JPH0489392A - Ｓｉ系結晶薄膜の製法 - Google Patents
Ｓｉ系結晶薄膜の製法Info
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- JPH0489392A JPH0489392A JP20549990A JP20549990A JPH0489392A JP H0489392 A JPH0489392 A JP H0489392A JP 20549990 A JP20549990 A JP 20549990A JP 20549990 A JP20549990 A JP 20549990A JP H0489392 A JPH0489392 A JP H0489392A
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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］
この発明は、超真空下で基板に対して結晶の構成原子ま
たは構成分子をガス状態で供給し、基板表面に吸着させ
熱分解させることにより結晶薄膜を成長させるようにし
たガスソース分子線エピタキシー装置に関するものであ
る。
たは構成分子をガス状態で供給し、基板表面に吸着させ
熱分解させることにより結晶薄膜を成長させるようにし
たガスソース分子線エピタキシー装置に関するものであ
る。
［従来の技術］
半導体素子の製法として、従来から、ステンレス製の超
高真空室内で固体原料をヒータ、電子ビーム等により蒸
発させ基板に蒸着させることにより結晶を成長させる分
子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）が行われている。しか
し、この方法は固体原料を用いるため、原料が空になっ
た時点で、いちいち真空室の真空を解除して原料を補充
しなければならず、再度真空室内を超真空に戻すのに長
時間を要するとともに、結晶膜の成長が断続的になって
品質が不均一になるという欠点を有している。
高真空室内で固体原料をヒータ、電子ビーム等により蒸
発させ基板に蒸着させることにより結晶を成長させる分
子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）が行われている。しか
し、この方法は固体原料を用いるため、原料が空になっ
た時点で、いちいち真空室の真空を解除して原料を補充
しなければならず、再度真空室内を超真空に戻すのに長
時間を要するとともに、結晶膜の成長が断続的になって
品質が不均一になるという欠点を有している。
そこで、上記のような欠点を克服するために、最近では
結晶構成原料をガスの状態で供給する方法（ガスソース
ＭＢＥ）が試みられている。この方法では、例えば第２
図に示すような原理の装置を用いる。すなわち、この装
置の真空室１内の中央部には、その上方からヒータ６が
吊り下げられており、このヒータ６の下面に、インジウ
ム等によって基板２が貼り付けられた基板ホルダ５が設
置されている。そして、上記ヒータ６によって、上記基
板ホルダ５および基板２に対し輻射加熱を行いながら、
下方の原料ガス供給わ配管９，１０から複数の原料ガス
を同時に供給して基板２の表面２ａに付着させ結晶を成
長させるのである。この反応は、通常、１０−’〜１０
−６Ｔ ｏ ｒ ｒ程度の高真空下で行われ、真空配管
８に連通される真空ポンプ（図示せず）によって真空引
きが行われる。この方法によれば、原料を連続供給する
ことができるので、従来のように真空状態を解除して原
料補充を行う必要がなく、短時間で高品質の結晶薄膜を
得ることができる。
結晶構成原料をガスの状態で供給する方法（ガスソース
ＭＢＥ）が試みられている。この方法では、例えば第２
図に示すような原理の装置を用いる。すなわち、この装
置の真空室１内の中央部には、その上方からヒータ６が
吊り下げられており、このヒータ６の下面に、インジウ
ム等によって基板２が貼り付けられた基板ホルダ５が設
置されている。そして、上記ヒータ６によって、上記基
板ホルダ５および基板２に対し輻射加熱を行いながら、
下方の原料ガス供給わ配管９，１０から複数の原料ガス
を同時に供給して基板２の表面２ａに付着させ結晶を成
長させるのである。この反応は、通常、１０−’〜１０
−６Ｔ ｏ ｒ ｒ程度の高真空下で行われ、真空配管
