JPS6174328A - 気相成長反応管 - Google Patents
気相成長反応管Info
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- JPS6174328A JPS6174328A JP19576084A JP19576084A JPS6174328A JP S6174328 A JPS6174328 A JP S6174328A JP 19576084 A JP19576084 A JP 19576084A JP 19576084 A JP19576084 A JP 19576084A JP S6174328 A JPS6174328 A JP S6174328A
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- Japan
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- reaction tube
- chamber
- crystal growth
- cooling fluid
- susceptor
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
- H01L21/02546—Arsenides
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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】
（産業上の利用分野）
本発明は、半導体素子を作製するうえで欠かすことので
きない半導体薄膜気相成長反応管に関するものである。
きない半導体薄膜気相成長反応管に関するものである。
（従来例の構成とその問題点）
半導体素子を作製するうえで、その重要な一工程として
用いられる気相成長方法には、ウェハ面上に均一性の良
い、欠陥などの少ない気相成長薄膜を得るという要求が
ある。
用いられる気相成長方法には、ウェハ面上に均一性の良
い、欠陥などの少ない気相成長薄膜を得るという要求が
ある。
一方、気相成長法では、一般的に石英等の材料でできた
気相成長反応管を用い、内部に半導体結晶成長用ガスを
流し、薄膜を作製する。このときの成長反応管の形状や
内部のガスの流し方により作製した半導体薄膜の膜厚の
均一性や電気的・光学的特性は大きく影響を受ける。第
１図に示すような外側に冷却用の流体を流した二重反応
管では、内側の加熱された反応ガスが外側の冷却用流体
で管壁を通じて冷され、反応管内側の内壁に反応ガスか
ら生成される固体が析出することがある。この固体の析
出により、成長エピタキシャル層の再現性や均一性が損
なわれたり、析出層からの浮遊物質が結晶成長中に結晶
成長基板上に落下することにより、結晶成長層中に欠陥
を形成するという問題がある。
気相成長反応管を用い、内部に半導体結晶成長用ガスを
流し、薄膜を作製する。このときの成長反応管の形状や
内部のガスの流し方により作製した半導体薄膜の膜厚の
均一性や電気的・光学的特性は大きく影響を受ける。第
１図に示すような外側に冷却用の流体を流した二重反応
管では、内側の加熱された反応ガスが外側の冷却用流体
で管壁を通じて冷され、反応管内側の内壁に反応ガスか
ら生成される固体が析出することがある。この固体の析
出により、成長エピタキシャル層の再現性や均一性が損
なわれたり、析出層からの浮遊物質が結晶成長中に結晶
成長基板上に落下することにより、結晶成長層中に欠陥
を形成するという問題がある。
なお、第１図のおいて、１０は半導体材料ガス導入口、
１１はガス排気口、１２はガス流およびその全体の流
れ方向を示す矢印、 １３は高周波誘導加熱用コイル、
１４は結晶成長基板、１５はサセプタ、 １６はサセ
プタ支持棒、 １７は析出物による薄膜層、１８は反応
管の内側の室の内壁、１９は反応管の外側の室、２０は
冷却用流体導入口、２１は冷却用流体排気口、２２は気
相成長反応室（反応管の内側の室）である。
１１はガス排気口、１２はガス流およびその全体の流
れ方向を示す矢印、 １３は高周波誘導加熱用コイル、
１４は結晶成長基板、１５はサセプタ、 １６はサセ
プタ支持棒、 １７は析出物による薄膜層、１８は反応
管の内側の室の内壁、１９は反応管の外側の室、２０は
冷却用流体導入口、２１は冷却用流体排気口、２２は気
相成長反応室（反応管の内側の室）である。
（発明の目的）
本発明は上記欠点に鑑み、ウェハ面内および深さ方向に
