JP2010084190A - 気相成長装置および気相成長方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パージガスがシャワーヘッド内部を経由しないで、成長室に吐出されることにより、シャワーヘッドのカバープレート側の表面に原料ガスが付着することがなく、シャワーヘッド作製にかかる時間、手間、およびコストを低減し、かつメンテナンス性に優れた気相成長装置および気相成長方法を提供する。
【解決手段】シャワーヘッド２０とカバープレート３０との間には、パージガスが導入されるパージガス分配室３２ａが設けられ、パージガス分配室３２ａには、シャワーヘッド２０の複数の原料ガス流路２１ｂとカバープレート３０のプレート原料ガス流路３１ｂとを互いに連通する連通管３１ｄが設けられている。カバープレート３０のプレート原料ガス流路３１ｂを除く領域には、パージガス分配室３２ａのパージガスを成長室７に供給するプレートパージガス流路３２ｂが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置等の気相成長装置および気相成長方法に関するものである。

従来、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）又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_３ ）、ホスフィン（ＰＨ_３ ）又はアルシン（ＡｓＨ_３ ）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、化合物半導体結晶を成長させるＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法およびＭＯＣＶＤ装置が用いられている。

ＭＯＣＶＤ法とは、上記の原料ガスをパージガスである不活性ガスと共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。上記パージガスとは、キャリアガスなどのように反応に寄与しないガスであり、原料ガスの搬送およびガス管および成長室の浄化に寄与するガスである。上述のように、不活性ガスが一般に使用される。

図１３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１００においては、図１３に示すように、ガス供給源１０１から、反応炉１０２内部の成長室１０３に原料ガスおよび不活性ガスが導入される。そのため、ガス配管１０４が接続されている。反応炉１０２の内部における成長室１０３の上部には、成長室１０３に原料ガスおよび不活性ガスを導入するための複数のノズルを有するシャワーヘッド１０５が、ガス導入部として設置されている。また、反応炉１０２内部の成長室１０３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１０６が設置されている。回転軸１０６の先端にはシャワーヘッド１０５と対向するようにしてサセプタ（基板保持部材）１０７が取り付けられている。上記サセプタ１０７の下部には、サセプタ１０７を加熱するためのヒーター１０８が取り付けられている。さらに、反応炉１０２の下部には反応炉１０２内部の成長室１０３内のガスを外部に排気するためのガス排気部１０９が設置されており、ガス排気部１０９は、パージガスライン１１０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１１１に接続されている。

上記のような構成の縦型シャワーヘッド型のＭＯＣＶＤ装置１００において、化合物半導体結晶を成長させるときには、サセプタ１０７上に被処理基板１１２が設置され、その後、回転軸１０６の回転によりサセプタ１０７が回転される。そして、ヒーター１０８の加熱によって、サセプタ１０７を介して被処理基板１１２が所定の温度に加熱される。一方、シャワーヘッド１０５に形成されている複数のノズルから反応炉１０２の内部の成長室１０３に原料ガスおよび不活性ガスが導入される。導入された原料ガスは、被処理基板１１２からの熱により加熱され、化学反応が起こり、被処理基板１１２上に半導体結晶が成膜される。

ところで、被処理基板１１２上に、均一な膜厚および組成比で半導体結晶を成膜させるには、被処理基板１１２付近での原料ガスから生成する中間反応物の濃度が一定となることが必要である。また、高い原料ガスの収率を得るには、なるべく被処理基板１１２上以外での中間反応物の成長を避ける必要があった。そのため、従来の横型ＭＯＣＶＤ装置や中央放射型ＭＯＣＶＤ装置に比べ、被処理基板１１２に原料ガスが均一な濃度で照射される縦型ＭＯＣＶＤ装置が用いられてきた。一般的に、縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ装置では、膜厚や組成比の均一性と共に、原料ガスの収率も優れている。

しかし、上記の縦型シャワーヘッド型のＭＯＣＶＤ装置１００では、被処理基板１１２およびサセプタ１０７からの熱輻射の影響により、被処理基板１１２に対向するシャワーヘッド１０５の面（以下、「シャワーヘッド表面」と呼ぶ）上でガスの気相反応が生じてしまう。

このため、生成物がシャワーヘッド表面に付着し、それが成長してガス吐出孔を覆い、やがて目詰まりが発生する問題、およびシャワーヘッド表面への付着物が被処理基板１１２上に落下し不良が発生する問題があった。

また、成膜レートと原料ガスの収率とを向上させるには、シャワーヘッド１０５と被処理基板１１２との距離は条件に応じて近づける必要がある。一般的には、シャワーヘッド１０５と被処理基板１１２との距離が近い方が成膜レートおよび原料ガスの収率が大きくなる。しかしながら、シャワーヘッド１０５を被処理基板１１２に近づけると、シャワーヘッド表面での原料ガスの濃度も高くなるため、原料ガスが反応しやすくなる。また、加熱されている被処理基板１１２により原料ガスが高温になりやすく、さらに反応が進みやすい。そのため、シャワーヘッド表面に反応物が付着したり、発生した反応物が被処理基板１１２上に落下したり、吐出穴付近で発生した反応物により目詰まりするなど成膜レートや原料ガスの収率の低下、および膜厚や組成比の劣化の問題があった。

これらの問題を解決するために、以下の技術が提案されている。

まず、特許文献１に開示された成膜装置２００では、図１４に示すように、シャワーヘッド２０１の原料ガス噴出細孔２０２に対応した吐出孔２０３を有するカバープレート２０４が用いられている。成膜装置２００では、カバープレート２０４をねじ２０５・２０５にて留めて固定し、シャワーヘッド２０１を覆うことによって、付着物はシャワーヘッド２０１の表面ではなく、カバープレート２０４の表面上に付着することになる。このため、定期的にカバープレート２０４を交換することによって、付着物の被処理基板上への落下といった不良の発生を防いでいる。

次に、特許文献２に開示された反応容器３００では、図１５に示すように、複数の原料ガス膨張室３０１・３０２を設けることによって、原料ガスを分離している。また、原料ガス流路３０３・３０４を冷却室３０５で冷却しながら、パージガスと共に原料ガスを成長室３０６に導入する。これにより、成長室３０６内の被処理基板上でそれらを混合し、被処理基板を加熱して成膜することによって、ガス吐出孔３０７・３０８付近で原料ガスが反応しないような構成としている。

なお、上記反応容器３００では、パージガスは、シャワーヘッド内部のパージガス膨張室３０９およびパージガス流路３１０を経由して成長室３０６に導入される。

また、特許文献３に開示されたＭＯＣＶＤ装置４００では、図１６に示すように、シャワーヘッド４０５の表面のIII 族ガス吐出孔４０１およびＶ族ガス吐出孔４０２の間にパージガス吐出孔４０３を設け、III 族ガス・Ｖ族ガスのどちらかのガス導入量よりもパージガスである不活性ガス量を少なく制御することによって、シャワーヘッド４０５の表面での反応を抑制している。

なお、上記ＭＯＣＶＤ装置４００の構成では、図１７に示すように、パージガスである不活性ガスは、パージガス供給源４０６からシャワーヘッド４０５の内部を経由して成長室４０７に導入される。

さらに、特許文献４に開示された気相成長装置５００では、図１８に示すように、ガス吐出孔５０１以外の、シャワーヘッド５０２の表面から成長室５０３に臨む面が、通気性のあるポーラス部材からなる噴射板５０４により構成されている。ポーラス部材からなる噴射板５０４にガスを流すことによって、反応物が噴射板５０４に付着することを防いでいる。

