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JP2008166670A - Metal organic vapor supply apparatus, metal organic vapor phase growth apparatus, metal organic vapor phase growth method, gas flow rate regulator, semiconductor manufacturing apparatus, and semiconductor manufacturing method - Google Patents

Metal organic vapor supply apparatus, metal organic vapor phase growth apparatus, metal organic vapor phase growth method, gas flow rate regulator, semiconductor manufacturing apparatus, and semiconductor manufacturing method Download PDF

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JP2008166670A
JP2008166670A JP2007056248A JP2007056248A JP2008166670A JP 2008166670 A JP2008166670 A JP 2008166670A JP 2007056248 A JP2007056248 A JP 2007056248A JP 2007056248 A JP2007056248 A JP 2007056248A JP 2008166670 A JP2008166670 A JP 2008166670A
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登志雄 上田
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孝夫 中村
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Osamu Yahagi
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal-organic vaporizing and feeding apparatus which can be simplified, metal-organic chemical vapor deposition apparatus, gas flow rate regulator, semiconductor manufacturing apparatus, and semiconductor manufacturing method. <P>SOLUTION: The metal-organic vaporizing and feeding apparatus includes a retention vessel 1 for retaining a metal-organic material 13, a bubbling gas feeding path 3 which is connected to the retention vessel 1 and feeds bubbling gas to the metal-organic material 13, a metal-organic gas feeding path 5 which is connected to the retention vessel 1 and feeds the organic metal gas produced in the retention vessel 1 and dilution gas to a deposition chamber, a dilution gas feeding path 7 which is connected to the metal-organic gas feeding path 5 and feeds the dilution gas to the metal-organic gas feeding path 5, a flow rate regulator 9 which is provided in the bubbling gas feeding path 3 and regulates the flow rate of the bubbling gas, a pressure regulator 11 which regulates the pressure of the dilution gas, and a sonic nozzle S which is disposed in the metal-organic gas feeding path 5 on a downstream side of a connecting position between the metal-organic gas feeding path 5 and the dilution gas feeding path 7. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、有機金属気化供給装置、有機金属気相成長装置、有機金属気相成長方法、ガス流量調節器、半導体製造装置、および半導体製造方法に関し、より特定的には、窒化物系化合物半導体の成膜に用いられる有機金属気化供給装置、有機金属気相成長装置、有機金属気相成長方法、ガス流量調節器、半導体製造装置、および半導体製造方法に関する。   The present invention relates to an organometallic vaporization supply apparatus, an organometallic vapor phase growth apparatus, an organometallic vapor phase growth method, a gas flow rate regulator, a semiconductor manufacturing apparatus, and a semiconductor manufacturing method, and more specifically, a nitride compound semiconductor. The present invention relates to an organic metal vaporization supply apparatus, an organic metal vapor phase growth apparatus, a metal organic vapor phase growth method, a gas flow rate regulator, a semiconductor manufacturing apparatus, and a semiconductor manufacturing method.

有機金属気相成長(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor deposition)法は、代表的な気相成膜法の一つであり、有機金属を気化させ、それを基板表面で熱的に分解して成膜する方法である。この方法は膜厚や組成の制御が可能であり、かつ生産性に優れていることから、半導体装置を製造する際の成膜技術として広く用いられている。   The metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method is one of the typical vapor deposition methods, vaporizing an organic metal and thermally decomposing it on the substrate surface to form a film. It is a method to do. Since this method can control the film thickness and composition and is excellent in productivity, it is widely used as a film forming technique when manufacturing a semiconductor device.

MOCVD法に用いられるMOCVD装置は、チャンバと、チャンバ内に配置されたサセプタと、有機金属原料をガス化して基板表面に流すための有機金属気化供給装置とを備えている。MOCVD装置においては、サセプタ上に基板を載置し、チャンバ内を適切な圧力に制御して基板を適当な温度に加熱し、有機金属気化供給装置を用いて基板表面に有機金属ガスを導入することにより成膜が行なわれる。ここで、成膜される膜の状態を均一にするためには、基板表面に流す有機金属ガスを常に一定の流量とすることが要求される。MOCVD装置においては有機金属ガスの流量を一定にするために、様々な有機金属気化供給装置が提案されてきた。   The MOCVD apparatus used for the MOCVD method includes a chamber, a susceptor disposed in the chamber, and an organic metal vaporization supply device for gasifying and flowing an organic metal raw material to the substrate surface. In an MOCVD apparatus, a substrate is placed on a susceptor, the inside of the chamber is controlled to an appropriate pressure, the substrate is heated to an appropriate temperature, and an organometallic gas is introduced onto the substrate surface using an organometallic vaporization supply device. Thus, film formation is performed. Here, in order to make the state of the film to be formed uniform, it is required that the organometallic gas flowing on the surface of the substrate always has a constant flow rate. In the MOCVD apparatus, various organometallic vaporization supply apparatuses have been proposed in order to keep the flow rate of the organometallic gas constant.

図12は、従来の有機金属気化供給装置の構成を概略的に示す図である。図12を参照して、従来の有機金属気化供給装置は、貯留容器101と、バブリングガス供給路103と、有機金属ガス供給路105と、希釈ガス供給路107と、恒温槽110と、バルブV101〜V106と、マスフローコントローラM101およびM102と、圧力計P101とを備えている。   FIG. 12 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional organometallic vaporizer. Referring to FIG. 12, a conventional organometallic vaporization supply apparatus includes a storage container 101, a bubbling gas supply path 103, an organometallic gas supply path 105, a dilution gas supply path 107, a thermostat 110, and a valve V101. To V106, mass flow controllers M101 and M102, and a pressure gauge P101.

恒温槽110内には貯留容器101が配置されており、貯留容器101内には有機金属原料113の液体が貯留されており、貯留容器101の上流側には、バブリングガス供給路103が接続されている。バブリングガス供給路103は有機金属原料113の内部に達するように延在している。バブリングガス供給路103には、上流側から順にバルブV102、マスフローコントローラM102、およびバルブV103が設けられている。   A storage container 101 is disposed in the thermostatic chamber 110, the liquid of the organometallic raw material 113 is stored in the storage container 101, and a bubbling gas supply path 103 is connected to the upstream side of the storage container 101. ing. The bubbling gas supply path 103 extends so as to reach the inside of the organometallic raw material 113. The bubbling gas supply path 103 is provided with a valve V102, a mass flow controller M102, and a valve V103 in order from the upstream side.

貯留容器101の下流側には有機金属ガス供給路105が接続されている。有機金属ガス供給路105は液体の有機金属原料113に接触しない位置に接続されている。有機金属ガス供給路105には、上流側から順にバルブV104、圧力計P101、およびバルブV105(圧力制御バルブ)が設けられている。圧力計P101とバルブV105とは電気的に接続されている。有機金属ガス供給路105は下流側において図示しない成膜室へ接続されている。   An organometallic gas supply path 105 is connected to the downstream side of the storage container 101. The organometallic gas supply path 105 is connected to a position where it does not contact the liquid organometallic raw material 113. The organometallic gas supply path 105 is provided with a valve V104, a pressure gauge P101, and a valve V105 (pressure control valve) in order from the upstream side. The pressure gauge P101 and the valve V105 are electrically connected. The organometallic gas supply path 105 is connected to a film forming chamber (not shown) on the downstream side.

有機金属ガス供給路105には希釈ガス供給路107が接続されている。希釈ガス供給路107は、圧力計P101が設けられている位置において有機金属ガス供給路105に接続されている。希釈ガス供給路107には、上流側から順にバルブV101およびマスフローコントローラM101が設けられている。また、バブリングガス供給路103と有機金属ガス供給路105との間にはバルブ(バイパスバルブ)V106が設けられている。   A dilution gas supply path 107 is connected to the organic metal gas supply path 105. Dilution gas supply path 107 is connected to organometallic gas supply path 105 at a position where pressure gauge P101 is provided. The dilution gas supply path 107 is provided with a valve V101 and a mass flow controller M101 in order from the upstream side. Further, a valve (bypass valve) V106 is provided between the bubbling gas supply path 103 and the organometallic gas supply path 105.

従来の有機金属気化供給装置においては、以下のようにして有機金属ガスが成膜室へ供給される。まず、バルブV102を開くことによりバブリングガス供給路103へバブリングガスが供給される。バブリングガスは、マスフローコントローラM102によってその質量流量が制御され、バルブV106を閉じバルブV103を開くことにより、貯留容器101内へ導入される。有機金属原料113は、恒温槽110によって液温が一定に保たれており、それによって蒸気圧も一定に保たれている。バブリングガスが貯留容器101内に導入されると、バブリングガスの流量に応じた量の有機金属ガスがバブリングにより有機金属原料113から発生し、バルブV104を開くことにより、発生した有機金属ガスおよび一部のバブリングガスが有機金属ガス供給路105へ導入される。一方、バルブV101を開くことにより希釈ガス供給路107へ希釈ガスが供給される。希釈ガスは、マスフローコントローラM101によってその質量流量が制御され、有機金属ガス供給路105内へ導入されて有機金属ガスおよびバブリングガスと混合される。有機金属ガスと希釈ガスとバブリングガスとを合わせた混合ガスの全圧力は圧力計P101によって計測され、圧力計P101の値に基づいてバルブV105が調節される。その結果、有機金属ガスが適切な流量および圧力で成膜室へ供給される。圧力計P101およびバルブV105によって混合ガスの全圧力は制御されているので、混合ガス中の有機金属ガスの濃度は一定となる。   In the conventional organometallic vaporizer, the organometallic gas is supplied to the film forming chamber as follows. First, bubbling gas is supplied to the bubbling gas supply path 103 by opening the valve V102. The bubbling gas is introduced into the storage container 101 by controlling the mass flow rate by the mass flow controller M102 and closing the valve V106 and opening the valve V103. The liquid temperature of the organometallic raw material 113 is kept constant by the thermostatic chamber 110, and thereby the vapor pressure is also kept constant. When the bubbling gas is introduced into the storage container 101, an amount of the organometallic gas corresponding to the flow rate of the bubbling gas is generated from the organometallic raw material 113 by the bubbling, and the generated organometallic gas and the one by one are opened by opening the valve V104. Part of the bubbling gas is introduced into the organometallic gas supply path 105. On the other hand, the dilution gas is supplied to the dilution gas supply path 107 by opening the valve V101. The mass flow rate of the dilution gas is controlled by the mass flow controller M101, and the dilution gas is introduced into the organometallic gas supply path 105 and mixed with the organometallic gas and the bubbling gas. The total pressure of the mixed gas of the organometallic gas, the dilution gas, and the bubbling gas is measured by the pressure gauge P101, and the valve V105 is adjusted based on the value of the pressure gauge P101. As a result, the organometallic gas is supplied to the film formation chamber at an appropriate flow rate and pressure. Since the total pressure of the mixed gas is controlled by the pressure gauge P101 and the valve V105, the concentration of the organometallic gas in the mixed gas is constant.

なお、上記従来の有機金属気化供給装置と類似した構成が、たとえば特開2002−313731号公報(特許文献1)に開示されている。特許文献1においては、有機金属原料ガス供給源に有機金属原料が貯留されており、有機金属原料ガス供給源の上流側には、有機金属原料ガス供給源にH2ガスを導入するための導入ラインが接続されている。導入ラインにはバルブおよびマスフローコントローラが設けられている。有機金属原料ガス供給源の下流側には、有機金属原料ガスを反応器へ導入するための導入ラインが接続されている。導入ラインには圧力計およびバルブが設けられている。圧力計とバルブとは電気的に接続されている。特許文献1の構成においても、希釈ガスおよび有機金属ガスの各々の流量制御にマスフローコントローラが用いられている。
特開2002−313731号公報
In addition, the structure similar to the said conventional organometallic vaporization supply apparatus is disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-313731 (patent document 1), for example. In Patent Document 1, an organometallic raw material is stored in an organometallic raw material gas supply source, and an introduction for introducing H 2 gas into the organometallic raw material gas supply source is provided upstream of the organometallic raw material gas supply source. The line is connected. The introduction line is provided with a valve and a mass flow controller. An introduction line for introducing the organometallic source gas into the reactor is connected to the downstream side of the organometallic source gas supply source. The introduction line is provided with a pressure gauge and a valve. The pressure gauge and the valve are electrically connected. Also in the configuration of Patent Document 1, a mass flow controller is used to control the flow rate of each of the dilution gas and the organometallic gas.
JP 2002-313731 A

マスフローコントローラは、バイパスラインを通過する流量から流路内のガスの流量を計算し、その計算結果に基づいて流量制御を行なうための電気回路や、流量調整のための制御バルブなどを有しているため、複雑な構成となっている。従来の有機金属気化供給装置は、有機金属ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラM102と、バブリングガス(希釈ガス)の流量を制御するためのマスフローコントローラM101という、最低2つのマスフローコントローラが必要である。このため、従来の有機金属気化供給装置には装置が複雑であるという問題があった。また、装置が複雑であるために有機金属気化供給装置の製造コストの増大を招き、さらにはMOCVD法による膜形成のコストの増大を招いていた。   The mass flow controller calculates the flow rate of the gas in the flow path from the flow rate passing through the bypass line, and has an electric circuit for performing flow rate control based on the calculation result, a control valve for flow rate adjustment, and the like. Therefore, it has a complicated configuration. The conventional organometallic vaporization supply apparatus requires at least two mass flow controllers, namely, a mass flow controller M102 for controlling the flow rate of the organometallic gas and a mass flow controller M101 for controlling the flow rate of the bubbling gas (dilution gas). is there. For this reason, there is a problem that the conventional apparatus for vaporizing and supplying an organic metal is complicated. Further, since the apparatus is complicated, the manufacturing cost of the organometallic vaporization supply apparatus is increased, and further, the cost of film formation by the MOCVD method is increased.

したがって、本発明の目的は、装置の簡素化を図ることのできる有機金属気化供給装置、有機金属気相成長装置、有機金属気相成長方法、ガス流量調節器、半導体製造装置、および半導体製造方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an organic metal vaporization supply apparatus, an organic metal vapor phase growth apparatus, an organic metal vapor phase growth method, a gas flow rate regulator, a semiconductor manufacturing apparatus, and a semiconductor manufacturing method capable of simplifying the apparatus. Is to provide.

本発明の有機金属気化供給装置は、有機金属原料を貯留するための容器と、容器に接続され、かつ有機金属原料にバブリングガスを供給するためのバブリングガス供給路と、容器に接続され、かつ容器で発生した有機金属ガスおよび有機金属ガスを希釈する希釈ガスを成膜室へ供給するための有機金属ガス供給路と、有機金属ガス供給路に接続され、かつ希釈ガスを有機金属ガス供給路に供給するための希釈ガス供給路と、バブリングガス供給路に設けられ、かつバブリングガスの流量を調節するための流量調節部と、希釈ガスの圧力を調節するための圧力調節部と、有機金属ガス供給路と希釈ガス供給路との接続位置よりも下流側の有機金属ガス供給路に配置された絞り部とを備えている。絞り部は上流側のガス圧力によって通過するガスの流量を調節可能である。   An organometallic vaporization supply apparatus of the present invention is connected to a container for storing an organometallic raw material, a bubbling gas supply path connected to the container and supplying a bubbling gas to the organometallic raw material, and the container, and An organic metal gas supply path for supplying an organic metal gas generated in the container and a dilution gas for diluting the organic metal gas to the film forming chamber, and an organic metal gas supply path connected to the organic metal gas supply path. A dilution gas supply path for supplying to the gas, a bubbling gas supply path, a flow rate adjusting unit for adjusting the flow rate of the bubbling gas, a pressure adjusting unit for adjusting the pressure of the dilution gas, and an organic metal And a throttling portion disposed in the organometallic gas supply path downstream from the connection position between the gas supply path and the dilution gas supply path. The throttle portion can adjust the flow rate of the gas passing by the upstream gas pressure.

本発明の有機金属気化供給装置によれば、有機金属ガス供給路のガス圧力が実質的に圧力調節部によって調節され、有機金属ガス供給路のガス圧力によって成膜室へ供給するガスの流量が調節される。このため、成膜室に導入する有機金属ガスの流量を流量調節部と圧力調節部とによって調節することができる。その結果、希釈ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラが不要になるので、装置の簡素化を図ることができる。   According to the organometallic vaporization supply apparatus of the present invention, the gas pressure in the organometallic gas supply path is substantially adjusted by the pressure regulator, and the flow rate of the gas supplied to the film forming chamber is controlled by the gas pressure in the organometallic gas supply path. Adjusted. For this reason, the flow rate of the organometallic gas introduced into the film formation chamber can be adjusted by the flow rate adjusting unit and the pressure adjusting unit. As a result, a mass flow controller for controlling the flow rate of the dilution gas is not required, so that the apparatus can be simplified.

上記有機金属気化供給装置において好ましくは、流量調節部は、上流側のガス圧力および下流側のガス圧力によって通過するガスの流量を調節可能であるバブリングガス用素子と、バブリングガス用素子よりも上流側に配置され、かつバブリングガス供給路の圧力を調節するためのバブリングガス圧力調節部とを有している。   Preferably, in the organometallic vaporization supply apparatus, the flow rate adjusting unit includes a bubbling gas element capable of adjusting a flow rate of the gas passing by an upstream gas pressure and a downstream gas pressure, and an upstream side of the bubbling gas element. And a bubbling gas pressure adjusting unit for adjusting the pressure of the bubbling gas supply passage.

これにより、バブリングガスの流量をバブリングガス圧力調節部による圧力調節によって制御することができる。したがって、バブリングガスの流量を制御するためのマスフローコントローラが不要になり、装置の一層の簡素化を図ることができる。加えて、バブリングガス圧力調節部によってバブリングガスの圧力が調節可能であるので、流量調節部よりも上流側におけるバブリングガスの圧力が急激に変動しても、その変動が下流側に影響を及ぼすのを防止することができる。   Accordingly, the flow rate of the bubbling gas can be controlled by adjusting the pressure by the bubbling gas pressure adjusting unit. Therefore, a mass flow controller for controlling the flow rate of the bubbling gas is not necessary, and the apparatus can be further simplified. In addition, since the bubbling gas pressure can be adjusted by the bubbling gas pressure adjusting unit, even if the bubbling gas pressure upstream of the flow rate adjusting unit fluctuates rapidly, the fluctuation affects the downstream side. Can be prevented.

