JP5833429B2 - Semiconductor manufacturing equipment - Google Patents

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本発明は、反応室内に設置した基板の表面に結晶成長させて半導体を製造する装置に関し、特にフローチャンネル式のMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)に好適な装置の構造に関する。   The present invention relates to an apparatus for manufacturing a semiconductor by growing crystals on the surface of a substrate placed in a reaction chamber, and more particularly to an apparatus structure suitable for a flow channel type MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition).

半導体製造装置には、基板の種類や基板の設置構造、反応ガスの供給方法、などによって種々の構造のものが使用されている。近年、膜厚を原子層オーダで制御することができるMOCVD装置が多用されている。   Semiconductor manufacturing apparatuses having various structures are used depending on the type of substrate, the substrate installation structure, the reaction gas supply method, and the like. In recent years, MOCVD apparatuses capable of controlling the film thickness on the atomic layer order are frequently used.

代表的なMOCVD装置の一例として、フローチャンネル方式のMOCVD装置の構造を図8に示す。このMOCVD装置では、反応室1内に材料ガスのガス流層を形成するためのフローチャンネル2が設けられ、基板5はサセプタ4に固定された状態で、フローチャンネル2に面して設置される。フローチャンネル2には、一端側に材料ガス供給管6、7が接続され、内部に材料ガスが導入されると共に、他端側には、余剰の材料ガスや反応により副生したガスを排出するための排気管3が接続されている。サセプタ4の基板搭載面と反対の側には、ヒーター10が配置され、裏面からサセプタ4を加熱し、基板温度を制御している。基板上に成長させる結晶が窒化ガリウム(GaN)の場合、結晶成長温度がAlGaAsやAlGaInPより200℃から300℃高く、1000℃を超える高温となる。基板温度の制御は、均一な組成、膜厚で結晶成長させるために極めて重要である。このため、ヒーター10が配置される空間(ヒーター室)を隔壁12で仕切り、さらにヒーター10の周囲に遮熱板110を配置し、サセプタの基板搭載面をヒーターの輻射熱から遮断している。   As an example of a typical MOCVD apparatus, the structure of a flow channel type MOCVD apparatus is shown in FIG. In this MOCVD apparatus, a flow channel 2 for forming a gas flow layer of a material gas is provided in a reaction chamber 1, and a substrate 5 is installed facing the flow channel 2 while being fixed to a susceptor 4. . Material gas supply pipes 6 and 7 are connected to the flow channel 2 at one end side, and a material gas is introduced into the flow channel 2, and surplus material gas and gas by-produced by the reaction are discharged to the other end side. For this purpose, an exhaust pipe 3 is connected. A heater 10 is disposed on the side of the susceptor 4 opposite to the substrate mounting surface, and the susceptor 4 is heated from the back side to control the substrate temperature. When the crystal grown on the substrate is gallium nitride (GaN), the crystal growth temperature is higher by 200 ° C. to 300 ° C. than AlGaAs or AlGaInP, and is higher than 1000 ° C. Control of the substrate temperature is extremely important for crystal growth with a uniform composition and film thickness. For this reason, the space (heater chamber) in which the heater 10 is disposed is partitioned by the partition wall 12, and the heat shield plate 110 is disposed around the heater 10 to block the substrate mounting surface of the susceptor from the radiant heat of the heater.

また従来のMOCVD装置では、ヒーター端子やヒーター室内にあるサセプタ回転機構の部分を保護するとともに結晶成長に使われる材料ガスがヒーター室に侵入するのを防止するために、隔壁12で仕切られたヒーター室内に窒素などの不活性ガス(パージガス)を流している。パージガスは、内部構造部品を冷却すると同時に自身は加熱され、ヒーター室から排気される段階ではサセプタ温度に近い高温に達している。   Further, in the conventional MOCVD apparatus, the heater partitioned by the partition 12 is used to protect the heater terminal and the susceptor rotating mechanism in the heater chamber and prevent the material gas used for crystal growth from entering the heater chamber. An inert gas (purge gas) such as nitrogen is allowed to flow into the room. The purge gas is heated at the same time as cooling the internal structural components, and reaches a high temperature close to the susceptor temperature when exhausted from the heater chamber.

このように高温下で結晶成長し且つ温度制御が極めて重要であるMOCVDでは、次のような課題が存在する。一つは、フローチャンネル2のガス上流側において、ヒーター室隔壁12とサセプタ4端部との間の領域が、サセプタ4及びヒーター10からの輻射熱、及び高温に加熱されたパージガスによって熱せられ、この領域で材料ガスが熱分解し、堆積するという問題である。その結果、材料ガスの使用効率が低下するという問題及びフローチャンネルの清掃回数が増加するという問題が生じる。   As described above, MOCVD in which crystal growth is performed at a high temperature and temperature control is extremely important has the following problems. One is that the region between the heater chamber partition wall 12 and the end of the susceptor 4 is heated on the gas upstream side of the flow channel 2 by the radiant heat from the susceptor 4 and the heater 10 and the purge gas heated to a high temperature. The problem is that the material gas is thermally decomposed and deposited in the region. As a result, the problem that the use efficiency of material gas falls and the frequency | count of cleaning of a flow channel increase arise.

さらに、図8に示すような、ガスが水平方向に供給されるホリゾンタル方式のMOCVDでは、基板の直上にガスの淀み層が形成され、水平なガス流層に供給された材料ガスがこの淀み層に拡散して基板に到達するようなガス流が形成されることが、高品質なエピタキシャル結晶成長膜を得るために非常に重要である。しかし上述のように、フローチャンネルの上流側に堆積物が形成された場合、この堆積物が厚みを増して剥離し、ガス流を乱し、熱化学分解反応を介した結晶成長過程を阻害するおそれがある。   Further, in the horizontal type MOCVD in which gas is supplied in the horizontal direction as shown in FIG. 8, a gas stagnation layer is formed immediately above the substrate, and the material gas supplied to the horizontal gas flow layer is the stagnation layer. In order to obtain a high quality epitaxial crystal growth film, it is very important that a gas flow that diffuses into the substrate and reaches the substrate is formed. However, as described above, when deposits are formed on the upstream side of the flow channel, the deposits increase in thickness and detach, disturb the gas flow, and inhibit the crystal growth process through the thermochemical decomposition reaction. There is a fear.

これらMOCVD装置の課題に対し、従来、種々の解決方法が提案されている。例えば、特許文献1や特許文献2には、フローチャンネルの上流側の下部に、冷却容器を設置し、この冷却容器内に冷媒を循環させる構造が提案されている。   Various solutions have been proposed for the problems of these MOCVD apparatuses. For example, Patent Documents 1 and 2 propose a structure in which a cooling container is installed in the lower part on the upstream side of the flow channel and the refrigerant is circulated in the cooling container.

特開2000−100726号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-1000072 特開2001−23902号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-23902

上述した従来技術は、フローチャンネルの上流側に冷却容器を設置して、フローチャンネルへの堆積物の発生を防止するというものであるが、このような冷却容器を設置する際、特許文献2の図1に記載されるように冷却容器の位置がサセプタに近い場合、サセプタ側面も冷やされてしまうため、サセプタ外周温度が低下し、サセプタ基板搭載面の温度の均一性に影響を与えるという問題を生じる。また冷却容器が設置されていないフローチャンネルの上流側の部分は依然として、パージガスにより高温に加熱され、堆積物が生じやすいという問題が残る。また特許文献1に記載されるように、サセプタをリフレクタで覆い、その外側に冷却容器を配置した場合には、サセプタ側面が冷やされるという問題はないが、サセプタ周囲と冷却容器が設置されたフローチャンネルの部分との間の領域に堆積物が生じやすい領域が残る。即ち、これら従来技術は、上述したMOCVD装置の課題に十分な解決手段にはなっていない。加えて、高温にさらされる反応容器内に冷却容器や冷媒を供給するための供給路を設置する場合、これら容器や管の材料には、高価で且つ加工の難しい耐熱性材料を使う必要がある。そのため高度な製造技術や高い製造コストが要求される。   The conventional technology described above is to install a cooling container upstream of the flow channel to prevent deposits from being generated on the flow channel. As shown in FIG. 1, when the position of the cooling container is close to the susceptor, the side surface of the susceptor is also cooled, so that the susceptor outer peripheral temperature is lowered and the temperature uniformity of the susceptor substrate mounting surface is affected. Arise. Further, the upstream portion of the flow channel where the cooling vessel is not installed is still heated to a high temperature by the purge gas, and there remains a problem that deposits are likely to occur. Further, as described in Patent Document 1, when the susceptor is covered with a reflector and a cooling container is disposed outside the susceptor, there is no problem that the side surface of the susceptor is cooled, but the flow around the susceptor and the cooling container is installed. A region where deposits are likely to occur is left in the region between the channel portions. That is, these conventional techniques are not sufficient means for solving the above-mentioned problems of the MOCVD apparatus. In addition, when installing a supply path for supplying a cooling container or a refrigerant in a reaction container exposed to a high temperature, it is necessary to use an expensive and difficult-to-process heat resistant material for the material of these containers and pipes . Therefore, advanced manufacturing technology and high manufacturing cost are required.

そこで本発明は、フローチャンネルのガス上流側における高温化の問題、特にそれに伴うガスの無駄な消費と堆積物の生成とを、簡素な構成で抑制できる半導体製造装置を提供することを課題とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus that can suppress problems of high temperature on the gas upstream side of the flow channel, in particular, unnecessary gas consumption and generation of deposits associated therewith, with a simple configuration. .

上記課題を解決するため本発明の半導体製造装置は、ヒーター室に流されるパージガスのガス流を制御する手段を設け、ガス流の制御によってフローチャンネルのガス上流側の領域の温度が必要以上に高くなることを防止する。   In order to solve the above problems, the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention is provided with means for controlling the gas flow of the purge gas flowing into the heater chamber, and the temperature of the region upstream of the gas in the flow channel is higher than necessary by controlling the gas flow. To prevent becoming.

即ち、本発明の半導体製造装置は、反応容器と、前記反応容器内に設置され、基板を搭載するサセプタと、サセプタに搭載された基板の表面に沿って材料ガスを供給するフローチャンネルと、前記サセプタの基板搭載面と反対側に設置されたヒーターと、前記ヒーターを囲むように配置された遮熱板と、前記反応容器にパージガスを供給するパージガス供給手段とを備え、前記遮熱板は、互いに間隔を持って配置された複数の側面遮熱板を含み、当該複数の側面遮熱板は、板面の延長面(即ち板面と平行な方向)が前記フローチャンネルの底面と交差し且つ端部が前記フローチャンネルの底面との間に隙間を持って配置され、前記側面遮熱板の、ヒーターに近い方を内側、ヒーターから遠い方を外側とするとき、前記側面遮熱板の外側を通り、前記側面遮熱板の端部と前記フローチャンネルの底面との隙間を経て、前記複数の側面遮熱板間及び前記側面遮熱板の内側と前記ヒーターとの隙間を通るパージガス流路を形成するガス流制御手段を備える。 That is, the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention includes a reaction vessel, a susceptor installed in the reaction vessel and mounting a substrate, a flow channel for supplying a material gas along the surface of the substrate mounted on the susceptor, A heater installed on the opposite side of the substrate mounting surface of the susceptor, a heat shield plate disposed so as to surround the heater, and a purge gas supply means for supplying a purge gas to the reaction vessel, the heat shield plate, A plurality of side surface heat shield plates disposed at a distance from each other, wherein the plurality of side surface heat shield plates have an extension surface of the plate surface (that is, a direction parallel to the plate surface) intersecting a bottom surface of the flow channel; The end is disposed with a gap between the bottom surface of the flow channel, and when the side heat shield is closer to the heater inside and the side far from the heater is outer, the outer side of the side heat shield is Through A purge gas flow path is formed between the plurality of side surface heat shield plates and the gap between the side surface heat shield plates and the heater via a gap between the end of the side surface heat shield plate and the bottom surface of the flow channel. Gas flow control means is provided.

