JP4364378B2

JP4364378B2 - Horizontal vapor deposition equipment

Info

Publication number: JP4364378B2
Application number: JP36423199A
Authority: JP
Inventors: 仲男阿久津; 裕樹徳永; 晃山口
Original assignee: Nippon Sanso Holdings Corp
Current assignee: Nippon Sanso Holdings Corp
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2019-12-22
Also published as: JP2001185488A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、横型気相成長装置に関し、詳しくは、サセプタ上に載置されて所定温度に加熱された基板面に対して平行に気相成長ガス（原料ガス）を流し、基板面に半導体薄膜、特に二成分以上の化合物半導体膜を成長させる横型気相成長装置に適した構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０及び図１１は、従来の一般的な横型の気相成長装置におけるサセプタ及びフローチャンネル部分を示すもので、図１０は縦断面図、図１１は横断面図である。この気相成長装置は、原料ガスをガイドする石英ガラス製のフローチャンネル１０と、基板１１を載置するサセプタ１２と、該サセプタ１２を介して基板１１を加熱するためのヒーター１３と、該ヒーター１３の周囲を覆うリフレクター１４とを有している。
【０００３】
気相成長操作は、ヒーター１３によって基板１１を所定温度に加熱するとともに、サセプタ１２を所定の回転速度で回転させながら、フローチャンネル１０の原料ガス入口１０ａから所定の原料ガスを基板面に対して平行に流すことにより行われる。なお、フローチャンネル１０は、基板１１の交換を行うため、基板部分の可動部１０ｂと、原料ガス入口１０ａ側及び排気側（図示せず）の固定部１０ｃとに三分割されている。
【０００４】
このような横型の気相成長装置を使用して気相成長操作を行うと、基板１１の加熱に伴い、本来の加熱部以外のフローチャンネル１０も、基板１１やサセプタ１２からの輻射、ガス伝熱、固体伝熱により加熱されてしまう。この加熱によってフローチャンネル１０の温度が原料ガスの分解温度（反応温度）以上に上昇すると、フローチャンネル１０内を流れる原料ガスが基板面以外の部分で分解し、分解生成物が汚れ１５となってフローチャンネル１０の内壁に付着する。この汚れ１５は、基板１１やサセプタ１２からの輻射やガス伝熱の影響を強く受けるフローチャンネル１０の天井部以外に、フローチャンネル１０の側壁や底板の部分にも付着する。
【０００５】
横型の気相成長装置では、特に天井部に付着した汚れ１５や、基板１１よりも上流側の底板部に付着した汚れ１５がパーティクルの発生源になり、薄膜の歩留まりを低下させる要因となっている。また、例えばＧａＡｓ等の気相成長操作を行う場合、ヒ素の蒸気圧が比較的高いために、フローチャンネル１０が５００℃以上になると、付着物（汚れ１５）内のヒ素が蒸発して気相成長に悪影響を与える可能性がある。
【０００６】
また、ＧａＮやＩｎＧａＮのような窒化物半導体の気相成長では、サファイアを基板として用いるのが一般的であるが、基板の研磨時に発生した歪みや基板に付着した汚れを取除く目的で、成長操作の前に、１０００〜１２００℃の水素雰囲気中で５〜１０分程度の熱処理を行うようにしている。ＧａＮは、前記ＧａＡｓに比べて熱的に安定な化合物ではあるが、１０００℃程度の高温になると、フローチャンネル１０に汚れ１５として付着したＧａＮのＧａとＮとの結合が切れ、まず窒素抜けが起こり、次いでＧａが蒸発するので、蒸発したＧａが基板に付着すると、膜質劣化の原因となる。
【０００７】
このように、フローチャンネル１０に付着した汚れ１５が温度上昇によって再蒸発すると、薄膜の成長再現性が損なわれることになり、品質にばらつきを生じたり、歩留まりが低下したりしてしまうことになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようなフローチャンネルに付着した汚れに起因する成長再現性の低下等の問題を解決するためには、フローチャンネルへの汚れの付着を防止することが考えられるが、横型の気相成長装置では原理的に不可能である。そこで、フローチャンネルに付着した汚れが再蒸発することを抑制するため、フローチャンネルを強制的に冷却することも考えられるが、装置の構造が複雑になったり、基板の温度分布に悪影響を及ぼしたりするおそれがある。
【０００９】
