JP2020141112A - 気相成長装置 - Google Patents

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Abstract

【目的】膜の特性の再現性を向上させることが可能な気相成長装置を提供する。【構成】実施形態の気相成長装置は、反応室と、反応室の上に設けられ、プロセスガスが導入されるガス室と、ガス室から反応室に前記プロセスガスを供給し、所定の長さを有する複数のガス導管と、複数のガス導管のうちの少なくとも一つのガス導管の上側に挿入される調整導管を備え、調整導管は、上端部の外周に設けられた環状の凸部を有し、ガス導管から取り外し可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、基板にガスを供給して膜の形成を行う気相成長装置に関する。
高品質な半導体膜を形成する方法として、基板の表面に気相成長により単結晶膜を形成す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、常圧又は減圧に保持された反応室の中のホルダに基板を載置する。
そして、基板を加熱しながら、膜の原料を含むプロセスガスを、反応室の上部のバッファ室を経由して反応室に供給する。基板の表面ではプロセスガスの熱反応が生じ、基板の表面にエピタキシャル単結晶膜が形成される。
例えば、同一仕様の異なる気相成長装置の間で、同一プロセス条件で形成する膜の特性の再現性が得られない場合がある。この原因は、例えば、各気相成長装置を構成する部品の加工公差内での寸法バラツキであると考えられる。例えば、バッファ室へプロセスガスを供給する流路の寸法バラツキにより、バッファ室内の圧力分布の再現性が得られず、膜の特性の再現性が得られないことが原因の一つと考えられる。
特開平１−２５７３２１号公報
本発明が解決しようとする課題は、膜の特性の再現性を向上させることが可能な気相成長装置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、前記反応室の上に設けられ、プロセスガスが導入されるガス室と、前記ガス室から前記反応室に前記プロセスガスを供給し、所定の長さを有する複数のガス導管と、前記複数のガス導管のうちの少なくとも一つのガス導管の上側に挿入される調整導管を備え、前記調整導管は、上端部の外周に設けられた環状の凸部を有し、前記ガス導管から取り外し可能である。
上記態様の気相成長装置において、前記調整導管の前記ガス導管に挿入された部分と前記ガス導管は、前記ガス導管の直径方向に所定の距離をおいて離間していることが好ましい。
上記態様の気相成長装置において、前記所定の距離は０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。
上記態様の気相成長装置において、前記調整導管の下端と前記調整導管が挿入された前記ガス導管の下端との距離は、前記所定の長さの２分の１以上であることが好ましい。
上記態様の気相成長装置において、前記ガス導管の材料と前記調整導管の材料とが異なることが好ましい。
本発明によれば、膜の特性の再現性を向上させることが可能な気相成長装置が実現できる。
第１の実施形態の気相成長装置の模式断面図。 第１の実施形態の第１のガス導管及び第１の調整導管の模式断面図。 第１の実施形態の第１の調整導管の模式図。 第１の実施形態の第２のガス導管及び第２の調整導管の模式断面図。 第２の実施形態の第１のガス導管及び第１の調整導管の模式断面図。 第３の実施形態の気相成長装置の模式断面図。
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。
本明細書中、同一又は類似の部材について、同一の符号を付す場合がある。
本明細書中、気相成長装置が膜の形成が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、膜の形成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、アシストガス、ドーパントガス、キャリアガス、及び、それらの混合ガスを含む概念とする。
コンダクタンスは流路を流れる流体の流れやすさを表す。例えば、内径がＤ、長さがＬの円筒形状の導管のコンダクタンスはＤ４／Ｌに比例する。以後、Ｄ４／Ｌをコンダクタンス係数と称する。なお、本明細書では、導管の形状変更に伴う導管の入口と出口との圧力に変化が無いものとする。また、粘性流領域においては、コンダクタンスは導管の平均圧力にも比例するが、本明細書では、煩雑にならないよう計算上省略するものとする。こうすることで、導管のコンダクタンスをコンダクタンス係数のみに比例するものとして扱うことができる。
