JP6707676B2 - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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本発明による実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。 Embodiments according to the present invention relate to a method of manufacturing a semiconductor device.

MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置等の成膜装置は、例えば、V族原料ガスとIII族原料ガスとを分解して半導体ウェハ上で反応させ、窒化金属等の結晶膜を半導体ウェハ上に成膜する。 A film forming apparatus such as a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus decomposes a group V source gas and a group III source gas and causes them to react on a semiconductor wafer to form a crystal film of metal nitride or the like on the semiconductor wafer. Form a film.

しかし、V族原料ガスを基板上で熱分解させるには、1000℃を超える高温が必要であり、このような高温で成膜したIII−V族結晶膜は、基板との熱応力差によって冷却後に歪んでしまう。また、V族原料ガスを基板温度による熱分解に頼らず、プラズマ放電などの方法で分解して供給する場合は、V族原料ガスの供給源と、ステージとの間に配置されるシャワーヘッドで、V族原料ガスとIII族原料ガスをそれぞれ供給するが、シャワーヘッドがV族原料ガスのイオンやラジカルとって邪魔になり、V族原料ガスのイオンやラジカルが基板へ到達し難くなる。一方、III族原料ガスをノズルで供給しようとすると、V族原料ガスのイオンやラジカルの邪魔にはならないものの、結晶膜の膜厚や膜質が半導体ウェハの表面においてばらつく。 However, in order to thermally decompose the group V source gas on the substrate, a high temperature exceeding 1000° C. is required, and the group III-V crystal film formed at such a high temperature is cooled by the difference in thermal stress from the substrate. It will be distorted later. When the group V source gas is decomposed and supplied by a method such as plasma discharge without relying on the thermal decomposition by the substrate temperature, a shower head arranged between the source of the group V source gas and the stage is used. , Group V source gas and group III source gas are respectively supplied, the showerhead interferes with the group V source gas ions and radicals, making it difficult for the group V source gas ions and radicals to reach the substrate. On the other hand, if an attempt is made to supply the group III source gas with a nozzle, the film thickness and quality of the crystal film will fluctuate on the surface of the semiconductor wafer, although it will not disturb the ions and radicals of the group V source gas.

特開2003−142404号公報JP, 2003-142404, A 米国特許公開第2014/0037865号公報US Patent Publication No. 2014/0037865

歪みが少なく、膜厚および膜質をより均一にした材料膜を容易に成膜することができる半導体装置の製造方法を提供する。 (EN) Provided is a method for manufacturing a semiconductor device, which is capable of easily forming a material film having less distortion and more uniform film thickness and film quality.

本実施形態による半導体装置の製造方法は、基板を搭載可能なステージと、基板の中心部から端部まで該基板の半径方向に沿って配列されており、それぞれ基板の方向に延伸し、基板上にIII族元素含有ガスを供給する1つの孔をそれぞれ有する複数の第1供給部と、基板上にV族元素含有ガスのラジカルまたはイオンを供給する第2供給部とを備えた半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法である。該方法では、ステージ上の基板を回転させる。複数の第1供給部がそれぞれ異なる流量で基板の回転周期と同期してIII族元素含有ガスを周期的に基板に供給し、あるいは、それぞれ異なる流量でIII族元素含有ガスを前記基板の回転周期に基づいた供給量で供給する。第2供給部がV族元素含有ガスのラジカルまたはイオンを基板に供給する。 The semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment includes a stage on which a substrate can be mounted, and a stage extending from the central portion to the end portion of the substrate along the radial direction of the substrate and extending in the direction of the substrate, respectively. A semiconductor manufacturing apparatus comprising: a plurality of first supply units each having one hole for supplying a Group III element-containing gas, and a second supply unit for supplying radicals or ions of a Group V element-containing gas onto a substrate. It is a manufacturing method of the used semiconductor device. In the method, the substrate on the stage is rotated. The plurality of first supply units periodically supply the Group III element-containing gas to the substrate at different flow rates in synchronization with the rotation cycle of the substrate , or alternatively, supply the Group III element-containing gas at different flow rates to the rotation cycle of the substrate. It is supplied at a supply amount based on. The second supply unit supplies radicals or ions of the group V element-containing gas to the substrate.

第1の実施形態に従ったMOCVD装置1の構成の一例を示す概略図。1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a MOCVD apparatus 1 according to the first embodiment. 第1供給部30の構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the 1st supply part 30. 第1供給部30におけるIII族元素含有ガスの供給量を示すグラフ。The graph which shows the supply amount of the III group element containing gas in the 1st supply part 30. 第1の実施形態による成膜方法の一例を示すフロー図。3 is a flowchart showing an example of a film forming method according to the first embodiment. FIG. トリメチルガリウムの供給動作および窒素ラジカルまたは窒素イオンの供給動作を示すタイミング図。FIG. 6 is a timing chart showing the supply operation of trimethylgallium and the supply operation of nitrogen radicals or nitrogen ions. 第2の実施形態に従ったMOCVD装置2の構成の一例を示す概略図。The schematic diagram showing an example of the composition of MOCVD device 2 according to a 2nd embodiment. 第2の実施形態による第1供給部30の構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the 1st supply part 30 by 2nd Embodiment. 第1供給部30におけるIII族元素含有ガスの供給量を示すグラフ。The graph which shows the supply amount of the III group element containing gas in the 1st supply part 30. III族元素含有ガスとしてのトリメチルガリウムの供給量およびV族元素としての窒素ラジカルまたは窒素イオンの供給量を示すグラフ。6 is a graph showing a supply amount of trimethylgallium as a group III element-containing gas and a supply amount of nitrogen radicals or nitrogen ions as a group V element. 第1の実施形態の変形例2に従った第1供給部30を示す図。The figure which shows the 1st supply part 30 according to the modification 2 of 1st Embodiment. 第2の実施形態の変形例2に従った第1供給部30を示す図。The figure which shows the 1st supply part 30 according to the modification 2 of 2nd Embodiment.

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment does not limit the present invention.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に従ったMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置1(以下、単に装置1ともいう)の構成の一例を示す概略図である。装置1は、チャンバ10と、ステージ20と、第1供給部30と、第2供給部40と、ヒータ50と、駆動部55と、コントローラ60とを備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus 1 (hereinafter, also simply referred to as apparatus 1) according to the first embodiment. The device 1 includes a chamber 10, a stage 20, a first supply unit 30, a second supply unit 40, a heater 50, a drive unit 55, and a controller 60.

チャンバ10の内部は、図示しない真空ポンプによって減圧状態に真空引きされている。チャンバ10は、ステージ20、第1供給部30、第2供給部40、ヒータ50等を収容している。 The inside of the chamber 10 is evacuated to a reduced pressure by a vacuum pump (not shown). The chamber 10 houses the stage 20, the first supply unit 30, the second supply unit 40, the heater 50, and the like.

ステージ20は、基板Wを搭載可能であり、該基板Wを回転させることができる。基板Wは、例えば、シリコン基板、サファイヤ基板、SiC基板等でよい。 The substrate W can be mounted on the stage 20, and the substrate W can be rotated. The substrate W may be, for example, a silicon substrate, a sapphire substrate, a SiC substrate, or the like.

第1供給部30は、基板W上にIII族元素含有ガスを供給する。III族元素含有ガスは、例えば、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)等のIII族元素を含む有機金属ガスである。有機金属ガスは、例えば、トリメチルアルミニウム、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム等のガスである。本実施形態において、第1供給部30は、例えば、中空のノズルであり、基板Wの中心部から基板Wの端部まで延在している。また、第1供給部30は、基板Wの中心部から基板Wの端部までに基板Wへ向かった複数の孔を有している。孔は、基板Wの中心部から端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した大きさ、数または開口面積を有する。第1供給部30の孔のより詳細な構成については、図2(A)〜図2(C)を参照して後で説明する。 The first supply unit 30 supplies the group III element-containing gas onto the substrate W. The group III element-containing gas is, for example, an organometallic gas containing a group III element such as aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In). The organometallic gas is, for example, a gas such as trimethylaluminum, trimethylgallium, trimethylindium and the like. In the present embodiment, the first supply unit 30 is, for example, a hollow nozzle, and extends from the central portion of the substrate W to the end portion of the substrate W. The first supply unit 30 has a plurality of holes extending from the center of the substrate W to the end of the substrate W toward the substrate W. The holes have a size, number, or opening area that is substantially proportional to the distance from the center of the substrate W to the edges. A more detailed configuration of the holes of the first supply unit 30 will be described later with reference to FIGS. 2(A) to 2(C).

第1供給部30へIII族元素含有ガスを供給することによって、III族元素含有ガスは、孔を介して基板Wへ供給される。これにより、第1供給部30は基板Wの中心部から端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でIII族元素含有ガスを基板Wへ供給する。即ち、第1供給部30は、基板Wの中心部と端部との間において、基板Wの中心部から離れるに従ってIII族元素含有ガスの供給量を多くしている。III族元素含有ガスは、基板W上において加熱分解され、III族元素が基板Wの表面に付着する。尚、第1供給部30は、第2供給部40よりもステージ20および基板Wの近く(第2供給部40よりも低い位置)に配置されている。これにより、III族元素は、第2供給部40からのV族元素と結合する前に、基板Wに付着する。III族元素は、基板Wに付着した後にV族元素と結合してIII−V族化合物の結晶膜となる。 By supplying the group III element-containing gas to the first supply unit 30, the group III element-containing gas is supplied to the substrate W through the holes. As a result, the first supply unit 30 supplies the group III element-containing gas to the substrate W from the center to the end of the substrate W at a flow rate substantially proportional to the distance from the center. That is, the first supply unit 30 increases the supply amount of the Group III element-containing gas between the central portion and the end portion of the substrate W as the distance from the central portion of the substrate W increases. The group III element-containing gas is thermally decomposed on the substrate W, and the group III element adheres to the surface of the substrate W. The first supply unit 30 is arranged closer to the stage 20 and the substrate W than the second supply unit 40 (position lower than the second supply unit 40). Thereby, the group III element is attached to the substrate W before being combined with the group V element from the second supply unit 40. The group III element is attached to the substrate W and then combined with the group V element to form a crystal film of a group III-V compound.

第2供給部40は、基板W上にV族元素含有ガスのラジカルまたはイオンを供給する。
V族元素含有ガスは、例えば、窒素(N)、燐(P)、砒素(As)等のV族元素のラジカルまたはイオンを含むガスである。本実施形態において、第2供給部40は、例えば、V族元素をプラズマ状態にするプラズマ源である。従って、V族元素含有ガスは、第2供給部40内に導入されてプラズマ化されて、ラジカルまたはイオンとしてチャンバ10内に供給される。V族元素含有ガスのラジカルまたはイオンは、基板W上に供給され、基板Wの表面のIII族元素と結合する。これにより、III−V族化合物の結晶が基板Wの表面に形成される。
The second supply unit 40 supplies the radicals or ions of the group V element-containing gas onto the substrate W.
The group V element-containing gas is a gas containing radicals or ions of a group V element such as nitrogen (N), phosphorus (P), and arsenic (As). In the present embodiment, the second supply unit 40 is, for example, a plasma source that brings a group V element into a plasma state. Therefore, the group V element-containing gas is introduced into the second supply unit 40 to be converted into plasma and supplied into the chamber 10 as radicals or ions. Radicals or ions of the group V element-containing gas are supplied onto the substrate W and combine with the group III element on the surface of the substrate W. As a result, crystals of the III-V group compound are formed on the surface of the substrate W.

ヒータ50は、図1に示すようにステージ20内に内蔵されたホットプレートでもよく、あるいは、図示しないがステージ20の上方に設けられたランプ等でもよい。ヒータ50は、ステージ20上の基板Wを約1000℃程度に加熱することができる。 The heater 50 may be a hot plate built in the stage 20 as shown in FIG. 1, or a lamp or the like provided above the stage 20 (not shown). The heater 50 can heat the substrate W on the stage 20 to about 1000° C.

駆動部55は、ステージ20を矢印に示すように回転させる。コントローラ60は、駆動部55を制御し、ステージ20の回転速度(回転周期)を制御する。また、コントローラ60は、第1および第2供給部30、40からの原料ガスの流量も制御することができる。 The drive unit 55 rotates the stage 20 as indicated by the arrow. The controller 60 controls the drive unit 55 and controls the rotation speed (rotation cycle) of the stage 20. The controller 60 can also control the flow rates of the raw material gases from the first and second supply units 30 and 40.

