(57)【要約】【課題】被処理基板の表面を通過する原料ガス流の均一性を悪化させることなく容易にメンテナンスすることが可能な気相成長装置を提供する。【解決手段】複数の流路が形成され各流路により原料ガスを混合せずに導入する導入領域と、原料ガスを混合および反応させて被処理基板に成膜処理を行なう混合反応領域とを有する反応管を備えている。反応管は、対向する一対の側板２ａおよび側板２ａを連結する底板２ｂを含む反応管本体２と、反応管本体２に当接する蓋体３とを有し、反応管本体２と蓋体３とは分離可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の流路が形成され各流路により原料ガスを混合せずに導入する導入領域と、前記原料ガスを混合および反応させて被処理基板に成膜処理を行なう混合反応領域とを有する反応管を備えた気相成長装置であって、
前記反応管が、対向する一対の側板および該側板を連結する天板または底板を含む反応管本体と、前記反応管本体に当接する蓋体とを有し、
前記反応管本体と前記蓋体とは分離可能である、気相成長装置。
【請求項２】
前記反応管本体は、上流側から下流側まで一体に構成され、前記被処理基板は、前記反応管本体の前記天板または底板の側に設置される、請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記蓋体が前記反応管本体の側面に重なる縁部を有する、請求項１または２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記蓋体は、前記導入領域を構成する部分を含む上流側と、下流側とに分割されて構成されている、請求項１から３のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記導入領域に形成された流路のうち、前記蓋体に沿う流路には、不活性ガスが導入される、請求項１から４のいずれかに記載の気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被処理基板上に被膜を形成する気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム等の化合物半導体、酸化物または超伝導体等の薄膜を被処理基板の表面上に形成する結晶成長技術として、有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition、以下、「ＭＯＣＶＤ」という。）が知られている。ＭＯＣＶＤ装置には、設置された被処理基板の表面に対して直角に原料ガスを流す縦型ＭＯＣＶＤ装置と、設置された被処理基板の表面に対して平行に原料ガスを流す横型ＭＯＣＶＤ装置とがある。
【０００３】
横型ＭＯＣＶＤ装置の一例として、特許文献１（特開平４−１８６８２５号公報）に開示されたようなものがある。これを図１１および図１２に模式的に示す。図１１は、従来の横型ＭＯＣＶＤ装置の水平断面図であり、図１２は、従来の横型ＭＯＣＶＤ装置の縦断面図である。
【０００４】
図１１および図１２に示すように、従来の横型ＭＯＣＶＤ装置においては、被処理基板４４がその内部に設置され、ヒータ４７によって被処理基板４４が加熱される。そして、図１１および図１２中に矢印で示す方向にガス導入口４１から導入された原料ガスは、上流側の反応容器４２から下流側の反応容器４３の内部を流れ、被処理基板４４の上方を通過する。このとき原料ガスが被処理基板４４と反応し、被処理基板４４の表面に薄膜が形成される。反応した原料ガスは、ガス排出口４５から排出される。
【０００５】
このように原料ガスを流し反応させる反応容器４２，４３は反応管と呼ばれ、一般に石英で作製される。反応管は、上流側では仕切り板４６で上下に分割されており、複数の原料ガスを混合することなく搬送する。原料ガスは、被処理基板４４に到達する直前に混合された後、被処理基板４４と反応する。このとき被処理基板４４の表面だけでなく、反応管の内面にも原料ガスにより被処理基板４４の表面と同様の反応物が生成される。そのため成膜処理を繰り返すと反応管には汚れが蓄積する。
【０００６】
この汚れを除去するため、反応管を随時メンテナンスする必要がある。反応管のメンテナンスを容易にするため、原料ガスを分離して導入する上流部と、反応物が付着しやすい下流部とを別々のパーツで作成する方法が採用されている（たとえば、特許文献２（実開平４−１３４８３８号公報）参照）。
【特許文献１】特開平４−１８６８２５号公報
【特許文献２】実開平４−１３４８３８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、従来の反応管のように、上流側および下流側の二つのパーツに分割すると、それらの接合部には隙間や段差が生じてしまい、原料ガスの流れが乱れる原因となる。また、この隙間にわずかに残った反応物が移動し、被処理基板に付着してしまう恐れもある。さらには、隙間から漏れ出した原料ガスが反応管の外部に付着し、メンテナンス後に反応管を設置するときに位置ずれを誘発する原因となるため、大掛かりなメンテナンスを必要としたりするなどの問題があった。
