(57)【要約】【課題】  原料ガス、キャリアガスの冷却能力、原料ガスの利用効率及び成長膜の品質を向上させる。【解決手段】  成長室１に、基板保持台２と、加熱手段３と、基板Ｓに原料ガス及びキャリアガスを供給するガス供給部５とを備えた気相成長装置において、ガス供給部５が成長室１の天板をなす円盤体であり、その上部にガス導入口１１〜１５とガス分配空間を設け、下面に全域に亙って複数のガス噴出口を設け、ガス分配空間とガス噴出口を連通するガス通路を基板保持台２の軸線Ｙと平行に設け、円盤体の外周に冷媒ジャケット２０を形成し、円盤体の中心部から半径方向に延びる冷媒集合通路を３箇所以上設けて冷媒排出口２３を接続し、冷媒ジャケット２０から冷媒集合通路へ連通する冷媒通路を、上下段に、且つガス通路を四囲から冷却するよう配設する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長室に、基板を載置する回転自在な基板保持台と、基板保持台を加熱する加熱手段と、基板保持台と対向する位置に設けられ基板に向けて原料ガス及びキャリアガスを供給するガス供給部とを備えた気相成長装置であって、
ガス供給部が成長室の天板を構成する円盤体であり、円盤体の上部にガス導入口とガス分配空間とからなるガス導入部を設け、円盤体の下面には全域に亙って複数のガス噴出口を設け、ガス分配空間とガス噴出口とを連通するガス通路を基板保持台の軸線と平行に設け、円盤体の外周に円環状の冷媒ジャケットを形成し、円盤体の中心部から半径方向に延びて外周付近に到る冷媒集合通路を３箇所以上設けて円盤体の中心部で冷媒集合通路に冷媒排出口を接続し、冷媒ジャケットから冷媒集合通路へ連通する冷媒通路を、上下複数段に、且つガス通路を四囲から冷却する冷却区画を形成するよう配設したことを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
円盤体が、３つ以上に分割された扇形ブロックと、扇形ブロックの間に挟設されるスペーサブロックとからなり、冷媒集合通路が、扇形ブロックの側面とスペーサブロックの側面の両方、又は何れか一方に形成した端面溝で構成され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】
円盤体が、キャリアガスを供給する扇形ブロックと、第一原料ガスを供給する第一スペーサブロックと、第二原料ガスを供給する第二スペーサブロックと、ドーパントガスを供給する第三スペーサブロックとを備えていることを特徴とする請求項２記載の気相成長装置。
【請求項４】
ガス通路が、冷却区画から下方に向けて複数の分岐通路に分岐され、各分岐通路の下端にガス噴出口が設けられていることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の気相成長装置。
【請求項５】
冷媒ジャケットが、成長室の側壁全体を冷却するよう配設されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４記載の気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体を成長させる有機金属化学気相成長装置（ＭＯＣＶＤ装置）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の気相成長装置としては、例えば図７に示すＭＯＣＶＤ装置がある（特許文献１参照）。このＭＯＣＶＤ装置１００は、成長チャンバー１０１の上部に第一ガス供給部１０２、第二ガス供給部１０３、キャリアガス供給部１０４、およびドーパントガス供給部１０５からなるガス供給部１０６を備えており、成長チャンバー１０１内に基板Ｓを取付ける基板保持台１０７が回転自在に設けられている。第一ガス供給部１０２、第二ガス供給部１０３、キャリアガス供給部１０４、およびドーパントガス供給部１０５は互いに離隔して配置されている。
【０００３】
基板保持台１０７には加熱手段１０８が設けられている。ガス供給部１０６と基板保持台１０７との間にはガス冷却部１０９が介設されており、成長チャンバー１０１の側壁には冷却ジャケット１１０が設けられている。冷却ジャケット１１０の下端と基板保持台１０７の間には、基板保持台１０７上に供給された原料ガス及びキャリアガスを排出口１１１へと導く排ガス通過空間１１２が設けられている。
