度センサ２０６ａが設置されている。ヒータ２０６は、温度センサ２０６ａの温度情報に基づき制御されるようになっている。ヒータ２０６及び温度センサ２０６ａは、後述するコントローラ２４０の温度制御部２３８に電気的に接続されている。 In addition, a temperature sensor 206 a as a temperature detector is installed between the heater 206 and the reaction tube 204. The heater 206 is controlled based on temperature information of the temperature sensor 206a. The heater 206 and the temperature sensor 206a are electrically connected to a temperature control unit 238 of the controller 240 described later.
（制御系）
制御部としてのコントローラ２４０は、駆動制御部２３７、ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、温度制御部２３８、及びこれらを制御して結晶製造装置全体を制御する主制御部２３９を備えている。また、コントローラ２４０は、操作部及び入出力部（共に図示しない）を更に備えている。
(Control system)
The controller 240 as a control unit includes a drive control unit 237, a gas flow rate control unit 235, a pressure control unit 236, a temperature control unit 238, and a main control unit 239 that controls these to control the entire crystal manufacturing apparatus. . The controller 240 further includes an operation unit and an input / output unit (both not shown).
駆動制御部２３７は、回転機構２５４及びボートエレベータ１１５にそれぞれ電気的に接続されている。駆動制御部２３７は、回転機構２５４の動作を制御し、所定のタイミングにてボート２１７を回転させるようにしている。また、駆動制御部２３７は、ボートエレベータ１１５の動作を制御し、処理室２０１内外に所定のタイミングでボート２１７を搬送するようにしている。 The drive control unit 237 is electrically connected to the rotation mechanism 254 and the boat elevator 115, respectively. The drive control unit 237 controls the operation of the rotation mechanism 254 to rotate the boat 217 at a predetermined timing. The drive control unit 237 controls the operation of the boat elevator 115 so that the boat 217 is transported into and out of the processing chamber 201 at a predetermined timing.
ガス流量制御部２３５は、マスフローコントローラ２６３，２７３，２８３及びバルブ２６４，２７４，２８４にそれぞれ電気的に接続されている。ガス流量制御部２３５は、マスフローコントローラ２６３，２７３，２８３による流量調整動作と、バルブ２６４，２７４，２８４の開閉動作を制御することにより、処理室２０１内へのガス供給を所定のタイミングかつ所定の流量で行うようにしている。 The gas flow rate control unit 235 is electrically connected to the mass flow controllers 263, 273, 283 and valves 264, 274, 284, respectively. The gas flow rate control unit 235 controls the flow rate adjustment operation by the mass flow controllers 263, 273, 283 and the opening / closing operation of the valves 264, 274, 284, thereby supplying gas into the processing chamber 201 at a predetermined timing and at a predetermined level. It is done at a flow rate.
圧力制御部２３６は、圧力センサ２４５及び圧力調整装置２４２にそれぞれ電気的に接続されている。圧力制御部２３６は、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて圧力調整装置２４２の弁開度を制御し、処理室２０１内の圧力が所定のタイミングで所定の圧力となるようにしている。 The pressure control unit 236 is electrically connected to the pressure sensor 245 and the pressure adjusting device 242 respectively. The pressure control unit 236 controls the valve opening degree of the pressure adjusting device 242 based on the pressure information detected by the pressure sensor 245 so that the pressure in the processing chamber 201 becomes a predetermined pressure at a predetermined timing. .
温度制御部２３８は、温度センサ２０６ａ及びヒータ２０６にそれぞれ電気的に接続されている。温度制御部２３８は、温度センサ２０６ａにより検出された温度情報に基づいてヒータ２０６への通電具合を御し、処理室２０１内の温度及びウエハ２００の温度が所定のタイミングで所定の温度となるようにしている。 The temperature control unit 238 is electrically connected to the temperature sensor 206a and the heater 206, respectively. The temperature control unit 238 controls the energization of the heater 206 based on the temperature information detected by the temperature sensor 206a so that the temperature in the processing chamber 201 and the temperature of the wafer 200 become a predetermined temperature at a predetermined timing. I have to.
（２）結晶製造工程
次に、上記構成に係る処理炉２０２を用いて、ウエハ２００上に例えばＧａＮの結晶を成長させる工程を有する結晶製造工程について説明する。尚、以下の説明において、結晶製造装置を構成する各部の動作はコントローラ２４０により制御される。
(2) Crystal Manufacturing Process Next, a crystal manufacturing process including a process of growing, for example, GaN crystals on the wafer 200 using the processing furnace 202 according to the above configuration will be described. In the following description, the operation of each part constituting the crystal manufacturing apparatus is controlled by the controller 240.
（搬入工程（Ｓ１０））
先ず、ボート２１７が備える複数の基板保持棚２１７ｂのそれぞれに、基板保持部支持体２１７ｃを取り付けておく。具体的には、基板保持棚２１７ｂ或いは基板保持部支持体２１７ｃのいずれか一方に設けられたネジ穴と、他方に設けられたネジ棒とを嵌め合わせることで、基板保持棚２１７ｂに基板保持部支持体２１７ｃを取り付けておく。
(Import process (S10))
First, the substrate holding part support 217c is attached to each of the plurality of substrate holding shelves 217b included in the boat 217. Specifically, the board holding section 217b is fitted into the board holding shelf 217b by fitting the screw hole provided in either the board holding shelf 217b or the board holding section support 217c with the screw rod provided in the other. The support body 217c is attached.
そして、取り付けた基板保持部支持体２１７ｃにより下方から支持される基板保持部２１７ｄのそれぞれにウエハ２００を保持させる（ウエハチャージ）。上述したように、ウエハ２００の外周を囲う基板保持部２１７ｄの側壁（筒部）の高さ（ａ）は、ウエハ２００の厚さ（ｔ）よりも大きくなるように構成されている。そのため、基板保持部２１７ｄの底部上面に水平姿勢で載置されたウエハ２００の外周は、基板保持部２１７ｄの円筒内側壁によって囲われることとなる。 Then, the wafer 200 is held on each of the substrate holding portions 217d supported from below by the attached substrate holding portion support 217c (wafer charge). As described above, the height (a) of the side wall (cylinder part) of the substrate holding part 217d surrounding the outer periphery of the wafer 200 is configured to be larger than the thickness (t) of the wafer 200. Therefore, the outer periphery of the wafer 200 placed in a horizontal posture on the upper surface of the bottom of the substrate holding part 217d is surrounded by the cylindrical inner wall of the substrate holding part 217d.
