JP2010062383A - Vapor deposition equipment and vapor deposition method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve film deposition under various conditions by adjusting the size of a mixing chamber. <P>SOLUTION: Vapor deposition equipment 1 includes a shower plate 2 which is disposed opposite a substrate holding member 16 where a substrate 15 to be processed in a reactor 14 is placed and held and which supplies a first gas toward the substrate 15 to be processed, and a shower plate 3 which is disposed on the opposite side of the substrate holding member 16 with respect to the shower plate 2 and supplies a second gas toward the substrate 15 to be processed. The shower plate 2 has a gas flow passage 4a in which the first gas flows toward the substrate 15 to be processed, and the shower plate 3 has a gas conduit 5 which projects from the shower plate 3 and is inserted into the gas flow passage 4a and in which the second gas flows toward the substrate 15 to be processed, the space formed of the gas flow passage 4a and gas conduit 5 is different in configuration between the center and peripheral edge of the shower plate 2. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、反応炉内の被処理基板を載置するための基板保持部材に対向して配置されて被処理基板に向かってガスを供給するために設けられたシャワープレートを備えた気相成長装置及び気相成長方法に関する。   The present invention relates to a vapor phase growth comprising a shower plate disposed to face a substrate holding member for placing a substrate to be processed in a reaction furnace and provided to supply gas toward the substrate to be processed. The present invention relates to an apparatus and a vapor phase growth method.

従来から、発光ダイオードおよび半導体レーザの製造においては、トリメチルガリウム(TMG)またはトリメチルアルミニウム(TMA)などの有機金属ガスと、アンモニア(NH)、ホスフィン(PH)またはアルシン(AsH)などの水素化合物ガスと、を成膜に寄与する原料ガスとして成長室に導入して化合物半導体結晶を成長させるMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法及びMOCVD装置が用いられている。 Conventionally, in the manufacture of light emitting diodes and semiconductor lasers, organometallic gases such as trimethylgallium (TMG) or trimethylaluminum (TMA), and ammonia (NH 3 ), phosphine (PH 3 ), arsine (AsH 3 ), etc. An MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method and an MOCVD apparatus are used in which a hydrogen compound gas is introduced into a growth chamber as a source gas contributing to film formation to grow a compound semiconductor crystal.

MOCVD法は、上記の原料ガスを不活性ガスとともに成長室内に導入して加熱し、所定の被処理基板上で気相反応させることにより、その被処理基板上に化合物半導体結晶を成長させる方法である。MOCVD法を用いた化合物半導体結晶の製造においては、成長する化合物半導体結晶の品質を向上させながら、コストを抑えて、歩留まりと生産能力とをどのように最大限確保するかということが常に高く要求されている。   The MOCVD method is a method for growing a compound semiconductor crystal on a substrate to be processed by introducing the source gas together with an inert gas into a growth chamber and heating it to cause a gas phase reaction on the substrate to be processed. is there. In the production of compound semiconductor crystals using MOCVD, there is always a high demand for how to secure the maximum yield and production capacity while reducing costs while improving the quality of growing compound semiconductor crystals. Has been.

図14に、MOCVD法に用いられる従来の縦型シャワーヘッド型MOCVD装置の一例の模式的な構成を示す。このMOCVD装置においては、ガス供給源92から、反応炉91の内部の成長室に反応ガスおよび不活性ガスを導入するためのガス配管93が接続されており、反応炉91の内部の成長室81の上部には成長室に反応ガスおよび不活性ガスを導入するための複数のガス吐出孔を有するシャワープレート90がガス導入部として設置されている。また、反応炉91の成長室81の下部中央にはアクチュエータ(図示せず)によって回転自在の回転軸82が設置され、回転軸82の先端にはシャワープレート90と対向するようにしてサセプタ98が取り付けられており、サセプタ98の下部にはサセプタ98を加熱するためのヒータ99が取り付けられている。また、反応炉91の下部には反応炉91の内部の成長室81内のガスを外部に排気するためのガス排気部94が設置されており、ガス排気部94は、パージライン95を介して、排気されたガスを無害化するための排ガス処理装置96に接続されている。   FIG. 14 shows a schematic configuration of an example of a conventional vertical shower head type MOCVD apparatus used in the MOCVD method. In this MOCVD apparatus, a gas pipe 93 for introducing a reaction gas and an inert gas from a gas supply source 92 to a growth chamber inside the reaction furnace 91 is connected, and a growth chamber 81 inside the reaction furnace 91 is connected. A shower plate 90 having a plurality of gas discharge holes for introducing a reaction gas and an inert gas into the growth chamber is installed as a gas introduction part. In addition, a rotary shaft 82 that is rotatable by an actuator (not shown) is installed in the center of the growth chamber 81 of the reaction furnace 91, and a susceptor 98 is provided at the tip of the rotary shaft 82 so as to face the shower plate 90. A heater 99 for heating the susceptor 98 is attached to the lower part of the susceptor 98. A gas exhaust part 94 for exhausting the gas in the growth chamber 81 inside the reaction furnace 91 to the outside is installed at the lower part of the reaction furnace 91, and the gas exhaust part 94 is connected via a purge line 95. The exhaust gas treatment device 96 for detoxifying the exhausted gas is connected.

上記のような構成の縦型シャワーヘッド型MOCVD装置において、化合物半導体結晶の成長の際には、サセプタ98に基板97が設置され、その後、回転軸82の回転によりサセプタ98が回転させられる。そして、ヒータ99の加熱によりサセプタ98を介して基板97が所定の温度に加熱され、シャワープレート90に形成されている複数のガス吐出孔から反応炉91の内部の成長室81に反応ガスおよび不活性ガスが導入される。   In the vertical showerhead type MOCVD apparatus having the above-described configuration, the substrate 97 is placed on the susceptor 98 when the compound semiconductor crystal is grown, and then the susceptor 98 is rotated by the rotation of the rotating shaft 82. Then, the substrate 97 is heated to a predetermined temperature through the susceptor 98 by the heating of the heater 99, and the reaction gas and non-reactant gas are supplied from the plurality of gas discharge holes formed in the shower plate 90 to the growth chamber 81 inside the reaction furnace 91. An active gas is introduced.

複数の反応ガスを供給して被処理基板上で反応せしめ、薄膜を形成する方法として、従来はシャワーヘッドの中で複数のガスを混合し、シャワープレートに多数設けられているガス吐出口から被処理基板に反応ガスを吹き出させる方法がとられていた。しかし、上記方法によると、反応炉91において、シャワープレート90から流れるガスは、サセプタ98の径方向に向かって排気されるため、サセプタ98の中央では、材料ガスの供給が追いつかず、材料ガスが不足したり、ガスの反応前に径方向に流れてしまったり、中央部分で成膜レートが落ちる傾向が生じる。
この問題を解決するため特許文献1では、複数のガス流路が同軸に形成されたノズルから、反応炉へガスを導入することにより、ノズルの目詰まりを防ぎつつ、基板上面で効率よく混合させ、材料効率を向上させる方法が示されている。
また、特許文献2では、シャワーヘッドのノズルにおいて、周辺部よりも中央部のノズルの分布密度を大きくすることにより、中央部で反応が不十分になることを避け、膜質の向上させる方法が示されている。
特開2000−144432号公報(平成12年5月26日公開) 特開平8−035067号公報(平成8年2月6日公開)
As a method of forming a thin film by supplying a plurality of reaction gases and reacting them on a substrate to be processed, conventionally, a plurality of gases are mixed in a shower head, and are covered from gas discharge ports provided in a large number on the shower plate. A method has been adopted in which a reactive gas is blown out onto a processing substrate. However, according to the above method, in the reaction furnace 91, the gas flowing from the shower plate 90 is exhausted in the radial direction of the susceptor 98, so the supply of the material gas cannot catch up at the center of the susceptor 98, There is a tendency that a shortage occurs, the gas flows in the radial direction before the reaction of the gas, or the film forming rate tends to decrease at the central portion.
In order to solve this problem, in Patent Document 1, gas is introduced into a reaction furnace from a nozzle in which a plurality of gas flow paths are formed coaxially, thereby efficiently mixing on the upper surface of the substrate while preventing clogging of the nozzle. A method for improving material efficiency is shown.
Patent Document 2 discloses a method for improving the film quality by preventing the reaction at the central portion from becoming insufficient by increasing the distribution density of the nozzle at the central portion rather than the peripheral portion. Has been.
JP 2000-144432 A (published May 26, 2000) Japanese Patent Laid-Open No. 8-035067 (published February 6, 1996)

化合物半導体結晶の成膜において、品質の向上のためには、膜厚分布や膜質において高い均一性が要求される。また、コストを抑えるには材料効率と、歩留まり、生産性の向上も必要となる。しかしながら、特許文献1に開示された方法によると、シャワーヘッドでガスが噴出する範囲において中央部分では反応が不十分となり、膜質や成膜レートが低下し、成膜基板の品質や歩留まり、生産性が落ちる恐れがある。
また、特許文献2に開示された方法によると、中央部と周辺部とでノズル数、あるいはノズル径の異なるシャワーヘッド用いているが、いずれの場合もノズル以外の部分が小さくなる。このため、ノズル間で連通しないように高精度の加工の必要性からシャワープレートのコストが高くなる恐れがある。また、ノズル間に冷却層のあるシャワープレートでは、ノズル密度が高くなるとノズル以外の冷却層として使用できる空間が小さくなるため、冷却媒体も少なくなる。例えば水を冷却媒体とした場合、冷却層に流れる水量が少なくなるため、シャワープレートで冷却差が生じ、膜質や膜圧分布が不均一となる恐れがある。また、ノズル密度の高い部分に合わせてシャワープレートの冷却層の空間を均一に設けると、冷却層の空間が小さくなり、冷却効果が低下する。そのため、シャワープレート内で成長反応が起こり、材料効率や膜質が低下する恐れがある。
また、実際の装置では、求める成膜レートや膜質に応じて、成膜条件や成膜領域が変更されることも多い。その際、成膜条件や成膜領域に応じて、最適なノズルの分布密度も異なるが、特許文献2ではシャワーヘッドを交換しないと、ノズルの分布密度を変更するのは困難である。もし、シャワーヘッドを交換する場合、装置の基幹部分を交換するため、軸調整などの作業が複雑で手間がかかる、さらにシャワーヘッド自体も熱やガスなどに対する耐性を鑑みて、石英などコストの高い部材で作製されることが多く、何種類かのシャワーヘッドを取り揃えると、コストがかかるという問題がある。また、シャワーヘッドを交換しない場合は、成膜条件や成膜領域が限定されるため、成膜条件の最適化が困難となるという問題がある。
さらに、特許文献2の構成によると、混合室がないため異種類のガスの混合性が低いため、気相反応が均一に行われず、膜質や膜厚分布が不均一となる恐れがあるという問題がある。
In film formation of compound semiconductor crystals, high uniformity is required in film thickness distribution and film quality in order to improve quality. In addition, in order to reduce costs, it is necessary to improve material efficiency, yield, and productivity. However, according to the method disclosed in Patent Document 1, the reaction is insufficient in the central portion in the range where the gas is ejected by the shower head, the film quality and the film formation rate are lowered, the quality and yield of the film formation substrate, and the productivity. May fall.
Further, according to the method disclosed in Patent Document 2, a shower head having a different number of nozzles or different nozzle diameters is used in the central portion and the peripheral portion. In either case, the portion other than the nozzles is reduced. For this reason, there is a possibility that the cost of the shower plate may increase due to the necessity of high-precision processing so as not to communicate between the nozzles. In addition, in a shower plate having a cooling layer between nozzles, the space that can be used as a cooling layer other than the nozzle is reduced when the nozzle density is increased, so that the cooling medium is also reduced. For example, when water is used as the cooling medium, the amount of water flowing in the cooling layer is reduced, so that a cooling difference occurs in the shower plate, and the film quality and film pressure distribution may be nonuniform. Moreover, if the space of the cooling layer of the shower plate is provided uniformly in accordance with the portion where the nozzle density is high, the space of the cooling layer is reduced and the cooling effect is lowered. Therefore, a growth reaction occurs in the shower plate, and there is a possibility that the material efficiency and the film quality are lowered.
In an actual apparatus, film forming conditions and film forming regions are often changed according to a desired film forming rate and film quality. At that time, the optimum nozzle distribution density varies depending on the film formation conditions and film formation region. However, in Patent Document 2, it is difficult to change the nozzle distribution density unless the shower head is replaced. If the shower head is replaced, the main part of the device is replaced, which requires complicated and time-consuming operations such as shaft adjustment. Furthermore, the shower head itself is expensive due to its resistance to heat, gas, etc. In many cases, it is made of a member, and there is a problem that it costs much if several kinds of shower heads are prepared. Further, when the shower head is not exchanged, there is a problem that optimization of the film formation conditions becomes difficult because the film formation conditions and the film formation region are limited.
Furthermore, according to the configuration of Patent Document 2, since there is no mixing chamber and the miscibility of different kinds of gases is low, the gas phase reaction is not performed uniformly, and the film quality and film thickness distribution may be uneven. There is.

上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、基板の成膜レート及び膜質の均一化が可能な気相成長装置及び気相成長方法を提供することにある。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a vapor phase growth apparatus and a vapor phase growth method capable of making the film formation rate and film quality of a substrate uniform.

本発明に係る気相成長装置は、反応炉内の被処理基板を載置する基板保持部材に対向して配置されて前記被処理基板に向かって第1ガスを供給する第1シャワープレートと、前記第1シャワープレートに対して前記基板保持部材の反対側に配置されて前記被処理基板に向かって第2ガスを供給する第2シャワープレートとを備えた気相成長装置であって、前記第1シャワープレートには、前記被処理基板に向かって前記第1ガスが流れるガス流路が形成されており、前記第2シャワープレートは、前記第2シャワープレートから突出して前記ガス流路の内部に挿入されて前記被処理基板に向かって前記第2ガスを流すガス導管を有しており、前記第1シャワープレートの中央と周縁とで、前記ガス流路と前記ガス導管とによって形成される空間の態様が互いに異なっていることを特徴とする。   A vapor phase growth apparatus according to the present invention includes a first shower plate that is disposed to face a substrate holding member on which a substrate to be processed in a reaction furnace is placed and supplies a first gas toward the substrate to be processed. A vapor phase growth apparatus comprising: a second shower plate disposed on an opposite side of the substrate holding member with respect to the first shower plate and supplying a second gas toward the substrate to be processed; A gas flow path through which the first gas flows toward the substrate to be processed is formed in one shower plate, and the second shower plate protrudes from the second shower plate and enters the gas flow path. A gas conduit that is inserted and allows the second gas to flow toward the substrate to be processed, and is formed by the gas flow path and the gas conduit at the center and the periphery of the first shower plate; Wherein the aspect of are different from each other.

この特徴によれば、前記ガス流路と前記ガス導管とによって形成される空間の態様を変えることにより、材料ガスの混合状態を第1シャワープレートの中央と周縁とで変えることができる。そのため、成膜条件に応じてシャワープレート周辺と中央部とで混合状態を変えることができ、基板の成膜レートや膜質の均一化が可能となる。   According to this feature, the mixed state of the material gas can be changed between the center and the periphery of the first shower plate by changing the mode of the space formed by the gas flow path and the gas conduit. Therefore, the mixing state can be changed between the periphery and the center of the shower plate according to the film forming conditions, and the film forming rate and film quality of the substrate can be made uniform.

