JPS59232993A - 気相成長法および気相成長装置 - Google Patents
気相成長法および気相成長装置Info
- Publication number
- JPS59232993A JPS59232993A JP10514083A JP10514083A JPS59232993A JP S59232993 A JPS59232993 A JP S59232993A JP 10514083 A JP10514083 A JP 10514083A JP 10514083 A JP10514083 A JP 10514083A JP S59232993 A JPS59232993 A JP S59232993A
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- Japan
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- gas
- reactor
- growth
- chamber
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
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- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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、高品質で均一な半導体結晶成長層を得ること
ができる気相成長法及びその気相成長装置に関するもの
である。
ができる気相成長法及びその気相成長装置に関するもの
である。
２１Ｃ−ジ
従来例の構成とその問題点
近年、半導体装置はますます複雑かつ集積度を増してお
り、それに伴って半導体結晶成長技術に高品質で均一な
結晶成長や成長層厚の精密制御。
り、それに伴って半導体結晶成長技術に高品質で均一な
結晶成長や成長層厚の精密制御。
量産性が求められている。特に光産業の発展はめざまし
く、したがって化合物半導体結晶成長技術へのこれらの
要求は強い。そのだめ現在、この要求に対応した成長法
のひとつとして、有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶ
Ｄ法と呼ぶ）が注目されている。そこで以後は、このＭ
ＯＣＶＤ法で本発明の説明を行う。なお現在、産業上重
要な化合物半導体は主にＩ −Ｖ族化合物半導体結晶系
であるので、本発明の説明をこの■−ｖ族化合物半導体
の場合で行うことにする。
く、したがって化合物半導体結晶成長技術へのこれらの
要求は強い。そのだめ現在、この要求に対応した成長法
のひとつとして、有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶ
Ｄ法と呼ぶ）が注目されている。そこで以後は、このＭ
ＯＣＶＤ法で本発明の説明を行う。なお現在、産業上重
要な化合物半導体は主にＩ −Ｖ族化合物半導体結晶系
であるので、本発明の説明をこの■−ｖ族化合物半導体
の場合で行うことにする。
ＭＯＣＶＤ法でｉ−ｖ族化合物半導体を成長させる場合
、■族元素の原料としては、これらの元素のアルキル化
物（ｋｌ、Ｇａ、Ｉｎ等のメチル化物やエチルイと物）
である有機金属を用いる。これらアルキル化物は大部分
が比較的蒸気圧の高い液体であるので、キャリアガス（
主として水素）に含３ページ ませて反応炉へ供給する。一方、■族元素の原料として
は水素化物（ＰＨ１，ＡｓＨ３，ＳｂＨ３等）、は■族
元素と同様アルキル化物を用いる。
、■族元素の原料としては、これらの元素のアルキル化
物（ｋｌ、Ｇａ、Ｉｎ等のメチル化物やエチルイと物）
である有機金属を用いる。これらアルキル化物は大部分
が比較的蒸気圧の高い液体であるので、キャリアガス（
主として水素）に含３ページ ませて反応炉へ供給する。一方、■族元素の原料として
は水素化物（ＰＨ１，ＡｓＨ３，ＳｂＨ３等）、は■族
元素と同様アルキル化物を用いる。
従来のＭＯＣＶＤ装置の反応炉部概略構造図を第１図に
示し、これに基づいて従来の気相成長法及び気相成長装
置を説明する。まず、基板１は気密扉２を通して気体置
換室３に移動しである黒鉛製の基板保持台４の上に置か
れる。そして気密扉２を閉じて気体置換室３中のガスを
排気管５で排気し、反応炉６を流れるキャリアガスと同
