JP2510340B2 - Ｓｉ系結晶薄膜の製法 - Google Patents
Ｓｉ系結晶薄膜の製法Info
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- JP2510340B2 JP2510340B2 JP2205499A JP20549990A JP2510340B2 JP 2510340 B2 JP2510340 B2 JP 2510340B2 JP 2205499 A JP2205499 A JP 2205499A JP 20549990 A JP20549990 A JP 20549990A JP 2510340 B2 JP2510340 B2 JP 2510340B2
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- Japan
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- vacuum
- thin film
- crystal thin
- vacuum chamber
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、超真空下で基板に対してSi系結晶の構成
原子または構成分子をガス状態で供給し、基板表面に吸
着させ熱分解させることにより結晶薄膜を成長させるよ
うにしたSi系結晶薄膜の製法に関するものである。
原子または構成分子をガス状態で供給し、基板表面に吸
着させ熱分解させることにより結晶薄膜を成長させるよ
うにしたSi系結晶薄膜の製法に関するものである。
半導体素子の製法として、従来から、ステンレス製の
超高真空室内で固体原料をヒータ，電子ビーム等により
蒸発させ基板に蒸着させることにより結晶を成長させる
分子線エピタキシー法（MBE法）が行われている。しか
し、この方法は固体原料を用いるため、原料が空になっ
た時点で、いちいち真空室の真空を解除して原料を補充
しなければならず、再度真空室内を超真空る戻すのに長
時間を要するとともに、結晶膜の成長が断続的になって
品質が不均一になるという欠点を有している。
超高真空室内で固体原料をヒータ，電子ビーム等により
蒸発させ基板に蒸着させることにより結晶を成長させる
分子線エピタキシー法（MBE法）が行われている。しか
し、この方法は固体原料を用いるため、原料が空になっ
た時点で、いちいち真空室の真空を解除して原料を補充
しなければならず、再度真空室内を超真空る戻すのに長
時間を要するとともに、結晶膜の成長が断続的になって
品質が不均一になるという欠点を有している。
そこで、上記のような欠点を克服するために、最近で
は結晶構成原料をガスの状態で供給する方法（ガスソー
スMBE）が試みられている。この方法では、例えば第２
図に示すような原理の装置を用いる。すなわち、この装
置の真空室１内の中央部には、その上方からヒータ６が
吊り下げられており、このヒータ６の下面に、インジウ
ム等によって基板２が貼り付けられた基板ホルダ５が設
置されている。そして、上記ヒータ６によって、上記基
板ホルダ５および基板２に対し輻射加熱を行いながら、
下方の原料ガス供給配管9,10から複数の原料ガスを同時
に供給して基板２の表面2aに付着させ結晶を成長させる
のである。この反応は、通常10-4〜10-6Torr程度の高真
空下で行われ、真空配管８に連通される真空ポンプ（図
示せず）によって真空引きが行われる。この方法によれ
ば、原料を連続供給することができるので、従来のよう
に真空状態を解除して原料補充を行う必要がなく、短時
間で高品質の結晶薄膜を得ることができる。
は結晶構成原料をガスの状態で供給する方法（ガスソー
スMBE）が試みられている。この方法では、例えば第２
図に示すような原理の装置を用いる。すなわち、この装
置の真空室１内の中央部には、その上方からヒータ６が
吊り下げられており、このヒータ６の下面に、インジウ
ム等によって基板２が貼り付けられた基板ホルダ５が設
置されている。そして、上記ヒータ６によって、上記基
板ホルダ５および基板２に対し輻射加熱を行いながら、
下方の原料ガス供給配管9,10から複数の原料ガスを同時