本発明に係る気相成長装置では、前記ガス導管の寸法が、前記中央と前記周縁とで互いに異なっていることが好ましい。   In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, it is preferable that the size of the gas conduit is different between the center and the peripheral edge.

上記構成によれば、ガス導管の寸法を変えることにより、材料ガスの混合状態を第1シャワープレートの中央と周縁とで変えることができる。そのため、成膜条件に応じてシャワープレート周辺と中央部とで混合状態を変えることができ、基板の成膜レートや膜質の均一化が可能となる。   According to the said structure, the mixing state of material gas can be changed by the center and periphery of a 1st shower plate by changing the dimension of a gas conduit | pipe. Therefore, the mixing state can be changed between the periphery and the center of the shower plate according to the film forming conditions, and the film forming rate and film quality of the substrate can be made uniform.

本発明に係る気相成長装置では、前記ガス導管の長さが、前記中央と前記周縁とで互いに異なっていることが好ましい。   In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, the length of the gas conduit is preferably different between the center and the peripheral edge.

上記構成によれば、ガス導管の長さを変えることにより、材料ガスの混合状態を第1シャワープレートの中央と周縁とで変えることができる。そのため、成膜条件に応じてシャワープレート周辺と中央部とで混合状態を変えることができ、基板の成膜レートや膜質の均一化が可能となる。   According to the above configuration, the mixed state of the material gas can be changed between the center and the peripheral edge of the first shower plate by changing the length of the gas conduit. Therefore, the mixing state can be changed between the periphery and the center of the shower plate according to the film forming conditions, and the film forming rate and film quality of the substrate can be made uniform.

本発明に係る気相成長装置では、前記ガス導管の外径が、前記中央と前記周縁とで互いに異なっていることが好ましい。   In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, it is preferable that an outer diameter of the gas conduit is different between the center and the peripheral edge.

上記構成によれば、ガス導管の外径を変えることにより、材料ガスの混合状態を第1シャワープレートの中央と周縁とで変えることができる。そのため、成膜条件に応じてシャワープレート周辺と中央部とで混合状態を変えることができ、基板の成膜レートや膜質の均一化が可能となる。   According to the above configuration, the mixed state of the material gas can be changed between the center and the peripheral edge of the first shower plate by changing the outer diameter of the gas conduit. Therefore, the mixing state can be changed between the periphery and the center of the shower plate according to the film forming conditions, and the film forming rate and film quality of the substrate can be made uniform.

本発明に係る気相成長装置では、前記ガス導管の内径が、前記中央と前記周縁とで互いに異なっていることが好ましい。   In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, it is preferable that an inner diameter of the gas conduit is different between the center and the peripheral edge.

上記構成によれば、ガス導管の内径を変えることにより、材料ガスの混合状態を第1シャワープレートの中央と周縁とで変えることができる。そのため、成膜条件に応じてシャワープレート周辺と中央部とで混合状態を変えることができ、基板の成膜レートや膜質の均一化が可能となる。   According to the said structure, the mixing state of material gas can be changed with the center and periphery of a 1st shower plate by changing the internal diameter of a gas conduit | pipe. Therefore, the mixing state can be changed between the periphery and the center of the shower plate according to the film forming conditions, and the film forming rate and film quality of the substrate can be made uniform.

本発明に係る気相成長装置では、前記ガス導管の先端から前記被処理基板までの距離が、前記中央と前記周縁とで互いに異なっていることが好ましい。   In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, it is preferable that the distance from the tip of the gas conduit to the substrate to be processed is different between the center and the periphery.

上記構成によれば、前記ガス導管の先端から前記被処理基板までの距離を変えることにより、材料ガスの混合状態を第1シャワープレートの中央と周縁とで変えることができる。そのため、成膜条件に応じてシャワープレート周辺と中央部とで混合状態を変えることができ、基板の成膜レートや膜質の均一化が可能となる。   According to the above configuration, the mixed state of the material gas can be changed between the center and the periphery of the first shower plate by changing the distance from the tip of the gas conduit to the substrate to be processed. Therefore, the mixing state can be changed between the periphery and the center of the shower plate according to the film forming conditions, and the film forming rate and film quality of the substrate can be made uniform.

本発明に係る気相成長装置では、前記ガス流路の寸法が、前記中央と前記周縁とで互いに異なっていることが好ましい。   In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, it is preferable that the size of the gas flow path is different between the center and the peripheral edge.

上記構成によれば、ガス流路の寸法を変えることにより、材料ガスの混合状態を第1シャワープレートの中央と周縁とで変えることができる。そのため、成膜条件に応じてシャワープレート周辺と中央部とで混合状態を変えることができ、基板の成膜レートや膜質の均一化が可能となる。   According to the said structure, the mixed state of material gas can be changed with the center and periphery of a 1st shower plate by changing the dimension of a gas flow path. Therefore, the mixing state can be changed between the periphery and the center of the shower plate according to the film forming conditions, and the film forming rate and film quality of the substrate can be made uniform.

本発明に係る気相成長装置では、前記ガス流路の長さが、前記中央と前記周縁とで互いに異なっていることが好ましい。   In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, it is preferable that the length of the gas flow path is different between the center and the peripheral edge.

上記構成によれば、ガス流路の長さを変えることにより、材料ガスの混合状態を第1シャワープレートの中央と周縁とで変えることができる。そのため、成膜条件に応じてシャワープレート周辺と中央部とで混合状態を変えることができ、基板の成膜レートや膜質の均一化が可能となる。   According to the above configuration, the mixed state of the material gas can be changed between the center and the periphery of the first shower plate by changing the length of the gas flow path. Therefore, the mixing state can be changed between the periphery and the center of the shower plate according to the film forming conditions, and the film forming rate and film quality of the substrate can be made uniform.

本発明に係る気相成長装置では、前記ガス流路の内径が、前記中央と前記周縁とで互いに異なっていることが好ましい。   In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, it is preferable that an inner diameter of the gas flow path is different between the center and the peripheral edge.

上記構成によれば、ガス流路の内径を変えることにより、材料ガスの混合状態を第1シャワープレートの中央と周縁とで変えることができる。そのため、成膜条件に応じてシャワープレート周辺と中央部とで混合状態を変えることができ、基板の成膜レートや膜質の均一化が可能となる。   According to the said structure, the mixing state of material gas can be changed with the center and periphery of a 1st shower plate by changing the internal diameter of a gas flow path. Therefore, the mixing state can be changed between the periphery and the center of the shower plate according to the film forming conditions, and the film forming rate and film quality of the substrate can be made uniform.

本発明に係る気相成長装置では、前記ガス導管に形成される孔の態様が、前記中央と前記周縁とで互いに異なっていることが好ましい。   In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, it is preferable that the shape of the hole formed in the gas conduit is different between the center and the peripheral edge.

上記構成によれば、ガス導管に形成される孔の態様を変えることにより、材料ガスの混合状態を第1シャワープレートの中央と周縁とで変えることができる。そのため、成膜条件に応じてシャワープレート周辺と中央部とで混合状態を変えることができ、基板の成膜レートや膜質の均一化が可能となる。   According to the said structure, the mixing state of material gas can be changed with the center and periphery of a 1st shower plate by changing the aspect of the hole formed in a gas conduit. Therefore, the mixing state can be changed between the periphery and the center of the shower plate according to the film forming conditions, and the film forming rate and film quality of the substrate can be made uniform.

本発明に係る気相成長装置では、前記孔は、前記ガス導管の先端に形成されることが好ましい。   In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, the hole is preferably formed at a tip of the gas conduit.

上記構成によれば、第2ガスの流路となるガス導管の先端に、複数孔を設けたことによって、第2ガスの噴出しをより広げることが可能となるため(パイプ形状の場合、直線状に噴出すのみである)、第1ガスと第2ガスとの混合性がより向上し、被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、被処理基板表面反応の制御性を向上させ、つまり、成膜厚や組成比を向上させると共に、材料利用効率を向上させることができる。   According to the above configuration, since the plurality of holes are provided at the tip of the gas conduit serving as the flow path for the second gas, it is possible to further expand the ejection of the second gas (in the case of a pipe shape, a straight line). The mixing property of the first gas and the second gas is further improved, the gas concentration distribution on the surface of the substrate to be processed can be made uniform, and the controllability of the surface reaction of the substrate to be processed can be achieved. In other words, the film thickness and composition ratio can be improved, and the material utilization efficiency can be improved.

本発明に係る気相成長装置では、前記孔は、前記ガス導管の側壁に形成されることが好ましい。   In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, the hole is preferably formed in a side wall of the gas conduit.

上記構成によれば、側壁の孔位置を変えることで、ガスの混合する領域を流路毎に変えることが可能となる。また、孔を側壁に設けるために、第1ガスと第2ガスとの混合性をより向上させることができます。さらに、第1ガス導管を第2ガス導管と同じ高さに揃えることで、第2ガス導管の断面積そのままで、混合領域を設けることができるので、ガスの流速を速くすることができ、より幅の広い成膜条件に対応することができる。   According to the said structure, it becomes possible to change the area | region where gas mixes for every flow path by changing the hole position of a side wall. In addition, since the hole is provided in the side wall, the mixing of the first gas and the second gas can be further improved. Furthermore, by arranging the first gas conduit at the same height as the second gas conduit, the mixing area can be provided without changing the sectional area of the second gas conduit, so that the gas flow rate can be increased, A wide range of film forming conditions can be handled.

本発明に係る気相成長装置では、前記第1シャワープレートは、前記ガス導管の先端の前方において前記ガス流路の内壁により形成されて前記第1ガスと前記第2ガスとを混合する混合室を有しており、前記混合室の体積が、前記中央と前記周縁とで互いに異なっていることが好ましい。   In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, the first shower plate is formed by an inner wall of the gas flow path in front of the tip of the gas conduit and mixes the first gas and the second gas. It is preferable that the volume of the mixing chamber is different between the center and the peripheral edge.

上記構成によれば、混合室の体積を変えることにより、材料ガスの混合状態を第1シャワープレートの中央と周縁とで変えることができる。そのため、成膜条件に応じてシャワープレート周辺と中央部とで混合状態を変えることができ、基板の成膜レートや膜質の均一化が可能となる。   According to the above configuration, the mixing state of the material gas can be changed between the center and the periphery of the first shower plate by changing the volume of the mixing chamber. Therefore, the mixing state can be changed between the periphery and the center of the shower plate according to the film forming conditions, and the film forming rate and film quality of the substrate can be made uniform.

本発明に係る気相成長装置では、前記ガス流路と前記ガス導管との間の相対的空間位置関係は、前記第1シャワープレートの前記中央と、前記第1シャワープレートの前記周縁と、前記中央と前記周縁との間の中間領域とで、互いに異なっていることが好ましい。   In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, the relative spatial positional relationship between the gas flow path and the gas conduit includes the center of the first shower plate, the peripheral edge of the first shower plate, and the It is preferable that they are different from each other in an intermediate region between the center and the peripheral edge.

上記構成によれば、成膜条件に応じてシャワープレート周辺と中間領域と中央部とでよりきめ細かく混合状態を変えることができ、基板の成膜レート及び膜質のよりきめ細かい均一化が可能となる。   According to the above configuration, the mixing state can be changed more finely in the periphery of the shower plate, in the intermediate region, and in the central portion according to the film formation conditions, and the film formation rate and film quality of the substrate can be made more uniform.

本発明に係る気相成長装置では、前記第1シャワープレートと前記第2シャワープレートとの間に前記第1ガスを前記ガス流路に供給する第1ガス分配空間が形成され、前記第2シャワープレートは、前記第1ガス分配空間が露出するように前記第1シャワープレートから取り外し可能に設けられていることが好ましい。   In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, a first gas distribution space for supplying the first gas to the gas flow path is formed between the first shower plate and the second shower plate, and the second shower The plate is preferably detachably provided from the first shower plate so that the first gas distribution space is exposed.

上記構成によれば、第1ガス分配空間が露出可能となる構成であるため、メンテナンス性が向上し、特に、シャワープレート内部に附加化合物が発生した場合や、異物混入があった場合においても、洗浄性が飛躍的に向上し、内部汚染を完全に除去できる。   According to the above configuration, since the first gas distribution space can be exposed, the maintainability is improved, especially when an additive compound is generated inside the shower plate or when foreign matter is mixed. Cleanability is dramatically improved and internal contamination can be completely removed.

本発明に係る気相成長装置では、前記ガス導管は、前記第2シャワープレートと嵌合するフランジを有し、前記ガス導管の前記フランジの外径は、前記ガス流路の内径よりも小さいことが好ましい。   In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, the gas conduit has a flange fitted to the second shower plate, and the outer diameter of the flange of the gas conduit is smaller than the inner diameter of the gas flow path. Is preferred.

上記構成によれば、ガス分配空間を開放せずに反応室側から第1シャワープレートを通してガス導管を交換することができる。   According to the above configuration, the gas conduit can be exchanged from the reaction chamber side through the first shower plate without opening the gas distribution space.

本発明に係る気相成長装置では、前記ガス導管は、前記第2シャワープレートに着脱可能に設けられていることが好ましい。   In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, it is preferable that the gas conduit is detachably provided on the second shower plate.

上記構成によれば、ガス導入管を第2シャワープレートから取り外すことができ、ガス導入管の長さを変えることによって、混合室の大きさを変えることが可能である。ガス導入管を取外し可能な構成としていることで、本体毎に再製作する必要なく、第2ガスの流路となるガス導入管の変更のみで混合室の大きさを調整することが可能となり、様々な条件の成膜に対応した装置とすることができる。また、ガス導入管の壁面に附加化合物が付着し、ガス導入管出口が詰まった場合でも、全体を洗浄することなく、詰まった箇所のガス導入管のみを交換することが可能である。そのため、装置のメンテナンス時間も大幅に短縮することが可能であり、装置の稼働率向上を図ることも可能である。   According to the above configuration, the gas introduction pipe can be removed from the second shower plate, and the size of the mixing chamber can be changed by changing the length of the gas introduction pipe. By making the gas introduction pipe removable, it becomes possible to adjust the size of the mixing chamber only by changing the gas introduction pipe that becomes the flow path of the second gas, without having to remanufacture each main body. It can be set as the apparatus corresponding to the film-forming of various conditions. Further, even when the adduct compound adheres to the wall surface of the gas introduction pipe and the gas introduction pipe outlet is clogged, it is possible to replace only the clogged gas introduction pipe without cleaning the whole. Therefore, the maintenance time of the apparatus can be greatly shortened, and the operating rate of the apparatus can be improved.

本発明に係る気相成長装置では、前記ガス導管の温度を調整する冷媒を流す冷媒流路が前記第2シャワープレートに形成されていることが好ましい。   In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, it is preferable that a refrigerant flow path for flowing a refrigerant for adjusting the temperature of the gas conduit is formed in the second shower plate.

