(57)【要約】 【課題】原料およびドーパントがガス供給部に付着することを抑制することができる成膜装置を提供する。【解決手段】本実施形態による成膜装置は、基板を収容し成膜処理を行う成膜室と、成膜室の上部に設けられ、基板上にガスを供給するガス供給部と、基板を加熱するヒータと、を備え、成膜室は、ガス供給部の下部であり、かつ、ヒータの上部に供給されたガスの温度上昇を抑制する温度上昇抑制領域を有する。【選択図】図１
2018082064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容し成膜処理を行う成膜室と、
前記成膜室の上部に設けられ、前記基板上にプロセスガスを供給するガス供給部と、
前記基板を加熱するヒータと、を備え、
前記成膜室は、前記ガス供給部の下部であり、かつ、前記ヒータの上部に供給された前記ガスの温度上昇を抑制する温度上昇抑制領域を有する、成膜装置。
【請求項２】
前記温度上昇抑制領域の周囲にある前記成膜室の第１側壁部に設けられ、冷媒を用いて前記温度上昇抑制領域の前記ガスの温度上昇を抑制する第１冷却部をさらに備える、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記温度上昇抑制領域の周囲にある前記成膜室の第１側壁部の内径は、該第１側壁部より下方にある前記成膜室の第２側壁部の内径よりも小さく、
前記第１側壁部と前記第２側壁部との間の段差部に設けられ、前記ヒータからの熱を反射するリフレクタをさらに備え、
前記リフレクタは、前記第１側壁部よりも前記成膜室の内側へ突出している、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記ガス供給部は、前記ガス供給部のノズルの側面に設けられ、ガスの供給方向に対して略垂直方向に突出しているオリフィス部をさらに備えている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記ガス供給部は、前記プロセスガスを構成する複数の原料ガスの少なくとも二種以上を予め混合した混合ガスを前記成膜室へ供給する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記ガス供給部は、
前記プロセスガスの流量を決める少なくとも１つの流量制御部と、
前記流量制御部をそれぞれ用いて所定流量の前記プロセスガスを前記成膜室へ供給する少なくとも１つの第１ノズルと、
前記第１ノズルに供給されない残りの前記プロセスガスを前記成膜室へ供給する第２ノズルとを備える、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記第１および第２ノズルの数をｎ（ｎは２以上の整数）とすると、前記第１および第２ノズルに設けられる前記流量制御部の個数はｎ−１である、請求項６に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記ガス供給部は、前記プロセスガスの流量を前記基板の中心からの距離に応じて変更する、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明による実施形態は、成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のパワーデバイスのように比較的膜厚の大きい結晶膜を必要とする半導体素子の製造工程では、基板に単結晶薄膜を気相成長させて成膜するエピタキシャル成長技術が用いられる。
【０００３】
エピタキシャル成長技術に用いられる成膜装置では、常圧または減圧に保持された成膜室の内部に基板を載置し、その基板を回転させかつ加熱しながら成膜室内に原料ガスおよびドーピングガスを供給する。これにより、基板の表面で原料ガスの熱分解反応および水素還元反応が起こり、基板上にエピタキシャル膜が成膜される。
【０００４】
原料ガスおよびドーピングガスは、成膜室の上部に設けられたガス供給部から導入される。しかし、ガス供給部の供給口近傍において原料ガスやドーピングガスが滞留して加熱されると、原料やドーパントがガス供給部の表面に付着してしまう。このようなガス供給部に付着した原料やドーパントはパーティクルとなって基板上に落下すると不良の原因となる。また、成膜室内を排気またはパージしても、ガス供給部に付着したドーパントが成膜室内において気化してしまう。この場合、成膜室の排気またはパージに長時間かかってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２３３７７７号公報
【特許文献２】特開平５−３４３３３１号公報
【特許文献３】特開２００２−０１６００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
原料およびドーパントがガス供給部に付着することを抑制することができる成膜装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態による成膜装置は、基板を収容し成膜処理を行う成膜室と、成膜室の上部に設けられ、基板上にガスを供給するガス供給部と、基板を加熱するヒータと、を備え、成膜室は、ガス供給部の下部であり、かつ、ヒータの上部に供給されたガスの温度上昇を抑制する温度上昇抑制領域を有する。
【０００８】
