JPH0232532A

JPH0232532A - 気相成長装置

Info

Publication number: JPH0232532A
Application number: JP18151088A
Authority: JP
Inventors: Yoshitake Katou; 芳健加藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-07-22
Filing date: 1988-07-22
Publication date: 1990-02-02
Anticipated expiration: 2013-01-21
Also published as: JP2701339B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は気相成長装置に関し、さらに詳しくは、塩化水
素ガスを用いて半導体基板のエツチングおよび該基板上
への化合物半導体の気相成長を連続して行うのに用いら
れる気相成長装置に関する。

［従来の技術］半導体、特に化合物半導体は近年ざまざまなデバイスが
提案または試作され、それらデバイスの実用化が進めら
れるようになった。これらデバイスは超薄膜へテロ構造
、複雑な立体構造等を駆使することによって製作され、
新しい機能や超高速動作、光の高出力化等が実現されつ
つある。これらのデバイスはプロセス技術を駆使するこ
とによって製作されているが、そればかりでなく、新し
い結晶成長技術の開発や応用も重要である。

デバイス構造が微細化、超薄膜化するにつれて、良質な
成長層およびペテロ界面が必要であると共に、選択成長
や再成長を用いることによって複雑な構造を実現するこ
とも必要となっている。

しかしながら、一般には、基板と成長層との界面、ある
いは再成長層との界面には酸素、有機物、重金属等の汚
れが堆積しており、デバイス特性劣化の原因となってい
た。これを除去する方法として気相成長装置内でエツチ
ングと成長を連続して行う方法が広く用いられており、
界面の不純物を除去したり、おるいは選択気相エツチン
グを積極的に取り入れて複雑な構造のデバイスを製作す
ることが行われ始めている。

エツチングと成長を連続して行う化合物半導体の気相成
長装置には、塩化水素ガス（以下１１αガスと呼称する
）をエツチングガスに用いたハイドライド気相成長装置
や有機金属気相成長装置が広く用いられている。このう
ち、ハイドライド気相成長装置はジャパニーズ・ジャー
ナル・アプライド・フィジックス（Ｊａｐａｎｅｓｅ　
Ｊｏｕｒｎａｌ　ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ）　、
　２２巻、　１９８３年、　Ｌ４１５〜Ｌ４１６頁に詳
述されている。一方、Ｒ，ＢｈａｔらによってＨじガス
を用いたＧａＡＳの気相エツチングの報告がおり、用い
た有機金属気相成長装置はジャーナル・エレクトロケミ
カル・ソサイアティ（ＪｏｕｒｎａｌＥｌｅｃｔｒｏｃ
ｈｅｍｉｃａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ）、　　１２１巻、　
１９７４年。

１６４２〜１６４６頁に記述されている。

上記したような従来の気相成長装置は反応管に成長ガス
を導入するための供給配管およびＨＣＪ！ガスを導入す
るための供給配管がそれぞれ接続されており、ハイドラ
イド気相成長装置ではすべての供給配管および弁は室温
のもとで使用されてきた。

有機金属気相成長装置では用いる有機金属ガスの蒸気圧
が室温では小さすぎる場合に限り、有機金属ガスを入れ
た容器、その供給配管および弁を昇温し、有機金属ガス
を反応管に導入していた。それ以外の供給配管および弁
はすべて室温のもとて使用されてきた。

［発明が解決しようとする課題］従来のハイドライド気相成長装置を用いて半絶縁性Ｉｎ
Ｐ基板をエツチングした後、連続してｎ−ＩｎＰ層をエ
ピタキシャル成長する方法を例に用いて説明する。Ｉｎ
Ｐは通常行う成長温度（６００〜７００℃）でＨ（Ｊｌ
ガス雰囲気にさらすと、エツチング速度が速く、表面が
荒れてしまう。そこで、ＩｎＣＪ！とＰ４からなるＩｎ
Ｐ成長雰囲気にＨαガスを添加した雰囲気を形成してエ
ツチングを行う。つまり、ｒｎＣｌとＰ４からなる成長
雰囲気にＨＣｉガスを加えてＨじ濃度を増加させると成
長条件からエツチング条件に移行することを利用し、Ｈ
α添加量の変化あるいは供給停止でエツチングと成長と
を連続して行わせている。

