JP3548715B2 - Cracking cell - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分子線エピタキシー装置において分子線源になる分子線セルに関し、例えば、As,P等の物質を蒸発させるに当たり、蒸発で4価のAs,Pの分子を分解して単分子状にクラッキングして発射するクラッキングセルに関する。
【0002】
【従来の技術】
分子線エピタキシー(MBE)装置では、一般に分子線源として抵抗加熱方式のクヌードセンセル(Kセル)が用いられており、これにより原料を蒸発または昇華させて発射している。このような分子線源において、蒸発または昇華する材料がAs、P等の物質の場合、Kセルのるつぼから蒸発または昇華して得られる4価のAs、Pの分子では、半導体ウエハ等の基板の成膜や元素注入には適切ではない。そこで、蒸発または昇華して得られた4価のAs、P等の分子をさらに分解し、単分子状にクラッキングするクラッキングセルが用いられている。
【0003】
図2は、このクラッキングセルの一例を示す概略断面構成図である。クラッキングセルはKセル部1とクラッキング部2とを有する。
Kセル部1はるつぼ4を有しており、この中にAs等の原料が収納される。このるつぼ4の周囲には、原料aを加熱して蒸発または昇華させるヒータ5が設けられている。
【0004】
このるつぼ4には、蒸発または昇華した分子を放出する排出筒6が立ち上がっており、この上端に前記のクラッキング部2を有する。クラッキング部2には、そこを通る分子を熱分解し、4価のAs等の分子を単分子状の2価のAsにクラッキングするため、原料分子を加熱するヒータ8が設けられている。
このるつぼ4からクラッキング部2に至る排出筒6の中間部には、ダンパ部3が設けられ、ダンパゲート7により排出筒6の通路の広さが調整される。
【0005】
このようなクラッキングセルでは、Kセル部1のヒータ5により、るつぼ4に収納されたAs等の原料aを加熱し、蒸発または昇華させると、原料の気体が発生する。原料aがAsの場合、この気体は4価のAs分子である。この気体は、ダンパ部3を通ってクラッキング部2に達すると、このクラッキング部2のヒータ8により再加熱され、これにより熱分解されて真空チャンバ内(図示せず)に放出され、半導体ウエハ等の基板(図2において図示せず)に入射し、Asが基板上に成膜または基板上の膜に注入される。
【0006】
【発明が解決しようとしている課題】
前記のようなクラッキングセルでは、原料aが蒸発または昇華するKセル部1側に比べて真空チャンバ側にあるクラッキング部2側の圧力が低い。このため、Kセル部1側で蒸発または昇華により発生した原料分子がクラッキング部2側が行くに従って再凝固しやすくなる。このため、原料分子の放出効率が悪く、歩留まりが悪いという欠点がある。
【0007】
さらに、前記従来のクラッキングセルは構造が比較的複雑で、大型であるため、容積もあり、装置の小型化が図りにくいという課題がある。
本発明は、前記従来のクラッキングセルにおける課題に鑑み、原料分子の放出効率がよく、しかも構造が簡単で小型化が図りやすいクラッキングセルを提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記の目的を達成するため、るつぼ11に収納された原料aを加熱する部材と、原料aの蒸発または昇華により発生した気体分子を単分子状にクラッキングするため気体分子を加熱する部材とを共通化し、これにより、装置の簡易化を図ると共に、原料aの蒸発または昇華により発生する分子を直ちにクラッキングして放出するようにした。
【0009】
すなわち、本発明によるクラッキングセルは、原料aを収納する坩堝11と、この坩堝11の開口部を覆うと共に、一部が坩堝11に収納された原料aに埋め込まれ、且つ坩堝11の開口部を覆う部分に原料分子の発射口14が設けられた加熱部材12とを有する。
【0010】
このクラッキングセルでは、加熱部材12により原料aが加熱され、この原料aが蒸発または昇華して原料aの気体、すなわち原料分子が発生する。この原料分子は例えばAsの場合4価である。さらにこの分子は、るつぼ11の開口部側に飛行し、加熱部材12の発射口14を通過するとき、加熱部材12により加熱され、熱分解される。これにより、例えば4価のAsは、単分子状の2価のAsに分解され、発射口14から発射される。
【0011】
このクラッキングセルでは、原料aがるつぼ11内で蒸発または昇華し、原料分子が発生すると直ちに発射口14で熱分解されるので、一旦発生した原料分子が再凝固してしまわずに、効率良く原料分子をクラッキングして発射することができる。しかも、熱源が1つで済むので、構造簡単であり、小型化が図り易い。
【0012】
