(57)【要約】【課題】  シャワーヘッドのガス吐出孔の塞がりを防止することにより、供給される反応ガス流のばらつきの発生を抑制し、被処理基板上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供する。【解決手段】  反応炉内に、複数のガス吐出孔を配設したシャワーヘッドと、上記シャワーヘッドに対向して設けられ、かつ複数のプレート孔を配設したシャワープレートとを備え、上記シャワーヘッドから、該シャワーヘッドのガス吐出孔及びシャワープレートのプレート孔を通して被処理基板を収容する成長室内にガスを供給して被処理基板に成膜する気相成長装置であり、基板保持部材の基板加熱ヒータによって加熱される領域より外側かつ、上記基板保持部材との対向面であって、上記シャワーヘッドにシャワープレートが近接して配置されている面において、低熱伝導の領域が形成されている。【選択図】図１
2010232402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉内に、被処理基板を載置する基板保持部材と、被処理基板加熱する基板加熱ヒータと、複数のガス吐出孔を配設したシャワーヘッドと、上記シャワーヘッドに載置され、かつ複数のプレート孔を配設したシャワープレートとを備え、上記シャワーヘッドから、該シャワーヘッドのガス吐出孔及びシャワープレートのプレート孔を通して被処理基板を収容する成長室内にガスを供給して被処理基板に成膜する気相成長装置において、
上記基板保持部材の基板加熱ヒータによって加熱される領域より外側かつ、上記基板保持部材との対向面であって、上記シャワーヘッドにシャワープレートが近接して配置されている面において、低熱伝導の領域が形成されていることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記低熱伝導領域は、空間部を設けることによって形成されることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記低熱伝導領域は、シャワープレート側に空間部を設けることによって形成されることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記低熱伝導領域の一部にシャワープレートに複数の貫通孔を設けると共に、前記空間部を通じて反応炉内と連通することを特徴とする請求項２および３記載の気相成長装置。
【請求項５】
反応炉内のガス供給部に搭載されるシャワープレートにおいて、前記シャワープレートへ流入するガスの上流側面でかつ、シャワープレート外周部にザグリ部を有することを特徴とする。
【請求項６】
反応炉内に、被処理基板を載置する基板保持部材と、被処理基板加熱する基板加熱ヒータと、複数のガス吐出孔を配設したシャワーヘッドと、上記シャワーヘッドに載置され、かつ複数のプレート孔を配設したシャワープレートとを備え、上記シャワーヘッドから、該シャワーヘッドのガス吐出孔及びシャワープレートのプレート孔を通して被処理基板を収容する成長室内にガスを供給して被処理基板に成膜する気相成長装置において、
上記基板保持部材の基板加熱ヒータによって加熱される領域より外側かつ、上記基板保持部材との対向面であって、上記シャワーヘッドにシャワープレートが載置されている面において、低熱伝導の領域が形成し、当該ガス吐出孔及びプレート孔を通してガスを供給して成膜することを特徴とする気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition） 等の気相成長装置及び気相成長方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、化合物半導体材料を用いる発光ダイオード、半導体レーザ、宇宙用ソーラーパワーデバイス、及び高速デバイスの製造においては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属ガスと、アンモニア（ＮＨ３ ）、ホスフィン（ＰＨ３ ）又はアルシン（ＡｓＨ３ ）等の水素化合物ガスとを成膜に寄与する原料ガスとして成長室に導入して化合物半導体結晶を成長させるＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition） 法が用いられている。
【０００３】
ＭＯＣＶＤ法は、上記の原料ガスをキャリアガスと共に成長室内に導入して加熱し、所定の基板上で気相反応させることにより、その基板上に化合物半導体結晶を成長させる方法である。ＭＯＣＶＤ法を用いた化合物半導体結晶の製造においては、成長する化合物半導体結晶の品質を向上させながら、コストを抑えて、歩留まりと生産能力とをどのように最大限確保するかということが常に高く要求されている。
