特許 6351447 半導体製造装置および半導体製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6351447

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】半導体製造装置および半導体製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20180625BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20180625BHJP

   C30B 25/14 20060101ALI20180625BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/205

   C23C16/44 J

   C30B25/14

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-179387(P2014-179387)

(22)【出願日】2014年9月3日

(65)【公開番号】特開2016-54217(P2016-54217A)

(43)【公開日】2016年4月14日

【審査請求日】2017年8月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002093

【氏名又は名称】住友化学株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100145872

【弁理士】

【氏名又は名称】福岡 昌浩

(74)【代理人】

【識別番号】100174540

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 廣美

(74)【代理人】

【識別番号】100187632

【弁理士】

【氏名又は名称】橘高 英郎

(74)【代理人】

【識別番号】100187643

【弁理士】

【氏名又は名称】白鳥 昌宏

(72)【発明者】

【氏名】藤倉 序章

【審査官】 長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−０３５８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１９７３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１８８１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０５８３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２８１９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０２７２４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５、２１／３１、２１／３６５、２１／４６９、

２１／８６、

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６、

Ｃ３０Ｂ １／００−３５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理容器と、
前記処理容器内の空間の少なくとも一部を、成長部とクリーニング部とに区分する隔壁と、
前記成長部内に配置された基板保持部材と、
前記成長部内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記クリーニング部内にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系と、
前記成長部および前記クリーニング部を加熱するヒータと
を有し、
ガス流方向の位置に関して、前記原料ガス供給系の下流側の端、および、前記クリーニングガス供給系の下流側の端が、前記隔壁の上流側の端と一致しているかそれよりも下流側に配置されている半導体製造装置。

【請求項2】

処理容器と、
前記処理容器内の空間の少なくとも一部を、成長部とクリーニング部とに区分する隔壁と、
前記成長部内に配置された基板保持部材と、
前記成長部内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記クリーニング部内にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系と、
前記成長部および前記クリーニング部を加熱するヒータと
を有し、
前記隔壁は、前記処理容器内に、前記成長部側に露出する面と前記クリーニング部側に露出する面とを反転させることができるように設置されている半導体製造装置。

【請求項3】

前記原料ガス供給系は、塩素系ガスを用いて塩化物原料ガスを生成させる塩化物原料ガス生成部を有し、
前記クリーニングガス供給系は、前記塩化物原料ガス生成部で用いられる塩素系ガスの供給源に共通に接続されている請求項１または２に記載の半導体製造装置。

【請求項4】

処理容器と、
前記処理容器内の空間の少なくとも一部を、成長部とクリーニング部とに区分する隔壁と、
前記成長部内に配置された基板保持部材と、
前記成長部内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記クリーニング部内にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系と、
前記成長部および前記クリーニング部を加熱するヒータと
を有し、
ガス流方向の位置に関して、前記原料ガス供給系の下流側の端、および、前記クリーニングガス供給系の下流側の端が、前記隔壁の上流側の端と一致しているかそれよりも下流側に配置されている半導体製造装置
を用いる半導体製造方法であって、
前記ヒータで前記成長部および前記クリーニング部が加熱された状態で、前記成長部内に配置された前記基板保持部材に保持された基板に対し、前記原料ガス供給系から原料ガスを供給して、前記基板上に半導体を成長させると同時に、前記クリーニング部内に配置された被クリーニング物に対し、前記クリーニングガス供給系からクリーニングガスを供給して、前記被クリーニング物に堆積した半導体を除去する工程
を有する半導体製造方法。

【請求項5】

処理容器と、
前記処理容器内の空間の少なくとも一部を、成長部とクリーニング部とに区分する隔壁と、
前記成長部内に配置された基板保持部材と、
前記成長部内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記クリーニング部内にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系と、
前記成長部および前記クリーニング部を加熱するヒータと
を有し、
前記隔壁は、前記処理容器内に、前記成長部側に露出する面と前記クリーニング部側に露出する面とを反転させることができるように設置されている半導体製造装置
を用いる半導体製造方法であって、
前記ヒータで前記成長部および前記クリーニング部が加熱された状態で、前記成長部内に配置された前記基板保持部材に保持された基板に対し、前記原料ガス供給系から原料ガスを供給して、前記基板上に半導体を成長させると同時に、前記クリーニング部内に配置された被クリーニング物に対し、前記クリーニングガス供給系からクリーニングガスを供給して、前記被クリーニング物に堆積した半導体を除去する工程
を有し、
基板と被クリーニング物を取り換えながら前記工程を複数回行い、
ある回の前記工程で使用した前記隔壁を、前記成長部側に露出していた面と前記クリーニング部側に露出していた面とを反転させて、その次回の前記工程で使用する、半導体製造方法。

【請求項6】

基板と被クリーニング物を取り換えながら前記工程を複数回行う半導体製造方法であって、
前記処理容器内の半導体が堆積する位置に配置される部材として、同種の部材が着脱可能に複数用意されており、これらのうち、ある回の前記工程で使用済みとなって半導体が堆積した前記部材を、使用済みとなった回以降に行われる前記工程での被クリーニング物とし、クリーニング済みとなった前記部材を、クリーニング済みとなった回以降に行われる前記工程で再使用する、請求項４または５に記載の半導体製造方法。

