(57)【要約】【課題】原料ガスをシャワーヘッドの周辺部から導入した場合に、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができる気相成長装置及び気相成長方法を提供する。【解決手段】シャワーヘッド２０は、原料ガスが導入されるIII 族系ガス外環流路２３ａ及びＶ族系ガス外環流路２４ａと、開口付き仕切り２３ｄ・２４ｄの内側に位置する原料ガスのIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂと、複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５を有するシャワープレート２１とを備えている。III 族系ガスバッファエリア２３ｂには、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部を積層方向の複数層に仕切る隔壁４０が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長室に対向して設けられたガス供給手段から成長室内に原料ガスをシャワー状に供給して該成長室内の被処理基板に気相成長を行う気相成長装置において、
上記ガス供給手段は、
外周において環状に設けられて上記原料ガスが導入される外環流路と、
上記外環流路の内側に設けられ、かつ上記原料ガスを通す開口を有する開口付き内側壁と、
上記開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室と、
上記中間室の下流側に位置して複数のガス吐出孔を有するシャワープレートとを備えていると共に、
上記中間室には、該中間室の周辺部を積層方向の複数層に仕切る隔壁が設けられていることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記隔壁は、
中間室の周辺部を３層以上に仕切る２個以上からなっていると共に、
シャワープレートから遠ざかる隔壁ほど、中間室の中央にまで延びてい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】
前記隔壁には、貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記隔壁における貫通穴の単位面積当りの開口面積は、
前記中間室の周辺部よりも中央の方に向かうほど大きくなっていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記隔壁は、中間室の中央に向かうに伴ってシャワープレートから遠ざかるように傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記隔壁は、前記開口付き内側壁に設けられた開口を横切る位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項７】
前記隔壁は、前記開口付き内側壁とは非接触に設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項８】
前記隔壁は、中間室の中央側端部に、シャワープレート側に折曲又は湾曲した曲部を有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項９】
前記隔壁の曲部は、先端がシャワープレート側の中間室表面又はシャワープレートに当接していることを特徴とする請求項８記載の気相成長装置。
【請求項１０】
前記中間室は、分離板により区切られて異なる種類の原料ガスをそれぞれ収容する複数の積層配置された個別中間室からなっていると共に、
上記積層配置された個別中間室におけるシャワープレート側の個別中間室には、上記シャワープレートにおける、異なる種類の原料ガスを供給する複数のガス吐出孔に接続された、上記シャワープレート側の個別中間室よりも反シャワープレート側の個別中間室に連通する個別ガス供給管が貫通して設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項１１】
前記シャワープレートと中間室との間に冷却手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項１２】
成長室に対向して設けられたガス供給手段から成長室内に原料ガスをシャワー状に供給して該成長室内の被処理基板に気相成長を行う気相成長方法において、
外周において環状に設けられた上記ガス供給手段の外環流路に上記原料ガスを導入し、
上記外環流路の内側に設けられた開口付き内側壁の開口から上記原料ガスを該開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室に、該中間室の周辺部において積層方向の複数層に隔壁にて仕切られた部分を介して通し、
上記中間室の下流側に位置するシャワープレートの複数のガス吐出孔から成長室内に原料ガスをシャワー状に供給して気相成長を行う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り、特に、気相成長装置における原料ガスの供給方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード及び半導体レーザの製造においては、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、基板上に化合物半導体結晶を成長させるＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）が用いられている。
【０００３】
ＭＯＣＶＤは、上記の原料ガスを水素、又は窒素等の不活性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では、成長させる化合物半導体結晶の品質を向上させると共に、コストを抑えて、歩留まりを高め、生産能力を上げることが同時に要求される。
【０００４】
図２２に、ＭＯＣＶＤに用いられる従来の気相成長装置である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】
尚、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場合には、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に反応ガスを吹き出させる方法が採られていた。
【００１０】
ところで、基板上に成長させる化合物半導体結晶の品質を一定に保つためには、基板上に均一な膜厚分布の薄膜を成長させる必要がある。このため、成長室に導入する反応ガス及び不活性ガスは、均等な濃度分布で供給することが必須となる。
【００１１】
この問題を解決するため、例えば特許文献１では、反応ガスを均等な濃度分布で基板上に供給し、基板上で気相反応させる方法が開示されている。具体的には、図２３に示すように、設置された基板２０１の上方の中央部にガス導入口２０２を設け、ガス導入口２０２からシャワープレート２０３へつながる拡開する外壁を設けることにより、シャワープレート２０３のガス吐出孔での反応ガスの速度差を緩和でき、基板２０１上での反応ガスの濃度分布の均一化を実現している。
【００１２】
また、特許文献２では、図２４に示すように、複数のガス導入部３０１…点を有し、個々のガス導入部３０１に設けられた流量調節部３０２にて流量を制御することによって、基板３０３の表面への反応ガスの均一供給を可能にしている。
【００１３】
さらに、特許文献３では、図２５に示すように、成長室４０１の上部の周辺部に配置した環状のガス流路４０２に配置したガス導入孔４０３からシャワープレート４０４を通して成長室４０１に反応ガスを吐出させると共に、成長室４０１の周囲に環状のガス排出部４０５を設置し、ガス排出部４０５に均等配置した排気孔４０６を介して排ガスを排出することによって、基板４０７の表面への反応ガスの均一供給を可能にしている。
【００１４】
一方、成膜が行われる成長室内は減圧して使用する場合が多いことから、シャワーヘッド内の圧力は成長室内に較べると格段に高く、シャワーヘッド内で気相反応が生ずることが避けられなかった。シャワーヘッド内で気相反応が生じると、反応生成物がシャワーヘッドのガス吐出孔を塞ぎ、成長室内に反応ガスを供給することができなくなる。
【００１５】
この問題を解決するため、例えば特許文献４では、図２６に示すように、２種類の供給ガスそれぞれに中間室５０１・５０２を設け、この中間室５０１・５０２からそれぞれの反応ガスをシャワープレート５０３のガス吐出孔５０１ａ・５０２ａを通すことにより、２種類のガスを分離した状態で成長室５０４へ供給する方法が開示されている。これにより、反応ガスが分離した状態で供給されるため、シャワーヘッド５０５内で気相反応が生ずることはない。このような構成は、例えば、特許文献５，６にも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００５−７２１９６号公報（２００５年３月１７日公開）
【特許文献２】特開２０００−２９４５３８号公報（２０００年１０月２０日公開）
【特許文献３】特開平３−２０３２２７号公報（１９９１年９月４日公開）
【特許文献４】特開平８−９１９８９号公報（１９９６年４月９日公開）
【特許文献５】特開平５−１５２２０８号公報（１９９３年６月１８日公開）
