JPH03119721A - 結晶成長方法 - Google Patents
結晶成長方法Info
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- JPH03119721A JPH03119721A JP25545689A JP25545689A JPH03119721A JP H03119721 A JPH03119721 A JP H03119721A JP 25545689 A JP25545689 A JP 25545689A JP 25545689 A JP25545689 A JP 25545689A JP H03119721 A JPH03119721 A JP H03119721A
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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】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、半導体の気相成長方法に関する。
（従来の技術）
半導体の気相成長技術は急速な進展をみせており、とり
わけ有機金属と水素化合物の混合ガスを、所定温度に加
熱した結晶基板上で分解・反応させる化合物半導体の結
晶成長装置（ＭＯＣＶＤ装置）は、成長速度の制御等が
容易におこなえるために注目されている。
わけ有機金属と水素化合物の混合ガスを、所定温度に加
熱した結晶基板上で分解・反応させる化合物半導体の結
晶成長装置（ＭＯＣＶＤ装置）は、成長速度の制御等が
容易におこなえるために注目されている。
近年、この結晶成長装置を用いて、■族原子を原料とし
た有機金属ガスとＶ族原子を原料とした水素化合物ガス
を混合せずに交互に供給して、■族原子とＶ族原子を単
原子層ずつ結晶成長させるＡＬＥ （アトミックΦレイ
ア拳エピタキシ）法は、微細成長制御の極限方法として
期待されている。
た有機金属ガスとＶ族原子を原料とした水素化合物ガス
を混合せずに交互に供給して、■族原子とＶ族原子を単
原子層ずつ結晶成長させるＡＬＥ （アトミックΦレイ
ア拳エピタキシ）法は、微細成長制御の極限方法として
期待されている。
以下、ＧａＡｓの結晶成長を例にとってＡＬＥ法の概要
を説明する。
を説明する。
ＡＬＥ法は通常の結晶成長基板温度６００〜８００℃よ
り低い温度、例えば４００℃〜５００℃程度でおこなわ
れる。この温度条件において、有機金属ガスとしてＴＭ
Ｇ（トリメチルガリウム）と水素化合物としてＡｓＨ３
（アルシン）を交互に数秒から数十秒ずつ供給する。Ｔ
ＭＧとアルシンの切り換えの間にはどちらのガスも流さ
ない時間をはさんでもよい。ＴＭＧとアルシンは水素ガ
スに混入して流し、反応管内でガスが迅速に切り換わる
ようにする。このようにしてガリウムだけの層とヒ素だ
けの層が１原子ずつ成長していき、１原子オーダの厚さ
で成長をコントロールすることが可能である。
り低い温度、例えば４００℃〜５００℃程度でおこなわ
れる。この温度条件において、有機金属ガスとしてＴＭ
Ｇ（トリメチルガリウム）と水素化合物としてＡｓＨ３
（アルシン）を交互に数秒から数十秒ずつ供給する。Ｔ
ＭＧとアルシンの切り換えの間にはどちらのガスも流さ
ない時間をはさんでもよい。ＴＭＧとアルシンは水素ガ
スに混入して流し、反応管内でガスが迅速に切り換わる
ようにする。このようにしてガリウムだけの層とヒ素だ
けの層が１原子ずつ成長していき、１原子オーダの厚さ
で成長をコントロールすることが可能である。
なお、ＴＭＧを流しているときだけレーザ光等を結晶基
板に照射してより低い温度でのＡＬＥ成長を可能にした
方法もある。
板に照射してより低い温度でのＡＬＥ成長を可能にした
方法もある。
しかしながら、上記のような方法では、ＡＬＥの成長可
能な結晶成長温度が低いために、成長した結晶の品質が
極めて悪いとされている。
