(57)【要約】【目的】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。【構成】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、プロセスガスが導入されるガス室と、ガス室から反応室にプロセスガスを供給する複数のガス流路と、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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室と、
前記反応室の上に設けられ、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と、
を備え、
前記複数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。
【請求項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。
【請求項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又は請求項２記載の気相成長装置。
【請求項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ないし請求項３いずれか一項記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記第２の長さは５ｍｍ以上である請求項１ないし請求項４いずれか一項記載の気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１７−１５７６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、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と、を備え、前記複数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。
【０００９】
上記態様の気相成長装置において、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ことが好ましい。
【００１０】
上記態様の気相成長装置において、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％以下であることが好ましい。
【００１１】
上記態様の気相成長装置において、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度以上であることが好ましい。
【００１２】
上記態様の気相成長装置において、前記第２の長さは５ｍｍ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態の気相成長装置の模式断面図。
【図２】第１の実施形態の第１のガス流路の模式断面図。
【図３】第１の実施形態の第２のガス流路の模式断面図。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】第２の実施形態の第１のガス流路の模式断面図。
【図９】第３の実施形態の気相成長装置の模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
（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、プロセスガスが導入されるガス室と、ガス室から反応室にプロセスガスを供給する複数のガス流路と、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。
【００２１】
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、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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と下部領域５１ｂ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。
【００４８】
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）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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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と下部領域５２ｂ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。
【００５７】
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）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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
（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。
【００８７】
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。  
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
（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。
【００９２】
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。
【００９３】
第３の実施形態の気相成長装置３００は、反応室１０、ガス室１５、複数のガス流路５５、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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【符号の説明】
【０１０５】
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
５２ｂ    下部領域
１００    気相成長装置
３００    気相成長装置
Ｇ０      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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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