８に連通される真空ポンプ（図示せず）によって真空引
きが行われる。この方法によれば、原料を連続供給する
ことができるので、従来のように真空状態を解除して原
料補充を行う必要がなく、短時間で高品質の結晶薄膜を
得ることができる。
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、上記ガスソースＭＢＥの方法を、ＧａＡ
ｓ、ＩｎＰ等の化合物半導体の製造に適用する場合には
問題はないが、Ｓｉ、５ｉＧｅ等のＳｉ系半導体の製造
に適用する場合には、真空室１内における成長圧力が１
Ｏ−５Ｔｏｒｒ程度になるとＳｉがヒータ６および基板
ホルダ５に堆積し始め、Ｓｉの結晶成長に最適な１０−
’Ｔｏ ｒ ｒ前後で急激に堆積してヒータからの熱輻
射が妨げられて結晶成長の再現性が悪くなることが判明
した。
ｓ、ＩｎＰ等の化合物半導体の製造に適用する場合には
問題はないが、Ｓｉ、５ｉＧｅ等のＳｉ系半導体の製造
に適用する場合には、真空室１内における成長圧力が１
Ｏ−５Ｔｏｒｒ程度になるとＳｉがヒータ６および基板
ホルダ５に堆積し始め、Ｓｉの結晶成長に最適な１０−
’Ｔｏ ｒ ｒ前後で急激に堆積してヒータからの熱輻
射が妨げられて結晶成長の再現性が悪くなることが判明
した。
この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、Ｓ
ｉ系半導体を製造する場合にＳｉがヒータ等に堆積する
ことのないガスソース分子線エピタキシー装置の提供を
その目的とする。
ｉ系半導体を製造する場合にＳｉがヒータ等に堆積する
ことのないガスソース分子線エピタキシー装置の提供を
その目的とする。
〔課題を解決するための手段］
上記の目的を達成するため、この発明のガスソース分子
線エピタキシー装置は、高度に真空になしうる真空室と
、上記真空室内の略中央に装着される基板と、上記装着
された基板の片面側から基板に輻射熱を与える加熱手段
と、上記基板の他面側から基板に向かって結晶膜形成用
のガスを供給するガス供給手段とを備えたガスソース分
子線エピタキシー装置であって、上記基板の周囲に分離
板を設けることにより真空室内を基板加熱スペースと結
晶成長スペースの二空間に分け、上記二空間をそれぞれ
別個の真空ポンプによって真空排気するようにしたとい
う構成をとる。
線エピタキシー装置は、高度に真空になしうる真空室と
、上記真空室内の略中央に装着される基板と、上記装着
された基板の片面側から基板に輻射熱を与える加熱手段
と、上記基板の他面側から基板に向かって結晶膜形成用
のガスを供給するガス供給手段とを備えたガスソース分
子線エピタキシー装置であって、上記基板の周囲に分離
板を設けることにより真空室内を基板加熱スペースと結
晶成長スペースの二空間に分け、上記二空間をそれぞれ
別個の真空ポンプによって真空排気するようにしたとい
う構成をとる。
すなわち、本発明者らは、真空室内の真空度が１０−’
Ｔｏ ｒ ｒ前後になるとヒータにＳｉが堆積する原因
を追求したところ、結晶成長温度（５００〜１０００°
Ｃ程度）におけるＳｉの蒸気圧が、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等
に比べて低いため、真空度が低くなるとＳｉの分圧が高
くなってＳｉが堆積することが判明した。そこで、Ｓｉ
の結晶成長に最適な１０−’Ｔｏ ｒ ｒ前後の真空度
を維持しながら他の部分へのＳｉの堆積を防止するには
、ヒータ周辺の雰囲気をＳｉが堆積しないような高真空
に設定し、基板の結晶成長部分の雰囲気を１０−’Ｔｏ
ｒｒ前後に設定すればよい、との着想からこの発明に到
達した。
Ｔｏ ｒ ｒ前後になるとヒータにＳｉが堆積する原因
を追求したところ、結晶成長温度（５００〜１０００°
Ｃ程度）におけるＳｉの蒸気圧が、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等
に比べて低いため、真空度が低くなるとＳｉの分圧が高
くなってＳｉが堆積することが判明した。そこで、Ｓｉ
の結晶成長に最適な１０−’Ｔｏ ｒ ｒ前後の真空度
を維持しながら他の部分へのＳｉの堆積を防止するには
、ヒータ周辺の雰囲気をＳｉが堆積しないような高真空
に設定し、基板の結晶成長部分の雰囲気を１０−’Ｔｏ
ｒｒ前後に設定すればよい、との着想からこの発明に到
達した。
つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳細に説明する
。
。
第１図はこの発明の一実施例を示している。このガスソ
ース分子線エピタキシー装置は、基板２が、基板保持用
のトレイ４の中央開口縁３に載置されて装着されるよう
になっており、このトレイ４の外周縁４ａと、真空室１
の内壁１ａとの間に、その隙間を水平方向に横切る分離
板１１が取り付けられている。そして、この分離板１１
．トレイ４および基板２によって、真空室１内が、基板
加熱スペースＰと結晶成長スペースＱの二空間に仕切ら
れており、上記基板加熱スペースＰの壁面、結晶成長ス
ペースＱのそれぞれには、真空ポンプ（図示せず）から
延びる真空排気配管１２．１３が連通されている。した
がって、上記スペースＰ、Ｑは、それぞれ異なる真空度
に設定できるようになっている。この基板加熱スペース
Ｐにおいて、上記基板２の上には、ヒータ（例えば板状
カーボングラファイトに筋状切り込みを交互に設け、そ
の両端に電極を取り付けて構成してなる板状ヒータ等）
６が設けられており、その下に均熱板６ａが取り付けら
れている。このヒータ６は面状に均一加熱が可能で、特
に上記均熱板６ａとの組み合わせによって非常に均一に
面状加熱を行うことができるようになっている。一方、
上記結晶成長スペースＱには、下方から原料ガス供給配
管７ａが延びており、マニホールド７を介して原料ガス
が供給されるようになっている。なお、上記分離板１１
とトレイ４との接触部分およびトレイ４と基板２との接
触部分は完全な気密状態にすることは困難で、上記基板
加熱スペースＰおよび結晶成長スペースＱを完全に分離
することはできない。しかし、これらの隙間に起因する
両スペース間のコンダクタンス（真空引き抵抗）を、基
板２の直径、処理枚数等にもよるが、略０．５〜５ｆｆ
ｉ／ｓｅＣ程度に制御することができるため、それぞれ
の真空排気配管１２．１３からの排気速度を５００１７
ｓｅｃとすれば、下部の結晶成長スペースＱと上部の基
板加熱スペースＰとの圧力差を１００〜１０００倍に設
定することができる。したがって、下部の結晶成長スペ
ースＱの成長圧力を、Ｓｉの結晶成長に最適な１０−’
Ｔｏ ｒ ｒ程度とし、上部の基板加熱スペースＰの圧
力を１０−６〜１０−フＴｏｒｒ程度に設定した状態で
マニホールド７から５ｉＨａ 、Ｓｉｚ Ｈ４等のＳｉ
系ガスを供給すれば、上記基板加熱スペースＰではＳｉ
が堆積することがなく、一方、上記結晶成長スペースＱ
では長期にわたって再現性よく結晶の成長が行われる。
ース分子線エピタキシー装置は、基板２が、基板保持用
のトレイ４の中央開口縁３に載置されて装着されるよう
になっており、このトレイ４の外周縁４ａと、真空室１
の内壁１ａとの間に、その隙間を水平方向に横切る分離
板１１が取り付けられている。そして、この分離板１１
．トレイ４および基板２によって、真空室１内が、基板
加熱スペースＰと結晶成長スペースＱの二空間に仕切ら
れており、上記基板加熱スペースＰの壁面、結晶成長ス
ペースＱのそれぞれには、真空ポンプ（図示せず）から
延びる真空排気配管１２．１３が連通されている。した
がって、上記スペースＰ、Ｑは、それぞれ異なる真空度
に設定できるようになっている。この基板加熱スペース
Ｐにおいて、上記基板２の上には、ヒータ（例えば板状
カーボングラファイトに筋状切り込みを交互に設け、そ
の両端に電極を取り付けて構成してなる板状ヒータ等）
６が設けられており、その下に均熱板６ａが取り付けら
れている。このヒータ６は面状に均一加熱が可能で、特
に上記均熱板６ａとの組み合わせによって非常に均一に
面状加熱を行うことができるようになっている。一方、
上記結晶成長スペースＱには、下方から原料ガス供給配
管７ａが延びており、マニホールド７を介して原料ガス
が供給されるようになっている。なお、上記分離板１１
とトレイ４との接触部分およびトレイ４と基板２との接
触部分は完全な気密状態にすることは困難で、上記基板
加熱スペースＰおよび結晶成長スペースＱを完全に分離
することはできない。しかし、これらの隙間に起因する
両スペース間のコンダクタンス（真空引き抵抗）を、基
板２の直径、処理枚数等にもよるが、略０．５〜５ｆｆ
ｉ／ｓｅＣ程度に制御することができるため、それぞれ
の真空排気配管１２．１３からの排気速度を５００１７