能な結晶成長温度が低いために、成長した結晶の品質が
極めて悪いとされている。
これは成長すべき原子が基板表面上でマイグレーション
できないために欠陥が固定されやすいことに起因してい
る。
できないために欠陥が固定されやすいことに起因してい
る。
（発明が解決しようとする課題）
このように、従来微細成長制御の極限的方法として期待
されているＡＬＥ法は、ＡＬＥの成長可能な結晶成長温
度が低いために、成長した結晶の品質が極めて悪いとさ
れている。
されているＡＬＥ法は、ＡＬＥの成長可能な結晶成長温
度が低いために、成長した結晶の品質が極めて悪いとさ
れている。
そこで本発明の目的とするところは、結晶成長温度を高
温にして、高品質の結晶を得られるようにした結晶成長
方法を提供することにある。
温にして、高品質の結晶を得られるようにした結晶成長
方法を提供することにある。
［発明の構成コ
（課題を解決するための手段）
本発明は上記目的を達成するために、■族のアルキル化
合物原料とＶ族のガス状原料を交互に供給して、化合物
半導体の結晶を成長させる方法において、キャリアガス
に不活性ガスを含むガスを用いることを特徴とする。
合物原料とＶ族のガス状原料を交互に供給して、化合物
半導体の結晶を成長させる方法において、キャリアガス
に不活性ガスを含むガスを用いることを特徴とする。
また本発明は、■族のアルキル化合物原料とＶ族のガス
状原料を交互に供給して、化合物半導体の結晶を成長さ
せる方法において、■族のアルキル化合物原料を、キャ
リアガスに不活性ガスを含むガスと共に流通させること
を特徴とする。
状原料を交互に供給して、化合物半導体の結晶を成長さ
せる方法において、■族のアルキル化合物原料を、キャ
リアガスに不活性ガスを含むガスと共に流通させること
を特徴とする。
また本発明は、前記方法中に用いられるキャリアガス中
に５０％以下の水素を混入することを特徴とする。
に５０％以下の水素を混入することを特徴とする。
（作用）
本発明は上記のように、キャリアガスに不活性ガスが含
まれるので■族のアルキル化合物原料の分解により生じ
るラジカル原子がさらに他のラジカル原子を発生させる
ことが抑制されて、結晶成長温度を上昇させることが可
能となり、結晶成長温度が高温になった分、マイグレー
ションが充分におこなわれ結晶中の欠陥の発生が減少す
る。
まれるので■族のアルキル化合物原料の分解により生じ
るラジカル原子がさらに他のラジカル原子を発生させる
ことが抑制されて、結晶成長温度を上昇させることが可
能となり、結晶成長温度が高温になった分、マイグレー
ションが充分におこなわれ結晶中の欠陥の発生が減少す
る。
また、■族のアルキル化合物原料を、不活性ガスを含む
キャリアガスと共に流通させた場合は、さらに、Ｖ族の
ガス状原料の反応と別個に■族のアルキル化合物原料の
反応を制御することが可能になる。
キャリアガスと共に流通させた場合は、さらに、Ｖ族の
ガス状原料の反応と別個に■族のアルキル化合物原料の
反応を制御することが可能になる。
またさらに、キャリアガス中に５０％以下の水素を混入
した場合、■族のアルキル化合物原料のメチル基が水素
と化合してメタンとなり、結晶中へのカーボンの混入が
少なくなる。
した場合、■族のアルキル化合物原料のメチル基が水素
と化合してメタンとなり、結晶中へのカーボンの混入が
少なくなる。
（実施例）
次にこの発明の実施例について説明する。
実施例は、ＡＬＥ法によりＧａＡｓの結晶を成長させる
ものであり、キャリアガスとしてちっ素ガスを用い、有
機金属ガスにはＴＭＧ （）リメチルガリウム）と、水
素化合物にはＡｓＨ３（アルシン）を用いた。
ものであり、キャリアガスとしてちっ素ガスを用い、有
機金属ガスにはＴＭＧ （）リメチルガリウム）と、水
素化合物にはＡｓＨ３（アルシン）を用いた。
まず基板温度を５００℃に保ち、第１図に示されるシー
ケンスのように、キャリアガスとしてちっ素ガス（Ｎ２
