特許 6134522 気相成長装置および気相成長方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6134522

(24)【登録日】2017年4月28日

(45)【発行日】2017年5月24日

(54)【発明の名称】気相成長装置および気相成長方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20170515BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20170515BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/205

   C23C16/455

【請求項の数】9

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2013-16015(P2013-16015)

(22)【出願日】2013年1月30日

(65)【公開番号】特開2014-146767(P2014-146767A)

(43)【公開日】2014年8月14日

【審査請求日】2015年12月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】504162958

【氏名又は名称】株式会社ニューフレアテクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】100119035

【弁理士】

【氏名又は名称】池上 徹真

(74)【代理人】

【識別番号】100141036

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 章

(74)【代理人】

【識別番号】100088487

【弁理士】

【氏名又は名称】松山 允之

(72)【発明者】

【氏名】山田 拓未

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 裕輔

【審査官】 河合 俊英

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１０９１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 韓国公開特許第１０−２００９−００１１９７８（ＫＲ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２９７５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１０５１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−３８５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２１８７３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

反応室と、
第１のプロセスガスを供給する第１のガス供給路と、
前記第１のプロセスガスと異なる第２のプロセスガスを供給する第２のガス供給路と、
前記反応室の上部に配置され、前記反応室内にガスを供給するシャワープレートと、
前記反応室内の前記シャワープレート下方に設けられ、基板を載置可能な支持部と、を備える気相成長装置であって、
前記シャワープレートが、前記第１のガス供給路に接続される一対の第１のマニフォールドと、前記一対の第１のマニフォールドより下方の第１の水平面内に配置され互いに平行に延伸する複数の第１の横方向ガス流路と、前記一対の第１のマニフォールドと前記第１の横方向ガス流路とを前記第１の横方向ガス流路の両端部で接続し縦方向に延伸する第１の接続流路と、前記第１の横方向ガス流路に接続され縦方向に延伸し前記反応室側に第１のガス噴出孔を有する複数の第１の縦方向ガス流路と、前記第２のガス供給路に接続され、前記第１の水平面より上方に設けられる一対の第２のマニフォールドと、前記第１の水平面より上方で前記一対の第２のマニフォールドより下方の第２の水平面内に配置され前記第１の横方向ガス流路と同一方向に互いに平行に延伸する複数の第２の横方向ガス流路と、前記一対の第２のマニフォールドと前記第２の横方向ガス流路とを前記第２の横方向ガス流路の両端部で接続し縦方向に延伸する第２の接続流路と、前記第２の横方向ガス流路に接続され前記第１の横方向ガス流路の間を通って縦方向に延伸し前記反応室側に第２のガス噴出孔を有する複数の第２の縦方向ガス流路と、を備えることを特徴とする気相成長装置。

【請求項2】

前記第１のプロセスガスの動粘度よりも前記第２のプロセスガスの動粘度が小さいことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。

【請求項3】

前記第２の縦方向ガス流路の内径が、前記第１の縦方向ガス流路の内径よりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２記載の気相成長装置。

【請求項4】

隣接する前記第２の縦方向ガス流路の間隔が、隣接する前記第１の縦方向ガス流路の間隔よりも小さいことを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項記載の気相成長装置。

【請求項5】

前記第２の横方向ガス流路の内径が、前記第１の横方向ガス流路の内径よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一項記載の気相成長装置。

【請求項6】

接続される前記第１の縦方向ガス流路の数がｋ（ｋは１以上の整数）個である第１の横方向ガス流路（ｋ）と、ｎ（ｋ＜ｎ、ｎは２以上の整数）個である第１の横方向ガス流路（ｎ）とが存在し、前記第１の横方向ガス流路（ｋ）に接続される前記第１の接続流路の流体抵抗が、前記第１の横方向ガス流路（ｎ）に接続される前記第１の接続流路の流体抵抗よりも大きい、または、
接続される前記第２の縦方向ガス流路の数がｋ（ｋは１以上の整数）個である第２の横方向ガス流路（ｋ）と、ｎ（ｋ＜ｎ、ｎは２以上の整数）個である第２の横方向ガス流路（ｎ）とが存在し、前記第２の横方向ガス流路（ｋ）に接続される前記第２の接続流路の流体抵抗が、前記第２の横方向ガス流路（ｎ）に接続される前記第２の接続流路の流体抵抗よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし請求項５いずれか一項記載の気相成長装置。

【請求項7】

前記第１の横方向ガス流路（ｋ）に接続される前記第１の接続流路の内径が、前記第１の横方向ガス流路（ｎ）に接続される前記第１の接続流路の内径よりも小さい、または、
前記第１の横方向ガス流路（ｋ）に接続される前記第２の接続流路の内径が、前記第１の横方向ガス流路（ｎ）に接続される前記第２の接続流路の内径よりも小さいことを特徴とする請求項６記載の気相成長装置。

【請求項8】

反応室と、第１のプロセスガスを供給する第１のガス供給路と、前記第１のプロセスガスと異なる第２のプロセスガスを供給する第２のガス供給路と、前記反応室の上部に配置され、前記反応室内にガスを供給するシャワープレートと、前記反応室内の前記シャワープレート下方に設けられ、基板を載置可能な支持部とを備える気相成長装置であって、前記シャワープレートが、前記第１のガス供給路に接続される一対の第１のマニフォールドと、前記一対の第１のマニフォールドより下方の第１の水平面内に配置され互いに平行に延伸する複数の第１の横方向ガス流路と、前記一対の第１のマニフォールドと前記第１の横方向ガス流路とを前記第１の横方向ガス流路の両端部で接続し縦方向に延伸する第１の接続流路と、前記第１の横方向ガス流路に接続され縦方向に延伸し前記反応室側に第１のガス噴出孔を有する複数の第１の縦方向ガス流路と、前記第２のガス供給路に接続され、前記第１の水平面より上方に設けられる一対の第２のマニフォールドと、前記第１の水平面より上方で前記一対の第２のマニフォールドより下方の第２の水平面内に配置され前記第１の横方向ガス流路と同一方向に互いに平行に延伸する複数の第２の横方向ガス流路と、前記一対の第２のマニフォールドと前記第２の横方向ガス流路とを前記第２の横方向ガス流路の両端部で接続し縦方向に延伸する第２の接続流路と、前記第２の横方向ガス流路に接続され前記第１の横方向ガス流路の間を通って縦方向に延伸し前記反応室側に第２のガス噴出孔を有する複数の第２の縦方向流路とを備える気相成長装置を用いた気相成長方法であって、
前記支持部に基板を載置し、
前記基板を加熱し、
前記第１および第２のガス噴出孔から、それぞれ第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスを噴出させ、
前記基板表面に半導体膜を成膜することを特徴とする気相成長方法。

【請求項9】

前記第２の縦方向ガス流路の内径が、前記第１の縦方向ガス流路の内径よりも大きく、
前記第２の横方向ガス流路の内径が、前記第１の横方向ガス流路の内径よりも大きく、
前記第２の横方向ガス流路に前記第１の横方向ガス流路に供給される前記第１のプロセスガスよりも動粘度の小さい前記第２のプロセスガスを供給し、前記第２のガス噴出孔から前記第１のガス噴出孔から噴出される前記第１のプロセスガスガスよりも動粘度の小さい前記第２のプロセスガスを噴出させることを特徴とする請求項８記載の気相成長方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスを供給して成膜を行う気相成長装置および気相成長方法に関する。

