JP4699545B2 - 気相成長装置及び気相成長方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition） 等の気相成長装置及び気相成長方法に関するものである。

従来、化合物半導体材料を用いる発光ダイオード、半導体レーザ、宇宙用ソーラーパワーデバイス、及び高速デバイスの製造においては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属ガスと、アンモニア（ＮＨ_３）、ホスフィン（ＰＨ_３）又はアルシン（ＡｓＨ_３）等の水素化合物ガスとを成膜に寄与する原料ガスとして成長室に導入して化合物半導体結晶を成長させるＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法が用いられている。

ＭＯＣＶＤ法は、上記の原料ガスをキャリアガスと共に成長室内に導入して加熱し、所定の基板上で気相反応させることにより、その基板上に化合物半導体結晶を成長させる方法である。ＭＯＣＶＤ法を用いた化合物半導体結晶の製造においては、成長する化合物半導体結晶の品質を向上させながら、コストを抑えて、歩留まりと生産能力とをどのように最大限確保するかということが常に高く要求されている。

図７に、ＭＯＣＶＤ法に用いられる従来の縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ装置の一例の模式的な構成を示す。

このＭＯＣＶＤ装置においては、ガス供給源１０２から反応炉１０１の内部の成長室１１１に反応ガス及び不活性ガスを導入するためのガス配管１０３が接続されており、反応炉１０１における内部の成長室１１１の上部には該成長室１１１に反応ガス及び不活性ガスを導入するための複数のガス吐出孔を有するシャワープレート１１０がガス導入部として設置されている。

また、反応炉１０１の成長室１１１の下部中央には図示しないアクチュエータによって回転自在の回転軸１１２が設置され、この回転軸１１２の先端にはシャワープレート１１０と対向するようにしてサセプタ１０８が取り付けられている。上記サセプタ１０８の下部には該サセプタ１０８を加熱するためのヒータ１０９が取り付けられている。

さらに、反応炉１０１の下部には、該反応炉１０１における内部の成長室１１１内のガスを外部に排気するためのガス排気部１０４が設置されている。このガス排気部１０４は、パージライン１０５を介して、排気されたガスを無害化するための排ガス処理装置１０６に接続されている。

上記構成の縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ装置において、化合物半導体結晶を成長させる場合には、まず、サセプタ１０８に基板１０７を設置し、回転軸１１２の回転によりサセプタ１０８を回転させ、ヒータ１０９の加熱によりサセプタ１０８を介して基板１０７を所定の温度に加熱する。その後、シャワープレート１１０に形成されている複数のガス吐出孔から反応炉１０１の内部の成長室１１１に反応ガス及び不活性ガスを導入する。

複数の反応ガスを導入して基板１０７上で反応せしめ薄膜を形成する方法として、従来は、シャワーヘッドの中で複数のガスを混合し、シャワープレート１１０に多数設けられているガス吐出孔から基板１０７に反応ガスを噴出させる方法が採られていた。

しかし、この方法では、基板１０７及びサセプタ１０８からの熱の影響により、シャワープレート１１０の表面が加熱されてしまうため、シャワープレート１１０の表面で一部の化学反応が進行する。これにより、シャワープレート１１０の表面で生成物が形成されてしまい、シャワープレート１１０のガス吐出孔が生成物により詰まりを起こしてしまうという問題や、シャワープレート１１０の表面への付着物が基板１０７上に落下し、不良が発生する問題が生じる。

この問題を解決するため、例えば、図８に示すように、特許文献１に開示された反応容器２００では、複数の反応ガスを個別のシャワーヘッド導管２０１・２０２によって分離した状態にて成長室２０３へ導入すると共に、それぞれのシャワーヘッド導管２０１・２０２を冷却する冷却チャンバー２０４が成長室２０３側に設けられた方法が示されている。この反応容器２００では、複数の反応ガスを別々に導入するため、シャワー表面付近ではガスの混合が少なく、またシャワー表面を冷却することが可能となり、シャワー表面近傍での気相成長が起こり難くなるため、シャワー表面への生成物付着を抑止することができるようになっている。

ところで、基板上に均一な膜厚分布及び組成比分布の薄膜を、生産性及び再現性よく成長させるには、基板上において反応ガスを均等な温度分布で気相反応させることが必要である。

