JP6786307B2 - 気相成長方法 - Google Patents

気相成長方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6786307B2
JP6786307B2 JP2016167132A JP2016167132A JP6786307B2 JP 6786307 B2 JP6786307 B2 JP 6786307B2 JP 2016167132 A JP2016167132 A JP 2016167132A JP 2016167132 A JP2016167132 A JP 2016167132A JP 6786307 B2 JP6786307 B2 JP 6786307B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
wafer
rpm
substrate
chambers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016167132A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018037456A (ja
JP2018037456A5 (ja
Inventor
橋 英 志 高
橋 英 志 高
近 泰 家
近 泰 家
雅 之 津久井
雅 之 津久井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nuflare Technology Inc
Original Assignee
Nuflare Technology Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nuflare Technology Inc filed Critical Nuflare Technology Inc
Priority to JP2016167132A priority Critical patent/JP6786307B2/ja
Priority to TW106122971A priority patent/TW201820417A/zh
Priority to TW108114702A priority patent/TWI685883B/zh
Priority to KR1020170104071A priority patent/KR102072704B1/ko
Priority to US15/687,839 priority patent/US20180057938A1/en
Publication of JP2018037456A publication Critical patent/JP2018037456A/ja
Publication of JP2018037456A5 publication Critical patent/JP2018037456A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6786307B2 publication Critical patent/JP6786307B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/452—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by activating reactive gas streams before their introduction into the reaction chamber, e.g. by ionisation or addition of reactive species
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/301—AIII BV compounds, where A is Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C23C16/303—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45502—Flow conditions in reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45512—Premixing before introduction in the reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C23C16/4584—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally the substrate being rotated
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/0254—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

