WO2013061660A1 - 気相成長装置 - Google Patents

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WO2013061660A1
WO2013061660A1 PCT/JP2012/068314 JP2012068314W WO2013061660A1 WO 2013061660 A1 WO2013061660 A1 WO 2013061660A1 JP 2012068314 W JP2012068314 W JP 2012068314W WO 2013061660 A1 WO2013061660 A1 WO 2013061660A1
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WO
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gas
mass flow
group
flow controller
mixed
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PCT/JP2012/068314
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喜代志 安福
坂上　英和
弘睦 小島
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シャープ株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45561—Gas plumbing upstream of the reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45565—Shower nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process

Definitions

  • the present invention relates to a vapor phase growth apparatus for forming a film on a substrate to be processed using a plurality of material gases.
  • Light emitting diodes, semiconductor lasers, solar power devices for space, and high-speed devices are manufactured by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) using compound semiconductor materials.
  • MOCVD Metal Organic Chemical Vapor Deposition
  • an organic metal gas such as trimethylgallium (TMG) or trimethylaluminum (TMA) and a hydrogen compound gas such as ammonia (NH 3 ), phosphine (PH 3 ), or arsine (AsH 3 ) are formed into a film. Used as a contributing material gas.
  • the MOCVD method is a method in which a compound semiconductor crystal is grown on a substrate to be processed by introducing the above material gas into a film forming chamber together with a carrier gas and heating it to cause a gas phase reaction on the substrate to be processed.
  • Patent Document 1 JP-T-2007-521633
  • gases directed toward the substrate at different radial distances from the rotation axis of the rotating disk have substantially the same velocity.
  • the gas going to the part of the disk away from the axis contains a higher concentration of reaction gas than the gas going to the part near the axis.
  • Patent Document 2 As a prior document disclosing a compound semiconductor manufacturing apparatus, there is JP-A-6-295862 (Patent Document 2).
  • a group V gas, a group III gas, and an impurity gas are introduced into a reaction tube using independent pipes, and the flow rate is controlled by a needle valve.
  • a vapor phase growth apparatus for processing by the MOCVD method is required to improve material yield and processing capability in order to suppress the manufacturing cost while improving the quality of the compound semiconductor crystal. Therefore, the vapor phase growth apparatus has been increased in size so that as many substrates as possible having a large diameter can be processed at a high quality in a lump.
  • a susceptor on which the substrate to be processed is placed becomes large. Further, in order to improve the processing capability, the substrate to be processed is spread and processed from the center to the end of the large susceptor. Therefore, it is necessary to grow a compound semiconductor crystal having a uniform film thickness and film characteristics on each of a plurality of substrates to be processed placed on a large susceptor.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a vapor phase growth apparatus capable of adjusting the mixing ratio and flow rate of material gases for each of a plurality of regions on a susceptor.
  • a vapor phase growth apparatus includes a susceptor on which a substrate to be processed is placed, a gas supply unit that faces the susceptor and supplies a plurality of material gases onto the substrate to be processed, and a plurality of materials in the gas supply unit A plurality of mixing pipes for mixing and introducing a plurality of predetermined material gases of the gas, respectively, and branching while adjusting the flow rate in each of the plurality of material gases, and sending each to one of the plurality of mixing pipes A plurality of gas branching mechanisms.
  • the gas supply unit sprays a plurality of mixed gases mixed in each of the plurality of mixing pipes onto a plurality of regions on the susceptor. In each of the plurality of mixed gases, the concentration and flow rate of each of the predetermined plurality of material gases are adjusted.
  • each of the plurality of gas branching mechanisms individually adjusts the branching ratio of each of the plurality of material gases.
  • the gas branching mechanism includes a flow splitter or a mass flow controller.
  • the plurality of regions include a center region and an edge region on the susceptor.
  • the mixing ratio and flow rate of the material gas can be adjusted for each of a plurality of regions on the susceptor.
  • a vapor phase growth apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
  • the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
  • a vertical showerhead type MOCVD apparatus will be described as an example of a vapor phase growth apparatus.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a part of the configuration of an MOCVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view of the shower plate as viewed from below.
  • FIG. 3 is a system diagram showing the configuration of the mixing piping and the gas branching mechanism of the MOCVD apparatus according to the present embodiment.
  • an MOCVD apparatus 100 includes a film forming chamber 110 in which a substrate 10 to be processed is processed.
  • a susceptor 120 having a circular shape in plan view on which the substrate 10 to be processed is placed is disposed.
  • the susceptor 120 is defined in a plurality of areas.
  • Two regions are defined, the marginal region.
  • the plurality of regions is not limited to this, and depending on various conditions such as the size of the susceptor 120, the arrangement of the plurality of substrates to be processed 10 placed on the susceptor 120, and the position of a gas exhaust unit 141 described later, It is appropriately determined in consideration of the crystal growth of the compound semiconductor on the substrate 10 to be processed.
  • a heater 121 having a circular shape in plan view is disposed below the susceptor 120.
  • the heater 121 is disposed on a support base 151 having a circular shape in plan view.
  • One end of the rotating shaft 150 is connected to the lower part of the center of the support base 151.
  • An actuator (not shown) is connected to the other end of the rotating shaft 150, and the rotating shaft 150 is rotatable about the axis.
  • the centers of the susceptor 120, the heater 121, and the support base 151 are located on the central axis of the rotating shaft 150.
  • a heater cover 152 is provided so as to cover the peripheral side surfaces of the susceptor 120, the heater 121, and the support base 151.
  • the MOCVD apparatus 100 includes a susceptor 120, a heater 121, a support base 151, and a heater cover 152.
  • a shower head 130 is provided, which is a gas supply unit that supplies a plurality of material gases onto the substrate 10 to be processed, facing the susceptor 120.
  • the shower head 130 includes a shower plate 131, a water cooling part 132, and a hollow part 133.
  • the shower plate 131 has a plurality of openings 131a for spraying a mixed gas onto the substrate 10 to be processed.
  • the mixed gas is sprayed from the opening 131a located in the center side area 20a of the shower plate 131 to the center side area on the susceptor 120 described above.
  • mixed gas is sprayed on the edge side area
  • the lower surface of the shower plate 131 faces the upper surface of the susceptor 120 in parallel.
  • the water cooling part 132 is a part through which cooling water for cooling the shower head 130 circulates. Cooling water is supplied to the water cooling unit 132 from a water cooling device 160 including a pump, a water supply source, and a cooling source through a cooling pipe 161.
  • a plurality of mixing pipes which will be described later, are connected to the hollow portion 133.
  • the interior of the hollow portion 133 communicates with the plurality of mixing pipes and the plurality of openings 131 a of the shower plate 131.
  • the MOCVD apparatus 100 includes a shower head 130.
  • the MOCVD apparatus 100 includes a gas exhaust part 141 for exhausting the inside of the film forming chamber 110, a purge line 142 connected to the gas exhaust part 141, and an exhaust gas treatment apparatus 140 connected to the purge line 142. Including.
