JPS58175B2 - 分子線源用セル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体装置に用いられる薄膜を形成する為の
分子線源用セルの改良に関する。

従来、質の良い半導体結晶薄膜をエピタキシャル成長さ
せる技術として分子ビーム・エピタキシャル成長法が用
いられている。

そして、この技術を実施するには、超高真空に維持され
た容器中に液体窒素温度の壁に囲まれた分子線源用セル
を配置し、このセルの中に結晶成長させようとする薄膜
結晶のソース物質（構成元素）を入れ、加熱することに
依り分子線として噴出させ、これを適当な温度に維持し
た基板上に堆積させて単結晶薄膜を成長させるようにし
ている。

ところで、前記分子ビーム・エピタキシャル成長法にて
薄膜を形成すると、その薄膜には膜厚の分布を生じ、セ
ルの分子線噴出口と真正面に対向する部分が最も厚くな
り、そこから周辺に向うにつれて厚さは減少する。

このような分布を小さくして、均一性が高い結晶薄膜を
成長させるには、基板上に強度分布の少ない均一な分子
線を投射することが必要になるが、従来、採られている
対策としては、 イ、）基板と分子線源用セルとの間の距離を大にする。

口、）第１図に見られるように、分子線源用セル１に於
ける分子線噴出口１ａを細長くし傾斜させ多数設ける。

の二つの方法が知られている。

しかしながな、前記イ、）及び口、）のいずれにも一長
一短が在って然程良い方法ではない。

即ち、イ、）については、 ａ、）分子線強度が低下して結晶の成長速度は小さくな
る。

ｂ、）分子線強度を高くする為にセル温度を上昇させる
とセル自体からの不純物ガスの発生量も多くなり高品質
の結晶成長が困難となる。

ｃ、）結晶成長に寄与する分子線が少なくなり、同じ膜
厚の結晶薄膜を成長するのにソース物質の消費量が増大
し、効率が悪くなる。

口、）については、 ａ、）分子線噴出口１ａが細長いため、その中にソース
物質がつまりやすい。

ｂ、）噴出口の傾斜角θの最適値は、基板までの距離に
依存する。

つまり、セルと基板との距離が変われば同一セルでも分
布の均一性が必ず悪くなる。

ｃ、）噴出口が傾斜しているため、基板以外へ飛んでい
く分子線の量が増大する。

などの欠点がある。

本発明は、基板との間の距離を大にしたり、分子線噴出
口を細長くして傾斜させたりすることなく、均一な分子
線を発生するセルの構造に関するものである。

このセルを用いることにより膜厚分布が少ない良質の結
晶薄膜を得ることができるようになる。

以下これらのことについて詳細に説明する。

本発明では、第２図に見られるように、セル１内に於い
て、分子線噴出口１ａの近傍に分子線散乱体５を設置す
ることが基本になっている。

このようにすると、分子線は均一に基板に到達するよう
になる。

この場合、散乱体５はセル１と同温度になっているから
、そこにソース物質の分子が付着することがなく、分子
線強度分布の再現性は高い。

第３図は具体的実施例の要部側断面説明図であり、第１
図及び第２図に関して説明した部分と同部分は同記号で
指示しである。

本実施例が従来例と相違する点は、セル１内にセル１と
一体の棒状散乱体６を設けたことである。

本実施例の具体的寸法を挙げると次の通りである。

噴出口１の径ｄ＝３〔ｍｍ〕φ 棒状散乱体６の径ｅ＝２〔ｍｍ〕φ 噴出口１の内側端と棒状散乱体６の先端との間の距離ｆ
＝２〔ｍｍ〕 セル１の内径ｇ＝７〔ｍｍ〕 セル１の奥行ｈ＝２８ 〔ｍｍ〕 また、このセル１は化合物半導体ＧａＡｓなどを分子ビ
ーム・エピタキシャル成長させる場合に用いられている
セルと同様の高純度グラファイトで作られている。

第４図は第３図に示したセル１を用いて薄膜を成長させ
る場合の説明図である。

図に於イテ、セル１は１×１０−１〔Ｔｏｒｒ〕程度の
高真空に維持された容器７内に距離１＝１０〔ｃｍ〕を
おいてシリコン半導体基板８と対向するように配置され
る。

今、膜厚の分布を調べる為、銀（Ａｇ）の薄膜を形成す
ることとし、セル１内に銀を入れ、１１２０〔℃〕の温
度に加熱し、銀の分子ビームを室温の状態にあるシリコ
ン半導体基板８に投射して銀を堆積させた。

このときの銀の蒸気圧は２×１０−２〔Ｔｏｒｒ〕程度
である。

このようにして形成された銀膜の膜厚分布が第５図に曲
線イとして示されている。

また、同図に口として指示した曲線は、第３図及び第４
図に見られるセル１から棒状散乱体６を除去し、寸法、
材質などを同一としたセルを用い、そして前記と同じ条
件で銀膜を形成した場合の膜厚分布を表わすものであり
、これより明らかなように、本発明実施例に依る場合、
膜厚分布の均一度は従来技術の２倍程度も高くなってい
る。

即ち、２〔ｃｍ〕φのシリコン基板上につけた銀薄膜の
膜厚分布は通常の場合は±４〔％〕であるが、本発明の
ものでは±２〔％〕となっている。

また、棒状散乱体６には銀の付着は認められなかった。

このような点から棒状散乱体６は分子ビームの均一化に
有効に作用していると判断される。

なお、散乱体を設けることに依る分子ビーム強度の低下
はほとんど起らず、問題とならないことが確められてい
る。

本発明に依る効果を列挙すると次の通りである。

（１）従来のセルより均一性が高い分子ビームを発生さ
せることができる。

（２）基板とセルとの間の距離を大に採る必要がないか
ら効率の高い分子ビーム・エピタキシィが可能であり、
且つ、装置も小型化される。

（３）従来の分子ビーム・エピタキシィ装置にそのまま
適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の要部側断面説明図、第２図は本発明の
詳細な説明する為のセルの要部側断面説明図、第３図は
本発明一実施例の要部側断面説明図、第４図は第３図実
施例を用いて薄膜成長を行なう場合の説明図、第５図は
膜厚分布に関する効果を説明する為の線図である。 図に於いて、１はセル、１ａは分子線噴出口、２はヒー
タ、４は熱電対、５は散乱体、６は棒状散乱体、７は容
器、８は基板である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 分子線源用セル内部に於いて分子線噴出口の中心線
   上に形成され且つ先端が前記分子線噴出口近傍の前記分
   子線源用セル内側に位置して分子線を散乱させる棒状散
   乱体を備えてなることを特徴とする分子線源用セル。