JP6038618B2 - 成膜装置および成膜方法 - Google Patents

Description

本発明は、成膜装置および成膜方法に関する。

従来から、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等のパワーデバイスのように、比較的膜厚の大きい結晶膜を必要とする半導体素子の製造工程では、ウェハ等の基板に単結晶薄膜を気相成長させて成膜するエピタキシャル成長技術が利用される。

エピタキシャル成長技術に使用される成膜装置では、常圧または減圧に保持された成膜室の内部に、例えば、ウェハを載置する。そして、このウェハを加熱しながら成膜室内に、成膜のための原料となるガス（以下、単に原料ガスとも言う。）を供給する。すると、ウェハの表面で原料ガスの熱分解反応および水素還元反応が起こり、ウェハ上にエピタキシャル膜が成膜される。

膜厚の大きなエピタキシャルウェハを高い歩留まりで製造するには、均一に加熱されたウェハの表面に新たな原料ガスを次々に接触させて、気相成長の速度を向上させる必要がある。そこで、ウェハを高速で回転させながらエピタキシャル成長させることが行われている（例えば、特許文献１参照。）。

図１０は、従来の成膜装置の模式的な断面図である。

成膜装置１１００は、半導体基板であるウェハ１１０１の上で気相成長をさせてエピタキシャル膜の成膜を行う成膜室として、反応室とも称することがあるチャンバ１１０３を有する。チャンバ１１０３の上部には、加熱されたウェハ１１０１の表面に結晶膜を成長させるための原料ガスを供給するガス供給部１１２３が設けられている。また、ガス供給部１１２３には、原料ガスの吐出孔となるガス噴出孔１１２９が多数形成されたシャワープレート１１２４が接続している。シャワープレート１１２４を用いることにより、チャンバ１１０３内での原料ガスの流動を均一にすることができ、原料ガスをウェハ１１０１上に均一に供給することができる。

原料ガスとしては、ウェハ１１０１の表面にＳｉＣ（窒化珪素）エピタキシャル膜を形成しようとする場合、例えば、シラン（ＳｉＨ_４）等の珪素（Ｓｉ）のソースガスと、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）等の炭素（Ｃ）のソースガスが、キャリアガスである水素（Ｈ_２）ガスと混合されて用いられる。そして、それらが、混合された原料ガスとして、シャワープレート１１２４からウェハ１１０１に向かってシャワー状に供給される。

尚、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いてＧａＮ（窒化ガリウム）エピタキシャル膜を形成しようとする場合、成膜装置１１００と同様の装置を用いることが可能である。その場合、原料ガスとしては、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガス等のガリウム（Ｇａ）のソースガスと、アンモニア（ＮＨ_３）等の窒素（Ｎ）のソースガスが、キャリアガスである水素ガスと混合されて用いられる。そして、それらの混合されたガスが、原料ガスとして、シャワープレート１１２４からウェハ１１０１に向かってシャワー状に供給されて、ウェハ１１０１上にＧａＮエピタキシャル膜を形成することが可能である。

チャンバ１１０３の下部には、反応後の原料ガスを排気するためのガス排気部１１２５が複数設けられている。ガス排気部１１２５は、調整バルブ１１２６および真空ポンプ１１２７からなる排気機構１１２８に接続している。チャンバ１１０３の内部には、ウェハ１１０１を保持するための冶具であるリング状のサセプタ１１０２が、回転部１１０４の上方に設けられている。サセプタ１１０２は、その内周側に設けられた座ぐり内にウェハ１１０１の外周部を受け入れる構造となっている。

回転部１１０４は、円筒部１１０４ａと回転軸１１０４ｂを有している。回転軸１１０４ｂが回転することにより、円筒部１１０４ａを介してサセプタ１１０２が回転する。

図１０において、円筒部１１０４ａは上部が解放された構造である。サセプタ１１０２が設置されてさらにその上にウェハ１１０１が載置されることにより上部が覆われて、円筒部１１０４ａは、チャンバ１１０３内のＰ_１１領域に対して隔てられた、中空領域（以下、Ｐ_１２領域と称す。）を形成する。

Ｐ_１２領域には、ヒータ１１２０が設けられている。ヒータ１１２０は、回転軸１１０４ｂ内に設けられた略円筒状のシャフト１１０８の内部を通る配線１１０９によって給電され、ウェハ１１０１をその裏面から加熱する。

回転部１１０４の回転軸１１０４ｂは、チャンバ１１０３の外部まで延設されており、図示しない回転機構に接続している。円筒部１１０４ａが回転することにより、サセプタ１１０２を回転させることができ、ひいてはサセプタ１１０２上に載置されたウェハ１１０１を回転させることができる。

チャンバ１１０３内へのウェハ１１０１の搬入、あるいは、チャンバ１１０３外へのウェハ１１０１の搬出には、図１０において、図示しない搬送用ロボットを用いて行うことが可能である。その場合、図示しない基板昇降手段を利用することができる。例えば、ウェハ１１０１の搬出時には、基板昇降手段によりウェハ１１０１を上昇させて、サセプタ１１０２から引き離す。次いで、搬送用ロボットにウェハ１１０１を受け渡し、チャンバ１１０３の外部へと搬出する。ウェハ１１０１の搬入時には、搬送用ロボットからウェハ１１０１を受け取り、ウェハ１１０１を下降させて、ウェハ１１０１をサセプタ１１０２上に載置する。

特開平５−１５２２０７号公報

図１０に示した従来の成膜装置１１００は、チャンバ１１０３内での原料ガスの流動を均一にして、原料ガスをウェハ１１０１上に均一に供給することができるようシャワープレート１１２４を用いる。そして、ウェハ１１０１の全面に渡って電気的特性等が均一なエピタキシャル膜が形成できるようにする。

エピタキシャル膜の形成に際し成膜装置１１００では、ヒータ１１２０によるウェハ１１０１の加熱を行う。その場合、シャワープレート１１２４も加熱されて高い温度に昇温することがあった。

シャワープレート１１２４の内部には、上述したように、例えば、シラン（ＳｉＨ_４）等の珪素（Ｓｉ）のソースガスとプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）等の炭素（Ｃ）のソースガスとを混合して得られた反応ガスがある。そして、シャワープレート１１２４のウェハ１１０１側の面からウェハ１１０１に向けて供給されている。

その結果、シャワープレート１１２４で反応ガスが反応し、その内部や表面に膜が形成されるという問題が生じていた。この膜は剥がれ落ちると、異物となって、エピタキシャルウェハの製造歩留まりを低下させることになる。また、高温となったシャワープレート１１２４から供給された反応ガスが、ウェハ１１０１の表面に供給される途中で反応してしまうことがあり、効率良いエピタキシャルウェハの製造ができないことがあった。

こうしたことから、エピタキシャル成長技術を利用した成膜装置および成膜方法において、原料ガスの整流機能を備えたシャワープレートの内部や表面で原料ガスが反応することを防止する技術が求められている。本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものである。

本発明の目的は、シャワープレート上での原料ガスの反応を抑えた成膜装置および成膜方法を提供することである。

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。

本発明の一態様の成膜装置は、
成膜室と、
成膜室の上部に設けられて、成膜室に供給されるガスが通過するシャワープレートとを有する成膜装置であって、
シャワープレートは、成膜室の内部に向けられる第１の面と、
第１の面に対向し且つ成膜室の外部に向けられる第２の面と、
第１の面と第２の面の間でこれらに沿って延在する複数のガス流路と、
複数のガス流路と第１の面とを連通する複数のガス噴出孔とを有し、
複数のガス流路の各一端から供給されたガスは、複数のガス噴出孔から成膜室の内部に向けて噴出するよう構成され、
シャワープレートは、ガス流路と成膜室内とを連通する複数のガス噴出孔のうちの少なくとも一部を塞ぐ閉塞部材を有することを特徴とするものである。

本発明の一態様の成膜装置は、複数のガス流路の少なくとも１つに第１のガスを供給するタイミングと、他のガス流路に第２のガスを供給するタイミングとを制御するガス供給制御機構を有することが好ましい。

本発明の一態様において、シャワープレートは、冷却手段を備えることが好ましい。
また、冷却手段は、第１の面側又は第２の面に設けられることが好ましい。

閉塞部材は、各ガス流路が第１の面に沿う所定の方向に延在して内部を貫通するとともに、この各ガス流路に挿入され、ガス流路と成膜室内とを連通する複数のガス噴出孔のうちの少なくとも一部を塞ぐとともに、残るガス噴出孔とガス流路とを連通させるように形成された貫通孔を有する棒状部材を備えてもよい。
また、閉塞部材は、ふた又はねじであってもよい。

本発明の一態様の成膜装置によれば、成膜に用いられるガスがシャワープレート上で反応することを抑えることができる。

本発明の一態様の成膜の成膜方法によれば、成膜に用いられるガスが、使用するシャワープレート上で反応することを抑えることができる。

本発明の第１実施形態である枚葉式の成膜装置の概略構成図である。 本発明の第１実施形態である成膜装置のシャワープレートの概略構成図である。 図２のＡ−Ａ'線に沿った模式的な断面図である。 本発明の第１実施形態である成膜装置の別の例のシャワープレートの概略構成図である。 図４のＢ−Ｂ'線に沿った模式的な断面図である。 本発明の第２の実施形態である枚葉式の成膜装置の概略構成図である。 本発明の第３実施形態である成膜装置のシャワープレートの概略構成図である。 本実施形態のシャワープレートのガス流路に挿入される棒状部材の構造を説明する図であり、（ａ）は棒状部材の平面図であり、（ｂ）は棒状部材の側面図であり、（ｃ）は棒状部材の断面図である。 本発明の第３実施形態である成膜装置のシャワープレートの模式的な断面図である。 従来の成膜装置の模式的な断面図である。 本発明の第１実施形態である成膜装置のシャワープレートの別の例の概略構成図である。 本発明の第３実施形態である成膜装置のシャワープレートの別の例の模式的な断面図である。 本発明の第３実施形態である成膜装置のシャワープレートの別の例の模式的な断面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の第１実施形態である枚葉式の成膜装置の概略構成図である。

この成膜装置は、試料を配置する成膜室と、成膜室内の試料に向けて複数種類のガスを供給するシャワープレートとを有する。シャワープレートは、成膜室の上部に設けられ、上記ガスは、シャワープレートを通過して成膜室に供給される。また、シャワープレートは、成膜室の内部に向けられる第１の面と、第１の面に対向し且つ成膜室の外部に向けられる第２の面と、第１の面と第２の面の間でこれらに沿って延在する複数のガス流路と、複数のガス流路と第１の面とを連通する複数のガス噴出孔とを有し、複数のガス流路の各一端から供給されたガスが複数のガス噴出孔から成膜室の内部に向けて噴出するよう構成されている。換言すると、シャワープレートは、試料側に向けられる第１の面に沿うように内部で延在して、複数種類の各ガスを供給するガス管に接続される複数のガス流路と、複数の各ガス流路と成膜室内とをその第１の面の側で連通するように穿設された複数のガス噴出孔とを有し、ガス管から複数のガス流路に供給された複数種類の各ガスが、複数のガス噴出孔から試料に向けてそれぞれ供給されるよう構成されている。

また、この成膜装置は、複数のガス流路の少なくとも１つに第１のガスを供給するタイミングと、他のガス流路に第２のガスを供給するタイミングとを制御するガス供給制御機構を有することが好ましい。換言すると、複数の各ガス流路に接続するガス管に、複数種類の各ガスを供給するガス供給制御機構を備えており、ガス供給制御機構は、複数種類の各ガスがガス管に供給されるタイミングをそれぞれ制御して、その複数種類の各ガスが試料に向けて供給されるタイミングを制御するよう構成されていることが好ましい。

さらに、この成膜装置において、シャワープレートは、試料側の第１の面と対向する第２の面の側に冷却手段を備えることが好ましい。

図１では、本実施形態の成膜装置１００の構成の概略について、成膜室であるチャンバ１０３の模式的な断面図を用いて説明している。

本実施の形態においては、成膜処理の対象である試料として、ウェハ等の基板１０１を用いる。図１では、本実施の形態の成膜装置１００のサセプタ１０２に基板１０１を載置した状態を示している。そして、サセプタ１０２上に載置された基板１０１上に、エピタキシャル膜を形成するための原料となる複数種類のガスを供給し、基板１０１上で気相成長反応させて成膜を行う。

