JP2005259854A - Method and device of film formation - Google Patents

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Tatsuya Suzuki
達也 鈴木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film formation method and a film formation device by which a crystal film grown on an epitaxial substrate can be made uniform. <P>SOLUTION: The film formation device 10 is provided with a substrate receiver 18 wherein a substrate 16 for film formation is arranged, an NH<SB>3</SB>gas supply nozzle 28 and a gas supply nozzle 29 having a band-like blow-off port 32 facing the substrate receiver 18, a motor 20 to move at least either of the substrate receiver 18 and the nozzle relatively along the surface of the substrate receiver 18, and an NH<SB>3</SB>gas supply 47 and material gas supplies 14 and 15 to supply a material gas for film formation to the NH<SB>3</SB>gas supply nozzle 28 and the gas supply nozzle 29. In this case, the substrate receiver 18 is rotatable, and the nozzle is formed in a manner that the lengthwise direction of the blow-off port 32 is arranged in the radial direction of the substrate receiver 18, and the opening width of the blow-off port 32 gradually becomes larger from the center of the substrate receiver 18 toward its outer circumferential side. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、基板表面に化合物半導体の薄膜結晶を均一に成膜可能な成膜方法および成膜装置に関する。   The present invention relates to a film forming method and a film forming apparatus capable of uniformly forming a thin film crystal of a compound semiconductor on a substrate surface.

GaN(窒化ガリウム)化合物半導体は青色発光ダイオード、あるいはレーザダイオード用原料、さらには高出力・高周波領域での電子デバイスの材料として注目されている。GaN系化合物半導体は一般に、結晶成長用基板としてサファイア、SiC等を用いた有機化合物気相成長法により生成している。   GaN (gallium nitride) compound semiconductors are attracting attention as blue light emitting diodes or raw materials for laser diodes, as well as materials for electronic devices in the high power / high frequency region. A GaN-based compound semiconductor is generally generated by an organic compound vapor phase growth method using sapphire, SiC or the like as a crystal growth substrate.

この場合、結晶成長用基板とGaN系化合物半導体結晶との格子不整合のため転位が発生し、厚さ方向の転位がGaN系化合物半導体結晶の成長方向にも伝搬するため、結晶欠陥が発生するという問題があった。成膜の初期段階で欠陥が生じると、欠陥と成長膜の成長する方向ベクトルが同方向のため、欠陥も結晶と一緒に膜厚方向に成長してしまう。よって、従来の気相エピタキシャル成膜においては、欠陥が膜の表面にまで貫通した貫通転位(貫通欠陥)が発生する。   In this case, dislocations occur due to lattice mismatch between the crystal growth substrate and the GaN compound semiconductor crystal, and dislocations in the thickness direction also propagate in the growth direction of the GaN compound semiconductor crystal, resulting in crystal defects. There was a problem. If a defect occurs in the initial stage of film formation, the direction vector in which the defect and the growth film grow is the same direction, so the defect also grows in the film thickness direction together with the crystal. Therefore, in the conventional vapor phase epitaxial film formation, threading dislocations (penetration defects) in which defects penetrate to the surface of the film are generated.

そこで転位の伝搬を減少させるため、特許文献1には結晶成長用基板に対して横方向にGaN系窒化物半導体結晶を成長させる方法:ELO(Epitaxial Lateral Overgrowth)が開示されている。   In order to reduce the propagation of dislocations, Patent Document 1 discloses a method of growing a GaN-based nitride semiconductor crystal laterally with respect to the crystal growth substrate: ELO (Epitaxial Lateral Overgrowth).

このELOによる結晶成長方法は、図5に示すように、まず、基板1に対してSiOからなる一定の隙間を設けたスリット2を形成する。結晶成長の過程でGaN系窒化物半導体結晶3がスリット上部では結晶成長しない。一方、スリット2間から三角形の結晶が広がって成長したGaN系窒化物半導体結晶3は横方向に成長する。スリット2間の開口部4から成長してきた部分をシードとして結晶成長させる。横方向に成長した結晶がスリット2上部を埋めることにより転位の伝搬をとめ、スリット2上部の結晶性が飛躍的に向上する。 In this crystal growth method using ELO, as shown in FIG. 5, first, slits 2 are formed with a certain gap made of SiO 2 in the substrate 1. During the crystal growth, the GaN-based nitride semiconductor crystal 3 does not grow on the slit. On the other hand, the GaN-based nitride semiconductor crystal 3 with the triangular crystal growing from between the slits 2 grows in the lateral direction. A portion grown from the opening 4 between the slits 2 is used as a seed for crystal growth. The crystal grown in the lateral direction fills the upper portion of the slit 2 to stop dislocation propagation, and the crystallinity of the upper portion of the slit 2 is dramatically improved.

