JP2009259907A - 気相成長装置および半導体基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた品質の膜を形成することが可能な気相成長装置および半導体基板の製造方法を提供する。
【解決手段】気相成長装置１は、サセプタ６と、原料ガス供給口（ガス流路２２ａのガス供給口２９およびガス流路２２ｃのガス供給口２９、またはガス流路２３ａのガス供給口２９およびガス流路２３ｃのガス供給口２９）とガス供給口（ガス流路２２ｂのガス供給口２９またはガス流路２３ｂのガス供給口２９）とを含む供給口群を複数備える。サセプタ６は、基板７を主面上に保持する。複数の供給口群は、サセプタ６の主面に沿った方向において周期的に配置されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、気相成長装置および半導体基板の製造方法に関し、より特定的には、サセプタと対向する位置から原料ガスを供給する気相成長装置および半導体基板の製造方法に関する。

従来、気相成長装置として処理対象物である基板の上方に原料ガス供給口を配置したものが知られている（たとえば、特開平６−１３２２３２号公報（以下、「特許文献１」と呼ぶ）および特開２００６-２１６８３０号公報（以下、「特許文献２」と呼ぶ）参照）。特許文献１では、基板の上に位置する反応容器の上壁に開口部が形成され、当該開口部に繋がる原料ガス供給筒体が配置されている。当該原料ガス供給筒体の内部には、複数種類の原料ガスを流通させる、断面形状が同心円状に配置された複数のガス供給路が形成された気相成長装置が開示されている。また、特許文献２では、基板の上方に複数のガス噴出口が形成された気相成長装置が開示されている。
特開平６−１３２２３２号公報 特開２００６-２１６８３０号公報

しかし、上述した従来の気相成長装置には、以下のような問題があった。すなわち、特許文献１に記載された気相成長装置では、反応容器と原料ガス供給筒体との接続部において、供給される原料ガスが混合することになると思われる。このような原料ガスの混合は、予期せぬ堆積物の発生を招き、当該接続部近傍に堆積物が形成される場合が考えられる。また、特許文献２においても、複数のガス供給路から基板に向けて噴出された原料ガスはすぐに混合し、結果的にガス噴出口近傍において堆積物が形成される場合が考えられる。

このような堆積物が発生すると、当該堆積物が部分的に剥がれ、処理対象物である基板の表面上に落下する場合がある。このような堆積物が基板に付着すると、結果的に基板表面に形成される膜の品質が劣化するという問題が発生する。

この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、優れた品質の膜を形成することが可能な気相成長装置および半導体基板の製造方法を提供することである。

この発明に従った気相成長装置は、サセプタと、原料ガス供給口とガス供給口とを含む供給口群を複数備える。サセプタは、処理対象物を主面上に保持する。供給口群は、サセプタの主面と対向する位置から、サセプタの主面に搭載された処理対象物に原料ガスを供給するための２つの原料ガス供給口と、２つの原料ガス供給口の間に位置し、原料ガスと異なるガスを主成分としたガスを供給するためのガス供給口とを含む。複数の供給口群は、サセプタの主面に沿った方向において周期的に配置されている。

このようにすれば、２つの原料ガス供給口の間に、原料ガスと異なるガスを主成分としたガス（キャリアガス）を供給するためのガス供給口が形成されているので、原料ガス供給口から原料ガスが噴出した直後に、２つの原料ガス供給口から供給された原料ガスが互いに混ざることを抑制できる。このため、２つの原料ガスが混ざることで反応が進み、原料ガス供給口の近傍に原料ガスに起因する堆積物が形成されることを抑制できる。この結果、堆積物に起因して、処理対象物上に形成された膜の品質が劣化する可能性を低減できる。

上記気相成長装置において、原料ガス供給口に原料ガスを供給する原料ガス供給路には、原料ガス供給路に原料ガスを供給するための原料ガス導入部と原料ガス供給口との間において流路抵抗を高めるための原料ガス流路抵抗部材が配置されることにより、原料ガス流路抵抗部材と原料ガス導入部との間に原料ガスバッファ領域が形成されていてもよい。また、ガス供給口にガスを供給するガス供給路には、ガス供給路にガスを供給するための導入部とガス供給口との間において流路抵抗を高めるための流路抵抗部材が配置されることにより、流路抵抗部材と導入部との間にガスバッファ領域が形成されていてもよい。