成膜装置１００は、基板１０１上で気相成長をさせてエピタキシャル膜の成膜を行う成膜室として、チャンバ１０３を有する。

チャンバ１０３の内部には、サセプタ１０２が、回転部１０４の上方に設けられている。サセプタ１０２は、開口部を有して構成されたリング状の形状を有する。そして、サセプタ１０２は、サセプタ１０２の内周側に座ぐりが設けられ、この座ぐり内に基板１０１の外周部を受け入れて支持する構造を有する。また、サセプタ１０２は、高温下にさらされることから、例えば、等方性黒鉛の表面にＣＶＤ法によって高耐熱な高純度のＳｉＣを被覆して構成される。

尚、サセプタ１０２の構造について、図１に示すサセプタ１０２は一例であり、これに限られるものではない。例えば、その開口部を塞ぐ部材を設けてサセプタを構成することが可能である。

回転部１０４は、円筒部１０４ａと回転軸１０４ｂを有している。回転部１０４では、円筒部１０４ａの上部でサセプタ１０２を支持している。そして、回転軸１０４ｂが図示しないモータによって回転することにより、円筒部１０４ａを介してサセプタ１０２が回転する。こうして、サセプタ１０２の上に基板１０１が載置された場合、その基板１０１を回転させることができる。

図１において、円筒部１０４ａは、上部が開口する構造を有し、上部が解放された構造である。そして、円筒部１０４ａの上部にサセプタ１０２が配置され、サセプタ１０２上に基板１０１が載置されることにより、上部が覆われて中空領域（以下、Ｐ_２領域と称す。）を形成する。ここで、チャンバ１０３内をＰ_１領域とすると、Ｐ_２領域は、基板１０１とサセプタ１０２によって実質的にＰ_１領域と隔てられた領域となる。そのため、後述するヒータ１２０周囲のＰ_２領域で発生した汚染物質によって基板１０１が汚染されるのを防ぐことができる。また、Ｐ_１領域にあるガスがＰ_２領域内に進入し、Ｐ_２領域内に配置されたヒータ１２０に接触することを防ぐことができる。

Ｐ_２領域には、ヒータ１２０が設けられている。ヒータ１２０には抵抗加熱ヒータを用いることが可能であり、それらはカーボン（Ｃ）材の表面に高耐熱なＳｉＣを被覆して構成される。ヒータ１２０は、回転軸１０４ｂ内に設けられた略円筒状の石英製のシャフト１０８の内部を通る配線１０９によって給電され、基板１０１をその裏面から加熱する。

シャフト１０８の内部には、基板昇降手段として図示されない昇降ピンが配置されている。昇降ピンの下端は、シャフト１０８の下部に設けられた図示されない昇降装置まで伸びている。そして、その昇降装置を動作させて昇降ピンを上昇または下降させることができる。この昇降ピンは、基板１０１のチャンバ１０３内への搬入とチャンバ１０３外への搬出の時に使用される。昇降ピンは基板１０１を下方から支持し、持ち上げてサセプタ１０２から引き離す。そして、基板１０１の搬送用ロボット（図示されない）との間で基板１０１の受け渡しができるように、基板１０１を回転部１０４上のサセプタ１０２から離れた上方の所定の位置に配置するように動作する。

成膜装置１００のチャンバ１０３の上部には、シャワープレート１２４が設けられている。シャワープレート１２４は、エピタキシャル膜を形成するための複数種類の各ガスをそれぞれチャンバ１０３内で整流し、基板１０１の表面に向けてシャワー状に供給するように機能する。

チャンバ１０３の下部には、反応後の上記複数種類のガス等を排気するためのガス排気部１２５が複数設けられている。ガス排気部１２５は、調整バルブ１２６および真空ポンプ１２７からなる排気機構１２８に接続している。また、排気機構１２８は、図示しない制御機構により制御されてチャンバ１０３内を所定の圧力に調整する。

以下で、成膜装置１００のシャワープレート１２４について、より詳しく説明する。

図１に示すシャワープレート１２４は、所定の厚みを持った板状の形状を有する。シャワープレート１２４は、ステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属材料を用いて構成することができる。

シャワープレート１２４の内部には、シャワープレート１２４の第１の面である、基板１０１側に向けられる面に沿うように、ガス流路１２１が複数設けられている。

図２は、本発明の第１実施形態である成膜装置のシャワープレートの概略構成図である。

図２では、本実施形態のシャワープレート１２４の第１面側から見た模式的な平面図を用い、シャワープレート１２４の構造と機能を説明している。

本実施形態の成膜装置１００では、エピタキシャル膜を形成するために、複数種類のガスを用いることができる。そして、例えば、第１〜第３の３種類のガスを使用することができる。成膜装置１００は、この３種類のガスを、シャワープレート１２４を用いてチャンバ１０３内に導入するとともに、チャンバ１０３内でそれぞれを整流し、３種類のガスそれぞれを基板１０１の表面に向けて供給する。そのため、図２に示す例のシャワープレート１２４は、３種類の各ガスを混合させることなく、分離したままチャンバ１０３内の基板１０１に供給するように構成されている。

尚、本実施形態の成膜装置は、エピタキシャル膜を形成するために使用するガスの種類は３種類に限られず、２種類とすることや、３種類より多い種類とすることが可能である。以下では、３種類のガスを用いる本発明の例を説明する。

図２に示すシャワープレート１２４は、その内部にガス流路１２１として、６本のガス流路１２１−１〜１２１−６が設けられている。チャンバ１０３内の基板１０１は、サセプタ１０２上で水平に配置されている。したがって、シャワープレート１２４は、成膜装置１００において、基板１０１側に向けられてそれと対向するシャワープレート１２４の第１面が、水平となるように設置されることが好ましい。その場合、シャワープレート１２４内部のガス流路１２１−１〜１２１−６は、シャワープレートの第１面に沿うように設けられることが好ましく、シャワープレート１２４が設置された状態で、それぞれが水平に伸びるように形成されることが好ましい。そして、ガス流路１２１−１〜１２１−６は、シャワープレート１２４の内部で、所定の間隔で配列されることが好ましい。

尚、図１に示すシャワープレート１２４は、ガス流路１２１を６本有するが、本実施形態のシャワープレート１２４においてガス流路１２１の数は６本に限られない。後述するように、３種類のガスを使用する場合、１種類のガスに対し２本のガス流路１２１を対応させようとすれば、合計６本のガス流路１２１が設けられることになる。しかしながら、１種類のガスに対し、より多いガス流路を対応させ、より多くのガス流路１２１を設けることが可能である。また、エピタキシャル膜の成膜に用いる複数種類のガス毎に異なる数のガス流路１２１を対応させるようにすることも可能である。すなわち、ガス流路１２１の数は、より多くの本数とすることや少ない本数とすることができる。

本実施形態のシャワープレート１２４は、その端部にガス供給路１２２を有する。ガス供給路１２２は、ガス流路１２１−１〜１２１−６のそれぞれと交差するように配設される。例えば、図２に示すように、ガス供給路１２２は、ガス流路１２１との間で、マトリクス状をなすように配設される。

図２では、使用するガスの種類数に対応し、ガス供給路１２２として３本のガス供給路１２２−１〜１２２−３が設けられた例が示される。
尚、本実施形態のシャワープレート１２４においては、使用するガスの種類数に対応して、ガス供給路１２２の本数を定めることが好ましく、ガスの種類数とガス供給路１２２の本数とを同じ数とすることができる。

ガス供給路１２２はガス管１３１と接続する。すなわち、ガス供給路１２２−１〜１２２−３はそれぞれ、その端部でガス管１３１−１、１３１−２、１３１−３とガス配管接続している。ガス管１３１は、他方でガス供給部１３３と接続する。すなわち、ガス管１３１−１、１３１−２、１３１−３の、ガス供給路１２２と接続していない側の端部はそれぞれ、例えば、ガスボンベを用いて構成されたガス供給部１３３−１、１３３−２、１３３−３のそれぞれに接続している。

ガス管１３１は、途中にガスバルブ１３５を有する。すなわち、ガス管１３１−１〜１３１−３の途中にはそれぞれ、ガスの流量を調整してガスの供給量の調整が可能なガスバルブ１３５−１、１３５−２、１３５−３が接続されている。ガスバルブ１３５−１〜１３５−３は、後述するガス制御部１４０とともに、成膜装置１００のガス供給制御機構を構成している。

本実施形態の成膜装置１００は、基板１０１上にＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する成膜装置とすることができる。その場合、第１〜第３の３種類のガスは、炭素のソースガスと分離ガスと珪素のソースガスの３種とすることができる。ここで、本実施形態において、分離ガスとは、その他の２種類のガスを分離するために用いられるガスであって、その他の２種類のガスとの反応性が乏しいガスである。

第１〜第３の３種類のガスのうち、第１のガスである炭素のソースガスとしては、例えば、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）ガスまたはプロパンガスと水素ガスとの混合ガスを用いることできる。第２のガスである分離ガスとしては、水素（Ｈ_２）ガスを用いることができる。第３のガスである珪素のソースガスとしては、例えば、シラン（ＳｉＨ_４）ガスまたはシランガスと水素ガスの混合ガスを用いることができる。

したがって、３個設けられたガス供給部１３３のうち、ガス供給部１３３−１から供給するガスを第１のガスである炭素のソースガスとすることが可能である。そして、ガス管１３１−１に炭素のソースガスを供給することができる。また、ガス供給部１３３−２から供給するガスを第２のガスである分離ガスとすることが可能である。そして、ガス管１３１−２に分離ガスを供給することができる。さらに、ガス供給部１３３−３から供給するガスを第３のガスである珪素のソースガスとすることが可能である。そして、ガス管１３１−３に珪素のソースガスを供給することができる。

その場合、第１のガスである炭素のソースガスは、ガス供給部１３３−１からガス管１３１−１に供給され、ひいてはガス供給路１２２−１に供給される。そして、ガス管１３１−１のガスバルブ１３５−１は、第１のガスである炭素のソースガスの制御用として機能する。同様に、第２のガスである分離ガスは、ガス供給部１３３−２からガス管１３１−２に供給され、ひいてはガス供給路１２２−２に供給される。そして、ガス管１３１−２のガスバルブ１３５−２は、第２のガスである分離ガスの制御用として機能する。また、第３のガスである珪素のソースガスは、ガス供給部１３３−３からガス管１３１−３に供給され、ひいてはガス供給路１２２−３に供給される。そして、ガス管１３１−３のガスバルブ１３５−３は、第３のガスである珪素のソースガスの制御用として機能する。

成膜装置１００は、ガス制御部１４０を有する。ガス制御部１４０は、ガスバルブ１３５−１〜１３５−３のそれぞれに接続している。ガス制御部１４０は、ガスバルブ１３５−１〜１３５−３それぞれの動作を制御する。そして、ガス供給部１３３−１〜１３３−３からガス管１３１−１〜１３１−３に供給される、上記第１〜第３の３種類のガスそれぞれの供給を制御する。その結果、ガス制御部１４０は、上述の第１〜第３の３種類の各ガスが、ガス管１３１−１〜１３１−３からガス供給路１２２−１〜１２２−３に供給されるのを制御することができる。ガス制御部１４０は、ガスバルブ１３５−１〜１３５−３とともに、成膜装置１００のガス供給制御機構を構成する。

成膜装置１００のシャワープレート１２４において、３本のガス供給路１２２−１〜１２２−３のそれぞれは、図２に示すように、６本のガス流路１２１−１〜１２１−６のそれぞれと交差している。そして、ガス供給路１２２−１〜１２２−３は、ガス流路１２１−１〜１２１−６との交差部のうちの所定の一部で接続部１４１を構成し、ガス流路１２１−１〜１２１−６とガス配管接続している。したがって、ガス流路１２１−１〜１２１−６のそれぞれは、接続部１４１および対応するガス供給路１２２−１〜１２２−３を介して、ガス管１３１−１〜１３１−３と接続する。