【特許文献６】特開２０００−１４４４３２号公報（２０００年５月２６日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上記従来の特許文献４〜６で開示される気相成長装置では、反応ガス又は不活性ガスを均一に供給することが困難であるという問題点を有している。
【００１８】
詳しく述べると、例えば特許文献６では、図２７に示すように、上層ガス空間６０１には、例えば特許文献１，２で開示される方法にて反応ガス又は不活性ガスを均一に供給することが可能であるが、図２７に示す中層ガス空間６０２には、特許文献１，２で開示される方法では反応ガス又は不活性ガスを均一に供給することが困難となる。
【００１９】
また、前述したように、化合物半導体結晶の製造では、コストを抑えて、歩留まりを高め、生産能力を上げることが同時に要求されるため、ＭＯＣＶＤ装置の大型化が必要とされている。このような装置の大型化に伴い、反応ガス又は不活性ガスを均一に供給することが大きな課題となる。
【００２０】
この点、特許文献４〜６では、大面積にわたり均一な膜成長が可能との記載があるが、具体的に反応ガスを均一に供給する手段は記載されていない。
【００２１】
例えば、図２５に示す特許文献３における構成を用いて、図２７に示す中層ガス空間６０２における反応ガスの均一性を確認する計算を行った結果、図１５に示すように、中央部でガス流速が遅く、端部で速くなり、反応ガスが均一に供給されていないことが、依然として課題であることがわかる。
【００２２】
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、原料ガスをシャワーヘッドの周辺部から導入した場合に、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができ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】
【００２３】
本発明の気相成長装置は、上記課題を解決するために、成長室に対向して設けられたガス供給手段から成長室内に原料ガスをシャワー状に供給して該成長室内の被処理基板に気相成長を行う気相成長装置において、上記ガス供給手段は、外周において環状に設けられて上記原料ガスが導入される外環流路と、上記外環流路の内側に設けられ、かつ上記原料ガスを通す開口を有する開口付き内側壁と、上記開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室と、上記中間室の下流側に位置して複数のガス吐出孔を有するシャワープレートとを備えていると共に、上記中間室には、該中間室の周辺部を積層方向の複数層に仕切る隔壁が設けられていることを特徴としている。
【００２４】
本発明の気相成長方法は、上記課題を解決するために、成長室に対向して設けられたガス供給手段から成長室内に原料ガスをシャワー状に供給して該成長室内の被処理基板に気相成長を行う気相成長方法において、外周において環状に設けられた上記ガス供給手段の外環流路に上記原料ガスを導入し、上記外環流路の内側に設けられた開口付き内側壁の開口から上記原料ガスを該開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室に、該中間室の周辺部において積層方向の複数層に隔壁にて仕切られた部分を介して通し、上記中間室の下流側に位置するシャワープレートの複数のガス吐出孔から成長室内に原料ガスをシャワー状に供給して気相成長を行うことを特徴としている。
【００２５】
上記の発明によれば、ガス供給手段は、外周において環状に設けられて上記原料ガスが導入される外環流路と、上記外環流路の内側に設けられ、かつ上記原料ガスを通す開口を有する開口付き内側壁と、上記開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室と、上記中間室の下流側に位置して複数のガス吐出孔を有するシャワープレートとを備えている。
【００２６】
このため、外環流路から中間室に原料ガスを通すことによって、シャワープレートの上部の空間を有効活用でき、気相成長装置全体の薄型化を図ることができる。
【００２７】
ところで、外環流路から中間室に原料ガスを通す場合、中間室の周辺部のガス流速は大きく、中間室の中央部に奥入りするほどガス流速は小さくなる。この結果、シャワープレートの複数のガス吐出孔から成長室に吐出される原料ガスは、シャワープレートの周辺部でガス流速が大きく、シャワープレートの中央部に奥入りするほどガス流速は小さくなる。この結果、成長室の被処理基板では、均一に原料ガスが供給されないことになる。
【００２８】
そこで、本発明では、中間室には、該中間室の周辺部を積層方向の複数層に仕切る隔壁が設けられている。すなわち、中間室の中央部よりも外周側の周辺部には、シャワープレートと平行に１個又は複数の隔壁が設けられている。
【００２９】
このため、中間室の周辺部における隔壁の反シャワープレート側を通る原料ガスは、中間室の中央部まで奥入りした後、シャワープレートの中央部における複数のガス吐出孔から成長室に吐出される。一方、中間室の周辺部における隔壁のシャワープレート側を通る原料ガスは、中間室の周辺部にて、シャワープレートの周辺部における複数のガス吐出孔から成長室に吐出される。
【００３０】
この結果、原料ガスは、シャワープレートの周辺部と中央部との両方からバランスよく複数のガス吐出孔から成長室に吐出されることになる。
【００３１】
したがって、原料ガスをシャワーヘッドの周辺部から導入した場合に、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができ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。
【００３２】
本発明の気相成長装置では、前記隔壁は、中間室の周辺部を３層以上に仕切る２個以上からなっていると共に、シャワープレートから遠ざかる隔壁ほど、中間室の中央にまで延びているとすることが可能である。
【００３３】
これにより、隔壁は、中間室の周辺部を３層以上に仕切る２個以上からなっているので、外環流路から中間室へは３層以上に分割して通される。ここで、本発明では、シャワープレートから遠ざかる隔壁ほど、中間室の中央にまで延びている。このため、シャワープレートから遠ざかる層を流れる原料ガスほど、中間室の中央部まで奥入りすると共に、隔壁の数に伴ってその奥入り距離が分割される。この結果、シャワープレートの周辺部から中央部に至るまでさらにバランスよく複数のガス吐出孔から成長室に原料ガスを吐出させることができる。また、この構成は、気相成長装置の大型化に有利となる。
【００３４】
本発明の気相成長装置では、前記隔壁には、貫通穴が形成されているとすることが可能である。
【００３５】
これにより、隔壁の自由端側での原料ガスの急激な合流を回避し、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布を均一化するように適宜微調整することが可能である。
【００３６】
また、例えば、複数の原料ガスを用いて中間室を複数層に区分する場合に、隔壁は下層を貫通する貫通管を通すことが可能となり、隔壁の組み付け及び交換が容易になると共に、シャワーヘッドの中間室は単純な構造を取ることが可能となり、気相成長装置を安価に製作できる。
【００３７】
本発明の気相成長装置では、前記隔壁における貫通穴の単位面積当りの開口面積は、前記中間室の周辺部よりも中央の方に向かうほど大きくなっていることが好ましい。
【００３８】
すなわち、隔壁に貫通穴が存在しない場合には、隔壁の自由端側つまり中間室の中央部においては、隔壁の反シャワープレート側を通る原料ガスと隔壁のシャワープレート側を通る原料ガスとが合流する部分の流速の増加は急激な変化となり、乱流が発生する可能性がある。
【００３９】
この点、本発明では、隔壁における貫通穴の単位面積当りの開口面積は中間室の周辺部よりも中央の方に向かうほど大きくなっているので、隔壁の反シャワープレート側を通る原料ガスは中間室の中央に原料ガスが向かうに伴って徐々に隔壁のシャワープレート側を通る原料ガスに流入する。
【００４０】
この結果、隔壁の自由端における、隔壁の反シャワープレート側を通る原料ガスと隔壁のシャワープレート側を通る原料ガスとが合流する部分の流速の急激な増加及び乱流の発生を緩和することができる。
【００４１】
したがって、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができる。
【００４２】
本発明の気相成長装置では、前記隔壁は、中間室の中央に向かうに伴ってシャワープレートから遠ざかるように傾斜して設けられているとすることが可能である。
【００４３】
これにより、シャワープレートから遠ざかる層を流れる原料ガスほど、中間室の中央部まで奥入りするに伴って流速が速くなり、中間室の中央部まで奥入りし易くなる。
【００４４】
したがって、原料ガスをシャワーヘッドの周辺部から導入した場合に、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができる。
【００４５】
本発明の気相成長装置では、前記隔壁は、前記開口付き内側壁に設けられた開口を横切る位置に設けられているとすることが可能である。すなわち、外環流路から開口付き内側壁の開口を通して中間室に原料ガスが流入するときの、中間室の周辺部における積層方向の隣接する層へ開口は１個になって共通となっており、積層方向の隣接する層へ開口が共有されている。
【００４６】