【０００８】
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、被処理基板の表面を通過する原料ガス流の均一性を悪化させることなく容易にメンテナンスすることが可能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】
【０００９】
この発明に基づいた気相成長装置に従えば、複数の流路が形成され各流路により原料ガスを混合せずに導入する導入領域と、上記原料ガスを混合および反応させて被処理基板に成膜処理を行なう混合反応領域とを有する反応管を備えた気相成長装置であって、上記反応管が、対向する一対の側板および該側板を連結する天板または底板を含む反応管本体と、上記反応管本体に当接する蓋体とを有し、上記反応管本体と上記蓋体とは分離可能である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る気相成長装置によると、被処理基板の表面を通過する原料ガス流の均一性を悪化させることなく容易にメンテナンスすることが可能な気相成長装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明に基づいた各実施の形態における気相成長装置の構造について、図を参照しながら説明する。なお、各実施の形態において、同一または相当箇所については同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さないこととする。
【００１２】
（実施の形態１）
以下、本発明に係る実施の形態１について、図１から図３を参照して説明する。なお、図１は、本実施の形態における反応管の構造を示す分解斜視図であり、図２は、反応管を原料ガスが流れる方向に沿って切断した縦断面図であり、図３は、図２におけるIII−III矢視断面図である。
【００１３】
本実施の形態に係る気相成長装置は、複数の流路が形成され各流路により原料ガスを混合せずに導入する導入領域と、原料ガスを混合および反応させて被処理基板４に成膜処理を行なう混合反応領域とを有する反応管を備えている。反応管は、対向する一対の側板２ａおよび側板２ａを連結する底板２ｂを含む反応管本体２と、反応管本体２に当接する蓋体３とを有し、反応管本体２と蓋体３とは分離可能である。
【００１４】
反応管は、これに限定するものではないが、一般的には石英で構成される。反応管本体２は、上流側から下流側に亙って一体に構成されている。反応管本体２の底板２ｂは、平板により構成され、両側に流路の側面２ａを構成する側板が立設されている。底板２ｂと一対の側板２ａとは相互に隙間が生じないように一体化されている。
【００１５】
反応管本体２の導入領域には、水平方向に延びる板からなる仕切り板６が設けられている。仕切り板６により上下に区切られて、導入領域には上下二つの流路１ａ，１ｂが形成されている（図２および図３参照）。
【００１６】
反応管本体２は、導入領域と混合反応領域との境界付近で、その幅が拡大している。その結果、導入領域に比べて混合反応領域の断面積が拡大している。
【００１７】
蓋体３は平板により構成され、その輪郭は、反応管本体２の平面形状と略一致する。蓋体３は、側板２ａの上端面に当接して、反応管本体２に載置される。反応管本体２と蓋体３とは一体化せず、着脱可能な状態としておく。
【００１８】
反応管本体２の底板２ｂには、円形の開口部が設けられ、その内部には、基板保持台７が設けられている。基板保持体７の上面には、被処理基板４の厚みに相当する深さの凹部が設けられている。基板保持体７の凹部には、成長面を上向きにした被処理基板４が載置される。基板保持体７の内部には、被処理基板４を加熱するヒータ７ａが内蔵されている。反応管本体２の底板２ｂに開口部を設けることなく、底板２ｂに被処理基板４を載置するようにしてもよい。
【００１９】
なお、本実施の形態では被処理基板４の成長面を上向き配置して気相成長させる形式の気相成長装置について説明するが、本発明は、被処理基板４を反応管の天井部に下向きに配置する形式の気相成長装置にも、各部の配置を入れ替える事で適用可能である。この構造については、その一例を実施の形態５として後記する。
【００２０】
この気相成長装置を用いた気相成長時には、ガス導入口１、図示しない原料ガス供給器から原料ガスが導入される。原料ガスとしては、あくまでも一例であるが、３族原料ガスのＴＭＧ（トリメチルガリウム）および５族原料ガスのＮＨ3が用いられる。この原料ガスは、キャリアガスの水素ガスまたは窒素ガスと共に供給される。
【００２１】
導入された原料ガスは、導入領域の上流から下流に向かって流路断面が拡大するようなテーパのついた流路断面拡大部で整流されながら流速を落とした後、混合反応領域に入る。原料ガスは、被処理基板４の近傍でヒータ７ａにより加熱されて活性化され、気相中で中間化学反応を生じる。供給された原料ガスは、被処理基板４の上を通過した後、排気口５から排気される。
【００２２】
