WO2012077680A1 - 基板の製造方法、半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置 - Google Patents

基板の製造方法、半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置 Download PDF

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substrate
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gas supply
gallium chloride
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PCT/JP2011/078186
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堀井　貞義
野村　久志
修 笠原
中村　直人
光浩 平野
谷山　智志
谷口　武志
豊田　一行
陽平 野口
隆史 小清水
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株式会社日立国際電気
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    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C30B29/406—Gallium nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds

Definitions

  • the present invention relates to a substrate manufacturing method, a semiconductor device manufacturing method, and a substrate processing apparatus.
  • An epitaxial film of a compound semiconductor such as gallium nitride (GaN) is grown at a high temperature by placing the substrate on a single susceptor in a processing chamber, heating the substrate using a heater, and supplying a source gas into the processing chamber. (See Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to increase the number of substrates to be processed at a time and improve the productivity of the substrate manufacturing method and the semiconductor device.
  • a manufacturing method and a substrate processing apparatus are provided.
  • One embodiment of the present invention includes a loading step of loading a substrate into a processing chamber, a first step of supplying gallium chloride gas into the processing chamber, and a first purging step of purging the gallium chloride gas from the processing chamber.
  • an initial film formation step comprising: a second step of supplying ammonia gas into the process chamber after the first purge step; and a second purge step of purging the ammonia gas from the process chamber;
  • a method for manufacturing a substrate or a method for manufacturing a semiconductor device comprising, after the step, an epitaxial film forming step of simultaneously supplying the gallium chloride gas and the ammonia gas into the processing chamber to form an epitaxial film.
  • Another embodiment of the present invention includes a substrate processing region, a processing chamber for processing a plurality of substrates in the substrate processing region, a heating apparatus for heating and maintaining the substrate processing region, and the substrate processing region.
  • the first gas supply system includes: A first gas nozzle provided in the processing chamber and extending in the height direction, and the second gas supply system provided in the processing chamber and extending in the height direction. Is a substrate processing apparatus.
  • An initial film forming step having a second step of supplying a gallium chloride gas and a third step of stopping the supply of the gallium chloride gas; and after the initial film forming step, the gallium chloride in the processing chamber.
  • a method for manufacturing a substrate or a method for manufacturing a semiconductor device comprising: an epitaxial film forming step of simultaneously supplying a gas and the ammonia gas to form an epitaxial film.
  • the present invention it is possible to provide a substrate manufacturing method, a semiconductor device manufacturing method, and a substrate processing apparatus capable of increasing the number of substrates to be processed at a time and improving productivity.
  • FIG. 3 shows a sequence diagram of temperature and gas supply in a substrate manufacturing process which is one of the semiconductor device manufacturing processes according to an embodiment of the present invention.
  • substrate which is one of the manufacturing processes of the semiconductor device concerning one Embodiment of this invention is shown.
  • the substrate processing apparatus 101 includes a casing 111.
  • a cassette 110 as a wafer carrier (substrate storage container) that stores a plurality of wafers 200 is used.
  • a cassette stage (substrate storage container delivery table) 114 is provided in front of the housing 111 (on the right side in the drawing). The cassette 110 is placed on the cassette stage 114 by an in-process transfer device (not shown), and is carried out of the casing 111 from the cassette stage 114.
  • the cassette 110 is placed on the cassette stage 114 by the in-process transfer device so that the wafer 200 in the cassette 110 is in a vertical posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces upward.
  • the cassette stage 114 rotates the cassette 110 90 degrees in the vertical direction toward the rear of the casing 111 to bring the wafer 200 in the cassette 110 into a horizontal posture, and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 is placed in the rear of the casing 111. It is configured to be able to face.
  • a cassette shelf (substrate storage container mounting shelf) 105 is installed at a substantially central portion in the front-rear direction in the casing 111.
  • the cassette shelf 105 is configured to store a plurality of cassettes 110 in a plurality of rows and a plurality of rows.
  • the cassette shelf 105 is provided with a transfer shelf 123 in which a cassette 110 to be transferred by a wafer transfer mechanism 125 described later is stored.
  • a preliminary cassette shelf 107 is provided above the cassette stage 114, and is configured to store the cassette 110 in a preliminary manner.
  • the cassette transport device 118 includes a cassette elevator (substrate storage container lifting mechanism) 118a that can be moved up and down while holding the cassette 110, and a cassette transport mechanism (substrate storage container transport mechanism) as a transport mechanism that can move horizontally while holding the cassette 110. 118b.
  • the cassette 110 is transported between the cassette stage 114, the cassette shelf 105, the spare cassette shelf 107, and the transfer shelf 123 by the cooperative operation of the cassette elevator 118a and the cassette transport mechanism 118b.
  • a wafer transfer mechanism (substrate transfer mechanism) 125 is provided behind the cassette shelf 105.
  • the wafer transfer mechanism 125 includes a wafer transfer device (substrate transfer device) 125a that can rotate or linearly move the wafer 200 in the horizontal direction, and a wafer transfer device elevator (substrate transfer device) that moves the wafer transfer device 125a up and down. Elevating mechanism) 125b.
  • the wafer transfer device 125a includes a tweezer (substrate transfer jig) 125c that holds the wafer 200 in a horizontal posture.
  • the wafer 200 is picked up from the cassette 110 on the transfer shelf 123 by the cooperative operation of the wafer transfer device 125a and the wafer transfer device elevator 125b, and is loaded into the boat (substrate holder) 217 described later (charging). Or the wafer 200 is unloaded (discharged) from the boat 217 and stored in the cassette 110 on the transfer shelf 123.
  • a processing furnace 202 is provided above the rear portion of the casing 111.
  • An opening (furnace port) is provided at the lower end of the processing furnace 202, and the opening is opened and closed by a furnace port shutter (furnace port opening / closing mechanism) 147.
  • the configuration of the processing furnace 202 will be described later.
  • a boat elevator (substrate holder lifting mechanism) 115 is provided as a lifting mechanism that moves the boat 217 up and down and conveys the boat 217 into and out of the processing furnace 202.
  • the elevator 128 of the boat elevator 115 is provided with an arm 128 as a connecting tool.
  • a disc-shaped seal cap 219 as a lid that supports the boat 217 vertically and hermetically closes the lower end of the processing furnace 202 when the boat 217 is raised by the boat elevator 115 is in a horizontal posture. Is provided.
  • the boat 217 includes a plurality of holding members, and a plurality of (for example, about 50 to 150) wafers 200 are aligned in the vertical direction in a horizontal posture and in a state where the centers thereof are aligned in multiple stages. Configured to hold. The detailed configuration of the boat 217 will be described later.
  • a clean unit 134a having a supply fan and a dustproof filter is provided above the cassette shelf 105.
  • the clean unit 134a is configured to circulate clean air, which is a cleaned atmosphere, inside the casing 111.
  • a clean unit (not shown) provided with a supply fan and a dustproof filter so as to supply clean air to the left end portion of the housing 111 opposite to the wafer transfer device elevator 125b and the boat elevator 115 side.
  • Clean air blown out from the clean unit is configured to be sucked into an exhaust device (not shown) and exhausted to the outside of the casing 111 after circulating around the wafer transfer device 125a and the boat 217. ing.
  • the cassette 110 is placed on the cassette stage 114 by an in-process transfer device (not shown) so that the wafer 200 is in a vertical posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces upward. Thereafter, the cassette 110 is rotated 90 ° in the vertical direction toward the rear of the casing 111 by the cassette stage 114. As a result, the wafer 200 in the cassette 110 assumes a horizontal posture, and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces rearward in the housing 111.
  • the cassette 110 is automatically transported to the designated shelf position of the cassette shelf 105 or the spare cassette shelf 107 by the cassette transporting device 118, delivered, temporarily stored, and then stored in the cassette shelf 105 or the spare cassette shelf.
  • the sample is transferred from 107 to the transfer shelf 123 or directly transferred to the transfer shelf 123.
  • the wafer 200 is picked up from the cassette 110 through the wafer loading / unloading port by the tweezer 125c of the wafer transfer device 125a, and the wafer transfer device 125a and the wafer transfer device elevator 125b are picked up. Are loaded (charged) into the boat 217 behind the transfer chamber 124.
  • the wafer transfer mechanism 125 that has transferred the wafer 200 to the boat 217 returns to the cassette 110 and loads the next wafer 200 into the boat 217.
  • the lower end of the processing furnace 202 closed by the furnace port shutter 147 is opened by the furnace port shutter 147.
  • the seal cap 219 is raised by the boat elevator 115, the boat 217 holding the wafer 200 group is loaded into the processing furnace 202.
  • arbitrary processing is performed on the wafer 200 in the processing furnace 202. Such processing will be described later.
  • the wafer 200 and the cassette 110 are discharged to the outside of the casing 111 by a procedure reverse to the above procedure.
  • a processing furnace 202 includes a process tube 205 as a reaction tube and a manifold 209.
  • the process tube 205 includes an inner tube 204 that accommodates a wafer 200 as a substrate, and an outer tube 203 that surrounds the inner tube 204.
  • Each of the inner tube 204 and the outer tube 203 is made of a heat-resistant non-metallic material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and has a cylindrical shape with its upper end closed and its lower end open.
  • the manifold 209 is made of, for example, a metal material such as SUS, and has a cylindrical shape with an open upper end and a lower end.
  • the inner tube 204 and the outer tube 203 are supported vertically by the manifold 209 from the lower end side.
  • the inner tube 204, the outer tube 203, and the manifold 209 are arranged concentrically with each other.
  • the lower end (furnace port) of the manifold 209 is configured to be hermetically sealed by a seal cap 219 when the above-described boat elevator 115 is raised.
  • a sealing member such as an O-ring that hermetically seals the inner tube 204 is provided between the lower end of the manifold 209 and the seal cap 219.
  • a processing chamber 201 (substrate processing region) for processing the wafer 200 is formed inside the inner tube 204.
  • a boat 217 as a substrate holder is inserted into the inner tube 204 (inside the processing chamber 201) from below.
  • the inner diameters of the inner tube 204 and the manifold 209 are configured to be larger than the maximum outer shape of the boat 217 loaded with the wafers 200.
  • the boat 217 includes a pair of end plates 217c at the top and bottom, and a plurality of (for example, three) columns 217a that are vertically installed between the pair of end plates 217c.
  • the end plate 217c and the support column 217a are made of a non-metallic material having heat resistance such as quartz or silicon carbide.
  • a plurality of holding grooves 217b are formed in each column 217a so as to be arranged at equal intervals along the longitudinal direction of the column 217a.
  • Each support column 217a is arranged so that the holding grooves 217b formed in each support column 217a face each other.
  • a plurality of (for example, 75 to 100) wafers 200 are held in multiple stages with a predetermined gap (substrate pitch interval) in a substantially horizontal posture. It is configured.
  • a predetermined gap substrate pitch interval
  • the boat 217 is mounted on a heat insulating cap 218 that blocks heat conduction.
