JP3629292B2 - 分子線ビームエピタキシ層成長方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電子デバイスに関し、特に、半導体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トランジスタおよび集積回路の性能を継続的に向上させる要求が存在する結果として、例えば、シリコンバイポーラおよびＣＭＯＳトランジスタ、ならびにガリウムヒ素ＭＥＳＦＥＴのような現存するデバイスと、新しいタイプおよび材料のデバイスの導入とにおいて、種々の改良が成されてきた。特に、マイクロ波周波数領域における低雑音および高出力の要求によって、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）にアルミニウムガリウムヒ素（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ）を添加して組合せた電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：ｈｉｇｈ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）および、ＭＥＳＦＥＴ状構造の、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓとインジウムガリウムヒ素（Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ）との組合せによる仮像ＨＥＭＴが導入されてきた。同様に、狭いバンドギャップを有する広いバンドギャップエミッタ（例えば、ＧａＡｓベース付きＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓエミッタまたは、シリコンゲルマニウムベース付きシリコンエミッタ）から成るヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ ｂｉｐｏｌａｒｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）によって、エミッタへのキャリア注入のために、ベースドーピングレベルに対するシリコンバイポーラトランジスタに関するすべての制限を克服できるようになる。
【０００３】
更に、高周波性能を向上させるためのスケールダウンしたデバイスのサイズによって、観察可能な量子機械的効果、例えば、電位障壁を介してのキャリアトンネル効果を観察できるようになる。また、このことによって、このようなトンネル現象の効果を有する共鳴トンネルダイオードおよび共鳴トンネルホットエレクトロントランジスタのような、他のデバイス構造の開発が促されるようになった。例えば、マース（Ｍａｒｓ）等による文献“Ｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｌｅ Ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ Ｄｏｕｂｌｅ，Ｂａｒｒｉｅｒ Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ”，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｂ ９６５（１９９３年）１１ページおよび、オズベイ（Ｏｅｚｂａｙ）等による文献“１１０−ＧＨｚ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｔ−Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ−Ｄｉｏｄｅ Ｔｒｉｇｇｅｒ Ｃｉｒｃｕｉｔ”，ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃ，Ｄｅｖ．Ｌｅｔｔ．４８０（１９９１年）、１２ページには、ＧａＡｓ構造に埋設された２つのＡｌＡｓトンネル障壁を利用して、量子井戸共鳴トンネルダイオードを形成する技術が開示されている。この量子井戸を、１．７ｎｍ厚のトンネル障壁を有する４．５ｎｍの厚さで形成することが可能となる。共鳴トンネルトランジスタにより、ゲインを与えると共に種々のタイプを導入することによって共鳴トンネルダイオードを改良する。