WO2020039809A1 - 気相成長装置 - Google Patents

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WO2020039809A1
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region
conductance
phase growth
reaction chamber
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佳明 醍醐
雅美 矢島
鈴木　邦彦
暁夫 石黒
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株式会社ニューフレアテクノロジー
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Definitions

  • the present invention relates to a vapor phase growth apparatus for forming a film by supplying a gas to a substrate.
  • a method for forming a high-quality semiconductor film there is an epitaxial growth technique for forming a single crystal film on a substrate surface by vapor phase growth.
  • a substrate is placed on a holder in a reaction chamber maintained at normal pressure or reduced pressure.
  • a process gas containing a raw material for the film is supplied from the gas chamber above the reaction chamber to the reaction chamber via the gas flow path.
  • a thermal reaction of the process gas occurs on the surface of the substrate, and an epitaxial single crystal film is formed on the surface of the substrate.
  • a reaction product may be deposited at the end of the gas passage on the reaction chamber side.
  • the opening cross-sectional area of the gas flow path changes. If the opening cross-sectional area of the gas flow path changes, the supply of the process gas to the reaction chamber becomes unstable, and the reproducibility of the characteristics of the film decreases. Therefore, it is desired to suppress the instability of the supply of the process gas to the reaction chamber and to improve the reproducibility of the characteristics of the film.
  • Patent Document 1 describes a vapor phase growth apparatus that suppresses gas from flowing around the reaction chamber side end of a gas flow path and suppresses generation of particles due to deposition of deposits.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a vapor phase growth apparatus capable of improving the reproducibility of film characteristics.
  • a vapor phase growth apparatus includes a reaction chamber, a first gas chamber provided on the reaction chamber, into which a first process gas is introduced, and a reaction chamber from the first gas chamber.
  • the second region has a second opening cross-sectional area in a plane perpendicular to the direction and a second length in the direction, and the first opening cross-sectional area is The first length is smaller than the second opening cross-sectional area, and the first length is equal to or less than the second length.
  • a vapor phase growth apparatus capable of improving the reproducibility of film characteristics can be realized.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the vapor phase growth apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a first gas channel according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a second gas flow channel according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of an operation and an effect of the vapor phase growth apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of an operation and an effect of the vapor phase growth apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of an operation and an effect of the vapor phase growth apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of an operation and an effect of the vapor phase growth apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a first gas flow channel according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a vapor phase growth apparatus according to a third embodiment.
  • the direction of gravity in a state where the vapor phase growth apparatus is installed so as to form a film is defined as “down”, and the opposite direction is defined as “up”. Therefore, “lower” means a position in the direction of gravity with respect to the reference, and “downward” means a direction of gravity with respect to the reference. “Up” means a position in the direction opposite to the direction of gravity with respect to the reference, and “upper” means a direction opposite to the direction of gravity with respect to the reference.
  • the “vertical direction” is the direction of gravity.
  • process gas is a general term for a gas used for forming a film, and includes, for example, a source gas, an assist gas, a dopant gas, a carrier gas, and a mixed gas thereof.
  • the conductance indicates the ease with which the fluid flows through the flow path.
  • the conductance of a cylindrical channel having a diameter D and a length L is proportional to D 4 / L.
  • D 4 / L is referred to as a conductance coefficient.
  • the conductance is also proportional to the average pressure of the flow path, but in the present specification, it is omitted in the calculation for the sake of simplicity. By doing so, the conductance of the flow path can be treated as being proportional to only the conductance coefficient.
  • the vapor phase growth apparatus includes a reaction chamber, a first gas chamber provided on the reaction chamber, into which a first process gas is introduced, and a first gas chamber from the first gas chamber to the reaction chamber.
  • a plurality of first gas flow paths for supplying one process gas, and at least one of the plurality of first gas flow paths includes a first region, a first region, and a reaction chamber.
  • a first region having a first opening cross-sectional area in a plane perpendicular to the direction in which the first process gas flows, and a first length in the direction
  • the second region has a second opening cross-sectional area in a plane perpendicular to the direction and a second length in the direction, the first opening cross-sectional area is smaller than the second opening cross-sectional area, Is less than or equal to the second length.
  • the vapor phase growth apparatus of the first embodiment has the above configuration, so that even when a reaction product is deposited at the reaction chamber side end of the first gas flow path, the reaction chamber of the first process gas can be used. Of the supply to the reactor can be suppressed. Therefore, according to the vapor phase growth apparatus of the first embodiment, it is possible to improve the reproducibility of film characteristics.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of the vapor phase growth apparatus of the first embodiment.
  • the vapor phase growth apparatus 100 of the first embodiment is, for example, a single-wafer type epitaxial growth apparatus for epitaxially growing a single-crystal SiC film on a single-crystal SiC substrate.
  • the vapor phase growth apparatus 100 includes a reaction chamber 10, a first gas chamber 11 (gas chamber), a second gas chamber 12, a plurality of first gas channels 51 (gas channels), A plurality of second gas channels 52, a first gas supply port 81, and a second gas supply port 82 are provided.
  • the reaction chamber 10 includes a susceptor 14 (holder), a rotating body 16, a rotating shaft 18, a rotation driving mechanism 20, a first heater 22, a reflector 28, a support column 30, a fixed base 32, a fixed shaft 34, a hood 40, and a second. And a gas outlet 44.
  • the reaction chamber 10 is made of, for example, stainless steel.
  • the reaction chamber 10 has a cylindrical wall.
  • an SiC film is formed on the wafer W.
  • the wafer W is an example of a substrate.
  • the susceptor 14 is provided in the reaction chamber 10.
  • the wafer W can be placed on the susceptor 14.
  • the susceptor 14 may have an opening at the center.
  • the susceptor 14 is an example of a holder.
  • the susceptor 14 is formed of a material having high heat resistance, such as SiC or carbon, or carbon coated with SiC or TaC.
  • the susceptor 14 is fixed to the upper part of the rotating body 16.
  • the rotating body 16 is fixed to a rotating shaft 18.
  • the susceptor 14 is indirectly fixed to the rotation shaft 18.
  • the rotation shaft 18 is rotatable by the rotation drive mechanism 20.
  • the susceptor 14 can be rotated by rotating the rotation shaft 18 by the rotation drive mechanism 20. By rotating the susceptor 14, the wafer W mounted on the susceptor 14 can be rotated.
  • the wafer W can be rotated at a rotation speed of 300 rpm or more and 3000 rpm or less.
  • the rotation drive mechanism 20 includes, for example, a motor and a bearing.
  • the first heater 22 is provided below the susceptor 14.
  • the first heater 22 is provided in the rotating body 16.
  • the first heater 22 heats the wafer W held by the susceptor 14 from below.
  • the first heater 22 is, for example, a resistance heater.
  • the first heater 22 has, for example, a disk shape with a comb-shaped pattern.
  • the reflector 28 is provided below the first heater 22.
  • the first heater 22 is provided between the reflector 28 and the susceptor 14.
  • the reflector 28 reflects heat radiated downward from the first heater 22 to improve the heating efficiency of the wafer W. Further, the reflector 28 prevents a member below the reflector 28 from being heated.
  • the reflector 28 has, for example, a disk shape.
  • the reflector 28 is formed of, for example, a material having high heat resistance such as carbon coated with SiC.