成膜装置は、温度上昇抑制領域の周囲にある成膜室の第１側壁部に設けられ、冷媒を用いて温度上昇抑制領域のガスの温度上昇を抑制する第１冷却部をさらに備えてもよい。
【０００９】
温度上昇抑制領域の周囲にある成膜室の第１側壁部の内径は該第１側壁部より下方にある成膜室の第２側壁部の内径よりも小さく、第１側壁部と第２側壁部との間の段差部に設けられヒータからの熱を反射するリフレクタをさらに備え、リフレクタは、第１側壁部よりも成膜室の内側へ突出していてもよい。
【００１０】
ガス供給部は、ガス供給部のノズルの側面に設けられ、ガスの供給方向に対して略垂直方向に突出しているオリフィス部を有していてもよい。
【００１１】
ガス供給部は、プロセスガスを構成する複数の原料ガスの少なくとも二種以上を予め混合した混合ガスを成膜室へ供給してもよい。
【００１２】
ガス供給部は、プロセスガスの流量を決める少なくとも１つの流量制御部と、流量制御部をそれぞれ用いて所定流量のプロセスガスを成膜室へ供給する少なくとも１つの第１ノズルと、第１ノズルに供給されない残りのプロセスガスを成膜室へ供給する第２ノズルとを備えてもよい。
【００１３】
第１および第２ノズルの数をｎ（ｎは２以上の整数）とすると、第１および第２ノズルに設けられる流量制御部の個数はｎ−１でよい。
【００１４】
ガス供給部は、プロセスガスの流量を基板の中心からの距離に応じて変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第1実施形態による成膜装置１の構成例を示す断面図。
【図２】チャンバ１０の頭部１２の構成例を示す断面図。
【図３】チャンバ１０の頭部１２およびガス供給部４０の内部構成を示す斜視図。
【図４】図３の４−４線に沿った断面図。
【図５】第２実施形態によるガス供給部４０のノズルＮの配置例を示す平面図。
【図６】ガス供給部４０のノズルＮの１つに測温マド１２０を取り付けた成膜装置１の構成例を示す断面図。
【図７】第３実施形態によるノズルＮの形状の一例を示す断面図。
【図８】第４実施形態によるガス供給部４０のガス供給ユニットの構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、第1実施形態による成膜装置１の構成例を示す断面図である。成膜装置１は、チャンバ１０と、ライナ２０と、第１〜第３冷却部３１、３２、３５と、ガス供給部４０と、排気部５０と、サセプタ６０と、支持部７０と、回転機構８０と、下部ヒータ９０と、上部ヒータ９５と、リフレクタ１００とを備えている。
【００１８】
成膜室としてのチャンバ１０は、基板Ｗを収容可能であり、例えば、ステンレス製である。チャンバ１０の内部は、図示しない真空ポンプによって減圧されている。チャンバ１０は、頭部１２と、胴部１３とを有する。頭部１２には、ガス供給部４０および第1冷却部３１、第２冷却部３２が設けられている。ガス供給部４０から供給された原料ガス、キャリアガス、ドーピングガスを含むプロセスガスは、頭部１２におけるチャンバ１０の内部で第１冷却部３１、第２冷却部３２によって温度上昇が抑制される。従って、チャンバ１０の頭部１２の内部でガスの温度上昇を抑制する領域を、以下、温度上昇抑制領域Ｒｃと呼ぶ。
【００１９】
胴部１３におけるチャンバ１０の内部には、サセプタ６０、回転機構８０、下部ヒータ９０および上部ヒータ９５等が設けられている。ガス供給部４０から供給されたガスは、胴部１３の内部において加熱され、基板Ｗの表面において反応する。これにより、基板Ｗ上に材料膜がエピタキシャル成長される。材料膜は、例えば、ＳｉＣ膜等である。
【００２０】
チャンバ１０の頭部１２の内径は、胴部１３のそれよりも小さい。よって、頭部１２の第１側壁部１６の内径は、胴部１３の第２側壁部１７の内径よりも小さく、それにより、頭部１２と胴部１３との間には段差ＳＴが設けられている。段差ＳＴの下には、リフレクタ１００やライナ２０等が設けられている。
【００２１】
ライナ２０は、チャンバ１０の内壁を被覆して保護する中空筒状の部材であり、例えば、カーボン製である。ライナ２０は、上部ヒータ９５を被覆して上部ヒータ９５に材料膜が成膜することを抑制する。
【００２２】
第１冷却部３１、第２冷却部３２は、チャンバ１０の頭部１２に設けられており、例えば、冷媒（例えば、水）の流路となっている。流路を冷媒が流れることによって、第１冷却部３１、第２冷却部３２は、温度上昇抑制領域Ｒｃ内のガスの温度上昇を抑制する。また、第1冷却部３１、第２冷却部３２は、ガス供給部４０のノズルの周囲にも設けられている。これにより、温度上昇抑制Ｒｃへ供給されるガスを冷却することができる。それとともに、第１冷却部３１、第２冷却部３２は、上部ヒータ９５や下部ヒータ９０からの熱によってチャンバ１０の頭部１２を加熱しないようにする。
【００２３】
第３冷却部３５は、チャンバ１０の胴部１３に設けられており、第１冷却部３１、第２冷却部３２と同様に、例えば、冷媒（例えば、水）の流路となっている。しかし、第３冷却部３５は、胴部１３内の空間を冷却するために設けられているのではなく、上部ヒータ９５や下部ヒータ９０からの熱がチャンバ１０の胴部１３を加熱しないように設けられている。
【００２４】
ガス供給部４０は、基板Ｗの表面に対向するチャンバ１０の上面に設けられており、複数のノズルを有する。ガス供給部４０は、該ノズルを介して、原料ガス、ドーピングガスおよびキャリアガスをチャンバ１０の内部の温度上昇抑制領域Ｒｃへ供給する。ガス供給部４０のより詳細な構成については、図２を参照して後で説明する。
