(57)【要約】【課題】反応管の幅が、基板や基板保持体の幅よりもわずかに大きい程度でも、基板の全幅に亙って、原料ガスの流速を略均一にすることができる気相成長装置を提供する。【解決手段】原料ガス導入管１１と、原料ガス導入管１１に接続された反応管２１と、反応管２１に接続され反応済みガスを排出する排気管３１と、反応管２１の下内壁面２２とほぼ同一平面に基板４１を保持する基板支持体４２とを備え、排気管３１の内部に一対の仕切り板３２を設け、仕切り板３２により排気管３１を分離して、側壁側排気管３３と中央排気管３４とに分割する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガス導入管と、前記原料ガス導入管に接続された反応管と、前記反応管に接続され反応済みガスを排出する排気管と、前記反応管の上内壁面又は下内壁面とほぼ同一平面に基板を保持する基板支持体と、を備えた気相成長装置において、
前記排気管に、前記基板上の原料ガスの流速を略均一にするため基板上を流れる原料ガスの流速を制御する流速制御手段を設けたことを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
原料ガス導入管と、前記原料ガス導入管に接続された反応管と、前記反応管に接続され反応済みガスを排出する排気管と、前記反応管の上内壁面又は下内壁面とほぼ同一平面に基板を保持する基板支持体と、を備えた気相成長装置において、
前記排気管を、主に両側壁付近の反応済みガスを排出する側壁側排気管と、主に中央部付近の反応済みガスを排出する中央排気管とに分離したことを特徴とする気相成長装置。
【請求項３】
前記排気管の内部に一対の仕切り板を設け、前記仕切り板により前記排気管を分離して、前記側壁側排気管と前記中央排気管とを形成した、請求項２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記側壁側排気管と中央排気管とには、それぞれ別系統のポンプが接続されている、請求項２または３に記載の気相成長装置。
【請求項５】
原料ガス導入管と、前記原料ガス導入管に接続された反応管と、前記反応管に接続され反応済みガスを排出する排気管と、前記反応管の上内壁面又は下内壁面とほぼ同一平面に基板を保持する基板支持体と、を備えた気相成長装置において、
前記排気管に複数の開口部を形成した網状体を設け、前記網状体の単位面積当たりの開口部の面積が、中央部より両側壁側の方が大きいことを特徴とする気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板上に原料ガスを流すことにより、基板上に化合物を成長させる気相成長装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、化合物半導体の結晶成長方法として、有機金属気相成長法が用いられている。有機金属気相成長法は、量産性、および高品位素子の生産において優れており、これに用いる様々な気相成長装置が開発されている。
【０００３】
従来の気相成長装置では、図５に示すように、原料ガスを流すほぼ水平に配置された反応管１０３の内部に、基板１０１を支持する基板支持体（サセプター）１０２を設け、この基板支持体１０２上に基板１０１を設置し、この基板１０１の成長面に平行に原料ガスを流し、基板１０１の表面に薄膜を形成していた。この場合、図５に矢印で示すように、原料ガスの流速が反応管１０３の中央部付近と側壁付近で大きく異なる。中央部付近で原料ガスの流速が最も速くなり、側壁側へ移動するに従って、原料ガスの流速が遅くなる。そのため気相成長した薄膜の膜厚が、基板１０１の中央部付近と外周部とで、不均一になるという問題があった。
【０００４】
従来のこの欠点を解決するものとして、たとえば特許文献１記載の気相成長装置においては、図６に示すように反応管１０３の側壁１１０の表面を凹凸面とすることで、解決する方法がとられている。このように側壁１１０の表面を凹凸面とすることで、側壁１１０付近が乱流となり、図６に示すように、基板１０１上の原料ガスの流速を均一に近づけることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３１２７５０１号公報  （第３頁、図１および図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１記載の気相成長装置においては、反応管１０３の中央部付近では、原料ガスの流速が均一となる。したがって、基板１０１および基板支持体１０２に対し、反応管１０３の幅が比較的広い場合は有効である。しかし、反応管１０３の幅が広いと、成膜に際し多量の原料ガスを流さなければならず、多くの原料ガスが反応に使用されずに排気されて、無駄になり、素子のコスト増加の一因になっていた。この無駄をなくすために、反応管１０３の幅は可能な限り狭くすることが求められている。
