JPH03197384A - 気相成長方法 - Google Patents
気相成長方法Info
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- JPH03197384A JPH03197384A JP33740789A JP33740789A JPH03197384A JP H03197384 A JPH03197384 A JP H03197384A JP 33740789 A JP33740789 A JP 33740789A JP 33740789 A JP33740789 A JP 33740789A JP H03197384 A JPH03197384 A JP H03197384A
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Landscapes
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、気相成長方法に関する。
原料をガス状物質で結晶基板上に供給する気相成長方法
は、Ｓｉ結晶の熱ＣＶＤや、化合物半導体結晶の有機金
属気相成長方法（ＭＯＶ Ｐ Ｅ法）などに広く用いら
れている。これらの成長方法は、一般に結晶基板を高温
に保持し、原料をキャリアガス中に導入し、基板近傍で
熱分解反応等の化学反応を伴い結晶成長を行う方法であ
り、その制御性の良さや量産性等の観点から分子線エピ
タキシャル成長法（ＭＢＥ法）以上に実用段階の結晶成
長技術となっている。
は、Ｓｉ結晶の熱ＣＶＤや、化合物半導体結晶の有機金
属気相成長方法（ＭＯＶ Ｐ Ｅ法）などに広く用いら
れている。これらの成長方法は、一般に結晶基板を高温
に保持し、原料をキャリアガス中に導入し、基板近傍で
熱分解反応等の化学反応を伴い結晶成長を行う方法であ
り、その制御性の良さや量産性等の観点から分子線エピ
タキシャル成長法（ＭＢＥ法）以上に実用段階の結晶成
長技術となっている。
結晶成長を行うに当たって、結晶成長中にその膜厚をモ
ニターすることは、膜厚安定性や再現性に関し極めて重
要なことである。従来、結晶成長中の膜厚測定方法は、
分子線エピタキシー（ＭＢＥ）などの高真空を使う結晶
成長装置においては、反射高エネルギー電子線回折（Ｒ
ＨＥＥＤ）の振、動パターンを使い膜厚を測定していた
（ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス） （
Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
）誌、第４６巻、２３６６頁）。
ニターすることは、膜厚安定性や再現性に関し極めて重
要なことである。従来、結晶成長中の膜厚測定方法は、
分子線エピタキシー（ＭＢＥ）などの高真空を使う結晶
成長装置においては、反射高エネルギー電子線回折（Ｒ
ＨＥＥＤ）の振、動パターンを使い膜厚を測定していた
（ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス） （
Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
）誌、第４６巻、２３６６頁）。
一方、大気圧あるいは低真空で行う気相成長法において
は外部からレーザ光を照射し干渉を利用する方法（ジャ
ーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）誌、第
５１巻、第３号、１５９９頁及び第３３回応用物理学関
係連合講演会講演予稿集、７１１頁、３ａ−Ｗ−３）が
報告されているが、実用化されてはいない、これは、結
晶成長中に外部より結晶成長面にレーザ光等を照射する
必要がある為、この外部レーザ光により、空間的に或は
基板上で原料の分解や反応などの光化学反応及び光加熱
効果が出てしまう為である。特に、■−■族化合物半導