また本発明の半導体製造装置の複数の側面遮熱板の端部は、フローチャンネル底面からの距離が、外側から内側に向かって、小さくなるように配置されている。 The ends of the multiple side heat shield plate of the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, the distance from the flow channel bottom, from the outside to the inside, is arranged to be smaller.

本発明の半導体製造装置は、反応容器内に供給されるパージガスの流路を制御し、サセプタとガス上流側の間のフローチャンネルの底面に沿って、サセプタに向かうパージガスの流れを作り出すことにより、高価な部品を追加することなく、効率よくフローチャンネルの上流側を冷却することができ、その領域への堆積物の堆積や、堆積物に起因する結晶成長阻害等の諸問題を解決することができる。またパージガスの流れは、サセプタの外側からサセプタに向かって形成されるので、ヒーターやサセプタによって加熱される前にフローチャンネル底面に供給されるので効率よく冷却することができる。またパージガスは、フローチャンネル底面に沿って流れる間に温度が上昇し、サセプタ側面に当たるのでサセプタ側面を過度に冷却するおそれがない。   The semiconductor manufacturing apparatus of the present invention controls the flow path of the purge gas supplied into the reaction vessel and creates a flow of the purge gas toward the susceptor along the bottom surface of the flow channel between the susceptor and the gas upstream side. The upstream side of the flow channel can be efficiently cooled without adding expensive parts, and it is possible to solve various problems such as accumulation of deposits in the region and inhibition of crystal growth caused by the deposits. it can. Further, since the purge gas flow is formed from the outside of the susceptor toward the susceptor, it is supplied to the bottom surface of the flow channel before being heated by the heater or the susceptor, so that it can be efficiently cooled. Further, since the temperature of the purge gas rises while flowing along the bottom surface of the flow channel and hits the side surface of the susceptor, there is no possibility of excessively cooling the side surface of the susceptor.

また本発明の半導体製造装置は、複数の側面遮熱板で構成される遮熱板の端部とフローチャンネルとの距離を、外側から内側に向かって徐々に狭める構成とすることにより、外側から導入されたパージガスの流入を容易にすることができ、しかも確実に全ての側面遮熱板間に誘導することができ、遮熱板の機能を高めることができる。これにより遮熱板からの二次輻射を抑制することができる。   Further, the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention has a configuration in which the distance between the end portion of the heat shield plate constituted by a plurality of side surface heat shield plates and the flow channel is gradually narrowed from the outside toward the inside, so that from the outside. Inflow of the introduced purge gas can be facilitated, and can be reliably guided between all the side heat shield plates, and the function of the heat shield plate can be enhanced. Thereby, the secondary radiation from a heat shield can be suppressed.

本発明の第一実施形態の半導体製造装置の概要を示す図で、(a)は装置のA−A’断面図、(b)は側断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the outline | summary of the semiconductor manufacturing apparatus of 1st embodiment of this invention, (a) is A-A 'sectional drawing of an apparatus, (b) is a sectional side view. 図1の半導体製造装置の遮熱板11とパージガス流路の詳細構造を示す図The figure which shows the detailed structure of the thermal-insulation board 11 and purge gas flow path of the semiconductor manufacturing apparatus of FIG. フローチャンネル床板及び基板表面の結晶成長膜厚を示す図で、(a)は第一実施形態の場合、(b)は第二実施形態の場合、(c)は図8に示す従来装置の場合を示し、(d)は(a)〜(c)における位置P1、P2を説明する図である。It is a figure which shows the crystal growth film thickness of a flow channel floor board and a substrate surface, (a) is the case of 1st embodiment, (b) is the case of 2nd embodiment, (c) is the case of the conventional apparatus shown in FIG. (D) is a figure explaining the positions P1 and P2 in (a)-(c). 本発明の第二実施形態の半導体製造装置の概要を示す側断面図Side sectional view which shows the outline | summary of the semiconductor manufacturing apparatus of 2nd embodiment of this invention. 図4の半導体製造装置の遮熱板とパージガス流路の詳細構造を示す図The figure which shows the detailed structure of the heat-shielding board and purge gas flow path of the semiconductor manufacturing apparatus of FIG. 本発明の半導体製造装置で結晶成長する結晶膜の一例を示す断面図Sectional drawing which shows an example of the crystal film which a crystal grows with the semiconductor manufacturing apparatus of this invention 実施例における結晶膜の膜厚測定点を説明する図The figure explaining the film thickness measurement point of the crystal film in the example 従来の半導体製造装置の一例を示す図Diagram showing an example of conventional semiconductor manufacturing equipment

以下、本発明の半導体製造装置の実施形態を、図面を参照して説明する。   Embodiments of a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

<第一実施形態>
図1に、本実施形態の半導体製造装置の概要を示す。図1(a)は(b)に示す側断面図のA−A’断面図、(b)は側断面図である。この半導体製造装置は、フローチャンネル方式のMOCVD装置であり、外部に対し気密された反応容器1と、反応容器1内に設置され、一端側2aに材料ガスを供給するためのガス供給管6、7が接続されるとともに他端側2bに開放された開口部を持つフローチャンネル2と、フローチャンネル2の他端側2bに設置された排気管3と、基板5を支持するサセプタ4と、サセプタ4の基板搭載面と反対側に設置されたヒーター10と、ヒーター10を囲むように設置された遮熱板11と、ヒーター10及び遮熱板11を反応容器1の他の空間から隔てるヒーター室隔壁12と、サセプタ4を回転させるための回転機構13とを備えている。
<First embodiment>
FIG. 1 shows an outline of the semiconductor manufacturing apparatus of this embodiment. Fig.1 (a) is AA 'sectional drawing of the side sectional view shown in (b), (b) is side sectional drawing. This semiconductor manufacturing apparatus is a flow channel type MOCVD apparatus, which is a reaction vessel 1 hermetically sealed to the outside, a gas supply pipe 6 installed in the reaction vessel 1 and for supplying a material gas to one end side 2a, 7, a flow channel 2 having an opening open to the other end 2b, an exhaust pipe 3 installed on the other end 2b of the flow channel 2, a susceptor 4 supporting the substrate 5, and a susceptor 4, a heater 10 installed on the opposite side of the substrate mounting surface, a heat shield plate 11 installed so as to surround the heater 10, and a heater chamber that separates the heater 10 and the heat shield plate 11 from other spaces in the reaction vessel 1. A partition wall 12 and a rotation mechanism 13 for rotating the susceptor 4 are provided.

反応容器1は、ガス供給管6、7が接続された端面と対向する面に、基板を出し入れするための開口部(不図示)を有し、反応時には開口部を蓋で密閉し、反応終了後は蓋を開けて基板を出し入れできるようになっている。また反応容器1内のフローチャンネル2外側の空間に、窒素等の不活性ガスを供給するためのパージガス供給管8、9が接続されている。本実施形態では、パージガス供給管を、ヒーター室隔壁で囲まれる空間(ヒーター室)の外側にパージガスを供給する供給管8と、ヒーター室内に供給する供給管9との2系統設けている。供給管9は、複数のガス吹き出し口を有し、ヒーター室の複数個所からパージガスを供給するようになっている。パージガス供給管8から供給されるパージガスは、フローチャンネル2内とヒーター室内とを除く反応容器内を流れることにより、反応容器内を冷却する。供給管9から供給されるパージガスは、後述する遮熱板11によって流れを制御されて、遮熱板11と隔壁12との間及びフローチャンネル2の上流側を冷却する。   The reaction vessel 1 has an opening (not shown) for taking in and out the substrate on the surface facing the end face to which the gas supply pipes 6 and 7 are connected, and the reaction is completed by sealing the opening with a lid during the reaction. After that, the lid can be opened and the substrate can be taken in and out. Further, purge gas supply pipes 8 and 9 for supplying an inert gas such as nitrogen are connected to the space outside the flow channel 2 in the reaction vessel 1. In this embodiment, two systems of purge gas supply pipes are provided: a supply pipe 8 for supplying purge gas to the outside of a space (heater chamber) surrounded by a heater chamber partition wall, and a supply pipe 9 for supplying the heater chamber. The supply pipe 9 has a plurality of gas outlets and supplies purge gas from a plurality of locations in the heater chamber. The purge gas supplied from the purge gas supply pipe 8 flows in the reaction vessel excluding the flow channel 2 and the heater chamber, thereby cooling the reaction vessel. The purge gas supplied from the supply pipe 9 is controlled in flow by a heat shield plate 11 described later to cool the space between the heat shield plate 11 and the partition wall 12 and the upstream side of the flow channel 2.

なおパージガスは、サセプタ4、ヒーター10、遮熱板11など反応容器内にある部材を腐食しないガスであればよく、具体的には窒素ガス、水素ガス、アルゴンガス等を用いることができる。後述するフローチャンネル床板部を効率よく冷却するためには、非常に軽く拡散性に優れる水素と、粘性がありガス流を維持しやすい特性を持つ窒素との混合ガスを用いることが好ましい。具体的には、水素:窒素=0:1〜3:1の混合ガスが好ましく、特に1000℃以上の高温で結晶成長する場合、例えばGaN系結晶成長する場合は、水素:窒素=1:3〜3:1の混合ガスが好ましい。なお、窒素の代わりにアルゴンガスと水素との混合ガスを用いてもよい。   The purge gas may be any gas that does not corrode members in the reaction vessel such as the susceptor 4, the heater 10, and the heat shield plate 11. Specifically, nitrogen gas, hydrogen gas, argon gas, or the like can be used. In order to efficiently cool the flow channel floor plate described later, it is preferable to use a mixed gas of hydrogen that is extremely light and excellent in diffusibility and nitrogen that has viscosity and easily maintains a gas flow. Specifically, a mixed gas of hydrogen: nitrogen = 0: 1 to 3: 1 is preferable. Particularly, when crystal growth is performed at a high temperature of 1000 ° C. or higher, for example, when GaN-based crystal growth is performed, hydrogen: nitrogen = 1: 3. A gas mixture of ˜3: 1 is preferred. Note that a mixed gas of argon gas and hydrogen may be used instead of nitrogen.