に供給して基板２の表面2aに付着させ結晶を成長させる
のである。この反応は、通常10-4〜10-6Torr程度の高真
空下で行われ、真空配管８に連通される真空ポンプ（図
示せず）によって真空引きが行われる。この方法によれ
ば、原料を連続供給することができるので、従来のよう
に真空状態を解除して原料補充を行う必要がなく、短時
間で高品質の結晶薄膜を得ることができる。
しかしながら、上記ガスソースMBEの方法を、GaAs,In
P等の化合物半導体の製造に適用する場合には問題はな
いが、Si,SiGe等のSi系半導体の製造に適用する場合に
は、真空室１内における真空度が10-5Torr程度になると
Siがヒータ６および基板ホルダ５に堆積し始め、Siの結
晶成長に最適な10-4Torr前後で急激に堆積してヒータ６
からの熱輻射が妨げられて結晶成長の再現性が悪くなる
ことが判明した。
P等の化合物半導体の製造に適用する場合には問題はな
いが、Si,SiGe等のSi系半導体の製造に適用する場合に
は、真空室１内における真空度が10-5Torr程度になると
Siがヒータ６および基板ホルダ５に堆積し始め、Siの結
晶成長に最適な10-4Torr前後で急激に堆積してヒータ６
からの熱輻射が妨げられて結晶成長の再現性が悪くなる
ことが判明した。
この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、
Si系結晶薄膜を製造する際に、Siがヒータ等に堆積する
ことがなく、再現性よくSi系結晶薄膜を得ることのでき
るSi系結晶薄膜の製法の提供をその目的とする。
Si系結晶薄膜を製造する際に、Siがヒータ等に堆積する
ことがなく、再現性よくSi系結晶薄膜を得ることのでき
るSi系結晶薄膜の製法の提供をその目的とする。
上記の目的を達成するため、この発明のSi系結晶薄膜
の製法は、高度に真空になしうる真空室と、上記真空室
内の略中央に装着される基板と、上記装着された基板の
片面側から基板に輻射熱を与える加熱手段と、上記基板
の他面側から基板に向かって結晶膜形成用のガスを供給
するガス供給手段とを備えたガスソース分子線エピタキ
シー装置を用いてSi系結晶薄膜を製造する方法であっ
て、上記基板の周囲に分離板を設けることにより真空室
内を基板加熱スペースと結晶成長スペースの二空間に分
け、上記二空間をそれぞれ別個の真空ポンプによって真
空排気することにより、上記基板加熱スペースの真空度
を、上記結晶成長スペースの真空度の100〜1000倍の高
真空度に設定してSi系結晶薄膜を得るようにしたという
構成をとる。
の製法は、高度に真空になしうる真空室と、上記真空室
内の略中央に装着される基板と、上記装着された基板の
片面側から基板に輻射熱を与える加熱手段と、上記基板
の他面側から基板に向かって結晶膜形成用のガスを供給
するガス供給手段とを備えたガスソース分子線エピタキ
シー装置を用いてSi系結晶薄膜を製造する方法であっ
て、上記基板の周囲に分離板を設けることにより真空室
内を基板加熱スペースと結晶成長スペースの二空間に分
け、上記二空間をそれぞれ別個の真空ポンプによって真
空排気することにより、上記基板加熱スペースの真空度
を、上記結晶成長スペースの真空度の100〜1000倍の高
真空度に設定してSi系結晶薄膜を得るようにしたという
構成をとる。
すなわち、本発明者らは、真空室内の真空度が10-4To
rr前後になるとヒータにSiが堆積する原因を追求したと
ころ、結晶成長温度（500〜1000℃程度）におけるSiの
蒸気圧が、GaAs,InP等に比べて低いため、真空度が低く
なるとSiの分圧が高くなってSiが堆積することが判明し
た。そこで、Siの結晶成長に最適な10-4Torr前後の真空
度を維持しながら他の部分へのSiの堆積を防止するに
は、真空室内を二空間に仕切り、ヒータ周辺の雰囲気を
Siが堆積しないような高真空に設定し、基板の結晶成長
部分の雰囲気のみを10-4Torr前後に設定すればよい、と
の着想からこの発明に到達した。
rr前後になるとヒータにSiが堆積する原因を追求したと
ころ、結晶成長温度（500〜1000℃程度）におけるSiの
蒸気圧が、GaAs,InP等に比べて低いため、真空度が低く