【０００７】
ところが、特許文献１記載の気相成長装置では、原料ガスの流速が、側壁１１０付近では遅く、側壁から内側に進むにしたがって急激に増加する。特許文献１記載の気相成長装置において、図７のように反応管１０３の幅が基板１０１および基板保持体１０２の幅よりわずか大きいだけとした、幅の狭い反応管１０３を構成すると、原料ガスの流速が不均一な領域内に基板１０１の外周部が位置することとなる。図７に示すように、基板１０１の外周部の原料ガスの流速Ｖ２が基板１０１の中心部の流速Ｖ１に比べ小さくなり、基板１０１の外周部は、流速Ｖ２の領域に位置する。その結果、基板１０１の中心部と外周部とで成膜後の膜厚が不均一となっていた。
【０００８】
したがって、この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、反応管の幅が、基板や基板保持体の幅よりもわずかに大きい程度でも、基板の全幅に亙って、原料ガスの流速を略均一にすることができる気相成長装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に基づいた気相成長装置のある局面に従えば、原料ガス導入管と、上記原料ガス導入管に接続された反応管と、上記反応管に接続され反応済みガスを排出する排気管と、上記反応管の上内壁面又は下内壁面とほぼ同一平面に基板を保持する基板支持体とを備えた気相成長装置において、上記排気管に、上記基板上の原料ガスの流速を略均一にするため基板上を流れる原料ガスの流速を制御する流速制御手段を設けている。
【００１０】
上記気相成長装置によれば、反応済みガスの排出を制御することで、基板上の原料ガスの流速を均一に保つので、基板表面に均一に化合物を堆積させることができる。
【００１１】
この発明に基づいた気相成長装置の他の局面に従えば、原料ガス導入管と、上記原料ガス導入管に接続された反応管と、上記反応管に接続され反応済みガスを排出する排気管と、上記反応管の上内壁面又は下内壁面とほぼ同一平面に基板を保持する基板支持体とを備えた気相成長装置において、上記排気管を、主に両側壁付近の反応済みガスを排出する側壁側排気管と、主に中央部付近の反応済みガスを排出する中央排気管とに分離している。
【００１２】
上記気相成長装置によれば、排気管を、主に両側壁付近の反応済みガスを排出する側壁側排気管と、主に中央部付近の反応済みガスを排出する中央排気管とに分離したので、側壁側排気管から排出される反応済みガスと、中央排気管から排出される反応済みガスの流速をそれぞれ制御することができる。これにより、反応管の幅が基板よりわずかに広い程度であっても、基板上を流れる原料ガスの流速を均一にすることができて、基板表面に均一に化合物を堆積させることができる。
【００１３】
上記気相成長装置において好ましくは、上記排気管の内部に一対の仕切り板を設け、上記仕切り板により上記排気管を分離して、上記側壁側排気管と上記中央排気管とを形成している。この構成によれば、簡単な構成で、排気管を３つの経路に分離することができる。
【００１４】
上記気相成長装置において好ましくは、上記側壁側排気管と中央排気管とには、それぞれ別系統のポンプが接続されている。この構成によれば、側壁側排気管と中央排気管とに接続されたポンプの動作を制御することで、基板上を流れる原料ガスの流速を均一にすることができる。
【００１５】
この発明に基づいた気相成長装置の他の局面に従えば、原料ガス導入管と、上記原料ガス導入管に接続された反応管と、上記反応管に接続され反応済みガスを排出する排気管と、上記反応管の上内壁面又は下内壁面とほぼ同一平面に基板を保持する基板支持体とを備えた気相成長装置において、上記排気管に複数の開口部を形成した網状体を設け、上記網状体の単位面積当たりの開口部の面積が、中央部より両側壁側の方が大きくなるようにしている。
【００１６】
