JP5051757B2 - Vapor growth apparatus and vapor growth method - Google Patents
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この発明は、一般的には、気相成長装置および気相成長方法に関し、より好適には、気相反応により複数の基板上に同時に成膜を行なう気相成長装置および気相成長方法に関する。 The present invention generally relates to a vapor phase growth apparatus and a vapor phase growth method, and more preferably relates to a vapor phase growth apparatus and a vapor phase growth method for simultaneously forming films on a plurality of substrates by a vapor phase reaction.
従来の気相成長装置に関して、たとえば、特開平7−235501号公報には、反応ガスの消費量を少なくするとともに、チャンバ内壁へのガスパーティクルの付着を防止し、またウエハセットの自動化が可能で、膜厚、組成の均一な結晶成長を得ることを目的とした結晶成長装置が開示されている(特許文献1)。また、特開平8−316153号公報には、ガス供給量を均一にし、成長膜の膜厚、膜質のばらつきを削減することを目的とした気相成長装置が開示されている(特許文献2)。また、特開昭60−98618号公報には、装置を複雑にすることなく、小さなガス流量で均一な半導体薄膜の成長を得ることを目的とした半導体薄膜の気相成長装置が開示されている(特許文献3)。
気相成長装置を用いて成膜を行なう場合、基板と、これを保持し、加熱するサセプタとが設けられた反応室内に、複数の原料ガスを導入する。これらの原料ガスが、加熱された基板上で熱分解反応を起こし、化合物やその固溶体結晶となる。これにより、基板上でエピタキシャル成長などの薄膜成長が行なわれる。 When film formation is performed using a vapor phase growth apparatus, a plurality of source gases are introduced into a reaction chamber provided with a substrate and a susceptor that holds and heats the substrate. These source gases cause a thermal decomposition reaction on the heated substrate to become a compound or a solid solution crystal thereof. Thereby, thin film growth such as epitaxial growth is performed on the substrate.
このような気相成長装置では、1回の成長でより多くの基板を処理するために複数の基板を保持するサセプタを備えることが求められる。これに伴い、サセプタに対応した大きさの反応室が必要となる。一方、薄膜成長は、複数の原料ガスが混合し、基板上で反応することによって行なわれる。したがって、各基板に対して均一な特性の薄膜を成長させるには、反応室内での各原料ガスの分布が均一になることが必要となる。 Such a vapor phase growth apparatus is required to include a susceptor that holds a plurality of substrates in order to process more substrates in one growth. Accordingly, a reaction chamber having a size corresponding to the susceptor is required. On the other hand, thin film growth is performed by mixing a plurality of source gases and reacting on the substrate. Therefore, in order to grow a thin film having uniform characteristics on each substrate, it is necessary that the distribution of each source gas in the reaction chamber be uniform.
図17は、気相成長装置の一形態を示す断面図である。図17および以降に続く図中では、ガスの流れが矢印で示されている。 FIG. 17 is a cross-sectional view showing an embodiment of a vapor phase growth apparatus. In FIG. 17 and subsequent figures, the gas flow is indicated by arrows.
図17を参照して、気相成長装置100は、反応室101、サセプタ102およびガス導入管103を含む。サセプタ102は、円盤形状を有する。サセプタ102は、複数の基板104を保持する。複数の基板104は、周方向に配列されている。複数の基板104は、図示しない加熱装置により所定の温度に加熱される。サセプタ102は、図示しないモータにより回転する。
Referring to FIG. 17, vapor
反応室101は、サセプタ102の形状に対応した円筒形状を有する。反応室101の中心には、ガス導入管103が接続されている。原料ガスは、ガス導入管103を通じて反応室101に導入され、反応室101内で気相反応を起こす。反応した後の原料ガスは、サセプタ102の外周に向かって流れ、図示しない排気装置により反応室101の外部へと排気される。
The
ガス導入管103は、中間多重管106と、中間多重管106から連なるガス方向転換部107とを含む。中間多重管106には、ガス供給部105が接続されている。中間多重管106は、ガス供給部105から流入した複数種類の原料ガスを層別に流す。ガス方向転換部107は、中間多重管106を通過してきた原料ガスの流れを、サセプタ102の外周方向に向かう放射状の流れに変更させる。ガス方向転換部107は、ガス出口108を含む。ガス方向転換部107に流れる原料ガスは、ガス出口108を通じて反応室101に導入される。ガス供給部105は、原料ガスが中間多重管106内のガス流れと平行以外の方向(たとえば、中間多重管106内のガス流れに対して直角方向)から中間多重管106に流入するように、中間多重管106に接続されている。
The
図18は、図17中の気相成長装置で生じる流速分布の一例を示す図である。図19は、図17中の気相成長装置で生じる流速分布の別の例を示す図である。図中では、原料ガスの流速が矢印の太さで表わされており、矢印が太いほど流速が大きいことを表わす。 FIG. 18 is a diagram showing an example of a flow velocity distribution generated in the vapor phase growth apparatus in FIG. FIG. 19 is a diagram showing another example of the flow velocity distribution generated in the vapor phase growth apparatus in FIG. In the figure, the flow rate of the source gas is represented by the thickness of the arrow, and the thicker the arrow, the greater the flow rate.