上記構成によれば、第2ガス流路を温度調整する冷媒流路が構成されることで、第2ガス流路の温度を可変することが可能となり、第2ガスの温度をコントロールすることが可能となる。つまり、第1ガスと第2ガスとを個別に温度調整することができる。これによって、被処理基板表面反応の制御性を向上させ、つまり、成膜厚や組成比を向上させると共に、材料利用効率を向上させることができる。   According to the above configuration, since the refrigerant flow path for adjusting the temperature of the second gas flow path is configured, the temperature of the second gas flow path can be varied, and the temperature of the second gas can be controlled. It becomes possible. That is, the temperature of the first gas and the second gas can be individually adjusted. Thereby, the controllability of the surface reaction of the substrate to be processed can be improved, that is, the film formation thickness and the composition ratio can be improved, and the material utilization efficiency can be improved.

本発明に係る気相成長装置では、前記第1ガスは、III族ガスを含み、前記第2ガスは、V族ガスを含むことが好ましい。   In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, it is preferable that the first gas includes a group III gas and the second gas includes a group V gas.

上記構成によれば、第2ガスの流路となるガス導入管の出口は、ヒータからの熱を直接受け、冷媒流路によって温度調整される第1ガス流路に比べ、温度上昇しやすい構造である。V族系ガスは有機ガスが用いられ、高温にしないと分子が分解して成長膜にドープされない、あるいは分子のままドープされてホールを形成してしまい、膜質や成長レートの劣化に繋がる。一方で、基板や成膜室を高温にし過ぎると、基板以外の成膜室壁面等に成膜される、あるいは成膜した基板から分子が再蒸発するなど、材料効率の低下や膜質、膜厚の不均一性を引き起こす恐れがある。そのため、第2ガスの流路となるガス導入管をV族系ガスとして、予め反応室以外で加熱し、活性化されたガスを反応室に供給することにより、V族ガスの分解温度に係わらず、成膜質及び基板の温度を設定でき、均一な膜厚および膜質で材料効率の良い成膜が可能となる。   According to the above configuration, the outlet of the gas introduction pipe serving as the flow path for the second gas receives heat from the heater directly and has a structure in which the temperature is likely to rise compared to the first gas flow path whose temperature is adjusted by the refrigerant flow path. It is. An organic gas is used as the group V gas, and unless the temperature is raised, molecules are decomposed and are not doped into the growth film, or are doped as molecules to form holes, leading to deterioration of film quality and growth rate. On the other hand, if the temperature of the substrate or the film formation chamber is too high, film formation on the wall surface of the film formation chamber other than the substrate, or molecules re-evaporate from the film formation substrate, resulting in a decrease in material efficiency, film quality, and film thickness. May cause non-uniformity. For this reason, the gas introduction pipe serving as the flow path for the second gas is set as a group V gas, heated in advance outside the reaction chamber, and the activated gas is supplied to the reaction chamber, thereby affecting the decomposition temperature of the group V gas. Therefore, the film formation quality and the substrate temperature can be set, and the film formation with high material efficiency is possible with the uniform film thickness and film quality.

本発明に係る気相成長装置では、前記ガス導管の長手方向に沿って前記ガス導管と前記ガス流路とを相対的に昇降させる昇降機構を設けることが好ましい。   In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, it is preferable to provide an elevating mechanism for moving the gas conduit and the gas flow path relatively up and down along the longitudinal direction of the gas conduit.

上記構成によれば、第1ガスと第2ガスとの混合室の大きさを可変することが可能となり、材料ガス混合性が向上し、被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、被処理基板表面反応の制御性を向上させ、つまり、成膜厚や組成比を向上させると共に、原料利用効率を向上させることができる。また、成膜中に混合室の大きさを可変することが可能となり、1回の成膜で反応ガス流量や、被処理基板温度が変わる複数の膜を成長させる場合においても、それぞれの条件に最適な混合室の大きさを設定できるため、最適な単膜を積層することが可能となり、高品質の多層膜を成膜することが可能となる。   According to the above configuration, the size of the mixing chamber of the first gas and the second gas can be varied, the material gas mixing property is improved, and the gas concentration distribution on the surface of the substrate to be processed is made uniform. Thus, the controllability of the surface reaction of the substrate to be processed can be improved, that is, the film formation thickness and the composition ratio can be improved, and the raw material utilization efficiency can be improved. In addition, the size of the mixing chamber can be varied during film formation, and even when growing a plurality of films in which the reaction gas flow rate and the substrate temperature to be processed are grown in one film formation, Since the optimum size of the mixing chamber can be set, an optimum single film can be laminated, and a high-quality multilayer film can be formed.

本発明に係る気相成長方法は、反応炉内の被処理基板を載置する基板保持部材に対向して配置された第1シャワープレートによって前記被処理基板に向かって第1ガスを供給し、前記第1シャワープレートに対して前記基板保持部材の反対側に配置された第2シャワープレートによって前記被処理基板に向かって第2ガスを供給する気相成長方法であって、前記第1シャワープレートには、前記被処理基板に向かって前記第1ガスが流れるガス流路が形成されており、前記第2シャワープレートは、前記第2シャワープレートから突出して前記ガス流路の内部に挿入されて前記被処理基板に向かって前記第2ガスを流すガス導管を有しており、前記第1シャワープレートの中央と周縁とで、前記ガス流路と前記ガス導管とによって形成される空間の態様を互いに異ならせて前記第1及び第2ガスを前記被処理基板に向かって供給することを特徴とする。   In the vapor phase growth method according to the present invention, a first gas is supplied to the substrate to be processed by a first shower plate disposed to face a substrate holding member on which the substrate to be processed in the reaction furnace is placed. A vapor phase growth method for supplying a second gas toward the substrate to be processed by a second shower plate disposed on the opposite side of the substrate holding member with respect to the first shower plate, wherein the first shower plate Is formed with a gas flow path through which the first gas flows toward the substrate to be processed, and the second shower plate protrudes from the second shower plate and is inserted into the gas flow path. A gas conduit for flowing the second gas toward the substrate to be processed is formed by the gas flow path and the gas conduit at the center and the periphery of the first shower plate. Aspects between differentiated from each other and supplying toward said first and second gas to the substrate to be processed.

この特徴によれば、前記ガス流路と前記ガス導管とによって形成される空間の態様を変えることにより、材料ガスの混合状態を第1シャワープレートの中央と周縁とで変えることができる。そのため、成膜条件に応じてシャワープレート周辺と中央部とで混合状態を変えることができ、基板の成膜レートや膜質の均一化が可能となる。   According to this feature, the mixed state of the material gas can be changed between the center and the periphery of the first shower plate by changing the mode of the space formed by the gas flow path and the gas conduit. Therefore, the mixing state can be changed between the periphery and the center of the shower plate according to the film forming conditions, and the film forming rate and film quality of the substrate can be made uniform.

本発明に係る気相成長装置は、以上のように、前記第1シャワープレートの中央と周縁とで、前記ガス流路と前記ガス導管とによって形成される空間の態様が互いに異なっているので、成膜条件に応じてシャワープレート周辺と中央部とで混合状態を変えることができ、基板の成膜レートや膜質の均一化が可能となる。   As described above, the vapor phase growth apparatus according to the present invention is different from each other in the form of the space formed by the gas flow path and the gas conduit at the center and the periphery of the first shower plate. The mixed state can be changed between the periphery and the center of the shower plate according to the film forming conditions, and the film forming rate and film quality of the substrate can be made uniform.

本発明の一実施形態について図1ないし図13に基づいて説明すると以下の通りである。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る気相成長装置1の構成を示す断面図である。気相成長装置1は、縦型シャワーヘッド型MOCVD装置によって構成されている。気相成長装置1は、反応炉14を備えている。反応炉14の中には、被処理基板15を載置した円盤状の基板保持部材16が設けられている。基板保持部材16の下側には、軸状の回転伝達部材20が結合されており、図示しない駆動機構により、被処理基板15の表面に垂直な回転伝達部材20の周りに回転可能に基板保持部材16が設けられている。基板保持部材16の下側には、基板保持部材16を加熱する加熱ヒータ17がさらに設けられている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a vapor phase growth apparatus 1 according to the first embodiment. The vapor phase growth apparatus 1 is constituted by a vertical shower head type MOCVD apparatus. The vapor phase growth apparatus 1 includes a reaction furnace 14. In the reaction furnace 14, a disk-shaped substrate holding member 16 on which the substrate to be processed 15 is placed is provided. A shaft-like rotation transmission member 20 is coupled to the lower side of the substrate holding member 16, and the substrate is held so as to be rotatable around the rotation transmission member 20 perpendicular to the surface of the substrate to be processed 15 by a drive mechanism (not shown). A member 16 is provided. A heater 17 that heats the substrate holding member 16 is further provided below the substrate holding member 16.

反応炉14の上側には、略円筒形状をしたガス供給部18が設けられている。ガス供給部18は、シャワープレート2とシャワープレート3とを有している。シャワープレート2は、反応炉14内の被処理基板15を載置する基板保持部材16に対向して配置されて被処理基板15に向かって第1ガスを供給するために設けられている。シャワープレート3は、シャワープレート2に対して基板保持部材16の反対側に配置されて被処理基板15に向かって第2ガスを供給するために設けられている。   A gas supply portion 18 having a substantially cylindrical shape is provided on the upper side of the reaction furnace 14. The gas supply unit 18 includes a shower plate 2 and a shower plate 3. The shower plate 2 is disposed to face the substrate holding member 16 on which the substrate 15 to be processed in the reaction furnace 14 is placed, and is provided to supply the first gas toward the substrate 15 to be processed. The shower plate 3 is disposed on the opposite side of the substrate holding member 16 with respect to the shower plate 2 and is provided to supply the second gas toward the substrate 15 to be processed.

図2は気相成長装置1に設けられたガス供給部18の詳細な構造を示す断面図であり、図3は図2に示すA部の拡大断面図である。図4は、気相成長装置1に設けられたガス供給部18を被処理基板15側から見た平面図である。図5は、気相成長装置1に設けられたシャワープレート2・3を説明するための斜視図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing a detailed structure of the gas supply unit 18 provided in the vapor phase growth apparatus 1, and FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a part A shown in FIG. FIG. 4 is a plan view of the gas supply unit 18 provided in the vapor phase growth apparatus 1 as viewed from the substrate to be processed 15 side. FIG. 5 is a perspective view for explaining the shower plates 2 and 3 provided in the vapor phase growth apparatus 1.

シャワープレート2には、被処理基板15に向かって第1ガスが流れる複数個のガス流路4aが、所定の間隔を空けて配置されて形成されている。シャワープレート2は、基板保持部材16に対向する壁面26を有しており、壁面26には各ガス流路4aの流路出口25が形成されている。壁面26と反応炉14の内壁とによって反応室19が形成されている。反応炉14の側壁の基板保持部材16よりも低い位置には、ガス排出口21が形成されている。反応炉14とシャワープレート2との間には、反応室19を封止するためのOリング22aが設けられている。   In the shower plate 2, a plurality of gas flow paths 4 a through which the first gas flows toward the substrate to be processed 15 are formed at predetermined intervals. The shower plate 2 has a wall surface 26 that faces the substrate holding member 16, and a channel outlet 25 of each gas channel 4 a is formed on the wall surface 26. A reaction chamber 19 is formed by the wall surface 26 and the inner wall of the reaction furnace 14. A gas discharge port 21 is formed at a position lower than the substrate holding member 16 on the side wall of the reaction furnace 14. An O-ring 22 a for sealing the reaction chamber 19 is provided between the reaction furnace 14 and the shower plate 2.

第1ガスをガス流路4aに供給するためにシャワープレート2とシャワープレート3との間にガス分配空間9が形成されている。図5に示すように、シャワープレート3は、ガス分配空間9が露出するようにシャワープレート2から取り外し可能に設けられている。シャワープレート2とシャワープレート3との間に、ガス分配空間9を封止するためのOリング22bが設けられている。シャワープレート2の周縁には、ガス分配空間9に第1ガスを供給するための複数のガス導入口23が設けられている。   A gas distribution space 9 is formed between the shower plate 2 and the shower plate 3 in order to supply the first gas to the gas flow path 4a. As shown in FIG. 5, the shower plate 3 is detachably provided from the shower plate 2 so that the gas distribution space 9 is exposed. Between the shower plate 2 and the shower plate 3, an O-ring 22b for sealing the gas distribution space 9 is provided. A plurality of gas inlets 23 for supplying the first gas to the gas distribution space 9 are provided at the periphery of the shower plate 2.

シャワープレート3は、被処理基板15に向かって第2ガスを流すために設けられてシャワープレート3から突出して各ガス流路4aの内部に挿入された複数のガス導管5を有している。ガス導管5には、第2ガスが流れるガス流路4bが形成されている。   The shower plate 3 has a plurality of gas conduits 5 provided to flow the second gas toward the substrate 15 to be processed, protruding from the shower plate 3 and inserted into the gas flow paths 4a. A gas flow path 4 b through which the second gas flows is formed in the gas conduit 5.

シャワープレート3は、ベース7と上方プレート8とを有している。ベース7と上方プレート8との間にガス分配空間10が形成されている。上方プレート8は、ガス分配空間10が露出するようにベース7から取り外し可能に設けられている。ベース7と上方プレート8との間には、ガス分配空間10を封止するためのOリング22cが設けられている。上方プレート8には、ガス分配空間10に第2ガスを供給するための第2ガス導入口24が形成されている。   The shower plate 3 has a base 7 and an upper plate 8. A gas distribution space 10 is formed between the base 7 and the upper plate 8. The upper plate 8 is detachably provided from the base 7 so that the gas distribution space 10 is exposed. An O-ring 22 c for sealing the gas distribution space 10 is provided between the base 7 and the upper plate 8. The upper plate 8 is formed with a second gas introduction port 24 for supplying the second gas to the gas distribution space 10.

シャワープレート2には、ガス導管5の温度を調整する冷媒を流すための冷媒流路11が、ガス流路4aの周りを通って形成されている。   In the shower plate 2, a refrigerant flow path 11 for flowing a refrigerant for adjusting the temperature of the gas conduit 5 is formed around the gas flow path 4a.

シャワープレート2には、第1ガスと第2ガスとが混合される混合室12が、ガス導管5の先端のガスの下流側(前方)においてガス流路4aの内壁により形成されている。   In the shower plate 2, a mixing chamber 12 in which the first gas and the second gas are mixed is formed by the inner wall of the gas flow path 4 a on the downstream side (front side) of the gas at the tip of the gas conduit 5.

