JP3953984B2

JP3953984B2 - Semiconductor manufacturing equipment

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Publication number: JP3953984B2
Application number: JP2003169559A
Authority: JP
Inventors: 慎太郎与川; 裕中野; 暁山本
Original assignee: MICRO SYSTEM CORPORATION
Current assignee: MICRO SYSTEM CORPORATION
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2023-06-13
Also published as: JP2005005594A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置に関するものであり、特に、チャンバー内に原料ガスと整流ガスとを供給して半導体薄膜を成膜する半導体製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、原料ガスと整流ガスとを供給して半導体薄膜を成膜する半導体製造装置は、たとえば特許第２６２８４０４号公報（特許文献１参照）に開示されている。図９は、この公報に開示された半導体製造装置の構成を概略的に示す断面図である。図９を参照して、この半導体製造装置は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）あるいはこれらの混晶のエピタキシャル膜をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法で成長させる装置である。この半導体製造装置は、反応容器１０１と、サセプタ１０５と、ヒータ１０７と、反応ガス噴射管１０２と、副噴射管１０３と、排気口１０４とを備えている。
【０００３】
反応容器１０１内には、基板１１０を保持するためのサセプタ１０５が配設されており、このサセプタ１０５はヒータ１０７により加熱可能である。サセプタ１０５上に保持された基板１１０の上面に、反応ガス噴射管１０２によって反応ガスを噴射することが可能である。また副噴射管１０３により、反応容器１０１内にて図中上側から下側の基板１１０に向けて不活性ガスを噴射することが可能である。また、反応容器１０１の内部のガスを排気する排気口１０４が反応容器１０１に設けられており、図示しない真空ポンプに連結されている。
【０００４】
この装置の成膜時には、反応ガス噴射管１０２から、水素ガスと、アンモニアガスと、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスとが噴射される。これにより、基板１１０の表面に反応ガスが供給されて、上記のエピタキシャル膜が成膜される。この成膜時において、基板１１０の加熱による熱対流で反応ガスが拡散しないように、副噴射管１０３から不活性ガスが押圧ガスとして噴射されている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２６２８４０４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来例には、以下の問題点がある。
【０００７】
まず、上記の従来例では、１バッチ当り１枚処理であるため、装置当りのスループットが低いという問題がある。
【０００８】
また、大口径化または多数枚の基板１１０の同時処理を行おうとすると、１個所からの反応ガス吹出しのため、基板１１０面内の成膜速度および組成の均一性をコントロールすることが困難となるという問題がある。
【０００９】
また、基板１１０の上方から不活性ガスを押圧ガスとして吹き付けているため、基板１１０の上方に大きな空間が必要となり、装置が大型化するとともに、基板１１０の加熱によるガスの熱対流によってチャンバーの壁面に原料ガスによる副生成物が付着しやすくなり、コンタミネーションが生じ易くなるという問題がある。
【００１０】
それゆえ、本発明の目的は、基板面内の成膜速度および組成の均一性を保ち、コンタミネーションの発生を抑制するとともに、大口径の基板の処理または多数枚の基板の同時処理が可能な半導体製造装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体製造装置は、チャンバーと、原料ガス吹出し部と、複数の整流ガス吹出し部とを備えている。チャンバーは、基板を内部に保持可能である。原料ガス吹出し部は、基板の上面に沿って原料ガスを流すようにチャンバーの一側に配置されている。複数の整流ガス吹出し部は、基板の上面に対向してチャンバー内に配置され、かつ基板の上面に対して斜めに、かつ下流部に向けて整流ガスを吹出すように構成されている。一側からチャンバーの他側方へ向って配列された複数の整流ガス吹出し部の各々と基板の上面との間隔は一側から他側方へ向かうほど大きくなっており、かつチャンバー内面は整流ガス吹出し部からの整流ガスの吹出し方向に沿うように傾斜している。
【００１２】
本発明の半導体製造装置によれば、整流ガス吹出し部が複数個設けられているため、各整流ガス吹出し部からの吹出し量などを独立して制御することが可能となる。よって、大口径の基板の処理または多数枚の基板の同時処理においても、基板面内の成膜速度および組成の均一性を保つことが可能となる。
【００１３】
また、整流ガス吹出し部を一側から他側方へ向って複数個配列したことにより、原料ガスの流れの下流側（他側方）に向かうほどガス流量が増加する。そこで、複数の整流ガス吹出し部の各々と基板の上面との間隔を基板の一側（上流側）から他側（下流側）方へ向かうほど大きくすることにより、原料ガスおよび整流ガスの流路を確保することが可能となる。
【００１４】
また、基板の上面に対して斜めに整流ガスが吹出されるため、基板の加熱により基板表面を通過中のガスが加熱されて上昇しようとするのを整流ガスで押しとどめながら排気側へ押し流すことができる。これにより、チャンバー内でのガスのスムーズな流れを実現することができる。
【００１５】
また、基板の加熱によるガスの熱対流を防止するには基板とチャンバーの上面との間隔を小さくすることが有効な方策であるが、この間隔を小さくするとチャンバーの上面に原料ガスによる副生成物が付着しやすくなり、コンタミネーションが生じ易くなる。本発明では、チャンバーの上面が整流ガス吹出し部からの整流ガスの吹出し方向に沿うように傾斜しているため、整流ガスがチャンバーの内面に沿って流れることになる。このため、原料ガスによる副生成物がチャンバーの内面に付着し難くなり、コンタミネーションの発生を抑制することが可能となる。
【００１７】
上記の半導体製造装置において好ましくは、複数の整流ガス吹出し部の各々は、基板の上面に対して４５°以下の角度で傾斜している。
【００１８】
これにより、上述したようなチャンバー内面への副生成物の付着を効果的に抑制できるとともに、チャンバー内部に滞留するガスを排気側へ効果的に押し流すことができる。
【００１９】
上記の半導体製造装置において好ましくは、原料ガスはアンモニアを含んでおり、アンモニアを触媒作用により分解するための触媒部材がさらに備えられている。
