JP2013225571A - Vapor growth device - Google Patents

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Hiroki Tokunaga
裕樹 徳永
Akira Yamaguchi
晃 山口
Kazumasa Ikenaga
和正 池永
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a chemical vapor growth device which inhibits variations in the deposition speed of a semiconductor thin film between multiple substrates installed in an outer circumferential direction of a susceptor.SOLUTION: A vapor growth device includes: a chamber; a hollow rotation mechanism provided at the center of the chamber; an annular susceptor supported by an upper end part of the hollow rotation mechanism and rotatably installed; a facing plate that is disposed facing an upper surface of the susceptor so as to be spaced away from each other and defines and forms a process gas passage with the susceptor; and a nozzle blowing a process gas from the susceptor center side of the process gas passage toward the outer circumference side. During the deposition of a semiconductor thin film, the hollow rotation mechanism rotates the susceptor asynchronously with the nozzle.

Description

本発明は、気相成長装置に関するものであり、特に青色発光ダイオード、緑色発光ダイオードや紫色レーザダイオードの材料となる化合物半導体薄膜を気相成長させるための気相成長装置に関する。   The present invention relates to a vapor phase growth apparatus, and more particularly to a vapor phase growth apparatus for vapor phase growth of a compound semiconductor thin film used as a material of a blue light emitting diode, a green light emitting diode, or a violet laser diode.

サセプタに保持された基板を所定温度に加熱した状態で反応室内に原料ガスを供給し、基板の表面に化合物半導体膜を形成する（結晶を成長させる）気相成長方法が用いられている。例えば、青色発光ダイオード、緑色発光ダイオードや紫色レーザダイオードの材料となるＧａＮ系半導体薄膜は、原料として有機金属を用いるＭＯＣＶＤ法により製造される。   A vapor phase growth method is used in which a source gas is supplied into a reaction chamber while a substrate held by a susceptor is heated to a predetermined temperature, and a compound semiconductor film is formed on the surface of the substrate (a crystal is grown). For example, a GaN-based semiconductor thin film used as a material for blue light-emitting diodes, green light-emitting diodes, and violet laser diodes is manufactured by MOCVD using an organic metal as a raw material.

ＭＯＣＶＤ法では、気相状態で原料ガスを反応領域まで運び、反応領域で結晶を成長させたり、成長させる結晶と同じ化学組成をもった多結晶等の原料を気体にして反応領域まで運び、成長させる。上記原料ガス（プロセスガス）としては、原料と、該原料を運ぶための気体であるキャリアガスとが混合された混合ガスを用いる。   In the MOCVD method, a source gas is transported to the reaction region in a gas phase state, and a crystal is grown in the reaction region, or a polycrystalline material having the same chemical composition as the crystal to be grown is gasified and transported to the reaction region for growth. Let As said source gas (process gas), the mixed gas with which the raw material and the carrier gas which is gas for conveying this raw material were mixed is used.

ＧａＮ系半導体薄膜を成膜する気相成長装置としては、チャンバーの中央に配置されたノズルから、有機金属及びアンモニアからなる原料ガスと、水素または窒素からなるキャリアガスを全方位の外周方向に供給し、ノズルの外周に配置した４インチ〜８インチ径のサファイアまたはシリコンからなる複数の基板上に、一度に半導体薄膜を気相成長させる自公転型ＭＯＣＶＤ装置が知られている。   Vapor phase growth equipment for depositing GaN-based semiconductor thin films supplies a source gas consisting of organic metal and ammonia and a carrier gas consisting of hydrogen or nitrogen in all directions from a nozzle located in the center of the chamber. A self-revolving MOCVD apparatus is known in which a semiconductor thin film is vapor-phase grown at a time on a plurality of substrates made of sapphire or silicon having a diameter of 4 to 8 inches arranged on the outer periphery of a nozzle.

このような自公転型ＭＯＣＶＤ装置として、例えば特許文献１には、チャンバー内に、中空駆動軸に支持されて回転可能に設けられた円盤状のサセプタと、サセプタの外周方向にそれぞれ回転可能に設けられた複数の基板設置部と、反応領域を形成するフローチャンネルに原料ガスとパージガスとを導入するノズルと、中空駆動軸の内部に同軸に設けられた原料ガス管およびパージガス管と、ノズルと原料ガス管およびパージガス管とで形成されたガス流路と、を備えた気相成長装置が開示されている。   As such a self-revolving MOCVD apparatus, for example, in Patent Document 1, a disc-shaped susceptor that is rotatably supported by a hollow drive shaft and a susceptor that is rotatable in the outer circumferential direction are provided in a chamber. A plurality of substrate mounting portions, a nozzle for introducing a source gas and a purge gas into a flow channel forming a reaction region, a source gas pipe and a purge gas pipe coaxially provided inside a hollow drive shaft, and a nozzle and a source There is disclosed a vapor phase growth apparatus including a gas flow path formed by a gas pipe and a purge gas pipe.

特許文献１に開示されている自公転型ＭＯＣＶＤ装置では、原料ガスとパージガスとがチャンバー中央部に設けられたノズルから外周方向のフローチャンネルに導入される。ノズルは、例えばステンレス製で３層構造となっており、最下層にはアンモニアと水素と窒素との混合ガス、中央層には有機金属と水素とアンモニアとの混合ガス、最上層には窒素のみあるいは窒素と水素とからなるパージガスが流れる流路を形成している。この構造により、原料ガス供給管から原料ガス導入ノズルを介してフローチャンネル内に導入される原料ガスの流量がチャンバーの半径方向で均一になる。   In the self-revolving MOCVD apparatus disclosed in Patent Document 1, a source gas and a purge gas are introduced into a flow channel in the outer peripheral direction from a nozzle provided in the center of the chamber. The nozzle is made of, for example, stainless steel and has a three-layer structure. The lowermost layer is a mixed gas of ammonia, hydrogen, and nitrogen, the central layer is a mixed gas of organic metal, hydrogen, and ammonia, and the uppermost layer is only nitrogen. Or the flow path through which the purge gas consisting of nitrogen and hydrogen flows is formed. With this structure, the flow rate of the source gas introduced into the flow channel from the source gas supply pipe via the source gas introduction nozzle becomes uniform in the radial direction of the chamber.

また、特許文献２には、気相成長装置におけるサセプタと外囲部との間に設けられた仕切板およびサセプタの中心を貫通するように形成され、かつ、その気相成長質にある部分および仕切板を越えて上方に延長した部分のそれぞれに、サセプタに対して平行方向にガスを吹き出すためのガス吹き出し用小孔を設けた気相成長装置用ノズルが開示されている。   Further, in Patent Document 2, a partition plate provided between a susceptor and an outer peripheral portion in a vapor phase growth apparatus and a portion that is formed so as to penetrate the center of the susceptor and that is in the vapor phase growth quality and There is disclosed a vapor phase growth apparatus nozzle in which small holes for gas blowing out for blowing gas in a direction parallel to the susceptor are provided in each of the portions extending upward beyond the partition plate.

特開２０１１−２３５１９号公報JP 2011-23519 A 実開昭４９−１４０号公報Japanese Utility Model Publication No. 49-140

自公転型ＭＯＣＶＤ装置の重要な性能として、半導体薄膜の成膜速度が挙げられる。特に、半導体薄膜を量産するような量産型自公転型ＭＯＣＶＤ装置にとっては重要な性能である。
従来の自公転型ＭＯＣＶＤ装置においては、プロセスガスがノズルから吹き出され、フローチャンネルに導入される。このとき、ノズルの吹き出し部の形状（ノズルの形状）によってはフローチャンネルに流入するプロセスガスの流量もしくは流速がフローチャンネルの周方向で差を生じる場合がある。
また、従来の自公転型ＭＯＣＶＤ装置においては、ノズルがサセプタを支持する中空駆動軸に接合していることにより、ノズルとサセプタの回転が同期していた。このため、成膜中は、サセプタに載置された基板と、プロセスガスが吹き出されるノズルの吹き出し部との周方向における位置関係は不変であった。その結果、ノズルの吹き出し部の形状の不均一さに起因したプロセスガスの流量もしくは流速のばらつきが周方向で生じて、サセプタの外周方向に載置した複数の基板間における半導体薄膜の成膜速度のばらつきが大きくなってしまう問題があった。 An important performance of the self-revolving MOCVD apparatus is the deposition rate of the semiconductor thin film. In particular, this is an important performance for a mass production type revolving MOCVD apparatus for mass production of semiconductor thin films.
In a conventional self-revolving MOCVD apparatus, a process gas is blown from a nozzle and introduced into a flow channel. At this time, depending on the shape of the nozzle blowing portion (nozzle shape), the flow rate or flow velocity of the process gas flowing into the flow channel may cause a difference in the circumferential direction of the flow channel.
Further, in the conventional self-revolving MOCVD apparatus, the rotation of the nozzle and the susceptor is synchronized because the nozzle is joined to the hollow drive shaft that supports the susceptor. For this reason, during the film formation, the positional relationship in the circumferential direction between the substrate placed on the susceptor and the blowing portion of the nozzle through which the process gas is blown is unchanged. As a result, the process gas flow rate or flow rate variation due to non-uniformity in the shape of the nozzle blowing portion occurs in the circumferential direction, and the semiconductor thin film deposition rate between the plurality of substrates placed in the outer circumferential direction of the susceptor There has been a problem that the variation of the size becomes large.