そこで本発明は、フローチャンネルに付着した汚れに起因する成長再現性の低下を抑制することができる横型気相成長装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の横型気相成長装置は、原料ガスをガイドするフローチャンネルと、基板を載置するサセプタと、該サセプタを介して前記基板を加熱するためのサセプタ加熱用ヒーターとを備え、前記フローチャンネル内のサセプタ上に載置した基板面に対して平行に原料ガスを流して半導体膜の気相成長を行う横型気相成長装置において、前記フローチャンネルの底板の一部を付着物除去用ヒーターにて形成するとともに、該付着物除去用ヒーターの上面を前記底板の上面と面一に設けたことを特徴とし、さらに、前記付着物除去用ヒーターの下部に、該付着物除去用ヒーターを冷却するための冷却手段を設けたこと、前記付着物除去用ヒーターは、前記基板より上流側に配設されていることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明の気相成長装置の第１形態例を示すもので、図１は要部の縦断面図、図２は要部の横断面図である。なお、以下の説明において、前記従来例装置の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００１３】
本形態例は、基板１１より上流側のフローチャンネル１０の底板の一部を、電流によって所定温度に加熱可能な加熱手段である付着物除去用ヒーター２１に置き換えたものである。この付着物除去用ヒーター２１は、フローチャンネル１０の底板の一部を構成するように形成されており、ガス流を乱さないように、付着物除去用ヒーター２１の上面は、フローチャンネル１０の底板上面と面一になっている。
【００１４】
通常の気相成長操作を行っている間は、付着物除去用ヒーター２１への電流の供給は遮断するようにしているが、前述のような基板等からの輻射や伝導によって付着物除去用ヒーター２１も加熱され、ヒーター上面の温度が上昇するため、付着物除去用ヒーター２１の上面にも、フローチャンネル１０の内壁と同様に汚れ１５が付着する。
【００１５】
このように、気相成長操作の終了後には、付着物除去用ヒーター２１の上面にも、汚れ１５がある程度付着した状態になっているが、薄膜を形成した基板１１をフローチャンネル１０内から取出した後、フローチャンネル１０内に適当なガス、例えば、窒素や水素のように汚れの原因とはならないなガス、あるいは、汚れに対してエッチング作用を有するガスを流しながら、サセプタ加熱用のヒーター１３及び付着物除去用ヒーター２１に通電し、サセプタ１２の表面及び付着物除去用ヒーター２１の上面をそれぞれ所定温度に加熱することにより、付着物除去用ヒーター２１の上面やその周辺に汚れ１５として付着した原料ガスの分解生成物等を再蒸発させてフローチャンネル１０内から除去することができる。
【００１６】
したがって、次の気相成長操作は、付着物除去用ヒーター２１の加熱昇温によって汚れ１５を除去してから開始することになり、基板上流側に汚れ１５がほとんど付着していない状態で行うことができるので、基板１１の加熱昇温による輻射や伝熱でフローチャンネル１０及び付着物除去用ヒーター２１が加熱されたとしても、前回の気相成長操作で付着した汚れ１５に起因する基板１１の汚染が生じることがなくなり、汚れに起因する欠陥が成長膜に発生することを抑制することができる。
【００１７】
また、気相成長前の基板１１の熱処理の際に、フローチャンネル等に付着した汚れに対してエッチング作用を有する適当なガス、例えば、汚れがＧａＮの場合は水素単独のガスあるいは窒素中に水素を添加したガスを流しながら、サセプタ加熱用のヒーター１３及び付着物除去用ヒーター２１に通電し、サセプタ１２の表面及び付着物除去用ヒーター２１の上面をそれぞれ気相成長温度より高温の所定温度に所定時間加熱することにより、基板１１の熱処理と付着物（汚れ）の除去処理とを同時に行うことができる。
【００１８】
上記処理後は、付着物除去用ヒーター２１を気相成長に悪影響を及ぼさない温度まで下げてから通常の気相成長操作を行えばよい。このように、通常の気相成長操作温度より高い温度で行われる基板１１の熱処理と同時に、付着物除去用ヒーター２１による付着物（汚れ）除去処理を行うことにより、低温域では基板１１に再付着してしまう汚れを、高温域で処理することによって基板面や基板周辺から確実に排除することができるので、汚れに起因する欠陥の少ない良質な膜の成長を再現性よく、かつ、高いスループットで行うことが可能となる。
【００１９】
なお、付着物除去用ヒーター２１としては、各種のものを使用可能であるが、耐熱性や耐食性等の面から、ＳｉＣでコーティングしたカーボンヒーター、バルクＳｉＣヒーター、絶縁性ＰＢＮ（パイロリティックボロンナイトライド）でコーティングしたカーボンヒーターを使用することが好ましい。
【００２０】
図３は、本発明の第２形態例を示す要部の横断面図である。本形態例は、付着物除去用ヒーター２２を短冊状とし、フローチャンネル１０の底板を基板直前で横切るようにして設置したものである。このような単純形状の付着物除去用ヒーター２２を設置することによっても、前記形態例と略同様に、フローチャンネル１０の底板部分における基板上流側中心付近の汚れを十分に除去することができ、周辺の汚れもある程度除去することができるので、汚れに起因する成長再現性の低下を抑制することができる。また、図に示すように、付着物除去用ヒーター２２の両端をフローチャンネル１０の底板から突出させておくことにより、電極の取付けやヒーターの支持を容易に行うことが可能となる。
【００２１】