【背景技術】

【0002】

高品質で厚い半導体膜を成膜する方法として、ウェハ等の基板に気相成長により単結晶膜を成長させるエピタキシャル成長技術がある。エピタキシャル成長技術を用いる気相成長装置では、常圧または減圧に保持された反応室内の支持部にウェハを載置する。そして、このウェハを加熱しながら、成膜の原料となるソースガス等のプロセスガスを、反応室上部の、例えば、シャワープレートからウェハ表面に供給する。ウェハ表面ではソースガスの熱反応等が生じ、ウェハ表面にエピタキシャル単結晶膜が成膜される。

【0003】

近年、発光デバイスやパワーデバイスの材料として、ＧａＮ（窒化ガリウム）系の半導体デバイスが注目されている。ＧａＮ系の半導体を成膜するエピタキシャル成長技術として、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）がある。有機金属気相成長法では、ソースガスとして、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属や、アンモニア（ＮＨ_３）等が用いられる。また、ソースガス間の反応を抑制するために分離ガスとして水素（Ｈ_２）等が用いられる場合もある。

【0004】

エピタキシャル成長技術、特に、ＭＯＣＶＤ法では、ウェハ表面での均一な成膜を行うために、ソースガスや分離ガス等を、適切に混合させ、ウェハ表面に均一な整流状態で供給することが重要となる。特許文献１には、異なるガスを適切に混合させるため、反応室にソースガスを導入するまで異なるガス拡散室に分離しておく構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００１−８１５６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、プロセスガスの流れを均一かつ安定にし、基板に均一な膜を形成可能な気相成長装置および気相成長方法を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様の気相成長装置は、反応室と、第１のプロセスガスを供給する第１のガス供給路と、前記第１のプロセスガスと異なる第２のプロセスガスを供給する第２のガス供給路と、前記反応室の上部に配置され、前記反応室内にガスを供給するシャワープレートと、前記反応室内の前記シャワープレート下方に設けられ、基板を載置可能な支持部と、を備える気相成長装置であって、前記シャワープレートが、前記第１のガス供給路に接続される一対の第１のマニフォールドと、前記一対の第１のマニフォールドより下方の第１の水平面内に配置され互いに平行に延伸する複数の第１の横方向ガス流路と、前記一対の第１のマニフォールドと前記第１の横方向ガス流路とを前記第１の横方向ガス流路の両端部で接続し縦方向に延伸する第１の接続流路と、前記第１の横方向ガス流路に接続され縦方向に延伸し前記反応室側に第１のガス噴出孔を有する複数の第１の縦方向ガス流路と、前記第２のガス供給路に接続され、前記第１の水平面より上方に設けられる一対の第２のマニフォールドと、前記第１の水平面より上方で前記一対の第２のマニフォールドより下方の第２の水平面内に配置され前記第１の横方向ガス流路と同一方向に互いに平行に延伸する複数の第２の横方向ガス流路と、前記一対の第２のマニフォールドと前記第２の横方向ガス流路とを前記第２の横方向ガス流路の両端部で接続し縦方向に延伸する第２の接続流路と、前記第２の横方向ガス流路に接続され前記第１の横方向ガス流路の間を通って縦方向に延伸し前記反応室側に第２のガス噴出孔を有する複数の第２の縦方向ガス流路と、を備えることを特徴とする。

【0008】

上記態様の気相成長装置において、前記第１のプロセスガスの動粘度よりも前記第２のプロセスガスの動粘度が小さいことが望ましい。

【0009】

上記態様の気相成長装置において、前記第２の縦方向ガス流路の内径が、前記第１の縦方向ガス流路の内径よりも大きいことが望ましい。

【0010】

上記態様の気相成長装置において、隣接する前記第２の縦方向ガス流路の間隔が、隣接する前記第１の縦方向ガス流路の間隔よりも小さいことが望ましい。

【0011】

上記態様の気相成長装置において、前記第２の横方向ガス流路の内径が、前記第１の横方向ガス流路の内径よりも大きいことが望ましい。

【0013】

上記態様の気相成長装置において、接続される前記第１の縦方向ガス流路の数がｋ（ｋは１以上の整数）個である第１の横方向ガス流路（ｋ）と、ｎ（ｋ＜ｎ、ｎは２以上の整数）個である第１の横方向ガス流路（ｎ）とが存在し、前記第１の横方向ガス流路（ｋ）に接続される前記第１の接続流路の流体抵抗が、前記第１の横方向ガス流路（ｎ）に接続される前記第１の接続流路の流体抵抗よりも大きい、または、接続される前記第２の縦方向ガス流路の数がｋ（ｋは１以上の整数）個である第２の横方向ガス流路（ｋ）と、ｎ個（ｋ＜ｎ、ｎは２以上の整数）個である第２の横方向ガス流路（ｎ）とが存在し、前記第２の横方向ガス流路（ｋ）に接続される前記第２の接続流路の流体抵抗が、前記第２の横方向ガス流路（ｎ）に接続される前記第２の接続流路の流体抵抗よりも大きいことが望ましい。

【0014】

上記態様の気相成長装置において、前記第１の接続流路（ｋ）の内径が、前記第１の接続流路（ｎ）の内径よりも小さい、または、前記第２の接続流路（ｋ）の内径が、前記第２の接続流路（ｎ）の内径よりも小さいことが望ましい。

【0015】

本発明の一態様の気相成長方法は、反応室と、第１のプロセスガスを供給する第１のガス供給路と、前記第１のプロセスガスと異なる第２のプロセスガスを供給する第２のガス供給路と、前記反応室の上部に配置され、前記反応室内にガスを供給するシャワープレートと、前記反応室内の前記シャワープレート下方に設けられ、基板を載置可能な支持部とを備える気相成長装置であって、前記シャワープレートが、前記第１のガス供給路に接続される一対の第１のマニフォールドと、前記一対の第１のマニフォールドより下方の第１の水平面内に配置され互いに平行に延伸する複数の第１の横方向ガス流路と、前記一対の第１のマニフォールドと前記第１の横方向ガス流路とを前記第１の横方向ガス流路の両端部で接続し縦方向に延伸する第１の接続流路と、前記第１の横方向ガス流路に接続され縦方向に延伸し前記反応室側に第１のガス噴出孔を有する複数の第１の縦方向ガス流路と、前記第２のガス供給路に接続され、前記第１の水平面より上方に設けられる一対の第２のマニフォールドと、前記第１の水平面より上方で前記一対の第２のマニフォールドより下方の第２の水平面内に配置され前記第１の横方向ガス流路と同一方向に互いに平行に延伸する複数の第２の横方向ガス流路と、前記一対の第２のマニフォールドと前記第２の横方向ガス流路とを前記第２の横方向ガス流路の両端部で接続し縦方向に延伸する第２の接続流路と、前記第２の横方向ガス流路に接続され前記第１の横方向ガス流路の間を通って縦方向に延伸し前記反応室側に第２のガス噴出孔を有する複数の第２の縦方向流路とを備える気相成長装置を用いた気相成長方法であって、前記支持部に基板を載置し、前記基板を加熱し、前記第１および第２のガス噴出孔から、それぞれ第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスを噴出させ、前記基板表面に半導体膜を成膜することを特徴とする。