  • the reflector 28 is fixed to the fixed base 32 by, for example, a plurality of support columns 30.
  • the fixed base 32 is supported by, for example, a fixed shaft 34.
  • a push-up pin (not shown) is provided in the rotating body 16 to detach the susceptor 14 from the rotating body 16.
  • the push-up pin penetrates, for example, the reflector 28 and the first heater 22.
  • the second heater 42 is provided between the hood 40 and the inner wall of the reaction chamber 10.
  • the second heater 42 heats the wafer W held on the susceptor 14 from above.
  • the wafer W can be heated to a temperature required for growing the SiC film, for example, a temperature of 1500 ° C. or higher.
  • the second heater 42 is, for example, a resistance heater.
  • the hood 40 is, for example, cylindrical.
  • the hood 40 has a function of preventing the first process gas G1 and the second process gas G2 from contacting the second heater 42.
  • the hood 40 is formed of a material having high heat resistance, such as carbon coated with SiC.
  • the gas outlet 44 is provided at the bottom of the reaction chamber 10.
  • the gas outlet 44 discharges an excess reaction product after the source gas has reacted on the surface of the wafer W and an excess process gas to the outside of the reaction chamber 10.
  • the gas outlet 44 is connected to, for example, a vacuum pump (not shown).
  • the reaction chamber 10 is provided with a wafer port and a gate valve (not shown).
  • the wafer W can be carried into or out of the reaction chamber 10 by the wafer port and the gate valve.
  • the first gas chamber 11 is provided on the reaction chamber 10.
  • the first gas chamber 11 is provided with a first gas supply port 81 for introducing a first process gas G1.
  • the first process gas G ⁇ b> 1 introduced from the first gas supply port 81 fills the first gas chamber 11.
  • the first process gas G1 includes, for example, a silicon (Si) source gas.
  • the first process gas G1 is, for example, a mixed gas of a silicon source gas, an assist gas for suppressing silicon clustering, and a carrier gas.
  • the silicon source gas is, for example, silane (SiH 4 ).
  • the assist gas is, for example, hydrogen chloride (HCl).
  • the carrier gas is, for example, an argon gas or a hydrogen gas.
  • the second gas chamber 12 is provided above the reaction chamber 10.
  • the second gas chamber 12 is provided between the reaction chamber 10 and the first gas chamber 11.
  • the second gas chamber 12 is provided with a second gas supply port 82 for introducing the second process gas G2.
  • the second process gas G ⁇ b> 2 introduced from the second gas supply port 82 fills the second gas chamber 12.
  • the second process gas G2 includes, for example, a carbon source gas.
  • the second process gas G2 is, for example, a mixed gas of a carbon source gas, an n-type impurity dopant gas, and a carrier gas.
  • the second process gas G2 is different from the first process gas G1.
  • the carbon source gas is, for example, propane (C 3 H 8 ).
  • the dopant gas of the n-type impurity is, for example, nitrogen gas.
  • the carrier gas is, for example, an argon gas or a hydrogen gas.
  • the plurality of first gas flow paths 51 are provided between the first gas chamber 11 and the reaction chamber 10.
  • the first gas flow path 51 supplies a first process gas G1 from the first gas chamber 11 to the reaction chamber 10.
  • the plurality of second gas flow paths 52 are provided between the second gas chamber 12 and the reaction chamber 10.
  • the second gas flow path 52 supplies the second process gas G2 from the second gas chamber 12 to the reaction chamber 10.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the first gas flow channel of the first embodiment.
  • the first gas flow path 51 has an upper region 51a (first region) and a lower region 51b (second region).
  • the lower region 51b is located between the upper region 51a and the reaction chamber 10.
  • the upper region 51a has a first opening cross-sectional area S1 in a plane (P1 in FIG. 2) perpendicular to the direction in which the process gas flows (white arrow in FIG. 2: first direction).
  • the upper region 51a has a first length L1 in the direction in which the process gas flows (white arrow in FIG. 2).
  • the upper region 51a has, for example, a cylindrical shape with a length L1.
  • the opening cross section of the upper region 51a in the plane P1 is, for example, a circle having a diameter D1.
  • the lower region 51b has a second opening cross-sectional area S2 in a plane (P2 in FIG. 2) perpendicular to the direction in which the process gas flows (white arrow in FIG. 2). Further, the lower region 51b has a second length L2 in the direction in which the process gas flows (white arrow in FIG. 2).
  • the lower region 51b is, for example, cylindrical with a length of L2.
  • the opening cross section of the lower region 51b in the plane P2 is, for example, a circle having a diameter of D2.
  • the angle ⁇ between the inner wall surface of the lower region 51b and the plane P2 is, for example, 80 degrees or more.
  • the second length L2 is, for example, 5 mm or more.
  • the first opening cross-sectional area S1 is smaller than the second opening cross-sectional area S2. Further, the first length L1 is equal to or less than the second length L2. That is, the second flow path area (opening cross-sectional area) at the lower end of the lower area 51b is larger than the first flow path area (opening cross-sectional area) at the upper end of the upper area 51a.
  • the flow path area at the lower end is larger than the upper flow path area and is equal to or less than the lower flow path area.
  • the upper region 51a has a first conductance C1
  • the lower region 51b has a second conductance C2.
  • the first conductance C1 is smaller than the second conductance C2.
  • the ratio of the first conductance C1 to the second conductance C2 (hereinafter, also referred to as the conductance ratio) is, for example, 1% or more and 40% or less.
  • the magnitude relation between the first conductance C1 and the second conductance C2 matches the magnitude relation between the conductance coefficient of the upper region 51a and the conductance coefficient of the lower region 51b. Further, the ratio of the first conductance C1 to the second conductance C2 (conductance ratio) matches the ratio of the conductance coefficients, that is, ((D1) 4 / L1) / ((D2) 4 / L2).
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the second gas flow channel of the first embodiment.
  • the second gas flow path 52 has an upper region 52a (third region) and a lower region 52b (fourth region).
  • the lower region 52b is located between the upper region 52a and the reaction chamber 10.
  • the upper region 52a has a third opening cross-sectional area S3 in a plane (P3 in FIG. 3) perpendicular to the direction in which the process gas flows (white arrow in FIG. 3: second direction). Further, the upper region 52a has a third length L3 in the direction in which the process gas flows (white arrow in FIG. 3).
  • the upper region 52a has, for example, a cylindrical shape with a length L3.
  • the opening cross section of the upper region 52a in the plane P3 is, for example, a circle having a diameter D3.
  • the lower region 52b has a fourth opening cross-sectional area S4 in a plane (P4 in FIG. 3) perpendicular to the direction in which the process gas flows (white arrow in FIG. 3). Further, the lower region 52b has a fourth length L4 in the direction in which the process gas flows (white arrow in FIG. 3).
  • the lower region 52b is, for example, cylindrical with a length of L4.
  • An opening cross section of the lower region 52b in the plane P4 is, for example, a circle having a diameter of D4.
  • the angle ⁇ between the inner wall surface of the lower region 52b and the plane P4 is, for example, 80 degrees or more. Further, the fourth length L4 is, for example, 5 mm or more.
  • the third opening sectional area S3 is smaller than the fourth opening sectional area S4. Further, the third length L3 is equal to or less than the fourth length L4.
  • the upper region 52a has a third conductance C3, and the lower region 52b has a fourth conductance C4.
