JP2012248818A - Vapor phase growth apparatus and vapor phase growth method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、一般的には、気相成長装置および気相成長方法に関し、より特定的には、基板を設置するための基台が高速で回転する気相成長装置、およびそのような装置を用いた気相成長方法に関する。 The present invention generally relates to a vapor phase growth apparatus and a vapor phase growth method, and more specifically, a vapor phase growth apparatus in which a base for installing a substrate rotates at high speed, and such an apparatus. The present invention relates to the vapor phase growth method used.
従来の気相成長装置に関して、たとえば、特開平11−54437号公報には、基板の端部近傍に形成される発光素子の輝度強度の低下を防ぐことを目的とした化合物半導体膜の形成方法が開示されている(特許文献1)。特許文献1に開示された化合物半導体膜の形成方法においては、サセプタに基板を設置するための凹部が形成される。凹部内に、凹部の側壁部側が高くなるような段差部が設けられたり、凹部の底面がすり鉢状に湾曲して形成されたりする。
Regarding a conventional vapor phase growth apparatus, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-54437 discloses a method for forming a compound semiconductor film for the purpose of preventing a decrease in luminance intensity of a light emitting element formed in the vicinity of an edge of a substrate. (Patent Document 1). In the method for forming a compound semiconductor film disclosed in
また、特開2007−214344号公報には、基板が下向きに反ることによる局所加熱を防ぐことを目的とした化合物半導体膜の形成方法が開示されている(特許文献2)。特許文献2に開示された化合物半導体膜の形成方法においては、サセプタの上面に凹部が形成される。凹部は、基板の下方への反りに対応して、基板の中心がサセプタに常に非接触となり、基板の外周部がサセプタに常に接触するように形成される。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-214344 discloses a method for forming a compound semiconductor film for the purpose of preventing local heating caused by a substrate being warped downward (Patent Document 2). In the compound semiconductor film forming method disclosed in
また、特開2010−126796号公報には、作製される窒化物系化合物半導体素子の発振波長のばらつきを抑え、一枚の半導体基板から良品の割合が高い窒化物系化合物半導体素子を複数作成することを目的とした気相成長装置が開示されている(特許文献3)。特許文献3に開示された気相成長装置は、半導体基板を保持するための基板ホルダーを有する。基板ホルダーの半導体基板と対向する面は、半導体基板の反りの形状と略同一の形状に形成されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-126696 discloses that a plurality of nitride-based compound semiconductor elements having a high proportion of non-defective products are produced from a single semiconductor substrate while suppressing variations in the oscillation wavelength of the nitride-based compound semiconductor elements to be manufactured. A vapor phase growth apparatus for this purpose is disclosed (Patent Document 3). The vapor phase growth apparatus disclosed in Patent Document 3 has a substrate holder for holding a semiconductor substrate. The surface of the substrate holder that faces the semiconductor substrate is formed in substantially the same shape as the warpage of the semiconductor substrate.
発光ダイオードまたは半導体レーザなどの製造に、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法が用いられている。このMOCVD法では、たとえば、トリメチルガリウム(TMG)またはトリメチルアルミニウム(TMA)などの有機金属ガスと、アンモニア(NH3)、ホスフィン(PH3)またはアルシン(AsH3)などの水素化合物ガスとを成膜に寄与する原料ガスとして成長室に導入することにより、基板上に化合物半導体結晶を成長させる。 An MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method is used for manufacturing a light emitting diode or a semiconductor laser. In this MOCVD method, for example, an organometallic gas such as trimethylgallium (TMG) or trimethylaluminum (TMA) and a hydrogen compound gas such as ammonia (NH 3 ), phosphine (PH 3 ), or arsine (AsH 3 ) are formed. A compound semiconductor crystal is grown on the substrate by introducing it into the growth chamber as a source gas that contributes to the film.
このようにMOCVD法は、原料ガスを水素または窒素などの不活性ガスとともに成長室内に導入して加熱し、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ともに、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。 Thus, the MOCVD method is a method in which a source semiconductor gas is introduced into a growth chamber together with an inert gas such as hydrogen or nitrogen and heated to cause a gas phase reaction on the substrate, thereby growing a compound semiconductor crystal on the substrate. is there. In the manufacture of 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 suppress the cost, to increase the yield, and to increase the production capacity.
