JP2820957B2 - 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体製造装置及び半導体装置の製造方法

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JP2820957B2
JP2820957B2 JP1136508A JP13650889A JP2820957B2 JP 2820957 B2 JP2820957 B2 JP 2820957B2 JP 1136508 A JP1136508 A JP 1136508A JP 13650889 A JP13650889 A JP 13650889A JP 2820957 B2 JP2820957 B2 JP 2820957B2
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【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に関し、 基板回転を行わずに膜厚均一性の良好なエピタキシャ
ル薄膜が成長できる半導体製造装置及び半導体装置の製
造方法を提供することを目的とし、 成長用基板が設置される基板ホルダと、原料ガスを前
記基板に照射するための複数のガスノズルを有し、該複
数のガスノズルを前記基板の表面に対し斜めに配置し、
各ガスノズルの開口部を、前記基板の表面に対して平行
に、かつ前記原料ガスの主方向に対して斜めに配置した
ことを特徴とする。
また、成長用基板が設置される基板ホルダと、原料ガ
スを前記基板に照射するための複数のガスノズルを有す
る半導体製造装置において、該複数のガスノズルを前記
基板の表面に対し斜めに配置し、各ガスノズルの開口部
を、前記基板の表面に対して平行に、かつ前記原料ガス
の主方向に対して斜めに配置し、前記基板の表面に対
し、前記複数のガスノズルから前記原料ガスを照射する
ことにより該基板の表面に薄膜を成長させることを特徴
とする。
また、この場合、前記基板の表面に前記薄膜を成長さ
せる間、前記基板ホルダを回転させないことを特徴とす
る。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体製造装置及び半導体装置の製造方法
に係り、原料に有機金属ガス等を用いるガスソースMBE
法に使用されるガスセルを有する半導体製造装置に適用
することができ、詳しくは特に、膜厚均一性の優れたエ
ピタキシャル薄膜を成長することができる半導体製造装
置及び半導体装置の製造方法に関する。
近年、有機金属ガス等を原料として用いるガスソース
MBE法に使用しているガスセルを有する半導体製造装置
において、特に得られるエピタキシャル薄膜の膜厚均一
性を良好にするには均一にガスを基板上に照射できるガ
スセルの開発が必要となっている。
〔従来の技術〕
第3図(a)、(b)は従来の半導体製造装置を説明
する図である。図示例はガスソースMBE用ガスセルを用
いる半導体製造装置に適用する場合である。
この図において、31は例えば金属製からなるガスノズ
ル、31aはガスノズル31先端部の開口部で、この開口部3
1aから有機金属ガス等の原料ガス32が照射される。33は
基板、33aは基板表面、34は基板33を支持する基板ホル
ダである。
なお、ここではガスノズル31内のガス濃度は均一にな
っている。ガスノズル31の開口部31aから照射されるガ
スは真空中でやや広がりながら基板表面33aに到達す
る。
従来の半導体製造装置は第3図(a)、(b)に示す
ように、ガスノズル31先端部の開口部31aがガスノズル3
1のガスの流れの方向(第3図(a)、(b)に示す矢
印G)に対して垂直に配置されている。
具体的には第3図(a)に示すガスノズル31の開口部
31aが基板表面33aに対して平行であり(▲▼=
▲▼)、ガスノズル31(ガスの流れ方向矢印G
も同様)が基板表面33aに対して垂直に配置されいてい
る場合は、基板表面33aの外側のA1点及びB1点、中央のC
1点での照射ガス密度(単位断面積当たりのガス分子数
N)がNA1=NB1=NC1というように同じであり、成長さ
れるエピタキシャル薄膜の膜厚均一性が良好である。
すなわち、このような第3図(a)に示すガスノズル
31を用いる半導体製造装置では、1種類の原料ガス32を
用い1個のガスノズル31を基板表面33aに対して垂直に
配置し、ガスノズル31の開口部31aを基板表面33aに対し
て平行に配置したため成長されるエピタキシャル薄膜の
膜厚を均一にすることができるという利点がある。しか
しながら、実際には数種類の原料ガス32を用いなければ
ならず、1種類のガスに対してガスノズル31が1個必要
となる。このため、数種類のガスに対して複数個のガス
ノズル31を各々配置してガスを照射してエピタキシャル
成長させていた。この場合、第3図(b)に示すよう
に、複数個のガスノズル31を基板表面33aに対して垂直
に配置することができず、基板表面33aに対して斜めに
傾けて配置していた(▲<▼)。この
ため、ガスノズル31の開口部31aが基板表面33aに対して
平行とはならず斜めに配置されていた。なお、第3図
(b)では適宜上1本のガスノズル31を配置している場
合を示している。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、このような第3図(b)に示すガスノ
ズル31を有する半導体製造装置にあっては、ガスノズル
31の開口部31aが基板表面33aに対して斜めに配置される
