JP5759690B2 - 膜の形成方法、半導体装置の製造方法及び基板処理装置 - Google Patents
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Description
また、本発明の他の一態様によれば、処理室内の基板処理領域に複数の基板が搬入される工程と、前記処理室内の前記基板処理領域が加熱維持され、前記処理室内の前記基板処理領域外から窒素含有ガスと金属含有ガスとが供給され、前記処理室内の前記基板処理領域内からシリコン含有ガスが供給されて、前記複数の基板にシリコン、窒素及び金属含有膜が形成される工程と、を有する膜の形成方法が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、基板処理領域を有し、該基板処理領域で複数の基板を処理する処理室と、前記基板処理領域を加熱維持する加熱装置と、前記基板処理領域外に第一ガス供給口が設けられ、該第一ガス供給口から前記処理室内へ窒素含有ガスを供給する第一ガス供給系と、前記基板処理領域外であって、前記第一ガス供給口よりも前記基板処理領域側に第二ガス供給口が設けられ、該第二ガス供給口から前記処理室内へ金属含有ガスを供給する第二ガス供給系と、前記基板処理領域を加熱維持し、前記第一ガス供給口から前記窒素含有ガスを供給し、前記第二ガス供給口から金属含有ガスを供給し、前記基板処理領域の複数の基板に窒素及び金属含有膜を形成するように前記加熱装置、前記第一ガス供給系および前記第二ガス供給系を制御する制御部と、を有する基板処理装置が提供される。
本発明を実施するための実施の形態において、基板処理装置は、一例として、LED(Light Emitting Diode)、発光体、半導体装置(IC等)の製造方法に含まれる様々な処理工程を実施する装置として構成されている。以下の説明では、基板(ウエハ)への、結晶成長技術、化合物半導体膜の形成技術、エピタキシャル成長法による成膜処理、CVD(Chemical Vapor Deposition)法による成膜処理、あるいは、酸化処理や拡散処理などを行なう縦型の基板処理装置に本発明の技術的思想を適用した場合について述べる。特に、本実施の形態では、複数の基板を一度に処理するバッチ方式の基板処理装置を対象にして説明する。
処理室201には、サファイア材等で構成された基板としてのウエハ200が後述する基板保持具としてのボート217によって、ウエハ200の主面に対し垂直方向に所定の間隔を成して積重された状態で収納されている。
第八ノズル2308は、マニホールド209の側壁に対して垂直方向に延在され、かつ、上方に屈曲されて第五ノズル2305、第六ノズル2306、第七ノズル2307よりも他端側まで延在されるように設けられている。第八ノズル2308の先端は開口されて、第八ガス供給口938が形成されている。
第一ノズル2301、第一ガス供給管821、MFC2411、バルブ521、バルブ5211、アンモニアガス供給源2611により、アンモニアガスを処理室内201へ供給する第一ガス供給系811が構成されている。第一ガス供給系811は、第一ノズル2301の第一ガス供給口931から処理室201内へアンモニアガスを供給可能なように構成されている。
第五ノズル2305、第五ガス供給管825、第一気化器2415、バルブ525、バルブ526、不活性ガス供給源2615により、不活性ガスをキャリアガスとしてTMGaガスを処理室内201へ供給する第五ガス供給系815が構成されている。第五ガス供給系815は、第五ノズル2305の第五ガス供給口935から処理室201内へTMGaガスを供給可能なように構成されている。
第六ノズル2306、第六ガス供給管826、第二気化器2416、バルブ527、バルブ528、不活性ガス供給源2616により、不活性ガスをキャリアガスとしてTMInガスを処理室内201へ供給する第六ガス供給系816が構成されている。第六ガス供給系816は、第六ノズル2306の第六ガス供給口936から処理室201内へTMInガスを供給可能なように構成されている。
第七ノズル2307、第七ガス供給管827、第三気化器2417、バルブ529、バルブ5210、不活性ガス供給源2617により、不活性ガスをキャリアガスとしてTMAlガスを処理室内201へ供給する第七ガス供給系817が構成されている。第七ガス供給系817は、第七ノズル2307の第七ガス供給口937から処理室201内へTMAlガスを供給可能なように構成されている。
第九ノズル2309、第九ガス供給管829、MFC2419、バルブ5213、バルブ52131、シリコン含有ガス供給源2619により、シリコン含有ガスを処理室内201へ供給する第九ガス供給系819が構成されている。第九ガス供給系819は、第九ノズル2309の第九ガス供給口939から処理室201内へシリコン含有ガスを供給可能なように構成されている。
