JP2010232376A - 気相成長装置の原料ガス供給ノズル - Google Patents
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Abstract
【課題】気相成長装置の原料供給ノズルから噴出される原料ガスの流速をその周方向において均等とすることができ、原料供給ノズルの構造を簡便とし、安価とする。
【解決手段】三重管の最内側の管12の内部空間および管13と管14との間に形成される空間がそれぞれ1種の原料ガスが流れるガス流路15、16、17とされた導入管部11と、この導入管部の個々の管に繋がり、末広がり状に広がる2枚以上の円環状のノズル板が重ねられ、前記導入管部の最内側の管に繋がる板体の内側の空間および板体と板体との間に形成される空間がそれぞれ1種の原料ガスを噴出する噴出流路とされたノズル部を備え、導入管部の個々のガス流路には、ガスの流れ方向に沿う複数の仕切り板18が設けられて、個々のガス流路が小流路に細分化され、各小流路に原料ガスを供給する原料ガス供給管にはそれぞれ流量調整手段が設けられている。
【選択図】図1
【解決手段】三重管の最内側の管12の内部空間および管13と管14との間に形成される空間がそれぞれ1種の原料ガスが流れるガス流路15、16、17とされた導入管部11と、この導入管部の個々の管に繋がり、末広がり状に広がる2枚以上の円環状のノズル板が重ねられ、前記導入管部の最内側の管に繋がる板体の内側の空間および板体と板体との間に形成される空間がそれぞれ1種の原料ガスを噴出する噴出流路とされたノズル部を備え、導入管部の個々のガス流路には、ガスの流れ方向に沿う複数の仕切り板18が設けられて、個々のガス流路が小流路に細分化され、各小流路に原料ガスを供給する原料ガス供給管にはそれぞれ流量調整手段が設けられている。
【選択図】図1
Description
この発明は、反応室内に基板を配置し、この基板表面に原料ガスを供給して薄膜を形成するための有機金属気相成長装置(MOCVD装置と言うことがある)などの気相成長装置における原料ガス供給ノズルに関し、原料ガスをノズルの半径方向に均等に流出することにより、均一な成膜を行うことができるようにしたものである。
MOCVD装置の一種として、自公転型MOCVD装置がある。
自公転型MOCVD装置は、回転するサセプタの中央部分から外縁部の方向に向かって原料ガスが供給され、サセプタの外縁部分にはウェハが配置されていて、原料ガスはウェハ上部を横方向に通過して成膜されるものである。
自公転型MOCVD装置では、サセプタが2rpmあるいはそれ以上の速度で回転する公転機構と、同時にウェハが5rpmあるいはそれ以上の速度で回転する自転機構を持っている。
ウェハは自転運動と公転運動を同時にしながら反応炉内の空間を移動する。このために反応炉内に多少の原料濃度の分布が生じていても、ウェハには均一な薄膜が形成されるという特長がある。
自公転型MOCVD装置は、回転するサセプタの中央部分から外縁部の方向に向かって原料ガスが供給され、サセプタの外縁部分にはウェハが配置されていて、原料ガスはウェハ上部を横方向に通過して成膜されるものである。
自公転型MOCVD装置では、サセプタが2rpmあるいはそれ以上の速度で回転する公転機構と、同時にウェハが5rpmあるいはそれ以上の速度で回転する自転機構を持っている。
ウェハは自転運動と公転運動を同時にしながら反応炉内の空間を移動する。このために反応炉内に多少の原料濃度の分布が生じていても、ウェハには均一な薄膜が形成されるという特長がある。
GaNやAlNなどの窒化物半導体の成膜においては、原料にはアンモニアと有機金属原料(トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、トリメチルアルミニウムなど)が使用される。アンモニアと有機金属原料の気相中での反応が非常に過激なため、ウェハ近傍で原料同士を混合する必要があった。
