(57)【要約】【課題】シャワープレートにカバープレートを設ける場合に、隙間部分における反応生成物の生成によるシャワープレートとカバープレートとの固着を防止し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供する。【解決手段】シャワープレート２１の被成膜基板３への対向表面側には、シャワープレート２１を覆い、かつシャワープレート２１のガス吐出孔Ｈ１と同心のガス通過孔Ｈ２を有するカバープレート２６がシャワープレート２１との間に隙間を有して設けられている。シャワープレート２１の被成膜基板３への対向表面、及びカバープレート２６のシャワープレート２１への対向表面には、隙間へのガスの流れ込みを抑制する凹凸形状である凹部ＳＯ・凸部ＣＴ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】
ガスを吐出する複数のガス吐出孔を配設したシャワープレートを介して被成膜基板を収容する成長室内に該ガスを供給して上記被成膜基板に成膜する気相成長装置において、
上記シャワープレートの上記被成膜基板への対向表面側には、上記シャワープレートを覆い、かつシャワープレートのガス吐出孔と同心のガス通過孔を有するカバープレートがシャワープレートとの間に隙間を有して設けられていると共に、
上記シャワープレートの上記被成膜基板への対向表面、及び上記カバープレートのシャワープレートへの対向表面には、隙間へのガスの流れ込みを抑制する凹凸形状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】
前記凹凸形状は、
前記シャワープレート又はカバープレートのいずれか一方に形成された凸部と、
上記凸部に対応して他方に形成された凹部とからなっ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】
前記凹凸形状は、
前記シャワープレート又はカバープレートのいずれか一方に形成された、前記ガス吐出孔又はガス通過孔に対して同心状の溝形状の少なくとも一個の凹部と、
上記凹部に対応して他方に形成された凸部とからなっ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】
前記凹凸形状は、
前記シャワープレートに形成された、前記ガス吐出孔又はガス通過孔に対して同心状の溝形状の少なくとも一個の凹部と、
上記凹部に対応してカバープレートに形成された凸部とからなっていることを特徴とする請求項３記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記凹凸形状は、
前記シャワープレート又はカバープレートのいずれか一方に形成された、前記ガス吐出孔又はガス通過孔に対して同心円状の溝形状の凹部と、
上記凹部に対応して他方に形成された凸部とからなっていることを特徴とする請求項３記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記凹凸形状は、
前記シャワープレート又はカバープレートのいずれか一方に形成された、前記ガス吐出孔又はガス通過孔の周囲に存在する格子状の溝からなる凹部と、
上記凹部に対応して他方に形成された凸部とからなっ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７】
前記凹凸形状は、
前記シャワープレートの前記被成膜基板への対向表面及び前記カバープレートのシャワープレートへの対向表面に形成された半球状の凸部からなっていると共に、
上記シャワープレートの各凸部と上記カバープレートの各凸部とは、互いに遊嵌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８】
前記凹凸形状は、前記シャワープレート又はカバープレートとは別体の部材で形成され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】
ガスを吐出する複数のガス吐出孔を配設したシャワープレートを介して被成膜基板を収容する成長室内に該ガスを供給して上記被成膜基板に成膜する気相成長方法において、
上記シャワープレートの上記被成膜基板への対向表面側に、上記シャワープレートを覆い、かつシャワープレートのガス吐出孔と同心のガス通過孔を有するカバープレートをシャワープレートとの間に隙間を有して設けると共に、
上記シャワープレートの上記被成膜基板への対向表面、及び上記カバープレートのシャワープレートへの対向表面には、隙間へのガスの流れ込みを抑制する凹凸形状を設ける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：有機金属気相堆積）等の気相成長装置及び気相成長方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、化合物半導体材料を用いる発光ダイオード、半導体レーザ、宇宙用ソーラーパワーデバイス及び高速デバイス等のデバイスの製造においては、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化合物半導体結晶を成長させるＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相堆積）法等の気相成長法が用いられている。
【０００３】
気相成長法は、上記の原料ガスをキャリア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。気相成長法を用いた化合物半導体結晶の製造においては、成長する化合物半導体結晶の品質を向上させながら、コストを抑えて、歩留まりと生産能力とをどのように最大限確保するかということが常に高く要求されている。
【０００４】
つまり、原料ガスからどれだけ多くの結晶を成膜できたかを示す成膜効率が高い方が望ましい。また、良好なデバイスとして活用するには、膜厚及び組成比が均一であることが望まれる。