【０００４】
図９に、ＭＯＣＶＤ法に用いられる従来の縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ装置の一例の模式的な構成を示す。
【０００５】
このＭＯＣＶＤ装置においては、ガス供給源１０２から反応炉１０１の内部の成長室１１１に反応ガス及び不活性ガスを導入するためのガス配管１０３が接続されており、反応炉１０１における内部の成長室１１１の上部には該成長室１１１に反応ガス及び不活性ガスを導入するための複数のガス吐出孔を有するシャワープレート１１０がガス導入部として設置されている。
【０００６】
また、反応炉１０１の成長室１１１の下部中央には図示しないアクチュエータによって回転自在の回転軸１１２が設置され、この回転軸１１２の先端にはシャワープレート１１０と対向するようにしてサセプタ１０８が取り付けられている。上記サセプタ１０８の下部には該サセプタ１０８を加熱するためのヒータ１０９が取り付けられている。
【０００７】
さらに、反応炉１０１の下部には、該反応炉１０１における内部の成長室１１１内のガスを外部に排気するためのガス排気部１０４が設置されている。このガス排気部１０４は、パージライン１０５を介して、排気されたガスを無害化するための排ガス処理装置１０６に接続されている。
【０００８】
上記構成の縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ装置において、化合物半導体結晶を成長させる場合には、まず、サセプタ１０８に基板１０７を設置し、回転軸１１２の回転によりサセプタ１０８を回転させ、ヒータ１０９の加熱によりサセプタ１０８を介して基板１０７を所定の温度に加熱する。その後、シャワープレート１１０に形成されている複数のガス吐出孔から反応炉１０１の内部の成長室１１１に反応ガス及び不活性ガスを導入する。
【０００９】
複数の反応ガスを供給して基板１０７上で反応せしめ薄膜を形成する方法として、従来は、シャワーヘッドの中で複数のガスを混合し、シャワープレート１１０に多数設けられているガス吐出口から基板１０７に反応ガスを噴出させる方法が採られていた。
【００１０】
しかし、この方法では、基板１０７及びサセプタ１０８からの熱の影響により、シャワープレート１１０の表面が加熱されてしまうため、シャワープレート１１０の表面で一部の化学反応が進行する。これにより、シャワープレート１１０の表面で生成物が形成されてしまい、シャワープレート１１０のガス吐出孔が生成物により詰まりを起こしてしまうという問題や、シャワープレート１１０の表面への付着物が基板１０７上に落下し、不良が発生する問題が生じる。
【００１１】
この問題を解決するため、例えば、特許文献１に開示された反応容器２００では、図１０に示すように、複数の反応ガスを個別のシャワーヘッド導管２０１・２０２によって分離した状態にて成長室２０３へ供給すると共に、それぞれのシャワーヘッド導管２０１・２０２を冷却する冷却チャンバー２０４が成長室２０３側に設けられた方法が示されている。この反応容器２００では、複数の反応ガスを別々に導入するため、シャワー表面付近ではガスの混合が少なく、またシャワー表面を冷却することが可能となり、シャワー表面近傍での気相成長が起こり難くなるため、シャワー表面への生成物付着を抑止することができるようになっている。
【００１２】
ところで、基板上に均一な膜厚分布及び組成比分布の薄膜を、生産性及び再現性よく成長させるには、基板上において反応ガスを均等な温度分布で気相反応させることが必要である。
【００１３】
また、原料ガス同士が基板到達前に反応して付加化合物が発生するのを防ぎ、薄膜へ不純物が混入するのを防止して、稼働率を向上させることが必要である。
【００１４】
この点、上記特許文献１に開示された図１０に示す反応容器２００では、シャワー表面での生成物付着を抑止しているものの、原料ガスの拡散によって混合されて気相反応が生ずるため、シャワー表面へ生成物は少なからず付着してしまい、定期的に洗浄しなければ目詰まりを起こしてしまう。また、付着した生成物が被処理基板上へ落下し、薄膜への不純物混入を発生させる。さらに、洗浄する場合にも、シャワーヘッド２０５自体を取り外して洗浄を行うため、交換時には成長室２０３を大気開放しなくてはならず、稼働率の低下を招く。
【００１５】
そこで、特許文献２に開示されたプラズマＣＶＤ成膜装置では、図１１に示すように、シャワーヘッドに対応した細孔を有するシャワープレート３０１を用い、シャワープレートをねじ留め３０２・３０２して固定し、シャワー表面を覆う方法が示されている。シャワープレート３０１の存在により付着物はカバー上に成膜されることになり、定期的にシャワープレート３０１を交換することによって、付着物の基板上への落下といった不良の発生を防いでいる。
