JP2018107156A - 気相成長装置及び気相成長方法 - Google Patents

Abstract

【課題】稼働率の向上が可能な気相成長装置、気相成長方法を提供する。
【解決手段】気相成長装置１００ａ〜ｄは、反応室１０ａ〜ｄと、反応室内に設けられ基板Ｗを載置可能な支持部６２と、基板を加熱する加熱機構６４と、基板の反りを測定する反り測定部４８と、反り又は反りの変化率と、予め記憶された反り又は反りの変化率の閾値との大小を判断し、判断に基づいて加熱機構を停止する制御機構と、反応室にプロセスガスを供給する供給機構と、反応室から排気ガスを排出する排出部６８と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、気相成長装置及び気相成長方法に関する。

高品質な半導体膜を成膜する方法として、気相成長により基板（ウェハ）上に単結晶膜を成長させるエピタキシャル成長技術がある。

このエピタキシャル成長技術を用いる気相成長方法及び気相成長装置では、常圧又は減圧に保持された反応室内の支持機構で基板を支持し、加熱する。次に、成膜の原料となる反応ガスを、基板上に供給する。基板の表面では反応ガスの熱反応等が生じ、エピタキシャル単結晶膜が成膜される。

国際公開第２０１３／１３７４７６号

基板の材料の格子定数と、基板上に形成される膜の材料の格子定数に大きな差がある場合には、成膜中において基板に反りが生じることがある。反りを制御することが出来ない場合には、膜にクラックが入ることがある。

そして、反りが生じた基板をそのまま成膜すると、基板の割れや、膜剥がれによって反応炉内を汚してしまい、メンテナンスが必要になり、稼働率が低下するという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、稼働率の向上が可能な気相成長装置及び気相成長方法を提供する点にある。

本発明の一態様の気相成長装置は、反応室と、反応室内に設けられ基板を載置可能な支持部と、基板を加熱する加熱機構と、基板の反りを測定する反り測定部と、反り又は反りの変化率と、予め記憶された反り又は反りの変化率の閾値との大小を判断し、判断に基づいて加熱機構を停止する制御機構と、反応室にプロセスガスを供給する供給機構と、反応室から排気ガスを排出する排出機構と、を備える。

上述の態様の気相成長装置において、反応室は複数設けられ、供給機構は、所定流量のプロセスガスをそれぞれ複数の反応室に供給し、排出機構は、複数の反応室から排出される排気ガスを排出することが好ましい。

上述の態様の気相成長装置において、基板はシリコン基板であり、プロセスガスはトリメチルガリウムとアンモニアを含むことが好ましい。

本発明の一態様の気相成長方法は、基板を反応室内に設けられた支持部に載置し、基板の加熱を行い、反応室にプロセスガスを供給し、基板の反りを測定し、反り又は反りの変化率が、予め記憶された反りの閾値又は反りの変化率の閾値を超えたとき加熱を停止する。

上述の態様の気相成長方法において、基板はシリコン基板であり、プロセスガスはトリメチルガリウムとアンモニアを含むことが好ましい。

本発明の一態様によれば、稼働率の向上が可能な気相成長装置及び気相成長方法の提供が可能になる。

実施形態の気相成長装置ユニットの模式図である。 実施形態の反応室の模式図である。 実施形態の気相成長方法のフローチャートである。 実施形態の気相成長装置により膜が成膜されたシリコン基板の反り変化を示す模式図である。

（実施形態）
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

なお、本明細書中では、気相成長装置が成膜可能に配置された状態での重力方向を「下」と定義し、その逆方向を「上」と定義する。したがって、「下部」とは、基準に対し重力方向の位置、「下方」とは基準に対し重力方向を意味する。そして、「上部」とは、基準に対し重力方向と逆方向の位置、「上方」とは基準に対し重力方向と逆方向を意味する。また、「縦方向」とは重力方向である。

また、本明細書中、「プロセスガス」とは、基板上への成膜のために用いられるガスの総称であり、例えば、ソースガス、キャリアガス等を含む概念とする。

本実施形態の気相成長装置は、反応室と、反応室内に設けられ基板を載置可能な支持部と、基板を加熱する加熱機構と、基板の反りを測定する反り測定部と、反り又は反りの変化率と、予め記憶された反り又は反りの変化率の閾値との大小を判断し、判断に基づいて加熱機構を停止する制御機構と、反応室にプロセスガスを供給する供給機構と、反応室から排気ガスを排出する排出機構と、を備える。