上述の特許文献1〜3には、MOCVD法を用いて基板に成膜するための気相成長装置が開示されている。たとえば、特許文献1に開示されたサセプタには、基板を設置するための凹部が形成される。サセプタを回転させつつそのサセプタ上に原料ガスを供給すると、原料ガスがサセプタの内周側から外周側に向けて流れる。この間、基板上を通過した原料ガスが成膜に寄与することによって、基板の気相成長面に化合物半導体膜が堆積される。
しかしながら、凹部は、基板のセッティングを可能とするために基板よりも大きい形状に形成されており、凹部の内壁と基板との間に隙間が生じる。原料ガスがその隙間を通過する間、成膜による原料ガスの消費量が小さくなるため、原料ガス流れの上流側に位置決めされた基板の端部(基板の上流側端部)で、原料ガスの濃度が高まる。その結果、基板上に形成される化合物半導体膜の膜厚が上流側端部で局所的に大きくなり、基板に均一な膜厚で成膜できないという懸念が生じる。 However, the concave portion is formed in a shape larger than the substrate in order to enable setting of the substrate, and a gap is generated between the inner wall of the concave portion and the substrate. While the raw material gas passes through the gap, the consumption of the raw material gas due to the film formation is reduced. Therefore, at the end of the substrate positioned upstream of the raw material gas flow (upstream end of the substrate) Concentration increases. As a result, the film thickness of the compound semiconductor film formed on the substrate locally increases at the upstream end, and there is a concern that the compound semiconductor film cannot be formed with a uniform film thickness on the substrate.
また、MOCVD法を用いた成膜工程では、原料ガスの利用効率を向上させたり、膜厚の均一性を向上させたりする目的で、サセプタを800rpm以上の高速で回転させる場合がある。この場合、サセプタが低速で回転する場合と比較して、原料ガスが凹部の内壁と基板との間の隙間に拡散し難くなり、成膜による原料ガスの消費量が特に小さくなる。このため、化合物半導体膜の膜厚が上流側端部で局所的に大きくなる上記懸念が特に顕著となる。 In the film forming process using the MOCVD method, the susceptor may be rotated at a high speed of 800 rpm or more for the purpose of improving the utilization efficiency of the source gas or improving the uniformity of the film thickness. In this case, as compared with the case where the susceptor rotates at a low speed, the source gas is less likely to diffuse into the gap between the inner wall of the recess and the substrate, and the consumption of the source gas due to film formation is particularly small. For this reason, the said concern that the film thickness of a compound semiconductor film becomes large locally in an upstream edge part becomes remarkable especially.
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、基板により均一な膜厚で成膜する気相成長装置および気相成長方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a vapor phase growth apparatus and a vapor phase growth method for forming a film with a uniform film thickness on a substrate.
この発明に従った気相成長装置は、基板が設置された処理室に原料ガスを供給することにより、基板の気相成長面に成膜する気相成長装置である。気相成長装置は、処理室に配置される頂面を有し、800rpm以上の速度で回転する基台と、基台の頂面に向かい合う位置に複数のガス吐出口を有し、複数のガス吐出口を通じて処理室に原料ガスを供給するガス供給部とを備える。基台には、頂面から凹み、基板が載置される凹部が形成される。基板は、基板と凹部の内壁との間に隙間が形成されるように配置され、かつ、基板の気相成長面は、基台の頂面よりも高い位置に配置される。 A vapor phase growth apparatus according to the present invention is a vapor phase growth apparatus for forming a film on a vapor phase growth surface of a substrate by supplying a source gas to a processing chamber in which the substrate is installed. The vapor phase growth apparatus has a top surface disposed in a processing chamber, a base that rotates at a speed of 800 rpm or more, a plurality of gas discharge ports at positions facing the top surface of the base, and a plurality of gas A gas supply unit that supplies a source gas to the processing chamber through the discharge port. The base is formed with a recess that is recessed from the top surface and on which the substrate is placed. The substrate is disposed such that a gap is formed between the substrate and the inner wall of the recess, and the vapor phase growth surface of the substrate is disposed at a position higher than the top surface of the base.
このように構成された気相成長装置によれば、基板の気相成長面が基台の頂面よりも高い位置に配置されるため、複数のガス吐出口から処理室に供給され、基台の頂面上を流れる原料ガスが、基板と凹部の内壁との間の隙間を通過して気相成長面に到達する前に、基板の側部と衝突して消費される。これにより、基板の上流側端部で原料ガスの濃度が高まる現象を抑制し、基板により均一な膜厚で成膜することができる。 According to the vapor phase growth apparatus configured as described above, since the vapor phase growth surface of the substrate is arranged at a position higher than the top surface of the base, the base is supplied from the plurality of gas discharge ports to the processing chamber. The source gas flowing on the top surface of the substrate collides with the side portion of the substrate before passing through the gap between the substrate and the inner wall of the recess and reaching the vapor phase growth surface. Thereby, the phenomenon that the concentration of the source gas is increased at the upstream end of the substrate can be suppressed, and a film can be formed with a uniform film thickness on the substrate.
また好ましくは、凹部の直径をDとし、基板の直径をdとする場合に、凹部は、d<D≦d+10mmの関係を満たすように形成される。 Preferably, when the diameter of the recess is D and the diameter of the substrate is d, the recess is formed so as to satisfy the relationship d <D ≦ d + 10 mm.