【０００４】
ガス冷却部１０９は、図８に示すように、円環状のフレーム１０９ｆの内側に複数並設されたスリット状のガス通路１０９ｓと、各ガス通路１０９ｓを両側から冷却するように配置された冷媒通路１０９ｐとからなる。冷媒通路１０９ｐは、フレーム１０９ｆ付近に設けた折り返し部１０９ｔで数回折り返され、始端に冷媒導入口１０９ｉ、終端に冷媒排出口１０９ｏがそれぞれ設けられて冷却ユニットを構成している。
【０００５】
図８のガス冷却部１０９は、４つの冷却ユニットで構成されている。各冷却ユニットの冷媒通路１０９ｐは、それぞれ長さを略同じに設定することで、基板保持台１０７上での原料ガス温度分布が均一となるようにしている。従って、両側に位置するユニット（始端を冷媒導入口１０９ｉl 、終端を冷媒排出口１０９ｏl とするユニット、及び始端を冷媒導入口１０９ｉ4 、終端を冷媒排出口１０９ｏ4 とするユニット）の方が、中央部に位置する冷却ユニット（始端を冷媒導入口１０９ｉ2 、終端を冷媒排出口１０９ｏ2 とするユニット、及び始端を冷媒導入口１０９ｉ3 、終端を冷媒排出口１０９ｏ3 とするユニット）に比べて、冷媒通路１０９ｐの折り返しの回数が多くなっている。
【０００６】
ガス供給部１０６から供給された原料ガス及びキャリアガスは、ガス冷却部１０９で冷却され、加熱装置１０８で昇温された基板保持台１０７に設置されている基板Ｓ上で原料ガスが反応し気相成長する。排ガスは、ガス通過空間１１２を経て排出口１１１から排出される。
【特許文献１】特表２００１−５０６８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の気相成長装置では、ガス冷却部のガス通路が両側の冷媒通路から冷却されるようになっているため、冷却効率を高めるにはガス通路のスリット間隔を狭める必要があるが、スリット間隔を狭めるとガス流れが悪くなるので、スリット間隔を狭めるには限度があり結果として十分な冷却効果が得られない。加えて、ガス冷却部の冷媒通路には折り返し部が多数あるので圧力損失が大きく、冷媒通路を流れる冷媒の状態は場所によって差が生じやすいため冷却能力が不均一となる場合がある。
【０００８】
各種原料ガスは互いに離隔した状態で基板保持台へ供給されるが、ガス冷却部が抵抗となりガスの流れが乱れ原料ガス同士が混合されやすい。基板到達前に原料ガス同士が混合されると基板上での気相成長に寄与しない附加化合物が生じる。基板付近に気相成長に寄与しない附加化合物が滞留すると原料ガスの濃度が低下するので原料の利用効率が悪くなる。ここで、附加化合物とは、２種類の有機化合物が弱く結合したもの、あるいは不飽和結合の原子に他の原子団が結合したもの（例えば、トリメチルインジウム（TMI)のインジウム（Ｉｎ）にホスフィン（ＰＨ3 ）が結合した（ＰＨ3 ）3 Ｉｎ・ＰＨ3 ）を指す。附加化合物は、異物として基板に混入し品質の低下を招く場合がある。
【０００９】
さらに、原料ガス及びキャリアガスを冷却する冷却部と成長チャンバー側壁を冷却する冷却ジャケットとは別に構成されているので装置構成が複雑である。
本発明は、気相成長装置における上記問題を解決するものであって、原料ガス及びキャリアガスの冷却能力が高く、原料ガスの利用効率が高く、成長膜の品質を向上させることができ、装置構成が簡素な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】
【００１０】
本発明では、成長室に、基板を載置する回転自在な基板保持台と、基板保持台を加熱する加熱手段と、基板保持台と対向する位置に設けられ基板に向けて原料ガス及びキャリアガスを供給するガス供給部とを備えた気相成長装置において、ガス供給部が成長室の天板を構成する円盤体となっており、円盤体の上部にガス導入口とガス分配空間とからなるガス導入部を設け、円盤体の下面には全域に亙って複数のガス噴出口を設け、ガス分配空間とガス噴出口とを連通するガス通路を基板保持台の軸線と平行に設け、円盤体の外周に円環状の冷媒ジャケットを形成し、円盤体の中心部から半径方向に延びて外周付近に到る冷媒集合通路を３箇所以上設けて円盤体の中心部で冷媒集合通路に冷媒排出口を接続し、冷媒ジャケットから冷媒集合通路へ連通する冷媒通路を、上下複数段に、且つガス通路を四囲から冷却する冷却区画を形成するよう配設している。