上記有機金属気化供給装置において好ましくは、有機金属ガス供給路は第1供給路と第2供給路とを有しており、絞り部は第1供給路に設けられた第1絞り部と第2供給路に設けられた第2絞り部とを有している。第1供給路と第2供給路とは上記接続位置よりも下流側と、第1絞り部および第2絞り部の下流側とにおいて接続されている。バブリングガスの種類を第1バブリングガスと第2バブリングガスとの間で切り換えるための第1切り換え手段と、第1供給路と第2供給路との間で有機金属ガスおよび希釈ガスの流路を切り換えるための第2切り換え手段とがさらに備えられている。   Preferably, in the organometallic vaporization supply apparatus, the organometallic gas supply path includes a first supply path and a second supply path, and the throttle section includes a first throttle section and a second throttle section provided in the first supply path. And a second throttle portion provided in the supply path. The first supply path and the second supply path are connected downstream of the connection position and downstream of the first throttle part and the second throttle part. A first switching means for switching the type of the bubbling gas between the first bubbling gas and the second bubbling gas; and a flow path for the organometallic gas and the dilution gas between the first supply path and the second supply path. And a second switching means for switching.

これにより、バブリングガスの種類に応じて、絞り部を第1絞り部および第2絞り部から選択して使用することができる。その結果、使用するバブリングガスの変更に伴なって成膜室に導入されるガスの流量特性が変化するのを抑止することができる。   Thereby, according to the kind of bubbling gas, a throttle part can be selected and used from a 1st throttle part and a 2nd throttle part. As a result, it is possible to prevent the flow rate characteristics of the gas introduced into the film formation chamber from changing as the bubbling gas used is changed.

上記有機金属気化供給装置において好ましくは、バブリングガス供給路に第1バブリングガスを供給し、かつ有機金属ガスの流路を第1供給路に切り換えた場合であって、かつ第1絞り部の上流側のガス圧力が所定値である場合における第1絞り部を通過するガスの流量と、バブリングガス供給路に第2バブリングガスを供給し、かつ有機金属ガスの流路を第2供給路に切り換えた場合であって、かつ第2絞り部の上流側のガス圧力が上記所定値である場合における第2絞り部を通過するガスの流量とが等しくなるように、第1絞り部および第2絞り部が構成されている。   In the organometallic vaporization supply apparatus, preferably, the first bubbling gas is supplied to the bubbling gas supply path, and the flow path of the organometallic gas is switched to the first supply path, and upstream of the first throttle unit. When the gas pressure on the side is a predetermined value, the flow rate of the gas passing through the first restrictor, the second bubbling gas is supplied to the bubbling gas supply path, and the organometallic gas flow path is switched to the second supply path And when the gas pressure on the upstream side of the second throttle portion is the predetermined value, the flow rate of the gas passing through the second throttle portion is equalized. The part is composed.

これにより、使用するバブリングガスを第1バブリングガスから第2バブリングガスへ変更しても、成膜室に導入されるガスの流量を等しくすることができる。   Thereby, even if the bubbling gas to be used is changed from the first bubbling gas to the second bubbling gas, the flow rate of the gas introduced into the film forming chamber can be made equal.

上記有機金属気化供給装置において好ましくは、希釈ガス供給路に設けられ、かつ希釈ガスの流量を測定するための希釈ガス流量測定部がさらに備えられている。   Preferably, the organometallic vaporization supply apparatus further includes a dilution gas flow rate measurement unit that is provided in the dilution gas supply path and measures the flow rate of the dilution gas.

これにより、バブリングガスの種類を切り換えた場合に、容器内部が切り換え後のバブリングガスで置換されたか否かを希釈ガスの流量によって判断することができるので、プレバブリングの時間を短縮することができる。   Thus, when the type of the bubbling gas is switched, it can be determined from the flow rate of the dilution gas whether or not the inside of the container has been replaced with the switched bubbling gas, so that the pre-bubbling time can be shortened. .

上記有機金属気化供給装置において好ましくは、希釈ガス流量測定部は、上流側のガス圧力および下流側のガス圧力によって通過するガスの流量を調節可能である希釈ガス用素子と、希釈ガス用素子よりも上流側の圧力を測定するための希釈ガス用圧力計と、希釈ガス用素子の温度を測定するための温度計とを有している。   Preferably, in the organometallic vaporization supply apparatus, the dilution gas flow rate measurement unit includes a dilution gas element capable of adjusting a flow rate of the gas passing by an upstream gas pressure and a downstream gas pressure, and a dilution gas element. Also has a dilution gas pressure gauge for measuring the pressure on the upstream side and a thermometer for measuring the temperature of the dilution gas element.

これにより、希釈ガス用圧力計の測定値から希釈ガス用素子を通過するガスの流量を計算することができる。   Accordingly, the flow rate of the gas passing through the dilution gas element can be calculated from the measurement value of the dilution gas pressure gauge.

本発明のMOCVD装置は、上記の有機金属気化供給装置と、成膜に用いられる他のガスを成膜室に供給するためのガス供給路と、有機金属ガスと他のガスとを用いて成膜を行なうための成膜室とを備えている。これにより、MOCVD装置の簡素化を図ることができる。また、多数の原料ガスを使用して成膜を行なうことができる。   The MOCVD apparatus of the present invention comprises the above-described organometallic vaporization supply apparatus, a gas supply path for supplying another gas used for film formation to the film formation chamber, an organic metal gas and another gas. And a film formation chamber for film formation. Thereby, simplification of the MOCVD apparatus can be achieved. Further, film formation can be performed using a large number of source gases.

本発明の有機金属気相成長方法は、バブリングガスの流量を調節してバブリングガスを有機金属原料に供給する流量調節工程と、希釈ガスの圧力を調節する圧力調節工程と、流量調節工程および圧力調節工程後、有機金属原料から発生する有機金属ガスと希釈ガスとを混合して混合ガスを得る混合工程と、混合工程後、絞り部を通して混合ガスを成膜室へ供給して成膜を行なう成膜工程とを備えている。絞り部は上流側のガス圧力によって通過するガスの流量を調節可能である。   The metal organic chemical vapor deposition method of the present invention includes a flow rate adjusting step for adjusting the flow rate of a bubbling gas to supply the bubbling gas to the organometallic raw material, a pressure adjusting step for adjusting the pressure of the dilution gas, a flow rate adjusting step and a pressure. After the adjusting step, a mixing step of mixing the organometallic gas generated from the organometallic raw material and a dilution gas to obtain a mixed gas, and after the mixing step, the mixed gas is supplied to the film forming chamber through the throttle portion to perform film formation. A film forming step. The throttle portion can adjust the flow rate of the gas passing by the upstream gas pressure.

本発明の有機金属気相成長方法によれば、有機金属ガスと希釈ガスとの混合ガスの圧力が実質的に圧力調節工程によって調節され、この混合ガスの圧力によって成膜室へ供給するガスの流量が調節される。このため、成膜室に導入する有機金属ガスの流量を流量調節工程と圧力調節工程とによって調節することができる。その結果、希釈ガスの流量を制御するためにマスフローコントローラを用いる必要がなくなるので、装置の簡素化を図ることができる。   According to the organometallic vapor phase growth method of the present invention, the pressure of the mixed gas of the organometallic gas and the dilution gas is substantially adjusted by the pressure adjusting step, and the gas supplied to the film forming chamber is controlled by the pressure of the mixed gas. The flow rate is adjusted. For this reason, the flow rate of the organometallic gas introduced into the film formation chamber can be adjusted by the flow rate adjusting step and the pressure adjusting step. As a result, since it is not necessary to use a mass flow controller to control the flow rate of the dilution gas, the apparatus can be simplified.

上記有機金属気相成長方法において好ましくは、絞り部は第1絞り部と第2絞り部とを有しており、成膜工程は、希釈ガスまたはバブリングガスの種類に応じて、混合ガスを通す絞り部を第1絞り部から第2絞り部へと切り換える切換工程を含んでいる。   Preferably, in the metal organic vapor phase epitaxy method, the constriction section has a first constriction section and a second constriction section, and the film forming step passes a mixed gas according to the type of dilution gas or bubbling gas. A switching step of switching the aperture portion from the first aperture portion to the second aperture portion is included.

これにより、バブリングガスの種類に応じて、絞り部を第1絞り部および第2絞り部から選択して使用することができる。その結果、使用するバブリングガスの変更に伴なって成膜室に導入されるガスの流量特性が変化するのを抑止することができる。   Thereby, according to the kind of bubbling gas, a throttle part can be selected and used from a 1st throttle part and a 2nd throttle part. As a result, it is possible to prevent the flow rate characteristics of the gas introduced into the film formation chamber from changing as the bubbling gas used is changed.

上記有機金属気相成長方法において好ましくは、希釈ガスの流量を測定する測定工程がさらに備えられている。測定工程において希釈ガスの流量が一定値に収束した後で成膜工程を行なう。   Preferably, the organometallic vapor phase growth method further includes a measurement step of measuring the flow rate of the dilution gas. In the measurement process, the film forming process is performed after the flow rate of the dilution gas converges to a constant value.

これにより、バブリングガスの種類を切り換えた場合に、容器内部が切り換え後のバブリングガスで置換されたか否かを希釈ガスの流量によって判断することができるので、プレバブリングの時間を短縮することができる。   Thus, when the type of the bubbling gas is switched, it can be determined from the flow rate of the dilution gas whether or not the inside of the container has been replaced with the switched bubbling gas, so that the pre-bubbling time can be shortened. .

上記有機金属気相成長方法において好ましくは、成膜工程において化合物半導体を成膜し、より好ましくは上記化合物半導体はAlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)よりなっている。 Preferably, in the metal organic chemical vapor deposition method, a compound semiconductor is formed in the film forming step, and more preferably, the compound semiconductor is Al x Ga y In 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1). , 0 ≦ x + y ≦ 1).

化合物半導体、特にAlxGayIn1-x-yNを成膜する際には多数の原料ガスを使用するので、本発明の有機金属気相成長方法が適している。 Since a large number of source gases are used when forming a compound semiconductor, particularly Al x Ga y In 1-xy N, the metal organic vapor phase epitaxy method of the present invention is suitable.

本発明のガス流量調節器は、上流側のガス圧力および下流側のガス圧力によって通過するガスの流量を調節可能である素子と、素子よりも下流側の圧力を測定するための第1の圧力計と、素子よりも上流側の圧力を測定するための第2の圧力計と、素子の温度を測定するための温度計と、素子よりも上流側のガスの圧力を調節するための圧力調節部とを備えている。   The gas flow controller of the present invention includes an element capable of adjusting a flow rate of a gas passing therethrough by an upstream gas pressure and a downstream gas pressure, and a first pressure for measuring a pressure downstream of the element. A second pressure gauge for measuring the pressure upstream of the element, a thermometer for measuring the temperature of the element, and a pressure adjustment for adjusting the pressure of the gas upstream of the element Department.

本発明のガス流量調節器によれば、第1の圧力計の測定値および第2の圧力計の測定値に基づいて素子よりも上流側のガス圧力を調節し、それにより素子を通過するガスの流量を調節することができる。その結果、ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラが不要になるので、装置の簡素化を図ることができる。   According to the gas flow rate regulator of the present invention, the gas pressure upstream of the element is adjusted based on the measurement value of the first pressure gauge and the measurement value of the second pressure gauge, and thereby the gas passing through the element The flow rate of can be adjusted. As a result, a mass flow controller for controlling the gas flow rate is not necessary, and the apparatus can be simplified.

本発明の半導体製造装置は、基板を処理するための基板処理室と、基板処理室に接続され、かつ基板処理室にガスを供給するための複数の管路と、複数の管路のうち少なくともいずれか1つに設けられた上記のガス流量調節器とを備えている。複数の管路はガス流量調節器よりも上流側において互いに接続している。   A semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention includes a substrate processing chamber for processing a substrate, a plurality of conduits connected to the substrate processing chamber and for supplying gas to the substrate processing chamber, and at least of the plurality of conduits The gas flow rate regulator provided in any one of the above is provided. The plurality of pipelines are connected to each other on the upstream side of the gas flow controller.

本発明の半導体製造装置によれば、第1の圧力計の測定値および第2の圧力計の測定値に基づいて素子よりも上流側のガス圧力を調節し、それにより素子を通過するガスの流量を調節することができる。その結果、ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラが不要になるので、装置の簡素化を図ることができる。   According to the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, the gas pressure on the upstream side of the element is adjusted based on the measured value of the first pressure gauge and the measured value of the second pressure gauge, and thereby the gas passing through the element is adjusted. The flow rate can be adjusted. As a result, a mass flow controller for controlling the gas flow rate is not necessary, and the apparatus can be simplified.

本発明の半導体製造方法は、上記半導体製造装置を用いた製造方法であって、素子よりも上流側の圧力を圧力調節部により調節する工程を備えている。   The semiconductor manufacturing method of the present invention is a manufacturing method using the semiconductor manufacturing apparatus, and includes a step of adjusting the pressure upstream of the element by the pressure adjusting unit.

本発明の半導体製造方法によれば、素子よりも上流側の圧力に変動が生じても、ガス流量調節器によって調節されるガス流量が変化しにくくなる。   According to the semiconductor manufacturing method of the present invention, even if the pressure on the upstream side of the element varies, the gas flow rate adjusted by the gas flow rate regulator hardly changes.

上記製造装置は、好ましくは半導体、より好ましくは窒化物系化合物半導体を気相成長により基板上に形成するための装置である。また、好ましくは上記気相成長はハイドライド気相成長法または有機金属気相成長法である。   The manufacturing apparatus is preferably an apparatus for forming a semiconductor, more preferably a nitride compound semiconductor, on a substrate by vapor phase growth. Preferably, the vapor phase growth is a hydride vapor phase growth method or a metal organic vapor phase growth method.

上記製造方法は、好ましくは半導体、より好ましくは窒化物系化合物半導体を気相成長により基板上に形成する工程をさらに備えている。また、好ましくは上記気相成長はハイドライド気相成長法または有機金属気相成長法である。   The manufacturing method preferably further includes a step of forming a semiconductor, more preferably a nitride compound semiconductor, on the substrate by vapor phase growth. Preferably, the vapor phase growth is a hydride vapor phase growth method or a metal organic vapor phase growth method.

本発明の有機金属気化供給装置、有機金属気相成長装置、有機金属気相成長方法、ガス流量調節器、半導体製造装置、および半導体製造方法によれば、装置の簡素化を図ることができる。   According to the organometallic vaporization supply apparatus, organometallic vapor phase growth apparatus, organometallic vapor phase growth method, gas flow rate regulator, semiconductor manufacturing apparatus, and semiconductor manufacturing method of the present invention, the apparatus can be simplified.

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における有機金属気化供給装置の構成を概略的に示す図である。図1を参照して、本実施の形態における有機金属気化供給装置は、貯留容器1と、バブリングガス供給路3と、有機金属ガス供給路5と、希釈ガス供給路7と、ガス流量調節器としての流量調節部9と、恒温槽10と、圧力調節部11と、絞り部としての音速ノズルSと、バルブV3およびV4と、温度計T2とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an organometallic vaporization supply apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. With reference to FIG. 1, the organometallic vaporization supply apparatus in this Embodiment is the storage container 1, the bubbling gas supply path 3, the organometallic gas supply path 5, the dilution gas supply path 7, and the gas flow regulator. As a flow rate adjusting unit 9, a thermostat 10, a pressure adjusting unit 11, a sonic nozzle S as a throttle unit, valves V3 and V4, and a thermometer T2.

貯留容器1内には有機金属原料13の液体が貯留されており、貯留容器1の上流側にはバブリングガス供給路3が接続されている。バブリングガス供給路3は有機金属原料13の内部に達するように延在している。バブリングガス供給路3にはバブリングガスの流量を調節するための流量調節部9が設けられている。貯留容器1の下流側には有機金属ガス供給路5が接続されている。有機金属ガス供給路5は液体の有機金属原料13に接触しない位置に接続されている。希釈ガス供給路7は位置Aにおいて有機金属ガス供給路5に接続されている。希釈ガス供給路7には希釈ガスの圧力を調節するための圧力調節部11が設けられている。位置Aよりも下流側の有機金属ガス供給路5には、上流側から順に音速ノズルSと温度計T2とが設けられている。有機金属ガス供給路5は下流側において図示しない成膜室へ接続されている。   A liquid of the organometallic raw material 13 is stored in the storage container 1, and a bubbling gas supply path 3 is connected to the upstream side of the storage container 1. The bubbling gas supply path 3 extends so as to reach the inside of the organometallic raw material 13. The bubbling gas supply path 3 is provided with a flow rate adjusting unit 9 for adjusting the flow rate of the bubbling gas. An organometallic gas supply path 5 is connected to the downstream side of the storage container 1. The organometallic gas supply path 5 is connected to a position where it does not contact the liquid organometallic raw material 13. Dilution gas supply path 7 is connected to organometallic gas supply path 5 at position A. The dilution gas supply path 7 is provided with a pressure adjusting unit 11 for adjusting the pressure of the dilution gas. A sonic nozzle S and a thermometer T2 are provided in order from the upstream side in the organometallic gas supply path 5 on the downstream side of the position A. The organometallic gas supply path 5 is connected to a film forming chamber (not shown) on the downstream side.

音速ノズルSは、音速ノズルSの上流側のガス圧力PA1と音速ノズルSの下流側のガス圧力PA2との比PA2/PA1がある値(臨界圧力比)以下になると、音速ノズルSを通過するガスの流速が音速に等しくなるという性質を有している。その結果、音速ノズルSを通過するガスの流量は下流側のガス圧力に依存しなくなり、上流側のガス圧力と音速ノズルSの温度とによって、音速ノズルSを通過するガスの流量が調節可能となる。具体的には、音速ノズルSを通過するガスの流量Qは以下の式(1)で表わされる。   The sonic nozzle S passes through the sonic nozzle S when the ratio PA2 / PA1 between the gas pressure PA1 upstream of the sonic nozzle S and the gas pressure PA2 downstream of the sonic nozzle S falls below a certain value (critical pressure ratio). It has the property that the flow rate of gas is equal to the speed of sound. As a result, the flow rate of the gas passing through the sonic nozzle S does not depend on the downstream gas pressure, and the flow rate of the gas passing through the sonic nozzle S can be adjusted by the upstream gas pressure and the temperature of the sonic nozzle S. Become. Specifically, the flow rate Q of the gas passing through the sonic nozzle S is expressed by the following equation (1).