【００２５】
排気部５０は、チャンバ１０の底部に設けられており、成膜処理に用いられた後のガスをチャンバ１０の外部へ排気する。
【００２６】
サセプタ６０は、基板Ｗを載置可能な円環状の部材であり、例えば、カーボン製である。支持部７０は、サセプタ６０を支持可能な円筒形の部材であり、例えば、サセプタ６０と同様にカーボン製である。支持部７０は、回転機構８０に接続されており、回転機構８０によって回転可能に構成されている。支持部７０は、サセプタ６０とともに基板Ｗを回転させることができる。サセプタ６０および支持部７０は、カーボンの他、例えば、ＳｉＣ（炭化珪素）、ＴａＣ（炭化タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）などの１７００℃以上の耐熱性がある材料で形成されてもよい。
【００２７】
下部ヒータ９０は、サセプタ６０および基板Ｗの下方、かつ、支持部７０の内部に設けられている。下部ヒータ９０は、基板Ｗをその下方から加熱する。上部ヒータ９５は、チャンバ１０の胴部１３の側面に沿って設けられており、胴部１３の内部を加熱する。上部ヒータ９５は、温度上昇抑制領域Ｒｃを直接加熱しないように、チャンバ１０の段差ＳＴの下方に設けられている。回転機構８０が基板Ｗを、例えば、９００ｒｐｍ以上の高速で回転させながら、下部ヒータ９０および上部ヒータ９５が、その基板Ｗを１５００℃以上の高温に加熱する。これにより、基板Ｗが均一に加熱され得る。
【００２８】
リフレクタ１００は、チャンバ１０の頭部１２と胴部１３との間に設けられており、例えば、カーボン製である。リフレクタ１００は、下部ヒータ９０、上部ヒータ９５からの熱を下方へ反射する。これにより、温度上昇抑制領域Ｒｃの温度が下部ヒータ９０、上部ヒータ９５からの熱によって過剰に上昇しないようにする。例えば、リフレクタ１００は、第１冷却部３１、第２冷却部３２とともに、温度上昇抑制領域Ｒｃの温度を原料ガスの反応温度未満にするように機能する。リフレクタ１００は、カーボンの他、例えば、ＳｉＣ（炭化珪素）、ＴａＣ（炭化タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）などの１７００℃以上の耐熱性がある材料で形成されてもよい。リフレクタ１００は、１枚の薄板でもよいが、熱を効率良く反射するために複数の薄板を適当な間隔で離間させた構造とすることが好ましい。
【００２９】
尚、成膜装置１は、保護カバー１１０、１１５をさらに備えてもよい。保護カバー１１０、１１５は、ガス供給部４０の表面またはチャンバ１０の内壁面（図２のＳＦ１２）を被覆するように設けられている。
【００３０】
図２は、チャンバ１０の頭部１２の構成例を示す断面図である。ガス供給部４０には、複数のノズルＮが設けられている。ノズルＮは、チャンバ１０内のサセプタ６０上に載置された基板Ｗの表面に向かって、該基板Ｗの表面に対して略垂直方向（即ち、略鉛直方向）Ｄ１へ、原料ガス、ドーピングガスおよびキャリアガスを噴出するように設けられている。ノズルＮは、原料ガス、ドーピングガスおよびキャリアガスをチャンバ１０の外部から内部の温度上昇抑制領域Ｒｃへ導入する。
【００３１】
図２に示すように、ガスの供給方向Ｄ１の断面において、ノズルＮの側面の少なくとも一部は、ガスの供給方向Ｄ１に対して傾斜している。即ち、ノズルＮの側面の少なくとも一部は、テーパーを有する。例えば、ノズルＮは、ノズルの中間部Ｎｃから第１開口部ＯＰ１までの側面にテーパーＴＰを有する。第１開口部ＯＰ１は、チャンバ１０の内側にあり、ガスを噴出するノズルＮの開口である。第２開口部ＯＰ２は、チャンバ１０の外側にあり、ガスを取り入れるノズルＮの開口である。中間部Ｎｃは、第１開口部ＯＰ１と第２開口部ＯＰ２との間のいずれかの位置でよい。このように、ノズルＮが第１開口部ＯＰ１近傍においてテーパーＴＰを有することによって、ガスが基板Ｗの表面に均一に供給され得る。
【００３２】
チャンバ１０は、ガス供給部４０の下にガスの温度上昇を抑制する温度上昇抑制領域Ｒｃを有する。温度上昇抑制領域Ｒｃは、チャンバ１０の頭部１２の内部空間であり、ノズルＮから導入されたガスの温度上昇を抑制するために設けられている。温度上昇抑制領域Ｒｃの周囲にあるチャンバ１０の第１側壁部１６には、第１冷却部３１が設けられている。第１冷却部３１は、冷媒（例えば、水）を用いて第１側壁部１６を介して温度上昇抑制領域Ｒｃのガスの温度上昇を抑制する。さらに、チャンバ１０の上部にあるガス供給部４０内には、第２冷却部３２が設けられている。第２冷却部３２も、冷媒（例えば、水）を用いてガス供給部４０を介して温度上昇抑制領域Ｒｃを冷却する。また、第２冷却部３２は、ノズルＮの周囲に設けられており、ノズルＮを通過するガスも冷却する。
【００３３】
