JP2000277442A - 気相成長装置 - Google Patents
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Classifications
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45502—Flow conditions in reaction chamber
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C16/45587—Mechanical means for changing the gas flow
- C23C16/45591—Fixed means, e.g. wings, baffles
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 良質で均一性に優れた薄膜、特に、二成分系
以上の化合物半導体薄膜を再現性よく得ることができる
気相成長装置を提供する。 【解決手段】 基板4より上流側の反応管1内に基板面
と平行に配設した仕切板6の先端部両側端に切欠部10
を設ける。
以上の化合物半導体薄膜を再現性よく得ることができる
気相成長装置を提供する。 【解決手段】 基板4より上流側の反応管1内に基板面
と平行に配設した仕切板6の先端部両側端に切欠部10
を設ける。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、気相成長装置に関
し、詳しくは、基板面と平行に各種ガスを流して基板面
に薄膜を形成するための横型の気相成長装置であって、
特に、基板面に二成分系以上の化合物半導体薄膜を形成
するための気相成長装置に関する。
し、詳しくは、基板面と平行に各種ガスを流して基板面
に薄膜を形成するための横型の気相成長装置であって、
特に、基板面に二成分系以上の化合物半導体薄膜を形成
するための気相成長装置に関する。
【0002】
【従来の技術】欠陥の少ない良好な二成分系以上の化合
物半導体薄膜を形成するための気相成長装置として、例
えば、特公平7−27868号公報に記載された装置が
知られている。この気相成長装置は、基板面より上流側
の反応管内に、基板面と平行な仕切板を配設して反応管
内を上下に区切り、該仕切板の上下からそれぞれ基板面
と平行に2種類以上の原料ガスを導入するようにしてい
る。例えば、2枚の仕切板を設けた場合、基板側(下段
層)にアンモニアを、仕切板同士の間(中段層)に有機
金属と水素を、最上部(上段層)に窒素をそれぞれ導入
することにより、基板面に窒化ガリウムの二成分系化合
物半導体薄膜を形成することができる。
物半導体薄膜を形成するための気相成長装置として、例
えば、特公平7−27868号公報に記載された装置が
知られている。この気相成長装置は、基板面より上流側
の反応管内に、基板面と平行な仕切板を配設して反応管
内を上下に区切り、該仕切板の上下からそれぞれ基板面
と平行に2種類以上の原料ガスを導入するようにしてい
る。例えば、2枚の仕切板を設けた場合、基板側(下段
層)にアンモニアを、仕切板同士の間(中段層)に有機
金属と水素を、最上部(上段層)に窒素をそれぞれ導入
することにより、基板面に窒化ガリウムの二成分系化合
物半導体薄膜を形成することができる。
【0003】しかし、このような仕切板を有する気相成
長装置では、操作条件、例えば、成長温度,各層を流れ
る原料ガスの種類,ガスの流速条件等によっては、得ら
れる薄膜にパーティクルによる欠陥が発生したり、成長
速度が低下したり、再現性が低下したりすることがあっ
た。特に、仕切板で区切られた各層のガスの流速差が大
きい場合に多く発生していた。
長装置では、操作条件、例えば、成長温度,各層を流れ
る原料ガスの種類,ガスの流速条件等によっては、得ら
れる薄膜にパーティクルによる欠陥が発生したり、成長
速度が低下したり、再現性が低下したりすることがあっ
た。特に、仕切板で区切られた各層のガスの流速差が大
きい場合に多く発生していた。
【0004】このようなことから、本出願人は、これら
の問題を解決するため、仕切板の先端部の肉厚を連続的
に薄くなるように形成することを提案した(特開平10
−223543号公報参照)。
の問題を解決するため、仕切板の先端部の肉厚を連続的
に薄くなるように形成することを提案した(特開平10
−223543号公報参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、仕切板
の先端部を薄くすることによって前述のほとんどの問題
は解決することができたが、この対策を施した場合で
も、操作条件によってはガス流れに乱れが発生し、得ら
れる薄膜の均一性が低下してしまうことがあった。
の先端部を薄くすることによって前述のほとんどの問題
は解決することができたが、この対策を施した場合で
も、操作条件によってはガス流れに乱れが発生し、得ら
れる薄膜の均一性が低下してしまうことがあった。