これにより、中間室の周辺部における積層方向の各層を流れる原料ガスの流量を調整するための流量調整部の複数個分を１個に共有することになり、流量調整用バルブを減らすことができる。この結果、単純な構造を取ることが可能となり、安価に製作できる。
【００４７】
本発明の気相成長装置では、前記隔壁は、前記開口付き内側壁とは非接触に設けられているとすることが可能である。
【００４８】
これにより、非接触の領域では、隔壁が無い分、流路抵抗を小さくすることができる。この結果、この非接触の領域における原料ガスの流速が増大し、原料ガスを中間室の中央部まで奥入りし易くさせることができる。
【００４９】
尚、本構成によっても、流量調整部の複数個分を１個に共有することになり、流量調整用バルブを減らすことができる。また、隔壁の面積を低減し、隔壁の材料コストを低減することができる。
【００５０】
本発明の気相成長装置では、前記隔壁は、中間室の中央側端部に、シャワープレート側に折曲又は湾曲した曲部を有しているとすることが可能である。
【００５１】
これにより、中間部の周辺部におけるシャワープレート側の層を流れる原料ガスを強制的にシャワープレート側に向かわせるようにすることができる。このため、各隔壁の平面領域毎におけるガス吐出孔から成長室に吐出するときの流速を考慮すればよいので、原料ガスの流速の制御が容易となる。
【００５２】
本発明の気相成長装置では、前記隔壁の曲部は、先端がシャワープレート側の中間室表面又はシャワープレートに当接しているとすることが可能である。
【００５３】
これにより、確実に、各隔壁の平面領域毎におけるガス吐出孔から成長室に吐出するときの流速を考慮すればよいので、原料ガスの流速の制御が容易となる。
【００５４】
本発明の気相成長装置では、前記中間室は、分離板により区切られて異なる種類の原料ガスをそれぞれ収容する複数の積層配置された個別中間室からなっていると共に、上記積層配置された個別中間室におけるシャワープレート側の個別中間室には、上記シャワープレートにおける、異なる種類の原料ガスを供給する複数のガス吐出孔に接続された、上記シャワープレート側の個別中間室よりも反シャワープレート側の個別中間室に連通する個別ガス供給管が貫通して設けられているとすることができる。
【００５５】
すなわち、本発明では、中間室が複数の積層配置された個別中間室からなっており、個別中間室におけるシャワープレート側の個別中間室には、シャワープレート側の個別中間室よりも反シャワープレート側の個別中間室に連通する個別ガス供給管が貫通して設けられている。
【００５６】
このように、個別中間室に個別ガス供給管が林立して設けられているときには、外環流路から個別中間室に原料ガスを通す場合、個別中間室の周辺部のガス流速は大きく、個別中間室の中央部に奥入りするほど林立する個別ガス供給管の抵抗によりガス流速は特に小さくなる。
【００５７】
この点、本発明では、中間室における個別中間室の周辺部を積層方向の複数層に仕切る隔壁が設けられているので、原料ガスは、シャワープレートの周辺部と中央部との両方からバランスよく複数のガス吐出孔から成長室に吐出されることになる。
【００５８】
したがって、原料ガスをシャワーヘッドの周辺部から導入した場合に、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができる気相成長装置を提供することができる。
【００５９】
本発明の気相成長装置では、前記シャワープレートと中間室との間に冷却手段が設けられているとすることが可能である。
【００６０】
これにより、シャワーヘッドの周辺部から導入した場合に、原料ガスを冷却手段にて冷却できると共に、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができる気相成長装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００６１】
本発明の気相成長装置は、以上のように、ガス供給手段は、外周において環状に設けられて上記原料ガスが導入される外環流路と、上記外環流路の内側に設けられ、かつ上記原料ガスを通す開口を有する開口付き内側壁と、上記開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室と、上記中間室の下流側に位置して複数のガス吐出孔を有するシャワープレートとを備えていると共に、上記中間室には、該中間室の周辺部を積層方向の複数層に仕切る隔壁が設けられているものである。
【００６２】
本発明の気相成長方法は、以上のように、外周において環状に設けられた上記ガス供給手段の外環流路に上記原料ガスを導入し、上記外環流路の内側に設けられた開口付き内側壁の開口から上記原料ガスを該開口付き内側壁の内側に位置する原料ガスの中間室に、該中間室の周辺部において積層方向の複数層に隔壁にて仕切られた部分を介して通し、上記中間室の下流側に位置するシャワープレートの複数のガス吐出孔から成長室内に原料ガスをシャワー状に供給して気相成長を行う方法である。
【００６３】
それゆえ、原料ガスをシャワーヘッドの周辺部から導入した場合に、成長室の被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができ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】
【００６４】
【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、上記気相成長装置のシャワーヘッドにおける右半分の構成を示す断面図である。
【図２】上記気相成長装置の全体構成を示す概略図である。
【図３】上記気相成長装置のシャワーヘッドの構成を示す断面図である。
【図４】（ａ）は上記シャワーヘッドにおけるシャワープレートの構成を示す平面図であり、（ｂ）は上記シャワーヘッドにおけるシャワープレートの他の構成を示す平面図である。
【図５】上記シャワーヘッドにおけるＶ族系ガス供給部のＶ族系外環流路の構成を示す斜視図である。
【図６】図１に示すシャワーヘッドにおける反応炉中心からの距離と流速との関係を示すグラフである。
【図７】上記気相成長装置の変形例を示すものであって、シャワーヘッドにおける右半分の構成を示す断面図である。
【図８】上記気相成長装置の他の変形例を示すものであって、シャワーヘッドにおける右半分の構成を示す模式図である。
【図９】上記気相成長装置のさらに他の変形例を示すものであって、シャワーヘッドにおける右半分の構成を示す断面図である。
【図１０】図９に示すシャワーヘッドにおける反応炉中心からの距離と流速との関係を示すグラフである。
【図１１】上記気相成長装置のさらに他の変形例を示すものであって、シャワーヘッドにおける右半分の構成を示す模式図である。
【図１２】上記気相成長装置のさらに他の変形例を示すものであって、シャワーヘッドにおける右半分の構成を示す断面図である。
【図１３】上記気相成長装置のさらに他の変形例を示すものであって、シャワーヘッドにおける右半分の構成を示す断面図である。
【図１４】図１３に示すシャワーヘッドにおける反応炉中心からの距離と流速との関係を示すグラフである。
【図１５】上記気相成長装置のシャワーヘッドにおける比較例の構成を示す断面図である。
【図１６】図１５に示す比較例のシャワーヘッドにおける右半分の構成を示す断面図である。
【図１７】図１５に示す比較例のシャワーヘッドにおける反応炉中心からの距離と流速との関係を示すグラフである。
【図１８】本発明における気相成長装置の他の実施の形態を示すものであって、シャワーヘッドにおける右半分の構成を示す断面図である。
【図１９】上記気相成長装置の他の変形例を示すものであって、シャワーヘッドにおける右半分の構成を示す断面図である。
【図２０】上記気相成長装置のさらに他の変形例を示すものであって、シャワーヘッドにおける右半分の構成を示す断面図である。
【図２１】上記気相成長装置のさらに他の変形例を示すものであって、シャワーヘッドにおける右半分の構成を示す断面図である。
【図２２】従来における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２３】従来における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２４】従来におけるさらに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２５】従来におけるさらに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２６】従来におけるさらに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２７】従来におけるさらに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。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１ないし図１７に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００６６】
図２に、本実施の形態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。
【００６７】
本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０は、図２に示すように、中空部である成長室１を有する反応炉２と、被処理基板３を載置するサセプタ４と、上記サセプタ４に対向しかつ底面にシャワープレート２１を持つガス供給手段としてのシャワーヘッド２０とを含んでいる。