図2(A)〜図2(C)は、第1供給部30の構成の一例を示す図である。本実施形態では、第1供給部30は、細長い中空のノズルである。図2(A)〜図2(C)は、基板W側から見た第1供給部30を示し、第1供給部30の底部に設けられた孔の構成例を示す。第1供給部30は、基板Wの中心部の上方に位置する中心側部分(基板Wの中心部に対応する第1供給部30の先端部)Cと、基板Wの端部の上方に位置するエッジ側部分(基板Wの端部に対応する第1供給部30の中間部)E1との間に複数の孔Hを有する。 2A to 2C are diagrams illustrating an example of the configuration of the first supply unit 30. In the present embodiment, the first supply unit 30 is an elongated hollow nozzle. FIG. 2A to FIG. 2C show the first supply unit 30 viewed from the substrate W side, and shows an example of the configuration of the holes provided at the bottom of the first supply unit 30. The first supply unit 30 is positioned above the center portion of the substrate W (the front end portion of the first supply unit 30 corresponding to the center portion of the substrate W) C and above the end portion of the substrate W. A plurality of holes H are provided between the edge side portion (the intermediate portion of the first supply unit 30 corresponding to the end portion of the substrate W) E1.

図2(A)においては、孔Hの開口面積は、第1供給部30の中心側部分Cにおいて比較的小さく、エッジ側部分E1に近付くに従って次第に大きくなっている。例えば、孔Hは、基板Wの中心部から端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した大きさ(開口面積)を有する。これにより、第1供給部30は、基板Wの中心部から基板Wの端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でIII族元素含有ガスを該基板Wへ供給することができる。換言すると、第1供給部30は、基板Wの或る中心角θaの扇型領域にIII族元素含有ガスを供給することができる。 In FIG. 2A, the opening area of the hole H is relatively small in the central portion C of the first supply portion 30 and gradually increases as it approaches the edge portion E1. For example, the hole H has a size (opening area) approximately proportional to the distance from the center to the end of the substrate W. Accordingly, the first supply unit 30 can supply the group III element-containing gas to the substrate W from the center of the substrate W to the end of the substrate W at a flow rate substantially proportional to the distance from the center. In other words, the first supply unit 30 can supply the group III element-containing gas to the fan-shaped region of the substrate W at a certain central angle θa.

図2(B)においては、複数の孔Hの開口面積はそれぞれほぼ等しいが、孔Hの個数が、第1供給部30の中心側部分Cとエッジ側部分E1との間において異なる。即ち、図2(B)では、孔Hの個数は、第1供給部30の中心側部分Cにおいて比較的少なく、エッジ側部分E1に近付くに従って次第に多くなっている。即ち、孔Hは、基板Wの中心部から端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した個数だけ設けられている。これにより、第1供給部30は、基板Wの中心部から基板Wの端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でIII族元素含有ガスを該基板Wへ供給することができる。換言すると、第1供給部30は、基板Wの或る中心角θbの扇型領域にIII族元素含有ガスを供給することができる。 In FIG. 2B, the opening areas of the plurality of holes H are substantially equal to each other, but the number of holes H differs between the center side portion C and the edge side portion E1 of the first supply unit 30. That is, in FIG. 2B, the number of the holes H is relatively small in the center side portion C of the first supply portion 30, and gradually increases as it approaches the edge side portion E1. That is, the holes H are provided from the central portion of the substrate W to the end portions in a number substantially proportional to the distance from the central portion. Accordingly, the first supply unit 30 can supply the group III element-containing gas to the substrate W from the center of the substrate W to the end of the substrate W at a flow rate substantially proportional to the distance from the center. In other words, the first supply unit 30 can supply the group III element-containing gas to the fan-shaped region of the substrate W at a certain central angle θb.

図2(C)は、図2(B)と同様に、孔Hの個数が、第1供給部30の中心側部分Cとエッジ側部分E1との間において異なる。図2(C)では、孔Hの開口面積が図2(B)の孔Hのそれよりも小さく、孔Hの個数は、中心側部分Cとエッジ側部分E1との間で連続的に変化している。従って、孔Hの密度で表すと、孔Hの密度は、第1供給部30の中心側部分Cにおいて比較的小さく、エッジ側部分E1に近付くに従って次第に大きくなっている。即ち、孔Hの密度は、基板Wの中心部から端部まで該中心部からの距離にほぼ比例して大きくなっている。これにより、第1供給部30は、基板Wの中心部から基板Wの端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でIII族元素含有ガスを該基板Wへ供給することができる。換言すると、第1供給部30は、基板Wの或る中心角θcの扇型領域にIII族元素含有ガスを供給することができる。 Similar to FIG. 2B, in FIG. 2C, the number of the holes H differs between the center side portion C and the edge side portion E1 of the first supply unit 30. 2C, the opening area of the hole H is smaller than that of the hole H of FIG. 2B, and the number of holes H continuously changes between the center side portion C and the edge side portion E1. is doing. Therefore, in terms of the density of the holes H, the density of the holes H is relatively small in the center side portion C of the first supply portion 30 and gradually increases as it approaches the edge side portion E1. That is, the density of the holes H increases from the center of the substrate W to the edge thereof in proportion to the distance from the center. Accordingly, the first supply unit 30 can supply the group III element-containing gas to the substrate W from the center of the substrate W to the end of the substrate W at a flow rate substantially proportional to the distance from the center. In other words, the first supply unit 30 can supply the group III element-containing gas to the fan-shaped region of the substrate W having a certain central angle θc.

第1供給部30の構成は、図2(A)〜図2(C)のいずれでもよい。なお、基板Wの中心部からの距離にほぼ比例した流量でIII族元素含有ガスを該基板Wへ供給することができれば、第1供給部30の孔Hの構成は任意でよい。 The configuration of the first supply unit 30 may be any of FIG. 2(A) to FIG. 2(C). The structure of the holes H of the first supply unit 30 may be arbitrary as long as the Group III element-containing gas can be supplied to the substrate W at a flow rate substantially proportional to the distance from the center of the substrate W.

図3は、第1供給部30におけるIII族元素含有ガスの供給量を示すグラフである。
第1供給部30は、中心側部分Cとエッジ側部分E1との間において、中心側部分Cからの距離にほぼ比例した流量でIII族元素含有ガスを該基板Wへ供給している。
FIG. 3 is a graph showing the supply amount of the group III element-containing gas in the first supply unit 30.
The first supply unit 30 supplies the group III element-containing gas to the substrate W at a flow rate substantially proportional to the distance from the center side portion C between the center side portion C and the edge side portion E1.

第1供給部30は、基板Wの半径に亘って設けられている。従って、基板Wが回転すると、基板Wの中心部においては、第1供給部30がIII族元素含有ガスを供給している基板Wの円周の長さは短く、基板Wの端部(外周)に近付くに従って、その円周の長さが次第に長くなる。そこで、図3に示すように、第1供給部30は、基板Wの中心部から端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でIII族元素含有ガスを該基板Wへ供給する。これにより、基板Wの中心部では、III族元素含有ガスの供給量が少なく、基板Wの外周に近付くに従ってIII族元素含有ガスの供給量が次第に多くなる。その結果、III族元素含有ガスが基板Wの表面全体に略均等に供給され、III族元素が基板Wの表面に略均等に付着するので、装置1は、膜厚のほぼ等しい平坦なIII−V族化合物の結晶膜を基板W上に成膜することができる。 The first supply unit 30 is provided over the radius of the substrate W. Therefore, when the substrate W rotates, in the central portion of the substrate W, the circumference length of the substrate W to which the first supply unit 30 is supplying the Group III element-containing gas is short, and the end portion (outer periphery) of the substrate W is short. ), the length of the circumference gradually becomes longer. Therefore, as shown in FIG. 3, the first supply unit 30 supplies the group III element-containing gas to the substrate W at a flow rate substantially proportional to the distance from the center to the end of the substrate W. Thereby, the supply amount of the group III element-containing gas is small in the central portion of the substrate W, and the supply amount of the group III element-containing gas gradually increases as the outer periphery of the substrate W approaches. As a result, the group III element-containing gas is supplied to the entire surface of the substrate W substantially uniformly, and the group III element adheres to the surface of the substrate W substantially uniformly. A crystal film of a group V compound can be formed on the substrate W.

また、図2(A)〜図2(C)を参照して説明したように、第1供給部30は、基板Wの表面の中心角θa、θbまたはθcの扇形領域においてIII族元素含有ガスを供給すると考えてもよい。中心角θa、θbまたはθcの扇形領域では、III族元素がV族元素よりもきわめて大量に供給される。従って、この場合、V族元素含有ガスは、基板Wの表面のうち中心角θa、θbまたはθcの扇形領域以外の領域(中心角2π−θa、2π−θbまたは2π−θcの領域)において供給されるといってよい。基板Wが回転すると、中心角θa、θbまたはθcの扇形領域において、III族元素含有ガスが供給され、中心角2π−θa、2π−θbまたは2π−θcの領域において、V族元素含有ガスが供給される。これにより、後述するように、良質なIII−V族化合物の結晶膜を基板W上に成膜することができる。 In addition, as described with reference to FIGS. 2A to 2C, the first supply unit 30 includes the group III element-containing gas in the fan-shaped region of the central angle θa, θb, or θc of the surface of the substrate W. May be considered to supply. In the fan-shaped region having the central angle θa, θb, or θc, the group III element is supplied in a much larger amount than the group V element. Therefore, in this case, the group V element-containing gas is supplied to the region of the surface of the substrate W other than the fan-shaped region of the central angle θa, θb, or θc (region of the central angle 2π−θa, 2π−θb, or 2π−θc). It can be said that it will be done. When the substrate W rotates, the group III element-containing gas is supplied in the fan-shaped region of the central angle θa, θb, or θc, and the group V element-containing gas is supplied in the region of the central angle 2π-θa, 2π-θb, or 2π-θc. Supplied. Thereby, as described later, it is possible to form a good quality III-V compound crystal film on the substrate W.

このようなIII−V族化合物半導体あるいはIII族窒化物半導体の結晶は、III族金属元素とV族元素とで構成されるが、III族金属元素は比較的融点の低い結晶であり、V族元素は室温で気体かあるいは比較的高い蒸気圧を有する。しかし、III族金属元素とV族元素とが結合したときには、III族元素とV族元素との間の結合は強くイオン性が高い。即ち、III族元素およびV族元素は、それぞれ単元素の状態では結合が弱く蒸気圧が高い。それに対し、化合物としてイオン結合してIII−V族化合物半導体になると、III族元素およびV族元素は強く結合し、蒸気圧が低く(融点が高く)なる。 Such a crystal of a III-V group compound semiconductor or a III group nitride semiconductor is composed of a III group metal element and a V group element, but the III group metal element is a crystal having a relatively low melting point, The element is a gas at room temperature or has a relatively high vapor pressure. However, when the group III metal element and the group V element are bonded, the bond between the group III element and the group V element is strong and highly ionic. That is, the group III element and the group V element each have a weak bond and a high vapor pressure in a single element state. On the other hand, when a compound is ionically bonded to form a III-V group compound semiconductor, the group III element and the group V element are strongly bonded and the vapor pressure is low (the melting point is high).

このようなIII−V族化合物半導体の結晶膜を下地層上にエピタキシャル成長させる場合、下地層の結晶構造および格子長は、III−V族化合物半導体の結晶構造および格子長に比較的近い方が好ましい。III−V族化合物半導体は、そのような下地層上にエピタキシャル成長させることによって形成される。例えば、III族窒化物半導体を下地層上に成長させる場合、下地層としてサファイヤ基板、SiC基板、あるいは、(111)面を表面にしたシリコン基板等を用いる。V族原料の蒸気を過剰に供給した雰囲気中において、その下地層上に、III族原料を供給する。下地層の表面に到達したIII族原料はV族原料と結合し、窒化ガリウム等のIII族窒化物半導体の薄膜結晶層が下地層上にエピタキシャル成長する。 When such a III-V compound semiconductor crystal film is epitaxially grown on the underlayer, the crystal structure and lattice length of the underlayer are preferably relatively close to the crystal structure and lattice length of the III-V compound semiconductor. .. Group III-V compound semiconductors are formed by epitaxial growth on such an underlayer. For example, when a group III nitride semiconductor is grown on an underlayer, a sapphire substrate, a SiC substrate, a silicon substrate having a (111) plane as a surface, or the like is used as the underlayer. The group III raw material is supplied onto the underlayer in an atmosphere in which the vapor of the group V raw material is excessively supplied. The group III raw material reaching the surface of the underlayer is combined with the group V raw material, and a thin film crystal layer of a group III nitride semiconductor such as gallium nitride is epitaxially grown on the underlayer.