じガス（主として水素）をガス供給管７で供給して、ガ
スの置換を行う。ガスの置換を充分行った後、気密扉８
を開け、操作捧９で基板１を載置した基板保持台４を反
応炉６に移動させる。次に気密扉８を閉め、加熱装置１
ｏ（抵抗加熱装置や高周波加熱装置等）でもって基板１
を成長温度まで加熱する。基板が成長温度に達してから
、ガス供給管１１及び１２でもって１族元素のアルキル
化物を含んだ水素ガス、及び■族元素の水素化物のガス
を供給する。これらの結晶成長用ガス（以下、原料ガス
と呼ぶ）は加熱された基板上で熱分解反応をして化合物
半導体結晶成長が行われる。例えばＧａＡｓ結晶成長の
場合ではトリエチルガリウム（（０２Ｈ◇３Ｇａ）とア
ルシン（ＡｓＨ３）を原料ガスとして用いてＡｓＨ３＋
（Ｃ２Ｈ５）３ Ｇ４−一→ＧａＡｓ−１−３０２Ｈ
６という反応でもってＧａＡｓ結晶が成長する。反応後
のガスは排気管１３から排気される。
示し、これに基づいて従来の気相成長法及び気相成長装
置を説明する。まず、基板１は気密扉２を通して気体置
換室３に移動しである黒鉛製の基板保持台４の上に置か
れる。そして気密扉２を閉じて気体置換室３中のガスを
排気管５で排気し、反応炉６を流れるキャリアガスと同
じガス（主として水素）をガス供給管７で供給して、ガ
スの置換を行う。ガスの置換を充分行った後、気密扉８
を開け、操作捧９で基板１を載置した基板保持台４を反
応炉６に移動させる。次に気密扉８を閉め、加熱装置１
ｏ（抵抗加熱装置や高周波加熱装置等）でもって基板１
を成長温度まで加熱する。基板が成長温度に達してから
、ガス供給管１１及び１２でもって１族元素のアルキル
化物を含んだ水素ガス、及び■族元素の水素化物のガス
を供給する。これらの結晶成長用ガス（以下、原料ガス
と呼ぶ）は加熱された基板上で熱分解反応をして化合物
半導体結晶成長が行われる。例えばＧａＡｓ結晶成長の
場合ではトリエチルガリウム（（０２Ｈ◇３Ｇａ）とア
ルシン（ＡｓＨ３）を原料ガスとして用いてＡｓＨ３＋
（Ｃ２Ｈ５）３ Ｇ４−一→ＧａＡｓ−１−３０２Ｈ
６という反応でもってＧａＡｓ結晶が成長する。反応後
のガスは排気管１３から排気される。
成長終了後は、各原料ガスの反応炉６への供給を止める
とともに基板温度を下げ、そのあと再び操作棒９によっ
て基板保持台４を気密扉８を通して気体置換室３へ移し
、窒素パージをしてから気密扉２を閉けて基板を取り出
す。
とともに基板温度を下げ、そのあと再び操作棒９によっ
て基板保持台４を気密扉８を通して気体置換室３へ移し
、窒素パージをしてから気密扉２を閉けて基板を取り出
す。
さて、このようにして結晶成長をする場合、基板が成長
温度に達してから原料ガスを反応炉へ供給するため、こ
れらのガスの反応炉内での流れや各原料ガスの混合状態
が定常状態になるまで、す々わち過渡状態が生じる。こ
の過渡状態の時にも基板はすでに成長温度に達している
ため、結晶成長は行われてしまい、基板と実際に得たい
成長層との間に、過渡状態の時に成長した結晶層（以下
６ Ａｊ−ジ 遷移層と呼ぶ）ができてしまう。この遷移層は原料ガス
が定常状態で供給されていないため、結晶性は悪く、ま
た混晶成長（三元混晶、四元混晶々ど）の場合であると
、組成にも犬きく影響を与える。しだがってこのことが
成長結晶の品質やその均一性を悪くする原因ともなる。
温度に達してから原料ガスを反応炉へ供給するため、こ
れらのガスの反応炉内での流れや各原料ガスの混合状態
が定常状態になるまで、す々わち過渡状態が生じる。こ
の過渡状態の時にも基板はすでに成長温度に達している
ため、結晶成長は行われてしまい、基板と実際に得たい
成長層との間に、過渡状態の時に成長した結晶層（以下
６ Ａｊ−ジ 遷移層と呼ぶ）ができてしまう。この遷移層は原料ガス
が定常状態で供給されていないため、結晶性は悪く、ま
た混晶成長（三元混晶、四元混晶々ど）の場合であると
、組成にも犬きく影響を与える。しだがってこのことが
成長結晶の品質やその均一性を悪くする原因ともなる。
また、この成長層を用いてデバイスを↑１ｑ成しても、
そのデバイスの特性に悪影響を及ぼす。この遷移層厚は
、反応炉の形状や容積、供給ガス量、成長結晶の成長速
度によって異なるが、現在、多層エピタキシャル成長を
目的とした減圧ＭＯＣＶＤ法においては約４ｏＸ程度と
なっている。
そのデバイスの特性に悪影響を及ぼす。この遷移層厚は
、反応炉の形状や容積、供給ガス量、成長結晶の成長速