この場合、原料ガスバッファ領域およびガスバッファ領域において原料ガスおよび当該原料ガスと異なるガスを主成分としたガスの圧力を、原料ガス供給路およびガス供給路の断面において均一化することができる。ここで、圧力分布に偏りがあると、ガス流れのバランスが崩れ、ガス供給口付近でのたとえばキャリアガス（原料ガスと異なるガスを主成分としたガス）による２つの原料ガスの分離の効果が低下し、原料ガスの混合が起きる。この場合、当該原料ガスの混合に起因して堆積の抑制効果が低下するため、上述した圧力の均一化は必要である。また、この結果、原料ガス供給口およびガス供給口から供給される原料ガスおよびガスの流速分布を供給路断面において均一化することができる。この結果、処理対象物に対して偏り無く原料ガスおよびキャリアガスを供給することができる。したがって、処理対象物における処理（成膜処理）の品質を向上させることができる。

上記気相成長装置において、原料ガス流路抵抗部材および流路抵抗部材は、多孔質材料により構成されていてもよい。この場合、多孔質材料を原料ガス供給路およびガス供給路に多孔質材料からなる部材（原料ガス流路抵抗部材および流路抵抗部材）を配置することで、容易に原料ガスバッファ領域およびガスバッファ領域を形成することができる。

上記気相成長装置において、原料ガス流路抵抗部材は、原料ガス供給路における原料ガスの流通方向に垂直な方向での原料ガス供給路の断面の一部に配置されるとともに、原料ガス供給路の対向する壁の間の距離を規定するスペーサであってもよい。また、流路抵抗部材は、ガス供給路におけるガスの流通方向に垂直な方向でのガス供給路の断面の一部に配置されるとともに、ガス供給路の対向する壁の間の距離を規定するスペーサであってもよい。

この場合、原料ガス供給路およびガス供給路の壁の間の距離を規定するスペーサを原料ガス流路抵抗部材および流路抵抗部材として利用するので、原料ガス流路抵抗部材および流路抵抗部材をスペーサとは別部材として準備する必要が無い。このため、気相成長装置の装置構成が複雑化することを抑制できるとともに、気相成長装置の製造コストを低減できる。

上記気相成長装置において、原料ガス供給路には、複数の原料ガス導入部が接続されていてもよい。ガス供給路には、複数の導入部が接続されていてもよい。この場合、原料ガス供給路やガス供給路の、ガス流通方向に垂直な方向での断面形状が環状であるなど、複雑な形状であっても、複数の導入部から当該原料ガス供給路やガス供給路へ原料ガスまたはガスを供給することで、当該断面内でのガスの流速分布のばらつきを抑制することができる。

上記気相成長装置は、原料ガス供給路またはガス供給路に隣接し、冷却媒体を流通させるための冷却媒体流路を備えていてもよい。この場合、処理対象物における処理（成膜処理）に必要な温度がたとえば１０００℃以上といった高温である場合にも、当該冷却媒体流路に冷却媒体を流通させることで、原料ガス供給路やガス供給路を冷却することができる。このため、高温での成膜処理にも容易に対応可能な気相成長装置を実現できる。

上記気相成長装置は、複数の供給口群に含まれる複数の原料ガス供給口のそれぞれから供給する原料ガスの流量を制御するための流量制御部を備えていてもよい。この場合、処理対象物における処理の均一性を向上させるため、複数の原料ガス供給口ごとに原料ガスの流量を制御することが可能になる。この結果、成膜処理の均一性を向上させることができる。

この発明に従った半導体基板の製造方法は、上記気相成長装置を用いた半導体基板の製造方法であって、サセプタの主面上に処理対象物である基板を搭載する工程を実施する。そして、供給口群から原料ガスおよび原料ガスと異なるガスを主成分としたガスを供給することにより、基板の表面に膜を形成する工程とを備える。このようにすれば、供給口群近傍での原料ガスの反応に起因する堆積物の発生を抑制できるので、当該堆積物の基板への付着に起因する不良の発生を抑制できる。

この発明によれば、供給口がある処理対象物上の領域での堆積物の発生を抑制できるので、当該堆積物の付着に起因する膜の欠陥や不良の発生の可能性を低減することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明に従った気相成長装置を示す断面模式図である。図２は、図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける断面模式図である。図３は、図１の線分ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面模式図である。図１〜図３を参照して、本発明による気相成長装置１の実施の形態１を説明する。

