JP2016081945A - 気相成長装置および気相成長方法 - Google Patents

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Abstract

【目的】異なる膜種の膜を成膜する場合に、それぞれの膜に対して、成膜特性が適切になるよう成膜条件を制御する気相成長装置を提供する。【構成】反応室と、反応室の上部に配置され、反応室側に第１のガス噴出孔と第２のガス噴出孔を有するシャワープレートと、第１のガス噴出孔に接続され、ＩＩＩ族元素を含む第１のプロセスガスを反応室に供給する第１のガス供給路と、第２のガス噴出孔に接続され、Ｖ族元素を含む第２のプロセスガスを反応室に供給する第２のガス供給路と、第１のガス供給路と第２のガス供給路との間を連結する第１の連結路と、第１の連結路を流れるガスの通過と遮断を制御する第１の制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスを供給して成膜を行う気相成長装置および気相成長方法に関する。
高品質な半導体膜を成膜する方法として、ウェハ等の基板に気相成長により単結晶膜を成長させるエピタキシャル成長技術がある。エピタキシャル成長技術を用いる気相成長装置では、常圧または減圧に保持された反応室内の支持部にウェハを載置する。そして、このウェハを加熱しながら、成膜の原料となるソースガス等のプロセスガスを、反応室上部の、例えば、シャワープレートからウェハ表面に供給する。ウェハ表面ではソースガスの熱反応等が生じ、ウェハ表面にエピタキシャル単結晶膜が成膜される。
近年、発光デバイスやパワーデバイスの材料として、ＧａＮ（窒化ガリウム）系の半導体デバイスが注目されている。ＧａＮ系の半導体を成膜するエピタキシャル成長技術として、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）がある。有機金属気相成長法では、ソースガスとして、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属や、アンモニア（ＮＨ３）等が用いられる。
発光デバイスやパワーデバイスでは、ＭＯＣＶＤ法を用いて異なる膜種の膜を成膜する場合がある。異なる膜種の膜を成膜する場合に、それぞれの膜に対して、成長速度、膜質、膜厚均一性等の成膜特性が適切になるよう成膜条件が制御されることが望ましい。
特許第４８６４０５７号公報
本発明が解決しようとする課題は、異なる膜種の膜を成膜する場合に、それぞれの膜に対して、成膜特性が適切になるよう成膜条件を制御する気相成長装置および気相成長方法を提供することにある。
本発明の一態様の気相成長装置は、反応室と、前記反応室の上部に配置され、前記反応室側に第１のガス噴出孔と第２のガス噴出孔を有するシャワープレートと、前記第１のガス噴出孔に接続され、ＩＩＩ族元素を含む第１のプロセスガスを前記反応室に供給する第１のガス供給路と、前記第２のガス噴出孔に接続され、Ｖ族元素を含む第２のプロセスガスを前記反応室に供給する第２のガス供給路と、前記第１のガス供給路と前記第２のガス供給路との間を連結する第１の連結路と、前記第１の連結路を流れるガスの通過と遮断を制御する第１の制御部と、を備えることを特徴とする。
上記態様の気相成長装置において、前記シャワープレートが第３のガス噴出孔を有し、前記第３のガス噴出孔に接続され、水素ガスまたは不活性ガスを含む第３のプロセスガスを前記反応室に供給する第３のガス供給路を備えることが望ましい。
上記態様の気相成長装置において、前記第１のガス供給路と前記第３のガス供給路との間を連結する第２の連結路と、前記第２のガス供給路と前記第３のガス供給路との間を連結する第３の連結路と、前記第２の連結路を流れるガスの通過と遮断を制御する第２の制御部と、前記第３の連結路を流れるガスの通過と遮断を制御する第３の制御部とを備えることが望ましい。