本実施形態の気相成長方法は、基板を反応室内に設けられた支持部に載置し、基板の加熱を行い、反応室にプロセスガスを供給し、基板の反りを測定し、反り又は反りの変化率が、予め記憶された反りの閾値又は反りの変化率の閾値を超えたとき加熱を停止する。

本実施形態の気相成長装置及び気相成長方法によれば、基板の割れや成膜された膜の膜剥がれを事前に検知することが出来、気相成長装置の稼働率を向上させることが可能になる。

図１は、本実施形態の気相成長装置ユニット２００の模式図である。本実施形態の気相成長装置ユニット２００は、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いるエピタキシャル成長装置である。以下、主にＧａＮ（窒化ガリウム）をエピタキシャル成長させる場合を例に説明する。

本実施形態の気相成長装置ユニット２００は、４個の気相成長装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄを備えている。なお、今後「１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ」を「１００ａ〜ｄ」と記載することがある。

４個の気相成長装置１００ａ〜ｄは、例えば、それぞれが、縦型の枚葉型のエピタキシャル成長装置である。エピタキシャル成長は、４個の気相成長装置１００ａ〜ｄのそれぞれが備える、４個の反応室１０ａ〜ｄ内において行われる。気相成長装置の数は、４個に限られず、２個以上の任意の数とすることが可能である。気相成長装置の数は、ｎ（ｎは２以上の整数）個と表すことが出来る。

また、気相成長装置ユニット２００は、プロセスガスを供給する供給機構１５０を備える。供給機構１５０は、第１の主ガス供給路１１、第１の主マスフローコントローラ１２、第１〜第４の副ガス供給路１３ａ〜ｄ、第１のストップバルブ１４ａ〜ｄ、第２のストップバルブ１５ａ〜ｄ、副マスフローコントローラ１６ａ〜ｄ、分岐部１７、第２の主ガス供給路２１、第２の主マスフローコントローラ２２、第１〜第４の副ガス供給路２３ａ〜ｄ、第１のストップバルブ２４ａ〜ｄ、第２のストップバルブ２５ａ〜ｄ、副マスフローコントローラ２６ａ〜ｄ、分岐部２７、第３の主ガス供給路３１、第３の主マスフローコントローラ３２、第１〜第４の副ガス供給路３３ａ〜ｄ、第１のストップバルブ３４ａ〜ｄ、第２のストップバルブ３５ａ〜ｄ、副マスフローコントローラ３６ａ〜ｄ及び分岐部３７を備える。

第１の主ガス供給路１１は、例えば、各気相成長装置１００ａ〜ｄにＩＩＩ族元素の有機金属ソースガスとキャリアガスを含む第１のプロセスガスを供給する。第１のプロセスガスは、基板上にＩＩＩ−Ｖ族半導体の膜を成膜する際に用いられる、ＩＩＩ族元素を供給する。

ＩＩＩ族元素は、例えば、ガリウム（Ｇａ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）等である。また、有機金属は、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）等である。ＴＭＧを含むガスはＧａのソースガスである。ＴＭＡを含むガスはＡｌのソースガスである。また、ＴＭＩを含むガスはＩｎのソースガスである。

キャリアガスは、例えば、水素ガスである。第１の主ガス供給路１１は、水素ガスのみを流すことも可能である。

第１の主ガス供給路１１には、第１の主マスフローコントローラ１２が設けられている。第１の主マスフローコントローラ１２は、第１の主ガス供給路１１に流す第１のプロセスガスの流量を制御する。

さらに、第１の主ガス供給路１１を、分岐する分岐部１７が設けられる。第１の主ガス供給路１１は、第１の主マスフローコントローラ１２よりも気相成長装置１００ａ〜ｄ側で、分岐部１７により４本の第１の副ガス供給路１３ａ、第２の副ガス供給路１３ｂ、第３の副ガス供給路１３ｃ、第４の副ガス供給路１３ｄに分岐される。第１の副ガス供給路１３ａ、第２の副ガス供給路１３ｂ、第３の副ガス供給路１３ｃ、第４の副ガス供給路１３ｄは、それぞれ、４個の気相成長装置１００ａ〜ｄに、分流された第１のプロセスガスを供給する。

