JP3407400B2 - 薄膜気相成長装置 - Google Patents

薄膜気相成長装置

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JP3407400B2 JP10169394A JP10169394A JP3407400B2 JP 3407400 B2 JP3407400 B2 JP 3407400B2 JP 10169394 A JP10169394 A JP 10169394A JP 10169394 A JP10169394 A JP 10169394A JP 3407400 B2 JP3407400 B2 JP 3407400B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、被成膜基板に供給する
原料ガスの系統数を増加させた薄膜気相成長装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】図5は、本発明者が先に提案した薄膜気
相成長装置の断面図である(特願平5−247511号
参照)。横型の薄膜気相成長装置における角筒状(又は
円筒状)の反応容器1の内部に、被成膜基板2が載置さ
れる傾斜面をもつサセプタ3がシャフト4によって支持
されており、サセプタは反応容器の周囲に配設した高周
波加熱コイル5に通電することにより加熱される。反応
容器1の前方に原料ガスとパージガスを導入するノズル
機構があり、反応容器の前方フランジ6にノズルフラン
ジ7が取り付けられている。ノズルフランジの円筒状容
器内に2段になったノズル体8が装着されており、ノズ
ルフランジの環状ガス通路9にパージガス導入管10か
らパージガスが供給され、同ガスは複数のパージガス引
込み口11から反応容器内の外周空間12に導入され
る。
【0003】サセプタ3の傾斜面に載置された被成膜基
板2はノズル体8からの原料ガスの流れに対し斜めに位
置する。図6の斜視図にも示すように、同ノズル体は反
応容器1内に水平に配置された2段の第1ノズル13と
第2ノズル14からなり、第1ノズルの原料ガス吹き出
し口15は第2ノズルの吹き出し口16より被成膜基板
2に近いところに位置し、両ノズルは、被成膜基板
近くでは矩形断面で断面積もほぼ一様であり、ノズルフ
ランジ6の近傍では流路は狭まり、円形の取付け基部1
7に至る。この取付け基部17の端面には第1及び第2
ノズル13,14に連通する原料ガスの吹き込み口1
8,19が形成されており、両ノズルのガス吹き込み口
はOリング20で隔離されており、各吹き込み口には原
料ガス吹き込み口21,22から第1及び第2の原料ガ
スを供給している。
【0004】第1ノズル13の原料ガス吹き出し口15
が第2ノズル14の吹き出し口16より被成膜基板2に
近いところに位置し、両ノズルからの原料ガスは被成膜
基板13の直前で混合するから、同基板に到達するまで
の低温域で反応することによる成膜材料の損失を防ぐこ
とができる。
【0005】第1及び第2ノズル13,14は反応容器
1の前方部、上流側奥深くまで差し込まれているが、上
流側からパージガスを流しているから、原料ガスの流れ
が逆流し、反応容器の前方部に滞留することがなく、反
応容器壁面への反応生成物の付着を防止することができ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】反応性の高い複数の原
料ガスを同時に供給する際、ガスは被成膜基板2の直前
で混合させなければならず、そして基板に均一に供給す
る必要がある。上述の薄膜気相成長装置はノズル体8に
おける第1及び第2ノズル13,14によって2系統の
原料ガスを供給するものであり、他の原料ガスは独立し
て基板の直前まで導入することができない。原料ガスの
供給系統数を増やすためにノズル体8の構造を3段にす
ることが考えられるが、原料が膜になる原料効率及び成
膜速度に影響を与える原料ガス流速の関係上、原料ガス
の通過するノズル流路の断面積はできるだけ小さくする
必要があり、ノズル体は全体の高さが大きくなるのを避
け、全体としてできるだけ薄くするという制約から、単
純にノズルを3段にすることはできない。
【0007】また、保温されたガスもしくはプラズマ励
起されたガスを原料ガスとして導入する場合、反応容器
1内のノズル体におけるガス経路が長いために、保温ガ
スの温度低下やプラズマ励起ガスの励起状態が損なわれ
る。
【0008】本発明は、ノズル体による系統とは別に、
短いガス経路で被成膜基板に原料ガスを供給することが
できる横型の薄膜気相成長装置の提供を目的とするもの
である。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜気相成長装
置は、横長の反応容器と、この反応容器内に水平に配置
されて被成膜基板に原料ガスを供給するガス導入ノズル
と、前記反応容器の上部に設けられた原料ガスの導入ポ
ートと、この導入ポートの下端に配置され、前記被成膜
基板に上方から原料ガスを供給する複数のガス噴出口が
形成されている整流板とを備えてる。
【0010】そして、かかる薄膜気相成長装置におい
、前記整流板が導入ポートの下端に着脱自在に配置さ