図４は、本発明の第３形態例を示す要部の縦断面図である。本形態例は、前記第１形態例の付着物除去用ヒーター２１（あるいは第２形態例の付着物除去用ヒーター２２）に加えて、基板１１に対向するフローチャンネル１０の天井部を外部から加熱する第２の付着物除去用ヒーター２３を設けたものである。このように、フローチャンネル１０の天井部にも付着物除去用ヒーター２３を設け、気相成長開始前に両ヒーター２１，２３に通電して加熱昇温することにより、気相成長に悪影響を与えるような汚れ１５を基板周辺部から効果的に除去することができる。
【００２２】
図５は、本発明の第４形態例を示す要部の縦断面図である。本形態例は、前記第１形態例の付着物除去用ヒーター２１（あるいは第２形態例の付着物除去用ヒーター２２）の下部に、付着物除去用ヒーターを冷却するための冷却手段となる水冷ブロック３１を設けたものである。前記付着物除去用ヒーター２１は、一般に、輻射に対して灰色体であり、フローチャンネル１０の形成材料である石英ガラスに比較して基板１１やサセプタ１２からの加熱の影響を受け易く、熱吸収割合が大きいため、ヒーター上面の温度が石英ガラス部分に比べて上昇してしまうので、成長条件によっては、ヒーター部分で原料ガスの分解が発生し易くなり、ヒーター上面への汚れ１５の付着量が従来の石英ガラス面よりも多くなってしまうことがある。
【００２３】
したがって、付着物除去用ヒーター２１の近傍に水冷ブロック３１を設置し、気相成長操作を行っている際に水冷ブロック３１内に冷却水を流通させて付着物除去用ヒーター２１を冷却することにより、ヒーター上面部分の温度を下げて原料ガスの分解を抑制することができ、ヒーター部分やその周辺への汚れ１５の付着量を低減することができる。
【００２４】
また、付着物除去用ヒーター２１と水冷ブロック３１とを適当な位置に設置し、水冷ブロック３１への冷却水の供給量と、付着物除去用ヒーター２１の輻射や伝熱による被加熱量及び通電量とを適当に設定することにより、すなわち、付着物除去用ヒーター２１の温度上昇と水冷ブロック３１の冷却能力とを適当に調節することにより、ヒーター上面の温度、即ち基板上流部の温度を最適化することが可能となり、原料ガスの流れ方向の温度をある程度制御することができるので、原料ガスの分解による汚れの付着を抑制しながら、気相成長膜における膜厚分布の改善を図ることも可能となる。
【００２５】
図６は、本発明の第５形態例を示す要部の縦断面図である。本形態例は、前記第３形態例における付着物除去用ヒーター２１（あるいは第２形態例の付着物除去用ヒーター２２）の下部に、前記第４形態例と同様の水冷ブロック３１を設置するとともに、フローチャンネル１０の天井部に設けた付着物除去用ヒーター２３の上部にも、該付着物除去用ヒーター２３を冷却するための水冷ブロック３２を設置したものである。本形態例においても、ヒーターの温度上昇による汚れ１５の付着を防止できるとともに、基板１１の周辺の温度の最適化を図ることも可能となる。
【００２６】
図７は、本発明の第６形態例を示す要部の横断面図である。本形態例は、フローチャンネル１０の底板より幅狭に形成した短冊状の付着物除去用ヒーター２４を、基板上流側のフローチャンネル底板部分に設置するとともに、その下部に水冷ブロック３１を設置したものである。このような幅狭の付着物除去用ヒーター２４を使用すると、フローチャンネル１０の側壁部分の汚れを十分に除去できなくなることがあるが、この部分の汚れは、基板１１の汚染にほとんど影響しないため、成長再現性の低下を抑制する効果は十分に期待することができる。
【００２７】
図８は、本発明の第７形態例を示す要部の横断面図である。本形態例は、フローチャンネル１０の可動部１０ｂの底板全体を付着物除去用ヒーター２５で形成したものである。本形態例において、基板１１より下流側のヒーター部分は、本来は不要な部分であるが、このように形成することにより、構造の簡略化や製作性の向上等を図ることができる。
【００２８】
図９は、本発明の第８形態例を示す要部の横断面図である。本形態例は、前記第７形態例と同様に、フローチャンネル１０の可動部１０ｂの底板に、底板より僅かに小さな付着物除去用ヒーター２６を設けるとともに、その下部に底板よりも僅かに大きな水冷ブロック３３を設けたものである。
【００２９】
以上の各形態例に示すように、少なくとも基板上流側の適宜な位置に付着物除去用ヒーターを設けることにより、気相成長操作の前に汚れを除去しておくことができるので、汚れに起因する悪影響を解消し、成長再現性の向上や、膜質の安定化を図ることができる。さらに、付着物除去用ヒーターと共に水冷ブロックを配設することにより、ヒーター設置部分の温度の最適化が図れるので、気相成長操作中の汚れの付着量を低減できるとともに、膜厚分布の改善を図ることが可能となり、より高品質の半導体薄膜を安定して製造することができる。
【００３０】
なお、加熱手段である付着物除去用ヒーター及び冷却手段である水冷ブロックの形状や設置位置は、気相成長装置の構成やフローチャンネルの形状、形成する半導体膜の種類及び成長条件に応じて適宜に選択することが可能である。
【００３１】
【実施例】
実施例１及び比較例１