基板処理装置101内でカセットやポッド等の基板収容器に収容された複数枚のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)される。その後、図1に示されているように、複数枚のウエハ200を保持したボート217は、ボートエレベータ115によって持ち上げられて処理室201に搬入(ボートローディング)される。この状態で、シールキャップ219はOリング301を介してマニホールド209の下端をシールした状態となる。
ボートロード工程後に、処理室201内に窒素ガスが供給されるとともに真空排気される。具体的には、図1に示すように、不活性ガスは、バルブ523、バルブ5231が開かれることで不活性ガス供給源2613から供給され、MFC24131でその流量が調節される。その後、不活性ガスは、第三ガス供給管823と第一ガス供給管821とを経て、第一ノズル2301へ導入され、第一ガス供給口931から処理室201内に導入される。同時に処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように真空排気装置246によって真空排気される。この際、処理室201内の圧力は、圧力検出器245で測定され、この測定された圧力に基づき圧力調節器242が、フィードバック制御される。
予め設定されたクリーニング時間が経過すると、処理室201内の温度を次の工程における処理温度、例えば、500℃以上700℃以下の間の所定温度までの降温がなされる。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように温度検出器263が検出した温度情報に基づき加熱装置206への通電具合がフィードバック制御される。水素ガスが、引き続き第一ガス供給口931から処理室201内へ供給し続けられる。また、処理室201内が引き続き、所望の圧力、例えば、66Pa以上13330Pa以下の間の所定の圧力、好ましくは、66Pa以上1333Pa以下の間の圧力となるように真空排気装置246によって真空排気される。この際、処理室201内の圧力は、圧力検出器245で測定され、この測定された圧力に基づき圧力調節器242が、フィードバック制御される。
次に図2に示すように下地用バッファ膜としてウエハ200上に窒化ガリウム(GaN)バッファ層2001が形成される。
処理室201内の温度が500℃以上600℃以下の間の所定温度で安定し、処理室201内の圧力が66Pa以上13330Pa以下の間の所定の圧力、好ましくは、66Pa以上1333Pa以下の間の圧力で安定したら、処理室201内に窒素含有ガスとしてのアンモニアガス、ガリウム含有ガスとしてのTMGaガス、塩素含有ガスとしての塩化水素ガスが供給され、ウエハ200上に窒化ガリウム膜2001が形成される。
1)窒素含有ガスが有機金属ガスよりも上流側である処理室201内の一端側から供給されるので、窒素含有ガスにより処理室201内の一端側がパージされ、金属元素含有物が一端側に付着したり、堆積したりすることを抑制することができる。すなわち、金属元素含有物を無駄に消費することなく、ウエハ200上に金属元素含有物を効率良く供給することができる。
なお、好ましくは、第五ガス供給口935が、断熱領域2061であって、加熱装置206dの発熱体の下端の高さ位置よりも高い位置に設けられるように構成すると良い。これにより、塩化水素ガスとTMGaガスとが基板処理領域2062に至る前により一層、予備加熱することができるとともに、塩化水素ガスとTMGaガスとの反応、塩化ガリウムとアンモニアガスとの反応を促進することができ、また、より一層、処理室201内一端側等での無駄な金属含有物の消費を抑制することができ、ウエハ200上に窒化ガリウム膜を効率良く形成することができる。
例えば、アンモニアガスと窒素ガスと水素ガスとの混合ガスの供給に代える場合には、以下のように制御するように構成されると良い。
バルブ521、バルブ5211が開き、アンモニアガス供給源2611から供給されたアンモニアガスがMFC2411で流量調整され、第一ガス供給管821を経て、第一ノズル2301へ導入され、第一ガス供給口931から処理室201内へ導入される。また、バルブ522、バルブ5221が開き、水素ガス供給源2612から供給された水素ガスがMFC24121で流量調整され、第二ガス供給管822、第一ガス供給管821を経て、第一ノズル2301へ導入され、第一ガス供給口931から処理室201内へ導入される。また、バルブ523、バルブ5231が開き不活性ガス供給源2613から供給された不活性ガスとしての窒素ガスがMFC24131で流量調整され、第三ガス供給管823、第一ガス供給管821を経て、第一ノズル2301へ導入され、第一ガス供給口931から処理室201内へ導入される。即ち、第一ガス供給口931からは、アンモニアガスと水素ガスと窒素ガスとの混合ガスが処理室201内へ導入されるように制御すると良い。