度によって異なるが、現在、多層エピタキシャル成長を
目的とした減圧ＭＯＣＶＤ法においては約４ｏＸ程度と
なっている。
また、成長毎に原料ガスの反応炉への供給を止めるため
、ガス供給管内で原料ガスのよどみが生じる。更にアル
キル化物は蒸気としてキャリアガス（主として水素）に
含ませているため、このガスのよどみによりアルキル化
物が、ガス供給管の管壁に付着してしまう。そして次の
成長時に管壁からこの付着物が反応炉へ供給されること
があり、そのため成長結晶の品質の再現性を悪化させる
。
、ガス供給管内で原料ガスのよどみが生じる。更にアル
キル化物は蒸気としてキャリアガス（主として水素）に
含ませているため、このガスのよどみによりアルキル化
物が、ガス供給管の管壁に付着してしまう。そして次の
成長時に管壁からこの付着物が反応炉へ供給されること
があり、そのため成長結晶の品質の再現性を悪化させる
。
６１＝−ご
発明の目的
本発明は、気相成長法において基板をあらかじめ成長温
度に加熱してから、すでに原料ガスが定常状態で供給さ
れている反応炉へ移動させて結晶成長させる方法によっ
て、基板表面上に急峻々成長結晶層を得るとともに、成
長結晶の品質やその均一性の向上を目的とする。
度に加熱してから、すでに原料ガスが定常状態で供給さ
れている反応炉へ移動させて結晶成長させる方法によっ
て、基板表面上に急峻々成長結晶層を得るとともに、成
長結晶の品質やその均一性の向上を目的とする。
発明の構成
本発明は、気相成長において反応炉とは気密扉によって
独立した気体置換室において、あらかじめ基板を成長温
度まで加熱したのち、操作棒によって、結晶成長用ガス
がすでに定常状態で供給されている反応炉へ、その基板
を送り込んで基板上に結晶成長させることにより、基板
表面上に結晶成長用ガスをすばやく安定に供給して、遷
移層の成長を抑え、高品質で均一なエピタキシャル成長
を得ることを可能とするものである。
独立した気体置換室において、あらかじめ基板を成長温
度まで加熱したのち、操作棒によって、結晶成長用ガス
がすでに定常状態で供給されている反応炉へ、その基板
を送り込んで基板上に結晶成長させることにより、基板
表面上に結晶成長用ガスをすばやく安定に供給して、遷
移層の成長を抑え、高品質で均一なエピタキシャル成長
を得ることを可能とするものである。
実施例の説明
第２図に本発明の一実施例を示す。また第３図はこの実
施例の反応炉部概略構造図を示したもの７ベー二ノ である。以下、これらの図に基づいて本発明の詳細な説
明する。なお、説明を容易にするため、第２図以後の図
において、従来例（第１図）と共通要素の番号は、同じ
番号を伺しである。
施例の反応炉部概略構造図を示したもの７ベー二ノ である。以下、これらの図に基づいて本発明の詳細な説
明する。なお、説明を容易にするため、第２図以後の図
において、従来例（第１図）と共通要素の番号は、同じ
番号を伺しである。
１−Ｖ族化合物半導体結晶成長の場合の璽族元素の原料
ガスは、マスフロー２１によって流量制御されたキャリ
アガス（主として水素）を■族元素のアルキル化物の入
った容器２２に送り込み、その蒸気を含ませて反応炉６
へ供給する。一方、Ｖ族元素の原料ガス（水素化物）は
ボンベ２３からマスフロー２４を通って流量制御された
のち、反応炉６へ供給される。
ガスは、マスフロー２１によって流量制御されたキャリ
アガス（主として水素）を■族元素のアルキル化物の入
った容器２２に送り込み、その蒸気を含ませて反応炉６
へ供給する。一方、Ｖ族元素の原料ガス（水素化物）は
ボンベ２３からマスフロー２４を通って流量制御された
のち、反応炉６へ供給される。
さて基板１は、気密扉２から気体置換室３にある黒鉛製
の基板保持台４の上に置かれる。次に、気体置換室３の
ガスを排気管５で排気して、反応炉６を流れるキャリア
ガスと同じガスをガス供給管７で供給して、ガスの置換
を充分に行う。その後、気体置換室３と反応炉６に共通
の高周波加熱装置２６でもって黒鉛製の基板保持台４を
加熱することにより、基板１を成長温度まで加熱する。
の基板保持台４の上に置かれる。次に、気体置換室３の
ガスを排気管５で排気して、反応炉６を流れるキャリア
ガスと同じガスをガス供給管７で供給して、ガスの置換
を充分に行う。その後、気体置換室３と反応炉６に共通
の高周波加熱装置２６でもって黒鉛製の基板保持台４を
加熱することにより、基板１を成長温度まで加熱する。