また、原料ガス同士が基板到達前に反応して付加化合物が発生するのを防ぎ、薄膜へ不純物が混入するのを防止して、稼働率を向上させることが必要である。

この点、上記特許文献１に開示された図８に示す反応容器２００では、シャワー表面での生成物付着を抑止しているものの、原料ガスの拡散によって混合されて気相反応が生ずるため、シャワー表面へ生成物は少なからず付着してしまい、定期的に洗浄しなければ目詰まりを起こしてしまう。また、付着した生成物が被処理基板上へ落下し、薄膜への不純物混入を発生させる。さらに、洗浄する場合にも、シャワーヘッド２０５自体を取り外して洗浄を行うため、交換時には成長室２０３を大気開放しなくてはならず、稼働率の低下を招く。

そこで、特許文献２に開示されたプラズマＣＶＤ成膜装置では、図９に示すように、シャワーヘッドに対応した細孔を有するシャワープレート３０１を用い、シャワープレートをねじ留め３０２により固定し、シャワー表面を覆う方法が示されている。シャワープレート３０１の存在により付着物はカバー上に成膜されることになり、定期的にシャワープレート３０１を交換することによって、付着物の基板上への落下といった不良の発生を防いでいる。

このように、特許文献２に開示されたプラズマＣＶＤ成膜装置では、シャワー表面に対してシャワープレート３０１を取り付けることにより、付着物が生成してもシャワープレート３０１を交換するだけで容易に対応でき、シャワーヘッド自体を洗浄する場合に比べて稼働率の低下も小さくなっている。

特開平８−９１９８９号公報（１９９６年４月９日公開） 特開平１１−１３１２３９号公報（１９９９年５月１８日公開）

しかしながら、上記従来の特許文献２に開示された方法を上記従来の特許文献１に開示された方法に用いた場合、基板加熱ヒータの加熱領域の影響で、シャワープレートの温度が高い領域と低い領域が発生し、温度の高い領域においては、シャワープレート表面に強固な生成物が形成されるが、外周部分の温度の低い領域においては、シャワープレート表面にフレーク状の安易に剥がれる生成物が形成されてしまう。その後、フレーク状の生成物が剥離し、被処理基板にコンタミネーションとして付着して、膜質や均一性の劣化が発生するといった問題が発生していた。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、シャワーヘッド表面にシャワープレートを設置し、シャワープレート表面に形成される生成物の剥離を抑制し、被処理基板上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供することにある。

本発明の気相成長装置は、上記課題を解決するために、反応炉内に、複数のガス吐出孔を配設したシャワーヘッドと、複数のプレート孔を配設したシャワープレートと、被処理基板を載置する基板保持部材とを備え、シャワープレートがシャワーヘッドのガス吐出面側を覆うように接して配置され、ガス吐出孔およびプレート孔を通して反応室内にガスを導入して被処理基板に成膜する気相成長装置において、シャワープレートの基板保持部材に対向する領域より外側で、かつ、シャワーヘッドとシャワープレートとの接面の間に空間が配設され、シャワープレートの空間が配設された領域部分に反応室内と連通し、パージガスを上記反応室内に導入する複数の貫通孔を設けることを特徴としている。

また、本発明の気相成長方法は、上記課題を解決するために、反応炉内に、複数のガス吐出孔を配設したシャワーヘッドと、複数のプレート孔を配設したシャワープレートと、被処理基板を載置する基板保持部材とを備え、シャワープレートがシャワーヘッドのガス吐出面側を覆うように接して配置され、ガス吐出孔およびプレート孔を通して反応室内にガスを導入して被処理基板に成膜する気相成長装置であって、シャワープレートの基板保持部材に対向する領域より外側で、かつ、シャワーヘッドとシャワープレートとの接面の間に空間を配設し、シャワープレートの上記空間を配設した領域部分に設けた反応室内と連通する複数の貫通孔を通じて、パージガスを導入することを特徴としている。

