JP2010238831A - Vapor phase deposition device, and vapor phase deposition method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置、及び気相成長法に関する。 The present invention relates to a vapor phase growth (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus and a vapor phase growth method.
従来、化合物半導体材料を用いる発光ダイオード及び半導体レーザ等の製造においては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属ガスと、アンモニア（ＮＨ3）、ホスフィン（ＰＨ3）またはアルシン（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化合物半導体結晶を成長させる気相成長法が用いられている。 Conventionally, in the manufacture of light-emitting diodes and semiconductor lasers using compound semiconductor materials, organometallic gases such as trimethylgallium (TMG) or trimethylaluminum (TMA) and ammonia (NH 3 ), phosphine (PH 3 ), or arsine ( A vapor phase growth method is used in which a compound semiconductor crystal is grown by introducing a hydrogen compound gas such as AsH 3 ) into a growth chamber as a source gas contributing to film formation.
気相成長法は、上記の原料ガスをキャリアガスととも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。気相成長法を用いた化合物半導体結晶の製造においては、成長する化合物半導体結晶の品質を向上させながら、コストを抑えて、歩留まりと生産能力とをどのように最大限確保するかということが常に高く要求されている。 The vapor phase growth method is a method in which a compound semiconductor crystal is grown on a substrate by introducing the source gas together with a carrier gas into a growth chamber and heating it to cause a gas phase reaction on a predetermined substrate. In the production of compound semiconductor crystals using vapor phase epitaxy, it is always about how to secure the maximum yield and production capacity while reducing costs while improving the quality of growing compound semiconductor crystals. Highly demanded.
従来は、複数の反応ガスを供給して基板上で反応せしめ薄膜を形成する方法として、シャワーヘッドの中で複数のガスを混合し、シャワーヘッドに多数設けられているガス吹出孔から基板に反応ガスを吹き出させる方法がとられていた。 Conventionally, as a method of forming a thin film by supplying a plurality of reaction gases and reacting them on a substrate, a plurality of gases are mixed in a shower head and reacted to the substrate from a plurality of gas blowout holes provided in the shower head. A method of blowing out gas was taken.
しかし、上記方法によると、基板や基板保持部材（サセプタ）からの熱輻射の影響により、シャワーヘッドの基板に対向する面上で混合したガスの気相反応が生じてしまい、生成物が付着し、それが成長し、ガス吐出孔を覆い、やがて目詰まりが発生する問題、またシャワーヘッドの基板に対向する面の付着物が基板上に落下し不良が発生する問題が生じる。 However, according to the above method, a gas phase reaction of the gas mixed on the surface of the shower head facing the substrate occurs due to the influence of thermal radiation from the substrate and the substrate holding member (susceptor), and the product adheres. Then, it grows, covers the gas discharge holes, and eventually becomes clogged, and the deposit on the surface of the shower head facing the substrate falls on the substrate, resulting in a defect.
この問題を解決するため、特許文献１では、複数の反応ガスを個別のシャワープレート導管によって分離した状態で成長室へ供給すると共に、それぞれのシャワープレート導管を冷却する冷却チャンバーが成長室側に設けられた方法が示されている。この方法によれば、複数の反応ガスを別々に導入するため、シャワーヘッドの基板に対向する面付近ではガスの混合が少なくなり、生成物の発生がしにくく、またシャワーヘッドの基板に対向する面を冷却することで、反応が起こりにくくなるため、シャワーヘッドの基板に対向する面の汚染を抑止することができる。 In order to solve this problem, in Patent Document 1, a plurality of reaction gases are supplied to the growth chamber in a state of being separated by individual shower plate conduits, and a cooling chamber for cooling each shower plate conduit is provided on the growth chamber side. The shown method is shown. According to this method, since a plurality of reaction gases are introduced separately, gas mixing is reduced in the vicinity of the surface facing the showerhead substrate, and it is difficult for products to be generated, and it faces the showerhead substrate. Since the reaction is less likely to occur by cooling the surface, contamination of the surface of the shower head facing the substrate can be suppressed.