このとき、シャワープレート１２４は、ガス供給路１２２−１〜１２２−３とガス流路１２１−１〜１２１−６との交差部において、所定の一部のみが接続部１４１を構成し、すべての交差部でそれらが互いに接続するようには構成されていない。シャワープレート１２４では、上記全ての交差部の中から、ガス配管接続をして接続部１４１を構成する交差部の選択が行われる。

図２に示す例では、例えば、ガス供給路１２２−１とガス流路１２１−１との交差部が選択されて接続部１４１が構成されている。接続部１４１が構成されることにより、ガス供給路１２２−１とガス流路１２１−１はガス配管接続されることになる。その結果、ガス流路１２１−１は、接続部１４１およびガス供給路１２２−１を介して、ガス管１３１−１のみと接続する。そして、ガス管１３１−１からガス供給路１２２−１に供給された第１のガスは、接続部１４１を通ってガス流路１２１−１に供給されることになる。すなわち、ガス流路１２１−１は、第１のガスのためのガス流路となる。

図２に示すシャワープレート１２４では、同様の接続部１４１が、ガス供給路１２２−１とガス流路１２１−４との交差部、ガス供給路１２２−２とガス流路１２１−２との交差部、ガス供給路１２２−２とガス流路１２１−５との交差部、ガス供給路１２２−３とガス流路１２１−３との交差部およびガス供給路１２２−３とガス流路１２１−６との交差部に構成されている。その結果、ガス流路１２１−４は、接続部１４１およびガス供給路１２２−１を介して、ガス管１３１−１のみと接続する。ガス流路１２１−２およびガス流路１２１−５は、接続部１４１およびガス供給路１２２−２を介して、ガス管１３１−２のみと接続する。ガス流路１２１−３およびガス流路１２１−６は、接続部１４１およびガス供給路１２２−３を介して、ガス管１３１−３のみと接続する。

したがって、ガス管１３１−１からガス供給路１２２−１に供給された第１のガスは、接続部１４１を通ってガス流路１２１−１およびガス流路１２１−４に供給されることになる。ガス流路１２１−１およびガス流路１２１−４は、第１のガスのためのガス流路となる。

同様に、ガス管１３１−２からガス供給路１２２−２に供給された第２のガスは、接続部１４１を通ってガス流路１２１−２およびガス流路１２１−５に供給されることになる。ガス流路１２１−２およびガス流路１２１−５は、第２のガスのためのガス流路となる。また、ガス管１３１−３からガス供給路１２２−３に供給された第３のガスは、接続部１４１を通ってガス流路１２１−３およびガス流路１２１−６に供給されることになる。ガス流路１２１−３およびガス流路１２１−６は、第３のガスのためのガス流路となる。

こうして、シャワープレート１２４は、６本のガス流路１２１−１〜１２１−６のそれぞれに、第１〜第３の３種類のガスのうちの１種類のみを供給することが可能となる。すなわち、本実施形態のシャワープレート１２４は、ガス流路１２１−１〜１２１−６とガス供給路１２２−１〜１２２−３の複数の交差部の中から接続部１４１を構成するものを適宜選択し、ガス流路１２１−１〜１２１−６のそれぞれに複数種類のガスのうちの１種類のガスのみが供給されるように構成されている。

そして、本実施形態のシャワープレート１２４は、ガス流路１２１−１〜１２１−６のそれぞれとチャンバ１０３のＰ_１領域とを、基板１０１側に向けられる第１の面の側で連通するように穿設された複数のガス噴出孔１２９を有する。ガス噴出孔１２９は、ガス流路１２１−１〜１２１−６それぞれの配設位置に穿設され、シャワープレート１２４の面内で、互いに所定の間隔をあけて分散配置されるように構成されている。

したがって、ガス管１３１−１からガス供給路１２２−１と接続部１４１を通ってガス流路１２１−１およびガス流路１２１−４に供給された第１のガスは、ガス流路１２１−１およびガス流路１２１−４の配設位置に穿設されたガス噴出孔１２９から噴出し、基板１０１に向けて供給される。

同様に、ガス管１３１−２からガス供給路１２２−２と接続部１４１を通ってガス流路１２１−２およびガス流路１２１−５に供給された第２のガスは、ガス流路１２１−２およびガス流路１２１−５の配設位置に穿設されたガス噴出孔１２９から噴出し、基板１０１に向けて供給される。また、ガス管１３１−３からガス供給路１２２−３と接続部１４１を通ってガス流路１２１−３およびガス流路１２１−６に供給された第３のガスは、ガス流路１２１−３およびガス流路１２１−６の配設位置に穿設されたガス噴出孔１２９から噴出し、基板１０１に向けて供給される。こうして、本実施形態のシャワープレート１２４では、第１〜第３の３種類の各ガスが混合されることなく、分離された状態で、基板１０１に向けてシャワー状に供給される。

本実施形態の成膜装置１００では、上述したように、ガス制御部１４０と、ガスバルブ１３５−１〜１３５−３とからなるガス供給制御機構を有する。

したがって、成膜装置１００は、このガス供給制御機構を用い、ガス管１３１−１〜１３１−３と接続するガス流路１２１−１〜１２１−６のそれぞれに上記第１〜第３の３種類の各ガスを供給し、同時に、分離した状態の３種類のガスをガス噴出孔１２９から噴出し、基板１０１に向けてシャワー状に供給することができる。
その場合でも、第１〜第３の３種類の各ガスを供給するためのガス流路１２１−１〜１２１−６は互いに独立しており、シャワープレート１２４においてそれらのガスが混合され、互いの間で反応することは抑制されている。

また、成膜装置１００は、このガス供給制御機構を用い、ガス管１３１−１〜１３１−３と接続するガス流路１２１−１〜１２１−６のそれぞれに対し、上記第１〜第３の３種類の各ガスを供給するタイミングと期間を制御することができる。そして、上記第１〜第３の３種類のガスのそれぞれが、ガス噴出孔１２９から基板１０１に向けて供給されるタイミングを制御することができる。

その結果、お互いの間で反応が起こりやすい第１のガスである炭素のソースガスと第３のガスである珪素のソースガスとを、同時に、ガス噴出孔１２９から噴出させないようにすることができる。すなわち、第１のガスである炭素のソースガスがガス噴出孔１２９から噴出される期間と、第３のガスである珪素のソースガスがガス噴出孔１２９から噴出される期間とを分離し、時分割してそれぞれを基板１０１に向けて供給するようにすることができる。その結果、シャワープレート１２４の表面や近傍において、それらのガスが混合されて互いの間で反応することを抑制することができる。

さらに、成膜装置１００は、ガス供給制御機構を用い、上記第１〜第３の３種類のガスのそれぞれを、時分割でガス管１３１−１〜１３１−３のそれぞれに供給し、それらと接続するガス流路１２１−１〜１２１−６のそれぞれに供給することができる。その結果、シャワープレート１２４のガス噴出孔１２９からは、第１〜第３の３種類のガスのうちの１種類のみが、所定の期間、所定のガス噴出孔１２９のみから噴出されるようにすることができる。そして、その後は順次、他の種類のガスをそれぞれ、対応する所定のガス噴出孔１２９のみから所定の期間、噴出されるようにすることができる。その結果、シャワープレート１２４の表面や近傍において、それらのガスが混合されて互いの間で反応することを抑制することができる。

そしてさらに、ガス供給制御機構を用い、第１のガスを基板１０１に向けて供給した後に第２のガスである分離ガスを基板１０１に向けて供給する期間を設けるとともに、第３のガスの供給後にも第２のガスの供給期間を設けるようにすることも可能である。すなわち、炭素のソースガスを供給した後、および珪素のソースガスを供給した後には、必ず、分離ガスである水素ガスのみを供給する期間を設けるようにすることが可能である。こうすることにより、シャワープレート１２４の表面や近傍において、炭素のソースガスと珪素のソースガスとが混合され、互いの間で反応することをより効果的に抑制することができる。

次に、図１に示すように、成膜装置１００のシャワープレート１２４は、ガス噴出孔１２９の形成された、基板１０１の側に向けられる第１の面と対向する第２の面の側に、冷却手段を有することができる。
本実施形態のシャワープレート１２４の冷却手段としては、内部を冷却水等の冷媒が通る中空の流路１４２を設けることができる。

図３は、図２のＡ−Ａ'線に沿った模式的な断面図である。

図３に示すように、シャワープレート１２４の流路１４２は、内部が中空となるように構成される。そして、その内部を通る冷却水等の冷媒が、シャワープレート１２４の第２の面側で、面状に広がるように構成されている。

こうした構造の流路１４２を備えることにより、シャワープレート１２４では冷却が可能となり、高温の状態になることが抑えられる。

また、図１１に示すように、シャワープレート１２４の流路１４２’をシャワープレート１２４の第１の面側に設けることができる。流路１４２’は、１４２’−１，１４２’−２、１４２’−３、１４２’−４、１４２’−５のように複数設けられることが好ましい。 このような構造の流路１４２’を備えることにより、シャワープレート１２４の内部の冷却が可能となり、より高温の状態になることが抑えられる。

その結果、シャワープレート１２４の内部や近傍で、エピタキシャル膜を形成するための原料となる複数種類のガスが熱反応することを抑制することができる。その結果、シャワープレート１２４の内部や表面に膜が形成されるという問題を抑制することができる。

本実施形態の成膜装置１００は、上述したように、エピタキシャル膜を形成するために、複数種類のガスを用いることができるが、図１〜図３および図１１に示した例では、第１〜第３の３種類のガスを使用するように構成されている。そして、上述したように、本実施形態の成膜装置が使用可能なガスは３種類に限られない。例えば、２種類とすることが可能であり、３種類より多い種類とすることも可能である。

その場合、エピタキシャル膜形成のために用いるガスの種類に合わせて、図２に示すような、シャワープレート１２４のガス供給路１２２の数を変動させることが好ましい。併せて、それに接続するガス管１３１、ガスバルブ１３５およびガス供給部１３３の数を対応させることが好ましい。

例えば、使用するガスの種類が４種類（例えば、Ｈ_２、ＳｉＨ_４、Ｃ_３Ｈ_８、Ｎ_２）である場合には、シャワープレートの端部に、図２のガス供給路１２２と同様のガス供給路を４本設ける。そして、それらに接続する、図２のガス管１３１、ガスバルブ１３５およびガス供給部１３３と同様のガス管、ガスバルブおよびガス供給部をそれぞれ４個設けることが好ましい。

こうすることにより、４種類のガスがシャワープレート内で混合されることなく、チャンバ内に供給される。そして、シャワープレートでそれらが反応することを抑えて、基板上にエピタキシャル膜を形成することができる。

また、使用するガスの種類が５種類（例えばＨ_２、ＳｉＨ_４、Ｃ_３Ｈ_８、Ｎ_２、ＴＭＡ）の場合には、シャワープレートの端部に、図２のガス供給路１２２と同様のガス供給路を５本設ける。そして、それらに接続する、図２のガス管１３１、ガスバルブ１３５およびガス供給部１３３と同様のガス管、ガスバルブおよびガス供給部をそれぞれ５個設けることが好ましい。

次に、本実施の形態では、成膜装置のシャワープレートに、ガス流路の数と配置構造が図２に示す例とは異なるものを用い、成膜装置の別の例を構成することが可能である。シャワープレートのガス流路の数と配置構造を、以下で説明するように、別のものとすることで、ガス噴出孔から噴出される、第１のガスである炭素のソースガスと第３のガスである珪素のソースガスとの空間的な分離をより効果的に行うことができる。

尚、本実施形態の成膜装置の別の例においても、上述の成膜装置１００と同様、エピタキシャル膜を形成するために、複数種類のガスを用いることができるが、ここでは、第１〜第３の３種類のガスを使用するように構成された例について説明する。

図４は、本発明の第１実施形態である成膜装置の別の例のシャワープレートの概略構成図である。

第１実施形態の成膜装置の別の例は、シャワープレートとして、図４に示すシャワープレート２２４を有する。
図４に示すシャワープレート２２４は、所定の厚みを持った板状の形状を有する。シャワープレート２２４は、ステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属材料を用いて構成することができる。

