JP2006100741A

JP2006100741A - 気相成膜装置

Info

Publication number: JP2006100741A
Application number: JP2004287926A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Suzuki; 達也鈴木
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-13

Abstract

【課題】装置コストが低く、成長させる結晶により形成される膜質が優れるとともに、更に成長速度が速く生産性が高い気相成膜装置を提供する。
【解決手段】気相成膜装置は、成膜用の原料ガスを供給し、成膜用の基板に薄膜を形成するものであり、少なくとも１枚の基板が表面に載置されるサセプタと、前記サセプタに載置された前記基板に向けて前記原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記サセプタを回転させる回転手段とを有し、前記サセプタは、その外縁部に所定の間隔をあけて羽根体が前記サセプタの表面に複数立設されており、前記サセプタの回転に伴い、前記サセプタに供給された前記原料ガスの供給流れを前記サセプタの外縁部に向けて変更させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、原料ガスを基板に供給して、結晶を成長させて成膜を行う気相成膜装置に関し、特に、成膜時のサセプタの回転を利用して、基板に供給される原料ガスを効率よく排出し、膜質が優れ、成長速度が高い気相成膜装置に関するものである。

従来、ＧａＡｓまたはＧａＰからなる薄膜を形成する装置として、有機気相成長装置（以下、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置ともいう）が知られている。

図４は、従来の有機気相成長装置の要部を示す模式図である。
図４に示すように、従来のＭＯＣＶＤ装置１００においては、反応容器１０２内に、複数の基板１１０が配置される円盤状のサセプタ１０４が設けられている。このサセプタ１０４の上方には整流板１０６が設けられている。また、反応容器１０２には、その内部を排気するための真空ポンプ（図示せず）が接続されており、この真空ポンプにより圧力容器１０２内部のガスが排気される。

また、ＭＯＣＶＤ装置１００は、サセプタ１０４の下面の中央に回転軸１０８が設けられている。回転軸１０８に回転手段（図示せず）が設けられている。回転手段によりサセプタ１０４が回転される。
さらに、ＭＯＣＶＤ装置１００は、反応容器１０２内に成膜する膜の原料ガス１２０、１２２を供給する原料ガス供給手段（図示せず）と、基板１１０に原料ガス１２０、１２２を輸送するためのキャリアガス１２４を供給するキャリアガス供給手段（図示せず）とを有する。

原料ガス供給手段およびキャリアガス供給手段は、それぞれ整流板１０６の上方から原料ガス１２０、１２２およびキャリアガス１２４を供給するものである。
整流板１０６は、メッシュ状の円形部材からなり、原料ガス１２０、１２２とキャリアガス１２４との混合および均一化を促進するものである。整流板１０６を通過した原料ガス１２０、１２２とキャリアガス１２４とは、混合ガス１２６となり、基板１１０に供給される。

従来のＭＯＣＶＤ装置１００においては、成膜時には、サセプタ１０４を回転させ、その回転数と、反応容器１０２内の圧力とを調整することにより、サセプタ１０４の表面近傍における混合ガス１２６の対流を抑制し、サセプタ１０４表面における混合ガス１２６の流れを層流にする。このように、混合ガス１２６の流れを層流にすることにより、基板１１０の表面に形成される膜の均一性を図ることができる。
また、サセプタ１０４を高速回転させることにより、サセプタ１０４表面ごく近傍にある反応後の混合ガス１２６を外周方向に払い出し、混合ガス１２６が減り、減圧したところに反応していない混合ガス１２６が供給される。

また、これ以外にも、基板の表面に成膜される膜の品質を向上させる半導体薄膜結晶の気相成長装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
ここで、図５（ａ）は、特許文献１に開示された気相成長装置のサセプタを示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線による断面図である。なお、図５（ａ）および（ｂ）においては、サセプタ１３０のみを図示し、それ以外の構成については図示を省略している。

特許文献１の気相成長装置は、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、基板１１０と平行に原料ガス１４０を流すことにより、基板１１０上に薄膜結晶をエピタキシャル成長させるものである。
特許文献１のサセプタ１３０において、図５（ｂ）に示すように、フローチャネル１３８は、原料ガス１４０の流れ方向で断面積が徐々に絞られるようになっている。
フローチャネル１３８の上面を構成するサセプタ１３０に基板１１０用の穴を複数個放射状に設け、その穴に基板１１０をフェイスダウン（成長面を下向き）にして配置し、フローチャネル１３８内の原料ガス１４０が基板１１０と平行に流れるようにする。