  • the third conductance C3 is smaller than the fourth conductance C4.
  • the ratio of the third conductance C3 to the fourth conductance C4 is, for example, 1% or more and 40% or less.
  • the magnitude relation between the third conductance C3 and the fourth conductance C4 matches the magnitude relation between the conductance coefficient of the upper region 52a and the conductance coefficient of the lower region 52b.
  • the ratio of the third conductance C3 to the fourth conductance C4 matches the ratio of the conductance coefficients, that is, ((D3) 4 / L3) / ((D4) 4 / L4).
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation and effect of the vapor phase growth apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a gas flow channel 59 of a comparative example.
  • the gas passage 59 of the comparative example has a cylindrical shape.
  • the cross section of the opening of the gas passage 59 of the comparative example is a circle having a diameter of D0.
  • the temperature of the end of the gas flow path 59 on the reaction chamber 10 side rises due to radiant heat.
  • a reaction product 99 of the process gas may be deposited on the end of the gas flow path 59 on the side of the reaction chamber 10.
  • the reaction product 99 has a thickness t and a length Lx. As the formation of the SiC film is repeated, the thickness t of the deposit increases, and the length Lx increases.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation and effect of the vapor phase growth apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the first gas flow path 51.
  • the first gas flow path 51 of the vapor phase growth apparatus of the first embodiment has a two-stage structure of an upper region 51a having a small conductance and a lower region 51b having a large conductance.
  • the lower region 51b having a large conductance is located on the reaction chamber 10 side of the first gas flow path 51.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of the operation and effect of the vapor phase growth apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a calculation result of a conductance change rate when a reaction product is deposited in the gas passages of the comparative example and Examples 1 to 5.
  • Examples 1 to 5 are based on the shape of the first gas channel 51 shown in FIG.
  • the conductance ratio is the ratio of the first conductance C1 to the second conductance C2, that is, the ratio of the conductance coefficient.
  • the conductance change rate is a ratio of the conductance coefficient after the deposition to the conductance coefficient of the entire first gas flow path 51 before the deposition of the reaction product 99. The closer the conductance change rate is to 100%, the smaller the decrease in conductance.
  • the conductance change rate approaches 100% as compared with the comparative example. Therefore, a change in conductance due to the deposition of the reaction product 99 is suppressed. Therefore, a decrease in the reproducibility of the characteristics of the SiC film is suppressed.
  • the conductance ratio is preferably 1% or more and 40% or less, more preferably 20% or more and 30% or less. If it is below the above range, there is a concern that the gas flow rate will decrease. If it exceeds the above range, the effect of suppressing a change in conductance due to the deposition of the reaction product 99 may be insufficient.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of the operation and effect of the vapor phase growth apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing a change over time of the characteristics of the SiC film when the gas flow paths of the comparative example and the example are used.
  • FIG. 7A shows the case of the comparative example
  • FIG. 7B shows the case of the example.
  • a gas flow path corresponding to the embodiment 4 in FIG. 6 is used.
  • the horizontal axis represents the number of times the SiC film was formed using the vapor phase growth apparatus.
  • the vertical axis represents the uniformity of the carrier concentration of the SiC film in the wafer surface (uniformity of the carrier concentration).
  • the vertical axis represents the atomic ratio of carbon contained in the second process gas G2 introduced into the second gas chamber 12 to silicon contained in the first process gas G1 introduced into the first gas chamber 11 ( C / Si ratio).
  • the C / Si ratio is adjusted to control the uniformity of the carrier concentration in the wafer surface to fall within, for example, 15%.
  • the angle between the inner wall surface of the lower region 51b and the plane P2 is preferably 80 degrees or more, and more preferably 85 degrees or more.
  • the radiant heat is likely to be applied to the inner wall surface of the lower region 51b. Therefore, the temperature rise of the inner wall surface of the lower region 51b becomes large, and the deposition amount of the reaction product 99 may increase.
  • the second length L2 is preferably 5 mm or more, more preferably 10 mm or more. Below the above range, the reaction product 99 may be deposited on the inner wall surface of the upper region 51a.
  • the vapor phase growth apparatus of the first embodiment even when a reaction product is deposited at the end of the gas flow path on the reaction chamber side, the supply of the process gas to the reaction chamber is prevented from becoming unstable. it can. Therefore, according to the vapor phase growth apparatus of the first embodiment, it is possible to improve the reproducibility of film characteristics.
  • the vapor phase growth apparatus according to the second embodiment is different from the vapor phase growth apparatus according to the first embodiment in that the first region is formed by components that can be separated from the second region.
  • the first region is formed by components that can be separated from the second region.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the first gas flow channel of the second embodiment.
  • the first gas flow path 51 has an upper region 51a and a lower region 51b.
  • the first gas flow path 51 includes a component 51x.
  • the component 51x forms at least a part of the upper region 51a.
  • the component 51x is configured to be separable from the lower region 51b.
  • the first opening cross-sectional area S1 and the first length L1 can be easily adjusted. Therefore, it is easy to improve the reproducibility of the characteristics of the film.
  • the vapor phase growth apparatus of the second embodiment similarly to the vapor phase growth apparatus of the first embodiment, even when a reaction product is deposited at the end of the gas channel on the reaction chamber side, the process gas Unstable supply to the reaction chamber can be suppressed. Therefore, it is possible to improve the reproducibility of the characteristics of the film. Further, by using the component 51x, it is easy to improve the reproducibility of the characteristics of the film.
  • the vapor phase growth apparatus of the third embodiment is different from the vapor phase growth apparatus of the first embodiment in that one gas chamber is provided.
  • a description of contents overlapping with the first embodiment will be partially omitted.
  • FIG. 9 is a schematic sectional view of the vapor phase growth apparatus of the third embodiment.
  • the vapor phase growth apparatus 300 of the third embodiment is, for example, a single-wafer type epitaxial growth apparatus for epitaxially growing a single-crystal SiC film on a single-crystal SiC substrate.
  • the vapor phase growth apparatus 300 includes a reaction chamber 10, a gas chamber 15 (first gas chamber), a plurality of gas flow paths 55 (first gas flow paths), and a first gas supply port 81. , A second gas supply port 82.
  • the reaction chamber 10 includes a susceptor 14 (holder), a rotating body 16, a rotating shaft 18, a rotation driving mechanism 20, a first heater 22, a reflector 28, a support column 30, a fixed base 32, a fixed shaft 34, a hood 40, and a second. And a gas outlet 44.
  • the gas chamber 15 is provided above the reaction chamber 10.
  • the gas chamber 15 is provided with a gas supply port 85 for introducing a process gas G0 (first process gas).
  • the process chamber G0 introduced from the gas supply port 85 is filled in the gas chamber 15.
  • the process gas G0 is, for example, a mixed gas containing a silicon (Si) source gas, a carbon (C) source gas, an n-type impurity dopant gas, an assist gas for suppressing silicon clustering, and a carrier gas.
  • the silicon source gas is, for example, silane (SiH 4 ).
  • the carbon source gas is, for example, propane (C 3 H 8 ).
  • the dopant gas of the n-type impurity is, for example, nitrogen gas.
  • the assist gas is, for example, hydrogen chloride (HCl).
  • the carrier gas is, for example, an argon gas or a hydrogen gas.
  • the plurality of gas passages 55 are provided between the gas chamber 15 and the reaction chamber 10.