そこで従来は、特開2006−253244号公報、特開2006−108312号公報などに開示されているように、ウェハの上流部分にアンモニアと有機金属原料を別々に供給し、ウェハ加熱領域の近傍でそれらのガスを混合する方法が一般的となっている。
そこで従来は、特開2006−253244号公報、特開2006−108312号公報などに開示されているように、ウェハの上流部分にアンモニアと有機金属原料を別々に供給し、ウェハ加熱領域の近傍でそれらのガスを混合する方法が一般的となっている。
自公転型MOCVD装置では、原料供給ノズルがサセプタの中央上部、あるいは中央下部より配管され、サセプタの半径方向に原料ガスが排出される。アンモニアと有機金属原料の混合を避けるために、図5に示すように、原料供給ノズルの噴出部は3層あるいはそれ以上の複数の層状になった形状をなしている。
図5に示した原料供給ノズルは、反応室の上方から3種の原料ガスを供給するタイプのものである。ここでの原料ガスとはアンモニアや有機金属原料以外に窒素、水素などのキャリアガスを含むものを言う。
図5に示した原料供給ノズルは、反応室の上方から3種の原料ガスを供給するタイプのものである。ここでの原料ガスとはアンモニアや有機金属原料以外に窒素、水素などのキャリアガスを含むものを言う。
原料供給ノズルは、サセプタ1の中央部分に向けて鉛直方向に延びる導入管部2とこの導入管部2からほぼ水平方向でかつサセプタ1の半径方向に延びるノズル部3とから構成されている。
導入管部2は、中心に配された小径管2aと、これの外側に同軸に配された中径管2bと、さらにこれの外側に同軸に配された大径管2cとからなる三重管構造となっている。
小径管2aの内部空間は第1の原料ガスが流れる第1流路2dとなっており、小径管2aと中径管2bとの間の空間は第2の原料ガスが流れる第2流路2eとなっており、中径管2bと大径管2cとの間の空間は第3の原料ガスが流れる第3流路2fとなっている。
導入管部2は、中心に配された小径管2aと、これの外側に同軸に配された中径管2bと、さらにこれの外側に同軸に配された大径管2cとからなる三重管構造となっている。
小径管2aの内部空間は第1の原料ガスが流れる第1流路2dとなっており、小径管2aと中径管2bとの間の空間は第2の原料ガスが流れる第2流路2eとなっており、中径管2bと大径管2cとの間の空間は第3の原料ガスが流れる第3流路2fとなっている。
ノズル部3は、円環状の第1ノズル板3aとこれに対して同心的に配された円環状の第2ノズル板3bとこれに対して同心的に配された第3ノズル板3cから構成され、第1ノズル板3aは小径管2aの先端部から水平方向にかつサセプタ1の半径方向に延びるように連接され、第2ノズル板3bは中径管2bの先端部から同様に水平方向にかつサセプタ1の半径方向に延びるように連接され、第3ノズル板3cは大径管2cの先端部から水平方向にかつサセプタ1の半径方向に延びるように連接されているとともにその先端部は反応室を構成する上側の隔壁4に繋がっている。
さらに、サセプタ1の中央部分の表面と第1ノズル板3aとの間の空間は間隔が2〜5mmの第1噴出流路3cとなって、前記第1流路2dに連通している。第1ノズル板3aと第2ノズル板3bとの間の空間は間隔が2〜5mmの第2噴出流路3dとなって、前記第2流路2eに連通している。第2ノズル板3bと第3ノズル板3cとの間の空間は間隔が2〜5mmの第3噴出流路3eとなって、前記第3流路2fと連通している。
このような構造の原料供給ノズルにあっては、導入管部2の第1〜第3流路2d、2e、2fにそれぞれ異なる原料ガスが送られ、これらがノズル部3の第1〜第3噴出流路3c、3d、3eの先端からそれぞれ噴出され、これら原料ガスが混合しつつサセプタ1上のウエハ5に向けて流れ、気相反応に供され、ウェハ5表面に薄膜が形成されることになる。