体の結晶成長中における光化学反応については、埋骨の
青柳らによって調べられており、外部よりレーザ光を照
射する場合には、光照射効果を伴った膜厚モニタリング
になってしまうという欠点を有していた。
は外部からレーザ光を照射し干渉を利用する方法（ジャ
ーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）誌、第
５１巻、第３号、１５９９頁及び第３３回応用物理学関
係連合講演会講演予稿集、７１１頁、３ａ−Ｗ−３）が
報告されているが、実用化されてはいない、これは、結
晶成長中に外部より結晶成長面にレーザ光等を照射する
必要がある為、この外部レーザ光により、空間的に或は
基板上で原料の分解や反応などの光化学反応及び光加熱
効果が出てしまう為である。特に、■−■族化合物半導
体の結晶成長中における光化学反応については、埋骨の
青柳らによって調べられており、外部よりレーザ光を照
射する場合には、光照射効果を伴った膜厚モニタリング
になってしまうという欠点を有していた。
本発明によれば、原料をガス状物質で結晶基板上に供給
する気相成長法において、結晶成長中に結晶表面から放
射される赤外線強度を測定することによって、膜厚を測
定することを特徴とする気相成長方法、結晶成長中に結
晶表面から放射さｈる赤外線を分光することにより単一
波長とし、その強度変化より膜厚を測定することを特徴
とする気相成長方法、結晶成長中に結晶表面から放射さ
れる赤外線を分光し、その内の２波長の強度変化と位相
差より膜厚を測定することを特徴とする気相成長方法が
得られる。
する気相成長法において、結晶成長中に結晶表面から放
射される赤外線強度を測定することによって、膜厚を測
定することを特徴とする気相成長方法、結晶成長中に結
晶表面から放射さｈる赤外線を分光することにより単一
波長とし、その強度変化より膜厚を測定することを特徴
とする気相成長方法、結晶成長中に結晶表面から放射さ
れる赤外線を分光し、その内の２波長の強度変化と位相
差より膜厚を測定することを特徴とする気相成長方法が
得られる。
第１図に本発明の詳細な説明するためのサセプタ及び基
板の構造断面模式図を示す、サセプタ１上に半導体基板
２（複素屈折率Ｎ５＝ｎｓ−ｉに。）とその上に成長し
た半導体薄膜３（複素屈折率ＮＩ＝ｆｉ、−ｉに１）が
ある、サセプタｌから出た赤外線は半導体基板２と半導
体薄膜３を通過する際に、吸収と反射を受ける。サセプ
タ１からの赤外線エネルギー透過量τ（θ）は、各々の
界面における多重反射を考慮して、次式で与えられる。
板の構造断面模式図を示す、サセプタ１上に半導体基板
２（複素屈折率Ｎ５＝ｎｓ−ｉに。）とその上に成長し
た半導体薄膜３（複素屈折率ＮＩ＝ｆｉ、−ｉに１）が
ある、サセプタｌから出た赤外線は半導体基板２と半導
体薄膜３を通過する際に、吸収と反射を受ける。サセプ
タ１からの赤外線エネルギー透過量τ（θ）は、各々の
界面における多重反射を考慮して、次式で与えられる。
但し、半導体薄膜３の膜厚ｄに対し十分長い距離をおい
て垂直に赤外線検出器を置いているため、半導体薄膜３
に垂直な方向の赤外線エネルギーのみ検出していること
になる。
て垂直に赤外線検出器を置いているため、半導体薄膜３
に垂直な方向の赤外線エネルギーのみ検出していること
になる。
φ、・・・半導体薄膜３と雰囲気の界面での反射の際の
位相のずれ λ ・・・波長 ここで θ＝２πｎ、ｄ／λ ・・・・・・ （
２）ａｄ＝４ＭＫ１ｄ／λ ・・・・・
・（３）ｄ ・・・半導体薄膜３の膜厚 ａ ・・・半導体薄膜３の吸収係数 θ ・・・位相項 Ｒ１・・・半導体基板２と半導体薄膜３の界面エネルギ
ー反射率 Ｒ２・・・半導体薄膜３と雰囲気の界面エネルギー反射
率 φ１・・・半導体基板２と半導体薄膜３の界面での反射
の際の位相のずれ である。
位相のずれ λ ・・・波長 ここで θ＝２πｎ、ｄ／λ ・・・・・・ （
２）ａｄ＝４ＭＫ１ｄ／λ ・・・・・