Q=A×Cd×PA1×(Mw×Cp/Cv/R/T)1/2 ・・(1)
ここで、Aは定数、Cdは流出係数と呼ばれる、ガスの種類で異なる係数、Mwは気体のモル質量、Cpは定圧比熱、Cvは定容比熱、Rは気体定数、Tは音速ノズルSの温度である。たとえば臨界圧力比PA2/PA1が0.52の場合であって成膜室側(下流側)のガス圧力PA2が大気圧の場合、音速ノズルSの上流側の圧力PA1を195kPa以上とする必要がある。音速ノズルSの上流側のガス圧力PA1と、音速ノズルを通過するガスの流量との関係の一例を図2および表1に示す。
Q = A × Cd × PA1 × (Mw × Cp / Cv / R / T) 1/2 (1)
Here, A is a constant, Cd is an outflow coefficient, a coefficient that varies depending on the type of gas, Mw is the molar mass of the gas, Cp is the constant pressure specific heat, Cv is the constant volume specific heat, R is the gas constant, and T is the sonic nozzle S. Temperature. For example, when the critical pressure ratio PA2 / PA1 is 0.52 and the gas pressure PA2 on the deposition chamber side (downstream side) is atmospheric pressure, the pressure PA1 upstream of the sonic nozzle S needs to be 195 kPa or more. is there. An example of the relationship between the gas pressure PA1 upstream of the sonic nozzle S and the flow rate of the gas passing through the sonic nozzle is shown in FIG.

Figure 2008166670
Figure 2008166670

図2および表1を参照して、音速ノズルSを通過するガスの流量が音速ノズルSの上流側のガス圧力PA1にほぼ比例していることが分かる。   2 and Table 1, it can be seen that the flow rate of the gas passing through the sonic nozzle S is substantially proportional to the gas pressure PA1 on the upstream side of the sonic nozzle S.

圧力調節部11は、上流側から順にバルブV1と、圧力計P1とを有している。バルブV1と圧力計P1とは互いに電気的に接続されている。   The pressure adjusting unit 11 includes a valve V1 and a pressure gauge P1 in order from the upstream side. The valve V1 and the pressure gauge P1 are electrically connected to each other.

図1を参照して、流量調節部9は、上流側から順にバブリング調節部としてのバルブV2と、圧力計P2と、バブリングガス用素子としての層流素子Fと、圧力計P3と、温度計T1とを有している。バルブV2と圧力計P2とは互いに電気的に接続されている。層流素子Fは、たとえば複数のパイプを束ねたような形状や、多孔質のフィルタのような形状を有しており、層流素子Fの上流側のガス圧力PB1および層流素子Fの下流側のガス圧力PB2と、層流素子Fの温度とによって、層流素子Fを通過するガスの流量を調節可能である。具体的には、図1において層流素子を通過するガスの流量Qは、式(3)で表わされるQmを用いて、以下の式(2)で表わされる。   Referring to FIG. 1, a flow rate adjustment unit 9 includes a valve V2 as a bubbling adjustment unit, a pressure gauge P2, a laminar flow element F as a bubbling gas element, a pressure gauge P3, and a thermometer in order from the upstream side. T1. The valve V2 and the pressure gauge P2 are electrically connected to each other. The laminar flow element F has, for example, a shape in which a plurality of pipes are bundled or a shape like a porous filter, and the gas pressure PB1 on the upstream side of the laminar flow element F and the downstream of the laminar flow element F. The flow rate of the gas passing through the laminar flow element F can be adjusted by the gas pressure PB2 on the side and the temperature of the laminar flow element F. Specifically, the flow rate Q of the gas passing through the laminar flow element in FIG. 1 is represented by the following formula (2) using Qm represented by the formula (3).

Q=((B2+4A×Qm)1/2−B)/2A ・・(2)
Qm=(PB1−PB2)×(PB1+PB2+α)×C/T ・・(3)
ここで、A、B、Cは定数であり、Tは層流素子Fの温度である。層流素子Fの上流側のガス圧力PB1および下流側のガス圧力PB2の差圧と、層流素子Fを通過するガスの流量との関係の一例を図3に示す。
Q = ((B 2 + 4A × Qm) 1/2 −B) / 2A (2)
Qm = (PB1-PB2) × (PB1 + PB2 + α) × C / T (3)
Here, A, B, and C are constants, and T is the temperature of the laminar flow element F. An example of the relationship between the differential pressure between the upstream gas pressure PB1 and the downstream gas pressure PB2 of the laminar flow element F and the flow rate of the gas passing through the laminar flow element F is shown in FIG.

図3を参照して、下流側の圧力PB2が161kPa、201kPa、および241kPaのいずれの場合にも、層流素子Fを通過するガスの流量が層流素子Fの上流側のガス圧力PB1と下流側の圧力PB2との差で計算できることが分かる。   Referring to FIG. 3, the flow rate of the gas passing through laminar flow element F is the same as that of gas pressure PB1 on the upstream side of laminar flow element F and the downstream side when pressure PB2 on the downstream side is 161 kPa, 201 kPa, and 241 kPa. It can be seen that the difference can be calculated with the pressure PB2 on the side.

図1を参照して、本実施の形態における有機金属気化供給装置においては、以下のようにして有機金属ガスが成膜室へ供給され、成膜が行なわれる。   Referring to FIG. 1, in the organometallic vaporization supply apparatus according to the present embodiment, an organometallic gas is supplied to the deposition chamber as described below, and deposition is performed.

まず、バルブV2を開くことによりバブリングガス供給路3へバブリングガスが供給される。バブリングガスは流量調節部9によってその流量が調節され、バルブV3を介して貯留容器1内へ導入される(流量調節工程)。すなわち、バルブV2と層流素子Fとの間におけるバブリングガス供給路3のガス圧力(層流素子Fの上流側のガス圧力)PB1が、圧力計P2の値に応じてバルブV2によって調節される。また、層流素子Fの下流側のガス圧力PB2が、圧力計P3の値に応じて後述するバルブV1の操作によって実質的に調節される。さらに層流素子Fの温度が温度計T1で計測される。そして、層流素子Fの温度に応じて圧力PB1および圧力PB2を適切に制御することによって、貯留容器1へ導入されるバブリングガスの流量が制御される。バブリングガスが貯留容器1内に導入され有機金属原料13に供給されると、供給されたバブリングガスの量に応じた量の有機金属ガスがバブリングにより発生する。そして、発生した有機金属ガスおよび一部のバブリングガスがバルブV4を介して有機金属ガス供給路5へ導入される。一方、バルブV1を開くことにより希釈ガス供給路7へ希釈ガスが供給される。希釈ガスは圧力調節部11によってその圧力が調節され(圧力調節工程)、希釈ガス供給路7を通じて有機金属ガス供給路5に供給される。圧力調節部11において、希釈ガスは圧力計P1の値に応じてバルブV1によってその圧力が調節される。有機金属ガス供給路5に供給された希釈ガスは、有機金属ガスおよびバブリングガスと混合され、混合ガスとされる(混合工程)。混合ガスは音速ノズルSを通じて適切な流量とされて成膜室へ供給され、成膜が行なわれる(成膜工程)。   First, bubbling gas is supplied to the bubbling gas supply path 3 by opening the valve V2. The flow rate of the bubbling gas is adjusted by the flow rate adjusting unit 9 and introduced into the storage container 1 through the valve V3 (flow rate adjusting step). In other words, the gas pressure (gas pressure upstream of the laminar flow element F) PB1 in the bubbling gas supply path 3 between the valve V2 and the laminar flow element F is adjusted by the valve V2 according to the value of the pressure gauge P2. . Further, the gas pressure PB2 on the downstream side of the laminar flow element F is substantially adjusted by the operation of a valve V1, which will be described later, according to the value of the pressure gauge P3. Further, the temperature of the laminar flow element F is measured by the thermometer T1. Then, the flow rate of the bubbling gas introduced into the storage container 1 is controlled by appropriately controlling the pressure PB1 and the pressure PB2 according to the temperature of the laminar flow element F. When the bubbling gas is introduced into the storage container 1 and supplied to the organometallic raw material 13, an amount of the organometallic gas corresponding to the amount of the supplied bubbling gas is generated by bubbling. Then, the generated organometallic gas and a part of the bubbling gas are introduced into the organometallic gas supply path 5 through the valve V4. On the other hand, the dilution gas is supplied to the dilution gas supply path 7 by opening the valve V1. The pressure of the dilution gas is adjusted by the pressure adjustment unit 11 (pressure adjustment step), and the dilution gas is supplied to the organometallic gas supply path 5 through the dilution gas supply path 7. In the pressure adjusting unit 11, the pressure of the dilution gas is adjusted by the valve V1 according to the value of the pressure gauge P1. The dilution gas supplied to the organometallic gas supply path 5 is mixed with the organometallic gas and the bubbling gas to form a mixed gas (mixing step). The mixed gas is supplied at an appropriate flow rate through the sonic nozzle S and is supplied to the film forming chamber to form a film (film forming process).

ここで、希釈ガス供給路7は有機金属ガス供給路5と接続されているので、圧力計P1で計測される圧力は、音速ノズルSの上流側における有機金属ガス供給路5の圧力PA1に等しくなる。この圧力PA1は、有機金属ガスとバブリングガスと希釈ガスとを合わせた圧力となっており、バルブV1によって圧力PA1を実質的に制御することができる。音速ノズルSにおいては、温度計T2の値に基づいて、圧力計P1で計測される圧力をバルブV1により適切な値に調節することによって、音速ノズルSの下流側へ流れるガス(有機ガス)の流量が制御される。なお、バルブV3およびバルブV4が開いている状態では、圧力計P1で計測される圧力と、音速ノズルSの上流側の圧力PA1と、圧力計P3で計測される圧力PA2とがほぼ等しくなる。このため、層流素子Fの下流側のガス圧力PB2がバルブV1の操作によって実質的に調節可能となる。厳密には、液体の有機金属原料13の量に相当する圧力だけPA2(=PB2)は高くなる。   Here, since the dilution gas supply path 7 is connected to the organometallic gas supply path 5, the pressure measured by the pressure gauge P1 is equal to the pressure PA1 of the organometallic gas supply path 5 on the upstream side of the sonic nozzle S. Become. The pressure PA1 is a pressure obtained by combining the organometallic gas, the bubbling gas, and the dilution gas, and the pressure PA1 can be substantially controlled by the valve V1. In the sonic nozzle S, the pressure of the gas (organic gas) flowing downstream of the sonic nozzle S is adjusted by adjusting the pressure measured by the pressure gauge P1 to an appropriate value based on the value of the thermometer T2. The flow rate is controlled. When the valve V3 and the valve V4 are open, the pressure measured by the pressure gauge P1, the pressure PA1 upstream of the sonic nozzle S, and the pressure PA2 measured by the pressure gauge P3 are substantially equal. For this reason, the gas pressure PB2 downstream of the laminar flow element F can be substantially adjusted by operating the valve V1. Strictly speaking, PA2 (= PB2) is increased by a pressure corresponding to the amount of the liquid organometallic raw material 13.

なお、貯留容器1は恒温槽10の中に配置されており、有機金属原料13は恒温槽10によって液温が一定に保たれており、それによって蒸気圧も一定に保たれている。これにより、全圧(圧力PA1)中の有機金属ガスの圧力が一定に制御され、バブリングガスの流量中で有機金属ガスの分圧に相当する量の有機金属ガスが有機金属ガス供給路5に供給されるよう制御される。   In addition, the storage container 1 is arrange | positioned in the thermostat 10, The liquid temperature of the organometallic raw material 13 is kept constant by the thermostat 10, and, thereby, the vapor pressure is also kept constant. Thereby, the pressure of the organometallic gas in the total pressure (pressure PA1) is controlled to be constant, and an amount of organometallic gas corresponding to the partial pressure of the organometallic gas in the flow rate of the bubbling gas is supplied to the organometallic gas supply path 5. Controlled to be supplied.

本実施の形態における有機金属気化供給装置は、有機金属原料13を貯留するための貯留容器1と、貯留容器1に接続され、かつ有機金属原料13にバブリングガスを供給するためのバブリングガス供給路3と、貯留容器1に接続され、かつ貯留容器1で発生した有機金属ガスおよび希釈ガスを成膜室へ供給するための有機金属ガス供給路5と、有機金属ガス供給路5に接続され、かつ希釈ガスを有機金属ガス供給路5に供給するための希釈ガス供給路7と、バブリングガス供給路3に設けられ、バブリングガスの流量を調節するための流量調節部9と、希釈ガスの圧力を調節するための圧力調節部11と、位置Aよりも下流側の有機金属ガス供給路5に配置された音速ノズルSとを備えている。音速ノズルSは上流側のガス圧力によって通過するガスの流量を調節可能である。   The organometallic vaporization supply apparatus in the present embodiment includes a storage container 1 for storing the organometallic raw material 13, and a bubbling gas supply path that is connected to the storage container 1 and supplies a bubbling gas to the organic metal raw material 13. 3, connected to the storage container 1 and connected to the organometallic gas supply path 5 for supplying the organic metal gas and dilution gas generated in the storage container 1 to the film forming chamber, and the organometallic gas supply path 5, Further, a dilution gas supply path 7 for supplying the dilution gas to the organometallic gas supply path 5, a flow rate adjusting unit 9 for adjusting the flow rate of the bubbling gas provided in the bubbling gas supply path 3, and the pressure of the dilution gas And a sonic nozzle S arranged in the organometallic gas supply path 5 on the downstream side of the position A. The sonic nozzle S can adjust the flow rate of the gas passing by the upstream gas pressure.

本実施の形態における有機金属気化供給装置によれば、有機金属ガス供給路5のガス圧力が実質的に圧力調節部11のバルブV1によって調節され、有機金属ガス供給路5のガス圧力によって成膜室へ供給するガスの流量が調節される。このため、成膜室に導入する有機金属ガスの流量を流量調節部9と圧力調節部11とによって調節することができる。その結果、希釈ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラが不要になるので、装置の簡素化を図ることができる。さらに、装置の簡素化に伴ない有機金属気化供給装置の製造コストを低減することができ、さらにはMOCVD法による膜形成のコストを低減することができる。   According to the organometallic vaporization supply apparatus in the present embodiment, the gas pressure in the organometallic gas supply path 5 is substantially adjusted by the valve V1 of the pressure adjusting unit 11, and the film is formed by the gas pressure in the organometallic gas supply path 5. The flow rate of the gas supplied to the chamber is adjusted. For this reason, the flow rate of the organometallic gas introduced into the film forming chamber can be adjusted by the flow rate adjusting unit 9 and the pressure adjusting unit 11. As a result, a mass flow controller for controlling the flow rate of the dilution gas is not required, so that the apparatus can be simplified. Furthermore, with the simplification of the apparatus, the manufacturing cost of the organometallic vaporization supply apparatus can be reduced, and further, the cost of film formation by the MOCVD method can be reduced.

また、絞り部として音速ノズルSを採用することによって、下流側の圧力が大気圧でも使用可能となり、成膜室を大気圧にした状態で成膜を行なうことができる。これにより、特に窒化物半導体の良好な結晶を得ることができる。   Further, by adopting the sonic nozzle S as the throttle portion, the downstream pressure can be used even at atmospheric pressure, and film formation can be performed in a state where the film forming chamber is at atmospheric pressure. Thereby, a particularly good crystal of the nitride semiconductor can be obtained.

また流量調節部9は、上流側のガス圧力および下流側のガス圧力によって通過するガスの流量を調節可能である層流素子Fと、層流素子Fよりも上流側に配置され、バブリングガス供給路3の圧力を調節するためのバルブV2とを有している。   The flow rate adjusting unit 9 is arranged on the upstream side of the laminar flow element F, the laminar flow element F capable of adjusting the flow rate of the gas passing by the upstream gas pressure and the downstream gas pressure, and is supplied with a bubbling gas. And a valve V2 for adjusting the pressure in the passage 3.

これにより、バブリングガスの流量をバルブV2による圧力調節によって制御することができる。したがって、バブリングガスの流量を制御するためのマスフローコントローラが不要になり、装置の一層の簡素化を図ることができる。加えて、バルブV2によってバブリングガスの圧力が調節可能であるので、流量調節部9よりも上流側におけるバブリングガスの圧力(1次側圧力)が急激に変動しても、その変動が下流側に影響を及ぼすのを防止することができる。すなわち、バブリングガスをバブリングガス供給路3へ供給するための供給源は、他の有機金属ガスのバブリングに用いられるバブリングガス(以下、他のガスと記す)の供給や、原料を輸送するためのキャリアガスや、種々のパージガスなどにも使用されることがある。供給源を他のガスの供給に使用する場合、本実施の形態の有機金属気化供給装置にバブリングガスを供給しながら他のガスの供給を開始すると、他のガスの元の圧力が急激に減少することがある。他のガスの急激な圧力の減少は発生する有機金属ガスの量の変動を招く。本実施の形態の有機金属気化供給装置によれば、バブリングガスの圧力の急激な変動をバルブV2によって抑止できるので、有機金属ガスの量の変動を抑止することができる。その結果、成膜時の安定性および膜の均一性が向上する。   Thereby, the flow rate of the bubbling gas can be controlled by adjusting the pressure by the valve V2. Therefore, a mass flow controller for controlling the flow rate of the bubbling gas is not necessary, and the apparatus can be further simplified. In addition, since the pressure of the bubbling gas can be adjusted by the valve V2, even if the pressure of the bubbling gas (primary side pressure) on the upstream side of the flow rate adjusting unit 9 fluctuates rapidly, the fluctuation is reduced to the downstream side. It is possible to prevent the influence. That is, the supply source for supplying the bubbling gas to the bubbling gas supply path 3 is for supplying bubbling gas (hereinafter referred to as other gas) used for bubbling other organic metal gas, or for transporting raw materials. It may also be used as a carrier gas or various purge gases. When the supply source is used to supply other gas, if the supply of other gas is started while supplying the bubbling gas to the organometallic vaporization supply device of the present embodiment, the original pressure of the other gas decreases rapidly. There are things to do. The sudden decrease in pressure of other gases leads to fluctuations in the amount of generated organometallic gas. According to the organometallic vaporizing and supplying apparatus of the present embodiment, since a rapid change in the pressure of the bubbling gas can be suppressed by the valve V2, a change in the amount of the organometallic gas can be suppressed. As a result, stability during film formation and film uniformity are improved.

