JP2004241412A - Vapor phase epitaxial growth system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板上に原料ガスを流すことにより、基板上に化合物を成長させる気相成長装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、化合物半導体の結晶成長方法として、有機金属気相成長法が用いられている。有機金属気相成長法は、量産性、および高品位素子の生産において優れており、これに用いる様々な気相成長装置が開発されている。
【0003】
従来の気相成長装置では、図5に示すように、原料ガスを流すほぼ水平に配置された反応管103の内部に、基板101を支持する基板支持体(サセプター)102を設け、この基板支持体102上に基板101を設置し、この基板101の成長面に平行に原料ガスを流し、基板101の表面に薄膜を形成していた。この場合、図5に矢印で示すように、原料ガスの流速が反応管103の中央部付近と側壁付近で大きく異なる。中央部付近で原料ガスの流速が最も速くなり、側壁側へ移動するに従って、原料ガスの流速が遅くなる。そのため気相成長した薄膜の膜厚が、基板101の中央部付近と外周部とで、不均一になるという問題があった。
【0004】
従来のこの欠点を解決するものとして、たとえば特許文献1記載の気相成長装置においては、図6に示すように反応管103の側壁110の表面を凹凸面とすることで、解決する方法がとられている。このように側壁110の表面を凹凸面とすることで、側壁110付近が乱流となり、図6に示すように、基板101上の原料ガスの流速を均一に近づけることができる。
【0005】
【特許文献1】
特許第3127501号公報 (第3頁、図1および図2)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1記載の気相成長装置においては、反応管103の中央部付近では、原料ガスの流速が均一となる。したがって、基板101および基板支持体102に対し、反応管103の幅が比較的広い場合は有効である。しかし、反応管103の幅が広いと、成膜に際し多量の原料ガスを流さなければならず、多くの原料ガスが反応に使用されずに排気されて、無駄になり、素子のコスト増加の一因になっていた。この無駄をなくすために、反応管103の幅は可能な限り狭くすることが求められている。
【0007】
ところが、特許文献1記載の気相成長装置では、原料ガスの流速が、側壁110付近では遅く、側壁から内側に進むにしたがって急激に増加する。特許文献1記載の気相成長装置において、図7のように反応管103の幅が基板101および基板保持体102の幅よりわずか大きいだけとした、幅の狭い反応管103を構成すると、原料ガスの流速が不均一な領域内に基板101の外周部が位置することとなる。図7に示すように、基板101の外周部の原料ガスの流速V2が基板101の中心部の流速V1に比べ小さくなり、基板101の外周部は、流速V2の領域に位置する。その結果、基板101の中心部と外周部とで成膜後の膜厚が不均一となっていた。
【0008】
したがって、この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、反応管の幅が、基板や基板保持体の幅よりもわずかに大きい程度でも、基板の全幅に亙って、原料ガスの流速を略均一にすることができる気相成長装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明に基づいた気相成長装置のある局面に従えば、原料ガス導入管と、上記原料ガス導入管に接続された反応管と、上記反応管に接続され反応済みガスを排出する排気管と、上記反応管の上内壁面又は下内壁面とほぼ同一平面に基板を保持する基板支持体とを備えた気相成長装置において、上記排気管に、上記基板上の原料ガスの流速を略均一にするため基板上を流れる原料ガスの流速を制御する流速制御手段を設けている。
【0010】
上記気相成長装置によれば、反応済みガスの排出を制御することで、基板上の原料ガスの流速を均一に保つので、基板表面に均一に化合物を堆積させることができる。
【0011】
この発明に基づいた気相成長装置の他の局面に従えば、原料ガス導入管と、上記原料ガス導入管に接続された反応管と、上記反応管に接続され反応済みガスを排出する排気管と、上記反応管の上内壁面又は下内壁面とほぼ同一平面に基板を保持する基板支持体とを備えた気相成長装置において、上記排気管を、主に両側壁付近の反応済みガスを排出する側壁側排気管と、主に中央部付近の反応済みガスを排出する中央排気管とに分離している。
【0012】
上記気相成長装置によれば、排気管を、主に両側壁付近の反応済みガスを排出する側壁側排気管と、主に中央部付近の反応済みガスを排出する中央排気管とに分離したので、側壁側排気管から排出される反応済みガスと、中央排気管から排出される反応済みガスの流速をそれぞれ制御することができる。これにより、反応管の幅が基板よりわずかに広い程度であっても、基板上を流れる原料ガスの流速を均一にすることができて、基板表面に均一に化合物を堆積させることができる。
【0013】
