(57)【要約】【課題】基板面内の成膜速度および組成の均一性を保ち、コンタミネーションの発生を抑制するとともに、大口径の基板の処理または多数枚の基板の同時処理が可能な半導体製造装置を提供する。【解決手段】本発明の半導体製造装置２０は、チャンバー１内に、原料ガスを供給する原料ガス導入ノズル２ａ、２ｂと、基板１０の上面に対して斜めに整流ガスを吹出す複数の整流ガス供給ノズル３ｂとを有している。複数の整流ガス供給ノズル３ｂは、原料ガスの上流側から下流側へ向って配列されている。複数の整流ガス供給ノズル３ｂの各々と基板１０の上面との間隔は、原料ガスの上流側から下流側へ向かうほど大きくなっている。チャンバー１内の上面は整流ガス供給ノズル３ｂからの整流ガスの吹出し方向に沿うように傾斜している。【選択図】        図１
2005005594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を内部に保持可能なチャンバーと、
前記基板の上面に沿って原料ガスを流すように前記チャンバーの一側に配置された原料ガス吹出し部と、
前記基板の上面に対向して前記チャンバー内に配置され、かつ前記基板の上面に対して斜めに整流ガスを吹出すように構成された複数の整流ガス吹出し部とを備え、
前記一側から前記チャンバーの他側方へ向って配列された複数の前記整流ガス吹出し部の各々と前記基板の上面との間隔は前記一側から前記他側方へ向かうほど大きくなっており、かつ前記チャンバー内面は前記整流ガス吹出し部からの整流ガスの吹出し方向に沿うように傾斜している、半導体製造装置。
【請求項２】
前記チャンバーの前記一側から前記他側方へ配列された前記複数の整流ガス吹出し部の各々と前記基板上面との間隔は前記一側から前記他側方へ向かうほど大きくなっており、その程度θ２は前記チャンバーの前記一側でのガス流速と前記チャンバーの前記他側方でのガス流速が等しいか、前記チャンバーの前記一側でのガス流速より前記チャンバーの前記他側方でのガス流速が大きいとしたとき、ｔａｎθ２≦（Ｎ２Ｚ１）／（Ｎ１Ｙ）  （Ｎ１は前記原料ガスの流量、Ｎ２は前記整流ガスの流量、Ｚ１は前記チャンバーの前記一側での前記基板上面からの間隔、Ｙは前記基板を載置保持するためのサセプタの直径）の式で表される程度であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
複数の前記整流ガス吹出し部の各々は、前記基板の上面に対して４５°以下の角度で傾斜していることを特徴とする、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記原料ガスはアンモニアを含んでおり、
前記アンモニアを触媒作用により分解するための触媒部材をさらに備えたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記触媒部材はタングステンよりなっており、かつ少なくとも前記基板の前記原料ガス吹出し部側に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記チャンバーの原料ガスおよび整流ガスに触れる部分の材質はニッケルよりなることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置に関するものであり、特に、チャンバー内に原料ガスと整流ガスとを供給して半導体薄膜を成膜する半導体製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、原料ガスと整流ガスとを供給して半導体薄膜を成膜する半導体製造装置は、たとえば特許第２６２８４０４号公報（特許文献１参照）に開示されている。図９は、この公報に開示された半導体製造装置の構成を概略的に示す断面図である。図９を参照して、この半導体製造装置は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）あるいはこれらの混晶のエピタキシャル膜をＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で成長させる装置である。この半導体製造装置は、反応容器１０１と、サセプタ１０５と、ヒータ１０７と、反応ガス噴射管１０２と、副噴射管１０３と、排気口１０４とを備えている。
