KR101443702B1 - 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents

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유우스케 사토
히데키 이토
히데카즈 츠치다
이사호 가마타
마사히코 이토
마사미 나이토
히로아키 후지바야시
아유무 아다치
고이치 니시카와
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가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지
잇빤자이단호징 덴료쿠추오켄큐쇼
가부시키가이샤 덴소
도요타 지도샤（주）
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Abstract

(과제) 샤워 플레이트 상에서의 원료 가스의 반응을 억제한 성막 장치 및 성막 방법을 제공한다.
(해결 수단) 성막 장치 (100) 는, 샤워 플레이트 (124) 를 이용해서 챔버 (103) 내의 기판 (101) 을 향하여 복수 종류의 가스를 공급한다. 샤워 플레이트 (124) 는, 기판 (101) 측의 제 1 면을 따르도록 그 내부에서 연장되어, 복수 종류의 각 가스를 공급하는 가스관 (131) 에 접속되는 복수의 가스 유로 (121) 와, 그 복수의 각 가스 유로 (121) 와 챔버 (103) 안이 제 1 면의 측에서 연통하도록 뚫려 형성된 복수의 가스 분출공 (129) 을 갖는다. 성막 장치 (100) 에서는, 가스관 (131) 으로부터 샤워 플레이트 (124) 의 복수의 가스 유로 (121) 에 공급된 복수 종류의 각 가스가, 샤워 플레이트 (124) 의 내부 및 근방에서 혼합되는 일 없이 각각 가스 분출공 (129) 으로부터 기판 (101) 에 공급된다.

Description

성막 장치 및 성막 방법{FILM FORMING APPARATUS AND FILM FORMING METHOD}
본 발명은 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.
종래부터 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor : 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터) 등의 파워 디바이스와 같이, 비교적 막두께가 큰 결정막을 필요로 하는 반도체 소자의 제조 공정에서는, 웨이퍼 등의 기판에 단결정 박막을 기상 성장시켜 성막하는 에피택셜 성장 기술이 이용된다.
에피택셜 성장 기술에 사용되는 성막 장치에서는, 상압 또는 감압으로 유지된 성막실의 내부에, 예를 들어 웨이퍼를 재치 (載置) 한다. 그리고, 이 웨이퍼를 가열하면서 성막실 내에, 성막을 위한 원료가 되는 가스 (이하, 간단히 원료 가스라고도 한다) 를 공급한다. 그렇게 하면, 웨이퍼의 표면에서 원료 가스의 열분해 반응 및 수소 환원 반응이 일어나, 웨이퍼 상에 에피택셜막이 성막된다.
막두께가 큰 에피택셜 웨이퍼를 높은 수율로 제조하기 위해서는, 균일하게 가열된 웨이퍼의 표면에 새로운 원료 가스를 잇달아 접촉시켜, 기상 성장의 속도를 향상시킬 필요가 있다. 그래서, 웨이퍼를 고속으로 회전시키면서 에피택셜 성장시키는 것이 행해지고 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
도 10 은, 종래의 성막 장치의 모식적인 단면도이다.
성막 장치 (1100) 는, 반도체 기판인 웨이퍼 (1101) 의 위에서 기상 성장을 시켜 에피택셜막을 성막하는 성막실로서, 반응실로도 불리는 경우가 있는 챔버 (1103) 를 갖는다. 챔버 (1103) 의 상부에는, 가열된 웨이퍼 (1101) 의 표면에 결정막을 성장시키기 위한 원료 가스를 공급하는 가스 공급부 (1123) 가 형성되어 있다. 또한, 가스 공급부 (1123) 에는, 원료 가스의 토출공이 되는 가스 분출공 (1129) 이 다수 형성된 샤워 플레이트 (1124) 가 접속되어 있다. 샤워 플레이트 (1124) 를 사용함으로써 챔버 (1103) 내에서의 원료 가스의 유동을 균일하게 할 수 있어, 원료 가스를 웨이퍼 (1101) 상에 균일하게 공급할 수 있다.
원료 가스로는, 웨이퍼 (1101) 의 표면에 SiC (탄화규소) 에피택셜막을 형성하고자 하는 경우, 예를 들어, 실란 (SiH4) 등의 규소 (Si) 의 소스 가스와 프로판 (C3H8) 등의 탄소 (C) 의 소스 가스가, 캐리어 가스인 수소 (H2) 가스와 혼합되어 사용된다. 그리고, 그들이 혼합된 원료 가스로서, 샤워 플레이트 (1124) 로부터 웨이퍼 (1101) 를 향해 샤워상(狀)으로 공급된다.
한편, 유기 금속 기상 성장법 (MOCVD 법) 을 사용하여 GaN (질화갈륨) 에피택셜막을 형성하고자 하는 경우, 성막 장치 (1100) 와 동일한 장치를 사용하는 것이 가능하다. 그 경우, 원료 가스로는, 예를 들어, 트리메틸갈륨 (TMG) 가스 등의 갈륨 (Ga) 의 소스 가스와 암모니아 (NH3) 등의 질소 (N) 의 소스 가스가, 캐리어 가스인 수소 가스와 혼합되어 사용된다. 그리고, 원료 가스로서 샤워 플레이트 (1124) 로부터 웨이퍼 (1101) 를 향해 샤워상으로 공급되어, 웨이퍼 (1101) 상에 GaN 에피택셜막을 형성할 수 있다.
챔버 (1103) 의 하부에는, 반응 후의 원료 가스를 배기하기 위한 가스 배기부 (1125) 가 복수 형성되어 있다. 가스 배기부 (1125) 는, 조정 밸브 (1126) 및 진공 펌프 (1127) 로 이루어지는 배기 기구 (1128) 에 접속되어 있다. 챔버 (1103) 의 내부에는, 웨이퍼 (1101) 를 유지하기 위한 지그인 링상(狀)의 서셉터 (1102) 가 회전부 (1104) 의 상방에 형성되어 있다. 서셉터 (1102) 는, 그 내주측에 형성된 스폿페이싱 안에 웨이퍼 (1101) 의 외주부를 받아 들이는 구조로 되어 있다.
회전부 (1104) 는 원통부 (1104a) 와 회전축 (1104b) 를 갖고 있다. 회전축 (1104b) 이 회전함으로써, 원통부 (1104a) 를 개재하여 서셉터 (1102) 가 회전한다.
도 10 에 있어서, 원통부 (1104a) 는 상부가 해방된 구조이다. 서셉터 (1102) 가 설치되고 추가로 그 위에 웨이퍼 (1101) 가 재치됨으로써 상부가 덮여, 원통부 (1104a) 는 챔버 (1103) 내의 P11 영역에 대하여 격리된, 중공 영역 (이하, P12 영역이라고 부른다) 을 형성한다.
P12 영역에는 히터 (1120) 가 형성되어 있다. 히터 (1120) 는, 회전축 (1104b) 내에 형성된 대략 원통상의 샤프트 (1108) 내부를 지나는 배선 (1109) 에 의해 급전되어, 웨이퍼 (1101) 를 그 뒷면에서부터 가열한다.
회전부 (1104) 의 회전축 (1104b) 은 챔버 (1103) 의 외부까지 연장 형성되어 있으며, 도시하지 않은 회전 기구에 접속되어 있다. 원통부 (1104a) 가 회전함으로써 서셉터 (1102) 를 회전시킬 수 있으며, 나아가서는 서셉터 (1102) 상에 재치된 웨이퍼 (1101) 를 회전시킬 수 있다.
챔버 (1103) 안으로의 웨이퍼 (1101) 의 반입 혹은 챔버 (1103) 밖으로의 웨이퍼 (1101) 의 반출에는, 도 10 에 있어서, 도시하지 않은 반송용 로봇을 사용하여 실시할 수 있다. 그 경우, 도시하지 않은 기판 승강 수단을 이용할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 (1101) 의 반출시에는, 기판 승강 수단에 의해 웨이퍼 (1101) 를 상승시켜 서셉터 (1102) 로부터 떼어 놓는다. 이어서, 반송용 로봇에 웨이퍼 (1101) 를 건네 주어, 챔버 (1103) 의 외부로 반출한다. 웨이퍼 (1101) 의 반입시에는, 반송용 로봇으로부터 웨이퍼 (1101) 를 건네 받아서 웨이퍼 (1101) 를 하강시키고, 웨이퍼 (1101) 를 서셉터 (1102) 상에 재치한다.
일본 공개특허공보 평5-152207호
도 10 에 나타낸 종래의 성막 장치 (1100) 는, 챔버 (1103) 내에서의 원료 가스의 유동을 균일하게 하여 원료 가스를 웨이퍼 (1101) 상에 균일하게 공급할 수 있도록 샤워 플레이트 (1124) 를 사용한다. 그리고, 웨이퍼 (1101) 의 전체면에 걸쳐서 전기적 특성 등이 균일한 에피택셜막이 형성될 수 있도록 한다.
에피택셜막의 형성에 있어서 성막 장치 (1100) 에서는, 히터 (1120) 에 의한 웨이퍼 (1101) 의 가열을 실시한다. 그 경우, 샤워 플레이트 (1124) 도 가열되어 높은 온도로 승온되는 경우가 있었다.
샤워 플레이트 (1124) 의 내부에는, 상기 서술한 바와 같이, 예를 들어, 실란 (SiH4) 등의 규소 (Si) 의 소스 가스와 프로판 (C3H8) 등의 탄소 (C) 의 소스 가스를 혼합하여 얻어진 반응 가스가 있다. 그리고, 샤워 플레이트 (1124) 의 웨이퍼 (1101) 측의 면으로부터 웨이퍼 (1101) 를 향해 공급되고 있다.
그 결과, 샤워 플레이트 (1124) 에서 반응 가스가 반응하여, 그 내부나 표면에 막이 형성된다는 문제가 발생되어 있었다. 이 막은 벗겨져 떨어지면 이물질이 되어, 에피택셜 웨이퍼의 제조 수율을 저하시키게 된다. 또한, 고온이 된 샤워 플레이트 (1124) 로부터 공급된 반응 가스가 웨이퍼 (1101) 의 표면에 공급되는 도중에 반응해 버리는 경우가 있어, 양호한 효율로 에피택셜 웨이퍼의 제조가 불가능한 경우가 있었다.
이러한 점에서, 에피택셜 성장 기술을 이용한 성막 장치 및 성막 방법에 있어서, 원료 가스의 정류 (整流) 기능을 구비한 샤워 플레이트의 내부나 표면에서 원료 가스가 반응하는 것을 방지하는 기술이 요구되고 있다. 본 발명은, 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것이다.
본 발명의 목적은, 샤워 플레이트 상에서의 원료 가스의 반응을 억제한 성막 장치 및 성막 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은, 이하의 기재로부터 분명해진다.
본 발명의 일 양태의 성막 장치는,
성막실과,
성막실의 상부에 형성되어, 성막실에 공급되는 가스가 통과하는 샤워 플레이트를 갖는 성막 장치로서,
샤워 플레이트는, 성막실의 내부를 향하는 제 1 면과,
제 1 면에 대향하고 또한 성막실의 외부를 향하는 제 2 면과,
제 1 면과 제 2 면 사이에서 이들을 따라서 연장되는 복수의 가스 유로와,
복수의 가스 유로와 제 1 면을 연통 (連通) 시키는 복수의 가스 분출공을 갖고,
복수의 가스 유로의 각 일단으로부터 공급된 가스가 복수의 가스 분출공으로부터 성막실의 내부를 향하여 분출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 일 양태의 성막 장치는, 복수의 가스 유로의 적어도 하나에 제 1 가스를 공급하는 타이밍과, 다른 가스 유로에 제 2 가스를 공급하는 타이밍을 제어하는 가스 공급 제어 기구를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 샤워 플레이트는 냉각 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 냉각 수단은 제 1 면측 또는 제 2 면에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상기 가스 유로와 상기 성막실 안을 연통시키는 복수의 상기 가스 분출공 중 적어도 일부를 막는 폐색 부재를 가져도 된다.
이 때, 폐색 부재는, 각 가스 유로가 제 1 면을 따르는 소정의 방향으로 연장되어 내부를 관통함과 함께, 이 각 가스 유로에 삽입되어, 가스 유로와 성막실 안을 연통시키는 복수의 가스 분출공 중 적어도 일부를 막는 동시에, 나머지 가스 분출공과 가스 유로를 연통시키도록 형성된 관통공을 갖는 봉상 (棒狀) 부재를 구비해도 된다.
또한, 폐색 부재는 뚜껑 또는 나사일 수도 있다.
본 발명의 일 양태의 성막 방법은,
성막실 내에 시료를 배치하고, 시료측을 향하는 제 1 면을 따르도록 그 내부에서 연장되는 복수의 가스 유로와, 복수의 각 가스 유로가 성막실 안과 제 1 면의 측에서 연통하도록 뚫려 형성된 복수의 가스 분출공을 갖는 샤워 플레이트의 복수의 가스 유로에 복수 종류의 가스를 공급하고, 복수의 가스 분출공으로부터 복수 종류의 가스를 시료를 향하여 공급하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 일 양태의 성막 장치에 의하면, 성막에 사용되는 가스가 샤워 플레이트 상에서 반응하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 양태의 성막의 성막 방법에 의하면, 성막에 사용되는 가스가 사용하는 샤워 플레이트 상에서 반응하는 것을 억제할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태인 매엽식 (枚葉式) 성막 장치의 개략 구성도.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시형태인 성막 장치의 샤워 플레이트의 개략 구성도.
도 3a 는 도 2 의 A-A' 선에 따른 모식적인 단면도.
도 3b 는 본 발명의 제 1 실시형태인 성막 장치의 샤워 플레이트의 다른 예의 개략 구성도.
도 4 는 본 발명의 제 1 실시형태인 성막 장치의 다른 예의 샤워 플레이트의 개략 구성도.
도 5 는 도 4 의 B-B' 선에 따른 모식적인 단면도.
도 6 은 본 발명의 제 2 실시형태인 매엽식 성막 장치의 개략 구성도.
도 7 은 본 발명의 제 3 실시형태인 성막 장치의 샤워 플레이트의 개략 구성도.
도 8 은 본 실시형태의 샤워 플레이트의 가스 유로에 삽입되는 봉상 부재의 구조를 설명하는 도면으로, (a) 는 봉상 부재의 평면도이고, (b) 는 봉상 부재의 측면도이고, (c) 는 봉상 부재의 단면도.
도 9a 는 본 발명의 제 3 실시형태인 성막 장치의 샤워 플레이트의 모식적인 단면도.
도 9b 는 본 발명의 제 3 실시형태인 성막 장치의 샤워 플레이트의 다른 예의 모식적인 단면도.
도 9c 는 본 발명의 제 3 실시형태인 성막 장치의 샤워 플레이트의 다른 예의 모식적인 단면도.
도 10 은 종래의 성막 장치의 모식적인 단면도.
실시형태 1.
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태인 매엽식 성막 장치의 개략 구성도이다.
이 성막 장치는, 시료를 배치하는 성막실과, 성막실 내의 시료를 향하여 복수 종류의 가스를 공급하는 샤워 플레이트를 갖는다. 샤워 플레이트는 성막실의 상부에 형성되고, 상기 가스는 샤워 플레이트를 통과하여 성막실에 공급된다. 또한, 샤워 플레이트는, 성막실의 내부를 향하는 제 1 면과, 제 1 면에 대향하고 또한 성막실의 외부를 향하는 제 2 면과, 제 1 면과 제 2 면 사이에서 이들을 따라서 연장되는 복수의 가스 유로와, 복수의 가스 유로와 제 1 면을 연통시키는 복수의 가스 분출공을 갖고, 복수의 가스 유로의 각 일단으로부터 공급된 가스가 복수의 가스 분출공으로부터 성막실의 내부를 향하여 분출되도록 구성되어 있다. 다시 말하면, 샤워 플레이트는, 시료측을 향하는 제 1 면에 따르도록 내부에서 연장되고, 복수 종류의 각 가스를 공급하는 가스관에 접속되는 복수의 가스 유로와, 복수의 각 가스 유로와 성막실 안을 그 제 1 면의 측에서 연통하도록 뚫려 형성된 복수의 가스 분출공을 가져, 가스관으로부터 복수의 가스 유로에 공급된 복수 종류의 각 가스가, 복수의 가스 분출공으로부터 시료를 향해 각각 공급되도록 구성되어 있다.
