TWI682059B

TWI682059B - 氣相成膜裝置

Info

Publication number: TWI682059B
Application number: TW107135823A
Authority: TW
Inventors: 須田昇; 大石隆宏; 米野純次; 陳哲霖; 劉奕宏
Original assignee: 漢民科技股份有限公司
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2020-01-11
Also published as: CN109695027B; JP2019079867A; TW201917234A; CN109695027A

Abstract

本發明將提供一種氣相成膜裝置，其以大型化之生產裝置，以均一性及可重複性佳之特性，將對向面溫度控制到適合過程的溫度。氣相成膜裝置，主要係以橫向或自轉式氣相成膜裝置。於具有過程氣體（Process gas）導入部及排氣部且被水冷的腔室內，適當配置有：一基板220、一保持有基板之承載座222、加熱基板220及承載座222之裝置、及與基板220及承載座222對向且形成有成膜空間（流體通道）之對向面構件20之構造。過程氣體，原則上，係與基板220平行地流動。於對向面構件20之反面（腔室壁202側），形成一凹凸形狀22，且設置成讓該凸部24與腔室壁220接觸。且，讓由2種不同被流量控制的導熱性之氣體所組成之混合氣體（對向面溫度控制氣體）可於凹部26來流通。

Description

氣相成膜裝置

本發明係有關在半導體或氧化物基板上形成有半導體膜之氣相成膜裝置，更具體而言，有關於與基板面對之對向面的溫度控制。

作為一般的氣相成膜裝置之一種形式，具有將過程氣體導入到與基板面平行之形式。作為該例子有如下圖16至圖19，圖16係表示自轉式氣相成膜裝置的剖面例子，圖17為表示該自轉式氣相成膜裝置的承載座之平面圖例子。另外，圖18為表示橫向示氣相成膜裝置的剖面例子，圖19為表示該橫向式氣相成膜裝置的承載座之平面圖例子。

首先，於圖16及圖17所示之自轉式氣相成膜裝置100上，其中腔室110，係藉由通過腔室構件102的冷卻水104來冷卻。該腔室110，係具備：一過程氣體（或材料氣體）導入部106、一對向面溫度控制氣體導入部150、一吹掃氣體導入部160及排氣部108A與108B。且，於腔室110內，適當地配置有：一承載座124，其放置有成膜用的基板120及基板固定座122；及一對向面構件126，其具有與該基板120為相對之對向面128，於此等之承載座124及對向面構件126之間，形成一成膜空間（流體通道）130。該承載座124，設置繞旋轉軸140旋轉之機構，該基板固定座122，設置圍繞基板120的中心旋轉的機構。

另一方面，於圖18及圖19所示之橫向式氣相成膜裝置200上，其中腔室210，係藉由通過腔室構件202的冷卻水204來冷卻。該腔室210，係具備：一過程氣體導入部206、一對向面溫度控制氣體導入部250、一吹掃氣體導入部260及一排氣部208。且，於腔室210內，適當地配置有：一承載座222，其放置有成膜用的基板220及此；及一對向面構件226，其形成一與該基板220為相對之對向面228，於此等之承載座222及對向面構件126之間，形成一成膜空間（流體通道）230。於上述之橫向式氣相成膜裝置200構造上，僅設置讓承載座222圍繞旋轉軸240旋轉的機構。

另外，於氣相成膜中，不用說，基板溫度為一個重要因素，需要既精確又可重複的基板溫度控制。基板加熱，通常係藉由加熱器或高頻加熱等之加熱裝置（如圖16中的加熱器170，圖18中的加熱器270等所示）來進行加熱。於由水冷壁所圍繞的成膜裝置（所謂的冷壁型）中，於加熱裝置中產生的熱量，依承載座（或基板固定座）、基板、面向面構件及腔室構件之順序而到達冷卻水，於此排熱。圖20為表示於橫臥室氣相成膜裝置的情況下之熱流動，藉由加熱器270所產生之熱，如圖中箭頭FA所示，經過承載座222、基板220、面向面構件226及腔室構件202到達冷卻水204，於此排熱。基板220，由於位於加熱器270及對向面構件226之間，所以若對向面構件226的溫度不穩定，則基板溫度也將不穩定。

