(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面にシリコン膜を成長させる気相成長方法であって、
前記基板の融点が、シリコンの融点よりも高く、
１２００〜１４００℃に加熱されている基板の表面に、その表面に直交する方向から、塩化シランガスとキャリアガスとを含む混合原料ガスを、温度を１０００℃以下に維持した状態で供給する工程を有しており、
前記塩化シランガスの供給量が、前記表面の１ｃｍ２当たり２００μｍｏｌ／分以上であり、
前記キャリアガスが、アルゴン、キセノン、クリプトン及びネオンから選択される少なくとも１種類以上のガスと、水素ガスとを含んでいる、半導体膜の気相成長方法。
【請求項２】
前記キャリアガス中の前記アルゴン、キセノン、クリプトン及びネオンから選択される少なくとも１種類以上のガスの割合が、０．０１〜１０ｖｏｌ％である、請求項１に記載の半導体膜の気相成長方法。
【請求項３】
前記基板を１０００ｒｐｍ以上の速度で回転させながら、前記混合原料ガスを供給する、請求項１又は２に記載の半導体膜の気相成長方法。
【請求項４】
前記基板を、１２００〜１３５０℃に加熱しておく、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体膜の気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面に半導体膜を成長させる気相成長技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板の表面に半導体膜を気相成長させる気相成長方法が知られている。特許文献１に、１０００℃に加熱されている基板の表面に、その表面に直交する方向から原料ガス（半導体膜を構成する元素を含むガス）を供給する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３０６８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体膜の成長速度を速くする方法として、基板の表面に供給する原料ガスの量を多くする方法が挙げられる。しかしながら、原料ガスの量が多くなると、原料ガスが基板の表面に達する前に気相中で分解する量も多くなり、多くの反応生成物が生じる。以下の説明では、原料ガスが気相中で分解することによって生じた生成物のことを「反応生成物」と称す。また、本明細書でいう「原料ガスの量」とは、単位面積当たりに導入される単位時間当たりの原料ガスのモル量である。
【０００５】
例えば原料ガスとして塩化シランガスが使用される場合、塩化シランガスは、気相中で分解し、反応生成物である塩化水素ガスを生じる。塩化シランガスの量が多くなれば、反応生成物である塩化水素ガスの量も多くなる。一方、半導体膜が基板上で結晶成長する際に、基板の表面から副生成物である塩化水素ガスが生じる。すなわち、原料ガスとして塩化シランガスが使用される場合、気相中で生じる反応生成物と、基板の表面から生じる副生成物が同じである。基板の表面に副生成物が多く存在すると、結晶成長するときとは反対の反応（逆反応）が進み、半導体膜の成長速度が低下する。同様に、気相中に反応生成物が多く存在すると、半導体膜の成長速度が低下する。そのため、基板の表面に供給する原料ガスの量を多くしても、供給された原料ガスの量に見合った成長速度を得ることができない。すなわち、基板の表面に供給する原料ガスの量を多くしても、半導体膜の成長速度が速くなるとは限らない。供給する原料ガスの量が過剰になると、半導体膜の成長速度が飽和する（又は遅くなる）。
【０００６】
半導体膜の成長速度を速くする他の方法として、基板の温度を高くする方法が挙げられる。基板の温度を高くすれば、基板の表面における半導体膜の結晶成長が促進される。そのため、一見すると、基板の温度を高くすれば、半導体膜の成長速度が速くなるように思われる。しかしながら、基板の温度を高くすると、基板に供給される原料ガスの温度も高くなる。その結果、原料ガスの分解が促進され、気相中の反応生成物の量が多くなる。特に、基板の温度を高くしつつ、基板の表面に供給する原料ガスの量を多くすると、気相中の反応生成物の量が顕著に増加し、半導体膜の結晶成長を阻害する。そのため、基板の温度を高くしても、原料ガスの供給量を多くすることができず、半導体膜の成長速度を十分に速くすることができない。