【０００３】
反応容器１０１内には、基板１１０を保持するためのサセプタ１０５が配設されており、このサセプタ１０５はヒータ１０７により加熱可能である。サセプタ１０５上に保持された基板１１０の上面に、反応ガス噴射管１０２によって反応ガスを噴射することが可能である。また副噴射管１０３により、反応容器１０１内にて図中上側から下側の基板１１０に向けて不活性ガスを噴射することが可能である。また、反応容器１０１の内部のガスを排気する排気口１０４が反応容器１０１に設けられており、図示しない真空ポンプに連結されている。
【０００４】
この装置の成膜時には、反応ガス噴射管１０２から、水素ガスと、アンモニアガスと、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスとが噴射される。これにより、基板１１０の表面に反応ガスが供給されて、上記のエピタキシャル膜が成膜される。この成膜時において、基板１１０の加熱による熱対流で反応ガスが拡散しないように、副噴射管１０３から不活性ガスが押圧ガスとして噴射されている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２６２８４０４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来例には、以下の問題点がある。
【０００７】
まず、上記の従来例では、１バッチ当り１枚処理であるため、装置当りのスループットが低いという問題がある。
【０００８】
また、大口径化または多数枚の基板１１０の同時処理を行おうとすると、１個所からの反応ガス吹出しのため、基板１１０面内の成膜速度および組成の均一性をコントロールすることが困難となるという問題がある。
【０００９】
また、基板１１０の上方から不活性ガスを押圧ガスとして吹き付けているため、基板１１０の上方に大きな空間が必要となり、装置が大型化するとともに、基板１１０の加熱によるガスの熱対流によってチャンバーの壁面に原料ガスによる副生成物が付着しやすくなり、コンタミネーションが生じ易くなるという問題がある。
【００１０】
それゆえ、本発明の目的は、基板面内の成膜速度および組成の均一性を保ち、コンタミネーションの発生を抑制するとともに、大口径の基板の処理または多数枚の基板の同時処理が可能な半導体製造装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体製造装置は、チャンバーと、原料ガス吹出し部と、複数の整流ガス吹出し部とを備えている。チャンバーは、基板を内部に保持可能である。原料ガス吹出し部は、基板の上面に沿って原料ガスを流すようにチャンバーの一側に配置されている。複数の整流ガス吹出し部は、基板の上面に対向してチャンバー内に配置され、かつ基板の上面に対して斜めに整流ガスを吹出すように構成されている。一側からチャンバーの他側方へ向って配列された複数の整流ガス吹出し部の各々と基板の上面との間隔は一側から他側方へ向かうほど大きくなっており、かつチャンバー内面は整流ガス吹出し部からの整流ガスの吹出し方向に沿うように傾斜している。
【００１２】
本発明の半導体製造装置によれば、整流ガス吹出し部が複数個設けられているため、各整流ガス吹出し部からの吹出し量などを独立して制御することが可能となる。よって、大口径の基板の処理または多数枚の基板の同時処理においても、基板面内の成膜速度および組成の均一性を保つことが可能となる。
【００１３】
また、整流ガス吹出し部を一側から他側方へ向って複数個配列したことにより、原料ガスの流れの下流側（他側方）に向かうほどガス流量が増加する。そこで、複数の整流ガス吹出し部の各々と基板の上面との間隔を基板の一側（上流側）から他側（下流側）方へ向かうほど大きくすることにより、原料ガスおよび整流ガスの流路を確保することが可能となる。
【００１４】
また、基板の上面に対して斜めに整流ガスが吹出されるため、基板の加熱により基板表面を通過中のガスが加熱されて上昇しようとするのを整流ガスで押しとどめながら排気側へ押し流すことができる。これにより、チャンバー内でのガスのスムーズな流れを実現することができる。
【００１５】