  • the gas flow path 55 supplies the process gas G0 from the gas chamber 15 to the reaction chamber 10.
  • the gas flow path 55 has, for example, the same configuration as the first gas flow path 51 of the first embodiment.
  • the process gas is supplied to the reaction chamber. Supply instability can be suppressed. Therefore, according to the vapor phase growth apparatus of the third embodiment, it is possible to improve the reproducibility of film characteristics.
  • the present invention can be applied to the formation of a polycrystalline or amorphous SiC film. Further, the present invention can be applied to the formation of a film other than the SiC film.
  • the single crystal SiC wafer is described as an example of the substrate, but the substrate is not limited to the single crystal SiC wafer.
  • nitrogen is described as an example of the n-type impurity.
  • phosphorus (P) can be applied as the n-type impurity.
  • a p-type impurity can be used as the impurity.
  • the case where the gas flow path has a cylindrical shape has been described as an example.
  • the shape of the gas flow path is not limited to the cylindrical shape, and may be another shape such as a square pole.
  • the case where the opening cross section of the gas passage is circular is described as an example.
  • the opening cross section of the gas passage is not limited to a circle, and may be other shapes such as an ellipse, a square, and a rectangle. I do not care.
  • the gas flow channel according to the present invention has a remarkable effect when a reaction product is deposited at the end of the gas flow channel on the reaction chamber side.
  • the deposition of the reaction product in the plurality of gas flow paths has a position dependency of the gas flow path, using the gas flow path according to the present invention by limiting to the gas flow path where the reaction product is easily deposited. Is also good.
  • Second gas chamber 10 Reaction chamber 11 First gas chamber (gas chamber) 12 Second gas chamber 15 Gas chamber 14 Susceptor (holder) 51 1st gas flow path (gas flow path) 51a Upper region (first region) 51b Lower area (second area) 51x component 52 second gas flow path 52a upper region (third region) 52b Lower area (fourth area) 100 vapor phase growth apparatus 300 vapor phase growth apparatus G0 process gas (first process gas) G1 First process gas (process gas) G2 Second process gas W Wafer (substrate) L1 First length L2 Second length S1 First opening cross-sectional area S2 Second opening cross-sectional area

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Abstract

実施形態の気相成長装置は、反応室と、反応室の上に設けられ、第１のプロセスガスが導入される第１のガス室と、第１のガス室から反応室に第１のプロセスガスを供給する複数の第１のガス流路と、を備え、複数のガス流路のうち少なくとも１つは、第１の領域と、第１の領域と反応室との間に位置する第２の領域とを有し、第１の領域は第１のプロセスガスの流れる方向に垂直な面における第１の開口断面積と上記方向の第１の長さとを有し、第２の領域は上記方向に垂直な面における第２の開口断面積と上記方向の第２の長さとを有し、第１の開口断面積は第２の開口断面積よりも小さく、第１の長さは第２の長さ以下である。

Description

気相成長装置
　本発明は、基板にガスを供給して膜の形成を行う気相成長装置に関する。
　高品質な半導体膜を形成する方法として、基板の表面に気相成長により単結晶膜を形成するエピタキシャル成長技術がある。エピタキシャル成長技術を用いる気相成長装置では、常圧又は減圧に保持された反応室の中のホルダに基板を載置する。
　そして、基板を加熱しながら、膜の原料を含むプロセスガスを、反応室の上部のガス室からガス流路を経由して反応室に供給する。基板の表面ではプロセスガスの熱反応が生じ、基板の表面にエピタキシャル単結晶膜が形成される。
　反応室の中で膜の成長を繰り返すと、ガス流路の反応室側の端部に反応生成物が堆積することがある。堆積する反応生成物の量が多くなると、ガス流路の開口断面積が変化する。ガス流路の開口断面積が変化すると、反応室へのプロセスガスの供給が不安定になり、膜の特性の再現性が低下する。したがって、プロセスガスの反応室への供給の不安定化を抑制し、膜の特性の再現性を向上させることが望まれる。
