JP4036292B2 - Gas blowing part of vapor phase growth equipment - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気相成長装置のガス吹き出し部、特にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる有機金属気相成長装置（ＭＯＣＶＤ装置）に好適なガス吹き出し部に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ＬＤやＬＥＤのような光デバイス、ＨＥＭＴやＨＢＴのような電子デバイスに多く使われており、これらのデバイスを作る方法として、ＬＰＥ、ＭＢＥあるいはＭＯＣＶＤなどの方法が知られている。
ＭＯＣＶＤ法には、ＩＩＩ族ガス及びＶ族ガスを成長チャンバー内に別々に導入し、冷却されたインジェクターを介して基板に導入させる方法がある（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１には、成長チャンバー内に導入されたＩＩＩ族ガス及びＶ族ガスを、インジェクター通過後に均一に混合させるための手段を持たせるように設計されたインジェクターが開示されており、特許文献２には、成長チャンバー内に導入されたＩＩＩ族ガスとＶ族ガスとを別々に保持するためのセパレーターの構造が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０８−０９１９８９号公報
【特許文献２】
特表２００１−５０６８０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、回転するサセプター上に置かれた基板にエピタキシャル成長を行わせるＭＯＣＶＤ装置で、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＮやＡｌＧａＮのような三元系、四元系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる場合、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等のＩＩＩ族元素及びＡｓ、Ｐ、Ｎ等のＶ族元素は、ガス流れ、境界相厚みやサセプター上の温度分布等により、それぞれの取り込み率が変わり、均一に混合されたＩＩＩ族及びＶ族ガスを供給する構造のＭＯＣＶＤ装置のガス吹き出し部では、エピタキシャル成長させた膜の分布が不均一になるという問題があった。
【０００６】
本発明は、気相成長装置のガス吹き出し部における上記課題を解決するものであって、サセプター上に供給される原料ガスの濃度を、サセプター面上の場所ごとに変えることができ、ガスの流れやサセプター上の温度分布により取り込み率の異なる原料の導入量のバランスあるいは導入位置を変えることで分布の均一なエピタキシャル膜を得ることができる気相成長装置のガス吹き出し部を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の気相成長装置のガス吹き出し部は、成長チャンバー内に一枚以上の基板を取付けることのできる回転自在のサセプターと、サセプターを加熱するための加熱手段とを備え、成長チャンバー内に第一ガス、第二ガス及びキャリアーガスを導入して基板にエピタキシャル成長をさせる気相成長装置において、成長チャンバーの上部に、サセプターの回転軸をおおよそ中心とする円弧状の互いに隔離された第一ガスの流路、第二ガスの流路及びキャリアーガスの流路をそれぞれ径方向に複数路配置し、前記各流路には個別にガスの入口を設けると共に、それぞれ複数のガスの出口を設けることで上記課題を解決している。
【０００８】
この気相成長装置のガス吹き出し部は、円弧状の互いに隔離された第一ガスの流路、第二ガスの流路及びキャリアーガスの流路をそれぞれ径方向に複数路配置し、各流路には個別にガスの入口を設けると共に、それぞれ複数のガスの出口を設けているので、第一ガス、第二ガス及びキャリアーガスを、各々個別に第一ガスの流路、第二ガスの流路及びキャリアーガスの流路内に導入し、混合しないように保持すると共に、第一ガスと第二ガスを単独あるいは所望の組み合わせで成長チャンバー内に供給することができる。
従って、サセプター上に供給される原料ガスの濃度を、サセプター面上の場所ごとに変えることができ、ガスの流れやサセプター上の温度分布により取り込み率の異なる原料の導入量のバランスあるいは導入位置を変えることで分布の均一なエピタキシャル膜を得ることができる。
【０００９】
サセプター面に対して略平行に第一空間を設け、第一空間の下方に通気孔を有する隔壁を介してサセプター面に対して略平行に第二空間を設け、第一空間内に第一ガスの流路、第二ガスの流路及びキャリアーガスの流路を配置し、キャリアーガスの流路には基板方向に向けてキャリアーガスが吹き出される吹き出し孔を設け、第一ガスの流路と第二ガスの流路には基板方向に向けて先端が第二空間に延出するノズルを備えた分岐流路を設けると、上流側の第一空間の圧力が下流側の第二空間の圧力より高くなり、第一空間に供給されたキャリアーガスが第一空間内に均一に分布され、通気孔を通って第二空間に入り、第二空間に供給された第一ガス及び第二ガスを基板方向に向けて付勢するので、ガスの流れは基板方向に向けられ、横方向への拡散が抑えられる。
【００１０】
第一空間内には仕切を設けず、第二空間内には同一半径上のノズル群を囲む仕切りを設けると、ノズル群ごとに供給された第一ガス及び第二ガスが径方向に拡散せず、サセプター面上の場所ごとに確実に供給される。このため、仕切りはサセプター面と垂直な方向に設けることが好ましい。
ノズルはサセプター面に平行な流路に対して略垂直に取付け、サセプターに対して垂直な方向にガス流れを形成するように開口することが好ましい。
【００１１】
第一ガスの流路、第二ガスの流路及びキャリアーガスの流路の各入口に供給するガスの流量をそれぞれ独立に制御する制御手段を設けると、複数の流路のそれぞれに最適なガスを供給でき、分布の均一なエピタキシャル膜を得ることが可能となる。