次に、コントローラ２４０（駆動制御部２３７）の制御に基づいてボートエレベータ１１５を駆動させ、ボート２１７を上昇させる。これにより、図１に示すように、複数枚のウエハ２００を保持したボート２１７が処理室２０１内に搬入（ボートローディング）される。このとき、シールキャップ２１９は、ベース２５７、Ｏリング２２０を介して反応管２０４の下端を閉塞する。これにより、処理室２０１は気密に封止される。 Next, the boat elevator 115 is driven based on the control of the controller 240 (drive control unit 237), and the boat 217 is raised. Thereby, as shown in FIG. 1, the boat 217 holding the plurality of wafers 200 is loaded into the processing chamber 201 (boat loading). At this time, the seal cap 219 closes the lower end of the reaction tube 204 via the base 257 and the O-ring 220. Thereby, the processing chamber 201 is hermetically sealed.
（圧力調整工程（Ｓ２０）及び昇温工程（Ｓ３０））
処理室２０１内へのボート２１７の搬入が完了したら、処理室２０１内が所定の圧力となるよう処理室２０１内の雰囲気を排気する。具体的には、排気装置２４６により排気しつつ、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて圧力調整装置２４２のバルブの開度をフィードバック制御し、処理室２０１内を所定の圧力とする。そして、回転機構２５４を作動させ、処理室２０１内に搬入されたウエハ２００の回転を開始する。なお、ウエハ２００の回転は、後述する結晶成長工程（Ｓ４０）が終了するまで継続する。
(Pressure adjusting step (S20) and temperature raising step (S30))
When the loading of the boat 217 into the processing chamber 201 is completed, the atmosphere in the processing chamber 201 is exhausted so that the processing chamber 201 has a predetermined pressure. Specifically, while the exhaust device 246 is exhausting, the valve opening of the pressure adjusting device 242 is feedback controlled based on the pressure information detected by the pressure sensor 245 so that the inside of the processing chamber 201 is set to a predetermined pressure. Then, the rotation mechanism 254 is activated to start the rotation of the wafer 200 carried into the processing chamber 201. The rotation of the wafer 200 is continued until a crystal growth step (S40) described later is completed.
また、処理室２０１内が所定温度となるようヒータ２０６によって加熱する。具体的には、温度センサ２０６ａにより検出された温度情報に基づいてヒータ２０６への通電具合を制御して、処理室２０１内を所定の温度とする。 Further, the inside of the processing chamber 201 is heated by the heater 206 so as to reach a predetermined temperature. Specifically, the inside of the processing chamber 201 is set to a predetermined temperature by controlling the power supply to the heater 206 based on the temperature information detected by the temperature sensor 206a.
なお、処理室２０１内の圧力条件及び温度条件は、後述する結晶成長工程（Ｓ４０）において、ウエハ２００上にのみＧａＮの結晶が選択的に成長し、処理室２０１内壁上やボート２１７表面上にはＧａＮの結晶が成長しない条件とすることが好ましい。 Note that the pressure and temperature conditions in the processing chamber 201 are such that a GaN crystal selectively grows only on the wafer 200 in the crystal growth step (S40) described later, and on the inner wall of the processing chamber 201 or the surface of the boat 217. It is preferable that the GaN crystal is not grown.
（結晶成長工程（Ｓ４０））
結晶成長工程（Ｓ４０）では、処理室２０１内にガス供給部から所定のガスを供給しつつ、処理室２０１内のガスをガス排出部から排出して、ウエハ２００上にＧａＮの結晶３００を成長させる。
(Crystal growth step (S40))
In the crystal growth step (S <b> 40), while supplying a predetermined gas from the gas supply unit into the processing chamber 201, the gas in the processing chamber 201 is discharged from the gas discharge unit to grow the GaN crystal 300 on the wafer 200. Let
具体的には、まず、処理室２０１内へのＧａＣｌ３を含むガスの供給を開始する。すなわち、バルブ２６４を開け、ＨＣｌガス供給源２６２から供給されたＨＣｌガスを、マスフローコントローラ２６３により所定の流量に調整しつつ、ガリウム含有ガス供給管２６１内を流通させ、Ｇａ融液タンク２６５内に供給する。Ｇａ融液タンク２６５内では、供給されたＨＣｌガスと貯留されていたＧａ融液とが反応し、ＧａＣｌ３が生成される。ガ
リウム含有ガス供給管２６１を流れたＧａＣｌ３を含むガスは、ガス供給管２３２ａ、ガス導入部２３０ａ、細管２３４ａ、ガス導入口２３３ａを介して処理室２０１内に供給される。
Specifically, first, supply of a gas containing GaCl 3 into the processing chamber 201 is started. That is, the valve 264 is opened, and the HCl gas supplied from the HCl gas supply source 262 is circulated through the gallium-containing gas supply pipe 261 while being adjusted to a predetermined flow rate by the mass flow controller 263 to enter the Ga melt tank 265. Supply. In the Ga melt tank 265, the supplied HCl gas reacts with the stored Ga melt to produce GaCl 3 . The gas containing GaCl 3 flowing through the gallium-containing gas supply pipe 261 is supplied into the processing chamber 201 through the gas supply pipe 232a, the gas introduction unit 230a, the narrow tube 234a, and the gas introduction port 233a.
処理室２０１内へのＧａＣｌ３を含むガスの供給と並行して、処理室２０１内へのＮＨ３ガスの供給を開始する。すなわち、バルブ２７４を開け、ＮＨ３ガス供給源２７２から供給されたＮＨ３ガスを、マスフローコントローラ２７３により所定の流量に調整しつつ、窒素含有ガス供給管２７１内を流通させ、ガス供給管２３２ｂ、ガス導入部２３０ｂ、細管２３４ｂ、ガス導入口２３３ｂを介して処理室２０１内に供給する。 In parallel with the supply of the gas containing GaCl 3 into the processing chamber 201, the supply of the NH 3 gas into the processing chamber 201 is started. That is, opening the valve 274, the NH 3 gas supplied from the NH 3 gas supply source 272, while adjusting the mass flow controller 273 to a predetermined flow rate, was circulated in the nitrogen-containing gas supply pipe 271, a gas supply pipe 232b, The gas is supplied into the processing chamber 201 through the gas inlet 230b, the narrow tube 234b, and the gas inlet 233b.