III族原料とV族原料との供給量の比率(以下、V/III比率ともいう)によって、III族原料がV族原料と結合して結晶となるまでのタイミングが異なる。このため、V/III比率によってIII族窒化物半導体の結晶成長の仕方が異なってくる。例えば、V族原料の供給量がIII族原料の供給量よりきわめて多い場合(V/III比率が非常に大きい場合)、III族原子は下地層の表面で短時間にV族原子と強く結合するため、下地層の表面で移動(マイグレーション)することができない。従って、III族窒化物半導体の結晶はIII族原料の供給に応じて下地層(基板)の厚み方向に成長していく。 The timing until the group III raw material is combined with the group V raw material to form a crystal varies depending on the ratio of the supply amount of the group III raw material to the group V raw material (hereinafter, also referred to as V/III ratio). Therefore, the crystal growth method of the group III nitride semiconductor differs depending on the V/III ratio. For example, when the supply amount of the group V raw material is much larger than the supply amount of the group III raw material (when the V/III ratio is very large), the group III atom is strongly bonded to the group V atom on the surface of the underlayer in a short time. Therefore, it is not possible to migrate on the surface of the underlayer. Therefore, the crystal of the group III nitride semiconductor grows in the thickness direction of the underlayer (substrate) according to the supply of the group III raw material.

一方、V族原料の供給量がIII族原料の供給量とほぼ同じ程度である場合(V/III比率が1に近い場合)、III族原子は下地層の表面でV族原子と結合するまでに比較的時間がかかる。このため、III族原子は下地層の表面で移動(マイグレーション)することが可能となる。従って、III族原子は、下地層または結晶で安定な位置に移動してからV族原子と結合することができる。この場合、III族窒化物半導体は、安定な位置で成長するため、結晶の品質を向上させることができる。好ましくは、V/III比率は1に等しい。また、この場合、III族窒化物半導体は、微細な段差を形成することがあり、あるいは、下地層の表面とは異なる面方位(ファセット面)を形成しながら成長していくこともある。このような成長モードを制御することは、成長中の欠陥(転位)等を制御可能とし、III族窒化物半導体の結晶の品質を向上させることに繋がる。 On the other hand, when the supply amount of the group V raw material is approximately the same as the supply amount of the group III raw material (when the V/III ratio is close to 1), the group III atom is bonded to the group V atom on the surface of the underlayer. Takes a relatively long time. Therefore, the group III atoms can migrate on the surface of the underlayer. Therefore, the group III atom can move to a stable position in the underlayer or the crystal and then bond with the group V atom. In this case, since the group III nitride semiconductor grows at a stable position, the crystal quality can be improved. Preferably the V/III ratio is equal to 1. Further, in this case, the group III nitride semiconductor may form minute steps, or may grow while forming a plane orientation (facet plane) different from the surface of the underlayer. Controlling such a growth mode makes it possible to control defects (dislocations) and the like during the growth and leads to improvement of the crystal quality of the group III nitride semiconductor.

もし、V/III比率が1を大きく下回ると、結晶格子にV族原子の無い欠損箇所が発生し、III族窒化物半導体の品質が劣化する。また、成膜温度が高いときにIII族窒化物半導体の結晶表面において結合が不完全なV族原子が再蒸発をする場合がある。この場合にも、結晶格子にV族原子の無い欠損箇所が発生するおそれがある。 If the V/III ratio is much less than 1, a defective portion without a group V atom is generated in the crystal lattice, and the quality of the group III nitride semiconductor is deteriorated. Further, when the film formation temperature is high, the group V atoms with incomplete bonds may re-evaporate on the crystal surface of the group III nitride semiconductor. Also in this case, there is a possibility that a defective portion without a group V atom is generated in the crystal lattice.

そこで、V/III比率を低くしつつ、V族原子の格子欠損を抑制するために、III族原料とV族原料とを交互に供給する手法が考えられる。この手法では、V族原料の供給を停止しあるいは少なくし、かつIII族原料の供給を過剰に供給する第1期間と、III族原料の供給を停止しあるいは少なくし、かつV族原料の供給を過剰に供給する第2期間とを交互に繰り返す。これにより、III族原料の過剰供給状態とV族原料の過剰供給状態とを時間的に交互に実行する。第1期間では、III族原子が大量に供給されるので、III族原子が大きくマイグレーションすることができる。一方、その後、第2期間ではV族原子が大量に供給されるので、III族原子とV族原子とが結合し、V族原子の欠損を抑制することができる。このように、第1期間と第2期間とを交互に繰り返すことによって、III族原子のマイグレーションを活性化させつつ、V族原子の格子欠損を抑制することができる。 Therefore, in order to suppress the lattice defect of the group V atom while reducing the V/III ratio, a method of alternately supplying the group III raw material and the group V raw material can be considered. In this method, the supply of the group V raw material is stopped or reduced, and the supply of the group III raw material is excessively performed, and the supply of the group III raw material is stopped or reduced, and the supply of the group V raw material is supplied. And a second period of excessively supplying C are alternately repeated. Thus, the excessive supply state of the group III raw material and the excessive supply state of the group V raw material are alternately executed in time. In the first period, a large amount of group III atoms are supplied, so that group III atoms can largely migrate. On the other hand, after that, a large amount of group V atoms are supplied in the second period, so that group III atoms and group V atoms are bonded to each other, and the loss of group V atoms can be suppressed. In this way, by repeating the first period and the second period alternately, it is possible to activate the migration of the group III atom and suppress the lattice defect of the group V atom.

例えば、第1期間において、V族原料をほとんど含まない雰囲気中で、III―V族結晶の1原子層に含まれるIII族原子量以上のIII族原料を供給する。これにより、III族原子は、金属的な弱い結合で下地層表面に滞在し、マイグレーションする。第2期間において、III族原料をほとんど含まない雰囲気中で、第1期間におけるIII族原料の供給量と同等量からその100倍程度の量のV族原料を供給する。これにより、下地層上のIII族原子は、V族原子と結合し、正常なIII―V族結晶を形成する。 For example, in the first period, the group III raw material having a group III atomic weight or more contained in one atomic layer of the group III-V crystal is supplied in an atmosphere containing almost no group V raw material. As a result, the group III atom stays on the surface of the underlayer due to a weak metallic bond and migrates. In the second period, the group V raw material is supplied in an atmosphere containing almost no group III raw material in an amount approximately equal to 100 times the amount of the group III raw material supplied in the first period. As a result, the group III atom on the underlayer is bonded to the group V atom to form a normal group III-V crystal.

第1期間におけるIII族原料の供給量と第2期間におけるV族原料の供給量との比率は、それらの流量の比率(単位時間当たりに単位面積に供給されるV族原料の量とIII族原料の量との比率)で制御してもよいし、あるいは、第1期間と第2期間との時間の比率(供給時間の比率)で制御してもよい。このように、III族原料とV族原料との交互供給により、III―V族化合物半導体の結晶膜を形成する方法は、マイグレーション・エンハンスト・エピタキシ(Migration Enhanced Epitaxy)法とも呼ばれる。 The ratio of the supply amount of the group III raw material in the first period to the supply amount of the group V raw material in the second period is a ratio of the flow rates thereof (the amount of the group V raw material supplied to a unit area per unit time and the group III source). The ratio may be controlled by the ratio of the amount of the raw material) or the ratio of the time between the first period and the second period (the ratio of the supply time). The method of forming a crystal film of a III-V group compound semiconductor by alternately supplying the group III material and the group V material in this way is also called a migration enhanced epitaxy method.

本実施形態では、MOCVD装置1にマイグレーション・エンハンスト・エピタキシ法を適用して、III―V族化合物半導体の結晶膜を成膜する。以下、本実施形態によるIII―V族化合物半導体の成膜方法を説明する。 In this embodiment, a migration-enhanced epitaxy method is applied to the MOCVD apparatus 1 to form a crystal film of a III-V group compound semiconductor. The method for forming a III-V compound semiconductor film according to the present embodiment will be described below.

図4は、第1の実施形態による成膜方法の一例を示すフロー図である。まず、基板Wをチャンバ10内に搬送し、ステージ20上に基板Wを載置する(S10)。次に、ヒータ50がステージ20および基板Wを加熱し、ステージ20が基板Wを回転させる(S20)。基板Wは、約1000℃以下(例えば、約800℃〜約1000℃)に加熱される。 FIG. 4 is a flowchart showing an example of the film forming method according to the first embodiment. First, the substrate W is transferred into the chamber 10 and placed on the stage 20 (S10). Next, the heater 50 heats the stage 20 and the substrate W, and the stage 20 rotates the substrate W (S20). The substrate W is heated to about 1000° C. or lower (eg, about 800° C. to about 1000° C.).

(第1期間)
次に、第1供給部30が基板Wの回転周期と同期してIII族元素含有ガスを周期的に基板Wに供給する(S30)。第1供給部30は、基板Wの中心部から端部まで基板Wの半径に亘ってIII族元素含有ガスを供給する。従って、基板Wの表面の全体にIII族元素含有ガスを共有するためには、第1供給部30は、所定の第1期間中、III族元素含有ガスを供給する。これにより、III族元素含有ガスは、基板W上において加熱分解され、III族元素が基板Wの表面に付着する。例えば、III族元素含有ガスとして、トリメチルガリウム(Ga(CH)が用いられる。
(First period)
Next, the first supply unit 30 periodically supplies the group III element-containing gas to the substrate W in synchronization with the rotation cycle of the substrate W (S30). The first supply unit 30 supplies the group III element-containing gas over the radius of the substrate W from the center to the end of the substrate W. Therefore, in order to share the group III element-containing gas on the entire surface of the substrate W, the first supply unit 30 supplies the group III element-containing gas for a predetermined first period. As a result, the group III element-containing gas is thermally decomposed on the substrate W, and the group III element adheres to the surface of the substrate W. For example, trimethylgallium (Ga(CH 3 ) 3 ) is used as the group III element-containing gas.

例えば、第1供給部30は、円形のシリコン基板Wにおいて中心角θ(rad)の扇型領域(以下、「θ領域」ともいう)に単位時間当たり面密度j1(atoms/cm)でIII族原料(III族元素含有ガス)を供給すると仮定する。即ち、III族原料の供給レートは、j1(atoms/cm・s)である。θは、θa、θbまたはθcのいずれでもよい。 For example, in the circular silicon substrate W, the first supply unit 30 forms a fan-shaped region (hereinafter, also referred to as “θ region”) having a central angle θ (rad) with an area density j1 (atoms/cm 2 ) per unit time of III. It is assumed that a group raw material (group III element-containing gas) is supplied. That is, the supply rate of the group III raw material is j1 (atoms/cm 2 ·s). θ may be any of θa, θb or θc.

シリコン基板Wにおいてθ領域以外の領域(中心角2π−θの扇型領域)は、以下、「(2π−θ)領域」ともいう。θ領域は、基板Wの上方に第1供給部30が配置された領域であり、(2π−θ)領域は、基板Wの上方に第1供給部30が無く、第2供給部40が配置された領域である。第2供給部40は、V族原料を継続的に供給しているが、θ領域では、III族原料がV族原料(V族元素含有ガス)よりも大量に供給されるため、III族原料が供給され、V族原料は供給されていないと考えてよい。一方、(2π−θ)領域の上方には、第1供給部30が設けられていないので、V族原料が供給され、III族原料は供給されていないと考えてよい。即ち、第1期間では、第1供給部30がθ領域においてIII族原料を供給し、V族原料が無視できるほど少なく、ほとんど供給されていないものとしてよい。一方、(2π−θ)領域では、第2供給部40がV族原料を供給しており、III族原料が無視できるほど少なく、ほとんど供給されていないものとしてよい。 In the silicon substrate W, a region other than the θ region (fan-shaped region having a central angle of 2π−θ) is also referred to as “(2π−θ) region” hereinafter. The θ region is a region where the first supply unit 30 is arranged above the substrate W, and the (2π−θ) region is arranged above the substrate W without the first supply unit 30 and the second supply unit 40 is arranged. This is the area that was created. The second supply unit 40 continuously supplies the group V raw material, but in the θ region, the group III raw material is supplied in a larger amount than the group V raw material (group V element-containing gas). May be supplied and the group V raw material may not be supplied. On the other hand, since the first supply unit 30 is not provided above the (2π−θ) region, it may be considered that the group V raw material is supplied and the group III raw material is not supplied. That is, in the first period, the first supply unit 30 may supply the group III raw material in the θ region, and the group V raw material may be negligibly small and may not be supplied at all. On the other hand, in the (2π-θ) region, the second supply unit 40 supplies the group V raw material, the group III raw material is so small that it can be ignored, and may be almost not supplied.