）を常に反応管に送りこんでおき、このちっ素ガス中に
アルシンとＴＭＧを所定流量で交互に混入する。ちっ素
ガスとアルシンおよびＴＭＧとの流量の調整については
、ちっ素ガスの流量を一定に保ちながらそこにアルシン
またはＴＭＧを所定流量で注入する場合と、混合ガスの
総流量を一定にしておきそのなかでちっ素ガスとアルシ
ン、またはちっ素ガスとＴＭＧの混合割合を変える場合
とがある。
ケンスのように、キャリアガスとしてちっ素ガス（Ｎ２
）を常に反応管に送りこんでおき、このちっ素ガス中に
アルシンとＴＭＧを所定流量で交互に混入する。ちっ素
ガスとアルシンおよびＴＭＧとの流量の調整については
、ちっ素ガスの流量を一定に保ちながらそこにアルシン
またはＴＭＧを所定流量で注入する場合と、混合ガスの
総流量を一定にしておきそのなかでちっ素ガスとアルシ
ン、またはちっ素ガスとＴＭＧの混合割合を変える場合
とがある。
次にちっ素ガスとともに送りこんでいたアルシンを遮断
した後、一定時間、例えば１秒経過後にＴＭＧを数秒間
送りこむ。さらにＴＭＧを遮断し、１秒経過後に再びア
ルシンを送りこむ。以後これらのサイクルを繰り返して
いくことにより、ＧａＡｓの結晶が成長していく。
した後、一定時間、例えば１秒経過後にＴＭＧを数秒間
送りこむ。さらにＴＭＧを遮断し、１秒経過後に再びア
ルシンを送りこむ。以後これらのサイクルを繰り返して
いくことにより、ＧａＡｓの結晶が成長していく。
第２図は、これらの工程によりＧａＡｓの結晶が単原子
層ずつ交互に成長していく過程を示すものである。
層ずつ交互に成長していく過程を示すものである。
図に示すように、ひ素原子が並んだ状態で低温に保たれ
た基板表面上に、ＴＭＧが供給されると、ＴＭＧは気相
のままでは完全に熱分解しないために、メチル基を一部
もったままで基板上のひ素原子と結合する。このように
してメチル基を持ったまま基板上に結合すると、さらに
その上にＴＭＧや、メチル基を持ちガリウムがきても吸
着されることなく、基板上のひ素原子の上にはガリウム
原子が一層だけ覆う形となる。
た基板表面上に、ＴＭＧが供給されると、ＴＭＧは気相
のままでは完全に熱分解しないために、メチル基を一部
もったままで基板上のひ素原子と結合する。このように
してメチル基を持ったまま基板上に結合すると、さらに
その上にＴＭＧや、メチル基を持ちガリウムがきても吸
着されることなく、基板上のひ素原子の上にはガリウム
原子が一層だけ覆う形となる。
次にアルシンが基板上にくると、ガリウム原子上のメチ
ル基がメタンとなって放出されて、代わりにひ素原子が
一層吸着される。
ル基がメタンとなって放出されて、代わりにひ素原子が
一層吸着される。
以後このように、ＴＭＧおよびアルシンが供給されるた
びにガリウム原子およびひ素原子が交互に一層ずつ成長
していく。この結晶成長過程は１サイクル中のＴＭＧお
よびアルシンの供給時間とは無関係にサイクルごとにそ
れぞの原子が一層ずつ交互に成長していく。
びにガリウム原子およびひ素原子が交互に一層ずつ成長
していく。この結晶成長過程は１サイクル中のＴＭＧお
よびアルシンの供給時間とは無関係にサイクルごとにそ
れぞの原子が一層ずつ交互に成長していく。
ところでこれらの反応中に温度が上昇してくると、気相
中でＴＭＧが熱分解して一部が金属ガリウムになり、し
かも金属ガリウムの蒸気圧は極めて低いため、基板上の
ひ素原子層の上に、これらの金属ガリウムが析出されて
多原子層を形成してしまう。
中でＴＭＧが熱分解して一部が金属ガリウムになり、し
かも金属ガリウムの蒸気圧は極めて低いため、基板上の
ひ素原子層の上に、これらの金属ガリウムが析出されて
多原子層を形成してしまう。
その結果、次の工程でアルシンが供給されると、基板上
に凝縮した多原子層のガリウム１に対し、ひ素１が反応
することにより、ガリウムの単原子層が成長しなくなり
、高温域ではＡＬＥができないことになる。
に凝縮した多原子層のガリウム１に対し、ひ素１が反応