對向面溫度也會影響到成膜步驟中非常重要的特性，例如膜中的雜質濃度，沉積速率分佈，材料效率。在化學氣相成膜中，各種化學反應不僅會發生在基板上，也就是說也會發生在氣相中，也就是在成膜空間中。也就是說，並與載氣一起被導入於成膜空間之材料分子，在經歷各種中間反應後而到達基板，於此作為用於堆放膜的地方。因此，薄膜雜質濃度，沉積速率分佈，材料效率等之成薄特性，存在於成膜空間中之材料分子的化學反應過程，因此，如果成膜空間中的化學反應狀態不穩定，則此等特性也不穩定。且，當然，雖然成膜空間中的化學反應，會受到成膜空間溫度分佈的影響很大，但是成膜空間之溫度係由承載座或基板的溫度及對向面溫度來決定。

於下列專利文獻1所述之「磊晶（Epitaxial）生長反應器」中，將揭示一種有關於對向面之溫度控制之方法，目前通常都採用這種方法。該方法，係於對向面構件及被水冷之腔室壁之間，設置一空隙，於此，讓具有導熱係數較高之氣體及導熱係數較低之氣體的混合氣體（對向面溫度控制氣體）流通，利用藉由該混合比來調整空隙的熱導率來控制對向面的溫度。在化合物半導體的MOCVD中，通常係採用氫氣作為高導熱係數的氣體，而通常採用氮氣作為低導熱係數的氣體。也就是說，為了控制對向面溫度，要調整對向面溫度控制氣體之氫氣與氮氣的比例。該空隙相當於圖16中的空隙18 0及圖18中的空隙280。 [專利文獻]

[專利文獻1]特開平1-278497號公報

同時，近年來，於工業上重要性變得日益增加的氮化物類之成膜中，需要一超過1000°C之高基板溫度。因此，成膜空間的溫度也必須提高。然而，當成膜空間的溫度提高時，氣相中的化學反應會過度進行，並引發出各種有害之影響。譬如，在某些情況下，材料分子會因過度的氣相反應而失活（Inactivated），進而導致材料效率或膜厚度分佈的惡化。於另一種情況下，在氣相中過度進行材料分子的分解反應，而因低分子化而加快擴散速度，結果，產生於上游區域讓材料分子萎凋的問題。如此一來，由於成膜空間的高溫會引起各種有害之影響，因此必須將其保持在一定程度的低溫。

由於基板溫度的最佳溫度取決於要形成的薄膜的種類，所以不能任意設定。故，為了要降低成膜空間的溫度，需要降低對向面的溫度。對向面溫度的適當值雖取決於成膜目標，但是在基於氮化物類之物體的情況下，根據經驗，對向面溫度約為200至250℃為較合適。為了要實現基板溫度為大於等於1000度且低溫約為200至250℃之對向面溫度，必須縮小流通對向面溫度控制氣體的空隙。若空隙寬廣，即使僅讓以高導熱係數的氫氣作為對向面溫度控制氣體流通，也會讓對向面溫度超過適當的溫度範圍。

圖21表示在普通氮化物類化合物半導體的成膜條件下之空隙與該空隙的控制溫度之間的關係。於該同中，橫軸為表示空隙寬度（mm）；縱軸為表示對向面溫度的下限值及上限值（℃）。又，於該圖中，實線部分雖表示對向面溫度的下限值，但是此值，也就是將對向面溫度控制氣體設定為100％氫氣時的對向面溫度。另外，虛線部分雖表示對向面溫度的上限值，但是此值係將對向面溫度控制氣體設定為100％氫氣時的對向面溫度。從圖21可得知，在空隙寬度為0.1~0.2mm的情況下，可以容易地獲得對向面溫度為200℃~250℃的適當溫度。

另一方面，近年來，對氮化物類的成膜裝置之大型化的需求強烈，且於目前的生產裝置中，對向面構件的尺寸已達到直徑為700mm，有時甚至達到1m。於如此寬的範圍內要均勻地形成約0.1~0.2mm的窄空隙，若考慮到構件之加工精密度的話，則其困難度很高。另外，在任何情況下，由於加熱導致的對向面構件的輕微熱變形係無法避免，且若縮窄空隙寬度，即使為輕微的熱變形也會極大地受到該影響。從此等問題點來看，存在著一種問題，也就是難以藉由習知方法之大型之生產裝置，以均勻性且可重複性佳地控制對向面溫度。