フローチャンネル2は、本体21と底板22とで構成されており、底板22にはサセプタ4を取り付けるための円形の開口が形成されている。底板22は基板5の出し入れ時に、サセプタ4の上部とともに本体21から取り外し、反応容器1の開口部から取り出すことができる。またフローチャンネル2のガス上流側2a即ちガス供給管6、7が接続される側には、ガスの流路を隔てるための仕切板23が設けられ、ガス上流側の流路を上下2段に分けている。上側のガス供給管6からは、例えば、有機金属等の材料ガスが供給され、上側のガス供給管7からは水素や窒素などのキャリアガスが供給され、これにより材料ガスは水平方向のガス流層になって基板上の淀み層に運ばれ、淀み層に拡散する。   The flow channel 2 is composed of a main body 21 and a bottom plate 22, and a circular opening for attaching the susceptor 4 is formed in the bottom plate 22. The bottom plate 22 can be removed from the main body 21 together with the upper portion of the susceptor 4 and taken out from the opening of the reaction vessel 1 when the substrate 5 is taken in and out. Further, a partition plate 23 for separating the gas flow path is provided on the gas upstream side 2a of the flow channel 2, that is, the side where the gas supply pipes 6 and 7 are connected. It is divided. For example, a material gas such as an organic metal is supplied from the upper gas supply pipe 6, and a carrier gas such as hydrogen or nitrogen is supplied from the upper gas supply pipe 7, whereby the material gas flows in the horizontal direction. Layers are carried to the stagnation layer on the substrate and diffuse into the stagnation layer.

排気管3は、フローチャンネル2の開口した排気側の端部2bのサイズ(縦と横の大きさ)よりサイズの大きい開口を有する開口部31と、開口部と反応容器1の排気口19とをつなぐ管部32とからなり、開口部31の開口がフローチャンネル2の排気側の端部2bと対向するように配置されている。また排気管3は図示しない昇降機構に接続されており、基板5の出し入れを行う際には、排気管3は図1に示す位置から下降し、反応容器1の開口部から基板5及びフローチャンネル2の底板22を出し、或いは入れることができる。反応時には、排気管3を開口部31が図示するフローチャンネル端部2bと対向する位置に上昇させる。   The exhaust pipe 3 includes an opening 31 having an opening larger than the size (vertical and horizontal sizes) of the exhaust-side end 2 b opened in the flow channel 2, the opening, and the exhaust port 19 of the reaction vessel 1. And the opening of the opening 31 is disposed so as to face the end 2 b on the exhaust side of the flow channel 2. The exhaust pipe 3 is connected to a lifting mechanism (not shown). When the substrate 5 is taken in and out, the exhaust pipe 3 descends from the position shown in FIG. 1 and the substrate 5 and the flow channel are opened from the opening of the reaction vessel 1. Two bottom plates 22 can be taken out or inserted. During the reaction, the exhaust pipe 3 is raised to a position where the opening 31 faces the illustrated flow channel end 2b.

サセプタ4は、熱伝導性の良好な材料、例えばグラファイト等のカーボン材料の表面をSiC膜でコートした材料からなり、図示する実施形態では、ともに円板状の形状を有する上部サセプタ41と下部サセプタ42の2つの部材から成る。上部サセプタ41の上面には基板5を搭載するための凹部が形成されており、下サセプタ42は回転機構13に接続されている。サセプタ4(上部サセプタ41及び下部サセプタ42)の径は、図1(a)に示すように、フローチャンネル本体21の幅よりも狭く、これにより、上サセプタ41に搭載された基板5が確実にガス層に覆われ反応が進むように構成されている。回転機構13が回転すると下サセプタ42と上サセプタ41は一体として回転し、上サセプタ41に固定された基板5を回転させることができる。   The susceptor 4 is made of a material having good thermal conductivity, for example, a material of a carbon material such as graphite coated with a SiC film. In the illustrated embodiment, the upper susceptor 41 and the lower susceptor both have a disk shape. It consists of 42 two members. A recess for mounting the substrate 5 is formed on the upper surface of the upper susceptor 41, and the lower susceptor 42 is connected to the rotation mechanism 13. The diameter of the susceptor 4 (upper susceptor 41 and lower susceptor 42) is narrower than the width of the flow channel main body 21, as shown in FIG. 1 (a), so that the substrate 5 mounted on the upper susceptor 41 can be securely attached. It is comprised so that reaction may advance, covered with a gas layer. When the rotation mechanism 13 rotates, the lower susceptor 42 and the upper susceptor 41 rotate as a unit, and the substrate 5 fixed to the upper susceptor 41 can be rotated.

ヒーター10は、上面の面積がサセプタ42の底面とほぼ同一面積である円筒状ヒーターからなり、サセプタ4を加熱し、加熱されたサセプタ4からの熱で基板5が所定の温度となるように制御されている。ヒーター10によって制御される基板温度は、基板の種類やその上に成長させる結晶の種類によって異なるが、例えばサファイア基板上に窒化ガリウムの結晶を成長させる場合には、1000℃以上の温度となる。   The heater 10 is a cylindrical heater having an upper surface area that is substantially the same as the bottom surface of the susceptor 42. The heater 10 controls the susceptor 4 so that the substrate 5 reaches a predetermined temperature by the heat from the heated susceptor 4. Has been. The substrate temperature controlled by the heater 10 varies depending on the type of substrate and the type of crystal grown on the substrate. For example, when a gallium nitride crystal is grown on a sapphire substrate, the temperature is 1000 ° C. or higher.

ヒーター10からの熱は、主として熱輻射とヒーター室に流されるパージガスによる熱伝導によりサセプタ4に伝えられる。このヒーター10からの熱を効率よくサセプタ4に伝えるとともに、他の部材への伝達を遮断するために、ヒーター10の側面(周囲)及び裏面(サセプタと対向する面と反対側の面)に遮熱板11(側面遮熱板111、底面遮熱板112)が設置される。   Heat from the heater 10 is transmitted to the susceptor 4 mainly by heat radiation and heat conduction by the purge gas flowing in the heater chamber. In order to efficiently transfer the heat from the heater 10 to the susceptor 4 and to block transmission to other members, the side surface (surrounding) and the back surface (surface opposite to the surface facing the susceptor) of the heater 10 are blocked. A heat plate 11 (side heat shield plate 111, bottom heat shield plate 112) is installed.

遮熱板11は、ヒーター10及びサセプタ4の側面と下面の放射熱を断熱し、サセプタの外周部の温度低下防止とフローチャンネル加熱防止機能を有し、ヒーター10の側面(周囲)及び底面側に複数枚を重ねた状態で配置される。複数枚の遮熱板を僅かな隙間を設けて多数枚重ねる構造とすることで、放射熱の遮断と空気断熱による効果が多重化されるので優れた断熱性が得られる。   The heat shield plate 11 insulates the radiant heat of the side surface and the bottom surface of the heater 10 and the susceptor 4, has a function of preventing a temperature drop at the outer periphery of the susceptor and a flow channel heating prevention function. Are arranged in a state where a plurality of sheets are stacked. By adopting a structure in which a plurality of heat shield plates are stacked with a small gap therebetween, the effects of shielding radiant heat and air insulation are multiplexed, so that excellent heat insulation can be obtained.

また側面遮熱板111の上端部とフローチャンネル床板22下面との間には、パージガスが流れるための隙間が設けられている。隙間の大きさは、約0.2mm〜2.0mmが好ましい。0.2mmより狭いとパージガスの通りが悪くなり冷却効果が低下する。また2.0mmより広くすると、ヒーター10の熱輻射がフローチャンネル床板22の上流部(材料ガスの上流側)に達することになり、やはり冷却効果が低下する。   Further, a gap for the purge gas to flow is provided between the upper end portion of the side heat shield plate 111 and the lower surface of the flow channel floor plate 22. The size of the gap is preferably about 0.2 mm to 2.0 mm. If it is narrower than 0.2 mm, the purge gas becomes poor and the cooling effect is reduced. If the width is larger than 2.0 mm, the heat radiation of the heater 10 reaches the upstream portion of the flow channel floor plate 22 (upstream side of the material gas), and the cooling effect is also lowered.

遮熱板11を構成する各板材の厚みは、特に限定されないが0.2mm〜0.6mm程度であり、ヒーターに近い遮熱板と遠い遮熱板とで厚みを異ならせてもよいし、また側面遮熱板111と底面遮熱板112と厚みを異ならせてもよい。ヒーター10と側面遮熱板との間隔は0.6mm程度、ヒーター10と底面遮熱板との間隔は1.0mm程度とし、側面遮熱板間の間隔は0.8mm程度、底面遮熱板間の間隔は1.5mm程度とする。   The thickness of each plate material constituting the heat shield plate 11 is not particularly limited, but is about 0.2 mm to 0.6 mm, and the thickness may be different between the heat shield plate close to the heater and the far heat shield plate, Further, the side heat shield plate 111 and the bottom heat shield plate 112 may have different thicknesses. The distance between the heater 10 and the side heat shield is about 0.6 mm, the distance between the heater 10 and the bottom heat shield is about 1.0 mm, and the distance between the side heat shields is about 0.8 mm. The interval between them is about 1.5 mm.

遮熱板11の材料としては、具体的には、モリブデン(Mo)、インコネル、ハステロン等の超高温耐熱金属や、アルミナ、ボロンナイトライド(BN)、パイロリティックボロンナイトライド(PBN)等の高温耐熱性セラミックが挙げられる。このうちPBNは、高温耐熱性、熱衝撃性に優れる、NH雰囲気下において熱分解が抑制される、反射率が長期間安定しているなどの特性も有しており、安定した断熱効果が得られる。 Specifically, the material of the heat shield plate 11 is a high temperature heat-resistant metal such as molybdenum (Mo), inconel, or hastelon, or a high temperature such as alumina, boron nitride (BN), or pyrolytic boron nitride (PBN). A heat-resistant ceramic is mentioned. Among them, PBN has excellent properties such as high temperature heat resistance and thermal shock resistance, suppression of thermal decomposition under NH 3 atmosphere, and stable reflectance for a long period of time. can get.

なお複数の遮熱板を構成する材料は、同じでも異なっていてもよく、例えば、ヒーター10から見て内側から外側に向かって熱伝導性が低くなるように材料を選択することができる。このように材料を使い分けることにより、ヒーター10からの熱を効果的に遮断することができる。
側面遮熱板111のうち最外側に位置する遮熱板は、他の遮熱板と同様に、Mo、BN、PBN、ハステロン、インコネルなどを使用することができるが、インバー、SUS等のやや耐熱性の低い材料を用いることも可能である。
The materials constituting the plurality of heat shield plates may be the same or different. For example, the materials can be selected so that the thermal conductivity decreases from the inside toward the outside as viewed from the heater 10. By properly using the materials in this way, the heat from the heater 10 can be effectively blocked.
As the heat shield plate located on the outermost side of the side heat shield plates 111, Mo, BN, PBN, Hastelon, Inconel, etc. can be used as in the other heat shield plates, but somewhat such as Invar, SUS, etc. It is also possible to use a material having low heat resistance.