本実施の形態における有機金属気相成長方法は、バブリングガスの流量を調節してバブリングガスを有機金属原料13に供給する流量調節工程と、希釈ガスの圧力を調節する圧力調節工程と、流量調節工程および圧力調節工程後、有機金属原料13から発生する有機金属ガスと希釈ガスとを混合して混合ガスを得る混合工程と、混合工程後、音速ノズルSを通して混合ガスを成膜室へ供給して成膜を行なう成膜工程とを備えている。音速ノズルSは上流側のガス圧力によって通過するガスの流量を調節可能である。   The metal organic chemical vapor deposition method in the present embodiment includes a flow rate adjusting step of adjusting the flow rate of the bubbling gas to supply the bubbling gas to the organometallic raw material 13, a pressure adjusting step of adjusting the pressure of the dilution gas, and a flow rate adjustment. After the step and the pressure adjusting step, a mixed step of mixing the organometallic gas generated from the organic metal raw material 13 and the dilution gas to obtain a mixed gas, and after the mixing step, the mixed gas is supplied to the film forming chamber through the sonic nozzle S. A film forming process for forming a film. The sonic nozzle S can adjust the flow rate of the gas passing by the upstream gas pressure.

本実施の形態における有機金属気相成長方法によれば、有機金属ガスと希釈ガスとの混合ガスの圧力が実質的に圧力調節工程によって調節され、この混合ガスの圧力によって成膜室へ供給するガスの流量が調節される。このため、成膜室に導入する有機金属ガスの流量を流量調節工程と圧力調節工程とによって調節することができる。その結果、希釈ガスの流量を制御するためにマスフローコントローラを用いる必要がなくなるので、装置の簡素化を図ることができる。   According to the organometallic vapor phase growth method in the present embodiment, the pressure of the mixed gas of the organometallic gas and the dilution gas is substantially adjusted by the pressure adjusting step, and is supplied to the film forming chamber by the pressure of the mixed gas. The gas flow rate is adjusted. For this reason, the flow rate of the organometallic gas introduced into the film formation chamber can be adjusted by the flow rate adjusting step and the pressure adjusting step. As a result, since it is not necessary to use a mass flow controller to control the flow rate of the dilution gas, the apparatus can be simplified.

なお、本実施の形態においては、絞り部として音速ノズルSを用いた場合について説明したが、本発明の絞り部は音速ノズル以外のものであってもよく、上流側のガス圧力によって通過するガスの流量を調節可能であればよい。   In the present embodiment, the case where the sonic nozzle S is used as the throttle portion has been described. However, the throttle portion of the present invention may be other than the sonic nozzle, and the gas passing by the upstream gas pressure. As long as the flow rate is adjustable.

また、本実施の形態においては、流量調節部として層流素子Fを用いる場合について説明したが、本発明の流量調節部は層流素子以外のものであってもよく、バブリングガスの流量を調節するものであればよい。図4は、本発明の実施の形態1における有機金属気化供給装置の変形例を示す図である。図4においては、流量調節部9としてマスフローコントローラM1を用いている。なお、図4における流量調節部9以外の構成は図1の構成と同様であるため、その説明は繰り返さない。   In the present embodiment, the case where the laminar flow element F is used as the flow rate adjusting unit has been described. However, the flow rate adjusting unit of the present invention may be other than the laminar flow element, and adjusts the flow rate of the bubbling gas. Anything to do. FIG. 4 is a diagram showing a modification of the organometallic vaporization supply apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 4, a mass flow controller M <b> 1 is used as the flow rate adjusting unit 9. In addition, since structures other than the flow volume control part 9 in FIG. 4 are the same as that of the structure of FIG. 1, the description is not repeated.

加えて、本実施の形態における流量調節部9によれば、圧力計P2の測定値および圧力計P3の測定値に基づいて層流素子Fよりも上流側のガス圧力を調節し、それにより層流素子Fを通過するガスの流量を調節することができる。その結果、ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラが不要になるので、装置の簡素化を図ることができる。   In addition, according to the flow rate adjusting unit 9 in the present embodiment, the gas pressure upstream of the laminar flow element F is adjusted based on the measured value of the pressure gauge P2 and the measured value of the pressure gauge P3, thereby forming a layer. The flow rate of the gas passing through the flow element F can be adjusted. As a result, a mass flow controller for controlling the gas flow rate is not necessary, and the apparatus can be simplified.

なお、このようなガス流量調節器(流量調節部9)は、有機金属気化供給装置に用いられるの他に、ハイドライド気相成長(HVPE)法といった他の気相成長装置において用いても有効である。   Such a gas flow rate controller (flow rate control unit 9) is effective when used in another vapor phase growth apparatus such as a hydride vapor phase growth (HVPE) method, in addition to being used in an organic metal vaporization supply apparatus. is there.

HVPE法は、たとえば特開2000−12900号公報に開示されているように、MOCVD法以外の窒化物系化合物半導体の代表的な製造方法の一つであり、特に窒化ガリウムの自立基板を作製するのに適している。HVPE法ではMOCVD法と類似して、アンモニア、水素、窒素といったガスを用い、さらに塩化水素ガスを用いる。そして、これらの流量を正確に制御して、反応炉に導入する。流量の制御は従来は、高価なマスフローコントローラで行なわれていた。一方、本発明のガス流量調節器を用いると、これらのガスの流量を制御することが可能であるので、装置の簡素化を図ることができる。   The HVPE method is one of typical manufacturing methods of nitride-based compound semiconductors other than the MOCVD method, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-12900. In particular, a gallium nitride free-standing substrate is manufactured. Suitable for Similar to the MOCVD method, the HVPE method uses a gas such as ammonia, hydrogen, and nitrogen, and further uses a hydrogen chloride gas. These flow rates are accurately controlled and introduced into the reactor. Conventionally, the flow rate is controlled by an expensive mass flow controller. On the other hand, when the gas flow rate regulator of the present invention is used, the flow rate of these gases can be controlled, so that the apparatus can be simplified.

また本発明におけるガス流量調節器は、1次側(供給側)の圧力変動に対する、2次側の流量変動が、従来のマスフローコントローラより小さいという特徴がある。   Further, the gas flow rate regulator according to the present invention is characterized in that the flow rate fluctuation on the secondary side with respect to the pressure fluctuation on the primary side (supply side) is smaller than that of the conventional mass flow controller.

本願発明者らは、本発明のガス流量調節器の効果を確認すべく、以下の実験を行なった。具体的には、N2ガスでフルスケール1slmのマスフローコントローラおよびフルスケール50slmのマスフローコントローラで構成される従来のガス流量調節器と、本発明のガス流量調節器を用意し、これらの性能を比較した。ゲージ圧で0.2MPaのN2ガスの1次圧を、レギュレーターを用いて変動させた。N2ガスの1次圧は1秒間隔で10〜70kPaの範囲で変動させた。N2ガスの流量はそれぞれ500sccm、20slmに設定した。このときの流量変化量は、本発明のガス流量調節器では、1slmのフルスケールで±0.4%、50slmのフルスケールで±0.2%であった。一方、従来のガス流量調節器の流量変化量は、本発明のガス流量調節器よりも平均して1.5〜4倍程度大きかった。 The inventors of the present application conducted the following experiment in order to confirm the effect of the gas flow rate regulator of the present invention. Specifically, a conventional gas flow controller composed of a mass flow controller of N 2 gas with a full scale of 1 slm and a mass flow controller of full scale of 50 slm and the gas flow controller of the present invention are prepared, and their performance is compared. did. The primary pressure of N 2 gas having a gauge pressure of 0.2 MPa was varied using a regulator. The primary pressure of N 2 gas was varied in the range of 10 to 70 kPa at 1 second intervals. The flow rate of N 2 gas was set to 500 sccm and 20 slm, respectively. The flow rate change amount at this time was ± 0.4% at the full scale of 1 slm and ± 0.2% at the full scale of 50 slm in the gas flow rate regulator of the present invention. On the other hand, the amount of change in the flow rate of the conventional gas flow controller is on average about 1.5 to 4 times larger than that of the gas flow controller of the present invention.

この結果は、本発明のガス流量調節器では、圧力制御弁がレギュレーターの役目も果たすため、本質的に1次側の圧力変動に強いことに起因している。一方、従来のマスフローコントローラでは流量センサの下流に流量調節弁があるため、1次側の圧力変動による測定流量の変動を受けやすい。以上により、本発明のガス流量調節器によれば、従来に比べて簡素な構成を実現することができ、かつ安価であり、かつ高精度化を図ることができる。   This result is due to the fact that, in the gas flow rate regulator of the present invention, the pressure control valve also serves as a regulator, and thus is inherently resistant to pressure fluctuations on the primary side. On the other hand, since the conventional mass flow controller has a flow rate adjusting valve downstream of the flow rate sensor, it is susceptible to fluctuations in the measured flow rate due to pressure fluctuations on the primary side. As described above, according to the gas flow controller of the present invention, it is possible to realize a simple configuration as compared with the prior art, it is inexpensive, and high accuracy can be achieved.

(実施の形態2)
図5は、本発明の実施の形態2におけるMOCVD装置の構成を概略的に示す図である。図5を参照して、本実施の形態におけるMOCVD装置は、有機金属気化供給装置20と、ガス供給路19と、成膜室17とを備えている。有機金属気化供給装置20とガス供給路19とは、共に成膜室17に接続されており、互いに異なるガスを成膜室17に供給する。
(Embodiment 2)
FIG. 5 schematically shows a configuration of the MOCVD apparatus in the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the MOCVD apparatus in the present embodiment includes an organometallic vaporization supply apparatus 20, a gas supply path 19, and a film formation chamber 17. The organometallic vaporization supply device 20 and the gas supply path 19 are both connected to the film forming chamber 17 and supply different gases to the film forming chamber 17.

本実施の形態における有機金属気化供給装置20は、バブリングガスおよび希釈ガスとしてH2またはN2を用いることができ、バブリングガスおよび希釈ガスの種類に応じて音速ノズルを切り換えることができる点において、実施の形態1の有機金属気化供給装置と異なっている。以下、有機金属気化供給装置20の構成について説明する。 The organometallic vaporization supply apparatus 20 in the present embodiment can use H 2 or N 2 as the bubbling gas and the dilution gas, and can switch the sonic nozzle according to the type of the bubbling gas and the dilution gas. This is different from the organometallic vaporization supply apparatus of the first embodiment. Hereinafter, the configuration of the organometallic vaporizer 20 will be described.

有機金属気化供給装置20においては、バルブV2よりも上流側のバブリングガス供給路3と、バルブV1よりも上流側の希釈ガス供給路7とを接続する接続路15が設けられている。また、接続路15の接続位置よりもさらに上流側のバブリングガス供給路3にはバルブV6が設けられており、接続路15の接続位置よりもさらに上流側の希釈ガス供給路7にはバルブV5が設けられている。バルブV5およびバルブV6と、接続路15とは、バブリングガス供給路3へ供給するバブリングガスおよび希釈ガス供給路7へ供給する希釈ガスの種類をH2およびN2の間で切り換えるための切り換え手段(第1切り換え手段)である。 In the organic metal vaporization supply device 20, a connection path 15 is provided for connecting the bubbling gas supply path 3 upstream of the valve V2 and the dilution gas supply path 7 upstream of the valve V1. Further, a valve V6 is provided in the bubbling gas supply path 3 further upstream than the connection position of the connection path 15, and a valve V5 is provided in the dilution gas supply path 7 further upstream of the connection position of the connection path 15. Is provided. The valve V5, the valve V6, and the connection path 15 are switching means for switching the type of the bubbling gas supplied to the bubbling gas supply path 3 and the dilution gas supplied to the dilution gas supply path 7 between H 2 and N 2. (First switching means).

また、有機金属ガス供給路5は第1供給路5aと、第2供給路5bと、成膜室供給路5cと、排気路5dとを有している。位置Aよりも下流側において、有機金属ガス供給路5は第1供給路5aと第2供給路5bとに分岐しており、この分岐位置よりも下流側において第1供給路5aと第2供給路5bとは再び接続されている。第1供給路5aと第2供給路5bとの接続位置よりもさらに下流側において、有機金属ガス供給路5は成膜室供給路5cと排気路5dとに分岐している。成膜室供給路5cは成膜室17に接続されており、排気路5dは排気口に接続されている。第1供給路5aには上流側から順にバルブV7および第1絞り部としての音速ノズルS1が設けられており、第2供給路5bには上流側から順にバルブV8および第2絞り部としての音速ノズルS2が設けられている。バルブV7およびV8は、第1供給路5aと第2供給路5bとの間で有機金属ガスおよび希釈ガスの流路を切り換えるための切り換え手段(第2切り換え手段)である。   The organometallic gas supply path 5 has a first supply path 5a, a second supply path 5b, a film formation chamber supply path 5c, and an exhaust path 5d. On the downstream side of the position A, the organometallic gas supply path 5 is branched into a first supply path 5a and a second supply path 5b, and the first supply path 5a and the second supply are downstream of the branch position. The path 5b is connected again. On the further downstream side than the connection position between the first supply path 5a and the second supply path 5b, the organometallic gas supply path 5 is branched into a film formation chamber supply path 5c and an exhaust path 5d. The film forming chamber supply path 5c is connected to the film forming chamber 17, and the exhaust path 5d is connected to the exhaust port. The first supply path 5a is provided with a valve V7 and a sonic nozzle S1 as a first throttle part in order from the upstream side, and the second supply path 5b is provided with a sonic speed as a valve V8 and a second throttle part in order from the upstream side. A nozzle S2 is provided. The valves V7 and V8 are switching means (second switching means) for switching the flow path of the organometallic gas and the dilution gas between the first supply path 5a and the second supply path 5b.

第1供給路5aと第2供給路5bとの接続位置よりも下流側であって成膜室供給路5cと排気路5dとの分岐位置よりも上流側における有機金属ガス供給路5には、温度計T2およびバルブV9が設けられている。成膜室供給路5cにはバルブV10が設けられており、排気路5dにはバルブV11が設けられている。接続路15の接続位置よりも下流側であってバルブV2よりも上流側のバブリングガス供給路3にはバルブV12が設けられており、層流素子Fよりも下流側のバブリングガス供給路3と位置Aよりも上流側の有機金属ガス供給路5とを接続するようにバルブV13が設けられている。   In the organometallic gas supply path 5 downstream of the connection position of the first supply path 5a and the second supply path 5b and upstream of the branch position of the film formation chamber supply path 5c and the exhaust path 5d, A thermometer T2 and a valve V9 are provided. A valve V10 is provided in the film forming chamber supply path 5c, and a valve V11 is provided in the exhaust path 5d. A valve V12 is provided in the bubbling gas supply path 3 downstream of the connection position of the connection path 15 and upstream of the valve V2, and a bubbling gas supply path 3 downstream of the laminar flow element F is provided. A valve V13 is provided so as to connect the organometallic gas supply path 5 upstream from the position A.

図5において層流素子を通過するガスの流量Qは上記の式(2)で表わされる。また、図5において音速ノズルS1およびS2を通過するガスの流量Qは上記の式(1)で表わされる。   In FIG. 5, the flow rate Q of the gas passing through the laminar flow element is expressed by the above equation (2). In FIG. 5, the flow rate Q of the gas passing through the sonic nozzles S1 and S2 is expressed by the above equation (1).

なお、これ以外の有機金属気化供給装置20の構成は、図1に示す実施の形態1における有機金属気化供給装置の構成と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。   In addition, since the structure of the organometallic vaporization supply apparatus 20 other than this is the same as that of the organometallic vaporization supply apparatus in Embodiment 1 shown in FIG. 1, the same code | symbol is attached | subjected to the same member, The The explanation will not be repeated.

本実施の形態における有機金属気化供給装置20においては、以下のようにして有機金属ガスが成膜室へ供給され、成膜が行なわれる。   In the organometallic vaporization supply apparatus 20 in the present embodiment, the organometallic gas is supplied to the deposition chamber as described below, and deposition is performed.

まず、バルブV12を開いた状態でバルブV5およびバルブV6を切り換えることにより、H2およびN2のうちいずれか一方がバブリングガスとしてバブリングガス供給路3へ供給される。すなわち、バブリングガスとしてH2ガスを用いる場合にはバルブV5が開かれてバルブV6が閉じられ、バブリングガスとしてN2ガスを用いる場合にはバルブV5が閉じられてバルブV6が開かれる。バブリングガスは流量調節部9によってその流量が調節され、バルブV3を介して貯留容器1内へ導入される。このときバルブV13は閉じられている。そして、有機金属原料13から発生した有機金属ガスおよび一部のバブリングガスがバルブV4を介して有機金属ガス供給路5へ導入される。 First, by switching the valve V5 and the valve V6 with the valve V12 opened, either one of H 2 and N 2 is supplied to the bubbling gas supply path 3 as a bubbling gas. That is, when H 2 gas is used as the bubbling gas, the valve V5 is opened and the valve V6 is closed, and when N 2 gas is used as the bubbling gas, the valve V5 is closed and the valve V6 is opened. The flow rate of the bubbling gas is adjusted by the flow rate adjusting unit 9 and is introduced into the storage container 1 through the valve V3. At this time, the valve V13 is closed. Then, the organometallic gas generated from the organometallic raw material 13 and a part of the bubbling gas are introduced into the organometallic gas supply path 5 through the valve V4.