・（３）ｄ ・・・半導体薄膜３の膜厚 ａ ・・・半導体薄膜３の吸収係数 θ ・・・位相項 Ｒ１・・・半導体基板２と半導体薄膜３の界面エネルギ
ー反射率 Ｒ２・・・半導体薄膜３と雰囲気の界面エネルギー反射
率 φ１・・・半導体基板２と半導体薄膜３の界面での反射
の際の位相のずれ である。
この透過してきた赤外線エネルギーを検出する素子は、
ゲルマニウム（Ｇｅ）、硫化鉛（ＰｂＳ）、セレン化鉛
（ＰｂＳｅ）などが用いられ、単一波長を検出するので
はなくあるバンド幅を持った波長領域を検出する。この
ため、検出するエネルギーは、式（１）を波長を変数と
して平均化したものになる。
ゲルマニウム（Ｇｅ）、硫化鉛（ＰｂＳ）、セレン化鉛
（ＰｂＳｅ）などが用いられ、単一波長を検出するので
はなくあるバンド幅を持った波長領域を検出する。この
ため、検出するエネルギーは、式（１）を波長を変数と
して平均化したものになる。
即ち、
となる。
式（６）から半導体薄膜３の膜厚ｄの増加にともない、
サセプタ１からの赤外線エネルギー透過量でか減衰する
。そこで、本発明のように、結晶成長中に、この赤外線
エネルギーの減衰量を測定すれば膜厚を測定することが
できる。
サセプタ１からの赤外線エネルギー透過量でか減衰する
。そこで、本発明のように、結晶成長中に、この赤外線
エネルギーの減衰量を測定すれば膜厚を測定することが
できる。
ＭＯＣＶＤなどの気相成長装置においては、原料の分解
により反応管が汚れ、赤外線の透過量に変化が生じるこ
とがあるため、この様な場合には、赤外線エネルギーの
減衰量の測定からでは、膜厚が正確に測定できない、そ
こで、第２の発明は、赤外線検出器に分光計を取り付け
、単一波長のみを検出する構成にして波長による平均化
を排除し、式（１）から、半導体薄膜３の膜厚ｄの増加
にともない周期がλ／２ｎ、の正弦波減衰振動で赤外線
エネルギー透過量τ（θ）が変化する周期を利用して結
晶成長中の膜厚を測定している。
により反応管が汚れ、赤外線の透過量に変化が生じるこ
とがあるため、この様な場合には、赤外線エネルギーの
減衰量の測定からでは、膜厚が正確に測定できない、そ
こで、第２の発明は、赤外線検出器に分光計を取り付け
、単一波長のみを検出する構成にして波長による平均化
を排除し、式（１）から、半導体薄膜３の膜厚ｄの増加
にともない周期がλ／２ｎ、の正弦波減衰振動で赤外線
エネルギー透過量τ（θ）が変化する周期を利用して結
晶成長中の膜厚を測定している。
波長が人３．λ２の赤外線を検出すると、半導体簿膜３
の膜厚ｄの増加にともない周期がそれぞれλ１ ／ ２
ｎ ｒ ｒλ２ ／ ２ ｎ ＋の正弦波減衰振動で
赤外線エネルギー透過量τ（θ）が変化する。この周期
を利用することにより、第２の方法よりも精密な膜厚測
定が可能となる。また、２波長の正弦波減衰振動の位相
差の測定を行うことにより、結晶成長中にサセプタ温度
が変化しても影響を受けずに膜厚を測定できる。
の膜厚ｄの増加にともない周期がそれぞれλ１ ／ ２
ｎ ｒ ｒλ２ ／ ２ ｎ ＋の正弦波減衰振動で
赤外線エネルギー透過量τ（θ）が変化する。この周期
を利用することにより、第２の方法よりも精密な膜厚測
定が可能となる。また、２波長の正弦波減衰振動の位相
差の測定を行うことにより、結晶成長中にサセプタ温度
が変化しても影響を受けずに膜厚を測定できる。
〔実施例１〕
次に本発明について、図面を参照して説明する。
第２図に本発明の実施例の結晶成長装置を示す。
この実施例においては、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰ
Ｅ）の例を用いて説明する。
Ｅ）の例を用いて説明する。
加熱方法は、高周波コイル１３でカーボンサセプタ１１
を加熱する。カーボンサセプタ１１上にｎ型燐化インジ
ウム（ＩｎＰ）基板１２を置き、この基板の中央が見え
る位置にＰｂＳを受光素子とする測定波長２μｍの赤外