【０００７】
上記した理由から、従来は、基板の表面に供給することができる原料ガスの量、及び基板の温度を高くすることには限界があった。そのため、半導体膜の成長速度を十分に速くすることができなかった。本明細書に開示する技術は、気相成長技術において、従来よりも半導体膜の成長速度を速くする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書で開示される技術は、基板に供給される原料ガスの温度上昇を抑制しつつ、基板の温度を従来採用されていた温度よりも高くすることを特徴とする。それにより、基板の表面に供給する原料ガスの量を多くすることができ、半導体膜の成長速度を従来よりも速くすることができる。なお、原料ガスは、キャリアガスと混合された混合原料ガスの状態で、基板の表面に運ばれる。本明細書で開示する技術では、混合原料ガス中のキャリアガスが温度上昇を抑制することにより、原料ガスの温度上昇を抑制する。具体的には、キャリアガスが、アルゴン、キセノン、クリプトン及びネオンから選択される少なくとも１種類以上のガスと、水素ガスとを含むことを特徴とする。なお、従来の気相成長方法では、キャリアガスとして水素ガスのみが用いられている。アルゴン、キセノン、クリプトン及びネオンは、水素ガスと比較して定圧比熱（熱容量）が大きい。そのため、これらのガスを含むキャリアガスは、基板の温度が高くても、温度上昇しにくい。気相中で原料ガスが分解することが抑制され、反応生成物である塩化水素ガスの発生を抑制することができる。基板の表面に供給する原料ガスの量を多くしても、半導体膜の結晶成長が反応生成物によって阻害されにくい。そのため、基板の表面に供給する原料ガスの量を多くしつつ、基板の温度を高くすることができる。その結果、半導体膜の成長速度を、従来よりも速くすることができる。
【０００９】
本明細書で開示される技術は、基板の表面に半導体膜を成長させる気相成長方法に使用される。その気相成長方法は、１２００〜１４００℃に加熱されている基板の表面に、その表面に直交する方向から、塩化シランガスとキャリアガスとを含む混合原料ガスを供給する工程を有している。塩化シランガスの供給量は、基板の表面の１ｃｍ２当たり２００μｍｏｌ／分以上である。キャリアガスは、アルゴン、キセノン、クリプトン及びネオンから選択される少なくとも１種類以上のガスと、水素ガスとを含んでいる。
【００１０】
上記の方法によると、キャリアガスの温度上昇が抑制されるので、原料ガスの温度上昇が抑制される。その結果、基板を、従来の気相成長方法よりも高い１２００〜１４００℃にまで加熱することができる。また、原料ガスの分解が抑制されるので、基板の表面の１ｃｍ２当たりに供給される原料ガスの供給量を、従来の気相成長方法よりも多い２００μｍｏｌ／分以上にすることができる。原料ガスとして塩化シランガスを使用する場合、基板上にシリコン膜が結晶成長する。シリコンの融点はおよそ１４００℃である。そのため、上記の方法では、基板の加熱温度を１４００℃以下とする。なお、基板を１２００〜１３５０℃に加熱しておくことがより好ましい。
【００１１】
上記の気相成長方法では、キャリアガス中のアルゴン、キセノン、クリプトン及びネオンから選択される少なくとも１種類以上のガスの割合は、０．０１〜１０ｖｏｌ％（体積パーセント）であることが好ましい。上記したように、キャリアガスは、アルゴン、キセノン、クリプトン及びネオンから選択される少なくとも１種類以上のガス以外に、水素ガスを含む。水素ガスは、基板の表面に結合した塩化シランガスの塩素基と反応し、基板の表面から塩素基を取り除く。その結果、基板の表面にシリコンが残存し、半導体膜が結晶成長する。キャリアガス中に水素ガス以外のガスが過剰に含まれていると、相対的に水素ガスの割合が減少する。水素ガスが塩素基と反応しにくくなり、半導体膜の成長速度が遅くなる。アルゴン、キセノン、クリプトン及びネオンから選択される少なくとも１種類以上のガスの割合が０．０１〜１０ｖｏｌ％であれば、混合原料ガスの温度上昇を抑制しつつ、塩素基を基板の表面から効率よく除去することができる。