　特許文献１には、ガス流路の反応室側の端部でのガスの回り込みを抑え、堆積物の付着に起因するパーティクルの発生を抑制する気相成長装置が記載されている。
特開２０１７－１５７６７８号公報
　本発明が解決しようとする課題は、膜の特性の再現性を向上させることが可能な気相成長装置を提供することにある。
　本発明の一態様の気相成長装置は、反応室と、前記反応室の上に設けられ、第１のプロセスガスが導入される第１のガス室と、前記第１のガス室から前記反応室に前記第１のプロセスガスを供給する複数の第１のガス流路と、を備え、前記複数の第１のガス流路のうち少なくとも１つは、第１の領域と、前記第１の領域と前記反応室との間に位置する第２の領域とを有し、前記第１の領域は前記第１のプロセスガスの流れる方向に垂直な面における第１の開口断面積と前記方向の第１の長さとを有し、前記第２の領域は前記方向に垂直な面における第２の開口断面積と前記方向の第２の長さとを有し、前記第１の開口断面積は前記第２の開口断面積よりも小さく、前記第１の長さは前記第２の長さ以下である。
　本発明によれば、膜の特性の再現性を向上させることが可能な気相成長装置が実現できる。
第１の実施形態の気相成長装置の模式断面図。 第１の実施形態の第１のガス流路の模式断面図。 第１の実施形態の第２のガス流路の模式断面図。 第１の実施形態の気相成長装置の作用及び効果の説明図。 第１の実施形態の気相成長装置の作用及び効果の説明図。 第１の実施形態の気相成長装置の作用及び効果の説明図。 第１の実施形態の気相成長装置の作用及び効果の説明図。 第２の実施形態の第１のガス流路の模式断面図。 第３の実施形態の気相成長装置の模式断面図。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
　本明細書中、同一又は類似の部材について、同一の符号を付す場合がある。
　本明細書中、気相成長装置が膜の形成が可能に設置された状態での重力方向を「下」と定義し、その逆方向を「上」と定義する。したがって、「下部」とは、基準に対し重力方向の位置、「下方」とは基準に対し重力方向を意味する。そして、「上部」とは、基準に対し重力方向と逆方向の位置、「上方」とは基準に対し重力方向と逆方向を意味する。また、「縦方向」とは重力方向である。
　また、本明細書中、「プロセスガス」とは、膜の形成のために用いられるガスの総称であり、例えば、ソースガス、アシストガス、ドーパントガス、キャリアガス、及び、それらの混合ガスを含む概念とする。
　コンダクタンスは流路を流れる流体の流れやすさを表す。例えば、直径がＤ、長さがＬの円筒形状の流路のコンダクタンスはＤ４／Ｌに比例する。以後、Ｄ４／Ｌをコンダクタンス係数と称する。なお、本明細書では、流路の形状変更に伴う流路の入口と出口との圧力に変化が無いものとする。また、粘性流領域においては、コンダクタンスは流路の平均圧力にも比例するが、本明細書では、煩雑にならないよう計算上省略するものとする。こうすることで、流路のコンダクタンスをコンダクタンス係数のみに比例するものとして扱うことができる。
（第１の実施形態）
　第１の実施形態の気相成長装置は、反応室と、反応室の上に設けられ、第１のプロセスガスが導入される第１のガス室と、第１のガス室から反応室に第１のプロセスガスを供給する複数の第１のガス流路と、を備え、複数の第１のガス流路のうち少なくとも１つは、第１の領域と、第１の領域と反応室との間に位置する第２の領域とを有し、第１の領域は第１のプロセスガスの流れる方向に垂直な面における第１の開口断面積と上記方向の第１の長さとを有し、第２の領域は上記方向に垂直な面における第２の開口断面積と上記方向の第２の長さとを有し、第１の開口断面積は第２の開口断面積よりも小さく、第１の長さは第２の長さ以下である。
　第１の実施形態の気相成長装置は、上記構成を備えることにより、第１のガス流路の反応室側の端部に反応生成物が堆積した場合でも、第１のプロセスガスの反応室への供給の不安定化を抑制できる。したがって、第１の実施形態の気相成長装置によれば、膜の特性の再現性を向上させることが可能となる。
　図１は、第１の実施形態の気相成長装置の模式断面図である。第１の実施形態の気相成長装置１００は、例えば、単結晶のＳｉＣ基板上に単結晶のＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる枚葉型のエピタキシャル成長装置である。
　第１の実施形態の気相成長装置１００は、反応室１０、第１のガス室１１（ガス室）、第２のガス室１２、複数の第１のガス流路５１（ガス流路）、複数の第２のガス流路５２、第１のガス供給口８１、第２のガス供給口８２を備える。反応室１０は、サセプタ１４（ホルダ）、回転体１６、回転軸１８、回転駆動機構２０、第１のヒータ２２、リフレクタ２８、支持柱３０、固定台３２、固定軸３４、フード４０、第２のヒータ４２、ガス排出口４４を備える。
　反応室１０は、例えば、ステンレス製である。反応室１０は、円筒状の壁を有する。反応室１０内で、ウェハＷ上にＳｉＣ膜を形成する。ウェハＷは基板の一例である。
　サセプタ１４は、反応室１０の中に設けられる。サセプタ１４には、ウェハＷが載置可能である。サセプタ１４には、中心部に開口部が設けられていても構わない。サセプタ１４は、ホルダの一例である。
　サセプタ１４は、例えば、ＳｉＣやカーボン、又は、ＳｉＣやＴａＣでコートしたカーボン等の耐熱性の高い材料で形成される。
　サセプタ１４は、回転体１６の上部に固定される。回転体１６は、回転軸１８に固定される。サセプタ１４は、間接的に回転軸１８に固定される。
　回転軸１８は、回転駆動機構２０によって回転可能である。回転駆動機構２０により、回転軸１８を回転させることによりサセプタ１４を回転させることが可能である。サセプタ１４を回転させることにより、サセプタ１４に載置されたウェハＷを回転させることが可能である。
　回転駆動機構２０により、例えば、ウェハＷを３００ｒｐｍ以上３０００ｒｐｍ以下の回転速度で回転させることが可能である。回転駆動機構２０は、例えば、モータとベアリングで構成される。
　第１のヒータ２２は、サセプタ１４の下に設けられる。第１のヒータ２２は、回転体１６内に設けられる。第１のヒータ２２は、サセプタ１４に保持されたウェハＷを下方から加熱する。第１のヒータ２２は、例えば、抵抗加熱ヒータである。第１のヒータ２２は、例えば、櫛形のパターンが施された円板状である。
　リフレクタ２８は、第１のヒータ２２の下に設けられる。リフレクタ２８とサセプタ１４との間に、第１のヒータ２２が設けられる。
　リフレクタ２８は、第１のヒータ２２から下方に放射される熱を反射し、ウェハＷの加熱効率を向上させる。また、リフレクタ２８は、リフレクタ２８より下方の部材が加熱されるのを防止する。リフレクタ２８は、例えば、円板状である。リフレクタ２８は、例えば、ＳｉＣで被覆したカーボン等の耐熱性の高い材料で形成される。
　リフレクタ２８は、例えば、複数の支持柱３０によって、固定台３２に固定される。固定台３２は、例えば、固定軸３４によって支持される。
　回転体１６内には、サセプタ１４を回転体１６から脱着させるために、突き上げピン（図示せず）が設けられる。突き上げピンは、例えば、リフレクタ２８、及び、第１のヒータ２２を貫通する。
　第２のヒータ４２は、フード４０と反応室１０の内壁との間に設けられる。第２のヒータ４２は、サセプタ１４に保持されたウェハＷを上方から加熱する。ウェハＷを第１のヒータ２２に加えて第２のヒータ４２で加熱することにより、ウェハＷをＳｉＣ膜の成長に必要とされる温度、例えば、１５００℃以上の温度に加熱することが可能となる。第２のヒータ４２は、例えば、抵抗加熱ヒータである。
　フード４０は、例えば、円筒状である。フード４０は、第２のヒータ４２に第１のプロセスガスＧ１や第２のプロセスガスＧ２が接することを防ぐ機能を備える。フード４０は、例えば、ＳｉＣで被覆したカーボン等の耐熱性の高い材料で形成される。