バルブ522、バルブ5221が開き、水素ガス供給源2612から供給された水素ガスがMFC24121で流量調整され、第二ガス供給管822、第一ガス供給管821を経て、第一ノズル2301へ導入され、第一ガス供給口931から処理室201内へ導入される。また、バルブ523、バルブ5231が開き不活性ガス供給源2613から供給された不活性ガスとしての窒素ガスがMFC24131で流量調整され、第三ガス供給管823、第一ガス供給管821を経て、第一ノズル2301へ導入され、第一ガス供給口931から処理室201内へ導入される。即ち、第一ガス供給口931からは、水素ガスと窒素ガスとの混合ガスが処理室201内へ導入されるように制御すると良い。
バルブ522、バルブ5222が開き、水素ガス供給源2612から供給された水素ガスがMFC24122で流量調整され、第二ガス供給管822、第五ガス供給管825を経て、第五ノズル2305へ導入され、第五ガス供給口935から処理室201内へ導入される。また、バルブ524、バルブ5242が開き塩素ガス供給源から供給された塩素ガスがMFC24142で流量調整され、第四ガス供給管824、第五ガス供給管825を経て、第五ノズル2305へ導入され、第五ガス供給口935から処理室201内へ導入される。即ち、第五ガス供給口935からは、水素ガスと塩素ガスとTMGaガスとの混合ガスが処理室201内へ導入されるように制御すると良い。
バルブ524、バルブ5244が開き、塩化水素ガス供給源2614から塩化水素ガスが供給され、MFC24144で流量調整され、第四ガス供給管824、第五ガス供給管825を経て、第五ノズル2305へ導入され、第五ガス供給口935から処理室201内へ導入される。また、バルブ526、バルブ525が開き不活性ガス供給源2615から不活性ガスが第一気化器2415へ供給され、第一気化器2415でTMGa原料が気化され、第五供給管825を経て、第五ノズル2305へ導入され、第五ガス供給口935から処理室201内へ導入される。バルブ522、バルブ5222が開き、水素ガス供給源2612から供給された水素ガスがMFC24122で流量調整され、第二ガス供給管822、第五ガス供給管825を経て、第五ノズル2305へ導入され、第五ガス供給口935から処理室201内へ導入される。また、バルブ523、バルブ5232が開き不活性ガス供給源2613から供給された不活性ガスとしての窒素ガスがMFC24132で流量調整され、第三ガス供給管823、第五ガス供給管825を経て、第五ノズル2305へ導入され、第五ガス供給口935から処理室201内へ導入される。即ち、第五ガス供給口935からは、塩化水素ガスと水素ガスと窒素ガスとTMGaガスとの混合ガスが処理室201内へ導入されるように制御すると良い。
下地用バッファ膜形成工程後、処理室201内の温度が次の工程における処理温度、例えば、900℃以上1100℃以下の間の所定温度までの昇温がなされる。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように温度検出器263が検出した温度情報に基づき加熱装置206への通電具合がフィードバック制御される。アンモニアガスが引き続き第一ガス供給口931から処理室201内へ供給し続けられる。また、処理室201内が引き続き、所望の圧力、例えば、66Pa以上13330Pa以下の間の所定の圧力、好ましくは、66Pa以上1333Pa以下の間の圧力となるように真空排気装置246によって真空排気される。この際、処理室201内の圧力は、圧力検出器245で測定され、この測定された圧力に基づき圧力調節器242が、フィードバック制御される。尚、処理室201内へのアンモニアガスの供給に代えて、アンモニアガスと窒素ガスとを供給するように構成されても良い。
次に図2に示すように窒化ガリウムエピタキシャル(GaN)膜としての窒化ガリウムエピ層2002を下地用窒化ガリウム膜2001上に形成する。処理室201内の温度が900℃以上1100℃以下の間の所定温度で安定し、かつ、処理室201内の圧力が66Pa以上13330Pa以下の間の所定の圧力、好ましくは、66Pa以上1333Pa以下の間の圧力で安定したら、処理室201内に窒素含有ガスとしてのアンモニアガス、Ga含有ガスとしてのTMGaガス、塩素含有ガスとしての塩化水素ガスが供給され、ウエハ200上の下地用窒化ガリウム膜上に窒化ガリウムエピ膜2002が形成される。
具体的には、図1に示すように、バルブ521、バルブ5211が開きアンモニアガスがアンモニアガス供給源2611から供給され、MFC2411でその流量が調整される。その後、アンモニアガスは、第一ガス供給管821を経て、第一ノズル2301へ導入され、第一ガス供給口931から処理室201内に導入される。
基板に下地用バッファ膜形成後に基板を処理室外へ搬出させることなく同一処理室内で下地用バッファ膜上に窒化ガリウムエピ膜を形成することができるので、不純物や自然酸化膜等を下地バッファ膜、窒化ガリウムエピ膜間へ介在させることなく良質な積層膜を形成することができ、かつ、スループットを向上させることができる。