【００１２】
上記の気相成長方法では、基板を１０００ｒｐｍ以上の速度で回転させながら、混合原料ガスを供給することが好ましい。混合原料ガスの温度上昇をさらに抑制することができる。気相中の原料ガスの分解がさらに抑制され、半導体膜の成長速度をさらに速くすることができる。
【００１３】
上記の気相成長方法では、基板の融点が、シリコンの融点よりも高いことが好ましい。このような基板の材料として、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、スピネル（ＭｇＡｌＯ４）、III族窒化物半導体（ＧａＮ，ＡｌＮ，ＡｌＧａＮ）等が挙げられる。
【発明の効果】
【００１４】
本明細書で開示される技術によると、従来よりも速い速度で半導体膜を気相成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施例の気相成長方法で使用する気相成長装置を示す。
【図２】半導体膜が成長する工程を模式的に示す（１）。
【図３】半導体膜が成長する工程を模式的に示す（２）。
【図４】半導体膜が成長する工程を模式的に示す（３）。
【図５】半導体膜が成長する工程を模式的に示す（４）。
【図６】原料ガスの供給量と半導体膜の成長速度との関係を示す（１）。
【図７】原料ガスの供給量と半導体膜の成長速度との関係を示す（２）。
【図８】原料ガスの供給量と半導体膜の成長速度との関係を示す（３）。
【図９】原料ガスの供給量と半導体膜の成長速度との関係を示す（４）。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書で開示される技術的特徴の幾つかを以下に整理して記す。
（特徴１）混合原料ガスの温度を１０００℃以下に維持した状態で、混合原料ガスを基板の表面に供給する。
（特徴２）窒化アルミニウム基板の表面に、シリコンの半導体膜を成長させる。
【実施例】
【００１７】
まず、図１を参照し、気相成長装置１について説明する。気相成長装置１は、気相成長室４と、載置台１０と、ヒータ８を備えている。気相成長室４の上部に、原料供給口２が設けられている。原料供給口２は、載置台１０の表面に直交する方向に設けられている。気相成長室４の下部に、排気口１２が設けられている。混合原料ガス１８は、原料ガス槽（図示省略）から原料供給口２を通じて気相成長室４内に導入される。排気ガス１６は、気相成長室４内から排気口１２を通じて気相成長装置１の外に排出される。載置台１０は、モータ（図示省略）によって、矢印１４に示すように回転することができる。載置台１０の表面には、基板６を載置することができる。載置台１０の内部に、ヒータ８が設けられている。ヒータ８によって、基板６を所定の温度まで加熱することができる。
【００１８】
次に、基板の表面に半導体膜を気相成長させる方法について説明する。本実施例では、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板の表面にシリコン（Ｓｉ）の半導体膜を成長させる方法について説明する。まず、載置台１０の表面に窒化アルミニウム基板６を載置した後、載置台１０を１０００ｒｐｍ以上の速度で回転させながら、窒化アルミニウム基板６を１３００℃まで加熱する。その後、窒化アルミニウム基板６の温度を１３００℃に維持したまま、混合原料ガス１８を原料供給口２から気相成長室４に導入する。混合原料ガス１８を気相成長室４内に導入しているときも、載置台１０を１０００ｒｐｍ以上の速度で回転させ続ける。なお、詳細は後述するが、窒化アルミニウム基板６の温度は、１２００〜１３５０℃の範囲内に維持されていればよい。従来の技術では、基板の表面にシリコン膜を結晶成長させる場合、基板を９００〜１２００℃程度に加熱した状態で気相成長を行う。本実施例では、従来よりも基板の温度を高く維持した状態で気相成長を行う。
