(57)【要約】      （修正有）【課題】一度に処理する基板の枚数を増大させ、ＧａＮのエピタキシャル膜の生産性を向上させることができる膜の形成方法及び基板処理装置を提供する。【解決手段】基板を処理室内に搬入する搬入工程と、前記処理室内にガリウム塩化物ガスを供給する第１ステップと、前記処理室から前記ガリウム塩化物ガスをパージする第１パージステップと、前記第１パージステップの後に前記処理室内にアンモニアガスを供給する第２ステップと、前記処理室から前記アンモニアガスをパージする第２パージステップとを有する初期膜形成工程と、前記初期膜形成工程の後に、前記処理室内に前記ガリウム塩化物ガスと前記アンモニアガスを同時に供給し、エピタキシャル膜を形成するエピ膜形成工程とによりＧａＮ膜を形成する。【選択図】図５
2012124255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理室内に搬入する搬入工程と、
前記処理室内にガリウム塩化物ガスを供給する第１ステップと、前記処理室から前記ガリウム塩化物ガスをパージする第１パージステップと、前記第１パージステップの後に前記処理室内にアンモニアガスを供給する第２ステップと、前記処理室から前記アンモニアガスをパージする第２パージステップとを有する初期膜形成工程と、
前記初期膜形成工程の後に、前記処理室内に前記ガリウム塩化物ガスと前記アンモニアガスを同時に供給し、エピタキシャル膜を形成するエピ膜形成工程とを具備する基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記初期膜工程における処理温度は、前記エピ膜形成工程における処理温度より低い基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１において、前記初期膜形成工程の第１ステップでは、希釈用の不活性ガスを更に供給し、前記初期膜形成工程の第２ステップでは、水素ガスを更に供給する基板の製造方法。
【請求項４】
基板処理領域を有し、該基板処理領域で複数の基板を処理する処理室と、
前記基板処理領域を加熱維持する加熱装置と、
前記基板処理領域内に第１ガス供給口が設けられ、該第１ガス供給口から前記処理室内へガリウム塩化物ガスを供給する第１ガス供給系と、
前記基板処理領域内に第２ガス供給口が設けられ、該第２ガス供給口から前記処理室内へアンモニアガスを供給する第２ガス供給系と、を具備し、
前記複数の基板は、高さ方向に並んで配置され、
前記第１ガス供給系は、前記処理室内に設けられ、前記高さ方向に延在する第１のガスノズルを有し、
前記第２ガス供給系は、前記処理室内に設けられ、前記高さ方向に延在する第２のガスノズルを有する基板処理装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１ガス供給系及び第２ガス供給系を制御するコントローラと、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気系を更に具備し、
前記コントローラは、前記複数の基板に前記第１ガス供給系から前記ガリウム塩化物ガスを供給し、その後、前記処理室をパージし、その後、前記第２ガス供給系から前記アンモニアガスを供給し、その後、前記処理室をパージするように前記第１ガス供給系、前記第２ガス供給系、及び、前記排気系を制御し、更に、その後に、前記第１ガス供給系から前記ガリウム塩化物ガスを供給するとともに前記第２ガス供給系から前記アンモニアガスを供給するように前記第１及び第２ガス供給系を制御する基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の製造方法、半導体デイバスの製造方法及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）などの化合物半導体のエピタキシャル膜は、処理室内で基板を１枚のサセプタ上に載せて、ヒータを用いて基板を加熱し、処理室内に原料ガスを供給して高温下で成長させている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１７２６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような構成の装置を用いて基板上に膜形成させる場合には、一度に処理する基板の枚数が限られてしまうという問題点があった。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、一度に処理する基板の枚数を増大させ、生産性を向上させることができる基板の製造方法、半導体デイバスの製造方法及び基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、基板を処理室内に搬入する搬入工程と、前記処理室内にガリウム塩化物ガスを供給する第１ステップと、前記処理室から前記ガリウム塩化物ガスをパージする第１パージステップと、前記第１パージステップの後に前記処理室内にアンモニアガスを供給する第２ステップと、前記処理室から前記アンモニアガスをパージする第２パージステップとを有する初期膜形成工程と、前記初期膜形成工程の後に、前記処理室内に前記ガリウム塩化物ガスと前記アンモニアガスを同時に供給し、エピタキシャル膜を形成するエピ膜形成工程とを具備する基板の製造方法である。
【０００７】