また、特許文献２では、シャワーヘッドに対応した細孔を有するシャワープレートを用い、シャワープレートをねじ留めして固定し、シャワーヘッドの基板に対向する面を覆う方法が示されている。シャワープレートの存在により付着物はシャワープレート上に成膜されることになり、定期的にシャワープレートを交換することで、付着物が基板上に落下することによる不良の発生を防いでいる。 Patent Document 2 discloses a method of using a shower plate having pores corresponding to a shower head, screwing and fixing the shower plate, and covering the surface of the shower head facing the substrate. The deposits are deposited on the shower plate due to the presence of the shower plate, and by periodically replacing the shower plate, the occurrence of defects due to the deposit falling on the substrate is prevented.
しかしながら、上記従来技術に開示された構成による装置では、シャワーヘッドに設けられた複数のガス吐出孔の配置がガス供給管の配置と一致しているため、冷却流路の確保等によるガス供給管の配置制限により、ガス吐出孔の配置位置も制限され、成膜する基板上での膜均一性を考慮した任意の位置にガス吐出孔を配置できない。 However, in the apparatus according to the configuration disclosed in the above prior art, the arrangement of the plurality of gas discharge holes provided in the shower head coincides with the arrangement of the gas supply pipe. Due to this arrangement restriction, the arrangement position of the gas discharge holes is also limited, and the gas discharge holes cannot be arranged at any position in consideration of film uniformity on the substrate on which the film is formed.
また、配置された基板をモニタするためのビューポートの窓をシャワーヘッドに設置した場合、そのガス供給管の配置位置がさらに制限される。 In addition, when a viewport window for monitoring the arranged substrate is installed in the shower head, the arrangement position of the gas supply pipe is further limited.
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は上記ガス供給管の配置制限下においても、供給される反応ガス流のばらつきの発生を抑制し、被処理基板上での膜均一性を確保し得るガス吐出孔を配置し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。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and the object thereof is to suppress the occurrence of variations in the flow of reactant gas to be supplied even on the substrate to be processed even under the restriction of the arrangement of the gas supply pipe. Another object of the present invention is to provide a vapor phase growth apparatus and a vapor phase growth method in which gas discharge holes that can ensure the film uniformity are arranged.
本発明の気相成長装置は、上記課題を解決するために、シャワーヘッドとシャワープレートとの接面の間に空間を設け、ガス吐出孔を通過したガスが空間を通り、ガス吐出孔とずれた位置に設けられたプレート孔から吐出することを特徴としている。それにより、シャワーヘッドのガス吐出孔位置に制限されること無く、ガスを吐出するプレート孔を設けることができる。 In order to solve the above problems, the vapor phase growth apparatus of the present invention provides a space between the contact surface of the shower head and the shower plate, and the gas that has passed through the gas discharge hole passes through the space and shifts from the gas discharge hole. It discharges from the plate hole provided in the position. Accordingly, it is possible to provide a plate hole for discharging gas without being limited to the gas discharge hole position of the shower head.
さらに、本発明の気相成長装置では、シャワーヘッドのシャワープレートとの接面側に、ガス吐出孔の孔径よりも大きい面積の空間を設けることが好ましい。すなわち、シャワーヘッドのガス吐出孔よりも大きな空間をシャワーヘッドのシャワープレートとの接面側に設けることで、シャワーヘッドのガス吐出孔と孔位置がずれた位置にプレート孔を設けることが可能となる。 Furthermore, in the vapor phase growth apparatus of the present invention, it is preferable to provide a space having an area larger than the diameter of the gas discharge hole on the side of the shower head in contact with the shower plate. In other words, by providing a space larger than the gas discharge hole of the shower head on the side in contact with the shower plate of the shower head, it is possible to provide a plate hole at a position shifted from the gas discharge hole of the shower head. Become.
さらに、本発明の気相成長装置では、シャワープレートのシャワーヘッドとの接面側に、ガス吐出孔の孔径よりも大きい面積の空間を設けることが好ましい。すなわち、シャワーヘッドのガス吐出孔よりも大きな空間をシャワープレートのシャワーヘッドとの接面側に設けることで、シャワーヘッドのガス吐出孔と孔位置がずれた位置にプレート孔を設けることが可能となる。 Furthermore, in the vapor phase growth apparatus of the present invention, it is preferable that a space having an area larger than the diameter of the gas discharge hole is provided on the side of the shower plate in contact with the shower head. That is, by providing a space larger than the gas discharge hole of the shower head on the contact surface side of the shower plate with the shower head, the plate hole can be provided at a position shifted from the gas discharge hole of the shower head. Become.
