JPS6261321A - ３−５族化合物半導体の製造方法及び装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、■−Ｖ族化合物半導体の製造方法及びＳ！
置に関する。さらに詳しくはＰ（燐）を含む化合物の成
長に於いて、電子サイクロトロン共鳴による、原料ガス
のプラズマ分解及びｌｉ上への輸送並びに■族化合物ガ
スの熱分解により基板上にエピタキシャル成長を行なわ
せる■−Ｖ族化合物半導体の製造方法及び装置に関する
。

（ロ）従来の技術 一般に、Ｐ（燐）を含むような■−ｖ族化合物半導体、
特にＩｎＰのエピタキシャル成長を行なう場合には、ハ
ライド気相エピタキシャル（ＶＰＥ）法、分子線エピタ
キシセル（ＭＢＥ）法、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ
）法のような各種エピタキシャル成長方法が提案され用
いられている。

しかし、結晶性、電気的特性、大面積成長及び超格子（
超薄膜）形成を考慮するとＭＯＣＶＤ法が非常に有用で
あり、盛んに研究開発が行なわれている。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 Ｐ系化合物のエピタキシャル成長についてＭＯＣＶＤ法
を用いた場合には、現在のところたとえばＩｎＰでは７
７にのＨｊ目１移初度として１４０，０００ｃｊ／Ｖ−
３ｅＣと特性的にもかなり良好な膜が得られているが、
成長に用いられている原料ガスとしてのＰＨ３とトリエ
チルインジウム（ＴＥＩｎ）の間には熱分解温度及び分
解動帯について大きな差があり、その結果ガス供給比と
して［ＰＨ３］／　［ＴＥ　Ｉｎ　］　＝　１００−３
００（’ＥルＬｔ）　トＡ剰ａＰ　Ｈ３の供給が必要と
なっている。このことはＰ　ｔ（３の浪費とそれによる
排出系に於ける過剰Ｐ　ｌ−１３による事故の危険性を
多く含むことになる。

従来では、このような問題を克服する方法として、あら
かじめＰ　Ｈ３を抵抗加熱の熱分解炉により分解を行っ
てから反応室への供給を行なうことにより改善が行なわ
れているが、この方法に於いてもモル比が［ＰＨ３３／
　［ＴＥ　Ｉｎ　］　＝６０〜１５（Ｂ＝大きな値にな
っている。

この発明の発明者等は、上記事情に鑑み１２怠研究を行
なった結果ＰＨ３の分解処理法として、電子サイクロト
ロン共鳴によるプラズマ発生法にＪ：すＰ　ｌ−１３を
プラズマ分解し、更に別系統から■族化合物ガスを供給
して熱分解することによりｍ−Ｖ族化合物のエピタキシ
１？ル成長が行なわれる事実並びにこの場合Ｐ　Ｈ３の
供給量を著しく減少できる事実を見い出しこの発明を完
成させるに至った。

（ニ）問題点を解決するための手段 かくしてこの発明によれば予め加熱された括根上の近傍
に■族化合物ガスを供給し、−万事スフィンを電子サイ
クロトロン共鳴によって分解励起させて生成したプラズ
マを上記基板上に供給して該基板上で■−ｖ族化合物の
半導体をエピタキシャル成長させることを特徴とする■
−Ｖ族化合物半導体の製造方法が提供される。

この発明において、ホスフィンのプラズマは電子サイク
ロトロン共鳴く以下ＥＣＲ）により生起され基板上に供
給される。ＥＣＲとは、電磁波と磁場との作用によって
生ずるＥＣＲを意味し、この発明の方法において、電磁
波はマイクロ波が用いられる。

この発明において、生起されたプラズマはＥＣＲプラズ
マ発生装置の有する発散！ｌ揚により基板上に輸送され
る。

この発明においては■族化合物は基板近傍に供給される
ことが好ましい。

この発明において基板は予め加熱される。加熱温度は、
生成すべき結晶がアモルファスにならない程度に高く、
基板がスパッタリングしない程度に低い温度範囲が適し
ている。たとえばＩｎＰからなる基板でＩｎＰの１ビタ
キシＰル成長を行なわせるときは、５００〜６５０℃が
好ましい。

