气相生长装置及气相生长方法与流程

本发明涉及供给气体而进行成膜的气相生长装置及气相生长方法。

背景技术：

作为成膜高品质的半导体膜的方法，存在通过气相生长使单晶膜在晶片等基板上生长的外延生长技术。在使用外延生长技术的气相生长装置中，将晶片载置在被保持为常压或者减压状态的反应室内的支撑部上。然后，一边对该晶片加热，一边从反应室上部的例如喷气板向晶片表面供给作为成膜原料的源气体等工艺气体。在晶片表面发生源气体的热反应等，从而在晶片表面成膜出外延单晶膜。

近年来，作为发光器件和功率器件的材料，GaN(氮化镓)类的半导体器件受到关注。作为成膜出GaN类半导体膜的外延生长技术，存在有机金属气相生长法(MOCVD法)。在有机金属气相生长法中，作为源气体，可以使用例如三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)、三甲基铝(TMA)等有机金属、以及氨(NH₃)等。

而且，为了提高生产性，有时使用具备多个反应室的气相生长装置。专利文献1中记载有在使用具备多个反应室的气相生长装置进行成膜时，在一个反应室的处理中产生了异常的情况下，停止处理的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-49278号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

本发明要解决的课题在于，提供即使在一个反应室内的处理中产生了异常的情况下，也能够通过其它反应室正常地继续进行处理的气相生长装置及气相生长方法。

用于解决课题的手段

本发明的一方案的气相生长装置具备：n个反应室，n为2以上的整数；主气体供给路，向所述n个反应室供给工艺气体；主质量流量控制器，设置于所述主气体供给路，控制流经所述主气体供给路的所述工艺气体的流量；分支部，将所述主气体供给路分支；n条副气体供给路，在所述分支部从所述主气体供给路分支，向所述n个反应室供给被分流的所述工艺气体；n个第一截止阀，设置在所述n条副气体供给路的所述分支部与所述n个反应室之间，以至所述分支部的距离比至所述反应室的距离短的方式配置，能够截断所述工艺气体的流动；以及n个副质量流量控制器，设置在所述n条副气体供给路的所述n个第一截止阀与所述n个反应室之间，控制流经所述n条副气体供给路的所述工艺气体的流量。

优选为还具备控制部，所述控制部基于所述n个反应室的任一个反应室中的异常的检测判断是否截断所述工艺气体，在判断为要截断的情况下，将能够截断所述工艺气体向所述检测到异常的反应室的流动的所述第一截止阀关闭，并且计算向所述检测到异常的反应室以外的所述反应室供给的所述工艺气体的总流量，基于计算出的总流量控制所述主质量流量控制器。

在上述方案的气相生长装置中，优选还具备n个第二截止阀，所述n个第二截止阀设置在所述n条副气体供给路的所述n个第一截止阀与所述n个反应室之间，能够截断所述工艺气体的流动。

本发明的一方案的气相生长方法中，向n个反应室的各个搬入基板，n为2以上的整数，向主气体供给路导入被控制为规定的流量的工艺气体，向从所述主气体供给路分支的n条副气体供给路分别导入被控制流量而分流的所述工艺气体，从所述n条副气体供给路向所述n个反应室分别供给所述工艺气体，在所述基板上成膜，在所述n个反应室中的任一个反应室产生了异常的情况下，瞬时截断所述工艺气体向与所述产生了异常的反应室连接的所述副气体供给路的导入，并且计算向所述检测到异常的反应室以外的反应室供给的所述工艺气体的总流量，控制向所述主气体供给路导入的所述工艺气体的流量。

在上述方案的气相生长方法中，优选为，在成膜中检测到所述异常的情况下，维持所述工艺气体的供给直至成膜条件发生变化，之后，瞬时截断所述工艺气体向与所述产生了异常的反应室连接的所述副气体供给路的导入。