또한, 이 성막 장치는, 복수의 가스 유로 중 적어도 하나에 제 1 가스를 공급하는 타이밍과, 다른 가스 유로에 제 2 가스를 공급하는 타이밍을 제어하는 가스 공급 제어 기구를 갖는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 복수의 각 가스 유로에 접속되는 가스관에, 복수 종류의 각 가스를 공급하는 가스 공급 제어 기구를 구비하고 있으며, 가스 공급 제어 기구는 복수 종류의 각 가스가 가스관에 공급되는 타이밍을 각각 제어하여, 그 복수 종류의 각 가스가 시료를 향해 공급되는 타이밍을 제어하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
그리고 이 성막 장치에 있어서, 샤워 플레이트는 시료측의 제 1 면과 대향하는 제 2 면측에 냉각 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
도 1 에서는, 본 실시형태의 성막 장치 (100) 구성의 개략에 관해서, 성막실인 챔버 (103) 의 모식적인 단면도를 이용하여 설명하고 있다.
본 실시형태에서는 성막 처리의 대상인 시료로서, 웨이퍼 등의 기판 (101) 을 사용한다. 도 1 에서는, 본 실시형태의 성막 장치 (100) 의 서셉터 (102) 에 기판 (101) 을 재치한 상태를 나타내고 있다. 그리고, 서셉터 (102) 상에 재치된 기판 (101) 상에 에피택셜막을 형성하기 위한 원료가 되는 복수 종류의 가스를 공급하고, 기판 (101) 상에서 기상 성장 반응시켜 성막을 실시한다.
성막 장치 (100) 는, 기판 (101) 상에서 기상 성장을 시켜 에피택셜막의 성막을 실시하는 성막실로서, 챔버 (103) 를 갖는다.
챔버 (103) 의 내부에는, 서셉터 (102) 가 회전부 (104) 의 상방에 형성되어 있다. 서셉터 (102) 는, 개구부를 갖고 구성된 링상의 형상을 갖는다. 그리고, 서셉터 (102) 는 서셉터 (102) 의 내주측에 스폿페이싱이 형성되고, 이 스폿페이싱 내에 기판 (101) 의 외주부를 받아 들여 지지하는 구조를 갖는다. 또한, 서셉터 (102) 는 고온하에 노출되는 점에서, 예를 들어, 등방성 흑연의 표면에 CVD 법에 의해서 고내열의 고순도 SiC 를 피복하여 구성된다.
그리고 서셉터 (102) 의 구조에 관해서, 도 1 에 나타내는 서셉터 (102) 는 일례로서, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 그 개구부를 막는 부재를 형성하여 서셉터를 구성하는 것이 가능하다.
회전부 (104) 는, 원통부 (104a) 와 회전축 (104b) 을 갖고 있다. 회전부 (104) 에서는, 원통부 (104a) 의 상부에서 서셉터 (102) 를 지지하고 있다. 그리고, 회전축 (104b) 이 도시하지 않은 모터에 의해서 회전함으로써, 원통부 (104a) 를 개재하여 서셉터 (102) 가 회전한다. 이렇게 해서, 서셉터 (102) 위에 기판 (101) 이 재치된 경우, 그 기판 (101) 을 회전시킬 수 있다.
도 1 에 있어서, 원통부 (104a) 는 상부가 개구되는 구조를 갖고, 상부가 해방된 구조이다. 그리고, 원통부 (104a) 의 상부에 서셉터 (102) 가 배치되고, 서셉터 (102) 상에 기판 (101) 이 재치됨으로써, 상부가 덮여 중공 영역 (이하, P2 영역으로 부른다) 을 형성한다. 여기서, 챔버 (103) 안을 P1 영역으로 하면, P2 영역은, 기판 (101) 과 서셉터 (102) 에 의해 실질적으로 P1 영역과 격리된 영역이 된다. 그 때문에, 후술하는 히터 (1200) 주위의 P2 영역에서 발생한 오염 물질에 의해서 기판 (101) 이 오염되는 것을 막을 수 있다. 또한, P1 영역에 있는 가스가 P2 영역 안으로 진입하여, P2 영역 내에 배치된 히터 (120) 에 접촉하는 것을 막을 수 있다.
P2 영역에는 히터 (120) 가 형성되어 있다. 히터 (120) 에는 저항 가열 히터를 사용할 수 있고, 그것들은 카본 (C) 재의 표면에 고내열 SiC 를 피복하여 구성된다. 히터 (120) 는, 회전축 (104b) 내에 형성된 대략 원통상의 석영제 샤프트 (108) 의 내부를 지나는 배선 (109) 에 의해 급전되어, 기판 (101) 을 그 뒷면에서부터 가열한다.
샤프트 (108) 의 내부에는, 기판 승강 수단으로서 도시되지 않은 승강핀이 배치되어 있다. 승강핀의 하단은, 샤프트 (108) 의 하부에 형성된 도시되지 않은 승강 장치까지 연장되어 있다. 그리고, 그 승강 장치를 동작시켜 승강핀을 상승 또는 하강시킬 수 있다. 이 승강핀은, 기판 (101) 의 챔버 (103) 안으로의 반입과 챔버 (103) 밖으로의 반출시에 사용된다. 승강핀은 기판 (101) 을 하방에서부터 지지하여, 들어 올려서 서셉터 (102) 로부터 떼어 놓는다. 그리고, 기판 (101) 의 반송용 로봇 (도시 생략) 과의 사이에서 기판 (101) 의 주고 받음이 가능하도록, 기판 (101) 을 회전부 (104) 상의 서셉터 (102) 로부터 떨어진 상방의 소정 위치에 배치하도록 동작한다.
성막 장치 (100) 의 챔버 (103) 의 상부에는 샤워 플레이트 (124) 가 형성되어 있다. 샤워 플레이트 (124) 는, 에피택셜막을 형성하기 위한 복수 종류의 각 가스를 각각 챔버 (103) 내에서 정류하여, 기판 (101) 의 표면에 향해 샤워상으로 공급하도록 기능한다.
챔버 (103) 의 하부에는, 반응 후의 상기 복수 종류의 가스 등을 배기하기 위한 가스 배기부 (125) 가 복수 형성되어 있다. 가스 배기부 (125) 는, 조정 밸브 (126) 및 진공 펌프 (127) 로 이루어지는 배기 기구 (128) 에 접속되어 있다. 또한, 배기 기구 (128) 는, 도시하지 않은 제어 기구에 의해 제어되어 챔버 (103) 안을 소정의 압력으로 조정한다.
이하에, 성막 장치 (100) 의 샤워 플레이트 (124) 에 관해서 보다 자세히 설명한다.
도 1 에 나타내는 샤워 플레이트 (124) 는, 소정의 두께를 가진 판상의 형상을 갖는다. 샤워 플레이트 (124) 는, 스테인리스강이나 알루미늄 합금 등의 금속 재료를 사용하여 구성할 수 있다.
샤워 플레이트 (124) 의 내부에는, 샤워 플레이트 (124) 의 제 1 면인, 기판 (101) 측을 향하는 면을 따르도록 가스 유로 (121) 가 복수 형성되어 있다.
도 2 는, 본 발명의 제 1 실시형태인 성막 장치의 샤워 플레이트의 개략 구성도이다.
도 2 에서는, 본 실시형태의 샤워 플레이트 (124) 의 제 1 면측에서 본 모식적인 평면도를 사용하여 샤워 플레이트 (124) 의 구조와 기능을 설명하고 있다.
본 실시형태의 성막 장치 (100) 에서는, 에피택셜막을 형성하기 위해서 복수 종류의 가스를 사용할 수 있다. 그리고, 예를 들어 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스를 사용할 수 있다. 성막 장치 (100) 는, 이 3 종류의 가스를 샤워 플레이트 (124) 를 사용하여 챔버 (103) 내에 도입함과 함께, 챔버 (103) 내에서 각각을 정류하여, 3 종류의 가스 각각을 기판 (101) 의 표면을 향하여 공급한다. 그 때문에, 도 2 에 나타낸 예의 샤워 플레이트 (124) 는 3 종류의 각 가스를 혼합시키지 않고, 분리된 채로 챔버 (103) 내의 기판 (101) 에 공급하도록 구성되어 있다.
또한, 본 실시형태의 성막 장치는, 에피택셜막을 형성하기 위해서 사용하는 가스의 종류가 3 종류로 한정되지 않고, 2 종류로 하는 것이나, 3 종류보다 많은 종류로 하는 것이 가능하다. 이하에서는, 3 종류의 가스를 사용한 본 발명의 예를 설명한다.
도 2 에 나타내는 샤워 플레이트 (124) 는, 그 내부에 가스 유로 (121) 로서 6 개의 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 가 형성되어 있다. 챔버 (103) 내의 기판 (101) 은 서셉터 (102) 상에서 수평으로 배치되어 있다. 따라서, 샤워 플레이트 (124) 는 성막 장치 (100) 에 있어서, 기판 (101) 측으로 향해지고 그것과 대향하는 샤워 플레이트 (124) 의 제 1 면이 수평이 되도록 설치되는 것이 바람직하다. 그 경우, 샤워 플레이트 (124) 내부의 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 는, 샤워 플레이트의 제 1 면을 따르도록 형성되는 것이 바람직하고, 샤워 플레이트 (124) 가 설치된 상태에서, 각각이 수평으로 연장되도록 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 는, 샤워 플레이트 (124) 의 내부에서 소정의 간격으로 배열되는 것이 바람직하다.
한편, 도 1 에 나타낸 샤워 플레이트 (124) 는 가스 유로 (121) 를 6 개 갖지만, 본 실시형태의 샤워 플레이트 (124) 에 있어서 가스 유로 (121) 의 수는 6 개로 한정되지 않는다. 후술하는 바와 같이, 3 종류의 가스를 사용하는 경우, 1 종류의 가스에 대하여 2 개의 가스 유로 (121) 를 대응시키고자 하면, 합계 6 개의 가스 유로 (121) 가 형성되게 된다. 그러나, 1 종류의 가스에 대하여 보다 많은 가스 유로를 대응시켜, 보다 많은 가스 유로 (121) 를 형성하는 것이 가능하다. 또한, 에피택셜막의 성막에 사용하는 복수 종류의 가스마다 상이한 수의 가스 유로 (121) 를 대응시키도록 하는 것도 가능하다. 즉, 가스 유로 (121) 의 수는, 보다 많은 개수로 하는 것이나 적은 개수로 할 수 있다.
본 실시형태의 샤워 플레이트 (124) 는, 그 단부 (端部) 에 가스 공급로 (122) 를 갖는다. 가스 공급로 (122) 는, 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 의 각각과 교차하도록 배치된다. 예를 들어, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 가스 공급로 (122) 는 가스 유로 (121) 와의 사이에서 매트릭스상을 이루도록 배치된다.
도 2 에서는, 사용하는 가스의 종류수에 대응하여 가스 공급로 (122) 로서 3 개의 가스 공급로 (122-1 ∼ 122-3) 가 형성된 예가 도시된다.
한편, 본 실시형태의 샤워 플레이트 (124) 에 있어서는, 사용하는 가스의 종류수에 대응하여 가스 공급로 (122) 의 개수를 정하는 것이 바람직하며, 그것들을 각각 동일한 수로 할 수 있다.
가스 공급로 (122) 는 가스관 (131) 과 접속된다. 즉, 가스 공급로 (122-1 ∼ 122-3) 는 각각, 그 단부에서 가스관 (131-1, 131-2, 131-3) 과 가스 배관 접속되어 있다. 가스관 (131) 은 타방에서 가스 공급부 (133) 와 접속된다. 즉, 가스관 (131-1, 131-2, 131-3) 각각의 타방은, 예를 들어 가스 봄베를 사용하여 구성된 가스 공급부 (133-1, 133-2, 133-3) 의 각각에 접속되어 있다.
가스관 (131) 은 도중에 가스 밸브 (135) 를 갖는다. 즉, 가스관 (131-1 ∼ 131-3) 의 도중에는 각각, 가스의 유량을 조정하여 가스 공급량의 조정이 가능한 가스 밸브 (135-1, 135-2, 135-3) 가 접속되어 있다. 가스 밸브 (135-1 ∼ 135-3) 는, 후술하는 가스 제어부 (140) 와 함께 성막 장치 (100) 의 가스 공급 제어 기구를 구성하고 있다.
본 실시형태의 성막 장치 (100) 는, 기판 (101) 상에 SiC 에피택셜막을 성막하는 성막 장치로 할 수 있다. 그 경우, 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스는, 탄소의 소스 가스와, 분리 가스와, 규소의 소스 가스의 3 종으로 할 수 있다. 여기서 본 실시형태에 있어서, 분리 가스란 그 외의 2 종류의 가스를 분리하기 위해서 사용되는 가스로서, 그 외의 2 종류의 가스와의 반응성이 부족한 가스이다.
제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스 중, 제 1 가스인 탄소의 소스 가스로는, 예를 들어 프로판 (C3H8) 가스 또는 프로판 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 사용할 수 있다. 제 2 가스인 분리 가스로는 수소 (H2) 가스를 사용할 수 있다. 제 3 가스인 규소의 소스 가스로는, 예를 들어 실란 (SiH4) 가스 또는 실란 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 사용할 수 있다.
따라서, 3 개 형성된 가스 공급부 (133) 중, 가스 공급부 (133-1) 로부터 공급되는 가스를 제 1 가스인 탄소의 소스 가스로 하는 것이 가능하다. 그리고, 가스관 (131-1) 에 탄소의 소스 가스를 공급할 수 있다. 또한, 가스 공급부 (133-2) 로부터 공급되는 가스를 제 2 가스인 분리 가스로 하는 것이 가능하다. 그리고, 가스관 (131-2) 에 분리 가스를 공급할 수 있다. 또, 가스 공급부 (133-3) 로부터 공급되는 가스를 제 3 가스인 규소의 소스 가스로 하는 것이 가능하다. 그리고, 가스관 (131-3) 에 규소의 소스 가스를 공급할 수 있다.
그 경우, 제 1 가스인 탄소의 소스 가스는 가스 공급부 (133-1) 로부터 가스관 (131-1) 에 공급되고, 나아가서는 가스 공급로 (122-1) 에 공급된다. 그리고, 가스관 (131-1) 의 가스 밸브 (135-1) 는 제 1 가스인 탄소의 소스 가스의 제어용으로서 기능한다. 마찬가지로, 제 2 가스인 분리 가스는 가스 공급부 (133-2) 로부터 가스관 (131-2) 에 공급되고, 나아가서는 가스 공급로 (122-2) 에 공급된다. 그리고, 가스관 (131-2) 의 가스 밸브 (135-2) 는 제 2 가스인 분리 가스의 제어용으로서 기능한다. 또한, 제 3 가스인 규소의 소스 가스는 가스 공급부 (133-3) 로부터 가스관 (131-3) 에 공급되고, 나아가서는 가스 공급로 (122-3) 에 공급된다. 그리고, 가스관 (131-3) 의 가스 밸브 (135-3) 는 제 3 가스인 규소의 소스 가스의 제어용으로서 기능한다.