【００２０】
成膜時においてアンモニアが効率良く分解しないと、成膜される薄膜中に取り込まれる窒素の量が少なくなって、たとえば発光ダイオードを作成する場合には発光輝度が低くなる。本発明では、触媒部材により原料ガス中のアンモニアの熱分解を促進することができるため、反応系中の窒素活性種の濃度を高くすることができ、成膜反応を促進することが可能となる。これにより、成膜される薄膜中に窒素を効率よく取り込むことが可能となるため、たとえば発光ダイオードを作成する場合でも高い発光輝度を得ることができる。
【００２１】
上記の半導体製造装置において好ましくは、触媒部材はタングステンよりなっており、かつ少なくとも基板の原料ガス吹出し部側に配置されている。
【００２２】
このタングステンは、アンモニアを触媒作用により分解する性質を有するため、このタングステンよりなる触媒部材を原料ガスの流れに対して基板の少なくとも上流側に配置することにより、熱分解された原料ガスを基板表面に供給することが可能となる。
【００２３】
上記の半導体製造装置において好ましくは、チャンバーの原料ガスおよび整流ガスに触れる部分の材質はニッケルよりなっている。
【００２４】
これにより、チャンバー内の腐食を防止することができるとともに、チャンバーの放熱性を良好にすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施の形態における半導体製造装置の構成を概略的に示す断面図である。図１を参照して、本実施の形態における半導体製造装置２０は、ＭＯＣＶＤ法によって化合物半導体を製造するための装置であり、チャンバー１と、原料ガス導入ノズル（原料ガス吹出し部）２ａ、２ｂと、ノズル２ｃと、複数の整流ガス供給ノズル（整流ガス吹出し部）３ｂと、排気口４と、サセプタ５と、ターンテーブル６と、ヒータ７と、タングステンリング（触媒部材）８とを主に有している。
【００２７】
チャンバー１は内部の反応室内に基板１０を保持することができ、基板１０として、たとえば４枚の口径２インチのサファイア単結晶基板１０がサセプタ５上に載置保持されている。サセプタ５はターンテーブル６上に載置されており、ターンテーブル６により回転可能である。ヒータ７は、ターンテーブル６の下部に配置されており、ターンテーブル６およびサセプタ５を通して成膜反応の起こる任意の温度に基板１０を加熱し、温度制御するために設けられている。また、タングステンリング８が、アンモニアガスを触媒作用により分解するための触媒部材として、サセプタ５の外周を取囲むように配置されている。
【００２８】
原料ガス導入ノズル２は、有機金属ガスを導入するためのノズル２ａと、アンモニアガスを導入するためのノズル２ｂとを有している。これらの各ノズル２ａ、２ｂは、基板１０の上面の一方側から他方側（Ａ１点からＡ２点、Ｂ１点からＢ２点）へ原料ガス（有機金属ガスおよびアンモニアガス）を流すようにチャンバー１の側壁（サセプタ５の横側）に配置されている。また、チャンバー１の側壁には、原料ガスとともに基板１０の上面の一方側から他方側へ不活性ガス（たとえば水素ガス、窒素ガス）を導入するためのノズル２ｃも配置されている。
【００２９】
また、排気口４は、サセプタ５上部を通過した使用済みのガスを排気するために設けられており、各ノズル２ａ、２ｂ、２ｃの反対側のチャンバー１の側壁に設けられている。
【００３０】
複数の整流ガス供給ノズル３ｂの各々は、ガス流路３ａを流れる整流ガス（不活性ガス：たとえば水素ガス、窒素ガス）をチャンバー１内に噴射する部分である。複数の整流ガス供給ノズル３ｂは、基板１０の上面に対向してチャンバー１内面に配置されている。複数の整流ガス供給ノズル３ｂの各々は、基板１０の上面と角度θ₁をなす斜め方向に向かって整流ガスを吹出すように、かつチャンバー１内における原料ガスの流れに対して上流側から下流側に向かって整流ガスを吹出すように構成されている。
【００３１】
複数の整流ガス供給ノズル３ｂは、原料ガスの上流側（上記一方側）から下流側（上記他方側）へ向って配列されている。複数の整流ガス供給ノズル３ｂの各々と基板１０の上面との間隔Ｌａ、Ｌｂ、…、Ｌｉは上流側から下流側へ向かうほど大きくなっている。つまり、間隔Ｌａ＜間隔Ｌｂ＜間隔Ｌｃ＜…＜間隔Ｌｈ＜間隔Ｌｉの関係が成り立っている。また、チャンバー１内面１ａは整流ガス供給ノズル３ｂからの整流ガスの吹出し方向に沿うように傾斜している。
【００３２】
各整流ガス供給ノズル３ｂは、基板１０の上面に対して４５°以下の角度θ₁で傾斜していることが好ましい。また、チャンバー内面１ａは整流ガス供給ノズル３ｂの傾斜角度と実質的に同じ角度で傾斜（つまり実質的に平行となるように傾斜）していることが好ましい。
【００３３】
また、有機金属ガスとしては、たとえばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩ）および他の不純物元素を含む有機金属を用いることができる。
【００３４】
また、チャンバーの原料ガスおよび整流ガスに触れる部分の材質はニッケルよりなることが好ましい。また、サセプタ５を取囲むように配置されたタングステンリング８は、アンモニアを触媒作用により分解できる触媒部材であれば良い。アンモニアを分解しやすくするために、予め３００℃程度に予備加熱されたアンモニアガスがチャンバー１内に供給されても良い。
【００３５】
また、基板１０として、サファイア単結晶以外に、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）などの単結晶を用いることもできる。
【００３６】
また、チャンバー１内の反応室内の圧力は真空から２気圧まで任意の圧力で制御され得る。本実施の形態では、成膜は主に大気圧で行なわれる。
【００３７】
図１に示す半導体製造装置の構成を、図２〜図５を用いて、より具体的に説明する。
【００３８】
図２は図１の断面に対応した概略断面図であり、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略断面図である。また、図４は図２および図３の構成で基板側からチャンバー１内の上面側を見上げたときの図であり、図５は原料ガス導入ノズル２ａ、２ｂ、整流ガス供給ノズル３などの構成を示す概略斜視図である。
【００３９】
図２を参照して、原料ガス導入ノズル２ａ、２ｂと、不活性ガスを供給するためのノズル２ｃとのそれぞれに、各ガスを流すためのガス流路が接続されており、各ガス流路はチャンバー１外部へ引き出されている。
【００４０】
図３〜図５を参照して、ノズル２ａは複数個設けられており、複数個のノズル２ａは有機金属ガスを互いに同一方向に吹出すように横１列で、しかも吹出し口がサセプタ５の外周に沿って配置されている。また、ノズル２ｂおよびノズル２ｃのそれぞれについてもノズル２ａと同様に、複数のノズルがガスを互いに同一方向に吹出すように横１列で、しかも吹出し口がサセプタ５の外周に沿って配置されている。
【００４１】
原料ガス導入ノズル２ａ、２ｂ、不活性ガス供給ノズル２ｃには、流量制御器（図示せず）が接続されており、各吹出し口からの吹出し量が個別に制御されるようになっている。
【００４２】