線放射温度計１５を設置する。赤外線放射温度計は、赤
外線エネルギーを温度に換算したものである０反応管１
４内の圧力を７６Ｔｏｒｒ、基板温度６００℃で定常状
態に達した後、発光波長１．５５μｍのバンドギャップ
を有するインジウム・ガリウム・ひ素・燐（ＩｎＧａＡ
ｓＰ）の成長を開始する。
を加熱する。カーボンサセプタ１１上にｎ型燐化インジ
ウム（ＩｎＰ）基板１２を置き、この基板の中央が見え
る位置にＰｂＳを受光素子とする測定波長２μｍの赤外
線放射温度計１５を設置する。赤外線放射温度計は、赤
外線エネルギーを温度に換算したものである０反応管１
４内の圧力を７６Ｔｏｒｒ、基板温度６００℃で定常状
態に達した後、発光波長１．５５μｍのバンドギャップ
を有するインジウム・ガリウム・ひ素・燐（ＩｎＧａＡ
ｓＰ）の成長を開始する。
第３図に、このときの温度変化（第３図（ａ））とそれ
をもとに式（６）から膜厚を計算した図（第３図（ｂ）
）を示す。ＩｎＧａＡｓＰの膜厚増加にともない、カー
ボンサセプタから放射された赤外線の透過量が減衰し、
第３図（ａ）に示すように、赤外線放射温度計による測
定温度も減衰する。このとき、第３図（ｂ）に示すよう
に、膜厚は時間に対し直線的に増加し、１時間の成長で
、０．７４μｍの膜厚が得られた。この試料をへき関し
、膜厚を高分解能走査型電子顕微鏡（高分解能ＳＥＭ）
により測定したところ、０．７２μｍであり、この差は
、原料の分解により反応管が汚れ、赤外線透過量が減少
したためと考えられる。
をもとに式（６）から膜厚を計算した図（第３図（ｂ）
）を示す。ＩｎＧａＡｓＰの膜厚増加にともない、カー
ボンサセプタから放射された赤外線の透過量が減衰し、
第３図（ａ）に示すように、赤外線放射温度計による測
定温度も減衰する。このとき、第３図（ｂ）に示すよう
に、膜厚は時間に対し直線的に増加し、１時間の成長で
、０．７４μｍの膜厚が得られた。この試料をへき関し
、膜厚を高分解能走査型電子顕微鏡（高分解能ＳＥＭ）
により測定したところ、０．７２μｍであり、この差は
、原料の分解により反応管が汚れ、赤外線透過量が減少
したためと考えられる。
〔実施例２〕
第４図に本発明の第２の実施例を示す、ＭＯＶＰＥ装置
及び結晶成長条件は実施例１と同じである。赤外線検出
器１８の前に１分光計１７を取り付け２．０μｍの波長
のみを検出できるようにしている。第５図にこのときの
赤外線エネルギーの変化を示す。検出された赤外線エネ
ルギーは、正弦波減衰振動をしており、その周期は０．
２８μｍの膜厚に対応する。１時間の成長で約２．５周
期の振動をしており、０゜７１μｍの膜厚が得られたこ
とが分かる。この試料をへき開し、膜厚を高分解能ＳＥ
Ｍにより測定したところ、０．７２μｍであり、はぼ一
致していることが分かる。
及び結晶成長条件は実施例１と同じである。赤外線検出
器１８の前に１分光計１７を取り付け２．０μｍの波長
のみを検出できるようにしている。第５図にこのときの
赤外線エネルギーの変化を示す。検出された赤外線エネ
ルギーは、正弦波減衰振動をしており、その周期は０．
２８μｍの膜厚に対応する。１時間の成長で約２．５周
期の振動をしており、０゜７１μｍの膜厚が得られたこ
とが分かる。この試料をへき開し、膜厚を高分解能ＳＥ
Ｍにより測定したところ、０．７２μｍであり、はぼ一
致していることが分かる。
〔実施例３〕
第６図に本発明の第３の実施例を示す、Ｎ０ＶＰＥ装置
は、実施例１と同じである。結晶成長は、圧カフ６Ｔｏ
ｒｒで基板温度を６５０℃から６００℃まで、徐々に変
化させながらＩｎＧａＡｓＰの成長を行う、２つの赤外
線検出器１８の前に１分光計１７を取り付け２．０μｍ
と１．７μｍの２波長を検出できるようにしている。第
７図にこのときの赤外線エネルギーの変化を示す、検出
された赤外線エネルギーは、正弦波減衰振動をしており
、その周期は各々、０．２８μｍと０．２４μｍの膜厚