特に、そのエミッタ位置に、１個またはそれ以上の二重障壁量子井戸エネルギフィルタを有するＨＢＴおよびホットエレクトロントランジスタ（ＨＥＴ）によって、共鳴トンネルバイポーラトランジスタ（ＲＴＢＴ：ｒｅｓｏｎａｎｔｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）および共鳴トンネルホットエレクトロントランジスタ（ＲＨＥＴ：ｒｅｓｏｎａｎｔ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｈｏｔ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）がそれぞれ形成される。フタツギ（Ｆｕｔａｔｓｕｇｉ）等による文献“Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ Ｕｓｉｎｇ ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１７７１（１９８９年）、６５ページには、ＲＴＢＴの特性が記載されている。
【０００４】
上述した、すべてのデバイスでは、シャープなヘテロ接合を有する構造が要求される一方、この共鳴トンネルデバイスでは更に、薄い（２ｍｍまでの厚み）多重の化合物半導体層を必要とする。分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）によってこのような構造を製造する代表的な方法が得られるようになる。
【０００５】
図１には、簡易なＭＢＥ（分子線エピタキシ）システム１００が教示的に示されており、このＭＢＥシステム１００には、回転式ウエファホルダ１０４と、このウエファホルダに向っているエフュージョン（ｅｆｆｕｓｉｏｎ：噴出）セル１０６とを有する高真空チャンバ１０２が設けられており、これに加えて、種々のオプションとしての検出器システムが設けられる。例えば、反射式高エネルギ電子回折（ＲＨＥＥＤ：ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｈｉｇｈ ｅｎｅｒｇｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）１１０〜１１１、楕円偏光計１１２−１１３および視線反射式質量分析計（ＲＥＭＳ：ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）１１５が設けられる。一般に、これらウエファは、厚さ０．５ｍｍで直径が２インチまたは５インチの円形である。ウエファホルダ１０４には、ヒータ／熱電対が設置されており、これによって、ウエファ１２０の温度を、４００℃〜７００℃の範囲で制御するのが一般的である。ポンプによって、このチャンバ１０２を極めて低い圧力、一般には、成長過程において、５×１０^−９トール程度の圧力に維持している。この圧力は、原子および分子がチャンバ１０２の直径より大きな平均自由行程を有することを意味する。
【０００６】
このＭＢＥシステム１００によるウエファ１２０上に層を成長させる動作は、基本的に以下のようになる。先ず、噴出セル１０６を、ウエファ１２０上に所望の層を成長させるために必要な所要量の種（スピーシーズ）と一緒にチャージする。例えば、１個の噴出セルには、アルミニウム（Ａｌ）、もう１つのガリウム（Ｇａ）、第３のインジウム（Ｉｎ）およひ第４のヒ素（ＡＳ）を収容できる。このことによって、例えば、ＧａＡｓ，Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ，ＡｌＡｓ，Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ等の化合物半導体の層を成長させるのに十分なものとなる。次に、ＧａＡｓの層を成長させるために、ガリウムのシャッタおよびヒ素の噴出セルを開放させると共に、ガリウムとヒ素とのビーム（恐らく、Ａｓ_２またはＡｓ_４の形態で）をウエファ１２０上に衝突させる。理想的には、衝突しているＧａおよびＡｓビームの原子／分子がウエファ１２０の表面を突き通すと共に、拡散して、更に、ＧａＡｓを形成するために反応する。ヒ素の揮発性のために、ヒ素の過大圧力を保持して、成長中のヒ素化合物の化学的変質（分解）を阻止する。従って、このヒ素ビームのフラックス（束）は、ガリウム、アルミニウムまたはインジウムヒームのフラックスより１，０００倍大きなものとなる。
【０００７】
