JP4339288B2 - Gas introduction apparatus, vapor phase growth apparatus including the same, and vapor phase growth method using the vapor phase growth apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、ガス導入装置およびそれを備える気相成長装置に関する。 The present invention relates to a gas introduction device and a vapor phase growth apparatus including the same.
2種以上の元素、たとえば元素の周期表における第III族元素と第V族元素とを組合せた化合物半導体は、単体で半導体特性を示すたとえばシリコン(Si)に比べて、禁制帯幅が広く高温動作が可能、電子移動度が高いなどの利点があるけれども、機械的強度が弱く、また厳密な組成制御を必要とするなどの、作製上の難しさを有している。 A compound semiconductor in which two or more elements, for example, a group III element and a group V element in the periodic table of elements are combined, has a wider forbidden band and a higher temperature than silicon (Si), for example, which exhibits semiconductor characteristics alone. Although there are advantages such as being capable of operation and high electron mobility, it has difficulty in fabrication such as low mechanical strength and requiring strict composition control.
このような作製上の難しさを有する化合物半導体を形成する方法としては、加熱される基板上に有機金属化合物をキャリアガスとともに炉内に導入し、基板表面上で、熱分解させるとともに化学反応させて化合物半導体薄膜を形成させる有機金属気相成長法(Metal
Organic Chemical Vapor Deposition;MOCVD法)が用いられている。
As a method of forming a compound semiconductor having such manufacturing difficulties, an organometallic compound is introduced into a furnace together with a carrier gas on a substrate to be heated, and thermally decomposed and chemically reacted on the substrate surface. Metalorganic vapor phase epitaxy (Metal)
Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD method) is used.
基板上に化合物半導体薄膜を形成するMOCVD法には、一般的に横型のCVD炉が用いられる。化合物半導体形成に用いられる横型CVD炉としては、基板の表面全体に均一な組成で均一な厚さの薄膜を形成し得る炉であることが求められる。 A horizontal CVD furnace is generally used for the MOCVD method for forming a compound semiconductor thin film on a substrate. A horizontal CVD furnace used for forming a compound semiconductor is required to be a furnace capable of forming a thin film having a uniform composition and a uniform thickness over the entire surface of a substrate.
図18は従来の横型CVD炉である気相成長装置1の構成を簡略化して示す上面図であり、図19は図18の切断面線A−Aから見た図である。なお、図18では、気相成長装置1の構成を判りやすくするために天板を省略して示す。従来の気相成長装置1では、薄膜を形成する基板2より上流側の反応管3内に、基板面と平行な仕切板4を配設し、その仕切板4の先端部4aの肉厚が連続的に薄くなるように形成することを提案する(特許文献1参照)。
FIG. 18 is a top view showing a simplified configuration of the vapor
図18および図19に示す特許文献1の気相成長装置1では、反応管3の基板2よりも原料ガス流過方向の上流側を、仕切板4で2層の流路5,6(便宜上図19に示す上層を第1流路5、下層を第2流路6と呼ぶ)に仕切り、各流路5,6の原料ガス流過方向上流側の端部であって、反応管3の原料ガス流過方向上流側の端部にそれぞれ形成される第1および第2ガス導入口7,8から、同種または異種の2つの原料ガスがそれぞれ導入される。たとえば化合物半導体としてヒ化ガリウム(GaAs)を形成するとき、キャリアガスに水素ガス(H2)を用い、水素ガス+トリメチルガリウム[Ga(CH3)3]と、水素ガス+アルシン(AsH3)とが、それぞれ原料ガスとして用いられる。
In the vapor
気相成長装置1では、第1および第2ガス導入口7,8からそれぞれ導入された原料ガスを各流路ごとに流過させ、仕切板4の原料ガス流過方向先端部4aを通過すると、第1および第2流路5,6を流過した原料ガスが合流する。合流した状態の原料ガスは、高周波電流が通電される高周波コイル9が発生する交番磁界の作用によって加熱される基板2の表面に供給され、熱分解するとともに化学反応して化合物半導体の薄膜を形成する。薄膜形成の原料として使用された後のガスは、さらに流過してガス排出口10から排出される。
In the vapor
通常、反応管の流路を複数に仕切る仕切板が設けられると、仕切板のガス流過方向先端部の上流側と下流側とにおけるガス流速差が生じるので、ガスの流れに乱れが生じ、この乱れに起因して薄膜にパーティクルによる欠陥が発生したり、薄膜の組成および厚さの均一性が低下するという問題がある。 Usually, when a partition plate that divides the flow path of the reaction tube into a plurality is provided, a gas flow velocity difference occurs between the upstream side and the downstream side of the gas flow direction front end portion of the partition plate, so that the gas flow is disturbed, Due to this disturbance, there is a problem that defects due to particles are generated in the thin film, and the uniformity of the composition and thickness of the thin film is lowered.
特許文献1で提案される気相成長装置1は、このような問題を解決するものであり、仕切板4のガス流過方向先端部4aの肉厚を連続的に薄くなるように形成することによって、仕切板先端部4aの下流側におけるガス流の渦11発生を抑制し、薄膜の高い成長速度とパーティクルの低減とを図るというものである。
The vapor
しかしながら、特許文献1の技術には、以下のような問題がある。仕切板先端部4aの肉厚を連続的に薄くすると、全く薄くしない場合と比較して、渦11が発生するガス流速の閾値および同一ガス流速での発生程度を低減することができるけれども、ガス流速条件を高速化するのに伴って仕切板先端部4aの角度をより小さくしなければならないので、仕切板4の大面積にわたって薄くなる先端部4aの剛性の限界、加工上の限界およびコスト上昇などの課題が生じる。
However, the technique of
また図18および図19に示す気相成長装置1と類似の構成を有し、さらに仕切板の先端部における幅方向の両端側に切欠部を設けることが提案されている(特許文献2参照)。しかしながら、特許文献2の技術においても、仕切板の先端部を連続的に薄くするという構成を含むので、特許文献1と同じ問題がある。
Further, it has been proposed to have a configuration similar to that of the vapor
また横型MOCVD炉において、原料ガスを混合し且つ混合ガスの流れを制御するガス絞り部を基板よりも上流側に設け、さらに混合ガスの導入路を基板面にほぼ平行となるように設けることが提案される(特許文献3参照)。特許文献3の装置によれば、第1の原料ガスと第2の原料ガスとが混合された混合ガスは、基板の表面の近傍にまで、該表面に平行に且つ滑らかに供給されるので、基板に高品位な半導体を成膜できるとする。
Further, in the horizontal MOCVD furnace, a gas throttle part for mixing the raw material gas and controlling the flow of the mixed gas is provided on the upstream side of the substrate, and the introduction path of the mixed gas is provided so as to be substantially parallel to the substrate surface. Proposed (see Patent Document 3). According to the apparatus of
しかしながら、特許文献3に示される横型MOCVD炉では、混合ガスが流過する導入路と、サブフロー(キャリア)ガスが流過する導入路とを仕切る仕切板のガス流過方向先端部、すなわち混合ガスとサブフロー(キャリア)ガスとの合流部における仕切板の先端部が、仕切板のその他の部分と等厚に形成されるので、合流部の上流側と下流側とにおけるガス流速差が生じ、下流側にガス流の渦が発生して、薄膜の組成、厚さの均一性が低下するという問題がある。
However, in the horizontal MOCVD furnace shown in
横型MOCVD炉において、複数のガスが合流する仕切板先端部の下流側で生じる渦の発生程度は、仕切板先端部のテーパ角(すなわち、ガス流過方向下流側へ向うのに伴い流路の断面積が増大する流路断面積増大率)と、ガス流速との双方に対する依存性が高いことから、仕切板先端部の下流側近傍にガスが充分に回り込めず、仕切板先端部の下流側が、仕切板先端部の上流側よりも低圧もしくは負圧になることが渦発生の主要な原因であると考えられる。 In a horizontal MOCVD furnace, the degree of vortex generation on the downstream side of the front end of the partition plate where a plurality of gases merge is determined by the taper angle of the front end of the partition plate (i.e., the flow path Since the gas flow velocity is highly dependent on both the gas flow velocity and the gas flow velocity, the gas cannot sufficiently circulate in the vicinity of the downstream side of the front end of the partition plate. It is considered that the main cause of the vortex generation is that the side becomes lower pressure or negative pressure than the upstream side of the front end of the partition plate.
本発明者らは、複数の原料ガスが合流する合流部の下流側において、合流部の上流側よりも低圧もしくは負圧となる領域が発生することを防止することによって、ガス流の渦の発生を低減できるとの知見に基づいて本発明に至ったものである。 The present inventors have prevented the generation of gas flow vortices by preventing the occurrence of a region having a lower pressure or a negative pressure than the upstream side of the joining portion on the downstream side of the joining portion where a plurality of source gases are joined. The present invention has been achieved based on the knowledge that the amount of the above can be reduced.
本発明の目的は、複数の原料ガスをガス流の乱れを生じさせることなく基板の表面へ供給し、つまりは基板上に良質な化合物半導体の薄膜を形成することができるガス導入装置およびそれを備える気相成長装置を提供することである。 An object of the present invention is to supply a plurality of source gases to the surface of a substrate without causing gas flow disturbance, that is, a gas introducing device capable of forming a high-quality compound semiconductor thin film on the substrate and the same It is to provide a vapor phase growth apparatus.
本発明は、処理されるべき基板の表面に薄膜を形成するための原料ガスを供給することができるように原料ガスを導くガス導入装置であって、
対向するように設けられる少なくとも2つの壁部材を有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、
ガス導入管の内部に原料ガス流過方向に延びかつ前記2つの壁部材に対して平行に設けられ、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、
仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ、複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さが、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さを加算した和に等しいことを特徴とするガス導入装置である。
The present invention is a gas introducing device for introducing a raw material gas so as to supply a raw material gas for forming a thin film on the surface of a substrate to be processed,
A gas introduction pipe formed with at least two wall members provided so as to be opposed to each other, and forming a flow path for allowing a plurality of different or similar raw material gases to flow in a predetermined direction;
A plurality of source gases extending in the direction of the source gas flow inside the gas introduction pipe and provided in parallel to the two wall members, and extending through the internal space of the gas introduction pipe to the middle of the length in the direction of the source gas flow Each including a partition plate that partitions into a plurality of flow paths that flow through,
The height that is the distance in the direction in which the two wall members of the single confluence channel formed by joining the plural raw material gas passes through the front end of the raw material gas flow direction of the partition plate,
The gas introducing device is characterized by being equal to a sum obtained by adding a height which is a distance in a direction in which the two wall members of each flow path through which a plurality of source gases flow is opposed.
