201245514 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於基板之製造方法、半導體元件之製造方 法及基板處理裝置。 【先前技術】 氮化鎵（GaN )等化合物半導體之磊晶膜，係於處理 室內將基板載置在1片承載座上，使用加熱器將基板加熱 ，並將原料氣體供給至處理室內，使磊晶膜於高溫中成長 (參照專利文獻1 )。 〔先行技術文獻〕 〔專利文獻〕 [專利文獻1]日本特開2004- 1 72645號公報’ 【發明內容】 〔發明所欲解決之課題〕 然而，使用這種構造之裝置使膜形成在基板上之情形 ’會有一次處理的基板之片數受到限制之問題。 本發明係鑑於這種問題而硏發者，其目的在於提供可 使一次處理的基板之片數增加，以提高生產性之基板之製 造方法、半導體元件之製造方法及基板處理裝置。 〔解決課題之手段〕 本發明之一態樣係一種基板之製造方法或半導體元件 -5- 201245514 之製造方法，具備：搬入工程，用以將 :初期膜形成工程，具有：將鎵氯化物 理室內之第1步驟、自前述處理室清洗 之第1清洗步驟、在前述第1清洗步驟 前述處理室內之第2步驟、自前述處理 第2清洗步驟；以及磊晶膜形成工程， 成工程之後，將前述鎵氯化物氣體和前 至前述處理室內，以形成磊晶膜。 又，本發明之另一態樣係一種基板 處理室，係具有基板處理區域，且利用 理複數個基板；加熱裝置，用以加熱維 域；第1氣體供給系，係於前述基板處 1氣體供給口，從該第1氣體供給口將 至前述處理室內；及第2氣體供給系， 區域內設置有第2氣體供給口，從該第 氣供給至前述處理室內：前述複數個基 方向，前述第1氣體供給系具有設置在 前述高度方向延伸之第1氣體噴嘴，前 具有設置在前述處理室內，朝前述高度 體噴嘴。 本發明之另一態樣係一種基板之製 件之製造方法，具備： 搬入工程，用以將基板搬入處理室 初期膜形成工程，具有：第1步驟 基板搬入處理室內 氣體供給至前述處 前述鎵氯化物氣體 之後將氨氣供給至 室清洗前述氨氣之 係於前述初期膜形 述氨氣同時地供給 處理裝置，具備： 該基板處理區域處 持前述基板處理區 理區域內設置有第 鎵氯化物氣體供給 係於前述基板處理 2氣體供給口將氨 板並排配置在高度 前述處理室內，朝 述第2氣體供給系 方向延伸之第2氣 造方法或半導體元 內； ，係將氨氣供給至 201245514 前述處理室內以形成氨氛圍；第2步驟，係將鎵氯化物氣 體供給至經形成前述氨氛圍之處理室內；及第3步驟，用 以停止前述鎵氯化物氣體之供給；以及 磊晶膜形成工程，係於前述初期膜形成工程之後，將 前述鎵氯化物氣體和前述氨氣同時地供給至前述處理室內 以形成磊晶膜。 〔發明之效果〕 根據本發明，可提供能使一次處理的基板之片數增加 ，以提高生產性之基板之製造方法、半導體元件之製造方 法及基板處理裝置。 【實施方式】 <第一實施形態> 以下，一邊參照圖面一邊說明本發明之一實施形態。 (1)基板處理裝置之構成 首先，利用圖1說明有關本發明之一實施形態之基板 處理裝置101的構造例。 如圖1所示，有關本實施形態之基板處理裝置101係 具備框體111。將由矽或A1203等所構成的晶圓（基板） 2 00朝框體1 1 1內外搬運時，使用當做收納複數片晶圓 200的晶圓載體（基板收納容器）之匣盒110。框體111 內側的前方（圖中之右側）設置有匣盒台（基板收納容器 201245514 交遞台）114。匣盒110係構成爲藉由無圖示之工程內搬 運裝置而被載置於匣盒台114上，且被從匣盒台114上朝 框體111外搬出。 匣盒110係藉由工程內搬運裝置而載置於匣盒台114 上，並且使匣盒110內的晶圓200呈垂直姿勢，使匣盒 110的晶圓取出/放入口朝上。匣盒台114係構成爲可使匣 盒110朝框體111的後方且在縱方向90度旋轉，使匣盒 1 10內的晶圓200呈水平姿勢，使匣盒1 10的晶圓取出/放 入口朝框體111內的後方。 在框體111內的前後方向之大致中央部，設置有匣盒 棚架（基板收納容器載置棚架）105。在匣盒棚架105，構 成爲以複數段、複數列保管著複數個匣盒110。在匣盒棚 架105設置有移載棚架123，用以收納做爲後述晶圓移載 機構125的搬運對象之匣盒110。又，在匣盒台114的上 方，構成爲設置有預備匣盒棚架107，用以預備性地保管 匣盒1 1 0。 在匣盒台114和匣盒棚架105之間，設置有匣盒搬運 裝置（基板收納容器搬運裝置）118。匣盒搬運裝置118 具備：於保持著匣盒110之下可升降之匣盒升降機（基板 收納容器升降機構）U8a，及做爲於保持著匣盒110之下 可水平移動的搬運機構之匣盒搬運機構（基板收納容器搬 運機構）118b。藉由該等匣盒升降機118a和匣盒搬運機 構118b之連動動作，構成爲在匣盒台114、匣盒棚架105 、預備匣盒棚架107、移載棚架123之間搬運匣盒110。 -8- 201245514 構（基板移 ϊ 2 0 0在水 移載裝置） 載裝置升降 圓移載裝置 基板移載用 晶圓移載裝 担123上的 板保持具） (卸料）收 。在處理爐 成爲藉由爐 關於處理爐 基板保持具 處理爐202 ，設置有做 平姿勢設置 垂直地支撐 時，將處理 複數片（例 在匣盒棚架105的後方設置有晶圓移載機 載機構）125。晶圓移載機構125具備：使晶G 平方向旋轉或可直動之晶圓移載裝置（基板: 125a，及使晶圓移載裝置125a升降之晶圓移 機（基板移載裝置升降機構）125b。此外，晶 125a具備將晶圓200保持於水平姿勢之夾具（ 治具）125c。藉由該等晶圓移載裝置125a和 置升降機125b之連動動作，構成爲從移載棚| 匣盒1 1 〇內撿取晶圓200裝塡到後述晶舟（基 217 (塡料），或從晶舟217將晶圓200卸下 納到移載棚架1 23上的匣盒1 1 0內。 在框體111之後部上方設置有處理爐202 2 02的下端設置有開口（爐口），該開口係構 口擋板（爐口開閉機構）147而開閉。此外， 202之構造於後述。 在處理爐2 02的下方設置有晶舟升降機（ 升降機構）1 1 5，做爲讓晶舟2 1 7升降並搬運到 內外之升降機構。在晶舟升降機115的升降台 爲連結具之機械臂128。在機械臂128上以水 有圓盤狀的密封罩2 1 9，其係做爲將晶舟2 1 7 ，並且於藉由晶舟升降機115讓晶舟217上升 爐2 02的下端氣密地封閉之蓋體。 晶舟217具備複.數支保持構件，構成爲將 如，大約50片~150片）的晶圓200，以水平姿勢且於對 201245514 齊其中心之狀態下，在垂直方向整齊排歹！ 晶舟2 1 7的詳細構造於後述。 在匣盒棚架105的上方，設置有具備 過濾器之清潔單元134a。清潔單元134a 淨化之氛圍氣亦即清潔空氣流通於框體1 又，在晶圓移載裝置升降機125b 5 側之相反側亦即框體1 1 1的左側端部，藍 潔空氣而具備供給風扇和防塵過濾器之清 )。從無圖示之前述清潔單元吹出的清潔 流通過晶圓移載裝置125a及晶舟217的 入無圖示之排氣裝置，排出至框體Π1的 (2)基板處理裝置的動作 接著，說明有關本實施形態之基板處 作。 首先，匣盒110係藉由無圖示之工程 置於匣盒台Π4上，並且使晶圓200呈垂 1 1 〇的晶圓取出/放入口朝上。然後，藉ΰ 匣盒110朝框體111的後方且在縱方向 爲使匣盒1 10內的晶圓200呈水平姿勢， 圓取出/放入口朝框體111內的後方。 藉由匣盒搬運裝置118，自動地將匣 盒棚架105或預備匣盒棚架1〇7的經指淀 遞，予以暫時保管之後，從匣盒棚架105 丨並以多段保持。 f供給風扇和防塵 係構成爲讓經清 1 1的內部。 .晶舟升降機1 1 5 匕置有爲了供給清 潔單元（無圖示 :空氣，係構成爲 丨周圍之後，被吸 外部。 理裝置101的動 丨內搬運裝置而載 :直姿勢，使匣盒 I匣盒台 1 1 4，使 90°旋轉。其結果 使匣盒1 1 0的晶 盒1 1 〇搬運到匣 :之棚架位置並交 或預備匣盒棚架 -10 - 201245514 107移載至移載棚架123，或直接搬運至移載棚架123» 將匣盒110移載至移載棚架123後，藉由晶圓移載裝 置125a的夾具125c，經由晶圓取出/放入口從匣盒110撿 取晶圓200，藉由晶圓移載裝置125a和晶圓移載裝置升降 機125b之連續動作，將晶圓200裝塡（塡料）到位於移 載室124後方的晶舟217。將晶圓200交遞至晶舟217之 晶圓移載機構125係返回匣盒110，將下一晶圓200裝塡 到晶舟2 1 7。 預先經指定片數的晶圓200被裝塡到晶舟2 1 7後，由 爐口擋板147關閉著的處理爐202之下端，係藉由爐口擋 板147開放。接著，利用晶舟升降機115使密封罩219上 升，藉此將保持著晶圓200群的晶舟217搬入處理爐202 內（載入）。載入後，在處理爐202對晶圓200實施任意 之處理。相關之處理於後述。處理後，藉由與上述順序相 反的順序，將晶圓200及匣盒1 1 0搬出至框體1 1 1的外部 (3)處理爐之構造 接著，參照圖2、圖3及圖4並說明有關本發明之一 實施形態之處理爐202的構造。 (處理室） 有關本發明之一實施形態之處理爐202’係具備做爲 反應管之處理管205，及歧管209。處理管205係由收容 -11- 201245514 做爲基板之晶圓200的內部管204，及包圍內部管 外部管203所構成。內部管204及外部管203分別 石英（Si〇2 )或碳化矽（Sic )等具有耐熱性之非 料所構成，形成上端被封閉、下端被開放之圓筒形 管2 09例如由SUS等金屬材料所構成，形成上端及 開放之圓筒形狀。內部管204及外部管203係由歧 從下端側在縱向支撐。內部管2 04、外部管203 209係彼此配置成同心圓狀。歧管209的下端（爐 成爲’於上述晶舟升降機115上升時，由密封罩2 氣密地密封。在歧管209的下端和密封罩219之間 有用以將內部管204內氣密地密封之〇型環等密封 無圖示）。 