４本の副ガス供給路１３ａ〜ｄには、第１のプロセスガスの流れを遮断可能な第１のストップバルブ１４ａ〜ｄが設けられる。第１のストップバルブ１４ａ〜ｄは、４個の気相成長装置１００ａ〜ｄのいずれかに異常が発生した場合、異常が発生した気相成長装置へのプロセスガスの流れを瞬時に遮断する機能を備える。

第１のストップバルブ１４ａ〜ｄは分岐部１７と４個の気相成長装置１００ａ〜ｄとの間に設けられる。第１のストップバルブ１４ａ〜ｄは、分岐部１７までの距離が、気相成長装置１００ａ〜ｄまでの距離よりも小さくなるように配置される。

そして、第１のストップバルブ１４ａ〜ｄは、分岐部１７に隣接して設けられることが望ましい。分岐部１７と第１のストップバルブ１４ａ〜ｄとの間の距離が２０ｃｍ以上３０ｃｍ以下であることがより望ましい。

４本の副ガス供給路１３ａ〜ｄの４個の第１のストップバルブ１４ａ〜ｄと４個の気相成長装置１００ａ〜ｄとの間に、第１のプロセスガスの流れを遮断可能な４個の第２のストップバルブ１５ａ〜ｄが設けられる。第２のストップバルブ１５ａ〜ｄは、例えば、気相成長装置１００ａ〜ｄをメンテナンスのために大気開放する場合に閉じられ、上流側が大気開放されることを遮断する。第２のストップバルブ１５ａ〜ｄは、気相成長装置１００ａ〜ｄに近接した位置に設けられる。

４本の副ガス供給路１３ａ〜ｄに設けられる４個の第１のストップバルブ１４ａ〜ｄと４個の第２のストップバルブ１５ａ〜ｄとの間に、４本の副ガス供給路１３ａ〜ｄに流す第１のプロセスガスの流量を制御する４個の副マスフローコントローラ１６ａ〜ｄを、さらに備える。

気相成長装置１００ａ〜ｄを大気開放する場合に、４個の副マスフローコントローラ１６ａ〜ｄを大気に晒さない観点から、副マスフローコントローラ１６ａ〜ｄと気相成長装置１００ａ〜ｄとの間に、第２のストップバルブ１５ａ〜ｄが設けられることが望ましい。

第２の主ガス供給路２１は、例えば、気相成長装置１００ａ〜ｄに水素ガス、不活性ガスなどソースガスを含まない第２のプロセスガスを供給する。

第２の主ガス供給路２１には、水素ガスのみを流すことも可能である。

第２の主ガス供給路２１には、第２の主マスフローコントローラ２２が設けられる。第２の主マスフローコントローラ２２は、第２の主ガス供給路２１に流す第２のプロセスガスの流量を制御する。

さらに、第２の主ガス供給路２１に接続される、分岐部２７、副ガス供給路２３ａ〜ｄ、第１のストップバルブ２４ａ〜ｄ、第２のストップバルブ２５ａ〜ｄ、副マスフローコントローラ２６ａ〜ｄが設けられる。それぞれの構成、機能は、第１の主ガス供給路１１に接続される、分岐部１７、副ガス供給路１３ａ〜ｄ、第１のストップバルブ１４ａ〜ｄ、第２のストップバルブ１５ａ〜ｄ、副マスフローコントローラ１６ａ〜ｄと同様であるので記述を省略する。

第３の主ガス供給路３１は、例えば、気相成長装置１００ａ〜ｄにアンモニアを含む第３のプロセスガスを供給する。第３のプロセスガスは、基板上にＩＩＩ−Ｖ族半導体の膜を成膜する際の、Ｖ族元素である窒素（Ｎ）を供給する。

第３の主ガス供給路３１には、水素ガスのみを流すことも可能である。

第３の主ガス供給路３１には、第３の主マスフローコントローラ３２が設けられる。第３の主マスフローコントローラ３２は、第３の主ガス供給路３１に流す第３のプロセスガスの流量を制御する。