シャワーヘッドにおいては、シャワーヘッド表面での生成物の付着を抑制するため、冷媒によって、シャワーヘッドの最表面が温度コントロールされており、冷媒の流れる領域は、シャワーヘッド全面に渡っている。これは、一部分のみを温度コントールした場合、シャワーヘッド面に温度分布が発生し、シャワーヘッドが熱膨張により歪が発生するためである。上述のようなシャワーヘッド面にシャワープレートを設置した場合、被処理基板側は、基板加熱ヒータからの熱により加熱され、温度が上昇するが、基板保持部材に対向する領域より外側の側面排気流路においては、基板加熱ヒータからの加熱量が少ないため、温度上昇は低く、シャワーヘッドと接する面からは、冷却されるため、シャワープレートの外周領域の温度は、中央部に比べ低くなってしまう。

このような温度分布を有するシャワープレートには、基板加熱ヒータからの熱により加熱された基板保持部材に対向する中央の温度の高い領域（加熱領域）には、シャワープレート表面に強固に固着する生成物が形成されるが、基板保持部材に対向する領域より外側の温度の低い領域（非加熱領域）には、フレーク状の安易に剥がれる生成物が形成される。

これは、シャワープレートの非加熱領域では、シャワー孔が無く原料ガスの噴出しが不可能であるため、シャワープレート表面に原料ガスが滞留することで角部に淀み領域が発生し、温度が低いために生成物が強固に固着されないことで、フレーク状の安易に剥がれる生成物が多くなるからである。

しかし、上記発明によれば、シャワープレートの非加熱領域においては、シャワーヘッドとシャワープレートとの接面の間に空間が配設され、シャワープレートの空間が配設された領域部分に反応室内と連通する複数の貫通孔を設けることで、反応炉内の原料ガス流路外に導入されているパージガスを、貫通孔を通じて、原料ガス流路内へ導入することが可能となる。それにより、シャワープレート全面からガス噴出しを実現することができ、シャワープレートの非加熱領域のシャワープレート表面に滞留する原料ガスをガス排出口側へ流し、角部に淀み領域が発生しにくくすることで、シャワープレート表面に形成される生成物を減少し、フレーク状の安易に剥がれる生成物の形成を抑制することが可能となる。

本発明の気相成長装置では、前記空間は、シャワープレート側に構成されることが好ましい。

上記空間部は、前記シャワーヘッド側に加工を施し構成することもできる。例えば、シャワーヘッド面のシャワー孔領域以外にザグリ加工を施すことで、前記シャワープレート表面は、シャワーヘッドのシャワー孔が設置された領域で接触し、ザグリ加工を施した領域では空間部有することができる。しかし、シャワーヘッド側には、冷媒が流れる流路がシャワーヘッド最表面側へ形成されているため、シャワーヘッド面のシャワー孔領域以外にザグリ加工を施すことは、冷媒流路を複雑化することを伴う。しかし、シャワープレート側へ加工を施すこと、例えば、シャワープレート面のシャワー孔領域以外にザグリ加工を施すことで、前記シャワープレートは、シャワーヘッド面とシャワー孔領域で接触し、シャワー孔領域外では、ザグリ加工部で空間部を形成することができる。シャワープレート面に加工を施すことで、空間部の形状、距離の変更も容易に実施することができ、シャワーヘッド面の加工に比べて、シャワープレートの再作成も安価となり、シャワープレート交換も簡易に行うことができる。よって、シャワープレート表面に形成される生成物を減少することができる最適な空間部形状、距離等の検討が行いやすく、被処理基板上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供することができる。

本発明の気相成長装置では、前記空間の圧力を可変する調圧機構を有することが好ましい。

前記空間の圧力を、反応室内の圧力よりも高く設定していない場合、シャワープレートに配設された複数の反応室内と連通する貫通孔を通じて、反応室内の原料ガスが反応室外へ逆流する可能性がある。そこで、前記空間の圧力を可変する調圧機構を配設することによって、前記空間の圧力は、反応室内の圧力よりも高く設定することができ、上述の逆流を防止し、シャワープレートに配設された複数の反応室内と連通する貫通孔を通じて、パージガスを原料ガス流路内へ導入することが可能となる。それにより、貫通孔全面からガス噴出しを確実に実現することができ、シャワープレートのシャワー孔領域以外のシャワープレート表面に存在する原料ガスをガス排出口側へ流し、さらに角部に淀み領域が発生しにくくすることで、シャワープレート表面に形成される生成物を減少することが可能となる。