本發明係有鑑於以上幾個問題點而發明之，其目的將提供一種氣相成膜裝置，其以大型化之生產裝置，以均一性及可重複性佳之特性將對向面溫度控制到適合過程的溫度。

本發明之氣相成膜裝置，配置有：一承載座（susceptor），具有一材料氣體導入部與一排氣部，且於被經水冷的壁面所包圍之腔室內空間，具有用來保持成膜用基板；及一對向面構件，形成相對於該承載座及成膜用基板為水平方向之流體通道（Flow channel）；其中，於該腔室內，具備一對向面溫度控制氣體導入部，其係導入用來控制該對向面構件之溫度的對向面溫度控制氣體，同時於該對向面構件的不與該基板對向的面上形成有凹凸形狀，讓凸部配置成與該經水冷的壁面接觸，而將凹部用作流量控制的該對向面溫度控制氣體的流路。

主要之一種形態，其特徵係該對向面溫度控制氣體係由大於等於2種之不同導熱係數的氣體組成的混合氣體。另一形態，其特徵係該對向面溫度控制氣體包括有氫氣及氮氣。於又一形態中，其特徵係在與該對向面構件之該基板面向的區域中，其中與該區域內的該凸部之接觸部的面積比，對該區域的總面積為0.3至0.6。

於又一形態中，其特徵係該凸部之高度為小於等於2mm。於又一形態中，其特徵係藉由有機金屬氣相成膜法（Organometallic vapor phase film formation method）於該基板上形成有成膜對象。於又一形態中，在該基板上成膜的對象係為氮化物類之化合物半導體。藉由以下詳細之說明及附圖，本發明的前述及其他目的，特徵及優點將為顯而易見。 [發明效果]

若依據本發明之氣相成膜裝置，其配置有：一承載座（susceptor），具有一材料氣體導入部與一排氣部，且於被經水冷的壁面所包圍之腔室內空間，具有用來保持成膜用基板；及一對向面構件，形成相對於該承載座及成膜用基板為水平方向之流體通道（Flow channel）；其中，於該腔室內，具備一對向面溫度控制氣體導入部，其係導入用來控制該對向面構件之溫度的對向面溫度控制氣體，同時於該對向面構件的不與該基板對向的面上形成有凹凸形狀，讓凸部配置成與該經水冷的壁面接觸，而將凹部用作流量控制的該對向面溫度控制氣體的流路。因此，將提供一種氣相成膜裝置，利用大型化之生產裝置，且以均一性及可重複性佳之特性，將對向面溫度控制到適合過程的溫度。

以下，將基於實施例詳細說明用於實施本發明之最佳實施例。

＜基本概念＞首先，茲考圖1來說明本發明之基本概念。圖1為表示本發明的基本概念的剖面圖。本發明基本構造，係以橫向式或自轉式化學氣相成膜裝置為基礎之成膜裝置（圖1係以橫向式氣相成膜裝置為例）。也就是說，於具有過程氣體導入部及排氣部之被經水冷之腔室內，適當配置有：一基板220、一用於保持基板的承載座222、一用來加熱基板220及承載座222之裝置，且與基板220及承載座222對向而形成成膜空間之一對向面構件20。過程氣體流動方向，原則上係與基板平行。

如以上所述，於習知技術中，於對向面構件的背面及腔室構件之間，設置一空隙（如圖16之空隙180，圖18之空隙280），於此雖讓對向面溫度控制氣體流通且進行溫度控制，但習知上，對向面構件的背面為一平坦狀。反之，於本發明中，係在對向面構件20的後表面（腔室構件202側）上，設置一凹凸形狀22，且設置為讓凸起部分24與腔室構件220接觸。且，讓由2種不同導熱係數的氣體組成的混合氣體（對向面溫度控制氣體）流通到凹部26，控制對向面溫度。