なお、上記シャワーヘッド５００では、パージガスはパージガス供給源５０５からシャワーヘッド５０２の内部を経由して、成長室５０３に導入される。
特開平１１−１３１２３９号公報（１９９９年５月１８日公開） 特開平８−９１９８９号公報（１９９６年４月９日公開） 特開２００８−９１６１７号公報（２００８年４月１７日公開） 特開２００８−６６４１３号公報（２００８年３月２１日公開）

しかしながら、上記従来の特許文献２〜特許文献５の気相成長装置によれば、パージガスを流すためには、シャワーヘッド内部にパージガス用の分配室および流路を設ける必要がある。この場合、シャワーヘッド作製にかかる時間、手間、およびコストが大きくなるという問題を有している。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、パージガスがシャワーヘッド内部を経由しないで、成長室に吐出されることにより、シャワーヘッドのカバープレート側の表面に原料ガスが付着することがなく、シャワーヘッド作製にかかる時間、手間、およびコストを低減し、かつメンテナンス性に優れた気相成長装置および気相成長方法を提供することにある。

本発明の気相成長装置は、上記課題を解決するために、成長室内に設けられた被処理基板に対して原料ガスをシャワー状に供給するために複数の原料ガス流路を有するシャワーヘッドと、上記シャワーヘッドの被処理基板側に設けられかつ上記シャワーヘッドの原料ガス流路の出口の対向位置にプレート原料ガス流路を有するカバープレートとを備えた気相成長装置において、上記シャワーヘッドとカバープレートとの間には、パージガスが導入されるパージガス分配室が設けられ、上記パージガス供給室には、上記シャワーヘッドの複数の原料ガス流路と上記カバープレートのプレート原料ガス流路とを互いに連通する連通管が設けられていると共に、上記カバープレートの各プレート原料ガス流路の間には、パージガス供給室のパージガスを成長室に供給するプレートパージガス流路が設けられていることを特徴としている。

本発明の気相成長方法は、上記課題を解決するために、複数の原料ガス流路を有するシャワーヘッドから原料ガスを、該シャワーヘッドにおける原料ガス流路の出口の対向位置にプレート原料ガス流路を有するカバープレートを介して成長室内に設けられた被処理基板にシャワー状に供給して成膜する気相成長方法であって、上記シャワーヘッドとカバープレートとの間に、パージガスが導入されるパージガス分配室を設け、上記パージガス分配室には、上記シャワーヘッドの複数の原料ガス流路と上記カバープレートのプレート原料ガス流路とを互いに連通する連通管を設けると共に、上記カバープレートのプレート原料ガス流路を除く領域に設けたプレートパージガス流路にて、パージガス分配室のパージガスを成長室に供給して成膜することを特徴としている。

上記の発明によれば、シャワーヘッドの原料ガス流路の原料ガスは、パージガス分配室に設けられた連通管を通してカバープレートのプレート原料ガス流路に流れ、このプレート原料ガス流路から成長室に吐出される。従って、シャワーヘッドのカバープレート側の表面に原料ガスが付着することはない。

そして、本発明では、シャワーヘッドとカバープレートとの間に、パージガスが導入されるパージガス分配室が設けられているので、パージガスはシャワーヘッドの内部を経由することなく、成長室へ吐出される。これにより、シャワーヘッドの内部にパージガス用の分配室、および流路を設ける必要がなくなり、シャワーヘッドの内部にパージガス用の分配室、および流路を有するシャワーヘッド作製にかかる時間や手間、コストを削減できる。

さらに、本発明では、カバープレートのプレート原料ガス流路を除く領域には、パージガス分配室のパージガスを成長室に供給するプレートパージガス流路が設けられているので、カバープレートのプレート原料ガス流路から吐出される原料ガスの周辺からパージガスが吐出されることになる。このため、カバープレートの成長室に面する表面への反応物の付着を防止できる。さらに、成長室に面するカバープレートの表面から、プレートパージガス流路を経たパージガスが吐出されるため、カバープレートの表面付近での原料ガス濃度を下げることができ、反応物の付着量が軽減できる。このため、カバープレートを交換する頻度が減少する。

さらに、カバープレートは、シャワーヘッドとは別体に設けられている。このため、カバープレートの成長室に面するカバープレートの表面に反応した原料ガスが付着しても、カバープレートをシャワーヘッドから取り外すことが可能である。従って、カバープレートを交換又は洗浄することも可能であるので、メンテナンス性がよくなる。

また、パージガスの導入条件を大きく変えることができるので、より広い範囲での成膜が可能となる。このため、成膜レートや材料効率の良い成膜条件を選択することができる。

従って、パージガスがシャワーヘッド内部を経由しないで、成長室に吐出されることにより、シャワーヘッドのカバープレート側の表面に原料ガスが付着することがなく、シャワーヘッド作製にかかる時間、手間、およびコストを低減し、かつメンテナンス性に優れた気相成長装置および気相成長方法を提供することができる。

ところで、カバープレートの各プレート原料ガス流路の出口における間は、原料ガスが合流する部分であり、原料ガスが滞留しやすい。このため、原料ガス同士の反応による付着物が生じ易くなる。

そこで、本発明の気相成長装置では、前記プレートパージガス流路は、前記カバープレートの各プレート原料ガス流路の間にそれぞれ配置されていることが好ましい。

これにより、カバープレートのプレートパージガス流路から吐出されるパージガスによって、カバープレートの各プレート原料ガス流路の出口付近での原料ガス同士の反応を効果的に抑制できる。このため、カバープレートへの付着物の発生を効果的に抑制できる。

また、本発明の気相成長装置では、前記シャワーヘッドには、異なる種類の複数の原料ガスを成長室へシャワー状に供給するための２以上の原料ガス分配室が積層して設けられていると共に、上層の原料ガス分配室からは該上層の原料ガス分配室よりも下層の原料ガス分配室を貫通する管状の原料ガス流路がそれぞれ設けられ、各原料ガス流路は、前記パージガス分配室に設けられた連通管を介して前記カバープレートのプレート原料ガス流路にそれぞれ連通されていることが可能である。

上記発明によれば、異なる種類の原料ガスはシャワーヘッド内で混合されず、成長室に吐出後に初めて混合される。このため、カバープレートの各プレート原料ガス流路の出口付近での異なる種類の原料ガスの反応を軽減できる。また、パージガスの作用により、カバープレートの各プレート原料ガス流路の出口付近での異なる種類の原料ガスの反応が抑制される。

このため、カバープレートへの付着物の発生を効果的に抑制できると共に、原料ガスの収率を高めることができる。

ところで、より均一な成膜レートおよび組成比を得るためには、異なる種類の原料ガスが、成長室の被処理基板上で、均一に混合されている必要がある。

この点、本発明の気相成長装置では、前記上層の原料ガス分配室から該上層の原料ガス分配室よりも下層の原料ガス分配室を貫通する管状の原料ガス流路は、内管と外管とからなる多重管として同軸上にそれぞれ形成されていることが可能である。

これにより、異なる種類の原料ガスの管状の原料ガス流路が同軸上に設けられているため、被処理基板上で、より均一に、異なる種類の原料ガスが混合される。また、異なる種類の原料ガスは成長室への吐出直前に初めて混合されるため、混合は未だ不十分であり、カバープレートの各プレート原料ガス流路の出口付近での異なる種類の原料ガスの反応を軽減できる。また、パージガスの作用により、カバープレートの各プレート原料ガス流路の出口付近での異なる種類の原料ガスの反応が抑制されている。