ガス導入口１３２と基板１１０との間には、原料ガス１４０を混合する可動式ウイング１３４が設けられている。
この可動式ウイング１３４は、環状のガス導入口１３２の外周に設けられた上下２枚の幅のあるリング板が径方向に複数に分割されてセグメント状に構成されたものである。
この可動式の可動式ウイング１３４の径方向外方に、さらにガス流路を径方向にセグメントの数だけ分割するように、複数の固定式の固定式ウイング１３６がフローチャネル１３８内に立設されている。この固定式ウイング１３６は、原料ガス１４０の流れを整流して層流にするものである。

フローチャネル１３８の中央真下から上方に供給された結晶成長用の複数の原料ガス１４０は、フローチャネル１３８の上面に当たり、水平方向に向きを変えられ、ガス導入口１３２からフローチャネル１３８内を径方向外方に放射状に流れる。原料ガス１４０は、フローチャネル１３８の中央から導入されて、環状のガス導入口１３２を通り、基板１１０と接触した後、径方向外方に排出される。

特開平９−２７８５８７号公報

図４に示す従来のＭＯＣＶＤ装置１００においては、サセプタ１０４を回転させて、混合ガス１２６の流れを層流にしている。しかしながら、平板を回転させて層流を得るには、回転数を比較的高くする必要がある。このため、回転軸を機械的強度が高いものとし、軸受を高回転に耐えうるものとし、さらには、回転手段もサセプタ１０４を高回転させることができるものとする必要があり、装置コストが嵩むという問題点がある。

また、特許文献１に開示された気相成長装置においては、基板１１０よりも原料ガス１４０の流れの上流側に、可動式ウイング１３４および固定式ウイング１３６が設けられている。このため、可動式ウイング１３４および固定式ウイング１３６に、原料ガス１４０があたり、原料ガス１４０から堆積物が生成する虞がある。
このように、原料ガス１４０により形成された堆積物が剥離すると、パーティクルとなり、反応容器内に浮遊する等して、成膜される膜の膜質を低下させるという問題点がある。このようなパーティクルの発生は、製品の歩留まりを悪くし、ひいては、生産性を低下させてしまう。

本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決することにあり、装置コストが低く、成長させる結晶により形成される膜質が優れるとともに、更に成長速度が速く生産性が高い気相成膜装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、成膜用の原料ガスを供給し、成膜用の基板に薄膜を形成する気相成膜装置であって、少なくとも１枚の基板が表面に載置されるサセプタと、前記サセプタに載置された前記基板に向けて前記原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記サセプタを回転させる回転手段とを有し、前記サセプタは、その外縁部に所定の間隔をあけて羽根体が前記サセプタの表面に複数立設されており、前記サセプタの回転に伴い、前記サセプタに供給された前記原料ガスの供給流れを前記サセプタの外縁部に向けて変更させることを特徴とする気相成膜装置を提供するものである。

また、本発明においては、前記羽根体は、前記サセプタの表面に一定の長さで立設されており、前記羽根体の各々は、隣り合う羽根体と立設先端部分において板部材で連結されていることが好ましい。
さらに、本発明においては、前記各羽根体は、それぞれ前記サセプタの回転中心と前記羽根体の中心とを通る平面に対して前記羽根体が交差して所定の取付角で立設されていることが好ましい。

本発明の気相成膜装置によれば、サセプタの外縁部に所定の間隔をあけて羽根体をサセプタの表面に複数立設することにより、成膜時にサセプタを回転させると、成膜用の原料ガスの供給流れをサセプタの外縁部に向けて変更することができる。これにより、原料ガスの入れ換え効率を向上させることができる。このため、成膜に利用された原料ガスを速やかに排出し、成膜に利用されていない原料ガスを基板に速やかに供給することができる。
よって、成膜に利用されていない原料ガスを用いて、成膜を常に行うことができるため、膜質および膜厚均一性が優れた膜を得ることができる。さらに、原料ガスの排出および供給を速やかに行うことができるので、成長速度も速いものとすることができる。これにより、生産性も向上する。

