JP2019057740A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歪みが少なく、膜厚および膜質をより均一にした材料膜を容易に成膜することができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】本実施形態による半導体装置の製造方法は、基板を搭載可能なステージと、前記基板上にＩＩＩ族元素含有ガスを供給する第１供給部と、前記基板上にＶ族元素含有ガスのラジカルまたはイオンを供給する第２供給部とを備えた半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法である。該方法では、ステージ上の基板を回転させる。第１供給部がＩＩＩ族元素含有ガスを周期的に基板に供給し、あるいは、ＩＩＩ族元素含有ガスを基板の回転周期に基づいた供給量で供給する。第２供給部がＶ族元素含有ガスのラジカルまたはイオンを基板に供給する。【選択図】図１

Description

本発明による実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。

ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置等の成膜装置は、例えば、Ｖ族原料ガスとＩＩＩ族原料ガスとを分解して半導体ウェハ上で反応させ、窒化金属等の結晶膜を半導体ウェハ上に成膜する。

しかし、Ｖ族原料ガスを基板上で熱分解させるには、１０００℃を超える高温が必要であり、このような高温で成膜したＩＩＩ−Ｖ族結晶膜は、基板との熱応力差によって冷却後に歪んでしまう。また、Ｖ族原料ガスを基板温度による熱分解に頼らず、プラズマ放電などの方法で分解して供給する場合は、Ｖ族原料ガスの供給源と、ステージとの間に配置されるシャワーヘッドで、Ｖ族原料ガスとＩＩＩ族原料ガスをそれぞれ供給するが、シャワーヘッドがＶ族原料ガスのイオンやラジカルとって邪魔になり、Ｖ族原料ガスのイオンやラジカルが基板へ到達し難くなる。一方、ＩＩＩ族原料ガスをノズルで供給しようとすると、Ｖ族原料ガスのイオンやラジカルの邪魔にはならないものの、結晶膜の膜厚や膜質が半導体ウェハの表面においてばらつく。

特開２００３−１４２４０４号公報 米国特許公開第２０１４／００３７８６５号公報

歪みが少なく、膜厚および膜質をより均一にした材料膜を容易に成膜することができる半導体装置の製造方法を提供する。

本実施形態による半導体装置の製造方法は、基板を搭載可能なステージと、基板の中心部から端部まで該基板の半径方向に沿って配列されており、それぞれ基板の方向に延伸し、基板上にＩＩＩ族元素含有ガスを供給する１つの孔をそれぞれ有する複数の第１供給部と、基板上にＶ族元素含有ガスのラジカルまたはイオンを供給する第２供給部とを備えた半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法である。該方法では、ステージ上の基板を回転させる。複数の第１供給部がそれぞれ異なる流量で基板の回転周期と同期してＩＩＩ族元素含有ガスを周期的に基板に供給し、あるいは、それぞれ異なる流量でＩＩＩ族元素含有ガスを前記基板の回転周期に基づいた供給量で供給する。第２供給部がＶ族元素含有ガスのラジカルまたはイオンを基板に供給する。

第１の実施形態に従ったＭＯＣＶＤ装置１の構成の一例を示す概略図。 第１供給部３０の構成の一例を示す図。 第１供給部３０におけるＩＩＩ族元素含有ガスの供給量を示すグラフ。 第１の実施形態による成膜方法の一例を示すフロー図。 トリメチルガリウムの供給動作および窒素ラジカルまたは窒素イオンの供給動作を示すタイミング図。 第２の実施形態に従ったＭＯＣＶＤ装置２の構成の一例を示す概略図。 第２の実施形態による第１供給部３０の構成の一例を示す図。 第１供給部３０におけるＩＩＩ族元素含有ガスの供給量を示すグラフ。 ＩＩＩ族元素含有ガスとしてのトリメチルガリウムの供給量およびＶ族元素としての窒素ラジカルまたは窒素イオンの供給量を示すグラフ。 第１の実施形態の変形例２に従った第１供給部３０を示す図。 第２の実施形態の変形例２に従った第１供給部３０を示す図。

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。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に従ったＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置１（以下、単に装置１ともいう）の構成の一例を示す概略図である。装置１は、チャンバ１０と、ステージ２０と、第１供給部３０と、第２供給部４０と、ヒータ５０と、駆動部５５と、コントローラ６０とを備えている。

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状態に真空引きされている。チャンバ１０は、ステージ２０、第１供給部３０、第２供給部４０、ヒータ５０等を収容している。

ステージ２０は、基板Ｗを搭載可能であり、該基板Ｗを回転させることができる。基板Ｗは、例えば、シリコン基板、サファイヤ基板、ＳｉＣ基板等でよい。

第１供給部３０は、基板Ｗ上にＩＩＩ族元素含有ガスを供給する。ＩＩＩ族元素含有ガスは、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）等のＩＩＩ族元素を含む有機金属ガスである。有機金属ガスは、例えば、トリメチルアルミニウム、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム等のガスである。本実施形態において、第１供給部３０は、例えば、中空のノズルであり、基板Ｗの中心部から基板Ｗの端部まで延在している。また、第１供給部３０は、基板Ｗの中心部から基板Ｗの端部までに基板Ｗへ向かった複数の孔を有している。孔は、基板Ｗの中心部から端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した大きさ、数または開口面積を有する。第１供給部３０の孔のより詳細な構成については、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）を参照して後で説明する。

第１供給部３０へＩＩＩ族元素含有ガスを供給することによって、ＩＩＩ族元素含有ガスは、孔を介して基板Ｗへ供給される。これにより、第１供給部３０は基板Ｗの中心部から端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でＩＩＩ族元素含有ガスを基板Ｗへ供給する。即ち、第１供給部３０は、基板Ｗの中心部と端部との間において、基板Ｗの中心部から離れるに従ってＩＩＩ族元素含有ガスの供給量を多くしている。ＩＩＩ族元素含有ガスは、基板Ｗ上において加熱分解され、ＩＩＩ族元素が基板Ｗの表面に付着する。尚、第１供給部３０は、第２供給部４０よりもステージ２０および基板Ｗの近く（第２供給部４０よりも低い位置）に配置されている。これにより、ＩＩＩ族元素は、第２供給部４０からのＶ族元素と結合する前に、基板Ｗに付着する。ＩＩＩ族元素は、基板Ｗに付着した後にＶ族元素と結合してＩＩＩ−Ｖ族化合物の結晶膜となる。

第２供給部４０は、基板Ｗ上にＶ族元素含有ガスのラジカルまたはイオンを供給する。
Ｖ族元素含有ガスは、例えば、窒素（Ｎ）、燐（Ｐ）、砒素（Ａｓ）等のＶ族元素のラジカルまたはイオンを含むガスである。本実施形態において、第２供給部４０は、例えば、Ｖ族元素をプラズマ状態にするプラズマ源である。従って、Ｖ族元素含有ガスは、第２供給部４０内に導入されてプラズマ化されて、ラジカルまたはイオンとしてチャンバ１０内に供給される。Ｖ族元素含有ガスのラジカルまたはイオンは、基板Ｗ上に供給され、基板Ｗの表面のＩＩＩ族元素と結合する。これにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物の結晶が基板Ｗの表面に形成される。

ヒータ５０は、図１に示すようにステージ２０内に内蔵されたホットプレートでもよく、あるいは、図示しないがステージ２０の上方に設けられたランプ等でもよい。ヒータ５０は、ステージ２０上の基板Ｗを約１０００℃程度に加熱することができる。