本発明の気相成長装置では、前記空間に近接して、ガス供給室を配設することが好ましい。

反応室内の原料ガス流路外に導入されているパージガスを、前記空間部領域のシャワープレートに設けられた複数の貫通孔を通じて、原料ガス流路内へ導入する構造のため、前記空間に近接して、ガス供給室を配設していない場合、原料ガス流路内へ導入されるパージガスの流量は、前記空間部と複数の貫通孔によって決まるコンダクタンスに応じることになる。つまり、原料ガス流路内へ導入されるパージガスの流量を調整することは貫通孔の数と孔径を変更することになるため困難となる。しかし、前記空間に近接して、ガス導入が可能なガス供給室を配設することによって、前記空間にパージガスを独立して導入することが可能となる。それにより、前記空間の形状を可変することなく、シャワープレート表面に形成される生成物を減少することができるパージガス流量の調整が行いやすく、被処理基板上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供することができる。

本発明の気相成長装置では、前記ガス供給室は、ガス流量を制限するガス供給室ガス吐出孔を有することが好ましい。

前記空間に近接して、ガス導入が可能なガス供給室を配設しただけでは、前記空間部領域に均一にパージガスが導入される訳ではなく、片寄った流量分布で導入される可能性がある。前記ガス供給室は、ガス流量を制限するシャワー状のガス供給室ガス吐出孔を有することにより、ガス供給室から前記空間部領域に均一にパージガスを導入することが可能となり、複数の貫通孔からのパージガス噴出しが均一とすることができる。よって、シャワープレート表面に形成される生成物のばらつきを減少することができ、被処理基板上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供することができる。

本発明の気相成長装置は、以上のように、シャワープレートの非加熱領域部で、かつ、シャワーヘッドとシャワープレートとの接面の間に空間が配設され、空間が配設された領域部分のシャワープレートに反応室内と連通する複数の貫通孔が形成される。さらに、上記貫通孔を通じてパージガスを導入する。

それにより、非加熱領域部のシャワープレート表面に存在する原料ガスをガス排出口側へ流し、さらに角部に淀み領域が発生しにくくすることができる。よって、シャワープレート表面に形成される生成物を減少し、被処理基板上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供することができるという効果を奏する。

本発明における気相成長装置の実施の一形態を示すものであって、気相成長装置の全体構成を示す概略図である。 上記気相成長装置におけるシャワーヘッドとシャワープレートとの空間部の関係を示すものであって、図１のＡ部領域を拡大して示す要部拡大図である。 従来の気相成長装置におけるシャワーヘッドとシャワープレートとの空間部の関係を示すものであって、図１のＡ部と同じ領域を拡大して示す要部拡大図である。 （ａ）は、比較例としての従来のシャワープレート表面への生成物付着状況を示す写真であり、（ｂ）は、本実施の形態のシャワープレート表面への生成物付着状況を示す写真である。 （ａ），（ｂ）は、上記シャワープレートのザグリの変形例を示すものであり、シャワープレートを示す要部拡大図である。 本発明における気相成長装置のさらに他の実施の形態を示すものであって、シャワーヘッドへザグリを設置した場合を示す、図１のＡ部と同じ領域を拡大して示す要部拡大図である。 従来の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置の構成を示す断面図である。 従来の他の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置の構成を示す断面図である。 従来のさらに他の気相成長装置の構成を示す断面図である。 本発明における気相成長装置のさらに他の実施の形態を示すものであって、パージガス導入用ガス供給室を設置した場合を示す、図１のＡ部と同じ領域を拡大して示す要部拡大図である。 本発明における気相成長装置のガス供給室構成部材の他の形態を示すものであって、図１のＡ部と同じ領域を拡大して示す要部拡大図である。 本発明における気相成長装置のガス供給室構成部材のさらに他の形態を示すものであって、図１のＡ部と同じ領域を拡大して示す要部拡大図である。 本発明における気相成長装置のパージガス導入、圧力計の系統を示す概略系統図である。 本発明における気相成長装置のシャワープレートの他の実施形態を示すものであって、シャワープレートを分割して構成した状態の、図１のＡ部と同じ領域を拡大して示す要部拡大図である。 本発明における気相成長装置をフェイスダウン型へ適用した場合の全体構成を示す概略図である。

本発明の一実施形態について図１および図２に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表わすものとする。