これにより、均一な成膜レートおよび組成比を得ることができると共に、カバープレートへの付着物の発生を効果的に抑制できる。

本発明の気相成長装置では、前記シャワーヘッドには、原料ガス流路の原料ガスを冷却する冷媒を導入する冷媒分配室が設けられていることが好ましい。

上記の発明によれば、パージガスはシャワーヘッドの内部を経由することなく、成長室へ吐出される。これにより、シャワーヘッドの内部にパージガス用の分配室、および流路を設ける必要がなくなり、シャワーヘッドの内部における冷却媒体の占める割合が小さくなるのを防止できる。また、原料ガスの温度低下により、被処理基板以外での反応を防止できる。その結果、冷却効率、成膜レートおよび原料ガスの収率効の低下を防止することができる。

本発明の気相成長装置では、前記パージガス分配室は、厚みのあるカバープレートのシャワーヘッド側表面に形成した格子状の溝からなっていると共に、上記格子状の溝の周辺にはカバープレートの材質にてなる隔壁柱が格子状に立設されているとすることができる。

これにより、格子状の溝の周辺には該溝を形成するときに残ったカバープレートの材質にてなる隔壁柱が格子状に立設されている。このため、パージガス分配室を、例えば、厚みのあるカバープレートのシャワーヘッド側表面の全体に凹部を形成して設け、そこに連通管を新たに設けるよりも強度面で優れたものとなる。

本発明の気相成長装置では、前記シャワーヘッドの原料ガス流路およびカバープレートのプレート原料ガス流路に連通するパージガス分配室の連通管は、前記隔壁柱を貫通して形成されているとすることができる。

これにより、連通管のピッチを小さくできるので、被処理基板の膜質・膜厚の均一性をよくすることができる。すなわち、隔壁柱とは異なる部分に連通管を設けると、隔壁柱の存在により、連通管のピッチを小さくすることができない。

本発明の気相成長装置では、前記シャワーヘッドの原料ガス流路およびカバープレートのプレート原料ガス流路に連通するパージガス分配室の連通管は、カバープレートに形成されたプレートパージガス流路に挿入されているとすることができる。

これにより、原料ガス流路およびプレート原料ガス流路に連通する連通管の周囲に離散的にプレートパージガス流路を配置させるよりも、連通管をカバープレートに形成されたプレートパージガス流路に挿入する方が、隣接するプレート原料ガス流路からの影響を受けずに、原料ガスを均一に効率よく反応させることができる。

本発明の気相成長装置は、以上のように、シャワーヘッドとカバープレートとの間には、パージガスが導入されるパージガス分配室が設けられ、上記パージガス分配室には、上記シャワーヘッドの複数の原料ガス流路と上記カバープレートのプレート原料ガス流路とを互いに連通する連通管が設けられていると共に、上記カバープレートのプレート原料ガス流路を除く領域には、パージガス分配室のパージガスを成長室に供給するプレートパージガス流路が設けられているものである。

本発明の気相成長方法は、以上のように、シャワーヘッドとカバープレートとの間に、パージガスが導入されるパージガス分配室を設け、上記パージガス分配室には、上記シャワーヘッドの複数の原料ガス流路と上記カバープレートのプレート原料ガス流路とを互いに連通する連通管を設けると共に、上記カバープレートのプレート原料ガス流路を除く領域に設けたプレートパージガス流路にて、パージガス分配室のパージガスを成長室に供給して成膜する方法である。

それゆえ、パージガスがシャワーヘッド内部を経由しないで、成長室に吐出されることにより、シャワーヘッドのカバープレート側の表面に原料ガスが付着することがなく、シャワーヘッド作製にかかる時間、手間、およびコストを低減し、かつメンテナンス性に優れた気相成長装置および気相成長方法を提供するという効果を奏する。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１ないし図８に基づいて説明すると以下の通りである。

図１は、本実施の形態における縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ装置からなる気相成長装置１０を示す断面模式図である。

上記気相成長装置１０は、図１に示すように、内部を大気側と隔離し、気密状態を保持する反応炉２と、被処理基板３を載置する基板保持部材４、および被処理基板３を加熱する基板加熱ヒーター５を有する成長室７と、基板保持部材４と対向する位置に設けられて、被処理基板３に向けて複数の原料ガスを供給する複数の原料ガス流路２１ｂを有するシャワーヘッド２０と、シャワーヘッド２０の下側に設けられたカバープレート３０とによって構成されている。

基板保持部材４は、回転伝達部材６の一端に備え付けられており、回転伝達部材６は、図示しない回転機構によって、自転可能となっている。

被処理基板３の主表面に薄膜を形成させるときは、原料ガスを、シャワーヘッド２０の原料ガス流路２１ｂを通じ、カバープレート３０の原料ガス吐出孔３１ｃを介して、成長室７へ導入する。このとき、基板加熱ヒーター５によって、基板保持部材４を介して被処理基板３が加熱され、被処理基板３上での成膜化学反応が促進される。これにより、被処理基板３に薄膜が形成される。被処理基板３上を通過した原料ガスは、ガス排出口８から排出される。

次に、シャワーヘッド２０、およびカバープレート３０の構造について説明する。

図１に示すように、シャワーヘッド２０と反応炉２とは、Ｏリング１１によって、気密状態を保持するよう封止されており、これらシャワーヘッド２０と反応炉２とは取外し可能なように構成されている。

シャワーヘッド２０は、原料ガスを供給するための原料ガス導入口２１・２１と、原料ガス導入口２１・２１から供給された原料ガスを原料ガス流路出口２１ｃから均一に供給するためのバッファ層である原料ガス分配室２１ａと、原料ガス分配室２１ａから複数に分離された管状の原料ガス流路２１ｂとを有している。また、原料ガス流路２１ｂとシャワーヘッド表面２０ａとの間に、原料ガス流路２１ｂを温度調整する冷媒分配室としての冷媒流路２２が構成されている。

カバープレート３０は、昇降機構９によって支えられており、昇降機構９を駆動することによりカバープレート３０の着脱を行うことができる。この昇降機構９と図示しない搬送機構とを組み合わせることによって、成長室７を大気開放することなくカバープレート３０を搬送することが可能である。なお、カバープレート３０は、シャワーヘッド表面２０ａにねじ等によって固定され、設置されることも可能である。

カバープレート３０には、成長室７に原料ガスを供給するための原料ガス吐出孔３１ｃが設けられている。なお、シャワーヘッド２０の原料ガスが成長室７に導入されるように、シャワーヘッド２０の原料ガス流路２１ｂとカバープレート３０のプレート原料ガス流路３１ｂとを連通する連通管３１ｄが後述するパージガス分配室３２ａに設けられている。そして、原料ガス流路２１ｂ、連通管３１ｄおよびプレート原料ガス流路３１ｂの各中心軸は、図示しない当て面を用いて、ほぼ一致するようにアライメントされている。

また、本実施の形態では、原料ガスは、III 族の原料ガスとＶ族の原料ガスとを用いている。III 族の原料ガスとしては、Ｇａ（ガリウム）およびＡｌ（アルミニウム）をそれぞれ含む、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）とを用い、Ｖ族の原料ガスとしてはＡｓ（ヒ素）を含むアルシン（ＡｓＨ_３ ）を用いている。また、それそれぞれのキャリアガスとして、水素ガス、および窒素ガスを用いている。そして、これらを事前に混合し、原料ガス導入口２１から混合ガスを供給している。