また、デバイス特性はわずかなエピタキシャル成長層厚のばらつきによって大きく影響される。従って、デバイスの製造は高精度化とともに、高い歩留まりで製造することが望まれている。よって、エピタキシャル成長層の結晶品質向上とともに、エピタキシャル成長層を均一に成膜することが極めて重要となっている。
特開2000−91253号公報
The device characteristics are greatly influenced by slight variations in the thickness of the epitaxially grown layer. Therefore, it is desired to manufacture devices with high yield as well as high accuracy. Therefore, it is extremely important to uniformly form the epitaxial growth layer as well as to improve the crystal quality of the epitaxial growth layer.
JP 2000-91253 A

しかしながら、ELOによるエピタキシャル成長では、原料ガスを基板に均一に吹き付けているため、反応容器等の反応系内を原料ガスで均一にする必要がある。この場合、基板加熱台表面の全ての領域に対する原料ガスの均一供給が困難である。すべての条件が均一にならないと均一な膜形成がなされない。条件が整わないと基板上に不均一な結晶膜が成膜されて、膜成形の結晶欠陥の原因となっていた。また、原料ガスの供給は、原料ガスを基板加熱台の上方向あるいは横方向から流通させて、余剰の原料ガスを外部に排出しているため、原料ガスの使用効率が悪い。さらに、基板にあらかじめスリットを形成する必要があるため、時間と手間がかかる。   However, in the epitaxial growth by ELO, since the source gas is sprayed uniformly on the substrate, it is necessary to make the reaction system such as a reaction vessel uniform with the source gas. In this case, it is difficult to uniformly supply the source gas to all regions on the surface of the substrate heating table. A uniform film cannot be formed unless all the conditions are uniform. If the conditions are not met, a non-uniform crystal film is formed on the substrate, causing crystal defects in film formation. In addition, since the source gas is supplied from the upper direction or the lateral direction of the substrate heating table and the excess source gas is discharged to the outside, the use efficiency of the source gas is poor. Furthermore, since it is necessary to previously form a slit in the substrate, it takes time and labor.

そして、特許文献1に記載されている方法は、原料ガスが基板全体に供給するため膜の厚み方向である縦方向に膜が成長し、縦方向の貫通欠陥が生じやすい。一方、新しいデバイスへの応用として、例えばGaN、AlN等の異なる組成の結晶膜を量子井戸構造となるように成長基板上に積層させる場合がある。この場合、大きな反応容器内に原料ガスを供給するため、基板上に異なる組成の結晶膜を積層させるときに、先の結晶膜に使用した原料ガスが反応容器内に残留し、次の成長膜を積層させる際、残留する先の原料ガスが混入して結晶膜の積層する境界面が不明瞭となる。したがって、成長膜をダイオード等にした場合に性能が低下することがある。   In the method described in Patent Document 1, since the source gas is supplied to the entire substrate, the film grows in the vertical direction, which is the thickness direction of the film, and vertical penetration defects are likely to occur. On the other hand, as an application to a new device, there are cases where crystal films having different compositions such as GaN and AlN are stacked on a growth substrate so as to have a quantum well structure. In this case, since the source gas is supplied into the large reaction vessel, when the crystal films having different compositions are stacked on the substrate, the source gas used in the previous crystal film remains in the reaction vessel, and the next growth film When the layers are stacked, the remaining source gas is mixed and the boundary surface where the crystal films are stacked becomes unclear. Therefore, when the growth film is a diode or the like, the performance may deteriorate.

上記従来技術の問題点を解決するために本発明は、基板上に成長させる結晶膜の均一化を図ることを目的としている。
また、本発明は、成長基板上に積層した層間が明確となり、貫通欠陥のない結晶を成膜することを目的としている。
In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention is to make a crystal film grown on a substrate uniform.
Another object of the present invention is to form a crystal having a clear layer between the growth substrates and having no through defects.

本実施形態に係る成膜方法は、成膜用原料ガスを帯状にして基板に吹き付けるとともに、前記成膜用原料ガスを吹き出すノズルと前記基板とを基板の面に沿って相対的に移動させることを特徴としている。   In the film forming method according to the present embodiment, the film forming source gas is blown onto the substrate in a strip shape, and the nozzle for blowing the film forming source gas and the substrate are relatively moved along the surface of the substrate. It is characterized by.