また、第３の主ガス供給路３１に接続される、分岐部３７、副ガス供給路３３ａ〜ｄ、第１のストップバルブ３４ａ〜ｄ、第２のストップバルブ３５ａ〜ｄ、副マスフローコントローラ３６ａ〜ｄが設けられる。それぞれの構成、機能は、第１の主ガス供給路１１に接続される、分岐部１７、副ガス供給路１３ａ〜ｄ、第１のストップバルブ１４ａ〜ｄ、第２のストップバルブ１５ａ〜ｄ、副マスフローコントローラ１６ａ〜ｄと同様であるので記述を省略する。

本実施形態の気相成長装置ユニット２００は、４個の気相成長装置１００ａ〜ｄからガスを排出する４本の副ガス排出路４２ａ〜ｄを備えている。そして、４本の副ガス排出路４２ａ〜ｄが合流する主ガス排出路４４を備えている。さらに、主ガス排出路４４には、ガスを吸引するための排出機構４６が設けられる。排出機構４６は、例えば、公知の真空ポンプである。

４本の副ガス排出路４２ａ〜ｄのそれぞれには、圧力調整部４０ａ〜ｄが設けられている。圧力調整部４０ａ〜ｄは、気相成長装置１００ａ〜ｄそれぞれの内圧を所定の値に制御する。圧力調整部４０ａ〜ｄは、例えば、スロットルバルブである。なお、圧力調整部４０ａ〜ｄに代えて、主ガス排出路４４に１か所の圧力調整部を設けてもよい。

図２は、実施形態の気相成長装置１００ａ~１００ｄの模式図である。気相成長装置１００ａ〜ｄは、反応室１０ａ〜ｄを有している。反応室１０ａ〜ｄ上部には、反応室１０ａ〜ｄ内にプロセスガスを供給するシャワーヘッド６０を備えている。シャワーヘッド６０は、整流板５８と、整流板５８上方に設けられた混合室５７と、混合室５７上方に設けられた天板５６と、を有する。

天板５６には、プロセスガスを反応室１０ａ〜ｄ内に供給するためのガス供給部５４が設けられている。ガス供給部５４は第２のストップバルブ１５ａ〜ｄ、第２のストップバルブ２５ａ〜ｄ及び第２のストップバルブ３５ａ〜ｄに接続されている。

ガス供給部５４から供給されたプロセスガスは、混合室５７内にて混合される。その後、整流板５８を通過して反応室１０ａ〜ｄへと供給される。

反り測定機構４８は、天板５６上に設けられている。反り測定機構４８は、例えばレーザーを用いて、基板Ｗの反りを測定する装置である。

透明部材５０は、天板５６内及び整流板５８内に設けられている。透明部材５０は、反り測定機構４８から照射されるレーザー光及び基板Ｗからの反射光を通過させる。

上述のレーザー光を効率良く通過させて基板Ｗに照射し、又上述の反射を効率良く検出するために、透明部材５０は、天板５６及び整流板５８を貫通していなければならない。

透明部材５０は、反り測定機構４８に用いられる所定の波長に対して十分透明である部材であり、たとえば石英ガラスである。また、強度が十分であり、上述の所定の波長に対して十分透明でありプロセスガス等に対する耐性が高ければ、サファイヤ等を使用することが出来る。

反応室１０ａ〜ｄ内には、シャワーヘッド６０下方に設けられ、基板Ｗを載置可能な支持部６２を備えている。支持部６２は、例えば、図２のように中心部に開口部が設けられる環状ホルダーであっても、基板Ｗ裏面のほぼ全面に接する構造のサセプタであってもかまわない。

そして、支持部６２をその上面に配置し、回転する回転体ユニット６６が設けられている。また、支持部６２に載置された基板Ｗを加熱する加熱機構６４としてヒーターを、支持機構６２下方に備えている。

回転体ユニット６６の回転軸７２は、下方に位置する回転駆動機構７４に接続されている。回転駆動機構７４により、基板Ｗをその中心を回転中心として、例えば、５０ｒｐｍ以上２０００ｒｐｍ以下で回転させることが可能となっている。

