JP2006066605A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上流フローライナーと中間フローライナーと下流フローライナーとを備え、上流フローライナーから半導体原料ガスを流し、中間フローライナー内に装填した基板に半導体薄膜を成長させ、下流フローライナーから排ガスを排出する気相成長装置において、フローライナーの上流フローライナーと中間フローライナーとの間の隙間や中間フローライナーの底面とウエハートレイとの間の隙間からの半導体原料ガスの漏出量を減らし、チャンバの内壁やフローライナー外壁の反応生成物の付着を抑制する。
【解決手段】中間フローライナー３と下流フローライナー４との隙間の間隔を０．０１〜３ｍｍとする。そのために、中間フローライナー３と下流フローライナー４との間に詰め物１１を設けて、隙間の間隔を０．０１〜３ｍｍとする。
【選択図】図１

Description

この発明は、気相成長装置に関し、詳しくは半導体原料ガスを基板面に対して平行に流して基板表面に半導体薄膜を成長させる横型の気相成長装置に関する。

図８は、従来の気相成長装置の要部を示すものである。
図中符号１はフローライナーを示す。このフローライナー１は、上流フローライナー２と、中間フローライナー３と、下流フローライナー４とからなるもので、上流フローライナー２と中間フローライナー３と下流フローライナー４とがこの順番に水平に並べられ、三分割された構造となっている。これらフローライナー２、３、４の接続部分には隙間が存在しており、特に中間フローライナー３と下流フローライナー４との隙間は大きくなっており、その間隔は１０ｍｍ程度となっている。これは、下流フローライナー４の入口側部分は拡がっているためであり、この部分からフローライナー１の外側を流れるパージガスをも吸引、排気するために拡げられているのである。

また、これらのフローライナー２、３，４は、いずれも断面形状が角筒状となっており、石英などの耐熱性材料から構成されている。
さらに、中間フローライナー３の下壁には開口部が形成されており、この開口部をほぼ塞ぐようにしてウエハートレイ５が設けられている。このウエハートレイ５は、サセプタ６上に載せられており、サセプタ６の回転軸６１によって回転可能となっている。

また、サセプタ６の下方には円板状のカーボンヒータ７が設けられ、このカーボンヒータ７によりウエハートレイ５上の基板を加熱するようになっている。また、サセプタ６の下方にはカバー８が取り付けられ、サセプタ６，カーボンヒータ７などを覆うようになっている。
また、これらフローライナー１、カバー８等は、図示しないステンレス鋼などからなるチャンバ内に収容され、外気から遮断された状態となっている。

そして、上流フローライナー２から中間フローライナー３に向けて半導体原料ガスを流すことより、中間フローライナー３のウエハトレー５上に置かれた基板表面にＣＶＤ反応により半導体薄膜が成長し、反応後の排ガスがチャンバ内を流れるパージガスとともに下流フローライナー４から吸引されて排出されるようになっている。

この気相成長操作に際して、半導体原料ガスを上流フローライナー２から中間フローライナー３に流すと、フローライナー１の上流側と下流側とで圧力差が生じ、上流フローライナー２と中間フローライナー３との間の隙間や中間フローライナー３の底面とウエハートレイ５との間の隙間から大量の半導体原料ガスが漏れ出す。この漏れ出した半導体原料ガスは、カーボンヒータ７の熱によって反応生成物となり、フローライナー１の外壁やチャンバの内壁に付着するだけではなく、半導体原料ガスの使用効率が低下し、プロセスの不均一の原因にもなる。

上記圧力差の原因は、下流フローライナー４の入口部分からのチャンバ内のパージガスを吸引する際に生じるエジャクター効果によるもので、中間フローライナー３と下流フローライナー４との間の隙間が大きいため、ここからの吸い込み量（排気量）が大きなものとなって、上流フローライナー２と中間フローライナー３との間の隙間や中間フローライナー３の底面とウエハートレイ５との間の隙間からの半導体原料ガスの漏出が多くなるのである。
特開平６−９７０９４号公報

よって、本発明における課題は、フローライナー１の上流フローライナー２と中間フローライナー３との間の隙間や中間フローライナー３の底面とウエハートレイ５との間の隙間からの半導体原料ガスの漏出量を減らし、チャンバの内壁やフローライナー１外壁の反応生成物の付着を抑制することにある。

かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、少なくとも中間フローライナーと下流フローライナーとを備え、中間フローライナーに半導体半導体原料ガスを流し、中間フローライナー内に装填した基板に半導体薄膜を成長させ、下流フローライナーから排ガスを排出する気相成長装置であって、
中間フローライナーと下流フローライナーとの間の隙間の間隔を０．０１〜３ｍｍとしたことを特徴とする気相成長装置である。

請求項２にかかる発明は、中間フローライナーと下流フローライナーとの間に詰め物を設けることにより、上記間隔を０．０１〜３ｍｍとしたことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置である。
請求項３にかかる発明は、詰め物を移動可能としたことを特徴とする請求項２記載の気相成長装置である。