また本発明は、処理されるべき基板の表面に薄膜を形成するための原料ガスを供給することができるように原料ガスを導くガス導入装置であって、
対向するように設けられる少なくとも2つの壁部材を有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、
ガス導入管の内部に原料ガス流過方向に延びかつ前記2つの壁部材に対して平行に設けられ、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、
仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ、複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さが、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さを加算した和以下であり、
仕切板の厚さは、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って、連続的に減少するように形成されることを特徴とするガス導入装置である。
The present invention is also a gas introduction device for introducing a raw material gas so as to supply a raw material gas for forming a thin film on the surface of a substrate to be processed,
A gas introduction pipe formed with at least two wall members provided so as to be opposed to each other, and forming a flow path for allowing a plurality of different or similar raw material gases to flow in a predetermined direction;
A plurality of source gases extending in the direction of the source gas flow inside the gas introduction pipe and provided in parallel to the two wall members, and extending through the internal space of the gas introduction pipe to the middle of the length in the direction of the source gas flow Each including a partition plate that partitions into a plurality of flow paths that flow through,
The height that is the distance in the direction in which the two wall members of the single confluence channel formed by joining the plural raw material gas passes through the front end of the raw material gas flow direction of the partition plate,
The sum of the heights, which are the distances in the direction in which the two wall members of each flow path through which each of the plurality of source gases flow, is opposite,
The thickness of the partition plate is a gas introducing device characterized in that the partition plate is formed so as to continuously decrease as the raw material gas flows from the upstream side to the downstream side.
また本発明は、処理されるべき基板の表面に薄膜を形成するための原料ガスを供給することができるように原料ガスを導くガス導入装置であって、
対向するように設けられる少なくとも2つの壁部材を有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、
ガス導入管の内部に原料ガス流過方向に延びかつ前記2つの壁部材に対して平行に設けられ、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、
仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ、複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さが、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さを加算した和以下であり、
仕切板の厚さは、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って、段階的に減少するように形成されることを特徴とするガス導入装置である。
The present invention is also a gas introduction device for introducing a raw material gas so as to supply a raw material gas for forming a thin film on the surface of a substrate to be processed,
A gas introduction pipe formed with at least two wall members provided so as to be opposed to each other, and forming a flow path for allowing a plurality of different or similar raw material gases to flow in a predetermined direction;
A plurality of source gases extending in the direction of the source gas flow inside the gas introduction pipe and provided in parallel to the two wall members, and extending through the internal space of the gas introduction pipe to the middle of the length in the direction of the source gas flow Each including a partition plate that partitions into a plurality of flow paths that flow through,
The height that is the distance in the direction in which the two wall members of the single confluence channel formed by joining the plural raw material gas passes through the front end of the raw material gas flow direction of the partition plate,
The sum of the heights, which are the distances in the direction in which the two wall members of each flow path through which each of the plurality of source gases flow, is opposite,
The thickness of the partition plate is a gas introduction device that is formed so as to decrease stepwise as the raw material gas flows from the upstream side to the downstream side.
また本発明は、処理されるべき基板の表面に薄膜を形成するための原料ガスを供給することができるように原料ガスを導くガス導入装置であって、
対向するように設けられる少なくとも2つの壁部材を有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、
ガス導入管の内部に原料ガス流過方向に延びかつ前記2つの壁部材に対して平行に設けられ、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、
仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ、複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さが、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さを加算した和以下であり、
仕切板を2枚含んで3つの流路が形成され、
2枚の仕切板は、
互いに対向する側の面が原料ガス流過方向の先端部まで平面になるように形成されることを特徴とするガス導入装置である。
The present invention is also a gas introduction device for introducing a raw material gas so as to supply a raw material gas for forming a thin film on the surface of a substrate to be processed,
A gas introduction pipe formed with at least two wall members provided so as to be opposed to each other, and forming a flow path for allowing a plurality of different or similar raw material gases to flow in a predetermined direction;
A plurality of source gases extending in the direction of the source gas flow inside the gas introduction pipe and provided in parallel to the two wall members, and extending through the internal space of the gas introduction pipe to the middle of the length in the direction of the source gas flow Each including a partition plate that partitions into a plurality of flow paths that flow through,
The height that is the distance in the direction in which the two wall members of the single confluence channel formed by joining the plural raw material gas passes through the front end of the raw material gas flow direction of the partition plate,
The sum of the heights, which are the distances in the direction in which the two wall members of each flow path through which each of the plurality of source gases flow, is opposite,
Three flow paths are formed including two partition plates,
The two dividers are
The gas introducing device is characterized in that surfaces facing each other are formed so as to be flat up to a tip portion in a raw material gas flow direction.
また本発明は、処理されるべき基板の表面に薄膜を形成するための原料ガスを供給することができるように原料ガスを導くガス導入装置であって、
対向するように設けられる少なくとも2つの壁部材を有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、
ガス導入管の内部に原料ガス流過方向に延びかつ前記2つの壁部材に対して平行に設けられ、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、
仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ、複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さが、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さを加算した和以下であり、
仕切板は、原料ガスが流過する方向の下流側における少なくとも端部付近が、金属からなることを特徴とするガス導入装置である。
The present invention is also a gas introduction device for introducing a raw material gas so as to supply a raw material gas for forming a thin film on the surface of a substrate to be processed,
A gas introduction pipe formed with at least two wall members provided so as to be opposed to each other, and forming a flow path for allowing a plurality of different or similar raw material gases to flow in a predetermined direction;
A plurality of source gases extending in the direction of the source gas flow inside the gas introduction pipe and provided in parallel to the two wall members, and extending through the internal space of the gas introduction pipe to the middle of the length in the direction of the source gas flow Each including a partition plate that partitions into a plurality of flow paths that flow through,
The height that is the distance in the direction in which the two wall members of the single confluence channel formed by joining the plural raw material gas passes through the front end of the raw material gas flow direction of the partition plate,
The sum of the heights, which are the distances in the direction in which the two wall members of each flow path through which each of the plurality of source gases flow, is opposite,
The partition plate is a gas introduction device characterized in that at least the vicinity of the end portion on the downstream side in the direction in which the raw material gas flows is made of metal .
また本発明は、前記金属が、ステンレス鋼であることを特徴とする。
また本発明は、処理されるべき基板の表面に薄膜を形成するための原料ガスを供給することができるように原料ガスを導くガス導入装置であって、
対向するように設けられる少なくとも2つの壁部材を有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、
ガス導入管の内部に原料ガス流過方向に延びかつ前記2つの壁部材に対して平行に設けられ、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、
仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ、複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さが、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さを加算した和以下であり、
ガス導入管の外方に設けられ、ガス導入管を冷却する冷却手段を含むことを特徴とするガス導入装置である。
The present invention, the metal is, you being a stainless steel.
The present invention is also a gas introduction device for introducing a raw material gas so as to supply a raw material gas for forming a thin film on the surface of a substrate to be processed,
A gas introduction pipe formed with at least two wall members provided so as to be opposed to each other, and forming a flow path for allowing a plurality of different or similar raw material gases to flow in a predetermined direction;
A plurality of source gases extending in the direction of the source gas flow inside the gas introduction pipe and provided in parallel to the two wall members, and extending through the internal space of the gas introduction pipe to the middle of the length in the direction of the source gas flow Each including a partition plate that partitions into a plurality of flow paths that flow through,
The height that is the distance in the direction in which the two wall members of the single confluence channel formed by joining the plural raw material gas passes through the front end of the raw material gas flow direction of the partition plate,
The sum of the heights, which are the distances in the direction in which the two wall members of each flow path through which each of the plurality of source gases flow, is opposite,
A gas introduction apparatus including a cooling unit that is provided outside the gas introduction pipe and cools the gas introduction pipe.
また本発明は、仕切板によって形成される複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎて複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路とは、
原料ガスの流過方向に対して垂直な断面における形状が矩形であり、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積を加算した和と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積とが、等しいことを特徴とするガス導入装置である。
In addition, the present invention is formed by joining a plurality of source gases that pass through each flow path through which a plurality of source gases formed by the partition plate flow, and a front end portion of the partition plate in the source gas flow direction. One confluence channel is
Ri rectangular der shape in cross section perpendicular to the flow-direction of the material gas,
The sum of the cross-sectional areas perpendicular to the source gas flow direction of each flow path through which each of the plurality of source gases flows, and the plurality of source gases merge past the tip of the partition plate in the source gas flow direction. The gas introduction device is characterized in that the cross-sectional area perpendicular to the raw material gas flow direction of one merging channel formed in this manner is equal .
また本発明は、処理されるべき基板の表面に薄膜を形成するための原料ガスを供給することができるように原料ガスを導くガス導入装置であって、
対向するように設けられる少なくとも2つの壁部材を有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、
ガス導入管の内部に原料ガス流過方向に延びかつ前記2つの壁部材に対して平行に設けられ、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、
仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ、複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さが、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さを加算した和以下であり、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路とは、
放射状に形成されることを特徴とするガス導入装置である。
The present invention is also a gas introduction device for introducing a raw material gas so as to supply a raw material gas for forming a thin film on the surface of a substrate to be processed,
A gas introduction pipe formed with at least two wall members provided so as to be opposed to each other, and forming a flow path for allowing a plurality of different or similar raw material gases to flow in a predetermined direction;
A plurality of source gases extending in the direction of the source gas flow inside the gas introduction pipe and provided in parallel to the two wall members, and extending through the internal space of the gas introduction pipe to the middle of the length in the direction of the source gas flow Each including a partition plate that partitions into a plurality of flow paths that flow through,
The height that is the distance in the direction in which the two wall members of the single confluence channel formed by joining the plural raw material gas passes through the front end of the raw material gas flow direction of the partition plate,
The sum of the heights, which are the distances in the direction in which the two wall members of each flow path through which each of the plurality of source gases flow, is opposite,
Each flow path through which a plurality of source gases flow, and one merged path formed by joining a plurality of source gases past the front end of the partition plate in the source gas flow direction,
The gas introduction device is characterized by being formed in a radial shape.
