半导体制造装置以及半导体制造方法

申请号 CN201580047087.0 申请日 2015-06-24 公开(公告)号 CN106688079B 公开(公告)日 2019-06-14
申请人 住友化学株式会社; 发明人 藤仓序章;
摘要 半导体 制造装置具有:处理容器;隔壁,其将处理容器内的空间的至少一部分划分为生长部和清洁部; 基板 保持构件,其配置于生长部内;原料气体供给系统,其向生长部内供给原料气体;清洁气体供给系统,其向清洁部内供给清洁气体;以及加热器,其对生长部以及所述清洁部进行加热。
权利要求

1.一种半导体制造装置,其特征在于,具有:
处理容器;
隔壁,其将所述处理容器内的空间的至少一部分划分为生长部和清洁部;
基板保持构件,其配置于所述生长部内;
原料气体供给系统,其向所述生长部内供给原料气体;
清洁气体供给系统,其向所述清洁部内供给清洁气体;以及
加热器,其对所述生长部以及所述清洁部进行加热,
就气流方向上的位置而言,所述原料气体供给系统的下游侧的端部以及所述清洁气体供给系统的下游侧的端部以与所述隔壁的上游侧的端部一致或比所述隔壁的上游侧的端部靠下游侧的方式配置。
2.根据权利要求1所述的半导体制造装置,其中,
所述隔壁以能够使向所述生长部侧露出的面与向所述清洁部侧露出的面翻转的方式设置于所述处理容器内。
3.根据权利要求1或2所述的半导体制造装置,其中,
所述原料气体供给系统具有使用氯系气体来生成氯化物原料气体的氯化物原料气体生成部,
所述清洁气体供给系统共同地连接于所述氯化物原料气体生成部所使用的氯系气体的供给源。
4.一种半导体制造方法,其使用半导体制造装置,所述半导体制造装置具有:
处理容器;
隔壁,其将所述处理容器内的空间的至少一部分划分为生长部和清洁部;
基板保持构件,其配置于所述生长部内;
原料气体供给系统,其向所述生长部内供给原料气体;
清洁气体供给系统,其向所述清洁部内供给清洁气体;以及
加热器,其对所述生长部以及所述清洁部进行加热,
所述半导体制造方法的特征在于,包括如下工序:在由所述加热器对所述生长部以及所述清洁部进行了加热的状态下,从所述原料气体供给系统向配置于所述生长部内的由所述基板保持构件保持的基板供给原料气体而在所述基板上生长半导体,同时从所述清洁气体供给系统向配置于所述清洁部内的被清洁物供给清洁气体而除去堆积于所述被清洁物的半导体,
一边更换基板和被清洁物一边进行多次所述工序,
在所述半导体制造方法中,使在某次的所述工序中使用了的所述隔壁的向所述生长部侧露出的面与向所述清洁部侧露出的面翻转,并将该隔壁使用于下次的所述工序中。
5.根据权利要求4所述的半导体制造方法,其中,
一边更换基板和被清洁物一边进行多次所述工序,
在所述半导体制造方法中,作为配置在所述处理容器内的会堆积半导体的位置处的构件而准备多个可装拆的同种构件,在这些构件中,将在某次的所述工序中使用完毕而堆积有半导体的所述构件作为在使用完毕的这次工序以后进行的所述工序中的被清洁物,将清洁完毕的所述构件再次使用于在清洁完毕的这次工序以后进行的所述工序中。
6.根据权利要求4或5所述的半导体制造方法,其中,
在所述工序中,使用氯系气体来生成所述原料气体所包含的氯化物原料气体,使用与用于生成所述氯化物原料气体的氯系气体同种的氯系气体来作为所述清洁气体。

说明书全文

半导体制造装置以及半导体制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体制造装置以及半导体制造方法。

背景技术

[0002] 作为使砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、氮化镓(GaN)等Ga系化合物半导体以高速结晶生长的方法,已知所谓的氢化物气相生长(HVPE)法(例如参照专利文献1)。在HVPE法中,将通过使置于生长装置内的高温(300℃~800℃左右)的金属Ga与氯化氢(HCl)气体或者氯(Cl2)气体等氯系气体接触而制造出的GaCl气体或者GaCl3气体用作III族原料气体。