對向面溫度之控制下限值，係當具有最佳導熱係數的氫氣（亦即，100％氫氣）流動時所獲得。於本發明中，讓對向面構件20部分接觸，由於該對向面構件20為一固體，因此其具有比作為氣體的氫氣高許多的導熱性。換言之，導熱性佳。由於可讓導熱佳的對向面構件20部分地接觸到腔室構件220，所以從對向面構件20到腔室構件20之有效導熱得以改善。即使作為非接觸部的凹部26的高度差距變大，也可實現於習知方法中，與狹窄空隙寬度時之導熱性具有相同之有效導熱性。為了計算，於本發明中，要在氮化物類的成膜條件下取得對向面溫度約為200~250℃，只要形成具有約1mm的高度差距的凹凸即可。將在稍後之模擬的說明中，將會詳細地說明這一點。 [實施例1]

＜自轉式氣相成膜裝置的應用例＞首先，茲參考圖2~圖5來說明自轉式氣相成膜裝置10。圖2為表示自轉式氣相成膜裝置的剖面圖。圖3為表示以對向面構件之凹凸形狀為例子之平面圖。圖4為表示沿著＃A－＃A線切割該圖3而從箭頭方向看過去之剖面圖。圖5為表示以對向面構件之凹凸形狀為其他例子之平面圖。

首先，本實施例之自轉式氣相成膜裝置10之基本構造，係與上述之習知技術（茲參考圖16及圖17）相同。也就是說，如圖2所示，於自轉式氣相成膜裝置10中，腔室110係藉由通過腔室構件102的冷卻水104來水冷。該腔室110，具備：一過程氣體（或材料氣體）導入部106、一對向面溫度控制氣體導入部150、一吹掃氣體導入部160及一排氣部108A，108B。且，於腔室110內適當配置：一用於載放成膜用基板120及基板固定座122之承載座124；及一具有與該基板120對向之對向面21之對向面構件20，於此等承載座124及對向面構件126之間，形成一成膜空間（流體通道）130。該承載座124，係設置為以旋轉軸140為中心旋轉之機構，而該基板固定座122，係設置為以基板120之中心為軸而旋轉之機構。

於本發明上，除了上述構造之外，於該對向面構件20的上側（腔室構件102側），設置一凹凸形狀22。該對向面構件20，係設置為讓凹凸形狀22的凸部24與被水冷過之腔室部件102接觸，讓對向面表面溫度控制氣體流通到凹部26。

作為凹凸形狀2 2的形態的一個例子，如圖3所示，為具有設置複數個島狀（或點狀）凸部24的形態。圖4為表示沿著＃A－＃A線切割該圖3而從箭頭方向看過去之剖面圖。凸部24及凹部26配置成規則性。又，於圖3中，凸部24的平面形狀雖為圓形，但即使譬如為四邊形狀等，其效果也相同，因此其可為任何形狀。另外，有關凸部24的配置，在圖3中，雖係採用格子狀的周期性配置，但只要為確保溫度的均勻性之配置，皆可採用任何的配置。另外，即使非為島狀，如圖5的對向面構件20A所示，也可讓從中間開口部28往外邊緣使寬度逐漸變寬之凹部26A以徑向來配置。於此種情況下，凸部24A也為徑向形狀。

＜橫向式氣相成膜裝置的應用例＞其次，茲參考圖6~圖8來說明橫向式氣相成膜裝置50的應用例。圖6為表示橫向式氣相成膜裝置之剖面圖。圖7及圖8為表示以對向面構件之凹凸形狀為例子之圖。本實施例之橫向式氣相成膜裝置50之基本構造，係與上述之習知技術（如圖18及圖19所示）相同。也就是說，如圖6所示，於橫向式氣相成膜裝置50上，腔室210係藉由通過腔室構件202的冷卻水204來水冷。該腔室210，具備：一過程氣體導入部206、一對向面溫度控制氣體導入部250、一吹掃氣體導入部260及一排氣部208。且，於腔室210內適當配置：一成膜用基板120及載放此之承載座222；及一形成有與該基板220對向之對向面61之對向面構件60，於此等承載座222及對向面構件226之間，形成一成膜空間（流體通道）230。於以上之橫向式氣相成膜裝置200之構造上，僅設置一讓承載座222繞著旋轉軸240旋轉的機構。

