JPH03232794A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、窒化シリコン薄膜等を基体表面に形成するた
めの気相成長装置の改良に関する。

（従来の技術） 通常の気相成長法（ＣＶ　Ｄ　：　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　
ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）によりセラミック
ス（窒化シリコン等）を合成し、基板上に反応生成物と
して沈積せしめる場合、原料ガスを容器内においてノズ
ルから吹出し、できるだけ容器内で原料ガスを拡散させ
て、均質にセラミックスを被膜するようにしている。こ
の種のＣＶＤ法を用いた装置は、例えば特開昭５２−９
６９９９号公報に既に開示されている。

該装置は、一般に雰囲気を自在に調整することのできる
容器と、この容器内に封入される基体を保持し、かつ加
熱する手段と、前記基体上に窒素沈積源ガス並びに珪素
沈積源ガスとをそれぞれ吹付ける吹付は管とからなる。

そして、上記文献に記載されている発明においては、吹
付は管を組合せ管として構成し、その内管の開口端と基
体との距離を外管の開口端と基体との距離より短くする
ことによって、四塩化珪素を珪素沈積源ガスとし、アン
モニアを窒素沈積源ガスとする場合に、均質で硬度、の
大なる窒化珪素を効率よく得るものとしている。

（発明が解決しようとする課題） このような従来の装置では、２種類のガスの吹付は管の
吐出孔は、同一平面内にはなく、しかもこれらの吐出孔
は基体表面に対向する同心円として配置され、あるいは
外側の大円の内部に２つの小円として配置されている。

このため、吐出孔から出た原料ガスは互いに混合されに
くく、その結果、基体の表面に均質でしかも均一な膜厚
の窒化珪素を得ることが困難であった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、
窒化シリコン等の被着腹を基体表面に形成する際に均質
でしかも均一な膜厚の被膜の形成が行なえる気相成長装
置を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、容器内で複数種類の原料ガスを反応せ
しめて所定基板上に反応生成物を沈積せしめる気相成長
装置において、先端にスリット状の吐出孔を形成し原料
ガスを移送する送気管を複数有し、これら送気管の吐出
孔を近接して配置するとともに、これら吐出孔と基板と
を接近配置せしめ、かつ移動機構により基板とこれら吐
出孔とを相対的に接近移動せしめて、吐出孔から吐出さ
れた原料ガスの反応により生成された反応生成物を基板
上に沈積せしめることを特徴とする気相成長装置を提供
できる。

（作用） 本発明の気相成長装置によれば、前記複数のスリット状
の吐出孔から吐出される原料ガスは、台上の基板表面に
吐出され、かつ基板表面と吐出孔とが相対的に移動して
いる。このため、吐出された原料ガスは基板表面におい
て一様に反応して被膜となる層を前記基板表面に沈積す
るから、前記台上の基板表面には均質かつ均一な膜厚で
被着腹が生成される。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に従って詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例の気相成長装置を示す断面図
、第２図、第３図には、原料ガスを反応室に吐出する送
気管の要部構成を示している。

第１図において、１は回転するホットプレートからなる
回転台である。該回転台１は回転軸１ａを有し、この回
転軸１ａは駆動装置ｌｂ内のモータにより回転駆動され
る外、回転台１を上下動させるため、その軸方向にも移
動自在である。なお、これらの駆動機構は周知の構造で
あるため、詳細な説明は省略する。

回転台１は、図示されていない、例えば高周波誘導加熱
装置により所定温度に加熱することができる。

回転台１の上面には、円形の基板２がその被膜形成され
る面を上にして載置されている。なお、駆動装置１ｂは
、基台１０上に設けられた凹溝１１内に固定されている
。

３は該基台１０上に載置され、回転台１を覆うつりがね
状の容器である。該容器３は基台１０上に気密的に載置
され、ＣＶＤ反応室を構成しており、その中央でこれを
貫通して複数の原料ガスをキャリアガスとともにこのＣ
ＶＤ反応室に導入するためのＣＶＤノズル４を有し、さ
らに排気のための排気管５を有する。