第１形態例に示す構造のヒーター付きフローチャンネルを用いて窒化ガリウム（ＧａＮ）膜の成長実験を行い、成長した膜の表面モホロジーをノマルスキー顕微鏡で調べて評価を行った。ＧａＮ膜の気相成長操作は、１１５０℃の水素雰囲気中で１０分間の基板の熱処理を行った後、５００℃に降温して低温バッファ層（２５ｎｍ）の成長を行い、１０５０℃に昇温してＧａＮを成長させるというプロセスで行った。低温バッファ層の成長条件は、温度５００℃、アンモニア流量５Ｌ／ｍｉｎ、トリメチルガリウム流量４４μｍｏｌ／ｍｉｎ、水素流量５Ｌ／ｍｉｎ、窒素流量５Ｌ／ｍｉｎとした。また、ＧａＮの成長条件は、温度１０５０℃、アンモニア流量８Ｌ／ｍｉｎ、トリメチルガリウム流量８８μｍｏｌ／ｍｉｎ、水素流量１２Ｌ／ｍｉｎ、窒素流量１４Ｌ／ｍｉｎとした。付着物除去用ヒーターによる付着物（汚れ）除去処理は、基板の熱処理を行っている際に、ヒーターを１２００℃に７分間加熱することにより行った。
【００３２】
３０回連続処理を行ったときのＧａＮ膜の評価結果を表１に示す。また、従来のフローチャンネルを使用して同条件でＧａＮ膜を３０回成長を行ったときの各膜の評価結果を比較例１として表１に示す。なお、表１における評価は、微分干渉顕微鏡を使用してファセット数を測定した結果であり、Ａは良好（ファセット密度２個／ｃｍ^２未満）、Ｂは少し悪い（ファセット密度２個／ｃｍ^２以上２０個ｃｍ^２未満）、Ｃは悪い（ファセット密度２０個／ｃｍ^２以上２００個ｃｍ^２未満）、Ｄは非常に悪い（ファセット密度２００個／ｃｍ^２以上）である。
【００３３】
【表１】

【００３４】
実施例２
第４形態例に示す構造のヒーター及び水冷ブロック付きフローチャンネルを用いてＧａＮ膜の成長実験を実施例１と同じ条件で行った。なお、水冷ブロックには、常温の冷却水を５Ｌ／ｍｉｎで常時流しておいた。連続３０回成長を行ったときの各膜の評価を実施例１と同様に行った。その結果、Ａの良好が２７枚、Ｂの少し悪いが３枚であった。
【００３５】
実施例３
第２形態例に示す構造のヒーター付きフローチャンネルを用いてＧａＮ膜の成長実験を行い、成長した膜の表面モホロジーにより評価した。付着物除去処理は、成長操作終了後に基板を取出してから、サセプタ上にＳｉＣダミー基板を装着して窒素及び水素をそれぞれ５Ｌ／ｍｉｎずつ流しながら、サセプタを１１５０℃、付着物除去用ヒーターを１２００℃に加熱して１０分間行った。
【００３６】
熱処理後の気相成長操作は、付着物除去用ヒーターへの通電を行わない状態で、実施例１と同じ条件で行った。３０回連続処理を行ったときのＧａＮ膜の評価を実施例１と同様に行った結果、全ての膜についてＡの評価が得られた。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の気相成長装置によれば、気相成長時にフローチャンネルに付着する汚れを、次の気相成長操作の開始前に除去しておくことができるので、フローチャンネルに付着した汚れに起因する成長再現性の低下を抑制することができ、高品質の半導体薄膜を安定して得ることができる。特に、基板の熱処理と同時に汚れを除去することにより、高品質膜の成長再現性の向上を高いスループットで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の気相成長装置の第１形態例を示す要部の縦断面図である。
【図２】同じく横断面図である。
【図３】本発明の第２形態例を示す要部の横断面図である。
【図４】本発明の第３形態例を示す要部の縦断面図である。
【図５】本発明の第４形態例を示す要部の縦断面図である。
【図６】本発明の第５形態例を示す要部の縦断面図である。
【図７】本発明の第６形態例を示す要部の横断面図である。
【図８】本発明の第７形態例を示す要部の横断面図である。
【図９】本発明の第８形態例を示す要部の横断面図である。
【図１０】従来の一般的な横型の気相成長装置の要部の縦断面図である。
【図１１】同じく横断面図である。
【符号の説明】
１０…フローチャンネル、１１…基板、１２…サセプタ、１５…汚れ、２１，２２，２３，２４，２５，２６…付着物除去用ヒーター、３１，３２，３３…水冷ブロック[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention related to the horizontal type vapor deposition apparatus, and more particularly, parallel flow of the vapor phase growth gas (raw material gas) to the substrate surface which is placed on a susceptor heated to a predetermined temperature, the substrate surface the semiconductor thin film, in which about the structure suitable for horizontal vapor phase growth apparatus for especially growing two or more components of the compound semiconductor film.
