JPH0517286A - 気相成長装置 - Google Patents

気相成長装置

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JPH0517286A
JPH0517286A JP16157691A JP16157691A JPH0517286A JP H0517286 A JPH0517286 A JP H0517286A JP 16157691 A JP16157691 A JP 16157691A JP 16157691 A JP16157691 A JP 16157691A JP H0517286 A JPH0517286 A JP H0517286A
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JP
Japan
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flow rate
raw material
pressure
conduit
gas
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JP16157691A
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English (en)
Inventor
Kazuhiro Eguchi
和弘 江口
Katsuaki Natori
克晃 名取
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 組成制御性の優れた気相成長装置を提供す
る。 【構成】 原料容器11に充填した原料に第一の流量制
御装置により流量を制御して搬送ガスを送入し生成され
た原料ガスを輸送する第一の導路1と、第一の導路に接
続し生成された原料ガスと第二の流量制御装置により流
量が制御された搬送ガスとを混合し圧力制御装置を介し
て反応容器内へ送入する第二の導路2と、前記第二の流
量制御装置部により流量が制御された搬送ガスの一部を
第三の流量制御装置部を通じて直接に反応容器内へ送入
する第三の導路3とを具備した。 【効果】 蒸気圧の低い原料を使用する気相成長法にお
いても成長する薄膜の組成制御性を向上する事ができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、有機金属化学気相成長
装置(MOCVD装置)に係わり、特に蒸気圧の低い有
機金属原料ガスを用いる気相成長装置に関する。
【0002】
【従来の技術】有機金属気相成長法は、組成制御性に優
れていることから、化合物半導体、酸化物超伝導体、酸
化物強誘電体等の薄膜の製造方法として着目されてい
る。
【0003】従来の有機金属化学気相成長装置の一例の
略図を図3に示す。図3に示されるように、液状の有機
金属原料10を収容した有機金属原料容器11に、質量
流量制御器12で質量流量が制御されて搬送ガスが送入
され、有機金属原料10中をバブリングする。生成され
た有機金属原料ガスはガスの導路に設けられた圧力計1
3で圧力を検知し、バルブ16を経て図示を省略する反
応容器へ送入され、その内部に配置された基板加熱ヒー
タ上の基板に気相成長が施こされる。なお、図中に破線
17,18で囲み示す部分は気相成長中所定の温度に保
たれる。
【0004】有機金属気相成長法により組成制御性良く
薄膜を製造するには、有機金属原料の温度の他に有機金
属原料をバブリングする流量、有機金属原料容器内の圧
力を精密に制御する必要がある。従来、有機金属原料の
温度制御には、温度調節器を用いた恒温槽が、流量の制
御には質量流量制御器が用いられていた。有機金属原料
容器11内の圧力制御には、バルブ16による手動圧力
制御や自動圧力制御等が用いられていた。手動圧力制御
では、精密に圧力制御ができないため、製造しようとす
る薄膜の組成を精密に制御することができなかった。ま
た、自動圧力制御では、バルブの耐熱温度より高い温度
で蒸発するような低い蒸気圧を有する有機金属原料を用
いる場合には使用できないという問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情を考
慮してなされたもので、蒸気圧の低い有機金属を用いる
有機金属気相成長法においても、原料容器内の圧力を精
密に制御することのできる気相成長装置を提供すること
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の第1は、原料を
充填した原料充填容器と、前記原料に第一の流量制御装
置により流量を制御して搬送ガスを送入し生成された原
料ガスを輸送する第一の導路と、前記第一の導路に接続
し前記生成された原料ガスと第二の流量制御装置部によ
り流量が制御された搬送ガスとを混合し圧力制御装置を
介して反応容器内へ送入する第二の導路と、前記第二の
流量制御装置部により流量が制御された搬送ガスの一部
を第三の流量制御装置部を通じて直接に反応容器内へ送