これにより、チャンバ１０の頭部１２の温度上昇抑制領域Ｒｃにおいて、原料ガス、ドーピングガスおよびキャリアガスの温度上昇を抑制する。例えば、ＳｉＣを成膜する場合には、ガス供給部４０は、原料ガスとしてシランガスおよびプロパンガスをチャンバ１０内へ供給する。また、例えば、Ｐ型ＳｉＣ膜を形成する場合、ガス供給部４０は、ドーピングガスとしてＴＭＡ（Tri-Methyl-Aluminum）ガスをチャンバ１０内へ供給する。キャリアガスとしては、例えば、水素、アルゴン等が用いられる。温度上昇抑制領域Ｒｃは、シランガスおよびプロパンガスの反応温度（例えば、４００℃）未満に冷却される。これにより、チャンバ１０の頭部１２の内壁やガス供給部４０の内壁にＳｉＣ膜等の材料膜が付着することを抑制することができる。尚、温度上昇抑制とは、ガスの温度を低下させることだけでなく、ガスの温度上昇の度合い（上昇率）を抑制することも含む。従って、温度上昇抑制領域Ｒｃにおいてガスの温度が上昇していても、温度上昇抑制領域Ｒｃが無い場合と比べて、その温度上昇率が低ければよい。
【００３４】
一方、例えば、下部ヒータ９０および上部ヒータ９５は、基板Ｗを１５００℃以上の高温に加熱する。ガス供給部４０は、加熱された基板Ｗの表面にシランガス、プロパンガスおよびＴＭＡガスを供給する。これにより、シランガスおよびプロパンガスが基板Ｗの表面において反応し、ＳｉＣ膜が基板Ｗの表面上にエピタキシャル成長する。このとき、ＴＭＡがドーパントとしてＳｉＣ膜にドーピングされることによって、Ｐ型ＳｉＣ膜が形成される。
【００３５】
このような上部ヒータ９５および下部ヒータ９０の熱によって温度上昇抑制領域Ｒｃの温度が原料ガスの反応温度より上昇しないように、リフレクタ１００が設けられている。リフレクタ１００は、チャンバ１０の頭部１２の内側面ＳＦ１２と胴部１３の内側面ＳＦ１３との間の段差部ＳＴの直下に設けられている。即ち、リフレクタ１００は、第１冷却部３１と上部ヒータ９５との間に設けられている。これにより、リフレクタ１００は、下部ヒータ９０、上部ヒータ９５からの熱を下方へ反射することができる。さらに、リフレクタ１００は、頭部１２の第１側壁部１６よりもチャンバ１０の内側へ長さＬ１００だけ突出している。これにより、リフレクタ１００は、下部ヒータ９０、上部ヒータ９５からの熱を下方へさらに効率的に反射することができ、温度上昇抑制領域Ｒｃの温度上昇をさらに抑制することがきる。
【００３６】
図３は、チャンバ１０の頭部１２およびガス供給部４０の内部構成を示す斜視図である。図４は、図３の４−４線に沿った断面図である。
【００３７】
図３に示すように、ガス供給部４０には、複数のノズルＮが設けられている。ガス供給部４０内においてノズルＮの周囲には、第２冷却部３２が設けられている。第２冷却部３２は、例えば、水等の冷媒を貯留しあるいは流すことができるように空間あるいは流路を有する。ガス供給部４０には、ノズルＮの他に、基板Ｗの温度を計測するために測温マド４１が設けられている。測温マド４１の上方には、図示しない放射温度計が配置されており、放射温度計が測温マド４１を介して基板Ｗの表面温度を計測する。基板Ｗの温度データは、下部ヒータ９０、上部ヒータ９５にフィードバックされ、基板Ｗを所望温度に維持可能とする。
【００３８】
図４に示すように、チャンバ１０の頭部１２の第１側壁部１６には、第１冷却部３１が設けられている。第１冷却部３１は、例えば、水等の冷媒を貯留しあるいは流すことができるように空間あるいは流路を有する。
【００３９】
このように、本実施形態による成膜装置１は、チャンバ１０内のガス供給部４０の直下にガスの温度上昇を抑制する温度上昇抑制領域Ｒｃを有する。温度上昇抑制領域Ｒｃは、チャンバ１０の頭部１２およびガス供給部４０に設けられた第１冷却部３１および第２冷却部３２によって温度上昇が抑制されている。従って、原料ガスやドーピングガスは、温度上昇抑制領域Ｒｃにおいて反応せずに、チャンバ１０の頭部１２の内壁およびガス供給部４０の内壁にエピタキシャル膜が付着することを抑制できる。
【００４０】
一方、胴部１３には、下部ヒータ９０および上部ヒータ９５が設けられており、原料ガスやドーピングガスを急加熱することができる。これにより、胴部１３内に載置された基板Ｗの表面に、材料膜をエピタキシャル成長させることができる。
【００４１】
頭部１２の第１側壁部１６の径は、胴部１３の第２側壁部１７の径よりも小さく、それらの間には、段差ＳＴが設けられている。上部ヒータ９５は、段差ＳＴの下方に設けられ、温度上昇抑制領域Ｒｃを直接加熱しないように構成されている。さらに、段差ＳＴには、リフレクタ１００が設けられている。リフレクタ１００が下部ヒータ９０および上部ヒータ９５の熱を下方へ反射することによって、温度上昇抑制領域Ｒｃの加熱をさらに抑制している。
【００４２】
次に、本実施形態による成膜方法について簡単に説明する。
【００４３】
まず、チャンバ１０内に、基板Ｗを搬入し、サセプタ６０上に載置する。
【００４４】
次に、上部ヒータ９５および下部ヒータ９０を用いて基板Ｗを１５０℃／分程度のレートで、１５００℃以上になるまで加熱する。
【００４５】
次に、回転機構８０が基板Ｗを回転させ、ガス供給部４０が原料ガス（例えば、シランガスおよびプロパンガス）およびドーピングガス（例えば、ＴＭＡガス）をチャンバ１０内に供給する。これにより、基板Ｗ上に材料膜（例えば、ＳｉＣエピタキシャル膜）が形成される。このとき、ガス供給部４０の下方には温度上昇抑制領域Ｒｃが設けられているので、エピタキシャル膜やドーパントは、チャンバ１０の頭部１２の内壁およびガス供給部４０にほとんど付着しない。
【００４６】
一方、胴部１３には、下部ヒータ９０および上部ヒータ９５が設けられており、原料ガスやドーピングガスを１５００℃以上に加熱する。これにより、胴部１３内に載置された基板Ｗの表面に、均一な材料膜をエピタキシャル成長させることができる。