【００１９】
混合原料ガス１８は、原料ガスとキャリアガスを含んでいる。原料ガスは、三塩化シラン（トリクロロシラン：ＳｉＨＣｌ３）ガスである。原料ガスは、窒化アルミニウム基板６表面の１ｃｍ２（以下、基板単位面積と称する）当たり２００μｍｏｌ／分以上で供給する。キャリアガスは、アルゴン（Ａｒ）ガスと水素（Ｈ２）ガスを含んでいる。キャリアガス中のアルゴンガスの体積割合は、１．０ｖｏｌ％である。詳細は後述するが、キャリアガス中のアルゴンガスの体積割合は、０．１〜１０ｖｏｌ％であることが好ましい。また、混合原料ガス１８は、アルゴンガスと水素ガス以外に、不純物のドーパントガスを含んでいてもよい。混合原料ガス１８中に不純物のドーパントガスが含まれていれば、ｎ型又はｐ型のシリコン膜を結晶成長させることができる。なお、理由は後述するが、従来の気相成長技術では、原料ガスの供給量は、基板単位面積当たり１００〜２００μｍｏｌ／分程度である。本実施例では、従来の気相成長技術では採用することができなかった多量の原料ガスを基板に供給する。
【００２０】
原料供給口２は、窒化アルミニウム基板６の表面に直交する方向に設けられている。そのため、気相成長室４内に導入された混合原料ガス１８は、窒化アルミニウム基板６の表面に直交する方向から、窒化アルミニウム基板６に供給される。この方法は、混合原料ガス１８を窒化アルミニウム基板６の表面に平行な方向から供給する方法に比べ、混合原料ガス１８が窒化アルミニウム基板６の表面近傍で移動する距離を短くすることができる。その結果、窒化アルミニウム基板６の熱によって、混合原料ガス１８の温度が上昇することを抑制することができる。
【００２１】
混合原料ガス１８が窒化アルミニウム基板６の表面に達すると、原料ガスを構成しているシリコン原子が窒化アルミニウム基板６の表面と結合する。その結果、シリコン膜が結晶成長する。結晶成長に使用されなかった混合原料ガス１８、及び、結晶成長により発生した副生成物は、排気口１２を通じて気相成長装置１の外に排出される。
【００２２】
図２〜図５の模式図を参照し、窒化アルミニウム基板６の表面にシリコン膜が成長する工程について説明する。図２は、窒化アルミニウム基板６の表面にシリコン膜２４が気相成長している途中の段階を示す。符号２６は、シリコン膜２４を構成しているシリコン原子を模式的に示している。シリコン膜２４の表面に露出しているシリコン原子２６に新たなシリコン原子が結合することによって、シリコン膜２４が結晶成長する（シリコン膜２４の厚みが増す）。
【００２３】
図３は、混合原料ガス１８を模式的に示す。混合原料ガス１８は、三塩化シランガス２８とキャリアガス３４を含む。キャリアガス３４は、アルゴンガス３２と水素ガス３０を含む。なお、図３は、三塩化シランガス２８とアルゴンガス３２と水素ガス３０を模式的に示すものであり、それらのガスの割合を正確に示すものではない。矢印４０に示すように、三塩化シランガス２８は、気相成長室４内の空間においてＳｉＣｌ２と塩化水素（ＨＣｌ）ガスに分解する。すなわち、気相成長室４内に導入された三塩化シランガス２８は、下記式（１）に示す反応（分解）を行う。
反応式（１）：ＳｉＨＣｌ３→ＳｉＣｌ２＋ＨＣｌ
【００２４】
上記式（１）の反応は、三塩化シランガス２８の温度が９００℃を超えると起こり易くなり、塩化シランガス２８の温度が上昇するほど反応が活発になる（分解が進む）。上記したように、本実施例では、キャリアガス３４中にアルゴンガス３２が含まれている。アルゴンガス３２は、水素ガス３０よりも定熱容量が大きい。そのため、アルゴンガス３２を含むキャリアガス３４は、水素ガスのみのキャリアガスよりも温度上昇しにくい。そのため、本実施例のキャリアガス３４は、水素ガスのみの従来のキャリアガスと比べて、温度上昇が抑制される。また、上記したように、本実施例では、混合原料ガス１８を、窒化アルミニウム基板６の表面に直交する方向から供給する。そのため、本実施例の気相成長方法では、三塩化シランガス２８の温度上昇が抑制され、上記反応式（１）の分解が進むことを抑制することができる。
