(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のプロセスガスを混合する混合室と、
混合された前記複数のプロセスガスが流れる複数の縦方向流路と、前記複数の縦方向流路間に設けられ冷媒が流れる横方向冷却流路と、第１の透明部材と、を有し前記混合室下方に設けられた供給部と、
前記混合室の上方に配置され、前記第１の透明部材の上方に第２の透明部材が設けられた天板と、
前記供給部の周囲に設けられた外周部冷却流路と、
を備え、
前記第１の透明部材中に前記複数の縦方向流路のうち少なくとも1つが設けられる、
シャワープレート。
【請求項２】
前記冷媒が流れる方向に垂直な面内において、前記横方向冷却流路の径ａと前記縦方向流路の径ｄと前記横方向冷却流路を介さないで配置される前記複数の縦方向流路の間隔ｔはｔ＜ａ＜ｄ＋２ｔの関係を有する、請求項１記載のシャワープレート。
【請求項３】
前記供給部の中心から離れて前記横方向冷却流路は配置される、請求項１または請求項２記載のシャワープレート。
【請求項４】
反応室と、
前記反応室内に設けられ、基板を載置可能な支持部と、
前記反応室上部に設けられた請求項１ないし請求項３いずれか一項記載のシャワープレートと、
を備える気相成長装置。
【請求項５】
前記横方向冷却流路と、前記外周部冷却流路と、を用いて前記供給部の温度を制御する制御機構をさらに備える請求項４に記載の気相成長装置。
【請求項６】
複数のプロセスガスを混合し、
混合された前記複数のプロセスガスを第１の透明部材を有する供給部の前記第１の透明部材を含む領域に設けられた複数の縦方向流路に供給し、
前記複数の縦方向流路間に設けられ冷媒が流れる横方向冷却流路と、前記供給部の周囲に設けられた外周部冷却流路と、を用いて、前記供給部の最外周部における温度と中心部における温度の差が５℃以内になるように、前記供給部の温度を制御し、
前記複数のプロセスガスを前記複数の縦方向流路から反応室内に供給し、
前記反応室内に載置された基板上に前記複数のプロセスガスを用いて膜を成長し、
前記第１の透明部材及び前記第１の透明部材の上方に設けられた第２の透明部材を介して、前記膜の測定を行う、
気相成長方法。
【請求項７】
成長させる前記膜に応じて、前記供給部の温度を変動させる、請求項６に記載の気相成長方法。
【請求項８】
前記膜がＡｌＮ膜であるとき、ＧａまたはＭｇを含む膜を成長させるときより前記供給部の温度を低くする、請求項７に記載の気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセスガスを供給するシャワープレート、当該シャワープレートを用いる気相成長装置および気相成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高品質な半導体膜を成膜する方法として、気相成長により基板上に成膜をおこなう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、常圧または減圧に保持された気相成長装置内の支持部に基板を載置する。そして、この基板を加熱しながら、原料となるプロセスガスを基板に供給する。基板の表面ではプロセスガスの熱反応等が生じ、エピタキシャル単結晶膜が成膜される。
【０００３】
プロセスガスを基板に供給する場合には、シャワープレートを用いて基板上にプロセスガスが均一に供給されるようにすることが好ましい。ここで成膜中においてはシャワープレートの温度が上昇することによりシャワープレートが変形してしまうため、シャワープレートを冷却することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５２３１１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、均一性の高い膜を成膜できるシャワープレート、気相成長装置および気相成長方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態のシャワープレートは、複数のプロセスガスを混合する混合室と、混合された複数のプロセスガスが流れる複数の縦方向流路と、複数の縦方向流路間に設けられ冷媒が流れる横方向冷却流路と、第１の透明部材と、を有し混合室下方に設けられた供給部と、混合室の上方に配置され、第１の透明部材の上方に第２の透明部材が設けられた天板と、供給部の周囲に設けられた外周部冷却流路と、を備え、第１の透明部材中に複数の縦方向流路のうち少なくとも1つが設けられる。