本発明の他の一態様は、基板を処理室内に搬入する搬入工程と、前記処理室内にガリウム塩化物ガスを供給する第１ステップと、前記処理室から前記ガリウム塩化物ガスをパージする第１パージステップと、前記第１パージステップの後に前記処理室内にアンモニアガスを供給する第２ステップと、前記処理室から前記アンモニアガスをパージする第２パージステップとを有する初期膜形成工程と、前記初期膜形成工程の後に、前記処理室内に前記ガリウム塩化物ガスと前記アンモニアガスを同時に供給し、エピタキシャル膜を形成するエピ膜形成工程とを具備する半導体デバイスの製造方法である。
【０００８】
また、本発明の他の一態様は、基板処理領域を有し、該基板処理領域で複数の基板を処理する処理室と、前記基板処理領域を加熱維持する加熱装置と、前記基板処理領域内に第１ガス供給口が設けられ、該第１ガス供給口から前記処理室内へガリウム塩化物ガスを供給する第１ガス供給系と、前記基板処理領域内に第２ガス供給口が設けられ、該第２ガス供給口から前記処理室内へアンモニアガスを供給する第２ガス供給系と、を具備し、前記複数の基板は、高さ方向に並んで配置され、前記第１ガス供給系は、前記処理室内に設けられ、前記高さ方向に延在する第１のガスノズルを有し、前記第２ガス供給系は、前記処理室内に設けられ、前記高さ方向に延在する第２のガスノズルを有する基板処理装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、一度に処理する基板の枚数を増大させ、生産性を向上させることができる基板の製造方法、半導体デバイスの製造方法および基板処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる基板処理装置が備える処理炉の縦断面図である。
【図３】本発明の一の実施形態にかかる基板処理装置が備えるインナチューブの斜視図を示している。
【図４】本発明の一の実施形態にかかる基板処理装置が備えるプロセスチューブの横断面図を示している。
【図５】本発明の一実施形態にかかる半導体デバイスの製造工程の一つである基板の製造工程における温度及びガス供給のシーケンス図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜本発明の一実施形態＞
以下に本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
（１）基板処理装置の構成
まず、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置１０１の構成例について、図１を用いて説明する。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態にかかる基板処理装置１０１は筐体１１１を備えている。シリコン等からなるウエハ（基板）２００を筐体１１１内外へ搬送するには、複数のウエハ２００を収納するウエハキャリア（基板収納容器）としてのカセット１１０が使用される。筐体１１１内側の前方（図中の右側）には、カセットステージ（基板収納容器受渡し台）１１４が設けられている。カセット１１０は、図示しない工程内搬送装置によってカセットステージ１１４上に載置され、また、カセットステージ１１４上から筐体１１１外へ搬出されるように構成されている。
【００１３】
カセット１１０は、工程内搬送装置によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ１１４上に載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体１１１の後方に向けて縦方向に９０度回転させ、カセット１１０内のウエハ２００を水平姿勢とさせ、カセット１１０のウエハ出し入れ口を筐体１１１内の後方を向かせることが可能なように構成されている。
【００１４】
筐体１１１内の前後方向の略中央部には、カセット棚（基板収納容器載置棚）１０５が設置されている。カセット棚１０５には、複数段、複数列にて複数個のカセット１１０が保管されるように構成されている。カセット棚１０５には、後述するウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される移載棚１２３が設けられている。また、カセットステージ１１４の上方には、予備カセット棚１０７が設けられ、予備的にカセット１１０を保管するように構成されている。
【００１５】
カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置（基板収納容器搬送装置）１１８が設けられている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ（基板収納容器昇降機構）１１８ａと、カセット１１０を保持したまま水平移動可能な搬送機構としてのカセット搬送機構（基板収納容器搬送機構）１１８ｂと、を備えている。これらカセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連携動作により、カセットステージ１１４、カセット棚１０５、予備カセット棚１０７、移載棚１２３の間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。
【００１６】
カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構（基板移載機構）１２５が設けられている。ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置（基板移載装置）１２５ａと、ウエハ移載装置１２５ａを昇降させるウエハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂと、を備えている。なお、ウエハ移載装置１２５ａは、ウエハ２００を水平姿勢で保持するツイーザ（基板移載用治具）１２５ｃを備えている。これらウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連携動作により、ウエハ２００を移載棚１２３上のカセット１１０内からピックアップして後述するボート（基板保持具）２１７へ装填（チャージング）したり、ウエハ２００をボート２１７から脱装（ディスチャージング）して移載棚１２３上のカセット１１０内へ収納したりするように構成されている。
【００１７】
筐体１１１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端には開口（炉口）が設けられ、かかる開口は炉口シャッタ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。なお、処理炉２０２の構成については後述する。
【００１８】
処理炉２０２の下方には、ボート２１７を昇降させて処理炉２０２内外へ搬送する昇降機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５の昇降台には、連結具としてのアーム１２８が設けられている。アーム１２８上には、ボート２１７を垂直に支持するとともに、ボートエレベータ１１５によりボート２１７が上昇したときに処理炉２０２の下端を気密に閉塞する蓋体としての円盤状のシールキャップ２１９が水平姿勢で設けられている。
【００１９】
ボート２１７は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１５０枚程度）のウエハ２００を、水平姿勢で、かつその中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に保持するように構成されている。ボート２１７の詳細な構成については後述する。
【００２０】
カセット棚１０５の上方には、供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット１３４ａが設けられている。クリーンユニット１３４ａは、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。
【００２１】
また、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびボートエレベータ１１５側と反対側である筐体１１１の左側端部には、クリーンエアを供給するよう供給フアンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット（図示せず）が設置されている。図示しない前記クリーンユニットから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａ及びボート２１７の周囲を流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気されるように構成されている。
【００２２】
（２）基板処理装置の動作
次に、本実施形態にかかる基板処理装置１０１の動作について説明する。
【００２３】
まず、カセット１１０が、図示しない工程内搬送装置によって、ウエハ２００が垂直姿勢となりカセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ１１４上に載置される。その後、カセット１１０は、カセットステージ１１４によって、筐体１１１の後方に向けて縦方向に９０°回転させられる。その結果、カセット１１０内のウエハ２００は水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口は筐体１１１内の後方を向く。
【００２４】
カセット１１０は、カセット搬送装置１１８によって、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置へ自動的に搬送されて受け渡されて一時的に保管された後、カセット棚１０５又は予備カセット棚１０７から移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接移載棚１２３に搬送される。
【００２５】
カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００は、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによって、ウエハ出し入れ口を通じてカセット１１０からピックアップされ、ウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連続動作によって移載室１２４の後方にあるボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載機構１２５は、カセット１１０に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。
【００２６】
予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の下端が、炉口シャッタ１４７によって開放される。続いて、シールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、ウエハ２００群を保持したボート２１７が処理炉２０２内へ搬入（ローディング）される。ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。かかる処理については後述する。処理後は、ウエハ２００およびカセット１１０は、上述の手順とは逆の手順で筐体１１１の外部へ払出される。