このように構成された気相成長装置によれば、基板と凹部の内壁との間の隙間を、d<D≦d+10mmの関係を満たす幅に設定することにより、基板と凹部の内壁との間の隙間を通過する際に原料ガスの濃度が上昇する現象を抑制できる。これにより、基板の上流側端部における原料ガスの濃度を適切に制御することができる。 According to the vapor phase growth apparatus configured as described above, the gap between the substrate and the inner wall of the recess is set to a width satisfying the relationship of d <D ≦ d + 10 mm. The phenomenon that the concentration of the raw material gas rises when passing through the gap can be suppressed. Thereby, the density | concentration of the source gas in the upstream edge part of a board | substrate can be controlled appropriately.
また好ましくは、ガス供給部により供給される原料ガスは、キャリアガスとして窒素を含まない。このように構成された気相成長装置によれば、基板にさらに均一な膜厚で成膜することができる。 Preferably, the source gas supplied by the gas supply unit does not contain nitrogen as a carrier gas. According to the vapor phase growth apparatus configured as described above, it is possible to form a film with a more uniform film thickness on the substrate.
この発明に従った気相成長方法は、基板が設置された処理室に原料ガスを供給することにより、基板の気相成長面に成膜する気相成長方法である。気相成長方法は、処理室に配置される頂面を有する基台に基板を設置する工程と、基台を800rpm以上の速度で回転させるとともに、頂面に向かい合う位置から処理室に原料ガスを供給する工程とを備える。基台には、その頂面から凹み、基板が載置される凹部が形成される。基板を設置する工程は、基板と凹部の内壁との間に隙間が形成され、かつ、基板の気相成長面が頂面よりも高い位置に配置されるように、基台に基板を設置する工程を含む。 The vapor phase growth method according to the present invention is a vapor phase growth method for forming a film on a vapor phase growth surface of a substrate by supplying a source gas to a processing chamber in which the substrate is installed. The vapor phase growth method includes a step of placing a substrate on a base having a top surface disposed in a processing chamber, and the base is rotated at a speed of 800 rpm or more, and a source gas is introduced into the processing chamber from a position facing the top surface. And a supplying step. The base is formed with a recess that is recessed from the top surface and on which the substrate is placed. In the step of installing the substrate, the substrate is installed on the base so that a gap is formed between the substrate and the inner wall of the recess, and the vapor phase growth surface of the substrate is positioned higher than the top surface. Process.
このように構成された気相成長方法によれば、基板の気相成長面が基台の頂面よりも高い位置に配置されるように、基台に基板を載置するため、複数のガス吐出口から処理室に供給され、基台の頂面上を流れる原料ガスが、基板と凹部の内壁との間の隙間を通過して気相成長面に到達する前に、基板の側部と衝突して消費される。これにより、基板の上流側端部で原料ガスの濃度が高まる現象を抑制し、基板により均一な膜厚で成膜することができる。 According to the vapor phase growth method configured in this way, a plurality of gases are used to place the substrate on the base so that the vapor phase growth surface of the substrate is positioned higher than the top surface of the base. Before the source gas supplied to the processing chamber from the discharge port and flowing on the top surface of the base passes through the gap between the substrate and the inner wall of the recess and reaches the vapor phase growth surface, Consumed and consumed. Thereby, the phenomenon that the concentration of the source gas is increased at the upstream end of the substrate can be suppressed, and a film can be formed with a uniform film thickness on the substrate.
以上に説明したように、この発明に従えば、基板により均一な膜厚で成膜す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 present invention, it is possible to provide a vapor phase growth apparatus and a vapor phase growth method for forming a film with a uniform thickness on a substrate.
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings referred to below, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals.