シャワープレート２２４は、ガス流路２２１の数と配置構造が異なる以外、図２の本実施形態のシャワープレート１２４と同様の構造を有する。また、シャワープレート２２４を有する第１実施形態の成膜装置の別の例も、図１の成膜装置１００と同様の構造を有する。したがって、共通する構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

シャワープレート２２４の内部には、シャワープレート２２４の第１の面である、基板１０１側に向けられる面に沿うように、ガス流路２２１が７本設けられている。シャワープレート２２４は、基板１０１側に向けられてそれと対向するシャワープレート２２４の第１面が、水平となるように設置されることが好ましい。そして、シャワープレート２２４内部のガス流路２２１−１〜２２１−７は、シャワープレート２２４が、成膜装置の別の例に設置された状態で、その内部において、それぞれが水平に伸びるように形成されることが好ましく、所定の間隔で配列されることが好ましい。

シャワープレート２２４は、その端部に３本のガス供給路２２２を有する。ガス供給路２２２は、ガス流路２２１−１〜２２１−７のそれぞれと交差するように配設される。例えば、図４に示すように、ガス供給路２２２は、ガス流路２２１との間で、マトリクス状をなすように配設される。

ガス供給路２２２−１〜２２２−３はそれぞれ、その端部でガス管１３１−１、１３１−２、１３１−３とガス配管接続している。ガス管１３１−１、１３１−２、１３１−３の他方は、例えば、ガスボンベを用いて構成されたガス供給部１３３−１、１３３−２、１３３−３のそれぞれに接続している。

ガス管１３１−１〜１３１−３の途中にはそれぞれ、ガスの流量を調整してガスの供給量の調整が可能なガスバルブ１３５−１、１３５−２、１３５−３が接続されている。ガスバルブ１３５−１〜１３５−３は、後述するガス制御部１４０とともに、成膜装置の別の例のガス供給制御機構を構成している。

第１実施形態の成膜装置の別の例は、成膜装置１００と同様、基板１０１上にＳｉＣエピタキシャル膜を成膜することができる。その場合、第１〜第３の３種類のガスは、炭素のソースガスと分離ガスと珪素のソースガスの３種とすることができる。分離ガスは、上述したように、炭素のソースガスと珪素のソースガスとを分離するためのガスである。

その場合、第１のガスである炭素のソースガスは、ガス供給部１３３−１からガス管１３１−１に供給され、ひいてはガス供給路２２２−１に供給される。同様に、第２のガスである分離ガスは、ガス供給部１３３−２からガス管１３１−２に供給され、ひいてはガス供給路２２２−２に供給される。また、第３のガスである珪素のソースガスは、ガス供給部１３３−３からガス管１３１−３に供給され、ひいてはガス供給路２２２−３に供給される。

成膜装置の別の例のシャワープレート２２４において、３本のガス供給路２２２−１〜２２２−３のそれぞれは、図４に示すように、７本のガス流路２２１−１〜２２１−７のそれぞれと交差している。そして、ガス供給路２２２−１〜２２２−３は、ガス流路２２１−１〜２２１−７との交差部のうちの所定の一部で接続部２４１を構成し、対応するガス流路２２１−１〜２２１−７とガス配管接続している。したがって、ガス流路２２１−１〜２２１−７は、接続部２４１およびガス供給路２２２−１〜２２２−３を介して、対応するガス管１３１−１〜１３１−３と接続する。

図４に示す例では、例えば、ガス供給路２２２−１とガス流路２２１−１との交差部に接続部２４１が構成されている。接続部２４１が構成されることにより、ガス供給路２２２−１とガス流路２２１−１はガス配管接続されることになる。その結果、ガス流路２２１−１は、接続部２４１およびガス供給路２２２−１を介して、ガス管１３１−１のみと接続する。そして、ガス管１３１−１からガス供給路２２２−１に供給された第１のガスは、接続部２４１を通ってガス流路２２１−１に供給されることになる。すなわち、ガス流路２２１−１は、第１のガスのためのガス流路となる。

図４に示すシャワープレート２２４では、同様の接続部２４１が、ガス供給路２２２−１とガス流路２２１−５との交差部、ガス供給路２２２−２とガス流路２２１−２との交差部、ガス供給路２２２−２とガス流路２２１−４との交差部、ガス供給路２２２−２とガス流路２２１−６との交差部、ガス供給路２２２−３とガス流路２２１−３との交差部およびガス供給路２２２−３とガス流路２２１−７との交差部に構成されている。その結果、ガス流路２２１−５は、接続部２４１およびガス供給路２２２−１を介して、ガス管１３１−１のみと接続する。ガス流路２２１−２、ガス流路２２１−４およびガス流路２２１−６は、接続部２４１およびガス供給路２２２−２を介して、ガス管１３１−２のみと接続する。ガス流路２２１−３およびガス流路２２１−７は、接続部２４１およびガス供給路２２２−３を介して、ガス管１３１−３のみと接続する。

したがって、ガス管１３１−１からガス供給路２２２−１に供給された第１のガスは、接続部２４１を通ってガス流路２２１−１およびガス流路２２１−５に供給されることになる。ガス流路２２１−１およびガス流路２２１−５は、第１のガスのためのガス流路となる。

同様に、ガス管１３１−２からガス供給路２２２−２に供給された第２のガスは、接続部２４１を通ってガス流路２２１−２、ガス流路２２１−４およびガス流路２２１−６に供給されることになる。ガス流路２２１−２、ガス流路２２１−４およびガス流路２２１−６は、第２のガスのためのガス流路となる。また、ガス管１３１−３からガス供給路２２２−３に供給された第３のガスは、接続部２４１を通ってガス流路２２１−３およびガス流路２２１−７に供給されることになる。ガス流路２２１−３およびガス流路２２１−７は、第３のガスのためのガス流路となる。

こうして、シャワープレート２２４は、７本のガス流路２２１−１〜２２１−７のそれぞれに、第１〜第３の３種類のガスのうちの１種類のみを供給することが可能となる。すなわち、シャワープレート２２４は、ガス流路２２１−１〜２２１−７とガス供給路２２２−１〜２２２−３の複数の交差部の中から接続部２４１を構成するものを適宜選択し、ガス流路２２１−１〜２２１−７のそれぞれに複数種類のガスのうちの１種類のガスのみが供給されるように構成されている。

そして、シャワープレート２２４は、ガス流路２２１−１〜２２１−７のそれぞれとチャンバ１０３のＰ_１領域とを、基板１０１側に向けられる第１の面の側で連通するように穿設された複数のガス噴出孔２２９を有する。ガス噴出孔２２９は、ガス流路２２１−１〜２２１−７の配設位置に穿設され、シャワープレート２２４の面内で、互いに所定の間隔をあけて分散配置されるように構成されている。

したがって、ガス管１３１−１からガス供給路２２２−１と接続部２４１を通ってガス流路２２１−１およびガス流路２２１−５に供給された第１のガスは、ガス流路２２１−１およびガス流路２２１−５の配設位置に穿設されたガス噴出孔２２９から噴出し、基板１０１に向けて供給される。同様に、ガス管１３１−２からガス供給路２２２−２と接続部２４１を通ってガス流路２２１−２、ガス流路２２１−４およびガス流路２２１−６に供給された第２のガスは、ガス流路２２１−２、ガス流路２２１−４およびガス流路２２１−６の配設位置に穿設されたガス噴出孔２２９から噴出し、基板１０１に向けて供給される。また、ガス管１３１−３からガス供給路２２２−３と接続部２４１を通ってガス流路２２１−３およびガス流路２２１−７に供給された第３のガスは、ガス流路２２１−３およびガス流路２２１−７の配設位置に穿設されたガス噴出孔２２９から噴出し、基板１０１に向けて供給される。こうして、本実施形態のシャワープレート２２４では、第１〜第３の３種類の各ガスが、基板１０１に向けてシャワー状に供給される。

このとき、シャワープレート２２４は、第１のガスが供給されるガス流路２２１−１、２２１−５と第３のガスが供給されるガス流路２２１−３、２２１−７との間に、第２のガスが供給されるガス流路２２１−２、２２１−４、２２１−６が配置される構造となっている。上述したように、第１のガスは炭素のソースガスであり、第３のガスは珪素のソースガスであって、互いの間で反応を起こしやすい。したがって、シャワープレート２２４は、互いに反応しやすい２種類のガスのためのガス流路を空間的に分離して配置し、さらにそれらの間に反応性の乏しい第２のガス（分離ガス）のためのガス流路を配置している。

その結果、シャワープレート２２４のガス噴出孔２２９から噴出される第１のガスと第３のガスは空間的な分離がなされるとともに、第２のガスである分離ガスの噴出による分離効果によってその空間的な分離はより効果的なものとなる。

そして、第１実施形態の成膜装置の別の例では、上述した成膜装置１００と同様に、ガス制御部１４０と、ガスバルブ１３５−１〜１３５−３とからなるガス供給制御機構を有する。

したがって、第１実施形態の成膜装置の別の例は、このガス供給制御機構を用い、ガス配管１３１−１〜１３１−３と接続するガス流路２２１−１〜２２１−７のそれぞれに対し、上記第１〜第３の３種類の各ガスを供給するタイミングと期間を制御することができる。そして、上述した成膜装置１００と同様に、上記第１〜第３の３種類のガスのそれぞれが、ガス噴出孔２２９から基板１０１に向けて供給されるタイミングを制御することができる。

すなわち、シャワープレート２２４のガス噴出孔２２９からは、第１〜第３の３種類のガスのうちの１種類のみが、所定の期間、所定のガス噴出孔２２９のみから噴出されるようにすることができる。そして、その後は順次、他の種類のガスをそれぞれ、対応する所定のガス噴出孔２２９のみから所定の期間、噴出されるようにすることができる。その結果、シャワープレート２２４の表面や近傍において、それらガスが混合されて互いの間で反応することを抑制することができる。

尚、シャワープレート２２４は、図１に示す成膜装置１００のシャワープレート１２４と同様に、ガス噴出孔２２９の形成された、基板１０１の側に向けられる第１の面と対向する第２の面の側に、冷却手段を有することができる。
本実施形態のシャワープレート２２４の冷却手段としては、内部を冷却水等の冷媒が通る中空の流路、例えば、後述する図５の流路２４２を設けることができる。

図５は、図４のＢ−Ｂ'線に沿った模式的な断面図である。

図５に示すように、シャワープレート２２４の流路２４２は、内部が中空となるように構成される。そして、その内部を通る冷却水等の冷媒が、シャワープレート２２４の第２の面側で、面状に広がるように構成されている。

こうした構造の流路２４２を備えることにより、シャワープレート２２４は冷却が可能となり、高温の状態になることが抑えられる。その結果、シャワープレート２２４の内部で、エピタキシャル膜を形成するための原料となる複数種類のガスが熱反応することを抑制することができる。その結果、シャワープレート２２４の内部や表面に膜が形成されるという問題を抑制することができる。

以上より、第１実施形態の成膜装置の別の例は、シャワープレート２２４を用い、お互いの間で反応が起こりやすい炭素のソースガスと珪素のソースガスとを、より効果的に、空間的かつ時間的に分離し、ガス噴出孔２２９から基板１０１に向けて噴出させることができる。そして、シャワープレート２２４では、冷媒の流路２４２を用いた冷却が可能である。
その結果、シャワープレート２２４の表面や近傍において、それらガスが混合されて互いの間で熱反応することを抑制することができる。

実施の形態２．
本発明では、成膜装置として、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いた成膜装置を提供することができる。