在內部管204的內部形成有用以處理晶圓200 室201 (基板處理區域）。內部管204內（處理室 )構成爲，做爲基板保持具的晶舟217係從下方插 部管204及歧管209的內徑，構成爲比裝塡有晶圓 晶舟2 1 7之最大外形還大。 晶舟217具備：在上下方的一對端板217c,及 架設在一對端板217c之間的複數支（例如3支 2 1 7 a。端板2 1 7 c及支柱2 1 7 a係由石英或碳化矽等 熱性的非金屬材料所構成。在各支柱217a，複數個 2 1 7 b分別形成爲沿著支柱2 1 7 a的長度方向以等間 。各支柱217a分別配置成形成在各支柱217a的 2 1 7b彼此相對向。藉由將晶圓200的外周部插入各 204的 由例如 金屬材 狀。歧 下端被 管209 及歧管 口）構 19予以 ，設置 構件（ 之處理 20 1內 入。內 200的 垂直地 )支柱 具有耐 保持溝 隔排列 保持溝 保持溝 -12- 201245514 2 17b，而構成爲複數片（例如75片至100片）晶圓200 以大致水平姿勢具有預定的間隙（基板間距間隔）且以多 段保持。如此地，藉由將複數片晶圓200以縱向配置’而 能增加處理的基板之片數，提高生產性。 又，晶舟217係搭載在用以隔斷熱傳導之隔熱罩218 上。隔熱罩218係由旋轉軸255從下方支撐著》旋轉軸 255係設置成保持內部管204內的氣密，並且貫通密封罩 219的中心部。在密封罩219的下方設置有使旋轉軸255 旋轉之旋轉機構267。藉由旋轉機構267使旋轉軸255旋 轉，藉此構成爲在保持內部管204內的氣密之下，能使搭 載有複數片晶圓200的晶舟217旋轉。 在處理管205 (外部管203)的外周，設置有以與處 理管205爲同心圓狀且做爲加熱機構之加熱器207。加熱 器207爲圓筒形狀，藉由被當做保持板之加熱器座（無圖 示）.支撐而垂直地安裝著。在加熱器207的外周部及上端 設置有隔熱材2 07a。 (預備室及氣體噴嘴） 在內部管204的側壁設置有預備室201a，其係沿著層 積晶圓200的方向（鉛垂方向），在比內部管204的側壁 還朝內部管204的徑方向外側（外部管203的側壁側）突 出。在預備室201a和處理室201之間未設置間隔壁，預 備室201a內和處理室201內係連通成讓氣體可流通。 在預備室201a內，第1氣體噴嘴233a和第2氣體噴 -13- 201245514 嘴23 3 b分別沿著內部管204的周方向配設。第1氣體噴 嘴23 3 a及第2氣體噴嘴23 3b分別構成爲具有垂直部和水 平部的L字形狀。第1氣體噴嘴233a及第2氣體噴嘴 233b之垂直部，係沿著層積晶圓200的方向，分別配設（ 延伸）在預備室201a內。第1氣體噴嘴233a及第2氣體 噴嘴2 33 b之水平部，係分別設置成貫通歧管209的側壁 在第1氣體噴嘴233a及第2氣體噴嘴233b之垂直部 側面，第1氣體噴出口 248a及第2氣體噴出口 248b沿著 層積晶圓200的方向（鉛垂方向）分別開設有各複數個。 因而，第1氣體噴出口 248a及第2氣體噴出口 248b，係 開設在比內部管204的側壁還朝內部管204的徑方向外側 突出之位置（參照圖5)。此外，第1氣體噴出口 248a及 第2氣體噴出口 248b，係開設在對應複數片晶圓200各個 的位置（高度位置）。又，第1氣體噴出口 248a及第2 氣體噴出口 248b的開口徑，可適當調整成讓內部管204 內的氣體的流量分布或速度分布適當化，從下部遍及上部 爲相同亦可，從下部遍及上部逐漸地變大亦可。 (氣體供給單元） 在從歧管209的側壁突出的第1氣體噴嘴23 3 a之水 平端（上游側），連接著第1氣體供給管243a。在第1氣 體供給管243a的上游側設置有開閉閥241a及開閉閥241b 。又，在開閉閥241 a的上游，透過流量控制器（以下稱 -14 - 201245514 爲「MFC」）242a而設置有氨（NH3)的供給源240a 者，在開閉閥241b的上游，透過MFC242b而設置有 H2)氣體的供給源240b。 另一方面，在第2氣體噴嘴233b的水平端（上 )連接著第2氣體供給管24 3b。在第2氣體供給管 的上游側設置有開閉閥241c及開閉閥24 Id。又，在 閥24 1c的上游，透過MFC242C而設置有非活性氣體 如氬（Ar ))的供給源240c。在開閉閥241d的上游 有儲存氯化鎵（GaCl3 )的槽245。氯化鎵於常溫中爲 ，但藉由加熱至熔點7 8 °C以上，而液化儲存著。又， MFC242e及開閉閥241e，將非活性氣體（例如Ar ) 到該槽245。從槽245內的液體狀氯化鎵蒸發成的氣 氯化鎵氣體，係與做爲被供給至槽245的載體氣體之 性氣體，一起透過開閉閥24 1 d而被供給到第2·氣體 管 243b。 其中，一般而言，做爲鎵（Ga)的原料氣體，大 用所3胃二甲基嫁（以下稱爲TMG」」或二乙基錄（以 爲「TEG」）之有機金屬系之原料氣體。