【請求項7】

前記工程では、前記原料ガスに含まれる塩化物原料ガスを、塩素系ガスを用いて生成させ、前記塩化物原料ガスを生成させるために用いる塩素系ガスと同種の塩素系ガスを、前記クリーニングガスとして用いる請求項４〜６のいずれか１項に記載の半導体製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体製造装置および半導体製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、燐化ガリウム（ＧａＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＧａ系化合物半導体を高速で結晶成長する方法として、いわゆるハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法が知られている（例えば特許文献１参照）。ＨＶＰＥ法では、成長装置内に置かれた高温（３００℃〜８００℃程度）の金属Ｇａに、塩化水素（ＨＣｌ）ガスあるいは塩素（Ｃｌ_２）ガス等の塩素系ガスを接触させて作り出されるＧａＣｌガスあるいはＧａＣｌ_３ガスを、ＩＩＩ族原料ガスとして用いる。

【0003】

ＨＶＰＥ法は、成長速度が数１００μｍ／ｈ〜数ｍｍ／ｈに達するため、基板上への厚膜成長や自立基板の製造に用いられている。ＨＶＰＥ法の欠点としては、成長厚が有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法の数μｍと比較して数１００μｍ／ｈ〜数ｍｍ／ｈと格段に厚いため、ノズルや基板トレーなどにも厚く半導体が堆積し、これが次回以降の成長で蒸発、飛散し、表面欠陥の原因となりやすい点が挙げられる。

【0004】

このため、通常は、成長後に基板を装置から取り出した後に、基板をセットせずに装置を再度高温状態にし、炉内を塩素系ガスでエッチングすることで、装置内に堆積した半導体を除去するクリーニング、いわゆるベーキングが行われる。このベーキング工程は、成長装置を長時間使用するため、ＨＶＰＥ法を用いた製造において生産性を低下させる原因となっている。

【0005】

成長後に半導体の堆積した治具を取り外し、成長装置とは別のベーキング専用装置を用いてクリーニングすることで、ＨＶＰＥ装置自体の生産性を高めるという方法もあるが、この場合には、ベーキング装置の導入、稼働、維持管理のため、費用および人手が必要となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１３−５８７４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の一目的は、部材に堆積した堆積物を除去するクリーニングを効率的に行うことができる半導体製造技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一観点によれば、
処理容器と、
前記処理容器内の空間の少なくとも一部を、成長部とクリーニング部とに区分する隔壁と、
前記成長部内に配置された基板保持部材と、
前記成長部内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記クリーニング部内にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系と、
前記成長部および前記クリーニング部を加熱するヒータと
を有する半導体製造装置
が提供される。

【0009】

本発明の他の観点によれば、
処理容器と、
前記処理容器内の空間の少なくとも一部を、成長部とクリーニング部とに区分する隔壁と、
前記成長部内に配置された基板保持部材と、
前記成長部内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記クリーニング部内にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系と、
前記成長部および前記クリーニング部を加熱するヒータと
を有する半導体製造装置を用いる半導体製造方法であって、
前記ヒータで前記成長部および前記クリーニング部が加熱された状態で、前記成長部内に配置された前記基板保持部材に保持された基板に対し、前記原料ガス供給系から原料ガスを供給して、前記基板上に半導体を成長させると同時に、前記クリーニング部内に配置された被クリーニング物に対し、前記クリーニングガス供給系からクリーニングガスを供給して、前記被クリーニング物に堆積した半導体を除去する工程
を有する半導体製造方法
が提供される。

【発明の効果】

【0010】

隔壁が処理容器内を成長部とクリーニング部とに区分していることにより、成長部内に供給される原料ガスの流れと、クリーニング部内に供給されるクリーニングガスの流れとを分離することができ、成長部における成膜処理と、クリーニング部におけるクリーニング処理とを、同時に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１（Ａ）は、本発明の実施形態による半導体製造装置の縦断面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡＡ線に沿った横断面図である。図１（Ｃ）は、基板を保持するホルダーの構造例を示す断面図（縦断面図）である。

【図2】図２は、実施形態による半導体製造方法における成膜およびクリーニング処理の基本的な手順の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の一実施形態による半導体製造装置および半導体製造方法について説明する。

【0013】

（１）半導体製造装置
まず、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）を参照して、実施形態による半導体製造装置について説明する。図１（Ａ）は、実施形態による半導体製造装置の縦断面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡＡ線に沿った横断面図である。図１（Ｃ）は、基板を保持するホルダーの構造例を示す断面図（縦断面図）である。

【0014】

本実施形態の半導体製造装置は、以下に説明するように、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法により基板上への半導体の結晶成長処理（成膜処理）を行うと同時に、被クリーニング物から半導体の堆積物を除去するクリーニング処理を行うことができるように構成されている。なお、煩雑さを避けるため、「半導体の堆積物を除去するクリーニング」について「半導体の堆積物のクリーニング」のように表現することもある。除去対象となる「半導体の堆積物」を、単に「堆積物」と呼ぶことや、単に「半導体」と呼ぶこともある。

【0015】

本実施形態では、成長およびクリーニング対象の半導体として、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、燐化ガリウム（ＧａＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＧａ系化合物半導体（Ｇａ含有化合物半導体）を例示する。より具体的には、ＧａＮを例として説明を進める。