そこで本発明は、サセプタの外周方向に載置した複数の基板間での半導体薄膜の成膜速度のばらつきを抑えることが可能な気相成長装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a vapor phase growth apparatus that can suppress variations in the deposition rate of a semiconductor thin film between a plurality of substrates placed in the outer peripheral direction of a susceptor.

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明によれば、チャンバー内に載置した複数の基板上に、化学気相成長により薄膜を成膜するための気相成長装置であって、チャンバーと、前記チャンバーの中央に設けられた中空回転機構と、前記中空回転機構の上端部に支持されて回転可能に設置された環状のサセプタと、前記サセプタの上面と相互に間隔をあけて対向して配置され、前記サセプタとともにプロセスガス流路を区画形成する対向板と、前記中空回転機構の上方に配置されて、プロセスガスを前記プロセスガス流路の前記サセプタ中央側から外周側に向けて吹き出させるノズルと、を有し、前記中空回転機構により前記サセプタを前記ノズルと非同期に回転させることを特徴とする気相成長装置が提供される。
なお、非同期とは、ノズルのサセプタに対する相対回転速度、もしくは相対回転方向の いずれか一方、または両方を異ならせることをいう。 In order to solve the above-described problem, according to the first aspect of the present invention, there is provided a vapor phase growth apparatus for forming a thin film by chemical vapor deposition on a plurality of substrates placed in a chamber. And a hollow rotating mechanism provided at the center of the chamber, an annular susceptor that is rotatably supported by the upper end of the hollow rotating mechanism, and an upper surface of the susceptor, with a space therebetween. And a counter plate that defines a process gas flow path together with the susceptor, and is disposed above the hollow rotation mechanism to blow process gas from the susceptor center side of the process gas flow path toward the outer peripheral side. There is provided a vapor phase growth apparatus characterized in that the susceptor is rotated asynchronously with the nozzle by the hollow rotation mechanism.
Asynchronous means that either one or both of the relative rotational speed and the relative rotational direction of the nozzle to the susceptor are made different.

また、請求項２に係る発明によれば、前記ノズルが回転停止状態に固定され、前記サセプタのみが回転することを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置が提供される。   According to the invention of claim 2, there is provided the vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the nozzle is fixed in a rotation stop state and only the susceptor rotates.

また、請求項３に係る発明によれば、前記ノズルにノズル回転機構が備えられ、前記ノズル回転機構により前記ノズルが前記サセプタと同方向に回転するとともに、前記サセプタの回転速度と前記ノズルの回転速度が異なることを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置が提供される。   According to the invention of claim 3, the nozzle is provided with a nozzle rotation mechanism, and the nozzle rotation mechanism causes the nozzle to rotate in the same direction as the susceptor, and the rotation speed of the susceptor and the rotation of the nozzle. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the speeds are different.

また、請求項４に係る発明によれば、前記ノズルにノズル回転機構が備えられ、前記ノズル回転機構により前記ノズルが前記サセプタと逆方向に回転することを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置が提供される。   According to a fourth aspect of the present invention, the nozzle includes a nozzle rotation mechanism, and the nozzle rotation mechanism rotates the nozzle in a direction opposite to the susceptor. A phase growth apparatus is provided.

また、請求項５に係る発明によれば、前記サセプタの回転速度と前記ノズルの回転速度とが異なることを特徴とする請求項４に記載の気相成長装置が提供される。   According to the invention of claim 5, there is provided the vapor phase growth apparatus according to claim 4, wherein the rotational speed of the susceptor and the rotational speed of the nozzle are different.

本発明の気相成長装置においては、サセプタはノズルと非同期に回転する。これにより、半導体薄膜の成膜中は、サセプタに設置された基板と、ノズルのプロセスガスの吹き出し部分との位置関係が常に変動する。その結果、ノズルの開口形状の不均一さに起因したプロセスガスの流速のばらつきが外周方向で平均化され、基板間における半導体薄膜の成膜速度のばらつきを小さくすることができる。   In the vapor phase growth apparatus of the present invention, the susceptor rotates asynchronously with the nozzle. As a result, during the deposition of the semiconductor thin film, the positional relationship between the substrate placed on the susceptor and the process gas blowing portion of the nozzle always varies. As a result, the variation in the flow rate of the process gas due to the nonuniformity of the nozzle opening shape is averaged in the outer peripheral direction, and the variation in the deposition rate of the semiconductor thin film between the substrates can be reduced.

本発明の第１実施形態に係る気相成長装置の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the vapor phase growth apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図１に示す気相成長装置の要部の構成を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the structure of the principal part of the vapor phase growth apparatus shown in FIG. 実施例１及び比較例１において成膜される半導体薄膜の構成を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor thin film formed in Example 1 and Comparative Example 1. FIG. 実施例１及び比較例１における各基板の半導体薄膜の成膜速度を表すグラフである。6 is a graph showing the deposition rate of a semiconductor thin film on each substrate in Example 1 and Comparative Example 1.

以下、本発明を適用した気相成長装置について、図１及び図２を参照しながら説明する。また、図１及び図２においては、同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。なお、以下の説明で用いる図面は模式的なものであり、長さ、幅、および厚みの比率等は実際のものと同一とは限らない。   Hereinafter, a vapor phase growth apparatus to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Moreover, in FIG.1 and FIG.2, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and description is abbreviate | omitted. The drawings used in the following description are schematic, and the length, width, thickness ratio, and the like are not necessarily the same as the actual ones.

（第１実施形態）
本発明を適用した気相成長装置の一例として、図１に示すＭＯＣＶＤ装置（気相成長装置）１００の構成について、説明する。 (First embodiment)
As an example of a vapor phase growth apparatus to which the present invention is applied, the configuration of an MOCVD apparatus (vapor phase growth apparatus) 100 shown in FIG. 1 will be described.

本実施形態のＭＯＣＶＤ装置１００は、チャンバー１と、中空回転機構をなす中空シャフト２と、サセプタ３と、対向板４と、プロセスガス供給管５と、ノズル１６（後に詳しく説明する）と、を有する。  The MOCVD apparatus 100 of the present embodiment includes a chamber 1, a hollow shaft 2 that forms a hollow rotation mechanism, a susceptor 3, a counter plate 4, a process gas supply pipe 5, and a nozzle 16 (described in detail later). Have.

チャンバー１は、化学気相成長により基板上に半導体薄膜を成膜するための反応炉である。例えば、チャンバー１は、図１に示すように、反応炉の蓋である上部チャンバー１Ａと、反応炉の容器である下部チャンバー１Ｂと、を有する。
上部チャンバー１Ａは、成膜中は下部チャンバー１Ｂに密着しているが、成膜間における基板５０やサセプタ３の脱着時は図示略の上部チャンバー駆動機構により上方に持ち上げられる。
下部チャンバー１Ｂは固定されている。また、下部チャンバー１Ｂは、上部チャンバー１Ａとの密着時に、ＭＯＣＶＤ法による半導体薄膜の成膜が行われる空間を形成する凹部を有する。また、下部チャンバー１Ｂには、図１に示すようなサセプタ昇降機構１２が設けられている。サセプタ３の着脱時には、サセプタ昇降機構１２により、サセプタ３が下部チャンバー１Ｂの上面より上方に持ち上げられた後、着脱される。なお、サセプタ昇降機構１２は省略してもよい。 The chamber 1 is a reaction furnace for forming a semiconductor thin film on a substrate by chemical vapor deposition. For example, as shown in FIG. 1, the chamber 1 has an upper chamber 1A that is a lid of the reaction furnace and a lower chamber 1B that is a container of the reaction furnace.
While the upper chamber 1A is in close contact with the lower chamber 1B during film formation, the upper chamber driving mechanism (not shown) lifts the substrate 50 and the susceptor 3 upward during film formation.
The lower chamber 1B is fixed. In addition, the lower chamber 1B has a recess that forms a space in which a semiconductor thin film is formed by the MOCVD method when in close contact with the upper chamber 1A. The lower chamber 1B is provided with a susceptor elevating mechanism 12 as shown in FIG. When the susceptor 3 is attached / detached, the susceptor 3 is lifted above the upper surface of the lower chamber 1B by the susceptor lifting mechanism 12 and then attached / detached. Note that the susceptor elevating mechanism 12 may be omitted.