另一方面， 發明於將複數片晶圓以縱向排列，欲實現提高生產性 形下，爲了保持複數片晶圓間的平面間均等性，必須 朝縱方向延伸之氣體噴嘴。於該情形下，若使用上述 金屬系之原料氣體，則於到達原料氣體的下游側（處 的上部側）之途中’即因熱而分解，無法控制原料氣 上游側和下游側之反應速度。因此，本發明係使用原 。再 氫（ 游側 243b 開閉 (例 設置 固體 透過 供給 體狀 非活 供給 多使 下稱 如本 之情 設置 有機 理室 體在 料即 -15- 201245514 使在高溫中亦不易分解之鎵氯化物（例如，GaCl3 )。藉 此’能提高生產性且形成平面間均等性高的GaN膜。 又’第1氣體噴嘴係能一起供給氨氣和氫氣之構造， 氨氣的濃度爲可調整。又，第2氣體噴嘴係一起供給 GaCl3且和稀釋用非活性氣體之構造，GaCl3的濃度爲可 調整。 (氣體排出部及氣體排出口） 在內部管204的側壁，沿著層積晶圓200的方向設置 有氣體排出部204b，其係構成內部管204側壁的一部分。 氣體排出部204 b係設置在夾著內部管204內所收容著的 晶圓200，且與配設在內部管204內的複數支氣體噴嘴相 對向之位置。又，內部管204周方向的氣體排出部204b 之寬度，係構成爲比配設在內部管2 04內的複數支氣體噴 嘴的兩端之氣體噴嘴間的寬度還寬。本實施形態中，氣體 排出部204b設置在夾著晶圓200且與第1氣體噴嘴233a 及第2氣體噴嘴233b相對向之位置（第1氣體噴嘴233a 及第2氣體噴嘴23 3 b的180度相反側之位置）。又，內 部管2 04周方向的氣體排出部2 0 4b之寬度，係構成比第1 氣體噴嘴233a和第2氣體噴嘴233b之間的距離還寬。 在氣體排出部204b的側壁開設有氣體排出口 204a。 氣體排出口 204a開設在夾著晶圓200且與氣化氣體噴出 口 24 8 a及反應氣體噴出口 248b相對向之位置（例如，氣 化氣體噴出口 248a及反應氣體噴出口 248b的大約180度 -16- 201245514 相反側之位置）。有關本實施形態之氣體排出口 204a爲 孔形狀，開設在對應於複數片晶圓2 0 0各個之位置（高度 位置）。因而，外部管203和內部管204所夾著的空間 203a，係透過氣體排出口 204a而連通到內部管204內之 空間。此外，可適當調整氣體排出口 204a的孔徑，使內 部管204內的氣體之流量分布或速度分布適正化，例如從 下部遍及上部皆爲相同亦可，從下部遍及上部逐漸地變大 亦可。 又，氣體排出部204b的下端之高度位置，較佳爲對 應被搬入處理室201內的晶圓200之中最下端的晶圓200 之高度位置。同樣地，氣體排出部204b的上端之高度位 置，較佳爲對應被搬入處理室20 1內的晶圓200之中最上 端的晶圓200之高度位置。若將氣體排出部204b設置到 不存在有晶圓200的區域爲止，則應流動在晶圓200間的 氣體會流到不存在有晶圓200的區域，而有減少上述側流 動/側開孔方式之效果的情形。 (排氣單元） 在歧管209的側壁連接著排氣管231。在排氣管231 ，從上游側依序設置著：做爲壓力檢測器之壓力感測器 245、做爲壓力調整器之 APC ( Auto Pressure Controller) 閥231a、做爲真空排氣裝置之真空泵231b、用以從排出 之氣體中除去有害成分之除害設備231c。構成爲：藉由使 真空泵231b作動，同時調整APC閥242的開閉弁之打開 -17- 201245514 度，而可將內部管2 04內設定於所期望之壓力。主要係藉 由排氣管231、壓力感測器245、APC閥231a、真空泵 231b、除害設備231c來構成排氣單元。 如上述，外部管203和內部管204所夾著的空間203 a ，係透過氣體排出口 204a而連通到內部管204內的空間 。因此，透過第1氣體噴嘴233a或第2氣體噴嘴233b， 將氣體供給到內部管204內，同時利用排氣單元將外部管 203和內部管204所夾著的空間203 a排氣，藉此在內部管 204內生成從第1氣體噴出口 248a及第2氣體噴出口 248b朝向氣體排出口 204a之水平方向的氣體流10。 (控制器） 做爲控制部之控制器280係分別連接在加熱器207、 APC閥231a、真空泵231b、旋轉機構267、晶舟升降機 215、開閉閥241、^^0242等。藉由控制器280，進行控 制加熱器207的溫度調整動作、APC閥23 la的開閉及壓 力調整動作、真空泵231b之起動/停止、旋轉機構267之 旋轉速度調節，晶舟升降機215之升降動作，開閉閥241 之開閉動作、流量控制器242之流量調整等。 (基板處理工程） 接著，利用圖5說明本發明之LED等半導體元件的 製造工程之一的基板製造工程之一實施形態。此外，以下 之基板製造工程係藉由控制器280控制上述基板處理裝置 -18- 201245514 的各個構件來進行。 有關各工程係於以下詳述，但本實施例中的基板處理 工程係依下述順序進行：主要爲（1)清潔基板表面之基 板表面處理工程；（2)形成GaN之非晶質薄膜之初期層 形成工程；（3 )在初期層上形成GaN之磊晶層（以下稱 爲「晶晶層」）之嘉晶層形成工程。 