上記態様の気相成長装置において、前記第１のガス供給路と前記第３のガス供給路との間、および、前記第２のガス供給路と前記第３のガス供給路との間の少なくともいずれか一方を連結する第２の連結路と、前記第２の連結路を流れるガスの通過と遮断を制御する第２の制御部とを備えることが望ましい。
本発明の一態様の気相成長方法は、反応室に基板を搬入し、ＩＩＩ族元素を含むガスとＶ族元素を含むガスを前記反応室に導入する迄分離された状態で前記反応室に供給し、前記基板に第１の半導体膜を成膜し、ＩＩＩ族元素を含むガスとＶ族元素を含むガスを前記反応室に導入する前に混合して前記反応室に供給し、前記基板に第２の半導体膜を成膜する気相成長方法であって、前記第１の半導体膜の成膜と前記第２の半導体の成膜を、前記基板を前記反応室外に出すことなく連続して行うことを特徴とする。
本発明によれば、異なる膜種の膜を成膜する場合に、それぞれの膜に対して、成膜特性が適切になるよう成膜条件を制御する気相成長装置および気相成長方法を提供することが可能となる。
第１の実施形態の気相成長装置の構成図である。 第１の実施形態の気相成長装置の要部の模式断面図である。 第１の実施形態のシャワープレートの模式平面図である。 第２の実施形態の気相成長装置の構成図である。 第３の実施形態の気相成長装置の構成図である。 第４の実施形態の気相成長装置の構成図である。 第５の実施形態の気相成長装置の構成図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、本明細書中では、気相成長装置が成膜可能に設置された状態での重力方向を「下」と定義し、その逆方向を「上」と定義する。したがって、「下部」とは、基準に対し重力方向の位置、「下方」とは基準に対し重力方向を意味する。そして、「上部」とは、基準に対し重力方向と逆方向の位置、「上方」とは基準に対し重力方向と逆方向を意味する。また、「縦方向」とは重力方向である。
また、本明細書中、「プロセスガス」とは、基板上への成膜のために用いられるガスの総称であり、例えば、ソースガス、キャリアガス、希釈ガス、分離ガス、補償ガス、バブリングガス等を含む概念とする。
また、本明細書中、「分離ガス」とは、気相成長装置の反応室内に導入されるプロセスガスであり、複数の原料ガスのプロセスガス間を分離するガスの総称である。
（第１の実施形態）
本実施形態の気相成長装置は、反応室と、反応室の上部に配置され、反応室側に第１のガス噴出孔と第２のガス噴出孔を有するシャワープレートと、第１のガス噴出孔に接続され、ＩＩＩ族元素を含む第１のプロセスガスを反応室に供給する第１のガス供給路と、第２のガス噴出孔に接続され、Ｖ族元素を含む第２のプロセスガスを反応室に供給する第２のガス供給路と、第１のガス供給路と第２のガス供給路との間を連結する第１の連結路と、第１の連結路を流れるガスの通過と遮断を制御する第１の制御部と、を備える。
また、本実施形態の気相成長方法は、反応室に基板を搬入し、ＩＩＩ族元素を含むガスとＶ族元素を含むガスを反応室に導入する迄分離された状態で反応室に供給し、基板に第１の半導体膜を成膜し、ＩＩＩ族元素を含むガスとＶ族元素を含むガスを反応室に導入する前に混合して反応室に供給し、第２の半導体膜を成膜する気相成長方法である。そして、第１の半導体膜の成膜と第２の半導体の成膜を、基板を反応室外に出すことなく連続して行う。
図１は、本実施形態の気相成長装置の構成図である。本実施形態の気相成長装置は、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いる縦型の枚葉型のエピタキシャル成長装置である。本実施形態のエピタキシャル成長装置では、例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）等のＩＩＩ−Ｖ族の窒化物系半導体の単結晶膜を成膜する。
気相成長装置は、ウェハ等の基板への成膜がその内部で行われる反応室１０を備える。そして、反応室１０の上部に配置されるシャワープレート１０１を備える。シャワープレート１０１の反応室１０側には、第１のガス噴出孔１１１、第２のガス噴出孔１１２および第３のガス噴出孔１１３を備える。
