JPH02199820A - 気相処理装置 - Google Patents
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- JPH02199820A JPH02199820A JP1743789A JP1743789A JPH02199820A JP H02199820 A JPH02199820 A JP H02199820A JP 1743789 A JP1743789 A JP 1743789A JP 1743789 A JP1743789 A JP 1743789A JP H02199820 A JPH02199820 A JP H02199820A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
気相処理装置に係り、特にＭＯＶＰＥ （有機金属熱分
解気相成長方法）による原子層成長法（ＡＬＥ）に用い
る気相処理装置に関し 成長速度を増大し、しかも結晶品質を向上させる気相処
理装置を捷供することを目的とし、化学反応を行う反応
管内に基板を設け、該反応管内に反応ガスを供給して、
該基板上に半導体結晶を析出あるいはエピタキシャル成
長等の気相処理を行う気相処理装置において； 前記反応管内容積を変化させることにより前記反応管内
に供給されるガスを排出又は供給する手段を有すること
を構成とする。
解気相成長方法）による原子層成長法（ＡＬＥ）に用い
る気相処理装置に関し 成長速度を増大し、しかも結晶品質を向上させる気相処
理装置を捷供することを目的とし、化学反応を行う反応
管内に基板を設け、該反応管内に反応ガスを供給して、
該基板上に半導体結晶を析出あるいはエピタキシャル成
長等の気相処理を行う気相処理装置において； 前記反応管内容積を変化させることにより前記反応管内
に供給されるガスを排出又は供給する手段を有すること
を構成とする。
本発明は気相処理装置に係り、特に間νＰＥ（有機金属
熱分解気相成長方法）による原子層成長法（ＡＬＥ）に
用いる気相処理装置に関する。
熱分解気相成長方法）による原子層成長法（ＡＬＥ）に
用いる気相処理装置に関する。
近年化合物半導体の利用に伴ないこれらのエピタキシャ
ル成長を行なう気相処理技術が発展しており、組成の精
密な制御技術を用いた多元混晶や超薄膜技術による超格
子の作製など開発されるにいたっている。
ル成長を行なう気相処理技術が発展しており、組成の精
密な制御技術を用いた多元混晶や超薄膜技術による超格
子の作製など開発されるにいたっている。
最近化合物半導体の超薄膜成長法として上記ＡＬＥ法が
提案され、さらに精密な気相成長が必要となって来た。
提案され、さらに精密な気相成長が必要となって来た。
ＡＬＥ法は基板の結晶表面において、一原子層ごとに成
長するように、成長を制御してエピタキシャル成長法で
ある。ＭＢＥ、 ＭＯＶＰＥ、クロライドＶＰＥ法等
を応用し、ＧａＡｓ、 ＩｎＰ等の化合物半導体をは
じめ、ＳｉやＧｅ、 Ｚｎ５ｅやＺｅＳ等の種々の材料
に関して研究が行われている。
長するように、成長を制御してエピタキシャル成長法で
ある。ＭＢＥ、 ＭＯＶＰＥ、クロライドＶＰＥ法等
を応用し、ＧａＡｓ、 ＩｎＰ等の化合物半導体をは
じめ、ＳｉやＧｅ、 Ｚｎ５ｅやＺｅＳ等の種々の材料
に関して研究が行われている。
従来のＭＯＶＰＥによるＡＬＥ法は、単一の反応管内に
必要とする反応ガスを供給し基板等の処理材料に接触さ
せ、短時間保持し、基板表面に成長すべき原子或は此れ
を含む分子を吸着させ、次に、何等かの方法で、成長す
べき原子を一層のみ、基板状にエピタキシャル成長する
方法である。
必要とする反応ガスを供給し基板等の処理材料に接触さ
せ、短時間保持し、基板表面に成長すべき原子或は此れ
を含む分子を吸着させ、次に、何等かの方法で、成長す
べき原子を一層のみ、基板状にエピタキシャル成長する
方法である。
第４図に示すようにまず原料ガスＴＭＧ （）リメチル
ガリウム）を含むＨ２ガス（キャリヤガス）を、５００
℃前後にＲＦコイル１で加熱されたカーボン製サセプタ
２上の基板（ＧａＡｓ等）３に数秒間接触させる。
ＴＭＧは基板結晶表面で熱分解し、Ｇａ原子が生成し、
表面に吸着される。このとき、分解反応はＧａ原子が表
面を１原子層覆うと停止する０次に、ＴＭＧを排出した
のち、アルシンガス（＾３Ｈ３）を接触させると、吸着
しているＧａ層上にＡｓ原子が一層吸着し、ＧａＡｓが
１分子層成長することが出来る。このような、ＴＭＧ−
Ｈｚ−ＡＳＨｓ−ｔｂ−ＴＭＧの化学反応過程をパルス
的に繰返すことにより、１原子（分・子）ｒＭごとに、
反応管４内で結晶成長を行う。吸着されている分子層の
分解反応には、加熱のかわりに、光を照射する方法等も