【０００５】
図１０に、ＭＯＣＶＤ法に用いられる従来の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。
【０００６】
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に反応ガス及びキャリア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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
上記のような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、サセプタ１０８に基板１０７が設置され、その後、回転軸１１２の回転によりサセプタ１０８が回転させられる。そして、ヒータ１０９の加熱によりサセプタ１０８を介して基板１０７が所定の温度に加熱され、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に反応ガス及びキャリアガスが導入される。
【００１０】
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方法として、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。
【００１１】
しかし、この方法では、基板１０７及びサセプタ１０８からの熱輻射の影響により、シャワーヘッドの基板１０７に対向する面であるシャワープレート１１０の表面上で混合したガスの気相反応が生じてしまい、生成物が付着し、成長し、ガス吐出孔を覆い、やがて目詰まりが発生するという問題が生じる。また、シャワープレート１１０の表面への付着物が基板１０７上に落下し、不良が発生するという問題が生じる。
【００１２】
この問題を解決するため、例えば、特許文献１に開示された気相成長装置２００では、図１１に示すように、複数の反応ガスを個別のシャワープレート導管２０１・２０２によって分離した状態で成長室２０３へ供給し、それぞれのシャワープレート導管２０１・２０２を冷却する冷却チャンバー２０４が成長室２０３側に設けられた方法が示されている。この気相成長装置２００では、複数の反応ガスを別々に導入するため、シャワープレート２０５の表面付近ではガスの混合が少なく、生成物の発生がし難く、また、シャワープレート２０５の表面を冷却することが可能となり、反応が起こり難くなるため、シャワープレート２０５の表面の汚染を抑止することができる。
【００１３】
また、特許文献２に開示されたプラズマＣＶＤ成膜方法及び装置では、図１２に示すように、シャワープレート３０１に対応した細孔３０２を有するカバープレート３０３を用い、このカバープレート３０３をねじ留め３０４・３０４して固定し、シャワープレート３０１の表面を覆う方法が示されている。
【００１４】
この特許文献２に開示されたプラズマＣＶＤ成膜方法及び装置では、カバープレート３０３の存在により、付着物はカバープレート３０３上に成膜されることになり、定期的にカバープレート３０３を交換することによって、付着物の基板上への落下といった不良の発生を防いでいる。
【特許文献１】特開平８−９１９８９号公報（１９９６年４月９日公開）
【特許文献２】特開平１１−１３１２３９号公報（１９９９年５月１８日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、基板上に均一な膜厚分布の薄膜を再現性及び生産性よく成長させるには、基板上において均等な濃度分布で反応ガスを気相反応させることが必要である。また、原料ガス同士が基板到達前に反応することによる付加化合物の発生を防ぐと共に、薄膜へ不純物が混入することを防止し、かつ原料利用効率の向上及び稼働率の向上が必要である。
【００１６】
しかしながら、従来の特許文献１に開示された気相成長装置２００では、シャワープレート２０５の表面への生成物の付着は抑止されるが、完全に防止されるわけではなく、定期的に洗浄しなくては目詰まりを起こす。また、洗浄する場合にも、シャワープレート２０５自体を取り外して洗浄を行うため、交換時には成長室２０３を大気開放しなくてはならず、稼働率の低下を招く。
【００１７】
一方、特許文献２では、シャワープレート３０１の表面にカバープレート３０３を取り付けることにより、付着物が生成してもカバープレート３０３を交換するだけで容易に対応でき、シャワープレート３０１自体を洗浄する場合に比べ稼働率の低下も小さい。
【００１８】
しかし、カバープレート３０３をねじ留め３０４・３０４により完全に固定しているので、熱変形による破損の恐れがあり、高温での適用は難しい。
【００１９】
したがって、高温条件下でカバープレート３０３を使用するためには熱変形を考慮し、カバープレート３０３とシャワープレート３０１とを、完全には締結していない状態で設置する必要があるが、この場合、シャワープレート３０１とカバープレート３０３との間に隙間が生じる。このため、この隙間部分に反応ガスが流れ込み、温度が上昇すると、原料ガスが反応して生成物を生じ、結果としてシャワープレート３０１の表面の汚染に繋がるという問題点を有している。
【００２０】
また、生成物によりカバープレート３０３がシャワープレート３０１の表面に固着された状態になり、カバープレート３０３の交換に時間を要し、稼働率も低下する。
【００２１】
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、シャワープレートにカバープレートを設ける場合に、隙間部分における反応生成物の生成によるシャワープレートとカバープレートとの固着を防止し得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】
【００２２】