また、基板の加熱によるガスの熱対流を防止するには基板とチャンバーの上面との間隔を小さくすることが有効な方策であるが、この間隔を小さくするとチャンバーの上面に原料ガスによる副生成物が付着しやすくなり、コンタミネーションが生じ易くなる。本発明では、チャンバーの上面が整流ガス吹出し部からの整流ガスの吹出し方向に沿うように傾斜しているため、整流ガスがチャンバーの内面に沿って流れることになる。このため、原料ガスによる副生成物がチャンバーの内面に付着し難くなり、コンタミネーションの発生を抑制することが可能となる。
【００１６】
上記の半導体製造装置において好ましくは、チャンバーの一側から他側方へ配列された複数の整流ガス吹出し部の各々と基板上面との間隔は一側から他側方へ向かうほど大きくなっており、その程度θ２はチャンバーの一側でのガス流速とチャンバーの他側方でのガス流速が等しいか、チャンバーの一側でのガス流速よりチャンバーの他側方でのガス流速が大きいとしたとき、ｔａｎθ２≦（Ｎ２Ｚ１）／（Ｎ１Ｙ）の式で表される程度である。なお、Ｎ１は原料ガスの流量、Ｎ２は整流ガスの流量、Ｚ１はチャンバーの一側での基板上面からの間隔、Ｙは基板を載置保持するためのサセプタの直径である。
【００１７】
上記の半導体製造装置において好ましくは、複数の整流ガス吹出し部の各々は、基板の上面に対して４５°以下の角度で傾斜している。
【００１８】
これにより、上述したようなチャンバー内面への副生成物の付着を効果的に抑制できるとともに、チャンバー内部に滞留するガスを排気側へ効果的に押し流すことができる。
【００１９】
上記の半導体製造装置において好ましくは、原料ガスはアンモニアを含んでおり、アンモニアを触媒作用により分解するための触媒部材がさらに備えられている。
【００２０】
成膜時においてアンモニアが効率良く分解しないと、成膜される薄膜中に取り込まれる窒素の量が少なくなって、たとえば発光ダイオードを作成する場合には発光輝度が低くなる。本発明では、触媒部材により原料ガス中のアンモニアの熱分解を促進することができるため、反応系中の窒素活性種の濃度を高くすることができ、成膜反応を促進することが可能となる。これにより、成膜される薄膜中に窒素を効率よく取り込むことが可能となるため、たとえば発光ダイオードを作成する場合でも高い発光輝度を得ることができる。
【００２１】
上記の半導体製造装置において好ましくは、触媒部材はタングステンよりなっており、かつ少なくとも基板の原料ガス吹出し部側に配置されている。
【００２２】
このタングステンは、アンモニアを触媒作用により分解する性質を有するため、このタングステンよりなる触媒部材を原料ガスの流れに対して基板の少なくとも上流側に配置することにより、熱分解された原料ガスを基板表面に供給することが可能となる。
【００２３】
上記の半導体製造装置において好ましくは、チャンバーの原料ガスおよび整流ガスに触れる部分の材質はニッケルよりなっている。
【００２４】
これにより、チャンバー内の腐食を防止することができるとともに、チャンバーの放熱性を良好にすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施の形態における半導体製造装置の構成を概略的に示す断面図である。図１を参照して、本実施の形態における半導体製造装置２０は、ＭＯＣＶＤ法によって化合物半導体を製造するための装置であり、チャンバー１と、原料ガス導入ノズル（原料ガス吹出し部）２ａ、２ｂと、ノズル２ｃと、複数の整流ガス供給ノズル（整流ガス吹出し部）３ｂと、排気口４と、サセプタ５と、ターンテーブル６と、ヒータ７と、タングステンリング（触媒部材）８とを主に有している。
【００２７】
チャンバー１は内部の反応室内に基板１０を保持することができ、基板１０として、たとえば４枚の口径２インチのサファイア単結晶基板１０がサセプタ５上に載置保持されている。サセプタ５はターンテーブル６上に載置されており、ターンテーブル６により回転可能である。ヒータ７は、ターンテーブル６の下部に配置されており、ターンテーブル６およびサセプタ５を通して成膜反応の起こる任意の温度に基板１０を加熱し、温度制御するために設けられている。また、タングステンリング８が、アンモニアガスを触媒作用により分解するための触媒部材として、サセプタ５の外周を取囲むように配置されている。
【００２８】
