气相成膜装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种可以较少气体消耗量同时实现高挥发成分元素分压、较快流速以及和缓的成膜速度曲线的三要素的成膜装置。反应器构造是由圆板状晶座、基板自转公转的部件、对向于该圆板状晶座的对向面形成构件、喷射部、材料气体的导入部以及气体排气部来加以构成。基板藉由基板保持构件(Wafer Holder)加以保持，基板保持构件被保持于圆板状晶座的承受部。圆板状晶座相对其中心轴旋转，同时基板会自转。对向面形成构件由于放射状地交互形成有扇形的凹部及凸部的构造，故流道高度会在周围方向改变。因此，可以较少载体气体流量实现与以往装置的最佳条件相同的成膜质量，可让挥发成分元素的材料气体分压较以往要大幅提高。
【专利说明】气相成膜装置
【技术领域】
[0001] 本发明是关于一种于半导体或氧化物基板上形成半导体膜的气相成膜装置，详细 而言，是关于一种在成膜中让基板自转公转型的气相成膜装置。
【背景技术】
[0002] -般而言，要确保藉由气相成膜法所形成的膜质量较高的必要要素有三个。具体 而言，是（a)成膜压力、(b)流速、（C)成膜速度曲线三者。以下便分别就其对成膜质量的影 响加以详述。
[0003] 首先，关于（a)成膜压力，对于具有高挥发性成分元素尤其重要。对于具有高挥发 特性成分元素的成膜系统中，提高成膜压力会提升挥发成分元素的分压，其结果会抑制挥 发成分元素从成膜脱离，而可得到缺陷较少的高质量成膜。举IIIV族化合物半导体为例， 由于V族元素的挥发性较高，故为了抑制其从成膜中脱离便需要提升气相中V族的分压。尤 其在氮化物系化合物半导体中，因氮元素的挥发性较高，故多以接近常压的压力来成长。
[0004] 接着为（b)流速，流速越快越好。一般的成膜条件下，雷诺数不至于高到会产生乱 流，只要不在产生乱流的范围内，成膜流速越高越好。其理由，首先第一是流速较慢则成膜 界面品质便会降低。一般的成膜中，是在成膜过程中改变膜的成分组成，或改变掺杂物种等 而形成各种界面。但由于流速较慢时，对于接口形成前的成膜层的材料气体不会快速地行 进而排出反应区，故难以获得明显（Sharp)的成膜界面，因此无法确保高质量的成膜界面。 接着，由于反应器内从原料气体被导入至到达基板处需要较长时间，故因气相预反应而使 得前驱物质（原料元素）被消耗的比例会变多，故便会使得原料的利用效率降低。再者，由 于流速较慢时，要以气流流速来抑制原料气体的随机扩散会变得困难，故会在反应器内非 基板所在处产生不良的沉积物，而这都会对成膜质量或再现性有不良影响。
[0005] 此等流速只要是在不会产生乱流的范围内，流速越快则越可稳定地获得高质量成 膜及良好的界面质量。将流速与先前的成膜压力一起考虑，以相同载体气体流量来加以比 较时，可谓是因成膜压力越高则流速越慢，虽然有利于抑制高挥发元素的脱离，但使流速变 慢反而不利于成膜质量，故此两要素基本上无法两者兼备。综合性观之，便需要探讨最佳成 膜压力与流速的操作。
[0006] 最后，关于（C)成膜速度曲线来进行研究。图10为显示一般自转公转式反应器构 造的剖面图。更正确而言，为常用于IIIV族化合物半导体成膜的反应器范例。反应器100 藉由圆板状晶座20、对向于该圆板状晶座20的对向面形成构件110、材料气体的导入部60 及气体排气部38来加以构成。基板W藉由基板保持构件22来加以承载，基板保持构件22 被置于圆板状晶座20的承受部26。该反应器100具有中心对称性，而圆板状晶座20会相 对其中心轴公转，与此同时基板W会自转的构造。该等自转、公转用的部件为一般已知的部 件。图10的构造中，也具备有分离供给型气体喷射器120。图10的分离供给型喷射器120 是以第1喷射构件122与第2喷射构件124所构成，分为上中下的3层气体导入部60。而 大多是从上导入H2/N2/V族原料气体，从中间导入III族原料气体，从下导入H2/N2/V族原料 气体的方式加以使用。本发明中，是将圆板状晶座20及基板W上各位置的成膜速度集结构 成相对于自转公转式反应器10半径方向的成长曲线定义为成膜速度曲线。