发明效果

根据本发明，可以提供即使在一个反应室内的处理中产生了异常的情况下，也能够通过其它反应室正常地继续进行处理的气相生长装置及气相生长方法。

附图说明

图1是实施方式的气相生长装置的构成图。

图2是实施方式的分支部和第一截止阀的说明图。

图3是实施方式的分支部和第一截止阀的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

此外，本说明书中，将气相生长装置可成膜地设置的状态下的重力方向定义为“下”，将其反方向定义为“上”。因此，“下部”是指相对于基准的重力方向的位置，“下方”是指相对于基准的重力方向。而且，“上部”是指相对于基准的重力方向的相反方向的位置，“上方”是指相对于基准的重力方向的相反方向。另外，“纵向”是指重力方向。

另外，本说明书中，“工艺气体”是指为了在基板上成膜而使用的气体的总称，是包含例如源气体、载气、分离气体等的概念。

另外，本说明书中，“分离气体”是指被导入气相生长装置的反应室内的工艺气体，是将多种原料气体的工艺气体间分离的气体的总称。

本实施方式的气相生长装置具备：n(n为2以上的整数)个反应室；向n个反应室供给工艺气体的主气体供给路；设置于主气体供给路且控制流经主气体供给路的工艺气体的流量的主质量流量控制器；将主气体供给路分支的分支部；在分支部从主气体供给路分支并向n个反应室供给分流的工艺气体的n条副气体供给路；设置于n条副气体供给路的分支部和n个反应室之间，以至分支部的距离比至反应室的距离小的方式配置，可截断工艺气体的流动的n个第一截止阀；设置于n条副气体供给路的n个第一截止阀和n个反应室之间，控制流经n条副气体供给路的工艺气体的流量的n个副质量流量控制器。

另外，本实施方式的气相生长方法中，向n(n为2以上的整数)个反应室分别搬入基板，向主气体供给路导入被控制为规定的流量的工艺气体，向从主气体供给路分支的n条副气体供给路分别导入被控制流量并分流的工艺气体，从n条副气体供给路向n个反应室分别供给工艺气体，在基板上成膜，在n个反应室中的任一个反应室产生了异常的情况下，将工艺气体向与产生了异常的反应室连接的副气体供给路的导入瞬时截断，并且计算向检测到异常的反应室以外的反应室供给的工艺气体的流量，控制导入主气体供给路的工艺气体的流量。

本实施方式的气相生长装置及气相生长方法通过具备上述结构，在向多个反应室分配供给工艺气体时，在处理中于一个反应室产生了异常的情况下，能够以不给予其它反应室内的处理大的影响的方式停止工艺气体向产生了异常的反应室的供给。因此，能够实现即使在一个反应室内的处理产生了异常的情况下，也能够在其它反应室能够正常地继续进行处理的气相生长装置及气相生长方法。

图1是本实施方式的气相生长装置的构成图。本实施方式的气相生长装置是使用MOCVD法(有机金属气相生长法)的外延生长装置。以下，主要以使GaN(氮化镓)外延生长的情况为例进行说明。

本实施方式的气相生长装置具备四个反应室10a、10b、10c、10d。四个反应室例如分别是纵置的单片型的外延生长装置。反应室的数量不限于四个，可以设为两个以上的任意的数量。反应室的数量能够以n(n为2以上的整数)个来表示。

本实施方式的气相生长装置具备向四个反应室10a～10d供给工艺气体的3条第一主气体供给路11、第二主气体供给路21、第三主气体供给路31。

第一主气体供给路11例如向反应室10a～10d供给含有III族元素的有机金属和载气的第一工艺气体。第一工艺气体是在晶片上成膜III-V族半导体膜时的、含有III族元素的气体。

III族元素例如是镓(Ga)、Al(铝)、In(铟)等。另外，有机金属是三甲基镓(TMG)、三甲基铝(TMA)、三甲基铟(TMI)等。

载气例如是氢气。第一主气体供给路11中也可以仅流通氢气。

在第一主气体供给路11设置有第一主质量流量控制器12。第一主质量流量控制器12控制流经第一主气体供给路11的第一工艺气体的流量。

进而，设置将第一主气体供给路11分支的分支部17。第一主气体供给路11在比第一主质量流量控制器12靠反应室10a～10d侧，通过分支部17分支成四条第一副气体供给路13a、第二副气体供给路13b、第三副气体供给路13c、第四副气体供给路13d。第一副气体供给路13a、第二副气体供给路13b、第三副气体供给路13c、第四副气体供给路13d分别向四个反应室10a、10b、10c、10d供给被分流的第一工艺气体。