ＧａＣｌ３を含むガスとＮＨ３ガスとが処理室２０１内で気相反応することにより、ウエハ２００上へのＧａＮの結晶３００の成長（気相成長）が開始される。成長が開始されると、ＧａＮの結晶３００は、ウエハ２００上で主に水平方向に成長する。その後、図６（ｂ）に示すように、成長した結晶３００は、基板保持部２１７ｄ内を満たし、その後、基板保持部２１７ｄ外へ溢れ出して成長する。そして、さらに結晶成長を継続させると、図６（ｃ）に示すように、結晶３００は基板保持部２１７ｄを中心とする球を形成することになる。その結果、ウエハ２００、基板保持部２１７ｄ、及び基板保持部支持体２１７ｃの上部は、球状の結晶３００中に包含されることになる。 The gas containing GaCl 3 and the NH 3 gas undergo a vapor phase reaction in the processing chamber 201, whereby the growth (vapor phase growth) of the GaN crystal 300 on the wafer 200 is started. When the growth is started, the GaN crystal 300 grows mainly in the horizontal direction on the wafer 200. Thereafter, as shown in FIG. 6B, the grown crystal 300 fills the inside of the substrate holding portion 217d, and then overflows and grows out of the substrate holding portion 217d. When the crystal growth is further continued, as shown in FIG. 6C, the crystal 300 forms a sphere centered on the substrate holding portion 217d. As a result, the upper portion of the wafer 200, the substrate holding part 217d, and the substrate holding part support 217c is included in the spherical crystal 300.
処理室２０１内の圧力は、好ましくは減圧〜大気圧の範囲内（例えば５０Ｐａ以上０．１ＭＰａ以下）とするのが好ましく、成長領域におけるＧａＣｌ３、ＮＨ３及びＨＣｌの各分圧を、常圧下においてそれぞれ１００〜２０００Ｐａ、２９００〜１０００Ｐａ及び１０〜７００Ｐａとするのが好ましい。これにより結晶欠陥が少なく、Ｓｉドープ量が適切な範囲に制御されたＧａＮ結晶が得られる。例えば、ＧａＣｌ３を含むガスの供給速度を２０〜２００ｓｃｃｍとし、ＮＨ３ガスの供給速度を３００〜１０００ｓｃｃｍとし、ＨＣｌガスの供給速度を２〜７０ｓｃｃｍとするのが好ましい。 The pressure in the processing chamber 201 is preferably in the range of reduced pressure to atmospheric pressure (for example, 50 Pa or more and 0.1 MPa or less), and the partial pressures of GaCl 3 , NH 3 and HCl in the growth region are reduced to normal pressure. It is preferable to set it as 100-2000Pa, 2900-1000Pa, and 10-700Pa, respectively. As a result, a GaN crystal with few crystal defects and a controlled Si doping amount within an appropriate range can be obtained. For example, it is preferable that the gas supply rate including GaCl 3 is 20 to 200 sccm, the NH 3 gas supply rate is 300 to 1000 sccm, and the HCl gas supply rate is 2 to 70 sccm.
成長領域の温度を８００℃以上１１５０℃未満の範囲内に制御するのが好ましい。成長領域の温度を８００℃未満とすると、ＧａＮ結晶の成長速度が遅くなり過ぎてしまう。一方、成長領域の温度を１１５０℃以上とすると、上述のように原料ガスの反応性が高くなり過ぎてしまう。なお、成長領域の温度は８５０℃以上１１００℃以下に制御するのがより好ましい。 It is preferable to control the temperature of the growth region within a range of 800 ° C. or higher and lower than 1150 ° C. If the temperature of the growth region is less than 800 ° C., the growth rate of the GaN crystal becomes too slow. On the other hand, if the temperature of the growth region is 1150 ° C. or higher, the reactivity of the source gas becomes too high as described above. Note that the temperature of the growth region is more preferably controlled to be 850 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower.
なお、上述したように、本実施形態においては、ウエハ２００の外周を囲う基板保持部２１７ｄの側壁（筒部）の高さ（ａ）は、ウエハ２００の厚さ（ｔ）よりも大きくなるように構成されている。すなわち、本実施形態においては、結晶３００の成長が開始されてから基板保持部２１７ｄ内が結晶３００に満たされる迄の時間が、基板保持部２１７ｄの側壁（筒部）の高さは低く設定された場合に比べて長く確保されることになる。これにより、成長させた結晶３００中における欠陥のない領域を増大させることが可能となる。例えば、図６（ｃ）に示すように、結晶３００中における欠陥は、符号３００ｅで示す線付近に主に発生することとなり、符号３００ｅで示す線よりも下方側の領域には殆ど発生せず、結晶３００中における欠陥のない領域を増大させることが出来る。 As described above, in this embodiment, the height (a) of the side wall (cylinder part) of the substrate holding part 217d surrounding the outer periphery of the wafer 200 is larger than the thickness (t) of the wafer 200. It is configured. That is, in this embodiment, the time from the start of the growth of the crystal 300 until the inside of the substrate holding portion 217d is filled with the crystal 300 is set so that the height of the side wall (tubular portion) of the substrate holding portion 217d is low. It will be secured longer than the case. Thereby, it is possible to increase the defect-free region in the grown crystal 300. For example, as shown in FIG. 6C, the defects in the crystal 300 mainly occur near the line indicated by the reference numeral 300e, and hardly occur in the region below the line indicated by the reference numeral 300e. Thus, a defect-free region in the crystal 300 can be increased.
結晶３００が所定の大きさに成長したら、バルブ２６４を閉めて処理室２０１内へのＧａＣｌ３を含むガスの供給を停止すると共に、バルブ２７４を閉めて処理室２０１内へのＮＨ３ガスの供給を停止する。そして、処理室２０１内の排気を継続し、処理室２０１内に残留しているＧａＣｌ３を含むガス、ＮＨ３ガス、反応生成物等を排気する。 When the crystal 300 grows to a predetermined size, the valve 264 is closed to stop supplying the gas containing GaCl 3 into the processing chamber 201, and the valve 274 is closed to supply the NH 3 gas into the processing chamber 201. To stop. Then, the process chamber 201 is continuously exhausted, and the gas containing GaCl 3 , NH 3 gas, reaction products, and the like remaining in the process chamber 201 are exhausted.
（大気圧復帰工程（Ｓ５０））
結晶成長工程（Ｓ４０）が完了したら、ボート２１７の回転を停止させてウエハ２００
の回転を停止する。そして、処理室２０１内の圧力を大気圧に復帰させつつ、ウエハ２００を降温させる。具体的には、図示しないパージガス供給部から処理室２０１内に不活性ガスとしてのＮ２ガスを供給しつつ、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて圧力調整装置２４２のバルブの開度をフィードバック制御し、処理室２０１内の圧力を大気圧に昇圧する。そして、ヒータ２０６への通電量を制御して、球状に成長した結晶３００の温度を降温させる。
(Atmospheric pressure return step (S50))
When the crystal growth step (S40) is completed, the rotation of the boat 217 is stopped and the wafer 200 is stopped.