（第１の実施形態）
第１の実施形態の気相成長装置は、反応室と、反応室の上に設けられ、プロセスガスが導入されるガス室と、ガス室から反応室にプロセスガスを供給し、所定の長さを有する複数のガス導管と、複数のガス導管のうちの少なくとも一つのガス導管の上側に挿入される調整導管を備え、調整導管は、上端部の外周に設けられた環状の凸部を有し、ガス導管から取り外し可能である。
図１は、第１の実施形態の気相成長装置の模式断面図である。第１の実施形態の気相成長装置１００は、例えば、単結晶のＳｉＣ基板上に単結晶のＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる枚葉型のエピタキシャル成長装置である。
第１の実施形態の気相成長装置１００は、反応室１０、第１のバッファ室１１（ガス室）、第２のバッファ室１２を備える。反応室１０は、サセプタ１４（ホルダ）、回転体１６、回転軸１８、回転駆動機構２０、第１のヒータ２２、リフレクタ２８、支持柱３０、固定台３２、固定軸３４、フード４０、第２のヒータ４２、ガス排出口４４、第１のガス導管５１、第１の調整導管５２、第２のガス導管６１、及び、第２の調整導管６２を備える。第１のバッファ室１１（ガス室）は、第１の仕切り板３６、第１のガス供給口８１を備える。第２のバッファ室１２は、第２の仕切り板３７、第２のガス供給口８２を備える。
反応室１０は、例えば、ステンレス製である。反応室１０は、円筒形状の壁を有する。反応室１０内で、ウェハＷ上にＳｉＣ膜を形成する。ウェハＷは基板の一例である。
サセプタ１４は、反応室１０の中に設けられる。サセプタ１４には、ウェハＷが載置可能である。サセプタ１４には、中心部に開口部が設けられていても構わない。サセプタ１４は、ホルダの一例である。
サセプタ１４は、例えば、ＳｉＣやカーボン、又は、ＳｉＣやＴａＣでコートしたカーボン等の耐熱性の高い材料で形成される。
サセプタ１４は、回転体１６の上部に固定される。回転体１６は、回転軸１８に固定される。サセプタ１４は、間接的に回転軸１８に固定される。
回転軸１８は、回転駆動機構２０によって回転可能である。回転駆動機構２０により、回転軸１８を回転させることによりサセプタ１４を回転させることが可能である。サセプタ１４を回転させることにより、サセプタ１４に載置されたウェハＷを回転させることが可能である。
回転駆動機構２０により、例えば、ウェハＷを３００ｒｐｍ以上３０００ｒｐｍ以下の回転速度で回転させることが可能である。回転駆動機構２０は、例えば、モータとベアリングで構成される。
第１のヒータ２２は、サセプタ１４の下に設けられる。第１のヒータ２２は、回転体１６内に設けられる。第１のヒータ２２は、サセプタ１４に保持されたウェハＷを下方から加熱する。第１のヒータ２２は、例えば、抵抗加熱ヒータである。第１のヒータ２２は、例えば、櫛形のパターンが施された円板状である。
リフレクタ２８は、第１のヒータ２２の下に設けられる。リフレクタ２８とサセプタ１４との間に、第１のヒータ２２が設けられる。
リフレクタ２８は、第１のヒータ２２から下方に放射される熱を反射し、ウェハＷの加熱効率を向上させる。また、リフレクタ２８は、リフレクタ２８より下方の部材が加熱されるのを防止する。リフレクタ２８は、例えば、円板状である。リフレクタ２８は、例えば、ＳｉＣで被覆したカーボン等の耐熱性の高い材料で形成される。
リフレクタ２８は、例えば、複数の支持柱３０によって、固定台３２に固定される。固定台３２は、例えば、固定軸３４によって支持される。
回転体１６内には、サセプタ１４を回転体１６から脱着させるために、突き上げピン（図示せず）が設けられる。突き上げピンは、例えば、リフレクタ２８、及び、第１のヒータ２２を貫通する。
第２のヒータ４２は、フード４０と反応室１０の内壁との間に設けられる。第２のヒータ４２は、サセプタ１４に保持されたウェハＷを上方から加熱する。ウェハＷを第１のヒータ２２に加えて第２のヒータ４２で加熱することにより、ウェハＷをＳｉＣ膜の成長に必要とされる温度、例えば、１５００℃以上の温度に加熱することが可能となる。第２のヒータ４２は、例えば、抵抗加熱ヒータである。
フード４０は、例えば、円筒形状である。フード４０は、第２のヒータ４２に第１のプロセスガスＧ１や第２のプロセスガスＧ２が接することを防ぐ機能を備える。フード４０は、例えば、ＳｉＣで被覆したカーボン等の耐熱性の高い材料で形成される。