【００２７】
（３）処理炉の構成
続いて、本発明の一実施形態にかかる処理炉２０２の構成について、図２、図３、及び、図４を参照しながら説明する。
【００２８】
（処理室）
本発明の一実施形態にかかる処理炉２０２は、反応管としてのプロセスチューブ２０５と、マニホールド２０９とを備えている。プロセスチューブ２０５は、基板としてのウエハ２００が収容されるインナチューブ２０４と、インナチューブ２０４を取り囲むアウタチューブ２０３と、から構成される。インナチューブ２０４及びアウタチューブ２０３は、それぞれ例えば石英（ＳｉＯ２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性を有する非金属材料から構成され、上端が閉塞され、下端が開放された円筒形状となっている。マニホールド２０９は、例えばＳＵＳ等の金属材料から構成され、上端及び下端が開放された円筒形状となっている。インナチューブ２０４及びアウタチューブ２０３は、マニホールド２０９により下端側から縦向きに支持されている。インナチューブ２０４、アウタチューブ２０３、及びマニホールド２０９は、互いに同心円状に配置されている。マニホールド２０９の下端（炉口）は、上述したボートエレベータ１１５が上昇した際に、シールキャップ２１９により気密に封止されるように構成されている。マニホールド２０９の下端とシールキャップ２１９との間には、インナチューブ２０４内を気密に封止するＯリングなどの封止部材（図示しない）が設けられている。
【００２９】
インナチューブ２０４の内部にはウエハ２００を処理する処理室２０１（基板処理領域）が形成されている。インナチューブ２０４内（処理室２０１内）には基板保持具としてのボート２１７が下方から挿入されるように構成されている。インナチューブ２０４及びマニホールド２０９の内径は、ウエハ２００を装填したボート２１７の最大外形よりも大きくなるように構成されている。
【００３０】
ボート２１７は、上下で一対の端板２１７ｃと、一対の端板２１７ｃの間に垂直に架設された複数本（例えば３本）の支柱２１７ａと、を備えている。端板２１７ｃ及び支柱２１７ａは、石英や炭化珪素等の耐熱性を有する非金属材料から構成されている。各支柱２１７ａには、複数の保持溝２１７ｂが、支柱２１７ａの長手方向に沿って等間隔に配列するようにそれぞれ形成されている。各支柱２１７ａは、各支柱２１７ａに形成された保持溝２１７ｂが互いに対向するようにそれぞれ配置されている。各保持溝２１７ｂにウエハ２００の外周部を挿入することにより、複数枚（例えば７５枚から１００枚）のウエハ２００が、略水平姿勢で所定の隙間（基板ピッチ間隔）をもって多段に保持されるように構成されている。このように複数枚のウェハ２００を縦方向に配置することにより、処理する基板の枚数を増大させ、生産性を向上させることができる。
【００３１】
また、ボート２１７は、熱伝導を遮断する断熱キャップ２１８上に搭載されている。断熱キャップ２１８は、回転軸２５５により下方から支持されている。回転軸２５５は、インナチューブ２０４内の気密を保持しつつ、シールキャップ２１９の中心部を貫通するように設けられている。シールキャップ２１９の下方には、回転軸２５５を回転させる回転機構２６７が設けられている。回転機構２６７により回転軸２５５を回転させることにより、インナチューブ２０４内の気密を保持したまま、複数枚のウエハ２００を搭載したボート２１７を回転させることが出来るように構成されている。
【００３２】
プロセスチューブ２０５（アウタチューブ２０３）の外周には、プロセスチューブ２０５と同心円状に加熱機構としてのヒータ２０７が設けられている。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ２０７の外周部及び上端には、断熱材２０７ａが設けられている。
【００３３】
（予備室及びガスノズル）
インナチューブ２０４の側壁には、ウエハ２００が積載される方向（鉛直方向）に沿って、インナチューブ２０４の側壁よりもインナチューブ２０４の径方向外側（アウタチューブ２０３の側壁側）に突出した予備室２０１ａが設けられている。予備室２０１ａと処理室２０１との間には隔壁が設けられておらず、予備室２０１ａ内と処理室２０１内とはガスの流通が可能なように連通している。
【００３４】
予備室２０１ａ内には、第１のガスノズル２３３ａと、第２のガスノズル２３３ｂとが、インナチューブ２０４の周方向に沿ってそれぞれ配設されている。第１のガスノズル２３３ａ及び第２のガスノズル２３３ｂは、垂直部と水平部とを有するＬ字形状にそれぞれ構成されている。第１のガスノズル２３３ａ及び第２のガスノズル２３３ｂの垂直部は、ウエハ２００が積層される方向に沿って、予備室２０１ａ内にそれぞれ配設（延在）されている。第１のガスノズル２３３ａ及び第２のガスノズル２３３ｂの水平部は、マニホールド２０９の側壁を貫通するようにそれぞれ設けられている。
【００３５】