  • the mixed gas introduced into the film forming chamber 110 is exhausted to the outside of the film forming chamber 110 by the gas exhaust unit 141, and the exhausted mixed gas is sent to the exhaust gas treatment device 140 through the purge line 142. In the exhaust gas treatment device 140, it is rendered harmless.
  • a mixed gas is supplied from the shower head 130 into the film forming chamber 110.
  • the substrate to be processed 10 is heated by the heater 121 through the rotating susceptor 120.
  • a chemical reaction occurs on the heated substrate 10 to be processed, a thin film is formed on the substrate 10 to be processed.
  • the mixed gas that has passed over the substrate 10 is exhausted from the gas exhaust part 141.
  • a group III material gas containing a group III element and a group V material containing a group V element are used as a plurality of material gases for forming a compound semiconductor thin film on the substrate 10 to be processed.
  • a gas and a doping material gas containing an impurity element are used.
  • the plurality of material gases is not limited to this, and for example, a group II material gas containing a group II element, a group VI material gas containing a group VI element, and a doping material gas containing an impurity element may be used.
  • group III elements include Ga (gallium), Al (aluminum), and In (indium).
  • group III material gas for example, an organometallic gas such as trimethylgallium (TMG) or trimethylaluminum (TMA) can be used.
  • group V elements include N (nitrogen), P (phosphorus), and As (arsenic).
  • group V material gas for example, a hydrogen compound gas such as ammonia (NH 3 ), phosphine (PH 3 ), or arsine (AsH 3 ) can be used.
  • impurity element examples include Mg (magnesium) and Si (silicon).
  • As the doping material gas Cp 2 Mg (bis-cyclopentadienyl Mg) gas or SiH 4 gas can be used.
  • the MOCVD apparatus 100 includes a group III-based mixed gas edge supply source 170 serving as a supply source of a group III-based mixed gas containing a group III material gas in the edge region of the susceptor 120.
  • the MOCVD apparatus 100 includes a V group mixed gas edge supply source 171 serving as a supply source of a V group mixed gas containing a V group material gas in an edge side region of the susceptor 120.
  • the MOCVD apparatus 100 includes a group III mixed gas central supply source 172 serving as a supply source of a group III mixed gas containing a group III material gas in the central region of the susceptor 120.
  • the MOCVD apparatus 100 includes a V group mixed gas edge supply source 173 serving as a supply source of a V group mixed gas containing a V group material gas in a central region of the susceptor 120.
  • the group III-based mixed gas edge supply source 170 is connected to the shower head 130 by a group III-based edge mixing pipe 170a to which a mass flow controller 170c, which is a flow rate adjusting mechanism, is connected.
  • the V group mixed gas edge supply source 171 is connected to the shower head 130 by a V group edge mixing pipe 171a to which a mass flow controller 171c is connected.
  • the III group mixed gas center side supply source 172 is connected to the shower head 130 by a III group center side mixing pipe 172a to which a mass flow controller 172c is connected.
  • the group V mixed gas center side supply source 173 is connected to the shower head 130 by a group V center side mixed piping 173a to which the mass flow controller 173c is connected.
  • the MOCVD apparatus 100 includes a control unit 190 that controls all mass flow controllers included in the MOCVD apparatus 100.
  • the control unit 190 is connected to the group III mixed gas edge supply source 170 by the wiring 191, is connected to the group V mixed gas edge supply source 171 by the wiring 192, and is connected to the group III mixed gas center supply source 172 by the wiring 193. And is connected to the V group mixed gas center supply source 173 by a wiring 194.
  • All the mass flow controllers that adjust the flow rate of the mixed gas in the group III-based mixed gas edge supply source 170 are connected to the control unit 190 through the group III-based mixed gas edge supply source 170 by wiring not shown.
  • All the mass flow controllers for adjusting the flow rate of the mixed gas in the V group mixed gas edge supply source 171 are connected to the control unit 190 through the V group mixed gas edge supply source 171 by wiring not shown.
  • All the mass flow controllers that adjust the flow rate of the mixed gas in the group III-based mixed gas center-side supply source 172 are connected to the control unit 190 through the group-III-based mixed gas center-side supply source 172 by wiring (not shown).
  • All the mass flow controllers for adjusting the flow rate of the mixed gas in the V group mixed gas center supply source 173 are connected to the control unit 190 through the V group mixed gas center supply source 173 by wiring not shown.
  • the MOCVD apparatus 100 includes a carrier gas supply source 180, a first group III material gas supply source 181, a second group III material gas supply source 182, a first group V material gas supply source 183, and a second group V material gas.
  • a supply source 184, a first doping material gas supply source 185, and a second doping material gas supply source 186 are provided.
  • the carrier gas supply source 180 supplies, for example, H 2 gas as the carrier gas.
  • the carrier gas supply source 180 is connected to the carrier line 180a.
  • the carrier line 180a is connected to the mass flow controllers A1, A2, B1, B2, C2, D2, G1, G2, H1, and H2.
  • the carrier line 180a is connected to the carrier line 180b and the carrier line 180c.
  • the carrier line 180b is branched into a group III system side mixing pipe 170b to which the mass flow controller E1 is connected and a group III system center side mixing pipe 172b to which the mass flow controller E2 is connected.
  • the carrier line 180c is branched into a group V system side mixing pipe 171b to which the mass flow controller F1 is connected and a group V system center side mixing pipe 173b to which the mass flow controller F2 is connected.
  • 1st group III material gas supply source 181 supplies TMG gas, for example.
  • the group III material gas supply source 181 is connected to a bubbling device.
  • the introduction side of the bubbling device is connected to a carrier line to which the mass flow controller A1 is connected via a valve.
  • the outlet side of the bubbling device is connected to a carrier line to which the mass flow controller A2 is connected via a valve.
  • the carrier line to which the mass flow controller A2 is connected is branched by a gas branch mechanism A5 provided with a mass flow controller A3 and a mass flow controller A4 of a slightly differential pressure specification.
  • the side to which the mass flow controller A3 is connected is connected to the group III system side mixing pipe 170b.
  • the side to which the mass flow controller A4 is connected is connected to the group III system center side mixing pipe 172b.
  • 2nd group III material gas supply source 182 supplies TMA gas, for example.
  • the Group III material gas supply source 182 is connected to a bubbling device.
  • the introduction side of the bubbling device is connected to a carrier line to which the mass flow controller B1 is connected via a valve.
  • the outlet side of the bubbling device is connected to a carrier line to which the mass flow controller B2 is connected via a valve.
  • the carrier line to which the mass flow controller B2 is connected is branched by a gas branching mechanism B5 including a mass flow controller B3 and a mass flow controller B4 having a slightly differential pressure specification.
  • the side to which the mass flow controller B3 is connected is connected to the group III system side mixing pipe 170b.
  • the side to which the mass flow controller B4 is connected is connected to the group III system center side mixing pipe 172b.
  • the first doping material gas supply source 185 supplies, for example, Cp 2 Mg gas.
  • the first doping material gas supply source 185 is connected to a bubbling device.