[0003] HVPE法的生长速度达到数百μm/h~数mm/h,因此HVPE法被用于基板上的厚膜生长、独立基板(free-standing substrate)的制造。作为HVPE法的缺点,可举出如下点:生长厚度与有机金属气相生长(MOVPE)法的数μm相比格外地厚达数百μm/h~数mm/h,因此也在喷嘴、基板支架等较厚地堆积半导体,该半导体在下次以后的生长中蒸发、飞散,容易造成表面缺陷
[0004] 因此,通常,在生长后将基板从装置取出,之后不装配基板而再次使装置成为高温状态,并用氯系气体对炉内进行蚀刻,由此进行将堆积于装置内的半导体除去的清洁、所谓的焙烘。该焙烘工序长时间地使用生长装置,因此在使用HVPE法的制造中造成生产率的降低。
[0005] 也有如下在生长后将堆积有半导体的夹具拆下并使用相对于生长装置而言其他的焙烘专用装置进行清洁来提高HVPE装置自身的生产率这一方法,但在该情况下,焙烘装置的导入、运行、维持管理需要费用以及人手。
[0006] 在先技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1:日本特开2013-58741号公报

发明内容

[0009] 发明要解决的课题
[0010] 本发明的一目的在于,提供能够高效地进行将堆积于构件的堆积物除去的清洁的半导体制造技术。
[0011] 用于解决课题的方案
[0012] 根据本发明的一个方案,提供一种半导体制造装置,其具有:
[0013] 处理容器;
[0014] 隔壁,其将所述处理容器内的空间的至少一部分划分为生长部和清洁部;
[0015] 基板保持构件,其配置于所述生长部内;
[0016] 原料气体供给系统,其向所述生长部内供给原料气体;
[0017] 清洁气体供给系统,其向所述清洁部内供给清洁气体;以及
[0018] 加热器,其对所述生长部以及所述清洁部进行加热。
[0019] 根据本发明的另一方案,提供一种半导体制造方法,其使用半导体制造装置,该半导体制造装置具有:
[0020] 处理容器;
[0021] 隔壁,其将所述处理容器内的空间的至少一部分划分为生长部和清洁部;
[0022] 基板保持构件,其配置于所述生长部内;
[0023] 原料气体供给系统,其向所述生长部内供给原料气体;
[0024] 清洁气体供给系统,其向所述清洁部内供给清洁气体;以及
[0025] 加热器,其对所述生长部以及所述清洁部进行加热,
[0026] 所述半导体制造方法包括如下工序:在由所述加热器对所述生长部以及所述清洁部进行了加热的状态下,从所述原料气体供给系统向配置于所述生长部内的由所述基板保持构件保持的基板供给原料气体而在所述基板上生长半导体,同时从所述清洁气体供给系统向配置于所述清洁部内的被清洁物供给清洁气体而除去堆积于所述被清洁物的半导体。
[0027] 发明效果
[0028] 通过隔壁将处理容器内划分为生长部和清洁部,由此能够将向生长部内供给的原料气体的气流与向清洁部内供给的清洁气体的气流分离,能够同时进行生长部中的成膜处理和清洁部中的清洁处理。附图说明
[0029] 图1的(A)是本发明的实施方式的半导体制造装置的纵剖视图。图1的(B)是沿着图1的(A)的AA线的横剖视图。图1的(C)是表示对基板进行保持的保持件的构造例的剖视图(纵剖视图)。
[0030] 图2是表示实施方式的半导体制造方法的成膜以及清洁处理的基本的步骤的一例的流程图

具体实施方式

[0031] 以下,说明本发明的一实施方式的半导体制造装置以及半导体制造方法。
[0032] (1)半导体制造装置
[0033] 首先,参照图1的(A)~图1的(C)来说明实施方式的半导体制造装置。图1的(A)是实施方式的半导体制造装置的纵剖视图。图1的(B)是沿着图1的(A)的AA线的横剖视图。图1的(C)是表示对基板进行保持的保持件的构造例的剖视图(纵剖视图)。
[0034] 如以下所说明的那样,本实施方式的半导体制造装置构成为,能够在通过氢化物气相生长(HVPE)法进行半导体向基板上的结晶生长处理(成膜处理)的同时,进行从被清洁物除去半导体的堆积物的清洁处理。需要说明的是,为了避免繁杂,关于“将半导体的堆积物除去的清洁”,也有时以“半导体的堆积物的清洁”的方式进行表述。也有时将成为除去对象的“半导体的堆积物”仅称作“堆积物”、仅称作“半导体”。