また、基板Wは、第1および第2供給部30、40に対して回転するので、第1供給部30がIII族原料を供給しているときには、III族原料は、基板Wがθ領域を通過するごとに供給され、基板Wの全面に供給される。一方、θ≪(2π−θ)であるので、第1供給部30がIII族原料を供給していないときには、V族原料が、基板Wの全面に供給されていると考えてよい。即ち、第1期間では、III族原料が基板Wの全面に供給され、後述する第2期間では、V族原料が基板Wの全面に供給されている。 Further, since the substrate W rotates with respect to the first and second supply units 30 and 40, when the first supply unit 30 is supplying the group III raw material, the group III raw material is in the θ region of the substrate W. It is supplied every time it passes and is supplied to the entire surface of the substrate W. On the other hand, since θ<<(2π−θ), it can be considered that the group V raw material is supplied to the entire surface of the substrate W when the first supply unit 30 does not supply the group III raw material. That is, the group III raw material is supplied to the entire surface of the substrate W in the first period, and the group V raw material is supplied to the entire surface of the substrate W in the second period described later.

III−V族結晶(例えば、窒化ガリウム)の(0001)面におけるIII族原子(例えば、ガリウム原子)の面密度j0とすると、基板Wが停止している場合、第1供給部30から供給されるIII族原子の面密度j1は、j1=α・j0の関係にあるとする。
この場合、α=1のときに、単位時間に基板Wの表面に供給されるIII族原料の面密度j1がIII−V族結晶におけるIII族原子の面密度j0に等しくなる(j1=j0)。従って、α=1のときに、III−V族結晶の1原子層に含まれるIII族原子の量に対応する量のIII族原料が単位時間に供給されたことになる。一方、α<1のときには、III族原料の単位時間の供給量がIII−V族結晶の1原子層に含まれるIII族原子の量に満たないことを示す。α>1のときには、III族原料の単位時間の供給量がIII−V族結晶の1原子層に含まれるIII族原子の量よりも多い(過剰供給)ことを示す。
Assuming that the areal density j0 of the group III atoms (for example, gallium atoms) in the (0001) plane of the group III-V crystal (for example, gallium nitride) is j0, when the substrate W is stopped, it is supplied from the first supply unit 30. It is assumed that the areal density j1 of the group III atoms is j1=α·j0.
In this case, when α=1, the areal density j1 of the group III raw material supplied to the surface of the substrate W per unit time becomes equal to the areal density j0 of the group III atoms in the group III-V crystal (j1=j0). .. Therefore, when α=1, the amount of the group III raw material corresponding to the amount of the group III atoms contained in one atomic layer of the group III-V crystal was supplied per unit time. On the other hand, when α<1, it means that the supply amount of the group III raw material per unit time is less than the amount of group III atoms contained in one atomic layer of the group III-V crystal. When α>1, it means that the supply amount of the group III raw material per unit time is larger than the amount of the group III atom contained in one atomic layer of the group III-V crystal (excess supply).

基板Wが回転速度ω(rad/s)で回転すると、基板Wが第1供給部30のθ領域を通過する時間は、θ/ω(s)となる。従って、第1供給部30は、基板Wが1回転するごとに(第1供給部30がθ領域上を1回通過するごとに)、III族原料を、(α・θ/ω)・j0(atoms/cm)の面密度で供給する。 When the substrate W rotates at the rotation speed ω (rad/s), the time for the substrate W to pass through the θ region of the first supply unit 30 becomes θ/ω(s). Therefore, the first supply unit 30 supplies the group III raw material to (α·θ/ω)·j0 each time the substrate W makes one rotation (every time the first supply unit 30 passes over the θ region). Supply with an areal density of (atoms/cm 2 ).

ここで、第1期間をn1・2π/ω(s)とする。n1は、第1期間中における基板Wの回転数である。この場合、第1期間中に基板Wに供給されるIII族原料の面密度j1は、n1・(α・θ/ω)・j0(atoms/cm)となる。従って、n1・(α・θ/ω)が1より大きい場合、III族原料の供給量がIII−V族結晶における1原子層に含まれるIII族原子の量よりも多くなり、過剰供給となる。即ち、供給されるIII族原料の面密度j1がj0(atoms/cm)を超える。n1・(α・θ/ω)が1に等しい場合、III族原料の供給量がIII−V族結晶における1原子層に含まれるIII族原子の量に等しくなる。即ち、供給されるIII族原料の面密度がj0に等しくなる。さらに、n1・(α・θ/ω)が1より小さい場合、III族原料の供給量がIII−V族結晶における1原子層に含まれるIII族原子の量より少なくなる。即ち、供給されるIII族原料の面密度がj0より小さくなる。 本実施形態では、第1期間においてn1・(α・θ/ω)≧1とすることによって、III族原料供給を過剰供給して基板Wの表面におけるIII族原子のマイグレーションを活性化させる。 Here, the first period is n1·2π/ω(s). n1 is the number of rotations of the substrate W during the first period. In this case, the areal density j1 of the group III raw material supplied to the substrate W during the first period is n1·(α·θ/ω)·j0 (atoms/cm 2 ). Therefore, when n1·(α·θ/ω) is larger than 1, the supply amount of the group III raw material becomes larger than the amount of group III atoms contained in one atomic layer in the III-V crystal, resulting in excessive supply. .. That is, the areal density j1 of the group III raw material supplied exceeds j0 (atoms/cm 2 ). When n1·(α·θ/ω) is equal to 1, the supply amount of the group III raw material becomes equal to the amount of group III atoms contained in one atomic layer in the group III-V crystal. That is, the areal density of the supplied group III raw material becomes equal to j0. Further, when n1·(α·θ/ω) is smaller than 1, the supply amount of the group III raw material is smaller than the amount of group III atoms contained in one atomic layer in the group III-V crystal. That is, the areal density of the supplied group III raw material becomes smaller than j0. In this embodiment, by setting n1·(α·θ/ω)≧1 in the first period, the supply of the group III raw material is excessively supplied to activate the migration of the group III atoms on the surface of the substrate W.

(第2期間)
第1供給部30がIII族原料の供給を停止し、第2供給部40は、チャンバ10内において基板Wへ向かってV族元素含有ガスのラジカルまたはイオンを供給し続ける(S40)。これにより、V族元素含有ガスのラジカルまたはイオンが基板W上に供給され、基板Wの表面に付着したIII族元素と結合する。その結果、III−V族化合物の結晶が基板Wの表面に形成される。例えば、V族元素含有ガスとして窒素(N)および水素(H)を第2供給部40に供給した場合、第2供給部40は、窒素および水素ガスをプラズマ化して、窒素ラジカル(N)、窒素イオン(N)、水素ラジカル(N)、水素イオン(N)、窒化水素ラジカル(NH)、窒化水素イオン(NH)を発生し、これらを基板Wへ供給する。これにより、基板Wの表面には、窒化ガリウム(GaN)の結晶が形成される。
(Second period)
The first supply unit 30 stops the supply of the group III raw material, and the second supply unit 40 continues to supply the radicals or ions of the group V element-containing gas toward the substrate W in the chamber 10 (S40). As a result, the radicals or ions of the group V element-containing gas are supplied onto the substrate W and are combined with the group III element attached to the surface of the substrate W. As a result, crystals of the III-V group compound are formed on the surface of the substrate W. For example, when nitrogen (N 2 ) and hydrogen (H 2 ) are supplied to the second supply unit 40 as the group V element-containing gas, the second supply unit 40 converts the nitrogen and hydrogen gas into plasma to generate a nitrogen radical (N 2). * ), nitrogen ions (N + ), hydrogen radicals (N * ), hydrogen ions (N + ), hydrogen nitride radicals (NH * ) and hydrogen nitride ions (NH + ) are generated, and these are supplied to the substrate W. .. As a result, gallium nitride (GaN) crystals are formed on the surface of the substrate W.

例えば、第2供給部40は、基板Wにおいて(2π−θ)領域に、単位時間当たり面密度j2(atoms/cm)でV族原料を供給すると仮定する。即ち、V族原料の供給レートは、j2(atoms/cm・s)である。このとき、III−V族結晶(例えば、窒化ガリウム)の(0001)面におけるIII族原子(例えば、ガリウム原子)の面密度j0とすると、基板Wが停止している場合、第2供給部40が供給するV族原子の面密度j2は、2=β・j0の関係にあるとする。 For example, it is assumed that the second supply unit 40 supplies the group V source material to the (2π−θ) region of the substrate W at an area density j2 (atoms/cm 2 ) per unit time. That is, the supply rate of the group V raw material is j2 (atoms/cm 2 ·s). At this time, when the surface density j0 of the group III atom (eg, gallium atom) in the (0001) plane of the group III-V crystal (eg, gallium nitride) is j0, when the substrate W is stopped, the second supply unit 40. It is assumed that the areal density j2 of the group V atoms supplied by the relation of 2=β·j0.

基板Wが回転速度ω(rad/s)で回転すると、(2π−θ)領域を基板Wが通過する時間は、(2π−θ)/ω(s)となる。従って、第2供給部40は、基板Wが1回転するごとに(第1供給部30が(2π−θ)領域上を1回通過するごとに)、V族原料を、(β・(2π−θ)/ω)・j0(atoms/cm)の面密度で供給する。 When the substrate W rotates at the rotation speed ω (rad/s), the time for the substrate W to pass through the (2π−θ) region is (2π−θ)/ω(s). Therefore, the second supply unit 40 supplies the group V raw material (β·(2π) every time the substrate W makes one rotation (every time the first supply unit 30 passes over the (2π−θ) region). Supply at an areal density of −θ)/ω)·j0 (atoms/cm 2 ).

ここで、第2期間をn2・2π/ω(s)とする。n2は、第2期間中における基板Wの回転数である。この場合、第2期間中に基板Wに供給されるV族原料の面密度j2は、n2・(β・(2π−θ)/ω)・j0(atoms/cm)となる。従って、n2・(β・(2π−θ)/ω)がn1・(α・θ/ω)より大きい場合に、V族原料の供給量がIII族原料の供給量よりも多くなり、過剰供給となる。n2・(β・(2π−θ)/ω)がn1・(α・θ/ω)に等しい場合に、V族原料の供給量がIII族原料の供給量に等しくなる。さらに、n2・(β・(2π−θ)/ω)がn1・(α・θ/ω)より小さい場合に、V族原料の供給量がIII族原料の供給量より少なくなる。 Here, the second period is n2/2π/ω(s). n2 is the rotation speed of the substrate W during the second period. In this case, the areal density j2 of the group V raw material supplied to the substrate W during the second period is n2·(β·(2π−θ)/ω)·j0 (atoms/cm 2 ). Therefore, when n2·(β·(2π−θ)/ω) is larger than n1·(α·θ/ω), the supply amount of the group V raw material becomes larger than the supply amount of the group III raw material, and excessive supply Becomes When n2·(β·(2π−θ)/ω) is equal to n1·(α·θ/ω), the supply amount of the group V raw material becomes equal to the supply amount of the group III raw material. Further, when n2·(β·(2π−θ)/ω) is smaller than n1·(α·θ/ω), the supply amount of the group V raw material becomes smaller than the supply amount of the group III raw material.

本実施形態では、第2期間においてn2・(β・(2π−θ)/ω)≧n1・(α・θ/ω)とすることによって、V族原料をIII族原料よりも過剰供給してV族原子の格子欠損を抑制する。 In the present embodiment, the group V raw material is supplied more than the group III raw material by setting n2·(β·(2π−θ)/ω)≧n1·(α·θ/ω) in the second period. Suppressing lattice defects in group V atoms.