【0016】

上記態様の気相成長方法において、前記第２の縦方向ガス流路の内径が、前記第１の縦方向ガス流路の内径よりも大きく、前記第２の横方向ガス流路の内径が、前記第１の横方向ガス流路の内径よりも大きく、前記第２の横方向ガス流路に前記第１の横方向ガス流路よりも動粘度の小さいプロセスガスを供給し、前記第２のガス噴出孔から前記第１のガス噴出孔から噴出されるガスよりも動粘度の小さい前記プロセスガスを噴出させることが望ましい。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、プロセスガスの流れを均一かつ安定にし、基板に均一性に優れた膜を形成可能な気相成長装置および気相成長方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】第１の実施の形態の気相成長装置の模式断面図である。

【図2】第１の実施の形態のシャワープレートの模式上面図である。

【図3】図２のシャワープレートのＡＡ断面図である。

【図4】図２のシャワープレートのＢＢ、ＣＣ、ＤＤ断面図である。

【図5】第２の実施の形態のシャワープレートの模式上面図である。

【図6】図５のシャワープレートのＥＥ断面図である。

【図7】第３の実施の形態のシャワープレートの模式上面図である。

【図8】図７のシャワープレートのＦＦ断面図である。

【図9】第３の実施の形態のシャワープレートの効果を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

【0020】

なお、本明細書中では、気相成長装置が成膜可能に設置された状態での重力方向を「下」と定義し、その逆方向を「上」と定義する。したがって、「下部」とは、基準に対し重力方向の位置、「下方」とは基準に対し重力方向を意味する。そして、「上部」とは、基準に対し重力方向と逆方向の位置、「上方」とは基準に対し重力方向と逆方向を意味する。また、「縦方向」とは重力方向である。

【0021】

また、本明細書中、「水平面」とは、重力方向に対し、垂直な面を意味するものとする。

【0022】

また、本明細書中、「プロセスガス」とは、基板上への成膜のために用いられるガスの総称であり、例えば、ソースガス、キャリアガス、分離ガス等を含む概念とする。

【0023】

（第１の実施の形態）
本実施の形態の気相成長装置は、反応室と、反応室の上部に配置され、反応室内にガスを供給するシャワープレートと、反応室内のシャワープレート下方に設けられ、基板を載置可能な支持部とを備える気相成長装置である。そして、シャワープレートが、第１の水平面内に配置され互いに平行に延伸する複数の第１の横方向ガス流路と、第１の横方向ガス流路に接続され縦方向に延伸し反応室側に第１のガス噴出孔を有する複数の第１の縦方向ガス流路を備える。また、第１の水平面より上方の第２の水平面内に配置され第１の横方向ガス流路と同一方向に互いに平行に延伸する複数の第２の横方向ガス流路と、第２の横方向ガス流路に接続され第１の横方向ガス流路の間を通って縦方向に延伸し反応室側に第２のガス噴出孔を有する複数の第２の縦方向流路とを備える。

【0024】

本実施の形態の気相成長装置は、上記構成を備えることにより、プロセスガスを反応室に噴出するガス噴出孔の間隔を狭め、ガス噴出孔の配置密度を大きくすることが可能である。同時に、ガス噴出孔にプロセスガスが至るまでのガス流路の流体抵抗を小さくすることで、ガス噴出孔から噴出するガスの流量分布を均一化することが可能である。したがって、本実施の形態の気相成長装置によれば、基板上に膜厚や膜質等の均一性に優れた膜を成長させることが可能となる。

【0025】

以下、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いてＧａＮ（窒化ガリウム）をエピタキシャル成長させる場合を例に説明する。

【0026】

図１は、本実施の形態の気相成長装置の模式断面図である。本実施の形態の気相成長装置は、枚葉型のエピタキシャル成長装置である。

【0027】

図１に示すように、本実施の形態のエピタキシャル成長装置は、例えばステンレス製で円筒状中空体の反応室１０を備えている。そして、この反応室１０上部に配置され、反応室１０内に、プロセスガスを供給するシャワープレート（またはインジェクタヘッド）１００を備えている。

【0028】

また、反応室１０内のシャワープレート１００下方に設けられ、半導体ウェハ（基板）Ｗを載置可能な支持部１２を備えている。支持部１２は、例えば、中心部に開口部が設けられる環状ホルダー、または、半導体ウェハＷ裏面のほぼ全面に接する構造のサセプタである。

【0029】

また、支持部１２をその上面に配置し回転する回転体ユニット１４、支持部１２に載置されたウェハＷを輻射熱により加熱する加熱部１６としてヒーターを、支持部１２下方に備えている。ここで、回転体ユニット１４は、その回転軸１８が、下方に位置する回転駆動機構２０に接続される。そして、回転駆動機構２０により、半導体ウェハＷをその中心を回転中心として、例えば、３００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍの高速回転させることが可能となっている。

【0030】

円筒状の回転体ユニット１４の径は、支持部１２の外周径とほぼ同じにしてあることが望ましい。また、円筒状の回転軸１８は中空の回転体ユニット１４内を排気するための真空ポンプ（図示せず）に接続される。真空ポンプの吸引により、半導体ウェハＷが支持部１２に真空吸着する構成になっていてもよい。なお、回転軸１８は、反応室１０の底部に真空シール部材を介して回転自在に設けられている。

【0031】

そして、加熱部１６は、回転軸１８の内部に貫通する支持軸２２に固定される支持台２４上に固定して設けられる。この支持台２４には半導体ウェハＷを支持部１２から脱着させるための、例えば突き上げピン（図示せず）が設けられている。

【0032】

さらに、半導体ウェハＷ表面等でソースガスが反応した後の反応生成物および反応室１０の残留ガスを反応室１０外部に排出するガス排出部２６を、反応室１０底部に備える。なお、ガス排出部２６は真空ポンプ（図示せず）に接続してある。

【0033】

そして、本実施の形態のエピタキシャル成長装置は、第１のプロセスガスを供給する第１のガス供給路３１、第２のプロセスガスを供給する第２のガス供給路３２、第３のプロセスガスを供給する第３のガス供給路３３を備えている。

【0034】

例えば、ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＮの単結晶膜を半導体ウェハＷに成膜する場合、例えば、第１のプロセスガスとして、水素（Ｈ_２）を分離ガスとして供給する。また、例えば、第２のプロセスガスとして窒素（Ｎ）のソースガスとなるアンモニア（ＮＨ_３）を供給する。また、例えば、第３のプロセスガスとしてＧａ（ガリウム）のソースガスであるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）をキャリアガスである水素（Ｈ_２）で希釈したガスを供給する。

【0035】

ここで、第１のプロセスガスである分離ガスとは、第１のガス噴出孔１１１から噴出させることで、第２のガス噴出孔１１２から噴出する第２のプロセスガス（ここではアンモニア）と、第３のガス噴出孔１１３から噴出する第３のプロセスガス（ここではＴＭＧ）とを分離するガスである。例えば、第２のプロセスガスおよび第３のプロセスガスと反応性に乏しいガスを用いることが望ましい。