其中，在形成非晶質薄膜之初期層形成工程中，若採 用磊晶層形成工程所使用之鎵氯化物之代表亦即GaCl3及 NH3 ’貝lj GaCl3之與NH3的反應爲爆發性，且其成膜率非 常地高速’大約爲 20nm/min，因而有膜厚的控制性變差 之可能性。因此，本實施例係於考慮該膜厚的控制性之下 ’在初期層形成工程中，不同時供給鎵氯化物氣體（例如 GaCl3 )和氨氣，而在其間夾著清洗來進行供給。更具體 而言，藉由重複循環以下4個步驟以形成初期層：供給含 有GaCl3的氣體，使GaCl3分子飽和吸附於基板之步驟1 ;供給非活性氣體或藉由抽成真空，以去除未吸附於基板 而殘留在爐內等的GaCl3之步驟2 ;供給含有NH3的氣體 並與吸附在基板的GaCl3反應而形成GaN膜之步驟3 ;供 給非活性氣體或抽成真空，以去除殘留在爐內的NH3之步 驟4。藉此，可使用與磊晶層形成工程相同的原料氣體， 同時提高膜厚的控制性。此外’若能藉由1次進行上述4 個步驟實現所期望的膜厚則不需重覆。 以下，詳述關於各工程。 -19- 201245514 (基板搬入工程） 首先，將複數片晶圓200裝塡（晶圓塡充）在晶舟 217。而且，藉由晶舟升降機215抬起保持著複數片晶圓 2〇〇的晶舟217並搬入內部管204內（晶舟載入）。於該 狀態下，密封罩219係呈藉由0型環220b密封歧管209 下端之狀態。 (減壓及升溫工程） 接著，藉由真空泵231b排氣，使內部管204內（處 理室201內）成爲所期望的處理壓力（真空度）。此時， 根據壓力感測器245.測定之壓力，反饋控制APC閥231a 的打開度。又，調整對加熱器207之通電量，使晶圓200 的表面成爲所期望的處理溫度。此時，根據溫度感測器檢 測到的溫度資訊，反饋控制對加熱器207之通電狀況。而 且，藉由旋轉機構267使晶舟217及晶圓200旋轉。 此外，做爲減壓及升溫工程結束時的條件，例如以下 所例示。 處理壓力：133~13300Pa，較佳爲1330〜6650Pa
處理溫度：800〜1 200°C，較佳爲1 000~ 1 0 5 0 °C (基板表面處理工程） 接著，打開開閉閥241b，透過第1氣體噴嘴23 3 a而 將氫氣供給至處理室，進行基板表面之清潔。藉由控制 MFC242b而決定氫氣的流量。 -20- 201245514 (初期層形成工程） 接著’控制真空泵或APC閥231a，使內部管204內 (處理室201內）成爲所期望的壓力（真空度）。又，並 行控制內部管204內的溫度成爲所期望的溫度。此外，以 下例示所期望的壓力及溫度。 處理壓力：20〜2660Pa，較佳爲1 330Pa， 處理溫度：45 0〜65 0°C，較佳爲5 5 0°C 所期望的壓力及溫度穩定後，開始供給用以進行形成 初期層之原料氣體。本實施例係首先於一開始即開放開閉 閥241c、241d’透過第2氣體噴嘴23 3b，供給鎵氯化物 氣體（例如GaCl3 )及必要時之稀釋用非活性氣體（例如 Ar )(鎵原料氣體供給工程）。此外，透過MFC242e、開 閉閥24 1 e，將載體氣體（例如Ar )供給到儲存著液體狀 鎵氯化物之槽24 5，藉此將在槽內氣化的鎵氯化物氣體與 載體氣體一起運出，以供給鎵氯化物氣體。 其中，藉由以預定時間流過含有鎵氯化物的氣體，使 GaCl3吸附於基板表面。接著，藉由關閉開閉閥241c、 241d，且控制真空泵及APC閥231a，進行清洗處理室201 內的鎵氯化物氣體及稀釋用非活性氣體（清洗工程）。此 外，清洗工程中，亦可供給非活性氣體。 排出鎵氯化物氣體後，開放開閉閥241a ' 241b，供給 氨氣（NH3 )及必要時的氫氣（H2 ) 。NH3氣體及氫氣的 流量係藉由MFC242a、242b控制。藉此，吸附在基板表 -21 - 201245514 面的GaCl3之中，氯原子被NH3之氮原子取代，而在基板 表面形成GaN膜（氨氣供給工程）。此外，經取代之氯原 子係與氫原子反應而以HC1之形態排氣。 接著，藉由關閉開閉閥241a、241b且控制真空泵及 APC閥231a，進行清洗處理室201內之氨及氫氣（清洗工 程）。此外，清洗工程中亦可供給非活性氣體。 藉由重複進行以上之“鎵原料氣體供給工程清洗工 程氨氣供給工程”―“清洗工程”一連串的工程，形成所 期望的厚度（例如 10〜100nm，較佳爲 20~50nm)之初期 層。此外，由於初期層係於溫度低的區域形成，因此以非 晶質狀態形成。 初期層形成工程的條件例示如以下。