[0035] 在本实施方式中,作为生长以及清洁对象的半导体,例示了作为III-V族化合物半导体的砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、氮化镓(GaN)等Ga系化合物半导体(含Ga化合物半导体)。更具体而言,以GaN为例进行说明。
[0036] (反应炉)
[0037] 实施方式的半导体制造装置即HVPE装置1具备由石英玻璃等耐热性材料形成为例如圆筒状的反应炉10来作为处理容器。反应炉10的两端缘由不锈等金属材料所形成的凸缘11a、11b封闭。凸缘11a、11b以能够根据需要而相对于反应炉10装拆的方式安装。通过凸缘11a、11b能够装拆,由此反应炉10的端缘处的开口部分开闭自如。
[0038] 详细情况如后所述,在反应炉10内形成有从反应炉10的一端侧朝向另一端侧(在图1的(A)所示的例子中从凸缘11a侧朝向凸缘11b侧)的气流。以下,也有时将气流的上游侧、下游侧分别仅称作上游侧、下游侧。
[0039] 反应炉10的内部被划分为上游侧的空间即上游部12和位于上游部12的下游侧的空间即下游部13。上游部12作为配置后述的气体供给系统的空间即气体供给部12而构成。
[0040] 下游部13夹着设置于反应炉10内的隔壁40而被沿着与气流方向交叉的方向、更具体而言例如上下方向划分。下游部分13的相对于隔壁40的一侧、更具体而言例如上方侧作为进行基板30上的成膜的空间即生长部13a而构成,下游部分13的相对于隔壁40的另一侧、更具体而言例如下方侧作为进行从被清洁物50除去堆积物的清洁(所谓的焙烘)的空间即清洁部(焙烘部)13b而构成。
[0041] 关于气流方向上的位置,上游部12与下游部13的分界由隔壁40的上游侧的端部40a界定,相对于隔壁40的上游端部40a,上游侧的空间为上游部12,下游侧的空间为下游部
13。需要说明的是,上游部12与下游部13之间无需由构造物分隔。
[0042] (加热器)
[0043] 在反应炉10的外周侧设置有用于对反应炉10内进行加热的加热器14。加热器14具有配置于上游部(气体供给部)12的周围的上游侧加热器14a和配置于下游部13(生长部13a以及清洁部13b)的周围的下游侧加热器14b。上游侧加热器14a与下游侧加热器14b分别能够将气体供给部12与生长部13a及清洁部13b加热至独立的温度(例如,将气体供给部12加热至850℃左右,将生长部13a及清洁部13b加热至1000℃左右)。
[0044] (气体供给部)
[0045] 在气体供给部12内配置有收纳容器21,该收纳容器21由石英玻璃等耐热性材料形成,用于收容金属原料20。收纳容器21为如下构造:除了后述的配管22、23以外作为不产生气体泄漏等的密闭容器而构成,在该密闭容器内收容金属原料20。
[0046] 收纳容器21所收容的金属原料20用作成为向基板30供给的III族原料气体的来源的III族原料。具体而言,作为金属原料20,例如使用镓(Ga)。需要说明的是,Ga的熔点为较低的29.8℃,因此在收纳容器21内以熔融的状态(即液体状)存在。
[0047] 在收纳容器21的上游侧连接有由石英玻璃等耐热性材料形成的配管22。配管22的上游侧端部贯穿凸缘11a并与反应炉10的外部连通,且与氯系气体(含氯气体)的供给源连接。作为向配管22供给的氯系气体,例如可以使用氯化氢(HCl)气体。配管22的下游侧端部与收纳容器21连接。能够经由配管22将氯系气体供给至收纳容器21内。
[0048] 例如,在作为金属原料20使用Ga且作为氯系气体使用HCl气体的情况下,在收纳容器21内,在由上游侧加热器14a进行的适度的加热条件下,Ga与HCl气体反应,从而生成金属氯化物气体(氯化物原料气体)即氯化镓(GaCl)气体来作为III族原料气体。包括收纳容器21和配管22在内而构成氯化物原料气体生成部。也有时将向配管22供给的氯系气体称作原料用氯系气体。
[0049] 在收纳容器21的下游侧连接有由石英玻璃等耐热性材料形成的配管23。配管23的上游侧端部与收纳容器21连接。配管23朝向生长部13a而延伸至下游侧。能够经由配管23将在收纳容器21内生成的III族原料气体(氯化物原料气体)向生长部13a内供给。