【0016】

（反応炉）
実施形態による半導体製造装置であるＨＶＰＥ装置１は、処理容器として、石英ガラス等の耐熱性材料によって例えば円筒状に形成された反応炉１０を備える。反応炉１０は、ステンレス等の金属材料で形成されたフランジ１１ａ，１１ｂによって、その両端縁が閉塞されている。フランジ１１ａ，１１ｂは、反応炉１０に対して、必要に応じて着脱し得るように装着されている。フランジ１１ａ，１１ｂが着脱し得ることによって、反応炉１０の端縁における開口部分が開閉自在となる。

【0017】

反応炉１０内には、後に詳述するように、反応炉１０の一端側から他端側（図１（Ａ）に示す例ではフランジ１１ａ側からフランジ１１ｂ側）に向かうガス流が形成される。以下、ガス流の上流側、下流側を、それぞれ、単に上流側、下流側と呼ぶこともある。

【0018】

反応炉１０の内部は、上流側の空間である上流部１２と、上流部１２に対し下流側の空間である下流部１３とに区分されている。上流部１２は、後述のガス供給系が配置される空間であるガス供給部１２として構成されている。

【0019】

下流部１３は、反応炉１０内に設けられた隔壁４０を挟んで、ガス流方向と交差する方向に、より具体的には例えば上下方向に区分されている。下流部分１３の隔壁４０に対し一方側、より具体的には例えば上方側が、基板３０上への成膜を行う空間である成長部１３ａとして構成されており、下流部分１３の隔壁４０に対し他方側、より具体的には例えば下方側が、被クリーニング物５０から堆積物を除去するクリーニング（いわゆるベーキング）を行う空間であるクリーニング部（ベーキング部）１３ｂとして構成されている。

【0020】

ガス流方向の位置に関し、上流部１２と下流部１３との境界は、隔壁４０の上流側の端４０ａで画定され、隔壁４０の上流端４０ａに対し、上流側の空間が上流部１２、下流側の空間が下流部１３となっている。なお、上流部１２と下流部１３との間は、構造物で仕切られている必要はない。

【0021】

（ヒータ）
反応炉１０の外周側には、反応炉１０内を加熱するためのヒータ１４が設けられている。ヒータ１４は、上流部（ガス供給部）１２の周囲に配置された上流側ヒータ１４ａと、下流部１３（成長部１３ａおよびクリーニング部１３ｂ）の周囲に配置された下流側ヒータ１４ｂとを有する。上流側ヒータ１４ａと、下流側ヒータ１４ｂとは、それぞれ、ガス供給部１２と、成長部１３ａおよびクリーニング部１３ｂとを、独立な温度に（例えば、ガス供給部１２を８５０℃程度、成長部１３ａおよびクリーニング部１３ｂを１０００℃程度に）加熱し得るように構成されている。

【0022】

（ガス供給部）
ガス供給部１２内には、石英ガラス等の耐熱性材料によって形成され、金属原料２０を収容する格納容器２１が配置されている。格納容器２１は、後述する配管２２，２３を除き、ガス漏れ等が生じない密閉容器として構成されており、その密閉容器内に金属原料２０を収容する構造となっている。

【0023】

格納容器２１が収容する金属原料２０は、基板３０に対して供給されるＩＩＩ族原料ガスの基になるＩＩＩ族原料として用いられる。具体的には、金属原料２０として、例えばガリウム（Ｇａ）が用いられる。なお、Ｇａは、融点が２９．８℃と比較的低いため、格納容器２１内においては、溶融された状態（すなわち液体状）で存在することになる。

【0024】

格納容器２１の上流側に、石英ガラス等の耐熱性材料によって形成された配管２２が接続されている。配管２２の上流側端部が、フランジ１１ａを貫通して反応炉１０の外部に連通し、塩素系ガス（塩素含有ガス）の供給源に接続されている。配管２２に供給される塩素系ガスとしては、例えば塩化水素（ＨＣｌ）ガスを用いることができる。配管２２の下流側端部が、格納容器２１に接続されている。配管２２を介して、塩素系ガスを、格納容器２１内に供給することができる。

【0025】

例えば、金属原料２０としてＧａを用い、塩素系ガスとしてＨＣｌガスを用いる場合、格納容器２１内では、上流側ヒータ１４ａによる適度な加熱条件下で、ＧａとＨＣｌガスとが反応し、ＩＩＩ族原料ガスとして、金属塩化物ガス（塩化物原料ガス）である塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガスが生成される。格納容器２１と配管２２とを含んで、塩化物原料ガス生成部が構成される。配管２２に供給される塩素系ガスを、原料用塩素系ガスと呼ぶこともある。

【0026】

格納容器２１の下流側に、石英ガラス等の耐熱性材料によって形成された配管２３が接続されている。配管２３の上流側端部が、格納容器２１に接続されている。配管２３は、成長部１３ａに向かって下流側に延在している。配管２３を介して、格納容器２１内で生成されたＩＩＩ族原料ガス（塩化物原料ガス）を、成長部１３ａ内に供給することができる。

【0027】

ガス供給部１２内には、また、配管２２，２３と並行するように、石英ガラス等の耐熱性材料によって形成された配管２４が配置されている。配管２４の上流側端部が、フランジ１１ａを貫通して反応炉１０の外部に連通し、Ｖ族原料ガスの供給源に接続されている。Ｖ族原料ガスとしては、例えばアンモニア（ＮＨ_３）ガスを用いることができる。配管２４は、成長部１３ａに向かって下流側に延在している。配管２４を介して、Ｖ族原料ガスを、成長部１３ａ内に供給することができる。