図４および図５を参照して、複数の整流ガス供給ノズル３ｂは、整流ガスを互いに同一方向に吹出すように、チャンバー１内の上面にたとえば行列状に配置されている。つまり、図２に示すように原料ガスの上流側から下流側へ向って配列された１列の整流ガス供給ノズル３ｂが、図３に示すように多数列設けられている。
【００４３】
チャンバー１の一側から他側方へ配列された複数の整流ガス吹出しノズル３ｂの各々と基板上面との間隔はチャンバー１の一側から他側方へ向かうほど大きくなっているが、その程度θ₂は図８の模式図に示すようにチャンバー１の一側でのガス流速ｖ₁とチャンバー１の他側方でのガス流速ｖ₂が等しいか、チャンバー１の一側でのガス流速ｖ₁よりチャンバー１の他側方でのガス流速ｖ₂が大きいと仮定したとき、ｔａｎθ₂≦（Ｎ₂Ｚ₁）／（Ｎ₁Ｙ）の式で表される程度となることが好ましい。ここで、Ｎ₁は原料ガスの流量、Ｎ₂は整流ガスの流量、Ｚ₁はチャンバーの一側での基板上面からの間隔、Ｙは基板を載置保持するためのサセプタの直径である。
【００４４】
図８において、複数の整流ガス供給ノズル３ｂ、３ｂ、…、３ｂが線Ｘ上に配置される。
【００４５】
また、整流ガス供給ノズル３ｂからは、基板１０の上面と角度θ₁（図１参照）をなす斜め方向に整流ガスを吹出すようにしているが、角度θ₁での基板１０に対する仮想押圧作用開始点Ｐ（図１参照）を、整流ガス供給ガスノズル３ｂが配置されたブロック全体を図１の左右方向に移動させて調整するものや上記角度θ₁や角度θ₂（図８参照）の変更のために整流ガス供給ノズル３ｂが配置されたブロック全体を他のものと交換するものなどが考えられる。
【００４６】
さらに、チャンバー１内の下面に、基板１０を載置したサセプタ５が配置され、基板１０上面に対向して上面に整流ガス供給ノズル３ｂを配置するもの（上記実施の形態）の他、上記とは逆にチャンバー１内の上面に、下向きで基板１０およびサセプタ５が配置され、下面に整流ガス供給ノズル３ｂを配置するものや、チャンバー１内の側面に、基板１０を載置したサセプタ５および整流ガス供給ノズル３ｂを対向して配置させるものが考えられる。
【００４７】
また、原料ガスおよび整流ガスのガス流れ方向も水平方向だけでなく、上下方向であってもよい。
【００４８】
図３を参照して、本実施の形態の半導体製造装置２０は、放射温度計９ａと、石英ガラス製窓板９ｃと、複数の放射温度測定用ポート９ｂとをさらに有している。放射温度計９ａはチャンバー１の外部において、基板１０の上面と対向する位置に配置され、駆動装置（図示せず）で前後左右に移動可能とされている。複数の放射温度測定用ポート９ｂは、チャンバー１の外部から内部ヘ貫通してサセプタ５の上面全域相当位置に設けられている。これにより、チャンバー１の外部からガラス製窓板９ｃおよび放射温度測定用ポート９ｂを通してチャンバー１内の基板１０の放射温度を放射温度計９ａによって測定することができる。なお、基板１０の熱放射による放射温度は、放射温度計９ａでは色で判定される。
【００４９】
図４および図５を参照して、上記の放射温度測定用ポート９ｂは、チャンバー１内の上面１ａにたとえば行列状に配置されており、これにより各基板１０の各部の放射温度を測定することができる。
【００５０】
なお、上記以外の図２〜図５の構成は、図１に示した構成とほぼ同じであるため、同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５１】
また、サセプタ５上に同時に載せる基板１０の枚数を４枚よりも少なくすれば、基板１０としてたとえば大口径（３インチ以上）のものをサセプタ５上に載置保持することもできる。これにより、たとえば図６（ａ）〜（ｅ）に示すように、サセプタ５上には、各種のサイズの基板１０を多様な形態で配置することができる。
【００５２】
また、図７に示すように複数の半導体製造装置２０が隔壁を介して並んで配置されても良い。この場合、たとえば複数の半導体製造装置２０の各々に供給されるガスは、単一のガス源から供給されても良い。
【００５３】
次に、本実施の形態の半導体製造装置を用いて窒化ガリウム薄膜を製造する場合について説明する。
【００５４】
図２および図３を参照して、まず、チャンバー１内を真空に排気する。ノズル２ｃから不活性ガスとして水素ガスと窒素ガスとの混合ガスをチャンバー１内に供給する。チャンバー１内を上記の混合ガスにより充填した後、ノズル２ｃから供給される混合ガスのガス流量を維持した状態で、複数の整流ガス供給ノズル３ｂから全体で１５リットル／分の整流ガスをチャンバー１内に供給する。この整流ガスを水素ガスと窒素ガスとの混合ガスとし、複数の整流ガス供給ノズル３ｂの各々から均一に吹出させる。また、放射温度測定用ポート９ｂの汚染を防止するために、整流ガス供給ノズル３ｂとは異なるポート（図示せず）から、窒素ガスと水素ガスとの混合ガスを全部で５リットル／分の流量で供給する。なお、サセプタ５の上方を通過したガスを排気口４から排気する。
【００５５】
サセプタ５に単結晶サファイア基板１０を載置し、サセプタ５を１２００℃まで加熱する。単結晶サファイア基板１０の実際の温度をチャンバー１外部に設けた放射温度計９ａによりモニターする。
【００５６】
上記のガス条件と温度条件とを維持した状態で１０分間放置する。この時に、５ｒｐｍ〜１０ｒｐｍでサセプタ５をターンテーブル６により回転させる。サセプタ５の回転は成膜終了まで継続する。上記放置時間経過後にサセプタ５の温度を１０００℃まで下げる。
【００５７】
ノズル２ｂからアンモニアガスを１５リットル／分の流量で、かつノズル２ｃから水素ガスを６リットル／分の流量で、それぞれチャンバー１内に供給する。この供給状態を維持した状態で、６リットル／分の流量の水素ガスをキャリアガスとして、ノズル２ａからトリメチルガリウムを２．２×１０^-4モル／分でチャンバー１内に供給する。この状態で、基板１０上にて窒化ガリウム薄膜の成長が開始され、窒化ガリウム薄膜を１時間成長させる。これにより、約４μｍの窒化ガリウム薄膜が単結晶サファイア基板１０上に成長する。
【００５８】
次に、本実施の形態の半導体製造装置を用いて窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）薄膜を製造する場合について説明する。
【００５９】
図２および図３を参照して、まず、チャンバー１内を真空に排気する。ノズル２ｃから水素ガスと窒素ガスとの混合ガスをチャンバー１内に供給する。チャンバー１内を上記の混合ガスにより充填した後、ノズル２ｃから供給される混合ガスのガス流量を維持した状態で、複数の整流ガス供給ノズル３ｂから全体で１５リットル／分の整流ガスをチャンバー１内に供給する。この整流ガスを水素ガスと窒素ガスとの混合ガスとし、複数の整流ガス供給ノズル３ｂの各々から均一に吹出させる。また、放射温度測定用ポート９ｂの汚染を防止するために、整流ガス供給ノズル３ｂとは異なるポート（図示せず）から、窒素ガスと水素ガスとの混合ガスを全部で５リットル／分の流量で供給する。なお、サセプタ５の上方を通過したガスを排気口４から排気する。
【００６０】
サセプタ５に単結晶サファイア基板１０を載置し、サセプタ５を１２００℃まで加熱する。単結晶サファイア基板１０の実際の温度をチャンバー１外部に設けた放射温度計９ａによりモニターする。
【００６１】