均一な電気的・光学的特性をもち、欠陥の少ない気相成
長薄膜を形成できる気相成長反応管を提供するものであ
る。
均一な電気的・光学的特性をもち、欠陥の少ない気相成
長薄膜を形成できる気相成長反応管を提供するものであ
る。
（発明の構成）
この目的を達成するために、本発明の気相成長反応管は
、内側と外側の二重からなり、外側の流体のよる冷却室
が複数個からなることより構成される。この構成により
、膜厚、電気的・光学的特性の均一性、制御性、再現性
の良い半導体薄膜を得て、特性のバラツキの少ない半導
体素子を高い製造歩留りで作製することを可能とする。
、内側と外側の二重からなり、外側の流体のよる冷却室
が複数個からなることより構成される。この構成により
、膜厚、電気的・光学的特性の均一性、制御性、再現性
の良い半導体薄膜を得て、特性のバラツキの少ない半導
体素子を高い製造歩留りで作製することを可能とする。
（実施例の説明）
本発明の気相成長反応管の実施例について図面を用いて
具体的に説明する。
具体的に説明する。
第１図に従来よく用いられる気相成長反応管を、第２図
に本発明の一実施例の気相成長反応管を示す。
に本発明の一実施例の気相成長反応管を示す。
なお、第２図において、第１図と同符号は同一部分を示
し、２３は冷却用流体導入口、２４は冷却用流体排気口
、２５は外側上部の室、２６は外側下部の室を示す。結
晶成長を行なう場合、結晶成長基板１４を配置し、これ
を加熱するために通常、グラファイトカーボンなどでで
きているサセプタ１５を用いる。高周波加熱用コイル１
３により加熱し、しかるのち、主に熱伝導によりサセプ
タ１５を通じて結晶成長基板１４が加熱される。ここで
は−例として、ＧａＡｓ結晶成長基板１４上へのＳｅを
ドープしたＧａ１Ａｓ薄膜の結晶成長を行なう。結晶成
長法として気相成長法の一種である有機金属気相成長法
（以下、ＭＯＣＶＤ法と記す、）を用いる。成長材料と
して（ＣＨ，）、Ｇａ［トリメチルガリウム］と（ＣＨ
，）、ＡＩ！（トリメチルアルミニウム） 、ＡｓＨ，
（アルシン〕を用いる。
し、２３は冷却用流体導入口、２４は冷却用流体排気口
、２５は外側上部の室、２６は外側下部の室を示す。結
晶成長を行なう場合、結晶成長基板１４を配置し、これ
を加熱するために通常、グラファイトカーボンなどでで
きているサセプタ１５を用いる。高周波加熱用コイル１
３により加熱し、しかるのち、主に熱伝導によりサセプ
タ１５を通じて結晶成長基板１４が加熱される。ここで
は−例として、ＧａＡｓ結晶成長基板１４上へのＳｅを
ドープしたＧａ１Ａｓ薄膜の結晶成長を行なう。結晶成
長法として気相成長法の一種である有機金属気相成長法
（以下、ＭＯＣＶＤ法と記す、）を用いる。成長材料と
して（ＣＨ，）、Ｇａ［トリメチルガリウム］と（ＣＨ
，）、ＡＩ！（トリメチルアルミニウム） 、ＡｓＨ，
（アルシン〕を用いる。
結晶成長条件は、成長温度が７５０℃、Ｈ，ＳｅとＡｓ
Ｈ。
Ｈ。
のモル比［Ｈ，Ｓｓ）／ （ＡｓＨ３）〜１０−’、全
ガス流量１０Ｑ／分である。成長速度は２μｏＩＺ時で
２時間成長し、４μｍの膜厚の単結晶Ｇａ１−ｘＡＮ、
Ａｓ成長薄膜を得た。
ガス流量１０Ｑ／分である。成長速度は２μｏＩＺ時で
２時間成長し、４μｍの膜厚の単結晶Ｇａ１−ｘＡＮ、
Ａｓ成長薄膜を得た。
なお、サセプタ１５は直径２インチで結晶成長基板１４
は３０ｎｗｎ角のものを使用した。
は３０ｎｗｎ角のものを使用した。
上記成長条件で第１図、第２図に示す気相成長反応管で
結晶成長を行なう特性を比較した。なお、第１図の二重
反応管の外側の室１９と、第２図の二重反応管の外側の
下部の室２６は、室温の水を流して冷却し、第２図の二
重反応管の上部の室２５は、Ｈ２ガスを流している。こ
のとき成長したｎ型のＧａ１−、ＡＩ！ｘＡｓ単結晶の
混晶比Ｘのバラツキをウェハ面内およびエピタキシャル
層膜厚方向にフォトルミネッセンス法、ｘｇマイクロア
ナリシス法、スパッタリング・オー°ジェ電子分光法を
併用して測定した。
結晶成長を行なう特性を比較した。なお、第１図の二重
反応管の外側の室１９と、第２図の二重反応管の外側の
下部の室２６は、室温の水を流して冷却し、第２図の二
重反応管の上部の室２５は、Ｈ２ガスを流している。こ
のとき成長したｎ型のＧａ１−、ＡＩ！ｘＡｓ単結晶の
混晶比Ｘのバラツキをウェハ面内およびエピタキシャル
層膜厚方向にフォトルミネッセンス法、ｘｇマイクロア
ナリシス法、スパッタリング・オー°ジェ電子分光法を
併用して測定した。
第１図および第２図の気相成長反応管で成長したものの