  • the heat insulating cap 218 is supported from below by the rotating shaft 255.
  • the rotation shaft 255 is provided so as to penetrate the center portion of the seal cap 219 while maintaining airtightness in the inner tube 204.
  • a rotation mechanism 267 that rotates the rotation shaft 255 is provided below the seal cap 219. By rotating the rotation shaft 255 by the rotation mechanism 267, the boat 217 on which a plurality of wafers 200 are mounted can be rotated while maintaining the airtightness in the inner tube 204.
  • a heater 207 as a heating mechanism is provided concentrically with the process tube 205 on the outer periphery of the process tube 205 (outer tube 203).
  • the heater 207 has a cylindrical shape and is vertically installed by being supported by a heater base (not shown) as a holding plate.
  • a heat insulating material 207 a is provided on the outer peripheral portion and the upper end of the heater 207.
  • 201a is provided on the side wall of the inner tube 204.
  • No partition wall is provided between the preliminary chamber 201a and the processing chamber 201, and the inside of the preliminary chamber 201a and the processing chamber 201 communicate with each other so that gas can be circulated.
  • a first gas nozzle 233a and a second gas nozzle 233b are arranged along the circumferential direction of the inner tube 204, respectively.
  • the first gas nozzle 233a and the second gas nozzle 233b are respectively configured in an L shape having a vertical portion and a horizontal portion.
  • the vertical portions of the first gas nozzle 233a and the second gas nozzle 233b are respectively arranged (extended) in the preliminary chamber 201a along the direction in which the wafers 200 are stacked.
  • the horizontal portions of the first gas nozzle 233a and the second gas nozzle 233b are provided so as to penetrate the side wall of the manifold 209, respectively.
  • the first gas jet port 248a and the second gas jet port 248b are respectively along the direction (vertical direction) in which the wafers 200 are stacked. Several are opened. Accordingly, the first gas outlet 248a and the second gas outlet 248b are opened at positions projecting radially outward of the inner tube 204 from the side wall of the inner tube 204 (see FIG. 5). The first gas outlet 248a and the second gas outlet 248b are opened at positions (height positions) corresponding to the plurality of wafers 200, respectively.
  • the opening diameters of the first gas outlet 248a and the second gas outlet 248b can be adjusted as appropriate so as to optimize the flow rate distribution and velocity distribution of the gas in the inner tube 204. It may be the same over the range, or may gradually increase from the bottom to the top.
  • a first gas supply pipe 243a is connected to the horizontal end (upstream side) of the first gas nozzle 233a protruding from the side wall of the manifold 209.
  • an opening / closing valve 241a and an opening / closing valve 241b are provided on the upstream side of the first gas supply pipe 243a.
  • an ammonia (NH 3 ) supply source 240a is provided upstream of the on-off valve 241a via a flow rate controller (hereinafter referred to as “MFC”) 242a.
  • MFC flow rate controller
  • a hydrogen (H 2 ) gas supply source 240b is provided upstream of the opening / closing valve 241b via the MFC 242b.
  • a second gas supply pipe 243b is connected to the horizontal end (upstream side) of the second gas nozzle 233b.
  • an opening / closing valve 241c and an opening / closing valve 241d are provided on the upstream side of the second gas supply pipe 243b.
  • an inert gas (for example, argon (Ar)) supply source 240c is provided upstream of the opening / closing valve 241c via the MFC 242c.
  • a tank 245 for storing gallium chloride (GaCl 3 ) is provided upstream of the opening / closing valve 241d.
  • Gallium chloride is solid at room temperature, but is liquefied and stored by heating to 78 ° C. or higher, which is the melting point.
  • an inert gas for example, Ar
  • an inert gas for example, Ar
  • the gaseous gallium chloride gas evaporated from the liquid gallium chloride in the tank 245 is supplied to the second gas supply pipe 243b through the open / close valve 241d together with an inert gas as a carrier gas supplied to the tank 245.
  • an organometallic source gas such as trimethylgallium (hereinafter referred to as “TMG”) or triethylgallium (hereinafter referred to as “TEG”) is used.
  • TMG trimethylgallium
  • TEG triethylgallium
  • the vertical direction is used.
  • the chloride of gallium hardly decomposed raw material at high temperature (e.g., GaCl 3) is used.
  • the first gas nozzle can be supplied with hydrogen gas together with ammonia gas, and the concentration of ammonia gas can be adjusted.
  • the second gas nozzle is configured to supply an inert gas for dilution together with GaCl 3 so that the concentration of GaCl 3 can be adjusted.
  • a gas exhaust part 204b constituting a part of the side wall of the inner tube 204 is provided along the direction in which the wafer 200 is stacked.
  • the gas exhaust unit 204b is provided at a position facing a plurality of gas nozzles disposed in the inner tube 204 with the wafer 200 accommodated in the inner tube 204 interposed therebetween.
  • the width of the gas exhaust part 204 b in the circumferential direction of the inner tube 204 is configured to be wider than the width between the gas nozzles at both ends of the plurality of gas nozzles disposed in the inner tube 204.
  • the gas exhaust unit 204b is opposed to the first gas nozzle 233a and the second gas nozzle 233b across the wafer 200 (a position opposite to the first gas nozzle 233a and the second gas nozzle 233b by 180 degrees). ). Further, the width of the gas exhaust part 204b in the circumferential direction of the inner tube 204 is configured to be wider than the distance between the first gas nozzle 233a and the second gas nozzle 233b.
  • a gas exhaust port 204a is provided on the side wall of the gas exhaust unit 204b.
  • the gas exhaust port 204a is opposed to the vaporized gas jet port 248a and the reactive gas jet port 248b across the wafer 200 (for example, a position on the opposite side of the vaporized gas jet port 248a and the reactive gas jet port 248b by about 180 degrees). It has been established.
  • the gas exhaust port 204 a according to the present embodiment has a hole shape and is opened at a position (height position) corresponding to each of the plurality of wafers 200. Therefore, the space 203a sandwiched between the outer tube 203 and the inner tube 204 communicates with the space in the inner tube 204 through the gas exhaust port 204a.
  • the hole diameter of the gas exhaust port 204a can be adjusted as appropriate so as to optimize the flow rate distribution and velocity distribution of the gas in the inner tube 204.
  • the hole diameter may be the same from the lower part to the upper part. It may be gradually increased over time.
  • the height position of the lower end of the gas exhaust unit 204 b corresponds to the height position of the lowermost wafer 200 among the wafers 200 carried into the processing chamber 201.
  • the height position of the upper end of the gas exhaust unit 204 b preferably corresponds to the height position of the uppermost wafer 200 among the wafers 200 loaded into the processing chamber 201. If the gas exhaust unit 204b is provided even in a region where the wafer 200 does not exist, the gas that should flow between the wafers 200 flows in a region where the wafer 200 does not exist, and the above-described side flow / side vent system effect is reduced. This is because there is a case where it ends up.
  • An exhaust pipe 231 is connected to the side wall of the manifold 209.
  • a pressure sensor 245 as a pressure detector
  • an APC (Auto Pressure Controller) valve 231 a as a pressure regulator
  • a vacuum pump 231 b as a vacuum exhaust device
  • harmful components from the exhaust gas harmful components from the exhaust gas.
  • An abatement facility 231c for removal is provided.
  • the inner tube 204 is configured to have a desired pressure by adjusting the opening degree of the opening / closing valve of the APC valve 242 while operating the vacuum pump 231b.
  • An exhaust unit is mainly constituted by the exhaust pipe 231, the pressure sensor 245, the APC valve 231a, the vacuum pump 231b, and the abatement equipment 231c.
  • the space 203a sandwiched between the outer tube 203 and the inner tube 204 communicates with the space in the inner tube 204 through the gas exhaust port 204a. Therefore, by supplying gas into the inner tube 204 via the first gas nozzle 233a or the second gas nozzle 233b, the exhaust unit evacuates the space 203a sandwiched between the outer tube 203 and the inner tube 204, thereby A horizontal gas flow 10 from the first gas outlet 248 a and the second gas outlet 248 b toward the gas exhaust outlet 204 a is generated in the inner tube 204.
  • the controller 280 as a control unit is connected to the heater 207, the APC valve 231a, the vacuum pump 231b, the rotation mechanism 267, the boat elevator 215, the opening / closing valve 241, the MFC 242, and the like.
  • the controller 280 adjusts the temperature of the heater 207, opens and closes the APC valve 231a and adjusts the pressure, starts and stops the vacuum pump 231b, adjusts the rotation speed of the rotating mechanism 267, moves up and down the boat elevator 215, and opens and closes the opening and closing valve 241. Then, control such as flow rate adjustment of the flow rate controller 242 is performed.
  • substrate processing process Next, an embodiment of a substrate manufacturing process, which is one of the manufacturing processes of a semiconductor device such as an LED of the present invention, will be described with reference to FIG.
  • the following substrate manufacturing process is performed by the controller 280 controlling each member of the above-described substrate processing apparatus.
  • the substrate processing process in this example mainly includes (1) a substrate surface processing process for cleaning the substrate surface, (2) an initial layer forming process for forming an amorphous thin film of GaN, (3) An epitaxial layer forming step of forming an epitaxial layer of GaN (hereinafter referred to as “epi layer”) on the initial layer is performed in this order.
  • GaCl 3 and NH 3 which are representative of gallium chloride used in the epi layer forming process
  • the reaction of GaCl 3 with NH 3 is explosive.
  • the film formation rate is as high as about 20 nm / min, the controllability of the film thickness may be deteriorated. Therefore, in this embodiment, in consideration of the controllability of the film thickness, in the initial layer forming process, the gallium chloride gas (for example, GaCl 3 ) and the ammonia gas are not supplied at the same time, but supplied with a purge therebetween. Do as follows.
  • a gas containing GaCl 3 is supplied to saturately adsorb GaCl 3 molecules on the substrate, and an inert gas is supplied or evacuated to remain in the furnace without being adsorbed on the substrate.
  • Step 2 for removing GaCl 3 to be performed Step 3 for supplying a gas containing NH 3 to react with GaCl 3 adsorbed on the substrate to form a GaN film, Supplying an inert gas, or evacuation in the furnace
  • the initial layer is formed by repeating the cycle of step 4 to remove NH 3 remaining in the substrate. Thereby, the controllability of the film thickness can be improved while using the same source gas as in the epi layer forming step. Note that there is no need to repeat as long as a desired film thickness can be realized by performing the above four steps once.
  • the inside of the inner tube 204 (inside of the processing chamber 201) is evacuated by the vacuum pump 231b so that a desired processing pressure (degree of vacuum) is obtained.
  • the opening degree of the APC valve 231a is feedback-controlled based on the pressure measured by the pressure sensor 245.
  • the energization amount to the heater 207 is adjusted so that the surface of the wafer 200 has a desired processing temperature.
  • feedback control of the power supply to the heater 207 is performed based on the temperature information detected by the temperature sensor.