図１〜図３を参照して、気相成長装置１は、反応室４と、反応室４の内部に配置されたサセプタ６と、ガス導入部材２と、図示しないヒータと、ガス導入部材２へ原料ガスなどを供給するための第１および第２原料ガス供給部１０、１１およびキャリアガス供給部１２を備える。反応室底壁５上に配置されたサセプタ６は、反応室４の内部において、処理対象物としての基板７を主面上に保持する。ガス導入部材２はサセプタ６と対向する領域に配置される。反応室側壁３と反応室底壁５との間（反応室４の外周部）には排気口８が形成されている。排気口８は、矢印９に示すように反応室４の内部からガスを排気するため、図示しない排気部材（たとえば排気ポンプなど）に接続される。

ガス導入部材２は、平面形状が図２および図３に示すように円形状であり、同心円状に配置された環状のガス供給口２９を複数備える。つまり、ガス導入部材２は、その直径が異なる円筒状の側壁２１が複数個同心円状に配置され、その側壁２１の間にガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄが形成されている。ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄの下端（サセプタ６側の端部）がガス供給口２９となっている。なお、ガス導入部材２の中心に位置するガス流路２３ｄは、平面形状が円形の管状経路となっている。また、ガス導入部材２の上端部（ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄの上端（サセプタ６側の端部とは反対側の端部））には、上壁部材２６が配置される。この上壁部材２６により、ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄの上端は閉じられている。そして、この上壁部材２６には、それぞれのガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄに対してガスの導入口２７が形成されている。当該導入口２７は、各ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄに対して１箇所づつ形成されている。導入口２７からガス供給口２９までのガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄの途中には多孔質材料からなる流路抵抗発生部材２４が配置されている。流路抵抗発生部材２４は、図２に示すようにガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄにおけるガスの流れ方向における断面全体を塞ぐように配置されている。このため、流路抵抗発生部材２４から導入口２７までの空間は、バッファ領域２５として作用する。なお、流路抵抗発生部材２４としては、多孔質金属、多孔質セラミック、金属繊維、ガラス繊維などを用いることができる。多孔質金属の材料はステンレス鋼、ニッケル及びその合金が特に腐食性ガスを使用する場合に優れている。多孔質セラミックの材料はシリカが特に純度の点で優れている。

ガス流路２２ａ、２３ａの導入口２７は、配管１４を介して第１原料ガス供給部１０に接続される。ガス流路２２ｃ、２３ｃの導入口２７は、配管１３を介して第２原料ガス供給部１１に接続される。ガス流路２２ｂ、２２ｄ、２３ｂ、２３ｄの導入口２７は、それぞれ配管１５を介してキャリアガス供給部１２に接続される。

すなわち、図１〜図３に示した気相成長装置１では、複数の供給口群（ガス流路２２ａ〜２２ｃのガス供給口２９からなる供給口群と、ガス流路２３ａ〜２３ｃのガス供給口２９からなる供給口群）は、サセプタ６の主面と対向する位置から、サセプタ６の主面に搭載された処理対象物としての基板７に原料ガス（第１原料ガスおよび第２原料ガス）を供給するための２つの原料ガス供給口（ガス流路２２ａのガス供給口２９およびガス流路２２ｃのガス供給口２９、またはガス流路２３ａのガス供給口２９およびガス流路２３ｃのガス供給口２９）と、２つの原料ガス供給口の間に位置し、原料ガスと異なるガスを主成分としたガス（キャリアガス）を供給するためのガス供給口（ガス流路２２ｂのガス供給口２９またはガス流路２３ｂのガス供給口２９）とを含む。複数の供給口群は、サセプタの主面に沿った方向において周期的（図１〜図３に示すように同心円状）に配置されている。すなわち、図１に示すように、ガス導入部材２の断面においては、上記供給口群は整列して配置された状態になっている。