することにより、ガリウムの単原子層が成長しなくなり
、高温域ではＡＬＥができないことになる。
とくに、キャリアガス中に水素ガスが含まれる場合は、
以下の反応式に示す一連の連鎖反応により、ＴＭＧが分
解されていく。
以下の反応式に示す一連の連鎖反応により、ＴＭＧが分
解されていく。
ＴＭＧ −４ＤＭＧ＋ＣＨ３
ＣＨ３＋Ｈ２→ＣＨ４＋Ｈ
Ｔ Ｍ Ｇ ＋ Ｈ−” Ｄ Ｍ Ｇ 十ＣＨ４ＤＭＧ
−ＭＭＣ＋ＣＨ３ 但しＤＭＧ ニジメチルガリウム ＭＭＧ：モノメチルガリウム ＣＨ３：メチルラジカル Ｈ：水素ラジカル このように最初にＴＭＧが自律的に分解すると、メチル
ラジカルが発生し、これが周囲のＨ２と反応して水素ラ
ジカルをつくる。水素ラジカルはＴＭＧのメチル基を引
き抜いてメタンを発生させる。
−ＭＭＣ＋ＣＨ３ 但しＤＭＧ ニジメチルガリウム ＭＭＧ：モノメチルガリウム ＣＨ３：メチルラジカル Ｈ：水素ラジカル このように最初にＴＭＧが自律的に分解すると、メチル
ラジカルが発生し、これが周囲のＨ２と反応して水素ラ
ジカルをつくる。水素ラジカルはＴＭＧのメチル基を引
き抜いてメタンを発生させる。
メチル基の１つとれたＤＭＧは不安定であるためさらに
１つのメチルラジカルを放出するものと考えられる。従
って水素をキャリアに用いると低温でもＴＭＧは分解し
易くなり高温域での単原子成長はむずかしくなる。
１つのメチルラジカルを放出するものと考えられる。従
って水素をキャリアに用いると低温でもＴＭＧは分解し
易くなり高温域での単原子成長はむずかしくなる。
そこでこの発明では、高温域におけるＴＭＧの熱分解を
抑制するために、キャリアガスにちっ素ガスを用いたも
のである。
抑制するために、キャリアガスにちっ素ガスを用いたも
のである。
キャリアガスをちっ素ガスに代えると、ＴＭＧが自律分
解しても発生したメチルラジカルが水素ラジカルをつく
りだすことができず、水素ラジカルがなければＴＭＧの
分解は自律分解に限定されてしまう。
解しても発生したメチルラジカルが水素ラジカルをつく
りだすことができず、水素ラジカルがなければＴＭＧの
分解は自律分解に限定されてしまう。
実際、ちっ素ガス中におけるＴＭＧの分解は、水素ガス
中の反応に比べ５０〜１００℃の高温でないと反応がお
こらない。そのためキャリアガスにちっ素ガスを用いれ
ば、その分高温にした状態で結晶を成長させてもＴＭＧ
がガリウム金属までに分解することなく、ひ素面上にメ
チル基を持ったガリウムが一層だけ結合し、さらにその
上にガリウム層を結合することがなくなる。このように
高温域でのＡＬＥが可能になると、マイグレーションが
充分におこなわれて良質の結晶が得られるようになる。
中の反応に比べ５０〜１００℃の高温でないと反応がお
こらない。そのためキャリアガスにちっ素ガスを用いれ
ば、その分高温にした状態で結晶を成長させてもＴＭＧ
がガリウム金属までに分解することなく、ひ素面上にメ
チル基を持ったガリウムが一層だけ結合し、さらにその
上にガリウム層を結合することがなくなる。このように
高温域でのＡＬＥが可能になると、マイグレーションが
充分におこなわれて良質の結晶が得られるようになる。
これらの製造工程は、キャリアガスにちっ素ガスを用い
た以外は通常のＡＬＥ法と同じ結晶成長方法である。
た以外は通常のＡＬＥ法と同じ結晶成長方法である。
次に他の実施例を第３図により説明する。この実施例は
、図のシーケンスに示すように、■族のアルキル化合物
であるＴＭＧを送るキャリアガスに不活性ガスであるち
つ素ガスを用い、Ｖ族のガス状原料であるアルシンを送
るキャリアガスに水素ガスを用いたもρである。これら
のガスが交互に送られることにより、同様に単原子層が
成長される。すでに説明したように、ＴＭＧを送りこむ
キャリアガスにちっ素ガスを用いると、ガリウムからメ
チル基が外れにくくなるため基板表面までカーボンを持
込みやすくなって、結晶中に多くのカーボンが取り込ま