第１のガスノズル２３３ａ及び第２のガスノズル２３３ｂの垂直部側面には、第１のガス噴出口２４８ａ及び第２のガス噴出口２４８ｂが、ウエハ２００が積層される方向（鉛直方向）に沿ってそれぞれ複数個ずつ開設されている。従って、第１のガス噴出口２４８ａ及び第２のガス噴出口２４８ｂは、インナチューブ２０４の側壁よりもインナチューブ２０４の径方向外側に突出した位置に開設されている（図５参照）。なお、第１のガス噴出口２４８ａ及び第２のガス噴出口２４８ｂは、複数枚のウエハ２００のそれぞれに対応する位置（高さ位置）に開設されている。また、第１のガス噴出口２４８ａ及び第２のガス噴出口２４８ｂの開口径は、インナチューブ２０４内のガスの流量分布や速度分布を適正化するように適宜調整することができ、下部から上部にわたって同一としてもよく、下部から上部にわたって徐々に大きくしてもよい。
【００３６】
（ガス供給ユニット）
マニホールド２０９の側壁から突出した第１のガスノズル２３３ａの水平端（上流側）には、第１のガス供給管２４３ａが接続されている。第１のガス供給管２４３ａの上流側には、開閉バルブ２４１ａ及び開閉バルブ２４１ｂが設けられている。また、開閉バルブ２４１ａの上流には、流量コントローラ（以下、「ＭＦＣ」と呼ぶ。）２４２ａを介して、アンモニア（ＮＨ３）の供給源２４０ａが設けられている。更に、開閉バルブ２４１ｂの上流には、ＭＦＣ２４２ｂを介して、水素（Ｈ２）ガスの供給源２４０ｂが設けられている。
【００３７】
一方、第２のガスノズル２３３ｂの水平端（上流側）には、第２のガス供給管２４３ｂが接続されている。第２のガス供給管２４３ｂの上流側には、開閉バルブ２４１ｃ及び開閉バルブ２４１ｄが設けられている。また、開閉バルブ２４１ｃの上流には、ＭＦＣ２４２ｃを介して、不活性ガス（例えば、アルゴン（Ａｒ））の供給源２４０ｃが設けられている。開閉バルブ２４１ｄの上流には、塩化ガリウム（ＧａＣｌ３）が貯蔵されるタンク２４５が設けられている。塩化ガリウムは、常温では固体であるが、融点である７８℃以上に加熱することにより、液化され貯蔵されている。また、このタンク２４５には、不活性ガス（例えばＡｒ）がＭＦＣ２４２ｅ及び開閉バルブ２４１ｅを介して供給される。タンク２４５内の液体状の塩化ガリウムから蒸発した気体状の塩化ガリウムガスは、タンク２４５に供給されるキャリアガスとしての不活性ガスと共に開閉バルブ２４１ｄを介して第２のガス供給管２４３ｂに供給される。
【００３８】
ここで、一般的には、ガリウム（Ｇａ）の原料ガスとして、トリメチルガリウム（以下、「ＴＭＧ」と呼ぶ。」やトリエチルガリウム（以下、「ＴＥＧ」と呼ぶ。）といった有機金属系の原料ガスを用いることが多い。その一方で、本発明のように複数のウェハを縦方向に並べ、生産性の向上を実現しようとする場合、複数ウェハ間の面間均一性を保つためには、縦方向に延在するガスノズルを設ける必要がある。この場合、上述の有機金属系の原料ガスを用いると原料ガスの下流側（処理室の上部側）に到達する途中で、熱により分解してしまい、原料ガスの上流側と下流側で反応速度が制御できない。そこで、本発明では、高温でも原料が分解しにくいガリウムの塩化物（例えば、ＧａＣｌ３）を用いる。これにより、生産性を向上させた上で、面間均一性が高いＧａＮ膜を形成することが可能になる。
【００３９】
また、第１のガスノズルには、アンモニアガスとともに水素ガスが供給できる構成となっており、アンモニアガスの濃度が調整可能となっている。また、第２のガスノズルには、ＧａＣｌ３とともに希釈用の不活性ガスを供給する構成となっており、ＧａＣｌ３の濃度が調整可能となっている。
【００４０】
（ガス排気部及びガス排気口）
インナチューブ２０４の側壁には、ウエハ２００が積載される方向に沿って、インナチューブ２０４の側壁の一部を構成するガス排気部２０４ｂが設けられている。ガス排気部２０４ｂは、インナチューブ２０４内に収容されたウエハ２００を挟んで、インナチューブ２０４内に配設された複数本のガスノズルと対向する位置に設けられている。また、インナチューブ２０４の周方向におけるガス排気部２０４ｂの幅は、インナチューブ２０４内に配設された複数本のガスノズルにおける両端のガスノズル間の幅よりも広くなるように構成されている。本実施形態において、ガス排気部２０４ｂは、ウエハ２００を挟んで第１のガスノズル２３３ａ及び第２のガスノズル２３３ｂと対向する位置（第１のガスノズル２３３ａ及び第２のガスノズル２３３ｂと１８０度反対側の位置）に設けられている。また、インナチューブ２０４の周方向におけるガス排気部２０４ｂの幅は、第１のガスノズル２３３ａと第２のガスノズル２３３ｂとの間の距離よりも広くなるように構成されている。
【００４１】
ガス排気部２０４ｂの側壁にはガス排気口２０４ａが開設されている。ガス排気口２０４ａは、ウエハ２００を挟んで気化ガス噴出口２４８ａ及び反応ガス噴出口２４８ｂと対向する位置（例えば、気化ガス噴出口２４８ａ及び反応ガス噴出口２４８ｂと約１８０度反対側の位置）に開設されている。本実施形態にかかるガス排気口２０４ａは、穴形状であって、複数枚のウエハ２００のそれぞれに対応する位置（高さ位置）に開設されている。従って、アウタチューブ２０３とインナチューブ２０４とに挟まれる空間２０３ａは、ガス排気口２０４ａを介してインナチューブ２０４内の空間に連通することになる。なお、ガス排気口２０４ａの穴径は、インナチューブ２０４内のガスの流量分布や速度分布を適正化するように適宜調整することができ、例えば、下部から上部にわたって同一としてもよく、下部から上部にわたって徐々に大きくしてもよい。
【００４２】
また、ガス排気部２０４ｂの下端の高さ位置は、処理室２０１内に搬入されるウエハ２００のうち最下端のウエハ２００の高さ位置に対応させることが好ましい。同様に、ガス排気部２０４ｂの上端の高さ位置は、処理室２０１内に搬入されるウエハ２００のうち最上端のウエハ２００の高さ位置に対応させることが好ましい。ウエハ２００の存在しない領域にまでガス排気部２０４ｂが設けられていると、ウエハ２００間を流れるべきガスがウエハ２００の存在しない領域に流れてしまい、上述のサイドフロー／サイドベント方式の効果が減少してしまう場合があるからである。