GaC I3 流量 5〜500sccm (載體 Ar 10〜5000sccm) 稀釋Ar 流量1 00〜5000sccm NH3 流量 1 00~50000sccm Η 2 流量丨 Ο Ο ~ 5 Ο Ο Ο 0 s c c m (磊晶層形成工程） 接著，控制真空泵或APC閥231a，使內部管204內 (處理室201內）成爲所期望的壓力（真空度）。又，並 行控制內部管204內的溫度成爲所期望的溫度。此外，以 下例示所期望的壓力及溫度。 處理壓力：20〜1 3 300Pa’較佳爲2660Pa， -22- 201245514 處理溫度：850〜1150°C，較佳爲l〇5〇°C 所期望的壓力及溫度穩定後，藉由開放開閉閥24 1 a、 241b、241c、241d，並行供給鎵氯化物氣體、稀釋用非活 性氣體、氨氣、氫氣。藉此，使鎵氯化物氣體及氨氣反應 ，以較初期層形成時快的速度形成GaN磊晶層（以下稱爲 「磊晶層」」。磊晶層形成工程持續至形成所期望的厚度 之嘉晶層爲止。 磊晶層形成工程的條件例示如以下。 壓力 20〜13300Pa
溫度 850〜1150 °C
GaCl3 流 (載體Ar 10 稀釋Ar 流 nh3 流 量 5~500sccm ~5 OOOsccm ) 量 100〜50000sccm 量 100〜50000sccm H2 流量 100〜50000sccm (升壓工程、基板搬出工程） 在晶圓200上形成所期望的厚度之GaN膜之後，將 APC閥231a的打開度縮小，且處理管205內（內部管204 內及外部管203內）的壓力係設定爲大氣壓。而且，藉由 與基板搬入工程大致相反的順序，從內部管204內搬出已 成膜的晶圓200。 藉由所謂縱型批次式基板處理裝置，利用以上工程在 基板上形成GaN膜，藉此將基板以縱向排列並進行處理， -23- 201245514 而能形成GaN膜，提高生產性。 <第二實施形態> 接著，利用圖6說明有關本發明之 二實施形態之初期層形成工程係與第一 此以此點爲中心進彳了說明。 圖6所示之第二實施形態中的初期 由重複循環以下4個步驟以形成初期層 爲氨氛圍之步驟1;供給鎵氯化物氣體 在基板上形成GaN膜之步驟2 :供給含 去在步驟2形成的GaN膜內的殘留氯之 非活性氣體或抽成真空，以除去殘留在: 膜表面的殘留氣體之步驟4。 即，首先將處理室內設定爲氨氛圍 物氣體，在基板表面形成非晶質狀態之 藉由在氨氛圍中供給鎵‘氯化物氣體，由 含的鎵量成爲反應（成膜量）之基礎， 化物氣體之量即可調整成膜率，而提高 ，停止供給鎵氯化物氣體，進一步供給 脫離氨的氫去除GaN膜內的殘留氫，可 濃度下降，達成膜質之提升。又，雖然 物氣體之量來控制成膜率，但藉由停止 並且繼續供給氨氣，對於未反應完的鎵 提高膜厚控制性。進一步，進行清洗工 第二實施形態。第 實施形態不同，因 層形成工程，係藉 :將處理室內設定 (例如 GaCl3 )， 有NH3的氣體以除 .步驟3 ;藉由供給 爐內的NH3或GaN 之後，供給鎵氯化 GaN膜。如此地， 於鎵氯化物氣體所 因此藉由控制鎵氯 膜厚控制性。接著 氨氣。藉此，利用 ‘使GaN膜中的C1 如上述藉由鎵氯化 供給鎵氯化物氣體 亦可促使反應，而 程，藉由將反應室 -24- 201245514 內排氣，可脫除反應室內的氛圍氣體或附著在膜表面的殘 留氣體。因而，再度返回步驟1時，容易控制處理室內的 氛圍，而提高膜厚及膜質之控制性。 接著，具體地說明有關第二實施形態之初期層形成工 程。首先，控制真空栗或APC閥231a，使內部管204內 (處理室201內）成爲所期望的壓力（真空度）。又，並 行控制內部管204內的溫度成爲所期望的溫度。此外，以 下例示所期望的壓力及溫度。 處理壓力：20〜2660Pa，較佳爲1 330Pa，
處理溫度：450〜650°C，較佳爲5 50〇C 所期望的壓力及溫度穩定後，開始供給用以進行形成 初期層之原料氣體。本實施例係首先於一開始即開放開閉 閥241a、241b，透過第1氣體噴嘴233a，供給氨氣及必 要時之稀釋用氫氣，將處理室內設定爲氨氛圍（步驟1: 氨之前供給工程）。 接著，於開閉閥241a、241b開放之下，開放開閉閥 241c、24 Id，將鎵氯化物氣體、氨氣、氫氣、稀釋用非活 性氣體供給至處理室內（步驟2 :鎵原料氣體供給工程） 。藉此，在基板表面形成非晶質狀態之GaN膜。此外，本 實施形態係如上述，藉由鎵氯化物氣體之量來調整成膜率 。因而，亦可在開閉閥24 1 d的下游側設置流量控制部（ 質量流量控制器）。 接著，以預定時間供給鎵氯化物氣體後，於開閉閥 241a、241b開放之下，關閉開閉閥241c、241d，且停止 -25- 201245514 供給鎵氯化物氣體，同時繼續供給氨氣（步驟3 :氨之後 供給工程）。藉此，可使GaN膜中的C1濃度下降，而能 達成膜質之提升。又，對於未反應完的鎵亦可促使反應， 而提高膜厚控制性。 進一步，藉由關閉開閉閥241a、241b且控制真空泵 及APC閥231a，進行清洗處理室201內之氨及氫氣（步 驟4 :清洗工程）。此外，清洗工程中亦可供給非活性氣 體。 藉由重複進行以上之“氨之前供給工程鎵原料供給 工程氨之後供給工程清洗工程”一連串的工程，形 成所期望的厚度（例如10〜l〇〇nm，較佳爲20〜50nm )之 初期層。此外，由於初期層係於溫度低的區域形成，因此 以非晶質狀態形成。 初期層形成工程的條件例示如以下。