ノズルとサセプターとの間に、冷却配管の隙間を通ってガスが流れるよう構成した遮熱板を設けると、効果的なガス冷却が可能となる。
【００１２】
断面円形の冷却配管をサセプターの回転軸を中心としてサセプターの外径と略等しい渦巻き状に成形して遮熱板を構成するようにすると、溶接が不要であり比較的低コストで製作することができる。
個別に冷媒の入口と出口とを備えた複数の冷却配管系で遮熱板を構成すると、領域ごとのガス冷却が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態である気相成長装置のガス吹き出し部の構成図、図２は第一の空間内の流路の配置を示す平面図、図３は第一ガスの流路と第二ガスの流路のノズル及びキャリアーガスの流路の孔の配置を示す図、図４はキャリアーガス流路の孔の部分の垂直断面図、図５は第二空間内の仕切りの配置を示す図、図６は遮熱板の平面図、図７は図６のＡ−Ａ線断面図、図８はガスの供給回路の説明図である。
【００１４】
図１の気相成長装置は、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等の材質でできた円筒形の成長チャンバー１内に基板２を取付けることのできるサセプター３と、サセプター３を加熱するための加熱手段であるヒーター４とを備えている。サセプター３は、回転軸５により水平回転自在に支持されている。
成長チャンバー１の下部にはフランジ６、上部にはフランジ７が溶接されており、下部のフランジ６には排気系に接続される排ガスポート８を設けたフランジ９がＯリング等を介して気密に連結されている。上部のフランジ７には、ガス吹き出し部１０を支持するフランジ１１、１２がＯリング等を介して気密に連結されている。
【００１５】
ガス吹き出し部１０には、サセプター３に対して略平行に第一空間１３が設けられ、第一空間１３の下方に通気孔を有する隔壁１４を介してサセプター面に対して略平行に第二空間１５が設けられている。隔壁１４としては、通気孔を有する金属板やメッシュ状の金属網が用いられる。
第一空間１３内には、図２に示すように、第一ガスの流路１６（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ）、第二ガスの流路１７（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ）、及びキャリアーガスの流路１８（１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄ）が配置されている。第一ガスの流路１６（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ）、第二ガスの流路１７（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ）、及びキャリアーガスの流路１８（１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄ）は、サセプター３の回転軸５をおおよそ中心とする円弧状で、互いにブロック１９で隔離されており、それぞれ径方向に複数路配置されている。
【００１６】
第一ガスの流路１６（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ）、第二ガスの流路１７（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ）、及びキャリアーガスの流路１８（１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄ）には、個別に第一ガスの入口２１（２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ）、第二ガスの入口２２（２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ）、及びキャリアーガスの入口２３（２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ）が設けられている。
【００１７】
キャリアーガスの流路の１８（１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄ）の下面には、図３、図４に示すように、基板２の方向に向けてキャリアーガスが吹き出される吹き出し孔２４が設けられている。
第一空間１３内には仕切は設けられておらず、吹き出し孔２４から吹き出されるキャリアーガスは第一空間１３内に均一に分布される。
【００１８】
第一ガスの流路１６（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ）と第二ガスの流路１７（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ）には基板２の方向に向けて先端が第二空間１５に延出するノズル２５を備えた分岐流路２６（２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ）、２７（２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄ）が設けられている。
ノズル２５はサセプター３の面に平行な第一ガスの流路１６（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ）、第二ガスの流路１７（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ）に対して略垂直に取付けられており、サセプター３に対して垂直な方向にガス流れを形成するように開口されている。
【００１９】
第二の空間１５内には、図５に示すように、同一半径上の複数のノズル２５（ノズル群）を囲む仕切り２８がサセプター３の面と垂直な方向に設けられており、ノズル群ごとに供給された第一ガス及び第二ガスが径方向に拡散せず、サセプター３の面上の場所ごとに確実に供給されるようになっている。