성막 장치 (100) 는 가스 제어부 (140) 를 갖는다. 가스 제어부 (140) 는 가스 밸브 (135-1 ∼ 135-3) 의 각각에 접속되어 있다. 가스 제어부 (140) 는 가스 밸브 (135-1 ∼ 135-3) 각각의 동작을 제어한다. 그리고, 가스 공급부 (133-1 ∼ 133-3) 로부터 가스관 (131-1 ∼ 131-3) 에 공급되는, 상기 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스 각각의 공급을 제어한다. 그 결과, 가스 제어부 (140) 는, 상기 서술한 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 각 가스가 가스관 (131-1 ∼ 131-3) 으로부터 가스 공급로 (122-1 ∼ 122-3) 에 공급되는 것을 제어할 수 있다. 가스 제어부 (140) 는, 가스 밸브 (135-1 ∼ 135-3) 와 함께 성막 장치 (100) 의 가스 공급 제어 기구를 구성한다.
성막 장치 (100) 의 샤워 플레이트 (124) 에 있어서, 3 개의 가스 공급로 (122-1 ∼ 122-3) 의 각각은, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 6 개의 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 각각과 교차되고 있다. 그리고, 가스 공급로 (122-1 ∼ 122-3) 는, 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 와의 교차부 중 소정의 일부로 접속부 (141) 를 구성하여, 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 와 가스 배관 접속되어 있다. 따라서, 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 의 각각은, 접속부 (141) 및 대응하는 가스 공급로 (122-1 ∼ 122-3) 를 통해서 가스관 (131-1 ∼ 131-3) 과 접속된다.
이 때, 샤워 플레이트 (124) 는, 가스 공급로 (122-1 ∼ 122-3) 와 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 의 교차부에 있어서 소정의 일부만이 접속부 (141) 를 구성하고, 모든 교차부에서 그들이 서로 접속하도록 구성되어 있지는 않다. 샤워 플레이트 (124) 에서는, 상기 모든 교차부 중에서 가스 배관 접속을 하여 접속부 (141) 를 구성하는 교차부의 선택이 이루어진다.
도 2 에 나타내는 예에서는, 예를 들어, 가스 공급로 (122-1) 와 가스 유로 (121-1) 의 교차부가 선택되어 접속부 (141) 가 구성되어 있다. 접속부 (141) 가 구성됨으로써, 가스 공급로 (122-1) 와 가스 유로 (121-1) 는 가스 배관 접속되게 된다. 그 결과, 가스 유로 (121-1) 는, 접속부 (141) 및 가스 공급로 (122-1) 를 통해서 가스관 (131-1) 에만 접속된다. 그리고, 가스관 (131-1) 으로부터 가스 공급로 (122-1) 에 공급된 제 1 가스는, 접속부 (141) 를 지나 가스 유로 (121-1) 에 공급되게 된다. 즉, 가스 유로 (121-1) 는 제 1 가스를 위한 가스 유로가 된다.
도 2 에 나타내는 샤워 플레이트 (124) 에서는, 동일한 접속부 (141) 가, 가스 공급로 (122-1) 와 가스 유로 (121-4) 의 교차부, 가스 공급로 (122-2) 와 가스 유로 (121-2) 의 교차부, 가스 공급로 (122-2) 와 가스 유로 (121-5) 의 교차부, 가스 공급로 (122-3) 와 가스 유로 (121-3) 의 교차부 및 가스 공급로 (122-3) 와 가스 유로 (121-6) 의 교차부로 구성되어 있다. 그 결과, 가스 유로 (121-4) 는, 접속부 (141) 및 가스 공급로 (122-1) 를 통해서 가스관 (131-1) 에만 접속된다. 가스 유로 (121-2) 및 가스 유로 (121-5) 는, 접속부 (141) 및 가스 공급로 (122-2) 를 통해서 가스관 (131-2) 에만 접속된다. 가스 유로 (121-3) 및 가스 유로 (121-6) 는, 접속부 (141) 및 가스 공급로 (122-3) 를 통해서 가스관 (131-3) 에만 접속된다.
따라서, 가스관 (131-1) 으로부터 가스 공급로 (122-1) 에 공급된 제 1 가스는, 접속부 (141) 를 지나 가스 유로 (121-1) 및 가스 유로 (121-4) 에 공급되게 된다. 가스 유로 (121-1) 및 가스 유로 (121-4) 는 제 1 가스를 위한 가스 유로가 된다.
마찬가지로, 가스관 (131-2) 으로부터 가스 공급로 (122-2) 에 공급된 제 2 가스는, 접속부 (141) 를 지나 가스 유로 (121-2) 및 가스 유로 (121-5) 에 공급되게 된다. 가스 유로 (121-2) 및 가스 유로 (121-5) 는 제 2 가스를 위한 가스 유로가 된다. 또한, 가스관 (131-3) 으로부터 가스 공급로 (122-3) 에 공급된 제 3 가스는, 접속부 (141) 를 지나 가스 유로 (121-3) 및 가스 유로 (121-6) 에 공급되게 된다. 가스 유로 (121-3) 및 가스 유로 (121-6) 는 제 3 가스를 위한 가스 유로가 된다.
이렇게 해서 샤워 플레이트 (124) 는, 6 개의 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 의 각각에 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스 중 1 종류만을 공급하는 것이 가능해진다. 즉, 본 실시형태의 샤워 플레이트 (124) 는, 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 와 가스 공급로 (122-1 ∼ 122-3) 의 복수의 교차부 중에서 접속부 (141) 를 구성하는 것을 적절히 선택하여, 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 의 각각에 복수 종류의 가스 중 1 종류의 가스만이 공급되도록 구성되어 있다.
그리고, 본 실시형태의 샤워 플레이트 (124) 는, 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 의 각각과 챔버 (103) 의 P1 영역을, 기판 (101) 측을 향하는 제 1 면의 측에서 연통하도록 뚫려 형성된 복수의 가스 분출공 (129) 을 갖는다. 가스 분출공 (129) 은 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 각각의 배치 위치에 뚫려 형성되어, 샤워 플레이트 (124) 의 면 내에서, 서로 소정의 간격을 두고 분산 배치되도록 구성되어 있다.
따라서, 가스관 (131-1) 으로부터 가스 공급로 (122-1) 와 접속부 (141) 를 지나 가스 유로 (121-1) 및 가스 유로 (121-4) 에 공급된 제 1 가스는, 가스 유로 (121-1) 및 가스 유로 (121-4) 의 배치 위치에 뚫려 형성된 가스 분출공 (129) 으로부터 분출되어, 기판 (101) 을 향해 공급된다.
마찬가지로, 가스관 (131-2) 으로부터 가스 공급로 (122-2) 와 접속부 (141) 를 지나 가스 유로 (121-2) 및 가스 유로 (121-5) 에 공급된 제 2 가스는, 가스 유로 (121-2) 및 가스 유로 (121-5) 의 배치 위치에 뚫려 형성된 가스 분출공 (129) 으로부터 분출되어, 기판 (101) 을 향해 공급된다. 또한, 가스관 (131-3) 으로부터 가스 공급로 (122-3) 와 접속부 (141) 를 지나 가스 유로 (121-3) 및 가스 유로 (121-6) 에 공급된 제 3 가스는, 가스 유로 (121-3) 및 가스 유로 (121-6) 의 배치 위치에 뚫려 형성된 가스 분출공 (129) 으로부터 분출되어, 기판 (101) 을 향해 공급된다. 이렇게 해서, 본 실시형태의 샤워 플레이트 (124) 에서는, 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 각 가스가 혼합되는 일 없이 분리된 상태로, 기판 (101) 을 향해 샤워상으로 공급된다.
본 실시형태의 성막 장치 (100) 에서는, 상기 서술한 바와 같이, 가스 제어부 (140) 와 가스 밸브 (135-1 ∼ 135-3) 로 이루어지는 가스 공급 제어 기구를 갖는다.
따라서, 성막 장치 (100) 는 이 가스 공급 제어 기구를 사용하여, 가스관 (131-1 ∼ 131-3) 과 접속되는 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 의 각각에 상기 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 각 가스를 공급하고, 동시에, 분리된 상태의 3 종류의 가스를 가스 분출공 (129) 으로부터 분출시켜, 기판 (101) 을 향해 샤워상으로 공급할 수 있다.
그 경우에서도 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 각 가스를 공급하기 위한 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 는 서로 독립되어 있어, 샤워 플레이트 (124) 에 있어서 그 가스들이 혼합되고 상호 간 반응하는 것이 억제되어 있다.
또한, 성막 장치 (100) 는 이 가스 공급 제어 기구를 사용하여, 가스관 (131-1 ∼ 131-3) 과 접속되는 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 의 각각에 대하여, 상기 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 각 가스를 공급하는 타이밍과 기간을 제어할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스의 각각이 가스 분출공 (129) 으로부터 기판 (101) 을 향해 공급되는 타이밍을 제어할 수 있다.
그 결과, 상호 간에서 반응이 일어나기 쉬운 제 1 가스인 탄소의 소스 가스와 제 3 가스인 규소의 소스 가스를, 동시에 가스 분출공 (129) 으로부터 분출시키지 않도록 할 수 있다. 즉, 제 1 가스인 탄소의 소스 가스가 가스 분출공 (129) 으로부터 분출되는 기간과 제 3 가스인 규소의 소스 가스가 가스 분출공 (129) 으로부터 분출되는 기간을 분리시켜 시분할하여, 각각을 기판 (101) 을 향해 공급하도록 할 수 있다. 그 결과, 샤워 플레이트 (124) 의 표면이나 근방에 있어서, 그 가스들이 혼합되고 상호 간에 반응하는 것을 억제할 수 있다.
그리고, 성막 장치 (100) 는 가스 공급 제어 기구를 사용하여, 상기 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스의 각각을 시분할로 가스관 (131-1 ∼ 131-3) 의 각각에 공급하여, 그것들과 접속되는 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 의 각각에 공급할 수 있다. 그 결과, 샤워 플레이트 (124) 의 가스 분출공 (129) 으로부터는, 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스 중 1 종류만이, 소정의 기간, 소정의 가스 분출공 (129) 으로부터만 분출되도록 할 수 있다. 그리고, 그 후에는 순차적으로, 다른 종류의 가스를 각각, 대응하는 소정의 가스 분출공 (129) 으로부터만 소정의 기간 분출되도록 할 수 있다. 그 결과, 샤워 플레이트 (124) 의 표면이나 근방에 있어서, 그 가스들이 혼합되어 상호 간에 반응하는 것을 억제할 수 있다.
그리고 또, 가스 공급 제어 기구를 사용하여, 제 1 가스를 기판 (101) 을 향해 공급한 후에 제 2 가스인 분리 가스를 기판 (101) 을 향해 공급하는 기간을 마련하는 것과 함께, 제 3 가스의 공급 후에도 제 2 가스의 공급 기간을 두도록 하는 것도 가능하다. 즉, 탄소의 소스 가스를 공급한 후 및 규소의 소스 가스를 공급한 후에는, 반드시 분리 가스인 수소 가스만을 공급하는 기간을 두도록 하는 것이 가능하다. 이렇게 함으로써, 샤워 플레이트 (124) 의 표면이나 근방에 있어서, 탄소의 소스 가스와 규소의 소스 가스가 혼합되어, 상호 간에 반응하는 것을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
다음으로 도 1 에 나타내는 바와 같이, 성막 장치 (100) 의 샤워 플레이트 (124) 는, 가스 분출공 (129) 이 형성된, 기판 (101) 의 측을 향하는 제 1 면과 대향하는 제 2 면의 측에 냉각 수단을 가질 수 있다.
본 실시형태의 샤워 플레이트 (124) 의 냉각 수단으로는, 내부를 냉각수 등의 냉매가 지나는 중공 (中空) 의 유로 (142) 를 형성할 수 있다.
도 3a 는, 도 2 의 A-A' 선에 따른 모식적인 단면도이다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 샤워 플레이트 (124) 의 유로 (142) 는 내부가 중공이 되도록 구성된다. 그리고, 그 내부를 지나는 냉각수 등의 냉매가, 샤워 플레이트 (124) 의 제 2 면의 측에서 면상(狀)으로 확산되도록 구성되어 있다.
이러한 구조의 유로 (142) 를 구비함으로써 샤워 플레이트 (124) 에서는 냉각이 가능해져, 고온의 상태가 되는 것이 억제된다.
또한, 도 3b 에 나타내는 바와 같이, 샤워 플레이트 (124) 의 유로 (142') 를 샤워 플레이트 (124) 의 제 1 면측에 형성할 수 있다. 유로 (142') 는, 142'-1, 142'-2, 142'-3, 142'-4, 142'-5 와 같이 복수 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 구조의 유로 (142') 를 구비함으로써 샤워 플레이트 (124) 의 내부의 냉각이 가능해져, 고온의 상태가 되는 것이 보다 더 억제된다.
그 결과, 샤워 플레이트 (124) 의 내부나 근방에서, 에피택셜막을 형성하기 위한 원료가 되는 복수 종류의 가스가 열 반응하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 샤워 플레이트 (124) 의 내부나 표면에 막이 형성된다는 문제를 억제할 수 있다.
본 실시형태의 성막 장치 (100) 는, 상기 서술한 바와 같이, 에피택셜막을 형성하기 위해서 복수 종류의 가스를 사용할 수 있는데, 도 1 ∼ 도 3 에 나타낸 예에서는, 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스를 사용하도록 구성되어 있다. 그리고, 상기 서술한 바와 같이, 본 실시형태의 성막 장치가 사용 가능한 가스는 3 종류로 한정되지 않는다. 예를 들어, 2 종류로 하는 것이 가능하며, 3 종류보다 많은 종류로 하는 것도 가능하다.
그 경우, 에피택셜막 형성을 위해서 사용하는 가스의 종류에 맞춰, 도 2 에 나타내는 바와 같은, 샤워 플레이트 (124) 의 가스 공급로 (122) 의 수를 변동시키도록 하는 것이 바람직하다. 더불어, 거기에 접속되는 가스관 (131), 가스 밸브 (135) 및 가스 공급부 (133) 의 수를 대응시키는 것이 바람직하다.
예를 들면, 사용하는 가스의 종류가 4 종류 (예를 들어 H2, SiH4, C3H8, N2) 인 경우에는, 샤워 플레이트의 단부에 도 2 의 가스 공급로 (122) 와 동일한 가스 공급로를 4 개 형성한다. 그리고 그것들에 접속되는, 도 2 의 가스관 (131), 가스 밸브 (135) 및 가스 공급부 (133) 와 동일한 가스관, 가스 밸브 및 가스 공급부를 각각 4 개 형성하는 것이 바람직하다.
이렇게 함으로써, 4 종류의 가스가 샤워 플레이트 내에서 혼합되는 일 없이, 챔버 내에 공급된다. 그리고, 샤워 플레이트에서 그것들이 반응하는 것을 억제하여, 기판 상에 에피택셜막을 형성할 수 있다.
또한, 사용하는 가스의 종류가 5 종류 (예를 들어 H2, SiH4, C3H8, N2, TMA) 인 경우에는 샤워 플레이트의 단부에, 도 2 의 가스 공급로 (122) 와 동일한 가스 공급로를 5 개 형성한다. 그리고, 그것들에 접속되는, 도 2 의 가스관 (131), 가스 밸브 (135) 및 가스 공급부 (133) 와 동일한 가스관, 가스 밸브 및 가스 공급부를 각각 5 개 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로 본 실시형태에서는, 성막 장치의 샤워 플레이트로서, 가스 유로의 수와 배치 구조가 도 2 에 나타내는 예와는 상이한 것을 사용하여, 성막 장치의 다른 예를 구성할 수 있다. 샤워 플레이트의 가스 유로의 수와 배치 구조를, 이하에 설명하는 바와 같이 다른 것으로 함으로써, 가스 분출공으로부터 분출되는 제 1 가스인 탄소의 소스 가스와 제 3 가스인 규소의 소스 가스의 공간적인 분리를 보다 효과적으로 실시할 수 있다.