【０００７】
上記態様のシャワープレートにおいて、冷媒が流れる方向に垂直な面内において、横方向冷却流路の径ａと縦方向流路の径ｄと横方向冷却流路を介さないで配置される複数の縦方向流路の間隔ｔはｔ＜ａ＜ｄ＋２ｔの関係を有することが好ましい。
【０００８】
上記態様のシャワープレートにおいて、供給部の中心から離れて横方向冷却流路は配置されることが好ましい。
【０００９】
実施形態の気相成長装置は、反応室と、反応室内に設けられ、基板を載置可能な支持部と、反応室上部に設けられた上記いずれか一つの態様のシャワープレートと、を備える。
【００１０】
上記態様の気相成長装置において、横方向冷却流路と、外周部冷却流路と、を用いて供給部の温度を制御する制御機構をさらに備えることが好ましい。
【００１１】
実施形態の気相成長方法は、複数のプロセスガスを混合し、混合された複数のプロセスガスを第１の透明部材を有する供給部の第１の透明部材を含む領域に設けられた複数の縦方向流路に供給し、複数の縦方向流路間に設けられ冷媒が流れる横方向冷却流路と、供給部の周囲に設けられた外周部冷却流路と、を用いて、供給部の最外周部における温度と中心部における温度の差が５℃以内になるように、供給部の温度を制御し、複数のプロセスガスを複数の縦方向流路から反応室内に供給し、反応室内に載置された基板上に複数のプロセスガスを用いて膜を成長し、第１の透明部材及び第１の透明部材の上方に設けられた第２の透明部材を介して、膜の測定を行う。
【００１２】
上記態様の気相成長方法において、成長させる膜に応じて、供給部の温度を変動させることが好ましい。
【００１３】
上記態様の気相成長方法において、膜がＡｌＮ膜であるとき、ＧａまたはＭｇを含む膜を成長させるときより供給部の温度を低くすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一態様によれば、均一性の高い膜を成膜できるシャワープレート、当該シャワープレートを用いる気相成長装置および気相成長方法の提供が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態の気相成長装置の要部の模式断面図。
【図２】第１の実施形態の気相成長装置の供給部と外周部冷却機構の模式下面図。
【図３】第１の実施形態の別態様の気相成長装置の供給部と外周部冷却機構の模式下面図。
【図４】第１の実施形態の気相成長方法のフローチャート。
【図５】第１の実施形態の供給部の温度分布。
【図６】第１の実施形態の気相成長装置を用いて成膜した膜の特性を示す図。
【図７】第２の実施形態の気相成長装置の要部の模式断面図。
【図８】第２の実施形態の気相成長装置の供給部と外周部冷却機構の模式下面図。
【図９】第２の実施形態の別態様の気相成長装置の供給部と外周部冷却機構の模式下面図。
【図１０】第２の実施形態の別態様の気相成長装置の供給部と外周部冷却機構の模式下面図。
【図１１】第３の実施形態の気相成長装置の供給部と外周部冷却機構の模式下面図。
【図１２】第４の実施形態の気相成長方法のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
なお、本明細書中では、気相成長装置が成膜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」とは基準に対して重力方向の位置を意味し、「下方」とは基準に対して重力の方向をそれぞれ意味する。また、「上部」とは、基準に対し重力方向と逆方向の位置を意味し、「上方」とは基準に対し重力の方向と逆方向を意味する。
【００１８】
また、本明細書中では、「プロセスガス」とは、基板上への成膜のために用いられるガスの総称であり、たとえば、原料ガス、ソースガス、キャリアガス、分離ガス等を含む。
【００１９】
（第１の実施形態）
本実施形態のシャワープレートは、複数のプロセスガスを混合する混合室と、混合された複数のプロセスガスが流れる複数の縦方向流路と、複数の縦方向流路間に設けられ冷媒が流れる横方向冷却流路と、を有し混合室下方に設けられた供給部と、供給部の周囲に設けられた外周部冷却流路と、を備える。
【００２０】
図１は、本実施形態の気相成長装置の要部の模式断面図である。図２は、本実施形態の気相成長装置の供給部と外周部冷却機構の模式下面図である。