ガス排出口４４は、反応室１０の底部に設けられる。ガス排出口４４は、ウェハＷ表面でソースガスが反応した後の余剰の反応生成物、及び、余剰のプロセスガスを反応室１０の外部に排出する。ガス排出口４４は、例えば、図示しない真空ポンプに接続される。
また、反応室１０には、図示しないウェハ出入口及びゲートバルブが設けられている。ウェハ出入口及びゲートバルブにより、ウェハＷを反応室１０内に搬入したり、反応室１０外に搬出したりすることが可能である。
第１のバッファ室１１は、反応室１０の上に設けられる。第１のバッファ室１１には、第１のプロセスガスＧ１を導入するための第１のガス供給口８１が設けられる。第１のガス供給口８１から導入された第１のプロセスガスＧ１が第１のバッファ室１１の中に充填される。
第１のプロセスガスＧ１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）のソースガスを含む。第１のプロセスガスＧ１は、例えば、シリコンのソースガスと、シリコンのクラスター化を抑制するアシストガスと、キャリアガスの混合ガスである。
シリコンのソースガスは、例えば、シラン（ＳｉＨ４）である。アシストガスは、例えば、塩化水素（ＨＣｌ）である。キャリアガスは、例えば、水素ガス、又は、アルゴンガスである。
第２のバッファ室１２は、反応室１０の上に設けられる。第２のバッファ室１２は、反応室１０と第１のバッファ室１１との間に設けられる。第２のバッファ室１２には、第２のプロセスガスＧ２を導入するための第２のガス供給口８２が設けられる。第２のガス供給口８２から導入された第２のプロセスガスＧ２が第２のバッファ室１２の中に充填される。
第２のプロセスガスＧ２は、例えば、炭素のソースガスを含む。第２のプロセスガスＧ２は、例えば、炭素のソースガスと、ｎ型不純物のドーパントガスと、キャリアガスの混合ガスである。
炭素のソースガスは、例えば、プロパン（Ｃ３Ｈ８）である。ｎ型不純物のドーパントガスは、例えば、窒素ガスである。キャリアガスは、例えば、水素ガス、又は、アルゴンガスである。
複数の第１のガス導管５１は、第１のバッファ室１１と反応室１０との間に設けられる。第１のガス導管５１は、第１のバッファ室１１から反応室１０に向かう第１の方向に延びる。複数の第１のガス導管５１は、第１のバッファ室１１から反応室１０に第１のプロセスガスＧ１を供給する。
第１の調整導管５２は、複数の第１のガス導管５１の少なくとも一つの第１のガス導管５１の第１のバッファ室１１の側に挿入される。図１では、バッファ室１１の中央部の第１のガス導管５１のみに、第１の調整導管５２を挿入した場合を示す。第１の調整導管５２は、複数の第１のガス導管５１のすべてに挿入されていても構わない。
第１の調整導管５２は、第１のガス導管５１を介したガスの流路のコンダクタンスを調整する機能を有する。第１の調整導管５２を、第１のガス導管５１に取り付けることにより、第１のガス導管５１を介したガスの流路のコンダクタンスが小さくなる。第１の調整導管５２は、複数の第１のガス導管５１に流れる第１のプロセスガスＧ１の分配比率を調整する。
複数の第２のガス導管６１は、第２のバッファ室１２と反応室１０との間に設けられる。第２のガス導管６１は、第２のバッファ室１２から反応室１０に向かう第１の方向に延びる。第２のガス導管６１は、第２のバッファ室１２から反応室１０に第２のプロセスガスＧ２を供給する。
第２の調整導管６２は、複数の第２のガス導管６１の少なくとも一つの第２のガス導管６１の第２のバッファ室１２の側に挿入される。図１では、バッファ室１２の中央部の第２のガス導管６１のみに、第２の調整導管６２を挿入した場合を示す。第２の調整導管６２は、複数の第２のガス導管６１のすべてに挿入されていても構わない。
第２の調整導管６２は、第２のガス導管６１を介したガスの流路のコンダクタンスを調整する機能を有する。第２の調整導管６２を、第２のガス導管６１に取り付けることにより、第２のガス導管６１を介したガスの流路のコンダクタンスが小さくなる。第２の調整導管６２は、複数の第２のガス導管６１に流れる第２のプロセスガスＧ２の分配比率を調整する。
図２は、第１の実施形態の第１のガス導管及び第１の調整導管の模式断面図である。図３は、第１の実施形態の第１の調整導管の模式図である。図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は上面図である。
第１のガス導管５１は、第１の方向に延びる。第１のガス導管５１は、第１の方向に第１の長さＬ１（所定の長さ）を有する。第１のガス導管５１は、円筒部５１ａとフランジ５１ｂを有する。