【0028】

ＩＩＩ族原料ガスおよびＶ族原料ガスが、半導体を成長させる原料ガスとなる。格納容器２１および配管２２，２３を含んで、ＩＩＩ族原料ガス供給系が構成される。配管２４を含んで、Ｖ族原料ガス供給系が構成される。ＩＩＩ族原料ガス供給系とＶ族原料ガス供給系とを含んで、原料ガス供給系が構成される。塩化物原料ガス生成部は、ＩＩＩ族原料ガス供給系に含まれ、原料ガス供給系に含まれる。

【0029】

ガス供給部１２内には、さらに、配管２２，２３および配管２４と並行するように、石英ガラス等の耐熱性材料によって形成された配管２５が配置されている。配管２５の上流側端部が、フランジ１１ａを貫通して反応炉１０の外部に連通し、塩素系ガスの供給源に接続されている。配管２５に供給される塩素系ガスとしては、例えば、配管２２に供給される原料用塩素系ガスと同種のガス、例えばＨＣｌガスを用いることができる。配管２５は、クリーニング部１３ｂに向かって下流側に延在している。配管２５を介して、クリーニングガスとしての塩素系ガスを、クリーニング部１３ｂ内に供給することができる。配管２５に供給される塩素系ガスを、クリーニング用塩素系ガスと呼ぶこともある。

【0030】

配管２５を含んで、クリーニングガス供給系が構成される。原料ガス供給系とクリーニングガス供給系とを含んで、ガス供給系が構成される。

【0031】

ＨＶＰＥ装置１で用いられる各種のガスのガス供給源を、まとめて、概略的にガス供給源６０として示す。クリーニング用塩素系ガスとして、原料用塩素系ガスと同種のガスを用いる場合は、配管２２が接続される塩素系ガスの供給源に、配管２５も共通に接続される。つまり、クリーニングガス供給系は、塩化物原料ガス生成部で用いられる塩素系ガスの供給源に共通に接続される。

【0032】

ガス供給系の配管２２〜２５を備えることによって、反応炉１０内には、ガス供給部１２側から成長部１３ａまたはクリーニング部１３ｂ側に向かうガス流（フランジ１１ａ側からフランジ１１ｂ側に向かうガス流）が形成されることになる。なお、下流側のフランジ１１ｂには、反応炉１０内のガスを排気するための排気口が設けられている。フランジ１１ｂに設けられた排気口からの排気により、フランジ１１ａ側からフランジ１１ｂ側へのガス流の形成を確実なものとすることができる。

【0033】

（成長部）
成長部１３ａ内には、基板保持部材として、カーボン等の耐熱性材料によって形成されたホルダー３１が配置されている。成膜の下地となる基板３０が、ホルダー３１に保持される。ホルダー３１は、反応炉１０の円筒軸方向に沿って延びる回転軸３２に着脱可能に取り付けられ、回転軸３２を中心にして所定速度で回転させ得るように、基板３０を保持する。

【0034】

基板３０としては、例えばサファイア基板が用いられる。なお、基板３０は、成膜の下地層として、表面に何らかの層（例えばＡｌＮバッファ層やＧａＮバッファ層）が既に形成されているものであってもよい。

【0035】

図１（Ａ）に、基板３０を保持した状態のホルダー３１を概略的に示す。図１（Ｃ）に、基板３０を保持した状態のホルダー３１のより具体的な構造例を示す。ホルダー３１は、回転軸３２への取り付け部３１１と、基板３０を収容するトレー部３１２と、基板押さえ部３１３とを含んで構成される。取り付け部３１１の取り付け構造としては、例えば、回転軸３２の端部に取り付け部３１１を差し込むような構造が挙げられる。

【0036】

トレー部３１２に基板３０が収容された状態で、トレー部３１２の縁上に、ドーナツ板状の基板押さえ部３１３を取り付けて、基板３０の縁部を押さえ込むことにより、ホルダー３１に基板３０を保持することができる。ホルダー３１に基板３０が保持された状態で、基板押さえ部３１３の開口内に露出した基板３０の表面上に、成膜を行うことができる。成膜後は、基板押さえ部３１３を取り外すことで、ホルダー３１から基板３０を取り外すことができる。

【0037】

回転軸３２は、フランジ１１ｂを貫通するように、フランジ１１ｂに取り付けられている。これにより、回転軸３２、回転軸３２に取り付けられたホルダー３１、および、ホルダー３１に保持された基板３０を、フランジ１１ｂの着脱に伴って、反応炉１０内に設置したり反応炉１０内から取り出したりすることが可能となる。つまり、反応炉１０のフランジ１１ｂ側の端縁の開口部分が、基板３０等の搬出入口として機能する。そして、フランジ１１ｂを反応炉１０から取り外した状態で、回転軸３２に対しホルダー３１を着脱したり、ホルダー３１に対し基板３０を着脱したりすることが可能となる。

【0038】

ホルダー３１に保持された基板３０に対し、原料ガスが供給されるよう、基板３０と対向する位置に、原料ガス供給系の配管２３，２４の先端部（ノズル）２３ａ，２４ａが配置されている。ノズル２３ａ，２４ａは、それぞれ、配管２３，２４の本体部分に対し着脱可能に取り付けられている。ノズル２３ａ，２４ａは、石英ガラス等の耐熱性材料によって形成されている。ノズル２３ａ，２４ａは、それぞれ、配管２３，２４の本体部分と同一の耐熱性材料で形成されていることが、熱膨張率を同等として損傷を防止する観点から好ましい。