このようにすれば、２つの原料ガス供給口（ガス流路２２ａのガス供給口２９およびガス流路２２ｃのガス供給口２９、またはガス流路２３ａのガス供給口２９およびガス流路２３ｃのガス供給口２９）の間に、原料ガスと異なるガスを主成分としたガス（キャリアガス）を供給するためのガス供給口（ガス流路２２ｂのガス供給口２９またはガス流路２３ｂのガス供給口２９）が形成される。そのため、たとえばガス流路２２ａのガス供給口２９およびガス流路２２ｃのガス供給口２９から（あるいはガス流路２２ｃのガス供給口２９およびガス流路２３ａのガス供給口２９から）それぞれ原料ガスが噴出した直後に、上記２つのガス供給口２９から供給された原料ガスが互いに混ざることを抑制できる。また、ガス流路２２ｄのガス供給口２９が形成されることで、一方の供給口群における原料ガス供給口（ガス流路２２ｃのガス供給口２９）から供給される原料ガスと、他方の供給口群における原料ガス供給口（ガス流路２３ａのガス供給口２９）から供給される原料ガスとが混ざることを抑制できる。このため、２つの原料ガスが混ざることで反応が進み、ガス供給口２９の近傍に原料ガスに起因する堆積物が形成されることを抑制できる。この結果、堆積物に起因して、基板７上に形成された膜の品質が劣化する可能性を低減できる。

上記気相成長装置１において、ガス供給口２９に原料ガスを供給する原料ガス供給路（ガス流路２２ａ、２２ｃ、２３ａ、２３ｃ）には、ガス流路２２ａ、２２ｃ、２３ａ、２３ｃに原料ガスを供給するための原料ガス導入部としての導入口２７とガス供給口２９との間において流路抵抗を高めるための原料ガス流路抵抗部材としての流路抵抗発生部材２４が配置されることにより、流路抵抗発生部材２４と導入口２７との間に原料ガスバッファ領域としてのバッファ領域２５が形成されている。また、ガス供給口２９にガスを供給するガス供給路（ガス流路２２ｂ、２２ｄ、２３ｂ、２３ｄ）には、ガス流路２２ｂ、２２ｄ、２３ｂ、２３ｄにガスを供給するための導入部としての導入口２７とガス供給口２９との間において流路抵抗を高めるための流路抵抗部材としての流路抵抗発生部材２４が配置されることにより、流路抵抗発生部材２４と導入口２７との間にガスバッファ領域としてのバッファ領域２５が形成されている。

この場合、バッファ領域２５において原料ガスおよびキャリアガスの圧力を、ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄの断面（図１の水平方向断面）において均一化することができる。この結果、ガス供給口２９から供給される原料ガスおよびキャリアガスの圧力分布を均一化することができる。この結果、基板７に対して偏り無く原料ガスおよびキャリアガスを供給することができる。したがって、処理対象物としての基板７における成膜処理の品質を向上させることができる。

上記気相成長装置１において、流路抵抗発生部材２４は、多孔質材料により構成されている。この場合、多孔質材料からなる流路抵抗発生部材２４をガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄに配置することで、容易にバッファ領域２５を形成することができる。

図４は、図１〜図３に示した気相成長装置の第１の変形例を示す断面模式図である。図５は、図１〜図３に示した気相成長装置の第２の変形例を示す断面模式図である。図４および図５を参照して、本発明による気相成長装置の実施の形態１の第１および第２の変形例を説明する。なお、図４および図５は図２に対応する。

図４に示すように、図１〜図３に示した気相成長装置１の第１の変形例は、基本的には図１〜図３に示した気相成長装置１と同様の構成を備えるが、ガス導入部材２の平面形状が図１〜図３に示した気相成長装置１とは異なっている。すなわち、図４に示した気相成長装置のガス導入部材２は、その平面形状が四角形状となっている。ガス導入部材２をこのような平面形状としても、図１〜図３に示した気相成長装置１と同様の効果を得ることができる。また、サセプタ６の平面形状、あるいは処理対象物である基板７の平面形状が四角形状である場合などに、ガス導入部材２の平面形状を図４に示すように四角形状としてもよい。この場合、基板７の全面に対してより均一なガスの供給を行なうことができる。

また、図５に示すように、図１〜図３に示した気相成長装置１の第２の変形例は、基本的には図１〜図３に示した気相成長装置１と同様の構成を備えるが、ガス導入部材２の平面形状が三角形状となっている点が、図１〜図３に示した気相成長装置１とは異なっている。この場合も、図１〜図３に示した気相成長装置１と同様の効果を得ることができる。