駆動部５５は、ステージ２０を矢印に示すように回転させる。コントローラ６０は、駆動部５５を制御し、ステージ２０の回転速度（回転周期）を制御する。また、コントローラ６０は、第１および第２供給部３０、４０からの原料ガスの流量も制御することができる。

図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、第１供給部３０の構成の一例を示す図である。本実施形態では、第１供給部３０は、細長い中空のノズルである。図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、基板Ｗ側から見た第１供給部３０を示し、第１供給部３０の底部に設けられた孔の構成例を示す。第１供給部３０は、基板Ｗの中心部の上方に位置する中心側部分（基板Ｗの中心部に対応する第１供給部３０の先端部）Ｃと、基板Ｗの端部の上方に位置するエッジ側部分（基板Ｗの端部に対応する第１供給部３０の中間部）Ｅ１との間に複数の孔Ｈを有する。

図２（Ａ）においては、孔Ｈの開口面積は、第１供給部３０の中心側部分Ｃにおいて比較的小さく、エッジ側部分Ｅ１に近付くに従って次第に大きくなっている。例えば、孔Ｈは、基板Ｗの中心部から端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した大きさ（開口面積）を有する。これにより、第１供給部３０は、基板Ｗの中心部から基板Ｗの端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でＩＩＩ族元素含有ガスを該基板Ｗへ供給することができる。換言すると、第１供給部３０は、基板Ｗの或る中心角θａの扇型領域にＩＩＩ族元素含有ガスを供給することができる。

図２（Ｂ）においては、複数の孔Ｈの開口面積はそれぞれほぼ等しいが、孔Ｈの個数が、第１供給部３０の中心側部分Ｃとエッジ側部分Ｅ１との間において異なる。即ち、図２（Ｂ）では、孔Ｈの個数は、第１供給部３０の中心側部分Ｃにおいて比較的少なく、エッジ側部分Ｅ１に近付くに従って次第に多くなっている。即ち、孔Ｈは、基板Ｗの中心部から端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した個数だけ設けられている。これにより、第１供給部３０は、基板Ｗの中心部から基板Ｗの端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でＩＩＩ族元素含有ガスを該基板Ｗへ供給することができる。換言すると、第１供給部３０は、基板Ｗの或る中心角θｂの扇型領域にＩＩＩ族元素含有ガスを供給することができる。

図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）と同様に、孔Ｈの個数が、第１供給部３０の中心側部分Ｃとエッジ側部分Ｅ１との間において異なる。図２（Ｃ）では、孔Ｈの開口面積が図２（Ｂ）の孔Ｈのそれよりも小さく、孔Ｈの個数は、中心側部分Ｃとエッジ側部分Ｅ１との間で連続的に変化している。従って、孔Ｈの密度で表すと、孔Ｈの密度は、第１供給部３０の中心側部分Ｃにおいて比較的小さく、エッジ側部分Ｅ１に近付くに従って次第に大きくなっている。即ち、孔Ｈの密度は、基板Ｗの中心部から端部まで該中心部からの距離にほぼ比例して大きくなっている。これにより、第１供給部３０は、基板Ｗの中心部から基板Ｗの端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でＩＩＩ族元素含有ガスを該基板Ｗへ供給することができる。換言すると、第１供給部３０は、基板Ｗの或る中心角θｃの扇型領域にＩＩＩ族元素含有ガスを供給することができる。

第１供給部３０の構成は、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）のいずれでもよい。なお、基板Ｗの中心部からの距離にほぼ比例した流量でＩＩＩ族元素含有ガスを該基板Ｗへ供給することができれば、第１供給部３０の孔Ｈの構成は任意でよい。

図３は、第１供給部３０におけるＩＩＩ族元素含有ガスの供給量を示すグラフである。
第１供給部３０は、中心側部分Ｃとエッジ側部分Ｅ１との間において、中心側部分Ｃからの距離にほぼ比例した流量でＩＩＩ族元素含有ガスを該基板Ｗへ供給している。

第１供給部３０は、基板Ｗの半径に亘って設けられている。従って、基板Ｗが回転すると、基板Ｗの中心部においては、第１供給部３０がＩＩＩ族元素含有ガスを供給している基板Ｗの円周の長さは短く、基板Ｗの端部（外周）に近付くに従って、その円周の長さが次第に長くなる。そこで、図３に示すように、第１供給部３０は、基板Ｗの中心部から端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でＩＩＩ族元素含有ガスを該基板Ｗへ供給する。これにより、基板Ｗの中心部では、ＩＩＩ族元素含有ガスの供給量が少なく、基板Ｗの外周に近付くに従ってＩＩＩ族元素含有ガスの供給量が次第に多くなる。その結果、ＩＩＩ族元素含有ガスが基板Ｗの表面全体に略均等に供給され、ＩＩＩ族元素が基板Ｗの表面に略均等に付着するので、装置１は、膜厚のほぼ等しい平坦なＩＩＩ−Ｖ族化合物の結晶膜を基板Ｗ上に成膜することができる。

また、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）を参照して説明したように、第１供給部３０は、基板Ｗの表面の中心角θａ、θｂまたはθｃの扇形領域においてＩＩＩ族元素含有ガスを供給すると考えてもよい。中心角θａ、θｂまたはθｃの扇形領域では、ＩＩＩ族元素がＶ族元素よりもきわめて大量に供給される。従って、この場合、Ｖ族元素含有ガスは、基板Ｗの表面のうち中心角θａ、θｂまたはθｃの扇形領域以外の領域（中心角２π−θａ、２π−θｂまたは２π−θｃの領域）において供給されるといってよい。基板Ｗが回転すると、中心角θａ、θｂまたはθｃの扇形領域において、ＩＩＩ族元素含有ガスが供給され、中心角２π−θａ、２π−θｂまたは２π−θｃの領域において、Ｖ族元素含有ガスが供給される。これにより、後述するように、良質なＩＩＩ−Ｖ族化合物の結晶膜を基板Ｗ上に成膜することができる。

このようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体あるいはＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、ＩＩＩ族金属元素とＶ族元素とで構成されるが、ＩＩＩ族金属元素は比較的融点の低い結晶であり、Ｖ族元素は室温で気体かあるいは比較的高い蒸気圧を有する。しかし、ＩＩＩ族金属元素とＶ族元素とが結合したときには、ＩＩＩ族元素とＶ族元素との間の結合は強くイオン性が高い。即ち、ＩＩＩ族元素およびＶ族元素は、それぞれ単元素の状態では結合が弱く蒸気圧が高い。それに対し、化合物としてイオン結合してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体になると、ＩＩＩ族元素およびＶ族元素は強く結合し、蒸気圧が低く（融点が高く）なる。

このようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶膜を下地層上にエピタキシャル成長させる場合、下地層の結晶構造および格子長は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶構造および格子長に比較的近い方が好ましい。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、そのような下地層上にエピタキシャル成長させることによって形成される。例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体を下地層上に成長させる場合、下地層としてサファイヤ基板、ＳｉＣ基板、あるいは、（１１１）面を表面にしたシリコン基板等を用いる。Ｖ族原料の蒸気を過剰に供給した雰囲気中において、その下地層上に、ＩＩＩ族原料を供給する。下地層の表面に到達したＩＩＩ族原料はＶ族原料と結合し、窒化ガリウム等のＩＩＩ族窒化物半導体の薄膜結晶層が下地層上にエピタキシャル成長する。

