JP2008177380A

JP2008177380A - 気相成長装置

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Publication number: JP2008177380A
Application number: JP2007009710A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Koseki; 修一小関; Kunimasa Uematsu; 邦全植松; Nakao Akutsu; 仲男阿久津; Hiroki Tokunaga; 裕樹徳永
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2027-01-19
Also published as: JP4863890B2

Abstract

【課題】反応室内に原料ガスを導入するガス導入管に多重管を用いた場合でも、管壁への吸着性物質の吸着を防止することができ、特に、自公転型として最適な構造を有する気相成長装置を提供する。
【解決手段】サセプタ１３に保持された基板２１を収納する反応室１５と、該反応室を収容するチャンバー１２と、該チャンバーに挿通されて反応室内に複数種類の原料ガスＡ，Ｂを導入するガス導入管１１とを備え、該ガス導入管を多重管３１で形成して該多重管内に各原料ガス毎に区画した複数のガス流路３１ａ，３１ｂを設け、前記チャンバーから突出したガス導入管の基部に、複数の原料ガス供給源からの各原料ガスを前記各ガス流路に供給するガス供給管３２ａ，３２ｂをそれぞれ接続するとともに、前記各ガス供給管のすべてにヒーター３３ａ，３３ｂ等の加温手段をそれぞれ設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上に薄膜を堆積させる気相成長装置に係り、詳しくは、吸着性の高い物質を含む複数の原料ガスをガス導入管から反応室内に供給してサセプタ上に半導体薄膜を堆積させる気相成長装置に関する。

例えば、III-Ｖ族化合物半導体のｐ型不純物としてＭｇを用いるときには、ドーピング物質としてＣｐ_２Ｍｇ(Bis-(cycro-pentadienyl)Magnesium)を使用するが、このＣｐ_２Ｍｇは、他の原料に比べて凝結温度が低く、供給源からの経路内で凝結して配管内面に吸着し、反応室内への供給量が不安定になるおそれがあった。このため、Ｃｐ_２Ｍｇを供給する配管系を、他の原料ガスを供給する配管系から切り離して単独に設け、Ｃｐ_２Ｍｇが配管内で凝結することを防止するため、Ｃｐ_２Ｍｇの凝結温度以上、かつ、分解温度未満の４０〜６０℃に加温するようにした気相成長装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、気相成長装置の形式として、いわゆる自公転型の気相成長装置が知られている。この自公転型の気相成長装置は、外周部に複数の基板を保持して回転する円盤状のサセプタと、前記サセプタの表面に対向配置されてサセプタ中心部から外周部に向けて原料ガスを導入するガス導入管とを偏平円筒状のチャンバー内に収容したもので、複数の原料ガスを導入する場合には、ガス導入管を多重管とし、先端の円形状のノズル部から各原料ガスを放射状に導入するようにしている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００５−１９７３２６号公報特開２００６−１０８３１２号公報

特許文献１に記載された構造は、従来の横型気相成長装置には適用できるものの、特許文献２に記載されたような多重管をガス導入管として使用した気相成長装置の場合には、多重管内の隣接するガス流路を流れる原料ガスの温度が低いと両ガス流路を仕切る管壁にＣｐ_２Ｍｇのような吸着性を有する物質が吸着してしまうことがある。特に、ガス導入管のチャンバー貫通部から反応室までの長さが長いときには、管壁への吸着が発生しやすい状態となる。

そこで本発明は、ガス導入管に多重管を用いた場合でも管壁への吸着性物質の吸着を防止することができ、特に、自公転型として最適な構造を有する気相成長装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の気相成長装置は、サセプタに保持された基板を収納する反応室と、該反応室を収容するチャンバーと、該チャンバーに挿通されて前記反応室内に複数種類の原料ガスを導入するガス導入管とを備え、該ガス導入管を多重管で形成して該多重管内に各原料ガス毎に区画した複数のガス流路を設け、前記チャンバーから突出したガス導入管の基部に、複数の原料ガス供給源からの各原料ガスを前記各ガス流路に供給するガス供給管をそれぞれ接続した気相成長装置において、前記各ガス供給管のすべてに加温手段をそれぞれ設けたことを特徴としている。

さらに、本発明の気相成長装置は、前記ガス導入管の前記チャンバー内の部分の外周に断熱材を巻回したり、加温手段を設けたり、ガス導入管の外側又は内側に加温流体が流通する加温管を設けたりすることができる。

本発明の気相成長装置によれば、反応室内に導入する原料ガスのすべてを加温しているので、原料ガスの一部に吸着性物質が含まれていても、多重管からなるガス導入管の管壁に吸着性物質が吸着することを防止できる。

まず、図１は本発明の気相成長装置の第１形態例を示す断面正面図である。この気相成長装置は、上部中央にガス導入管１１を配設した偏平円筒状のチャンバー１２内に、円盤状のサセプタ１３と、該サセプタ１３の外周部分の同心円上に等間隔で配置された複数の基板ホルダー１４と、前記サセプタ１３の上方に対向配置されてチャンバー１２内を上下に区画し、サセプタ１３側に反応室１５を形成する隔壁である天井板１６とを備えている。