図６は、図１〜図３に示した気相成長装置の第３の変形例を示す断面模式図である。図６を参照して、本発明による気相成長装置の実施の形態１の第３の変形例を説明する。

図６に示すように、図１〜図３に示した気相成長装置１の第３の変形例は、基本的には図１〜図３に示した気相成長装置１と同様の構成を備えるが、ガス導入部材２においてガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｃのそれぞれに２つの導入口２７が形成されている点が、図１〜図３に示した気相成長装置１とは異なっている。すなわち、図６に示したガス導入部材２では、上壁部材２６（図１参照）において、ガス導入部材２の中心から見て対称な位置に、ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｃのそれぞれの導入口２７が形成されている。

つまり、原料ガス供給路（ガス流路２２ａ、２２ｃ、２３ａ、２３ｃ）には、複数の原料ガス導入部（導入口２７）が接続されている。ガス供給路（ガス流路２２ｂ、２２ｄ、２３ｂ）にも、複数の導入部（導入口２７）が接続されている。このようにすれば、図１〜図３に示した気相成長装置１と同様の効果を得ることができるとともに、各ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｃの断面方向（ガスの流れ方向に対して垂直な方向）でのガス圧力分布（ガス流速分布）をより均一化することができる。

図７は、図１〜図３に示した気相成長装置を用いた半導体基板の製造方法を示すフローチャートである。図７を参照して、本発明による半導体基板の製造方法を説明する。

本発明による半導体基板の製造方法では、図７に示すように、基板準備工程（Ｓ１０）を実施する。具体的には、この工程（Ｓ１０）では、気相成長装置１のサセプタ６の主面上に処理対象物である基板７を搭載する。

次に、図７に示すように、処理工程（Ｓ２０）を実施する。この工程（Ｓ２０）では、反応室４の内部の雰囲気ガスを排気口８から排出することで、反応室４の内部の圧力を所定の処理圧力にする。その後、図示しないヒータなどの加熱装置によりサセプタ６を介して基板７を加熱し、基板７の温度を所定の処理温度に維持する。この状態で、ガス供給口２９から所定の原料ガスおよびキャリアガスを反応室４の内部に供給する。このとき、導入口２７から各ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄに導入されたガスは、バッファ領域２５において各ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄの断面方向での圧力分布（流速分布）が均一かされる。そして、ガス供給口２９から基板７に対向する領域へと均一に供給される。この結果、基板７の表面近傍において原料ガスが反応することにより、基板７の表面には膜が形成される。原料ガスとしては、たとえば第１原料ガス供給部から供給される第１の原料ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスを、また、第２の原料ガス供給部１１から供給される第２の原料ガスとしてアンモニアガスを、またキャリアガス供給部１２から供給されるキャリアガスとして水素ガス又は窒素ガスを用いることができる。なお、このような原料ガスを用いた成膜処理では、基板７の表面上に窒化ガリウム（ＧａＮ）の膜を形成することができる。

上述した本発明による半導体基板の製造方法によれば、ガス供給口２９近傍での原料ガスの反応に起因する堆積物の発生を抑制できるので、当該堆積物の基板７への付着に起因する不良の発生を抑制できる。

（実施の形態２）
図８は、本発明に従った気相成長装置を示す断面模式図である。図９は、図８の線分ＩＸ−ＩＸにおける断面模式図である。図８および図９を参照して、本発明による気相成長装置１の実施の形態２を説明する。

図８および図９に示した気相成長装置１は、基本的には図１〜図３に示した気相成長装置１と同様の構成を備えるが、流路抵抗発生部材３４の構成が図１〜図３に示した気相成長装置１と異なっている。具体的には、図８および図９に示した気相成長装置１では、各ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｃの流路幅を規定するためのスペーサが流路抵抗発生部材３４として機能している。この流路抵抗発生部材３４は、図９に示すように、各ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｃにおいてガスが流れる方向に垂直な方向（水平方向）での断面において、ガス流路の当該断面の一部を塞ぐように形成されている。また、流路抵抗発生部材３４は、各ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｃにおいて、対向する側壁２１に接触することにより、対向する側壁２１の間の距離を規定している。流路抵抗発生部材３４は、図９に示すように、各ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｃの断面において、ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｃの周方向に等間隔に配置される。また、ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｃの周方向における流路抵抗発生部材３４の長さは、当該ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｃの周方向長さの８分の１程度になっている。また、図９に示すように流路抵抗発生部材３４は各ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｃごとに４つづつ形成されているため、ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｃの周方向における流路抵抗発生部材３４の合計長さは、当該ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｃの周方向長さの２分の１程度になっている。

