JP2010100925A - Vapor deposition apparatus and vapor deposition method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば縦型シャワーヘッド型MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition )等の気相成長装置及び気相成長方法に関するものであり、特に、気相成長装置における原料ガスの供給方法に関するものである。 The present invention relates to a vapor phase growth apparatus such as a vertical showerhead type MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) and a vapor phase growth method, and more particularly to a method of supplying a source gas in the vapor phase growth apparatus. .
発光ダイオード及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)等の有機金属ガスと、アンモニア(NH3 )、ホスフィン(PH3 )又はアルシン(AsH3 )等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、基板上に化合物半導体結晶を成長させるMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)が用いられている。 In the manufacture of light-emitting diodes and semiconductor lasers, organometallic gases such as trimethylgallium (TMG) or trimethylaluminum (TMA) and hydrogen compound gases such as ammonia (NH 3 ), phosphine (PH 3 ) or arsine (AsH 3 ) MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), in which a compound semiconductor crystal is grown on a substrate, is introduced as a source gas contributing to film formation into a growth chamber.
MOCVDは、上記の原料ガスを水素、又は窒素等の不活性ガスと共に成長室内に導入して加熱し、所定の基板上で気相反応させることにより、その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では、成長させる化合物半導体結晶の品質を向上させると共に、コストを抑えて、歩留まりを高め、生産能力を上げることが同時に要求される。 MOCVD is a method in which a compound semiconductor crystal is grown on a substrate by introducing the raw material gas together with an inert gas such as hydrogen or nitrogen into the growth chamber and heating it to cause a gas phase reaction on a predetermined substrate. It is. In manufacturing a compound semiconductor crystal using the MOCVD method, it is simultaneously required to improve the quality of the compound semiconductor crystal to be grown, to reduce the cost, to increase the yield, and to increase the production capacity.
図22に、MOCVDに用いられる従来の気相成長装置である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。 FIG. 22 shows a schematic configuration of an example of a vertical shower head type MOCVD apparatus which is a conventional vapor phase growth apparatus used for MOCVD.
このMOCVD装置においては、ガス供給源102から反応炉101の内部の成長室111に反応ガス及び不活性ガスを導入するためのガス配管103が接続されており、反応炉101における内部の成長室111の上部には該成長室111に反応ガス及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110がガス導入部として設置されている。
In this MOCVD apparatus, a
また、反応炉101の成長室111の下部中央には図示しないアクチュエータによって回転自在の回転軸112が設置され、この回転軸112の先端にはシャワープレート110と対向するようにしてサセプタ108が取り付けられている。上記サセプタ108の下部には該サセプタ108を加熱するためのヒータ109が取り付けられている。
In addition, a rotating
さらに、反応炉101の下部には、該反応炉101における内部の成長室111内のガスを外部に排気するためのガス排気部104が設置されている。このガス排気部104は、パージライン105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106に接続されている。
Further, a
上記構成の縦型シャワーヘッド型MOCVD装置において、化合物半導体結晶を成長させる場合には、まず、サセプタ108に基板107を設置し、回転軸112の回転によりサセプタ108を回転させ、ヒータ109の加熱によりサセプタ108を介して基板107を所定の温度に加熱する。その後、シャワープレート110に形成されている複数のガス吐出孔から反応炉101の内部の成長室111に反応ガス及び不活性ガスを導入する。
When a compound semiconductor crystal is grown in the vertical showerhead type MOCVD apparatus having the above configuration, first, the
尚、複数の反応ガスを供給して基板107上で反応せしめ薄膜を形成する場合には、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110に多数設けられているガス吐出口から基板107に反応ガスを吹き出させる方法が採られていた。
In the case of forming a thin film by supplying a plurality of reaction gases and reacting them on the
ところで、基板上に成長させる化合物半導体結晶の品質を一定に保つためには、基板上に均一な膜厚分布の薄膜を成長させる必要がある。このため、成長室に導入する反応ガス及び不活性ガスは、均等な濃度分布で供給することが必須となる。 By the way, in order to keep the quality of the compound semiconductor crystal grown on the substrate constant, it is necessary to grow a thin film having a uniform film thickness distribution on the substrate. For this reason, it is essential to supply the reaction gas and the inert gas introduced into the growth chamber with a uniform concentration distribution.
この問題を解決するため、例えば特許文献1では、反応ガスを均等な濃度分布で基板上に供給し、基板上で気相反応させる方法が開示されている。具体的には、図23に示すように、設置された基板201の上方の中央部にガス導入口202を設け、ガス導入口202からシャワープレート203へつながる拡開する外壁を設けることにより、シャワープレート203のガス吐出孔での反応ガスの速度差を緩和でき、基板201上での反応ガスの濃度分布の均一化を実現している。
In order to solve this problem, for example,
また、特許文献2では、図24に示すように、複数のガス導入部301…点を有し、個々のガス導入部301に設けられた流量調節部302にて流量を制御することによって、基板303の表面への反応ガスの均一供給を可能にしている。
Further, in
さらに、特許文献3では、図25に示すように、成長室401の上部の周辺部に配置した環状のガス流路402に配置したガス導入孔403からシャワープレート404を通して成長室401に反応ガスを吐出させると共に、成長室401の周囲に環状のガス排出部405を設置し、ガス排出部405に均等配置した排気孔406を介して排ガスを排出することによって、基板407の表面への反応ガスの均一供給を可能にしている。
Furthermore, in
一方、成膜が行われる成長室内は減圧して使用する場合が多いことから、シャワーヘッド内の圧力は成長室内に較べると格段に高く、シャワーヘッド内で気相反応が生ずることが避けられなかった。シャワーヘッド内で気相反応が生じると、反応生成物がシャワーヘッドのガス吐出孔を塞ぎ、成長室内に反応ガスを供給することができなくなる。 On the other hand, since the growth chamber in which film formation is performed is often used under reduced pressure, the pressure in the shower head is much higher than in the growth chamber, and it is inevitable that a gas phase reaction occurs in the shower head. It was. When a gas phase reaction occurs in the shower head, the reaction product closes the gas discharge hole of the shower head, and the reaction gas cannot be supplied into the growth chamber.
この問題を解決するため、例えば特許文献4では、図26に示すように、2種類の供給ガスそれぞれに中間室501・502を設け、この中間室501・502からそれぞれの反応ガスをシャワープレート503のガス吐出孔501a・502aを通すことにより、2種類のガスを分離した状態で成長室504へ供給する方法が開示されている。これにより、反応ガスが分離した状態で供給されるため、シャワーヘッド505内で気相反応が生ずることはない。このような構成は、例えば、特許文献5,6にも開示されている。
In order to solve this problem, for example, in
しかしながら、上記従来の特許文献4〜6で開示される気相成長装置では、反応ガス又は不活性ガスを均一に供給することが困難であるという問題点を有している。
However, the conventional vapor phase growth apparatuses disclosed in
詳しく述べると、例えば特許文献6では、図27に示すように、上層ガス空間601には、例えば特許文献1,2で開示される方法にて反応ガス又は不活性ガスを均一に供給することが可能であるが、図27に示す中層ガス空間602には、特許文献1,2で開示される方法では反応ガス又は不活性ガスを均一に供給することが困難となる。
More specifically, in
また、前述したように、化合物半導体結晶の製造では、コストを抑えて、歩留まりを高め、生産能力を上げることが同時に要求されるため、MOCVD装置の大型化が必要とされている。このような装置の大型化に伴い、反応ガス又は不活性ガスを均一に供給することが大きな課題となる。 Further, as described above, in manufacturing a compound semiconductor crystal, it is required to suppress the cost, increase the yield, and increase the production capacity at the same time, so that the MOCVD apparatus needs to be enlarged. Along with the increase in size of such an apparatus, it is a big problem to supply the reaction gas or the inert gas uniformly.
この点、特許文献4〜6では、大面積にわたり均一な膜成長が可能との記載があるが、具体的に反応ガスを均一に供給する手段は記載されていない。
In this regard, in
例えば、図25に示す特許文献3における構成を用いて、図27に示す中層ガス空間602における反応ガスの均一性を確認する計算を行った結果、図15に示すように、中央部でガス流速が遅く、端部で速くなり、反応ガスが均一に供給されていないことが、依然として課題であることがわかる。
For example, as a result of calculation for confirming the uniformity of the reaction gas in the
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、原料ガスをシャワーヘッドの周辺部から導入した場合に、成長室の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、成膜厚や組成比を向上させることができる気相成長装置及び気相成長方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to make uniform the gas concentration distribution on the surface of the substrate to be processed in the growth chamber when the source gas is introduced from the peripheral portion of the shower head. An object of the present invention is to provide a vapor phase growth apparatus and a vapor phase growth method that can improve the film thickness and composition ratio.
本発明の気相成長装置は、上記課題を解決するために、成長室に対向して設けられたガス供給手段から成長室内に原料ガスをシャワー状に供給して該成長室内の被処理基板に気相成長を行う気相成長装置において、上記ガス供給手段は、外周において環状に設けられて上記原料ガスが導入される外環流路と、上記外環流路の内側に設けられ、かつ上記原料ガスを通す開口を有する開口付き内側壁と、上記開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室と、上記中間室の下流側に位置して複数のガス吐出孔を有するシャワープレートとを備えていると共に、上記中間室には、該中間室の周辺部を積層方向の複数層に仕切る隔壁が設けられていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the vapor phase growth apparatus of the present invention supplies a raw material gas into a growth chamber from a gas supply means provided opposite to the growth chamber into a growth chamber and applies it to a substrate to be processed in the growth chamber. In the vapor phase growth apparatus for performing vapor phase growth, the gas supply means is provided in an annular shape on the outer periphery, the outer ring channel into which the source gas is introduced, the inner ring channel, and the source gas. An inner wall with an opening having an opening therethrough, an intermediate chamber of a source gas located inside the inner wall with the opening, and a shower plate having a plurality of gas discharge holes located downstream of the intermediate chamber In addition, the intermediate chamber is provided with a partition wall that partitions the peripheral portion of the intermediate chamber into a plurality of layers in the stacking direction.