図7は、シャワープレート2に形成されたガス流路4aと、シャワープレート3に設けられたガス導管5との位置関係を示す断面図である。左側に示したガス流路4a及びガス導管5は、シャワープレート2の中央に設けられたガス流路4a及びガス導管5の位置関係を示している。右側に示したガス流路4a及びガス導管5は、シャワープレート2の周縁に設けられたガス流路4a及びガス導管5の位置関係を示している。ガス導管5の突出長さは、シャワープレート2の中央と周縁とで異なっており、周縁のガス導管5の長さは、中央のガス導管5の長さよりも長くなっている。
このように、混合室12の体積が、シャワープレート2の周縁部分に比べて中央部分で大きくなるように、ガス導管5の突出長さを中央部分で短くなるように調節してある。ガス導管5の突出長さは、成膜条件によって適宜調節すれば良い。
このように、中央から周縁に向かって成膜レートが速くなるような条件でも、中央で、第1ガスと第2ガスとの混合性を高めることで、中央部分の成膜レートを速くすることができ、膜厚の均一化が可能となる。逆に、中央から周縁に向かって成膜レートが遅くなる場合は、中央と周縁とのパーツを逆にすれば良い。
なお、シャワープレート2の中央部分と、周縁部分とで2種類の突出長さのガス導入管5にするだけでなく、3種類以上の多種類の突出長さのガス導入管5を用いても良い。例えば、ガス流路4aとガス導管5との間の相対的空間位置関係は、シャワープレート2の中央と、シャワープレート2の周縁と、前記中央と前記周縁との間の中間領域とで、互いに異なっているように構成してもよい。また、流量や成長圧によっては、周縁部付近で成膜レートが小さくなる場合がある。その際には、周縁部の突出長さを大きくすることも考えられる。
混合室12およびガス導入管5の部分を拡大した図3に示すように、ガス導管5の流路出口27の反対端の外周には、雄ネジ加工が施してある。ガス導管5に形成された雄ネジの流路出口27側には、フランジ40が形成されている。
下方プレート34aに形成された貫通孔41には、ガス導管5の雄ネジに対応する雌ネジ加工が施してあり、更に、ザグリ孔42が、フランジ40に対応するように形成されている。このように、ガス導管5は、ネジ構造によって、下方プレート34aに固定することが可能となる。更に、フランジ40を設けることによって、ガス導管5の突出長さDを正確に規定することが可能である(フランジ40が無いと、ネジの締め込み具合に応じて突出長さDが変化してしまう)。更に、下方プレート34aのザグリ孔42に、前記フランジ40を挿入することで、ガス分配空間9に余分な突起を生じることが無く、ガス分配空間9内の流れを乱すことが無い。また、ネジ部を通じて、第1ガスと第2ガスとが拡散し混合する可能性もあるため、ネジ部には、グラファイトシートを挟み、封止構造をとることもできる。また、グラファイトシート以外に、白金薄膜シート等の材料ガスに対して耐食性を有する金属薄膜シートも使用可能である。但し、フランジ40の高さが、ガス分配空間9内の流れを乱さない程度の突起であれば、ザグリ孔42を設けることは必須では無い。
上記構成によれば、ガス導管5は、下方プレート34aから取り外し(着脱)可能な構成になっており、ガス導管5の突出長さDを容易に変えることが可能となる。このため、求める成膜レートや膜質に応じた、流量や成膜温度、成長圧などの様々な成膜条件に対応して、混合室12の体積を調節することが可能である。また、成膜時に反応精製物が流路口壁面に付着し、流路出口が詰まることがあり、膜質や膜厚分布の均一性、成膜レートの低下を引き起こす恐れがある。しかし、着脱可能な構成であれば、ガス導管5の壁面に付着物が発生し、流路出口が詰まった場合でも、全体を洗浄することなく、詰まった箇所のガス導管5aのみを交換することが可能である。そのため、装置のメンテナンス時間も大幅に短縮することが可能であり、装置の稼働率向上を図ることも可能である。
なお、ガス導管5は、上記のように着脱可能でなくとも、混合室12の体積を調節することで、本発明の効果は得られる。この場合、第2ガス流路の下方プレート(ベース7)に、多数の貫通孔が配置される。複数のガス導管5は、気密を保つよう、真空ロウ付や電子ビーム溶接、TIG溶接、拡散接合等によって接合される。第2ガス流路下方プレート(ベース7)に直接、ガス導管5を切削加工等により形成してもよい。しかし、先に記載したように、様々な成膜条件に対応する場合や、メンテナンス性を考えると着脱可能な構成とした方が好ましい。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the gas flow path 4 a formed in the shower plate 2 and the gas conduit 5 provided in the shower plate 3. The gas channel 4 a and the gas conduit 5 shown on the left side indicate the positional relationship between the gas channel 4 a and the gas conduit 5 provided in the center of the shower plate 2. The gas flow path 4 a and the gas conduit 5 shown on the right side indicate the positional relationship between the gas flow path 4 a and the gas conduit 5 provided on the periphery of the shower plate 2. The protruding length of the gas conduit 5 is different between the center and the periphery of the shower plate 2, and the length of the peripheral gas conduit 5 is longer than the length of the central gas conduit 5.
Thus, the protruding length of the gas conduit 5 is adjusted to be shorter at the central portion so that the volume of the mixing chamber 12 is larger at the central portion than the peripheral portion of the shower plate 2. The protruding length of the gas conduit 5 may be adjusted as appropriate according to the film forming conditions.
In this way, even under conditions where the film formation rate increases from the center toward the periphery, the film formation rate at the center portion can be increased by increasing the mixing property of the first gas and the second gas at the center. The film thickness can be made uniform. Conversely, when the film formation rate decreases from the center toward the periphery, the parts at the center and the periphery may be reversed.
It should be noted that not only the gas introduction pipe 5 having two kinds of protruding lengths at the center part and the peripheral part of the shower plate 2 but also gas introduction pipes 5 having three or more kinds of protruding lengths may be used. good. For example, the relative spatial positional relationship between the gas flow path 4a and the gas conduit 5 is such that the center of the shower plate 2, the periphery of the shower plate 2, and the intermediate region between the center and the periphery are mutually You may comprise so that it may differ. Further, depending on the flow rate and the growth pressure, the film formation rate may be reduced in the vicinity of the peripheral portion. In that case, it is also conceivable to increase the protruding length of the peripheral edge.
As shown in FIG. 3 in which the mixing chamber 12 and the gas introduction pipe 5 are enlarged, the outer periphery of the opposite end of the flow outlet 27 of the gas conduit 5 is male threaded. A flange 40 is formed on the side of the flow outlet 27 of the male screw formed in the gas conduit 5.
The through hole 41 formed in the lower plate 34 a is subjected to female thread processing corresponding to the male thread of the gas conduit 5, and the counterbore hole 42 is formed to correspond to the flange 40. Thus, the gas conduit 5 can be fixed to the lower plate 34a by the screw structure. Furthermore, by providing the flange 40, it is possible to accurately define the protruding length D of the gas conduit 5. (Without the flange 40, the protruding length D changes according to the tightening condition of the screw. End up). Further, by inserting the flange 40 into the counterbore hole 42 of the lower plate 34a, no extra protrusion is generated in the gas distribution space 9, and the flow in the gas distribution space 9 is not disturbed. Further, since there is a possibility that the first gas and the second gas are diffused and mixed through the screw portion, a graphite sheet can be sandwiched between the screw portion and a sealing structure can be taken. In addition to the graphite sheet, a metal thin film sheet having corrosion resistance against a material gas such as a platinum thin film sheet can also be used. However, if the height of the flange 40 is a protrusion that does not disturb the flow in the gas distribution space 9, it is not essential to provide the counterbore hole 42.
According to the above configuration, the gas conduit 5 is configured to be removable (detachable) from the lower plate 34a, and the protruding length D of the gas conduit 5 can be easily changed. For this reason, it is possible to adjust the volume of the mixing chamber 12 in accordance with various film forming conditions such as a flow rate, a film forming temperature, and a growth pressure in accordance with a desired film forming rate and film quality. Further, the reaction purified product may adhere to the wall surface of the channel opening during film formation, and the channel outlet may be clogged, which may cause the film quality and the uniformity of the film thickness distribution and the film formation rate to decrease. However, if the structure is detachable, even if deposits are generated on the wall surface of the gas conduit 5 and the outlet of the flow path is clogged, only the clogged gas conduit 5a is replaced without washing the whole. Is possible. Therefore, the maintenance time of the apparatus can be greatly shortened, and the operating rate of the apparatus can be improved.
Even if the gas conduit 5 is not removable as described above, the effect of the present invention can be obtained by adjusting the volume of the mixing chamber 12. In this case, a large number of through holes are arranged in the lower plate (base 7) of the second gas flow path. The plurality of gas conduits 5 are joined by vacuum brazing, electron beam welding, TIG welding, diffusion joining, or the like so as to keep airtightness. The gas conduit 5 may be formed directly on the second gas flow path lower plate (base 7) by cutting or the like. However, as described above, it is preferable to adopt a detachable configuration when dealing with various film forming conditions and considering maintainability.

図8(a)(b)(c)、図9(a)(b)、図10(a)(b)は、第1シャワープレート2に形成されたガス流路4aと、第2シャワープレート3に設けられたガス導管5との他の関係を示す断面図である。図7に示した例は、ガス導管5の長さを中央と周縁とで互いに異ならせる例を示した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、図8(a)に示すように、ガス導管5の内径dを、中央では大きくし、周縁では小さくするように構成してもよい。この構成により、周縁での第2ガスの流量が中央での第2ガスの流量よりも少なくなる。このため、膜厚や組成比の分布を、流量などの条件に応じて、均一となるように調整することができる。例えば、AlGaAsの成膜の場合、第1ガスの原料ガスとしてTMGとTMA、第2ガスの原料ガスとしてAsHが用いられており、V/III比が小さくなる(AsHガスを少なくする)と成膜レートが上がるため、周縁で成膜レートが低くなる場合は、周縁でのAsH導入量を少なくすることで、成長レートを上げることができ、膜厚均一性が増す。また、V/III比が小さくなる(AsH導入量が少なく)と、AlよりもGaが入りこみやすくなるため、周縁で内管の内径を小さくすることで、Gaの組成比を高くすることができ、組成比も適宜調整することができる。 FIGS. 8 (a), (b), (c), FIGS. 9 (a), (b), and FIGS. 10 (a) and 10 (b) show the gas flow path 4a formed in the first shower plate 2 and the second shower plate. 3 is a cross-sectional view showing another relationship with the gas conduit 5 provided in FIG. The example shown in FIG. 7 shows an example in which the length of the gas conduit 5 is different between the center and the periphery. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 8A, the inner diameter d of the gas conduit 5 may be increased at the center and decreased at the periphery. With this configuration, the flow rate of the second gas at the periphery is smaller than the flow rate of the second gas at the center. For this reason, the distribution of film thickness and composition ratio can be adjusted to be uniform according to conditions such as flow rate. For example, in the case of forming an AlGaAs film, TMG and TMA are used as the source gas for the first gas, and AsH 3 is used as the source gas for the second gas, so that the V / III ratio is reduced (the AsH 3 gas is reduced). When the film formation rate is lowered at the periphery, the growth rate can be increased and the film thickness uniformity is increased by reducing the amount of AsH 3 introduced at the periphery. In addition, when the V / III ratio is small (the amount of AsH 3 introduced is small), it is easier for Ga to enter than Al, so the inner diameter of the inner tube can be reduced at the periphery to increase the Ga composition ratio. The composition ratio can also be adjusted as appropriate.

また、図8(b)に示すように、ガス導管5の外径eを、中央では小さくし、周縁では大きくするように構成してもよい。この構成により、周縁での第1ガスの流量が中央での第1ガスの流量よりも少なくなる。また、流量などの条件に応じて、中央と周縁とのパーツを逆にすることも考えられる。この構成によれば、膜厚や組成比の分布を、流量などの条件に応じて、均一となるように調整できる。例えば、AlGaAsの成膜の場合、第1ガスの原料ガスとしてIII族ガスであるTMGとTMA、第2ガスの原料ガスとしてV族ガスであるAsHが用いられており、一般的に成膜レートはIII族ガスの導入量で決まる条件で成膜されることが多いため、中央部分で成膜レートが遅くなる条件で成膜する場合、中央部分でのIII族ガス導入量が多く、周縁で少なくすることにより、膜厚の均一化が可能となる。また、中央部と周縁部でV/III比を変えることができるため、組成比も適宜調整することができる。なお、流量などの条件に応じ、中央と周縁とのパーツを逆にすることも考えられる。
さらに、図8(c)に示すように、ガス導管5に形成する孔を、中央ではガス導管5の先端に形成し、周縁ではガス導管5の側壁に形成し、かつ、周縁では、ガス導管5の先端をガス流路4aの先端まで伸ばすように構成してもよい。この構成により、周縁での導入ガスの流量が中央での導入ガスの流量よりも少なくなる。中央で成膜レートが遅い成膜条件の場合、周縁の導入ガス流量を少なくして、成膜レートを遅くすることで、膜厚の均一化が可能である。なお、中央で成膜レートが速い場合は、中央と周縁とのパーツを逆にすれば良い。
Further, as shown in FIG. 8B, the outer diameter e of the gas conduit 5 may be configured to be small at the center and large at the periphery. With this configuration, the flow rate of the first gas at the periphery is less than the flow rate of the first gas at the center. It is also conceivable to reverse the center and peripheral parts according to the flow rate and other conditions. According to this configuration, the distribution of film thickness and composition ratio can be adjusted to be uniform according to conditions such as flow rate. For example, in the case of AlGaAs film formation, TMG and TMA, which are Group III gases, are used as the source gas for the first gas, and AsH 3 which is a Group V gas is used as the source gas for the second gas. Since the film is often formed under conditions determined by the amount of Group III gas introduced, when film formation is performed under the condition that the film formation rate is slow at the central part, the amount of Group III gas introduced at the central part is large, and the periphery By reducing the thickness, the film thickness can be made uniform. Further, since the V / III ratio can be changed between the central portion and the peripheral portion, the composition ratio can also be adjusted as appropriate. Depending on the conditions such as the flow rate, it is also conceivable to reverse the parts at the center and the periphery.
Further, as shown in FIG. 8 (c), a hole formed in the gas conduit 5 is formed at the tip of the gas conduit 5 at the center, at the peripheral edge, at the side wall of the gas conduit 5, and at the peripheral edge, the gas conduit 5 is formed. You may comprise so that the front-end | tip of 5 may be extended to the front-end | tip of the gas flow path 4a. With this configuration, the flow rate of the introduced gas at the periphery is smaller than the flow rate of the introduced gas at the center. In the case of a film formation condition with a slow film formation rate at the center, the film thickness can be made uniform by reducing the flow rate of introduced gas at the periphery and slowing down the film formation rate. If the film formation rate is high at the center, the parts at the center and the periphery may be reversed.

また、図9(a)に示すように、ガス導管5の側壁に形成する孔の位置を、中央ではガス導管5の先端から離れた位置に孔6cを形成し、周縁ではガス導管5の先端に近い位置に孔6dを形成するように構成してもよい。この構成により、第1ガスと第2ガスとが混合する領域が、周縁よりも中央において大きくなり、図7に示す構成と同様の効果を奏する。
図9(b)に示すように、ガス導管5の側壁に形成する孔の大きさを中央と周縁とで変えてもよい。具体的には、中央のガス導管5の側壁には大きい孔6eを形成し、周縁のガス導管5の側壁には小さい孔6fを形成してもよい。この構成により、第2ガスの流量が、周縁において中央よりも少なくなり、図8(a)に示す構成と同様の効果を奏する。
Further, as shown in FIG. 9 (a), the hole 6c is formed at a position away from the tip of the gas conduit 5 at the center, and the tip of the gas conduit 5 is formed at the peripheral edge. The hole 6d may be formed at a position close to. With this configuration, the region where the first gas and the second gas are mixed is larger in the center than in the periphery, and the same effect as the configuration shown in FIG. 7 is achieved.
As shown in FIG. 9B, the size of the hole formed in the side wall of the gas conduit 5 may be changed between the center and the periphery. Specifically, a large hole 6 e may be formed in the side wall of the central gas conduit 5, and a small hole 6 f may be formed in the side wall of the peripheral gas conduit 5. With this configuration, the flow rate of the second gas is smaller at the periphery than at the center, and the same effect as the configuration shown in FIG.