広知である。
ガリウム）を含むＨ２ガス（キャリヤガス）を、５００
℃前後にＲＦコイル１で加熱されたカーボン製サセプタ
２上の基板（ＧａＡｓ等）３に数秒間接触させる。
ＴＭＧは基板結晶表面で熱分解し、Ｇａ原子が生成し、
表面に吸着される。このとき、分解反応はＧａ原子が表
面を１原子層覆うと停止する０次に、ＴＭＧを排出した
のち、アルシンガス（＾３Ｈ３）を接触させると、吸着
しているＧａ層上にＡｓ原子が一層吸着し、ＧａＡｓが
１分子層成長することが出来る。このような、ＴＭＧ−
Ｈｚ−ＡＳＨｓ−ｔｂ−ＴＭＧの化学反応過程をパルス
的に繰返すことにより、１原子（分・子）ｒＭごとに、
反応管４内で結晶成長を行う。吸着されている分子層の
分解反応には、加熱のかわりに、光を照射する方法等も
広知である。
ＴＭＧとＡｓＨを交互に独立的に（混合しないように）
反応管に供給する必要があり、結晶成長の速度すなわち
繰返し回数を大きくするためには、ガスを高速で変化さ
せることが必要である。このため、反応管内の圧力を低
くして、また、ガス流量を大きくする方法が広く利用さ
れている。
反応管に供給する必要があり、結晶成長の速度すなわち
繰返し回数を大きくするためには、ガスを高速で変化さ
せることが必要である。このため、反応管内の圧力を低
くして、また、ガス流量を大きくする方法が広く利用さ
れている。
ガスの切り換えを高速に行う為に、減圧式のＭＯＶＰＥ
が利用されている。又、反応管へ供給する主ラインと並
行して、流動抵抗体５を設けて、精密にガスの圧力を制
御した補助排ガスラインにより、此等のガスラインの間
で、ガスを高速に切り換える方法が広知となっている。
が利用されている。又、反応管へ供給する主ラインと並
行して、流動抵抗体５を設けて、精密にガスの圧力を制
御した補助排ガスラインにより、此等のガスラインの間
で、ガスを高速に切り換える方法が広知となっている。
図中６はバルブ、８はガス流調節弁である。
第４図に示したようにＧａＡｓ成長を考えた場合、Ｇａ
原子が完全にしかも均一に基板１上で吸着を完了させる
ためにＴＭＧの濃度を高めかつ吸着の為の時間が必要で
ある。従って、減圧により実行ガス流速を高める方法に
は制限がある。すなわち、成長速度を高めることが出来
ない。一方、良質の結晶をうるためには、成長時のアル
シン（＾３８３）の分圧を高める必要があるが、ガスの
交換を高速かつ完全に行う事とは相反する事柄である。
原子が完全にしかも均一に基板１上で吸着を完了させる
ためにＴＭＧの濃度を高めかつ吸着の為の時間が必要で
ある。従って、減圧により実行ガス流速を高める方法に
は制限がある。すなわち、成長速度を高めることが出来
ない。一方、良質の結晶をうるためには、成長時のアル
シン（＾３８３）の分圧を高める必要があるが、ガスの
交換を高速かつ完全に行う事とは相反する事柄である。
反応管内の構造によっては、ガスの淀み部分を伴い、反
応ガスの置換は拡散係数が有限であるので、かなりの時
間が必要である。又１ｎＰの場合のように、ＩｎＰ原料
の↑旧等では、その飽和蒸気圧が非常に低く、またフォ
スフイン（Ｐｔｈ）の熱分解の効率が非常に低いために
、成長速度と品質を高めることには困難であった。
応ガスの置換は拡散係数が有限であるので、かなりの時
間が必要である。又１ｎＰの場合のように、ＩｎＰ原料
の↑旧等では、その飽和蒸気圧が非常に低く、またフォ
スフイン（Ｐｔｈ）の熱分解の効率が非常に低いために
、成長速度と品質を高めることには困難であった。
本発明は成長速度を増大し、しかも結晶品質を向上させ
る気相処理装置を提供することを目的とする。
る気相処理装置を提供することを目的とする。
上記課題は本発明によれば化学反応を行う反応管内に基
板を設け、該反応管内に反応ガスを供給して、該基板上
に半導体結晶を析出あるいは気相成長等の気相処理を行
う気相処理装置において；前記反応管内容積を変化させ
ることにより前記反応管内に供給されるガスを排出又は
供給する手段を有することを特徴とする気相処理装置に
よって解決される。
板を設け、該反応管内に反応ガスを供給して、該基板上
に半導体結晶を析出あるいは気相成長等の気相処理を行
う気相処理装置において；前記反応管内容積を変化させ
ることにより前記反応管内に供給されるガスを排出又は
供給する手段を有することを特徴とする気相処理装置に
よって解決される。
すなわち、本発明では、反応ガスの供給及び排出口にバ
ルブを設は反応管の機密化と反応管の構造をフレキシブ
ルにして、外部より作用して内容積を変化させることに
より、吸着反応時の原料ガスの分圧を変化させる。
ルブを設は反応管の機密化と反応管の構造をフレキシブ
ルにして、外部より作用して内容積を変化させることに