混晶比Ｘのウェハ面内およびエピタキシャル層深さ方向
の平均値とその範囲は、それぞれｘ’ 〜０．２９±０
．０６． ’ｘ 〜０．３５±０．０１であった。第１
図、第２図の反応管で成長したエピタキシャル層の、室
温でのＣ−■測定により算出したキャリア濃度の平均値
とバラツキは、それぞれ４×１０１７０−３（バラツキ
の範囲１〜８ＸＬＯ１７ａ＠−’） ＊５ Ｘｌ０１７
ｃｍ−３（バラツキの範囲４〜６ Ｘ １０１１０ｌ７
’ ）であった。また、欠陥については化学エツチング
により、エッチピットを出し、光学顕微鏡とＳＥＭで、
単位面積当りの値を算出した。第２図の気相成長反応管
で成長したエピタキシャル層の単位面積当りの値は、第
１図の反応管で成長したエピタキシャル層のそれより約
２〜３桁低い値が得られた・ 以上、従来例と本発明の一実施例を比較した。
混晶比Ｘのウェハ面内およびエピタキシャル層深さ方向
の平均値とその範囲は、それぞれｘ’ 〜０．２９±０
．０６． ’ｘ 〜０．３５±０．０１であった。第１
図、第２図の反応管で成長したエピタキシャル層の、室
温でのＣ−■測定により算出したキャリア濃度の平均値
とバラツキは、それぞれ４×１０１７０−３（バラツキ
の範囲１〜８ＸＬＯ１７ａ＠−’） ＊５ Ｘｌ０１７
ｃｍ−３（バラツキの範囲４〜６ Ｘ １０１１０ｌ７
’ ）であった。また、欠陥については化学エツチング
により、エッチピットを出し、光学顕微鏡とＳＥＭで、
単位面積当りの値を算出した。第２図の気相成長反応管
で成長したエピタキシャル層の単位面積当りの値は、第
１図の反応管で成長したエピタキシャル層のそれより約
２〜３桁低い値が得られた・ 以上、従来例と本発明の一実施例を比較した。
特性に差が生ずることの原因については明らかでないが
、次のことが考えられる。
、次のことが考えられる。
反応管内に導入されたガスが、サセプタ１５からの輻射
熱により加熱されたり、サセプタ１５付近の充分加熱さ
れたガスが流れ方向に逆らって逆流する場合、反応管壁
１８の温度が十分低いと、ガスから反応管壁に固体の薄
膜が形成される。この薄膜の形成は、ガス中の成長材料
濃度を低下させたり、成長材料濃度分布を反応管２２内
で不均一にする要因となる。また、管壁の析出物による
薄膜層１７が成る厚み以上になると、薄膜層から浮遊物
質が生じ、これが結晶成長中に基板１４上に落下すると
、欠陥を形成しやすいと考えられる。しかしながら、第
２図の反応管のように複数室に分け、析出物による薄膜
層１７が管壁に付着することが望ましくないと思われる
結晶成長基板１４上流側は適当な温度に冷却すると、上
流側にはほとんど析出物による薄膜Ｊ？１１１７の形成
領域がないようにでき、上記問題点も解決できる。
熱により加熱されたり、サセプタ１５付近の充分加熱さ
れたガスが流れ方向に逆らって逆流する場合、反応管壁
１８の温度が十分低いと、ガスから反応管壁に固体の薄
膜が形成される。この薄膜の形成は、ガス中の成長材料
濃度を低下させたり、成長材料濃度分布を反応管２２内
で不均一にする要因となる。また、管壁の析出物による
薄膜層１７が成る厚み以上になると、薄膜層から浮遊物
質が生じ、これが結晶成長中に基板１４上に落下すると
、欠陥を形成しやすいと考えられる。しかしながら、第
２図の反応管のように複数室に分け、析出物による薄膜
層１７が管壁に付着することが望ましくないと思われる
結晶成長基板１４上流側は適当な温度に冷却すると、上
流側にはほとんど析出物による薄膜Ｊ？１１１７の形成
領域がないようにでき、上記問題点も解決できる。
なお１本実施例ではＧａＡｓ系、ＧａＡｌＡｓ系の材料
を用いて説明したが、他の半導体材料を含む全ての気相
成長反応に用いられる反応管について１本発明は適用可
能である。
を用いて説明したが、他の半導体材料を含む全ての気相
成長反応に用いられる反応管について１本発明は適用可
能である。
（発明の効果）
本実施例の気相成長反応管を用いて気相成長を行なうと
、制御性、均一性、再現性の良い結晶成長を行なうこと
ができ、その実用的効果は著しい。
、制御性、均一性、再現性の良い結晶成長を行なうこと
ができ、その実用的効果は著しい。
第１図は従来例の気相成長反応管を示す図、第２図は本
発明の実施例の１つである気相成長反応管を示す図であ
る。 １０・・・半導体材料ガス導入口、１１・・・ガス排気
口、１２・・・ガス流およびその全体の流れ方向を示す
矢印、１３・・・高周波誘導加熱用コイル、１４・・・
結晶成長基板、１５・・・サセプタ、１６・・・サセプ
タ支持棒、１７・・・析出物による薄膜層、１８・・・