に対応する。基板温度が変化するため、正弦波の周期が
不明瞭になり、膜厚測定が困難になる。そこで、２波長
の減衰振動の位相差を測定することにより、２．０μｍ
の波長で検出した赤外線エネルギーは、１時間の成長で
約２．５周期の振動をしており、一方、１．７μｍの場
合は、ちょうど３周期の振動をしていることがわかる。
は、実施例１と同じである。結晶成長は、圧カフ６Ｔｏ
ｒｒで基板温度を６５０℃から６００℃まで、徐々に変
化させながらＩｎＧａＡｓＰの成長を行う、２つの赤外
線検出器１８の前に１分光計１７を取り付け２．０μｍ
と１．７μｍの２波長を検出できるようにしている。第
７図にこのときの赤外線エネルギーの変化を示す、検出
された赤外線エネルギーは、正弦波減衰振動をしており
、その周期は各々、０．２８μｍと０．２４μｍの膜厚
に対応する。基板温度が変化するため、正弦波の周期が
不明瞭になり、膜厚測定が困難になる。そこで、２波長
の減衰振動の位相差を測定することにより、２．０μｍ
の波長で検出した赤外線エネルギーは、１時間の成長で
約２．５周期の振動をしており、一方、１．７μｍの場
合は、ちょうど３周期の振動をしていることがわかる。
従って、０．７２μｍの膜厚が得られたことが分かる。
この試料をへき開し、膜厚を高分解能ＳＥＭにより測定
したところ、０．７２μｍであり、良く一致しているこ
とが分かる。
したところ、０．７２μｍであり、良く一致しているこ
とが分かる。
以上説明したように、本発明によれば、原料をガス状物
質で結晶基板上に供給する気相成長方法において、結晶
成長中に結晶表面から放射される赤外線強度を測定し結
晶成長する方法により、また、結晶成長中に結晶表面か
ら放射される赤外線を分光することにより単一波長とし
、その強度変化より膜厚を測定し結晶成長する方法によ
り、また、結晶成長中に結晶表面から放射される赤外線
を分光し、その内の２波長の強度変化と位相差より膜厚
を測定し結晶成長をする方法により、どの圧力で使う結
晶成長装置にも適用でき、また、系に外乱を与えること
なく膜厚測定できる効果がある。
質で結晶基板上に供給する気相成長方法において、結晶
成長中に結晶表面から放射される赤外線強度を測定し結
晶成長する方法により、また、結晶成長中に結晶表面か
ら放射される赤外線を分光することにより単一波長とし
、その強度変化より膜厚を測定し結晶成長する方法によ
り、また、結晶成長中に結晶表面から放射される赤外線
を分光し、その内の２波長の強度変化と位相差より膜厚
を測定し結晶成長をする方法により、どの圧力で使う結
晶成長装置にも適用でき、また、系に外乱を与えること
なく膜厚測定できる効果がある。
第１図は、本発明による結晶成長中の膜厚測定方法の原
理を示す図である。第２図は、本発明による結晶成長中
の膜厚測定方法の第１実施例を示す図である。第３図は
、第１実施例においてモニターされた温度とこｈから求
めた膜厚を示す図である。第４図は、本発明による結晶
成長中の膜厚測定方法の第２実施例を示す図である。第
５図は、第２実施例においてモニターされた赤外線エネ
ルギーを示す図である。第６図は、本発明による結晶成
長中の膜厚測定方法の第３実施例を示す図である。第７
図、第３実施例においてモニターされた赤外線エネルギ
ーを示す図である。 ｌ・・・・・・サセプタ、２・・・・・・半導体基板、
３・・・・・・半導体薄膜、１１・・・・・・カーボン
サセプタ、１２・・・・・・ｎ型ＩｎＰ基板、１３・・
・・・・高周波コイル、１４・・・・・・反応管、１５
・・・・・・赤外線放射温度計、１７・・・・・・分光
計、１８・・・・・・赤外線検出器。
理を示す図である。第２図は、本発明による結晶成長中
の膜厚測定方法の第１実施例を示す図である。第３図は
、第１実施例においてモニターされた温度とこｈから求
めた膜厚を示す図である。第４図は、本発明による結晶
成長中の膜厚測定方法の第２実施例を示す図である。第
５図は、第２実施例においてモニターされた赤外線エネ