[0050] 进而,在气体供给部12内,以与配管22、23并行的方式配置有由石英玻璃等耐热性材料形成的配管24。配管24的上游侧端部贯穿凸缘11a并与反应炉10的外部连通,且与V族原料气体的供给源连接。作为V族原料气体,例如可以使用(NH3)气体。配管24朝向生长部13a而延伸至下游侧。能够经由配管24将V族原料气体供给至生长部13a内。
[0051] III族原料气体以及V族原料气体成为使半导体生长的原料气体。包括收纳容器21以及配管22、23在内而构成III族原料气体供给系统。包括配管24在内而构成V族原料气体供给系统。包括III族原料气体供给系统和V族原料气体供给系统在内而构成原料气体供给系统。氯化物原料气体生成部包含于III族原料气体供给系统,并包含于原料气体供给系统。
[0052] 进而,在气体供给部12内,以与配管22、23以及配管24并行的方式配置有由石英玻璃等耐热性材料形成的配管25。配管25的上游侧端部贯穿凸缘11a而与反应炉10的外部连通,且与氯系气体的供给源连接。作为向配管25供给的氯系气体,例如可以使用与向配管22供给的原料用氯系气体同种的气体、例如HCl气体。配管25朝向清洁部13b而延伸至下游侧。能够经由配管25将作为清洁气体的氯系气体供给至清洁部13b内。也有时将向配管25供给的氯系气体称作清洁用氯系气体。
[0053] 包括配管25在内而构成清洁气体供给系统。包括原料气体供给系统和清洁气体供给系统在内而构成气体供给系统。
[0054] 将在HVPE装置1中使用的各种气体的气体供给源统一简要地以气体供给源60表示。在作为清洁用氯系气体而使用与原料用氯系气体同种气体的情况下,在连接有配管22的氯系气体的供给源也共同地连接有配管25。即,清洁气体供给系统共同地连接于氯化物原料气体生成部所使用的氯系气体的供给源。
[0055] 通过设置气体供给系统的配管22~25,从而在反应炉10内,形成有从气体供给部12侧朝向生长部13a或清洁部13b侧的气流(从凸缘11a侧朝向凸缘11b侧的气流)。需要说明的是,在下游侧的凸缘11b设置有用于对反应炉10内的气体进行排气的排气口。通过从设置于凸缘11b的排气口进行排气,能够可靠地形成从凸缘11a侧朝向凸缘11b侧的气流。
[0056] (生长部)
[0057] 在生长部13a内配置有由等耐热性材料形成的保持件31,来作为基板保持构件。成为成膜的衬底的基板30保持于保持件31。保持件31以能够装拆的方式安装于沿着反应炉
10的圆筒轴向延伸的旋转轴32,保持件31以能够使基板30以旋转轴32为中心以规定速度旋转的方式保持基板30。
[0058] 作为基板30,例如使用蓝宝石基板。需要说明的是,基板30也可以是作为成膜的衬底层而在表面已经形成有某种层(例如AlN缓冲层、GaN缓冲层)的基板。
[0059] 图1的(A)简要地示出了保持有基板30的状态下的保持件31。图1的(C)示出了保持有基板30的状态下的保持件31的更具体的构造例。保持件31构成为包括向旋转轴32进行安装的安装部311、收容基板30的支架部312、以及基板按压部313。作为安装部311的安装构造,例如可举出将安装部311向旋转轴32的端部插入的构造。
[0060] 在基板30收容于支架部312的状态下,在支架部312的缘部上安装环板状的基板按压部313,并按压基板30的缘部,由此能够将基板30保持于保持件31。在基板30保持于保持件31的状态下,能够在基板30的于基板按压部313的开口内露出的表面上进行成膜。通过在成膜后拆下基板按压部313,从而能够将基板30从保持件31拆下。
[0061] 旋转轴32以贯穿凸缘11b的方式安装于凸缘11b。由此,能够伴随凸缘11b的装拆而将旋转轴32、安装于旋转轴32的保持件31、以及保持于保持件31的基板30设置于反应炉10内或从反应炉10内取出。即,反应炉10的凸缘11b侧的端缘的开口部分作为基板30等的搬入搬出口而发挥功能。并且,能够在将凸缘11b从反应炉10拆下了的状态下,相对于旋转轴32装拆保持件31、或相对于保持件31装拆基板30。
[0062] 原料气体供给系统的配管23、24的前端部(喷嘴)23a、24a配置于与基板30对置的位置,以向保持于保持件31的基板30供给原料气体。喷嘴23a、24a分别以能够装拆的方式安装于配管23、24的主体部分。喷嘴23a、24a由石英玻璃等耐热性材料形成。喷嘴23a、24a分别由与配管23、24的主体部分相同的耐热性材料形成的方案从使热膨胀率相同而防止损伤的观点出发是优选的。