【００４７】
その後、チャンバ１０内を降温し、パージガスを供給する。そして、基板Ｗをチャンバ１０から搬出する。
【００４８】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態によるガス供給部４０のノズルＮの配置例を示す平面図である。ノズルＮｓは原料ガスを供給するノズルであり、ノズルＮｄはドーピングガスを供給するノズルである。破線円Ｃ１２は、チャンバ１０の頭部１２の内側面ＳＦ１２の位置を示す。ノズルＮｓ、Ｎｄは、ほとんど破線円Ｃ１２の内側に配置されており、破線円Ｃ１２の中心Ｃを共通の中心とする同心円Ｃ１〜Ｃ３上に略均等に配置されている。基板Ｗの表面の上方から見たときに、中心Ｃは基板Ｗの中心となる。同心円Ｃ１〜Ｃ３のうち同心円Ｃ１は、基板Ｗの中心Ｃに最も近く、同心円Ｃ２が次に中心Ｃに近く、同心円Ｃ３が中心Ｃから最も遠い。尚、同心円Ｃ１〜Ｃ３は、仮想的な円であり、ガス供給部４０に実際には描かれていない。また、同心円の数も特に限定しない。
【００４９】
ノズルＮｓおよびノズルＮｄは、それぞれ同数ずつ設けられ、交互にかつ略均等に配置される。例えば、同心円Ｃ１上には、２つのノズルＮｓおよび２つのノズルＮｄが交互にかつ略均等に配列されている。同心円Ｃ１上において互いに隣接するノズルＮｓとノズルＮｄとの距離はいずれも同じである。同心円Ｃ２上には、４つのノズルＮｓおよび４つのノズルＮｄが交互にかつ略均等に配列されている。同心円Ｃ２上において互いに隣接するノズルＮｓとノズルＮｄとの距離はいずれも同じである。さらに、同心円Ｃ３上には、２つのノズルＮｓおよび２つのノズルＮｄが交互にかつ略均等に配列されている。同心円Ｃ３上において互いに隣接するノズルＮｓとノズルＮｄとの距離はいずれも同じである。このように、ノズルＮｓおよびノズルＮｄは、破線円Ｃ１２内においてそれぞれ同数設けられ、同心円上に交互にかつ略均等に配置されている。これにより、ノズルＮｓおよびＮｄは、ガス供給部４０においてほぼ均一な密度で配置され、原料ガスおよびドーピングガスの両方をチャンバ１０内の温度上昇抑制領域Ｒｃへ略均等に供給することができる。尚、ガス供給部４０に設けられるノズルＮｓ、Ｎｄの個数は特に限定しない。また、同心円Ｃ１〜Ｃ３のそれぞれに対応して設けられるノズルの数も特に限定しない。
【００５０】
原料ガスおよびドーピングガスの各流量は、同心円Ｃ１〜Ｃ３のそれぞれにおいて変更されてもよい。例えば、中心Ｃの近傍において、原料ガスおよびドーピングガスの流量を多くし、中心Ｃから離れるに従って、原料ガスおよびドーピングガスの流量を少なくするようにしてもよい。
【００５１】
第２実施形態によれば、測温専用のマドは、ガス供給部４０に設けられていない。測温マドは、ノズルＮｓおよびノズルＮｄのいずれかに外付けされる。放射温度計は、測温マドが取り付けられたノズルを介して基板Ｗの表面温度を測定する。例えば、図６は、ガス供給部４０のノズルＮの１つに測温マド１２０を取り付けた成膜装置１の構成例を示す断面図である。測温マド１２０は、或るノズルＮの第２開口部ＯＰ２に配管ＰＬ１を介して取り付けられている。放射温度計（図示せず）は、配管ＰＬ１およびノズルＮを介してチャンバ１０内の基板Ｗの表面温度を測定する。配管ＰＬ１は測温マド１２０とは別に配管ＰＬ２と連通しており、矢印Ａで示すようにガスの流れを妨げること無くチャンバ１０内へ導入することができる。このように、第２実施形態によれば、測温専用のマドをガス供給部４０に設けていないので、ノズルＮｓおよびノズルＮｄの個数および配置の自由度が高くなる。
【００５２】
（第３実施形態）
図７は、第３実施形態によるノズルＮの形状の一例を示す断面図である。図１および図２に示すノズルＮは、テーパーＴＰを有している。しかし、第３実施形態によるノズルＮは、図７に示すように、テーパーを有していない。
【００５３】
図７に示すノズルＮは、第１ノズル部分Ｎ１と、第２ノズル部分Ｎ２と、第３ノズル部分Ｎ３とを含む。第１〜第３ノズル部分Ｎ１〜Ｎ３は、第１開口部ＯＰ１から第２開口部ＯＰ２へ向かって順番に設けられている。第１〜第３ノズル部分Ｎ１〜Ｎ３の側面は、いずれもガスの供給方向Ｄ１に対して略平行に設けられている。また、第１〜第３ノズル部分Ｎ１〜Ｎ３の平面形状は、いずれも略円形でよい。
【００５４】
第１ノズル部分Ｎ１は、チャンバ１０の温度上昇抑制領域Ｒｃに連通しており、第２および第３ノズル部分Ｎ２、Ｎ３の径よりも大きな径を有する。第１ノズル部分Ｎ１の径は、例えば、約１０〜２０ｍｍである。
【００５５】
第２ノズル部分Ｎ２は、第１ノズル部分Ｎ１と第３ノズル部分Ｎ３との間に設けられ、第１および第３ノズル部分Ｎ１、Ｎ３のいずれの径よりも小さな径を有する。第２ノズル部分Ｎ２は、ノズルＮの側面において、Ｄ１方向に対して略垂直方向に突出しているオリフィス部として設けられている。オリフィス部としての第２ノズル部分Ｎ２は、Ｄ１方向におけるノズルＮの中心よりも幾分上流側（第２開口部ＯＰ２側）に設けられている。第２ノズル部分Ｎ２の径は、例えば、約３〜１０ｍｍである。
【００５６】
第３ノズル部分Ｎ３は、ガスの流入側に設けられており、第２ノズル部分Ｎ２よりも大きくかつ第１ノズル部分Ｎ１よりも小さな径を有する。第３ノズル部分Ｎ３の径は、例えば、約５〜１５ｍｍである。
【００５７】