また、図10(a)に示すように、ガス導管5の先端に形成する孔の大きさを中央と周縁とで異ならせてもよい。具体的には、中央のガス導管5の先端には大きい孔6gを形成し、周縁のガス導管5の先端には小さい孔6hを形成し、周縁のガス導管5の突出長さを中央のガス導管5の突出長さよりも短く構成してもよい。この構成により、第2ガスの流量が、周縁において中央よりも少なくなり、図8(a)に示す構成と同様の効果を奏する。
図10(b)に示すように、ガス導管5に形成する孔の態様を中央と周縁とで異ならせてもよい。具体的には、中央では、ガス導管5の先端に孔を形成し、周縁では、ガス導管5の側壁に孔を形成し、孔は、ガス導管5の内側から外側に向かってガス導管5の先端に近づく斜め方向に沿って形成してもよい。この構成により、周縁での導入ガスの流量が中央での導入ガスの流量よりも少なくなり、図8(c)に示す構成と同様の効果を奏する。
Moreover, as shown to Fig.10 (a), you may vary the magnitude | size of the hole formed in the front-end | tip of the gas conduit 5 with a center and a periphery. Specifically, a large hole 6g is formed at the tip of the central gas conduit 5, a small hole 6h is formed at the tip of the peripheral gas conduit 5, and the protruding length of the peripheral gas conduit 5 is set to the center gas. You may comprise shorter than the protrusion length of the conduit | pipe 5. FIG. With this configuration, the flow rate of the second gas is smaller at the periphery than at the center, and the same effect as the configuration shown in FIG.
As shown in FIG. 10 (b), the mode of the holes formed in the gas conduit 5 may be different between the center and the periphery. Specifically, a hole is formed in the tip of the gas conduit 5 at the center, and a hole is formed in the side wall of the gas conduit 5 at the periphery, and the hole is formed from the inside of the gas conduit 5 toward the outside. You may form along the diagonal direction which approaches a front-end | tip. With this configuration, the flow rate of the introduced gas at the periphery is smaller than the flow rate of the introduced gas at the center, and the same effect as the configuration shown in FIG.

なお、ガス導管5におけるガス流出口(先端)から被処理基板15までの距離が、シャワープレートの中央と周縁とで互いに異なっているように構成してもよい。   In addition, you may comprise so that the distance from the gas outflow port (front-end | tip) in the gas conduit 5 to the to-be-processed substrate 15 may mutually differ in the center and periphery of a shower plate.

シャワープレート2は、基板保持部材16に対向して設けられた下方プレート29と、下方プレート29と所定の間隔を空けて基板保持部材16の反対側に設けられた上方プレート28と、下方プレート29及び上方プレート28を貫通して設けられてガス流路4aを形成するガス導管30とを有している。   The shower plate 2 includes a lower plate 29 provided facing the substrate holding member 16, an upper plate 28 provided on the opposite side of the substrate holding member 16 at a predetermined interval from the lower plate 29, and a lower plate 29. And a gas conduit 30 provided through the upper plate 28 to form the gas flow path 4a.

シャワープレート2には、第1ガスを導入する第1ガス導入口23と、第1ガスをガス分配空間9に導く導入経路31とが形成されたフランジ部32が設けられている。ベース7と上方プレート8とは、その周縁において固定ネジ39によってフランジ部32に固定されている。   The shower plate 2 is provided with a flange portion 32 in which a first gas introduction port 23 for introducing the first gas and an introduction path 31 for guiding the first gas to the gas distribution space 9 are formed. The base 7 and the upper plate 8 are fixed to the flange portion 32 with fixing screws 39 at the periphery.

冷媒流路11には、冷媒を各ガス流路4aの周りに均等に供給するための冷媒調整リング33が設けられている。ガス分配空間9には、第1ガスを各ガス流路4aに均等に供給するための第1ガス調整リング36が設けられている。ガス分配空間10には、第2ガスを各ガス導管5に均等に供給可能とするための第2ガス調整リング35が設けられている。   The refrigerant flow path 11 is provided with a refrigerant adjustment ring 33 for evenly supplying the refrigerant around each gas flow path 4a. The gas distribution space 9 is provided with a first gas adjustment ring 36 for uniformly supplying the first gas to the gas flow paths 4a. The gas distribution space 10 is provided with a second gas adjusting ring 35 for enabling the second gas to be supplied uniformly to the gas conduits 5.

このように、気相成長装置1においては、内部を大気側と隔離し、気密状態を保持する反応炉14と、被処理基板15を載置する基板保持部材16と、被処理基板15を加熱する基板加熱ヒータ17と、基板保持部材16と対向する位置に設けられて被処理基板15に向けて複数の原料ガスを供給する複数のガス流路出口を有するガス供給部18とによって、反応室19を構成している。   As described above, in the vapor phase growth apparatus 1, the inside of the vapor deposition apparatus 1 is isolated from the atmosphere side, the reaction furnace 14 that maintains an airtight state, the substrate holding member 16 that places the substrate 15 to be processed, and the substrate 15 to be processed are heated. The reaction chamber includes a substrate heater 17 that performs the above operation and a gas supply unit 18 that is provided at a position facing the substrate holding member 16 and has a plurality of gas flow path outlets that supply a plurality of source gases toward the substrate 15 to be processed. 19 is constituted.

基板保持部材16は、回転伝達部材20の一端に備え付けられており、回転伝達部材20は、図示しない回転機構によって、自転可能となっている。   The substrate holding member 16 is provided at one end of the rotation transmission member 20, and the rotation transmission member 20 can be rotated by a rotation mechanism (not shown).

被処理基板15の主表面に薄膜を形成するときは、原料ガス(以下単にガスと称する)をガス供給部18から反応室19へ導入する。このとき加熱ヒータ17により、基板保持部材16を介して被処理基板15が加熱され、被処理基板15上での成膜化学反応が促進されることにより、被処理基板15上に薄膜が形成される。被処理基板15上を通過したガスは、ガス排出口21より排出される。   When forming a thin film on the main surface of the substrate 15 to be processed, a source gas (hereinafter simply referred to as a gas) is introduced from the gas supply unit 18 into the reaction chamber 19. At this time, the processing substrate 15 is heated by the heater 17 through the substrate holding member 16, and a film forming chemical reaction on the processing substrate 15 is promoted, whereby a thin film is formed on the processing substrate 15. The The gas that has passed over the substrate to be processed 15 is discharged from the gas discharge port 21.

次に、ガス供給部18の構造を、より具体的に説明する。図1において、ガス供給部18は、反応炉14と、Oリング22aによって、気密状態を保持するよう封止されており、ガス供給部18と反応炉14とは取り外し可能なように構成されている。   Next, the structure of the gas supply unit 18 will be described more specifically. In FIG. 1, the gas supply unit 18 is sealed so as to maintain an airtight state by a reaction furnace 14 and an O-ring 22a, and the gas supply unit 18 and the reaction furnace 14 are configured to be removable. Yes.

ガス供給部18には、第1ガス導入口23と第2ガス導入口24とが設置されており、それぞれ異なる原料ガスが供給される。   The gas supply unit 18 is provided with a first gas introduction port 23 and a second gas introduction port 24, and different source gases are supplied to the gas supply unit 18.

第1ガス、及び第2ガスが分離され、ガス分配空間9とガス分配空間10とに、各ガスを独立に吐出するシャワープレート形状の複数のガス流路(第1ガス流路4a、第2ガス流路4b)によって構成され、個々の第1ガス流路4a内に第2ガス流路4bが(同芯状に)内包されて配設され、第1ガス流路出口25は、反応炉壁面26に形成され、第2ガス流路出口27は、第1ガス流路出口25よりも、ガス供給源側、(つまり、被処理基板15より遠い側)に構成され、配置されることにより、個々の第1ガスと第2ガスとの混合室12を構成し、第1ガス流路4aと反応炉壁面26との間に、第1ガス流路4aを温度調整する冷媒流路11が構成される。   The first gas and the second gas are separated, and a plurality of shower plate-shaped gas flow paths (first gas flow path 4a, second gas flow) for independently discharging each gas into the gas distribution space 9 and the gas distribution space 10. Gas passage 4b), the second gas passage 4b is disposed (concentrically) in each first gas passage 4a, and the first gas passage outlet 25 is connected to the reactor. The second gas flow path outlet 27 formed on the wall surface 26 is configured and arranged on the gas supply source side (that is, the side farther from the substrate 15 to be processed) than the first gas flow path outlet 25. The refrigerant flow path 11 that constitutes the mixing chamber 12 of each first gas and the second gas, and adjusts the temperature of the first gas flow path 4a between the first gas flow path 4a and the reaction furnace wall surface 26 is provided. Composed.

第1ガス流路の上方プレート28と第1ガス流路の下方プレート29とは、多数の貫通穴が形成され、距離Aを保って配設されており、ガス流路4aとなるガス導管30が、気密を保つよう、真空ロウ付や電子ビーム溶接、TIG溶接、拡散接合等によって貫通穴に接合されている。図3中には、ガス導管30の両端を、それぞれ第1ガス流路の上方プレート28と第1ガス流路の下方プレート29とに接合する形状を示しているが、本発明はこれに限定されない。上方プレート28、もしくは下方プレート29に直接、ガス導管30を切削加工等により形成してもよい。   The upper plate 28 of the first gas flow path and the lower plate 29 of the first gas flow path are formed with a number of through-holes and arranged at a distance A, and the gas conduit 30 serving as the gas flow path 4a. However, it is joined to the through hole by vacuum brazing, electron beam welding, TIG welding, diffusion bonding or the like so as to keep hermeticity. FIG. 3 shows a shape in which both ends of the gas conduit 30 are joined to the upper plate 28 of the first gas flow path and the lower plate 29 of the first gas flow path, respectively, but the present invention is limited to this. Not. The gas conduit 30 may be formed directly on the upper plate 28 or the lower plate 29 by cutting or the like.

上記のように構成することで、ガス流路4aを温度調整することが可能な冷媒流路11が形成される。   By comprising as mentioned above, the refrigerant | coolant flow path 11 which can adjust the temperature of the gas flow path 4a is formed.

更に、第1ガス流路の上方プレート28、下方プレート29、及びガス導管30によって構成された部材に、第1ガス導入流路31、冷媒流路11を形成した第1ガス流路のフランジ部32が接合される。フランジ部32は、ここでは別体としているが、上方プレート28、下方プレート29のいずれか、もしくは両方に形成しても良い。また、接合方法は、真空ロウ付や電子ビーム溶接、TIG溶接、拡散接合等いずれの方法を用いても良い。   Furthermore, the flange part of the 1st gas flow path which formed the 1st gas introduction flow path 31 and the refrigerant | coolant flow path 11 in the member comprised by the upper plate 28, the lower plate 29, and the gas conduit 30 of the 1st gas flow path. 32 are joined. Although the flange portion 32 is a separate body here, the flange portion 32 may be formed on either or both of the upper plate 28 and the lower plate 29. As a joining method, any method such as vacuum brazing, electron beam welding, TIG welding, and diffusion joining may be used.

また、冷媒流路11には、冷媒調整リング33が配設されており、冷媒を均等に供給することを可能としている。冷媒調整リング33には、冷媒を均等に供給可能とするための、穴が複数個形成されている。各穴の径は、冷媒を均等に供給できるよう適宜調整されている。形状も、円形状でも良いし、矩形、多角形いずれでもよい。   In addition, a refrigerant adjustment ring 33 is provided in the refrigerant flow path 11 so that the refrigerant can be supplied uniformly. A plurality of holes are formed in the refrigerant adjustment ring 33 so that the refrigerant can be supplied uniformly. The diameter of each hole is appropriately adjusted so that the refrigerant can be supplied uniformly. The shape may be circular, rectangular, or polygonal.

以上のように、構成された部材をシャワープレート2と呼ぶ。   The member configured as described above is referred to as a shower plate 2.

第2ガス流路の下方プレート(ベース7)には、多数の貫通穴が設置され、複数のガス導管5が、気密を保つよう、真空ロウ付や電子ビーム溶接、TIG溶接、拡散接合等によって接合されている。図3中には、第2ガス流路下方プレート(ベース7)へガス導管5を接合する形状を示しているが、本発明はこれに限定されない。第2ガス流路下方プレート(ベース7)に直接、ガス導管5を切削加工等により形成してもよい。   The lower plate (base 7) of the second gas flow path is provided with a number of through holes, and the plurality of gas conduits 5 are maintained by vacuum brazing, electron beam welding, TIG welding, diffusion bonding, etc. so as to keep airtightness. It is joined. FIG. 3 shows a shape in which the gas conduit 5 is joined to the second gas flow path lower plate (base 7), but the present invention is not limited to this. The gas conduit 5 may be formed directly on the second gas flow path lower plate (base 7) by cutting or the like.

ベース7と上方プレート8とは、距離Bを保って配設されており、Oリング22cにより、取り外し可能状態で固定ネジ39にて封止されている。以上のように構成することで、ガス分配空間10が形成される。また、ガス分配空間10には、調整リング35が配設され、調整リング35は、第2ガスを均等に供給可能とするための穴が複数形成されている。各穴の径は、第2ガスを均等に供給できるよう適宜調整されている。形状も、円形状でも良いし、矩形、多角形いずれでもよい。   The base 7 and the upper plate 8 are disposed at a distance B, and are sealed with a fixing screw 39 in an detachable state by an O-ring 22c. By configuring as described above, the gas distribution space 10 is formed. In addition, an adjustment ring 35 is disposed in the gas distribution space 10, and the adjustment ring 35 has a plurality of holes for enabling the second gas to be supplied uniformly. The diameter of each hole is appropriately adjusted so that the second gas can be supplied uniformly. The shape may be circular, rectangular, or polygonal.

以上のように、構成された部材をシャワープレート3と呼ぶ。   The member configured as described above is called a shower plate 3.

シャワープレート2上に、シャワープレート3を設置し、距離cのガス分配空間9を形成する。シャワープレート2と、シャワープレート3は、Oリング22cによって気密を保つように固定される。   A shower plate 3 is installed on the shower plate 2 to form a gas distribution space 9 having a distance c. The shower plate 2 and the shower plate 3 are fixed by an O-ring 22c so as to be kept airtight.

ガス分配空間9には、調整リング36が配設され、調整リング36は、第1ガスを均等に供給可能とするための、穴が複数形成されている。各穴の径は、第1ガスを均等に供給できるよう適宜調整されている。形状も、円形状でも良いし、矩形、多角形いずれでもよい。   An adjustment ring 36 is disposed in the gas distribution space 9, and the adjustment ring 36 has a plurality of holes for allowing the first gas to be supplied uniformly. The diameter of each hole is appropriately adjusted so that the first gas can be supplied uniformly. The shape may be circular, rectangular, or polygonal.