ＩＩＩ族原料とＶ族原料との供給量の比率（以下、Ｖ／ＩＩＩ比率ともいう）によって、ＩＩＩ族原料がＶ族原料と結合して結晶となるまでのタイミングが異なる。このため、Ｖ／ＩＩＩ比率によってＩＩＩ族窒化物半導体の結晶成長の仕方が異なってくる。例えば、Ｖ族原料の供給量がＩＩＩ族原料の供給量よりきわめて多い場合（Ｖ／ＩＩＩ比率が非常に大きい場合）、ＩＩＩ族原子は下地層の表面で短時間にＶ族原子と強く結合するため、下地層の表面で移動（マイグレーション）することができない。従って、ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶はＩＩＩ族原料の供給に応じて下地層（基板）の厚み方向に成長していく。

一方、Ｖ族原料の供給量がＩＩＩ族原料の供給量とほぼ同じ程度である場合（Ｖ／ＩＩＩ比率が１に近い場合）、ＩＩＩ族原子は下地層の表面でＶ族原子と結合するまでに比較的時間がかかる。このため、ＩＩＩ族原子は下地層の表面で移動（マイグレーション）することが可能となる。従って、ＩＩＩ族原子は、下地層または結晶で安定な位置に移動してからＶ族原子と結合することができる。この場合、ＩＩＩ族窒化物半導体は、安定な位置で成長するため、結晶の品質を向上させることができる。好ましくは、Ｖ／ＩＩＩ比率は１に等しい。また、この場合、ＩＩＩ族窒化物半導体は、微細な段差を形成することがあり、あるいは、下地層の表面とは異なる面方位（ファセット面）を形成しながら成長していくこともある。このような成長モードを制御することは、成長中の欠陥（転位）等を制御可能とし、ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶の品質を向上させることに繋がる。

もし、Ｖ／ＩＩＩ比率が１を大きく下回ると、結晶格子にＶ族原子の無い欠損箇所が発生し、ＩＩＩ族窒化物半導体の品質が劣化する。また、成膜温度が高いときにＩＩＩ族窒化物半導体の結晶表面において結合が不完全なＶ族原子が再蒸発をする場合がある。この場合にも、結晶格子にＶ族原子の無い欠損箇所が発生するおそれがある。

そこで、Ｖ／ＩＩＩ比率を低くしつつ、Ｖ族原子の格子欠損を抑制するために、ＩＩＩ族原料とＶ族原料とを交互に供給する手法が考えられる。この手法では、Ｖ族原料の供給を停止しあるいは少なくし、かつＩＩＩ族原料の供給を過剰に供給する第１期間と、ＩＩＩ族原料の供給を停止しあるいは少なくし、かつＶ族原料の供給を過剰に供給する第２期間とを交互に繰り返す。これにより、ＩＩＩ族原料の過剰供給状態とＶ族原料の過剰供給状態とを時間的に交互に実行する。第１期間では、ＩＩＩ族原子が大量に供給されるので、ＩＩＩ族原子が大きくマイグレーションすることができる。一方、その後、第２期間ではＶ族原子が大量に供給されるので、ＩＩＩ族原子とＶ族原子とが結合し、Ｖ族原子の欠損を抑制することができる。このように、第１期間と第２期間とを交互に繰り返すことによって、ＩＩＩ族原子のマイグレーションを活性化させつつ、Ｖ族原子の格子欠損を抑制することができる。

例えば、第１期間において、Ｖ族原料をほとんど含まない雰囲気中で、ＩＩＩ―Ｖ族結晶の１原子層に含まれるＩＩＩ族原子量以上のＩＩＩ族原料を供給する。これにより、ＩＩＩ族原子は、金属的な弱い結合で下地層表面に滞在し、マイグレーションする。第２期間において、ＩＩＩ族原料をほとんど含まない雰囲気中で、第１期間におけるＩＩＩ族原料の供給量と同等量からその１００倍程度の量のＶ族原料を供給する。これにより、下地層上のＩＩＩ族原子は、Ｖ族原子と結合し、正常なＩＩＩ―Ｖ族結晶を形成する。

第１期間におけるＩＩＩ族原料の供給量と第２期間におけるＶ族原料の供給量との比率は、それらの流量の比率（単位時間当たりに単位面積に供給されるＶ族原料の量とＩＩＩ族原料の量との比率）で制御してもよいし、あるいは、第１期間と第２期間との時間の比率（供給時間の比率）で制御してもよい。このように、ＩＩＩ族原料とＶ族原料との交互供給により、ＩＩＩ―Ｖ族化合物半導体の結晶膜を形成する方法は、マイグレーション・エンハンスト・エピタキシ（Migration Enhanced Epitaxy）法とも呼ばれる。

本実施形態では、ＭＯＣＶＤ装置１にマイグレーション・エンハンスト・エピタキシ法を適用して、ＩＩＩ―Ｖ族化合物半導体の結晶膜を成膜する。以下、本実施形態によるＩＩＩ―Ｖ族化合物半導体の成膜方法を説明する。

図４は、第１の実施形態による成膜方法の一例を示すフロー図である。まず、基板Ｗをチャンバ１０内に搬送し、ステージ２０上に基板Ｗを載置する（Ｓ１０）。次に、ヒータ５０がステージ２０および基板Ｗを加熱し、ステージ２０が基板Ｗを回転させる（Ｓ２０）。基板Ｗは、約１０００℃以下（例えば、約８００℃〜約１０００℃）に加熱される。

（第１期間）
次に、第１供給部３０が基板Ｗの回転周期と同期してＩＩＩ族元素含有ガスを周期的に基板Ｗに供給する（Ｓ３０）。第１供給部３０は、基板Ｗの中心部から端部まで基板Ｗの半径に亘ってＩＩＩ族元素含有ガスを供給する。従って、基板Ｗの表面の全体にＩＩＩ族元素含有ガスを共有するためには、第１供給部３０は、所定の第１期間中、ＩＩＩ族元素含有ガスを供給する。これにより、ＩＩＩ族元素含有ガスは、基板Ｗ上において加熱分解され、ＩＩＩ族元素が基板Ｗの表面に付着する。例えば、ＩＩＩ族元素含有ガスとして、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ_３）_３）が用いられる。

例えば、第１供給部３０は、円形のシリコン基板Ｗにおいて中心角θ（ｒａｄ）の扇型領域（以下、「θ領域」ともいう）に単位時間当たり面密度ｊ１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）でＩＩＩ族原料（ＩＩＩ族元素含有ガス）を供給すると仮定する。即ち、ＩＩＩ族原料の供給レートは、ｊ１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２・ｓ）である。θは、θａ、θｂまたはθｃのいずれでもよい。