Stop rotating. Then, the temperature of the wafer 200 is lowered while returning the pressure in the processing chamber 201 to atmospheric pressure. Specifically, the opening degree of the valve of the pressure adjusting device 242 based on the pressure information detected by the pressure sensor 245 while supplying N 2 gas as an inert gas into the processing chamber 201 from a purge gas supply unit (not shown). Is feedback controlled to increase the pressure in the processing chamber 201 to atmospheric pressure. Then, the amount of current supplied to the heater 206 is controlled to lower the temperature of the crystal 300 grown in a spherical shape.
（搬出工程（Ｓ６０））
その後、コントローラ２４０（駆動制御部２３７）の制御に基づいてボートエレベータ１１５を駆動させ、ボート２１７を降下させる。そして、成長させた球状の結晶３００をボート２１７から取り出す。なお、上述したように、基板保持部２１７ｄ及び基板保持部支持体２１７ｃの上部は、球状に成長した結晶３００中に包含されている。そのため、球状に成長した結晶３００をボート２１７から取り出すには、基板保持部支持体２１７ｃを基板保持棚２１７ｂから取り外す必要がある。本実施形態においては、基板保持棚２１７ｂ或いは基板保持部支持体２１７ｃのいずれか一方に設けられたネジ穴と、他方に設けられたネジ棒との嵌め合わせを解くことにより、基板保持棚２１７ｂから基板保持部支持体２１７ｃを容易に取り外すことが出来る。
(Unloading step (S60))
Thereafter, the boat elevator 115 is driven based on the control of the controller 240 (drive control unit 237), and the boat 217 is lowered. Then, the grown spherical crystal 300 is taken out from the boat 217. As described above, the upper portions of the substrate holder 217d and the substrate holder support 217c are included in the crystal 300 grown in a spherical shape. For this reason, in order to take out the spherically grown crystal 300 from the boat 217, it is necessary to remove the substrate holding part support 217c from the substrate holding shelf 217b. In the present embodiment, by removing the fitting between the screw hole provided in one of the substrate holding shelf 217b or the substrate holding portion support 217c and the screw rod provided in the other, the substrate holding shelf 217b is removed. The substrate holding part support 217c can be easily removed.
なお、球状の結晶３００をボート２１７から取り出す際には、基板保持棚２１７ｂの外周部を囲う円筒壁として構成された転がり抑制部２１７ｅが、結晶３００の転がりを防止するように構成されている。 Note that when the spherical crystal 300 is taken out from the boat 217, the rolling restraining portion 217e configured as a cylindrical wall surrounding the outer peripheral portion of the substrate holding shelf 217b is configured to prevent the crystal 300 from rolling.
その後、球状の結晶３００中に含まれているウエハ２００、基板保持部２１７ｄ、及び基板保持部支持体２１７ｃから、結晶３００を剥離して、本実施形態に係る結晶製造工程を終了する。 Thereafter, the crystal 300 is peeled off from the wafer 200, the substrate holder 217d, and the substrate holder support 217c included in the spherical crystal 300, and the crystal manufacturing process according to this embodiment is completed.
（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。
(3) Effects according to the present embodiment According to the present embodiment, the following one or more effects are achieved.
（ａ）本実施形態に係るボート２１７は、複数の支柱２１７ａと、支柱２１７ａの長手方向に複数設けられる基板保持棚２１７ｂと、複数の基板保持棚２１７ｂにそれぞれ立設される基板保持部支持体２１７ｃと、基板保持部支持体２１７ｃにそれぞれ設けられ、ウエハ２００を保持する基板保持部２１７ｄと、を備えている。そして、本実施形態に係る結晶製造工程では、ボート２１７に複数のウエハ２００を装填し、各ウエハ２００上にＧａＮの結晶を成長させる。すなわち、本実施形態によれば、同時に複数の結晶３００を製造することができ、結晶３００の生産性を向上させることが可能となる。 (A) The boat 217 according to this embodiment includes a plurality of support columns 217a, a plurality of substrate holding shelves 217b provided in the longitudinal direction of the support columns 217a, and a substrate holding unit support that is erected on each of the plurality of substrate holding shelves 217b. 217 c and a substrate holding part 217 d provided on the substrate holding part support 217 c and holding the wafer 200. In the crystal manufacturing process according to the present embodiment, the boat 217 is loaded with a plurality of wafers 200 and a GaN crystal is grown on each wafer 200. That is, according to this embodiment, a plurality of crystals 300 can be manufactured at the same time, and the productivity of the crystals 300 can be improved.
参考までに、従来の結晶製造装置の構成、及び係る装置を用いた従来の結晶製造工程について、図７、図８を用いて説明する。 For reference, a configuration of a conventional crystal manufacturing apparatus and a conventional crystal manufacturing process using the apparatus will be described with reference to FIGS.