[0002]
[Prior art]
10 and 11 show a susceptor and a flow channel portion in a conventional general horizontal type vapor phase growth apparatus. FIG. 10 is a longitudinal sectional view, and FIG. 11 is a transverse sectional view. This vapor phase growth apparatus includes a flow channel 10 made of quartz glass for guiding a source gas, a susceptor 12 on which a substrate 11 is placed, a heater 13 for heating the substrate 11 via the susceptor 12, and the heater 13 and a reflector 14 covering the periphery of 13.
[0003]
In the vapor phase growth operation, the substrate 11 is heated to a predetermined temperature by the heater 13 and a predetermined source gas is supplied from the source gas inlet 10a of the flow channel 10 to the substrate surface while rotating the susceptor 12 at a predetermined rotation speed. This is done by flowing in parallel. The flow channel 10 is divided into three parts, namely, a movable part 10b of the substrate part and a fixed part 10c on the source gas inlet 10a side and the exhaust side (not shown) for exchanging the substrate 11.
[0004]
When the vapor phase growth operation is performed using such a horizontal type vapor phase growth apparatus, as the substrate 11 is heated, the flow channel 10 other than the original heating unit also emits radiation and gas from the substrate 11 and the susceptor 12. It is heated by heat and solid heat transfer. When the temperature of the flow channel 10 rises above the decomposition temperature (reaction temperature) of the raw material gas by this heating, the raw material gas flowing in the flow channel 10 is decomposed at portions other than the substrate surface, and the decomposition products become dirt 15. It adheres to the inner wall of the flow channel 10. The dirt 15 adheres not only to the ceiling portion of the flow channel 10 that is strongly influenced by radiation from the substrate 11 and the susceptor 12 but also to gas heat transfer, and also to the side walls and bottom plate portions of the flow channel 10.
[0005]
In the horizontal type vapor phase growth apparatus, the dirt 15 adhering to the ceiling part or the dirt 15 adhering to the bottom plate part on the upstream side of the substrate 11 becomes a source of particles, which causes a decrease in the yield of the thin film. Yes. Further, when performing vapor phase growth operation of GaAs, for example, the vapor pressure of arsenic is relatively high, so when the flow channel 10 reaches 500 ° C. or more, the arsenic in the deposit (dirt 15) evaporates and the vapor phase is vaporized. May adversely affect growth.
[0006]
In the vapor phase growth of nitride semiconductors such as GaN and InGaN, it is common to use sapphire as a substrate, but growth is performed for the purpose of removing strain generated during polishing of the substrate and contamination adhering to the substrate. Before operation, heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere at 1000 to 1200 ° C. for about 5 to 10 minutes. GaN is a thermally stable compound as compared with GaAs, but when the temperature is about 1000 ° C., the bond between Ga and N of GaN adhering to the flow channel 10 as dirt 15 is broken, and first nitrogen desorption occurs. Then, Ga is evaporated, and if evaporated Ga adheres to the substrate, it causes film quality deterioration.
[0007]
As described above, when the dirt 15 adhering to the flow channel 10 is re-evaporated due to a temperature rise, the reproducibility of the growth of the thin film is impaired, resulting in variations in quality and a decrease in yield. .
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In order to solve the problems such as the deterioration of the growth reproducibility due to the dirt adhering to the flow channel as described above, it is conceivable to prevent the dirt from adhering to the flow channel. Then it is impossible in principle. For this reason, it is conceivable to forcibly cool the flow channel in order to suppress the re-evaporation of dirt adhering to the flow channel, but the structure of the device becomes complicated and the temperature distribution of the substrate is adversely affected. There is a risk.