[0007] 于图11显示该构造的成膜装置所获得的一般成膜速度曲线。该曲线主要由原料 分子的输送来加以决定。例如，IIIV族化合物半导体情况中，由于通常是让V族过剩来进 行成膜，故仅将III族来作为支配成膜速度曲线的原料分子。横轴表示距喷射器出口端的 距离，纵轴表示成膜速度。成膜开始的地点几乎等同于从分离供给型喷射器将原料气体导 入至反应器内的喷射出口端位置。成膜速度会由该处上升，而在到达颠峰后便开始减少。 放置基板的位置一般来说是将基板最上游部位置于该成膜速度曲线巅峰的略下游位置。然 后，藉由让基板自转来消除上游与下游的成膜速度差，而可获得较为良好的膜厚均匀性。反 言之，成膜速度曲线才是决定自转公转后，获得膜厚均匀性的结果。由于除了膜厚外，膜中 的化学组成或杂质浓度等亦会大大地受到成膜速度影响，故相对于该等特性或其基板面内 成膜均匀性，成膜速度曲线乃有非常重要的意义。因此，成膜速度曲线乃是对成膜质量有重 大影响的重要要素之一。
[0008] 关于成膜速度曲线进一步地进行较深的研究。下文对成膜速度分布给予影响的 重要因子加以说明。在自转公转式成膜方法中，在层流模式的流场下，以原料分子扩散为 主的物质输送（masstransport)来限制成膜速度，即所谓物质输送（masstransport)限 制模式来进行成膜者极多。此情况，举出有（1)气体中原料分子浓度、（2)载体气体流量、 (3)流道高度3者是会对成膜速度分布有影响的主要因子。另外，本发明中，所谓载体气体 (CarrierGas)流量的用语是指单纯的载体气体以外，也指用于成膜的所有气体总合后的 总流量。关于该（1)至（3)中的（1)的原料分子浓度，成膜速度正比于原料分子浓度的单 纯关系（改变原料分子浓度时成膜速度曲线的改变请参照图12)。
[0009] 接着，就（2)的载体气体流量进行研究，图13为显示改变载体气体流量时的成膜 速度曲线的差异。另外，在改变载体气体流量时，其他成膜条件则全不改变。图中（a)为 某载体气体流量时的成膜速度曲线，（b)、（c)则分别为其2倍、3倍的载体气体流量中 的成膜速度曲线。由此可知，增加载体气体时，成膜速度曲线会在纵向上压缩而延伸于横 向来加以改变。以定量而言，流量为α倍时，成膜速度曲线会几乎一致于纵向为l/α倍， 横向G倍。这是因为在前述层流且物质输送限制模式情况下，成膜速度会正比于垂直基板 或圆板状晶座面方向的原料分子的浓度梯度，然后，流道中的原料分子浓度会大致跟随以 基板或圆板状晶座表面中原料分子浓度为〇的边界条件下的移流扩散方程式（advective diffusionequation)的解。然后，上述载体气体流量与成膜速度曲线的关系则可由移流扩 散方程式所具有的相似规则性质加以导出。
[0010] 进一步地，就（3)的流道高度对成膜速度曲线的影响加以阐述。图14显示改变流 道高度时的成膜速度曲线。（a)为某流道高度LO时的成膜速度曲线，（b)、（c)则分别为其 2倍、3倍的流道高度的成膜速度曲线。该等如流量般，适用移流扩散方程式的相似规则，流 道高度为α倍时，成膜速度曲线会几乎一致于纵向为l/α倍，横向而'倍者。
[0011]将以上（1)至（3)因子相关的研究汇整于下。越增加（2)的载体气体流量，又使得 (3)的流道高度越大，则成膜速度曲线会显示为相对性地延伸于径向的形状，亦即具有相对 和缓倾斜的形状分布。最后，成膜速度的绝对值由（1)的原料分子浓度来加以决定。