於本發明上，除了上述構造之外，於該對向面構件60的上側（腔室構件202側），設置一凹凸形狀62。該對向面構件60，係設置為讓凹凸形狀62的凸部64與被水冷過之腔室部件202接觸，讓對向面表面溫度控制氣體流通到凹部66。作為凹凸形狀62的具體圖案，譬如，如圖7所示，具有讓凸部64以格子狀且週期性配置的形狀。沿著＃B－＃B線切割圖7而從箭頭方向看到之剖面，係與該圖4相同。另外，如圖8之對向面構件61A所示，也可讓往過程氣體的流動方向延伸的複數個凸部64A平行設置。於此種情況下，複數個凹部66A也平行配置。

＜各部分的材料＞其次，說明各部分的材質。也可以使用一般使用的不銹鋼作為腔室材料的例子，若需要良好的導熱性，也可使用鋁等材質。於承載座或基板固定座，石墨等之碳類材料為較適合。如果成膜對象為氮化物類且將氨用於過程氣體之情況時，若使用碳材料則由於會被氨給腐蝕，於此種情況下，較佳係使用塗覆有碳化矽、氮化硼、碳化鉭等之耐氨性的物質作之碳材料。作為對向面構件，與承載座相同，較佳為塗覆有碳材料、或如上述之其他材料的碳材料，但其他之石英、各種陶瓷、各種金屬材料等只要於過程環境下具有抗性也可使用。

＜模擬＞於實施本發明時之重要的設計要素，在與對向面構件中之基板為對向的區域中，係凸部相對該區域之整體面積（以下，簡單地稱之為「整體」）的面積比及凸部（接觸部）的高度。另外，由於凹凸的周期與對向面表面溫度分佈有關，此也係設計參數之一。此等之設計參數之性質，將在以下之模擬例子中詳細說明。

如上所述，凸部對整體的面積比，對於對向面溫度之可控溫度而言為重要的。凸部的面積比越大，則控制溫度的下限變低，而可控範圍就變小。另外，關於凸部的高度，高度越低，則對向面溫度將變得越低，反之，若高度越高則對向面溫度將變得越高，所以其可以用作取得所需的對向面溫度的參數。故，於本實施例上，設定一定的模擬模型來改變凸部的面積比及凸部的高度，且研究此等參數對於面向面溫度的影響。另外，對向面表面（與承載座及基板為對向的側）上的溫度分佈係由對向面背面的凹凸形狀來形成，所以也針對對向面表面上的溫度分佈進行研究。

於本模擬上，在作為本發明之一實施形態的橫向式氣相成膜裝置中，係假設將凹槽型之凹凸施加到對向面背面之形態（與圖8類似之形態）。圖9（a）及（b）為表示用於決定執行模擬的區域之說明圖。一般自轉式氣相成膜裝置或橫向式氣相成膜裝置，由於具有往水平方向上擴開的形狀，所以實質的往水平方向的熱傳導幾乎可忽略。然後，若考慮到凹凸形態的周期性，就足以解決與凹槽的伸長方向垂直的半週期的二維模型。此外，若考慮到可以忽略實質的往水平方向的熱傳導的話，就可推斷出該模型的結論也可以應用於其他實施例。又，應用模擬的區域（模擬區域68），乃為圖9（b）中的粗虛線所示之區域。

圖10為表示本模擬模型之詳細剖面圖。圖中所示的尺寸，係用於實際MOCVD方法中的一般尺寸。也就是說，從承載座或基板220到對向面61的距離（亦即，成膜空間的高度）為15mm，包含凹凸構造的對向面構件60A的總厚度為10mm，腔室構件202的厚度為10mm，腔室構件220的一側係與冷卻水240銜接。於面向面構件60A及腔室構件220的表面之間，必然產生一熱接觸電阻。接觸電阻的起源，由於一定在2個接觸物體之間所產生的微小空隙而造成，所以此表示在本模擬上，在對向面構件60A及腔室構件220之間存在有0.1mm的空隙。此在經驗上被認為係合理的數字。又，接觸電阻，實際上，可藉由構件的表面粗糙度等而在某種程度上來調整。