本発明は、処理されるべき基板の表面に薄膜を形成するための原料ガスを供給することができるように原料ガスを導くガス導入装置であって、
対向するように設けられる2つの壁部材と、2つの壁部材に対して略垂直かつ対向するように設けられる2つの側壁部材とを有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、
ガス導入管の内部に原料ガス流過方向に延びかつ前記2つの壁部材に対して平行に設けられ、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、
仕切板の厚さは、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って連続的または段階的に減少するように形成され、
仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積が、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積を加算した和以下になるように、
仕切板の厚さが連続的または段階的に減少するのに対応して、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記2つの側壁部材同志が対向する離隔距離を小さくすることを特徴とするガス導入装置である。
The present invention is a gas introducing device for introducing a raw material gas so as to supply a raw material gas for forming a thin film on the surface of a substrate to be processed,
Two wall members provided so as to be opposed to each other and two side wall members provided so as to be substantially perpendicular to and opposed to the two wall members are formed. A gas introduction pipe that forms a flow path for flowing in a predetermined direction;
A plurality of source gases extending in the direction of the source gas flow inside the gas introduction pipe and provided in parallel to the two wall members, and extending through the internal space of the gas introduction pipe to the middle of the length in the direction of the source gas flow Each including a partition plate that partitions into a plurality of flow paths that flow through,
The thickness of the partition plate is formed so as to decrease continuously or stepwise as the raw material gas flows from the upstream side to the downstream side,
A cross-sectional area perpendicular to the raw material gas flow direction of one confluence channel formed by joining a plurality of raw material gases past the leading end portion of the raw material gas flow direction of the partition plate,
The sum of the cross-sectional areas perpendicular to the source gas flow direction of each flow path through which each of the plurality of source gases flows is equal to or less than the sum.
Corresponding to the thickness of the partition plate decreasing continuously or stepwise, the separation distance between the two side wall members of each flow path through which a plurality of source gases flow is reduced. This is a gas introduction device.
また本発明は、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積を加算した和と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積とが、等しいことを特徴とする。 Further, the present invention provides a sum obtained by adding a cross-sectional area perpendicular to the flow direction of the raw material gas in each flow path through which a plurality of raw material gases flow, and a plurality of portions past the front end of the flow direction of the raw material gas of the partition plate The cross-sectional area perpendicular | vertical with respect to the raw material gas flow direction of the one confluence | merging flow path formed by combining these raw material gases is equal, It is characterized by the above-mentioned.
本発明は、前記いずれか1つのガス導入装置を備えることを特徴とする気相成長装置である。 The present invention is a vapor phase growth apparatus including any one of the gas introduction devices.
本発明は、前記の気相成長装置を準備し、気相成長装置に備わるガス導入装置によって、処理されるべき基板に原料ガスを導いて供給し、基板の表面に薄膜を形成することを特徴とする気相成長方法である。 The present invention is characterized in that the vapor phase growth apparatus is prepared, and a gas introduction apparatus provided in the vapor phase growth apparatus guides and supplies a source gas to a substrate to be processed to form a thin film on the surface of the substrate. Is a vapor phase growth method.
本発明によれば、被処理基板の表面に薄膜を形成するための原料ガスを導くガス導入装置は、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、ガス導入管の内部空間を原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ、複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の高さが、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の高さを加算した和以下である構成を有するので、仕切板の上記先端部よりもガス流過方向下流側における渦の発生を抑制することができる。 According to the present invention, a gas introduction device for introducing a raw material gas for forming a thin film on a surface of a substrate to be processed has a gas introduction pipe that forms a flow path for allowing a plurality of different or similar raw material gases to flow in a predetermined direction. And a partition plate that partitions the internal space of the gas introduction pipe into a plurality of flow paths through which a plurality of source gases flow to the middle of the length of the source gas flow direction. A configuration in which the height of one confluence channel formed by joining a plurality of source gases past the tip is less than or equal to the sum of the heights of the respective channels through which the plurality of source gases flow. Since it has, it can suppress generation | occurrence | production of the vortex in the gas flow direction downstream rather than the said front-end | tip part of a partition plate.
また、ガス導入装置は、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の高さを加算した和と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の高さとが等しい構成を有するので、仕切板の先端部よりも下流側における渦の発生を抑制し、かつガス流速を加減速することなく、一定に保つことができる。 Also, the gas introduction device, a sum obtained by adding the height of each flow path in which a plurality of raw material gas is excessive, respectively stream, a plurality of raw material gas past the feed gas stream over the direction of the distal end portion of the partition plate merges Since the height of one formed confluence channel is equal, the generation of vortices on the downstream side of the front end of the partition plate can be suppressed, and the gas flow rate can be kept constant without acceleration / deceleration. it can.
また本発明によれば、仕切板の厚さは、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って、連続的に減少するように形成されるので、隣接する流路を流過して流過層を形成する各層間のガスを、一層滑らかに合流させることができる。 Further, according to the present invention, the thickness of the partition plate is formed so as to decrease continuously as it moves from the upstream side where the raw material gas flows through to the downstream side, so Thus, the gas between the layers forming the flow-through layer can be smoothly joined together.
また本発明によれば、仕切板の厚さは、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って、段階的に減少するように形成されるので、厚さが徐々に減少する構成を有する仕切板を低コストで簡易に製作することができる。 Further, according to the present invention, the thickness of the partition plate is formed so as to decrease step by step as the raw material gas flows from the upstream side to the downstream side, so that the thickness gradually decreases. Thus, it is possible to easily produce a partition plate having a configuration to achieve low cost.
また本発明によれば、ガス導入装置は、仕切板を2枚含んで3つの流路が形成され、2枚の仕切板は、互いに対向する側の面が原料ガス流過方向の先端部まで平面になるように形成されるので、シンプルな構造となり、低コストで簡易に製作することができる。 Further, according to the present invention, the gas introduction device includes two partition plates to form three flow paths, and the two partition plates face each other up to the front end portion in the raw material gas flow direction. Since it is formed to be flat, it has a simple structure and can be easily manufactured at low cost.
また本発明によれば、仕切板の原料ガス流過方向の下流側における少なくとも端部付近が金属からなり、その金属がステンレス鋼であることが好ましい。このことによって、仕切板に充分な剛性と高い加工精度を得ることができ、また耐久性に優れる仕切板を低コストで簡易に製作することができる。 According to the present invention, at least the vicinity of the end of the partition plate on the downstream side in the raw material gas flow direction is made of metal, and the metal is preferably stainless steel. Accordingly, sufficient rigidity and high processing accuracy can be obtained for the partition plate, and a partition plate having excellent durability can be easily manufactured at low cost.
また本発明によれば、ガス導入装置には、ガス導入管の外方に設けられてガス導入管を冷却する冷却手段が含まれるので、装置が薄膜形成促進のために加熱昇温される場合であっても、ガス導入管や仕切板を冷却することができ、その熱膨張変形等を抑制することができる。 Further, according to the present invention, since the gas introduction device includes a cooling means provided outside the gas introduction tube to cool the gas introduction tube, the apparatus is heated and heated to promote thin film formation. Even so, the gas introduction pipe and the partition plate can be cooled, and the thermal expansion deformation and the like thereof can be suppressed.
また本発明によれば、仕切板によって形成される複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎて複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路とは、原料ガスの流過方向に対して垂直な断面における形状が矩形であるように構成されるので、いわゆる横フロー型の装置において、ガス合流部での渦発生を抑制することができるガス導入装置が実現される。 Further, according to the present invention, each flow path through which a plurality of source gases formed by the partition plate flows and a plurality of source gases merge past the front end portion of the partition plate in the source gas flow direction. The one merged flow path is configured so that the shape in a cross section perpendicular to the flow direction of the raw material gas is rectangular, so in a so-called lateral flow type device, vortex generation at the gas merged portion is generated. A gas introducing device capable of suppressing the above is realized.
また、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積を加算した和と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積とが等しいように構成されるので、いわゆる横フロー型の装置において、ガス合流部での渦発生を抑制することができ、かつガス流速を加減速することなく一定に保つことができるガス導入装置が実現される。
Also, the sum obtained by adding the cross-sectional area perpendicular to the feed gas stream over the direction of each flow channel in which a plurality of raw material gas is excessive respective flow, multiple past the tip of the feed gas stream over the direction of the partition plate material Since the cross-sectional area perpendicular to the raw material gas flow direction of one merging flow path formed by gas merging is equal, in a so-called lateral flow type apparatus, the vortex at the gas merging portion A gas introduction device that can suppress the generation and can keep the gas flow rate constant without acceleration / deceleration is realized.
また本発明によれば、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路とは、放射状に形成されるので、たとえば複数の被処理基板に対して放射状にガスを同時に流し、かつガス合流部における渦発生を抑制することができるガス導入装置が実現される。 Further, according to the present invention, each flow path through which a plurality of source gases flow, and one merged path formed by joining a plurality of source gases past the front end portion of the partition plate in the source gas flow direction. Is formed radially, for example, a gas introducing device is realized that can simultaneously flow gas radially to a plurality of substrates to be processed and can suppress the generation of vortices in the gas junction.
本発明によれば、被処理基板の表面に薄膜を形成するための原料ガスを導くガス導入装置は、対向するように設けられる2つの壁部材と、2つの壁部材に対して略垂直かつ対向するように設けられる2つの側壁部材とを有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、仕切板の厚さは、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って連続的または段階的に減少するように形成され、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積が、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積を加算した和以下になるように、仕切板の厚さが連続的または段階的に減少するのに対応して、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記2つの側壁部材同志が対向する離隔距離を小さくする構成を有するので、仕切板の先端部よりもガス流過方向下流側における渦の発生を抑制することができる。 According to the present invention, a gas introducing device for introducing a raw material gas for forming a thin film on the surface of a substrate to be processed has two wall members provided so as to face each other, and substantially perpendicular to and opposed to the two wall members. A gas introduction pipe that is formed to have a flow path through which a plurality of different or similar raw material gases flow in a predetermined direction, and an internal space of the gas introduction pipe. And a partition plate that partitions the plurality of flow paths through which the plurality of source gases flow to the middle of the length of the source gas flow direction, and the thickness of the partition plate is from the upstream side to the downstream side where the source gas flows The raw material of one merging channel formed so as to decrease continuously or stepwise as it goes to, and is formed by merging a plurality of source gases past the leading end of the source gas flow direction of the partition plate The cross-sectional area perpendicular to the gas flow direction is Corresponding to the thickness of the partition plate decreasing continuously or step by step so that the cross-sectional area perpendicular to the flow direction of the raw material gas in each flow path is less than the sum. Since the two side wall members of each flow path through which each of the plurality of source gases flow is configured to be spaced apart from each other, the vortex is generated on the downstream side in the gas flow direction from the front end of the partition plate. Can be suppressed.
また本発明によれば、ガス導入装置は、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積を加算した和と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積とが、等しい構成を有するので、仕切板の先端部よりも下流側における渦の発生を抑制し、かつガス流速を加減速することなく、一定に保つことができる。 Further, according to the present invention, the gas introduction device includes the sum of the cross-sectional areas perpendicular to the source gas flow direction of each flow path through which each of the plurality of source gases flows, and the source gas flow rate of the partition plate. Since the cross-sectional area perpendicular to the raw material gas flow direction of a single confluence flow path formed by merging a plurality of raw material gases past the leading end portion in the direction has the same configuration, the leading end portion of the partition plate In addition, the generation of vortices on the downstream side can be suppressed, and the gas flow rate can be kept constant without acceleration / deceleration.