また、本実施形態に係る成膜装置は、成膜用の基板を配置するテーブルと、前記テーブルに対向した帯状の吹出し口を有するノズルと、前記テーブルと前記ノズルとの少なくとも一方を前記テーブルの表面に沿って相対的に移動させる駆動部と、前記ノズルに成膜用原料ガスを供給する原料ガス供給部と、を有することを特徴としている。   In addition, the film forming apparatus according to the present embodiment includes a table on which a substrate for film formation is disposed, a nozzle having a strip-shaped outlet facing the table, and at least one of the table and the nozzle. It has a drive part moved relatively along the surface, and a source gas supply part for supplying a source gas for film formation to the nozzle.

この場合において前記テーブルは回転テーブルであり、前記ノズルは、前記吹出し口の長手方向が前記回転テーブルの半径方向に配置されるとともに、前記吹出し口の開口幅が前記回転テーブルの中心側より外周側に向けて漸次広くするようにすればよい。
また、前記ノズルは前記回転テーブルの周方向に沿って複数配設するようにすればよい。
In this case, the table is a rotary table, and the nozzle is arranged such that the longitudinal direction of the blowout port is arranged in the radial direction of the rotary table, and the opening width of the blowout port is on the outer peripheral side from the center side of the rotary table. You should make it gradually widen toward.
A plurality of nozzles may be arranged along the circumferential direction of the rotary table.

上記構成による成膜方法および成膜装置は、前記成膜用原料ガスを吹き出すノズルと前記基板とを基板の面に沿って相対的に移動させているので、結晶成長の生成部分が膜面に沿った横方向に移動し、横方向に膜が成長する。よって貫通欠陥の発生を防止することができる。また、結晶成長の原料ガス吹き付け圧力を局所的に高めることができ、大きな結晶成長速度を得るとともに結晶成長箇所を狭所に限定することができる。これにより、反応容器内部全体を均一にする必要がなく、原料ガスの無駄がない。   In the film forming method and the film forming apparatus having the above configuration, the nozzle for blowing the film forming source gas and the substrate are relatively moved along the surface of the substrate. The film grows in the lateral direction. Therefore, the occurrence of penetration defects can be prevented. Moreover, the source gas spraying pressure for crystal growth can be locally increased, so that a high crystal growth rate can be obtained and the crystal growth location can be limited to a narrow place. Thereby, it is not necessary to make the whole reaction container uniform, and there is no waste of raw material gas.

また、原料ガスを吹き付けるノズルは吹出し口を帯状に形成し、開口幅を回転テーブルの中心から外周に向かって帯状断面を漸次広く形成している。よって、前述と同様の効果が得られることに加えて、回転テーブルを回転させる際、回転テーブルの中心側と外周側における回転速度の相違による吹き付け量を均一にすることができる。これにより、基板上に形成される膜は、回転テーブルとの半径方向内側と外側とにおいて均一に成長し、均一な厚さに形成することができる。   Further, the nozzle for blowing the raw material gas has a blowing port formed in a band shape, and the opening width is gradually formed wider from the center of the rotary table toward the outer periphery. Therefore, in addition to obtaining the same effect as described above, when the rotary table is rotated, the amount of spraying due to the difference in rotational speed between the center side and the outer peripheral side of the rotary table can be made uniform. As a result, the film formed on the substrate grows uniformly on the inner side and the outer side in the radial direction with respect to the rotary table, and can be formed with a uniform thickness.

さらに、ノズルは回転テーブルに載置する基板の大きさ、または数に応じて基板上に複数設けている。これにより、前述と同様の効果が得られることに加えて、原料ガスの吹き付け量を制御し、成長膜の生成速度を大きくすることができる。   Further, a plurality of nozzles are provided on the substrate in accordance with the size or number of substrates placed on the rotary table. Thereby, in addition to obtaining the same effect as described above, the amount of the raw material gas sprayed can be controlled, and the growth rate of the growth film can be increased.

以下、本発明に係る成膜方法および成膜装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図1は本実施形態に係る成膜装置の構成概略図である。図2は基板上にガス供給ノズルから原料ガスを吹き付ける拡大図である。   Hereinafter, embodiments of a film forming method and a film forming apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a film forming apparatus according to the present embodiment. FIG. 2 is an enlarged view in which the source gas is sprayed from the gas supply nozzle onto the substrate.

