【手続補正書】
【提出日】平成28年6月3日(2016.6.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜用基板を保持するための基板保持部材を有する円板状サセプタ、前記基板を自公転せしめる機構、前記基板保持部材に対向しフローチャネルを形成する対向面、材料ガスの導入部及び排気部を有する気相成膜装置において、
前記円板状サセプタと前記対向面との距離が前記基板の公転方向において変化するように、前記対向面に凹凸形状を施すことを特徴とする気相成膜装置。
【請求項２】
前記材料ガスの導入部に円板状のインジェクタを有し、前記インジェクタに、前記対向面の凹凸形状の凸部と同じ位置に凸部を有し、前記対向面の凹凸形状の凹部と同じ位置に凹部を有する凹凸形状を施すことを特徴とする請求項１に記載の気相成膜装置。
【請求項３】
成膜用基板を保持するための基板保持部材を有する円板状サセプタ、前記基板を自公転せしめる機構、前記基板保持部材に対向しフローチャネルを形成する対向面、材料ガスの導入部及び排気部を有する気相成膜装置において、
前記円板状サセプタと前記対向面との距離が前記基板の公転方向において変化するように、前記対向面に凹凸形状を施すとともに、
前記材料ガスの導入部に円板状のインジェクタを有し、
前記インジェクタに、前記対向面の凹凸形状の凸部と同じ位置に凸部を有し、前記対向面の凹凸形状の凹部と同じ位置に凹部を有する凹凸形状を施すことを特徴とする気相成膜装置。
【請求項４】
成膜方式が化学気相成長であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の気相成膜装置。
【請求項５】
前記材料ガスが化合物半導体あるいは酸化物の材料ガスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の気相成膜装置。
【請求項６】
前記材料ガスの一部に有機金属を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の気相成膜装置。
【請求項７】
前記対向面及び前記インジェクタを構成する部材の材質が、ステンレス、モリブデン等の金属材料、カーボン、炭化ケイ素、炭化タンタル等の炭化物、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の窒化物、石英、アルミナ等の酸化物系材料のいずれか、或いはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の気相成膜装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
最後にｃ）の堆積速度曲線に関して考察する。図１０に従来方法による一般的な自公転式リアクタ構造の断面図を示した。より正確にはIIIV族化合物半導体の成膜にしばしば用いられるリアクタの例である。リアクタ１００は、円板状のサセプタ２０と、該サセプタ２０に対向する対向面形成部材１１０と、材料ガスの導入部６０と、ガス排気部３８とにより構成される。基板Ｗは、基板保持部材２２により保持され、基板保持部材２２は、サセプタ２０の受部２６に保持されている。前記リアクタ１００は中心対称性があり、サセプタ２０はその中心軸に関し公転し、それと同時に基板Ｗは自転する構造となっている。これら公転・自転のための機構は公知である。また図１０の構造では分離供給型インジェクタ部１２０も備えている。図１０の分離供給型インジェクタ部１２０は、第１のインジェクタ構成部材１２２と第２のインジェクタ構成部材１２４によって、上中下の３層のガス導入部に分かれており、上からはV族及びＨ２、Ｎ２などのキャリアガス、中間からIII族の原料ガス、下からはＨ２あるいはＮ２そして場合によりV族ガスを加えたガスを導入するようにして使用することが多い。本発明では、サセプタ２０あるいは基板Ｗ上の各位置における堆積速度を自公転式リアクタの半径方向に対しプロットした曲線を、堆積速度曲線と定義する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
次に(2)のキャリアガス流量について考察するにあたり、図１３にキャリアガス流量を変化させたときの堆積速度曲線の違いを示した。なおキャリアガス流量を変化させる際、他の成膜条件は全て不変とする。図中ａ）をあるキャリアガス流量F0のときの堆積速度曲線とすると、ｂ）、ｃ）はそれぞれその２倍、３倍のキャリアガス流量における堆積速度曲線を表す。これから分かるようにキャリアガスを増やすと堆積速度曲線は縦方向に縮み横方向に伸びるように変化する。定量的に言えば、流量をα倍すると堆積速度曲線は縦に１/α倍、横に√α倍したものにおおよそ一致する。これは前述した層流且つ物質輸送律速モードの場合、堆積速度は基板或いはサセプタ面に垂直な方向の原料分子濃度の傾きに比例し、そしてフローチャネル中の原料分子濃度分布は、基板或いはサセプタ表面における原料分子濃度をゼロとした境界条件の下での、移流拡散方程式の解に大よそ従うためである。そして上記のキャリアガス流量と堆積速度曲線の関係は、移流拡散方程式の持つ相似則的性質から導かれる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
さらに(3)のフローチャネルの高さが堆積速度曲線に与える影響について記述する。図１４にフローチャネル高さを変えたときの堆積速度曲線を示した。ａ）をあるフローチャネル高さL0のときの堆積速度曲線とすると、ｂ）、ｃ）はそれぞれその２倍、３倍のフローチャネル高さにおける堆積速度曲線を示す。こちらも流量のときのように移流拡散方程式の相似則が適用され、フローチャネル高さをα倍とすると堆積速度曲線は縦に１/α倍、横に√α倍したものに大よそ一致する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