図1は、この発明の実施の形態におけるMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置を示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1を参照して、MOCVD装置10は、MOCVD法を用いて、基板に化合物半導体膜を成膜するための装置である。MOCVD装置10は、反応炉11と、シャワーヘッド31と、III族系ガス供給源41と、V族系ガス供給源46と、マスフローコントローラ42およびマスフローコントローラ47と、冷却装置51とを有する。
Referring to FIG. 1, an
反応炉11は、処理対象物である基板の気相成長面に化合物半導体結晶を成長させるための処理室12を形成している。処理室12は、反応炉11内部の中空部により形成されている。
The
シャワーヘッド31は、処理室12に成膜に寄与する原料ガスを供給するためのガス供給部として設けられている。シャワーヘッド31は、反応炉11に接続されている。シャワーヘッド31は、反応炉11の天井部に配置されている。シャワーヘッド31は、ガス導入部32と、冷却部としての水冷部33と、ガス吐出口形成部としてのプレート34とから構成されている。
The
III族系ガス供給源41は、III族元素を含むIII族系ガスの供給源として設けられ、V族系ガス供給源46は、V族元素を含むV族系ガスの供給源として設けられている。III族系ガス供給源41は、III族系ガス配管43を介してガス導入部32に接続され、V族系ガス供給源46は、V族系ガス配管48を介してガス導入部32に接続されている。
The group III-based
III族系ガス配管43の管路上には、III族系ガス供給源41からガス導入部32に対するIII族系ガスの導入量を調節可能とする、III族系ガス導入量調節部としてのマスフローコントローラ42が設けられている。V族系ガス配管48の管路上には、V族系ガス供給源46からガス導入部32に対するV族系ガスの導入量を調節可能とする、V族系ガス導入量調節部としてのマスフローコントローラ47が設けられている。
A mass flow controller serving as a group III gas introduction amount adjusting unit on the pipe line of the group III gas piping 43 that allows the amount of group III gas introduced from the group III
III族元素としては、たとえば、Ga(ガリウム)、Al(アルミニウム)またはIn(インジウム)などがあり、III族元素を含むIII族系ガスとして、たとえば、トリメチルガリウム(TMG)またはトリメチルアルミニウム(TMA)などの有機金属ガスの1種類以上が用いられる。また、V族元素としては、たとえば、N(窒素)、P(リン)またはAs(ヒ素)などがあり、V族元素を含むV族系ガスとして、たとえば、アンモニア(NH3)、ホスフィン(PH3)またはアルシン(AsH3)などの水素化合物ガスの1種類以上が用いられる。 Examples of the group III element include Ga (gallium), Al (aluminum), and In (indium). Examples of the group III gas containing the group III element include trimethylgallium (TMG) and trimethylaluminum (TMA). One or more kinds of organometallic gases such as are used. Examples of the group V element include N (nitrogen), P (phosphorus), and As (arsenic), and examples of the group V gas containing the group V element include ammonia (NH 3 ) and phosphine (PH 3 ) or one or more hydrogen compound gases such as arsine (AsH 3 ) are used.
冷却装置51は、水冷系配管52を介して水冷部33に接続されている。水冷部33には、水冷系配管52を通じて冷却装置51から冷却水が供給される。水冷部33に供給された冷却水は、ガス導入部32に導入された原料ガスを冷却し、原料ガスが高温となることを防止する。これにより、シャワーヘッド31において原料ガスが反応して反応物が生じ、その反応物によって後述するガス吐出口44およびガス吐出口49が塞がれることを防止できる。
The
図2は、図1中のシャワーヘッドを構成するプレートを示す底面図である。図1および図2を参照して、プレート34は、処理室12に配置されている。プレート34は、シャワーヘッド31の底部に設けられている。
FIG. 2 is a bottom view showing a plate constituting the shower head in FIG. With reference to FIGS. 1 and 2, the
プレート34には、複数のガス吐出口44と、複数のガス吐出口49とが形成されている。ガス吐出口44およびガス吐出口49は、処理室12に開口している。
A plurality of
III族系ガス供給源41からガス導入部32に導入されたIII族系ガスは、複数のガス吐出口44を通じて処理室12に供給され、V族系ガス供給源46からガス導入部32に導入されたV族系ガスは、複数のガス吐出口49を通じて処理室12に供給される。処理室12にIII族系ガスおよびV族系ガスが均一に供給されるように、複数のガス吐出口44と複数のガス吐出口49とは、プレート34の底面に平面的に散らばって配置されている。複数のガス吐出口44および複数のガス吐出口49は、後述するサセプタ21の頂面21aに向かい合う位置で開口している。
The group III gas introduced from the group III
なお、図2中では、ガス吐出口44およびガス吐出口49を互いに区別するため、ガス吐出口44にハッチングが付されている。
In FIG. 2, the
図3は、図1中のサセプタを示す平面図である。図1から図3を参照して、MOCVD装置10は、サセプタ21と、回転軸13と、ヒータ15と、被覆板(ヒータカバー)58とをさらに有する。
FIG. 3 is a plan view showing the susceptor in FIG. 1 to 3, the
サセプタ21は、処理室12において処理対象物である基板90を支持するための基台として設けられている。サセプタ21は、プレート34と対向して配置されている。サセプタ21は、図中に仮想線として示された中心線101を中心とする円盤形状を有する。サセプタ21は、導電性材料、たとえばカーボンから形成されている。
The
サセプタ21は、頂面21aを有する。頂面21aは、処理室12に配置されている。頂面21aは、プレート34と向かい合っている。頂面21aは、プレート34に開口する複数のガス吐出口44および複数のガス吐出口49と向かい合っている。頂面21aは、複数のガス吐出口44および複数のガス吐出口49が開口するプレート34の底面と平行に延在している。頂面21aは、ガス吐出口44およびガス吐出口49から原料ガスが吐出される方向に直交する平面内で延在する。