[0063] 通过从原料气体供给系统供给原料气体,来进行基板30上的半导体的生长。伴随于此,在配置于基板30附近的构件即保持件31、喷嘴23a、24a等的表面会堆积半导体。
[0064] 在配置于反应炉10内的构件上堆积的半导体在下次以后的成膜处理时会蒸发、飞散,造成在基板30上生长的膜中的缺陷。因此,需要对堆积有半导体的构件进行将堆积物除去的清洁(焙烘)。
[0065] 在本实施方式的HVPE装置1中,以能够更换且能够相对于反应炉10内装拆的方式准备多个同种构件,该构件是指保持件31、原料气体供给系统的喷嘴23a、24a等配置于会有反应炉10内的半导体堆积的位置且希望适当进行清洁的构件(成为被清洁物50的构件)。由此,如后所述,能够实现以下的运用:同种构件中的洁净的构件(清洁完毕的构件)用于成膜处理,需要清洁的构件(使用完毕的构件)与成膜处理同时地被进行清洁处理。
[0066] (清洁部)
[0067] 在清洁部13b中确保用于设置被清洁物50的区域。更具体而言,例如,能够在清洁部13b的反应炉10的底面上载置被清洁物50。
[0068] 清洁气体供给系统的配管25的前端部(喷嘴)25a配置于与被清洁物50对置的位置,以向设置于清洁部13b的被清洁物50供给清洁气体。
[0069] 被清洁物50例如是安装于本HVPE装置1的保持件31、喷嘴23a、24a等因在上次以前的成膜处理中使用而堆积有半导体的构件。在图1的(A)以及图1的(B)中,作为被清洁物50而例示了保持件31。
[0070] 需要说明的是,作为被清洁物50的设置方式,不限定于直接载置于反应炉10的底面上的方式,例如也可以设为使用保持器具的设置方式,该保持器具能够将被清洁物50保持于被清洁气体适当喷吹的位置。
[0071] (隔壁)
[0072] 隔壁40由碳等耐热性材料形成为例如板状,将反应炉10内的空间的至少一部分划分为生长部13a和清洁部13b。隔壁40以能够使向生长部13a侧露出的面与向清洁部13b侧露出的面翻转(翻过来)的方式可装拆地设置于反应炉10内。
[0073] 例如,通过将隔壁40载置于在反应炉10的内壁设置的突起部10a上,从而能够将隔壁40以可使隔壁40的面翻过来的方式可装拆地设置于反应炉10内。
[0074] 通过在从原料气体供给系统朝向生长部13a供给的原料气体的气流和与原料气体的气流并行地从清洁气体供给系统朝向清洁部13b供给的清洁气体的气流之间配置隔壁40,由此原料气体的气流与清洁气体的气流被分离而彼此不混合。
[0075] 需要说明的是,原料气体的气流与清洁气体的气流并行,即使保持该状态在一定程度上也不容易混合。因此,也可以是,不设置为了使供原料气体流动的空间与供清洁气体流动的空间不连通而将反应炉10内严密地分隔那样的隔壁。
[0076] 为了更加可靠地对原料气体的气流与清洁气体的气流进行分离,优选采用以下那样的构造。
[0077] 就气流方向上的位置而言,原料气体供给系统的配管23、24的下游侧的端部优选以与隔壁40的上游端部40a一致或比该上游端部40a靠下游侧的方式配置,更优选以比隔壁40的上游端部40a靠下游侧的方式配置。即,原料气体供给系统的配管23、24的下游端部更优选配置为进入生长部13a内。
[0078] 另外,就气流方向上的位置而言,清洁气体供给系统的配管25的下游侧的端部优选以与隔壁40的上游端部40a一致或比该上游端部40a靠下游侧的方式配置,更优选以比隔壁40的上游端部40a靠下游侧的方式配置。即,清洁气体供给系统的配管25的下游端部更优选配置为进入清洁部13b内。
[0079] 需要说明的是,从HVPE装置1原本为成膜装置这一观点出发,优选以确保用于进行成膜处理的生长部13a比用于进行清洁处理的清洁部13b大的方式配置隔壁40。
[0080] (控制装置)
[0081] 控制装置100控制向气体供给系统供给各种气体的供给动作、由加热器14进行的加热动作等。
[0082] (2)半导体制造方法的步骤