  • the boat 217 and the wafer 200 are rotated by the rotation mechanism 267.
  • Processing pressure 133 to 13300 Pa, preferably 1330 to 6650 Pa
  • Treatment temperature 800-1200 ° C, preferably 1000-1050 ° C
  • the opening / closing valve 241b is opened, and hydrogen gas is supplied to the processing chamber via the first gas nozzle 233a to clean the substrate surface.
  • the flow rate of hydrogen gas is determined by controlling the MFC 242b.
  • the vacuum pump and the APC valve 231a are controlled so that the inside of the inner tube 204 (inside the processing chamber 201) has a desired pressure (degree of vacuum).
  • the temperature in the inner tube 204 is controlled to be a desired temperature.
  • the desired pressure and temperature are exemplified as follows. Processing pressure: 20 to 2660 Pa, preferably 1330 Pa, Treatment temperature: 450-650 ° C, preferably 550 ° C
  • the supply of the raw material gas is started in order to form the initial layer.
  • the opening / closing valves 241c and 241d are opened, and the gallium chloride gas (for example, GaCl 3 ) and, if necessary, the inert gas for dilution (via the second gas nozzle 233b).
  • the gallium chloride gas for example, GaCl 3
  • Ar the inert gas for dilution
  • the gallium chloride gas is gallium vaporized in the tank by supplying a carrier gas (for example, Ar) to the tank 245 storing the liquid gallium chloride via the MFC 242e and the open / close valve 241e. Supplied by carrying out chloride gas with carrier gas.
  • GaCl 3 is adsorbed on the substrate surface.
  • the open / close valves 241c and 241d are closed, and the gallium chloride gas and the inert gas for dilution in the processing chamber 201 are purged by controlling the vacuum pump and the APC valve 231a (purge process). Note that an inert gas may be supplied in the purge step.
  • the on-off valves 241a and 241b are opened, and ammonia gas (NH 3 ) and, if necessary, hydrogen gas (H 2 ) are supplied.
  • the flow rates of NH 3 gas and hydrogen gas are controlled by MFCs 242a and 242b.
  • chlorine atoms in GaCl 3 adsorbed on the substrate surface are replaced with nitrogen atoms of NH 3 , and a GaN film is formed on the substrate surface (ammonia gas supply step).
  • the substituted chlorine atoms react with hydrogen atoms and are exhausted in the form of HCl.
  • the on-off valves 241a and 241b are closed, and the ammonia and hydrogen gas in the processing chamber 201 are purged by controlling the vacuum pump and the APC valve 231a (purge process). Note that an inert gas may be supplied in the purge step.
  • a desired thickness for example, 10 to 100 nm, preferably 20 to 50 nm
  • the initial layer is formed in an amorphous state because it is formed in a low temperature region.
  • Examples of conditions in the initial layer forming step are as follows. GaCl 3 flow rate 5 to 500 sccm (Carrier Ar 10 to 5000 sccm) Diluted Ar flow rate 100 to 5000 sccm NH 3 flow rate 100 to 50000 sccm H 2 flow rate 100 to 50000 sccm
  • the vacuum pump and the APC valve 231a are controlled so that the inside of the inner tube 204 (inside the processing chamber 201) has a desired pressure (degree of vacuum).
  • the temperature in the inner tube 204 is controlled to be a desired temperature.
  • the desired pressure and temperature are exemplified as follows. Processing pressure: 20 to 13300 Pa, preferably 2660 Pa, Treatment temperature: 850 to 1150 ° C, preferably 1050 ° C
  • gallium chloride gas, dilution inert gas, ammonia gas, and hydrogen gas are supplied in parallel.
  • gallium chloride gas, dilution inert gas, ammonia gas, and hydrogen gas are supplied in parallel.
  • the gallium chloride gas and the ammonia gas react to form a GaN epitaxial layer (hereinafter referred to as “epi layer”) at a speed higher than that at the time of initial layer formation.
  • epi layer GaN epitaxial layer
  • Examples of conditions in the epi layer forming step are as follows. Pressure 20 to 13300Pa Temperature 850 to 1150 ° C GaCl 3 flow rate 5 to 500 sccm (Carrier Ar 10 to 5000 sccm) Dilution Ar flow rate 100 to 50000 sccm NH 3 flow rate 100 to 50000 sccm H 2 flow rate 100 to 50000 sccm
  • the opening degree of the APC valve 231a is reduced, and the pressure in the process tube 205 (inner tube 204 and outer tube 203) is set to atmospheric pressure. Then, the film-formed wafer 200 is unloaded from the inner tube 204 by a procedure almost opposite to the substrate loading step.
  • the initial layer forming step in the second embodiment is a step 1 in which the processing chamber is set to an ammonia atmosphere, a step of supplying a gallium chloride gas (for example, GaCl 3 ) and forming a GaN film on the substrate. 2. Supplying a gas containing NH 3 to remove residual chlorine in the GaN film formed in step 2; supplying an inert gas or evacuating NH 3 remaining in the furnace; The initial layer is formed by repeating the cycle of step 4 for removing the residual gas on the surface of the GaN film.
  • a gallium chloride gas for example, GaCl 3
  • gallium chloride gas is supplied to form an amorphous GaN film on the substrate surface.
  • the amount of gallium contained in the gallium chloride gas becomes the base of the reaction (film formation amount), so the amount of gallium chloride gas can be controlled.
  • the film formation rate can be adjusted, and the film thickness controllability is improved.
  • the supply of gallium chloride gas is stopped, and ammonia gas is further supplied. Thereby, residual hydrogen in the GaN film can be removed by hydrogen desorbed from ammonia, the Cl concentration in the GaN film can be lowered, and the film quality can be improved.
  • the film formation rate is controlled by the amount of gallium chloride gas, but by stopping supply of gallium chloride gas and continuing supply of ammonia gas, gallium that has not reacted completely. Also, the reaction can be promoted, and the film thickness controllability is improved. Furthermore, by performing a purge process and exhausting the reaction chamber, residual gas adhering to the atmosphere in the reaction chamber and the film surface can be removed. Therefore, when returning to Step 1 again, the atmosphere in the processing chamber can be easily controlled, and the controllability of the film thickness and film quality is improved.
  • the vacuum pump and the APC valve 231a are controlled so that the inside of the inner tube 204 (inside the processing chamber 201) has a desired pressure (degree of vacuum).
  • the temperature in the inner tube 204 is controlled to be a desired temperature.
  • the desired pressure and temperature are exemplified as follows. Processing pressure: 20 to 2660 Pa, preferably 1330 Pa, Treatment temperature: 450-650 ° C, preferably 550 ° C
  • Step 1 Ammonia pre-feed process
  • step 2 gallium raw material. Gas supply process).
  • a flow rate control unit mass flow controller
  • Step 3 Post-ammonia supply process.
  • the Cl concentration in the GaN film can be lowered, and the film quality can be improved.
  • the reaction can be promoted also for gallium that has not reacted, and the film thickness controllability is improved.
  • step 4 purge process. Note that an inert gas may be supplied in the purge step.
  • the desired thickness for example, 10 to 100 nm, preferably 20 nm is achieved by repeating the series of steps of “pre-ammonia supply step” ⁇ “gallium raw material supply step” ⁇ “post-ammonia supply step” ⁇ “purge step”. ( ⁇ 50 nm) initial layer is formed. Note that the initial layer is formed in an amorphous state because it is formed in a low temperature region.
  • Examples of conditions in the initial layer forming step are as follows. GaCl 3 flow rate 5 to 500 sccm (Carrier Ar 10 to 5000 sccm) Dilution Ar flow rate 100 to 50000 sccm NH 3 flow rate 100 to 50000 sccm H 2 flow rate 100 to 50000 sccm
  • the supply of ammonia gas is continued without changing the flow rate, but in the post-ammonia supply step, the time of the post-ammonia supply step can be shortened by increasing the supply amount of ammonia gas. Is possible.
  • step 2 gallium chloride gas is supplied into the processing chamber that is in an ammonia atmosphere. Therefore, there is a possibility that an abrupt reaction may occur due to the mixing of the reaction gas.
  • the gallium chloride gas is always supplied in an ammonia atmosphere, the pressure, the flow rate of the gallium chloride gas, and the time are adjusted. It is possible to adjust the film speed. Further, depending on the conditions, it is possible to improve the film forming speed as compared with the sequence of the first embodiment.
  • a purge process is provided after each of the gallium source gas supply process and the ammonia gas supply process, but the purge process may be omitted to improve throughput.
  • the hydrogen gas for dilution of the ammonia gas may be continuously supplied from the beginning to the end of the initial layer formation process in both the first and second embodiments, and further for diluting the gallium source gas.
  • Ar gas may be continuously supplied throughout the initial layer forming process.
  • the present invention was created in the process of studying the formation of a GaN film using a so-called vertical batch type substrate processing apparatus, and thus the vertical batch type substrate processing apparatus has been described as an example.
  • the so-called single-wafer type apparatus for processing one sheet at a time and the multiple single-wafer type apparatus in which a plurality of substrates are arranged in a plane considering the explosive reaction rate of gallium chloride gas and ammonia gas,
  • the initial layer forming step of the present invention it is considered that the in-plane film thickness controllability is improved.
  • a loading step of loading the substrate into the processing chamber A first step of supplying a gallium chloride gas into the processing chamber; A first purge step of purging the gallium chloride gas from the processing chamber; A second step of supplying ammonia gas into the processing chamber after the first purge step; An initial film forming step having a second purge step of purging the ammonia gas from the processing chamber;
  • a method for manufacturing a substrate or a method for manufacturing a semiconductor device comprising: an epitaxial film forming step of forming an epitaxial film by simultaneously supplying the gallium chloride gas and the ammonia gas into the processing chamber after the initial film forming step.
  • Appendix 2 Appendix 1 The substrate manufacturing method or the semiconductor device manufacturing method, wherein a processing temperature in the initial film process is lower than a processing temperature in the epi film forming process. Thereby, the initial film can be formed in an amorphous state.
  • Appendix 4 In any one of appendix 1 to appendix 3, a plurality of the substrates are arranged in a height direction in the processing chamber, and the gallium chloride gas extends in a direction in which the plurality of substrates are arranged.
  • the substrate is supplied through a first gas nozzle, and the ammonia gas is supplied through a second gas nozzle extending in a direction in which the plurality of substrates are arranged side by side. Production method. As a result, a large number of substrates can be processed at a time, so that productivity is improved.
  • Appendix 5 The method for manufacturing a substrate or the semiconductor according to any one of appendices 1 to 4, further comprising a substrate surface treatment step of supplying hydrogen gas into the treatment chamber and cleaning the substrate surface before the initial film formation step Device manufacturing method. Thereby, the substrate surface can be cleaned and a high-quality GaN film can be formed.
  • the film formation rate can be adjusted by adjusting the pressure, the flow rate of gallium chloride gas, and the time. Further, depending on the conditions, it is possible to improve the film forming speed as compared with the sequence of Appendix 1.