回転軸７２は、反応室１０ａ〜ｄの底部との間に真空シール部材を挟んでいる。

加熱機構６４は、回転体ユニット６６内に固定して設けられている。加熱機構６４には、回転軸７２の内部を貫通する電極７０を介して、電力が供給される。また、基板Ｗを支持機構６２から脱着させるために、加熱機構６４を貫通する突き上げピン（図示せず）が設けられている。

さらに、反応室１０ａ〜ｄ底部には、基板Ｗ表面等でソースガスが反応した後の反応生成物及び未反応のプロセスガスなどを反応室１０ａ〜ｄの外部に排出するガス排出部６８が設けられる。なお、ガス排出部６８は圧力調整部４０ａ〜ｄに接続される。

また、基板を出し入れするための図示しない基板搬出入口及びゲートバルブが設けられている。そして、このゲートバルブで連結するロードロック室（図示せず）と反応室１０ａ〜ｄとの間において、ハンドリングアームにより基板Ｗを搬送出来るように構成される。ここで、例えば合成石英で形成されるハンドリングアームは、シャワーヘッド６０と支持機構６２とのスペースに挿入可能となっている。

制御機構８０は、反り記憶部８２と、反り閾値記憶部８６と、反り閾値判断部８８と、プロセス制御部９０と、停止指示部９４と、を有する。

反り記憶部８２は、反り測定機構４８により測定された、第１〜第４の基板Ｗの反り及び／又は反りの変化率を保存する。なお反りの変化率は、反り記憶部８２に保存された反りの時間変化を用いて、例えば制御機構８０により計算することが可能である。

反り閾値記憶部８６は、第１〜第４の基板Ｗの反りの閾値及び／又は反りの変化率の閾値を保存する。

反り閾値判断部８８は、反り記憶部８２に保存された第１〜第４の基板の反り及び／又は反りの変化率が閾値を超えるかどうかの判断を行う。

制御機構８０は、プロセス制御部９０を備え、主マスフローコントローラ１２、２２、３２、副マスフローコントローラ１６ａ〜ｄ、２６ａ〜ｄ、３６ａ〜ｄ、第１のストップバルブ１４ａ〜ｄ、２４ａ〜ｄ、３４ａ〜ｄ、第２のストップバルブ１５ａ〜ｄ、２５ａ〜ｄ、３５ａ〜ｄ及び圧力調整部４０ａ〜ｄを制御する。また、プロセス制御部９０は、回転駆動機構７４を用いた基板Ｗの回転及び停止、排出機構４６を用いたプロセスガス及び残渣の排気、ハンドリングアームを用いた反応室１０ａ〜ｄへの第１〜第４の基板Ｗの搬出入、支持機構６２への第１〜第４の基板Ｗの載置といった一連のプロセス制御を行う。

さらに、プロセス制御部９０は、４個の反応室１０ａ〜ｄの気相成長条件を、同一の条件で同時に制御する。

プロセス制御部９０は、停止指示部９４を備え、反り及び／又は反りの変化率が閾値を超えた場合、該当する４個の反応室１０ａ〜ｄのいずれかの反応室において加熱機構６４を用いた基板Ｗの加熱停止を行う。

制御機構８０は、例えば、電子回路である。制御機構８０は、例えば、演算回路等のハードウェアとプログラム等のソフトウェアの組み合わせで構成されるコンピュータである。

反り記憶部８２、反り閾値記憶部８６は、例えば、記憶デバイスである。記憶デバイスは、例えば、半導体メモリ、又は、ハードディスクである。

反り閾値判断部８８、プロセス制御部９０及び停止指示部９４は、例えば、電子回路である。

図３は、本実施形態の気相成長方法のフローチャートである。

以下、本実施形態の気相成長方法について、基板上にＧａＮをエピタキシャル成長させる場合を例に説明する。

まず、反応室１０ａ〜ｄのそれぞれに、第１〜第４の基板を搬入する（Ｓ１０）。第１〜第４の基板は、例えばそれぞれＳｉ（シリコン）ウェハである。

基板の搬入の際には、例えば反応室１０ａ〜ｄの基板搬出入口における図示しないゲートバルブを開き、図示しないハンドリングアームにより、図示しないロードロック室内の第１〜第４の基板Ｗを反応室１０ａ〜ｄ内に搬送する。