原料ガス導入ノズル２は、有機金属ガスを導入するためのノズル２ａと、アンモニアガスを導入するためのノズル２ｂとを有している。これらの各ノズル２ａ、２ｂは、基板１０の上面の一方側から他方側（Ａ１点からＡ２点、Ｂ１点からＢ２点）へ原料ガス（有機金属ガスおよびアンモニアガス）を流すようにチャンバー１の側壁（サセプタ５の横側）に配置されている。また、チャンバー１の側壁には、原料ガスとともに基板１０の上面の一方側から他方側へ不活性ガス（たとえば水素ガス、窒素ガス）を導入するためのノズル２ｃも配置されている。
【００２９】
また、排気口４は、サセプタ５上部を通過した使用済みのガスを排気するために設けられており、各ノズル２ａ、２ｂ、２ｃの反対側のチャンバー１の側壁に設けられている。
【００３０】
複数の整流ガス供給ノズル３ｂの各々は、ガス流路３ａを流れる整流ガス（不活性ガス：たとえば水素ガス、窒素ガス）をチャンバー１内に噴射する部分である。複数の整流ガス供給ノズル３ｂは、基板１０の上面に対向してチャンバー１内面に配置されている。複数の整流ガス供給ノズル３ｂの各々は、基板１０の上面と角度θ１をなす斜め方向に向かって整流ガスを吹出すように、かつチャンバー１内における原料ガスの流れに対して上流側から下流側に向かって整流ガスを吹出すように構成されている。
【００３１】
複数の整流ガス供給ノズル３ｂは、原料ガスの上流側（上記一方側）から下流側（上記他方側）へ向って配列されている。複数の整流ガス供給ノズル３ｂの各々と基板１０の上面との間隔Ｌａ、Ｌｂ、…、Ｌｉは上流側から下流側へ向かうほど大きくなっている。つまり、間隔Ｌａ＜間隔Ｌｂ＜間隔Ｌｃ＜…＜間隔Ｌｈ＜間隔Ｌｉの関係が成り立っている。また、チャンバー１内面１ａは整流ガス供給ノズル３ｂからの整流ガスの吹出し方向に沿うように傾斜している。
【００３２】
各整流ガス供給ノズル３ｂは、基板１０の上面に対して４５°以下の角度θ１で傾斜していることが好ましい。また、チャンバー内面１ａは整流ガス供給ノズル３ｂの傾斜角度と実質的に同じ角度で傾斜（つまり実質的に平行となるように傾斜）していることが好ましい。
【００３３】
また、有機金属ガスとしては、たとえばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩ）および他の不純物元素を含む有機金属を用いることができる。
【００３４】
また、チャンバーの原料ガスおよび整流ガスに触れる部分の材質はニッケルよりなることが好ましい。また、サセプタ５を取囲むように配置されたタングステンリング８は、アンモニアを触媒作用により分解できる触媒部材であれば良い。アンモニアを分解しやすくするために、予め３００℃程度に予備加熱されたアンモニアガスがチャンバー１内に供給されても良い。
【００３５】
また、基板１０として、サファイア単結晶以外に、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）などの単結晶を用いることもできる。
【００３６】
また、チャンバー１内の反応室内の圧力は真空から２気圧まで任意の圧力で制御され得る。本実施の形態では、成膜は主に大気圧で行なわれる。
【００３７】
図１に示す半導体製造装置の構成を、図２〜図５を用いて、より具体的に説明する。
【００３８】
図２は図１の断面に対応した概略断面図であり、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略断面図である。また、図４は図２および図３の構成で基板側からチャンバー１内の上面側を見上げたときの図であり、図５は原料ガス導入ノズル２ａ、２ｂ、整流ガス供給ノズル３などの構成を示す概略斜視図である。
【００３９】
図２を参照して、原料ガス導入ノズル２ａ、２ｂと、不活性ガスを供給するためのノズル２ｃとのそれぞれに、各ガスを流すためのガス流路が接続されており、各ガス流路はチャンバー１外部へ引き出されている。
【００４０】
図３〜図５を参照して、ノズル２ａは複数個設けられており、複数個のノズル２ａは有機金属ガスを互いに同一方向に吹出すように横１列で、しかも吹出し口がサセプタ５の外周に沿って配置されている。また、ノズル２ｂおよびノズル２ｃのそれぞれについてもノズル２ａと同様に、複数のノズルがガスを互いに同一方向に吹出すように横１列で、しかも吹出し口がサセプタ５の外周に沿って配置されている。
【００４１】