チャンバー１２は、反サセプタ側の上方が開口したチャンバー本体１７と、該チャンバー本体１７の周壁上部にＯリング１８を介して気密に装着されるチャンバー蓋１９とに分割形成されている。チャンバー本体１７の底部中央部には、サセプタ１３を回転させるための回転駆動軸２０が設けられ、該回転駆動軸２０でサセプタ１３を回転させることにより、基板２１を保持した前記基板ホルダー１４がサセプタ１３の中心に対して公転するとともに、サセプタ１３の外周に設けられた自転歯車機構２２によって自転する。

また、基板ホルダー１４の下方には、基板２１を加熱するための加熱手段として、リフレクター２３に収納されたヒーター２４がリング状に配設され、サセプタ１３の外周側にはリング状の排気通路２５が設けられている。

前記チャンバー蓋１９の中央部には、前記ガス導入管１１を挿通するための挿通口１９ａが設けられ、該挿通口１９ａの開口縁には、円筒状のガイド筒２６が気密に設けられている。また、チャンバー蓋１９の下方には中央に通孔を有する円盤状に形成された２枚の断熱板２７が設けられている。

前記天井板１６は、外周側に配置される大径リング状の外周側天井板１６ａと、その内周側に配置されて周方向に分割された複数の分割体からなる小径リング状の内周側天井板１６ｂと、ガス導入管１１の下端に設けられた中央天井板１６ｃとで形成されており、外周側天井板１６ａは、その外周縁がチャンバー本体１７の周壁内周に載置された状態で所定位置に固定される。また、内周側天井板１６ｂの上面には摘み部１６ｄが突設されており、内周側天井板１６ｂは、その外周縁が外周側天井板１６ａの内周縁上に載置され、その内周縁は中央天井板１６ｃの外周縁上に載置されて着脱可能に形成されている。

前記チャンバー蓋１９は、外周部に設けた複数のブラケット２８ａを介して昇降手段２８に取り付けられるとともに、チャンバー蓋１９の中央部に突設したガイド筒２６と前記ガス導入管１１の上部に設けた上部フランジ１１ａとの間に円筒状の伸縮部材であるベローズ２９を気密に取り付けており、昇降手段２８を上昇方向に作動させてベローズ２９を縮ませながらチャンバー蓋１９を上昇させることにより、チャンバー本体１７の開口を開放できるように形成されている。

前記ガス導入管１１は、径の異なる複数の管を同心状に配置して複数のガス流路３１ａ，３１ｂを区画形成した多重管（本形態例では二重管）３１からなるもので、多重管３１の上部は上部フランジ１１ａによって気密に保持されている。また、多重管３１における最も外周に配設された管の下端部が拡開して前記中央天井板１６ｃと一体となっており、内周側に配設された管の下端部は、サセプタ１３の近くで拡開し、サセプタ１３の中心部から外周部に向けてサセプタ上面と平行に原料ガスを導入するノズル部１１ｂを形成している。

前記チャンバー１２から突出したガス導入管１１の基部（本形態例では上端部）には、複数の原料ガス供給源（図示せず）からの各原料ガスを多重管３１内の前記各ガス流路３１ａ，３１ｂに供給するガス供給管３２ａ，３２ｂがそれぞれ接続されている。両ガス供給管３２ａ，３２ｂの外周には、その全長にわたってガス供給管３２ａ，３２ｂの管壁を所定温度に加温するための加温手段、例えばヒーター３３ａ，３３ｂがそれぞれ設けられており、各ガス流路３１ａ，３１ｂに供給する各原料ガスを所定温度範囲に保持している。

また、本形態例に示す気相成長装置では、反応室１５内に吸着性物質を含む原料ガスＡと吸着性物質を含まない原料ガスＢとの二種類の原料ガスを導入する場合には、多重管３１内の中央に形成されたガス流路３１ａに吸着性物質を含む原料ガスＡを供給し、外周側のガス流路３１ｂには吸着性物質を含まない原料ガスＢを供給するようにしている。

このように、中央に形成されたガス流路３１ａに吸着性物質を含む原料ガスを供給することにより、ガス導入管１１の外側温度、例えばチャンバー１２内の温度が低くて最外周の管壁の温度が低下した場合でも、この最外周の管壁に接するガス流路３１ｂを流れる原料ガスには吸着性物質が含まれていないので、吸着性物質の吸着による問題が発生することはない。

一方、中央に形成されたガス流路３１ａの管壁は、前記ヒーター３３ｂで所定温度に加温された原料ガスが流れるガス流路３１ｂに接しているので、ガス流路３１ａの管壁の温度低下を抑制することができ、ガス流路３１ａ内を流れる原料ガス中に含まれる吸着性物質がガス流路３１ａの管壁に吸着することを防止できる。