遮熱板11は、パージガス供給管8、9から導入される不活性ガスの流路を制御する機能も備えている。遮熱板11によるガス流路の制御機能については、後に詳述する。   The heat shield plate 11 also has a function of controlling the flow path of the inert gas introduced from the purge gas supply pipes 8 and 9. The control function of the gas flow path by the heat shield plate 11 will be described in detail later.

ヒーター室隔壁12は、本実施形態では水冷ジャケット式の隔壁からなり、下サセプタ42、ヒーター10及び遮熱板11を覆うように、フローチャンネル2の床板22に密着して配置されている。ただし、排気管13に近い側には、床板22との間からパージガスを排出するため切欠け部が形成されている。なお水冷シャケット式の隔壁には、水を循環させるために入水口と出水口が備えられているが、図では省略している。ヒーター室隔壁12は、耐熱性、加工性、溶接性などの特性の良い材料から構成される。このような材料として、例えば、SUS304、SUS316、SUS316L、インコネル、ハステロイ等が挙げられる。   In this embodiment, the heater chamber partition wall 12 is a water-cooled jacket type partition wall, and is disposed in close contact with the floor plate 22 of the flow channel 2 so as to cover the lower susceptor 42, the heater 10, and the heat shield plate 11. However, a notch portion is formed on the side close to the exhaust pipe 13 in order to discharge the purge gas from the space between the floor plate 22. In addition, although the water-cooled bucket type partition is provided with a water inlet and a water outlet for circulating water, it is omitted in the figure. The heater chamber partition 12 is made of a material having good characteristics such as heat resistance, workability, and weldability. Examples of such materials include SUS304, SUS316, SUS316L, Inconel, Hastelloy, and the like.

次に本実施形態における遮熱板11の詳細と、それによるガス流路の制御について説明する。図2に、遮熱板11の詳細な構造を示す。図2に示す構造は、図1に示す装置のフローチャンネル2の上流側部分と、隔壁の上側の一部、側面遮熱板111の上側の部分、サセプタ4、ヒーター10及びその下に配置された裏面遮熱板112の右側の一部を示す部分断面図である。また図中、細矢印はパージガスの流れを示している。   Next, details of the heat shield plate 11 in the present embodiment and control of the gas flow path by the details will be described. FIG. 2 shows a detailed structure of the heat shield plate 11. The structure shown in FIG. 2 is arranged on the upstream side portion of the flow channel 2 of the apparatus shown in FIG. 1, the upper part of the partition wall, the upper part of the side heat shield plate 111, the susceptor 4, the heater 10, and below. It is the fragmentary sectional view which shows a part of the right side of the back surface heat shield plate 112. In the figure, thin arrows indicate the flow of purge gas.

上述したように、側面遮熱板111及び底面遮熱板112は、それぞれ、複数枚から構成されている。側面遮熱板111のうち、外側に配置される遮熱板111aは、反応容器1の底側の端部が、他の側面遮熱板よりも下側に延び、且つ容器の中心側に屈曲した形状をしており、遮熱板としての機能とパージガスをフローチャンネル床板の裏面に誘導する機能とを備えている。この機能を実現するため、パージガス供給管9は、複数のガス吹き出し口の一部が、隔壁12と外側の遮熱板111aとの間に位置するように配置されている。この吹き出し口の配置と側面遮熱板111aの端部が容器の底部近くまで延び且つ屈曲する形状であることによって、パージガス供給管9の吹き出し口から供給されるパージガスが、遮熱板111aと隔壁12との間に誘導される。   As described above, the side heat shield plate 111 and the bottom heat shield plate 112 are each composed of a plurality of sheets. Among the side heat shield plates 111, the heat shield plate 111 a disposed outside has an end on the bottom side of the reaction vessel 1 that extends below the other side heat shield plates and bends toward the center of the vessel. And has a function as a heat shield and a function of guiding purge gas to the back surface of the flow channel floor. In order to realize this function, the purge gas supply pipe 9 is disposed such that a part of the plurality of gas outlets is located between the partition wall 12 and the outer heat shield plate 111a. With the arrangement of the outlet and the end of the side heat shield plate 111a extending to near the bottom of the container and being bent, the purge gas supplied from the outlet of the purge gas supply pipe 9 is supplied to the heat shield plate 111a and the partition wall. 12 is induced.

さらに側面遮熱板111のフローチャンネル2に近い端部は、複数の遮熱板の端部が段差を持って位置するように配置されている。具体的には、ヒーター10に最も近い遮熱板の端部が最も高く(フローチャンネルに最も近く)、ヒーター10から外側に向かって端部の位置が低くなっている。この構造により、前述のように遮熱板111aと隔壁12との間に誘導されて、遮熱板111aの上端に達したパージガスは、フローチャンネル床板22の裏面に沿って水平に流れていくときに、最端の遮熱板111aに続く遮熱板の端部に当たって、隣接する遮熱板の間に順次送られる。このように、側面遮熱板111の上端部ではパージガスは水平に流れながら、各遮熱板の間に送られることになり、フローチャンネル床板22の上流側を、ガス供給側から順に冷却するとともに、各遮熱板の間を流れることによって遮熱板111と協働してヒーター10からの輻射熱がフローチャンネル床板22に向かうのを阻止する。   Further, the end portion of the side heat shield plate 111 close to the flow channel 2 is arranged so that the end portions of the plurality of heat shield plates are positioned with steps. Specifically, the end portion of the heat shield plate closest to the heater 10 is the highest (closest to the flow channel), and the position of the end portion decreases from the heater 10 toward the outside. With this structure, when the purge gas that is guided between the heat shield plate 111a and the partition wall 12 and reaches the upper end of the heat shield plate 111a flows horizontally along the back surface of the flow channel floor plate 22 as described above. In addition, it hits the end of the heat shield plate following the outermost heat shield plate 111a and is sequentially sent between adjacent heat shield plates. In this way, the purge gas flows horizontally between the heat shield plates at the upper end of the side heat shield plate 111, and the upstream side of the flow channel floor plate 22 is cooled in order from the gas supply side, By flowing between the heat shield plates, the radiant heat from the heater 10 is prevented from moving toward the flow channel floor plate 22 in cooperation with the heat shield plate 111.

この遮熱板111による遮熱効果と、遮熱板111の上流側端部を流れるパージガスによるフローチャンネル裏面の冷却効果により、フローチャンネル上流側は隔壁12と接する部分からサセプタとの接点に至るまで、輻射熱による加熱とパージガスの熱伝導による加熱との両者を遮断することができ、温度上昇に起因する材料ガスの堆積や堆積物による結晶成長の阻害を防止できる。しかも、パージガスの温度は隔壁12に近い側からサセプタ4に近づくにつれて、徐々に高くなるため、パージガスによってサセプタ4の周辺温度が過度に冷却されるという問題も生じない。   Due to the heat shielding effect by the heat shielding plate 111 and the cooling effect on the back surface of the flow channel by the purge gas flowing through the upstream end of the heat shielding plate 111, the upstream side of the flow channel extends from the portion in contact with the partition wall 12 to the contact point with the susceptor. Both the heating by the radiant heat and the heating by the heat conduction of the purge gas can be cut off, and the deposition of the material gas and the inhibition of the crystal growth by the deposit due to the temperature rise can be prevented. In addition, since the temperature of the purge gas gradually increases as it approaches the susceptor 4 from the side close to the partition wall 12, there is no problem that the ambient temperature of the susceptor 4 is excessively cooled by the purge gas.

なお、図1に示す実施形態では、側面遮熱板111aをヒーター10の全側面即ち材料ガスの上流側及び下流側にも設けた場合を示しているが、材料ガスの堆積が問題になるのは、フローチャンネル2の材料ガス上流側であり、材料ガス下流側を積極的に冷却する必要はないので、最外側に位置する側面遮熱板111aは、サセプタ4の中心を通り材料ガス流と直交する面を境にしてガス流の上流側のみに設けてもよい。ただし、図示するように全周に設けた場合には、ヒーター部分のガスの通気が改善されるためヒーター劣化を抑制する効果が得られる。   In the embodiment shown in FIG. 1, the side heat shield plate 111 a is provided on all side surfaces of the heater 10, that is, on the upstream side and downstream side of the material gas. However, the deposition of the material gas becomes a problem. Is the upstream side of the material gas of the flow channel 2 and there is no need to actively cool the downstream side of the material gas, so the side heat shield plate 111a located on the outermost side passes through the center of the susceptor 4 and the material gas flow. It may be provided only on the upstream side of the gas flow with the orthogonal plane as the boundary. However, when it is provided on the entire circumference as shown in the figure, the gas ventilation in the heater portion is improved, so that the effect of suppressing the heater deterioration can be obtained.

MOCVD装置の結晶成長膜厚を概念的に示すグラフを図3(a)〜(c)に示す。図3に示すグラフにおいて、横軸は装置の水平方向の位置を表し、P1は水冷ジャケット式隔壁12の内側端部の位置を、P2はサセプタ4の外側端部の位置を示している。図3(d)に位置P1、P2を示す。またグラフの縦軸には成長膜厚を示しており、一点鎖線はサセプタが回転しないと仮定した場合の膜厚、実線は回転して膜厚が平均化した状態を示している。図3(a)は、本実施形態のMOCVD装置の場合、図3(c)は図8に示す構造のMOCVD装置の場合であり、図3(a)のグラフの点線は、図3(c)の膜厚(実線)を比較例として示している。   Graphs conceptually showing the crystal growth film thickness of the MOCVD apparatus are shown in FIGS. In the graph shown in FIG. 3, the horizontal axis represents the position of the apparatus in the horizontal direction, P <b> 1 represents the position of the inner end of the water-cooled jacket type partition wall 12, and P <b> 2 represents the position of the outer end of the susceptor 4. FIG. 3D shows the positions P1 and P2. The vertical axis of the graph indicates the growth film thickness, the alternate long and short dash line indicates the film thickness when the susceptor does not rotate, and the solid line indicates the state where the film thickness is averaged by rotation. FIG. 3A shows the case of the MOCVD apparatus of the present embodiment, FIG. 3C shows the case of the MOCVD apparatus having the structure shown in FIG. 8, and the dotted line in the graph of FIG. ) (Solid line) is shown as a comparative example.

図3(c)に示すように、従来の装置では、フローチャンネル床板の上流側の裏面がサセプタやヒーターからの輻射熱を受けやすく、遮熱板の外端と隔壁12との間で温度が高くなる傾向が見られるのに対し、本実施形態の装置では、遮熱板の外端と隔壁12との間に、温度が低い状態のパージガスを流すことができるので、フローチャンネル床板の上流側の裏面が効率よく冷却され、フローチャンネル上流側の床板で材料ガスの消費と材料ガスの反応生成物の堆積を抑制することができる。その結果、基板5上の淀み層に拡散する材料ガス量が増加し、図3(a)に示すように、従来装置よりも成長膜厚を厚くすることができる。   As shown in FIG. 3 (c), in the conventional apparatus, the back surface on the upstream side of the flow channel floor plate is susceptible to radiant heat from the susceptor or heater, and the temperature between the outer end of the heat shield plate and the partition wall 12 is high. On the other hand, in the apparatus of this embodiment, since the purge gas having a low temperature can flow between the outer end of the heat shield plate and the partition wall 12, the upstream side of the flow channel floor plate can be flown. The back surface is efficiently cooled, and the consumption of the material gas and the deposition of the reaction product of the material gas can be suppressed on the floor plate upstream of the flow channel. As a result, the amount of material gas diffusing into the stagnation layer on the substrate 5 increases, and as shown in FIG. 3A, the growth film thickness can be made thicker than that of the conventional device.