原料ガス導入ノズル２ａ、２ｂ、不活性ガス供給ノズル２ｃには、流量制御器（図示せず）が接続されており、各吹出し口からの吹出し量が個別に制御されるようになっている。
【００４２】
図４および図５を参照して、複数の整流ガス供給ノズル３ｂは、整流ガスを互いに同一方向に吹出すように、チャンバー１内の上面にたとえば行列状に配置されている。つまり、図２に示すように原料ガスの上流側から下流側へ向って配列された１列の整流ガス供給ノズル３ｂが、図３に示すように多数列設けられている。
【００４３】
チャンバー１の一側から他側方へ配列された複数の整流ガス吹出しノズル３ｂの各々と基板上面との間隔はチャンバー１の一側から他側方へ向かうほど大きくなっているが、その程度θ２は図８の模式図に示すようにチャンバー１の一側でのガス流速ｖ１とチャンバー１の他側方でのガス流速ｖ２が等しいか、チャンバー１の一側でのガス流速ｖ１よりチャンバー１の他側方でのガス流速ｖ２が大きいと仮定したとき、ｔａｎθ２≦（Ｎ２Ｚ１）／（Ｎ１Ｙ）の式で表される程度となることが好ましい。ここで、Ｎ１は原料ガスの流量、Ｎ２は整流ガスの流量、Ｚ１はチャンバーの一側での基板上面からの間隔、Ｙは基板を載置保持するためのサセプタの直径である。
【００４４】
図８において、複数の整流ガス供給ノズル３ｂ、３ｂ、…、３ｂが線Ｘ上に配置される。
【００４５】
また、整流ガス供給ノズル３ｂからは、基板１０の上面と角度θ１（図１参照）をなす斜め方向に整流ガスを吹出すようにしているが、角度θ１での基板１０に対する仮想押圧作用開始点Ｐ（図１参照）を、整流ガス供給ガスノズル３ｂが配置されたブロック全体を図１の左右方向に移動させて調整するものや上記角度θ１や角度θ２（図８参照）の変更のために整流ガス供給ノズル３ｂが配置されたブロック全体を他のものと交換するものなどが考えられる。
【００４６】
さらに、チャンバー１内の下面に、基板１０を載置したサセプタ５が配置され、基板１０上面に対向して上面に整流ガス供給ノズル３ｂを配置するもの（上記実施の形態）の他、上記とは逆にチャンバー１内の上面に、下向きで基板１０およびサセプタ５が配置され、下面に整流ガス供給ノズル３ｂを配置するものや、チャンバー１内の側面に、基板１０を載置したサセプタ５および整流ガス供給ノズル３ｂを対向して配置させるものが考えられる。
【００４７】
また、原料ガスおよび整流ガスのガス流れ方向も水平方向だけでなく、上下方向であってもよい。
【００４８】
図３を参照して、本実施の形態の半導体製造装置２０は、放射温度計９ａと、石英ガラス製窓板９ｃと、複数の放射温度測定用ポート９ｂとをさらに有している。放射温度計９ａはチャンバー１の外部において、基板１０の上面と対向する位置に配置され、駆動装置（図示せず）で前後左右に移動可能とされている。複数の放射温度測定用ポート９ｂは、チャンバー１の外部から内部ヘ貫通してサセプタ５の上面全域相当位置に設けられている。これにより、チャンバー１の外部からガラス製窓板９ｃおよび放射温度測定用ポート９ｂを通してチャンバー１内の基板１０の放射温度を放射温度計９ａによって測定することができる。なお、基板１０の熱放射による放射温度は、放射温度計９ａでは色で判定される。
【００４９】
図４および図５を参照して、上記の放射温度測定用ポート９ｂは、チャンバー１内の上面１ａにたとえば行列状に配置されており、これにより各基板１０の各部の放射温度を測定することができる。
【００５０】
なお、上記以外の図２〜図５の構成は、図１に示した構成とほぼ同じであるため、同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５１】
また、サセプタ５上に同時に載せる基板１０の枚数を４枚よりも少なくすれば、基板１０としてたとえば大口径（３インチ以上）のものをサセプタ５上に載置保持することもできる。これにより、たとえば図６（ａ）〜（ｅ）に示すように、サセプタ５上には、各種のサイズの基板１０を多様な形態で配置することができる。
【００５２】
また、図７に示すように複数の半導体製造装置２０が隔壁を介して並んで配置されても良い。この場合、たとえば複数の半導体製造装置２０の各々に供給されるガスは、単一のガス源から供給されても良い。
【００５３】
次に、本実施の形態の半導体製造装置を用いて窒化ガリウム薄膜を製造する場合について説明する。
【００５４】