  • the third step is a method for manufacturing a substrate or a method for manufacturing a semiconductor device that supplies the ammonia gas into the processing chamber.
  • residual chlorine in the GaN film can be removed by ammonia and hydrogen desorbed from the ammonia, the Cl concentration in the GaN film can be lowered, and the film quality can be improved.
  • gallium that has not reacted can be promoted by NH3 flow, and the film thickness controllability is improved.
  • Appendix 8 The method for manufacturing a substrate or a method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 6 or appendix 7, comprising a fourth step of exhausting the atmosphere in the processing chamber after the third step.
  • Appendix 9 The method of manufacturing a substrate or a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of Appendix 6 to Appendix 8, wherein a processing temperature in the initial film forming step is lower than a processing temperature in the epi film forming step. Thereby, the initial film can be formed in an amorphous state.
  • any one of appendix 6 to appendix 10 a plurality of the substrates are arranged in a height direction in the processing chamber, and the gallium chloride gas extends in a direction in which the plurality of substrates are arranged.
  • the substrate is supplied through a first gas nozzle, and the ammonia gas is supplied through a second gas nozzle extending in a direction in which the plurality of substrates are arranged side by side. Production method. As a result, a large number of substrates can be processed at a time, so that productivity is improved.
  • Appendix 12 The method for manufacturing a substrate or semiconductor according to any one of appendix 6 to appendix 11, further comprising a substrate surface treatment step of supplying a hydrogen gas into the treatment chamber and cleaning the substrate surface before the initial film formation step. Device manufacturing method. Thereby, the substrate surface can be cleaned and a high-quality GaN film can be formed.
  • a processing chamber having a substrate processing region and processing a plurality of substrates in the substrate processing region; A heating device for heating and maintaining the substrate processing region; A first gas supply port provided in the substrate processing region, and a first gas supply system for supplying a gallium chloride gas from the first gas supply port into the processing chamber; A second gas supply port provided in the substrate processing region, and a second gas supply system for supplying ammonia gas from the second gas supply port into the processing chamber,
  • the plurality of substrates are arranged side by side in the height direction,
  • the first gas supply system includes a first gas nozzle provided in the processing chamber and extending in the height direction,
  • the second gas supply system is a substrate processing apparatus having a second gas nozzle provided in the processing chamber and extending in the height direction.
  • Appendix 15 In Appendix 13, A controller for controlling the first gas supply system and the second gas supply system; An exhaust system for exhausting the atmosphere in the processing chamber; The controller supplies the ammonia gas from the second gas supply system to the plurality of substrates, and then supplies the gallium chloride gas from the first gas supply system to the processing chamber in the ammonia gas atmosphere. And a substrate processing apparatus for controlling the first gas supply system and the second gas supply system so as to stop the supply of the gallium chloride gas and supply the ammonia gas to the processing chamber. Thereby, the film thickness controllability of the initial layer can be improved even when gallium chloride gas and ammonia gas are used.
  • the present invention it is possible to provide a substrate manufacturing method, a semiconductor device manufacturing method, and a substrate processing apparatus capable of increasing the number of substrates to be processed at one time and improving productivity.
  • 101 substrate processing apparatus
  • 200 wafer (substrate)
  • 201 processing chamber
  • 201a spare chamber
  • 203 outer tube
  • 204 inner tube
  • 204a gas exhaust port
  • 204b gas exhaust unit
  • 205 process tube
  • 233a vaporized gas nozzle
  • 233b reactive gas nozzle
  • 248a vaporized gas outlet
  • 248b reactive gas outlet
  • 280 controller (control unit)

Abstract

　一度に処理する基板の枚数を増大させ、ＧａＮのエピタキシャル膜の生産性を向上させることができる膜の形成方法及び基板処理装置を提供する。　基板を処理室内に搬入する搬入工程と、前記処理室内にガリウム塩化物ガスを供給する第１ステップと、前記処理室から前記ガリウム塩化物ガスをパージする第１パージステップと、前記第１パージステップの後に前記処理室内にアンモニアガスを供給する第２ステップと、前記処理室から前記アンモニアガスをパージする第２パージステップとを有する初期膜形成工程と、前記初期膜形成工程の後に、前記処理室内に前記ガリウム塩化物ガスと前記アンモニアガスを同時に供給し、エピタキシャル膜を形成するエピ膜形成工程とによりＧａＮ膜を形成する。

Description

基板の製造方法、半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置
　本発明は、基板の製造方法、半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置に関する。
　窒化ガリウム（ＧａＮ）などの化合物半導体のエピタキシャル膜は、処理室内で基板を１枚のサセプタ上に載せて、ヒータを用いて基板を加熱し、処理室内に原料ガスを供給して高温下で成長させている（特許文献１参照）。
特開２００４－１７２６４５号公報
　しかしながら、このような構成の装置を用いて基板上に膜形成させる場合には、一度に処理する基板の枚数が限られてしまうという問題点があった。
　本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、一度に処理する基板の枚数を増大させ、生産性を向上させることができる基板の製造方法、半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置を提供することにある。
　本発明の一態様は、基板を処理室内に搬入する搬入工程と、前記処理室内にガリウム塩化物ガスを供給する第１ステップと、前記処理室から前記ガリウム塩化物ガスをパージする第１パージステップと、前記第１パージステップの後に前記処理室内にアンモニアガスを供給する第２ステップと、前記処理室から前記アンモニアガスをパージする第２パージステップとを有する初期膜形成工程と、前記初期膜形成工程の後に、前記処理室内に前記ガリウム塩化物ガスと前記アンモニアガスを同時に供給し、エピタキシャル膜を形成するエピ膜形成工程とを具備する基板の製造方法又は半導体デバイスの製造方法である。
