JPS61215288A - 半導体製造方法 - Google Patents
半導体製造方法Info
- Publication number
- JPS61215288A JPS61215288A JP5504985A JP5504985A JPS61215288A JP S61215288 A JPS61215288 A JP S61215288A JP 5504985 A JP5504985 A JP 5504985A JP 5504985 A JP5504985 A JP 5504985A JP S61215288 A JPS61215288 A JP S61215288A
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- JP
- Japan
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- plasma
- raw material
- substrate
- decomposition efficiency
- thermal decomposition
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- 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】
（発明の技術分野）
本出願はＭＯＯｖｒＤ法による半導体製造方法に関する
。
。
（従来技術）
大面積にわた９て均一な層が生産性良く製造できること
からＭＯＯＶＤ法は多くの注目を集め、数多くの物質が
製造された。その中でも砒素化ガリウＡ（Ｑ鳳Ｍ・）、
砒素化ガリウムアルミニウム（Ｇ畠ムｔＡｓ）系半導体
はそのデバイス応用上の重要性から最も多くの研究が行
なわれ、ＭＯＯＶＤ法の問題点の一つとされていた結晶
の純度の面でも従来からの成長法で優も高純度結晶が得
られるとされている液相エピタキシル法（ＬＰＥ法）に
よるものと比べても係・色の無いものが得られるように
なってきている。しかし最近、極薄膜結晶を製造するた
め反応管内の原料ガスの切換を非常に速く行う目的と、
基板上の所望の一部分だけに結晶成長させる選択成長を
行なうため真空度ＬＯＴｏｙｒ以下での真空中での結晶
成長が行なわれるようになってきている。通常のＭＯＯ
ＶＤ法においては原料ガ、スを反応管に導き、反応管中
に置かれた加熱された基板ホルダー上の基板表面で原料
ガスの熱分解を行ない半導体結晶を得るものであるが、
ｌ＠τｏｔｒ以下程度の真空中でこの反応を打なうと、
原料ガス流速がきわめて速いため熱分解反応が十分性な
われず、結晶の純度が低下するという問題点があった。
からＭＯＯＶＤ法は多くの注目を集め、数多くの物質が
製造された。その中でも砒素化ガリウＡ（Ｑ鳳Ｍ・）、
砒素化ガリウムアルミニウム（Ｇ畠ムｔＡｓ）系半導体
はそのデバイス応用上の重要性から最も多くの研究が行
なわれ、ＭＯＯＶＤ法の問題点の一つとされていた結晶
の純度の面でも従来からの成長法で優も高純度結晶が得
られるとされている液相エピタキシル法（ＬＰＥ法）に
よるものと比べても係・色の無いものが得られるように
なってきている。しかし最近、極薄膜結晶を製造するた
め反応管内の原料ガスの切換を非常に速く行う目的と、
基板上の所望の一部分だけに結晶成長させる選択成長を
行なうため真空度ＬＯＴｏｙｒ以下での真空中での結晶
成長が行なわれるようになってきている。通常のＭＯＯ
ＶＤ法においては原料ガ、スを反応管に導き、反応管中
に置かれた加熱された基板ホルダー上の基板表面で原料
ガスの熱分解を行ない半導体結晶を得るものであるが、
ｌ＠τｏｔｒ以下程度の真空中でこの反応を打なうと、
原料ガス流速がきわめて速いため熱分解反応が十分性な
われず、結晶の純度が低下するという問題点があった。
（例えば、そり。