  • the introduction side of this bubbling device is connected to a carrier line to which the mass flow controller G1 is connected via a valve.
  • the outlet side of the bubbling device is connected to a carrier line to which the mass flow controller G2 is connected via a valve.
  • the carrier line to which the mass flow controller G2 is connected is branched by a gas branch mechanism G5 provided with a mass flow controller G3 and a mass flow controller G4 having a differential pressure specification.
  • the side to which the mass flow controller G3 is connected is connected to the group III system side mixing pipe 170b.
  • the side to which the mass flow controller G4 is connected is connected to the group III system center side mixing pipe 172b.
  • the second doping material gas supply source 186 supplies, for example, SiH 4 gas.
  • the second doping material gas supply source 186 is connected to the bubbling device.
  • the introduction side of the bubbling device is connected to a carrier line to which the mass flow controller H1 is connected via a valve.
  • the outlet side of the bubbling device is connected to a carrier line to which the mass flow controller H2 is connected via a valve.
  • the carrier line to which the mass flow controller H2 is connected is branched by a gas branch mechanism H5 provided with a mass flow controller H3 and a mass flow controller H4 having a slightly differential pressure specification.
  • the side to which the mass flow controller H3 is connected is connected to the group III system side mixing pipe 170b.
  • the side to which the mass flow controller H4 is connected is connected to the group III system center side mixing pipe 172b.
  • the first group V material gas supply source 183 supplies, for example, NH 3 gas.
  • the first group V material gas supply source 183 is connected to one end of a pipe to which the mass flow controller C1 is connected.
  • the other end of the pipe is connected to a carrier line to which the mass flow controller C2 is connected.
  • the carrier line to which the mass flow controller C2 is connected is branched by a gas branch mechanism C5 provided with a mass flow controller C3 and a mass flow controller C4 having a slightly differential pressure specification.
  • the side to which the mass flow controller C3 is connected is connected to the V group system side mixing pipe 171b.
  • the side to which the mass flow controller C4 is connected is connected to the V group center side mixing pipe 173b.
  • the 2V group material gas supply source 184 for example, supplying AsH 3 gas.
  • the second group V material gas supply source 184 is connected to one end of a pipe to which the mass flow controller D1 is connected.
  • the other end of the pipe is connected to a carrier line to which the mass flow controller D2 is connected.
  • the carrier line to which the mass flow controller D2 is connected is branched by a gas branch mechanism D5 provided with a mass flow controller D3 and a mass flow controller D4 of a slightly differential pressure specification.
  • the side to which the mass flow controller D3 is connected is connected to the V group system side mixing pipe 171b.
  • the side to which the mass flow controller D4 is connected is connected to the V group center side mixing pipe 173b.
  • the carrier gas is introduced into the bubbling apparatus by the mass flow controller A1, and the TMG gas is generated by bubbling in the cylinder.
  • the amount of TMG gas generated is determined by the flow rate of the carrier gas introduced from the mass flow controller A1.
  • the generated TMG gas is mixed with the carrier gas sent from the mass flow controller A2.
  • the concentration and total flow rate of the TMG gas are determined by the flow rate of the carrier gas sent from the mass flow controller A2.
  • a part of the TMG gas mixed with the carrier gas is flow-controlled by the mass flow controller A3 and sent to the group III system side mixing pipe 170b.
  • the remaining part of the TMG gas mixed with the carrier gas is flow-controlled by the mass flow controller A4 and sent to the group III system central mixing pipe 172b.
  • part of the TMA gas mixed with the carrier gas is flow-controlled by the mass flow controller B3 and sent to the group III system side mixing pipe 170b.
  • the remainder of the TMA gas mixed with the carrier gas is flow-controlled by the mass flow controller B4 and sent to the group III system central mixing pipe 172b.
  • a part of the Cp 2 Mg gas mixed with the carrier gas is flow-controlled by the mass flow controller G3 and sent to the group III system side mixing pipe 170b.
  • the remainder of the Cp 2 Mg gas mixed with the carrier gas is flow-controlled by the mass flow controller G4 and sent to the group III system center side mixing pipe 172b.
  • a part of the SiH 4 gas mixed with the carrier gas is flow-controlled by the mass flow controller H3 and sent to the group III system side mixing pipe 170b.
  • the remaining portion of the SiH 4 gas mixed with the carrier gas is flow-controlled by the mass flow controller H4 and sent to the group III system center side mixing pipe 172b.
  • the flow rate of the carrier gas is controlled by the mass flow controller E1, and the carrier gas is sent to the group III system side mixing pipe 170b.
  • the total flow rate of the mixed gas reaching the group III mixed gas edge supply source 170 is determined by the flow rate of the carrier gas sent from the mass flow controller E1.
  • the carrier gas is flow-controlled by the mass flow controller E2 and sent to the group III system central mixing pipe 172b.
  • the total flow rate of the mixed gas reaching the group III mixed gas central supply source 172 is determined by the flow rate of the carrier gas sent from the mass flow controller E2.
  • the flow rate is adjusted by the mass flow controller C1, and NH 3 gas is sent from the first group V material gas supply source 183.
  • the NH 3 gas is mixed with the carrier gas sent from the mass flow controller C2.
  • the concentration of NH 3 gas and the total flow rate are determined by the flow rate of the carrier gas sent from the mass flow controller C2.
  • a part of the NH 3 gas mixed with the carrier gas is flow-controlled by the mass flow controller C3 and sent to the group V-system side mixing pipe 171b.
  • the remaining portion of the NH 3 gas mixed with the carrier gas is flow-controlled by the mass flow controller C4 and sent to the group V system center side mixing pipe 173b.
  • the mass flow controller D3 a part of the AsH 3 gas mixed with the carrier gas is flow-controlled by the mass flow controller D3 and sent to the group V system edge side mixing pipe 171b.
  • the remaining portion of the AsH 3 gas mixed with the carrier gas is flow-controlled by the mass flow controller D4 and sent to the group V system center side mixing pipe 173b.
  • the flow rate of the carrier gas is controlled by the mass flow controller F1, and the carrier gas is sent to the group V system side mixing pipe 171b.
  • the total flow rate of the mixed gas reaching the V group mixed gas edge supply source 171 is determined by the flow rate of the carrier gas sent from the mass flow controller F1.
  • the carrier gas is flow-controlled by the mass flow controller F2 and sent to the V group center side mixing pipe 173b.
  • the total flow rate of the mixed gas that reaches the V group mixed gas center-side supply source 173 is determined by the flow rate of the carrier gas sent from the mass flow controller F2.
  • the MOCVD apparatus 100 includes a plurality of mixing pipes that mix and introduce a predetermined plurality of material gases among the plurality of material gases into the shower head 130. Further, the MOCVD apparatus 100 branches a plurality of material gases while adjusting the flow rate, and sends each of them to one of a plurality of mixing pipes A5, B5, C5, D5, G5, H5. It has.
  • Each of the plurality of gas branching mechanisms A5, B5, C5, D5, G5, and H5 individually adjusts the branching ratio of each of the plurality of material gases. That is, the control unit 190 controls each of the plurality of gas branch mechanisms A5, B5, C5, D5, G5, and H5 independently of each other.