しかしながら、従来の成長装置を用いてこの■α変化に
より、ＩｎＰ基板をエツチングした後、続けてＳｅドー
プＩｎＰを成長すると、得られた成長層の不純物濃度分
布は第３図に示すようになる。

同図かられかるように、不純物濃度（キャリア濃度）は
成長層と基板との界面近傍でピークを持ち、成長層への
一様なドーピングができない。これはエツチング用に導
入したＨｃｌガスが直ちに供給停止できなかったと考え
ると理解できる。つまり、ＨＣＪｌ停止直後、エツチン
グ条件から成長条件への遷移領域が発生し、その結果、
非常に遅い成長速度のもと、Ｓｅの高濃度ドーピング層
が発生したものと考えられる。以上のように従来の成長
装置では不純物分布が一様にならず、かつエツチングの
層厚を極めて正確に制御することが困難であった。

２成長室ハイドライド気相成長装置を用いてエツチング
と成長をそれぞれの成長室で行う方法も考えられるが、
我々の実験では基板と成長層界面に不純物の堆積が観察
された。

次に、従来の有機金属気相成長装置を用いてエツチング
に続いてｎ−ＧａＡｓ１ｉをエピタキシャル成長する場
合について説明する。ＧａＡｓは通常用いられる成長温
度でもエツチング速度は低く、■αとＡｓ　Ｈ３との混
合雰囲気により鏡面エツチングができる。従って、この
混合ガスによりエツチングを行い、通常の有機金属成長
ガスを用いてｎ−ＧａＡｓの成長実験を行うと、この場
合も基板と成長層界面にキャリア濃度のパイルアップが
観察されるとともに、精密なエツチング層厚を制御でき
ないといった問題がある。

本発明の目的は、エツチングと成長とを連続して行って
も、成長層への均一な不純物ドーピングが可能で、かつ
エツチング層厚が精密に制御でき、目的とした層構造が
容易に得られる気相成長装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明は、反応管に塩化水素ガスおよび／または成長ガ
スを供給する供給配管が配設されてなり、塩化水素ガス
を用いた被加工物面のエツチングと成長ガスを用いた気
相成長とを前記反応管内で連続的に行う気相成長装置に
おいて、少なくともエツチング用塩化水素ガスを供給す
る供給配管には加熱機構が備えられてなることを特徴と
する気相成長装置である。

本発明の気相成長方法において、本装置を例えばハイド
ライド気相成長方法のように、エツチングガスのみなら
ず成長ガスとしてもＨＣ１ガスを用いる方法に適用する
場合には、成長ガスを反応管に供給する成長ガス供給配
管にも加熱機構を備えていることが好ましい。なお、こ
こで成長ガスとは、直接成長ガスとして作用するものの
ほか、他の物質に作用して間接的に成長に携わるものを
も指称するものとする。

また、本発明による気相成長装置は、前記したようなハ
イドライド気相成長方法を行う装置や有機金属気相成長
方法を行う装置のほか、ＨＣｉを用いたあらゆる種類の
装置に適用することができる。

［作用］本発明の気相成長装置では、エツチングに用いられるＨ
Ｃｆｌガスを反応管に供給する塩化水素ガスの供給配管
に、加熱機構が配設されている。

エツチングに際し、この加熱機構によって配管を加熱す
ると、配管内を流れるＨＣＪｌガスが昇温し、Ｈαガス
の粘性および／または付着力が著しく低下する。このた
めＨＣＪガスは、例えば通常キャリアガスとして用いら
れているＨ２ガスと同様に振る舞うようになり、ｈαガ
スの導入、停止または流量変更後、直ちに反応管内の１
１ＣＩガス量が変化する。このため、エツチングに引続
いて行われる成長条件への移行が極めて悪疫に行われる
ので、気相成長における不純物分布が一様になると共に
、エツチングの層厚を極めて正確に制御することができ
る。

また、成長ガスとして■αガスを用いる場合には、成長
ガスを反応管に供給する成長ガスの供給配管にも加熱機
構を備えていると、上記と同様の理由によって、反応管
内のＨαガス量が直ちに変化し、多元混晶化合物半導体
の多層へテロ構造等の形成が容易となる。