【0036】

なお、図１に示した枚葉型エピタキシャル成長装置では、反応室１０の側壁箇所において、半導体ウェハを出し入れするための図示しないウェハ出入口およびゲートバルブが設けられている。そして、このゲートバルブで連結する例えばロードロック室（図示せず）と反応室１０との間において、ハンドリングアームにより半導体ウェハＷを搬送できるように構成される。ここで、例えば合成石英で形成されるハンドリングアームは、シャワープレート１００とウェハ支持部１２とのスペースに挿入可能となっている。

【0037】

以下、本実施の形態のシャワープレート１００について詳細に説明する。図２は、本実施の形態のシャワープレートの模式上面図である。図３は、図２のＡＡ断面図、図４（ａ）〜（ｃ）は、ぞれぞれ、図２のＢＢ断面図、ＣＣ断面図、ＤＤ断面図である。

【0038】

シャワープレート１００は、例えば、所定の厚さの板状の形状である。シャワープレート１００は、例えば、ステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属材料で形成される。

【0039】

シャワープレート１００の内部には、複数の第１の横方向ガス流路１０１、複数の第２の横方向ガス流路１０２、複数の第３の横方向ガス流路１０３が形成されている。複数の第１の横方向ガス流路１０１は、第１の水平面（Ｐ１）内に配置され互いに平行に延伸する。複数の第２の横方向ガス流路１０２は、第１の水平面より上方の第２の水平面（Ｐ２）内に配置され互いに平行に延伸する。複数の第３の横方向ガス流路１０３は、第１の水平面より上方、第２の水平面より下方の第３の水平面（Ｐ３）内に配置され互いに平行に延伸する。

【0040】

そして、第１の横方向ガス流路１０１に接続され縦方向に延伸し、反応室１０側に第１のガス噴出孔１１１を有する複数の第１の縦方向ガス流路１２１を備える。また、第２の横方向ガス流路１０２に接続され縦方向に延伸し、反応室１０側に第２のガス噴出孔１１２を有する複数の第２の縦方向ガス流路１２２を備える。第２の縦方向ガス流路１２２は、２本の第１の横方向ガス流路１０１の間を通っている。さらに、第３の横方向ガス流路１０３に接続され縦方向に延伸し、反応室１０側に第３のガス噴出孔１１３を有する複数の第３の縦方向ガス流路１２３を備える。第３の縦方向ガス流路１２３は、２本の第１の横方向ガス流路１０１の間を通っている。

【0041】

第１の横方向ガス流路１０１、第２の横方向ガス流路１０２、第３の横方向ガス流路１０３は、板状のシャワープレート１００内に水平方向に形成された横孔である。また、第１の縦方向ガス流路１２１、第２の縦方向ガス流路１２２、第３の縦方向ガス流路１２３は、板状のシャワープレート１００内に重力方向（縦方向または垂直方向）に形成された縦孔である。

【0042】

第１、第２、および第３の横方向ガス流路１０１、１０２、１０３の内径は、それぞれ対応する第１、第２、および第３の縦方向ガス流路１２１、１２２、１２３の内径よりも大きくなっている。図３、４（ａ）〜（ｃ）では、第１、第２、および第３の横方向ガス流路１０１、１０２、１０３、第１、第２、および第３の縦方向ガス流路１２１、１２２、１２３の断面形状は円形となっているが、円形に限らず、楕円形、矩形、多角形等その他の形状であってもかまわない。

【0043】

シャワープレート１００は、第１のガス供給路３１に接続され、第１の水平面（Ｐ１）より上方に設けられる第１のマニフォールド１３１と、第１のマニフォールド１３１と第１の横方向ガス流路１０１とを第１の横方向ガス流路１０１の端部で接続し縦方向に延伸する第１の接続流路１４１を備えている。

【0044】

第１のマニフォールド１３１は、第１のガス供給路３１から供給される第１のプロセスガスを、第１の接続流路１４１を介して複数の第１の横方向ガス流路１０１に分配する機能を備える。分配された第１のプロセスガスは、複数の第１の縦方向ガス流路１２１の第１のガス噴出孔１１１から反応室１０に導入される。

【0045】

第１のマニフォールド１３１は、第１の横方向ガス流路１０１に直交する方向に延伸し、例えば、中空の直方体形状を備える。本実施の形態では、第１のマニフォールド１３１は、第１の横方向ガス流路１０１の両端部に設けられるが、いずれか一方の端部に設けられるものであってもかまわない。

【0046】

また、シャワープレート１００は、第２のガス供給路３２に接続され、第１の水平面（Ｐ１）より上方に設けられる第２のマニフォールド１３２と、第２のマニフォールド１３２と第２の横方向ガス流路１０２とを第２の横方向ガス流路１０２の端部で接続し縦方向に延伸する第２の接続流路１４２を備えている。

【0047】

第２のマニフォールド１３２は、第２のガス供給路３２から供給される第２のプロセスガスを、第２の接続流路１４２を介して複数の第２の横方向ガス流路１０２に分配する機能を備える。分配された第２のプロセスガスは、複数の第２の縦方向ガス流路１２２の第２のガス噴出孔１１２から反応室１０に導入される。

【0048】

第２のマニフォールド１３２は、第２の横方向ガス流路１０２に直交する方向に延伸し、例えば、中空の直方体形状を備える。本実施の形態では、第２のマニフォールド１３２は、第２の横方向ガス流路１０２の両端部に設けられるが、いずれか一方の端部に設けられるものであってもかまわない。

【0049】

さらに、シャワープレート１００は、第３のガス供給路３３に接続され、第１の水平面（Ｐ１）より上方に設けられる第３のマニフォールド１３３と、第３のマニフォールド１３３と第３の横方向ガス流路１０３とを第３の横方向ガス流路１０３の端部で接続し垂直方向に延伸する第３の接続流路１４３を備えている。

【0050】

第３のマニフォールド１３３は、第３のガス供給路３３から供給される第３のプロセスガスを、第３の接続流路１４３を介して複数の第３の横方向ガス流路１０３に分配する機能を備える。分配された第３のプロセスガスは、複数の第３の縦方向ガス流路１２３の第３のガス噴出孔１１３から反応室１０に導入される。

【0051】

一般にシャワープレートにプロセスガスの供給口として設けられるガス噴出孔から、反応室１０内に噴出するプロセスガスの流量は、成膜の均一性を確保する観点から、各ガス噴出孔間で均一であることが望ましい。本実施の形態のシャワープレート１００によれば、プロセスガスを複数の横方向ガス流路に分配し、さらに、縦方向ガス流路に分配してガス噴出孔から噴出させる。この構成により、簡便な構造で各ガス噴出孔間から噴出するプロセスガス流量の均一性を向上させることが可能となる。

【0052】

また、均一な成膜を行う観点から配置されるガス噴出孔の配置密度はできるだけ大きいことが望ましい。もっとも、本実施の形態のように、互いに平行な複数の横方向ガス流路を設ける構成では、ガス噴出孔の密度を大きくしようとすると、ガス噴出孔の配置密度と横方向ガス流路の内径との間にトレードオフが生じる。