上記のガス条件と温度条件とを維持した状態で１０分間放置する。この時に、５ｒｐｍ〜１０ｒｐｍでサセプタ５をターンテーブル６により回転させる。サセプタ５の回転は成膜終了まで継続する。上記放置時間経過後にサセプタ５の温度を８００℃まで下げる。
【００６２】
ノズル２ｂからアンモニアガスを１５リットル／分の流量で、かつノズル２ｃから窒素ガスを６リットル／分の流量で、それぞれチャンバー１内に供給する。このアンモニアガスと窒素ガスとの供給状態を維持しながら、サセプタ５上を通過したアンモニアガスと窒素ガスとを排気口４からチャンバー１外部へ排気する。この状態で、６リットル／分の流量の窒素ガスをキャリアガスとして、ノズル２ａからトリメチルインジウムを９．６×１０^-5モル／分で、トリメチルガリウムを８．０×１０^-6モル／分でチャンバー１内に供給する。この状態で、基板１０上にて窒化インジウムガリウム薄膜の成長が開始され、窒化インジウムガリウム薄膜を１時間成長させる。これにより、約０．３μｍの窒化インジウムガリウム薄膜が単結晶サファイア基板１０上に成長する。
【００６３】
本実施の形態の半導体製造装置によれば、原料ガス導入ノズル２ａ、２ｂ、不活性ガス供給ノズル２ｃがガスを同一方向に吹出すように横一列で、しかも吹出し口がサセプタ５の外周に沿って複数個設けられているため、各原料ガス導入ノズル２ａ、２ｂからの吹出し量などを独立して制御することが可能となる。よって、大口径の基板１０の処理または多数枚の基板１０の同時処理においても、基板１０の面内の成膜速度および組成の均一性を保つことが可能となる。
【００６４】
また、整流ガス供給ノズル３ｂを原料ガスの上流側から下流側へ向って複数個配列したことにより、原料ガスの流れの下流側に向かうほどガス流量が増加する。そこで、複数の整流ガス供給ノズル３ｂの各々と基板１０の表面との間隔Ｌａ、Ｌｂ、…、Ｌｉを上流側から下流側へ向かうほど大きくすることにより、原料ガスおよび整流ガスの流路を確保することが可能となる。
【００６５】
また、基板１０の上面に対して斜めに整流ガスが吹出されるため、基板１０の加熱により基板１０の上面上を通過中のガスが加熱されて上昇しようとするのを整流ガスで押しとどめながら排気側へ押し流すことができる。これにより、チャンバー１内でのガスのスムーズな流れを実現することができる。
【００６６】
また、基板１０の加熱によるガスの熱対流を防止するには基板１０とチャンバー１の上面との間隔を小さくすることが有効な方策であるが、この間隔を小さくするとチャンバー１の内面に原料ガスによる副生成物が付着しやすくなり、コンタミネーションが生じ易くなる。本実施の形態では、チャンバー１内の上面１ａが整流ガス供給ノズル３ｂからの整流ガスの吹出し方向に沿うように傾斜しているため、整流ガスがチャンバー１内の上面１ａに沿って流れることになる。このため、原料ガスによる副生成物がチャンバー１内の上面１ａに付着し難くなり、コンタミネーションの発生を抑制することが可能となる。
【００６７】
また、本実施の形態においては、成膜が大気圧に近い圧力条件、または加圧した圧力条件で行われるため、それにより形成される薄膜では窒素による欠陥を少なくすることができる。
【００６８】
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。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の半導体製造装置によれば、基板面内の成膜速度および組成の均一性を保ち、原料ガスおよび整流ガスの流路の確保とチャンバー内でのガスのスムーズな流れとを可能とし、コンタミネーションの発生を抑制するとともに、大口径の基板の処理または多数枚の基板の同時処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における半導体製造装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の断面に対応した概略断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図４】図２および図３の構成で基板側からチャンバー内の上面側を見上げたときの図である。
【図５】原料ガス導入ノズル、整流ガス供給ノズルなどの構成を示す概略斜視図である。
【図６】サセプタに基板を載置した様子を示す平面図である。
【図７】複数の反応室を隔壁で仕切った構成を示す概略平面図である。
【図８】チャンバー１内の空間を模式的に示す図である。
【図９】従来の半導体製造装置の構成を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
１チャンバー、１ａ上面、２ａ，２ｂ原料ガス導入ノズル、２ｃノズル、３ａガス流路、３ｂ整流ガス供給ノズル、４排気口、５サセプタ、６ターンテーブル、７ヒータ、８タングステンリング、９ａ放射温度計、９ｂ放射温度測定用ポート、９ｃ石英ガラス製窓板、１０基板、２０半導体製造装置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly to a semiconductor manufacturing apparatus for forming a semiconductor thin film by supplying a source gas and a rectifying gas into a chamber.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a semiconductor manufacturing apparatus for forming a semiconductor thin film by supplying a raw material gas and a rectifying gas is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 2628404 (see Patent Document 1). FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor manufacturing apparatus disclosed in this publication. Referring to FIG. 9, this semiconductor manufacturing apparatus grows an epitaxial film of gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), indium nitride (InN) or a mixed crystal thereof by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method. It is a device to let you. The semiconductor manufacturing apparatus includes a reaction vessel 101, a susceptor 105, a heater 107, a reaction gas injection pipe 102, a sub injection pipe 103, and an exhaust port 104.