【００２５】
図４と図５は、三塩化シランガス２８がシリコン膜２４の表面に露出しているシリコン原子２６（図２も参照）に結合し、シリコン膜２４の厚みが増加する過程を模式的に示す。図４に示すように、まず、上記反応式（１）によって生じたＳｉＣｌ２のＳｉ原子が、シリコン膜２４の表面のシリコン原子２６に結合する。その後、キャリアガス３４中の水素ガス３０がＣｌ原子と結合し、塩化水素ガス４６が生じる。塩化水素ガス４６は、結晶成長に伴う副生成物である。図５に示すように、シリコン膜２４の表面からＣｌ原子が除去されることによって、Ｓｉ原子２６の表面にＳｉ原子４２の成長膜が形成される。その結果、シリコン膜２４の厚みが増す。図５に示すＳｉ原子２６は、図２においてシリコン膜２４の表面に露出しているＳｉ原子である。図４及び図５に示す反応は、下記の反応式（２）で示すことができる。
反応式（２）：ＳｉＣｌ２＋Ｈ２→Ｓｉ＋２ＨＣｌ
【００２６】
上記反応式（２）の反応（シリコン膜の成長）は、温度が高いほど活発になる。なお、シリコン膜２４の表面では、一定の割合で下記の反応式（３）に示す反応も行われる。
反応式（３）：Ｓｉ＋３ＨＣｌ→ＳｉＨＣｌ３＋Ｈ２
【００２７】
上記反応式（３）は、上記反応式（２）の逆反応である。上記反応式（３）の反応が活発におこると、シリコン膜２４の成長速度は遅くなる。上記反応式（３）は、気相中の塩化水素ガスの濃度が濃くなるほど起こり易くなる。すなわち、気相成長室４内に導入された三塩化シランガス２８の分解が進む（反応式（１）が進む）ほど、半導体膜２４の成長速度は遅くなる。
【００２８】
上記したように、本実施例の気相成長方法では、混合原料ガス１８を、窒化アルミニウム基板６の表面に直交する方向から供給する。さらに、キャリアガス３４にアルゴンガス３２が含まれている。それにより、窒化アルミニウム基板６の温度が１３００℃という高温に維持されていても、上記反応式（１）の分解が起こりにくい。上記したように、従来の気相成長技術は、上記反応式（１）の分解を抑制するために、基板の温度を９００〜１２００℃程度に抑えていた。従来の気相成長技術では、基板の温度を高くすれば上記反応式（２）の成長が活発になることを認識していたものの、上記反応式（１）の分解を抑制するために基板の温度を低くしていた。その結果、上記反応式（２）の成長が活発に行われないので、原料ガスの導入量を２００μｍｏｌ以上にすることができなかった。それに対して本実施例の気相成長方法では、上記反応式（１）の分解を抑制することにより、従来の気相成長技術よりも基板の温度を高温にすることができ、原料ガスの導入量を多くすることができる。その結果、本実施例の気相成長方法では、シリコン膜の成長速度を従来よりも速くすることができる。
【００２９】
上記反応式（２）に示すように、シリコン膜２４が結晶成長するために、水素ガス３０が必要である。キャリアガス３４中の水素ガス３０の割合が低くなると、上記反応式（２）が起りにくくなる。そのため、キャリアガス３４中のアルゴンガス３２の体積割合を過剰に高くすることは好ましくない。混合原料ガス１８の温度上昇を抑制しつつ、上記反応式（２）の成長を阻害しないために、キャリアガス３４中のアルゴンガス３２の体積割合は、０．１〜１０ｖｏｌ％であることが好ましい。
【００３０】
上記実施例では、窒化アルミニウム基板６の温度を１３００℃に維持して気相成長を行う。窒化アルミニウム基板６を加熱する温度は、１２００℃〜１４００℃の範囲内であればよい。窒化アルミニウム基板６の温度が１２００℃以上であれば、シリコン膜の成長速度を十分に速くすることができる。なお、シリコンの融点はおよそ１４００℃なので、窒化アルミニウム基板６を加熱する温度は１４００℃以下であることが好ましい。そのため、より好ましくは、窒化アルミニウム基板６を加熱する温度は１２００〜１３５０℃である。なお、窒化アルミニウム基板６の表面に到達する前の混合原料ガス１８の温度は、１０００℃以下であることが好ましい。
