(57)【要約】【課題】  基板上へ薄膜を堆積させる装置を提供する。【解決手段】  反応容器(1)内に設置された処理室(6)を有し、該処理室の底部は少なくとも１つの基板と受容するための受け部(7)により形成され、該処理室の蓋部にはガス入口部品(2)が設けられており、該受け部に対向する該ガス入口部品のガス放出面全体に亘って均一な面分布で該処理室内へとプロセスガスを導入できる、基板上へ薄膜を堆積させる装置において、ガスの寄生堆積を防ぐために前記ガス放出面がガス透過性拡散板(15)により形成され、複数のガス放出孔がふるい状に形成される。
2005520932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器(1)内に設置された処理室(6)を有し、該処理室の底部は少なくとも１つの基板と受容するための受け部(7)により形成され、該処理室の蓋部にはガス入口部品(2)が設けられており、該受け部に対向する該ガス入口部品のガス放出面全体に亘って均一な面分布で該処理室内へとプロセスガスを導入できる、基板上へ薄膜を堆積させる装置において、
前記ガス放出面がガス透過性拡散板(15)により形成されることを特徴とする
基板上への薄膜堆積装置。
【請求項２】
前記拡散板(15)が、ふるい状に設けられた複数のガス放出孔(14)を具備するガス放出板(13)に対して平行に延びることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ガス放出板(13)が、前記ガス入口部品(2)のチャンバの底部を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記受け部(7)と前記ガス放出面との間の距離(H)が５０mm未満、４０mm未満、３０mm未満、２５mm未満、１６mm未満、又は１１mm未満であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記処理室(2)を環状に取り囲むガス排出リング(9)を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記拡散板(15)が、多孔性の金属材料若しくはセラミック材料又は石英ガラスからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記拡散板(15)が、固体のオープンセル発泡体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記拡散板(15)が、織布又は不織布であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記拡散板(15)が、水冷されたガス放出板(13)の下側に接触して設けられることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記ガス放出板(13)の前記ガス放出孔(14)同士の間隔が、前記受け部と前記拡散板(15)のガス放出面との間の距離(H)の２分の１より大きいことを特徴とする請求項２〜９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記拡散板の厚さが３、５、７、９又は１１mmであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に薄膜を堆積させるための装置に関し、反応ハウジング内に設置された処理室を具備し、その底部は、少なくとも１枚の基板を受容する受け部で形成され、その蓋部にはガス入口部品が設けられる。プロセスガスは、受け部へ対向するガス放出面全体に亘って実質的に均一な面分布となるようにガス入口部品から処理室内へ導入できる。
【背景技術】
【０００２】
このタイプの装置は、特許文献１により知られている。当該文献は、処理室内に設置されかつ受け部上に置かれた基板上にIII-V半導体を堆積させる装置及びプロセスを開示している。受け部は、処理室の底部を形成し、処理室の蓋部はガス入口部品により形成される。ガス入口部品は、受け部の表面から離間して平行に延びる平坦なガス放出面を具備する。受け部の直径は、受け部とガス放出面との間の距離より遙かに大きい。ガス入口部品から出るプロセスガスが受け部に対して対向するガス放出面全体に亘って実質的に均一な面分布をするように、ガス放出面が多数の孔を具備し、それらの孔はガス放出面で開口すると共に、ガス入口部品の底板を貫通しかつガス容器を基端とする通路が設けられており、ガス容器に対してガス供給ラインによりプロセスガスが供給される。処理室へのこのシャワーヘッド状のガス供給には、受け部上に置かれた基板上に半導体を均一に成長させることができるという利点がある。受け部は、下方から誘導加熱される。すなわち、処理室から離れた側から、高周波コイルを用いて誘導加熱される。受け部は、その軸周りに回転駆動可能である。
【０００３】
非特許文献１は、受け部の回転速度及び受け部とガス放出面との間の距離並びに受け部の直径が、膜特性に与える影響について考察している。これらの考察の結果、短い距離によって最適な膜特性が得られると共に、プロセスガスの利用効率もよいとされている。最も良好な結果は、１６〜２５mdetachmentmの距離であると予測されている。
【特許文献１】独国特許発明第695 047 62 T2号明細書