さらに、本発明の気相成長装置では、シャワーヘッドとシャワープレートとの接面の間に設けられた空間が、ガス吐出孔の位置からプレート孔に向けてテーパ状に形成されていることが好ましい。これにより、ガス吐出孔位置と別の位置に設けたプレート孔位置への流路の変化が緩やかとなり、通過するガスの流路抵抗を低減させることが可能となる。 Furthermore, in the vapor phase growth apparatus of the present invention, it is preferable that the space provided between the contact surfaces of the shower head and the shower plate is formed in a tapered shape from the position of the gas discharge hole toward the plate hole. . Thereby, the change of the flow path to the plate hole position provided at a position different from the gas discharge hole position becomes gradual, and the flow path resistance of the passing gas can be reduced.
さらに、本発明の気相成長装置では、シャワーヘッドの中心付近に設けられたガス吐出孔よりもシャワーヘッドの中心に近い位置にプレート孔を設けることが好ましい。これにより、シャワーヘッドの中心付近のガス流路を中心へ集約することができ、中心付近のガスの滞留を低減させることが可能となる。 Further, in the vapor phase growth apparatus of the present invention, it is preferable to provide the plate hole at a position closer to the center of the shower head than the gas discharge hole provided near the center of the shower head. Thereby, the gas flow paths near the center of the shower head can be concentrated to the center, and the retention of gas near the center can be reduced.
また、本発明の気相成長方法は、シャワーヘッドとシャワープレートとの接面の間に空間を設けることにより、ガス吐出孔を通過したガスが空間を通り、ガス吐出孔とずれた位置に設けられたプレート孔から吐出することで、成長室内のガス流を考慮したガス供給を行うことを特徴としている。それにより、シャワーヘッドのガス吐出孔位置に制限されること無く、成長室内へのガスの吐出を可能とすることができる。 Further, the vapor phase growth method of the present invention provides a space between the contact surface of the shower head and the shower plate so that the gas passing through the gas discharge hole passes through the space and is provided at a position shifted from the gas discharge hole. By discharging from the formed plate hole, gas supply is performed in consideration of the gas flow in the growth chamber. Thereby, it is possible to discharge gas into the growth chamber without being limited to the position of the gas discharge hole of the shower head.
シャワーヘッドのガス吐出孔位置に制限されること無く、ガスを吐出するプレート孔を設けることで、供給される反応ガス流のばらつきを抑制することができ、被処理基板上での膜均一性を確保することが可能となる。 By providing a plate hole for discharging gas without being limited to the position of the gas discharge hole of the shower head, it is possible to suppress variations in the flow of the reaction gas supplied, and to improve film uniformity on the substrate to be processed. It can be secured.
本発明の一実施形態について図１に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表わすものとする。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.
図１に、本発明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装置の模式的な構成の一例を示す。 FIG. 1 shows an example of a schematic configuration of a vertical showerhead type MOCVD apparatus which is an example of an MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus as a vapor phase growth apparatus of the present invention.
本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置は、内部を大気側と隔離し、気密状態を保持する成長室としての反応室１を有する反応炉２と、上記反応室１の内部に設けられて被処理基板３を載置するサセプタ４と、上記サセプタ４と対向し、かつ対向する面にシャワープレート３０を有するシャワーヘッド２０とを備えている。 The MOCVD apparatus according to the present embodiment has a reaction furnace 2 having a reaction chamber 1 as a growth chamber that keeps the inside isolated from the atmosphere and maintains an airtight state, and a substrate 3 to be processed provided inside the reaction chamber 1. And a shower head 20 that faces the susceptor 4 and has a shower plate 30 on the opposite surface.
上記サセプタ４は、回転伝達部材５の一端に備え付けられており、回転伝達部材５は、図示しない回転機構によって、自転可能となっている。また、サセプタ４の下側には、基板加熱ヒータ６が設けられている。 The susceptor 4 is provided at one end of a rotation transmission member 5, and the rotation transmission member 5 can be rotated by a rotation mechanism (not shown). A substrate heater 6 is provided below the susceptor 4.