基板１が成長温度に達した後、操作棒９でもって基板保
持台４を気密扉８を通して、すでに各原料ガスがガス供
給管１１．１２でもって定常状態で供給されている反応
炉６に移動させて結晶成長を行う。反応後のガスは排気
管１３．及び排ガス処理装置２６を通って排気される。
持台４を気密扉８を通して、すでに各原料ガスがガス供
給管１１．１２でもって定常状態で供給されている反応
炉６に移動させて結晶成長を行う。反応後のガスは排気
管１３．及び排ガス処理装置２６を通って排気される。
結晶成長終了後は再び操作棒９により基板保持台４を気
密扉８を通して気体置換室３へ移動させるとともに基板
温度を下げ、かつ気体置換室３を不活性ガス（主として
窒素）でパージしてから基板１を気密扉２から取り出す
。
密扉８を通して気体置換室３へ移動させるとともに基板
温度を下げ、かつ気体置換室３を不活性ガス（主として
窒素）でパージしてから基板１を気密扉２から取り出す
。
以上のような気相成長装置による気相成長法によれば、
成長温度にある基板を原料ガスが定常状態で流れている
反応炉の中へすみやかに移動させるので、基板表面はす
ぐに定常状態で流れている原料ガスに触れ、得たい結晶
の成長が始まる。したがって各原料ガスの流れ、濃度、
混合状態が、不安定な過渡状態時に成長する遷移層を従
来の約半分以下（約２０Ａ以下）に抑えることが可能と
なり、基板表面から急峻な成長層が得られ、成長９ ベ
ーン 層の品質及びその均一性の向上が達成できる。
成長温度にある基板を原料ガスが定常状態で流れている
反応炉の中へすみやかに移動させるので、基板表面はす
ぐに定常状態で流れている原料ガスに触れ、得たい結晶
の成長が始まる。したがって各原料ガスの流れ、濃度、
混合状態が、不安定な過渡状態時に成長する遷移層を従
来の約半分以下（約２０Ａ以下）に抑えることが可能と
なり、基板表面から急峻な成長層が得られ、成長９ ベ
ーン 層の品質及びその均一性の向上が達成できる。
また、このような気相成長装置であれば、反応炉へ常時
原料ガスを供給し続けることも可能である。よって原料
ガスの供給を止めことによるガス供給管の管壁への付着
を防ぐことができ、原料ガスの供給を常に安定に保つこ
とができる。したがって結晶成長の再現性も向上する。
原料ガスを供給し続けることも可能である。よって原料
ガスの供給を止めことによるガス供給管の管壁への付着
を防ぐことができ、原料ガスの供給を常に安定に保つこ
とができる。したがって結晶成長の再現性も向上する。
第４図に本発明の第２の実施例の反応炉概略構造図を示
す。この図のように操作捧９は、第３図とは反対に気体
置換室３側から入れて操作してもかまわない。また高周
波加熱装置２６を第３図では反応炉６と気体置換室３に
またがって゛共通に加熱する構造であったが、第４図の
ように反応炉６の加熱装置１０とは別に加熱装置２７（
高周波加熱装置や抵抗加熱装置など）を設けてもかまわ
ない。ただしこの場合、気体置換室３で加熱された基板
の温度が、反応炉への移動中に下がらないように、互い
の加熱装置をなるべく接近させておく等の注意が必要で
ある。
す。この図のように操作捧９は、第３図とは反対に気体
置換室３側から入れて操作してもかまわない。また高周
波加熱装置２６を第３図では反応炉６と気体置換室３に
またがって゛共通に加熱する構造であったが、第４図の
ように反応炉６の加熱装置１０とは別に加熱装置２７（
高周波加熱装置や抵抗加熱装置など）を設けてもかまわ
ない。ただしこの場合、気体置換室３で加熱された基板
の温度が、反応炉への移動中に下がらないように、互い
の加熱装置をなるべく接近させておく等の注意が必要で
ある。
なお、この構造をもつ気相成長装置においてけ１ｏど−
１゜ 基板保持台を複数個用意して、ある成長が終って基板を
反応炉から気体置換室に移動させると同時に、次の基板
を反応炉に入れてやるようにすれば結晶成長の連続化も
可能となり、装置の稼動率も上がる。
１゜ 基板保持台を複数個用意して、ある成長が終って基板を
反応炉から気体置換室に移動させると同時に、次の基板
を反応炉に入れてやるようにすれば結晶成長の連続化も
可能となり、装置の稼動率も上がる。
以上の説明において、反応炉は横型であったが反応炉と
気体置換室を縦に並べて縦型の反応炉の場合でも本発明
を適用できる。まだ、初めにも述べたよ□うにＩ−Ｖ族
化合物半導体のＭＯＣＶＤ法で説明を行ったが、これに