図７に示すように、従来の結晶製造装置は、反応管４１０内の一端側（図中右側）に炭化珪素（ＳｉＣ）から成るサセプタ４２０を備えていた。サセプタ４２０は、サファイヤからなる下地基板４００を保持するように構成されていた。サセプタ４２０上に保持された下地基板４００は、反応管４１０の外周を囲うように設けられたヒータ（ＲＦコイル）４５０により加熱されるように構成されていた。また、反応管４１０内には、反応管４１０内の他端（図中左側）側から下地基板４００に向けて延在するＧａＣｌガス供給管４３０と、ＮＨ３ガス供給管４４０と、が設けられていた。ＧａＣｌガス供給管４３０には、Ｇａ融液を貯留するＧａ融液タンク４３１が設けられていた。そして、下地基板４００をヒータ４５０により加熱しつつ、反応管４１０内にＧａＣｌガス供給管４３０からＧａＣｌガスを供給すると共に、反応管４１０内にＮＨ３ガス供給管４４０からＮＨ３ガスを供
給することにより、下地基板４００上にＧａＮの結晶５００を製造するようにしていた。なお、図８（ａ）に示すように、結晶５００を製造する際には、下層側の結晶５００ｂを成長させた後、結晶５００ｂ上に微細孔マスク（ナノマスク）５００ｎを自己形成させ、その後、上層側の結晶５００ａを成長させるようにする場合もあった。係る場合、下層側の結晶５００ｂに発生した転位５００ｅが、上層側の結晶５００ａに継承されてしまうことを抑制出来る。また、微細孔マスク５００ｎと上層側の結晶５００ａとの界面にボイド５００ｖが形成されることから、結晶５００を冷却する際に、熱応力により上層側の結晶５００ａを自然剥離させることが出来る。
As shown in FIG. 7, the conventional crystal manufacturing apparatus was provided with a susceptor 420 made of silicon carbide (SiC) on one end side (right side in the figure) in the reaction tube 410. The susceptor 420 was configured to hold the base substrate 400 made of sapphire. The base substrate 400 held on the susceptor 420 was configured to be heated by a heater (RF coil) 450 provided so as to surround the outer periphery of the reaction tube 410. Further, in the reaction tube 410, a GaCl gas supply tube 430 and an NH 3 gas supply tube 440 extending from the other end (left side in the drawing) side of the reaction tube 410 toward the base substrate 400 are provided. It was. The GaCl gas supply pipe 430 was provided with a Ga melt tank 431 for storing Ga melt. Then, while heating the base substrate 400 with the heater 450, the GaCl gas is supplied from the GaCl gas supply pipe 430 into the reaction tube 410 and the NH 3 gas is supplied from the NH 3 gas supply pipe 440 into the reaction tube 410. Thus, the GaN crystal 500 is manufactured on the base substrate 400. As shown in FIG. 8A, when the crystal 500 is manufactured, after the lower-layer side crystal 500b is grown, a microhole mask (nanomask) 500n is self-formed on the crystal 500b, and then, In some cases, the upper crystal 500a is grown. In this case, it is possible to suppress dislocations 500e generated in the lower layer side crystal 500b from being inherited by the upper layer side crystal 500a. In addition, since the void 500v is formed at the interface between the microhole mask 500n and the upper crystal 500a, the upper crystal 500a can be naturally peeled off by thermal stress when the crystal 500 is cooled.
しかしながら、図７、図８に示す従来技術では、同時に複数の結晶を製造することは困難であり、高い生産性が得られ難いという課題があった。これに対して本実施形態によれば、同時に複数の結晶３００を製造することができ、結晶３００の生産性を向上させることが可能となる。 However, the prior art shown in FIGS. 7 and 8 has a problem that it is difficult to manufacture a plurality of crystals at the same time, and it is difficult to obtain high productivity. On the other hand, according to the present embodiment, a plurality of crystals 300 can be manufactured at the same time, and the productivity of the crystals 300 can be improved.
（ｂ）本実施形態においては、ウエハ２００の外周を囲う基板保持部２１７ｄの側壁（筒部）の高さ（ａ）が、ウエハ２００の厚さ（ｔ）よりも大きくなるように構成されている。これにより、上述の結晶成長工程（Ｓ４０）において、結晶３００の成長が開始されてから基板保持部２１７ｄ内が結晶３００に満たされる迄の時間を、基板保持部２１７ｄの側壁（筒部）の高さは低く設定された場合に比べて長く確保することが可能となる。その結果、成長させた結晶３００中における欠陥のない領域を増大させることが可能となる。例えば、図６（ｃ）に示すように、結晶３００中における欠陥は、符号３００ｅで示す線付近に主に発生することとなり、符号３００ｅで示す線よりも下方側の領域には殆ど発生せず、結晶３００中における欠陥のない領域を増大させることが可能となる。 (B) In the present embodiment, the height (a) of the side wall (cylinder part) of the substrate holding part 217 d surrounding the outer periphery of the wafer 200 is configured to be larger than the thickness (t) of the wafer 200. Yes. Accordingly, in the above-described crystal growth step (S40), the time from the start of the growth of the crystal 300 to the time when the substrate holding portion 217d is filled with the crystal 300 is set to the height of the side wall (tubular portion) of the substrate holding portion 217d. The length can be secured longer than when it is set low. As a result, it is possible to increase the defect-free region in the grown crystal 300. For example, as shown in FIG. 6C, the defects in the crystal 300 mainly occur near the line indicated by the reference numeral 300e, and hardly occur in the region below the line indicated by the reference numeral 300e. It is possible to increase the defect-free region in the crystal 300.
（ｃ）上述したように、結晶成長工程（Ｓ４０）を実施すると、ウエハ２００、基板保持部２１７ｄ、及び基板保持部支持体２１７ｃの上部は、球状の結晶３００中に包含されることになる。その為、上述の搬出工程（Ｓ６０）において、成長させた球状の結晶３００をボート２１７から取り出すには、基板保持部支持体２１７ｃを基板保持棚２１７ｂから取り外す必要がある。本実施形態によれば、基板保持棚２１７ｂと基板保持部支持体２１７ｃとは着脱自在に構成されている。すなわち、基板保持棚２１７ｂ或いは基板保持部支持体２１７ｃのいずれか一方にネジ穴を設けると共に、他方にネジ棒を形成するようにし、これらネジ穴とネジ棒とを嵌め合わせることで、基板保持棚２１７ｂと基板保持部支持体２１７ｃとを着脱自在に固定するようにしている。従って、本実施形態によれば、基板保持棚２１７ｂから基板保持部支持体２１７ｃを容易に取り外すことができ、成長させた球状の結晶３００をボート２１７から容易かつ迅速に取り出すことが可能であり、結晶成長の生産性がさらに向上する。 (C) As described above, when the crystal growth step (S40) is performed, the upper portion of the wafer 200, the substrate holder 217d, and the substrate holder support 217c is included in the spherical crystal 300. Therefore, in order to take out the grown spherical crystal 300 from the boat 217 in the unloading step (S60) described above, it is necessary to remove the substrate holding part support 217c from the substrate holding shelf 217b. According to the present embodiment, the substrate holding shelf 217b and the substrate holding part support 217c are configured to be detachable. That is, either one of the substrate holding shelf 217b and the substrate holding portion support 217c is provided with a screw hole, and the other is formed with a screw rod, and the screw hole and the screw rod are fitted to each other so that the substrate holding shelf is fitted. The 217b and the substrate holding part support 217c are detachably fixed. Therefore, according to this embodiment, the substrate holding part support 217c can be easily removed from the substrate holding shelf 217b, and the grown spherical crystal 300 can be easily and quickly taken out from the boat 217. The productivity of crystal growth is further improved.