次に、反応室１０ａ〜ｄ内部に設けられた支持機構６２に、第１〜第４の基板Ｗを載置する（Ｓ１２）。

例えば、第１〜第４の基板Ｗは、図示しない突き上げピンを用いて、支持機構６２に載置される。ハンドリングアームはロードロック室に戻され、ゲートバルブは閉じられる。

次に、排出機構４６により、反応室１０ａ〜ｄ内のガスを副ガス排出路４２ａ〜ｄ及び主ガス排出路４４から排気して反応室１０ａ〜ｄ内を圧力調整部４０ａ〜ｄによって所定の圧力にする。ここで、加熱機構６４の加熱出力を上げて、第１〜第４の基板Ｗの温度を予備加熱の温度に保つ。

次に、加熱機構６４の加熱出力を上げて、第１〜第４の基板Ｗの温度を、ベークの温度、例えば１０００℃以上１１００℃以下に昇温する。なお基板の温度は、例えば放射温度計により測定することが可能である。

次に、回転体ユニット６６を用いて、第１〜第４の基板Ｗを所定の回転速度で回転させながら、加熱機構６４の出力を制御し、第１〜第４の基板Ｗの温度を、エピタキシャル成長温度に調整する。

次に、反応室１０ａ〜ｄ内にプロセスガスを供給して（Ｓ１４）、第１〜第４の基板Ｗ上に膜を成膜する（Ｓ１６）。

次に、反り測定機構４８を用いて、第１〜第４の基板Ｗの反りを測定する（Ｓ１８）。測定された反りは、反り記憶部８２に保存される。

このとき、第１〜第４の基板の反りを用いて、第１〜第４の基板の反りの変化率を計算して保存してもよい（Ｓ２０）。計算された反りの変化率は、反りとともに反り記憶部８２に保存されてもよい。

次に、反り閾値判断部８８は、反り閾値記憶部８６に保存された閾値を用いて、反り記憶部８２に保存された第１〜第４の基板の反り及び／又は反りの変化率が閾値を超えるかどうかの判断を行う。（Ｓ２２）。

第１〜第４の基板の中で、反り又は反りの変化率が閾値以上である基板があった場合には、停止指示部９４は、反り又は反りの変化率が閾値以上である基板の加熱に用いられている加熱機構６４を停止する。これにより、反り又は反りの変化率が閾値以上である基板の加熱は停止される（Ｓ２４）。

次に、Ｓ１４に戻り、反応室１０ａ〜ｄ内にプロセスガスを供給して、加熱停止となった基板Ｗ以外の基板上に膜を成膜する（Ｓ１６）。この後は、成膜が終了するまでＳ１４〜Ｓ２２を繰り返し、反り異常が分かった時点で加熱停止とする。そして、全ての基板Ｗに反り異常が発生したとき、全ての反応室１０ａ〜ｄのプロセスガスの供給を停止する。

なお、Ｓ１４及びＳ１６において行われる操作の例は、以下の通りである。

加熱機構６４の加熱出力を調整して、第１〜第４の基板Ｗの温度を、エピタキシャル成長温度、例えば９５０℃以上１０５０℃以下にする。

次に、反応室１０ａ〜ｄに、第１の主ガス供給路１１から、水素ガスをキャリアガスとするＴＭＡを含むガス、第２の主ガス供給路２１から、水素を含むガス、第３の主ガス供給路３１から、アンモニアを含むガスを供給する。

上述の水素ガスをキャリアガスとするＴＭＡを含むガスは、第１の主マスフローコントローラ１２で流量を制御され、第１の主ガス供給路１１から分岐される４本の副ガス供給路１３ａ〜ｄに、分流して流される。

上述の水素を含むガスは、第２の主マスフローコントローラ２２で流量を制御され、第２の主ガス供給路２１から分岐される４本の副ガス供給路２３ａ〜ｄに、分流して流される。

上述のアンモニアを含むガスは、第３の主マスフローコントローラ３２で流量を制御され、第３の主ガス供給路３１から分岐される４本の副ガス供給路３３ａ〜ｄに、分流して流される。

これにより、第１〜第４の基板上に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜を成長する。ＡｌＮ膜の膜厚は、例えば、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。なお、ＡｌＮ膜の下層に窒化シリコン（ＳｉＮ）を成長してもよい。