本発明の気相成長装置は、上記課題を解決するために、ガスを吐出する複数のガス吐出孔を配設したシャワープレートを介して被成膜基板を収容する成長室内に該ガスを供給して上記被成膜基板に成膜する気相成長装置において、上記シャワープレートの上記被成膜基板への対向表面側には、上記シャワープレートを覆い、かつシャワープレートのガス吐出孔と同心のガス通過孔を有するカバープレートがシャワープレートとの間に隙間を有して設けられていると共に、上記シャワープレートの上記被成膜基板への対向表面、及び上記カバープレートのシャワープレートへの対向表面には、隙間へのガスの流れ込みを抑制する凹凸形状が設けられていることを特徴としている。
【００２３】
また、本発明の気相成長方法は、上記課題を解決するために、ガスを吐出する複数のガス吐出孔を配設したシャワープレートを介して被成膜基板を収容する成長室内に該ガスを供給して上記被成膜基板に成膜する気相成長方法において、上記シャワープレートの上記被成膜基板への対向表面側に、上記シャワープレートを覆い、かつシャワープレートのガス吐出孔と同心のガス通過孔を有するカバープレートをシャワープレートとの間に隙間を有して設けると共に、上記シャワープレートの上記被成膜基板への対向表面、及び上記カバープレートのシャワープレートへの対向表面には、隙間へのガスの流れ込みを抑制する凹凸形状を設けることを特徴としている。
【００２４】
上記の発明によれば、シャワープレートの被成膜基板への対向表面側には、シャワープレートを覆い、かつシャワープレートのガス吐出孔と同心のガス通過孔を有するカバープレートがシャワープレートとの間に隙間を有して設けられている。
【００２５】
この場合、カバープレートとシャワープレートとの間の隙間に、ガス吐出孔及びガス通過孔を流れるガスが流入し、奥まで入り込む。そして、やがて、隙間の奥で熱輻射を受けた原料ガスが反応して生成物を析出し、結果として、シャワープレートとカバープレートとを固着させることになる。
【００２６】
そこで、本発明では、この問題を解決するために、シャワープレートの被成膜基板への対向表面、及びカバープレートのシャワープレートへの対向表面には、隙間へのガスの流れ込みを抑制する凹凸形状が設けられている。
【００２７】
すなわち、凹凸形状を設けることにより、隙間への流路のガスの流れ易さが、凹凸の段差により抑制される。したがって、隙間に入り込んだガスが奥まで入って、生成物を析出するということがない。
【００２８】
この結果、シャワープレートにカバープレートを設ける場合に、隙間部分における反応生成物の生成によるシャワープレートとカバープレートとの固着を防止し得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。
【００２９】
また、本発明の気相成長装置では、上記凹凸形状は、前記シャワープレート又はカバープレートのいずれか一方に形成された凸部と、上記凸部に対応して他方に形成された凹部とからなっているとすることができる。
【００３０】
これにより、凸部と、上記凸部に対応して他方に形成された凹部との組み合わせにより、確実に、隙間に段差を作ることができる。この結果、段差がガスの流れ込みの抵抗になり、ガスの流れ込みを抑制することができる。
【００３１】
また、本発明の気相成長装置では、前記凹凸形状は、前記シャワープレート又はカバープレートのいずれか一方に形成された、前記ガス吐出孔又はガス通過孔に対して同心状の溝形状の少なくとも一個の凹部と、上記凹部に対応して他方に形成された凸部とからなっているとすることができる。
【００３２】
これにより、ガス吐出孔又はガス通過孔の周りの隙間に形成された同心状の溝形状の少なくとも一個の凹部と、上記凹部に対応して他方に形成された凸部とによって、ガス吐出孔又はガス通過孔から隙間に流入するガスは、必ず、凹部と、上記凹部に対応して他方に形成された凸部を通ることになる。
【００３３】
この結果、凸部と、上記凸部に対応して他方に形成された凹部との組み合わせにより、確実に、隙間に段差を作ることができる。この結果、段差がガスの流れ込みの抵抗になり、ガスの流れ込みを抑制することができる。
【００３４】
また、凹部と、上記凹部に対応して他方に形成された凸部は、一個存在すれば効果を奏するが、複数存在すれば、ガスの流れ込みの抑制効果は一層高いものとなる。
【００３５】
また、本発明の気相成長装置では、前記凹凸形状は、前記シャワープレートに形成された、前記ガス吐出孔又はガス通過孔に対して同心状の溝形状の少なくとも一個の凹部と、上記凹部に対応してカバープレートに形成された凸部とからなっているとすることができる。
【００３６】
これにより、隙間においては、少なくとも一個の、ガスが上向きに移動する段差が形成される。したがって、この上向きの段差は、確実に、ガスの流れ込みの抵抗になり、ガスの流れ込みを抑制することができる。
【００３７】
また、本発明の気相成長装置では、前記凹凸形状は、前記シャワープレート又はカバープレートのいずれか一方に形成された、前記ガス吐出孔又はガス通過孔に対して同心円状の溝形状の凹部と、上記凹部に対応して他方に形成された凸部とからなっているとすることができる。
【００３８】
これにより、シャワープレートとカバープレートとの間の隙間においては、ガス吐出孔又はガス通過孔を中心として、同じ半径位置に段差が形成されることになり、ガスの隙間の奥方向への放射状の流入位置が同じになる。
【００３９】
また、本発明の気相成長装置では、前記凹凸形状は、前記シャワープレート又はカバープレートのいずれか一方に形成された、前記ガス吐出孔又はガス通過孔の周囲に存在する格子状の溝からなる凹部と、上記凹部に対応して他方に形成された凸部とからなっているとすることができる。
【００４０】
これにより、前記凹凸形状は、ガス吐出孔又はガス通過孔の周囲に存在する格子状の溝からなる凹部と、上記凹部に対応して他方に形成された凸部とからなっているので、凹凸形状を容易に形成することができる。
【００４１】