シリコン基板Ｗにおいてθ領域以外の領域（中心角２π−θの扇型領域）は、以下、「（２π−θ）領域」ともいう。θ領域は、基板Ｗの上方に第１供給部３０が配置された領域であり、（２π−θ）領域は、基板Ｗの上方に第１供給部３０が無く、第２供給部４０が配置された領域である。第２供給部４０は、Ｖ族原料を継続的に供給しているが、θ領域では、ＩＩＩ族原料がＶ族原料（Ｖ族元素含有ガス）よりも大量に供給されるため、ＩＩＩ族原料が供給され、Ｖ族原料は供給されていないと考えてよい。一方、（２π−θ）領域の上方には、第１供給部３０が設けられていないので、Ｖ族原料が供給され、ＩＩＩ族原料は供給されていないと考えてよい。即ち、第１期間では、第１供給部３０がθ領域においてＩＩＩ族原料を供給し、Ｖ族原料が無視できるほど少なく、ほとんど供給されていないものとしてよい。一方、（２π−θ）領域では、第２供給部４０がＶ族原料を供給しており、ＩＩＩ族原料が無視できるほど少なく、ほとんど供給されていないものとしてよい。

また、基板Ｗは、第１および第２供給部３０、４０に対して回転するので、第１供給部３０がＩＩＩ族原料を供給しているときには、ＩＩＩ族原料は、基板Ｗがθ領域を通過するごとに供給され、基板Ｗの全面に供給される。一方、θ≪（２π−θ）であるので、第１供給部３０がＩＩＩ族原料を供給していないときには、Ｖ族原料が、基板Ｗの全面に供給されていると考えてよい。即ち、第１期間では、ＩＩＩ族原料が基板Ｗの全面に供給され、後述する第２期間では、Ｖ族原料が基板Ｗの全面に供給されている。

ＩＩＩ−Ｖ族結晶（例えば、窒化ガリウム）の（０００１）面におけるＩＩＩ族原子（例えば、ガリウム原子）の面密度ｊ０とすると、基板Ｗが停止している場合、第１供給部３０から供給されるＩＩＩ族原子の面密度ｊ１は、ｊ１＝α・ｊ０の関係にあるとする。
この場合、α＝１のときに、単位時間に基板Ｗの表面に供給されるＩＩＩ族原料の面密度ｊ１がＩＩＩ−Ｖ族結晶におけるＩＩＩ族原子の面密度ｊ０に等しくなる（ｊ１＝ｊ０）。従って、α＝１のときに、ＩＩＩ−Ｖ族結晶の１原子層に含まれるＩＩＩ族原子の量に対応する量のＩＩＩ族原料が単位時間に供給されたことになる。一方、α＜１のときには、ＩＩＩ族原料の単位時間の供給量がＩＩＩ−Ｖ族結晶の１原子層に含まれるＩＩＩ族原子の量に満たないことを示す。α＞１のときには、ＩＩＩ族原料の単位時間の供給量がＩＩＩ−Ｖ族結晶の１原子層に含まれるＩＩＩ族原子の量よりも多い（過剰供給）ことを示す。

基板Ｗが回転速度ω（ｒａｄ／ｓ）で回転すると、基板Ｗが第１供給部３０のθ領域を通過する時間は、θ／ω（ｓ）となる。従って、第１供給部３０は、基板Ｗが１回転するごとに（第１供給部３０がθ領域上を１回通過するごとに）、ＩＩＩ族原料を、（α・θ／ω）・ｊ０（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）の面密度で供給する。

ここで、第１期間をｎ１・２π／ω（ｓ）とする。ｎ１は、第１期間中における基板Ｗの回転数である。この場合、第１期間中に基板Ｗに供給されるＩＩＩ族原料の面密度ｊ１は、ｎ１・（α・θ／ω）・ｊ０（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）となる。従って、ｎ１・（α・θ／ω）が１より大きい場合、ＩＩＩ族原料の供給量がＩＩＩ−Ｖ族結晶における１原子層に含まれるＩＩＩ族原子の量よりも多くなり、過剰供給となる。即ち、供給されるＩＩＩ族原料の面密度ｊ１がｊ０（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）を超える。ｎ１・（α・θ／ω）が１に等しい場合、ＩＩＩ族原料の供給量がＩＩＩ−Ｖ族結晶における１原子層に含まれるＩＩＩ族原子の量に等しくなる。即ち、供給されるＩＩＩ族原料の面密度がｊ０に等しくなる。さらに、ｎ１・（α・θ／ω）が１より小さい場合、ＩＩＩ族原料の供給量がＩＩＩ−Ｖ族結晶における１原子層に含まれるＩＩＩ族原子の量より少なくなる。即ち、供給されるＩＩＩ族原料の面密度がｊ０より小さくなる。 本実施形態では、第１期間においてｎ１・（α・θ／ω）≧１とすることによって、ＩＩＩ族原料供給を過剰供給して基板Ｗの表面におけるＩＩＩ族原子のマイグレーションを活性化させる。

（第２期間）
第１供給部３０がＩＩＩ族原料の供給を停止し、第２供給部４０は、チャンバ１０内において基板Ｗへ向かってＶ族元素含有ガスのラジカルまたはイオンを供給し続ける（Ｓ４０）。これにより、Ｖ族元素含有ガスのラジカルまたはイオンが基板Ｗ上に供給され、基板Ｗの表面に付着したＩＩＩ族元素と結合する。その結果、ＩＩＩ−Ｖ族化合物の結晶が基板Ｗの表面に形成される。例えば、Ｖ族元素含有ガスとして窒素（Ｎ_２）および水素（Ｈ_２）を第２供給部４０に供給した場合、第２供給部４０は、窒素および水素ガスをプラズマ化して、窒素ラジカル（Ｎ^＊）、窒素イオン（Ｎ^＋）、水素ラジカル（Ｎ^＊）、水素イオン（Ｎ^＋）、窒化水素ラジカル（ＮＨ^＊）、窒化水素イオン（ＮＨ^＋）を発生し、これらを基板Ｗへ供給する。これにより、基板Ｗの表面には、窒化ガリウム（ＧａＮ）の結晶が形成される。

例えば、第２供給部４０は、基板Ｗにおいて（２π−θ）領域に、単位時間当たり面密度ｊ２（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）でＶ族原料を供給すると仮定する。即ち、Ｖ族原料の供給レートは、ｊ２（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２・ｓ）である。このとき、ＩＩＩ−Ｖ族結晶（例えば、窒化ガリウム）の（０００１）面におけるＩＩＩ族原子（例えば、ガリウム原子）の面密度ｊ０とすると、基板Ｗが停止している場合、第２供給部４０が供給するＶ族原子の面密度ｊ２は、２＝β・ｊ０の関係にあるとする。

基板Ｗが回転速度ω（ｒａｄ／ｓ）で回転すると、（２π−θ）領域を基板Ｗが通過する時間は、（２π−θ）／ω（ｓ）となる。従って、第２供給部４０は、基板Ｗが１回転するごとに（第１供給部３０が（２π−θ）領域上を１回通過するごとに）、Ｖ族原料を、（β・（２π−θ）／ω）・ｊ０（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）の面密度で供給する。

ここで、第２期間をｎ２・２π／ω（ｓ）とする。ｎ２は、第２期間中における基板Ｗの回転数である。この場合、第２期間中に基板Ｗに供給されるＶ族原料の面密度ｊ２は、ｎ２・（β・（２π−θ）／ω）・ｊ０（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）となる。従って、ｎ２・（β・（２π−θ）／ω）がｎ１・（α・θ／ω）より大きい場合に、Ｖ族原料の供給量がＩＩＩ族原料の供給量よりも多くなり、過剰供給となる。ｎ２・（β・（２π−θ）／ω）がｎ１・（α・θ／ω）に等しい場合に、Ｖ族原料の供給量がＩＩＩ族原料の供給量に等しくなる。さらに、ｎ２・（β・（２π−θ）／ω）がｎ１・（α・θ／ω）より小さい場合に、Ｖ族原料の供給量がＩＩＩ族原料の供給量より少なくなる。