本発明は、気相成長方法に関する。
近年、パワー半導体デバイス等の用途に、高耐圧、超低ＯＮ抵抗が期待されるＧａＮ系ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）の開発が進められている。このようなＧａＮ系デバイスにおいて、例えばＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造が用いられ、これらの層の形成には、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）が用いられる。
ＡｌＧａＮ層の形成において、Ｓｉ等のウェハが載置されたチャンバ内に、原料ガスとして、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスと、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスと、アンモニアを含むガスを供給する。そして、供給された原料ガスを加熱されたウェハ上で反応させることにより、ウェハ上にＡｌＧａＮ層を成長させる。
再表２０１２／０９０８１８号公報 特開２００２−１５８１７５号公報
しかしながら、従来のＭＯＣＶＤ法では、トリメチルアルミニウムとアンモニアとがウェハに到達する前に気相中で反応してしまうため、ウェハ面内におけるＡｌＧａＮ層の厚さや、Ａｌ濃度の均一性（以下、面内均一性ともいう）を確保することが困難であるといった問題が生じていた。
本発明の目的は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体層の面内均一性を向上させることができる気相成長方法を提供することにある。
本発明の一態様である気相成長方法は、
反応室内に設けられた支持部に基板を載置し、
回転軸を中心に１３００ｒｐｍ以上２０００ｒｐｍ以下の回転速度で支持部とともに基板を回転させながら、反応室上方より基板上に有機金属を含有する原料ガスを供給し、基板上の基板中心から少なくとも６０ｍｍまでの領域にＩＩＩ−Ｖ族半導体層を成長させる。
上述の気相成長方法において、
ＩＩＩ−Ｖ族半導体層は、Ａｌを含んでもよい。
上述の気相成長方法において、
原料ガスは、トリメチルアルミニウムを含有する第１の原料ガスと、トリメチルガリウムを含有する第２の原料ガスと、アンモニアガスを含む第３の原料ガスを含んでいてもよい。
上述の気相成長方法において、
原料ガスを混合した後、反応室内に供給してもよい。
上述の気相成長方法において、
基板の回転速度は、１５００ｒｐｍ以上１７００ｒｐｍ以下であってもよい。
本発明によれば、ＭＯＣＶＤ法で成長されるＩＩＩ−Ｖ族半導体層の面内均一性を向上させることができる。
本実施形態の気相成長方法に適用可能な気相成長装置の一例を示す平面図である。 図１の気相成長装置の断面図である。 気相成長方法の第１の実験例を示すグラフである。 気相成長方法の第２の実験例を示すグラフである。 気相成長方法の第３の実験例を示すグラフである。
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。実施形態は、本発明を限定するものではない。
（気相成長装置１）
図１は、本実施形態の気相成長方法に適用可能な気相成長装置１の一例を示す平面図である。図１の気相成長装置１は、ＭＯＣＶＤ法を用いる枚葉型のエピタキシャル成長装置である。図１に示すように、気相成長装置１は、反応室の一例である４つのチャンバ２Ａ〜２Ｄと、カセット室３と、搬送室４とを備える。
チャンバ２Ａ〜２Ｄは、大気圧未満の圧力下において、基板の一例であるウェハＷを処理する。チャンバ２Ａ〜２Ｄは、搬送室４の搬送方向ｄに沿って直線状に配置されている。複数のチャンバ２Ａ〜２Ｄを有することで、気相成長装置１は、複数枚のウェハＷを効率的に処理できる。