次に図2に示すようにN型半導体膜としてのシリコンドープト窒化ガリウム(Si-Doped-GaN)層2003が窒化ガリウムエピ膜2002上に形成される。処理室201内の温度が900℃以上1100℃以下の間の所定温度で安定し、かつ、処理室201内の圧力が66Pa以上13330Pa以下の間の所定の圧力、好ましくは、66Pa以上1333Pa以下の間の圧力で安定したら、処理室201内に窒素含有ガスとしてのアンモニアガス、Ga含有ガスとしてのTMGaガス、塩素含有ガスとしての塩化水素ガス、ドーパントガスとしてのシリコン含有ガス、好ましくはシリコン及び塩素含有ガスとして、例えばジクロロシランガスが供給され、ウエハ200上にシリコン含有窒化ガリウム膜としてのシリコンドープト窒化ガリウム膜が形成される。
1)シリコン及び塩素含有ガス若しくはシリコン含有ガスと塩素含有ガスとの混合ガスがウエハ200の周縁側方から供給されるため、ウエハ200とウエハ200との間にこれらのガスが導入されやすくなり、ウエハ200の周縁部のみならずウエハ200の中央部へもこれらのガスが導入されやすくなる。これにより、シリコン原子がウエハ200中央部の膜へも注入されやすくなるため、ウエハ200面内での窒化ガリウム膜中のシリコン原子の分布が均一にしやすくすることができる。
バルブ524、バルブ5246が開き、塩化水素ガス供給源2614から供給された塩化水素ガスがMFC24146で流量調整され、第四ガス供給管824、第九ガス供給管829を経て、第九ノズル2309へ導入され、第九ガス供給口939から処理室201内に導入される。また、バルブ5213、バルブ52131が開き、モノシランガス供給源から供給されたモノシランガスがMFC2419でその流量調整され、第九供給管829を経て、第九ノズル2309へ導入され、第九ガス供給口939から処理室201内に導入される。即ち、第九ガス供給口939から塩化水素ガスとモノシランガスとの混合ガスを処理室201内へ供給するように制御するように構成されても良い。
予め設定されたN型半導体膜形成時間が経過すると、アンモニアガス、TMGaガス、塩化水素ガス、ジクロロシランガスの処理室201内への供給が停止され、処理室201内の温度を次の工程における処理温度、例えば、700℃以上800℃以下の間の所定温度までの降温がなされる。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように温度検出器263が検出した温度情報に基づき加熱装置206への通電具合がフィードバック制御される。窒素ガスが第五ガス供給口935から処理室201内へ供給される。また、処理室201内が所望の圧力、例えば、66Pa以上13330Pa以下の間の所定の圧力、好ましくは、66Pa以上1333Pa以下の間の圧力となるように真空排気装置246によって真空排気される。この際、処理室201内の圧力は、圧力検出器245で測定され、この測定された圧力に基づき圧力調節器242が、フィードバック制御される。
次に図2に示すように発光膜としての窒化ガリウム層2004と窒化インジウムガリウム層2005との積層膜がシリコンドープト窒化ガリウム膜2003上に形成される。処理室201内の温度が700℃以上800℃以下の間の所定温度で安定し、かつ、処理室201内の圧力が66Pa以上13330Pa以下の間の所定の圧力、好ましくは、66Pa以上1333Pa以下の間の圧力で安定したら、当該圧力の安定状態が維持されつつ、処理室201内に窒素含有ガスとしてのアンモニアガス、Ga含有ガスとしてのTMGaガス、塩素含有ガスとしての塩化水素ガスが供給され、ウエハ200上にアモルファス状態の窒化ガリウム膜2004が形成され、次に窒素含有ガスとしてのアンモニアガス、Ga含有ガスとしてのTMGaガス、塩素含有ガスとしての塩化水素ガス、インジウム含有ガスとしてのTMInガスが供給され、窒化インジウムガリウム膜2005が形成される。好ましくはこの窒化ガリウム膜2004と窒化インジウムガリウム膜2005とを複数層、交互に窒化ガリウム膜2004が最上下層となるように積層させる。
1)窒素含有ガスとしてのアンモニアガスが、第五ガス供給口935よりも第一ノズル2301の第一ガス供給口931から処理室201内の一端側である下端側から供給されるので、アンモニアガスにより処理室201内下端にあるマニホールド209の内壁等がパージされる。従って、第六ガス供給口936から供給されるインジウム含有ガスとしてのTMInガスの熱分解等の反応により生じるインジウム含有生成物がマニホールド209の内壁等に付着したり、堆積したりすることを抑制することができる。従ってTMInガスが無駄に消費されるのを抑制することができ、ウエハ200上に窒化インジウムガリウム膜を効率良く形成することができる。