気相成長装置は、第１のガス噴出孔１１１に接続され、ＩＩＩ族元素を含む第１のプロセスガスを反応室１０に供給する第１のガス供給路３１を備える。また、第２のガス噴出孔１１２に接続され、Ｖ族元素を含む第２のプロセスガスを反応室１０に供給する第２のガス供給路３２を備える。さらに、第３のガス噴出孔１１３に接続され、水素ガスまたは不活性ガスを含む第３のプロセスガスを反応室１０に供給する第３のガス供給路３３を備える。
第１のガス供給路３１は、反応室１０にＩＩＩ族元素の有機金属とキャリアガスを含む第１のプロセスガスを供給する。第１のプロセスガスは、ウェハ上にＩＩＩ−Ｖ族半導体の膜を成膜する際の、ＩＩＩ族元素を含むガスである。キャリアガスは、例えば水素ガスである。
ＩＩＩ族元素は、例えば、ガリウム（Ｇａ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）等である。また、有機金属は、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）等である。
第２のガス供給路３２は、反応室１０にＶ族元素を含む第２のプロセスガスを供給する。第２のプロセスガスは、ウェハ上にＩＩＩ−Ｖ族半導体の膜を成膜する際の、Ｖ族元素である窒素（Ｎ）のソースガスである。第２のプロセスガスは、例えばアンモニア（ＮＨ３）を含む。
また、第３のガス供給路３３は反応室１０に水素ガスまたは不活性ガスを含む第３のプロセスガスを供給する。第３のプロセスガスは、いわゆる分離ガスであり、反応室１０内に第１のプロセスガスと第２のプロセスガスを噴出させる際に、両者の間に噴出させる。これにより、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスとが噴出直後に反応することを抑制する。これにより、成膜特性が向上する。
気相成長装置は、第１のガス供給路３１と第２のガス供給路３２との間を連結する第１の連結路４１を備える。また、第１の連結路４１に第１の連結路４１を流れるガスの通過と遮断を制御する第１の制御部５１を備える。第１の制御部５１は、例えば、バルブである。
また、第１の連結路４１よりも反応室１０側に、第１のガス供給路３１と第３のガス供給路３３との間を連結する第２の連結路４２を備える。また、第２の連結路４２に第２の連結路４２を流れるガスの通過と遮断を制御する第２の制御部５２を備える。第２の制御部５２は、例えば、バルブである。
さらに、第１の連結路４１よりも反応室１０側に、第２のガス供給路３２と第３のガス供給路３３との間を連結する第３の連結路４３を備える。また、第３の連結路４３に第３の連結路４３を流れるガスの通過と遮断を制御する第３の制御部５３を備える。第３の制御部５３は、例えば、バルブである。
図２は、本実施形態の気相成長装置の要部の模式断面図である。図２に示すように、本実施形態の反応室１０は、例えばステンレス製で円筒状中空体の壁面１００を備える。そして、反応室１０上部に配置され、反応室１０内に、プロセスガスを供給するシャワープレート１０１を備えている。
また、反応室１０内のシャワープレート１０１下方に設けられ、半導体ウェハ（基板）Ｗを載置可能な支持部１１９を備えている。支持部１１９は、例えば、中心部に開口部が設けられる環状ホルダー、または、半導体ウェハＷ裏面のほぼ全面に接する構造のサセプタである。
３本の第１のガス供給路３１、第２のガス供給路３２、第３のガス供給路３３は、シャワープレート１０１に接続される。シャワープレート１０１の反応室１０側には、第１のガス供給路３１、第２のガス供給路３２、第３のガス供給路３３から供給される第１、第２および第３のプロセスガスを、反応室１０内に噴出するための第１のガス噴出孔１１１、第２のガス噴出孔１１２、第３のガス噴出孔１１３が設けられている。