[0083] 接着,参照图2来说明实施方式的半导体制造方法。在本实施方式的半导体制造方法中,与使用上述的HVPE装置1在基板30上生长半导体的成膜处理同时地,进行从被清洁物50除去半导体的清洁处理。图2是表示本实施方式的成膜以及清洁处理的基本的步骤的一例的流程图。向气体供给系统供给各种气体的供给动作、由加热器14进行的加热动作被控制装置100控制。
[0084] (成膜以及清洁处理)
[0085] 以下,分步骤地说明实施方式的成膜以及清洁处理的流程。
[0086] (基板以及被清洁物搬入工序)
[0087] 首先,在基板以及被清洁物搬入工序(步骤11、以下将步骤简记作“S”)中,将基板30以及被清洁物50搬入反应炉10内。
[0088] 基板30例如是蓝宝石基板、形成有GaN缓冲层的蓝宝石基板或形成有AlN缓冲层的蓝宝石基板。在将保持有基板30的保持件31安装于拆下的状态下的凸缘11b的旋转轴32后,将凸缘11b安装于反应炉10,由此在生长部13a内设置基板30。
[0089] 被清洁物50例如是因在上次以前的成膜处理中被使用而堆积有半导体的保持件31。通过在设置基板30的凸缘11b的安装前而反应炉10开放的状态下,将被清洁物50例如载置于清洁部13b的底面上,由此在清洁部13b内设置被清洁物50。
[0090] (升温工序)
[0091] 在基板以及被清洁物搬入工序(S11)中在反应炉10内设置基板30以及被清洁物50之后,例如通过不活泼气体的供给而从反应炉10内驱走大气,之后进行升温工序(S12)。
[0092] 在升温工序(S12)中,由加热器14将反应炉10内加热至规定温度。具体而言,由上游侧加热器14a将气体供给部12加热至例如850℃左右,由下游侧加热器14b将生长部13a以及清洁部13b加热至1000℃左右。
[0093] 对气体供给部12的加热温度选择为能够使熔融状态的作为金属原料20的Ga与作为氯系气体的HCl气体反应而生成作为氯化物原料气体(III族原料气体)的GaCl气体这样的温度。
[0094] 对生长部13a以及清洁部13b的加热温度选择为能够在设置于生长部13a的基板30上生长GaN这样的温度。GaN能够在该生长温度附近的温度条件下被氯系气体(含氯气体)蚀刻。因此,对生长部13a以及清洁部13b的加热温度是适于在生长部13a设置的基板30上的半导体生长的温度,并且也是能够从设置于清洁部13b的被清洁物50清除半导体的温度。
[0095] (成膜以及清洁处理工序)
[0096] 在升温工序(S12)之后,保持基于加热器14加热至规定温度的加热状态的同时,接着进行成膜以及清洁处理工序(S13)。在成膜以及清洁处理工序(S13)中,从原料气体供给系统向设置于生长部13a内的基板30供给原料气体而在基板30上生长半导体,与此同时,从清洁气体供给系统向设置于清洁部13b内的被清洁物50供给清洁气体而从被清洁物50除去半导体。成膜以及清洁处理工序(S13)更具体而言如下那样进行。
[0097] 经由配管22向收纳容器21内供给作为原料用氯系气体的HCl气体。在供给HCl气体时,在收纳容器21内Ga与HCl气体发生反应而生成作为金属氯化物气体(氯化物原料气体)的GaCl气体。并且,GaCl气体从收纳容器21内经由配管23而被向生长部13a引导,作为III族原料气体向设置于生长部13a的基板30供给。
[0098] 另外,经由配管24将作为V族原料气体的NH3气体向设置于生长部13a的基板30供给。由此,在生长部13a处,作为III族原料气体的GaCl气体与作为V族原料气体的NH3气体汇流,在基板30上生长GaN的结晶。通过使这样的结晶生长持续进行规定时间,从而在基板30上形成规定膜厚的GaN层。
[0099] 与生长部13a处的基板30上的GaN层的成膜处理同时地,经由配管25将作为清洁用氯系气体的HCl气体向设置于清洁部13b的被清洁物50供给。由此,在清洁部13b处,堆积于被清洁物50的GaN被除去而进行清洁。
[0100] 这样一来,在成膜以及清洁处理工序(S13)中,生长部13a处的成膜处理工序与清洁部13b处的清洁处理工序同时进行。
