氣相生長(zhǎng)裝置及氣相生長(zhǎng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及供給氣體而進(jìn)行成膜的氣相生長(zhǎng)裝置及氣相生長(zhǎng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為對(duì)高品質(zhì)的半導(dǎo)體膜進(jìn)行成膜的方法，有在晶片等基板上通過(guò)氣相生長(zhǎng)而使單結(jié)晶膜生長(zhǎng)的外延生長(zhǎng)技術(shù)。在使用外延生長(zhǎng)技術(shù)的氣相生長(zhǎng)裝置中，在被保持為常壓或減壓的反應(yīng)室內(nèi)的支承部上載置晶片。并且，一邊將該晶片加熱，一邊將作為成膜的原料的源氣體等的過(guò)程氣體(process gas)從反應(yīng)室上部的例如噴淋板向晶片表面供給。在晶片表面上發(fā)生源氣體的熱反應(yīng)等，在晶片表面上使外延單結(jié)晶膜成膜。
[0003]近年來(lái)，作為發(fā)光設(shè)備或有源設(shè)備的材料，GaN(氮化鎵)類半導(dǎo)體設(shè)備受到關(guān)注。作為將GaN類的半導(dǎo)體進(jìn)行成膜的外延生長(zhǎng)技術(shù)，有有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法(M0CVD法)。在有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法中，作為源氣體而使用例如三甲基鎵(TMG)、三甲基銦(TMI)、三甲基鋁(TMA)等的有機(jī)金屬或氨(NH3)等。
[0004]在MOCVD法中，將儲(chǔ)存在儲(chǔ)存槽中的液體或固體的有機(jī)金屬用氫等氣體鼓泡(bubbling)或升華而生成含有有機(jī)金屬的源氣體，向反應(yīng)室供給。但是，由于有機(jī)金屬的飽和蒸氣壓比較低，所以難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的含有機(jī)金屬氣體的供給(JP - A H07 - 307291)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的含有機(jī)金屬氣體的供給的氣相生長(zhǎng)裝置及氣相生長(zhǎng)方法。
[0006]本發(fā)明的一技術(shù)方案的氣相生長(zhǎng)裝置具備:反應(yīng)室；第I儲(chǔ)存容器，儲(chǔ)存第I有機(jī)金屬；源氣體供給通路，被供給主載體氣體，對(duì)上述反應(yīng)室供給含有上述第I有機(jī)金屬的源氣體；恒溫槽，收納上述第I儲(chǔ)存容器，槽內(nèi)的溫度被設(shè)定得比槽外的溫度高；第I載體氣體供給通路，對(duì)上述第I儲(chǔ)存容器供給第I載體氣體；含第I有機(jī)金屬氣體輸送通路，在上述恒溫槽外連接到上述源氣體供給通路，將通過(guò)上述第I儲(chǔ)存容器中的鼓泡或升華生成的含有上述第I有機(jī)金屬的含第I有機(jī)金屬氣體進(jìn)行輸送；以及稀釋氣體輸送通路，在上述恒溫槽內(nèi)連接到上述含第I有機(jī)金屬氣體輸送通路，將稀釋氣體輸送。
[0007]本發(fā)明的一技術(shù)方案的氣相生長(zhǎng)方法，向反應(yīng)室運(yùn)入基板；對(duì)于第I有機(jī)金屬，在規(guī)定的溫度的溫度環(huán)境下進(jìn)行基于第I載體氣體的鼓泡或升華；在通過(guò)稀釋氣體將通過(guò)上述鼓泡或升華生成的含有上述第I有機(jī)金屬的含第I有機(jī)金屬氣體進(jìn)行稀釋之前的期間中，保持為上述規(guī)定的溫度以上的溫度環(huán)境，在上述規(guī)定的溫度以上的溫度環(huán)境中將上述含第I有機(jī)金屬氣體通過(guò)上述稀釋氣體進(jìn)行稀釋；將通過(guò)上述稀釋氣體稀釋后的上述含第I有機(jī)金屬氣體與主載體氣體在小于上述規(guī)定的溫度的溫度環(huán)境中混合，生成源氣體；將上述源氣體向上述反應(yīng)室供給，在上述基板表面上使半導(dǎo)體膜成膜。