なお、基板保持棚２１７ｂと基板保持部支持体２１７ｃとをキー式により固定することで着脱自在に構成した場合であっても、上記と同様の効果を奏することが可能である。また、基板保持部支持体２１７ｃを例えば中空形状に形成したり、基板保持部支持体２１７ｃの下端部外周に切り込みを予め設けたりしておくことで、基板保持部支持体２１７ｃの露出部（根元部分等）を容易に切断できるようにした場合には、上記と同様の効果に加え、成長した結晶３００の熱膨張により、圧縮応力が働き、球状の結晶３００を容易に取り外すことができるという効果をさらに奏することが可能である。 Even when the substrate holding shelf 217b and the substrate holding portion support 217c are configured to be detachable by being fixed by a key type, the same effects as described above can be obtained. In addition, the substrate holding part support 217c is formed in, for example, a hollow shape, or a notch is provided in advance on the outer periphery of the lower end of the substrate holding part support 217c, so that an exposed portion (root) of the substrate holding part support 217c is formed. In addition to the same effect as described above, in addition to the same effect as described above, the thermal expansion of the grown crystal 300 causes a compressive stress, and the spherical crystal 300 can be easily removed. It is possible to further play.
（ｄ）本実施形態によれば、基板保持棚２１７ｂの外周部に、例えば基板保持棚２１７ｂの外周部を囲う円筒壁として構成された転がり抑制部２１７ｅを設けている。その結果、上述の搬出工程（Ｓ６０）において球状の結晶３００をボート２１７から取り出す際に、結晶３００の転がりを抑制することができ、結晶３００の転落を回避できる。 (D) According to the present embodiment, the rolling suppression portion 217e configured as a cylindrical wall surrounding the outer peripheral portion of the substrate holding shelf 217b, for example, is provided on the outer peripheral portion of the substrate holding shelf 217b. As a result, when the spherical crystal 300 is taken out from the boat 217 in the unloading step (S60), rolling of the crystal 300 can be suppressed and falling of the crystal 300 can be avoided.
（ｅ）本実施形態によれば、抵抗加熱方式等のホットウォール型の処理炉において、反応管２０４内壁やボート２１７等の表面をＳｉＯ２もしくはＳｉ酸化膜で構成する。そして、結晶成長工程（Ｓ４０）における処理室２０１内の圧力条件及び温度条件を、ＧａＮ等からなるウエハ２００上にのみＧ結晶３００が選択的に成長し、処理室２０１内壁上やボート２１７表面上には結晶３００が成長しない条件とすることができる。すなわち、反応管２０４内壁やボート２１７等にＧａＮ等からなる薄膜を成膜させないようにしつつ、下地基板としてのウエハ２００上にのみＧａＮ等の薄膜を厚く成膜させることができ、バルクの単結晶としての結晶３００を容易に製造することが可能となる。 (E) According to this embodiment, in a hot wall type processing furnace such as a resistance heating method, the inner wall of the reaction tube 204, the surface of the boat 217, and the like are made of SiO 2 or Si oxide film. Then, the pressure and temperature conditions in the processing chamber 201 in the crystal growth step (S40) are selectively grown only on the wafer 200 made of GaN or the like, on the inner wall of the processing chamber 201 or on the surface of the boat 217. In this case, it is possible to set the condition that the crystal 300 does not grow. That is, a thin film made of GaN or the like can be formed thickly only on the wafer 200 as a base substrate while preventing a thin film made of GaN or the like from being formed on the inner wall of the reaction tube 204 or the boat 217. As a result, the crystal 300 can be easily manufactured.
（ｆ）本実施形態によれば、下地基板としてのウエハ２００を、例えばＧａＮ単結晶からなる基板とすることができる。このように、同じ物質の上にエピタキシャル成長させると、成長させることによる幾何学的選択効果（ジオメトリカルセレクション）により欠陥を減少させることができる。そして、薄膜を厚く成長させるほど欠陥を減少させることができる。そして、成長させる方向によっては欠陥を著しく減少させることができる。また、成長させた結晶３００のうち、欠陥の少ない部位を次の下地基板とし、これを繰り返すことにより、殆ど欠陥のない結晶３００を得ることが可能となる。 (F) According to the present embodiment, the wafer 200 as the base substrate can be a substrate made of, for example, GaN single crystal. Thus, when epitaxial growth is performed on the same material, defects can be reduced by a geometric selection effect (geometric selection) by the growth. The defects can be reduced as the thin film grows thicker. Depending on the growth direction, defects can be significantly reduced. In addition, by making a portion having few defects out of the grown crystal 300 the next base substrate and repeating this, it is possible to obtain the crystal 300 having almost no defects.
＜本発明の他の実施形態＞
本実施形態においては、上述の結晶成長工程（Ｓ４０）と、処理室２０１内にエッチングガスとしてのＨＣｌガスを供給するエッチング工程（Ｓ４１）と、を交互に繰り返したり、結晶成長工程（Ｓ４０）とエッチング工程（Ｓ４１）とを並行して実施したりする点が、上述の実施形態と異なる。その他は、上述の実施形態と同じである。
<Other Embodiments of the Present Invention>
In the present embodiment, the above-described crystal growth step (S40) and the etching step (S41) for supplying HCl gas as an etching gas into the processing chamber 201 are alternately repeated, or the crystal growth step (S40). The point which performs an etching process (S41) in parallel differs from the above-mentioned embodiment. Others are the same as the above-mentioned embodiment.
具体的には、上述の結晶成長工程（Ｓ４０）を所定時間実施した後、処理室２０１内にエッチングガスとしてのＨＣｌガスを供給するエッチング工程（Ｓ４１）を所定時間実施することとし、結晶成長工程（Ｓ４０）とエッチング工程（Ｓ４１）とを１サイクルとしてこのサイクルを繰り返すようにしている。または、結晶３００が所望の大きさに到達するまで、上述の結晶成長工程（Ｓ４０）とエッチング工程（Ｓ４１）とを並行して同時に実施するようにしている。 Specifically, after performing the above-described crystal growth step (S40) for a predetermined time, an etching step (S41) for supplying HCl gas as an etching gas into the processing chamber 201 is performed for a predetermined time. This cycle is repeated with (S40) and the etching step (S41) as one cycle. Alternatively, the crystal growth step (S40) and the etching step (S41) are performed simultaneously in parallel until the crystal 300 reaches a desired size.
なお、エッチング工程（Ｓ４０）では、バルブ２８４を開け、ＨＣｌガス供給源２８２から供給されたＨＣｌガスを、マスフローコントローラ２８３により所定の流量に調整しつつ、エッチングガス供給管２８１内を流通させ、ガス供給管２３２ｃ、ガス導入部２３０ｃ、細管２３４ｃ、ガス導入口２３３ｃを介して処理室２０１内に供給させるようにする。 In the etching step (S40), the valve 284 is opened, and the HCl gas supplied from the HCl gas supply source 282 is circulated through the etching gas supply pipe 281 while being adjusted to a predetermined flow rate by the mass flow controller 283. The gas is supplied into the processing chamber 201 through the supply pipe 232c, the gas introduction part 230c, the narrow pipe 234c, and the gas introduction port 233c.