次に、反応室１０ａ〜ｄに、第１の主ガス供給路１１から水素ガスをキャリアガスとするＴＭＡ及びＴＭＧを含むガス、第２の主ガス供給路２１から水素を含むガス、第３の主ガス供給路３１からアンモニアを含むガスを供給する。

これにより、第１〜第４の基板上に、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）膜を成長する。

次に、反応室１０ａ〜ｄに、第１の主ガス供給路１１から水素ガスをキャリアガスとするＴＭＧを含むガス、第２の主ガス供給路２１から水素を含むガス、第３の主ガス供給路３１から、アンモニア（ＮＨ_３）を含むガスを供給する。

このようにして、第１〜第４の基板Ｗ上にＧａＮ膜を成膜する。

成膜が終了したら、第１の主ガス供給路１１及び第３の主ガス供給路３１からのプロセスガスの供給を停止し、加熱機構６４の加熱出力を低下させ、第１〜第４の基板が搬送温度になるまで低下させる。

次に、反応室１０ａ〜ｄ外に、第１〜第４の基板を搬出する。

上述の閾値は、成膜される膜の種類によって異なる閾値とすることが出来る。

図４は、本実施形態の気相成長装置ユニット２００によりシリコン基板上に成膜された膜の反り変化を示す図である。図４（ａ）は良好に膜が成膜された際の図であり、図４（ｂ）は良好に膜が成膜されなかった場合の図である。

上述のように、ＧａＮを成膜する前には、基板Ｗ上にＡｌＮ及びＡｌＧａＮを成膜する。ＡｌＮとＡｌＧａＮは、ＳｉとＧａＮの格子定数の違いを補償するためのバッファ層である。

ＧａＮの格子定数はＡｌＧａＮの格子定数より大きいため、ＧａＮを成膜している間の反りの量はＡｌＧａＮを成膜しているときの反りの量より小さくなり、反りの変化率は負の値を取る。さらにＧａＮの成膜を続けると、反りの量は正から負に変化する。図４（ａ）においては、上述の反りの変化が示されている。

図４（ｂ）においては、ＧａＮを成膜している時の反りの量は正である。また、ＧａＮを成膜している時の反りの変化率も、図４（ａ）の場合と異なり、正である。本実施形態の気相成長装置ユニット２００及び気相成長方法は、図４（ｂ）のように反りが適切に制御されない成膜がされた時に、基板Ｗの加熱を停止する等の適切な処置を行うことを可能とするものである。

以下、本実施形態の作用効果について説明する。

基板Ｗの材料の格子定数と、基板Ｗ上に形成される膜の材料の格子定数に大きな差がある場合には、成膜中において基板Ｗに反りが生じることがある。反りを制御出来ない場合には、膜に亀裂が入ったり、基板Ｗからの膜のはがれが生じたり、基板Ｗが割れたりすることがある。はがれた膜や割れた基板Ｗが反応室内に滞留すると反応室内の汚染の原因となり、そのメンテナンスのために稼働率の低下を生じる。本実施形態では、検知された反りに基づき汚染原因の発生を予知して加熱を停止することが出来るため、熱反応による成膜が止まり反りの増大がなくなる。したがって、反応室の汚染を未然に防ぐことが出来、気相成長装置の稼働率を向上させることが可能となる。

例えば、シリコン基板上にトリメチルガリウムとアンモニアを含むプロセスガスを用いてＧａＮを成膜する場合には、ＧａＮとＳｉの格子不整合が１４％もあるため、大きな反りを伴うことから、本実施形態が好適に用いられる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。上述の実施形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、各実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもかまわない。

例えば、実施形態では、ＧａＮ（窒化ガリウム）の単結晶膜を成膜する場合を例に説明したが、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）等、その他のＩＩＩ−Ｖ族の窒化物系半導体の単結晶膜等の成膜にも本発明を適用することが可能である。また、ＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族の半導体にも本発明を適用することが可能である。

また、有機金属がＴＭＧ１種の場合を例に説明したが、２種以上の有機金属をＩＩＩ族元素のソースとして用いる場合であっても、かまわない。また、有機金属は、ＩＩＩ族元素以外の元素でもかまわない。