[0012] 除了（1)至⑶的三因子外，以下便就成膜压力对成膜速度曲线的影响加以研究。 依据移流扩散方程式，流速与扩散系数呈一定比率时，则流道中原料分子浓度分布便不会 改变。若使用相同载体气体流量但仅改变压力的情况时，流速会反比于压力，一般而言，扩 散系数亦会反比于压力，所以流速与扩散系数的比便不会改变。因此仅改变压力时，便会得 到几乎相同的结果。但是，不能忽视在气相中的化学反应因流速或压力会改变其反应进行 的程度，故其要因所致的结果便可能有所差异。
[0013] 在清楚支配成膜速度曲线的三因子作用下，于是便就理想的成膜速度曲线加以研 究。如前述般，改变三因子时会得到各种成膜速度曲线，但该等均存在各自的优点及缺点。 在载体气体流量较少时，或流道高度较小时所得到的相对陡峭的成膜速度曲线，直到原料 气体在被排出为止，其所含有的大部分原料分子会被用尽。因此具有所谓原料利用效率高 的优点。其另一方面，则一定会在基板的上游圆板状晶座上形成较厚的沉积层的缺点。此 上游沉积物除了有降低成膜质量的忧虑外，会有导致成膜不稳而使产能降低，或增加维修 频率等而成为成本上升的要因。又，当上游与下游的成膜速度差异较大时，则经常以相同成 膜速度成膜的基板中心与快慢交互的基板周边部便容易产生组成或杂质浓度的成膜质量 差异，该等均会导致均匀性降低的结果。
[0014] 载体气体流量较多时，或流道高度较大时，相反地，成膜速度分布会相反地变为和 缓，此情况的原料利用效率虽会相对较低，却会使得因上游沉积物的不良影响变少，并容易 得到更均匀的成膜质量。如此般，任何情况均有长短处，因此要在综合判断成膜质量或生产 性的要素上来选择最佳的成膜速度曲线。只是，单就追求成膜质量或成膜均匀性的话，则和 缓的成膜速度曲线较佳。
[0015] 回到于此开头所举出的三要素，（a)成膜压力（尤其是高挥发成分元素的分压）、 (b)流速以及（c)成膜速度曲线，就该等对成膜质量的影响加以汇整，则要得到良好成膜质 量或成膜均匀性，便要以（a)成膜压力越高、(b)流速越快以及（c)成膜速度曲线越和缓者 为佳。
[0016] 现在将载体气体流量固定，欲在高成膜压力下得到较快流速便只有缩小流道高 度。然而，流道高度较小时，（C)的成膜速度分布会变得陡峭，这点是不利的。若在此状态 下要实现和缓的成膜速度分布的话，结果便只能增加载体气体流量。然而，仅增加载体气体 流量，由于高挥发成分元素的材料气体比例会降低，而会产生高挥发成分元素的分压降低 的结果。结果到头来，高挥发成分元素的材料气体也需要和载体气体同样地增加，而材料气 体价格昂贵，故要自由地增加在现实上是不可能的。
[0017] 相反地，在可实现较快流速的低压下，基本上各种气体的分压便不得不降低。但 是，若使得载体气体中高挥发成分材料气体的比例提高，则在低压下亦可实现高的分压。以 下便就此可能性加以考虑。如前述般，材料气体的供给流量并非无限制的增加，事实上是有 上限的。从而，为了在某压力且已决定的材料气体流量的基础下提升材料气体的分压，便须 要减少材料气体以外的载体气体。为了以较少的载体气体流量来得到和缓的成膜速度曲 线，只要增大流道高度即可。然而，由于在较少的载体气体流量下增大流道高度时，会相乘 地使得流速降低，故即便在低压下仍会导致严重的成膜质量降低及生产性降低的结果。
[0018] 先前技术文献
[0019] 专利文献1:日本特开2002-175992号公报
[0020] 由以上的研究，要维持实际材料气体流量，而同时满足高挥发成分元素分压、较快 流速及和缓的成膜速度分布的三要素，在以往的装置来说是有困难的，尤其在量产所使用 的大型装置中说是不可能亦不过分。
【发明内容】
[0021] 有鉴于上述以往技术的问题点，本发明则以提供一种以较少气体消耗量来同时实 现高挥发成分元素分压、较快流速及和缓的成膜速度曲线的三要素的成膜装置为目的。