上記気相成長装置において好ましくは、上記排気管の内部に一対の仕切り板を設け、上記仕切り板により上記排気管を分離して、上記側壁側排気管と上記中央排気管とを形成している。この構成によれば、簡単な構成で、排気管を3つの経路に分離することができる。
【0014】
上記気相成長装置において好ましくは、上記側壁側排気管と中央排気管とには、それぞれ別系統のポンプが接続されている。この構成によれば、側壁側排気管と中央排気管とに接続されたポンプの動作を制御することで、基板上を流れる原料ガスの流速を均一にすることができる。
【0015】
この発明に基づいた気相成長装置の他の局面に従えば、原料ガス導入管と、上記原料ガス導入管に接続された反応管と、上記反応管に接続され反応済みガスを排出する排気管と、上記反応管の上内壁面又は下内壁面とほぼ同一平面に基板を保持する基板支持体とを備えた気相成長装置において、上記排気管に複数の開口部を形成した網状体を設け、上記網状体の単位面積当たりの開口部の面積が、中央部より両側壁側の方が大きくなるようにしている。
【0016】
上記気相成長装置によれば、上記排気管に複数の開口部を形成した網状体を設け、上記網状体の単位面積当たりの開口部の面積が、中央部より両側壁側の方が大きくなるようにしたので、中央部の方が、側壁付近より流路抵抗が大きくなる。側壁付近から排出される反応済みガスの流量が、中央部から排出される反応済みガスの流量より多くなるようにすることで、基板上を流れる原料ガスの流速を制御することができる。これにより、反応管の幅が基板よりわずかに広い程度であっても、基板上を流れる原料ガスの流速を均一にすることができて、基板表面に均一に化合物を堆積させることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本実施の形態における、気相成長装置について、図を参照しながら説明する。
【0018】
(実施の形態1)
以下、本実施の形態における気相成長装置について、図1および図2を参照して説明する。なお、図1は、本実施の形態における気相成長装置の構造を示す水平断面図であり、図2は、図1のII−II断面を示す縦断面図である。
【0019】
(気相成長装置の構造)
図1を参照して、気相成長装置の構造について説明する。本実施の形態の気相成長装置は、原料ガス導入管11と、原料ガス導入管11に接続された反応管21と、反応管21に接続され反応済みガスを排出する排気管31と、反応管21の下内壁面22とほぼ同一平面に基板41を保持する基板支持体42とを備えている。
【0020】
図1および図2に示すように、反応管21は、原料ガスが流れる扁平な空間を形成するように、断面略矩形の筒状に構成されている。反応管21の下内壁面22には円形の開口部が形成されており、その開口部には、基板41を保持する円形の基板支持体42が設けられている。基板支持体42は、回転するシャフト43に支持されたハウジング44の上面に嵌め合わせて取り付けられている。このハウジング44の内部には、ヒータ45が設けられており、基板支持体42を介して基板41を加熱することができる。基板支持体42に支持された基板41の表面は、反応管21の下内壁面22と略同一平面に位置するように、水平に保持されている。
【0021】
原料ガス導入管11は、断面矩形に構成されており、ガス導入口12から反応管21に向かってその幅が拡大するように構成されている。ガス導入口12には、図示しない原料ガス供給装置が接続される。
【0022】
排気管31は、断面矩形に構成されており、また、上流側から下流側に進むに従ってその幅が小さくなるように構成されている。排気管31の内部には、図1に示すような一対の仕切り板32,32が設けられており、排気管31の内部を両側壁側に位置する側壁側排気管33,33と、中央排気管34の3つに分割している。
【0023】
図1から明らかなように、側壁側排気管33は、その上流側から下流側まで略同一の幅を有している。これに対し、中央排気管34は上流側から下流側に進むに従って、その幅が小さくなるように構成されている。また、仕切り板32の、反応管21側の端部は、楔形に形成されて反応済みガスがスムーズに流れるようにしている。
【0024】
側壁側排気管33および中央排気管34には、それぞれポンプP1、P2が接続されている。図1に矢印で示すように、排気管31の入口付近において両側壁側排気管33における反応済みガスの流速が、中央排気管34における反応済みガスの流速より大きくなるように、ポンプP1、P2のそれぞれ能力が設定されている。
【0025】
(作用・効果)
ガス導入口12には、TMG,TMA,AsH3などの原料ガスが、水素などの搬送ガスと共に導入され、基板41の手前で合流し、合流したガスは基板41上を流れる。基板支持体42と共に回転するとともに、ヒータ45により加熱されている。この原料ガスが加熱された基板41上を流れると、基板41の表面の反応面が反応して、基板41上に膜を形成する。基板41上を通過した原料ガスは、反応済みガスとなり、排気管31に吸収される。
【0026】
従来の気相成長装置においては、反応管の中央付近において原料ガスの流速が速く、両側壁付において流速が遅くなっていた。しかし、本実施の形態では、排気管31は、上述のように構成されているので、排気管31の入口付近において、両側壁側排気管33における反応済みガスの流速が、中央排気管34における反応済みガスの流速より大きくなる。これに影響されて、反応管21内では、従来より、両側壁付近で原料ガスの流速が速くなる。図1に示すa,b,c,d各所において、bの流速はaより若干遅くなり、cにおいては側壁側排気管33に引かれて、若干向きが側壁側に向くが、いずれも基板41の成膜厚に影響のない程度であり、基板41上では原料ガスの流速が略均一となる。その結果、基板41の表面に均一な厚みの膜を形成することができる。