本発明によれば、気相成長装置は、前記いずれかのガス導入装置を備えるので、仕切板で仕切られた各流路を流過するガス流過層の流速について広い設定範囲で、渦を抑制して合流させた原料ガスを基板へ供給し、膜厚および組成が均一な化合物半導体の薄膜を気相成長させることができる。 According to the present invention, since the vapor phase growth apparatus includes any of the gas introduction devices described above, the vortex is generated in a wide setting range with respect to the flow velocity of the gas flow overlayer flowing through each flow path partitioned by the partition plate. A source gas that has been suppressed and merged is supplied to the substrate, and a thin film of a compound semiconductor having a uniform film thickness and composition can be vapor-phase grown.
本発明によれば、前記の気相成長装置を準備し、気相成長装置に備わるガス導入装置によって、処理されるべき基板に原料ガスを導いて供給し、基板の表面に薄膜を形成する。このことによって、原料ガスの合流部付近における渦の発生が抑制されるので、渦近傍での気相反応による不均一な反応生成物の合成を抑制し、原料ガスの利用効率の低下を抑制し、膜質の劣化や不均一性を抑制して、良質な化合物半導体の薄膜を得ることができる。 According to the present invention, the above-mentioned vapor phase growth apparatus is prepared, and the raw material gas is guided and supplied to the substrate to be processed by the gas introduction apparatus provided in the vapor phase growth apparatus, and a thin film is formed on the surface of the substrate. This suppresses the generation of vortices in the vicinity of the merging portion of the source gas, thereby suppressing the synthesis of inhomogeneous reaction products due to the gas phase reaction in the vicinity of the vortex and suppressing the decrease in the utilization efficiency of the source gas. Further, it is possible to obtain a good quality compound semiconductor thin film by suppressing deterioration and non-uniformity of the film quality.
図1は本発明の実施の第1形態であるガス導入装置21を備える気相成長装置20の構成を簡略化して示す上面図であり、図2は図1の切断面線II−IIから見た図である。なお、図1では装置構成を判りやすくするために、ガス導入装置21に備わる2つの壁部材のうちの1つである第1壁部材(天板)23を省略して示す。ガス導入装置21は、気相成長装置20に備えられ、処理されるべき基板22の表面に薄膜を形成するための原料ガスを供給する。
FIG. 1 is a top view showing a simplified configuration of a vapor
ガス導入装置21は、対向するように設けられる2つの壁部材である第1および第2壁部材23,24と、第1および第2壁部材23,24に対して連接し略垂直かつ対向するように設けられる2つの側壁部材である第1および第2側壁部材25,26とを有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管27と、ガス導入管27の内部に原料ガス流過方向に延びかつ第1および第2壁部材23,24に対して平行に設けられ、ガス導入管27の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路(本実施形態では2つ)に仕切る仕切板28とを含む。
The
ガス導入管27を構成する第1および第2壁部材23,24ならびに第1および第2側壁部材25,26は、たとえば石英からなる。このガス導入管27が備えられる気相成長装置20は、横フロー型の炉であり、第1および第2壁部材23,24は、略水平方向に配して設けられ、第1および第2側壁部材25,26は、第1および第2壁部材23,24に対して連接し略垂直かつ対向するように配して設けられる。したがって、第1および第2壁部材23,24ならびに第1および第2側壁部材25,26によって、外方空間と隔され、原料ガスを予め定める方向に流過させることができる流路であるガス導入管27が構成される。なお、第1壁部材23は第2壁部材24よりも上方に配されるので、第1壁部材23を以後天板23と呼び、第2壁部材24を以後底板24と呼ぶ。
The first and
ガス導入管27を構成する天板23および底板24は、ガスが導入される側の端部付近がテーパ形状に形成され、天板23および底板24にそれぞれ連接される第1および第2側壁部材25,26も、ガスが導入される側の端部付近では、対向する離隔距離がガスの導入される側の端部へ近づくのに伴って短くなるように設けられる。したがって、ガス導入管27は、ガス流過方向の下流側へ進むのに伴ってガス流路が水平方向に拡大し、その後第1および第2側壁部材25,26の対向する離隔距離として定まる流路幅が一定になるように構成される。ガス導入管27の流路幅が一定の部分が、さらにガス流過方向の下流側まで延びて気相成長装置20の反応管41を構成する。なお、気相成長装置20の反応管41部分の構成については後述する。
The
ガス導入管27のガスが導入される側の端部27aには、原料ガスをガス導入管27内へ導入するガス導入口29,30が形成される。前述のように、本実施の形態では、水平方向に延びて設けられる1枚の仕切板28によって、ガス導入管27は上下に2つの流路に仕切られるので、上側の流路を第1流路31と呼び、下側の流路を第2流路32と呼ぶ。したがって、上記の第1流路31に形成されるガス導入口29を第1ガス導入口29と呼び、第2流路32に形成されるガス導入口30を第2ガス導入口30と呼ぶ。
第1および第2ガス導入口29,30には、短管状の導入接続部材33がそれぞれ接続され、導入接続部材33を介して、気相成長装置20に備わる不図示のガス供給装置から、同種または異種の原料ガスが、第1および第2流路31,32にそれぞれ導入される。
A short tubular
第1および第2流路31,32にそれぞれ導入される原料ガスとしては、基板22上に形成する薄膜が、たとえばヒ化ガリウムの場合、[トリメチルガリウムと水素ガスとの混合ガス]、および[アルシンと水素ガスとの混合ガス]が挙げられる。これらの混合ガスがそれぞれ充填された高圧ガスボンベから、圧力/流量調整弁を介して、圧力と流量とが調整された混合ガスが、第1および第2流路31,32にそれぞれ導入される。
As source gases introduced into the first and
ガス導入管27の内部を上下2つの第1および第2流路31,32に仕切る仕切板28は、たとえばステンレス鋼などの金属からなる平板状の部材である。この仕切板28の特徴は、ガス導入管27の流路幅が一定になる部位の付近からガス流過方向下流側の先端部28aまでの部分(ここではこの部分を先端部付近と呼ぶ)において、その厚さが、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って、連続的に減少するように形成されることである。本実施形態では、仕切板28は、その先端部付近において、第1流路31に臨む側の面のみが傾斜面になるように研削されて肉厚が連続的に減少するように形成される。
The
このように仕切板28の先端部付近の肉厚が連続的に減少するように形成されることによって、第1および第2流路31,32をそれぞれ流過して仕切板28の先端部28aを過ぎた原料ガス同志が、滑らかに合流することができる。
In this way, the thickness near the front end of the
さらにガス導入装置21では、仕切板28の原料ガス流過方向の先端部28aを過ぎ、複数の原料ガスをそれぞれ流過させる第1流路31と第2流路32とを合流して形成される1つの合流流路34の天板23と底板24とが対向する方向の距離である高さhが、原料ガスが流過する第1流路31の天板23と底板24とが対向する方向の距離である高さ(h1もしくはh3)と、第2流路32の天板23と底板24とが対向する方向の距離である高さ(h2もしくはh4)とを加算した和(h1+h2もしくはh3+h4)以下(h≦h3+h4≦h1+h2)であることを特徴とする。
Further, the
上記の流路高さの関係を満足することができるように、本実施形態のガス導入装置21においては、仕切板28の先端部付近の肉厚が連続的に減少するのに伴い、仕切板28の傾斜面に対向して配置される天板23の第1流路31に臨む内側の面が、仕切板28の肉厚減少に対応するように、ガス流過方向下流側へ向うのに伴って、第1流路31内へ徐々にかつ連続的にその突出量を増大するように突出して形成される。天板23の第1流路31の内方への連続的な突出量の増大は、本実施形態のように天板23の肉厚を徐々に増すようにして構成されてもよく、またこれに限定されることなく、天板23を曲げ加工することによって傾斜面を有するように形成されるものであってもよい。
In the
なお、第1流路31の1つの流路高さh1は、仕切板28に肉厚を減少させるための傾斜面が形成されない平坦部における流路高さであり、第1流路31のもう1つの流路高さh3は、仕切板28に肉厚を減少させるための傾斜面が形成される部分における流路高さである。第1流路31の1つの流路高さh1と、もう1つの流路高さh3とは、天板23の第1流路31内方への突出形状を調整することによって同一(h1=h3)に形成されることが好ましく、異なる高さとなる場合であっても、もう1つの流路高さh3が1つの流路高さh1よりも小さく(h3<h1)なるように形成される。
Note that one flow path height h1 of the
また、第2流路32の1つの流路高さh2は、仕切板28に肉厚を減少させるための傾斜面が形成されない平坦部における流路高さであり、第2流路32のもう1つの流路高さh4は、仕切板28に肉厚を減少させるための傾斜面が形成される部分における流路高さである。ただし、本実施形態では、仕切板28の第2流路32を臨む側の面には傾斜面が形成されずに平坦であるので、1つの流路高さh2ともう1つの流路高さh4とは同一(h2=h4)である。ただし、第2流路32の1つの流路高さh2と、もう1つの流路高さh4とが異なる高さに形成される場合、上記の第1流路31と同様に、もう1つの流路高さh4が、1つの流路高さh2よりも小さく(h4<h2)なるように形成されることが好ましい。
In addition, one flow path height h2 of the
ガス導入装置21では、仕切板28の先端部28aにおいて、第1流路31を流過した原料ガスと、第2流路32を流過した原料ガスとが、合流流路34のガス流過方向の開始端で合流(複数の原料ガスが仕切板28の先端部28aを過ぎた直近部分において合流するので、以後この部分を合流部と呼ぶことがある)する際、合流部の上流側の流路高さの和が、合流部の下流側における合流流路高さ以下、換言すれば、合流部の下流側における合流流路高さhは、合流部の上流側の流路高さの和(h1+h2もしくはh3+h4)よりも増大しないように構成される。
In the
本実施形態のガス導入装置21では、第1側壁部材25と第2側壁部材26とで形成される流路幅は、合流部の上流側と下流側とで一定になるように形成され、流路高さは、少なくとも合流部の下流側が上流側の流路高さの和よりも増大しないように形成されるので、結果として、ガス流過方向に対して垂直な断面における合流流路34の断面積は、合流部よりも上流側の第1および第2流路31,32のガス流過方向に対して垂直な断面積の和よりも増大しないように形成される。なお、このときの各流路のガス流過方向に対して垂直な断面の形状は、それぞれ矩形を呈する。
In the
このことによって、仕切板28の先端部28aの下流側、すなわち合流部の下流側において、流路の拡大に起因する低圧もしくは負圧の領域の発生が防止されるので、これに伴うガス流の乱れすなわち渦の発生が抑制され、均一な状態に合流/混合された原料ガスを基板22へ供給することができる。
This prevents the generation of a low-pressure or negative-pressure region due to the expansion of the flow path on the downstream side of the