第二空間１５の下方には、遮熱板２９が設けられている。遮熱板２９は、図６、図７に示すように、断面円形の冷却配管をサセプター３の回転軸５を中心としてサセプター３の外径と略等しい渦巻き状に形成したものであり、個別に冷媒の入口３０Ｉ、３１Ｉと出口３０Ｏ、３１Ｏとを備えた複数の冷却配管系３０、３１で構成されている。遮熱板２９は溶接が不要であり比較的低コストで製作することができる。
【００２０】
図８に示すように、第一ガスの入口２１（２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ）、第二ガスの入口２２（２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ）及びキャリアーガスの入口２３には、第一ガスの流路１６（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ）、第二ガスの流路１７（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ）、及びキャリアーガスの流路１８に供給するガスの流量をそれぞれ独立に制御する制御手段として、それぞれマスフローコントローラ３３が設けられている。
【００２１】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル膜をＭＯＣＶＤ法で成長させる場合には、第一ガスは、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）などの有機金属蒸気をキャリアーガスに含ませたＩＩＩ族ガスであり、第二のガスは、アルシン、ホスフィン、アンモニアあるいはＶ族有機金属であるターシャリィブチルアルシン（ＴＢＡ）やターシャリィブチルホスフィン（ＴＢＰ）などのＶ族ガスである。また、キャリアーガスには水素、窒素、アルゴンなどが使われる。
【００２２】
第一ガスは、原料の有機金属３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃをキャリアーガス源３５から供給されるキャリアーガスでバブリングすることにより取り出され、合流後マスフローコントローラ３３で所望の流量に分配されて、第一ガスの入口２１（２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ）から第一ガスの流路１６（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ）に導入される。
【００２３】
第二ガスは、Ｖ族ガス源３６から供給され、マスフローコントローラ３３で所望の流量に分配されて、第二ガスの入口２２（２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ）から第二ガスの流路１７（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ）に導入される。
キャリアーガス源３５から供給されるキャリアーガスは、マスフローコントローラ３３で所望の流量に分配されて、キャリアーガスの入口２３からキャリアーガス流路の２３（２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ）に導入され、吹き出し孔２４から第一空間１３に吹き出される。
【００２４】
第一ガスと第二ガスは、それぞれ分岐流路２６（２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ）、２７（２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄ）を通ってノズル２５から第二空間１５に吹き出される。
第一空間１３に吹き出されたキャリアーガスは、隔壁１４の通気孔を通って第二空間１５に入り、第一ガスや第二ガスを下方ヘ付勢し、これらのガスは遮熱板２９の冷却配管の隙間を通って基板２に達する。基板２でエピタキシャル成長が行われた後の排ガスは排ガスポート８から排出される。
【００２５】
図９は、本発明の他の実施の形態を示すガスの供給回路の説明図である。ここでは、原料の有機金属３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃからそれぞれ取り出される三種類の第一ガスを合流せず、別々に第一ガスの入口２１（２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ）に導入し、別個のＶ族ガス源３６Ａ、３６Ｂから供給される二種類の第二ガスを別々に第二ガスの入口２２（２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ）に導入している。その他の構成は図１〜図８のものと同様である。
【００２６】
以上、第一ガスの流路１６、第二ガスの流路１７及びキャリアーガスの流路１８の流路数が４路のものについて説明したが、流路数は必要に応じて任意に選択することができる。
【００２７】
【実施例】
〔実施例１〕
第一ガスの流路１６の流路数が５路（Ａ〜Ｅ）で、図８のように第一ガスを合流して供給するよう構成したガス吹き出し部１０を備えた気相成長装置を用い、第一ガスの原料をＴＭＧ、ＴＭＡとして、ＡｌＧａＡｓを成長させた。
【００２８】
第一ガス（ＩＩＩ族ガス）のトータル流量を４．５ＳＬＭ（０℃、１０１．３ｋＰａで４．５×１０^-3ｍ³ ／ｍｉｎ）、第二ガス（Ｖ族ガス）のトータル流量を４．５ＳＬＭ（０℃、１０１．３ｋＰａで４．５×１０^-3ｍ³ ／ｍｉｎ）、第一ガス、第二ガス及びキャリアガスを含めたトータル流量を９０ＳＬＭ（０℃、１０１．３ｋＰａで９×１０^-2ｍ³ ／ｍｉｎ）とし、第一ガスを最も内側のガス流路Ａだけから供給した場合の膜厚分布を測定した。
結果を表１及び図１０に示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
〔実施例２〕
実施例１と同様の条件で、第一ガスを内側から２番目のガス流路Ｂだけから供給した場合の膜厚分布を測定した。
結果を表２及び図１１に示す。
【００３１】
【表２】

