JPS5832412A - 気相成長装置 - Google Patents
気相成長装置Info
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- JPS5832412A JPS5832412A JP13089181A JP13089181A JPS5832412A JP S5832412 A JPS5832412 A JP S5832412A JP 13089181 A JP13089181 A JP 13089181A JP 13089181 A JP13089181 A JP 13089181A JP S5832412 A JPS5832412 A JP S5832412A
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
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- C23C16/45504—Laminar flow
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- H01L21/02617—Deposition types
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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】
本発明は、例えば硬化ガリウム（ＧａＡＳ）等の化合物
半導体のエピタキシャル膜を気相反応により基板上に成
長させる之めの横型気相成長装置に関するものである。
半導体のエピタキシャル膜を気相反応により基板上に成
長させる之めの横型気相成長装置に関するものである。
発光ダイオード、電界効果トランジスター等のの気相反
応により、エピタキシャル膜を成長させる技術は、工業
的に広く用いられている。
応により、エピタキシャル膜を成長させる技術は、工業
的に広く用いられている。
かかる気相成長に通常用いられる横型気相成長装置とし
ては、従来第１図に代表的な例を示すようなものが用い
られている。
ては、従来第１図に代表的な例を示すようなものが用い
られている。
第１図（イ）において、ｌは横型気相成長反応管Ｃ以下
、単に反応管と称す）で、一端に原料ガス（例えばＡ
Ｓ Ｃｌ ３の蒸気を含むＨ２ガス）導入口２、他端に
ガス排出口８を有している。反応ｆｌ内には、ガスの入
口側にソース材料４（例えばＡｓで飽和され、ｅＧａ）
を収容したノースボート３が置かれ、ガスの出口側に基
板ホルダー５上に置かれた基板６が設置されている。７
は反応管ｌ内を所定の温度プロファイルに加熱する加熱
装置ｅである。
、単に反応管と称す）で、一端に原料ガス（例えばＡ
Ｓ Ｃｌ ３の蒸気を含むＨ２ガス）導入口２、他端に
ガス排出口８を有している。反応ｆｌ内には、ガスの入
口側にソース材料４（例えばＡｓで飽和され、ｅＧａ）
を収容したノースボート３が置かれ、ガスの出口側に基
板ホルダー５上に置かれた基板６が設置されている。７
は反応管ｌ内を所定の温度プロファイルに加熱する加熱
装置ｅである。
第１図（ロ）は（イ）図に＞ｉす装置の長さ方向の温度
ゾロファイルを示す図で、ＴＩはソース側の温度、Ｔ２
は基板側の温度であり、それぞれほぼ一定の温度に保た
れている。
ゾロファイルを示す図で、ＴＩはソース側の温度、Ｔ２
は基板側の温度であり、それぞれほぼ一定の温度に保た
れている。
今かかる温度プロファイル下で原料ガス導入口２よりＡ
ｓｃ１８を含むＨ２ガスを導入すると、次式によりＡｓ
４とＨＣｌが生成する。
ｓｃ１８を含むＨ２ガスを導入すると、次式によりＡｓ
４とＨＣｌが生成する。
４ＡｓＣ１８＋６Ｈ２：Ａｓ４＋１２ＨＣｌ・・・・・
・・・・・・・・・（１）（１）式で生成したＨＣｌば
Ｇａソースと次式により反応する。
・・・・・・・・・（１）（１）式で生成したＨＣｌば
Ｇａソースと次式により反応する。
２Ｇａ ＋ ２ＨＣｎ ：２ＧａＣβ＋Ｈ２・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・（２）次に、（１）式