ここで、バブリングガスの流量が安定するまでの間、バルブV10を閉じ、バルブV11を開くことによって、バブリングガスを排気路5dへ流してもよい。この場合、バブリングガスの流量が安定したらバルブV11が閉じられ、バルブV10が開かれ、混合ガスが成膜室供給路5cを通じて成膜室17へ供給される。   Here, until the flow rate of the bubbling gas is stabilized, the valve V10 may be closed and the valve V11 may be opened to cause the bubbling gas to flow into the exhaust path 5d. In this case, when the flow rate of the bubbling gas is stabilized, the valve V11 is closed, the valve V10 is opened, and the mixed gas is supplied to the film forming chamber 17 through the film forming chamber supply path 5c.

一方、バルブV1を開くことによりバブリングガスと同じ種類の希釈ガスが希釈ガス供給路7へ供給される。希釈ガスは圧力調節部11によってその圧力が調節され、希釈ガス供給路7を通じて有機金属ガス供給路5に供給される。有機金属ガス供給路5に供給された希釈ガスは、有機金属ガスおよびバブリングガスと混合され、混合ガスとされる。   On the other hand, the same kind of dilution gas as the bubbling gas is supplied to the dilution gas supply path 7 by opening the valve V1. The pressure of the dilution gas is adjusted by the pressure adjusting unit 11 and is supplied to the organometallic gas supply path 5 through the dilution gas supply path 7. The dilution gas supplied to the organometallic gas supply path 5 is mixed with the organometallic gas and the bubbling gas to form a mixed gas.

混合ガスを通す音速ノズルは、希釈ガスおよびバブリングガスの種類に応じて切り換えられる(切換工程)。たとえば希釈ガスおよびバブリングガスとしてH2ガスを用いる場合には、バルブV7が開かれ、バルブV8が閉じられる。これにより、混合ガスは第1供給路5aおよび音速ノズルS1を通る。また、希釈ガスおよびバブリングガスとしてN2ガスを用いる場合には、バルブV7が閉じられ、バルブV8が開かれる。これにより、混合ガスは第2供給路5bおよび音速ノズルS2を通る。音速ノズルS1またはS2を通った混合ガスは適切な流量とされ、有機金属ガス供給路5、バルブV9、成膜室供給路5cおよびバルブV10を通じて成膜室へ供給される。そして、有機金属ガスと、ガス供給路19から供給された他のガスとを用いて、たとえば化合物半導体が成膜される。化合物半導体としてAlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)を成膜する場合には、有機金属原料13としてたとえばトリメチルアルミニウム(TMA)が用いられ、たとえばトリメチルガリウム(TMG)およびトリメチルインジウム(TMI)と、V族原料としてアンモニア(NH3)とがガス供給路19から供給される。 The sonic nozzle through which the mixed gas passes is switched according to the type of dilution gas and bubbling gas (switching step). For example, when H 2 gas is used as the dilution gas and the bubbling gas, the valve V7 is opened and the valve V8 is closed. Thereby, the mixed gas passes through the first supply path 5a and the sonic nozzle S1. When N 2 gas is used as the dilution gas and bubbling gas, the valve V7 is closed and the valve V8 is opened. Thereby, the mixed gas passes through the second supply path 5b and the sonic nozzle S2. The mixed gas that has passed through the sonic nozzle S1 or S2 has an appropriate flow rate, and is supplied to the film formation chamber through the organometallic gas supply path 5, the valve V9, the film formation chamber supply path 5c, and the valve V10. Then, for example, a compound semiconductor is formed using the organometallic gas and another gas supplied from the gas supply path 19. In the case where Al x Ga y In 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) is formed as a compound semiconductor, for example, trimethylaluminum (TMA) is used as the organometallic raw material 13. For example, trimethylgallium (TMG) and trimethylindium (TMI) and ammonia (NH 3 ) as a group V raw material are supplied from the gas supply path 19.

本実施の形態における有機金属気化供給装置20によれば、実施の形態1の有機金属気化供給装置と同様の効果を得ることができるのに加えて、以下の作用効果を得ることができる。   According to the organometallic vaporization supply apparatus 20 in the present embodiment, the following effects can be obtained in addition to the same effects as those of the organometallic vaporization supply apparatus of the first embodiment.

有機金属ガス供給路5は第1供給路5aと第2供給路5bとを有しており、音速ノズルは第1供給路5aに設けられた音速ノズルS1と第2供給路5bに設けられた音速ノズルS2とを有しており、第1供給路5aと第2供給路5bとは、位置Aよりも下流側と、音速ノズルS1およびS2の下流側とにおいて接続されている。有機金属気化供給装置20はバブリングガス供給路3へ供給するバブリングガスの種類をH2とN2との間で切り換えるためのバルブV5、バルブV6、および接続路15と、第1供給路5aと第2供給路5bとの間で混合ガスの流路を切り換えるためのバルブV7およびV8とがさらに備えられている。 The organometallic gas supply path 5 has a first supply path 5a and a second supply path 5b, and the sonic nozzle is provided in the sonic nozzle S1 and the second supply path 5b provided in the first supply path 5a. The sonic nozzle S2 is provided, and the first supply path 5a and the second supply path 5b are connected downstream of the position A and downstream of the sonic nozzles S1 and S2. The organometallic vaporization supply device 20 includes a valve V5, a valve V6, a connection path 15, and a first supply path 5a for switching the type of bubbling gas supplied to the bubbling gas supply path 3 between H 2 and N 2. Valves V7 and V8 for switching the flow path of the mixed gas with the second supply path 5b are further provided.

本実施の形態における有機金属気相成長方法は、音速ノズルは音速ノズルS1と音速ノズルS2とを有しており、成膜工程は、希釈ガスまたはバブリングガスの種類に応じて、混合ガスを通す音速ノズルを音速ノズルS1からS2へと切り換える切換工程を含んでいる。   In the metal organic chemical vapor deposition method according to the present embodiment, the sonic nozzle has the sonic nozzle S1 and the sonic nozzle S2, and the film forming process passes the mixed gas according to the type of the dilution gas or the bubbling gas. A switching step of switching the sonic nozzle from the sonic nozzle S1 to S2 is included.

これにより、バブリングガスの種類に応じて、音速ノズルを音速ノズルS1および音速ノズルS2から選択して使用することができる。その結果、使用するバブリングガスの変更に伴なって成膜室に導入されるガスの流量特性が変化するのを抑止することができる。   Thereby, according to the kind of bubbling gas, a sonic nozzle can be selected and used from the sonic nozzle S1 and the sonic nozzle S2. As a result, it is possible to prevent the flow rate characteristics of the gas introduced into the film formation chamber from changing as the bubbling gas used is changed.

なお、バブリングガス供給路3にH2を供給し、かつ有機金属ガスの流路を第1供給路5aに切り換えた場合であって、かつ音速ノズルS1の上流側のガス圧力が所定値である場合における音速ノズルS1を通過するガスの流量と、バブリングガス供給路3にN2を供給し、かつ有機金属ガスの流路を第2供給路5bに切り換えた場合であって、かつ音速ノズルS2の上流側のガス圧力が上記所定値である場合における音速ノズルS2を通過するガスの流量とが等しくなるように、音速ノズルS1およびS2が構成されていてもよい。ガスの種類が異なると、音速ノズルに対するコンダクタンスが異なるため、ガスの種類を変更して同径の音速ノズルを用いると、通過するガスの流量が大きく異なることがある。そこで、音速ノズルを上記のように構成することで、使用するバブリングガスをH2からN2へ変更しても、成膜室に導入されるガスの流量を等しくすることができる。 Note that the gas pressure on the upstream side of the sonic nozzle S1 is a predetermined value when H 2 is supplied to the bubbling gas supply path 3 and the flow path of the organometallic gas is switched to the first supply path 5a. In this case, the flow rate of the gas passing through the sonic nozzle S1, the case where N 2 is supplied to the bubbling gas supply path 3, and the flow path of the organometallic gas is switched to the second supply path 5b, and the sonic nozzle S2 The sonic nozzles S1 and S2 may be configured so that the flow rate of the gas passing through the sonic nozzle S2 when the upstream gas pressure is the predetermined value is equal. When the gas type is different, the conductance for the sonic nozzle is different. Therefore, when the gas type is changed and the sonic nozzle having the same diameter is used, the flow rate of the passing gas may be greatly different. Therefore, by configuring the sonic nozzle as described above, the flow rate of the gas introduced into the film forming chamber can be made equal even if the bubbling gas used is changed from H 2 to N 2 .

(実施の形態3)
図6は、本発明の実施の形態3におけるMOCVD装置の構成を概略的に示す図である。図6を参照して、本実施の形態における有機金属気化供給装置20は、希釈ガス流量測定部16を有している点において、図5に示す実施の形態2の有機金属気化供給装置と異なっている。以下、有機金属気化供給装置20の構成について説明する。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a diagram schematically showing the configuration of the MOCVD apparatus in the third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, organometallic vaporization supply apparatus 20 in the present embodiment is different from the organometallic vaporization supply apparatus of the second embodiment shown in FIG. 5 in that it has a dilution gas flow rate measurement unit 16. ing. Hereinafter, the configuration of the organometallic vaporizer 20 will be described.

希釈ガス供給路7におけるバルブV1と圧力計P1との間には希釈ガス流量測定部16が設けられている。希釈ガス流量測定部16は、上流側から順に希釈ガス用圧力計としての圧力計P4と、希釈ガス用素子としての層流素子F2と、温度計T3とを有している。また、バブリングガス供給路3は、第1バブリングガス供給路3aと第2バブリングガス供給路3bとを有している。接続路15との接続位置よりも下流側において第1バブリングガス供給路3aと第2バブリングガス供給路3bとは分岐しており、この分岐位置よりも下流側であって圧力計P3が設けられている位置よりも上流側において第1バブリングガス供給路3aと第2バブリングガス供給路3bとは再び接続されている。   A dilution gas flow rate measurement unit 16 is provided between the valve V1 and the pressure gauge P1 in the dilution gas supply path 7. The dilution gas flow measuring unit 16 includes a pressure gauge P4 as a dilution gas pressure gauge, a laminar flow element F2 as a dilution gas element, and a thermometer T3 in order from the upstream side. The bubbling gas supply path 3 includes a first bubbling gas supply path 3a and a second bubbling gas supply path 3b. The first bubbling gas supply path 3a and the second bubbling gas supply path 3b are branched downstream from the connection position with the connection path 15, and a pressure gauge P3 is provided downstream from the branch position. The first bubbling gas supply path 3a and the second bubbling gas supply path 3b are connected again on the upstream side of the position.

第1バブリングガス供給路3aには上流側から順に、バルブV12A、バルブV2A、圧力計P2A、および層流素子F1Aが設置されている。バルブV2Aと圧力計P2Aとは互いに電気的に接続されている。バルブV2A、圧力計P2A、層流素子F1A、圧力計P3、および温度計T1によって第1バブリングガス供給路3aを流れるガスの流量を調節するための流量調節部9Aが構成されている。つまり、圧力計P2Aで測定される層流素子F1Aの上流側のガス圧力と、圧力計P3で測定される層流素子F1Aの下流側のガス圧力と、温度計T3によって測定される層流素子F1Aの温度とによって、第1バブリングガス供給路3aを通過するガスの流量が計算され、このガスの流量に基づいてバルブV2Aが制御され、第1バブリングガス供給路3aを通過するガスの流量が調節される。   In the first bubbling gas supply path 3a, a valve V12A, a valve V2A, a pressure gauge P2A, and a laminar flow element F1A are installed in this order from the upstream side. The valve V2A and the pressure gauge P2A are electrically connected to each other. The valve V2A, the pressure gauge P2A, the laminar flow element F1A, the pressure gauge P3, and the thermometer T1 constitute a flow rate adjusting unit 9A for adjusting the flow rate of the gas flowing through the first bubbling gas supply path 3a. That is, the gas pressure upstream of the laminar flow element F1A measured by the pressure gauge P2A, the gas pressure downstream of the laminar flow element F1A measured by the pressure gauge P3, and the laminar flow element measured by the thermometer T3 The flow rate of the gas passing through the first bubbling gas supply path 3a is calculated according to the temperature of F1A, the valve V2A is controlled based on the flow rate of this gas, and the flow rate of the gas passing through the first bubbling gas supply path 3a is Adjusted.

同様に、第2バブリングガス供給路3bには上流側から順に、バルブV12B、バルブV2B、圧力計P2B、および層流素子F1Bが設置されている。バルブV2Bと圧力計P2Bとは互いに電気的に接続されている。バルブV2B、圧力計P2B、層流素子F1B、圧力計P3、および温度計T1によって第2バブリングガス供給路3bを流れるガスの流量を調節するための流量調節部9Bが構成されている。   Similarly, a valve V12B, a valve V2B, a pressure gauge P2B, and a laminar flow element F1B are installed in order from the upstream side in the second bubbling gas supply path 3b. The valve V2B and the pressure gauge P2B are electrically connected to each other. The valve V2B, the pressure gauge P2B, the laminar flow element F1B, the pressure gauge P3, and the thermometer T1 constitute a flow rate adjusting unit 9B for adjusting the flow rate of the gas flowing through the second bubbling gas supply path 3b.

層流素子F1AおよびF1Bは、上流側および下流側の差圧が同一である場合の通過するガスの流量が互いに異なっている。たとえば上流側のガス圧力と下流側のガス圧力との圧力差がある一定の値である場合に、層流素子F1Aは300sccmのガスを通過させるよう設計されており、層流素子F1Bは20sccmのガスを通過させるよう設計されている。   The laminar flow elements F1A and F1B have different gas flow rates when the upstream and downstream differential pressures are the same. For example, when the pressure difference between the upstream gas pressure and the downstream gas pressure is a certain value, the laminar flow element F1A is designed to pass 300 sccm of gas, and the laminar flow element F1B is 20 sccm. Designed to let gas through.

なお、これ以外の有機金属気化供給装置20の構成は、図5に示す実施の形態2における有機金属気化供給装置の構成と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。   In addition, since the structure of the organic metal vaporization supply apparatus 20 other than this is the same as the structure of the organic metal vaporization supply apparatus in Embodiment 2 shown in FIG. 5, the same code | symbol is attached | subjected to the same member, The The explanation will not be repeated.

本実施の形態における有機金属気化供給装置20によれば、バブリングガスの流量を変更することができる。すなわち、大量のバブリングガスをバブリングガス供給路3に流す場合には、バルブV5またはバルブV6が開かれた状態でバルブV12Aが開かれてバルブV12Bが閉じられ、第1バブリングガス供給路3aにバブリングガスが流される。また少量のバブリングガスをバブリングガス供給路3に流す場合には、バルブV5またはバルブV6が開かれた状態でバルブV12Bが開かれてバルブV12Aが閉じられ、第2バブリングガス供給路3bにバブリングガスが流される。   According to the organometallic vaporization supply apparatus 20 in the present embodiment, the flow rate of the bubbling gas can be changed. That is, when flowing a large amount of bubbling gas into the bubbling gas supply path 3, the valve V12A is opened and the valve V12B is closed while the valve V5 or V6 is opened, and the bubbling gas is bubbled into the first bubbling gas supply path 3a. Gas is flowed. When a small amount of bubbling gas is allowed to flow into the bubbling gas supply path 3, the valve V12B is opened and the valve V12A is closed with the valve V5 or V6 being opened, and the bubbling gas is supplied to the second bubbling gas supply path 3b. Will be washed away.

加えて、バブリングガスおよび希釈ガスの種類を変更することができる。すなわち、希釈ガスおよびバブリングガスをN2ガスからH2ガスに切り換える場合には、実施の形態2と同様に、バルブV6が閉じられバルブV5が開かれる。このとき、バルブV8が閉じられバルブV7が開かれ、使用される音速ノズルが音速ノズルS2から音速ノズルS1に切り換えられる。 In addition, the types of bubbling gas and dilution gas can be changed. That is, when switching the dilution gas and the bubbling gas from N 2 gas to H 2 gas, the valve V6 is closed and the valve V5 is opened as in the second embodiment. At this time, the valve V8 is closed and the valve V7 is opened, and the sonic nozzle used is switched from the sonic nozzle S2 to the sonic nozzle S1.

ここで、希釈ガスおよびバブリングガスを切り換えた直後には貯留容器1内にN2ガスが残留しているので、音速ノズルS1を通るガスにはH2ガスのみならずN2ガスが含まれている。N2ガスのコンダクタンスはH2ガスのコンダクタンスよりも小さいため、N2ガスを含むH2ガスの場合には純粋なH2ガスの場合に比べて音速ノズルS1を通過するガスの流量が少なくなり、成膜が不安定になる。また、流量が変動するので、一定のガス流量で制御できなくなる。加えて、成膜する膜の種類によっては特性上致命的な影響を及ぼすことがある。たとえばInxGa1-xNで表される3元混晶膜を成膜する場合、ガス中に水素が含まれるとInが取り込まれにくくなり、In組成が極度に低下する。従って、バブリングガスを含めガスの種類は、N2ガスに限定される(アンモニアは含む)。すなわちH2ガスでのバブリングからN2ガスでのバブリングに切り換えた場合、十分プレバブリングを行ない、貯留容器内のガスをN2ガスで置換しなければならない。そこで、希釈ガスおよびバブリングガスを切り換えた時には、残留しているガスを排出するためにプレバブリングが行なわれる。 Here, immediately after the dilution gas and the bubbling gas are switched, N 2 gas remains in the storage container 1, so that the gas passing through the sonic nozzle S 1 includes not only H 2 gas but also N 2 gas. Yes. Since the conductance of N 2 gas is smaller than the conductance of H 2 gas, the flow rate of gas passing through the sonic nozzle S1 is smaller in the case of H 2 gas containing N 2 gas than in the case of pure H 2 gas. The film formation becomes unstable. Moreover, since the flow rate fluctuates, it becomes impossible to control at a constant gas flow rate. In addition, depending on the type of film to be formed, there may be a fatal effect on characteristics. For example, in the case of forming a ternary mixed crystal film represented by In x Ga 1-x N, if hydrogen is contained in the gas, it becomes difficult for In to be taken in, and the In composition extremely decreases. Therefore, the type of gas including bubbling gas is limited to N 2 gas (including ammonia). That is, when switching from bubbling with H 2 gas to bubbling with N 2 gas, sufficient pre-bubbling must be performed and the gas in the storage container must be replaced with N 2 gas. Therefore, when the dilution gas and the bubbling gas are switched, pre-bubbling is performed in order to discharge the remaining gas.