模型各部分的物理屬性值，基於一般揭示的各種材料的物理特性，將設定如下。（1）來自承載座（基板220）的輻射率，假設為碳類材料，設為0.85。（2）作為成膜空間的導熱係數，假設氫氣為最常用作載氣（Carrier gas），且為0.235 W/m/s。（3）假設對向面構件60A係碳類材料，且設有0.85的輻射率及100W/m/ s的導熱係數。（4）對向面溫度控制氣體流通之區域（凹部66A），進行2種氫氣及氮氣的模型，分別設定為0.225與0.034的熱導係數。（5）腔室構件220，假設為不銹鋼，且設有0.4的輻射率及17W/m/s的導熱係數。（6）關於溫度邊界條件，高溫側係承載座（基板220）表面，將其設定為1000℃，低溫側係腔室構件102與冷卻水204之間的界面，設定為40℃。

在上述物理性質中，譬如，即使碳類構件之部分被另一種材料給塗佈，由於塗層的厚度較薄，所以可以假設導熱係數與碳材料的導熱係數相同。另外，關於輻射率，碳化矽塗層與碳材料幾乎相同，若氮化硼塗層的塗層厚度也很小，其與碳的輻射率沒有太大差別。換言之，於使用此等材料的情況下，實際上，認為可獲得與模擬幾乎相同的結果。

使用上述模型及物理性質值，對各種凹凸表面積比及凹凸高度進行模擬。本模擬，不透明體之對向面構件60A及腔室構件2202內部，僅處理熱傳導，填充有作為透明體之氣體之成膜空間；及面向面構件60A與腔室構件220之間的空隙，除了通過氣體的熱傳導之外，還考慮了因輻射所產生的熱傳遞。

圖11為表示模擬結果所獲得的從加熱器到冷卻水的部分的溫度分佈例子。又，為了易於明瞭起見，以兩種方式顯示於不同的溫度顯示比例。該例子，係以凸部面積比為0.5，凸部高度為1mm，對向面溫度控制氣體為100％氫氣的條件下計算出之結果。對每個條件執行相同的模擬，並從所獲得的結果中，讓凸部面積比及凸部高度對對向面表面溫度的影響總結在圖12至15中。又，於此等圖之中，橫坐標為表示凸部（接觸部）與整體面積之面積比（以下，稱之為「凸部面積比」）。

圖12為表示凸部面積比對整體面積及對向面溫度（℃）（縱軸）之關係圖。又，於本圖中，表示出對向面溫度控制氣體H₂ 及N₂ 兩者之對向面溫度。依據圖12可知，如所預期，接觸部面積比越小，則對向面溫度就越高。也就是說，利用適當地選擇面積比，就可獲得任意之對向面溫度之控制溫度範圍。溫度設為200~250℃，凸部面積比為0.3至0.6較為適合。

圖13為表示凸部面積比與對向面溫度控制寬度（℃）（縱軸）之關係圖。依據該圖，面積比越小則控制寬度越大，此點係優的。實際上，要使用哪一種面積比，要考量到溫度範圍及控制寬度兩者，才能決定最低面積比。另外，從圖13中還可發現，凸部的高度依賴性在控制寬度上很小。換言之，可以理解即使增加凸部的高度，控制寬度也不能如此有利於發揮作用。

圖14及圖15表示凸部面積比及對向面表面溫度分佈之大小（℃）（縱軸）之關係圖。圖14表示當對向面控制氣體為氫氣時之對向面溫度的最高溫度及最低溫度之間的差異，而圖15表示當對向面控制氣體為氮氣時之對向面溫度的最高溫度及最低溫度之間的差異。當然，凸部（接觸部）附近的溫度較低，而凹部的溫度較高。據此，凸部高度越高，對向面表面溫度差就越大。換言之，當凸部高度較高時，可以理解控制寬度不會變化那麼大，且也對向面表面的溫度分佈也變差，因此最好不要將凸部高度增高太多。從圖14及圖15來判斷，認為凸部高度為小於等於2mm較適當。從加工精度的觀點來看，凸部高度盡可能大，但在大於等於2mm時就不能忽略表面溫度分佈惡化的不利影響。