[0022] 本发明是一种具有承载（hold)成膜用基板的基板保持构件（WaferHolder)的圆 板状晶座（Susceptor)、让该基板自转公转的部件、对向于该基板保持构件而形成流道的对 向面、材料气体的导入部及排气部的气相成膜装置，其以圆板状晶座与对向面的距离会在 该基板的公转方向中产生变化的方式，在该对向面施以凹凸形状。
[0023] 在一个【具体实施方式】中，该材料气体的导入部具有圆板状的喷射器（Injector)， 并于其中施以与该对向面的凹凸形状对应的凹凸形状。其他形态成膜方式为化学气相成 长。在另一个【具体实施方式】中，所生成的膜为化合物半导体膜。
[0024] 在另一个【具体实施方式】中，该材料气体的一部分含有有机金属。构成该对向面及 该喷射器的构件材质为不锈钢、钥等金属材料；碳、碳化硅、碳化钽等碳化物；氮化硼、氮化 铝等氮化物；以及石英、氧化铝等氧化物系陶瓷的任一中，或该等同的组合。本发明的前述 及其他目的、特征及优点应可由以下的详细说明及所附图式加以明了。
[0025] 依本发明，不仅可以较少的载体气体流量实现与以往装置的最佳条件相同的成膜 质量，尚可使挥发成分的材料气体分压较以往要来的大幅提高，因此能实现较以往要高质 量的成膜。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1为显示本发明的对向面形成构件的平面图。
[0027] 图2为图1的A-A线剖视图。
[0028] 图3为显示对向面形成构件的其他范例的平面图。
[0029] 图4为显示对向面形成构件的其他范例的剖视图。
[0030] 图5为显示本发明的反应器构造的立体分解图。
[0031] 图6为显示本发明的反应器构造的剖视图。
[0032] 图7为显示本发明的喷射器构造的立体分解图。
[0033] 图8为显示本发明实验例所获得的成膜速度曲线的图式。
[0034] 图9为显示本发明实验例所获得的多重量子井的光致发光频谱（Photo Luminescencespectrum)的图式。
[0035] 图10为显示以往自转公转式成膜装置的反应器构造的剖视图。
[0036] 图11为显示一般的成膜速度曲线与自转公转的基板配置的图式。
[0037] 图12为显示改变原料分子浓度时的成膜速度曲线变化的图式。
[0038] 图13为显示改变载体气体流量时的成膜速度曲线变化的图式。
[0039] 图14为显示改变流道高度时的成膜速度曲线变化的图式。
[0040]10 :反应器构造
[0041] 20:圆板状晶座
[0042] 22 :基板保持构件
[0043] 26 :承受部
[0044] 30 :对向面形成构件
[0045] 32:开口部
[0046] 34:凹部
[0047] 35:侧壁
[0048] 36:凸部
[0049] 38 :气体排气部
[0050] 40:喷射器
[0051] 42 :第1喷射器构成构件
[0052] 44:凹部
[0053] 46:凸部
[0054] 48:气体导入口
[0055] 48A:贯通孔
[0056] 50:第2喷射器构成构件
[0057] 52:凹部
[0058] 54:凸部
[0059] 56:气体导入口
[0060] 56A:贯通孔
[0061] 60 :气体导入部
[0062] 70 :对向面形成构件
[0063] 74:凹部
[0064] 74A:长方形部分
[0065] 74B:扇状部分
[0066] 75 :平边
[0067] 76:凸部
[0068] 100 :反应器构造
[0069] 110:对向面形成构件
[0070] 120:喷射器
[0071] 122:第1喷射器构成构件
[0072] 124:第2喷射器构成构件
[0073]W:基板
[0074]L:流道高度
【具体实施方式】
[0075] 以下，便基于实施例来详细说明用以实施本发明的最佳形态。