【0039】

原料ガス供給系から原料ガスを供給することで、基板３０上への半導体の成長が行われる。これに伴い、基板３０近傍に配置されている部材であるホルダー３１やノズル２３ａ，２４ａ等の表面に、半導体が堆積することになる。

【0040】

反応炉１０内に配置された部材に堆積した半導体は、次回以降の成膜処理時に、蒸発、飛散し、基板３０上に成長させる膜における欠陥の原因となる。このため、半導体が堆積した部材に対し、堆積物を除去するクリーニング（ベーキング）を行うことが必要となる。

【0041】

本実施形態によるＨＶＰＥ装置１では、ホルダー３１や、原料ガス供給系のノズル２３ａ，２４ａ等、反応炉１０内の半導体が堆積する位置に配置され、適宜クリーニングを行うことが望ましい部材（被クリーニング物５０となる部材）は、取り換えが可能なように、反応炉１０内に着脱可能な態様で、同種のものが複数用意されている。これにより、後述のように、同種の部材で清浄なもの（クリーニング済みのもの）は成膜処理に使用し、クリーニングを要するもの（使用済みのもの）は成膜処理と同時にクリーニング処理する、という運用が可能になっている。

【0042】

（クリーニング部）
クリーニング部１３ｂには、被クリーニング物５０を設置するための領域が確保されている。より具体的には、例えば、クリーニング部１３ｂの反応炉１０の底面上に、被クリーニング物５０を載置することができる。

【0043】

クリーニング部１３ｂに設置された被クリーニング物５０に対し、クリーニングガスが供給されるよう、被クリーニング物５０と対向する位置に、クリーニングガス供給系の配管２５の先端部（ノズル）２５ａが配置されている。

【0044】

被クリーニング物５０は、例えば、本ＨＶＰＥ装置１に取り付けられるホルダー３１やノズル２３ａ，２４ａ等であって、前回以前の成膜処理に使用されることで半導体が堆積したものである。図１（Ａ）および図１（Ｂ）では、被クリーニング物５０として、ホルダー３１を例示している。

【0045】

なお、被クリーニング物５０の設置態様としては、反応炉１０の底面上に直接載置する態様に限らず、例えば、クリーニングガスが適切に当たる位置に被クリーニング物５０を保持できるような保持具を用いた設置態様としてもよい。

【0046】

（隔壁）
隔壁４０は、カーボン等の耐熱性材料によって例えば板状に形成され、反応炉１０内の空間の少なくとも一部を成長部１３ａとクリーニング部１３ｂとに区分する。隔壁４０は、反応炉１０内に、成長部１３ａ側に露出する面とクリーニング部１３ｂ側に露出する面とを反転させる（裏返す）ことができるように着脱可能に設置されている。

【0047】

例えば、反応炉１０の内壁に設けられた突起部１０ａ上に隔壁４０を載せることで、隔壁４０を、反応炉１０内に、面を裏返すことができるよう着脱可能に設置することができる。

【0048】

原料ガス供給系から成長部１３ａに向かって供給される原料ガスの流れと、原料ガスの流れと並行してクリーニングガス供給系からクリーニング部１３ｂに向かって供給されるクリーニングガスの流れとの間に、隔壁４０が配置されることにより、原料ガスの流れとクリーニングガスの流れとが、相互に混ざらないように分離される。

【0049】

なお、原料ガスの流れとクリーニングガスの流れとは並行しており、そのままでもある程度は混ざりにくい。このため、原料ガスが流れる空間とクリーニングガスが流れる空間とが連通しないよう反応炉１０内を厳密に仕切るような隔壁を設けなくともよい。

【0050】

原料ガスの流れとクリーニングガスの流れとの分離をより確実にするためには、以下のような構造とすることが好ましい。

【0051】

ガス流方向の位置に関し、原料ガス供給系の配管２３，２４の下流側の端は、隔壁４０の上流端４０ａと一致しているかそれよりも下流側に配置されていることが好ましく、隔壁４０の上流端４０ａよりも下流側に配置されていることがより好ましい。つまり、原料ガス供給系の配管２３，２４の下流端は、成長部１３ａ内に入り込むように配置されていることがより好ましい。

【0052】

また、ガス流方向の位置に関し、クリーニングガス供給系の配管２５の下流側の端は、隔壁４０の上流端４０ａと一致しているか、それよりも下流側に配置されていることが好ましく、隔壁４０の上流端４０ａよりも下流側に配置されていることがより好ましい。つまり、クリーニングガス供給系の配管２５の下流端は、クリーニング部１３ｂ内に入り込むように配置されていることが、より好ましい。

【0053】

なお、ＨＶＰＥ装置１がそもそも成膜装置であるという観点からは、成膜処理を行うための成長部１３ａが、クリーニング処理を行うためのクリーニング部１３ｂよりも広く確保されるように、隔壁４０を配置することが好ましい。