如以上所述，在氮化物的成膜製程的情況下，對向面溫度為200~250℃較適當。為了滿足該條件，從圖12~圖15可知，接觸部（凸部）的面積比為0.3~0.6，凸部高度為小於等於2mm較為適當。凸部的面積比及凸部高度的最佳值，儘管依據對象成膜種類或用作對向面構件的材料，或者成膜條件等而有所不同，但在大多數情況下，認為設定在上述範圍內較為適當。

如上所述，若依據第1實施例，將獲得以下之效果。也就是說，在習知方法中，需要在大面積上均勻地實現約0.1~0.2mm的狹窄空隙寬度，所以需要精確的加工精度。相對之，本發明，只要相對較大的高度差約為2mm就夠了，因此大幅降低了加工之難度。因此，能以低成本來獲得大面積上的對向面溫度的良好均勻性。另外，與習知方法不同，係與腔室壁的接觸面積大，因此讓安裝的可重複性及穩定性增加。如上所述，若依據本實施例的話，即使為具有大面積的對向面，可以讓約200~250℃的對向面溫度，實現具有良好的均勻性及良好的可重複性。

又，本發明，不限於上述實施例，且可以在不脫離本發明的主旨的範圍內進行各種修改。譬如，也包含以下內容。（1）上述實施例中所示的形狀、尺寸僅為示例，且也可依據需要而適當地改變。（2）在上述實施例中，雖係舉出自轉式氣相成膜裝置及橫向型氣相成膜裝置作為例子來說明，但本發明也適用於形成有水平方向之（成膜空間）流體通道的整體反應爐。（3）上述實施例中所示的每部的材料或過程氣體，對向面溫度控制氣體或吹掃氣體僅為示例，也可以在產生相同效果的範圍內進行適當地改變。（4）上述實施例中所示的凹凸形狀僅為例子，也可以在產生相同效果的範圍內進行適當地改變。 [產業上之可利用性]

若依據本發明之氣相成膜裝置，配置有：一承載座（susceptor），具有一材料氣體導入部與一排氣部，且於被經水冷的壁面所包圍之腔室內空間，具有用來保持成膜用基板；及一對向面構件，形成有相對於該承載座及成膜用基板上為水平方向之流體通道（Flow channel）；其中，於該腔室內，具備一對向面溫度控制氣體導入部，其係導入用來控制該對向面構件之溫度的對向面溫度控制氣體，同時於該對向面構件的不與該基板對向的面上，形成有一凹凸形狀，讓凸部配置成與該經水冷的壁面接觸，而將凹部用作流量控制的該對向面溫度控制氣體的流路。因此，由於可以將對向面溫度控製到適合於均勻性及可重複性佳的過程之溫度，所以可適用於氣相成膜裝置的用途上。特別係適用於大型的生產設備。

10‧‧‧自轉式氣相成膜裝置20、20A‧‧‧對向面構件21‧‧‧對向面22‧‧‧凹凸形狀24、24A‧‧‧凸部（接觸部）26、26A‧‧‧凹部（溫度控制氣體流路）28‧‧‧開口部50‧‧‧橫向室氣相成膜裝置60、60A‧‧‧對向面構件61‧‧‧對向面62‧‧‧凹凸形狀64、64A‧‧‧凸部66、66A‧‧‧凹部68‧‧‧模擬區域100‧‧‧自轉式氣相成膜裝置102‧‧‧腔室構件104‧‧‧冷卻水106‧‧‧過程氣體導入部108A、108B‧‧‧排氣部110‧‧‧腔室120‧‧‧基板（成膜用基板）122‧‧‧基板固定座124‧‧‧承載座126‧‧‧對向面構件128‧‧‧對向面130‧‧‧成膜空間（流體通道）140‧‧‧轉軸150‧‧‧對向面溫度控制氣體導入部160‧‧‧吹掃氣體導入部170‧‧‧加熱器180‧‧‧空隙200‧‧‧橫向式氣相成膜裝置202‧‧‧腔室構件204‧‧‧冷卻水206‧‧‧過程氣體導入部208‧‧‧排氣部210‧‧‧腔室220‧‧‧成膜用基板222‧‧‧承載座226‧‧‧對向面構件228‧‧‧對向面230‧‧‧成膜空間（流體通道）240‧‧‧轉軸250‧‧‧對向面溫度控制氣體導入部260‧‧‧吹掃氣體導入部270‧‧‧加熱器280‧‧‧空隙