本発明の気相成長方法は、上記課題を解決するために、成長室に対向して設けられたガス供給手段から成長室内に原料ガスをシャワー状に供給して該成長室内の被処理基板に気相成長を行う気相成長方法において、外周において環状に設けられた上記ガス供給手段の外環流路に上記原料ガスを導入し、上記外環流路の内側に設けられた開口付き内側壁の開口から上記原料ガスを該開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室に、該中間室の周辺部において積層方向の複数層に隔壁にて仕切られた部分を介して通し、上記中間室の下流側に位置するシャワープレートの複数のガス吐出孔から成長室内に原料ガスをシャワー状に供給して気相成長を行うことを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, the vapor phase growth method of the present invention supplies a source gas into the growth chamber in a shower form from a gas supply means provided facing the growth chamber, and applies it to the substrate to be processed in the growth chamber. In the vapor phase growth method for performing vapor phase growth, the raw material gas is introduced into the outer ring channel of the gas supply means provided in an annular shape on the outer periphery, and the opening of the inner wall with the opening provided inside the outer ring channel Through the intermediate gas chamber located inside the inner wall with the opening, through a portion partitioned by a plurality of layers in the stacking direction at the periphery of the intermediate chamber, and the intermediate chamber The source gas is supplied into the growth chamber in a shower form from a plurality of gas discharge holes of the shower plate located on the downstream side, and vapor phase growth is performed.
上記の発明によれば、ガス供給手段は、外周において環状に設けられて上記原料ガスが導入される外環流路と、上記外環流路の内側に設けられ、かつ上記原料ガスを通す開口を有する開口付き内側壁と、上記開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室と、上記中間室の下流側に位置して複数のガス吐出孔を有するシャワープレートとを備えている。 According to the invention described above, the gas supply means has an outer ring channel that is annularly provided on the outer periphery and into which the source gas is introduced, and an opening that is provided inside the outer ring channel and through which the source gas passes. An inner wall with an opening, a source gas intermediate chamber located inside the inner wall with an opening, and a shower plate having a plurality of gas discharge holes located downstream of the intermediate chamber.
このため、外環流路から中間室に原料ガスを通すことによって、シャワープレートの上部の空間を有効活用でき、気相成長装置全体の薄型化を図ることができる。 For this reason, by passing the source gas from the outer ring channel to the intermediate chamber, the space above the shower plate can be effectively utilized, and the entire vapor phase growth apparatus can be thinned.
ところで、外環流路から中間室に原料ガスを通す場合、中間室の周辺部のガス流速は大きく、中間室の中央部に奥入りするほどガス流速は小さくなる。この結果、シャワープレートの複数のガス吐出孔から成長室に吐出される原料ガスは、シャワープレートの周辺部でガス流速が大きく、シャワープレートの中央部に奥入りするほどガス流速は小さくなる。この結果、成長室の被処理基板では、均一に原料ガスが供給されないことになる。 By the way, when the source gas is passed from the outer ring flow path to the intermediate chamber, the gas flow velocity in the peripheral portion of the intermediate chamber is large, and the gas flow velocity decreases as it goes deeper into the central portion of the intermediate chamber. As a result, the source gas discharged into the growth chamber from the plurality of gas discharge holes of the shower plate has a high gas flow rate at the periphery of the shower plate, and the gas flow rate decreases as it goes deeper into the center of the shower plate. As a result, the source gas is not uniformly supplied to the substrate to be processed in the growth chamber.
そこで、本発明では、中間室には、該中間室の周辺部を積層方向の複数層に仕切る隔壁が設けられている。すなわち、中間室の中央部よりも外周側の周辺部には、シャワープレートと平行に1個又は複数の隔壁が設けられている。 Therefore, in the present invention, the intermediate chamber is provided with a partition that partitions the peripheral portion of the intermediate chamber into a plurality of layers in the stacking direction. That is, one or a plurality of partition walls are provided in parallel to the shower plate in the peripheral portion on the outer peripheral side of the central portion of the intermediate chamber.
このため、中間室の周辺部における隔壁の反シャワープレート側を通る原料ガスは、中間室の中央部まで奥入りした後、シャワープレートの中央部における複数のガス吐出孔から成長室に吐出される。一方、中間室の周辺部における隔壁のシャワープレート側を通る原料ガスは、中間室の周辺部にて、シャワープレートの周辺部における複数のガス吐出孔から成長室に吐出される。 For this reason, the raw material gas passing through the counter-shower plate side of the partition wall in the peripheral part of the intermediate chamber enters the central part of the intermediate chamber and is then discharged from the plurality of gas discharge holes in the central part of the shower plate to the growth chamber. . On the other hand, the source gas that passes through the shower plate side of the partition wall in the peripheral portion of the intermediate chamber is discharged into the growth chamber from the plurality of gas discharge holes in the peripheral portion of the shower plate in the peripheral portion of the intermediate chamber.
この結果、原料ガスは、シャワープレートの周辺部と中央部との両方からバランスよく複数のガス吐出孔から成長室に吐出されることになる。 As a result, the source gas is discharged from the plurality of gas discharge holes into the growth chamber in a balanced manner from both the peripheral portion and the central portion of the shower plate.
したがって、原料ガスをシャワーヘッドの周辺部から導入した場合に、成長室の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、成膜厚や組成比を向上させることができる気相成長装置及び気相成長方法を提供することができる。 Therefore, when the source gas is introduced from the peripheral portion of the shower head, the gas concentration distribution on the substrate surface to be processed in the growth chamber can be made uniform, and the film thickness and composition ratio can be improved. A growth apparatus and a vapor deposition method can be provided.
本発明の気相成長装置では、前記隔壁は、中間室の周辺部を3層以上に仕切る2個以上からなっていると共に、シャワープレートから遠ざかる隔壁ほど、中間室の中央にまで延びているとすることが可能である。 In the vapor phase growth apparatus of the present invention, the partition wall is composed of two or more partitioning the peripheral portion of the intermediate chamber into three or more layers, and the partition wall farther from the shower plate extends to the center of the intermediate chamber. Is possible.
これにより、隔壁は、中間室の周辺部を3層以上に仕切る2個以上からなっているので、外環流路から中間室へは3層以上に分割して通される。ここで、本発明では、シャワープレートから遠ざかる隔壁ほど、中間室の中央にまで延びている。このため、シャワープレートから遠ざかる層を流れる原料ガスほど、中間室の中央部まで奥入りすると共に、隔壁の数に伴ってその奥入り距離が分割される。この結果、シャワープレートの周辺部から中央部に至るまでさらにバランスよく複数のガス吐出孔から成長室に原料ガスを吐出させることができる。また、この構成は、気相成長装置の大型化に有利となる。 As a result, the partition wall is composed of two or more partitions that divide the peripheral portion of the intermediate chamber into three or more layers, so that the partition wall is divided into three or more layers from the outer ring passage. Here, in this invention, the partition farther from the shower plate extends to the center of the intermediate chamber. For this reason, the source gas flowing through the layer farther from the shower plate goes deeper into the center of the intermediate chamber, and the depth is divided according to the number of partition walls. As a result, the source gas can be discharged from the plurality of gas discharge holes into the growth chamber in a more balanced manner from the periphery to the center of the shower plate. This configuration is advantageous for increasing the size of the vapor phase growth apparatus.
本発明の気相成長装置では、前記隔壁には、貫通穴が形成されているとすることが可能である。 In the vapor phase growth apparatus of the present invention, it is possible that a through hole is formed in the partition wall.
これにより、隔壁の自由端側での原料ガスの急激な合流を回避し、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布を均一化するように適宜微調整することが可能である。 Thus, it is possible to appropriately finely adjust the gas concentration distribution on the surface of the substrate to be processed in the growth chamber so as to avoid a sudden merging of the source gases on the free end side of the partition wall.
また、例えば、複数の原料ガスを用いて中間室を複数層に区分する場合に、隔壁は下層を貫通する貫通管を通すことが可能となり、隔壁の組み付け及び交換が容易になると共に、シャワーヘッドの中間室は単純な構造を取ることが可能となり、気相成長装置を安価に製作できる。 Further, for example, when the intermediate chamber is divided into a plurality of layers using a plurality of source gases, the partition wall can be passed through a through pipe penetrating the lower layer, and the assembly and replacement of the partition wall are facilitated, and the shower head The intermediate chamber can have a simple structure, and a vapor phase growth apparatus can be manufactured at low cost.
本発明の気相成長装置では、前記隔壁における貫通穴の単位面積当りの開口面積は、前記中間室の周辺部よりも中央の方に向かうほど大きくなっていることが好ましい。 In the vapor phase growth apparatus of the present invention, the opening area per unit area of the through hole in the partition wall is preferably larger toward the center than the peripheral portion of the intermediate chamber.
すなわち、隔壁に貫通穴が存在しない場合には、隔壁の自由端側つまり中間室の中央部においては、隔壁の反シャワープレート側を通る原料ガスと隔壁のシャワープレート側を通る原料ガスとが合流する部分の流速の増加は急激な変化となり、乱流が発生する可能性がある。 That is, when there is no through hole in the partition, the source gas passing through the partition opposite the shower plate and the source gas passing through the partition shower plate are merged at the free end side of the partition, that is, in the center of the intermediate chamber. The increase in the flow velocity of the part that changes is abrupt, and turbulence may occur.
この点、本発明では、隔壁における貫通穴の単位面積当りの開口面積は中間室の周辺部よりも中央の方に向かうほど大きくなっているので、隔壁の反シャワープレート側を通る原料ガスは中間室の中央に原料ガスが向かうに伴って徐々に隔壁のシャワープレート側を通る原料ガスに流入する。 In this regard, in the present invention, the opening area per unit area of the through hole in the partition wall is larger toward the center than the peripheral part of the intermediate chamber, so that the source gas passing through the partition wall on the side opposite to the shower plate is intermediate As the source gas moves toward the center of the chamber, it gradually flows into the source gas passing through the shower plate side of the partition wall.