上記ＭＯＣＶＤ装置１０にて被処理基板３の主表面に薄膜を形成するときは、原料ガス（以下単にガスと称する）を、シャワーヘッド２０からガス吐出孔３１ａを通し、シャワーヘッド２０の下側に設けられたシャワープレート３０のプレート孔３１を通して、反応室１へ導入する。このとき、基板加熱ヒータ６にて、サセプタ４を介して被処理基板３が加熱され、この被処理基板３上での成膜化学反応が促進されることにより、被処理基板３上に薄膜が形成される。被処理基板３上を通過したガスは、ガス排出口１ａから排出される。 When a thin film is formed on the main surface of the substrate 3 to be processed by the MOCVD apparatus 10, a source gas (hereinafter simply referred to as a gas) is passed from the shower head 20 through the gas discharge holes 31 a to the lower side of the shower head 20. It introduces into the reaction chamber 1 through the plate hole 31 of the provided shower plate 30. At this time, the substrate heating heater 6 heats the substrate 3 to be processed through the susceptor 4, and the film forming chemical reaction on the substrate 3 to be processed is promoted, whereby a thin film is formed on the substrate 3 to be processed. It is formed. The gas that has passed over the substrate 3 is discharged from the gas outlet 1a.
次に、本実施の形態の特徴的な構造であるシャワーヘッド２０及びシャワープレート３０の詳細構造について説明する。 Next, the detailed structures of the shower head 20 and the shower plate 30 which are characteristic structures of the present embodiment will be described.
上記シャワーヘッド２０は、第一ガスを充満させる第一ガス分配空間２３と、上記第一ガスとは異なる第二ガスを充満させる第二ガス分配空間２４と、上記第一ガス及び第二ガスを冷却する冷媒を充満させる冷媒空間２２とを有しており、これら各空間は、被処理基板３側から、冷媒空間２２、第一ガス分配空間２３、及び第二ガス分配空間２４の順に積層されている。そして、シャワーヘッド２０の下側つまり被処理基板３側にシャワープレート３０が設けられている。 The shower head 20 includes a first gas distribution space 23 that is filled with a first gas, a second gas distribution space 24 that is filled with a second gas different from the first gas, and the first gas and the second gas. The refrigerant space 22 is filled with a refrigerant to be cooled. These spaces are stacked in the order of the refrigerant space 22, the first gas distribution space 23, and the second gas distribution space 24 from the substrate 3 to be processed. ing. A shower plate 30 is provided below the shower head 20, that is, on the substrate 3 to be processed.
上記第二ガス分配空間２４には第二ガスが第二ガス導入口２４ａから導入されると共に、第二ガス分配空間２４に導入された第二ガスは、第一ガス分配空間２３及び冷媒空間２２を貫通し、かつシャワープレート３０のプレート孔３１に連通するガス吐出孔３１ａを有する複数の第二ガス供給管２４ｂを通して、反応室１に吐出されるようになっている。 The second gas is introduced into the second gas distribution space 24 from the second gas introduction port 24a, and the second gas introduced into the second gas distribution space 24 includes the first gas distribution space 23 and the refrigerant space 22. And is discharged into the reaction chamber 1 through a plurality of second gas supply pipes 24 b having gas discharge holes 31 a communicating with the plate holes 31 of the shower plate 30.
また、第一ガス分配空間２３には第一ガスが第一ガス導入口２３ａから導入されると共に、第一ガス分配空間２３に導入された第一ガスは、冷媒空間２２を貫通し、かつシャワープレート３０のプレート孔３１に連通するガス吐出孔３１ａを有する複数の第一ガス供給管２３ｂを通して、反応室１に吐出されるようになっている。 Further, the first gas is introduced into the first gas distribution space 23 from the first gas introduction port 23a, and the first gas introduced into the first gas distribution space 23 penetrates the refrigerant space 22 and is showered. The gas is discharged into the reaction chamber 1 through a plurality of first gas supply pipes 23 b having gas discharge holes 31 a communicating with the plate holes 31 of the plate 30.
したがって、第一ガス及び第二ガスは、シャワーヘッド２０内では混合されることなく、独立して反応室１に吐出されるようになっている。 Accordingly, the first gas and the second gas are discharged into the reaction chamber 1 independently without being mixed in the shower head 20.
上記シャワーヘッド２０は、図１に示すように、Ｏリング７ａによって、反応炉２と気密状態を保持するよう封止されており、シャワーヘッド２０と反応炉２とは取外し可能に構成されている。また、第一ガス分配空間２３と第二ガス分配空間２４との間には、Ｏリング７ｂが設けられ、第二ガス分配空間２４とその天板との間にもＯリング７ｃが設けられることによって、各空間が分離可能になっていると共に、各空間の気密状態が保持されている。 As shown in FIG. 1, the shower head 20 is sealed by an O-ring 7a so as to maintain an airtight state with the reaction furnace 2, and the shower head 20 and the reaction furnace 2 are configured to be removable. . Further, an O-ring 7b is provided between the first gas distribution space 23 and the second gas distribution space 24, and an O-ring 7c is also provided between the second gas distribution space 24 and its top plate. Thus, each space can be separated and the airtight state of each space is maintained.