【００６８】
上記サセプタ４の下側には被処理基板３を加熱するヒータ５及び支持台６が設けられており、支持台６に取り付けた回転軸７が図示しないアクチュエータ等によって回転することにより、上記サセプタ４及びヒータ５が、サセプタ４の上面（シャワープレート２１側の面）が対向するシャワープレート２１と平行な状態を保ちながら回転するようになっている。上記サセプタ４、ヒータ５、支持台６及び回転軸７の周囲には、ヒータカバーである被覆板８が、これらサセプタ４、ヒータ５、支持台６及び回転軸７を取り囲むように設けられている。
【００６９】
また、ＭＯＣＶＤ装置１０は、成長室１の内部のガスを周辺のガス排出口１ａを通して外部に排出するためのガス排出部１１と、このガス排出部１１に接続されたパージライン１２と、このパージライン１２に接続された排ガス処理装置１３とを有している。これにより、成長室１の内部に導入されたガスはガス排出部１１を通して成長室１の外部に排出され、排出されたガスはパージライン１２を通って排ガス処理装置１３に導入され、排ガス処理装置１３において無害化される。
【００７０】
さらに、ＭＯＣＶＤ装置１０は、III 族元素を含む原料ガスとしてのIII 族系ガスの供給源となるIII 族系ガス供給源３１と、このIII 族系ガス供給源３１から供給されたIII 族系ガスをシャワーヘッド２０に供給するためのIII 族系ガス配管３２と、III 族系ガス供給源３１から供給されるIII 族系ガスの供給量を調節することができるIII 族系ガス供給量調節部としてのマスフローコントローラ３３とを有している。上記III 族系ガス供給源３１は、III 族系ガス配管３２によって、マスフローコントローラ３３を介して、シャワーヘッド２０のIII 族系ガス供給部２３に接続されている。
【００７１】
尚、本実施の形態において、III 族元素としては、例えば、Ｇａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）又はＩｎ（インジウム）等があり、III 族元素を含むIII 族系ガスとしては、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属ガスのうち１種類以上を用いることができる。
【００７２】
また、このＭＯＣＶＤ装置１０は、Ｖ族元素を含む原料ガスとしてのＶ族系ガスの供給源となるＶ族系ガス供給源３４と、Ｖ族系ガス供給源３４から供給されたＶ族系ガスをシャワーヘッド２０に供給するためのＶ族系ガス配管３５と、Ｖ族系ガス供給源３４から供給されるＶ族系ガスの供給量を調節することができるＶ族系ガス供給量調節部であるマスフローコントローラ３６とを有している。上記Ｖ族系ガス供給源３４は、Ｖ族系ガス配管３５によって、マスフローコントローラ３６を介してシャワーヘッド２０のＶ族系ガス供給部２４に接続されている。
【００７３】
尚、本実施の形態において、Ｖ族元素としては、例えば、Ｎ（窒素）、Ｐ（リン）又はＡｓ（ヒ素）等があり、Ｖ族元素を含むＶ族系ガスとしては、例えば、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のうち１種類以上を用いることができる。
【００７４】
上記マスフローコントローラ３３・３６は図示しない制御部にて制御されるようになっている。
【００７５】
また、本実施の形態では、III 族系ガス供給部２３とシャワープレート２１との間に冷却手段としての冷水供給部２２が設けられており、この冷水供給部２２には、シャワープレート２１を冷却するために、冷水系配管３７により水冷装置３８から冷水が供給されるようになっている。尚、本実施の形態では、冷水供給部２２は冷却水を供給するようになっているが、必ずしも水に限らず、他の液体及び気体による冷媒を用いることが可能である。
【００７６】
次に、図３を用いてシャワーヘッド２０の構成を説明する。
【００７７】
シャワーヘッド２０は、図３に示すように、下から順番に、シャワープレート２１、冷水供給部２２、III 族系ガス供給部２３、及びＶ族系ガス供給部２４が積層されて構成されている。
【００７８】
上記シャワープレート２１、冷水供給部２２、III 族系ガス供給部２３、及びＶ族系ガス供給部２４は積層配置であるため、本実施の形態では、Ｖ族系ガス供給部２４における中間室及び個別中間室としてのＶ族系ガスバッファエリア２４ｂのＶ族系ガスは、中間室及び個別中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ、及び冷水系バッファエリア２２ｂを貫通して設けられた個別ガス供給管としてのＶ族系ガス供給管２４ｃを通してシャワープレート２１のガス吐出孔としてのＶ族系ガス吐出孔Ｈ５から成長室１に吐出される。
【００７９】
また、III 族系ガス供給部２３におけるIII 族系ガスバッファエリア２３ｂのIII 族系ガスは、冷却手段としての冷水系バッファエリア２２ｂを貫通して設けられたIII 族系ガス供給管２３ｃを通してシャワープレート２１のガス吐出孔としてのIII 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１に吐出される。
【００８０】
以下、それぞれについて、詳細に説明する。
【００８１】
まず、図４（ａ）に、図２に示すＭＯＣＶＤ装置１０に用いられるシャワープレート２１の一例の模式的な平面図を示す。
【００８２】
シャワープレート２１には、成長室１にIII 族系ガスを供給するためのIII 族系ガス吐出孔Ｈ３、及びＶ族系ガスを供給するためのガス吐出孔としてのＶ族系ガス吐出孔Ｈ５がそれぞれ複数形成されている。そして、シャワープレート２１の面内（前記サセプタ４に向かい合っている表面内）において、III 族系ガス吐出孔Ｈ３とＶ族系ガス吐出孔Ｈ５とが交互に配列されている。図４（ａ）に示す例においては、III 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の配列方向は、水平方向及び垂直方向となっている。つまり、格子状となっている。ただし、この格子は正方格子に限らず、菱形の格子等でもよい。また、図４（ａ）に示す構成のシャワープレート２１における、III 族系ガス吐出孔Ｈ３の開口部の面積と、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５の開口部の面積とは同一となっている。
【００８３】
図４（ｂ）は、シャワープレート２１の他の例における模式的な平面図を示す。シャワープレート２１の複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５は、放射方向外側の開口率が放射方向内側の開口率よりも小さくなっている。
【００８４】
具体的には、例えば、中央部２１ａと周辺部２１ｂとの違いによって、中央部２１ａでは孔径を大きくし、周辺部２１ｂでは孔径を小さくしている。これにより、周辺部２１ｂでのガスの流量を抑制することができる。尚、図４（ｂ）に示すように、周辺部２１ｂでIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の孔径を小さくした場合においても、III 族系ガス吐出孔Ｈ３の開口部の面積と、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５の開口部の面積とは同一となっている。勿論、中央部２１ａにおいても、III 族系ガス吐出孔Ｈ３の開口部の面積と、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５の開口部の面積とは同一となっている。
【００８５】
尚、放射方向外側の開口率が放射方向内側の開口率よりも小さくする方法としては、必ずしもこれに限らない。例えば、外周部としての周辺部２１ｂのIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の配設密度が、内周部としての中央部２１ａのIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の配設密度よりも小さいとすることも可能である。
【００８６】
次に、冷水供給部２２は、図３に示すシャワープレート２１を一定の温度以下に冷却することによって、シャワープレート２１への反応生成物の付着を抑制し、III 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の目詰まりを防止する。
【００８７】
次に、各ガス供給部について説明する。
【００８８】
図３に示すように、III 族系ガス供給部２３は、シャワーヘッド２０の例えば周辺部から供給されたIII 族系ガスを均一にIII 族系ガス吐出孔Ｈ３に導くため、外環流路としてのIII 族系ガス外環流路２３ａと、III 族系ガスバッファエリア２３ｂと、このIII 族系ガスバッファエリア２３ｂから成長室１に連通する個別ガス供給管としてのIII 族系ガス供給管２３ｃとにより構成されている。尚、III 族系ガス供給管２３ｃの断面は、必ずしも円形に限ることはなく、角管、楕円管又はその他の断面でもよい。また、本発明では、冷水供給部２２が無い場合には、III 族系ガス供給管２３ｃはなくても良い。その場合には、III 族系ガスバッファエリア２３ｂのIII 族系ガスはIII 族系ガス吐出孔Ｈ３から吐出される。
【００８９】