【００４３】
（排気ユニット）
マニホールド２０９の側壁には排気管２３１が接続されている。排気管２３１には、上流側から順に、圧力検出器としての圧力センサ２４５、圧力調整器としてのＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ２３１ａ、真空排気装置としての真空ポンプ２３１ｂ、排気ガス中から有害成分を除去する除害設備２３１ｃが設けられている。真空ポンプ２３１ｂを作動させつつ、ＡＰＣバルブ２４２の開閉弁の開度を調整することにより、インナチューブ２０４内を所望の圧力とすることが可能なように構成されている。主に、排気管２３１、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２３１ａ、真空ポンプ２３１ｂ、除害設備２３１ｃにより、排気ユニットが構成される。
【００４４】
上述したように、アウタチューブ２０３とインナチューブ２０４とに挟まれる空間２０３ａは、ガス排気口２０４ａを介してインナチューブ２０４内の空間に連通している。そのため、第１のガスノズル２３３ａ或いは第２のガスノズル２３３ｂを介してインナチューブ２０４内にガスを供給しつつ、排気ユニットによりアウタチューブ２０３とインナチューブ２０４とに挟まれる空間２０３ａを排気することにより、第１のガス噴出口２４８ａ及び第２のガス噴出口２４８ｂからガス排気口２０４ａへと向かう水平方向のガス流１０が、インナチューブ２０４内に生成される。
【００４５】
（コントローラ）
制御部であるコントローラ２８０は、ヒータ２０７、ＡＰＣバルブ２３１ａ、真空ポンプ２３１ｂ、回転機構２６７、ボートエレベータ２１５、開閉バルブ２４１、ＭＦＣ２４２等にそれぞれ接続されている。コントローラ２８０により、ヒータ２０７の温度調整動作、ＡＰＣバルブ２３１ａの開閉及び圧力調整動作、真空ポンプ２３１ｂの起動・停止、回転機構２６７の回転速度調節、ボートエレベータ２１５の昇降動作、開閉バルブ２４１の開閉動作、流量コントローラ２４２の流量調整等の制御が行われる。
【００４６】
（基板処理工程）
次に図５を用いて、本発明のＬＥＤ等の半導体デバイスの製造工程の一つである基板の製造工程の一実施形態を説明する。なお、以下の基板の製造工程は、上述した基板処理装置の夫々の部材をコントローラ２８０が制御することに行われる。
【００４７】
夫々の工程については、後に詳述するが、本実施例における基板処理工程は、主に（１）基板表面をクリーニングする基板表面処理工程、（２）ＧａＮのアモルファス薄膜を形成する初期層形成工程、（３）初期層の上にＧａＮのエピタキシャル層（以下、「エピ層」と呼ぶ。）を形成するエピ層形成工程の順で行われる。
【００４８】
ここで、アモルファス薄膜を形成する初期層形成工程において、エピ層形成工程に使用されるガリウムの塩化物の代表であるＧａＣｌ３及びＮＨ３を用いると、ＧａＣｌ３のＮＨ３との反応は爆発的であり、また、その成膜レートは２０ｎｍ／ｍｉｎと高速であるため、膜厚の制御性が悪くなる可能性がある。そこで、本実施例では、この膜厚の制御性を考慮し、初期層形成工程において、ガリウム塩化物ガス（例えばＧａＣｌ３）とアンモニアガスを同時に供給せずに、間にパージを挟んで供給するように行う。より具体的には、ＧａＣｌ３を含むガスを供給しＧａＣｌ３を基板に飽和吸着させるステップ１、不活性ガスを供給、もしくは、真空引きにて炉内に残留するＧａＣｌ３を取り除くステップ２、ＮＨ３を含むガスを供給して基板に吸着しているＧａＣｌ３と反応させＧａＮ膜を形成するステップ３、不活性ガスを供給、もしくは、真空引きにて炉内に残留するＮＨ３を取り除くステップ４のサイクルを繰り返すことにより初期層を形成するようにしている。これにより、エピ層形成工程と同じ原料ガスを用いながらも、膜厚の制御性を向上させることができる。なお、上記４つのステップを１回行うことにより所望の膜厚を実現できるのであれば繰り返す必要はない。
【００４９】
以下、各工程について詳述する。
（基板搬入工程）
まず、複数枚のウエハ２００をボート２１７に装填（ウエハチャージ）する。そして、複数枚のウエハ２００を保持したボート２１７を、ボートエレベータ２１５によって持ち上げてインナチューブ２０４内に搬入（ボートローディング）する。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。
【００５０】
（減圧及び昇温工程）
続いて、インナチューブ２０４内（処理室２０１内）が所望の処理圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２３１ｂにより排気する。この際、圧力センサ２４５で測定した圧力に基づき、ＡＰＣバルブ２３１ａの開度をフィードバック制御する。また、ウエハ２００表面が所望の処理温度となるようにヒータ２０７への通電量を調整する。この際、温度センサが検出した温度情報に基づき、ヒータ２０７への通電具合をフィードバック制御する。そして、回転機構２６７により、ボート２１７及びウエハ２００を回転させる。
【００５１】
なお、減圧及び昇温工程終了時の条件としては、例えば、以下が例示される。
処理圧力：１３３〜２６６０Ｐａ、好ましくは１３３０Ｐａ、
処理温度：８００〜１２００℃、好ましくは１０００℃
【００５２】
（基板表面処理工程）