【0053】

このため、横方向ガス流路の内径が小さくなることで横方向ガス流路の流体抵抗が上昇し、横方向ガス流路の伸長方向について、ガス噴出孔から噴出するプロセスガス流量の流量分布が大きくなり、各ガス噴出孔間から噴出するプロセスガス流量の均一性が悪化するおそれがある。

【0054】

本実施の形態によれば、第１の横方向ガス流路１０１、第２の横方向ガス流路１０２および第３の横方向ガス流路１０３を異なる水平面に設けた階層構造とする。この構造により、横方向ガス流路の内径拡大に対するマージンが向上する。したがって、ガス噴出孔の密度をあげつつ、横方向ガス流路の内径に起因する流量分布拡大を抑制する。よって、結果的に、反応室１０内に噴出するプロセスガスの流量分布を均一化し、成膜の均一性を向上させることが可能となる。

【0055】

次に、本実施の形態の気相成長方法について、ＧａＮをエピタキシャル成長させる場合を例に説明する。

【0056】

本実施の形態の気相成長方法は、図１に示した枚葉型エピタキシャル成長装置を用いて行う。

【0057】

まず、反応室１０内の支持部１２に半導体ウェハＷを載置する。ここで、例えば、反応室１０のウェハ出入口のゲートバルブ（図示せず）を開きハンドリングアームにより、ロードロック室内の半導体ウェハＷを反応室１０内に搬送する。そして、半導体ウェハＷは例えば突き上げピン（図示せず）を介して支持部１２に載置され、ハンドリングアームはロードロック室に戻され、ゲートバルブは閉じられる。

【0058】

そして、図示しない真空ポンプを作動して反応室１０内のガスをガス排出部２６から排気して所定の真空度にする。ここで、支持部１２に載置した半導体ウェハＷは、加熱部１６により所定温度に予備加熱している。さらに、加熱部１６の加熱出力を上げて半導体ウェハＷをエピタキシャル成長温度に昇温させる。

【0059】

そして、上記真空ポンプによる排気を続行すると共に、回転体ユニット１４を所要の速度で回転させながら、第１ないし第３のガス噴出孔１１１、１１２、１１３から所定の第１ないし第３のプロセスガスを噴出する。第１のプロセスガスは、第１のガス供給路３１から第１のマニフォールド１３１、第１の接続流路１４１、第１の水平ガス流路１０１、第１の縦方向ガス流路１２１を経由して第１のガス噴出孔１１１から反応室１０内に噴出される。また、第２のプロセスガスは、第２のガス供給路３２から第２のマニフォールド１３２、第２の接続流路１４２、第２の水平ガス流路１０２、第２の縦方向ガス流路１２２を経由して第２のガス噴出孔１１２から反応室１０内に噴出される。また、第３のプロセスガスは、第３のガス供給路３３から第３のマニフォールド１３３、第３の接続流路１４３、第３の水平ガス流路１０３、第３の縦方向ガス流路１２３を経由して第３のガス噴出孔１１３から反応室１０内に噴出される。

【0060】

半導体ウェハＷ上にＧａＮを成長させる場合、例えば、第１のプロセスガスは分離ガスである水素であり、第２のプロセスガスは窒素のソースガスであるアンモニアであり、第３のプロセスガスはキャリアガスである水素で希釈されたガリウムのソースガスであるＴＭＧである。

【0061】

第１ないし第３のガス噴出孔１１１、１１２、１１３から噴出された第１ないし第３のプロセスガスは適度に混合されて半導体ウェハＷ上に整流状態で供給される。これにより、半導体ウェハＷ表面に、例えば、ＧａＮ（ガリウムナイトライド）の単結晶膜がエピタキシャル成長により形成される。

【0062】

そして、エピタキシャル成長終了時には、第１ないし第３のガス噴出孔１１１、１１２、１１３からの第１ないし第３のプロセスガスの噴出を停止し、半導体ウェハＷ上へのプロセスガスの供給が遮断され、単結晶膜の成長が終了される。

【0063】

成膜後は、半導体ウェハＷの降温を始める。ここで、例えば、回転体ユニット１４の回転を停止させ、単結晶膜が形成された半導体ウェハＷを支持部１２に載置したままにして、加熱部１６の加熱出力を初めに戻し、予備加熱の温度に低下するよう調整する。

【0064】

次に、半導体ウェハＷが所定の温度に安定した後、例えば突き上げピンにより半導体ウェハＷを支持部１２から脱着させる。そして、再びゲートバルブを開いてハンドリングアームをシャワープレート１００および支持部１２の間に挿入し、その上に半導体ウェハＷを載せる。そして、半導体ウェハＷを載せたハンドリングアームをロードロック室に戻す。

【0065】

以上のようにして、一回の半導体ウェハＷに対する成膜が終了し、例えば、引き続いて他の半導体ウェハＷに対する成膜が上述したのと同一のプロセスシーケンスに従って行うことも可能である。

【0066】

本実施の形態の気相成長方法では、図１に示したエピタキシャル成長装置を用いることで、プロセスガスの流れを均一かつ安定にし、基板に膜厚や膜質等の均一性に優れた膜を形成することが可能となる。

【0067】

（第２の実施の形態）
本実施の形態の気相成長装置は、シャワープレートの第２の縦方向ガス流路の内径が、第１の縦方向ガス流路の内径よりも大きく、かつ、隣接する第２の縦方向ガス流路の間隔が、隣接する第１の縦方向ガス流路の間隔よりも小さい点、および、第２の横方向ガス流路の内径が、第１の横方向ガス流路の内径よりも大きい点で、第１の実施の形態と異なる。そして、第１のプロセスガスを供給する第１のガス供給路と、第１のプロセスガスよりも動粘度の小さい第２のプロセスガスを供給する第２のガス供給路とを備える。そして、第１の横方向ガス流路に第１のガス供給路が接続され、第２の横方向ガス流路に第２のガス供給路が接続される。以下、第１の実施の形態と重複する内容については、一部記述を省略する。

【0068】

本実施の形態によれば、動粘度の小さいプロセスガスの噴出時の流速を抑制することで、隣接するガス噴出孔から噴出される動粘度の高いプロセスガスの巻き込みを抑制することが可能となる。よって、プロセスガスの整流性が向上し、膜厚や膜質等の均一性の高い成膜を実現することが可能となる。

【0069】

図５は、本実施の形態のシャワープレートの模式上面図である。図６は、図５のＥＥ断面図である。

【0070】

第１の実施の形態と同様、シャワープレート２００の内部には、複数の第１の横方向ガス流路１０１、複数の第２の横方向ガス流路１０２、複数の第３の横方向ガス流路１０３が形成されている。複数の第１の横方向ガス流路１０１は、第１の水平面（Ｐ１）内に配置され互いに平行に延伸する。複数の第２の横方向ガス流路１０２は、第１の水平面より上方の第２の水平面（Ｐ２）内に配置され互いに平行に延伸する。複数の第３の横方向ガス流路１０３は、第１の水平面より上方、第２の水平面より下方の第３の水平面（Ｐ３）内に配置され互いに平行に延伸する。