　ガス排出口４４は、反応室１０の底部に設けられる。ガス排出口４４は、ウェハＷ表面でソースガスが反応した後の余剰の反応生成物、及び、余剰のプロセスガスを反応室１０の外部に排出する。ガス排出口４４は、例えば、図示しない真空ポンプに接続される。
　また、反応室１０には、図示しないウェハ出入口及びゲートバルブが設けられている。ウェハ出入口及びゲートバルブにより、ウェハＷを反応室１０内に搬入したり、反応室１０外に搬出したりすることが可能である。
　第１のガス室１１は、反応室１０の上に設けられる。第１のガス室１１には、第１のプロセスガスＧ１を導入するための第１のガス供給口８１が設けられる。第１のガス供給口８１から導入された第１のプロセスガスＧ１が第１のガス室１１の中に充填される。
　第１のプロセスガスＧ１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）のソースガスを含む。第１のプロセスガスＧ１は、例えば、シリコンのソースガスと、シリコンのクラスター化を抑制するアシストガスと、キャリアガスの混合ガスである。
　シリコンのソースガスは、例えば、シラン（ＳｉＨ４）である。アシストガスは、例えば、塩化水素（ＨＣｌ）である。キャリアガスは、例えば、アルゴンガス、又は、水素ガスである。
　第２のガス室１２は、反応室１０の上に設けられる。第２のガス室１２は、反応室１０と第１のガス室１１との間に設けられる。第２のガス室１２には、第２のプロセスガスＧ２を導入するための第２のガス供給口８２が設けられる。第２のガス供給口８２から導入された第２のプロセスガスＧ２が第２のガス室１２の中に充填される。
　第２のプロセスガスＧ２は、例えば、炭素のソースガスを含む。第２のプロセスガスＧ２は、例えば、炭素のソースガスと、ｎ型不純物のドーパントガスと、キャリアガスの混合ガスである。第２のプロセスガスＧ２は、第１のプロセスガスＧ１と異なる。
　炭素のソースガスは、例えば、プロパン（Ｃ３Ｈ８）である。ｎ型不純物のドーパントガスは、例えば、窒素ガスである。キャリアガスは、例えば、アルゴンガス、又は、水素ガスである。
　複数の第１のガス流路５１は、第１のガス室１１と反応室１０との間に設けられる。第１のガス流路５１は、第１のガス室１１から反応室１０に第１のプロセスガスＧ１を供給する。
　複数の第２のガス流路５２は、第２のガス室１２と反応室１０との間に設けられる。第２のガス流路５２は、第２のガス室１２から反応室１０に第２のプロセスガスＧ２を供給する。
　図２は、第１の実施形態の第１のガス流路の模式断面図である。第１のガス流路５１は、上部領域５１ａ（第１の領域）と下部領域５１ｂ（第２の領域）とを有する。下部領域５１ｂは、上部領域５１ａと反応室１０との間に位置する。
　上部領域５１ａはプロセスガスの流れる方向（図２中の白矢印：第１の方向）に垂直な面（図２中のＰ１）における第１の開口断面積Ｓ１を有する。また、上部領域５１ａは、プロセスガスの流れる方向（図２中の白矢印）の第１の長さＬ１を有する。
　上部領域５１ａは、例えば、長さがＬ１の円筒形状である。面Ｐ１における上部領域５１ａの開口断面は、例えば、直径がＤ１の円形である。
　下部領域５１ｂはプロセスガスの流れる方向（図２中の白矢印）に垂直な面（図２中のＰ２）における第２の開口断面積Ｓ２を有する。また、下部領域５１ｂは、プロセスガスの流れる方向（図２中の白矢印）の第２の長さＬ２を有する。
　下部領域５１ｂは、例えば、長さがＬ２の円筒形状である。面Ｐ２における下部領域５１ｂの開口断面は、例えば、直径がＤ２の円形である。
　下部領域５１ｂの内壁面と面Ｐ２とのなす角度θは、例えば、８０度以上である。また、第２の長さＬ２は、例えば、５ｍｍ以上である。
　第１の開口断面積Ｓ１は、第２の開口断面積Ｓ２よりも小さい。また、第１の長さＬ１は、第２の長さＬ２以下である。すなわち、上部領域５１ａの上端の第１の流路面積（開口断面積）より下部領域５１ｂの下端の第２の流路面積（開口断面積）が大きく、ガス流路５１の中間位置（上端と下端の中間高さ位置）における流路面積は、上端の流路面積より大きく、下端の流路面積以下である。
　上部領域５１ａは第１のコンダクタンスＣ１を有し、下部領域５１ｂは第２のコンダクタンスＣ２を有する。第１のコンダクタンスＣ１は、第２のコンダクタンスＣ２より小さい。第２のコンダクタンスＣ２に対する第１のコンダクタンスＣ１の比率（以下、コンダクタンス比率とも称する）は、例えば、１％以上４０％以下である。
　第１のコンダクタンスＣ１と第２のコンダクタンスＣ２との大小関係は、上部領域５１ａのコンダクタンス係数と、下部領域５１ｂのコンダクタンス係数の大小関係と一致する。また、第２のコンダクタンスＣ２に対する第１のコンダクタンスＣ１の比率（コンダクタンス比率）は、コンダクタンス係数の比率、すなわち、（（Ｄ１）４／Ｌ１）／（（Ｄ２）４／Ｌ２）に一致する。
　図３は、第１の実施形態の第２のガス流路の模式断面図である。第２のガス流路５２は、上部領域５２ａ（第３の領域）と下部領域５２ｂ（第４の領域）とを有する。下部領域５２ｂは、上部領域５２ａと反応室１０との間に位置する。
　上部領域５２ａはプロセスガスの流れる方向（図３中の白矢印：第２の方向）に垂直な面（図３中のＰ３）における第３の開口断面積Ｓ３を有する。また、上部領域５２ａは、プロセスガスの流れる方向（図３中の白矢印）の第３の長さＬ３を有する。
　上部領域５２ａは、例えば、長さがＬ３の円筒形状である。面Ｐ３における上部領域５２ａの開口断面は、例えば、直径がＤ３の円形である。
　下部領域５２ｂはプロセスガスの流れる方向（図３中の白矢印）に垂直な面（図３中のＰ４）における第４の開口断面積Ｓ４を有する。また、下部領域５２ｂは、プロセスガスの流れる方向（図３中の白矢印）の第４の長さＬ４を有する。
　下部領域５２ｂは、例えば、長さがＬ４の円筒形状である。面Ｐ４における下部領域５２ｂの開口断面は、例えば、直径がＤ４の円形である。
　下部領域５２ｂの内壁面と面Ｐ４とのなす角度θは、例えば、８０度以上である。また、第４の長さＬ４は、例えば、５ｍｍ以上である。
　第３の開口断面積Ｓ３は、第４の開口断面積Ｓ４よりも小さい。また、第３の長さＬ３は、第４の長さＬ４以下である。
　上部領域５２ａは第３のコンダクタンスＣ３を有し、下部領域５２ｂは第４のコンダクタンスＣ４を有する。第３のコンダクタンスＣ３は、第４のコンダクタンスＣ４より小さい。第４のコンダクタンスＣ４に対する第３のコンダクタンスＣ３の比率（コンダクタンス比率）は、例えば、１％以上４０％以下である。
　第３のコンダクタンスＣ３と第４のコンダクタンスＣ４との大小関係は、上部領域５２ａのコンダクタンス係数と、下部領域５２ｂのコンダクタンス係数の大小関係と一致する。また、第４のコンダクタンスＣ４に対する第３のコンダクタンスＣ３の比率（コンダクタンス比率）は、コンダクタンス係数の比率、すなわち、（（Ｄ３）４／Ｌ３）／（（Ｄ４）４／Ｌ４）に一致する。
　次に、第１の実施形態の気相成長装置の作用及び効果について説明する。
　図４は、第１の実施形態の気相成長装置の作用及び効果の説明図である。図４は、比較例のガス流路５９の模式断面図である。比較例のガス流路５９は、円筒形状である。比較例のガス流路５９の開口断面は、直径がＤ０の円形である。
　例えば、ウェハＷにＳｉＣ膜を形成する場合、ガス流路５９の反応室１０側の端部の温度が輻射熱によって上昇する。温度が上昇することにより、ガス流路５９の反応室１０側の端部にプロセスガスの反応生成物９９が堆積することがある。反応生成物９９は、厚さがｔ、長さがＬｘとする。ＳｉＣ膜の形成が繰り返されることにより、堆積物の厚さｔが厚くなり、長さＬｘが長くなる。