【0054】

（制御装置）
制御装置１００が、ガス供給系への各種ガスの供給動作や、ヒータ１４による加熱動作等を制御する。

【0055】

（２）半導体製造方法の手順
次に、図２を参照して、実施形態による半導体製造方法について説明する。本実施形態による半導体製造方法では、上述したＨＶＰＥ装置１を用いて、基板３０上に半導体を成長させる成膜処理と同時に、被クリーニング物５０から半導体を除去するクリーニング処理を行う。図２は、本実施形態の成膜およびクリーニング処理の基本的な手順の一例を示すフローチャートである。ガス供給系への各種ガスの供給動作や、ヒータ１４による加熱動作は、制御装置１００により制御される。

【0056】

（成膜およびクリーニング処理）
以下、実施形態による成膜およびクリーニング処理の流れを、ステップに分けて説明する。

【0057】

（基板および被クリーニング物搬入工程）
まず、基板および被クリーニング物搬入工程（ステップ１１、以下ステップを「Ｓ」と略す。）において、基板３０および被クリーニング物５０を、反応炉１０内に搬入する。

【0058】

基板３０は、例えば、サファイア基板、ＧａＮバッファ層が形成されたサファイア基板またはＡｌＮバッファ層が形成されたサファイア基板である。取り外された状態のフランジ１１ｂの回転軸３２に、基板３０を保持したホルダー３１を取り付けた後、フランジ１１ｂを反応炉１０に取り付けることにより、成長部１３ａ内に、基板３０を設置する。

【0059】

被クリーニング物５０は、例えば、前回以前の成膜処理に使用されることで半導体が堆積したホルダー３１である。基板３０を設置するフランジ１１ｂの取り付け前、反応炉１０が開放された状態で、例えば、クリーニング部１３ｂの底面上に載置することにより、クリーニング部１３ｂ内に、被クリーニング物５０を設置する。

【0060】

（昇温工程）
基板および被クリーニング物搬入工程（Ｓ１１）で反応炉１０内に基板３０および被クリーニング物５０を設置したら、例えば不活性ガスの供給により反応炉１０内から大気を追い出した後に、昇温工程（Ｓ１２）を行う。

【0061】

昇温工程（Ｓ１２）では、ヒータ１４により反応炉１０内を所定温度に加熱する。具体的には、上流側ヒータ１４ａにより、ガス供給部１２を例えば８５０℃程度まで加熱し、下流側ヒータ１４ｂにより、成長部１３ａおよびクリーニング部１３ｂを１０００℃程度まで加熱する。

【0062】

ガス供給部１２に対する加熱温度は、溶融状態の金属原料２０であるＧａと、塩素系ガスであるＨＣｌガスとを反応させて、塩化物原料ガス（ＩＩＩ族原料ガス）となるＧａＣｌガスを生成させることができるような温度に選択されている。

【0063】

成長部１３ａおよびクリーニング部１３ｂに対する加熱温度は、成長部１３ａに設置された基板３０上でＧａＮを成長させることができるような温度に選択されている。ＧａＮは、その成長温度近傍の温度条件で、塩素系ガス（塩素含有ガス）によりエッチングすることができる。このため、成長部１３ａおよびクリーニング部１３ｂに対する加熱温度は、成長部１３ａに設置された基板３０上での半導体成長に適した温度であるとともに、クリーニング部１３ｂに設置された被クリーニング物５０から半導体をクリーニングすることができるような温度でもある。

【0064】

（成膜およびクリーニング処理工程）
昇温工程（Ｓ１２）の後、ヒータ１４による所定温度への加熱状態を保ちつつ、次に、成膜およびクリーニング処理工程（Ｓ１３）を行う。成膜およびクリーニング処理工程（Ｓ１３）では、成長部１３ａ内に設置された基板３０に対し、原料ガス供給系から原料ガスを供給して、基板３０上に半導体を成長させると同時に、クリーニング部１３ｂ内に設置された被クリーニング物５０に対し、クリーニングガス供給系からクリーニングガスを供給して、被クリーニング物５０から半導体を除去する。成膜およびクリーニング処理工程（Ｓ１３）は、より具体的には、以下のようにして行われる。

【0065】

配管２２を通じて格納容器２１内に原料用塩素系ガスとしてのＨＣｌガスを供給する。ＨＣｌガスを供給すると、格納容器２１内では、ＧａとＨＣｌガスとが反応して、金属塩化物ガス（塩化物原料ガス）であるＧａＣｌガスが生成される。そして、ＧａＣｌガスは、格納容器２１内から配管２３を通じて成長部１３ａへ案内され、ＩＩＩ族原料ガスとして、成長部１３ａに設置された基板３０に対して供給される。

【0066】

また、配管２４を通じてＶ族原料ガスとしてのＮＨ_３ガスを、成長部１３ａに設置された基板３０に対して供給する。これにより、成長部１３ａでは、ＩＩＩ族原料ガスであるＧａＣｌガスとＶ族原料ガスであるＮＨ_３ガスとが合流し、基板３０上でＧａＮの結晶が成長する。このような結晶成長を所定時間継続して行うことで、基板３０上に、所定膜厚のＧａＮ層を形成する。

【0067】

成長部１３ａにおける基板３０上でのＧａＮ層の成膜処理と同時に、配管２５を通じてクリーニング用塩素系ガスとしてのＨＣｌガスを、クリーニング部１３ｂに設置された被クリーニング物５０に対して供給する。これにより、クリーニング部１３ｂでは、被クリーニング物５０に堆積していたＧａＮが除去されて、クリーニングが行われる。

