JPS62199015A - 半導体結晶成長装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ 反応管の中途に、有機金属ガスに分解エネルギーを与え
る光を反復して照射できる光学系を設け、その光が被成
長結晶基板（ウェハー）を照射しないように構成して、
ウェハーの高品質化を図る。

［産業上の利用分野］ 本発明は半導体結晶成長装置、特に、有機金属気相成長
（ＭＯＣＶ　Ｄ）装置の改善に関する。

従来、半導体装置を製造する際、半導体基板上に半導体
結晶層を成長するエピタキシャル成長法が知られており
、これは半導体製造の基本的技術である。

このようなエピタキシャル成長法の一つとして、有機金
属熱分解気相成長法（ＭＯＣＶ　Ｄ　：　Ｍｅｔａｌ　
Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）が開発されており、これは有機
金属ガスを原料ガスとして、それを熱分解させて結晶成
長する方法である。

ＭＯＣＶＤ法は常圧または減圧中で低温度で成長できて
、特に、化合物半導体デバイスを製造する場合、化合″
物半導体層のへテロ接合やグレーテッドへテロ接合が容
易に得られる利点があるものである。

このようなＭＯＣＶＤ法では、被成長結晶基板（ウェハ
ー）には損傷（ダメージ：　ｄａｍａｇｅ）を与えない
ように成長することが望ましい。

［従来の技術］ さて、上記のようなＭＯＣＶＤ法で結晶成長する半導体
結晶成長装着（ＭＯＣＶＤ装置）の従来例の概要側断面
図を第３図に示している。同図において、１は透明石英
製の反応管、２はウェハー。

３はウェハーを載置して回転するサセプタ、４は高周波
加熱コイル、５は真空排気口、６は原料ガスの流入口、
７は反応管壁のくもりを防止するパージガスの流入０．
８はレーザの照射光である。

即ち、本例はレーザ光をウェハーに直接照射して原料ガ
スに光エネルギーを与え、一層低温度でエピタキシャル
成長させようとする方式の装置で、原料ガスは反応管の
側方から流入し、直上からし一ザ光を照射する構造とな
っている。レーザ光は、原料ガスがその光を吸収すると
、化学結合ボンドが切れる光エネルギーを有する波長の
光である。

このような光エネルギーを与えるＭＯＣＶＤ装置を用い
ると、ウェハーの加熱温度を例えば３５０℃程度に低く
することができ、従来、６００℃前後に加熱しないと、
結晶成長層が形成されなかった未照射のＭＯＣＶＤ装置
に比べて、更に低温化される。このように、ウェハーを
低温度に加熱して、結晶成長層が得られればウェハーが
高品質化される０例えば、オートドープや欠陥が低減さ
れる。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、第３図に示すようなＭＯＣＶＤ装置はレーザ
光がウェハーを直接照射する構造であるから、ウェハー
が不必要に加熱されて、且つ、照射光によって折角成長
した結晶成長層がダメージを受けると云う問題がある。

例えば、ＩｎＰ結晶層を成長しようとすると、燐（Ｐ）
が蒸発してＩｎＰの組成が変化すると云う不具合が起こ
る。

本発明はこのような不具合な問題点を解消させるＭＯＣ
ＶＤ装置を提案するものである。

［問題点を解決するための手段］ その目的は、有機金属ガスを分解しうるエネルギーをも
った光を反復して照射できる光学系を、反応管の中途に
具備せしめて、該光が被成長結晶基板を照射することな
く、有機金属ガスのみにエネルギーを与えるように構成
した半導体結晶成長装置によって達成される。

［作用］ 即ち、本発明にかかるＭＯＣＶＤ装置は、反応管の中途
に、有機金属ガスに分解エネルギーを与える光を反復し
て照射できる光学系を設け、その光ルよウェハーを照射
しないように構成する。

そうすれば、ウェハーは不必要に加熱されることな（、
且つ、成長した結晶成長層がダメージを受けることもな
くなる。

［実施例］ 以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。

第１図は本発明にかかるＭＯＣＶＤ装置の概要側断面図
を示しており、１１は透明石英反応管、　１２はウェハ
ー、１３はヒータを備えた回転サセプタ。

１５は真空排気口、１６は原料ガスの流入口、１７は反
応管壁のくもりを防止するパージガスの流入口。

１８はレーザの照射光で、２１はレーザ光源、２２はビ
ームエクスパンダ、２３．２３’は反射鏡である。

このように、本発明にかかるＭＯＣＶＤ装置は反応管、
原料ガス流入系、排気系の他に、光がウェハーを照射し
ないように構成した光学系を設けて、レーザ光源２１は
例えば、発振波長１９３ｎｍの＾ｒＦレーザ（エクサイ
マレーザ）を用い、そのレーザ光をビームエクスパンダ
２２によって、５Ｘ１５ｍの偏平な楕円形状のビーム光
にして、ウェハー面（サセプタ面）にほぼ水平に照射す
る。照射光１８は、対向した反射鏡２３．２３’によっ
て多重反射させて、次第に上方に移行してゆく方式を採
る。そうすれば、ウェハーを直接照射することはない。