結晶３００は、ウエハ２００上に形成された初期成長核を基に成長していく。ここで、結晶成長工程（Ｓ４０）と交互に、或いは並行してエッチング工程（Ｓ４１）を実施することにより、ウエハ２００上に形成された初期成長核のうち、比較的小さな初期成長核を除去することができる。そして、大きな初期成長核のみがウエハ２００上に存在する状態（低初期核密度の状態）を得ることができる。係る状態で結晶３００を成長させることにより、例えば結晶３００中における転位密度を抑制することが出来るなど、結晶３００中の欠陥の発生を抑制することが可能となる。 The crystal 300 grows based on initial growth nuclei formed on the wafer 200. Here, by performing the etching step (S41) alternately or in parallel with the crystal growth step (S40), relatively small initial growth nuclei among the initial growth nuclei formed on the wafer 200 are removed. be able to. Then, it is possible to obtain a state where only large initial growth nuclei exist on the wafer 200 (a state with a low initial nucleus density). By growing the crystal 300 in such a state, it is possible to suppress the occurrence of defects in the crystal 300, for example, the dislocation density in the crystal 300 can be suppressed.
なお、エッチング工程（Ｓ４１）を実施することにより、結晶３００の成長速度が低下してしまう場合もある。そのため、結晶３００の成長の初期段階でのみエッチング工程（Ｓ４１）を実施することとし、大きな初期成長核のみがウエハ２００上に存在する状態（低初期核密度の状態）を得ることができたらエッチング工程（Ｓ４１）の実施を停止することとしてもよい。 Note that the growth rate of the crystal 300 may be reduced by performing the etching step (S41). Therefore, the etching step (S41) is performed only at the initial stage of the growth of the crystal 300, and etching is performed when it is possible to obtain a state in which only large initial growth nuclei exist on the wafer 200 (a state with a low initial nucleus density). The implementation of the step (S41) may be stopped.
＜本発明の更に他の実施形態＞
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
<Still another embodiment of the present invention>
As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Various changes are possible in the range which does not deviate from the summary.
上述の実施形態では、塩化ガリウム（ＧａＣｌ３）を含むガス（ガリウム塩化物含有ガス）、アンモニア（ＮＨ３）ガス（窒素含有ガス）、エッチングガスを、別々に設けられたガス供給管２３２ａ〜２３２ｃ、細管２３４ａ〜２３４ｃ、ガス導入部２３０ａ〜２３０ｃ、ガス導入口２３３ａ〜２３３ｃを介して反応管２０４内にそれぞれ供給することとした。しかしながら、本発明は係る形態に限定されない。例えば、ガリウム塩化物含有ガスと窒素含有ガスとを同じガス供給管、細管、ガス導入部、ガス導入口を介して供給するようにしてもよい。但し、ＧａＣｌ３とＮＨ３とは反応し易いため、上述の実施形態の様に反応管２０４内に別々に供給するようにすることで、ガス供給管、細管、ガス導入部、ガス導入口内が詰まってしまったり、これらの内部にて異物が発生してしまったりすることを抑制できる。 In the above-described embodiment, gas supply pipes 232a to 232c provided separately with a gas containing gallium chloride (GaCl 3 ) (gallium chloride-containing gas), ammonia (NH 3 ) gas (nitrogen-containing gas), and an etching gas. The thin tubes 234a to 234c, the gas inlets 230a to 230c, and the gas inlets 233a to 233c are supplied into the reaction tube 204, respectively. However, the present invention is not limited to such a form. For example, the gallium chloride-containing gas and the nitrogen-containing gas may be supplied through the same gas supply pipe, narrow tube, gas introduction unit, and gas introduction port. However, since GaCl 3 and NH 3 are easy to react, by supplying them separately into the reaction tube 204 as in the above-described embodiment, the gas supply pipe, the thin tube, the gas introduction unit, and the gas introduction port can be It is possible to suppress clogging and generation of foreign matters inside these.
上述の実施形態では、反応管２０４内へのガス供給を、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｃ、細管２３４ａ〜２３４ｃ、ガス導入部２３０ａ〜２３０ｃ、ガス導入口２３３ａ〜２３３ｃを介して行うようにしていたが、本発明は係る形態に限定されない。すなわち、ヒータ２０６上端に複数の貫通孔を設け、該貫通孔を貫通させるようにガス供給管２３３ａ〜２３３ｃを設け、該ガス供給管２３３ａ〜２３３ｃの下流端を反応管２０４の天井部に設けたガス導入口２３３ａ〜２３３ｃにそれぞれ接続するように構成してもよい。 In the above-described embodiment, the gas supply into the reaction tube 204 is performed via the gas supply tubes 232a to 232c, the thin tubes 234a to 234c, the gas inlets 230a to 230c, and the gas inlets 233a to 233c. The present invention is not limited to such a form. That is, a plurality of through holes are provided at the upper end of the heater 206, gas supply pipes 233a to 233c are provided so as to pass through the through holes, and downstream ends of the gas supply pipes 233a to 233c are provided in the ceiling portion of the reaction pipe 204. You may comprise so that it may each connect to the gas inlets 233a-233c.
例えば、本発明は、処理室２０１内にシリコン（Ｓｉ）を含有するガスと、炭素（Ｃ）を含有するガスとを供給し、ウエハ２００上に炭化珪素（ＳｉＣ）の結晶を製造する場合にも好適に適用可能である。係る場合、ウエハ２００上にのみＳｉＣの結晶を選択的に成長させ、処理室２０１内壁上やボート２１７表面上にはＳｉＣの結晶を成長させないようにするため、シリコン（Ｓｉ）を含有するガスや炭素（Ｃ）を含有するガスとして、塩素（Ｃｌ）やフッ素（Ｆ）を更に含有するガスを用いるか、或いは、処理室２０１内に塩素（Ｃｌ）やフッ素（Ｆ）を含有するガスを別途供給するようにすることが好ましい。 For example, the present invention supplies silicon (Si) -containing gas and carbon (C) -containing gas into the processing chamber 201 to produce silicon carbide (SiC) crystals on the wafer 200. Can also be suitably applied. In such a case, in order to selectively grow SiC crystals only on the wafer 200 and not to grow SiC crystals on the inner wall of the processing chamber 201 or on the surface of the boat 217, a gas containing silicon (Si) As the gas containing carbon (C), a gas further containing chlorine (Cl) or fluorine (F) is used, or a gas containing chlorine (Cl) or fluorine (F) is separately added into the processing chamber 201. It is preferable to supply.