　反応生成物９９の堆積により、ガス流路５９の反応室１０側の端部では、内壁面の実効的な直径が（Ｄ０－２ｔ）と、小さくなる。内壁面の実効的な直径が小さくなることにより、開口断面積も小さくなり、ガス流路５９のコンダクタンスが小さくなる。よって、プロセスガスがガス流路５９を流れにくくなる。
　ガス流路５９のコンダクタンスに経時変化が生ずることにより、ガス流路５９を流れるプロセスガスの流速や流量に経時変化が生じ、ＳｉＣ膜の特性の再現性が低下する。特に、複数のガス流路５９への反応生成物９９の堆積に、ガス流路５９の位置依存性がある場合には、ＳｉＣ膜の特性のウェハ面内均一性の再現性も低下する。すなわち、複数のガス流路５９の間で、コンダクタンスの変化量が異なり、反応室１０の中に供給されるプロセスガスのバランスが崩れ、ＳｉＣ膜のウェハ面内均一性の再現性が低下する。
　反応生成物９９の堆積により、例えば、ＳｉＣ膜の膜厚やキャリア濃度の平均値の再現性が低下する。また、例えば、ＳｉＣ膜の膜厚やキャリア濃度のウェハ面内均一性の再現性が低下する。
　図５は、第１の実施形態の気相成長装置の作用及び効果の説明図である。図５は、第１のガス流路５１の模式断面図である。
　第１の実施形態の気相成長装置の第１のガス流路５１は、コンダクタンスの小さい上部領域５１ａとコンダクタンスの大きい下部領域５１ｂとの２段構造を有する。コンダクタンスの大きい下部領域５１ｂは、第１のガス流路５１の反応室１０側に位置する。第１の開口断面積Ｓ１を、第２の開口断面積Ｓ２よりも小さくすることにより、第１のガス流路５１のコンダクタンスを、下部領域５１ｂのコンダクタンスよりも小さくする。
　仮に、下部領域５１ｂの反応室１０側の端部に反応生成物９９が堆積し、下部領域５１ｂのコンダクタンスが低下したとしても、第１のガス流路５１全体のコンダクタンスの低下は比較例の場合と比べて抑制される。したがって、ＳｉＣ膜の特性の再現性の低下が抑制される。
　図６は、第１の実施形態の気相成長装置の作用及び効果の説明図である。図６は、比較例及び実施例１～５のガス流路に反応生成物が堆積した場合の、コンダクタンス変化率の計算結果を示す図である。
　実施例１～５は、図２に示した第１のガス流路５１の形状を前提としている。また、堆積する反応生成物９９は、厚さｔ＝０．５ｍｍ、長さＬｘ＝５ｍｍとした。
　コンダクタンス比率は、第２のコンダクタンスＣ２に対する第１のコンダクタンスＣ１の比率、すなわち、コンダクタンス係数の比率である。また、コンダクタンス変化率は、反応生成物９９の堆積前の第１のガス流路５１全体のコンダクタンス係数に対する堆積後のコンダクタンス係数の比率である。コンダクタンス変化率が１００％に近い程、コンダクタンスの低下が小さいことを示す。
　実施例の構造を採用することにより、比較例よりもコンダクタンス変化率は１００％に近づく。したがって、反応生成物９９の堆積に伴うコンダクタンスの変化が抑制される。よって、ＳｉＣ膜の特性の再現性の低下が抑制される。
　コンダクタンス比率は、１％以上４０％以下であることが好ましく、２０％以上３０％以下であることがより好ましい。上記範囲を下回るとガス流量の低下が懸念される。上記範囲を上回ると、反応生成物９９の堆積に伴うコンダクタンスの変化の抑制効果が不十分となるおそれがある。
　図７は、第１の実施形態の気相成長装置の作用及び効果の説明図である。図７は、比較例及び実施例のガス流路を用いた場合の、ＳｉＣ膜の特性の経時変化を示す図である。図７（ａ）が比較例の場合、図７（ｂ）が実施例の場合である。実施例は、図６の実施例４に相当するガス流路を用いている。
　横軸は、気相成長装置を用いてＳｉＣ膜の形成を行った処理回数である。縦軸は、ＳｉＣ膜のキャリア濃度のウェハ面内均一性（キャリア濃度均一性）である。また、縦軸は、第１のガス室１１に導入する第１のプロセスガスＧ１に含まれるシリコンに対する、第２のガス室１２に導入する第２のプロセスガスＧ２に含まれる炭素の原子比（Ｃ／Ｓｉ比）である。ＳｉＣ膜の形成の際に、Ｃ／Ｓｉ比を調整することにより、キャリア濃度のウェハ面内均一性が例えば１５％以内に収まるように制御する。
　図７（ａ）に示すように、比較例の場合はキャリア濃度のウェハ面内均一性を保つために、Ｃ／Ｓｉ比をレンジにして０．２１変化させる必要があった。これに対し、図７（ｂ）に示すように、実施例の場合は、Ｃ／Ｓｉ比をレンジにして０．０３変化させるだけで、キャリア濃度のウェハ面内均一性を保つことができる。以上の結果から、実施例におけるＳｉＣ膜の特性の再現性が、比較例に比べて明らかに向上している。
　第１のガス流路５１において、下部領域５１ｂの内壁面と面Ｐ２とのなす角度は、８０度以上であることが好ましく、８５度以上であることがより好ましい。上記範囲を下回ると、輻射熱が下部領域５１ｂの内壁面に照射されやすくなる。したがって、下部領域５１ｂの内壁面の温度上昇が大きくなり、反応生成物９９の堆積量が増加するおそれがある。
　また、第１の長さＬ１を、第２の長さＬ２以下とすることにより、上部領域５１ａの内壁面に反応生成物９９の堆積が生じることを抑制する。
　第１のガス流路５１において、第２の長さＬ２は５ｍｍ以上であることが好ましく１０ｍｍ以上であることがより好ましい。上記範囲を下回ると、上部領域５１ａの内壁面に反応生成物９９の堆積が生ずるおそれがある。
　以上、第１の実施形態の気相成長装置によれば、ガス流路の反応室側の端部に反応生成物が堆積した場合でも、プロセスガスの反応室への供給の不安定化を抑制できる。したがって、第１の実施形態の気相成長装置によれば、膜の特性の再現性を向上させることが可能となる。
（第２の実施形態）
　第２の実施形態の気相成長装置は、第１の領域は、第２の領域と分離可能な部品で形成される点で、第１の実施形態の気相成長装置と異なっている。以下、第１の実施形態と重複する内容については記述を一部省略する。
　図８は、第２の実施形態の第１のガス流路の模式断面図である。第１のガス流路５１は、上部領域５１ａと下部領域５１ｂとを有する。第１のガス流路５１は、部品５１ｘを含む。　
　部品５１ｘは、上部領域５１ａの少なくとも一部を形成する。部品５１ｘは、下部領域５１ｂと分離可能に構成されている。
　上部領域５１ａを、下部領域５１ｂと分離可能な部品５１ｘで形成することにより、第１の開口断面積Ｓ１、第１の長さＬ１の調整が容易となる。したがって、膜の特性の再現性を向上させることが容易となる。
　第２の実施形態の気相成長装置によれば、第１の実施形態の気相成長装置と同様、ガス流路の反応室側の端部に反応生成物が堆積した場合でも、プロセスガスの反応室への供給の不安定化を抑制できる。したがって、膜の特性の再現性を向上させることが可能となる。さらに、部品５１ｘを用いることにより、膜の特性の再現性を向上させることが容易となる。
（第３の実施形態）
　第３の実施形態の気相成長装置は、ガス室が１つである点で、第１の実施形態の気相成長装置と異なっている。以下、第１の実施形態と重複する内容については記述を一部省略する。
　図９は、第３の実施形態の気相成長装置の模式断面図である。第３の実施形態の気相成長装置３００は、例えば、単結晶のＳｉＣ基板上に単結晶のＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる枚葉型のエピタキシャル成長装置である。
　第３の実施形態の気相成長装置３００は、反応室１０、ガス室１５（第１のガス室）、複数のガス流路５５（第１のガス流路）、第１のガス供給口８１、第２のガス供給口８２を備える。反応室１０は、サセプタ１４（ホルダ）、回転体１６、回転軸１８、回転駆動機構２０、第１のヒータ２２、リフレクタ２８、支持柱３０、固定台３２、固定軸３４、フード４０、第２のヒータ４２、ガス排出口４４を備える。