The
ヒータ15は、サセプタ21に支持された基板を加熱するための加熱部として設けられている。サセプタ21は、ヒータ15上に設置されている。ヒータ15は、サセプタ21に対してシャワーヘッド31の反対側に配置されている。
The
回転軸13は、中心線101に沿って延伸し、サセプタ21に接続されている。回転軸13は、図示しないアクチュエータにより回転可能に設けられている。回転軸13の回転に伴って、サセプタ21は、中心線101を中心に図3中の矢印110に示す方向に回転する。サセプタ21は、頂面21aがプレート34と向かい合った姿勢を維持しながら回転する。
The rotating
本実施の形態におけるMOCVD装置10においては、サセプタ21が、800rpm以上の速度で回転する。サセプタ21を高速回転させることにより、高速回転時に生じるせん断流れにより原料ガスが基板90に引き寄せられるため、成膜に寄与する原料ガスの割合が向上する。また、基板90の成膜面に生じる境界層の厚みの均一性が高まるため、境界層の厚みと反比例の関係にある膜厚の均一性が向上する。
In
被覆板58は、中心線101を中心とする外周上で、サセプタ21、回転軸13およびヒータ15を取り囲むように設けられている。
The covering
MOCVD装置10は、ガス排気部57およびガス処理装置56をさらに有する。ガス排気部57は、処理室12の内部の原料ガスを外部に排気するために設けられている。ガス排気部57は、反応炉11に接続されている。ガス排気部57は、サセプタ21よりも外周側であって、かつ、シャワーヘッド31側から見てサセプタ21の頂面21aよりも遠い位置で、処理室12に連通している。
The
ガス処理装置56は、パージライン55を介してガス排気部57に接続されている。ガス処理装置56は、パージライン55を通じてガス排気部57から送られた原料ガスを無害化するための処理を行なう。
The
図4は、図3中のサセプタを示す断面図である。図1から図4を参照して、サセプタ21には、凹部22が形成されている。本実施の形態では、サセプタ21に複数の凹部22が形成されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the susceptor in FIG. With reference to FIGS. 1 to 4, a
凹部22は、頂面21aから凹む凹形状に形成されている。凹部22は、中心線101から半径方向外側にずれた配置されている。複数の凹部22は、中心線101を中心とする周方向において互いに間隔を隔てて配置されている。複数の凹部22は、中心線101を中心とする周方向において等間隔に配置されている。本実施の形態では、4つの凹部22が90°間隔で配置されている。処理対象物である基板90は、凹部22に載置される。
The
頂面21aを正面から見た場合に、凹部22は、基板90に対応する形状である円形を有する。基板90を凹部22に載置可能なように、凹部22は、基板90よりも大きい形状を有する(基板90の直径d<凹部22の直径D)。一例を挙げると、直径100mmを有する基板90に対して、凹部22の直径を105mmに設定する。基板90は、凹部22の略中心位置に載置される。基板90を凹部22に載置した状態で、凹部22の内壁と基板90のとの間には、隙間61が形成される。
When the
基板90は、処理室12において化合物半導体結晶が成長される気相成長面90aを有する。基板90は、気相成長面90aとプレート34とが対向するように凹部22に載置される。気相成長面90aは、サセプタ21の頂面21aと平行に延在する。本実施の形態におけるMOCVD装置10においては、基板90は、気相成長面90aがサセプタ21の頂面21aよりも高い位置に配置されるように凹部22に設置される。すなわち、基板90の高さをhとし、凹部22の深さをHとする場合に、基板90は、h>Hの関係を満たすように凹部22に配置される。
The
一例を挙げると、気相成長面90aが、サセプタ21の頂面21aよりも0.2mm高い位置に配置されるように、凹部22の深さが決定される。本実施の形態では、気相成長面90aと凹部22との高さの差が、凹部22の深さよりも小さい。
As an example, the depth of the
MOCVD装置10を用いて基板90に成膜する気相成長方法について説明すると、まず、サセプタ21の凹部22に基板90を載置する。この際、基板90と凹部22の内壁との間に隙間61が形成され、かつ、基板90の気相成長面90aがサセプタ21の頂面21aよりも高い位置に配置されるように、基板90を凹部22に載置する。次に、ヒータ15の加熱によってサセプタ21を介して基板90を所定の温度まで加熱するとともに、サセプタ21を、中心線101を中心に800rpm以上の速度で回転させる。
The vapor phase growth method for forming a film on the
III族系ガスおよびV族系ガスを、それぞれ、ガス吐出口44およびガス吐出口49から処理室12に供給する。この際、III族系ガスおよびV族系ガスの導入量を、それぞれ、図示しない制御部から信号を受けたマスフローコントローラ42およびマスフローコントローラ47により制御する。
Group III-based gas and Group V-based gas are supplied to the
処理室12に供給された原料ガスは、サセプタ21の頂面21aに直交する方向に流れ、その後、各ガス吐出口44,49に対向する頂面21a上の位置から、中心線101を中心とする半径方向外側に向けて流れる。原料ガスが加熱された基板90上を通過する間、基板90の気相成長面90aに、III−V族化合物半導体結晶が成長することになる。
The source gas supplied to the
続いて、本実施の形態におけるMOCVD装置10およびMOCVD装置10を用いた気相成長方法において奏される作用、効果について説明する。
Next, the operation and effect exhibited by the
図5は、比較のためのMOCVD装置において、サセプタの断面を示す図である。図6は、比較のためのMOCVD装置において、基板が載置されたサセプタの断面を示す図である。図中には、各断面位置に対応させて原料ガスの濃度および化合物半導体膜の膜厚の変化を示したグラフが示されている。 FIG. 5 is a view showing a cross section of a susceptor in an MOCVD apparatus for comparison. FIG. 6 is a view showing a cross section of a susceptor on which a substrate is placed in a comparative MOCVD apparatus. In the drawing, a graph showing changes in the concentration of the source gas and the film thickness of the compound semiconductor film corresponding to each cross-sectional position is shown.