このように、本実施形態では、第1期間においてn1・(α・θ/ω)≧1とすることによって、III族原料供給を過剰供給して基板Wの表面におけるIII族原子のマイグレーションを活性化し、かつ、第2期間においてn2・(β・(2π−θ)/ω)≧n1・(α・θ/ω)とすることによって、V族原料をIII族原料よりも過剰供給してV族原子の格子欠損を抑制する。第1期間と第2期間とを繰り返し実行することによって、品質の良好なIII−V族結晶膜を基板W上に形成することができる。この場合、III族元素含有ガスの供給量は、第1期間の長さによって制御され得る。V族元素含有ガスの供給量は、第2期間の長さによって制御され得る。 As described above, in the present embodiment, by setting n1·(α·θ/ω)≧1 in the first period, the supply of the group III raw material is excessively supplied to activate the migration of the group III atoms on the surface of the substrate W. And satisfying n2·(β·(2π−θ)/ω)≧n1·(α·θ/ω) in the second period, the group V raw material is supplied in excess of the group III raw material and V Suppresses lattice defects in group atoms. By repeating the first period and the second period, it is possible to form a good quality III-V crystal film on the substrate W. In this case, the supply amount of the group III element-containing gas can be controlled by the length of the first period. The supply amount of the group V element-containing gas can be controlled by the length of the second period.

ステップS30(第1期間)およびS40(第2期間)を繰り返し(S50のNO)、III−V族化合物の結晶膜が所望の膜厚まで形成されると(S50のYES)、装置1は、III族元素含有ガスおよびV族元素含有ガスの供給をともに停止する(S60)。
これにより、品質の良好なIII−V族化合物の結晶膜(例えば、窒化ガリウム結晶膜)を基板1の表面上に所望の膜厚で形成される。
When steps S30 (first period) and S40 (second period) are repeated (NO in S50) and the crystal film of the III-V group compound is formed to a desired film thickness (YES in S50), the device 1 The supply of the group III element-containing gas and the group V element-containing gas are both stopped (S60).
As a result, a crystal film (for example, a gallium nitride crystal film) of a III-V group compound having a good quality is formed on the surface of the substrate 1 with a desired film thickness.

例えば、図5(A)および図5(B)は、III族元素含有ガスとしてのトリメチルガリウムの供給動作およびV族元素としての窒素ラジカルまたは窒素イオンの供給動作を示すタイミング図である。図5(A)の縦軸は、トリメチルガリウムの供給量を示し、図5(B)の縦軸は、窒素ラジカルまたは窒素イオンの供給量を示す。図5(A)および図5(B)の横軸は、時間である。 For example, FIGS. 5A and 5B are timing charts showing a supply operation of trimethylgallium as a group III element-containing gas and a supply operation of nitrogen radicals or nitrogen ions as a group V element. The vertical axis of FIG. 5A shows the supply amount of trimethylgallium, and the vertical axis of FIG. 5B shows the supply amount of nitrogen radicals or nitrogen ions. The horizontal axis of FIG. 5(A) and FIG. 5(B) is time.

例えば、図5(A)において、f1_1、f2_1、f3_1・・・は、第1期間であり、f1_2、f2_2、f3_2・・・は第2期間である。コントローラ60は、第1および第2期間f1_1〜f3_2中においてステージ20を基板Wとともに回転させる。例えば、コントローラ60は、ステージ20を約800rpmで回転させる。第1供給部30は、第1期間f1_1、f2_1、f3_1・・・においてトリメチルガリウムを供給し、第2期間f1_2、f2_2、f3_2・・・においてその供給を停止している。図5(B)に示すように、窒素ラジカルおよび窒素イオンは、第1および第2期間f1_1〜f3_2において継続的に供給されている。トリメチルガリウムの供給を停止している第2期間f1_2、f2_2、f3_2・・・において、窒素ラジカルおよび窒素イオンは、実質的に供給されていると考えてよい。これにより、第1期間f1_1、f2_1、f3_1・・・においてガリウムが基板Wの表面全体に付着し、第2期間f1_2、f2_2、f3_2・・・において基板W上に窒化ガリウムの結晶膜が形成される。このように、第1供給部30が第1および第2期間ごとにトリメチルガリウムの供給と供給停止とを繰り返すことによって、基板W上に窒化ガリウムの結晶膜が次第に(例えば、1〜10原子層ずつ)形成される。 For example, in FIG. 5A, f1_1, f2_1, f3_1... Are the first periods, and f1_2, f2_2, f3_2... are the second periods. The controller 60 rotates the stage 20 together with the substrate W during the first and second periods f1_1 to f3_2. For example, the controller 60 rotates the stage 20 at about 800 rpm. The first supply unit 30 supplies trimethylgallium in the first periods f1_1, f2_1, f3_1... And stops the supply thereof in the second periods f1_2, f2_2, f3_2. As shown in FIG. 5B, nitrogen radicals and nitrogen ions are continuously supplied in the first and second periods f1_1 to f3_2. It can be considered that the nitrogen radicals and the nitrogen ions are substantially supplied in the second period f1_2, f2_2, f3_2,... While the supply of trimethylgallium is stopped. As a result, gallium adheres to the entire surface of the substrate W in the first period f1_1, f2_1, f3_1... And a gallium nitride crystal film is formed on the substrate W in the second period f1_2, f2_2, f3_2. It As described above, the first supply unit 30 repeatedly supplies and stops the supply of trimethylgallium for each of the first and second periods, so that the crystal film of gallium nitride is gradually formed on the substrate W (for example, 1 to 10 atomic layers). Formed).

尚、チャンバ内の気圧が低いほど、原料ガスの平均自由行程が長くなるため、原料ガスの指向性が高くなり、堆積膜の膜厚はばらつきやすくなる。しかし、本実施形態によれば、第1供給部30がIII族元素含有ガスを基板Wの表面全体に略均等に供給し、III族元素が基板Wの表面に略均等に付着する。その結果、装置1は、真空度の高い低圧(例えば、約100Pa以下)雰囲気中であっても、膜厚のほぼ等しい平坦なIII−V族化合物の結晶膜を基板W上に成膜することができる。 Note that the lower the atmospheric pressure in the chamber, the longer the mean free path of the raw material gas, the higher the directivity of the raw material gas, and the more easily the deposited film thickness varies. However, according to this embodiment, the first supply unit 30 supplies the group III element-containing gas to the entire surface of the substrate W substantially uniformly, and the group III element adheres to the surface of the substrate W substantially uniformly. As a result, the device 1 forms a flat III-V compound crystal film having a substantially equal film thickness on the substrate W even in a low-pressure (for example, about 100 Pa or less) atmosphere having a high degree of vacuum. You can

また、本実施形態によれば、第1供給部30は、基板Wの中心部から基板Wの端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でIII族元素含有ガスを該基板Wへ供給する。
これにより、基板Wの表面にIII族原子を略均等に付着させることができる。さらに、プラズマによって生成されたV族元素のラジカルまたはイオンが、第2供給部40から供給され、基板Wの表面に付着したIII族原子と結合する。これにより、膜厚が略均一でありかつ膜質の良好なIII−V族化合物の結晶膜を、基板W上に形成することができる。
Further, according to this embodiment, the first supply unit 30 supplies the group III element-containing gas to the substrate W from the center of the substrate W to the end of the substrate W at a flow rate substantially proportional to the distance from the center. Supply.
Thereby, the group III atoms can be attached to the surface of the substrate W substantially uniformly. Further, radicals or ions of the group V element generated by the plasma are supplied from the second supply unit 40 and are bonded to the group III atoms attached to the surface of the substrate W. Accordingly, a crystal film of a III-V group compound having a substantially uniform film thickness and good film quality can be formed on the substrate W.

例えば、III族元素含有ガスおよびV族元素含有ガスを両方とも基板W上において熱分解することによって、基板W上にIII−V族化合物の結晶膜を形成する場合、基板Wは、約1000℃〜約1100度の高温で加熱される必要がある。この場合、基板W(例えば、シリコン基板)とIII−V族化合物の結晶膜との熱応力差によって、基板Wを冷却したときに、基板Wの歪み、クラック、割れ等が生じる。 For example, when a III-V group compound crystal film is formed on the substrate W by thermally decomposing both the Group III element-containing gas and the Group V element-containing gas on the substrate W, the temperature of the substrate W is about 1000° C. ~ Need to be heated at high temperature of about 1100 degrees. In this case, due to the difference in thermal stress between the substrate W (for example, a silicon substrate) and the crystal film of the III-V group compound, when the substrate W is cooled, the substrate W is distorted, cracked, or broken.

これに対し、本実施形態では、III族元素含有ガスは、基板Wの表面近傍において熱分解されるが、V族元素含有ガスは、第2供給部40においてプラズマで分解されている。これにより、基板Wの温度は、比較的低温(例えば、約800℃〜約1000℃)で済む。これにより、基板WとIII−V族化合物の結晶膜との熱応力差を緩和することができ、基板Wの歪み、クラック、割れ等を抑制することができる。 On the other hand, in the present embodiment, the group III element-containing gas is thermally decomposed near the surface of the substrate W, but the group V element-containing gas is decomposed by plasma in the second supply unit 40. Thereby, the temperature of the substrate W can be relatively low (for example, about 800° C. to about 1000° C.). Thereby, the difference in thermal stress between the substrate W and the crystal film of the III-V group compound can be relaxed, and distortion, cracks, breakage, and the like of the substrate W can be suppressed.

また、V族元素含有ガスをプラズマで分解し、III族元素含有ガスを基板Wの表面近傍において熱分解する場合、第1供給部30は、第2供給部40よりも基板Wの近くに配置されることが好ましい。これにより、第1供給部30は、III族元素含有ガスを基板Wの近傍で供給することができる。しかし、第1供給部30を面積の大きなシャワーヘッドにすると、上述の通り、V族元素含有ガスのラジカルやイオンにとって邪魔となり、V族元素含有ガスのラジカルやイオンが活性状態のまま基板Wに到達することが困難になる。一方、第1供給部30を単にノズル状にすると、基板Wの表面にIII族原子を均等に付着させることが困難である。この場合、III−V族化合物の結晶膜を均一の膜厚で基板W上に形成することが困難になってしまう。 When the group V element-containing gas is decomposed by plasma and the group III element-containing gas is thermally decomposed near the surface of the substrate W, the first supply unit 30 is arranged closer to the substrate W than the second supply unit 40. Preferably. Accordingly, the first supply unit 30 can supply the group III element-containing gas near the substrate W. However, if the first supply unit 30 is a shower head having a large area, it becomes an obstacle to radicals and ions of the group V element-containing gas, and the radicals and ions of the group V element-containing gas remain on the substrate W in the active state as described above. Hard to reach. On the other hand, if the first supply unit 30 is simply in the shape of a nozzle, it is difficult to evenly deposit the group III atoms on the surface of the substrate W. In this case, it becomes difficult to form the crystal film of the III-V group compound on the substrate W with a uniform film thickness.

これに対し、本実施形態では、第1供給部30は、基板Wの中心部から端部まで基板Wの半径に亘って延伸する細長のノズルである。また、第1供給部30は、基板Wの中心部から基板Wの端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でIII族元素含有ガスを該基板Wへ供給する。これにより、III族元素含有ガスが基板Wの表面全体に略均等に供給され、III族元素が基板Wの表面に略均等に付着することができる。その結果、装置1は、歪みが少なく、膜厚および膜質のほぼ均一なIII−V族化合物の結晶膜を基板W上に成膜することができる。 On the other hand, in the present embodiment, the first supply unit 30 is an elongated nozzle that extends from the central portion of the substrate W to the end portion thereof over the radius of the substrate W. The first supply unit 30 supplies the group III element-containing gas to the substrate W from the center of the substrate W to the end of the substrate W at a flow rate substantially proportional to the distance from the center. As a result, the group III element-containing gas is supplied to the entire surface of the substrate W substantially uniformly, and the group III element can be attached to the surface of the substrate W substantially uniformly. As a result, the device 1 can form a crystal film of a III-V group compound on the substrate W with little distortion and a substantially uniform film thickness and film quality.

(変形例1)
第1の実施形態では、V族原料を継続的に供給しつつ、III族原料を供給する第1期間とIII族原料の供給を停止する第2期間とを設定し、第1期間と第2期間とを繰り返すことによってIII−V族結晶膜を基板W上に形成している。
(Modification 1)
In the first embodiment, a first period for supplying the group III raw material and a second period for stopping the supply of the group III raw material are set while continuously supplying the group V raw material, and the first period and the second period are set. The III-V group crystal film is formed on the substrate W by repeating the period.

本変形例1では、第1および第2供給部30、40は、それぞれ継続的にIII族原料およびV族原料を供給する。一方、基板Wの回転速度ωを設定することによって、あるいは、第1および第2供給部30、40からのIII族原料およびV族原料の供給量(供給レート)を設定することによって、III−V族結晶膜を基板W上に形成する。 In the first modification, the first and second supply units 30 and 40 continuously supply the group III raw material and the group V raw material, respectively. On the other hand, by setting the rotation speed ω of the substrate W, or by setting the supply amount (supply rate) of the group III raw material and the group V raw material from the first and second supply units 30 and 40, III− A group V crystal film is formed on the substrate W.