以下、ＭＯＣＶＤ法を用いて基板上にＧａＮエピタキシャル膜を形成する本発明の第２実施形態の成膜装置について説明する。

この成膜装置は、試料を配置する成膜室と、成膜室内の試料に向けて複数種類のガスを供給するシャワープレートとを有する。シャワープレートは、成膜室の上部に設けられ、上記ガスは、シャワープレートを通過して成膜室に供給される。また、シャワープレートは、成膜室の内部に向けられる第１の面と、第１の面に対向し且つ成膜室の外部に向けられる第２の面と、第１の面と第２の面の間でこれらに沿って延在する複数のガス流路と、複数のガス流路と第１の面とを連通する複数のガス噴出孔とを有し、複数のガス流路の各一端から供給されたガスが複数のガス噴出孔から成膜室の内部に向けて噴出するよう構成されている。換言すると、シャワープレートは、試料側に向けられる第１の面に沿うように内部で延在して、複数種類の各ガスを供給するガス管に接続される複数のガス流路と、複数の各ガス流路と成膜室内とをその第１の面の側で連通するように穿設された複数のガス噴出孔とを有し、ガス管から複数のガス流路に供給された複数種類の各ガスが、複数のガス噴出孔から試料に向けてそれぞれ供給されるよう構成されている。

また、この成膜装置は、複数のガス流路の少なくとも１つに第１のガスを供給するタイミングと、他のガス流路に第２のガスを供給するタイミングとを制御するガス供給制御機構を有することが好ましい。換言すると、複数の各ガス流路に接続するガス管に、複数種類の各ガスを供給するガス供給制御機構を備えており、ガス供給制御機構は、複数種類の各ガスがガス管に供給されるタイミングをそれぞれ制御して、その複数種類の各ガスが試料に向けて供給されるタイミングを制御するよう構成されていることが好ましい。

さらに、この成膜装置において、シャワープレートは、試料側の第１の面と対向する第２の面の側に冷却手段を備えることが好ましい。

第２実施形態の成膜装置は、ＧａＮエピタキシャル膜の形成に使用するガスとして、例えば、アンモニア（ＮＨ_３）等の窒素（Ｎ）のソースガスと、水素ガス等の分離ガスと、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガス等のガリウム（Ｇａ）のソースガスとの３種類を用いることができる。ここで、分離ガスは、アンモニア等の窒素のソースガスとトリメチルガリウムガス等のガリウムのソースガスとを分離するためのガスであって、それらと反応性に乏しいガスである。すなわち、第２実施形態である成膜装置は、基板上にエピタキシャル膜を形成するための原料となる複数種類のガスとして、第１〜第３の３種類のガスを使用する。

第２実施形態の成膜装置の構造については、上述した第１実施形態の成膜装置１００と同様とすることが可能である。したがって、成膜装置１００と共通する構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図６は、本発明の第２の実施形態である枚葉式の成膜装置の概略構成図である。

図６では、本実施形態の成膜装置３００の構成の概略について、成膜室であるチャンバ１０３の模式的な断面図を用いて説明している。

第２実施形態の成膜装置３００は、３個設けられたガス供給部１３３のうちのガス供給部１３３−１から供給するガスを第１のガスとし、例えば、アンモニア（ＮＨ_３）等の窒素（Ｎ）のソースガスとすることが可能である。そして、ガス管１３１−１に窒素のソースガスを供給することができる。

また、ガス供給部１３３−２から供給するガスを第２のガスとし、例えば、水素ガス等の分離ガスとすることが可能である。そして、ガス管１３１−２に分離ガスを供給することができる。さらに、ガス供給部１３３−３から供給するガスを第３のガスとし、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガス等のガリウムのソースガスとすることが可能である。そして、ガス管１３１−３にガリウムのソースガスを供給することができる。

成膜装置３００は、図２に示した成膜装置１００と同様のシャワープレート１２４を備える。したがって、成膜装置３００のシャワープレート１２４は、６本のガス流路１２１−１〜１２１−６のそれぞれに、第１〜第３の３種類のガスのうちの１種類のみを供給することが可能となる。

したがって、成膜装置３００では、ガス管１３１−１からガス供給路１２２−１と接続部１４１を通ってガス流路１２１−１およびガス流路１２１−４に供給された第１のガスは、ガス流路１２１−１およびガス流路１２１−４の配設位置に穿設されたガス噴出孔１２９から噴出し、基板１０１に向けて供給される。同様に、ガス管１３１−２からガス供給路１２２−２と接続部１４１を通ってガス流路１２１−２およびガス流路１２１−５に供給された第２のガスは、ガス流路１２１−２およびガス流路１２１−５の配設位置に穿設されたガス噴出孔１２９から噴出し、基板１０１に向けて供給される。また、ガス管１３１−３からガス供給路１２２−３と接続部１４１を通ってガス流路１２１−３およびガス流路１２１−６に供給された第３のガスは、ガス流路１２１−３およびガス流路１２１−６の配設位置に穿設されたガス噴出孔１２９から噴出し、基板１０１に向けて供給される。こうして、成膜装置３００のシャワープレート１２４では、第１〜第３の３種類の各ガスが、基板１０１に向けてシャワー状に供給される。

本実施形態の成膜装置３００では、ガス制御部１４０と、ガスバルブ１３５−１〜１３５−３とからなるガス供給制御機構を有する。

したがって、成膜装置３００は、このガス供給制御機構を用い、ガス管１３１−１〜１３１−３と接続するガス流路１２１−１〜１２１−６のそれぞれに上記第１〜第３の３種類のガスを供給し、同時に３種類の各ガスを、ガス流路１２１−１〜１２１−６の配設位置に穿設されたガス噴出孔１２９から噴出し、基板１０１に向けてシャワー状に供給することができる。

その場合でも、第１〜第３の３種類の各ガスを供給するためのガス流路１２１−１〜１２１−６は互いに独立しており、シャワープレート１２４においてそれらのガスが混合され、互いの間で反応することは抑制されている。

また、成膜装置３００は、このガス供給制御機構を用い、ガス管１３１−１〜１３１−３と接続するガス流路１２１−１〜１２１−６のそれぞれに対し、上記第１〜第３の３種類のガスを供給するタイミングと期間を制御することができる。そして、上記第１〜第３の３種類のガスのそれぞれが、所定のガス噴出孔１２９から基板１０１に向けて供給されるタイミングを制御することができる。

その結果、お互いの間で反応が起こりやすい、第１のガスである窒素のソースガスと第３のガスであるガリウムのソースガスとを、同時にガス噴出孔１２９から噴出させないようにすることができる。すなわち、第１のガスである窒素のソースガスが所定のガス噴出孔１２９から噴出される期間と、第３のガスであるガリウムのソースガスがそれとは異なる所定のガス噴出孔１２９から噴出される期間とを分離し、時分割してそれぞれを基板１０１に向けて供給するようにすることができる。その結果、シャワープレート１２４の表面や近傍において、窒素のソースガスとガリウムのソースガスとが混合されて互いの間で反応することを抑制することができる。

さらに、成膜装置３００は、ガス供給制御機構を用い、上記第１〜第３の３種類のガスのそれぞれを、時分割でガス管１３１−１〜１３１−３のそれぞれに供給し、それらと接続するガス流路１２１−１〜１２１−６のそれぞれに供給することができる。その結果、シャワープレート１２４のガス噴出孔１２９からは、第１〜第３の３種類のガスのうちの１種類のみが、所定のガス噴出孔１２９から、所定の期間噴出されるようにすることができる。そして、その後は順次、他の種類のガスをそれぞれ、所定のガス噴出孔１２９から所定の期間、噴出されるようにすることができる。その結果、シャワープレート１２４の表面や近傍において、窒素のソースガスとガリウムのソースガスとが混合されて互いの間で反応することを抑制することができる。

そしてさらに、ガス供給制御機構を用い、第１のガスを基板１０１に向けて供給した後に第２のガス（分離ガス）を基板１０１に向けて供給する期間を設けるとともに、第３のガスの供給後にも第２のガス（分離ガス）の供給期間を設けるようにすることも可能である。すなわち、窒素のソースガスを供給した後、およびガリウムのソースガスを供給した後には、必ず、分離ガスである水素ガスのみを供給する期間を設けるようにすることが可能である。こうすることにより、シャワープレート１２４の表面や近傍において、窒素のソースガスとガリウムのソースガスとが混合され、互いの間で反応することをより効果的に抑制することができる。

また、成膜装置３００では、シャワープレートとして、図４に示したシャワープレート２２４と同様の構造のものを備えることができる。

その場合、成膜装置３００のシャワープレート２２４は、７本のガス流路２２１−１〜２２１−７のそれぞれに、第１〜第３の３種類のガスのうちの１種類のみを供給することが可能となる。

したがって、ガス管１３１−１からガス供給路２２２−１と接続部２４１を通ってガス流路２２１−１およびガス流路２２１−５に供給された第１のガスは、ガス流路２２１−１およびガス流路２２１−５の配設位置に穿設されたガス噴出孔２２９から噴出し、基板１０１に向けて供給される。同様に、ガス管１３１−２からガス供給路２２２−２と接続部２４１を通ってガス流路２２１−２、ガス流路２２１−４およびガス流路２２１−６に供給された第２のガスは、ガス流路２２１−２、ガス流路２２１−４およびガス流路２２１−６の配設位置に穿設されたガス噴出孔２２９から噴出し、基板１０１に向けて供給される。また、ガス管１３１−３からガス供給路２２２−３と接続部２４１を通ってガス流路２２１−３およびガス流路２２１−７に供給された第３のガスは、ガス流路２２１−３およびガス流路２２１−７の配設位置に穿設されたガス噴出孔２２９から噴出し、基板１０１に向けて供給される。こうして、本実施形態のシャワープレート２２４では、第１〜第３の３種類の各ガスが、基板１０１に向けてシャワー状に供給される。

このとき、シャワープレート２２４は、第１のガスが供給されるガス流路２２１−１、２２１−５と第３のガスが供給されるガス流路２２１−３、２２１−７との間に、第２のガスが供給されるガス流路２２１−２、２２１−４、２２１−６が配置される構造となっている。上述したように、第１のガスは窒素のソースガスであり、第３のガスはガリウムのソースガスであって、互いの間で反応を起こしやすい。したがって、シャワープレート２２４は、互いに反応しやすい２種類の各ガスの流路を空間的に分離して配置し、さらにそれらの間に反応性の乏しい第２のガスの流路を配置している。

その結果、シャワープレート２２４の各ガス流路２２１−１〜２２１−７の配設位置に穿設されたガス噴出孔２２９から噴出される第１のガスと第３のガスは、空間的な分離がなされるとともに、第２のガスの噴出による分離効果によってその空間的な分離はより効果的なものとなる。

そして、成膜装置３００は、上述のガス供給制御機構を用い、ガス管１３１−１〜１３１−３と接続するガス流路２２１−１〜２２１−７のそれぞれに対し、上記第１〜第３の３種類の各ガスを供給するタイミングと期間を制御することができる。そして、成膜装置１００と同様に、上記第１〜第３の３種類のガスのそれぞれが、ガス噴出孔２２９から基板１０１に向けて供給されるタイミングを制御することができる。

すなわち、シャワープレート２２４のガス噴出孔２２９からは、第１〜第３の３種類のガスのうちの１種類のみが、所定の期間、所定のガス噴出孔２２９のみから噴出されるようにすることができる。そして、その後は順次、他の種類のガスをそれぞれ、対応する所定のガス噴出孔２２９のみから所定の期間、噴出されるようにすることができる。その結果、シャワープレート２２４の表面や近傍において、それらのガスが混合されて互いの間で反応することを抑制することができる。

以上より、成膜装置３００は、シャワープレート２２４を用い、お互いの間で反応が起こりやすい窒素のソースガスとガリウムのソースガスとを、より効果的に、空間的かつ時間的に分離して、ガス噴出孔２２９から噴出させることができる。その結果、シャワープレート２２４の表面や近傍において、それらのガスが混合されて互いの間で熱反応することを抑制することができる。

