DE102014201554A1

DE102014201554A1 - Dampfphasenepitaxievorrichtung und Dampfphasenepitaxieverfahren

Info

Publication number: DE102014201554A1
Application number: DE102014201554.5A
Authority: DE
Inventors: Takumi Yamada; Yuusuke Sato
Original assignee: Nuflare Technology Inc
Current assignee: Nuflare Technology Inc
Priority date: 2013-01-30
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2014-07-31
Also published as: CN103966574B; CN103966574A; TW201430166A; KR101610638B1; JP6134522B2; US20140209015A1; TWI494469B; US9624603B2; KR20140098000A; JP2014146767A

Abstract

Eine Dampfphasenepitaxievorrichtung einer Ausführungsform weist auf: eine Schauerplatte in einem oberen Abschnitt der Reaktionskammer, wobei die Schauerplatte erste laterale Gasströmungsdurchgänge in einer ersten horizontalen Ebene aufweist, erste longitudinale Gasströmungsdurchgänge mit den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen verbunden sind, wobei sich die ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge in der Längsrichtung erstrecken, jeder der ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge eine erste Gasausgabeöffnung aufweist, wobei die Schauerplatte zweite laterale Gasströmungsdurchgänge in einer zweiten horizontalen Ebene oberhalb der ersten horizontalen Ebene aufweist, wobei die zweite longitudinale Gasströmungsdurchgänge mit den zweiten lateralen Gasströmungsdurchgängen verbunden sind, die zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge sich in der Längsrichtung zwischen den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen hindurch erstrecken, wobei jeder der zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge eine zweite Gasausgabeöffnung aufweist, und eine Unterstützungseinheit, die unterhalb der Schauerplatte vorgesehen ist.

Description

Querreferenz auf eine verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nummer 2013-016015 , eingereicht am 30. Januar 2013, wobei die gesamten Inhalte derselben hierin durch Bezugnahme einbegriffen sind.
Gebiet der Erfindung
Ausführungsformen, die hierin beschrieben sind, betreffen im Wesentlichen eine Dampfphasenepitaxievorrichtung und ein Dampfphasenepitaxieverfahren, bei denen ein Gas zum Durchführen einer Filmausbildung zugeführt wird.
Hintergrund der Erfindung
Als ein Verfahren zum Ausbilden eines dicken Halbleiterfilms hoher Qualität ist eine epitaktische Wachstumstechnik zum Züchten eines Einkristallfilms auf einem Substrat, wie beispielsweise einem Wafer, durch Dampfphasenepitaxie bekannt. In einer Dampfphasenepitaxievorrichtung, welche die epitaktische Wachstumstechnik anwendet, wird ein Wafer auf einer Unterstützungseinheit in einer Reaktionskammer platziert, die auf einem normalen Druck oder einem verringerten Druck gehalten wird. Wenn der Wafer erhitzt ist, wird ein Prozessgas, wie beispielsweise ein Ausgangsgas (source gas), das ein Rohmaterial ist, das bei der Filmausbildung verwendet wird, etwa von einer Schauerplatte, die in einem oberen Abschnitt der Reaktionskammer vorgesehen ist, einer Oberfläche des Wafers zugeführt. Eine thermische Reaktion des Ausgangsgases tritt an der Waferoberfläche auf, und ein epitaktischer Einkristallfilm wird auf der Waferoberfläche ausgebildet. Neuerdings hat als ein Material für eine Lichtemittereinrichtung und eine Leistungseinrichtung eine auf GaN (Galliumnitrid) basierende Halbleitereinrichtung Aufmerksamkeit erregt. Als ein Beispiel einer epitaktischen Wachstumstechnik zum Filmausbilden eines GaN-basierten Halbleiters wird ein Dampfphasenepitaxieverfahren des organischen Metalls (MOCVD-Verfahren) angewendet. In dem Dampfphasenepitaxieverfahren des organischen Metalls wird ein organisches Metall, wie etwa Trimethylgallium (TMG), Trimethylindium (TMI) und Trimethylaluminium (TMA), Ammoniak (MH₃) oder dergleichen als Ausgangsgas verwendet. Wasserstoff oder dergleichen kann als Trennungsgas zum Unterdrücken einer Reaktion zwischen den Ausgangsgasen verwendet werden.
Bei der epitaktischen Wachstumstechnik und im Besonderen bei dem MOCVD-Verfahren ist es zur Ausbildung eines gleichförmigen Films auf einer Waferoberfläche wichtig, das Ausgangsgas, das Trennungsgas und so weiter geeignet zu mischen, um das gemischte Gas in einem gleichförmig gerichteten Zustand zur Waferoberfläche zuzuführen. Die JP-2001-81569 A beschreibt ein Verfahren, in dem, um verschiedene Gase geeignet zu mischen, Ausgangsgase in verschiedenen Gasdiffusionskammern getrennt werden, bis die Ausgangsgase in eine Reaktionskammer eingebracht werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Dampfphasenepitaxievorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist auf: eine Reaktionskammer; eine Schauerplatte, die in einem oberen Abschnitt der Reaktionskammer angeordnet ist, wobei die Schauerplatte erste laterale Gasströmungsdurchgänge, die in einer ersten horizontalen Ebene angeordnet sind und sich parallel zueinander erstrecken, erste longitudinale Gasströmungsdurchgänge aufweist, die mit den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen verbunden sind, wobei die ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge sich in einer Längsrichtung erstrecken, jeder der ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge eine erste Gasausgabeöffnung aufweist, die auf der Seite der Reaktionskammer vorgesehen ist, die Schauerplatte zweite laterale Gasströmungsdurchgänge aufweist, die in einer zweiten horizontalen Ebene oberhalb der ersten horizontalen Ebene angeordnet sind und sich parallel zueinander in derselben Richtung wie die ersten lateralen Gasströmungsdurchgänge erstrecken, wobei zweite longitudinale Gasströmungsdurchgänge mit den zweiten lateralen Gasströmungsdurchgängen verbunden sind, die zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge sich in der Längsrichtung zwischen den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen hindurch erstrecken, wobei jede der zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge eine zweite Gaseinbringöffnung aufweist, die auf der Seite der Reaktionskammer vorgesehen ist, wobei die Schauerplatte aufgebaut ist, um Gas in die Reaktionskammer einzubringen; und eine Unterstützungseinheit, die unterhalb der Schauerplatte in der Reaktionskammer vorgesehen ist, wobei die Unterstützungseinheit ausgelegt ist, um darauf ein Substrat anzuordnen.
Ein Dampfphasenepitaxieverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung verwendet eine Dampfphasenepitaxievorrichtung, welche aufweist: eine Reaktionskammer, eine Schauerplatte, die in einem oberen Abschnitt der Reaktionskammer angeordnet ist, wobei die Schauerplatte erste laterale Gasströmungsdurchgänge, die in einer ersten horizontalen Ebene angeordnet sind und sich parallel zueinander erstrecken, erste longitudinale Gasströmungsdurchgänge aufweist, die mit den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen verbunden sind, wobei die ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge sich in einer Längsrichtung erstrecken, jede der ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge eine erste Gaseinbringöffnung aufweist, die auf der Seite der Reaktionskammer vorgesehen ist, wobei die Schauerplatte zweite laterale Gasströmungsdurchgänge aufweist, die in einer zweiten horizontalen Ebene oberhalb der ersten horizontalen Ebene angeordnet sind und sich parallel zueinander in derselben Richtung wie die ersten lateralen Gasströmungsdurchgänge erstrecken, wobei zweite longitudinale Gasströmungsdurchgänge mit den zweiten lateralen Gasströmungsdurchgängen verbunden sind, die zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge sich in der Längsrichtung zwischen den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen hindurch erstrecken, wobei jeder der zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge eine zweite Gaseinbringöffnung aufweist, die auf der Seite der Reaktionskammer vorgesehen ist, wobei die Schauerplatte aufgebaut ist, um Gas in die Reaktionskammer einzubringen, und eine Unterstützungseinheit, die unterhalb der Schauerplatte in der Reaktionskammer vorgesehen ist, wobei die Unterstützungseinheit ausgelegt ist, um darauf ein Substrat anzuordnen, wobei das Verfahren aufweist: Anordnen eines Substrats auf der Unterstützungseinheit; Heizen des Substrats; Ausgeben eines Prozessgases durch die ersten und zweiten Gasausgabeöffnungen; und Ausbilden eines Halbleiterfilms auf einer Oberfläche des Substrats.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Dampfphasenepitaxievorrichtung einer ersten Ausführungsform;
2 ist eine schematische Draufsicht auf eine Schauerplatte der ersten Ausführungsform;
3 ist eine A-A Querschnittsansicht der Schauerplatte der 2;
die 4A, 4B und 4C sind entsprechend B-B, C-C und D-D Querschnittsansichten der Schauerplatte der 2;
5 ist eine schematische Draufsicht auf eine Schauerplatte einer zweiten Ausführungsform;
6 ist eine E-E Querschnittsansicht der Schauerplatte der 5;
7 ist eine schematische Draufsicht auf eine Schauerplatte einer dritten Ausführungsform;
8 ist eine F-F Querschnittsansicht der Schauerplatte der 7; und
9 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Effekts der Schauerplatte der dritten Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
In dieser Spezifikation wird in einem Zustand, in dem eine Dampfphasenepitaxievorrichtung installiert ist, sodass eine Filmausbildung durchgeführt werden kann, eine Schwerkraftrichtung als „unterhalb” oder „tiefer” definiert, und die entgegengesetzte Richtung wird als „oberhalb” oder „oben” definiert. Folglich meint ein „unterer Abschnitt” eine Position in der Schwerkraftrichtung bezüglich eines Bezugspunktes, und „unterhalb” oder „tiefer” meinen entlang der Schwerkraftrichtung bezüglich des Bezugspunkts. Ein „oberer Abschnitt” bedeutet eine Position in einer Richtung entgegengesetzt zur Schwerkraftrichtung bezüglich des Bezugspunktes, und „oberhalb” oder „oben” meinen entlang der entgegengesetzte Richtung bezüglich der Schwerkraftrichtung relativ zu dem Bezugspunkt. Eine „Längsrichtung” ist die Schwerkraftrichtung.
In dieser Spezifikation bedeutet eine „horizontale Ebene” eine Ebene, die bezüglich der Schwerkraftrichtung vertikal verläuft.
In dieser Spezifikation ist ein „Prozessgas” ein allgemeiner Begriff für Gase, die zur Filmausbildung auf einem Substrat verwendet werden, und eines Konzepts, das beispielsweise ein Ausgangsgas, ein Trägergas und ein Trennungsgas enthält.