ノズル４内には、容器３の外部から基板２表面に原料ガ
スを送るための複数本の送気管、例えば４木の管ａ　％
　ｄが貫通しているが、詳細な構造は後述する。

排気管５は、容器３内で原料ガスが反応し、被着服か基
板２表面に形成された後に発生するガスを容器３外に排
出するものであり、これには真空ポンプやトラップ等が
接続されているが、本件発明の要旨外であるため、説明
を省略する。

第２図は、上記ＣＶＤノズル４の先端部分の部分断面図
、第３図（ａ）、（ｂ）はノズルキャップの上面および
下面図である。

ＣＶＤノズル４は、その先端部分には上記４本の管ａ〜
ｄに連通ずるスリットが形成されたノズルキャップ４０
か嵌入されており、このノズルキャップ４０のスリット
状の吐出孔４１ａ、４１ｂ、４１ｃは、回転台１の基板
２に近接して配置され、それぞれ前記原料ガスを反応室
に吐出するものである。

すなわちノズルキャップ４０は、ノズル４の容管ａ、ｂ
からのガスをその上面の凹部４３から受は入れて吐出孔
４１ａ、４１ｂに送り込み、管ｃ、ｄからのガスを凹部
４４から受は入れて吐出孔４１ｃに送り込んでおり、こ
れらの吐出孔はキャップ４０の下面、つまり送気管側端
面の中心線に位置する第１の吐出孔４１ｃおよびこの第
１の吐出孔４１ｃの両側に位置する第２、第３の吐出孔
４１ａ、４１ｂに接続するものである。したがって、こ
れら吐出孔４１ａ、４１ｂ、４１ｃは、各送気管ａ〜ｄ
からの原料ガスを、互いに管路の延長面がイヤツブ下面
の近傍で交差して吐出するように形成されている。この
ため、スリット状の吐出孔４１ａ、４１ｂ、４１ｃから
はそのスリットの長さと幅に対応して層状をなすガスが
吐出され、ＣＶＤ反応室に導入された直後に互いに交差
して混合されることとなる。しかも、このノズルキャッ
プ４０の各吐出孔は、回転台ｉ上の基板２表面に近接し
て対向し、その状態で基板２は同軸で回転するから、Ｃ
ＶＤ反応室に導入されたガスは、十分に攪拌、混合され
た状態で反応して、基板２表面に沈積することとなり、
均質でしかも均一な膜厚での被膜の形成を保証すること
が可能になる。

なお原料ガスが反応し、被着膜を形成する物質が生成さ
れて発生する排ガスは、その後に容器３内に逸走し、さ
らに排気管５から容器３外に排出される。

次に上記構成の気相成長装置により実施された窒化珪素
の被着服の生成の一例について説明する。

所定の大きさ、例えば直径８０ｍｍ、肉厚５Ｉ１１山の
黒鉛基板２を上記回転台１上に配置し、この回転台１を
毎分２０回転の速度で回転しながら、黒鉛基板２表面に
窒化珪素の被着膜を生成した。まず、ＣＶＤ反応室内を
約１Ｏ−２ｔｏｒｒに減圧し、反応温度を１５００℃ま
で昇温し、その後に原料ガスとしてＳｉＣ：　Ｑ４　、
　ＮＨ３，キャリアガスとしてＮ２．Ｎ２を所定の流量
で供給して１０分間保持し、その容器内を冷却した後に
、基板２をとりだしてそこに生成された窒化珪素の被着
膜を調べた。

基板はまず、カッタにより縦、横に１０ｍｍ間隔で切断
して試料を作り、その各々について表面と断面をＳＥＭ
観察した。その結果、すべての試料の表面に、結晶の対
称性が４回対称、あるいは３回対称を持つ空間格子をな
す結晶粒が観察された。すなわち生成された被着服は、
基板のいずれの部位でも、緻密な結晶をなしていること
が判明した。