圖1為表示本發明的基本概念的剖面圖。圖2為表示本發明之實施例1之自轉式氣相成膜裝置的剖面圖。圖3為表示本發明之實施例1以對向面構件之凹凸形狀為例子之平面圖。圖4為表示沿著＃A－＃A線切割該圖3而從箭頭方向看過去之剖面圖。圖5為表示本發明之實施例1以對向面構件之凹凸形狀為其他例子之平面圖。圖6為表示本發明之實施例2之橫向式氣相成膜裝置之剖面圖。圖7為表示本發明之實施例2以對向面構件之凹凸形狀為例子之平面圖。圖8為表示本發明之實施例2以對向面構件之凹凸形狀為其他例子之平面圖。圖9為表示本發明用於決定執行模擬的區域之說明圖。圖10為表示本發明之模擬模型之剖面圖。圖11為表示以該模擬模型當中之二維溫度分佈圖為例子的圖。圖12為表示凸部（接觸部）的面積比與相對該模擬當中之整體面積及對向面溫度之間的關係圖。圖13為表示凸部（接觸部）的面積比與相對該模擬當中之整體面積及對向面溫度控制幅度之間的關係圖。圖14為表示凸部（接觸部）的面積比與相對該模擬當中之整體面積及對向面表面溫度分部大小（控制氣體：氫氣）的關係圖。圖15為表示凸部（接觸部）的面積比與相對該模擬當中之整體面積及對向面表面溫度分部大小（控制氣體：氮氣）的關係圖。圖16為表示一般之自轉式氣相成膜裝置的剖面圖。圖17為表示該圖16之自轉式氣相成膜裝置的承載座平面圖。圖18為表示一般之橫向式氣相成膜裝置的剖面圖。圖19為表示該圖18之橫向式氣相成膜裝置的承載座平面圖。圖20為表示習知之氣相成膜裝置的熱流動之剖面圖。圖21為表示習知之氣相成膜裝置當中之腔室構件與對向面之空隙寬度及對向面溫度之下限值與上限值之關係圖表。

20‧‧‧對向面構件

22‧‧‧凹凸形狀

24‧‧‧凸部

26‧‧‧凹部

202‧‧‧腔室構件

204‧‧‧冷卻水

220‧‧‧成膜用基板

222‧‧‧承載座

Claims

一種氣相成膜裝置，係配置有：一承載座(susceptor)，具有一材料氣體導入部與一排氣部，且於被經水冷的壁面所包圍之腔室內空間，具有用來保持成膜用基板；及一對向面構件，形成有相對於該承載座及成膜用基板上為水平方向之流體通道(Flow channel)；其中，於該腔室內，具備一對向面溫度控制氣體導入部，其係導入用來控制該對向面構件之溫度的對向面溫度控制氣體，同時於該對向面構件的不與該基板對向的面上，形成有一凹凸形狀，讓凸部配置成與該經水冷的壁面接觸，而將凹部用作流量控制的該對向面溫度控制氣體的流路。
如申請專利範圍第1項所述之氣相成膜裝置，其中該對向面溫度控制氣體係由大於等於2種具有不同導熱係數的氣體組成的混合氣體。
如申請專利範圍第2項所述之氣相成膜裝置，其中該對向面溫度控制氣體係由氫氣及氮氣所組成。
如申請專利範圍第1至3之任一項所述之氣相成膜裝置，其中在與該對向面構件之該基板面向的區域中，與該區域內的該凸部之接觸部的面積比對該區域的總面積為0.3至0.6。
如申請專利範圍第1至3之任一項所述之氣相成膜裝置，其中該凸部之高度為小於等於2mm。
如申請專利範圍第1至3之任一項所述之氣相成膜裝置，其中藉由有機金屬氣相成膜方法(Organometallic vapor phase film formation method)於該基板上形成有成膜對象。
如申請專利範圍第6項所述之氣相成膜裝置，其中在該基板上成膜的對象係為氮化物類之化合物半導體。