<Erste Ausführungsform>
Eine Dampfphasenepitaxievorrichtung dieser Ausführungsform weist eine Reaktionskammer, eine Schauerplatte, die in einem oberen Abschnitt der Reaktionskammer vorgesehen ist und aufgebaut ist, um ein Gas in die Reaktionskammer einzubringen, und eine Unterstützungseinheit auf, die unterhalb der Schauerplatte in der Reaktionskammer vorgesehen ist und imstande ist, ein Substrat darauf zu tragen. Die Schauerplatte weist erste laterale Gasströmungsdurchgänge, die in einer horizontalen Ebene angeordnet sind und sich parallel zueinander erstrecken, erste longitudinale Gasströmungsdurchgänge auf, die mit den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen verbunden sind, wobei die ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge sich in einer Längsrichtung erstrecken, jeder der ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge eine erste Gasausgabeöffnung, die auf der Seite der Reaktionskammer vorgesehen ist, aufweist. Und die Schauerplatte weist zweite laterale Gasströmungsdurchgänge auf, die in einer zweiten horizontalen Ebene oberhalb der ersten horizontalen Ebene angeordnet sind und sich parallel zueinander in derselben Richtung wie die ersten lateralen Gasströmungsdurchgänge erstrecken, wobei zweite longitudinale Gasströmungsdurchgänge mit den zweiten lateralen Gasströmungsdurchgängen verbunden sind, die zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge sich in der Längsrichtung zwischen den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen hindurch erstrecken, wobei jede der zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge eine zweite Gasausgabeöffnung aufweist, die auf der Seite der Reaktionskammer vorgesehen ist.
Die Dampfphasenepitaxievorrichtung dieser Ausführungsform weist den obigen Aufbau auf, wodurch ein Abstand der Gasausgabeöffnungen, welche ein Prozessgas in die Reaktionskammer ausstoßen, verringert ist und die Anordnungsdichte der Gasausgabeöffnungen erhöht werden kann. Gleichzeitig ist der Fluidwiderstand des Gasströmungsdurchgangs, durch den das Prozessgas die Gasausgabeöffnung erreicht, verringert, wodurch die Strömungsratenverteilung eines Gases, das aus der Gasausgabeöffnung ausgegeben wird, vereinheitlicht werden kann. Folglich kann gemäß der Dampfphasenepitaxievorrichtung dieser Ausführungsform ein Film mit ausgezeichneter Gleichförmigkeit der Filmdicke, Filmqualität und so weiter auf dem Substrat gezüchtet werden.
Im Folgenden wird ein Beispiel, bei dem GaN (Galliumnitrid) epitaktisch gezüchtet wird, unter Verwendung eines MOCVD-Verfahrens (Dampfphasenepitaxieverfahren des organischen Metalls) beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht einer Dampfphasenepitaxievorrichtung dieser Ausführungsform. Die Dampfphasenepitaxievorrichtung dieser Ausführungsform ist eine epitaktische Wachstumsvorrichtung des Einwafertyps.
Wie es in 1 gezeigt ist, weist die epitaktische Wachstumsvorrichtung dieser Ausführungsform eine Reaktionskammer 10 auf, die beispielsweise aus Edelstahl gefertigt ist und ein hohlzylindrischer Körper ist. Die epitaktische Wachstumsvorrichtung weist ferner eine Schauerplatte (oder einen Einbringkopf) 100 auf, der in einem oberen Abschnitt der Reaktionskammer 10 angeordnet ist und aufgebaut ist, um ein Prozessgas in die Reaktionskammer 10 zuzuführen.
Die epitaktische Wachstumsvorrichtung weist ferner eine Unterstützungseinheit 12 auf, die unterhalb der Schauerplatte 100 in der Reaktionskammer 10 vorgesehen ist und imstande ist, einen Halbleiterwafer (Substrat) W darauf zu tragen. Die Unterstützungseinheit 12 ist beispielsweise ein ringförmiger Halter, der eine Öffnung an dessen Zentrum aufweist, oder ein Suszeptor, der aufgebaut ist, um mit im Wesentlichen der gesamten Rückfläche des Halbleiterwafers W in Kontakt zu stehen.
Die epitaktische Wachstumsvorrichtung weist ferner eine sich drehende Drehkörpereinheit 14, an der die Unterstützungseinheit 12 auf der oberen Fläche angeordnet ist, und einen Heizer auf, der eine Heizeinheit 16 ist, welche den Wafer W, der auf der Unterstützungseinheit 12 platziert ist, durch Wärmestrahlung heizt und unterhalb der Unterstützungseinheit 12 vorgesehen ist. In der Drehkörpereinheit 14 ist eine Drehwelle 18 mit einem Drehantriebsmechanismus 20, der unterhalb vorgesehen ist, verbunden. Der Halbleiterwafer W kann mit einer hohen Drehgeschwindigkeit von 300 U/min bis 1000 U/min durch den Drehantriebsmechanismus 20 um das Zentrum gedreht werden.
Die zylindrische Drehkörpereinheit 14 weist vorzugsweise einen Durchmesser auf, der im Wesentlichen gleich einem Außenumfangsdurchmesser der Unterstützungseinheit 12 ist. Die zylindrische Drehwelle 18 ist mit einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) verbunden, die zum Evakuieren des Innenbereichs der hohlen Drehkörpereinheit 14 verwendet wird. Es kann ein Aufbau angewendet werden, in dem der Halbleiterwafer W durch Ansaugen durch die Vakuumpumpe auf die Unterstützungseinheit 12 mittels Vakuum angesaugt wird. Die Drehwelle 18 ist in einem Bodenabschnitt der Reaktionskammer 10 über ein Vakuumdichtungselement drehbar vorgesehen.
Die Heizeinheit 16 ist vorgesehen, um auf einer Unterstützungsbasis 24, die an einer Unterstützungswelle 22 fixiert ist, welche durch den Innenbereich der Drehwelle 18 tritt, fixiert zu sein. Die Unterstützungsbasis 24 weist beispielsweise einen Push-Up-Pin (nicht gezeigt) auf, der zum Anbringen und Demontieren des Halbleiterwafers W auf und von dem ringförmigen Halter 18 verwendet wird.
Die Reaktionskammer 10 weist in dessen Bodenabschnitt eine Abgaseinheit 26 auf, die ein Reaktionsprodukt, das nach der Reaktion des Ausgangsgases auf einer Oberfläche des Halbleiterwafers W erzeugt wird, und so weiter und ein Restgas in der Reaktionskammer 10 bezüglich der Reaktionskammer 10 nach Außen abführt. Die Abgaseinheit 26 ist mit der Vakuumpumpe (nicht gezeigt) verbunden.
Die epitaktische Wachstumsvorrichtung dieser Ausführungsform weist einen ersten Gaszufuhrdurchgang 31, durch den ein erstes Prozessgas zugeführt wird, einen zweiten Gaszufuhrdurchgang 32, durch den ein zweites Prozessgas zugeführt wird, und einen dritten Gaszufuhrdurchgang 33, durch den ein drittes Prozessgas zugeführt wird, auf.
Wenn beispielsweise ein GaN-Einkristallfilm auf dem Halbleiterwafer W mittels des MOCVD-Verfahrens ausgebildet wird, wird beispielsweise Wasserstoff (H₂) als ein Trennungsgases als das erste Prozessgas zugeführt, wird Ammoniak (NH₃) als ein Ausgangsgas aus Stickstoff (N) als das zweite Prozessgas zugeführt und wird ein Gas als das dritte Prozessgas zugeführt, das durch Verdünnen eines organischen Metalls Trimethylgallium (TMG) als ein Ga-(Gallium)-Ausgangsgas mit Wasserstoff (H₂) als ein Trägergas hergestellt wird.
Wenn das Trennungsgas als das erste Prozessgas aus der ersten Gasausgabeöffnung 111 ausgegeben wird, trennt das Trennungsgas das zweite Prozessgas (hierin Ammoniak), das von einer zweiten Gasausgabeöffnung 112 ausgegeben wird, und das dritte Prozessgas (hierin TMG), das aus einer dritten Gasausgabeöffnung 113 ausgegeben wird. Vorzugsweise wird ein Gas, das eine geringe Reaktivität bezüglich des zweiten Prozessgases und des dritten Prozessgases aufweist, als Trennungsgas verwendet.
In der epitaktischen Wachstumsvorrichtung der Einwaferart, die in 1 gezeigt ist, sind ein Waferauslass und Wafereinlass (nicht gezeigt) zum Einbringen und Herausnehmen des Wafers W und ein Zugangsventil an einem Seitenwandabschnitt der Reaktionskammer 10 vorgesehen. Gemäß diesem Aufbau kann der Halbleiterwafer W mittels eines Handhabungsarms beispielsweise zwischen einer Ladesperrkammer (nicht gezeigt) und der Reaktionskammer 10, die über das Zugangsventil gekoppelt sind, transportiert werden. Ein Handhabungsarm, der beispielsweise aus synthetischem Quarz ausgebildet ist, kann in einen Raum zwischen der Schauerplatte 100 und der Wafer-Unterstützungseinheit 12 eingebracht werden.
Im Folgenden wird die Schauerplatte 100 dieser Ausführungsform im Detail beschrieben. 2 ist eine schematische Draufsicht der Schauerplatte 100 dieser Ausführungsform. 3 ist eine A-A Querschnittsansicht der 2 und die 4A, 4B und 4C sind entsprechend eine B-B Querschnittsansicht, eine C-C Querschnittsansicht und eine D-D Querschnittsansicht der 2.
Die Schauerplatte 100 weist eine Plattenform auf, die beispielsweise eine bestimmte Dicke hat. Die Schauerplatte 100 ist aus einem Metallmaterial, wie beispielsweise Edelstahl oder einer Aluminiumlegierung, ausgebildet.
Die Schauerplatte 100 weist mehrere erste laterale Gasströmungsdurchgänge 101, mehrere zweite laterale Gasströmungsdurchgänge 102 und mehrere dritte laterale Gasströmungsdurchgänge 103 auf. Die mehreren ersten lateralen Gasströmungsdurchgänge 101 sind in einer ersten horizontalen Ebene (P1) angeordnet und erstrecken sich parallel zueinander. Die mehreren zweiten lateralen Gasströmungsdurchgänge 102 sind in einer zweiten horizontalen Ebene (P2) oberhalb der ersten horizontalen Ebene angeordnet und erstrecken sich parallel zueinander. Die mehreren dritten lateralen Gasströmungsdurchgänge 103 sind in einer dritten horizontalen Ebene (P3) oberhalb der ersten horizontalen Ebene und unterhalb der zweiten horizontalen Ebene angeordnet und erstrecken sich parallel zueinander.
Die Schauerplatte 100 weist mehrere erste longitudinale Gasströmungsdurchgänge 121 auf, welche die ersten lateralen Gasströmungsdurchgänge 101 verbinden, sich in der Längsrichtung bzw. longitudinalen Richtung erstrecken und die erste Gasausgabeöffnung 111 aufweisen, die auf der Seite der Reaktionskammer 10 vorgesehen ist. Die Schauerplatte 100 weist ferner mehrere zweite longitudinale Gasströmungsdurchgänge 122 auf, die die zweiten lateralen Gasströmungsdurchgänge 102 verbinden, sich in der Längsrichtung erstrecken und die zweite Gasausgabeöffnung 112, die auf der Seite der Reaktionskammer 10 vorgesehen ist, aufweisen. Der zweite longitudinale Gasströmungsdurchgang 122 tritt zwischen den zwei ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen 101 hindurch. Die Schauerplatte 100 weist ferner mehrere dritte longitudinale Gasströmungsdurchgänge 123 auf, welche mit den dritten lateralen Gasströmungsdurchgängen 103 verbunden sind, sich in der Längsrichtung erstrecken und die dritte Gasausgabeöffnung 113 aufweisen, die auf der Seite der Reaktionskammer 10 vorgesehen ist. Der dritte longitudinale Gasströmungsdurchgang 123 tritt zwischen den zwei ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen 101 hindurch.