ｓｅｃとすれば、下部の結晶成長スペースＱと上部の基
板加熱スペースＰとの圧力差を１００〜１０００倍に設
定することができる。したがって、下部の結晶成長スペ
ースＱの成長圧力を、Ｓｉの結晶成長に最適な１０−’
Ｔｏ ｒ ｒ程度とし、上部の基板加熱スペースＰの圧
力を１０−６〜１０−フＴｏｒｒ程度に設定した状態で
マニホールド７から５ｉＨａ 、Ｓｉｚ Ｈ４等のＳｉ
系ガスを供給すれば、上記基板加熱スペースＰではＳｉ
が堆積することがなく、一方、上記結晶成長スペースＱ
では長期にわたって再現性よく結晶の成長が行われる。
これがこの発明の大きな特長である。そして、この装置
は、従来のように基板ホルダ（第２図において５）に直
接基板２を貼り付けるのではなく、基板２をトレイ４に
載置して装着するようにしているため、大面積の基板処
理、あるいは多数枚の基板の同時処理を行うことができ
るという利点を有する。また、原料ガス供給配管７ａの
先端に複数のオリフィスを有するマニホールド７を取り
付けるようにしているため、複数の原料ガスを簡単な配
管で基板成長面に向かって均一に供給することができる
。
は、従来のように基板ホルダ（第２図において５）に直
接基板２を貼り付けるのではなく、基板２をトレイ４に
載置して装着するようにしているため、大面積の基板処
理、あるいは多数枚の基板の同時処理を行うことができ
るという利点を有する。また、原料ガス供給配管７ａの
先端に複数のオリフィスを有するマニホールド７を取り
付けるようにしているため、複数の原料ガスを簡単な配
管で基板成長面に向かって均一に供給することができる
。
なお、上記実施例において、真空各スペースＰＱの真空
排気を行う真空ポンプとしては、どのようなものを用い
てもよいが、例えば分子ターボポンプや拡散ポンプが好
適である。
排気を行う真空ポンプとしては、どのようなものを用い
てもよいが、例えば分子ターボポンプや拡散ポンプが好
適である。
また、上記実施例は、分離Ｆｉｌｌにトレイ４を連結し
、このトレイ４に基板２を載置するようにしているが、
分離板１１とトレイ４を一体物にしても差し支えはない
。
、このトレイ４に基板２を載置するようにしているが、
分離板１１とトレイ４を一体物にしても差し支えはない
。
そして、上記実施例では、基板２を、水平に装着するよ
うにしているが、基板２を垂直に装着して水平方向から
ガスを供給するタイプのＭＢＥ装置にこの発明を適用し
てもよい。この場合に゛は、分離Ｆｉｌｌを垂直方向に
設け、真空室ｌを左右に仕切ってそれぞれのスペースの
真空排気を独立して行うようにする。
うにしているが、基板２を垂直に装着して水平方向から
ガスを供給するタイプのＭＢＥ装置にこの発明を適用し
てもよい。この場合に゛は、分離Ｆｉｌｌを垂直方向に
設け、真空室ｌを左右に仕切ってそれぞれのスペースの
真空排気を独立して行うようにする。
（発明の効果〕
以上のように、この発明は、従来−室であった真空室内
を、分離板によって基板加熱スペースと結晶成長スペー
スの２つのスペースに分け、各スペースを個別に真空排
気して互いに異なる真空度を設定できるようにしたもの
である。したがって、この発明によれば、蒸気圧が低い
ためにヒータ、均熱板等の表面に堆積しやすいＳｉ系の
半導体を基板上に成長させる場合であっても、基板加熱
スペース側のみを、Ｓｉの成長圧力よりも低い高真空に
設定してＳｉを堆積させないようにする一方、結晶成長
スペース側ではＳｉの成長圧力に相当する真空度に設定
して最適な条件で結晶成長を行わせることができるため
、長期にわたって再現性よ＜Ｓｉ系の半導体を成長させ
ることができる。
を、分離板によって基板加熱スペースと結晶成長スペー
スの２つのスペースに分け、各スペースを個別に真空排
気して互いに異なる真空度を設定できるようにしたもの
である。したがって、この発明によれば、蒸気圧が低い
ためにヒータ、均熱板等の表面に堆積しやすいＳｉ系の
半導体を基板上に成長させる場合であっても、基板加熱
スペース側のみを、Ｓｉの成長圧力よりも低い高真空に
設定してＳｉを堆積させないようにする一方、結晶成長
スペース側ではＳｉの成長圧力に相当する真空度に設定
して最適な条件で結晶成長を行わせることができるため
、長期にわたって再現性よ＜Ｓｉ系の半導体を成長させ
ることができる。
第１図はこの発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は