タカギシ、 Ｊａｐａｎｓｓｓ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆ Ａｐｐ目５ｄＰｈ−ｙｓ Ｉ ６１． Ｖｏｌ、
２３ （１９８４）９ 、Ｌ８７７−Ｌ８？９）一方Ｇ
ａＡｓ、 Ｇａム！ムロ系と比類する重要性を持つＩｎ
Ｐ砒素化、燐化ガリウムインジウム（ＩｎＧａＡｓＰ）
系のＭＯＯＶＤ結晶成長においてはより大きな問題が
ある。
ｆ Ａｐｐ目５ｄＰｈ−ｙｓ Ｉ ６１． Ｖｏｌ、
２３ （１９８４）９ 、Ｌ８７７−Ｌ８？９）一方Ｇ
ａＡｓ、 Ｇａム！ムロ系と比類する重要性を持つＩｎ
Ｐ砒素化、燐化ガリウムインジウム（ＩｎＧａＡｓＰ）
系のＭＯＯＶＤ結晶成長においてはより大きな問題が
ある。
つまり、例えばＩＫＩＰの結晶成長においては、原料Ｔ
Ｍ １ｎ とＰＨ，が室温で仄応し、重合体を形成し
て固体となり基板表面まで原料ガスが供給されないとい
う問題及びＴＭＩｎが熱的に不安定で容易に分解するの
に対しＰｆＩ３がきわめて安定であるため分解効率が悪
いという問題がある。これらの問題解決のためＴＭＸｎ
とＰ１１３を別系統で基板表面まで導くと共にＰＩＩＩ
３導入系統には反応管外部に別の熱分解炉を設け、ＰＨ
４の予備熱分解を行なった後反応管に導入するという方
法が取られていた。しかしこの方法においては外部に別
の分解炉が必要なことから装置が大型化すると共にＰＨ
，の分解生成物が不安定なため、分解生成物をそのまま
の形で基板表面まで導くには特別の工夫が必要である。
Ｍ １ｎ とＰＨ，が室温で仄応し、重合体を形成し
て固体となり基板表面まで原料ガスが供給されないとい
う問題及びＴＭＩｎが熱的に不安定で容易に分解するの
に対しＰｆＩ３がきわめて安定であるため分解効率が悪
いという問題がある。これらの問題解決のためＴＭＸｎ
とＰ１１３を別系統で基板表面まで導くと共にＰＩＩＩ
３導入系統には反応管外部に別の熱分解炉を設け、ＰＨ
４の予備熱分解を行なった後反応管に導入するという方
法が取られていた。しかしこの方法においては外部に別
の分解炉が必要なことから装置が大型化すると共にＰＨ
，の分解生成物が不安定なため、分解生成物をそのまま
の形で基板表面まで導くには特別の工夫が必要である。
（問題を解決するための手段）
そこで本発明はプラズマを用いて原料ガスを効率良く分
解して上記のようなＭＯＯＶＤ法の問題点を一挙に解決
しようとするものである。
解して上記のようなＭＯＯＶＤ法の問題点を一挙に解決
しようとするものである。
（作用）
本発明には下記の４項目の作用が・あると、考えられる
。
。
その第一点はプラズマを発生させるに必要な真空である
。すなわち０．１〜１０ Ｔｏｒｒ程度の真空中で成長
を打なうためガス流速がきわめて速くなりきわめて急峻
な異種接合、及び不純物分布を得ることができる。また
選択成長も可能となる。その際通常のＭＯＯＶＤ法で問
題となった熱分解効率の低下はプラズマ分解を用いるた
め完全に解決できる。
。すなわち０．１〜１０ Ｔｏｒｒ程度の真空中で成長
を打なうためガス流速がきわめて速くなりきわめて急峻
な異種接合、及び不純物分布を得ることができる。また
選択成長も可能となる。その際通常のＭＯＯＶＤ法で問
題となった熱分解効率の低下はプラズマ分解を用いるた
め完全に解決できる。
第２点はプラズマによる分解効率の良さである。
すなわち５〜ＬＯＷ程度の弱いプラズマでもＰＨ１のよ
うな安定なガスを完全に分解できる。しかも度広管内に
プラズマを発生するため装置上の工夫はそれほど必要無
い。またＩｎＰの成長における場合のように２種のＩＪ
Ｊ［料ガスの分解効率が大きく異なる場合は、分解困難
なガスのみを選択的に分解することが可能である。
うな安定なガスを完全に分解できる。しかも度広管内に
プラズマを発生するため装置上の工夫はそれほど必要無
い。またＩｎＰの成長における場合のように２種のＩＪ