また、支持部１１９をその上面に配置し回転する回転体ユニット１１４、支持部１１９に載置されたウェハＷを加熱する加熱部１１６としてヒーターを、支持部１１９下方に備えている。ここで、回転体ユニット１１４は、その回転軸１１８が、下方に位置する回転駆動機構１２０に接続される。そして、回転駆動機構１２０により、半導体ウェハＷをその中心を回転中心として、例えば、５０ｒｐｍ以上３０００ｒｐｍ以下で回転させることが可能となっている。
円筒状の回転体ユニット１１４の径は、支持部１１９の外周径とほぼ同じであることが望ましい。なお、回転軸１１８は、反応室１０の底部に真空シール部材を介して回転自在に設けられている。
そして、加熱部１１６は、回転軸１１８の内部に貫通する支持軸１２２に固定される支持台１２４上に固定して設けられる。加熱部１１６には、図示しない電流導入端子と電極により、電力が供給される。この支持台１２４には半導体ウェハＷを支持部１１９から脱着させるための、例えば突き上げピン（図示せず）が設けられている。
さらに、半導体ウェハＷ表面等でソースガスが反応した後の反応生成物および反応室１０の残留プロセスガスを反応室１０外部に排出するガス排出部１２６を、反応室１０底部に備える。
なお、図２に示した反応室１０では、反応室１０の側壁箇所において、半導体ウェハＷを出し入れするための図示しないウェハ出入口およびゲートバルブが設けられている。そして、このゲートバルブで連結する例えばロードロック室（図示せず）と反応室１０との間において、ハンドリングアームにより半導体ウェハＷを搬送できるように構成される。ここで、例えば、先端のハンド部が合成石英で形成されるハンドリングアームは、シャワープレート１０１と支持部１１９とのスペースに挿入可能となっている。
図３は、本実施形態のシャワープレートの模式平面図である。図３は、シャワープレート１０１を反応室１０側から見た平面図である。
シャワープレート１０１は、例えば、所定の厚さの板状の形状である。シャワープレート１０１は、例えば、ステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属材料で形成される。
シャワープレート１０１の反応室１０側には、第１のガス噴出孔１１１、第２のガス噴出孔１１２、第３のガス噴出孔１１３が設けられる。第３のガス噴出孔１１３は、第１のガス噴出孔１１１と第２のガス噴出孔１１２の間に配置される。
第１のガス噴出孔１１１からは、例えば、ＩＩＩ族元素を含む第１のプロセスガスが反応室１０に供給される。第２のガス噴出孔１１２からは、例えば、Ｖ族元素を含む第２のプロセスガスが反応室１０に供給される。第３のガス噴出孔１１３からは、例えば、水素ガスまたは不活性ガスを含む第３のプロセスガスが反応室１０に供給される。
本実施形態の気相成長方法は、図１および図２のエピタキシャル成長装置を用いる。以下、本実施形態の気相成長方法について、第１の半導体膜としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）膜、第２の半導体膜としてＧａＮ（窒化ガリウム）膜を連続成膜する場合を例に説明する。
まず、反応室１０に、基板の一例である半導体ウェハＷを搬入する。
反応室１０に、例えば、第１、第２、第３のガス供給路３１、３２、３３から水素ガスが供給され、真空ポンプ（図示せず）を作動して反応室１０内のガスをガス排出部１２６から排気する。反応室１０を所定の圧力に制御している状態で、反応室１０内の支持部１１９に半導体ウェハＷを載置する。
半導体ウェハＷの搬入に際しては、例えば、反応室１０のウェハ出入口のゲートバルブ（図示せず）を開きハンドリングアームにより、ロードロック室内の半導体ウェハＷを反応室１０内に搬入する。そして、半導体ウェハＷは例えば突き上げピン（図示せず）を介して支持部１１９に載置され、ハンドリングアームはロードロック室に戻され、ゲートバルブは閉じられる。
ここで、支持部１１９に載置した半導体ウェハＷは、加熱部１１６により所定温度に予備加熱している。その後、加熱部１１６の加熱出力を上げて半導体ウェハＷを所定の温度、例えば、１１００℃程度の成膜温度に昇温させる。