円筒部５１ａは、プロセスガスの流れる第１の方向に垂直な面（図２中のＰ１）における第１の開口断面積Ｓ１を有する。円筒部５１ａの面Ｐ１における開口断面は、例えば、内径Ｄ１の円形である。円筒部５１ａの第２の方向の厚さｔ１は、例えば、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
フランジ５１ｂは、第１のガス導管５１の第１のバッファ室１１の側の端部の外周に設けられる。フランジ５１ｂは、円筒部５１ａから外側に突出する環状の凸部である。フランジ５１ｂの外径は、円筒部５１ａの外径より大きい。
第１のガス導管５１は、例えば、耐熱性の高い材料で形成される。第１のガス導管５１は、例えば、ＳｉＣで被覆したカーボンで形成される。カーボンをＳｉＣで被覆することにより、水素ガスに対するエッチング耐性が向上する。第１のガス導管５１は、例えば、金属又はセラミックスであっても構わない。
第１の調整導管５２は、第１のガス導管５１に挿入される。第１の調整導管５２は、第１のガス導管５１から取り外し可能である。第１の調整導管５２は自重で、第１のガス導管５１に対し固定される。
第１の調整導管５２は、第１の方向に延びる。第１の調整導管５２は、第１の方向に第２の長さＬ２を有する。長さＬ２は長さＬ１よりも短い。第１の調整導管５２は、円筒部５２ａ（部分）とフランジ５２ｂ（凸部）を有する。
円筒部５２ａは、第１の方向に延びる。円筒部５２ａは、プロセスガスの流れる第１の方向に垂直な面（図２中のＰ２）における第２の開口断面積Ｓ２を有する。
第２の開口断面積Ｓ２は、第１の開口断面積Ｓ１よりも小さい。第２の開口断面積Ｓ２は、例えば、第１の開口断面積Ｓ１の１０％以上８０％以下である。
円筒部５２ａの面Ｐ２における開口断面は、例えば、内径Ｄ２の円形である。内径Ｄ２は内径Ｄ１よりも小さい。内径Ｄ２は、例えば、内径Ｄ１の３０％以上９０％以下である。
円筒部５２ａの第２の方向の厚さｔ２は、例えば、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下である。
フランジ５２ｂは、第１の調整導管５２の第１のバッファ室１１の側の端部の外周に設けられる。フランジ５２ｂは、円筒部５２ａから外側に突出する環状の凸部である。フランジ５２ｂの外径は、円筒部５２ａの外径より大きい。
フランジ５２ｂの第１の方向の厚さｔ３は、例えば、円筒部５２ａの第２の方向の厚さｔ２よりも厚い。
第１の調整導管５２の材料は、例えば、第１のガス導管５１の材料と異なる。第１の調整導管５２は、例えば、加工性に優れた材料で形成される。第１の調整導管５２は、例えば、カーボンで形成される。第１の調整導管５２は、例えば、金属又はセラミックスであっても構わない。
第１の調整導管５２の第１のガス導管５１に挿入された部分と、第１のガス導管５１は、第１の方向に対して垂直な第２の方向に第１の距離ｄ１をおいて離間している。第１の調整導管５２の円筒部５２ａと、第１のガス導管５１の円筒部５１ａの第２の方向の間の距離は第１の距離ｄ１である。第１の距離ｄ１は、例えば、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
第１の調整導管５２の反応室１０の側の端部と第１のガス導管５１の反応室１０の側の端部との間の第１の方向の第２の距離ｄ２は、例えば、第１のガス導管５１の第１の方向の長さＬ１の２分の１以上である。
第１の調整導管５２のフランジ５２ｂの下面は、第１のガス導管５１のフランジ５１ｂの上面に接する。フランジ５２ｂの下面とフランジ５１ｂの上面とが接する接触面（図２中のＣＰ）は、環状の平面である。
フランジ５２ｂの下面が、第１の調整導管５２の自重でフランジ５１ｂの上面に押さえ付けられことにより、接触面ＣＰが形成される。接触面ＣＰにより、フランジ５２ｂの下面とフランジ５１ｂの上面の間を第１のプロセスガスＧ１が流れることが抑制される。接触面ＣＰにより、第１のプロセスガスＧ１がシールされている。
図４は、第１の実施形態の第２のガス導管及び第２の調整導管の模式断面図である。
第２のガス導管６１は、第１の方向に延びる。第２のガス導管６１は、第１の方向に第３の長さＬ３を有する。第２のガス導管６１は、円筒部６１ａとフランジ６１ｂを有する。円筒部６１ａは、プロセスガスの流れる第１の方向に垂直な面（図４中のＰ３）における第３の開口断面積Ｓ３を有する。
第２の調整導管６２は、第２のガス導管６１に挿入される。第２の調整導管６２は、第２のガス導管６１から取り外し可能である。第２の調整導管６２は自重で、第２のガス導管６１に対し固定される。