なるとSiの分圧が高くなってSiが堆積することが判明し
た。そこで、Siの結晶成長に最適な10-4Torr前後の真空
度を維持しながら他の部分へのSiの堆積を防止するに
は、真空室内を二空間に仕切り、ヒータ周辺の雰囲気を
Siが堆積しないような高真空に設定し、基板の結晶成長
部分の雰囲気のみを10-4Torr前後に設定すればよい、と
の着想からこの発明に到達した。
つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳細に説明す
る。
る。
第１図はこの発明に用いるガスソース分子線エピタキ
シー装置の一実施例を示している。この装置は、基板２
が、基板保持用のトレイ４の中央開口縁３に載置されて
装着されるようになっており、このトレイ４の外周縁4a
と、真空室１の内壁1aとの間に、その隙間を水平方向に
横切る分離板11が取り付けられている。そして、この分
離板11,トレイ４および基板２によって、真空室１内
が、基板加熱スペースＰと結晶成長スペースＱの二空間
に仕切られており、上記基板加熱スペースＰの壁面，結
晶成長スペースＱの壁面のそれぞれには、真空ポンプ
（図示せず）から延びる真空排気配管12,13が連通され
ている。したがって、上記スペースP,Qは、それぞれ異
なる真空度に設定できるようになっている。この基板加
熱スペースＰにおいて、上記基板２の上には、ヒータ
（例えば板状カーボングラファイトに筋状切り込みを交
互に設け、その両端に電極を取り付けて構成してなる板
状ヒータ等）６が設けられており、その下に均熱板6aが
取り付けられている。このヒータ６は面状に均一加熱が
可能で、特に上記均熱板6aとの組み合わせによって非常
に均一に面状加熱を行うことができるようになってい
る。一方、上記結晶成長スペースＱには、下方から原料
ガス供給配管7aが延びており、マニホールド７を介して
原料ガスが供給されるようになっている。なお、上記分
離板11とトレイ４との接触部分およびトレイ４と基板２
との接触部分は完全な気密状態にすることは困難で、上
記基板加熱スペースＰおよび結晶成長スペースＱを完全
に分離することはできない。しかし、これらの隙間に起
因する両スペース間のコンダンクタンス（真空引き抵
抗）を、基板２の直径，処理枚数等にもよるが、略0.5
〜5l/sec程度に制御することができるため、それぞれの
真空排気配管12,13からの排気速度を500l/secとすれ
ば、下部の結晶成長スペースＱと上部の基板加熱スペー
スＰとの圧力差を100〜1000倍に設定することができ
る。したがって、下部の結晶成長スペースＱの真空度
を、Siの結晶成長に最適な10-4Torr程度とし、上部の基
板加熱スペースＰの真空度を10-6〜10-7Torr程度に設定
した状態でマニホールド７からSiH4,Si2H6等のSi系ガス
を供給すれば、上記基板加熱スペースＰではSiが堆積す
ることがなく、一方、上記結晶成長スペースＱでは長期
にわたって再現性よく結晶の成長が行われる。これがこ
の発明の大きな特長である。そして、この装置は、従来
のように基板ホルダ（第２図において５）に直接基板２
を貼り付けるのではなく、基板２をトレイ４に載置して
装着するようにしているため、大面積の基板処理、ある
いは多数枚の基板の同時処理を行うことができるという
利点を有する。また、原料ガス供給配管7aの先端に複数
のオリフィスを有するマニホールド７を取り付けるよう
にしているため、複数の原料ガスを簡単な配管で基板成
長面に向かって均一に供給することができる。
シー装置の一実施例を示している。この装置は、基板２
が、基板保持用のトレイ４の中央開口縁３に載置されて
装着されるようになっており、このトレイ４の外周縁4a
と、真空室１の内壁1aとの間に、その隙間を水平方向に
横切る分離板11が取り付けられている。そして、この分
離板11,トレイ４および基板２によって、真空室１内
が、基板加熱スペースＰと結晶成長スペースＱの二空間
に仕切られており、上記基板加熱スペースＰの壁面，結
晶成長スペースＱの壁面のそれぞれには、真空ポンプ
（図示せず）から延びる真空排気配管12,13が連通され
ている。したがって、上記スペースP,Qは、それぞれ異
