JP2004510324A - Ｃｖｄ処理のためのガス吸入素子及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、結晶構造基板上に結晶構造層を堆積する方法に関する。
【解決手段】少なくとも二つの処理ガスが、加熱されたサセプタ（１６）上のガス導入機構を介して、互いに分離して、反応器の処理チャンバー（１）に導入される。第１の処理ガスは、中央出口開口（３）を有する中央ライン（２）を介して流れ、第２の処理ガスは、その周辺にあり、ガス浸透性ガス放出リング（６）によって形成された周辺出口開口を有するラインを介して流れる。ガス放出リング（６）は、環状の副室（８）を取り囲んでいる。この発明では、周辺出口開口の領域において、寄生堆積を回避するため、サセプタ又は中央出口開口（３）を囲むガス放出機構の表面の径方向外側部に向かって面するガス放出リング（６）の端部（６’）が、副室後壁（１５）によって形成されるガス案内面の切頭円錐又は回転双曲面掲示用に応じて第２の処理ガスを冷却するようにしている。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、まず、特に、結晶構造基板上に結晶構造層を堆積（積層）するための方法に関し、少なくとも二つの処理ガスが、熱せられたセサプタ上のガス吸入素子を介して互いに分離されて、反応器の処理チャンバーに導入され、第１の処理ガスが中央出口開口を備える中央ラインを介して流れ、第２の処理ガスが、中央ラインに関して周辺にあり、そして、ガス浸透可能でガス放出リングによって形成された周辺出口開口を有するラインに沿って流れ、ガス放出リングが環状の副室を取り囲んでいる方法に関する。また、本発明は、特に、結晶構造基板上に結晶構造層の堆積を行うための装置のためのガス吸入素子に関し、二つの処理ガスが、熱せられたセサプタ上で互いに分離されて、反応器の処理チャンバーに導入され、第１の処理ガスに対する中央側端出口開口を備える中央ラインを有するとともに、中央ラインに関して周辺にあり、そして、第２のガスに対する周辺出口開口を有するラインを有し、このラインが環状の副室を取り囲むガス浸透可能でガス放出リングによって形成されており、その径方向幅が縦方向（長手方向）における中央軸に平行でない背壁のため、回転的に対称なガス放出素子の自由端に向かって減少しているガス吸入素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このタイプのガス放出素子が知られており、ガス放出素子は、処理チャンバーを取り囲むリングを介して再度放出するため、処理ガスが、径方向に流れる円筒状の対称なチャンバーに、特に、ＭＯＣＶＤ処理のための反応ガスを導入するために用いられている。ガス吸入素子を介して導入された反応ガスの分解生成物でコートされた基板は、高周波によって熱せられたサセプタ上の遊星手法によって積層（堆積）させられる。ガス吸入素子の領域又は径方向外側においてすぐに隣接する領域において、処理チャンバーはガス状の開始材料が分解する吸入ゾーンを有している。径方向外側において、この吸入ゾーンは、単結晶構造層を形成するように凝縮するため、分解生成物が基板の方向に拡散する中において、堆積ゾーンと隣り合っている。
【０００３】
周知の装置において、第２の処理ガスは周辺供給ラインを介して処理チャンバーの中央に軸方向に流れる。使用される第２のガスは、例えば、水素のようなキャリアガスを伴うＴＭＧ又はＴＭＩである。ガスは、副室の実質的にベル形状（鐘形状）で延びる背壁によって形成された偏向壁に接触する。ガス放出リングは、初期的な分解を受ける処理チャンバーの吸入ゾーンに、副室からガスが流れる櫛状のスロットを有している。ホスフィン又はアルシンのような金属水素化物が中央供給ラインを介してキャリアガスとともに処理チャンバーに入る。中央開口は熱せられたサセプタの近傍に配置され、そこから出る処理ガスは加熱サセプタの表面とガス吸入素子の自由端の終面との間の隙間を通って流れる。加熱サセプタの熱放射のため、ガス吸入素子の終面は熱せられることになる。当然の結果として、処理チャンバーに突出するガス吸入素子の部分を形成する全ての水晶体が熱せられる。特に、ガス吸入素子の自由端及び／又はガス放出リングの隣接部分と協働する副室の部分が、プロセスにおいて、周辺ラインを介して供給されるガリウム又はインジウムの金属酸化物が分解する温度に到達する。その結果、ガリウムヒ化物又はインジウムリン化物の堆積が副室のこの領域又はガス放出リングで発生する。これら寄生堆積は不利である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ガリウムヒ化物又はインジウムリン化物が加熱表面に堆積する間、中央供給ラインを囲む終面の外側周辺部分が冷えすぎていると、リン又は砒素の凝縮がそこで発生する。これは、著しい欠点である。