このようなＭＯＣＶＤによる処理を繰り返すと、反応管の内面には、原料ガスの反応による反応物が付着する。この反応物を除去するため適宜間隔で内部を洗浄する必要がある。本実施の形態では、蓋体３を反応管本体２に着脱可能に構成しているので、蓋体３を取り外すことで反応管の内面を容易に洗浄することができる。
【００２３】
その一方、被処理基板４が配置される反応管本体２は、上流側から下流側まで一体に構成されているので、上流側から下流側までつなぎ目が生じない。これにより、従来の反応管で問題となっていた、つなぎ目による原料ガス流の乱れや、つなぎ目に溜まった不純物の付着といった不具合を回避することができる。
【００２４】
本実施の形態では、反応管本体２と蓋体３との間には接合部が存在する。この接合部付近に、接合部による気流の乱れが生じることがある。しかし、この気流の乱れは、被処理基板４から離れた位置で生じるので、被処理基板４付近の原料ガスの流れに対する影響は軽微である。
【００２５】
このように本実施の形態では、被処理基板４が配置される底板２ｂと両側板２ａとをつなぎ目無く一体に構成しているので、原料ガスの気流の乱れを回避できる一方、蓋体３を着脱可能としているので反応管内部の洗浄を容易に行なうことができ、被処理基板４付近の原料ガスの均一性とメンテナンスの容易性とを両立することができる。
【００２６】
ここで、蓋体３の内面の汚れは、他の箇所の汚れに比べて特に問題となる。その理由は、蓋体３の内面は被処理基板４の反応面に対向する面であるため、蓋体３の内面に汚れが付着するとその輻射率が変化し、その結果被処理基板４の表面温度が変化する恐れがあるためである。
【００２７】
また、反応面が上向きになるように被処理基板４を設置する、いわゆるフェイスアップの場合には、蓋体３の内面に付着した反応物が、被処理基板４の表面に直接落ちる恐れがある。
【００２８】
このような理由から、蓋体３の内面は、他のパーツに比べて高い頻度で洗浄することが好ましい。本実施の形態では、蓋体３を反応管本体２から分離可能としているので、蓋体３のみを取り外して容易に洗浄することができる。この場合、反応管本体２は取り外す必要が無いので、再度位置決めを行なうなどの作業が不要である。
【００２９】
（実施の形態２）
次に実施の形態２について、図４および図５を参照して説明する。ここで、図４は、本実施の形態の反応管の構造を示す分解斜視図であり、図５は、本実施の形態の反応管の構造を示し、図２のIII−III矢視断面に対応する断面を示す縦断面図である。以下の説明においては、実施の形態１と異なる構造のみを説明する。
【００３０】
本実施の形態の反応管においては、蓋体３に、反応管本体２の側板２ａの外側に重なる縁部３ａを設けている。蓋体３と縁部３ａとの間は隙間無く接続されている。また、蓋体３を反応管本体２に取り付けた状態において、縁部３ａと側板２ａとは僅かな隙間を介して対向し、相互に平行な状態となる。
【００３１】
縁部３ａは、側板２ａを完全に覆うように設けることが最も好ましいが、側板２ａの一部を覆うように設けた場合でもある程度の効果は得られる。また、縁部３ａが側板２ａの内側に重なるようにしてもよい。
【００３２】
縁部３ａを設けることにより、蓋体３と反応管本体２との接合部の外側が、図５に示すように縁部３ａにより覆われる。これにより、接合部の隙間における流路抵抗が大きくなり、接合部から外部に流出する原料ガスを減少させることができる。これにより、反応管内部における原料ガスの気流の乱れをさらに低減することができる。
【００３３】
（実施の形態３）
次に実施の形態３について、図６を参照して説明する。ここで、図６は、本実施の形態の反応管の構造を示し、図２のIII−III矢視断面に対応する断面を示す縦断面図である。以下の説明においては、実施の形態２と異なる構造のみを説明する。
【００３４】
本実施の形態においては、導入領域に二枚の仕切り板６ａ，６ｂを設け、導入領域の流路を３層に分割している。この流路のうち、蓋体３に最も近接する流路１ａには、不活性ガスを供給する。
【００３５】
反応管の内部では、被処理基板４に近接する原料ガスのみが反応に寄与し、蓋体３の付近の原料ガスは反応に寄与しない。本実施の形態のように、蓋体３に近接する流路１ａに不活性ガスを供給し、その他の流路１ｂ，１ｃに原料ガスを供給することで、蓋体３の内面および蓋体３と反応管本体２との接合部付近を不活性ガスで覆うことができる。
【００３６】
これにより、原料ガスの気流の乱れを少なくすることができる。また、接合部から外部に漏れ出す原料ガスの量を減少させることができる。その結果、反応管の外部が汚れにくくなるので、メンテナンスの間隔を広くすることができる。
【００３７】
（実施の形態４）
次に実施の形態４について、図７を参照して説明する。ここで、図７は、本実施の形態の反応管の構造を示す分解斜視図である。以下の説明においては、実施の形態２と異なる構造のみを説明する。
【００３８】
本実施の形態においては、蓋体３を導入領域と混合反応領域とに分割して構成し、それぞれ別々に反応管本体２から取り外すことができるようにしている。上述のように、導入領域においては、反応管の汚れは軽微である一方、混合反応領域においては、反応管は汚れやすい。本実施の形態では、蓋体３の混合反応領域を構成する部分のみを取り外すことができるので、汚れやすい蓋体３の混合反応領域のみを取り外して洗浄することができる。