【００１１】
この気相成長装置によれば、ガス通路が冷媒通路によって四囲から冷却されるので原料ガス及びキャリアガスが充分に冷却される。冷媒ジャケットから、冷媒通路、冷媒集合通路を経て冷媒排出口に到る冷媒の通過経路は、無理な屈折箇所がなく圧力損失もごく僅かであるため、冷却能力が均一に保たれる。ガス噴出口と基板保持台との間には冷却手段が存在しないので、ガス噴出口から噴出した各種原料ガスはその流れが乱れることなく基板保持台上に供給される。従って、原料ガス同士が基板到達前に混合し附加化合物が発生するのを防ぐことができ、原料利用効率が向上し、成長膜の品質の低下を防止することができる。
【００１２】
円盤体が、３つ以上に分割された扇形ブロックと、扇形ブロックの間に挟設されるスペーサブロックとからなり、冷媒集合通路が、扇形ブロックの側面とスペーサブロックの側面の両方、又は何れか一方に形成した端面溝で構成されていると、扇形ブロックやスペーサブロックごとに供給する原料ガスの性状を変えることができ、多様な気相成長を実現できる。また、ガス供給部の製作も容易になる。
【００１３】
例えば、円盤体が、キャリアガスを供給する扇形ブロックと、第一原料ガスを供給する第一スペーサブロックと、第二原料ガスを供給する第二スペーサブロックと、ドーパントガスを供給する第三スペーサブロックとを備えていると、扇形ブロックからはキャリアガスを、扇形ブロックによって隔てられている３つのスペーサブロックからは第一原料ガス、第二原料ガス、及びドーパントガスをそれぞれ個別に基板保持台へ供給でき、各原料ガスがキャリアガスによって隔離されるので、基板へ到達する前に混合することをより確実に防止することができる。
【００１４】
ガス通路が、冷却区画から下方に向けて複数の分岐通路に分岐され、各分岐通路の下端にガス噴出口が設けられていると、原料ガス及びキャリアガスをシャワー状に基板保持台へ供給できるため、基板上での気相成長が安定する。
冷媒ジャケットが、成長室の側壁全体を冷却するよう配設されていると、冷却手段が集約され、装置を簡素化することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、原料ガス及びキャリアガスの冷却能力が高く、且つ原料ガスの利用効率が高く、成長膜の品質を向上させることのできる気相成長装置が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は本発明の実施の一形態を示す気相成長装置の縦断面図、図２はガス供給部の平面図、図３はガス供給部の底面図、図４はガス供給部の扇形ブロックの説明図であって、図４（ａ）は扇形ブロックの平面、図４（ｂ）は扇形ブロックの正面、図４（ｃ）は扇形ブロックの背面を示す図、図５はガス供給部の第三スペーサブロックの説明図であって、図５（ａ）は第三スペーサブロックの正面、図５（ｂ）は第三スペーサブロックの側面を示す図、図６はガス供給部のガス通路及びガス噴出口の説明図である。
【００１７】
この気相成長装置は、図１に示すように、円筒状の側壁４に囲まれた成長室１に、複数枚の基板Ｓを載置する回転自在な基板保持台２と、基板保持台２を加熱する加熱手段３と、基板保持台２と対向する位置に設けられ基板Ｓに向けて原料ガス及びキャリアガスを供給するガス供給部５とを備えており、成長室１内の排ガスは基板保持台２と側壁４との隙間から図示しない排気口へ排出されるようになっている。
【００１８】
側壁４にはその全体を冷却するように冷媒ジャケット２０が設けられ、下部に冷媒供給口２１、上部に第二冷媒排出口２４が配設されている。冷媒ジャケット２０のガス供給部５に面する箇所には開口部２０ａが設けられておりガス供給部５の外周面が冷媒に晒されるようになっている。
ガス供給部５は、成長室１の天板を構成する厚板の円盤体であり、図２に示すように、４分割された扇形ブロック６と、扇形ブロック６の間に挟設される第一スペーサブロック７、第二スペーサブロック８、第三スペーサブロック９、及び第四スペーサブロック１０からなる。
【００１９】