【００３２】
〔実施例３〕
実施例１と同様の条件で、第一ガスを内側から３番目の第一のガス流路Ｃだけから供給した場合の膜厚分布を測定した。
結果を表３及び図１２に示す。
【００３３】
【表３】

【００３４】
〔実施例４〕
実施例１と同様の条件で、第一ガスを内側から４番目のガス流路Ｄだけから供給した場合の膜厚分布を測定した。
結果を表４及び図１３に示す。
【００３５】
【表４】

【００３６】
〔実施例５〕
実施例１と同様の条件で、第一ガスを内側から５番目のガス流路Ｅだけから供給した場合の膜厚分布を測定した。
結果を表５及び図１４に示す。
【００３７】
【表５】

【００３８】
実施例１〜５の結果より、最適の膜厚分布が得られると思われる流量を計算した結果、ガス流路Ｂから１．６ＳＬＭ、ガス流路Ｃから１．５ＳＬＭ、ガス流路Ｄから１．４ＳＬＭ供給する場合が最適になると推定した。
その場合の膜厚分布の推定値は、表６のようになる。
【００３９】
【表６】

【００４０】
〔実施例６〕
表６に示す条件で成長させた結果を表７及び図１５に示す。
【００４１】
【表７】

【００４２】
以上の実施例から分かるように、基板表面上の分布を変えられるように複数のガス流路とそこに供給する原料ガスの流量を個別に制御できるので、最適な分布を持つエピタキシャル成長膜を得ることができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、サセプター上に供給される原料ガスの濃度を、サセプター面上の場所ごとに変えることができ、ガスの流れやサセプター上の温度分布により取り込み率の異なる原料の導入量のバランスあるいは導入位置を変えることで分布の均一なエピタキシャル膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である気相成長装置のガス吹き出し部の構成図である。
【図２】第一空間内の流路の配置を示す平面図である。
【図３】第一ガスの流路と第二ガスの流路のノズル及びキャリアーガスの流路の孔の配置を示す図である。
【図４】キャリアーガスの流路の孔の部分の垂直断面図である。
【図５】第二空間内の仕切りの配置を示す図である。
【図６】遮熱板の平面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】ガスの供給回路の説明図である。
【図９】本発明の他の実施の形態を示すガスの供給回路の説明図である。
【図１０】実施例１の膜厚分布を示す図である。
【図１１】実施例２の膜厚分布を示す図である。
【図１２】実施例３の膜厚分布を示す図である。
【図１３】実施例４の膜厚分布を示す図である。
【図１４】実施例５の膜厚分布を示す図である。
【図１５】実施例６の膜厚分布を示す図である。
【符号の説明】
１ 成長チャンバー
２ 基板
３ サセプター
４ ヒーター
５ 回転軸
１０ ガス吹き出し部
１３ 第一空間
１４ 隔壁
１５ 第二空間
１６ 第一ガスの流路
１７ 第二ガスの流路
１８ キャリアガスの流路
１９ ブロック
２１ 第一ガスの入口
２２ 第二ガスの入口
２３ キャリアーガスの入口
２４ 吹き出し孔
２５ ノズル
２６ 分岐流路
２７ 分岐流路
２８ 仕切り
２９ 遮熱板
３３ マスフローコントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas blowing portion of a vapor phase growth apparatus, and more particularly to a gas blowing portion suitable for a metal organic vapor phase growth apparatus (MOCVD apparatus) for growing a group III-V compound semiconductor.
[0002]
[Prior art]
III-V compound semiconductors are widely used in optical devices such as LDs and LEDs, and electronic devices such as HEMTs and HBTs, and methods such as LPE, MBE, and MOCVD are known as methods for producing these devices. It has been.
The MOCVD method includes a method in which a group III gas and a group V gas are separately introduced into a growth chamber and introduced into a substrate through a cooled injector (see Patent Document 1 and Patent Document 2).
[0003]
Patent Document 1 discloses an injector designed to have a means for uniformly mixing the Group III gas and the Group V gas introduced into the growth chamber after passing through the injector. Discloses a structure of a separator for separately holding a group III gas and a group V gas introduced into a growth chamber.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-08-091989 [Patent Document 2]
Japanese translation of PCT publication No. 2001-506803
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of growing a ternary or quaternary III-V group compound semiconductor such as AlGaAs, InAlGaP, InGaAsP, InGaN, or AlGaN with an MOCVD apparatus that performs epitaxial growth on a substrate placed on a rotating susceptor. Group III elements such as Al, Ga, and In and Group V elements such as As, P, and N vary in their respective incorporation rates depending on gas flow, boundary phase thickness, temperature distribution on the susceptor, etc., and are mixed uniformly. In addition, in the gas blowing portion of the MOCVD apparatus configured to supply the group III and group V gases, there is a problem that the distribution of the epitaxially grown film becomes non-uniform.
[0006]
The present invention solves the above-described problem in the gas blowing portion of the vapor phase growth apparatus, and the concentration of the raw material gas supplied onto the susceptor can be changed for each location on the susceptor surface. Another object of the present invention is to provide a gas blowing part of a vapor phase growth apparatus capable of obtaining an epitaxial film having a uniform distribution by changing the balance or introduction position of the introduction amounts of raw materials having different uptake rates depending on the temperature distribution on the susceptor. To do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The gas blowing part of the vapor phase growth apparatus of the present invention comprises a rotatable susceptor capable of mounting one or more substrates in the growth chamber, and a heating means for heating the susceptor. In a vapor phase growth apparatus that introduces one gas, a second gas, and a carrier gas to perform epitaxial growth on a substrate, arc-shaped first gases separated from each other at the upper part of the growth chamber at the upper part of the rotation axis of the susceptor. By arranging a plurality of channels, a second gas channel and a carrier gas channel in the radial direction, each of the channels is provided with a gas inlet and a plurality of gas outlets. The above problems are solved.
[0008]
The gas blowing section of the vapor phase growth apparatus includes a plurality of arc-shaped first gas flow paths, second gas flow paths, and carrier gas flow paths that are arranged in a radial direction. Since the gas inlet is individually provided and the plurality of gas outlets are provided, the first gas, the second gas, and the carrier gas are separately supplied to the first gas flow path and the second gas flow, respectively. The gas can be introduced into the channel and the carrier gas channel so as not to be mixed, and the first gas and the second gas can be supplied alone or in a desired combination into the growth chamber.