【0006】そこで本発明者らが種々考究したところ、
仕切板上下の各ガスの流速や圧力によっては、仕切板の
先端部両側端でガス流れに乱れが発生し、これによって
渦が発生したり、ガス流れに偏りが生じたりすることを
知見した。本発明は、このような知見に基づいて成され
たものであって、仕切板で区切られた各層のガス流速の
設定範囲や、ガス圧力の設定範囲を広くとれ、各層のガ
ス流速に影響されずに再現性よく、かつ、原料利用効率
を低下させることなく良質で均一性に優れた薄膜、特
に、二成分系以上の化合物半導体薄膜を効率よく形成す
ることができる気相成長装置を提供することを目的とし
ている。
仕切板上下の各ガスの流速や圧力によっては、仕切板の
先端部両側端でガス流れに乱れが発生し、これによって
渦が発生したり、ガス流れに偏りが生じたりすることを
知見した。本発明は、このような知見に基づいて成され
たものであって、仕切板で区切られた各層のガス流速の
設定範囲や、ガス圧力の設定範囲を広くとれ、各層のガ
ス流速に影響されずに再現性よく、かつ、原料利用効率
を低下させることなく良質で均一性に優れた薄膜、特
に、二成分系以上の化合物半導体薄膜を効率よく形成す
ることができる気相成長装置を提供することを目的とし
ている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の気相成長装置は、薄膜を形成する基板より
上流側の反応管内に、基板面と平行な仕切板を配設した
気相成長装置において、前記仕切板の先端部両側端に切
欠部を設けたことを特徴とし、さらに、前記仕切板の先
端部の肉厚を連続的に薄くなるように形成したことを特
徴としている。
め、本発明の気相成長装置は、薄膜を形成する基板より
上流側の反応管内に、基板面と平行な仕切板を配設した
気相成長装置において、前記仕切板の先端部両側端に切
欠部を設けたことを特徴とし、さらに、前記仕切板の先
端部の肉厚を連続的に薄くなるように形成したことを特
徴としている。
【0008】
【発明の実施の形態】図1乃至図4は、本発明の気相成
長装置の一形態例を示すもので、図1は気相成長装置に
おける反応管の断面平面図、図2は同じく断面正面図、
図3は仕切板の平面図、図4は同じく正面図である。ま
た、図5及び図6は仕切板の他の形状例を示すもので、
図5は平面図、図6は正面図である。さらに、図7は仕
切板の変形例を示す正面図である。
長装置の一形態例を示すもので、図1は気相成長装置に
おける反応管の断面平面図、図2は同じく断面正面図、
図3は仕切板の平面図、図4は同じく正面図である。ま
た、図5及び図6は仕切板の他の形状例を示すもので、
図5は平面図、図6は正面図である。さらに、図7は仕
切板の変形例を示す正面図である。
【0009】この気相成長装置における反応管1は、一
端にガス導入部2を、他端にガス排出部3を有するとと
もに、中央部に基板4を保持するサセプタ5を配置し、
基板4の上流側、即ちガス導入部2側に、反応管1内を
上下3層に区切る2枚の仕切板6を水平方向に平行に配
設したものである。また、反応管1の外周には、サセプ
タ5を介して基板4を加熱するためのRF(高周波)コ
イル7が設けられている。
端にガス導入部2を、他端にガス排出部3を有するとと
もに、中央部に基板4を保持するサセプタ5を配置し、
基板4の上流側、即ちガス導入部2側に、反応管1内を
上下3層に区切る2枚の仕切板6を水平方向に平行に配
設したものである。また、反応管1の外周には、サセプ
タ5を介して基板4を加熱するためのRF(高周波)コ
イル7が設けられている。
【0010】仕切板6は、図3及び図4に示すように、
反応管1の内面形状に対応するように、ガス導入部2側
から基板4の方向に向けて幅広になる形状を有するもの
であって、その基板4側の先端部は、両側端に切欠部1
0が設けられ、中央部11が基板4側に突出した状態に
なるように形成されている。
反応管1の内面形状に対応するように、ガス導入部2側
から基板4の方向に向けて幅広になる形状を有するもの
であって、その基板4側の先端部は、両側端に切欠部1
0が設けられ、中央部11が基板4側に突出した状態に
なるように形成されている。
【0011】この切欠部10の幅W及び深さDは、仕切
板自体の厚みTや全幅Wt、中央部11の先端形状、該
仕切板6により区切られた上下の層の厚さ、気相成長を
行う際のガス条件によって異なるが、通常は、幅Wを1
mm以上、好ましくは5〜10mm程度とし、深さDを
仕切板6の厚みT以上、好ましくは10〜20mm程度
とすることが効果的である。すなわち、幅Wが1mm未
満では切欠部10を設けた効果がほとんど得られず、幅
Wが大きくなりすぎると、切欠部10の側縁部分でガス
流れの乱れが発生するおそれがある。また、深さDが厚
みT未満でも切欠部10の効果が得られ難く、深さDが
大きくなりすぎると、中央部11の支持が不安定になり
やすい。
板自体の厚みTや全幅Wt、中央部11の先端形状、該
仕切板6により区切られた上下の層の厚さ、気相成長を