図5および図6を参照して、本比較例では、気相成長面90aとサセプタ21の頂面21aとが同じ高さに配置されている。
5 and 6, in this comparative example, the vapor
図5中に示すように、原料ガスがサセプタ21上で中心線101を中心とする半径方向外側に向けて流れる間、原料ガスの一部が成膜に寄与する一方で、各ガス吐出口44,49から供給された新たな原料ガスがサセプタ21上の流れに加わっていく。このため、サセプタ21上の各位置で原料ガスの濃度が一定に維持されつつ、サセプタ21の頂面21aに一定の膜厚で成膜が施されることとなる。
As shown in FIG. 5, while the source gas flows on the
図6中に示すように、基板90と凹部22の内壁との間には、隙間61が形成される。原料ガスがこの隙間61を通過する間、成膜による原料ガスの消費量が小さくなるため、原料ガスの濃度が、原料ガス流れの上流側に位置決めされた基板90の端部(基板90の上流側端部)で高くなる。この場合、その高濃度の原料ガスによって成膜された基板90の上流側端部で、膜厚が局所的に大きくなる現象が生じる。
As shown in FIG. 6, a
図7は、比較のためのMOCVD装置において、基板が載置されたサセプタの断面を示す別の図である。図中では、各断面位置に対応させて、サセプタ21が高速回転する場合の原料ガスの濃度の変化がライン126によって示され、サセプタ21が低速回転する場合の原料ガスの濃度の変化がライン127によって示されている。
FIG. 7 is another view showing a cross section of a susceptor on which a substrate is placed in a comparative MOCVD apparatus. In the drawing, the change in the concentration of the source gas when the
図7を参照して、サセプタ21が800rpm以上の速度で高速回転する場合(隙間61に記載された曲線121)、サセプタ21が低速回転する場合(隙間61に記載された曲線122)と比較して、原料ガスは、頂面21a上から気相成長面90a上に向かう間に隙間61の浅い範囲までしか拡散せず、その結果、気相成長面90aに到達する原料ガスの量が大きくなる。原料ガスの濃度と膜厚とは比例関係にあるため、特にサセプタ21が800rpm以上の速度で高速回転する場合に、基板90の上流側端部で膜厚が局所的に大きくなる現象が顕著となる。
Referring to FIG. 7, the
図8は、この発明の実施の形態におけるMOCVD装置において、基板が載置されたサセプタの断面を示す図である。図中には、各断面位置に対応させて原料ガスの濃度および化合物半導体膜の膜厚の変化を示したグラフが示されている。 FIG. 8 is a view showing a cross section of the susceptor on which the substrate is placed in the MOCVD apparatus according to the embodiment of the present invention. In the drawing, a graph showing changes in the concentration of the source gas and the film thickness of the compound semiconductor film corresponding to each cross-sectional position is shown.