図17から図19を参照して、気相成長装置100においては、ガス導入管103を通じて反応室101内に導入される原料ガスの流れに、下記に説明するような乱れが生じる。
With reference to FIGS. 17 to 19, in the vapor
中間多重管106内の原料ガスの流れ方向と、中間多重管106に対するガス供給部105の接続方向とが異なる場合、ガス供給部105から中間多重管106に流入する原料ガスの流れには、中間多重管106に対するガス供給部105の接続方向のベクトル成分が残る。このため、ガス方向転換部107から反応室101に導入される原料ガスの流速には、上記ベクトル成分に起因する偏りが生じる。
When the flow direction of the source gas in the
より具体的には、図18に示すように、ガス供給部105が中間多重管106内のガス流れに直交する方向から中間多重管106に接続される場合、ガス出口108から反応室101に導入される原料ガスの流速は、ガス供給部105が接続される位相で相対的に小さくなり(図中の矢印155)、その反対側の位相で相対的に大きくなる(図中の矢印154)。また、図19に示すように、図18中のガス供給部105に対応するガス供給部105pと、ガス供給部105pとは反対側の位相に配置されるガス供給部105qとが中間多重管106に接続される場合、ガス供給部105pから中間多重管106に流入した原料ガスと、ガス供給部105qから中間多重管106に流入した原料ガスとが互いに衝突する。このため、ガス出口108から反応室101に導入される原料ガスの流速は、ガス供給部105pおよび105qがそれぞれ配置された位相で相対的に小さくなり(図中の矢印164)、その位相から90°ずれた位相で相対的に大きくなる(図中の矢印165)。
More specifically, as shown in FIG. 18, when the
このように原料ガスの流速に偏りが発生すると、反応室101において原料ガスの流れに偏りが生じる。このため、気相反応が不均一となり、基板上に成長する薄膜の特性に大きなばらつきが現れる。したがって、薄膜の特性のばらつきを低減させるためには、原料ガスの流れをガス導入管103内で整え、サセプタ102の外周方向に向かう原料ガスの流速を、ガス出口108の全周に渡って均一にする必要がある。
When the flow rate of the raw material gas is uneven as described above, the flow of the raw material gas is uneven in the
これに対して、原料ガスの流れを整える方法としては、(1)中間多重管106に接続される原料ガス供給の配管、つまりガス供給部105の数を増やす方法、(2)中間多重管106の全長を長くすることによって、原料ガスが中間多重管106を流れる間に流れを均等化させる方法、(3)中間多重管106の上方にバッファタンクを設け、そのバッファタンクに原料ガスを供給し、流れの偏りを抑えた後、中間多重管106に流す方法などが考えられる。
On the other hand, as a method for adjusting the flow of the source gas, (1) a method of increasing the number of source gas supply pipes connected to the intermediate
しかしながら、これらの原料ガスの整流手段においては、それぞれ以下に説明する課題がある。(1)については、多数の配管が必要となるため、気相成長装置の配管構造が複雑になる。(2)および(3)については、ガス導入管103に全長の長い管が必要となる、あるいはバッファタンクが必要となるため、装置の大型化が避けられない。さらに、原料ガス種の切り替え時に、ガス導入管103に切り替え前の原料ガスが滞留し、原料ガス種の切り替えがスムーズに実行されないという問題がある。このような問題は、たとえば、化合物半導体における発光素子用の成膜時のような、多層膜を成膜する際に、異なる種類の成膜の切り替えに悪影響を及ぼす。
However, these raw material gas rectifying means have problems described below. As for (1), a large number of pipes are required, so that the pipe structure of the vapor phase growth apparatus is complicated. With regard to (2) and (3), the
一方、上述の特許文献1では、ガス供給ヘッドの管径内において反応ガスがサイド(水平)フローに変換される途中に、整流板が配置されている。しかしながら、特許文献1では、整流板が反応ガスが円周方向に放射状に拡散しながら流れる場所に配置されるため、局所的な整流効果は得られるものの、ガス供給ヘッド内のガス流れの全体的な偏りを整える効果は得られない。また、ガス流れを変更する部位の構造は複雑になるため、その部位に整流板を設けるには、ガス供給ヘッドの製作上困難が伴う。
On the other hand, in
また、上述の特許文献2では、ガス噴き出し口を有する拡散板が、サセプタの上方に配置されている。しかしながら、特許文献2では、複数種類の原料ガスが混合した後の経路上に拡散板が配置されるため、原料ガスの反応による生成物が整流板に付着するおそれがある。この場合、整流板のクリーニングが必要になるなどして、装置の運用が煩雑になる。 Moreover, in the above-mentioned patent document 2, the diffusion plate which has a gas ejection opening is arrange | positioned above a susceptor. However, in Patent Document 2, since the diffusion plate is disposed on the path after the plurality of types of source gases are mixed, there is a possibility that products resulting from the reaction of the source gases adhere to the rectifying plate. In this case, the operation of the apparatus becomes complicated because the current plate needs to be cleaned.
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、複数の基板に対して均一な特性の薄膜が形成される気相成長装置および気相成長方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a vapor phase growth apparatus and a vapor phase growth method in which a thin film having uniform characteristics is formed on a plurality of substrates.
この発明に従った気相成長装置は、反応室と、反応室に設置されるサセプタと、反応室にガスを導入するガス導入管とを備える。サセプタは、複数の基板を保持する周辺部と、周辺部に取り囲まれた中心部とを含む。ガス導入管は、複数種類のガスを互いに分離して流す多重管構造を有する。ガス導入管は、中心部に向けてガスを流すガス流通部と、ガス流通部に流れるガスを方向転換させ、中心部から周辺部に向かう方向に流すガス方向転換部とを含む。ガスは、ガス流通部におけるガスの流れ方向とは異なる方向からガス流通部に流入する。気相成長装置は、ガス流通部に配置される整流部材をさらに備える。ガス流通部は、ガスが流入する第1部分と、第1部分に接続され、ガス方向転換部に連なる第2部分とを含む。第1部分と第2部分との接続部分に、整流部材が固定されている。 The vapor phase growth apparatus according to the present invention includes a reaction chamber, a susceptor installed in the reaction chamber, and a gas introduction pipe for introducing gas into the reaction chamber. The susceptor includes a peripheral part holding a plurality of substrates and a central part surrounded by the peripheral part. The gas introduction pipe has a multiple pipe structure in which a plurality of types of gases are separated from each other. The gas introduction pipe includes a gas flow part that flows gas toward the center part, and a gas direction change part that changes the direction of the gas flowing through the gas flow part and flows the gas from the center part toward the peripheral part. The gas flows into the gas circulation part from a direction different from the gas flow direction in the gas circulation part. The vapor phase growth apparatus further includes a rectifying member disposed in the gas circulation unit. The gas circulation part includes a first part into which gas flows and a second part connected to the first part and connected to the gas direction changing part. A rectifying member is fixed to a connecting portion between the first portion and the second portion.