れることになるが、アルシンのキャリアガスに水素を混
入させたことでカーボンの取り込み量を制御することが
できる。この場合は、ＡＬＥが可能な温度範囲が低下す
るが、製造したいデバイスによりでは、結晶の品質やカ
ーボンの取り込み量をコントロールすることができる利
点が得られる。
、図のシーケンスに示すように、■族のアルキル化合物
であるＴＭＧを送るキャリアガスに不活性ガスであるち
つ素ガスを用い、Ｖ族のガス状原料であるアルシンを送
るキャリアガスに水素ガスを用いたもρである。これら
のガスが交互に送られることにより、同様に単原子層が
成長される。すでに説明したように、ＴＭＧを送りこむ
キャリアガスにちっ素ガスを用いると、ガリウムからメ
チル基が外れにくくなるため基板表面までカーボンを持
込みやすくなって、結晶中に多くのカーボンが取り込ま
れることになるが、アルシンのキャリアガスに水素を混
入させたことでカーボンの取り込み量を制御することが
できる。この場合は、ＡＬＥが可能な温度範囲が低下す
るが、製造したいデバイスによりでは、結晶の品質やカ
ーボンの取り込み量をコントロールすることができる利
点が得られる。
第４図は、キャリアガス中の水素濃度に対するＴＭＧの
分解率、およびＴＭＧの分解量とメタンの発生量の比を
あられしたグラフである。
分解率、およびＴＭＧの分解量とメタンの発生量の比を
あられしたグラフである。
図では、ＴＭＧの分解率を抑えようとする場合に、ＴＭ
Ｇが混入されるキャリアガスの水素濃度を５０％以下に
すれば良いことが示されている。
Ｇが混入されるキャリアガスの水素濃度を５０％以下に
すれば良いことが示されている。
つまりキャリアガスに不活性ガスを用い、その中に含ま
れる水素の濃度を送り混む原料に応じて適宜調整するこ
とでも同様な効果が得られる。
れる水素の濃度を送り混む原料に応じて適宜調整するこ
とでも同様な効果が得られる。
〔発明の一効果］
以上の実施例でもあきらかなように本発明は、キャリア
ガスに不活性ガスを含むガスを用いたことで■族のアル
キル化合物原料の分解により生じるラジカル原子がさら
に他のラジカル原子を発生させることを抑制して結晶成
長温度を上昇させることが可能となり、結晶成長温度が
高温になった分、マイグレーションが充分におこなわれ
結晶中の欠陥の発生が減少し、高品質の結晶を得ること
ができる。
ガスに不活性ガスを含むガスを用いたことで■族のアル
キル化合物原料の分解により生じるラジカル原子がさら
に他のラジカル原子を発生させることを抑制して結晶成
長温度を上昇させることが可能となり、結晶成長温度が
高温になった分、マイグレーションが充分におこなわれ
結晶中の欠陥の発生が減少し、高品質の結晶を得ること
ができる。
また、■族のアルキル化合物原料を、不活性ガスを含む
キャリアガスと共に流通させた場合は、さらに、Ｖ族の
ガス状原料の反応と別個に■族のアルキル化合物原料の
反応を制御することが可能となり、効率よく高品質の結
晶を得ることができる。
キャリアガスと共に流通させた場合は、さらに、Ｖ族の
ガス状原料の反応と別個に■族のアルキル化合物原料の
反応を制御することが可能となり、効率よく高品質の結
晶を得ることができる。
さらに、キャリアガス中に５０％以下の水素を混入した
場合、■族のアルキル化合物原料のメチル基が水素と化
合してメタンとなり結晶中へのカーボンの混入が少なく
なってさらに高品質の結晶を得ることができる。
場合、■族のアルキル化合物原料のメチル基が水素と化
合してメタンとなり結晶中へのカーボンの混入が少なく
なってさらに高品質の結晶を得ることができる。
第１図はこの発明の第１の実施例を示すタイミングチャ
ート、第２図は単原子層の結晶が成長していく過程を示
す説明図、第３図は他の実施例を示すタイミングチャー
ト、第４図はキャリアガス中の水素濃度に対するＴＭＧ
の分解率等を示すグラフである。
ート、第２図は単原子層の結晶が成長していく過程を示