したがって、自公転型の気相成長装置のように、ガス導入管１１として多重管３１を用いる気相成長装置の場合でも、すべてのガス供給管３２ａ，３２ｂにヒーター３３ａ，３３ｂのような加温手段を設けることにより、多重管３１からなるガス導入管１１の管壁への着性物質の吸着を確実に防止でき、吸着性を有する物質、例えば凝結温度が常温より高くて管壁に凝結しやすい前記Ｃｐ_２Ｍｇのような物質を原料ガスの一部として使用した場合でも、基板への成膜を安定した状態で行うことができる。

図２は本発明の気相成長装置の第２形態例を示す断面正面図である。なお、以下の説明において、前記第１形態例に示した各構成要素と同一の構成要素には、それぞれ同一符号を付して詳細な説明は省略する。

本形態例に示す気相成長装置は、前記上部フランジ１１ａより下方の前記ベローズ２９の内側を含むチャンバー１２内に位置する多重管３１の外周に断熱材４１を巻回し、最外周の管壁の温度低下を抑制するように形成したものである。このように断熱材４１を設けることにより、多重管１１ａ内を流れる原料ガスの温度低下をより有効に抑制することができるので、吸着性物質の吸着をより確実に防止することができる。

図３は本発明の気相成長装置の第３形態例を示す断面正面図である。本形態例に示す気相成長装置は、前記第２形態例に示した断熱材４１の外周に加温手段４２を設けたものである。この加温手段４２には、所定温度の温流体が流れるコイル状配管や、コイル状の電熱線等を用いることができる。なお、断熱材４１が無い状態で加温手段４２を設けることもできる。

図４は本発明の気相成長装置の第４形態例を示す断面正面図である。本形態例に示す気相成長装置は、ガス導入管１１を四重管構造とし、ガス導入管１１における前記ガス流路３１ｂの外周に加温ジャケット４３を設け、加温ジャケット４３となる最外周流路と、その内周側の流路とに加温流体の導入、導出を行うための加温流体配管４３ａ、４３ｂを設けたものである。

第３形態例及び第４形態例に示すように、ガス導入管１１の外周に加温手段４２や加温ジャケット４３を設けることにより、ガス導入管１１の管壁温度を吸着性物質が管壁に吸着することのない所定温度に保持することができ、吸着性物質の吸着を完全に防止することが可能となる。また、多重管３１の中心部に加温用流路やヒーター挿入管を設けることにより、多重管３１の中心部を加温することもできる。

なお、ガス導入管１１の多重管構造は、反応室１５内に導入する原料ガスの種類や流量、温度範囲等の条件に応じて適宜設定することができ、前記各加温手段は、吸着性物質の性状等に応じて最適なものを選択することができる。

本発明の第１形態例を示す気相成長装置の断面正面図である。本発明の第２形態例を示す気相成長装置の断面正面図である。本発明の第３形態例を示す気相成長装置の断面正面図である。本発明の第４形態例を示す気相成長装置の断面正面図である。

符号の説明

１１…ガス導入管、１１ａ…上部フランジ、１１ｂ…ノズル部、１２…チャンバー、１３…サセプタ、１４…基板ホルダー、１５…反応室、１６…天井板、１６ａ…外周側天井板、１６ｂ…内周側天井板、１６ｃ…中央天井板、１７…チャンバー本体、１８…Ｏリング、１９…チャンバー蓋、１９ａ…挿通口、２０…回転駆動軸、２１…基板、２２…自転歯車機構、２３…リフレクター、２４…ヒーター、２５…排気通路、２６…ガイド筒、２７…断熱板、２８…昇降手段、２８ａ…ブラケット、２９…ベローズ、３１…多重管、３１ａ，３１ｂ…ガス流路、３２ａ，３２ｂ…ガス供給管、３３ａ，３３ｂ…ヒーター、４１…断熱材、４２…加温手段、４３…加温ジャケット、４３ａ、４３ｂ…加温流体配管

Claims

サセプタに保持された基板を収納する反応室と、該反応室を収容するチャンバーと、該チャンバーに挿通されて前記反応室内に複数種類の原料ガスを導入するガス導入管とを備え、該ガス導入管を多重管で形成して該多重管内に各原料ガス毎に区画した複数のガス流路を設け、前記チャンバーから突出したガス導入管の基部に、複数の原料ガス供給源からの各原料ガスを前記各ガス流路に供給するガス供給管をそれぞれ接続した気相成長装置において、前記各ガス供給管のすべてに加温手段をそれぞれ設けたことを特徴とする気相成長装置。
前記ガス導入管の前記チャンバー内の部分の外周に断熱材を巻回したことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
前記ガス導入管の前記チャンバー内の部分の外周に加温手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の気相成長装置。
前記ガス導入管の前記チャンバー内の部分の外側又は内側に加温流体が流通する加温管を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の気相成長装置。