および（２）式で生成し＊Ａｓ４およびＧａＣ１は、下
流へ輸送され、基板６上で次式に従ってρａＡｓエピタ
キシャル膜が生長する。
・・・・・・・・・・・・・・・（２）次に、（１）式
および（２）式で生成し＊Ａｓ４およびＧａＣ１は、下
流へ輸送され、基板６上で次式に従ってρａＡｓエピタ
キシャル膜が生長する。
４ＧａＣ１十Ａｓ ４ ＋ ２Ｈ２二４ＧａＡｓ ＋
４ｕｃｌ＝・−・＋＋＋・＋＋ （ａ）しかし上述の横
型気相成長装置による、通常用いられる拡散律速条件下
でのエビタキ７ヤル成長では、第２図に基板上の位置と
エピタキシャル膜厚の関係を示すように、膜厚ば、上流
側で厚く、下流側で薄くなる現象が生ずる。
４ｕｃｌ＝・−・＋＋＋・＋＋ （ａ）しかし上述の横
型気相成長装置による、通常用いられる拡散律速条件下
でのエビタキ７ヤル成長では、第２図に基板上の位置と
エピタキシャル膜厚の関係を示すように、膜厚ば、上流
側で厚く、下流側で薄くなる現象が生ずる。
このようにエピタキシャル膜の厚さが不均一となったエ
ピタキシャルウエハーを用いて製造した各種半導体装置
では、その収率を低下したり、又特性を悪化したりする
という問題点があった。
ピタキシャルウエハーを用いて製造した各種半導体装置
では、その収率を低下したり、又特性を悪化したりする
という問題点があった。
本発明は、上述の問題点を解決するため成されたもので
、上述のエビタキンヤル膜の厚さの不均一性を改良し、
均一な膜厚を有する化合物半導体のエビタキンヤル膜を
基板上に気相成長させることのできる気相成長装置ｔ全
提供せんとするものである。
、上述のエビタキンヤル膜の厚さの不均一性を改良し、
均一な膜厚を有する化合物半導体のエビタキンヤル膜を
基板上に気相成長させることのできる気相成長装置ｔ全
提供せんとするものである。
本発明は、横型気相成長反応管内で、ソース材料と原料
ガス又は複数の原料ガスを反応させ、前記ソース材料と
前記原料ガス又は前記複数の原料ガス、および前記反応
による反応生成物より成る混合ガスを基板上に導ひき、
該基板上にエピタキシャル膜を成長させる装置において
、前記基板上を流れる前記混合ガスの流速を増加する装
置を設けたことを特徴とする気相成長装置である。
ガス又は複数の原料ガスを反応させ、前記ソース材料と
前記原料ガス又は前記複数の原料ガス、および前記反応
による反応生成物より成る混合ガスを基板上に導ひき、
該基板上にエピタキシャル膜を成長させる装置において
、前記基板上を流れる前記混合ガスの流速を増加する装
置を設けたことを特徴とする気相成長装置である。
本発明装置により基板上にエピタキシャル成長させる物
質は、例えばＧａＡｓ、 ＩｎＰ、 Ｇａ Ｉ−ｘＪｘ
Ａｓ。
質は、例えばＧａＡｓ、 ＩｎＰ、 Ｇａ Ｉ−ｘＪｘ
Ａｓ。
Ｉｎｌ□ＧａｘＡｓ １−ｙＰｙ等の化合物半導体であ
る。
る。
以下、本発明を図面を用いて実施例により説明する。
先ずエピタキシャル膜厚分布について説明する。
気相成長での膜厚分布については、Ｊ、Ｋｏｍｅｎｏら
は層流境界層モデルを用いて説明を与えている（ Ｊ、
ＩＪｅｃｔｒｏｃｈｅｍ、Ｓｏｃ、１２４． （１９７
７）、 Ｐ 、 １４４０ ）。
は層流境界層モデルを用いて説明を与えている（ Ｊ、
ＩＪｅｃｔｒｏｃｈｅｍ、Ｓｏｃ、１２４． （１９７
７）、 Ｐ 、 １４４０ ）。
層流境界層モデルによると、第８図に示すような層流境
界層９が基板６上に形成される。基板上の位置Ｘにおけ
る境界層厚さ【（Ｘ）は次式で示される。
界層９が基板６上に形成される。基板上の位置Ｘにおけ
る境界層厚さ【（Ｘ）は次式で示される。
上
ｔ （ｘ） ＝ ５．０ （μｘ／ｐＶ）２ ・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４
）ここでＶは原料ガスの流速、ｐは原料ガスの密度、μ
は原料ガスの粘性係数である。
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４
）ここでＶは原料ガスの流速、ｐは原料ガスの密度、μ
は原料ガスの粘性係数である。
層流境界層内では、物質の輸送は拡散によって行なわれ