また、本発明の気相成膜装置においては、成膜に利用された原料ガスを速やかに排出し、成膜に利用されていない原料ガスを基板に速やかに供給することができる。このため、サセプタの回転数を下げても従来と同じ効果を得ることができる。よって、サセプタを回転させるためのモータ、回転軸、または軸受などについては、安価なものを用いることができる。これにより、装置コストを下げることができる。

以下、本発明の気相成膜装置について、添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
図１は、本発明に実施例に係る気相成長装置を示す模式図である。

図１に示すように、本実施例の気相成長装置１０は、ＭＯＣＶＤ装置であり、基本的に、反応容器１２と、成膜用の基板Ｗを配置するテーブルとなるサセプタ１４と、サセプタ１４の上方に配置された原料ガス供給ノズル４０と、サセプタ１４の上方に配置されたＮＨ_３ガス供給ノズル（以下、アンモニアガス供給ノズルという）４２と、サセプタ１４を回転させるモータ（回転手段）１６と、反応容器１２内を減圧する真空ポンプ１８と、ＮＨ_３ガス（以下、アンモニアガスという）供給部４４と、トリメチルガリウム（以下、ＴＭＧという）ガス供給部２０ａと、トリメチルアルミニウム（以下、ＴＭＡという）ガス供給部２０ｂとを有する。

反応容器１２は、サセプタ１４と、原料ガス供給ノズル４０と、アンモニアガス供給ノズル４２とが設けられている。反応容器１２には、側面に配管１９ａが接続され、この配管１９ａには、圧力調整弁１９を介して真空ポンプ１８が接続されている。
反応容器１２は、基板Ｗに結晶を成長させて、薄膜を形成するためのものであり、例えば、真空ポンプ１８により内部が減圧された場合でも、内部を所定の圧力に保持できる密閉容器である。

反応容器１２内の底部には、サセプタ１４が設けられている。サセプタ１４は、円盤状の基体５０を有し、回転軸６０を介して反応容器１２の下方に設けられたモータ１６に接続されている。また、回転軸６０は、反応容器１２を貫通しており、反応容器１２と回転軸６０との間には、軸受（図示せず）、およびシール材（図示せず）が設けられている。これにより、サセプタ１４は、反応容器１２の圧力を維持した状態で回転が可能である。

サセプタ１４は、基体５０の表面５０ａに、複数枚の基板Ｗが載置できるものである。また、サセプタ１４においては、基板Ｗが載置された基体５０の表面５０ａの外側領域（外縁部）に羽根部Ｆが設けられている。羽根部Ｆは後述するように、羽根体５４と、カバー材５６とを有するものである。さらに、後述するように、回転軸６０を囲むようにヒータ６２が設けられている。これにより、基板Ｗを所定の温度まで加熱できる。また、基板Ｗとしては、例えば、サファイア基板またはＳｉＣ基板等を用いる。なお、サセプタ１４については、後に詳細に説明する。

本実施例においては、原料ガスとして、ＴＭＧガス、ＴＭＡガス、およびアンモニアガスの３種類のガスを形成する薄膜の組成に応じて適宜組み合わせて用いる。また、本実施例においては、ＴＭＡガス、またはＴＭＧガスおよびＴＭＡガスの混合ガスのいずれのガスも有機金属ガスＧという。このように、本実施例において、原料ガスは、有機金属ガスＧおよびアンモニアガスｇとからなるものである。

原料ガス供給ノズル４０と、アンモニアガス供給ノズル４２とは、それぞれ近接して設けられており、各原料ガス供給ノズル４０、およびアンモニアガス供給ノズル４２の吹出口がサセプタ１４の表面５０ａ（図２（ａ）参照）に向けられている。
原料ガス供給ノズル４０からＴＭＧガス、ＴＭＡガス、またはＴＭＧガスおよびＴＭＡガスの混合ガスがサセプタ１４の表面に上方から供給される。また、アンモニアガス供給ノズル４２からアンモニアガスｇがサセプタ１４の表面に上方から供給される。