反応管の内側の室の内壁、１９・・・反応管の外側の室
、 ２０．２３・・・冷却用流体導入口、２１．２４
・・・冷却用流体排気口、２２・・・気相成長反応室（
反応管の内側の室）。 ２５・・・外側上部の室、２６・・・外側下部の室。 特許出願人 松下電器産業株式会社 第１図 第２図
発明の実施例の１つである気相成長反応管を示す図であ
る。 １０・・・半導体材料ガス導入口、１１・・・ガス排気
口、１２・・・ガス流およびその全体の流れ方向を示す
矢印、１３・・・高周波誘導加熱用コイル、１４・・・
結晶成長基板、１５・・・サセプタ、１６・・・サセプ
タ支持棒、１７・・・析出物による薄膜層、１８・・・
反応管の内側の室の内壁、１９・・・反応管の外側の室
、 ２０．２３・・・冷却用流体導入口、２１．２４
・・・冷却用流体排気口、２２・・・気相成長反応室（
反応管の内側の室）。 ２５・・・外側上部の室、２６・・・外側下部の室。 特許出願人 松下電器産業株式会社 第１図 第２図
Claims (1)
- 内側の室と、その外側の冷却用流体が導入される冷却
室とからなる気相成長反応管において、前記冷却室が上
下複数個からなることを特徴とする気相成長反応管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59195760A JPH0630341B2 (ja) | 1984-09-20 | 1984-09-20 | 気相成長反応管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59195760A JPH0630341B2 (ja) | 1984-09-20 | 1984-09-20 | 気相成長反応管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6174328A true JPS6174328A (ja) | 1986-04-16 |
| JPH0630341B2 JPH0630341B2 (ja) | 1994-04-20 |
Family
ID=16346500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59195760A Expired - Lifetime JPH0630341B2 (ja) | 1984-09-20 | 1984-09-20 | 気相成長反応管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0630341B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH051222U (ja) * | 1991-06-21 | 1993-01-08 | 山形日本電気株式会社 | 熱処理装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58135633A (ja) * | 1982-02-08 | 1983-08-12 | Hitachi Ltd | シリコン・エピタキシヤル成長方法 |
| JPS58145697A (ja) * | 1982-02-19 | 1983-08-30 | Olympus Optical Co Ltd | エピタキシヤルシリコン製造装置 |
-
1984
- 1984-09-20 JP JP59195760A patent/JPH0630341B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58135633A (ja) * | 1982-02-08 | 1983-08-12 | Hitachi Ltd | シリコン・エピタキシヤル成長方法 |
| JPS58145697A (ja) * | 1982-02-19 | 1983-08-30 | Olympus Optical Co Ltd | エピタキシヤルシリコン製造装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH051222U (ja) * | 1991-06-21 | 1993-01-08 | 山形日本電気株式会社 | 熱処理装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0630341B2 (ja) | 1994-04-20 |
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