Therefore, the concentration of the raw material gas supplied onto the susceptor can be changed for each location on the susceptor surface, and the balance or introduction position of the introduction amounts of raw materials having different uptake rates depending on the gas flow and the temperature distribution on the susceptor can be changed. By changing the thickness, an epitaxial film having a uniform distribution can be obtained.
[0009]
A first space is provided substantially parallel to the susceptor surface, a second space is provided substantially parallel to the susceptor surface via a partition wall having a vent hole below the first space, and a first gas is provided in the first space. A flow path of the second gas, a flow path of the carrier gas, and a flow path of the carrier gas. The flow path of the carrier gas is provided with a blowout hole through which the carrier gas is blown toward the substrate, If the second gas channel is provided with a branch channel having a nozzle whose tip extends into the second space toward the substrate, the pressure in the first space on the upstream side is the pressure in the second space on the downstream side. The carrier gas supplied to the first space is evenly distributed in the first space, enters the second space through the vent holes, and the first gas and the second gas supplied to the second space are increased. Since it is biased toward the substrate, the gas flow is directed toward the substrate and laterally. Diffusion is suppressed.
[0010]
If no partition is provided in the first space and a partition surrounding the nozzle group on the same radius is provided in the second space, the first gas and the second gas supplied to each nozzle group diffuse in the radial direction. Rather, it is reliably supplied for each location on the susceptor surface. For this reason, the partition is preferably provided in a direction perpendicular to the susceptor surface.
It is preferable that the nozzle is mounted substantially perpendicular to the flow path parallel to the susceptor surface and opened so as to form a gas flow in a direction perpendicular to the susceptor.
[0011]
Optimal gas for each of the plurality of flow paths is provided by providing control means for independently controlling the flow rate of the gas supplied to each inlet of the first gas flow path, the second gas flow path, and the carrier gas flow path. Thus, an epitaxial film having a uniform distribution can be obtained.
If a heat shield plate is provided between the nozzle and the susceptor so that the gas flows through the gap between the cooling pipes, effective gas cooling can be achieved.
[0012]
If a cooling pipe with a circular cross section is formed into a spiral shape that is substantially equal to the outer diameter of the susceptor with the rotation axis of the susceptor as the center, a heat shield plate can be formed without welding and can be manufactured at a relatively low cost. it can.
If the heat shield plate is configured by a plurality of cooling piping systems each having an inlet and an outlet for the refrigerant, gas cooling can be performed for each region.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a configuration diagram of a gas blowing portion of a vapor phase growth apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view showing the arrangement of flow paths in a first space, and FIG. FIG. 4 is a vertical sectional view of the hole portion of the carrier gas flow path, and FIG. 5 is a view of the partition in the second space. FIG. 6 is a plan view of the heat shield plate, FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 6, and FIG. 8 is an explanatory diagram of a gas supply circuit.
[0014]
The vapor phase growth apparatus of FIG. 1 is a susceptor 3 capable of mounting a substrate 2 in a cylindrical growth chamber 1 made of a material such as SUS304, SUS316, SUS316L, or the like, and a heating means for heating the susceptor 3. And a heater 4. The susceptor 3 is supported by a rotating shaft 5 so as to be horizontally rotatable.
A flange 6 is welded to the lower part of the growth chamber 1 and a flange 7 is welded to the upper part. A flange 9 having an exhaust gas port 8 connected to the exhaust system is hermetically sealed to the lower flange 6 through an O-ring or the like. It is connected. Flange 11, 12 that supports gas blowing part 10 is airtightly connected to upper flange 7 via an O-ring or the like.
[0015]
The gas blowing portion 10 is provided with a first space 13 substantially parallel to the susceptor 3 and a second space substantially parallel to the susceptor surface via a partition wall 14 having a vent hole below the first space 13. 15 is provided. As the partition wall 14, a metal plate having a ventilation hole or a mesh-like metal net is used.
In the first space 13, as shown in FIG. 2, a first gas flow path 16 (16A, 16B, 16C, 16D), a second gas flow path 17 (17A, 17B, 17C, 17D), and A carrier gas flow path 18 (18A, 18B, 18C, 18D) is arranged. First gas channel 16 (16A, 16B, 16C, 16D), second gas channel 17 (17A, 17B, 17C, 17D), and carrier gas channel 18 (18A, 18B, 18C, 18D) Are circular arcs with the rotational axis 5 of the susceptor 3 as the center and are separated from each other by a block 19, and a plurality of paths are arranged in the radial direction.
[0016]
First gas channel 16 (16A, 16B, 16C, 16D), second gas channel 17 (17A, 17B, 17C, 17D), and carrier gas channel 18 (18A, 18B, 18C, 18D) The first gas inlet 21 (21A, 21B, 21C, 21D), the second gas inlet 22 (22A, 22B, 22C, 22D), and the carrier gas inlet 23 (23A, 23B, 23C, 23D).
[0017]
As shown in FIGS. 3 and 4, blowout holes 24 through which the carrier gas is blown out toward the substrate 2 are provided on the lower surface of the carrier gas flow path 18 (18 </ b> A, 18 </ b> B, 18 </ b> C, 18 </ b> D). ing.