一方、同様に、Ｖ族系ガス供給部２４は、シャワーヘッド２０の周辺部より供給された反応ガスを均一にＶ族系ガス吐出孔Ｈ５に導くため、外環流路としてのＶ族系ガス外環流路２４ａと、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂと、個別ガス供給管としてのＶ族系ガス供給管２４ｃとにより構成されている。尚、Ｖ族系ガス供給管２４ｃの断面についても、必ずしも円形に限ることはなく、角管、楕円管又はその他の断面でもよい。
【００９０】
ここで、図５は、Ｖ族系ガス外環流路２４ａの斜視図である（III 族系ガス外環流路２３ａも構造は同じであるため説明は省略する。）。
【００９１】
例えば、Ｖ族系ガス外環流路２４ａの横方向から供給されたＶ族系ガスは、Ｖ族系ガス外環流路２４ａの内周側に均等配置された複数の開口ＨＩＮ５を有する開口付き内側壁としての開口付き仕切り２４ｄを介して、半径方向の内部に均一にＶ族系ガスバッファエリア２４ｂへ供給される。そして、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂのＶ族系ガスは、前記複数のＶ族系ガス供給管２４ｃを通って、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５から成長室１へ供給される。
【００９２】
すなわち、図３に示すように、III 族系ガスバッファエリア２３ｂ内には、Ｖ族系ガス供給管２４ｃが、それぞれのガスが混合しないよう分離されて配置されている。つまり、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの平面においては、III 族系ガス吐出孔Ｈ３の位置には、III 族系ガスバッファエリア２３ｂからIII 族系ガス吐出孔Ｈ３へ連通されるIII 族系ガス供給管２３ｃが配置されていると共に、Ｖ族系ガス吐出孔Ｈ５の位置には、Ｖ族系ガスバッファエリア２４ｂからＶ族系ガス吐出孔Ｈ５に連通されるＶ族系ガス供給管２４ｃが柱のように林立していることになる。
【００９３】
次に、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０におけるシャワーヘッド２０の特徴的な構成について、図１及び前記図３に基づいて説明する。図１は、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの内部構造詳細を示す縦断面図である。尚、図１においては、シャワーヘッド２０における右半分の構造のみを示している。
【００９４】
本実施の形態のシャワーヘッド２０におけるIII 族系ガスバッファエリア２３ｂには、このIII 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部を複数層である例えば２層に仕切る隔壁４０が設けられている。
【００９５】
これにより、III 族系ガス外環流路２３ａの開口付き内側壁としての開口付き仕切り２３ｄから均一にIII 族系ガスバッファエリア２３ｂへIII 族系ガスが供給される。このIII 族系ガスは、複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３を通って、成長室１へ送られる。
【００９６】
このとき、図１５及び図１６に示すように、比較例のシャワーヘッド２０’の構成では、III 族系ガスバッファエリア２３ｂに隔壁４０がないため、圧力損失により、図１７に示すように、周辺部に比べて中央部での流速は遅くなり、III 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１へ送り込まれるガス量が、中央部と周辺部で異なってしまう。
【００９７】
これに対して、図１に示す本実施の形態のシャワーヘッド２０のように、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部を積層方向に複数の領域に仕切る隔壁４０を設けることによって、図６に示すように、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部と中央部での流速は略等しくなり、III 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１へ送り込まれるガス量が、中央部と周辺部とで均一となる。尚、このように、III 族系ガスバッファエリア２３ｂを積層方向にのみ仕切ることにより、後述する図９に示す曲部４０ａ近傍に滞留するガスをなくすことが可能となり、滞留するガスの反応によって生じる付着物をなくすことができる。
【００９８】
尚、本実施の形態では、複数層である例えば２層に仕切っているが、必ずしもこれに限らず、例えば、図７に示すように、複数層である例えば３層に仕切る隔壁４１・４２とすることが可能である。このとき、同図７に示すように、隔壁４０が、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部を３層以上に仕切る２以上の隔壁４１・４２が設けられている場合には、シャワープレート２１から遠ざかる隔壁４１ほど、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央にまで延びているとすることができる。すなわち、図７では、隔壁４１が隔壁４２よりもIII 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央部に延びている。
【００９９】
また、本実施の形態では、図８に示すように、隔壁４１・４２のうち、例えば、隔壁４１は、開口付き内側壁としての開口付き仕切り２３ｄとは非接触に設けられている隔壁４１’とすることができる。尚、開口付き仕切り２３ｄとは非接触に設けられているのが、隔壁４２であってもよい。また、隔壁が一つの場合の隔壁４０においても、開口付き仕切り２３ｄと非接触に設けられていてもよい。
【０１００】
また、本実施の形態では、図９に示すように、隔壁４０はIII 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央側端部にて、シャワープレート２１側に９０度折曲された曲部４０ａを有しているとすることができる。また、この構成において、隔壁４０の曲部４０ａは、先端がシャワープレート２１に当接しているとすることができる。
【０１０１】
これにより、図１０に示すように、III 族系ガスバッファエリア２３ｂ内の流れの方向を半径方向に規制することができる。すなわち、III 族系ガスは、III 族系ガス外環流路２３ａの開口ＨＩＮ３からIII 族系ガスバッファエリア２３ｂの内部に向けて放射状に流入され、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央部では乱流が発生するおそれがあるが、曲部４０ａを設けることによって乱流を防止することができ、III 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１へ送り込まれるガス量が、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央部と周辺部とで均一となるようにすることができる。
【０１０２】
尚、上記の構成においては、図１１に示すように、隔壁４１・４２は、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央側端部にて、シャワープレート２１側に湾曲した曲部４１ａ・４２ａを有しているとすることも可能である。この場合、隔壁が一つの場合である隔壁４０に、湾曲した曲部を設けることも可能である。また、曲部４０ａ及び曲部４１ａ・４２ａの折曲角度は、必ずしも９０度に限らず、例えば４５度や他の角度でもよい。さらに、曲部４０ａ及び曲部４１ａ・４２ａは、例えば、穴開き壁や網状であってもよい。
【０１０３】
また、本実施の形態では、図９に示す隔壁４０はIII 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央側端部にて、シャワープレート２１側に９０度折曲された曲部４０ａを有している構成において、図１２に示すように、隔壁４０は、開口付き仕切り２３ｄに設けられた開口ＨＩＮ３を横切る位置に設けられているとすることができる。すなわち、積層方向の隣接する領域の開口ＨＩＮ３が共有される又は共通であるとすることができる。
【０１０４】
これにより、III 族系ガス外環流路２３ａの開口付き仕切り２３ｄから供給するガス供給口が一つになり、流量調整用のバルブを減らすことができると共に、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部と中央部での流速は略等しくなり、III 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１へ送り込まれるガス量が、中央部と周辺部で均一となる効果も得られる。
【０１０５】
また、本実施の形態では、図１３に示すように、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央に向かって立ち上がるように傾斜して設けられている隔壁４３とすることができる。
【０１０６】
また、同図１３に示すように、隔壁４３のIII 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央側端部には、シャワープレート２１に対して、９０度に立ち上がる曲部４３ａが設けられていてもよい。これにより、図１４に示すように、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部と中央部との間の領域での流速の減少を小さくすることが可能となり、均一性が良くなる。