この結果、隔壁の自由端における、隔壁の反シャワープレート側を通る原料ガスと隔壁のシャワープレート側を通る原料ガスとが合流する部分の流速の急激な増加及び乱流の発生を緩和することができる。 As a result, at the free end of the partition wall, it is possible to mitigate the rapid increase in flow velocity and the occurrence of turbulence in the portion where the source gas passing through the partition opposite the shower plate side and the source gas passing through the partition wall shower plate side merge. it can.
したがって、成長室の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、成膜厚や組成比を向上させることができる。 Therefore, the gas concentration distribution on the surface of the substrate to be processed in the growth chamber can be made uniform, and the film thickness and composition ratio can be improved.
本発明の気相成長装置では、前記隔壁は、中間室の中央に向かうに伴ってシャワープレートから遠ざかるように傾斜して設けられているとすることが可能である。 In the vapor phase growth apparatus of the present invention, the partition may be provided so as to be inclined away from the shower plate toward the center of the intermediate chamber.
これにより、シャワープレートから遠ざかる層を流れる原料ガスほど、中間室の中央部まで奥入りするに伴って流速が速くなり、中間室の中央部まで奥入りし易くなる。 Thereby, as the source gas flowing through the layer moving away from the shower plate goes into the middle part of the intermediate chamber, the flow velocity increases, and it becomes easier to go into the middle part of the intermediate chamber.
したがって、原料ガスをシャワーヘッドの周辺部から導入した場合に、成長室の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、成膜厚や組成比を向上させることができる。 Therefore, when the source gas is introduced from the peripheral portion of the shower head, the gas concentration distribution on the surface of the substrate to be processed in the growth chamber can be made uniform, and the film thickness and composition ratio can be improved.
本発明の気相成長装置では、前記隔壁は、前記開口付き内側壁に設けられた開口を横切る位置に設けられているとすることが可能である。すなわち、外環流路から開口付き内側壁の開口を通して中間室に原料ガスが流入するときの、中間室の周辺部における積層方向の隣接する層へ開口は1個になって共通となっており、積層方向の隣接する層へ開口が共有されている。 In the vapor phase growth apparatus of the present invention, the partition may be provided at a position crossing the opening provided on the inner wall with the opening. That is, when the source gas flows into the intermediate chamber through the opening of the inner wall with the opening from the outer ring flow path, the opening is adjacent to the adjacent layer in the stacking direction in the peripheral portion of the intermediate chamber, and is common. An opening is shared by adjacent layers in the stacking direction.
これにより、中間室の周辺部における積層方向の各層を流れる原料ガスの流量を調整するための流量調整部の複数個分を1個に共有することになり、流量調整用バルブを減らすことができる。この結果、単純な構造を取ることが可能となり、安価に製作できる。 As a result, a plurality of flow rate adjusting parts for adjusting the flow rate of the source gas flowing through each layer in the stacking direction in the peripheral part of the intermediate chamber are shared with one, and the flow rate adjusting valves can be reduced. . As a result, a simple structure can be obtained, and it can be manufactured at a low cost.
本発明の気相成長装置では、前記隔壁は、前記開口付き内側壁とは非接触に設けられているとすることが可能である。 In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, the partition may be provided in non-contact with the inner wall with the opening.
これにより、非接触の領域では、隔壁が無い分、流路抵抗を小さくすることができる。この結果、この非接触の領域における原料ガスの流速が増大し、原料ガスを中間室の中央部まで奥入りし易くさせることができる。 Thereby, in a non-contact area | region, a flow path resistance can be made small because there is no partition. As a result, the flow velocity of the raw material gas in this non-contact region increases, and the raw material gas can be easily penetrated into the central portion of the intermediate chamber.
尚、本構成によっても、流量調整部の複数個分を1個に共有することになり、流量調整用バルブを減らすことができる。また、隔壁の面積を低減し、隔壁の材料コストを低減することができる。 In this configuration as well, a plurality of flow rate adjustment units are shared by one, and the number of flow rate adjustment valves can be reduced. Moreover, the area of a partition can be reduced and the material cost of a partition can be reduced.
本発明の気相成長装置では、前記隔壁は、中間室の中央側端部に、シャワープレート側に折曲又は湾曲した曲部を有しているとすることが可能である。 In the vapor phase growth apparatus of the present invention, the partition wall may have a bent portion bent or curved on the shower plate side at the center side end portion of the intermediate chamber.
これにより、中間部の周辺部におけるシャワープレート側の層を流れる原料ガスを強制的にシャワープレート側に向かわせるようにすることができる。このため、各隔壁の平面領域毎におけるガス吐出孔から成長室に吐出するときの流速を考慮すればよいので、原料ガスの流速の制御が容易となる。 Thereby, the source gas flowing through the layer on the shower plate side in the peripheral part of the intermediate part can be forcibly directed to the shower plate side. For this reason, it is only necessary to consider the flow rate when discharging from the gas discharge hole to the growth chamber in each planar region of each partition wall, so that the control of the flow rate of the source gas is facilitated.
本発明の気相成長装置では、前記隔壁の曲部は、先端がシャワープレート側の中間室表面又はシャワープレートに当接しているとすることが可能である。 In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, the bent portion of the partition wall may be in contact with the surface of the intermediate chamber on the shower plate side or the shower plate.
これにより、確実に、各隔壁の平面領域毎におけるガス吐出孔から成長室に吐出するときの流速を考慮すればよいので、原料ガスの流速の制御が容易となる。 This makes it easy to control the flow rate of the source gas because the flow rate at the time of discharge from the gas discharge hole in each planar region of each partition wall to the growth chamber is taken into consideration.
本発明の気相成長装置では、前記中間室は、分離板により区切られて異なる種類の原料ガスをそれぞれ収容する複数の積層配置された個別中間室からなっていると共に、上記積層配置された個別中間室におけるシャワープレート側の個別中間室には、上記シャワープレートにおける、異なる種類の原料ガスを供給する複数のガス吐出孔に接続された、上記シャワープレート側の個別中間室よりも反シャワープレート側の個別中間室に連通する個別ガス供給管が貫通して設けられているとすることができる。 In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, the intermediate chamber is composed of a plurality of stacked individual intermediate chambers that are separated by a separation plate and accommodate different kinds of source gases, respectively, and the stacked stacked individual chambers. The individual intermediate chamber on the shower plate side in the intermediate chamber is connected to a plurality of gas discharge holes for supplying different types of source gases in the shower plate, and is on the side opposite to the shower plate than the individual intermediate chamber on the shower plate side. It can be assumed that an individual gas supply pipe communicating with the individual intermediate chamber is provided through.
すなわち、本発明では、中間室が複数の積層配置された個別中間室からなっており、個別中間室におけるシャワープレート側の個別中間室には、シャワープレート側の個別中間室よりも反シャワープレート側の個別中間室に連通する個別ガス供給管が貫通して設けられている。 That is, in the present invention, the intermediate chamber is composed of a plurality of stacked individual intermediate chambers, and the individual intermediate chamber on the shower plate side in the individual intermediate chamber is located on the side opposite to the shower plate than the individual intermediate chamber on the shower plate side. An individual gas supply pipe communicating with the individual intermediate chamber is provided therethrough.
このように、個別中間室に個別ガス供給管が林立して設けられているときには、外環流路から個別中間室に原料ガスを通す場合、個別中間室の周辺部のガス流速は大きく、個別中間室の中央部に奥入りするほど林立する個別ガス供給管の抵抗によりガス流速は特に小さくなる。 As described above, when the individual gas supply pipes are provided in the individual intermediate chamber in a forested manner, when the raw material gas is passed from the outer ring channel to the individual intermediate chamber, the gas flow velocity in the peripheral portion of the individual intermediate chamber is large, The gas flow velocity becomes particularly small due to the resistance of the individual gas supply pipes that stand in the center of the chamber.
この点、本発明では、中間室における個別中間室の周辺部を積層方向の複数層に仕切る隔壁が設けられているので、原料ガスは、シャワープレートの周辺部と中央部との両方からバランスよく複数のガス吐出孔から成長室に吐出されることになる。 In this respect, in the present invention, since the partition wall that partitions the peripheral portion of the individual intermediate chamber in the intermediate chamber into a plurality of layers in the stacking direction is provided, the source gas is balanced from both the peripheral portion and the central portion of the shower plate. A plurality of gas discharge holes are discharged into the growth chamber.
したがって、原料ガスをシャワーヘッドの周辺部から導入した場合に、成長室の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、成膜厚や組成比を向上させることができる気相成長装置を提供することができる。 Therefore, when the source gas is introduced from the peripheral portion of the shower head, the gas concentration distribution on the substrate surface to be processed in the growth chamber can be made uniform, and the film thickness and composition ratio can be improved. A growth apparatus can be provided.
本発明の気相成長装置では、前記シャワープレートと中間室との間に冷却手段が設けられているとすることが可能である。 In the vapor phase growth apparatus according to the present invention, a cooling means may be provided between the shower plate and the intermediate chamber.
これにより、シャワーヘッドの周辺部から導入した場合に、原料ガスを冷却手段にて冷却できると共に、成長室の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、成膜厚や組成比を向上させることができる気相成長装置を提供することができる。 Thereby, when introduced from the peripheral part of the shower head, the source gas can be cooled by the cooling means, and the gas concentration distribution on the surface of the substrate to be processed in the growth chamber can be made uniform, and the film thickness and composition can be increased. A vapor phase growth apparatus that can improve the ratio can be provided.