限ることはなく、基板を加熱する気相成長法、例えばＩ
ｔ −Ｖｌ族化合物半導体結晶のＭＯＣ’ＶＤ法や、通
常ハライド法、クロライド法と呼ばれている化合物半導
体結晶の気相成長法（ｖｐＥ）、モノシラン（Ｓｉ）ｔ
３）を用いたシリコン（Ｓｉ）の気相成長法々どにも本
発明を適用することができる。
気体置換室を縦に並べて縦型の反応炉の場合でも本発明
を適用できる。まだ、初めにも述べたよ□うにＩ−Ｖ族
化合物半導体のＭＯＣＶＤ法で説明を行ったが、これに
限ることはなく、基板を加熱する気相成長法、例えばＩ
ｔ −Ｖｌ族化合物半導体結晶のＭＯＣ’ＶＤ法や、通
常ハライド法、クロライド法と呼ばれている化合物半導
体結晶の気相成長法（ｖｐＥ）、モノシラン（Ｓｉ）ｔ
３）を用いたシリコン（Ｓｉ）の気相成長法々どにも本
発明を適用することができる。
発明の効果
以上のように基板をあらかじめ成長温度にまで加熱して
から、原料ガスが定常状態で流れている反応炉へ入れて
やることにより、基板表面にすぐ１１ ページ に原料ガスが安定に供給されるので、急峻な界面をもつ
結晶成長層を得ることができ、結晶成長層の品質、およ
びその均一性を向」ニさせる効果がある。
から、原料ガスが定常状態で流れている反応炉へ入れて
やることにより、基板表面にすぐ１１ ページ に原料ガスが安定に供給されるので、急峻な界面をもつ
結晶成長層を得ることができ、結晶成長層の品質、およ
びその均一性を向」ニさせる効果がある。
第１図は従来のＭＯＣＶＤ装置の反応炉部概略構造図、
第２図は本発明の一実施例であるＭＯＣＶＤ装置の配管
系の概略図、第３図はこの実施例の反応炉部概略構造図
、第４図は本発明の他の実施例の反応炉部概略構造図で
ある。 １・・・・・・基板、３・・・・・・気体置換室、６・
・・・・・反応炉、８・・・・・・気密扉、２５・・・
・・・高周波加熱装置、２７・・・・・・加熱装置。
第２図は本発明の一実施例であるＭＯＣＶＤ装置の配管
系の概略図、第３図はこの実施例の反応炉部概略構造図
、第４図は本発明の他の実施例の反応炉部概略構造図で
ある。 １・・・・・・基板、３・・・・・・気体置換室、６・
・・・・・反応炉、８・・・・・・気密扉、２５・・・
・・・高周波加熱装置、２７・・・・・・加熱装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１） 反応炉とは独立した気体置換室にて、基板を
成長温度まで加熱した後、すでに結晶成長用ガスが供給
されている前記反応炉へ前記基板を移動させて、前記基
板上に結晶成長させることを特徴とする気相成長法。 （副 反応炉とは気密扉で独立している気体置換室を有
し、前記気体置換室で基板を加熱できる加熱装置を設け
たことを特徴とする気相成長装置。 （３）反応炉と気体置換室とを同時に加熱することので
きる高周波加熱装置を設けたことを特徴とする特許請求
の範囲第２項記載の気相成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10514083A JPS59232993A (ja) | 1983-06-13 | 1983-06-13 | 気相成長法および気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10514083A JPS59232993A (ja) | 1983-06-13 | 1983-06-13 | 気相成長法および気相成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59232993A true JPS59232993A (ja) | 1984-12-27 |
Family
ID=14399442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10514083A Pending JPS59232993A (ja) | 1983-06-13 | 1983-06-13 | 気相成長法および気相成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59232993A (ja) |
-
1983
- 1983-06-13 JP JP10514083A patent/JPS59232993A/ja active Pending
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