チャンバー１の材質には、耐食性に優れたステンレスを用いることができる。
なお、チャンバー１は、窒素雰囲気に保たれたグローブボックス内に設置される場合がある。 As the material of the chamber 1, stainless steel having excellent corrosion resistance can be used.
The chamber 1 may be installed in a glove box kept in a nitrogen atmosphere.

中空シャフト２は、回転可能な状態でチャンバー１の中央に設けられ、サセプタ３に接続されている。具体的には、図１に示すように、中空シャフト２は下部チャンバー１Ｂの底面中央から上下方向に突出して設けられている。中空シャフト２には図示略の回転機構が接続されており、中空シャフト２を回転させることでサセプタ３を回転できるようになっている。
中空シャフト２の材質には、ステンレスを用いることができる。 The hollow shaft 2 is provided at the center of the chamber 1 in a rotatable state and is connected to the susceptor 3. Specifically, as shown in FIG. 1, the hollow shaft 2 is provided so as to protrude in the vertical direction from the center of the bottom surface of the lower chamber 1B. A rotation mechanism (not shown) is connected to the hollow shaft 2, and the susceptor 3 can be rotated by rotating the hollow shaft 2.
Stainless steel can be used as the material of the hollow shaft 2.

サセプタ３は、環状の平面部材であり、中空シャフト２の上端部２ａに支持されて回転可能に設置されている。具体的には、図１に示すように、サセプタ３の内周部分が中空シャフト２の上端２ａに接合している。このような構成により、成膜中には、中空シャフト２の回転により、サセプタ３が下部チャンバー１Ｂの凹部空間内で回転する。
サセプタ３の材質には、例えばカーボンを用いることができる。また、サセプタ３の材質にカーボンを用いる場合には、カーボンに石英からなるカバー（図示略）が設けられる。 The susceptor 3 is an annular flat member, and is supported by the upper end 2a of the hollow shaft 2 so as to be rotatable. Specifically, as shown in FIG. 1, the inner peripheral portion of the susceptor 3 is joined to the upper end 2 a of the hollow shaft 2. With such a configuration, the susceptor 3 rotates in the recessed space of the lower chamber 1B by the rotation of the hollow shaft 2 during film formation.
For example, carbon can be used as the material of the susceptor 3. When carbon is used as the material of the susceptor 3, a cover (not shown) made of quartz is provided on the carbon.

サセプタ３には、周方向に間隔を隔てて複数の開口部７が設けられている。開口部７は等間隔に設けてもよく、非等間隔に設けてもよい。また、開口部７の数も特に限定されないが、開口部７（開口部７に載置する基板５０の直径）が大きいと、開口部７が小さい場合に比べ、一度に半導体膜を大量に成膜できる。本発明を適用したＭＯＣＶＤ装置１００においては、後述するように、ノズル１６（図２参照）の外周方向の形状の不均一さに起因する原料ガスの流速のばらつきが平均化される。そのため、周方向における開口部７の設置間隔に係わらず、開口部７に載置する基板間の半導体薄膜の成膜速度のばらつきが低減される。   The susceptor 3 is provided with a plurality of openings 7 at intervals in the circumferential direction. The openings 7 may be provided at regular intervals or at non-equal intervals. Further, the number of the openings 7 is not particularly limited, but when the openings 7 (the diameter of the substrate 50 placed on the openings 7) are large, a large amount of semiconductor films are formed at a time as compared with the case where the openings 7 are small. I can make a film. In the MOCVD apparatus 100 to which the present invention is applied, as will be described later, variations in the flow velocity of the source gas due to the non-uniform shape of the nozzle 16 (see FIG. 2) in the outer circumferential direction are averaged. Therefore, regardless of the installation interval of the openings 7 in the circumferential direction, the variation in the deposition rate of the semiconductor thin film between the substrates placed in the openings 7 is reduced.

サセプタ３に設けられた開口部７には、図示略のステージが回転可能に設けられる場合がある。具体的には、開口部７に、自転用モータ、あるいは歯車部材等の回転機構が設けられる。ステージは、開口部７に設けられた回転機構に嵌合されることにより、サセプタ３上で回転する。   A stage (not shown) may be rotatably provided in the opening 7 provided in the susceptor 3. Specifically, the opening 7 is provided with a rotation mechanism such as a motor for rotation or a gear member. The stage rotates on the susceptor 3 by being fitted to a rotation mechanism provided in the opening 7.

基板５０は、成膜面５０ａを上にしてサセプタ３の周方向に設置される。具体的には、基板５０は、各開口部７のステージ上に載置される。
また、例えば、サセプタ３を回転させる（公転させる）とともに、サセプタ３の回転に伴って基板５０が載置されるステージを開口部７に設けられた図示略の回転機構により基板５０を回転させ（自転させ）ると、基板５０を自公転させることができる。
成膜中に基板５０を回転させれば、複数の基板５０に対して均一な厚さの半導体薄膜を形成する１つの手段となり量産に対応することができる。また、基板５０の直径を大きくする（大口径化する）ことで量産に対応することもできる。 The substrate 50 is placed in the circumferential direction of the susceptor 3 with the film formation surface 50a facing up. Specifically, the substrate 50 is placed on the stage of each opening 7.
Further, for example, the susceptor 3 is rotated (revolved), and the stage on which the substrate 50 is placed is rotated by the rotation mechanism (not shown) provided in the opening 7 along with the rotation of the susceptor 3 ( The substrate 50 can be rotated and revolved.
If the substrate 50 is rotated during the film formation, it becomes a means for forming a semiconductor thin film having a uniform thickness on the plurality of substrates 50 and can be used for mass production. Further, it is possible to deal with mass production by increasing the diameter of the substrate 50 (increasing the diameter).

基板５０の材料は、成膜する半導体薄膜の原料に適合するように、また、半導体膜の用途に応じて適宜選択される。例えば、成膜する半導体薄膜が窒化ガリウムである場合には、サファイア基板、あるいはシリコン基板を用いることができる。
また、基板５０としては、例えば、直径４インチ〜８インチの半導体基板を用いることができる。ステージ及び開口部７の直径は、基板５０の直径より若干大きく設定されるため、ステージ、サセプタ３、チャンバー１の大きさは、基板５０の大きさによって決まる。基板５０の直径が大きくなる程、ステージ、サセプタ３、チャンバー１が大きくなり、ＭＯＣＶＤ装置１００が大型化する。 The material of the substrate 50 is appropriately selected according to the use of the semiconductor film so as to be compatible with the raw material of the semiconductor thin film to be formed. For example, when the semiconductor thin film to be formed is gallium nitride, a sapphire substrate or a silicon substrate can be used.
As the substrate 50, for example, a semiconductor substrate having a diameter of 4 inches to 8 inches can be used. Since the diameter of the stage and the opening 7 is set slightly larger than the diameter of the substrate 50, the size of the stage, the susceptor 3 and the chamber 1 is determined by the size of the substrate 50. As the diameter of the substrate 50 increases, the stage, the susceptor 3 and the chamber 1 increase, and the MOCVD apparatus 100 increases in size.