그리고, 본 실시형태의 성막 장치의 다른 예에 있어서도, 상기 서술한 성막 장치 (100) 와 동일하게, 에피택셜막을 형성하기 위해서 복수 종류의 가스를 사용할 수 있지만, 여기서는 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스를 사용하도록 구성된 예에 관해서 설명한다.
도 4 는, 본 발명의 제 1 실시형태인 성막 장치의 다른 예의 샤워 플레이트의 개략 구성도이다.
제 1 실시형태의 성막 장치의 다른 예는, 샤워 플레이트로서 도 4 에 나타내는 샤워 플레이트 (224) 를 갖는다.
도 4 에 나타내는 샤워 플레이트 (224) 는, 소정의 두께를 가진 판상의 형상을 갖는다. 샤워 플레이트 (224) 는, 스테인리스강이나 알루미늄 합금 등의 금속 재료를 사용하여 구성할 수 있다.
샤워 플레이트 (224) 는, 가스 유로 (221) 의 수와 배치 구조가 상이한 것 외에는, 도 2 의 본 실시형태의 샤워 플레이트 (124) 와 동일한 구조를 갖는다. 또한, 샤워 플레이트 (224) 를 갖는 제 1 실시형태의 성막 장치의 다른 예도, 도 1 의 성막 장치 (100) 와 동일한 구조를 갖는다. 따라서, 공통되는 구성 요소에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
샤워 플레이트 (224) 의 내부에는, 샤워 플레이트 (224) 의 제 1 면인, 기판 (101) 측을 향하는 면을 따르도록 가스 유로 (221) 가 7 개 형성되어 있다. 샤워 플레이트 (224) 는, 기판 (101) 측으로 향해지고 그것과 대향하는 샤워 플레이트 (224) 의 제 1 면이 수평이 되도록 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 샤워 플레이트 (224) 내부의 가스 유로 (221-1 ∼ 221-7) 는, 샤워 플레이트 (224) 가 성막 장치의 다른 예에 설치된 상태에서, 그 내부에 있어서 각각이 수평으로 연장되도록 형성되는 것이 바람직하며, 소정의 간격으로 배열되는 것이 바람직하다.
샤워 플레이트 (224) 는, 그 단부에 3 개의 가스 공급로 (222) 를 갖는다. 가스 공급로 (222) 는 가스 유로 (221-1 ∼ 221-7) 의 각각과 교차하도록 배치된다. 예를 들어, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 가스 공급로 (222) 는, 가스 유로 (221) 와의 사이에서 매트릭스상을 이루도록 배치된다.
가스 공급로 (222-1 ∼ 222-3) 는 각각, 그 단부에서 가스관 (131-1, 131-2, 131-3) 과 가스 배관 접속되어 있다. 가스관 (131-1, 131-2, 131-3) 의 타방은, 예를 들어, 가스 봄베를 사용하여 구성된 가스 공급부 (133-1, 133-2, 133-3) 의 각각에 접속되어 있다.
가스관 (131-1 ∼ 131-3) 의 도중에는 각각, 가스의 유량을 조정하여 가스 공급량의 조정이 가능한 가스 밸브 (135-1, 135-2, 135-3) 가 접속되어 있다. 가스 밸브 (135-1 ∼ 135-3) 는, 후술하는 가스 제어부 (140) 와 함께 성막 장치 (100) 의 가스 공급 제어 기구를 구성하고 있다.
제 1 실시형태의 성막 장치의 다른 예는, 성막 장치 (100) 와 동일하게 기판 (101) 상에 SiC 에피택셜막을 성막할 수 있다. 그 경우, 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스는, 탄소의 소스 가스와, 분리 가스와, 규소의 소스 가스의 3 종으로 할 수 있다. 분리 가스는, 상기 서술한 바와 같이, 탄소의 소스 가스와 규소의 소스 가스를 분리하기 위한 가스이다.
그 경우, 제 1 가스인 탄소의 소스 가스는 가스 공급부 (133-1) 로부터 가스관 (131-1) 에 공급되고, 나아가서는 가스 공급로 (222-1) 에 공급된다. 마찬가지로, 제 2 가스인 분리 가스는 가스 공급부 (133-2) 로부터 가스관 (131-2) 에 공급되고, 나아가서는 가스 공급로 (222-2) 에 공급된다. 또한, 제 3 가스인 규소의 소스 가스는 가스 공급부 (133-3) 로부터 가스관 (131-3) 에 공급되고, 나아가서는 가스 공급로 (222-3) 에 공급된다.
성막 장치의 다른 예의 샤워 플레이트 (224) 에 있어서, 3 개의 가스 공급로 (222-1 ∼ 222-3) 의 각각은, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 7 개의 가스 유로 (221-1 ∼ 221-7) 의 각각과 교차하고 있다. 그리고, 가스 공급로 (222-1 ∼ 222-3) 는 가스 유로 (221-1 ∼ 221-7) 와의 교차부 중 소정의 일부에서 접속부 (241) 를 구성하여, 대응하는 가스 유로 (221-1 ∼ 221-7) 와 가스 배관 접속되어 있다. 따라서, 가스 유로 (221-1 ∼ 221-7) 는, 접속부 (241) 및 가스 공급로 (222-1 ∼ 222-3) 를 통해서 대응하는 가스관 (131-1 ∼ 131-3) 과 접속된다.
도 4 에 나타내는 예에서는, 예를 들어, 가스 공급로 (222-1) 와 가스 유로 (221-1) 의 교차부에 접속부 (241) 가 구성되어 있다. 접속부 (241) 가 구성됨으로써, 가스 공급로 (222-1) 와 가스 유로 (221-1) 는 가스 배관 접속되게 된다. 그 결과, 가스 유로 (221-1) 는 접속부 (241) 및 가스 공급로 (222-1) 를 통해서 가스관 (131-1) 에만 접속된다. 그리고, 가스관 (131-1) 으로부터 가스 공급로 (222-1) 에 공급된 제 1 가스는, 접속부 (241) 를 지나 가스 유로 (221-1) 에 공급되게 된다. 즉, 가스 유로 (221-1) 는 제 1 가스를 위한 가스 유로가 된다.
도 4 에 나타내는 샤워 플레이트 (224) 에서는, 동일한 접속부 (241) 가, 가스 공급로 (222-1) 와 가스 유로 (221-5) 의 교차부, 가스 공급로 (222-2) 와 가스 유로 (221-2) 의 교차부, 가스 공급로 (222-2) 와 가스 유로 (221-4) 의 교차부, 가스 공급로 (222-2) 와 가스 유로 (221-6) 의 교차부, 가스 공급로 (222-3) 와 가스 유로 (221-3) 의 교차부 및 가스 공급로 (222-3) 와 가스 유로 (221-7) 의 교차부로 구성되어 있다. 그 결과, 가스 유로 (221-5) 는, 접속부 (241) 및 가스 공급로 (222-1) 를 통해서 가스관 (131-1) 에만 접속된다. 가스 유로 (221-2), 가스 유로 (221-4) 및 가스 유로 (221-6) 는, 접속부 (241) 및 가스 공급로 (222-2) 를 통해서 가스관 (131-2) 에만 접속된다. 가스 유로 (221-3) 및 가스 유로 (221-7) 는 접속부 (241) 및 가스 공급로 (222-3) 를 통해서 가스관 (131-3) 에만 접속된다.
따라서, 가스관 (131-1) 으로부터 가스 공급로 (222-1) 에 공급된 제 1 가스는, 접속부 (241) 를 지나 가스 유로 (221-1) 및 가스 유로 (221-5) 에 공급되게 된다. 가스 유로 (221-1) 및 가스 유로 (221-5) 는 제 1 가스를 위한 가스 유로가 된다.
마찬가지로, 가스관 (131-2) 으로부터 가스 공급로 (222-2) 에 공급된 제 2 가스는, 접속부 (241) 를 지나 가스 유로 (221-2), 가스 유로 (221-4) 및 가스 유로 (221-6) 에 공급되게 된다. 가스 유로 (221-2), 가스 유로 (221-4) 및 가스 유로 (221-6) 는 제 2 가스를 위한 가스 유로가 된다. 또한, 가스관 (131-3) 으로부터 가스 공급로 (222-3) 에 공급된 제 3 가스는, 접속부 (241) 를 지나 가스 유로 (221-3) 및 가스 유로 (221-7) 에 공급되게 된다. 가스 유로 (221-3) 및 가스 유로 (221-7) 는 제 3 가스를 위한 가스 유로가 된다.
이렇게 해서, 샤워 플레이트 (224) 는, 7 개의 가스 유로 (221-1 ∼ 221-7) 의 각각에 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스 중 1 종류만을 공급하는 것이 가능해진다. 즉, 샤워 플레이트 (224) 는, 가스 유로 (221-1 ∼ 221-7) 와 가스 공급로 (222-1 ∼ 222-3) 의 복수의 교차부 중에서 접속부 (241) 를 구성하는 것을 적절히 선택하여, 가스 유로 (221-1 ∼ 221-7) 의 각각에 복수 종류의 가스 중 1 종류의 가스만이 공급되도록 구성되어 있다.
그리고, 샤워 플레이트 (224) 는, 가스 유로 (221-1 ∼ 221-7) 의 각각과 챔버 (103) 의 P1 영역을, 기판 (101) 측을 향하는 제 1 면의 측에서 연통하도록 뚫려 형성된 복수의 가스 분출공 (229) 을 갖는다. 가스 분출공 (229) 은 가스 유로 (221-1 ∼ 221-7) 의 배치 위치에 뚫려 형성되어, 샤워 플레이트 (224) 의 면 내에서, 서로 소정의 간격을 두고 분산 배치되도록 구성되어 있다.
따라서, 가스관 (131-1) 으로부터 가스 공급로 (222-1) 와 접속부 (241) 를 지나 가스 유로 (221-1) 및 가스 유로 (221-5) 에 공급된 제 1 가스는, 가스 유로 (221-1) 및 가스 유로 (221-5) 의 배치 위치에 뚫려 형성된 가스 분출공 (229) 으로부터 분출되어, 기판 (101) 을 향해 공급된다. 마찬가지로, 가스관 (131-2) 으로부터 가스 공급로 (222-2) 와 접속부 (241) 를 지나 가스 유로 (221-2), 가스 유로 (221-4) 및 가스 유로 (221-6) 에 공급된 제 2 가스는, 가스 유로 (221-2), 가스 유로 (221-4) 및 가스 유로 (221-6) 의 배치 위치에 뚫려 형성된 가스 분출공 (229) 으로부터 분출되어, 기판 (101) 을 향해 공급된다. 또한, 가스관 (131-3) 으로부터 가스 공급로 (222-3) 와 접속부 (241) 를 지나 가스 유로 (221-3) 및 가스 유로 (221-7) 에 공급된 제 3 가스는, 가스 유로 (221-3) 및 가스 유로 (221-7) 의 배치 위치에 뚫려 형성된 가스 분출공 (229) 으로부터 분출되어, 기판 (101) 을 향해 공급된다. 이렇게 해서, 본 실시형태의 샤워 플레이트 (224) 에서는, 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 각 가스가 기판 (101) 을 향해 샤워상으로 공급된다.
이 때, 샤워 플레이트 (224) 는, 제 1 가스가 공급되는 가스 유로 (221-1, 221-5) 와 제 3 가스가 공급되는 가스 유로 (221-3, 221-7) 의 사이에, 제 2 가스가 공급되는 가스 유로 (221-2, 221-4, 221-6) 가 배치되는 구조로 되어 있다. 상기 서술한 바와 같이, 제 1 가스는 탄소의 소스 가스이고, 제 3 가스는 규소의 소스 가스로서, 상호 간에 반응을 일으키기 쉽다. 따라서, 샤워 플레이트 (224) 는, 서로 반응하기 쉬운 2 종류의 가스를 위한 가스 유로를 공간적 분리하여 배치하고, 추가로 그들의 사이에 반응성이 부족한 제 2 가스 (분리 가스) 를 위한 가스 유로를 배치하고 있다.
그 결과, 샤워 플레이트 (224) 의 가스 분출공 (229) 으로부터 분출되는 제 1 가스와 제 3 가스는 공간적인 분리가 이루어짐과 동시에, 제 2 가스인 분리 가스의 분출로 인한 분리 효과에 의해서 그 공간적인 분리가 보다 효과적인 것이 된다.
그리고, 제 1 실시형태의 성막 장치의 다른 예에서는, 상기 서술한 성막 장치 (100) 와 동일하게, 가스 제어부 (140) 와 가스 밸브 (135-1 ∼ 135-3) 로 이루어지는 가스 공급 제어 기구를 갖는다.
따라서, 제 1 실시형태의 성막 장치의 다른 예는 이 가스 공급 제어 기구를 사용하여, 가스 배관 (131-1 ∼ 131-3) 과 접속되는 가스 유로 (221-1 ∼ 221-7) 의 각각에 대해, 상기 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 각 가스를 공급하는 타이밍과 기간을 제어할 수 있다. 그리고, 상기 서술한 성막 장치 (100) 와 동일하게, 상기 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스의 각각이 가스 분출공 (229) 으로부터 기판 (101) 을 향해 공급되는 타이밍을 제어할 수 있다.
즉, 샤워 플레이트 (224) 의 가스 분출공 (229) 으로부터는, 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스 중 1 종류만이, 소정의 기간, 소정의 가스 분출공 (229) 으로부터만 분출되도록 할 수 있다. 그리고, 그 후에는 순차적으로 다른 종류의 가스를 각각, 대응하는 소정의 가스 분출공 (229) 으로부터만 소정의 기간 분출되도록 할 수 있다. 그 결과, 샤워 플레이트 (224) 의 표면이나 근방에 있어서, 그 가스들이 혼합되어 상호 간에 반응하는 것을 억제할 수 있다.
한편, 샤워 플레이트 (224) 는, 도 1 에 나타내는 성막 장치 (100) 의 샤워 플레이트 (124) 와 동일하게, 가스 분출공 (229) 이 형성된 기판 (101) 측으로 향해지는 제 1 면과 대향하는 제 2 면의 측에 냉각 수단을 가질 수 있다.
본 실시형태의 샤워 플레이트 (224) 의 냉각 수단으로는, 내부를 냉각수 등의 냉매가 지나는 중공의 유로 (242) 를 형성할 수 있다.
도 5 는, 도 4 의 B-B' 선에 따른 모식적인 단면도이다.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 샤워 플레이트 (224) 의 유로 (242) 는 내부가 중공이 되도록 구성된다. 그리고, 그 내부를 지나는 냉각수 등의 냉매가, 샤워 플레이트 (224) 의 제 2 면측에서 면상으로 확산되도록 구성되어 있다.
이러한 구조의 유로 (242) 를 구비함으로써 샤워 플레이트 (224) 는 냉각이 가능해져, 고온의 상태가 되는 것이 억제된다. 그 결과, 샤워 플레이트 (224) 의 내부에서, 에피택셜막을 형성하기 위한 원료가 되는 복수 종류의 가스가 열 반응하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 샤워 플레이트 (224) 의 내부나 표면에 막이 형성된다는 문제를 억제할 수 있다.
이상으로부터, 제 1 실시형태의 성막 장치의 다른 예는, 샤워 플레이트 (224) 를 사용하여, 상호 간에 있어서 반응이 일어나기 쉬운 탄소의 소스 가스와 규소의 소스 가스를 보다 효과적으로 공간적으로 또한 시간적으로 분리하여, 가스 분출공 (229) 으로부터 기판 (101) 을 향해 분출시킬 수 있다. 그리고, 샤워 플레이트 (224) 에서는, 냉매의 유로 (242) 를 사용한 냉각이 가능하다.
그 결과, 샤워 플레이트 (224) 의 표면이나 근방에 있어서, 그 가스들이 혼합되어 상호 간에 열 반응하는 것을 억제할 수 있다.
실시형태 2.