実施の形態３．
本実施の形態の成膜装置は、試料を配置する成膜室と、成膜室内の試料に向けて複数種類のガスを供給するシャワープレートとを有する。シャワープレートは、成膜室の上部に設けられ、上記ガスは、シャワープレートを通過して成膜室に供給される。また、シャワープレートは、成膜室の内部に向けられる第１の面と、第１の面に対向し且つ成膜室の外部に向けられる第２の面と、第１の面と第２の面の間でこれらに沿って延在する複数のガス流路と、複数のガス流路と第１の面とを連通する複数のガス噴出孔とを有し、複数のガス流路の各一端から供給されたガスが複数のガス噴出孔から成膜室の内部に向けて噴出するよう構成されている。換言すると、シャワープレートは、試料側に向けられる第１の面に沿うように内部で延在して、複数種類の各ガスを供給するガス管に接続される複数のガス流路と、複数の各ガス流路と成膜室内とをその第１の面の側で連通するように穿設された複数のガス噴出孔とを有し、ガス管から複数のガス流路に供給された複数種類の各ガスが、複数のガス噴出孔から試料に向けてそれぞれ供給されるよう構成されている。

また、この成膜装置は、複数のガス流路の少なくとも１つに第１のガスを供給するタイミングと、他のガス流路に第２のガスを供給するタイミングとを制御するガス供給制御機構を有することが好ましい。換言すると、複数の各ガス流路に接続するガス管に、複数種類の各ガスを供給するガス供給制御機構を備えており、ガス供給制御機構は、複数種類の各ガスがガス管に供給されるタイミングをそれぞれ制御して、その複数種類の各ガスが試料に向けて供給されるタイミングを制御するよう構成されていることが好ましい。

また、この成膜装置において、シャワープレートは、試料側の第１の面と対向する第２の面の側に冷却手段を備えることが好ましい。

さらに、シャワープレートは、各ガス流路がその第１の面に沿う所定の方向に延在して内部を貫通するとともに、その各ガス流路に挿入される棒状部材を備えており、棒状部材は、挿入されたガス流路と成膜室内とを連通する複数のガス噴出孔のうちの少なくとも一部を塞ぐとともに、残るガス噴出孔とそのガス流路とを連通させるように形成された貫通孔を有し、シャワープレートは、各ガス流路に供給された各ガスの少なくとも一部が、棒状部材の貫通孔を通って、その貫通孔に連通するガス噴出孔から試料に向けて供給されるよう構成されることが好ましい。

上述したように本発明の第１実施形態の成膜装置１００および第２実施形態の成膜装置３００は、シャワープレート１２４およびシャワープレート２２４を有することができる。シャワープレート１２４、２２４は、ガス流路１２１、２２１とチャンバ１０３のＰ_１領域とを、基板１０１側に向けられる第１の面の側で連通するように穿設された複数のガス噴出孔１２９、２２９を有する。そして、基板１０１上にエピタキシャル膜を形成するための原料となる複数種類のガスが、ガス噴出孔１２９、２２９から基板１０１に向けて供給される。このとき、原料となる複数種類の各ガスを噴出させるのに使用するガス噴出孔１２９、２２９の選択と、各ガス噴出孔１２９、２２９から噴き出るガスの量は、ガス制御部１４０とガスバルブ１３５−１〜１３５−３とからなるガス供給制御機構によって制御することができる。

その場合、成膜装置１００、３００では、ガス供給制御機構による制御が、ガス流路１２１−１〜１２１−６、２２１−１〜２２１−７ごとに行われる。したがって、それらガス流路１２１−１〜１２１−６、２２１−１〜２２１−７それぞれの配設位置に穿設された複数のガス噴出孔１２９、２２９ごとにガスの噴出に対する制御がなされることになる。ガス流路１２１−１〜１２１−６、２２１−１〜２２１−７のうちの１つの配設位置に対応して穿設された複数のガス噴出孔１２９、２２９の中で、いくつかを選択して、所定のガスの噴出を停止させたり、供給量を調整したりすることはできない。したがって、シャワープレート１２４、２２４において、複数種類の各ガスを噴出するガス噴出孔１２９、２２９の分布を、所望とするように細かく制御することは困難であった。

そこで、本発明の第３実施形態である成膜装置は、シャワープレートにおいて、複数種類の各ガスを噴出させるのに使用するガス噴出孔に対し、より詳細な選択ができるように構成される。そして、シャワープレートにおいて、複数種類の各ガスを噴出させるガス噴出孔の分布を、より細かく制御することができるように構成する。

図７は、本発明の第３実施形態である成膜装置のシャワープレートの概略構成図である。

本発明の第３実施形態である成膜装置は、図７に示すシャワープレート３２４を有して構成される。そして、シャワープレート３２４の構成要素であるガス流路３２１の構造が異なる以外は、上述した成膜装置１００等と同様の構造を有する。したがって、共通する構成要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図７に示すように、第３実施形態の成膜装置のシャワープレート３２４は、所定の厚みを持った板状の形状を有する。シャワープレート３２４は、ステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属材料を用いて構成することができる。そして、シャワープレート３２４は、後述する図９に示されるように、冷却手段として、内部を冷却水等の冷媒が通る中空の流路３４２（図７中には図示されない。）を有する。

シャワープレート３２４の内部には、シャワープレート３２４の第１の面である、基板１０１側に向けられる面に沿うように、ガス流路３２１が７本設けられている。シャワープレート３２４は、基板１０１側に向けられてそれと対向するシャワープレート３２４の第１面が、水平となるように設置されることが好ましい。そして、シャワープレート３２４内部のガス流路３２１−１〜３２１−７は、シャワープレート３２４が設置された状態で、それぞれが水平に延在するとともに、水平方向にシャワープレート３２４を貫通するようにトンネル状に形成される。そして、ガス流路３２１−１〜３２１−７は、シャワープレート３２４の内部で、所定の間隔で配列される。

シャワープレート３２４を水平方向に貫通するガス流路３２１は、断面が円となる形状を有することが好ましい。そして、シャワープレート３２４では、ガス流路３２１に挿入される棒状部材３５０を備える。
棒状部材３５０は、後に詳述するように、両端の先端部３５１を除く本体部３５２が、断面半円となる形状を有し、ガス流路３２１−１〜３２１−７内では、複数種類の各ガスが流れる空間が確保されている。

シャワープレート３２４は、その端部に３本のガス供給路３２２を有する。ガス供給路３２２は、ガス流路３２１−１〜３２１−７のそれぞれと交差するように配設される。

ガス供給路３２２−１〜３２２−３はそれぞれ、その端部でガス管１３１−１、１３１−２、１３１−３とガス配管接続している。ガス管１３１−１、１３１−２、１３１−３の他方は、例えば、ガスボンベを用いて構成されたガス供給部１３３−１、１３３−２、１３３−３のそれぞれに接続している。

ガス管１３１−１〜１３１−３の途中にはそれぞれ、ガスの流量を調整してガスの供給量の調整が可能なガスバルブ１３５−１、１３５−２、１３５−３が接続されている。ガスバルブ１３５−１〜１３５−３は、後述するガス制御部１４０とともに、第３実施形態の成膜装置のガス供給制御機構を構成している。

第３実施形態の成膜装置は、基板１０１上にＳｉＣエピタキシャル膜を成膜することができる。その場合、第１〜第３の３種類のガスは、炭素のソースガスと分離ガスと珪素のソースガスの３種とすることができる。分離ガスは、上述したように、炭素のソースガスと珪素のソースガスとを分離するためのガスである。

その場合、第１のガスである炭素のソースガスは、ガス供給部１３３−１からガス管１３１−１に供給され、ひいてはガス供給路３２２−１に供給される。同様に、第２のガスである分離ガスは、ガス供給部１３３−２からガス管１３１−２に供給され、ひいてはガス供給路３２２−２に供給される。また、第３のガスである珪素のソースガスは、ガス供給部１３３−３からガス管１３１−３に供給され、ひいてはガス供給路３２２−３に供給される。

第３実施形態の成膜装置のシャワープレート３２４において、３本のガス供給路３２２−１〜３２２−３のそれぞれは、図７に示すように、７本のガス流路３２１−１〜３２１−７のそれぞれと交差している。そして、ガス供給路３２２−１〜３２２−３は、ガス流路３２１−１〜３２１−７との交差部のうちの所定の一部が接続部３４１を構成し、対応するガス流路３２１−１〜３２１−７とガス配管接続している。したがって、ガス流路３２１−１〜３２１−７は、接続部３４１およびガス供給路３２２−１〜３２２−３を介して、対応するガス管１３１−１〜１３１−３と接続する。

図７に示す例では、例えば、ガス供給路３２２−１とガス流路３２１−１との交差部に接続部３４１が構成されている。接続部３４１が構成されることにより、ガス供給路３２２−１とガス流路３２１−１はガス配管接続されることになる。その結果、ガス流路３２１−１は、接続部３４１およびガス供給路３２２−１を介して、ガス管１３１−１と接続する。そして、ガス管１３１−１からガス供給路３２２−１に供給された第１のガスは、接続部３４１を通ってガス流路３２１−１に供給されることになる。すなわち、ガス流路３２１−１は、第１のガスのためのガス流路となる。

図７に示すシャワープレート３２４では、同様の接続部３４１が、ガス供給路３２２−１とガス流路３２１−５との交差部、ガス供給路３２２−２とガス流路３２１−２との交差部、ガス供給路３２２−２とガス流路３２１−４との交差部、ガス供給路３２２−２とガス流路３２１−６との交差部、ガス供給路３２２−３とガス流路３２１−３との交差部およびガス供給路３２２−３とガス流路３２１−７との交差部に構成されている。その結果、ガス流路３２１−５は、接続部３４１およびガス供給路３２２−１を介して、ガス管１３１−１と接続する。ガス流路３２１−２、ガス流路３２１−４およびガス流路３２１−６は、接続部３４１およびガス供給路３２２−２を介して、ガス管１３１−２と接続する。ガス流路３２１−３およびガス流路３２１−７は、接続部３４１およびガス供給路３２２−３を介して、ガス管１３１−３と接続する。

したがって、ガス管１３１−１からガス供給路３２２−１に供給された第１のガスは、接続部３４１を通ってガス流路３２１−１およびガス流路３２１−５に供給されることになる。ガス流路３２１−１およびガス流路３２１−５は、第１のガスのためのガス流路となる。

同様に、ガス管１３１−２からガス供給路３２２−２に供給された第２のガスは、接続部３４１を通ってガス流路３２１−２、ガス流路３２１−４およびガス流路３２１−６に供給されることになる。ガス流路３２１−２、ガス流路３２１−４およびガス流路３２１−６は、第２のガスのためのガス流路となる。また、ガス管１３１−３からガス供給路３２２−３に供給された第３のガスは、接続部３４１を通ってガス流路３２１−３およびガス流路３２１−７に供給されることになる。ガス流路３２１−３およびガス流路３２１−７は、第３のガスのためのガス流路となる。

こうして、シャワープレート３２４は、７本のガス流路３２１−１〜３２１−７のそれぞれに、第１〜第３の３種類のガスのうちの１種類のみを供給することが可能となる。すなわち、シャワープレート３２４は、ガス流路３２１−１〜３２１−７とガス供給路３２２−１〜３２２−３の複数の交差部の中から接続部３４１を構成するものを適宜選択し、ガス流路３２１−１〜３２１−７のそれぞれに複数種類のガスのうちの１種類のガスのみが供給されるように構成されている。

そして、シャワープレート３２４は、ガス流路３２１−１〜３２１−７のそれぞれとチャンバ１０３のＰ_１領域とを、基板１０１側に向けられる第１の面の側で連通するように穿設された複数のガス噴出孔３２９を有する。ガス噴出孔３２９は、ガス流路３２１−１〜３２１−７の配設位置に穿設され、シャワープレート３２４の面内で、互いに所定の間隔をあけて分散配置されるように構成されている。

したがって、ガス管１３１−１からガス供給路３２２−１と接続部３４１を通ってガス流路３２１−１およびガス流路３２１−５に供給された第１のガスは、後に詳述する棒状部材３５０によって制御され、ガス噴出孔３２９から噴出し、基板１０１に向けて供給される。同様に、ガス管１３１−２からガス供給路３２２−２と接続部３４１を通ってガス流路３２１−２、ガス流路３２１−４およびガス流路３２１−６に供給された第２のガスは、棒状部材３５０によって制御され、ガス噴出孔３２９から噴出し、基板１０１に向けて供給される。また、ガス管１３１−３からガス供給路３２２−３と接続部３４１を通ってガス流路３２１−３およびガス流路３２１−７に供給された第３のガスは、棒状部材３５０によって制御され、ガス噴出孔３２９から噴出し、基板１０１に向けて供給される。こうして、本実施形態のシャワープレート３２４では、第１〜第３の３種類の各ガスが、基板１０１に向けてシャワー状に供給される。