次に、第１のガス供給路３１へ、水素ガスをキャリアガスとするＴＭＡ（ＩＩＩ族元素を含むガス）を供給する。また、第２のガス供給路３２へ、アンモニア（Ｖ族元素を含むガス）を含むガスを供給する。また、第３のガス供給路３３へ、水素ガスを分離ガスとして供給する。
ＡｌＮ膜の成膜の際は、第１の制御部５１で、第１の連結路４１のガスの流れを遮断する。また、第２の制御部５２で第２の連結路４２のガスの流れを遮断する。そして、第３の制御部５３で第３の連結路４３のガスの流れを遮断する。
これにより、ＴＭＡを含むガス、アンモニアを含むガスおよび分離ガスは、反応室１０に導入する迄分離された状態で反応室１０に供給される。したがって、ＴＭＡを含むガスが第１のガス噴出孔１１１から、アンモニアを含むガスが第２のガス噴出孔１１２から、水素ガスが第３のガス噴出孔１１３から、それぞれ独立に反応室１０内に供給される。
これにより、半導体ウェハＷ表面にＡｌＮ膜をエピタキシャル成長させる。ＡｌＮ膜の成長終了時には、ＴＭＡの第１のガス供給路３１への流入を遮断する。これにより、ＡｌＮ単結晶膜の成長が終了する。
次に、半導体ウェハＷを反応室１０外に出すことなく、連続してＡｌＮ膜上にＧａＮ膜を成膜する。
第１のガス供給路３１へ、水素ガスをキャリアガスとするＴＭＧ（ＩＩＩ族元素を含むガス）を供給する。また、第２のガス供給路３２へ、アンモニア（Ｖ族元素を含むガス）を含むガスを供給する。第３のガス供給路３３への水素ガスの供給は止める。
ＧａＮ膜の成膜の際は、第１の制御部５１で、第１の連結路４１をガスが通過するようにする。また、第２の制御部５２で第２の連結路４２をガスが通過するようにする。そして、第３の制御部５３で第３の連結路４３をガスが通過するようにする。
これにより、ＴＭＧを含むガスとアンモニアを含むガスは、反応室１０に導入される前に混合され反応室１０に供給される。また、混合されたガスは、第２の連結路４２と第３の連結路４３を通って、第３のガス供給路３３にも供給される。したがって、ＴＭＧとアンモニアの両方を含む混合ガスが第１のガス噴出孔１１１、第２のガス噴出孔１１２および第３のガス噴出孔１１３から、反応室１０内に供給される。
これにより、半導体ウェハＷのＡｌＮ膜上にＧａＮ膜をエピタキシャル成長させる。ＧａＮ膜の成長終了時には、ＴＭＧの第１のガス供給路３１への流入を遮断する。これにより、ＧａＮ単結晶膜の成長が終了する。
その後、加熱部１１６の加熱出力を下げて半導体ウェハＷの温度を下げ、所定の温度まで半導体ウェハＷの温度が低下した後、第２のガス供給路３２から反応室１０へのアンモニア供給を停止する。
この成膜終了時には、反応室１０へは第１のガス供給路３１を介して水素ガスが供給される。また、反応室１０へは第２のガス供給路３２を介して水素ガスが供給される。
ここで、例えば、回転体ユニット１１４の回転を停止させ、単結晶膜が形成された半導体ウェハＷを支持部１１９に載置したままにして、加熱部１１６の加熱出力を調整し、搬送温度に低下させる。
次に、例えば突き上げピンにより半導体ウェハＷを支持部１１９から脱着させる。そして、再びゲートバルブを開いてハンドリングアームをシャワープレート１０１および支持部１１９の間に挿入し、その上に半導体ウェハＷを載せる。そして、半導体ウェハＷを載せたハンドリングアームをロードロック室に戻す。
以上のようにして、一回の半導体ウェハＷに対する成膜が終了する。例えば、引き続いて他の半導体ウェハＷに対する成膜が上述したのと同一のプロセスシーケンスに従って行うことも可能である。
ＩＩＩ−Ｖ族半導体膜はその種類によって、最適な成膜条件が異なる。例えば、ＡｌＮ膜の場合、ＴＭＡとアンモニアを分離した状態でシャワープレート１０１から反応室１０に導入することが、表面モホロジーや結晶性を向上させる観点から望ましい。一方、Ｇａを含む半導体膜、例えば、ＧａＮ膜の場合、ＴＭＧとアンモニアを混合した状態で、シャワープレート１０１から反応室１０に導入することが、良好な膜特性を保った状態で成長速度を上げる観点から望ましい。