なる真空度に設定できるようになっている。この基板加
熱スペースＰにおいて、上記基板２の上には、ヒータ
（例えば板状カーボングラファイトに筋状切り込みを交
互に設け、その両端に電極を取り付けて構成してなる板
状ヒータ等）６が設けられており、その下に均熱板6aが
取り付けられている。このヒータ６は面状に均一加熱が
可能で、特に上記均熱板6aとの組み合わせによって非常
に均一に面状加熱を行うことができるようになってい
る。一方、上記結晶成長スペースＱには、下方から原料
ガス供給配管7aが延びており、マニホールド７を介して
原料ガスが供給されるようになっている。なお、上記分
離板11とトレイ４との接触部分およびトレイ４と基板２
との接触部分は完全な気密状態にすることは困難で、上
記基板加熱スペースＰおよび結晶成長スペースＱを完全
に分離することはできない。しかし、これらの隙間に起
因する両スペース間のコンダンクタンス（真空引き抵
抗）を、基板２の直径，処理枚数等にもよるが、略0.5
〜5l/sec程度に制御することができるため、それぞれの
真空排気配管12,13からの排気速度を500l/secとすれ
ば、下部の結晶成長スペースＱと上部の基板加熱スペー
スＰとの圧力差を100〜1000倍に設定することができ
る。したがって、下部の結晶成長スペースＱの真空度
を、Siの結晶成長に最適な10-4Torr程度とし、上部の基
板加熱スペースＰの真空度を10-6〜10-7Torr程度に設定
した状態でマニホールド７からSiH4,Si2H6等のSi系ガス
を供給すれば、上記基板加熱スペースＰではSiが堆積す
ることがなく、一方、上記結晶成長スペースＱでは長期
にわたって再現性よく結晶の成長が行われる。これがこ
の発明の大きな特長である。そして、この装置は、従来
のように基板ホルダ（第２図において５）に直接基板２
を貼り付けるのではなく、基板２をトレイ４に載置して
装着するようにしているため、大面積の基板処理、ある
いは多数枚の基板の同時処理を行うことができるという
利点を有する。また、原料ガス供給配管7aの先端に複数
のオリフィスを有するマニホールド７を取り付けるよう
にしているため、複数の原料ガスを簡単な配管で基板成
長面に向かって均一に供給することができる。
なお、上記実施例において、真空各スペースP,Qの真
空排気を行う真空ポンプとしては、どのようなものを用
いてもよいが、例えば分子ターボポンプや拡散ポンプが
好適である。
空排気を行う真空ポンプとしては、どのようなものを用
いてもよいが、例えば分子ターボポンプや拡散ポンプが
好適である。
また、上記実施例は、分離板11にトレイ４を連結し、
このトレイ４に基板２を載置するようにしているが、分
離板11とトレイ４を一体物にしても差し支えはない。
このトレイ４に基板２を載置するようにしているが、分
離板11とトレイ４を一体物にしても差し支えはない。
そして、上記実施例では、基板２を、水平に装着する
ようにしているが、基板２を垂直に装着して水平方向か
らガスを供給するタイプのMBE装置にこの発明を適用し
てもよい。この場合には、分離板11を垂直方向に設け、
真空室１を左右に仕切ってそれぞれのスペースの真空排
気を独立して行うようにする。
ようにしているが、基板２を垂直に装着して水平方向か
らガスを供給するタイプのMBE装置にこの発明を適用し
てもよい。この場合には、分離板11を垂直方向に設け、
真空室１を左右に仕切ってそれぞれのスペースの真空排
気を独立して行うようにする。
以上のように、この発明は、従来一室であった真空室
内を、分離板によって基板加熱スペースと結晶成長スペ
ースの２つのスペースに分け、基板加熱スペース側のみ
を、Si結晶を成長させる真空度の100〜1000倍もの高真
空度に設定してSiを堆積させないようにし、結晶成長ス
ペース側ではSi結晶の成長に最適な真空度に設定して最
適な条件で結晶成長行わせるようにしたものである。し
たがって、この発明によれば、ヒータ，均熱板等の表面
にSiが堆積することがなく、長期にわたって再現性よく
Si系の半導体結晶薄膜を成長させることができる。
内を、分離板によって基板加熱スペースと結晶成長スペ
ースの２つのスペースに分け、基板加熱スペース側のみ