[0076]〈本发明的基本概念〉首先，参照图1及图2来说明本发明的概念。为解决上 述课题而精心努力的结果，发明人找出一种以较少的载体气体流量可实现充分快速的流 速，且可同时实现最佳成膜速度曲线的反应器构造。其方法藉由在对向面设置凹凸流道， 从反应器中心形成放射状扩散而相互分离的流道，以将有助于成膜的区域限定于该流道。 以往技术中，存在有以对向面形状为锥型，或在流道中途设置段差的方法（例如日本特开 2005-5693号公报等）。但是，从周围方向观之时，流道高度都是固定的。从而，日本特开 2005-5693号公报的技术中，虽有降低基板上游的区域中的不欲成膜的效果，但由于基板区 域中流道高度在周围方向中是固定的，故基板区域的成膜速度曲线本质上与一般流道形状 者并无改变。从而，该构造中，亦无法逃脱前述成膜压力、流速及成膜速度曲线的三要素所 复合的问题。本发明在周围方向让流道高度具有变化，其意味着是和以往者完全不同的形 态，然后，是具有以下所述般的效能。
[0077] 图1及图2显示了本发明的概念。图1是构成本发明成膜装置的对向面形成构件 的平面图，图2是该图1的A-A线剖视图。成膜装置的反应器构造如图5及图6所示，在此 为了本发明基本概念的说明，则仅就对向面形成构件30来加以说明。另外，反应器构造10 本身基本上是与上述【背景技术】的反应器构造100相同，但本发明中，则具有圆板状晶座20 与所对向的对向面形成构件30的形状特征。该对向面形成构件30于中央具有开口部32， 并放射状地交互形成有凹部34及凸部36。圆板状晶座20的对向面只要为此般形状，材料 气体便几乎不会在凸部36流动，而大部分气体会在凹部34流动，故成膜基本上仅会在凹部 34进行。
[0078] 进一步地举例来详述本发明的概念。以往构造（参照图10)中，是以流道高度LO 来从成膜压力、流速、成膜速度曲线的观点得到最佳成膜条件。将本发明构造的凸部36与 凹部34的面积比率设定为1 :1，然后凹部34的流道高度L(参照图2)则与以往构造的最 佳值LO相同。为了容易理解，假设凸部36完全没有气体流动而仅流动于凹部34。另外，实 际构造中，虽无法将成膜区域完全地限定于凹部34,但实际上已相当，故在此假设下进行研 究并不会有问题。成膜压力由于可任意地控制，故将其设定为与以往装置的条件相同。
[0079] 在以上的反应器构造基础下，为了得到与以往相同的较佳成膜速度曲线，则只要 让凹部流道的流速与以往者一致即可。本发明构造中，气体流动剖面积与以往相比为一半 面积，故要得到相同流速则只要一半的载体气体流量即可。相反地，若为此条件，凹部34 中，流道高度L0、流速亦完全与以往的最佳条件相等，故必然地会得到最佳成膜速度曲线。
[0080] 接着，就成膜速度的绝对值加以研究。本发明构造中，与以往构造相比因有助于成 膜的区域变成一半，故其有使成膜速度的绝对值变成一半的作用。另一方面，由于载体气体 变成一半则气体中的原料浓度会加倍，而此具有让成膜速度加倍的效果。结果该等效果便 会相抵消，而成膜速度的绝对值便会与以往相同。亦即，以相同原料分子的置入量来获得与 以往相同的成膜速度，而无损原料的利用效率。
[0081] 至此的说明可知藉由采用本发明构造，能够以以往一半量的载体气体来实现与以 往最佳条件完全相同的状态。这样也能削减载体气体的使用量，而甚至具有有助于制品成 本下降的大优点，但实际上本发明尚存在有其以外的更重要的优点。载体气体流量减少时， 高挥发成分元素的材料气体流量若维持与以往相同，则载体气体中的挥发成分材料气体的 比例便会自动地增加。从而，与以往相比可大幅提高挥发成分的材料气体分压。在此亦以 IIIV族半导体为例来加以说明。本发明的成膜条件中，是将成膜最重要参数之一的V/III 比设定为与以往条件相同。III族的供给量与以往相同即可，故V族材料气体的供给量亦相 同即可。另一方面，载体气体流量由于为以往的一半量，故所供给的所有气体流量中的V族 材料气体的比例会上升至2倍。因此，V族材料气体的分压亦会成为2倍。此高分压会有 效地抑制V族原子从成膜中脱离，从而能获得较以往要高质量的成膜。