堆積速度曲線を支配する三因子の役割が明らかになったところで、ここからは理想的な堆積速度曲線について考察する。前述のように三因子を変化させると様々な堆積速度曲線が得られるが、それらにはそれぞれ利点、及び欠点が存在する。キャリアガス流量が少ないとき、あるいはフローチャネル高さが小さいときに得られる相対的に急峻な堆積速度曲線では、原料ガスが排出されるまでに、そこに含まれる大部分の原料分子を使い切ることになる。そのため原料の利用効率が高いという利点を有する。その一方で、基板より上流のサセプタ上に必然的に厚い堆積層が形成されてしまうことが欠点となる。この上流堆積物は膜質を低下させる恐れがある他、成膜を不安定にして歩留まり低下を招いたり、メンテナンス頻度を増大させたりするなどしてコストアップの要因ともなる。また上流と下流の堆積速度の差が大きいことから、常時同じ堆積速度で成膜される基板中心と、速い遅いを交互に経験する基板周辺部とでは、組成や不純物濃度などの膜質に違いを生じやすく、これらの均一性低下を招く結果となる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明は、成膜用基板を保持するための基板保持部材を有する円板状サセプタ、前記基板を自公転せしめる機構、前記基板保持部材に対向しフローチャネルを形成する対向面、材料ガスの導入部及び排気部を有する気相成膜装置において、前記円板状サセプタと前記対向面との距離が前記基板の公転方向において変化するように、前記対向面に凹凸形状を施すことを特徴とする。主要な形態の一つは、前記材料ガスの導入部に円板状のインジェクタを有し、前記インジェクタに、前記対向面の凹凸形状の凸部と同じ位置に凸部を有し、前記対向面の凹凸形状の凹部と同じ位置に凹部を有する凹凸形状を施すことを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
他の発明は、成膜用基板を保持するための基板保持部材を有する円板状サセプタ、前記基板を自公転せしめる機構、前記基板保持部材に対向しフローチャネルを形成する対向面、材料ガスの導入部及び排気部を有する気相成膜装置において、前記円板状サセプタと前記対向面との距離が前記基板の公転方向において変化するように、前記対向面に凹凸形状を施すとともに、前記材料ガスの導入部に円板状のインジェクタを有し、前記インジェクタに、前記対向面の凹凸形状の凸部と同じ位置に凸部を有し、前記対向面の凹凸形状の凹部と同じ位置に凹部を有する凹凸形状を施すことを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
主要な形態の一つは、成膜方式が化学気相成長であることを特徴とする。他の形態は、前記材料ガスが化合物半導体あるいは酸化物の材料ガスであることを特徴とする。更に他の形態は、前記材料ガスの一部に有機金属を含むことを特徴とする。更に他の形態は、前記対向面及び前記インジェクタを構成する部材の材質が、ステンレス、モリブデン等の金属材料、カーボン、炭化ケイ素、炭化タンタル等の炭化物、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の窒化物、石英、アルミナ等の酸化物系材料のいずれか、或いはそれらの組み合わせであることを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
対向面形状のほかインジェクタについても、対向面の凹凸形状に合わせてその形状を変えるのが良い。ここでもIIIV族化合物半導体を例に引くが、この分野でしばしば使用されるインジェクタは、V族とIII族が混合するポイントをなるべく基板近くに持ってくること、そしてインジェクタを低温に保つことにより原料分子の前駆反応を抑制するなどの機能を有する。従来装置では、図１０に示すように、インジェクタ部１２０は、基本的に単純な円板形状の第１のインジェクタ構成部材１２２及び第２のインジェクタ構成部材１２４により構成されている。それに対し本発明の下では、乱流を防ぐために図５あるいは図７に見られるように、対向面フローチャネルと連続（対応）になるようにインジェクタ内の流れも分割するのが好ましい。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
本発明の対向面形成部材３０及びインジェクタ部４０を形成する部材の材料に関しては、純度及び使用される環境に耐える耐熱、耐腐食性が満たされれば基本的にはどの材料でも良い。具体的には半導体あるいは酸化物の成膜に一般的によく使用されるステンレス、モリブデン等の金属材料、カーボン、炭化ケイ素や炭化タンタル等の炭化物、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の窒化物、石英、アルミナ等の酸化物系材料などが挙げられ、この中から適宜選択すればよい。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
さらに従来構造に合わせ、３層の流れとなるインジェクタを使用した。３層のフローチャネルの高さは各４mmで、それぞれを仕切る板の板厚が１mmである。合わせると対向面部フローチャネル高さに等しい１４mmとなる。３層のうち下二つのフローチャネル形状は対向面のフローチャネルと連続（対応）となるよう１２分割とし、上の一層は分割はなく３６０度均等に流れる形態とした。なおインジェクタに用いた材質はモリブデンである。これらの構造を図５、図６に示した。図５は部品に分割した斜視図、図６は組み上げたときの断面図である。断面図における右半分は凹部フローチャネルを表し、左半分は凸部フローチャネルを表している。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2015076417.tif 000001
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2015076417.tif 000002