本実施形態の気相成長装置は、第１の連結路４１と第１の制御部５１を備えることで、ＩＩＩ族元素を含むガスとＶ族元素を含むガスを分離した状態、あるいは、混合した状態のいずれの状態でも、シャワープレート１０１から反応室１０に供給することが可能である。したがって、異なる膜種の膜を成膜する場合に、それぞれの膜に対して、成膜特性が適切になるよう成膜条件を制御することが可能となる。
さらに、分離ガス供給用の第３のガス供給路３３を備えることで、ＩＩＩ族元素を含むガスとＶ族元素を含むガスを分離した状態で反応室１０に供給する場合の成膜特性が向上する。そして、第２の制御部５２と第２の連結路４２、第３の制御部５３と第３の連結路４３を備えることで、ＩＩＩ族元素を含むガスとＶ族元素を含むガスを混合した状態で反応室１０に供給する場合、第３のガス噴出孔１１３からも混合ガスが供給可能となる。したがって、膜厚均一性等の成膜特性が向上する。
また、本実施形態の気相成長方法によれば、同一の反応室１０で異なる膜種の膜を連続成膜する場合に、それぞれの膜に対して、成膜特性が適切になるよう成膜条件を制御できる。したがって、高品質な半導体積層膜を備える基板を高いスループットで製造することが可能となる。
なお、気相成長装置が、第３のガス供給路３３を備える場合を例に説明したが、第３のガス供給路３３を省略した装置構成とすることも可能である。また、第３のガス供給路３３を備える場合であっても、第２の制御部５２と第２の連結路４２、第３の制御部５３と第３の連結路４３を省略した構成とすることも可能である。
また、気相成長方法として、ＩＩＩ族元素を含むガスとＶ族元素を含むガスを反応室に導入する迄分離された状態で反応室に供給し、基板に第１の半導体膜を成膜し、その後、ＩＩＩ族元素を含むガスとＶ族元素を含むガスを反応室に導入する前に混合して反応室に供給し、第２の半導体膜を成膜する場合を例に説明した。しかし、必ずしもこの順序でなくとも、ＩＩＩ族元素を含むガスとＶ族元素を含むガスを反応室に導入する前に混合して反応室に供給し、第２の半導体膜を成膜し、その後、ＩＩＩ族元素を含むガスとＶ族元素を含むガスを反応室に導入する迄分離された状態で反応室に供給し、基板に第１の半導体膜を成膜する方法であってもかまわない。
（第２の実施形態）
本実施形態の気相成長装置は、第２の連結路４２および第３の連結路４３が、第１の連結路４１に対し反応室１０の反対側に設けられること以外は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
図４は、本実施形態の気相成長装置の構成図である。第２の連結路４２は、第１の連結路４１に対し反応室１０の反対側で第１のガス供給路３１と第３のガス供給路３３を連結する。また、第３の連結路４３は、第１の連結路４１よりも反応室１０の反対側で第２のガス供給路３２と第３のガス供給路３３を連結する。
本実施形態の気相成長装置においても、異なる膜種の膜を成膜する場合に、それぞれの膜に対して、成膜特性が適切になるよう成膜条件を制御することが可能となる。
（第３の実施形態）
本実施形態の気相成長装置は、第２のガス供給路３２と第３のガス供給路３３を連結する第３の連結路４３が設けられないこと以外は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
図５は、本実施形態の気相成長装置の構成図である。第１の連結路４１よりも反応室１０側に、第１のガス供給路３１と第３のガス供給路３３との間を連結する第２の連結路４２を備える。また、第２の連結路４２に第２の連結路４２を流れるガスの通過と遮断を制御する第２の制御部５２を備える。第２の制御部５２は、例えば、バルブである。
本実施形態の気相成長装置においても、異なる膜種の膜を成膜する場合に、それぞれの膜に対して、成膜特性が適切になるよう成膜条件を制御することが可能となる。
（第４の実施形態）
本実施形態の気相成長装置は、第１のガス供給路３１と第３のガス供給路３３を連結する第２の連結路４２が設けられないこと以外は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