Der erste laterale Gasströmungsdurchgang 101, der zweite laterale Gasströmungsdurchgang 102 und der dritte laterale Gasströmungsdurchgang 103 sind laterale Öffnungen, die in der horizontalen Richtung in der plattenförmigen Schauerplatte 100 vorgesehen sind. Der erste longitudinale Gasströmungsdurchgang 121, der zweite longitudinale Gasströmungsdurchgang 122 und der dritte longitudinale Gasströmungsdurchgang 123 sind longitudinale Öffnungen, die in der Schwerkraftrichtung (der Längsrichtung oder der vertikalen Richtung) in der plattenförmigen Schauerplatte 100 ausgebildet sind.
Die Innendurchmesser der ersten, zweite und dritten lateralen Gasströmungsdurchgänge 101, 102 und 103 sind größer als die entsprechenden Innendurchmesser der ersten, zweiten und dritten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge 121, 122 und 123. Die Formen der ersten, zweiten und dritten lateralen Gasströmungsdurchgänge 101, 102 und 103 und der ersten, zweiten und dritten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge 121 sind nicht auf die kreisförmige Form beschränkt, wenngleich diese in den 3, 4A, 4B und 4C jeweils eine kreisförmige Querschnittsform aufweisen, und können von elliptischer Form, rechteckförmiger Form, polygonaler Form oder anders sein.
Die Schauerplatte 100 weist ein erstes Anschlussstück 131, das mit einem ersten Gaszufuhrdurchgang 31 verbunden ist und oberhalb der ersten horizontalen Ebene (P1) vorgesehen ist, und einen ersten Verbindungsströmungsdurchgang 141 auf, der das erste Anschlussstück 131 und den ersten lateralen Gasströmungsdurchgang 101 an einem Ende des ersten lateralen Gasströmungsdurchgangs 101 verbindet und sich in der Längsrichtung erstreckt.
Das erste Anschlussstück 131 weist eine Funktion des Verteilens des ersten Prozessgases, das von dem ersten Gaszufuhrdurchgang 31 zugeführt wird, an die mehreren ersten lateralen Gasströmungsdurchgänge 101 durch den ersten Verbindungsströmungsdurchgang 141 auf. Das verteilte erste Prozessgas wird in die Reaktionskammer 10 durch die erste Gasausgabeöffnung 111 der mehreren ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge 121 eingebracht.
Das erste Anschlussstück 131 erstreckt sich in einer Richtung, die senkrecht auf dem ersten lateralen Gasströmungsdurchgang 101 steht und weist beispielsweise eine hohle reckteckförmige feste Form auf. In dieser Ausführungsform kann, wenngleich das erste Anschlussstück 131 an beiden Enden des ersten lateralen Gasströmungsdurchgangs 101 vorgesehen ist, das erste Anschlussstück 131 an irgendeinem der Enden vorgesehen sein.
Die Schauerplatte 100 weist ein zweites Anschlussstück 132, das mit dem zweiten Gaszufuhrdurchgang 32 verbunden ist und oberhalb der ersten horizontalen Ebene (P1) vorgesehen ist, und einen zweiten Verbindungsströmungsdurchgang 142 auf, der das zweite Anschlussstück 132 und den zweiten lateralen Gasströmungsdurchgang 102 an einem Ende des zweiten lateralen Gasströmungsdurchgangs 102 verbindet und sich in der Längsrichtung erstreckt.
Das zweite Anschlussstück 132 weist eine Funktion des Verteilens des zweiten Prozessgases, das von dem zweiten Gaszufuhrdurchgang 32 zugeführt wird, an die mehreren zweiten lateralen Gasströmungsdurchgänge 102 durch den zweiten Verbindungsströmungsdurchgang 142 auf. Das verteilte zweite Prozessgas wird in die Reaktionskammer 10 durch die zweite Gaseinbringöffnung 112 der mehreren zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge 122 eingebracht.
Das zweite Anschlussstück 132 erstreckt sich in einer Richtung senkrecht zum zweiten lateralen Gasströmungsdurchgang 102 und weist beispielsweise eine hohle reckteckförmige feste Gestalt auf. In dieser Ausführungsform kann, wenngleich das erste Anschlussstück 132 an beiden Enden des zweiten lateralen Gasströmungsdurchgangs 102 vorgesehen ist, das zweite Anschlussstück 132 an irgendeinem der Enden vorgesehen sein.
Die Schauerplatte 100 weist ferner ein drittes Anschlussstück 133, das mit dem dritten Gaszufuhrdurchgang 33 verbunden ist und oberhalb der ersten horizontalen Ebene (P1) vorgesehen ist, und einen dritten Strömungsdurchgang 143 auf, der das dritte Anschlussstück 133 und den dritten lateralen Gasströmungsdurchgang 103 an einem Ende des dritten lateralen Gasströmungsdurchgangs 103 verbindet und sich in der vertikalen Richtung erstreckt.
Das dritte Anschlussstück 133 weist eine Funktion des Verteilens des dritten Prozessgases, das von dem dritten Gaszufuhrdurchgang 33 zugeführt wird, an die mehreren dritten lateralen Gasströmungsdurchgänge 103 durch den dritten Verbindungsströmungsdurchgang 143 auf. Das verteilte dritte Prozessgas wird in die Reaktionskammer 10 durch die dritte Gaseinbringöffnung 113 der mehreren dritten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge 123 eingebracht.
Im Allgemeinen ist die Strömungsrate des Prozessgases, das in die Reaktionskammer 10 durch die Gaseinbringöffnung eingebracht wird, die als Zufuhranschluss des Prozessgases in der Schauerplatte vorgesehen ist, vorzugsweise zwischen den Gaseinbringöffnungen mit Blick auf die Sicherstellung der Gleichförmigkeit der Filmausbildung einheitlich bzw. gleichförmig. Gemäß der Schauerplatte 100 dieser Ausführungsform wird das Prozessgas zu den mehreren lateralen Gasströmungsdurchgängen verteilt, um weiter zu den longitudinalen Gasströmungsdurchgängen verteilt zu werden und somit durch die Gaseinbringöffnung ausgegeben zu werden. Gemäß diesem Aufbau ist es möglich, die Gleichförmigkeit der Strömungsrate des Prozessgases, das zwischen den Gaseinbringöffnungen ausgegeben wird, mit einer einfachen Struktur zu verbessern.
Die Dichte der Anordnung der vorgesehenen Gasausgabeöffnungen ist vorzugsweise im Hinblick auf die Ausbildung eines gleichförmigen Films so groß wie möglich. Wie in dieser Ausführungsform liegt bei einem Aufbau, in dem die lateralen zueinander parallelen Gasströmungsdurchgänge vorgesehen sind, wenn die Dichte der Gasausgabeöffnung zu erhöhen ist, eine wechselseitige Beziehung (tradeoff) zwischen der Dichte der Anordnung der Gasausgabeöffnungen und einem Innendurchmesser des lateralen Gasströmungsdurchgangs auf.
Indem sich der Innendurchmesser des lateralen Gasströmungsdurchgangs verringert, erhöht sich somit der Fluidwiderstand des lateralen Gasströmungsdurchgangs, und die Strömungsratenverteilung der Strömungsrate des Prozessgases, das durch die Gasausgabeöffnung ausgegeben wird, vergrößert sich in der Erstreckungsrichtung des lateralen Gasströmungsdurchgangs, sodass die Gleichförmigkeit der Strömungsrate des Prozessgases, das zwischen den Gasausgabeöffnungen ausgegeben wird, verschlechtert sein kann.
Gemäß dieser Ausführungsform wird eine hierarchische Struktur bereitgestellt, bei welcher der erste laterale Gasströmungsdurchgang 101, der zweite laterale Gasströmungsdurchgang 102 und der dritte laterale Gasströmungsdurchgang 103 in verschiedenen horizontalen Ebenen vorgesehen sind. Gemäß dieser Struktur wird ein Spielraum bezüglich der Vergrößerung des Innendurchmessers des lateralen Gasströmungsdurchgangs erhöht. Folglich, während die Dichte der Gasausgabeöffnung erhöht wird, wird eine Vergrößerung der Strömungsratenverteilung aufgrund des Innendurchmessers des lateralen Gasströmungsdurchgangs unterdrückt. Somit wird als Folge davon die Strömungsratenverteilung des Prozessgases, das in die Reaktionskammer 10 ausgegeben wird, vergleichmäßigt, und die Gleichförmigkeit der Filmausbildung kann verbessert werden.
Als nächstes wird ein Dampfphasenepitaxieverfahren dieser Ausführungsform beschrieben, wobei als Beispiel ein Fall genommen wird, in dem GaN epitaktisch gezüchtet wird.
Das Dampfphasenepitaxieverfahren dieser Ausführungsform wird unter Verwendung der epitaktischen Wachstumsvorrichtung der Einwaferart, die in 1 gezeigt ist, ausgeführt.
Zunächst wird der Halbleiterwafer W auf der Unterstützungseinheit 12 in der Reaktionskammer 10 platziert. Beispielsweise wird das Zugangsventil (nicht gezeigt) des Waferauslasses und Wafereinlasses der Reaktionskammer 10 geöffnet, und der Halbleiterwafer W in der Ladeverriegelungskammer wird in die Reaktionskammer 10 durch den Handhabungsarm transportiert. Der Halbleiterwafer W wird anschließend beispielsweise durch den Push-Up-Pin (nicht gezeigt) auf der Unterstützungseinheit 12 platziert. Der Handhabungsarm wird zur Ladeverriegelungskammer zurückgebracht, und das Zugangsventil wird geschlossen.
Anschließend wird die Vakuumpumpe (nicht gezeigt) aktiviert, um das Gas in der Reaktionskammer 10 durch die Abgaseinheit 26 abzugeben, um den Grad des Vakuums auf einen bestimmten Wert festzulegen. Der Halbleiterwafer W, der in der Unterstützungseinheit 12 platziert ist, wird durch die Heizeinheit 16 auf die vorbestimmte Temperatur vorgeheizt. Die Heizausgabe der Heizeinheit 16 wird erhöht, um die Temperatur des Halbleiterwafers W auf eine Temperatur zum epitaktischen Züchten anzuheben.