原料ガス供給ノズル４０は、第１の供給配管３６ａおよび第２の供給配管３６ｂに接続されている。
第１の供給配管３６ａは、切替弁３８ａが設けられており、さらに端部には、トリメチルガリウムガス供給部（以下、ＴＭＧガス供給部という）２０ａが接続されている。

また、第２の供給配管３６ｂも、切替弁３８ｂが設けられており、さらに端部にトリメチルアルミニウムガス供給部（以下、ＴＭＡガス供給部という）２０ｂが接続されている。
本実施例においては、原料ガス供給ノズル４０は、各切替弁３８ａ、３８ｂの調整によりＴＭＧガス、ＴＭＡガス、またはＴＭＧガスおよびＴＭＡガスの混合ガスを基板Ｗに供給するものである。

ＴＭＧガス供給部２０ａは、ＧａＮ膜を成膜するためのＴＭＧガスを原料ガス供給ノズルに供するものであり、第１キャリアガス供給部３０ａが接続されている。
このＴＭＧガス供給部２０ａは、トリメチルガリウム２４ａを貯留するトリメチルガリウム槽（以下、ＴＭＧ槽という）２２ａが設けられている。このＴＭＧ槽２２ａは、例えば、円筒状の容器である。このＴＭＧ槽２２ａの下面には、ヒータ２６ａが設けられている。このヒータ２６ａにより、トリメチルガリウム２４ａが加熱されて気化し、ＴＭＧガス（有機金属ガスＧ）となる。
また、ＴＭＧ槽２２ａの上部は、蓋２３ａより密閉されており、この蓋２３ａに第１の供給管３６ａが挿通されている。

また、蓋２３ａには、キャリアガス供給管３２ａが挿通され、ＴＭＧ槽２４ａ内に挿入されている。このキャリアガス供給管３２ａは、第１キャリアガス供給部３０ａに流量調整弁３４ａを介して接続されている。
第１キャリアガス供給部３０ａは、ＴＭＧガス供給部２０ａに、キャリアガスとして、例えば、水素ガスまたは窒素ガスを供給するものである。なお、キャリアガスとは、成膜に必要な有機金属ガスＧを結晶を成長させる基板Ｗに輸送するために用いられるものである。

第１キャリアガス供給部３０ａは、水素ガスボンベ、または窒素ガスボンベを有する。また、キャリアガスの流量は、流量調整弁３４ａにより調整することができる。これにより、原料ガス供給ノズル４０から基板Ｗに供給するＴＭＧガスの濃度を調整することができる。

ＴＭＡガス供給部２０ｂは、ＡｌＮ膜を成膜するためのＴＭＡガスを原料ガス供給ノズル４０に供給するものであり、第２キャリアガス供給部３０ｂが接続されている。
このＴＭＡガス供給部２０ｂは、トリメチルアルミニウム２４ｂを貯留するトリメチルアルミニウム槽（以下、ＴＭＡ槽という）２２ｂが設けられている。このＴＭＡ槽２２ｂは、例えば、円筒状の容器である。このＴＭＡ槽２２ｂの下面には、ヒータ２６ｂが設けられている。このヒータ２６ｂにより、トリメチルアルミニウム２４ｂが加熱されて気化し、ＴＭＡガス（有機金属ガスＧ）となる。
また、ＴＭＡ槽２２ｂの上部は、蓋２３ｂより密閉されており、この蓋２３ｂに第２の供給管３６ｂが挿通されている。

また、蓋２３ｂには、キャリアガス供給管３２ｂが挿通され、ＴＭＡ槽２４ｂ内に挿入されている。このキャリアガス供給管３２ｂは、第２キャリアガス供給部３０ｂに流量調整弁３４ｂを介して接続されている。

第２キャリアガス供給部３０ｂは、ＴＭＡガス供給部２０ｂに、キャリアガスとして、水素ガスまたは窒素ガスを供給するものである。この第２キャリアガス供給部３０ｂは、水素ガスボンベ、または窒素ガスボンベを有する。また、キャリアガスの流量は、流量調整弁３４ｂにより、調整することができる。これにより、原料ガス供給ノズル４０から基板Ｗに供給するＴＭＡガスの濃度を調整することができる。