　また、本発明の他の一態様は、基板処理領域を有し、該基板処理領域で複数の基板を処理する処理室と、前記基板処理領域を加熱維持する加熱装置と、前記基板処理領域内に第１ガス供給口が設けられ、該第１ガス供給口から前記処理室内へガリウム塩化物ガスを供給する第１ガス供給系と、前記基板処理領域内に第２ガス供給口が設けられ、該第２ガス供給口から前記処理室内へアンモニアガスを供給する第２ガス供給系と、を具備し、前記複数の基板は、高さ方向に並んで配置され、前記第１ガス供給系は、前記処理室内に設けられ、前記高さ方向に延在する第１のガスノズルを有し、前記第２ガス供給系は、前記処理室内に設けられ、前記高さ方向に延在する第２のガスノズルを有する基板処理装置である。
　また、本発明の他の一態様は、基板を処理室内に搬入する搬入工程と、前記処理室内をアンモニアガスを供給し、アンモニア雰囲気とする第１ステップと、前記アンモニア雰囲気とされた処理室内にガリウム塩化物ガスを供給する第２ステップと、前記ガリウム塩化物ガスの供給を停止する第３ステップとを有する初期膜形成工程と、前記初期膜形成工程の後に、前記処理室内に前記ガリウム塩化物ガスと前記アンモニアガスを同時に供給し、エピタキシャル膜を形成するエピ膜形成工程とを具備する基板の製造方法又は半導体デバイスの製造方法である。
　本発明によれば、一度に処理する基板の枚数を増大させ、生産性を向上させることができる基板の製造方法、半導体デバイスの製造方法および基板処理装置を提供することができる。
本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態にかかる基板処理装置が備える処理炉の縦断面図である。 本発明の一の実施形態にかかる基板処理装置が備えるインナチューブの斜視図を示している。 本発明の一の実施形態にかかる基板処理装置が備えるプロセスチューブの横断面図を示している。 本発明の一実施形態にかかる半導体デバイスの製造工程の一つである基板の製造工程における温度及びガス供給のシーケンス図を示している。 本発明の一実施形態にかかる半導体デバイスの製造工程の一つである基板の製造工程における温度及びガス供給の他のシーケンス図を示している。
＜第一の実施形態＞
　以下に本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
（１）基板処理装置の構成
　まず、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置１０１の構成例について、図１を用いて説明する。
　図１に示すように、本実施形態にかかる基板処理装置１０１は筐体１１１を備えている。シリコンやAl2O3等からなるウエハ（基板）２００を筐体１１１内外へ搬送するには、複数のウエハ２００を収納するウエハキャリア（基板収納容器）としてのカセット１１０が使用される。筐体１１１内側の前方（図中の右側）には、カセットステージ（基板収納容器受渡し台）１１４が設けられている。カセット１１０は、図示しない工程内搬送装置によってカセットステージ１１４上に載置され、また、カセットステージ１１４上から筐体１１１外へ搬出されるように構成されている。
　カセット１１０は、工程内搬送装置によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ１１４上に載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体１１１の後方に向けて縦方向に９０度回転させ、カセット１１０内のウエハ２００を水平姿勢とさせ、カセット１１０のウエハ出し入れ口を筐体１１１内の後方を向かせることが可能なように構成されている。
　筐体１１１内の前後方向の略中央部には、カセット棚（基板収納容器載置棚）１０５が設置されている。カセット棚１０５には、複数段、複数列にて複数個のカセット１１０が保管されるように構成されている。カセット棚１０５には、後述するウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される移載棚１２３が設けられている。また、カセットステージ１１４の上方には、予備カセット棚１０７が設けられ、予備的にカセット１１０を保管するように構成されている。
　カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置（基板収納容器搬送装置）１１８が設けられている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ（基板収納容器昇降機構）１１８ａと、カセット１１０を保持したまま水平移動可能な搬送機構としてのカセット搬送機構（基板収納容器搬送機構）１１８ｂと、を備えている。これらカセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連携動作により、カセットステージ１１４、カセット棚１０５、予備カセット棚１０７、移載棚１２３の間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。
　カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構（基板移載機構）１２５が設けられている。ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置（基板移載装置）１２５ａと、ウエハ移載装置１２５ａを昇降させるウエハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂと、を備えている。なお、ウエハ移載装置１２５ａは、ウエハ２００を水平姿勢で保持するツイーザ（基板移載用治具）１２５ｃを備えている。これらウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連携動作により、ウエハ２００を移載棚１２３上のカセット１１０内からピックアップして後述するボート（基板保持具）２１７へ装填（チャージング）したり、ウエハ２００をボート２１７から脱装（ディスチャージング）して移載棚１２３上のカセット１１０内へ収納したりするように構成されている。
　筐体１１１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端には開口（炉口）が設けられ、かかる開口は炉口シャッタ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。なお、処理炉２０２の構成については後述する。
　処理炉２０２の下方には、ボート２１７を昇降させて処理炉２０２内外へ搬送する昇降機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５の昇降台には、連結具としてのアーム１２８が設けられている。アーム１２８上には、ボート２１７を垂直に支持するとともに、ボートエレベータ１１５によりボート２１７が上昇したときに処理炉２０２の下端を気密に閉塞する蓋体としての円盤状のシールキャップ２１９が水平姿勢で設けられている。
　ボート２１７は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０枚～１５０枚程度）のウエハ２００を、水平姿勢で、かつその中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に保持するように構成されている。ボート２１７の詳細な構成については後述する。
　カセット棚１０５の上方には、供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット１３４ａが設けられている。クリーンユニット１３４ａは、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。
　また、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびボートエレベータ１１５側と反対側である筐体１１１の左側端部には、クリーンエアを供給するよう供給フアンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット（図示せず）が設置されている。図示しない前記クリーンユニットから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａ及びボート２１７の周囲を流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気されるように構成されている。
（２）基板処理装置の動作
　次に、本実施形態にかかる基板処理装置１０１の動作について説明する。
　まず、カセット１１０が、図示しない工程内搬送装置によって、ウエハ２００が垂直姿勢となりカセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ１１４上に載置される。その後、カセット１１０は、カセットステージ１１４によって、筐体１１１の後方に向けて縦方向に９０°回転させられる。その結果、カセット１１０内のウエハ２００は水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口は筐体１１１内の後方を向く。
　カセット１１０は、カセット搬送装置１１８によって、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置へ自動的に搬送されて受け渡されて一時的に保管された後、カセット棚１０５又は予備カセット棚１０７から移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接移載棚１２３に搬送される。
　カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００は、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによって、ウエハ出し入れ口を通じてカセット１１０からピックアップされ、ウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連続動作によって移載室１２４の後方にあるボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載機構１２５は、カセット１１０に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。
　予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の下端が、炉口シャッタ１４７によって開放される。続いて、シールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、ウエハ２００群を保持したボート２１７が処理炉２０２内へ搬入（ローディング）される。ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。かかる処理については後述する。処理後は、ウエハ２００およびカセット１１０は、上述の手順とは逆の手順で筐体１１１の外部へ払出される。
（３）処理炉の構成
　続いて、本発明の一実施形態にかかる処理炉２０２の構成について、図２、図３、及び、図４を参照しながら説明する。
（処理室）
　本発明の一実施形態にかかる処理炉２０２は、反応管としてのプロセスチューブ２０５と、マニホールド２０９とを備えている。プロセスチューブ２０５は、基板としてのウエハ２００が収容されるインナチューブ２０４と、インナチューブ２０４を取り囲むアウタチューブ２０３と、から構成される。インナチューブ２０４及びアウタチューブ２０３は、それぞれ例えば石英（ＳｉＯ２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性を有する非金属材料から構成され、上端が閉塞され、下端が開放された円筒形状となっている。マニホールド２０９は、例えばＳＵＳ等の金属材料から構成され、上端及び下端が開放された円筒形状となっている。インナチューブ２０４及びアウタチューブ２０３は、マニホールド２０９により下端側から縦向きに支持されている。インナチューブ２０４、アウタチューブ２０３、及びマニホールド２０９は、互いに同心円状に配置されている。マニホールド２０９の下端（炉口）は、上述したボートエレベータ１１５が上昇した際に、シールキャップ２１９により気密に封止されるように構成されている。マニホールド２０９の下端とシールキャップ２１９との間には、インナチューブ２０４内を気密に封止するＯリングなどの封止部材（図示しない）が設けられている。