加熱部材12は別の加熱手段により加熱される間接発熱体とする。こうすることにより、加熱部材12を小形化し、るつぼ11の開口部に効率よく配置することができ、クラッキングセルのより一層の小型化が可能となる。加熱部材12を加熱する手段としては、電子銃17から発射した電子を加熱部材12に衝突させ、加熱部材12を電子衝撃加熱する手段を使用する。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態によるクラッキングセルを示す概略縦断面図である。
【0014】
円筒形のシールド16の中に、化学的に安定した材料により形成された器状のるつぼ11が設置され、このるつぼ11の中に原料aが収納される。
このるつぼ11は、上面を開口しているが、その上面には、加熱部材12が被せられている。この加熱部材12は、Mo等の高融点材料からなり、るつぼ11の上面開口部を覆う鍔状の蓋部13と、この蓋部13の中心から下方に突設され、るつぼ11に収納された原料aに埋め込まれる原料加熱部15とを備えている。さらに、蓋部13には、適当な大きさの孔からなる発射口14が開設されている。この加熱部材12は接地されている。
【0015】
この加熱部材12の蓋部13に向けて電子銃17が設置されている。この電子銃17は、熱電子を放出するフィラメント18と、このフィラメント18で放出された熱電子を収束するウェネルト19とを備える。これらフィラメント18とウェネルト19とには、それぞれ加熱電源20と加速電源21とが接続されている。
【0016】
このようなクラッキングセルは、真空チャンバ(図示せず)内に設置されると共に、この真空チャンバ内で、前記るつぼ11の開口部に被せた加熱部材12の蓋部13に対向して、原料分子を被着させる半導体ウエハ等の基板22が設置される。
【0017】
この状態で、電子銃17から電子e−を発射し、この電子をe−を加熱部材12の蓋部13に衝突させ、この電子衝撃により加熱部材12を加熱する。すると、この加熱部材12の原料加熱部15によりるつぼ11内の原料aが加熱され、この原料が蒸発または昇華し、気化する。例えば、Asの昇華点は616℃であるが、真空中ではそれより低い300℃前後で昇華する。この昇華により気化したAsは、4価のものである。
【0018】
このようにして発生した原料aの気体、つまり原料分子は、るつぼ11内を上昇し、加熱部材12の蓋部13に開設された発射口14を通って前記基板22に向けて発射される。原料分子は加熱部材12の蓋部13に開設された発射口14を通るとき、加熱部材12により再加熱され、熱分解される。これにより、原料分子がクラッキングされ、例えば前述のAsの場合は、単分子状の2価のAsとなって発射される。そしてこの2価のAsが基板22の成膜面に入射し、その成膜面に成膜または注入される。
【0019】
なお、以上の実施例では、加熱部材12を電子銃17により加熱する間接発熱体としたが、加熱部材12そのものが発熱するものであってもよい。また、加熱部材12を間接発熱体とする場合でも、その加熱手段は電子衝撃法に必ずしも限定されるものではなく、抵抗加熱や高周波加熱等の手段を採用することもできる。
【0020】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によるクラッキングセルでは、原料aがるつぼ11内で蒸発または昇華し、分子が発生すると直ちに発射口14で熱分解されるので、一旦発生した分子が再凝固してしまわずに、効率良くクラッキングした分子を発射することができる。しかも、熱源が1つで済むので、構造簡単であり、小型化が図り易い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態によるクラッキングセルを示す概略縦断側面図である。
【図2】クラッキングセルの従来例を示す概略縦断側面図である。
【符号の説明】
11 坩堝
12 加熱部材
14 発射口
17 電子銃
a 原料[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a molecular beam cell serving as a molecular beam source in a molecular beam epitaxy apparatus. For example, when evaporating a substance such as As, P, etc., the tetravalent As, P molecule is decomposed into a monomolecular form by evaporation. It relates to a cracking cell that cracks and fires.