第４図は本発明の作用を測定するための測定装置を示す
概略構成図でおる。同図においてＨ［ガスは供給配管４
０３を通り、弁４０１　ａおよび４０１ｂによって反応
管４０４側へ流すか、あるいはそのまま廃棄するかを切
り替えられる。初期状態として弁４０１ｂは閉、弁４０
１ａは開の状態になっており、反応管にＨαガスを流す
際には、弁４０１ｂを開、弁４０１　ａを閉とする。ま
た、弁を含む供給配管４０３には加熱用のヒータ４０６
を設置する。反応管４０４内に導入されるＨ（Ｊガス量
を目視する方法としては紫外線吸収率測定方法を用いる
。■αガスは波長的１５０ｎｍの位置に強い吸収があり
、この吸収率から反応管内のＨＣＪ！ガス濃度を直ちに
知ることができる。

供給配管４０３および弁４０１ａ、　４０１ｂを室温に
保ち、ＨＣＪ２ガスの導入、停止を繰り返した結果、反
応管４０４内でＩＩＩＪガスが完全に安定または消失す
るのに共に１５秒以上必要であることがわかった。また
、ＨＣＪｌガスを反応管に流したまま、高速応答が可能
なマスフローコントローラ４０５によってＨＩＪガス流
量のみを変化させた場合でも同等の時間が必要であった
。一方、供給配管４０３および弁４０１ａ。

４０１ｂをヒータ４０６により８０℃に加熱した場合で
は、ＨＩＪガスの導入または停止、あるいは流量変更後
、直ちに■υガスは変化した。

［実施例］次に本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。

実施例１本実施例ではハイドライド気相成長装置に本発明を適用
し、半絶縁性ＩｎＰ基板を０．２ｔＪ！Ｉｌエツチング
し、連続して０．２１ＢｎのＳｅドープｎ−ＩｎＰ層を
成長させた例について述べる。

第１図は本実施例に用いた気相成長装置の概略構成図で
おる。成長室と待機室を併合した反応管１０１には、Ｈ
Ｃｆ！ガスを導入するための供給配管１０５．１０６が
接続されている。ＨＩＪガスの供給配管にはそれぞれ弁
１０２ａ〜１０２ｄが設けられ、それらを加熱するため
にヒータ１０７ａ、　１０７ｂがそれぞれ配置されてい
る。その他の弁については図中省略した。

実験に際しては金属ソース（Ｉｎ）を８００℃、待機ｖ
１０９に設置された基板１０３を６００’Ｃに昇温した
。

この時、ヒータ１０７ａ、　１０７Ｅ）はそれぞれの供
給配管１０５，１０６が８０℃になるように電流制御し
た。

ｎ−ＩｎＰ成長雰囲気として、供給配管１０５からＨＣ
Ｉ！ガスをｌ０ＣＣ／ｍｉｎ、供給配管１０６からＰＨ
３を１５ｃｃ／ｍｉｎおよびＨ２で５　ｐｐｍに希釈さ
れたＨ２　Ｓｅガスを１０ｃｃ／ｍｉｎそれぞれ供給し
、Ｈ２キャリアを３０００ｃｃ／ｍ　ｉ　ｎ流して雰囲
気とした。まず、気相エツチングをするために上記成長
雰囲気に加えて供給配管１０６から■αガスを５ＣＣ／
ｍｉｎ流した。基板が６００℃になった際、基板を成長
室１１０に移動し、エツチングを６０秒間行い、直ちに
弁１０２ａ、　１０２ｂを操作してエツチング用■αガ
スの供給を停止した。

その後、ＳｅドープＩｎＰ層を２分間成長した。

１ｑられた成長層の不純物濃度（キャリア濃度）は２　
Ｘ　１０１７ｃｍ−３であり、膜厚方向の濃度分布は成
長層全体に亘って極めて均一であり、基板と成長層界面
には不純物のパイルアップは全く観察されなかった。

また、５ｉ０２マスクが形成されたＩｎＰ基板を用いて
、エツチングの実験を行った。エツチング深さは５ｉ０
２を基板から除去した後、精密膜厚段差計で測定した。

実験の結果、エツチング時間とエツチング深さは比例関
係にあり、最小２ｎｍの高い精度でエツチング量を制御
できることが解った。

実施例２本実施例は０．１気圧の減圧有機金属気相成長装置に本
発明を適用し、半絶縁性ＧａＡｓ基板をエツチングし、
連続してｎ−ＧａＡｓを成長させた例について述べる。