図２および図３を参照して、まず、チャンバー１内を真空に排気する。ノズル２ｃから不活性ガスとして水素ガスと窒素ガスとの混合ガスをチャンバー１内に供給する。チャンバー１内を上記の混合ガスにより充填した後、ノズル２ｃから供給される混合ガスのガス流量を維持した状態で、複数の整流ガス供給ノズル３ｂから全体で１５リットル／分の整流ガスをチャンバー１内に供給する。この整流ガスを水素ガスと窒素ガスとの混合ガスとし、複数の整流ガス供給ノズル３ｂの各々から均一に吹出させる。また、放射温度測定用ポート９ｂの汚染を防止するために、整流ガス供給ノズル３ｂとは異なるポート（図示せず）から、窒素ガスと水素ガスとの混合ガスを全部で５リットル／分の流量で供給する。なお、サセプタ５の上方を通過したガスを排気口４から排気する。
【００５５】
サセプタ５に単結晶サファイア基板１０を載置し、サセプタ５を１２００℃まで加熱する。単結晶サファイア基板１０の実際の温度をチャンバー１外部に設けた放射温度計９ａによりモニターする。
【００５６】
上記のガス条件と温度条件とを維持した状態で１０分間放置する。この時に、５ｒｐｍ〜１０ｒｐｍでサセプタ５をターンテーブル６により回転させる。サセプタ５の回転は成膜終了まで継続する。上記放置時間経過後にサセプタ５の温度を１０００℃まで下げる。
【００５７】
ノズル２ｂからアンモニアガスを１５リットル／分の流量で、かつノズル２ｃから水素ガスを６リットル／分の流量で、それぞれチャンバー１内に供給する。この供給状態を維持した状態で、６リットル／分の流量の水素ガスをキャリアガスとして、ノズル２ａからトリメチルガリウムを２．２×１０−４モル／分でチャンバー１内に供給する。この状態で、基板１０上にて窒化ガリウム薄膜の成長が開始され、窒化ガリウム薄膜を１時間成長させる。これにより、約４μｍの窒化ガリウム薄膜が単結晶サファイア基板１０上に成長する。
【００５８】
次に、本実施の形態の半導体製造装置を用いて窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）薄膜を製造する場合について説明する。
【００５９】
図２および図３を参照して、まず、チャンバー１内を真空に排気する。ノズル２ｃから水素ガスと窒素ガスとの混合ガスをチャンバー１内に供給する。チャンバー１内を上記の混合ガスにより充填した後、ノズル２ｃから供給される混合ガスのガス流量を維持した状態で、複数の整流ガス供給ノズル３ｂから全体で１５リットル／分の整流ガスをチャンバー１内に供給する。この整流ガスを水素ガスと窒素ガスとの混合ガスとし、複数の整流ガス供給ノズル３ｂの各々から均一に吹出させる。また、放射温度測定用ポート９ｂの汚染を防止するために、整流ガス供給ノズル３ｂとは異なるポート（図示せず）から、窒素ガスと水素ガスとの混合ガスを全部で５リットル／分の流量で供給する。なお、サセプタ５の上方を通過したガスを排気口４から排気する。
【００６０】
サセプタ５に単結晶サファイア基板１０を載置し、サセプタ５を１２００℃まで加熱する。単結晶サファイア基板１０の実際の温度をチャンバー１外部に設けた放射温度計９ａによりモニターする。
【００６１】
上記のガス条件と温度条件とを維持した状態で１０分間放置する。この時に、５ｒｐｍ〜１０ｒｐｍでサセプタ５をターンテーブル６により回転させる。サセプタ５の回転は成膜終了まで継続する。上記放置時間経過後にサセプタ５の温度を８００℃まで下げる。
【００６２】
ノズル２ｂからアンモニアガスを１５リットル／分の流量で、かつノズル２ｃから窒素ガスを６リットル／分の流量で、それぞれチャンバー１内に供給する。このアンモニアガスと窒素ガスとの供給状態を維持しながら、サセプタ５上を通過したアンモニアガスと窒素ガスとを排気口４からチャンバー１外部へ排気する。この状態で、６リットル／分の流量の窒素ガスをキャリアガスとして、ノズル２ａからトリメチルインジウムを９．６×１０−５モル／分で、トリメチルガリウムを８．０×１０−６モル／分でチャンバー１内に供給する。この状態で、基板１０上にて窒化インジウムガリウム薄膜の成長が開始され、窒化インジウムガリウム薄膜を１時間成長させる。これにより、約０．３μｍの窒化インジウムガリウム薄膜が単結晶サファイア基板１０上に成長する。
【００６３】