【００３１】
窒化アルミニウム基板６に代えて、サファイア、炭化シリコン、スピネル、他のIII族窒化物半導体（ＧａＮ，ＡｌＧａＮ等）の材料の基板を用いてもよい。これらの基板の融点は、シリコンの融点よりも高い。そのため、基板を加熱する温度をシリコンの融点近くに設定しても、基板に変形等が生じにくい。なお、窒化アルミニウムと炭化シリコンは、熱膨張係数がシリコンの熱膨張係数に近い。よって、これらの基板の中では、窒化アルミニウム基板と炭化シリコン基板が特に好ましい。また、基板の材料はシリコンでもよい。すなわち、シリコン基板の表面に、シリコン膜を結晶成長させてもよい。
【００３２】
図６〜図９を参照し、混合原料ガス１８の温度上昇を抑制することにより、半導体膜２４の成長速度が速くなることを説明する。図６〜図９のグラフは、三塩化シランガスの基板単位面積当たりの供給量と、シリコン膜２４の成長速度との関係を示すシミュレーション結果である。図６〜図９に示すグラフにおいて、横軸は混合原料ガス中の三塩化シランガスのモル濃度を示しており、グラフの右側に進むに従って三塩化シランガスのモル濃度が濃い（基板単位面積当たりの供給量が多い）。縦軸はシリコン膜の成長速度を示しており、グラフの上側に進むに従ってシリコン膜の成長速度が速い。
【００３３】
図６は、基板と混合原料ガスの温度が等しいときの結果を示す。曲線５０は基板（混合原料ガス）の温度が１０００℃のときの結果を示し、曲線５１は基板の温度が１０５０℃のときの結果を示し、曲線５２は基板の温度が１１００℃のときの結果を示し、曲線５３は基板の温度が１１５０℃のときの結果を示し、曲線５４は基板の温度が１２００℃のときの結果を示す。
【００３４】
図６から明らかなように、基板の温度が高くなるに従って、シリコン膜の成長速度が速くなる。しかしながら、いずれの基板温度においても、三塩化シランのモル濃度を濃くすると、シリコン膜の成長速度が増加から減少に転ずる。すなわち、基板の温度を高くしても、それに伴って三塩化シランガスの分解（上記反応式（１））が進行するので、混合原料ガス中の三塩化シランガスのモル濃度を十分に濃くすることができない。なお、シリコン膜の成長速度が飽和を始めるときの三塩化シランガスのモル濃度は、基板の表面１ｃｍ２当たりの三塩化シランガスの供給量が２００μｍｏｌ／分程度に相当する。すなわち、三塩化シランガスの供給量がおよそ２００μｍｏｌ／分を超えると、三塩化シランガスの供給量に見合った成長速度が得られなくなり始める。
【００３５】
図７は、基板の温度を一定にして、混合原料ガスの温度を変化させた結果を示す。基板の温度は１１５０℃とした。曲線５５は混合原料ガスの温度が１１５０℃の結果を示し、曲線５６は混合原料ガスの温度が１１００℃の結果を示し、曲線５７は混合原料ガスの温度が１０５０℃の結果を示し、曲線５８は混合原料ガスの温度が１０００℃の結果を示す。曲線５５は、混合原料ガスの温度と基板の温度が、ともに１１５０℃である。すなわち、曲線５５は、図６の曲線５３と同じ結果を示している。
【００３６】
図７から明らかなように、基板の温度が一定の場合、混合原料ガスの温度が低くなるほど、シリコン膜の成長速度が速くなる。また、混合原料ガスの温度が低いほど、シリコン膜の成長速度が増加から減少に転じるときの三塩化シランのモル濃度が濃い。すなわち、混合原料ガスの温度を低く維持すれば、原料ガスの濃度を濃くし、半導体膜の成長速度を速くすることができる。
【００３７】
図８は、混合原料ガスの温度を一定にして、基板の温度を変化させた結果を示す。混合原料ガスの温度は１０００℃とした。曲線６０は基板の温度が１１００℃の結果を示し、曲線６１は基板の温度が１１５０℃の結果を示し、曲線６２は基板の温度が１２００℃の結果を示し、曲線６３は基板の温度が１２５０℃の結果を示し、曲線６４は基板の温度が１３００℃の結果を示し、曲線６５は基板の温度が１３５０℃の結果を示し、曲線６６は基板の温度が１４００℃の結果を示す。曲線６１は、基板の温度が１１５０℃であり、混合原料ガスの温度が１１００℃である。すなわち、曲線６１は、図７の曲線５８と同じ結果を示している。