カセット室３は、複数枚のウェハＷを保持するカセット３１を載置可能な載置台３２を有する。カセット３１は、例えば、樹脂またはアルミニウムで構成されている。カセット室３には、ゲートバルブ３３が設けられている。ゲートバルブ３３を通して、外部からカセット室３内にカセット３１を搬入できる。カセット室３内は、ゲートバルブ３３を閉じた状態で図示しない真空ポンプによって大気圧未満の圧力に減圧できる。
搬送室４は、カセット室３とチャンバ２Ａ〜２Ｄとの間に設けられている。搬送室４では、大気圧未満の圧力下において、カセット室３とチャンバ２Ａ〜２Ｄとの間で搬送方向ｄにウェハＷが搬送される。具体的には、エピタキシャル成長前のウェハＷがカセット室３からチャンバ２Ａ〜２Ｄに搬送され、エピタキシャル成長後のウェハＷがチャンバ２Ａ〜２Ｄからカセット室３に搬送される。搬送室４の内部には、ロボットアーム４１と、載置台４２とが設けられている。ロボットアーム４１は、カセット室３またはチャンバ２Ａ〜２Ｄとの間で、ウェハＷを受け渡し可能である。載置台４２は、ウェハＷおよびロボットアーム４１を搭載した状態で搬送方向ｄに移動可能である。したがって、カセット室３からエピタキシャル成長前のウェハＷを受け取ったロボットアーム４１を載置台４２でチャンバ２Ａ〜２Ｄまで移動させて、ロボットアーム４１が保持するウェハＷをチャンバ２Ａ〜２Ｄ内に搬入することができる。また、チャンバ２Ａ〜２Ｄからエピタキシャル成長後のウェハＷを受け取ったロボットアーム４１を載置台４２でカセット室３まで移動させて、ロボットアーム４１が保持するウェハＷをカセット室３内に回収できる。
カセット室３と搬送室４との間および搬送室４とチャンバ２Ａ〜２Ｄとの間には、開閉可能なゲートバルブ４３Ａ〜４３Ｅが設けられている。ゲートバルブ４３Ａを開くことで、カセット室３と搬送室４との間でウェハＷを移動できる。また、ゲートバルブ４３Ｂ〜４３Ｅを開くことで、搬送室４とチャンバ２Ａ〜２Ｄとの間でウェハＷを移動できる。
図２は、図１の気相成長装置１の断面図である。図２は、図１の気相成長装置１の個々のチャンバ２Ａ〜２Ｄの内部の構成を、チャンバ２Ａ〜２Ｄの上流および下流のガス流路とともに示している。
図２に示すように、気相成長装置１は、上記構成に加えて、更に、ガス供給部５と、シャワーヘッド６と、支持部の一例であるサセプタ７と、回転部８と、回転機構９と、ヒータ１０と、ガス排出部１１と、排気機構１２とを備える。
ガス供給部５は、ガスの上流側においてチャンバ２Ａ〜２Ｄに接続されている。ガス供給部５は、複数の貯留部５ａと、複数のガス管５ｂと、複数のガスバルブ５ｃとを有する。貯留部５ａは、ガスまたはガスの液体前駆体を個別に貯留する。ウェハＷ上にＩＩＩ−Ｖ族半導体層を成長させる際に、各貯留部５ａには、ＩＩＩ−Ｖ族半導体層の原料ガスまたはその液体前駆体が貯留される。例えば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体層としてＡｌＧａＮ層を成長させる場合、各貯留部５ａには、液体のトリメチルアルミニウムと、液体のトリメチルガリウムと、アンモニアとがそれぞれ貯留される。
貯留部５ａに貯留されたトリメチルアルミニウムは、水素などのキャリアガスでバブリングすなわち気化されることで、トリメチルアルミニウムを含有する第１の原料ガス（以下、ＴＭＡガスともいう）となる。また、貯留部５ａに貯留されたトリメチルガリウムは、水素などのキャリアガスでバブリングされることで、トリメチルガリウムを含有する第２の原料ガス（以下、ＴＭＧガスともいう）となる。ＡｌＧａＮ層を成長させる際には、チャンバ２Ａ〜２Ｄに対して、ＴＭＡガスおよびＴＧＡガスの供給とともに第３の原料ガスの一例であるアンモニアガスの供給が行われる。
複数のガス管５ｂは、複数の貯留部５ａのそれぞれとガス導入部６ａ（図に加えて下さい）とを接続する。複数のガスバルブ３ｃは、複数のガス管５ｂのそれぞれに設けられている。ガスバルブ５ｃは、対応するガス管５ｂを流れるガスの流量を調整可能である。実際の配管は、複数のガス管を結合したり、１本のガス管を複数のガス管に分岐したり、ガス管の分岐や結合を組み合わせるなどの複数の構成を取りうる。