本発明の気相成長装置は、以上のように、ガス供給手段は、外周において環状に設けられて上記原料ガスが導入される外環流路と、上記外環流路の内側に設けられ、かつ上記原料ガスを通す開口を有する開口付き内側壁と、上記開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室と、上記中間室の下流側に位置して複数のガス吐出孔を有するシャワープレートとを備えていると共に、上記中間室には、該中間室の周辺部を積層方向の複数層に仕切る隔壁が設けられているものである。 As described above, in the vapor phase growth apparatus of the present invention, the gas supply means is provided in an annular shape on the outer periphery, the outer ring channel into which the source gas is introduced, the inner side of the outer ring channel, and the above An inner wall with an opening having an opening through which the source gas passes, an intermediate chamber of the source gas located inside the inner wall with the opening, and a shower plate having a plurality of gas discharge holes located on the downstream side of the intermediate chamber The intermediate chamber is provided with a partition that partitions the peripheral portion of the intermediate chamber into a plurality of layers in the stacking direction.
本発明の気相成長方法は、以上のように、外周において環状に設けられた上記ガス供給手段の外環流路に上記原料ガスを導入し、上記外環流路の内側に設けられた開口付き内側壁の開口から上記原料ガスを該開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室に、該中間室の周辺部において積層方向の複数層に隔壁にて仕切られた部分を介して通し、上記中間室の下流側に位置するシャワープレートの複数のガス吐出孔から成長室内に原料ガスをシャワー状に供給して気相成長を行う方法である。 As described above, the vapor phase growth method of the present invention introduces the source gas into the outer ring channel of the gas supply means provided in a ring shape on the outer periphery, and has an inner side with an opening provided inside the outer ring channel. Passing the source gas from the opening of the wall to the intermediate chamber of the source gas located inside the inner wall with the opening, through a portion partitioned by a partition wall in a stacking direction at the periphery of the intermediate chamber, In this method, the source gas is supplied in a shower form from a plurality of gas discharge holes of the shower plate located on the downstream side of the intermediate chamber into the growth chamber to perform vapor phase growth.
それゆえ、原料ガスをシャワーヘッドの周辺部から導入した場合に、成長室の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、成膜厚や組成比を向上させることができる気相成長装置及び気相成長方法を提供することができるという効果を奏する。 Therefore, when the source gas is introduced from the periphery of the shower head, the gas concentration distribution on the surface of the substrate to be processed in the growth chamber can be made uniform, and the film thickness and composition ratio can be improved. There is an effect that a phase growth apparatus and a vapor phase growth method can be provided.
〔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17に基づいて説明すれば、以下の通りである。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図2に、本実施の形態の気相成長装置としてのMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相堆積)装置の一例である縦型シャワーヘッド型のMOCVD装置10の模式的な構成の一例を示す。
FIG. 2 shows an example of a schematic configuration of a vertical showerhead
本実施の形態のMOCVD装置10は、図2に示すように、中空部である成長室1を有する反応炉2と、被処理基板3を載置するサセプタ4と、上記サセプタ4に対向しかつ底面にシャワープレート21を持つガス供給手段としてのシャワーヘッド20とを含んでいる。
As shown in FIG. 2, the
上記サセプタ4の下側には被処理基板3を加熱するヒータ5及び支持台6が設けられており、支持台6に取り付けた回転軸7が図示しないアクチュエータ等によって回転することにより、上記サセプタ4及びヒータ5が、サセプタ4の上面(シャワープレート21側の面)が対向するシャワープレート21と平行な状態を保ちながら回転するようになっている。上記サセプタ4、ヒータ5、支持台6及び回転軸7の周囲には、ヒータカバーである被覆板8が、これらサセプタ4、ヒータ5、支持台6及び回転軸7を取り囲むように設けられている。
A
また、MOCVD装置10は、成長室1の内部のガスを周辺のガス排出口1aを通して外部に排出するためのガス排出部11と、このガス排出部11に接続されたパージライン12と、このパージライン12に接続された排ガス処理装置13とを有している。これにより、成長室1の内部に導入されたガスはガス排出部11を通して成長室1の外部に排出され、排出されたガスはパージライン12を通って排ガス処理装置13に導入され、排ガス処理装置13において無害化される。
Further, the
さらに、MOCVD装置10は、III 族元素を含む原料ガスとしてのIII 族系ガスの供給源となるIII 族系ガス供給源31と、このIII 族系ガス供給源31から供給されたIII 族系ガスをシャワーヘッド20に供給するためのIII 族系ガス配管32と、III 族系ガス供給源31から供給されるIII 族系ガスの供給量を調節することができるIII 族系ガス供給量調節部としてのマスフローコントローラ33とを有している。上記III 族系ガス供給源31は、III 族系ガス配管32によって、マスフローコントローラ33を介して、シャワーヘッド20のIII 族系ガス供給部23に接続されている。
Furthermore, the
尚、本実施の形態において、III 族元素としては、例えば、Ga(ガリウム)、Al(アルミニウム)又はIn(インジウム)等があり、III 族元素を含むIII 族系ガスとしては、例えば、トリメチルガリウム(TMG)又はトリメチルアルミニウム(TMA)等の有機金属ガスのうち1種類以上を用いることができる。 In this embodiment, examples of the group III element include Ga (gallium), Al (aluminum), and In (indium), and examples of the group III gas containing the group III element include trimethylgallium. One or more of organic metal gases such as (TMG) or trimethylaluminum (TMA) can be used.
また、このMOCVD装置10は、V族元素を含む原料ガスとしてのV族系ガスの供給源となるV族系ガス供給源34と、V族系ガス供給源34から供給されたV族系ガスをシャワーヘッド20に供給するためのV族系ガス配管35と、V族系ガス供給源34から供給されるV族系ガスの供給量を調節することができるV族系ガス供給量調節部であるマスフローコントローラ36とを有している。上記V族系ガス供給源34は、V族系ガス配管35によって、マスフローコントローラ36を介してシャワーヘッド20のV族系ガス供給部24に接続されている。
Further, the
尚、本実施の形態において、V族元素としては、例えば、N(窒素)、P(リン)又はAs(ヒ素)等があり、V族元素を含むV族系ガスとしては、例えば、アンモニア(NH3 )、ホスフィン(PH3 )又はアルシン(AsH3 )等の水素化合物ガスのうち1種類以上を用いることができる。 In this embodiment, examples of the group V element include N (nitrogen), P (phosphorus), and As (arsenic), and examples of the group V gas including the group V element include ammonia ( One or more of hydrogen compound gases such as NH 3 ), phosphine (PH 3 ), or arsine (AsH 3 ) can be used.
上記マスフローコントローラ33・36は図示しない制御部にて制御されるようになっている。
The
また、本実施の形態では、III 族系ガス供給部23とシャワープレート21との間に冷却手段としての冷水供給部22が設けられており、この冷水供給部22には、シャワープレート21を冷却するために、冷水系配管37により水冷装置38から冷水が供給されるようになっている。尚、本実施の形態では、冷水供給部22は冷却水を供給するようになっているが、必ずしも水に限らず、他の液体及び気体による冷媒を用いることが可能である。
In the present embodiment, a cold
次に、図3を用いてシャワーヘッド20の構成を説明する。
Next, the structure of the
シャワーヘッド20は、図3に示すように、下から順番に、シャワープレート21、冷水供給部22、III 族系ガス供給部23、及びV族系ガス供給部24が積層されて構成されている。
As shown in FIG. 3, the
上記シャワープレート21、冷水供給部22、III 族系ガス供給部23、及びV族系ガス供給部24は積層配置であるため、本実施の形態では、V族系ガス供給部24における中間室及び個別中間室としてのV族系ガスバッファエリア24bのV族系ガスは、中間室及び個別中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア23b、及び冷水系バッファエリア22bを貫通して設けられた個別ガス供給管としてのV族系ガス供給管24cを通してシャワープレート21のガス吐出孔としてのV族系ガス吐出孔H5から成長室1に吐出される。
Since the
また、III 族系ガス供給部23におけるIII 族系ガスバッファエリア23bのIII 族系ガスは、冷却手段としての冷水系バッファエリア22bを貫通して設けられたIII 族系ガス供給管23cを通してシャワープレート21のガス吐出孔としてのIII 族系ガス吐出孔H3から成長室1に吐出される。
The group III gas in the group III
以下、それぞれについて、詳細に説明する。 Hereinafter, each will be described in detail.
まず、図4(a)に、図2に示すMOCVD装置10に用いられるシャワープレート21の一例の模式的な平面図を示す。
First, FIG. 4A shows a schematic plan view of an example of the
シャワープレート21には、成長室1にIII 族系ガスを供給するためのIII 族系ガス吐出孔H3、及びV族系ガスを供給するためのガス吐出孔としてのV族系ガス吐出孔H5がそれぞれ複数形成されている。そして、シャワープレート21の面内(前記サセプタ4に向かい合っている表面内)において、III 族系ガス吐出孔H3とV族系ガス吐出孔H5とが交互に配列されている。図4(a)に示す例においては、III 族系ガス吐出孔H3及びV族系ガス吐出孔H5の配列方向は、水平方向及び垂直方向となっている。つまり、格子状となっている。ただし、この格子は正方格子に限らず、菱形の格子等でもよい。また、図4(a)に示す構成のシャワープレート21における、III 族系ガス吐出孔H3の開口部の面積と、V族系ガス吐出孔H5の開口部の面積とは同一となっている。
The
図4(b)は、シャワープレート21の他の例における模式的な平面図を示す。シャワープレート21の複数のIII 族系ガス吐出孔H3及びV族系ガス吐出孔H5は、放射方向外側の開口率が放射方向内側の開口率よりも小さくなっている。
FIG. 4B is a schematic plan view of another example of the
具体的には、例えば、中央部21aと周辺部21bとの違いによって、中央部21aでは孔径を大きくし、周辺部21bでは孔径を小さくしている。これにより、周辺部21bでのガスの流量を抑制することができる。尚、図4(b)に示すように、周辺部21bでIII 族系ガス吐出孔H3及びV族系ガス吐出孔H5の孔径を小さくした場合においても、III 族系ガス吐出孔H3の開口部の面積と、V族系ガス吐出孔H5の開口部の面積とは同一となっている。勿論、中央部21aにおいても、III 族系ガス吐出孔H3の開口部の面積と、V族系ガス吐出孔H5の開口部の面積とは同一となっている。
Specifically, for example, due to the difference between the
尚、放射方向外側の開口率が放射方向内側の開口率よりも小さくする方法としては、必ずしもこれに限らない。例えば、外周部としての周辺部21bのIII 族系ガス吐出孔H3及びV族系ガス吐出孔H5の配設密度が、内周部としての中央部21aのIII 族系ガス吐出孔H3及びV族系ガス吐出孔H5の配設密度よりも小さいとすることも可能である。
Note that the method of making the aperture ratio on the radially outer side smaller than the aperture ratio on the radially inner side is not necessarily limited to this. For example, the arrangement density of the group III gas discharge holes H3 and the group V gas discharge holes H5 in the
次に、冷水供給部22は、図3に示すシャワープレート21を一定の温度以下に冷却することによって、シャワープレート21への反応生成物の付着を抑制し、III 族系ガス吐出孔H3及びV族系ガス吐出孔H5の目詰まりを防止する。
Next, the chilled
次に、各ガス供給部について説明する。 Next, each gas supply part is demonstrated.