図1に示すように、成膜装置10は、反応容器12と、成膜用の基板16を配置するテーブルとなる基板受け18と、基板受け18に対向した帯状の吹出し口32を有するNHガス供給ノズル28およびガス供給ノズル29と、基板受け18とNHガス供給ノズル28およびガス供給ノズル29との少なくとも一方を基板受け18の表面に沿って相対的に移動させる駆動部となるモータ20と、前述のノズルから成膜用原料ガスを供給するNHガス供給部46および原料ガス供給部14、15とから構成されている。 As shown in FIG. 1, the film forming apparatus 10 includes NH 3 having a reaction vessel 12, a substrate receiver 18 serving as a table on which a substrate 16 for film formation is arranged, and a strip-shaped outlet 32 facing the substrate receiver 18. A motor 20 serving as a drive unit that relatively moves at least one of the gas supply nozzle 28 and the gas supply nozzle 29 and the substrate receiver 18 and the NH 3 gas supply nozzle 28 and the gas supply nozzle 29 along the surface of the substrate receiver 18. And the NH 3 gas supply unit 46 and the source gas supply units 14 and 15 for supplying the film forming source gas from the nozzle described above.

反応容器12は、側面に圧力調整弁13を介して接続した真空ポンプ11によって内部を減圧可能とし、減圧下で結晶成長させるため容器は密閉系である。
反応容器12内の底部には基板16を載置する基板受け18が設置してある。基板受け18は、図2に示すように円盤状で上面側に複数枚の基板16を載置できるように開口部を形成してある。また、基板受け18の下面には基板を加熱するためのヒータ19が固定されている。基板受け18に載置する基板16の材質は、例えばサファイア、SiC等を用いることができる。
The inside of the reaction vessel 12 can be depressurized by a vacuum pump 11 connected to the side surface via a pressure regulating valve 13, and the vessel is a closed system in order to grow crystals under reduced pressure.
A substrate receiver 18 on which a substrate 16 is placed is installed at the bottom of the reaction vessel 12. As shown in FIG. 2, the substrate receiver 18 has a disk shape and has an opening so that a plurality of substrates 16 can be placed on the upper surface side. A heater 19 for heating the substrate is fixed to the lower surface of the substrate receiver 18. For example, sapphire, SiC, or the like can be used as the material of the substrate 16 placed on the substrate receiver 18.

反応容器12下部には、モータ20が設置してある。モータ20のシャフト22は反応容器12底部を貫通して、その上端部が基板受け18の下面に固定している。一方、基板16上方には、アンモニア(NH)ガスを吹き出すノズルとなるNHガス供給ノズル28と、原料ガスを吹き出すノズルとなるガス供給ノズル29が近接配置してある。なお、本実施形態では成膜用原料ガスにトリメチルガリウム(TMG)34とトリメチルアルミニウム(TMA)36とアンモニアガス47を用いて説明する。モータ20は駆動部となり基板受け18を回転して基板受け18とNHガス供給ノズル28およびガス供給ノズル29とを相対的に移動可能としている。 A motor 20 is installed at the bottom of the reaction vessel 12. The shaft 22 of the motor 20 passes through the bottom of the reaction vessel 12 and its upper end is fixed to the lower surface of the substrate receiver 18. On the other hand, above the substrate 16, an NH 3 gas supply nozzle 28 that serves as a nozzle that blows out ammonia (NH 3 ) gas and a gas supply nozzle 29 that serves as a nozzle that blows out the source gas are arranged close to each other. In the present embodiment, description will be made using trimethylgallium (TMG) 34, trimethylaluminum (TMA) 36, and ammonia gas 47 as film forming source gases. The motor 20 serves as a driving unit, and rotates the substrate receiver 18 to relatively move the substrate receiver 18 and the NH 3 gas supply nozzle 28 and the gas supply nozzle 29.

NHガス供給ノズル28およびガス供給ノズル29は、吹出し口32が基板受け18に対向した位置に設けてある。吹出し口32は帯状に形成してあり、基板受け18の半径方向に配置してある。また、吹出し口32の長さは基板16の直径よりも大きく形成している。基板受け18の円周速度は、中心付近は遅く基板の外側は早いので成膜用原料ガスの吹き付け量が均一となるように、吹出し口32の開口幅は基板受け18の中心から外周に向かって漸次広く形成してある。 The NH 3 gas supply nozzle 28 and the gas supply nozzle 29 are provided at a position where the outlet 32 faces the substrate receiver 18. The outlet 32 is formed in a band shape and is arranged in the radial direction of the substrate receiver 18. Further, the length of the outlet 32 is formed to be larger than the diameter of the substrate 16. Since the circumferential speed of the substrate receiver 18 is slow in the vicinity of the center and fast on the outside of the substrate, the opening width of the outlet 32 is directed from the center of the substrate receiver 18 toward the outer periphery so that the amount of film forming raw material gas sprayed is uniform. And gradually formed.