[0101] 需要说明的是,也可以根据需要而相对于成膜处理工序使清洁处理工序先结束或后结束、或者先开始或后开始。即,无需使成膜处理工序与清洁处理工序的处理期间完全一致。成膜处理工序的开始及结束可以通过原料气体供给的开始及结束来控制。清洁处理工序的开始及结束可以相对于原料气体供给的开始及结束的控制独立地通过清洁气体供给的开始及结束来控制。也可以跨多次的成膜处理工序地实施某个构件的清洁处理工序。
[0102] 需要说明的是,在向设置于生长部13a的基板30供给GaCl气体以及NH3气体时,也可以经由配管22、23、24来一并供给H2气体、N2气体等不活泼气体或者它们的混合气体来作为载气或稀释气体。
[0103] (降温处理)
[0104] 在进行了成膜以及清洁处理工序(S13)之后,接着进行降温工序(S14)。在降温工序(S14)中,停止加热器14的加热,使反应炉10内的温度自然降低。
[0105] (基板以及被清洁物搬出工序)
[0106] 在降温工序(S14)中使反应炉10内降低至例如常温后,接着进行基板以及被清洁物搬出工序(S15)。在基板以及被清洁物搬出工序(S15)中,通过将凸缘11b从反应炉10拆下来将保持件31以及保持于保持件31的基板30取出。
[0107] 从拆下后的凸缘11b的旋转轴32拆下保持件31,从保持件31拆下基板30。另外,从清洁部13b取出被清洁物50。这样一来,成膜处理完毕的基板30和清洁处理完毕的被清洁物50被搬出。
[0108] 这样一来,进行一次的成膜以及清洁处理。然后,能够一边更换基板30、被清洁物50,一边根据需要而反复进行多次的成膜以及清洁处理。
[0109] 例如,在基板以及被清洁物搬出工序中从旋转轴32拆下后的保持件31(称作使用完毕保持件31)由于此次的成膜处理而堆积有半导体,由此成为待进行清洁的对象物。另一方面,在此次的清洁处理中成为被清洁物50的保持件31(称作清洁完毕保持件31)通过被进行清洁处理而已被净化
[0110] 下次的成膜以及清洁处理能够以如下方式进行:将此次处理中的清洁完毕保持件31用作保持新的基板30的保持件31,并且将此次的处理中的使用完毕保持件31作为被清洁物50。
[0111] 这样,能够一边将被净化而能够用于新的成膜处理的清洁完毕构件与因使用完毕而成为待清洁的清洁对象构件交换,一边反复进行本实施方式的成膜以及清洁处理。
[0112] 需要说明的是,使用完毕的构件的清洁不必非要在使用完毕这次的下一次(紧接着的下一次)的成膜以及清洁处理中进行,只要在使用完毕这次以后的任一次的成膜以及清洁处理中进行即可。另外,清洁完毕的构件不必非要在清洁完毕这次的下一次(紧接着的下一次)的成膜以及清洁处理中被再次使用,可以在清洁完毕这次以后的任一次的成膜以及清洁处理中被再次使用。
[0113] 隔壁40的一方的面向生长部13a侧露出而会堆积半导体,其背面向清洁部13b侧露出而不堆积半导体(被清洁)。因此,隔壁40可以翻过来使用,以将在某次的成膜以及清洁处理中向生长部13a侧配置而堆积有半导体的面在下次的成膜以及清洁处理中配置于清洁部13b侧来清洁堆积物。这样一来,能够高效使用一张隔壁40。需要说明的是,隔壁40也可以如保持件31等构件那样准备多个,一边将清洁完毕的隔壁40与成为清洁对象的隔壁40交换一边使用。
[0114] (3)本实施方式的效果
[0115] 根据本实施方式,可得到以下所述的一个或多个效果。
[0116] (a)在本实施方式中,由隔壁40将反应炉10内划分为生长部13a和清洁部13b。由此,能够将在生长部13a处向基板30供给的原料气体的气流与在清洁部13b处向被清洁物50供给的清洁气体的气流分离,因此能够在同一半导体制造装置中(同一反应炉10内)同时进行生长部13a处的基板30上的成膜处理和清洁部13b处的被清洁物50的清洁处理。这样一来,能够高效地进行清洁处理。
[0117] 例如,与在同一半导体制造装置中执行成膜处理、以及在成膜处理后不装配基板而进行的清洁(焙烘)处理的技术相比,能够实现处理的效率化,提高生产率。另外,与例如除了使用进行成膜处理的半导体制造装置以外还使用专进行清洁处理的装置(焙烘装置)的技术相比,能够减少必要的装置,因此能够实现成本降低。
[0118] (b)就气流方向上的位置而言,原料气体供给系统的下游侧的端部、以及清洁气体供给系统的下游侧的端部优选以与隔壁40的上游侧的端部40a一致或比该隔壁40的上游侧的端部40a靠下游侧的方式配置。通过这样的构造,能够更加可靠地对原料气体的气流与清洁气体的气流进行分离。