【非特許文献１】Jounal of Crystal Growth 195 (1998) 725-732
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ノズルとして機能する孔があるため、プロセスガスはジェット流の形態で処理室内へ供給される。基板ホルダがガス放出孔から十分離れているならば、個々のジェット流は、膜特性に対してほとんど注目すべき影響を与えない。ガス放出孔から放出されるジェット流は、粒子が互いに衝突しあう拡散境界層の上方で緩和されてしまうため、層の均一性に対する影響はなんら生じない。また、処理室の圧力を高くすることによっても影響が低減され得る。受け部を相対的に高温に加熱する一方、プロセスガスの早すぎる分解と寄生的な堆積とを避けるために、ガス入口部品を冷却しなければならない。従来技術では、ガス入口部品の底プレートの冷却水により行われている。しかしながら、それでもなお、処理室の高さが低くなった場合、処理室内の垂直方向の温度勾配が増すためにかつ結果的に拡散移動機構が変化してしまうために、孔同士の間の領域においてガス放出面上に堆積してしまうリスクがある。これらの孔は、ノズルとして働いている。孔の周縁において流れの分離が生じる場合がある。この分離挙動は、レイノルズ数の大きさに依存する。従来技術は既に、円錐形状すなわちコーン状の孔を提示している。これでさえ、流れの分離を完全に防ぐことができない。流れの分離の結果、ノズル間を通る流れがほとんど無いような２つのノズル間の空間を生じる。ノズルジェットにおいて動的な圧力差が生じる。結果的に、拡散のためにこの空間において開始物質の濃度が高くなる場合がある。このように濃度が高くなると、凝縮温度を超えてしまうことがある。これにより、気相中又はガス入口部品の表面において凝縮を生じることとなる。ガス入口部品の温度を高くすると凝縮は防げるが、その場所での開始物質の部分的分解を生じる可能性がある。これは望ましくないことである。その結果、寄生的成長が生じる。その場所で堆積した材料が、剥離することにより、ＣＶＤプロセスに悪影響を与える場合がある。
【０００５】
従って、本発明は、一般的なタイプのガス入口部品上への寄生的堆積を避けるための手段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】
【０００６】
この目的は、特許請求の範囲に記載された本発明により達成され、請求項１においては、ガス放出面がガス透過性拡散板により形成される。この拡散板は、ふるいの形態で設けられた多数のガス放出孔を具備するガス放出板に対して平行に延びている。このガス放出板は、ガス入口部品のチャンバの底部を形成してもよい。受け部とガス放出面すなわち拡散板の下側との間の距離は、８０mm未満又は５０mm未満であることが好適である。この距離は、４０mm未満又は３０mm未満であってもよい。さらに、この距離は、２５mm未満、２０mm、１６mm又は１１mm未満でもよい。処理室は、ガス排出リングで囲まれる。ガス排出リングは、環状の処理室の中心へ向けられた多数の孔を具備し、これらの孔を通ってガスが処理室から出てガス排出リングの中空内部へ入る。ガス排出リングは、ポンプへつながる１又は複数の排出ラインを具備し、ポンプ出力は調整可能である。これにより、処理室内の全圧力を調整できる。拡散板は、好適には多孔性材料からなる。多孔性材料は、金属材料、セラミック材料、又は石英ガラスにより形成してもよい。例えば、拡散板は、固体のオープンセル発泡体でもよい。しかしながら、拡散板は、多層の織布又は不織布でもよい。拡散板が局所的に互いに分離している様々な位置において導入ガス流を拡げることにより、処理室内を均一なガスの幕が流れるようになることが適切である。この目的のために、拡散板は、ガス入口部品のガス放出板の下側に接するように設置してもよい。前述の通り、例えば特許文献１に記載のように、ガス入口部品のガス放出板は冷却されるので、拡散板もまたこれに接触することにより冷却される。ガス放出板のふるい状に設けられた孔同士の間隔は、この構造のために比較的大きく作製されるので、冷却剤が通って流れることができるだけの十分な空間がこれらの孔同士の間に残される。これらの孔は小さな管で形成してもよい。従って、これらの孔同士の間隔は、受け部とガス放出面との間の距離の４分の１よりも大きくしてもよい。
【０００７】
ガス放出板内の孔同士の間隔は、これらの孔から出るジェット流をそれらが拡散境界層へ達する前に緩和させるために通常必要な程度より大きくさえすることができる。ガスは、これらの孔から拡散板内へジェット流の形態で流入するが、そのガスは減速した流速で処理室内へ入る。このときのガスは、ガス放出面の全面に亘って特に均一である。もはや、ガス入口部品から出る不連続なジェット流は全くない。拡散板の材料の厚さは、処理室へ面している下側が開始物質の局所的分解を生じないような温度になるように選択される。従って、成長も制限しない。拡散板の表面の温度は、通常１００°Ｃ〜３００°Ｃの間である。拡散板の多孔性及び材料厚さ並びに熱伝導性は、主要なプロセスパラメータに対して、そして特にキャリアガスに対して適合させることができる。
【０００８】