[0003]
A susceptor 105 for holding the substrate 110 is disposed in the reaction vessel 101, and the susceptor 105 can be heated by a heater 107. It is possible to inject the reaction gas onto the upper surface of the substrate 110 held on the susceptor 105 by the reaction gas injection tube 102. In addition, the sub-injection tube 103 can inject an inert gas from the upper side to the lower side substrate 110 in the reaction vessel 101. An exhaust port 104 for exhausting the gas inside the reaction vessel 101 is provided in the reaction vessel 101 and is connected to a vacuum pump (not shown).
[0004]
During the film formation of this apparatus, hydrogen gas, ammonia gas, and trimethylgallium (TMG) or trimethylaluminum (TMA) gas are injected from the reaction gas injection tube 102. Thereby, the reactive gas is supplied to the surface of the substrate 110, and the epitaxial film is formed. During the film formation, an inert gas is injected as a pressing gas from the sub-injection tube 103 so that the reaction gas does not diffuse due to thermal convection due to heating of the substrate 110.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2628404 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
The above conventional example has the following problems.
[0007]
First, in the above conventional example, since one sheet is processed per batch, there is a problem that the throughput per apparatus is low.
[0008]
Further, when trying to increase the diameter or simultaneously process a large number of substrates 110, it is difficult to control the deposition rate and the composition uniformity within the surface of the substrate 110 because the reactive gas is blown out from one place. There is a problem.
[0009]
In addition, since an inert gas is blown as a pressing gas from above the substrate 110, a large space is required above the substrate 110, the apparatus becomes large, and the wall surface of the chamber is heated by heat convection of the gas by heating the substrate 110. There is a problem that by-products due to the raw material gas are likely to adhere to the substrate, and contamination is likely to occur.
[0010]
Therefore, an object of the present invention is to maintain the deposition rate and composition uniformity within the substrate surface, suppress the occurrence of contamination, and can process a large-diameter substrate or multiple substrates simultaneously. It is to provide a semiconductor manufacturing apparatus.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The semiconductor manufacturing apparatus of the present invention includes a chamber, a raw material gas blowing section, and a plurality of rectifying gas blowing sections. The chamber can hold the substrate inside. The source gas blowing part is arranged on one side of the chamber so that the source gas flows along the upper surface of the substrate. The plurality of rectifying gas blowing portions are arranged in the chamber so as to face the upper surface of the substrate, and are configured to blow the rectifying gas obliquely with respect to the upper surface of the substrate and toward the downstream portion . The distance between each of the plurality of rectifying gas blowing portions arranged from one side to the other side of the chamber and the upper surface of the substrate increases from one side to the other side, and the inner surface of the chamber is the rectifying gas. It inclines so that the rectification | straightening gas blowing direction from a blowing part may be followed.
[0012]
According to the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, since a plurality of rectifying gas outlets are provided, it is possible to independently control the amount of blowout from each rectifying gas outlet. Therefore, even in the processing of a large-diameter substrate or the simultaneous processing of a large number of substrates, it is possible to maintain the deposition rate and the composition uniformity within the substrate surface.
[0013]
In addition, by arranging a plurality of rectifying gas outlets from one side to the other side, the gas flow rate increases toward the downstream side (the other side) of the flow of the source gas. Therefore, by increasing the distance between each of the plurality of rectifying gas blowing portions and the upper surface of the substrate from one side (upstream side) of the substrate toward the other side (downstream side), the flow path of the source gas and the rectifying gas Can be secured.
[0014]
In addition, since the rectifying gas is blown obliquely with respect to the upper surface of the substrate, the gas passing through the substrate surface is heated by the substrate heating, and the rectifying gas keeps the rectifying gas from being pushed to the exhaust side. Can do. Thereby, the smooth flow of the gas in a chamber is realizable.
[0015]
In order to prevent thermal convection of the gas due to the heating of the substrate, it is effective to reduce the distance between the substrate and the upper surface of the chamber. Are likely to adhere, and contamination is likely to occur. In the present invention, since the upper surface of the chamber is inclined so as to follow the direction in which the rectifying gas is blown from the rectifying gas blowing portion, the rectifying gas flows along the inner surface of the chamber. For this reason, it becomes difficult for the by-product of the source gas to adhere to the inner surface of the chamber, and it is possible to suppress the occurrence of contamination.
[0017]
Preferably, in each of the semiconductor manufacturing apparatuses, each of the plurality of rectifying gas blowing portions is inclined at an angle of 45 ° or less with respect to the upper surface of the substrate.
[0018]
Thereby, while adhering of the by-product to the chamber inner surface as described above can be effectively suppressed, the gas staying inside the chamber can be effectively swept away to the exhaust side.
[0019]
In the above semiconductor manufacturing apparatus, preferably, the source gas contains ammonia, and further provided with a catalyst member for decomposing ammonia by catalytic action.
[0020]
If ammonia does not decompose efficiently at the time of film formation, the amount of nitrogen taken into the thin film to be formed is reduced. For example, when a light emitting diode is produced, the light emission luminance is lowered. In the present invention, since the thermal decomposition of ammonia in the raw material gas can be promoted by the catalyst member, the concentration of nitrogen active species in the reaction system can be increased, and the film forming reaction can be promoted. . This makes it possible to efficiently incorporate nitrogen into the thin film to be formed, so that high light emission luminance can be obtained even when a light emitting diode is produced, for example.
[0021]
In the above semiconductor manufacturing apparatus, preferably, the catalyst member is made of tungsten, and is disposed at least on the source gas blowing part side of the substrate.
[0022]
Since this tungsten has a property of decomposing ammonia by a catalytic action, the catalyst member made of tungsten is disposed at least upstream of the substrate with respect to the flow of the source gas, so that the thermally decomposed source gas is disposed on the substrate surface. It becomes possible to supply to.
[0023]
In the semiconductor manufacturing apparatus described above, the material of the portion of the chamber that contacts the source gas and the rectifying gas is preferably made of nickel.
[0024]
Thereby, corrosion in the chamber can be prevented and heat dissipation of the chamber can be improved.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0026]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a semiconductor manufacturing apparatus 20 in the present embodiment is an apparatus for manufacturing a compound semiconductor by MOCVD, and includes a chamber 1 and source gas introduction nozzles (source gas blowing units) 2a and 2b. The nozzle 2c, a plurality of rectifying gas supply nozzles (rectifying gas blowing portions) 3b, an exhaust port 4, a susceptor 5, a turntable 6, a heater 7, and a tungsten ring (catalyst member) 8 are mainly provided. is doing.