第２の調整導管６２は、第１の方向に延びる。第２の調整導管６２は、第１の方向に第４の長さＬ４を有する。長さＬ４は長さＬ３よりも短い。第２の調整導管６２は、円筒部６２ａとフランジ６２ｂを有する。円筒部６２ａは、プロセスガスの流れる第１の方向に垂直な面（図４中のＰ４）における第４の開口断面積Ｓ４を有する。
第２のガス導管６１は、第１のガス導管５１と各寸法等は異なり得るが、同様の構成を有する。第２の調整導管６２は、第１の調整導管５２と各寸法等は異なり得るが、同様の構成を有する。
次に、第１の実施形態の気相成長装置の作用及び効果について説明する。
エピタキシャル成長技術を用いる気相成長装置では、常圧又は減圧に保持された反応室の中のホルダに基板を載置する。そして、基板を加熱しながら、膜の原料を含むプロセスガスを、反応室の上部のバッファ室を経由して反応室に供給する。基板の表面ではプロセスガスの熱反応が生じ、基板の表面にエピタキシャル単結晶膜が形成される。
例えば、同一仕様の異なる気相成長装置の間で、同一プロセス条件で形成する膜の特性の再現性が得られない場合がある。膜の特性とは、例えば、膜厚、膜厚の均一性、膜中の不純物濃度、膜中の不純物濃度の均一性である。
再現性が得られない原因は、例えば、気相成長装置を構成する部品の加工公差内での寸法バラツキであると考えられる。例えば、バッファ室へプロセスガスを供給する流路の寸法バラツキにより、ガス室内の圧力分布の再現性が得られず、膜の特性の再現性が得られないことが考えられる。
例えば、バッファ室内の圧力分布が変わることにより、反応室にプロセスガスを供給する複数のガス導管の間でのガス流量の分配比率が変わる。このため、反応室に供給されるプロセスガスの流量分布が変わり、膜の特性が再現されないことになる。
第１の実施形態の気相成長装置１００は、第１のガス導管５１に、取り外しが可能な第１の調整導管５２が取り付けられている。第１の調整導管５２は、複数の第１のガス導管５１の少なくも一つに取り付けられている。
第１の調整導管５２の第２の開口断面積Ｓ２は、第１のガス導管５１の第１の開口断面積Ｓ１よりも小さい。このため、第１のガス導管５１に第１の調整導管５２を取り付けることにより、第１のガス導管５１を介したガスの流路のコンダクタンスが小さくなる。したがって、第１の調整導管５２を取り付けることにより、第１のガス導管５１を流れる第１のプロセスガスＧ１の流量を抑制することが可能となる。
例えば、複数の第１のガス導管５１のうち、一部の第１のガス導管５１のみに第１の調整導管５２を取り付ける。これにより、複数の第１のガス導管５１の間での第１のプロセスガスＧ１の分配比率を変化させることが可能となる。したがって、反応室１０に供給される第１のプロセスガスＧ１の流量分布を変化させることが可能となる。
また、例えば、複数の第１のガス導管５１に取り付けられた複数の第１の調整導管５２の第２の開口断面積Ｓ２を、異なる第１の調整導管５２の間で異なるものにする。これにより、複数の第１のガス導管５１の間での第１のプロセスガスＧ１の分配比率を変化させることが可能となる。したがって、反応室１０に供給される第１のプロセスガスＧ１の流量分布を変化させることが可能となる。
第１の調整導管５２を取り付ける第１のガス導管５１の位置、又は、第１の調整導管５２の第２の開口断面積Ｓ２の大きさを適切に選択することにより、反応室１０内で第１のプロセスガスＧ１の所望の流量分布を実現することが可能となる。
第１の調整導管５２を用いる場合と同様に、第２の調整導管６２を取り付ける第２のガス導管６１の位置、又は、第２の調整導管６２の第４の開口断面積Ｓ４の大きさを適切に選択することにより、反応室１０内で第２のプロセスガスＧ２の所望の流量分布を実現することが可能となる。
第１の実施形態の気相成長装置１００によれば、第１の調整導管５２又は第２の調整導管６２を用いて、反応室１０内で、第１のプロセスガスＧ１の所望の流量分布、又は、第２のプロセスガスＧ２の所望の流量分布が実現できる。したがって、同一仕様の異なる気相成長装置の間での膜の特性の再現性を向上させることが可能となる。
第１の調整導管５２の第１のガス導管５１に挿入された部分と、第１のガス導管５１は、第１のプロセスガスＧ１が流れる第１の方向に対して垂直な第２の方向に離間していることが好ましい。言い換えれば、第１の調整導管５２の円筒部５２ａと、第１のガス導管５１の円筒部５１ａが第２の方向に離間していることが好ましい。
第１の調整導管５２の円筒部５２ａと、第１のガス導管５１の円筒部５１ａが第２の方向に離間していることにより、例えば、第１の調整導管５２及び第１のガス導管５１の熱膨張の程度の違いによる干渉を低減し、第１の調整導管５２又は第１のガス導管５１が破損することを抑制できる。