本実施形態では、第２期間においてｎ２・（β・（２π−θ）／ω）≧ｎ１・（α・θ／ω）とすることによって、Ｖ族原料をＩＩＩ族原料よりも過剰供給してＶ族原子の格子欠損を抑制する。

このように、本実施形態では、第１期間においてｎ１・（α・θ／ω）≧１とすることによって、ＩＩＩ族原料供給を過剰供給して基板Ｗの表面におけるＩＩＩ族原子のマイグレーションを活性化し、かつ、第２期間においてｎ２・（β・（２π−θ）／ω）≧ｎ１・（α・θ／ω）とすることによって、Ｖ族原料をＩＩＩ族原料よりも過剰供給してＶ族原子の格子欠損を抑制する。第１期間と第２期間とを繰り返し実行することによって、品質の良好なＩＩＩ−Ｖ族結晶膜を基板Ｗ上に形成することができる。この場合、ＩＩＩ族元素含有ガスの供給量は、第１期間の長さによって制御され得る。Ｖ族元素含有ガスの供給量は、第２期間の長さによって制御され得る。

ステップＳ３０（第１期間）およびＳ４０（第２期間）を繰り返し（Ｓ５０のＮＯ）、ＩＩＩ−Ｖ族化合物の結晶膜が所望の膜厚まで形成されると（Ｓ５０のＹＥＳ）、装置１は、ＩＩＩ族元素含有ガスおよびＶ族元素含有ガスの供給をともに停止する（Ｓ６０）。
これにより、品質の良好なＩＩＩ−Ｖ族化合物の結晶膜（例えば、窒化ガリウム結晶膜）を基板１の表面上に所望の膜厚で形成される。

例えば、図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、ＩＩＩ族元素含有ガスとしてのトリメチルガリウムの供給動作およびＶ族元素としての窒素ラジカルまたは窒素イオンの供給動作を示すタイミング図である。図５（Ａ）の縦軸は、トリメチルガリウムの供給量を示し、図５（Ｂ）の縦軸は、窒素ラジカルまたは窒素イオンの供給量を示す。図５（Ａ）および図５（Ｂ）の横軸は、時間である。

例えば、図５（Ａ）において、ｆ１＿１、ｆ２＿１、ｆ３＿１・・・は、第１期間であり、ｆ１＿２、ｆ２＿２、ｆ３＿２・・・は第２期間である。コントローラ６０は、第１および第２期間ｆ１＿１〜ｆ３＿２中においてステージ２０を基板Ｗとともに回転させる。例えば、コントローラ６０は、ステージ２０を約８００ｒｐｍで回転させる。第１供給部３０は、第１期間ｆ１＿１、ｆ２＿１、ｆ３＿１・・・においてトリメチルガリウムを供給し、第２期間ｆ１＿２、ｆ２＿２、ｆ３＿２・・・においてその供給を停止している。図５（Ｂ）に示すように、窒素ラジカルおよび窒素イオンは、第１および第２期間ｆ１＿１〜ｆ３＿２において継続的に供給されている。トリメチルガリウムの供給を停止している第２期間ｆ１＿２、ｆ２＿２、ｆ３＿２・・・において、窒素ラジカルおよび窒素イオンは、実質的に供給されていると考えてよい。これにより、第１期間ｆ１＿１、ｆ２＿１、ｆ３＿１・・・においてガリウムが基板Ｗの表面全体に付着し、第２期間ｆ１＿２、ｆ２＿２、ｆ３＿２・・・において基板Ｗ上に窒化ガリウムの結晶膜が形成される。このように、第１供給部３０が第１および第２期間ごとにトリメチルガリウムの供給と供給停止とを繰り返すことによって、基板Ｗ上に窒化ガリウムの結晶膜が次第に（例えば、１〜１０原子層ずつ）形成される。

尚、チャンバ内の気圧が低いほど、原料ガスの平均自由行程が長くなるため、原料ガスの指向性が高くなり、堆積膜の膜厚はばらつきやすくなる。しかし、本実施形態によれば、第１供給部３０がＩＩＩ族元素含有ガスを基板Ｗの表面全体に略均等に供給し、ＩＩＩ族元素が基板Ｗの表面に略均等に付着する。その結果、装置１は、真空度の高い低圧（例えば、約１００Ｐａ以下）雰囲気中であっても、膜厚のほぼ等しい平坦なＩＩＩ−Ｖ族化合物の結晶膜を基板Ｗ上に成膜することができる。

また、本実施形態によれば、第１供給部３０は、基板Ｗの中心部から基板Ｗの端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でＩＩＩ族元素含有ガスを該基板Ｗへ供給する。
これにより、基板Ｗの表面にＩＩＩ族原子を略均等に付着させることができる。さらに、プラズマによって生成されたＶ族元素のラジカルまたはイオンが、第２供給部４０から供給され、基板Ｗの表面に付着したＩＩＩ族原子と結合する。これにより、膜厚が略均一でありかつ膜質の良好なＩＩＩ−Ｖ族化合物の結晶膜を、基板Ｗ上に形成することができる。

例えば、ＩＩＩ族元素含有ガスおよびＶ族元素含有ガスを両方とも基板Ｗ上において熱分解することによって、基板Ｗ上にＩＩＩ−Ｖ族化合物の結晶膜を形成する場合、基板Ｗは、約１０００℃〜約１１００度の高温で加熱される必要がある。この場合、基板Ｗ（例えば、シリコン基板）とＩＩＩ−Ｖ族化合物の結晶膜との熱応力差によって、基板Ｗを冷却したときに、基板Ｗの歪み、クラック、割れ等が生じる。

これに対し、本実施形態では、ＩＩＩ族元素含有ガスは、基板Ｗの表面近傍において熱分解されるが、Ｖ族元素含有ガスは、第２供給部４０においてプラズマで分解されている。これにより、基板Ｗの温度は、比較的低温（例えば、約８００℃〜約１０００℃）で済む。これにより、基板ＷとＩＩＩ−Ｖ族化合物の結晶膜との熱応力差を緩和することができ、基板Ｗの歪み、クラック、割れ等を抑制することができる。

また、Ｖ族元素含有ガスをプラズマで分解し、ＩＩＩ族元素含有ガスを基板Ｗの表面近傍において熱分解する場合、第１供給部３０は、第２供給部４０よりも基板Ｗの近くに配置されることが好ましい。これにより、第１供給部３０は、ＩＩＩ族元素含有ガスを基板Ｗの近傍で供給することができる。しかし、第１供給部３０を面積の大きなシャワーヘッドにすると、上述の通り、Ｖ族元素含有ガスのラジカルやイオンにとって邪魔となり、Ｖ族元素含有ガスのラジカルやイオンが活性状態のまま基板Ｗに到達することが困難になる。一方、第１供給部３０を単にノズル状にすると、基板Ｗの表面にＩＩＩ族原子を均等に付着させることが困難である。この場合、ＩＩＩ−Ｖ族化合物の結晶膜を均一の膜厚で基板Ｗ上に形成することが困難になってしまう。