【0027】
本実施の形態では、排気管31を3つに分割したが、さらに精密な制御を行なうために、さらに細かく分割しても良い。また、本実施の形態では、仕切り板32を形成することで排気管31を3つに分割したが、排気管31を完全に独立した3つの管で形成しても良い。
【0028】
(実施の形態2)
次に本発明の異なる実施の形態について、上記実施の形態と異なる事項のみを説明する。なお、図3は、本実施の形態における気相成長装置の構造を示す水平断面図であり、図4は、図3のIV−IV断面を示す縦断面図である。
【0029】
(気相成長装置の構造)
本実施の形態においては、排気管31の入口付近に、多数の開口部52を設けた網状体51を配設している。図4に示すように、この網状体51に設けられた開口部52は、単位面積当たりの開口部52の面積が、中央部Cより両側壁側Sで大きくなるように配置されている。本実施の形態では、同一形状の開口部52を多数設けているが、単位面積当たりに開口部52を設ける個数を、中央部Cでは少なくし、両側壁側Sでは多くするようにしている。排気管31の下流側には、ポンプPが接続されて、排気管31全体を吸引する。
【0030】
(作用・効果)
上記のような網状体51を設けたので、反応済みガスが網状体51を通過するとき、中央部Cでの抵抗が、両側壁側Sより大きくなる。図3に矢印で示すように、排気管31の入口においては、両側壁側Sでの流量が、中央部Cでの流量より大きくなる。その影響で、基板41の表面を流れる原料ガスの流速が、中央部においては、両側壁側より大きく減速される。従来の気相成長装置においては、原料ガスの流速は中央部付近で速く、両側壁付近で遅くなっていたが、上記の影響により相殺されて、基板41の表面で略均一な流速となる。
【0031】
本実施の形態では、網状体51に同一形状の開口部52を複数設け、その個数を変化させるようにしたが、開口部の形状や大きさを変更するようにしても良い。また、本実施の形態では、網状体51を中央部Cと両側壁側Sの二つのエリアに分割し、それぞれに単位面積当たりの開口部52の面積を変化させるようにしたが、中央部付近から側壁部に進むにしたがって、徐々にその開口面積が大きくなるように構成しても良い。
【0032】
上記二つの実施の形態においては、基板41の反応面が上方を向いている所謂フェイスアップの場合について記載したが、基板支持体42を、反応管21の上内壁面側に設け、基板41の反応面が下方を向くように取り付けられる所謂フェイスダウンの場合にも適用できることは言うまでもない。
【0033】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【0034】
【発明の効果】
本発明によれば、反応管の幅が、基板や基板保持体の幅よりもわずかに大きい程度でも、基板の全幅に亙って、原料ガスの流速を略均一にすることができ、原料ガスの無駄を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に基づいた実施の形態1における気相成長装置の構造を示す水平断面図である。
【図2】図1のII−II線矢視断面を示す縦断面図である。
【図3】この発明に基づいた実施の形態2における気相成長装置の構造を示す水平断面図である。
【図4】図3のIV−IV線矢視断面を示す縦断面図である。
【図5】従来の気相成長装置の構造を示す水平断面図である。
【図6】従来の気相成長装置の構造を示す水平断面図である。
【図7】従来の気相成長装置の構造を示す水平断面図である。
【符号の説明】
11 原料ガス導入管、12 ガス導入口、21 反応管、31 排気管、32 仕切り板、33 側壁側排気管、34 中央排気管、41 基板、42 基板支持体、51 網状体、52 開口部、P1、P2 ポンプ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vapor phase growth apparatus for growing a compound on a substrate by flowing a source gas over the substrate.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, metal organic chemical vapor deposition has been used as a method for growing a compound semiconductor crystal. The metalorganic vapor phase epitaxy is excellent in mass productivity and production of high-quality devices, and various vapor phase epitaxy apparatuses used for it have been developed.