　インナチューブ２０４の内部にはウエハ２００を処理する処理室２０１（基板処理領域）が形成されている。インナチューブ２０４内（処理室２０１内）には基板保持具としてのボート２１７が下方から挿入されるように構成されている。インナチューブ２０４及びマニホールド２０９の内径は、ウエハ２００を装填したボート２１７の最大外形よりも大きくなるように構成されている。
　ボート２１７は、上下で一対の端板２１７ｃと、一対の端板２１７ｃの間に垂直に架設された複数本（例えば３本）の支柱２１７ａと、を備えている。端板２１７ｃ及び支柱２１７ａは、石英や炭化珪素等の耐熱性を有する非金属材料から構成されている。各支柱２１７ａには、複数の保持溝２１７ｂが、支柱２１７ａの長手方向に沿って等間隔に配列するようにそれぞれ形成されている。各支柱２１７ａは、各支柱２１７ａに形成された保持溝２１７ｂが互いに対向するようにそれぞれ配置されている。各保持溝２１７ｂにウエハ２００の外周部を挿入することにより、複数枚（例えば７５枚から１００枚）のウエハ２００が、略水平姿勢で所定の隙間（基板ピッチ間隔）をもって多段に保持されるように構成されている。このように複数枚のウェハ２００を縦方向に配置することにより、処理する基板の枚数を増大させ、生産性を向上させることができる。
　また、ボート２１７は、熱伝導を遮断する断熱キャップ２１８上に搭載されている。断熱キャップ２１８は、回転軸２５５により下方から支持されている。回転軸２５５は、インナチューブ２０４内の気密を保持しつつ、シールキャップ２１９の中心部を貫通するように設けられている。シールキャップ２１９の下方には、回転軸２５５を回転させる回転機構２６７が設けられている。回転機構２６７により回転軸２５５を回転させることにより、インナチューブ２０４内の気密を保持したまま、複数枚のウエハ２００を搭載したボート２１７を回転させることが出来るように構成されている。
　プロセスチューブ２０５（アウタチューブ２０３）の外周には、プロセスチューブ２０５と同心円状に加熱機構としてのヒータ２０７が設けられている。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ２０７の外周部及び上端には、断熱材２０７ａが設けられている。
（予備室及びガスノズル）
　インナチューブ２０４の側壁には、ウエハ２００が積載される方向（鉛直方向）に沿って、インナチューブ２０４の側壁よりもインナチューブ２０４の径方向外側（アウタチューブ２０３の側壁側）に突出した予備室２０１ａが設けられている。予備室２０１ａと処理室２０１との間には隔壁が設けられておらず、予備室２０１ａ内と処理室２０１内とはガスの流通が可能なように連通している。
　予備室２０１ａ内には、第１のガスノズル２３３ａと、第２のガスノズル２３３ｂとが、インナチューブ２０４の周方向に沿ってそれぞれ配設されている。第１のガスノズル２３３ａ及び第２のガスノズル２３３ｂは、垂直部と水平部とを有するＬ字形状にそれぞれ構成されている。第１のガスノズル２３３ａ及び第２のガスノズル２３３ｂの垂直部は、ウエハ２００が積層される方向に沿って、予備室２０１ａ内にそれぞれ配設（延在）されている。第１のガスノズル２３３ａ及び第２のガスノズル２３３ｂの水平部は、マニホールド２０９の側壁を貫通するようにそれぞれ設けられている。
　第１のガスノズル２３３ａ及び第２のガスノズル２３３ｂの垂直部側面には、第１のガス噴出口２４８ａ及び第２のガス噴出口２４８ｂが、ウエハ２００が積層される方向（鉛直方向）に沿ってそれぞれ複数個ずつ開設されている。従って、第１のガス噴出口２４８ａ及び第２のガス噴出口２４８ｂは、インナチューブ２０４の側壁よりもインナチューブ２０４の径方向外側に突出した位置に開設されている（図５参照）。なお、第１のガス噴出口２４８ａ及び第２のガス噴出口２４８ｂは、複数枚のウエハ２００のそれぞれに対応する位置（高さ位置）に開設されている。また、第１のガス噴出口２４８ａ及び第２のガス噴出口２４８ｂの開口径は、インナチューブ２０４内のガスの流量分布や速度分布を適正化するように適宜調整することができ、下部から上部にわたって同一としてもよく、下部から上部にわたって徐々に大きくしてもよい。
（ガス供給ユニット）
　マニホールド２０９の側壁から突出した第１のガスノズル２３３ａの水平端（上流側）には、第１のガス供給管２４３ａが接続されている。第１のガス供給管２４３ａの上流側には、開閉バルブ２４１ａ及び開閉バルブ２４１ｂが設けられている。また、開閉バルブ２４１ａの上流には、流量コントローラ（以下、「ＭＦＣ」と呼ぶ。）２４２ａを介して、アンモニア（ＮＨ３）の供給源２４０ａが設けられている。更に、開閉バルブ２４１ｂの上流には、ＭＦＣ２４２ｂを介して、水素（Ｈ２）ガスの供給源２４０ｂが設けられている。
　一方、第２のガスノズル２３３ｂの水平端（上流側）には、第２のガス供給管２４３ｂが接続されている。第２のガス供給管２４３ｂの上流側には、開閉バルブ２４１ｃ及び開閉バルブ２４１ｄが設けられている。また、開閉バルブ２４１ｃの上流には、ＭＦＣ２４２ｃを介して、不活性ガス（例えば、アルゴン（Ａｒ））の供給源２４０ｃが設けられている。開閉バルブ２４１ｄの上流には、塩化ガリウム（ＧａＣｌ３）が貯蔵されるタンク２４５が設けられている。塩化ガリウムは、常温では固体であるが、融点である７８℃以上に加熱することにより、液化され貯蔵されている。また、このタンク２４５には、不活性ガス（例えばＡｒ）がＭＦＣ２４２ｅ及び開閉バルブ２４１ｅを介して供給される。タンク２４５内の液体状の塩化ガリウムから蒸発した気体状の塩化ガリウムガスは、タンク２４５に供給されるキャリアガスとしての不活性ガスと共に開閉バルブ２４１ｄを介して第２のガス供給管２４３ｂに供給される。
　ここで、一般的には、ガリウム（Ｇａ）の原料ガスとして、トリメチルガリウム（以下、「ＴＭＧ」と呼ぶ。」やトリエチルガリウム（以下、「ＴＥＧ」と呼ぶ。）といった有機金属系の原料ガスを用いることが多い。その一方で、本発明のように複数のウェハを縦方向に並べ、生産性の向上を実現しようとする場合、複数ウェハ間の面間均一性を保つためには、縦方向に延在するガスノズルを設ける必要がある。この場合、上述の有機金属系の原料ガスを用いると原料ガスの下流側（処理室の上部側）に到達する途中で、熱により分解してしまい、原料ガスの上流側と下流側で反応速度が制御できない。そこで、本発明
では、高温でも原料が分解しにくいガリウムの塩化物（例えば、ＧａＣｌ３）を用いる。これにより、生産性を向上させた上で、面間均一性が高いＧａＮ膜を形成することが可能になる。
　また、第１のガスノズルには、アンモニアガスとともに水素ガスが供給できる構成となっており、アンモニアガスの濃度が調整可能となっている。また、第２のガスノズルには、ＧａＣｌ３とともに希釈用の不活性ガスを供給する構成となっており、ＧａＣｌ３の濃度が調整可能となっている。
（ガス排気部及びガス排気口）
　インナチューブ２０４の側壁には、ウエハ２００が積載される方向に沿って、インナチューブ２０４の側壁の一部を構成するガス排気部２０４ｂが設けられている。ガス排気部２０４ｂは、インナチューブ２０４内に収容されたウエハ２００を挟んで、インナチューブ２０４内に配設された複数本のガスノズルと対向する位置に設けられている。また、インナチューブ２０４の周方向におけるガス排気部２０４ｂの幅は、インナチューブ２０４内に配設された複数本のガスノズルにおける両端のガスノズル間の幅よりも広くなるように構成されている。本実施形態において、ガス排気部２０４ｂは、ウエハ２００を挟んで第１のガスノズル２３３ａ及び第２のガスノズル２３３ｂと対向する位置（第１のガスノズル２３３ａ及び第２のガスノズル２３３ｂと１８０度反対側の位置）に設けられている。また、インナチューブ２０４の周方向におけるガス排気部２０４ｂの幅は、第１のガスノズル２３３ａと第２のガスノズル２３３ｂとの間の距離よりも広くなるように構成されている。
　ガス排気部２０４ｂの側壁にはガス排気口２０４ａが開設されている。ガス排気口２０４ａは、ウエハ２００を挟んで気化ガス噴出口２４８ａ及び反応ガス噴出口２４８ｂと対向する位置（例えば、気化ガス噴出口２４８ａ及び反応ガス噴出口２４８ｂと約１８０度反対側の位置）に開設されている。本実施形態にかかるガス排気口２０４ａは、穴形状であって、複数枚のウエハ２００のそれぞれに対応する位置（高さ位置）に開設されている。従って、アウタチューブ２０３とインナチューブ２０４とに挟まれる空間２０３ａは、ガス排気口２０４ａを介してインナチューブ２０４内の空間に連通することになる。なお、ガス排気口２０４ａの穴径は、インナチューブ２０４内のガスの流量分布や速度分布を適正化するように適宜調整することができ、例えば、下部から上部にわたって同一としてもよく、下部から上部にわたって徐々に大きくしてもよい。
　また、ガス排気部２０４ｂの下端の高さ位置は、処理室２０１内に搬入されるウエハ２００のうち最下端のウエハ２００の高さ位置に対応させることが好ましい。同様に、ガス排気部２０４ｂの上端の高さ位置は、処理室２０１内に搬入されるウエハ２００のうち最上端のウエハ２００の高さ位置に対応させることが好ましい。ウエハ２００の存在しない領域にまでガス排気部２０４ｂが設けられていると、ウエハ２００間を流れるべきガスがウエハ２００の存在しない領域に流れてしまい、上述のサイドフロー／サイドベント方式の効果が減少してしまう場合があるからである。
（排気ユニット）
　マニホールド２０９の側壁には排気管２３１が接続されている。排気管２３１には、上流側から順に、圧力検出器としての圧力センサ２４５、圧力調整器としてのＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ２３１ａ、真空排気装置としての真空ポンプ２３１ｂ、排気ガス中から有害成分を除去する除害設備２３１ｃが設けられている。真空ポンプ２３１ｂを作動させつつ、ＡＰＣバルブ２４２の開閉弁の開度を調整することにより、インナチューブ２０４内を所望の圧力とすることが可能なように構成されている。主に、排気管２３１、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２３１ａ、真空ポンプ２３１ｂ、除害設備２３１ｃにより、排気ユニットが構成される。
　上述したように、アウタチューブ２０３とインナチューブ２０４とに挟まれる空間２０３ａは、ガス排気口２０４ａを介してインナチューブ２０４内の空間に連通している。そのため、第１のガスノズル２３３ａ或いは第２のガスノズル２３３ｂを介してインナチューブ２０４内にガスを供給しつつ、排気ユニットによりアウタチューブ２０３とインナチューブ２０４とに挟まれる空間２０３ａを排気することにより、第１のガス噴出口２４８ａ及び第２のガス噴出口２４８ｂからガス排気口２０４ａへと向かう水平方向のガス流１０が、インナチューブ２０４内に生成される。
（コントローラ）
　制御部であるコントローラ２８０は、ヒータ２０７、ＡＰＣバルブ２３１ａ、真空ポンプ２３１ｂ、回転機構２６７、ボートエレベータ２１５、開閉バルブ２４１、ＭＦＣ２４２等にそれぞれ接続されている。コントローラ２８０により、ヒータ２０７の温度調整動作、ＡＰＣバルブ２３１ａの開閉及び圧力調整動作、真空ポンプ２３１ｂの起動・停止、回転機構２６７の回転速度調節、ボートエレベータ２１５の昇降動作、開閉バルブ２４１の開閉動作、流量コントローラ２４２の流量調整等の制御が行われる。
（基板処理工程）
　次に図５を用いて、本発明のＬＥＤ等の半導体デバイスの製造工程の一つである基板の製造工程の一実施形態を説明する。なお、以下の基板の製造工程は、上述した基板処理装置の夫々の部材をコントローラ２８０が制御することに行われる。
　各工程については、後に詳述するが、本実施例における基板処理工程は、主に（１）基板表面をクリーニングする基板表面処理工程、（２）ＧａＮのアモルファス薄膜を形成する初期層形成工程、（３）初期層の上にＧａＮのエピタキシャル層（以下、「エピ層」と呼ぶ。）を形成するエピ層形成工程の順で行われる。
　ここで、アモルファス薄膜を形成する初期層形成工程において、エピ層形成工程に使用されるガリウムの塩化物の代表であるＧａＣｌ３及びＮＨ３を用いると、ＧａＣｌ３のＮＨ３との反応は爆発的であり、また、その成膜レートは２０ｎｍ／ｍｉｎ程度と非常に高速であるため、膜厚の制御性が悪くなる可能性がある。そこで、本実施例では、この膜厚の制御性を考慮し、初期層形成工程において、ガリウム塩化物ガス（例えばＧａＣｌ３）とアンモニアガスを同時に供給せずに、間にパージを挟んで供給するように行う。より具体的には、ＧａＣｌ３を含むガスを供給しGaCl３分子を基板に飽和吸着させるステップ１、不活性ガスを供給、もしくは、真空引きにて、基板に吸着せずに炉内等に残留するＧａＣｌ３を取り除くステップ２、ＮＨ３を含むガスを供給して基板に吸着しているＧａＣｌ３と反応させＧａＮ膜を形成するステップ３、不活性ガスを供給、もしくは、真空引きにて炉内に残留するＮＨ３を取り除くステップ４のサイクルを繰り返すことにより初期層を形成するようにしている。これにより、エピ層形成工程と同じ原料ガスを用いながらも、膜厚の制御性を向上させることができる。なお、上記４つのステップを１回行うことにより所望の膜厚を実現できるのであれば繰り返す必要はない。
