JP5416602B2

JP5416602B2 - Ｍｏｃｖｄ装置

Info

Publication number: JP5416602B2
Application number: JP2010013070A
Authority: JP
Inventors: 映徳生方; 俊也田渕; 功松本
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp; TN EMC Ltd
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp; TN EMC Ltd
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2030-01-25
Also published as: JP2011151298A

Description

本発明は、ＭＯＣＶＤ装置に関し、詳しくは、アルシン（ＡｓＨ_３）やホスフィン（ＰＨ_３）アンモニア（ＮＨ_３）等の原料を使用して反応炉内で基板面にIII-Ｖ族化合物半導体材料の成膜を行うＭＯＣＶＤ装置に関する。

赤色発光デバイスや近赤外域光デバイスを作製するための成長装置として、ヒ素（Ａｓ）やリン（Ｐ）を含む原料ガスを使用するＭＯＣＶＤ装置が知られている。原料ガスとしては、一般的に、アルシンやホスフィン、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）などが使用され、近年では、アルシンやホスフィンの代替原料としてターシャリーブチルホスフィン（ＴＢＰ）やターシャリーブチルアルシン（ＴＢＡ）を用いることがある。

このような原料ガスを使用して成膜を行うと、反応炉内及び配管内部にヒ素原子やリン原子を含む反応生成物が付着する。この反応生成物は、周期的に反応炉を開放して配管などの部品から除去するようにしているが、ヒ素原子やリン原子を含む反応生成物は自然発火性を有しており、空気と接触すると発火するため、反応炉の開放は危険を伴う作業となっている。一方、反応炉を開放しないで反応生成物を除去するクリーニング方法として、反応炉内にハロゲン系化合物をクリーニングガスとして流通させる方法がある（例えば、特許文献１参照。）。

また、ＭＯＣＶＤ装置から排出される排ガス中に含まれる複数の有害成分を除去するため、複数の排気管を設けるとともに各排気管に各有害成分にそれぞれ対応させた除害処理部を設け、排ガス中の成分に応じて複数の除害処理部を選択使用する排気処理装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００８−６０１７１号公報特開２００５−２６６０２号公報

しかし、ハロゲン系ガスは、一般に反応性が高いために取り扱い性に難点がある。例えば、ハロゲン系ガスとして塩素系ガスを用いた場合、金属部材や炭素部材が冒されてしまうおそれがあり、また、僅かな水分との反応で液体の塩酸となり、排気トラップや除害フィルタを目詰まりさせるおそれがある。

また、複数の除害処理部を選択使用する場合は、反応炉から除害処理部に至る排気管内に一方の除害処理部で除害処理する有害成分が残留し、残留した有害成分を他方の除害処理部で十分に除害処理が行えなかったり、残留した有害成分によって他方の除害処理部が短期間で処理不能な状態になってしまったりすることがあった。

そこで本発明は、反応炉から排出される排ガス中に含まれる各種有害成分の除害処理を確実に行うことができるＭＯＣＶＤ装置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ＭＯＣＶＤ装置は、基板面にIII-Ｖ族化合物半導体材料の成膜を行う反応炉と、該反応炉にIII-Ｖ族化合物半導体成膜用の原料ガス及びキャリアガスを導入するための原料ガス導入管と、反応炉から排ガスを導出する排気管と、該排気管に設けられて前記原料ガスの除害処理を行う原料ガス除害装置とを備えたＭＯＣＶＤ装置において、前記原料ガス導入管に前記反応炉の内面に付着した反応生成物を除去するためのクリーニングガスとしてアミン系ガス又は反応炉内でアミン系ガスに変化するガスを供給するクリーニングガス供給源を設けるとともに、前記排気管の前記原料ガス除害装置の上流側に前記クリーニングガスの除害処理を行うクリーニングガス除害装置を直列に設け、前記アミン系ガス（アミノ基の構造を有する化合物）又は反応炉内でアミン系ガスに変化するガスとしては、金属アミド化合物をあげることができる。具体的には、トリメチルアミン、ジメチルアミン、モノメチルアミン、トリエチルアミン、ジエチルアミン、モノエチルアミン、ジメチルヒドラジン、ヒドラジン、テトラキスエチルメチルアミノハフニウム、テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム、テトラキスエチルメチルアミノシリコン、テトラキスジメチルアミノチタン、ジメチルエチルアミノアランのいずれかから選択される少なくとも１つのガスを用いることを特徴としている。