このように構成された気相成長装置によれば、ガス流通部へのガスの流入方向と、ガス流通部におけるガスの流れ方向との不一致に起因したガス流れの乱れを、整流部材によって抑制する。これにより、ガス導入管から反応室に均一な流速分布を有するガスを導入し、複数の基板に対して均一な特性の薄膜を成長させることができる。また、第1部分と第2部分との接続部分に整流部材が固定されるため、より簡易な構成で、整流部材をガス流通部に設けることができる。 According to the vapor phase growth apparatus configured as described above, the rectifying member suppresses the turbulence of the gas flow caused by the mismatch between the gas inflow direction to the gas circulation portion and the gas flow direction in the gas circulation portion. . Thereby, a gas having a uniform flow velocity distribution can be introduced from the gas introduction tube into the reaction chamber, and a thin film having uniform characteristics can be grown on a plurality of substrates. In addition, since the rectifying member is fixed to the connection portion between the first portion and the second portion, the rectifying member can be provided in the gas circulation portion with a simpler configuration.
また好ましくは、整流部材は、ガス流れに直交する平面内のガスの流量分布の偏りを緩和するように設けられる。このように構成された気相成長装置によれば、ガス流通部にガスの流量分布の偏りを緩和する整流部材を設けることによって、上記効果を奏することができる。 Preferably, the rectifying member is provided so as to alleviate a deviation in the gas flow rate distribution in a plane orthogonal to the gas flow. According to the vapor phase growth apparatus configured as described above, the above effect can be achieved by providing the gas flow part with a rectifying member that alleviates the deviation of the gas flow rate distribution.
また好ましくは、ガスが、中心部を中心とする第1位相からガス流通部に流入し、第1位相の反対側の第2位相から流入しない場合に、整流部材は、第1位相で相対的に小さく、第2位相で相対的に大きくなるガスの流量分布の偏りを緩和するように設けられる。このように構成された気相成長装置によれば、整流部材によって、第1位相と第2位相との間で生じるガスの流量分布の偏りを緩和する。 Further preferably, when the gas flows into the gas circulation portion from the first phase centered on the center portion and does not flow from the second phase opposite to the first phase, the rectifying member is relatively in the first phase. The flow rate distribution of the gas is relatively small and relatively large in the second phase. According to the vapor phase growth apparatus configured as described above, the bias of the gas flow distribution generated between the first phase and the second phase is reduced by the rectifying member.
また好ましくは、ガスが、中心部を中心とする第1位相からガス流通部に流入し、第1位相の反対側の第2位相からガス流通部に流入する場合に、整流部材は、第1位相および第2位相で相対的に小さく、第1位相および第2位相からずれた位相で相対的に大きくなるガスの流量分布の偏りを緩和するように設けられる。このように構成された気相成長装置によれば、整流部材によって、第1位相および第2位相と、これらの位相からずれた位相との間で生じるガスの流量分布の偏りを緩和する。 Preferably, when the gas flows into the gas circulation part from the first phase centered on the central part and flows into the gas circulation part from the second phase opposite to the first phase, the rectifying member is The gas flow distribution is relatively small in the phase and the second phase and relatively large in the phase shifted from the first phase and the second phase. According to the vapor phase growth apparatus configured in this manner, the flow rate distribution of the gas generated between the first phase and the second phase and a phase shifted from these phases is alleviated by the rectifying member.
また好ましくは、整流部材は、ガスの流路面積、ガスの流れ方向およびガス流れが受ける抵抗の大きさの少なくともいずれか1つを制御することによって、ガスの流量分布の偏りを緩和する。このように構成された気相成長装置によれば、ガスの流量分布を自在に制御することができる。 Preferably, the rectifying member alleviates the deviation of the gas flow distribution by controlling at least one of the gas flow path area, the gas flow direction, and the magnitude of the resistance received by the gas flow. According to the vapor phase growth apparatus configured as described above, the gas flow rate distribution can be freely controlled.
この発明に従った気相成長方法は、上述のいずれかに記載の気相成長装置を用いて、複数の基板上に薄膜を成長させる。このように構成された気相成長方法によれば、複数の基板に対して均一な特性の薄膜を成長させることができる。 In the vapor phase growth method according to the present invention, a thin film is grown on a plurality of substrates using any of the vapor phase growth apparatuses described above. According to the vapor phase growth method configured as described above, a thin film having uniform characteristics can be grown on a plurality of substrates.
以上説明したように、この発明に従えば、複数の基板に対して均一な特性の薄膜が形成される気相成長装置および気相成長方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a vapor phase growth apparatus and a vapor phase growth method in which a thin film having uniform characteristics is formed on a plurality of substrates.
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings referred to below, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals.