[0003]
In a conventional vapor phase epitaxy apparatus, as shown in FIG. 5, a substrate support (susceptor) 102 for supporting a
[0004]
In order to solve this conventional disadvantage, for example, in a vapor phase growth apparatus described in Patent Document 1, a method of solving the problem is to make the surface of the
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3127501 (Page 3, FIG. 1 and FIG. 2)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the vapor phase growth apparatus described in Patent Document 1, near the center of the
[0007]
However, in the vapor phase growth apparatus described in Patent Literature 1, the flow rate of the source gas is slow near the
[0008]
Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and the source gas is supplied over the entire width of the substrate even when the width of the reaction tube is slightly larger than the width of the substrate or the substrate holder. It is an object of the present invention to provide a vapor phase growth apparatus capable of making the flow velocity of the gas phase substantially uniform.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to a certain aspect of the vapor phase growth apparatus based on the present invention, a source gas introduction tube, a reaction tube connected to the source gas introduction tube, and an exhaust tube connected to the reaction tube and discharging a reacted gas. And a substrate support for holding a substrate substantially flush with the upper or lower inner wall surface of the reaction tube, wherein the exhaust pipe has a substantially uniform flow rate of the source gas on the substrate. For this purpose, a flow rate control means for controlling the flow rate of the source gas flowing on the substrate is provided.
[0010]
According to the above-mentioned vapor phase growth apparatus, since the flow rate of the source gas on the substrate is kept uniform by controlling the discharge of the reacted gas, the compound can be uniformly deposited on the substrate surface.
[0011]
According to another aspect of the vapor phase growth apparatus based on the present invention, a source gas introduction pipe, a reaction pipe connected to the source gas introduction pipe, and an exhaust pipe connected to the reaction pipe to discharge a reacted gas And a substrate support for holding a substrate substantially flush with the upper or lower inner wall surface of the reaction tube, wherein the exhaust pipe is used to remove reacted gas mainly near both side walls. It is separated into a side wall exhaust pipe for discharging and a central exhaust pipe for discharging reacted gas mainly near the center.
[0012]
According to the vapor-phase growth apparatus, the exhaust pipe is separated into a side wall-side exhaust pipe that mainly discharges the reacted gas near both side walls and a central exhaust pipe that mainly discharges the reacted gas near the center. Therefore, the flow rates of the reacted gas discharged from the side wall side exhaust pipe and the reacted gas discharged from the central exhaust pipe can be controlled. Thus, even when the width of the reaction tube is slightly wider than the substrate, the flow rate of the source gas flowing on the substrate can be made uniform, and the compound can be deposited uniformly on the substrate surface.
[0013]
In the vapor phase growth apparatus, preferably, a pair of partition plates are provided inside the exhaust pipe, and the exhaust pipe is separated by the partition plate to form the side wall side exhaust pipe and the central exhaust pipe. . According to this configuration, the exhaust pipe can be separated into three paths with a simple configuration.
[0014]
Preferably, in the vapor phase growth apparatus, pumps of different systems are respectively connected to the side wall side exhaust pipe and the central exhaust pipe. According to this configuration, by controlling the operation of the pump connected to the side wall side exhaust pipe and the central exhaust pipe, the flow rate of the source gas flowing on the substrate can be made uniform.
[0015]
According to another aspect of the vapor phase growth apparatus based on the present invention, a source gas introduction pipe, a reaction pipe connected to the source gas introduction pipe, and an exhaust pipe connected to the reaction pipe to discharge a reacted gas And a substrate support for holding a substrate in substantially the same plane as the upper or lower inner wall surface of the reaction tube, wherein a mesh body having a plurality of openings formed in the exhaust pipe is provided. The area of the opening per unit area of the net is larger on the side walls than on the center.
[0016]
According to the vapor phase growth apparatus, the exhaust pipe is provided with a mesh having a plurality of openings formed therein, and the area of the openings per unit area of the mesh is larger on both side walls than in the center. As a result, the flow path resistance is larger in the central portion than in the vicinity of the side wall. By setting the flow rate of the reacted gas discharged from the vicinity of the side wall to be higher than the flow rate of the reacted gas discharged from the central portion, the flow rate of the source gas flowing on the substrate can be controlled. Thus, even when the width of the reaction tube is slightly wider than the substrate, the flow rate of the source gas flowing on the substrate can be made uniform, and the compound can be deposited uniformly on the substrate surface.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the vapor phase growth apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
[0018]
(Embodiment 1)
Hereinafter, the vapor phase growth apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a horizontal sectional view showing the structure of the vapor phase growth apparatus in the present embodiment, and FIG. 2 is a vertical sectional view showing a II-II section in FIG.