【００１６】
このように、特許文献２に開示されたプラズマＣＶＤ成膜装置では、シャワー表面に対してシャワープレート３０１を取り付けることにより、付着物が生成してもシャワープレート３０１を交換するだけで容易に対応でき、シャワーヘッド自体を洗浄する場合に比べて稼働率の低下も小さくなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平８−９１９８９号公報（１９９６年４月９日公開）
【特許文献２】特開平１１−１３１２３９号公報（１９９９年５月１８日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上記従来の特許文献２に開示された方法を上記従来の特許文献１に開示された方法に用いると、基板加熱ヒータの加熱領域との関係で、シャワープレートの温度が高い領域と低い領域が発生し、温度の高い領域においては、シャワープレート表面に強固な生成物が形成されるが、温度の低い領域（最外周領域）においては、シャワープレート表面には、フレーク状の安易に剥がれる生成物が形成されてしまい、被処理基板にコンタミネーションとして付着して、膜質や均一性の劣化が発生するといった問題が発生していた。
【００１９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、シャワーヘッド表面にシャワープレートを設置し、シャワープレート表面に形成される生成物の剥離を抑制し、被処理基板上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の気相成長装置は、上記課題を解決するために、反応炉内に、被処理基板を載置する基板保持部材と、被処理基板加熱する基板加熱ヒータと、複数のガス吐出孔を配設したシャワーヘッドと、上記シャワーヘッドに載置され、かつ複数のプレート孔を配設したシャワープレートとを備え、上記シャワーヘッドから、該シャワーヘッドのガス吐出孔及びシャワープレートのプレート孔を通して被処理基板を収容する成長室内にガスを供給して被処理基板に成膜する気相成長装置において、上記基板保持部材の基板加熱ヒータによって加熱される領域より外側においては、上記基板保持部材との対向面であって、上記シャワーヘッドにシャワープレートが近接して配置されている面において、低熱伝導の領域が形成されていることを特徴としている。
シャワーヘッドにおいては、シャワーヘッド表面での生成物の付着を抑制するため、シャワーヘッドの最表面は、冷媒によって温度コントロールされており、冷媒の流れる領域は、シャワーヘッド全面に渡っている。これは、一部分のみを温度コントールした場合、シャワーヘッド面に温度分布が発生し、シャワーヘッドが熱膨張により歪が発生するためである。上述のようなシャワーヘッド面にシャワープレートを設置した場合、被処理基板側は、基板加熱ヒータからの熱により加熱され、温度が上昇するが、周辺部、特に側面排気流路においては、基板加熱ヒータからの加熱量が少なく、温度上昇は低く、シャワーヘッドと接する面からは、冷却されるため、シャワープレートの外周領域の温度は、中央部に比べ低くなってしまう。
このような温度分布を有するシャワープレートには、中央の温度の高い領域には、シャワープレート表面に強固に固着する生成物が形成され、周辺の温度の低い領域には、フレーク状の安易に剥がれる生成物が形成される。
しかし、上記発明によれば、上記基板保持部材の基板加熱ヒータによって加熱される領域より外側においては、上記基板保持部材との対向面であって、上記シャワーヘッドにシャワープレートが近接して配置されている面において、低熱伝導の領域が形成されているため、シャワーヘッドからの冷却が無くなり、基板加熱ヒータからの加熱、ならびにプレート孔設置領域からの熱伝導により、シャワープレート温度が上昇し、シャワープレート全面に渡って、強固に固着する生成物を形成することができる。よって、シャワープレート表面に形成される生成物の剥離を抑制し、被処理基板上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供することができる。
【００２１】
本発明の気相成長装置では、前記低熱伝導領域は、空間部を設けることによって形成することができる。
上記空間部は、前記シャワーヘッド側に加工を施し構成することもできる。例えば、シャワーヘッド面のシャワー孔領域以外にザグリ加工を施すことで、前記シャワープレート表面は、シャワーヘッドのシャワー孔が設置された領域で接触し、ザグリ加工を施した領域では空間部有することができる。よって、シャワープレート表面に形成される生成物の剥離を抑制し、被処理基板上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供することができる。