【００２１】
本実施形態の気相成長装置は、たとえば、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いる縦型の枚葉型のエピタキシャル成長装置である。本実施形態のエピタキシャル成長装置では、例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）等のＩＩＩ−Ｖ族の窒化物系半導体の単結晶膜を成長する。
【００２２】
図１において、気相成長装置１０００は、反応室１０を備える。膜の成長は、反応室１０内で行われる。
【００２３】
反応室１０内には、ウェハＷ（基板）が載置されウェハＷをウェハＷの周方向に回転する支持部１２が設けられている。ウェハＷは、たとえばＳｉ（シリコン）ウェハやサファイヤウェハである。支持部１２としては、たとえば中心に開口部を有し、周縁で基板を支持するホルダが用いられるが、開口部のないサセプタを用いてもよい。また、支持部１２には、たとえば、ウェハＷを支持部１２から脱着させるための、図示しない突き上げピンが設けられている。
【００２４】
回転軸１８の上端は反応室１０内に設けられている。支持部１２は、回転リング１４と、回転リング１４の下方に設けられた回転ベース１６と、を介して回転軸１８の上端に接続されている。回転軸１８は、回転駆動機構２０によって回転され、これによりウェハＷがその周方向に回転される。なお、回転リング１４、回転ベース１６および回転軸１８の形態はこれに限定されない。
【００２５】
加熱部２６は、たとえば、図示しない外部電源より、回転軸１８の内部を貫通する電極２２を介して電力が供給され図示しない電流導入端子と電極２２により電力供給されて発熱する。
【００２６】
反応容器８は、図示しないウェハ搬出入口を有する。ウェハ搬出入口は、反応容器８内部へのウェハＷの搬入、および反応容器外部へのウェハＷの搬出に用いられる。ここで、ウェハＷの搬出入には、たとえば、図示しないロボットハンドが用いられる。ロボットハンドにより搬入されたウェハＷは、反応容器８の内部において支持部１２に支持される。なお、ウェハＷの搬出入の方法はこれに限定されない。
【００２７】
気相成長装置１０００は、反応室１０上部にシャワープレート１００を備える。ここでシャワープレート１００は、天板１０２、混合室１１０、供給部１２０および外周部冷却機構１７０を備える。
【００２８】
天板１０２は混合室１１０上方に設けられ、第１のマニフォールド１５２、第２のマニフォールド１５４、第３のマニフォールド１５６、第１の接続流路１６２、第２の接続流路１６４および第３の接続流路１６６を有する。第１のプロセスガス、第２のプロセスガスおよび第３のプロセスガスは、第１のガス供給路１４２、第２のガス供給路１４４および第３のガス供給路１４６から、それぞれ、第１のマニフォールド１５２、第２のマニフォールド１５４および第３のマニフォールド１５６に供給される。その後、第１のプロセスガス、第２のプロセスガスおよび第３のプロセスガスは、それぞれ第１のマニフォールド１５２に接続された第１の接続流路１６２、第２のマニフォールド１５４に接続された第２の接続流路１６４および第３のマニフォールド１５６に接続された第３の接続流路１６６を通じて混合室１１０に供給される。混合室１１０では、第１のプロセスガス、第２のプロセスガスおよび第３のプロセスガスが混合される。
【００２９】
たとえばＭＯＣＶＤ法によりＧａＮの単結晶膜をウェハＷ上に成膜する場合、第１のプロセスガスとして水素（Ｈ２）を供給する。また、第２のプロセスガスとして窒素（Ｎ）のソースガスであるアンモニア（ＮＨ３）を供給する。さらに、第３のプロセスガスとしてガリウム（Ｇａ）のソースガスであるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）をキャリアガスである水素（Ｈ２）で希釈したガスを供給する。
【００３０】
供給部１２０は混合室１１０下方に設けられ、複数の縦方向流路１２４（１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄ、１２４ｅ、１２４ｆ、１２４ｇ、１２４ｈ、１２４ｉ、１２４ｊ）と、縦方向流路１２４ｃと１２４ｄの間および縦方向流路１２４ｇと１２４ｈの間に設けられ第１の冷媒（冷媒）が流れる横方向冷却流路１２６（１２６ａ、１２６ｂ）と、を有する。ここで供給部１２０はたとえばアルミニウム等の金属から形成される。