No partition is provided in the first space 13, and the carrier gas blown out from the blowing holes 24 is uniformly distributed in the first space 13.
[0018]
The leading ends of the first gas passage 16 (16A, 16B, 16C, 16D) and the second gas passage 17 (17A, 17B, 17C, 17D) extend toward the second space 15 in the direction of the substrate 2. Branch flow paths 26 (26A, 26B, 26C, 26D) and 27 (27A, 27B, 27C, 27D) each having a nozzle 25 that exits are provided.
The nozzle 25 is mounted substantially perpendicular to the first gas flow path 16 (16A, 16B, 16C, 16D) and the second gas flow path 17 (17A, 17B, 17C, 17D) parallel to the surface of the susceptor 3. It is opened so as to form a gas flow in a direction perpendicular to the susceptor 3.
[0019]
In the second space 15, as shown in FIG. 5, a partition 28 surrounding a plurality of nozzles 25 (nozzle group) on the same radius is provided in a direction perpendicular to the surface of the susceptor 3. The first gas and the second gas supplied to the susceptor 3 are not diffused in the radial direction, and are surely supplied every place on the surface of the susceptor 3.
A heat shield plate 29 is provided below the second space 15. As shown in FIGS. 6 and 7, the heat shield plate 29 is formed by forming a cooling pipe having a circular cross section in a spiral shape with the rotational axis 5 of the susceptor 3 as the center and substantially equal to the outer diameter of the susceptor 3. It comprises a plurality of cooling piping systems 30 and 31 having refrigerant inlets 30I and 31I and outlets 30O and 31O. The heat shield plate 29 does not require welding and can be manufactured at a relatively low cost.
[0020]
As shown in FIG. 8, the first gas inlet 21 (21A, 21B, 21C, 21D), the second gas inlet 22 (22A, 22B, 22C, 22D) and the carrier gas inlet 23 are provided with the first gas. The flow rate of the gas supplied to the flow channel 16 (16A, 16B, 16C, 16D), the second gas flow channel 17 (17A, 17B, 17C, 17D), and the carrier gas flow channel 18 are independently controlled. A mass flow controller 33 is provided as a control means.
[0021]
When an epitaxial film of a III-V compound semiconductor is grown by MOCVD, the first gas is an organic metal vapor such as trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMA), or trimethylindium (TMI) as a carrier gas. The second gas is a group V gas such as tertiary butylarsine (TBA) or tertiary butylphosphine (TBP) which is an arsine, phosphine, ammonia or a V group organic metal. As the carrier gas, hydrogen, nitrogen, argon or the like is used.
[0022]
The first gas is taken out by bubbling the raw organic metals 34A, 34B, and 34C with the carrier gas supplied from the carrier gas source 35, and after the merging, the first gas is distributed to a desired flow rate by the mass flow controller 33. The first gas flow path 16 (16A, 16B, 16C, 16D) is introduced from the inlet 21 (21A, 21B, 21C, 21D).
[0023]
The second gas is supplied from the group V gas source 36, and is distributed to a desired flow rate by the mass flow controller 33, and the second gas flow path 17 (22A, 22B, 22C, 22D) is supplied from the second gas inlet 22 (22A, 22B, 22C, 22D). 17A, 17B, 17C, 17D).
The carrier gas supplied from the carrier gas source 35 is distributed to a desired flow rate by the mass flow controller 33, introduced from the carrier gas inlet 23 into the carrier gas flow path 23 (22A, 22B, 22C, 22D), and blown out. The air is blown out from the hole 24 into the first space 13.
[0024]
The first gas and the second gas are blown out from the nozzle 25 to the second space 15 through the branch channels 26 (26A, 26B, 26C, 26D) and 27 (27A, 27B, 27C, 27D), respectively.
The carrier gas blown into the first space 13 enters the second space 15 through the vent holes of the partition wall 14 and urges the first gas and the second gas downward. It reaches the substrate 2 through the gap in the cooling pipe. The exhaust gas after the epitaxial growth is performed on the substrate 2 is discharged from the exhaust gas port 8.
[0025]
FIG. 9 is an explanatory diagram of a gas supply circuit showing another embodiment of the present invention. Here, the three kinds of first gases extracted from the raw organic metals 34A, 34B, and 34C are not merged but are separately introduced into the first gas inlet 21 (21A, 21B, 21C, 21D) and separated. Two types of second gases supplied from the group V gas sources 36A, 36B are separately introduced into the second gas inlet 22 (22A, 22B, 22C, 22D). Other configurations are the same as those in FIGS.
[0026]
The first gas flow channel 16, the second gas flow channel 17 and the carrier gas flow channel 18 have been described as having four channels, but the number of channels is arbitrarily selected as necessary. be able to.
[0027]
【Example】
[Example 1]
A vapor phase growth apparatus provided with a gas blowing section 10 configured such that the number of flow paths of the first gas flow path 16 is 5 (A to E) and the first gas is joined and supplied as shown in FIG. AlGaAs was grown using TMG and TMA as the first gas raw material.
[0028]
The total flow rate of the first gas (Group III gas) is 4.5 SLM (4.5 × 10 ⁻³ m ³ / min at 0 ° C. and 101.3 kPa), and the total flow rate of the second gas (Group V gas) is 4. The total flow rate including 5 SLM (4.5 × 10 ⁻³ m ³ / min at 0 ° C., 101.3 kPa), first gas, second gas and carrier gas is 90 SLM (9 × 10 at 0 ° C., 101.3 kPa). ⁻² m ³ / min), and the film thickness distribution was measured when the first gas was supplied only from the innermost gas flow path A.
The results are shown in Table 1 and FIG.
[0029]
[Table 1]