を、Si結晶を成長させる真空度の100〜1000倍もの高真
空度に設定してSiを堆積させないようにし、結晶成長ス
ペース側ではSi結晶の成長に最適な真空度に設定して最
適な条件で結晶成長行わせるようにしたものである。し
たがって、この発明によれば、ヒータ，均熱板等の表面
にSiが堆積することがなく、長期にわたって再現性よく
Si系の半導体結晶薄膜を成長させることができる。
第１図はこの発明に用いる装置の一実施例を示す縦断面
図、第２図は従来のガスソースMBE装置を示す縦断面図
である。 １……真空室、２……基板、６……ヒータ、11……分離
板、12,13……真空排気配管、Ｐ……基板加熱スペー
ス、Ｑ……結晶成長スペース
図、第２図は従来のガスソースMBE装置を示す縦断面図
である。 １……真空室、２……基板、６……ヒータ、11……分離
板、12,13……真空排気配管、Ｐ……基板加熱スペー
ス、Ｑ……結晶成長スペース
Claims (1)
- 【請求項１】高度に真空になしうる真空室と、上記真空
室内の略中央に装着される基板と、上記装着された基板
の片面側から基板に輻射熱を与える加熱手段と、上記基
板の他面側から基板に向かって結晶膜形成用のガスを供
給するガス供給手段とを備えたガスソース分子線エピタ
キシー装置を用いてSi系結晶薄膜を製造する方法であっ
て、上記基板の周囲に分離板を設けることにより真空室
内を基板加熱スペースと結晶成長スペースの二空間に分
け、上記二空間をそれぞれ別個の真空ポンプによって真
空排気することにより、上記基板加熱スペースの真空度
を、上記結晶成長スペースの真空度の100〜1000倍の高
真空度に設定してSi系結晶薄膜を得るようにしたことを
特徴とするSi系結晶薄膜の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2205499A JP2510340B2 (ja) | 1990-08-01 | 1990-08-01 | Ｓｉ系結晶薄膜の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2205499A JP2510340B2 (ja) | 1990-08-01 | 1990-08-01 | Ｓｉ系結晶薄膜の製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0489392A JPH0489392A (ja) | 1992-03-23 |
| JP2510340B2 true JP2510340B2 (ja) | 1996-06-26 |
Family
ID=16507873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2205499A Expired - Lifetime JP2510340B2 (ja) | 1990-08-01 | 1990-08-01 | Ｓｉ系結晶薄膜の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2510340B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0811718B2 (ja) * | 1992-02-27 | 1996-02-07 | 大同ほくさん株式会社 | ガスソース分子線エピタキシー装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60140774U (ja) * | 1984-02-27 | 1985-09-18 | 富士通株式会社 | 分子線エピタキシヤル成長装置 |
-
1990
- 1990-08-01 JP JP2205499A patent/JP2510340B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0489392A (ja) | 1992-03-23 |
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Legal Events
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