音速ノズルS1を通過するガスの流量が少なくなると、音速ノズルS1の上流側の圧力が増加し、圧力計P1の測定値が上昇する。バルブV1は圧力計P1の値が一定になるように制御されるので、圧力計P1の測定値が上昇すればバルブV1が閉められ、希釈ガス供給路7の希釈ガスの流量が低下する。一方、切り換え後に一定時間プレバブリングが行なわれると、新しい希釈ガスおよびバブリングガスが貯留容器1内部に充填され、希釈ガスの流量が再び増加し一定値に収束する。本実施の形態の有機金属気化供給装置20によれば、このような希釈ガスの流量の変化を測定し(測定工程)、希釈ガスの流量が一定値に収束するのを待って成膜することにより、無駄なプレバブリングを省き、プレバブリングの時間を短縮することができる。   When the flow rate of the gas passing through the sonic nozzle S1 decreases, the pressure on the upstream side of the sonic nozzle S1 increases and the measured value of the pressure gauge P1 increases. Since the valve V1 is controlled so that the value of the pressure gauge P1 becomes constant, the valve V1 is closed when the measured value of the pressure gauge P1 rises, and the flow rate of the dilution gas in the dilution gas supply path 7 decreases. On the other hand, when pre-bubbling is performed for a certain time after switching, new dilution gas and bubbling gas are filled into the storage container 1, and the flow rate of the dilution gas increases again and converges to a constant value. According to the organometallic vaporization supply apparatus 20 of the present embodiment, the change in the flow rate of the dilution gas is measured (measurement step), and the film is formed after the flow rate of the dilution gas converges to a constant value. As a result, useless pre-bubbling can be omitted and the pre-bubbling time can be shortened.

希釈ガスの流量の測定は具体的には以下の方法により行なわれる。圧力計P4により層流素子F2よりも上流側のガス圧力PB1が測定され、圧力計P1により層流素子F2よりも下流側のガス圧力PB2が測定され、温度計T3により層流素子F2の温度Tが測定される。そして、上記式(2)および(3)を用いて層流素子F2を通過するガスの流量Qが計算される。   Specifically, the flow rate of the dilution gas is measured by the following method. The gas pressure PB1 upstream of the laminar flow element F2 is measured by the pressure gauge P4, the gas pressure PB2 downstream of the laminar flow element F2 is measured by the pressure gauge P1, and the temperature of the laminar flow element F2 is measured by the thermometer T3. T is measured. Then, the flow rate Q of the gas passing through the laminar flow element F2 is calculated using the above equations (2) and (3).

なお、本実施の形態においては希釈ガス流量測定部16が圧力計P4と層流素子F2と温度計T3とによって構成されている場合について示したが、本発明はこのような場合の他、希釈ガス流量測定部がマスフローメータによって構成されていてもよい。   In the present embodiment, the case where the dilution gas flow rate measuring unit 16 is configured by the pressure gauge P4, the laminar flow element F2, and the thermometer T3 has been described. The gas flow rate measurement unit may be configured by a mass flow meter.

また、実施の形態2および3においてはバブリングガスおよび希釈ガスとしてH2またはN2を用いた場合について説明したが、H2およびN2以外のガスを使用してもよく、たとえばArやHeガスを使用することもできる。また、本実施の形態においてはバブリングガスおよび希釈ガスとして同一種類のガスを用いる場合について示したが、バブリングガスおよび希釈ガスとして互いに異なるガスを用いてもよい。 In the second and third embodiments, the case where H 2 or N 2 is used as the bubbling gas and the dilution gas has been described. However, a gas other than H 2 and N 2 may be used, for example, Ar or He gas. Can also be used. In the present embodiment, the case where the same kind of gas is used as the bubbling gas and the dilution gas has been described. However, different gases may be used as the bubbling gas and the dilution gas.

(実施の形態4)
図7(a)は、本発明の実施の形態4における半導体製造装置の構成を概略的に示す図である。図7(a)を参照して、本実施の形態における半導体製造装置は、基板処理室31と、複数の管路としてのガス供給路33a〜33eと、流量調節部9(ガス流量調節器)とを備えている。基板処理室31にはガス供給路33a〜33eの各々が接続されており、ガス供給路33a〜33eの各々には流量調節部9の各々が設けられている。またガス供給路33a〜33eは流量調節部9よりも上流側の位置Bにおいて互いに接続しており、位置Bよりも上流側のガス供給路33には必要に応じて減圧弁V31が設けられている。
(Embodiment 4)
FIG. 7A is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor manufacturing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7A, the semiconductor manufacturing apparatus in the present embodiment includes a substrate processing chamber 31, gas supply paths 33a to 33e as a plurality of pipes, and a flow rate adjusting unit 9 (gas flow rate controller). And. Each of the gas supply paths 33a to 33e is connected to the substrate processing chamber 31, and each of the gas supply paths 33a to 33e is provided with each of the flow rate adjusting units 9. Further, the gas supply paths 33a to 33e are connected to each other at a position B upstream of the flow rate adjusting unit 9, and a pressure reducing valve V31 is provided in the gas supply path 33 upstream of the position B as necessary. Yes.

図7(b)は、本発明の実施の形態4における流量調節部の構成を概略的に示す図である。図7(a)、(b)を参照して、流量調節部9は、ガス供給路33a〜33eの各々を通るガスの流量を調節するためのものであり、図1に示す流量調節部9と同様の構成を有している。すなわち、流量調節部9は、上流側から順にバルブV2(圧力調節部)と、圧力計P2(第2の圧力計)と、層流素子Fと、圧力計P3(第1の圧力計)と、温度計T1とを有している。バルブV2と圧力計P2とは互いに電気的に接続されている。圧力計P2は層流素子Fよりも上流側の圧力を測定するためのものであり、圧力計P3は層流素子Fよりも下流側の圧力を測定するためのものであり、温度計T1は層流素子Fの温度を測定するためのものである。層流素子Fは、層流素子Fの上流側のガス圧力PB1および層流素子Fの下流側のガス圧力PB2と、層流素子Fの温度とによって、層流素子Fを通過するガスの流量を調節可能である。   FIG.7 (b) is a figure which shows schematically the structure of the flow volume adjustment part in Embodiment 4 of this invention. Referring to FIGS. 7A and 7B, the flow rate adjusting unit 9 is for adjusting the flow rate of the gas passing through each of the gas supply paths 33a to 33e. The flow rate adjusting unit 9 shown in FIG. It has the same composition as. That is, the flow rate adjusting unit 9 includes a valve V2 (pressure adjusting unit), a pressure gauge P2 (second pressure gauge), a laminar flow element F, and a pressure gauge P3 (first pressure gauge) in order from the upstream side. And a thermometer T1. The valve V2 and the pressure gauge P2 are electrically connected to each other. The pressure gauge P2 is for measuring the pressure upstream of the laminar flow element F, the pressure gauge P3 is for measuring the pressure downstream of the laminar flow element F, and the thermometer T1 is This is for measuring the temperature of the laminar flow element F. The laminar flow element F has a gas flow rate passing through the laminar flow element F based on the gas pressure PB1 upstream of the laminar flow element F, the gas pressure PB2 downstream of the laminar flow element F, and the temperature of the laminar flow element F. Is adjustable.

本実施の形態の半導体製造装置においては、以下の方法により半導体装置が製造される。始めに、処理対象となる基板を基板処理室31内に配置する。次に、減圧弁V31を用いてガス供給路33に導入するガスの圧力を適切に調節する。続いて、ガス供給路33a〜33eの各々において、層流素子Fの上流側のガス圧力PB1を圧力計P2の値に応じてバルブV2によって調節する。これにより、層流素子Fを通るガスが所望の流量とされ、ガス供給路33a〜33eの各々を通じて基板処理室31に供給される。基板処理室31内では、たとえばHVPE法やMOCVD法などの気相成長法を用いて、窒化物系半導体などの半導体が基板上に形成される。その後、排気ガスは基板処理室31から排気ガス管37を通って外部へ排出される。   In the semiconductor manufacturing apparatus of the present embodiment, a semiconductor device is manufactured by the following method. First, a substrate to be processed is placed in the substrate processing chamber 31. Next, the pressure of the gas introduced into the gas supply path 33 is appropriately adjusted using the pressure reducing valve V31. Subsequently, in each of the gas supply paths 33a to 33e, the gas pressure PB1 upstream of the laminar flow element F is adjusted by the valve V2 according to the value of the pressure gauge P2. As a result, the gas passing through the laminar flow element F has a desired flow rate and is supplied to the substrate processing chamber 31 through each of the gas supply paths 33a to 33e. In the substrate processing chamber 31, a semiconductor such as a nitride-based semiconductor is formed on the substrate using a vapor phase growth method such as HVPE method or MOCVD method. Thereafter, the exhaust gas is discharged from the substrate processing chamber 31 through the exhaust gas pipe 37 to the outside.

本実施の形態における流量調節部9は、上流側のガス圧力PB1および下流側のガス圧力PB2によって通過するガスの流量を調節可能である層流素子Fと、圧力PB2を測定するための圧力計P3と、圧力PB1を測定するための圧力計P2と、層流素子Fの温度を測定するための温度計T1と、ガス圧力PB1を調節するためのバルブV2とを備えている。   The flow rate adjusting unit 9 in the present embodiment includes a laminar flow element F that can adjust the flow rate of the gas passing by the upstream gas pressure PB1 and the downstream gas pressure PB2, and a pressure gauge for measuring the pressure PB2. P3, a pressure gauge P2 for measuring the pressure PB1, a thermometer T1 for measuring the temperature of the laminar flow element F, and a valve V2 for adjusting the gas pressure PB1.

また、本実施の形態における半導体製造装置は、基板を処理するための基板処理室31と、基板処理室31に接続され、かつ基板処理室31にガスを供給するための複数のガス供給路33a〜33eと、複数のガス供給路33a〜33eの各々に設けられた流量調節部9とを備えている。ガス供給路33a〜33eの各々は位置Bにおいて互いに接続している。   Further, the semiconductor manufacturing apparatus in the present embodiment has a substrate processing chamber 31 for processing a substrate, and a plurality of gas supply paths 33a connected to the substrate processing chamber 31 and for supplying gas to the substrate processing chamber 31. To 33e and a flow rate adjusting unit 9 provided in each of the plurality of gas supply paths 33a to 33e. Each of the gas supply paths 33a to 33e is connected to each other at the position B.

さらに、本実施の形態における半導体製造方法は、図7の半導体製造装置を用いた製造方法であって、圧力PB1をバルブV2により調節する工程を備えている。   Furthermore, the semiconductor manufacturing method according to the present embodiment is a manufacturing method using the semiconductor manufacturing apparatus of FIG. 7, and includes a step of adjusting the pressure PB1 with the valve V2.

本実施の形態における流量調節部9、半導体製造装置、および半導体製造方法によれば、圧力計P2の測定値および圧力計P3の測定値に基づいてガス圧力PB1を調節し、それにより層流素子Fを通過するガスの流量を調節することができる。その結果、ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラが不要になるので、装置の簡素化を図ることができる。加えて、流量調節部9の上流側のガス流量変化および圧力変化の影響が少なく、マスフローコントローラよりもガス流量を高精度に制御することができる。   According to the flow rate adjusting unit 9, the semiconductor manufacturing apparatus, and the semiconductor manufacturing method in the present embodiment, the gas pressure PB1 is adjusted based on the measured value of the pressure gauge P2 and the measured value of the pressure gauge P3, thereby providing a laminar flow element. The flow rate of the gas passing through F can be adjusted. As a result, a mass flow controller for controlling the gas flow rate is not necessary, and the apparatus can be simplified. In addition, the gas flow rate change and pressure change on the upstream side of the flow rate adjusting unit 9 are less affected, and the gas flow rate can be controlled with higher accuracy than the mass flow controller.

特に図7に示す半導体製造装置では、並列に多数のガス供給路33a〜33eが接続されている。ガス供給路33a〜33eの各々には、原料供給用のガスや、パージガスや、または希釈ガスなど、目的に応じたガス流路が割り当てられる。従来においては、ガス供給路33a〜33eの各々にマスフローコントローラが設けられていた。マスフローコントローラには、数sccmから数百slmまで様々なフルスケール(流量の調節可能な最大の流量)を有するものがある。   In particular, in the semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. 7, a large number of gas supply paths 33a to 33e are connected in parallel. Each of the gas supply paths 33a to 33e is assigned a gas flow path according to the purpose, such as a raw material supply gas, a purge gas, or a dilution gas. Conventionally, a mass flow controller is provided in each of the gas supply paths 33a to 33e. Some mass flow controllers have various full scales (maximum flow rate with adjustable flow rate) from several sccm to several hundred slm.

図7に示す半導体製造装置においては、一つのガス供給路を流れるガスの流量を変動させると、上流側の(ガス供給路33の)圧力も変動する。大きなフルスケールを有するマスフローコントローラが流量調節部9としてガス供給路33a〜33eの各々に設けられた場合、流量調節部9よりも上流側の圧力の変動が他のガス供給路を流れるガスの流量に大きく影響を与える。その結果、従来の半導体製造装置においては、ガス流量を高精度に制御することができなかった。   In the semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. 7, when the flow rate of the gas flowing through one gas supply path is changed, the upstream pressure (in the gas supply path 33) also changes. When a mass flow controller having a large full scale is provided in each of the gas supply passages 33a to 33e as the flow rate control unit 9, the flow rate of the gas whose pressure fluctuations upstream of the flow rate control unit 9 flows through the other gas supply channels Greatly affects. As a result, the conventional semiconductor manufacturing apparatus cannot control the gas flow rate with high accuracy.

ここで、上流側の圧力変動が他のガス供給路を流れるガスの流量に与える影響を小さくするために、各マスフローコントローラの上流側に個別に減圧弁を設けたり、マスフローコントローラの内部に自動減圧弁を設けたりすることが考えられる。しかし、これらの方法では減圧弁や自動減圧弁といった新たな構成が必要になり、コスト増加を招く。   Here, in order to reduce the effect of upstream pressure fluctuations on the flow rate of the gas flowing through other gas supply paths, a pressure reducing valve is individually installed on the upstream side of each mass flow controller, or automatic pressure reducing is performed inside the mass flow controller. It is conceivable to provide a valve. However, these methods require a new configuration such as a pressure reducing valve and an automatic pressure reducing valve, resulting in an increase in cost.

一方、本実施の形態においては、流量調節部9として層流素子Fを用いているので、上流側の圧力変動がガスの流量に与える影響を小さくすることができ、またコスト増加を抑止することができる。加えて、広い範囲の流量の制御を行なうことができる。特に半導体製造装置においては、並列に接続されたガス供給ラインを通じて同一のガス(たとえばH2ガス、N2ガス、NH3ガス、または塩化水素(HCl)ガスなど)を基板処理室へ供給する場合が多いので、この点で本発明は有用である。 On the other hand, in the present embodiment, since the laminar flow element F is used as the flow rate adjusting unit 9, the influence of the upstream pressure fluctuation on the gas flow rate can be reduced, and the increase in cost can be suppressed. Can do. In addition, a wide range of flow rates can be controlled. Particularly in a semiconductor manufacturing apparatus, the same gas (for example, H 2 gas, N 2 gas, NH 3 gas, or hydrogen chloride (HCl) gas) is supplied to a substrate processing chamber through a gas supply line connected in parallel. In this respect, the present invention is useful.

なお、本実施の形態においては、ガス供給路33a〜33eの各々に設けられる流量調節部9として、図7(b)の流量調節部を用いる場合について説明したが、本発明の半導体製造装置においては、ガス供給路33a〜33eのうち少なくとも1つのガス供給路に、流量調節部9として図7(b)の流量調節部が設けられればよい。この場合には、一部の流量調節部9としてマスフローコントローラを用いてもよい。   In the present embodiment, the case where the flow rate adjusting unit of FIG. 7B is used as the flow rate adjusting unit 9 provided in each of the gas supply paths 33a to 33e has been described, but in the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention. The flow rate adjusting unit shown in FIG. 7B may be provided as the flow rate adjusting unit 9 in at least one of the gas supply channels 33a to 33e. In this case, a mass flow controller may be used as some of the flow rate adjusting units 9.

また、図7(a)では、1種類のガスを供給するための1組のガス供給路33a〜33eのみを示したが、使用するガスの種類に応じて複数組のガス供給路が設けられてもよい。すなわち、図8に示すように、ガス供給路33から分岐したガス供給路33a〜33eの組の他に、ガス供給路34から分岐したガス供給路34a〜34eの組、ガス供給路35から分岐したガス供給路35a〜35eの組が設けられ、それぞれのガス供給路にガス流量調節器が設けられ、かつそれぞれのガス供給路が基板処理室31に接続されてもよい。これにより、多種類のガスの流量を高精度かつ低コストで制御可能な半導体製造装置を実現することができる。   FIG. 7A shows only one set of gas supply paths 33a to 33e for supplying one type of gas, but a plurality of sets of gas supply paths are provided according to the type of gas to be used. May be. That is, as shown in FIG. 8, in addition to the set of gas supply paths 33 a to 33 e branched from the gas supply path 33, the set of gas supply paths 34 a to 34 e branched from the gas supply path 34 and branched from the gas supply path 35. The gas supply paths 35 a to 35 e may be provided, a gas flow rate controller may be provided in each gas supply path, and each gas supply path may be connected to the substrate processing chamber 31. Thereby, it is possible to realize a semiconductor manufacturing apparatus capable of controlling the flow rates of various kinds of gases with high accuracy and at low cost.