アンモニアガス供給ノズル４２は、第３の供給配管３６ｃに接続されている。この第３の供給配管３６ｃは、調整弁４６を介してアンモニアガス供給部４４に接続されている。
アンモニアガス供給部４４は、窒素源となるアンモニアガスｇを基板Ｗの表面に、第３の供給配管３６ｃおよびアンモニアガス供給ノズル４２を介して供給するものである。また、調整弁４６により、アンモニアガスｇの流量を任意に調整することができる。

以下、本実施例の気相成長装置１０のサセプタ１４について詳細に説明する。
図２（ａ）は本実施例の気相成長装置のサセプタを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の側面図である。図３は、図２（ａ）のＡ−Ａ線による模式的断面図である。

図２（ｂ）に示すように、本実施例のサセプタ１４は、円盤状の基体５０の下面５０ｂにおける中央部に回転軸６０が設けられている。このサセプタ１４の回転中心は、基体５０の表面５０ａの中心であり、この中心を通る中心線Ｃを回転中心としてサセプタ１４が回転する。

図２（ａ）に示すように、基体５０の表面５０ａには、基板Ｗが結晶を成長させる成長面を上にして、例えば、６枚、基体５０の表面５０ａの中心（図示せず）から等しい距離に、各基板Ｗの中心を合わせて配置されている。すなわち、各基板Ｗの中心は、基体５０の中心（中心線Ｃ）を中心とした同じ円上にある。

羽根体５４が、基体５０の表面５０ａの基板Ｗが配置されている領域の外側領域である外縁部に所定の間隔をあけてサセプタ１４（基体５０）の中心（中心線Ｃ）を取り囲んで円周上に複数立設されている。各羽根体５４は、厚さが略均一な板部材からなるものである。この各羽根体５４は、基体５０の中心線Ｃ（図２（ａ）、（ｂ）参照）と、羽根体５４の中心Ｄ（図２（ａ）参照）とを通る平面Ｐ（図２（ａ）参照）に対して、交差して所定の角度α（図２（ａ）参照）傾けられ形成されている。本発明において、各羽根体５４の平面Ｐに対する角度αを取付角という。
また、図２（ｂ）に示すように、各羽根体５４は、基板Ｗの表面に対して垂直な方向（以下、垂直方向という）における長さが全て同じ長さである。すなわち、羽根体５４は、全て長さは一定である。

各羽根体５４の配置間隔で生じた開口５４ｂを塞ぐ、所定の幅を有する円環状のカバー材５６が基板Ｗの表面から離間して全ての羽根体５４の端面５４ａに接して設けられている。このように、羽根体５４およびカバー材５６により羽根部Ｆが構成される。この羽根体５４（羽根部Ｆ）により、原料ガスは基板Ｗが配置されている領域の外側の領域（外縁部）において、垂直方向に移動することが抑制される。
ここで、本実施例における外縁部とは、基体５０の表面５０ａにおいて、基板Ｗが配置される領域よりも外側の領域のことである。このため、本実施例においては、羽根体５４（羽根部Ｆ）は、図２（ｂ）に示すように基体５０の表面５０ａの端部に形成されるものに限定されるものではなく、基板Ｗが配置される領域よりも外側の領域に形成されていればよい。

本実施例においては、成膜時にはサセプタ１４は回転しており、図３に示すように、サセプタ１４の基体５０の表面５０ａに対して垂直方向から、羽根体５４に囲まれる領域（基板５０表面５０ａの中央部）に原料ガス（有機金属ガスＧ、およびアンモニアガスｇ）が供給される。この原料ガスの供給流れは、基板Ｗの表面において、結晶成長に使われた後、羽根体５４により、サセプタ１４の外縁部に向けて方向が変更され、羽根体５４の間を排気Ｅとして通過し、サセプタ１４の外部に排出される。
このとき、原料ガスが、載置された全ての基板Ｗに均一に行き渡るように、原料ガスは層流状態で、基体５０の表面５０ａを放射状に流れている（図２（ａ）参照）。
また、本実施例においては、各羽根体５４の開口５４ｂを塞ぐカバー材５６を設けることにより、基板Ｗ表面を流れる原料ガスの流れがより一層乱れにくくなり、膜質および膜厚均一性を更に一層向上させることができる。