[0030]
[Example 2]
Under the same conditions as in Example 1, the film thickness distribution was measured when the first gas was supplied only from the second gas flow path B from the inside.
The results are shown in Table 2 and FIG.
[0031]
[Table 2]

[0032]
Example 3
Under the same conditions as in Example 1, the film thickness distribution was measured when the first gas was supplied only from the third first gas flow path C from the inside.
The results are shown in Table 3 and FIG.
[0033]
[Table 3]

[0034]
Example 4
Under the same conditions as in Example 1, the film thickness distribution was measured when the first gas was supplied only from the fourth gas flow path D from the inside.
The results are shown in Table 4 and FIG.
[0035]
[Table 4]

[0036]
Example 5
Under the same conditions as in Example 1, the film thickness distribution was measured when the first gas was supplied only from the fifth gas flow path E from the inside.
The results are shown in Table 5 and FIG.
[0037]
[Table 5]

[0038]
From the results of Examples 1 to 5, the flow rate at which an optimum film thickness distribution is expected to be obtained was calculated. As a result, 1.6 SLM from the gas flow path B, 1.5 SLM from the gas flow path C, and 1 from the gas flow path D. .4 SLM supply was estimated to be optimal.
Table 6 shows the estimated value of the film thickness distribution in that case.
[0039]
[Table 6]

[0040]
Example 6
The results of growth under the conditions shown in Table 6 are shown in Table 7 and FIG.
[0041]
[Table 7]