(実施の形態1)
図1は、この発明の実施の形態1における気相成長装置を示す断面図である。図1を参照して、気相成長装置10では、反応室11に導入された原料ガスAおよび原料ガスBの気相反応により、基板25上に結晶薄膜を形成する。押さえガスCは、反応室11において原料ガスAおよび原料ガスBをサセプタ22上に留める役割を果たす。同時に、押さえガスCは、サセプタ22に対向する反応室11の壁面11cに、生成物が付着することを防ぐ役割を果たす。
(Embodiment 1)
1 is a sectional view showing a vapor phase growth apparatus according to
気相成長装置10は、下記の構成を備える。なお、図示されていないが、気相成長装置10は、ガス供給装置および排気装置を含む。
The vapor
気相成長装置10は、反応室11と、サセプタ22と、ガス導入管13とを含む。反応室11は、大気と遮断されている。反応室11の内部で原料ガスAおよび原料ガスBが気相反応を起こすことによって、基板25に対して成膜が行なわれる。反応室11の内部には、サセプタ22とガス導入管13の一部とが配置されている。サセプタ22は、円盤形状を有する。反応室11は、サセプタ22の形状に対応した円筒形を有する。
The vapor
図2は、図1中のサセプタの上面を示す斜視図である。図1および図2を参照して、反応室11には、複数の基板25が収容されている。複数の基板25は、サセプタ22の上面に配置されている。サセプタ22は、複数の基板25を保持する。
FIG. 2 is a perspective view showing an upper surface of the susceptor in FIG. Referring to FIGS. 1 and 2, a plurality of
サセプタ22は、周辺部22sと中心部22tとを含む。周辺部22sは、環状に延在する領域に形成されている。中心部22tは、周辺部22sに取り囲まれた領域に形成されている。複数の基板25は、周辺部22sに配置されている。複数の基板25は、周方向に並べられている。複数の基板25は、互いに間隔を設けて配置されている。複数の基板25は、サセプタ22の円周方向に沿って環状に並んで配置されている。なお、複数の基板25を周辺部22sに配置するレイアウトは、図中に示すものに限られず、適宜変更される。
The
気相成長装置10は、基板加熱用ヒータ26を含む。基板加熱用ヒータ26は、サセプタ22によって保持された複数の基板25を、所定の温度に加熱する。基板加熱用ヒータ26には、ヒータ用電源装置、温度センサ、温度制御装置が接続されている。サセプタ22は、回転軸27を介して回転駆動機構としてのモータ28に接続されている。基板25への成膜時、モータ28が駆動することによってサセプタ22が回転する。
The vapor
気相成長装置10は、ガス排出部24を含む。ガス排出部24には、図示しない排気装置が接続されている。ガス排出部24は、サセプタ22の周辺部22sの外周上に設けられている。図示しない排気装置が駆動することにより、気相反応後のガスがガス排出部24を通じて反応室11の外部に排出される。
The vapor
ガス導入管13は、反応室11の中央部に配置されている。ガス導入管13は、原料ガスA、原料ガスBおよび押さえガスCを反応室11の内部に導入する。ガス導入管13は、複数種類のガスを層別に流す多重管構造を有する。本実施の形態では、2種類の原料ガスと1種類のパージガスとが使用されるため、ガス導入管13は、各ガスを互いに接触させないように3層構造を有する。
The
ガス導入管13は、互いに区画されたガス流路31、ガス流路32およびガス流路33を形成する。ガス流路31、ガス流路32およびガス流路33には、それぞれ原料ガスA、原料ガスBおよび押さえガスCが流通する。ガス流路31は、ガス導入管13が有する多重管構造の中心に形成されている。ガス流路32は、ガス流路31の外周上に形成されている。ガス流路33は、さらにガス流路32の外周上に形成されている。
The
ガス導入管13は、中間多重管16と、ガス方向転換部17とを含む。中間多重管16は、原料ガスA、原料ガスBおよび押さえガスCを、図1中の上から下に向けて流す。中間多重管16は、原料ガスA、原料ガスBおよび押さえガスCを、サセプタ22の中心部22tに向けて流す。中間多重管16は、原料ガスA、原料ガスBおよび押さえガスCを一方向に流す。中間多重管16は、原料ガスA、原料ガスBおよび押さえガスCを、周方向に並べられた複数の基板25の中心に向けて流す。
The
ガス方向転換部17は、中間多重管16から連なって形成されている。ガス方向転換部17は、サセプタ22の直上に配置されている。ガス方向転換部17の一部が、反応室11の内部に配置されている。ガス方向転換部17は、滑らかな曲線で構成されたラッパ状の形状を有する。ガス方向転換部17は、ガス出口18を含む。ガス出口18は、反応室11に開口する。ガス出口18は、環状に延在する。ガス方向転換部17は、中間多重管16に流通するガス流れを、サセプタ22の中心部22tから周辺部22sに向かう方向に変更させる。ガス方向転換部17は、中間多重管16に流通するガス流れを、サセプタ22の周辺部22sに向かう放射状の流れに変更させる。
The gas
原料ガスA、原料ガスBおよび押さえガスCは、ガス出口18を通じてガス方向転換部17から反応室11に導入される。反応室11に導入された原料ガスA、原料ガスBおよび押さえガスCは、サセプタ22の外周に向けて放射状に流れる。
The raw material gas A, the raw material gas B, and the holding gas C are introduced into the
気相成長装置10は、ガス供給部15を含む。ガス供給部15は、ガス入口14を含む。ガス入口14は、図示しないガス供給装置から延びる配管に接続されている。ガス供給部15は、中間多重管16に接続されている。原料ガスA、原料ガスBおよび押さえガスCが供給される3つのガス供給部15が、それぞれ、ガス流路31、ガス流路32およびガス流路33に連通するように中間多重管16に接続されている。ガス供給装置から供給される原料ガスA、原料ガスBおよび押さえガスCは、ガス供給部15を通じて中間多重管16に流入する。
The vapor
ガス供給部15は、中間多重管16におけるガスの流れ方向に直交する方向から中間多重管16に接続されている。このような構成により、原料ガスA、原料ガスBおよび押さえガスCは、中間多重管16におけるガスの流れ方向とは異なる方向、本実施の形態では、中間多重管16におけるガスの流れ方向に直交する方向から中間多重管16に流入する。
The
図3は、図1中のIII−III線上に沿ったガス供給管の断面図である。図1から図3を参照して、本実施の形態では、中心部22tを中心とする位相X1にガス供給部15が配置されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the gas supply pipe taken along line III-III in FIG. With reference to FIGS. 1 to 3, in the present embodiment,
このような気相成長装置10においては、ガス供給装置から配管を通ってガス入口14に到達したガスは、図3中の矢印36に示す方向の流れを持って中間多重管16に流入する。中間多重管16に入ったところでガスの流れは90度下向きに変わり管の中を流れていく。この場合、中心部22tに向かって流れる中間多重管16内のガス流れが、中間多重管16に流入する際の流れ方向成分を保持するため、中間多重管16において、ガス流れに直交する平面内の原料ガスA、原料ガスBおよび押さえガスCの流量分布にそれぞれ偏りが生じる。具体的には、原料ガスA、原料ガスBおよび押さえガスCの各流量分布は、位相X1で相対的に小さくなり、中心部22tに対して位相X1の反対側の位相X2で相対的に大きくなる。