図3に示すように、III 族系ガス供給部23は、シャワーヘッド20の例えば周辺部から供給されたIII 族系ガスを均一にIII 族系ガス吐出孔H3に導くため、外環流路としてのIII 族系ガス外環流路23aと、III 族系ガスバッファエリア23bと、このIII 族系ガスバッファエリア23bから成長室1に連通する個別ガス供給管としてのIII 族系ガス供給管23cとにより構成されている。尚、III 族系ガス供給管23cの断面は、必ずしも円形に限ることはなく、角管、楕円管又はその他の断面でもよい。また、本発明では、冷水供給部22が無い場合には、III 族系ガス供給管23cはなくても良い。その場合には、III 族系ガスバッファエリア23bのIII 族系ガスはIII 族系ガス吐出孔H3から吐出される。
As shown in FIG. 3, the group III-based
一方、同様に、V族系ガス供給部24は、シャワーヘッド20の周辺部より供給された反応ガスを均一にV族系ガス吐出孔H5に導くため、外環流路としてのV族系ガス外環流路24aと、V族系ガスバッファエリア24bと、個別ガス供給管としてのV族系ガス供給管24cとにより構成されている。尚、V族系ガス供給管24cの断面についても、必ずしも円形に限ることはなく、角管、楕円管又はその他の断面でもよい。
On the other hand, similarly, the V group
ここで、図5は、V族系ガス外環流路24aの斜視図である(III 族系ガス外環流路23aも構造は同じであるため説明は省略する。)。
Here, FIG. 5 is a perspective view of the group V gas outer
例えば、V族系ガス外環流路24aの横方向から供給されたV族系ガスは、V族系ガス外環流路24aの内周側に均等配置された複数の開口HIN5を有する開口付き内側壁としての開口付き仕切り24dを介して、半径方向の内部に均一にV族系ガスバッファエリア24bへ供給される。そして、V族系ガスバッファエリア24bのV族系ガスは、前記複数のV族系ガス供給管24cを通って、V族系ガス吐出孔H5から成長室1へ供給される。
For example, the V-group gas supplied from the lateral direction of the V-group gas
すなわち、図3に示すように、III 族系ガスバッファエリア23b内には、V族系ガス供給管24cが、それぞれのガスが混合しないよう分離されて配置されている。つまり、III 族系ガスバッファエリア23bの平面においては、III 族系ガス吐出孔H3の位置には、III 族系ガスバッファエリア23bからIII 族系ガス吐出孔H3へ連通されるIII 族系ガス供給管23cが配置されていると共に、V族系ガス吐出孔H5の位置には、V族系ガスバッファエリア24bからV族系ガス吐出孔H5に連通されるV族系ガス供給管24cが柱のように林立していることになる。
That is, as shown in FIG. 3, a group V
次に、本実施の形態のMOCVD装置10におけるシャワーヘッド20の特徴的な構成について、図1及び前記図3に基づいて説明する。図1は、III 族系ガスバッファエリア23bの内部構造詳細を示す縦断面図である。尚、図1においては、シャワーヘッド20における右半分の構造のみを示している。
Next, the characteristic structure of the
本実施の形態のシャワーヘッド20におけるIII 族系ガスバッファエリア23bには、このIII 族系ガスバッファエリア23bの周辺部を複数層である例えば2層に仕切る隔壁40が設けられている。
The group III
これにより、III 族系ガス外環流路23aの開口付き内側壁としての開口付き仕切り23dから均一にIII 族系ガスバッファエリア23bへIII 族系ガスが供給される。このIII 族系ガスは、複数のIII 族系ガス吐出孔H3を通って、成長室1へ送られる。
As a result, the group III gas is uniformly supplied from the
このとき、図15及び図16に示すように、比較例のシャワーヘッド20’の構成では、III 族系ガスバッファエリア23bに隔壁40がないため、圧力損失により、図17に示すように、周辺部に比べて中央部での流速は遅くなり、III 族系ガス吐出孔H3から成長室1へ送り込まれるガス量が、中央部と周辺部で異なってしまう。
At this time, as shown in FIG. 15 and FIG. 16, in the structure of the
これに対して、図1に示す本実施の形態のシャワーヘッド20のように、III 族系ガスバッファエリア23bの周辺部を積層方向に複数の領域に仕切る隔壁40を設けることによって、図6に示すように、III 族系ガスバッファエリア23bの周辺部と中央部での流速は略等しくなり、III 族系ガス吐出孔H3から成長室1へ送り込まれるガス量が、中央部と周辺部とで均一となる。尚、このように、III 族系ガスバッファエリア23bを積層方向にのみ仕切ることにより、後述する図9に示す曲部40a近傍に滞留するガスをなくすことが可能となり、滞留するガスの反応によって生じる付着物をなくすことができる。
On the other hand, like the
尚、本実施の形態では、複数層である例えば2層に仕切っているが、必ずしもこれに限らず、例えば、図7に示すように、複数層である例えば3層に仕切る隔壁41・42とすることが可能である。このとき、同図7に示すように、隔壁40が、III 族系ガスバッファエリア23bの周辺部を3層以上に仕切る2以上の隔壁41・42が設けられている場合には、シャワープレート21から遠ざかる隔壁41ほど、III 族系ガスバッファエリア23bの中央にまで延びているとすることができる。すなわち、図7では、隔壁41が隔壁42よりもIII 族系ガスバッファエリア23bの中央部に延びている。
In the present embodiment, it is divided into, for example, two layers which are a plurality of layers. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. Is possible. At this time, as shown in FIG. 7, when the
また、本実施の形態では、図8に示すように、隔壁41・42のうち、例えば、隔壁41は、開口付き内側壁としての開口付き仕切り23dとは非接触に設けられている隔壁41’とすることができる。尚、開口付き仕切り23dとは非接触に設けられているのが、隔壁42であってもよい。また、隔壁が一つの場合の隔壁40においても、開口付き仕切り23dと非接触に設けられていてもよい。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 8, of the
また、本実施の形態では、図9に示すように、隔壁40はIII 族系ガスバッファエリア23bの中央側端部にて、シャワープレート21側に90度折曲された曲部40aを有しているとすることができる。また、この構成において、隔壁40の曲部40aは、先端がシャワープレート21に当接しているとすることができる。
Moreover, in this Embodiment, as shown in FIG. 9, the
これにより、図10に示すように、III 族系ガスバッファエリア23b内の流れの方向を半径方向に規制することができる。すなわち、III 族系ガスは、III 族系ガス外環流路23aの開口HIN3からIII 族系ガスバッファエリア23bの内部に向けて放射状に流入され、III 族系ガスバッファエリア23bの中央部では乱流が発生するおそれがあるが、曲部40aを設けることによって乱流を防止することができ、III 族系ガス吐出孔H3から成長室1へ送り込まれるガス量が、III 族系ガスバッファエリア23bの中央部と周辺部とで均一となるようにすることができる。
Thereby, as shown in FIG. 10, the direction of the flow in the group III
尚、上記の構成においては、図11に示すように、隔壁41・42は、III 族系ガスバッファエリア23bの中央側端部にて、シャワープレート21側に湾曲した曲部41a・42aを有しているとすることも可能である。この場合、隔壁が一つの場合である隔壁40に、湾曲した曲部を設けることも可能である。また、曲部40a及び曲部41a・42aの折曲角度は、必ずしも90度に限らず、例えば45度や他の角度でもよい。さらに、曲部40a及び曲部41a・42aは、例えば、穴開き壁や網状であってもよい。
In the above configuration, as shown in FIG. 11, the
また、本実施の形態では、図9に示す隔壁40はIII 族系ガスバッファエリア23bの中央側端部にて、シャワープレート21側に90度折曲された曲部40aを有している構成において、図12に示すように、隔壁40は、開口付き仕切り23dに設けられた開口HIN3を横切る位置に設けられているとすることができる。すなわち、積層方向の隣接する領域の開口HIN3が共有される又は共通であるとすることができる。
Moreover, in this Embodiment, the
これにより、III 族系ガス外環流路23aの開口付き仕切り23dから供給するガス供給口が一つになり、流量調整用のバルブを減らすことができると共に、III 族系ガスバッファエリア23bの周辺部と中央部での流速は略等しくなり、III 族系ガス吐出孔H3から成長室1へ送り込まれるガス量が、中央部と周辺部で均一となる効果も得られる。
As a result, the number of gas supply ports supplied from the
また、本実施の形態では、図13に示すように、III 族系ガスバッファエリア23bの中央に向かって立ち上がるように傾斜して設けられている隔壁43とすることができる。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 13, the
また、同図13に示すように、隔壁43のIII 族系ガスバッファエリア23bの中央側端部には、シャワープレート21に対して、90度に立ち上がる曲部43aが設けられていてもよい。これにより、図14に示すように、III 族系ガスバッファエリア23bの周辺部と中央部との間の領域での流速の減少を小さくすることが可能となり、均一性が良くなる。
As shown in FIG. 13, a
上記構成のMOCVD装置10を用いて、III 族−V族化合物半導体結晶を、MOCVD法により成長させる方法について説明する。
A method for growing a group III-V compound semiconductor crystal by the MOCVD method using the
図2に示すように、まず、サセプタ4上に下地となる被処理基板3が設置される。その後、回転軸7の回転により、サセプタ4の上面に設置された被処理基板3の表面がシャワープレート21と平行な状態を保ちながら回転し、ヒータ5の加熱により、サセプタ4を介して被処理基板3が所定の温度に加熱される。そして、図1に示すように、III 族系ガスバッファエリア23bには隔壁40が設けられているので、III 族系ガスは、シャワープレート21の周辺部21bと中央部21aとの両方からバランスよく複数のIII 族系ガス吐出孔H3から成長室1の内部に被処理基板3の表面に対して垂直方向に導入される。
As shown in FIG. 2, first, the
また、シャワープレート21に形成されているV族系ガス吐出孔H5からV族系ガスが、成長室1の内部に被処理基板3の表面に対して垂直方向に導入される。その結果、被処理基板3の表面上にIII 族−V族化合物半導体結晶が成長することになる。尚、ここでは、III 族系ガスの導入量及びV族系ガスの導入量は、図示しない制御部によってマスフローコントローラ33・36にて制御され、III 族系ガス及びV族系ガスのそれぞれが成長室1の内部に導入されることになる。
A V group gas is introduced into the
III 族系ガス及びV族系ガスは、シャワープレート21に交互に配列されたIII 族系ガス吐出孔H3及びV族系ガス吐出孔H5からそれぞれ導入されていることから、被処理基板3の表面上方におけるIII 族系ガス吐出孔H3とV族系ガス吐出孔H5との分布の偏りを低減することができる。
The group III gas and the group V gas are introduced from the group III gas discharge holes H3 and the group V gas discharge holes H5 alternately arranged on the
