[發明專利]基座、結晶生長裝置以及結晶生長方法

在審

• 申請號: 201380039771.5
• 申請日: 2013-07-26
• 公開（公告）號: CN104641454A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 宮下雅仁;肥后正昭
• 申請（專利權）人: 同和電子科技有限公司
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205;C23C16/458;H01L21/683
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;張會華

技術領域

本發明涉及通過化學氣相沉積法在基板上形成生長層用的基座、以及使用該基座的結晶生長裝置、結晶生長方法。

技術背景

以GaN為代表的III族氮化物半導體由于其帶隙較為廣泛，因此作為紫外線、藍色、綠色等發光二極管(LED)、鐳射二極管(LD)等發光元件以及能量元件的材料被廣泛使用。在制造使用硅等LIS等的半導體裝置時，相對于使用通過切割大口徑的大體積結晶得到的大口徑晶片，在這種III族氮化物半導體的情況下，得到大口徑例如4英寸口徑以上的大體積結晶，是一件極為困難的事情。為此，在制造使用這類III族氮化物半導體的半導體裝置時，通常使用令該III族氮化物半導體在同自身材料不同的基板上進行外延生長即異質外延生長的晶片。

作為對III族氮化物半導體的外延生長方法，已知有分子束外延法(MBE)和有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)。這其中，MOCVD法由于量產性比MBE法要好，因此適合被使用。在MOCVD法中，于腔內將作為基板的晶片支撐并載置在基座上，令其處于規定溫度，例如1000℃以上的狀態下，然后通入包含構成半導體原材料的元素的有機金屬氣體即原料氣體等。原料氣體在該溫度下，于基板表面上產生反應，從而能夠在基板上形成單晶的優質半導體層。

此時，在高溫下支撐基板的基座將對于生長的半導體層即生長層的特性產生重大影響。對于基座有著如下的要求：

(1)能夠將熱傳導率高的基板維持在一定的溫度；

(2)在半導體中，不含電氣或者光學活性的雜質元素，即在電氣或者光學性方面度對于特性不造成影響；

(3)具有充分的機械強度以及耐熱性等。

為此，一般來說，作為基座的素材，使用熱傳導率高的黑鉛等等。此外，基座上每次進行結晶生長時，都要載置新的基板來進行結晶生長，而基座則在其使用壽命范圍內反復被使用。為此，要求能夠使用同樣的基座，在長時間內充分重現同等特性的半導體層。為此人們提出了具有滿足這些要求的結構的各種基座的方案。

在專利文獻1、2中，記錄了為了提高每次結晶生長的重現性，而在基座上部新增設可替換結構物體的結構。該結構物體在專利文獻1所述的技術中是SiC制造的蓋子，在專利文獻2所述的技術中是薄薄的黑鉛所制造的防止接觸板。在這樣的構造中，其具有可以適當地替換、洗凈這些結構物體的結構。這么一來，就抑制了雜質從基板一側朝基座擴散，并且還抑制了雜質擴散到新載置的其他基板、以及上表面的半導體層上。也就是說，通過這樣的結構，能夠抑制雜質在基板之間的轉引，從而在長時間內良好地重現優質特性的半導體層。

[專利文獻1]日本專利特開平3-69113號公報

[專利文獻2]日本專利特開平6-314655號公報

發明內容

發明需要解決的問題

通過上述的技術，雖然能夠良好地重現優質特性的半導體層，但是實際上在形成于1塊基板上的半導體層上，中心部位同周邊部位的結晶性和膜厚是不同的。也就是說，雖然每次能夠良好地重現生長，但是半導體層即生長層的表面均勻性卻并不是很好。

不僅是MOCVD法，當在控制溫度的基座上載置基板，并且在基板上形成生長層的情況下，使用其他的CVD法等也會產生這樣的狀況。

也就是說，想要在載置于基座上的基板上均勻地形成生長層，這是很困難的事情。

此外，除了基板以外，在腔內壁以及基座等結構物體的表面上，原料氣體會產生反應，因此反應生成物，通常是與半導體層結構類似的多結晶層也會形成于腔內壁、基座和結構物體的表面。雖然反應生成物未必都是雜質，但是若反應生成物變厚，并且剝離的部分附著在基板表面的話，則附著該反應生成物的地方將會阻礙結晶生長，因此構成生長效率下降的原因。還有，若反應生成物變厚，則表面溫度也會因此發生變動，這也將成為導致基板上的半導體層的膜厚以及各種特性發生變化的原因。為此，需要定期替換、清掃腔和基座等，但是以維護容易為優選。

本發明鑒于上述的問題點而制成，其目的是提供一種解決上述問題點的發明。

技術方案

本發明為解決上述問題，構成為如下的結構。