在四条副气体供给路13a～13d设置可截断第一工艺气体的流动的第一截止阀14a～14d。第一截止阀14a～14d具有在四个反应室10a、10b、10c、10d的任一个反应室产生了异常的情况下，瞬时截断工艺气体向产生了异常的反应室的流动的功能。

第一截止阀14a～14d被设置于分支部17和四个反应室10a、10b、10c、10d之间。第一截止阀14a～14d被配置为至分支部17的距离比至反应室10a、10b、10c、10d的距离小。

而且，期望第一截止阀14a～14d与分支部17相邻设置。更期望分支部17和第一截止阀14a～14d之间的距离为20cm以上30cm以下。

图2是本实施方式的分支部和第一截止阀的说明图。分支部17和第一截止阀14a～14d之间的距离具体而言是指从自第一主气体供给路11最后分支为各副气体供给路13a～13d的点至第一截止阀14a～14d的距离。即，是指图2所示的距离“d₁”、“d₂”、“d₃”、“d₄”。分支部17和第一截止阀14a～14d之间的距离期望尽可能地小。

图3是本实施方式的分支部和第一截止阀的示意图。分支部17和第一截止阀14a～14d例如被一体化地设置于框体18内。框体18内置分支部17、分支部17和第一截止阀14a～14。第一截止阀14a～14d例如作为一个零件构成。框体18例如是金属。

在框体18的外表面的一部分上连接第一主气体供给路11，在框体18的外表面的一部分上连接四条副气体供给路13a～13d。通过将分支部17和第一截止阀14a～14d一体化地设置于框体18内，可以减小分支部17和第一截止阀14a～14d之间的距离。

在四条副气体供给路13a～13d的四个第一截止阀14a～14d和四个反应室10a、10b、10c、10d之间设置有能够截断第一工艺气体的流动的四个第二截止阀15a～15d。第二截止阀15a～15d例如在为了维护反应室10a～10d而大气开放的情况下关闭，截断上游侧对大气开放。第二截止阀15a～15d设置在接近反应室10a、10b、10c、10d的位置。

在设置于四条副气体供给路13a～13d的四个第一截止阀14a～14d和四个第二截止阀15a～15d之间还具备控制流经四条副气体供给路13a～13d的第一工艺气体的流量的四个副质量流量控制器16a～16d。

在将反应室10a～10d对大气开放的情况下，从使四个副质量流量控制器16a～16d不暴露在大气中的观点出发，期望在副质量流量控制器16a～16d和反应室10a～10d之间设置第二截止阀15a～15d。

第二主气体供给路21例如向反应室10a～10d供给含有氨(NH₃)的第二工艺气体。第二工艺气体是在晶片上成膜III-V族半导体的膜时的、V族元素、氮(N)的源气体。

在第二主气体供给路21中也可以仅流动氢气。

在第二主气体供给路21设置第二主质量流量控制器22。第二主质量流量控制器22控制流经第二主气体供给路21的第二工艺气体的流量。

进而，设置与第二主气体供给路21连接的、分支部27、副气体供给路23a～23d、第一截止阀24a～24d、第二截止阀25a～25d、副质量流量控制器26a～26d。各自的构成、功能和与第一主气体供给路11连接的、分支部17、副气体供给路13a～13d、第一截止阀14a～14d、第二截止阀15a～15d、副质量流量控制器16a～16d相同，所以省略记载。