【００２２】
さらに、上記空間部は、前記シャワープレート側に構成されることが好ましい。
【００２３】
シャワーヘッド側には、冷媒が流れる流路がシャワーヘッド最表面側へ形成されているため、シャワーヘッド面のシャワー孔領域以外にザグリ加工を施すことは、冷媒流路を複雑化することを伴う。また、シャワーヘッド側に加工を施すと、空間部を変更するためには、シャワーヘッドの再製作が伴うため、非常に高価となり、また、交換の手間も問題となる。しかし、シャワープレート側へ加工を施すこと、例えば、シャワープレート面のシャワー孔領域以外にザグリ加工を施すことで、前記シャワープレートは、シャワーヘッド面とシャワー孔領域で接触し、シャワー孔領域外では、ザグリ加工部で空間部を形成することができる。シャワープレート面に加工を施すことで、空間部の形状、距離の変更も容易に実施することができ、シャワープレート交換も簡易に行うことができる。よって、シャワープレート表面に形成される生成物の剥離を抑制することができる最適な空間部形状、距離等の検討が行いやすく、被処理基板上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供することができる。
【００２４】
本発明の気相成長装置では、前記低熱伝導領域の一部にシャワープレートに複数の貫通孔を設けると共に、前記空間部を通じて反応炉内と連通することを特徴とする。
【００２５】
シャワープレートの空間部領域に、複数の貫通孔を設置することで、反応室内の原料ガス流路外に導入されているパージガスを、前記空間部領域のシャワープレートに設けられた複数の貫通孔を通じて、原料ガス流路内へ導入することが可能となる。シャワープレートのシャワー孔領域以外では、原料ガスの噴出しが不可能であるため、シャワープレート表面に形成される生成物が、シャワー孔領域と比較して多くなってしまう。しかし、上記複数の貫通孔を通じて、原料ガス流路内へパージガスを導入することによって、シャワープレート全面からガス噴出しを実現することができ、シャワープレート表面に形成される生成物を減少することが可能となる。よって、シャワープレート表面に形成される生成物の剥離を抑制し、被処理基板上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の気相成長装置は、以上のように、基板保持部材の基板加熱ヒータによって加熱される領域より外側においては、基板保持部材との対向面であって、上記シャワーヘッドにシャワープレートが近接して配置されている面において、低熱伝導の領域が形成されているものである。
【００２７】
また、本発明の気相成長方法は、以上のように、基板保持部材の基板加熱ヒータによって加熱される領域より外側においては、基板保持部材との対向面であって、上記シャワーヘッドにシャワープレートが近接して配置されている面において、低熱伝導の領域が形成され、当該ガス吐出孔及びプレート孔を通してガスを供給して成膜する方法である。
【００２８】
それゆえ、基板保持部材の基板加熱ヒータによって加熱される領域より外側においては、基板保持部材との対向面であって、上記シャワーヘッドにシャワープレートが近接して配置されている面において、低熱伝導の領域を形成することにより、シャワープレート全面に渡って、強固に固着する生成物を形成することができ、シャワープレート表面に形成される生成物の剥離を抑制し、被処理基板上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明における気相成長装置の実施の一形態を示すものであって、気相成長装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】上記気相成長装置におけるシャワーヘッドとシャワープレートとの空間部の関係を示すものであって、図１のＡ部分を拡大して示す要部拡大図である。
【図３】本発明における気相成長装置の実施の一形態を示すものであって、シャワープレートに貫通孔を設置した気相成長装置の全体構成を示す概略図である。
【図４】上記気相成長装置におけるシャワーヘッドとシャワープレートとの空間部の関係を示すものであって、図３のＡ部分を拡大して示す要部拡大図である。
【図５】従来の気相成長装置におけるシャワーヘッドとシャワープレートとの空間部の関係を示すものであって、図１のＡ部分を拡大して示す要部拡大図である。
