JP5215033B2

JP5215033B2 - 気相成長方法

Info

Publication number: JP5215033B2
Application number: JP2008122936A
Authority: JP
Inventors: 和正池永; 晃山口; 邦全植松
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2008-05-09
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2028-05-09
Also published as: JP2009270170A

Description

本発明は、気相成長方法に関し、詳しくは、基板を自公転させながら基板面に薄膜を気相成長させる自公転型の気相成長装置における基板温度を制御する方法に関する。

成膜室（チャンバー）内のサセプタに保持した基板を加熱手段で所定温度に加熱した状態で成膜室内に原料ガスを供給し、前記基板面に薄膜を堆積させる気相成長装置として、サセプタを回転させて成膜中の基板を自公転させることにより、複数枚の基板に均一に薄膜を形成できるようにした自公転機構を備えた自公転型気相成長装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。さらに、基板温度が薄膜の成長に大きな影響を与えるため、基板とサセプタとの間に調整板を介在させ、調整板の厚さを調節することによって複数の基板の温度を均一化することも行われている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００７−２４３０６０号公報特開２００７−２７３６６０号公報

特許文献２に記載された調整板を採用することで、複数の基板の温度差を解消することはできるが、サファイアなどで形成される調整板を最適な厚さの円盤状に形成するのに手間を要するという問題があった。

そこで本発明は、自公転する複数の基板の温度差を簡単に解消することができ、均一な薄膜を形成することができる気相成長方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の気相成長方法は、気相成長装置の成膜室内に回転可能に設けられた円盤状のサセプタと、該サセプタの周方向に複数個が回転可能に設けられたリング状のプレート受け台と、該プレート受け台にそれぞれ保持された複数の載置プレートと、前記サセプタの裏面側に設けられた加熱手段と、サセプタの回転に伴って前記載置プレートを自公転させる自公転構造とを備え、該自公転構造によって前記載置プレート及び該載置プレート上に載置した基板を自公転させるとともに、前記加熱手段により前記載置プレートを介して基板を加熱しながら前記成膜室内に原料ガスを導入して基板表面に薄膜を形成する気相成長方法において、前記載置プレートを、上部の大径部と下部の小径部とを有し、該大径部と小径部との間の下向き段部を有する形状とし、該下向き段部を前記プレート受け台の内周に設けられた上向き段部の上に着脱可能に載置するとともに、前記載置プレートに載置した基板の温度を低くするように前記小径部の厚さを薄くすることを特徴としている。

本発明の気相成長方法によれば、加熱手段に対向する載置プレートの小径部の厚さを調節して小径部の下面と加熱手段との距離を変化させることによって載置プレートの表面温度を制御することができ、複数の載置プレートにそれぞれ載置される各基板の温度差を解消することができ、均一な薄膜を形成することができる。また、載置プレートは、前述の調整板に比べて厚く形成されるため、小径部の厚さを所定の厚さに調節する加工も容易に行うことができる。

図１は本発明の気相成長方法を実施するための気相成長装置の一形態例を示す断面正面図、図２は同じく要部の断面正面図である。

この気相成長装置は、石英ガラスで覆われた成膜室１１内に円盤状のサセプタ１２を回転可能に設けるとともに、該サセプタ１２の外周部に歯車が形成されたプレート受け台１３を介して、基板設置ステーションとなる複数の載置プレート１４を回転可能に設けた自公転型気相成長装置であって、８枚の基板（図示せず）に同時に薄膜を形成することができるように形成されている。サセプタ１２は、成膜室１１の底面中央部を貫通した回転軸１５により支持されており、サセプタ１２の下方には、載置プレート１４を加熱する加熱手段であるヒーター１６が設けられている。また、成膜室１１のサセプタ１２の表面側中央部には、原料ガスを導入する導入部１７が設けられ、成膜室１１の外周部には排出部１８が設けられている。

前記プレート受け台１３は、内周に載置プレート１４を載置するための上向き段部１３ａを設けたリング状に形成されており、その外周面には、サセプタ１２の外周部に設けられた固定内歯車１２ａに対応した外歯車１３ｂが形成されている。また、前記載置プレート１４は、上部の大径部１４ａと下部の小径部１４ｂとを有する段付円盤状に形成されており、大径部１４ａと小径部１４ｂとの間に形成される下向き段部１４ｃが前記プレート受け台１３の上向き段部１３ａの上に着脱可能に載置された状態で保持される。

この気相成長装置を使用して基板上に薄膜を形成する際には、ヒーター１６により載置プレート１４を介して基板を所定温度に加熱しながら、導入部１７から成膜室１１内に原料ガスを導入し、排気ガスを排出部１８を通して成膜室１１内から排出する。このとき、回転軸１５によってサセプタ１２が回転駆動されることにより、載置プレート１４及び基板は自公転機構により自公転する。

このようにして基板に薄膜を形成する際に、載置プレート１４の前記小径部１４ｂの厚さを調節することにより、小径部１４ｂの下面とヒーター１６の発熱面との距離を変化させてヒーター１６から載置プレート１４に伝わる熱量を制御することができ、複数の載置プレート１４にそれぞれ載置される複数の各基板の温度差を解消することができる。すなわち、小径部１４ｂの厚さＤを薄くすると小径部１４ｂの下面とヒーター１６の発熱面との距離ｄが長くなり、ヒーター１６から載置プレート１４への伝熱量が低下することから、載置プレート１４の上面の温度、即ち基板温度を低くすることができる。なお、プレート受け台１３及び載置プレート１４の材質は任意であるが、例えば、ＳｉＣコートカーボンにて製作することができる。