以上、説明したように、本実施形態によれば、隔壁12の内側にそれと平行して設置される遮熱板を複数の板材で構成するとともに、最外側に配置される遮熱板と隔壁12との間にパージガスが流れるガス流路を形成したことにより、フローチャンネル床板22の上流側、即ち、隔壁からサセプタ外周までの温度の上昇を抑え、床板への反応生成の堆積を抑制することができる。   As described above, according to the present embodiment, the heat shield plate installed in parallel with the inner side of the partition wall 12 is composed of a plurality of plate members, and the heat shield plate and the partition wall 12 arranged on the outermost side. By forming a gas flow path through which the purge gas flows, a rise in temperature from the upstream side of the flow channel floor plate 22, that is, from the partition wall to the outer periphery of the susceptor can be suppressed, and deposition of reaction products on the floor plate can be suppressed. it can.

また本実施形態は、ガス流の制御によってフローチャンネル床板の上流側を積極的に冷却するものであり、従来使われている遮熱板の構造及び配置を変えるだけで実現できるので、フローチャンネル床板を冷却するための付加的な冷却容器等を不要とし、簡素な構造で高い効果が得られる装置を提供できる。   In addition, the present embodiment actively cools the upstream side of the flow channel floor plate by controlling the gas flow, and can be realized only by changing the structure and arrangement of the heat shield plate used conventionally. It is possible to provide a device that eliminates the need for an additional cooling container or the like for cooling the battery, and that is highly effective with a simple structure.

<第二実施形態>
図4に、本実施形態の半導体製造装置の概要を示す。図4は第一実施形態と同様にMOCVD装置の側断面図である。図4中、図1と共通する要素は同じ符号で示しており、その説明は省略する。以下、主として第一実施形態と異なる点を説明する。
<Second embodiment>
FIG. 4 shows an outline of the semiconductor manufacturing apparatus of this embodiment. FIG. 4 is a side sectional view of the MOCVD apparatus as in the first embodiment. In FIG. 4, elements common to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Hereinafter, differences from the first embodiment will be mainly described.

本実施形態においても、パージガス供給管8から反応容器1内に流れるパージガスの流路から独立してヒーター室を流れるガス流路を形成していること、及び、ヒーター10の側面を取り囲む側面遮熱板111が複数の遮熱板から構成され、それらのフローチャンネル2に近い端部が段差を持つように配置されていることは第一実施形態と同様である。しかし、本実施形態では、第一実施形態におけるパージガス誘導用の遮熱板111aに対応する遮熱板は設けられておらず、複数の側面遮熱板111の下側の端部の位置は、同レベルに揃っている。本実施形態では、ヒーター室隔壁12の外側にパージガス誘導筒14を設け、ヒーター室隔壁12の外側から、隔壁12とフローチャンネル2との隙間を通りヒーター室を流れるパージガスの流路を設けたことが特徴である。   Also in this embodiment, the gas flow path that flows through the heater chamber independently of the flow path of the purge gas that flows from the purge gas supply pipe 8 into the reaction vessel 1 is formed, and the side heat shield that surrounds the side surface of the heater 10 It is the same as in the first embodiment that the plate 111 is composed of a plurality of heat shield plates and the end portions close to the flow channel 2 have a step. However, in this embodiment, a heat shield plate corresponding to the purge gas guide heat shield plate 111a in the first embodiment is not provided, and the positions of the lower end portions of the plurality of side surface heat shield plates 111 are: They are on the same level. In this embodiment, the purge gas guide cylinder 14 is provided outside the heater chamber partition wall 12, and a purge gas flow path is provided from the outside of the heater chamber partition wall 12 through the gap between the partition wall 12 and the flow channel 2. Is a feature.

即ち、このMOCVD装置は、水冷ジャケット式のヒーター室隔壁12の外側に隔壁12を囲むパージガス誘導筒14が設けられるともに、反応容器1には、ヒーター室隔壁12とパージガス誘導筒14との間にパージガスを供給する第3のパージガス供給管15が接続されている。   That is, this MOCVD apparatus is provided with a purge gas guide tube 14 surrounding the partition wall 12 outside the water cooling jacket type heater chamber partition wall 12, and the reaction vessel 1 is provided between the heater chamber partition wall 12 and the purge gas guide tube 14. A third purge gas supply pipe 15 for supplying the purge gas is connected.

パージガス誘導筒14は、水冷ジャッケット式隔壁12を取り囲む大きさの円筒状の部材で、PBNやBN等の厚板から構成することができる。隔壁12と誘導筒14との隙間は、限定されるものではないが、1〜3mm程度である。パージガス誘導筒14は、下端が反応容器1の底部に固定され、上端にフローチャンネル2が固定される。従ってパージガス誘導筒14で囲まれる空間は、閉じられた空間である。パージガス供給管15は、パージガス誘導筒14と反応容器1との接続部と、ヒーター室隔壁12と反応容器1との接続部との間の反応容器1に連結されている。   The purge gas guide cylinder 14 is a cylindrical member having a size surrounding the water-cooled jacket type partition wall 12 and can be formed of a thick plate such as PBN or BN. The gap between the partition wall 12 and the guide tube 14 is not limited, but is about 1 to 3 mm. The purge gas guide tube 14 has a lower end fixed to the bottom of the reaction vessel 1 and a flow channel 2 fixed to the upper end. Therefore, the space surrounded by the purge gas guide cylinder 14 is a closed space. The purge gas supply pipe 15 is connected to the reaction vessel 1 between the connection portion between the purge gas guide tube 14 and the reaction vessel 1 and the connection portion between the heater chamber partition wall 12 and the reaction vessel 1.

またパージガス供給管15から供給されるパージガスの流路を形成するために、ヒーター室隔壁12は、フローチャンネルの床板22との間に隙間を持って配置されている。隙間の間隔は、ガス流路を確保できる程度であればよく、具体的には0.2mm〜2.0mm程度である。   Further, in order to form a flow path for the purge gas supplied from the purge gas supply pipe 15, the heater chamber partition 12 is disposed with a gap between the flow channel floor plate 22. The space | interval of a clearance gap should just be a grade which can ensure a gas flow path, and is specifically about 0.2 mm-2.0 mm.

遮熱板11は、第一実施形態と同様に、複数の側面遮熱板111と複数の底面遮熱112とから成る。複数の側面遮熱板111は、上端とフローチャンネル2との間にガス流路となる隙間が形成され、その隙間の大きさが、ヒーター10に近い側を内側とすると、内側から外側に向かって大きくなるように配置されていることも第一実施形態と同様である。但し本実施形態では、複数の側面遮熱板111の寸法は全て同じであって、その下端の位置は、最も下側に位置する底面遮熱板とほぼ同じレベルである。   The heat shield plate 11 includes a plurality of side surface heat shield plates 111 and a plurality of bottom surface heat shields 112 as in the first embodiment. The plurality of side surface heat shields 111 are formed with a gap serving as a gas flow path between the upper end and the flow channel 2, and the size of the gap is from the inside to the outside when the side close to the heater 10 is the inside. It is the same as that of 1st embodiment that it arrange | positions so that it may become large. However, in this embodiment, the dimensions of the plurality of side surface heat shield plates 111 are all the same, and the position of the lower end thereof is substantially the same level as the bottom surface heat shield plate located at the lowermost side.

一方、ヒーター10と遮熱板11が配置される空間(ヒーター室)の下部には下部隔壁16が設けられ、ヒーター室と下側の空間とを分けている。下部隔壁16は、パージガス誘導筒14と同様にBNやPBN等の厚板から構成することができる。下部隔壁16には、ヒーター室排気管17が接続されており、ヒーター室を流れるパージガスはこの排気管17から排気される。反応容器1の底面には、余剰の材料ガスや副生ガスを排気するためのフローチャンネル排気管3とは別に排気管18が設けられており、ヒーター室排気管17はこの排気管18に接続されている。   On the other hand, a lower partition 16 is provided in a lower part of a space (heater chamber) in which the heater 10 and the heat shield plate 11 are arranged, and separates the heater chamber and the lower space. The lower partition wall 16 can be formed of a thick plate such as BN or PBN in the same manner as the purge gas guide tube 14. A heater chamber exhaust pipe 17 is connected to the lower partition wall 16, and the purge gas flowing through the heater chamber is exhausted from the exhaust pipe 17. An exhaust pipe 18 is provided on the bottom surface of the reaction vessel 1 separately from the flow channel exhaust pipe 3 for exhausting surplus material gas and by-product gas. The heater chamber exhaust pipe 17 is connected to the exhaust pipe 18. Has been.

以上のような構成におけるパージガスの流れを、図5を参照して説明する。図5中、細矢印はパージガスの流れを示している。反応容器1の底部に接続されたパージガス供給管15から供給されるパージガスは、図示するように、ヒーター室隔壁12とパージガス誘導筒14と間の流路を通ってフローチャンネル2底部に付き当たり、隔壁12とフローチャンネルとの隙間を通って、水平方向のガス流になってヒーター室に流れ込む。水平方向のガス流は、段差を持つように配置された遮熱板に順に当たり、隣接する遮熱板間の隙間にそれぞれ流れ込む。また最もヒーター10に近い遮熱板を通過した水平のガス流はその遮熱板とヒーターとの間に流れ、ヒーター10の下側に配置された裏面遮熱板112間を通って、排気管17から排出される。   The flow of purge gas in the above configuration will be described with reference to FIG. In FIG. 5, thin arrows indicate the flow of purge gas. The purge gas supplied from the purge gas supply pipe 15 connected to the bottom of the reaction vessel 1 hits the bottom of the flow channel 2 through the flow path between the heater chamber partition wall 12 and the purge gas guide tube 14 as shown in the figure. The gas flows in the horizontal direction through the gap between the partition wall 12 and the flow channel and flows into the heater chamber. The gas flow in the horizontal direction sequentially hits the heat shield plates arranged so as to have a step, and flows into gaps between adjacent heat shield plates. Further, the horizontal gas flow that has passed through the heat shield plate closest to the heater 10 flows between the heat shield plate and the heater, passes through the back surface heat shield plate 112 disposed on the lower side of the heater 10, and the exhaust pipe. 17 is discharged.

一方、パージガス供給管9から供給されるパージガスは、図4に細矢印で示すように、ヒーター室の下部の空間を冷却し、排気管18から排出される。   On the other hand, the purge gas supplied from the purge gas supply pipe 9 cools the space below the heater chamber and is discharged from the exhaust pipe 18 as shown by thin arrows in FIG.