る。基板上の位置Ｘにおける物質輸送係数は、ｐを拡散
係数とすれば、Ｄ／１（Ｘ）で示され、境界層厚さｔ（
ｘ）の大きい下流程、Ｄ／１（ｘ）が小となり、原料供
給量が少なくなるため、エピタキシャル成艮速度が小さ
くなり、結果として第２図に示したような不均一な膜厚
分布となる。
る。基板上の位置Ｘにおける物質輸送係数は、ｐを拡散
係数とすれば、Ｄ／１（Ｘ）で示され、境界層厚さｔ（
ｘ）の大きい下流程、Ｄ／１（ｘ）が小となり、原料供
給量が少なくなるため、エピタキシャル成艮速度が小さ
くなり、結果として第２図に示したような不均一な膜厚
分布となる。
しかしく４）式における原料ガスの流速Ｖを大きくする
ことにより、ｔ（ｘ）の位置Ｘによる差を低減でき、物
質輸送係数ｎ／１（ｘ）の位置Ｘによる差が小さくなり
、その結果膜厚の均一化が可能である。
ことにより、ｔ（ｘ）の位置Ｘによる差を低減でき、物
質輸送係数ｎ／１（ｘ）の位置Ｘによる差が小さくなり
、その結果膜厚の均一化が可能である。
又原料ガスの流速Ｖを増加させることによる別の効果と
して、層流境界層９内の流れが層流から一部乱流に変わ
り、膜厚の均一化が期待できる。
して、層流境界層９内の流れが層流から一部乱流に変わ
り、膜厚の均一化が期待できる。
本発明者らは、原料ガスの流速の増加による上述の２つ
の効果に着目し、第１図に示す気相成長装置において、
基板６上の混合ガスの流速を増加する改良を加え、エピ
タキシャル膜厚を均一化する本発明を成すに至ったもの
である。
の効果に着目し、第１図に示す気相成長装置において、
基板６上の混合ガスの流速を増加する改良を加え、エピ
タキシャル膜厚を均一化する本発明を成すに至ったもの
である。
第４図は本発明の実施例を示す縦断面図である。
図において、第１図と同一の符号はそれぞれ同一の部分
を示す。第４図において、第１図（イ）と異なる点は、
基板ホルダー５上に置かれた基板６の設置場所であり、
反応管１のガス出口側にライナー管ＩＯが設置され、そ
のガス通路１１中に基板６が収容されている。
を示す。第４図において、第１図（イ）と異なる点は、
基板ホルダー５上に置かれた基板６の設置場所であり、
反応管１のガス出口側にライナー管ＩＯが設置され、そ
のガス通路１１中に基板６が収容されている。
ライナー管１０は、それまでのガス通路、即ち反芯管ｌ
の横断面積の通路から、それより小さい断面積のガス通
路に変えてガスの流速を増加させるもので、例えば第５
図に例を示すように、円筒体の下方の一部をガス通路１
１とし、他の上方の部分を閉じたものである。
の横断面積の通路から、それより小さい断面積のガス通
路に変えてガスの流速を増加させるもので、例えば第５
図に例を示すように、円筒体の下方の一部をガス通路１
１とし、他の上方の部分を閉じたものである。
本発明において、基板上を流れる混合ガスの流速を増加
する装置は、第５図に示すライナー管に限定されるもの
ではなく、要は基板を収容し、その上を流れる混合ガス
の流速を増加する機能を有するものであれば良く、例え
ば反応管ｌ自体の形状を変えたものでも良い。
する装置は、第５図に示すライナー管に限定されるもの
ではなく、要は基板を収容し、その上を流れる混合ガス
の流速を増加する機能を有するものであれば良く、例え
ば反応管ｌ自体の形状を変えたものでも良い。
ただし後者のものでは、ノース材料変換時等に際し、ノ
ースボートが容易に引き出せるような構造にすることが
必要である。
ースボートが容易に引き出せるような構造にすることが
必要である。
次にかように構成された本発明による気相成長装置を用
いて基板上にエビタシャル膜を成長させる方法を実施例
により説明する。
いて基板上にエビタシャル膜を成長させる方法を実施例
により説明する。
実施例：
第４図に示す気相成長装置を用いて、ＧａＡＳ基板上に
ＧａＡｓ エピタキシャル膜全成長させた。
ＧａＡｓ エピタキシャル膜全成長させた。
先ず反応管Ｉ内にノース材料４としてＧａｆ収容したソ
ースポート３を設置し、ライナー管ＩＯ内に基板ホルダ
ー５およびＧａＡｓ基板６を設置した。
ースポート３を設置し、ライナー管ＩＯ内に基板ホルダ
ー５およびＧａＡｓ基板６を設置した。
ライナー管１０のガス通路１１の断面積を反応管ｌの横