例えば、III族原料の供給レートをj1(atoms/cm・s)とし、III−V族結晶(例えば、窒化ガリウム)の(0001)面におけるIII族原子(例えば、ガリウム原子)の面密度をj0として、j1は、j0に対してj1=α・j0の関係にあるとする。 For example, assuming that the supply rate of the group III raw material is j1 (atoms/cm 2 ·s), the area density of the group III atom (for example, gallium atom) in the (0001) plane of the group III-V crystal (for example, gallium nitride) is As j0, j1 has a relationship of j1=α·j0 with respect to j0.

また、第2供給部40は、(2π−θ)領域に単位時間当たり面密度j2(atoms/cm)でV族原料を供給すると仮定する。即ち、V族原料の供給レートは、j2(atoms/cm・s)である。このとき、j2は、j0に対してj2=β・j0の関係にあるとする。 Further, it is assumed that the second supply unit 40 supplies the group V raw material to the (2π−θ) region with an areal density j2 (atoms/cm 2 ) per unit time. That is, the supply rate of the group V raw material is j2 (atoms/cm 2 ·s). At this time, j2 has a relationship of j2=β·j0 with respect to j0.

θ領域では、III族原料が供給されているが、V族原料がほとんど供給されず、(2π−θ)領域では、V族原料が供給されているが、III族原料がほとんど供給されていないようにする。 In the θ region, the group III raw material is supplied, but the group V raw material is hardly supplied, and in the (2π−θ) region, the group V raw material is supplied, but the group III raw material is hardly supplied. To do so.

基板Wが回転速度ω(rad/s)で回転すると、第1供給部30のθ領域を基板Wが通過する時間は、θ/ω(s)となる。従って、第1供給部30は、基板Wが1回転するごとに(第1供給部30がθ領域上を1回通過するごとに)、III族原料を、(α・θ/ω)・j0(atoms/cm)の面密度で供給する。α・θ/ω≧1である場合、III−V族結晶の1原子層に含まれるIII族原子の量より過剰な量のIII族原料がθ領域に供給される。これにより、基板Wの表面において、III族原子がマイグレーションすることができる。 When the substrate W rotates at the rotation speed ω (rad/s), the time for the substrate W to pass through the θ region of the first supply unit 30 becomes θ/ω(s). Therefore, the first supply unit 30 supplies the group III raw material to (α·θ/ω)·j0 each time the substrate W makes one rotation (every time the first supply unit 30 passes over the θ region). Supply with an areal density of (atoms/cm 2 ). When α·θ/ω≧1, the amount of the group III raw material in excess of the amount of the group III atoms contained in one atomic layer of the group III-V crystal is supplied to the θ region. This allows the group III atoms to migrate on the surface of the substrate W.

また、(2π−θ)領域を基板Wが通過する時間は、(2π−θ)/ωとなる。従って、第2供給部40は、基板Wが1回転するごとに(第1供給部30が(2π−θ)領域上を1回通過するごとに)、V族原料を、(β・(2π−θ)/ω)・j0(atoms/cm)の面密度で供給する。ここで、β・(2π−θ)/ω≧α・θ/ωである場合、III族原料の供給量よりさらに過剰なV族原料が供給される。これにより、V族原子の格子欠損を抑制することができる。 Further, the time taken for the substrate W to pass through the (2π−θ) region is (2π−θ)/ω. Therefore, the second supply unit 40 supplies the group V raw material (β·(2π) each time the substrate W makes one rotation (every time the first supply unit 30 passes over the (2π−θ) region). Supply at an areal density of −θ)/ω)·j0 (atoms/cm 2 ). Here, in the case of β·(2π−θ)/ω≧α·θ/ω, the group V raw material is supplied in excess of the supply amount of the group III raw material. This makes it possible to suppress the lattice defect of the group V atom.

即ち、α・θ/ω≧1、かつ、β・(2π−θ)/ω≧α・θ/ωを満たすように基板Wの回転速度ωを設定すれば、あるいは、第1および第2供給部30、40からのIII族原料およびV族原料の供給量(供給レート)を設定すれば、基板Wの表面におけるIII族原子のマイグレーションが活性な状態とV族原子の格子欠損を抑制する状態とを基板Wの各回転ごとに繰り返すことができる。その結果、品質の良好なIII−V族結晶膜を基板W上に形成することができる。 That is, if the rotation speed ω of the substrate W is set so as to satisfy α·θ/ω≧1, and β·(2π−θ)/ω≧α·θ/ω, or the first and second supply By setting the supply amount (supply rate) of the group III raw material and the group V raw material from the parts 30 and 40, a state in which migration of group III atoms on the surface of the substrate W is active and a state in which lattice defects of group V atoms are suppressed And can be repeated for each rotation of the substrate W. As a result, a good quality III-V crystal film can be formed on the substrate W.

尚、図1に示す装置1では、第2供給部40からのV族原料が、第1供給部30からのIII族原料に混入し、θ領域におけるV族原料の供給量が無視できない場合がある。この場合、θ領域に供給されるIII族原料の単位時間当たりの面密度は、上記j1に代えて、j1−j2を用いればよい。逆に、(2π−θ)領域にIII族原料が混入し、III族原料の供給量が無視できない場合がある。この場合、(2π−θ)領域に供給されるV族原料の単位時間当たりの面密度は、上記j2に代えて、j2−j1を用いればよい。 In the apparatus 1 shown in FIG. 1, the group V raw material from the second supply part 40 may be mixed with the group III raw material from the first supply part 30, and the supply amount of the group V raw material in the θ region may not be ignored. is there. In this case, as the areal density of the group III raw material supplied to the θ region per unit time, j1-j2 may be used instead of j1. On the contrary, the group III raw material may be mixed in the (2π-θ) region, and the supply amount of the group III raw material may not be ignored. In this case, j2-j1 may be used as the areal density of the group V raw material supplied to the (2π−θ) region per unit time instead of j2.

(第2の実施形態)
図6は、第2の実施形態に従ったMOCVD装置2の構成の一例を示す概略図である。
第2の実施形態では、第1供給部30は、基板Wの一端から中心部を通って基板Wの他端まで、基板Wの直径に亘って延伸したノズルである。第2の実施形態のその他の構成は、第1の実施形態の対応する構成と同様でよい。
(Second embodiment)
FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the MOCVD apparatus 2 according to the second embodiment.
In the second embodiment, the first supply unit 30 is a nozzle that extends over the diameter of the substrate W from one end of the substrate W through the central portion to the other end of the substrate W. Other configurations of the second embodiment may be similar to the corresponding configurations of the first embodiment.

図7(A)〜図7(C)は、第2の実施形態による第1供給部30の構成の一例を示す図である。第1供給部30は、第1の実施形態のそれと同様に、細長い中空のノズルである。図7(A)〜図7(C)は、基板W側から見た第1供給部30を示し、第1供給部30の底部に設けられた孔の構成例を示す。第1供給部30は、基板Wの一端の上方に位置する第1端部E10と基板Wの他端の上方に位置する第2端部E20との間に複数の孔Hを有する。 7A to 7C are diagrams showing an example of the configuration of the first supply unit 30 according to the second embodiment. The 1st supply part 30 is an elongate hollow nozzle similarly to that of 1st Embodiment. 7A to 7C show the first supply unit 30 viewed from the substrate W side, and shows an example of the configuration of the holes provided at the bottom of the first supply unit 30. The first supply unit 30 has a plurality of holes H between a first end E10 located above one end of the substrate W and a second end E20 located above the other end of the substrate W.

孔Hは、第1端部E10と第2端部E20との間において、中心部C10(基板Wの中心部)を境界にほぼ対称に設けられている。中心部C10から第1端部E10までの孔Hの構成、中心部C10から第2端部E20までの孔Hの構成は、第1の実施形態の第1供給部30の中心側部分Cからエッジ側部分E1までの孔Hの構成と同様でよい。 The holes H are provided substantially symmetrically between the first end E10 and the second end E20 with the central portion C10 (the central portion of the substrate W) as a boundary. The configuration of the hole H from the central portion C10 to the first end E10 and the configuration of the hole H from the central portion C10 to the second end E20 are the same as those of the central portion C of the first supply unit 30 of the first embodiment. The configuration of the hole H up to the edge side portion E1 may be the same.

従って、図7(A)においては、孔Hの開口面積は、第1供給部30の中心部C10において比較的小さく、第1および第2端部E10、E20に近付くに従って次第に大きくなっている。即ち、孔Hは、第1供給部30の第1端部E10から第2端部E20まで中心部C10からの距離にほぼ比例した大きさ(開口面積)を有する。これにより、第1供給部30は、基板Wの一端部から基板Wの他端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でIII族元素含有ガスを該基板Wへ供給することができる。 Therefore, in FIG. 7(A), the opening area of the hole H is relatively small in the central portion C10 of the first supply portion 30 and gradually increases as it approaches the first and second end portions E10, E20. That is, the hole H has a size (opening area) substantially proportional to the distance from the central portion C10 from the first end portion E10 to the second end portion E20 of the first supply portion 30. Accordingly, the first supply unit 30 can supply the group III element-containing gas to the substrate W from one end of the substrate W to the other end of the substrate W at a flow rate substantially proportional to the distance from the center. ..

図7(B)においては、複数の孔Hの開口面積はそれぞれほぼ等しいが、孔Hの個数が、第1供給部30の第1および第2端部E10、E20と中心部C10との間において異なる。即ち、図7(B)では、孔Hの個数は、中心部C10において比較的少なく、第1供給部30の第1および第2端部E10、E20に近付くに従って次第に多くなっている。即ち、孔Hは、基板Wの中心部から端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した個数だけ設けられている。これにより、第1供給部30は、基板Wの中心部から基板Wの端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でIII族元素含有ガスを該基板Wへ供給することができる。 In FIG. 7B, although the opening areas of the plurality of holes H are substantially equal to each other, the number of holes H is between the first and second end portions E10 and E20 of the first supply portion 30 and the central portion C10. Differ in. That is, in FIG. 7B, the number of the holes H is relatively small in the central portion C10 and gradually increases as the first and second end portions E10, E20 of the first supply portion 30 are approached. That is, the holes H are provided from the central portion of the substrate W to the end portions in a number substantially proportional to the distance from the central portion. Accordingly, the first supply unit 30 can supply the group III element-containing gas to the substrate W from the center of the substrate W to the end of the substrate W at a flow rate substantially proportional to the distance from the center.

図7(C)は、図7(B)と同様に、孔Hの個数が、第1供給部30の第1および第2端部E10、E20と中心部C10との間において異なる。しかし、図7(C)では、孔Hの開口面積が図7(B)の孔Hのそれよりも小さく、孔Hの個数は、第1および第2端部E10、E20と中心部C10との間で連続的に変化している。従って、孔Hの密度で表すと、孔Hの密度は、第1供給部30の中心部C10において比較的小さく、第1および第2端部E10、E20に近付くに従って次第に大きくなっている。即ち、孔Hの密度は、基板Wの一端部から他端部まで該中心部からの距離にほぼ比例して大きくなっている。これにより、第1供給部30は、基板Wの中心部から基板Wの端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でIII族元素含有ガスを該基板Wへ供給することができる。 7C, the number of the holes H is different between the first and second end portions E10 and E20 of the first supply unit 30 and the central portion C10, as in FIG. 7B. However, in FIG. 7C, the opening area of the hole H is smaller than that of the hole H of FIG. 7B, and the number of holes H is the first and second end portions E10 and E20 and the central portion C10. Continuously changing between. Therefore, in terms of the density of the holes H, the density of the holes H is relatively small in the central portion C10 of the first supply portion 30 and gradually increases as the distance approaches the first and second end portions E10, E20. That is, the density of the holes H increases from the one end to the other end of the substrate W substantially in proportion to the distance from the center. Accordingly, the first supply unit 30 can supply the group III element-containing gas to the substrate W from the center of the substrate W to the end of the substrate W at a flow rate substantially proportional to the distance from the center.

第1供給部30の構成は、図7(A)〜図7(C)のいずれでもよい。なお、基板Wの一端部から他端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でIII族元素含有ガスを該基板Wへ供給することができれば、第1供給部30の孔Hの構成は任意でよい。 The configuration of the first supply unit 30 may be any of FIG. 7(A) to FIG. 7(C). If the group III element-containing gas can be supplied to the substrate W from one end to the other end of the substrate W at a flow rate substantially proportional to the distance from the center, the configuration of the holes H of the first supply unit 30 will be described. May be arbitrary.