これに対し、本実施形態では、第１供給部３０は、基板Ｗの中心部から端部まで基板Ｗの半径に亘って延伸する細長のノズルである。また、第１供給部３０は、基板Ｗの中心部から基板Ｗの端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でＩＩＩ族元素含有ガスを該基板Ｗへ供給する。これにより、ＩＩＩ族元素含有ガスが基板Ｗの表面全体に略均等に供給され、ＩＩＩ族元素が基板Ｗの表面に略均等に付着することができる。その結果、装置１は、歪みが少なく、膜厚および膜質のほぼ均一なＩＩＩ−Ｖ族化合物の結晶膜を基板Ｗ上に成膜することができる。

（変形例１）
第１の実施形態では、Ｖ族原料を継続的に供給しつつ、ＩＩＩ族原料を供給する第１期間とＩＩＩ族原料の供給を停止する第２期間とを設定し、第１期間と第２期間とを繰り返すことによってＩＩＩ−Ｖ族結晶膜を基板Ｗ上に形成している。

本変形例１では、第１および第２供給部３０、４０は、それぞれ継続的にＩＩＩ族原料およびＶ族原料を供給する。一方、基板Ｗの回転速度ωを設定することによって、あるいは、第１および第２供給部３０、４０からのＩＩＩ族原料およびＶ族原料の供給量（供給レート）を設定することによって、ＩＩＩ−Ｖ族結晶膜を基板Ｗ上に形成する。

例えば、ＩＩＩ族原料の供給レートをｊ１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２・ｓ）とし、ＩＩＩ−Ｖ族結晶（例えば、窒化ガリウム）の（０００１）面におけるＩＩＩ族原子（例えば、ガリウム原子）の面密度をｊ０として、ｊ１は、ｊ０に対してｊ１＝α・ｊ０の関係にあるとする。

また、第２供給部４０は、（２π−θ）領域に単位時間当たり面密度ｊ２（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）でＶ族原料を供給すると仮定する。即ち、Ｖ族原料の供給レートは、ｊ２（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２・ｓ）である。このとき、ｊ２は、ｊ０に対してｊ２＝β・ｊ０の関係にあるとする。

θ領域では、ＩＩＩ族原料が供給されているが、Ｖ族原料がほとんど供給されず、（２π−θ）領域では、Ｖ族原料が供給されているが、ＩＩＩ族原料がほとんど供給されていないようにする。

基板Ｗが回転速度ω（ｒａｄ／ｓ）で回転すると、第１供給部３０のθ領域を基板Ｗが通過する時間は、θ／ω（ｓ）となる。従って、第１供給部３０は、基板Ｗが１回転するごとに（第１供給部３０がθ領域上を１回通過するごとに）、ＩＩＩ族原料を、（α・θ／ω）・ｊ０（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）の面密度で供給する。α・θ／ω≧１である場合、ＩＩＩ−Ｖ族結晶の１原子層に含まれるＩＩＩ族原子の量より過剰な量のＩＩＩ族原料がθ領域に供給される。これにより、基板Ｗの表面において、ＩＩＩ族原子がマイグレーションすることができる。

また、（２π−θ）領域を基板Ｗが通過する時間は、（２π−θ）／ωとなる。従って、第２供給部４０は、基板Ｗが１回転するごとに（第１供給部３０が（２π−θ）領域上を１回通過するごとに）、Ｖ族原料を、（β・（２π−θ）／ω）・ｊ０（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）の面密度で供給する。ここで、β・（２π−θ）／ω≧α・θ／ωである場合、ＩＩＩ族原料の供給量よりさらに過剰なＶ族原料が供給される。これにより、Ｖ族原子の格子欠損を抑制することができる。

即ち、α・θ／ω≧１、かつ、β・（２π−θ）／ω≧α・θ／ωを満たすように基板Ｗの回転速度ωを設定すれば、あるいは、第１および第２供給部３０、４０からのＩＩＩ族原料およびＶ族原料の供給量（供給レート）を設定すれば、基板Ｗの表面におけるＩＩＩ族原子のマイグレーションが活性な状態とＶ族原子の格子欠損を抑制する状態とを基板Ｗの各回転ごとに繰り返すことができる。その結果、品質の良好なＩＩＩ−Ｖ族結晶膜を基板Ｗ上に形成することができる。

尚、図１に示す装置１では、第２供給部４０からのＶ族原料が、第１供給部３０からのＩＩＩ族原料に混入し、θ領域におけるＶ族原料の供給量が無視できない場合がある。この場合、θ領域に供給されるＩＩＩ族原料の単位時間当たりの面密度は、上記ｊ１に代えて、ｊ１−ｊ２を用いればよい。逆に、（２π−θ）領域にＩＩＩ族原料が混入し、ＩＩＩ族原料の供給量が無視できない場合がある。この場合、（２π−θ）領域に供給されるＶ族原料の単位時間当たりの面密度は、上記ｊ２に代えて、ｊ２−ｊ１を用いればよい。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に従ったＭＯＣＶＤ装置２の構成の一例を示す概略図である。
第２の実施形態では、第１供給部３０は、基板Ｗの一端から中心部を通って基板Ｗの他端まで、基板Ｗの直径に亘って延伸したノズルである。第２の実施形態のその他の構成は、第１の実施形態の対応する構成と同様でよい。

図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、第２の実施形態による第１供給部３０の構成の一例を示す図である。第１供給部３０は、第１の実施形態のそれと同様に、細長い中空のノズルである。図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、基板Ｗ側から見た第１供給部３０を示し、第１供給部３０の底部に設けられた孔の構成例を示す。第１供給部３０は、基板Ｗの一端の上方に位置する第１端部Ｅ１０と基板Ｗの他端の上方に位置する第２端部Ｅ２０との間に複数の孔Ｈを有する。

孔Ｈは、第１端部Ｅ１０と第２端部Ｅ２０との間において、中心部Ｃ１０（基板Ｗの中心部）を境界にほぼ対称に設けられている。中心部Ｃ１０から第１端部Ｅ１０までの孔Ｈの構成、中心部Ｃ１０から第２端部Ｅ２０までの孔Ｈの構成は、第１の実施形態の第１供給部３０の中心側部分Ｃからエッジ側部分Ｅ１までの孔Ｈの構成と同様でよい。

従って、図７（Ａ）においては、孔Ｈの開口面積は、第１供給部３０の中心部Ｃ１０において比較的小さく、第１および第２端部Ｅ１０、Ｅ２０に近付くに従って次第に大きくなっている。即ち、孔Ｈは、第１供給部３０の第１端部Ｅ１０から第２端部Ｅ２０まで中心部Ｃ１０からの距離にほぼ比例した大きさ（開口面積）を有する。これにより、第１供給部３０は、基板Ｗの一端部から基板Ｗの他端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でＩＩＩ族元素含有ガスを該基板Ｗへ供給することができる。

図７（Ｂ）においては、複数の孔Ｈの開口面積はそれぞれほぼ等しいが、孔Ｈの個数が、第１供給部３０の第１および第２端部Ｅ１０、Ｅ２０と中心部Ｃ１０との間において異なる。即ち、図７（Ｂ）では、孔Ｈの個数は、中心部Ｃ１０において比較的少なく、第１供給部３０の第１および第２端部Ｅ１０、Ｅ２０に近付くに従って次第に多くなっている。即ち、孔Ｈは、基板Ｗの中心部から端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した個数だけ設けられている。これにより、第１供給部３０は、基板Ｗの中心部から基板Ｗの端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でＩＩＩ族元素含有ガスを該基板Ｗへ供給することができる。