図１に、本発明の気相成長装置としてのＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：有機金属気相堆積）装置の一例である縦型シャワーヘッド型のＭＯＣＶＤ装置１０の模式的な構成の一例を示す。

本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０は、図１に示すように、内部を大気側と隔離し、気密状態を保持する成長室としての反応室１を有する反応炉２と、上記反応室１の内部に設けられて被処理基板３を載置する基板保持部材４と、上記基板保持部材４と対向し、かつ底面にシャワープレート３０を有するシャワーヘッド２０とを備えている。また、反応炉２内部に設けられた反応室隔壁７によって、反応室１と反応外部空間８に分離されており、反応外部空間８には、パージガス供給管２５によって、パージガス（Ｎ２ガスもしくはＨ２ガス）が導入されている。

上記基板保持部材４は、回転伝達部材５の一端に備え付けられており、回転伝達部材５は、図示しない回転機構によって、自転可能となっている。また、基板保持部材４の下側には、基板加熱ヒータ６が設けられている。

上記ＭＯＣＶＤ装置１０にて被処理基板３の主表面に薄膜を形成するときは、原料ガス（以下単にガスと称する）を、シャワーヘッド２０からガス吐出孔３１ａを通し、シャワーヘッド２０の下側に設けられたシャワープレート３０のプレート孔３１を通して、反応室１へ導入する。このとき、基板加熱ヒータ６にて、基板保持部材４を介して被処理基板３が加熱され、この被処理基板３上での成膜化学反応が促進されることにより、被処理基板３上に薄膜が形成される。被処理基板３上を通過したガスは、ガス排出口１ａから排出される。

次に、本実施の形態の特徴的な構造であるシャワーヘッド２０及びシャワープレート３０の詳細構造について説明する。

上記シャワーヘッド２０は、第一ガスを充満させる第一ガス分配空間２３と、上記第一ガスとは異なる第二ガスを充満させる第二ガス分配空間２４と、上記第一ガス及び第二ガスを冷却する冷媒を充満させる冷媒空間２２とを有しており、これら各空間は、被処理基板３側から、冷媒空間２２、第一ガス分配空間２３、及び第二ガス分配空間２４の順に積層されている。そして、シャワーヘッド２０の下側つまり被処理基板３側にシャワープレート３０が設けられている。

上記第二ガス分配空間２４には第二ガスが第二ガス導入口２４ａから導入されると共に、第二ガス分配空間２４に導入された第二ガスは、第一ガス分配空間２３及び冷媒空間２２を貫通する複数の第二ガス供給管２４ｂを通し、第二ガス供給管２４ｂのガス吐出孔３１ａに連通するシャワープレート３０のプレート孔３１より、反応室１に導入されるようになっている。

また、第一ガス分配空間２３には第一ガスが第一ガス導入口２３ａから導入されると共に、第一ガス分配空間２３に導入された第一ガスは、冷媒空間２２を貫通する複数の第一ガス供給管２３ｂを通し、第一ガス供給管２３ｂのガス吐出孔３１ａに連通するシャワープレート３０のプレート孔３１より、反応室１に導入されるようになっている。

したがって、第一ガス及び第二ガスは、シャワーヘッド２０では混合されることなく、独立して反応室１に導入されるようになっている。

上記シャワーヘッド２０は、図１に示すように、Ｏリング７ａによって、反応炉２と気密状態を保持するよう封止されており、シャワーヘッド２０と反応炉２とは取外し可能に構成されている。また、第一ガス分配空間２３と第二ガス分配空間２４との間には、Ｏリング７ｂが設けられ、第二ガス分配空間２４とその天板との間にもＯリング７ｃが設けられることによって、各空間が分離可能になっていると共に、各空間の気密状態が保持されている。

また、シャワープレート３０は、シャワーヘッド２０のシャワーヘッド下部壁面２０ａにて図示しないネジ等によって密着して固定、設置されている。

本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、基板加熱ヒータ６にて、基板保持部材４を介して被処理基板３が加熱され、この被処理基板３上での成膜化学反応が促進されることにより、被処理基板３上に薄膜が形成される。そのため、基板保持部材４自体の温度は高く、基板保持部材４の対向面にあるシャワープレート３０は、基板保持部材４の基板加熱ヒータ６の影響を受けて加熱される。つまり、シャワープレート３０の基板保持部材４と対向する領域（以下、加熱領域と記述する）では、基板保持部材４により加熱され、基板保持部材４の対向する領域より外側の外周部領域（以下、非加熱領域と記述する）では、基板保持部材４からの加熱が到達し難くなっている。また、シャワーヘッド２０は、冷媒空間２２を有しており、シャワーヘッド２０のシャワーヘッド下部壁面２０ａは、全面が冷媒空間２２によって冷却されているため、温度が均一となるようコントロールされている。