入する第三の導路とを具備した気相成長装置である。
【0007】また、上記構成に加えて原料充填容器内の
圧力を検知する手段を具備し、該圧力検知手段により検
知された圧力が予め定められた圧力になるように、上記
第三の流量制御装置によりガスの流量を調節する手段を
具備する事を特徴とする。さらに上記夫々のいずれかに
対し反応容器内に導入するガスの総流量を一定に制御す
る手段を具備したことを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明の骨子は、質量流量制御器とバルブを組
み合わせることにより、反応容器内に送り込むガスの流
量を変化させることなく、有機金属原料容器内の圧力を
精密に制御することにある。従って、本発明によれば、
蒸気圧の低い有機金属原料を用いる有機金属気相成長法
において、反応容器に流入するガスの流量を変化させる
ことなく有機金属原料容器内の圧力を精密に自動制御す
る事ができ、従って、薄膜の組成を精密に制御すること
が可能となる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の詳細を実施例によって説明す
る。
【0010】図2は、本発明の一実施例に用いた気相成
長装置の概略構成図、図1は、図2の気相成長装置の原
料供給部分の詳細構成図である。有機金属原料容器11
をバブリングする流量は質量流量制御器12で制御され
ている。原料容器内の圧力は原料容器11と質量流量制
御器12を結ぶ配管の途中に設置された圧力計13でモ
ニターされる。質量流量制御器14と15は、反応管へ
流入する流量を変化させることなく、原料容器11の圧
力を制御するために設置されている。また、図には示し
ていないが、圧力計13と質量流量制御器15は、比例
−積分−微分動作するプロセス調節計を通じて電気的に
結合されており、圧力計13の指示圧力と、プロセス調
節計で設定した圧力の差によって流量を変化させるよう
に、信号を質量流量制御器15に伝送するようになって
いる。具体的には予め設定した圧力より圧力計13で検
知した圧力が高い場合、質量流量制御器15の流量を多
くするように、予め設定した圧力より圧力計13で検知
した圧力が低い場合は、質量流量制御器15の流量を少
なくするように制御する。バルブ16は、原料容器11
の圧力と、反応容器の圧力を独立に変化させることがで
きるように設置したものである。原料容器11の温度
は、加熱オーブン17で、原料容器以降の配管の温度は
加熱オーブン18でそれぞれ加熱制御される。なお、図
中1は第一の導路、2は第二の導路、3は第三の導路、
106はキャリアガス導入ラインを夫々示す。
【0011】次にこの装置の性能を確認するために動作
テストを行った。反応容器22は排気ポンプ24で減圧
にされており、反応容器22内の圧力が10Torrに
なるように、原料容器11とは独立に制御した。質量流
量制御器12及び14をそれぞれ100sccmに設定
した。圧力を制御するプロセス調節計の圧力を400T
orrに設定した。21は原料供給系で原料容器の温度
は、オーブン17で170℃に、配管加熱温度は、原料
が配管内に凝集しないように、オーブン18をオーブン
17より10℃高い180℃に設定した。プロセス調節
計の比例、積分、微分定数を最適値に設定した結果、圧
力計13でモニターする原料容器11の圧力制御の誤差
は±1Torrであった。このように、本発明の気相成
長装置では、極めて高い圧力制御性を有することが確認
された。反応容器22へ流入する流量は、質量流量制御
器12と15を流れる流量の和になる。質量流量制御器
12と14で流量は一定になるように制御されているの
で、逓圧力制御時にも反応容器22へ流入するガスの流
量は一定にする事ができ、薄膜の製造に悪影響を及ぼす
事は無い。さらに、原料容器11と原料容器11と反応
容器22との間の配管をそれぞれオーブン17と、オー
ブン18で加熱しているにも係わらず、耐熱温度の低い
質量流量制御器12、14、15や圧力計13は、図1
に示すように加熱オーブン外に設置する事ができるの
で、加熱して使用する必要があるような蒸気圧の低い有
機金属原料を用いる場合にも適用できる。バルブ16
は、全て金属で製造されている耐熱温度の高いバルブを
使用した。
【0012】次に、実際に薄膜の成長を行った。酸化物
強誘電体であるPbZr1-x Tix 3 の成長におい
て、まず、Si基板23を基板加熱ヒーター(図示せ
ず)で600℃に加熱した。キャリアガスには不活性ガ
ス例えばアルゴンを用いた。Pb、Zr、Tiの原料
は、それぞれPb(C2 5 4 、Ti(i−OC3
7 4 、Zr(t−OC4 9 4 を用いた。各原料の
温度は、それぞれ21℃、70℃、70℃とした。原料
容器に流入するアルゴンガスの流量はそれぞれ400s
ccm、20sccm、15sccmとした。原料容器
の圧力は全て400Torrに図1に示す方法で制御し
た。酸素ガスはボンベ205から1000sccm反応
容器へ供給した。酸素ガスと有機金属ガスは、前駆的反