【図６】（ａ）は、比較例としての従来のシャワープレート表面への生成物付着状況を示す写真であり、（ｂ）は、本実施の形態のシャワープレート表面への生成物付着状況を示す写真である。（ｃ）は、本実施の形態の複数の貫通孔を設けたシャワープレート表面への生成物付着状況を示す写真である。
【図７】（ａ），（ｂ）は、上記シャワープレートのザグリの変形例を示すものであり、シャワープレートを示す要部拡大図である。
【図８】本発明における気相成長装置のさらに他の実施の形態を示すものであって、シャワーヘッドへザグリを設置した場合を示す、図１のＡ部分を拡大して示す要部拡大図である。
【図９】従来の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置の構成を示す断面図である。
【図１０】従来の他の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置の構成を示す断面図である。
【図１１】従来のさらに他の気相成長装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の一実施形態について図１に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表わすものとする。
【００３１】
図１に、本発明の気相成長装置としてのＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：有機金属気相堆積）装置の一例である縦型シャワーヘッド型のＭＯＣＶＤ装置１０の模式的な構成の一例を示す。
【００３２】
本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０は、図１に示すように、内部を大気側と隔離し、気密状態を保持する成長室としての反応室１を有する反応炉２と、上記反応室１の内部に設けられて被処理基板３を載置する基板保持部材４と、上記基板保持部材４と対向し、かつ底面にシャワープレート３０を有するシャワーヘッド２０とを備えている。また、反応炉２内部に設けられた反応室隔壁７によって、反応室１と反応外部空間８に分離されており、反応外部空間８には、パージガス供給管２５によって、パージガス（Ｎ２ガスもしくはＨ２ガス）が導入されている。
【００３３】
上記基板保持部材４は、回転伝達部材５の一端に備え付けられており、回転伝達部材５は、図示しない回転機構によって、自転可能となっている。また、基板保持部材４の下側には、基板加熱ヒータ６が設けられている。
【００３４】
上記ＭＯＣＶＤ装置１０にて被処理基板３の主表面に薄膜を形成するときは、原料ガス（以下単にガスと称する）を、シャワーヘッド２０からガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５を通し、シャワーヘッド２０の下側に設けられたシャワープレート３０のプレート孔３１を通して、反応室１へ導入する。このとき、基板加熱ヒータ６にて、基板保持部材４を介して被処理基板３が加熱され、この被処理基板３上での成膜化学反応が促進されることにより、被処理基板３上に薄膜が形成される。被処理基板３上を通過したガスは、ガス排出口１ａから排出される。
【００３５】
次に、本実施の形態の特徴的な構造であるシャワーヘッド２０及びシャワープレート３０の詳細構造について説明する。
【００３６】
上記シャワーヘッド２０は、第一ガスを充満させる第一ガス分配空間２３と、上記第一ガスとは異なる第二ガスを充満させる第二ガス分配空間２４と、上記第一ガス及び第二ガスを冷却する冷媒を充満させる冷媒空間２２とを有しており、これら各空間は、被処理基板３側から、冷媒空間２２、第一ガス分配空間２３、及び第二ガス分配空間２４の順に積層されている。そして、シャワーヘッド２０の下側つまり被処理基板３側にシャワープレート３０が近接して配置されている。
【００３７】
上記第二ガス分配空間２４には第二ガスが第二ガス導入口２４ａから導入されると共に、第二ガス分配空間２４に導入された第二ガスは、第一ガス分配空間２３及び冷媒空間２２を貫通し、かつシャワープレート３０のプレート孔３１に連通するガス吐出孔Ｈ５を有する複数の第二ガス供給管２４ｂを通して、反応室１に吐出されるようになっている。
【００３８】
また、第一ガス分配空間２３には第一ガスが第一ガス導入口２３ａから導入されると共に、第一ガス分配空間２３に導入された第一ガスは、冷媒空間２２を貫通し、かつシャワープレート３０のプレート孔３１に連通するガス吐出孔Ｈ３を有する複数の第一ガス供給管２３ｂを通して、反応室１に吐出されるようになっている。
【００３９】
したがって、第一ガス及び第二ガスは、シャワーヘッド２０では混合されることなく、独立して反応室１に吐出されるようになっている。
【００４０】