また、本発明の気相成長装置では、前記凹凸形状は、前記シャワープレートの前記被成膜基板への対向表面及び前記カバープレートのシャワープレートへの対向表面に形成された半球状の凸部からなっていると共に、上記シャワープレートの各凸部と上記カバープレートの各凸部とは、互いに遊嵌されているとすることができる。
【００４２】
これにより、一方に凹部を形成することなく、実質的に凹凸形状を形成することができる。
【００４３】
また、本発明の気相成長装置では、前記凹凸形状は、前記シャワープレート又はカバープレートとは別体の部材で形成されているとすることができる。
【００４４】
これにより、凹凸形状を必ずしもシャワープレート又はカバープレートにて形成しなくてもよく、例えば、凹凸形状を作成し易い材料を用いて形成してシャワープレート又はカバープレートに取り付けることが可能となる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明の気相成長装置は、以上のように、シャワープレートの被成膜基板への対向表面側には、上記シャワープレートを覆い、かつシャワープレートのガス吐出孔と同心のガス通過孔を有するカバープレートがシャワープレートとの間に隙間を有して設けられていると共に、上記シャワープレートの上記被成膜基板への対向表面、及び上記カバープレートのシャワープレートへの対向表面には、隙間へのガスの流れ込みを抑制する凹凸形状が設けられているものである。
【００４６】
本発明の気相成長方法は、以上のように、シャワープレートの被成膜基板への対向表面側に、上記シャワープレートを覆い、かつシャワープレートのガス吐出孔と同心のガス通過孔を有するカバープレートをシャワープレートとの間に隙間を有して設けると共に、上記シャワープレートの上記被成膜基板への対向表面、及び上記カバープレートのシャワープレートへの対向表面には、隙間へのガスの流れ込みを抑制する凹凸形状を設ける方法である。
【００４７】
それゆえ、シャワープレートにカバープレートを設ける場合に、隙間部分における反応生成物の生成によるシャワープレートとカバープレートとの固着を防止し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
本発明の一実施形態について図１ないし図９に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表わすものとする。
【００４９】
図２に、本発明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。
【００５０】
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、被成膜基板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。
【００５１】
上記サセプタ４の下側には被成膜基板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。
【００５２】
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。
【００５３】
さらに、ＭＯＣＶＤ装置１０は、III 族元素を含む原料ガスとしてのIII 族系ガス及びキャリア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である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のガス混合室２５に接続されている。尚、配管に取り付けられたバルブ類に関する記載は省略している。
【００５４】
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族系ガス及びキャリア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のガス混合室２５に接続されている。尚、配管に取り付けられたバルブ類に関する記載は省略している。
【００５５】
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。
【００５６】
ここで、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１種類以上を用いることができる。
【００５７】
また、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１種類以上を用いることができる。
【００５８】
さらに、キャリアガスとしては、例えば、水素ガスや窒素ガス等を用いることができる。
【００５９】
また、本実施の形態では、ガス混合室２５とシャワープレート２１との間に冷媒供給部２２が設けられており、この冷媒供給部２２には、シャワープレート２１を冷却するために、冷媒装置３７から冷媒供給配管３８を通して冷媒が供給されるようになっている。尚、冷媒は、例えば、一般的な水を用いることができるが、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。
【００６０】
次に、図１を用いてシャワーヘッド２０の構成を説明する。図１は、図２に示すＭＯＣＶＤ装置１０に用いられるシャワーヘッド２０の構成を示す断面図である。
【００６１】
シャワーヘッド２０は、図１に示すように、下から順番に、シャワープレート２１、冷媒供給部２２、及びガス混合室２５が積層されて構成されている。
【００６２】
上記シャワープレート２１、冷媒供給部２２、及びガス混合室２５は積層配置であるため、本実施の形態では、ガス混合室２５におけるIII 族系ガスとＶ族系ガスとの混合ガスは、冷媒供給部２２を貫通して設けられたガス供給管としての混合ガス供給管２３ｂを通してシャワープレート２１のガス吐出孔Ｈ１から成長室１に吐出される。
【００６３】