好ましくは、第五ノズル2305の上端となる第五ガス供給口935は、断熱領域2061であって、加熱装置206dの発熱体の下端の高さ位置よりも高い位置に設けるように構成されると良い。これにより、塩化水素ガスとTMGaガスとが基板処理領域2062に至る前により一層、予備加熱することができるとともに、塩化水素ガスとTMGaガスとの反応、塩化ガリウムとアンモニアガスとの反応を促進することができ、より一層、ウエハ200上に窒化ガリウム膜を効率良く形成することができ、第五ノズル2305内や第五ガス供給口935での閉塞を抑制することができる。
バルブ524、バルブ5243が開き、塩素ガス供給源から供給された塩素ガスがMFC24143で流量調整され、第四ガス供給管824、第六ガス供給管826を経て、第六ノズル2306へ導入され、第六ガス供給口936から処理室201内へ導入される。また、バルブ522、バルブ5223が開き、水素ガス供給源2412から供給された水素ガスがMFC24123で流量調整され、第二ガス供給管822、第六ガス供給管826を経て、第六ノズル2306へ導入され、第六ガス供給口936から処理室201内へ導入される。また、バルブ528、バルブ527が開き、不活性ガス供給源2416から供給された不活性ガスが第二気化器2416へ供給され、第二気化器2416でTMIn原料が気化されて、第六供給管826を経て、第六ノズル2306へ導入され、第六ガス供給口936から処理室201内へ導入される。即ち、第六ガス供給口936から塩素ガスと水素ガスとTMInガスとの混合ガスが処理室201内へ供給されるように制御すると良い。
予め設定された処理時間が経過すると、処理室201内の温度が次の工程における処理温度、例えば、900℃以上1100℃以下の間の所定温度までの昇温がなされる。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように温度検出器263が検出した温度情報に基づき加熱装置206への通電具合がフィードバック制御される。アンモニアガスが引き続き第一ガス供給口931から処理室201内へ供給し続けられる。また、処理室201内が引き続き、所望の圧力、例えば、66Pa以上13330Pa以下の間の所定の圧力、好ましくは、66Pa以上1333Pa以下の間の圧力となるように真空排気装置246によって真空排気される。この際、処理室201内の圧力は、圧力検出器245で測定され、この測定された圧力に基づき圧力調節器242が、フィードバック制御される。尚、処理室201内へのアンモニアガスの供給に代えて、アンモニアガスと窒素ガスとを供給するように構成されても良い。
次に図2に示すようにバリア膜としての窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)層2006が窒化ガリウム層2004のうちの最上層上に形成される。処理室201内の温度が900℃以上1100℃以下の間の所定温度で安定し、かつ、処理室201内の圧力が66Pa以上13330Pa以下の間の所定の圧力、好ましくは、66Pa以上1333Pa以下の間の圧力で安定したら、当該圧力の安定状態が維持されつつ、処理室201内に窒素含有ガスとしてのアンモニアガス、ガリウム含有ガスとしてのTMGaガス、塩素含有ガスとしての塩化水素ガス、アルミニウム(Al)含有ガスとしてのトリメチルアルミニウム(TMAl)ガスが供給され、ウエハ200上に窒化アルミニウムガリウム膜2006が形成される。
1)第七ノズル2307内に、塩素含有ガスが供給されるので、アルミニウム含有ガスが分解等化学反応を起こし、アルミニウム成分やアルミニウム含有物が第七ノズル2307内で発生した場合でも、塩素成分のエッチング作用によりアルミニウム成分やアルミニウム含有物の第七ノズル2307内での堆積を抑制することができる。
好ましくは、第五ノズル2305の上端となる第五ガス供給口935は、断熱領域2061であって、加熱装置206dの発熱体の下端の高さ位置よりも高い位置に設けるように構成すると良い。これにより、塩化水素ガスとTMGaガスとが基板処理領域2062に至る前により一層、予備加熱することができるとともに、塩化水素ガスとTMGaガスとの反応、塩化ガリウムとアンモニアガスとの反応を促進することができ、より一層、ウエハ200上に窒化ガリウム膜を効率良く形成することができ、第五ノズル2305内や第五ガス供給口935での閉塞を抑制することができる。
バルブ524、バルブ5244が開き、塩素ガス供給源から供給された塩素ガスがMFC24144で流量調整され、第四ガス供給管824、第七ガス供給管827を経て、第七ノズル2307へ導入され、第七ガス供給口937から処理室201内へ導入される。また、バルブ522、バルブ5224が開き、水素ガス供給源2412から供給された水素ガスがMFC24124で流量調整され、第二ガス供給管822、第七ガス供給管827を経て、第七ノズル2307へ導入され、第七ガス供給口937から処理室201内へ導入される。また、バルブ5210、バルブ529が開き、不活性ガス供給源2417から供給された不活性ガスが第三気化器2417へ供給され、第三気化器2417でTMAl原料が気化されて、第七供給管827を経て、第七ノズル2307へ導入され、第七ガス供給口937から処理室201内へ導入される。即ち、第七ガス供給口937から塩素ガスと水素ガスとTMAlガスとの混合ガスが処理室201内へ供給されるように制御すると良い。