図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）と同様に、孔Ｈの個数が、第１供給部３０の第１および第２端部Ｅ１０、Ｅ２０と中心部Ｃ１０との間において異なる。しかし、図７（Ｃ）では、孔Ｈの開口面積が図７（Ｂ）の孔Ｈのそれよりも小さく、孔Ｈの個数は、第１および第２端部Ｅ１０、Ｅ２０と中心部Ｃ１０との間で連続的に変化している。従って、孔Ｈの密度で表すと、孔Ｈの密度は、第１供給部３０の中心部Ｃ１０において比較的小さく、第１および第２端部Ｅ１０、Ｅ２０に近付くに従って次第に大きくなっている。即ち、孔Ｈの密度は、基板Ｗの一端部から他端部まで該中心部からの距離にほぼ比例して大きくなっている。これにより、第１供給部３０は、基板Ｗの中心部から基板Ｗの端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でＩＩＩ族元素含有ガスを該基板Ｗへ供給することができる。

第１供給部３０の構成は、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）のいずれでもよい。なお、基板Ｗの一端部から他端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量でＩＩＩ族元素含有ガスを該基板Ｗへ供給することができれば、第１供給部３０の孔Ｈの構成は任意でよい。

図８は、第１供給部３０におけるＩＩＩ族元素含有ガスの供給量を示すグラフである。
第１供給部３０は、第１端部Ｅ１０と第２端部Ｅ２０との間において、中心部Ｃ１０からの距離にほぼ比例した流量でＩＩＩ族元素含有ガスを該基板Ｗへ供給している。

第２の実施形態によるＭＯＣＶＤ装置２の動作は、基本的に第１の実施形態による装置１のそれと同様である。しかし、第２の実施形態では、第１供給部３０が基板Ｗの直径に亘ってＩＩＩ族元素含有ガスを供給するので、ＩＩＩ族元素含有ガスを基板Ｗへ供給する周期が第１の実施形態の半分になる。

例えば、図９（Ａ）および図９（Ｂ）は、ＩＩＩ族元素含有ガスとしてのトリメチルガリウムの供給量およびＶ族元素としての窒素ラジカルまたは窒素イオンの供給量を示すグラフである。第１供給部３０は、トリメチルガリウムを供給する第１期間を第１の実施形態のそれの半分とする。

例えば、図９（Ａ）において、ｆ１１＿１、ｆ１２＿１・・・は第１期間であり、ｆ１１＿２、ｆ１２＿２は第２期間である。ステージ２０は、第１および第２期間ｆ１１＿１〜ｆ１２＿２において基板Ｗを回転させる。第１供給部３０は、第１期間ｆ１１＿１、ｆ１２＿１・・・においてトリメチルガリウムを供給し、第２期間ｆ１１＿２、ｆ１２＿２・・・においてその供給を停止している。図９（Ｂ）に示すように、窒素ラジカルおよび窒素イオンは、第１および第２期間ｆ１１＿１〜ｆ１２＿２において継続的に供給されている。トリメチルガリウムの供給を停止している第２期間ｆ１＿２、ｆ２＿２、ｆ３＿２・・・において、窒素ラジカルおよび窒素イオンは、実質的に供給されていると考えてよい。これにより、第１期間ｆ１１＿１、ｆ１２＿１・・・においてガリウムが基板Ｗの表面全体に付着し、第２期間ｆ１１＿２、ｆ１２＿２・・・において基板Ｗ上に窒化ガリウムの結晶膜が形成される。このように、第１供給部３０が第１および第２期間ごとにトリメチルガリウムの供給と供給停止とを繰り返し実行する。第２の実施形態では、第１供給部３０が基板Ｗの直径に亘って設けられているので、第１および第２期間は、第１実施形態のそれらの半分で済む。第２の実施形態は、第１の実施形態と同様に、基板Ｗ上にＩＩＩ−Ｖ族化合物の結晶膜を形成することができ、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

第２の実施形態は、上記変形例１を組み合わせてもよい。この場合、第１および第２供給部３０、４０は、それぞれＩＩＩ族元素含有ガスおよびＶ族元素含有ガスを継続的に供給し、基板Ｗの回転速度ωを適切に設定すればよい。

上記実施形態において、第１供給部３０は、１本のノズルに複数の孔Ｈを設けて、ＩＩＩ族元素含有ガスを基板Ｗの表面全面に略均等に供給している。しかし、第１供給部３０は、下記のように、複数のノズルでＩＩＩ族元素含有ガスを基板Ｗの表面に供給してもよい。

（第１の実施形態の変形例２）
例えば、図１０は、第１の実施形態の変形例２に従った第１供給部３０を示す図である。第１供給部３０は、複数のノズル３０＿１〜３０＿５を備えている。ノズル３０＿１〜３０＿５は、基板Ｗの中心部から端部まで基板Ｗの半径に沿って配列されており、それぞれ基板Ｗの回転周期に同期してＩＩＩ族元素含有ガスを基板Ｗに供給する。ノズル３０＿１〜３０＿５は、それぞれの先端が開口しており、矢印で示すように、その先端からＩＩＩ族元素含有ガスを出す。ノズル３０＿１〜３０＿５は、図３に示す供給量に従ってＩＩＩ族元素含有ガスを供給すればよい。従って、ノズル３０＿１〜３０＿５は、基板Ｗの中心Ｃｗからの距離にほぼ比例した流量でＩＩＩ族元素含有ガスを該基板Ｗへ供給する。本変形例２のその他の構成は、第１の実施形態の構成と同様でよい。

ノズル３０＿１〜３０＿５から供給されるＩＩＩ族元素含有ガスの流量は、ノズル３０＿１〜３０＿５の開口の大きさ（面積）、および／または、ノズル３０＿１〜３０＿５の太さを変更することによって調節してもよい。あるいは、ＩＩＩ族元素含有ガスの流量は、ノズル３０＿１〜３０＿５の構成をそれぞれ同じにし、ＩＩＩ族元素含有ガスの圧力をノズル３０＿１〜３０＿５のそれぞれにおいて変更することによって調節してもよい。

さらに、図１０では、ノズル３０＿１〜３０＿５は、基板Ｗの中心部から端部まで基板Ｗの半径に沿って配列されている。しかし、ノズル３０＿２は、円周Ｃ２の任意の位置にＩＩＩ族元素含有ガスを供給してよい。ノズル３０＿３は、円周Ｃ３の任意の位置に対応して設けられてもよい。ノズル３０＿４は、円周Ｃ４の任意の位置に対応して設けられてもよい。ノズル３０＿５は、円周Ｃ５の任意の位置に対応して設けられてもよい。即ち、ノズル３０＿２〜３０＿５は、それぞれ円周Ｃ２〜Ｃ５に沿った任意の位置にＩＩＩ族元素含有ガスを供給すれば、必ずしも基板Ｗの半径に沿って直線状に配列する必要はない。
基板Ｗは中心部Ｃｗを中心として回転するので、ノズル３０＿２〜３０＿５は、円周Ｃ２〜Ｃ５のいずれかの位置でＩＩＩ族元素含有ガスを供給すれば、結果的に図３に示すような供給量でＩＩＩ族元素含有ガスを供給することができる。本変形例２の動作は、第１の実施形態の動作と同様でよい。従って、本変形例２は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第２の実施形態の変形例２）
例えば、図１１は、第２の実施形態の変形例２に従った第１供給部３０を示す図である。第１供給部３０は、複数のノズル３０＿１〜３０＿９を備えている。ノズル３０＿１〜３０＿９は、基板Ｗの一端部から他端部まで基板Ｗの直径に沿って配列されており、それぞれ基板Ｗの回転周期に同期してＩＩＩ族元素含有ガスを基板Ｗに供給する。第１供給部３０は、図８に示す供給量に従ってＩＩＩ族元素含有ガスを供給すればよい。従って、ノズル３０＿１〜３０＿９は、基板Ｗの中心Ｃｗからの距離にほぼ比例した流量でＩＩＩ族元素含有ガスを該基板Ｗへ供給する。本変形例２のその他の構成は、第２の実施形態の構成と同様でよい。