また、前記クリーニングガス除害装置における除害剤は、酸化鉄（III）を主成分とした除害剤を使用することが好ましい。

本発明のＭＯＣＶＤ装置によれば、原料ガスの除害処理を行う原料ガス除害装置の上流側にクリーニングガスの除害処理を行うクリーニングガス除害装置を直列に設けているので、クリーニングガス由来の有害成分が原料ガス除害装置の除害処理に悪影響を与えることがなくなり、原料ガス除害装置における除害処理を確実に行うことができる。特に、クリーニングガス除害装置の除害剤を、酸化鉄（III）を主成分とする除害剤を使用することにより、クリーニングガスとして用いられたアミン系ガスの除害処理、除去処理を確実に行うことができる。

さらに、クリーニングガスとしてアミン系ガス又は反応炉内でアミン系ガスに変化するガスを使用することにより、アミン系ガスが有する腐食性を利用して反応炉や配管を大気開放することなく、ヒ素化合物やリン化合物からなる反応生成物を除去することができる。また、クリーニング後に大気開放しても、残留物が自然発火することはなく、安全に反応炉などを大気開放して補修作業を行うことができる。

本発明方法を実施するＭＯＣＶＤ装置の一例を示す系統図である。

本形態例に示すＭＯＣＶＤ装置は、ステンレス鋼製のチャンバー１１の内部に、石英製の反応炉（フローライナー）１２を収容し、該反応炉１２内に設置したサセプタ１３に基板を載置し、サセプタ１３を回転軸１３ａで回転させながらヒータで所定温度に加熱するとともに、原料ガス導入管１４からキャリアガスに同伴させた原料ガスを反応炉１２内に導入して基板面にヒ素化合物やリン化合物を含む膜、例えば、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓなどのIII-Ｖ族化合物半導体材料を成膜するものであって、成膜中又はクリーニング中の排ガスは、反応炉１２の下流側に接続されている排気管１５に設けたドライポンプなどの排気装置１６に吸引され、クリーニングガス除害装置１７及び原料ガス除害装置１８を経て除害処理された後に排出される。原料ガス導入管１４には、キャリアガス供給源１９と、原料ガスとなる第１原料ガス供給源２０及び第２原料ガス供給源２１と、クリーニングガス供給源２２とが設けられている。

成膜を行う際には、キャリアガス供給源１７からは水素、窒素などのキャリアガスが供給され、第１原料ガス供給源２０からはアルシンやホスフィンなどのヒ素原子又はリン原子を含む原料ガスが供給され、第２原料ガス供給源からはトリメチルガリウムやトリメチルインジウム、トリメチルアルミニウムなどの有機金属系原料ガスが成膜する膜の種類に応じてそれぞれ供給される。成膜中には、原料ガスの熱分解や反応によって基板面に前記半導体材料が成膜されるが、反応炉１２の内面や排気管１５などの配管の内面にも、前記半導体材料と同じ反応生成物２３が粉末状態又は破片状態となって付着する。