[0002]
[Prior art]
In a molecular beam epitaxy (MBE) apparatus, a resistance heating type Knudsen cell (K cell) is generally used as a molecular beam source, and the raw material is vaporized or sublimated for firing. In such a molecular beam source, when the material that evaporates or sublimates is a substance such as As or P, the tetravalent As or P molecule obtained by evaporating or sublimating from the crucible of the K cell is a substrate such as a semiconductor wafer. It is not suitable for film formation and element implantation. For this reason, a cracking cell is used which cracks the molecule such as tetravalent As or P obtained by evaporation or sublimation into a single molecule.
[0003]
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of the cracking cell. The cracking cell has a K-cell unit 1 and a cracking unit 2.
The K cell unit 1 has a crucible 4 in which a raw material such as As is stored. Around the crucible 4, a heater 5 for heating the raw material a to evaporate or sublime is provided.
[0004]
The crucible 4 is provided with a
A damper portion 3 is provided at an intermediate portion of the
[0005]
In such a cracking cell, when the raw material a such as As stored in the crucible 4 is heated by the heater 5 of the K cell unit 1 to evaporate or sublime, a raw material gas is generated. When the raw material a is As, this gas is a tetravalent As molecule. When the gas reaches the cracking unit 2 through the damper unit 3, the gas is reheated by the heater 8 of the cracking unit 2, thereby being thermally decomposed and released into a vacuum chamber (not shown), such as a semiconductor wafer. 2 (not shown in FIG. 2), and As is deposited on the substrate or injected into the film on the substrate.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above cracking cell, the pressure on the side of the cracking unit 2 on the vacuum chamber side is lower than that on the side of the K cell unit 1 where the raw material a evaporates or sublimates. For this reason, the raw material molecules generated by evaporation or sublimation on the K cell unit 1 side are likely to be re-solidified as the cracking unit 2 side moves. For this reason, there is a disadvantage that the release efficiency of the raw material molecules is low and the yield is low.
[0007]
Further, the conventional cracking cell has a problem that the structure is relatively complicated and large, so that it has a large volume and it is difficult to reduce the size of the device.
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the conventional cracking cell, and an object of the present invention is to provide a cracking cell that has a high efficiency of releasing raw material molecules, has a simple structure, and can be easily reduced in size.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in order to achieve the above object, a member for heating the raw material a stored in the
[0009]
That is, the cracking cell according to the present invention covers the
[0010]
In this cracking cell, the raw material a is heated by the
[0011]
In this cracking cell, the raw material a evaporates or sublimates in the
[0012]
The
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic vertical sectional view showing a cracking cell according to an embodiment of the present invention.
[0014]
A vessel-
The
[0015]
An
[0016]
Such a cracking cell is installed in a vacuum chamber (not shown). In this vacuum chamber, the raw material molecules are opposed to the
[0017]
In this state, electrons e- are emitted from the
[0018]
The gas of the raw material a generated as described above, that is, the raw material molecules, rises in the
[0019]
In the above embodiment, the
[0020]
【The invention's effect】
As described above, in the cracking cell according to the present invention, the raw material a evaporates or sublimes in the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal side view showing a cracking cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic vertical sectional side view showing a conventional example of a cracking cell.
[Explanation of symbols]
11
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