図３は、従来のシャワープレートを設置した場合の、図１中のＡ部と同じ領域を示す拡大図である。

シャワーヘッド下部壁面２０ａ温度は、均一に保たれているため、シャワープレート３０の被処理基板３側のシャワープレート壁面３０ａの温度は、基板保持部材４からの加熱によって決定される。よって、シャワープレート壁面３０ａ温度は、図３中の加熱領域では、温度が高く、非加熱領域では加熱領域に比べて、温度が低くなる。図４（ａ）は、従来のシャワープレートを設置した場合の成膜後のシャワープレート壁面３０ａの部分拡大写真である。図４（ａ）からも分かるように、加熱領域では、生成物４４には膜剥がれなどが見られず、綺麗な薄膜が生成している。しかし、非加熱領域の生成物４４には、膜剥がれ（以後、剥離生成物４５と呼ぶ）が見られる雑晶が生成していることが分かる。つまり、シャワープレート３０ａ壁面温度が、加熱領域に比べて非加熱領域では低くなっているため、図４（ａ）に示すような剥離生成物４５が生成される。

一方、本実施の形態では、非加熱領域において、シャワーヘッド２０のシャワーヘッド下部壁面２０ａとシャワープレート３０との間に、空間部４１が形成されている。

この構成について、図２に基づいて説明する。図２は、図１中のＡ部領域を示す拡大図である。

図２に示すように、シャワープレート３０には、非加熱領域で、排気流路９をカバーするように、シャワーヘッド下部壁面２０ａと接触する側のシャワープレート３０の面にザグリ４２を設けることによって、シャワーヘッド下部壁面２０ａとシャワープレート３０との間に空間部４１を形成している。さらに、シャワープレート３０の空間が配設された領域部分に反応室内と連通する複数の貫通孔４３が構成されている。なお、反応室隔壁７によって、反応室１と反応外部空間８は分離されており、反応外部空間８には、パージガス供給管２５によって、パージガス（Ｎ２ガスもしくはＨ２ガス）が導入される。

さらに、反応室１と空間部４１の圧力は、反応室１側が低くなるよう調圧機構１３によって調整されている。これは、空間部４１の圧力を、反応室１内の圧力よりも高く設定していない場合、シャワープレート３０に配設された反応室１内と連通する複数の貫通孔４３を通じて、反応室１内の原料ガスが反応室１外へ逆流する可能性がある。そこで、空間部４１の圧力を可変する調圧機構１３を配設し、空間部４１の圧力を反応室１内の圧力よりも高く設定することで、上述の逆流を防止し、シャワープレート３０に配設された複数の貫通孔４３を通じて、パージガスを反応室１内へ確実にガス噴出しをすることができる。調圧機構１３の構成は、図１３に示すように、排気配管１６には、反応室圧力計１１が設置され、反応炉２壁面には、反応外部空間圧力計１２が設置され、パージガス導入管２５には、調圧機構１３およびマスフローコントローラー１４が設置されている。反応外部空間圧力計１２の圧力Ｐ２は、反応室圧力計１１の圧力Ｐ１よりも高くなるよう設定され、調圧機構１３は、圧力コントロールバルブ等を用いて、反応炉外部空間圧力計１２の圧力Ｐ２となるよう、調整される。

図４（ｂ）は、本実施の形態の空間部を設置した場合の成膜後のシャワープレート壁面３０ａの部分拡大写真である。図４（ｂ）からも分かるように、加熱領域、非加熱領域に関わらず、生成物４４には膜剥がれなどが見られず、綺麗な薄膜が生成している。よって、本実施の形態により、シャワープレート３０表面に形成される生成物の剥離を抑制し、被処理基板３上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得ることができる。