[0027]
The chamber 1 can hold a substrate 10 in an internal reaction chamber. As the substrate 10, for example, four sapphire single crystal substrates 10 having a diameter of 2 inches are placed and held on the susceptor 5. The susceptor 5 is placed on the turntable 6 and can be rotated by the turntable 6. The heater 7 is disposed under the turntable 6 and is provided for heating the substrate 10 to an arbitrary temperature at which a film forming reaction occurs through the turntable 6 and the susceptor 5 and controlling the temperature. The tungsten ring 8 is disposed so as to surround the outer periphery of the susceptor 5 as a catalyst member for decomposing ammonia gas by catalytic action.
[0028]
The raw material gas introduction nozzle 2 has a nozzle 2a for introducing an organometallic gas and a nozzle 2b for introducing ammonia gas. Each of these nozzles 2a, 2b is configured to flow the source gas (organometallic gas and ammonia gas) from one side of the upper surface of the substrate 10 to the other side (point A1 to point A2, point B1 to point B2). It is arrange | positioned at the side wall (the side of the susceptor 5). In addition, a nozzle 2 c for introducing an inert gas (for example, hydrogen gas or nitrogen gas) from one side of the upper surface of the substrate 10 to the other side along with the source gas is also disposed on the side wall of the chamber 1.
[0029]
The exhaust port 4 is provided to exhaust used gas that has passed through the upper part of the susceptor 5 and is provided on the side wall of the chamber 1 opposite to the nozzles 2a, 2b, and 2c.
[0030]
Each of the plurality of rectifying gas supply nozzles 3b is a portion that injects a rectifying gas (inert gas: for example, hydrogen gas or nitrogen gas) flowing through the gas flow path 3a into the chamber 1. The plurality of rectifying gas supply nozzles 3 b are disposed on the inner surface of the chamber 1 so as to face the upper surface of the substrate 10. Each of the plurality of rectifying gas supply nozzles 3b blows the rectifying gas in an oblique direction that forms an angle θ ₁ with the upper surface of the substrate 10 and is downstream from the upstream side with respect to the flow of the source gas in the chamber 1. The rectifying gas is blown out toward the side.
[0031]
The plurality of rectifying gas supply nozzles 3b are arranged from the upstream side (the one side) of the raw material gas toward the downstream side (the other side). The distances La, Lb,..., Li between each of the plurality of rectifying gas supply nozzles 3b and the upper surface of the substrate 10 increase from the upstream side toward the downstream side. That is, the relationship of the interval La <interval Lb <interval Lc <... <Interval Lh <interval Li is established. Further, the inner surface 1a of the chamber 1 is inclined so as to follow the direction of the flow of rectified gas from the rectified gas supply nozzle 3b.
[0032]
Each rectifying gas supply nozzle 3 b is preferably inclined at an angle θ ₁ of 45 ° or less with respect to the upper surface of the substrate 10. In addition, the chamber inner surface 1a is preferably inclined at an angle substantially the same as the inclination angle of the rectifying gas supply nozzle 3b (that is, inclined so as to be substantially parallel).
[0033]
Examples of the organometallic gas include trimethyl gallium (TMG), triethyl gallium (TEG), trimethyl aluminum (TMA), triethyl aluminum (TEA), trimethyl indium (TMI), triethyl indium (TEI), and other impurity elements. An organic metal containing can be used.
[0034]
Moreover, it is preferable that the material of the part which touches the raw material gas and rectifying gas of a chamber consists of nickel. The tungsten ring 8 arranged so as to surround the susceptor 5 may be a catalyst member that can decompose ammonia by a catalytic action. In order to facilitate the decomposition of ammonia, ammonia gas preheated to about 300 ° C. in advance may be supplied into the chamber 1.
[0035]
In addition to the sapphire single crystal, a single crystal such as silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), or silicon (Si) can also be used as the substrate 10.
[0036]
Moreover, the pressure in the reaction chamber in the chamber 1 can be controlled at an arbitrary pressure from vacuum to 2 atm. In this embodiment mode, film formation is mainly performed at atmospheric pressure.
[0037]
The configuration of the semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. 1 will be described more specifically with reference to FIGS.
[0038]
2 is a schematic cross-sectional view corresponding to the cross section of FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along line III-III of FIG. 4 is a view when the top surface side in the chamber 1 is looked up from the substrate side in the configuration of FIGS. 2 and 3, and FIG. 5 is a configuration of the raw material gas introduction nozzles 2a and 2b, the rectifying gas supply nozzle 3, and the like. It is a schematic perspective view which shows.
[0039]
Referring to FIG. 2, gas flow paths for flowing each gas are connected to source gas introduction nozzles 2a and 2b and nozzle 2c for supplying an inert gas, respectively. Is drawn out of the chamber 1.
[0040]
3 to 5, a plurality of nozzles 2a are provided, and the plurality of nozzles 2a are arranged in a horizontal row so that the organometallic gas is blown out in the same direction, and the blow-out ports of the susceptor 5 are provided. It is arranged along the outer periphery. Further, each of the nozzle 2b and the nozzle 2c is arranged in a horizontal row so that the plurality of nozzles blow out gas in the same direction as the nozzle 2a, and the blowout ports are arranged along the outer periphery of the susceptor 5. Yes.
[0041]
A flow rate controller (not shown) is connected to the raw material gas introduction nozzles 2a and 2b and the inert gas supply nozzle 2c, and the amount of blowout from each blowout port is individually controlled.
[0042]
Referring to FIGS. 4 and 5, the plurality of rectifying gas supply nozzles 3 b are arranged, for example, in a matrix on the upper surface in chamber 1 so as to blow the rectifying gas in the same direction. That is, as shown in FIG. 2, one row of rectifying gas supply nozzles 3b arranged from the upstream side to the downstream side of the source gas is provided as shown in FIG.
[0043]
The distance between each of the plurality of rectifying gas blowing nozzles 3b arranged from one side of the chamber 1 to the other side and the upper surface of the substrate increases as it goes from one side of the chamber 1 to the other side. or _two are equal gas flow rate v ₂ of the other side of the gas flow velocity v ₁ and the chamber 1 at one side of the chamber 1 as shown in the schematic diagram of FIG. 8, the gas flow velocity in the one side of the chamber 1 v ₁ Further, when it is assumed that the gas flow velocity v ₂ on the other side of the chamber 1 is larger, it is preferable that the ratio is represented by the formula of tan θ ₂ ≦ (N ₂ Z ₁ ) / (N ₁ Y). Here, N ₁ is the flow rate of the source gas, N ₂ is the flow rate of the rectifying gas, Z ₁ is the distance from the upper surface of the substrate on one side of the chamber, and Y is the diameter of the susceptor for mounting and holding the substrate.