上記ガス混合室２５の周囲には、III 族系ガスを均一にガス混合室２５に導くためのIII 族系ガス外環流路２３と、Ｖ族系ガスを均一にガス混合室２５に導くためのＶ族系ガス外環流路２４とが設けられている。上記III 族系ガス外環流路２３のIII 族系ガスは、このIII 族系ガス外環流路２３の内周側面壁に均等配置されたIII 族系ガス導入孔２３ａを通して半径方向に均一にガス混合室２５に導入されると共に、Ｖ族系ガス外環流路２４のＶ族系ガスは、このＶ族系ガス外環流路２４の内周側面壁に均等配置されたＶ族系ガス導入孔２４ａを通して半径方向に均一にガス混合室２５の内部に導入される。ここで、図３は、Ｖ族系ガス外環流路２４を示す斜視図である。尚、III 族系ガス外環流路２３も構造は同じであるため省略している。
【００６４】
ガス混合室２５にて均一に混合された原料ガスは、シャワープレート２１に形成されているガス吐出孔Ｈ１、及び後述するカバープレート２６に設けられたガス通過孔Ｈ２を通して成長室１に導入される。
【００６５】
上記シャワープレート２１のガス吐出孔Ｈ１は、複数のものが例えば格子状に配設されていると共に、カバープレート２６にも、このシャワープレート２１のガス吐出孔Ｈ１に連通するようにしてガス通過孔Ｈ２が、同様に、格子状に複数配設されている。すなわち、シャワープレート２１のガス吐出孔Ｈ１と、カバープレート２６のガス通過孔Ｈ２とは、ガス孔の中心軸が合う形で１対１に対応するように形成されている。
【００６６】
次に、カバープレート２６について、詳述する。
【００６７】
本実施の形態では、シャワープレート２１における被成膜基板３側の表面には、図１に示すように、このシャワープレート２１を覆うカバープレート２６が設けられている。そして、上述したように、カバープレート２６のガス通過孔Ｈ２は、シャワープレート２１のガス吐出孔Ｈ１に１対１に対応するように配設されている。
【００６８】
上記カバープレート２６は、図２に示すように、支持部材２７によってシャワープレート２１に近接配置した状態で支持されている。
【００６９】
ここで、本実施の形態のカバープレート２６は、シャワープレート２１と互いに相対する面に対して凹凸形状を有することが特徴となっている。以下、この構成について、図４及び図５（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図４は、図１に示すＭＯＣＶＤ装置１０に用いられるシャワープレート２１及びカバープレート２６の互いに対向する部分を拡大した断面図である。
【００７０】
図４に示すように、シャワープレート２１の被成膜基板３側の表面であるシャワープレート表面２１ａには複数の凹部ＳＯが設けられていると共に、シャワープレート表面２１ａに対向するカバープレート２６の表面である対向カバープレート表面２６ａには、これら複数の凹部ＳＯに整合して嵌合する凸部ＣＴが複数形成されている。上記シャワープレート表面２１ａの凹部ＳＯは、隣り合うガス吐出孔Ｈ１の間に一つ以上設けられている。
【００７１】
本実施の形態では、このように、シャワープレート２１とカバープレート２６との互いに相対する面であるシャワープレート表面２１ａ及び対向カバープレート表面２６ａに、凹凸形状を設けたことにより、シャワープレート２１とカバープレート２６との間に存在する隙間へガスが流れ込む流路の流れ易さを表すガスコンダクタンスＣ２が、ガス吐出孔Ｈ１から、それに対応するガス通過孔Ｈ２を通り、成長室１へ原料ガスが導入される流路の流れ易さを表すガスコンダクタンスＣ１よりも十分に小さくなり、シャワープレート２１とカバープレート２６との間の隙間への原料ガスの流れ込みを低減し、生成物の付着を抑制することができるようになっている。すなわち、シャワープレート２１とカバープレート２６との間の隙間へのガスコンダクタンスＣ２を減少させ、成長室１内へ最短距離を通ってガスが導入され易い状態になる。これにより、シャワープレート２１とカバープレート２６との間の隙間への付着物生成を防ぎ、メンテナンス性を向上することができる。
【００７２】
上記の効果について、具体的に、熱流体力学を用いたシミュレーションによる、ガス導入時のシャワープレート２１とカバープレート２６との間のガス流速の分布計算に基づいて、図５（ａ）（ｂ）を用いて説明する。図５（ａ）は凹凸形状を設けない通常のシャワープレート及びカバープレートのモデルのシミュレーション結果を示す図であり、図５（ｂ）は本実施の形態の凹凸形状を設けたシャワープレート２１及びカバープレート２６のモデルのシミュレーション結果を示す図である。
【００７３】
図５（ａ）（ｂ）に示すように、いずれのモデルも、例えば、ガス吐出孔Ｈ１及びガス通過孔Ｈ２の直径は１．２ｍｍであり、ガス吐出孔Ｈ１及びガス通過孔Ｈ２のピッチは５．２ｍｍであり、シャワープレート２１とカバープレート２６との間の間隔は０．５ｍｍとなっている。また、図５（ｂ）に示すモデルでは、凸部ＣＴの上面と凹部ＳＯの底面との間の距離が０．５ｍｍとなっている。さらに、図５（ｂ）で作成された凹凸形状については、幅４．４ｍｍ及び深さ０．６ｍｍの凹部ＳＯがシャワープレート２１に形成されている一方、これに整合する形で幅４．０ｍｍ及び高さ０．６ｍｍの凸部ＣＴがカバープレート２６に形成されている。
【００７４】
これらのモデルを用いて、ガス混合室２５から、各モデルのガス吐出孔Ｈ１に同一流量の混合ガス（流速０．１ｍ／ｓ）を導入した場合の流速分布を計算した。尚、これらの数字はシミュレーションを行うにあたって一例として設定したものであり、実際に実施する凹凸形状、試験条件はこの数値の形状に限らない。
【００７５】
シミュレーション結果より、図５（ａ）に示す通常のシャワープレート及びカバープレートの形状におけるガス流速の分布範囲と比較して、図５（ｂ）に示すシャワープレート２１及びカバープレート２６に凹凸形状を設けた場合では、ガス流速の分布範囲が狭く、ガス吐出孔Ｈ１及びガス通過孔Ｈ２の近傍でのシャワープレート２１とカバープレート２６との間へのガス流入のガス流速が小さくなっていることが分かる。特に、凹凸形状を設けない場合のシャワープレートとカバープレートとの間におけるガス吐出孔Ｈ１・Ｈ１間の中心部（図５（ａ）におけるＡ部）と、凹凸形状を設けた場合のシャワープレート２１とカバープレート２６との間におけるガス吐出孔Ｈ１・Ｈ１間の中心部（図５（ｂ）におけるＢ部）とを比較すると、Ａ部には流速の分布が見られ、ガスの流れ込みが確認できるのに対し、Ｂ部では流速の分布が見られず、ガスが流れ込んでいないことが分かる。