図6に示す有機金属気化供給装置を用いて、トリメチルガリウム(TMGa)をバブリングし、バブリング中の希釈ガスの流量を測定した。具体的には、始めにバルブV5およびV12Bを閉じ、バルブV6およびV12Aを開き、貯留容器1内部に50sccmの流量のN2ガスを導入した。このとき、バルブV7を閉じ、バルブV8を開き、音速ノズルS2を用いて有機金属ガスの流量を調節した。そして一定時間経過後、バルブV6およびV12Aを閉じ、バルブV5およびV12Bを開き、貯留容器1内部に20sccmの流量のH2ガスを一定時間導入した。このとき、バルブV8を閉じ、バルブV7を開き、音速ノズルS1を用いて有機金属ガスの流量を調節した。さらに一定時間経過後、バルブV5を閉じ、バルブV6を開き、貯留容器1内部に20sccmの流量のN2ガスを導入した。このとき、バルブV7を閉じ、バルブV8を開き、音速ノズルS2を用いて有機金属ガスの流量を調節した。バブリング中は貯留容器の温度が20℃に保たれ、バルブV1を制御することによりバブラーの圧力が250kPaに保たれた。希釈ガスの流量は希釈ガス流量測定部16によって測定された。 Trimethylgallium (TMGa) was bubbled using the organometallic vaporization supply apparatus shown in FIG. 6, and the flow rate of the dilution gas during the bubbling was measured. Specifically, first, the valves V5 and V12B were closed, the valves V6 and V12A were opened, and N 2 gas having a flow rate of 50 sccm was introduced into the storage container 1. At this time, the valve V7 was closed, the valve V8 was opened, and the flow rate of the organometallic gas was adjusted using the sonic nozzle S2. Then, after a lapse of a certain time, the valves V6 and V12A were closed, the valves V5 and V12B were opened, and H 2 gas having a flow rate of 20 sccm was introduced into the storage container 1 for a certain time. At this time, the valve V8 was closed, the valve V7 was opened, and the flow rate of the organometallic gas was adjusted using the sonic nozzle S1. Further, after a certain period of time, the valve V5 was closed and the valve V6 was opened, and N 2 gas having a flow rate of 20 sccm was introduced into the storage container 1. At this time, the valve V7 was closed, the valve V8 was opened, and the flow rate of the organometallic gas was adjusted using the sonic nozzle S2. During bubbling, the temperature of the storage container was kept at 20 ° C., and the pressure of the bubbler was kept at 250 kPa by controlling the valve V1. The flow rate of the dilution gas was measured by the dilution gas flow rate measurement unit 16.

図9(a)は、本発明の実施例1における流量調節部9Aおよび9Bを流れるバブリングガスの流量変化を示す図であり、(b)は本発明の実施例1における希釈ガス供給路7を通過する希釈ガスの流量変化を示す図である。図9(a)および(b)を参照して、1600秒付近で50sccmの流量のN2ガスから20sccmの流量のH2ガスへバブリングガスおよび希釈ガスを切り換えた直後、希釈ガスであるH2ガスの流量は、一旦800sccm程度まで低下し、その後再び増加して約900sccmに収束している。一方、4200秒付近で20sccmの流量のH2ガスから20sccmの流量のN2ガスにバブリングガスおよび希釈ガスを切り換えた直後、希釈ガスであるN2ガスの流量は、ほとんど低下することなく約960sccmのままである。これらの結果から、希釈ガス流量測定部16を設けることにより貯留容器1内部のバブリングガスの置換が完了したか否かを判断できることが分かる。また、H2ガスからN2ガスへ切り換える場合よりもN2ガスからH2ガスへ切り換える場合の方が、プレバブリングに長時間を要することが分かった。 FIG. 9A is a diagram showing a change in the flow rate of the bubbling gas flowing through the flow rate control units 9A and 9B in the first embodiment of the present invention, and FIG. 9B shows the dilution gas supply path 7 in the first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the flow volume change of the dilution gas which passes. Referring to FIG. 9 (a) and 9 (b), immediately after switching the bubbling gas and dilution gas from 1600 seconds around at 50sccm of the flow rate of N 2 gas to the flow rate of H 2 gas of 20 sccm, a diluent gas H 2 The gas flow rate once decreases to about 800 sccm, then increases again and converges to about 900 sccm. Meanwhile, immediately after switching the bubbling gas and dilution gas from 20sccm of the flow rate of H 2 gas in the vicinity of 4200 seconds N 2 gas at a flow rate of 20sccm, the flow rate of N 2 gas is dilution gas, about with little decrease 960sccm Remains. From these results, it can be seen that it is possible to determine whether or not the replacement of the bubbling gas inside the storage container 1 is completed by providing the dilution gas flow rate measurement unit 16. It has also been found that pre-bubbling takes a longer time when switching from N 2 gas to H 2 gas than when switching from H 2 gas to N 2 gas.

本実施例では、流量調節器の設定値に対する実流量の応答について調べた。図10は、本発明の実施例2における実験装置の構成を概略的に示す図である。図10を参照して、本実施例の実験装置は、減圧弁V41およびバルブV42と、流量調節部41と、圧力計P41と,層流素子F41とを有している。ガス供給管43には、上流側から順に、減圧弁V41、流量調節部41、圧力計P41、および層流素子F41が設けられている。また、ガス供給管43aは、減圧弁V41と流量調節部41との間でガス供給管43から分岐している。ガス供給管43aにはバルブV42が設けられている。ガス供給管43は下流側で大気中に通じており、ガス供給管43aは下流側で排気口に通じている。   In this example, the response of the actual flow rate to the set value of the flow rate controller was examined. FIG. 10 is a diagram schematically showing the configuration of the experimental apparatus in Example 2 of the present invention. Referring to FIG. 10, the experimental apparatus of the present embodiment includes a pressure reducing valve V41 and a valve V42, a flow rate adjusting unit 41, a pressure gauge P41, and a laminar flow element F41. The gas supply pipe 43 is provided with a pressure reducing valve V41, a flow rate adjusting unit 41, a pressure gauge P41, and a laminar flow element F41 in order from the upstream side. Further, the gas supply pipe 43 a is branched from the gas supply pipe 43 between the pressure reducing valve V 41 and the flow rate adjusting unit 41. A valve V42 is provided in the gas supply pipe 43a. The gas supply pipe 43 communicates with the atmosphere on the downstream side, and the gas supply pipe 43a communicates with the exhaust port on the downstream side.

この実験装置において、図1に示す流量調節部9を流量調節部41として配置したものを本発明例とした。本発明例における流量調節部9のバルブV2としては、ソレノイドバルブを用いた。ソレノイドバルブとは、コイルに電流を流し、発生する磁場によりバルブを制御するものである。   In this experimental apparatus, the flow rate adjusting unit 9 shown in FIG. A solenoid valve was used as the valve V2 of the flow rate adjusting unit 9 in the present invention. The solenoid valve is a valve that controls a valve by a magnetic field generated by passing a current through a coil.

また、ピエゾバルブを有するマスフローコントローラを流量調節部41として配置したものを比較例1とした。ピエゾバルブとは、電流の有無によりピエゾ素子を圧縮・膨張させ、これによりバルブを制御するものである。   In addition, a mass flow controller having a piezo valve arranged as the flow rate adjustment unit 41 was used as Comparative Example 1. A piezo valve compresses and expands a piezo element according to the presence or absence of an electric current, thereby controlling the valve.

さらに、サーマル式バルブを有するマスフローコントローラを流量調節部41として配置したものを比較例2とした。サーマル式バルブとは、抵抗体に電流を流して抵抗体に熱を発生させ、この熱によりバルブを制御するものである。   Further, Comparative Example 2 is a mass flow controller having a thermal valve arranged as the flow rate adjustment unit 41. The thermal type valve is one in which a current is passed through a resistor to generate heat in the resistor and the valve is controlled by this heat.

この実験装置を用いて以下の方法により実験を行なった。流量調節部41の流量設定値を、0(全く流れていない状態)から流量調節部41のフルスケール(100sccm)の10%、50%、および100%まで急激に増加させた。そして、圧力計P41の値と大気圧とから層流素子F41を流れるガス流量を計算し、下流側のガス流量を測定した。そして、下流側のガス流量が流量調節部の設定値の0.5%以内に収束するまでの時間を計測した。ガスとしてはN2およびH2を使用した。 Using this experimental apparatus, an experiment was conducted by the following method. The flow rate setting value of the flow rate adjustment unit 41 was rapidly increased from 0 (a state in which no flow occurred) to 10%, 50%, and 100% of the full scale (100 sccm) of the flow rate adjustment unit 41. And the gas flow rate which flows through the laminar flow element F41 from the value of the pressure gauge P41 and atmospheric pressure was calculated, and the downstream gas flow rate was measured. Then, the time until the downstream gas flow rate converges within 0.5% of the set value of the flow rate control unit was measured. N 2 and H 2 were used as the gas.

なお、圧力計P41の応答速度は10msec以下であり、ガス圧縮、容積などによる測定系の遅れは無視できるものであった。また、流量調節部41の上流側の圧力は、減圧弁V41によって0.3MPaに調整した。本実施例の結果を表2に示す。   The response speed of the pressure gauge P41 was 10 msec or less, and the delay of the measurement system due to gas compression, volume, etc. was negligible. Further, the pressure on the upstream side of the flow rate adjusting unit 41 was adjusted to 0.3 MPa by the pressure reducing valve V41. The results of this example are shown in Table 2.

Figure 2008166670
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表2を参照して、N2およびH2のいずれのガスを使用した場合にも同様の結果が得られた。すなわち、ガス流量を10%まで増加させた場合および50%まで増加させた場合には、本発明例の収束時間は比較例1および2の収束時間よりも短くなった。また、ガス流量を100%まで増加させた場合には、本発明例の収束時間は比較例1と同等の収束時間で、かつ比較例2の収束時間よりも短くなった。以上の結果から、本発明のガス流量調節器は十分早い応答を示すことが分かった。 Referring to Table 2, the same results were obtained when either N 2 or H 2 gas was used. That is, when the gas flow rate was increased to 10% and increased to 50%, the convergence time of the example of the present invention was shorter than the convergence time of Comparative Examples 1 and 2. In addition, when the gas flow rate was increased to 100%, the convergence time of the example of the present invention was the same as that of Comparative Example 1 and was shorter than the convergence time of Comparative Example 2. From the above results, it was found that the gas flow rate regulator of the present invention exhibits a sufficiently fast response.

本実施例においては、上流側の圧力変化が下流側のガス流量に与える影響について調べた。具体的には、図10の実験装置を用いて以下の方法により実験を行なった。バルブV42を開閉することにより、流量調節部41の上流側の圧力を、N2の場合には0.05MPa、H2の場合には0.03MPaの変動幅で急激に変動させた。そして、圧力計P41の値と大気圧とから層流素子F41を流れるガス流量を計算し、下流側のガス流量を測定した。ガス流量調節器の設定値は50sccmとした。そして、下流側のガス流量の変化がフルスケールの0.5%以内に収束するまでの時間と、下流側のガス流量の変化量の最大値とを計測した。 In this example, the influence of the upstream pressure change on the downstream gas flow rate was examined. Specifically, the experiment was performed by the following method using the experimental apparatus of FIG. By opening and closing the valve V42, the pressure on the upstream side of the flow rate adjusting unit 41 was rapidly changed with a fluctuation range of 0.05 MPa in the case of N 2 and 0.03 MPa in the case of H 2 . And the gas flow rate which flows through the laminar flow element F41 from the value of the pressure gauge P41 and atmospheric pressure was calculated, and the downstream gas flow rate was measured. The set value of the gas flow controller was 50 sccm. And the time until the change of the downstream gas flow rate converges within 0.5% of the full scale and the maximum value of the change amount of the downstream gas flow rate were measured.

なお、これ以外の実験条件は実施例2と同様とした。下流側のガス流量の収束時間の結果を表3に示し、下流側のガス流量の変化量の最大値の結果を表4に示す。表4において、プラスの符号は下流側のガス流量が増加したことを意味しており、マイナスの符号は下流側のガス流量が減少したことを意味している。   The other experimental conditions were the same as in Example 2. The result of the convergence time of the downstream gas flow rate is shown in Table 3, and the result of the maximum value of the change amount of the downstream gas flow rate is shown in Table 4. In Table 4, a plus sign means that the downstream gas flow rate has increased, and a minus sign means that the downstream gas flow rate has decreased.

Figure 2008166670
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Figure 2008166670
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表3および表4を参照して、本発明例の収束時間は、比較例1の収束時間と同等であり、かつ比較例2の収束時間よりも大幅に短かった。また、本発明例の変化量は、比較例1および2の変化量に比べて大幅に小さかった。この結果は、マスフローコントローラの構造に起因するものと推測される。すなわち、マスフローコントローラは、ガス供給路から分岐した分岐路内において圧力を測定し、この圧力に基づいてガス供給管を流れる圧力を制御する構造を有している。このため、上流側の圧力が急激に変動するとガス供給管内のガスの溜まりの影響で、分岐路内の圧力がガス供給管内の圧力に追従できなくなる。その結果、ガス供給管内のガスの密度と分岐路内のガスの密度とにずれが生じて、正確な流量を測定することができなくなり、下流側のガス流量が悪影響を受ける。一方、本発明例では、上流側の圧力をバルブV2で制御するため、上流側の圧力変動が下流側のガス流量へ与える影響は小さい。   With reference to Table 3 and Table 4, the convergence time of the present invention example was equivalent to the convergence time of Comparative Example 1, and was significantly shorter than the convergence time of Comparative Example 2. Further, the amount of change in the inventive example was significantly smaller than the amount of change in Comparative Examples 1 and 2. This result is presumed to be due to the structure of the mass flow controller. That is, the mass flow controller has a structure in which the pressure is measured in a branch path branched from the gas supply path, and the pressure flowing through the gas supply pipe is controlled based on this pressure. For this reason, when the pressure on the upstream side fluctuates rapidly, the pressure in the branch passage cannot follow the pressure in the gas supply pipe due to the influence of gas accumulation in the gas supply pipe. As a result, the gas density in the gas supply pipe and the gas density in the branch path are different from each other, so that an accurate flow rate cannot be measured, and the downstream gas flow rate is adversely affected. On the other hand, in the present invention example, since the upstream pressure is controlled by the valve V2, the influence of the upstream pressure fluctuation on the downstream gas flow rate is small.

以上の結果から、本発明のガス流量調節器および半導体製造装置によれば、上流側の圧力変化が下流側のガス流量に与える影響が小さいことが分かった。   From the above results, it was found that according to the gas flow rate regulator and the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, the influence of the upstream pressure change on the downstream gas flow rate is small.

本実施例では、温度変化が流量調節部に与える影響について調べた。図11は、本発明の実施例4における実験装置の構成を概略的に示す図である。図11を参照して、本実施例の実験装置は、減圧弁V41と、マスフローコントローラM41と、流量調節部41と、恒温槽45とを有している。ガス供給管43には、上流側から順に、減圧弁V41と、マスフローコントローラM41と、流量調節部41とが設けられている。また、流量調節部41は恒温槽45内に配置されている。流量調節部41からは、流量調節部41を流れるガスの流量が出力される。   In this example, the influence of the temperature change on the flow rate adjusting unit was examined. FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of an experimental apparatus in Example 4 of the present invention. Referring to FIG. 11, the experimental apparatus of the present embodiment includes a pressure reducing valve V41, a mass flow controller M41, a flow rate adjusting unit 41, and a thermostatic chamber 45. The gas supply pipe 43 is provided with a pressure reducing valve V41, a mass flow controller M41, and a flow rate adjusting unit 41 in order from the upstream side. Further, the flow rate adjusting unit 41 is disposed in the constant temperature bath 45. The flow rate adjustment unit 41 outputs the flow rate of the gas flowing through the flow rate adjustment unit 41.

この実験装置において、図1に示す流量調節部9を流量調節部41として配置したものを本発明例とした。また、ピエゾバルブを有するマスフローコントローラを流量調節部41として配置したものを比較例1とした。さらに、サーマル式バルブを有するマスフローコントローラを流量調節部41として配置したものを比較例2とした。   In this experimental apparatus, the flow rate adjusting unit 9 shown in FIG. In addition, a mass flow controller having a piezo valve arranged as the flow rate adjustment unit 41 was used as Comparative Example 1. Further, Comparative Example 2 is a mass flow controller having a thermal valve arranged as the flow rate adjustment unit 41.

この実験装置を用いて以下の方法により実験を行なった。減圧弁V41により圧力を調整し、マスフローコントローラM41でガス流量を調節し、流量調節部41に50sccmのN2ガスを流し続けた。流量調節部41によるガス流量の調節は行なわずに、流量調節部41のバルブを全開にした。この状態で恒温槽45の温度を変化させることにより、流量調節部41の温度を10℃〜40℃の範囲で急激に変動させた。そして、流量調節部41を流れるガスの流量を測定し、ガス流量の変化量の最大値を測定した。 Using this experimental apparatus, an experiment was conducted by the following method. The pressure was adjusted by the pressure reducing valve V41, the gas flow rate was adjusted by the mass flow controller M41, and 50 sccm of N 2 gas was continuously supplied to the flow rate adjustment unit 41. Without adjusting the gas flow rate by the flow rate adjusting unit 41, the valve of the flow rate adjusting unit 41 was fully opened. In this state, by changing the temperature of the thermostatic chamber 45, the temperature of the flow rate adjusting unit 41 was rapidly changed in the range of 10 ° C to 40 ° C. And the flow volume of the gas which flows through the flow volume adjustment part 41 was measured, and the maximum value of the variation | change_quantity of gas flow volume was measured.

なお、これ以外の実験条件は実施例2と同様とした。本実施例の結果を表5に示す。表5のガス流量の変化量の最大値は、流量調節部41のフルスケールに対する割合(パーセント)で示されている。   The other experimental conditions were the same as in Example 2. The results of this example are shown in Table 5. The maximum value of the change amount of the gas flow rate in Table 5 is shown as a ratio (percentage) to the full scale of the flow rate adjustment unit 41.