[0082]如以上般，依本发明方法，不仅可以较少载体气体流量来实现与以往装置的最佳 条件相同的成膜，亦能让高挥发成分元素的材料气体分压较以往大幅提高，因此可实现较 以往要高质量的成膜。
[0083]如前述般，实际构造中是无法将成膜区域完全地限定在凹部34,但适当地选择凸 部36与凹部34的高度比、面积比，便能充分获得本发明的效果。再者，凸部侧面的流道侧 壁35虽会对流动模式有些许影响，但其效果是有限的。若欲修正侧壁35的影响，由于其关 系到流速，则藉由气体条件的微调便可加以矫正。
[0084]最后，就成膜速度的时间推移来加以研究。本发明中，基板在公转期间，会交互地 通过为凹部34的成膜区域及凸部36的不成膜区域。从研究成膜速度的时间推移时，其应 该会成为矩形或脉冲状。这会不会成为问题是当然关心的对象。关于此，近年来亦报告有 脉冲状地进行脉冲MOCVD法等原料供给的成膜方法（C.Bayram等，国际光学工程学会会议 记录,卷 7222722212-1 等）（C.Bayramet.al.Proc.ofSPIEVol. 7222722212-1 等），亦得 到优于一般成膜方法的结果。有鉴于此，使成膜速度为矩形或脉冲状在基本上是没有问题。 又，关于脉冲状成膜速度对成膜均匀性的影响，由于基板所有场所中都会同样地面对脉冲 状沉积速度，故此对成膜均匀性不会有影响。亦即，与以往方法同样地，关于成膜均匀性只 要考虑到支配成膜速度曲线即可。由以上的研究，可得到脉冲状成膜速度的时间推移从所 有观点来看均没有缺点。
[0085]如此般，本发明与以往相比没有任何的缺点，另一方面则具有所谓高材料气体分 压所致膜质提升以及气体消耗大幅削减的庞大的优点。
[0086]〈本发明的详细构造〉接着，亦参照图3?图7,就本发明成膜装置的构造来加以 详细说明。图3为显示对向面形成构件的其他范例的平面图。图4为显示对向面形成构件 的其他范例的剖视图。图5为显示本发明的反应器构造的立体分解图。图6为显示本发明 的反应器构造的剖视图。图7为显示本发明的喷射器构造的立体分解图。如图5及图6所 示，除对向面形成构件30与喷射器40以外，全部与以往构造相同即可。关于本发明的主角 是对向面形状，可举出对向面平面形状及剖面形状、凹部凸部的面积比率及高度比率，以及 流道的分割数来作为设计参数。
[0087]图1虽在平面图中显示凹部34形状为扇形的范例，但长方形、或该等的组合亦能 获得类似的效果。酌量各自的成膜条件等来选择适当的形状即可。图3所示的对向面形成 构件70是凹部74为长方形部分74A与扇状部分74B所组合而成的形状。又，关于凹部的 剖视形状，在图2中虽显示为矩形的范例，但梯形、三角形、或正弦曲线般的曲面亦能获得 同样效果。由更流畅流场的观点来看，或许包含有曲面的形状为佳。图4为显示凹凸形状 的剖视形状为梯形，并在边缘施以平边（fillet) 75的范例。
[0088]其次，关于凹部34与凸部36的面积比率，凹部34的面积比率越小，则载体气体的 节约效果，然后挥发成分材料气体分压的上升效果便越高。但是，凹部34面积过小时，对 于无成长凸部区域的通过时间会变长，这会依情况而在形成极薄的膜层时会有不利的可能 性。虽关系到自转公转的旋转速度，但凹部34的面积比率在20?80%左右应为容许范围。