【００７６】
この結果から、凹凸形状を設けることによってガスの流れ込みを抑止できることが分かる。そして、シャワープレート２１とカバープレート２６との間に原料ガスが侵入し難いことから、シャワープレート表面２１ａへの付着物の生成を防ぎ、目詰まりや成長層への不純物の混入の抑制に対して効果的であることがわかる。
【００７７】
尚、凹凸形状は、本実施の形態では、シャワープレート２１又はカバープレート２６のいずれかにより、形成されているが、本発明では、必ずしもこれに限らず、シャワープレート２１又はカバープレート２６とは別体の部材で形成することが可能である。例えば、カバープレート２６の凸部ＣＴを別体の部材で構成し、シャワープレート２１の凹部ＳＯは、シャワープレート２１に形成されていてもよい。また、カバープレート２６の凸部ＣＴに対応する凹部についても、シャワープレート２１とは別体の部材で構成することが可能である。
【００７８】
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、ガスを吐出する複数のガス吐出孔Ｈ１を配設したシャワープレート２１を介して被成膜基板３を収容する成長室１内に該ガスを供給して被成膜基板３に成膜する。
【００７９】
そして、上記ＭＯＣＶＤ装置１０では、シャワープレート２１の被成膜基板３への対向表面側には、シャワープレート２１を覆い、かつシャワープレート２１のガス吐出孔Ｈ１と同心のガス通過孔Ｈ２を有するカバープレート２６がシャワープレート２１との間に隙間を有して設けられている。
【００８０】
この場合、カバープレート２６とシャワープレート２１との間の隙間に、ガス吐出孔Ｈ１及びガス通過孔Ｈ２を流れるガスが流入し、奥まで入り込む。そして、熱輻射により隙間に入り込んだ原料ガスが反応して生成物を析出し、結果として、シャワープレート２１とカバープレート２６とを固着させることになる。
【００８１】
そこで、本実施の形態では、この問題を解決するために、シャワープレート２１の被成膜基板３への対向表面であるシャワープレート表面２１ａ、及びカバープレート２６のシャワープレート２１への対向表面である対向カバープレート表面２６ａには、隙間へのガスの流れ込みを抑制する凹凸形状が設けられている。
【００８２】
すなわち、凹凸形状を設けることにより、隙間に入り込んだガスの流路の流れ易さが、凹凸の段差により抑制される。したがって、隙間に入り込んだガスが奥まで入って、生成物を析出するということがない。
【００８３】
この結果、シャワープレート２１にカバープレート２６を設ける場合に、隙間部分における反応生成物の生成によるシャワープレート２１とカバープレート２６との固着を防止し得るＭＯＣＶＤ装置１０を提供することができる。
【００８４】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、凹凸形状は、シャワープレート２１又はカバープレート２６のいずれか一方に形成された凸部ＣＴ・凸部ＳＴ１と、この凸部ＣＴ・凸部ＳＴ１に対応して他方に形成された凹部ＳＯ・凹部ＣＯ１とからなっている。
【００８５】
これにより、凸部ＣＴ・凸部ＳＴ１と、この凸部ＣＴ・凸部ＳＴ１に対応して他方に形成された凹部ＳＯ・凹部ＣＯ１との組み合わせにより、確実に、隙間に段差を作ることができる。この結果、段差がガスの流れ込みの抵抗になり、ガスの流れ込みを抑制することができる。
【００８６】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、凹凸形状は、シャワープレート２１又はカバープレート２６のいずれか一方に形成された、ガス吐出孔Ｈ１又はガス通過孔Ｈ２に対して同心状の溝形状の少なくとも一個の凹部ＣＯ２と、この凹部ＣＯ２に対応して他方に形成された凸部とからなっているとすることができる。同心状の溝形状としては、例えば、同心の四角形状の枠状の溝や他の多角形の状の枠状の溝、又は、円、楕円等の同心状の枠状の溝が可能である。
【００８７】
これにより、ガス吐出孔Ｈ１又はガス通過孔Ｈ２の周りの隙間に形成された同心状の溝形状の少なくとも一個の凹部ＳＯと、この凹部ＳＯに対応して他方に形成された凸部ＣＴとによって、ガス吐出孔Ｈ１又はガス通過孔Ｈ２から隙間に流入するガスは、必ず、凹部ＳＯと、この凹部ＳＯに対応して他方に形成された凸部ＣＴを通ることになる。
【００８８】
この結果、凸部ＣＴと、この凸部ＣＴに対応して他方に形成された凹部ＳＯとの組み合わせにより、確実に、隙間に段差を作ることができる。この結果、段差がガスの流れ込みの抵抗になり、ガスの流れ込みを抑制することができる。
【００８９】
また、凹部ＳＯと、この凹部ＳＯに対応して他方に形成された凸部ＣＴは、一個存在すれば効果を奏するが、複数存在すれば、ガスの流れ込みの抑制効果は一層高いものとなる。
【００９０】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、凹凸形状は、シャワープレート２１に形成された、ガス吐出孔Ｈ１又はガス通過孔Ｈ２に対して同心状の溝形状の少なくとも一個の凹部ＳＯと、この凹部ＳＯに対応してカバープレート２６に形成された凸部ＣＴとからなっているとすることができる。
【００９１】
これにより、隙間においては、ガスが上向きに移動する段差が形成される。したがって、この上向きの段差は、確実に、ガスの流れ込みの抵抗になり、ガスの流れ込みを抑制することができる。