【０１０７】
上記構成のＭＯＣＶＤ装置１０を用いて、III 族−Ｖ族化合物半導体結晶を、ＭＯＣＶＤ法により成長させる方法について説明する。
【０１０８】
図２に示すように、まず、サセプタ４上に下地となる被処理基板３が設置される。その後、回転軸７の回転により、サセプタ４の上面に設置された被処理基板３の表面がシャワープレート２１と平行な状態を保ちながら回転し、ヒータ５の加熱により、サセプタ４を介して被処理基板３が所定の温度に加熱される。そして、図１に示すように、III 族系ガスバッファエリア２３ｂには隔壁４０が設けられているので、III 族系ガスは、シャワープレート２１の周辺部２１ｂと中央部２１ａとの両方からバランスよく複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１の内部に被処理基板３の表面に対して垂直方向に導入される。
【０１０９】
また、シャワープレート２１に形成されているＶ族系ガス吐出孔Ｈ５からＶ族系ガスが、成長室１の内部に被処理基板３の表面に対して垂直方向に導入される。その結果、被処理基板３の表面上にIII 族−Ｖ族化合物半導体結晶が成長することになる。尚、ここでは、III 族系ガスの導入量及びＶ族系ガスの導入量は、図示しない制御部によってマスフローコントローラ３３・３６にて制御され、III 族系ガス及びＶ族系ガスのそれぞれが成長室１の内部に導入されることになる。
【０１１０】
III 族系ガス及びＶ族系ガスは、シャワープレート２１に交互に配列されたIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５からそれぞれ導入されていることから、被処理基板３の表面上方におけるIII 族系ガス吐出孔Ｈ３とＶ族系ガス吐出孔Ｈ５との分布の偏りを低減することができる。
【０１１１】
III 族系ガスとＶ族系ガスとが混合し濃度分布が均一となり、ヒータ５による被処理基板３の加熱と相俟ってIII 族系ガスとＶ族系ガスとの気相反応が被処理基板３の表面近傍において進行する。
【０１１２】
したがって、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０を用いた場合には、従来の特許文献３〜６に記載の装置を用いた場合と比べて、被処理基板３の表面におけるIII 族系ガスとＶ族系ガスとの気相反応の均一性を向上することができる。
【０１１３】
尚、上述の説明においては、III 族系ガス及びＶ族系ガスを導入する場合について説明したが、本発明においては、III 族系ガス及びＶ族系ガスと共に不活性ガスやドーパント源となるガス等を成長室１に導入してもよい。
【０１１４】
また、上述の説明においては、III族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５がそれぞれ円形である場合について説明したが、本発明においては、III 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の形状は特に限定されず、例えば、矩形又は楕円形等の形状にすることができる。また、本発明においては、III 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５の形状はそれぞれ同一であってもよく、その少なくとも一部が異なっていてもよい。
【０１１５】
また、上述の説明においては、被処理基板３を１枚設置した場合について説明したが、本発明においては、被処理基板３が１枚だけでなく複数枚設置してもよい。
【０１１６】
また、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。例えば、ＭＯＣＶＤ装置全体が逆転状態の場合、すなわち、原料ガスを下からシャワー状に吹き上げるタイプであってもよい。
【０１１７】
このように、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０及び気相成長方法では、成長室１に対向して設けられたシャワーヘッド２０から成長室１内に原料ガスをシャワー状に供給して該成長室１内の被処理基板３に気相成長を行う。そして、シャワーヘッド２０は、外周において環状に設けられて原料ガスが導入されるIII 族系ガス外環流路２３ａ及びＶ族系ガス外環流路２４ａと、III 族系ガス外環流路２３ａ及びＶ族系ガス外環流路２４ａの内側に設けられ、かつ原料ガスを通す開口ＨＩＮ３及び開口ＨＩＮ５を有する開口付き仕切り２３ｄ・２４ｄと、開口付き仕切り２３ｄ・２４ｄの内側に位置する原料ガスのIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂと、III 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂの下流側に位置して複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５を有するシャワープレート２１とを備えている。
【０１１８】
このため、III 族系ガス外環流路２３ａ及びＶ族系ガス外環流路２４ａからIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂにIII 族系ガス及びＶ族系ガスの原料ガスを通すことによって、シャワープレート２１の上部の空間を有効活用でき、ＭＯＣＶＤ装置１０全体の薄型化を図ることができる。
【０１１９】
ところで、III 族系ガス外環流路２３ａ及びＶ族系ガス外環流路２４ａからIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂに原料ガスを通す場合、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部のガス流速は大きく、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央部に奥入りするほどガス流速は小さくなる。この結果、シャワープレート２１の複数のガス吐出孔Ｈ３から成長室１に吐出される原料ガスは、シャワープレート２１の周辺部２１ｂでガス流速が大きく、シャワープレート２１の中央部２１ａに奥入りするほどガス流速は小さくなる。この結果、成長室１の被処理基板３では、均一に原料ガスが供給されないことになる。
【０１２０】
そこで、本実施の形態では、III 族系ガスバッファエリア２３ｂには、該III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部を積層方向の複数層に仕切る隔壁４０が設けられている。すなわち、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央部よりも外周側の周辺部には、シャワープレート２１と平行に１個の隔壁４０又は複数の隔壁４１・４２が設けられている。
【０１２１】
このため、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部における隔壁４０・４１・４２の反シャワープレート２１側を通る原料ガスは、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央部まで奥入りした後、シャワープレート２１の中央部における複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１に吐出される。一方、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部における隔壁４０・４１・４２のシャワープレート２１側を通る原料ガスは、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部にて、シャワープレート２１の周辺部２１ｂにおける複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１に吐出される。
【０１２２】
この結果、原料ガスは、シャワープレート２１の周辺部２１ｂと中央部２１ａとの両方からバランスよく複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５から成長室１に吐出されることになる。
【０１２３】
したがって、原料ガスをシャワーヘッド２０の周辺部から導入した場合に、成長室１の被処理基板３面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができるＭＯＣＶＤ装置１０及び気相成長方法を提供することができる。
【０１２４】
本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部を３層以上に仕切る２個以上の隔壁４１・４２が設けられているので、III 族系ガス外環流路２３ａからIII 族系ガスバッファエリア２３ｂへは３層以上に分割して通される。ここで、本実施の形態では、シャワープレート２１から遠ざかる隔壁４１ほど、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央にまで延びている。このため、シャワープレート２１から遠ざかる層を流れる原料ガスほど、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央部まで奥入りすると共に、隔壁４１・４２の数に伴ってその奥入り距離が分割される。この結果、シャワープレート２１の周辺部２１ｂから中央部２１ａに至るまでさらにバランスよく複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１に原料ガスを吐出させることができる。また、この構成は、ＭＯＣＶＤ装置１０の大型化に有利となる。