【００３１】
縦方向流路１２４においては、混合室１１０において混合された第１、第２および第３のプロセスガスが流れる。混合された第１、第２および第３のプロセスガスは反応室１０に供給され、ウェハＷ上の膜成長に用いられる。余剰のプロセスガスおよび反応副生成物は、反応室１０下方に設けられたガス排出部２８を経由して図示しない排気装置により反応室１０外に排気される。ここで排気装置とは、たとえば真空ポンプである。
【００３２】
第１の冷媒は、たとえば第１のチラーユニット１１２から横方向冷却流路１２６に供給され、シャワープレート１００（供給部１２０）を冷却する。なお第１の冷媒は、チラーユニットから横方向冷却流路１２６のいずれか一つ（たとえば１２６ａ）に供給され、その後にその他の横方向冷却流路１２６（たとえば１２６ｂ）に供給されてからチラーユニットに戻っても良い。また、チラーユニットから複数の横方向冷却流路（１２６ａと１２６ｂ）に第１の冷媒が供給された後、他の横方向冷却流路に流れることなく第１の冷媒がチラーユニットに戻っても良い。ここで第１の冷媒は、たとえば水である。なお横方向冷却流路１２６は、作製の容易さから図２のように１本の直線状の形状を有することが好ましいが、いくつかの屈曲部を有していてもかまわない。
【００３３】
第１の冷媒が流れる方向に垂直な面内において、横方向冷却流路１２６の径ａと縦方向流路１２４の径ｄと複数の縦方向流路１２４の間隔ｔはｄ＜ｔ＜ａ＜ｄ＋２ｔの関係を有することが好ましい。縦方向流路１２４の間隔ｔが縦方向流路１２４の径ｄ以下であるとすると、縦方向１２４に隣接する供給部１２０の部分１２０ａの体積が小さくなりすぎて供給部１２０の強度が低下するため、好ましくない。横方向冷却流路１２６の径ａが複数の縦方向流路１２４の間隔ｔ以下であるとすると、圧力損失が大きくなり第１の冷媒が横方向冷却流路１２６を十分に流れないため、シャワープレート１００（供給部１２０）があまり冷却されなくなる。一方横方向冷却流路１２６の径ａがｄ＋２ｔ以上であるとすると、横方向冷却流路１２６の径が大きくなるため、多くの縦方向流路１２４を設けることが出来なくなる。そのため、ウェハＷ上における反応ガスの供給のされ方がより不均一となり、ウェハＷ上に成膜される膜の膜厚や組成の不均一性が増加してしまう。
【００３４】
なお、第１の冷媒が流れる方向に垂直な面内において、ウェハＷ上に供給される反応ガスの供給のされ方をより均一にするため、複数の縦方向流路１２４は等間隔で配置されていることが好ましいが、かならずしも等間隔でなくてもかまわない。
【００３５】
より好ましくは、第１の冷媒が流れる方向に垂直な面内において、横方向冷却流路１２６ｂに隣接して設けられた縦方向流路１２４ｇと縦方向流路１２４ｈの間隔はｄ＋２ｔである。言い換えれば、第１の冷媒が流れる方向に垂直な面内において、縦方向流路１２４ｇと縦方向流路１２４ｈの間に配置される供給部の部分１２０ａの幅はｄ＋２ｔである。言い換えれば、縦方向流路１２４ｇと縦方向流路１２４ｈの間には、縦方向流路１２４ｈと縦方向流路１２４ｉそれぞれに対して間隔ｔを有して別の縦方向流路１２４を供給部の部分１２０ａ内に設けることが出来るが、ここでは別の縦方向流路１２４を設けずに横方向冷却流路１２６を設けている。
【００３６】
また、より好ましくは、第１の冷媒が流れる方向に垂直な面内において、横方向冷却流路１２６の断面の形状は、横方向冷却流路１２６の作製の容易性の観点から円である。そして、より好ましくは、横方向冷却流路１２６の断面の中心は、均一にシャワープレート１００（供給部１２０）の冷却をおこなうため、隣接する縦方向流路１２４ｇと縦方向流路１２４ｈのいずれからも等距離に配置される。
【００３７】
供給部の中心１２１から離れて横方向冷却流路１２６は配置されることが好ましい。言い換えると、供給部の中心１２１に横方向冷却流路１２６は設けられないことが好ましい。枚葉式の気相成長装置においてはウェハＷの中心は供給部１２０の中心の鉛直線上に配置されることが多い。かかる場合供給部１２０の中心から離れて横方向冷却流路１２６を配置させ、供給部１２０の中心に出来るだけ多くの縦方向流路１２４を設けて反応ガスが出てくるようにした方が、ウェハＷがウェハＷの周方向に回転した場合にウェハ上の反応ガスの分布がより一定になるためである。
【００３８】
また、横方向冷却流路１２６は、供給部の中心１２１を対称にして複数設けられたことが、シャワープレート１００を均一に冷却するため好ましい。