断面積のにとした。次に原料ガス導入口２よりキャリヤ
ーガスＨ２を導入し、第１図（ロ）に示したと同様の温
度プロファイルに加熱した。ソース側の温度Ｔ１ヲ約８
１０’Ｃ，基板側の温度Ｔ２ヲ約７１０℃とした。反応
管ｌの各部が所定の温度になってから、導入口２より約
１５°ＣのＡ Ｓ Ｃ１３蒸気とＨ２ガスを導入し、前
述の（１）、（２）式のように反応させ、これらの反応
生成物と未反応のｈｓｃｌＢ 、 Ｈ２の混合ガスを下
流のライナー管ＩＯ内のガス通路１１に導びき、ＧａＡ
ｓ基板６上に平均厚さ３５μｍのＧａＡｓのエピタキシ
ャル膜を成長させた。
断面積のにとした。次に原料ガス導入口２よりキャリヤ
ーガスＨ２を導入し、第１図（ロ）に示したと同様の温
度プロファイルに加熱した。ソース側の温度Ｔ１ヲ約８
１０’Ｃ，基板側の温度Ｔ２ヲ約７１０℃とした。反応
管ｌの各部が所定の温度になってから、導入口２より約
１５°ＣのＡ Ｓ Ｃ１３蒸気とＨ２ガスを導入し、前
述の（１）、（２）式のように反応させ、これらの反応
生成物と未反応のｈｓｃｌＢ 、 Ｈ２の混合ガスを下
流のライナー管ＩＯ内のガス通路１１に導びき、ＧａＡ
ｓ基板６上に平均厚さ３５μｍのＧａＡｓのエピタキシ
ャル膜を成長させた。
得うれたエピタキシャルウエハーの反応管の長さ方向の
エピタキシャル膜の膜厚分布を調査した結果は第６図の
実線で示す通りである。なお図において、点線は従来の
第１図に示す装置により製造したウェハーの膜厚分布を
示すものである。
エピタキシャル膜の膜厚分布を調査した結果は第６図の
実線で示す通りである。なお図において、点線は従来の
第１図に示す装置により製造したウェハーの膜厚分布を
示すものである。
第６図より、本発明によるものは、従来例に比べ非常に
均一な膜厚分布を有し、膜厚均一度％であることが分っ
た。
均一な膜厚分布を有し、膜厚均一度％であることが分っ
た。
これは、本発明装置におけるライナー管ＩＯにより、基
板６上の混合ガスの通路１１が従来より大幅に小さくな
ったため、基板６上の混合ガスの流速が増加され、その
結果、エピタキシャル膜厚が均一化されたためである。
板６上の混合ガスの通路１１が従来より大幅に小さくな
ったため、基板６上の混合ガスの流速が増加され、その
結果、エピタキシャル膜厚が均一化されたためである。
なお上述の実施例では、１個の原料ガス導入口２と１個
のソースポート３を設けた場合について述べたが、本発
明はこれに限定されるものではなく、複数の原料ガス導
入口を設けても良く、又ソースポーＩｆ設置せず、複数
の原料ガス導入口を設け、複数の原料ガスを導入しても
良い。
のソースポート３を設けた場合について述べたが、本発
明はこれに限定されるものではなく、複数の原料ガス導
入口を設けても良く、又ソースポーＩｆ設置せず、複数
の原料ガス導入口を設け、複数の原料ガスを導入しても
良い。
以上述べたように、本発明は、前述のように、横型気相
成長反応管内で、気相反応により基板上にエピタキシャ
ル膜を成長させる装置において、前記基板上を流れる前
記混合ガスの流速を増加する装置を設けたため、基板上
のガスの流速全増加することにより、前述の層流境界層
厚ｔ（ｘ）の位置Ｘによる差を低減し、エピタキシャル
膜厚を均一化すると共に、層流境界層の流れが層流から
一部乱流に変わり、膜厚を均一化するので、非常に均一
な膜厚を有する化合物半導電体のエピタキシャル膜を成
長させることができる利点がある。
成長反応管内で、気相反応により基板上にエピタキシャ
ル膜を成長させる装置において、前記基板上を流れる前
記混合ガスの流速を増加する装置を設けたため、基板上
のガスの流速全増加することにより、前述の層流境界層
厚ｔ（ｘ）の位置Ｘによる差を低減し、エピタキシャル
膜厚を均一化すると共に、層流境界層の流れが層流から
一部乱流に変わり、膜厚を均一化するので、非常に均一
な膜厚を有する化合物半導電体のエピタキシャル膜を成
長させることができる利点がある。
第１図（イ）は従来の横型気相成−長装置の例を示第２
図は従来のエピタキシャル膜厚分布を示す図である。 第３図は層流境界層モデルを説明する図である。 第４図は本発明の実施例を示す縦断面図である。 第５図は第４図に示すライナー管の拡大斜視図である。 第６図は本発明および従来例によるエピタ３・・・ソー