ＲＨＥＥＤのような検出器システムによって、ウエファ１２０の表面層の結晶品質および成長率の評価が得られ（回転していないウエファに対して）、ならびに、楕円偏光計によって層厚の測定が達成される。ＲＥＭＳによって、温度の関数として、これら素子の１つにおける突通し係数および脱着の評価が得られる。ブレナン（Ｂｒｅｎｎａｎ）等による文献“Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ｔｏ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ−Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ＩｎＡｌＡｓａｎｄ ＩｎＧａＡｓ”，Ｊ．Ｖａｘ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｂ ２７７（１９８９年）、７ページおよび同じくブレナン等による米国特許第５，１７１，３９９号、さらに、同じくブレナン等による文献“Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｓｔｉｃｋｉｎｇｏｆ Ａｓ_４ ｄｕｒｉｎｇ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｈｏｍｏｅｐｉｔａｘｙ ｏｆ ＧａＡｓ，ＡｌＡｓ ａｎｄ ＩｎＡｓ”Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ａ ３３（１９９２年）、１０ページを参照のこと。また、米国特許第５，０９６，５３３号を参照のこと。
【０００８】
しかし乍ら、これら層のＭＢＥ成長には、層厚を精密に制御することによる問題点が含まれている。代表的な成長手順によって、平均的な成長率が決定され、次に、噴出セルのシャッタの開放および閉鎖を同期させて、この平均的な成長率に基いて正規の層厚を得ている。平均的な成長率が、厚い層の成長および成長過程後の分析によって決定されることがあるために、薄い層を成長させるためにこれらの結果を推定することによって、正規の厚み値から大きく変位してしまうようになる。また、噴出セルフラックスにおける変動およびウエファ表面温度のような成長条件における変化のために、真の層厚が正規の値から相違してしまう。層の厚さを精密に制御できるように、層の堆積中の成長率を正確に決定する方法が要望されている。
【０００９】
【発明の要旨】
本発明は、成長種の反射されたフラックスの測定値を帰還させるＭＢＥ成長層厚制御法を提供することである。
【００１０】
【実施例】
以下図面を参照し乍ら、本発明の一実施例を詳述する。
【００１１】
概 要
図２は、本発明の第１実施例のＭＢＥシステムをブロック形式で表示したもので、参照番号２００で表わされている。このＭＢＥシステム２００には、質量分析計２０４およびコントローラ２０６を有するＭＢＥ成長チャンバ２０２が設置されている。このコントローラ２０６によって、分子ビームエフュージョン（噴出）セルを駆動する。これらＭＢＥチャンバ２０２および質量分析計２０４は、図１に示したような構造のものを有することができる。このコントローラ２０６には、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）が設けられ、このパーソナルコンピュータは、質量分析計からの出力信号について行なわれる計算に応答して、エフュージョンセルシャッタを制御するようにプログラミングされている。質量分析計２０４の出力信号は、ＭＢＥチャンバ２０２内のウエファ上に衝突する各要素の量を表わすと共に、従って、これら信号を所定期間に亘って集積することによって、層の成長過程における瞬時の層の厚さを決定できるようになる。このような信号の積分処理のために生じる遅延は、例え、薄い層を成長させる時間に対しても無視できるものである。この結果、層厚のリアルタイムでの帰還制御（フィードバックコントロール）が実現するようになる。このため、このコントローラ２０６を、設定された層厚を有する多層構造を成長させるためにプログラミングすることができる。更に、エフュージョンセルコントロールは、この質量分析計の信号帰還を介して実際の層の厚みより得られるもので、成長したものから得られるものではない。このことによって、以下のような問題を回避できる。即ち、不均一な成長率が存在しているにも拘らず、すべての層厚に対して、平均的な成長率を利用するような問題を回避できる。
【００１２】
同様なリアルタイムコントロールが、他のタイプのＭＢＥシステムで実現できる。例えば、このＭＢＥチャンバを、コントローラ２０６付き有機金属ＭＢＥ（ＭＯＭＢＥ：ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ ＭＢＥ）チャンバとすることができ、このコントローラ２０６では、このエフュージョンセルより、むしろ、有機金属ガス質量コントローラが形成される。また、このコントローラ２０６によって、ＭＢＥチャンバ２０２中のウエファの温度をコントロールすると共に、更に複雑な成長プログラムに対する全体の圧力をコントロールすることも可能である。