従来のガスソースＭＢＥ装置を示す縦断面図である。 ■・・・真空室 ２・・・基板 ６・・・ヒータ １１
・・・分離板 １２．１３・・・真空排気配管 Ｐ・・
・基板加熱スペース Ｑ・・・結晶成長スペース 特許出願人 大同酸素株式会社 代理人 弁理士 西 藤 征 彦
従来のガスソースＭＢＥ装置を示す縦断面図である。 ■・・・真空室 ２・・・基板 ６・・・ヒータ １１
・・・分離板 １２．１３・・・真空排気配管 Ｐ・・
・基板加熱スペース Ｑ・・・結晶成長スペース 特許出願人 大同酸素株式会社 代理人 弁理士 西 藤 征 彦
Claims (1)
- （１）高度に真空になしうる真空室と、上記真空室内の
略中央に装着される基板と、上記装着された基板の片面
側から基板に輻射熱を与える加熱手段と、上記基板の他
面側から基板に向かつて結晶膜形成用のガスを供給する
ガス供給手段とを備えたガスソース分子線エピタキシー
装置であつて、上記基板の周囲に分離板を設けることに
より真空室内を基板加熱スペースと結晶成長スペースの
二空間に分け、上記二空間をそれぞれ別個の真空ポンプ
によつて真空排気するようにしたことを特徴とするガス
ソース分子線エピタキシー装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2205499A JP2510340B2 (ja) | 1990-08-01 | 1990-08-01 | Ｓｉ系結晶薄膜の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2205499A JP2510340B2 (ja) | 1990-08-01 | 1990-08-01 | Ｓｉ系結晶薄膜の製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0489392A true JPH0489392A (ja) | 1992-03-23 |
| JP2510340B2 JP2510340B2 (ja) | 1996-06-26 |
Family
ID=16507873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2205499A Expired - Lifetime JP2510340B2 (ja) | 1990-08-01 | 1990-08-01 | Ｓｉ系結晶薄膜の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2510340B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0573707A3 (en) * | 1992-02-27 | 1995-01-18 | Daido Oxygen | Apparatus for epitaxy by molecular beams with gas sources. |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60140774U (ja) * | 1984-02-27 | 1985-09-18 | 富士通株式会社 | 分子線エピタキシヤル成長装置 |
-
1990
- 1990-08-01 JP JP2205499A patent/JP2510340B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60140774U (ja) * | 1984-02-27 | 1985-09-18 | 富士通株式会社 | 分子線エピタキシヤル成長装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0573707A3 (en) * | 1992-02-27 | 1995-01-18 | Daido Oxygen | Apparatus for epitaxy by molecular beams with gas sources. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2510340B2 (ja) | 1996-06-26 |
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