上記シャワーヘッド２０は、図１に示すように、Ｏリング７ａによって、反応炉２と気密状態を保持するよう封止されており、シャワーヘッド２０と反応炉２とは取外し可能に構成されている。また、第一ガス分配空間２３と第二ガス分配空間２４との間には、Ｏリング７ｂが設けられ、第二ガス分配空間２４とその天板との間にもＯリング７ｃが設けられることによって、各空間が分離可能になっていると共に、各空間の気密状態が保持されている。
また、シャワープレート３０は、シャワーヘッド２０のシャワーヘッド下部壁面２０ａにて図示しないネジ等によって密着して固定、設置されている。
【００４１】
基板加熱ヒータ６にて、基板保持部材４を介して被処理基板３が加熱され、この被処理基板３上での成膜化学反応が促進されることにより、被処理基板３上に薄膜が形成されるため、基板保持部材４自体の温度は高く、その対向面にあるシャワープレート３０は、基板保持部材４の基板加熱ヒータ６によって加熱される領域より外側、つまり、図２中の加熱領域で基板保持部材４により加熱され、基板保持部材４の対向面以外のシャワープレート３０は非加熱領域では、基板保持部材４からの加熱が到達し難くなっている。また、シャワーヘッド２０は、冷媒空間２２を有しており、シャワーヘッド２０のシャワーヘッド下部壁面２０ａは、全面が冷媒空間２２によって冷却されているため、温度が均一となるようコントロールされている。
図５は、従来のシャワープレートを設置した場合の、図１中のＡ部の領域を示す拡大図である。シャワーヘッド下部壁面２０ａ温度は、均一に保たれているため、シャワープレート３０の被処理基板３側のシャワープレート壁面３０ａの温度は、基板保持部材４からの加熱によって決定される。よって、シャワープレート壁面３０ａ温度は、図５中の加熱領域では、温度が高く、非加熱領域では、温度が低くなってしまう。図６（ａ）に従来のシャワープレートを設置した場合の成膜後のシャワープレート壁面３０ａの部分拡大写真である。図６（ａ）からも分かるように、加熱領域では、生成物４４には膜剥がれなどが見られず、綺麗な薄膜が生成している。しかし、非加熱領域では、生成物には、膜剥がれ（以後、剥離生成物４５と呼ぶ）が見られる雑晶が生成していることが分かる。つまり、シャワープレート３０ａ壁面温度が、非加熱領域では低くなっているため、図６（ａ）に示すような剥離生成物４５が生成される。
一方、本実施の形態では、シャワーヘッド２０のシャワーヘッド下部壁面２０ａとシャワープレート３０は、シャワープレート３０のプレート孔３１設置領域外において、上記シャワーヘッド下部壁面２０ａとシャワープレート３０の対向面に、空間部４１が形成されている。
【００４２】
この構成について、図２に基づいて説明する。図２は、図１中のＡ部を示す拡大図である。
図２に示すように、シャワープレート３０には、プレート孔３１が設置されている領域より外側で、かつ、シャワーヘッド下部壁面２０ａと対向する側のシャワープレート３０にザグリ４２を設けることによって、シャワーヘッド下部壁面２０ａとシャワープレート３０間に空間部４１を形成している。
上記構成によれば、非加熱領域においては、シャワーヘッド下部壁面２０ａとシャワープレート３０間に空間部４１を有しているため、シャワーヘッド下部壁面２０ａの温度がシャワープレートに伝わることが無くなり、また、加熱領域からの熱伝導による熱移動もあるため、非加熱領域においても、シャワープレート壁面３０ａ温度を高く保つことが可能となる。ここで、シャワーヘッド下部壁面２０ａとシャワープレート３０間に空間部４１を形成したが、この空間部４１に低熱伝導材料を用いてもよい。
図６（ｂ）は、図２に示す実施の形態の場合の成膜後のシャワープレート壁面３０ａの部分拡大写真である。シャワープレート３０には、空間部４１が設けられている。その効果は、図６（ｂ）からも分かるように、加熱領域、非加熱領域に関わらず、生成物４４には膜剥がれなどが見られず、綺麗な薄膜が生成している。よって、シャワープレート３０表面に形成される生成物の剥離を抑制し、被処理基板３上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得ることができる。
【００４３】
また、図３および図４に示すように、シャワープレート３０に設けられたザグリ４２面に貫通孔４３を構成することもできる。図３は、シャワープレートに貫通孔を設置した気相成長装置の全体構成を示す概略図である。図４は、図３のＡ部分を拡大して示す要部拡大図である。