In such a vapor
気相成長装置10は、整流板41を含む。整流板41は、中間多重管16に配置されている。整流板41は、中間多重管16の断面形状に対応した円盤状の板である。整流板41には、複数のガス流通孔42が形成されている。整流板41は、中間多重管16におけるガスの流れ方向に直交する平面内で延在する。中間多重管16を流通するガスの全てが、ガス流通孔42を通過する。ガス流通孔42は、円形の開口面を有する。また、ガス流通孔42は、円形以外の形状、たとえば四角形等の多角形の開口面を有してもよい。
The vapor
整流板41は、中間多重管16における上記流量分布の偏りを緩和させるように設けられている。その具体的な形態について説明すると、ガス流路31〜33の各流路において、ガス流通孔42の数は、位相X1で相対的に多く、位相X2で相対的に少ない。このような構成により、整流板41が配置された平面において、原料ガスA、原料ガスBおよび押さえガスCの流路面積が、位相X1で相対的に大きくなり、位相X2で相対的に小さくなる。この結果、原料ガスA、原料ガスBおよび押さえガスCの上記流量分布の偏りがそれぞれ緩和される。
The rectifying
このように中間多重管16に整流板41を設けることによって、ガスが中間多重管16に流入する際の流れ方向成分が抑制される。整流板41を通過したガスは、ガス方向転換部17を経てサセプタ22の周辺部22sに向けて放射状に流れる。このとき、整流板41により流れが整えられたガス流れは、ガス出口18の全周に渡って流速が均一となる。
By providing the rectifying
この発明の実施の形態1における気相成長装置10は、反応室11と、反応室11に設置されるサセプタ22と、反応室11にガスとしての原料ガスA、原料ガスBおよび押さえガスCを導入するガス導入管13とを備える。サセプタ22は、複数の基板25を保持する周辺部22sと、周辺部22sに取り囲まれた中心部22tとを含む。ガス導入管13は、複数種類のガスを互いに分離して流す多重管構造を有する。ガス導入管13は、中心部22tに向けてガスを流すガス流通部としての中間多重管16と、中間多重管16に流れるガスを方向転換させ、中心部22tから周辺部22sに向かう方向に流すガス方向転換部17とを含む。ガスは、中間多重管16におけるガスの流れ方向とは異なる方向から中間多重管16に流入する。気相成長装置10は、中間多重管16に配置される整流部材としての整流板41をさらに備える。
A vapor
この発明の実施の形態1における気相成長方法は、気相成長装置10を用いて、複数の基板25上に薄膜を成長させる。
In the vapor phase growth method according to
このように構成された、この発明の実施の形態1における気相成長装置10および気相成長方法によれば、反応室11に導入されるガスの流速が均一であるため、複数の基板25間で起こる気相反応も均一となる。このため、基板25上に成膜される薄膜の特性を複数の基板25間で均一化できる。これにより、高い歩留まりで効率の良い成膜工程を実現できる。また、整流板41によって薄膜の特性の均一性が確保されるため、中間多重管16の全長を短くできる。これにより、装置の小型化を図ることができる。また、原料ガス種の切り替えを行なう場合であっても、中間多重管16におけるガス滞留を最小化し、高品質な成膜が可能となる。
According to the vapor
図4は、図3中の整流板の変形例を示す断面図である。図中では、説明を簡単にするため、ガス流路31〜33のうちガス流路32の断面のみが示されている。図4を参照して、本変形例では、ガス流通孔42の数は位相X1および位相X2の間で等しいが、ガス流通孔42の開口面積が、位相X1で相対的に大きく、位相X2で相対的に小さい。このような構成によっても、上記と同様の効果を得ることができる。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a modification of the current plate in FIG. In the figure, only the cross section of the
図1中では、ガス方向転換部17が滑らかな曲線により構成されるラッパ形状を有しているが、ガス方向転換部の形状はこれに限定されない。たとえば、ガス流れを中間多重管16の先に設けた平板に衝突させ、流れの向きを平板に平行な方向に変えるような構成にしてもよい。
In FIG. 1, the gas
(実施の形態2)
図5は、この発明の実施の形態2における気相成長装置のガス導入管を示す分解組み立て図である。本実施の形態における気相成長装置は、実施の形態1における気相成長装置10と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is an exploded view showing a gas introduction pipe of the vapor phase growth apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. The vapor phase growth apparatus in the present embodiment basically has the same structure as that of the vapor
図5を参照して、本実施の形態では、中間多重管16が、第1部分としての上流部16mと第2部分としての下流部16nとを接いで構成されている。上流部16mには、ガス供給部15が接続されている。下流部16nは、ガス流れ変換部17に連なる。整流板41は、上流部16mと下流部16nとの継ぎ目に固定されている。
Referring to FIG. 5, in the present embodiment,
図6は、図5中の2点鎖線VIで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。図6を参照して、上流部16m、下流部16nおよび整流板41の固定構造について説明する。上流部16mおよび下流部16nは、フランジ部16fを含む。整流板41は、上流部16mおよび下流部16nのフランジ部16fに両側から挟持されるフランジ部41fを含む。フランジ部16fおよび41fには、ボルト62が挿通されるボルト孔が形成されている。整流板41は、ガス流通孔42が形成される整流部41hと、上流部16mおよび下流部16nと接合する接合部41gとを含む。整流板41は、上流部16mおよび下流部16nに両側から挟持された状態で、ボルト62およびナット63によって中間多重管16に固定されている。
6 is an enlarged cross-sectional view of a range surrounded by a two-dot chain line VI in FIG. With reference to FIG. 6, the fixing structure of the
接合部41gと上流部16mおよび下流部16nとの間には、それぞれシール部材61が配置されている。シール部材61には、ゴム、樹脂、金属などを材料とするOリングやガスケットが用いられる。このような構成により、各層に流れるガスが上流部16mと下流部16nとの継ぎ目から漏れることを防止できる。
このように構成された、この発明の実施の形態2における気相成長装置によれば、実施の形態1に記載の効果を同様に得ることができる。加えて、本実施の形態では、1本の中間多重管の内部に整流板41を設ける場合と比較して、簡易な構成で整流板41を設けることができる。
According to the vapor phase growth apparatus in the second embodiment of the present invention configured as described above, the effects described in the first embodiment can be obtained similarly. In addition, in the present embodiment, the rectifying