なお、流路抵抗発生部材３４の数や長さは、ガス供給口２９から反応室４に供給されるガスの圧力分布（流速分布）の均一性を考慮して、適宜変更される。

このように、上記気相成長装置１において、原料ガス流路抵抗部材として、原料ガス供給路（ガス流路２２ａ、２２ｃ、２３ａ、２３ｃ）における原料ガスの流通方向に垂直な方向でのガス流路２２ａ、２２ｃ、２３ａ、２３ｃの断面の一部に配置されるとともに、ガス流路２２ａ、２２ｃ、２３ａ、２３ｃの対向する側壁２１の間の距離を規定するスペーサ（流路抵抗発生部材３４）を用いている。また、流路抵抗部材として、ガス供給路（ガス流路２２ｂ、２２ｄ、２３ｂ）におけるガスの流通方向に垂直な方向でのガス流路２２ｂ、２２ｄ、２３ｂの断面の一部に配置されるとともに、ガス流路２２ｂ、２２ｄ、２３ｂの対向する側壁２１の間の距離を規定するスペーサ（流路抵抗発生部材３４）を用いている。この場合、ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｃの側壁２１の間の距離を規定するスペーサを流路抵抗発生部材３４として利用するので、ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｃのスペーサとは別部材として流路抵抗発生部材３４を準備する必要が無い。このため、気相成長装置１の装置構成が複雑化することを抑制できるとともに、気相成長装置１の製造コストを低減できる。

次に、図８および図９に示した気相成長装置におけるガス導入部材２の製造方法を簡単に説明する。図１０〜図１２は、図８および図９に示した気相成長装置におけるガス導入部の製造方法を説明するための模式図である。

図１０に示すように、ガス導入部材２（図８参照）の側壁２１を構成する、平面形状が四角形状の板状体３１を準備する。そして、当該板状体３１の表面に、流路抵抗発生部材３４を接続する。この流路抵抗発生部材３４としては、後述するように板状体３１を曲げ加工した場合に、板状体３１の変形に応じて容易に変形するような材料を用いることが好ましい。たとえば流路抵抗発生部材３４の材料としては、ステンレス鋼、ニッケル基合金、アルミ合金などを用いることができる。

そして、図１１に示すように、板状体３１が円筒状になるように、矢印に示すように曲げ加工を行なう。そして、図１２に示すように、板状体３１の端部同士を溶接などの手法により接続する。この結果、板状体３１は円筒状となる。このような円筒状であって、その直径が異なる部材を複数個準備し、直径が大きい部材の内部に相対的に直径の小さい部材を順番に配置する。そして、同心円状に配置された部材はそれぞれガス導入部材２の側壁２１となる。同心円状に配置された側壁２１となるべき部材の上端を覆うように、上壁部材２６（図８参照）を配置するとともに上壁部材２６を各側壁２１となるべき部材の上端に接続する。なお、上壁部材２６には、あらかじめ導入口２７を形成しておく。

このようにして得られたガス導入部材２は、反応室４の上壁に形成された開口部（平面形状がガス導入部材２の平面形状と同様の開口部）に設置されるとともに、その外周部が反応室４の上壁に接続固定される。そして、ガス導入部材２の上壁部材２６における導入口２７に、図８に示した配管１３〜１５を介して第１よび第２の原料ガス供給部１０、１１、およびキャリアガス供給部１２を接続する。このようにして、図８に示した気相成長装置１のガス導入部材２を製造することができる。

なお、上述した方法と異なり、同心円状に側壁２１を配置してから、側壁２１の間に流路抵抗発生部材３４を配置するような方法を用いてもよい。また、上述したガス導入部材２の製造方法は、図１〜図３に示した気相成長装置１におけるガス導入部材２の製造方法に応用してもよい。すなわち、側壁２１となるべき板状体３１に予め多孔質材料からなる流路抵抗発生部材２４を接続しておき、当該板状体３１を円筒状に加工してからガス導入部材２を組立ててもよい。