[0009]
The present invention aims at providing a lateral vapor deposition equipment capable of suppressing a decrease in growth reproducibility due to dirt adhering to the flow channel.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a horizontal vapor phase growth apparatus according to the present invention includes a flow channel for guiding a source gas, a susceptor on which a substrate is placed, and a susceptor heating heater for heating the substrate via the susceptor. with the door, in lateral vapor phase growth apparatus for performing vapor phase growth of the semiconductor film by flowing parallel to the raw material gas to the substrate surface which is placed on a susceptor of the flow in the channel, a portion of the bottom plate of the flow channels Is formed by a deposit removal heater, and the upper surface of the deposit removal heater is flush with the upper surface of the bottom plate. providing the cooling means for cooling the heater for kimono removed, the deposit removal heater is characterized that you have been provided from the substrate on the upstream side.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 and 2 show a first embodiment of the vapor phase growth apparatus according to the present invention. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the main part, and FIG. 2 is a transverse sectional view of the main part. In the following description, the same components as those of the conventional apparatus are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0013]
In this embodiment, a part of the bottom plate of the flow channel 10 on the upstream side of the substrate 11 is replaced with a deposit removing heater 21 which is a heating means capable of heating to a predetermined temperature by an electric current. This deposit removing heater 21 is formed so as to constitute a part of the bottom plate of the flow channel 10, and the upper surface of the deposit removing heater 21 is the bottom plate of the flow channel 10 so as not to disturb the gas flow. It is flush with the top surface.
[0014]
During the normal vapor phase growth operation, the supply of electric current to the deposit removing heater 21 is cut off. However, the deposit removing heater is radiated by radiation or conduction from the substrate as described above. 21 is also heated, and the temperature of the upper surface of the heater rises, so that the dirt 15 adheres to the upper surface of the deposit removing heater 21 as well as the inner wall of the flow channel 10.
[0015]
Thus, after completion of the vapor phase growth operation, the dirt 15 is also adhered to the upper surface of the deposit removal heater 21 to some extent, but the substrate 11 on which the thin film is formed is taken out from the flow channel 10. After that, an appropriate gas, for example, a gas that does not cause contamination such as nitrogen or hydrogen, or a gas having an etching action against the contamination flows through the flow channel 10, and the heater 13 for heating the susceptor. Then, the adhering substance removing heater 21 is energized, and the surface of the susceptor 12 and the upper surface of the adhering substance removing heater 21 are heated to predetermined temperatures, respectively, so that the adhering substance removing heater 21 adheres to the upper surface of the adhering substance removing heater 21 and its periphery The decomposed product of the raw material gas can be re-evaporated and removed from the flow channel 10.
[0016]
Therefore, the next vapor phase growth operation is started after removing the dirt 15 by the heating temperature rise of the deposit removing heater 21 and is performed in a state where the dirt 15 hardly adheres to the upstream side of the substrate. Therefore, even if the flow channel 10 and the deposit removal heater 21 are heated by radiation or heat transfer due to heating and heating of the substrate 11, the substrate 11 caused by the dirt 15 adhered in the previous vapor phase growth operation is obtained. Contamination does not occur, and defects caused by contamination can be prevented from occurring in the growth film.
[0017]
In addition, when the substrate 11 is subjected to heat treatment before vapor phase growth, an appropriate gas having an etching action on dirt attached to the flow channel or the like, for example, when the dirt is GaN, hydrogen alone gas or hydrogen in nitrogen The susceptor heating heater 13 and the deposit removal heater 21 are energized while flowing the added gas, and the surface of the susceptor 12 and the upper surface of the deposit removal heater 21 are respectively set to predetermined temperatures higher than the vapor phase growth temperature. By heating for a predetermined time, the heat treatment of the substrate 11 and the removal process of the deposits (dirt) can be performed simultaneously.
[0018]
After the above treatment, the deposit removal heater 21 may be lowered to a temperature that does not adversely affect the vapor phase growth and then a normal vapor phase growth operation may be performed. In this way, by performing the deposit (dirt) removing process by the deposit removing heater 21 at the same time as the heat treatment of the substrate 11 performed at a temperature higher than the normal vapor phase growth operation temperature, the substrate 11 is reused in the low temperature region. Since the attached dirt can be reliably removed from the substrate surface and the periphery of the substrate by processing in a high temperature range, the growth of a high-quality film with few defects caused by the dirt can be reproduced with high reproducibility and high throughput. Can be performed.
[0019]
Various heaters can be used as the deposit removing heater 21. From the viewpoint of heat resistance, corrosion resistance, etc., a carbon heater coated with SiC, a bulk SiC heater, an insulating PBN (pyrolytic boron nitride). It is preferred to use a carbon heater coated with
[0020]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part showing a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the adhering substance removing heater 22 is formed in a strip shape and installed so as to cross the bottom plate of the flow channel 10 immediately before the substrate. Also by installing such a simple-shaped deposit removal heater 22, it is possible to sufficiently remove the dirt in the vicinity of the center on the upstream side of the substrate in the bottom plate portion of the flow channel 10 in substantially the same manner as in the above embodiment. Since peripheral stains can be removed to some extent, it is possible to suppress a decrease in growth reproducibility due to the stains. Further, as shown in the figure, by attaching both ends of the deposit removing heater 22 from the bottom plate of the flow channel 10, it is possible to easily attach the electrode and support the heater.
