気相成長装置
【課題】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。
【解決手段】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シャワーヘッド１３０と、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。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。
【解決手段】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シャワーヘッド１３０と、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。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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００７−５２１６３３号公報
【特許文献２】特開平６−２９５８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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】シャワープレートを下方から見た図である。
【図３】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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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族系混合ガス縁側供給源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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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族系中央側混合配管１７３ｂに送られる。
【００７４】
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族系中央側混合配管１７３ｂに送られる。
【００７５】
このように、Ｖ族系縁側混合配管１７１ｂおよびＶ族系中央側混合配管１７３ｂの各々において、複数のＶ族系材料ガスが混合される。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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特許請求の範囲によって示され、特許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。
【符号の説明】
【００８８】
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。
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００７−５２１６３３号公報
【特許文献２】特開平６−２９５８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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】シャワープレートを下方から見た図である。
【図３】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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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族系混合ガス縁側供給源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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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族系中央側混合配管１７３ｂに送られる。
【００７４】
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族系中央側混合配管１７３ｂに送られる。
【００７５】
このように、Ｖ族系縁側混合配管１７１ｂおよびＶ族系中央側混合配管１７３ｂの各々において、複数のＶ族系材料ガスが混合される。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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特許請求の範囲によって示され、特許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。
【符号の説明】
【００８８】
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。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板が載置されるサセプタと、
前記サセプタと対向し、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、
前記ガス供給部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と
を備え、
前記ガス供給部は、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。
【請求項２】
前記複数のガス分岐機構の各々は、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。
【請求項３】
前記ガス分岐機構は、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、請求項１または２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記複数の領域は、前記サセプタ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。
【請求項１】
被処理基板が載置されるサセプタと、
前記サセプタと対向し、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、
前記ガス供給部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と
を備え、
前記ガス供給部は、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。
【請求項２】
前記複数のガス分岐機構の各々は、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。
【請求項３】
前記ガス分岐機構は、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、請求項１または２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記複数の領域は、前記サセプタ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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−９３５１４（Ｐ２０１３−９３５１４Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３６００２（Ｐ２０１１−２３６００２）
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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