一方、シャワープレート３０は、シャワーヘッド２０のシャワーヘッド下部壁面２０ａにて図示しないネジ等によって密着して固定、設置されている。上記シャワープレート３０には、複数のプレート孔３１が設けられており、シャワーヘッド２０のガス吐出孔３１ａおよびシャワープレート３０のプレート孔３１を通し、被処理基板３を収容する反応室１内にガスを供給して被処理基板３に成膜する。 On the other hand, the shower plate 30 is closely fixed and installed on the shower head lower wall surface 20a of the shower head 20 by screws or the like (not shown). The shower plate 30 is provided with a plurality of plate holes 31. The gas passes through the gas discharge holes 31 a of the shower head 20 and the plate holes 31 of the shower plate 30, and enters the reaction chamber 1 that accommodates the substrate 3 to be processed. To form a film on the substrate 3 to be processed.
以上に記載の成膜装置により成膜する上で、均一に成膜された被処理基板３の歩留まりを上げるためには、全ての被処理基板３をモニタする事が有効である。さらに、中央に配置された被処理基板３をモニタするためには、中央付近までビューポートの窓を広げることが好ましい。 It is effective to monitor all the substrates to be processed 3 in order to increase the yield of the substrates to be processed 3 uniformly formed when the film forming apparatus described above is used. Furthermore, in order to monitor the substrate 3 to be processed arranged at the center, it is preferable to widen the window of the viewport to the vicinity of the center.
また、複数のガスを個別に供給して反応室１内で混合し、サセプタ４がシャワーヘッド２０の中心を軸に回転しているため、反応室１内でガス全体の均一化を図るには、ガスを回転軸の半径方向に対して均一に流すことが好ましい。 In addition, since a plurality of gases are individually supplied and mixed in the reaction chamber 1 and the susceptor 4 rotates around the center of the shower head 20, the entire gas can be made uniform in the reaction chamber 1. It is preferable to flow the gas uniformly with respect to the radial direction of the rotating shaft.
さらには、シャワーヘッド２０の反応室１側の面への付着防止のためにシャワーヘッド２０を冷却する必要があり、シャワーヘッド２０を通過するガスへの温度影響を考慮すると、部分的なばらつきが無いよう均一に冷却することが好ましい。 Furthermore, it is necessary to cool the shower head 20 in order to prevent the shower head 20 from adhering to the surface on the reaction chamber 1 side, and in consideration of the temperature effect on the gas passing through the shower head 20, there is a partial variation. It is preferable to cool uniformly so that there is not.
しかしながら、図２（ｂ）に示すようにガス吐出孔３１ａをシャワーヘッド２０の中心部に配置した場合は、ビューポートの窓との位置関係上、冷却流路が確保できない。そのため、シャワーヘッド２０およびシャワーヘッド２０を通過するガスを均一に冷却するためには、図２（ａ）のようにガス吐出孔３１ａをシャワーヘッド２０の中心部に配置することができない。 However, when the gas discharge hole 31a is arranged at the center of the shower head 20 as shown in FIG. 2B, a cooling channel cannot be secured because of the positional relationship with the window of the viewport. Therefore, in order to uniformly cool the shower head 20 and the gas passing through the shower head 20, the gas discharge hole 31 a cannot be arranged at the center of the shower head 20 as shown in FIG.
図３、図４、図５は、ガス吐出孔３１ａとプレート孔３１とが連通する位置関係で、ガス吐出孔３１ａを図２（ａ）のように配置した場合の反応シミュレーション結果である。シミュレーションはシャワーヘッド２０の中心線に対称な２次元モデルで熱・流体・ＧａＮ成膜の計算を行っている。 3, 4, and 5 are reaction simulation results when the gas discharge holes 31 a are arranged as shown in FIG. 2A in a positional relationship where the gas discharge holes 31 a and the plate holes 31 communicate with each other. In the simulation, heat, fluid, and GaN film formation are calculated using a two-dimensional model symmetrical to the center line of the shower head 20.