第１の調整導管５２又は第１のガス導管５１が破損することを抑制する観点から、第１の調整導管５２の円筒部５２ａと、第１のガス導管５１の円筒部５１ａの第２の方向（直径方向）の間の第１の距離ｄ１（所定の距離）は、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、１ｍｍ以上であることがより好ましい。
また、第１の調整導管５２を流れる第１のプロセスガスＧ１の流量を確保する観点から、第１の距離ｄ１は、５ｍｍ以下であることが好ましい。
第１の調整導管５２の反応室１０の側の端部と第１のガス導管５１の反応室１０の側の端部との間の第１の方向の第２の距離ｄ２は、第１のガス導管５１の第１の方向の長さＬ１の２分の１以上であることが好ましく、３分の２以上であることがより好ましい。
第２の距離ｄ２を大きくすることにより、第１の調整導管５２の熱膨張を抑制できる。したがって、例えば、第１の調整導管５２が熱膨張により変形し、接触面ＣＰによる第１のプロセスガスＧ１のシール性が損なわれることを抑制できる。また、第２の距離ｄ２を大きくすることにより、第１の調整導管５２に耐熱性の低い材料を用いることが可能となる。
第１の調整導管５２の第２の開口断面積Ｓ２は、第１のガス導管５１の第１の開口断面積Ｓ１の１０％以上８０％以下であることが好ましく、２０％以上７０％以下であることが好ましい。上記上限値よりも小さいことにより、第１のガス導管５１のコンダクタンスを十分小さくすることができる。また、上記下限値よりも大きくすることにより、コンダクタンスが小さくなりすぎることが抑制される。
第１の調整導管５２の内径Ｄ２は、第１のガス導管５１の内径Ｄ１の３０％以上９０％以下であることが好ましく、４０％以上８０％以下であることがより好ましい。上記上限値よりも小さいことにより、第１のガス導管５１のコンダクタンスを十分小さくすることができる。また、上記下限値よりも大きくすることにより、コンダクタンスが小さくなりすぎることが抑制される。
第１の調整導管５２の円筒部５２ａの第２の方向の厚さｔ２は、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましく、０．７ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることがより好ましい。上記下限値よりも大きくすることにより、十分な強度が確保できる。また、上記上限値よりも小さいことにより、第１のガス導管５１を介したガスの流路のコンダクタンスが小さくなりすぎることが抑制される。
第１の調整導管５２のフランジ５２ｂの第１の方向の厚さｔ３は、第１の調整導管５２の円筒部５２ａの第２の方向の厚さｔ２よりも厚いことが好ましい。フランジ５２ｂの厚さｔ３を大きくすることにより、第１の調整導管５２の自重が大きくなる。したがって、例えば、第１のバッファ室１１が反応室１０に対して陰圧になるような場合に、第１の調整導管５２が、第１のガス導管５１から抜けてしまうことを防止できる。
第１のガス導管５１の材料と第１の調整導管５２の材料とは、異なることが好ましい。第１のガス導管５１の材料と第１の調整導管５２の材料を変えることにより、それぞれの機能に最適な材料を用いることができる。
例えば、少なくとも端部が反応室１０内に露出するため温度が高くなる第１のガス導管５１には、耐熱性や耐エッチング性の高い材料を用いることが好ましい。例えば、第１のガス導管５１には、耐熱性及び耐エッチング性の高いＳｉＣで被覆したカーボンを用いる。
例えば、比較的温度が高くならない第１の調整導管５２には、耐熱性や耐エッチング性よりも、加工性や経済性に優れた材料を用いることが好ましい。例えば、第１の調整導管５２には、加工性及び経済性に優れた表面に被覆層のないカーボンを用いる。
以上、第１の実施形態の気相成長装置によれば、反応室に供給されるプロセスガスの流量分布を調整することが可能となる。したがって、第１の実施形態の気相成長装置によれば、膜の特性の再現性を向上させることが可能となる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態の気相成長装置は、ガス導管及び調整導管の形状が異なる点で、第１の実施形態の気相成長装置と異なっている。以下、第１の実施形態と重複する内容については記述を一部省略する。
図５は、第２の実施形態の第１のガス導管及び第１の調整導管の模式断面図である。