上記気相成長装置によれば、上記排気管に複数の開口部を形成した網状体を設け、上記網状体の単位面積当たりの開口部の面積が、中央部より両側壁側の方が大きくなるようにしたので、中央部の方が、側壁付近より流路抵抗が大きくなる。側壁付近から排出される反応済みガスの流量が、中央部から排出される反応済みガスの流量より多くなるようにすることで、基板上を流れる原料ガスの流速を制御することができる。これにより、反応管の幅が基板よりわずかに広い程度であっても、基板上を流れる原料ガスの流速を均一にすることができて、基板表面に均一に化合物を堆積させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本実施の形態における、気相成長装置について、図を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
以下、本実施の形態における気相成長装置について、図１および図２を参照して説明する。なお、図１は、本実施の形態における気相成長装置の構造を示す水平断面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面を示す縦断面図である。
【００１９】
（気相成長装置の構造）
図１を参照して、気相成長装置の構造について説明する。本実施の形態の気相成長装置は、原料ガス導入管１１と、原料ガス導入管１１に接続された反応管２１と、反応管２１に接続され反応済みガスを排出する排気管３１と、反応管２１の下内壁面２２とほぼ同一平面に基板４１を保持する基板支持体４２とを備えている。
【００２０】
図１および図２に示すように、反応管２１は、原料ガスが流れる扁平な空間を形成するように、断面略矩形の筒状に構成されている。反応管２１の下内壁面２２には円形の開口部が形成されており、その開口部には、基板４１を保持する円形の基板支持体４２が設けられている。基板支持体４２は、回転するシャフト４３に支持されたハウジング４４の上面に嵌め合わせて取り付けられている。このハウジング４４の内部には、ヒータ４５が設けられており、基板支持体４２を介して基板４１を加熱することができる。基板支持体４２に支持された基板４１の表面は、反応管２１の下内壁面２２と略同一平面に位置するように、水平に保持されている。
【００２１】
原料ガス導入管１１は、断面矩形に構成されており、ガス導入口１２から反応管２１に向かってその幅が拡大するように構成されている。ガス導入口１２には、図示しない原料ガス供給装置が接続される。
【００２２】
排気管３１は、断面矩形に構成されており、また、上流側から下流側に進むに従ってその幅が小さくなるように構成されている。排気管３１の内部には、図１に示すような一対の仕切り板３２，３２が設けられており、排気管３１の内部を両側壁側に位置する側壁側排気管３３，３３と、中央排気管３４の３つに分割している。
【００２３】
図１から明らかなように、側壁側排気管３３は、その上流側から下流側まで略同一の幅を有している。これに対し、中央排気管３４は上流側から下流側に進むに従って、その幅が小さくなるように構成されている。また、仕切り板３２の、反応管２１側の端部は、楔形に形成されて反応済みガスがスムーズに流れるようにしている。
【００２４】
側壁側排気管３３および中央排気管３４には、それぞれポンプＰ１、Ｐ２が接続されている。図１に矢印で示すように、排気管３１の入口付近において両側壁側排気管３３における反応済みガスの流速が、中央排気管３４における反応済みガスの流速より大きくなるように、ポンプＰ１、Ｐ２のそれぞれ能力が設定されている。
【００２５】
（作用・効果）
ガス導入口１２には、ＴＭＧ，ＴＭＡ，ＡｓＨ３などの原料ガスが、水素などの搬送ガスと共に導入され、基板４１の手前で合流し、合流したガスは基板４１上を流れる。基板支持体４２と共に回転するとともに、ヒータ４５により加熱されている。この原料ガスが加熱された基板４１上を流れると、基板４１の表面の反応面が反応して、基板４１上に膜を形成する。基板４１上を通過した原料ガスは、反応済みガスとなり、排気管３１に吸収される。
【００２６】
従来の気相成長装置においては、反応管の中央付近において原料ガスの流速が速く、両側壁付において流速が遅くなっていた。しかし、本実施の形態では、排気管３１は、上述のように構成されているので、排気管３１の入口付近において、両側壁側排気管３３における反応済みガスの流速が、中央排気管３４における反応済みガスの流速より大きくなる。これに影響されて、反応管２１内では、従来より、両側壁付近で原料ガスの流速が速くなる。図１に示すａ，ｂ，ｃ，ｄ各所において、ｂの流速はａより若干遅くなり、ｃにおいては側壁側排気管３３に引かれて、若干向きが側壁側に向くが、いずれも基板４１の成膜厚に影響のない程度であり、基板４１上では原料ガスの流速が略均一となる。その結果、基板４１の表面に均一な厚みの膜を形成することができる。