スポート、４・・・ソース材料、５・・・基板ボルダ−
１６・・・基板、７・・・加熱装置、８川ガス排出口、
９・・・層流境界層、ＩＯ・・・ライナー管、１１・・
・ガス通路、ＴＩ・・・ソース側の温度、Ｔ２・・・基
板側の温度、ｔ （ｘ）・・・境界層の厚さ。 ７１図 芳２図 基本（Ｌ立帛乃・らり巨鮭
図は従来のエピタキシャル膜厚分布を示す図である。 第３図は層流境界層モデルを説明する図である。 第４図は本発明の実施例を示す縦断面図である。 第５図は第４図に示すライナー管の拡大斜視図である。 第６図は本発明および従来例によるエピタ３・・・ソー
スポート、４・・・ソース材料、５・・・基板ボルダ−
１６・・・基板、７・・・加熱装置、８川ガス排出口、
９・・・層流境界層、ＩＯ・・・ライナー管、１１・・
・ガス通路、ＴＩ・・・ソース側の温度、Ｔ２・・・基
板側の温度、ｔ （ｘ）・・・境界層の厚さ。 ７１図 芳２図 基本（Ｌ立帛乃・らり巨鮭
Claims (2)
- （１） 横型気相成長反応管内で、ソース材料と原料
ガス又は複数の原料ガスを反応させ、前記ソース材料と
前記原料ガス又は前記複数の原料ガス、および前記反応
による反応生成物よシ成る混合ガスを基板上に導ひき、
該基板上にエピタキシャル膜を成長させる装置において
、前記基板上を流れる前記混合ガスの流速を増加する装
置を設けたことを特徴とする気相成長装置。 - （２） 混合ガスの流速を増加する装置が、中に基板
を収容し、横型気相成長反応管の横断面積より小さいガ
ス通路断面積を有するライナー管より成る特許請求の範
囲第１項記載の気相成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13089181A JPS5832412A (ja) | 1981-08-20 | 1981-08-20 | 気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13089181A JPS5832412A (ja) | 1981-08-20 | 1981-08-20 | 気相成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5832412A true JPS5832412A (ja) | 1983-02-25 |
Family
ID=15045120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13089181A Pending JPS5832412A (ja) | 1981-08-20 | 1981-08-20 | 気相成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5832412A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60167010A (ja) * | 1984-02-09 | 1985-08-30 | Hitachi Ltd | 位相制御装置 |
| JPH04210476A (ja) * | 1990-12-11 | 1992-07-31 | Hoya Corp | 炭化ケイ素膜の成膜方法 |
-
1981
- 1981-08-20 JP JP13089181A patent/JPS5832412A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60167010A (ja) * | 1984-02-09 | 1985-08-30 | Hitachi Ltd | 位相制御装置 |
| JPH0341022B2 (ja) * | 1984-02-09 | 1991-06-20 | ||
| JPH04210476A (ja) * | 1990-12-11 | 1992-07-31 | Hoya Corp | 炭化ケイ素膜の成膜方法 |
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