次に開閉バルブ２４１ｂを開け、水素ガスを第１のガスノズル２３３ａを介して処理室に供給し、基板表面のクリーニングを行う。水素ガスの流量は、ＭＦＣ２４２ｂを制御することにより定められる。
【００５３】
（初期層形成工程）
続いて、インナーチューブ２０４内（処理室２０１内）が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプやＡＰＣバルブ２３１ａを制御する。また、並行して、インナーチューブ２０４内の温度を所望の温度となるように制御する。なお、所望の圧力、及び、温度は、以下が例示される。
処理圧力：２０〜２６６０Ｐａ、好ましくは１３３０Ｐａ、
処理温度：４５０〜６５０℃、好ましくは５５０℃
【００５４】
所望の圧力、及び、温度に安定した後、初期層を形成を行うために原料ガスの供給を開始する。本実施例では、まず始めに、開閉バルブ２４１ｃ、２４１ｄを開放し、第２のガスノズル２３３ｂを介して、ガリウム塩化物ガス（例えば、ＧａＣｌ３）及び、必要であれば希釈用の不活性ガス（例えば、Ａｒ）を供給する（ガリウム原料ガス供給工程）。なお、ガリウム塩化物ガスは、液体状のガリウム塩化物が貯蔵されたタンク２４５にＭＦＣ２４２ｅ、開閉バルブ２４１ｅを介してキャリアガス（例えば、Ａｒ）を供給することにより、タンク内で気化しているガリウム塩化物ガスをキャリアガスとともに運び出すことで供給される。
【００５５】
ここで、所定時間、ガリウム塩化物を含むガスを流すことにより、基板表面にＧａＣｌ３が吸着する。次に開閉バルブ２４１ｃ、２４１ｄを閉じ、真空ポンプ及びＡＰＣバルブ２３１ａを制御することにより、処理室２０１内にあるガリウム塩化物ガス及び希釈用不活性ガスをパージする（パージ工程）。なお、パージ工程では、不活性ガスを供給してもよい。
【００５６】
ガリウム塩化物ガスを排気後、開閉バルブ２４１ａ、２４１ｂを開放し、アンモニアガス（ＮＨ３）、及び、必要であれば水素ガス（Ｈ２）を供給する。ＮＨ３ガス及び水素ガスの流量は、ＭＦＣ２４２ａ、２４２ｂにより制御される。これにより、基板表面に吸着したＧａＣｌ３のうち塩素原子がＮＨ３の窒素原子と置換され、基板表面にはＧａＮ膜が形成される（アンモニアガス供給工程）。なお、置換された塩素原子は、水素原子と反応しＨＣｌの形で排気される。
【００５７】
続いて、開閉バルブ２４１ａ、２４１ｂを閉じ、真空ポンプ及びＡＰＣバルブ２３１ａを制御することにより、処理室２０１内にあるアンモニア及び水素ガスをパージする（パージ工程）。なお、パージ工程では、不活性ガスを供給してもよい。
【００５８】
以上の”ガリウム原料ガス供給工程”→”パージ工程”→”アンモニアガス供給工程”→”パージ工程”の一連の工程を繰り返し行うことで所望の厚さ（例えば、１０〜１００ｎｍ、好ましくは２０ｎｍ）の初期層を形成する。なお、初期層は、温度の低い領域で形成されるためアモルファス状態で形成される。
【００５９】
初期層形成工程における条件の例示は以下の通りである。
ＧａＣｌ３  流量  ５  〜  ５００  ｓｃｃｍ
（キャリアＡｒ  １０  〜  ５０００  ｓｃｃｍ）
希釈Ａｒ  流量  １００  〜  ５０００  ｓｃｃｍ
ＮＨ３  流量  １００  〜  ５００００  ｓｃｃｍ
Ｈ２  流量  １００  〜  ５００００  ｓｃｃｍ
【００６０】
（エピ層形成工程）
続いて、インナーチューブ２０４内（処理室２０１内）が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプやＡＰＣバルブ２３１ａを制御する。また、並行して、インナーチューブ２０４内の温度を所望の温度となるように制御する。なお、所望の圧力、及び、温度は、以下が例示される。
処理圧力：２０〜１３３００Ｐａ、好ましくは２６６０Ｐａ、
処理温度：８５０〜１１５０℃、好ましくは１０５０℃
【００６１】
所望の圧力、及び、温度に安定した後、開閉バルブ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄを開放することにより、ガリウム塩化物ガス、希釈用不活性ガス、アンモニアガス、水素ガスを並行して供給する。これにより、ガリウム塩化物ガス及びアンモニアガスが反応し、初期層形成時と比較して速い速度でＧａＮエピタキシャル層（以下、「エピ層」と呼ぶ。」が形成される。エピ層形成工程は、所望の厚さのエピ層が形成されるまで続けられる。
【００６２】
エピ層形成工程における条件の例示は以下の通りである。
圧力  ２０  〜  １３３００Ｐａ
温度  ８５０  〜  １１５０℃
ＧａＣｌ３  流量  ５  〜  ５００  ｓｃｃｍ
（キャリアＡｒ  １０  〜  ５０００  ｓｃｃｍ）
希釈Ａｒ  流量  １００  〜  ５０００  ｓｃｃｍ
ＮＨ３  流量  １００  〜  ５００００  ｓｃｃｍ
Ｈ２  流量  １００  〜  ５００００  ｓｃｃｍ
【００６３】
（昇圧工程、基板搬出工程）
ウエハ２００上に所望の厚さのＧａＮ膜を形成した後、ＡＰＣバルブ２３１ａの開度を小さくし、プロセスチューブ２０５内（インナチューブ２０４内及びアウタチューブ２０３内）の圧力が大気圧とする。そして、基板搬入工程とほぼ逆の手順により、成膜済のウエハ２００をインナチューブ２０４内から搬出する。
【００６４】
以上の工程により基板上にＧａＮ膜を形成することにより、基板を縦方向に並べ処理を行う、所謂縦型バッチ式基板処理装置により、ＧａＮ膜を形成することが可能となり、生産性が向上する。
【００６５】