ガス導入口６ａは、チャンバ２Ａ〜２Ｄの上部に設けられたシャワーヘッド６と接続されている。シャワーヘッド６は、その底面側にシャワープレート６１を有する。シャワープレート６１には、複数のガス噴出口６２が設けられている。シャワープレート６１は、ステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属材料を用いて構成することができる。シャワーヘッド６内には、複数のガス管５ｂのそれぞれから供給された複数のガスが導入される。導入された複数のガスは、シャワーヘッド６内で混合された後、シャワープレート６１のガス噴出口６２を通ってチャンバ２Ａ〜２Ｄ内に供給される。なお、シャワープレート６１に横方向のガス流路を複数設け、複数種類のガスを分離したままチャンバ２Ａ〜２Ｄ内のウェハＷに供給してもよい。
サセプタ７は、チャンバ２Ａ〜２Ｄ内でウェハＷを水平に支持する。サセプタ７は、回転機構８の上部に設けられており、サセプタ７の内周側に設けられた座刳り７ａ内にウェハＷを載置して支持する。なお、図２の例では、サセプタ７は、その中央に開口部を有する環状形状であるが、開口部のない略平板形状でもよい。また、図２の例では、サセプタ７は、１枚のウェハＷを支持しているが、４枚など複数枚のウェハＷを支持してもよい。
回転部８は、チャンバ２Ａ〜２Ｄ内でサセプタ７を保持しながら、鉛直方向の回転軸Ａを中心に回転する。回転軸Ａは、サセプタ７の中心およびウェハＷの中心を通る。回転部８が回転することで、回転部８に保持されたサセプタ７は、サセプタ７に支持されたウェハＷとともに回転軸Ａを中心に回転する。
回転機構９は、回転部８を回転駆動する。回転機構９は、例えば、モータ等の駆動源と、駆動源を制御する制御部と、駆動源の駆動力を回転部８に伝達するタイミングベルトやギア等の伝達部材とを有する。回転機構９は、所定の回転速度でウェハＷを回転させる。後述するＩＩＩ−Ｖ族半導体層の形成時には、面内均一性を向上させるため、ウェハＷの回転速度を１３００ｒｐｍ以上２０００ｒｐｍ以下に制御する。
ヒータ１０は、サセプタ７およびウェハＷを下方より加熱する。ヒータ１０の具体的な加熱方式は特に限定されず、例えば、抵抗加熱、ランプ加熱または誘導加熱などであってもよい。
ガス排出部１１は、反応後の原料ガスをチャンバ２Ａ〜２Ｃの内部から外部に排出する。
排気機構１２は、排気バルブ１２ａと真空ポンプ１２ｂとの作用により、ガス排出部１１を通じてチャンバ２内を所望の圧力に制御する。
（気相成長方法）
次に、以上のように構成された枚葉式の気相成長装置１を用いた気相成長方法すなわち成膜方法について説明する。なお、以下に説明する気相成長方法では、ＭＯＣＶＤ法により、ＩＩＩ−Ｖ族半導体層としてＡｌＧａＮ層を成長させる。また、以下の説明において、ＡｌＮ層などのＨＥＭＴにおけるＡｌＧａＮ層以外の半導体層のプロセスについては説明を省略する。
先ず、搬送室４のロボットアーム４１および載置台４２は、ゲートバルブ４３Ａ〜４３Ｅを通して、カセット室３からチャンバ２Ａ〜２ＤまでウェハＷを搬送する。そして、ロボットアーム４１は、搬送されたウェハＷをサセプタ７に載置する。
チャンバ２Ａ〜２Ｄには、ガス導入部６ａよりシャワーヘッド６、ガス噴出口６２を介して、Ｈ２、Ｎ２、Ａｒなどの不活性ガスが所定の流量で供給されており、サセプタ７にウェハＷを載置した後、ゲートバルブ４３Ａ〜４３Ｅを閉じる。そして、排気機構１２が、ガス排出部１１を通してチャンバ２内を排気して、チャンバ２Ａ〜２Ｄ内の圧力を所望の圧力に調整する。
ヒータ１０によってウェハＷをエピタキシャル成長温度、例えば、１０００℃以上かつ１１００℃以下の温度に加熱する。
回転機構９は、回転部８およびサセプタ７を介して回転軸Ａを中心にウェハＷを所定の回転速度で回転させる。
ウェハＷを回転させた状態で、ガス供給部５は、チャンバ２Ａ〜２Ｄ内に、ＴＭＡガスと、ＴＭＧガスを、アンモニアガスとともに供給する。
ガス供給部５から供給されたＴＭＡガスと、ＴＭＧガスと、アンモニアガスとは、チャンバ２の上部に設けられたシャワーヘッド６に導入され、シャワーヘッド６内で混合される。そして、混合されたＴＭＡガス、ＴＭＧガスおよびアンモニアガスは、シャワープレート６１のガス噴出口６２からウェハＷに向けて吐出される。