第１のガス導管５１のフランジ５１ｂは、第１のガス導管５１の第１のバッファ室１１の側の端部の外周に設けられる。フランジ５１ｂは、円筒部５１ａから外側に突出する環状の凸部である。
フランジ５１ｂの内周面は、テーパ形状である。フランジ５１ｂの内周面は、第１の方向及び第２の方向に対して傾斜する。なお、第１のガス導管５１のテーパの端部から反応室の側の端部までの距離を第１の長さＬ１（所定の長さ）とする。
第１の調整導管５２のフランジ５２ｂは、第１の調整導管５２の第１のバッファ室１１の側の端部の外周に設けられる。フランジ５２ｂは、円筒部５２ａから外側に突出する環状の凸部である。
フランジ５２ｂの外周面は、テーパ形状である。フランジ５２ｂの外周面は、第１の方向及び第２の方向に対して傾斜する。
第１の調整導管５２のフランジ５２ｂの外周面は、第１のガス導管５１のフランジ５１ｂの内周面に接する。フランジ５２ｂの外周面とフランジ５１ｂの内周面とが接する接触面（図５中のＣＰ）は、環状であり、円錐台の外面に相当する形状を有する。
フランジ５２ｂの外周面が、第１の調整導管５２の自重でフランジ５１ｂの内周面に押さえ付けられることにより、接触面ＣＰが形成される。接触面ＣＰにより、フランジ５２ｂの下面とフランジ５１ｂの上面の間を第１のプロセスガスＧ１が流れることが抑制される。接触面ＣＰにより、第１のプロセスガスＧ１がシールされている。
以上、第２の実施形態の気相成長装置によれば、第１の実施形態と同様、反応室に供給されるプロセスガスの流量分布を調整することが可能となる。したがって、第２の実施形態の気相成長装置によれば、膜の特性の再現性を向上させることが可能となる。
（第３の実施形態）
第３の実施形態の気相成長装置は、ガス室が１つである点で、第１の実施形態の気相成長装置と異なっている。以下、第１の実施形態と重複する内容については記述を一部省略する。
図６は、第３の実施形態の気相成長装置の模式断面図である。第３の実施形態の気相成長装置３００は、例えば、単結晶のＳｉＣ基板上に単結晶のＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる枚葉型のエピタキシャル成長装置である。
第３の実施形態の気相成長装置３００は、反応室１０、バッファ室１３（ガス室）を備える。反応室１０は、サセプタ１４（ホルダ）、回転体１６、回転軸１８、回転駆動機構２０、第１のヒータ２２、リフレクタ２８、支持柱３０、固定台３２、固定軸３４、フード４０、第２のヒータ４２、ガス排出口４４、ガス導管５６、及び、調整導管５７を備える。バッファ室１３は、仕切り板３９、ガス供給口８５を備える。
バッファ室１３は、反応室１０の上に設けられる。バッファ室１３には、プロセスガスＧ０を導入するためのガス供給口８５が設けられる。ガス供給口８５から導入されたプロセスガスＧ０がバッファ室１３の中に充填される。
プロセスガスＧ０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）のソースガス、炭素（Ｃ）のソースガス、ｎ型不純物のドーパントガス、シリコンのクラスター化を抑制するアシストガス、及び、キャリアガスを含む混合ガスである。シリコンのソースガスは、例えば、シラン（ＳｉＨ４）である。炭素のソースガスは、例えば、プロパン（Ｃ３Ｈ８）である。ｎ型不純物のドーパントガスは、例えば、窒素ガスである。アシストガスは、例えば、塩化水素（ＨＣｌ）である。キャリアガスは、例えば、アルゴンガス、又は、水素ガスである。
複数のガス導管５６は、バッファ室１３と反応室１０との間に設けられる。ガス導管５６は、バッファ室１３から反応室１０に向かう第１の方向に延びる。複数のガス導管５６は、バッファ室１３から反応室１０にプロセスガスＧ０を供給する。ガス導管５６は、例えば、第１の実施形態の第１のガス導管５１と同様の構成を有する。
調整導管５７は、複数のガス導管５６の少なくとも一つのガス導管５６のバッファ室１３の側に挿入される。図３では、バッファ室１３の中央部のガス導管５６のみに、調整導管５７を挿入した場合を示す。調整導管５７は、複数のガス導管５６のすべてに挿入されていても構わない。調整導管５７は、複数のガス導管５６に流れるプロセスガスＧ０の分配比率を調整する。調整導管５７は、例えば、第１の実施形態の第１の調整導管５２と同様の構成を有する。
以上、第３の実施形態の気相成長装置によれば、第１の実施形態と同様、反応室に供給されるプロセスガスの流量分布を調整することが可能となる。したがって、第３の実施形態の気相成長装置によれば、膜の特性の再現性を向上させることが可能となる。
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。