  • each of the plurality of gas branch mechanisms A5, B5, C5, D5, G5, and H5 is configured by two mass flow controllers having a slightly differential pressure specification, but the gas branch mechanism is configured by a flow splitter. May be.
  • the shower head 130 sprays a plurality of mixed gases mixed in each of a plurality of mixing pipes to a plurality of regions on the susceptor 120, respectively.
  • the concentration and flow rate of each of the predetermined plurality of material gases are adjusted.
  • the Group III mixed gas edge side supply source is set.
  • the mixing ratio of the plurality of Group III material gases in 170 and the Group III mixed gas center supply source 172 can be adjusted.
  • the mixing ratio of a plurality of V group material gases in the V group mixed gas edge supply source 171 and the V group mixed gas center supply source 173 can be adjusted.
  • the flow rate ratio of the group III-based mixed gas and the group V-based mixed gas in the mixed gas sprayed to the edge region of the susceptor 120 in a state where the mixing ratio of the plurality of group III material gases is constant can be adjusted.
  • the mixing ratio and flow rate of the material gas can be adjusted for each of a plurality of regions on the susceptor 120.
  • all of the uniformity of the layer thickness, composition, and impurity addition amount of the grown crystals should be sufficient on the substrate 10 to be processed. it can. That is, a compound semiconductor crystal having a uniform film thickness and film characteristics can be grown on each of the plurality of substrates to be processed 10.

Abstract

　気相成長装置は、被処理基板(１０)が載置されるサセプタ(１２０)と、サセプタ(１２０)と対向し、被処理基板(１０)上に複数の材料ガスを供給するガス供給部(１３０)と、ガス供給部(１３０)に複数の材料ガスのうちの所定の複数の材料ガスを混合してそれぞれ導入する複数の混合配管と、複数の材料ガスの各々において流量を調整しつつ分岐してそれぞれを、複数の混合配管のいずれかに送る複数のガス分岐機構とを備える。ガス供給部(１３０)は、複数の混合配管のそれぞれで混合された複数の混合ガスをサセプタ(１２０)上の複数の領域にそれぞれ噴き付ける。複数の混合ガスの各々においては、上記所定の複数の材料ガスの各々の濃度および流量が調節されている。

Description

気相成長装置
　本発明は、複数の材料ガスを用いて被処理基板上に成膜する気相成長装置に関する。
　化合物半導体材料を用いたＭＯＣＶＤ(Metal　Organic　Chemical　Vapor　Deposition)法により、発光ダイオード、半導体レーザ、宇宙用ソーラーパワーデバイス、および、高速デバイスなどが製造されている。
　ＭＯＣＶＤ法においては、トリメチルガリウム(ＴＭＧ)またはトリメチルアルミニウム(ＴＭＡ)などの有機金属ガスと、アンモニア(ＮＨ3)、ホスフィン(ＰＨ3)またはアルシン(ＡｓＨ3)などの水素化合物ガスとを成膜に寄与する材料ガスとして用いる。
　ＭＯＣＶＤ法は、上記の材料ガスをキャリアガスと共に成膜室内に導入して加熱し、被処理基板上で気相反応させることにより、被処理基板上に化合物半導体結晶を成長させる方法である。
　ＭＯＣＶＤ法によって所望の薄膜を形成する際、反応性を有する材料ガスによって被処理基板表面で生起される表面反応は、極めて複雑なメカニズムを有することが知られている。すなわち、材料ガスの温度、流速、圧力、材料ガスに含まれる活性化学種の種類、反応系における残留ガス成分、および、被処理基板の温度など、多数のパラメータが、上記表面反応に寄与する。そのため、ＭＯＣＶＤ法でこれらのパラメータを制御して所望の薄膜を形成させることは極めて難しい。
　ＭＯＣＶＤ法に用いられる反応器の構成を開示した先行文献として、特表２００７－５２１６３３号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された反応器においては、回転ディスクの回転軸から異なる半径方向距離にある基板に向かうガスが、実質的に同一の速度を有する。軸から離れたディスクの部分に向かうガスは、軸に近い部分に向かうガスよりも高濃度の反応ガスを含む。
　化合物半導体製造装置を開示した先行文献として、特開平６－２９５８６２号公報(特許文献２)がある。特許文献２に記載された化合物半導体製造装置においては、Ｖ族ガス、ＩＩＩ族ガス、不純物ガスをそれぞれ独立した配管を用いて反応管に導入するとともに、ニードルバルブによってその流量を制御している。
特表２００７－５２１６３３号公報 特開平６－２９５８６２号公報
　ＭＯＣＶＤ法により処理する気相成長装置には、化合物半導体結晶の品質を向上しつつ製造コストを抑えるために、材料の歩留まりおよび処理能力を向上することが求められる。そのため、可能な限り多くの大口径の被処理基板を一括して高品質に処理可能なように、気相成長装置の大型化が図られている。