【0068】

このようにして、成膜およびクリーニング処理工程（Ｓ１３）では、成長部１３ａでの成膜処理工程と、クリーニング部１３ｂでのクリーニング処理工程とが同時に行われる。

【0069】

なお、必要に応じて、成膜処理工程よりもクリーニング処理工程を、先に終了させたり後に終了させたり、あるいは、先に開始させたり後に開始させたりしてもよい。つまり、成膜処理工程とクリーニング処理工程とは、処理期間を完全に一致させる必要はない。成膜処理工程の開始と終了は、原料ガス供給の開始と終了で制御することができる。クリーニング処理工程の開始と終了は、原料ガス供給の開始と終了の制御とは独立に、クリーニングガス供給の開始と終了で制御することができる。ある部材のクリーニング処理工程を、複数回の成膜処理工程にまたがって実施することもできる。

【0070】

なお、成長部１３ａに設置された基板３０に対してＧａＣｌガスおよびＮＨ_３ガスを供給する際には、キャリアガスまたは希釈ガスとしてＨ_２ガスやＮ_２ガス等の不活性ガスあるいはこれらの混合ガスを、配管２２，２３，２４を通じて併せて供給するようにしても構わない。

【0071】

（降温処理）
成膜およびクリーニング処理工程（Ｓ１３）を行った後、次に、降温工程（Ｓ１４）を行う。降温工程（Ｓ１４）では、ヒータ１４による加熱を停止し、反応炉１０内の温度を自然降下させる。

【0072】

（基板および被クリーニング物搬出工程）
降温工程（Ｓ１４）で反応炉１０内を例えば常温となるまで降下させたら、続いて、基板および被クリーニング物搬出工程（Ｓ１５）を行う。基板および被クリーニング物搬出工程（Ｓ１５）では、フランジ１１ｂを反応炉１０から取り外すことにより、ホルダー３１、およびホルダー３１に保持された基板３０を取り出す。

【0073】

取り外されたフランジ１１ｂの回転軸３２からホルダー３１を取り外し、ホルダー３１から基板３０を取り外す。また、クリーニング部１３ｂから、被クリーニング物５０を取り出す。このようにして、成膜処理済みの基板３０とクリーニング処理済みの被クリーニング物５０とが搬出される。

【0074】

このようにして、１回分の成膜およびクリーニング処理が行われる。その後、基板３０や被クリーニング物５０を取り換えながら、必要に応じて、成膜およびクリーニング処理を複数回繰り返して行うことができる。

【0075】

例えば、基板および被クリーニング物搬出工程で、回転軸３２から取り外されたホルダー３１（使用済みホルダー３１と呼ぶこととする）は、今回の成膜処理により半導体が堆積していることにより、クリーニングを行うべき対象物となっている。一方、今回のクリーニング処理で被クリーニング物５０としたホルダー３１（クリーニング済みホルダー３１と呼ぶこととする）は、クリーニング処理されて清浄化されている。

【0076】

次回の成膜およびクリーニング処理は、今回処理でのクリーニング済みホルダー３１を新たな基板３０を保持するホルダー３１として使用するとともに、今回の処理での使用済みホルダー３１を被クリーニング物５０として、行うことができる。

【0077】

このように、清浄化されて新たな成膜処理に使うことができるクリーニング済み部材と、使用済みでクリーニングされるべきクリーニング対象部材とを交換しながら、本実施形態の成膜およびクリーニング処理を繰り返し行うことができる。

【0078】

なお、使用済みとなった部材のクリーニングは、使用済みとなった回の次回（直後の回）の成膜およびクリーニング処理で行うことが必須ではなく、使用済みとなった回以降のいずれかの回の成膜およびクリーニング処理で行えばよい。また、クリーニング済みとなった部材は、クリーニング済みとなった回の次回（直後の回）の成膜およびクリーニング処理で再使用することが必須ではなく、クリーニング済みとなった回以降のいずれかの回の成膜およびクリーニング処理で再使用することができる。

【0079】

隔壁４０は、一方の面は成長部１３ａ側に露出して半導体が堆積し、その裏面はクリーニング部１３ｂ側に露出して半導体が堆積しない（クリーニングされる）。このため、隔壁４０は、ある回の成膜およびクリーニング処理で成長部１３ａ側に配置されて半導体が堆積した面を、次回の成膜およびクリーニング処理ではクリーニング部１３ｂ側に配置して堆積物がクリーニングされるように、裏返して用いることができる。このようにして、１枚の隔壁４０を効率的に用いることができる。なお、隔壁４０も、ホルダー３１等のように複数用意しておき、クリーニング済みのものとクリーニング対象のものとを交換しながら用いてもよい。

【0080】

（３）本実施形態の効果
本実施形態によれば、以下に述べる１つまたは複数の効果が得られる。

【0081】

（ａ）本実施形態では、隔壁４０により、反応炉１０内を成長部１３ａとクリーニング部１３ｂとに区分している。これにより、成長部１３ａで基板３０に対して供給される原料ガスの流れと、クリーニング部１３ｂで被クリーニング物５０に対して供給されるクリーニングガスの流れとを分離することができるので、同一の半導体製造装置で（同一の反応炉１０内で）、成長部１３ａにおける基板３０上への成膜処理と、クリーニング部１３ｂにおける被クリーニング物５０のクリーニング処理とを、同時に行うことができる。このようにして、クリーニング処理が効率的に行われる。