請求項４にかかる発明は、中間フローライナーの出口側を拡げることにより、上記間隔を０．０１〜３ｍｍとしたことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置である。
請求項５にかかる発明は、下流フローライナーの入口端を狭めることにより、上記間隔を０．０１〜３ｍｍとしたことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置である。

請求項６にかかる発明は、下流フローライナーの入口側と中間フローライナーの出口側とが互いに重なり合うようにすることにより、上記間隔を０．０１〜３ｍｍとしたことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置である。
請求項７にかかる発明は、重なり合う部分の重なり幅が可変となっていることを特徴とする請求項６記載の気相成長装置である。

請求項８にかかる発明は、中間フローライナーと下流フローライナーとに跨る筒体を設けることにより、上記間隔を０．０１〜３ｍｍとしたことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置である。
請求項９にかかる発明は、筒体が移動可能とされたことを特徴とする請求項８記載の気相成長装置である。

本発明によれば、フローライナーの上流フローライナーと中間フローライナーとの間の隙間や中間フローライナーの底面とウエハートレイとの間の隙間からの半導体原料ガスの漏出量が減少し、チャンバの内壁やフローライナーの外壁への反応生成物の付着が抑制される。また、半導体原料ガスの使用効率が向上し、プロセスの均一性も改善される。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明の気相成長装置の第１の例を示すものである。なお、以下の図１ないし図７においては、図８に示した従来の気相成長装置と同一構成部分には同一符号を付してその説明を簡略化する。

この例の気相成長装置では、下流フローライナー４の入口側に詰め物１１を設けている。この詰め物１１は、石英、窒化ホウ素、炭化ケイ素、サファイア、ステンレス鋼などの耐熱性材料からなる筒状物であって、その外周面が下流フローライナー４の入口側の断面形状に沿う形状になっており、内周面が中間フローライナー３の出口側の断面形状に沿う形状となっている。

また、この詰め物１１は、その外周面が下流フローライナー４の入口側の内周面に接するように下流フローライナー４に取り付けられており、詰め物１１の内周面と中間フローライナー３の出口側の外周面との間に小さな隙間が形成されるようになっている。
この隙間の間隔は、０．０１〜３ｍｍとなっており、間隔が０．０１ｍｍを越えると半導体原料ガスの漏出防止効果が得られず、３ｍｍ未満ではフローライナー１の外側を流れるパージガスの排気が困難となる。

図２は、上述の第１の例の変形例を示すもので、この例では詰め物１１の長さが長くなっており、その前半部分が中間フローライナー３の出口側の外壁に重なり合い、かつ両者の間に０．０１〜３ｍｍの間隔が生じるようになっている。このものでは、詰め物１１と下流フローライナー４とを長手方向に移動可能としてもよく、これによってパージガスの吸入量を可変とすることができる。

図３は、この発明の気相成長装置の第２の例を示すもので、この例は、中間フローライナー３の出口側を拡げて、これの出口端と下流フローライナー４の入口端とをほぼ同じ大きさとし、両者の間の隙間の間隔を０．０１〜３ｍｍとしたものである。

図４は、この発明の第３の例を示すもので、この例では、下流フローライナー４の入口側を狭くして、これの入口端と中間フローライナー３の出口端とをほぼ同じ大きさにして、両者間の隙間の間隔を０．０１〜３ｍｍとしたものである。なお、図４において、下流フローライナー４の中間部分が外方に膨出しているが、これに限られることはなく、直管状としてもよい。

図５は、この発明の第４の例を示すもので、この例では、下流フローライナー４の入口側部分にその厚さ方向に段差を形成してその部分の内周面を拡げ、この部分に中間フローライナー３の出口側を挿入し、下流フローライナー４の入口側と中間フローライナー３の中間フローライナー３の出口側とが互いに重なり合うようにし、これにより中間フローライナー３の出口側と下流フローライナー４の入口側との間に間隔が０．０１〜３ｍｍの隙間を形成したものである。
また、この例では、下流フローライナー４を中間フローライナー３に対してその長手方向に移動可能としてもよく、パージガスの吸入量を可変とすることができる。この場合も、その間隔を０．０１〜３ｍｍに保つことは勿論である。

図６は、図５に示した気相成長装置の変形例を示すものであって、このものは、下流フローライナー４の入口側部分に中間フローライナー３の出口側部分を挿入し、両者の隙間の間隔を０．０１〜３ｍｍとし、かつ下流フローライナー５をその長手方向に移動可能にしたものである。