【0071】

そして、第１の横方向ガス流路１０１に接続され縦方向に延伸し、反応室１０側に第１のガス噴出孔１１１を有する複数の第１の縦方向ガス流路１２１を備える。また、第２の横方向ガス流路１０２に接続され縦方向に延伸し、反応室１０側に第２のガス噴出孔１１２を有する複数の第２の縦方向ガス流路１２２を備える。第２の縦方向ガス流路１２２は、第１の横方向ガス流路１０１の間を通っている。さらに、第３の横方向ガス流路１０３に接続され縦方向に延伸し、反応室１０側に第３のガス噴出孔１１３を有する複数の第３の縦方向ガス流路１２３を備える。第３の縦方向ガス流路１２３は、第１の横方向ガス流路１０１の間を通っている。

【0072】

ここで、第２の縦方向ガス流路１０２の内径が、第１の縦方向ガス流路１０１の内径よりも大きくなっている。なお、第３の縦方向ガス流路１０３の内径は、例えば、第１の縦方向ガス流路１０１の内径と同じである。そして、第１の縦方向ガス流路１０１の内径と第１のガス噴出孔１１１の径、第２の縦方向ガス流路１０２の内径と第２のガス噴出孔１１２の径、第３の縦方向ガス流路１０３の内径と第３のガス噴出孔１１３の径、はそれぞれ等しくなるよう形成されている。

【0073】

また、隣接する第２の縦方向ガス流路１２２の中心間の間隔が、隣接する第１の縦方向ガス流路１２１の中心間の間隔よりも小さい。いいかえれば、第２のガス噴出孔１１２の中心間の間隔は、第１のガス噴出孔１１１の中心間の間隔よりも狭い。ここで、隣接する第３の縦方向ガス流路１２３の中心間の間隔は、例えば、隣接する第１の縦方向ガス流路１２１の中心間の間隔に等しい。すなわち、第３のガス噴出孔１１３の中心間の間隔は、第１のガス噴出孔の中心間の間隔に等しい。

【0074】

さらに、第２の横方向ガス流路１０２の内径が、第１の横方向ガス流路１０１の内径よりも大きい。

【0075】

そして、本実施の形態のエピタキシャル成長装置は、図１に示す第１の実施の形態のエピタキシャル成長装置と同様、第１のプロセスガスを供給する第１のガス供給路３１と、第２のプロセスガスを供給する第２のガス供給路３２と、第３のプロセスガスを供給する第３のガス供給路３３と、を備える。

【0076】

第２のプロセスガスの動粘度は、第１のプロセスガスより小さい。また、第３のプロセスガスの動粘度は、例えば、第１のプロセスガスの動粘度と同等である。

【0077】

ここで、動粘度（ν）とは、流体の絶対粘度（μ）を密度（ρ）で割った値であり、
ν＝μ／ρ
で表される。動粘度は定性的には流体そのものの動きにくさを表す指標となり、動粘度の小さい方が、流体が動きやすくなる。

【0078】

ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＮの単結晶膜を半導体ウェハＷに成膜する場合、例えば、第１のプロセスガスとして、水素（Ｈ_２）を分離ガスとして供給する。また、例えば、第２のプロセスガスとして、窒素（Ｎ）のソースガスとなるアンモニア（ＮＨ_３）を供給する。また、例えば、第３のプロセスガスとして、Ｇａ（ガリウム）のソースガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）をキャリアガスである水素（Ｈ_２）で希釈したガスを供給する。

【0079】

この場合、第２のプロセスガスであるアンモニア（ＮＨ_３）は、第１のプロセスガスである水素（Ｈ_２）よりも、動粘度が小さい。

【0080】

ＧａＮの成膜時には、第２のプロセスガスであるアンモニア（ＮＨ_３）は第２のガス噴出孔１１２から噴出され、第１のプロセスガスである水素（Ｈ_２）は隣接する第１のガス噴出孔１１１から噴出されることになる。この際、水素よりも動粘度の小さいアンモニアの噴出速度が、動粘度の大きい水素の噴出速度よりも速くなることでアンモニアの動圧が大きくなって、水素が引き寄せられることで乱流が生じ、プロセスガスの流れが悪化するおそれがある。

【0081】

ここで、全圧（Ｐ_０）、静圧（Ｐ）、流体の速度（ｖ）、流体の密度（ρ）との間には以下の関係が成立する。
Ｐ＋０．５ρｖ^２＝Ｐ_０
ここで、０．５ρｖが動圧である。流体の速度ｖが上がるほど動圧が大きくなり、静圧（Ｐ）が低下する、いわゆるベンチュリ効果が生ずる。例えば、アンモニアの流速が、分離ガスの水素の流速より大きいと、アンモニアを噴出するガス噴出孔近傍の静圧が下がり、水素が引き寄せられ乱流が生じやすくなる。

【0082】

本実施の形態では、動粘度が小さく流速が大きくなりやすい第２のプロセスガスが流れる第２の縦方向ガス流路１２２の内径を大きくし、かつ、間隔を狭めて数を増やす。これにより、動粘度の小さい第２のプロセスガス、ここではアンモニアの噴出速度を低下させる。したがって、動粘度の大きい第１のプロセスガス、ここでは水素の噴出速度との差が小さくなり乱流を抑制することが可能となる。

【0083】

もっとも、第２の縦方向ガス流路１２２の内径を大きくし、かつ、間隔を狭めて数を増やすことにより、第２の縦方向ガス流路１２２の流体抵抗が低下する。このため、第２の横方向ガス流路１０２の伸長方向のガス流量分布が大きくなり、成膜の均一性が低下するおそれがある。

【0084】

本実施の形態では、第２の横方向ガス流路１０２を第１の横方向ガス流路１０１よりも上側に設けることで、第２の縦方向ガス流路１２２の長さを第１の縦方向ガス流路１２１の長さよりも長くし、相対的に流体抵抗が高くなる構成としている。第２の縦方向ガス流路１２２の流体抵抗を高くすることにより、第２の横方向ガス流路１０２の伸長方向のガス流量分布を均一化することが可能となる。

【0085】

さらに、本実施の形態では、第２の横方向ガス流路１０２の内径が、第１の横方向ガス流路１０１の内径よりも大きい。第２の横方向ガス流路１０２の内径を大きくすることにより、第２の横方向ガス流路１０２の流体抵抗を小さくすることで、第２の横方向ガス流路１０２の伸長方向のガス流量分布を均一化することが可能となる。

【0086】

横方向ガス流路を階層構造にする場合、最上部の横方向ガス流路が最も内径拡大のマージンを大きくすることが可能となる。他の階層の縦方向ガス流路が間を通らないためである。このため、本実施の形態のように、３層以上の構造となる場合、動粘度の小さいプロセスガスが流れる横方向ガス流路を最上部に設けることが、ガス流量分布を均一化する観点から望ましい。

【0087】

なお、動粘度の小さい第２のプロセスガスの噴出速度を抑制するためには、動粘度が小さく流速が大きくなりやすい第２のプロセスガスが流れる第２の縦方向ガス流路１２２の内径を大きくするか、または、間隔を狭めて数を増やすかのいずれか一方のみを採用する構成としてもかまわない。

【0088】

本実施の形態の気相成長装置によれば、ガス噴出孔近傍における乱流の発生を抑制することで、プロセスガスの流れを均一かつ安定にし、基板に膜厚や膜質等の均一性に優れた膜を形成することが可能となる。

