[发明专利]气相成膜装置

说明书

技术领域

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

一般而言，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。

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。

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。

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。

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。

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。