このように、ノズルＮの途中にオリフィス部としての第２ノズル部分Ｎ２が設けられていることによって、第２ノズル部分Ｎ２の通過直後に、第１ノズル部分Ｎ１においてガスの対流（渦）が発生する。しかし、第１ノズル部分Ｎ１内においてガスの流速や対流が緩和され、第１開口部ＯＰ１近傍および温度上昇抑制領域Ｒｃにおけるガスの対流は小さくなる。
【００５８】
例えば、図２に示すように、ノズルＮがオリフィス部を有さず、単にテーパーＴＰを有する場合、第１開口部ＯＰ１近傍において、比較的大きなガスの対流（渦）が発生する。このようなガスの対流は、チャンバ１０内の下方にある加熱されたガスをガス供給部４０へ向かって逆流させる（噴き上げる）場合がある。これにより温度上昇抑制領域Ｒｃの温度が上昇し、原料ガスの反応温度を超えた場合、材料膜やドーパントがガス供給部４０の表面（ノズルＮの近傍）に付着してしまう。
【００５９】
これに対し、図７に示すノズルＮの形状は、ノズルＮの途中にオリフィス部としての第２ノズル部分Ｎ２を設けることによって、第１開口部ＯＰ１近傍におけるガスの対流（渦）が抑制されている。従って、チャンバ１０内の下方にある加熱されたガスがガス供給部４０へ向かって逆流することを可及的に抑制し、温度上昇抑制領域Ｒｃの温度上昇を抑制することができる。その結果、材料膜やドーパントがガス供給部４０の表面（ノズルＮの近傍）に付着することを抑制できる。
【００６０】
（第４実施形態）
図８は、第４実施形態によるガス供給部４０のガス供給ユニットの構成例を示す図である。ガス供給ユニットは、原料ガス、ドーピングガスおよびキャリアガスを各ノズルＮへ供給する。尚、ノズルＮのうち原料ガスを供給するノズルはＮｓと表示し、ドーピングガスを供給するノズルはＮｄと表示する。
【００６１】
ガス供給ユニットは、ノズルＮｓおよびノズルＮｄに原料ガスまたはドーピングガスを供給する配管やマスフローコントローラを備えている。例えば、配管ＰＬＣ１ｓ、ＰＬＣ１ｄは、同心円Ｃ１上に設けられたノズルＮｓ、Ｎｄに原料ガスおよびドーピングガスを供給する。配管ＰＬＣ２ｓ、ＰＬＣ２ｄは、同心円Ｃ２上に設けられたノズルＮｓ、Ｎｄに原料ガスおよびドーピングガスを供給する。配管ＰＬＣ３ｓ、ＰＬＣ３ｄは、同心円Ｃ３上に設けられたノズルＮｓ、Ｎｄに原料ガスおよびドーピングガスを供給する。
【００６２】
配管ＰＬＣ１ｓ、ＰＬＣ２ｓ、ＰＬＣ３ｓには、原料ガスラインＰＬｓ１、ＰＬｓ２が原料ガスを供給している。原料ガスラインＰＬｓ１は、原料ガスの一成分として、例えば、プロパンを供給する。原料ガスラインＰＬｓ１は、流量制御部であるマスフローコントローラＭＦＣ１を介して原料ガスの一成分を所定流量で供給する。原料ガスラインＰＬｓ２は、原料ガスの他成分として、例えば、シランを供給する。原料ガスラインＰＬｓ２は、マスフローコントローラＭＦＣ２を介して原料ガスの他成分を所定流量で供給する。原料ガスラインＰＬｓ１、ＰＬｓ２からの原料ガスは、チャンバ１０内へ供給される前に合流点Ｐ１で混合され、混合ガスとしてチャンバ１０内へ導入される。このとき、例えば、シランおよびプロパンはそれぞれ所定流量に計測されて供給されるので、ガス供給部４０へ導入される混合ガスも全体として所定流量になる。
【００６３】
さらに、配管ＰＬＣ１ｓおよびＰＬＣ２ｓには、混合ガスの流量を決定するマスフローコントローラＭＦＣ３、ＭＦＣ４が設けられている。従って、配管ＰＬＣ１ｓは、マスフローコントローラＭＦＣ３を介して混合ガスを所定流量で供給し、配管ＰＬＣ２ｓは、マスフローコントローラＭＦＣ４を介して混合ガスを所定流量で供給する。一方、配管ＰＬＣ３ｓには、混合ガスのマスフローコントローラは設けられていない。配管ＰＬＣ３ｓには、配管ＰＬＣ１ｓおよびＰＬＣ２ｓに流れなかった残りの混合ガスが流れる。従って、例えば、合流点Ｐ１に流れる混合ガスの流量がＡ（ｓｌｍ（standard liter/min））であり、配管ＰＬＣ１ｓに流れる混合ガスの流量がｘ（ｓｌｍ）であり、配管ＰＬＣ２ｓに流れる混合ガスの流量がｙ（ｓｌｍ）である場合、配管ＰＬＣ３ｓに流れる混合ガスの流量は、Ａ−ｘ−ｙ（ｓｌｍ）となる。
【００６４】
配管ＰＬＣ１ｓは、ガス供給部４０の中心側にある同心円Ｃ１上の２つのノズル（第１ノズル）Ｎｓに混合ガスを分割するように分岐点Ｐ２を有する。配管ＰＬＣ１ｓに流れる混合ガスは、キャリアガスと混合された後、分岐点Ｐ２において同心円Ｃ１上の２つのノズルＮｓに分割供給される。
【００６５】
配管ＰＬＣ２ｓは、同心円Ｃ１とＣ３との間のＣ２上の４つのノズルＮｓに混合ガスを分割するように分岐点Ｐ３〜Ｐ５を有する。配管ＰＬＣ２ｓに流れる混合ガスは、キャリアガスと混合された後、分岐点Ｐ３〜Ｐ５において同心円Ｃ２上の４つのノズルＮｓに分割供給される。このように、同心円Ｃ１、Ｃ２上のノズルＮｓは、マスフローコントローラＭＦＣ３、ＭＦＣ４を用いて所定流量の混合ガスをチャンバ１０内へ供給する。
【００６６】
さらに、配管ＰＬＣ３ｓは、ガス供給部４０の外周側にある同心円Ｃ３上の２つのノズル（第２ノズル）Ｎｓに混合ガスを分割するように分岐点Ｐ６を有する。配管ＰＬＣ３ｓに流れる混合ガスは、キャリアガスと混合された後、分岐点Ｐ６において同心円Ｃ３上の２つのノズルＮｓに分割供給される。このように、同心円Ｃ３上のノズルＮｓは、同心円Ｃ１、Ｃ２上のノズルＮｓで供給されなかった残りの混合ガスを供給する。これにより、配管ＰＬｓ１、ＰＬｓ２に流れる原料ガスの総流量と配管ＰＬＣ１ｓ〜ＰＬＣ３ｓを流れる原料ガスの総流量とを等しくすることができる。これにより、配管ＰＬｓ１、ＰＬｓ２とＭＦＣ１、ＭＦＣ２の上流配管との間の差圧を取り易くなる。その結果、ＭＦＣ１、ＭＦＣ２による安定した流量制御が可能となる。