このようにして、ウェハＷ上に所定流量で原料ガスを供給しながら、ウェハＷを所定温度に加熱し、所定の回転速度で回転させることにより、ウェハＷ上にＡｌＧａＮ層が形成される。
ここで、ウェハＷ面上で気相反応が生じる厚さ方向の領域を境界層という。ウェハＷの回転速度が低速である場合、ウェハＷ上には、厚い不均一な境界層が形成されると考えられる。境界層が厚いと、ウェハＷに到達する前に、境界層における原料ガスの気相反応が生じてしまう。従って、成長速度は低下する。また、ＡｌＧａＮ層を形成するためには、比較的気相反応しやすいＴＭＡガスと、気相反応しにくいＴＭＧガスとを同時に流し、アンモニアガスと反応させて成膜するため、境界層内でのガスの挙動によりＴＭＡとアンモニアが優先的に反応し、パーティクルとなり、ＡｌＧａＮ層の成長に寄与せず排気される。このように気相反応に分布が生じてしまうため、膜厚だけでなく、Ａｌの面内分布も低下してしまう。特に、ガスをシャワーヘッド６内で混合してチャンバ２Ａ〜２Ｄ内に供給する場合、より気相反応が進行しやすくなる。
これに対して、本実施形態では、ウェハＷを１３００ｒｐｍ以上の回転速度で高速回転させる。この高速回転と、シャワープレート６１からウェハＷに向かって降下する原料ガスの流れとの組合せにより、ウェハＷ上に厚さが薄くかつ均一な境界層を形成することができる。
ここで、ウェハＷの回転速度が１３００ｒｐｍより低速である場合、ＡｌＧａＮ層の面内均一性を確保することが困難となる。一方、２０００ｒｐｍより高速であると、ウェハＷや回転機構９の微小なアライメントずれなどに起因する振動、ずれ、飛びなどが発生し、安定した成膜が困難となる。
従って、ウェハＷの回転速度を１３００ｒｐｍ以上２０００ｒｐｍ以下とすることで、安定してＡｌＧａＮ層の面内均一性を向上できる。また、後述するように、回転速度を１３００ｒｐｍ以上２０００ｒｐｍ以下とすることで、ＡｌＧａＮ層の膜厚の面内均一性だけでなく、ウェハ面内におけるＡｌ組成の均一性をも向上できる。ウェハＷの回転速度は、１５００ｒｐｍ以上であることが好ましく、１５００ｒｐｍ以上１７００ｒｐｍ以下であることがより好ましい。
厚さが薄い均一な境界層を形成することで、ウェハＷに到達する前に原料ガスの気相反応が生じることを抑制することができる。また、薄い境界層は、ウェハＷの表面に原料ガスを取り込み易く、ウェハＷの表面での均一な気相反応を促進できる。さらに、ウェハＷの高速回転による遠心力により、ウェハＷ上のパーティクルをウェハＷ上から効率的に排出できる。これにより、ウェハＷの表面に、高い面内均一性でＡｌＧａＮ層を成長させることができる。
また、本実施形態の気相成長方法では、枚葉式の気相成長装置１を用いているので、バッチ式の気相成長装置を用いる場合と比較して安定したガス流を得ることができ、ＡｌＧａＮ層を安定的にエピタキシャル成長させることができる。
なお、ＡｌＧａＮ層の下地は、ＡｌＧａＮ層をエピタキシャル成長させることが可能な構造であれば特に限定されず、例えば、ウェハＷの一例であるＡＩＮ基板上に形成されたＡｌＮバッファ層などであってもよい。
本実施形態の気相成長方法は、ＡｌＮ層、ＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ｐＧａＮ層などのＡｌＧａＮ層以外のＩＩＩ−Ｖ族半導体層の成長にも有効に適用できる。
（実験例）
次に、気相成長方法の実験例について説明する。
図３は、気相成長方法の第１の実験例を示すグラフである。第１の実験例では、ウェハＷの回転速度として、８００ｒｍｐ、１０００ｒｍｐ、１２００ｒｍｐ、１５００ｒｍｐの４種類を採用し、各回転速度の下で、ＭＯＣＶＤ法によってウェハＷ上にＡｌＧａＮ層をエピタキシャル成長させた。なお、ヒータ１０によるウェハＷの加熱温度は、１０６０℃とした。そして、各回転速度のそれぞれの下で成長したＡｌＧａＮ層の厚さを、ウェハＷの中心位置、中心から２０ｍｍの位置、中心から４０ｍｍの位置、中心から６０ｍｍの位置および中心から８０ｍｍの位置のそれぞれにおいて測定した。ＡｌＧａＮ層の厚さおよび組成の測定には、Ｘ線回折装置を用いた。そして、ＡｌＧａＮ層の厚さの測定結果を図３のようにグラフ化した。図３において、横軸は、ウェハＷの中心からの距離を示し、縦軸は、ウェハＷの中心におけるＡｌＧａＮ層の厚さを１として正規化した各測定位置におけるＡｌＧａＮ層の厚さを示す。