【００１３】
第１実施例の方法
以下、本発明の第１実施例によるＭＢＥ成長方法について、共鳴トンネルダイオードを製造するために必要なＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ，ＡｌＡｓおよびＩｎＡｓ層を成長させる例を参照し乍ら説明する。このトンネルダイオードは、図３に横断面として表わされている。上述したＭＢＥシステム２００を利用する。次に、このＭＢＥ成長方法は以下に詳述した各ステップより構成されている。
【００１４】
（ａ） チャンバ２０２内のウエファホルダに、２インチの直径のリン化インジウム（ＩｎＰ）ウエファを載置する。次に、このチャンバ２０２を排気すると共に、リン化インジウム（ＩｎＰ）ウエファを洗滌する（本来の酸化物を取り除く）。また、コントローラ２０６に成長すべき順次の層の所望厚をロードする。本例においては、これら層および厚みは、成長順に（ｘ＝０．５３）、以下のように与えられる：
【表１】

ここで、ＩｎＡｓは、ＩｎＧａＡｓで覆われ、変形した層の量子井戸となる。次に、エフュージョンセルにインジウム、ガリウム、アルミニウムおよびヒ素をロードする。また、上面層および底面層を、それの抵抗率を低下させるためにドープする場合に、元の位置にｎ型のドーピングを成長させるために、シリコンでエフュージョンセルをロードする。最後に、質量分析計２０４をセットして、Ｉｎ^１１５、Ｇａ^７０、Ａｌ^２７、Ａｓ^７５を検出すると共に、信号を時間多重処理して、コントローラ２０６の単一のポートに送給する。基本的には、これら信号は、１０^−１１Ａ程度の電流のアナログ的測定値から構成されており、また、Ａ／Ｄ変換器によってこれらアナログ的測定値を、コントローラ２０６による数学的積分のためにディジタルフォーマットに変換する。
【００１５】
（ｂ） このＩｎＰウエファを４５０℃まで加熱すると共に、この成長温度を全体に亘って維持する。代表的はＡｌＡｓ成長では、約６２０℃の温度を利用すると共に、代表的なＩｎＧａＡｓ成長では、約５５０℃の温度と利用する。次に、これらエフュージョンセルを、動作温度まで加熱する。これら温度を成長過程において維持する。しかし、他の実施例では、このコントローラ２０６によって、エフュージョンセルの温度を調節して、ビームフラックスを調整することもできる。
【００１６】
（ｃ） これらエフュージョンセルが、一旦、動作温度になると（これは、エフュージョンセルシャッタの漏洩のために、質量分析計で検出できる）、コントローラ２０６は、ヒ素、インジウム、およびガリウムの各エフュージョンセルシャッタを同時に開施することによってこの成長を開始する。ヒ素エフュージョンセルの動作温度によって、ビームフラックスは、これら動作温度における他のエフュージョンセルのフラックスより約１０００倍も大きくなる。インジウムおよびガリウムエフュージョンセルの動作温度を設定して、ガリウムのヒームフラックスに対するインジウムのビームフラックスが５３対４７となる（そこで、１ｎＧａＡｓの成長は、常時、Ｉｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓとなる）。このような動作温度の設定は、後述するように、較正から得られるものである。これらインジウムおよびガリウムエフュージョンセルシャッタは、約２５０秒間開放されたままである。図４の左側部分を参照のこと。この左側部分は、成長中における質量分析計２０４からのインジウム信号、ガリウム信号およびアルミニウム信号を表わしている。これら信号はアンペアの単位を有しており、図４において、インジウムおよびガリウムエフュージョンセルシャッタが約８０秒間、開放している。これらインジウム信号およびガリウム信号は、それ自身の初期レベルより落下し、安定したレベルに漸近的に近づくようになる。このような落下（落込み）は、シャッタの閉鎖期間中に、これらエフュージョンセル内に溶解したインジウムおよびガリウムの加熱のために、フラックスの転移から生じるものである。またこの落込みは、ＭＢＥ成長に固有の不均一性を表わす。
【００１７】