[0044]
In FIG. 8, a plurality of rectifying gas supply nozzles 3b, 3b,..., 3b are arranged on the line X.
[0045]
Further, the rectifying gas is blown from the rectifying gas supply nozzle 3b in an oblique direction that forms an angle θ ₁ (see FIG. 1) with the upper surface of the substrate 10, but the virtual pressing action on the substrate 10 at the angle θ _1. The starting point P (see FIG. 1) is adjusted by moving the entire block in which the rectifying gas supply gas nozzle 3b is arranged in the left-right direction of FIG. 1, or the change in the angle θ ₁ or angle θ ₂ (see FIG. 8). For this reason, the entire block in which the rectifying gas supply nozzle 3b is disposed may be replaced with another block.
[0046]
Further, the susceptor 5 on which the substrate 10 is placed is disposed on the lower surface in the chamber 1, and the rectifying gas supply nozzle 3 b is disposed on the upper surface so as to face the upper surface of the substrate 10 (the above embodiment). On the other hand, the substrate 10 and the susceptor 5 are disposed downward on the upper surface in the chamber 1 and the rectifying gas supply nozzle 3b is disposed on the lower surface, and the susceptor 5 having the substrate 10 mounted on the side surface in the chamber 1 and It is possible to arrange the rectifying gas supply nozzle 3b so as to face each other.
[0047]
Moreover, the gas flow directions of the source gas and the rectifying gas may be not only the horizontal direction but also the vertical direction.
[0048]
Referring to FIG. 3, semiconductor manufacturing apparatus 20 of the present embodiment further includes a radiation thermometer 9a, a quartz glass window plate 9c, and a plurality of radiation temperature measuring ports 9b. The radiation thermometer 9a is disposed outside the chamber 1 at a position facing the upper surface of the substrate 10, and can be moved back and forth and right and left by a driving device (not shown). The plurality of radiation temperature measurement ports 9 b penetrate from the outside to the inside of the chamber 1 and are provided at positions corresponding to the entire upper surface of the susceptor 5. Thereby, the radiation temperature of the substrate 10 in the chamber 1 can be measured by the radiation thermometer 9a from the outside of the chamber 1 through the glass window plate 9c and the radiation temperature measurement port 9b. In addition, the radiation temperature by the thermal radiation of the board | substrate 10 is determined with a color in the radiation thermometer 9a.
[0049]
Referring to FIGS. 4 and 5, the radiation temperature measuring port 9 b is arranged in a matrix, for example, on the upper surface 1 a in the chamber 1, thereby measuring the radiation temperature of each part of each substrate 10. Can do.
[0050]
2 to 5 other than those described above are substantially the same as those shown in FIG. 1, the same components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0051]
Further, if the number of substrates 10 to be simultaneously placed on the susceptor 5 is less than four, for example, a substrate having a large diameter (3 inches or more) can be placed and held on the susceptor 5. Thereby, for example, as shown in FIGS. 6A to 6E, various sizes of the substrates 10 can be arranged on the susceptor 5 in various forms.
[0052]
Moreover, as shown in FIG. 7, the some semiconductor manufacturing apparatus 20 may be arrange | positioned along with the partition. In this case, for example, the gas supplied to each of the plurality of semiconductor manufacturing apparatuses 20 may be supplied from a single gas source.
[0053]
Next, a case where a gallium nitride thin film is manufactured using the semiconductor manufacturing apparatus of the present embodiment will be described.
[0054]
Referring to FIGS. 2 and 3, first, the inside of the chamber 1 is evacuated to a vacuum. A mixed gas of hydrogen gas and nitrogen gas is supplied into the chamber 1 from the nozzle 2c as an inert gas. After the inside of the chamber 1 is filled with the above-mentioned mixed gas, a total of 15 liters / minute of rectified gas is supplied from the plurality of rectified gas supply nozzles 3b while maintaining the gas flow rate of the mixed gas supplied from the nozzle 2c. Supply in. This rectification gas is a mixed gas of hydrogen gas and nitrogen gas, and is blown out uniformly from each of the plurality of rectification gas supply nozzles 3b. Further, in order to prevent contamination of the radiation temperature measurement port 9b, a total of 5 liters / minute of mixed gas of nitrogen gas and hydrogen gas is supplied from a port (not shown) different from the rectifying gas supply nozzle 3b. Supply with. The gas that has passed above the susceptor 5 is exhausted from the exhaust port 4.
[0055]
The single crystal sapphire substrate 10 is placed on the susceptor 5, and the susceptor 5 is heated to 1200 ° C. The actual temperature of the single crystal sapphire substrate 10 is monitored by a radiation thermometer 9 a provided outside the chamber 1.
[0056]
It is left to stand for 10 minutes while maintaining the above gas conditions and temperature conditions. At this time, the susceptor 5 is rotated by the turntable 6 at 5 rpm to 10 rpm. The rotation of the susceptor 5 continues until the film formation is completed. After the standing time has elapsed, the temperature of the susceptor 5 is lowered to 1000 ° C.
[0057]
Ammonia gas is supplied from the nozzle 2b into the chamber 1 at a flow rate of 15 liters / minute, and hydrogen gas is supplied from the nozzle 2c at a flow rate of 6 liters / minute. While maintaining this supply state, trimethylgallium is supplied into the chamber 1 from the nozzle 2a at a rate of 2.2 × 10 ⁻⁴ mol / min using hydrogen gas at a flow rate of 6 liters / min as a carrier gas. In this state, the growth of the gallium nitride thin film is started on the substrate 10, and the gallium nitride thin film is grown for 1 hour. Thereby, a gallium nitride thin film of about 4 μm is grown on the single crystal sapphire substrate 10.
[0058]
Next, a case where an indium gallium nitride (InGaN) thin film is manufactured using the semiconductor manufacturing apparatus of the present embodiment will be described.
[0059]
Referring to FIGS. 2 and 3, first, the inside of the chamber 1 is evacuated to a vacuum. A mixed gas of hydrogen gas and nitrogen gas is supplied into the chamber 1 from the nozzle 2c. After the inside of the chamber 1 is filled with the above-mentioned mixed gas, a total of 15 liters / minute of rectified gas is supplied from the plurality of rectified gas supply nozzles 3b while maintaining the gas flow rate of the mixed gas supplied from the nozzle 2c. Supply in. This rectification gas is a mixed gas of hydrogen gas and nitrogen gas, and is blown out uniformly from each of the plurality of rectification gas supply nozzles 3b. Further, in order to prevent contamination of the radiation temperature measurement port 9b, a total of 5 liters / minute of mixed gas of nitrogen gas and hydrogen gas is supplied from a port (not shown) different from the rectifying gas supply nozzle 3b. Supply with. The gas that has passed above the susceptor 5 is exhausted from the exhaust port 4.