次に図2に示すようにP型半導体膜としてのP型ドープト窒化アルミニウムガリウム層であるマグネシウムドープト窒化アルミニウムガリウム(Mg-Doped AlGaN)層2007が窒化アルミニウムガリウム層2006上に形成される。処理室201内の温度が900℃以上1100℃以下の間の所定温度で安定維持され、かつ、処理室201内の圧力が66Pa以上13330Pa以下の間の所定の圧力、好ましくは、66Pa以上1333Pa以下の間の圧力で安定維持されたら、当該温度と当該圧力の安定状態が維持されつつ、処理室201内に窒素含有ガスとしてのアンモニアガス、ガリウム含有ガスとしてのTMGaガス、塩素含有ガスとしての塩化水素ガス、アルミニウム(Al)含有ガスとしてのトリメチルアルミニウム(TMAl)ガス、マグネシウム(Mg)ドーパントガスとしてのマグネシウム含有ガスであるビスシクロペンタディエニルマグネシウム(CP2Mg)ガスが供給され、ウエハ200上にマグネシウム及びアルミニウム含有窒化ガリウム膜としてのマグネシウムドープト窒化アルミニウムガリウム膜2007が形成される。
1)第八ノズル2308内に、塩素含有ガスが供給されるので、マグネシウム含有ガスが分解等化学反応を起こし、マグネシウム成分やマグネシウム含有物が第八ノズル2308内で発生した場合でも、塩素成分のエッチング作用によりマグネシウム成分やマグネシウム含有物の第八ノズル2308内での堆積を抑制することができる。
好ましくは、第八ノズル2308の上端となる第八ガス供給口938は、断熱領域2061であって、加熱装置206dの発熱体の下端の高さ位置よりも高い位置に設けるように構成すると良い。これにより、塩化水素ガスとTMGaガスとが基板処理領域2062に至る前により一層、予備加熱することができるとともに、塩化水素ガスとTMGaガスとの反応、塩化ガリウムとアンモニアガスとの反応を促進することができ、より一層、ウエハ200上に窒化ガリウム膜を効率良く形成することができ、第五ノズル2305内や第五ガス供給口935での閉塞を抑制することができる。
バルブ524、バルブ5245が開き、塩素ガス供給源から供給された塩素ガスがMFC24145で流量調整され、第四ガス供給管824、第八ガス供給管828を経て、第八ノズル2308へ導入され、第八ガス供給口938から処理室201内へ導入される。また、バルブ522、バルブ5225が開き、水素ガス供給源2412から供給された水素ガスがMFC24125で流量調整され、第二ガス供給管822、第八ガス供給管828を経て、第八ノズル2308へ導入され、第八ガス供給口938から処理室201内へ導入される。また、バルブ5212、バルブ5211が開き、不活性ガス供給源2418から供給された不活性ガスが第四気化器2418へ供給され、第四気化器2418でCP2Mg原料が気化されて、第八供給管828を経て、第八ノズル2308へ導入され、第八ガス供給口938から処理室201内へ導入される。即ち、第八ガス供給口938から塩素ガスと水素ガスとCP2Mgガスとの混合ガスが処理室201内へ供給されるように制御すると良い。
次に図2に示すようにキャップ膜としてのP型半導体膜であるP型ドープト窒化ガリウム層、マグネシウムドープト窒化ガリウム(Mg-Doped GaN)層2008がマグネシウムドープト窒化アルミニウムガリウム層2007上に形成される。処理室201内の温度が900℃以上1100℃以下の間の所定温度で安定維持され、かつ、処理室201内の圧力が66Pa以上13330Pa以下の間の所定の圧力、好ましくは、66Pa以上1333Pa以下の間の圧力で安定維持された状態で、処理室201内に窒素含有ガスとしてのアンモニアガス、ガリウム含有ガスとしてのTMGaガス、塩素含有ガスとしての塩化水素ガス、マグネシウム(Mg)ドーパントガスとしてのマグネシウム含有ガスであるビスシクロペンタディエニルマグネシウム(CP2Mg)ガスが供給され、ウエハ200上にウエハ200上にマグネシウム含有窒化ガリウム膜としてのマグネシウムドープト窒化ガリウム膜2008が形成される。
1)基板を処理室外へ搬出させることなく同一処理室内で、基板に下地用バッファ膜、窒化ガリウムエピ膜、N型半導体膜、発光膜、バリア膜、P型半導体膜、キャップ膜を形成することができるので、不純物や自然酸化膜等を各膜間へ介在させることなく良質な積層膜を形成することができ、かつ、スループットを向上させることができる。
キャップ膜形成工程における予め設定された時間が経過すると、バルブ523、バルブ5231が開き、不活性ガスが不活性ガス供給源2613から供給され、MFC24131でその流量が調整される。その後、不活性ガスは、第三ガス供給管823、第一ガス供給管821を経て、第一ノズル2301へ導入され、第一ガス供給口931から処理室201内に導入される。処理室201内が不活性ガスに置換されるとともに、処理室201内の圧力が常圧に復帰される。