Ｊ［料ガスの分解効率が大きく異なる場合は、分解困難
なガスのみを選択的に分解することが可能である。
第３点はプラズマによる基板洗浄効果、及び成長効率の
改善である。原料ガスを流さず、例えば水素ガスのみを
流し、プラズマを発生させ、そのプラズマ中に半導体製
造基板を晒すと基板表面がエツチングされ清浄な表面が
表われる。この効果はＭＯＯＶＤ法の欠点の一つとされ
て、いｔごそ゛の場エツチングができないという問題を
解決するものである。またプラズマ中ｊと基板を晒しつ
つ原料ガスを導入して結晶成長を行なうと、プラズマは
大量の反応性の強いラジカルを発生するので成長速度が
大幅に速くなる。
改善である。原料ガスを流さず、例えば水素ガスのみを
流し、プラズマを発生させ、そのプラズマ中に半導体製
造基板を晒すと基板表面がエツチングされ清浄な表面が
表われる。この効果はＭＯＯＶＤ法の欠点の一つとされ
て、いｔごそ゛の場エツチングができないという問題を
解決するものである。またプラズマ中ｊと基板を晒しつ
つ原料ガスを導入して結晶成長を行なうと、プラズマは
大量の反応性の強いラジカルを発生するので成長速度が
大幅に速くなる。
第４点はプラズマ計測による成長過程の同定及びモニタ
ーが可能な点である。すなわちプラズマの発光分析、吸
光分析等、プラズマ計測手段が種々開発されているので
、プラズマ中で発生している分子種の同定が可能である
。従って結晶成長に寄与する分子種が分かり結晶成長の
メカニズムが類推できる。またプラズマ状態をモニター
することにより結晶成長メカニズムもモニターでき、再
現性良く結晶成長が行なえる。
ーが可能な点である。すなわちプラズマの発光分析、吸
光分析等、プラズマ計測手段が種々開発されているので
、プラズマ中で発生している分子種の同定が可能である
。従って結晶成長に寄与する分子種が分かり結晶成長の
メカニズムが類推できる。またプラズマ状態をモニター
することにより結晶成長メカニズムもモニターでき、再
現性良く結晶成長が行なえる。
（実施例）
次に図１に示す実施例によりＩｎＰを成長する場合につ
いて本発明を説明する。
いて本発明を説明する。
反応管９は内径５０鱈、長さ８００ｎ の透明石英管で
内部にカーボン製基板ホルダー５がある。この基板ホル
ダー５はその内部にヒータを内蔵しておりその土に置い
た基板６を最高１０００°Ｃまで加熱できるようになっ
ている。原料ガスは導入パイプ１゜２より導入している
。特にプラズマ分解を用しない丁Ｅｌｎは８Ｕ、Ｓ製パ
イプ１により基板直前まで導入しパイプ内にプラズマが
発生しないようにしている。ガスは真空ポンプ４により
排気している。
内部にカーボン製基板ホルダー５がある。この基板ホル
ダー５はその内部にヒータを内蔵しておりその土に置い
た基板６を最高１０００°Ｃまで加熱できるようになっ
ている。原料ガスは導入パイプ１゜２より導入している
。特にプラズマ分解を用しない丁Ｅｌｎは８Ｕ、Ｓ製パ
イプ１により基板直前まで導入しパイプ内にプラズマが
発生しないようにしている。ガスは真空ポンプ４により
排気している。
真空ポンプとしてはロータリーポンプ及びメカニカルブ
ースターポンプを使用している。１３．５６ ＭＥ（ｇ
の高周波をコイル８に供給し度広管内にプラズマを発生
している。特にプ□ラズマの広がりを抑える必要がある
場合にはコイル７により磁場を発生してプラズマを局部
に閉じ込めている。このコイル７及び８は上下動が可能
となっており、基板をプラズマ中に晒したり晒さなかっ
たりできるようになっている。プラズマ計測を打なうた
めプラズマから出た光を光ファイバ１０により光学系に
導き分析ができるようになっている。
ースターポンプを使用している。１３．５６ ＭＥ（ｇ
の高周波をコイル８に供給し度広管内にプラズマを発生
している。特にプ□ラズマの広がりを抑える必要がある
場合にはコイル７により磁場を発生してプラズマを局部