Anschließend wird die Abgabe durch die Vakuumpumpe weitergeführt, und zur selben Zeit, während die Drehkörpereinheit 14 mit einer erforderlichen Geschwindigkeit gedreht wird, werden die bestimmten ersten bis dritten Prozessgase durch die ersten bis dritten Gasausgabeöffnungen 111, 112 und 113 ausgegeben. Das erste Prozessgas wird durch den ersten Gaszufuhreingang 31 zugeführt und in die Reaktionskammer 10 durch die erste Gasausgabeöffnung 111 über das erste Anschlussstück 131, den ersten Verbindungsströmungsdurchgang 141, den ersten lateralen Gasströmungsdurchgang 101 und den ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgang 121 ausgegeben. Das zweite Prozessgas wird durch den zweiten Gaszufuhrdurchgang 32 zugeführt und in die Reaktionskammer 10 durch die zweite Gasausgabeöffnung 2 über das zweite Anschlussstück 132, den zweiten Verbindungsströmungsdurchgang 142, den zweiten lateralen Gasströmungsdurchgang 102 und den zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgang 122 zugeführt. Das dritte Prozessgas wird durch den dritten Gaszufuhrdurchgang 33 zugeführt und in die Reaktionskammer 10 durch die dritte Gasausgabeöffnung 113 über das dritte Anschlussstück 133, den dritten Verbindungsströmungsdurchgang 143, den dritten lateralen Gasströmungsdurchgang 103 und den dritten longitudinalen Gasströmungsdurchgang 123 zugeführt.
Wenn GaN auf dem Halbleiterwafer W gezüchtet wird, ist beispielsweise das erste Prozessgas als Trennungsgas Wasserstoff, ist das zweite Prozessgas Ammoniak als das Ausgangsgas von Stickstoff und ist das dritte Prozessgas TMG als das Ausgangsgas von Gallium, das mit Wasserstoff als das Trägergas verdünnt ist.
Die ersten bis dritten Prozessgase, die durch die ersten bis dritten Gasausgabeöffnungen 111, 112 und 113 ausgegeben werden, werden geeignet gemischt, um in einem gleichförmig gerichteten Zustand auf den Halbleiterwafer W zugeführt zu werden, wodurch ein Einkristallfilm von GaN (Galliumnitrid) auf der Oberfläche des Halbleiterwafers W durch epitaktisches Wachstum ausgebildet wird.
Wenn das epitaktische Wachstum abgeschlossen ist, wird die Ausgabe des ersten bis dritten Prozessgases durch die ersten bis dritten Gasausgabeöffnungen 111, 112 und 113 gestoppt, die Zufuhr des Prozessgases auf den Halbleiterwafer W wird unterbrochen und das Wachstum des Einkristallfilms ist abgeschlossen.
Nach der Filmausbildung wird eine Verringerung der Temperatur des Halbleiterwafers W begonnen. Beispielsweise wird die Drehung der Drehkörpereinheit 14 gestoppt, und während der Halbleiterwafer W, der mit dem Einkristallfilm ausgebildet ist, auf der Unterstützungseinheit 12 verbleibt, wird die Heizausgabe der Heizeinheit 16 initialisiert, und die Temperatur des Halbleiterwafers W wird auf die verringerte Temperatur des Vorheizens eingestellt.
Als nächstes wird, nachdem die Temperatur des Halbleiterwafers W auf der bestimmten Temperatur stabilisiert ist, der Halbleiterwafer W von der Unterstützungseinheit 12 beispielsweise durch den Push-Up-Pin abgenommen. Anschließend wird das Zugangsventil abermals zum Einbringen des Handhabungsarms zwischen die Schauerplatte 100 und die Unterstützungseinheit 12 geöffnet, und somit zum Anordnen des Halbleiterwafers W an dem Handhabungsarm. Der Handhabungsarm, auf dem der Halbleiterwafer W platziert ist, wird zur Ladeverriegelungskammer zurückgebracht.
Die Einfilmausbildung auf dem Halbleiterwafer W wird wie oben beschrieben abgeschlossen, und beispielsweise kann die Filmausbildung danach auf einem weiteren Halbleiterwafer W gemäß demselben Prozessablauf, wie es oben beschrieben ist, ausgeführt werden.
Bei dem Dampfphasenwachstumsverfahren dieser Ausführungsform wird aufgrund der Verwendung der epitaktischen Wachstumsvorrichtung, die in 1 gezeigt ist, die Strömung des Prozessgases vergleichmäßigt und stabilisiert, und ein Film, der eine ausgezeichnet gleichförmige Filmdicke, eine ausgezeichnete Filmqualität und so weiter aufweist, kann auf einem Substrat ausgebildet werden.
<Zweite Ausführungsform>
Eine Dampfphasenepitaxievorrichtung dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass ein Innendurchmesser eines zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgangs eines Schauerkopfs größer als ein Innendurchmesser eines ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgangs ist, ein Abstand zwischen benachbarten zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgängen kleiner als ein Abstand zwischen benachbarten ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgängen ist, und ein Innendurchmesser eines zweiten lateralen Gasströmungsdurchgangs größer als ein Innendurchmesser eines ersten lateralen Gasströmungsdurchgangs ist. Die Dampfphasenepitaxievorrichtung dieser Ausführungsform weist einen ersten Gaszufuhrdurchgang, durch den ein erstes Prozessgas zugeführt wird, und einen zweiten Gaszufuhrdurchgang auf, durch den ein zweites Prozessgas, das eine kinematische Viskosität aufweist, die kleiner als die des ersten Prozessgases ist, zugeführt wird. Der erste Gaszufuhrdurchgang ist mit dem ersten lateralen Gasströmungsdurchgang verbunden, und der zweite Gaszufuhrdurchgang ist mit dem zweiten lateralen Gasströmungsdurchgang verbunden. Im Folgenden wird die Beschreibung von Inhalten, die sich mit denen der ersten Ausführungsform überlappen, ausgelassen.
Gemäß dieser Ausführungsform wird eine Strömungsgeschwindigkeit während der Ausgabe des Prozessgases, das eine geringe kinematische Viskosität aufweist, unterdrückt, wodurch die Turbulenz des Prozessgases, das eine hohe kinematische Viskosität aufweist und durch Gasausgabeöffnungen, die zueinander benachbart sind, ausgegeben wird, unterdrückt werden kann. Somit werden die Richtungseigenschaften (straightening properties) des Prozessgasstroms verbessert, sodass die Filmausbildung mit einer hohen Gleichförmigkeit bezüglich der Filmdicke und Filmqualität realisiert werden kann.
5 ist eine schematische Draufsicht einer Schauerplatte dieser Ausführungsform. 6 ist eine E-E-Querschnittsansicht der 5.
Wie in der ersten Ausführungsform weist eine Schauerplatte 200 mehrere erste laterale Gasströmungsdurchgänge 101, mehrere zweite laterale Gasströmungsdurchgänge 102 und mehrere dritte laterale Gasströmungsdurchgänge 103 auf. Die mehreren ersten lateralen Gasströmungsdurchgänge 101 sind in einer horizontalen Ebene (P1) angeordnet und erstrecken sich parallel zueinander. Die mehreren zweiten lateralen Gasströmungsdurchgänge 102 sind in einer zweiten horizontalen Ebene (P2) oberhalb der ersten horizontalen Ebene angeordnet und erstrecken sich parallel zueinander. Die mehreren dritten lateralen Gasströmungsdurchgänge 103 sind in einer dritten horizontalen Ebene (P3) oberhalb der ersten horizontalen Ebene und unterhalb der zweiten horizontalen Ebene angeordnet und erstrecken sich parallel zueinander.
Die Schauerplatte 200 weist mehrere erste longitudinale Gasströmungsdurchgänge 121 auf, welche die ersten lateralen Gasströmungsdurchgänge 101 verbinden, die sich in der Längsrichtung erstrecken, und weisen eine erste Gasausgabeöffnung 111 auf, die auf der Seite der Reaktionskammer 10 vorgesehen ist. Die Schauerplatte 100 weist ferner mehrere zweite longitudinale Gasströmungsdurchgänge 122 auf, welche die zweiten lateralen Gasströmungsdurchgänge 102 verbinden, sich in der Längsrichtung erstrecken und eine zweite Gasausgabeöffnung 112 aufweisen, die auf der Seite der Reaktionskammer 10 vorgesehen ist. Der zweite longitudinale Gasströmungsdurchgang 122 tritt zwischen den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen 101 hindurch. Die Schauerplatte 200 weist ferner mehrere dritte longitudinale Gasströmungsdurchgänge 123 auf, welche mit den dritten lateralen Gasströmungsdurchgängen 103 verbunden sind, sich in der Längsrichtung erstrecken und eine dritte Gasausgabeöffnung 113 aufweisen, die auf der Seite der Reaktionskammer 10 vorgesehen ist. Der dritte longitudinale Gasströmungsdurchgang 123 tritt zwischen den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen 101 hindurch.
Ein Innendurchmesser des zweiten lateralen Strömungsdurchgangs 102 ist größer als ein Innendurchmesser des ersten lateralen Gasströmungsdurchgangs 101. Ein Innendurchmesser des dritten lateralen Gasströmungsdurchgangs 103 ist beispielsweise gleich dem Innendurchmesser des ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgangs 101. Der Innendurchmesser des ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgangs 101 ist gleich einem Durchmesser der ersten Gasausgabeöffnung 111, der Innendurchmesser des zweiten lateralen Gasströmungsdurchgangs 102 ist gleich einem Durchmesser der zweiten Gasausgabeöffnung 112 und der Innendurchmesser des dritten longitudinalen Gasströmungsdurchgangs 103 ist gleich einem Durchmesser der dritten Gasausgabeöffnung 113.
Ein Abstand zwischen den Zentren benachbarter zweiter longitudinaler Gasströmungsdurchgänge 122 ist kleiner als ein Abstand zwischen den Zentren benachbarter erster longitudinaler Gasströmungsdurchgänge 121. Mit anderen Worten ist der Abstand zwischen den Zentren der zweiten Gasausgabeöffnungen 112 kleiner als der Abstand zwischen den Zentren der ersten Gasausgabeöffnungen 111. Ein Abstand zwischen den Zentren benachbarter longitudinaler Gasströmungsdurchgänge 123 ist beispielsweise gleich dem Abstand zwischen den Zentren benachbarter erster longitudinaler Gasströmungsdurchgänge 121. Das heißt, ein Abstand zwischen den Zentren der dritten Gasausgabeöffnungen 113 ist gleich dem Abstand zwischen den Zentren der ersten Gasausgabeöffnungen.
Der Innendurchmesser des zweiten lateralen Gasströmungsdurchgangs 102 ist größer als der Innendurchmesser des ersten lateralen Gasströmungsdurchgangs 101.
Die epitaktische Wachstumsvorrichtung dieser Ausführungsform weist einen ersten Gaszufuhrdurchgang 31, durch den ein erstes Prozessgas zugeführt wird, einen zweiten Gaszufuhrdurchgang 32, durch den ein zweites Prozessgas zugeführt wird, und einen dritten Gaszufuhrdurchgang 33, durch den ein drittes Prozessgas zugeführt wird, auf, wie bei der epitaktischen Wachstumsvorrichtung der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist.
Die kinematische Viskosität des zweiten Prozessgases ist niedriger als die des ersten Prozessgases. Die kinematische Viskosität des dritten Prozessgases ist beispielsweise äquivalent zur kinematischen Viskosität des ersten Prozessgases. Das heißt, die kinematische Viskosität des dritten Prozessgases ist größer als die kinematische Viskosität des zweiten Prozessgases.
