JPH01261297A - Ｓｉ分子線源 - 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】 ■技術分野 この発明は、分子線エピタキシャル成長装置の、ドーパ
ント用のＳｉ分子線源に関する。

分子線エピタキシャル成長装置は、超高真空中で加熱さ
れた基板の上に、原料元素の分子線を照射し、基板の上
に薄膜をエピタキシャル成長させるものである。

いろいろな型式の分子線エピタキシャル成長装置がある
が、分子線結晶成長室、試料準備室など真空室がいくつ
か連結されている。

これら複数の真空室の間をホルダに保持された形でウェ
ハが搬送される。真空室の間はゲートパル−プで閉じる
事ができるようになっている。

真空室がいくつもあるので、分子線結晶成長室の超高真
空を破る事なくウェハを交換する事ができる。

（イ）分子線結晶成長室 第２図によって公知の分子線結晶成長室の概略を説明す
る。

分子線結晶成長室１０は、密封できる空間であって、真
空排気装置１１により、１０−”Ｔｏｒｒ−１０”’ｒ
ｏｒｒの超高真空に引くことができる。

この空間には、マニピュレータ１２があり、これは、ヒ
ータ１３を備える。ウェハホルダ１４がマニピュレータ
１２によって保持される。ウェハ１５はウェハホルダ１
４に取付けられた状態で搬送され、エピタキシャル成長
処理を受け、再び搬送される。

分子線結晶成長室１０の内壁にそって、残留ヱ′スを吸
着し真空度を上げるためのシュラウド１６が設けられる
。液体窒素がシュラウド１６の中：τ導入される。

隣接する他の真空室との連絡路には、ゲートパルプ１７
が設けられる。

分子線結晶成長室１０の壁面には、適数の分子線源セル
１ｇ、１９．２０が設置される。

分子線源セル１８は、るつぼ２１と、これを囲むヒータ
２３、るつぼ２１の温度を測定する熱電対２４を備える
。るつぼ２１の中には原料２５が装入されている。原料
はヒータ２３によって加熱される。あるものは融液とな
り、液面から分子が蒸発する。あるものは固体のまま、
昇華してゆく。

超高真空であるし、温度が十分に高いので、分子線とな
り、ガス分子などと衝突する事なく、ウェハ１５に向っ
て飛んでゆく。

マニピュレータ１２は回転しているので、ウェハ１５の
面上に於て、分子線が均等に到達する。

ヒータ２３の熱を反射するため、Ｔａ、　Ｗなど耐熱材
料よりなる熱遮蔽板２６が分子線源セルには設けられる
。

るつぼ２１の上方には、シャッタ２７がある。

これは分子線の流れを通したり遮ったりするものである
。

分子線源セルは、エピタキシャル成長させるべき薄膜を
構成すべき元素に対応してそれぞれ設けられる。

薄膜を構成するといっても、ホストとなる主（１構成元
素とドーパントとなる元素とがある。

たとえば、ＳｉドープＧａＡＳ薄膜をエピタキシャル成
長（ＭＢＥ）させる場合、ＧａとＡ、は主構成元素であ
る。これらの分子線源セルには、多量の材料をチャージ
しておかなくてはならない。