NHガス供給ノズル28の上端部には供給配管26cの一端が接続している。供給配管26cの他端は反応容器12の上部を貫通し、NHガス供給部46に接続している。NHガス供給部46は窒素源となるアンモニアガス47をNHガス供給ノズル28に供給する。また、供給配管26c上には調整弁45が設置してあり、調整弁45はアンモニアガス47の流量を任意に調整可能としている。 One end of a supply pipe 26 c is connected to the upper end of the NH 3 gas supply nozzle 28. The other end of the supply pipe 26 c penetrates the upper part of the reaction vessel 12 and is connected to the NH 3 gas supply unit 46. The NH 3 gas supply unit 46 supplies ammonia gas 47 serving as a nitrogen source to the NH 3 gas supply nozzle 28. An adjustment valve 45 is installed on the supply pipe 26c, and the adjustment valve 45 can arbitrarily adjust the flow rate of the ammonia gas 47.

一方、ガス供給ノズル29の上端部には、供給配管が接続し、切替弁38a、38bを介して供給配管26a、26bに分岐している。供給配管26a、26bの他端はそれぞれ原料ガス供給部14、15に接続している。   On the other hand, a supply pipe is connected to the upper end of the gas supply nozzle 29 and branches to supply pipes 26a and 26b via switching valves 38a and 38b. The other ends of the supply pipes 26a and 26b are connected to the source gas supply units 14 and 15, respectively.

原料ガス供給部14はGaN膜を成膜する原料ガスをガス供給ノズル29に供給する。原料ガス供給部14はトリメチルガリウム34を貯留したTMG槽40を備えている。TMG槽40はトリメチルガリウム34を加熱気化するヒータ43aを下方に設置している。TMG槽40の上部には前述の供給配管26aが接続しているとともに、キャリア配管31aが接続している。キャリア配管31aは流量調整弁41aを介して他端をキャリアガス供給部44aに接続している。キャリアガス供給部44aは、例えば水素、窒素ガス等を用いて、流量を制御して気化した原料ガスを希釈し、濃度調整することができる。   The source gas supply unit 14 supplies a source gas for forming a GaN film to the gas supply nozzle 29. The source gas supply unit 14 includes a TMG tank 40 in which trimethylgallium 34 is stored. The TMG tank 40 is provided with a heater 43a that heats and vaporizes the trimethylgallium 34 below. The above-described supply pipe 26a is connected to the upper portion of the TMG tank 40, and the carrier pipe 31a is connected. The other end of the carrier pipe 31a is connected to the carrier gas supply unit 44a via the flow rate adjustment valve 41a. The carrier gas supply unit 44a can adjust the concentration by diluting the vaporized source gas by controlling the flow rate using, for example, hydrogen, nitrogen gas or the like.

また、原料ガス供給部15は、AlN(窒化アルミニウム)膜を成膜する原料ガスをガス供給ノズル29に供給する。原料ガス供給部15はトリメチルアルミニウム36を貯留したTMA槽42を備えている。TMA槽42はトリメチルアルミニウム36を加熱気化するヒータ43bを下方に設置している。TMA槽42の上部には前述の供給配管26bが接続しているとともに、キャリア配管31bが接続している。キャリア配管31bは流量調整弁41bを介して他端をキャリアガス供給部44bに接続している。キャリアガス供給部44bは、例えば水素、窒素ガス等を用いて、流量を制御して気化した原料ガスを希釈し、濃度調整することができる。   The source gas supply unit 15 supplies source gas for forming an AlN (aluminum nitride) film to the gas supply nozzle 29. The source gas supply unit 15 includes a TMA tank 42 in which trimethylaluminum 36 is stored. The TMA tank 42 is provided with a heater 43b that heats and vaporizes the trimethylaluminum 36 below. The above-described supply pipe 26b is connected to the upper portion of the TMA tank 42, and the carrier pipe 31b is connected. The other end of the carrier pipe 31b is connected to the carrier gas supply unit 44b via the flow rate adjustment valve 41b. The carrier gas supply unit 44b can adjust the concentration by diluting the vaporized source gas by controlling the flow rate using, for example, hydrogen, nitrogen gas or the like.