に閉じ込めている。このコイル７及び８は上下動が可能
となっており、基板をプラズマ中に晒したり晒さなかっ
たりできるようになっている。プラズマ計測を打なうた
めプラズマから出た光を光ファイバ１０により光学系に
導き分析ができるようになっている。
図２は本実施例によりＩｎＰを結晶成長した結果を示す
ものである。実験条件は次の通りである。
ものである。実験条件は次の通りである。
原料ガスとしては水素で１０％に希釈したフォスフイン
及びＴＥＩｎを、原料輸送用ガスとしてパラジウム膜で
純化した水素を用いた。’ＴＥ１ｎは室温で揮発性の液
体であるため容器を（資）℃一定に保つこ・とで蒸気圧
を制御し、その中を水素をバブルすることにより反応管
に輸送した。すべてのガス流量はマスフａ−コントロー
ラで制御した。図２に示す実験においては熱分解効率の
悪いフォスフインのミヲフラズマ分解するためＴＥＩｎ
は導入パイプ１により導入し、基板直前で分解したフォ
スフインと混合した。また基板はプラズマ中に晒してい
ない。基板は鉄ドープ半絶縁性Ｉｎｋ（１０Ｇ）面であ
る。
及びＴＥＩｎを、原料輸送用ガスとしてパラジウム膜で
純化した水素を用いた。’ＴＥ１ｎは室温で揮発性の液
体であるため容器を（資）℃一定に保つこ・とで蒸気圧
を制御し、その中を水素をバブルすることにより反応管
に輸送した。すべてのガス流量はマスフａ−コントロー
ラで制御した。図２に示す実験においては熱分解効率の
悪いフォスフインのミヲフラズマ分解するためＴＥＩｎ
は導入パイプ１により導入し、基板直前で分解したフォ
スフインと混合した。また基板はプラズマ中に晒してい
ない。基板は鉄ドープ半絶縁性Ｉｎｋ（１０Ｇ）面であ
る。
基板温度は５００〜６５０°０の範囲で変化した。全ガ
ス流量は５８０ ｃｏ／ｆｍｌ ｎ 、 Ｔ Ｆ、Ｉｎ
の流量０．０６〜０．２ ａシ４１ｎ 、フォスフイン
流量３〜１５ｃ９／Ｉｎ１ｎ成長圧力λ５ ｔｏｒｒ、
プラズマパワー２０Ｗである。
ス流量は５８０ ｃｏ／ｆｍｌ ｎ 、 Ｔ Ｆ、Ｉｎ
の流量０．０６〜０．２ ａシ４１ｎ 、フォスフイン
流量３〜１５ｃ９／Ｉｎ１ｎ成長圧力λ５ ｔｏｒｒ、
プラズマパワー２０Ｗである。
図２は成長速度を成長温度の関数として示している。成
長速度は６００’Ｏ付近で最大値をとる、これはプラズ
マを用いないＭＯＯＶＤ法ではこの温度領域で成長温度
依存性があまり無いのと対照的である。すべての成長層
はＲＨＥＥＤ法で検査した結果完全な単結晶であった。
長速度は６００’Ｏ付近で最大値をとる、これはプラズ
マを用いないＭＯＯＶＤ法ではこの温度領域で成長温度
依存性があまり無いのと対照的である。すべての成長層
はＲＨＥＥＤ法で検査した結果完全な単結晶であった。
フォトルミネセンス強度モＬＰＥ法によるものと比べて
も遜色無く、良質の結晶が得られている。
も遜色無く、良質の結晶が得られている。
成長速度は流すＴＥＸｎの流量に比例しており、通常の
ＭＯＯＶＤ法と同じ（ＴＥＩｎの供給律速になっており
、広い範囲で成長速度を可変にできる。
ＭＯＯＶＤ法と同じ（ＴＥＩｎの供給律速になっており
、広い範囲で成長速度を可変にできる。
成長速度はプラズマを用いない場合と比べ約２倍になっ
ている。
ている。
（発明の効果）
プラズマ中に基板を晒さない成長におけるプラズマの効
果を調べた。その結果プラズマを用いることにより成長
速度は約２倍になると共にフォトルミネッセンス強度は
約１０倍にもなり成長速度の改善と結晶性の改善が確認
された。
果を調べた。その結果プラズマを用いることにより成長
速度は約２倍になると共にフォトルミネッセンス強度は
約１０倍にもなり成長速度の改善と結晶性の改善が確認
された。
基板をプラズマ中に晒して成長を行なう場合はＴＥｌｎ
も分解されることとなる。しかしＴＥｌｎはきわめて分
解され易いため導入パイプ先端で分解しパイプにインジ