行う際のガス条件によって異なるが、通常は、幅Wを1
mm以上、好ましくは5〜10mm程度とし、深さDを
仕切板6の厚みT以上、好ましくは10〜20mm程度
とすることが効果的である。すなわち、幅Wが1mm未
満では切欠部10を設けた効果がほとんど得られず、幅
Wが大きくなりすぎると、切欠部10の側縁部分でガス
流れの乱れが発生するおそれがある。また、深さDが厚
みT未満でも切欠部10の効果が得られ難く、深さDが
大きくなりすぎると、中央部11の支持が不安定になり
やすい。
【0012】また、切欠部10の先端部12は、図3及
び図4に示すように、直角に切り落とした状態としても
よいが、図5及び図6あるいは図7に示すように、切欠
部10の先端部12に至る部分13の肉厚を連続的に薄
くなるように形成してもよく、丸味を付けるようにして
もよい。切欠部10の側面部14についても同様であ
る。
び図4に示すように、直角に切り落とした状態としても
よいが、図5及び図6あるいは図7に示すように、切欠
部10の先端部12に至る部分13の肉厚を連続的に薄
くなるように形成してもよく、丸味を付けるようにして
もよい。切欠部10の側面部14についても同様であ
る。
【0013】このように、仕切板6の先端部両側端に切
欠部10をそれぞれ設けることにより、仕切板6の先端
部と反応管1との接続部におけるガス流れを安定化させ
ることができ、渦や偏流の発生を抑えて均一なガス流れ
が得られる。
欠部10をそれぞれ設けることにより、仕切板6の先端
部と反応管1との接続部におけるガス流れを安定化させ
ることができ、渦や偏流の発生を抑えて均一なガス流れ
が得られる。
【0014】また、基板4側に突出した中央部11の先
端部も、肉厚が連続的に薄くなるように形成しておくこ
とにより、この部分でのガス流れの乱れを抑制すること
ができるので、切欠部10の効果と併せて仕切板6の先
端部全体におけるガス流れの均一性を大幅に高めること
ができる。このとき、仕切板6の先端部両側端に切欠部
10が設けられているので、仕切板6を反応管1の内壁
に溶着する際に、先端の肉厚の薄い部分の加工歪みによ
る影響を小さくすることができる。このため、中央部1
1におけるガス流れも安定させることができるという二
次的な効果が得られる。
端部も、肉厚が連続的に薄くなるように形成しておくこ
とにより、この部分でのガス流れの乱れを抑制すること
ができるので、切欠部10の効果と併せて仕切板6の先
端部全体におけるガス流れの均一性を大幅に高めること
ができる。このとき、仕切板6の先端部両側端に切欠部
10が設けられているので、仕切板6を反応管1の内壁
に溶着する際に、先端の肉厚の薄い部分の加工歪みによ
る影響を小さくすることができる。このため、中央部1
1におけるガス流れも安定させることができるという二
次的な効果が得られる。
【0015】したがって、先端部の肉厚を連続的に薄く
した仕切板6の先端部両側端に切欠部10を設けること
により、成膜における均一性や再現性を飛躍的に高める
ことができ、さらに、反応管1の製造ロットによる成長
再現性のばらつきも低減することができる。
した仕切板6の先端部両側端に切欠部10を設けること
により、成膜における均一性や再現性を飛躍的に高める
ことができ、さらに、反応管1の製造ロットによる成長
再現性のばらつきも低減することができる。
【0016】なお、本発明は、仕切板により区切られた
各層から2種類以上の原料ガスを基板面に対して平行な
方向に導入し、前記基板面に二成分系以上の化合物半導
体薄膜を形成する気相成長装置に最適であるが、成長さ
せる薄膜の種類や原料ガスの種類は特に限定されるもの
ではなく、仕切板により区切られた各層に導入するガス
の組合わせとして、少なくとも1種類の原料ガスを含む
気相成長ガスと原料ガスを含まない不活性ガス(例えば
水素ガスのみ、窒素ガスのみ等)との組合わせも含まれ
る。
各層から2種類以上の原料ガスを基板面に対して平行な
方向に導入し、前記基板面に二成分系以上の化合物半導
体薄膜を形成する気相成長装置に最適であるが、成長さ
せる薄膜の種類や原料ガスの種類は特に限定されるもの
ではなく、仕切板により区切られた各層に導入するガス
の組合わせとして、少なくとも1種類の原料ガスを含む
気相成長ガスと原料ガスを含まない不活性ガス(例えば
水素ガスのみ、窒素ガスのみ等)との組合わせも含まれ
る。
【0017】また、上記二成分系以上の化合物半導体薄
膜とは、III−V族化合物半導体薄膜やII−VI族化合物
半導体薄膜であり、例えば、GaN(窒化ガリウム)等
の二成分系薄膜や、Gaの一部をAl(アルミニウム)
で置換したAlGaN等の三成分系薄膜、In(インジ
ウム)を含む多成分系薄膜等を挙げることができる。さ
らに、原料ガスとは、気相成長反応に寄与する個々の成
分ガスであり、例えば、アンモニア,シラン,トリメチ
ルガリウム,トリメチルインジウム等の一種又はこれら
の混合物であって、例えば、サファイア基板にGaN薄
膜を形成するときは、窒素原料としてアンモニアを、ガ