　以下、各工程について詳述する。
　（基板搬入工程）
　まず、複数枚のウエハ２００をボート２１７に装填（ウエハチャージ）する。そして、複数枚のウエハ２００を保持したボート２１７を、ボートエレベータ２１５によって持ち上げてインナチューブ２０４内に搬入（ボートローディング）する。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。
（減圧及び昇温工程）
　続いて、インナチューブ２０４内（処理室２０１内）が所望の処理圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２３１ｂにより排気する。この際、圧力センサ２４５で測定した圧力に基づき、ＡＰＣバルブ２３１ａの開度をフィードバック制御する。また、ウエハ２００表面が所望の処理温度となるようにヒータ２０７への通電量を調整する。この際、温度センサが検出した温度情報に基づき、ヒータ２０７への通電具合をフィードバック制御する。そして、回転機構２６７により、ボート２１７及びウエハ２００を回転させる。
　なお、減圧及び昇温工程終了時の条件としては、例えば、以下が例示される。
　処理圧力：１３３～１３３００Ｐａ、好ましくは１３３０～６６５０Pa
　処理温度：８００～１２００℃、好ましくは１０００～１０５０℃
（基板表面処理工程）
　次に開閉バルブ２４１ｂを開け、水素ガスを第１のガスノズル２３３ａを介して処理室に供給し、基板表面のクリーニングを行う。水素ガスの流量は、ＭＦＣ２４２ｂを制御することにより定められる。
（初期層形成工程）
　続いて、インナーチューブ２０４内（処理室２０１内）が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプやＡＰＣバルブ２３１ａを制御する。また、並行して、インナーチューブ２０４内の温度を所望の温度となるように制御する。なお、所望の圧力、及び、温度は、以下が例示される。
　処理圧力：２０～２６６０Ｐａ、好ましくは１３３０Ｐａ、
　処理温度：４５０～６５０℃、好ましくは５５０℃
　所望の圧力、及び、温度に安定した後、初期層を形成を行うために原料ガスの供給を開始する。本実施例では、まず始めに、開閉バルブ２４１ｃ、２４１ｄを開放し、第２のガスノズル２３３ｂを介して、ガリウム塩化物ガス（例えば、ＧａＣｌ３）及び、必要であれば希釈用の不活性ガス（例えば、Ａｒ）を供給する（ガリウム原料ガス供給工程）。なお、ガリウム塩化物ガスは、液体状のガリウム塩化物が貯蔵されたタンク２４５にＭＦＣ２４２ｅ、開閉バルブ２４１ｅを介してキャリアガス（例えば、Ａｒ）を供給することにより、タンク内で気化しているガリウム塩化物ガスをキャリアガスとともに運び出すことで供給される。
　ここで、所定時間、ガリウム塩化物を含むガスを流すことにより、基板表面にＧａＣｌ３が吸着する。次に開閉バルブ２４１ｃ、２４１ｄを閉じ、真空ポンプ及びＡＰＣバルブ２３１ａを制御することにより、処理室２０１内にあるガリウム塩化物ガス及び希釈用不活性ガスをパージする（パージ工程）。なお、パージ工程では、不活性ガスを供給してもよい。
　ガリウム塩化物ガスを排気後、開閉バルブ２４１ａ、２４１ｂを開放し、アンモニアガス（ＮＨ３）、及び、必要であれば水素ガス（Ｈ２）を供給する。ＮＨ３ガス及び水素ガスの流量は、ＭＦＣ２４２ａ、２４２ｂにより制御される。これにより、基板表面に吸着したＧａＣｌ３のうち塩素原子がＮＨ３の窒素原子と置換され、基板表面にはＧａＮ膜が形成される（アンモニアガス供給工程）。なお、置換された塩素原子は、水素原子と反応しＨＣｌの形で排気される。
　続いて、開閉バルブ２４１ａ、２４１ｂを閉じ、真空ポンプ及びＡＰＣバルブ２３１ａを制御することにより、処理室２０１内にあるアンモニア及び水素ガスをパージする（パージ工程）。なお、パージ工程では、不活性ガスを供給してもよい。
　以上の”ガリウム原料ガス供給工程”→”パージ工程”→”アンモニアガス供給工程”→”パージ工程”の一連の工程を繰り返し行うことで所望の厚さ（例えば、１０～１００ｎｍ、好ましくは２０～５０ｎｍ）の初期層を形成する。なお、初期層は、温度の低い領域で形成されるためアモルファス状態で形成される。
　初期層形成工程における条件の例示は以下の通りである。
　ＧａＣｌ３　流量　５　～　５００　ｓｃｃｍ
　（キャリアＡｒ　１０　～　５０００　ｓｃｃｍ）
　希釈Ａｒ　流量　１００　～　５０００　ｓｃｃｍ
　ＮＨ３　流量　１００　～　５００００　ｓｃｃｍ
　Ｈ２　流量　１００　～　５００００　ｓｃｃｍ
（エピ層形成工程）
　続いて、インナーチューブ２０４内（処理室２０１内）が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプやＡＰＣバルブ２３１ａを制御する。また、並行して、インナーチューブ２０４内の温度を所望の温度となるように制御する。なお、所望の圧力、及び、温度は、以下が例示される。
　処理圧力：２０～１３３００Ｐａ、好ましくは２６６０Ｐａ、
　処理温度：８５０～１１５０℃、好ましくは１０５０℃
　所望の圧力、及び、温度に安定した後、開閉バルブ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄを開放することにより、ガリウム塩化物ガス、希釈用不活性ガス、アンモニアガス、水素ガスを並行して供給する。これにより、ガリウム塩化物ガス及びアンモニアガスが反応し、初期層形成時と比較して速い速度でＧａＮエピタキシャル層（以下、「エピ層」と呼ぶ。」が形成される。エピ層形成工程は、所望の厚さのエピ層が形成されるまで続けられる。
　エピ層形成工程における条件の例示は以下の通りである。
　圧力　２０　～　１３３００Ｐａ
　温度　８５０　～　１１５０℃
　ＧａＣｌ３　流量　５　～　５００　ｓｃｃｍ
　（キャリアＡｒ　１０　～　５０００　ｓｃｃｍ）
　希釈Ａｒ　流量　１００　～　５００００　ｓｃｃｍ
　ＮＨ３　流量　１００　～　５００００　ｓｃｃｍ
　Ｈ２　流量　１００　～　５００００　ｓｃｃｍ
（昇圧工程、基板搬出工程）
　ウエハ２００上に所望の厚さのＧａＮ膜を形成した後、ＡＰＣバルブ２３１ａの開度を小さくし、プロセスチューブ２０５内（インナチューブ２０４内及びアウタチューブ２０３内）の圧力が大気圧とする。そして、基板搬入工程とほぼ逆の手順により、成膜済のウエハ２００をインナチューブ２０４内から搬出する。
　以上の工程により基板上にＧａＮ膜を形成することにより、基板を縦方向に並べ処理を行う、所謂縦型バッチ式基板処理装置により、ＧａＮ膜を形成することが可能となり、生産性が向上する。
＜第二の実施形態＞
　次に本発明の第二の実施形態について図６を用いて説明する。第二の実施形態は、第一の実施形態に対し、初期層形成工程が異なるので、その点を中心に説明する。
　図６に示すように第二の実施形態における初期層形成工程は、処理室内をアンモニア雰囲気とするステップ１、ガリウム塩化物ガス（例えばＧａＣｌ３）を供給し、基板上にＧａＮ膜を形成するステップ２、ＮＨ３を含むガスを供給してステップ２にて形成されたＧａＮ膜内の残留塩素を除去するステップ３、不活性ガスを供給、もしくは、真空引きにて炉内に残留するＮＨ３やＧａＮ膜表面の残留ガスを取り除くステップ４のサイクルを繰り返すことにより初期層を形成するようにしている。
　即ち、まず処理室内をアンモニア雰囲気としてから、ガリウム塩化物ガスを供給し、基板表面にアモルファス状態のＧａＮ膜を形成する。このようにアンモニア雰囲気中にガリウム塩化物ガスを供給することで、ガリウム塩化物ガスに含まれるガリウムの量が反応（成膜量）のベースとなるため、ガリウム塩化物ガスの量を制御することで成膜レートを調整でき、膜厚制御性が向上する。その後、ガリウム塩化物ガスの供給を停止し、更に、アンモニアガスを供給する。これにより、アンモニアから脱離した水素によりＧａＮ膜内の残留水素を除去して、ＧａＮ膜中のＣｌ濃度を下げることができ、膜質の向上を図ることができる。また、上述の通り、ガリウム塩化物ガスの量により成膜レートを制御することになるが、ガリウム塩化物ガスの供給を停止すると共にアンモニアガスの供給を継続することで、反応し切れなかったガリウムについても反応を促すことができ、膜厚制御性が向上する。更に、パージ工程を行い、反応室内を排気することで、反応室内の雰囲気や膜表面に付着する残留ガスを脱去することができる。従って、再度、ステップ１に戻った際に処理室内の雰囲気の制御が容易となり、膜厚及び膜質の制御性が向上する。
　続いて、第二の実施形態の初期層形成工程について具体的に説明する。まず、インナーチューブ２０４内（処理室２０１内）が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプやＡＰＣバルブ２３１ａを制御する。また、並行して、インナーチューブ２０４内の温度を所望の温度となるように制御する。なお、所望の圧力、及び、温度は、以下が例示される。
　処理圧力：２０～２６６０Ｐａ、好ましくは１３３０Ｐａ、
　処理温度：４５０～６５０℃、好ましくは５５０℃
　所望の圧力、及び、温度に安定した後、初期層を形成を行うために原料ガスの供給を開始する。本実施例では、まず始めに、開閉バルブ２４１a、２４１ｂを開放し、第１のガスノズル２３３aを介して、アンモニアガス、及び、必要であれば希釈用の水素ガスを供給し、処理室内をアンモニア雰囲気とする（ステップ１：アンモニア前供給工程）。
　次に、開閉バルブ２４１ａ、２４１ｂは開放したまま、開閉バルブ２４１ｃ、２４１ｄを開放し、ガリウム塩化物ガス、アンモニアガス、水素ガス、希釈用不活性ガスを処理室内に供給する（ステップ２：ガリウム原料ガス供給工程）。これにより、基板表面にアモルファス状態のＧａＮ膜が形成される。なお、本実施形態では、上述したように、ガリウム塩化物ガスの量により成膜レートを調整する。従って、開閉バルブ２４１ｄの下流側に流量制御部（マスフローコントローラ）を設けても良い。
　続いて、所定時間、ガリウム塩化物ガスを供給した後、開閉バルブ２４１ａ、２４１ｂは開放したまま、開閉バルブ２４１ｃ、２４１ｄを閉じ、ガリウム塩化物ガスの供給を停止しつつ、アンモニアガスの供給を継続する（ステップ３：アンモニア後供給工程）。これにより、ＧａＮ膜中のＣｌ濃度を下げることができ、膜質の向上を図ることができる。また、反応し切れなかったガリウムについても反応を促すことができ、膜厚制御性が向上する。
　更に、開閉バルブ２４１ａ、２４１ｂを閉じ、真空ポンプ及びＡＰＣバルブ２３１ａを制御することにより、処理室２０１内にあるアンモニア及び水素ガスをパージする（ステップ４：パージ工程）。なお、パージ工程では、不活性ガスを供給してもよい。
　以上の”アンモニア前供給工程”→”ガリウム原料供給工程”→”アンモニア後供給工程”→”パージ工程”の一連の工程を繰り返し行うことで所望の厚さ（例えば、１０～１００ｎｍ、好ましくは２０～５０ｎｍ）の初期層を形成する。なお、初期層は、温度の低い領域で形成されるためアモルファス状態で形成される。
　初期層形成工程における条件の例示は以下の通りである。
　ＧａＣｌ３　流量　５　～　５００　ｓｃｃｍ
　（キャリアＡｒ　１０　～　５０００　ｓｃｃｍ）
　希釈Ａｒ　流量　１００　～　５００００　ｓｃｃｍ
　ＮＨ３　流量　１００　～　５００００　ｓｃｃｍ
　Ｈ２　流量　１００　～　５００００　ｓｃｃｍ
　なお、図６では、アンモニアガスの流量を変更せずに供給を継続しているが、アンモニア後供給工程において、アンモニアガスの供給量を増やすことで、アンモニア後供給工程の時間を短くすることが可能である。
　以上のように、第二の実施形態では、ステップ２において、アンモニア雰囲気とされた処理室内にガリウム塩化物ガスを供給する。従って、反応ガスの混合により急激な反応が起こる可能性が有るが、ガリウム塩化物ガスが常にアンモニア雰囲気で供給されることから、圧力やガリウム塩化物ガスの流量、時間を調整することにより、成膜速度を調整する事が可能となる。また、条件によっては第一の実施形態のシーケンスよりも成膜速度向上も可能である。
　以上、実施例に従って本発明を説明してきたが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、第一の実施形態の初期層形成工程シーケンスにおいて、ガリウム原料ガス供給工程と、アンモニアガス供給工程それぞれの後にパージ工程を設けているが、スループットを向上するためにパージ工程を省略しても良く、また、第一および第二の実施形態の初期層形成工程シーケンス共にアンモニアガス希釈用の水素ガスを最初から初期層形成工程終了まで供給し続けても良く、さらに、ガリウム原料ガスの希釈用Ａｒガスを初期層形成工程の間中、供給し続けても良い。