実施形態では、単結晶のＳｉＣ膜を形成する場合を例に説明したが、多結晶又はアモルファスのＳｉＣ膜の形成にも本発明を適用することが可能である。また、ＳｉＣ膜以外の膜の形成にも本発明を適用することが可能である。
また、実施形態では、単結晶ＳｉＣのウェハを基板の一例として説明したが、基板は単結晶ＳｉＣのウェハに限定されるものではない。
また、実施形態では、ｎ型不純物として窒素を例に説明したが、ｎ型不純物として、例えば、リン（Ｐ）を適用することも可能である。また、不純物としてｐ型不純物を適用することも可能である。
また、実施形態では、導管が円筒形状の場合を例に説明したが、導管の形状は円筒形状に限られず、その他の形状であっても構わない。また、実施形態では、導管の開口断面が円形の場合を例に説明したが、導管の開口断面は、円形に限られず、楕円、正方形、長方形など、その他の形状であっても構わない。
また、例えば、第１の実施形態において、第１の調整導管５２のフランジ５２ｂの下面と第１のガス導管５１のフランジ５１ｂの上面との間に、プロセスガスをシールするためのシール材を設けることも可能である。シール材の材料は、例えば、カーボンシートである。
また、例えば、第１の実施形態において、第１の調整導管５２のフランジ５２ｂにねじ穴を設け、第１の調整導管５２と第１の仕切り板３６とを、固定ねじで固定することも可能である。
実施形態では、同一仕様の異なる気相成長装置の間で、同一プロセス条件で形成する膜の特性の再現性を向上させる場合を例に説明した。しかし、例えば、同一の気相成長装置で、膜の特性に経時変化が生じるような場合に、本発明を用いて、膜の特性の再現性を向上させることも可能である。また、例えば、同一の気相成長装置で、膜の特性の均一性を向上させたい場合に、本発明を用いることも可能である。
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、特許請求の範囲及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
１１ 第１のバッファ室（ガス室）
１２ 第２のバッファ室
１３ バッファ室（ガス室）
１４ サセプタ
１６ 回転体
１８ 回転軸
２０ 回転駆動機構
２２ 第１のヒータ
２８ リフレクタ
３０ 支持柱
３２ 固定台
３４ 固定軸
３６ 第１の仕切り板
３７ 第２の仕切り板
３９ 仕切り板
４０ フード
４２ 第２のヒータ
４４ ガス排出口
５１ 第１のガス導管
５１ａ 円筒部
５１ｂ フランジ
５２ 第１の調整導管
５２ａ 円筒部（部分）
５２ｂ フランジ（凸部）
５６ ガス導管
５７ 調整導管
６１ 第２のガス導管
６２ 第２の調整導管
８１ 第１のガス供給口
８２ 第２のガス供給口
８５ ガス供給口
１００ 気相成長装置
３００ 気相成長装置
ＣＰ 接触面
Ｇ０ プロセスガス
Ｇ１ 第１のプロセスガス（プロセスガス）
Ｇ２ 第２のプロセスガス
Ｗ ウェハ（基板）
Ｌ１ 第１の長さ（所定の長さ）
Ｌ２ 第２の長さ
Ｌ３ 第３の長さ
Ｌ４ 第４の長さ
Ｓ１ 第１の開口断面積
Ｓ２ 第２の開口断面積
Ｓ３ 第３の開口断面積
Ｓ４ 第４の開口断面積
ｄ１ 第１の距離（所定の距離）
ｄ２ 第２の距離

Claims (5)

  1. 反応室と、
    前記反応室の上に設けられ、プロセスガスが導入されるガス室と、
    前記ガス室から前記反応室に前記プロセスガスを供給し、所定の長さを有する複数のガス導管と、
    前記複数のガス導管のうちの少なくとも一つのガス導管の上側に挿入される調整導管を備え、
    前記調整導管は、上端部の外周に設けられた環状の凸部を有し、前記ガス導管から取り外し可能である、
    気相成長装置。
  2. 前記調整導管の前記ガス導管に挿入された部分と前記ガス導管は、前記ガス導管の直径方向に所定の距離をおいて離間している請求項１記載の気相成長装置。
  3. 前記所定の距離は０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である請求項２記載の気相成長装置。
  4. 前記調整導管の下端と前記調整導管が挿入された前記ガス導管の下端との距離は、前記所定の長さの２分の１以上である請求項１ないし請求項３いずれか一項記載の気相成長装置。
  5. 前記ガス導管の材料と前記調整導管の材料とが異なる請求項１ないし請求項４いずれか一項記載の気相成長装置。

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