この発明に供すホスフィンにはリンの水素化物及びその
アルキル化合物等が挙げられるが、ガス化の点から水素
化物を用いることが好ましい。

この発明に供す■族化合物には、その有機金属化合物が
適しており、たとえばトリエチルインジウム（ＴＥＩｎ
）、トリメチルインジウム＜ＴＭＩｎ）等が挙げられる
。

この発明に用いる基板の材質には、たとえば■−Ｖ族化
合物、■族単体、石英、サファイアまたはステンレス等
が挙げられ、成長を意図する半導体の種類により適宜選
択される。

この発明におけるエピタキシャル成長は通常、減圧槽、
該減圧槽に付設された電子サイクロ１〜ロン共鳴プラズ
マ発生手段、該プラズマ発生手段のプラズマ供給方向に
対向して上記減圧槽内に配置された基板支持台及び基板
を所望温度に加熱する加熱手段を備え、上記プラズマ発
生手段にホスフィンガスの導入口を付設しかつ■族化合
物ガス導入口を基板近傍に配設したことを特徴とする■
−Ｖ族化合物半導体の製造装置を用いて行なわれる。

上記装置に用いるＥＣＲプラズマ発生ｉ置は、通常装Ｅ
ＣＲプラズマ発生装置にホスツインを導入する導入口が
付設されているものが用いられる。

また、■族化合物ガスを供給する導入費は、基板近傍に
該ガスの供給口を有するよう配管することが好ましい。

一方、基板を支える基板支持台（以下ベデスタル）は前
記プラズマ供給方向に対向して設置されることが好まし
く、上記ＥＣＲプラズマ発生装置が有する発散磁場の効
果が及ぶ範囲内でできるだけ離して設置されることが好
ましい。

上記ペデスタルの材質は耐熱性（１０００〜１２００℃
まで）を有するものが適しており、グラフフィト、ステ
ンレス等でできているものが好ましい。

上記ペデスタルには基板加熱用ヒータが付設されている
のが好ましい。該加熱用ヒータは抵抗加熱法により加熱
するものが適している。

なお、上記装置は、機密性、耐圧性（〜１０″Ｔｏｒｒ
）を保たれた減圧系内に設定され、このような減Ｊｔ系
はたとえばＭＯＣＶＤ法で使われる装置を用いて設定す
ることが出きる。

（ホ）作　用 この発明はＰ　Ｈ３と■族化合物のガスを用いて基板上
にエピタキシャル成長させるに際し、Ｐ［］３をプラズ
マにより分離励起して基板上に供給することにより、Ｐ
Ｈ３の分解を効率よく行ないかつ基板上に良好なＴピタ
キシャル膜を形成させるものである。

電 真空下において、発生したプラズマ（Ｐ、ＰＨ１等）は
発散磁場により加熱基板上に輸送され、一方基板近傍に
導入された■族化合物ガスは基板上で熱分解される。そ
こで両者が反応して■−ｖ族化合物が生成し、ｕ板上に
気相蒸着して以降エピタキシャル成長をする。

以下実施例によりこの発明の詳細な説明するがこれによ
りこの発明は限定されるものではない。

（へ）実施例 第１図は、この発明の■−ｖ族化合物半導体の製造装置
を示す構成説明図である。図において、（１）はマイク
ロ波導波管、（２）はマグネットコイル、（３）はプラ
ズマ発生室、（４）はＩｎＰｖ板、（５）はペデスタル
、（６）は基板加熱用ヒータ、（７）はＴＥ　Ｉｎガス
導入口、（８）はＰＨ３ガス供給口、（９）は排気口、
（ト））はチャンバである。この図に基づきこの発明の
方法について説明する。

基板（４）としてたとえばＩｎＰを用いて、グラファイ
ト製ペデスタル（５）上に設置し、ステンレス製ヂャン
バ（イ））に付設した排気口（９）より排気して該チャ
ンバ（ト））内を真空下（１０−３〜１０’　Ｔｏｒｒ
　）に保つ。

このとき基板加熱用ヒータ（６）によりＩｎＰを５００
〜６５０℃に加熱する。ＥＣＲプラズマ発生装置のプラ
ズマ発生室（３）にマイクロ波導波管（１）から２．４
５３Ｈｚのマイクロ波を導入し、同時に該発生室（３）
内に開口された導入管（８）よりホスフィンを導入し、
マグネットコイル（２１の発生する磁場を掃引する。こ
の操作によりホスフィンがプラズマ分水 解（Ｐ、ＰＩ−１７等）され、マグネッ１へコイル【２
）のつくる発散ＶＩｉ揚により、該プラズマが対向して
予め加熱されたＩｎＰ上に輸送される。