また、本発明は、処理室２０１内にアルミニウム（Ａｌ）を含有するガスと、ＮＨ３などの窒素（Ｎ）を含有するガスとを供給し、ウエハ２００上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の結晶を製造する場合にも好適に適用可能である。 In the present invention, a gas containing aluminum (Al) and a gas containing nitrogen (N) such as NH 3 are supplied into the processing chamber 201, and aluminum nitride (AlN) crystals are formed on the wafer 200. The present invention can also be suitably applied to manufacturing.
また、本発明は、反応管２０４やボート２１７が石英（ＳｉＯ２）により構成されている場合に限らず、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、ＳｉＣコートカーボンのいずれか１種類、もしくは２種類以上で構成されており、これらの表面がＳｉ酸化膜によりコーティングされている場合にも好適に適用可能である。また、反応管２０４やボート２１７が石英（ＳｉＯ２）により構成されており、これらの表面がＳｉ酸化膜によりコーティングされている場合にも好適に適用可能である。これらの場合、特にＧａＮの結晶をコーティング膜（Ｓｉ酸化膜）上に成長させないようにすることができる。 The present invention is not limited to the case where the reaction tube 204 and the boat 217 are made of quartz (SiO 2 ), and any one type or two or more types of SiC, Si, Si-impregnated SiC, and SiC-coated carbon are used. The present invention is also applicable when these surfaces are coated with a Si oxide film. Further, the present invention can also be suitably applied when the reaction tube 204 and the boat 217 are made of quartz (SiO 2 ) and the surfaces thereof are coated with a Si oxide film. In these cases, it is possible to prevent GaN crystals from growing on the coating film (Si oxide film).
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
<Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.
本発明の一態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内で複数の前記基板を保持する基板保持台と、
前記処理室内に所定のガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内のガスを排出するガス排出部と、を備え、
前記基板保持台は、
複数の支柱と、
前記支柱の長手方向に複数設けられる基板保持棚と、
複数の前記基板保持棚にそれぞれ立設される基板保持部支持体と、
前記基板保持部支持体にそれぞれ設けられ、基板を保持する基板保持部と、を備える
結晶製造装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
A processing chamber for processing the substrate;
A substrate holder for holding a plurality of the substrates in the processing chamber;
A gas supply unit for supplying a predetermined gas into the processing chamber;
A gas discharge part for discharging the gas in the processing chamber,
The substrate holder is
Multiple struts,
A plurality of substrate holding shelves provided in the longitudinal direction of the column;
A substrate holding part support respectively erected on each of the plurality of substrate holding shelves;
There is provided a crystal manufacturing apparatus provided with a substrate holding part that is provided on each of the substrate holding part supports and holds a substrate.
本発明の他の態様によれば、複数の支柱と、前記支柱の長手方向に複数も受けられる基板保持棚と、複数の前記基板保持棚にそれぞれ立設される基板保持部支持体と、前記基板保持部支持体にそれぞれ設けられる基板保持部と、を備える基板保持台における前記基板保持部に基板を保持させ、前記基板保持台を処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内にガス供給部から所定のガスを供給しつつ、前記処理室内のガスをガス排出部から排出して前記基板上に結晶を成長させる工程と、を有する
ことを特徴とする結晶成長方法が提供される。
According to another aspect of the present invention, a plurality of support columns, a plurality of substrate holding shelves that can be received in the longitudinal direction of the support columns, a substrate holding unit support respectively erected on the plurality of substrate holding shelves, A step of holding the substrate in the substrate holding unit in a substrate holding table provided with a substrate holding unit provided on each of the substrate holding unit supports, and transporting the substrate holding table into a processing chamber;
A method of growing a crystal on the substrate by supplying a predetermined gas from the gas supply unit into the processing chamber and discharging the gas in the processing chamber from the gas discharge unit. Is provided.
好ましくは、前記基板保持部支持体は棒状に形成されている。 Preferably, the substrate holding part support is formed in a rod shape.
また好ましくは、前記基板保持部支持体は中空棒状に形成されている。 Preferably, the substrate holding part support is formed in a hollow rod shape.
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２１７ ボート（基板保持台）
２１７ａ 支柱
２１７ｂ 基板保持棚
２１７ｃ 基板保持部支持体
２１７ｄ 基板保持部
200 wafer (substrate)
201 processing chamber 217 boat (substrate holder)
217a Post 217b Substrate holding shelf 217c Substrate holder support 217d Substrate holder
Claims (2)
前記処理室内で複数の前記基板を保持する基板保持台と、
前記処理室内に所定のガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内のガスを排出するガス排出部と、を備え、
前記基板保持台は、
複数の支柱と、
前記支柱の長手方向に複数設けられる基板保持棚と、
複数の前記基板保持棚にそれぞれ立設される基板保持部支持体と、
前記基板保持部支持体にそれぞれ設けられ、前記基板を保持する基板保持部と、を備える
ことを特徴とする結晶製造装置。 A processing chamber for processing the substrate;
A substrate holder for holding a plurality of the substrates in the processing chamber;
A gas supply unit for supplying a predetermined gas into the processing chamber;
A gas discharge part for discharging the gas in the processing chamber,
The substrate holder is
Multiple struts,
A plurality of substrate holding shelves provided in the longitudinal direction of the column;
A substrate holding part support respectively erected on each of the plurality of substrate holding shelves;
A crystal manufacturing apparatus comprising: a substrate holding unit that is provided on each of the substrate holding unit supports and holds the substrate.
前記処理室内にガス供給部から所定のガスを供給しつつ、前記処理室内のガスをガス排出部から排出して前記基板上に結晶を成長させる工程と、を有する
ことを特徴とする結晶製造方法。 A plurality of support columns, a substrate holding shelf that can receive a plurality of columns in the longitudinal direction of the support column, a substrate holding unit support that is erected on each of the plurality of substrate holding shelves, and a substrate that is provided on each of the substrate holding unit supports Holding the substrate in the substrate holding unit in a substrate holding table comprising a holding unit, and transporting the substrate holding table into a processing chamber;
And a step of supplying a predetermined gas from the gas supply unit into the processing chamber and discharging the gas in the processing chamber from the gas discharge unit to grow crystals on the substrate. .
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