より、吸着反応時の原料ガスの分圧を変化させる。
反応ガスのより完全な（欠陥の少ない）吸着を達成する
ためには、反応ガスの分圧が高くする必要がある。一方
、高速の反応ガスの置換のためには、減圧にして有効な
ガスの線速度を大きくしなければならない０本発明では
減圧の方法で反応ガスを供給及び排気しながら吸着時に
のみ反応ガスの圧力を高めることが出来る。従って、良
質の結晶が得られるようになる。また、反応ガスの吸着
の為の時間を大幅に低減することが出来る。
ためには、反応ガスの分圧が高くする必要がある。一方
、高速の反応ガスの置換のためには、減圧にして有効な
ガスの線速度を大きくしなければならない０本発明では
減圧の方法で反応ガスを供給及び排気しながら吸着時に
のみ反応ガスの圧力を高めることが出来る。従って、良
質の結晶が得られるようになる。また、反応ガスの吸着
の為の時間を大幅に低減することが出来る。
反応室の容積の変化を利用することにより、反応ガスの
供給、排気及び置換等が高速に成る。しかも汚染が大幅
に低減され、良質の気相処理が可能になる。
供給、排気及び置換等が高速に成る。しかも汚染が大幅
に低減され、良質の気相処理が可能になる。
以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明に係るＡＬＥ用のＭＯＶＰＥ装置の概略
図である。
図である。
第１図に示すように反応管２０は、ステンレス類のシリ
ンダー２１と外部より稼動されるピストン２２から構成
される。シリンダーの後部は水冷され、ピストンの後部
との間で、テフロン摺あわせにより機密が行われる。シ
リンダー上部は外部ヒータ２４により加熱するとともに
、光ファイバー等の光照射用の光導入系２５が設けられ
ている。
ンダー２１と外部より稼動されるピストン２２から構成
される。シリンダーの後部は水冷され、ピストンの後部
との間で、テフロン摺あわせにより機密が行われる。シ
リンダー上部は外部ヒータ２４により加熱するとともに
、光ファイバー等の光照射用の光導入系２５が設けられ
ている。
６５１１ｍ 、 ＴＭＧの反応ガス及びＨｚガスは、
それぞれ−旦、ガス溜りＡ、Ｂ、Ｃに導入され、シリン
ダー内へ供給するガス量が整えられる。また、排ガス系
２６にもガス溜りＤを設け、真空ポンプ２７で高真空と
することにより、シリンダー内のガスの排出速度を高め
る。反応室２８にガスを導入するときは、バルブ２９ａ
を開き、ピストン２２を引き出す０次いで、バルブ２９
ａを閉じたのち、ピストン２２を押し入れ、反応ガスを
圧縮する。短時間圧縮の吸着が完了した後、排出バルブ
２９ｂを開き瞬間的に反応ガスを排出用ガス溜りＤに放
出する。これとほぼ同時に置換用のＨ２ガスバルブを開
きＨｚを導入する。これらの過程を反応ガス毎に繰返す
、 ＧａＡｓのＡＬＥでは、ピストンの４往復でＧａＡ
ｓのぼり１分子層の成長が進む。
それぞれ−旦、ガス溜りＡ、Ｂ、Ｃに導入され、シリン
ダー内へ供給するガス量が整えられる。また、排ガス系
２６にもガス溜りＤを設け、真空ポンプ２７で高真空と
することにより、シリンダー内のガスの排出速度を高め
る。反応室２８にガスを導入するときは、バルブ２９ａ
を開き、ピストン２２を引き出す０次いで、バルブ２９
ａを閉じたのち、ピストン２２を押し入れ、反応ガスを
圧縮する。短時間圧縮の吸着が完了した後、排出バルブ
２９ｂを開き瞬間的に反応ガスを排出用ガス溜りＤに放
出する。これとほぼ同時に置換用のＨ２ガスバルブを開
きＨｚを導入する。これらの過程を反応ガス毎に繰返す
、 ＧａＡｓのＡＬＥでは、ピストンの４往復でＧａＡ
ｓのぼり１分子層の成長が進む。
ガス溜りＡ、Ｂ、Ｃの容積は可変であることが望ましい
が、本実施例では、シリンダーの容積を５０、−とし、
拝ガス用は約１０倍の５．０２とした。
が、本実施例では、シリンダーの容積を５０、−とし、
拝ガス用は約１０倍の５．０２とした。
基板３０の温度は、約３００’Ｃとなるように、外部ヒ
ータ２４を調節した。ガス溜りＡに１００％のＡｓＨ，
とＢには１０％のＴＭＧを含むＨ６がそれぞれ、０．１
気圧になる様に供給する０本実施例では、ピストンの往
復運動は１秒当り、１０回とし、圧縮比を１７２０とし
た。光照射は、ＩＫ−の高圧水銀ランプ（図示せず）を
光源とし、最大圧縮持前後の１０ミリ秒の間行った。
ータ２４を調節した。ガス溜りＡに１００％のＡｓＨ，
とＢには１０％のＴＭＧを含むＨ６がそれぞれ、０．１
気圧になる様に供給する０本実施例では、ピストンの往
復運動は１秒当り、１０回とし、圧縮比を１７２０とし
た。光照射は、ＩＫ−の高圧水銀ランプ（図示せず）を
光源とし、最大圧縮持前後の１０ミリ秒の間行った。
このようにして順次１ｏｏｏｏ層のＧａＡｓを（００１