（ｄ） コントローラ２０６は、図４で示したように、質量分析計からのインジウム信号およびガリウム信号を受信し、これら信号を時間的に集積する。集積されたインジウム信号が、一旦、３．６×１０^−９Ａ−ｓｅｃに到達するか、または、集積されたガリウム信号が、一旦、２．９×１０^−９Ａ−ｓｅｃ（アンペア−秒）に到達すると、コントローラ２０６は、これらインジウムおよびガリウムエフュージョンセルシャッタの両方を同時に閉鎖する。図４では、このことを、約３２０秒において、インジウムおよびガリウム信号の低下によって表わしている。これら集積された信号レベルは、ＩｎＧａＡｓ層の所望の厚み（５０ｎｍ）に、後述する較正値を加えたものから得られる。従って、このコントローラ２０６にロードされたプログラムには、５０ｎｍの厚さに、この較正値からのｎｍ対Ａ−ｓｅｃの変換係数を加えて入力データとして設定されている。また、コントローラ２０６によって、３×１０^−９Ａ−ｓｅｃおよひ２．９×１０^−９Ａ−ｓｅｃのシャッタ閉鎖が生成される。また、集積されたガリウム信号が２．９×１０^−９Ａ−ｓｅｃより小さいままで、集積インジウム信号が３．６×１０^−９Ａ−ｓｅｃに到達する場合に、これらエフュージョンセルまたは質量分析計は、殆んど好適に動作しないようになると共に、コントローラ２０６によってエラーメッセージが生成されるようになる。
【００１８】
（ｅ） これらインジウムおよびガリウムエフュージョンセルシャッタを閉鎖した後で、コントローラ２０６は、約２５秒間のポーズ体勢となり、これによって、拡散によって表面の平滑化が可能となる。次に、コントローラ２０６によってアルミニウムエフュージョンセルシャッタを開放して、５ｎｍのＡｌＡｓトンネル障壁の成長を開始させる。再度、このコントローラ２０６は、プログラムデータとして、所望の厚み（２ｎｍ）および較正動作より得られるように、ＡｌＡｓ成長用に、ｎｍからＡ−ｓｅｃへの変換係数を有するようになる。この結果、このコントローラは、再び、シャッタの閉鎖（１．０×１０^−８Ａ−ｓｅｃ）を演算すると共に、アルミニウム信号を集積する。この集積したアルミニウム信号がこのシャッタ閉鎖レベルに到着すると、コントローラはアルミニウムエフュージョンセルシャッタを閉鎖すると共に、このアルミニウム信号が低下するようになる。図４において、アルミニウムエフュージョンセルシャッタの開放が、約３５０秒で起り約３９０秒で閉鎖した。
【００１９】
（ｆ） このアルミニウムエフュージョンセルシャッタを閉鎖した後で、このコントローラ２０６は、再び、約４０秒間だけ休止し、次に、インジウムおよびガリウムエフュージョンセルシャッタを開放して、０．５ｎｍの厚のＩｎＧａＡｓクラッド層の成長を開始する。再度、このコントローラ２０６は、プログラムデータとして、所望の厚さ（０．５ｎｍ）およびすでに用いられた、ＩｎＧａＡｓ成長のための、Ａ−ｓｅｃに対するｎｍからの変換係数を有するようになる。従って、このコントローラ２０６は、シャッタの閉鎖を演算すると共に、これらインジウムおよびガリウム信号を集積するようになる。このように集積したインジウム信号またはガリウム信号がシャッタ閉鎖レベルに到達すると、コントローラ２０６はガリウムエフュージョンセルシャッタのみを閉鎖すると共に、インジウムエフュージョンセルが開放されたままで、ガリウム信号が低下する。ＩｎＡｓの成長が開始すると共に、インジウム信号が高レベル（且つ、不均一）で残存する。図４において、ガリウムエフュージョンセルシャッタの開放が、約４４０秒で起り、約４４５秒で閉鎖した。
【００２０】
コントローラ２０６は、インジウム信号の集積（積分）を再開すると共に、所望のＩｎＡｓ厚さ（４ｎｍ）に基づいて、ガリウムエフュージョンセルシャッタの応答に対するＡ−ｓｅｃレベルと、較正値より得られるＩｎＡｓ成長変換係数を演算している。このＡ−ｓｅｃレベルが４ｎｍ厚のＩｎＡｓ層を、一旦表わすと、コントローラによって、インジウムエフュージョンセルシャッタを開放したままで、ガリウムエフュージョンセルシャッタを再び開放する。コントローラ２０６は、再度、集積したインジウムおよびガリウム信号レベル（同一のグラッド厚さのために、すでに利用したレベルと同一レベル）を演算して、これらインジウムおよびガリウムエフュージョンセルシャッタを閉鎖する。また、このコントローラ２０６によって、インジウム信号の集積演算を再開すると共に、これに加えて、ガリウム信号の集積演算を開始する。シャッタ閉鎖レベルに到達すると、このコントローラ２０６は、インジウムおよびガリウムエフュージョンセルシャッタの両者を閉鎖する。このガリウムエフュージョンセルシャッタの再開放が、図４において、約４６５秒に起り、更に、両方のシャッタの閉鎖が約４７０秒に起った。
【００２１】