（実施の形態３）
図１３は、本発明に従った気相成長装置を示す断面模式図である。図１３を参照して、本発明による気相成長装置１の実施の形態３を説明する。

図１３に示した気相成長装置１は、基本的には図１〜図３に示した気相成長装置１と同様の構成を備えるが、第１および第２原料ガス供給部１０、１１、およびキャリアガス供給部１２と導入口２７とを接続する配管１３〜１５の途中に、流量制御部４１が設けられている点が図１〜図３に示した気相成長装置１と異なる。流量制御部４１としては、マスフローコントローラなど、ガスの流量を制御する任意の部材を用いることができる。

このようにすれば、複数のガス供給口２９のそれぞれから供給する原料ガスやキャリアガスの流量を制御するための流量制御部４１を備えることにより、図１〜図３に示した気相成長装置１と同様の効果を得られるとともに、基板７における成膜処理の均一性を向上させるため、ガス供給口２９ごとに原料ガスなどの流量を制御することが可能になる。

（実施の形態４）
図１４は、本発明に従った気相成長装置を示す断面模式図である。図１５は、図１４の線分ＸＶ−ＸＶにおける断面模式図である。図１４および図１５を参照して、本発明による気相成長装置１の実施の形態４を説明する。

図１４および図１５に示した気相成長装置１は、基本的には図１〜図３に示した気相成長装置１と同様の構成を備えるが、ガス導入部材２において冷却機構が設置されている点が図１〜図３に示した気相成長装置１と異なっている。すなわち、図１４および図１５に示した気相成長装置１のガス導入部材２では、第１のガス供給口群（ガス流路２２ａ〜２２ｄのガス供給口２９）と、第２のガス供給口群（ガス流路２３ａ〜２３ｄ）のガス供給口２９）との間に、冷却媒体流路２８が形成されている。また、第１のガス供給口群（ガス流路２２ａ〜２２ｄのガス供給口２９）の外周側（ガス流路２２ａの外周側）にも、冷却媒体流路２８が形成されている。冷却媒体流路２８は、ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄと同心円状に配置されている。

各冷却媒体流路２８のサセプタ６側の端部（底部）には、冷却媒体流路２８の端部を密閉するための底壁部材５３が配置されている。底壁部材５３の平面形状は、冷却媒体流路２８の断面形状と同様であり、円管状である。個々の冷却媒体流路２８の上端には、冷却媒体導入口５６および冷却媒体排出口５７が形成されている。この冷却媒体排出口５７には配管１６ａが接続される。配管１６ａにおいて、冷却媒体排出口５７と接続された端部と反対側の端部には熱交換器５４が接続される。また、熱交換器５４には配管を介してポンプ５５が接続される。当該ポンプ５５は、配管１６ｂを介して冷却媒体導入口５６に接続される。

冷却媒体流路２８においては、ガス導入部材２の中央から見て対称な位置に冷却媒体導入口５６および冷却媒体排出口５７が形成されている。冷却媒体は、冷却媒体流路２８から冷却媒体排出口５７、配管１６ａ、熱交換器５４、ポンプ５５、配管１６ｂ、冷却媒体導入口５６を介して再び冷却媒体流路２８に導入される。つまり冷却媒体２８は上述した経路を循環している。そして、冷却媒体流路２８においてガス導入部材２の熱を冷却媒体が吸収した後、熱交換器５４において冷却媒体の熱が外部へと放出され、その後温度の低下した冷却媒体が再び冷却媒体流路２８に戻ることで、ガス導入部材２は連続的に冷却される。

このように、ガス流路２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄに隣接し、冷却媒体を流通させる冷却媒体流路２８を備えることにより、図１〜図３に示した気相成長装置１と同様の効果を得ることができるとともに、高温での成膜処理にも容易に対応可能な気相成長装置１を実現できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、複数種類の原料ガスを供給することにより成膜処理を行なう気相成長装置に特に有利に適用される。