以上の構成により成膜装置10は次のように作用する。反応容器12内部を減圧し、基板受け18の下面に固定してあるヒータ19により基板16を加熱する。本実施形態では加熱温度を1000℃〜1100℃に設定する。次に基板16を載置した基板受け18を回転させる。なお供給配管26a、26b上の切替弁38a、38bはあらかじめ閉止してある。次に反応容器12上部から原料ガスを注入する。GaNを成長する場合、原料ガス供給部14のTMG槽40内部のトリメチルガリウム34をヒータ43aによって加熱気化させる。切替弁38aを開放し、原料ガス供給部14の端部に接続したキャリアガス供給部44aからキャリアガスを導入する。キャリアガスによってトリメチルガリウム34を希釈して濃度調整を行いキャリアガスとともに反応容器12内へ送り込む。NHガス供給部46からアンモニアガス47と、原料ガス供給部14から気化したトリメチルガリウム34とが加熱された基板16上に供給される。基板16上でトリメチルガリウム34とアンモニアガス47の熱分解が生じ、GaN結晶が成長する。 With the above configuration, the film forming apparatus 10 operates as follows. The inside of the reaction vessel 12 is depressurized, and the substrate 16 is heated by a heater 19 fixed to the lower surface of the substrate receiver 18. In this embodiment, the heating temperature is set to 1000 ° C. to 1100 ° C. Next, the substrate receiver 18 on which the substrate 16 is placed is rotated. The switching valves 38a and 38b on the supply pipes 26a and 26b are closed in advance. Next, source gas is injected from the upper part of the reaction vessel 12. When growing GaN, the trimethylgallium 34 inside the TMG tank 40 of the source gas supply unit 14 is heated and vaporized by the heater 43a. The switching valve 38a is opened, and the carrier gas is introduced from the carrier gas supply unit 44a connected to the end of the source gas supply unit 14. The trimethyl gallium 34 is diluted with the carrier gas to adjust the concentration, and sent into the reaction vessel 12 together with the carrier gas. The ammonia gas 47 from the NH 3 gas supply unit 46 and the trimethyl gallium 34 vaporized from the source gas supply unit 14 are supplied onto the heated substrate 16. Thermal decomposition of trimethylgallium 34 and ammonia gas 47 occurs on the substrate 16, and GaN crystals grow.

熱分解反応中、基板受け18上の結晶基板16は基板受け18に接続したモータ20によって公転している。これにより、NHガス供給ノズル28およびガス供給ノズル29は基板16上を横方向に移動するため、膜面に沿った横方向に膜が成長する。よって、成長結晶が横方向に積み重なっていき、基板上に横方向成長膜が形成される。このとき、成長膜の成膜は基板16の回転速度、原料ガス供給部14のガス流量を任意に設定している。このように吹き付ける箇所が均一であれば、全体的に層が積層されて基板上に均一な膜が形成できる。 During the thermal decomposition reaction, the crystal substrate 16 on the substrate receiver 18 is revolved by a motor 20 connected to the substrate receiver 18. As a result, the NH 3 gas supply nozzle 28 and the gas supply nozzle 29 move in the horizontal direction on the substrate 16, so that the film grows in the horizontal direction along the film surface. Therefore, the grown crystals are stacked in the lateral direction, and a laterally grown film is formed on the substrate. At this time, the growth film is formed by arbitrarily setting the rotation speed of the substrate 16 and the gas flow rate of the source gas supply unit 14. If the sprayed portions are uniform in this way, the layers are laminated as a whole, and a uniform film can be formed on the substrate.

また、GaNを成膜したのち、AlN(窒化アルミニウム)膜を積層させる場合には、まず供給配管26aに設置した切替弁38aを閉止して気化したトリメチルガリウム34の供給を停止する。次に原料ガス供給部15のTMA槽42内部においてトリメチルアルミニウム36をヒータ43bによって加熱気化させる。供給配管26bに設置した切替弁38bを開放して気化したトリメチルアルミニウム36をキャリアガスとともに反応容器12内へ送り込む。NHガス供給部46からアンモニアガス47と、原料ガス供給部15から気化したトリメチルアルミニウム36とが加熱された基板16上に供給される。基板16上でトリメチルアルミニウム36とアンモニアガス47の熱分解が生じ、AlN結晶が基板16上に成長する。なお、ガス供給ノズル29は切替弁38a、38bを両方開放することによって、トリメチルガリウム34とトリメチルアルミニウム36を同時に供給することもできる。 When an AlN (aluminum nitride) film is deposited after GaN is deposited, the switching valve 38a installed in the supply pipe 26a is first closed to stop the supply of vaporized trimethylgallium 34. Next, the trimethylaluminum 36 is heated and vaporized by the heater 43b in the TMA tank 42 of the source gas supply unit 15. The switching valve 38b installed in the supply pipe 26b is opened and the vaporized trimethylaluminum 36 is sent into the reaction vessel 12 together with the carrier gas. The ammonia gas 47 from the NH 3 gas supply unit 46 and the trimethylaluminum 36 vaporized from the source gas supply unit 15 are supplied onto the heated substrate 16. Thermal decomposition of trimethylaluminum 36 and ammonia gas 47 occurs on the substrate 16, and an AlN crystal grows on the substrate 16. The gas supply nozzle 29 can also supply the trimethylgallium 34 and the trimethylaluminum 36 simultaneously by opening both the switching valves 38a and 38b.