【００３９】
外周部冷却機構１７０は、外周部冷却流路１７２と、外周部配管１７４と、を備える。外周部冷却流路１７２は、供給部１２０の周囲に設けられている。本実施形態においては、たとえば第２のチラーユニット１１４から外周部配管１７４を通じて外周部冷却流路１７２に第２の冷媒を供給し、シャワープレート１００（供給部１２０）を冷却する。ここで第２の冷媒は、たとえば水である。なお、外周部配管１７４は図２において紙面の上側に配置されているが、配置される場所は特に限定されない。また、外周部冷却機構はこれに限定されず、たとえば供給部１２０の周囲に設けられた冷却フィンなど公知の冷却機構を好ましく用いることができる。
【００４０】
供給部１２０の最外周部における温度と供給部の中心１２１における温度の差は５℃以内であることが好ましい。後述するように、これにより、ウェハＷ上に成膜される膜の膜厚や組成を均一に制御することが可能となるためである。ここで供給部１２０の最外周部における温度とは、縦方向流路１２４のうち供給部１２０の最外周に設けられた縦方向流路１２４に隣接する供給部１２０の温度とする。また、たとえば供給部の中心１２１に縦方向流路１２４が設けられている場合は、当該縦方向流路１２４の壁面の温度を測定し、その温度を供給部の中心１２１の温度とすることが出来る。また、当該縦方向流路１２４に隣接する供給部１２０の温度を測定し、その温度を供給部の中心１２１の温度としてもよい。ここで供給部１２０の温度は、たとえば熱電対や放射温度計を用いて好ましく測定することが出来る。
【００４１】
制御機構１８０は、図示しない配線により、回転駆動機構２０と、加熱部２６と、排気装置と、外周部冷却機構１７０と、に接続される。また、制御機構１８０は、第１のチラーユニット１１２と、第２のチラーユニット１１４に接続される。制御機構１８０は、回転駆動機構２０によるウェハＷの回転および回転速度の制御、加熱部２６によるウェハＷの加熱の制御、第１のガス供給路１４２、第２のガス供給路１４４および第３のガス供給路１４６から反応室１０へのプロセスガスの供給の制御、ロボットハンドによるウェハＷの搬送の制御、排気装置によるガス排出部からの余剰のプロセスガスおよび反応副生成物の排気の制御、第１のチラーユニット１１２による横方向冷却流路１２６を用いた供給部１２０の温度の制御および第２のチラーユニット１１４による外周部冷却流路１７２を用いた供給部１２０の温度の制御をおこなう。
【００４２】
制御機構１８０には、それぞれ、たとえば、回路基板を用いることができるが、回路基板に限定されるものではなく、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を中心とするマイクロプロセッサと、処理プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、入出力ポートおよび通信ポートを用いてもよい。
【００４３】
図３は、第１の実施形態の別態様の気相成長装置の供給部と外周部冷却流路の模式下面図である。図２に示したシャワープレート１００においては横方向冷却流路１２６ａと横方向冷却流路１２６ｂの２本が設けられている。しかし、４本の冷却流路を供給部の中心１２１を対称にして片側に２本ずつ設けても、好ましく用いることができる。
【００４４】
図４は、本実施形態の気相成長方法のフローチャートである。
【００４５】
まず、制御機構１８０が、ウェハＷを、たとえばロボットハンドを用いて、反応室１０へ搬入し、支持部１２に載置する。次に、制御機構１８０が、加熱部２６を用いて、ウェハＷを加熱する。次に、制御機構１８０が、回転駆動機構２０を用いて、ウェハＷをウェハＷの周方向に所定の回転速度で回転させる。
【００４６】
次に、制御機構１８０が、第１のプロセスガス、第２のプロセスガスおよび第３のプロセスガスを第１のガス供給路１４２、第２のガス供給路１４４および第３のガス供給路１４６から混合室１１０に供給し、第１のプロセスガス、第２のプロセスガスおよび第３のプロセスガスを混合する（Ｓ１０）。なお、第１のプロセスガス、第２のプロセスガスおよび第３のプロセスガスのうちいずれか２種類のプロセスガスを混合しても良い。
【００４７】
次に、制御機構１８０が、混合室１１０で混合された第１のプロセスガス、第２のプロセスガスおよび第３のプロセスガスを、供給部１２０に設けられた縦方向流路１２４に供給する（Ｓ１２）。