【０１２５】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、隔壁４３は、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央に向かうに伴ってシャワープレート２１から遠ざかるように傾斜して設けられている。本実施の形態では、隔壁４３は、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央に向かうに伴って立ち上がるように傾斜して設けられている。
【０１２６】
これにより、シャワープレート２１から遠ざかる層を流れる原料ガスほど、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央部まで奥入りするに伴って流速が速くなり、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央部まで奥入りし易くなる。したがって、原料ガスをシャワーヘッド２０の周辺部から導入した場合に、成長室１の被処理基板３面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができる。
【０１２７】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、隔壁４０は、開口付き仕切り２３ｄに設けられた開口ＨＩＮ３を横切る位置に設けられているとすることが可能である。すなわち、III 族系ガス外環流路２３ａから開口付き仕切り２３ｄの開口を通してIII 族系ガスバッファエリア２３ｂに原料ガスが流入するときの、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部における積層方向の隣接する層へ開口ＨＩＮ３は１個になって共通となっており、積層方向の隣接する層へ開口ＨＩＮ３が共有されている。
【０１２８】
これにより、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部における積層方向の各層を流れる原料ガスの流量を調整するための図示しない流量調整部の２個分を１個に共有することになり、図示しない流量調整用バルブを減らすことができる。この結果、単純な構造を取ることが可能となり、安価に製作できる。尚、本実施の形態では、流量調整部の２個分を１個に共有しているが、必ずしもこれに限らず、非接触部分が２段の場合は３個分を１個に共有することになる。すなわち、本発明では、流量調整部の複数個分を１個に共有することができる。
【０１２９】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、隔壁４０・４１・４２は、開口付き仕切り２３ｄとは非接触に設けられているとすることが可能である。これにより、非接触の領域では、隔壁４０・４１・４２が無い分、流路抵抗を小さくすることができる。この結果、この非接触の領域における原料ガスの流速が増大し、原料ガスをIII 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央部まで奥入りし易くさせることができる。尚、本構成によっても、図示しない流量調整部の２個分を１個に共有することになり、図示しない流量調整用バルブを減らすことができる。尚、本発明では、流量調整部の複数個分を１個に共有することができる。また、隔壁４０・４１・４２の面積を低減し、隔壁４０・４１・４２の材料コストを低減することができる。
【０１３０】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、隔壁４０・４１・４２・４３は、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央側端部に、シャワープレート２１側に折曲又は湾曲した曲部４０ａ・４１ａ・４２ａ・４３ａを有しているとすることが可能である。
【０１３１】
これにより、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部におけるシャワープレート２１側の層を流れる原料ガスを強制的にシャワープレート２１側に向かわせるようにすることができる。このため、各隔壁４０・４１・４２・４３の平面領域毎におけるIII 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１に吐出するときの流速を考慮すればよいので、原料ガスの流速の制御が容易となる。
【０１３２】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、隔壁４０・４１・４２の曲部４０ａ・４１ａ・４２ａ・４３ａは、先端がシャワープレート２１側のシャワープレート２１に当接しているとすることが可能である。尚、中間室が３段以上に積層されている場合には、曲部４０ａ・４１ａ・４２ａ・４３ａは、中間室表面に当接していることになる。
【０１３３】
これにより、確実に、各隔壁４０・４１・４２の平面領域毎におけるIII 族系ガス吐出孔Ｈ３から成長室１に吐出するときの流速を考慮すればよいので、原料ガスの流速の制御が容易となる。
【０１３４】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、中間室が複数の積層配置された個別中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂからなっており、III 族系ガスバッファエリア２３ｂ及びＶ族系ガスバッファエリア２４ｂにおけるシャワープレート２１側のIII 族系ガスバッファエリア２３ｂには、シャワープレート２１側のIII 族系ガスバッファエリア２３ｂよりも反シャワープレート２１側のＶ族系ガスバッファエリア２４ｂに連通する個別ガス供給管としてのＶ族系ガス供給管２４ｃが貫通して設けられている。尚、反シャワープレート２１側とは、シャワープレート２１側とは、反対側のことである。
【０１３５】
このように、III 族系ガスバッファエリア２３ｂにＶ族系ガス供給管２４ｃが林立して設けられているときには、III 族系ガス外環流路２３ａからIII 族系ガスバッファエリア２３ｂに原料ガスを通す場合、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部のガス流速は大きく、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央部に奥入りするほど林立するＶ族系ガス供給管２４ｃの抵抗によりガス流速は特に小さくなる。
【０１３６】
この点、本実施の形態では、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部を積層方向の複数層に仕切る隔壁４０・４１・４２・４３が設けられているので、原料ガスは、シャワープレート２１の周辺部２１ｂと中央部２１ａとの両方からバランスよく複数のIII 族系ガス吐出孔Ｈ３及びＶ族系ガス吐出孔Ｈ５から成長室１に吐出されることになる。
【０１３７】
したがって、原料ガスをシャワーヘッド２０の周辺部から導入した場合に、成長室１の被処理基板３面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができるＭＯＣＶＤ装置１０を提供することができる。
【０１３８】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、シャワープレート２１とIII 族系ガスバッファエリア２３ｂとの間に冷水系バッファエリア２２ｂが設けられている。これにより、原料ガスをシャワーヘッド２０の周辺部から導入した場合に、原料ガスを冷水系バッファエリア２２ｂにて冷却できると共に、成長室１の被処理基板３面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができるＭＯＣＶＤ装置１０を提供することができる。
【０１３９】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図１８〜図２１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１４０】
本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０は、前記実施の形態１の隔壁４０・４１・４２・４３に隔壁貫通穴が形成されている点が異なっている。
【０１４１】
すなわち、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、図１８に示すように、隔壁４０にはＶ族ガス供給管２４ｃが挿入可能な貫通穴としての隔壁貫通穴４０ｂが形成されている。この隔壁貫通穴４０ｂは、Ｖ族系ガス供給管２４ｃの外径に対してクリアランスが設けられていてもよい。
【０１４２】
これにより、隔壁４０は脱着可能になり、隔壁４０の組み付け及び交換が容易になると共に、シャワーヘッド１４の中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア２３ｂは単純な構造を取ることが可能となり、ＭＯＣＶＤ装置１０を安価に製作できる。