本実施例においては、図２（ｂ）に示すように、基体５０の下面５０ｂには、回転軸６０を囲むように、基板Ｗが配置される領域に整合する領域にヒータ６２が設けられている。このヒータ６２としては、例えば、抵抗加熱方式、または誘導加熱方式のものを用いることができる。

なお、本実施例においては、カバー材５６を設ける構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、羽根体５４の各々が隣り合う羽根体５４と端面５４ａ（立設先端部分）において板部材で連結されていればよい。さらに、本発明においては、サセプタ１４の回転数および反応容器１２内に圧力を適宜調整し、基体５０の表面５０ａにおける原料ガスの流れが層流になれば、必ずしもカバー材５６は必要ではない。

また、本実施例においては、羽根体５４の形状は、特に限定されるものではない。羽根体５４は、例えば、基体の表面と平行な面における断面形状は、四角形、翼形、または基体の直径方向と平行な方向における少なくとも一方の端部の幅が中央部に比べて狭い形状などが挙げられる。特に、断面形状が、基体の直径方向と平行な方向における少なくとも一方の端部の幅が中央部に比べて狭い形状である場合、羽根体に、原料ガスが付着して堆積物が形成される可能性が低くなるため好ましい。
なお、本実施例においては、サセプタ１４に羽根部Ｆを設ける構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、サセプタ１４と羽根部Ｆとを別体としてもよい。このように、別体とした場合、羽根部Ｆは、サセプタ１４の外周に沿って設けられ、サセプタ１４と羽根部Ｆとは、同期して一体的に回転させてもよく、また、相互に独立して回転させてもよい。

また、羽根体５４の取付角度は、原料ガスを基板Ｗの表面からサセプタ１４の外部に、層流状態を保持したまま移動させることができれば、特に限定されるものではない。
さらに、原料ガスを供給する第１の供給管３６ａおよび第２の供給管３６ｂは、サセプタ１４の表面に対して垂直方向に供給するものに限定されるものではなく、サセプタ１４の表面において原料ガスが層流を維持できるものであれば、この表面に対する垂直方向に対して所定の角度傾いて供給するものであってもよい。

また、本実施例においては、サセプタ１４の外縁部に羽根部Ｆを設けているため、原料ガスが結晶成長に利用される前に、基板Ｗ以外のものと接触することがない。このため、基板Ｗに接触する前に部材に原料ガスが付着して堆積物となり、剥離して原料ガスの流れにのって、パーティクルとなって基板Ｗ表面に付着することが防止される。これにより、基板Ｗ表面の清浄度を低下させることがなくなり、歩留まりを向上させることができるため、生産性を高くでき、製造コストを下げることができる。

また、サセプタ１４の外縁部に羽根部Ｆを設けているため、サセプタ１４の回転数を低くしても、従来と同様の層流状態が得られ、従来と同様の効果を得ることができる。このため、モータ１６の回転数を下げることができる。さらには、回転軸６０の機械的強度も下げるか、またはモータ１６を能力が低いものとすることもできる。このように、装置コストも下げることができる。
一方、回転軸の機械的強度を低下させない場合、またはモータを能力が低いものとしない場合には、サセプタの回転数を低くくできるため、装置の耐久性を向上させることができる。
本実施例においては、上述のいずれの場合でも、羽根体５４を設けているだけの簡単な構成であるため、装置コストが嵩むことがなく、装置コストを低くできる。
なお、本実施例においては、基体５０の形状を円形としたが、本発明は、これに限定されるものではなく、四角形など他の形状であってもよい。

以下、本実施例の気相成長装置による成膜方法について説明する。
先ず、反応容器１２の内部を、圧力調整弁１９を開き、真空ポンプ１９により減圧する。
次に、サセプタ１４に設けられたヒータ６２により基板Ｗを、例えば、１０００〜１１００℃に加熱する。

次に、サセプタ１４をモータ１６により、例えば、１０００ｒｐｍの回転数で回転させる。このサセプタ１４の回転数は、供給される原料ガスが層流となる回転数である。
なお、第１の供給管３６ａおよび第２の供給管３６ｂに設けられた各切替弁３８ａ、３８ｂは予め閉止されている。

本実施例において、ＧａＮ膜を成長させる場合、ＴＭＧガス供給部２０ａのＴＭＧ槽２２ａ内部のＴＭＧ２４ａをヒータ２６ａにより加熱し、気化させてＴＭＧガスを発生させる。