次に、第2実施形態に係る成膜装置について図3を用いて説明する。図3に示すように、基板受け18上に大径の基板16が1枚載置されている。基板受け18の半径方向にNHガス供給ノズル28、ガス供給ノズル29を設置し、これを直径方向にも設置している。これにより、原料ガスの吹き付け量を制御して基板上に成膜する成膜速度を高めることができる。なお、ノズルの設置数および設置箇所はこれに限定されず、基板受けに載置する基板の大きさ、若しくは数、または成膜の成長速度を考慮して任意に設定することができる。 Next, a film forming apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, one large-diameter substrate 16 is placed on the substrate receiver 18. An NH 3 gas supply nozzle 28 and a gas supply nozzle 29 are installed in the radial direction of the substrate receiver 18, and these are also installed in the diameter direction. Thereby, the deposition rate of film formation on the substrate can be increased by controlling the amount of the source gas sprayed. The number and location of the nozzles are not limited to this, and can be arbitrarily set in consideration of the size or number of substrates placed on the substrate receiver or the growth rate of the film formation.

図4は第3実施形態に係る成膜装置を示す図である。図4に示すように、基板16は基板受け18上に載置した状態で、NHガス供給ノズル28およびガス供給ノズル29を、図示しない駆動部によって矢印e方向に基板16上を往復移動可能に設置してある。この構成によっても、前述の成膜と同様に、NHガス供給ノズル28およびガス供給ノズル29が基板16上を横方向に移動する。よって、基板16上の膜面に沿った横方向の成長膜を形成することができる。なお、NHガス供給ノズル28およびガス供給ノズル29を固定し、基板受け18を矢印e方向に往復移動可能に設置しても良い。 FIG. 4 is a view showing a film forming apparatus according to the third embodiment. As shown in FIG. 4, the NH 3 gas supply nozzle 28 and the gas supply nozzle 29 can be reciprocated on the substrate 16 in the direction of arrow e by a drive unit (not shown) while the substrate 16 is placed on the substrate receiver 18. It is installed in. Also with this configuration, the NH 3 gas supply nozzle 28 and the gas supply nozzle 29 move laterally on the substrate 16 as in the film formation described above. Therefore, a lateral growth film along the film surface on the substrate 16 can be formed. The NH 3 gas supply nozzle 28 and the gas supply nozzle 29 may be fixed, and the substrate receiver 18 may be installed so as to be able to reciprocate in the direction of arrow e.

一方、基板上の結晶膜は複数積層させる場合があるため、組成の異なる結晶膜を基板16上に形成する場合には原料ガスの組成を変えなければならない。従来の方法によれば、原料ガスの組成を替える場合、反応容器12内部全体の組成を均一にする必要があった。しかしながら、本実施形態によれば原料の吹き付けを基板16上近傍に設定し、原料ガスの放出範囲が狭いので組成の切替えが容易かつ迅速に行える。これにより、反応容器内部に原料ガスが残留することがなく、基板16上に積層する層間がはっきりと切り替わり境界面が明確となる。   On the other hand, since a plurality of crystal films on the substrate may be stacked, when forming a crystal film having a different composition on the substrate 16, the composition of the source gas must be changed. According to the conventional method, when the composition of the raw material gas is changed, it is necessary to make the composition of the entire reaction vessel 12 uniform. However, according to this embodiment, the spraying of the raw material is set in the vicinity of the substrate 16 and the discharge range of the raw material gas is narrow, so that the composition can be easily and quickly switched. Thereby, the source gas does not remain in the reaction vessel, and the layers to be stacked on the substrate 16 are clearly switched, and the boundary surface becomes clear.

このように本実施形態では、基板16上近傍に局部的に原料ガスを吹き付けて、横方向に成長膜を形成させているので、基板16上に貫通欠陥の発生を防止して、均一な成長膜を成膜することができる。   As described above, in this embodiment, the source gas is blown locally on the vicinity of the substrate 16 to form the growth film in the lateral direction, so that the generation of through defects on the substrate 16 is prevented and uniform growth is achieved. A film can be formed.