본 발명에서는, 성막 장치로서 유기 금속 기상 성장법 (MOCVD 법) 을 사용한 성막 장치를 제공할 수 있다.
이하, MOCVD 법을 사용하여 기판 상에 GaN 에피택셜막을 형성하는 본 발명의 제 2 실시형태의 성막 장치에 관해서 설명한다.
이 성막 장치는, 시료를 배치하는 성막실과, 성막실 내의 시료를 향하여 복수 종류의 가스를 공급하는 샤워 플레이트를 갖는다. 샤워 플레이트는 성막실의 상부에 형성되고, 상기 가스는 샤워 플레이트를 통과해서 성막실에 공급된다. 또한, 샤워 플레이트는, 성막실의 내부를 향하는 제 1 면과, 제 1 면에 대향하면서 또 성막실의 외부를 향하는 제 2 면과, 제 1 면과 제 2 면 사이에서 이들을 따라서 연장되는 복수의 가스 유로와, 복수의 가스 유로와 제 1 면을 연통시키는 복수의 가스 분출공을 갖고, 복수의 가스 유로의 각 일단으로부터 공급된 가스가 복수의 가스 분출공으로부터 성막실의 내부를 향하여 분출되도록 구성되어 있다. 다시 말하면, 샤워 플레이트는, 시료측을 향하는 제 1 면을 따르도록 내부에서 연장되어, 복수 종류의 각 가스를 공급하는 가스관에 접속되는 복수의 가스 유로와, 복수의 각 가스 유로와 성막실 안을 그 제 1 면의 측에서 연통하도록 뚫려 형성된 복수의 가스 분출공을 갖고, 가스관으로부터 복수의 가스 유로에 공급된 복수 종류의 각 가스가 복수의 가스 분출공으로부터 시료를 향하여 각각 공급되도록 구성되어 있다.
또한, 이 성막 장치는, 복수의 가스 유로의 적어도 하나에 제 1 가스를 공급하는 타이밍과 다른 가스 유로에 제 2 가스를 공급하는 타이밍을 제어하는 가스 공급 제어 기구를 갖는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 복수의 각 가스 유로에 접속되는 가스관에 복수 종류의 각 가스를 공급하는 가스 공급 제어 기구를 구비하고 있고, 가스 공급 제어 기구는, 복수 종류의 각 가스가 가스관에 공급되는 타이밍을 각각 제어하여, 그 복수 종류의 각 가스가 시료를 향해 공급되는 타이밍을 제어하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
그리고 이 성막 장치에 있어서, 샤워 플레이트는, 시료측의 제 1 면과 대향하는 제 2 면의 측에 냉각 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
제 2 실시형태의 성막 장치는 GaN 에피택셜막의 형성에 사용하는 가스로서, 예를 들어, 암모니아 (NH3) 등의 질소 (N) 의 소스 가스와, 수소 가스 등의 분리 가스와, 트리메틸갈륨 (TMG) 가스 등의 갈륨 (Ga) 의 소스 가스의 3 종류를 사용할 수 있다. 여기서, 분리 가스는, 암모니아 등의 질소의 소스 가스와 트리메틸갈륨 가스 등의 갈륨의 소스 가스를 분리하기 위한 가스로, 그것들과 반응성이 부족한 가스이다. 즉, 제 2 실시형태인 성막 장치는, 기판 상에 에피택셜막을 형성하기 위한 원료가 되는 복수 종류의 가스로서 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스를 사용한다.
제 2 실시형태의 성막 장치의 구조에 관해서는, 상기 서술한 제 1 실시형태의 성막 장치 (100) 와 동일하게 하는 것이 가능하다. 따라서, 성막 장치 (100) 와 공통되는 구성 요소에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 6 은, 본 발명의 제 2 실시형태인 매엽식 성막 장치의 개략 구성도이다.
도 6 에서는, 본 실시형태인 성막 장치 (300) 의 구성의 개략에 관해서, 성막실인 챔버 (103) 의 모식적인 단면도를 사용하여 설명하고 있다.
제 2 실시형태의 성막 장치 (300) 는, 3 개 형성된 가스 공급부 (133) 중의 가스 공급부 (133-1) 로부터 공급되는 가스를 제 1 가스로 하고, 예를 들어 암모니아 (NH3) 등의 질소 (N) 의 소스 가스로 하는 것이 가능하다. 그리고, 가스관 (131-1) 에 질소의 소스 가스를 공급할 수 있다.
또한, 가스 공급부 (133-2) 로부터 공급하는 가스를 제 2 가스로 하고, 예를 들어 수소 가스 등의 분리 가스로 하는 것이 가능하다. 그리고, 가스관 (131-2) 에 분리 가스를 공급할 수 있다. 또한, 가스 공급부 (133-3) 로부터 공급하는 가스를 제 3 가스로 하고, 예를 들어 트리메틸갈륨 (TMG) 가스 등의 갈륨의 소스 가스로 하는 것이 가능하다. 그리고, 가스관 (131-3) 에 갈륨의 소스 가스를 공급할 수 있다.
성막 장치 (300) 는, 도 2 에 나타낸 성막 장치 (100) 와 동일한 샤워 플레이트 (124) 를 구비한다. 따라서, 성막 장치 (300) 의 샤워 플레이트 (124) 는, 6 개의 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 의 각각에 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스 중 1 종류만을 공급하는 것이 가능해진다.
따라서, 성막 장치 (300) 에서는, 가스관 (131-1) 으로부터 가스 공급로 (122-1) 와 접속부 (141) 를 지나 가스 유로 (121-1) 및 가스 유로 (121-4) 에 공급된 제 1 가스는, 가스 유로 (121-1) 및 가스 유로 (121-4) 의 배치 위치에 뚫려 형성된 가스 분출공 (129) 으로부터 분출되어, 기판 (101) 을 향해 공급된다. 마찬가지로, 가스관 (131-2) 으로부터 가스 공급로 (122-2) 와 접속부 (141) 를 지나 가스 유로 (121-2) 및 가스 유로 (121-5) 에 공급된 제 2 가스는, 가스 유로 (121-2) 및 가스 유로 (121-5) 의 배치 위치에 뚫려 형성된 가스 분출공 (129) 으로부터 분출되어, 기판 (101) 을 향해 공급된다. 또한, 가스관 (131-3) 으로부터 가스 공급로 (122-3) 와 접속부 (141) 를 지나 가스 유로 (121-3) 및 가스 유로 (121-6) 에 공급된 제 3 가스는, 가스 유로 (121-3) 및 가스 유로 (121-6) 의 배치 위치에 뚫려 형성된 가스 분출공 (129) 으로부터 분출되어, 기판 (101) 을 향해 공급된다. 이렇게 해서, 성막 장치 (300) 의 샤워 플레이트 (124) 에서는, 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 각 가스가 기판 (101) 을 향해 샤워상으로 공급된다.
본 실시형태의 성막 장치 (300) 에서는, 가스 제어부 (140) 와 가스 밸브 (135-1 ∼ 135-3) 로 이루어지는 가스 공급 제어 기구를 갖는다.
따라서, 성막 장치 (300) 는 이 가스 공급 제어 기구를 사용하여, 가스관 (131-1 ∼ 131-3) 과 접속되는 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 의 각각에 상기 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스를 공급하고, 동시에 3 종류의 각 가스를 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 의 배치 위치에 뚫려 형성된 가스 분출공 (129) 으로부터 분출시켜, 기판 (101) 을 향해 샤워상으로 공급할 수 있다.
그 경우에서도 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 각 가스를 공급하기 위한 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 는 서로 독립되어 있어서, 샤워 플레이트 (124) 에 있어서 그 가스들이 혼합되어 상호 간에 반응하는 것은 억제되어 있다.
또한, 성막 장치 (300) 는 이 가스 공급 제어 기구를 사용하여, 가스관 (131-1 ∼ 131-3) 과 접속되는 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 의 각각에 대해, 상기 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스를 공급하는 타이밍과 기간을 제어할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스의 각각이 소정의 가스 분출공 (129) 으로부터 기판 (101) 을 향해 공급되는 타이밍을 제어할 수 있다.
그 결과, 상호 간에 반응이 일어나기 쉬운, 제 1 가스인 질소의 소스 가스와 제 3 가스인 갈륨의 소스 가스를 동시에 가스 분출공 (129) 으로부터 분출시키지 않도록 할 수 있다. 즉, 제 1 가스인 질소의 소스 가스가 소정의 가스 분출공 (129) 으로부터 분출되는 기간과, 제 3 가스인 갈륨의 소스 가스가 그것과는 다른 소정의 가스 분출공 (129) 으로부터 분출되는 기간을 분리시켜, 시분할하여 각각을 기판 (101) 을 향해 공급하도록 할 수 있다. 그 결과, 샤워 플레이트 (124) 의 표면이나 근방에 있어서, 질소의 소스 가스와 갈륨의 소스 가스가 혼합되어 상호 간에 반응하는 것을 억제할 수 있다.
그리고 성막 장치 (300) 는 가스 공급 제어 기구를 사용하여, 상기 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스의 각각을 시분할로 가스관 (131-1 ∼ 131-3) 의 각각에 공급하고, 그것들과 접속되는 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6) 의 각각에 공급할 수 있다. 그 결과, 샤워 플레이트 (124) 의 가스 분출공 (129) 으로부터는, 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스 중 1 종류만이 소정의 가스 분출공 (129) 으로부터 소정 기간 분출되도록 할 수 있다. 그리고, 그 후에는 순차적으로, 다른 종류의 가스를 각각, 소정의 가스 분출공 (129) 으로부터 소정의 기간 분출되도록 할 수 있다. 그 결과, 샤워 플레이트 (124) 의 표면이나 근방에 있어서, 질소의 소스 가스와 갈륨의 소스 가스가 혼합되어 상호 간에 반응하는 것을 억제할 수 있다.
그리고 또한, 가스 공급 제어 기구를 사용하여, 제 1 가스를 기판 (101) 을 향해 공급한 후에 제 2 가스 (분리 가스) 를 기판 (101) 을 향해 공급하는 기간을 마련하는 것과 함께, 제 3 가스의 공급 후에도 제 2 가스 (분리 가스) 의 공급 기간을 두도록 하는 것도 가능하다. 즉, 질소의 소스 가스를 공급한 후 및 갈륨의 소스 가스를 공급한 후에는, 반드시 분리 가스인 수소 가스만을 공급하는 기간을 두도록 하는 것이 가능하다. 이렇게 함으로써, 샤워 플레이트 (124) 의 표면이나 근방에 있어서, 질소의 소스 가스와 갈륨의 소스 가스가 혼합되어, 상호 간에 반응하는 것을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 성막 장치 (300) 에서는, 샤워 플레이트로서 도 4 에 나타낸 샤워 플레이트 (224) 와 동일한 구조의 것을 구비할 수 있다.
그 경우, 성막 장치 (300) 의 샤워 플레이트 (224) 는, 7 개의 가스 유로 (221-1 ∼ 221-7) 의 각각에 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스 중 1 종류만을 공급하는 것이 가능해진다.
따라서, 가스관 (131-1) 으로부터 가스 공급로 (222-1) 와 접속부 (241) 를 지나 가스 유로 (221-1) 및 가스 유로 (221-5) 에 공급된 제 1 가스는, 가스 유로 (221-1) 및 가스 유로 (221-5) 의 배치 위치에 뚫려 형성된 가스 분출공 (229) 으로부터 분출되어, 기판 (101) 을 향해 공급된다. 마찬가지로, 가스관 (131-2) 으로부터 가스 공급로 (222-2) 와 접속부 (241) 를 지나 가스 유로 (221-2), 가스 유로 (221-4) 및 가스 유로 (221-6) 에 공급된 제 2 가스는, 가스 유로 (221-2), 가스 유로 (221-4) 및 가스 유로 (221-6) 의 배치 위치에 뚫려 형성된 가스 분출공 (229) 으로부터 분출되어, 기판 (101) 을 향해 공급된다. 또한, 가스관 (131-3) 으로부터 가스 공급로 (222-3) 와 접속부 (241) 를 지나 가스 유로 (221-3) 및 가스 유로 (221-7) 에 공급된 제 3 가스는, 가스 유로 (221-3) 및 가스 유로 (221-7) 의 배치 위치에 뚫려 형성된 가스 분출공 (229) 으로부터 분출되어, 기판 (101) 을 향해 공급된다. 이렇게 해서, 본 실시형태의 샤워 플레이트 (224) 에서는, 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 각 가스가 기판 (101) 을 향해 샤워상으로 공급된다.
이 때, 샤워 플레이트 (224) 는, 제 1 가스가 공급되는 가스 유로 (221-1, 221-5) 와 제 3 가스가 공급되는 가스 유로 (221-3, 221-7) 의 사이에 제 2 가스가 공급되는 가스 유로 (221-2, 221-4, 221-6) 가 배치되는 구조로 되어 있다. 상기 서술한 바와 같이, 제 1 가스는 질소의 소스 가스이고, 제 3 가스는 갈륨의 소스 가스로, 상호 간에 반응을 일으키기 쉽다. 따라서, 샤워 플레이트 (224) 는, 서로 반응하기 쉬운 2 종류의 각 가스의 유로를 공간적 분리하여 배치하고, 추가로 그들의 사이에 반응성이 부족한 제 2 가스의 유로를 배치하고 있다.
그 결과, 샤워 플레이트 (224) 의 각 가스 유로 (221-1 ∼ 221-7) 의 배치 위치에 뚫려 형성된 가스 분출공 (229) 으로부터 분출되는 제 1 가스와 제 3 가스는 공간적인 분리가 이루어짐과 동시에, 제 2 가스의 분출로 인한 분리 효과에 의해서 그 공간적인 분리가 보다 효과적인 것이 된다.
그리고, 성막 장치 (300) 는 상기 서술한 가스 공급 제어 기구를 사용해서, 가스관 (131-1 ∼ 131-3) 과 접속되는 가스 유로 (221-1 ∼ 221-7) 의 각각에 대하여 상기 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 각 가스를 공급하는 타이밍과 기간을 제어할 수 있다. 그리고, 성막 장치 (100) 와 동일하게, 상기 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스의 각각이 가스 분출공 (229) 으로부터 기판 (101) 을 향해 공급되는 타이밍을 제어할 수 있다.
즉, 샤워 플레이트 (224) 의 가스 분출공 (229) 으로부터는, 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스 중 1 종류만이 소정의 기간, 소정의 가스 분출공 (229) 으로부터만 분출되도록 할 수 있다. 그리고, 그 후에는 순차적으로, 다른 종류의 가스를 각각 대응하는 소정의 가스 분출공 (229) 으로부터만 소정의 기간 분출되도록 할 수 있다. 그 결과, 샤워 플레이트 (224) 의 표면이나 근방에 있어서, 그 가스들이 혼합되어 상호 간에 반응하는 것을 억제할 수 있다.
이상으로부터, 성막 장치 (300) 는 샤워 플레이트 (224) 를 사용해서, 상호 간에 반응이 일어나기 쉬운 질소의 소스 가스와 갈륨의 소스 가스를 보다 효과적으로 공간적으로 또한 시간적으로 분리하여, 가스 분출공 (229) 으로부터 분출시킬 수 있다. 그 결과, 샤워 플레이트 (224) 의 표면이나 근방에 있어서, 그 가스들이 혼합되어 상호 간에 열 반응하는 것을 억제할 수 있다.
실시형태 3.