また、各試料の断面観察から、それらの厚みがいずれも
、約１００μｍ程度であって、直径８０ｍｍの黒鉛基板
にはその端部と中央とで、均一な厚みの膜が形成されて
いることが判明した。

さらに、これらの試料についてＸ線回折により観察した
ところ、すべての試料に（１１１）、（１０１）等の格
子定数を示す回折ピークが検出された。つまり、基板の
あらゆる表面で成長した結晶は、その原子配列が空間的
に特定された配向を有する、配向性の揃った結晶粒とし
て形成されていることが判明した。

このように、上記実施例装置においては、原料ガスを複
数のスリット状の吐出孔から吐出し、このスリットの長
さと幅に対応して層状をなすガスが、ＣＶＤ反応室に導
入された直後に互いに交差して混合されるから、回転台
上の基板表面に均質かつ均一な膜厚で被着膜を形成でき
る。

また、容器３内に複数の基板を封入する場合にも、それ
らを回転台の上にいずれの基板の表面も送気管の吐出孔
に対向した状態で配置することにより、均質かつ均一な
膜厚で被着膜を形成できる。しかも基板の大きさや数が
変更されるときは、それに応じて、上記ノズルキャップ
の大きさを変更することで対処できる。

なお、前記送気管の吐出孔は前記台と相対的に移動すれ
ば良く、台を固定してその表面で吐出孔を回転、あるい
は往復運動させても良いことは勿論である。

以上、この発明をある程度詳細にその最も好ましい実施
態様について説明したが、その好ましい実施態様の説明
は、構成の詳細な部分についての変形、特許請求の範囲
に記載された本発明の精神に反しない限りでの種々な変
形、あるいはそれらを組み合わせたものに変更すること
ができることは明らかである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、窒化シリコン等
の被着膜を基体表面に形成する際に均質でしかも均一な
膜厚の被膜の形成が行なえる気相成長装置を提供できる
。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の一実施例を示す断面図、第２図は、
ＣＶＤノズルの先端部分の断面図、第３図（ａ）、（ｂ
）は、ノズルキャップの上面および下面図である。 １・・・回転台、２・・・基板、３・・・反応容器、４
・・・ＣＶＤノズル、４０・・・ノズルキャップ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）容器内で複数種類の原料ガスを反応せしめて所定
   基板上に反応生成物を沈積せしめる気相成長装置におい
   て、先端にスリット状の吐出孔を形成し原料ガスを移送
   する送気管を複数有し、これら送気管の吐出孔を近接し
   て配置するとともに、これら吐出孔と基板とを接近配置
   せしめ、かつ移動機構により基板とこれら吐出孔とを相
   対的に接近移動せしめて、吐出孔から吐出された原料ガ
   スの反応により生成された反応生成物を基板上に沈積せ
   しめることを特徴とする気相成長装置。
2. （２）前記複数のスリット状の吐出孔は、中央に配置さ
   れた第１の吐出孔と、該第１の吐出孔の両側に配置され
   た第２、第３の吐出孔とから成り、第１の吐出孔からは
   、第１の原料ガスを吐出せしめるとともに、第２と第３
   の吐出孔からは第２の原料ガスを吐出せしめ、これら第
   ２と第３の吐出孔に至る各送気管の管路の延長面を第１
   の吐出孔の近傍で交差させて第１、第２の原料ガスを反
   応せしめることを特徴とする請求項（１）に記載の気相
   成長装置。
3. （３）前記スリット状の吐出孔と基板とを相対的に回転
   せしめることを特徴とする請求項（１）に記載の気相成
   長装置。
4. （４）前記スリット状の吐出孔を固定せしめ、基板を移
   動機構により回転せしめることを特徴とする請求項（１
   ）に記載の気相成長装置。