なお、本実施形態は成膜する化合物半導体にGaN、AlNを用いて説明したが、成膜する化合物半導体はこれに限定されるものではなく、ガリウム砒素(GaAs)、ガリウムインジウム砒素(GaInAs)等の他の化合物半導体製造にも適用することができる。さらに、Si、SiC等のエピタキシャル膜の成膜全般にも適用できる。   Although the present embodiment has been described using GaN and AlN as the compound semiconductor to be formed, the compound semiconductor to be formed is not limited to this, and gallium arsenide (GaAs), gallium indium arsenide (GaInAs), and the like. The present invention can also be applied to other compound semiconductor manufacturing. Furthermore, the present invention can be applied to the general film formation of epitaxial films such as Si and SiC.

本実施形態に係る成膜装置の構成概略図である。1 is a schematic configuration diagram of a film forming apparatus according to an embodiment. 基板に原料ガスを吹き付ける拡大図である。It is an enlarged view which sprays source gas on a board | substrate. 第2実施形態に係る成長装置を示す図である。It is a figure which shows the growth apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る成長装置を示す図である。It is a figure which shows the growth apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 従来のエピタキシャル成長装置を示す図である。It is a figure which shows the conventional epitaxial growth apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1………基板、2………スリット、3………GaN系窒化物半導体結晶、4………開口部、10………成膜装置、11………真空ポンプ、12………反応容器、13………圧力調整弁、14………原料ガス供給部、15………原料ガス供給部、16………基板、18………基板受け、19………ヒータ、20………モータ、22………シャフト、26………供給配管、28………NHガス供給ノズル、29………ガス供給ノズル、31………キャリア配管、32………吹出し口、34………トリメチルガリウム、36………トリメチルアルミニウム、38………切替弁、40………TMG槽、41………流量調整弁、42………TMA槽、43………ヒータ、44………キャリアガス供給部、45………調整弁、46………NHガス供給部、47………アンモニアガス。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ......... Substrate, 2 ......... Slit, 3 ......... GaN-based nitride semiconductor crystal, 4 ......... Opening, 10 ...... Film forming apparatus, 11 ......... Vacuum pump, 12 ......... Reaction Container, 13 ......... Pressure regulating valve, 14 ......... Source gas supply unit, 15 ......... Source gas supply unit, 16 ...... Substrate, 18 ...... Substrate receptacle, 19 ...... Heater, 20 ... ... motor, 22 ......... shaft, 26 ......... supply pipe, 28 ......... NH 3 gas supply nozzle, 29 ......... gas supply nozzle, 31 ......... carrier pipe, 32 ......... air outlet, 34 ... ...... Trimethyl gallium, 36 ......... Trimethyl aluminum, 38 ......... Switching valve, 40 ......... TMG tank, 41 ......... Flow control valve, 42 ......... TMA tank, 43 ......... Heater, 44 ... ... carrier gas supply unit, 45 ......... regulating valve, 46 ......... NH 3 gas supply Part, 47 ......... ammonia gas.

Claims (4)

成膜用原料ガスを帯状にして基板に吹き付けるとともに、前記成膜用原料ガスを吹き出すノズルと前記基板とを基板の面に沿って相対的に移動させることを特徴とする成膜方法。   A film forming method, wherein a film forming source gas is sprayed on a substrate in a band shape, and a nozzle for blowing the film forming source gas and the substrate are relatively moved along a surface of the substrate. 成膜用の基板を配置するテーブルと、前記テーブルに対向した帯状の吹出し口を有するノズルと、前記テーブルと前記ノズルとの少なくとも一方を前記テーブルの表面に沿って相対的に移動させる駆動部と、前記ノズルに成膜用原料ガスを供給する原料ガス供給部と、を有することを特徴とする成膜装置。   A table on which a substrate for film formation is arranged; a nozzle having a strip-shaped outlet facing the table; and a drive unit that relatively moves at least one of the table and the nozzle along the surface of the table; And a raw material gas supply unit for supplying a raw material gas for film formation to the nozzle. 前記テーブルは回転テーブルであり、前記ノズルは、前記吹出し口の長手方向が前記回転テーブルの半径方向に配置されるとともに、前記吹出し口の開口幅が前記回転テーブルの中心側より外周側に向けて漸次広くしてあることを特徴とする請求項2記載の成膜装置。   The table is a rotary table, and the nozzle is arranged such that the longitudinal direction of the blowout port is arranged in the radial direction of the rotary table, and the opening width of the blowout port is directed toward the outer peripheral side from the center side of the rotary table. 3. The film forming apparatus according to claim 2, wherein the film forming apparatus is gradually widened. 前記ノズルは前記回転テーブルの周方向に沿って複数配設してあることを特徴とする請求項3記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 3, wherein a plurality of the nozzles are arranged along a circumferential direction of the rotary table.
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