【００６７】
配管ＰＬＣ１ｄ、ＰＬＣ２ｄ、ＰＬＣ３ｄには、ドーピングガスラインＰＬｄがドーピングガスを供給している。ドーピングガスラインＰＬｄは、ドーピングガスとして、例えば、ＴＭＡガスを供給する。ドーピングガスラインＰＬｄは、マスフローコントローラＭＦＣ５を介してドーピングガスを所定流量で供給する。ドーピングガスラインＰＬｄからのドーピングガスは、配管ＰＬＣ１ｄ、ＰＬＣ２ｄ、ＰＬＣ３ｄを介してガス供給部４０へ導入される。配管ＰＬＣ１ｄおよびＰＬＣ２ｄには、ドーピングガスの流量を決定するマスフローコントローラＭＦＣ６、ＭＦＣ７が設けられている。従って、配管ＰＬＣ１ｄは、マスフローコントローラＭＦＣ６を介して混合ガスを所定流量で供給し、配管ＰＬＣ２ｄは、マスフローコントローラＭＦＣ７を介して混合ガスを所定流量で供給する。一方、配管ＰＬＣ３ｄには、ドーピングガスのマスフローコントローラは設けられていない。配管ＰＬＣ３ｄには、配管ＰＬＣ１ｄおよびＰＬＣ２ｄに流れなかった残りのドーピングガスが流れる。従って、例えば、ドーピングガスラインＰＬｄで流れるドーピングガスの流量がＢ（ｓｌｍ）であり、配管ＰＬＣ１ｄに流れるドーピングガスの流量がｐ（ｓｌｍ）であり、配管ＰＬＣ２ｄに流れるドーピングガスの流量がｑ（ｓｌｍ）である場合、配管ＰＬＣ３ｄに流れるドーピングガスの流量は、Ｂ−ｐ−ｑ（ｓｌｍ）となる。
【００６８】
これにより、ドーピングガスラインＰＬｄに流れるドーピングガスの流量と配管ＰＬＣ１ｄ〜ＰＬＣ３ｄを流れるドーピングガスの流量とを等しくすることができる。従って、ドーピングガスラインＰＬｄとＭＦＣＳの上流配管との間の差圧を取り易くなる。その結果、ＭＦＣＳによる安定した流量制御が可能となる。
【００６９】
配管ＰＬＣ１ｄは、同心円Ｃ１上の２つのノズルＮｄに混合ガスを分割するように分岐点Ｐ７を有する。配管ＰＬＣ１ｄに流れるドーピングガスは、キャリアガスと混合された後、分岐点Ｐ７において同心円Ｃ１上の２つのノズルＮｄに分割供給される。
【００７０】
配管ＰＬＣ２ｄは、同心円Ｃ２上の４つのノズルＮｄに混合ガスを分割するように分岐点Ｐ８〜Ｐ１０を有する。配管ＰＬＣ２ｄに流れるドーピングガスは、キャリアガスと混合された後、分岐点Ｐ８〜Ｐ１０において同心円Ｃ２上の４つのノズルＮｄに分割供給される。
【００７１】
さらに、配管ＰＬＣ３ｄは、同心円Ｃ３上の２つのノズルＮｄに混合ガスを分割するように分岐点Ｐ１１を有する。配管ＰＬＣ３ｄに流れるドーピングガスは、キャリアガスと混合された後、分岐点Ｐ１１において同心円Ｃ３上の２つのノズルＮｄに分割供給される。
【００７２】
尚、第４実施形態では、ドーピングガスラインＰＬｄは、Ｐ型ＳｉＣのドーピングガスとして、ＴＭＡガスを供給する。しかし、ドーピングガスラインＰＬｄは、Ｎ型ＳｉＣのドーピングガスとして、窒素ガスを供給してもよい。
【００７３】
キャリアガスは、キャリアガス供給部４２を介して混合ガスおよびドーピングガスの各配管へ供給されている。キャリアガス供給部４２は、上流側にキャリアガスの総量を制御するマスフローコントローラＭＦＣ８を有し、配管ＰＬｃ、ＰＬＣ１ｃ＿ｓ、ＰＬＣ２ｃ＿ｓ、ＰＬＣ３ｃ＿ｓ、ＰＬＣ１ｃ＿ｄ、ＰＬＣ２ｃ＿ｄおよびＰＬＣ３ｃ＿ｄを備えている。マスフローコントローラＭＦＣ８は、配管ＰＬｃに流れるキャリアガスの流量を制御する。配管ＰＬＣ１ｃ＿ｓ、ＰＬＣ２ｃ＿ｓ、ＰＬＣ３ｃ＿ｓはそれぞれ配管ＰＬＣ１ｓ、ＰＬＣ２ｓ、ＰＬＣ３ｓへキャリアガスを供給する。配管ＰＬＣ１ｃ＿ｄ、ＰＬＣ２ｃ＿ｄ、ＰＬＣ３ｃ＿ｄはそれぞれ配管ＰＬＣ１ｄ、ＰＬＣ２ｄ、ＰＬＣ３ｄへキャリアガスを供給する。
【００７４】
同心円Ｃ２上のノズルＮｓ、Ｎｄに供給されるキャリアガスは、マスフローコントローラＭＦＣ９によって制御される。同心円Ｃ３上のノズルＮｓ、Ｎｄに供給されるキャリアガスは、マスフローコントローラＭＦＣ１０によって制御される。
【００７５】
一方、配管ＰＬＣ１ｃ＿ｓおよび配管ＰＬＣ１ｃ＿ｄに接続される配管には、マスフローコントローラは設けられていない。従って、同心円Ｃ１上のノズルＮｓ、Ｎｄに供給されるキャリアガスは、配管ＰＬＣ２ｃ＿ｓ、ＰＬＣ２ｃ＿ｄ、ＰＬＣ３ｃ＿ｓおよびＰＬＣ３ｃ＿ｄに流れなかった残りのキャリアガスが流れる。例えば、配管ＰＬｃに流れるドーピングガスの流量がＣ（ｓｌｍ）であり、配管ＰＬＣ２ｃ＿ｓおよびＰＬＣ２ｃ＿ｄに流れるドーピングガスの流量がｒ（ｓｌｍ）であり、配管ＰＬＣ３ｃ＿ｓおよびＰＬＣ３ｃ＿ｄに流れるドーピングガスの流量がｓ（ｓｌｍ）である場合、配管ＰＬＣ１ｃ＿ｓおよび配管ＰＬＣ１ｃ＿ｄに流れるドーピングガスの流量は、Ｃ−ｒ−ｓ（ｓｌｍ）となる。
【００７６】
このように、キャリアガスの流量は、ガス供給部４０の同心円Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のそれぞれにおいて変更され得る。従って、混合ガスおよびドーピングガスの濃度は、ガス供給部４０の同心円Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のそれぞれにおいて制御され得る。これにより、キャリアガスの流量は、基板Ｗの中心部から外周部までの領域ごとに制御される。即ち、混合ガスおよびドーピングガスの濃度は、同心円Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のそれぞれにおいて設定可能となる。