チャンバー１には、加熱手段８が設けられる。具体的には、図１に示すように、サセプタ３の開口部７の下方に電熱ヒータ等が設置される。ＭＯＣＶＤ法は、プロセスガスを気相で反応領域まで運び、反応領域において原料（有機金属）に熱エネルギーを与え、該熱エネルギーを与えられた原料（有機金属）が熱分解反応することで、基板５０の成膜面５０ａに結晶を成長させる方法である。反応領域においては、プロセスガス流路１５内の基板５０上方および基板５０の成膜面５０ａ付近で最も反応が活発である。   The chamber 1 is provided with heating means 8. Specifically, as shown in FIG. 1, an electric heater or the like is installed below the opening 7 of the susceptor 3. The MOCVD method transports a process gas in a gas phase to a reaction region, gives thermal energy to the raw material (organic metal) in the reaction region, and the raw material (organic metal) to which the thermal energy is applied undergoes a thermal decomposition reaction, thereby In this method, crystals are grown on 50 film-forming surfaces 50a. In the reaction region, the reaction is most active above the substrate 50 in the process gas flow path 15 and in the vicinity of the film formation surface 50 a of the substrate 50.

対向板４は、サセプタ３の上面３ａと相互に間隔をあけて対向して配置されている。具体的には、図１に示すように、上部チャンバー１Ａの底部に支持されて設けられている。また、対向板４は、サセプタ３とともにプロセスガス流路１５を区画形成する。
対向板４には、図１に示すような対向板昇降機構９が設けられている。これにより、対向板４の高さを調整することができる。対向板４の高さが調整されることにより、ノズル６からプロセスガスが導入されるプロセスガス流路１５の高さが調整される。なお、対向板昇降機構９は省略してもよい。
対向板４の材質には、石英を用いることができる。 The facing plate 4 is disposed to face the upper surface 3a of the susceptor 3 with a space therebetween. Specifically, as shown in FIG. 1, it is supported and provided at the bottom of the upper chamber 1A. Further, the opposing plate 4 forms a process gas flow path 15 together with the susceptor 3.
The counter plate 4 is provided with a counter plate lifting mechanism 9 as shown in FIG. Thereby, the height of the opposing board 4 can be adjusted. By adjusting the height of the counter plate 4, the height of the process gas flow path 15 into which the process gas is introduced from the nozzle 6 is adjusted. The counter plate lifting mechanism 9 may be omitted.
Quartz can be used as the material of the counter plate 4.

プロセスガス供給管５は、図１に示すように、中空シャフト２の中部に挿入されて、その先端がチャンバー１内に達している。
また、プロセスガス供給管５は、図２のように多重管構造を有している。すなわち、内管５Ａと外管５Ｂで構成されている。外管５Ｂは、中空シャフト２の内管から離間しており、中空シャフト２と外管５Ｂとの間に隙間が設けられている。この隙間が後述するアンモニアガス供給路１１Ａとなる。また、内管５Ａの内部がパージガス供給路１３となり、内管５Ａと外管５Ｂとの間の隙間が有機金属ガス供給路１１Ｂとなる。 As shown in FIG. 1, the process gas supply pipe 5 is inserted into the middle portion of the hollow shaft 2, and the tip thereof reaches the chamber 1.
The process gas supply pipe 5 has a multiple pipe structure as shown in FIG. That is, it consists of an inner tube 5A and an outer tube 5B. The outer tube 5B is separated from the inner tube of the hollow shaft 2, and a gap is provided between the hollow shaft 2 and the outer tube 5B. This gap becomes an ammonia gas supply path 11A described later. Further, the inside of the inner pipe 5A becomes the purge gas supply path 13, and the gap between the inner pipe 5A and the outer pipe 5B becomes the organometallic gas supply path 11B.

成膜する半導体薄膜が窒化ガリウムである場合には、化学気相成長における原料として、有機金属とアンモニアを用いる。これらの原料はそれぞれ、有機金属ガス供給路１１Ｂと、アンモニアガス供給路１１Ａと、を介してチャンバー１内に供給される。
常温では液体又は固体である有機金属は、水素、窒素等をキャリアガスに用いた恒温下でのバブリングにより、半導体薄膜の成膜に充分な量の有機金属ガスとして生成される。 When the semiconductor thin film to be formed is gallium nitride, an organic metal and ammonia are used as raw materials in chemical vapor deposition. These raw materials are respectively supplied into the chamber 1 through the organometallic gas supply path 11B and the ammonia gas supply path 11A.
An organic metal that is liquid or solid at normal temperature is generated as a sufficient amount of organometallic gas for forming a semiconductor thin film by bubbling under constant temperature using hydrogen, nitrogen or the like as a carrier gas.

有機金属ガス供給路１１Ｂには、プロセスガス供給管５の下部のプロセスガス導入部５ｄより、バブリングにて生成された有機金属ガスと、水素と窒素からなるキャリアガスとの混合ガスが導入される。また、アンモニアガス供給路１１Ａには、アンモニアガスとキャリアガスとの混合ガスが導入される。
また、有機金属ガス供給路１１Ｂとアンモニアガス供給路１１Ａとを区画する外管５Ｂの内部には、アンモニアガス供給路１１Ａ、有機金属ガス供給路１１Ｂの温度を調整するための温度調整流体を流通させる温度調整流路１４が設けられている。なお、温度調整流路１４は省略してもよい。 A mixed gas of an organic metal gas generated by bubbling and a carrier gas composed of hydrogen and nitrogen is introduced into the organic metal gas supply path 11B from a process gas introduction section 5d below the process gas supply pipe 5. . A mixed gas of ammonia gas and carrier gas is introduced into the ammonia gas supply path 11A.
In addition, a temperature adjusting fluid for adjusting the temperatures of the ammonia gas supply path 11A and the organic metal gas supply path 11B is circulated in the outer pipe 5B that partitions the organic metal gas supply path 11B and the ammonia gas supply path 11A. A temperature adjusting flow path 14 is provided. The temperature adjustment channel 14 may be omitted.

パージガス供給路１３には、プロセスガス導入部５ｄよりパージガスが導入される。パージガスは、中空シャフト２とプロセスガス供給管５との間の空隙からチャンバー１内に不純物が侵入する、あるいは、チャンバー１から原料ガスが外部に漏れることを防ぐ。
前述のように、原料ガスとして有機金属ガスとアンモニアガスが用いられる場合、パージガスとしては、例えば窒素を用いることができる。
ＭＯＣＶＤ装置１００におけるプロセスガスとは、上記の原料ガス、キャリアガス等、半導体薄膜の化学気相成長による成膜を行うために用いられるガスのことをいう。 A purge gas is introduced into the purge gas supply path 13 from the process gas introduction part 5d. The purge gas prevents impurities from entering the chamber 1 from the gap between the hollow shaft 2 and the process gas supply pipe 5 or leakage of the source gas from the chamber 1 to the outside.
As described above, when an organic metal gas and an ammonia gas are used as the source gas, for example, nitrogen can be used as the purge gas.
The process gas in the MOCVD apparatus 100 refers to a gas used for film formation by chemical vapor deposition of a semiconductor thin film, such as the above-described source gas and carrier gas.

内管５Ａは、その先端部５Ａ１が対向板４に平行になるように折り曲げられてプロセスガス流路１５に向けられている。同様に、外管５Ｂは、その先端部５Ｂ１が内管５Ａの先端部５Ａ１に沿って折り曲げられてプロセスガス流路１５に向けられている。これにより、プロセスガス供給管５を通じてチャンバー１に向けて上昇してきた各ガスがそれぞれプロセスガス流路１５に向けて供給されるようになっている。 The inner pipe 5 </ b> A is bent toward the process gas flow path 15 so that the front end 5 </ b> A <b> 1 is parallel to the opposing plate 4. Similarly, the outer tube 5B is directed to the process gas flow path 15 is folded along the distal portion 5A 1 of the inner tube 5A its tip 5B 1. As a result, each gas rising toward the chamber 1 through the process gas supply pipe 5 is supplied toward the process gas flow path 15.