このとき、シャワープレート３２４は、第１のガスが供給されるガス流路３２１−１、３２１−５と第３のガスが供給されるガス流路３２１−３、３２１−７との間に、第２のガス（分離ガス）が供給されるガス流路３２１−２、３２１−４、３２１−６が配置される構造となっている。上述したように、第１のガスは炭素のソースガスであり、第３のガスは珪素のソースガスであって、互いの間で反応を起こしやすい。したがって、シャワープレート３２４は、互いに反応しやすい２種類の各ガスの流路を空間的分離して配置し、さらにそれらの間に反応性に乏しい第２のガス（分離ガス）の流路を配置している。

その結果、シャワープレート３２４のガス噴出孔３２９から噴出される第１のガスと第３のガスは空間的な分離がなされるとともに、第２のガスの噴出による分離効果によってその空間的な分離はより効果的なものとなる。

そして、第３実施形態の成膜装置では、上述した成膜装置１００と同様に、ガス制御部１４０と、ガスバルブ１３５−１〜１３５−３とからなるガス供給制御機構を有する。
したがって、第３実施形態の成膜装置は、このガス供給制御機構を用い、ガス配管１３１−１〜１３１−３と接続するガス流路３２１−１〜３２１−７のそれぞれに対し、上記第１〜第３の３種類のガスを供給するタイミングと期間を制御することができる。そして、成膜装置１００と同様に、上記第１〜第３の３種類のガスのそれぞれが、ガス噴出孔３２９から基板１０１に向けて供給されるタイミングを制御することができる。

すなわち、シャワープレート３２４のガス噴出孔３２９からは、第１〜第３の３種類のガスのうちの１種類のみが、所定の期間、所定のガス噴出孔３２９のみから噴出されるようにすることができる。そして、その後は順次、他の種類のガスをそれぞれ、対応する所定のガス噴出孔３２９のみから所定の期間、噴出されるようにすることができる。その結果、シャワープレート３２４の表面や近傍において、それらのガスが混合されて互いの間で反応することを抑制することができる。

第３実施形態の成膜装置のシャワープレート３２４では、上述したように、ガス流路３２１に挿入される棒状部材３５０を備えるが、以下でその構造と機能について詳しく説明する。

図８は、本実施形態のシャワープレートのガス流路に挿入される棒状部材の構造を説明する図であり、図８（ａ）は棒状部材の平面図であり、図８（ｂ）は棒状部材の側面図であり、図８（ｃ）は棒状部材の断面図である。

図８に示す棒状部材３５０は、ガス流路３２１に対応する長さを有する。棒状部材３５０は、両端のそれぞれに所定の長さを有する先端部３５１を有する。先端部３５１はそれぞれ、断面円形の形状を有する。そして、棒状部材３５０は、その両端の先端部３５１以外の本体部３５２が、断面が半円となる形状を備えている。尚、棒状部材３５０の長さについては、ガス流路３２１と等しい長さとすることが可能であるが、挿入された状態でその先端部３５１の一部がガス流路３２１から突出するように、ガス流路３２１より若干長く形成することも可能である。

棒状部材３５０は、断面円形の先端部３５１の断面の半径および断面半円である本体部３５２の断面の半径が、ガス流路３２１の断面の半径と実質的に等しくなるように形成されている。したがって、棒状部材３５０がガス流路３２１に挿入されると、棒状部材３５０の両方の先端部３５１が、ガス流路３２１の両端を塞ぐようになる。したがって、ガス流路３２１に棒状部材３５０が挿入され、適正な位置に設置された場合、ガス流路３２１に供給された複数種類の各ガスが、ガス流路３２１の両端から流出することはない。

このとき、棒状部材３５０の本体部３５２は、断面が半円の形状である。したがって、ガス流路３２１の内部では、ガス流路３２１と棒状部材３５０の本体部３５２との間に空間が形成され、複数種類の各ガスの流路が確保されている。

図９は、本発明の第３実施形態である成膜装置のシャワープレートの模式的な断面図である。

図８および図９に示すように、棒状部材３５０は、冷媒の流路３４２を備えたシャワープレート３２４のガス流路３２１に挿入された状態で、その本体部３５２が、ガス流路３２１とチャンバ１０３のＰ_１領域とを連通するガス噴出孔３２９を塞ぐように機能する。その一方で、本体部３５２は、それを上下方向に貫通する貫通孔３５３を形成して有している。

本体部３５２の貫通孔３５３は、棒状部材３５０がガス流路３２１に挿入された状態で、ガス流路３２１内に導入された複数種類の各ガスの流路となる。
ガス流路３２１に挿入された棒状部材３５０は、本体部３５２の貫通孔３５３とシャワープレート３２４のガス噴出孔３２９とが連通するようにし、ガス流路３２１内に供給されたガスを通してガス噴出孔３２９から噴出されるようにする。

こうして、シャワープレート３２４では、棒状部材３５０がガス流路３２１に挿入され、ガス流路３２１とチャンバ１０３内とを連通する複数のガス噴出孔３２９のうちの少なくとも一部を塞ぐように機能する。それとともに、棒状部材３５０は、残るガス噴出孔３２９とそのガス流路３２１とを貫通孔３５３を介して連通させるようにし、ガス流路３２９に供給された複数種類の各ガスの少なくとも一部を、貫通孔３５３に連通するガス噴出孔３２９から基板１０１に向けて供給できるようにしている。

ここで、第３実施形態である成膜装置では、この棒状部材３５０の本体部３５２の貫通孔３５３を所望の配置構造で形成することができる。例えば、シャワープレート３２４のガス噴出孔３２９の形成ピッチの２倍の形成ピッチで、本体部３５２に貫通孔３５３を形成することができる。

そのような貫通孔３５３の配置構造を備えた棒状部材３５０は、ガス流路３２１に挿入された場合、ガス流路３２１の配設位置に穿設されたガス噴出孔３２９のうち、半数のガス噴出孔３２９を塞ぐことになる。すなわち、本体部３５２の貫通孔３５３に対応する位置にあるガス噴出孔３２９は、本体部３５２によって塞がれることがない。貫通孔３５３に対応する位置にないガス噴出孔３２９のみが、棒状部材３５０の本体部３５２によって塞がれることになる。その結果、ガス流路３２１の配設位置に穿設され、複数種類の各ガスを噴出するガス噴出孔３２９は、実際に配設された複数の中で、１個おきに半数が塞がれ、その他のものが選択されてガス噴出に使用されることになる。

このように、貫通孔３５３の所望の配置構造を有する棒状部材３５０の制御により、既に穿設されている複数のガス噴出孔３２９の中で実際に使用するものを選択することができる。すなわち、各ガス流路３２１−１〜３２１−７に対応するよう、各ガス流路３２１−１〜３２１−７の配設位置に複数が穿設されたガス噴出孔３２９のうち、一部を棒状部材３５０で塞ぐことができる。そうすることにより、複数のうちから使用するガス噴出孔３２９の選択を行い、基板１０１に向けて所定のガスを噴出させるようにすることができる。

また、棒状部材３５０の本体部３５２の貫通孔３５３を、中心部近傍のみに選択的に設け、本体部３５２の両端に近い部分には設けないようにすることもできる。その場合、ガス流路３２１の配設位置に穿設された複数のガス噴出孔３２９のうち、中心部分と離れた端の部分にあるものが選択されて、棒状部材３５０の本体部３５２によって塞がれる。そして、各ガスを噴出できるガス噴出孔３２９としては、中心部分の近傍にあるものが選択され、中心部分に集中するようになる。その結果、第３実施形態の成膜装置では、所定のガスをシャワープレート３２４から基板１０１の中心部分に集中するように供給することができる。

そして、その逆に、棒状部材３５０の本体部３５２に形成する貫通孔３５３を、中心部分の近傍には設けず、本体部３５２の両端に近い部分に選択的に設けるようにすることもできる。その場合、ガス流路３２１の配設位置に穿設された複数のガス噴出孔３２９のうちの中心部分に近い部分にあるものが選択され、棒状部材３５０の本体部３５２によって塞がれる。ガスを噴出できるガス噴出孔３２９としては、中心部分を除いた端に近い部分にあるものが選択されることになる。その結果、第３実施形態の成膜装置では、所定のガスをシャワープレート３２４から基板１０１の周縁部分に向けて供給することができる。

尚、ガス噴出孔３２９を塞ぐ閉塞部材としては、棒状部材３５０に限定されるものではない。図１２、図１３に示すように、ふた３５４又はねじ３５５等の閉塞手段により、ガス噴出孔３２９を選択的に塞ぐことが可能である。

以上のように、本発明の第３実施形態である成膜装置は、シャワープレート３２４の表面や近傍において、使用する複数種類のガスが混合されて、互いの間で熱反応することを抑制することができる。そしてさらに、シャワープレート３２４において、ガス流路３２１に挿入される棒状部材３５０の貫通孔３５３の配置構造を制御することにより、複数種類の各ガスを噴出させるガス噴出孔３２９の選択ができるように構成されている。その結果、シャワープレート３２４において、複数種類の各ガスを噴出させるガス噴出孔３２９の分布を、所望とするように、より細かく制御することができる。

実施の形態４．
本実施の形態は、成膜室内に配置された試料に向けてシャワープレートから複数種類のガスを供給して、その試料の上に所定の膜を形成する成膜方法であって、シャワープレートは、試料側に向けられる第１の面に沿うようにその内部で延在する複数のガス流路と、複数の各ガス流路が成膜室内とその第１の面の側で連通するように穿設された複数のガス噴出孔とを有し、複数種類の各ガスを供給するガス管を、複数の各ガス流路に接続し、各ガス管から複数のガス流路に複数種類の各ガスを供給して、各ガスのそれぞれをガス噴出孔から試料に向けて供給することを特徴とする成膜方法に関する。

ここでは、基板上にＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する方法を例として説明する。本実施の形態の成膜方法は、図１に示した第１実施形態の成膜装置１００の別の例であって、図４に示したシャワープレート２２４を有する本発明の実施形態の成膜装置を用いて行うことができる。したがって、図１、図４および図５等の図面を適宜参照しながら説明する。

本実施の形態の成膜方法は、気相成長をさせて基板１０１上にエピタキシャル膜を成膜する。そして、その成膜処理に際し、シャワープレート２２４の表面や近傍において、使用する複数種類のガスが混合されて互いの間で熱反応することを抑制することができる。尚、基板１０１の直径は、例えば、２００ｍｍまたは３００ｍｍとすることができる。

基板１０１の、成膜装置のチャンバ１０３内への搬入は、図示しない搬送用ロボットを用いて行う。

成膜装置１００の回転部１０４の内部には、回転軸１０４ｂの内部を貫通する昇降ピン(図示されない）が設けられている。搬送用ロボットからの基板１０１の受け取りは、この昇降ピンが用いられる。
昇降ピンを初期位置から上昇させ、サセプタ１０２上方の所定の位置で、搬送用ロボットから昇降ピンが基板１０１を受け取った後、基板１０１を支持した状態で昇降ピンを下降させる。

そして、昇降ピンを所定の初期位置に戻すことにより、基板１０１は、回転部１０４の円筒部１０４ａ上のサセプタ１０２の上に載置される。

次に、チャンバ１０３内を常圧の状態または適当な減圧の状態にする。次いで、ガス制御部１４０の制御によってガスバルブ１３５−２を制御し、ガス供給部１３３−２から第２のガスである分離ガスとして水素ガスをガス管１３１−２に供給する。そして、ガス供給路２２２−２および接続部２４１を通って、ガス流路２２１−２、２２１−４、２２１−６に水素ガスを供給し、ガス噴出孔２２９から噴出させて、Ｐ_１領域に供給する。そして、水素ガスを流しながら、回転部１０４に付随させて、基板１０１を５０ｒｐｍ程度で回転させる。