す説明図、第３図は他の実施例を示すタイミングチャー
ト、第４図はキャリアガス中の水素濃度に対するＴＭＧ
の分解率等を示すグラフである。
Claims (3)
- （１）III族のアルキル化合物原料とＶ族のガス状原料
を交互に供給して、化合物半導体の結晶を成長させる方
法において、キャリアガスに不活性ガスを含むガスを用
いることを特徴とする結晶成長方法。 - （２）III族のアルキル化合物原料とＶ族のガス状原料
を交互に供給して、化合物半導体の結晶を成長させる方
法において、III族のアルキル化合物原料を、キャリア
ガスに不活性ガスを含むガスと共に流通させることを特
徴とする結晶成長方法。 - （３）前記キャリアガス中に５０％以下の水素を混入す
ることを特徴とする請求項１又は２記載の結晶成長方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25545689A JPH03119721A (ja) | 1989-09-30 | 1989-09-30 | 結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25545689A JPH03119721A (ja) | 1989-09-30 | 1989-09-30 | 結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03119721A true JPH03119721A (ja) | 1991-05-22 |
Family
ID=17279021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25545689A Pending JPH03119721A (ja) | 1989-09-30 | 1989-09-30 | 結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03119721A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002541332A (ja) * | 1999-04-14 | 2002-12-03 | アーサー シャーマン | シーケンシャル化学気相成長法 |
| US8887449B2 (en) | 2008-03-28 | 2014-11-18 | Toshiba Plant Systems & Services Corporation | Benchmark marking tool and benchmark marking method |
-
1989
- 1989-09-30 JP JP25545689A patent/JPH03119721A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8323737B2 (en) | 1996-08-16 | 2012-12-04 | Asm International N.V. | Sequential chemical vapor deposition |
| JP2002541332A (ja) * | 1999-04-14 | 2002-12-03 | アーサー シャーマン | シーケンシャル化学気相成長法 |
| JP2011184799A (ja) * | 1999-04-14 | 2011-09-22 | Asm Internatl Nv | シーケンシャル化学気相成長法 |
| US8887449B2 (en) | 2008-03-28 | 2014-11-18 | Toshiba Plant Systems & Services Corporation | Benchmark marking tool and benchmark marking method |
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