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是實(shí)施方式的氣相生長(zhǎng)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0009]圖2是實(shí)施方式的氣相生長(zhǎng)裝置的主要部的示意剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0011]另外，在本說(shuō)明書(shū)中，將氣相生長(zhǎng)裝置可成膜地設(shè)置的狀態(tài)下的重力方向定義為“下”，將其反方向定義為“上”。因而，所謂“下部”，是指相對(duì)于基準(zhǔn)位于重力方向的位置，所謂“下方”，是指相對(duì)于基準(zhǔn)的重力方向。并且，所謂“上部”，是指相對(duì)于基準(zhǔn)位于與重力方向反方向的位置，所謂“上方”，是指相對(duì)于基準(zhǔn)的重力方向的反方向。此外，所謂“縱方向”，是重力方向。
[0012]此外，本說(shuō)明書(shū)中，所謂“過(guò)程氣體”，是為了向基板上成膜而使用的氣體的總稱，例如是包括源氣體、載體(carrier)氣體、稀釋氣體、分離氣體、補(bǔ)償氣體、鼓泡氣體等的概念。
[0013]此外，在本說(shuō)明書(shū)中，所謂“補(bǔ)償氣體”，是在向反應(yīng)室供給源氣體之前在與源氣體相同的供給通路中向反應(yīng)室供給的不包括源氣體在內(nèi)的過(guò)程氣體。通過(guò)在要成膜前從補(bǔ)償氣體向源氣體切換，盡量抑制反應(yīng)室內(nèi)的壓力、溫度變化等的環(huán)境變化，使向基板上的成膜穩(wěn)定。
[0014]此外，本說(shuō)明書(shū)中，所謂“分離氣體”，是向氣相生長(zhǎng)裝置的反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入的過(guò)程氣體，是將多個(gè)原料氣體的過(guò)程氣體之間分離的氣體的總稱。
[0015]本實(shí)施方式的氣相生長(zhǎng)裝置具備:反應(yīng)室；第I儲(chǔ)存容器，儲(chǔ)存第I有機(jī)金屬；源氣體供給通路，被供給主載體氣體，對(duì)反應(yīng)室供給含有第I有機(jī)金屬的源氣體；恒溫槽，槽內(nèi)的溫度被設(shè)定得比槽外的溫度高，收納第I儲(chǔ)存容器；第I載體氣體供給通路，對(duì)第I儲(chǔ)存容器供給第I載體氣體；含第I有機(jī)金屬氣體輸送通路，在恒溫槽外連接到源氣體供給通路上，將通過(guò)第I儲(chǔ)存容器中的鼓泡或升華生成的含有第I有機(jī)金屬的含第I有機(jī)金屬氣體輸送；稀釋氣體輸送通路，在恒溫槽內(nèi)連接到含第I有機(jī)金屬氣體輸送通路上，將稀釋氣體輸送。
[0016]此外，本實(shí)施方式的氣相生長(zhǎng)方法為，向反應(yīng)室運(yùn)入基板；在規(guī)定的溫度的溫度環(huán)境下進(jìn)行基于第I載體氣體的鼓泡或升華；在到將通過(guò)鼓泡或升華生成的含有第I有機(jī)金屬的含第I有機(jī)金屬氣體通過(guò)稀釋氣體稀釋為止的期間中，保持為上述規(guī)定的溫度以上的溫度環(huán)境，將通過(guò)稀釋氣體稀釋后的含第I有機(jī)金屬氣體與主載體氣體在不到規(guī)定的溫度的溫度環(huán)境中混合，生成源氣體；將源氣體向反應(yīng)室供給，在基板表面上使半導(dǎo)體膜成膜。
[0017]圖1是本實(shí)施方式的氣相生長(zhǎng)裝置的結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方式的氣相生長(zhǎng)裝置是使用MOCVD法(有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法)的縱型的片式的外延生長(zhǎng)裝置。以下，主要以使GaN(氮化鎵)外延生長(zhǎng)的情況為例進(jìn)行說(shuō)明。