　大型の気相成長装置においては、大口径の被処理基板を多く処理するために、被処理基板を載置するサセプタが大型となる。また、処理能力を向上するために、大型のサセプタの中心部から端部まで被処理基板が敷き詰められて処理される。そのため、大型のサセプタ上に載置された複数の被処理基板の各々において、均一な膜厚および膜特性を有する化合物半導体結晶を成長させる必要がある。
　均一な膜厚および膜特性を有する化合物半導体結晶を成長させるためには、大型のサセプタ上の複数の領域毎に材料ガスの混合比および流量を調整することが必要である。
　本発明は上記の問題点に鑑みなされたものであって、サセプタ上の複数の領域毎に材料ガスの混合比および流量を調整できる気相成長装置を提供することを目的とする。
　本発明に基づく気相成長装置は、被処理基板が載置されるサセプタと、サセプタと対向し、被処理基板上に複数の材料ガスを供給するガス供給部と、ガス供給部に複数の材料ガスのうちの所定の複数の材料ガスを混合してそれぞれ導入する複数の混合配管と、複数の材料ガスの各々において流量を調整しつつ分岐してそれぞれを、複数の混合配管のいずれかに送る複数のガス分岐機構とを備える。ガス供給部は、複数の混合配管のそれぞれで混合された複数の混合ガスをサセプタ上の複数の領域にそれぞれ噴き付ける。複数の混合ガスの各々においては、上記所定の複数の材料ガスの各々の濃度および流量が調節されている。
　本発明の一形態においては、複数のガス分岐機構の各々は、複数の材料ガスの各々の分岐比率を個別に調節する。
　本発明の一形態においては、ガス分岐機構は、フロースプリッタまたはマスフローコントローラを含む。
　本発明の一形態においては、上記複数の領域は、サセプタ上の中心側領域と縁側領域とを含む。
　本発明によれば、サセプタ上の複数の領域毎に材料ガスの混合比および流量を調整できる。
本発明の一実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置の構成の一部を示す断面図である。 シャワープレートを下方から見た図である。 同実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置の混合配管およびガス分岐機構の構成を示す系統図である。
　以下、本発明の一実施形態に係る気相成長装置について説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。また、気相成長装置の一例として、縦型シャワーヘッド型のＭＯＣＶＤ装置について説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置の構成の一部を示す断面図である。図２は、シャワープレートを下方から見た図である。図３は、本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置の混合配管およびガス分岐機構の構成を示す系統図である。
　図１に示すように、本発明の一実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置１００は、被処理基板１０が内部で処理される成膜室１１０を備えている。成膜室１１０内には、被処理基板１０が載置される平面視円形状のサセプタ１２０が配置されている。
　サセプタ１２０上は、複数の領域に規定される。本実施形態においては、後述するシャワーヘッド１３０から図１の矢印２０で示すように混合ガスを噴き付けられるサセプタ１２０の中心側領域と、矢印３０で示すように混合ガスを噴き付けられるサセプタ１２０の縁側領域との２つの領域が規定されている。
　ただし、複数の領域はこれに限られず、サセプタ１２０の大きさ、サセプタ１２０に載置される複数の被処理基板１０の配置、および、後述するガス排気部１４１の位置などの種々の条件により、被処理基板１０上における化合物半導体の結晶成長を考慮して適宜規定される。
　サセプタ１２０の下方には、平面視円形状のヒータ１２１が配置されている。ヒータ１２１は、平面視円形状の支持台１５１上に配置されている。支持台１５１の中心の下部に回転軸１５０の一端が接続されている。回転軸１５０の他端には、図示しないアクチュエータが接続されており、回転軸１５０は軸中心に回転可能にされている。回転軸１５０の中心軸上に、サセプタ１２０、ヒータ１２１および支持台１５１の中心が位置している。
　サセプタ１２０、ヒータ１２１および支持台１５１の周側面を覆うように、ヒータカバー１５２が設けられている。ＭＯＣＶＤ装置１００は、サセプタ１２０、ヒータ１２１、支持台１５１およびヒータカバー１５２を含む。
　成膜室１１０の上部には、サセプタ１２０と対向し、被処理基板１０上に複数の材料ガスを供給するガス供給部であるシャワーヘッド１３０が設けられている。シャワーヘッド１３０は、シャワープレート１３１、水冷部１３２および中空部１３３を含む。
　図２に示すように、シャワープレート１３１は、被処理基板１０上に混合ガスを噴き付けるための複数の開口１３１ａを有している。複数の開口１３１ａのうち、シャワープレート１３１の中心側領域２０ａに位置する開口１３１ａから、上述したサセプタ１２０上の中心側領域に混合ガスが噴き付けられる。また、複数の開口１３１ａのうち、シャワープレート１３１の縁側領域３０ａに位置する開口１３１ａから、上述したサセプタ１２０上の縁側領域に混合ガスが噴き付けられる。図１に示すように、シャワープレート１３１の下面は、サセプタ１２０の上面と平行に対向している。
　水冷部１３２は、シャワーヘッド１３０を水冷するための冷却水が循環する部位である。水冷部１３２には、ポンプ、水供給源および冷却源を含む水冷装置１６０から冷却用配管１６１を通じて冷却水が供給される。
　中空部１３３には、後述する複数の混合配管が接続されている。中空部１３３の内部は、複数の混合配管内およびシャワープレート１３１の複数の開口１３１ａと連通している。ＭＯＣＶＤ装置１００は、シャワーヘッド１３０を含む。
　また、ＭＯＣＶＤ装置１００は、成膜室１１０の内部を排気するためのガス排気部１４１と、ガス排気部１４１に接続されたパージライン１４２と、パージライン１４２に接続された排ガス処理装置１４０とを含む。
　これらにより、成膜室１１０の内部に導入された混合ガスはガス排気部１４１によって成膜室１１０の外部に排気され、排気された混合ガスはパージライン１４２を通って排ガス処理装置１４０に送られ、排ガス処理装置１４０において無害化される。
　本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置１００により被処理基板１０に薄膜を形成する際には、混合ガスをシャワーヘッド１３０から成膜室１１０内へ供給する。このとき、回転しているサセプタ１２０を介してヒータ１２１により被処理基板１０を加熱する。加熱された被処理基板１０上で化学反応が起こることにより、被処理基板１０上に薄膜が形成される。被処理基板１０上を通過した混合ガスは、ガス排気部１４１から排気される。
　以下、ＭＯＣＶＤ装置１００に含まれる、シャワーヘッド１３０に複数の混合ガスを送る配管系統について説明する。
