气相生长装置及气相生长方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及供给气体而进行成膜的气相生长装置及气相生长方法。
【背景技术】
[0002]作为对高品质的半导体膜进行成膜的方法，有在晶片等基板上通过气相生长而使单结晶膜生长的外延生长技术。在使用外延生长技术的气相生长装置中，在被保持为常压或减压的反应室内的支承部上载置晶片。并且，一边将该晶片加热，一边将作为成膜的原料的源气体等的过程气体(process gas)从反应室上部的例如喷淋板向晶片表面供给。在晶片表面上发生源气体的热反应等，在晶片表面上使外延单结晶膜成膜。
[0003]近年来，作为发光设备或有源设备的材料，GaN(氮化镓)类半导体设备受到关注。作为将GaN类的半导体进行成膜的外延生长技术，有有机金属气相生长法(M0CVD法)。在有机金属气相生长法中，作为源气体而使用例如三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)、三甲基铝(TMA)等的有机金属或氨(NH3)等。
[0004]在MOCVD法中，将储存在储存槽中的液体或固体的有机金属用氢等气体鼓泡(bubbling)或升华而生成含有有机金属的源气体，向反应室供给。但是，由于有机金属的饱和蒸气压比较低，所以难以实现稳定的含有机金属气体的供给(JP - A H07 - 307291)。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种以简单的结构实现稳定的含有机金属气体的供给的气相生长装置及气相生长方法。
[0006]本发明的一技术方案的气相生长装置具备:反应室；第I储存容器，储存第I有机金属；源气体供给通路，被供给主载体气体，对上述反应室供给含有上述第I有机金属的源气体；恒温槽，收纳上述第I储存容器，槽内的温度被设定得比槽外的温度高；第I载体气体供给通路，对上述第I储存容器供给第I载体气体；含第I有机金属气体输送通路，在上述恒温槽外连接到上述源气体供给通路，将通过上述第I储存容器中的鼓泡或升华生成的含有上述第I有机金属的含第I有机金属气体进行输送；以及稀释气体输送通路，在上述恒温槽内连接到上述含第I有机金属气体输送通路，将稀释气体输送。
[0007]本发明的一技术方案的气相生长方法，向反应室运入基板；对于第I有机金属，在规定的温度的温度环境下进行基于第I载体气体的鼓泡或升华；在通过稀释气体将通过上述鼓泡或升华生成的含有上述第I有机金属的含第I有机金属气体进行稀释之前的期间中，保持为上述规定的温度以上的温度环境，在上述规定的温度以上的温度环境中将上述含第I有机金属气体通过上述稀释气体进行稀释；将通过上述稀释气体稀释后的上述含第I有机金属气体与主载体气体在小于上述规定的温度的温度环境中混合，生成源气体；将上述源气体向上述反应室供给，在上述基板表面上使半导体膜成膜。
【附图说明】
[0008]图1是实施方式的气相生长装置的结构图。
[0009]图2是实施方式的气相生长装置的主要部的示意剖视图。
【具体实施方式】
[0010]以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0011]另外，在本说明书中，将气相生长装置可成膜地设置的状态下的重力方向定义为“下”，将其反方向定义为“上”。因而，所谓“下部”，是指相对于基准位于重力方向的位置，所谓“下方”，是指相对于基准的重力方向。并且，所谓“上部”，是指相对于基准位于与重力方向反方向的位置，所谓“上方”，是指相对于基准的重力方向的反方向。此外，所谓“纵方向”，是重力方向。
[0012]此外，本说明书中，所谓“过程气体”，是为了向基板上成膜而使用的气体的总称，例如是包括源气体、载体(carrier)气体、稀释气体、分离气体、补偿气体、鼓泡气体等的概念。
[0013]此外，在本说明书中，所谓“补偿气体”，是在向反应室供给源气体之前在与源气体相同的供给通路中向反应室供给的不包括源气体在内的过程气体。通过在要成膜前从补偿气体向源气体切换，尽量抑制反应室内的压力、温度变化等的环境变化，使向基板上的成膜稳定。
[0014]此外，本说明书中，所谓“分离气体”，是向气相生长装置的反应室内导入的过程气体，是将多个原料气体的过程气体之间分离的气体的总称。