図７は、本発明の第５の例を示すもので、下流フローライナー４の入口側の外周面に筒体１２を取り付け、この筒体１２内に中間フローライナー３の出口側の部分を挿入し、筒体１２が中間フローライナー３と下流フローライナー４とに跨るようにし、筒体１２の内周面と中間フローライナー３の外側部分との間隔を０．０１〜３ｍｍとしたものである。この例では、下流フローライナー４を長手方向に移動可能とし、その重なり幅を可変とすることもできる。これによりパージガスの吸入量を可変にできる。

このような気相成長装置であっては、中間フローライナー３の出口と下流フローライナー４の入口との隙間の間隔を０．０１〜３ｍｍとしたので、下流フローライナー４によるエジェクター効果が抑えられ、その結果として、フローライナー１の上流フローライナー２と中間フローライナー３との間の隙間や中間フローライナー３の底面とウエハートレイ５との間の隙間からの半導体原料ガスの漏出量が減少する。このため、チャンバの内壁やフローライナー１の外壁への反応生成物の付着が抑制されるとともに半導体原料ガスの使用効率が向上し、プロセスの均一性も改善される。
なお、図１ないし図８に示した例では、上流フローライナーと中間フローライナーとが別体となったものを示したが、本発明では、これに限らす上流フローライナーと中間フローライナーとが一体となったものでもよい。

以下、具体例を示す。
（具体例１）
図１に示す気相成長装置を用いて、サファイア基板に窒化ガリウムの薄膜を成長させた。詰め物１１には、窒化ホウ素製のものを使用し、詰め物１１と中間フローライナー３の出口端との隙間の間隔を約１ｍｍとした。成膜条件は以下の通りである。
ヒータ温度：１１５０℃
原料ガス流量条件
アンモニア：１０ＳＬＭ
水素 ：１０ＳＬＭ
窒素 ：２０ＳＬＭ
トリメチルガリウム供給量：２６０μｍｏｌ／分
成長時間：６０分

その成膜操作を１０回繰り返したところ、詰め物１１を設けない従来の装置に比べて、フローライナー１外壁やチャンバの内壁に付着した反応生成物は極めて少なくなっていた。また、成膜速度は約３．６μｍ／時間であり、従来の約３．０μｍ／時間に比べて、２０％大きく、半導体原料ガスの使用効率が向上したことが明らかになった。

（具体例２）
図４に示した気相成長装置を用いて、具体例１と同様の成膜を行った。中間フローライナー３の出口端と下流フローライナー４の入口側との隙間の間隔を約１ｍｍとした。
成膜条件は、具体例１と同様である。
成膜操作を１０回繰り返したところ、中間フローライナー３の出口端と下流フローライナー４の入口端との隙間の間隔が約１０ｍｍである従来の装置に比べて、フローライナー１外壁やチャンバの内壁に付着した反応生成物は極めて少なくなっていた。また、成膜速度は約３．６μｍ／時間であり、従来の約３．０μｍ／時間に比べて、２０％大きく、半導体原料ガスの使用効率が向上したことが明らかになった。

本発明の気相成長装置の例を示す概略構成図である。 本発明の気相成長装置の例を示す概略構成図である。 本発明の気相成長装置の例を示す概略構成図である。 本発明の気相成長装置の例を示す概略構成図である。 本発明の気相成長装置の例を示す概略構成図である。 本発明の気相成長装置の例を示す概略構成図である。 本発明の気相成長装置の例を示す概略構成図である。 従来の気相成長装置の例を示す概略構成図である。

符号の説明

１・・・フローライナー、２・・・上流フローライナー、３・・・中間フローライナー、４・・・下流フローライナー、１１・・・詰め物、１２・・・筒体

Claims (9)

1. 少なくとも中間フローライナーと下流フローライナーとを備え、中間フローライナーに半導体原料ガスを流し、中間フローライナー内に装填した基板に半導体薄膜を成長させ、下流フローライナーから排ガスを排出する気相成長装置であって、
   中間フローライナーと下流フローライナーとの間の隙間の間隔を０．０１〜３ｍｍとしたことを特徴とする気相成長装置。
2. 中間フローライナーと下流フローライナーとの間に詰め物を設けることにより、上記間隔を０．０１〜３ｍｍとしたことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
3. 詰め物を移動可能としたことを特徴とする請求項２記載の気相成長装置。
4. 中間フローライナーの出口側を拡げることにより、上記間隔を０．０１〜３ｍｍとしたことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
5. 下流フローライナーの入口端を狭めることにより、上記間隔を０．０１〜３ｍｍとしたことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
6. 下流フローライナーの入口側と中間フローライナーの出口側とが互いに重なり合うようにすることにより、上記間隔を０．０１〜３ｍｍとしたことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
7. 重なり合う部分の重なり幅が可変となっていることを特徴とする請求項６記載の気相成長装置。
8. 中間フローライナーと下流フローライナーとに跨る筒体を設けることにより、上記間隔を０．０１〜３ｍｍとしたことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
9. 筒体が移動可能とされたことを特徴とする請求項８記載の気相成長装置。
   

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