より具体的には先端部５Ａ１と対向板４との間には、パージガス供給路１３に連通する隙間が設けられており、この隙間のプロセスガス流路１５側にパージガスノズル１６ａが形成されている。また、内管５Ａと外管５Ｂとの間の有機金属ガス供給路１１Ｂが、各先端部５Ａ１，５Ｂ１によってプロセスガス流路１５に向けられており、この有機金属ガス供給路１１Ｂの出口が有機金属ガスノズル１６ｂとなっている。さらに、先端部５Ｂ１とサセプタ３との間には、アンモニアガス供給路１１Ａに連通する隙間が設けられており、その隙間のプロセスガス流路１５側にアンモニアガスノズル１６ｃが形成されている。これらの各ノズル１６ｂ，１６ｃをこのように形成することにより、各ガスが各ノズル１６ｂ，１６ｃの中心から放射状に拡がって流れ、かつ、プロセスガス流路１５に供給されるプロセスガスの流れを円滑にすることができる。そのため、各基板５０の成膜面５０ａに均一に原料ガスを供給することが可能になる。 More between the specifically tip 5A 1 and the opposing plate 4, a gap communicating with the purge gas supply line 13 is provided with a purge gas nozzle 16a to the process gas flow path 15 side of the gap is formed Yes. Further, an organometallic gas supply path 11B between the inner pipe 5A and the outer pipe 5B is directed to the process gas flow path 15 by the respective tip portions 5A 1 and 5B 1 , and an outlet of the organometallic gas supply path 11B. Is an organic metal gas nozzle 16b. Furthermore, between the leading end portion 5B 1 and the susceptor 3, and a gap is provided which communicates with the ammonia gas supply passage 11A, the ammonia gas nozzle 16c is formed in the process gas flow path 15 side of the gap. By forming these nozzles 16b and 16c in this manner, each gas flows radially from the center of each nozzle 16b and 16c, and the flow of the process gas supplied to the process gas flow path 15 is smooth. Can be. Therefore, the source gas can be uniformly supplied to the film formation surface 50a of each substrate 50.

また、パージガス供給路１３は、対向板４に突き当たった後、対向板４と先端部５Ａ１との間の隙間に連通している。その隙間のプロセスガス流路１５側にパージガスノズル１６ａが形成されている。これにより、パージガスはプロセスガスと同様にノズル１６の中心から放射状に拡がって流れる。その後、吹き出された各ガスがプロセスガス流路１５内において相互に拡散し、各ガスが基板５０上で反応する。以降では、ノズル１６ａ，１６ｂ，１６ｃ全体を示す際には、単に「ノズル１６」と記載する。 Further, the purge gas supply line 13, after hits the opposing plate 4, and communicates with the gap between the counter plate 4 and the tip portion 5A 1. A purge gas nozzle 16a is formed on the process gas flow path 15 side of the gap. As a result, the purge gas flows radially from the center of the nozzle 16 like the process gas. Thereafter, each of the blown gases diffuses in the process gas flow path 15, and each gas reacts on the substrate 50. Hereinafter, when the entire nozzles 16a, 16b, and 16c are shown, they are simply referred to as “nozzle 16”.

プロセスガス流路１５に吹き出されたプロセスガスは、化学反応により基板５０の成膜面５０ａに堆積して半導体薄膜を形成する。円盤状のノズル１６の延在方向が、基板５０の成膜面５０ａと平行であるとともに、前述のように基板５０が自公転することにより、成膜面５０ａに均一な膜厚の半導体薄膜が形成される。半導体薄膜の形成に用いられなかった残りのプロセスガスは、下部チャンバー１Ｂに設けられたガス排出部２７から、チャンバー１の外に排出される。   The process gas blown into the process gas channel 15 is deposited on the film formation surface 50a of the substrate 50 by a chemical reaction to form a semiconductor thin film. The extending direction of the disk-like nozzle 16 is parallel to the film formation surface 50a of the substrate 50, and the substrate 50 revolves as described above, whereby a semiconductor thin film having a uniform thickness is formed on the film formation surface 50a. It is formed. The remaining process gas that has not been used for forming the semiconductor thin film is discharged out of the chamber 1 from the gas discharge portion 27 provided in the lower chamber 1B.

ノズル１６の合計の高さ（吹き出し部の高さ）Ｂ（図２参照）は、プロセスガス流路１５へのプロセスガスの流速を制御する。ＭＯＣＶＤ装置１００における高さＢは、周方向で一定になるように設計されている。しかしながら、実際には高さＢがノズル１６の全周にわたって均一ではない場合がある。このような場合には、プロセスガス供給管５への原料ガス、キャリアガス、パージガスの各供給流量が一定であっても、外周方向において、ノズル１６からのプロセスガスの流速のばらつきが生じる。   The total height of the nozzles 16 (the height of the blowing portion) B (see FIG. 2) controls the flow rate of the process gas to the process gas flow path 15. The height B in the MOCVD apparatus 100 is designed to be constant in the circumferential direction. However, in practice, the height B may not be uniform over the entire circumference of the nozzle 16. In such a case, even if the supply flow rates of the source gas, the carrier gas, and the purge gas to the process gas supply pipe 5 are constant, the flow rate of the process gas from the nozzle 16 varies in the outer peripheral direction.

前述のように、サセプタ３の回転及びステージの回転により、基板５０は、成膜面５０ａでの半導体薄膜の成膜中にサセプタ３の回転軌道上で自転するとともに、中空シャフト２を中心として公転する。
本実施形態のＭＯＣＶＤ装置１００においては、ノズル１６を備えたプロセスガス供給管５が、チャンバー１に固定されているため、ノズル１６は回転停止状態である。これにより、半導体薄膜の成膜中は、基板５０とノズル１６との位置関係が変動する。この状態でノズル１６からプロセスガスを流すと、ノズル１６から一定方向に流れるガス流に対して、基板５０の位置は常に変動することになる。その結果、前述のようなノズル１６の形状の不均一さに起因したプロセスガスの流速のばらつきが外周方向で平均化され、基板５０間における半導体薄膜の成膜速度のばらつきを小さくすることができる。 As described above, the rotation of the susceptor 3 and the rotation of the stage cause the substrate 50 to rotate on the rotation path of the susceptor 3 during the formation of the semiconductor thin film on the film formation surface 50 a and to revolve around the hollow shaft 2. To do.
In the MOCVD apparatus 100 of the present embodiment, since the process gas supply pipe 5 provided with the nozzle 16 is fixed to the chamber 1, the nozzle 16 is in a rotation stopped state. As a result, the positional relationship between the substrate 50 and the nozzle 16 varies during the formation of the semiconductor thin film. When the process gas is flowed from the nozzle 16 in this state, the position of the substrate 50 always fluctuates with respect to the gas flow flowing from the nozzle 16 in a certain direction. As a result, the variation in the flow rate of the process gas due to the non-uniform shape of the nozzle 16 as described above is averaged in the outer peripheral direction, and the variation in the deposition rate of the semiconductor thin film between the substrates 50 can be reduced. .

次いで、ＭＯＣＶＤ装置１００を用いた半導体薄膜の製造方法について、図１及び図２を参照しながら説明する。本実施形態では、基板５０としてサファイア基板を用いるとともに、サファイア基板上にＧａＮ薄膜を成膜する。   Next, a method for manufacturing a semiconductor thin film using the MOCVD apparatus 100 will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a sapphire substrate is used as the substrate 50, and a GaN thin film is formed on the sapphire substrate.

先ず、サセプタ３の各ステージ上に基板５０を設置する。その後、加熱手段８により、基板５０を所定の温度に加熱する。
続いて、中空シャフト２を回転させ、サセプタ３を回転させるとともに、サセプタ３のステージを回転させる。これにより、基板５０が自転するとともに、中空シャフト２を中心として公転する。 First, the substrate 50 is set on each stage of the susceptor 3. Thereafter, the substrate 50 is heated to a predetermined temperature by the heating means 8.
Subsequently, the hollow shaft 2 is rotated, the susceptor 3 is rotated, and the stage of the susceptor 3 is rotated. As a result, the substrate 50 rotates and revolves around the hollow shaft 2.

次に、プロセスガス導入部５ｄより、プロセスガス供給管５のパージガス供給路１３、有機金属ガス供給路１１Ｂ、アンモニアガス供給路１１Ａにそれぞれ、窒素からなるパージガスと、トリメチルガリウム等の有機金属ガスと水素と窒素との混合ガスと、アンモニアガスと水素と窒素との混合ガスを供給する。
続いて、ノズル１６から、プロセスガスである有機金属ガスと、アンモニアガスと、水素及び窒素をそれぞれ、プロセスガス流路１５のサセプタ３中央側から外周側に吹き出させる。ノズル１６におけるプロセスガスの流速は、成膜するＧａＮ薄膜の厚みを勘案して設定することが好ましい。 Next, a purge gas made of nitrogen, an organic metal gas such as trimethylgallium, and the like are supplied from the process gas introduction part 5d to the purge gas supply path 13, the organometallic gas supply path 11B, and the ammonia gas supply path 11A of the process gas supply pipe 5, respectively. A mixed gas of hydrogen and nitrogen and a mixed gas of ammonia gas, hydrogen and nitrogen are supplied.
Subsequently, organometallic gas, ammonia gas, hydrogen, and nitrogen, which are process gases, are blown out from the nozzle 16 to the outer peripheral side from the center side of the susceptor 3 of the process gas channel 15. The flow rate of the process gas in the nozzle 16 is preferably set in consideration of the thickness of the GaN thin film to be formed.