れていることを特徴とするものである。
【0011】また本発明の薄膜気相成長装置は、横長の
反応容器と、この反応容器内に水平に配置されて被成膜
基板に原料ガスを供給するガス導入ノズルと、前記反応
容器の上部に設けられた原料ガスの導入ポートと、この
導入ポートの下端に配置され、前記被成膜基板に上方か
ら原料ガスを供給する複数のガス噴出口が形成されてい
る整流板と、前記導入ポートの上端に取り付けられ、原
料ガス供給管路に接続された上部フランジであって、導
入ポート内に入り込む部分を有して形成されているフラ
ンジとを備えてなることを特徴とする。
【0012】
【作用】整流板の複数のガス噴出口によって被成膜基板
の上方から、ガス導入ノズルによる原料ガスとは別系統
のガスを供給することができ、ガスの通過経路が短いか
ら保温ガス、プラズマ励起ガスに対しても保温、励起状
態を損なわずに供給できる。
【0013】整流板が着脱自在であることにより、成膜
条件に応じて、厚さ、噴出口数、噴出口の大きさ、噴出
口角度等について最適の整流板を容易に使用することが
できる。
【0014】ガス導入ポートにおける原料ガス供給管路
に接続された上部フランジを導入ポート内に入り込ませ
ることにより、導入ポートのスペースを任意に選ぶこと
ができ、被成膜基板の上方から供給する原料ガスの切り
換え時、それまでに供給してしていたガスの導入ポート
内の滞留を防止できる。
【0015】
【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。図1は薄膜気相成長装置の要部断面図、図2は図
1のX−X線での断面図であり、図5ないし図6と同一
符号は同等部分を示す。角筒状横長の反応容器1の上
部、サセプタ3の傾斜面に載置された被成膜基板2の直
上部に原料ガスの導入ポート30を設ける。このポート
の上端には上部フランジ31が取り付けられており、同
フランジに原料ガス供給管路32が接続されている。ガ
ス導入ポート30の下端に、下面が反応容器1の内壁面
と同一面になるような蓋部材である整流板33が配置さ
れており、ガス導入ポート内に供給された原料ガスは整
流板に形成された複数のガス噴出口34から噴出し、被
成膜基板2に、その上方からガスを供給する。整流板3
3に形成された複数のガス噴出口34は反応容器1内に
供給されるガスの方向を規制し、被成膜基板2に均一に
原料ガスが供給できるように設けられている。
【0016】整流板33は石英製であり、その周縁の段
部35がガス導入ポート30の下端の段部36に嵌合
し、整流板はポートの下端に着脱自在に配置されてい
る。したがって、被成膜基板に成膜する材料が変わり成
膜条件が変わる場合に、原料ガスの流れ方が変わり均一
なガス供給ができなくなるときには、成膜材料、成膜条
件に応じて、厚さ、噴出口34の配置,数,大きさを適
合させた整流板に容易に交換することができる。
【0017】薄膜気相成長装置の運転に伴い、反応容器
1の内壁に生成物が付着し汚れてくる。かかる付着生成
物が反応容器内壁から剥がれて被成膜基板2に落下する
と成膜が汚損されるから、生成物による汚れを洗浄する
が、その際には、反応容器1は洗浄せずに、被成膜基板
の上方に位置し、生成物が付着しやすく、そこから被成
膜基板上に付着生成物が落下し最も成膜汚損をもたらす
恐れのある整流板33のみの洗浄で済ませることができ
る。
【0018】ガス導入ポート30の設置により、サセプ
を介する被成膜基板2の加熱源として、反応容器1
の外周に高周波誘導加熱コイルを設けるのは難しい。そ
こでサセプタ3の内部に抵抗加熱ヒータ37を設置す
る。また、かかる加熱態様に代えて、サセプタ3の下方
位置に当る反応容器1の外部に赤外線ランプを配置し、
反応容器壁を介してサセプタを赤外線で加熱するように
しても良い。
【0019】このように、ガス導入ポート30及び同ポ
ートの下端にガス噴出口34が形成されている整流板3
3によって、被成膜基板2に対し上方から原料ガスを供
給することができるから、ノズル体8に係る反応容器1
内に水平に配置された第1ガス導入ノズル13及び第2
ガス導入ノズル14からの2系統の原料ガスA,Bに加
えて、3系統目の原料ガスCを被成膜基板の直前に独立
して供給することができる。そして、この3系統目のガ
ス経路はノズル体8のガス経路に比べて短くなるから、
保温された原料ガスもしくはプラズマ励起されたガスに
ついても良好な状態で被成膜基板に供給することができ
る。
【0020】保温状態で原料ガスをガス導入ポート30
に供給する場合には、例えば、同ポートの上部フランジ
31に接続されるガス供給管路32の周囲に原料ガス加
熱用ヒータ38を分布配設する。また、プラズマ励起ガ
スの供給に際しては、例えばガス導入ポート30の直前
に一点鎖線で示すように高周波励起装置39を設けた
り、或いは該部分にマイクロ波導波管を接続して原料ガ
スをプラズマ状態に励起する。この場合、原料ガス供給
管路32は石英製とする。
【0021】反応容器1は真空排気されており、その内
部の圧力は低い。これに対し、例えば原料ガスをプラズ
マ励起状態にする場合、そのガス圧は特に高いものとな
るが、上述の実施例では、原料ガスはガス導入ポート3