リウム原料としてトリメチルガリウムを使用する。原料
ガスを反応管内に導入する場合、これらの原料ガスをそ
のまま導入してもよいが、通常は、原料ガスを水素,ヘ
リウム,窒素等の不活性ガスで希釈して導入するように
している。
膜とは、III−V族化合物半導体薄膜やII−VI族化合物
半導体薄膜であり、例えば、GaN(窒化ガリウム)等
の二成分系薄膜や、Gaの一部をAl(アルミニウム)
で置換したAlGaN等の三成分系薄膜、In(インジ
ウム)を含む多成分系薄膜等を挙げることができる。さ
らに、原料ガスとは、気相成長反応に寄与する個々の成
分ガスであり、例えば、アンモニア,シラン,トリメチ
ルガリウム,トリメチルインジウム等の一種又はこれら
の混合物であって、例えば、サファイア基板にGaN薄
膜を形成するときは、窒素原料としてアンモニアを、ガ
リウム原料としてトリメチルガリウムを使用する。原料
ガスを反応管内に導入する場合、これらの原料ガスをそ
のまま導入してもよいが、通常は、原料ガスを水素,ヘ
リウム,窒素等の不活性ガスで希釈して導入するように
している。
【0018】
【実施例】実施例1 図3及び図4に示す形状で、厚みTが1.5mm、全幅
Wtが70mm、連続的に肉薄にした中央部先端の角度
α(図4参照)が10度の仕切板において、先端部両側
端に幅Wが5mmで、深さDを0mm(切欠部無し)、
5mm、10mm、15mmとした4種類の切欠部を設
けた仕切板を作製し、図1及び図2に示すように反応管
内に2枚ずつを装着して三層構造とした。そして、直径
50mmのサファイア基板上に、一般的な成長方法、す
なわち、550℃で25nmのGaNを成長後、105
0℃でMgを添加したGaN膜を成膜し、それぞれの膜
厚均一性とMg濃度の均一性とを測定した。
Wtが70mm、連続的に肉薄にした中央部先端の角度
α(図4参照)が10度の仕切板において、先端部両側
端に幅Wが5mmで、深さDを0mm(切欠部無し)、
5mm、10mm、15mmとした4種類の切欠部を設
けた仕切板を作製し、図1及び図2に示すように反応管
内に2枚ずつを装着して三層構造とした。そして、直径
50mmのサファイア基板上に、一般的な成長方法、す
なわち、550℃で25nmのGaNを成長後、105
0℃でMgを添加したGaN膜を成膜し、それぞれの膜
厚均一性とMg濃度の均一性とを測定した。
【0019】表1に成長条件を、表2に基板エッジから
3mmを除いて2mm間隔で膜厚を測定したときの均一
性の測定結果を、表3に基板中心から5mm間隔で測定
したMg濃度の面内均一性の測定結果を、それぞれ示
す。
3mmを除いて2mm間隔で膜厚を測定したときの均一
性の測定結果を、表3に基板中心から5mm間隔で測定
したMg濃度の面内均一性の測定結果を、それぞれ示
す。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】
【表3】
【0023】実施例2 先端部両側端に幅Wが5mm、深さDが10mmの切欠
部を設けた仕切板と、切欠部を設けない仕切板とをそれ
ぞれ使用し、10回連続してMg添加GaN膜を成長さ
せ、基板中心位置と、基板中心から10mmの位置とに
おけるMg量を測定した。なお、成長条件は実施例1と
同じとした。測定結果及び標準偏差を表4に示す。
部を設けた仕切板と、切欠部を設けない仕切板とをそれ
ぞれ使用し、10回連続してMg添加GaN膜を成長さ
せ、基板中心位置と、基板中心から10mmの位置とに
おけるMg量を測定した。なお、成長条件は実施例1と
同じとした。測定結果及び標準偏差を表4に示す。
【0024】
【表4】
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の気相成長
装置によれば、仕切板で区切られた各層のガス流速の設
定範囲やガス圧力の設定範囲を広くとれ、各層のガス流
速に影響されずに、良質で均一性に優れた薄膜、特に、
二成分系以上の化合物半導体薄膜を効率よくかつ再現性
よく製造することができる。
装置によれば、仕切板で区切られた各層のガス流速の設
定範囲やガス圧力の設定範囲を広くとれ、各層のガス流
速に影響されずに、良質で均一性に優れた薄膜、特に、
二成分系以上の化合物半導体薄膜を効率よくかつ再現性
よく製造することができる。
【図1】 本発明の気相成長装置の一形態例を示す反応
管の断面平面図である。
管の断面平面図である。
【図2】 同じく断面正面図である。
【図3】 仕切板の平面図である。
【図4】 同じく正面図である。
【図5】 仕切板の他の形状例を示す平面図である。
【図6】 同じく正面図である。
【図7】 仕切板の変形例を示す正面図である。
1…反応管、2…ガス導入部、3…ガス排出部、4…基
板、5…サセプタ、6…仕切板、7…RFコイル、10
…切欠部、11…中央部
板、5…サセプタ、6…仕切板、7…RFコイル、10