III 族系ガスとしては、その他にＩｎ（インジウム）を含むトリメチルガリウム（ＴＭＧ）などの有機金属ガスをよく用いることができる。また、Ｖ族系ガスとしては、その他にＮ（窒素）を含むアンモニア（ＮＨ_３ ）や、Ｐ（リン）を含むホスフィン（ＰＨ_３ ）などを用いることができる。

なお、本実施の形態では、異なる種類の原料ガスである上記III 族の原料ガスとＶ族の原料ガスとを、一つの原料ガス分配室２１ａに導入している。しかしながら、本発明では、必ずしもこれに限らず、異なる種類の原料ガスを事前に混合せずに、成長室７までIII 族ガスおよびＶ族ガスを別々の流路で供給し、成長室７で混合させるタイプや、成長室７の上流で混合室を設けるタイプなどとすることが可能である。これらについては、後述する実施の形態２および実施の形態３に記載する。

ここで、本実施の形態のカバープレート３０について、図２を用いてさらに詳しく説明する。図２はカバープレート３０の平面図である（図１はＡ−Ａ´線断面図である）。

図２に示すように、本実施の形態のカバープレート３０には、上記シャワーヘッド２０の原料ガス流路２１ｂと同軸の位置に連通管３１ｄ、および原料ガス吐出孔３１ｃが形成されている。そして、原料ガス吐出孔３１ｃ以外の部分に、シャワーヘッド２０に接する面に溝加工により形成されたパージガス（キャリアガスなどのように反応に寄与しないガス）分配室３２ａが設けられている。

本実施の形態では、パージガス分配室３２ａの形成方法として、厚いカバープレート３０のシャワーヘッド２０に向かう面に格子状の溝からなる凹部を形成することにより、パージガス分配室３２ａを形成している。したがって、連通管３１ｄは、角柱状にてなっており、カバープレート３０において削り残しの隔壁柱となっている。

なお、パージガス分配室３２ａの形成方法としては、上述のように、厚いカバープレート３０のシャワーヘッド２０に向かう面に格子状の溝からなる凹部を形成することにより、パージガス分配室３２ａを形成する方法の他、厚いカバープレート３０のシャワーヘッド２０に向かう面の全面に凹部を形成することにより、パージガス分配室３２ａを形成する方法、シャワーヘッド２０の底面においてカバープレート３０に向かう面に凹部を形成する方法、さらに、その両方、又はシャワーヘッド２０とカバープレート３０との外周に立設壁を設ける方法等が考えられる。

また、パージガス分配室３２ａにおいて、各原料ガス吐出孔３１ｃの間の位置に穴加工により形成されたパージガス吐出孔３２ｃが設置されている。なお、図２では、全ての各原料ガス吐出孔３１ｃの間において、格子状にパージガス分配室３２ａにパージガス吐出孔３２ｃが存在している。しかし、本発明においては、必ずしもこれに限らず、各原料ガス吐出孔３１ｃの間の一部にパージガス吐出孔３２ｃが存在しないものがあってもよい。

上記パージガス分配室３２ａへのパージガス供給は、シャワーヘッド２０の外環部分にパージガスの図示しないバッファ室を設け、このバッファ室からパージガス分配室３２ａへと導入管からなるパージガス導入口３２を通して供給している。

上記の構成によれば、パージガスは、シャワーヘッド２０内部を経由することなく成長室７に導入されるため、シャワーヘッド２０の内部にパージガス用の分配室、および流路を設ける必要がなくなり、シャワーヘッド２０の内部における冷却媒体の占める割合が維持できる。そのため、冷却効率、成膜レートおよび原料ガスの収率の低下を防止することができる。また、カバープレート３０への反応物の付着が軽減でき、さらにメンテナンス性も向上する。

例えば、カバープレート３０を用いない構成によるＭＯＣＶＤ装置によって成膜を行うと、シャワーヘッド表面２０ａに、反応物が付着する。付着した反応物がシャワーヘッド２０の原料ガス流路２１ｂに入り込むと、原料ガスの流れが滞るため、成長室７にガス供給が追いつかずに成膜レートが遅くなり、被処理基板３の膜厚や組成比が不均一となる恐れがある。また、発生した反応物が被処理基板３に落下することによって、被処理基板３を損傷する。あるいは落下した反応物が被処理基板３上に存在する部分では、成膜され難く、膜厚が不均一となる恐れがある。

そこで、シャワーヘッド２０を着脱可能なカバープレート３０にて覆うことによって、反応物が付着した場合、カバープレート３０を容易に取り外して洗浄が可能となり、メンテナンス作業が軽減される。カバープレート３０の部材としては、メンテナンス時に再利用することを考えると、石英のようなある程度の強度を持つ部材が好ましい。また、再利用しない場合では、モリブデン（Ｍｏ）など多少脆弱性のある部材でも使用可能である。

また、カバープレート３０には、シャワーヘッド２０の保護だけでなく、発生した反応物を被処理基板３上に落下させないように保持する役割も果たす。その場合、カバープレート３０の表面粗さを粗くすることによって、反応物をより吸着しやすくなる。また、反応物は温度の高い部分では、吸着しやすくなるため、モリブデン（Ｍｏ）や、有機汚染の少ない純度の高い炭素（Ｃ）などの断熱性のある部材を用いてもよい。

なお、本発明においては、ＭＯＣＶＤ装置を構成する反応炉２、シャワーヘッド２０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。

例えば、本実施の形態で使用されるカバープレート３０では、図２に示すように、パージガス分配室３２ａが格子状である。つまり、原料ガス吐出孔３１ｃが格子状に設けられている。これは本発明の一形状であり、パージガス分配室３２ａを格子状の形状に限定するものではない。本発明は、シャワーヘッド２０とカバープレート３０との間に設けられた、連通管３１ｄを除く部分をパージガス分配室３２ａとするものである。

なお、図２では、パージガス分配室３２ａの形成方法として、厚いカバープレート３０のシャワーヘッド２０に向かう面に格子状の溝からなる凹部を形成することにより、パージガス分配室３２ａを形成している。したがって、連通管３１ｄは、カバープレート３０において削り残しの角柱状の隔壁柱となっていた。

しかし、本発明では、必ずしもこれに限らず、例えば、図３に示すように、連通管３１ｄを、カバープレート３０において削り残しの角柱状の隔壁柱とせずに、削り残しの円筒管の隔壁柱とすることが可能である。

また、図２および図３では、カバープレート３０において削り残しの角柱状の隔壁柱又は削り残しの円柱に連通管３１ｄを形成していた。

しかし、連通管３１ｄは、必ずしも削り残しの角柱状３３又は削り残しの円柱の隔壁柱３３の内部に形成する必要はなく、例えば、図４に示すように、隔壁柱３３以外のパージガス分配室３２ａに設けることが可能である。

これにより、カバープレート３０のパージガス分配室３２ａは、穴のない隔壁柱３３にて支持されるので、カバープレート３０のパージガス分配室３２ａの強度を増強することができる。

また、連通管３１ｄを角柱状等の隔壁柱３３以外のパージガス分配室３２ａ形成する場合に、図５に示すように、連通管３１ｄをパージガス吐出孔３２ｃの内部に挿入することが可能である。これにより、パージガスは、連通管３１ｄにおける原料ガス吐出孔３１ｃの周囲から上記成長室７に吐出されることになる。この結果、原料ガス流路周辺をパージガスで囲うので、各原料ガス吐出孔３１ｃからの原料ガスが混合し難く、効率良く成長室７内で反応させることができる。