そして、導入管部2の第1〜第3流路2d、2e、2fに流れるそれぞれの原料ガスの流量は図示しないマスフローコントローラで制御されており、第1〜第3噴出流路3c、3d、3eの先端の噴出部分での流速は、ガス流量と各噴出流路の間隙の高さとで決定されるようになっている。
そして、自公転型MOCVD装置による窒化物半導体の成膜では、原料ガスの流速が早くなっており、各噴出流路のそれぞれの間隙の高さは数mmと薄く、極めて高い加工精度が要求される。
このため、ノズル部3の加工精度が少しでも悪化すると、各第1〜第3噴出流路3c、3d、3eにおける周方向の流速に偏差が生じることになる。
1種類の窒化物半導体を成膜をするのにサセプタ1が1周以上回転するのであれば、ウェハ5は自公転運動しているので均一な成膜が可能になる。
しかし、1種類の窒化物半導体を成膜をするのに数秒間しか要しない場合について考えると問題が生じる。
1種類の窒化物半導体を成膜をするのにサセプタ1が1周以上回転するのであれば、ウェハ5は自公転運動しているので均一な成膜が可能になる。
しかし、1種類の窒化物半導体を成膜をするのに数秒間しか要しない場合について考えると問題が生じる。
具体的には、超格子構造のように2種類の超薄膜を交互に成膜する場合である。例としてAlNとGaNの超格子構造がある。超格子構造では、AlNとGaNのそれぞれの厚さはnm単位の薄膜であり、かつ積層周期が数〜数10周期である。ノズル部3の各噴出流路の周方向に流速分布がついていると、流速の速い領域と遅い領域での成膜環境が異なっているために、それぞれの成膜厚さ、結晶品質に差が生じてしまう。
結果的に、薄膜の面方向には均一であっても、成長方向には不均一な構造になってしまう問題があった。
結果的に、薄膜の面方向には均一であっても、成長方向には不均一な構造になってしまう問題があった。
よって、本発明における課題は、自公転型MOCVD装置などの気相成長装置の原料供給ノズルのノズル部から噴出される原料ガスの流速をその周方向において均等とすることができ、かつそのための原料供給ノズルの構造を簡便とし、安価とすることができるようにすることにある。
かかる課題を解決するため、
請求項1にかかる発明は、気相成長装置の原料ガス供給ノズルであって、複数の原料ガスをそれぞれ分離して流す複数の流路が形成された導入管部と、この導入管部に繋がり導入管部からの複数の原料ガスを層状に分離して噴出するノズル部を備え、
導入管部の各流路が周方向に分割されて小流路とされ、個々の小流路に原料ガスを供給する原料ガス供給流路にはそれぞれ流量調整手段が設けられ、
ノズル部から噴出する原料ガスの流速をその周方向に均等化することを特徴とする気相成長装置の原料ガス供給ノズルである。
請求項1にかかる発明は、気相成長装置の原料ガス供給ノズルであって、複数の原料ガスをそれぞれ分離して流す複数の流路が形成された導入管部と、この導入管部に繋がり導入管部からの複数の原料ガスを層状に分離して噴出するノズル部を備え、
導入管部の各流路が周方向に分割されて小流路とされ、個々の小流路に原料ガスを供給する原料ガス供給流路にはそれぞれ流量調整手段が設けられ、
ノズル部から噴出する原料ガスの流速をその周方向に均等化することを特徴とする気相成長装置の原料ガス供給ノズルである。
請求項2にかかる発明は、2以上の直径が異なる管が同軸的に配された多重管からなり、最内側の管の内部空間および管と管との間に形成される空間がそれぞれ1種の原料ガスが流れるガス流路とされた導入管部と、
この導入管部の個々の管に繋がり、末広がり状に広がる2枚以上の円環状の板体が1以上の空隙を介して重ねられ、前記導入管部の最内側の管に繋がる板体の内側の空間および板体と板体との間に形成される空間がそれぞれ1種の原料ガスを末広がり状に噴出する噴出流路とされたノズル部を備え、
導入管部の個々のガス流路には、複数の仕切り板が設けられ個々のガス流路が周方向に分割されて小流路とされ、個々の小流路に原料ガスを供給する原料ガス供給流路にはそれぞれ流量調整手段が設けられ、
ノズル部から噴出する原料ガスの流速をその周方向に均等化することを特徴とする気相成長装置の原料ガス供給ノズルである。