以上、実施例に従って本発明を説明してきたが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、本発明は、所謂縦型バッチ式基板処理装置を用いたＧａＮ膜の形成を検討する過程において創生されたものであるため、縦型バッチ式基板処理装置を例示して説明した。しかしながら、一枚ずつ処理する所謂枚葉式装置や、平面状に複数の基板を並べる多枚葉式装置であっても、ガリウム塩化物ガスとアンモニアガスの爆発的な反応速度を考慮すれば、本発明の初期層形成工程を用いると面内の膜厚制御性が向上すると考えられる。
【００６６】
以下、本実施例に含まれる発明の態様を例示する。
（付記１）
基板を処理室内に搬入する搬入工程と、
前記処理室内にガリウム塩化物ガスを供給する第１ステップと、前記処理室から前記ガリウム塩化物ガスをパージする第１パージステップと、前記第１パージステップの後に前記処理室内にアンモニアガスを供給する第２ステップと、前記処理室から前記アンモニアガスをパージする第２パージステップとを有する初期膜形成工程と、
前記初期膜形成工程の後に、前記処理室内に前記ガリウム塩化物ガスと前記アンモニアガスを同時に供給し、エピタキシャル膜を形成するエピ膜形成工程とを具備する基板の製造方法又は半導体デバイスの製造方法。
これにより、ガリウム塩化物ガスとアンモニアガスを用いた場合であっても初期層の膜厚制御性を向上させることができる。
【００６７】
（付記２）
付記１において、前記初期膜工程における処理温度は、前記エピ膜形成工程における処理温度より低い基板の製造方法又は半導体デバイスの製造方法。
これにより、初期膜をアモルファス状態で形成することができる。
【００６８】
（付記３）
付記１または付記２において、前記初期膜形成工程の第１ステップでは、希釈用の不活性ガスを更に供給し、前記初期膜形成工程の第２ステップでは、水素ガスを更に供給する基板の製造方法又は半導体デバイスの製造方法。
これにより、ガリウム塩化物ガス、及び、アンモニアガスの濃度を調整することが可能となる。
【００６９】
（付記４）
付記１から付記３のいずれか一つにおいて、前記基板は、前記処理室内において高さ方向に複数並んで配置され、前記ガリウム塩化物ガスは、前記複数の基板が並んで配置される方向に延在する第１のガスノズルを介して供給され、前記アンモニアガスは、前記複数の基板が並んで配置される方向に延在する第２のガスノズルを介して供給される基板の製造方法又は半導体デバイスの製造方法。
これにより、多数の基板を一括して処理できるようになるため生産性が向上する。
【００７０】
（付記５）
付記１から付記４のいずれか一つにおいて、前記初期膜形成工程の前に、前記処理室内に水素ガスを供給し、前記基板表面をクリーニングする基板表面処理工程を更に有する基板の製造方法又は半導体デバイスの製造方法。
これにより、基板表面をきれいにすることができ、高品質なＧａＮ膜を形成できる。
【００７１】
（付記６）
基板処理領域を有し、該基板処理領域で複数の基板を処理する処理室と、
前記基板処理領域を加熱維持する加熱装置と、
前記基板処理領域内に第１ガス供給口が設けられ、該第１ガス供給口から前記処理室内へガリウム塩化物ガスを供給する第１ガス供給系と、
前記基板処理領域内に第２ガス供給口が設けられ、該第２ガス供給口から前記処理室内へアンモニアガスを供給する第２ガス供給系と、を具備し、
前記複数の基板は、高さ方向に並んで配置され、
前記第１ガス供給系は、前記処理室内に設けられ、前記高さ方向に延在する第１のガスノズルを有し、
前記第２ガス供給系は、前記処理室内に設けられ、前記高さ方向に延在する第２のガスノズルを有する基板処理装置。
これにより、多数の基板を一括して処理できるようになり、生産性が向上する。
【００７２】
（付記７）
付記６において、
前記第１ガス供給系及び第２ガス供給系を制御するコントローラと、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気系を更に具備し、
前記コントローラは、前記複数の基板に前記第１ガス供給系から前記ガリウム塩化物ガスを供給し、その後、前記処理室をパージし、その後、前記第２ガス供給系から前記アンモニアガスを供給し、その後、前記処理室をパージするように前記第１ガス供給系、前記第２ガス供給系、及び、前記排気系を制御し、更に、その後に、前記第１ガス供給系から前記ガリウム塩化物ガスを供給するとともに前記第２ガス供給系から前記アンモニアガスを供給するように前記第１及び第２ガス供給系を制御する基板処理装置。
これにより、ガリウム塩化物ガスとアンモニアガスを用いた場合であっても初期層の膜厚制御性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００７３】
１０１    基板処理装置
２００    ウエハ（基板）
２０１    処理室
２０１ａ  予備室
２０３    アウタチューブ
２０４    インナチューブ
２０４ａ  ガス排気口
２０４ｂ  ガス排気部
２０５    プロセスチューブ
２３３ａ  気化ガスノズル
２３３ｂ  反応ガスノズル
２４８ａ  気化ガス噴出口
２４８ｂ  反応ガス噴出口
２８０    コントローラ（制御部）
【図１】
2012124255.tif 000003
【図２】
2012124255.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012124255.tif 000006
【図５】
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