図６は、本実施形態の気相成長装置の構成図である。第１の連結路４１よりも反応室１０側に、第２のガス供給路３２と第３のガス供給路３３との間を連結する第３の連結路（第２の連結路）４３を備える。また、第３の連結路４３に第３の連結路４３を流れるガスの通過と遮断を制御する第３の制御部（第２の制御部）５３を備える。第３の制御部５３は、例えば、バルブである。
本実施形態の気相成長装置においても、異なる膜種の膜を成膜する場合に、それぞれの膜に対して、成膜特性が適切になるよう成膜条件を制御することが可能となる。
（第５の実施形態）
本実施形態の気相成長装置は、第１のガス供給路３１と第２のガス供給路３２を連結する第１の連結路４１が２系統設けられる点、第１の制御部５１が４個設けられる点、第１のガス供給路３１と第３のガス供給路３３を連結する第２の連結路４２が設けられない点、第２のガス供給路３２と第３のガス供給路３３を連結する第３の連結路４３が設けられない点で第１の実施形態と異なる。第１の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
図７は、本実施形態の気相成長装置の構成図である。第１のガス供給路３１と第２のガス供給路３２を連結する２系統の連結路、すなわち、第１の連結路４１ａと第１の連結路４１ｂとが設けられる。第１の連結路４１ｂは、第１の連結路４１ａよりも反応室１０側に設けられる。
また、第１の連結路４１ａには、第１の制御部５１ａ、５１ｂが設けられる。第１の連結路４１ｂには、第１の制御部５１ｃ、５１ｄが設けられる。
本実施形態の気相成長装置を用いた気相成長方法では、ＡｌＮ膜の成膜の際は、第１の制御部５１ａを開き、第１のガス供給路３１へ、水素ガスをキャリアガスとするＴＭＡ（ＩＩＩ族元素を含むガス）を供給する。一方、第１の制御部５１ｂを閉じ、水素ガスをキャリアガスとするＴＭＡの第２のガス供給路３２への供給を遮断する。そして、第１の制御部５１ｄを開き、第２のガス供給路３２へ、アンモニア（Ｖ族元素を含むガス）を含むガスを供給する。一方、第１の制御部５１ｃを閉じ、アンモニア（Ｖ族元素を含むガス）を含むガスの第１のガス供給路３１への供給を遮断する。また、第３のガス供給路３３へ、水素ガスを分離ガスとして供給する。
これにより、ＴＭＡを含むガス、アンモニアを含むガスおよび分離ガスは、反応室１０に導入する迄分離された状態で反応室１０に供給される。したがって、ＴＭＡを含むガスが第１のガス噴出孔１１１から、アンモニアを含むガスが第２のガス噴出孔１１２から、水素ガスが第３のガス噴出孔１１３から、それぞれ独立に反応室１０内に供給される。
ＧａＮ膜の成膜の際は、４個の第１の制御部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄすべてを開き、第１の連結路４１ａと第１の連結路４１ｂで、第１のガス供給路３１および第２のガス供給路３２が連結される。したがって、ＴＭＧを含むガスとアンモニアを含むガスは、反応室１０に導入される前に混合されて反応室１０に供給される。
本実施形態の気相成長装置においても、異なる膜種の膜を成膜する場合に、それぞれの膜に対して、成膜特性が適切になるよう成膜条件を制御することが可能となる。また、連結路を２系統、制御部を４個設けることで、安定したプロセスガスの混合が可能となる。
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。上記、実施形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、各実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもかまわない。
例えば、実施形態では、ＡｌＮ、ＧａＮ（窒化ガリウム）の単結晶膜を成膜する場合を例に説明したが、例えば、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）等、その他のＩＩＩ−Ｖ族の窒化物系半導体の単結晶膜等の成膜にも本発明を適用することが可能である。また、ＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族の半導体にも本発明を適用することが可能である。