一方、前述したように、パージガス分配室３２ａの形成方法として、厚いカバープレート３０のシャワーヘッド２０に向かう面の全面に凹部を形成することにより、パージガス分配室３２ａを形成する方法等が存在することを述べた。

そして、上述した厚いカバープレート３０のシャワーヘッド２０に向かう面の全面に凹部を形成する構成においては、図６に示すように、シャワーヘッド２０に設けられている管からなる原料ガス流路２１ｂをカバープレート３０のパージガス分配室３２ａにまで延設することが可能である。この結果、この構成では、パージガス分配室３２ａにまで延設された連通管３１ｄとして機能する原料ガス流路２１ｂにて、パージガス分配室３２ａでの支持強度を確保することになる。

なお、図６においては、パージガス吐出孔３２ｃは、連通管３１ｄの周囲における隣接する連通管３１ｄの間において＋の位置に設けられていたが、必ずしもこれに限らず、例えば、図７に示すように、隣接する連通管３１ｄの間において×の位置である斜めに設けることが可能である。

また、この図６および図７の構成においても、例えば、図８に示すように、シャワーヘッド２０に設けられている管からなる原料ガス流路２１ｂをカバープレート３０のパージガス分配室３２ａにまで延設した連通管３１ｄを、パージガス吐出孔３２ｃの内部に挿入することが可能である。これにより、パージガスは、連通管３１ｄにおける原料ガス吐出孔３１ｃの周囲から上記成長室７に吐出されることになる。この結果、原料ガス流路周辺をパージガスにて囲うので、各原料ガス吐出孔３１ｃからの原料ガスが混合し難く、原料ガスを効率良く成長室７内で反応させることができる。

さらに、本実施の形態では、原料ガス吐出孔３１ｃおよびパージガス吐出孔３２ｃがそれぞれ円形である場合について説明したが、本発明においては、原料ガス吐出孔３１ｃおよびパージガス吐出孔３２ｃの形状は特に限定されず、たとえば、矩形又は楕円形などの形状にすることができる。また、本発明においては、原料ガス吐出孔３１ｃおよびパージガス吐出孔３２ｃの形状はそれぞれ同一であってもよく、その少なくとも一部が異なっていてもよい。

このように、本実施の形態の気相成長装置１０および気相成長方法では、シャワーヘッド２０の原料ガス流路２１ｂの原料ガスは、パージガス分配室３２ａに設けられた連通管３１ｄを通してカバープレート３０のプレート原料ガス流路３１ｂに流れ、このプレート原料ガス流路３１ｂから成長室７に吐出される。従って、シャワーヘッド２０のカバープレート３０側の表面に原料ガスが付着することはない。

そして、本実施の形態では、シャワーヘッド２０とカバープレート３０との間に、パージガスが導入されるパージガス分配室３２ａが設けられているので、パージガスはシャワーヘッド２０の内部を経由することなく、成長室７へ吐出される。これにより、シャワーヘッド２０の内部にパージガス用の分配室、および流路を設ける必要がなくなり、シャワーヘッド２０の内部にパージガス用の分配室、および流路を有するシャワーヘッド作製にかかる時間や手間、コストを削減できる。

さらに、本実施の形態では、カバープレート３０のプレート原料ガス流路３１ｂを除く領域には、パージガス分配室３２ａのパージガスを成長室７に供給するプレートパージガス流路３２ｂが設けられているので、カバープレート３０のプレート原料ガス流路３１ｂから吐出される原料ガスの周辺からパージガスが吐出されることになる。このため、カバープレート３０の成長室７に面する表面への反応物の付着を防止できる。さらに、成長室７に面するカバープレート３０の表面から、プレートパージガス流路３２ｂを経たパージガスが吐出されるため、カバープレート３０の表面付近での原料ガス濃度を下げることができ、反応物の付着量が軽減できる。このため、カバープレート３０を交換する頻度が減少する。

さらに、カバープレート３０は、シャワーヘッド２０とは別体に設けられている。このため、カバープレート３０の成長室に面するカバープレート３０の表面に反応した原料ガスが付着しても、カバープレート３０をシャワーヘッド２０から取り外すことが可能である。このため、カバープレート３０を交換又は洗浄することも可能であるので、メンテナンス性がよくなる。

また、パージガスの導入条件を大きく変えることができるので、より広い範囲での成膜が可能となる。このため、成膜レートや材料効率の良い成膜条件を選択することができる。

さらに、後述する実施の形態２に示すように、異なる原料ガスを別々に導入している場合は、パージガスにより効率的に成長室７内にて混合することができるため、成膜レートおよび材料効率を向上させることができる。

また、例えば、冷媒空間２２によって冷却されているシャワープレート２１との間に、断熱層となるパージガス分配室３２ａを設けてパージガスを流すことによって、カバープレート３０の表面の温度を上げて、成膜時に成長室７にて発生した浮遊性のフレークを密着させることができる。すなわち、カバープレート３０の表面の温度が高い方が、カバープレート３０にフレークが吸着され易い。この結果、浮遊性のフレークが被処理基板３上に落下するのを防ぐことができる。また、これにより、被処理基板３の膜厚の均一性を向上させることができる。

以上の結果、パージガスがシャワーヘッド２０の内部を経由しないで、成長室７に吐出されることにより、シャワーヘッド２０のカバープレート３０側の表面に原料ガスが付着することがなく、シャワーヘッド２０の作製にかかる時間、手間、およびコストを低減し、かつメンテナンス性に優れた気相成長装置１０および気相成長方法を提供することができる。

ここで、例えば、シャワーヘッド２０の最も下層に、パージガス分配室を設けるものも考えることができる。しかしながら、この構成は、シャワーヘッド２０の強度低下に繋がる。すなわち、強度保持のためにパージガス分配流路のピッチを広くすれば、パージ性が悪くなる。つまり、付着物が付きやすくなる。また、前述したように、冷却多寡による付着増加も生じ、その結果、付着物除去のメンテナンス困難を引き起こす。

このような冷却多寡に対して、本実施の形態では、シャワーヘッド２０とカバープレート３０とは互いに固定するのではなく、カバープレート３０をシャワーヘッド２０へ近接又は密着させた状態で下方から支持するので、カバープレート３０の交換が容易である。

また、カバープレート３０について、適切な熱伝導率の材料のものを選択できる。例えば、熱伝導率コントロールのためにサンドイッチも可能である。この結果、カバープレート３０の付着を抑制できる。

ところで、カバープレート３０の各プレート原料ガス流路３１ｂの出口における各間は、原料ガスが合流する部分であり、原料ガスが滞留しやすい。このため、原料ガス同士の反応による付着物が生じ易くなる。

そこで、本実施の形態の気相成長装置１０では、プレートパージガス流路３２ｂは、カバープレート３０の各プレート原料ガス流路３１ｂの間にそれぞれ配置されている。

これにより、カバープレート３０のプレートパージガス流路３２ｂから吐出されるパージガスによって、カバープレート３０の各プレート原料ガス流路３１ｂの出口付近での原料ガス同士の反応を効果的に抑制できる。このため、カバープレート３０への付着物の発生を効果的に抑制できる。

また、本実施の形態の気相成長装置１０では、シャワーヘッド２０には、原料ガス流路２１ｂの原料ガスを冷却する冷媒を導入する冷媒空間２２が設けられている。

これにより、シャワーヘッド２０の内部にパージガス用の分配室、および流路を設ける必要がなくなり、シャワーヘッド２０の内部における冷却媒体の占める割合が小さくなるのを防止できる。また、原料ガスの温度低下により、被処理基板３以外での反応を防止できる。その結果、冷却効率、成膜レートおよび原料ガスの収率効の低下を防止することができる。