第三主气体供给路31例如向反应室10a～10d供给氢气作为第三工艺气体。第三工艺气体是分离第一工艺气体和第二工艺气体的分离气体。

在第三主气体供给路31中也可以仅流通氢气。

在第三主气体供给路31设置第三主质量流量控制器32。第三主质量流量控制器32控制流经第三主气体供给路31的第三工艺气体的流量。

另外，设置与第三主气体供给路31连接的、分支部37、副气体供给路33a～33d、第一截止阀34a～34d、第二截止阀35a～35d、副质量流量控制器36a～36d。各自的构成、功能与和第一主气体供给路11连接的、分支部17、副气体供给路13a～13d、第一截止阀14a～14d、第二截止阀15a～15d、副质量流量控制器16a～16d相同，所以省略记载。

本实施方式的气相生长装置具备从四个反应室10a、10b、10c、10d排出气体的四条副气体排出路42a、42b、42c、42d。而且，具备四条副气体排出路42a、42b、42c、42d合流的主气体排出路44。进而，在主气体排出路44设置用于吸引气体的真空泵46。

在四条副气体排出路42a、42b、42c、42d上分别设置压力调整部40a、40b、40c、40d。压力调整部40a、40b、40c、40d将反应室10a～10d各自的内压控制为所希望的值。压力调整部40a～40d例如是节流阀。此外，代替压力调整部40a、40b、40c、40d，也可以在主气体排出路44设置一处的压力调整部。

本实施方式的气相生长装置具备控制主质量流量控制器12、22、32及第一截止阀14a～14d、24a～24d、34a～34d的控制部50。控制部50具备下述功能：基于四个反应室10a、10b、10c、10d的任一个反应室中的异常的检测判断是否截断工艺气体，在判断为要截断的情况下，将能够截断工艺气体向检测到异常的反应室的流动的第一截止阀关闭，并且计算向检测到异常的反应室以外的反应室供给的工艺气体的总流量，基于算出的总流量来控制主质量流量控制器。

本实施方式的气相生长方法使用图1的外延生长装置。以下，对本实施方式的气相生长方法，以使GaN外延生长的情况为例进行说明。

本实施方式的气相生长方法中，通过未图示的反应室控制部，以同一条件同时控制四个反应室10a～10d的气相生长条件。

首先，向四个反应室10a～10d分别搬入作为基板的一例的半导体晶片。

在半导体晶片上例如成膜GaN膜时，从第一主气体供给路11供给例如以氢气为载气的TMG(第一工艺气体)。另外，从第二主气体供给路21供给例如氨(第二工艺气体)。另外，从第三主气体供给路31供给例如氢气(第三工艺气体)作为分离气体。

在第一主气体供给路11中流动由第一主质量流量控制器12控制了流量的第一工艺气体。而且，第一工艺气体分流流向从第一主气体供给路11分支的四条副气体供给路13a、13b、13c、13d。

向四条副气体供给路13a、13b、13c、13d分流的第一工艺气体的流量通过副质量流量控制器16a、16b、16c、16d分别进行控制。例如，以流动由第一主质量流量控制器12指定的第一工艺气体的总流量的四分之一(1/4)的流量的方式指定副质量流量控制器16a、16b、16c、16d的流量。

在第二主气体供给路21中流动由第二主质量流量控制器22控制了流量的第二工艺气体。而且，第二工艺气体分流流向从第二主气体供给路21分支的四条副气体供给路23a、23b、23c、23d。

向四条副气体供给路23a、23b、23c、23d分流的第二工艺气体的流量通过第一～第四副质量流量控制器26a、26b、26c、26d分别进行控制。例如，以流动由第二主质量流量控制器22指定的第二工艺气体的总流量的四分之一(1/4)的流量的方式指定第二副质量流量控制器26a、26b、26c、26d的流量。

在第三主气体供给路31中流动由第三主质量流量控制器32控制了流量的第三工艺气体。而且，第三工艺气体分流流向从第三主气体供给路31分支的四条副气体供给路33a、33b、33c、33d。