図8は、第1供給部30におけるIII族元素含有ガスの供給量を示すグラフである。
第1供給部30は、第1端部E10と第2端部E20との間において、中心部C10からの距離にほぼ比例した流量でIII族元素含有ガスを該基板Wへ供給している。
FIG. 8 is a graph showing the supply amount of the group III element-containing gas in the first supply unit 30.
The first supply unit 30 supplies the group III element-containing gas to the substrate W between the first end E10 and the second end E20 at a flow rate substantially proportional to the distance from the center C10.

第2の実施形態によるMOCVD装置2の動作は、基本的に第1の実施形態による装置1のそれと同様である。しかし、第2の実施形態では、第1供給部30が基板Wの直径に亘ってIII族元素含有ガスを供給するので、III族元素含有ガスを基板Wへ供給する周期が第1の実施形態の半分になる。 The operation of the MOCVD apparatus 2 according to the second embodiment is basically the same as that of the apparatus 1 according to the first embodiment. However, in the second embodiment, since the first supply unit 30 supplies the group III element-containing gas over the diameter of the substrate W, the cycle of supplying the group III element-containing gas to the substrate W is the first embodiment. It becomes half of.

例えば、図9(A)および図9(B)は、III族元素含有ガスとしてのトリメチルガリウムの供給量およびV族元素としての窒素ラジカルまたは窒素イオンの供給量を示すグラフである。第1供給部30は、トリメチルガリウムを供給する第1期間を第1の実施形態のそれの半分とする。 For example, FIGS. 9A and 9B are graphs showing the supply amount of trimethylgallium as the group III element-containing gas and the supply amount of nitrogen radicals or nitrogen ions as the group V element. The 1st supply part 30 makes the 1st period which supplies trimethyl gallium half of that of 1st Embodiment.

例えば、図9(A)において、f11_1、f12_1・・・は第1期間であり、f11_2、f12_2は第2期間である。ステージ20は、第1および第2期間f11_1〜f12_2において基板Wを回転させる。第1供給部30は、第1期間f11_1、f12_1・・・においてトリメチルガリウムを供給し、第2期間f11_2、f12_2・・・においてその供給を停止している。図9(B)に示すように、窒素ラジカルおよび窒素イオンは、第1および第2期間f11_1〜f12_2において継続的に供給されている。トリメチルガリウムの供給を停止している第2期間f1_2、f2_2、f3_2・・・において、窒素ラジカルおよび窒素イオンは、実質的に供給されていると考えてよい。これにより、第1期間f11_1、f12_1・・・においてガリウムが基板Wの表面全体に付着し、第2期間f11_2、f12_2・・・において基板W上に窒化ガリウムの結晶膜が形成される。このように、第1供給部30が第1および第2期間ごとにトリメチルガリウムの供給と供給停止とを繰り返し実行する。第2の実施形態では、第1供給部30が基板Wの直径に亘って設けられているので、第1および第2期間は、第1実施形態のそれらの半分で済む。第2の実施形態は、第1の実施形態と同様に、基板W上にIII−V族化合物の結晶膜を形成することができ、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。 For example, in FIG. 9A, f11_1, f12_1,... Are the first period, and f11_2, f12_2 are the second period. The stage 20 rotates the substrate W in the first and second periods f11_1 to f12_2. The first supply unit 30 supplies trimethylgallium in the first periods f11_1, f12_1... And stops the supply in the second periods f11_2, f12_2. As shown in FIG. 9B, the nitrogen radicals and the nitrogen ions are continuously supplied in the first and second periods f11_1 to f12_2. It can be considered that the nitrogen radicals and the nitrogen ions are substantially supplied in the second period f1_2, f2_2, f3_2,... While the supply of trimethylgallium is stopped. As a result, gallium adheres to the entire surface of the substrate W in the first periods f11_1, f12_1... And a gallium nitride crystal film is formed on the substrate W in the second periods f11_2, f12_2. In this way, the first supply unit 30 repeatedly executes the supply and the stop of the supply of trimethylgallium for each of the first and second periods. In the second embodiment, since the first supply unit 30 is provided over the diameter of the substrate W, the first and second periods may be half of those in the first embodiment. In the second embodiment, as in the first embodiment, a crystal film of a III-V group compound can be formed on the substrate W, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.

第2の実施形態は、上記変形例1を組み合わせてもよい。この場合、第1および第2供給部30、40は、それぞれIII族元素含有ガスおよびV族元素含有ガスを継続的に供給し、基板Wの回転速度ωを適切に設定すればよい。 The second embodiment may be a combination of the first modification. In this case, the first and second supply units 30 and 40 may continuously supply the group III element-containing gas and the group V element-containing gas, respectively, and set the rotation speed ω of the substrate W appropriately.

上記実施形態において、第1供給部30は、1本のノズルに複数の孔Hを設けて、III族元素含有ガスを基板Wの表面全面に略均等に供給している。しかし、第1供給部30は、下記のように、複数のノズルでIII族元素含有ガスを基板Wの表面に供給してもよい。 In the above-described embodiment, the first supply unit 30 has a plurality of holes H provided in one nozzle and supplies the group III element-containing gas substantially uniformly over the entire surface of the substrate W. However, the first supply unit 30 may supply the group III element-containing gas to the surface of the substrate W with a plurality of nozzles as described below.

(第1の実施形態の変形例2)
例えば、図10は、第1の実施形態の変形例2に従った第1供給部30を示す図である。第1供給部30は、複数のノズル30_1〜30_5を備えている。ノズル30_1〜30_5は、基板Wの中心部から端部まで基板Wの半径に沿って配列されており、それぞれ基板Wの回転周期に同期してIII族元素含有ガスを基板Wに供給する。ノズル30_1〜30_5は、それぞれの先端が開口しており、矢印で示すように、その先端からIII族元素含有ガスを出す。ノズル30_1〜30_5は、図3に示す供給量に従ってIII族元素含有ガスを供給すればよい。従って、ノズル30_1〜30_5は、基板Wの中心Cwからの距離にほぼ比例した流量でIII族元素含有ガスを該基板Wへ供給する。本変形例2のその他の構成は、第1の実施形態の構成と同様でよい。
(Modification 2 of the first embodiment)
For example, FIG. 10 is a diagram showing the first supply unit 30 according to the second modification of the first embodiment. The first supply unit 30 includes a plurality of nozzles 30_1 to 30_5. The nozzles 30_1 to 30_5 are arranged along the radius of the substrate W from the central portion to the end portion of the substrate W, and supply the group III element-containing gas to the substrate W in synchronization with the rotation cycle of the substrate W. Each of the nozzles 30_1 to 30_5 has an opening at its tip, and as shown by an arrow, emits a Group III element-containing gas from the tip. The nozzles 30_1 to 30_5 may supply the group III element-containing gas according to the supply amount shown in FIG. Therefore, the nozzles 30_1 to 30_5 supply the group III element-containing gas to the substrate W at a flow rate substantially proportional to the distance from the center Cw of the substrate W. Other configurations of the second modification may be the same as the configurations of the first embodiment.

ノズル30_1〜30_5から供給されるIII族元素含有ガスの流量は、ノズル30_1〜30_5の開口の大きさ(面積)、および/または、ノズル30_1〜30_5の太さを変更することによって調節してもよい。あるいは、III族元素含有ガスの流量は、ノズル30_1〜30_5の構成をそれぞれ同じにし、III族元素含有ガスの圧力をノズル30_1〜30_5のそれぞれにおいて変更することによって調節してもよい。 The flow rate of the group III element-containing gas supplied from the nozzles 30_1 to 30_5 may be adjusted by changing the size (area) of the openings of the nozzles 30_1 to 30_5 and/or the thickness of the nozzles 30_1 to 30_5. Good. Alternatively, the flow rate of the group III element-containing gas may be adjusted by making the nozzles 30_1 to 30_5 have the same configuration and changing the pressure of the group III element-containing gas in each of the nozzles 30_1 to 30_5.

さらに、図10では、ノズル30_1〜30_5は、基板Wの中心部から端部まで基板Wの半径に沿って配列されている。しかし、ノズル30_2は、円周C2の任意の位置にIII族元素含有ガスを供給してよい。ノズル30_3は、円周C3の任意の位置に対応して設けられてもよい。ノズル30_4は、円周C4の任意の位置に対応して設けられてもよい。ノズル30_5は、円周C5の任意の位置に対応して設けられてもよい。即ち、ノズル30_2〜30_5は、それぞれ円周C2〜C5に沿った任意の位置にIII族元素含有ガスを供給すれば、必ずしも基板Wの半径に沿って直線状に配列する必要はない。
基板Wは中心部Cwを中心として回転するので、ノズル30_2〜30_5は、円周C2〜C5のいずれかの位置でIII族元素含有ガスを供給すれば、結果的に図3に示すような供給量でIII族元素含有ガスを供給することができる。本変形例2の動作は、第1の実施形態の動作と同様でよい。従って、本変形例2は、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
Further, in FIG. 10, the nozzles 30_1 to 30_5 are arranged along the radius of the substrate W from the center to the end of the substrate W. However, the nozzle 30_2 may supply the group III element-containing gas to any position on the circumference C2. The nozzle 30_3 may be provided so as to correspond to any position on the circumference C3. The nozzle 30_4 may be provided so as to correspond to any position on the circumference C4. The nozzle 30_5 may be provided corresponding to any position on the circumference C5. That is, the nozzles 30_2 to 30_5 do not necessarily need to be linearly arranged along the radius of the substrate W as long as the group III element-containing gas is supplied to arbitrary positions along the circumferences C2 to C5.
Since the substrate W rotates around the central portion Cw, if the nozzles 30_2 to 30_5 supply the group III element-containing gas at any position of the circumferences C2 to C5, the supply as shown in FIG. The Group III element-containing gas can be supplied in an amount. The operation of the second modification may be the same as the operation of the first embodiment. Therefore, the second modification can obtain the same effect as that of the first embodiment.

(第2の実施形態の変形例2)
例えば、図11は、第2の実施形態の変形例2に従った第1供給部30を示す図である。第1供給部30は、複数のノズル30_1〜30_9を備えている。ノズル30_1〜30_9は、基板Wの一端部から他端部まで基板Wの直径に沿って配列されており、それぞれ基板Wの回転周期に同期してIII族元素含有ガスを基板Wに供給する。第1供給部30は、図8に示す供給量に従ってIII族元素含有ガスを供給すればよい。従って、ノズル30_1〜30_9は、基板Wの中心Cwからの距離にほぼ比例した流量でIII族元素含有ガスを該基板Wへ供給する。本変形例2のその他の構成は、第2の実施形態の構成と同様でよい。
(Modification 2 of the second embodiment)
For example, FIG. 11 is a diagram showing the first supply unit 30 according to the second modification of the second embodiment. The first supply unit 30 includes a plurality of nozzles 30_1 to 30_9. The nozzles 30_1 to 30_9 are arranged along the diameter of the substrate W from one end to the other end of the substrate W, and supply the group III element-containing gas to the substrate W in synchronization with the rotation cycle of the substrate W. The first supply unit 30 may supply the group III element-containing gas according to the supply amount shown in FIG. Therefore, the nozzles 30_1 to 30_9 supply the group III element-containing gas to the substrate W at a flow rate substantially proportional to the distance from the center Cw of the substrate W. The other configuration of the second modification may be the same as the configuration of the second embodiment.

ノズル30_1〜30_9から供給されるIII族元素含有ガスの流量は、ノズル30_1〜30_9の開口の大きさ(面積)、および/または、ノズル30_1〜30_9の太さを変更することによって調節してもよい。あるいは、III族元素含有ガスの流量は、ノズル30_1〜30_9の構成をそれぞれ同じにし、III族元素含有ガスの圧力をノズル30_1〜30_9のそれぞれにおいて変更することによって調節してもよい。 The flow rate of the group III element-containing gas supplied from the nozzles 30_1 to 30_9 may be adjusted by changing the size (area) of the openings of the nozzles 30_1 to 30_9 and/or the thickness of the nozzles 30_1 to 30_9. Good. Alternatively, the flow rate of the group III element-containing gas may be adjusted by making the nozzles 30_1 to 30_9 have the same configuration and changing the pressure of the group III element-containing gas in each of the nozzles 30_1 to 30_9.