図３に示すように、ウェハＷの回転速度が８００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍおよび１２００ｒｐｍの場合には、ＡｌＧａＮ層の厚さの最大値ｍａｘと最小値ｍｉｎとの比（以下、ｍｉｎ／ｍａｘともいう）が０．９６を下回った。例えば、良好なＨＥＭＴ特性を得るためにＡｌＧａＮ層の面内均一性を、ｍｉｎ／ｍａｘが０．９６以上であることが好ましいが、８００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍ、１２００ｒｐｍでは満たすことができなかった。これに対して、ウェハＷの回転速度が１５００ｒｐｍでは、ｍｉｎ／ｍａｘを０．９６より大きくすることができ、１３００ｒｐｍ程度で満たすことができることが推定できる。
したがって、第１の実験例によれば、ウェハＷの回転速度を１３００ｒｐｍ以上とすることで、ＡｌＧａＮ層の面内均一性を満足できるレベルに向上できることが実証された。また、第１の実験例によれば、ウェハＷの回転速度を１５００ｒｐｍ以上とすることで、ＡｌＧａＮ層の面内均一性をより効果的に向上できることが実証された。
図４は、気相成長方法の第２の実験例を示すグラフである。第２の実験例では、図１の気相成長装置１の４つのチャンバ２Ａ〜２Ｄのそれぞれにおいて、ウェハＷを１７００ｒｐｍで回転させながら、ＭＯＣＶＤによってウェハＷ上にＡｌＧａＮ層をエピタキシャル成長させた。なお、ヒータ１０によるウェハＷの加熱温度Ｔｇは１０３０℃とした。そして、各チャンバ２Ａ〜２Ｄ内で成長したＡｌＧａＮ層の厚さを、ウェハＷの中心位置、中心から２０ｍｍの位置、中心から４０ｍｍの位置、中心から６０ｍｍの位置、中心から８０ｍｍの位置および中心から９０ｍｍの位置のそれぞれにおいて測定した。そして、ＡｌＧａＮ層の厚さの測定結果を図４のようにグラフ化した。図４において、横軸は、ウェハＷの中心からの距離を示し、縦軸は、ＡｌＧａＮ層の厚さを示す。
図４に示すように、４つのチャンバ２Ａ〜２Ｄとも、ＡｌＧａＮ層の厚さの最大値と最小値との差を１ｎｍ以内に収めることができることが分かった。これは、面内均一性として十分に良好な結果である。また、図４の結果は、各チャンバ２Ａ〜２Ｄの面内均一性が良好であることを示すと同時に、チャンバ２Ａ〜２Ｄ間でのＡｌＧａＮ層の厚さの均一性である面間均一性も良好であることを示している。
図５は、気相成長方法の第３の実験例を示すグラフである。第３の実験例でのＡｌＧａＮ層の成長条件は、第２の実験例と同じである。第３の実験例では、各チャンバ２Ａ〜２Ｄ内でエピタキシャル成長したＡｌＧａＮ層中のＡｌ組成（％）を、ウェハＷの中心位置、中心から２０ｍｍの位置、中心から４０ｍｍの位置、中心から６０ｍｍの位置、中心から８０ｍｍの位置および中心から９０ｍｍの位置のそれぞれにおいて測定した。
そして、ＡｌＧａＮ層中のＡｌ組成の測定結果を図５のようにグラフ化した。図５において、横軸は、ウェハＷの中心からの距離を示し、縦軸は、ＡｌＧａＮ層中のＡｌ組成を示す。
図５に示すように、４つのチャンバ２Ａ〜２Ｄとも、ＡｌＧａＮ層中のＡｌ組成を各測定位置において２５％付近で均一に制御できることが分かった。Ａｌ組成が２５％付近であることは、ＡｌＧａＮ層の組成として良好であることを示す。
以上述べたように、本実施形態によれば、ウェハＷの回転速度を１３００ｒｐｍ以上２０００ｒｐｍとしたＭＯＣＶＤ法を用いることで、ＩＩＩ−Ｖ族半導体層の面内均一性を向上できる。
上述の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
２Ａ，２Ｂ,２Ｃ,２Ｄ チャンバ、７ サセプタ