）基板上に成長し、そのＧａＡｓエピタキシャル層のホ
トルミネッセンスの測定結果を従来法で得られたＡＬＥ
結晶と比較して第２図に示す、第２図に示すようにＧａ
Ａｓのバンド端発光は、従来法のものでは、強度も弱く
ブロードであるが本実施例では強度が大きく、鋭い幾本
かの発光ピークからなっている。これは、本実施例で得
られた結晶の純度が大幅に優れていることを示している
。原因の１つとして、Ａｓの有効分圧を大幅に高めたこ
とが考えられる。約３．０−の成長層を約４０００秒間
で成長することができた。従来の方法の１１５以下に短
縮することが可能となった。
）基板上に成長し、そのＧａＡｓエピタキシャル層のホ
トルミネッセンスの測定結果を従来法で得られたＡＬＥ
結晶と比較して第２図に示す、第２図に示すようにＧａ
Ａｓのバンド端発光は、従来法のものでは、強度も弱く
ブロードであるが本実施例では強度が大きく、鋭い幾本
かの発光ピークからなっている。これは、本実施例で得
られた結晶の純度が大幅に優れていることを示している
。原因の１つとして、Ａｓの有効分圧を大幅に高めたこ
とが考えられる。約３．０−の成長層を約４０００秒間
で成長することができた。従来の方法の１１５以下に短
縮することが可能となった。
第３図は本発明に係る反応室の他の実施例を示す概略図
である。
である。
第３図において反応室２８の外壁３工をジャバラ構造に
して反応管内容積を変化させる装置が示されている。第
３図に示したジャバラ構造は第１図に示したシリンダー
／ピストン構造よりその構造が大幅に簡単になる。しか
も圧縮時の最大圧力が低い場合、本実施例装置の作製費
用を低くすることができる。第３図中２４は外部ヒータ
２８は基板、２９ａはガス供給バルブ、２９ｂは排出バ
ルブを示す。
して反応管内容積を変化させる装置が示されている。第
３図に示したジャバラ構造は第１図に示したシリンダー
／ピストン構造よりその構造が大幅に簡単になる。しか
も圧縮時の最大圧力が低い場合、本実施例装置の作製費
用を低くすることができる。第３図中２４は外部ヒータ
２８は基板、２９ａはガス供給バルブ、２９ｂは排出バ
ルブを示す。
以上説明したように本発明によれば基板面への結晶吸着
時の反応ガスの分圧をより高く出来るので、結晶品質を
高くすることができ、また結晶吸着のための反応時間を
短くすることが可能となりしかも反応ガスの反応室への
出入を速やかにできるので、成長速度が大幅に増加する
。従って反応ガスとして飽和蒸気圧の低い原料を使用す
ることが出来るようになり反応ガスの利用率を改善する
ことが出来る。
時の反応ガスの分圧をより高く出来るので、結晶品質を
高くすることができ、また結晶吸着のための反応時間を
短くすることが可能となりしかも反応ガスの反応室への
出入を速やかにできるので、成長速度が大幅に増加する
。従って反応ガスとして飽和蒸気圧の低い原料を使用す
ることが出来るようになり反応ガスの利用率を改善する
ことが出来る。
更にまた気体の断熱圧縮による、反応の促進、温度の上
昇による分解反応を利用する事ができる。
昇による分解反応を利用する事ができる。
あるいは、断熱膨張によるガス温度の冷却による反応の
制御等も可能となる。
制御等も可能となる。
第１図は本発明に係るＭＯＶＰＥ （有機金属熱分解気
相成長）装置の概略図であり、 第２図はＡＬＥ （原子層成長）結晶のホトルミネッセ
ンススペクトルを本発明（シリンダー／ピストン方式）
と従来法とで比較した図であり、第３図は本発明に係る
反応室の他の実施例を示す概略図であり、 第４図は従来のＭＯＶＰＥ装置の概略図である。 ■・・・ＲＦコイル、 ３．２０・・・反応管、 ２１・・・シリンダー ２８・・・反応室、 ・・・サセプタ、 ・・・流動抵抗体、 ２・・・ピストン、 ０・・・基板。
相成長）装置の概略図であり、 第２図はＡＬＥ （原子層成長）結晶のホトルミネッセ
ンススペクトルを本発明（シリンダー／ピストン方式）
と従来法とで比較した図であり、第３図は本発明に係る
反応室の他の実施例を示す概略図であり、 第４図は従来のＭＯＶＰＥ装置の概略図である。 ■・・・ＲＦコイル、 ３．２０・・・反応管、 ２１・・・シリンダー ２８・・・反応室、 ・・・サセプタ、 ・・・流動抵抗体、 ２・・・ピストン、 ０・・・基板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、化学反応を行う反応管内に基板を設け、該反応管内
に反応ガスを供給して、該基板上に半導体結晶を析出あ
るいは気相成長等の気相処理を行う気相処理装置におい
て； 前記反応管内容積を変化させることにより、前記反応管
内に供給されるガスを排出又は供給する手段を有するこ