ガス導入管27は、合流部よりもさらにガス流過方向下流側へ延びて、気相成長装置20の上記反応管41を構成する。反応管41部分における底板24には、合流流路34に臨んで開口部42が形成され、該開口部42を封止するようにして基板22を収容するトレイ43が設けられる。トレイ43は、基板22を載置した状態で、駆動手段によって駆動されるように構成されてもよい。
The
反応管41の外方であって、トレイ43の下方には、加熱手段44が設けられる。加熱手段44としては、高周波加熱装置、赤外線加熱装置などを用いることができる。加熱手段44でトレイ43を介して基板22を加熱昇温させ、昇温した基板22に触れる原料ガスの熱分解と化学反応とを促進する。
A heating means 44 is provided outside the
気相成長装置20では、ガス導入装置21によって、ガス流れに乱れすなわち渦が発生せず均一な状態で合流/混合された原料ガスが、合流流路34内にその表面を露出してトレイ43上に載置される基板22に供給されるので、不均一な反応生成物の合成を抑制し、膜厚および組成が均一な良質の化合物半導体の薄膜を気相成長させることができる。
In the vapor
基板22表面での化合物半導体の薄膜を形成することに用いられた原料ガスは、さらにガス流過方向の下流側へ流過し、反応管41(ガス導入管27)のガス導入側の反対側端部に形成されるガス排出口45から排出され、ガス排出口45に接続される不図示のガス回収装置で所定の処理が施された後、排気される。
The source gas used to form the compound semiconductor thin film on the surface of the
なお、第1および第2流路31,32の高さを加算した和(h1+h2もしくはh3+h4)と、合流流路34の高さhとは、等しい(h=h3+h4=h1+h2)ことがより好ましく、このような構成とすることによって、仕切板の先端部よりも下流側における渦の発生を抑制し、かつガス流速を加減速することなく、一定に保つことができる。
The sum (h1 + h2 or h3 + h4) obtained by adding the heights of the first and
図3は本発明の実施の第2形態であるガス導入装置51を備える気相成長装置50の構成を簡略化して示す上面図であり、図4は図3の切断面線IV−IVから見た図である。本実施形態のガス導入装置51を備える気相成長装置50は、実施の第1形態であるガス導入装置21を備える気相成長装置20に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
FIG. 3 is a top view showing a simplified configuration of a vapor
ガス導入装置51を備える気相成長装置50において注目すべきは、ガス導入管52の内部空間を第1および第2流路31,32に仕切る仕切板55が、その先端部付近において、第1流路31に臨む側の面と、第2流路32に臨む側の面との両方に、肉厚を減少させるための傾斜部を有することである。
It should be noted in the vapor
仕切板55は、第1および第2流路31,32に臨む側に傾斜部がそれぞれ形成されるので、合流流路34の高さhが、合流前の第1および第2流路31,32の流路高さの和(h1+h2もしくはh3+h4)以下になるようにするために、ガス導入装置51では、天板53と底板54との両方が、第1流路31および第2流路32のそれぞれに対して内方に突出するように形成される。
Since the
仕切板55の両面に傾斜部が形成される場合においても、流路高さは、少なくとも合流部の下流側が上流側の流路高さの和よりも増大しないように形成され、第1側壁部材25と第2側壁部材26とで形成される流路幅は、合流部の上流側と下流側とで一定になるように形成されるので、ガス流過方向に対して垂直な断面における合流流路34の断面積は、合流部よりも上流側の第1および第2流路31,32のガス流過方向に対して垂直な断面積の和よりも増大しないように形成される。このことによって、本実施形態のガス導入装置51を備える気相成長装置50も実施の第1形態のガス導入装置21を備える気相成長装置20と同様の効果を奏することができる。
Even in the case where the inclined portions are formed on both surfaces of the
図5および図6は、実施の第2形態の変形事例となるガス導入装置を備える気相成長装置の構成を簡略化して示す断面図である。図5に示すガス導入装置61を備える気相成長装置60は、ガス導入管62を仕切る仕切板65の傾斜部における第1および第2流路31,32の流路高さh3,h4が、仕切板65の傾斜部以外の平坦部における第1および第2流路31,32の流路高さh1,h2よりも、それぞれ小さい場合の事例を示す。
5 and 6 are cross-sectional views showing a simplified configuration of a vapor phase growth apparatus including a gas introduction device as a modified example of the second embodiment. The vapor
このとき、仕切板65の傾斜部において、天板63および底板64が第1および第2流路31,32の内方へ突出する突出量は、ガス流過方向の下流側へ向うのに伴って増大され、このことによって、第1および第2流路31,32の流路高さh3,h4が、ガス流過方向の下流側へ向うのに伴って徐々に減少していくように形成される。
At this time, the amount of protrusion of the
一方、図6に示すガス導入装置71を備える気相成長装置70は、ガス導入管72を仕切る仕切板75の傾斜部における第1および第2流路31,32の流路高さh3,h4が、仕切板75の傾斜部以外の平坦部における第1および第2流路31,32の流路高さh1,h2と等しい場合の事例を示す。
On the other hand, the vapor
このとき、仕切板75の傾斜部において、天板73および底板74が第1および第2流路31,32の内方へ突出する突出量は、ガス流過方向の下流側へ向うのに伴って増大されるけれども、その増大量が仕切板75の傾斜部の傾斜に対応するので、第1および第2流路31,32の流路高さh3,h4が、仕切板75の平坦部における流路高さh1,h2と等しくなるように形成される。
At this time, in the inclined portion of the
図7は、本発明の実施の第3形態であるガス導入装置81を備える気相成長装置80の構成を簡略化して示す断面図である。本実施形態の気相成長装置80は、実施の第1形態であるガス導入装置21を備える気相成長装置20に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a simplified configuration of a vapor
ガス導入装置81を備える気相成長装置80において注目すべきは、ガス導入管82を2つの第1および第2流路31,32に仕切る仕切板85の厚さが、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って、段階的に減少するように形成されることである。
It should be noted that in the vapor
ガス導入装置81においては、仕切板85の第1流路31を臨む側の面に、段階的な肉厚減少部分が形成される。したがって、仕切板85の平坦部における第1流路31の流路高さh1に対して、仕切板85の段階的な肉厚減少部分における第1流路31の流路高さh3が増大しないように、天板83の第1流路31に臨む側が、仕切板85の段階的な肉厚減少に対応し、段階的に肉厚が増大するように第1流路31の内方に向って突出して形成される。
In the
なお、仕切板85および天板83の内面に段階的な肉厚変化部を形成すると、当該肉厚変化部において、流路が屈曲的に変更されるので、ガスの流れも屈曲的に変化するけれども、肉厚変化の各段階の変化量が0.5mm以下の程度であれば、ガスの流れに大きな影響を与えることはない。このような段階的に肉厚が減少する仕切板85および天板83は、肉厚を連続的に減少させる場合に比べて加工が容易なので、部材を低コストで簡易に製作することができる。
If a stepwise thickness change portion is formed on the inner surfaces of the
図8は、本発明の実施の第4形態であるガス導入装置91を備える気相成長装置90の構成を簡略化して示す断面図である。本実施の形態のガス導入装置91を備える気相成長装置90は、実施の第3形態のガス導入装置81を備える気相成長装置80に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a simplified configuration of a vapor
ガス導入装置91において注目すべきは、ガス導入管92の内部空間を第1および第2流路31,32に仕切る仕切板95が、第1流路31に臨む側の面と、第2流路32に臨む側の面との両方に、段階的な肉厚減少部分が形成されることである。
It should be noted in the
ガス導入装置91においては、仕切板95が第1および第2流路31,32をそれぞれ臨む両側の面に、段階的な肉厚減少部分が形成される。したがって、仕切板85の段階的な肉厚減少部分に対応して、天板93の内面に段階的に肉厚が増大する部分が第1流路31の内方に向って突出して形成されるとともに、仕切板95の平坦部における第2流路32の流路高さh2に対して、仕切板95の段階的な肉厚減少部分における第2流路32の流路高さh4が増大しないように、底板94の第2流路32に臨む側が、仕切板95の段階的な肉厚減少に対応し、段階的に肉厚が増大するように、第2流路32の内方に向って突出して形成される。
In the
実施の第3および第4形態のいずれにおいても、第1側壁部材25と第2側壁部材26とで形成される流路幅は、合流部の上流側と下流側とで一定になるように形成され、少なくとも合流部の下流側の流路高さが上流側の流路高さの和よりも増大しないように形成される。したがって、ガス流過方向に対して垂直な断面における合流流路34の断面積は、合流部よりも上流側の第1および第2流路31,32のガス流過方向に対して垂直な断面積の和よりも増大しないように形成される。
In any of the third and fourth embodiments, the width of the flow path formed by the first
図9は、本発明の実施の第5形態であるガス導入装置101を備える気相成長装置100の構成を示す断面図である。本実施形態のガス導入装置101を備える気相成長装置100は、第2形態のガス導入装置51を備える気相成長装置50と第4形態のガス導入装置91を備える気相成長装置90とに類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of a vapor
ガス導入装置101を備える気相成長装置100において注目すべきは、実施の第4形態におけるような両面に段階的な肉厚減少部分を有する仕切板95と、仕切板95の肉厚減少に対応し、実施の第2形態におけるようなガス流過方向下流側へ向うのに伴って、第1および第2流路31,32内へ徐々にかつ連続的にその突出量を増大するように突出して形成される天板53および底板54を有するガス導入管52とが組合されて備えられることである。
What should be noted in the vapor
図10は、本発明の実施の第6形態であるガス導入装置103を備える気相成長装置102の構成を示す断面図である。本実施形態のガス導入装置103を備える気相成長装置102は、第1形態のガス導入装置21を備える気相成長装置20と第3形態のガス導入装置81を備える気相成長装置80とに類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a vapor
ガス導入装置103を備える気相成長装置102において注目すべきは、実施の第1形態におけるような片面に連続的な肉厚減少部分である傾斜部を有する仕切板28と、実施の第3形態におけるような仕切板85の段階的な肉厚減少に対応し、段階的に肉厚が増大するように第1流路31の内方に向って突出して形成される天板83を有するガス導入管82とが組合されて備えられることである。
It should be noted that in the vapor
図9および図10に示すような、ガス導入管と仕切板とを組合せてなる実施の第5および第6形態のガス導入装置を備える気相成長装置おいても、上記実施の第1〜第4形態のガス導入装置を備える気相成長装置と同様の効果を奏することができる。 Also in the vapor phase growth apparatus provided with the gas introduction device according to the fifth and sixth embodiments, which is a combination of the gas introduction pipe and the partition plate, as shown in FIGS. Effects similar to those of the vapor phase growth apparatus including the four types of gas introduction apparatuses can be obtained.