図8を参照して、これに対して、本実施の形態におけるMOCVD装置10においては、基板90の気相成長面90aがサセプタ21の頂面21aよりも高い位置に配置される。このような構成によれば、サセプタ21上を流れる原料ガスは、気相成長面90aに到達する前に基板90の側面90bと衝突することによって部分的に消費される。これにより、気相成長面90aに到達する原料ガスの濃度を適切に制御し、基板90の上流側端部で膜厚が局所的に大きくなる現象を回避することができる。
Referring to FIG. 8, in contrast, in
図9は、比較のためのMOCVD装置において、基板が載置されたサセプタの断面を示すさらに別の図である。図中では、各断面位置に対応させて、基板および凹部間の隙間の幅が小さい場合の原料ガスの濃度の変化がライン141によって示され、基板および凹部間の隙間の幅が大きい場合の原料ガスの濃度の変化がライン142によって示されている。
FIG. 9 is still another view showing a cross section of a susceptor on which a substrate is placed in a comparative MOCVD apparatus. In the drawing, the change in the concentration of the raw material gas when the width of the gap between the substrate and the recess is small is shown by a
図9中に示すように、基板90の凹部22の内壁との間の隙間61の幅が大きい場合、隙間61の幅が小さい場合と比較して、基板90の上流側端部における原料ガス濃度の上昇が大きくなる。基板90の上流側端部における原料ガス濃度の上昇を抑えた上で、原料ガスと基板90の側面90bとの衝突により原料ガス濃度を適切に制御するという観点から、基板90と凹部22の内壁との間の隙間61を、d<D≦d+10mm(d:基板90の直径,D:凹部22の直径)の関係を満たす幅に設定することが好ましい。
As shown in FIG. 9, when the width of the
以上に説明した、この発明の実施の形態におけるMOCVD装置10の構造についてまとめて説明すると、本実施の形態における気相成長装置としてのMOCVD装置10は、基板90が設置された処理室12に原料ガスを供給することにより、基板90の気相成長面90aに成膜する。MOCVD装置10は、処理室12に配置される頂面21aを有し、800rpm以上の速度で回転する基台としてのサセプタ21と、サセプタ21の頂面21aに向かい合う位置に複数のガス吐出口44,49を有し、複数のガス吐出口44,49を通じて処理室12に原料ガスを供給するガス供給部としてのシャワーヘッド31とを備える。サセプタ21には、頂面21aから凹み、基板90が載置される凹部22が形成される。基板90は、基板90と凹部22の内壁との間に隙間61が形成されるように配置され、かつ、基板90の気相成長面90aは、サセプタ21の頂面21aよりも高い位置に配置される。
The structure of the
このように構成された、この発明の実施の形態におけるMOCVD装置10によれば、基板90の気相成長面90aがサセプタ21の頂面21aよりも高い位置に配置されるため、基板90の上流側端部で膜厚が局所的に大きくなる現象を回避できる。これにより、基板90により均一な膜厚で化合物半導体膜を成膜することができる。
According to the
続いて、本実施の形態におけるMOCVD装置10によって奏される上記作用、効果を確認するため行なった実施例について説明する。
Next, examples performed for confirming the above-described functions and effects achieved by the
図10は、第1実施例において、基板の上流側端部からの距離Xと、化合物半導体膜の膜厚との関係を示すグラフである。 FIG. 10 is a graph showing the relationship between the distance X from the upstream end of the substrate and the film thickness of the compound semiconductor film in the first embodiment.
図10を参照して、本実施例では、MOCVD装置10を用いて、基板90の気相成長面90aにIII−V族化合物半導体結晶を成長させた。この際、基板90の直径dを100mmとし、凹部22の直径Dを105mmとし、基板90の気相成長面90aをサセプタ21の頂面21aよりも0.2mm高く設定した。化合物半導体膜の成長条件に関して、基板温度を1100℃とし、成長圧力を100Torrとし、原料ガスの総流量を20L/minとし、サセプタ21の回転速度を800rpmとした。原料ガスのキャリアガスとして、水素ガスを用いた。
Referring to FIG. 10, in this example, a group III-V compound semiconductor crystal was grown on the vapor
成膜工程の後、基板90に形成された化合物半導体膜の膜厚を、基板90の上流側端部からの距離X(図4を参照のこと)ごとに測定し、その結果を図10中に示した。X=50mmのときが基板90の中心である。また、比較のため、基板90の気相成長面90aをサセプタ21の頂面21aと同じ高さとした場合と、基板90の気相成長面90aをサセプタ21の頂面21aよりも0.2mm低く設定した場合とについても、同様の成膜工程および測定工程を実施し、その結果を図10中に示した。
After the film forming step, the film thickness of the compound semiconductor film formed on the
図10中に示す結果から分かるように、基板90の気相成長面90aをサセプタ21の頂面21aよりも0.2mm高く設定した実施例では、他の2つの比較例と較べて、基板90の上流側端部における化合物半導体膜の膜厚を小さく抑えることができた。
As can be seen from the results shown in FIG. 10, in the example in which the vapor
また、追加の実施例として、原料ガスのキャリアガスとして窒素ガスを用いた場合について上記の成膜工程および測定工程を実施した。その結果、キャリアガスとして水素ガスを用いた場合と窒素ガスを用いた場合とを比較すると、水素ガスを用いた場合に(キャリアガスとして窒素ガスを含まない場合)に、基板90の上流側端部における化合物半導体膜の膜厚がより小さくなることを確認できた。
Further, as an additional example, the above-described film forming process and measurement process were performed when nitrogen gas was used as the carrier gas of the source gas. As a result, when hydrogen gas is used as the carrier gas and when nitrogen gas is used, when hydrogen gas is used (when nitrogen gas is not included as the carrier gas), the upstream end of the
図11は、第2実施例において、基板の上流側端部からの距離Xと、化合物半導体膜の膜厚との関係を示すグラフである。 FIG. 11 is a graph showing the relationship between the distance X from the upstream end of the substrate and the film thickness of the compound semiconductor film in the second embodiment.