【００４８】
次に、制御機構１８０が、横方向冷却流路１２６と、外周部冷却流路１７２を用いて、供給部１２０の最外周部における温度と中心部における温度の差が５℃以内になるように、供給部１２０の温度を制御する（Ｓ１４）。
【００４９】
次に、縦方向流路１２４に供給された、混合された第１のプロセスガス、第２のプロセスガスおよび第３のプロセスガスを、反応室１０に供給する（Ｓ１６）。
【００５０】
次に、反応室１０内の支持部１２上に載置されたウェハＷ上に、上記の第１のプロセスガス、第２のプロセスガスおよび第３のプロセスガスを用いて膜を成長する（Ｓ１８）。
【００５１】
膜の成長が終了したら、ウェハＷの温度を下げて、たとえばロボットハンドを用いてウェハＷを反応容器８外に搬出する。
【００５２】
図５は、本実施形態の供給部１２０の温度分布である。図５（ａ）は、外周部冷却流路１７２を用いず横方向冷却流路１２６を用いて冷却した供給部１２０の温度分布、図５（ｂ）は外周部冷却流路１７２と横方向冷却流路１２６の両方を用いて冷却した供給部１２０の温度分布である。
【００５３】
図５（ａ）においては、ウェハＷ中心上の供給部１２０（供給部の中心１２１）の温度は８５℃、ウェハＷ中心部から７５ｍｍ離れた場所上の供給部１２０の温度は７５℃である。そのため、ウェハＷ中心上の供給部１２０（供給部の中心１２１）の温度とウェハＷ中心から７５ｍｍ離れた場所上の供給部１２０の温度との差は１０℃である。
【００５４】
これに対して、図５（ｂ）においては、ウェハＷ中心上の供給部１２０（供給部の中心１２１）の温度は７０℃、ウェハＷ中心から７５ｍｍ離れた場所上の供給部１２０の温度は６５℃である。そのため、ウェハＷ中心上の供給部１２０（供給部の中心１２１）の温度とウェハＷ中心から７５ｍｍ離れた場所上の供給部１２０の温度との差は５℃である。
【００５５】
図６は、本実施形態の気相成長装置を用いて成膜した膜の特性を示す図である。図６（ａ）は外周部冷却流路１７２を用いず横方向冷却流路１２６を用いて供給部１２０を冷却して成膜した膜の膜厚のウェハＷ面内位置依存性、図６（ｂ）は外周部冷却流路１７２を用いず横方向冷却流路１２６を用いて供給部１２０を冷却して成膜した膜のＡｌ組成分布のウェハＷ面内位置依存性、図６（ｃ）は外周部冷却流路１７２と横方向冷却流路１２６を用いて供給部１２０を冷却して成膜した膜の膜厚のウェハＷ面内位置依存性、図６（ｄ）は外周部冷却流路１７２と横方向冷却流路１２６を用いて供給部１２０を冷却して成膜した膜のＡｌ組成分布のウェハＷ面内位置依存性である。
【００５６】
外周部冷却流路１７２を用いず横方向冷却流路１２６を用いて冷却した場合、図６（ａ）に示されるように、ウェハＷ中心上とウェハＷ中心から７５ｍｍ離れた場所上で膜厚に±３％の差があった。一方、図６（ｂ）に示されるように、外周部冷却流路１７２と横方向冷却流路１２６の両方を用いて冷却した場合、ウェハＷ中心上とウェハＷ中心から７５ｍｍ離れた場所上の膜厚には±１％の差しかなかった。
【００５７】
また、図６（ａ）において、膜厚はウェハＷ中心（０ｍｍ）が最も厚く、ウェハＷの周辺においては薄い。膜厚の差はウェハＷ中心とウェハＷ中心から９５ｍｍ離れた所で±３％であった。一方、図６（ｃ）において、膜厚の差は±１％に改善された。図６（ｂ）において、Ａｌ濃度の差は±２％であった。一方、図６（ｄ）において、Ａｌ濃度の差は±０．６％に改善された。このように、均一にシャワープレートの冷却を行うことにより、成膜された膜の膜厚・膜の元素濃度等の特性が改善されるということがわかった。
【００５８】
本実施形態のシャワープレート、気相成長装置および気相成長方法によれば、均一にシャワープレートの冷却をすることにより、均一性の高い膜を成膜することが可能となる。
【００５９】
（第２の実施形態）
本実施形態のシャワープレートは、縦方向流路の間に設けられた第１の透明部材１２８と、天板１０２内に設けられた第２の透明部材１３０と、第２の透明部材１３０上に設けられた計測装置と、をさらに備える点で、第１の実施形態のシャワープレートと異なっている。ここで、第１の実施形態と重複する点については、記載を省略する。
【００６０】
図７は、本実施形態の気相成長装置の要部の模式図である。図８は、本実施形態の気相成長装置の供給部と外周部冷却機構の模式下面図である。
【００６１】