III 族系ガスとV族系ガスとが混合し濃度分布が均一となり、ヒータ5による被処理基板3の加熱と相俟ってIII 族系ガスとV族系ガスとの気相反応が被処理基板3の表面近傍において進行する。
The group III gas and the group V gas are mixed to make the concentration distribution uniform, and in combination with the heating of the
したがって、本実施の形態のMOCVD装置10を用いた場合には、従来の特許文献3〜6に記載の装置を用いた場合と比べて、被処理基板3の表面におけるIII 族系ガスとV族系ガスとの気相反応の均一性を向上することができる。
Therefore, when the
尚、上述の説明においては、III 族系ガス及びV族系ガスを導入する場合について説明したが、本発明においては、III 族系ガス及びV族系ガスと共に不活性ガスやドーパント源となるガス等を成長室1に導入してもよい。
In the above description, the case where a group III gas and a group V gas are introduced has been described. However, in the present invention, a gas serving as an inert gas or a dopant source together with a group III gas and a group V gas. Etc. may be introduced into the
また、上述の説明においては、III族系ガス吐出孔H3及びV族系ガス吐出孔H5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、III 族系ガス吐出孔H3及びV族系ガス吐出孔H5の形状は特に限定されず、例えば、矩形又は楕円形等の形状にすることができる。また、本発明においては、III 族系ガス吐出孔H3及びV族系ガス吐出孔H5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。 In the above description, the case where the group III gas discharge hole H3 and the group V gas discharge hole H5 are respectively circular has been described, but in the present invention, the group III gas discharge hole H3 and the group V system are used. The shape of the gas discharge hole H5 is not particularly limited, and can be, for example, rectangular or elliptical. In the present invention, the group III gas discharge hole H3 and the group V gas discharge hole H5 may have the same shape, or at least a part thereof may be different.
また、上述の説明においては、被処理基板3を1枚設置した場合について説明したが、本発明においては、被処理基板3が1枚だけでなく複数枚設置してもよい。
In the above description, the case where one substrate to be processed 3 is installed has been described. However, in the present invention, not only one
また、本発明においては、MOCVD装置を構成する反応炉、シャワープレート及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、MOCVD装置全体が逆転状態の場合、すなわち、原料ガスを下からシャワー状に吹き上げるタイプであってもよい。 Further, in the present invention, it goes without saying that the shapes of the reactor, shower plate and other members constituting the MOCVD apparatus are not limited to the shapes shown in FIG. For example, when the entire MOCVD apparatus is in a reverse state, that is, a type in which the raw material gas is blown out from below is used.
このように、本実施の形態のMOCVD装置10及び気相成長方法では、成長室1に対向して設けられたシャワーヘッド20から成長室1内に原料ガスをシャワー状に供給して該成長室1内の被処理基板3に気相成長を行う。そして、シャワーヘッド20は、外周において環状に設けられて原料ガスが導入されるIII 族系ガス外環流路23a及びV族系ガス外環流路24aと、III 族系ガス外環流路23a及びV族系ガス外環流路24aの内側に設けられ、かつ原料ガスを通す開口HIN3及び開口HIN5を有する開口付き仕切り23d・24dと、開口付き仕切り23d・24dの内側に位置する原料ガスのIII 族系ガスバッファエリア23b及びV族系ガスバッファエリア24bと、III 族系ガスバッファエリア23b及びV族系ガスバッファエリア24bの下流側に位置して複数のIII 族系ガス吐出孔H3及びV族系ガス吐出孔H5を有するシャワープレート21とを備えている。
As described above, in the
このため、III 族系ガス外環流路23a及びV族系ガス外環流路24aからIII 族系ガスバッファエリア23b及びV族系ガスバッファエリア24bにIII 族系ガス及びV族系ガスの原料ガスを通すことによって、シャワープレート21の上部の空間を有効活用でき、MOCVD装置10全体の薄型化を図ることができる。
Therefore, the group III gas and the V group gas source gas are supplied from the group III gas
ところで、III 族系ガス外環流路23a及びV族系ガス外環流路24aからIII 族系ガスバッファエリア23b及びV族系ガスバッファエリア24bに原料ガスを通す場合、III 族系ガスバッファエリア23bの周辺部のガス流速は大きく、III 族系ガスバッファエリア23bの中央部に奥入りするほどガス流速は小さくなる。この結果、シャワープレート21の複数のガス吐出孔H3から成長室1に吐出される原料ガスは、シャワープレート21の周辺部21bでガス流速が大きく、シャワープレート21の中央部21aに奥入りするほどガス流速は小さくなる。この結果、成長室1の被処理基板3では、均一に原料ガスが供給されないことになる。
By the way, when the source gas is passed from the group III gas
そこで、本実施の形態では、III 族系ガスバッファエリア23bには、該III 族系ガスバッファエリア23bの周辺部を積層方向の複数層に仕切る隔壁40が設けられている。すなわち、III 族系ガスバッファエリア23bの中央部よりも外周側の周辺部には、シャワープレート21と平行に1個の隔壁40又は複数の隔壁41・42が設けられている。
Therefore, in the present embodiment, the group III
このため、III 族系ガスバッファエリア23bの周辺部における隔壁40・41・42の反シャワープレート21側を通る原料ガスは、III 族系ガスバッファエリア23bの中央部まで奥入りした後、シャワープレート21の中央部における複数のIII 族系ガス吐出孔H3から成長室1に吐出される。一方、III 族系ガスバッファエリア23bの周辺部における隔壁40・41・42のシャワープレート21側を通る原料ガスは、III 族系ガスバッファエリア23bの周辺部にて、シャワープレート21の周辺部21bにおける複数のIII 族系ガス吐出孔H3から成長室1に吐出される。
For this reason, the source gas passing through the
この結果、原料ガスは、シャワープレート21の周辺部21bと中央部21aとの両方からバランスよく複数のIII 族系ガス吐出孔H3及びV族系ガス吐出孔H5から成長室1に吐出されることになる。
As a result, the source gas is discharged into the
したがって、原料ガスをシャワーヘッド20の周辺部から導入した場合に、成長室1の被処理基板3面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができるMOCVD装置10及び気相成長方法を提供することができる。
Therefore, when the source gas is introduced from the peripheral portion of the
本実施の形態のMOCVD装置10では、III 族系ガスバッファエリア23bの周辺部を3層以上に仕切る2個以上の隔壁41・42が設けられているので、III 族系ガス外環流路23aからIII 族系ガスバッファエリア23bへは3層以上に分割して通される。ここで、本実施の形態では、シャワープレート21から遠ざかる隔壁41ほど、III 族系ガスバッファエリア23bの中央にまで延びている。このため、シャワープレート21から遠ざかる層を流れる原料ガスほど、III 族系ガスバッファエリア23bの中央部まで奥入りすると共に、隔壁41・42の数に伴ってその奥入り距離が分割される。この結果、シャワープレート21の周辺部21bから中央部21aに至るまでさらにバランスよく複数のIII 族系ガス吐出孔H3から成長室1に原料ガスを吐出させることができる。また、この構成は、MOCVD装置10の大型化に有利となる。
In the
また、本実施の形態のMOCVD装置10では、隔壁43は、III 族系ガスバッファエリア23bの中央に向かうに伴ってシャワープレート21から遠ざかるように傾斜して設けられている。本実施の形態では、隔壁43は、III 族系ガスバッファエリア23bの中央に向かうに伴って立ち上がるように傾斜して設けられている。
In the
これにより、シャワープレート21から遠ざかる層を流れる原料ガスほど、III 族系ガスバッファエリア23bの中央部まで奥入りするに伴って流速が速くなり、III 族系ガスバッファエリア23bの中央部まで奥入りし易くなる。したがって、原料ガスをシャワーヘッド20の周辺部から導入した場合に、成長室1の被処理基板3面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができる。
As a result, the flow rate of the source gas flowing through the layer away from the
また、本実施の形態のMOCVD装置10では、隔壁40は、開口付き仕切り23dに設けられた開口HIN3を横切る位置に設けられているとすることが可能である。すなわち、III 族系ガス外環流路23aから開口付き仕切り23dの開口を通してIII 族系ガスバッファエリア23bに原料ガスが流入するときの、III 族系ガスバッファエリア23bの周辺部における積層方向の隣接する層へ開口HIN3は1個になって共通となっており、積層方向の隣接する層へ開口HIN3が共有されている。
Further, in the
これにより、III 族系ガスバッファエリア23bの周辺部における積層方向の各層を流れる原料ガスの流量を調整するための図示しない流量調整部の2個分を1個に共有することになり、図示しない流量調整用バルブを減らすことができる。この結果、単純な構造を取ることが可能となり、安価に製作できる。尚、本実施の形態では、流量調整部の2個分を1個に共有しているが、必ずしもこれに限らず、非接触部分が2段の場合は3個分を1個に共有することになる。すなわち、本発明では、流量調整部の複数個分を1個に共有することができる。