【００２７】
本実施の形態では、排気管３１を３つに分割したが、さらに精密な制御を行なうために、さらに細かく分割しても良い。また、本実施の形態では、仕切り板３２を形成することで排気管３１を３つに分割したが、排気管３１を完全に独立した３つの管で形成しても良い。
【００２８】
（実施の形態２）
次に本発明の異なる実施の形態について、上記実施の形態と異なる事項のみを説明する。なお、図３は、本実施の形態における気相成長装置の構造を示す水平断面図であり、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ断面を示す縦断面図である。
【００２９】
（気相成長装置の構造）
本実施の形態においては、排気管３１の入口付近に、多数の開口部５２を設けた網状体５１を配設している。図４に示すように、この網状体５１に設けられた開口部５２は、単位面積当たりの開口部５２の面積が、中央部Ｃより両側壁側Ｓで大きくなるように配置されている。本実施の形態では、同一形状の開口部５２を多数設けているが、単位面積当たりに開口部５２を設ける個数を、中央部Ｃでは少なくし、両側壁側Ｓでは多くするようにしている。排気管３１の下流側には、ポンプＰが接続されて、排気管３１全体を吸引する。
【００３０】
（作用・効果）
上記のような網状体５１を設けたので、反応済みガスが網状体５１を通過するとき、中央部Ｃでの抵抗が、両側壁側Ｓより大きくなる。図３に矢印で示すように、排気管３１の入口においては、両側壁側Ｓでの流量が、中央部Ｃでの流量より大きくなる。その影響で、基板４１の表面を流れる原料ガスの流速が、中央部においては、両側壁側より大きく減速される。従来の気相成長装置においては、原料ガスの流速は中央部付近で速く、両側壁付近で遅くなっていたが、上記の影響により相殺されて、基板４１の表面で略均一な流速となる。
【００３１】
本実施の形態では、網状体５１に同一形状の開口部５２を複数設け、その個数を変化させるようにしたが、開口部の形状や大きさを変更するようにしても良い。また、本実施の形態では、網状体５１を中央部Ｃと両側壁側Ｓの二つのエリアに分割し、それぞれに単位面積当たりの開口部５２の面積を変化させるようにしたが、中央部付近から側壁部に進むにしたがって、徐々にその開口面積が大きくなるように構成しても良い。
【００３２】
上記二つの実施の形態においては、基板４１の反応面が上方を向いている所謂フェイスアップの場合について記載したが、基板支持体４２を、反応管２１の上内壁面側に設け、基板４１の反応面が下方を向くように取り付けられる所謂フェイスダウンの場合にも適用できることは言うまでもない。
【００３３】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、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。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、反応管の幅が、基板や基板保持体の幅よりもわずかに大きい程度でも、基板の全幅に亙って、原料ガスの流速を略均一にすることができ、原料ガスの無駄を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に基づいた実施の形態１における気相成長装置の構造を示す水平断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面を示す縦断面図である。
【図３】この発明に基づいた実施の形態２における気相成長装置の構造を示す水平断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線矢視断面を示す縦断面図である。
【図５】従来の気相成長装置の構造を示す水平断面図である。
【図６】従来の気相成長装置の構造を示す水平断面図である。
【図７】従来の気相成長装置の構造を示す水平断面図である。
【符号の説明】
１１  原料ガス導入管、１２  ガス導入口、２１  反応管、３１  排気管、３２  仕切り板、３３  側壁側排気管、３４  中央排気管、４１  基板、４２  基板支持体、５１  網状体、５２  開口部、Ｐ１、Ｐ２  ポンプ。
【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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