GaCl3 流量 5 〜500sccm (載體 Ar 1 0~5000sccm ) 稀釋Ar 流量1 00〜50000sccm NH3 流量 100 〜50000sccm Η2 流量 100 〜50000sccm 此外，圖6中，不變更氨氣的流量且繼續供給，但於 氨之後供給工程中，可藉由增加氨氣的供給量’以縮短氨 之後供給工程的時間。 如以上，在在第二實施形態中’於步驟2，將鎵氯化 物氣體供給至設定爲氨氛圍之處理室內。因而’由於反應 -26- 201245514 氣體之混合而有引起急劇的反應之可能性，但鎵氯化物氣 體係經常於氨氛圍下供給，因此可藉由調整壓力或鎵氯化 物氣體的流量、時間來調整成膜速度。又，根據條件亦可 較第一實施形態之序列更提高成膜速度。 以上，依照實施例說明了本發明，但於不超出本發明 的宗旨之範圍內，可做各種變更。例如，在第一實施形態 之初期層形成工程序列中，分別於鎵原料氣體供給工程和 氨氣供給工程之後設有清洗工程，但爲了提高生產率而亦 可省略清洗工程，且亦可與第一及第二實施形態之初期層 形成工程序列一起從最初持續供給氨氣稀釋用氫氣直到初 期層形成工程結束爲止’進一步亦可在初期層形成工程期 間之中，持續供給鎵原料氣體的稀釋用Ar氣體。 又’例如’本發明係於檢討使用所謂縱型批次式基板 處理裝置的GaN膜之形成的過程中創造者，因此例示縱型 批次式基板處理裝置進行說明。但是，即使是一次一片進 行處理的所謂單片式裝置，或以平面狀排列複數片基板的 多片式裝置’只要考慮到鎵氯化物氣體和氨氣的爆發性反 應速度’即認爲利用本發明之初期層形成工程能提高平面 內的膜厚控制性。 以下’例示本實施例包含的發明態樣。 (附記1 ) 一種基板之製造方法或半導體元件之製造方法，具備 -27- 201245514 搬入工程，用以將基板搬入處理室內； 初期膜形成工程，具有：將鎵氯化物氣體供給至前述 處理室內之第1步驟、自前述處理室清洗前述鎵氯化物氣 體之第1清洗步驟、在前述第1清洗步驟之後將氨氣供給 至前述處理室內之第2步驟、自前述處理室清洗前述氨氣 之第2清洗步驟； 磊晶膜形成工程，係於前述初期膜形成工程之後，將 前述鎵氯化物氣體和前述氨氣同時地供給至前述處理室內 ，以形成磊晶膜。 藉此，即使於使用鎵氯化物氣體和氨氣之情形下，仍 可提高初期層的膜厚控制性。 (附記2 ) 如附記1之基板之製造方法或半導體元件之製造方法 ’其中’前述初期膜工程中的處理溫度比前述磊晶膜形成 工程中的處理溫度還低。 藉此，可以非晶質狀態形成初期膜。 (附記3 ) 如附記1或附記2之基板之製造方法或半導體元件之 製造方法，其中，在前述初期膜形成工程的第1步驟中， 進一步供給稀釋用的非活性氣體，在前述初期膜形成工程 的第2步驟中，進一步供給氫氣。 藉此’可調整鎵氯化物氣體及氨氣的濃度。 -28- 201245514 (附記4 ) 如附記1至附記3中的任一基板之製造方法或半導體 元件之製造方法，其中，前述基板係於前述處理室內，在 高度方向並排配置有複數片，前述鎵氯化物氣體係透過朝 並排配置前述複數片基板的方向延伸之第1氣體噴嘴而供 給，前述氨氣係透過朝並排配置前述複數片基板的方向延 伸之第2氣體噴嘴而供給。 藉此，由於可一次處理多數片基板而能提高生產性。 (附記5 ) 如附記1至附記4中的任一基板之製造方法或半導體 兀件之製造方法，其中，進一步具有基板表面處理工程， 其係在前述初期膜形成工程之前，將氫氣供給至前述處理 室內，用以清潔前述基板表面。 藉此，可清潔基板表面，而能形成高品質之GaN膜。 (附記6 ) —種基板之製造方法或半導體元件之製造方法，具備 搬入工程，用以將基板搬入處理室內； 初期膜形成工程，具有：第1步驟，係將氨氣供給至 前述處理室內以形成氨氛圍；第2步驟，係將鎵氯化物氣 體供給至經形成前述氨氛圍之處理室內；及 -29- 201245514 第3步驟，用以停止前述鎵氯化物氣體 磊晶膜形成工程，係於前述初期膜形成 前述鎵氯化物氣體和前述氨氣同時地供給至 以形成磊晶膜。 藉此，即使於使用鎵氯化物氣體和氨氣 可提高初期層之膜厚控制性。 具體而言，第2步驟中，由於將鎵氯化 經形成氨氛圍的處理室內，而有因反應氣體 急劇的反應之可能性，但因爲鎵氯化物氣體 圍之下被供給，因此藉由調整壓力或鎵氯化 、時間，即能調整成膜速度。又，根據條件 可能比附記1之序列更爲提高。 (附記7 ) 如附記6之基板之製造方法或半導體元 ，其中，前述第3步驟係將前述氨氣供給至 〇 藉此，藉由氨及脫離氨的氫，去除GaN ，而能降低GaN膜中的Cl濃度，而能達成 又，對於未反應完的鎵，亦可藉由NH3流 提升膜厚控制性。 (附記8 ) 如附記6或附記7中的任一基板之製造 之供給； 工程之後，將 前述處理室內 之情形下，仍 物氣體供給至 之混合而引起 經常地於氨氛 物氣體的流量 ，成膜速度亦 件之製造方法 前述處理室內 膜內的殘留氯 膜質之提升。 