[0060]
The single crystal sapphire substrate 10 is placed on the susceptor 5, and the susceptor 5 is heated to 1200 ° C. The actual temperature of the single crystal sapphire substrate 10 is monitored by a radiation thermometer 9 a provided outside the chamber 1.
[0061]
It is left to stand for 10 minutes while maintaining the above gas conditions and temperature conditions. At this time, the susceptor 5 is rotated by the turntable 6 at 5 rpm to 10 rpm. The rotation of the susceptor 5 continues until the film formation is completed. After the standing time has elapsed, the temperature of the susceptor 5 is lowered to 800 ° C.
[0062]
Ammonia gas is supplied into the chamber 1 from the nozzle 2b at a flow rate of 15 liters / minute, and nitrogen gas is supplied from the nozzle 2c at a flow rate of 6 liters / minute. While maintaining the supply state of the ammonia gas and the nitrogen gas, the ammonia gas and the nitrogen gas that have passed over the susceptor 5 are exhausted from the exhaust port 4 to the outside of the chamber 1. In this state, nitrogen gas at a flow rate of 6 liters / min is used as a carrier gas, trimethylindium is 9.6 × 10 ⁻⁵ mol / min and trimethylgallium is 8.0 × 10 ⁻⁶ mol / min from the nozzle 2a. Supply into the chamber 1. In this state, the growth of the indium gallium nitride thin film is started on the substrate 10, and the indium gallium nitride thin film is grown for 1 hour. Thereby, an indium gallium nitride thin film of about 0.3 μm is grown on the single crystal sapphire substrate 10.
[0063]
According to the semiconductor manufacturing apparatus of the present embodiment, the raw material gas introduction nozzles 2a and 2b and the inert gas supply nozzle 2c are arranged in a horizontal row so that the gas is blown in the same direction, and the blowout ports run along the outer periphery of the susceptor 5. Therefore, it is possible to independently control the amount of air blown out from the raw material gas introduction nozzles 2a and 2b. Therefore, even in the processing of the large-diameter substrate 10 or the simultaneous processing of a large number of substrates 10, it is possible to maintain the film formation rate and the composition uniformity within the surface of the substrate 10.
[0064]
Further, by arranging a plurality of the rectifying gas supply nozzles 3b from the upstream side to the downstream side of the raw material gas, the gas flow rate increases toward the downstream side of the raw material gas flow. Therefore, by increasing the distances La, Lb,..., Li between each of the plurality of rectifying gas supply nozzles 3b and the surface of the substrate 10, the flow paths of the source gas and the rectifying gas are secured. It becomes possible to do.
[0065]
Further, since the rectifying gas is blown obliquely with respect to the upper surface of the substrate 10, while the gas passing through the upper surface of the substrate 10 is heated by the heating of the substrate 10 and keeps rising, the rectifying gas is held down. It can be pushed away to the exhaust side. Thereby, the smooth flow of the gas in the chamber 1 is realizable.
[0066]
In order to prevent thermal convection of the gas due to the heating of the substrate 10, it is an effective measure to reduce the distance between the substrate 10 and the upper surface of the chamber 1. The by-product due to is likely to adhere and contamination is likely to occur. In this embodiment, since the upper surface 1a in the chamber 1 is inclined so as to follow the direction in which the rectifying gas is blown from the rectifying gas supply nozzle 3b, the rectifying gas flows along the upper surface 1a in the chamber 1. Become. For this reason, it becomes difficult for the by-product by the source gas to adhere to the upper surface 1a in the chamber 1, and it is possible to suppress the occurrence of contamination.
[0067]
In this embodiment mode, film formation is performed under a pressure condition close to atmospheric pressure or under a pressurized pressure condition. Therefore, defects caused by nitrogen can be reduced in a thin film formed thereby.
[0068]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, the deposition rate and composition uniformity in the substrate surface are maintained, the flow path of the source gas and the rectifying gas is ensured, and the gas flows smoothly in the chamber. This makes it possible to suppress the occurrence of contamination and to process a large-diameter substrate or simultaneously process a large number of substrates.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view corresponding to the cross section of FIG.
FIG. 3 is a schematic sectional view taken along line III-III in FIG.
4 is a view when the upper surface side in the chamber is looked up from the substrate side in the configuration of FIGS. 2 and 3. FIG.
FIG. 5 is a schematic perspective view showing the configuration of a raw material gas introduction nozzle, a rectifying gas supply nozzle, and the like.
FIG. 6 is a plan view showing a state where a substrate is placed on a susceptor.
FIG. 7 is a schematic plan view showing a configuration in which a plurality of reaction chambers are partitioned by partition walls.
FIG. 8 is a diagram schematically showing a space in the chamber 1;
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a conventional semiconductor manufacturing apparatus.
[Explanation of symbols]
1 chamber, 1a upper surface, 2a, 2b source gas introduction nozzle, 2c nozzle, 3a gas flow path, 3b rectifying gas supply nozzle, 4 exhaust port, 5 susceptor, 6 turntable, 7 heater, 8 tungsten ring, 9a radiation thermometer 9b Radiation temperature measurement port, 9c Quartz glass window plate, 10 substrate, 20 semiconductor manufacturing apparatus.

Claims

A chamber capable of holding a substrate inside;
A source gas blowing part disposed on one side of the chamber so that source gas flows along the upper surface of the substrate;
A plurality of rectifying gas blowing portions arranged in the chamber so as to face the upper surface of the substrate and configured to blow the rectifying gas obliquely with respect to the upper surface of the substrate and toward the downstream portion ; Prepared,
The distance between each of the plurality of the rectifying gas outlets arranged from the one side toward the other side of the chamber and the upper surface of the substrate is increased from the one side toward the other side, The chamber inner surface is inclined so as to be along the direction in which the rectifying gas is blown from the rectifying gas blowing portion.

2. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein each of the plurality of rectifying gas blowing portions is inclined at an angle of 45 ° or less with respect to the upper surface of the substrate.

The source gas contains ammonia,
Characterized in that the ammonia further comprising a catalyst member for decomposing catalytically, semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1 or 2.

The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 3 , wherein the catalyst member is made of tungsten and is disposed at least on the source gas blowing portion side of the substrate.

The material of the portion touching the raw material gas and the rectification gas in the chamber is characterized by consisting of nickel, the semiconductor manufacturing apparatus according to any one of claims 1-4.