さらに、図11では、ノズル30_1〜30_9は、基板Wの一端部から他端部まで基板Wの直径に沿って配列されている。しかし、ノズル30_2〜30_5は、それぞれ円周C2〜C5に沿った任意の位置にIII族元素含有ガスを供給すれば、必ずしも基板Wの半径に沿って直線状に配列する必要はない。ノズル30_6〜30_9も、それぞれ円周C2〜C5に沿った任意の位置にIII族元素含有ガスを供給すれば、必ずしも基板Wの半径に沿って直線状に配列する必要はない。本変形例2の動作は、第2の実施形態の動作と同様でよい。従って、本変形例2は、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。 Further, in FIG. 11, the nozzles 30_1 to 30_9 are arranged along the diameter of the substrate W from one end to the other end of the substrate W. However, the nozzles 30_2 to 30_5 do not necessarily need to be linearly arranged along the radius of the substrate W as long as the group III element-containing gas is supplied to arbitrary positions along the circumferences C2 to C5. The nozzles 30_6 to 30_9 also do not necessarily need to be linearly arranged along the radius of the substrate W as long as the group III element-containing gas is supplied to arbitrary positions along the circumferences C2 to C5. The operation of the second modification may be the same as the operation of the second embodiment. Therefore, the second modification can obtain the same effect as that of the second embodiment.

尚、上記実施形態は、MOCVDだけで無く、真空度の高いMBE(Molecular Beam Epitaxy)にも適用することができる。 The above embodiment can be applied not only to MOCVD but also to MBE (Molecular Beam Epitaxy) having a high degree of vacuum.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. The embodiments and their modifications are included in the scope of the invention and the scope thereof, and are included in the invention described in the claims and the scope of equivalents thereof.

1・・・MOCVD装置、10・・・チャンバ、20・・・ステージ、30・・・第1供給部、40・・・第2供給部、50・・・ヒータ、55・・・駆動部、60・・・コントローラ、W・・・基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... MOCVD apparatus, 10... Chamber, 20... Stage, 30... 1st supply part, 40... 2nd supply part, 50... Heater, 55... Drive part, 60... Controller, W... Board

Claims (9)

基板を搭載可能なステージと、前記基板の中心部から端部まで該基板の半径方向に沿って配列されており、それぞれ前記基板の方向に延伸し、前記基板上にIII族元素含有ガスを供給する1つの孔をそれぞれ有する複数の第1供給部と、前記基板上にV族元素含有ガスのラジカルまたはイオンを供給する第2供給部とを備えた半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記ステージ上の前記基板を回転させ、
前記複数の第1供給部がそれぞれ異なる流量で前記III族元素含有ガスを周期的に前記基板に供給し、
前記第2供給部がV族元素含有ガスのラジカルまたはイオンを前記基板に供給することを具備し
前記複数の第1供給部は、前記基板の表面において中心角θを有する領域に前記III族元素含有ガスを供給し、
前記第2供給部は、前記基板の表面において中心角(2π−θ)を有する領域に前記V族元素含有ガスを供給し、
第1期間において、前記複数の第1供給部は、n1・(α・θ/ω)j0≧j0を満たすように前記III族元素含有ガスを供給し、
第2期間において、前記第2供給部は、n2・(β・(2π−θ)/ω)j0≧n1・(α・θ/ω)j0を満たすように前記V族元素含有ガスを供給する、
j0はIII−V族結晶のIII族原子の面密度であり、ωは前記基板の回転速度であり、n1は前記第1期間における前記基板の回転数であり、n2は前記第2期間における前記基板の回転数であり、前記複数の第1供給部から供給されるIII族原子の面密度をj1とすると、αはj1/j0であり、前記第2供給部から供給されるV族原子の面密度をj2とすると、βはj2/j0である、半導体装置の製造方法。
A stage on which a substrate can be mounted and arranged along the radial direction of the substrate from the center to the end of the substrate, each extending in the direction of the substrate, and supplying a Group III element-containing gas onto the substrate Method for manufacturing a semiconductor device using a semiconductor manufacturing apparatus including a plurality of first supply units each having one hole for supplying the radicals or ions of the group V element-containing gas onto the substrate And
Rotating the substrate on the stage,
The plurality of first supply units periodically supply the Group III element-containing gas to the substrate at different flow rates,
The second supply unit supplies radicals or ions of a group V element-containing gas to the substrate ,
The plurality of first supply units supply the group III element-containing gas to a region having a central angle θ on the surface of the substrate,
The second supply unit supplies the group V element-containing gas to a region having a central angle (2π−θ) on the surface of the substrate,
In the first period, the plurality of first supply units supply the Group III element-containing gas so as to satisfy n1·(α·θ/ω)j0≧j0.
In the second period, the second supply unit supplies the group V element-containing gas so as to satisfy n2·(β·(2π−θ)/ω)j0≧n1·(α·θ/ω)j0. ,
j0 is the areal density of the group III atoms of the III-V crystal, ω is the rotation speed of the substrate, n1 is the rotation speed of the substrate in the first period, and n2 is the rotation number in the second period. It is the number of rotations of the substrate, and α is j1/j0, where j1 is the areal density of the group III atoms supplied from the plurality of first supply parts, and α is j1/j0. A method of manufacturing a semiconductor device , wherein β is j2/j0, where areal density is j2 .
前記複数の第1供給部は、前記基板の中心部から前記基板の端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量で前記III族元素含有ガスを該基板へ供給する、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 2. The group III element-containing gas is supplied to the substrate from the central portion of the substrate to an end portion of the substrate at a flow rate substantially proportional to a distance from the central portion, the plurality of first supply portions. A method for manufacturing a semiconductor device as described above. 前記複数の第1供給部は、前記III族元素含有ガスの供給と供給停止とを繰り返し実行し、
前記第2供給部は、前記V族元素含有ガスを継続的に供給する、請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
The plurality of first supply units repeatedly supply and stop the supply of the Group III element-containing gas,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second supply unit continuously supplies the group V element-containing gas.
前記複数の第1供給部は、前記基板の一端部から前記基板の他端部まで該基板の中心部からの距離にほぼ比例した流量で前記III族元素含有ガスを該基板へ供給する、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The plurality of first supply units supply the group III element-containing gas to the substrate at a flow rate substantially proportional to a distance from the center of the substrate from one end of the substrate to the other end of the substrate. Item 2. A method of manufacturing a semiconductor device according to item 1. 前記複数の第1供給部は、III―V族結晶のIII族原子の面密度以上の面密度でIII族原子を供給し、
前記第2供給部は、前記複数の第1供給部から供給されたIII族原子の面密度以上の面密度でV族原子を供給する、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
The plurality of first supply units supply group III atoms at an areal density that is equal to or greater than the area density of group III atoms of the group III-V crystal,
The said 2nd supply part supplies a V group atom with the surface density of the III group atom supplied from the said some 1st supply part or more, The any one of Claim 1 to 4 characterized by the above-mentioned. Of manufacturing a semiconductor device of.
前記複数の第1供給部は、それぞれのノズルの開口の大きさまたは太さを異ならせることによって、あるいは、それぞれの前記III族元素含有ガスの圧力を異ならせることによって、前記III族元素含有ガスを異なる流量で前記基板に供給する、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 The plurality of first supply units are configured to change the size or thickness of the opening of each nozzle, or to change the pressure of each Group III element-containing gas, thereby changing the group III element-containing gas. 6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the gas is supplied to the substrate at different flow rates. 前記複数の第1供給部は、前記基板の表面において中心角θを有する領域に前記III族元素含有ガスを供給し、
前記第2供給部は、前記基板の表面において中心角(2π−θ)を有する領域に前記V族元素含有ガスを供給し、
前記複数の第1供給部は、前記基板が1回転するごとに、(α・θ/ω)j0≧j0を満たすように前記III族元素含有ガスを供給し、
前記第2供給部は、前記基板が1回転するごとに、(β・(2π−θ)/ω)j0≧(α・θ/ω)j0を満たすように前記V族元素含有ガスを供給する、
j0はIII−V族結晶のIII族原子の面密度であり、ωは前記基板の回転速度であり、前記複数の第1供給部から供給されるIII族原子の面密度をj1とすると、αはj1/j0であり、前記第2供給部から供給されるV族原子の面密度をj2とすると、βはj2/j0である、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
The plurality of first supply units supply the group III element-containing gas to a region having a central angle θ on the surface of the substrate,
The second supply unit supplies the group V element-containing gas to a region having a central angle (2π−θ) on the surface of the substrate,
The plurality of first supply units supply the group III element-containing gas so that (α·θ/ω)j0≧j0 is satisfied every time the substrate rotates once,
The second supply unit supplies the group V element-containing gas so that (β·(2π−θ)/ω)j0≧(α·θ/ω)j0 is satisfied every time the substrate rotates once. ,
j0 is the areal density of the group III atoms of the III-V group crystal, ω is the rotation speed of the substrate, and j1 is the surface density of the group III atoms supplied from the plurality of first supply units. is j1 / j0, When j2 the surface density of the group V atoms to be supplied from the second supply unit, beta is j2 / j0, as claimed in any one of claims 6 Method of manufacturing semiconductor device.
基板を搭載し回転可能なステージと、
前記基板の中心部から端部まで該基板の半径方向に沿って配列されており、それぞれ前記基板の方向に延伸し、1つの孔をそれぞれ有し、それぞれ異なる流量でIII族元素含有ガスを前記基板に供給する複数の第1供給部と、
前記基板上にV族元素含有ガスのラジカルまたはイオンを供給する第2供給部と、を備え、
前記複数の第1供給部は、それぞれ異なる流量で前記III族元素含有ガスを周期的に前記基板に供給し、
前記第2供給部は、V族元素含有ガスのラジカルまたはイオンを前記基板に供給し、
前記複数の第1供給部は、前記基板の表面において中心角θを有する領域に前記III族元素含有ガスを供給し、
前記第2供給部は、前記基板の表面において中心角(2π−θ)を有する領域に前記V族元素含有ガスを供給し、
第1期間において、前記複数の第1供給部は、n1・(α・θ/ω)j0≧j0を満たすように前記III族元素含有ガスを供給し、
第2期間において、前記第2供給部は、n2・(β・(2π−θ)/ω)j0≧n1・(α・θ/ω)j0を満たすように前記V族元素含有ガスを供給する、
j0はIII−V族結晶のIII族原子の面密度であり、ωは前記基板の回転速度であり、n1は前記第1期間における前記基板の回転数であり、n2は前記第2期間における前記基板の回転数であり、前記複数の第1供給部から供給されるIII族原子の面密度をj1とすると、αはj1/j0であり、前記第2供給部から供給されるV族原子の面密度をj2とすると、βはj2/j0である、半導体製造装置。
A stage with a substrate mounted and rotatable ,
The substrate is arranged along the radial direction of the substrate from the central portion to the end portion thereof, extends in the direction of the substrate, has one hole, and supplies the Group III element-containing gas at different flow rates. A plurality of first supply units for supplying the substrate,
A second supply unit for supplying radicals or ions of a group V element-containing gas onto the substrate,
The plurality of first supply units periodically supply the Group III element-containing gas to the substrate at different flow rates,
The second supply unit supplies radicals or ions of a group V element-containing gas to the substrate,
The plurality of first supply units supply the group III element-containing gas to a region having a central angle θ on the surface of the substrate,
The second supply unit supplies the group V element-containing gas to a region having a central angle (2π−θ) on the surface of the substrate,
In the first period, the plurality of first supply units supply the Group III element-containing gas so as to satisfy n1·(α·θ/ω)j0≧j0.
In the second period, the second supply unit supplies the group V element-containing gas so as to satisfy n2·(β·(2π−θ)/ω)j0≧n1·(α·θ/ω)j0. ,
j0 is the areal density of the group III atoms of the III-V crystal, ω is the rotation speed of the substrate, n1 is the rotation speed of the substrate in the first period, and n2 is the rotation number in the second period. It is the number of rotations of the substrate, and α is j1/j0, where j1 is the areal density of the group III atoms supplied from the plurality of first supply parts, and α is j1/j0. The semiconductor manufacturing apparatus in which β is j2/j0, where j2 is the areal density .
前記複数の第1供給部は、前記基板の中心部に対応する部分からの距離にほぼ比例した流量でIII族元素含有ガスを供給する、請求項8に記載の半導体製造装置。 9. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 8 , wherein the plurality of first supply units supply the group III element-containing gas at a flow rate substantially proportional to a distance from a portion corresponding to the center of the substrate.
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