ルギーを示す図である。第６図は、本発明による結晶成
長中の膜厚測定方法の第３実施例を示す図である。第７
図、第３実施例においてモニターされた赤外線エネルギ
ーを示す図である。 ｌ・・・・・・サセプタ、２・・・・・・半導体基板、
３・・・・・・半導体薄膜、１１・・・・・・カーボン
サセプタ、１２・・・・・・ｎ型ＩｎＰ基板、１３・・
・・・・高周波コイル、１４・・・・・・反応管、１５
・・・・・・赤外線放射温度計、１７・・・・・・分光
計、１８・・・・・・赤外線検出器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、原料をガス状物質で結晶基板上に供給する気相成長
方法において、結晶成長中に結晶表面から放射される赤
外線強度を測定することによって、膜厚を測定する工程
を有することを特徴とする気相成長方法。 ２、原料をガス状物質で結晶基板上に供給する気相成長
方法において結晶成長中に結晶表面から放射される赤外
線を分光することにより単一波長とし、その強度変化よ
り膜厚を測定する工程を有することを特徴とする気相成
長方法。 ３、原料をガス状物質で結晶基板上に供給する気相成長
方法において結晶成長中に結晶表面から放射される赤外
線を分光し、その内の２波長の強度変化と位相差より膜
厚を測定する工程を有することを特徴とする気相成長方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33740789A JPH03197384A (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33740789A JPH03197384A (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 気相成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03197384A true JPH03197384A (ja) | 1991-08-28 |
Family
ID=18308345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33740789A Pending JPH03197384A (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03197384A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10163182A (ja) * | 1996-11-29 | 1998-06-19 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 基板熱処理装置およびそれに使用可能な膜厚測定装置 |
| JP2005121482A (ja) * | 2003-10-16 | 2005-05-12 | Mitsubishi Electric Corp | 膜厚制御方法 |
-
1989
- 1989-12-25 JP JP33740789A patent/JPH03197384A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10163182A (ja) * | 1996-11-29 | 1998-06-19 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 基板熱処理装置およびそれに使用可能な膜厚測定装置 |
| JP2005121482A (ja) * | 2003-10-16 | 2005-05-12 | Mitsubishi Electric Corp | 膜厚制御方法 |
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