また、本実施の形態の気相成長装置１０では、パージガス分配室３２ａは、厚みのあるカバープレート３０のシャワーヘッド側表面に形成した格子状の溝からなっていると共に、上記格子状の溝の周辺にはカバープレート３０の材質にてなる隔壁柱３３が格子状に立設されているとすることができる。

これにより、格子状の溝の周辺には該溝を形成するときに残ったカバープレート３０の材質にてなる隔壁柱３３が格子状に立設されている。このため、パージガス分配室３２ａを、例えば、厚みのあるカバープレート３０のシャワーヘッド側表面の全体に凹部を形成して設け、そこに連通管３１ｄを新たに設けるよりも強度面で優れたものとなる。

また、本実施の形態の気相成長装置１０では、シャワーヘッド２０の原料ガス流路２１ｂおよびカバープレート３０のプレート原料ガス流路３１ｂに連通するパージガス分配室３２ａの連通管３１ｄは、隔壁柱３３を貫通して形成されているとすることができる。

これにより、連通管３１ｄのピッチを小さくできるので、被処理基板３の膜質・膜厚の均一性をよくすることができる。すなわち、隔壁柱３３とは異なる部分に連通管３１ｄを設けると、隔壁柱３３の存在により、連通管３１ｄのピッチを小さくすることができない。

また、本実施の形態の気相成長装置１０では、シャワーヘッド２０の原料ガス流路２１ｂおよびカバープレート３０のプレート原料ガス流路３１ｂに連通するパージガス分配室３２ａの連通管３１ｄは、カバープレート３０に形成されたプレートパージガス流路３２ｂに挿入されているとすることができる。

これにより、原料ガス流路２１ｂおよびプレート原料ガス流路３１ｂに連通する連通管３１ｄの周囲に離散的にプレートパージガス流路３２ｂを配置させるよりも、連通管３１ｄをカバープレート３０に形成されたプレートパージガス流路３２ｂに挿入する方が、隣接するプレート原料ガス流路３１ｂからの影響を受けずに、原料ガスを均一に効率よく反応させることができる。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について、図９および図１０に基づいて説明すると、以下の通りである。

なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態の気相成長装置４０について、図９および図１０に基づいて説明する。図９は縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ装置からなる気相成長装置の断面模式図である。また、図１０はカバープレート３０の平面図である（図９はＢ−Ｂ´線断面図である）。

前記実施の形態１の気相成長装置１０は、図１に示すように、異なる種類の原料ガスである上記III 族の原料ガスとＶ族の原料ガスとを、一つの原料ガス分配室２１ａに導入していたが、本実施の形態の気相成長装置４０は、図９に示すように、異なる種類の原料ガスを事前に混合せずに、成長室７までIII 族ガスおよびＶ族ガスを別々の流路で供給している点が異なっている。

すなわち、本実施の形態の気相成長装置４０では、図９に示すように、シャワーヘッド２０には、異なる種類の第１原料ガスおよび第２原料ガスを成長室７へシャワー状に供給するための２つの第１原料ガス分配室２６ａおよび第２原料ガス分配室２７ａが積層して設けられている。そして、上層の第２原料ガス分配室２７ａからは下層の第１原料ガス分配室２６ａ、および冷媒流路２２を貫通する管状の原料ガス流路としての第２原料ガス流路２７ｂが設けられている。また、第１原料ガス分配室２６ａからは下層の冷媒流路２２を貫通する管状の原料ガス流路としての第１原料ガス流路２６ｂが設けられている。

そして、本実施の形態では、第１原料ガス流路２６ｂおよび第２原料ガス流路２７ｂは、パージガス分配室３２ａに設けられた連通管３１ｄ…を介してカバープレート３０のプレート第１原料ガス流路３６ｂおよびプレート第２原料ガス流路３７ｂにそれぞれ連通されている。

上記構成の気相成長装置４０では、第１原料ガスおよび第２原料ガスのように、異なる種類の原料ガスを分離して成長室７に供給する。また、パージガス（キャリアガスなどのように反応に寄与しないガス）は、カバープレート３０の側面のパージガス導入口３２から供給され、パージガス分配室３２ａおよびプレートパージガス流路３２ｂを経て、パージガス吐出孔３２ｃから成長室７に吐出される。さらに、図１０に示すように、第１原料ガス吐出孔３６ｃおよび第２原料ガス吐出孔３７ｃの間にパージガス吐出孔３２ｃが形成されている。

従来の気相成長装置では、パージガス層をシャワーヘッドの内部に新たに設ける場合は、冷媒流路での冷却媒体の容積が小さくなるため、冷却効果が落ちる。一方、本実施の形態の気相成長装置４０では、パージガスがシャワーヘッド２０の内部を経由しないで成長室７に吐出されることによって、シャワーヘッド２０の内部の冷媒流路２２での冷却媒体の容積を維持できる。このため、冷却効果を落とさずに、パージガスの導入が可能となる。また、原料ガスの分離、およびパージガスの作用によって、カバープレート３０の表面での原料ガスの混合が抑制される。これにより、被処理基板３付近以外での反応を阻害することができるため、原料ガスの収率が高まり、成膜レートも速くなる。

さらに、カバープレート３０は着脱が容易であるため、メンテナンスも容易となる。

このような原料ガスを分離して供給する構成について、さらに詳しく説明する。

気相成長装置４０は、図９に示すように、シャワーヘッド２０には、第１原料ガス導入口２６および第２原料ガス導入口２７が設置されており、それぞれに異なる種類の原料ガスが供給される。さらに、異なる種類の第１原料ガスおよび第２原料ガスは、それぞれ第１原料ガス分配室２６ａと第２原料ガス分配室２７ａとから、それぞれ第１原料ガス流路２６ｂ又は第２原料ガス流路２７ｂを通り、パージガス分配室３２ａの連通管３１ｄを通り、カバープレート３０のプレート第１原料ガス流路３６ｂおよびプレート第２原料ガス流路３７ｂを通り、第１原料ガス吐出孔３６ｃおよび第２原料ガス吐出孔３７ｃからそれぞれ成長室７に供給される。

このように、異なる種類の原料ガスを別々に成長室７に供給することによって、シャワーヘッド２０付近での反応を避け、シャワーヘッド２０表面への反応物の付着を防ぎ、被処理基板３付近以外での反応を軽減することができるため、原料ガスの収率を高めることができる。

さらに、気相成長装置４０では、第１原料ガス吐出孔３６ｃおよび第２原料ガス吐出孔３７ｃの間にパージガスを流すことによって、カバープレート３０表面への反応物の付着を抑制している。従来の気相成長装置では、パージガスを流すには、各シャワーヘッド流路の間にパージガス流路を設ける必要がある。このため、冷却媒体を通る流路においてもパージガス流路の分だけ余分に形成する必要がある。その結果、シャワーヘッド内部における冷却媒体の占める割合も少なくなるため、冷却効率が落ち、成膜レートおよび原料ガスの収率の低下を引き起こしてしまう。