【0089】

次に、本実施の形態の気相成長方法について説明する。本実施の形態の気相成長方法は、第２の縦方向ガス流路の内径が、第１の縦方向ガス流路の内径よりも大きく、第２の横方向ガス流路の内径が、第１の横方向ガス流路の内径よりも大きく、第２の横方向ガス流路に第１の横方向ガス流路よりも動粘度の小さいプロセスガスを供給し、第２のガス噴出孔から第１のガス噴出孔から噴出されるガスよりも動粘度の小さいガスを噴出させること以外は、第１の実施の形態の気相成長方法と同様である。

【0090】

本実施の形態の気相成長方法は、図５に示したシャワープレート２００を備える枚葉型エピタキシャル成長装置を用いて行う。

【0091】

第２の横方向ガス流路１０２に第１の横方向ガス流路１０１よりも動粘度の小さいプロセスガスを供給し、第２のガス噴出孔１１２から第１のガス噴出孔から噴出されるガスよりも動粘度の小さいガスを噴出させる。

【0092】

ＧａＮを成膜する場合、第１のガス噴出孔１１１からは分離ガスである水素（第１のプロセスガス）、第２のガス噴出孔１１２からは、水素よりも動粘度の小さい窒素のソースガスであるアンモニア（第２のプロセスガス）、第３のガス噴出孔１１３からはキャリアガスである水素で希釈されたガリウムのソースガスであるＴＭＧ（第３のプロセスガス）を噴出する。

【0093】

第１ないし第３のガス噴出孔１１１、１１２、１１３から噴出されたプロセスガスは、適度に混合されて半導体ウェハＷ上に整流状態で供給される。特に、動粘度の異なる水素とアンモニアの流れがベンチュリ効果により乱流となることを抑制する。これにより、半導体ウェハＷ表面に、ＧａＮ（窒化ガリウム）の単結晶膜が均一性良くエピタキシャル成長により形成される。

【0094】

本実施の形態の気相成長方法では、ガス噴出孔近傍における乱流の発生を抑制することで、プロセスガスの流れを均一かつ安定にし、基板に膜厚や膜質等の均一性に優れた膜を形成することが可能となる。

【0095】

本実施の形態の変形例の気相成長装置は、反応室と、反応室の上部に配置され、反応室内にガスを供給するシャワープレートと、反応室内のシャワープレート下方に設けられ、基板を載置可能な支持部とを備える気相成長装置である。そして、シャワープレートが、水平面内に配置され互いに平行に延伸する複数の第１の横方向ガス流路と、第１の横方向ガス流路に接続され縦方向に延伸し反応室側に第１のガス噴出孔を有する複数の第１の縦方向ガス流路を備える。また、上記水平面内に配置され第１の横方向ガス流路と同一方向に互いに平行に延伸する複数の第２の横方向ガス流路と、第２の横方向ガス流路に接続され縦方向に延伸し反応室側に第２のガス噴出孔を有する複数の第２の縦方向流路とを備える。

【0096】

さらに、第１のプロセスガスを供給する第１のガス供給路と、第１のプロセスガスよりも動粘度の小さい第２のプロセスガスを供給する第２のガス供給路とをさらに備え、第１の横方向ガス流路に第１のガス供給路が接続され、第２の横方向ガス流路に第２のガス供給路が接続される。そして、第２の縦方向ガス流路の内径が、第１の縦方向ガス流路の内径よりも大きい、または、隣接する第２の縦方向ガス流路の間隔が、隣接する第１の縦方向ガス流路の間隔よりも小さい。

【0097】

本変形例は、第１および第２の横方向ガス流路が、同一水平面に配置され、階層構造を備えない点で上記実施の形態と異なっている。本変形例においても、ガス噴出孔近傍における乱流の発生を抑制することで、プロセスガスの流れを均一かつ安定にし、基板に膜厚や膜質等の均一性に優れた膜を形成することが可能となる。

【0098】

なお、流量分布を均一にする観点から、第２の横方向ガス流路の内径が、第１の横方向ガス流路の内径よりも大きいことが望ましい。

【0099】

また、流量分布を均一にする観点から、第２の縦方向ガス流路の内径が、第１の縦方向ガス流路の内径よりも大きい、かつ、隣接する第２の縦方向ガス流路の間隔が、隣接する第１の縦方向ガス流路の間隔よりも小さいことが望ましい。

【0100】

本実施の形態の気相成長装置は、接続される第１の縦方向ガス流路の数がｋ（ｋは１以上の整数）個である第１の横方向ガス流路（ｋ）と、ｎ（ｋ＜ｎ、ｎは２以上の整数）個である第１の横方向ガス流路（ｎ）とが存在し、第１の横方向ガス流路（ｋ）に接続される第１の接続流路の流体抵抗が、第１の横方向ガス流路（ｎ）に接続される第１の接続流路の流体抵抗よりも大きい。または、接続される第２の縦方向ガス流路の数がｋ（ｋは１以上の整数）個である第２の横方向ガス流路（ｋ）と、ｎ（ｋ＜ｎ、ｎは２以上の整数）個である第２の横方向ガス流路（ｎ）とが存在し、第２の横方向ガス流路（ｋ）に接続される第２の接続流路の流体抵抗が、第２の横方向ガス流路（ｎ）に接続される第２の接続流路の流体抵抗よりも大きい。上記以外の点については、第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については、一部記述を省略する。

【0101】

本実施の形態によれば、第１または第２の横方向ガス流路にプロセスガスを導入する第１または第２の接続流路の流体抵抗を調整することで、複数の第１または第２の横方向ガス流路の間で噴出するガスの流量に差が生じることを抑制する。よって、プロセスガスの流量分布が均一化し、膜厚や膜質等の均一性の高い成膜を実現することが可能となる。

【0102】

図７は、本実施の形態のシャワープレートの模式上面図である。図８は、図７のＦＦ断面図である。

【0103】

第１の実施の形態と同様、シャワープレート３００の内部には、複数の第１の横方向ガス流路１０１ａ、１０１ｂ、複数の第２の横方向ガス流路１０２、複数の第３の横方向ガス流路１０３が形成されている。複数の第１の横方向ガス流路１０１ａ、１０１ｂは、第１の水平面（Ｐ１）内に配置され互いに平行に延伸する。複数の第２の横方向ガス流路１０２は、第１の水平面より上方の第２の水平面（Ｐ２）内に配置され互いに平行に延伸する。複数の第３の横方向ガス流路１０３は、第１の水平面より上方、第２の水平面より下方の第３の水平面（Ｐ３）内に配置され互いに平行に延伸する。

【0104】

そして、第１の横方向ガス流路１０１ａ、１０１ｂに接続され縦方向に延伸し、反応室１０側に第１のガス噴出孔１１１を有する複数の第１の縦方向ガス流路１２１を備える。また、第２の横方向ガス流路１０２に接続され縦方向に延伸し、反応室１０側に第２のガス噴出孔１１２を有する複数の第２の縦方向ガス流路１２２を備える。第２の縦方向ガス流路１２２は、第１の横方向ガス流路１０１ａ、１０１ｂの間を通っている。さらに、第３の横方向ガス流路１０３に接続され縦方向に延伸し、反応室１０側に第３のガス噴出孔１１３を有する複数の第３の縦方向ガス流路１２３を備える。第３の縦方向ガス流路１２３は、第１の横方向ガス流路１０１ａ、１０１ｂの間を通っている。