【００３９】
蓋体３を導入領域と混合反応領域とに分割したことにより、その接合部において原料ガスの気流の乱れが多少は発生する。しかし、その接合部は被処理基板４から離れており、反応管本体２は上流から下流まで一体に構成されており接続部は存在しないので、原料ガスの気流の乱れの影響は軽微である。
【００４０】
また、実施の形態３のように、導入領域を三つの流路に分割し、蓋体３に近接する流路には不活性ガスを流すようにしてもよい。これにより、蓋体３が分割されたことによる気流の乱れの影響をさらに軽減することができる。
【００４１】
なお、蓋体３の分割位置は、導入領域と混合反応領域との境界と必ずしも一致している必要は無い。混合反応領域の上流側（導入領域近傍）は、まだ原料ガスが十分に混合されていないので、内部の汚れは僅かである。最も汚れやすい混合反応領域の主要部のみを取り外すことができるように、導入領域と混合反応領域との境界より、混合反応領域の内側で蓋体３を分割するようにしてもよい。
【００４２】
また、実施の形態１で説明した、縁部の無い蓋体３においても、本実施の形態と同様に、上流側と下流側とに蓋体３を分割しても良い。
【００４３】
（実施の形態５）
本実施の形態の反応管は、被処理基板４の成長面を下向きにして、反応管の天井部に配置する、いわゆるフェースダウンの成膜処理を行なうための反応管である。ここで、図８は、本実施の形態における反応管の構造を示す分解斜視図である。図９は、反応管を原料ガスが流れる方向に沿って切断した縦断面図である。図１０は、図９におけるＸ−Ｘ矢視断面図である。
【００４４】
本実施の形態においては、図８に示すように、蓋体３が下側に位置し、反応管本体２が上側に位置する。反応管本体２は、下方に開放した構造であり、両側に位置する一対の側板２ａとその上端部に連続する天板２ｃとで構成されている。蓋体３は、蓋体３の両側部に設けられた縁部３ａが、反応管本体２の側板２ａの外側に位置するように、反応管本体２に取り付けられる（併せて図１０参照）。
【００４５】
反応管本体２の天板２ｃには、開口部８が設けられている。図９に示すように、この開口部８には、被処理基板４を保持した、基板保持体７が挿入される。基板保持体７の底部には、適宜位置に爪部７ｂが設けられている。被処理基板４は、この爪部７ｂに載置されて基板保持体７に保持される。基板保持体７の内部には、被処理基板４を加熱するヒータ７ａが設けられている。
【００４６】
本実施の形態の反応管においても、上記実施の形態と同様に、上流側から原料ガスが導入され、ヒータ７ａにより加熱された被処理基板４の成長面と反応することで、成長面が成膜処理される。本実施の形態においては、成長面が下向きであるので、反応管の内面に付着した反応物などが成長面に付着しにくい。これにより高い品質の成膜処理を行なうことができる。その他の作用効果については、上記の実施の形態と同様であり、また、上記の実施の形態と同様の種々の変更が可能である。
【００４７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明に基づいた実施の形態１における反応管の構造を示す分解斜視図である。
【図２】この発明に基づいた実施の形態１における反応管を原料ガスが流れる方向に沿って切断した縦断面図である。
【図３】この発明に基づいた実施の形態１における反応管の構造を示し、図２のIII−III矢視断面図である。
【図４】この発明に基づいた実施の形態２における反応管の構造を示す分解斜視図である。
【図５】この発明に基づいた実施の形態２における反応管の構造を示し、図２のIII−III矢視断面に対応する断面を示す縦断面図である。
【図６】この発明に基づいた実施の形態３における反応管の構造を示し、図２のIII−III矢視断面に対応する断面を示す縦断面図である。
【図７】この発明に基づいた実施の形態４における反応管の構造を示す分解斜視図である。
【図８】この発明に基づいた実施の形態５における反応管の構造を示す分解斜視図である。
【図９】この発明に基づいた実施の形態５における反応管を原料ガスが流れる方向に沿って切断した縦断面図である。
【図１０】この発明に基づいた実施の形態５における反応管の構造を示し、図９のＸ−Ｘ矢視断面図である。
【図１１】従来の横型ＭＯＣＶＤ装置の水平断面図である。
【図１２】従来の横型ＭＯＣＶＤ装置の縦断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  ガス導入口、１ａ，１ｂ，１ｃ  流路、２  反応管本体、２ａ  側板、２ｂ  底板、２ｃ  天板、３  蓋体、３ａ  縁部、４  被処理基板、５  排気口、６  仕切り板、７ａ  ヒータ。
【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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