上記構成によると、非加熱領域のシャワープレート３０の表面に存在する原料ガスをガス排出口１ａ側へ流し、さらに角部に淀み領域が発生しにくくすることができ、非加熱領域のシャワープレート３０の表面に形成される生成物４４を減少することが可能となる。さらに、シャワープレート３０の表面に生成した生成物４４は、成膜を繰り返すことによって厚膜化するため、成膜回数に比例して剥離の可能性が高くなるが、上記構成によると、一回の成膜時における生成物４４の量が減少するため、剥離するまでの成膜回数を増加させることができる。よって、シャワープレート３０表面に形成される生成物の剥離を抑制し、被処理基板３上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得ることができる。

なお、シャワープレート３０に設けられたザグリ４２の形状は、図５（ａ）および（ｂ）に示すような形状であってもよい。

一方、図６は、図１中のＡ部と同じ領域の別の実施形態を示す拡大図である。

非加熱領域のシャワーヘッド２０にザグリ４２を設けることによって、シャワーヘッド下部壁面２０ａとシャワープレート３０との間に空間部４１を形成している。さらに、前記空間部４１領域にかかるシャワープレート３０に複数の反応室内と連通する貫通孔４３が構成されている。

上記構成によっても、非加熱領域においては、シャワーヘッド下部壁面２０ａとシャワープレート３０との間に空間部４１を有し、前記空間部４１領域にかかるシャワープレート３０に複数の反応室内と連通する貫通孔４３が構成されているため、シャワープレート３０表面に形成される生成物４４の剥離を抑制し、被処理基板３上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得ることができる。

次に、図１０にパージガス導入部の別の実施形態を示す。これまで、パージガスは、反応室隔壁７によって、反応室１と分離された反応外部空間８に導入されていたが、この例の場合、ガス排出口１ａに向かうパージガスと、空間部４１へ向かうパージガスに分かれてしまい、両者のコンダクタンスのバランスによって、空間部４１へ導入され、貫通孔４３を通じて、反応室１内へ導入されるパージガス流量は決まるため、反応室１内へ導入されるパージガス流量をコントロールすることが困難である。そこで、反応外部空間８内に、ガス供給室構成部材４８を空間部４１の近傍に設置し、ガス供給室４６を構成する。パージガス供給管２５は、反応外部空間８へのパージガス導入用とガス供給室４６へのパージガス導入用の少なくとも２系統が構成されている。

上記構成によって、ガス供給室４６には、流量調整されたパージガスを導入することが可能となるため、成膜条件（成長圧力、原料ガス流量など）に影響されずに、貫通孔４３を通じて決まった流量のパージガスを反応室１内へ導入することが可能となる。それにより、空間部４１の形状を可変することなく、シャワープレート表面に形成される生成物４４を減少することができるパージガス流量の調整を容易とし、被処理基板３上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供することができる。

さらに、ガス供給室構成部材４８の別の形態を、図１１に示す。ガス供給室構成部材４８には、空間部４１とガス供給室４６との間に、ガス流量を制限するシャワー状のガス供給室ガス吐出孔４７が設置されている。空間部４１に近接して、ガス導入が可能なガス供給室４６を配設しただけでは、空間部４１領域に均一にパージガスが導入される訳ではなく、片寄った流量分布で導入される可能性がある。これは、ガス供給室４６へパージガス導入用のパージガス供給管２５は、１本もしくは複数本の円管にて導入されるが、ガス供給室４６はドーナッツ形状であるため、ガス供給室４６のパージガス供給管２５に近い側の流速が高くなり、ガス供給室４６内では、片寄った流量分布となってしまうからである。しかし、上述のように、ガス供給室４６にガス流量を制限するシャワー状のガス供給室ガス吐出孔４７を配設することにより、ガス供給室４６から空間部４１への流量分布の片寄りを小さくすることができる。それにより、均一にガス供給室４６から空間部４１領域へパージガスを導入することが可能となり、複数の貫通孔４３からのパージガス噴出しを均一とすることができる。また、ガス供給室ガス吐出孔４７は、図１２に示すように、反応炉２壁面側に設置しても良い。

上記構成によると、シャワープレート表面に形成される生成物４４のばらつきを減少することができ、被処理基板上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供することができる。