扇形ブロック６の上面にはキャリアガス導入口１５、第一スペーサブロック７の上面には第一原料ガス導入口１１、第二スペーサブロック８の上面には第二原料ガス導入口１２、第三スペーサブロック９の上面にはドーパントガス導入口１３、第四スペーサブロック１０の上面には第一又は第二原料ガス導入口１４がそれぞれ設けられている。
扇形ブロック６の底面には、図３に示すように、その略全域に亙って多数のガス噴出口１９が設けられている。
【００２０】
この扇形ブロック６には、図４に示すように、上面に設けられたキャリアガス導入口１５と連通し、扇形ブロック６の上部略全域に亙るガス分配空間１６が形成され、キャリアガス導入口１５とガス分配空間１６とでガス導入部を構成している。
また、扇形ブロック６には、ガス分配空間１６とガス噴出口１９とを連通するガス通路１７が基板保持台２の軸線Ｙと平行に設けられている。
【００２１】
このガス通路１７は、後述する上段冷媒通路２５及び下段冷媒通路２６に四方から囲まれて冷却される冷却区画から下方に向けて４本の分岐通路１８に分岐され、各分岐通路１８の下端にガス噴出口１９が設けられている（図６参照）。
扇形ブロック６の半径方向の側面には、冷媒集合通路２２を構成する端面溝が形成されており、その端部２２ａは扇形ブロック６の外周部付近で閉止されている。
【００２２】
第三スペーサブロック９は、図５に示すように、断面方形状で長手方向の長さはガス供給部５の半径に相当する。第三スペーサブロック９の底面には、その略全域に亙って多数のガス噴出口１９ａが設けられている。
この第三スペーサブロック９には、上面に設けられたドーパントガス導入口１３と連通し、第三スペーサブロック９の上部略全域に亙るガス分配空間１６ａが形成され、ドーパントガス導入口１３とガス分配空間１６ａとでガス導入部を構成している。
【００２３】
また、第三スペーサブロック９には、ガス分配空間１６ａとガス噴出口１９ａとを連通するガス通路１７ａが基板保持台２の軸線Ｙと平行に設けられている。
第三スペーサブロック９の正面と背面にも、冷媒集合通路２２を構成する端面溝が形成されており、その端部２２ａは第三スペーサブロック９の外周部付近で閉止されている。  ガス通路１７ａは、冷媒集合通路２２との干渉を避けて、冷媒集合通路２２の位置より下方で４本の分岐通路１８ａに分岐され、各分岐通路１８ａの下端にガス噴出口１９ａが設けられている。
【００２４】
なお、第一スペーサブロック７、第二スペーサブロック８、及び第四スペーサブロック１０の構成は、第三スペーサブロック９と共通するので説明を省略する。
４個の扇形ブロック６と第一スペーサブロック７、第二スペーサブロック８、第三スペーサブロック９、及び第四スペーサブロック１０を組み付けて形成された円盤体であるガス供給部５では、その中心部から放射状に４方向について各２箇所づつ、合計８箇所の冷媒集合通路２２が形成されている。この円盤体の中心部で冷媒集合通路２２に第一冷媒排出口２３が接続されている。
【００２５】
扇形ブロック６には、冷媒ジャケット２０から冷媒集合通路２２へと連通する上段冷媒通路２５と下段冷媒通路２６とが、互いに干渉せず、且つ平面視で格子状に四方からガス通路１７を囲んで冷却する冷却区画を形成するように配設されている。
そして、第一冷媒排出口２３と第二冷媒排出口２４のそれぞれの流量を調整することにより、冷媒ジャケット２０内と上段冷媒通路２５及び下段冷媒通路２６の冷媒の流れを制御できる。
【００２６】
この気相成長装置によれば、ガス通路１７は上段冷媒通路２５及び下段冷媒通路２６によって四囲から冷却されるので、充分に冷却される。冷媒供給口２１から供給され、冷媒ジャケット２０、上下段冷媒通路２５、２６、冷媒集合通路２２を経て第一冷媒排出口２３に到る冷媒の通過経路は、無理な屈折箇所がなく圧力損失もごく僅かであるため、冷却能力が均一に保たれる。
【００２７】
ガス噴出口１９と基板保持台２との間には冷却手段が存在しないので、ガス噴出口１９から噴出した原料ガス及びキャリアガスはその流れが乱れることなく基板保持台２上に供給される。従って、原料ガス同士が基板Ｓ到達前に混合し附加化合物が発生するのを防ぐことができるので、原料利用効率が向上し、成長膜の品質の低下を防止することができる。
【００２８】