　ガス室１５は、反応室１０の上に設けられる。ガス室１５には、プロセスガスＧ０（第１のプロセスガス）を導入するためのガス供給口８５が設けられる。ガス供給口８５から導入されたプロセスガスＧ０がガス室１５の中に充填される。
　プロセスガスＧ０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）のソースガス、炭素（Ｃ）のソースガス、ｎ型不純物のドーパントガス、シリコンのクラスター化を抑制するアシストガス、及び、キャリアガスを含む混合ガスである。シリコンのソースガスは、例えば、シラン（ＳｉＨ４）である。炭素のソースガスは、例えば、プロパン（Ｃ３Ｈ８）である。ｎ型不純物のドーパントガスは、例えば、窒素ガスである。アシストガスは、例えば、塩化水素（ＨＣｌ）である。キャリアガスは、例えば、アルゴンガス、又は、水素ガスである。
　複数のガス流路５５は、ガス室１５と反応室１０との間に設けられる。ガス流路５５は、ガス室１５から反応室１０にプロセスガスＧ０を供給する。ガス流路５５は、例えば、第１の実施形態の第１のガス流路５１と同様の構成を有する。
　第３の実施形態の気相成長装置によれば、第１の気相成長装置同様、ガス流路の反応室側の端部に反応生成物が堆積した場合でも、プロセスガスの反応室への供給の不安定化を抑制できる。したがって、第３の実施形態の気相成長装置によれば、膜の特性の再現性を向上させることが可能となる。
　以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。上記、実施形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、各実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもかまわない。
　実施形態では、単結晶のＳｉＣ膜を形成する場合を例に説明したが、多結晶又はアモルファスのＳｉＣ膜の形成にも本発明を適用することが可能である。また、ＳｉＣ膜以外の膜の形成にも本発明を適用することが可能である。
　また、実施形態では、単結晶ＳｉＣのウェハを基板の一例として説明したが、基板は単結晶ＳｉＣのウェハに限定されるものではない。
　また、実施形態では、ｎ型不純物として窒素を例に説明したが、ｎ型不純物として、例えば、リン（Ｐ）を適用することも可能である。また、不純物としてｐ型不純物を適用することも可能である。
　また、実施形態では、ガス流路が円筒形状の場合を例に説明したが、ガス流路の形状は円筒形状に限られず、四角柱など、その他の形状であっても構わない。また、実施形態では、ガス流路の開口断面が円形の場合を例に説明したが、ガス流路の開口断面は、円形に限られず、楕円、正方形、長方形など、その他の形状であっても構わない。
　実施形態では、装置構成や製造方法等、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や製造方法等を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての気相成長装置、環状ホルダ、及び、気相成長方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物の範囲によって定義されるものである。
なお、本発明に係るガス流路は、ガス流路の反応室側の端部に反応生成物が堆積する場合に顕著な効果を有する。複数のガス流路への反応生成物の堆積に、ガス流路の位置依存性がある場合は、反応生成物が堆積しやすいガス流路に限定して本発明に係るガス流路を用いても良い。
１０　　　反応室
１１　　　第１のガス室（ガス室）
１２　　　第２のガス室
１５　　　ガス室
１４　　　サセプタ（ホルダ）
５１　　　第１のガス流路（ガス流路）
５１ａ　　上部領域（第１の領域）
５１ｂ　　下部領域（第２の領域）
５１ｘ　　部品
５２　　　第２のガス流路
５２ａ　　上部領域（第３の領域）
５２ｂ　　下部領域（第４の領域）
１００　　気相成長装置
３００　　気相成長装置
Ｇ０　　　プロセスガス（第１のプロセスガス）
Ｇ１　　　第１のプロセスガス（プロセスガス）
Ｇ２　　　第２のプロセスガス
Ｗ　　　　ウェハ（基板）
Ｌ１　　　第１の長さ
Ｌ２　　　第２の長さ
Ｓ１　　　第１の開口断面積
Ｓ２　　　第２の開口断面積

Claims (11)

  1. 　反応室と、
    　前記反応室の上に設けられ、第１のプロセスガスが導入される第１のガス室と、
    　前記第１のガス室から前記反応室に前記第１のプロセスガスを供給する複数の第１のガス流路と、
    を備え、
    　前記複数の第１のガス流路のうち少なくとも１つは、第１の領域と、前記第１の領域と前記反応室との間に位置する第２の領域とを有し、前記第１の領域は前記第１のプロセスガスの流れる方向に垂直な面における第１の開口断面積と前記方向の第１の長さとを有し、前記第２の領域は前記方向に垂直な面における第２の開口断面積と前記方向の第２の長さとを有し、前記第１の開口断面積は前記第２の開口断面積よりも小さく、前記第１の長さは前記第２の長さ以下である気相成長装置。
  2. 　前記第１の領域は、前記第２の領域と分離可能な部品で形成される請求項１記載の気相成長装置。
  3. 　前記第１の領域は第１のコンダクタンスを有し、前記第２の領域は第２のコンダクタンスを有し、前記第２のコンダクタンスに対する前記第１のコンダクタンスの比率は、１％以上４０％以下である請求項１記載の気相成長装置。
  4. 　前記第２の領域の内壁面と前記方向に対し垂直な面とのなす角度は８０度以上である請求項１記載の気相成長装置。
  5. 　前記第２の長さは５ｍｍ以上である請求項１記載の気相成長装置。
  6. 　前記反応室と前記第１のガス室との間に設けられ、前記第１のプロセスガスと異なる第２のプロセスガスが導入される第２のガス室と、
    　前記第２のガス室から前記反応室に前記第２のプロセスガスを供給する複数の第２のガス流路と、
    を更に備え、
    　前記複数の第２のガス流路のうち少なくとも１つは、第３の領域と、前記第３の領域と前記反応室との間に位置する第４の領域とを有し、前記第３の領域は前記第２のプロセスガスの流れる第２の方向に垂直な面における第３の開口断面積と前記第２の方向の第３の長さとを有し、前記第４の領域は前記第２の方向に垂直な面における第４の開口断面積と前記第２の方向の第４の長さとを有し、前記第３の開口断面積は前記第４の開口断面積よりも小さく、前記第３の長さは前記第４の長さ以下である請求項１記載の気相成長装置。
  7. 　前記第３の領域は、前記第４の領域と分離可能な部品で形成される請求項６記載の気相成長装置。
  8. 　前記第３の領域は第３のコンダクタンスを有し、前記第４の領域は第４のコンダクタンスを有し、前記第４のコンダクタンスに対する前記第３のコンダクタンスの比率は、１％以上４０％以下である請求項６記載の気相成長装置。
  9. 　前記第４の領域の内壁面と前記第２の方向に対し垂直な面とのなす角度は８０度以上である請求項６記載の気相成長装置。
  10. 　前記第２の長さは５ｍｍ以上であり、前記第４の長さは５ｍｍ以上である請求項６記載の気相成長装置。
  11. 　反応室上に設けられ、プロセスガスが導入されるガス室と、
    前記ガス室から前記反応室に前記プロセスガスを供給する複数のガス流路を備え、
    　前記ガス流路の上端の第１の流路面積より前記ガス流路の下端の第２の流路面積が大きく、前記ガス流路の前記上端と前記下端の中間位置における流路面積は、前記第１の流路面積より大きく、前記第２の流路面積以下である、気相成長装置。
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