本実施形態のMOCVD装置では、パージガス供給管15から供給されたパージガスがヒーター室で加熱される前にフローチャンネルの底面に沿って流れるガス流を形成することができるので、効果的にフローチャンネルの温度上昇を抑制することができる。これによりサセプタに近いフローチャンネルの材料ガス上流側で材料ガスが熱分解するのが抑制され、結晶成長に用いられる材料ガスの増加即ち成長膜厚の増加を実現することができる。またフローチャンネル上に熱分解物等が堆積するのを防止できる。さらに、本実施形態のMOCVD装置においても、遮熱板の上端部の位置を垂直方向にずらしている(段差を設けている)ので、フローチャンネル底面に沿って流れる水平なガス流を、確実に複数の遮熱板間の隙間に分岐することができ、遮熱板による遮熱効果を良好にすることができる。   In the MOCVD apparatus of this embodiment, the purge gas supplied from the purge gas supply pipe 15 can form a gas flow that flows along the bottom surface of the flow channel before it is heated in the heater chamber, so that the flow channel effectively Temperature rise can be suppressed. This suppresses thermal decomposition of the material gas on the upstream side of the material gas in the flow channel close to the susceptor, thereby realizing an increase in the material gas used for crystal growth, that is, an increase in the growth film thickness. Further, it is possible to prevent thermal decomposition products and the like from accumulating on the flow channel. Furthermore, in the MOCVD apparatus of this embodiment, the position of the upper end portion of the heat shield plate is shifted in the vertical direction (a step is provided), so that the horizontal gas flow that flows along the bottom surface of the flow channel can be reliably ensured. It can branch into the gap between a plurality of heat shield plates, and the heat shield effect by the heat shield plates can be improved.

さらに本実施形態では、ヒーター室へのパージガスの供給経路を、フローチャンネルの底面に水平ガス流を生じさせるガス流路と、ヒーター室下部を冷却するガス流路とに分けているので、ヒーター室下部を効果的に冷却することができ、外部との遮熱効果を高めることができる。   Furthermore, in this embodiment, the purge gas supply path to the heater chamber is divided into a gas flow path for generating a horizontal gas flow on the bottom surface of the flow channel and a gas flow path for cooling the lower portion of the heater chamber. The lower part can be effectively cooled, and the heat shielding effect with the outside can be enhanced.

本実施形態のMOCVD装置の成長膜厚を図3(b)に示す。このグラフにおいて、縦軸と横軸及び実線と一点鎖線で示すグラフは、第一実施形態で説明した図3(a)と同じである。図3(c)に示す従来装置の成長膜厚との比較からもわかるように、本実施形態の装置では、パージガス誘導筒からサセプタ外周に至るフローチャンネル底面に沿って、温度が低い状態のパージガスを流すことができるので、フローチャンネル床板の裏面が効率よく冷却される。その結果、フローチャンネルのガス上流側の上で材料ガスの熱分解による消費や材料ガスの反応生成物による床板への堆積を抑制することができる。   The growth film thickness of the MOCVD apparatus of this embodiment is shown in FIG. In this graph, the vertical and horizontal axes and the graph indicated by the solid line and the alternate long and short dash line are the same as those in FIG. 3A described in the first embodiment. As can be seen from the comparison with the growth film thickness of the conventional apparatus shown in FIG. 3C, in the apparatus of this embodiment, the purge gas at a low temperature along the bottom surface of the flow channel extending from the purge gas guide tube to the outer periphery of the susceptor. Therefore, the back surface of the flow channel floor board is efficiently cooled. As a result, consumption due to thermal decomposition of the material gas on the gas upstream side of the flow channel and deposition on the floor plate due to reaction products of the material gas can be suppressed.

またヒーター室隔壁12の上端から、殆ど加熱されていない状態のパージガスをヒーター室内に供給することができるので、第一実施形態(図3(a))に比べサセプタと隔壁12との間における熱傾斜を高くすることができ、材料ガスの無駄な消費をより効果的に抑えることができる。その結果、さらに成長膜厚を厚くすることができる。   Further, since the purge gas that is hardly heated can be supplied into the heater chamber from the upper end of the heater chamber partition wall 12, the heat between the susceptor and the partition wall 12 can be compared with that in the first embodiment (FIG. 3A). An inclination can be made high and wasteful consumption of material gas can be suppressed more effectively. As a result, the grown film thickness can be further increased.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はフローチャンネル底面の隔壁とサセプタ外周との間に水平な冷却ガス流を生じさせる手段を備えるものであれば、上記実施形態に限定されることなく、種々の変更が可能である。例えば、第二実施形態では、ヒーター室とその下部とを分ける下部隔壁16を備える構成を説明したが、下部隔壁の代わりに、側面遮熱板111から下方に流れるパージガスの流れを妨げないようにパージガス供給管9から吹き出すパージガスの流路を制御する流路制御板を配置してもよい。   The preferred embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is limited to the above embodiment as long as it includes means for generating a horizontal cooling gas flow between the partition wall on the bottom surface of the flow channel and the outer periphery of the susceptor. Various modifications are possible without this. For example, in the second embodiment, the configuration including the lower partition 16 that divides the heater chamber and the lower portion thereof has been described. However, instead of the lower partition, the flow of the purge gas that flows downward from the side heat shield plate 111 is not hindered. A flow path control plate for controlling the flow path of the purge gas blown from the purge gas supply pipe 9 may be arranged.

また以上の実施形態の中で挙げた材料や数値に本発明を実施するための一例であって本発明はこれら数値に限定されるものではない。   Moreover, it is an example for implementing this invention to the material and numerical value which were quoted in the above embodiment, and this invention is not limited to these numerical values.

さらに上記実施形態では、サセプタの上面に基板を搭載し、その上側にフローチャンネルを配置した構造のMOCVD装置を例に説明をしたが、サセプタの基板搭載面の下側にフローチャンネルを配置した構造の装置(や、サセプタの基板搭載面を垂直に配置した構造の装置)であっても同様に本発明を適用することができる。   Further, in the above embodiment, the MOCVD apparatus has a structure in which the substrate is mounted on the upper surface of the susceptor and the flow channel is arranged on the upper side. However, the flow channel is arranged on the lower side of the substrate mounting surface of the susceptor. The present invention can be similarly applied to the above-described apparatus (or an apparatus having a structure in which the substrate mounting surface of the susceptor is vertically disposed).

<実施例1>
図1に示す構造のMOCVD装置(第一実施形態)を用いて、図6に示すような低温GaN層と高温GaN層からなるGaN膜の結晶成長を行った。
<Example 1>
Crystal growth of a GaN film composed of a low-temperature GaN layer and a high-temperature GaN layer as shown in FIG. 6 was performed using the MOCVD apparatus having the structure shown in FIG. 1 (first embodiment).

このMOCVD装置は、2インチ基板用の装置であり、サセプタ及びヒーターの半径は60mm、サセプタ中心から水冷ジャケット式隔壁までの距離は72mmである。ヒーターと隔壁との間には、側面遮熱板として5枚の遮熱板を配置し、ヒーター裏面には6枚の遮熱板を配置した。側面遮熱板のうち最も内側の遮熱板(第1遮熱板)は、厚み0.3mmのPBN板を用い、第2〜第4遮熱板は厚み0.2mmのMo板を用いた。配置は、第1遮熱板をヒーターから1.0mm離して配置し、遮熱板間隔は0.8mm間隔とした。第4遮熱板の外側に、0.8mm離して、厚み0.8mmのインバー板からなるパージガス誘導用遮熱板を配置した。パージガス誘導用遮熱板と水冷ジャケット式隔壁との間隔は1.5mmとした。   This MOCVD apparatus is an apparatus for a 2-inch substrate. The radius of the susceptor and the heater is 60 mm, and the distance from the center of the susceptor to the water-cooled jacket type partition is 72 mm. Between the heater and the partition, five heat shield plates were disposed as side heat shield plates, and six heat shield plates were disposed on the back surface of the heater. The innermost heat shield plate (first heat shield plate) among the side heat shield plates is a PBN plate having a thickness of 0.3 mm, and the second to fourth heat shield plates are Mo plates having a thickness of 0.2 mm. . In the arrangement, the first heat shield plate was placed 1.0 mm away from the heater, and the heat shield plate interval was set to 0.8 mm. A purge gas induction heat shield plate made of an Invar plate having a thickness of 0.8 mm was arranged outside the fourth heat shield plate by 0.8 mm apart. The distance between the purge gas induction heat shield and the water-cooled jacket type partition was set to 1.5 mm.

また第1遮熱板の上端とフローチャンネル床板の裏面との距離を0.3mmとし、第2熱板から第4遮熱板まで、その上端からとフローチャンネル床板の裏面までの距離を、順に0.6mm、1.2mm、2.0mmとした。また最外側のパージガス誘導用遮熱板の上端とフローチャンネル床板の裏面との距離は1.5mmとした。またパージガス誘導用遮熱板と水冷ジャケット式隔壁との隙間は1.5mmとした。   In addition, the distance between the upper end of the first heat shield and the back surface of the flow channel floor plate is 0.3 mm, the distance from the second heat plate to the fourth heat shield plate, the distance from the upper end to the back surface of the flow channel floor plate, in order They were 0.6 mm, 1.2 mm, and 2.0 mm. The distance between the upper end of the outermost purge gas induction heat shield and the back surface of the flow channel floor was 1.5 mm. The clearance between the purge gas induction heat shield and the water-cooled jacket type partition was set to 1.5 mm.

底面遮熱板は、ヒーターに近い順に第1〜第6遮熱板とすると、第1及び第2遮熱板は厚み0.3mmのPBN板を用い、第3〜第6遮熱板は厚み0.5mmのMo板を用いた。第1遮熱板はヒーターから1.0mm離し、第2遮熱板から第6遮熱板は1.5mm間隔で配置した。   If the bottom heat shield is the first to sixth heat shields in the order from the heater, the first and second heat shields use 0.3 mm thick PBN plates, and the third to sixth heat shields are thick. A 0.5 mm Mo plate was used. The first heat shield plate was separated from the heater by 1.0 mm, and the second heat shield plate to the sixth heat shield plate were arranged at 1.5 mm intervals.