【００７７】
外周パージガスラインＰＬｐは、ガス供給部４０の外周部にパージガスを供給している。パージガスとして、例えば、Ｈ２ガスを供給する。外周パージガスラインＰＬｐは、マスフローコントローラＭＦＣ１１を介してパージガスを所定流量で供給する。外周パージガスラインＰＬｐからのパージガスは、ガス供給部４０の外周部および第１側壁部１６の内側面ＳＦ１２へ供給される。これにより、ガス供給部４０の外縁および第１側壁部１６の内側面ＳＦ１２に、エピタキシャル膜やドーパントが付着することを抑制することができる。
【００７８】
以上のように第４実施形態によれば、ガス供給部４０は、複数の原料ガス（例えば、シランおよびプロパン）を予め混合し、この混合ガスを複数のノズルＮｓに分割してチャンバ１０内へ供給する。
【００７９】
もし、チャンバ１０内に温度上昇抑制領域Ｒｃが設けられていない場合、ガス供給部が予め混合された原料ガスをチャンバ１０内に供給すると、その原料ガスがガス供給部やノズルの近傍で加熱されるおそれがある。この場合、原料ガスは、反応して材料膜としてガス供給部やノズルに付着してしまう。
【００８０】
これに対し、第４実施形態による成膜装置１は、チャンバ１０内に温度上昇抑制領域Ｒｃが設けられている。従って、ガス供給部４０が混合ガスをチャンバ１０内に供給しても、あまり加熱されず、材料膜がガス供給部やノズルに付着することを抑制できる。このように、チャンバ１０内に温度上昇抑制領域Ｒｃが設けられていることによって、ガス供給ユニットは、原料ガスを予め混合して混合ガスとしてチャンバ１０へ供給することができる。
【００８１】
第４実施形態において、ガス供給部４０は、３つの配管ＰＬＣ１ｓ〜ＰＬＣ３ｓに対して２つのマスフローコントローラＭＦＣ３、ＭＦＣ４を備えている。また、ガス供給部４０は、３つの配管ＰＬＣ１ｄ〜ＰＬＣ３ｄに対して２つのマスフローコントローラＭＦＣ６、ＭＦＣ７を備えている。これらの配管およびマスフローコントローラの数は限定しない。例えば、ガス供給部４０は、ｎ個の配管ＰＬＣ１ｓ〜ＰＬＣ（ｎ）ｓ（ｎは、３以上の整数）に対してｎ−１個のマスフローコントローラを備えていてもよい。このとき、配管ＰＬＣ１ｓ〜ＰＬＣ（ｎ）ｓの個数ｎは、同心円Ｃ２に対応するノズルＮｓの数に対応する。従って、同心円Ｃ２に対応するノズル（第１および第２ノズル）Ｎｓの数をｎとすれば、同心円Ｃ２に対応するノズルＮｓに設けられるマスフローコントローラの個数はｎ−１個となる。
【００８２】
また、ガス供給部４０は、配管ＰＬＣ１ｄ〜ＰＬＣ（ｎ）ｄに対してｎ−１個のマスフローコントローラを備えていてもよい。これにより、配管およびマスフローコントローラへ過剰な圧力の印加を抑制し、かつ、原料ガスおよびドーピングガスの逆流を抑制することができる。尚、ドーピングガスの配管ＰＬＣ１ｄ〜ＰＬＣ３ｄの個数およびマスフローコントローラＭＦＣ６、ＭＦＣ７の個数の関係についても同様である。
【００８３】
また、キャリアガス供給部４２は、マスフローコントローラＭＦＣ３、ＭＦＣ４、ＭＦＣ６、ＭＦＣ７を介した後の混合ガスやドーピングガスにキャリアガスを加え、かつ、同心円Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のそれぞれにおいてキャリアガスの流量を制御する。従って、混合ガスおよびドーピングガスの濃度は、同心円Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のそれぞれにおいて制御され得る。即ち、キャリアガスの流量は、基板Ｗの中心部から外周部までの同心円状の領域ごとに制御され得る。換言すると、ガス供給部４０は、混合ガスの流量を基板Ｗの中心からの距離に応じて変更され得る。
【００８４】
なお、本実施形態において、流量制御部としてマスフローコントローラを用いて流量を制御したが、流量制御部としては、ガスラインにマスフローメータとニードルバルブを直列に取り付けたものでもよい。
【００８５】
上記第１〜第５実施形態は、それらの２つ以上を任意に組み合わせてもよい。それにより、成膜装置１は複数の実施形態の効果を得ることができる。
【００８６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８７】
１・・・成膜装置、１０・・・チャンバ、１２・・・頭部、１３・・・胴部、２０・・・ライナ、３１・・・第１冷却部、３２・・・第２冷却部、３５・・・第３冷却部、４０・・・ガス供給部、４０・・・ガス供給部、５０・・・排気部、６０・・・サセプタ、７０・・・支持部、８０・・・回転機構、９０・・・下部ヒータ、９５・・・上部ヒータ、１００・・・リフレクタ、Ｒｃ・・・温度上昇抑制領域、Ｎ・・・ノズル
【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】
2018082064.tif 000009
【図８】
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