第１の透明部材１２８（１２８ａ、１２８ｂ）は、縦方向流路１２４ｅと縦方向流路１２４ｆとの間に設けられる。第２の透明部材１３０は、天板１０２内に設けられる。
【００６２】
計測装置５０は、天板１０２上に設けられる。計測装置５０は、たとえばレーザーを用いてウェハＷの反りを測定する装置、レーザーを用いてウェハＷ上に成長される膜の膜厚や膜質を測定する装置、またはウェハＷからの輻射によりウェハＷの温度を測定する放射温度計などである。上記のレーザーを効率良くウェハＷに照射して反射されたレーザーを検出し、または上記の輻射を効率良く検出するために、第１の透明部材１２８および第２の透明部材１３０は、それぞれ供給部１２０および天板１０２を貫通している。また、第２の透明部材１３０は第１の透明部材１２８の直上に配置され、さらに計測装置５０は第２の透明部材１３０の直上に配置される。
【００６３】
第１の透明部材１２８および第２の透明部材１３０は、計測装置５０に用いられる所定の波長に対して十分透明である部材であり、たとえば石英ガラスを好ましく用いることができる。また、強度が十分であり、上述の所定の波長に対して十分透明でありプロセスガス等に対する耐性が高ければ、サファイヤ等を好ましく用いることができる。
【００６４】
なお、図８においては、第１の透明部材１２８ａ、１２８ｂは、横方向冷却流路１２６の第１の冷媒が流れる方向に対して平行な方向に長辺を持つ長方形の形状を有する。しかし、第１の冷媒が流れる方向に対して垂直な方向に長辺を持つ長方形の形状を有していてもよい。
【００６５】
図９は、本実施形態の別態様の気相成長装置の供給部と外周部冷却機構の模式下面図である。第１の透明部材１２８ａ、１２８ｂは、第１の冷媒が流れる方向に対して９０度の方向に長辺を持つ長方形の形状を有していてもよい。
【００６６】
図１０は、本実施形態の別態様の気相成長装置の供給部と外周部冷却機構の模式下面図である。縦方向流路１２４は、図８と図９に示したように縦方向流路１２４の出口の一方が第１の透明部材１２８の長辺と平行に配置されていてもよいし、図１０に示したように縦方向流路１２４の出口の一方が第１の透明部材１２８の長辺に対して４５度の方向に配置されていても良い。
【００６７】
本実施形態のシャワープレート、気相成長装置および気相成長方法によれば、第１の実施形態同様、均一性の高い膜を成膜することが可能となる。更に、本実施形態のシャワープレート、気相成長装置および気相成長方法によれば、成膜中のウェハＷの状態を観察することが可能になる。そのため、成膜中におけるウェハＷの温度やウェハＷの反り等の制御性が向上する。
【００６８】
（第３の実施形態）
本実施形態のシャワープレートは、第１の透明部材１２８内に縦方向流路１２４が設けられている点で第２の実施形態と異なっている。ここで、第２の実施形態と重複する点については、記載を省略する。
【００６９】
図１１は、本実施形態の気相成長装置の供給部と外周部冷却機構の模式下面図である。第１の透明部材１２８内に縦方向流路１２４を設けると、より大きな透明部材を用いることができる。これにより、例えばより多くの放射温度計を用いて、ウェハＷ表面におけるより多くの箇所の温度を測定することが可能となる。また、例えば、より多くのウェハＷの反りを測定する装置を用いて、ウェハの反りをより詳細に測定することが可能となる。そのため、成膜中におけるウェハＷの温度や反り等の制御性が向上する。
【００７０】
本実施形態のシャワープレート、気相成長装置および気相成長方法によれば、第１の実施形態同様、均一性の高い膜を成膜することが可能となる。また、成膜中におけるウェハＷの温度や反り等の制御性が向上する。更に、ウェハＷの様々な状態を計測することが可能となる。
【００７１】
（第４の実施形態）
本実施形態においては、第１から第３の実施形態の気相成長装置が用いられるが、成長させる膜ごとに、シャワープレート１００（供給部１２０）を異なる温度に制御する点で第１から第３の実施形態と異なっている。ここで、第１ないし第３の実施形態と重複する点については、記載を省略する。
【００７２】
図１２は、第４の実施形態の気相成長方法のフローチャートである。
【００７３】
先ず、ウェハＷを所定温度に加熱し、横方向冷却流路１２６に接続される第１のチラーユニット１１２及び外周部冷却流路１７２に接続される第２のチラーユニット１１４を制御機構１８０により制御し、シャワープレート１００の温度を例えば６０℃として、ウェハＷ上にたとえば水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を供給してＡｌＮ膜を成長させる（Ｓ３０）。