Die kinematische Viskosität (ν) ist ein Wert, der durch Dividieren der absoluten Viskosität (μ) eines Fluids durch die Dichte (ρ) erhalten wird und wird durch ν = μ/ρ dargestellt.
Die kinematische Viskosität ist ein Index, der Qualitativ die Schwierigkeit bei der Bewegung des Fluids selbst zeigt, und indem die kinematische Viskosität klein wird, bewegt sich das Fluid einfacher.
Wenn ein GaN-Einkristallfilm auf dem Halbleiterwafer W durch das MOCVD-Verfahren ausgebildet wird, wird beispielsweise Wasserstoff (H₂) als Trennungsgas als erstes Prozessgas zugeführt, wird Ammoniak (NH₃) als ein Ausgangsgas von Stickstoff (N) als das zweite Prozessgas zugeführt und wird ein Gas, das durch Verdünnen von Trimethylgallium (TMG) hergestellt wird, als ein Ga-Ausgangsgas (Gallium) mit Wasserstoff (H₂) als Trägergas als das dritte Prozessgas zugeführt.
In dem obigen Fall weist Ammoniak (NH₃) als das zweite Prozessgas eine kinematische Viskosität auf, die kleiner als die von Wasserstoff (H₂) als das erste Prozessgas ist.
Bei der Filmausbildung von GaN, wird Ammoniak (NH₃) als das zweite Prozessgas durch die zweite Gasausgabeöffnung 112 ausgegeben, und Wasserstoff (H₂) als das erste Prozessgas wird durch die erste Gasausgabeöffnung 111 ausgegeben. Zu der Zeit, wenn die Ausgabegeschwindigkeit von Ammoniak, die eine kinematische Viskosität aufweist, welcher kleiner als die von Wasserstoff ist, größer als die Ausgabegeschwindigkeit von Wasserstoff ist, das eine größere kinematische Viskosität aufweist, wird der dynamische Druck von Ammoniak groß, und ein turbulenter Fluss wird aufgrund der Anziehung bzw. Wechselwirkung von Wasserstoff erzeugt, sodass die Strömung des Prozessgases verschlechtert sein kann.
Die folgende Beziehung wurde zwischen dem Gesamtdruck (P₀), dem statischen Druck (P), der Geschwindigkeit (v) eines Fluids und der Dichte (ρ) des Fluids ermittelt: P + 0,5ρv² = P₀
Hier ist 0,5ρv ein dynamischer Druck. Ein sogenannter Venturieffekt tritt auf, sodass, je größer die Geschwindigkeit v des Fluids ist, desto größer der dynamische Druck ist, und der statische Druck (P) verringert ist. Beispielsweise, wenn die Strömungsgeschwindigkeit von Ammoniak größer als die Strömungsgeschwindigkeit von Wasserstoff des Trennungsgases ist, ist der statische Druck in der Nähe der Gasausgabeöffnung, durch die Ammoniak ausgegeben wird, verringert, und Wasserstoff wird angezogen, wodurch ein Auftreten von turbulenter Strömung vereinfacht wird.
In dieser Ausführungsform ist in dem zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgang 122, durch den das zweite Prozessgas, das eine geringe kinematische Viskosität und eine einfach erhöhte Strömungsgeschwindigkeit aufweist, strömt, der Innendurchmesser des zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgangs 122 erhöht, und ferner ist der Abstand zur Vergrößerung der Anzahl verschmälert. Gemäß diesem Aufbau ist die Ausgabegeschwindigkeit des zweiten Prozessgases, das eine geringe kinematische Viskosität aufweist, das heißt Ammoniak in dieser Ausführungsform, verringert. Folglich wird eine Differenz zwischen der Ausgabegeschwindigkeit des ersten Prozessgases, das eine hohe kinematische Viskosität aufweist, das heißt Wasserstoff in dieser Ausführungsform, klein, und eine turbulente Strömung kann unterdrückt werden.
Genauer gesagt ist der Innendurchmesser des zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgangs 122 erhöht, und ferner ist der Abstand zur Erhöhung der Anzahl verschmälert, wodurch der Fluidwiderstand des zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgangs 122 verringert ist. Somit wird die Verteilung der Gasströmungsrate in der Erstreckungsrichtung des zweiten lateralen Gasströmungsdurchgangs 102 groß, und die Gleichförmigkeit der Filmausbildung kann verringert sein.
In dieser Ausführungsform wird ein Aufbau angewendet, in dem der zweite laterale Gasströmungsdurchgang 102 oberhalb des ersten lateralen Gasströmungsdurchgangs 101 vorgesehen ist, wodurch die Länge des zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgangs 122 größer als die Länge des ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgangs 121 vorgesehen ist, und der Fluidwiderstand ist relativ erhöht. Die Verteilung der Gasströmungsrate in der Erstreckungsrichtung des zweiten lateralen Gasströmungsdurchgangs 102 kann durch Erhöhen des Fluidwiderstands des zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgangs 122 vergleichmäßigt werden.
In dieser Ausführungsform ist der Innendurchmesser des zweiten lateralen Gasströmungsdurchgangs 102 größer als der Innendurchmesser des ersten lateralen Gasströmungsdurchgangs 101. Der Innendurchmesser des zweiten lateralen Gasströmungsdurchgangs 102 ist erhöht, wodurch der Fluidwiderstand des zweiten lateralen Gasströmungsdurchgangs 102 verringert ist, sodass die Verteilung der Gasströmungsrate in der Erstreckungsrichtung des zweiten lateralen Gasströmungsdurchgangs 102 vergleichmäßigt werden kann.
Wenn der laterale Gasströmungsdurchgang eine hierarchische Struktur aufweist, kann der oberste laterale Gasströmungsdurchgang die stärkste Erhöhung des Spielraums bezüglich der Vergrößerung des Innendurchmessers aufweisen, da der longitudinale Gasströmungsdurchgang in einer anderen Hierarchie nicht durch den obersten lateralen Gasströmungsdurchgang tritt. Somit ist es bei der Struktur, die drei oder mehr Schichten aufweist, wie in dieser Ausführungsform, vorzuziehen, den lateralen Gasströmungsdurchgang, durch den ein Prozessgas, das eine geringe kinematische Viskosität aufweist, strömt, im Hinblick auf die Vergleichmäßigung der Gasströmungsratenverteilung an dem obersten Abschnitt vorzusehen.
Um die Ausgabegeschwindigkeit des zweiten Prozessgases, das eine geringe kinematische Viskosität aufweist, zu unterdrücken, kann ein Aufbau angewendet werden, der eine der folgenden Merkmale anwendet: der Innendurchmesser des zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgangs 122, durch den das zweite Prozessgas, das eine geringe kinematische Viskosität und eine einfach erhöhte Strömungsgeschwindigkeit aufweist, fließt, ist vergrößert; und der Abstand ist zur Erhöhung der Anzahl verschmälert.
Gemäß der Dampfphasenepitaxievorrichtung dieser Ausführungsform wird das Auftreten von turbulenter Strömung in der Nähe der Gasausgabeöffnung unterdrückt, wodurch die Strömung des Prozessgases vergleichmäßigt und stabilisiert wird, und ein Film mit ausgezeichneter Gleichförmigkeit der Filmdicke, Filmqualität und so weiter kann auf einem Substrat ausgebildet werden.
Als nächstes wird ein Dampfphasenepitaxieverfahren dieser Ausführungsform beschrieben. Das Dampfphasenepitaxieverfahren dieser Ausführungsform ist vergleichbar mit dem Dampfphasenepitaxieverfahren der ersten Ausführungsform, mit Ausnahme darin, dass der Innendurchmesser des zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgangs größer als der Innendurchmesser des ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgangs ist, der Innendurchmesser des zweiten lateralen Gasströmungsdurchgangs größer als der Innendurchmesser des ersten lateralen Gasströmungsdurchgangs ist, ein Prozessgas, das eine kinematische Viskosität aufweist, die kleiner als die eines Prozessgases in dem ersten lateralen Gasströmungsdurchgang ist, zum zweiten lateralen Gasströmungsdurchgang zugeführt wird und ein Gas, das eine kinematische Viskosität aufweist, die kleiner als bei einem Gas ist, das durch die erste Gasausgabeöffnung ausgegeben wird, durch die zweite Gasausgabeöffnung ausgegeben wird.
Das Dampfphasenepitaxieverfahren dieser ausführungsform wird unter Verwendung einer epitaktischen Wachstumsvorrichtung des Einwafertyps, welche die Schauerplatte 200, die in 5 gezeigt ist, aufweist, durchgeführt.
Ein Prozessgas, das eine kinematische Viskosität aufweist, die kleiner als die des Prozessgases in dem ersten lateralen Gasströmungsdurchgang 101 ist, wird zum zweiten lateralen Gasströmungsdurchgang 102 zugeführt, und ein Gas, das eine kinematische Viskosität aufweist, die kleiner als bei dem Gas ist, das durch die erste Gasausgabeöffnung ausgegeben wird, wird durch die zweite Gasausgabeöffnung 112 ausgegeben.
Wenn GaN als Film ausgebildet wird, wird Wasserstoff (erstes Prozessgas) als Trennungsgas durch die erste Gasausgabeöffnung 111 ausgegeben, wird Ammoniak (zweites Prozessgas) als ein Ausgangsgas von Wasserstoff, das eine kinematische Viskosität aufweist, die kleiner als die von Wasserstoff ist, durch die zweite Gasausgabeöffnung 112 ausgegeben und wird TMG (drittes Prozessgas) als ein Ausgangsgas von Gallium, das mit Wasserstoff als ein Trägergas verdünnt ist, durch die dritte Gasausgabeöffnung 113 ausgegeben.
Die Prozessgase, die durch die ersten bis dritten Gasausgabeöffnungen 111, 112 und 113 ausgegeben werden, werden geeignet gemischt, um in einem gerichteten Zustand auf den Halbleiterwafer W zugeführt zu werden. Insbesondere wird ein solcher Fall unterdrückt, bei dem die Strömungen von Wasserstoff und Ammoniak, die verschiedene kinematische Viskositäten aufweisen, durch den Venturieffekt zu einer turbulenten Strömung geraten. Folglich wird ein Einkristallfilm aus GaN (Galliumnitrid) auf der Oberfläche des Halbleiterwafers W durch epitaktisches Wachstum ausgebildet, wobei dieser eine gute Gleichförmigkeit aufweist.
Bei dem Dampfphasenepitaxieverfahren dieser Ausführungsform wird eine turbulente Strömung in der Nähe der Gasausgabeöffnung unterdrückt, wodurch die Strömung des Prozessgases vergleichmäßigt und stabilisiert wird, und ein Film mit ausgezeichneter Gleichförmigkeit der Filmdicke, Filmqualität und so weiter kann auf einem Substrat ausgebildet werden.