向四条副气体供给路33a、33b、33c、33d分流的第三工艺气体的流量通过副质量流量控制器36a、36b、36c、36d分别进行控制。例如，以流动由第三主质量流量控制器32指定的第三工艺气体的总流量的四分之一(1/4)的流量的方式指定副质量流量控制器36a、36b、36c、36d的流量。

反应室10a～10d的内压通过压力调整部40a～40d进行控制，以成为同一压力。

这样，向各反应室10a～10d供给第一、第二、第三工艺气体，在半导体晶片上形成GaN膜。

四个反应室10a、10b、10c、10d的气相生长条件通过反应室控制部(未图示)以同一条件、即同一的处理配方进行控制。反应室控制部例如以同一处理配方控制副质量流量控制器16a、26a、36a。另外，以同一处理配方控制副质量流量控制器16b、26b、36b。另外，以同一处理配方控制副质量流量控制器16c、26c、36c。另外，以同一处理配方控制副质量流量控制器16d、26d、36d。另外，以同一处理配方控制压力调整部40a、40b、40c、40d。另外，反应室10a、10b、10c、10d的温度及基板的转速等也以同一处理配方进行控制。

假如在四个反应室10a、10b、10c、10d的任一个的处理中产生了异常的情况下，通过将第一截止阀14a～14d、24a～24d、34a～34d的任一个关闭，瞬时截断工艺气体向与产生了异常的反应室连接的副气体供给路13a～13d、23a～23d、33a～33d的导入。由此，瞬时截断工艺气体向产生了异常的反应室的供给。另一方面，在正常的剩余的三个反应室中继续进行处理。

例如，在反应室10a的处理中产生了异常的情况下，通过瞬时关闭第一截止阀14a、24a、34a，瞬时截断工艺气体向副气体供给路13a、23a、33a的导入。由此，停止第一、第二及第三工艺气体向反应室10a的供给。另一方面，反应室10b、10c、10d中的处理继续。

例如，通过第一、第二及第三主质量流量控制器12、22、32使所供给的第一、第二及第三工艺气体的总流量变化为产生异常之前的3/4的总流量，向正常动作的反应室10b、10c、10d供给所希望流量的工艺气体。

例如，控制部50基于四个反应室10a、10b、10c、10d的任一个反应室中的异常的检测来判断是否截断工艺气体。而且，在判断为要截断的情况下，使能够截断工艺气体向检测到异常的反应室的流动的第一截止阀关闭。

而且，控制部50计算向检测到异常的反应室以外的反应室供给的工艺气体的总流量，基于算出的总流量控制主质量流量控制器12、22、32，控制向主气体供给路11、21、31导入的工艺气体的流量。

以下，对本实施方式的作用、效果进行说明。

假如在四个反应室10a、10b、10c、10d的一个的处理中产生了异常的情况下，期望截断工艺气体向产生了异常的反应室的供给，停止处理。例如，如果与剩余的三个反应室同样地继续工艺气体的供给，则例如产生对成膜没有帮助的工艺气体浪费的物体。或者，例如可能产生发生没有预料到的气体的反应等而使反应室的尘埃增大之类的问题。

从生产性的观点出发，最期望在正常的剩余的三个反应室中继续进行处理。但是，例如在未设置与外延生长装置的分支部17、27、37相邻的第一截止阀14a～14d、24a～24d、34a～34d的情况下，工艺气体向产生了异常的反应室的供给例如通过关闭接近反应室设置的第二截止阀15a～15d、25a～25d、35a～35d的任一个来进行。

例如，在反应室10a内的处理中产生了异常的情况下，在没有第一截止阀14a、24a、34a时，通过瞬时关闭第二截止阀15a、25a、35a，停止第一、第二及第三工艺气体向反应室10a的供给。另一方面，在反应室10b、10c、10d中的处理继续。

该情况下，分支部17至第二截止阀15a、分支部27至第二截止阀25a、分支部37至第二截止阀35a之间成为工艺气体滞留的死空间。如果滞留于该死空间的工艺气体的量增多，则向正常动作的反应室10b、10c、10d供给不能预期的组成或量的工艺气体，处理可能产生异常。