ガス流路4a内に同芯状に内包されたガス流路4bのガス流路出口27は、ガス流路出口25と距離Lの位置に形成される。このように構成することで、ガス流路4a内に、第1ガスと第2ガスとの混合室12が形成される。   The gas flow path outlet 27 of the gas flow path 4b concentrically enclosed in the gas flow path 4a is formed at a distance L from the gas flow path outlet 25. By comprising in this way, the mixing chamber 12 of 1st gas and 2nd gas is formed in the gas flow path 4a.

上記のように構成することで、反応ガスの混合性が向上し、被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、被処理基板表面反応の制御性を向上させ、つまり、成膜厚や組成比を向上させると共に、原料利用効率を向上させることができる。   By configuring as described above, the mixing property of the reaction gas is improved, the gas concentration distribution on the surface of the substrate to be processed can be made uniform, and the controllability of the surface reaction of the substrate to be processed is improved. While improving a film thickness and a composition ratio, raw material utilization efficiency can be improved.

また、冷媒流路11が構成されることによって、被処理基板に到達する前に附加化合物が発生するのを防ぐことができる。   In addition, since the coolant channel 11 is configured, it is possible to prevent the addition compound from being generated before reaching the substrate to be processed.

また、本実施の形態においては、シャワープレート3はOリング22bによって封止されており、取り外しが可能であるため、第1ガス分配空間9が露出可能となる構成となっている。上記構成により、メンテナンス性が向上し、特に、ガスシャワープレート2内部に附加化合物が発生した場合や、異物混入があった場合においても、洗浄性が飛躍的に向上し、内部汚染を完全に除去できる。従来の特許文献2に記載の構造によると、ロウ付等により接合しているため、内部の完全な洗浄は不可能である。穴が小さく(φ0.5mm)、洗浄液が十分に流れ難い、よどみができるため、異物がたまる可能性が高い。   In the present embodiment, the shower plate 3 is sealed by the O-ring 22b and can be removed, so that the first gas distribution space 9 can be exposed. With the above configuration, maintainability is improved. In particular, even when an additive compound is generated inside the gas shower plate 2 or when foreign substances are mixed in, the cleaning property is dramatically improved and internal contamination is completely removed. it can. According to the structure described in the conventional patent document 2, since it is joined by brazing or the like, the inside cannot be completely cleaned. Since the hole is small (φ0.5 mm), the cleaning liquid is difficult to flow sufficiently, and stagnation can occur, there is a high possibility that foreign matter will accumulate.

なお、本実施の形態では、シャワープレート3がOリング22bによって封止されて取り外し可能な構成例を示したが、本発明はこれに限定されない。他の機構によって、シャワープレート3をシャワープレート2から取り外し可能に構成してもよい。   In the present embodiment, the configuration example in which the shower plate 3 is sealed by the O-ring 22b and is removable is shown, but the present invention is not limited to this. The shower plate 3 may be configured to be removable from the shower plate 2 by other mechanisms.

他の構成としては、『ナイフエッジ型メタルシールフランジ』(ICFフランジ、コンフラットフランジとも言われる)によって、シャワープレート3をシャワープレート2から取り外し可能に構成することができる。一般的に真空封止可能なフランジ型式により、取り外し可能に構成することができる。   As another configuration, the shower plate 3 can be configured to be removable from the shower plate 2 by a “knife edge type metal seal flange” (also referred to as an ICF flange or a conflat flange). Generally, it can be configured to be removable by a vacuum sealable flange type.

『ナイフエッジ型メタルシールフランジ』は、バリアン社が超高真空用のフランジとして開発し、超高真空の標準フランジのように使われている。日本では日本真空協会が日本真空協会規格のJVIS003「真空装置用ベーカブルフランジの形状・寸法」に名称を「ナイフエッジ型メタルシールフランジ」と称して寸法図を参考図面として記述している。一方、ISO規格は現在規格制定中であり、ISO/CD3669ベーカブルフランジとしてドラフト段階で検討が進んでいる。   "Knife edge type metal seal flange" was developed by Varian as a flange for ultra-high vacuum and used like a standard flange for ultra-high vacuum. In Japan, the Japan Vacuum Association uses JVIS003 "Vacuum flange shape and dimensions for vacuum equipment" as the name of "Knife-edge type metal seal flange" and the dimensional drawing is described as a reference drawing. On the other hand, the ISO standard is currently being established, and the ISO / CD3669 baked flange is being studied at the draft stage.

なお、ISOで規格化しようとしているベーカブルフランジはナイフエッジ型、中空メタル"O"リング型、メタル"C"リングなど他のタイプのシール機構も含め、外形寸法、ボルト数、シール機構部の寸法などを規格化しようとしている。   The bakable flange that is going to be standardized by ISO includes other types of seal mechanisms such as knife-edge type, hollow metal “O” ring type, metal “C” ring, etc. We are trying to standardize dimensions.

ナイフエッジ型メタルシールフランジは、内側に先の尖ったエッジが付いており、通常は銅製のガスケットを挟んで塑性変形させることによってシールする、全金属製の継手である。このようなナイフエッジ型メタルシールフランジの構成は、例えば、特開2003−294146号公報に開示されている。   The knife-edge type metal seal flange is a joint made of all metal with a pointed edge on the inside and usually sealed by plastic deformation with a copper gasket interposed therebetween. The configuration of such a knife edge type metal seal flange is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-294146.

また、シャワープレート3の上方プレート8は、Oリング22cによって封止されており、取り外しが可能であるため、ガス分配空間10が露出可能となる構成となっている。上記構成によれば、ガス分配空間10が露出可能となる構成であるため、メンテナンス性が向上し、特に、ガス分配空間10、ガス流路4b内部に附加化合物が発生した場合や、異物混入があった場合においても、洗浄性が飛躍的に向上し、内部汚染を完全に除去できる。   Further, the upper plate 8 of the shower plate 3 is sealed by an O-ring 22c and can be removed, so that the gas distribution space 10 can be exposed. According to the above configuration, since the gas distribution space 10 can be exposed, the maintainability is improved. In particular, when an additive compound is generated in the gas distribution space 10 and the gas flow path 4b, foreign substances are mixed in. Even in such a case, the detergency is greatly improved and internal contamination can be completely removed.

なお、本実施の形態では、シャワープレート3の上方プレート8がOリング22cによって封止されて取り外し可能な構成例を示したが、本発明はこれに限定されない。他の機構によって、上方プレート8をベース7から取り外し可能に構成してもよい。例えば、上述した『ナイフエッジ型メタルシールフランジ』により、上方プレート8をベース7から取り外し可能に構成することができる。   In the present embodiment, the upper plate 8 of the shower plate 3 is sealed by the O-ring 22c and can be removed. However, the present invention is not limited to this. The upper plate 8 may be configured to be removable from the base 7 by another mechanism. For example, the upper plate 8 can be configured to be removable from the base 7 by the above-described “knife edge type metal seal flange”.

また本実施の形態では、ガス分配空間9、10が反応室19の上側に設けられた構成を示したが、本発明はこれに限定されない。逆に、反応室が上方にあり、下方にあるガス分配空間側からシャワーを吹き上げるように、装置をさかさまに構成してもよい。後述する他の実施の形態においても同様である。   Moreover, in this Embodiment, although the gas distribution space 9 and 10 showed the structure provided in the upper side of the reaction chamber 19, this invention is not limited to this. Conversely, the apparatus may be configured upside down so that the reaction chamber is on the upper side and the shower is blown up from the gas distribution space side on the lower side. The same applies to other embodiments described later.

また、本実施の形態では、ガス導管5の先端が、ガス流路4aの途中まで挿入されて、ガス導管5の先端の前方においてガス流路4aの内壁により混合室12が形成されている例を示したが、本発明はこれに限定されない。ガス導管5の先端と壁面26とが同一平面上にあるように構成しても良いし、ガス導管5の先端が壁面26から被処理基板15に向かって突出するように構成してもよく、これらの場合は混合室12は形成されない。後述する他の実施の形態においても同様である。
このような構成によって作製された気相成長装置(MOCVD装置)1によって、成膜実験を行った。なお、シャワープレート2・3は、略円盤状であり、約2400個のノズルをピッチ7.5mmの格子上に配置した。また、ガス導管5の流路出口はφ1.5mmのノズル径とし、混合室12の流路出口25はφ4.0mmのノズル径とした。また、突出し長さDは、シャワープレート2の中央部分の約300個のノズルにおいて、ガス導管5の突出し長さDを他の周縁部分より15mm短くし、混合室の高さLは、中央部分約300個のノズルを20mm、その他の周縁部分を5mmとした。これから混合室12の体積は周縁部よりも中央部分の方が大きくなる。成膜する基板はノズル部分とほぼ同じ範囲内に、19枚の4インチ基板を配置した。用いた材料ガスは、III族のTMGを流量10sccm(Standard cc/min)にて導入し、V族にAsHを流量60sccmにて導入するように、流量を調節した。また、キャリアガスとして流量260slm(Standard liter/min)の水素を、III族、V族それぞれに同量ずつ材料ガスと混合させて導入し、GaAs結晶をGaAs基板上に成膜した。
このときの、成膜レートの分布を図11に示す。図11は、曲線C1が本実施の形態にいて混合室12の大きさをシャワープレートの中央と周縁とで調節した場合であり、曲線C2は混合室12の大きさを中央と周縁とで調節していない従来の(混合室12が同じ)場合のグラフである。横軸は、シャワープレート中心からの距離を表しており、縦軸は、GaAs成長レートを表している。従来では(図中曲線C2)、シャワープレート中央部分で成長レートが小さく、径方向に沿って周縁に近づくにしたがって、成長レートが増加する傾向にある。一方、混合室12をシャワープレート中央部分で大きくすることにより(図中曲線C1)、中央部分の成膜レートが上がり、均一性が向上する。
Moreover, in this Embodiment, the front-end | tip of the gas conduit 5 is inserted in the middle of the gas flow path 4a, and the mixing chamber 12 is formed by the inner wall of the gas flow path 4a ahead of the front-end | tip of the gas conduit 5. However, the present invention is not limited to this. The tip of the gas conduit 5 and the wall surface 26 may be configured to be on the same plane, or the tip of the gas conduit 5 may be configured to protrude from the wall surface 26 toward the substrate 15 to be processed. In these cases, the mixing chamber 12 is not formed. The same applies to other embodiments described later.
Film formation experiments were performed using the vapor phase growth apparatus (MOCVD apparatus) 1 manufactured with such a configuration. The shower plates 2 and 3 have a substantially disk shape, and about 2400 nozzles are arranged on a grid having a pitch of 7.5 mm. Further, the outlet of the gas conduit 5 has a nozzle diameter of φ1.5 mm, and the outlet 25 of the mixing chamber 12 has a nozzle diameter of φ4.0 mm. The protruding length D is about 300 nozzles in the central portion of the shower plate 2, and the protruding length D of the gas conduit 5 is 15 mm shorter than the other peripheral portions, and the height L of the mixing chamber is the central portion. About 300 nozzles were 20 mm, and other peripheral portions were 5 mm. From this, the volume of the mixing chamber 12 is larger in the central portion than in the peripheral portion. Nineteen 4-inch substrates were arranged in the same range as the nozzle portion as the substrate for film formation. The material gas used was adjusted so that Group III TMG was introduced at a flow rate of 10 sccm (Standard cc / min) and AsH 3 was introduced into Group V at a flow rate of 60 sccm. In addition, hydrogen at a flow rate of 260 slm (Standard liter / min) as a carrier gas was introduced into the Group III and Group V in the same amount mixed with the material gas to form a GaAs crystal on the GaAs substrate.
The distribution of the film formation rate at this time is shown in FIG. FIG. 11 shows a case where the curve C1 is in this embodiment and the size of the mixing chamber 12 is adjusted at the center and the periphery of the shower plate, and the curve C2 is adjusted at the center and the periphery of the shower chamber 12. It is the graph in the case of the conventional (the mixing chamber 12 is the same) which has not been carried out. The horizontal axis represents the distance from the center of the shower plate, and the vertical axis represents the GaAs growth rate. Conventionally (curve C2 in the figure), the growth rate is small at the center portion of the shower plate, and the growth rate tends to increase as it approaches the periphery along the radial direction. On the other hand, by enlarging the mixing chamber 12 at the center portion of the shower plate (curve C1 in the figure), the film formation rate at the center portion is increased and the uniformity is improved.

(実施の形態2)
図12は、実施の形態2に係る気相成長装置1aの構成を示す断面図である。前述した構成要素と同一の構成要素には、同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the configuration of the vapor phase growth apparatus 1a according to the second embodiment. The same components as those described above are denoted by the same reference numerals. Therefore, detailed description of these components is omitted.

前述した実施の形態1の気相成長装置1と異なる点は、シャワープレート2とシャワープレート3との間に昇降機構13を設けた点である。昇降機構13は、ベローズによって構成されている。「ベローズ(Bellows)」とは、金属で製作した筒状のものにひだを設け、伸縮性・気密性・バネ性を持たせたものを言う。つまり、「ベローズ」は「伸縮管」であるということができる。   The difference from the vapor phase growth apparatus 1 of the first embodiment described above is that an elevating mechanism 13 is provided between the shower plate 2 and the shower plate 3. The elevating mechanism 13 is constituted by a bellows. “Bellows” refers to a tube made of metal provided with pleats to provide elasticity, airtightness, and springiness. In other words, it can be said that the “bellows” is a “expandable tube”.

昇降機構13は、ガス導管5の先端とガス流路4aとによって形成されて第1ガスと第2ガスとが混合される混合室12の容積を調整するために、ガス導管5の長手方向に沿ってガス導管5とガス流路4aとを相対的に昇降させるように構成されている。昇降機構13がシャワープレート2とシャワープレート3とをガス導管5の長手方向に沿って相対的に昇降させる例を図12は示しているが、本発明はこれに限定されない。昇降機構13は、ガス導管5とシャワープレート3とをガス導管5の長手方向に沿って相対的に昇降させるように構成してもよい。   The elevating mechanism 13 is formed in the longitudinal direction of the gas conduit 5 in order to adjust the volume of the mixing chamber 12 formed by the tip of the gas conduit 5 and the gas flow path 4a and in which the first gas and the second gas are mixed. It is comprised so that the gas conduit 5 and the gas flow path 4a may be raised-lowered along. Although FIG. 12 shows an example in which the lifting mechanism 13 moves the shower plate 2 and the shower plate 3 relatively up and down along the longitudinal direction of the gas conduit 5, the present invention is not limited to this. The elevating mechanism 13 may be configured to move the gas conduit 5 and the shower plate 3 relatively up and down along the longitudinal direction of the gas conduit 5.

このように、シャワープレート2とシャワープレート3との接合を、昇降機構13を介して行うことができる。上記構成によると、シャワープレート3の位置を昇降機構13のベローズの屈曲を利用し、可変することが可能となる。また、図示しない駆動機構によって、自動駆動させることも可能である。   Thus, the shower plate 2 and the shower plate 3 can be joined via the lifting mechanism 13. According to the above configuration, the position of the shower plate 3 can be changed using the bending of the bellows of the lifting mechanism 13. It is also possible to drive automatically by a drive mechanism (not shown).