この導入管部の個々の管に繋がり、末広がり状に広がる2枚以上の円環状の板体が1以上の空隙を介して重ねられ、前記導入管部の最内側の管に繋がる板体の内側の空間および板体と板体との間に形成される空間がそれぞれ1種の原料ガスを末広がり状に噴出する噴出流路とされたノズル部を備え、
導入管部の個々のガス流路には、複数の仕切り板が設けられ個々のガス流路が周方向に分割されて小流路とされ、個々の小流路に原料ガスを供給する原料ガス供給流路にはそれぞれ流量調整手段が設けられ、
ノズル部から噴出する原料ガスの流速をその周方向に均等化することを特徴とする気相成長装置の原料ガス供給ノズルである。
請求項3にかかる発明は、複数の小流路が年輪状に配置されて構成され、これら複数の小流路のうち、最外層に位置する小流路群を第1層とし、この第1層の内側に位置する小流路群を第2層とし、以下同様にして第N(Nは3以上の整数)層とし、各層をなす小流路群にはそれぞれ1種の原料ガスが供給されるようになされた導入管部と、
この導入管部の各層に繋がり、末広がり状に広がる2枚以上の円環状の板体が1以上の空隙を介して重ねられ、前記導入管部の最内側の層に繋がる板体の内側の空間および板体と板体との間に形成される空間がそれぞれ1種の原料ガスを末広がり状に噴出する噴出流路とされたノズル部を備え、
導入管部をなす複数の小流路に原料ガスを供給する原料ガス供給流路にはそれぞれ流量調整手段が設けられ、
ノズル部から噴出する原料ガスの流速をその周方向に均等化することを特徴とする気相成長装置の原料ガス供給ノズルである。
この導入管部の各層に繋がり、末広がり状に広がる2枚以上の円環状の板体が1以上の空隙を介して重ねられ、前記導入管部の最内側の層に繋がる板体の内側の空間および板体と板体との間に形成される空間がそれぞれ1種の原料ガスを末広がり状に噴出する噴出流路とされたノズル部を備え、
導入管部をなす複数の小流路に原料ガスを供給する原料ガス供給流路にはそれぞれ流量調整手段が設けられ、
ノズル部から噴出する原料ガスの流速をその周方向に均等化することを特徴とする気相成長装置の原料ガス供給ノズルである。
本発明によれば、原料ガス供給ノズルのノズル部からその周方向に向けて噴射される原料ガスの流速が周方向に均等となって、サセプタ上に均等に原料ガスが流れ、基板上に均一な品質な薄膜を形成することができる。特に、成膜時間が数秒の短時間の成膜操作によるものであっても品質の均一な薄膜が得られる。
図1および図2は、本発明の気相成長装置のノズル(以下、単にノズルと言うことがある。)の第1の例を示すものである。
この例のノズルは、導入管部11と、この導入管部11の下端に続くノズル部31とから概略構成されている。
この例のノズルは、導入管部11と、この導入管部11の下端に続くノズル部31とから概略構成されている。
導入管部11は、直径の異なる3本の直管、小径管12、中径管13、大径管14が所定の間隔を介して同軸的に配された三重管構造となっている。小径管12内の空間は第1の原料ガスが流れる第1流路15とされ、小径管12と中径管13との間の空間は第2の原料ガスが流れる第2流路16とされ、中径管13と大径管14との間の空間は第3の原料ガスが流れる第3流路17とされている。
また、導入管部11の各流路15、16、17には、それぞれ4枚つづの仕切り板18、18・・・が設けられている。これらの仕切り板18、18・・は各流路15、16、17においてその流路を四等分する位置に配置されている。また、これらの仕切り板18、18・・・は、導入管部11の長手方向、すなわち原料ガスの流れ方向に沿うように上下方向に配され、導入管部11の全長にわたって設けられている。
これらの仕切り板18、18・・・によって前記各流路15、16、17はそれぞれ4つの小流路19、19・・に細分化されることになる。