図３、４に示すように、シャワープレート３０には、プレート孔３１が設置されている領域より外側で、かつ、シャワーヘッド下部壁面２０ａと対向する側のシャワープレート３０にザグリ４２が設けられ、シャワーヘッド下部壁面２０ａとシャワープレート３０間に空間部４１を形成しており、さらに、ザグリ４２面には、貫通孔４３が形成されている。反応炉２内は、反応室隔壁７によって、反応室１と反応外部空間８に分離されており、反応外部空間８には、パージガス供給管２５によって、パージガス（Ｎ２ガスもしくはＨ２ガス）が導入され、反応室１と反応外部空間８の圧力は、反応室１側が低くなるようパージガス流量が調整される。以上の構成により、反応外部空間８内のパージガスは、貫通孔４３を通じて、反応室１内へ導入することができる。
【００４４】
上記構成によると、シャワープレート３０のプレート孔３１の設置領域外にも、簡易にパージガスを導入することが可能となり、シャワープレート３０のプレート孔３１の設置領域外に到達するガスをガス排出口１ａへ向けて、飛ばすことができ、シャワープレート３０のプレート孔３１の設置領域外に生成する生成物４４を抑制することができる。シャワープレート３０表面に生成した生成物４４は、成膜を繰り返すことによって、厚膜化し、いずれ剥離するが、上記構成によると、生成物４４の量が減少するため、剥離するまでの成膜回数を増加させることができる。また、図５に示すガスの淀みを防止することができ、ガス淀みによって生成する剥離生成物４５（雑晶）を低減することができる。また、反応室隔壁７壁面に生成する生成物も抑制することができる。よって、シャワープレート３０表面に形成される生成物の剥離を抑制し、被処理基板３上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得ることができる。
【００４５】
また、シャワーヘッド下部壁面２０ａと対向する側のシャワープレート３０にザグリ４２の形状は、図７（ａ）および（ｂ）に示すような形状であってもよい。
【００４６】
一方、図８は、図１中のＡ部領域の別の実施形態を示す拡大図である。
シャワーヘッド２０には、シャワープレート３０のプレート孔３１が設置されている領域より外側にザグリ４２を設けることによって、シャワーヘッド下部壁面２０ａとシャワープレート３０間に空間部４１を形成している。
上記構成によっても、非加熱領域においては、シャワーヘッド下部壁面２０ａとシャワープレート３０間に空間部４１を有しているため、シャワーヘッド下部壁面２０ａの温度がシャワープレートに伝わることが無くなり、また、加熱領域からの熱伝導による熱移動もあるため、非加熱領域においても、シャワープレート壁面３０ａ温度を高く保つことが可能となる。また、パージガスの導入も、シャワープレート３０へ貫通孔４３を設けておくことで可能となる。よって、シャワープレート３０表面に形成される生成物の剥離を抑制し、被処理基板３上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得ることができる。
【００４７】
尚、本発明においては、ＭＯＣＶＤ装置を構成する反応炉、シャワープレート及びその他の部材の形状が図１に示す形状に限定されないことは言うまでもない。
【００４８】
また、シャワープレート３０の材料としては、反応ガスへの耐食性、高温耐性を有する材料であればよい。例えば、石英、グラファイト、ＳｉＣコートを施したグラファイト、ＳｉＣ、モリブデン、タングステン等が上げられる。その中でも、石英は、熱膨張率が小さく、シャワーヘッドへ固定した場合でも、熱膨張による破損を防ぐことができ、また、優れた耐食性を有しているため、付着した生成物に対応した酸によるウェット洗浄、ＨＣｌによるドライ洗浄を行うことができ、シャワープレートを繰り返し使用することができるため、最良の材料である。
【００４９】
また、本発明のシャワープレートは、一体で構成されているが、複数の部品で構成してもよく、複数の部品で構成した場合でも、同様の効果を奏することができる。
【００５０】
また、本発明においては、図１３に示すように、内部を大気側と隔離し、気密状態を保持する成長室としての反応室１を有する反応炉２と、上記反応室１の内部に設けられて被処理基板３を載置する基板保持部材４と、上記基板保持部材４と対向し、かつ上面にシャワープレート３０を有するシャワーヘッド２０とを備えており、被処理基板３に対して、下方から反応ガスを供給するフェイスダウン型の気相成長装置としてのＭＯＣＶＤ装置６０にも適用することができる。
【００５１】
さらに、今回開示された実施の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及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。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、シャワープレート上部の空間に周辺部よりガスを導入し、シャワープレートの複数のガス吐出孔から基板表面に反応ガスを供給するシャワープレートを用いた縦型のＭＯＣＶＤ装置等の気相成長装置及び気相成長方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１  反応室（成長室）