[0089] 关于凹部34与凸部36的高度比，圆板状晶座20会自转公转，但另一方面对向面 则是静止的，故凸部36与圆板状晶座20之间便需要有间隙。凹部34与凸部36的流道高度 (与圆板状晶座20对向面间的距离）比当然是越大则发明效果越大。但是，理论上只要有 些许的高低差便会获得些许效果。要得到可满足实际的效果，则该高度比率则应设定在凸 部：凹部为1 :2左右。为了提商商度比，则凸部36与圆板状晶座20间的距尚越小越有利， 但过小时，会使得圆板状晶座20的热变形等导致圆板状晶座20与对向面凸部36接触的风 险提高。正因如此，凸部36与圆板状晶座20的间隙下限便应有Imm左右。凹部34的流道 高度需要一致于以往类型的最佳条件。实际所使用的自转公转式炉的流道高度范围在5? 40mm。若选40mm为凹部34的高度，则凸部36高度即便为20mm仍会出现效果。又，使凹部 34高度为5mm的话，贝U凸部36的高度便在2. 5mm以下，最好是控制在Imm左右。由于上述 情况，凸部36的高度在1?20mm，凹部34的高度在5?40mm左右的范围下，依条件适当地 加以选择即可。
[0090]对向面形状的最后设计参数为流道的分割数。由于分割越多则周围方向的偏差越 小，故意味着分割数越多越好。然而当分割数变多使得凹部流道的宽度过小时，流道侧壁35 的影响会变大。这虽然不会立刻成为问题，但无法避免会使得可以从以往方式所得的数据 的乖离变大。考虑到此般情事，则分割数便不要太严密而应为3?30左右的适当范围。虽 反应器尺寸也有影响，但量产所使用的大型装置中，只要为此范围，便能直接活用以往方式 所获得的数据。分割数小于3时，每1个凸部的面积会变大，而通过的时间便会过长。又， 较30要大时，流道宽度会过小，由流体力学的观点，流道侧壁面对气流的影响会变得显著。
[0091] 除了对向面形状，关于喷射器也是对应于对向面的凹凸形状来改变其形状为佳。 这里也引IIIV族化合物半导体为例，但该领域常使用的喷射器具有让V族与III族的混合 点尽量接近基板，然后藉由让喷射器保持在低温来抑制原料分子的前驱反应等的功能。以 往装置中，如图10所示，喷射器120基板上是由单为圆板形状的第1喷射器构成构件122 及第2喷射器构成构件124所构成。相对于其，在本发明下为了防止乱流如图5或图7所 示，较佳地是以对应对向面流道的方式来分割喷射器内的流动。
[0092] 具体而言，如图5及图7所示，本实施例中，构成分离供给型喷射器40的第1喷射 器构成构件42与第2喷射器构成构件50具有与图3所不的对向面形成构件扭相同的表 面形状。第1喷射器构成构件42放射状地交互形成有扇形的凹部44与凸部46,中央具有 形成有贯通孔48A的气体导入口 48。第2喷射器构成构件50放射状地交互形成有扇形的 凹部52与凸部54,中央具有形成有贯通孔56A的气体导入口 56。
[0093]藉由此般构造，可使得喷射器构件接触下部部件的面积变大，然后，藉由让该接触 部为散热片（heatsink)，便能让喷射器较以往保持于更低温。让喷射器接触下部机构而冷 却的技术有记载于日本特开2011-155046号公报的技术，该发明是将接触部形状为圆柱状 来使得流动不会紊乱，但其效果难谓充足。本发明构造能让接触面积足够大外，亦能防止乱 流的产生，故该优点极大。
[0094] 至此虽已说明关于具有喷射器40的构造，但本发明并不限定于使用喷射器的情 况。在砷系或磷系等化合物半导体的成膜中，不使用喷射器的情况也很多。该情况中，亦可 适用所谓于对向面施以凹凸，并分割为复数流道的本发明概念，又明显能获得该效果。
[0095] 又，上述说明所使用的图式中，虽是关于让基板表面垂直向下的所谓面向下型装 置，但在一般成膜条件中，重力的影响轻微，故在基板表面朝上的所谓面向上型装置中，亦 能同样地获得本发明的效果。因此，本发明并未限定于面向下型者。
[0096] 关于本发明形成对向面形成构件30及喷射器40的构件的材料，只要能满足纯度 及可耐受所使用环境的耐热、耐腐蚀性的话，基本上任何材料均可。具体而言，举出有一般 于半导体或氧化物的成膜经常使用的不锈钢、钥等金属材料、碳、碳化硅或碳化钽等碳化 物、氮化硼、氮化硅、氮化铝等氮化物、石英、氧化铝等氧化物系陶瓷等，由其中适当加以选 择即可。
[0097] 实施例1氮化镓膜的成膜速度曲线