As a result, two flow rate adjusting portions (not shown) for adjusting the flow rate of the source gas flowing through each layer in the stacking direction in the peripheral portion of the group III
また、本実施の形態のMOCVD装置10では、隔壁40・41・42は、開口付き仕切り23dとは非接触に設けられているとすることが可能である。これにより、非接触の領域では、隔壁40・41・42が無い分、流路抵抗を小さくすることができる。この結果、この非接触の領域における原料ガスの流速が増大し、原料ガスをIII 族系ガスバッファエリア23bの中央部まで奥入りし易くさせることができる。尚、本構成によっても、図示しない流量調整部の2個分を1個に共有することになり、図示しない流量調整用バルブを減らすことができる。尚、本発明では、流量調整部の複数個分を1個に共有することができる。また、隔壁40・41・42の面積を低減し、隔壁40・41・42の材料コストを低減することができる。
Further, in the
また、本実施の形態のMOCVD装置10では、隔壁40・41・42・43は、III 族系ガスバッファエリア23bの中央側端部に、シャワープレート21側に折曲又は湾曲した曲部40a・41a・42a・43aを有しているとすることが可能である。
Further, in the
これにより、III 族系ガスバッファエリア23bの周辺部におけるシャワープレート21側の層を流れる原料ガスを強制的にシャワープレート21側に向かわせるようにすることができる。このため、各隔壁40・41・42・43の平面領域毎におけるIII 族系ガス吐出孔H3から成長室1に吐出するときの流速を考慮すればよいので、原料ガスの流速の制御が容易となる。
Thereby, the source gas flowing through the layer on the
また、本実施の形態のMOCVD装置10では、隔壁40・41・42の曲部40a・41a・42a・43aは、先端がシャワープレート21側のシャワープレート21に当接しているとすることが可能である。尚、中間室が3段以上に積層されている場合には、曲部40a・41a・42a・43aは、中間室表面に当接していることになる。
Further, in the
これにより、確実に、各隔壁40・41・42の平面領域毎におけるIII 族系ガス吐出孔H3から成長室1に吐出するときの流速を考慮すればよいので、原料ガスの流速の制御が容易となる。
Accordingly, it is only necessary to take into account the flow rate when discharging from the group III-based gas discharge hole H3 to the
また、本実施の形態のMOCVD装置10では、中間室が複数の積層配置された個別中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア23b及びV族系ガスバッファエリア24bからなっており、III 族系ガスバッファエリア23b及びV族系ガスバッファエリア24bにおけるシャワープレート21側のIII 族系ガスバッファエリア23bには、シャワープレート21側のIII 族系ガスバッファエリア23bよりも反シャワープレート21側のV族系ガスバッファエリア24bに連通する個別ガス供給管としてのV族系ガス供給管24cが貫通して設けられている。尚、反シャワープレート21側とは、シャワープレート21側とは、反対側のことである。
Further, in the
このように、III 族系ガスバッファエリア23bにV族系ガス供給管24cが林立して設けられているときには、III 族系ガス外環流路23aからIII 族系ガスバッファエリア23bに原料ガスを通す場合、III 族系ガスバッファエリア23bの周辺部のガス流速は大きく、III 族系ガスバッファエリア23bの中央部に奥入りするほど林立するV族系ガス供給管24cの抵抗によりガス流速は特に小さくなる。
In this way, when the group V
この点、本実施の形態では、III 族系ガスバッファエリア23bの周辺部を積層方向の複数層に仕切る隔壁40・41・42・43が設けられているので、原料ガスは、シャワープレート21の周辺部21bと中央部21aとの両方からバランスよく複数のIII 族系ガス吐出孔H3及びV族系ガス吐出孔H5から成長室1に吐出されることになる。
In this regard, in the present embodiment, the
したがって、原料ガスをシャワーヘッド20の周辺部から導入した場合に、成長室1の被処理基板3面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができるMOCVD装置10を提供することができる。
Therefore, when the source gas is introduced from the peripheral portion of the
また、本実施の形態のMOCVD装置10では、シャワープレート21とIII 族系ガスバッファエリア23bとの間に冷水系バッファエリア22bが設けられている。これにより、原料ガスをシャワーヘッド20の周辺部から導入した場合に、原料ガスを冷水系バッファエリア22bにて冷却できると共に、成長室1の被処理基板3面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができるMOCVD装置10を提供することができる。
Further, in the
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の形態について図18〜図21に基づいて説明すれば、以下のとおりである。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。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. Configurations other than those described in the present embodiment are the same as those in the first embodiment. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of the first embodiment are given the same reference numerals, and explanation thereof is omitted.
本実施の形態のMOCVD装置10は、前記実施の形態1の隔壁40・41・42・43に隔壁貫通穴が形成されている点が異なっている。
The
すなわち、本実施の形態のMOCVD装置10では、図18に示すように、隔壁40にはV族ガス供給管24cが挿入可能な貫通穴としての隔壁貫通穴40bが形成されている。この隔壁貫通穴40bは、V族系ガス供給管24cの外径に対してクリアランスが設けられていてもよい。
That is, in the
これにより、隔壁40は脱着可能になり、隔壁40の組み付け及び交換が容易になると共に、シャワーヘッド14の中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア23bは単純な構造を取ることが可能となり、MOCVD装置10を安価に製作できる。
As a result, the
また、本実施の形態では、図19に示すように、V族ガス供給管24cが挿入可能な隔壁貫通穴を設ける場合、中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア23bの周辺部での隔壁貫通穴40cよりも中央部での隔壁貫通穴40dの方が開口面積としての貫通穴面積が大きく形成された隔壁40とすることができる。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 19, when a partition wall through hole into which the group V
これにより、隔壁40の自由端側ではこの隔壁40の反シャワープレート側を通る原料ガスと、この隔壁40のシャワープレート側を通る原料ガスとが合流する部分流速の増加を極小に抑え、乱流の発生を緩和することができる。したがって、成長室1の被処理基板3面上のガス濃度分布をより均一化することができる。
Thereby, on the free end side of the
また、本実施の形態のMOCVD装置10では、図20に示すように、隔壁貫通穴とV族系ガス供給管24cとがクリアランスを持たない一体化の場合においても、隔壁40におけるV族ガス供給管24cの領域以外に隔壁貫通穴40e・40fを設けることが可能である。そして、この場合においても、中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア23bの周辺部での隔壁貫通穴40eよりもIII 族系ガスバッファエリア23bの中央部での隔壁貫通穴40fの方が貫通穴の単位面積当りの開口面積を大きくなるように形成することが可能である。
In the
これにより、前記理由と同様に、隔壁40の自由端側での、該隔壁40の反シャワープレート側を通る原料ガスと、該隔壁40のシャワープレート側を通る原料ガスとが合流する部分の流速の増加を極小に抑え、乱流の発生を緩和することができる。この結果、成長室1の被処理基板3上のガス濃度分布をより均一化することができる。
Accordingly, as in the above reason, the flow velocity of the portion where the source gas passing through the counter shower plate side of the
尚、上記の説明は、隔壁貫通穴とV族系ガス供給管24cとがクリアランスを持たない一体化の場合であったが、必ずしもこれに限らない。すなわち、図18に示す隔壁貫通穴とV族系ガス供給管24cとがクリアランスを持たない一体化の場合における隔壁貫通穴40bの構成と、図20の構成と図18との構成とを組み合わせた複合的なものであってもよい。
In addition, although said description was the case where the partition through-hole and the V group type
また、上記の説明では、中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア23bを複数層である例えば2層に仕切っている隔壁40について説明したが、必ずしもこれに限らない。
Further, in the above description, the
例えば、図21に示すように、III 族系ガスバッファエリア23bを複数層である例えば3層に仕切る隔壁41・42において、これらの隔壁41・42には各々V族ガス供給管24cが挿入可能な隔壁貫通穴41c・41d・41e及び隔壁貫通穴42c・42dが形成されていてもよい。尚、中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア23bの周辺部での隔壁貫通穴41c・42cよりもIII 族系ガスバッファエリア23bの中央部での隔壁貫通穴41d・42d4の方が貫通穴面積を大きく形成することが好ましい。
For example, as shown in FIG. 21, in the
尚、隔壁41・42において、同一のV族系ガス供給管24cが貫通する隔壁貫通穴41cと隔壁貫通穴42cとを比較した場合、シャワープレート21側の隔壁42の隔壁貫通穴42cは反シャワープレート21側の隔壁41の隔壁貫通穴41cよりも開口面積が大きいことが好ましい。これにより、上層の原料ガスが直接シャワープレート21に直接流入するのを抑制することができる。
In the
また、隔壁41・42の内、少なくとも1枚以上の隔壁41において、前記隔壁貫通穴をV族ガス供給管24cの領域以外に設けてもよい。この場合、III 族系ガスバッファエリア23bの周辺部での隔壁貫通穴よりも中間室の中央部での隔壁貫通穴の方が貫通穴の単位面積当りの開口面積を大きくなるように形成することが好ましい。
In addition, in at least one of the
尚、隔壁貫通穴の形状について、必ずしも円形に限ることはなく、角管、楕円管又はその他の断面でもよい。 In addition, about the shape of a partition through-hole, it does not necessarily restrict to circular, A square tube, an elliptical tube, or another cross section may be sufficient.