基板５０上のプロセスガス流路１５では、プロセスガスを構成する各種ガスが拡散される。また、加熱された基板５０からの熱により、拡散した各種ガスに熱エネルギーが与えられ、有機金属ガスが熱分解反応することで基板５０の成膜面５０ａにＧａＮ薄膜が成膜される。   In the process gas flow path 15 on the substrate 50, various gases constituting the process gas are diffused. Further, heat energy is given to the diffused various gases by the heat from the heated substrate 50, and the organometallic gas undergoes a thermal decomposition reaction, whereby a GaN thin film is formed on the film formation surface 50a of the substrate 50.

ノズル１６が回転停止状態に固定されていると、プロセスガス流路１５に導入されたプロセスガスはノズル１６から一定方向に流れる。基板５０は、ノズル１６の中心に対して自転及び公転している。これにより、成膜中はプロセスガスのガス流に対して、各基板５０の方向及び基板５０の位置を常に変動させることができる。
その結果、各基板５０の成膜面５０ａ内でＧａＮ薄膜の成膜速度のばらつきが低減されるとともに、複数の基板５０間のＧａＮ薄膜の成膜速度のばらつきが低減される。 When the nozzle 16 is fixed in the rotation stopped state, the process gas introduced into the process gas flow path 15 flows from the nozzle 16 in a certain direction. The substrate 50 rotates and revolves with respect to the center of the nozzle 16. Thereby, the direction of each substrate 50 and the position of the substrate 50 can be constantly changed with respect to the gas flow of the process gas during film formation.
As a result, variation in the deposition rate of the GaN thin film within the deposition surface 50a of each substrate 50 is reduced, and variation in the deposition rate of the GaN thin film among the plurality of substrates 50 is reduced.

基板５０上のＧａＮ薄膜が所定の厚みに達した際に、プロセスガス供給管５への窒素からなるパージガスと、有機金属ガスと水素と窒素との混合ガスと、アンモニアガスと水素と窒素との混合ガスの供給を中止する。また、中空シャフト２及びサセプタ３のステージの回転を停止させる。
その後、基板５０上に成膜されたＧａＮ薄膜を適温になるまでチャンバー１内で自然冷却した後、上部チャンバー１Ａを開放して基板５０を取り出す。 When the GaN thin film on the substrate 50 reaches a predetermined thickness, a purge gas composed of nitrogen to the process gas supply pipe 5, a mixed gas of an organic metal gas, hydrogen and nitrogen, ammonia gas, hydrogen and nitrogen Stop supplying mixed gas. Further, the rotation of the stage of the hollow shaft 2 and the susceptor 3 is stopped.
Thereafter, the GaN thin film formed on the substrate 50 is naturally cooled in the chamber 1 until it reaches an appropriate temperature, and then the upper chamber 1A is opened and the substrate 50 is taken out.

以上の工程により、サファイア基板上にＧａＮ薄膜を成膜することができる。本実施形態のＭＯＣＶＤ装置１００においては、ノズル１６を回転停止状態に固定し、サセプタ３を回転させることにより、ノズル１６の形状の不均一さに起因したプロセスガスの流速のばらつきが外周方向で平均化される。そのため、複数の基板５０間のＧａＮ薄膜の成膜速度のばらつきを抑えることができる。
また、ノズル１６が中空シャフト２から切り離されているため、加熱手段８により加熱されたサセプタ３からのノズル１６への伝熱を防止することにより、プロセスガスの利用効率を向上させ、基板５０のＧａＮ薄膜の成膜速度を速くすることができる。 Through the above steps, a GaN thin film can be formed on the sapphire substrate. In the MOCVD apparatus 100 of this embodiment, the nozzle 16 is fixed in a rotation stopped state and the susceptor 3 is rotated, whereby the variation in the flow rate of the process gas due to the non-uniform shape of the nozzle 16 is averaged in the outer circumferential direction. It becomes. For this reason, variations in the deposition rate of the GaN thin film between the plurality of substrates 50 can be suppressed.
Further, since the nozzle 16 is separated from the hollow shaft 2, the heat transfer from the susceptor 3 heated by the heating means 8 to the nozzle 16 is prevented, thereby improving the process gas utilization efficiency and The deposition rate of the GaN thin film can be increased.

（第２実施形態）
次に、本発明を適用した気相成長装置の別の例として、図示略のＭＯＣＶＤ装置（気相成長装置）１０１の構成について説明する。
ＭＯＣＶＤ装置１０１においては、ノズル１６を構成する内管５Ａ及び外管５Ｂがノズル回転機構（図示略）に接続されている。その他の構成要素は、図１に示すＭＯＣＶＤ装置１００と同一である。 (Second Embodiment)
Next, as another example of the vapor phase growth apparatus to which the present invention is applied, the configuration of an MOCVD apparatus (vapor phase growth apparatus) 101 (not shown) will be described.
In the MOCVD apparatus 101, the inner tube 5A and the outer tube 5B constituting the nozzle 16 are connected to a nozzle rotating mechanism (not shown). Other components are the same as those of the MOCVD apparatus 100 shown in FIG.

ノズル回転機構は、成膜中に中空シャフト２の回転速度ω１と異なる回転速度ω２で回転する。この状態でノズル１６からプロセスガスを流すと、回転するノズル１６から流れるガス流の変化に対して、基板５０の移動が並行しない状態になる。その結果、ノズル１６の形状の不均一さに起因した混合ガスの流速のばらつきが外周方向で平均化され、基板５０間における半導体薄膜の厚みのばらつきを小さくすることができる。
また、ノズル回転機構の回転速度ω２を、中空シャフト２の回転速度ω１の自然数の倍数（但し、１倍を除く）になるように制御することにより、混合ガスの流速のばらつきが外周方向で、より厳密に平均化され、基板５０間における半導体薄膜の成膜速度のばらつきをさらに小さくすることができる。 The nozzle rotating mechanism rotates at a rotational speed ω 2 different from the rotational speed ω 1 of the hollow shaft 2 during film formation. When the process gas is flowed from the nozzle 16 in this state, the movement of the substrate 50 is not parallel to the change in the gas flow flowing from the rotating nozzle 16. As a result, the variation in the flow velocity of the mixed gas caused by the non-uniformity of the shape of the nozzle 16 is averaged in the outer peripheral direction, and the variation in the thickness of the semiconductor thin film between the substrates 50 can be reduced.
In addition, by controlling the rotational speed ω 2 of the nozzle rotating mechanism to be a multiple of the natural number of the rotational speed ω 1 of the hollow shaft 2 (excluding 1 times), the variation in the flow rate of the mixed gas is changed in the outer circumferential direction. Thus, it is possible to average more strictly and to further reduce the variation in the deposition rate of the semiconductor thin film between the substrates 50.

なお、実際には、チャンバー１内の回転機構は１つ（中空回転機構）であることが多い。その場合には、当該回転機構にノズル１６を回転速度ω２で回転させる機能を持たせればよい。 In practice, the number of rotation mechanisms in the chamber 1 is often one (hollow rotation mechanism). In that case, the rotation mechanism may have a function of rotating the nozzle 16 at the rotation speed ω 2 .

次いで、ＭＯＣＶＤ装置１０１を用いた半導体薄膜の製造方法について説明する。
ノズル１６から、プロセスガスをプロセスガス流路１５のサセプタ３中央側から外周側に吹き出させる工程までは、ＭＯＣＶＤ装置１００を用いた半導体薄膜の製造方法と同一の工程を行う。 Next, a method for manufacturing a semiconductor thin film using the MOCVD apparatus 101 will be described.
From the nozzle 16 to the step of blowing the process gas from the central side of the susceptor 3 to the outer peripheral side of the process gas flow path 15, the same steps as the method for manufacturing a semiconductor thin film using the MOCVD apparatus 100 are performed.