図３はＧａＮ成膜の反応過程で生成されるＭＭＧＡの濃度分布を示している。このＭＭＧＡの濃度分布が成膜レートへ大きく寄与するため、ＭＭＧＡの濃度が高いサセプタ４の中心部で、成膜レートが高いことがわかる。また、図４および図５は流速分布であり、図４はガス吐出孔３１ａ間のピッチが７．５ｍｍのときの計算結果で、図５はガス吐出孔３１ａ間のピッチが１０ｍｍのときの計算結果を示す。図４および図５から、サセプタ４の中央部でのガス流速が小さく、ガスが滞留していることがわかる。 FIG. 3 shows the concentration distribution of MMGA produced in the reaction process of GaN film formation. Since this MMGA concentration distribution greatly contributes to the film formation rate, it can be seen that the film formation rate is high at the center of the susceptor 4 where the concentration of MMGA is high. 4 and 5 show the flow velocity distribution. FIG. 4 shows the calculation result when the pitch between the gas discharge holes 31a is 7.5 mm. FIG. 5 shows the calculation when the pitch between the gas discharge holes 31a is 10 mm. Results are shown. 4 and 5 that the gas flow rate at the center of the susceptor 4 is small and the gas is retained.
これら、シミュレーション結果より、ガスをサセプタ４の回転軸の半径方向に対して均一化するには、サセプタ４の中央部でのガスの滞留を抑制することが有効であり、そのため、サセプタ４の中央部にガスを吐出することが均一化するために有効となる。 From these simulation results, in order to make the gas uniform in the radial direction of the rotation axis of the susceptor 4, it is effective to suppress the retention of the gas at the central portion of the susceptor 4. Discharging gas to the part is effective to make uniform.
なお、サセプタ４の中央部でガスが滞留する理由は、ガス排出口１ａから離れていること、およびサセプタ４の回転による影響が少なく、ガス流速がサセプタ４の周辺部に比べて小さくなるためである。 The reason why the gas stays in the central portion of the susceptor 4 is that it is away from the gas discharge port 1a and is less affected by the rotation of the susceptor 4, and the gas flow rate is smaller than the peripheral portion of the susceptor 4. is there.
図７から図１０は、本発明のシャワーヘッド２０とシャワープレート３０との接面の間に設けた空間の一例を示している。 7 to 10 show an example of a space provided between the contact surfaces of the shower head 20 and the shower plate 30 of the present invention.
この空間により、ガス吐出孔３１ａを通過したガスが、ガス吐出孔３１ａとずれた位置に配置したプレート孔３１から反応室１の内部に吐出することが可能となる。つまり、冷却流路を確保した位置に配置したガス吐出孔３１ａを通過したガスが、シャワーヘッド２０とシャワープレート３０との接面の間に設けた空間を通り、ガスの滞留を抑制することに有効となるサセプタ４の中央部から吐出することが可能となる。その結果、サセプタ４の中央部の滞留を抑制し、被処理基板３上での膜均一性が改善されることになる。 With this space, the gas that has passed through the gas discharge holes 31a can be discharged into the reaction chamber 1 from the plate holes 31 that are disposed at positions shifted from the gas discharge holes 31a. In other words, the gas that has passed through the gas discharge holes 31 a arranged at the position where the cooling flow path is secured passes through the space provided between the contact surfaces of the shower head 20 and the shower plate 30 to suppress gas retention. It becomes possible to discharge from the central part of the effective susceptor 4. As a result, stagnation at the center of the susceptor 4 is suppressed, and film uniformity on the substrate to be processed 3 is improved.
図７、図８は、シャワープレート３０側へ空間を設けた場合の実施例であり、図９、図１０は、シャワーヘッド２０側へ空間を設けた場合の実施例である。なお、図７から図１０ともに、ガス吐出孔３１ａからのガス流れＡを、シャワーヘッド２０とシャワープレート３０との接面の間に設けた空間を介して、シャワープレート３０の中心部へのガス流れＢとし、サセプタ４の中央部への吐出を可能にしている。 FIGS. 7 and 8 show an embodiment when a space is provided on the shower plate 30 side, and FIGS. 9 and 10 show an embodiment when a space is provided on the shower head 20 side. 7 to 10, the gas flow A from the gas discharge hole 31 a is supplied to the center of the shower plate 30 through a space provided between the contact surfaces of the shower head 20 and the shower plate 30. The flow B is set to allow discharge to the center of the susceptor 4.