基板としては、m軸方向0.5°オフのc面サファイア(α‐アルミナ)の単結晶基板(直径:2インチ)を用い、有機金属材料としてTMG(トリメチルガリウム)、水素化物材料としてNHを用いた。有機金属材料ガス及び水素化物材料ガスは混合して材料ガス供給管6から供給した。同じガス供給管6から、材料ガスの運搬ガス(キャリアガス)として水素ガスを流し、流量が材料ガスと合わせて流量8L/分となるように調整した。また材料ガス供給管7からは、水素:窒素を1:1で混合したガスを流量が26L/分となるように流した。さらにパージガスとして、水素ガス:窒素ガス=1:1の混合ガスをパージガス供給管8、9から流量8L/分流した。 As the substrate, a single crystal substrate (diameter: 2 inches) of c-plane sapphire (α-alumina) off 0.5 ° in the m-axis direction is used, TMG (trimethylgallium) as an organic metal material, and NH 3 as a hydride material. Was used. The organometallic material gas and the hydride material gas were mixed and supplied from the material gas supply pipe 6. Hydrogen gas was flowed from the same gas supply pipe 6 as a carrier gas for the material gas, and the flow rate was adjusted to 8 L / min together with the material gas. Further, a gas in which hydrogen: nitrogen was mixed at a ratio of 1: 1 was supplied from the material gas supply pipe 7 so that the flow rate was 26 L / min. Further, as a purge gas, a mixed gas of hydrogen gas: nitrogen gas = 1: 1 was flowed from the purge gas supply pipes 8 and 9 at a flow rate of 8 L / min.

まず、材料ガス供給管7から、水素ガスと窒素ガスとを1:1に混合したガスを流量26L/分で供給し、サセプタ温度を1000℃、反応室内の圧力を100kPaにしてサファイア基板を10分間アニールした。   First, a gas in which hydrogen gas and nitrogen gas are mixed at a ratio of 1: 1 is supplied from the material gas supply pipe 7 at a flow rate of 26 L / min, the susceptor temperature is 1000 ° C., the pressure in the reaction chamber is 100 kPa, and the sapphire substrate is 10 Annealed for a minute.

次いでサセプタ温度を550℃に下げて、圧力は同じ100kPaに保ち、材料ガス供給管6からTMGを30μmol/分、NHを4L/分供給し、サファイア基板上に低温GaN層を10nm形成した。次にサセプタ温度を1050℃に上げて、圧力は同じ100kPaに保ち、低温GaN層を7分間アニールした。 Next, the susceptor temperature was lowered to 550 ° C., the pressure was kept at the same 100 kPa, TMG was supplied from the material gas supply pipe 6 at 30 μmol / min, NH 3 was supplied at 4 L / min, and a low-temperature GaN layer was formed to 10 nm on the sapphire substrate. Next, the susceptor temperature was raised to 1050 ° C., the pressure was kept at the same 100 kPa, and the low-temperature GaN layer was annealed for 7 minutes.

その後、サセプタ温度を1030℃にし、圧力は同じ100kPaに保ち、材料ガス供給管22からTMGを45μmol/分、NHを4L/分供給し、低温GaN層の上に高温GaN層を1時間成長した。 Thereafter, the susceptor temperature is set to 1030 ° C., the pressure is kept at the same 100 kPa, TMG is supplied from the material gas supply pipe 22 at 45 μmol / min, NH 3 is supplied at 4 L / min, and a high temperature GaN layer is grown on the low temperature GaN layer for 1 hour. did.

<実施例2>
図4に示す構造のMOCVD装置(第二実施形態)を用い、パージガスの供給条件以外は、実施例1と同じ条件でサファイア基板上に低温GaN層及び高温GaN層からなるGaN膜を結晶成長させた。
<Example 2>
Using the MOCVD apparatus having the structure shown in FIG. 4 (second embodiment), a GaN film composed of a low-temperature GaN layer and a high-temperature GaN layer is grown on a sapphire substrate under the same conditions as in Example 1 except for the purge gas supply conditions. It was

このMOCVD装置は、2インチ基板用の装置であり、サセプタ及びヒーターの半径は60mm、サセプタ中心から水冷ジャケット式隔壁までの距離は70mmである。ヒーターと隔壁との間には、側面遮熱板として4枚の遮熱板を配置し、ヒーター裏面には6枚の遮熱板を配置した。側面遮熱板のうち最も内側の遮熱板(第1遮熱板)は、厚み0.3mmのPBN板を用い、第2〜第4遮熱板は厚み0.2mmのMo板を用いた。配置は、第1遮熱板をヒーターから0.6mm離して配置し、第1遮熱板から第4遮熱板までの各間隔は全て1.0mm間隔とした。第4遮熱板と水冷ジャケット式隔壁との間隔は0.5mmとした。   This MOCVD apparatus is an apparatus for a 2-inch substrate. The radius of the susceptor and the heater is 60 mm, and the distance from the center of the susceptor to the water-cooled jacket type partition is 70 mm. Between the heater and the partition, four heat shield plates were disposed as side heat shield plates, and six heat shield plates were disposed on the heater rear surface. The innermost heat shield plate (first heat shield plate) among the side heat shield plates is a PBN plate having a thickness of 0.3 mm, and the second to fourth heat shield plates are Mo plates having a thickness of 0.2 mm. . The arrangement was such that the first heat shield plate was separated from the heater by 0.6 mm, and the intervals from the first heat shield plate to the fourth heat shield plate were all 1.0 mm intervals. The distance between the fourth heat shield and the water-cooled jacket type partition was 0.5 mm.

また第1遮熱板の上端とフローチャンネル床板の裏面との距離を0.3mmとし、第2遮熱板から第4遮熱板まで、その上端からとフローチャンネル床板の裏面までの距離を順に、0.5mm、1.0mm、1.5mmとした。水冷ジャケット式隔壁とフローチャンネル床板の裏面との距離は、1.0mmとした。   In addition, the distance between the upper end of the first heat shield and the back surface of the flow channel floor plate is 0.3 mm, the distance from the second heat shield plate to the fourth heat shield plate, and the distance from the upper end to the back surface of the flow channel floor plate in order. 0.5 mm, 1.0 mm, and 1.5 mm. The distance between the water-cooled jacket type partition wall and the back surface of the flow channel floor plate was 1.0 mm.

底面遮熱板は、ヒーターに近い順に第1〜第6遮熱板とすると、第1及び第2遮熱板は厚み0.3mmのPBN板を用い、第3〜第6遮熱板は厚み0.5mmのMo板を用いた。第1遮熱板はヒーターから1.0mm離し、第2遮熱板から第6遮熱板は1.5mm間隔で配置した。   If the bottom heat shield is the first to sixth heat shields in the order from the heater, the first and second heat shields use 0.3 mm thick PBN plates, and the third to sixth heat shields are thick. A 0.5 mm Mo plate was used. The first heat shield plate was separated from the heater by 1.0 mm, and the second heat shield plate to the sixth heat shield plate were arranged at 1.5 mm intervals.

パージガスは、実施例1と同様に水素ガス:窒素ガス=1:1の混合ガスを用い、パージガス供給管8から流量8L/分、パージガス供給管9から流量2L/分、パージガス供給管15から流量6L/分、で流した。   As in the first embodiment, the purge gas is a mixed gas of hydrogen gas: nitrogen gas = 1: 1. The purge gas supply pipe 8 has a flow rate of 8 L / min, the purge gas supply pipe 9 has a flow rate of 2 L / min, and the purge gas supply pipe 15 has a flow rate. Flowed at 6 L / min.

<比較例>
比較例として、図8に示すMOCVD装置を用いパージガスの供給条件以外は、実施例1と同じ条件でサファイア基板上にGaN層を結晶成長させた。図8に示す装置は、実施例1、2と同じ基板搭載面及び凹部の径を持つ平板状のサセプタ(厚さ5mm)を採用するとともに、サセプタの裏面側にヒーターを配置した構造であり、ヒーターの発熱面積は、実施例1及び2のヒーターの発熱面積と同じである。水冷ジャケット式隔壁は、実施例1と同様にフローチャンネルと密着し、材料ガス下流側に排気用の切欠けが形成されているものを使用した。遮熱板は、ヒーター側面を厚み3mmのBNからなる側面遮熱板で構成し、ヒーター裏面を厚み3mmのBNからなる2枚の底面遮熱板で構成した。パージガスは、ヒーター室の中側とヒーター室の外側にそれぞれ設けたパージガス供給管から供給した。
<Comparative example>
As a comparative example, a GaN layer was grown on a sapphire substrate under the same conditions as in Example 1 except for the purge gas supply conditions using the MOCVD apparatus shown in FIG. The apparatus shown in FIG. 8 has a structure in which a flat plate-shaped susceptor (thickness: 5 mm) having the same substrate mounting surface and recess diameter as in Examples 1 and 2 is employed, and a heater is disposed on the back side of the susceptor. The heat generation area of the heater is the same as the heat generation area of the heaters of Examples 1 and 2. The water-cooled jacket type partition wall was used in close contact with the flow channel in the same manner as in Example 1, and an exhaust notch formed on the downstream side of the material gas. The heat shield plate was composed of a side heat shield plate made of BN having a thickness of 3 mm on the heater side surface, and two bottom heat shield plates made of BN having a thickness of 3 mm on the heater back surface. The purge gas was supplied from purge gas supply pipes provided inside the heater chamber and outside the heater chamber, respectively.

<評価>
<<膜厚>>
フローチャンネル床板上で材料ガスの分解を生じやすいのはサセプタ温度が1000℃を超える高温GaN膜の成長条件においてであるので、実施例1、2及び比較例で生成した高温GaN膜の膜厚を測定し、本発明の効果を確認した。膜厚の測定は、サファイア基板の屈折率(1.7)とGaN結晶の屈折率(2.4)との相違を利用した、白色光源を用いた反射干渉計を用い、図7に示すように基板中心から5mm間隔で、中心を含む5点で行った。その平均値と、比較例の膜厚を基準にした膜厚増加率とを表1に示す。
<Evaluation>
<< Film thickness >>
Since the material gas is likely to decompose on the flow channel floor plate under the growth conditions of the high-temperature GaN film having a susceptor temperature exceeding 1000 ° C., the film thickness of the high-temperature GaN film generated in Examples 1 and 2 and the comparative example is The effect of the present invention was confirmed by measurement. As shown in FIG. 7, the film thickness is measured using a reflection interferometer using a white light source that utilizes the difference between the refractive index of the sapphire substrate (1.7) and the refractive index of the GaN crystal (2.4). And 5 points from the center of the substrate at 5 points including the center. Table 1 shows the average value and the film thickness increase rate based on the film thickness of the comparative example.

<<メンテナンス回数間隔>>
上述した実施例1、2及び比較例による成膜を繰り返し実行し、各回毎に、サセプタ上流側のフローチャンネル床板部に堆積した堆積物の状態を観察するとともに、堆積物が剥離して捲れ上がるまでの繰り返し回数をカウントした。結果を合わせて表1に示す。

Figure 0005833429
<< Maintenance frequency interval >>
The film formation according to the above-described Examples 1 and 2 and the comparative example is repeatedly executed, and the state of the deposit accumulated on the flow channel floor plate portion on the upstream side of the susceptor is observed each time, and the deposit is peeled off and swollen. The number of repetitions until was counted. The results are shown in Table 1.
Figure 0005833429

表1に示す結果からも明らかなように、実施例1、2ともに比較例に対する膜厚の増加効果が認められた。この膜厚の増加効果は、材料使用効率の向上によるものと捉えることができ、比較例の材料使用率を100%とするならば、実施例で15%、実施例2では36%材料使用率が向上したと言える。即ち、本発明によれば、材料ガス使用効率向上分だけ材料ガス使用量を減らすことができるので、製造コストを低減することができる。同時に製造時間も短くなるので、生産性を向上することができる。   As is clear from the results shown in Table 1, both Examples 1 and 2 showed an effect of increasing the film thickness with respect to the comparative example. The effect of increasing the film thickness can be considered as an improvement in material usage efficiency. If the material usage rate of the comparative example is 100%, the material usage rate is 15% in the example and 36% in the example 2. Can be said to have improved. That is, according to the present invention, the amount of material gas used can be reduced by an amount corresponding to the improvement in material gas use efficiency, so that the manufacturing cost can be reduced. At the same time, the manufacturing time is shortened, so that productivity can be improved.