円盤体が、４分割された扇形ブロック６と、扇形ブロック６の間に挟設される第一スペーサブロック７、第二スペーサブロック８、第三スペーサブロック９、及び第四スペーサブロック１０からなり、冷媒集合通路２２が、扇形ブロック６の側面と各スペーサブロック７、８、９、１０の側面に形成した端面溝で構成されているので、扇形ブロックおよび各スペーサブロックごとに供給する原料ガスの性状を変えることができ、多様な気相成長を実現できる。また、ガス供給部５の製作も容易である。
【００２９】
扇形ブロック６からはキャリアガスを、第一スペーサブロック７からは第一原料ガス、第二スペーサブロック８からは第二原料ガス、第三スペーサブロック９からはドーパントガス、第四スペーサブロック１０からは例えば第一原料ガス又は第二原料ガスをそれぞれ個別に基板保持台２へ供給すれば、第一原料ガス、第二原料ガス、及びドーパントガス、がキャリアガスによって隔離されるので、基板Ｓへ到達する前に混合することをより確実に防止することができる。
【００３０】
ガス通路１７は、上段冷媒通路２５及び下段冷媒通路２６に囲まれた冷却区画から下方に向けて複数の分岐通路１８に分岐され、各分岐通路１８の下端にガス噴出口１９が設けられていて、原料ガス及びキャリアガスをシャワー状に基板保持台２へ供給できるので、基板Ｓ上での気相成長が安定する。
冷媒ジャケット２０が、成長室１の側壁４全体を冷却するよう配設されているので、冷却手段が集約され、装置を簡素化することができる。
【００３１】
以上、本発明の実施の一態様を図１〜図６に基づいて説明したが、本発明は上記実施の態様に限定されるものではなく、例えば、各扇形ブロック及びスペーサブロックから供給される原料ガス及びキャリアガスの配置は、扇形ブロックから第一原料ガス、第二原料ガス、及びドーパントガスを供給し、スペーサブロックからキャリアガスを供給するように設定しても良い。
また、扇形ブロックの分割数は３以上であれば良く、冷媒通路も上下２段でなくガス通路の長さに応じて更に多段とすることができ、ガス通路からの分岐通路が４本以外であっても差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の一形態を示す気相成長装置の縦断面図である。
【図２】ガス供給部の平面図である。
【図３】ガス供給部の底面図である。
【図４】ガス供給部の扇形ブロックの説明図である。
【図５】ガス供給部の第三スペーサブロックの説明図である。
【図６】ガス供給部のガス通路及びガス噴出口の説明図である。
【図７】従来の気相成長装置の縦断面図である。
【図８】従来の気相成長装置の平面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１      成長室
２      基板保持台
３      加熱手段
４      側壁
５      ガス供給部
６      扇形ブロック第二原料ガス供給部
７      第一スペーサブロック
８      第二スペーサブロック
９      第三スペーサブロック
１０    第四スペーサブロック
１１    第一原料ガス導入口
１２    第二原料ガス導入口
１３    ドーパントガス導入口
１４    第一又は第二原料ガス導入口
１５    キャリアガス導入口
１６    ガス分配空間
１６ａ  ガス分配空間
１７    ガス通路
１７ａ  ガス通路
１８    分岐通路
１８ａ  分岐通路
１９    ガス噴出口
１９ａ  ガス噴出口
２０    冷媒ジャケット
２０ａ  開口部
２１    冷媒供給口
２２    冷媒集合通路
２２ａ  端部
２３    第一冷媒排出口
２４    第二冷媒排出口
２５    上段冷媒通路
２６    下段冷媒通路
Ｓ      基板
Ｙ      軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006216830.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006216830.tif 000007
【図６】
2006216830.tif 000008
【図７】
2006216830.tif 000009
【図８】
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