[0098] 接着，介绍将本发明适用于氮化镓膜的成膜，而与以往方法比较的范例。首先，说 明关于为了比较所进行的以往方法的范例。以往范例中，使用具有图10的剖视构造的反应 器。此装置中，由成膜质量、原料利用效率、载体气体消耗量、以及流速的观点进行优化实 验，而最佳成膜压力为25kPa，流道高度为14mm，载体气体流量为120SLM。另一方面，本发明 构造采用具有图1及图2所示的矩形剖视形状，而分割有12个流道的对向面。凹部34、凸 部36的开角均为15度，该等具有30度的周期性，因此为12次对称的形状。凹部34与圆 板状晶座20的距离一致于以往构造最佳值的14mm，凸部36与圆板状晶座20则为4mm。对 向面形成构件的材质可使用碳化物材质。
[0099] 再者，对应于以往构造，使用3层流动的喷射器。3层流道的高度各为4_，将其各 自分隔的分隔板板厚为1_。对应时，对向面部流道高度会等同于14_。3层中的下2层流 道形状与对向面的流道对应而为12分割，最上一层则不分割而为360度均等流动的形态。 另外，用于喷射器的材质为钥。将该等构造表示於图5、图6。图5是分割为构件后的立体 图。图6是组装后的剖视图。剖视图中，右半部表示凹部流道，左半部表示凸部流道。
[0100] 于以下表1表不氮化镓膜成膜时的气体条件。关于以往范例，最佳条件是载体气 体总流量120SLM的条件，本发明范例中，是就与以往范例相同的120SLM、其一半的60SLM， 然后结果会得到与以往范例类似的成膜速度曲线的35SLM的实验条件加以记载。
[0101] 表 1
[0102]
【权利要求】
1. 一种气相成膜装置，具有承载成膜用基板的基板保持构件的圆板状晶座、让该基板 自转公转的部件、对向于该基板保持构件而形成流道的对向面、材料气体的导入部及排气 部的气相成膜装置，其是以该圆板状晶座与该对向面的距离会在该基板的公转方向中产生 变化的方式，在该对向面施以凹凸形状。
2. 如权利要求1所述的气相成膜装置，其中该材料体的导入部具有圆板状的喷射器， 并于其中施以与该对向面的凹凸形状对应的凹凸形状。
3. 如权利要求1所述的气相成膜装置，其成膜方式为化学气相成长。
4. 如权利要求2所述的气相成膜装置，其成膜方式为化学气相成长。
5. 如权利要求1?4任一项所述的气相成膜装置，其中所生成的膜为化合物半导体膜 及氧化物膜。
6. 如权利要求1?4任一项所述的气相成膜装置，其中该材料气体的一部分含有有机 金属。
7. 如权利要求5所述的气相成膜装置，其中该材料气体的一部分含有有机金属。
8. 如权利要求1?4任一项所述的气相成膜装置，其中构成该对向面及该喷射器的构 件材质为不锈钢、钥等金属材料；碳、碳化硅、碳化钽等碳化物；氮化硼、氮化铝等氮化物； 以及石英、氧化铝等氧化物系陶瓷的任一种，或该等同的组合。
9. 如权利要求5所述的气相成膜装置，其中构成该对向面及该喷射器的构件材质为不 锈钢、钥等金属材料；碳、碳化硅、碳化钽等碳化物；氮化硼、氮化铝等氮化物；以及石英、氧 化铝等氧化物系陶瓷的任一种，或该等同的组合。
10. 如权利要求6所述的气相成膜装置，其中构成该对向面及该喷射器的构件材质为 不锈钢、钥等金属材料；碳、碳化硅、碳化钽等碳化物；氮化硼、氮化铝等氮化物；以及石英、 氧化铝等氧化物系陶瓷的任一种，或该等同的组合。
11. 如权利要求7所述的气相成膜装置，其中构成该对向面及该喷射器的构件材质为 不锈钢、钥等金属材料；碳、碳化硅、碳化钽等碳化物；氮化硼、氮化铝等氮化物；以及石英、 氧化铝等氧化物系陶瓷的任一种，或该等同的组合。
【文档编号】C23C16/00GK104513968SQ201410512506
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2013年10月4日
【发明者】须田昇, 大石隆宏, 米野纯次, 卢柏菁, 薛士雍, 钟步青 申请人:汉民科技股份有限公司