また、シャワーヘッド内部にパージガス流路を追加する場合、パージガス用の分配室も必要となり、シャワーヘッド作製にかかる時間や手間、コストが大きくなる。

そこで、本実施の形態の気相成長装置４０によれば、２種類の第１原料ガスおよび第２原料ガスを別々に供給するシャワーヘッド２０の構成のまま、冷却効率を落とすことなく、パージガスを異なる種類の第１原料ガス吐出孔３６ｃおよび第２原料ガス吐出孔３７ｃの間から容易に供給できる。また、溝および穴加工を行ったカバープレート３０とパージガス導入口３２を追加するだけでパージガス分配室３２ａ、およびプレートパージガス流路３２ｂを備えられるので、シャワーヘッド内部にパージガス流路を有する３層構造のシャワーヘッド作製に比べ、作製時間や手間、コストも少なく済む。

なお、本実施の形態では、第１原料ガスとしてIII 族原料ガスのＴＭＧおよびＴＭＡとキャリアガスとを供給し、第２原料ガスとしてＶ族原料ガスのＡｓＨ_３ を用いたが、勿論、実施の形態１のように、その他のガスを用いてもよい。

このように、本実施の形態の気相成長装置４０では、異なる種類の第１原料ガスおよび第２原料ガスはシャワーヘッド２０内で混合されず、成長室７に吐出後に初めて混合される。このため、カバープレート３０のプレート第１原料ガス流路３６ｂおよびプレート第２原料ガス流路３７ｂの出口付近での異なる種類の第１原料ガスおよび第２原料ガスの反応を軽減できる。また、パージガスの作用により、カバープレート３０のプレート第１原料ガス流路３６ｂおよびプレート第２原料ガス流路３７ｂの出口付近での異なる種類の第１原料ガスおよび第２原料ガスの反応が抑制される。

このため、カバープレート３０への付着物の発生を効果的に抑制できると共に、原料ガスの収率を高めることができる。

また、本実施の形態の気相成長装置４０では、シャワーヘッド２０には、原料ガス流路２１ｂの原料ガスを冷却する冷媒を導入する冷媒空間２２が設けられている。

これにより、シャワーヘッド２０の内部にパージガス用の分配室、および流路を設ける必要がなくなり、シャワーヘッド２０の内部における冷却媒体の占める割合が小さくなるのを防止できる。また、原料ガスの温度低下により、被処理基板３以外での反応を防止できる。その結果、冷却効率、成膜レートおよび原料ガスの収率効の低下を防止することができる。

〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態について、図１１および図１２に基づいて説明すると、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１および実施の形態２と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１および実施の形態２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１１は、本実施の形態における、縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ装置からなる気相成長装置５０の断面模式図である。なお、図１２はカバープレート３０の平面図を示す（図１１はＣ−Ｃ´線断面図である）。

前記実施の形態２の気相成長装置４０は、異なる種類の原料ガスを事前に混合せずに、成長室７までIII 族ガスおよびＶ族ガスを別々の流路で供給していたが、本実施の形態の気相成長装置５０は、図１１に示すように、成長室７へ供給される直前に設けられた混合室２８でIII 族ガスおよびＶ族ガスが混合され、混合原料ガス吐出孔３８ｃから混合された状態で成長室７に供給される点が異なっている。

すなわち、本実施の形態の気相成長装置５０では、図１１に示すように、第１原料ガス分配室２６ａおよび第２原料ガス分配室２７ａまでは実施の形態２の気相成長装置４０と同様である。つまり、シャワーヘッド２０には、第１原料ガス導入口２６および第２原料ガス導入口２７が設置されており、それぞれ異なる種類の第１原料ガスおよび第２原料ガスが供給される。さらに、第１原料ガスおよび第２原料ガスは、それぞれ第１原料ガス分配室２６ａと第２原料ガス分配室２７ａとから、第１原料ガス流路２６Ｂ又は第２原料ガス流路２７Ｂにそれぞれ流れる。

ここで、本実施の形態の気相成長装置５０では、第２原料ガス流路出口２７Ｃを、第１原料ガス流路２６Ｂ内に設けることによって、第１原料ガス流路２６Ｂ内に第１原料ガスと第２原料ガスとが混合する混合室２８が形成される。これによって、異なる種類の第１原料ガスおよび第２原料ガスは、混合室２８で混合される。従って、カバープレート３０の表面の混合原料ガス吐出孔３８ｃから供給されるガスは、混合された原料ガスとなる。

このため、本実施の形態の気相成長装置５０では、実施の形態２の気相成長装置４０と比較して、成長室７内の被処理基板３上で、異なる種類の第１原料ガスおよび第２原料ガスが均一に混合される。従って、均一な成膜レートと組成比とが期待できる。

一方、このような構成においても、カバープレート３０の表面への反応物の付着は効果的に避けられない。

そこで、本実施の形態の気相成長装置５０には、パージガス分配室３２ａには、混合室２８からカバープレート３０のプレート混合ガス流路３８ｂに連通する連通管３１ｄが設けられており、異なる種類の第１原料ガスおよび第２原料ガスは、混合室２８、連通管３１ｄおよび混合原料ガス吐出孔３８ｃを通して、成長室７に吐出される。そして、混合原料ガス吐出孔３８ｃ・３８ｃの間にパージガス吐出孔３２ｃが設けられている。これにより、パージガス吐出孔３２ｃから吐出されるパージガスによって、カバープレート３０の表面付近での反応が抑制されるので、カバープレート３０の表面付近での反応物付着を防止することができる。また、シャワーヘッド表面２０ａはパージガス分配室３２ａとなっており、反応物が付着しない。

さらに、パージガスが、シャワーヘッド２０の内部を経由しないで成長室７に導入されるため、シャワーヘッド２０の内部における冷却媒体の占める割合が維持される。このため、冷却効率、および原料ガスの収率の低下を防止できる。

なお、本実施の形態では、第１原料ガスとしてIII 族原料ガスのＴＭＧおよびＴＭＡとキャリアガスとを供給し、第２原料ガスとしてＶ族原料ガスのＡｓＨ_３ 用いたが、勿論、実施の形態１のように、その他のガスを用いてもよい。

このように、本実施の形態の気相成長装置５０では、上層の第２原料ガス分配室２７ａから下層の第１原料ガス分配室２６ａを貫通する管状の原料ガス流路は、内管と外管とからなる多重管として同軸上にそれぞれ形成されている。

これにより、異なる種類の第１原料ガスおよび第２原料ガスの管状の原料ガス流路が同軸上に設けられているため、被処理基板３上で、より均一に、異なる種類の第１原料ガスおよび第２原料ガスが混合される。また、異なる種類の第１原料ガスおよび第２原料ガスは成長室７への吐出直前に初めて混合されるため、混合は未だ不十分であり、カバープレート３０の混合原料ガス吐出孔３８ｃ・３８ｃの出口付近での異なる種類の第１原料ガスおよび第２原料ガスの反応を軽減できる。また、パージガスの作用により、カバープレート３０の混合原料ガス吐出孔３８ｃ・３８ｃの出口付近での異なる種類の第１原料ガスおよび第２原料ガスの反応が抑制されている。

これにより、均一な成膜レートおよび組成比を得ることができると共に、カバープレート３０への付着物の発生を効果的に抑制できる。

また、本実施の形態の気相成長装置５０では、シャワーヘッド２０には、原料ガス流路２１ｂの原料ガスを冷却する冷媒を導入する冷媒空間２２が設けられている。

これにより、シャワーヘッド２０の内部にパージガス用の分配室、および流路を設ける必要がなくなり、シャワーヘッド２０の内部における冷却媒体の占める割合が小さくなるのを防止できる。また、原料ガスの温度低下により、被処理基板３以外での反応を防止できる。その結果、冷却効率、成膜レートおよび原料ガスの収率効の低下を防止することができる。