0に導入され、整流板33のガス噴出口34によって反
応容器1内に供給されるから、ガス導入ポート、整流板
の部分で所要の差圧を持たせることができる。
【0022】原料ガスの流れについて層流が重視される
場合には、図3に示すように噴出口34の孔の空け方に
角度θを付けた整流板33を用いれば良い。このとき、
整流機能を上げる、原料ガスの流れに一層の方向性を与
えるため、整流板33の厚さtは厚くした方が良い。ガ
ス導入ポート30の位置としてはガスの流れを考慮し、
同ポートは図2にも示すように被成膜基板2の配置位置
より若干上流側に設けるのが望ましいが、整流板33の
有効直径φの範囲内で、ガス流の条件によっても異なる
が、噴出口34の位置を変えることにより、被成膜基板
2に所要のガス流を与えることができる。
【0023】整流板33の噴出口34から供給する原料
ガスが成膜中、単一ガス或いは一定濃度のガスであれば
図1に示したガス導入ポート30で特に問題はないが、
成膜中に原料ガスを切り換えたりガスの濃度を変えたり
する場合には、それまでに供給していた原料ガスが特に
ガス導入ポート30内の隅の部分に残留し、ポート内の
スペースがデッドスペースになる。これに伴い、被成膜
基板2に対する新たな原料ガスへの切り換えが遅れるこ
とになり、所望の成膜層の形成を阻害する。このような
場合、図4に示すように、上部フランジ31にガス導入
ポート30内に入り込む部分311を形成することによ
りデッドスペースの発生、ガスの残留を防止することが
できる。
【0024】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、横長の
反応容器内に水平に配置したガス導入ノズルに加えて、
前記反応容器の上部に設けられた原料ガスのガス導入ポ
ート及びその下端のガス噴出口を有する整流板により、
被成膜基板にその上方から原料ガスを供給するから、独
立供給したい3系統の原料ガスを被成膜基板の近傍で均
一に混合して、同基板に供給することができる。
【0025】被成膜基板の上方から原料ガスを供給する
から、ガスの通過経路が短く、保温ガスやプラズマ励起
ガスを保温、励起状態を損なわずに被成膜基板に供給す
ることができる。
【0026】整流板はガス導入ポートの下端に着脱自在
に設けられているから、成膜条件に最適な整流板を容易
に交換使用することができる。また、反応容器内におけ
る生成物の付着、汚れを洗浄する際には、反応容器は洗
浄せずに、被成膜基板上に付着生成物が落下し成膜汚損
をもたらす恐れのある整流板のみの洗浄で済ませること
ができる。
【0027】ガス導入ポートにおける原料ガス供給管路
に接続された上部フランジを導入ポート内に入り込ませ
ることにより、導入ポートのスペースを任意に選ぶこと
が可能になり、デッドスペースの発生を防止することが
できるから、被成膜基板の上方から供給する原料ガスの
切り換え時、それまでに供給してしていたガスの導入ポ
ート内の滞留を防止でき、成膜層の品質を向上させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る横型の薄膜気相成長装置
の要部断面図である。
【図2】図1のX−X線での断面図である。
【図3】ガス噴出口に角度を付けた整流板の断面図であ
る。
【図4】ガス導入ポートの変形例を示す断面図である。
【図5】横型の薄膜気相成長装置についての先行技術の
断面図である。
【図6】ノズル体の斜視図である。
【符号の説明】
1 反応容器 2 被成膜基板 3 サセプタ 8 ノズル体 13 第1の原料ガス導入ノズル 14 第2の原料ガス導入ノズル 30 ガス導入ポート 31 ガス導入ポートの上部フランジ 32 原料ガス供給管路 33 整流板 34 ガス噴出口 37 抵抗加熱ヒータ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 横長の反応容器と、この反応容器内に水
    平に配置されて被成膜基板に原料ガスを供給するガス導
    入ノズルと、前記反応容器の上部に設けられた原料ガス
    の導入ポートと、この導入ポートの下端に配置され、前
    記被成膜基板に上方から原料ガスを供給する複数のガス
    噴出口が形成されている整流板とを備えた薄膜気相成長
    装置において、前記整流板が導入ポートの下端に着脱自
    在に配置されていることを特徴とする薄膜気相成長装
    置。
  2. 【請求項2】 横長の反応容器と、この反応容器内に水
    平に配置されて被成膜基板に原料ガスを供給するガス導
    入ノズルと、前記反応容器の上部に設けられた原料ガス
    の導入ポートと、この導入ポートの下端に配置され、前
    記被成膜基板に上方から原料ガスを供給する複数のガス
    噴出口が形成されている整流板と、前記導入ポートの上
    端に取り付けられ、原料ガス供給管路に接続された上部
    フランジであって、導入ポート内に入り込む部分を有し
    て形成されているフランジとを備えてなることを特徴と
    する薄膜気相成長装置。
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