【0105】

シャワープレート３００には、接続される第１の縦方向ガス流路の数が３個である第１の横方向ガス流路（３）１０１ａと、７個である第１の横方向ガス流路（７）１０１ｂとが存在する。そして、第１の横方向ガス流路（３）１０１ａに接続される第１の接続流路１４１ａの流体抵抗が、第１の横方向ガス流路（７）１０１ｂに接続される第１の接続流路１４１ｂの流体抵抗よりも大きくなっている。具体的には、第１の接続流路（３）１４１ａの内径を、第１の接続流路（７）１４１ｂの内径よりも小さくすることにより、第１の接続流路（３）１４１ａの流体抵抗を大きくしている。

【0106】

縦方向ガス流路の数が少ない、すなわちガス噴出孔の少ない横方向ガス流路では、縦方向ガス流路の数が多い、すなわちガス噴出孔の多い横方向ガス流路に比較して、ガス噴出孔から噴出するプロセスガスの流量が大きくなるおそれがある。本実施の形態のように、接続流路の流体抵抗を縦方向ガス流路の数によって調整することにより、縦方向ガス流路の数に依存するプロセスガスの流量のばらつきを抑制することが可能となる。したがって、噴出するプロセスガスの流量を均一化することが可能となる。

【0107】

なお、ここでは、第１の縦方向ガス流路、第１の横方向ガス流路、第１の接続流路について説明したが、同様の形態を、第２の縦方向ガス流路、第２の横方向ガス流路、第２の接続流路、または、第３の縦方向ガス流路、第３の横方向ガス流路、第３の接続流路について採用することも可能である。

【0108】

また、ここでは、ｋ＝３、ｎ＝７の場合について説明したが、ｋが１以上の整数で、ｋ＜ｎ、ｎが２以上の整数であれば、その他の値を採ることも可能である。また、横方向ガス流路に接続される縦方向ガス流路の個数のバリエーションは、２通りに限らず、３通り以上であってもかまわない。

【0109】

また、ここでは接続流路の内径を変えることで接続流路の流体抵抗を調整する場合を例に説明したが、例えば、接続流路を複数にしてその数を変えたり、オリフィスを設けたりすることで流体抵抗を調整することも可能である。

【0110】

図９は、接続流路の内径で流体抵抗を調整する効果を示すシミュレーション結果である。横軸はガス噴出孔の位置、縦軸はガス噴出孔から噴出するガス流量である。ガス噴出孔の位置は２次元上の位置を、便宜的に１次元上に表している。

【0111】

図中、×マークが１本の横方向ガス流路に接続される縦方向ガス流路の数に関わりなく接続流路の内径を等しくした場合である。点線で囲まれるマークが、接続される縦方向ガス流路の数が少ない横方向ガス流路のデータである。他の位置に比べ、噴出するガスの流量が多いことがわかる。

【0112】

これに対し、○印は、接続される縦方向ガス流路の数が少ない横方向ガス流路について、接続流路の内径を小さくした場合である。縦方向ガス流路の数が少ない横方向ガス流路では、噴出するガスの流量が減少し、その他の横方向ガス流路では噴出するガスの流量が増加している。結果的に、噴出するガスの流量が横方向ガス流路間で均一化されている。

【0113】

本実施の形態の変形例の気相成長装置は、反応室と、反応室の上部に配置され、反応室内にガスを供給するシャワープレートと、反応室内のシャワープレート下方に設けられ、基板を載置可能な支持部とを備える気相成長装置である。そして、シャワープレートが、水平面内に配置され互いに平行に延伸する複数の横方向ガス流路と、横方向ガス流路に接続され縦方向に延伸し反応室側にガス噴出孔を有する縦方向ガス流路とを備える。

【0114】

そして、接続される縦方向ガス流路の数がｋ（ｋは１以上の整数）個である第１の横方向ガス流路（ｋ）と、ｎ（ｋ＜ｎ、ｎは２以上の整数）個である第１の横方向ガス流路（ｎ）とが存在し、第１の横方向ガス流路（ｋ）に接続される第１の接続流路の流体抵抗が、第１の横方向ガス流路（ｎ）に接続される第１の接続流路の流体抵抗よりも大きい。

【0115】

本変形例は、必ずしも、異なる水平面に設けられる階層構造の第１と第２の横方向ガス流路を前提としない点で、上記実施の形態と異なっている。本変形例においても、接続流路の流体抵抗を縦方向ガス流路の数によって調整することにより、縦方向ガス流路の数に依存するプロセスガスの流量のばらつきを抑制することが可能となる。したがって、噴出するプロセスガスの流量を均一化することが可能となる。

【0116】

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。上記、実施の形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、各実施の形態の構成要素を適宜組み合わせてもかまわない。

【0117】

例えば、実施の形態では横方向ガス流路等の流路を３系統設ける場合を例に説明したが、横方向ガス流路等の流路を４系統以上設けても、２系統であってもかまわない。

【0118】

また、例えば、実施の形態では、ＧａＮ（窒化ガリウム）の単結晶膜を成膜する場合を例に説明したが、例えば、Ｓｉ（珪素）やＳｉＣ（炭化珪素）の単結晶膜等の成膜にも本発明を適用することが可能である。

【0119】

また、動粘度の比較的大きいプロセスガスについては水素（Ｈ_２）を例に説明したが、その他、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）も動粘度の大きいプロセスガスとして挙げることができる。また、動粘度の比較的小さいプロセスガスとして、アンモニア（ＮＨ_３）を例に説明したが、その他、例えば、窒素（Ｎ_２）やアルゴン（Ａｒ）も動粘度の小さいプロセスガスとして挙げることが可能である。

【0120】

また、実施の形態では、ウェハ１枚毎に成膜する枚葉式のエピタキシャル装置を例に説明したが、気相成長装置は、枚葉式のエピタキシャル装置に限られるものではない。例えば、自公転する複数のウェハに同時に成膜するプラネタリー方式のＣＶＤ装置等にも、本発明を適用することが可能である。

【0121】

実施の形態では、装置構成や製造方法等、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や製造方法等を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての気相成長装置および気相成長方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。

【符号の説明】

【0122】

１０ 反応室
１２ 支持部
１４ 回転体ユニット
１６ 加熱部
２０ 回転駆動機構
３１ 第１のガス供給路
３２ 第２のガス供給路
３３ 第３のガス供給路
１００ シャワープレート
１０１ 第１の横方向ガス流路
１０２ 第２の横方向ガス流路
１０３ 第３の横方向ガス流路
１１１ 第１のガス噴出孔
１１２ 第２のガス噴出孔
１１３ 第３のガス噴出孔
１２１ 第１の縦方向ガス流路
１２２ 第２の縦方向ガス流路
１２３ 第３の縦方向ガス流路
１３１ 第１のマニフォールド
１３２ 第２のマニフォールド
１３３ 第３のマニフォールド
１４１ 第１の接続流路
１４２ 第２の接続流路
１４３ 第３の接続流路
２００ シャワープレート
３００ シャワープレート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】