上記構成によれば、混合室12の大きさを変化させることが可能となり、原料ガス混合性が向上し、被処理基板15の面上のガス濃度分布を均一化することができ、被処理基板15の表面反応の制御性を向上させることができる。つまり、成膜厚や組成比を向上させると共に、原料利用効率を向上させることができる。また、成膜中に混合室12の大きさを可変することが可能となる。このため、1回の成膜で、反応ガス流量や、被処理基板15の温度が変わる複数の膜を成長させる場合においても、それぞれの条件に最適な混合室12の大きさを設定できる。その結果、最適な単膜を積層することが可能となり、高品質の多層膜を成膜することが可能となる。   According to the above configuration, the size of the mixing chamber 12 can be changed, the raw material gas mixing property can be improved, and the gas concentration distribution on the surface of the substrate to be processed 15 can be made uniform. The controllability of 15 surface reactions can be improved. That is, the film forming thickness and the composition ratio can be improved, and the raw material utilization efficiency can be improved. In addition, the size of the mixing chamber 12 can be varied during film formation. For this reason, even when growing a plurality of films in which the reaction gas flow rate and the temperature of the substrate 15 to be processed are grown in a single film formation, the optimum size of the mixing chamber 12 can be set for each condition. As a result, an optimal single film can be laminated, and a high-quality multilayer film can be formed.

さらに、ガス導管5とガス流路4aとの相対位置移動により、ガス導管5のガス流路4aからの突出程度、被処理基板15へのガス導管5の先端からの距離、ガス流路4aの出口からの距離が変わりうるので、膜質や成長速度の変更が可能となる。   Furthermore, by the relative position movement of the gas conduit 5 and the gas flow path 4a, the degree of protrusion of the gas conduit 5 from the gas flow path 4a, the distance from the tip of the gas conduit 5 to the substrate 15 to be processed, the gas flow path 4a Since the distance from the exit can be changed, the film quality and growth rate can be changed.

シャワープレート2の天面とシャワープレート3の底面との間に、ベローズ(昇降機構13)を溶接もしくはフランジ接続にて設置することで、ガス分配空間9は、外部(大気)から隔離され、内部を気密に保つことが可能となり、かつ、シャワープレート3の高さ位置は、ベローズ(昇降機構13)の屈曲を利用して調整可能に構成できる。シャワープレート3の高さ位置の駆動は、ボールネジ、エアシリンダ、高さ調整ボルトなど様々な方法で駆動可能である。   By installing a bellows (elevating mechanism 13) by welding or flange connection between the top surface of the shower plate 2 and the bottom surface of the shower plate 3, the gas distribution space 9 is isolated from the outside (atmosphere), and the interior Can be kept airtight, and the height position of the shower plate 3 can be adjusted using the bending of the bellows (elevating mechanism 13). The height position of the shower plate 3 can be driven by various methods such as a ball screw, an air cylinder, and a height adjustment bolt.

(実施の形態3)
図13は、実施の形態3に係る気相成長装置に設けられたガス供給部の構成を示す拡大断面図である。ガス導管5aの流路出口27aの反対端の外周には、雄ネジ加工が施してある。ガス導管5aに形成された雄ネジの流路出口27a側には、フランジ40が形成されている。
(Embodiment 3)
FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view illustrating a configuration of a gas supply unit provided in the vapor phase growth apparatus according to the third embodiment. The outer periphery of the gas conduit 5a opposite to the flow path outlet 27a is provided with a male thread. A flange 40 is formed on the side of the flow outlet 27a of the male screw formed in the gas conduit 5a.

下方プレート42に形成された貫通穴41には、ガス導管5aの雄ネジに対応する雌ネジ加工が施してあり、更に、ザグリ穴42が、フランジ40に対応するように形成されている。このように、ガス導管5aは、ネジ構造によって、下方プレート42に固定することが可能となる。更に、フランジ40を設けることによって、ガス導管5aの突出長さDを正確に規定することが可能である(フランジ40が無いと、ネジの締め込み具合に応じて突出長さDが変化してしまう)。更に、下方プレート34aのザグリ穴42に、前記フランジ40を挿入することで、ガス分配空間9に余分な突起を生じることが無く、ガス分配空間9内の流れを乱すことが無い。また、ネジ部を通じて、第1ガスと第2ガスとが拡散し混合する可能性もあるため、ネジ部には、グラファイトシートを挟み、封止構造をとることもできる。また、グラファイトシート以外に、白金薄膜シート等の原料ガスに対して耐食性を有する金属薄膜シートも使用可能である。   The through hole 41 formed in the lower plate 42 is subjected to a female thread process corresponding to the male thread of the gas conduit 5 a, and the counterbore hole 42 is formed so as to correspond to the flange 40. Thus, the gas conduit 5a can be fixed to the lower plate 42 by the screw structure. Furthermore, by providing the flange 40, it is possible to accurately define the protruding length D of the gas conduit 5a (without the flange 40, the protruding length D changes according to the tightening condition of the screw. End up). Further, by inserting the flange 40 into the counterbore hole 42 of the lower plate 34a, no extra protrusion is generated in the gas distribution space 9, and the flow in the gas distribution space 9 is not disturbed. Further, since there is a possibility that the first gas and the second gas are diffused and mixed through the screw portion, a graphite sheet can be sandwiched between the screw portion and a sealing structure can be taken. In addition to the graphite sheet, a metal thin film sheet having corrosion resistance against a raw material gas such as a platinum thin film sheet can also be used.

但し、フランジ40の高さが、ガス分配空間9内の流れを乱さない程度の突起であれば、ザグリ穴42を設けることは必須では無い。   However, if the height of the flange 40 is a protrusion that does not disturb the flow in the gas distribution space 9, it is not essential to provide the counterbore 42.

上記構成によれば、ガス導管5aは、下方プレート34aから取り外し(着脱)可能な構成になっており、ガス導管5aの突出長さDを変えることによって、混合室12の大きさを変えることが可能である。実施の形態2に記載の方法によっても、ガス導管5aの位置を変えることが可能であるが、ガス分配空間9の大きさも可変となるため、条件によっては、均一なシャワープレートからの反応ガス供給が出来ない場合がある(ガス分配空間9が極端に狭くなるような条件のとき)。そのような場合、ガス導管5aを取り外し可能な構成としていることで、本体毎に再製作する必要がなく、ガス導管5aの変更のみで調整することが可能となり、様々な条件の成膜に対応した装置とすることができる。   According to the above configuration, the gas conduit 5a is configured to be removable (detachable) from the lower plate 34a, and the size of the mixing chamber 12 can be changed by changing the protruding length D of the gas conduit 5a. Is possible. The position of the gas conduit 5a can be changed also by the method described in the second embodiment. However, since the size of the gas distribution space 9 is variable, depending on the conditions, the reaction gas can be supplied from a uniform shower plate. May not be possible (when the gas distribution space 9 is extremely narrow). In such a case, since the gas conduit 5a can be removed, it is not necessary to remanufacture the main body, and adjustment can be made only by changing the gas conduit 5a. Device.

また上記構成によれば、第二ガス流路出口27の直径の変更が容易となる。例えば、基板保持部材16上に設置された複数の被処理基板15の内、外周側の被処理基板15の膜厚が中央部と比べて異なった場合、通常は、基板保持部材16上の温度分布を変化させ(外周側に配置された被処理基板15の温度を上げるもしくは下げる)、気相の温度を変えることで、均一な膜を成膜する。しかし、温度を変えると、成膜組成も変わってしまう。そこで、被処理基板15に供給される反応ガスの流速を変化させて調整することが考えられるが、シャワープレート方式の場合、流量を変更することによって、全体の流速が変化してしまうため、エリア毎の流速調整は、穴径を変化させたシャワープレートを作り直す必要があった。   Moreover, according to the said structure, the change of the diameter of the 2nd gas flow path exit 27 becomes easy. For example, when the film thickness of the substrate to be processed 15 on the outer peripheral side among the plurality of substrates to be processed 15 installed on the substrate holding member 16 is different from that in the central portion, the temperature on the substrate holding member 16 is usually set. By changing the distribution (increasing or decreasing the temperature of the substrate 15 to be processed arranged on the outer peripheral side) and changing the temperature of the gas phase, a uniform film is formed. However, when the temperature is changed, the film forming composition is also changed. Therefore, it is conceivable to adjust the flow rate of the reaction gas supplied to the substrate 15 to be processed. However, in the case of the shower plate method, changing the flow rate changes the overall flow rate. For each flow rate adjustment, it was necessary to recreate the shower plate with different hole diameters.

しかし、ガス導管5aを取り外して交換可能とすることで、様々な穴径を有するガス流路4bを容易に形成することが可能である。また、ガス流路出口27aの外径、つまり、ガス導管5aの外径を変更することで、ガス流路4aの断面積も変えることが可能であり、エリア毎に細かな流速調整が可能である。以上のことから、様々な条件の成膜に対応した気相成長装置とすることができる。   However, the gas flow path 4b having various hole diameters can be easily formed by removing and replacing the gas conduit 5a. In addition, by changing the outer diameter of the gas flow path outlet 27a, that is, the outer diameter of the gas conduit 5a, the cross-sectional area of the gas flow path 4a can be changed, and fine flow rate adjustment can be performed for each area. is there. From the above, it is possible to provide a vapor phase growth apparatus that supports film formation under various conditions.

また、ガス流路4bの一部において、附加化合物が発生し、ガス流路4b内の壁面に附加化合物が付着し、流路出口27aが詰まった場合でも、全体を洗浄することなく、詰まった箇所のガス流路4b(ガス導管5a)のみを交換することが可能である。そのため、装置のメンテナンス時間も大幅に短縮することが可能であり、装置の稼働率向上を図ることも可能である。   In addition, even when an additional compound is generated in a part of the gas flow path 4b, and the additional compound adheres to the wall surface in the gas flow path 4b and the flow path outlet 27a is clogged, the whole is clogged without washing. It is possible to exchange only the gas flow path 4b (gas conduit 5a) at the location. Therefore, the maintenance time of the apparatus can be greatly shortened, and the operating rate of the apparatus can be improved.

本実施の形態では、ガス導管5aにネジを形成することによって、下方プレート34aから取り外し(着脱)可能に構成する例を示した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。他の機構によってガス導管5aを下方プレート34aから取り外し(着脱)可能に構成してもよい。   In the present embodiment, an example in which a screw is formed on the gas conduit 5a so as to be removable (detachable) from the lower plate 34a has been shown. However, the present invention is not limited to this. The gas conduit 5a may be detachable (detachable) from the lower plate 34a by another mechanism.

また、混合室12が形成される場合は、混合室12の大きさを調整することができるばかりでなく、下記の調整が可能になる。例えば、長さが同じガス導管5aであれば、その先端から前方の空間(混合室12)の大きさは同じになるが、図6に示す先端全面開口の寸胴型ガス導管(ガス導管5a)であっても、その内径の違いに応じて、ガスが混合された状態(混合程度、出口から流出する速度、流出方向等)を様々に調整することができる。また、図13(a)に示すような先端の閉面に開口があるタイプでは、その開口の配置、大きさ及び数に応じて、ガスが混合された状態(混合程度、出口から流出する速度、流出方向等)を様々に調整することができる。また、ガス導管の噴出しの方向が、図13(a)に示すように端面から噴出す方向であるか、図13(b)に示すように側面から噴出する方向であるかに応じて、ガスが混合された状態(混合程度、出口から流出する速度、流出方向等)を様々に調整することができる。さらに、図13(a)に示す先端の閉面に開口が形成されているタイプのガス導管であっても、先端の閉面に対して垂直に開口するのか、斜めに開口するのかに応じて、ガスが混合された状態(混合程度、出口から流出する速度、流出方向等)を様々に調整することができる。
図13(a)は上記気相成長装置のガス供給部に設けられたガス導管5aの構成を示す斜視図であり、(b)は他のガス導管5bの構成を示す斜視図である。図13(a)に示す構成によると、ガス導管5aの流路出口に複数個の孔6を形成することによって、第2ガスの噴出しをより広げることが可能となり(パイプ形状の場合、直線状に噴出すのみである)、各孔6からの第二ガス流出速度は、従来よりも増加し、かつ、狭ピッチの細かな噴出しが実現できる。このため、流出した第二ガスの乱れが増加し、より、第一ガスとの混合性が向上する。また、被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、被処理基板表面反応の制御性を向上させ、つまり、成膜厚や組成比を向上させると共に、原料利用効率を向上させることができる。
Further, when the mixing chamber 12 is formed, not only the size of the mixing chamber 12 can be adjusted, but also the following adjustment is possible. For example, if the gas conduit 5a has the same length, the size of the space (mixing chamber 12) in front of the tip is the same, but a gas cylinder type gas conduit (gas conduit 5a) having an open front end as shown in FIG. Even so, according to the difference in the inner diameter, the state in which the gas is mixed (the degree of mixing, the speed of flowing out from the outlet, the outflow direction, etc.) can be variously adjusted. Further, in the type having an opening in the closed surface of the tip as shown in FIG. 13A, the gas is mixed (the degree of mixing, the speed of flowing out from the outlet) according to the arrangement, size and number of the openings. , Outflow direction, etc.) can be adjusted in various ways. Also, depending on whether the direction of gas pipe ejection is the direction of ejection from the end face as shown in FIG. 13 (a) or the direction of ejection from the side face as shown in FIG. 13 (b), The state in which the gas is mixed (the degree of mixing, the speed at which the gas flows out from the outlet, the outflow direction, etc.) can be variously adjusted. Further, the gas conduit of the type shown in FIG. 13 (a) in which an opening is formed on the closed surface of the distal end depends on whether it opens perpendicularly or obliquely with respect to the closed surface of the distal end. The state in which the gas is mixed (the degree of mixing, the speed at which the gas flows out from the outlet, the flow direction, etc.) can be variously adjusted.
FIG. 13A is a perspective view showing the configuration of a gas conduit 5a provided in the gas supply section of the vapor phase growth apparatus, and FIG. 13B is a perspective view showing the configuration of another gas conduit 5b. According to the configuration shown in FIG. 13A, it is possible to further widen the ejection of the second gas by forming a plurality of holes 6 at the outlet of the gas conduit 5a (in the case of a pipe shape, a straight line). The second gas outflow velocity from each hole 6 is increased as compared with the conventional case, and fine injection with a narrow pitch can be realized. For this reason, the turbulence of the second gas that flows out increases, and the miscibility with the first gas is further improved. Further, the gas concentration distribution on the surface of the substrate to be processed can be made uniform, and the controllability of the surface reaction of the substrate to be processed can be improved, that is, the film thickness and composition ratio can be improved, and the raw material utilization efficiency can be improved. be able to.

図13(b)の構成によると、ガス導管5bの側面に複数個の孔6を形成することによって、第2ガスを側面方向の第1ガス流路へ噴出させる。各孔6からの第2ガス流出速度は従来よりも増加し、かつ、第1ガス流路へ噴出させるため、流出した第2ガスと第1ガスとの混合性がより向上する。   According to the configuration of FIG. 13B, a plurality of holes 6 are formed in the side surface of the gas conduit 5b, thereby ejecting the second gas into the first gas flow path in the side surface direction. Since the second gas outflow rate from each hole 6 is increased as compared with the prior art and is ejected to the first gas flow path, the mixing property of the outflowed second gas and the first gas is further improved.