【０１４３】
また、本実施の形態では、図１９に示すように、Ｖ族ガス供給管２４ｃが挿入可能な隔壁貫通穴を設ける場合、中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部での隔壁貫通穴４０ｃよりも中央部での隔壁貫通穴４０ｄの方が開口面積としての貫通穴面積が大きく形成された隔壁４０とすることができる。
【０１４４】
これにより、隔壁４０の自由端側ではこの隔壁４０の反シャワープレート側を通る原料ガスと、この隔壁４０のシャワープレート側を通る原料ガスとが合流する部分流速の増加を極小に抑え、乱流の発生を緩和することができる。したがって、成長室１の被処理基板３面上のガス濃度分布をより均一化することができる。
【０１４５】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、図２０に示すように、隔壁貫通穴とＶ族系ガス供給管２４ｃとがクリアランスを持たない一体化の場合においても、隔壁４０におけるＶ族ガス供給管２４ｃの領域以外に隔壁貫通穴４０ｅ・４０ｆを設けることが可能である。そして、この場合においても、中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部での隔壁貫通穴４０ｅよりもIII 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央部での隔壁貫通穴４０ｆの方が貫通穴の単位面積当りの開口面積を大きくなるように形成することが可能である。
【０１４６】
これにより、前記理由と同様に、隔壁４０の自由端側での、該隔壁４０の反シャワープレート側を通る原料ガスと、該隔壁４０のシャワープレート側を通る原料ガスとが合流する部分の流速の増加を極小に抑え、乱流の発生を緩和することができる。この結果、成長室１の被処理基板３上のガス濃度分布をより均一化することができる。
【０１４７】
尚、上記の説明は、隔壁貫通穴とＶ族系ガス供給管２４ｃとがクリアランスを持たない一体化の場合であったが、必ずしもこれに限らない。すなわち、図１８に示す隔壁貫通穴とＶ族系ガス供給管２４ｃとがクリアランスを持たない一体化の場合における隔壁貫通穴４０ｂの構成と、図２０の構成と図１８との構成とを組み合わせた複合的なものであってもよい。
【０１４８】
また、上記の説明では、中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア２３ｂを複数層である例えば２層に仕切っている隔壁４０について説明したが、必ずしもこれに限らない。
【０１４９】
例えば、図２１に示すように、III 族系ガスバッファエリア２３ｂを複数層である例えば３層に仕切る隔壁４１・４２において、これらの隔壁４１・４２には各々Ｖ族ガス供給管２４ｃが挿入可能な隔壁貫通穴４１ｃ・４１ｄ・４１ｅ及び隔壁貫通穴４２ｃ・４２ｄが形成されていてもよい。尚、中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部での隔壁貫通穴４１ｃ・４２ｃよりもIII 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央部での隔壁貫通穴４１ｄ・４２ｄ４の方が貫通穴面積を大きく形成することが好ましい。
【０１５０】
尚、隔壁４１・４２において、同一のＶ族系ガス供給管２４ｃが貫通する隔壁貫通穴４１ｃと隔壁貫通穴４２ｃとを比較した場合、シャワープレート２１側の隔壁４２の隔壁貫通穴４２ｃは反シャワープレート２１側の隔壁４１の隔壁貫通穴４１ｃよりも開口面積が大きいことが好ましい。これにより、上層の原料ガスが直接シャワープレート２１に直接流入するのを抑制することができる。
【０１５１】
また、隔壁４１・４２の内、少なくとも１枚以上の隔壁４１において、前記隔壁貫通穴をＶ族ガス供給管２４ｃの領域以外に設けてもよい。この場合、III 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部での隔壁貫通穴よりも中間室の中央部での隔壁貫通穴の方が貫通穴の単位面積当りの開口面積を大きくなるように形成することが好ましい。
【０１５２】
尚、隔壁貫通穴の形状について、必ずしも円形に限ることはなく、角管、楕円管又はその他の断面でもよい。
【０１５３】
このように、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、隔壁４０・４１・４２・４３に隔壁貫通穴４０ｂ〜４０ｆ・４１ｃ〜４１ｅ・４２ｃ〜４２ｄが形成されている。
【０１５４】
これにより、隔壁４０・４１・４２・４３の自由端側つまりIII 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央部での原料ガスの急激な合流を回避し、成長室１の被処理基板３上のガス濃度分布を均一化するように適宜微調整することが可能である。
【０１５５】
また、複数の原料ガスを用いて中間室を複数層に区分する場合に、隔壁４０・４１・４２・４３は下層であるIII 族系ガスバッファエリア２３ｂを貫通する貫通管としてのＶ族系ガス供給管２４ｃを通すことが可能となり、隔壁４０・４１・４２・４３の組み付け及び交換が容易になると共に、シャワーヘッド２０の中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア２３ｂは単純な構造を取ることが可能となり、ＭＯＣＶＤ装置１０を安価に製作できる。
【０１５６】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、隔壁４０・４１・４２における隔壁貫通穴４０ｂ〜４０ｆ・４１ｃ〜４１ｅ・４２ｃ〜４２ｄの単位面積当りの開口面積は、中間室としてのIII 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部よりも中央の方に向かうほど大きくなっている。
【０１５７】
すなわち、隔壁４０・４１・４２に隔壁貫通穴４０ｂ〜４０ｆ・４１ｃ〜４１ｅ・４２ｃ〜４２ｄが存在しない場合には、隔壁４０・４１・４２の自由端側つまりIII 族系ガスバッファエリア２３ｂの中央部においては、隔壁４０・４１・４２の反シャワープレート側を通る原料ガスと隔壁４０・４１・４２のシャワープレート側を通る原料ガスとが合流する部分の流速の増加は急激な変化となり、乱流が発生する可能性がある。
【０１５８】
この点、本実施の形態では、隔壁４０・４１・４２における隔壁貫通穴４０ｂ〜４０ｆ・４１ｃ〜４１ｅ・４２ｃ〜４２ｄの単位面積当りの開口面積はIII 族系ガスバッファエリア２３ｂの周辺部よりも中央の方に向かうほど大きくなっている。このため、隔壁４０・４１・４２の反シャワープレート側を通る原料ガスは中間室の中央に原料ガスが向かうに伴って徐々に隔壁のシャワープレート側を通る原料ガスに流入する。
【０１５９】
この結果、隔壁４０・４１・４２の自由端側における、隔壁４０・４１・４２の反シャワープレート側を通る原料ガスと隔壁４０・４１・４２のシャワープレート側を通る原料ガスとが合流する部分の流速の急激な増加及び乱流の発生を緩和することができる。
【０１６０】
したがって、成長室１の被処理基板３面上のガス濃度分布を均一化することができ、成膜厚や組成比を向上させることができる。
【０１６１】
尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１６２】
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に利用できる。
【符号の説明】
【０１６３】
１        成長室
２        反応炉
３        被処理基板
４        サセプタ
１０        ＭＯＣＶＤ装置（気相成長装置）
２０        シャワーヘッド（ガス供給手段）
２１        シャワープレート
２１ａ      中央部（内周部）
２１ｂ      周辺部（外周部）
２２        冷水供給部
２２ｂ      冷水系バッファエリア（冷却手段）
２３        III 族系ガス供給部
２３ａ      III 族系ガス外環流路（外環流路）
２３ｂ      III 族系ガスバッファエリア（中間室、個別中間室）
２３ｃ      III 族系ガス供給管
２３ｄ      開口付き仕切り（開口付き内側壁）
２４        Ｖ族系ガス供給部
２４ａ      Ｖ族系ガス外環流路（外環流路）
２４ｂ      Ｖ族系ガスバッファエリア（中間室、個別中間室）
２４ｃ      Ｖ族系ガス供給管（個別ガス供給管）
２４ｄ      開口付き仕切り（開口付き内側壁）
４０・４１・４１’・４２・４３    隔壁
４０ａ・４１ａ・４２ａ・４３ａ    曲部
４０ｂ・４０ｃ・４０ｄ            隔壁貫通穴
４１ｃ・４１ｄ・４１ｅ            隔壁貫通穴
４２ｃ・４２ｄ                    隔壁貫通穴
Ｈ３        III 族系ガス吐出孔（ガス吐出孔）
Ｈ５        Ｖ族系ガス吐出孔（ガス吐出孔）
ＨＩＮ３    開口
ＨＩＮ５    開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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