Figure 2008166670
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表5を参照して、実際には一定の流量のガスが流れているにも関わらず、すべての流量調節器の測定値に変化が生じている。しかし、流量調節部41の温度をどのように変動させたかに関わらず、本発明例の測定値の変化量は、比較例1および2の測定値の変化量に比べて大幅に小さかった。この結果は、マスフローコントローラの構造に起因するものと推測される。すなわち、マスフローコントローラは、分岐路内において熱式センサによって流量を測定しているため、マスフローコントローラの温度変動によって測定値が大きな影響を受ける。一方、本発明例では、温度計T1によって測定される層流素子Fの温度に基づいて測定流量値が補正されるので、測定値が温度の影響を受けにくい。   Referring to Table 5, in spite of the fact that a constant flow rate of gas is flowing, a change occurs in the measurement values of all flow rate regulators. However, regardless of how the temperature of the flow rate adjusting unit 41 was changed, the amount of change in the measured value of the example of the present invention was significantly smaller than the amount of change in the measured value of Comparative Examples 1 and 2. This result is presumed to be due to the structure of the mass flow controller. That is, since the mass flow controller measures the flow rate with a thermal sensor in the branch path, the measurement value is greatly affected by the temperature fluctuation of the mass flow controller. On the other hand, in the example of the present invention, the measured flow rate value is corrected based on the temperature of the laminar flow element F measured by the thermometer T1, and thus the measured value is hardly affected by the temperature.

以上の結果から、本発明のガス流量調節器および半導体製造装置によれば、温度変化が流量調節部に与える影響が小さいことが分かった。   From the above results, it was found that according to the gas flow controller and the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, the influence of the temperature change on the flow controller is small.

以上に開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態および実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、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修正や変形を含むものと意図される。   The embodiments and examples disclosed above are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above embodiments and examples but by the scope of claims, and is intended to include all modifications and variations within the meaning and scope equivalent to the scope of claims. .

本発明は、窒化物系化合物半導体の成膜に特に適している。   The present invention is particularly suitable for forming a nitride compound semiconductor.

本発明の実施の形態1における有機金属気化供給装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the organometallic vaporization supply apparatus in Embodiment 1 of this invention. 音速ノズルSの上流側のガス圧力PA1と、音速ノズルを通過するガスの流量との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between gas pressure PA1 of the upstream of the sonic nozzle S, and the flow volume of the gas which passes a sonic nozzle. 層流素子Fの上流側のガス圧力PB1および下流側のガス圧力PB2の差圧と、層流素子Fを通過するガスの流量との関係の一例を示す図である。4 is a diagram illustrating an example of a relationship between a differential pressure between an upstream gas pressure PB1 and a downstream gas pressure PB2 of a laminar flow element F and a flow rate of gas passing through the laminar flow element F. FIG. 本発明の実施の形態1における有機金属気化供給装置の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the organometallic vaporization supply apparatus in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるMOCVD装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the MOCVD apparatus in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3におけるMOCVD装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the MOCVD apparatus in Embodiment 3 of this invention. (a)は、本発明の実施の形態4における半導体製造装置の構成を概略的に示す図である。(b)は、本発明の実施の形態4における流量調節部の構成を概略的に示す図である。(A) is a figure which shows roughly the structure of the semiconductor manufacturing apparatus in Embodiment 4 of this invention. (B) is a figure which shows roughly the structure of the flow volume adjustment part in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4における半導体製造装置の変形例の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the modification of the semiconductor manufacturing apparatus in Embodiment 4 of this invention. (a)は本発明の実施例1における流量調節部9Aおよび9Bを流れるバブリングガスの流量変化を示す図であり、(b)は本発明の実施例1における希釈ガス供給路7を通過する希釈ガスの流量変化を示す図である。(A) is a figure which shows the flow volume change of the bubbling gas which flows through the flow volume adjustment parts 9A and 9B in Example 1 of this invention, (b) is the dilution which passes through the dilution gas supply path 7 in Example 1 of this invention. It is a figure which shows the flow volume change of gas. 本発明の実施例2における実験装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the experimental apparatus in Example 2 of this invention. 本発明の実施例4における実験装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the experimental apparatus in Example 4 of this invention. 従来の有機金属気化供給装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the conventional organometallic vaporization supply apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1,101 貯留容器、3,3a,3b,103 バブリングガス供給路、5,105 有機金属ガス供給路、5a 第1供給路、5b 第2供給路、5c 成膜室供給路、5d 排気路、7,107 希釈ガス供給路、9,9A,9B,41 流量調節部、10,45,110 恒温槽、11 圧力調節部、13,113 有機金属原料、15 接続路、16 希釈ガス流量測定部、17 成膜室、19 ガス供給路、20 有機金属気化供給装置、31 基板処理室、33,33a〜33e ガス供給路、37 排気ガス管、43,43a ガス供給管、A,B 位置、F,F1A,F1B,F2,F41 層流素子、M1,M41,M101,M102 マスフローコントローラ、P1〜P4,P2A,P2B,P41,P101 圧力計、PA1,PA2,PB1,PB2 ガス圧力、S,S1,S2 音速ノズル、T1〜T3 温度計、V1〜V13,V2A,V2B,V12A,V12B,V42,V101〜V106 バルブ、V31,V41 減圧弁。   1, 101 storage container, 3, 3a, 3b, 103 bubbling gas supply path, 5,105 organometallic gas supply path, 5a first supply path, 5b second supply path, 5c film formation chamber supply path, 5d exhaust path, 7, 107 Diluting gas supply path, 9, 9A, 9B, 41 Flow rate adjusting unit, 10, 45, 110 Thermostatic bath, 11 Pressure adjusting unit, 13, 113 Organometallic raw material, 15 connection path, 16 Diluting gas flow rate measuring unit, Reference Signs List 17 Deposition chamber, 19 Gas supply path, 20 Organometallic vaporization supply device, 31 Substrate processing chamber, 33, 33a to 33e Gas supply path, 37 Exhaust gas pipe, 43, 43a Gas supply pipe, A, B position, F, F1A, F1B, F2, F41 Laminar flow element, M1, M41, M101, M102 Mass flow controller, P1-P4, P2A, P2B, P41, P101 Pressure gauge, PA1, P 2, PB1, PB2 gas pressure, S, S1, S2 sonic nozzle, T1 to T3 thermometer, V1~V13, V2A, V2B, V12A, V12B, V42, V101~V106 valve, V31, V41 reducing valve.

Claims (23)

有機金属原料を貯留するための容器と、
前記容器に接続され、かつ前記有機金属原料にバブリングガスを供給するためのバブリングガス供給路と、
前記容器に接続され、かつ前記容器で発生した有機金属ガスおよび前記有機金属ガスを希釈する希釈ガスを成膜室へ供給するための有機金属ガス供給路と、
前記有機金属ガス供給路に接続され、かつ前記希釈ガスを前記有機金属ガス供給路に供給するための希釈ガス供給路と、
前記バブリングガス供給路に設けられ、かつ前記バブリングガスの流量を調節するための流量調節部と、
前記希釈ガスの圧力を調節するための圧力調節部と、
前記有機金属ガス供給路と前記希釈ガス供給路との接続位置よりも下流側の前記有機金属ガス供給路に配置された絞り部とを備え、
前記絞り部は上流側のガス圧力によって通過するガスの流量を調節可能である、有機金属気化供給装置。
A container for storing organometallic raw materials;
A bubbling gas supply path connected to the vessel and for supplying bubbling gas to the organometallic raw material;
An organometallic gas supply path connected to the container and configured to supply an organometallic gas generated in the container and a dilution gas for diluting the organometallic gas to the film forming chamber;
A dilution gas supply path connected to the organometallic gas supply path and for supplying the dilution gas to the organometallic gas supply path;
A flow rate adjusting unit provided in the bubbling gas supply path and for adjusting the flow rate of the bubbling gas;
A pressure adjusting unit for adjusting the pressure of the dilution gas;
A throttle portion disposed in the organometallic gas supply path downstream from the connection position of the organometallic gas supply path and the dilution gas supply path;
The throttling portion is an organometallic vaporization supply device capable of adjusting a flow rate of a gas passing therethrough by an upstream gas pressure.
前記流量調節部は、上流側のガス圧力および下流側のガス圧力によって通過するガスの流量を調節可能であるバブリングガス用素子と、前記バブリングガス用素子よりも上流側に配置され、かつ前記バブリングガス供給路の圧力を調節するためのバブリングガス圧力調節部とを有する、請求項1に記載の有機金属気化供給装置。   The flow rate adjusting unit is disposed on the upstream side of the bubbling gas element, the bubbling gas element capable of adjusting the flow rate of the gas passing by the upstream gas pressure and the downstream gas pressure, and the bubbling The organometallic vaporization supply device according to claim 1, further comprising a bubbling gas pressure adjustment unit for adjusting a pressure of the gas supply path. 前記有機金属ガス供給路は第1供給路と第2供給路とを有し、前記絞り部は前記第1供給路に設けられた第1絞り部と前記第2供給路に設けられた第2絞り部とを有し、前記第1供給路と前記第2供給路とは前記接続位置よりも下流側と、前記第1絞り部および前記第2絞り部の下流側とにおいて接続されており、
前記バブリングガスの種類を第1バブリングガスと第2バブリングガスとの間で切り換えるための第1切り換え手段と、
前記第1供給路と前記第2供給路との間で前記有機金属ガスおよび前記希釈ガスの流路を切り換えるための第2切り換え手段とをさらに備える、請求項1または2に記載の有機金属気化供給装置。
The organometallic gas supply path has a first supply path and a second supply path, and the throttle section is provided in a first throttle section provided in the first supply path and a second supply path provided in the second supply path. The first supply path and the second supply path are connected downstream of the connection position and downstream of the first throttle part and the second throttle part,
First switching means for switching the type of the bubbling gas between a first bubbling gas and a second bubbling gas;
3. The organometallic vaporization according to claim 1, further comprising a second switching unit configured to switch a flow path of the organometallic gas and the dilution gas between the first supply path and the second supply path. Feeding device.
前記バブリングガス供給路に前記第1バブリングガスを供給し、かつ前記有機金属ガスの流路を前記第1供給路に切り換えた場合であって、かつ前記第1絞り部の上流側のガス圧力が所定値である場合における前記第1絞り部を通過するガスの流量と、前記バブリングガス供給路に前記第2バブリングガスを供給し、かつ前記有機金属ガスの流路を前記第2供給路に切り換えた場合であって、かつ前記第2絞り部の上流側のガス圧力が前記所定値である場合における前記第2絞り部を通過するガスの流量とが等しくなるように、前記第1絞り部および前記第2絞り部が構成されている、請求項3に記載の有機金属気化供給装置。   The first bubbling gas is supplied to the bubbling gas supply path, and the flow path of the organometallic gas is switched to the first supply path, and the gas pressure upstream of the first throttle portion is The flow rate of the gas passing through the first restrictor when the value is a predetermined value, the second bubbling gas is supplied to the bubbling gas supply path, and the organometallic gas flow path is switched to the second supply path. And when the gas pressure upstream of the second restrictor is the predetermined value, the first restrictor and the flow rate of the gas passing through the second restrictor are equal. The organometallic vaporization supply apparatus of Claim 3 with which the said 2nd aperture | diaphragm | squeeze part is comprised. 前記希釈ガス供給路に設けられ、かつ前記希釈ガスの流量を測定するための希釈ガス流量測定部をさらに備える、請求項1〜4のいずれかに記載の有機金属気化供給装置。   The metal-organic vaporization supply apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising a dilution gas flow rate measurement unit that is provided in the dilution gas supply path and measures the flow rate of the dilution gas. 前記希釈ガス流量測定部は、上流側のガス圧力および下流側のガス圧力によって通過するガスの流量を調節可能である希釈ガス用素子と、前記希釈ガス用素子よりも上流側の圧力を測定するための希釈ガス用圧力計と、前記希釈ガス用素子の温度を測定するための温度計とを有する、請求項5に記載の有機金属気化供給装置。   The dilution gas flow rate measuring unit measures the dilution gas element capable of adjusting the flow rate of the gas passing through the upstream gas pressure and the downstream gas pressure, and the pressure upstream of the dilution gas element. The metal-organic vaporization supply apparatus of Claim 5 which has a pressure gauge for dilution gas for this, and a thermometer for measuring the temperature of the said element for dilution gas. 請求項1〜6のいずれかに記載の有機金属気化供給装置と、
成膜に用いられる他のガスを前記成膜室に供給するためのガス供給路と、
前記有機金属ガスと前記他のガスとを用いて成膜を行なうための前記成膜室とを備える、有機金属気相成長装置。
The organometallic vaporization supply device according to any one of claims 1 to 6,
A gas supply path for supplying another gas used for film formation to the film formation chamber;
An organometallic vapor phase growth apparatus comprising: the deposition chamber for performing deposition using the organometallic gas and the other gas.
バブリングガスの流量を調節して前記バブリングガスを有機金属原料に供給する流量調節工程と、
希釈ガスの圧力を調節する圧力調節工程と、
前記流量調節工程および前記圧力調節工程後、前記有機金属原料から発生する有機金属ガスと前記希釈ガスとを混合して混合ガスを得る混合工程と、
前記混合工程後、絞り部を通して前記混合ガスを成膜室へ供給して成膜を行なう成膜工程とを備え、
前記絞り部は上流側のガス圧力によって通過するガスの流量を調節可能である、有機金属気相成長方法。
Adjusting the flow rate of the bubbling gas and supplying the bubbling gas to the organometallic raw material; and
A pressure adjusting step for adjusting the pressure of the dilution gas;
After the flow rate adjusting step and the pressure adjusting step, a mixing step of obtaining a mixed gas by mixing the organometallic gas generated from the organometallic raw material and the dilution gas;
A film forming process for forming a film by supplying the mixed gas to the film forming chamber through the throttle after the mixing process;
The metal-organic vapor phase epitaxy method, wherein the throttle unit is capable of adjusting a flow rate of a gas passing therethrough according to an upstream gas pressure.
前記絞り部は第1絞り部と第2絞り部とを有し、
前記成膜工程は、前記希釈ガスまたは前記バブリングガスの種類に応じて、前記混合ガスを通す絞り部を前記第1絞り部から前記第2絞り部へと切り換える切換工程を含む、請求項8に記載の有機金属気相成長方法。
The diaphragm has a first diaphragm and a second diaphragm,
The film forming step includes a switching step of switching a throttle portion through which the mixed gas is passed from the first throttle portion to the second throttle portion according to the type of the dilution gas or the bubbling gas. The organometallic vapor phase growth method described.
前記希釈ガスの流量を測定する測定工程をさらに備え、前記測定工程において前記希釈ガスの流量が一定値に収束した後で前記成膜工程を行なう、請求項8または9に記載の有機金属気相成長方法。   10. The organometallic vapor phase according to claim 8, further comprising a measurement step of measuring a flow rate of the dilution gas, wherein the film formation step is performed after the flow rate of the dilution gas converges to a constant value in the measurement step. Growth method. 前記成膜工程において化合物半導体を成膜する、請求項8〜10のいずれかに記載の有機金属気相成長方法。   The metal organic chemical vapor deposition method according to claim 8, wherein a compound semiconductor is formed in the film forming step. 前記化合物半導体はAlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)よりなる、請求項11に記載の有機金属気相成長方法。 The organometallic vapor phase growth method according to claim 11, wherein the compound semiconductor is made of Al x Ga y In 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). 上流側のガス圧力および下流側のガス圧力によって通過するガスの流量を調節可能である素子と、
前記素子よりも下流側の圧力を測定するための第1の圧力計と、
前記素子よりも上流側の圧力を測定するための第2の圧力計と、
前記素子の温度を測定するための温度計と、
前記素子よりも上流側の前記ガス圧力を調節するための圧力調節部とを備える、ガス流量調節器。
An element capable of adjusting the flow rate of gas passing by the upstream gas pressure and the downstream gas pressure;
A first pressure gauge for measuring the pressure downstream of the element;
A second pressure gauge for measuring the pressure upstream of the element;
A thermometer for measuring the temperature of the element;
A gas flow rate regulator comprising: a pressure regulator for regulating the gas pressure upstream of the element.
基板を処理するための基板処理室と、
前記基板処理室に接続され、かつ前記基板処理室にガスを供給するための複数の管路と、
前記複数の管路のうち少なくともいずれか1つに設けられた請求項13に記載のガス流量調節器とを備え、
前記複数の管路は前記ガス流量調節器よりも上流側において互いに接続している、半導体製造装置。
A substrate processing chamber for processing the substrate;
A plurality of conduits connected to the substrate processing chamber and for supplying gas to the substrate processing chamber;
The gas flow rate regulator according to claim 13 provided in at least one of the plurality of pipelines,
The semiconductor manufacturing apparatus, wherein the plurality of pipe lines are connected to each other upstream of the gas flow controller.
半導体を気相成長により前記基板上に形成するための装置である、請求項14に記載の半導体製造装置。   The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 14, which is an apparatus for forming a semiconductor on the substrate by vapor deposition. 窒化物系化合物半導体を気相成長により前記基板上に形成するための装置である、請求項15に記載の半導体製造装置。   The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 15, which is an apparatus for forming a nitride-based compound semiconductor on the substrate by vapor deposition. 前記気相成長はハイドライド気相成長法である、請求項15または16に記載の半導体製造装置。   The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 15, wherein the vapor phase growth is a hydride vapor phase growth method. 前記気相成長は有機金属気相成長法である、請求項15または16に記載の半導体製造装置。   The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 15, wherein the vapor phase growth is a metal organic vapor phase growth method. 請求項14〜18のいずれかに記載の半導体製造装置を用いた製造方法であって、
前記素子よりも上流側の圧力を前記圧力調節部により調節する工程を備える、半導体製造方法。
A manufacturing method using the semiconductor manufacturing apparatus according to claim 14,
A semiconductor manufacturing method comprising a step of adjusting the pressure upstream of the element by the pressure adjusting unit.
半導体を気相成長により前記基板上に形成する工程をさらに備える、請求項19に記載の半導体製造方法。   The semiconductor manufacturing method according to claim 19, further comprising a step of forming a semiconductor on the substrate by vapor deposition. 窒化物系化合物半導体を気相成長により前記基板上に形成する工程をさらに備える、請求項20に記載の半導体製造方法。   21. The semiconductor manufacturing method according to claim 20, further comprising a step of forming a nitride-based compound semiconductor on the substrate by vapor deposition. 前記気相成長はハイドライド気相成長法である、請求項20または21に記載の半導体製造装置。   The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 20 or 21, wherein the vapor phase growth is a hydride vapor phase growth method. 前記気相成長は有機金属気相成長法である、請求項20または21に記載の半導体製造装置。   The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 20 or 21, wherein the vapor phase growth is an organic metal vapor phase growth method.
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