(実施の形態3)
本実施の形態では、図3中の整流板41の各種変形例について説明を行なう。なお、本実施の形態で参照する図では、説明を簡単にするため、ガス流路31〜33のうちガス流路31のみが示されている。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, various modifications of the rectifying
図7は、図3中の整流板の第1変形例を示す断面図である。図7を参照して、本変形例では、気相成長装置は、整流板41に替えて整流板71を含む。整流板71には、複数のガス流通孔72が形成されている。複数のガス流通孔72のうちのガス流通孔72rは、ガス流れの上流側から下流側に向かうに従って位相X2から位相X1に近接するように傾斜して延びる。ガス流通孔72rの数は、位相X2側で相対的に多く、位相X1側で相対的に少ない。このような構成によれば、ガスの流れ方向を制御することによって、中間多重管16におけるガスの流量分布の偏りが緩和される。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a first modification of the current plate in FIG. Referring to FIG. 7, in this modification, the vapor phase growth apparatus includes a rectifying
図8は、図3中の整流板の第2変形例を示す断面図である。図8を参照して、本変形例では、気相成長装置は、整流板41に替えて整流板73を含む。整流板73には、複数のガス流通孔74が形成されている。位相X2側に配置されたガス流通孔74の開口幅Dは、位相X1側に配置されたガス流通孔74の開口幅Dよりも大きい。このような構成によれば、整流板73によって、位相X2におけるガス流れがより大きく絞られる。このため、ガスの流路面積の制御を通じて、中間多重管16におけるガスの流量分布が緩和される。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a second modification of the current plate in FIG. Referring to FIG. 8, in this modification, the vapor phase growth apparatus includes a rectifying
図9は、図3中の整流板の第3変形例を示す断面図である。図10は、図9中の整流部材を示す斜視図である。図9および図10を参照して、本変形例では、気相成長装置は、整流板41に替えて整流部材76を含む。整流部材76は、衝立(ついたて)76a,76b,76c,76d,76eから構成されている。衝立76a〜76eは、位相X1側から位相X2に向けて順に配置されている。衝立76a〜76eは、中間多重管16におけるガスの流れ方向に沿って延在する。衝立76a〜76eは、互いに間隔を隔てて配置されており、その間をガスが流れる。ガスの流れ方向に沿った衝立76a〜76eの全長をLとするとき、位相X1側に配置された衝立76aの全長Lよりも、位相X2側に配置された衝立76eの全長Lの方が大きい。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a third modification of the current plate in FIG. FIG. 10 is a perspective view showing the rectifying member in FIG. 9. With reference to FIGS. 9 and 10, in this modification, the vapor phase growth apparatus includes a rectifying
このような構成により、中間多重管16を流通するガス流れが整流部材76から受ける抵抗の大きさは、位相X1側よりも位相X2側の方で大きくなる。これにより、ガス流れが整流部材76から受ける抵抗の制御を通じて、中間多重管16におけるガスの流量分布が緩和される。
With such a configuration, the magnitude of the resistance that the gas flow flowing through the intermediate
図11は、図3中の整流板の第4変形例を示す断面図である。図12は、図11中のXII−XII線上に沿った中間多重管の断面図である。図13は、図11中の整流部材の部品図である。 FIG. 11 is a cross-sectional view showing a fourth modification of the current plate in FIG. 12 is a cross-sectional view of the intermediate multi-tube taken along line XII-XII in FIG. FIG. 13 is a component diagram of the rectifying member in FIG. 11.
図11から図13を参照して、本変形例では、気相成長装置は、整流板41に替えて整流部材81を含む。整流部材81は、格子状に組み合わされた複数のX板81xと複数のY板81yとから構成されている。X板81xおよびY板81yは、それぞれ、図11中のx軸方向およびy軸方向に延在する。x軸方向は、位相X1と位相X2とを結ぶ方向に一致する。複数のX板81xは、互いに間隔を設けてy軸方向に配列されている。複数のY板81yは、互いに間隔を設けてx軸方向に配列されている。
With reference to FIGS. 11 to 13, in this modification, the vapor phase growth apparatus includes a rectifying
X板81xには、複数の溝82が形成されている。Y板81yには、そのY板81yに交差する複数のX板81xの溝82がそれぞれ嵌め合わされる複数の溝83が形成されている。溝82が中間多重管16におけるガス流れに対して傾斜して形成されることにより、位相X2側の端に配置されたY板81yは、ガス流れの上流側から下流側に向かうに連れて位相X2から位相1に近接する方向に傾くように設けられる。位相X2側から位相X1側に配列されたY板81yの傾きは、位相X1に向かうほど小さくなる。位相X1側の端に配置されるY板81yは、ガスの流れ方向に沿って延在するように設けられる。
A plurality of
このような構成によれば、ガスの流れ方向を制御することによって、中間多重管16におけるガスの流量分布の偏りが緩和される。図8に示す形態と比較して、ガスが流通する孔の開口率を大きく設定できるため、整流部材81で受ける抵抗を小さくできる。このため、原料ガス種を切り替えて成膜する工程に好適である。
According to such a configuration, the deviation of the gas flow distribution in the intermediate
このように構成された、この発明の実施の形態3における気相成長装置によれば、実施の形態1に記載の効果を同様に得ることができる。 According to the vapor phase growth apparatus in the third embodiment of the present invention configured as described above, the effects described in the first embodiment can be obtained similarly.