また、本発明においては、MOCVD装置を構成する反応炉、シャワープレートおよびその他の部材の形状が図1に示す形状に限定されないことは言うまでもない。   In the present invention, it is needless to say that the shapes of the reaction furnace, shower plate and other members constituting the MOCVD apparatus are not limited to the shapes shown in FIG.

上述の実施の形態1〜3において、第一ガスとして、III族ガス、第二ガスとしてV族ガスを原料ガスとすることができる。   In the above-described first to third embodiments, group III gas can be used as the first gas and group V gas can be used as the source gas as the second gas.

なお、本発明において、III族元素としては、たとえば、Ga(ガリウム)、Al(アルミニウム)またはIn(インジウム)などがあり、III族元素を含むIII族系ガスとしては、たとえば、トリメチルガリウム(TMG)またはトリメチルアルミニウム(TMA)などの有機金属ガスの1種類以上を用いることができる。   In the present invention, examples of the group III element include Ga (gallium), Al (aluminum), and In (indium). Examples of the group III gas containing the group III element include trimethylgallium (TMG). ) Or one or more organic metal gases such as trimethylaluminum (TMA) can be used.

V族元素としては、たとえば、N(窒素)、P(リン)またはAs(ヒ素)などがあり、V族元素を含むV族系ガスとしては、たとえば、アンモニア(NH)、ホスフィン(PH)またはアルシン(AsH)などの水素化合物ガスの1種類以上を用いることができる。 Examples of the group V element include N (nitrogen), P (phosphorus), and As (arsenic). Examples of the group V gas containing the group V element include ammonia (NH 3 ), phosphine (PH 3 ). ) Or one or more hydrogen compound gases such as arsine (AsH 3 ) can be used.

上記構成によれば、第二ガス流路出口27は、加熱ヒータからの熱を直接受け、冷媒流路11によって温度調整される第一ガス流路4aに比べ、温度上昇しやすい構造である。V族系ガスは有機ガスが用いられ、高温にしないと、分子が分解して成長膜にドープされない、あるいは分子のままドープされてホールを形成してしまい、膜質や成長レートの劣化に繋がる。そのため、第二ガス流路4bをV族系ガスとすることで、予め反応炉14以外で加熱し、活性化されたガスを反応炉14に供給することにより、被処理基板15の温度が、III族系ガスが熱分解しない程度の温度を保ったまま、気相反応を進行させることが可能となる。   According to the above configuration, the second gas flow path outlet 27 directly receives heat from the heater, and has a structure in which the temperature rises more easily than the first gas flow path 4 a whose temperature is adjusted by the refrigerant flow path 11. An organic gas is used as the group V gas. Unless the temperature is increased, molecules are decomposed and are not doped into the growth film, or are doped as molecules to form holes, leading to deterioration in film quality and growth rate. Therefore, by setting the second gas flow path 4b to be a group V gas, the temperature of the substrate to be processed 15 is increased by supplying the activated gas to the reaction furnace 14 in advance by heating it outside the reaction furnace 14. It is possible to proceed the gas phase reaction while maintaining a temperature at which the Group III gas is not thermally decomposed.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

本発明は、反応炉内の被処理基板を載置するための基板保持部材に対向して配置されて被処理基板に向かってガスを供給するために設けられたシャワープレートを備えた気相成長装置及び気相成長方法に適用することができる。   The present invention relates to a vapor phase growth comprising a shower plate disposed to face a substrate holding member for placing a substrate to be processed in a reaction furnace and provided to supply gas toward the substrate to be processed. The present invention can be applied to an apparatus and a vapor deposition method.

実施の形態1に係る気相成長装置の構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a configuration of a vapor phase growth apparatus according to a first embodiment. 上記気相成長装置に設けられたガス供給部の詳細な構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the detailed structure of the gas supply part provided in the said vapor phase growth apparatus. 図2に示すA部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the A section shown in FIG. 上記気相成長装置に設けられたガス供給部を被処理基板側から見た平面図である。It is the top view which looked at the gas supply part provided in the said vapor phase growth apparatus from the to-be-processed substrate side. 上記気相成長装置に設けられた第1及び第2シャワープレートを説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the 1st and 2nd shower plate provided in the said vapor phase growth apparatus. 上記第2シャワープレートを説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the said 2nd shower plate. 上記第1シャワープレートに形成されたガス流路と、上記第2シャワープレートに設けられたガス導管との関係を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the relationship between the gas flow path formed in the said 1st shower plate, and the gas conduit | pipe provided in the said 2nd shower plate. (a)(b)(c)は、上記第1シャワープレートに形成されたガス流路と、上記第2シャワープレートに設けられたガス導管との他の関係を示す断面図である。(A) (b) (c) is sectional drawing which shows the other relationship between the gas flow path formed in the said 1st shower plate, and the gas conduit | pipe provided in the said 2nd shower plate. (a)(b)は、上記第1シャワープレートに形成されたガス流路と、上記第2シャワープレートに設けられたガス導管とのさらに他の関係を示す断面図である。(A) (b) is sectional drawing which shows the further another relationship between the gas flow path formed in the said 1st shower plate, and the gas conduit | pipe provided in the said 2nd shower plate. (a)(b)は、上記第1シャワープレートに形成されたガス流路と、上記第2シャワープレートに設けられたガス導管とのさらに他の関係を示す断面図である。(A) (b) is sectional drawing which shows the further another relationship between the gas flow path formed in the said 1st shower plate, and the gas conduit | pipe provided in the said 2nd shower plate. 上記気相成長装置によるGaAs成長レートとシャワープレート中心からの距離との間の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the GaAs growth rate by the said vapor phase growth apparatus, and the distance from the center of a shower plate. 実施の形態2に係る気相成長装置の構成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a vapor phase growth apparatus according to a second embodiment. 実施の形態3に係る気相成長装置のガス供給部の構成を示す拡大断面図であり、(a)は上記気相成長装置のガス供給部に設けられたガス導管の構成を示す斜視図であり、(b)は他のガス導管の構成を示す斜視図である。It is an expanded sectional view which shows the structure of the gas supply part of the vapor phase growth apparatus which concerns on Embodiment 3, (a) is a perspective view which shows the structure of the gas conduit | pipe provided in the gas supply part of the said vapor phase growth apparatus. (B) is a perspective view showing the configuration of another gas conduit. 従来の気相成長装置の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional vapor phase growth apparatus typically.

符号の説明Explanation of symbols

1 気相成長装置
2 シャワープレート(第1シャワープレート)
3 シャワープレート(第2シャワープレート)
4a、4b ガス流路
5 ガス導管
6 孔
7 ベース
8 上方プレート(カバープレート)
9 ガス分配空間(第1ガス分配空間)
10 ガス分配空間(第2ガス分配空間)
11 冷媒流路
12 混合室
13 昇降機構
14 反応炉
15 被処理基板
16 基板保持部材
40 フランジ
1 Vapor growth equipment 2 Shower plate (first shower plate)
3 Shower plate (second shower plate)
4a, 4b Gas flow path 5 Gas conduit 6 Hole 7 Base 8 Upper plate (cover plate)
9 Gas distribution space (first gas distribution space)
10 Gas distribution space (second gas distribution space)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Refrigerant flow path 12 Mixing chamber 13 Elevating mechanism 14 Reaction furnace 15 Substrate 16 Substrate holding member 40 Flange

Claims (21)

反応炉内の被処理基板を載置する基板保持部材に対向して配置されて前記被処理基板に向かって第1ガスを供給する第1シャワープレートと、
前記第1シャワープレートに対して前記基板保持部材の反対側に配置されて前記被処理基板に向かって第2ガスを供給する第2シャワープレートとを備えた気相成長装置であって、
前記第1シャワープレートには、前記被処理基板に向かって前記第1ガスが流れるガス流路が形成されており、
前記第2シャワープレートは、前記第2シャワープレートから突出して前記ガス流路の内部に挿入されて前記被処理基板に向かって前記第2ガスを流すガス導管を有しており、
前記第1シャワープレートの中央と周縁とで、前記ガス流路と前記ガス導管とによって形成される空間の態様が互いに異なっていることを特徴とする気相成長装置。
A first shower plate that is disposed to face a substrate holding member on which a substrate to be processed in the reaction furnace is placed and supplies a first gas toward the substrate to be processed;
A vapor phase growth apparatus comprising: a second shower plate disposed on an opposite side of the substrate holding member to the first shower plate and supplying a second gas toward the substrate to be processed;
The first shower plate has a gas flow path through which the first gas flows toward the substrate to be processed.
The second shower plate has a gas conduit that protrudes from the second shower plate and is inserted into the gas flow path to flow the second gas toward the substrate to be processed.
The vapor phase growth apparatus characterized in that the space formed by the gas flow path and the gas conduit is different between the center and the periphery of the first shower plate.
前記ガス導管の寸法が、前記中央と前記周縁とで互いに異なっている請求項1記載の気相成長装置。   The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein dimensions of the gas conduit are different from each other at the center and the peripheral edge. 前記ガス導管の長さが、前記中央と前記周縁とで互いに異なっている請求項1記載の気相成長装置。   The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the gas conduits have different lengths at the center and the peripheral edge. 前記ガス導管の外径が、前記中央と前記周縁とで互いに異なっている請求項1記載の気相成長装置。   The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein an outer diameter of the gas conduit is different between the center and the peripheral edge. 前記ガス導管の内径が、前記中央と前記周縁とで互いに異なっている請求項1記載の気相成長装置。   The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein an inner diameter of the gas conduit is different between the center and the peripheral edge. 前記ガス導管の先端から前記被処理基板までの距離が、前記中央と前記周縁とで互いに異なっている請求項1記載の気相成長装置。   The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the distance from the tip of the gas conduit to the substrate to be processed is different between the center and the peripheral edge. 前記ガス流路の寸法が、前記中央と前記周縁とで互いに異なっている請求項1記載の気相成長装置。   The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein dimensions of the gas flow path are different from each other between the center and the peripheral edge. 前記ガス流路の長さが、前記中央と前記周縁とで互いに異なっている請求項1記載の気相成長装置。   The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the length of the gas flow path is different between the center and the peripheral edge. 前記ガス流路の内径が、前記中央と前記周縁とで互いに異なっている請求項1記載の気相成長装置。   The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein an inner diameter of the gas flow path is different between the center and the peripheral edge. 前記ガス導管に形成される孔の態様が、前記中央と前記周縁とで互いに異なっている請求項1記載の気相成長装置。   The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the holes formed in the gas conduit are different from each other between the center and the peripheral edge. 前記孔は、前記ガス導管の先端に形成される請求項10記載の気相成長装置。   The vapor phase growth apparatus according to claim 10, wherein the hole is formed at a tip of the gas conduit. 前記孔は、前記ガス導管の側壁に形成される請求項10記載の気相成長装置。   The vapor phase growth apparatus according to claim 10, wherein the hole is formed in a side wall of the gas conduit. 前記第1シャワープレートは、前記ガス導管の先端の前方において前記ガス流路の内壁により形成されて前記第1ガスと前記第2ガスとを混合する混合室を有しており、
前記混合室の体積が、前記中央と前記周縁とで互いに異なっている請求項1記載の気相成長装置。
The first shower plate has a mixing chamber that is formed by an inner wall of the gas flow path in front of the tip of the gas conduit and mixes the first gas and the second gas.
The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the volume of the mixing chamber is different between the center and the peripheral edge.
前記ガス流路と前記ガス導管との間の相対的空間位置関係は、前記第1シャワープレートの前記中央と、前記第1シャワープレートの前記周縁と、前記中央と前記周縁との間の中間領域とで、互いに異なっている請求項1記載の気相成長装置。   The relative spatial positional relationship between the gas flow path and the gas conduit includes the center of the first shower plate, the peripheral edge of the first shower plate, and an intermediate region between the central and peripheral edge. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, which are different from each other. 前記第1シャワープレートと前記第2シャワープレートとの間に前記第1ガスを前記ガス流路に供給する第1ガス分配空間が形成され、
前記第2シャワープレートは、前記第1ガス分配空間が露出するように前記第1シャワープレートから取り外し可能に設けられている請求項1記載の気相成長装置。
A first gas distribution space for supplying the first gas to the gas flow path is formed between the first shower plate and the second shower plate;
2. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the second shower plate is detachably provided from the first shower plate so that the first gas distribution space is exposed.
前記ガス導管は、前記第2シャワープレートと嵌合するフランジを有し、
前記ガス導管の前記フランジの外径は、前記ガス流路の内径よりも小さい請求項1記載の気相成長装置。
The gas conduit has a flange mating with the second shower plate;
The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein an outer diameter of the flange of the gas conduit is smaller than an inner diameter of the gas flow path.
前記ガス導管は、前記第2シャワープレートに着脱可能に設けられている請求項1記載の気相成長装置。   The vapor deposition apparatus according to claim 1, wherein the gas conduit is detachably provided on the second shower plate. 前記ガス導管の温度を調整する冷媒を流す冷媒流路が前記第2シャワープレートに形成されている請求項1記載の気相成長装置。   The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein a refrigerant flow path for flowing a refrigerant for adjusting the temperature of the gas conduit is formed in the second shower plate. 前記第1ガスは、III族ガスを含み、
前記第2ガスは、V族ガスを含む請求項1記載の気相成長装置。
The first gas includes a group III gas,
The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the second gas includes a group V gas.
前記ガス導管の長手方向に沿って前記ガス導管と前記ガス流路とを相対的に昇降させる昇降機構を設けた請求項1記載の気相成長装置。   The vapor phase growth apparatus according to claim 1, further comprising an elevating mechanism for moving the gas conduit and the gas flow path relatively up and down along a longitudinal direction of the gas conduit. 反応炉内の被処理基板を載置する基板保持部材に対向して配置された第1シャワープレートによって前記被処理基板に向かって第1ガスを供給し、
前記第1シャワープレートに対して前記基板保持部材の反対側に配置された第2シャワープレートによって前記被処理基板に向かって第2ガスを供給する気相成長方法であって、
前記第1シャワープレートには、前記被処理基板に向かって前記第1ガスが流れるガス流路が形成されており、
前記第2シャワープレートは、前記第2シャワープレートから突出して前記ガス流路の内部に挿入されて前記被処理基板に向かって前記第2ガスを流すガス導管を有しており、
前記第1シャワープレートの中央と周縁とで、前記ガス流路と前記ガス導管とによって形成される空間の態様を互いに異ならせて前記第1及び第2ガスを前記被処理基板に向かって供給することを特徴とする気相成長方法。
Supplying a first gas toward the substrate to be processed by a first shower plate disposed facing a substrate holding member on which the substrate to be processed in the reaction furnace is placed;
A vapor phase growth method for supplying a second gas toward the substrate to be processed by a second shower plate disposed on the opposite side of the substrate holding member with respect to the first shower plate,
The first shower plate has a gas flow path through which the first gas flows toward the substrate to be processed.
The second shower plate has a gas conduit that protrudes from the second shower plate and is inserted into the gas flow path to flow the second gas toward the substrate to be processed.
The first and second gases are supplied toward the substrate to be processed by changing the form of the space formed by the gas flow path and the gas conduit at the center and the periphery of the first shower plate. The vapor phase growth method characterized by the above-mentioned.
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