図11は、本発明の実施の第7形態であるガス導入装置111を備える気相成長装置110の構成を示す断面図である。本実施形態のガス導入装置111を備える気相成長装置110は、実施の第2形態のガス導入装置51を備える気相成長装置50に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a vapor
ガス導入装置111において注目すべきは、2枚の第1および第2仕切板115,116を有し、ガス導入管112の内部空間を2枚の仕切板115,116で仕切ることによって3つの第1〜第3流路117,118,119が形成されることである。第1〜第3流路117,118,119は、天板113から底板114に向ってこの順序で形成される。したがって、ガス導入装置111においては、ガス導入口も第1〜第3流路117,118,119のそれぞれに対して形成され、各ガス導入口109a,109b,109cに設けられる導入接続部材33を介して、3種類の原料ガスを第1〜第3流路117,118,119にそれぞれ導入することができる。
It should be noted that the
また第1仕切板115は、第1流路117に臨む側の面における先端部付近に傾斜部が形成されて肉厚が連続的に減少し、第2仕切板116は、第3流路119に臨む側の面における先端部付近に傾斜部が形成されて肉厚が連続的に減少する。したがって、第1および第2仕切板115,116は、それぞれ第2流路118に臨み、互いに対向する側の面が原料ガス流過方向のそれぞれの先端部115a,116aまで平面になるように形成される。
In addition, the
天板113および底板114が、第1および第2仕切板115,116のそれぞれの傾斜部に対応し、第1および第3流路117,119の内方へ突出する突出量は、ガス流過方向の下流側へ向うのに伴って増大され、合流流路34の流路高さhが、合流前の第1〜第3流路117,118,119の流路高さの和(h1+h2+h3もしくはh4+h5+h6)以下になるように形成されることは、前述の各実施形態と同様である。
The
第1〜第3流路117,118,119を流過する3層のガスを同位置で合流させる場合、第1仕切板115の天板113を臨む側と、第2仕切板116の底板114を臨む側とに、それぞれ肉厚が連続的に減少する傾斜部を形成し、仕切板同志が対向する側の面が平面のままで、天板113および底板114の内方への突出量を調整することによって、流路高さの関係を満足させるようにすると、仕切板115,116ならびに天板113および底板114の製作が簡単で、製作コストを低減することができる。
When the three layers of gas flowing through the first to
たとえば、一方の仕切板の天板または底板に臨む側の面を、仕切板の先端部まで平面になるようにすると、他方の仕切板については、仕切板同志で形成される流路の高さを増大させないようにするために、他方の仕切板の先端部を曲げて取付けなければならず、加工組立てが困難である。 For example, if the surface of one partition plate facing the top plate or the bottom plate is made flat to the tip of the partition plate, the height of the flow path formed by the partition plates for the other partition plate In order not to increase the distance, it is necessary to bend and attach the tip of the other partition plate, which makes it difficult to work and assemble.
図12は、本発明の実施の第8形態であるガス導入装置121を備える気相成長装置120の構成を簡略化して示す断面図である。本実施形態のガス導入装置121を備える気相成長装置120は、実施の第7形態のガス導入装置111を備える気相成長装置110に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a simplified configuration of a vapor
ガス導入装置121において注目すべきは、第1仕切板115よりも第2仕切板126の方がガス流過方向の長さが長く、第1流路117を流過する原料ガスと第2流路118を流過する原料ガスとが合流する位置と、第3流路119を流過する原料ガスと残余の流路を流過する原料ガスとが合流する位置とが、異なることである。このガス導入装置121において、底板124が第3流路119の内方に突出する量は、第2仕切板126の傾斜部形状および長さに対応するように設定される。
It should be noted in the
本実施形態のガス導入装置121を備える気相成長装置120も、実施の第7形態のガス導入装置111を備える気相成長装置110と同様の効果を奏することができる。
The vapor
なお、実施の第7および第8形態のガス導入装置111,121では、仕切板を連続的に肉厚減少させ、これに対向する天板および底板もガス導入管の内部への突出量を連続的に増加させるように構成されるけれども、これに限定されることなく、仕切板、天板、底板のいずれか、またはこれらの全てがその肉厚もしくは突出量が段階的に変化するように構成されても同様の効果を得ることができる。
In the
図13は本発明の実施の第9形態であるガス導入装置131を備える気相成長装置130の構成を簡略化して示す上面図であり、図14は図13の切断面線XIV−XIVから見た図である。本実施形態のガス導入装置131を備える気相成長装置130は、実施の第1形態のガス導入装置21を備える気相成長装置20に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
FIG. 13 is a top view showing a simplified configuration of a vapor
ガス導入装置131において注目すべきは、ガス導入管132と、ガス導入管132に連接しガス導入管132のガス流過方向下流側に延長して設けられる反応管137とが異なる素材で構成され、ガス導入管132の外方に設けられてガス導入管132を冷却する冷却手段138を含むことである。
It should be noted in the
ガス導入装置131のガス導入管132を構成する天板133と底板134と第1および第2側壁部材135,136とは、金属たとえばステンレス鋼で形成される。ステンレス鋼は、高い剛性と優れた加工性とを有するので、高精度にかつ低コストで所望の形状のガス導入管132を得ることができる。一方、ガス導入管132のガス流過方向下流側においてガス導入管132に連接される反応管137は、基板22を加熱する際の温度上昇に伴う熱膨張、また反応生成付着物を薬液で除去クリーニングすることなどを考慮し、たとえば石英で形成される。
The
ガス導入管132を形成するステンレス鋼は、反応管137を形成する石英に比べて、熱膨張率が高いので、基板22の加熱に伴う温度上昇に起因する変形等の悪影響が憂慮される。したがって、本実施形態のガス導入装置131には、ガス導入管132の外方に冷却手段138が設けられる。
Since the stainless steel forming the
冷却手段138は、ガス導入管132の外周に1つの封止空間を形成するように設けられる冷却槽141と、冷却槽141に接続されて冷却槽141の内部に冷媒144を供給する冷媒供給管142と、冷却槽141に接続されて冷却槽141の内部の冷媒144を排出する冷媒排出管143と、冷媒供給管142に接続されて冷媒144を供給するととともに冷媒排出管143にも接続されて冷媒排出管143を通じて冷媒144が回収される不図示の冷媒供給源とを含んで構成される。冷媒144としては、たとえば水が好適に用いられる。冷媒144として水を用いる場合、冷媒供給源としては、たとえば水槽と圧送ポンプとを組合せたものが用いられる。
The cooling means 138 includes a
冷却槽141内に冷媒であるたとえば水144を循環させることによって、ガス導入管132およびその内方の仕切板28を冷却してその温度上昇を抑制することができる。この温度上昇の抑制によって、ガス導入管132および仕切板28の熱膨張変形を抑制することができるので、ガス導入装置131における原料ガスの合流部周辺の形状変化、すなわちガス流れの乱れを抑制することができる。
By circulating, for example,
本実施形態では、ガス導入管132と反応管137との2ピースに分割した場合を例示するけれども、これに限定されることなく、ガス流路をなす管が、素材の異なる3ピース以上に分割される構成であってもよい。ガス流路をなす管が、複数のピースに分割される場合、仕切板が同様に分割される構成であってもよい。
In the present embodiment, the case where the
また、本実施形態では、第1および第2流路31,32の2層の原料ガスを合流させる場合を例示するけれども、流路が3つ以上あり3層以上の層のガスを合流させるように構成されてもよい。
Further, in this embodiment, the case where the two layers of source gases of the first and
なお、本実施形態では、仕切板を連続的に肉厚減少させ、これに対向する天板のガス導入管の内部への突出量を連続的に増加させるように構成されるけれども、これに限定されることなく、仕切板、天板もしくは底板のいずれか、またはこれらの全てがその肉厚もしくは突出量が段階的に変化するように構成されても同様の効果を得ることができる。 In the present embodiment, the partition plate is continuously reduced in thickness and the amount of protrusion of the top plate facing the partition plate to the inside of the gas introduction pipe is continuously increased. However, the present invention is not limited to this. The same effect can be obtained even if any of the partition plate, the top plate, the bottom plate, or all of them are configured such that the thickness or the amount of protrusion changes stepwise.