ため、基板表面33aの外側のA2点及びB2点、中央のC2点
での照射ガス密度がガスノズル31の開口部31aから遠く
なる程NA2>NC2>NB2というように小さくなり、各点で
の濃度が等しくならず著しく異なっており、成長される
エピタキシャル薄膜の膜厚がA2>C2>B2というように膜
厚均一性が悪くなってしまうという問題があった。
照射ガス濃度がガスノズル31の開口部31aから遠くな
る程NA2>NC2>NB2となるのは、開口部31aから真空中に
放出されるガスが開口部31から遠くなる程散らばり具合
が大きくなることによるものと考えられる。
上記問題を解決する手段としては基板33中央を中心と
して回転速度を一定に回転させることによって薄膜均一
性を良くすることができることが知られている。しかし
ながら、基板33を精度良く回転させなければならず性能
の良いモータ等が必要となり、このため成長装置が機械
的に複雑になりモータ等の故障が多くなるとともに、成
長したエピタシャル薄膜から作製される素子の歩留り劣
化の原因ともなり得る金属のパーティクルを発生してし
まうという問題が生じていた。
金属のパーティクルが発生してしまうのは、例えばGa
As膜を成長させる場合、Asが基板ホルダ等に付着し易
く、回転させる際真空中に放出されて基板表面33aに付
着してしまうことによるものと考えられる。したがっ
て、できる限り基板33を回転させずにエピタキシャル薄
膜を成長させたいのである。
そこで本発明は、基板回転を行わずに薄厚均一性の良
好なエピタキシャル薄膜を成長することができる半導体
製造装置を及び半導体装置の製造方法を提供することを
目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
本発明による半導体製造装置及び半導体装置は上記目
的達成のため、成長用基板が設置される基板ホルダと、
原料ガスを前記基板に照射するための複数のガスノズル
を有し、該複数のガスノズルを前記基板の表面に対し斜
めに配置し、各ガスノズルの開口部を、前記基板の表面
に対して平行に、かつ前記原料ガスの主方向に対して斜
めに配置したことを特徴とする。
また、成長用基板が設置される基板ホルダと、原料ガ
スとを前記基板に照射するための複数のガスノズルを有
する半導体製造装置において、該複数のガスノズルを前
記基板の表面に対し斜めに配置し、各ガスノズルの開口
部を、前記基板の表面に対して平行に、かつ前記原料ガ
スの主方向に対して斜めに配置し、前記基板の表面に対
し、前記複数のガスノズルから前記原料ガスを照射する
ことにより該基板の表面に薄膜を成長させることを特徴
とする。
また、この場合、前記基板の表面に前記薄膜を成長さ
せる間、前記基板ホルダを回転させないことを特徴とす
る。
〔作用〕
本発明は、第1図および第2図に示すように、 基板33がガスノズル1の方向に対して斜めに配置さ
れ、ガスノズル1のガスが照射される出口となる開口部
1aが基板表面33aに対して平行になるように配置され
る。
したがって、従来の第3図(b)で説明した照射ガス
密度と比べて基板表面33aのA3点、B3点、C3点での照射
ガス密度がNA3NB3NC3というようにほぼ等しくする
ことができるようになり、基板上でみた粒子密度も従来
の第3図(b)で説明した場合よりも均一にすることが
できるようになるため、成長させたエピタキシャル薄膜
の膜厚均一性を良好にすることができるようになる。詳
細については実施例で説明する。
また、基板33を回転させずに行なっているため、従来
の基板33を回転させる際生じていた金属のパーティクル
の発生によるエピタキシャル成長膜への悪影響という問
題も生じなくなる。
〔実施例〕
第1図及び第2図は本発明に係る半導体製造装置及び
半導体装置の製造方法の一実施例を説明する図であり、
第1図は一実施例の構成を示す装置概略図、第2図は一
実施例の効果を説明する図である。図示例はガスソース
MBE用ガスセルを用いる半導体製造装置に適用する場合
である。
これらの図において、第3図(a)、(b)と同一符
号は同一または相当部分を示し、1は例えばステンレス
製からなるガスノズル、1aはガスノズル1内の有機金属
ガス等の原料ガスが照射される出口となる開口部で、基
板表面33aに対して平行になるように形成されている。
2は真空チャンバ、3はヒータ、4は熱電対、5は例え
ばICF規格で外径φが例えば114mmのフランジ、、6は例
えばICF規格で外径φが例えば34mmのミニコンフラット
フランジ、7はバリアブルリークバルブ、8は原料の有
機金属が入ったボルトである。
なお、ここではガスノズル1内のガス濃度は均一にな
っている。ガスノズル1の開口部1aから照射されるガス
は真空にされたチャンバ2内に放出されるようになって
いる。ガスノズル1の開口部1aがガスノズル1の方向
(第1図及び第2図に示すガスの流れ矢印Gも同様)に
対して第3図(a)、(b)に示した従来のガスノズル
31の開口部31aでは垂直に配置していたのに対し、上記
実施例では斜めに配置している。また、基板33は第3図
(b)に示した従来の場合と同様ガスノズル1の方向に
対して斜めに配置されている。
まず、第1図を用いてその動作原理について説明す
る。
ここでは原料ガスとしてはボトル8に充填した常温で
液体のトリエチルガリウムを用いており、このトリエチ
ルガリウムを高真空にしたチャンバ2内にガス状にして
導入し、トリエチルガリウムガスを(100)GaAsからな
る基板33上に照射して結晶成長を行う場合を示してい
る。ガスセルはフランジ5によりチャンバ2に取り付け
られ、ミニコンフラットフランジ6を介してガスライン