【００３８】
図８に示すように、曲線６０，６１では、三塩化シランの濃度が増加すると、シリコン膜の成長速度が増加から減少に転ずる。それに対して、曲線６２〜６６では、三塩化シランの濃度が濃くなるほど、シリコン膜の成長速度が速くなる。すなわち、シリコン膜の成長速度が飽和しない。図８の結果は、混合原料ガスの温度が１０００℃の場合、基板の温度を１２００℃以上に設定することが好ましいことを示している。
【００３９】
図９は、図８と同様に、混合原料ガスの温度を１０００℃で一定にし、基板の温度を変化させた結果を示す。図９は、１２００℃〜１４００℃の温度について、図８よりも基板の温度を細かく変化させた結果を示す。曲線７０は基板の温度が１２００℃の結果を示し、曲線７１は基板の温度が１２２５℃の結果を示し、曲線７２は基板の温度が１２５０℃の結果を示し、曲線７３は基板の温度が１２７５℃の結果を示し、曲線７４は基板の温度が１３００℃の結果を示し、曲線７５は基板の温度が１３２５℃の結果を示し、曲線７６は基板の温度が１３５０℃の結果を示し、曲線７７は基板の温度が１３７５℃の結果を示し、曲線７８は基板の温度が１４００℃の結果を示す。
【００４０】
図９に示すように、基板の温度を１２００℃〜１４００℃に維持し、混合原料ガス（三塩化シラン）の温度を１０００℃にすれば、三塩化シランの濃度が濃くなるに従ってシリコン膜の成長速度が速くなる。そのため、基板単位面積当たりの三塩化シランの供給量（三塩化シランの濃度）を自由に調整することができる。なお、上記したように、シリコンの融点を考慮すると、基板の温度は１３５０℃以下であることが好ましい。
【００４１】
上記実施例では、載置台１０を１０００ｒｐｍで回転させながら、混合原料ガス１８を気相成長室４内に導入している。載置台１０の回転速度が速くなるほど、混合原料ガス１８の温度上昇が抑制される。すなわち、上記実施例では、混合原料ガス１８の温度上昇を抑制するために、載置台１０を１０００ｒｐｍで回転させている。混合原料ガス１８の温度上昇をさらに抑制するために、載置台１０を１０００ｒｐｍよりも高速で回転させてもよい。また、他の方法によって混合原料ガス１８の分解が抑制されていれば、載置台１０を１０００ｒｐｍ未満で回転させてもよい。なお、混合原料ガス１８の温度上昇を抑制する他の方法として、混合原料ガス１８の流速を速くする、気相成長室４に導入される前の混合原料ガス１８の温度を低くする等がある。混合原料ガス１８の流速を速くするためには、気相成長室４に導入される混合原料ガス１８の速度そのものを速くする方法の他に、気相成長室４内の圧力を低くし、気相成長室４内に導入された混合原料ガス１８の移動速度を速くする方法がある。また、気相成長室４に導入される前の混合原料ガス１８の温度を低くする方法として、気相成長室４の原料供給口２に連通している導入経路を冷却する等の方法がある。
【００４２】
上記実施例では、原料ガスとして三塩化シランガスを使用する例について説明した。三塩化シランガスに代えて、二塩化シラン（ジクロロシラン：ＳｉＨ２Ｃｌ２）、四塩化ケイ素ガス（テトラクロロシラン）等を使用することもできる。
【００４３】
また、キャリアガスには、アルゴンガスに代えて、又は、アルゴンガスとともに、キセノンガス、クリプトンガス及びネオンガスから選択される１種以上のガスが含まれていてもよい。キャリアガス中に水素ガスとともに含まれるガスは、水素ガスよりも定熱容量が小さく、シリコン膜の成長反応に影響を及ぼさないガスであればよい。
【００４４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４５】
６：基板
１８：混合原料ガス
２４：半導体膜
２８：塩化シランガス（三塩化シランガス）
３４：キャリアガス
【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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