図15は、本発明の実施の第10形態のガス導入装置151を備える気相成長装置150の構成を簡略化して示す部分断面斜視図である。本実施の形態のガス導入装置151を備える気相成長装置150は、基本構成において実施の第1形態のガス導入装置21を備える気相成長装置20に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
FIG. 15 is a partial cross-sectional perspective view showing a simplified configuration of the vapor
ガス導入装置151を備える気相成長装置150において注目すべきは、原料ガスがそれぞれ流過する第1および第2流路31,32と、仕切板152の原料ガス流過方向の先端部152aを過ぎ2層の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路34とが、放射状に形成されることである。
It should be noted in the vapor
ガス導入装置151においては、天板153、底板154および仕切板152が、上面(平面)から見た形状がいずれも円形になるように形成される。天板153と底板154とによって構成されるガス導入管155に原料ガスを導入する第1および第2ガス導入口156,157は、天板153と仕切板152とにおける円形の中心部分に開口部を形成することによって設けられる。
In the
ガス導入口156,157からガス導入管155に原料ガスを導入するための導入接続部材として本実施形態では2層管158が用いられ、2層管158は天板153に対して垂直になるようにガス導入口156,157に接続される。導入接続部材である2層管158は、外管159と内管160とで形成される外層流路161が仕切板152と天板153とで構成される第1流路31に接続され、内管160の内部空間である内層流路162が仕切板152と底板154とで構成される第2流路32に接続される。
In this embodiment, a two-
したがって、原料ガスは、2層管158の外層流路161によって、ガス導入管155に対して一旦垂直に供給された後、仕切板152に当って流路を90度曲げられて、天板153と仕切板152とに沿って水平方向へ放射状に第1流路31を流過する。またもう一つの原料ガスは、2層管158の内層流路162によって、ガス導入管155に対して一旦垂直に供給された後、底板154に当って流路を90度曲げられて、底板154と仕切板152とに沿って水平方向へ放射状に第2流路32を流過する。
Therefore, the source gas is once supplied vertically to the
ガス導入装置151および気相成長装置150では、第1および第2流路31,32ならびに合流流路34の流路幅が、中心から半径方向の外方へ向うのに伴い半径に比例して増大するので、各流路の流路高さが半径と逆比例して減少するように形成すれば、合流部の上流側と下流側とを通じて、流路断面積を一定もしくは増大しないようにし、合流部の下流側で低圧もしくは負圧の領域が発生しないようにすることができる。
In the
本実施形態の気相成長装置150は、導入接続部材である2層管158を中心にして放射状に複数の基板22を載置し、複数の基板22に対して同時に原料ガスを供給して薄膜を形成することができるので、効率的な生産を実現できる。
The vapor
また、本実施形態では、第1および第2流路31,32の2層の原料ガスを合流させる場合を例示するけれども、流路が3つ以上あり3層以上の層のガスを合流させるように構成されてもよい。また、本実施形態では、仕切板を連続的に肉厚減少させ、これに対向する天板のガス導入管の内部への突出量を連続的に増加させるように構成されるけれども、これに限定されることなく、仕切板、天板もしくは底板のいずれか、またはこれらの全てがその肉厚もしくは突出量が段階的に変化するように構成されても同様の効果を得ることができる。
Further, in this embodiment, the case where the two layers of source gases of the first and
図16は本発明の実施の第11形態のガス導入装置171を備える気相成長装置170の構成を簡略化して示す上面図であり、図17は図16の切断面線XVII−XVIIから見た図である。本実施の形態のガス導入装置171を備える気相成長装置170は、ガス流過方向における合流部下流側における構成が実施の第1形態の気相成長装置20に類似するので、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
FIG. 16 is a top view showing a simplified configuration of the vapor
ガス導入装置171は、対向するように設けられる2つの天板173および底板174と、天板173および底板174に対して略垂直かつ対向するように設けられる2つの第1および第2側壁部材176,177とを有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管172と、ガス導入管172の内部に原料ガス流過方向に延びかつ天板173および底板174に対して平行に設けられ、ガス導入管172の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する第1および第2流路31,32に仕切る仕切板175とを含む。
The
ガス導入装置171における仕切板175の厚さは、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って連続的に減少するように形成される。ガス導入装置171においては、仕切板175の原料ガス流過方向の先端部175aを過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路34の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積が、複数の原料ガスがそれぞれ流過する第1および第2流路31,32の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積を加算した和以下になるように、仕切板175の厚さが連続的に減少するのに対応して、第1および第2流路31,32の側壁部材176,177同志が対向する離隔距離を小さくする。
The thickness of the
本実施形態の天板173および底板174は、第1および第2流路31,32にそれぞれ臨む内壁面が平坦になるように形成される。したがって、仕切板175の肉厚が先端部付近においてガス流過方向下流側に向って肉厚が連続的に減少するにも関らず、何ら構成上の変化を与えないと、合流部の下流側において流路断面積が増大する。そこで、本実施形態のガス導入装置171では、仕切板175の肉厚減少に対応するように、側壁部材176,177同志が対向する離隔距離、すなわち流路幅を減少させることによって、流路幅×流路高さで得られるガス流過方向に対して垂直な断面における流路断面積が合流前後で増大しないように構成される。
The
仕切板175の平坦部における第1流路31の流路高さをh1とし、第2流路32の流路高さをh2とし、流路幅をw1とする。仕切板175が連続的に肉厚減少する傾斜部の任意の位置での第1流路31の流路高さをh3とし、第2流路32の流路高さをh4とし、流路幅をw2とする。仕切板175の先端部175aよりもガス流過方向下流側、すなわち合流部よりも下流側における合流流路34の流路高さをhとし、流路幅をw3とすると、合流流路34の前記断面積はw3×h=S3で与えられ、仕切板175の傾斜部における第1流路31および第2流路31,32の前記断面積の和はw2×(h3+h4)=S2で与えられ、仕切板175の平坦部における第1流路31および第2流路31,32の前記断面積の和はw1×(h1+h2)=S1で与えられる。
The channel height of the
本実施形態のガス導入装置171では、ガス流過方向の下流側が上流側よりも低圧または負圧にならないように、仕切板175の傾斜部における流路断面積S2が、仕切板の平坦部における流路断面積S1以下(S2≦S1)になるように、また合流流路34の断面積(S3)が、合流部よりも上流側である仕切板175の傾斜部の流路断面積S2以下(S3≦S2)になるように、流路高さおよび流路幅が設定される。
In the
なお、天板173と底板174の内壁面がそれぞれ平坦に形成されることから、仕切板175の平坦部よりも傾斜部の方が流路高さは高くなるので、仕切板175の平坦部における流路幅w1は、仕切板175の傾斜部における流路幅w2よりも大きくなる(w2<w1)ように、第1側壁部材176と第2側壁部材177との離隔距離が定められる。同様に、仕切板175の傾斜部における第1および第2流路31,32よりも合流流路34の方が流路高さは高くなるので、仕切板175の傾斜部における流路幅w2は、合流流路34における流路幅w3よりも大きくなる(w3<w2)ように、第1側壁部材176と第2側壁部材177との離隔距離すなわち流路幅が定められる。
In addition, since the inner wall surfaces of the
このようにして、上記の合流部の上流側と下流側とにおける流路断面積の関係(S3≦S2≦S1)が満足されるように、各流路の流路幅および流路高さが設定される。合流部の上流側と下流側とにおける流路断面積の関係は、同一(S1=S2=S3)であることが好ましく、このような構成とすることによって、仕切板175の先端部175aよりも下流側における渦の発生を抑制し、かつガス流速を加減速することなく、一定に保つことができる。
In this way, the flow channel width and flow channel height of each flow channel are set so that the relationship (S3 ≦ S2 ≦ S1) of the flow channel cross-sectional areas on the upstream side and the downstream side of the above-described merging portion is satisfied. Is set. It is preferable that the relationship between the flow path cross-sectional areas on the upstream side and the downstream side of the joining portion is the same (S1 = S2 = S3). With such a configuration, it is more than the
このガス導入装置171を備える気相成長装置170は、仕切板175で仕切られた第1および第2流路31,32を流過するガス流過層の流速について広い設定範囲で、渦を抑制して合流させた原料ガスを基板22へ供給することができるので、膜厚および組成が均一な化合物半導体の薄膜を基板22の表面に気相成長させることができる。
The vapor
また、本実施形態では、第1および第2流路31,32の2層の原料ガスを合流させる場合を例示するけれども、流路が3つ以上あり3層以上の層のガスを合流させるように構成されてもよい。また、本実施形態では、仕切板を連続的に肉厚減少させるように構成されるけれども、これに限定されることなく、仕切板の肉厚が段階的に変化するように構成されても同様の効果を得ることができる。
Further, in this embodiment, the case where the two layers of source gases of the first and
上記の実施の第1〜第11形態に示すいずれかの気相成長装置を準備し、気相成長装置に備わるガス導入装置によって、処理されるべき基板22に原料ガスを導いて供給し、基板22の表面に薄膜を形成する気相成長方法も、本発明の実施の態様である。この気相成長方法によれば、原料ガスの合流部付近における渦の発生が抑制されるので、渦近傍での気相反応による不均一な反応生成物の合成を抑制し、原料ガスの利用効率の低下を抑制し、膜質の劣化や不均一性を抑制して、良質な化合物半導体の薄膜を得ることができる。
Any one of the vapor phase growth apparatuses shown in the first to eleventh embodiments described above is prepared, and the raw material gas is guided and supplied to the
以上に述べたように、本実施の形態では、仕切板は全体が金属製もしくは石英製等であるけれども、これに限定されることなく、先端部のみが金属製で残部がたとえば石英などからなるものであってもよい。 As described above, in the present embodiment, the partition plate is entirely made of metal or quartz, but is not limited to this, and only the tip portion is made of metal and the remaining portion is made of, for example, quartz. It may be a thing.
20 気相成長装置
21 ガス導入装置
22 基板
23 天板
24 底板
25 第1側壁部材
26 第2側壁部材
27 ガス導入管
28 仕切板
31 第1流路
32 第2流路
34 合流流路
41 反応管
43 トレイ
44 加熱手段
DESCRIPTION OF
Claims (13)
対向するように設けられる少なくとも2つの壁部材を有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、
ガス導入管の内部に原料ガス流過方向に延びかつ前記2つの壁部材に対して平行に設けられ、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、
仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ、複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さが、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さを加算した和に等しいことを特徴とするガス導入装置。 A gas introduction device for introducing a raw material gas so as to supply a raw material gas for forming a thin film on a surface of a substrate to be processed,
A gas introduction pipe formed with at least two wall members provided so as to be opposed to each other, and forming a flow path for allowing a plurality of different or similar raw material gases to flow in a predetermined direction;
A plurality of source gases extending in the direction of the source gas flow inside the gas introduction pipe and provided in parallel to the two wall members, and extending through the internal space of the gas introduction pipe to the middle of the length in the direction of the source gas flow Each including a partition plate that partitions into a plurality of flow paths that flow through,
The height that is the distance in the direction in which the two wall members of the single confluence channel formed by joining the plural raw material gas passes through the front end of the raw material gas flow direction of the partition plate,
A gas introduction device characterized by being equal to a sum of heights, which are distances in a direction in which the two wall members of each flow path through which a plurality of source gases flow, face each other.
対向するように設けられる少なくとも2つの壁部材を有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、
ガス導入管の内部に原料ガス流過方向に延びかつ前記2つの壁部材に対して平行に設けられ、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、
仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ、複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さが、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さを加算した和以下であり、
仕切板の厚さは、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って、連続的に減少するように形成されることを特徴とするガス導入装置。 A gas introduction device for introducing a raw material gas so as to supply a raw material gas for forming a thin film on a surface of a substrate to be processed,
A gas introduction pipe formed with at least two wall members provided so as to be opposed to each other, and forming a flow path for allowing a plurality of different or similar raw material gases to flow in a predetermined direction;
A plurality of source gases extending in the direction of the source gas flow inside the gas introduction pipe and provided in parallel to the two wall members, and extending through the internal space of the gas introduction pipe to the middle of the length in the direction of the source gas flow Each including a partition plate that partitions into a plurality of flow paths that flow through,
The height that is the distance in the direction in which the two wall members of the single confluence channel formed by joining the plural raw material gas passes through the front end of the raw material gas flow direction of the partition plate,
The sum of the heights, which are the distances in the direction in which the two wall members of each flow path through which each of the plurality of source gases flow, is opposite,
The thickness of the partition plate, from the upstream side of the raw material gas flows through along with the other side to the downstream side, characterized and to Ruga scan introducing device to be formed so as to decrease continuously.