が接続されている。ガスラインは最も簡単な構成として
バリアブルリークバルブ7によりガスの流量制御を行う
場合について示している。ガスセルは大きく分けてガス
ノズル1とガスノズル1の周りを囲むヒータ3により構
成されており、ヒータ3はトリエチルガリウムガスがガ
スノズル1内壁へ付着するのを防ぐために100℃程度
(熱電対4によりモニタ)で加熱している。
すなわち、上記実施例では、第1及び第2図に示すよ
うに、ガスノズル1のガスが照射される出口となる開口
部1aを、ガスノズル1の方向(ガスの流れる方向Gと同
様)に対して斜めに配置された基板33表面に対して平行
になるように配置したために、基板表面33aの外側のA3
点及びB3点、中央のC3点での照射ガス密度が第3図
(b)に示した従来のガスノズル31bの場合よりもNA3
NB3NC3というように各点でほぼ等しくなり、基板33上
でみた粒子密度も従来の第3図(b)で説明した場合よ
りも均一になるため、成長されるエピタキシャル薄膜の
膜厚均一性は良好になる。
ここで基板表面33aの外側のA3点及びB3点、中央のC3
点での照射ガス密度が第3図(b)に示した従来のガス
ノズル31bの場合よりもほぼ等しくなるのは、ガスノズ
ル1の開口部1aを基板表面33aに対して平行にしている
ため▲▼−▲▼の距離の差が従来の▲
▼−▲▼の距離の差よりも小さくなる
ことによるものと考えられる。なお、第2図に示すよう
に、開口部1aと基板表面33aを平行にするのではなく開
口部を基板表面33aに対して開口部1aの場合よりも更に
傾けて点線部で示す開口部11aを形成し、▲
▼=▲▼となるようにすることによってA3、B3
点での照射ガス濃度を等しくして膜厚均一性を達成する
ことができるのではないかと考えられるが、この場合、
ガスノズル1内のガスがa13−a3間で反射して照射され
ていたものが矢印Xの如く基板表面33aに照射されずに
外部に照射されてしまうため、ガス漏れの影響が大きく
A3点での照射密度がB3点での照射密度と等しくならず極
端に小さくなり過ぎてしまうという問題がある。したが
って、開口部1aと基板表面33aとは平行にしなければな
らない。
また、基板33を回転させずに行っているため従来の基
板33を回転させる際生じていた金属のパーティクルの発
生によるエピタキシャル成長層への悪影響という問題も
生じなくなる。
なお、上記実施例では、第1図及び第2図に示すよう
に一種類のガスによる1個のガスノズル1を用い、基板
表面33aをガスノズル1の方向に対して斜めに配置する
う場合について説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、数種類のガスによる複数個のガスノズル
1を用い、基板33を各ガスノズル1の方向に対して斜め
に配置する場合にも適用することができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、基板回転を行わずに膜厚均一性の良
好なエピタキシャル薄膜を成長させることができるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明に係る半導体製造装置及び半
導体装置の製造方法の一実施例を説明する図であり、 第1図は一実施例の構成を示す装置概略図、 第2図は一実施例の効果を説明する図、 第3図は従来例を説明する図である。 1……ガスノズル、 1a……開口部、 2……真空チャンバ、 3……ヒータ、 4……熱電対、 5……フランジ、 6……ミニコンフラットフランジ、 7……バリアブルリークバルブ、 8……ボトル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/203 H01L 21/205 C30B 23/00 - 23/08 C30B 25/00 - 25/22

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】成長用基板が設定される基板ホルダと、 原料ガスを前記基板に照射するための複数のガスノズル
    を有し、 該複数のガスノズルを前記基板の表面に対し斜めに配置
    し、 各ガスノズルの開口部を、前記基板の表面に対して平行
    に、かつ前記原料ガスの主方向に対して斜めに配置した
    ことを特徴とする半導体製造装置。
  2. 【請求項2】成長用基板が設置される基板ホルダと、 原料ガスを前記基板に照射するための複数のガスノズル
    を有する半導体製造装置において、 該複数のガスノズルを前記基板の表面に対し斜めに配置
    し、 各ガスノズルの開口部を、前記基板の表面に対して平行
    に、かつ前記原料ガスの主方向に対して斜めに配置し、 前記基板の表面に対し、前記複数のガスノズルから前記
    原料ガスを照射することにより該基板の表面に薄膜を成
    長させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】前記基板の表面に前記薄膜を成長させる
    間、前記基板ホルダを回転させないことを特徴とする請
    求項2記載の半導体装置の製造方法。
JP1136508A 1989-05-30 1989-05-30 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 Expired - Lifetime JP2820957B2 (ja)

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