ウムが析出して基板表面まで原料が供給されず成長速度
はきわめて小さくなる。そのため導入パイプと基板との
距離を大きくシ、それう（７） 中間ニコイル８を位置
し、プラズマを発生すせると共にコイル７を用いて導入
パイプと基板間にプラズマを閉じ込め成長を行なった。
も分解されることとなる。しかしＴＥｌｎはきわめて分
解され易いため導入パイプ先端で分解しパイプにインジ
ウムが析出して基板表面まで原料が供給されず成長速度
はきわめて小さくなる。そのため導入パイプと基板との
距離を大きくシ、それう（７） 中間ニコイル８を位置
し、プラズマを発生すせると共にコイル７を用いて導入
パイプと基板間にプラズマを閉じ込め成長を行なった。
その結果成長速度はきわめて大きくなった。これは主に
プラズマによるラジカルの発生と基板表面度広の活成化
によるものと思われ、厚い層を成長する際きわめて有用
である。
プラズマによるラジカルの発生と基板表面度広の活成化
によるものと思われ、厚い層を成長する際きわめて有用
である。
また３、５ Ｔｏｒｒというきわめて低い圧力下で成長
を行なっているためガス流速が非常に速く非常に急；唆
な異種接合と不純物分布を得られると共に基板面内の均
一性が非常に良くなっている。
を行なっているためガス流速が非常に速く非常に急；唆
な異種接合と不純物分布を得られると共に基板面内の均
一性が非常に良くなっている。
本発明はＩｎＰ以外の材料にも適用できる ことは当然
で、ＩｎＧａＡｓ 、 ＩｎＧａＡｓＰ及びこれらとＩ
ｎＰを組合わせた異種接合、ＧａＡｓ、 ＧａＡＩＡａ
とそれらの組合わせ、１ｎＧａＰ、 ＩｎＧａＡｓＰ、
ＧａＡ＋ｓＰ、 ＧａＡｍとそれらの組合わせなどｍ
−ｖ族化合物半導体及びＺｎ８ｅ。
で、ＩｎＧａＡｓ 、 ＩｎＧａＡｓＰ及びこれらとＩ
ｎＰを組合わせた異種接合、ＧａＡｓ、 ＧａＡＩＡａ
とそれらの組合わせ、１ｎＧａＰ、 ＩｎＧａＡｓＰ、
ＧａＡ＋ｓＰ、 ＧａＡｍとそれらの組合わせなどｍ
−ｖ族化合物半導体及びＺｎ８ｅ。
Ｚｎ８． Ｃ！ｄＴｅ、 Ｃｄ８ｓ等ｍ−■族化合物半
導体等はとんどすべての材料の成長に適用できる。特に
フォスフイン、セレン化水素等熱分解効率の悪い原料ガ
スを用いる物質例えばＩｎＰ、 ＩｎＧａＰ、 ＩｎＧ
ａＡｓＰ、 Ｚｎ８ｓＣｄ８ａ等の成長に有用である。
導体等はとんどすべての材料の成長に適用できる。特に
フォスフイン、セレン化水素等熱分解効率の悪い原料ガ
スを用いる物質例えばＩｎＰ、 ＩｎＧａＰ、 ＩｎＧ
ａＡｓＰ、 Ｚｎ８ｓＣｄ８ａ等の成長に有用である。
これらの材料は高速電子デバイス、発光、受光デバイス
、表示デバイス用としてきわめて重要である。
、表示デバイス用としてきわめて重要である。
図１は本発明を実施する装置の一例を示す説明図。
１．２・−〇・ガス導入パイプ、 ３・・・ｅフランジ
４ ・・・・ 真空ｌンプ ５・・・・内熱式基板ホ
ルダ６ ・・・・ 基板 ７・・・・磁場発
生用コイル８ ・・・・ プラズマ発生用コイル ９・
・・壷石英に応管１０・・・・ プラズマ発光分析用光
フアイバー図２は本発明によりｌｎＰを成長した場合の
成長速度と成長温度の関係を示す図。 ５、 図 面
４ ・・・・ 真空ｌンプ ５・・・・内熱式基板ホ
ルダ６ ・・・・ 基板 ７・・・・磁場発
生用コイル８ ・・・・ プラズマ発生用コイル ９・
・・壷石英に応管１０・・・・ プラズマ発光分析用光
フアイバー図２は本発明によりｌｎＰを成長した場合の
成長速度と成長温度の関係を示す図。 ５、 図 面
Claims (4)
- （１）有機金属気相成長法（以下ＭＯＣＶＤ法と略す）
により半導体を製造するに当り、熱分解効率の悪い原料
ガス（例えばフォスフィン、アルシン等）をプラズマを
用いて分解して用いることを特徴とする半導体製造方法
。 - （２）プラズマを用い半導体製造用基板（例えば６）の
表面を清浄にした後上記１により半導体製造を行なう半