図11を参照して、本実施例においても、第1実施例と同様の成長条件で基板90に成膜工程を実施した。この際、基板90の直径dを100mmとし、基板90の気相成長面90aをサセプタ21の頂面21aよりも0.2mm高く設定するとともに、凹部22の直径Dを105mm(B=(D−d)=5mm)、107.5mm(B=7.5mm)、110mm(B=10mm)、111mm(B=11mm)、112mm(B=12mm)と変化させた。
Referring to FIG. 11, also in this example, the film forming process was performed on
図12は、第2実施例において、基板および凹部間の隙間の大きさと、基板の上流側端部における化合物半導体膜の厚みとの関係を示すグラフである。成膜工程の後、基板90に形成された化合物半導体膜の膜厚を、基板90の上流側端部からの距離Xごとに測定し、その結果を図11中に示した。また、基板および凹部の直径の差Bを5mm、7.5mm、10mm、11mm、12mmとした場合の基板の上流側端部における化合物半導体膜の厚みを図12中に示した。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the size of the gap between the substrate and the recess and the thickness of the compound semiconductor film at the upstream end of the substrate in the second embodiment. After the film forming step, the thickness of the compound semiconductor film formed on the
図11および図12中に示す結果から分かるように、B≦10mm、すなわち、基板90と凹部22の内壁との間の隙間61が、D≦d+10mmの関係を満たす幅に設定されている時に、基板の上流側端部における化合物半導体膜の厚みをより小さく抑えることができた。
As can be seen from the results shown in FIGS. 11 and 12, when B ≦ 10 mm, that is, when the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
この発明は、たとえば、縦型シャワーヘッド型のMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置に適用される。 The present invention is applied to, for example, a vertical showerhead type MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus.
10 MOCVD装置、11 反応炉、12 処理室、13 回転軸、15 ヒータ、21 サセプタ、21a 頂面、22 凹部、31 シャワーヘッド、32 ガス導入部、33 水冷部、34 プレート、41 III族系ガス供給源、42,47マスフローコントローラ、43 III族系ガス配管、44,49 ガス吐出口、46 V族系ガス供給源、48 V族系ガス配管、51 冷却装置、52 水冷系配管、55 パージライン、56 ガス処理装置、57 ガス排気部、58 被覆板、61 隙間、90 基板、90a 気相成長面、90b 側面。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
処理室に配置される頂面を有し、800rpm以上の速度で回転する基台と、
前記頂面に向かい合う位置に複数のガス吐出口を有し、複数の前記ガス吐出口を通じて処理室に原料ガスを供給するガス供給部とを備え、
前記基台には、前記頂面から凹み、基板が載置される凹部が形成され、
基板は、基板と前記凹部の内壁との間に隙間が形成されるように配置され、かつ、基板の気相成長面は、前記頂面よりも高い位置に配置される、気相成長装置。 A vapor phase growth apparatus for forming a film on a vapor phase growth surface of a substrate by supplying a source gas to a processing chamber in which the substrate is installed,
A base having a top surface disposed in the processing chamber and rotating at a speed of 800 rpm or more;
A plurality of gas discharge ports at a position facing the top surface, and a gas supply unit that supplies a source gas to the processing chamber through the plurality of gas discharge ports,
The base is recessed from the top surface, and a recess is formed on which the substrate is placed.
The substrate is disposed such that a gap is formed between the substrate and the inner wall of the recess, and the vapor phase growth surface of the substrate is disposed at a position higher than the top surface.
処理室に配置される頂面を有する基台に基板を設置する工程と、
前記基台を800rpm以上の速度で回転させるとともに、前記頂面に向かい合う位置から処理室に原料ガスを供給する工程とを備え、
前記基台には、前記頂面から凹み、基板が載置される凹部が形成され、
前記基板を設置する工程は、基板と前記凹部の内壁との間に隙間が形成され、かつ、基板の気相成長面が前記頂面よりも高い位置に配置されるように、前記基台に基板を設置する工程を含む、気相成長方法。 A vapor phase growth method for forming a film on a vapor phase growth surface of a substrate by supplying a source gas to a processing chamber in which the substrate is installed,
Installing the substrate on a base having a top surface disposed in the processing chamber;
A step of rotating the base at a speed of 800 rpm or more and supplying a source gas to a processing chamber from a position facing the top surface;
The base is recessed from the top surface, and a recess is formed on which the substrate is placed.
The step of installing the substrate is performed on the base so that a gap is formed between the substrate and the inner wall of the recess, and the vapor phase growth surface of the substrate is disposed at a position higher than the top surface. A vapor phase growth method including a step of installing a substrate.
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