且つ、照射光１８が多重反射して上方に移行してゆく間
に、原料ガスは光エネルギーを与えられ、その原料ガス
はウェハー面に達して、低温度で分解して結晶層が成長
する。

第１図に示すＭＯＣＶＤ装置を使用して実施した結果を
説明する。ウェハーとして結晶面（１００）のｎ”−Ｉ
ＮＦ基板（厚さ３００　ｕ　ｍ　＋大きさ１５ｗ１Ｘ１
５　ｍｍ　）を使用し、その上にＩｎＰ結晶層を成長さ
せた例であるが、原料ガスとして、燐ソースはトリメチ
ル９４　（Ｐ（ＣＨａ　）　ａ　）　、インジウムソー
スはアダクト化合物（（ＣＨａ　）　ａ　ＩｎＰ（ＣＨ
３）　３　）を使用し、アダクト化合物は６０℃に加熱
して液体にして水素（Ｈ２）をバブルさせる。他にキャ
リアガスとして水素を用い、ガス流量は水素２５０ｓｃ
ｃａ＋。

燐ソース３５ｓｅｃ−程度、インジウムソース３０ｓｅ
ｃｍ程度とし、減圧度Ｉ　Ｔｏｒｒ＋基板加熱温度３５
０℃にして、波長１９３ｎｍの＾ｒＦレーザを１パルス
当り約１゜ｍＪ　（ミリジュール）の出力で照射した。

その結果、１パルス当り０．１人の速度でＩＮＦ結晶層
が成長した。一方、同一条件でレーザ光を照射しない時
は、結晶層の成長は生じなかった。

次に、第２図（ａ）および（′ｂ）は本発明にかかる他
の例のＭＯＣＶＤ装置の概要図を示しており、同図（ａ
）は側断面図、同図（ｂ）は平断面図である。図中、２
８はレーザの照射光、その他は第１図と同一部材に同一
記号が付けである。本例は照射光２８をウェハー面にほ
ぼ水平に照射すると共に、対向した反射鏡２３．２３’
によって多重反射して、側方に移行してゆく方式で、こ
のようにしてもウェハーを直接照射することなく、同様
に低温度で分解して結晶層が得られる。

従って、本発明にかかるＭＯＣＶＤ装置によれば、ウェ
ハーを高品質化することができる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明にかかる半導体
結晶成長装置によれば、被成長結晶基板にダメージを与
えることなく、原料ガスを励起して分解効率を高めるこ
とができ、被成長結晶基板の結晶品質が顕著に向上して
、半導体装置が高性能化されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図（ａ）、　（ｂｌは本発明にがかる
ＭＯＣＶＤ装置の概要図、 第３図は従来のＭＯＣＶＤ装置の概要図である。 図において、 １．１１は反応管、　　　　２，１２はウェハー、３．
１３はサセプタ、　　　４は高周波加熱コイル、５．１
５は真空排気口、 ６．１６は原料ガスの流入口、 ７．１７はパージガスの流入口、 ８、１８．２８はレーザの照射光、 ２１ハレーｆｕｌｌ、２２はビームエクスパンダ２３．
２３’は反射鏡 を示している。 ＄）ｈｆ’＋＝ｖ−ｔｒ−ｋｈｏｃｖｏＨｙ／１ｍｇ７
＠　１　図 ｆＪｓ２１ＩＩ 従よ／）ＭＯＣＶ［：装（１府手国 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）有機金属ガスを分解しうるエネルギーをもつた光
   を反復して照射できる光学系を、反応管の中途に具備せ
   しめて、該光が被成長結晶基板を照射することなく、有
   機金属ガスのみにエネルギーを与えるように構成したこ
   とを特徴とする半導体結晶成長装置。
2. （２）上部より有機金属ガスを流入し、下部より排気す
   る縦型反応管構造の半導体結晶成長装置であつて、該縦
   型反応管に収容した被成長結晶基板の上方で、該被成長
   結晶基板面に平行に光が多重反射されるように、光学系
   を構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の半導体結晶成長装置。