また堆積物の目視での観察結果は、比較例では、1回の結晶成長でサセプタ外周から水冷ジャケット式ヒーター室隔壁内周端部までのフローチャンネル床板部が堆積物により明らかに黄色い汚れとなり、数回の成長で濃い褐色になり、12回程度で堆積物の剥離が始まった。これに対し、実施例1では、同じフローチャンネル床板部の汚れ(着色)は、比較例に比べ薄く、数回の成長で薄い褐色を呈し、19回程度まで堆積物の剥離は起きなかった。また実施例2では、汚れの付着は実施例1よりさらに減少し、23回程度まで剥離は起きなかった。これらの結果から、本発明により、フローチャンネル床板の交換頻度を低減することができ、清掃時間の短縮によるLEDの生産効率を向上することができる。   In addition, in the comparative example, the observation result of the visual observation of the deposit is that the flow channel floor plate from the outer periphery of the susceptor to the inner peripheral edge of the water-cooled jacket type heater chamber partition becomes a yellow stain due to the deposit in one crystal growth, After several times of growth, the color became dark brown, and about 12 times the deposits began to peel off. On the other hand, in Example 1, the stain (coloring) of the same flow channel floor plate portion was thinner than that of the comparative example, showed a light brown color after several growths, and the deposits did not peel up to about 19 times. In Example 2, the adhesion of dirt was further reduced from that in Example 1, and peeling did not occur until about 23 times. From these results, according to the present invention, the replacement frequency of the flow channel floor board can be reduced, and the production efficiency of the LED can be improved by shortening the cleaning time.

<<結晶性の評価>>
実施例1、2及び比較例で結晶成長したGaN層のX線回析(XRD)測定を行いGaN層の欠陥密度を評価した。サファイア基板上へのGaN結晶成長は、異種結晶成長であるためドメインを形成していることが知られており、欠陥密度はドメインの基板結晶軸に対する傾き(チルティング)と結晶軸の回転(ツイスティング)と比例する。そして、チルティングは、XRDの(002)ωロッキングカーブの半値幅で、ツイスティングは、(102)ωロッキングカーブの半値幅で、それぞれ評価でき、これらの値が小さいほど欠陥密度は少ない。5回目の結晶成長後にXRD測定により求めた(002)ωロッキングカーブの半値幅と(102)ωロッキングカーブの半値幅を表2に示す。
<< Evaluation of crystallinity >>
The defect density of the GaN layer was evaluated by X-ray diffraction (XRD) measurement of the GaN layers grown in Examples 1 and 2 and the comparative example. It is known that GaN crystal growth on a sapphire substrate forms a domain because it is a heterogeneous crystal growth. The defect density is tilted with respect to the substrate crystal axis (tilting) and rotation of the crystal axis (twist). Sting). The tilting can be evaluated by the half width of the (002) ω rocking curve of the XRD, and the twisting can be evaluated by the half width of the (102) ω rocking curve. The smaller these values, the smaller the defect density. Table 2 shows the half width of the (002) ω rocking curve and the half width of the (102) ω rocking curve obtained by XRD measurement after the fifth crystal growth.

Figure 0005833429
表2に示す結果からも明らかなように、比較例の(002)ω、(102)ωに比べ、実施例1及び実施例2では、半値幅が減少していること、すなわち欠陥密度が減少していることが確認された。これは、基板上流において、材料ガス流の基板表面に至る流れを阻害する原因となる堆積物の生成が、比較例に比べ実施例1、2では抑制された結果、安定した「淀み層」が形成されたためと考えられる。
Figure 0005833429
As is apparent from the results shown in Table 2, in Example 1 and Example 2, the half-value width is reduced, that is, the defect density is reduced, in comparison with (002) ω and (102) ω in the comparative example. It was confirmed that This is because, in the upstream of the substrate, the generation of deposits that hinder the flow of the material gas flow to the substrate surface was suppressed in Examples 1 and 2 compared to the comparative example, and as a result, a stable “stagnation layer” was formed. It is thought that it was formed.

本発明は、発光ダイオード、レーザダイオード等を製造する製造装置、特にMOCVD装置に適用することにより、生産性を向上することができ、且つ品質のよい半導体製品を提供することができる。   By applying the present invention to a manufacturing apparatus for manufacturing a light-emitting diode, a laser diode, or the like, particularly an MOCVD apparatus, productivity can be improved and a high-quality semiconductor product can be provided.

Claims (6)

反応容器と、前記反応容器内に設置され、基板を搭載するサセプタと、サセプタに搭載された基板の表面に沿って材料ガスを供給するフローチャンネルと、前記サセプタの基板搭載面と反対側に設置されたヒーターと、前記ヒーターを囲むように配置された遮熱板と、前記反応容器にパージガスを供給するパージガス供給手段とを備えた半導体製造装置において、
前記遮熱板は、互いに間隔を持って配置された複数の側面遮熱板を含み、当該複数の側面遮熱板は、板面の延長面が前記フローチャンネルの底面と交差し且つ端部が前記フローチャンネルの底面との間に隙間を持って配置され、
前記側面遮熱板の、ヒーターに近い方を内側、ヒーターから遠い方を外側とするとき、前記複数の側面遮熱板の端部は、前記フローチャンネル底面からの距離が、外側から内側に向かって、小さくなるように配置されており、前記側面遮熱板の外側を通り、前記側面遮熱板の端部と前記フローチャンネルの底面との隙間を経て、前記複数の側面遮熱板間及び前記側面遮熱板の内側と前記ヒーターとの隙間を通るパージガス流路を形成するガス流制御手段を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
A reaction vessel, a susceptor installed in the reaction vessel and for mounting a substrate, a flow channel for supplying a material gas along the surface of the substrate mounted on the susceptor, and a susceptor on the opposite side of the substrate mounting surface In a semiconductor manufacturing apparatus, comprising: a heater, a heat shield plate disposed so as to surround the heater, and a purge gas supply means for supplying a purge gas to the reaction vessel,
The heat shield plate includes a plurality of side surface heat shield plates arranged at intervals from each other, and the plurality of side surface heat shield plates have an extension surface of the plate surface intersecting a bottom surface of the flow channel and an end portion thereof. Arranged with a gap between the bottom of the flow channel,
When the side heat shield plate is closer to the inner side and the side farther from the heater is the outer side, the end portions of the plurality of side heat shield plates have distances from the bottom surface of the flow channel toward the inner side from the outer side. Are disposed so as to be small , pass through the outside of the side surface heat shield plate, pass through the gap between the end of the side surface heat shield plate and the bottom surface of the flow channel, and between the plurality of side surface heat shield plates and A semiconductor manufacturing apparatus comprising gas flow control means for forming a purge gas flow path passing through a gap between the inside of the side heat shield plate and the heater.
請求項1に記載の半導体製造装置であって、
前記ヒーター及び前記遮熱板が配置される空間(ヒーター室)を取り囲んで設置されたヒーター室隔壁を備え、前記パージガス供給手段は、前記ヒーター室以外の空間にパージガスを供給する第一のパージガス供給管と、前記ヒーター室にパージガスを供給する第二のパージガス供給管とを備えることを特徴とする半導体製造装置。
The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1,
A heater chamber partition wall is provided so as to surround a space (heater chamber) in which the heater and the heat shield plate are disposed, and the purge gas supply means supplies a purge gas to a space other than the heater chamber. A semiconductor manufacturing apparatus comprising: a pipe; and a second purge gas supply pipe for supplying a purge gas to the heater chamber.
請求項2に記載の半導体製造装置であって、
前記ガス流制御手段は、前記複数の側面遮熱板のうち最外側に配置される側面遮熱板を含み、当該最外側の側面遮熱板は、前記フローチャンネルの底面と交差する方向の長さが他の側面遮熱板より長く、前記最外側の側面遮熱板と前記ヒーター室隔壁との間に、前記第二のパージガス供給管からのガス吹き出し口が配置されていることを特徴とする半導体製造装置。
The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 2,
The gas flow control means includes a side heat shield disposed on the outermost side among the plurality of side heat shields, and the outermost side heat shield is a length in a direction intersecting a bottom surface of the flow channel. Is longer than the other side heat shield plates, and a gas blow-out port from the second purge gas supply pipe is disposed between the outermost side heat shield plate and the heater chamber partition. Semiconductor manufacturing equipment.
請求項2に記載の半導体製造装置であって、
前記ヒーター室隔壁は、前記フローチャンネルの底面との間に隙間を持って配置され、
前記ガス流制御手段は、前記ヒーター室隔壁を囲んで配置されたパージガス誘導筒を含み、前記パージガス誘導筒と前記ヒーター室隔壁との間に、前記第二のパージガス供給管からのガス吹き出し口が配置されていることを特徴とする半導体製造装置。
The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 2,
The heater chamber partition is arranged with a gap between the bottom surface of the flow channel,
The gas flow control means includes a purge gas guide cylinder disposed so as to surround the heater chamber partition wall, and a gas outlet from the second purge gas supply pipe is provided between the purge gas guide cylinder and the heater chamber partition wall. A semiconductor manufacturing apparatus which is arranged.
請求項4に記載の半導体製造装置であって、
前記ヒーター室隔壁で仕切られたヒーター室を、前記ヒーター及び前記遮熱板が配置される空間とそれ以外の空間(第二空間)に仕切る第二の隔壁を備え、
前記第二の隔壁には、前記側面遮熱板の端部と前記フローチャンネルの底面との隙間を経て、前記複数の側面遮熱板間及び前記側面遮熱板の内側と前記ヒーターとの隙間を通るパージガス流路を流れたパージガスを前記反応容器の外に排気する排気手段が備えられていることを特徴とする半導体製造装置。
The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 4,
A second partition that partitions the heater chamber partitioned by the heater chamber partition into a space in which the heater and the heat shield plate are disposed and a space other than that (second space);
The second partition wall has a gap between the end of the side heat shield plate and the bottom surface of the flow channel, and a gap between the plurality of side heat shield plates and the inside of the side heat shield plate and the heater. A semiconductor manufacturing apparatus comprising exhaust means for exhausting the purge gas flowing through the purge gas flow path passing through the reaction container.
請求項5に記載の半導体製造装置であって、
前記パージガス供給手段は、前記第二の隔壁によって仕切られた第二空間にパージガスを供給する第三パージガス供給管を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 5,
2. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the purge gas supply means includes a third purge gas supply pipe for supplying purge gas to the second space partitioned by the second partition.
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