Eine Dampfphasenepitaxievorrichtung einer Variation dieser ausführungsform weist eine Reaktionskammer, eine Schauerplatte, die in einem oberen Abschnitt der Reaktionskammer vorgesehen ist und aufgebaut ist, um ein Gas in die Reaktionskammer einzubringen, und eine Unterstützungseinheit auf, die unterhalb der Schauerplatte in der Reaktionskammer vorgesehen ist und als Halterung für das Substrat ausgelegt ist. Die Schauerplatte weist mehrere erste laterale Gasströmungsdurchgänge, die in einer horizontalen Ebene angeordnet sind und sich parallel zueinander erstrecken, und mehrere erste longitudinale Gasströmungsdurchgänge auf, welche die ersten lateralen Gasströmungsdurchgänge verbinden, sich in der longitudinalen Richtung erstrecken und eine erste Gasausgabeöffnung aufweisen, die auf der Seite der Reaktionskammer vorgesehen ist. Die Schauerplatte weist ferner mehrere zweite laterale Gasströmungsdurchgänge, die in der horizontalen Ebene angeordnet sind und sich parallel zueinander in derselben Richtung wie die ersten lateralen Gasströmungsdurchgänge erstrecken, und mehrere zweite longitudinale Strömungsdurchgänge auf, welche die zweiten lateralen Gasströmungsdurchgänge verbinden, sich in der Längsrichtung erstrecken und eine zweite Gasausgabeöffnung aufweisen, die auf der Seite der Reaktionskammer vorgesehen ist.
Die Schauerplatte weist ferner einen ersten Gaszufuhrdurchgang, durch den ein erstes Prozessgas zugeführt wird, und einen zweiten Gaszufuhrdurchgang auf, durch den ein zweites Prozessgas, das eine kinematische Viskosität aufweist, die kleiner als die des ersten Prozessgases ist, zugeführt wird. Der erste Gaszufuhrdurchgang ist mit dem ersten lateralen Gasströmungsdurchgang verbunden, und der zweite Gaszufuhrdurchgang ist mit dem zweiten lateralen Gasströmungsdurchgang verbunden. Ein Innendurchmesser des zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgangs ist größer als ein Innendurchmesser des ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgangs, oder ein Abstand zwischen benachbarten zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgängen ist kleiner als ein Abstand zwischen benachbarten ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge.
Diese Variation unterscheidet sich von der obigen Ausführungsform darin, dass die ersten und zweiten lateralen Gasströmungsdurchgänge auf derselben horizontalen Ebene angeordnet sind und keine hierarchische Struktur aufweisen. Auch bei dieser Variation wird das Auftreten der turbulenten Strömung in der Nähe der Gasausgabeöffnung unterdrückt, wodurch die Strömung des Prozessgases vergleichmäßigt und stabilisiert wird, und ein Film mit ausgezeichneter Gleichförmigkeit der Filmdicke, Filmqualität und so weiter auf einem Substrat ausgebildet werden kann.
Es ist im Hinblick auf die Vergleichmäßigung der Strömungsratenverteilung vorzuziehen, dass der Innendurchmesser des zweiten lateralen Gasströmungsdurchgangs größer als der Innendurchmesser des ersten lateralen Gasströmungsdurchgangs ist.
Ferner ist es im Hinblick auf die Vergleichmäßigung der Strömungsratenverteilung vorzuziehen, dass der Innendurchmesser des zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgangs größer als der Innendurchmesser des ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgangs ist, und der Abstand zwischen benachbarten zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgängen kleiner als der Abstand zwischen benachbarten ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge ist.
<Dritte Ausführungsform>
Eine Dampfphasenepitaxievorrichtung dieser Ausführungsform weist einen ersten lateralen Gasströmungsdurchgang (k), in dem die Anzahl der ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge, die damit verbunden sind, k ist (k ist eine Ganzzahl, die nicht kleiner als 1 ist), und einen ersten lateralen Gasströmungsdurchgang (n) auf, bei dem die Anzahl der ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge, die mit diesem verbunden sind, n ist (k < n, n ist eine Ganzzahl, die nicht kleiner als 2 ist), und der Fluidwiderstand eines ersten Verbindungsströmungsdurchgangs, der mit dem ersten lateralen Gasströmungsdurchgang (k) verbunden ist, ist größer als der Fluidwiderstand eines ersten Verbindungsströmungsdurchgangs, der mit dem ersten lateralen Gasströmungsdurchgang (n) verbunden ist. Alternativ weist die Dampfphasenepitaxievorrichtung dieser Ausführungsform einen zweiten lateralen Gasströmungsdurchgang (k), bei dem die Anzahl der zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge, die mit diesem verbunden sind, k ist (k ist eine Ganzzahl, die nicht kleiner als 1 ist), und einen zweiten lateralen Gasströmungsdurchgang (n) auf, bei dem die Anzahl der zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge, die mit diesem verbunden sind, n ist (k < n, n ist eine Ganzzahl, die nicht kleiner als 2 ist), und der Fluidwiderstand eines zweiten Verbindungströmungsdurchgangs, der mit dem zweiten lateralen Gasströmungsdurchgang (k) verbunden ist, ist größer als der Fluidwiderstand eines zweiten Strömungsdurchgangs, der mit dem zweiten lateralen Gasströmungsdurchgang (n) verbunden ist. Mit Ausnahme des obigen Punkts ist die Dampfphasenepitaxievorrichtung der der ersten Ausführungsform. Folglich wird die Beschreibung von Inhalten, welche sich mit denen der ersten Ausführungsform überlappen, teilweise ausgelassen.
Gemäß dieser Ausführungsform wird eine Differenz bezüglich der Strömungsrate von ausgegebenem Gas zwischen den mehreren ersten oder zweiten lateralen Gasströmungsdurchgängen durch Einstellen des Fluidwiderstands des ersten oder zweiten Verbindungsströmungsdurchgangs, durch den das Prozessgas in den ersten oder zweiten lateralen Gasströmungsdurchgang eingebracht wird, unterdrückt. Somit kann die Strömungsratenverteilung des Prozessgases vergleichmäßigt werden, und eine Filmausbildung mit hoher Gleichförmigkeit der Filmdicke, Filmqualität und so weiter kann realisiert werden.
7 ist eine schematische Draufsicht einer Schauerplatte dieser Ausführungsform. 8 ist eine F-F-Querschnittsansicht der 7.
Wie in der ersten Ausführungsform weist die Schauerplatte 300 mehrere erste laterale Gasströmungsdurchgänge 101, mehrere zweite laterale Gasströmungsdurchgänge 102 und mehrere dritte laterale Gasströmungsdurchgänge 103 auf. Die mehreren ersten lateralen Gasströmungsdurchgänge 101 sind in einer ersten horizontalen Ebene (P1) angeordnet und erstrecken sich parallel zueinander. Die mehreren zweiten lateralen Gasströmungsdurchgänge 102 sind in einer zweiten horizontalen Ebene (P2) oberhalb der ersten horizontalen Ebene angeordnet und erstrecken sich parallel zueinander. Die mehreren dritten lateralen Gasströmungsdurchgänge 103 sind in einer dritten horizontalen Ebene (P3) oberhalb der ersten horizontalen Ebene und unterhalb der zweiten horizontalen Ebene angeordnet und erstrecken sich parallel zueinander.
Die Schauerplatte 300 weist mehrere erste longitudinale Gasströmungsdurchgänge 121 auf, die mit den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen 101 verbunden sind, sich in der longitudinalen Richtung erstrecken und eine erste Gasausgabeöffnung 111 aufweisen, die auf der Seite der Reaktionskammer 10 vorgesehen ist. Die Schauerplatte 300 weist ferner mehrere zweite longitudinale Gasströmungsdurchgänge 122 auf, die mit den zweiten lateralen Gasströmungsdurchgängen 102 verbunden sind, sich in der Längsrichtung erstrecken und eine zweite Gasausgabeöffnung 112, die auf der Seite der Reaktionskammer 10 vorgesehen ist, aufweisen. Der zweite longitudinale Gasströmungsdurchgang 122 tritt zwischen den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen 101 hindurch. Die Schauerplatte 300 weist ferner mehrere dritte longitudinale Gasströmungsdurchgänge 123 auf, die mit den dritten lateralen Gasströmungsdurchgängen 103 verbunden sind, sich in der Längsrichtung erstrecken und eine dritte Gasausgabeöffnung 113 aufweisen, die auf der Seite der Reaktionskammer 10 vorgesehen ist. Der dritte longitudinale Gasströmungsdurchgang 123 tritt zwischen den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen 101 hindurch.
Die Schauerplatte 300 weist einen ersten lateralen Gasströmungsdurchgang (3) 101a, bei dem die Anzahl der ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge, die mit diesem verbunden sind, drei ist, und einen ersten lateralen Gasströmungsdurchgang (7) 101b auf, bei dem die Anzahl der ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge, die mit diesem Verbunden sind sieben ist. Der Fluidwiderstand eines ersten Verbindungsströmungsdurchgangs 141a, der mit dem ersten lateralen Gasströmungsdurchgang (2) 101a verbunden ist, ist größer als der Fluidwiderstand des ersten Verbindungsströmungsdurchgangs 141a, der mit dem ersten lateralen Gasströmungsdurchgang (7) 101b verbunden ist. Genauer gesagt ist ein Innendurchmesser des ersten Verbindungsströmungsdurchgangs (3) 141a kleiner vorgesehen als ein Innendurchmesser des ersten Verbindungströmungsdurchgangs (7) 141b, wodurch der Fluidwiderstand des ersten Verbindungsströmungsdurchgangs (3) 141a erhöht ist.
Bei dem lateralen Gasströmungsdurchgang, bei dem die Anzahl der longitudinalen Gasströmungsdurchgänge, das heißt die Gasausgabeöffnungen, klein ist, kann die Strömungsrate des Prozessgases, das durch die Gasausgabeöffnung ausgegeben wird, im Vergleich mit dem lateralen Gasströmungsdurchgang erhöht sein, bei dem die Anzahl der longitudinalen Gasströmungsdurchgänge, das heißt der Gasausgabeöffnungen, groß ist. Wie in dieser Ausführungsform wird der Fluidwiderstand des Verbindungsströmungsdurchgangs durch die Anzahl der longitudinalen Gasströmungsdurchgänge eingestellt, wodurch die Variation der Strömungsrate des Prozessgases, die von der Anzahl der longitudinalen Gasströmungsdurchgänge abhängt, unterdrückt werden kann. Folglich kann die Strömungsrate des ausgegebenen Prozessgases vergleichmäßigt werden.
In dieser Ausführungsform, wenngleich der erste longitudinale Gasströmungsdurchgang, der erste laterale Gasströmungsdurchgang und der erste Verbindungsströmungsdurchgang beschrieben wurden, können vergleichbare Ausführungsformen für den zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgang, den zweiten lateralen Gasströmungsdurchgang und den zweiten Verbindungsströmungsdurchgang oder den dritten longitudinalen Gasströmungsdurchgang, den dritten lateralen Gasströmungsdurchgang und den dritten Verbindungsströmungsdurchgang angewendet werden.