【００９２】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、凹凸形状は、シャワープレート２１又はカバープレート２６のいずれか一方に形成された、ガス通過孔Ｈ２又はガス通過孔Ｈ２に対して同心円状の溝形状の凹部ＳＯと、この凹部ＳＯに対応して他方に形成された凸部とからなっているとすることができる。
【００９３】
これにより、シャワープレート２１とカバープレート２６との間の隙間においては、ガス吐出孔Ｈ１又はガス通過孔Ｈ２を中心として、同じ半径位置に段差が形成されることになり、ガスの隙間の奥方向への放射状の流入位置が同じになる。
【００９４】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、凹凸形状は、シャワープレート２１又はカバープレート２６のいずれか一方に形成された、ガス吐出孔Ｈ１又はガス通過孔Ｈ２の周囲に存在する格子状の溝からなる凹部ＣＯ３と、この凹部ＣＯ３に対応して他方に形成された凸部とからなっているとすることができる。これにより、凹凸形状を容易に形成することができる。
【００９５】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、凹凸形状は、シャワープレート２１の被成膜基板３への対向表面であるシャワープレート表面２１ａ及びカバープレート２６のシャワープレート２１への対向表面である対向カバープレート表面２６ａに形成された半球状の凸部ＣＴ４・凸部ＳＴ４からなっていると共に、シャワープレート２１の各凸部ＳＴ４とカバープレート２６の各凸部ＣＴ４とは、互いに遊嵌されているとすることができる。
【００９６】
これにより、一方に凹部を形成することなく、実質的に凹凸形状を形成することができる。
【００９７】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、凹凸形状は、シャワープレート２１又はカバープレート２６とは別体の部材で形成されているとすることができる。
【００９８】
これにより、凹凸形状を必ずしもシャワープレート２１又はカバープレート２６にて形成しなくてもよく、例えば、凹凸形状を作成し易い材料を用いて形成してシャワープレート２１又はカバープレート２６に取り付けることが可能となる。
【実施例】
【００９９】
〔実施例１〕
本実施の形態のシャワープレート２１とカバープレート２６との凹凸形状の実施例について図６（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図６（ａ）（ｂ）は、シャワープレート表面２１ａ及び対向カバープレート表面２６ａの表面形状を示す斜視図である。
【０１００】
図６（ａ）（ｂ）に示すように、例えば、シャワープレート２１のシャワープレート表面２１ａに直方体形状の凸部ＳＴ１を形成する一方、カバープレート２６の対向カバープレート表面２６ａには凹部ＣＯ１を設けている。この凹部ＣＯ１・凸部ＳＴ１を整合させることによって、シャワープレート２１とカバープレート２６との間のガスコンダクタンスＣ２を減少させている。
【０１０１】
上記凹部ＣＯ１の直方体形状は凸部ＳＴ１の直方体形状よりも一回り大きくなっており、これにより、熱変形の影響、加工精度による凹部ＣＯ１・凸部ＳＴ１の位置ずれを緩和できるようになっている。つまり、シャワープレート２１及びカバープレート２６は、互いに離れているので、両者が高温になって熱膨張したときにも、熱応力を発生することがないようになっている。すなわち、両者が高温になって熱膨張した結果、互いに接触し、その接触による圧縮応力が大きすぎると破損が生じるが、そのような破損を回避するものとなっている。
【０１０２】
尚、本実施例では、シャワープレート２１側に直方体形状の凸部ＳＴ１を形成する一方、カバープレート２６側に凹部ＣＯ１を設けているが、必ずしもこれに限らず、シャワープレート２１に凹部ＳＯを形成し、カバープレート２６に凸部ＣＴを形成していても構わない。また、凹凸形状も、必ずしも直方体に限らず、多角柱、円柱、又は半球形状を用いてもよい。さらに、加工により凹凸形状を設けることが難しい場合には、別個に製作した部材を接着、又は封止材等の異種材料を組み合わせることによって、同様の形状を設けてもよい。このことは、以下に示す具体例についても同様である。
〔実施例２〕
本実施の形態のシャワープレート２１とカバープレート２６との凹凸形状の他の実施例について図７に基づいて説明する。図７は、対向カバープレート表面２６ａの表面形状を示す斜視図である。尚、本実施例では、シャワープレート２１及びカバープレート２６に設ける凹凸の形状が異なるのみで、その他の部分は実施例１と同様である。
【０１０３】
本実施例では、図７に示すように、対向カバープレート表面２６ａには、凹部ＣＯ２として、ガス通過孔Ｈ２と同一の中心軸を持つ溝を形成している。つまり、凹部ＣＯ２は、カバープレート２６のガス通過孔Ｈ２に対して同心円状の溝形状の凹部となっている。
【０１０４】
これにより、ガスの拡散方向全てに凹凸形状を設けることができ、より精密に、狭い範囲でガス吐出孔Ｈ１及びガス通過孔Ｈ２からの原料ガスの流れ込みを抑制できるものとなっている。
【０１０５】
尚、本実施例については、シャワープレート２１における凸部の模式図を省略しているが、対向カバープレート表面２６ａの各溝形状に整合する形の凸部がシャワープレート表面２１ａに設けられており、実施例１と同様、凹部ＣＯ２の形状が凸部の形状よりも一回り大きくなっており、これにより、熱変形の影響、加工精度による凹凸の位置ずれを緩和できるよう設計されている。
〔実施例３〕
本実施の形態のシャワープレート２１とカバープレート２６との凹凸形状のさらに他の実施例について図８に基づいて説明する。図８は、対向カバープレート表面２６ａの表面形状を示す斜視図である。尚、本実施例では、シャワープレート２１及びカバープレート２６に設ける凹凸の形状が異なるのみで、その他の部分は実施例１及び実施例２と同様である。
【０１０６】