[0119] (c)加热器14(下游侧加热器14b)同时对生长部13a以及清洁部13b进行加热。由此,能够使成膜处理(结晶生长)所需的加热与清洁处理所需的加热共通,从而进行高效的加热。无需将对清洁部13b进行加热的加热器与对生长部13a进行加热的加热器分别设置,因此无需为了清洁而花费成本地追加加热器。
[0120] (d)能够将为了生成在HVPE法的成膜中使用的原料气体所包含的氯化物原料气体(在上述的例子中为GaCl气体)而使用的氯系气体(在上述的例子中为HCl)进行沿用,还作为清洁气体来使用。即,作为清洁气体,能够使用与用于生成氯化物原料气体的氯系气体同种的氯系气体。由此,可以除了原料气体所使用的气体以外不准备清洁气体。需要说明的是,也可以根据需要使用于生成氯化物原料气体的氯系气体与作为清洁气体使用的氯系气体为不同种类的气体。
[0121] (e)可以同时进行成膜处理工序和清洁处理工序,但成膜处理工序的开始、结束时机与清洁处理工序的开始、结束时机可以根据需要而错开。由此,即使在成膜处理工序与清洁处理工序的所需时间不同的情况下,也能够进行适当的处理。
[0122] 例如,在成膜处理工序尚未结束的期间清洁处理工序就完成而在堆积物除去完成之后仍继续清洁气体的供给而导致被清洁物的过蚀刻这样的情况下,先停止清洁气体的供给而使清洁处理工序结束,由此能够防止不良情况。需要说明的是,碳制、石英制的构件不容易被氯系气体的清洁气体过蚀刻。
[0123] (f)保持件31等构件能够一边将可用于新的成膜处理的清洁完毕构件与待清洁的使用完毕构件交换一边使用。每次成膜以及清洁处理结束时,能够准备可与使用完毕的构件交换的清洁完毕构件,因此生产率提高。
[0124] (g)隔壁40以能够装拆的方式设置于反应炉10内,能够在每次成膜以及清洁处理时将一方的面与其背面翻过来地使用。由此,能够使洁净的面配置于生长部13a侧并作为生长部13a的内壁的一部分而使用,并且相反侧的堆积有半导体的面配置于清洁部13b侧并被清洁。这样一来,能够高效使用一张隔壁40。
[0125] (4)其他实施方式
[0126] 以上,依照实施方式对本发明进行了说明,但本发明并不限定于上述的实施方式,能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更、改良、组合等。
[0127] 例如,在上述的实施方式中,作为氯系气体例示了HCl气体,但氯系气体不限定于HCl气体,例如也可以使用氯(Cl2)气体等其他气体。
[0128] 在上述的实施方式中,作为生长以及清洁对象的半导体而特别例示了GaN,但也可以进行GaAs、GaP等其他Ga系化合物半导体的生长以及清洁。例如GaAs、GaP能够在700℃左右的温度下进行生长以及清洁。而且,对于例如InN、AlN、AlGaN、InGaN等那样的、能够通过HVPE法生长且能够在与生长温度同等温度下以氯系气体为清洁气体进行除去的半导体,也能够适用在上述的实施方式中所说明的技术。
[0129] 被清洁物不限定于进行成膜以及清洁处理的HVPE装置自身所具有的保持件等构件,也可以是其他装置中的因结晶生长等而堆积有半导体的构件。
[0130] 附图标记说明:
[0131] 1 HVPE装置
[0132] 10 反应炉
[0133] 10a 突起部
[0134] 11a、11b 凸缘
[0135] 12 下游部(气体供给部)
[0136] 13 上游部
[0137] 13a 生长部
[0138] 13b 清洁部
[0139] 14 加热器
[0140] 14a 上游侧加热器
[0141] 14b 下游侧加热器
[0142] 20 金属原料
[0143] 21 收纳容器
[0144] 22、23、24、25 配管
[0145] 23a、24a、25a 喷嘴
[0146] 30 基板
[0147] 31 保持件
[0148] 32 旋转轴
[0149] 40 隔壁
[0150] 50 被清洁物
[0151] 60 气体供给源
[0152] 100 控制装置
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