【０００５】
この発明は、周辺出口開口の領域で寄生堆積を抑制するとともに、ガス放出素子の終面の径方向外側周辺部分上で中央出口開口を介して出るＶ成分の凝集を抑制するための方法を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的は、請求項に記載されたこの発明によって達成される。請求項１は、副室の後壁によって形成されたガス案内面の切頭円錐又は回転双曲面形状のため、サセプタ及び／又は中央出口開口を囲むガス放出素子の終側の径方向外側部分に面するガス放出リングの終端部分が第２のガスによって冷却される。この場合、第２の供給ラインから処理チャンバーに供給されるべきガス流は、ガス案内面によって偏向されて、後壁において熱せられる。後壁は、サセプタの放射、処理チャンバーに突出するガス吸入素子の部分の放射によって熱せられる。プロセスにおいて放散する熱は、副室の部分又はサセプタの近傍にあるガス放出素子の部分を冷却する。ガス案内面の形状は、ガス吸入素子の終端部分における温度がＶ成分の堆積温度によって底に限定されず、ＩＩＩ−Ｖ成分の堆積温度によって頂点に限定されない温度範囲内に維持されるような範囲にのみ冷却が発生するように選択される。多孔質ガス放出リングのため、副室における圧力は、好ましくは、処理チャンバー圧力よりも高いレベルに保持される。その上、多孔質ガス放出リングの使用は、寄生堆積を促進する乱流が櫛の歯の背後に発達しない櫛状のガス放出リングに比べて有利である。例えば、ガス放出素子が、水晶原料から成ると、処理ガスは、ガス吸入素子の自由端に向かって実質的にオフセットして位置する流れプロファイルの最大流れで、均質化した形態でガス放出リングから出る。縦方向（長手方向）に窪んだ案内面の曲率半径は流れパラメータに合致する。より高い容積流れに対して、曲率半径は、より低い容積流れよりも大きく選択される。ガス案内面の長手方向の輪郭は直線であるかもしれない。それによって、ガス案内面の全体が切頭円錐形状となる。ガス案内面の輪郭が温度及び全体の流れ容積のような種々の処理パラメータに合致するように、本発明によれば、処理チャンバーに突出するガス吸入素子の部分が交換可能な部分として形成される。これは、供給ラインにネジ込むことができ、ガス放出リングのキャリア（架体）である水晶部分であることが好ましい。ガス放出リングは、副室の後壁によって形成され、切頭円錐又は回転双曲面の形状に構成されて、どのような段階も要せず供給ラインにリンクするガス案内面を有している。ガス案内面に沿って層流手法で流れるガス流は、対流冷却の効果を有する。サセプタ近傍の領域において、ガス放出リングからの増加した出力流は、除去効果を有する。ガリウムヒ化物の堆積処理の場合、サセプタ近傍のガス吸入素子の部分における温度が約２００℃〜約４００℃の温度範囲に維持される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【０００８】
図１〜図５で示す実施例は、ＭＯＣＶＤ反応器からの抜粋を示している。処理チャンバーは参照番号１で示され、それは、ベース１’及びシーリング（天井）１’’を有している。ベース１’は高周波によって下から加熱され、グラファイトからなるサセプタ１６の表面である。ガス吸入素子が円筒形の対称な処理チャンバー１の中央に位置づけられ、ガス吸入素子は、中央出口開口３において開口する中央供給ライン２を有している。この中央出口開口はガス吸入素子のチャンバー側端に位置し、この側端は水晶体１４と協働する。後者は、軸方向において周辺供給ライン５から流れるガスに対するガス案内面１５を形成する切頭円錐状の壁を有している。周辺供給ライン４から流れるガスは、処理チャンバーシーリング１’’と処理チャンバーベース１’とガス案内面１５によって形成された後壁との間に配置された環状の副室８に流れ込む。