本実施例では、図８に示すように、対向カバープレート表面２６ａには、凹部ＣＯ３としてガス通過孔Ｈ２の周囲を格子状に区切った形状で溝を作成している。
【０１０７】
本実施例では、凹部ＣＯ３を格子状に形成しているので、加工が比較的簡単であり、かつ、ガスの拡散方向全てに凹凸形状を設けることができるようになっている。
【０１０８】
尚、本実施例についても、シャワープレート２１の凸部の模式図を省略しているが、対向カバープレート表面２６ａの各溝形状に整合する形の凸部がシャワープレート表面２１ａに設けられており、実施例１及び実施例２と同様、凹部ＣＯ３の形状が凸部の形状よりも一回り大きくなっており、これにより熱変形の影響、加工精度による凹凸の位置ずれを緩和できるよう設計されている。
〔実施例４〕
本実施の形態のシャワープレート２１とカバープレート２６との凹凸形状のさらに他の実施例について図９（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図９（ａ）は対向カバープレート表面２６ａの表面形状を示す斜視図であり、図９（ｂ）はシャワープレート２１とカバープレート２６とを重ねた状態を示す断面図である。尚、本実施例では、シャワープレート２１及びカバープレート２６に設ける凹凸の形状が異なるのみで、その他の部分は実施例１と同様である。
【０１０９】
本実施例では、図９（ａ）（ｂ）に示すように、カバープレート２６の対向カバープレート表面２６ａとシャワープレート２１のシャワープレート表面２１ａとの両方に、半球状の凸部ＣＴ４及び凸部ＳＴ４を設けて整合させる構造を取っている。
【０１１０】
本実施例では、半球状の凸部ＣＴ４及び凸部ＳＴ４は、互いに接触していない方が好ましいが、必ずしもこれに限らず、互いに接触していてもよい。
【０１１１】
これにより、カバープレート２６の設置時に、シャワープレート２１とカバープレート２６との間に位置ずれがあった場合でも、球面により滑り出しが生じ、破損の恐れがなく、より容易に所望の位置にカバープレート２６を設置することが可能となる。
【０１１２】
尚、本発明においては、気相成長装置を構成する反応炉、シャワープレート、カバープレート及びその他の部材の形状が図１〜図９（ａ）（ｂ）に示す形状に限定されないことは言うまでもない。
【０１１３】
また、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】
【０１１４】
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及び気相成長方法に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【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、気相成長装置におけるシャワーヘッド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】上記シャワーヘッドにおけるＶ族系ガス供給部のＶ族系ガス外環流路の構成を示す斜視図である。
【図４】上記シャワーヘッドにおけるシャワープレート及びカバープレートを拡大して示す断面図である。
【図５】（ａ）は上記シャワープレート及びカバープレートに凹凸がない場合のガスの流れを示す断面図であり、（ｂ）は上記シャワープレート及びカバープレートに凹凸が存在する場合のガスの流れを示す断面図である。
【図６】（ａ）は上記シャワープレートに形成された格子状に配された凸部を示す斜視図であり、（ｂ）は上記凸部に対応してカバープレートに形成された凹部を示す平面図である。
【図７】上記カバープレートのガス通過孔に対して同心円状に形成された溝形状の凹部を示す斜視図である。
【図８】上記カバープレートに形成された、ガス通過孔の周囲に存在する格子状の溝からなる凹部を示す斜視図である。
【図９】（ａ）は上記カバープレート対向表面に形成された、半球状の凸部を示す斜視図であり、（ｂ）は半球状の凸部を有するカバープレートと半球状の凸部を有するシャワープレートとを示す断面図である。
【図１０】従来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１１】従来の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１２】従来のさらに他の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置におけるシャワープレートとカバープレートとの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１      成長室
３      被成膜基板
４      サセプタ
５      ヒータ
１０      ＭＯＣＶＤ装置（気相成長装置）
２０      シャワーヘッド
２１      シャワープレート
２１ａ    シャワープレート表面
２２      冷媒供給部
２３      III 族系ガス外環流路
２４      Ｖ族系ガス外環流路
２５      ガス混合室
２６      カバープレート
２６ａ    対向カバープレート表面
２７      支持部材
Ｃ１      ガスコンダクタンス
Ｃ２      ガスコンダクタンス
ＣＯ１    凹部
ＣＯ２    凹部
ＣＯ３    凹部
ＣＴ      凸部
ＣＴ４    凸部
Ｈ１      ガス吐出孔
Ｈ２      ガス通過孔
ＳＯ      凹部
ＳＴ１    凸部
【図１】
2009249651.tif 000003
【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】
2009249651.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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