なお、シャワープレート３０は、一体部品である必要は無く、図１４に示すように、シャワープレート本体３３ａ、シャワープレート周辺部材３３ｂのように分割しても構成可能である。この場合、シャワープレート本体３３ａは、シャワーヘッド下部壁面２０ａと接触するように保持され、シャワープレート周辺部材３３ｂは、シャワーヘッド下部壁面２０ａと空間部４１を有して保持されている。シャワープレート本体３３ａ、およびシャワープレート周辺部材３３ｂは、シャワーヘッド２０のシャワーヘッド下部壁面２０ａにて図示しないネジ等によって密着して固定、設置されている。

なお、本発明においては、ＭＯＣＶＤ装置を構成する反応炉、シャワープレート及びその他の部材の形状が図１に示す形状に限定されないことは言うまでもない。

また、図１５に示すように、内部を大気側と隔離し、気密状態を保持する反応室１を有する反応炉２と、反応室１の内部に設けられて被処理基板３を載置する基板保持部材４と、基板保持部材４と対向し、かつ上面にシャワープレート３０を有するシャワーヘッド２０とを備え、被処理基板３に対して、下方から反応ガスを導入するフェイスダウン型の気相成長装置としてのＭＯＣＶＤ装置１０にも適用することができる。

さらに、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、シャワープレート上部の空間に周辺部よりガスを導入し、シャワープレートの複数のガス吐出孔から基板表面に反応ガスを導入するシャワープレートを用いた縦型のＭＯＣＶＤ装置等の気相成長装置及び気相成長方法に利用することができる。

１ 反応室（成長室）
１ａ ガス排出口
２ 反応炉
３ 被処理基板
４ 基板保持部材
５ 回転伝達部材
６ 基板加熱ヒータ
７ 反応室隔壁
８ 反応外部空間
９ 排気流路
１０ ＭＯＣＶＤ装置（気相成長装置）
１１ 反応室圧力計
１２ 反応外部空間圧力計
１３ 調圧機構
１４ マスフローコントローラー
１６ 排気配管
２０ シャワーヘッド
２０ａ シャワーヘッド下部壁面
２２ 冷媒空間
２３ 第一ガス分配空間
２３ａ 第一ガス導入口
２３ｂ 第一ガス供給管
２４ 第二ガス分配空間
２４ａ 第二ガス導入口
２４ｂ 第二ガス供給管
２５ パージガス供給管
３０ シャワープレート
３０ａ シャワープレート壁面
３１ プレート孔
３１ａ ガス吐出孔
３３ａ シャワープレート本体
３３ｂ シャワープレート周辺部材
４１ 空間部
４２ ザグリ
４３ 貫通孔
４４ 生成物
４５ 剥離生成物
４６ ガス供給室
４７ ガス供給室ガス吐出孔
４８ ガス供給室構成部材

Claims (6)

1. 反応炉内に、複数のガス吐出孔を配設したシャワーヘッドと、
   複数のプレート孔を配設したシャワープレートと、
   被処理基板を載置する基板保持部材とを備え、
   上記シャワープレートが上記シャワーヘッドのガス吐出面側を覆うように接して配置され、
   上記ガス吐出孔および上記プレート孔を通して反応室内にガスを導入して上記被処理基板に成膜する気相成長装置において、
   上記シャワープレートの上記基板保持部材に対向する領域より外側で、
   かつ、上記シャワーヘッドと上記シャワープレートとの接面の間に空間が配設され、
   上記シャワープレートの上記空間が配設された領域部分に上記反応室内と連通し、パージガスを上記反応室内に導入する複数の貫通孔を設けることを特徴とする気相成長装置。
2. 前記空間は、上記シャワープレート側に構成されることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
3. 前記空間の圧力を可変する調圧機構を有することを特徴とする請求項１または２に記載の気相成長装置。
4. 前記空間に近接して、ガス供給室を配設することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の気相成長装置。
5. 前記ガス供給室は、ガス流量を制限するガス供給室ガス吐出孔を有することを特徴とする請求項４記載の気相成長装置。
6. 請求項１から５までの何れか１項に記載の気相成長装置を用いて、上記複数の貫通孔からパージガスを上記反応室内に導入するとともに、上記ガス吐出孔および上記プレート孔を通して反応室内にガスを導入することによって、上記被処理基板に成膜することを特徴とする気相成長方法。