次に、流量調整弁３４ａを開放し、第１の原料ガス供給部２０ａに接続された第１キャリアガス供給部３０ａからキャリアガスを導入する。
このキャリアガスにより、ＴＭＧガスを希釈して、ＴＭＧガスの濃度調整を行い、キャリアガスとともに、反応容器１２内に輸送する。

次に、アンモニアガス供給部４４からアンモニアガスｇと、ＴＭＧガス供給部２０ａからＴＭＧガス（有機金属ガスＧ）とが加熱された基板Ｗの表面に上方から供給される。
次に、基板Ｗ上でＴＭＧガスとアンモニアガスとの熱分解が生じ、基板Ｗの表面でＧａＮ結晶が成長し、ＧａＮ膜が形成される。

熱分解中、サセプタ１４上の基板Ｗは、サセプタ１４に回転軸６０を介して接続されたモータ１６により公転している。本実施例においては、サセプタ１４の外縁部に設けられた羽根部Ｆにより、サセプタ１４の中央部から外側に向かう方向に流れが生じる。
これにより、サセプタ１４（基板Ｗ）の上方より、原料ガス供給ノズル４０から供給されたＴＭＧガス、およびアンモニアガス供給ノズル４２から供給されたアンモニアガスｇが、ＧａＮ膜の成膜に利用された後、原料ガスの供給流れの方向が変更されて、速やかにサセプタ１４から排気Ｅとして排出される。このため、常に結晶成長に利用されていないＴＭＧガスおよびアンモニアガスｇが基板Ｗに供給される。これにより、膜質が優れるとともに、膜厚の均一性が優れたＧａＮ膜を得ることができる。

また、ＧａＮ膜を形成した後、ＧａＮ膜の上にＡｌＮ（窒化アルミニウム）膜を形成する場合について説明する。なお、ＡｌＮ膜の形成方法は、ＧａＮ膜の形成方法と同様であるので詳細な説明は省略する。
この場合、先ず、第１の供給管３６ａに設けられた切替弁３８ａを閉止して、ＴＭＧガスの供給を停止する。
本実施例において、ＡｌＮ膜を形成させる場合、ＴＭＡガス供給部２０ｂのＴＭＡ槽２２ｂ内部のＴＭＡ２４ｂをヒータ２６ｂにより加熱し、気化させてＴＭＡガスを発生させる。

次に、流量調整弁３４ｂを開放し、第２の原料ガス供給部２０ｂに接続された第２キャリアガス供給部３０ｂからキャリアガスを導入する。
このキャリアガスにより、ＴＭＡガスを希釈して、ＴＭＡガスの濃度調整を行い、キャリアガスとともに、反応容器１２内に輸送する。

次に、アンモニアガス供給部４４からアンモニアガスｇが、ＴＭＡガス供給部２０ｂからＴＭＡガスが、加熱された基板Ｗの表面に上方から供給される。
次に、基板Ｗ上でＴＭＡガスとアンモニアガスとの熱分解が生じ、ＧａＮ膜の表面にＡｌＮ結晶が成長し、ＡｌＮ膜が形成される。この場合においても、得られるＡｌＮ膜は、ＧａＮ膜と同様に膜質および膜厚均一性が優れたものである。

なお、切替弁３８ａ、３８ｂを２つとも開放することにより、ＴＭＧガスおよびＴＭＡガスを同時に基板Ｗに供給し、ＧａＮ膜と同様に、基板Ｗ表面にＡｌＧａＮ結晶を成長させることができ、これにより、ＡｌＧａＮ膜を形成することができる。
この場合においても、得られるＡｌＧａＮ膜は、ＧａＮ膜およびＡｌＮ膜と同様に膜質および膜厚均一性が優れたものである。

このように、本実施例においては、サセプタ１４の外縁部に羽根部Ｆを設け、成膜時にサセプタ１４の表面の中央部から羽根部が設けられた外縁部に向かう気体の流れを層流となるように、サセプタ１４を回転させる。このため、供給される原料ガス（有機金属ガスＧおよびアンモニアガスｇ）が準静的に基板Ｗの表面に上方から供給される。このため、成長する結晶は、転位等の結晶欠陥が少ないものとなり、この結晶により構成される膜は、膜質および膜厚均一性が優れたものとなる。これにより、歩留まりを向上させることができ、ひいては、生産性を向上させることができる。