例えば、下地用バッファ膜形成工程を行った後にその他の膜形成工程を設けずにボートロード工程に移行するように構成されても良いし、下地用バッファ膜形成工程、窒化ガリウムエピ膜形成工程後にその他の膜形成工程を設けずにボートロード工程に移行するように構成されても良い。さらに、ボートロード工程とボートアンロード工程との間に、下地用バッファ膜形成工程、窒化ガリウムエピ膜形成工程、N型半導体膜形成工程、発光膜形成工程、バリア膜形成工程、P型半導体膜形成工程、キャップ膜形成工程のうちの1つの工程を設けるようにしても良いし、複数の工程を組合せて設けるように構成されても良い。その場合、第一ガス供給系811〜第九ガス供給系819や、第一ガス供給系811〜第九ガス供給系819を構成する種々の構成品は、必要に応じ、設けないように構成されても良い。
上述した実施の形態1における下地用バッファ膜形成工程、窒化ガリウムエピ膜形成工程、発光膜形成工程、バリア膜形成工程、P型半導体膜形成工程、キャップ膜形成工程等の膜形成工程では、第1ノズル2301の第1ガス供給口931からアンモニアガス、第5ノズル2305の第5ガス供給口935からTMGaガスと塩化水素ガスとを処理室201内へ導入するように構成されている。このような形態においては、アンモニアガスやTMGaガスと塩化水素ガスとの反応により生じる塩化ガリウムガス等が複数積載されたウエハ200の中央部にまで至りにくく、ウエハ200周縁部に比べてウエハ200中央部の膜内Ga成分が少なくなったり、膜が薄くなったりしてしまう場合がある。このような場合を解消するために本実施の形態2では、第1ノズル2301の第1ガス供給口931からアンモニアガス、第5ノズル2305の第5ガス供給口935からTMGaガスと塩化水素ガスとを処理室201内へ導入する際に、第九ノズル2309の第九ガス供給口939からキャリアガスとして不活性ガスとしての窒素ガスもしくは水素ガスを処理室201内に導入し、基板処理領域2062におけるウエハ200周縁から、Ga成分をウエハ200の中心部に至りやすくするように構成される。
その際、バルブ5213、バルブ52131は閉じた状態で、バルブ522とバルブ5226を開き、水素ガスが水素ガス供給源2612から供給され、MFC24126でその流量が調整される。その後、水素ガスは、第九供給管829を経て、第九ノズル2309へ導入され、第九ガス供給口939から処理室201内に導入される。
なお、第九ガス供給口939からのキャリアガスの供給により、Ga成分がウエハ200の中央部に多くなりすぎることがあり、その場合、却って、ウエハ200の膜質面内均一性や膜厚面内均一性を悪化させることになる。その場合には、好適には、第九ガス供給口939からのキャリアガスの供給を間欠的に実施するように構成されると良い。第九ガス供給口939からキャリアガスを供給しているタイミングでは、ウエハ200の中央部にGa成分を到達しやすくすることができ、一方、第九ガス供給口939からキャリアガスを供給していないタイミングでは、ウエハ200の周縁部にGa成分を到達させやすくすることができる。この作用を利用し、第九ガス供給口939からのキャリアガスの供給を間欠的に実施することで、ウエハ200の膜質面内均一性や膜厚面内均一性を向上させることができる。
実施の形態3にかかる形態を図3に示す。本実施の形態が、実施の形態1と異なる点は、概ね、第九ガス供給系が、基板処理領域上端まで延在されるように設けられ、上端が閉塞され、側壁に複数個、例えば、多数個の第九ガス供給口が設けられたノズルに代えて、基板処理領域2062まで延在される、異なる長さの複数のノズルが備えられている点である。
第十ノズル23095、第十一ノズル23096、第十二ノズル23097それぞれの先端は開口されて、それぞれ、第十ガス供給口9395、第十一ガス供給口9396、第十二ガス供給口9397が形成されている。
の第十一ガス供給口9396、第十二ノズル23097の第十二ガス供給口9397それぞれから、ガスが供給されるようにすると、実施の形態1や実施の形態2で上述したのと同様の効果を奏することができる。
その他の実施の形態として、実施の形態1、実施の形態2で上述した第九ノズル2309と、実施の形態3で上述した第十ノズル9395、第十一ノズル9396、第十二ノズル9397いずれもが設けられるように構成されても良い。
処理室内の基板処理領域に複数の基板が搬入される工程と、
前記処理室内の前記基板処理領域が加熱維持され、前記処理室内の前記基板処理領域外に設けられた第一ガス供給口から窒素含有ガスが供給され、前記第一ガス供給口よりも前記基板処理領域側に設けられた第二ガス供給口から金属含有ガスが供給され、前記複数の基板に窒素及び金属含有膜が形成される工程と、を有する膜の形成方法。
(実施態様2)
前記窒素及び金属含有膜が形成される工程では、前記処理室内の前記基板処理領域内であって前記複数の基板の周縁側方から不活性ガスが供給される請求項1の膜の形成方法。