また、例えば、本発明は、所謂縦型バッチ式基板処理装置を用いたＧａＮ膜の形成を検討する過程において創生されたものであるため、縦型バッチ式基板処理装置を例示して説明した。しかしながら、一枚ずつ処理する所謂枚葉式装置や、平面状に複数の基板を並べる多枚葉式装置であっても、ガリウム塩化物ガスとアンモニアガスの爆発的な反応速度を考慮すれば、本発明の初期層形成工程を用いると面内の膜厚制御性が向上すると考えられる。
　以下、本実施例に含まれる発明の態様を例示する。
　（付記１）
　基板を処理室内に搬入する搬入工程と、
　前記処理室内にガリウム塩化物ガスを供給する第１ステップと、
前記処理室から前記ガリウム塩化物ガスをパージする第１パージステップと、
前記第１パージステップの後に前記処理室内にアンモニアガスを供給する第２ステップと、
前記処理室から前記アンモニアガスをパージする第２パージステップとを有する初期膜形成工程と、
　前記初期膜形成工程の後に、前記処理室内に前記ガリウム塩化物ガスと前記アンモニアガスを同時に供給し、エピタキシャル膜を形成するエピ膜形成工程とを具備する基板の製造方法又は半導体デバイスの製造方法。
　これにより、ガリウム塩化物ガスとアンモニアガスを用いた場合であっても初期層の膜厚制御性を向上させることができる。
　（付記２）
　付記１において、前記初期膜工程における処理温度は、前記エピ膜形成工程における処理温度より低い基板の製造方法又は半導体デバイスの製造方法。
　これにより、初期膜をアモルファス状態で形成することができる。
　（付記３）
　付記１または付記２において、前記初期膜形成工程の第１ステップでは、希釈用の不活性ガスを更に供給し、前記初期膜形成工程の第２ステップでは、水素ガスを更に供給する基板の製造方法又は半導体デバイスの製造方法。
　これにより、ガリウム塩化物ガス、及び、アンモニアガスの濃度を調整することが可能となる。
　（付記４）
　付記１から付記３のいずれか一つにおいて、前記基板は、前記処理室内において高さ方向に複数並んで配置され、前記ガリウム塩化物ガスは、前記複数の基板が並んで配置される方向に延在する第１のガスノズルを介して供給され、前記アンモニアガスは、前記複数の基板が並んで配置される方向に延在する第２のガスノズルを介して供給される基板の製造方法又は半導体デバイスの製造方法。
　これにより、多数の基板を一括して処理できるようになるため生産性が向上する。
　（付記５）
　付記１から付記４のいずれか一つにおいて、前記初期膜形成工程の前に、前記処理室内に水素ガスを供給し、前記基板表面をクリーニングする基板表面処理工程を更に有する基板の製造方法又は半導体デバイスの製造方法。
　これにより、基板表面をきれいにすることができ、高品質なＧａＮ膜を形成できる。
　（付記６）
　基板を処理室内に搬入する搬入工程と、
　前記処理室内へアンモニアガスを供給し、アンモニア雰囲気とする第１ステップと、
前記アンモニア雰囲気とされた処理室内にガリウム塩化物ガスを供給する第２ステップと、
前記ガリウム塩化物ガスの供給を停止する第３ステップとを有する初期膜形成工程と、
　前記初期膜形成工程の後に、前記処理室内に前記ガリウム塩化物ガスと前記アンモニアガスを同時に供給し、エピタキシャル膜を形成するエピ膜形成工程とを具備する基板の製造方法又は半導体デバイスの製造方法。
　これにより、ガリウム塩化物ガスとアンモニアガスを用いた場合であっても初期層の膜厚制御性を向上させることができる。
　より具体的には、第２ステップにおいて、アンモニア雰囲気とされた処理室内にガリウム塩化物ガスを供給するため反応ガスの混合により急激な反応が起こる可能性が有るが、ガリウム塩化物ガスが常にアンモニア雰囲気で供給されることから、圧力やガリウム塩化物ガスの流量、時間を調整することにより、成膜速度を調整する事が可能となる。また、条件によっては付記１のシーケンスよりも成膜速度向上も可能である。
　（付記７）
　付記６において、前記第３ステップは、前記アンモニアガスを前記処理室内に供給する基板の製造方法又は半導体デバイスの製造方法。
　これにより、アンモニア及び、アンモニアから脱離した水素により、ＧａＮ膜内の残留塩素を除去して、ＧａＮ膜中のＣｌ濃度を下げることができ、膜質の向上を図ることができる。また、反応し切れなかったガリウムについてもNH3フローにより、反応を促すことができ、膜厚制御性が向上する。
　（付記８）
　付記６又は付記７において、前記第３ステップの後に、前記処理室内の雰囲気を排気する第４ステップを有する基板の製造方法又は半導体デバイスの製造方法。
　これにより、反応室内を排気することで、反応室内の雰囲気や膜表面に付着する反応ガス及び、残留ガスを脱去することができ、更に膜中残留物を低減させることで膜質の向上が期待できる。
　（付記９）
　付記６から付記８のいずれか一つにおいて、前記初期膜形成工程における処理温度は、前記エピ膜形成工程における処理温度より低い基板の製造方法又は半導体デバイスの製造方法。
　これにより、初期膜をアモルファス状態で形成することができる。
　（付記１０）
　付記６から付記９のいずれか一つにおいて、前記初期膜形成工程の第１及び第３ステップでは、水素ガスを更に供給し、前記初期膜形成工程の第２ステップでは、希釈用の不活性ガス及び水素ガスを更に供給する基板の製造方法又は半導体デバイスの製造方法。
　これにより、ガリウム塩化物ガス、及び、アンモニアガスの濃度を調整することが可能となる。
　（付記１１）
　付記６から付記１０のいずれか一つにおいて、前記基板は、前記処理室内において高さ方向に複数並んで配置され、前記ガリウム塩化物ガスは、前記複数の基板が並んで配置される方向に延在する第１のガスノズルを介して供給され、前記アンモニアガスは、前記複数の基板が並んで配置される方向に延在する第２のガスノズルを介して供給される基板の製造方法又は半導体デバイスの製造方法。
　これにより、多数の基板を一括して処理できるようになるため生産性が向上する。
　（付記１２）
　付記６から付記１１のいずれか一つにおいて、前記初期膜形成工程の前に、前記処理室内に水素ガスを供給し、前記基板表面をクリーニングする基板表面処理工程を更に有する基板の製造方法又は半導体デバイスの製造方法。
　これにより、基板表面を清浄化にすることができ、高品質なＧａＮ膜を形成できる。
　（付記１３）
　基板処理領域を有し、該基板処理領域で複数の基板を処理する処理室と、
　前記基板処理領域を加熱維持する加熱装置と、
　前記基板処理領域内に第１ガス供給口が設けられ、該第１ガス供給口から前記処理室内へガリウム塩化物ガスを供給する第１ガス供給系と、
　前記基板処理領域内に第２ガス供給口が設けられ、該第２ガス供給口から前記処理室内へアンモニアガスを供給する第２ガス供給系と、を具備し、
　前記複数の基板は、高さ方向に並んで配置され、
　前記第１ガス供給系は、前記処理室内に設けられ、前記高さ方向に延在する第１のガスノズルを有し、
　前記第２ガス供給系は、前記処理室内に設けられ、前記高さ方向に延在する第２のガスノズルを有する基板処理装置。
　これにより、多数の基板を一括して処理できるようになり、生産性が向上する。
　（付記１４）
　付記１３において、
　前記第１ガス供給系及び第２ガス供給系を制御するコントローラと、
　前記処理室内の雰囲気を排気する排気系を更に具備し、
　前記コントローラは、前記複数の基板に前記第１ガス供給系から前記ガリウム塩化物ガスを供給し、その後、前記処理室をパージし、その後、前記第２ガス供給系から前記アンモニアガスを供給し、その後、前記処理室をパージするように前記第１ガス供給系、前記第２ガス供給系、及び、前記排気系を制御し、更に、その後に、前記第１ガス供給系から前記ガリウム塩化物ガスを供給するとともに前記第２ガス供給系から前記アンモニアガスを供給するように前記第１及び第２ガス供給系を制御する基板処理装置。
　これにより、ガリウム塩化物ガスとアンモニアガスを用いた場合であっても初期層の膜厚制御性を向上させることができる。
　（付記１５）
　付記１３において、
　前記第１ガス供給系及び第２ガス供給系を制御するコントローラと、
　前記処理室内の雰囲気を排気する排気系を更に具備し、
　前記コントローラは、前記複数の基板に前記第２ガス供給系から前記アンモニアガスを供給し、その後、前記第１ガス供給系から前記ガリウム塩化物ガスを前記アンモニアガス雰囲気となっている前記処理室に供給し、その後、前記ガリウム塩化物ガスの供給を停止すると共に前記アンモニアガスを前記処理室に供給するように前記第１ガス供給系、及び、前記第２ガス供給系を制御する基板処理装置。
　これにより、ガリウム塩化物ガスとアンモニアガスを用いた場合であっても初期層の膜厚制御性を向上させることができる。
　以上、本発明によれば、一度に処理する基板の枚数を増大させ、生産性を向上させることができる基板の製造方法、半導体デバイスの製造方法および基板処理装置を提供することができる。
　１０１：基板処理装置、２００：ウエハ（基板）、２０１：処理室、２０１ａ：予備室、２０３：アウタチューブ、２０４：インナチューブ、２０４ａ：ガス排気口、２０４ｂ：ガス排気部、２０５：プロセスチューブ、２３３ａ：気化ガスノズル、２３３ｂ：反応ガスノズル、２４８ａ：気化ガス噴出口、２４８ｂ：反応ガス噴出口、２８０：コントローラ（制御部）

Claims (6)

  1. 　基板を処理室内に搬入する搬入工程と、
    　前記処理室内にガリウム塩化物ガスを供給する第１ステップと、
    前記処理室から前記ガリウム塩化物ガスをパージする第１パージステップと、
    前記第１パージステップの後に前記処理室内にアンモニアガスを供給する第２ステップと、
    前記処理室から前記アンモニアガスをパージする第２パージステップとを有する初期膜形成工程と、
    　前記初期膜形成工程の後に、前記処理室内に前記ガリウム塩化物ガスと前記アンモニアガスを同時に供給し、エピタキシャル膜を形成するエピ膜形成工程とを具備する基板の製造方法。
  2. 　請求項１において、前記初期膜工程における処理温度は、前記エピ膜形成工程における処理温度より低い基板の製造方法。
  3. 　請求項１において、前記初期膜形成工程の第１ステップでは、希釈用の不活性ガスを更に供給し、前記初期膜形成工程の第２ステップでは、水素ガスを更に供給する基板の製造方法。
  4. 　基板処理領域を有し、該基板処理領域で複数の基板を処理する処理室と、
    　前記基板処理領域を加熱維持する加熱装置と、
    　前記基板処理領域内に第１ガス供給口が設けられ、該第１ガス供給口から前記処理室内へガリウム塩化物ガスを供給する第１ガス供給系と、
    　前記基板処理領域内に第２ガス供給口が設けられ、該第２ガス供給口から前記処理室内へアンモニアガスを供給する第２ガス供給系と、を具備し、
    　前記複数の基板は、高さ方向に並んで配置され、
    　前記第１ガス供給系は、前記処理室内に設けられ、前記高さ方向に延在する第１のガスノズルを有し、
    　前記第２ガス供給系は、前記処理室内に設けられ、前記高さ方向に延在する第２のガスノズルを有する基板処理装置。
  5. 　請求項４において、
    　前記第１ガス供給系及び第２ガス供給系を制御するコントローラと、
    　前記処理室内の雰囲気を排気する排気系を更に具備し、
    　前記コントローラは、前記複数の基板に前記第１ガス供給系から前記ガリウム塩化物ガスを供給し、その後、前記処理室をパージし、その後、前記第２ガス供給系から前記アンモニアガスを供給し、その後、前記処理室をパージするように前記第１ガス供給系、前記第２ガス供給系、及び、前記排気系を制御し、更に、その後に、前記第１ガス供給系から前記ガリウム塩化物ガスを供給するとともに前記第２ガス供給系から前記アンモニアガスを供給するように前記第１及び第２ガス供給系を制御する基板処理装置。
  6. 　基板を処理室内に搬入する搬入工程と、
    　前記処理室内へアンモニアガスを供給し、アンモニア雰囲気とする第１ステップと、
    前記アンモニア雰囲気とされた処理室内にガリウム塩化物ガスを供給する第２ステップと、
    前記ガリウム塩化物ガスの供給を停止する第３ステップとを有する初期膜形成工程と、
    　前記初期膜形成工程の後に、前記処理室内に前記ガリウム塩化物ガスと前記アンモニアガスを同時に供給し、エピタキシャル膜を形成するエピ膜形成工程とを具備する基板の製造方法又は半導体デバイスの製造方法。
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