対向するように設けられる少なくとも2つの壁部材を有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、
ガス導入管の内部に原料ガス流過方向に延びかつ前記2つの壁部材に対して平行に設けられ、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、
仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ、複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さが、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さを加算した和以下であり、
仕切板の厚さは、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って、段階的に減少するように形成されることを特徴とするガス導入装置。 A gas introduction device for introducing a raw material gas so as to supply a raw material gas for forming a thin film on a surface of a substrate to be processed,
A gas introduction pipe formed with at least two wall members provided so as to be opposed to each other, and forming a flow path for allowing a plurality of different or similar raw material gases to flow in a predetermined direction;
A plurality of source gases extending in the direction of the source gas flow inside the gas introduction pipe and provided in parallel to the two wall members, and extending through the internal space of the gas introduction pipe to the middle of the length in the direction of the source gas flow Each including a partition plate that partitions into a plurality of flow paths that flow through,
The height that is the distance in the direction in which the two wall members of the single confluence channel formed by joining the plural raw material gas passes through the front end of the raw material gas flow direction of the partition plate,
The sum of the heights, which are the distances in the direction in which the two wall members of each flow path through which each of the plurality of source gases flow, is opposite,
The thickness of the partition plate, from the upstream side of the raw material gas flows through along with the other side to the downstream side, characterized and to Ruga scan introducing device to be formed so as to decrease stepwise.
対向するように設けられる少なくとも2つの壁部材を有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、
ガス導入管の内部に原料ガス流過方向に延びかつ前記2つの壁部材に対して平行に設けられ、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、
仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ、複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さが、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さを加算した和以下であり、
仕切板を2枚含んで3つの流路が形成され、
2枚の仕切板は、
互いに対向する側の面が原料ガス流過方向の先端部まで平面になるように形成されることを特徴とするガス導入装置。 A gas introduction device for introducing a raw material gas so as to supply a raw material gas for forming a thin film on a surface of a substrate to be processed,
A gas introduction pipe formed with at least two wall members provided so as to be opposed to each other, and forming a flow path for allowing a plurality of different or similar raw material gases to flow in a predetermined direction;
A plurality of source gases extending in the direction of the source gas flow inside the gas introduction pipe and provided in parallel to the two wall members, and extending through the internal space of the gas introduction pipe to the middle of the length in the direction of the source gas flow Each including a partition plate that partitions into a plurality of flow paths that flow through,
The height that is the distance in the direction in which the two wall members of the single confluence channel formed by joining the plural raw material gas passes through the front end of the raw material gas flow direction of the partition plate,
The sum of the heights, which are the distances in the direction in which the two wall members of each flow path through which each of the plurality of source gases flow, is opposite,
Three flow paths are formed including two partition plates,
The two dividers are
Features and to Ruga scan introducing device that has a side surface opposite to each other are formed to be flat to the distal end of the feed gas stream over direction.
対向するように設けられる少なくとも2つの壁部材を有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、
ガス導入管の内部に原料ガス流過方向に延びかつ前記2つの壁部材に対して平行に設けられ、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、
仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ、複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さが、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さを加算した和以下であり、
仕切板は、原料ガスが流過する方向の下流側における少なくとも端部付近が、金属からなることを特徴とするガス導入装置。 A gas introduction device for introducing a raw material gas so as to supply a raw material gas for forming a thin film on a surface of a substrate to be processed,
A gas introduction pipe formed with at least two wall members provided so as to be opposed to each other, and forming a flow path for allowing a plurality of different or similar raw material gases to flow in a predetermined direction;
A plurality of source gases extending in the direction of the source gas flow inside the gas introduction pipe and provided in parallel to the two wall members, and extending through the internal space of the gas introduction pipe to the middle of the length in the direction of the source gas flow Each including a partition plate that partitions into a plurality of flow paths that flow through,
The height that is the distance in the direction in which the two wall members of the single confluence channel formed by joining the plural raw material gas passes through the front end of the raw material gas flow direction of the partition plate,
The sum of the heights, which are the distances in the direction in which the two wall members of each flow path through which each of the plurality of source gases flow, is opposite,
Partition plate, at least near the end, features and be Ruga scan introducing device that consists of a metal in the downstream side in the direction the material gas flows through.
対向するように設けられる少なくとも2つの壁部材を有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、
ガス導入管の内部に原料ガス流過方向に延びかつ前記2つの壁部材に対して平行に設けられ、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、
仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ、複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さが、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さを加算した和以下であり、
ガス導入管の外方に設けられ、ガス導入管を冷却する冷却手段を含むことを特徴とするガス導入装置。 A gas introduction device for introducing a raw material gas so as to supply a raw material gas for forming a thin film on a surface of a substrate to be processed,
A gas introduction pipe formed with at least two wall members provided so as to be opposed to each other, and forming a flow path for allowing a plurality of different or similar raw material gases to flow in a predetermined direction;
A plurality of source gases extending in the direction of the source gas flow inside the gas introduction pipe and provided in parallel to the two wall members, and extending through the internal space of the gas introduction pipe to the middle of the length in the direction of the source gas flow Each including a partition plate that partitions into a plurality of flow paths that flow through,
The height that is the distance in the direction in which the two wall members of the single confluence channel formed by joining the plural raw material gas passes through the front end of the raw material gas flow direction of the partition plate,
The sum of the heights, which are the distances in the direction in which the two wall members of each flow path through which each of the plurality of source gases flow, is opposite,
Provided outward of the gas inlet tube, features and be Ruga scan introducing device further comprising a cooling means for cooling the gas introduction pipe.
原料ガスの流過方向に対して垂直な断面における形状が矩形であり、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積を加算した和と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積とが、等しいことを特徴とするガス導入装置。 Each flow path through which a plurality of source gases flow formed by the partition plate, and one merge channel formed by a plurality of source gas merging past the front end portion of the partition plate in the source gas flow direction Is
Ri rectangular der shape in cross section perpendicular to the flow-direction of the material gas,
The sum of the cross-sectional areas perpendicular to the source gas flow direction of each flow path through which each of the plurality of source gases flows, and the plurality of source gases merge past the tip of the partition plate in the source gas flow direction. and the cross-sectional area perpendicular to one of the feed gas stream over the direction of the converging channels being formed by the, features and be Ruga scan introducing device is equal.
対向するように設けられる少なくとも2つの壁部材を有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、
ガス導入管の内部に原料ガス流過方向に延びかつ前記2つの壁部材に対して平行に設けられ、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、
仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ、複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さが、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記2つの壁部材が対向する方向の距離である高さを加算した和以下であり、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路と、仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路とは、
放射状に形成されることを特徴とするガス導入装置。 A gas introduction device for introducing a raw material gas so as to supply a raw material gas for forming a thin film on a surface of a substrate to be processed,
A gas introduction pipe formed with at least two wall members provided so as to be opposed to each other, and forming a flow path for allowing a plurality of different or similar raw material gases to flow in a predetermined direction;
A plurality of source gases extending in the direction of the source gas flow inside the gas introduction pipe and provided in parallel to the two wall members, and extending through the internal space of the gas introduction pipe to the middle of the length in the direction of the source gas flow Each including a partition plate that partitions into a plurality of flow paths that flow through,
The height that is the distance in the direction in which the two wall members of the single confluence channel formed by joining the plural raw material gas passes through the front end of the raw material gas flow direction of the partition plate,
The sum of the heights, which are the distances in the direction in which the two wall members of each flow path through which each of the plurality of source gases flow, is opposite,
Each flow path through which a plurality of source gases flow, and one merged path formed by joining a plurality of source gases past the front end of the partition plate in the source gas flow direction,
A gas introduction device characterized by being formed radially.
対向するように設けられる2つの壁部材と、2つの壁部材に対して略垂直かつ対向するように設けられる2つの側壁部材とを有して形成され、異種または同種の複数の原料ガスを予め定める方向に流過させる流路をなすガス導入管と、
ガス導入管の内部に原料ガス流過方向に延びかつ前記2つの壁部材に対して平行に設けられ、ガス導入管の内部空間を、原料ガス流過方向の長さの途中まで複数の原料ガスがそれぞれ流過する複数の流路に仕切る仕切板とを含み、
仕切板の厚さは、原料ガスが流過する上流側から下流側へ向うのに伴って連続的または段階的に減少するように形成され、
仕切板の原料ガス流過方向の先端部を過ぎ複数の原料ガスが合流して形成される1つの合流流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積が、
複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の原料ガス流過方向に対して垂直な断面積を加算した和以下になるように、
仕切板の厚さが連続的または段階的に減少するのに対応して、複数の原料ガスがそれぞれ流過する各流路の前記2つの側壁部材同志が対向する離隔距離を小さくすることを特徴とするガス導入装置。 A gas introduction device for introducing a raw material gas so as to supply a raw material gas for forming a thin film on a surface of a substrate to be processed,
Two wall members provided so as to be opposed to each other and two side wall members provided so as to be substantially perpendicular to and opposed to the two wall members are formed. A gas introduction pipe that forms a flow path for flowing in a predetermined direction;
A plurality of source gases extending in the direction of the source gas flow inside the gas introduction pipe and provided in parallel to the two wall members, and extending through the internal space of the gas introduction pipe to the middle of the length in the direction of the source gas flow Each including a partition plate that partitions into a plurality of flow paths that flow through,
The thickness of the partition plate is formed so as to decrease continuously or stepwise as the raw material gas flows from the upstream side to the downstream side,
A cross-sectional area perpendicular to the raw material gas flow direction of one confluence channel formed by joining a plurality of raw material gases past the leading end portion of the raw material gas flow direction of the partition plate,
The sum of the cross-sectional areas perpendicular to the source gas flow direction of each flow path through which each of the plurality of source gases flows is equal to or less than the sum.
Corresponding to the thickness of the partition plate decreasing continuously or stepwise, the separation distance between the two side wall members of each flow path through which a plurality of source gases flow is reduced. Gas introduction device.
気相成長装置に備わるガス導入装置によって、処理されるべき基板に原料ガスを導いて供給し、基板の表面に薄膜を形成することを特徴とする気相成長方法。 A vapor phase growth apparatus according to claim 12 is prepared,
A vapor phase growth method comprising: forming a thin film on a surface of a substrate by introducing and supplying a source gas to the substrate to be processed by a gas introduction device provided in the vapor phase growth apparatus.
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