(実施の形態4)
図14は、この発明の実施の形態4における気相成長装置のガス導入管を示す断面図である。図15は、図14中のXV−XV線上に沿ったガス導入管の断面図である。図15中では、説明を簡単にするため、ガス流路31〜33のうちガス流路32の断面のみが示されている。本実施の形態における気相成長装置は、実施の形態1における気相成長装置10と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。
(Embodiment 4)
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a gas introduction pipe of a vapor phase growth apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. 15 is a cross-sectional view of the gas introduction pipe taken along line XV-XV in FIG. In FIG. 15, only the cross section of the
図14および図15を参照して、本実施の形態では、気相成長装置10が、ガス導入部15pおよび15qを含む。ガス導入部15pは、位相X1に配置され、ガス導入部15qは、位相X1とは反対側の位相X2に配置されている。つまり、本実施の形態では、ガスが互いに対向する位相X1および位相X2から中間多重管16に流入する。
Referring to FIGS. 14 and 15, in the present embodiment, vapor
この場合、ガス導入部15pおよび15qから中間多重管16に入った原料ガスは、ガス導入部15pとガス導入部15qとの中間付近で衝突する。この衝突により、ガスの流れ方向は、ガスの流入方向の直交方向(図15中の位相X3および位相X4方向)に変化する。
In this case, the raw material gas that has entered the intermediate
これに対して、本実施の形態では、中間多重管16に整流板91が配置されている。整流板91には、複数のガス流通孔92が形成されている。ガス流路31〜33の各流路において、ガス流通孔92の数は、位相X1および位相X2で相対的に多く、位相X3および位相X4で相対的に少ない。このような構成により、中間多重管16における原料ガスA、原料ガスBおよび押さえガスCの流量分布の偏りがそれぞれ緩和される。
On the other hand, in the present embodiment, a rectifying
図16は、ガスの流入位置とガスの流量が大きくなる位置との関係を模式的に表わす図である。図16(A)を参照して、ガスが等間隔に配置された位相A1,B1,C1から中間多重管16に流入する場合、位相A1と位相B1との中間にある位相U1、位相B1と位相C1との中間にある位相U2、位相C1と位相A1との中間にある位相U3の各位置で、ガスの流量が大きくなる。
FIG. 16 is a diagram schematically showing the relationship between the gas inflow position and the position where the gas flow rate increases. Referring to FIG. 16 (A), when the gas flows into the intermediate
図16(B)を参照して、ガスが等間隔に配置された位相A2,B2,C2,D2から中間多重管16に流入する場合、位相A2と位相B2との中間にある位相V1、位相B2と位相C2との中間にある位相V2、位相C2と位相D2との中間にある位相V3、位相D2と位相A2との中間にある位相V4の各位置で、ガスの流量が大きくなる。
Referring to FIG. 16 (B), when the gas flows into the intermediate
図16(C)を参照して、ガスが位相A3と、位相A3の両側に90°ずれて配置された位相B3および位相C3から中間多重管16に流入する場合、位相A3と位相B3との中間にある位相W1、位相A3と位相C3との中間にある位相W3、位相A3の反対側に配置される位相W2の各位置で、ガスの流量が大きくなる。
Referring to FIG. 16 (C), when the gas flows into phase A3 and phase B3 and phase C3, which are arranged 90 ° shifted on both sides of phase A3, into intermediate
図16(A)〜図16(C)の各気相成長装置において、中間多重管16における流量分布の偏りを緩和させるように整流部材が設けられる。
In each of the vapor phase growth apparatuses shown in FIGS. 16A to 16C, a rectifying member is provided so as to alleviate the uneven flow distribution in the
図16中において、各流入位置から流入するガス流量が均等である場合は、隣接する流入位置からの距離がほぼ等距離にある位相でガス流量が多くなる、という流量分布の偏りが発生する。このため、流量分布の偏りを緩和すべく、その位相付近の上流から下流へのガス流通を相対的に減少させる整流分布を有する整流部材が設けられる。 In FIG. 16, when the gas flow rate flowing from each inflow position is uniform, the flow distribution is biased such that the gas flow rate increases at a phase where the distances from the adjacent inflow positions are substantially equidistant. For this reason, in order to alleviate the unevenness of the flow distribution, a rectifying member having a rectifying distribution that relatively reduces the gas flow from upstream to downstream in the vicinity of the phase is provided.
一方、ガスの流入位置が単数である場合には、流入位置の反対側にある位相でガス流量が多くなる。この場合、その流入位置に隣接する流入位置はそれ自身であるから、その流入位置から時計回りの向きおよび半時計回りの向きに距離がほぼ等しくなる位相で、ガス流量が多くなっていることになる。 On the other hand, when the number of gas inflow positions is singular, the gas flow rate increases at a phase opposite to the inflow position. In this case, since the inflow position adjacent to the inflow position is itself, the gas flow rate is increased at a phase in which the distance is substantially equal in the clockwise direction and the counterclockwise direction from the inflow position. Become.
この点は、多重管の最も内側に配置される最内管であっても、その外側に配置されるがゆえに、周方向の時計回りの向きと半時計回りの向きとのベクトルを有するガス流れに分かれる外管であっても、同様である。 This is because the gas flow having a vector of the clockwise direction and the counterclockwise direction of the circumferential direction is arranged even on the innermost tube arranged on the innermost side of the multiple tube. The same applies to the outer tube divided into two.
但し、最内管では、流入位置から管内の中央部を通るガス流があるため、流入位置からほぼ等距離にある位相を中心とする周方向のガス流量分布は、最内管と外管とでは若干異なる。つまり、横軸を位相、縦軸を流量としたグラフを書くと、流入位置からほぼ等距離にある位相を中心とする山形の曲線が引かれるが、山形のピーク高さや裾野広さ、斜面の形などが、最内管と外管とで異なってくる。このため、それぞれの管のガス流量分布の傾向に応じた整流分布を持つ整流部材が用いられる。 However, in the innermost pipe, there is a gas flow from the inflow position through the central portion of the pipe, so the gas flow distribution in the circumferential direction centered on the phase that is approximately equidistant from the inflow position is the innermost pipe and the outer pipe. So slightly different. In other words, if you write a graph with the horizontal axis as the phase and the vertical axis as the flow rate, a mountain-shaped curve centered on the phase that is approximately equidistant from the inflow position will be drawn, but the peak height, base width, and slope of the mountain shape will be drawn. The shape is different between the innermost tube and the outer tube. For this reason, a rectifying member having a rectifying distribution corresponding to the tendency of the gas flow rate distribution of each pipe is used.