第２図は本実施例に用いた有機金属気相成長装置の概略
構成図である。Ｇａ原料であるトリメチルガリウム（Ｔ
ＨＧ）とＡｓ原料であるＡｓＨ３を反応管２０７に供給
するための供給配管２０１　、２０２およびエツチング
を行うためのＨＣＪ供給配管２０３が反応管に接続され
ている。■α供給配管２０３および弁２０４ａ、　２０
４ｂには加熱用のヒータ２０６が設置されており、本実
施例では供給配管２０３および弁２０４ａ。

２０４ｂを８０℃に加熱した。半絶縁性ＧａＡｓ基板２
０５をＡｓＨ３雰囲気中で７００℃にｈ０熱した後、弁
２０４ａ。

２０４ｂを操作することによって、■αを反応管に供給
した。この時のＨＣｉの流量はｌ０ＣＣ／ｍｉｎであり
、仝■２流量は３０００ｃｃ／ｍ　ｉ　ｎ、ＡｓＨ３流
量は４０ｃｃ／ｍ　ｉ　ｎである。ＩＣｉガスの供給を
１分間行った後、弁２０４ａ、　２０４ｂを操作してＨ
［ガスの供給を停止した。

直ちにＴＨＧを１ｃｃ／ｍｉｎおよびＨ２で１１００ｐ
ｐに希釈されたＳ＋Ｈ４を１０ＣＣ／ｍｉｎの流量でそ
れぞれ供給した。ｎ−ＧａＡＳの成長時間は１５分とし
た。

１ｑられたｎ−ＧａＡｓの膜厚は０．２卯であり、成長
層の不純物濃度（キャリア濃度）は２　Ｘ　１０１７ｃ
ｍ−３であり、膜厚方向の濃度分布は成長層全体に亘っ
て極めて均一であった。

また、５ｉ０２マスクが形成されたＧａＡＳ基板を用い
てエツチングの実験を行った。エツチング深さは５ｉ０
２を基板から除去した後、精密膜厚段差計で測定した。

実験の結果、エツチング量がエツチング速度とエツチン
グ時間の積に一致し、精密膜厚段差計の分解能１ｎｍ以
下の高い精度でエツチング量を制御できた。

なお、上記実施例１および２ではＩｎＰおよびＧａＡｓ
を成長させたが、本発明はこれらの混晶に限定されない
のは明らかである。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の気相成長装置は塩化水素
ガスの供給配管に加熱機構が備えられているので、塩化
水素ガスの反応管への供給の制御を極めて精密かつ急峻
に行うことができる。このため本発明による気相成長装
置を用いるとエツチングと成長を連続して行っても成長
層界面にはなんらの不純物堆積はみられず、また膜厚方
向の不純物分布が一定の成長層が得られると共に、精密
にエツチング膜厚を制御できる。これらの特徴を生かせ
ば、デバイス特性に優れたＦＥＴの元基板ヤさらには複
雑な構造の極微細素子を製作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略構成図、第２図は本発
明の別の一実施例の概略構成図、第３図は成長層の不純
物分布図、第４図は測定装置の概略構成図である。１０１．２０７，４０４・・・反応管１０２ａ　〜１０２ｄ、　２０４ａ、　２０４ｂ、　４
０１ａ、　４０１ｂ−・・弁１０３・・・基板１０５．１０６，２０１，２０２，２０３・・・供給配
管１０７ａ、１０７ｂ、２０６，４０６　・・・ヒータ
１０９・・・待機室１１０・・・成長室２０５−ＧａＡｓ基板４０３・・・■αガス供給配管４０５・・・マスフローコントローラ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）反応管に塩化水素ガスおよび／または成長ガスを
供給する供給配管が配設されてなり、塩化水素ガスを用
いた被加工物面のエッチングと成長ガスを用いた気相成
長とを前記反応管内で連続的に行う気相成長装置におい
て、少なくともエッチング用塩化水素ガスを供給する供
給配管には加熱機構が備えられてなることを特徴とする
気相成長装置。
（２）成長ガスには塩化水素ガスが含まれ、成長ガスの
供給配管には加熱機構が備えられている請求項（１）記
載の気相成長装置。