本発明に従った気相成長装置を示す断面模式図である。 図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける断面模式図である。 図１の線分ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面模式図である。 図１〜図３に示した気相成長装置の第１の変形例を示す断面模式図である。 図１〜図３に示した気相成長装置の第２の変形例を示す断面模式図である。 図１〜図３に示した気相成長装置の第３の変形例を示す断面模式図である。 図１〜図３に示した気相成長装置を用いた半導体基板の製造方法を示すフローチャートである。 本発明に従った気相成長装置を示す断面模式図である。 図８の線分ＩＸ−ＩＸにおける断面模式図である。 図８および図９に示した気相成長装置におけるガス導入部の製造方法を説明するための模式図である。 図８および図９に示した気相成長装置におけるガス導入部の製造方法を説明するための模式図である。 図８および図９に示した気相成長装置におけるガス導入部の製造方法を説明するための模式図である。 本発明に従った気相成長装置を示す断面模式図である。 本発明に従った気相成長装置を示す断面模式図である。 図１４の線分ＸＶ−ＸＶにおける断面模式図である。

符号の説明

１ 気相成長装置、２ ガス導入部材、３ 反応室側壁、４ 反応室、５ 反応室底壁、６ サセプタ、７ 基板、８ 排気口、９ 矢印、１０ 第１原料ガス供給部、１１ 第１原料ガス供給部、１２ キャリアガス供給部、１３〜１５，１６ａ，１６ｂ 配管、２１ 側壁、２２ａ〜２２ｄ，２３ａ〜２３ｄ ガス流路、２４，３４ 流路抵抗発生部材、２５ バッファ領域、２６ 上壁部材、２７ 導入口、２８ 冷却媒体、２８ 冷却媒体流路、２９ ガス供給口、３１ 板状体、４１ 流量制御部、５３ 底壁部材、５４ 熱交換器、５５ ポンプ、５６ 冷却媒体導入口、５７ 冷却媒体排出口。

Claims (8)

1. 処理対象物を主面上に保持するサセプタと、
   前記サセプタの主面と対向する位置から、前記サセプタの主面に搭載された処理対象物に原料ガスを供給するための２つの原料ガス供給口と、前記２つの原料ガス供給口の間に位置し、前記原料ガスと異なるガスを主成分としたガスを供給するためのガス供給口とを含む供給口群とを備え、
   前記供給口群は複数形成されるとともに、前記サセプタの主面に沿った方向において複数の前記供給口群が周期的に配置されている、気相成長装置。
2. 前記原料ガス供給口に前記原料ガスを供給する原料ガス供給路には、前記原料ガス供給路に前記原料ガスを供給するための原料ガス導入部と前記原料ガス供給口との間において流路抵抗を高めるための原料ガス流路抵抗部材が配置されることにより、前記原料ガス流路抵抗部材と前記原料ガス導入部との間に原料ガスバッファ領域が形成され、
   前記ガス供給口に前記ガスを供給するガス供給路には、前記ガス供給路に前記ガスを供給するための導入部と前記ガス供給口との間において流路抵抗を高めるための流路抵抗部材が配置されることにより、前記流路抵抗部材と前記導入部との間にガスバッファ領域が形成されている、請求項１に記載の気相成長装置。
3. 前記原料ガス流路抵抗部材および前記流路抵抗部材は、多孔質材料により構成される、請求項２に記載の気相成長装置。
4. 前記原料ガス流路抵抗部材は、前記原料ガス供給路における前記原料ガスの流通方向に垂直な方向での前記原料ガス供給路の断面の一部に配置されるとともに、前記原料ガス供給路の対向する壁の間の距離を規定するスペーサであり、
   前記流路抵抗部材は、前記ガス供給路における前記ガスの流通方向に垂直な方向での前記ガス供給路の断面の一部に配置されるとともに、前記ガス供給路の対向する壁の間の距離を規定するスペーサである、請求項２に記載の気相成長装置。
5. 前記原料ガス供給路には、複数の前記原料ガス導入部が接続され、
   前記ガス供給路には、複数の前記導入部が接続されている、請求項２〜４のいずれか１項に記載の気相成長装置。
6. 前記原料ガス供給路または前記ガス供給路に隣接し、冷却媒体を流通させるための冷却媒体流路を備える、請求項２〜５のいずれか１項に記載の気相成長装置。
7. 複数の前記供給口群に含まれる複数の前記原料ガス供給口のそれぞれから供給する前記原料ガスの流量を制御するための流量制御部を備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の気相成長装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の気相成長装置を用いた半導体基板の製造方法であって、
   前記サセプタの主面上に処理対象物である基板を搭載する工程と、
   前記供給口群から原料ガスおよび前記原料ガスと異なるガスを主成分としたガスを供給することにより、前記基板の表面に膜を形成する工程とを備える、半導体基板の製造方法。

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