また、本実施例においては、サセプタ１４の外縁部に羽根部Ｆを設けることにより、基板Ｗ表面における気体の流れは、層流を維持したまま流速を速くすることができるので、成長速度も向上させることができる。このため、スループットを向上させることができ、ひいては、生産性を向上させることができる。

さらに、本実施例においては、サセプタ１４の外縁部に羽根部Ｆを設け、成膜時にサセプタを回転させているため、サセプタ１４の中心部の気圧が周辺部に比して低くなり、サセプタに供給されるアンモニアガスおよび原料ガスが、基板Ｗ表面に吸い付くとともに、遠心力により放射状に移動し、原料ガスが全ての基板Ｗに十分に行き渡る。加えて、結晶成長に利用された原料ガスは、羽根部Ｆを通過し排気Ｅとして、速やかにサセプタ１４の外部に排出される。このように、成膜時において、結晶成長に必要な原料ガスの供給および排出を円滑にできる。これにより、成長させる結晶の結晶性を高くでき、得られる膜の膜質も高いものとすることができる。また、上述の如く、原料ガスの供給および排気のサイクルを速くできるため、原料ガスの供給量を多くすることができる。このため、成長速度を向上させることができる。これにより、スループットを向上させることができ、ひいては、生産性を向上させることができる。

なお、本実施例においては、ＧａＮ膜、およびＡｌＮ膜の化合物半導体膜の形成を例にして説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、ガリウムひ素（ＧａＡｓ）膜、またはガリウムインジウムひ素（ＧａＩｎＡｓ）膜等の他の化合物半導体膜の製造にも適用できる。さらには、本発明は、ＳｉまたはＳｉＣ等からなるエピタキシャル膜の成膜全般にも適用できる。

本発明は、基本的に以上のようなものである。以上、本発明の気相成長装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良または変更をしてもよいのはもちろんである。

本発明に実施例に係る気相成長装置の構成を示す模式図である。（ａ）は本実施例の気相成長装置のサセプタを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の模式的側面図である。図２（ａ）のＡ−Ａ線による模式的断面図である。従来の有機気相成長装置の要部を示す模式図である。（ａ）は、特許文献１に開示された気相成長装置のサセプタを示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線による断面図である。

符号の説明

１０気相成長装置
１２反応容器
１４サセプタ
１６モータ
１８真空ポンプ
２０ａトリメチルガリウムガス（ＴＭＧガス）供給部
２０ｂトリメチルアルミニウム（ＴＭＡガス）供給部
２６ａ、２６ｂ、６２ヒータ
３０ａ第１キャリアガス供給部
３０ｂ第２キャリアガス供給部
４０原料ガス供給ノズル
４２ＮＨ_３ガス供給ノズル（アンモニアガス供給ノズル）
４４ＮＨ_３ガス（アンモニアガス）供給部
５０基体
５４羽根体
５６カバー材
６０回転軸
Ｆ羽根部
Ｇ有機金属ガス
ｇＮＨ_３ガス（アンモニアガス）
Ｗ基板

Claims

成膜用の原料ガスを供給し、成膜用の基板に薄膜を形成する気相成膜装置であって、
少なくとも１枚の基板が表面に載置されるサセプタと、
前記サセプタに載置された前記基板に向けて前記原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記サセプタを回転させる回転手段とを有し、
前記サセプタは、その外縁部に所定の間隔をあけて羽根体が前記サセプタの表面に複数立設されており、前記サセプタの回転に伴い、前記サセプタに供給された前記原料ガスの供給流れを前記サセプタの外縁部に向けて変更させることを特徴とする気相成膜装置。
前記羽根体は、前記サセプタの表面に一定の長さで立設されており、前記羽根体の各々は、隣り合う羽根体と立設先端部分において板部材で連結されている請求項１に記載の気相成膜装置。
前記各羽根体は、それぞれ前記サセプタの回転中心と前記羽根体の中心とを通る平面に対して前記羽根体が交差して所定の取付角で立設されている請求項１または２に記載の気相成膜装置。