（ｇ） コントローラ２０６によって、上述のステップ（ｅ）を実質的に繰返して、第２のＡｌＡｓ層を成長させると共に、ステップ（ｆ）の第１部分を繰返して、上部のＩｎＧａＡｓ層を成長させる。このことによって、図３の共鳴トンネルダイオードを形成するのに必要な層構造が完成される。
【００２２】
集積された信号に対する層厚の変換係数は、以下のように、較正された成長物より得られる。例えば、ＡｌＡｓ成長に対する変換係数を決定するために、上述したステップ（ａ）〜（ｇ）に類似したステップを同一の動作温度で実行するが、シャッタの開放および閉鎖に対するＡ−ｓｅｃレベルのプリセット値を用いて実行し、図５に示したような４層からなるＡｌＡｓおよびＧａＡｓ構造の如き簡単なテスト構造を成長させる。図６は、この成長中の質量分析計信号を表わす。これら層の厚さを適切に選択することによって、分析を簡単に実行できる。これらプリセットされたＡ−ｓｅｃレベルは、所望の厚さを概略的に与えるための予測値である。次に、この構造が成長してしまうと、この構造をＭＢＥシステムより離脱させて、楕円偏光計または、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって層の厚さを分析する。例えば、図７は、楕円偏光計による測定値を表わす。次に、これら外部位置での測定によって、ＡｌＡｓ成長に関するＡ−ｓｅｃに対するｎｍからの変換係数が与えられ、これは、測定した厚さと、この構造を成長させるのに使用したプリセットされた、Ａ−ｓｅｃレベルとの比較による。
【００２３】
過剰圧力信号
前述した例で成長させている間に、ＭＢＥシステム２０２によって、ヒ素の過剰圧力が維持されると共に、質量分析計２０４によってヒ素信号が発生する。この信号は、図８に示したような層の成長を表わし、インジウム、ガリウム、またはアルミニウムと、ヒ素との反応のために、減少する。これら信号の減少を積分（集積）によって、インジウム、ガリウム、およびアルミニウム信号の積分のように、同一種類の情報が得られる。しかし乍ら、ヒ素信号が、これら他の信号を大きく超過すると共に、ドリフトし、ならびに、明らかに、変化に関する長い時定数は、それの使用において、精度が低下することを意味する。図８は、各ダイオードを有する４個の共鳴トンネルダイオードの積み重ねに対する層の成長を表わし、これらの各々は、図３と実質的に同一の層を有している。
【００２４】
変形例および利点
上述した種々の好適実施例は、本発明によるＭＢＥ層厚制御による特徴の１つまたはそれ以上の特徴を維持しながら、種々に変更することができる。即ち、このＭＢＥ層厚制御は、集積された（積分された）成長種信号を利用し乍ら、リアルタイムのフィードバックに基いて実行され、また、多重層に対する多数の成長種の集積された信号を利用する。更に、同一温度の下で異なった化合物の成長を利用すると共に、成長される化合物を変更するためのエフュージョンセルシャッタを開放または閉鎖して層厚の制御を行なう。
【００２５】
例えば、これら層をウエア上に非平面特徴をもって成長させることができると共に、これら集積した信号によって、依然として厚さ制御を実行できる。これに対して、楕円偏光計等による厚み測定アプローチには、非平面層による問題が存在している。他の成長温度を利用することも可能である。また、他のサイズおよび他の材料のウエファを利用でき、これには、セミコンダクタ・オン・イシュレータ（ＳＯＩ）ウエファが含まれている。更にまた、以下のような他の材料層を成長させることができる。例えば、二酸化珪素、フッ化カルシウム・オン・シリコン、または、ＩＩＩ−Ｖ族半導体化合物を成長でき、この半導体化合物には、ヒ素の代りにリンを用いると共に、過剰圧力リンまたは、Ｈｇ_１−ｘＣｄ_ｘＴｅｏｎ ＣｄＴｅ、または、過剰圧力水銀を有する他のＩＩ−ＶＩ族化合物を利用できる。ＩｎＡｌＧａＡｓのような四元化合物の層の厚さも同じ集積した信号で制御することができる。また、上述した処理ステップの内のいくつかのステップ、例えば、初期ウエファ装着ステップ、ウエファクリーニングステップ、コントローラのプロミングステップ等のステップを省略したり、他の類似のステップで置換できる。また、本発明のＭＢＥシステムでは、ＲＨＥＥＤ、楕円偏光計、高温測定等の他の診断ツールを包含することもできる。
【００２６】
上述した所望の厚みを有する層を成長させるための、本発明によるフィードバックコントロールには、以下のような利点がある。即ち、成長率の精度で、変動が無く、これに加えて、質量分析計をＭＢＥチャンバのエフュージョンセル開放において適合せさることができ、これによって、現存するＭＢＥシステムの改良型システムでも容易に実現できる。
【００２７】