[0015]本实施方式的气相生长装置具备:反应室；第I储存容器，储存第I有机金属；源气体供给通路，被供给主载体气体，对反应室供给含有第I有机金属的源气体；恒温槽，槽内的温度被设定得比槽外的温度高，收纳第I储存容器；第I载体气体供给通路，对第I储存容器供给第I载体气体；含第I有机金属气体输送通路，在恒温槽外连接到源气体供给通路上，将通过第I储存容器中的鼓泡或升华生成的含有第I有机金属的含第I有机金属气体输送；稀释气体输送通路，在恒温槽内连接到含第I有机金属气体输送通路上，将稀释气体输送。
[0016]此外，本实施方式的气相生长方法为，向反应室运入基板；在规定的温度的温度环境下进行基于第I载体气体的鼓泡或升华；在到将通过鼓泡或升华生成的含有第I有机金属的含第I有机金属气体通过稀释气体稀释为止的期间中，保持为上述规定的温度以上的温度环境，将通过稀释气体稀释后的含第I有机金属气体与主载体气体在不到规定的温度的温度环境中混合，生成源气体；将源气体向反应室供给，在基板表面上使半导体膜成膜。
[0017]图1是本实施方式的气相生长装置的结构图。本实施方式的气相生长装置是使用MOCVD法(有机金属气相生长法)的纵型的片式的外延生长装置。以下，主要以使GaN(氮化镓)外延生长的情况为例进行说明。
[0018]气相生长装置具备在其内部进行向晶片等基板的成膜的反应室10。并且，具备向反应室10供给过程气体的第I气体供给通路(源气体供给通路)31、第2气体供给通路32及第3气体供给通路33。
[0019]对第I气体供给通路31供给主载体气体。第I气体供给通路31具备控制主载体气体的流量的质量流控制器Ml。
[0020]第I气体供给通路31对反应室供给包括III族元素的有机金属和主载体气体的第I过程气体(源气体)。第I过程气体是在晶片上成膜III 一 V族半导体的膜时的、含有III族元素的气体。主载体气体例如是氢气。
[0021]III族元素例如是镓(6&)、么1(铝)、111(铟)等。此外，有机金属是三甲基镓(TMG)、三甲基铝(TMA)、三甲基铟(TMI)等。
[0022]此外，具备储存第I有机金属的第I储存容器12、和储存与第I有机金属不同的第2有机金属的第2储存容器14。在第I有机金属储存容器12中，储存例如作为镓的来源的液体的TMG，在第2有机金属储存容器14中储存作为镓的P型掺杂剂即镁(Mg)的来源的固体的Cp2Mg ( 二茂镁)。
[0023]另外，储存容器的数量并不一定限定于两个，也可以是I个，也可以是3个以上。此夕卜，存储到第I储存容器12或第2储存容器14中的有机金属并不限于TMG、Cp2Mg,也可以是TMA、TMI等其他的有机金属。
[0024]气相生长装置具备收纳第I储存容器12、第2储存容器14的恒温槽16。恒温槽16的槽内的温度比槽外的温度高。从使第I有机金属的蒸气压变高的观点来看，恒温槽16的槽内温度优选的是30°C以上。此外，从第I有机金属保持液体状态或固体状态的观点来看，设定为小于第I有机金属的沸点。进而，从恒温槽的温度控制的观点看，恒温槽16的槽内温度优选的是60°C以下。
[0025]此外，具备向第I储存容器12供给第I载体气体的第I载体气体供给通路18。第I载体气体供给通路18具备控制第I载体气体的流量的质量流控制器M2。第I载体气体例如是氢气。
[0026]并且，设有与第I储存容器12连接的含第I有机金属气体输送通路20。含第I有机金属气体输送通路20将通过第I载体气体生成的含有第I有机金属的含第I有机金属气体输送。
[0027]此外，具备向第2储存容器14供给第2载体气体的第2载体气体供给通路22。第2载体气体供给通路22具备控制第2载体气体的流量的质量流控制器M3。第2载体气体例如是氢气。
[0028]并且，设有连接到第2储存容器14的含第2有机金属气体输送通路24。含第2有机金属气体输送通路24将通过第2载体气体生成的含有第2有机金属的含第2有机金属气体输送。
[0029]并且，具备输送稀释气体的稀释气体输送通路26。稀释气体输送通路26在恒温槽16内，与含第I有机金属气体输送通路20及含第2有机金属气体输送通路24连接。稀释气体输送通路26具备控制稀释气体的流量的质量流控制器M4。稀释气体例如是氢气。
[0030]由含第I有机金属气体输送通路20输送的含第I有机金属气体，在恒温槽16内被稀释气体稀释。此外，由含第2有机金属气体输送通路24输送的含第2有机金属气体在恒温槽16内被稀释气体稀释。
[0031]含第I有机金属气体输送通路20及含第2有机金属气体输送通路24通过第I连接部28连接在第I气体供给通路(源气体