본 실시형태의 성막 장치는, 시료를 배치하는 성막실과, 성막실 내의 시료를 향하여 복수 종류의 가스를 공급하는 샤워 플레이트를 갖는다. 샤워 플레이트는 성막실의 상부에 형성되고, 상기 가스는 샤워 플레이트를 통과하여 성막실에 공급된다. 또한, 샤워 플레이트는, 성막실의 내부를 향하는 제 1 면과, 제 1 면에 대향하고 또한 성막실의 외부를 향하는 제 2 면과, 제 1 면과 제 2 면 사이에서 이들을 따라서 연장되는 복수의 가스 유로와, 복수의 가스 유로와 제 1 면을 연통시키는 복수의 가스 분출공을 갖고, 복수의 가스 유로의 각 일단으로부터 공급된 가스가 복수의 가스 분출공으로부터 성막실의 내부를 향하여 분출되도록 구성되어 있다. 다시 말하면, 샤워 플레이트는, 시료측을 향하는 제 1 면을 따르도록 내부에서 연장되어, 복수 종류의 각 가스를 공급하는 가스관에 접속되는 복수의 가스 유로와, 복수의 각 가스 유로와 성막실 안을 그 제 1 면의 측에서 연통하도록 뚫려 형성된 복수의 가스 분출공을 갖고, 가스관으로부터 복수의 가스 유로에 공급된 복수 종류의 각 가스가 복수의 가스 분출공으로부터 시료를 향해 각각 공급되도록 구성되어 있다.
또한, 이 성막 장치는, 복수의 가스 유로의 적어도 하나에 제 1 가스를 공급하는 타이밍과 다른 가스 유로에 제 2 가스를 공급하는 타이밍을 제어하는 가스 공급 제어 기구를 갖는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 복수의 각 가스 유로에 접속되는 가스관에 복수 종류의 각 가스를 공급하는 가스 공급 제어 기구를 구비하고 있고, 가스 공급 제어 기구는 복수 종류의 각 가스가 가스관에 공급되는 타이밍을 각각 제어하여, 그 복수 종류의 각 가스가 시료를 향해 공급되는 타이밍을 제어하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 이 성박 장치에 있어서, 샤워 플레이트는 시료측의 제 1 면과 대향하는 제 2 면측에 냉각 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
그리고 샤워 플레이트는, 각 가스 유로가 그 제 1 면을 따르는 소정의 방향으로 연장되어 내부를 관통함과 함께 그 각 가스 유로에 삽입되는 봉상 부재를 구비하고 있고, 봉상 부재는, 삽입된 가스 유로와 성막실 안을 연통시키는 복수의 가스 분출공 중 적어도 일부를 막는 것과 함께, 나머지 가스 분출공과 그 가스 유로를 연통시키도록 형성된 관통공을 갖고, 샤워 플레이트는, 각 가스 유로에 공급된 각 가스의 적어도 일부가 봉상 부재의 관통공을 지나, 그 관통공에 연통되는 가스 분출공으로부터 시료를 향해 공급되도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 서술한 바와 같이 본 발명의 제 1 실시형태의 성막 장치 (100) 및 제 2 실시형태의 성막 장치 (300) 는, 샤워 플레이트 (124) 및 샤워 플레이트 (224) 를 구비할 수 있다. 샤워 플레이트 (124, 224) 는, 가스 유로 (121, 221) 와 챔버 (103) 의 P1 영역을, 기판 (101) 측을 향하는 제 1 면의 측에서 연통하도록 뚫려 형성된 복수의 가스 분출공 (129, 229) 을 갖는다. 그리고, 기판 (101) 상에 에피택셜막을 형성하기 위한 원료가 되는 복수 종류의 가스가 가스 분출공 (129, 229) 으로부터 기판 (101) 을 향해 공급된다. 이 때, 원료가 되는 복수 종류의 각 가스를 분출시키는 것에 사용되는 가스 분출공 (129, 229) 의 선택과, 각 가스 분출공 (129, 229) 으로부터 분출되는 가스의 양은, 가스 제어부 (140) 와 가스 밸브 (135-1 ∼ 135-3) 로 이루어지는 가스 공급 제어 기구에 의해서 제어할 수 있다.
그 경우, 성막 장치 (100, 300) 에서는, 가스 공급 제어 기구에 의한 제어가 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6, 221-1 ∼ 221-7) 마다 실시된다. 따라서, 그들 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6, 221-1 ∼ 221-7) 각각의 배치 위치에 뚫려 형성된 복수의 가스 분출공 (129, 229) 별로 가스의 분출에 대한 제어가 이루어지게 된다. 가스 유로 (121-1 ∼ 121-6, 221-1 ∼ 221-7) 중 1 개의 배치 위치에 대응하여 뚫려 형성된 복수의 가스 분출공 (129, 229) 중에서 몇 개를 선택하여, 소정 가스의 분출을 정지시키거나 공급량을 조정하거나 하는 것은 불가능하다. 따라서, 샤워 플레이트 (124, 224) 에 있어서, 복수 종류의 각 가스를 분출하는 가스 분출공 (129, 229) 의 분포를 원하는 것처럼 세밀하게 제어하기는 곤란하였다.
그래서 본 발명의 제 3 실시형태인 성막 장치는, 샤워 플레이트에 있어서, 복수 종류의 각 가스를 분출시키는 것에 사용되는 가스 분출공에 대해서, 보다 상세한 선택이 가능하도록 구성된다. 그리고, 샤워 플레이트에 있어서 복수 종류의 각 가스를 분출시킬 가스 분출공의 분포를, 보다 세밀하게 제어할 수 있도록 구성한다.
도 7 은, 본 발명의 제 3 실시형태인 성막 장치의 샤워 플레이트의 개략 구성도이다.
본 발명의 제 3 실시형태인 성막 장치는, 도 7 에 나타내는 샤워 플레이트 (324) 를 구비하여 구성된다. 그리고, 샤워 플레이트 (324) 의 구성 요소인 가스 유로 (321) 의 구조가 상이한 것 외에는 상기 서술한 성막 장치 (100) 등과 동일한 구조를 갖는다. 따라서, 공통되는 구성 요소에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 제 3 실시형태의 성막 장치의 샤워 플레이트 (324) 는, 소정의 두께를 갖는 판상의 형상을 갖는다. 샤워 플레이트 (324) 는 스테인리스강이나 알루미늄 합금 등의 금속 재료를 사용하여 구성할 수 있다.
샤워 플레이트 (324) 의 내부에는, 샤워 플레이트 (324) 의 제 1 면인, 기판 (101) 측을 향하는 면을 따르도록 가스 유로 (321) 가 7 개 형성되어 있다. 샤워 플레이트 (324) 는, 기판 (101) 측으로 향해지고 그것과 대향하는 샤워 플레이트 (324) 의 제 1 면이 수평이 되도록 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 샤워 플레이트 (324) 내부의 가스 유로 (321-1 ∼ 321-7) 는, 샤워 플레이트 (324) 가 설치된 상태에서, 각각이 수평으로 연장되는 것과 함께, 수평 방향으로 샤워 플레이트 (324) 를 관통하도록 터널상으로 형성된다. 그리고, 가스 유로 (321-1 ∼ 321-7) 는, 샤워 플레이트 (324) 의 내부에서 소정의 간격으로 배열된다.
샤워 플레이트 (324) 를 수평 방향으로 관통하는 가스 유로 (321) 는, 단면이 원이 되는 형상을 갖는 것이 바람직하다. 그리고, 샤워 플레이트 (324) 에서는, 가스 유로 (321) 에 삽입되는 봉상 부재 (350) 를 구비한다.
봉상 부재 (350) 는 뒤에서 상세히 서술하는 바와 같이, 양단의 선단부 (351) 를 제외한 본체부 (352) 가 단면 반원이 되는 형상을 갖고, 가스 유로 (321-1 ∼ 321-7) 내에서는 복수 종류의 각 가스가 흐르는 공간이 확보되어 있다.
샤워 플레이트 (324) 는, 그 단부에 3 개의 가스 공급로 (322) 를 갖는다. 가스 공급로 (322) 는, 가스 유로 (321-1 ∼ 321-7) 의 각각과 교차하도록 배치되어 있다.
가스 공급로 (322-1 ∼ 322-3) 는 각각, 그 단부에서 가스관 (131-1, 131-2, 131-3) 과 가스 배관 접속되어 있다. 가스관 (131-1, 131-2, 131-3) 의 타방은, 예를 들어 가스 봄베를 사용하여 구성된 가스 공급부 (133-1, 133-2, 133-3) 의 각각에 접속되어 있다.
가스관 (131-1 ∼ 131-3) 의 도중에는 각각, 가스의 유량을 조정하여 가스 공급량의 조정이 가능한 가스 밸브 (135-1, 135-2, 135-3) 가 접속되어 있다. 가스 밸브 (135-1 ∼ 135-3) 는, 후술하는 가스 제어부 (140) 와 함께 제 3 실시형태의 성막 장치의 가스 공급 제어 기구를 구성하고 있다.
제 3 실시형태의 성막 장치는, 기판 (101) 상에 SiC 에피택셜막을 성막하는 것이 가능하다. 그 경우, 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스는, 탄소의 소스 가스와, 분리 가스와, 규소의 소스 가스의 3 종으로 할 수 있다. 분리 가스는, 상기 서술한 바와 같이 탄소의 소스 가스와 규소의 소스 가스를 분리하기 위한 가스이다.
그 경우, 제 1 가스인 탄소의 소스 가스는 가스 공급부 (133-1) 로부터 가스관 (131-1) 에 공급되고, 나아가서는 가스 공급로 (322-1) 에 공급된다. 마찬가지로, 제 2 가스인 분리 가스는 가스 공급부 (133-2) 로부터 가스관 (131-2) 에 공급되고, 나아가서는 가스 공급로 (322-2) 에 공급된다. 또한, 제 3 가스인 규소의 소스 가스는 가스 공급부 (133-3) 로부터 가스관 (131-3) 에 공급되고, 나아가서는 가스 공급로 (322-3) 에 공급된다.
제 3 실시형태의 성막 장치의 샤워 플레이트 (324) 에 있어서, 3 개의 가스 공급로 (322-1 ∼ 322-3) 의 각각은, 도 7 에 나타내는 바와 같이 7 개의 가스 유로 (321-1 ∼ 321-7) 의 각각과 교차하고 있다. 그리고, 가스 공급로 (322-1 ∼ 322-3) 는 가스 유로 (321-1 ∼ 321-7) 와의 교차부 중 소정의 일부로 접속부 (341) 를 구성하여, 대응하는 가스 유로 (321-1 ∼ 321-7) 와 가스 배관 접속되어 있다. 따라서, 가스 유로 (321-1 ∼ 321-7) 는, 접속부 (341) 및 가스 공급로 (322-1 ∼ 322-3) 를 통해서 대응하는 가스관 (131-1 ∼ 131-3) 과 접속된다.
도 7 에 나타내는 예에서는, 예를 들어, 가스 공급로 (322-1) 와 가스 유로 (321-1) 의 교차부에 접속부 (341) 가 구성되어 있다. 접속부 (341) 가 구성됨으로써, 가스 공급로 (322-1) 와 가스 유로 (321-1) 는 가스 배관 접속되게 된다. 그 결과, 가스 유로 (321-1) 는 접속부 (341) 및 가스 공급로 (322-1) 를 통해서 가스관 (131-1) 과 접속된다. 그리고, 가스관 (131-1) 으로부터 가스 공급로 (322-1) 에 공급된 제 1 가스는, 접속부 (341) 를 지나 가스 유로 (321-1) 에 공급되게 된다. 즉, 가스 유로 (321-1) 는 제 1 가스를 위한 가스 유로가 된다.
도 7 에 나타내는 샤워 플레이트 (324) 에서는, 동일한 접속부 (341) 가, 가스 공급로 (322-1) 와 가스 유로 (321-5) 의 교차부, 가스 공급로 (322-2) 와 가스 유로 (321-2) 의 교차부, 가스 공급로 (322-2) 와 가스 유로 (321-4) 의 교차부, 가스 공급로 (322-2) 와 가스 유로 (321-6) 의 교차부, 가스 공급로 (322-3) 와 가스 유로 (321-3) 의 교차부 및 가스 공급로 (322-3) 와 가스 유로 (321-7) 의 교차부로 구성되어 있다. 그 결과, 가스 유로 (321-5) 는, 접속부 (341) 및 가스 공급로 (322-1) 를 통해서 가스관 (131-1) 과 접속된다. 가스 유로 (321-2), 가스 유로 (321-4) 및 가스 유로 (321-6) 는, 접속부 (341) 및 가스 공급로 (322-2) 를 통해서 가스관 (131-2) 과 접속된다. 가스 유로 (321-3) 및 가스 유로 (321-7) 는 접속부 (341) 및 가스 공급로 (322-3) 를 통해서 가스관 (131-3) 과 접속된다.
따라서, 가스관 (131-1) 으로부터 가스 공급로 (322-1) 에 공급된 제 1 가스는, 접속부 (341) 를 지나 가스 유로 (321-1) 및 가스 유로 (321-5) 에 공급되게 된다. 가스 유로 (321-1) 및 가스 유로 (321-5) 는 제 1 가스를 위한 가스 유로가 된다.
마찬가지로, 가스관 (131-2) 으로부터 가스 공급로 (322-2) 에 공급된 제 2 가스는, 접속부 (341) 를 지나 가스 유로 (321-2), 가스 유로 (321-4) 및 가스 유로 (321-6) 에 공급되게 된다. 가스 유로 (321-2), 가스 유로 (321-4) 및 가스 유로 (321-6) 는 제 2 가스를 위한 가스 유로가 된다. 또한, 가스관 (131-3) 으로부터 가스 공급로 (322-3) 에 공급된 제 3 가스는, 접속부 (341) 를 지나 가스 유로 (321-3) 및 가스 유로 (321-7) 에 공급되게 된다. 가스 유로 (321-3) 및 가스 유로 (321-7) 는 제 3 가스를 위한 가스 유로가 된다.
이렇게 해서, 샤워 플레이트 (324) 는, 7 개의 가스 유로 (321-1 ∼ 321-7) 의 각각에 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스 중 1 종류만을 공급하는 것이 가능해진다. 즉, 샤워 플레이트 (324) 는, 가스 유로 (321-1 ∼ 321-7) 와 가스 공급로 (322-1 ∼ 322-3) 의 복수의 교차부 중에서 접속부를 구성하는 것을 적절히 선택하여, 가스 유로 (321-1 ∼ 321-7) 의 각각에 복수 종류의 가스 중 1 종류의 가스만이 공급되도록 구성되어 있다.
그리고, 샤워 플레이트 (324) 는, 가스 유로 (321-1 ∼ 321-7) 의 각각과 챔버 (103) 의 P1 영역을, 기판 (101) 측을 향하는 제 1 면의 측에서 연통하도록 뚫려 형성된 복수의 가스 분출공 (329) 을 갖는다. 가스 분출공 (329) 은 가스 유로 (321-1 ∼ 321-7) 의 배치 위치에 뚫려 형성되어, 샤워 플레이트 (324) 의 면 내에서, 서로 소정의 간격을 두고 분산 배치되도록 구성되어 있다.
따라서, 가스관 (131-1) 으로부터 가스 공급로 (322-1) 와 접속부 (341) 를 지나 가스 유로 (321-1) 및 가스 유로 (321-5) 에 공급된 제 1 가스는 뒤에서 상세히 서술하는 봉상 부재 (350) 에 의해 제어되어, 가스 분출공 (329) 으로부터 분출되어, 기판 (101) 을 향해 공급된다. 마찬가지로, 가스관 (131-2) 으로부터 가스 공급로 (322-2) 와 접속부 (341) 를 지나 가스 유로 (321-2), 가스 유로 (321-4) 및 가스 유로 (321-6) 에 공급된 제 2 가스는 봉상 부재 (350) 에 의해 제어되어, 가스 분출공 (329) 으로부터 분출되어, 기판 (101) 을 향해 공급된다. 또한, 가스관 (131-3) 으로부터 가스 공급로 (322-3) 와 접속부 (341) 를 지나 가스 유로 (321-3) 및 가스 유로 (321-7) 에 공급된 제 3 가스는 봉상 부재 (350) 에 의해 제어되어, 가스 분출공 (329) 으로부터 분출되어, 기판 (101) 을 향해 공급된다. 이렇게 해서, 본 실시형태의 샤워 플레이트 (324) 에서는, 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 각 가스가 기판 (101) 을 향해 샤워상으로 공급된다.