例如，在反应室10a的处理停止后，进行切换工艺气体的种类的处理的情况下，因滞留于死空间的工艺气体混入所切换的工艺气体，从而不能预期的组成的工艺气体向反应室10b、10c、10d供给，在反应室10b、10c、10d的成膜等中可能产生异常。

在本实施方式的外延气相生长装置中，具备以至分支部17、27、37的距离比至反应室10a的距离小的方式配置的第一截止阀14a、24a、34a。因此，与不具备第一截止阀14a、24a、34a的情况相比，气体供给管的死空间减小，能够抑制滞留于死空间的工艺气体的量。因此，即使在反应室10a的处理中产生了异常的情况下，也能够通过其它反应室10b、10c、10d正常地继续进行处理。

另外，能够使向检测到异常的反应室以外的反应室供给的工艺气体的总流量的变更与工艺气体向检测到异常的反应室的供给的截断同步，在短时间内切换为一定的值，从而在其它反应室10b、10c、10d中正常地继续进行处理变得容易。

从抑制滞留于死空间的工艺气体的量的观点出发，第一截止阀14a、24a、34a更期望与分支部17、27、37相邻，期望与分支部17、27、37之间的距离为20cm以上30cm以下。低于上述范围在截止阀的构造上是困难的。另外，如果超过上述范围，则可能影响工艺气体的滞留。

另外，根据本实施方式，通过与第一截止阀14a、24a、34a分开而与反应室10a接近地设置第二截止阀15a、25a、35a，能够抑制在维护副气体供给路13a、23a、33a或副质量流量控制器16a、26a、36a时对大气开放。

此外，从抑制对正常动作的反应室中的成膜的影响的观点出发，期望在成膜中检测到异常的情况下，维持供给直至成膜条件发生变化，之后，瞬时截断工艺气体向与产生了异常的反应室连接的副气体供给路的导入。

此外，以在反应室10a中产生了异常的情况下、进行反应室10a的维护的情况为例进行了说明，但对于其它反应室10b、10c、10d，本实施方式的外延气相生长装置也能够发现同样的作用、效果。

如上，根据本实施方式的气相生长装置，能够提供即使在一个反应室内的处理中产生了异常的情况下，也能够在其它的反应室正常地继续进行处理的气相生长装置及气相生长方法。

以上，参照具体例说明了本发明的实施方式。上述的实施方式终究仅是举例说明，并不限定本发明。另外，也可以将各实施方式的构成要素适宜组合。

例如，在实施方式中，以成膜GaN(氮化镓)的单晶膜的情况为例进行了说明，但例如也可以对AlN(氮化铝)、AlGaN(氮化铝镓)、InGaN(氮化铟镓)等、其它III-V族氮化物类半导体的单晶膜等的成膜应用本发明。另外，也可以对GaAs等III-V族的半导体应用本发明。

另外，以有机金属为TMG1种的情况为例进行了说明，但即使在使用两种以上的有机金属作为III族元素的源的情况下，也没有问题。另外，有机金属也可以是III族元素以外的元素。

另外，作为载气以氢气(H₂)为例进行了说明，但也可以应用其它的氮气(N₂)、氩气(Ar)、氦气(He)、或者这些气体的组合作为载气。

另外，工艺气体例如也可以是含有III族元素和V族元素这两方的混合气体。

另外，实施方式中，以n个反应室为对每一片晶片进行成膜的纵置的单片式的外延装置的情况为例进行了说明，但n个反应室不限于单片式的外延装置。例如，在对自公转的多个晶片同时成膜的行星方式的CVD装置、或横置的外延装置等的情况下也可以应用本发明。

实施方式中，装置构成及制造方法等中，对于本发明的说明不是直接必要的部分等省略了记载，但是能够适当选择使用必要的装置构成和制造方法等。其它具备本发明的要素且本领域的技术人员可通过适当地设计变更而得到所有的气相生长装置及气相生长方法包含在本发明的保护范围内。本发明的保护范围由权利要求书及其等同物的范围确定。