本発明は上述した実施の形態１〜３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、異なる実施の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。

本発明は、シャワープレート上部の空間に周辺部よりガスを導入し、シャワープレートの複数のガス吐出孔から基板表面に原料ガスを供給するシャワープレートを用いた縦型のＭＯＣＶＤ装置等の気相成長装置および気相成長方法に利用できる。

本発明における気相成長装置の実施の一形態を示すものであって、気相成長装置の構成を示すものであり、図２のＡ−Ａ´線断面図である。 上記気相成長装置におけるカバープレートの構成を示す平面図である。 上記気相成長装置におけるカバープレートの変形例の構成を示すものであり、表面に格子状の溝を形成してパージガス分配室を設けたカバープレートを示す平面図である。 上記気相成長装置におけるカバープレートの他の変形例の構成を示すものであり、表面に格子状の溝を形成してパージガス分配室を設けたカバープレートを示す平面図である。 上記気相成長装置におけるカバープレートのさらに他の変形例の構成を示すものであり、表面に格子状の溝を形成してパージガス分配室を設けたカバープレートを示す平面図である。 上記気相成長装置におけるカバープレートのさらに他の変形例の構成を示すものであり、表面の全体に凹部を形成してパージガス分配室を設けたカバープレートを示す平面図である。 上記気相成長装置におけるカバープレートのさらに他の変形例の構成を示すものであり、表面の全体に凹部を形成してパージガス分配室を設けたカバープレートを示す平面図である。 上記気相成長装置におけるカバープレートのさらに他の変形例の構成を示すものであり、表面の全体に凹部を形成してパージガス分配室を設けたカバープレートを示す平面図である。 本発明における気相成長装置の他の実施の形態を示すものであって、気相成長装置の構成を示すものであり、図１０のＢ−Ｂ´線断面図である。 上記気相成長装置におけるカバープレートの構成を示す平面図である。 本発明における気相成長装置のさらに他の実施の形態を示すものであって、気相成長装置の構成を示すものであり、図１２のＣ−Ｃ´線断面図である。 上記気相成長装置におけるカバープレートの構成を示す平面図である 従来の気相成長装置を示す断面図である。 特許文献１に記載の気相成長装置のカバープレートを示す断面図である。 特許文献２に記載の気相成長装置のシャワーヘッドを示す断面図である。 特許文献３に記載の気相成長装置のシャワーヘッドを示す平面図である。 上記特許文献３に記載の気相成長装置を示す断面図である。 特許文献４に記載の気相成長装置を示す断面図である。

符号の説明

２ 反応炉
３ 被処理基板
４ 基板保持部材
５ 加熱ヒーター
６ 回転伝達部材
７ 成長室
８ ガス排出口
９ 昇降機構
１０ 相成長装置
１１ Ｏリング
２０ シャワーヘッド
２０ａ シャワーヘッド表面
２１ 原料ガス導入口
２１ａ 原料ガス分配室
２１ｂ 原料ガス流路
２１ｃ 原料ガス流路出口
２２ 冷媒流路（冷媒分配室）
２６ 第１原料ガス導入口
２６ａ 第１原料ガス分配室
２６ｂ 第１原料ガス流路
２６Ｂ 第１原料ガス流路
２６ｃ 第１原料ガス流路出口
２７ 第２原料ガス導入口
２７ａ 第２原料ガス分配室
２７ｂ 第２原料ガス流路
２７Ｂ 第２原料ガス流路
２７ｃ 第２原料ガス流路出口
２７Ｃ 第２原料ガス流路出口
２８ 混合室
３０ カバープレート
３１ｂ プレート原料ガス流路
３１ｃ 原料ガス吐出孔
３１ｄ 連通管
３２ パージガス導入口
３２ａ パージガス分配室
３２ｂ プレートパージガス流路
３２ｃ パージガス吐出孔
３３ 隔壁柱
３６ｂ プレート第１原料ガス流路
３６ｃ 第１原料ガス吐出孔
３７ｂ プレート第２原料ガス流路
３７ｃ 第２原料ガス吐出孔
３８ｂ プレート混合原料ガス流路
３８ｃ 混合原料ガス吐出孔
４０ 気相成長装置
５０ 気相成長装置

Claims (9)

1. 成長室内に設けられた被処理基板に対して原料ガスをシャワー状に供給するために複数の原料ガス流路を有するシャワーヘッドと、上記シャワーヘッドの被処理基板側に設けられかつ上記シャワーヘッドの原料ガス流路の出口の対向位置にプレート原料ガス流路を有するカバープレートとを備えた気相成長装置において、
   上記シャワーヘッドとカバープレートとの間には、パージガスが導入されるパージガス分配室が設けられ、
   上記パージガス分配室には、上記シャワーヘッドの複数の原料ガス流路と上記カバープレートのプレート原料ガス流路とを互いに連通する連通管が設けられていると共に、
   上記カバープレートのプレート原料ガス流路を除く領域には、パージガス分配室のパージガスを成長室に供給するプレートパージガス流路が設けられていることを特徴とする気相成長装置。
2. 前記プレートパージガス流路は、前記カバープレートの各プレート原料ガス流路の間にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
3. 前記シャワーヘッドには、異なる種類の複数の原料ガスを成長室へシャワー状に供給するための２以上の原料ガス分配室が積層して設けられていると共に、上層の原料ガス分配室からは該上層の原料ガス分配室よりも下層の原料ガス分配室を貫通する管状の原料ガス流路がそれぞれ設けられ、
   各原料ガス流路は、前記パージガス分配室に設けられた連通管を介して前記カバープレートのプレート原料ガス流路にそれぞれ連通されていることを特徴とする請求項１又は２記載の気相成長装置。
4. 前記上層の原料ガス分配室から該上層の原料ガス分配室よりも下層の原料ガス分配室を貫通する管状の原料ガス流路は、内管と外管とからなる多重管として同軸上にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項３記載の気相成長装置。
5. 前記シャワーヘッドには、原料ガス流路の原料ガスを冷却する冷媒を導入する冷媒分配室が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の気相成長装置。
6. 前記パージガス分配室は、厚みのあるカバープレートのシャワーヘッド側表面に形成した格子状の溝からなっていると共に、上記格子状の溝の周辺にはカバープレートの材質にてなる隔壁柱が格子状に立設されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の気相成長装置。
7. 前記シャワーヘッドの原料ガス流路およびカバープレートのプレート原料ガス流路に連通するパージガス分配室の連通管は、前記隔壁柱を貫通して形成されていることを特徴とする請求項６記載の気相成長装置。
8. 前記シャワーヘッドの原料ガス流路およびカバープレートのプレート原料ガス流路に連通するパージガス分配室の連通管は、カバープレートに形成されたプレートパージガス流路に挿入されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の気相成長装置。
9. 複数の原料ガス流路を有するシャワーヘッドから原料ガスを、該シャワーヘッドにおける原料ガス流路の出口の対向位置にプレート原料ガス流路を有するカバープレートを介して成長室内に設けられた被処理基板にシャワー状に供給して成膜する気相成長方法であって、
   上記シャワーヘッドとカバープレートとの間に、パージガスが導入されるパージガス分配室を設け、
   上記パージガス分配室には、上記シャワーヘッドの複数の原料ガス流路と上記カバープレートのプレート原料ガス流路とを互いに連通する連通管を設けると共に、
   上記カバープレートのプレート原料ガス流路を除く領域に設けたプレートパージガス流路にて、パージガス分配室のパージガスを成長室に供給して成膜することを特徴とする気相成長方法。

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