【０００９】
環状の副室８は、ガス放出リング６によって囲まれており、このガス放出リング６は水晶原料として生成される。周辺供給ライン４を介して流れ込む第２の処理ガスは、均質化流れプロファイルで、ガス放出リングから出ることができる。
【００１０】
副室８の上流には、多数の通過開口９を備える環状のスロットル７があり、スロットル７の上流には、二つのガス供給ライン５、５’がそれぞれ参照番号１３、１３’で示される位置に開口する混合チャンバーがある。
【００１１】
その増加した厚みのため、図５に示すスロットル７は、より大きな絞り動作を有する。
【００１２】
図６〜図８に示された交換可能部１４は、ネジ接合１２によって、中央供給ライン２及び周辺供給ライン４を形成するガス吸入素子の上側部分にねじ込まれる。ナット１１はシーリング１’’を形成する板に保持され、上記の上側部分にねじ込まれている。ガス放出リング６の下側部分６’は、交換可能部１４の縁部分１０によって形成される薄壁の放射状環状突起上に載置されている。頂点において、ガス放出リング６は前述の板又はシーリング１’’上に支持されている。
【００１３】
図６〜図９に示す個々の交換可能部１４は、それらの直径及びそれらの案内面の観点から実質的に互いに異なり、図６、図７及び図９に示す交換可能部の案内面１５は、実質的に回転双曲面の形状である。図示の長手方向平面において、ガス案内面の輪郭線は、窪み形状であり、この面が突然の跳躍なしに、軸方向に延びる周辺ライン４の壁にリンクし、これによって、乱流が案内面１５に沿って発達しない。ガス放出リング６の外側に示された矢印は、軸方向流れのプロファイルを示している。このプロファイルの最大は、シーリング１’’近傍のガス放出リングの領域よりもサセプタ近傍のガス放出リングの端６’により近接して位置している。この結果、サセプタ近傍の領域及び縁部１０が対流によってより強く冷却されることになる。全ての実施例において、環状チャンバー８の幅Ｗはシーリング１’’からサセプタ１６への軸方向に減少する。
【００１４】
図８に示す実施例において、長手方向の案内面１５の輪郭線は、直線状の形態であり、その結果、案内面１６は切頭円錐形状である。この形状は、高容積流れに対して選択される。
【００１５】
サセプタ１６は、高周波加熱手段（図示せず）によって下から加熱される。サセプタ１６は、熱を放散し、この熱によってガス放出素子の水晶体１４が加熱される。第１の処理ガスは、アルシン又はホスフィン及び水素を有し、中央出口開口３を介して流れる。開口３を介して出たアリシン又はホスフィンは水晶体１４とサセプタ１６の表面との隙間で分解する。分解生成物は、径方向に輸送され、第２の処理ガスとしての水素とともにＴＭＧ又はＴＭＩが初期的に周辺ライン４から副室８に流れ込む。軸方向ライン４から出たガスは、案内面１５に沿って層流形態（手法）で流れ、処理において、９０°進路を変える。処理において、ガスは縁部分１０に亘って流れ、ライン４から流れるガスは、予め加熱されていないが、しかし、むしろ実質的に室温に近いので、水晶体１４に関して冷却作用を有している。熱が案内面１５を介して吸収され、ガス流は、特に、水晶部分１４の材料厚が最も小さいところで、つまり、縁部分１０の領域において、最大の冷却作用を有する。この領域、そして、特に、縁部分１０に隣接するガス放出リング部分６’は、ガス流によって最も強く冷却される。シーリング１’’は、加熱されない。従って、ガス放出リング６の領域６’は、加熱したいサセプタ１６に最も近いので、冷却ガス流なしで、ガス放出リング６の領域６’は、最も加熱されることになる。しかしながら、ライン４から出る処理ガスの対流冷却のため、サセプタ近傍のガス放出リング６の領域６’は、ガス放出リング６の残りの部分の温度に実質的に対応する温度に維持される。この温度は、サセプタ１６と水晶体１４との隙間に形成されるヒ化物又はリン化物の凝縮温度よりも高い。しかしながら、この温度は、ＩＩＩ−Ｖ成分の堆積温度よりも低い。
【００１６】
流れパラメータは、可能な限り、ガス放出リングがその軸方向長さに亘って一定の温度を有するように設定されるべきである。
【００１７】
ガス案内面１５のプロファイルは、交換可能部を置換することによって、処理パラメータに合致する。