In dieser Ausführungsform, wenngleich der Fall beschrieben wurde, in dem k = 3 und n = 7 sind, können andere Werte angewendet werden, solange k eine Ganzzahl ist, die nicht kleiner als 1 ist, k < n und n eine Ganzzahl ist, die nicht kleiner als 2 ist. Eine Variation der Anzahl der longitudinalen Gasströmungsdurchgänge, die mit dem lateralen Gasströmungsdurchgang verbunden sind, ist nicht auf zwei Muster beschränkt, und es können drei oder mehr Muster vorliegen.
In dieser Ausführungsform, wenngleich das Beispiel beschrieben wurde, in dem der Fluidwiderstand des Verbindungsströmungsdurchgangs durch Ändern des Innendurchmessers des Verbindungsströmungsdurchgangs eingestellt wird, kann der Fluidwiderstand beispielsweise durch Vermehren des Verbindungsströmungsdurchgangs und Ändern der Anzahl der Verbindungsströmungsdurchgänge oder Bereitstellen einer Düse eingestellt werden.
9 zeigt Simulationsresultate, die eine Wirkung der Einstellung des Fluidwiderstands mit Hilfe eines Innendurchmessers des Verbindungsströmungsdurchgangs zeigt. Die horizontale Achse stellt die Position der Gasausgabeöffnung dar, und die Vertikale Achse stellt die Strömungsrate des Gases dar, das durch die Gasausgabeöffnung ausgegeben wird. An der Position der Gasausgabeöffnung wird zum Zweck der Vereinfachung eine zweidimensionale Position als eine eindimensionale Position dargestellt. In 9 kennzeichnen die x-Markierungen einen Fall, in dem die Innendurchmesser der Verbindungsströmungsdurchgänge gleich sind, unabhängig von der Anzahl der longitudinalen Gasströmungsdurchgänge, die mit dem einzelnen lateralen Gasströmungsdurchgang verbunden sind. Die Markierungen, die mit einer gestrichelten Linie umgeben sind, stellen Daten des lateralen Gasströmungsdurchgangs dar, in dem die Anzahl der longitudinalen Gasströmungsdurchgänge, die mit diesem Verbunden sind, klein ist. Wie es aus 9 hervorgeht, wurde herausgefunden, dass die Strömungsrate des ausgegebenen Gases verglichen mit anderen Positionen groß ist.
Ferner stellen Kreismarkierungen einen Fall dar, in dem der laterale Gasströmungsdurchgang, in dem die Anzahl der longitudinalen Gasströmungsdurchgänge, die mit diesem Verbunden sind, klein ist, in dem der Innendurchmesser des Verbindungsströmungsdurchgangs verringert ist. Bei dem lateralen Gasströmungsdurchgang, in dem die Anzahl der longitudinalen Gasströmungsdurchgänge klein ist, ist die Strömungsrate von ausgegebenem Gas reduziert, und bei anderen lateralen Gasströmungsdurchgängen ist die Strömungsrate von ausgegebenem Gas erhöht. Folglich wird die Strömungsrate von ausgegebenem Gas zwischen den lateralen Gasströmungsdurchgängen vergleichmäßigt. Eine Dampfphasenepitaxievorrichtung einer Variation dieser Ausführungsform weist eine Reaktionskammer, eine Schauerplatte, die in einem oberen Abschnitt der Reaktionskammer angeordnet ist und aufgebaut ist, um Gas in die Reaktionskammer einzubringen, und eine Unterstützungseinheit auf, die unterhalb der Schauerplatte in der Reaktionskammer vorgesehen ist und imstande ist, ein Substrat darauf zu halten. Die Schauerplatte weist mehrere laterale Gasströmungsdurchgänge, die in einer ersten horizontalen Ebene angeordnet sind und sich parallel zueinander erstrecken, und longitudinale Gasströmungsdurchgänge auf, die mit den lateralen Gasströmungsdurchgängen verbunden sind, sich in der longitudinalen Richtung erstrecken und eine Gasausgabeöffnung, die auf der Seite der Reaktionskammer vorgesehen ist, aufweisen.
Die Dampfphasenepitaxievorrichtung weist einen ersten lateralen Gasströmungsdurchgang (k), in dem die Anzahl der longitudinalen Gasströmungsdurchgänge, die mit diesem Verbunden sind, k ist (k ist eine Ganzzahl, die nicht kleiner als 1 ist), und einen ersten lateralen Gasströmungsdurchgang (n) auf, in dem die Anzahl der longitudinalen Gasströmungsdurchgänge, die mit diesem verbunden sind, n ist (k < n, n ist eine Ganzzahl, die nicht kleiner als 2 ist), und der Fluidwiderstand eines ersten Verbindungsströmungsdurchgangs, der mit dem ersten lateralen Gasströmungsdurchgang (k) verbunden ist, ist größer als der Fluidwiderstand eines ersten Verbindungsströmungsdurchgangs, der mit dem ersten lateralen Gasströmungsdurchgang (n) verbunden ist.
Diese Variation unterscheidet sich von der obigen Ausführungsform darin, dass die ersten und zweiten lateralen Gasströmungsdurchgänge, die auf unterschiedlichen horizontalen Ebenen vorgesehen sind und die eine hierarchische Struktur aufweisen, nicht immer vorausgesetzt sind. Ferner wird bei der Variation der Fluidwiderstand des Verbindungsströmungsdurchgangs durch die Anzahl der longitudinalen Gasströmungsdurchgänge eingestellt, wodurch die Variation der Strömungsrate des Prozessgases, die von der Anzahl der longitudinalen Gasströmungsdurchgänge abhängt, unterdrückt werden kann. Folglich kann die Strömungsrate des ausgegebenen Prozessgases vergleichmäßigt werden.
Im Folgenden wurden die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf spezifische Beispiele beschrieben. Die obigen Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und die vorliegende Offenbarung ist darauf nicht beschränkt. Die Bestandteile jeder Ausführungsform können geeignet kombiniert werden.
Beispielsweise, wenngleich das Beispiel beschrieben wurde, in dem die drei Systeme von Strömungsdurchgängen, wie beispielsweise die lateralen Gasströmungsdurchgänge, bereitgestellt sind, beschrieben wurde, können vier oder mehr Systeme von Strömungsdurchgängen, wie beispielsweise laterale Gasströmungsdurchgänge bereitgestellt werden, oder können zwei Systeme von Strömungsdurchgängen bereitgestellt werden.
Beispielsweise ist in den Ausführungsformen, wenngleich das Beispiel beschrieben wurde, in dem der GaN-Einkristallfilm (Galliumnitrid) ausgebildet ist, die vorliegende Offenbarung zur Ausbildung eines Si-Einkristallfilms (Silizium) und eines SiC-Einkristallfilms (Siliziumkarbid) anwendbar.
Wenngleich Wasserstoff (H₂) als ein Beispiel des Prozessgases verwendet wird, das eine relativ hohe kinematische Viskosität aufweist, kann beispielsweise auch Helium (He) als Prozessgas, das eine hohe kinematische Viskosität aufweist, verwendet werden. Ferner, wenngleich Ammoniak (NH₃) als ein Beispiel des Prozessgases verwendet wird, das eine relativ geringe kinematische Viskosität aufweist, können auch andere Gase, wie beispielsweise Stickstoff (N₂) und Argon (Ar) als Prozessgas, das eine geringe kinematische Viskosität aufweist, verwendet werden.
In den Ausführungsformen, wenngleich die epitaktische Wachstumsvorrichtung des Einwafertyps beschrieben wurde, mit der ein Film auf jedem Wafer ausgebildet wird, ist die Dampfphasenepitaxievorrichtung nicht auf die epitaktische Wachstumsvorrichtung des Einwafertyps beschränkt. Die vorliegende Offenbarung ist beispielsweise auf eine planetenartige CVD-Vorrichtung anwendbar, welche Filme auf mehreren sich drehenden und umlaufenden Wafern gleichzeitig ausbildet.
In den Ausführungsformen, wenngleich Beschreibungen von Abschnitten ausgelassen wurden, die nicht direkt zur Beschreibung der vorliegenden Offenbarung erforderlich sind, wie beispielsweise ein Aufbau einer Einrichtung und ein Herstellungsverfahren, können erforderliche Anordnungen von Einrichtungen, Herstellungsverfahren und so weiter geeignet ausgewählt und angewendet werden. Alle anderen Dampfphasenepitaxievorrichtungen und Dampfphasenepitaxieverfahren, welche die Elemente dieser Erfindung aufweisen und hinsichtlich des Designs durch den Fachmann geeignet geändert werden können, sind im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung wird durch die beigefügten Ansprüche und den Bereich ihrer Äquivalente definiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2001-81569 A [0004]

Claims

Dampfphasenepitaxievorrichtung, die aufweist: eine Reaktionskammer (10); eine Schauerplatte (100), die in einem oberen Abschnitt der Reaktionskammer (10) angeordnet ist, wobei die Schauerplatte (100) erste laterale Gasströmungsdurchgänge (101), die in einer ersten horizontalen Ebene angeordnet sind und sich parallel zueinander erstrecken, erste longitudinale Gasströmungsdurchgängen (121) aufweist, die mit den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen (101) verbunden sind, wobei die ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge (121) sich in einer Längsrichtung erstrecken, jede der ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge (121) eine erste Gasausgabeöffnung (111) aufweist, die auf der Seite der Reaktionskammer vorgesehen ist, die Schauerplatte (100) zweite laterale Gasströmungsdurchgänge (102) aufweist, die in einer zweiten horizontalen Ebene oberhalb der ersten horizontalen Ebene angeordnet sind und sich parallel zueinander in derselben Richtung wie die ersten lateralen Gasströmungsdurchgänge (101) erstrecken, wobei zweite longitudinale Gasströmungsdurchgänge (122) mit den zweiten lateralen Gasströmungsdurchgängen (102) verbunden sind, wobei sich die zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge (122) in der Längsrichtung zwischen den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen (101) hindurch erstrecken, jeder der zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge (122) eine zweite Gasausgabeöffnung (112) aufweist, die auf der Seite der Reaktionskammer vorgesehen ist, wobei die Schauerplatte (100) aufgebaut ist, um Gas in die Reaktionskammer (10) zuzuführen; und eine Unterstützungseinheit (12), die unterhalb der Schauerplatte (100) in der Reaktionskammer (10) vorgesehen ist, wobei die Unterstützungseinheit (12) ausgelegt ist, dass darauf ein Substrat platziert werden kann.
Dampfphasenepitaxievorrichtung nach Anspruch 1, die ferner aufweist: einen ersten Gaszufuhrdurchgang (31), durch den ein erstes Prozessgas zugeführt wird; und einen zweiten Gaszufuhrdurchgang (32) durch den ein zweites Prozessgas, das eine kinematische Viskosität aufweist, die kleiner als die des ersten Prozessgases ist, zugeführt wird, wobei der erste Gaszufuhrdurchgang (31) mit den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen (101) verbunden ist und der, zweite Gaszufuhrdurchgang (32) mit den zweiten lateralen Gasströmungsdurchgängen (102) verbunden ist.