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１） 分子線ビームエピタキシ層を成長させるに当り、
（ａ） 成長種（スピーシーズ）の第１ビームを成長チャンバ内のウエファに向わせるステップと；
（ｂ） 前記ウエファからの前記第１ビームの反射のフラックスを繰返し測定するステップと；
（ｃ） 前記ステップ（ｂ）で得られたフラックスの測定値を所定時間に亘って集積（積分）するステップと；
（ｄ） 前記ステップ（ｃ）で得られたフラックスの集積された測定値が第１の所望のレベルに到達した場合に、前記第１ビームを終了させるステップとを具備した分子線ビームエピタキシ層の成長方法。
【００２８】
（２）（ａ） 前記フラックスの測定を質量分析計で行なった第１項記載の成長方法。
【００２９】
（３）（ａ） 前記ウエファは、非平面状の表面を有した第１項記載の成長方法。
【００３０】
（４）（ａ） 上記第１項のステップ（ｄ）の終了動作ステップ後に、成長種の第２ビームを前記ウエファに向わせるステップと、この第２ビームスピーシーズは、前記第１ビームスピーシーズとは異なり；
（ｂ） 前記ウエファからの前記第２ビームの反射のフラックスを繰返し測定するステップと；
（ｃ） 前記ステップ（ｂ）から得られたフラックス測定値を所定時間に亘って集積するステップと；
（ｄ） このステップ（ｃ）から得られたフラックスの集積された測定値が第２の所望のレベルに到達した場合に、前記第２ビームを終了させるステップとを更に設けた第１項記載の成長方法。
【００３１】
（５）（ａ） 前記第１ビームおよび第２ビームの両者を前記ウエファに向わせた場合に、このウエファの温度が実質的に一定に維持された、第４項記載の成長方法。
【００３２】
（６）（ａ） 前記ウエファをＩＩＩ−Ｖ族半導体化合物で製造し；
（ｂ） 前記第１ビームにＩＩＩ族元素の第１グループの原子が包含され；
（ｃ） 前記第２ビームにＩＩＩ族元素の第２グループの原子が包含された、
第４項記載の成長方法。
【００３３】
（７）分子線ビームエピタキシにより積層を成長させるに当り、
（ａ） Ｂ_１，Ｂ_２，……Ｂ_Ｎに対するソースを設けるステップと、ここでＢ_ＪはＪ番目の成長種（スピーシーズ）のビームであり、Ｎは２より大きな正の整数であり、前記Ｎ個の成長種は相互に相違しており；
（ｂ） Ｂ_１，Ｂ_２，……Ｂ_Ｎの第１の小集合を成長チャンバ中のウエファに向わせるステップと；
（ｃ） 前記第１の小集合ビームの少なくとも１つのビームの前記ウエファからの反射のフラックスを繰返し、測定するステップと；
（ｄ） このステップ（オ）からのフラックス測定値を所定時間に亘り集積するステップと；
（ｅ） このステップ（ｄ）からの集積されたフラックス測定値が第１の所望値に到達した場合に、前記ウエファに向う前記Ｂ_１，Ｂ_２，……Ｂ_Ｎの第２の小集合に変更するステップと、ここで前記第１および第２小集合は、少なくとも共通に２つのビームを有し；
（ｆ） 前記第１および第２小集合のビームの少なくとも一方のビームの、前記ウエファからの反射フラックスの測定を、前記変更ステップ（ｅ）から開始して繰返し行なうステップと；
（ｇ） このステップ（ｆ）のフラックス測定値を所定時間に亘り集積するステップと；
（ｈ） このステップ（ｇ）の集積された測定値が第２の所望レベルに到達した時に、前記Ｂ_１，Ｂ_２，……Ｂ_Ｎの第３小集合に変更するステップとを具備した積層の成長方法。
【００３４】
（８）（ａ） 前記Ｎ個の成長種は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体化合物の先駆物質である第７項記載の成長方法。
【００３５】
（９）（ａ） 第７項記載のステップ（ｅ）の共通の２つのビームの一方には、ヒ素が含まれた第８項記載の成長方法。
【００３６】
（１０）（ａ） 前記第３小集合が空である第７項記載の成長方法。
【００３７】
（１１）（ａ） 前記第３小集合が前記第１小集合である第７項記載の成長方法。
【００３８】
（１２） 分子線ビームエピタキシ２０２に層の厚さコントロールを付加し、この厚さコントロールは、質量分析計２０４からの信号を集積して帰還させている。ＩＩＩ−Ｖ族化合物構造の例が開示されており、これには、共鳴トンネルダイオードで利用されているような多重層、ＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓおよびＩｎＡｓ層が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】既知のＭＢＥマシーンを教示的に表わした構造図。