[0021]
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an essential part showing a third embodiment of the present invention. In this embodiment, in addition to the deposit removing heater 21 of the first embodiment (or the deposit removing heater 22 of the second embodiment), the ceiling portion of the flow channel 10 facing the substrate 11 is heated from the outside. The second deposit removing heater 23 is provided. In this manner, the deposit removing heater 23 is also provided on the ceiling of the flow channel 10, and both the

heaters

21 and 23 are energized and heated to raise the temperature before starting the vapor phase growth, thereby adversely affecting the vapor phase growth. Such dirt 15 can be effectively removed from the periphery of the substrate.
[0022]
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of an essential part showing a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the water cooling functioning as a cooling means for cooling the deposit removal heater is provided below the deposit removal heater 21 of the first embodiment (or the deposit removal heater 22 of the second embodiment). A block 31 is provided. The deposit removing heater 21 is generally a gray body with respect to radiation, and is more susceptible to heating from the substrate 11 and the susceptor 12 than quartz glass, which is a material for forming the flow channel 10, and absorbs heat. Since the ratio is large, the temperature of the upper surface of the heater rises compared to the quartz glass portion. Depending on the growth conditions, the source gas is likely to decompose in the heater portion, and the amount of dirt 15 attached to the upper surface of the heater is increased. It may become larger than the conventional quartz glass surface.
[0023]
Therefore, by installing the water cooling block 31 in the vicinity of the deposit removing heater 21 and cooling the deposit removing heater 21 by circulating cooling water through the water cooling block 31 during the vapor phase growth operation. The decomposition of the raw material gas can be suppressed by lowering the temperature of the upper surface portion of the heater, and the amount of dirt 15 attached to the heater portion and its periphery can be reduced.
[0024]
Also, the deposit removing heater 21 and the water cooling block 31 are installed at appropriate positions, the amount of cooling water supplied to the water cooling block 31, the amount of heating and the energization of the deposit removing heater 21 by radiation and heat transfer, and the like. By appropriately setting the amount, that is, by appropriately adjusting the temperature rise of the deposit removal heater 21 and the cooling capacity of the water cooling block 31, the temperature of the upper surface of the heater, that is, the temperature of the upstream portion of the substrate is optimized. Since the temperature in the flow direction of the source gas can be controlled to some extent, it is possible to improve the film thickness distribution in the vapor growth film while suppressing the adhesion of dirt due to the decomposition of the source gas. It becomes possible.
[0025]
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of an essential part showing a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, a water cooling block 31 similar to that in the fourth embodiment is installed below the deposit removing heater 21 in the third embodiment (or the deposit removing heater 22 in the second embodiment). The water cooling block 32 for cooling the deposit removing heater 23 is also installed on the deposit removing heater 23 provided on the ceiling of the flow channel 10. Also in the present embodiment, it is possible to prevent the dirt 15 from adhering to the heater due to the temperature rise, and to optimize the temperature around the substrate 11.
[0026]
FIG. 7 is a cross-sectional view of the main part showing the sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, a strip-shaped deposit removing heater 24 formed narrower than the bottom plate of the flow channel 10 is installed in the flow channel bottom plate portion on the upstream side of the substrate, and a water cooling block 31 is installed in the lower part thereof. It is. If such a narrow deposit removing heater 24 is used, the dirt on the side wall portion of the flow channel 10 may not be sufficiently removed, but the dirt on this portion hardly affects the contamination of the substrate 11. In addition, the effect of suppressing the decrease in growth reproducibility can be sufficiently expected.
[0027]
FIG. 8 is a cross-sectional view of the main part showing the seventh embodiment of the present invention. In this embodiment, the entire bottom plate of the movable portion 10 b of the flow channel 10 is formed by the deposit removing heater 25. In the present embodiment, the heater portion downstream of the substrate 11 is originally an unnecessary portion. However, by forming the heater portion in this manner, the structure can be simplified and the productivity can be improved.
[0028]
FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part showing an eighth embodiment of the present invention. In this embodiment, as in the seventh embodiment, the bottom plate of the movable portion 10b of the flow channel 10 is provided with a deposit removal heater 26 slightly smaller than the bottom plate, and a water cooling slightly larger than the bottom plate is provided below the bottom plate. A block 33 is provided.
[0029]
As shown in the above embodiments, dirt can be removed before the vapor phase growth operation by providing a deposit removing heater at an appropriate position at least on the upstream side of the substrate. It is possible to eliminate the adverse effect, improve the growth reproducibility, and stabilize the film quality. Furthermore, by installing a water cooling block along with the heater for removing deposits, the temperature of the heater installation can be optimized, so the amount of dirt attached during vapor phase growth can be reduced and the film thickness distribution can be improved. Therefore, it is possible to stably manufacture a higher quality semiconductor thin film.