　本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置１００においては、被処理基板１０上に化合物半導体の薄膜を形成するための複数の材料ガスとして、ＩＩＩ族元素を含むＩＩＩ族材料ガス、Ｖ族元素を含むＶ族材料ガス、および、不純物元素を含むドーピング材料ガスを用いる。ただし、複数の材料ガスはこれに限られず、たとえば、ＩＩ族元素を含むＩＩ族材料ガス、ＶＩ族元素を含むＶＩ族材料ガス、および、不純物元素を含むドーピング材料ガスを用いてもよい。
　ＩＩＩ族元素としては、たとえば、Ｇａ(ガリウム)、Ａｌ(アルミニウム)またはＩｎ(インジウム)などがある。ＩＩＩ族材料ガスとしては、たとえば、トリメチルガリウム(ＴＭＧ)またはトリメチルアルミニウム(ＴＭＡ)などの有機金属ガスを用いることができる。
　Ｖ族元素としては、たとえば、Ｎ(窒素)、Ｐ(リン)またはＡｓ(ヒ素)などがある。Ｖ族材料ガスとしては、たとえば、アンモニア(ＮＨ3)、ホスフィン(ＰＨ3)またはアルシン(ＡｓＨ3)などの水素化合物ガスを用いることができる。
　不純物元素としては、Ｍｇ(マグネシウム)またはＳｉ(シリコン)などがある。ドーピング材料ガスとしては、Ｃｐ2Ｍｇ(bis-cyclopentadienyl　Mg)ガスまたはＳｉＨ4ガスなどを用いることができる。
　図１に示すように、ＭＯＣＶＤ装置１００は、サセプタ１２０の縁側領域にＩＩＩ族材料ガスを含むＩＩＩ族系混合ガスの供給源となるＩＩＩ族系混合ガス縁側供給源１７０を備えている。また、ＭＯＣＶＤ装置１００は、サセプタ１２０の縁側領域にＶ族材料ガスを含むＶ族系混合ガスの供給源となるＶ族系混合ガス縁側供給源１７１を備えている。
　また、ＭＯＣＶＤ装置１００は、サセプタ１２０の中心側領域にＩＩＩ族材料ガスを含むＩＩＩ族系混合ガスの供給源となるＩＩＩ族系混合ガス中心側供給源１７２を備えている。また、ＭＯＣＶＤ装置１００は、サセプタ１２０の中心側領域にＶ族材料ガスを含むＶ族系混合ガスの供給源となるＶ族系混合ガス縁側供給源１７３を備えている。
　ＩＩＩ族系混合ガス縁側供給源１７０は、流量調節機構であるマスフローコントローラ１７０ｃが接続されたＩＩＩ族系縁側混合配管１７０ａによりシャワーヘッド１３０に接続されている。Ｖ族系混合ガス縁側供給源１７１は、マスフローコントローラ１７１ｃが接続されたＶ族系縁側混合配管１７１ａによりシャワーヘッド１３０に接続されている。
　ＩＩＩ族系混合ガス中心側供給源１７２は、マスフローコントローラ１７２ｃが接続されたＩＩＩ族系中心側混合配管１７２ａによりシャワーヘッド１３０に接続されている。Ｖ族系混合ガス中心側供給源１７３は、マスフローコントローラ１７３ｃが接続されたＶ族系中心側混合配管１７３ａによりシャワーヘッド１３０に接続されている。
　ＭＯＣＶＤ装置１００は、ＭＯＣＶＤ装置１００に含まれる全てのマスフローコントローラを制御する制御部１９０を備えている。制御部１９０は、配線１９１によりＩＩＩ族系混合ガス縁側供給源１７０と接続され、配線１９２によりＶ族系混合ガス縁側供給源１７１と接続され、配線１９３によりＩＩＩ族系混合ガス中心側供給源１７２と接続され、配線１９４によりＶ族系混合ガス中心側供給源１７３と接続されている。
　ＩＩＩ族系混合ガス縁側供給源１７０における混合ガスの流量を調整する全てのマスフローコントローラは、ＩＩＩ族系混合ガス縁側供給源１７０を介して図示しない配線により制御部１９０と接続されている。
　Ｖ族系混合ガス縁側供給源１７１における混合ガスの流量を調整する全てのマスフローコントローラは、Ｖ族系混合ガス縁側供給源１７１を介して図示しない配線により制御部１９０と接続されている。
　ＩＩＩ族系混合ガス中心側供給源１７２における混合ガスの流量を調整する全てのマスフローコントローラは、ＩＩＩ族系混合ガス中心側供給源１７２を介して図示しない配線により制御部１９０と接続されている。
　Ｖ族系混合ガス中心側供給源１７３における混合ガスの流量を調整する全てのマスフローコントローラは、Ｖ族系混合ガス中心側供給源１７３を介して図示しない配線により制御部１９０と接続されている。
　図３に示すように、ＭＯＣＶＤ装置１００は、キャリアガス供給源１８０、第１ＩＩＩ族材料ガス供給源１８１、第２ＩＩＩ族材料ガス供給源１８２、第１Ｖ族材料ガス供給源１８３、第２Ｖ族材料ガス供給源１８４、第１ドーピング材料ガス供給源１８５、および、第２ドーピング材料ガス供給源１８６を備えている。
　キャリアガス供給源１８０は、キャリアガスとして、たとえば、Ｈ2ガスを供給する。キャリアガス供給源１８０は、キャリアライン１８０ａに接続されている。キャリアライン１８０ａは、マスフローコントローラＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２，Ｇ１，Ｇ２，Ｈ１，Ｈ２と接続されている。
　また、キャリアライン１８０ａは、キャリアライン１８０ｂおよびキャリアライン１８０ｃと接続されている。キャリアライン１８０ｂは、マスフローコントローラＥ１が接続されたＩＩＩ族系縁側混合配管１７０ｂと、マスフローコントローラＥ２が接続されたＩＩＩ族系中心側混合配管１７２ｂとに分岐されている。
　キャリアライン１８０ｃは、マスフローコントローラＦ１が接続されたＶ族系縁側混合配管１７１ｂと、マスフローコントローラＦ２が接続されたＶ族系中心側混合配管１７３ｂとに分岐されている。
　第１ＩＩＩ族材料ガス供給源１８１は、たとえば、ＴＭＧガスを供給する。第１ＩＩＩ族材料ガス供給源１８１は、バブリング装置に接続されている。このバブリング装置の導入側は、バルブを介して、マスフローコントローラＡ１が接続されたキャリアラインと接続されている。このバブリング装置の導出側は、バルブを介して、マスフローコントローラＡ２が接続されたキャリアラインと接続されている。
　マスフローコントローラＡ２が接続されたキャリアラインは、微差圧仕様のマスフローコントローラＡ３およびマスフローコントローラＡ４を備えたガス分岐機構Ａ５により分岐されている。マスフローコントローラＡ３が接続されている側は、ＩＩＩ族系縁側混合配管１７０ｂに接続されている。マスフローコントローラＡ４が接続されている側は、ＩＩＩ族系中心側混合配管１７２ｂに接続されている。
　第２ＩＩＩ族材料ガス供給源１８２は、たとえば、ＴＭＡガスを供給する。第２ＩＩＩ族材料ガス供給源１８２は、バブリング装置に接続されている。このバブリング装置の導入側は、バルブを介して、マスフローコントローラＢ１が接続されたキャリアラインと接続されている。このバブリング装置の導出側は、バルブを介して、マスフローコントローラＢ２が接続されたキャリアラインと接続されている。
　マスフローコントローラＢ２が接続されたキャリアラインは、微差圧仕様のマスフローコントローラＢ３およびマスフローコントローラＢ４を備えたガス分岐機構Ｂ５により分岐されている。マスフローコントローラＢ３が接続されている側は、ＩＩＩ族系縁側混合配管１７０ｂに接続されている。マスフローコントローラＢ４が接続されている側は、ＩＩＩ族系中心側混合配管１７２ｂに接続されている。