【図２】第１実施例のブロックダイヤグラム。
【図３】共鳴トンネルダイオードを示す図。
【図４】成長過程の質量分析計信号を示す図。
【図５】テスト構造を示す図。
【図６】図５のテスト構造の特性を示す図。
【図７】図５のテスト構造の特性を示す図。
【図８】成長過程における質量分析計信号を示す図。
【符号の説明】
２００ ＭＢＥシステム
２０２ ＭＢＥ成長チャンバ
２０４ 質量分析計
２０６ コントローラ

Claims (11)

1. 分子線ビームエピタキシ層を成長させるに当り，
   （ａ） 成長種（スピーシーズ）の第１ビームを成長チャンバ内のウエファに向わせるステップと；
   （ｂ） 前記ウエファからの前記第１ビームの反射のフラックスを繰返し測定するステップと；
   （ｃ） 前記ウエファからの前記第１ビームの反射のフラックス測定から得られるフラックス測定値を所定時間に亘って集積（積分）するステップと；
   （ｄ） 集積されたフラックス測定値が第１のレベルに到達した時に，前記第１ビームを終了させるステップとを具備した分子線ビームエピタキシ層の成長方法。
2. （ａ） 前記フラックスの測定を質量分析計で行なう請求項１記載の成長方法。
3. （ａ） 前記ウエファは，非平面状の表面を有した請求項１項の成長方法。
4. （ａ） 請求項１のステップ（ｄ）の終了動作の後に，前記成長種の前記第１ビームと異なる成長種の第２ビームを前記ウエファに向わせるステップと；
   （ｂ） 前記ウエファからの前記第２ビームの反射のフラックスを繰返し測定するステップと；
   （ｃ） 前記ステップ（ｂ）から得られたフラックス測定値を所定時間に亘って集積するステップと；
   （ｄ） 前記ステップ（ｃ）から得られた集積されたフラックス測定値が第２のレベルに到達した時に，前記第２ビームを終了させるステップとを更に含む請求項１記載の成長方法。
5. （ａ） 前記第１ビームおよび第２ビームの両者が前記ウエファに向けられている時，前記ウエファの温度が実質的に一定に維持される請求項４記載の成長方法。
6. （ａ） 前記ウエファがＩＩＩ−Ｖ族半導体化合物で製造され；
   （ｂ） 前記第１ビームにＩＩＩ族元素の第１グループの原子が包含され；
   （ｃ） 前記第２ビームにＩＩＩ族元素の第２グループの原子が包含された，請求項４記載の成長方法。
7. 分子線ビームエピタキシにより積層を成長させるに当り，
   （ａ） Ｂ ₁ ，Ｂ ₂ ，……Ｂ _N に対するソースを設けるステップであり，ここでＢ _J はＪ番目の成長種（スピーシーズ）のビームであり，Ｎは２より大きな正の整数であり，前記Ｊ番目の成長種は相互に相違している，ステップと；
   （ｂ） Ｂ ₁ ，Ｂ ₂ ，……Ｂ _N の第１の小集合を成長チャンバ内のウエファに向わせるステップと；
   （ｃ） 前記第１の小集合ビームの少なくとも１つのビームの前記ウエファからの反射のフラックスを繰返し測定するステップと；
   （ｄ） 前記第１の小集合ビームの少なくとも１つのビームの前記ウエファからの反射のフラックスを測定して得られるフラックス測定値を所定時間に亘り集積するステップと；
   （ｅ） 集積されたフラックス測定値が第１のレベルに到達した時，前記ウエファに向けられる前記Ｂ ₁ ，Ｂ ₂ ，……Ｂ _N の第２の小集合に変更するステップであり，前記第１および第２の小集合では，少なくとも２つのビームが共通している，ステップと；
   （ｆ） 前記Ｂ ₁ ，Ｂ ₂ ，……Ｂ _N の前記第２の小集合への変更時点から，前記第２の小集合のビームの少なくとも１つのビームの，前記ウエファからの反射フラックスの測定を繰返し行なうステップと；
   （ｇ） 前記第２の小集合のフラックス測定値を所定時間に亘り集積するステップと；
   （ｈ） 集積されたフラックス測定値が第２のレベルに到達した時に，前記Ｂ ₁ ，Ｂ ₂ ，……Ｂ _N の第３の小集合に変更するステップとを具備した分子線ビームエピタキシにより 積層を成長させる方法。
8. （ａ） 前記Ｊ番目の成長種は，ＩＩＩ−Ｖ族半導体化合物の先駆物質である請求項７記載の方法。
9. （ａ） 請求項７記載のステップ（ｅ）の共通している前記２つのビームの１つには，ヒ素が含まれる請求項８記載の方法。
10. （ａ） 前記第３の小集合が空である請求項７記載の方法。
11. （ａ） 前記第３の小集合が前記第１の小集合と同じである請求項７記載の方法。

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