[0019]
(Structure of vapor phase growth equipment)
The structure of the vapor phase growth apparatus will be described with reference to FIG. The vapor phase growth apparatus according to the present embodiment includes a source
[0020]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[0021]
The source
[0022]
The
[0023]
As is clear from FIG. 1, the side wall
[0024]
Pumps P1 and P2 are connected to the side wall
[0025]
(Action / Effect)
A source gas such as TMG, TMA, or AsH 3 is introduced into the
[0026]
In the conventional vapor phase growth apparatus, the flow rate of the source gas is high near the center of the reaction tube, and the flow rate is low on both side walls. However, in the present embodiment, since the
[0027]
In the present embodiment, the
[0028]
(Embodiment 2)
Next, with respect to different embodiments of the present invention, only matters different from the above embodiments will be described. FIG. 3 is a horizontal sectional view showing the structure of the vapor phase growth apparatus according to the present embodiment, and FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the IV-IV section of FIG.
[0029]
(Structure of vapor phase growth equipment)
In the present embodiment, a
[0030]
(Action / Effect)
Since the
[0031]
In the present embodiment, a plurality of
[0032]
In the above two embodiments, the so-called face-up case where the reaction surface of the
[0033]
It should be noted that the above-described embodiment disclosed herein is merely an example in all respects, and is not a basis for restrictive interpretation. Therefore, the technical scope of the present invention is not defined only by the above-described embodiments, but is defined based on the description of the claims. In addition, all changes within the meaning and scope equivalent to the claims are included.
[0034]
【The invention's effect】
According to the present invention, even when the width of the reaction tube is slightly larger than the width of the substrate or the substrate holder, the flow rate of the source gas can be made substantially uniform over the entire width of the substrate, Waste can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a horizontal sectional view showing a structure of a vapor phase growth apparatus according to a first embodiment based on the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a section taken along line II-II in FIG.
FIG. 3 is a horizontal sectional view showing a structure of a vapor phase growth apparatus according to a second embodiment based on the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a section taken along line IV-IV in FIG. 3;
FIG. 5 is a horizontal sectional view showing the structure of a conventional vapor phase growth apparatus.
FIG. 6 is a horizontal sectional view showing the structure of a conventional vapor phase growth apparatus.
FIG. 7 is a horizontal sectional view showing a structure of a conventional vapor phase growth apparatus.
[Explanation of symbols]
Claims (5)
前記排気管に、前記基板上の原料ガスの流速を略均一にするため基板上を流れる原料ガスの流速を制御する流速制御手段を設けたことを特徴とする気相成長装置。A source gas introduction pipe, a reaction pipe connected to the source gas introduction pipe, an exhaust pipe connected to the reaction pipe to discharge reacted gas, and an upper or lower inner wall surface substantially flush with the reaction tube. And a substrate support for holding the substrate,
A vapor phase growth apparatus, wherein the exhaust pipe is provided with flow rate control means for controlling the flow rate of the source gas flowing on the substrate in order to make the flow rate of the source gas on the substrate substantially uniform.
前記排気管を、主に両側壁付近の反応済みガスを排出する側壁側排気管と、主に中央部付近の反応済みガスを排出する中央排気管とに分離したことを特徴とする気相成長装置。A source gas introduction pipe, a reaction pipe connected to the source gas introduction pipe, an exhaust pipe connected to the reaction pipe to discharge a reacted gas, and a plane substantially flush with an upper inner wall surface or a lower inner wall surface of the reaction tube. And a substrate support for holding the substrate,
Wherein the exhaust pipe is separated into a side wall exhaust pipe mainly for discharging reacted gas near both side walls and a central exhaust pipe mainly for discharging reacted gas near a central portion. apparatus.
前記排気管に複数の開口部を形成した網状体を設け、前記網状体の単位面積当たりの開口部の面積が、中央部より両側壁側の方が大きいことを特徴とする気相成長装置。A source gas introduction pipe, a reaction pipe connected to the source gas introduction pipe, an exhaust pipe connected to the reaction pipe to discharge a reacted gas, and a plane substantially flush with an upper inner wall surface or a lower inner wall surface of the reaction tube. And a substrate support for holding the substrate,
A gas-phase growth apparatus, wherein a net-like body having a plurality of openings formed in the exhaust pipe is provided, and the area of the openings per unit area of the net-like body is larger on both side walls than in the center.
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