なお、各流入位置から流入するガス流量が均等でない場合は、隣接する流入位置からの距離がほぼ等距離にある位相から、そのガス流量比等のバランスに応じて位置ずれした位相でガス流量が多くなる、という流量分布の偏りが発生する。このため、その位置ずれを考慮した整流分布を有する整流部材が用いられる。 In addition, when the gas flow rate flowing in from each inflow position is not uniform, the gas flow rate is shifted from the phase where the distance from the adjacent inflow position is substantially equidistant to the phase shifted according to the balance of the gas flow rate ratio and the like. The flow distribution is biased to increase. For this reason, the rectification member which has the rectification distribution which considered the position shift is used.
このように構成された、この発明の実施の形態4における気相成長装置によれば、実施の形態1に記載の効果を同様に得ることができる。 According to the vapor phase growth apparatus in the fourth embodiment of the present invention configured as described above, the effects described in the first embodiment can be similarly obtained.
なお、以上に説明した実施の形態1〜4においては、3層のガス流路で構成された多重管について述べたが、これ以外の層の数の多重管を構成してもよい。また、実施の形態1〜4における気相成長装置の構造を適宜組み合わせて、新たな気相成長装置を構成してもよい。 In the first to fourth embodiments described above, the multiple pipes configured with the three-layer gas flow paths have been described, but multiple pipes with other layers may be configured. Further, a new vapor phase growth apparatus may be configured by appropriately combining the structures of the vapor phase growth apparatuses in the first to fourth embodiments.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明における気相成長装置は、複数枚の基板を同時に処理する、ガスを反応室中央部から導入する気相成長装置において、ガス導入管から反応室に導入されるガスの流れが、ガス導入管へのガスの流入方向に寄らず均一となり、反応室内での均一な気相反応、つまりは成膜が可能となる装置である。これにより、高品質な成膜を高い歩留まりで効率良く製造することが可能となるため、薄膜成長により製造される半導体デバイスなどの電子デバイス製造において非常に有用である。 The vapor phase growth apparatus according to the present invention is a vapor phase growth apparatus that simultaneously processes a plurality of substrates and introduces gas from the center of the reaction chamber. It is an apparatus that is uniform regardless of the direction of gas flow into the tube and enables uniform gas phase reaction in the reaction chamber, that is, film formation. This makes it possible to efficiently produce a high-quality film with a high yield, which is very useful in the production of electronic devices such as semiconductor devices produced by thin film growth.
10 気相成長装置、11 反応室、13 ガス導入管、16 中間多重管、16m 上流部、16n 下流部、17 ガス方向転換部、22 サセプタ、22s 周辺部、22t 中心部、25 基板、41,71,73 整流板、76,81 整流部材。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
複数の基板を保持する周辺部と、前記周辺部に取り囲まれた中心部とを含み、前記反応室に設置されるサセプタと、
複数種類のガスを互いに分離して流す多重管構造を有し、前記反応室にガスを導入するガス導入管とを備え、
前記ガス導入管は、
前記中心部に向けてガスを流すガス流通部と、
前記ガス流通部に流れるガスを方向転換させ、前記中心部から前記周辺部に向かう方向に流すガス方向転換部とを含み、
ガスは、前記ガス流通部におけるガスの流れ方向とは異なる方向から前記ガス流通部に流入し、さらに、
前記ガス流通部に配置される整流部材を備え、
前記ガス流通部は、ガスが流入する第1部分と、前記第1部分に接続され、前記ガス方向転換部に連なる第2部分とを含み、
前記第1部分と前記第2部分との接続部分に、前記整流部材が固定されている、気相成長装置。 A reaction chamber;
A susceptor including a peripheral part holding a plurality of substrates and a central part surrounded by the peripheral part, and installed in the reaction chamber;
A multi-tube structure for flowing a plurality of types of gases separately from each other, and a gas introduction pipe for introducing gas into the reaction chamber;
The gas introduction pipe is
A gas flow part for flowing gas toward the central part,
A gas direction changing part that changes the direction of the gas flowing to the gas circulation part and flows in a direction from the central part toward the peripheral part,
The gas flows into the gas circulation part from a direction different from the gas flow direction in the gas circulation part,
Comprising a rectifying member disposed in the gas flow part ,
The gas flow part includes a first part into which gas flows and a second part connected to the first part and connected to the gas direction changing part,
The vapor phase growth apparatus , wherein the rectifying member is fixed to a connection portion between the first portion and the second portion .
前記整流部材は、前記第1位相で相対的に小さく、前記第2位相で相対的に大きくなるガスの流量分布の偏りを緩和するように設けられる、請求項2に記載の気相成長装置。 When the gas flows into the gas circulation part from the first phase centered on the central part and does not flow from the second phase opposite to the first phase,
3. The vapor phase growth apparatus according to claim 2, wherein the rectifying member is provided so as to relieve a deviation in a gas flow rate distribution that is relatively small in the first phase and relatively large in the second phase.
前記整流部材は、前記第1位相および前記第2位相で相対的に小さく、前記第1位相および前記第2位相からずれた位相で相対的に大きくなるガスの流量分布の偏りを緩和するように設けられる、請求項2に記載の気相成長装置。 When the gas flows into the gas circulation part from the first phase centered on the central part, and flows into the gas circulation part from the second phase opposite to the first phase,
The rectifying member is relatively small in the first phase and the second phase, and relaxes the deviation in the gas flow distribution that becomes relatively large in the phase shifted from the first phase and the second phase. The vapor phase growth apparatus according to claim 2 provided.
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