[0030]
The shape and installation position of the deposit removing heater as the heating means and the water cooling block as the cooling means are appropriately determined according to the configuration of the vapor phase growth apparatus, the shape of the flow channel, the type of the semiconductor film to be formed, and the growth conditions. Ru der can be selected.
[0031]
【Example】
Example 1 and Comparative Example 1
A growth experiment of a gallium nitride (GaN) film was performed using the flow channel with a heater having the structure shown in the first embodiment, and the surface morphology of the grown film was examined with a Nomarski microscope and evaluated. In the vapor phase growth operation of the GaN film, the substrate is heat-treated in a hydrogen atmosphere at 1150 ° C. for 10 minutes, and then the temperature is lowered to 500 ° C. to grow a low temperature buffer layer (25 nm), and the temperature is raised to 1050 ° C. This was done in the process of growing GaN. The growth conditions for the low temperature buffer layer were as follows: temperature 500 ° C., ammonia flow rate 5 L / min, trimethyl gallium flow rate 44 μmol / min, hydrogen flow rate 5 L / min, nitrogen flow rate 5 L / min. The growth conditions for GaN were a temperature of 1050 ° C., an ammonia flow rate of 8 L / min, a trimethylgallium flow rate of 88 μmol / min, a hydrogen flow rate of 12 L / min, and a nitrogen flow rate of 14 L / min. The deposit (dirt) removal treatment by the deposit removing heater was performed by heating the heater to 1200 ° C. for 7 minutes during the heat treatment of the substrate.
[0032]
Table 1 shows the evaluation results of the GaN film when the continuous treatment was performed 30 times. Table 1 shows the evaluation results of each film when a GaN film is grown 30 times under the same conditions using a conventional flow channel as Comparative Example 1. The evaluation in Table 1 is the result of measuring the number of facets using a differential interference microscope, A is good (less than 2 facets / cm ² ), and B is a little bad (facets density 2 / cm ^2). More than 20 cm ² ), C is bad (facet density 20 / cm ² or more and less than 200 cm ² ), and D is very bad (facet density 200 / cm ² or more).
[0033]
[Table 1]

[0034]
Example 2
A GaN film growth experiment was performed under the same conditions as in Example 1 using the heater having the structure shown in the fourth embodiment and the flow channel with water cooling block. Note that room-temperature cooling water was constantly flowing through the water cooling block at 5 L / min. Each film was evaluated in the same manner as in Example 1 when it was continuously grown 30 times. As a result, A was 27 good, and B was slightly bad, but was 3.
[0035]
Example 3
A GaN film growth experiment was performed using the flow channel with a heater having the structure shown in the second embodiment, and the growth was evaluated by the surface morphology. In the deposit removing process, after the substrate is taken out after the growth operation is completed, a SiC dummy substrate is mounted on the susceptor, and nitrogen and hydrogen are allowed to flow at a rate of 5 L / min. Heated to 0 ° C. for 10 minutes.
[0036]
The vapor phase growth operation after the heat treatment was performed under the same conditions as in Example 1 without energizing the heater for removing deposits. As a result of evaluating the GaN film when the continuous treatment was performed 30 times in the same manner as in Example 1, the evaluation of A was obtained for all the films.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the vapor phase growth apparatus of the present invention, the dirt adhering to the flow channel during the vapor phase growth can be removed before the start of the next vapor phase growth operation. Decrease in growth reproducibility due to dirt adhering to the substrate can be suppressed, and a high-quality semiconductor thin film can be stably obtained. In particular, by removing the dirt simultaneously with the heat treatment of the substrate, the growth reproducibility of the high quality film can be improved with a high throughput.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an essential part showing a first embodiment of a vapor phase growth apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the same.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an essential part showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of an essential part showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of an essential part showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of main parts showing a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part showing an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a main part of a conventional general horizontal type vapor phase growth apparatus.
FIG. 11 is a cross-sectional view of the same.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Flow channel, 11 ... Board | substrate, 12 ... Susceptor, 15 ...

Dirt

21, 22, 23, 24, 25, 26 ... Heater for deposit removal, 31, 32, 33 ... Water cooling block

Claims

A substrate surface mounted on the susceptor in the flow channel , comprising a flow channel for guiding the source gas, a susceptor for mounting the substrate, and a susceptor heating heater for heating the substrate through the susceptor In a horizontal type vapor phase growth apparatus for performing vapor phase growth of a semiconductor film by flowing a raw material gas in parallel to the substrate, a part of the bottom plate of the flow channel is formed by a deposit removal heater, and the deposit removal A horizontal vapor phase growth apparatus characterized in that an upper surface of a heater is provided flush with an upper surface of the bottom plate .

2. The horizontal vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein cooling means for cooling the deposit removing heater is provided below the deposit removing heater .

The horizontal vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the deposit removal heater is disposed upstream of the substrate .