[0018]氣相生長(zhǎng)裝置具備在其內(nèi)部進(jìn)行向晶片等基板的成膜的反應(yīng)室10。并且，具備向反應(yīng)室10供給過(guò)程氣體的第I氣體供給通路(源氣體供給通路)31、第2氣體供給通路32及第3氣體供給通路33。
[0019]對(duì)第I氣體供給通路31供給主載體氣體。第I氣體供給通路31具備控制主載體氣體的流量的質(zhì)量流控制器Ml。
[0020]第I氣體供給通路31對(duì)反應(yīng)室供給包括III族元素的有機(jī)金屬和主載體氣體的第I過(guò)程氣體(源氣體)。第I過(guò)程氣體是在晶片上成膜III 一 V族半導(dǎo)體的膜時(shí)的、含有III族元素的氣體。主載體氣體例如是氫氣。
[0021]III族元素例如是鎵(6&)、么1(鋁)、111(銦)等。此外，有機(jī)金屬是三甲基鎵(TMG)、三甲基鋁(TMA)、三甲基銦(TMI)等。
[0022]此外，具備儲(chǔ)存第I有機(jī)金屬的第I儲(chǔ)存容器12、和儲(chǔ)存與第I有機(jī)金屬不同的第2有機(jī)金屬的第2儲(chǔ)存容器14。在第I有機(jī)金屬儲(chǔ)存容器12中，儲(chǔ)存例如作為鎵的來(lái)源的液體的TMG，在第2有機(jī)金屬儲(chǔ)存容器14中儲(chǔ)存作為鎵的P型摻雜劑即鎂(Mg)的來(lái)源的固體的Cp2Mg ( 二茂鎂)。
[0023]另外，儲(chǔ)存容器的數(shù)量并不一定限定于兩個(gè)，也可以是I個(gè)，也可以是3個(gè)以上。此夕卜，存儲(chǔ)到第I儲(chǔ)存容器12或第2儲(chǔ)存容器14中的有機(jī)金屬并不限于TMG、Cp2Mg,也可以是TMA、TMI等其他的有機(jī)金屬。
[0024]氣相生長(zhǎng)裝置具備收納第I儲(chǔ)存容器12、第2儲(chǔ)存容器14的恒溫槽16。恒溫槽16的槽內(nèi)的溫度比槽外的溫度高。從使第I有機(jī)金屬的蒸氣壓變高的觀點(diǎn)來(lái)看，恒溫槽16的槽內(nèi)溫度優(yōu)選的是30°C以上。此外，從第I有機(jī)金屬保持液體狀態(tài)或固體狀態(tài)的觀點(diǎn)來(lái)看，設(shè)定為小于第I有機(jī)金屬的沸點(diǎn)。進(jìn)而，從恒溫槽的溫度控制的觀點(diǎn)看，恒溫槽16的槽內(nèi)溫度優(yōu)選的是60°C以下。
[0025]此外，具備向第I儲(chǔ)存容器12供給第I載體氣體的第I載體氣體供給通路18。第I載體氣體供給通路18具備控制第I載體氣體的流量的質(zhì)量流控制器M2。第I載體氣體例如是氫氣。
[0026]并且，設(shè)有與第I儲(chǔ)存容器12連接的含第I有機(jī)金屬氣體輸送通路20。含第I有機(jī)金屬氣體輸送通路20將通過(guò)第I載體氣體生成的含有第I有機(jī)金屬的含第I有機(jī)金屬氣體輸送。
[0027]此外，具備向第2儲(chǔ)存容器14供給第2載體氣體的第2載體氣體供給通路22。第2載體氣體供給通路22具備控制第2載體氣體的流量的質(zhì)量流控制器M3。第2載體氣體例如是氫氣。
[0028]并且，設(shè)有連接到第2儲(chǔ)存容器14的含第2有機(jī)金屬氣體輸送通路24。含第2有機(jī)金屬氣體輸送通路24將通過(guò)第2載體氣體生成的含有第2有機(jī)金屬的含第2有機(jī)金屬氣體輸送。
[0029]并且，具備輸送稀釋氣體的稀釋氣體輸送通路26。稀釋氣體輸送通路26在恒溫槽16內(nèi)，與含第I有機(jī)金屬氣體輸送通路20及含第2有機(jī)金屬氣體輸送通路24連接。稀釋氣體輸送通路26具備控制稀釋氣體的流量的質(zhì)量流控制器M4。稀釋氣體例如是氫氣。
[0030]由含第I有機(jī)金屬氣體輸送通路20輸送的含第I有機(jī)金屬氣體，在恒溫槽16內(nèi)被稀釋氣體稀釋。此外，由含第2有機(jī)金屬氣體輸送通路24輸送的含第2有機(jī)金屬氣體在恒溫槽16內(nèi)被稀釋氣體稀釋。
[0031]含第I有機(jī)金屬氣體輸送通路20及含第2有機(jī)金屬氣體輸送通路24通過(guò)第I連接部28連接在第I氣體供給通路(源氣體