气相成膜装置制造方法及图纸

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
气相成膜装置
本专利技术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。
技术介绍
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。本专利技术中，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。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，本专利技术中，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)。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F0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1/α倍，横向倍。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0的边界条件下的移流扩散方程式(advectivediffusionequation)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。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L0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1/α倍，横向倍者。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。除了(1)至(3)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。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
2013.10.04 JP 2013-2095071.一种气相成膜装置，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，该材料气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。2.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。3.如权利要求1或2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。4.如权利要求1或2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。5.如权利要求3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。6.如权利要求1或2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、钼的金属材料；碳或...

【专利技术属性】
技术研发人员：须田昇，大石隆宏，米野纯次，卢柏菁，薛士雍，钟步青，
申请(专利权)人：汉民科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71