拡散板のために、処理室の高さはガス放出面の汎用的な構成よりも小さい値に低減することができる。これは特に、ＭＯＣＶＤプロセスを用いて半導体層を堆積させる際に有用であり、その場合、成長において拡散が制限される。プロセスガスは、拡散領域に対して、特に均一な方法で直接供給される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
反応容器１は、壁部４と底部５とを具備する容器下部と、処理室６を操作するために取り除くことができる蓋部３とを有する。ガス入口部品２は、蓋部３に装着固定される。このガス入口部品２は、ガス供給ライン１７を用いてガス供給される。ガス入口部品２は中空のチャンバを有し、その中にガス供給ライン１７が開口している。このチャンバは、蓋プレート１１が上面に、環状リング１２が側面に、ガス放出板１３が処理室６内へ向かって設けられている。ガス放出板は、特許文献１に開示の形態で水冷することができる。さらに、２枚の板１３’、１３”を有し、これらの間に冷却剤が流れる通路を設けてもよい。ガス入口部品２のチャンバ内に中間板１０を設けてもよく、これによりその周縁のみにガスを流すことができる。これは、均一なガス分布を促進するためである。
【００１０】
ガス放出板１３の下側には、拡散板１５がある。拡散板１５は、ガス放出板１３の下側に接するように合わせた付加的な板である。
【００１１】
円形受け部７は、高周波ヒーターコイル１６を用いて下方から誘導加熱することができ、ガス放出面から距離Ｈの位置において、拡散板１５に対して平行に載置されている。受け部７は、例えば石英、グラファイト又はコーティング・グラファイトからなるが、その中心軸周りに回転可能である。受け部７は回転駆動される。１又は複数の基板８を、拡散板１５に対向する受け部７の表面上に設置することができる。
【００１２】
処理室６は、ガス排出リング９により囲まれている。このガス排出リングの内部は環状中空であり、処理室６側に向いた複数の孔を具備し、これらの孔を通してプロセスガスがガス排出リング９の中空内部へと流入できる。１又は複数の箇所において、ガス排出リング９は排出ラインを具備するが、それらは図示されていない。排出ラインはポンプ(図示せず)へ接続されている。ポンプ出力は制御可能である。この結果、予め決められた全ガス圧に、処理室６を設定することができる。
【００１３】
拡散板１５は、多孔性材料から作製できる。例えば、石英フリットにより形成できる。しかしながら、拡散板は、金属からも作製でき、特にステンレス鋼から作製できる。セラミックもまた適切な材料である。拡散板は、オープンセル硬性発泡体の構造であってもよい。しかしながら、拡散板は、不織布又は多層織布でもよい。
【００１４】
拡散板１５に適切な特性は、ガスを処理室６内へ均一に導入することであり、このガスはガス入口部品２の容器内から出てガス放出孔１４を通り局所的に流れ、かつ高速流である。ガス放出孔１４を通って局所的に出てくるガスは、広い面積に拡がって処理室６へと通され、このとき、ガスの流速は均一化され低減される。このようにして、拡散板１５がない場合にガス放出孔１４により生じるジェット作用が低減される。ガス放出孔１４から出るジェットに続く低速流の領域は、従来技術における欠点であるが、ここではもはや存在しない。この場所では濃度の増加も発生しないため、凝縮もない。拡散板の下側の温度は、開始物質の局所的分解がこの場所で生じないように設定される。その温度は、好適には１００°Ｃ〜３００°Ｃの間である。拡散板の材料の厚さ及び多孔率は、個々のガス放出孔１４から出るガスの「ジェット」が拡がるように選択される。
【００１５】
拡散板１５は、特に水冷されるガス放出板１３と密着している。この結果、拡散板もまた比較的低温に保持されるため、大きな垂直方向の温度勾配が処理室６内に形成される。
【００１６】
この装置は、１０mbar(１kPa)〜大気圧の間の全ガス圧で操作することができる。しかしながら、この装置を低圧で操作することもできる。受け部の回転速度は、１０rpm〜１０００rpmの間とすることができる。全ガス流量は、８slm〜５０slmを処理室内へ導入できる。処理室は、好適には５０mmの高さと、１０、２０又は３０cmより大きい直径をもつ。しかしながら、処理室の高さは５０mmより低くてもよい。例えば、処理室の高さは、７５、５０、４０、３５、３０、２５、１５、１１mm、又は場合によっては数ミリメートルも可能である。
【００１７】
所与の条件下では、高さＨの最大値を限定するのみでなく最小値も限定する必要がある。このタイプの最小値の限定は、特に、製造許容誤差又は材料特性及び結果的に生じる不均一な熱膨張によってガス放出面１５と基板ホルダ表面との平行な位置関係を確保できない場合に設けられる。この場合には、処理室の高さを１１mm以上とすることが有益である。
【００１８】
開示された全ての特徴は、（本質的に）本発明に関連する。関連する／添付される優先権書類（先願の複写物）の開示内容は、本願のクレームにおけるこれらの書類の統合的な特徴に関して、その全体が本願の開示に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例を示す図である。
【図１】
2005520932.tif 000003
【国際調査報告】
2005520932.tif 000004
2005520932.tif 000005
2005520932.tif 000006
2005520932.tif 000007
2005520932.tif 000008
2005520932.tif 000009