また、キャリアガスとして水素ガス（Ｈ_２）を例に説明したが、その他、窒素ガス（Ｎ２）、アルゴンガス（Ａｒ）、ヘリウムガス（Ｈｅ）、あるいは、それらのガスの組み合わせをキャリアガスとして適用することが可能である。

また、プロセスガスが、例えば、ＩＩＩ族元素とＶ族元素の両方を含む混合ガスであってもかまわない。

また、実施形態では、ｎ個の反応室が基板１枚毎に成膜する縦型の枚葉式のエピタキシャル装置である場合を例に説明したが、ｎ個の反応室は、枚葉式のエピタキシャル装置に限られるものではない。例えば、自公転する複数の基板に同時に成膜するプラネタリー方式のＣＶＤ装置や、横型のエピタキシャル装置等の場合にも、本発明を適用することが可能である。

実施形態では、装置構成や製造方法等、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や製造方法等を適宜選択して用いることが出来る。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての気相成長装置及び気相成長方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物の範囲によって定義されるものである。

１０ａ〜１０ｄ 反応室
１１ 第１の主ガス供給路
１２ 第１の主マスフローコントローラ
１３ａ〜ｄ 第１〜第４の副ガス供給路
１４ａ〜ｄ 第１のストップバルブ
１５ａ〜ｄ 第２のストップバルブ
１６ａ〜ｄ 副マスフローコントローラ
１７ 分岐部
２１ 第２の主ガス供給路
２２ 第２の主マスフローコントローラ
２３ａ〜ｄ 第１〜第４の副ガス供給路
２４ａ〜ｄ 第１のストップバルブ
２５ａ〜ｄ 第２のストップバルブ
２６ａ〜ｄ 副マスフローコントローラ
２７ 分岐部
３１ 第３の主ガス供給路
３２ 第３の主マスフローコントローラ
３３ａ〜ｄ 第１〜第４の副ガス供給路
３４ａ〜ｄ 第１のストップバルブ
３５ａ〜ｄ 第２のストップバルブ
３６ａ〜ｄ 副マスフローコントローラ
３７ 分岐部
４０ａ〜ｄ 圧力調整部
４２ａ〜ｄ 副ガス排出路
４４ 主ガス排出路
４６ 排出機構
４８ 反り測定機構
５０ 透明部材
５４ ガス供給部
５６ 天板
５７ 混合室
５８ 整流板
６０ シャワーヘッド
６２ 支持機構
６４ 加熱機構
６６ 回転体ユニット
６８ 排出部
７０ 電極
７２ 回転軸
７４ 回転駆動機構
８０ 制御機構
８２ 反り記憶部
８６ 反り閾値記憶部
８８ 反り閾値判断部
９０ プロセス制御部
９４ 停止指示部
１００ａ〜ｄ 気相成長装置
２００ 気相成長装置ユニット

Claims (5)

1. 反応室と、
   前記反応室内に設けられ基板を載置可能な支持部と、
   前記基板を加熱する加熱機構と、
   前記基板の反りを測定する反り測定部と、
   前記反り又は前記反りの変化率と、予め記憶された前記反り又は前記反りの変化率の閾値との大小を判断し、前記判断に基づいて前記加熱機構を停止する制御機構と、
   前記反応室にプロセスガスを供給する供給機構と、
   前記反応室から排気ガスを排出する排出機構と、
   を備える気相成長装置。
2. 前記反応室は複数設けられ、
   前記供給機構は、所定流量の前記プロセスガスをそれぞれ複数の前記反応室に供給し、
   前記排出機構は、複数の前記反応室から排出される前記排気ガスを排出する、
   請求項１記載の気相成長装置。
3. 前記基板はシリコン基板であり、
   前記プロセスガスはトリメチルガリウムとアンモニアを含む、
   請求項１又は請求項２記載の気相成長装置。
4. 基板を反応室内に設けられた支持部に載置し、
   前記基板の加熱を行い、
   前記反応室にプロセスガスを供給し、
   前記基板の反りを測定し、
   前記反り又は前記反りの変化率が、予め記憶された前記反りの閾値又は前記反りの変化率の閾値を超えたとき前記加熱を停止する、
   気相成長方法。
5. 前記基板はシリコン基板であり、
   前記プロセスガスはトリメチルガリウムとアンモニアを含む、
   請求項４記載の気相成長方法。