Claims (5)

  1. 反応室内に設けられた支持部に基板を載置し、
    回転軸を中心に１３００ｒｐｍ以上２０００ｒｐｍ以下の回転速度で前記支持部とともに前記基板を回転させながら、前記反応室上方より前記基板上に有機金属を含有する原料ガスを供給し、前記基板上の基板中心から少なくとも６０ｍｍまでの領域にＩＩＩ−Ｖ族半導体層を成長させ、
    前記原料ガスは、Ａｌ含有ガスおよびＮ含有ガスを含み、
    前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体層は、ＡｌおよびＮを含むことを特徴とする気相成長方法。
  2. 前記原料ガスは、さらにＧａ含有ガスを含むことを特徴とする請求項１に記載の気相成長方法。
  3. 前記Ａｌ含有ガスは、トリメチルアルミニウムを含有し、前記Ｎ含有ガスは、アンモニアガスを含有することを特徴とする請求項１または２に記載の気相成長方法。
  4. 前記原料ガスを混合した後、前記反応室内に供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の気相成長方法。
  5. 前記基板の回転速度は、１５００ｒｐｍ以上１７００ｒｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の気相成長方法。
JP2016167132A 2016-08-29 2016-08-29 気相成長方法 Active JP6786307B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016167132A JP6786307B2 (ja) 2016-08-29 2016-08-29 気相成長方法
TW106122971A TW201820417A (zh) 2016-08-29 2017-07-10 氣相成長方法
TW108114702A TWI685883B (zh) 2016-08-29 2017-07-10 氣相成長方法
KR1020170104071A KR102072704B1 (ko) 2016-08-29 2017-08-17 기상 성장 방법
US15/687,839 US20180057938A1 (en) 2016-08-29 2017-08-28 Vapor-phase growth method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016167132A JP6786307B2 (ja) 2016-08-29 2016-08-29 気相成長方法