次に、ヒータ１２０によって基板１０１を１５００℃〜１７００℃に加熱する。例えば、成膜温度である１６５０℃まで徐々に加熱する。同時に、シャワープレート２２４の流路２４２に冷却水を供給し、シャワープレート２２４の冷却を開始する。

基板１０１の温度が１６５０℃に達した後は、徐々にサセプタ１０２上の基板１０１の回転数を上げていくようにする。そして、ガス制御部１４０の制御によって、ガスバルブ１３５−１〜１３５−３を制御し、ガス供給部１３３−１〜１３３−３からガス管１３１−１〜１３１−３のそれぞれに供給するようにして、第１〜第３の３種類の各ガスをチャンバ１０３内のＰ_１領域に供給する。

そして、基板１０１の温度を１６５０℃に維持し、円筒部１０４ａ上のサセプタ１０２を９００ｒｐｍ以上の高速で回転させながら、基板１０１上での気相成長を促進し、高い成膜速度で効率良くエピタキシャル膜を成膜させる。

基板１０１状にＳｉＣエピタキシャル膜を形成するための第１〜第３の３種類のガスは、炭素のソースガスと分離ガスと珪素のソースガスの３種である。そして、第１のガスである炭素のソースガスとしては、プロパンガスと水素ガスとの混合ガスを用いる。第２のガスである分離ガスとしては、水素（Ｈ_２）ガスを用いる。第３のガスである珪素のソースガスとしては、シランガスと水素ガスの混合ガスを用いる。

ガス制御部１４０の制御によって、第１のガスであるプロパンガスと水素ガスとの混合ガスは、ガス供給部１３３−１からガス管１３１−１に供給され、ひいてはガス供給路２２２−１に供給される。同様に、第２のガスである水素ガスは、ガス供給部１３３−２からガス管１３１−２に供給され、ひいてはガス供給路２２２−２に供給される。また、第３のガスであるシランガスと水素ガスの混合ガスは、ガス供給部１３３−３からガス管１３１−３に供給され、ひいてはガス供給路２２２−３に供給される。

次いで、ガス供給路２２２−１に供給されたプロパンガスと水素ガスとの混合ガスは、接続部２４１を通ってガス流路２２１−１およびガス流路２２１−５に供給されることになる。

同様に、ガス供給路２２２−２に供給された水素ガスは、接続部２４１を通ってガス流路２２１−２、ガス流路２２１−４およびガス流路２２１−６に供給されることになる。また、ガス供給路２２２−３に供給されたシランガスと水素ガスの混合ガスは、接続部２４１を通ってガス流路２２１−３およびガス流路２２１−７に供給されることになる。

こうして、シャワープレート２２４では、７本のガス流路２２１−１〜２２１−７のそれぞれに、第１〜第３の３種類のガスのうちの１種類のみが供給される。

シャワープレート２２４は、ガス流路２２１−１〜２２１−７のそれぞれとチャンバ１０３のＰ_１領域とを、基板１０１側に向けられる第１の面の側で連通するように穿設された複数のガス噴出孔２２９を有する。

したがって、ガス流路２２１−１およびガス流路２２１−５に供給されたプロパンガスと水素ガスとの混合ガスは、ガス流路２２１−１およびガス流路２２１−５の配設位置に穿設されたガス噴出孔２２９から噴出し、基板１０１に向けて供給される。同様に、ガス流路２２１−２、ガス流路２２１−４およびガス流路２２１−６に供給された水素ガスは、ガス流路２２１−２、ガス流路２２１−４およびガス流路２２１−６の配設位置に穿設されたガス噴出孔２２９から噴出し、基板１０１に向けて供給される。また、ガス流路２２１−３およびガス流路２２１−７に供給されたシランガスと水素ガスの混合ガスは、ガス流路２２１−３およびガス流路２２１−７の配設位置に穿設されたガス噴出孔２２９から噴出し、基板１０１に向けて供給される。こうして、本実施形態の成膜方法では、エピタキシャル膜形成のための原料となるガスを基板上に供給する段階で、炭素のソースガスと分離ガスと珪素のソースガスの３種類の各ガスが、それぞれ分離された状態で、シャワープレート２２４から基板１０１に向けてシャワー状に供給されることになる。

このとき、本実施の形態の成膜方法では、ガス供給制御機構を用い、ガス管１３１−１〜１３１−３と接続するガス流路２２１−１〜２２１−７のそれぞれに対し、上記第１〜第３の３種類のガスを供給するタイミングと期間を制御することができる。その結果、上記第１〜第３の３種類のガスのそれぞれが、ガス噴出孔２２９から基板１０１に向けて供給されるタイミングを制御することができる。

したがって、本実施の形態の成膜方法では、基板上にエピタキシャル膜を形成する段階で、炭素のソースガスと分離ガスと珪素のソースガスをシャワープレート２２４から基板１０１に向けて時間的に分離して供給することができ、さらにその供給の順番を制御する。

本実施の形態の成膜方法では、上記エピタキシャル膜の形成の段階で、１番目に炭素のソースガスであるプロパンガスと水素ガスとの混合ガスを供給し、２番目に分離ガスである水素ガスを供給し、３番目に珪素のソースガスであるシランガスと水素ガスの混合ガスを供給する。そして、膜形成が終了するまで、この順番のガス供給を繰り返す。こうしたガスの供給方法に従うことにより、シャワープレート２２４の表面や近傍において、使用する複数種類のガスが混合されて互いの間で熱反応することを抑制することができる。

基板１０１上でのエピタキシャル膜の成膜を終了し、エピタキシャル膜の成膜された基板１０１が所定の温度まで降温した後、基板１０１はチャンバ１０３の外に搬出される。その場合、まず昇降ピンを上昇させる。そして、基板１０１を下方側から支持した後、昇降ピンをさらに上昇させて、サセプタ１０２から持ち上げて引き離すようにする。

そして、昇降ピンは搬送用ロボットに基板１０１を受け渡す。基板１０１を受け渡された搬送用ロボットは、その基板１０１をチャンバ１０３の外に搬出する。

また、本実施の形態の成膜方法では、別の成膜方法として、ＭＯＣＶＤ法を利用し、基板上にＧａＮエピタキシャル膜を成膜することができる。その場合の成膜方法は、図６に示した第２実施形態の成膜装置３００であって、図４示したシャワープレート２２４を有する成膜装置を用いて行うことができる。そして、基板上にＳｉＣエピタキシャル膜を形成するのと同様に行うことができる。

その場合、基板１０１上にＧａＮエピタキシャル膜を形成するための原料となる複数種類のガスとして、第１〜第３の３種類のガスを使用することができる。この３種類のガスは、第１のガスが窒素（Ｎ）のソースガスであり、例えば、アンモニア（ＮＨ_３）である。第２のガスが分離ガスであり、例えば、水素ガスである。第３のガスがガリウム（Ｇａ）のソースガスであり、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスである。

そして、基板１０１を、ＧａＮエピタキシャル膜の成膜に好適な温度に加熱した後、基板１０１上で気相成長を行う段階で、上記３種類のガスをシャワープレート２２４から基板１０１に向けて分離して供給することができる。
そしてさらに、気相成長を行う段階で、基板１０１に向けて供給される窒素のソースガスと分離ガスとガリウムのソースガスの供給を時分割で行い、それら供給の順番を制御することができる。

本実施の形態の成膜方法では、上記エピタキシャル膜の形成の段階で、１番目に窒素のソースガスであるアンモニアを供給し、２番目に分離ガスである水素ガスを供給し、３番目にガリウムソースガスであるトリメチルガリウムを供給する。そして、膜形成が終了するまで、この順番のガス供給を繰り返す。こうしたガスの供給方法に従うことにより、シャワープレート２２４の表面や近傍において、使用する複数種類のガスが混合されて互いの間で熱反応することを抑制することができる。

以上で説明した本実施の形態の成膜では、エピタキシャル膜の形成に使用され、反応性が高く、互いに反応しやすい複数のガスを、分離してシャワープレートに導入し、それらを混合することなく、分離したまま、基板に向けてシャワー状に供給することができる。

さらに、エピタキシャル膜の形成に使用される複数の各ガスを、空間的かつ時間的に分離して、基板に向けて供給することが可能である。その結果、使用するシャワープレートを冷却することと併せて、シャワープレートの表面や近傍において、使用する複数種類のガスが混合されて互いの間で熱反応することを抑制することができる。

尚、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。

例えば、上記各実施の形態では、成膜装置の一例としてエピタキシャル膜の成膜装置を挙げたが、本発明はこれに限られるものではない。成膜室内に原料ガスを供給し、成膜室内に載置される半導体基板を加熱して半導体基板の表面に膜を形成する成膜装置であれば、ＣＶＤ装置等の他の成膜装置であってもよい。

１００、３００、１１００ 成膜装置
１０１ 基板
１０２、１１０２ サセプタ
１０３、１１０３ チャンバ
１０４、１１０４ 回転部
１０４ａ、１１０４ａ 円筒部
１０４ｂ、１１０４ｂ 回転軸
１０８、１１０８ シャフト
１０９、１１０９ 配線
１２０、１１２０ ヒータ
１２１、１２１−１、１２１−２、１２１−３、１２１−４、１２１−５、１２１−６、２２１、２２１−１、２２１−２、２２１−３、２２１−４、２２１−５、２２１−６、２２１−７、３２１、３２１−１、３２１−２、３２１−３、３２１−４、３２１−５、３２１−６、３２１−７ ガス流路
１２２、１２２−１、１２２−２、１２２−３、２２２、２２２−１、２２２−２、２２２−３、３２２、３２２−１、３２２−２、３２２−３ ガス供給路
１２４、２２４、３２４、１１２４ シャワープレート
１２５、１１２５ ガス排気部
１２６、１１２６ 調整バルブ
１２７、１１２７ 真空ポンプ
１２８、１１２８ 排気機構
１２９、２２９、３２９、１１２９ ガス噴出孔
１３１、１３１−１、１３１−２、１３１−３ ガス管
１３３、１３３−１、１３３−２、１３３−３、１１２３ ガス供給部
１３５、１３５−１、１３５−２、１３５−３ ガスバルブ
１４０ ガス制御部
１４１、２４１、３４１ 接続部
１４２、１４２’、１４２’−１、１４２’−２、１４２’−３、１４２’−４、１４２’−５、２４２、３４２ 流路
３５０ 棒状部材
３５１ 先端部
３５２ 本体部
３５３ 貫通孔
３５４ ふた
３５５ ねじ
１１０１ ウェハ

Claims (7)

1. 成膜室と、 前記成膜室の上部に設けられて、前記成膜室に供給されるガスが通過するシャワープレートとを有する成膜装置であって、 前記シャワープレートは、前記成膜室の内部に向けられる第１の面と、 前記第１の面に対向し且つ前記成膜室の外部に向けられる第２の面と、 前記第１の面と前記第２の面の間でこれらに沿って延在する複数のガス流路と、 前記複数のガス流路と前記第１の面とを連通する複数のガス噴出孔とを有し、
   前記複数のガス流路の各一端から供給された前記ガスは、前記複数のガス噴出孔から前記成膜室の内部に向けて噴出するよう構成され、
   前記シャワープレートは、前記ガス流路と前記成膜室内とを連通する前記複数のガス噴出孔のうちの少なくとも一部を塞ぐ閉塞部材を有することを特徴とする成膜装置。
2. 前記複数のガス流路の少なくとも１つに第１のガスを供給するタイミングと、他のガス流路に第２のガスを供給するタイミングとを制御するガス供給制御機構を有することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記シャワープレートは、冷却手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
4. 前記冷却手段は、前記第２の面に設けられることを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
5. 前記冷却手段は、前記第１の面側に設けられることを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
6. 前記閉塞部材は、前記各ガス流路が前記第１の面に沿う所定の方向に延在して内部を貫通するとともに、当該各ガス流路に挿入され、前記ガス流路と前記成膜室内とを連通する複数の前記ガス噴出孔のうちの少なくとも一部を塞ぐとともに、残る前記ガス噴出孔と当該ガス流路とを連通させるように形成された貫通孔を有する棒状部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
7. 前記閉塞部材は、ふた又はねじであることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。

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