このように、本実施の形態のMOCVD装置10では、隔壁40・41・42・43に隔壁貫通穴40b〜40f・41c〜41e・42c〜42dが形成されている。
In this way, in the
これにより、隔壁40・41・42・43の自由端側つまりIII 族系ガスバッファエリア23bの中央部での原料ガスの急激な合流を回避し、成長室1の被処理基板3上のガス濃度分布を均一化するように適宜微調整することが可能である。
This avoids a rapid confluence of the source gases on the free ends of the
また、複数の原料ガスを用いて中間室を複数層に区分する場合に、隔壁40・41・42・43は下層であるIII 族系ガスバッファエリア23bを貫通する貫通管としてのV族系ガス供給管24cを通すことが可能となり、隔壁40・41・42・43の組み付け及び交換が容易になると共に、シャワーヘッド20の中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア23bは単純な構造を取ることが可能となり、MOCVD装置10を安価に製作できる。
Further, when the intermediate chamber is divided into a plurality of layers using a plurality of source gases, the
また、本実施の形態のMOCVD装置10では、隔壁40・41・42における隔壁貫通穴40b〜40f・41c〜41e・42c〜42dの単位面積当りの開口面積は、中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア23bの周辺部よりも中央の方に向かうほど大きくなっている。
In the
すなわち、隔壁40・41・42に隔壁貫通穴40b〜40f・41c〜41e・42c〜42dが存在しない場合には、隔壁40・41・42の自由端側つまりIII 族系ガスバッファエリア23bの中央部においては、隔壁40・41・42の反シャワープレート側を通る原料ガスと隔壁40・41・42のシャワープレート側を通る原料ガスとが合流する部分の流速の増加は急激な変化となり、乱流が発生する可能性がある。
That is, when there are no partition wall through
この点、本実施の形態では、隔壁40・41・42における隔壁貫通穴40b〜40f・41c〜41e・42c〜42dの単位面積当りの開口面積はIII 族系ガスバッファエリア23bの周辺部よりも中央の方に向かうほど大きくなっている。このため、隔壁40・41・42の反シャワープレート側を通る原料ガスは中間室の中央に原料ガスが向かうに伴って徐々に隔壁のシャワープレート側を通る原料ガスに流入する。
In this regard, in this embodiment, the opening area per unit area of the partition wall through
この結果、隔壁40・41・42の自由端側における、隔壁40・41・42の反シャワープレート側を通る原料ガスと隔壁40・41・42のシャワープレート側を通る原料ガスとが合流する部分の流速の急激な増加及び乱流の発生を緩和することができる。
As a result, on the free end side of the
したがって、成長室1の被処理基板3面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができる。
Therefore, the gas concentration distribution on the surface of the substrate to be processed 3 in the
尚、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 can be made within the scope of the claims, and the technical means disclosed in different embodiments can be appropriately combined. Such embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
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反応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に利用できる。 The present invention is a vapor phase growth method such as a vertical MOCVD apparatus using a shower plate that introduces a gas into the space above the shower plate from the periphery and supplies a reaction gas to the substrate surface from a plurality of gas discharge holes of the shower plate. Available for equipment.
1 成長室
2 反応炉
3 被処理基板
4 サセプタ
10 MOCVD装置(気相成長装置)
20 シャワーヘッド(ガス供給手段)
21 シャワープレート
21a 中央部(内周部)
21b 周辺部(外周部)
22 冷水供給部
22b 冷水系バッファエリア(冷却手段)
23 III 族系ガス供給部
23a III 族系ガス外環流路(外環流路)
23b III 族系ガスバッファエリア(中間室、個別中間室)
23c III 族系ガス供給管
23d 開口付き仕切り(開口付き内側壁)
24 V族系ガス供給部
24a V族系ガス外環流路(外環流路)
24b V族系ガスバッファエリア(中間室、個別中間室)
24c V族系ガス供給管(個別ガス供給管)
24d 開口付き仕切り(開口付き内側壁)
40・41・41’・42・43 隔壁
40a・41a・42a・43a 曲部
40b・40c・40d 隔壁貫通穴
41c・41d・41e 隔壁貫通穴
42c・42d 隔壁貫通穴
H3 III 族系ガス吐出孔(ガス吐出孔)
H5 V族系ガス吐出孔(ガス吐出孔)
HIN3 開口
HIN5 開口
DESCRIPTION OF
20 Shower head (gas supply means)
21
21b Peripheral part (outer peripheral part)
22 Chilled
23 III Group
23b Group III gas buffer area (intermediate room, individual intermediate room)
23c III group
24 V group
24b Group V gas buffer area (intermediate room, individual intermediate room)
24c Group V gas supply pipe (individual gas supply pipe)
24d partition with opening (inner wall with opening)
40, 41, 41 ', 42, 43
H5 V group gas discharge hole (gas discharge hole)
HIN3 opening HIN5 opening
Claims (12)
上記ガス供給手段は、
外周において環状に設けられて上記原料ガスが導入される外環流路と、
上記外環流路の内側に設けられ、かつ上記原料ガスを通す開口を有する開口付き内側壁と、
上記開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室と、
上記中間室の下流側に位置して複数のガス吐出孔を有するシャワープレートとを備えていると共に、
上記中間室には、該中間室の周辺部を積層方向の複数層に仕切る隔壁が設けられていることを特徴とする気相成長装置。 In a vapor phase growth apparatus for performing vapor phase growth on a substrate to be processed in the growth chamber by supplying a source gas into the growth chamber in a shower form from a gas supply means provided facing the growth chamber.
The gas supply means includes
An outer ring passage that is annularly provided on the outer periphery and into which the source gas is introduced;
An inner wall with an opening provided inside the outer ring flow path and having an opening through which the source gas passes;
An intermediate chamber of source gas located inside the inner wall with the opening;
A shower plate having a plurality of gas discharge holes located on the downstream side of the intermediate chamber,
A vapor phase growth apparatus characterized in that the intermediate chamber is provided with a partition wall that partitions the peripheral portion of the intermediate chamber into a plurality of layers in the stacking direction.
中間室の周辺部を3層以上に仕切る2個以上からなっていると共に、
シャワープレートから遠ざかる隔壁ほど、中間室の中央にまで延びていることを特徴とする請求項1記載の気相成長装置。 The partition is
It consists of two or more that divide the periphery of the intermediate chamber into three or more layers,
2. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the partition wall farther from the shower plate extends to the center of the intermediate chamber.
前記中間室の周辺部よりも中央の方に向かうほど大きくなっていることを特徴とする請求項1,2又は3記載の気相成長装置。 The opening area per unit area of the through hole in the partition wall is
4. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the vapor deposition apparatus is larger toward a center than a peripheral part of the intermediate chamber.
上記積層配置された個別中間室におけるシャワープレート側の個別中間室には、上記シャワープレートにおける、異なる種類の原料ガスを供給する複数のガス吐出孔に接続された、上記シャワープレート側の個別中間室よりも反シャワープレート側の個別中間室に連通する個別ガス供給管が貫通して設けられていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の気相成長装置。 The intermediate chamber is composed of a plurality of stacked individual intermediate chambers that are separated by a separation plate and respectively store different types of source gases,
In the individual intermediate chamber on the shower plate side in the individual intermediate chamber arranged in a stacked manner, the individual intermediate chamber on the shower plate side connected to a plurality of gas discharge holes for supplying different kinds of source gases in the shower plate 10. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, further comprising an individual gas supply pipe penetrating the individual intermediate chamber on the side opposite to the shower plate.
外周において環状に設けられた上記ガス供給手段の外環流路に上記原料ガスを導入し、
上記外環流路の内側に設けられた開口付き内側壁の開口から上記原料ガスを該開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室に、該中間室の周辺部において積層方向の複数層に隔壁にて仕切られた部分を介して通し、
上記中間室の下流側に位置するシャワープレートの複数のガス吐出孔から成長室内に原料ガスをシャワー状に供給して気相成長を行うことを特徴とする気相成長方法。 In a vapor phase growth method for performing vapor phase growth on a substrate to be processed in the growth chamber by supplying a raw material gas into the growth chamber from a gas supply means provided facing the growth chamber in a shower shape,
Introducing the source gas into the outer ring channel of the gas supply means provided in a ring shape on the outer periphery,
A plurality of layers in the stacking direction at the periphery of the intermediate chamber from the opening of the inner wall with an opening provided inside the outer ring channel to the intermediate chamber of the source gas located inside the inner wall with the opening Through the part partitioned by a partition,
A vapor phase growth method comprising performing a vapor phase growth by supplying a raw material gas in a shower shape from a plurality of gas discharge holes of a shower plate located downstream of the intermediate chamber into a growth chamber.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN107699866A (en) * | 2017-11-15 | 2018-02-16 | 西安鑫垚陶瓷复合材料有限公司 | A kind of device for improving flow field uniformity |
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2009
- 2009-02-16 JP JP2009033136A patent/JP2010100925A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107699866A (en) * | 2017-11-15 | 2018-02-16 | 西安鑫垚陶瓷复合材料有限公司 | A kind of device for improving flow field uniformity |
CN107699866B (en) * | 2017-11-15 | 2024-03-01 | 西安鑫垚陶瓷复合材料股份有限公司 | Device for improving uniformity of flow field |
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