【００７４】
次いで、シャワープレート１００の温度を９０℃として、ウェハＷ上にたとえば水素、アンモニア、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）を供給してＧａＮ膜を成長させる（Ｓ３２）。
【００７５】
次いで、ＧａＮ膜上にＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）層を形成（Ｓ３４）した後、シャワープレート１００の温度を９０℃として、たとえば水素、アンモニア、ＴＭＧ、ＴＭＡ、Ｃｐ２Ｍｇ（ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム）を供給してＭｇのドープされたｐ−ＡｌＧａＮ膜を成長させる（Ｓ３６）。
【００７６】
このように、形成される膜に応じて、シャワープレート１００の温度を変動させることにより、高い成長速度で、良好な結晶性を有する膜を得ることができる。
【００７７】
本実施形態において、ＡｌＮ膜の成膜時のシャワープレート１００の温度を６０℃としたが、４０−８０℃であることが好ましく、より好ましくは５０−７０℃である。
【００７８】
また、ＧａＮ膜、ｐ−ＡｌＧａＮ膜の成膜時のシャワープレート１００の温度を９０℃としたが、ＡｌＮ膜単体以外のＧａやＭｇを含む膜については、ＡｌＮ膜の成膜時より高い温度とし、７０−１３０℃とすることが好ましい。より好ましくは８０−９０℃である。
【００７９】
なお、本実施形態の気相成長方法は、必ずしも第１から第３の実施形態の気相成長装置を用いる必要はなく、これに限定されるものではない。
【００８０】
実施形態では、構成等、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、必要とされる構成等を適宜選択して用いることができる。また、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうるシャワープレート、気相成長装置および気相成長方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
【符号の説明】
【００８１】
１０        反応室
１２        支持部
１４        回転リング
１６        回転ベース
１８        回転軸
２０        回転駆動機構
２２        電極
２６        加熱部
２８        ガス排出部５０        計測装置
１００      シャワープレート
１０２      天板
１１０      混合室
１１２      第１のチラーユニット
１１４      第２のチラーユニット
１２０      供給部
１２１      供給部の中心
１２４      縦方向流路
１２６      横方向冷却流路
１２８      第１の透明部材
１３０      第２の透明部材
１４２      第１のガス供給路
１４４      第２のガス供給路
１４６      第３のガス供給路
１５２      第１のマニフォールド
１５４      第２のマニフォールド
１５６      第３のマニフォールド
１６２      第１の接続流路
１６４      第２の接続流路
１６６      第３の接続流路
１７０      外周部冷却機構
１７２      外周部冷却流路
１７４      外周部配管
１８０      制御機構
１０００    気相成長装置
Ｗ          基板
【図１】
0006606403.tif 000002
【図２】
0006606403.tif 000003
【図３】
0006606403.tif 000004
【図４】
0006606403.tif 000005
【図５】
0006606403.tif 000006
【図６】
0006606403.tif 000007
【図７】
0006606403.tif 000008
【図８】
0006606403.tif 000009
【図９】
0006606403.tif 000010
【図１０】
0006606403.tif 000011
【図１１】
0006606403.tif 000012
【図１２】
0006606403.tif 000013