例えば、載置プレート１４の製作誤差などにより、ヒーター１６の温度条件を一定にしても基板に温度差を生じることがある。このような場合、最も基板温度が高くなっている載置プレートの小径部の下面部分を、基板の温度差に応じた量だけ研削加工して小径部１４ｂの下面とヒーター１６の発熱面との距離ｄを長くすることにより、この載置プレートの表面温度を下げることができ、基板温度が最も低かった載置プレートと基板温度が高かった載置プレートとの温度差を小さくすることができる。

このとき、プレート受け台１３の上向き段部１３ａに載置される下向き段部１４ｃより下方の部分を加工するため、載置プレート１４の下向き段部１４ｃより上方の形状は変化しないことから、載置プレート１４の上に載置する基板の位置が変化することはなく、原料ガスなどの流れに悪影響を及ぼすおそれがない。

図１に示した構成の気相成長装置を使用して薄膜を形成する実験を行った。まず、８個の載置プレート１４として、載置プレート下部の小径部１４ｂの厚さＤが９ｍｍのものをすべて使用してＬＥＤ用の薄膜を形成した。原料ガスには、アンモニア、トリメチルインジウム、トリメチルガリウム及びトリメチルアルミニウムを使用し、ドーピングガスにはモノシラン及びシクロペンタジエニルマグネシムを、キャリアガスに窒素及び水素をそれぞれ使用した。ヒーター１６の温度は８３５℃に設定した。

形成した８枚の薄膜から得た各ＬＥＤの発光波長（ＰＬ波長）を各基板設置ステーション毎に測定した。その結果を図３に示す。この結果から、小径部１４ｂの厚さＤが９ｍｍの同一仕様の載置プレートを使用した場合、ＰＬ波長の最大値と最小値との差が８ｎｍあることがわかった。

次に、小径部１４ｂの厚さＤが５ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍの４種類の載置プレートを２個ずつ使用して前述の条件で薄膜を形成し、載置プレート下部の厚み（小径部１４ｂの厚さＤ）とＰＬ波長との関係を調査した。その結果を図４に示す。この結果から、載置プレート下部の厚みが１ｍｍ増加すると、ＰＬ波長が約５．５ｎｍ短くなることがわかった。また、基板温度が１℃低くなるとＰＬ波長が２ｎｍ長くなることがわかっており、載置プレート下部の厚みが１ｍｍ増加すると、約２．８℃上昇することもわかった。

そこで、図３に示した結果を参照し、ＰＬ波長が最も長く、基板温度が最も低かった基板設置ステーションNo.6を基準とし、他の基板との温度差を解消するため、他の基板設置ステーションに設置する載置プレートの下面を表１に示す量だけ研削加工し、小径部１４ｂの厚さＤを薄くした。

加工後の載置プレートを対応する基板設置ステーションにそれぞれ設置した状態で、前記条件にて８枚の薄膜を形成し、各薄膜から得たＬＥＤのＰＬ波長を各基板設置ステーション毎に測定した。その結果を図５に示す。この結果から、ＰＬ波長の測定結果や基板温度の測定結果に基づいて小径部１４ｂの厚さＤを異なるものとすることにより、ＰＬ波長の最大値と最小値との差を８ｎｍから２．６ｎｍに小さくできることがわかる。

本発明を実施可能な気相成長装置の一形態例を示す断面正面図である。同じく要部の断面正面図である。実施例１において、小径部の厚さが９ｍｍのものをすべて使用したときの基板設置ステーションNo.とＬＥＤの発光波長（ＰＬ波長）との関係を示す図である。実施例１において、載置プレート下部の厚みとＰＬ波長との関係を示す図である。各基板設置ステーションに載置プレート下面を研削加工して載置プレート下部の厚みが異なる載置プレートをそれぞれ設置したときの基板設置ステーションNo.とＬＥＤの発光波長（ＰＬ波長）との関係を示す図である。

符号の説明

１１…成膜室、１２…サセプタ、１２ａ…固定内歯車、１３…プレート受け台、１３ａ…上向き段部、１３ｂ…外歯車、１４…載置プレート、１４ａ…大径部、１４ｂ…小径部、１４ｃ…下向き段部、１５…回転軸、１６…ヒーター、１７…導入部、１８…排出部

Claims

気相成長装置の成膜室内に回転可能に設けられた円盤状のサセプタと、該サセプタの周方向に複数個が回転可能に設けられたリング状のプレート受け台と、該プレート受け台にそれぞれ保持された複数の載置プレートと、前記サセプタの裏面側に設けられた加熱手段と、サセプタの回転に伴って前記載置プレートを自公転させる自公転構造とを備え、該自公転構造によって前記載置プレート及び該載置プレート上に載置した基板を自公転させるとともに、前記加熱手段により前記載置プレートを介して基板を加熱しながら前記成膜室内に原料ガスを導入して基板表面に薄膜を形成する気相成長方法において、前記載置プレートを、上部の大径部と下部の小径部とを有し、該大径部と小径部との間の下向き段部を有する形状とし、該下向き段部を前記プレート受け台の内周に設けられた上向き段部の上に着脱可能に載置するとともに、前記載置プレートに載置した基板の温度を低くするように前記小径部の厚さを薄くすることを特徴とする気相成長方法。