　第１ドーピング材料ガス供給源１８５は、たとえば、Ｃｐ2Ｍｇガスを供給する。第１ドーピング材料ガス供給源１８５は、バブリング装置に接続されている。このバブリング装置の導入側は、バルブを介して、マスフローコントローラＧ１が接続されたキャリアラインと接続されている。このバブリング装置の導出側は、バルブを介して、マスフローコントローラＧ２が接続されたキャリアラインと接続されている。
　マスフローコントローラＧ２が接続されたキャリアラインは、微差圧仕様のマスフローコントローラＧ３およびマスフローコントローラＧ４を備えたガス分岐機構Ｇ５により分岐されている。マスフローコントローラＧ３が接続されている側は、ＩＩＩ族系縁側混合配管１７０ｂに接続されている。マスフローコントローラＧ４が接続されている側は、ＩＩＩ族系中心側混合配管１７２ｂに接続されている。
　第２ドーピング材料ガス供給源１８６は、たとえば、ＳｉＨ4ガスを供給する。第２ドーピング材料ガス供給源１８６は、バブリング装置に接続されている。このバブリング装置の導入側は、バルブを介して、マスフローコントローラＨ１が接続されたキャリアラインと接続されている。このバブリング装置の導出側は、バルブを介して、マスフローコントローラＨ２が接続されたキャリアラインと接続されている。
　マスフローコントローラＨ２が接続されたキャリアラインは、微差圧仕様のマスフローコントローラＨ３およびマスフローコントローラＨ４を備えたガス分岐機構Ｈ５により分岐されている。マスフローコントローラＨ３が接続されている側は、ＩＩＩ族系縁側混合配管１７０ｂに接続されている。マスフローコントローラＨ４が接続されている側は、ＩＩＩ族系中心側混合配管１７２ｂに接続されている。
　第１Ｖ族材料ガス供給源１８３は、たとえば、ＮＨ3ガスを供給する。第１Ｖ族材料ガス供給源１８３は、マスフローコントローラＣ１が接続された配管の一端と接続されている。この配管の他端側は、マスフローコントローラＣ２が接続されたキャリアラインに接続されている。
　マスフローコントローラＣ２が接続されたキャリアラインは、微差圧仕様のマスフローコントローラＣ３およびマスフローコントローラＣ４を備えたガス分岐機構Ｃ５により分岐されている。マスフローコントローラＣ３が接続されている側は、Ｖ族系縁側混合配管１７１ｂに接続されている。マスフローコントローラＣ４が接続されている側は、Ｖ族系中心側混合配管１７３ｂに接続されている。
　第２Ｖ族材料ガス供給源１８４は、たとえば、ＡｓＨ3ガスを供給する。第２Ｖ族材料ガス供給源１８４は、マスフローコントローラＤ１が接続された配管の一端と接続されている。この配管の他端側は、マスフローコントローラＤ２が接続されたキャリアラインに接続されている。
　マスフローコントローラＤ２が接続されたキャリアラインは、微差圧仕様のマスフローコントローラＤ３およびマスフローコントローラＤ４を備えたガス分岐機構Ｄ５により分岐されている。マスフローコントローラＤ３が接続されている側は、Ｖ族系縁側混合配管１７１ｂに接続されている。マスフローコントローラＤ４が接続されている側は、Ｖ族系中心側混合配管１７３ｂに接続されている。
　以下に、各材料ガスの供給方法について説明する。
　マスフローコントローラＡ１にてキャリアガスをバブリング装置内に導入し、シリンダ内でバブリングしてＴＭＧガスを発生させる。マスフローコントローラＡ１から導入されるキャリアガスの流量により、ＴＭＧガスの発生量が決定される。
　発生したＴＭＧガスは、マスフローコントローラＡ２から送られたキャリアガスと混合される。マスフローコントローラＡ２から送られるキャリアガスの流量により、ＴＭＧガスの濃度および総流量が決定される。
　キャリアガスと混合されたＴＭＧガスの一部は、マスフローコントローラＡ３にて流量制御されてＩＩＩ族系縁側混合配管１７０ｂに送られる。キャリアガスと混合されたＴＭＧガスの残部は、マスフローコントローラＡ４にて流量制御されてＩＩＩ族系中心側混合配管１７２ｂに送られる。
　同様に、キャリアガスと混合されたＴＭＡガスの一部は、マスフローコントローラＢ３にて流量制御されてＩＩＩ族系縁側混合配管１７０ｂに送られる。キャリアガスと混合されたＴＭＡガスの残部は、マスフローコントローラＢ４にて流量制御されてＩＩＩ族系中心側混合配管１７２ｂに送られる。
　キャリアガスと混合されたＣｐ2Ｍｇガスの一部は、マスフローコントローラＧ３にて流量制御されてＩＩＩ族系縁側混合配管１７０ｂに送られる。キャリアガスと混合されたＣｐ2Ｍｇガスの残部は、マスフローコントローラＧ４にて流量制御されてＩＩＩ族系中心側混合配管１７２ｂに送られる。
　キャリアガスと混合されたＳｉＨ4ガスの一部は、マスフローコントローラＨ３にて流量制御されてＩＩＩ族系縁側混合配管１７０ｂに送られる。キャリアガスと混合されたＳｉＨ4ガスの残部は、マスフローコントローラＨ４にて流量制御されてＩＩＩ族系中心側混合配管１７２ｂに送られる。
　このように、ＩＩＩ族系縁側混合配管１７０ｂおよびＩＩＩ族系中心側混合配管１７２ｂの各々において、複数のＩＩＩ族系材料ガスおよび複数のドーピング材料ガスが混合される。
　さらに、マスフローコントローラＥ１にてキャリアガスが流量制御されてＩＩＩ族系縁側混合配管１７０ｂに送られる。マスフローコントローラＥ１から送られるキャリアガスの流量により、ＩＩＩ族系混合ガス縁側供給源１７０に到達する混合ガスの総流量が決定される。
　マスフローコントローラＥ２にてキャリアガスが流量制御されてＩＩＩ族系中心側混合配管１７２ｂに送られる。マスフローコントローラＥ２から送られるキャリアガスの流量により、ＩＩＩ族系混合ガス中心側供給源１７２に到達する混合ガスの総流量が決定される。
　同様に、マスフローコントローラＣ１にて流量を調整して第１Ｖ族材料ガス供給源１８３からＮＨ3ガスを送出する。ＮＨ3ガスは、マスフローコントローラＣ２から送られたキャリアガスと混合される。マスフローコントローラＣ２から送られるキャリアガスの流量により、ＮＨ3ガスの濃度および総流量が決定される。
　キャリアガスと混合されたＮＨ3ガスの一部は、マスフローコントローラＣ３にて流量制御されてＶ族系縁側混合配管１７１ｂに送られる。キャリアガスと混合されたＮＨ3ガスの残部は、マスフローコントローラＣ４にて流量制御されてＶ族系中心側混合配管１７３ｂに送られる。
　同様に、キャリアガスと混合されたＡｓＨ3ガスの一部は、マスフローコントローラＤ３にて流量制御されてＶ族系縁側混合配管１７１ｂに送られる。キャリアガスと混合されたＡｓＨ3ガスの残部は、マスフローコントローラＤ４にて流量制御されてＶ族系中心側混合配管１７３ｂに送られる。
　このように、Ｖ族系縁側混合配管１７１ｂおよびＶ族系中心側混合配管１７３ｂの各々において、複数のＶ族系材料ガスが混合される。
　さらに、マスフローコントローラＦ１にてキャリアガスが流量制御されてＶ族系縁側混合配管１７１ｂに送られる。マスフローコントローラＦ１から送られるキャリアガスの流量により、Ｖ族系混合ガス縁側供給源１７１に到達する混合ガスの総流量が決定される。