１ａ  ガス排出口
２  反応炉
３  被処理基板
４  基板保持部材
５  回転伝達部材
６  基板加熱ヒータ
７  反応室隔壁
８  反応外部空間
１０  ＭＯＣＶＤ装置（気相成長装置）
２０  シャワーヘッド
２０ａ  シャワーヘッド下部壁面
２２  冷媒空間
２３  第一ガス分配空間
２３ａ  第一ガス導入口
２３ｂ  第一ガス供給管
２４  第二ガス分配空間
２４ａ  第二ガス導入口
２４ｂ  第二ガス供給管
２５  パージガス供給管
３０  シャワープレート
３１、３２  プレート孔
３１ａ、３２ａ  ヘッド側表面孔
３２ｂ  基板側表面孔
４１  空間部
４２  ザグリ
４３  貫通孔
４４  生成物
４５  剥離生成物
Ｈ３、Ｈ５  ガス吐出孔
【図１】
2010232402.tif 000003
【図２】
2010232402.tif 000004
【図３】
2010232402.tif 000005
【図４】
2010232402.tif 000006
【図５】
2010232402.tif 000007
【図６】
2010232402.tif 000008
【図７】
2010232402.tif 000009
【図８】
2010232402.tif 000010
【図９】
2010232402.tif 000011
【図１０】
2010232402.tif 000012
【図１１】
2010232402.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成22年6月30日(2010.6.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉内に、被処理基板を載置する基板保持部材と、被処理基板加熱する基板加熱ヒータと、複数のガス吐出孔を配設したシャワーヘッドと、前記シャワーヘッドに載置され、かつ複数のプレート孔を配設したシャワープレートとを備え、前記シャワーヘッドから、該シャワーヘッドのガス吐出孔及びシャワープレートのプレート孔を通して被処理基板を収容する成長室内にガスを供給して被処理基板に成膜する気相成長装置において、
前記シャワーヘッドの全面に渡って冷却する冷却機構を更に備えており、
前記基板保持部材との対向面であって、前記シャワーヘッドにシャワープレートが近接して配置されている面において、前記基板保持部材の基板加熱ヒータによって加熱される領域より外側の領域全体に、シャワープレートよりも低熱伝導の領域を設けていることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記低熱伝導領域は、空間部を設けることによって形成されることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記低熱伝導領域は、シャワープレート側に空間部を設けることによって形成されることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記低熱伝導領域の一部に隣接したシャワープレートに、複数の貫通孔を設けると共に、前記空間部を通じて前記成長室内と連通することを特徴とする請求項２または３記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記シャワープレートにおけるシャワープレートへ流入するガスの上流側面でかつ、シャワープレート外周部に、前記低熱伝導領域としてのザグリ部が設けられていることを特徴とする請求項１から４までの何れか１項に記載の気相成長装置。
【請求項６】
請求項１から５までの何れか１項に記載の気相成長装置を用いて、前記シャワーヘッドから、該シャワーヘッドのガス吐出孔及びシャワープレートのプレート孔を通して被処理基板を収容する成長室内にガスを供給して被処理基板に成膜する気相成長方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
また、本発明においては、内部を大気側と隔離し、気密状態を保持する成長室としての反応室を有する反応炉と、上記反応室の内部に設けられて被処理基板を載置する基板保持部材と、上記基板保持部材と対向し、かつ上面にシャワープレートを有するシャワーヘッドとを備えており、被処理基板に対して、下方から反応ガスを供給するフェイスダウン型の気相成長装置としてのＭＯＣＶＤ装置にも適用することができる。