次に、ノズル回転機構により、ノズル１６をサセプタ３と同方向に、かつ、サセプタ３の回転速度ω１と異なる回転速度ω２で回転させる。このような状態でノズル１６からプロセスガスを流すと、回転速度ω２で回転するノズル１６から平面視で螺旋状にプロセスガスが流れる。このガス流の変化に対して、基板５０の位置が回転速度ω１で変動するため、ガス流の変化と基板５０の移動は並行しない。その結果、ノズル１６の形状の不均一さに起因した混合ガスの流速のばらつきが外周方向で平均化される。そのため、複数の基板５０間のＧａＮ薄膜の成膜速度のばらつきを抑えることができる。
ＧａＮ薄膜の成膜後は、ＭＯＣＶＤ装置１００を用いた半導体薄膜の製造方法と同一の工程を行う。 Next, the nozzle 16 is rotated in the same direction as the susceptor 3 at a rotational speed ω 2 different from the rotational speed ω 1 of the susceptor 3 by the nozzle rotating mechanism. When the process gas is caused to flow from the nozzle 16 in such a state, the process gas flows spirally from the nozzle 16 rotating at the rotation speed ω 2 in plan view. Since the position of the substrate 50 fluctuates at the rotational speed ω 1 with respect to the change in the gas flow, the change in the gas flow and the movement of the substrate 50 are not parallel. As a result, the variation in the flow rate of the mixed gas caused by the non-uniformity of the shape of the nozzle 16 is averaged in the outer circumferential direction. For this reason, variations in the deposition rate of the GaN thin film between the plurality of substrates 50 can be suppressed.
After the formation of the GaN thin film, the same process as that of the semiconductor thin film manufacturing method using the MOCVD apparatus 100 is performed.

（第３実施形態）
次に、本発明を適用した気相成長装置のさらに別の例について説明する。本実施形態のＭＯＣＶＤ装置（気相成長装置）１０２の構成は、第２実施形態で説明したＭＯＣＶＤ装置１０１の構成と同一である。 (Third embodiment)
Next, still another example of the vapor phase growth apparatus to which the present invention is applied will be described. The configuration of the MOCVD apparatus (vapor phase growth apparatus) 102 of this embodiment is the same as that of the MOCVD apparatus 101 described in the second embodiment.

ＭＯＣＶＤ装置１０２のノズル回転機構は、成膜中に中空シャフト２の回転方向とは逆方向に回転する。中空シャフト２の回転速度ω１とノズル回転機構の回転速度ω２は同一でも、異なってもよい。この状態でノズル１６からプロセスガスを流すと、回転するノズル１６から流れるガス流の変化に対して、基板の移動が逆方向になる。その結果、ノズル１６の形状の不均一さに起因した混合ガスの流速のばらつきが外周方向で平均化され、基板５０間における半導体薄膜の厚みのばらつきを小さくすることができる。
また、ノズル回転機構の回転速度ω２を、中空シャフト２の回転速度ω１の自然数倍数になるように制御することにより、混合ガスの流速のばらつきが外周方向で、より厳密に平均化され、基板５０間における半導体薄膜の成膜速度のばらつきをさらに小さくすることができる。 The nozzle rotation mechanism of the MOCVD apparatus 102 rotates in the direction opposite to the rotation direction of the hollow shaft 2 during film formation. Rotational speed omega 2 of the rotational speed omega 1 and a nozzle rotating mechanism of the hollow shaft 2 may be the same or different. When the process gas is flowed from the nozzle 16 in this state, the movement of the substrate is reversed with respect to the change of the gas flow flowing from the rotating nozzle 16. As a result, the variation in the flow velocity of the mixed gas caused by the non-uniformity of the shape of the nozzle 16 is averaged in the outer peripheral direction, and the variation in the thickness of the semiconductor thin film between the substrates 50 can be reduced.
Further, by controlling the rotational speed ω 2 of the nozzle rotating mechanism to be a natural number multiple of the rotational speed ω 1 of the hollow shaft 2, the variation in the flow rate of the mixed gas is more strictly averaged in the outer peripheral direction, Variation in the deposition rate of the semiconductor thin film between the substrates 50 can be further reduced.

次いで、ＭＯＣＶＤ装置１０２を用いた半導体薄膜の製造方法について説明する。
ノズル１６から、プロセスガスをプロセスガス流路１５のサセプタ３中央側から外周側に吹き出させる工程までは、ＭＯＣＶＤ装置１００を用いた半導体薄膜の製造方法と同一の工程を行う。 Next, a method for manufacturing a semiconductor thin film using the MOCVD apparatus 102 will be described.
From the nozzle 16 to the step of blowing the process gas from the central side of the susceptor 3 to the outer peripheral side of the process gas flow path 15, the same steps as the method for manufacturing a semiconductor thin film using the MOCVD apparatus 100 are performed.

次に、ノズル回転機構により、ノズル１６をサセプタ３と逆方向に回転させる。このような状態でノズル１６からプロセスガスを流すと、回転速度ω２で回転するノズル１６からは、ＭＯＣＶＤ装置１０１を用いた半導体薄膜の製造方法と同様に、平面視で螺旋状にプロセスガスが流れる。このガス流の変化に対して、基板の位置が逆方向に移動する。その結果、ノズル１６の形状の不均一さに起因した混合ガスの流速のばらつきが外周方向で平均化される。そのため、複数の基板５０間のＧａＮ薄膜の成膜速度のばらつきを抑えることができる。
ＧａＮ薄膜の成膜後は、ＭＯＣＶＤ装置１００を用いた半導体薄膜の製造方法と同一の工程を行う。 Next, the nozzle 16 is rotated in the opposite direction to the susceptor 3 by the nozzle rotating mechanism. When the process gas is caused to flow from the nozzle 16 in such a state, the process gas spirally appears in plan view from the nozzle 16 rotating at the rotational speed ω 2 , as in the semiconductor thin film manufacturing method using the MOCVD apparatus 101. Flowing. The position of the substrate moves in the opposite direction with respect to this change in gas flow. As a result, the variation in the flow rate of the mixed gas caused by the non-uniformity of the shape of the nozzle 16 is averaged in the outer circumferential direction. For this reason, variations in the deposition rate of the GaN thin film between the plurality of substrates 50 can be suppressed.
After the formation of the GaN thin film, the same process as that of the semiconductor thin film manufacturing method using the MOCVD apparatus 100 is performed.

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications are possible within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Deformation / change is possible.

以下に、本発明の実施例を説明する。   Examples of the present invention will be described below.

（実施例１）
図１に示すＭＯＣＶＤ装置１００を用いて、ＧａＮ系半導体薄膜を製造した。基板には、４インチのサファイア基板を用いた。また、図３に示すように、サファイア基板７１上には、低温成長ＧａＮ７２を約３０ｎｍの膜厚で形成した。
サセプタの開口部は、外周上に等間隔に１１個（各開口部をＳＴ１〜ＳＴ１１と称する）設けて、そのうちＳＴ１，ＳＴ３，ＳＴ５，ＳＴ７，ＳＴ９，ＳＴ１０の６個の開口部に基板を設置した。したがって、６枚のサファイア基板の外周方向における間隔は非等間隔とした。具体的には、ＳＴ９とＳＴ１０との間隔が最も狭く、ＳＴ１０とＳＴ１との間隔が最も広い状態にした。６個の開口部に設置した合計６枚のサファイア基板の低温成長ＧａＮ上に、図３に示すようにＧａＮ系半導体薄膜７３を膜厚約３．５μｍで成膜し、基板間の成膜速度のばらつきを評価した。なお、成膜時のサセプタ温度は約１３００℃とした。 Example 1
A GaN-based semiconductor thin film was manufactured using the MOCVD apparatus 100 shown in FIG. A 4-inch sapphire substrate was used as the substrate. Further, as shown in FIG. 3, on the sapphire substrate 71, low-temperature grown GaN 72 was formed with a film thickness of about 30 nm.
Eleven susceptor openings are provided at equal intervals on the outer periphery (each opening is referred to as ST1 to ST11), and a substrate is installed in six openings ST1, ST3, ST5, ST7, ST9, and ST10. did. Therefore, the intervals in the outer peripheral direction of the six sapphire substrates were set at non-equal intervals. Specifically, the interval between ST9 and ST10 is the narrowest, and the interval between ST10 and ST1 is the widest. As shown in FIG. 3, a GaN-based semiconductor thin film 73 is formed at a film thickness of about 3.5 μm on a total of six sapphire substrates grown at a low temperature on six openings. The dispersion of was evaluated. In addition, the susceptor temperature at the time of film-forming was about 1300 degreeC.