[0042]
As can be seen from the above embodiments, the plurality of gas flow paths and the flow rate of the source gas supplied thereto can be individually controlled so that the distribution on the substrate surface can be changed, so that an epitaxially grown film having an optimal distribution can be obtained. Can do.
[0043]
【The invention's effect】
According to the present invention, the concentration of the raw material gas supplied onto the susceptor can be changed for each place on the susceptor surface, and the amount of introduction of raw materials having different uptake rates depending on the gas flow and the temperature distribution on the susceptor is balanced. Alternatively, an epitaxial film having a uniform distribution can be obtained by changing the introduction position.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a gas blowing section of a vapor phase growth apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing the arrangement of flow paths in the first space.
FIG. 3 is a diagram illustrating an arrangement of nozzles of a first gas channel and a second gas channel and holes of a carrier gas channel.
FIG. 4 is a vertical sectional view of a hole portion of a carrier gas flow path.
FIG. 5 is a diagram showing an arrangement of partitions in the second space.
FIG. 6 is a plan view of a heat shield plate.
7 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a gas supply circuit.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a gas supply circuit showing another embodiment of the present invention.
10 is a graph showing a film thickness distribution of Example 1. FIG.
11 is a view showing a film thickness distribution of Example 2. FIG.
12 is a graph showing a film thickness distribution of Example 3. FIG.
13 is a view showing a film thickness distribution of Example 4. FIG.
14 is a view showing a film thickness distribution of Example 5. FIG.
15 is a view showing a film thickness distribution of Example 6. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Growth chamber 2 Substrate 3 Susceptor 4 Heater 5 Rotating shaft 10 Gas blowing part 13 First space 14 Partition 15 Second space 16 First gas channel 17 Second gas channel 18 Carrier gas channel 19 Block 21 First One gas inlet 22 Second gas inlet 23 Carrier gas inlet 24 Blowout hole 25 Nozzle 26 Branch channel 27 Branch channel 28 Partition 29 Heat shield plate 33 Mass flow controller

Claims (3)

成長チャンバー内に一枚以上の基板を取付けることのできる回転自在のサセプターと、サセプターを加熱するための加熱手段とを備え、成長チャンバー内に第一ガス、第二ガス及びキャリアーガスを導入して基板にエピタキシャル成長をさせる気相成長装置において、
成長チャンバーの上部に、サセプターの回転軸をおおよそ中心とする円弧状の互いに隔離された第一ガスの流路、第二ガスの流路及びキャリアーガスの流路をそれぞれ径方向に複数路配置し、前記各流路には個別にガスの入口を設けると共に、それぞれ複数のガスの出口を設け、
サセプター面に対して略平行に第一空間を設け、第一空間の下方に通気孔を有する隔壁を介してサセプター面に対して略平行に第二空間を設け、
第一空間内に第一ガスの流路、第二ガスの流路及びキャリアーガスの流路を配置し、キャリアーガス流路には基板方向に向けてキャリアーガスが吹き出される吹き出し孔を設け、第一ガスの流路と第二ガスの流路には基板方向に向けて先端が第二空間に延出するノズルを備えた分岐流路を設け、
第一空間に供給されたキャリアーガスが通気孔を通って第二空間に入り、第二空間に供給された第一ガス及び第二ガスを基板方向に向けて付勢するよう構成したことを特徴とする気相成長装置のガス吹き出し部。 A rotatable susceptor capable of mounting one or more substrates in the growth chamber and a heating means for heating the susceptor, and introducing a first gas, a second gas and a carrier gas into the growth chamber In a vapor phase growth apparatus for epitaxial growth on a substrate,
In the upper part of the growth chamber, a plurality of arc-shaped first gas passages, second gas passages and carrier gas passages that are separated from each other in an arc shape with the rotation axis of the susceptor as the center are arranged in the radial direction. In addition, the flow paths are individually provided with gas inlets, and a plurality of gas outlets are provided respectively.
A first space is provided substantially parallel to the susceptor surface, and a second space is provided substantially parallel to the susceptor surface via a partition wall having a vent hole below the first space.
A first gas flow path, a second gas flow path and a carrier gas flow path are arranged in the first space, and the carrier gas flow path is provided with a blowout hole through which the carrier gas is blown out toward the substrate. The first gas flow path and the second gas flow path are provided with a branch flow path provided with a nozzle whose tip extends into the second space toward the substrate direction,
The carrier gas supplied to the first space enters the second space through the vent hole, and the first gas and the second gas supplied to the second space are urged toward the substrate. A gas blowing unit of the vapor phase growth apparatus. 第一空間内には仕切を設けず、第二空間内には同一半径上のノズル群を囲む仕切りを設けたことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置のガス吹き出し部。2. The gas blowing unit of a vapor phase growth apparatus according to claim 1 , wherein no partition is provided in the first space, and a partition surrounding nozzle groups having the same radius is provided in the second space. ノズルはサセプター面に平行な流路に対して略垂直に取付け、サセプターに対して垂直な方向にガス流れを形成するように開口したことを特徴とする請求項１または２記載の気相成長装置のガス吹き出し部。 3. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the nozzle is mounted substantially perpendicular to the flow path parallel to the susceptor surface, and is opened so as to form a gas flow in a direction perpendicular to the susceptor. Gas blowing part.

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