また、キャリアガス、分離ガスとして水素ガス（Ｈ２）を例に説明したが、その他、窒素ガス（Ｎ２）、アルゴンガス（Ａｒ）、ヘリウムガス（Ｈｅ）等の不活性ガス、あるいは、それらのガスの組み合わせを適用することが可能である。
また、実施形態では、ウェハ１枚毎に成膜する縦型の枚葉式のエピタキシャル装置を例に説明したが、気相成長装置は、枚葉式のエピタキシャル装置に限られるものではない。例えば、自公転する複数のウェハに同時に成膜するプラネタリー方式のＣＶＤ装置や、横型のエピタキシャル装置等にも、本発明を適用することが可能である。
実施形態では、装置構成や製造方法等、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や製造方法等を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての気相成長装置および気相成長方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
１０ 反応室
３１ 第１のガス供給路
３２ 第２のガス供給路
３３ 第３のガス供給路
４１ 第１の連結路
４２ 第２の連結路
４３ 第３の連結路
５１ 第１の制御部
５２ 第２の制御部
５３ 第３の制御部
１０１ シャワープレート
１１１ 第１の噴出孔
１１２ 第２の噴出孔
１１３ 第３の噴出孔

Claims (5)

  1. 反応室と、
    前記反応室の上部に配置され、前記反応室側に第１のガス噴出孔と第２のガス噴出孔を有するシャワープレートと、
    前記第１のガス噴出孔に接続され、ＩＩＩ族元素を含む第１のプロセスガスを前記反応室に供給する第１のガス供給路と、
    前記第２のガス噴出孔に接続され、Ｖ族元素を含む第２のプロセスガスを前記反応室に供給する第２のガス供給路と、
    前記第１のガス供給路と前記第２のガス供給路との間を連結する第１の連結路と、
    前記第１の連結路を流れるガスの通過と遮断を制御する第１の制御部と、
    を備えることを特徴とする気相成長装置。
  2. 前記シャワープレートが第３のガス噴出孔を有し、
    前記第３のガス噴出孔に接続され、水素ガスまたは不活性ガスを含む第３のプロセスガスを前記反応室に供給する第３のガス供給路を備えることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
  3. 前記第１のガス供給路と前記第３のガス供給路との間を連結する第２の連結路と、
    前記第２のガス供給路と前記第３のガス供給路との間を連結する第３の連結路と、
    前記第２の連結路を流れるガスの通過と遮断を制御する第２の制御部と、
    前記第３の連結路を流れるガスの通過と遮断を制御する第３の制御部とを備えることを特徴とする請求項２記載の気相成長装置。
  4. 前記第１のガス供給路と前記第３のガス供給路との間、および、前記第２のガス供給路と前記第３のガス供給路との間の少なくともいずれか一方を連結する第２の連結路と、
    前記第２の連結路を流れるガスの通過と遮断を制御する第２の制御部とを備えることを特徴とする請求項２記載の気相成長装置。
  5. 反応室に基板を搬入し、
    ＩＩＩ族元素を含むガスとＶ族元素を含むガスを前記反応室に導入する迄分離された状態で前記反応室に供給し、前記基板に第１の半導体膜を成膜し、
    ＩＩＩ族元素を含むガスとＶ族元素を含むガスを前記反応室に導入する前に混合して前記反応室に供給し、前記基板に第２の半導体膜を成膜する気相成長方法であって、
    前記第１の半導体膜の成膜と前記第２の半導体の成膜を、前記基板を前記反応室外に出すことなく連続して行うことを特徴とする気相成長方法。
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