　マスフローコントローラＦ２にてキャリアガスが流量制御されてＶ族系中心側混合配管１７３ｂに送られる。マスフローコントローラＦ２から送られるキャリアガスの流量により、Ｖ族系混合ガス中心側供給源１７３に到達する混合ガスの総流量が決定される。
　上記のように、ＭＯＣＶＤ装置１００は、シャワーヘッド１３０に複数の材料ガスのうちの所定の複数の材料ガスを混合してそれぞれ導入する複数の混合配管を備えている。また、ＭＯＣＶＤ装置１００は、複数の材料ガスの各々において流量を調整しつつ分岐してそれぞれを、複数の混合配管のいずれかに送る複数のガス分岐機構Ａ５，Ｂ５，Ｃ５，Ｄ５，Ｇ５，Ｈ５を備えている。
　複数のガス分岐機構Ａ５，Ｂ５，Ｃ５，Ｄ５，Ｇ５，Ｈ５の各々は、複数の材料ガスの各々の分岐比率を個別に調節する。すなわち、制御部１９０により複数のガス分岐機構Ａ５，Ｂ５，Ｃ５，Ｄ５，Ｇ５，Ｈ５の各々が互いに独立して制御される。
　本実施形態においては、複数のガス分岐機構Ａ５，Ｂ５，Ｃ５，Ｄ５，Ｇ５，Ｈ５の各々は、２つの微差圧仕様のマスフローコントローラにより構成されているが、ガス分岐機構はフロースプリッタで構成されていてもよい。
　シャワーヘッド１３０は、複数の混合配管のそれぞれで混合された複数の混合ガスをサセプタ１２０上の複数の領域にそれぞれ噴き付ける。複数の混合ガスの各々においては、所定の複数の材料ガスの各々の濃度および流量が調節されている。
　具体的には、たとえば、マスフローコントローラＡ３とマスフローコントローラＡ４との流量比と、マスフローコントローラＢ３とマスフローコントローラＢ４との流量比とを、異なるように設定することにより、ＩＩＩ族系混合ガス縁側供給源１７０とＩＩＩ族系混合ガス中心側供給源１７２とにおける複数のＩＩＩ族材料ガスの混合比を調整できる。同様に、Ｖ族系混合ガス縁側供給源１７１とＶ族系混合ガス中心側供給源１７３とにおける複数のＶ族材料ガスの混合比を調整できる。
　また、複数のＩＩＩ族材料ガスの混合比を一定にした状態で、サセプタ１２０の縁側領域に噴き付けられる混合ガス中のＩＩＩ族系混合ガスとＶ族系混合ガスとの流量比と、中心側領域に噴き付けられる混合ガス中のＩＩＩ族系混合ガスとＶ族系混合ガスとの流量比とを調整することができる。
　具体的には、たとえば、マスフローコントローラＡ３，Ａ４，Ｂ３，Ｂ４，Ｃ３，Ｃ４の流量をそれぞれ、ＬA3，ＬA4，ＬB3，ＬB4，ＬC3，ＬC4とする。ＬA3：ＬA4＝ＬB3：ＬB4を満たしつつ、ＬC3／(ＬA3＋ＬB3)＝ＬC4／(ＬA4＋ＬB4)を満たすようにすれば、サセプタ１２０の縁側領域と中心側領域とにおいて、噴き付けられるＩＩＩ族系混合ガスとＶ族系混合ガスとの流量比を同一にすることができる。
　逆に、ＬC3およびＬC4が上記の関係を満たさないように設定することにより、サセプタ１２０の縁側領域と中心側領域とにおいて、噴き付けられるＩＩＩ族系混合ガスとＶ族系混合ガスとの流量比を異なるようにすることができる。なお、上記の関係式は、Ｖ族材料ガスを一種類のみ使用している場合を規定している。
　上記のように、本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置１００においては、サセプタ１２０上の複数の領域毎に材料ガスの混合比および流量を調整できる。その結果、多数枚、大面積の被処理基板１０を処理する場合に、成長した結晶の層厚、組成、不純物添加量の均一性の全てを被処理基板１０上で充分なものとすることができる。すなわち、複数の被処理基板１０の各々において、均一な膜厚および膜特性を有する化合物半導体結晶を成長させることができる。
　今回開示された実施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請求の範囲によって示され、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。
　１０　被処理基板、２０ａ　中心側領域、３０ａ　縁側領域、１００　ＭＯＣＶＤ装置、１１０　成膜室、１２０　サセプタ、１２１　ヒータ、１３０　シャワーヘッド、１３１　シャワープレート、１３１ａ　開口、１３２　水冷部、１３３　中空部、１４０　排ガス処理装置、１４１　ガス排気部、１４２　パージライン、１５０　回転軸、１５１　支持台、１５２　ヒータカバー、１６０　水冷装置、１６１　冷却用配管、１７０　ＩＩＩ族系混合ガス縁側供給源、１７１　Ｖ族系混合ガス縁側供給源、１７２　ＩＩＩ族系混合ガス中心側供給源、１７３　Ｖ族系混合ガス中心側供給源、１７０ａ，１７０ｂ　ＩＩＩ族系縁側混合配管、１７１ａ，１７１ｂ　Ｖ族系縁側混合配管、１７０ｃ，１７１ｃ，１７２ｃ，１７３ｃ，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｅ１，Ｅ２，Ｆ１，Ｆ２，Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４　マスフローコントローラ、１７２ａ，１７２ｂ　ＩＩＩ族系中心側混合配管、１７３ａ，１７３ｂ　Ｖ族系中心側混合配管、１８０　キャリアガス供給源、１８０ａ，１８０ｂ，１８０ｃ　キャリアライン、１８１　第１ＩＩＩ族材料ガス供給源、１８２　第２ＩＩＩ族材料ガス供給源、１８３　第１Ｖ族材料ガス供給源、１８４　第２Ｖ族材料ガス供給源、１８５　第１ドーピング材料ガス供給源、１８６　第２ドーピング材料ガス供給源、１９０　制御部、１９１，１９２，１９３，１９４　配線、Ａ５，Ｂ５，Ｃ５，Ｄ５，Ｇ５，Ｈ５　ガス分岐機構。

Claims (4)

  1. 　被処理基板(１０)が載置されるサセプタ(１２０)と、
    　前記サセプタ(１２０)と対向し、被処理基板(１０)上に複数の材料ガスを供給するガス供給部(１３０)と、
    　前記ガス供給部(１３０)に前記複数の材料ガスのうちの所定の複数の材料ガスを混合してそれぞれ導入する複数の混合配管と、
    　前記複数の材料ガスの各々において流量を調整しつつ分岐してそれぞれを、前記複数の混合配管のいずれかに送る複数のガス分岐機構(Ａ５，Ｂ５，Ｃ５，Ｄ５，Ｇ５，Ｈ５)と
    を備え、
    　前記ガス供給部(１３０)は、前記複数の混合配管のそれぞれで混合された複数の混合ガスを前記サセプタ(１２０)上の複数の領域にそれぞれ噴き付け、
    　前記複数の混合ガスの各々においては、前記所定の複数の材料ガスの各々の濃度および流量が調節されている、気相成長装置。
  2. 　前記複数のガス分岐機構(Ａ５，Ｂ５，Ｃ５，Ｄ５，Ｇ５，Ｈ５)の各々は、前記複数の材料ガスの各々の分岐比率を個別に調節する、請求項１に記載の気相成長装置。
  3. 　前記ガス分岐機構(Ａ５，Ｂ５，Ｃ５，Ｄ５，Ｇ５，Ｈ５)は、フロースプリッタまたはマスフローコントローラを含む、請求項１に記載の気相成長装置。
  4. 　前記複数の領域は、前記サセプタ(１２０)上の中心側領域と縁側領域とを含む、請求項１から３のいずれかに記載の気相成長装置。
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