とを特徴とする気相処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1743789A JPH02199820A (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 気相処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1743789A JPH02199820A (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 気相処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02199820A true JPH02199820A (ja) | 1990-08-08 |
Family
ID=11944004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1743789A Pending JPH02199820A (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 気相処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02199820A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6134757A (en) * | 1999-11-18 | 2000-10-24 | Wei; Ho-Pin | Processing method for splitting thread spool |
| WO2004034454A1 (ja) * | 2002-10-08 | 2004-04-22 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | 基板処理装置 |
| JP2006310813A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-11-09 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 成膜装置 |
| JP2009512206A (ja) * | 2005-10-11 | 2009-03-19 | アビザ テクノロジー リミティド | 容積式ポンプ・チャンバー |
-
1989
- 1989-01-30 JP JP1743789A patent/JPH02199820A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6134757A (en) * | 1999-11-18 | 2000-10-24 | Wei; Ho-Pin | Processing method for splitting thread spool |
| WO2004034454A1 (ja) * | 2002-10-08 | 2004-04-22 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | 基板処理装置 |
| JP2004134466A (ja) * | 2002-10-08 | 2004-04-30 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 基板処埋装置 |
| US7713582B2 (en) | 2002-10-08 | 2010-05-11 | Hitachi Kokusai Electric | Substrate processing method for film formation |
| JP2006310813A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-11-09 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 成膜装置 |
| JP4676366B2 (ja) * | 2005-03-29 | 2011-04-27 | 三井造船株式会社 | 成膜装置 |
| JP2009512206A (ja) * | 2005-10-11 | 2009-03-19 | アビザ テクノロジー リミティド | 容積式ポンプ・チャンバー |
| KR101292938B1 (ko) * | 2005-10-11 | 2013-08-02 | 아비자 테크놀로지 리미티드 | 정 변위 펌핑 챔버 |
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