이 때, 샤워 플레이트 (324) 는, 제 1 가스가 공급되는 가스 유로 (321-1, 321-5) 와 제 3 가스가 공급되는 가스 유로 (321-3, 321-7) 의 사이에, 제 2 가스 (분리 가스) 가 공급되는 가스 유로 (321-2, 321-4, 321-6) 가 배치되는 구조로 되어 있다. 상기 서술한 바와 같이, 제 1 가스는 탄소의 소스 가스이고, 제 3 가스는 규소의 소스 가스로서, 상호 간에 반응을 일으키기 쉽다. 따라서, 샤워 플레이트 (324) 는, 서로 반응하기 쉬운 2 종류의 각 가스의 유로를 공간적 분리하여 배치하고, 추가로 그들의 사이에 반응성이 부족한 제 2 가스 (분리 가스) 의 유로를 배치하고 있다.
그 결과, 샤워 플레이트 (324) 의 가스 분출공 (329) 으로부터 분출되는 제 1 가스와 제 3 가스는 공간적인 분리가 이루어짐과 동시에, 제 2 가스의 분출로 인한 분리 효과에 의해서 그 공간적인 분리가 보다 효과적인 것이 된다.
그리고, 제 3 실시형태의 성막 장치에서는, 상기 서술한 성막 장치 (100) 와 동일하게, 가스 제어부 (140) 와 가스 밸브 (135-1 ∼ 135-3) 로 이루어지는 가스 공급 제어 기구를 갖는다.
따라서, 제 3 실시형태의 성막 장치는 이 가스 공급 제어 기구를 사용하여, 가스 배관 (131-1 ∼ 131-3) 과 접속되는 가스 유로 (321-1 ∼ 321-7) 의 각각에 대해, 상기 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 각 가스를 공급하는 타이밍과 기간을 제어할 수 있다. 그리고, 성막 장치 (100) 와 동일하게, 상기 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스의 각각이 가스 분출공 (329) 으로부터 기판 (101) 을 향해 공급되는 타이밍을 제어할 수 있다.
즉, 샤워 플레이트 (324) 의 가스 분출공 (329) 으로부터는, 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스 중 1 종류만이, 소정의 기간, 소정의 가스 분출공 (329) 으로부터만 분출되도록 할 수 있다. 그리고, 그 후에는 순차적으로 다른 종류의 가스를 각각, 대응하는 소정의 가스 분출공 (329) 으로부터만 소정의 기간 분출되도록 할 수 있다. 그 결과, 샤워 플레이트 (324) 의 표면이나 근방에 있어서, 그 가스들이 혼합되어 상호 간에 반응하는 것을 억제할 수 있다.
제 3 실시형태의 성막 장치의 샤워 플레이트 (324) 에서는, 상기 서술한 바와 같이 가스 유로 (321) 에 삽입되는 봉상 부재 (350) 를 구비하는데, 이하에 그 구조와 기능에 관해서 자세히 설명한다.
도 8 은, 본 실시형태의 샤워 플레이트의 가스 유로에 삽입되는 봉상 부재의 구조를 설명하는 도면으로, 도 8(a) 는 봉상 부재의 평면도이고, 도 8(b) 는 봉상 부재의 측면도이고, 도 8(c) 는 봉상 부재의 단면도이다.
도 8 에 나타내는 봉상 부재 (350) 는, 가스 유로 (321) 에 대응하는 길이를 갖는다. 봉상 부재 (350) 는 양단의 각각에 소정의 길이를 갖는 선단부 (351) 를 갖는다. 선단부 (351) 는 각각, 단면 원형의 형상을 갖는다. 그리고, 봉상 부재 (350) 는, 그 양단의 선단부 (351) 이외의 본체부 (352) 가 단면이 반원이 되는 형상을 구비하고 있다. 한편, 봉상 부재 (350) 의 길이에 관해서는 가스 유로 (321) 와 동등한 길이로 하는 것이 가능하지만, 삽입된 상태에서 그 선단부 (351) 의 일부가 가스 유로 (321) 로부터 돌출되도록, 가스 유로 (321) 보다 약간 길게 형성하는 것도 가능하다.
봉상 부재 (350) 는, 단면 원형인 선단부 (351) 의 단면의 반경 및 단면 반원인 본체부 (352) 의 단면의 반경이, 가스 유로 (321) 의 단면의 반경과 실질적으로 같아지도록 형성되어 있다. 따라서, 봉상 부재 (350) 가 가스 유로 (321) 에 삽입되면, 봉상 부재 (350) 의 양쪽의 선단부 (351) 가, 가스 유로 (321) 를 양단에서부터 막게 된다. 따라서, 가스 유로 (321) 에 봉상 부재 (350) 가 삽입되어 적정한 위치에 설치된 경우, 가스 유로 (321) 에 공급된 복수 종류의 각 가스가 가스 유로 (321) 의 양단으로부터 유출되는 일이 없다.
이 때, 봉상 부재 (350) 의 본체부 (352) 는, 단면이 반원의 형상이다. 따라서, 가스 유로 (321) 의 내부에서는, 가스 유로 (321) 와 봉상 부재 (350) 의 본체부 (352) 사이에 공간이 형성되어, 복수 종류의 각 가스의 유로가 확보되어 있다.
도 9 는, 본 발명의 제 3 실시형태인 성막 장치의 샤워 플레이트의 모식적인 단면도이다.
도 8 및 도 9a 에 나타내는 바와 같이, 봉상 부재 (350) 는, 가스 유로 (321) 에 삽입된 상태로, 그 본체부 (352) 가, 가스 유로 (321) 와 챔버 (103) 의 P1 영역을 연통시키는 가스 분출공 (329) 을 막도록 기능한다. 한편으로, 본체부 (352) 는 그것을 상하 방향으로 관통하는 관통공 (353) 을 형성하여 가지고 있다.
본체부 (352) 의 관통공 (353) 은, 봉상 부재 (350) 가 가스 유로 (321) 에 삽입된 상태에서 가스 유로 (321) 안에 도입된 복수 종류의 각 가스의 유로가 된다.
가스 유로 (321) 에 삽입된 봉상 부재 (350) 는, 본체부 (352) 의 관통공 (353) 과 샤워 플레이트 (324) 의 가스 분출공 (329) 이 연통되도록 하여, 가스 유로 (321) 내에 공급된 가스를 통해서 가스 분출공 (329) 으로부터 분출되도록 한다.
이렇게 해서, 샤워 플레이트 (324) 에서는, 봉상 부재 (350) 가 가스 유로 (321) 에 삽입되어, 가스 유로 (321) 와 챔버 (103) 안을 연통시키는 복수의 가스 분출공 (329) 중 적어도 일부를 막도록 기능한다. 그와 함께, 봉상 부재 (350) 는, 나머지 가스 분출공 (329) 과 그 가스 유로 (321) 를 관통공 (353) 을 통해서 연통시키도록 하여, 가스 유로 (321) 에 공급된 복수 종류의 각 가스의 적어도 일부를, 관통공 (353) 에 연통되는 가스 분출공 (329) 으로부터 기판 (101) 을 향해 공급할 수 있도록 하고 있다.
여기서, 제 3 실시형태인 성막 장치에서는, 이 봉상 부재 (350) 의 본체부 (352) 의 관통공 (353) 을 원하는 배치 구조로 형성할 수 있다. 예를 들어, 샤워 플레이트 (324) 의 가스 분출공 (329) 이 형성된 피치의 2 배의 형성 피치로 본체부 (352) 에 관통공 (353) 을 형성할 수 있다.
그와 같은 관통공 (353) 의 배치 구조를 구비한 봉상 부재 (350) 는 가스 유로 (321) 에 삽입된 경우, 가스 유로 (321) 의 배치 위치에 뚫려 형성된 가스 분출공 (329) 중 절반수의 가스 분출공 (329) 을 막게 된다. 즉, 본체부 (352) 의 관통공 (353) 에 대응하는 위치에 있는 가스 분출공 (329) 은, 본체부 (352) 에 의해 막히는 경우가 없다. 관통공 (353) 에 대응하는 위치에 없는 가스 분출공 (329) 만이 봉상 부재 (350) 의 본체부 (352) 에 의해 막히게 된다. 그 결과, 가스 유로 (321) 의 배치 위치에 뚫려 형성되어 복수 종류의 각 가스를 분출하는 가스 분출공 (329) 은, 실제로 배치된 복수 개 중에서, 1 개 걸러 절반이 막히고, 그 밖의 것이 선택되어 가스 분출에 사용되게 된다.
이와 같이, 관통공 (353) 의 원하는 배치 구조를 가진 봉상 부재 (350) 의 제어에 의해, 이미 형성되어 있는 복수의 가스 분출공 (329) 중에서 실제로 사용하는 것을 선택할 수 있다. 즉, 각 가스 유로 (321-1 ∼ 321-7) 에 대응하도록, 각 가스 유로 (321-1 ∼ 321-7) 의 배치 위치에 복수 개가 뚫려 형성된 가스 분출공 (329) 중 일부를 봉상 부재 (350) 에 의해 막을 수 있다. 그렇게 함으로써, 복수 중에서 사용하는 가스 분출공 (329) 의 선택을 실시하여, 기판 (101) 을 향해 소정의 가스를 분출시키도록 할 수 있다.
또한, 봉상 부재 (350) 의 본체부 (352) 의 관통공 (353) 을 중심부 근방에만 선택적으로 형성하고, 본체부 (352) 의 양단에 가까운 부분에는 형성하지 않도록 할 수도 있다. 그 경우, 가스 유로 (321) 의 배치 위치에 뚫려 형성된 복수의 가스 분출공 (329) 중 중심 부분과 떨어진 단의 부분에 있는 것이 선택되어, 봉상 부재 (350) 의 본체부 (352) 에 의해 막혀진다. 그리고, 각 가스를 분출할 수 있는 가스 분출공 (329) 으로는 중심 부분의 근방에 있는 것이 선택되어, 중심 부분에 집중하게 된다. 그 결과, 제 3 실시형태의 성막 장치에서는, 소정의 가스를 샤워 플레이트 (324) 로부터 기판 (101) 의 중심 부분에 집중하도록 공급할 수 있다.
그리고, 그 반대로, 봉상 부재 (350) 의 본체부 (352) 에 형성하는 관통공 (353) 을 중심 부분의 근방에는 형성하지 않고, 본체부 (352) 의 양단에 가까운 부분에 선택적으로 형성하도록 할 수도 있다. 그 경우, 가스 유로 (321) 의 배치 위치에 뚫려 형성된 복수의 가스 분출공 (329) 중 중심 부분에 가까운 부분에 있는 것이 선택되어, 봉상 부재 (350) 의 본체부 (352) 에 의해 막혀진다. 가스를 분출할 수 있는 가스 분출공 (329) 으로는, 중심 부분을 제외한 단에 가까운 부분에 있는 것이 선택되게 된다. 그 결과, 제 3 실시형태의 성막 장치에서는, 소정의 가스를 샤워 플레이트 (324) 로부터 기판 (101) 의 주연 (周緣) 부분을 향해 공급할 수 있다.
또, 가스 분출공 (329) 을 막는 폐색 부재로는 봉상 부재 (350) 에 한정되는 것은 아니다. 도 9b, 도 9c 에 나타내는 바와 같이, 뚜껑 (354) 또는 나사 (355) 등의 폐색 수단에 의해 가스 분출공 (329) 을 선택적으로 막는 것이 가능하다.
이상과 같이, 본 발명의 제 3 실시형태인 성막 장치는, 샤워 플레이트 (324) 의 표면이나 근방에 있어서, 사용하는 복수 종류의 가스가 혼합되어 상호 간에 열 반응하는 것을 억제할 수 있다. 그리고 또, 샤워 플레이트 (324) 에 있어서, 가스 유로 (321) 에 삽입되는 봉상 부재 (350) 의 관통공 (353) 의 배치 구조를 제어함으로써, 복수 종류의 각 가스를 분출시킬 가스 분출공 (329) 의 선택이 가능하도록 구성되어 있다. 그 결과, 샤워 플레이트 (324) 에 있어서, 복수 종류의 각 가스를 분출시키는 가스 분출공 (329) 의 분포를, 원하는 바와 같이 보다 세밀하게 제어할 수 있다.
실시형태 4.
본 실시형태는, 성막실 내에 배치된 시료를 향하여 샤워 플레이트로부터 복수 종류의 가스를 공급하여 그 시료 위에 소정의 막을 형성하는 성막 방법으로서, 샤워 플레이트는, 시료측을 향하는 제 1 면을 따르도록 그 내부에서 연장되는 복수의 가스 유로와, 복수의 각 가스 유로가 성막실 안과 그 제 1 면의 측에서 연통하도록 뚫려 형성된 복수의 가스 분출공을 갖고, 복수 종류의 각 가스를 공급하는 가스관을 복수의 각 가스 유로에 접속하고, 각 가스관으로부터 복수의 가스 유로에 복수 종류의 각 가스를 공급하여, 각 가스의 각각을 가스 분출공으로부터 시료를 향해 공급하는 것을 특징으로 하는 성막 방법에 관한 것이다.
여기서는, 기판 상에 SiC 에피택셜막을 성막하는 방법을 예로서 설명한다. 본 실시형태의 성막 방법은, 도 1 에 나타낸 제 1 실시형태의 성막 장치 (100) 의 다른 예로서, 도 4 에 나타낸 샤워 플레이트 (224) 를 갖는 본 발명의 실시형태의 성막 장치를 사용하여 실시할 수 있다. 따라서, 도 1, 도 4 및 도 5 등의 도면을 적절히 참조하면서 설명한다.
본 실시형태의 성막 방법은, 기상 성장을 시켜 기판 (101) 상에 에피택셜막을 성막한다. 그리고 그 성막 처리에 있어서, 샤워 플레이트 (224) 의 표면이나 근방에 있어서, 사용하는 복수 종류의 가스가 혼합되어 상호 간에 열 반응하는 것을 억제할 수 있다. 한편, 기판 (101) 의 직경은, 예를 들어 200 ㎜ 또는 300 ㎜ 로 할 수 있다.
기판 (101) 을 성막 장치의 챔버 (103) 내로 반입하는 것은, 도시하지 않은 반송용 로봇을 사용하여 실시한다.
성막 장치 (100) 의 회전부 (104) 의 내부에는, 회전축 (104b) 의 내부를 관통하는 승강핀 (도시 생략) 이 형성되어 있다. 반송용 로봇으로부터의 기판 (101) 의 수취에는, 이 승강핀이 사용된다.
승강핀을 초기 위치로부터 상승시켜, 서셉터 (102) 상방의 소정의 위치에서 반송용 로봇으로부터 승강핀이 기판 (101) 을 건네 받은 후, 기판 (101) 을 지지한 상태에서 승강핀을 하강시킨다.
그리고, 승강핀을 소정의 초기 위치로 되돌림으로써, 기판 (101) 은, 회전부 (104) 의 원통부 (104a) 상의 서셉터 (102) 위에 재치된다.
다음으로, 챔버 (103) 안을 상압의 상태 또는 적당한 감압의 상태로 한다. 이어서, 가스 제어부 (140) 의 제어에 의해 가스 밸브 (135-2) 를 제어하여, 가스 공급부 (133-2) 로부터 제 2 가스인 분리 가스로서 수소 가스를 가스관 (131-2) 에 공급한다. 그리고, 가스 공급로 (222-2) 및 접속부 (241) 를 지나 가스 유로 (221-2, 221-4, 221-6) 에 수소 가스를 공급하고, 가스 분출공 (229) 으로부터 분출시켜, P1 영역에 공급한다. 그리고, 수소 가스를 흐르게 하면서, 회전부 (104) 에 부수시켜 기판 (101) 을 50 rpm 정도로 회전시킨다.