反応炉１２の内面などのクリーニングを行う際には、前記クリーニングガス供給源２２から、成膜中に反応炉１２の内面などに付着したヒ素化合物やリン化合物からなる反応生成物２３を除去するためのクリーニングガスとして、アミン系ガス又は熱分解によりアミン系ガスを生成するガスが供給される。アミン系ガス又は熱分解によりアミン系ガスを生成するガスとしては、トリメチルアミン、ジメチルアミン、モノメチルアミン、トリエチルアミン、ジエチルアミン、モノエチルアミン、ジメチルヒドラジン、ヒドラジン、ジメチルエチルアミノアラン（Ｃ_４Ｈ_１１Ｎ・ＡｌＨ_３）、テトラキスエチルメチルアミノハフニウム（Ｈｆ［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）ＣＨ_３］_４）、テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（Ｚｒ［Ｎ（ＣＨ_３）ＣＨ_２ＣＨ_３］_４）、テトラキスエチルメチルアミノシリコン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）ＣＨ_２ＣＨ_３］_４）、テトラキスジメチルアミノチタン（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_４）などの各種のものを使用可能であるが、コストや取り扱い性、危険性などを考慮すると、熱分解によりジエチルアミンと窒素とを生成するジメチルヒドラジン、アルミ配線技術などのプロセスで一般的に用いられているジメチルエチルアミノアランが最適である。

成膜中に反応炉１２や排気管１５に付着した反応生成物を除去するためのクリーニング操作は、第１原料ガス供給源２０及び第２原料ガス供給源２１からの原料ガスの供給を停止し、反応炉１２内を適当な圧力に保持した状態で、原料ガス導入管１４から反応炉１２内に、キャリアガス供給源１７から水素を供給するとともに、クリーニングガス供給源２２からクリーニングガスとを供給することによって行うことができる。

クリーニング中の反応炉１２などは、クリーニング効果を高めるために高温に加熱することが好ましい。加熱温度は任意であるが、低すぎると熱分解によりアミン系ガスを生成するガスを十分に熱分解させることができず、８００℃未満では十分なクリーニング効果を得ることが困難であり、１０００℃を超えると加熱に要するコストが増大するため、通常は、８００〜１１００℃の範囲に加熱することが好ましい。

また、常温で液体又は固体の物質をクリーニングガスとして供給する場合は、液体や固体を適当な温度に加熱したり、液体中に水素や窒素でバブリングしたりしてガス化することにより容易に供給することができる。この場合は、原料ガス導入管１４などの配管内でクリーニングガスが再液化又は再固化しないように、配管を適度な温度に加熱しておくことが望ましい。

例えば、水素を１０ＳＬＭで供給してクリーニングを行う場合、クリーニングガスとしてジメチルヒドラジンを使用するときには、４５℃にて５００ｓｃｃｍの窒素ガスでバブリングすることにより、適当量のジメチルヒドラジンを窒素に同伴させて反応炉１２内に供給することができる。また、ヒドラジンを使用するときには、２５℃にて１ＳＬＭの窒素ガスでバブリングすることにより適当量のヒドラジンを供給することができる。さらに、クリーニングガスは、あらかじめ水素と混合した状態で供給することもできる。

クリーニングガスとしてジメチルエチルアミノアランなどの金属原子を含むものを使用した場合、反応炉１２内で分解することで反応炉１２などの内部に金属が残留するため、クリーニング終了後にＭＯＣＶＤ装置を大気開放して反応炉１２などから金属を除去する工程を行う必要がある。反応炉１２などの内部に残留する金属は、完全な膜として付着するのではなくフレーク状態となって反応炉１２などの内面に付着するので、真空掃除機のようなものを使用することによって金属の大半を除去することができる。

また、クリーニング中に十分に加熱されている部分は、クリーニングガスによって反応生成物を十分に除去することができるが、配管の下流側など、加熱が十分に行えない部分では、僅かに付着物が残留することがあるが、残留した付着物は、アミン系ガスとの反応で発火性を失った状態になっているので、大気開放しても付着物が発火するおそれはない。さらに、濃度５〜１０％程度のフッ酸を用いて洗浄することにより、反応炉１２などに残留した金属や前記付着物を完全に除去することができる。また、ステンレス鋼の部分は、布材を用いて拭き取り作業を行うことで付着した金属類を除去することができる。