…切欠部、11…中央部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳永 祐樹 東京都港区西新橋1−16−7 日本酸素株 式会社内 (72)発明者 松本 功 東京都港区西新橋1−16−7 日本酸素株 式会社内 Fターム(参考) 4K030 AA11 BA54 BA55 BA56 BA57 EA05 5F045 AA04 AB09 AB14 AB17 AB21 AC01 AC07 AC08 AC12 AC15 AC17 AD09 AD14 AF09 BB02 BB04 DP04 EF14
Claims (2)
- 【請求項1】 薄膜を形成する基板より上流側の反応管
内に、基板面と平行な仕切板を配設した気相成長装置に
おいて、前記仕切板の先端部両側端に切欠部を設けたこ
とを特徴とする気相成長装置。 - 【請求項2】 前記仕切板は、先端部の肉厚が連続的に
薄くなるように形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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11085565A JP2000277442A (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | 気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11085565A JP2000277442A (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | 気相成長装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000277442A true JP2000277442A (ja) | 2000-10-06 |
Family
ID=13862347
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11085565A Pending JP2000277442A (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | 気相成長装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000277442A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007524250A (ja) * | 2004-02-25 | 2007-08-23 | アイクストロン、アーゲー | Mocvd反応器のための入口システム |
JP2009170868A (ja) * | 2007-12-18 | 2009-07-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 気相処理装置、気相処理方法および基板 |
JP2011199154A (ja) * | 2010-03-23 | 2011-10-06 | Stanley Electric Co Ltd | Mocvd装置 |
JP2012519235A (ja) * | 2009-02-27 | 2012-08-23 | ケンブリッジ ナノテック インコーポレイテッド | Aldシステムおよび方法 |
US8349403B2 (en) | 2007-12-11 | 2013-01-08 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Vapor-phase process apparatus, vapor-phase process method, and substrate |
JP2013219344A (ja) * | 2007-12-20 | 2013-10-24 | Applied Materials Inc | ガス流分布が改善された熱反応器 |
-
1999
- 1999-03-29 JP JP11085565A patent/JP2000277442A/ja active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8349083B2 (en) | 2007-12-11 | 2013-01-08 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Vapor-phase process apparatus, vapor-phase process method, and substrate |
US8628616B2 (en) | 2007-12-11 | 2014-01-14 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Vapor-phase process apparatus, vapor-phase process method, and substrate |
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