다음으로, 히터 (120) 에 의해 기판 (101) 을 1500 ℃ ∼ 1700 ℃ 로 가열한다. 예를 들어, 성막 온도인 1650 ℃ 까지 서서히 가열한다. 동시에, 샤워 플레이트 (224) 의 유로 (242) 에 냉각수를 공급하여, 샤워 플레이트 (224) 의 냉각을 시작한다.
기판 (101) 의 온도가 1650 ℃ 에 도달한 후에는, 서서히 서셉터 (102) 상의 기판 (101) 의 회전수를 올려 가도록 한다. 그리고, 가스 제어부 (140) 의 제어에 의해 가스 밸브 (135-1 ∼ 135-3) 를 제어해서, 가스 공급부 (133-1 ∼ 133-3) 로부터 가스관 (131-1 ∼ 131-3) 의 각각에 공급하도록 하여, 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 각 가스를 챔버 (103) 내의 P1 영역에 공급한다.
그리고, 기판 (101) 의 온도를 1650 ℃ 로 유지하여, 원통부 (104a) 상의 서셉터 (102) 를 900 rpm 이상의 고속으로 회전시키면서 기판 (101) 상에서의 기상 성장을 촉진하여, 높은 성막 속도로 효율적으로 에피택셜막을 성막시킨다.
기판 (101) 상에 SiC 에피택셜막을 형성하기 위한 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스는, 탄소의 소스 가스와 분리 가스와 규소의 소스 가스의 3 종이다. 그리고, 제 1 가스인 탄소의 소스 가스로는 프로판 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 사용한다. 제 2 가스인 분리 가스로는 수소 (H2) 가스를 사용한다. 제 3 가스인 규소의 소스 가스로는 실란 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 사용한다.
가스 제어부 (140) 의 제어에 의해서, 제 1 가스인 프로판 가스와 수소 가스의 혼합 가스는 가스 공급부 (133-1) 로부터 가스관 (131-1) 에 공급되고, 나아가서는 가스 공급로 (222-1) 에 공급된다. 마찬가지로, 제 2 가스인 수소 가스는 가스 공급부 (133-2) 로부터 가스관 (131-2) 에 공급되고, 나아가서는 가스 공급로 (222-2) 에 공급된다. 또한, 제 3 가스인 실란 가스와 수소 가스의 혼합 가스는 가스 공급부 (133-3) 로부터 가스관 (131-3) 에 공급되고, 나아가서는 가스 공급로 (222-3) 에 공급된다.
이어서, 가스 공급로 (222-1) 에 공급된 프로판 가스와 수소 가스의 혼합 가스는, 접속부 (241) 를 지나 가스 유로 (221-1) 및 가스 유로 (221-5) 에 공급되게 된다.
마찬가지로, 가스 공급로 (222-2) 에 공급된 수소 가스는, 접속부 (241) 를 지나 가스 유로 (221-2), 가스 유로 (221-4) 및 가스 유로 (221-6) 에 공급되게 된다. 또한, 가스 공급로 (222-3) 에 공급된 실란 가스와 수소 가스의 혼합 가스는, 접속부 (241) 를 지나 가스 유로 (221-3) 및 가스 유로 (221-7) 에 공급되게 된다.
이렇게 해서, 샤워 플레이트 (224) 에서는 7 개의 가스 유로 (221-1 ∼ 221-7) 의 각각에, 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스 중 1 종류만이 공급된다.
샤워 플레이트 (224) 는, 가스 유로 (221-1 ∼ 221-7) 의 각각과 챔버 (103) 의 P1 영역을, 기판 (101) 측을 향하는 제 1 면의 측에서 연통하도록 뚫려 형성된 복수의 가스 분출공 (229) 을 갖는다.
따라서, 가스 유로 (221-1) 및 가스 유로 (221-5) 에 공급된 프로판 가스와 수소 가스의 혼합 가스는 가스 유로 (221-1) 및 가스 유로 (221-5) 의 배치 위치에 뚫려 형성된 가스 분출공 (229) 으로부터 분출되어, 기판 (101) 을 향해 공급된다. 마찬가지로, 가스 유로 (221-2), 가스 유로 (221-4) 및 가스 유로 (221-6) 에 공급된 수소 가스는 가스 유로 (221-2), 가스 유로 (221-4) 및 가스 유로 (221-6) 의 배치 위치에 뚫려 형성된 가스 분출공 (229) 으로부터 분출되어, 기판 (101) 을 향해 공급된다. 또한, 가스 유로 (221-3) 및 가스 유로 (221-7) 에 공급된 실란 가스와 수소 가스의 혼합 가스는 가스 유로 (221-3) 및 가스 유로 (221-7) 의 배치 위치에 뚫려 형성된 가스 분출공 (229) 으로부터 분출되어, 기판 (101) 을 향해 공급된다. 이렇게 해서, 본 실시형태의 성막 방법에서는, 에피택셜막 형성을 위한 원료가 되는 가스를 기판 상에 공급하는 단계에서, 탄소의 소스 가스와 분리 가스와 규소의 소스 가스의 3 종류의 각 가스가 각각 분리된 상태로, 샤워 플레이트 (224) 로부터 기판 (101) 을 향해 샤워상으로 공급되게 된다.
이 때, 본 실시형태의 성막 방법에서는 가스 공급 제어 기구를 사용하여, 가스관 (131-1 ∼ 131-3) 과 접속되는 가스 유로 (221-1 ∼ 221-7) 의 각각에 대해, 상기 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스를 공급하는 타이밍과 기간을 제어할 수 있다. 그 결과, 상기 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스의 각각이 가스 분출공 (229) 으로부터 기판 (101) 을 향해 공급되는 타이밍을 제어할 수 있다.
따라서, 본 실시형태의 성막 방법에서는, 기판 상에 에피택셜막을 형성하는 단계에서, 탄소의 소스 가스와 분리 가스와 규소의 소스 가스를 샤워 플레이트 (224) 로부터 기판 (101) 을 향해 시간적으로 분리시켜 공급할 수 있고, 나아가 그 공급의 순서를 제어한다.
본 실시형태의 성막 방법에서는, 상기 에피택셜막의 형성의 단계에서, 첫 번째로 탄소의 소스 가스인 프로판 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 공급하고, 두 번째로 분리 가스인 수소 가스를 공급하고, 세 번째로 규소의 소스 가스인 실란 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 공급한다. 그리고, 막형성이 종료될 때까지, 이 순서의 가스 공급을 반복한다. 이러한 가스의 공급 방법에 따름으로써, 샤워 플레이트 (224) 의 표면이나 근방에 있어서, 사용하는 복수 종류의 가스가 혼합되어 상호 간에 열 반응하는 것을 억제할 수 있다.
기판 (101) 상에서의 에피택셜막의 성막을 종료하고, 에피택셜막이 성막된 기판 (101) 이 소정의 온도까지 강온된 후, 기판 (101) 은 챔버 (103) 밖으로 반출된다. 그 경우, 먼저 승강핀을 상승시킨다. 그리고, 기판 (101) 을 하방측에서부터 지지한 후, 승강핀을 더욱 상승시켜, 서셉터 (102) 로부터 들어 올려 떼어 놓도록 한다.
그리고, 승강핀은 반송용 로봇에 기판 (101) 을 건데 준다. 기판 (101) 을 건네 받은 반송용 로봇은, 그 기판 (101) 을 챔버 (103) 밖으로 반출한다.
또한, 본 실시형태의 성막 방법에서는 다른 성막 방법으로서, MOCVD 법을 이용하여 기판 상에 GaN 에피택셜막을 성막할 수 있다. 그 경우의 성막 방법은, 도 6 에 나타낸 제 2 실시형태의 성막 장치 (300) 로서, 도 4 에 나타낸 샤워 플레이트 (224) 를 갖는 성막 장치를 사용하여 실시할 수 있다. 그리고, 기판 상에 SiC 에피택셜막을 형성하는 것과 동일하게 실시할 수 있다.
그 경우, 기판 (101) 상에 GaN 에피택셜막을 형성하기 위한 원료가 되는 복수 종류의 가스로서, 제 1 ∼ 제 3 의 3 종류의 가스를 사용할 수 있다. 이 3 종류의 가스는 제 1 가스가 질소 (N) 의 소스 가스로, 예를 들어, 암모니아 (NH3) 이다. 제 2 가스가 분리 가스로, 예를 들어 수소 가스이다. 제 3 가스가 갈륨 (Ga) 의 소스 가스로, 예를 들어 트리메틸갈륨 (TMG) 가스이다.
그리고, 기판 (101) 를 GaN 에피택셜막의 성막에 바람직한 온도로 가열한 후, 기판 (101) 상에서 기상 성장을 실시하는 단계에서, 상기 3 종류의 가스를 샤워 플레이트 (224) 로부터 기판 (101) 을 향해 분리시켜 공급할 수 있다.
그리고 또한 기상 성장을 실시하는 단계에서, 기판 (101) 을 향해 공급되는 질소의 소스 가스와 분리 가스와 갈륨의 소스 가스의 공급을 시분할로 실시하여, 그들의 공급 순서를 제어할 수 있다.
본 실시형태의 성막 방법에서는, 상기 에피택셜막의 형성 단계에서, 첫 번째로 질소의 소스 가스인 암모니아를 공급하고, 두 번째로 분리 가스인 수소 가스를 공급하고, 세 번째로 갈륨의 소스 가스인 트리메틸갈륨을 공급한다. 그리고, 막형성이 종료될 때까지 이 순서의 가스 공급을 반복한다. 이러한 가스의 공급 방법에 따름으로써, 샤워 플레이트 (224) 의 표면이나 근방에 있어서, 사용하는 복수 종류의 가스가 혼합되어 상호 간에 열 반응하는 것을 억제할 수 있다.
이상에서 설명한 본 실시형태의 성막에서는, 에피택셜막의 형성에 사용되며, 반응성이 높아 서로 반응을 하기 쉬운 복수의 가스를, 분리하여 샤워 플레이트에 도입하여, 그들이 혼합되는 일 없이, 분리된 채로 기판을 향하여 샤워상으로 공급할 수 있다.
그리고 에피택셜막의 형성에 사용되는 복수의 각 가스를 공간적으로 또한 시간적으로 분리하여 기판에 향해 공급하는 것이 가능하다. 그 결과, 사용하는 샤워 플레이트를 냉각하는 것과 더불어, 샤워 플레이트의 표면이나 근방에 있어서, 사용하는 복수 종류의 가스가 혼합되어 상호 간에 열 반응하는 것을 억제할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 각 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
예를 들어, 상기 각 실시형태에서는 성막 장치의 일례로서 에피택셜막의 성막 장치를 들었지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 성막실 내에 원료 가스를 공급하고, 성막실 내에 재치되는 반도체 기판을 가열하여 반도체 기판의 표면에 막을 형성하는 성막 장치이면, CVD 장치 등의 다른 성막 장치이어도 된다.
100, 300, 1100 성막 장치
101 기판
102, 1102 서셉터
103, 1103 챔버
104, 1104 회전부
104a, 1104a 원통부
104b, 1104b 회전축
108, 1108 샤프트
109, 1109 배선
120, 1120 히터
121, 121-1, 121-2, 121-3, 121-4, 121-5, 121-6, 221, 221-1, 221-2, 221-3, 221-4, 221-5, 221-6, 221-7, 321, 321-1, 321-2, 321-3, 321-4, 321-5, 321-6, 321-7 가스 유로
122, 122-1, 122-2, 122-3, 222, 222-1, 222-2, 222-3, 322, 322-1, 322-2, 322-3 가스 공급로
124, 224, 324, 1124 샤워 플레이트
125, 1125 가스 배기부
126, 1126 조정 밸브
127, 1127 진공 펌프
128, 1128 배기 기구
129, 229, 329, 1129 가스 분출공
131, 131-1, 131-2, 131-3 가스관
133, 133-1, 133-2, 133-3 가스 공급부
135, 135-1, 135-2, 135-3 가스 밸브
140 가스 제어부
141, 241, 341 접속부
142, 142', 242, 342 유로
350 봉상 부재
351 선단부
352 본체부
353 관통공
354 뚜껑
355 나사
1101 웨이퍼
1123 가스 공급부

Claims (10)

  1. 기판이 처리되는 성막실과,
    상기 성막실의 상부에 형성되어, 상기 기판 상에 제 1 가스 및 제 2 가스를 공급하는 샤워 플레이트와,
    상기 성막실 내의 상기 샤워 플레이트의 하방에 형성되어, 상기 기판이 탑재 가능한 지지부를 갖는 성막 장치로서,
    상기 샤워 플레이트는, 동일 수평면 내에 배치되고, 서로 평행이 되도록 형성되어, 상기 제 1 가스가 공급되는 복수의 제 1 가스 유로와,
    상기 동일 수평면 내에서 상기 복수의 제 1 가스 유로와 평행하게 배치되고, 서로 평행이 되도록 형성되어, 상기 제 2 가스가 공급되는 복수의 제 2 가스 유로와,
    상기 제 1 가스 유로에 각각 접속되어, 하방으로 상기 제 1 가스를 분출시키는 복수의 제 1 가스 분출공과,
    상기 제 2 가스 유로에 각각 접속되어, 하방으로 상기 제 2 가스를 분출시키는 복수의 제 2 가스 분출공을 갖는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 가스 유로의 적어도 하나에 상기 제 1 가스를 공급하는 타이밍과, 상기 복수의 제 2 가스 유로에 상기 제 2 가스를 공급하는 타이밍을 제어하는 가스 공급 제어 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 샤워 플레이트는 냉각 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각 수단은 상기 동일 수평면보다 상기 지지부측에 형성되는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각 수단은 상기 동일 수평면보다 상기 성막실의 상방측에 형성되는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워 플레이트는, 상기 복수의 제 1 가스 분출공 및 상기 복수의 제 2 가스 분출공 중 적어도 일부를 막는 폐색 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 폐색 부재는, 상기 제 1 가스 유로 또는 상기 제 2 가스 유로의 내부를 관통함과 함께, 상기 복수의 제 1 가스 분출공 및 상기 복수의 제 2 가스 분출공 중 적어도 일부를 막는 동시에, 다른 상기 복수의 제 1 가스 분출공 및 상기 복수의 제 2 가스 분출공과 상기 제 1 가스 유로 및 상기 제 2 가스 유로를 연통시키도록 형성된 관통공을 갖는 봉상 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 폐색 부재는 뚜껑 또는 나사인 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  9. 성막실 내에 기판을 배치하고,
    동일 수평면 내에 배치되고, 서로 평면이 되도록 형성되어, 제 1 가스가 공급되는 복수의 제 1 가스 유로와, 상기 동일 수평면 내에서 상기 복수의 제 1 가스 유로와 평행하게 배치되고, 서로 평행이 되도록 형성되어, 제 2 가스가 공급되는 복수의 제 2 가스 유로와, 상기 제 1 가스 유로에 각각 접속되어, 하방으로 상기 제 1 가스를 분출시키는 복수의 제 1 가스 분출공과, 상기 제 2 가스 유로에 각각 접속되어, 하방으로 상기 제 2 가스를 분출시키는 복수의 제 2 가스 분출공을 갖는 샤워 플레이트의, 상기 복수의 제 1 가스 유로에 상기 제 1 가스를 공급하고, 상기 복수의 제 2 가스 유로에 상기 제 2 가스를 공급하고,
    상기 복수의 제 1 가스 분출공으로부터 상기 제 1 가스 및 상기 복수의 제 2 가스 분출공으로부터 상기 제 2 가스를 상기 기판을 향하여 공급하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 및 상기 제 2 가스는 각각 Si 소스 가스와, C 소스 가스와, 분리 가스 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
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