ノズル３０＿１〜３０＿９から供給されるＩＩＩ族元素含有ガスの流量は、ノズル３０＿１〜３０＿９の開口の大きさ（面積）、および／または、ノズル３０＿１〜３０＿９の太さを変更することによって調節してもよい。あるいは、ＩＩＩ族元素含有ガスの流量は、ノズル３０＿１〜３０＿９の構成をそれぞれ同じにし、ＩＩＩ族元素含有ガスの圧力をノズル３０＿１〜３０＿９のそれぞれにおいて変更することによって調節してもよい。

さらに、図１１では、ノズル３０＿１〜３０＿９は、基板Ｗの一端部から他端部まで基板Ｗの直径に沿って配列されている。しかし、ノズル３０＿２〜３０＿５は、それぞれ円周Ｃ２〜Ｃ５に沿った任意の位置にＩＩＩ族元素含有ガスを供給すれば、必ずしも基板Ｗの半径に沿って直線状に配列する必要はない。ノズル３０＿６〜３０＿９も、それぞれ円周Ｃ２〜Ｃ５に沿った任意の位置にＩＩＩ族元素含有ガスを供給すれば、必ずしも基板Ｗの半径に沿って直線状に配列する必要はない。本変形例２の動作は、第２の実施形態の動作と同様でよい。従って、本変形例２は、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

尚、上記実施形態は、ＭＯＣＶＤだけで無く、真空度の高いＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）にも適用することができる。

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。

１・・・ＭＯＣＶＤ装置、１０・・・チャンバ、２０・・・ステージ、３０・・・第１供給部、４０・・・第２供給部、５０・・・ヒータ、５５・・・駆動部、６０・・・コントローラ、Ｗ・・・基板

Claims (10)

1. 基板を搭載可能なステージと、前記基板の中心部から端部まで該基板の半径方向に沿って配列されており、それぞれ前記基板の方向に延伸し、前記基板上にＩＩＩ族元素含有ガスを供給する１つの孔をそれぞれ有する複数の第１供給部と、前記基板上にＶ族元素含有ガスのラジカルまたはイオンを供給する第２供給部とを備えた半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
   前記ステージ上の前記基板を回転させ、
   前記複数の第１供給部がそれぞれ異なる流量で前記ＩＩＩ族元素含有ガスを周期的に前記基板に供給し、
   前記第２供給部がＶ族元素含有ガスのラジカルまたはイオンを前記基板に供給することを具備した半導体装置の製造方法。
2. 前記複数の第１供給部は、前記基板の中心部から前記基板の端部まで該中心部からの距離にほぼ比例した流量で前記ＩＩＩ族元素含有ガスを該基板へ供給する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記複数の第１供給部は、前記ＩＩＩ族元素含有ガスの供給と供給停止とを繰り返し実行し、 前記第２供給部は、前記Ｖ族元素含有ガスを継続的に供給する、請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記複数の第１供給部は、前記基板の一端部から前記基板の他端部まで該基板の中心部からの距離にほぼ比例した流量で前記ＩＩＩ族元素含有ガスを該基板へ供給する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記複数の第１供給部は、ＩＩＩ―Ｖ族結晶のＩＩＩ族原子の面密度以上の面密度でＩＩＩ族原子を供給し、
   前記第２供給部は、前記複数の第１供給部から供給されたＩＩＩ族原子の面密度以上の面密度でＶ族原子を供給する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記複数の第１供給部は、それぞれのノズルの開口の大きさまたは太さを異ならせることによって、あるいは、それぞれの前記ＩＩＩ族元素含有ガスの圧力を異ならせることによって、前記ＩＩＩ族元素含有ガスを異なる流量で前記基板に供給する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記複数の第１供給部は、前記基板の表面において中心角θを有する領域に前記ＩＩＩ族元素含有ガスを供給し、
   前記第２供給部は、前記基板の表面において中心角（２π−θ）を有する領域に前記Ｖ族元素含有ガスを供給し、
   第１期間において、前記複数の第１供給部は、ｎ１・（α・θ／ω）ｊ０≧ｊ０を満たすように前記ＩＩＩ族元素含有ガスを供給し、
   第２期間において、前記第２供給部は、ｎ２・（β・（２π−θ）／ω）ｊ０≧ｎ１・（α・θ／ω）ｊ０を満たすように前記Ｖ族元素含有ガスを供給する、
   ｊ０はＩＩＩ−Ｖ族結晶のＩＩＩ族原子の面密度であり、ωは前記基板の回転速度であり、ｎ１は前記第１期間における前記基板の回転数であり、ｎ２は前記第２期間における前記基板の回転数であり、前記複数の第１供給部から供給されるＩＩＩ族原子の面密度をｊ１とすると、αはｊ１／ｊ０であり、前記第２供給部から供給されるＶ族原子の面密度をｊ２とすると、βはｊ２／ｊ０である、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記複数の第１供給部は、前記基板の表面において中心角θを有する領域に前記ＩＩＩ族元素含有ガスを供給し、
   前記第２供給部は、前記基板の表面において中心角（２π−θ）を有する領域に前記Ｖ族元素含有ガスを供給し、
   前記複数の第１供給部は、前記基板が１回転するごとに、（α・θ／ω）ｊ０≧ｊ０を満たすように前記ＩＩＩ族元素含有ガスを供給し、
   前記第２供給部は、前記基板が１回転するごとに、（β・（２π−θ）／ω）ｊ０≧（α・θ／ω）ｊ０を満たすように前記Ｖ族元素含有ガスを供給する、
   ｊ０はＩＩＩ−Ｖ族結晶のＩＩＩ族原子の面密度であり、ωは前記基板の回転速度であり、前記複数の第１供給部から供給されるＩＩＩ族原子の面密度をｊ１とすると、αはｊ１／ｊ０であり、前記第２供給部から供給されるＶ族原子の面密度をｊ２とすると、βはｊ２／ｊ０である、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
9. 基板を搭載可能なステージと、
   前記基板の中心部から端部まで該基板の半径方向に沿って配列されており、それぞれ前記基板の方向に延伸し、１つの孔をそれぞれ有し、それぞれ異なる流量で前記ＩＩＩ族元素含有ガスを前記基板に供給する複数の第１供給部と、
   前記基板上にＶ族元素含有ガスのラジカルまたはイオンを供給する第２供給部と、を備えた半導体製造装置。
10. 前記複数の第１供給部は、前記基板の中心部に対応する部分からの距離にほぼ比例した流量でＩＩＩ族元素含有ガスを供給する、請求項９に記載の半導体製造装置。

Images