一方、基板近傍に開口部をもつ導入管（７）に、■族化
合物ガスとしてＴＥＩｎガスを導入づると、加熱基板上
に該ガスが接触すると同時に熱分解され、そこに輸送さ
れてきた上記プラズマと反応して該基板上にＩｎＰの気
相蒸着が生ずる。この反応を繰返すうちＩｎＰ化合物の
エピタキシャル成長が実現する。

上記手順に従い、■記の条件で実施した。

チャンバー内圧力　　１０づＴ　ｏｒｒ基板温度　　　
　　　５００〜６５０℃ホスフィン　　　　　Ｐ　Ｈ３ ■族化合物ガス　　　ＴＥ　Ｉｎ ＰＨ３、ＴＥＩｎ供、Ｉ　モル比 ［ＰＨ３］　／　［ＴＥ　Ｉｎ　］　−１〜５０基　　
　板　　　　　　　　　　１ｎＰこれらの条件により［
ｎＰ基板上に薄膜の成長が認められ、これはＸ線回折に
よりＩｎＰのエピタキシャル成長であることが確認され
た。

（ト）発明の効果 この発明の方法及び装置は特にＩｎＰ形成に対する成膜
技術により以下に示すような効果が実現できる。

（１）　　プラズマ分解法によりＰＨ３の分解量が増加
する。又、その結果、Ｐ　ｌ−１３の供給量を軽減でき
る。

α）比較的高真空下（１０″４〜１Ｏ−ａＴ　ｏｒｒ　
）に成膜が行なえる為、膜中への不純物のコンタミネー
ションや常圧ＭＯＣＶＤ成長で問題となるリアクター内
のガス７０−の流形（熱対流）は生成せず、良質のエピ
タキシャル膜が得られる。

以上のように、■−ｖ族化合物半導体、特にＰ（燐）を
含む化合物のＭＯＣＶＤ成長において、ＥＣＲプラズマ
により、ガス供給段階にてプラズマ分解で得られたＰ　
Ｈ３プラズマ（Ｐ”、ＰＩ−ＩＸ等々）を誘導し、更に
ＴＥ　Ｉｎを基板近傍にて導入することにより良質のＩ
ｎＰエピタキシャル層の形成が行なえる。

ことにＴＥ　Ｉｎを導入口（７）により基板近傍に導入
した場合にはＴＥ　ＩｎとＰＨ３又はＴＥ　ＩｎとＰと
の不揮発性の寄生反応を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のＥＣＲプラズマを用いた
（ｎＰ成膜装置の要部説明図である。 （１）・・・・・・マイクロ波導波管、（２）・・・・
・・マグネットコイル。 （３ン・・・・・・プラズマ発生室、　　（４）・・・
・・・ＩｎＰ基扱基板５）・・・・・・ペデスタル、　
（６）・・・・・・基板加熱用ヒータ。 （７）・・・・・・ＴＥ　Ｉｎガス導入口、（８）・・
・・・・Ｐ　Ｈ３ガス供給口、　（９）・・・・・・排
気口、（ト））・・・・・・チャンバ。 第１図 手続補正書 １、事件の表示 昭和６０年特許願第２０１２２７号 ２、発明の名称 ■−ｖ族化合物半導体の製造方法及び装置３、補正をす
る者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　　大阪市阿倍野区長池町２２番２２号名　称　
　　（５０４）シャープ株式会社代表音佐伯　旭 ４、代理人　〒５３０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、予め加熱された基板上の近傍にIII族化合物ガスを
   供給し、一方ホスフィンを電子サイクロトロン共鳴によ
   つて分解励起させて生成したプラズマを上記基板上に供
   給して該基板上でIII−Ｖ族化合物の半導体をエピタキ
   シャル成長させることを特徴とするIII−Ｖ族化合物半
   導体の製造方法。 ２、III族化合物が有機金属化合物である特許請求の範
   囲第１項に記載の方法。 ３、減圧槽、該減圧槽に付設された電子サイクロトロン
   共鳴プラズマ発生手段、該プラズマ発生手段のプラズマ
   供給方向に対向して上記減圧槽内に配置された基板支持
   台及び基板を所望温度に加熱する加熱手段を備え、上記
   プラズマ発生手段にホスフィンガスの導入口を付設しか
   つIII族化合物ガス導入口を基板近傍に配設したことを
   特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造装置。