導体製造方法。 - （３）磁場（例えば７）を用いプラズマを局所部に閉じ
込め、そのプラズマ中に基板（例えば６）をさらしつつ
、あるいはさらさずに上記１により半導体を製造する半
導体製造方法。 - （４）例えば燐化インジウム（ＩｎＰ）半導体の製造に
おける場合のように２種類以上の原料ガス（ＩｎＰの場
合は例えばトリメチルインジウム、ＴＭＩｎとフォスフ
ィン）を使用し、それらガスの熱分解効率が大きく異な
る場合、分解効率の良いガス（例えばＴＭＩｎを金属製
のガス導入パイプ（例えば１）により基板６直前まで導
入し、ガス導入パイプ（例えば２）から導入されたガス
（例えばフォスフィン）のみをプラズマ分解して半導体
製造を行なう半導体製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5504985A JPS61215288A (ja) | 1985-03-19 | 1985-03-19 | 半導体製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5504985A JPS61215288A (ja) | 1985-03-19 | 1985-03-19 | 半導体製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61215288A true JPS61215288A (ja) | 1986-09-25 |
Family
ID=12987811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5504985A Pending JPS61215288A (ja) | 1985-03-19 | 1985-03-19 | 半導体製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61215288A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006524911A (ja) * | 2003-04-30 | 2006-11-02 | アイクストロン、アーゲー | 一方を前処理した２種のプロセスガスを用いた半導体蒸着プロセス及び装置 |
| JP2011168492A (ja) * | 1999-05-13 | 2011-09-01 | Veeco Process Equipment Inc | 基板上に材料をエピタキシャル成長させるための方法と装置 |
-
1985
- 1985-03-19 JP JP5504985A patent/JPS61215288A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011168492A (ja) * | 1999-05-13 | 2011-09-01 | Veeco Process Equipment Inc | 基板上に材料をエピタキシャル成長させるための方法と装置 |
| JP4790914B2 (ja) * | 1999-05-13 | 2011-10-12 | ヴィーコ・プロセス・イクウィップメント・インコーポレーテッド | 基板上に材料をエピタキシャル成長させるための方法と装置 |
| JP2006524911A (ja) * | 2003-04-30 | 2006-11-02 | アイクストロン、アーゲー | 一方を前処理した２種のプロセスガスを用いた半導体蒸着プロセス及び装置 |
| JP4700602B2 (ja) * | 2003-04-30 | 2011-06-15 | アイクストロン、アーゲー | 一方を前処理した２種のプロセスガスを用いた半導体蒸着プロセス及び装置 |
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