【0082】

例えば、同一の半導体製造装置で、成膜処理と、成膜処理後に基板をセットせずに行うクリーニング（ベーキング）処理とを行う技術に比べ、処理の効率化が図られ、生産性が向上する。また例えば、成膜処理を行う半導体製造装置の他に、クリーニング処理を専用に行う装置（ベーキング装置）を用いる技術に比べ、必要な装置が減るので、コスト低減が図られる。
（ｂ）ガス流方向の位置に関して、原料ガス供給系の下流側の端、および、クリーニングガス供給系の下流側の端は、好ましくは、隔壁４０の上流側の端４０ａと一致しているかそれよりも下流側に配置される。このような構造により、原料ガスの流れとクリーニングガスの流れとの分離をより確実にすることができる。

【0083】

（ｃ）ヒータ１４（下流側ヒータ１４ｂ）は、成長部１３ａおよびクリーニング部１３ｂを同時に加熱する。これにより、成膜処理（結晶成長）に必要な加熱と、クリーニング処理に必要な加熱とを共通にでき、効率的な加熱が行われる。クリーニング部１３ｂを加熱するヒータを、成長部１３ａを加熱するヒータと別に設置する必要がないので、クリーニングのためにヒータを追加するコストが必要ない。

【0084】

（ｄ）ＨＶＰＥ法での成膜で用いられる原料ガスに含まれる塩化物原料ガス（上述の例ではＧａＣｌガス）を生成させるために用いる塩素系ガス（上述の例ではＨＣｌ）を流用して、クリーニングガスとしても用いることができる。つまり、クリーニングガスとして、塩化物原料ガスを生成させるために用いる塩素系ガスと同種の塩素系ガスを用いることができる。これにより、原料ガスに用いるガスの他にクリーニングガスを準備しなくてもよくなる。なお、必要に応じて、塩化物原料ガスを生成させるために用いる塩素系ガスと、クリーニングガスとして用いる塩素系ガスとを、異なる種類のガスとすることもできる。

【0085】

（ｅ）成膜処理工程とクリーニング処理工程とを同時に行うことができるが、成膜処理工程の開始・終了タイミングとクリーニング処理工程の開始・終了タイミングとは、必要に応じてずらすことができる。これにより、成膜処理工程とクリーニング処理工程との所要時間が異なるような場合でも適切な処理ができる。

【0086】

例えば、成膜処理工程がまだ終わらない間にクリーニング処理工程は完了してしまい、堆積物除去が完了した後もクリーニングガスの供給が続くことで、被クリーニング物のオーバーエッチングが生じてしまうような場合は、先にクリーニングガスの供給を停止してクリーニング処理工程は終了させることにより、不具合を防止できる。なお、カーボン製や石英製の部材は、塩素系ガスのクリーニングガスでのオーバーエッチングがされにくい。

【0087】

（ｆ）ホルダー３１等の部材は、新たな成膜処理に使用できるクリーニング済み部材と、クリーニングされるべき使用済み部材とを交換しながら、用いることができる。成膜およびクリーニング処理が終わるごとに、使用済みになった部材と交換できるクリーニング済み部材を準備することができるので、生産性が高まる。

【0088】

（ｇ）隔壁４０は、反応炉１０内に着脱可能に設置されており、成膜およびクリーニング処理ごとに、一方の面とその裏面とを裏返して用いることができる。これにより、清浄な面は成長部１３ａ側に配置して成長部１３ａの内壁の一部として使用するとともに、反対側の半導体が堆積した面はクリーニング部１３ｂ側に配置してクリーニングを行うことができる。このようにして、１枚の隔壁４０を効率的に用いることができる。

【0089】

（４）他の実施形態
以上、実施形態に沿って本発明について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更、改良、組み合わせ等が可能である。

【0090】

例えば、上述の実施形態では、塩素系ガスとしてＨＣｌガスを例示したが、塩素系ガスはＨＣｌガスに限定されず、例えば塩素（Ｃｌ_２）ガス等の他のガスを用いることもできる。

【0091】

上述の実施形態では、成長およびクリーニング対象の半導体として特にＧａＮを例示したが、ＧａＡｓ、ＧａＰ等の他のＧａ系化合物半導体の成長およびクリーニングを行うこともできる。例えばＧａＡｓ、ＧａＰは、７００℃程度の温度で成長およびクリーニングを行うことができる。さらに、例えばＩｎＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等のような、ＨＶＰＥ法で成長でき、成長温度と同等の温度で塩素系ガスをクリーニングガスとして除去できるような半導体に対して、上述の実施形態で説明した技術を適用することができる。

【0092】

被クリーニング物は、成膜およびクリーニング処理を行うＨＶＰＥ装置自体の有するホルダー等の部材に限定されず、他の装置における結晶成長等に起因して半導体が堆積したような部材であってもよい。

【符号の説明】

【0093】

１ ＨＶＰＥ装置
１０ 反応炉
１０ａ 突起部
１１ａ，１１ｂ フランジ
１２ 下流部（ガス供給部）
１３ 上流部
１３ａ 成長部
１３ｂ クリーニング部
１４ ヒータ
１４ａ 上流側ヒータ
１４ｂ 下流側ヒータ
２０ 金属原料
２１ 格納容器
２２，２３，２４，２５ 配管
２３ａ，２４ａ，２５ａ ノズル
３０ 基板
３１ ホルダー
３２ 回転軸
４０ 隔壁
５０ 被クリーニング物
６０ ガス供給源
１００ 制御装置

【図1】

【図2】