本実施の形態の半導体製造装置によれば、原料ガス導入ノズル２ａ、２ｂ、不活性ガス供給ノズル２ｃがガスを同一方向に吹出すように横一列で、しかも吹出し口がサセプタ５の外周に沿って複数個設けられているため、各原料ガス導入ノズル２ａ、２ｂからの吹出し量などを独立して制御することが可能となる。よって、大口径の基板１０の処理または多数枚の基板１０の同時処理においても、基板１０の面内の成膜速度および組成の均一性を保つことが可能となる。
【００６４】
また、整流ガス供給ノズル３ｂを原料ガスの上流側から下流側へ向って複数個配列したことにより、原料ガスの流れの下流側に向かうほどガス流量が増加する。そこで、複数の整流ガス供給ノズル３ｂの各々と基板１０の表面との間隔Ｌａ、Ｌｂ、…、Ｌｉを上流側から下流側へ向かうほど大きくすることにより、原料ガスおよび整流ガスの流路を確保することが可能となる。
【００６５】
また、基板１０の上面に対して斜めに整流ガスが吹出されるため、基板１０の加熱により基板１０の上面上を通過中のガスが加熱されて上昇しようとするのを整流ガスで押しとどめながら排気側へ押し流すことができる。これにより、チャンバー１内でのガスのスムーズな流れを実現することができる。
【００６６】
また、基板１０の加熱によるガスの熱対流を防止するには基板１０とチャンバー１の上面との間隔を小さくすることが有効な方策であるが、この間隔を小さくするとチャンバー１の内面に原料ガスによる副生成物が付着しやすくなり、コンタミネーションが生じ易くなる。本実施の形態では、チャンバー１内の上面１ａが整流ガス供給ノズル３ｂからの整流ガスの吹出し方向に沿うように傾斜しているため、整流ガスがチャンバー１内の上面１ａに沿って流れることになる。このため、原料ガスによる副生成物がチャンバー１内の上面１ａに付着し難くなり、コンタミネーションの発生を抑制することが可能となる。
【００６７】
また、本実施の形態においては、成膜が大気圧に近い圧力条件、または加圧した圧力条件で行われるため、それにより形成される薄膜では窒素による欠陥を少なくすることができる。
【００６８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の半導体製造装置によれば、基板面内の成膜速度および組成の均一性を保ち、原料ガスおよび整流ガスの流路の確保とチャンバー内でのガスのスムーズな流れとを可能とし、コンタミネーションの発生を抑制するとともに、大口径の基板の処理または多数枚の基板の同時処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における半導体製造装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の断面に対応した概略断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図４】図２および図３の構成で基板側からチャンバー内の上面側を見上げたときの図である。
【図５】原料ガス導入ノズル、整流ガス供給ノズルなどの構成を示す概略斜視図である。
【図６】サセプタに基板を載置した様子を示す平面図である。
【図７】複数の反応室を隔壁で仕切った構成を示す概略平面図である。
【図８】チャンバー１内の空間を模式的に示す図である。
【図９】従来の半導体製造装置の構成を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
１  チャンバー、１ａ  上面、２ａ，２ｂ  原料ガス導入ノズル、２ｃ  ノズル、３ａ  ガス流路、３ｂ  整流ガス供給ノズル、４  排気口、５  サセプタ、６  ターンテーブル、７  ヒータ、８  タングステンリング、９ａ  放射温度計、９ｂ  放射温度測定用ポート、９ｃ  石英ガラス製窓板、１０  基板、２０  半導体製造装置。
【図１】
2005005594.tif 000003
【図２】
2005005594.tif 000004
【図３】
2005005594.tif 000005
【図４】
2005005594.tif 000006
【図５】
2005005594.tif 000007
【図６】
2005005594.tif 000008
【図７】
2005005594.tif 000009
【図８】
2005005594.tif 000010
【図９】
2005005594.tif 000011