（比較例１）
図１に示すＭＯＣＶＤ装置１００において、プロセスガス供給管５を中空シャフト２に接合し、ノズル１６をサセプタ３と同方向かつ同回転速度で回転させた。その他の装置構成及び成膜時の条件は、実施例１と同一にして、ＧａＮ系半導体薄膜を製造した。 (Comparative Example 1)
In the MOCVD apparatus 100 shown in FIG. 1, the process gas supply pipe 5 is joined to the hollow shaft 2, and the nozzle 16 is rotated in the same direction and at the same rotational speed as the susceptor 3. Other apparatus configurations and film forming conditions were the same as in Example 1, and a GaN-based semiconductor thin film was manufactured.

上記のように、ＧａＮ系半導体薄膜の製造を行った際の実施例１及び比較例１における６枚の基板の成膜速度を図４に示す。   FIG. 4 shows the deposition rates of the six substrates in Example 1 and Comparative Example 1 when the GaN-based semiconductor thin film was manufactured as described above.

図４に示すように、比較例１における成膜速度の基板間のばらつき（Δ）は９％であるのに対して、サセプタがノズルに非同期で回転するように改善を行った結果、実施例１におけるΔは４％に低減した。
また、ノズルの固定化以外の成膜条件は実施例１と比較例１で同一であったにも係わらず、実施例１における基板面内の平均成膜速度が、比較例１における基板面内の平均成膜速度より１割程度速くなった。比較例１のように、従来のＭＯＣＶＤ装置では、ノズルがサセプタを回転させる中空回転機構と接合していたために、加熱手段によって中空シャフトが加熱され、中空シャフトからの伝熱によりノズルも加熱されていた。これにより、ノズルから吹き出す原料ガスの温度が所定の温度より上昇し、原料ガスの分解し始める位置が変化したため、原料の利用効率が低下していた。これに対して、本発明を適用したＭＯＣＶＤ装置を用いた実施例１においては、ノズルが中空回転機構から切り離されているため、中空回転機構からの伝熱を受けることもなく、原料の利用効率が向上したと考えられる。
結果として、ＭＯＣＶＤ装置において、サセプタをノズルと非同期に回転させて成膜を行うことにより、成膜速度の基板間のばらつきを抑える効果に加え、原料の利用効率が向上する効果が得られた。 As shown in FIG. 4, the variation (Δ) between the substrates in the film formation speed in Comparative Example 1 is 9%, while the susceptor is rotated so as to rotate asynchronously with the nozzle. Δ in 1 was reduced to 4%.
In addition, although the film formation conditions other than the fixing of the nozzles were the same in Example 1 and Comparative Example 1, the average film formation rate in the substrate surface in Example 1 was the same as that in Comparative Example 1. It was about 10% faster than the average film formation rate. As in Comparative Example 1, in the conventional MOCVD apparatus, since the nozzle is joined to the hollow rotating mechanism that rotates the susceptor, the hollow shaft is heated by the heating means, and the nozzle is also heated by the heat transfer from the hollow shaft. It was. As a result, the temperature of the raw material gas blown from the nozzle rises above a predetermined temperature, and the position where the raw material gas begins to decompose has changed, so that the utilization efficiency of the raw material has been reduced. On the other hand, in Example 1 using the MOCVD apparatus to which the present invention is applied, since the nozzle is separated from the hollow rotating mechanism, the utilization efficiency of the raw material is not received without receiving heat transfer from the hollow rotating mechanism. Is thought to have improved.
As a result, in the MOCVD apparatus, film formation was performed by rotating the susceptor asynchronously with the nozzle, and in addition to the effect of suppressing variations in film formation speed between substrates, the effect of improving the utilization efficiency of raw materials was obtained.

１…チャンバー、１Ａ…上部チャンバー、１Ｂ…下部チャンバー、２…中空回転機構、２ａ…上端、３…サセプタ、３ａ…上面、４…対向板、４ｂ…底面、５…プロセスガス供給管、５Ａ…内管、５Ａ１，５Ｂ１…先端部、５Ｂ…外管、７…開口部、８…加熱手段、９…対向板昇降機構、１１Ａ…アンモニアガス供給路、１１Ｂ…有機金属ガス供給路、１２…サセプタ昇降機構、１３…パージガス供給路、１４…温度調整流路、１５…プロセスガス流路、１６…ノズル、１６ａ…パージガスノズル、１６ｂ…有機金属ガスノズル、１６ｃ…アンモニアガスノズル、２７…ガス排出部、５０…基板、５０ａ…成膜面、１００，１０１，１０２…ＭＯＣＶＤ装置（気相成長装置） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Chamber, 1A ... Upper chamber, 1B ... Lower chamber, 2 ... Hollow rotation mechanism, 2a ... Upper end, 3 ... Susceptor, 3a ... Upper surface, 4 ... Opposing plate, 4b ... Bottom surface, 5 ... Process gas supply pipe, 5A ... Inner tube, 5A 1 , 5B 1 ... tip end, 5B ... outer tube, 7 ... opening, 8 ... heating means, 9 ... counter plate lifting mechanism, 11A ... ammonia gas supply path, 11B ... organometallic gas supply path, 12 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Susceptor raising / lowering mechanism, 13 ... Purge gas supply path, 14 ... Temperature adjustment flow path, 15 ... Process gas flow path, 16 ... Nozzle, 16a ... Purge gas nozzle, 16b ... Organometallic gas nozzle, 16c ... Ammonia gas nozzle, 27 ... Gas discharge part 50 ... substrate, 50a ... film formation surface, 100, 101, 102 ... MOCVD apparatus (vapor phase growth apparatus)

Claims (5)

チャンバー内に載置した複数の基板上に、化学気相成長により薄膜を成膜するための気相成長装置であって、
チャンバーと、
前記チャンバーの中央に設けられた中空回転機構と、
前記中空回転機構の上端部に支持されて回転可能に設置された環状のサセプタと、
前記サセプタの上面と相互に間隔をあけて対向して配置され、前記サセプタとともにプロセスガス流路を区画形成する対向板と、
前記中空回転機構の上方に配置されて、プロセスガスを前記プロセスガス流路の前記サセプタ中央側から外周側に向けて吹き出させるノズルと、を有し、
前記中空回転機構により前記サセプタを前記ノズルと非同期に回転させることを特徴とする気相成長装置。 A vapor phase growth apparatus for forming a thin film by chemical vapor deposition on a plurality of substrates placed in a chamber,
A chamber;
A hollow rotation mechanism provided in the center of the chamber;
An annular susceptor rotatably supported by the upper end of the hollow rotation mechanism;
An opposing plate disposed opposite to and spaced from the upper surface of the susceptor and defining a process gas flow path with the susceptor;
A nozzle that is disposed above the hollow rotating mechanism and blows out a process gas from the susceptor center side of the process gas flow path toward the outer peripheral side;
A vapor phase growth apparatus characterized in that the susceptor is rotated asynchronously with the nozzle by the hollow rotation mechanism. 前記ノズルが回転停止状態に固定され、
前記サセプタのみが回転することを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。 The nozzle is fixed in a rotation stopped state,
The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein only the susceptor rotates. 前記ノズルにノズル回転機構が備えられ、
前記ノズル回転機構により前記ノズルが前記サセプタと同方向に回転するとともに、前記サセプタの回転速度と前記ノズルの回転速度とが異なることを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。 The nozzle is provided with a nozzle rotation mechanism,
2. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the nozzle is rotated in the same direction as the susceptor by the nozzle rotation mechanism, and the rotation speed of the susceptor is different from the rotation speed of the nozzle. 前記ノズルにノズル回転機構が備えられ、
前記ノズル回転機構により前記ノズルが前記サセプタと逆方向に回転することを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。 The nozzle is provided with a nozzle rotation mechanism,
The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the nozzle is rotated in a direction opposite to the susceptor by the nozzle rotation mechanism. 前記サセプタの回転速度と前記ノズルの回転速度とが異なることを特徴とする請求項４に記載の気相成長装置。   The vapor phase growth apparatus according to claim 4, wherein a rotation speed of the susceptor is different from a rotation speed of the nozzle.
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