応を抑制するため、反応容器入り口直前で混合した。薄
膜の成長は1時間行った。誘電結合プラズマ発光分析
(以下ICP分析と略記する)で成長した薄膜の組成を
測定した結果、組成の制御性は、5%以内である事が分
かった。また、オージェ光電子分光法で、薄膜の成長方
向の組成の分布を測定した結果、基板と薄膜の界面から
薄膜表面までの各金属成分の組成の変動は2%以内で極
めて良好な組成分布を示す事が分かった。
【0013】次に超伝導体であるBiSrCaCuOを
成長した。MgO基板を基板加熱ヒーターで800℃に
加熱した。キャリアガスにはアルゴンを用いた。Bi、
Sr、Ca、Cuの原料は、それぞれBi(C6 5
3 、Sr(C11192 2 、Ca(C11
192 2 、Cu(C11192 2 を用いた。各原料
の温度は、それぞれ90℃、210℃、200℃、12
0℃とした。原料容器に流入するアルゴンガスの流量は
それぞれ50sccm、400sccm、50scc
m、50sccmとした。原料容器の圧力は全て400
Torrに図1に示す方法で制御した。酸素ガスはボン
ベ25から1000sccm反応容器へ供給した。酸素
ガスと有機金属ガスは、前駆的反応を抑制するため、反
応容器入り口直前で混合した。薄膜の成長は1時間行っ
た。ICP分析で成長した薄膜の組成を測定した結果、
組成の制御性は、5%以内である事が分かった。また、
オージェ光電子分光法で、薄膜の成長方向の組成の分布
を測定した結果、基板と薄膜の界面から薄膜表面までの
各金属成分の組成の変動は2%以内で極めて良好な組成
分布を示す事が分かった。
【0014】叙上の如く、本発明の装置を用いる事によ
り、蒸気圧の低い原料を用いる気相成長法においても組
成が精密に制御できる事が示された。
【0015】以上、本発明の実施例について説明してき
たが、本発明は、上記実施例に限るものでない。PbZ
1-x Tix 3 やBiSrCaCuO薄膜以外の薄膜
の気相成長法においても適用できる。また、本発明の主
旨を逸脱しない範囲で種々変形して用いる事ができる。
【0016】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
従来技術では困難であった蒸気圧の低い有機金属原料を
用いた気相成長法において、組成制御性良く薄膜を製造
する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る一実施例の図2の気相成長装置に
おける原料供給系部分の要部構成を示す図。
【図2】本発明の一実施例に係わる気相成長装置の概略
の構成を示す図。
【図3】従来例の気相成長装置の概略の構成を示す図。
【符号の説明】
1 第一の導路 2 第二の導路 3 第三の導路 11 有機金属原料容器 12 質量流量制御器 13 圧力計 14 質量流量制御器 15 質量流量制御器 16 バルブ 17 原料加熱用オーブン 18 配管加熱用オーブン21 原料供給系 22 反応容器 23 加熱ヒーター 24 排気ポンプ 25 酸素ガスボンベ 27 排気ライン 106 キャリアガス導入ライン

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原料を充填した原料充填容器と、前記原
    料に第一の流量制御装置により流量を制御して搬送ガス
    を送入し生成された原料ガスを輸送する第一の導路と、
    前記第一の導路に接続し前記生成された原料ガスと第二
    の流量制御装置部により流量が制御された搬送ガスとを
    混合し圧力制御装置を介して反応容器内へ送入する第二
    の導路と、前記第二の流量制御装置部により流量が制御
    された搬送ガスの一部を第三の流量制御装置部を通じて
    直接に前記反応容器内へ送入する第三の導路とを具備し
    た事を特徴とする気相成長装置。
  2. 【請求項2】 前記原料充填容器内の圧力を検知する手
    段を具備し、該圧力手段により検知された圧力が予め定
    められた圧力になるように、前記第三の流量制御装置に
    よりガスの流量を調節する手段を具備する事を特徴とす
    る請求項1に記載の気相成長装置。
  3. 【請求項3】 前記反応容器内に導入するガスの総流量
    を一定に制御する手段を具備したことを特徴とする請求
    項1または2に記載の気相成長装置。
JP16157691A 1991-07-02 1991-07-02 気相成長装置 Pending JPH0517286A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009094276A (ja) * 2007-10-09 2009-04-30 Elpida Memory Inc 固体成膜原料導入装置
US9222540B2 (en) 2013-01-31 2015-12-29 Fujitsu Limited Shock absorber

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