【００１８】
【発明の効果】
このように、本発明では、周辺出口開口の領域における寄生堆積を抑制することができる。なお、開示した全ての形態は、（本質的に）本発明に該当する。補助的な／追加された優先書類（先行出願のコピー）の開示内容は、本出願の請求項におけるこれらの書類の具体化形態の観点で、本出願の開示においてその全体に組み込まれる。
［図面の簡単な説明］
図１は、ガス吸入素子の第１の例を示す図である。
図２は、ＩＩ−ＩＩ線の断面を示す図である。
図３は、ＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面を示す図である。
図４は、ＩＶ−ＩＶ線の断面を示す図である。
図５は、図１に応じた第２の例を示す図である。
図６〜図９は、異なる構成で交換可能な部分を有する変換セットを示す図である。

Claims (10)

1. 少なくとも二つの処理ガスが、加熱されたサセプタ（１６）上のガス吸入素子を介して互いに分離して、反応器の処理チャンバー（１）に導入され、特に、結晶構造基板上に結晶構造層を堆積する際、第１の処理ガスを、中央出口開口（３）を有する中央ライン（２）を介して流し、第２の処理ガスを、中央ラインに関して周辺にあって、ガス浸透性ガス放出リング（６）によって形成された周辺出口開口を有するライン（４）を介して流す方法において、副室後壁（１５）によって形成されたガス案内面の切頭円錐又は回転双曲面形状によって、サセプタ及び／又は中央出口開口（３）を囲むガス放出素子の端側の径方向外側部分に面するガス放出リング（６）の端部（６’）が、第２の処理ガスによって冷却されるようにしたことを特徴とする堆積方法。
2. 前記副室（８）の圧力は、多孔質ガス放出リング（６）によって、処理チャンバー（１）よりも高いことを特徴とする請求項１の方法。
3. 長手方向に窪んだ前記案内面（１５）の曲率半径は、より高い容積のガス流に対して大きく選択されていることを特徴とする一つ又はそれ以上の前請求項に記載の方法。
4. 前記ガス放出リング（６）から出る最大ガス流は、長手方向平面において、自由端（６’）に向かって偏心的にオフセットしていることを特徴とする一つ又はそれ以上の前請求項に記載の方法。
5. 流れパラメータ及び前記ガス案内面（１６）の長手方向の輪郭線は、加熱したサセプタ（１６）に隣接するガス放出素子の部分の温度がホスフィン又はアルシンから熱分解によって形成されるヒ化物又はリン化物の凝縮温度よりも高く、ガリウムヒ化物又はインジウムリン化物の堆積温度よりも低いように、互いに合致させることを特徴とする一つ又はそれ以上の前請求項に記載の方法。
6. 二つの処理ガスを、加熱可能なサセプタ（１６）上に互いに分離して、反応器の処理チャンバー（１）に導入して、特に、結晶構造基板上に結晶構造層を堆積するための装置のためのガス吸入素子であって、第１の処理ガスに対する中央端側出口開口（３）を有する中央ライン（２）と、中央ラインに関して周辺にあり、第２の処理ガスに対して周辺出口開口を有するライン（４）とを有し、前記ライン（４）が環状の副室（８）を囲むガス浸透性ガス放出リング（６）によって形成されており、長手方向における中央軸に平行に延びない背壁によって、回転対称なガス放出素子の自由端（６’）に向かって、ライン（４）の径方向幅が減少し、前記副室背壁によって形成される切頭円錐又は回転双曲面形状のガス案内面（１５）を備え、該ガス案内面（１５）に沿って流れるガスによって、サセプタ近傍のガス放出リング（６）の部分（６’）の対流冷却を行うようにしたことを特徴とするガス吸入素子。
7. 前記ガス放出リング（６）は、多孔質材料、特に水晶原料からなることを特徴とする請求項６に記載のガス吸入素子。
8. 前記ガス案内面（１５）は、交換可能部（１４）と協働するようにしたことを特徴とする請求項６又は７に記載のガス吸入素子。
9. 前記ガス案内面（１５）は、段階なしで、供給ライン（４）にリンクされていることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のガス吸入素子。
10. 前記交換可能部（１４）は、前記供給ライン（２、４）にネジ込みできるか又は差し込み接合によって前記供給ライン（２、４）に接合されることを特徴とする請求項６〜９に記載のガス吸入素子。