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2018037456A JP2018037456A (ja) 2018-03-08
JP2018037456A5 JP2018037456A5 (ja) 2019-10-10
JP6786307B2 true JP6786307B2 (ja) 2020-11-18

Family

ID=61241852

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016167132A Active JP6786307B2 (ja) 2016-08-29 2016-08-29 気相成長方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20180057938A1 (ja)
JP (1) JP6786307B2 (ja)
KR (1) KR102072704B1 (ja)
TW (2) TWI685883B (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018101721A (ja) 2016-12-21 2018-06-28 株式会社ニューフレアテクノロジー 気相成長方法
JP7180984B2 (ja) 2018-03-01 2022-11-30 株式会社ニューフレアテクノロジー 気相成長方法

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1313247C (en) * 1988-05-17 1993-01-26 Kiyoshi Ichimura Compound semiconductor light emitting device
JP2745819B2 (ja) * 1990-12-10 1998-04-28 日立電線株式会社 気相膜成長装置
JPH05152207A (ja) * 1991-11-28 1993-06-18 Toshiba Mach Co Ltd 気相成長方法
WO1998023788A1 (en) * 1996-11-27 1998-06-04 Emcore Corporation Chemical vapor deposition apparatus
JPH1167675A (ja) * 1997-08-21 1999-03-09 Toshiba Ceramics Co Ltd 高速回転気相薄膜形成装置及びそれを用いる高速回転気相薄膜形成方法
US6204201B1 (en) * 1999-06-11 2001-03-20 Electron Vision Corporation Method of processing films prior to chemical vapor deposition using electron beam processing
US6770146B2 (en) * 2001-02-02 2004-08-03 Mattson Technology, Inc. Method and system for rotating a semiconductor wafer in processing chambers
JP2003142416A (ja) * 2001-11-05 2003-05-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 気相成長方法および気相成長装置
SG135924A1 (en) * 2003-04-02 2007-10-29 Sumitomo Electric Industries Nitride-based semiconductor epitaxial substrate, method of manufacturing the same, and hemt substrate
JP4343580B2 (ja) * 2003-05-09 2009-10-14 シャープ株式会社 薄膜形成装置
US20050178336A1 (en) * 2003-07-15 2005-08-18 Heng Liu Chemical vapor deposition reactor having multiple inlets
US20050011459A1 (en) * 2003-07-15 2005-01-20 Heng Liu Chemical vapor deposition reactor
US20070111372A1 (en) * 2004-07-20 2007-05-17 Cermet, Inc. Methods of forming a p-type group ii-vi semiconductor crystal layer on a substrate
JP4691060B2 (ja) * 2007-03-23 2011-06-01 古河電気工業株式会社 ＧａＮ系半導体素子
JP2008244014A (ja) * 2007-03-26 2008-10-09 Toshiba Corp 基板処理装置、基板処理方法及び半導体装置の製造方法
US8057602B2 (en) * 2007-05-09 2011-11-15 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for supporting, positioning and rotating a substrate in a processing chamber
DE112010000737T5 (de) * 2009-02-11 2013-01-17 Applied Materials, Inc. Nichtkontakt-Bearbeitung von Substraten
JP5254295B2 (ja) * 2010-09-22 2013-08-07 株式会社東芝 成膜装置
US20130026480A1 (en) * 2011-07-25 2013-01-31 Bridgelux, Inc. Nucleation of Aluminum Nitride on a Silicon Substrate Using an Ammonia Preflow
DE102011114670A1 (de) * 2011-09-30 2013-04-04 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips und optoelektronischer Halbleiterchip
US8659032B2 (en) * 2012-01-31 2014-02-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. FinFET and method of fabricating the same
US20140030444A1 (en) * 2012-07-30 2014-01-30 Novellus Systems, Inc. High pressure, high power plasma activated conformal film deposition
TW201411690A (zh) * 2012-09-13 2014-03-16 Saint Gobain Ceramics 回收的晶圓以及用於回收晶圓之方法
US9373502B2 (en) * 2013-05-13 2016-06-21 Applied Materials, Inc. Structure for III-V devices on silicon
JP5898381B2 (ja) * 2013-06-27 2016-04-06 Hoya株式会社 情報記録媒体用ガラス基板、情報記録媒体、および磁気ディスク装置
JP6180208B2 (ja) * 2013-07-08 2017-08-16 株式会社ニューフレアテクノロジー 気相成長装置および気相成長方法
JP2015195312A (ja) * 2014-03-31 2015-11-05 株式会社ニューフレアテクノロジー 気相成長装置および気相成長方法
US9728630B2 (en) * 2014-09-05 2017-08-08 Infineon Technologies Austria Ag High-electron-mobility transistor having a buried field plate
JP2016081945A (ja) * 2014-10-09 2016-05-16 株式会社ニューフレアテクノロジー 気相成長装置および気相成長方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018037456A (ja) 2018-03-08
US20180057938A1 (en) 2018-03-01
TW201946115A (zh) 2019-12-01
KR102072704B1 (ko) 2020-02-03
TW201820417A (zh) 2018-06-01
KR20180025194A (ko) 2018-03-08
TWI685883B (zh) 2020-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20170275755A1 (en) Vapor phase growth apparatus and vapor phase growth method
JP4958798B2 (ja) 化学気相成長リアクタ及び化学気相成長法
US9624603B2 (en) Vapor phase growth apparatus having shower plate with multi gas flow passages and vapor phase growth method using the same
US10132001B2 (en) Vapor phase growth apparatus and vapor phase growth method
KR101640918B1 (ko) 기상 성장 장치 및 기상 성장 방법
US11124894B2 (en) Vapor phase growth apparatus and vapor phase growth method
JP6386901B2 (ja) 気相成長装置及び気相成長方法
US20160102401A1 (en) Vapor phase growth apparatus and vapor phase growth method
JP2010251705A (ja) 成膜装置および成膜方法
JP6786307B2 (ja) 気相成長方法
US9966258B2 (en) Method of growing gallium nitride-based crystal and heat treatment apparatus
JP2019220589A (ja) 気相成長装置
JP2016201481A (ja) 気相成長方法
WO2015194068A1 (ja) 気相成長装置および成膜方法
TWI745656B (zh) 氣相成長方法
JP7432465B2 (ja) 気相成長装置
JP2013001999A (ja) 化学蒸着装置
US10501849B2 (en) Film forming apparatus and film forming method
JP2017135170A (ja) 気相成長装置及び気相成長方法
JP2006100741A (ja) 気相成膜装置
JP2016096177A (ja) ハイドライド気相成長装置および成膜方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190827

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190827

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200624

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200707

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200907

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201002

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201028

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6786307

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250