さらに、図８、図１０のように空間部で傾斜面を形成することにより、ガスの渦発生や滞留を低減でき、スムーズなガス流れが形成できる。 Furthermore, by forming an inclined surface in the space as shown in FIGS. 8 and 10, the generation and retention of gas vortices can be reduced, and a smooth gas flow can be formed.
図６は基板設置面域での成膜レートの分布グラフであり、図４、図５と同様にガス吐出孔３１ａ間のピッチ７．５ｍｍとピッチ１０ｍｍのシミュレーション結果である。 FIG. 6 is a distribution graph of the film formation rate in the substrate installation surface area, and is a simulation result of a pitch of 7.5 mm and a pitch of 10 mm between the gas discharge holes 31a as in FIGS.
図６の分布グラフではガス吐出孔３１ａ間のピッチを狭めることで、サセプタ４の中央部における成膜レートのばらつきが緩和されている。これは、ピッチを狭めることでガスの吐出口３１ａがサセプタ４の中央部に近づくことに加え、ガスの吐出量が一定であるため、特にサセプタ４の中央部においては、サセプタ４の回転による影響に比べてガスの吐出によるガス流の影響が大きくなるためである。しかし、このピッチの最小幅はガス吐出孔３１ａの孔径と冷却流路を確保することで決定するため、無制限に狭められるものではない。 In the distribution graph of FIG. 6, variations in the film formation rate at the center of the susceptor 4 are alleviated by narrowing the pitch between the gas discharge holes 31 a. This is because the gas discharge port 31a approaches the center portion of the susceptor 4 by narrowing the pitch, and the gas discharge amount is constant, so that the influence of the rotation of the susceptor 4 is particularly large in the center portion of the susceptor 4. This is because the influence of the gas flow due to the gas discharge becomes larger than that of the gas discharge. However, since the minimum width of this pitch is determined by securing the hole diameter of the gas discharge holes 31a and the cooling flow path, it is not narrowed indefinitely.
そのため、一例として図１１（ａ）は、ガス吐出孔３１ａに合わせてプレート孔３１を設けた場合を示し、図１１（ｂ）は、シャワーヘッド２０の中心部以外にもシャワーヘッド２０とシャワープレート３０との接面の間に空間を設け、ガス吐出孔３１ａの最小ピッチ幅より狭いピッチ幅でプレート孔３１を設けている。これら図１１（ａ）と図１１（ｂ）を比較すると明確なように、ガス吐出孔３１ａのピッチを変えずに、プレート孔３１のピッチ幅を狭くしてガスを噴出させることが可能となる。それにより、成膜レートのばらつきを抑え、被処理基板３の表面反応の制御性を確保することができる。 Therefore, as an example, FIG. 11A shows a case where the plate hole 31 is provided in accordance with the gas discharge hole 31a, and FIG. 11B shows the shower head 20 and the shower plate in addition to the center portion of the shower head 20. A space is provided between contact surfaces with the plate 30, and the plate holes 31 are provided with a pitch width narrower than the minimum pitch width of the gas discharge holes 31a. As is clear when comparing FIG. 11 (a) and FIG. 11 (b), gas can be ejected by narrowing the pitch width of the plate holes 31 without changing the pitch of the gas discharge holes 31a. . As a result, variations in the film formation rate can be suppressed, and controllability of the surface reaction of the substrate to be processed 3 can be ensured.
さらに、シャワーヘッド２０のガス吐出孔３１ａのピッチを小さく形成する加工に比べ、シャワーヘッド２０とシャワープレート３０との接面の間に空間を設ける加工の方が容易であり、安価な装置とすることができる。 Furthermore, compared with the process which makes the pitch of the gas discharge hole 31a of the shower head 20 small, the process which provides a space between the contact surfaces of the shower head 20 and the shower plate 30 is easier, and the apparatus is inexpensive. be able to.
図１１に示す例では、シャワープレート３０全面を対象としているが、サセプタ４の回転による影響が比較的少ないサセプタ４の中央部を対象としても良い。 In the example shown in FIG. 11, the entire surface of the shower plate 30 is targeted. However, the central portion of the susceptor 4 that is relatively less affected by the rotation of the susceptor 4 may be targeted.