(実施態様3)
前記複数の基板の周縁側方からの不活性ガスの供給は、間欠的に実施される請求項2の膜の形成方法。
(実施態様4)
処理室内の基板処理領域に複数の基板が搬入される工程と、
前記処理室内の前記基板処理領域が加熱維持され、前記処理室内の前記基板処理領域外から窒素含有ガスと金属含有ガスとが供給され、前記処理室内の前記基板処理領域内からシリコン含有ガスが供給されて、前記複数の基板にシリコン、窒素及び金属含有膜が形成される工程と、を有する膜の形成方法。
(実施態様5)
複数の基板を該基板の主面に対し垂直方向に所定の間隔で積重して保持された状態の基板保持具が処理室へ搬入される工程と、
前記処理室の前記複数の基板が保持された第1領域を既定の温度で加熱維持され、前記処理室内であって前記処理室内の前記第1領域外にある第1ガス供給部から前記処理室内へ窒素含有ガスが供給され、前記処理室内に設けられた前記第1ガス供給部から前記窒素含有ガスが供給される位置よりも前記処理室内の前記第1領域側に設けられた第2ガス供給部から前記処理室に金属元素含有ガスが供給され、前記処理室内であって前記第1領域内にある第3ガス供給部から前記処理室にシリコン含有ガスが供給され、前記基板保持具に保持された前記複数の基板にシリコン、窒素及び金属含有膜が形成される工程と、を有する膜の形成方法。
(実施態様6)
基板処理領域を有し、該基板処理領域で複数の基板を処理する処理室と、
前記基板処理領域を加熱維持する加熱装置と、
前記基板処理領域外に第一ガス供給口が設けられ、該第一ガス供給口から前記処理室内へ窒素含有ガスを供給する第一ガス供給系と、
前記基板処理領域外であって、前記第一ガス供給口よりも前記基板処理領域側に第二ガス供給口が設けられ、該第二ガス供給口から前記処理室内へ金属含有ガスを供給する第二ガス供給系と、
前記基板処理領域を加熱維持し、前記第一ガス供給口から前記窒素含有ガスを供給し、前記第二ガス供給口から金属含有ガスを供給し、前記基板処理領域の複数の基板に窒素及び金属含有膜を形成するように前記加熱装置、前記第一ガス供給系および前記第二ガス供給系を制御する制御部と、を有する基板処理装置。
Claims (6)
- 処理室内の基板処理領域に複数の基板が搬入される工程と、
前記処理室内の前記基板処理領域と前記処理室内の前記基板処理領域外に設けられた第二ガス供給口とが加熱維持され、前記基板処理領域外に設けられた第一ガス供給口から窒素含有ガスが供給され、前記第一ガス供給口よりも前記基板処理領域側に設けられた前記第二ガス供給口から金属含有ガスが供給され、前記複数の基板に窒素及び金属含有膜が形成される工程と、を有する膜の形成方法。 - 前記窒素及び金属含有膜が形成される工程では、前記処理室内の前記基板処理領域内であって前記複数の基板の周縁側方から不活性ガスが供給される請求項1の膜の形成方法。
- 前記複数の基板の周縁側方からの不活性ガスの供給は、間欠的に実施される請求項2の膜の形成方法。
- 処理室内の基板処理領域に複数の基板が搬入される工程と、
前記処理室内の前記基板処理領域と前記処理室内の前記基板処理領域外に設けられた第二ガス供給口とが加熱維持され、前記基板処理領域外に設けられた第一ガス供給口から窒素含有ガスと前記第一ガス供給口よりも前記基板処理領域側に設けられた前記第二ガス供給口から金属含有ガスとが供給され、前記処理室内の前記基板処理領域内に設けられた第三ガス供給口からシリコン含有ガスが供給されて、前記複数の基板にシリコン、窒素及び金属含有膜が形成される工程と、を有する膜の形成方法。 - 処理室内の基板処理領域に複数の基板が搬入される工程と、
前記処理室内の前記基板処理領域と前記処理室内の前記基板処理領域外に設けられた第二ガス供給口とが加熱維持され、前記基板処理領域外に設けられた第一ガス供給口から窒素含有ガスが供給され、前記第一ガス供給口よりも前記基板処理領域側に設けられた前記第二ガス供給口から金属含有ガスが供給され、前記複数の基板に窒素及び金属含有膜が形成される工程と、を有する半導体装置の製造方法。 - 基板処理領域を有し、該基板処理領域で複数の基板を処理する処理室と、
前記基板処理領域外に第一ガス供給口が設けられ、該第一ガス供給口から前記処理室内へ窒素含有ガスを供給する第一ガス供給系と、
前記基板処理領域外であって、前記第一ガス供給口よりも前記基板処理領域側に第二ガス供給口が設けられ、該第二ガス供給口から前記処理室内へ金属含有ガスを供給する第二ガス供給系と、
前記基板処理領域と前記第二ガス供給口とを加熱維持する加熱装置と、
前記基板処理領域と前記第二ガス供給口とを加熱維持し、前記第一ガス供給口から前記窒素含有ガスを供給し、前記第二ガス供給口から金属含有ガスを供給し、前記基板処理領域の複数の前記基板に窒素及び金属含有膜を形成するように前記加熱装置、前記第一ガス供給系および前記第二ガス供給系を制御する制御部と、を有する基板処理装置。
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