Dampfphasenepitaxievorrichtung nach Anspruch 2, bei der ein Innendurchmesser der zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge (102) größer als ein Innendurchmesser der ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge (101) ist.
Dampfphasenepitaxievorrichtung nach Anspruch 2, bei der ein Abstand zwischen benachbarten zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgängen (122) kleiner als ein Abstand zwischen benachbarten ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgängen (121) ist.
Dampfphasenepitaxievorrichtung nach Anspruch 2, bei der ein Innendurchmesser der zweiten lateralen Gasströmungsdurchgänge (102) größer als ein Innendurchmesser der ersten lateralen Gasströmungsdurchgänge (101) ist.
Dampfphasenepitaxievorrichtung nach Anspruch 2, die ferner aufweist: ein erstes Anschlussstück (131), das mit dem ersten Gaszufuhrdurchgang (31) verbunden ist und oberhalb der ersten horizontalen Ebene vorgesehen ist; erste Verbindungsströmungsdurchgänge (141), welche das erste Verbindungsstück (131) und die ersten lateralen Gasströmungsdurchgänge (101) an Enden der ersten lateralen Gasströmungsdurchgänge (101) verbinden und sich in der Längsrichtung erstrecken; ein zweites Anschlussstück (132), das mit dem zweiten Gaszufuhrdurchgang (32) verbunden ist und oberhalb der ersten horizontalen Ebene angeordnet ist; und zweite Verbindungsströmungsdurchgänge (142), welche das zweite Anschlussstück (132) und die zweiten lateralen Gasströmungsdurchgänge (102) an Enden der zweiten lateralen Gasströmungsdurchgänge (102) verbinden und sich in der Längsrichtung erstrecken.
Dampfphasenepitaxievorrichtung nach Anspruch 6, bei der die ersten lateralen Gasströmungsdurchgänge (101) einen ersten lateralen Gasströmungsdurchgang (k) und einen ersten lateralen Gasströmungsdurchgang (n) aufweisen, eine Anzahl der ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge (121), welche mit dem ersten lateralen Gasströmungsdurchgang (k) verbunden sind, k ist (k ist eine Ganzzahl, die nicht kleiner als 1 ist), eine Anzahl der ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge (121), die mit dem ersten lateralen Gasströmungsdurchgang (n) verbunden ist, n ist (k < n, n ist eine Ganzzahl, die nicht kleiner als 2 ist), ein Fluidwiderstand des ersten Verbindungsströmungsdurchgangs (141), der mit dem ersten lateralen Gasströmungsdurchgang (k) verbunden ist, größer als der Fluidwiderstand eines der ersten Verbindungsströmungsdurchgänge (141), die mit dem ersten lateralen Gasströmungsdurchgang (n) verbunden sind, ist, oder die zweiten lateralen Gasströmungsdurchgänge (102) einen zweiten lateralen Gasströmungsdurchgang (k) und einen zweiten lateralen Gasströmungsdurchgang (n) aufweisen, eine Anzahl von zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgängen (122), die mit dem zweiten lateralen Gasströmungsdurchgang (k) verbunden sind, k ist (k ist eine Ganzzahl, die nicht kleiner als 1 ist), eine Anzahl der zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge (122), die mit dem zweiten lateralen Gasströmungsdurchgang (n) verbunden sind, n ist (k < n, n ist eine Ganzzahl, die nicht kleiner als 2 ist), ein Fluidwiderstand des zweiten Verbindungsströmungsdurchgangs (142), der mit dem zweiten lateralen Gasströmungsdurchgang (k) verbunden ist, größer als der Fluidwiderstand eines der zweiten Verbindungsströmungsdurchgänge (142), die mit dem ersten lateralen Gasströmungsdurchgang (n) verbunden sind, ist.
Dampfphasenepitaxievorrichtung nach Anspruch 7, bei der ein Innendurchmesser des ersten Verbindungsströmungsdurchgangs (141), der mit dem ersten lateralen Gasströmungsdurchgang (k) verbunden ist, kleiner als ein Innendurchmesser des ersten Verbindungsströmungsdurchgangs (141) ist, der mit dem ersten lateralen Gasströmungsdurchgang (n) verbunden ist, oder ein Innendurchmesser des zweiten Verbindungsströmungsdurchgangs (142), der mit dem zweiten lateralen Gasströmungsdurchgang (k) verbunden ist, kleiner als ein Innendurchmesser des zweiten Verbindungsströmungsdurchgangs (142) ist, der mit dem zweiten lateralen Gasströmungsdurchgang (n) verbunden ist.
Dampfphasenepitaxievorrichtung nach Anspruch 2, bei der das erste Prozessgas Wasserstoff ist und das zweite Prozessgas Ammoniak ist.
Dampfphasenepitaxievorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Schauerplatte (100) dritte laterale Gasströmungsdurchgänge (103) aufweist, die in einer dritten horizontalen Ebene oberhalb der ersten horizontalen Ebene und unterhalb der zweiten horizontalen Ebene angeordnet sind und sich parallel zueinander in derselben Richtung wie die ersten lateralen Gasströmungsdurchgänge (101) erstrecken, und die Schauerplatte (100) dritte longitudinale Gasströmungsdurchgänge (123) aufweist, welche mit den dritten lateralen Gasströmungsdurchgängen (103) verbunden sind, wobei die dritten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge (123) sich in der Längsrichtung zwischen den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen (101) hindurch erstrecken, wobei jeder der dritten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge (123) eine dritte Gasausgabeöffnung (113) aufweist, die auf der Seite der Reaktionskammer vorgesehen ist.
Dampfphasenepitaxievorrichtung nach Anspruch 10, die ferner aufweist: einen ersten Gaszufuhrdurchgang (31), durch den ein erstes Prozessgas zugeführt wird; einen zweiten Gaszufuhrdurchgang (32), durch den ein zweites Prozessgas, das eine kinematische Viskosität aufweist, die kleiner als die des ersten Prozessgases ist, zugeführt wird; und einen dritten Gaszufuhrdurchgang (33), durch den ein drittes Prozessgas, das eine kinematische Viskosität aufweist, die größer als die des zweiten Prozessgase ist, zugeführt wird, wobei der erste Gaszufuhrdurchgang (31) mit den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen (101) verbunden ist, der zweite Gaszufuhrdurchgang (32) mit den zweiten lateralen Gasströmungsdurchgängen (102) verbunden ist und der dritte Gaszufuhrdurchgang (33) mit den dritten lateralen Gasströmungsdurchgängen (103) verbunden ist.
Dampfphasenepitaxievorrichtung nach Anspruch 11, bei der das erste Prozessgas Wasserstoff ist, das zweite Prozessgas Ammoniak ist und das dritte Prozessgas ein Gas ist, das organisches Metall enthält.
Dampfphasenepitaxieverfahren, das eine Dampfphasenepitaxievorrichtung verwendet, die aufweist: eine Reaktionskammer, eine Schauerplatte, die in einem oberen Abschnitt der Reaktionskammer vorgesehen ist, wobei die Schauerplatte erste laterale Gasströmungsdurchgänge aufweist, die in einer ersten horizontalen Ebene angeordnet sind und sich parallel zueinander erstrecken, wobei erste longitudinale Gasströmungsdurchgänge mit den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen verbunden sind, die ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge sich in der Längsrichtung erstrecken, jeder der ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge eine erste Gasausgabeöffnung aufweist, die auf der Seite der Reaktionskammer vorgesehen ist, wobei die Schauerplatte zweite laterale Gasströmungsdurchgänge aufweist, die in einer zweiten horizontalen Ebene oberhalb der ersten horizontalen Ebene angeordnet sind und sich parallel zueinander in derselben Richtung wie die ersten lateralen Gasströmungsdurchgänge erstrecken, die zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge mit den zweiten lateralen Gasströmungsdurchgängen verbunden sind, die zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge sich in der Längsrichtung zwischen den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen hindurch erstrecken, jeder der zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge eine zweite Gasausgabeöffnung aufweist, die auf der Seite der Reaktionskammer vorgesehen ist, wobei die Schauerplatte aufgebaut ist, um Gas in die Reaktionskammer einzubringen; und eine Unterstützungseinheit, die unterhalb der Schauerplatte in der Reaktionskammer vorgesehen ist, wobei die Unterstützungseinheit ausgelegt ist, dass ein Substrat darauf platziert werden kann, wobei das Verfahren aufweist: Platzieren eines Substrats auf der Unterstützungseinheit; Erhitzen des Substrats; Ausgeben eines Prozessgases durch die ersten und zweiten Gasausgabeöffnungen; und Ausbilden eines Halbleiterfilms auf einer Oberfläche des Substrats.
Dampfphasenepitaxieverfahren nach Anspruch 13, bei dem ein Innendurchmesser der zweiten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge größer als ein Innendurchmesser der ersten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge ist, ein Innendurchmesser der zweiten lateralen Gasströmungsdurchgänge größer als ein Innendurchmesser der ersten lateralen Gasströmungsdurchgänge ist, ein Prozessgas, das eine kinematische Viskosität aufweist, die kleiner als die eines Prozessgases ist, das in den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen zugeführt wird, zu den zweiten lateralen Gasströmungsdurchgängen zugeführt wird, und beim Ausgeben, das Prozessgas, das eine kinematische Viskosität aufweist, die kleiner als die eines Gases ist, das durch die erste Gasausgabeöffnung ausgegeben wird, durch die zweite Gasausgabeöffnung ausgegeben wird.
Dampfphasenepitaxieverfahren nach Anspruch 14, bei dem beim Ausgeben, Wasserstoff durch die erste Gasausgabeöffnung ausgegeben wird und Ammoniak durch die zweite Gasausgabeöffnung ausgegeben wird.
Dampfphasenepitaxieverfahren nach Anspruch 13, bei dem die Schauerplatte dritte laterale Gasströmungsdurchgänge aufweist, die in einer dritten horizontalen Ebene oberhalb der ersten horizontalen Ebene und unterhalb der zweiten horizontalen Ebene angeordnet sind und sich parallel zueinander in derselben Richtung wie die ersten lateralen Gasströmungsdurchgänge erstrecken, und die Schauerplatte dritte longitudinale Gasströmungsdurchgänge aufweist, die mit den dritten lateralen Gasströmungsdurchgängen verbunden sind, wobei die dritten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge sich in der Längsrichtung zwischen den ersten lateralen Gasströmungsdurchgängen hindurch erstrecken, wobei jeder der dritten longitudinalen Gasströmungsdurchgänge eine dritte Gasausgabeöffnung aufweist, die auf der Seite der Reaktionskammer vorgesehen ist, und bei der Ausgabe, Wasserstoff durch die erste Ausgabeöffnung ausgegeben wird, Ammoniak durch die zweite Gasausgabeöffnung ausgegeben wird und ein Gas, das organisches Metall enthält, durch die dritte Gasausgabeöffnung ausgegeben wird.
Dampfphasenepitaxieverfahren nach Anspruch 13, bei dem, wenn der Halbleiterfilm ausgebildet wird, die Unterstützungseinheit mit 300 U/min bis 1000 U/min gedreht wird.