この細分化された各小流路19、19・・にはガス供給細管20、20・・からの原料ガスが送られるようになっており、これらガス供給細管20、20・・にはそれぞれニードル弁21、21・・とマスフローコントローラー22、22・・とが設けられ、ここを流れる原料ガスの流量が個々に調整できるように構成されている。
この細分化された各小流路19、19・・にはガス供給細管20、20・・からの原料ガスが送られるようになっており、これらガス供給細管20、20・・にはそれぞれニードル弁21、21・・とマスフローコントローラー22、22・・とが設けられ、ここを流れる原料ガスの流量が個々に調整できるように構成されている。
かかる構成により、導入管部11のすべての小流路19、19・・にそれぞれ流れる原料ガスは、その小流路19毎に微細に流量調整できることになる。
ノズル部31は、先に説明した従来の原料ガス供給ノズルのノズル部と基本的には同様の構造となっている。
この例のノズル部31は、円環状の第1ノズル板31aとこれに対して同心的に配された円環状の第2ノズル板31bとこれに対して同心的に配された円環状の第3ノズル板31cから構成されている。
この例のノズル部31は、円環状の第1ノズル板31aとこれに対して同心的に配された円環状の第2ノズル板31bとこれに対して同心的に配された円環状の第3ノズル板31cから構成されている。
第1ノズル板31aは小径管12の先端部から水平方向にかつサセプタ1の半径方向に延びるように連接され、第2ノズル板31bは中径管13の先端部から同様に水平方向にかつサセプタ1の半径方向に延びるように連接され、第3ノズル板31cは大径管14の先端部から水平方向にかつサセプタ1の半径方向に延びるように連接されるとともにその先端部は反応室を構成する上側の隔壁4に繋がっている。
さらに、サセプタ1の中央部分の表面と第1ノズル板31aとの間の空間は間隔が2〜5mmの第1噴出流路32aとなって、前記第1流路15に連通している。第1ノズル板31aと第2ノズル板31bとの間の空間は間隔が2〜5mmの第2噴出流路32bとなって、前記第2流路16に連通している。第2ノズル板31bと第2ノズル板31cとの間の空間は間隔が2〜5mmの第3噴出流路32cとなって、前記第3流路17と連通している。
このようなノズルでは、導入管部11の第1流路15には、例えばアンモニアガスとキャリアガスとの混合ガスが、第2流路16には、例えば有機金属ガスとキャリアガスとの混合ガスが、第3流路17には、例えばアンモニアガスとキャリアガスとの混合ガスが供給され、これら原料ガスは細分化された各小流路19、19・・を流れることになるが、各小流路19、19・・に接続されたガス供給細管20、20・・に設けられたマスフローコントローラー22、22・・とニードル弁21、21・・とにより各小流路19、19・・毎に原料ガスの流速を個々に調整することができる。
そして、前記第1流路15をなす4つの小流路19、19・・におけるそれぞれの原料ガスの流速が同一となるようにマスフローコントローラー22、22・・とニードル弁21、21・・を調整する。これにより、ノズル部31の第1噴出流路32aから噴出する原料ガスの流速はノズル部31の周方向に均等となる。
前記第2流路16および第3流路17においても、同様に、それぞれの小流路19、19・・から第2噴出流路32bおよび第3噴出流路32cに流れ、噴出する原料ガスの流速も同じく周方向に均等となる。
前記第2流路16および第3流路17においても、同様に、それぞれの小流路19、19・・から第2噴出流路32bおよび第3噴出流路32cに流れ、噴出する原料ガスの流速も同じく周方向に均等となる。
よって、このノズルによれば、3種の原料ガスがいずれも周方向に均等な流速で噴出されてサセプタ1上を流れ、ウェハに至ることになる。このため、成膜時間が数秒の短時間の成膜操作であっても、均一な品質の薄膜をウェハ上に形成することができる。
図3および図4は、この発明のノズルの第2の例を示すものである。
この例のノズルでは、ノズル部が先の例におけるノズル部31と同様であり、同一符号を付してその説明を省略する。