この場合、Ｓｉはドーパント元素である。ｎ型のＧａＡ
ｓ薄膜とするためにドーピングするのである。

ドーパントであるからといって、分子線源セルの構造が
特に異なるわけではない。ヒータ、るつぼ、シャッタ、
熱電対などがある。

しかし、ドーパントであるから少量の原料を入れておけ
ばよいのである。原料の充填量に於て、主構成元素の分
子線源セルとは異なる。

本発明は、Ｓｉをドーパントとして使用する場合のＳｉ
分子線源セルの改良に関する。

（つ）従来技術 ドーパントとしての分子線なのであるから、充填量は少
量であってよい。

第３図は従来のドーパント用Ｓｉ分子線源の概略断面図
である。

ドーパント物質である５１片１を入れたるつぼ２が、抵
抗加熱ヒータ３によって加熱される。熱電対４によって
るつぼ２の温度が測定される。

Ｓｉの融点は１４１２°Ｃである。第３図の例に於て、
Ｓｉは融点以上に加熱されない。通常１２００℃以下の
温度まで加熱するだけである。

融点より低いので、５１片１は固体のままである。

固体であるが加熱されているので表面から昇華が起こり
、Ｓｉの分子線が生じる。

第３図に於て、るつぼ２の支持部材、シャッタ、熱遮蔽
板は図示を略しているが、実際には存在するのである。

このようなドーパントＳｉ用分子線源は、Ｓｉの量が少
いので、熱容量が小さい。しかもＳｔの少量がるつぼの
底部にある。このため、温度応答性がよい。つまり、ヒ
ータ３の電流を変化させる事により、分子線強度を迅速
に変化させる事ができる。

第４図に、他の従来例を示す。　　　′これは、Ｓｉイ
ンゴットを円錐台状に加工し、るつぼ２にぴったり嵌込
むようにしたものである。

この例では、Ｓｉの充填量が多く、るつぼ２の上方まで
Ｓｉインゴット５が充填されている。

るつぼ２の上方のインゴット平面から一様にＳｉ分子線
が生ずる。

このため、Ｓｉ分子線の強度分布の均一性が良いという
長所がある。

に）発明が解決しようとする問題点 第３図のドーパン）Ｓｉ分子線源は、るつぼ底部から分
子線が発生するので、分子線強度のウェハ面上での均一
性が悪いという問題があっに０固形Ｓｉの而傾きや寸法
により、るつぼの上方に向う分子線発生強度が一様でな
いからである。

第４図のドーバン）Ｓｉ分子線源は、Ｓｉの充填量が多
いから、熱容量が大きくなる。このため温度応答性が悪
い。つまり、ヒータ３の電流を変えても、Ｓｉ固体の温
度が迅速に変化しない。したがつて、分子線強度もすぐ
に追随しない。

このため、エピタキシャル成長層の深さ方向で、ドーピ
ング濃度を迅速に変化させることが難しいという問題が
あった。

００　　目　　　　　的 （１）熱容量が小さく、温度応答性に優れ、（２）ウェ
ハ面内でのＳｉ分子線強度が均一であるよ　。

うな、ドーパントＳｉ分子線源を提供することが本発明
の目的である。

（２）構　成 本発明のドーパント用Ｓｉ分子線源は、るつぼ内壁に、
Ｓｉを蒸着したものである。

第１図は本発明のＳｉ分子線源の断面図を示す。

るつぼ２の内壁にＳｉ蒸着膜６が形成されている。

これは、抵抗加熱ヒータによる蒸着、電子ビーム蒸着な
ど任意の加熱様式の蒸着法を使う事ができる。

Ｓｉ蒸着膜の厚さは数μｍ〜数十μｍ程度である。

るつぼ２の内壁であるから、内側周面と内底面である。

内壁面に均一に蒸着するようにする。

るつぼ２の周囲にヒータ３が設けられる。るつぼ２の底
部には、温度モニタのための熱電対が設置される。これ
らの点は従来のるつぼと同じである。ここには、熱遮蔽
板やシャッタ、るつぼ支持部材の図示を略しているが、
実際には、これらの部材が存在する。

（ト）作　用 ヒータ３に通電し、るつぼ２を加熱する。Ｓｉ蒸着膜６
も加熱される。加熱温度は融点より低いので、Ｓｉは融
けない。少しずつＳｉが気化し、分子線となる。線量の
少い分子線であるが、これが直進してウェハに照射され
る。

るつぼ内壁の全面にＳｉが蒸着されているので、Ｓｉ分
子線強度の均一性が著しくよい。これは、第４図のよう
にるつぼ上方までＳｉインゴットを充填した場合と同程
度の均一性である。