促使其反應以 方法或半導體 -30- 201245514 元件之製造方法，其中，在前述第3步驟之後，具有將前 述處理室內的氛圍進行排氣之第4步驟。 藉此，利用將反應室內排氣，可脫除反應室內的氛圍 氣或附著在膜表面的反應氣體、及殘留氣體，進一步藉由 減少膜中殘留物而能期待膜質之提升。 (附記9 ) 如附記6至附記8中的任一基板之製造方法或半導體 元件之製造方法，其中，前述初期膜形成工程中的處理溫 度’比前述磊晶膜形成工程中的處理溫度還低。 藉此’能以非晶質狀態形成初期膜。 (附記1 0 ) 如附記6至附記9中的任一基板之製造方法或半導體 元件之製造方法，其中，在前述初期膜形成工程的第1及 第3步驟中’進一步供給氫氣，在前述初期膜形成工程的 第2步驟中’進—步供給稀釋用的非活性氣體及氫氣^ 藉此’可調整鎵氯化物氣體及氨氣的濃度》 (附記11 ) 如附記6至附記丨0中的任—基板之製造方法或半導 體元;件之製造方法，其中，前述基板係於前述處理室內， 在高度方向並排配置有複數片，前述鎵氯化物氣體係透過 朝並排配置前述複數片基板的方向延伸之第1氣體噴嘴而 -31 - 201245514 供給，前述氨氣係透過朝並排配置前述複數片基板的方向 延伸之第2氣體噴嘴而供給。 藉此，由於可一次處理多數片基板而能提高生產性。 (附記1 2 ) 如附記6至附記11中的任一基板之製造方法或半導 體元件之製造方法，其中，進一步具有基板表面處理工程 ，其係在前述初期膜形成工程之前，將氫氣供給至前述處 理室內，用以清潔前述基板表面。 藉此，可清潔基板表面，而能形成高品質之GaN膜》 (附記1 3 ) 一種基板處理裝置，具備： 處理室，係具有基板處理區域，且利用該基板處理區 域處理複數片基板； 加熱裝置，用以加熱維持前述基板處理區域； 第1氣體供給系，係於前述基板處理區域內設置有第 1氣體供給口，從該第1氣體供給口將鎵氯化物氣體供給 至前述處理室內；及 第2氣體供給系，係於前述基板處理區域內設置有第 2氣體供給口，從該第2氣體供給口將氨氣供給至前述處 理室內， 前述複數片基板並排配置在高度方向， 前述第1氣體供給系具有設置在前述處理室內，朝前 -32- 201245514 述高度方向延伸之第1氣體噴嘴， 前述第2氣體供給系具有設置在前述處理室內，朝前 述高度方向延伸之第2氣體噴嘴。 藉此，可一次處理多數片基板而提高生產性》 (附記1 4 ) 如附記13之基板處理裝置，其中， 進一步具備： ， 用以控制前述第1氣體供給系及第2氣體供給系之控 制器：及 用以將前述處理室內的氛圍排氣之排氣系； 前述控制器係以下述方式控制前述第1及第2氣體供 給系：自前述第1氣體供給系對前述複數片基板供給前述 鎵氯化物氣體，接著清洗前述處理室，接著自前述第2氣 體供給系供給前述氨氣，接著控制前述第1氣體供給系、 前述第2氣體供給系、及前述排氣系以進行清洗前述處理 室，進一步接著自前述第1氣體供給系供給前述鎵氯化物 氣體並且自前述第2氣體供給系供給前述氨氣。 藉此，即使於使用鎵氯化物氣體和氨氣之情形下，仍 可提高初期層之膜厚控制性。 (附記1 5 ) 如附記13之基板處理裝置，其中， 進一步具備· -33- 201245514 用以控制前述第1氣體供給系及第2氣體供給系之控 制器：及 用以將前述處理室內的氛圍排氣之排氣系； 前述控制器係以下述方式控制前述第1及前述第2氣 體供給系：自前述第2氣體供給系對前述複數片基板供給 前述氨氣，接著自前述第1氣體供給系對經形成前述氨氣 氛圍之前述處理室供給前述鎵氯化物氣體，接著停止供給 前述鎵氯化物氣體並且將前述氨氣供給至前述處理室。 藉此，即使於使用鎵氯化物氣體和氨氣之情形下，仍 可提高初期層之膜厚控制性。 〔產業上之可利用性〕 以上，根據本發明，可提供一種基板之製造方法、半 導體元件之製造方法及基板處理裝置，其可使一次處理的 基板之片數增加，以提高生產性。 【圖式簡單說明】 圖1係有關本發明之一實施形態之基板處理裝置的槪 略構成圖。 圖2係有關本發明之一實施形態之基板處理裝置所具 備的處理爐之縱剖視圖。 圖3係顯示有關本發明之一實施形態之基板處理裝置 所具備的內部管之立體圖》 圖4係顯示有關本發明之一實施形態之基板處理裝置 -34- 201245514 所具備的處理管之横剖視圖。 圖5係顯示有關本發明之一實施形態之半導體元件的 製造工程之一的基板製造工程中的溫度及氣體供給之序列 圖。 圖6係顯示有關本發明之一實施形態之半導體元件的 製造工程之一的基板製造工程中的溫度及氣體供給之另依 序列圖。 【主要元件符號說明】 1 0 1 :處理裝置 200 :晶圓（基板） 2 〇 1 :處理室 201a :預備室 203 :外部管 204 :內部管 2〇4a :氣體排出口 204b :氣體排出部 20 5 :處理管 23 3 a :氣化氣體噴嘴 23 3b :反應氣體噴嘴 248a :氣化氣體噴出口 248b :反應氣體噴出口 280 :控制器（控制部） -35-