この例における導入管部41は、多数の小流路を平行に並列にかつ年輪状に配置して構成されている。
この例のノズルでは、ノズル部が先の例におけるノズル部31と同様であり、同一符号を付してその説明を省略する。
この例における導入管部41は、多数の小流路を平行に並列にかつ年輪状に配置して構成されている。
すなわち、1個の大径の円柱体42の内周側に、20個の第1貫通孔43、43・・が円周状にかつ軸方向に沿って穿孔して形成されており、これらの20個の第1貫通孔43、43・・からなる流路群が第1層44とされている。
この第1層44の内側には、16個の第2貫通孔45、45・・が円周状にかつ軸方向に沿って穿孔して形成されており、これらの16個の第2貫通孔45、45・・からなる流路群が第2層46とされている。
さらに、この第2層46の内側には、8個の第3貫通孔47、47・・が円周状にかつ軸方向に沿って穿孔して形成されており、これらの8個の第3貫通孔47、47・・からなる流路群が第3層48とされている。
この第1層44の内側には、16個の第2貫通孔45、45・・が円周状にかつ軸方向に沿って穿孔して形成されており、これらの16個の第2貫通孔45、45・・からなる流路群が第2層46とされている。
さらに、この第2層46の内側には、8個の第3貫通孔47、47・・が円周状にかつ軸方向に沿って穿孔して形成されており、これらの8個の第3貫通孔47、47・・からなる流路群が第3層48とされている。
第1層44、第2層46および第3層48を構成するすべての第1、第2および第3貫通孔43、43・・、45、45・・、47、47・・にはそれぞれガス供給細管49、49・・が接続されており、これらガス供給細管49、49・・のすべてにはニードル弁50、50・・が設けられている。
また、ガス供給細管49、49・・のうち、第1層44を構成する第1貫通孔43、32・・に連通する20本のガス供給細管49、49・・は纏められて1本の第1原料ガス供給管51に接続されており、この第1原料ガス供給管51にはマスフローコントローラー52が設けられている。
また、ガス供給細管49、49・・のうち、第1層44を構成する第1貫通孔43、32・・に連通する20本のガス供給細管49、49・・は纏められて1本の第1原料ガス供給管51に接続されており、この第1原料ガス供給管51にはマスフローコントローラー52が設けられている。
同様に、第2層46を構成する第2貫通孔45、45・・に連通する16本のガス供給細管49、49・・は纏められて1本の第2原料ガス供給管53に接続されており、この第2原料ガス供給管53にはマスフローコントローラー52が設けられている。
第3層48を構成する第3貫通孔47、47・・に連通する8本の原料ガス供給細管49、49・・は纏められて1本の第3原料ガス供給管54に接続されており、この第3原料ガス供給管54はマスフローコントローラー52が設けられている。
第3層48を構成する第3貫通孔47、47・・に連通する8本の原料ガス供給細管49、49・・は纏められて1本の第3原料ガス供給管54に接続されており、この第3原料ガス供給管54はマスフローコントローラー52が設けられている。
かかる構成により、第1層44を構成する20個の第1貫通孔43、43・・には1種の原料ガスが送られ、個々の第1貫通孔43、43・・毎に原料ガスの流速が調整されることになる。
第2層46を構成する16個の第2貫通孔45、45・・には1種の原料ガスが送られ、個々の第2貫通孔45、45・・毎に原料ガスの流速が調整されることになる。
第3層48を構成する8個の第3貫通孔47、47・・には1種の原料ガスが送られ、個々の第3貫通孔47、47・・毎に原料ガスの流速が調整されることになる。
第2層46を構成する16個の第2貫通孔45、45・・には1種の原料ガスが送られ、個々の第2貫通孔45、45・・毎に原料ガスの流速が調整されることになる。