一方、Ｓｉ蒸着膜は非常に薄（、Ｓｉの量が少いため、
その熱容量は小さい。また、Ｓｉはるつぼに密着してい
るので、熱伝導性が良い。

熱容量が小さく、熱伝導性が良いので、Ｓｉの温度応答
性は非常に優れる。

温度応答性が良いので、ドーパント用Ｓｉの温度を短時
間で上げ下げできる。

Ｓｉ温度によって発生する分子線量が変化する。

したがって、本発明に工れば、エピタキシャル成長層の
深さ方向で、急激に、連続してドーピング濃度を増加さ
せたり、減少させたりすることが可能になる。

また、エピタキシャル成長層の深さ方向で、ステップ状
にドーピング濃度を変化させたい場合がある。この場合
、エピタキシャル成長を一時中断し、Ｓｉの濃度を変化
させ所定の温度になってから、再びエピタキシャル成長
を開始する事になる。本発明によると、Ｓｉの温度変化
が迅速に行なえるので、成長を中断する時間が短かくて
すむ。

し）実施例■ るつぼの内壁に、真空中で高純度Ｓｉを厚さ１０μｍ蒸
着した。

このようなＳｉ蒸着膜をドーパント物質としたＳｉ分子
線源を用いて、２インチ径のＧａＡＳ基板上に、Ｓｉド
ープＧ　ａ　Ａ　ｓ層を１μｍエピタキシャル成長させ
た。

条件は、 基板温度　　６００°Ｃ Ｇａ分子線強度　　７．ＯＸ　１０−’　ＴｏｒｒＡｓ
分子線強度　　？、ＯＸ　１Ｏ−６ＴｏｒｒＳｉ分子線
源温度　　　　１１００℃ である。

こうしてできたエピタキシャル成長層のＳｉドーピング
濃度は７．６　Ｘ　１０”　ｃｍ−３であった。２イン
チ径のＧａＡＳ基板上でのドーピング濃度のばらつきは
±１．１％の範囲内であった。きわめて均一性が高いと
いう事が分る。

ケ）実施例■ ＧａＡＳ基板の上にＳｉドープＡＡ？　０．３　Ｇａ　
（１，７Ａｓ層を１μｍ成長させた。Ｓｉ分子線源温度
は１２００℃であった。

この後、エピタキシャル成長を中断し、Ｓｉ分子線源温
度を１０００°Ｃに下げ、さらにＳｉドープＧａＡ３層
を１μｍエピタキシャル成長させた。

この時、Ｓｉの温度は、１２００’Ｃから１０００″Ｃ
まで、約１５秒で降下した。つまり、成長中断時間が著
しく短かくてよい。温度応答性が良好だからである。

（コ）効　果 本発明のドーパントＳｉ分子線源は、均一な分子線強度
分布の分子線を発生する事ができる。

また、ドーパント物質であるＳｉの温度応答性が非常に
良い。

このため、基板面内では、Ｓｉドーピング濃度が均一で
あって、深さ方向にはＳｉドーピング濃度を変化させる
必要のあるエピタキシャル層の成長に用いると、優れて
効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかかるドーパント用Ｓｉ分子
線源の縦断面図。 第２図は分子線結晶成長室の概略断面図。 第３図は従来例にかかるドーパント用Ｓｉ分子線源の縦
断面図。 第４図は他の従来例にかかるドーパント用Ｓｉ分子線源
の縦断面図。 １・・・・・・・・・・・・Ｓｉ片 ２・・・・・・・・・・・・る　つ　ぼ３・・・・・・
・・　抵抗加熱ヒータ ４・・・・・・・・・・・・熱　電　対５・・・・・・
・・・　Ｓｉインゴット６・・・・・・・・・・・・Ｓ
ｉ蒸着膜発明者　八尾秀樹 特許出願人　　住友電気工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　分子線エピタキシャル成長装置に用いるドーパント用
   のＳｉ分子線源において、ドーパントであるＳｉがるつ
   ぼ内壁に蒸着されていることを特徴とするＳｉ分子線源
   。