また、シャワーヘッド２０とシャワープレート３０との接面の間に設ける空間は、ガス吐出孔３１ａの個々に対して設けられても良いし、複数のガス吐出孔３１ａが同一の空間を共有して設けられても良い。同様にプレート孔３１の個々に対して空間が設けられても良いし、複数のプレート孔３１が同一の空間を共有して設けられても良い。 Further, the space provided between the contact surfaces of the shower head 20 and the shower plate 30 may be provided for each of the gas discharge holes 31a, or the plurality of gas discharge holes 31a share the same space. It may be provided. Similarly, a space may be provided for each of the plate holes 31, or a plurality of plate holes 31 may be provided sharing the same space.
以上、本発明の実施形態により、供給される反応ガス流のばらつきを抑制し、被処理基板上での膜均一性を確保し得る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。 As described above, according to the embodiments of the present invention, it is possible to provide a vapor phase growth apparatus and a vapor phase growth method that can suppress variations in the flow of supplied reaction gas and ensure film uniformity on a substrate to be processed.
なお、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、シャワーヘッド２０よりガスを吐出し、シャワープレート３０に設けられた複数のガス吐出孔３１ａから被処理基板３の表面に反応ガスを供給する縦型の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。 The present invention discharges gas from the shower head 20 and supplies a reactive gas to the surface of the substrate 3 to be processed from a plurality of gas discharge holes 31 a provided in the shower plate 30. And can be used in vapor phase growth methods.
１ 反応室（成長室）
１ａ ガス排出口
２ 反応炉
３ 被処理基板
４ サセプタ
５ 回転伝達部材
６ 基板加熱ヒータ
１０ ＭＯＣＶＤ装置（気相成長装置）
２０ シャワーヘッド
２０ａ シャワーヘッド下部壁面
２２ 冷媒空間
２３ 第一ガス分配空間
２３ａ 第一ガス導入口
２３ｂ 第一ガス供給管
２４ 第二ガス分配空間
２４ａ 第二ガス導入口
２４ｂ 第二ガス供給管
３０ シャワープレート
３１ プレート孔
３１ａ ガス吐出孔
1 Reaction chamber (growth chamber)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a Gas exhaust port 2 Reactor 3 Substrate to be processed 4 Susceptor 5 Rotation transmission member 6 Substrate heater 10 MOCVD apparatus (vapor phase growth apparatus)
20 Shower head 20a Shower head lower wall surface 22 Refrigerant space 23 First gas distribution space 23a First gas introduction port 23b First gas supply pipe 24 Second gas distribution space 24a Second gas introduction port 24b Second gas supply pipe 30 Shower plate 31 Plate hole 31a Gas discharge hole
Claims (6)
前記シャワーヘッドと前記シャワープレートとの接面の間に空間を設けることにより、
前記ガス吐出孔を通過したガスが前記空間を通り、
前記ガス吐出孔とずれた位置に設けられた前記プレート孔から吐出することを特徴とする気相成長装置。 A shower head provided with a plurality of gas discharge holes, and a shower plate provided with a plurality of plate holes, wherein the shower plate is disposed so as to cover the gas discharge surface side of the shower head, In a vapor phase growth apparatus for supplying a gas into a growth chamber through a gas discharge hole and the plate hole and forming a film on a substrate to be processed accommodated in the growth chamber,
By providing a space between the contact surface of the shower head and the shower plate,
Gas passing through the gas discharge hole passes through the space,
A vapor phase growth apparatus that discharges from the plate hole provided at a position shifted from the gas discharge hole.
前記シャワーヘッドと前記シャワープレートとの接面の間に空間を設けることにより、前記ガス吐出孔を通過したガスが前記空間を通り、
前記ガス吐出孔とずれた位置に設けられた前記プレート孔から吐出することで、成長室内のガス流を考慮したガス供給を行うことを特徴とする気相成長方法。 A shower head provided with a plurality of gas discharge holes, and a shower plate provided with a plurality of plate holes, wherein the shower plate is disposed so as to cover the gas discharge surface side of the shower head, and In a vapor phase growth method of supplying a gas into a growth chamber through a gas discharge hole and the plate hole, and forming a film on a substrate to be processed accommodated in the growth chamber,
By providing a space between contact surfaces of the shower head and the shower plate, the gas that has passed through the gas discharge holes passes through the space,
A gas phase growth method characterized by performing gas supply in consideration of a gas flow in a growth chamber by discharging from the plate hole provided at a position shifted from the gas discharge hole.
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