第3層48を構成する8個の第3貫通孔47、47・・には1種の原料ガスが送られ、個々の第3貫通孔47、47・・毎に原料ガスの流速が調整されることになる。
これにより、第1層44を構成する20個の第1貫通孔43、43・・のそれぞれから流出する原料ガスの流速を同一とすることができる。また、第2層46を構成する16個の第2貫通孔45、45・・のそれぞれから流出する原料ガスの流速を同一とすることができる。さらに、第3層48を構成する8個の第3貫通孔47のそれぞれから流出する原料ガスの流速を同一とすることができる。
また、図4に示すように、導入管部41の第1層44はノズル部31の第3噴出流路32cに連通しており、第2層47は同じく第2噴出流路32bに連通しており、第3層48は第1噴出流路32aに連通している。
以上の構成により、ノズル部31の第1噴出流路32a、第2噴出流路32bおよび第3噴出流路32cから噴出するそれぞれの原料ガスの流速はノズル部31に周方向となる。
よって、このノズルによっても、3種の原料ガスがいずれも周方向に均等な流速で噴出されてサセプタ1上を流れ、ウェハに至ることになる。このため、成膜時間が数秒の短時間の成膜操作であっても、均一な品質の薄膜をウェハ上に形成することができる。
この第2の例のノズルの変形例として、第1層44を20本のパイプから構成し、第2層46を16本のパイプから構成し、さらに第3層48を8本のパイプから構成し、これらを纏めて束ね、導入管部41とすることも可能である。
(実験例)
第1の例の原料ガス供給ノズルを用い、シリコン基板を気相成長装置に設置して、水素ガスを流して1100℃にて10分間熱処理を行った。
この後、温度を1000度まで下げてから、導入管部11の第1流路15にアンモニアガスとキャリヤガスを供給し、第2流路16にトリメチルアルミニウムとキャリアガスとの混合ガスを供給し、第3流路17にアンモニアガスとキャリアガスとの混合ガスを供給してAlNバッファ層を成長した。成長膜厚は25nmであった。
第1の例の原料ガス供給ノズルを用い、シリコン基板を気相成長装置に設置して、水素ガスを流して1100℃にて10分間熱処理を行った。
この後、温度を1000度まで下げてから、導入管部11の第1流路15にアンモニアガスとキャリヤガスを供給し、第2流路16にトリメチルアルミニウムとキャリアガスとの混合ガスを供給し、第3流路17にアンモニアガスとキャリアガスとの混合ガスを供給してAlNバッファ層を成長した。成長膜厚は25nmであった。
ついで、第2流路16にトリメチルガリウムとキャリアガスとの混合ガスとトリメチルアルミニウムとキャリアガスとの混合ガスを交互に供給し、AlN/GaN超格子構造を形成した。
超格子構造の目標構造は、AlN(3nm厚)/GaN(3nm)で周期数は50周期である。成長速度から求められるAlNとGaNのそれぞれの成長時間は2分と10秒であった。サセプタの回転速度は2rpmとした。
得られた超格子構造にあっては、AlN、GaN共に成長方向にも均一な成膜が達成された。
超格子構造の目標構造は、AlN(3nm厚)/GaN(3nm)で周期数は50周期である。成長速度から求められるAlNとGaNのそれぞれの成長時間は2分と10秒であった。サセプタの回転速度は2rpmとした。
得られた超格子構造にあっては、AlN、GaN共に成長方向にも均一な成膜が達成された。
これに対して、従来の原料ガス供給ノズルでは、成膜時間が短い(10秒間)GaN薄膜では、流速の比較的速い領域を通過しているときには原料濃度が薄くなっており、膜厚は目標値より薄くなった。しかし、比較的流速の遅い領域を通過する場合には、膜厚は目標値より厚くなる状況となった。したがって、超格子構造のGaN厚さが成長方向に不均一な厚さをもった構造となってしまった。