前記原料ガス除害装置１８は、従来からこの種のＭＯＣＶＤ装置の除害装置として用いられている各種除害装置を用いることができ、例えば、水酸化銅を主成分とする除害剤を充填した除害カラムに排ガスを流通させる除害装置を用いることができる。

原料ガス除害装置１８の上流側に直列に設けられたクリーニングガス除害装置１７は、クリーニング中の反応炉１２から排出される排ガス中の有害成分、主として前記アミン系ガスの除害処理、除去処理を行うものであって、除害剤としては、アミン系ガスの除害処理を行うことができ、かつ、成膜中に反応炉１２から排出される排ガス中に含まれる成分によって処理能力が損なわれないものならば各種除害剤を使用することができるが、これらの条件を満たす除害剤としては、酸化鉄（III）を主成分とした除害剤が最適である。

酸化鉄としては各種のものが存在するが、酸化鉄（II、III）（Ｆｅ_３Ｏ_４）は、アミン系ガスとは反応せず、酸化鉄（II）（ＦｅＯ）は、アンモニアなどとも反応することから、アミン系ガスの除害処理を行うための除害剤としては、アミン系ガスを選択的に除害処理することができる前記酸化鉄（III）を反応主成分として使用する。

除害剤は、球状、円柱状、破砕状などの形状であり、最大長が１〜２０ｍｍ程度の範囲、最短長が１〜２０ｍｍ程度の範囲の大きさである。除害剤の成形方法は、押し出し造粒、転動造粒、破砕、打錠などの一般的な成形方法を採用することができる。このような粒状に成形された除害剤は、除害カラムに充填した状態で排ガスの除害処理に用いることができる。除害カラムへの充填密度は、差圧が生じない十分な低い密度であることが望ましい。

このように、酸化鉄（III）を反応主成分とする除害剤を用いてアミン系ガスの除害処理を行うクリーニングガス除害装置１７を、他の成分の除害処理を行う原料ガス除害装置１８の上流側に直列に設けることにより、アミン系ガスによって後段の原料ガス除害装置１８に使用した除害剤の処理能力を損なうことがなくなり、原料ガス除害装置１８における除害対象成分の除害処理を確実に行うことができる。

１１…チャンバー、１２…反応炉、１３…サセプタ、１３ａ…回転軸、１４…原料ガス導入管、１５…排気管、１６…排気装置、１７…クリーニングガス除害装置、１８…原料ガス除害装置、１９…キャリアガス供給源、２０…第１原料ガス供給源、２１…第２原料ガス供給源、２２…クリーニングガス供給源、２３…反応生成物

Claims

基板面にIII-Ｖ族化合物半導体材料の成膜を行う反応炉と、該反応炉にIII-Ｖ族化合物半導体成膜用の原料ガス及びキャリアガスを導入するための原料ガス導入管と、反応炉から排ガスを導出する排気管と、該排気管に設けられて前記原料ガスの除害処理を行う原料ガス除害装置とを備えたＭＯＣＶＤ装置において、前記原料ガス導入管に前記反応炉の内面に付着した反応生成物を除去するためのクリーニングガスとしてアミン系ガス又は反応炉内でアミン系ガスに変化するガスを供給するクリーニングガス供給源を設けるとともに、前記排気管の前記原料ガス除害装置の上流側に前記クリーニングガスの除害処理を行うクリーニングガス除害装置を直列に設け、
前記アミン系ガス又は反応炉内でアミン系ガスに変化するガスは、ジメチルヒドラジン、ヒドラジン、テトラキスエチルメチルアミノハフニウム、テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム、テトラキスエチルメチルアミノシリコン、テトラキスジメチルアミノチタン、ジメチルエチルアミノアランのいずれかから選択される少なくとも１つのガスであることを特徴とするＭＯＣＶＤ装置。
前記クリーニングガス除害装置は、除害剤として酸化鉄（III）を主成分とした除害剤を使用していることを特徴とする請求項１記載のＭＯＣＶＤ装置。