11、41・・導入管部、31・・ノズル部、12・・小径管、13・・中径管、14・・大径管、15・・第1流路、16・・第2流路、17・・第3流路、18・・仕切り板、19・・小流路、20、49・・ガス供給細管、21、50・・ニードル弁、22、52・・マスフローコントローラー、31a・・第1ノズル板、31b・・第2ノズル板、31c・・第3ノズル板、32a・・第1噴出流路、32b・・第2噴出流路、32c・・第3噴出流路、43・・第1貫通孔、44・・第1層、45・・第2貫通孔、46・・第2層、47・・第3貫通孔、48・・第3層、51・・第1原料ガス供給管、53・・第2原料ガス供給管、54・・第3原料ガス供給管
Claims (3)
- 気相成長装置の原料ガス供給ノズルであって、複数の原料ガスをそれぞれ分離して流す複数の流路が形成された導入管部と、この導入管部に繋がり導入管部からの複数の原料ガスを層状に分離して噴出するノズル部を備え、
導入管部の各流路が周方向に分割されて小流路とされ、個々の小流路に原料ガスを供給する原料ガス供給流路にはそれぞれ流量調整手段が設けられ、
ノズル部から噴出する原料ガスの流速をその周方向に均等化することを特徴とする気相成長装置の原料ガス供給ノズル。 - 2以上の直径が異なる管が同軸的に配された多重管からなり、最内側の管の内部空間および管と管との間に形成される空間がそれぞれ1種の原料ガスが流れるガス流路とされた導入管部と、
この導入管部の個々の管に繋がり、末広がり状に広がる2枚以上の円環状の板体が1以上の空隙を介して重ねられ、前記導入管部の最内側の管に繋がる板体の内側の空間および板体と板体との間に形成される空間がそれぞれ1種の原料ガスを末広がり状に噴出する噴出流路とされたノズル部を備え、
導入管部の個々のガス流路には、複数の仕切り板が設けられ個々のガス流路が周方向に分割されて小流路とされ、個々の小流路に原料ガスを供給する原料ガス供給流路にはそれぞれ流量調整手段が設けられ、
ノズル部から噴出する原料ガスの流速をその周方向に均等化することを特徴とする気相成長装置の原料ガス供給ノズル。 - 複数の小流路が年輪状に配置されて構成され、これら複数の小流路のうち、最外層に位置する小流路群を第1層とし、この第1層の内側に位置する小流路群を第2層とし、以下同様にして第N(Nは3以上の整数)層とし、各層をなす小流路群にはそれぞれ1種の原料ガスが供給されるようになされた導入管部と、
この導入管部の各層に繋がり、末広がり状に広がる2枚以上の円環状の板体が1以上の空隙を介して重ねられ、前記導入管部の最内側の層に繋がる板体の内側の空間および板体と板体との間に形成される空間がそれぞれ1種の原料ガスを末広がり状に噴出する噴出流路とされたノズル部を備え、
導入管部をなす複数の小流路に原料ガスを供給する原料ガス供給流路にはそれぞれ流量調整手段が設けられ、
ノズル部から噴出する原料ガスの流速をその周方向に均等化することを特徴とする気相成長装置の原料ガス供給ノズル。
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KR101336489B1 (ko) | 2011-06-16 | 2013-12-03 | 파인콘 에너지스 인크. | 화학 기상 증착 장치 |
CN112725761A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-30 | 湖南金炉科技股份有限公司 | 沸腾式气相沉积炉 |
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JP2007109685A (ja) * | 2005-10-11 | 2007-04-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 化合物半導体製造装置および化合物半導体製造方法 |
-
2009
- 2009-03-26 JP JP2009077540A patent/JP2010232376A/ja active Pending
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