JPH0226889A - 分子線結晶成長装置 - Google Patents
分子線結晶成長装置Info
- Publication number
- JPH0226889A JPH0226889A JP17465188A JP17465188A JPH0226889A JP H0226889 A JPH0226889 A JP H0226889A JP 17465188 A JP17465188 A JP 17465188A JP 17465188 A JP17465188 A JP 17465188A JP H0226889 A JPH0226889 A JP H0226889A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- rheed
- electron beam
- vibration
- growth rate
- Prior art date
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- 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】
〔概要〕
反射高エネルギ電子線回折（Ｒ）ＩＥＥＤ）振動の観察
により、結晶成長速度をモニタする分子線結晶成長（Ｍ
ＢＥ）装置に関し ＲＨＥＥＤ振動の減衰を抑制して、成長速度の正確な測
定を可能とし、成長層中に膜厚や組成の不均一な層を含
まないようにようにすることを目的とし。
により、結晶成長速度をモニタする分子線結晶成長（Ｍ
ＢＥ）装置に関し ＲＨＥＥＤ振動の減衰を抑制して、成長速度の正確な測
定を可能とし、成長層中に膜厚や組成の不均一な層を含
まないようにようにすることを目的とし。
ＲＩＩＥＥＤ振動の観察により結晶成長速度をモニタす
る装置を有し、被成長基板に入射させる該装置の測定用
電子線を該基板の回転に同期して走査し。
る装置を有し、被成長基板に入射させる該装置の測定用
電子線を該基板の回転に同期して走査し。
反射電子線を該走査に追随して検出するように。
且つ分子線源は該基板の回転に非同期状態に構成される
。又は、 ＲＨＥＥＤ振動の観察により結晶成長速度を
モニタする装置を有し、該装置と被成長基板は固定し２
分子線源は該基板に垂直な軸の周りに回転できるように
構成する。
。又は、 ＲＨＥＥＤ振動の観察により結晶成長速度を
モニタする装置を有し、該装置と被成長基板は固定し２
分子線源は該基板に垂直な軸の周りに回転できるように
構成する。
〔産業上の利用分野］
本発明はＲＨＥＥＤ振動の観察により、結晶成長速度を
モニタするＭＢＥ装置に関する。
モニタするＭＢＥ装置に関する。
ＭＢＥ装置は、超格子を利用する半導体素子のように原
子層単位で厚さが制御される素子の形成に広く利用され
ている。分子線を発生させる分子線源は、成長させよう
とする物質に応じ単数または複数の元素を用意し、必要
分子線源を選択使用して所望の物質層を成長させる。
子層単位で厚さが制御される素子の形成に広く利用され
ている。分子線を発生させる分子線源は、成長させよう
とする物質に応じ単数または複数の元素を用意し、必要
分子線源を選択使用して所望の物質層を成長させる。
このようなＭＢＨにおいては、結晶の成長速度は非常に
重要な因子である。従来、この成長速度の測定は、モニ
タ用のエビを成長し、その膜厚と成長時間から算出する
方法をとっていたが、モニタ用の基板が必要であること
及びモニタ成長と膜厚の評価に時間がかかることのため
、近年、超格子構造の形成等で所定数の原子層を正確に
成長させるために、 ＲＨＥＥＤ振動による成長速度測
定が行われるようになってきた。
重要な因子である。従来、この成長速度の測定は、モニ
タ用のエビを成長し、その膜厚と成長時間から算出する
方法をとっていたが、モニタ用の基板が必要であること
及びモニタ成長と膜厚の評価に時間がかかることのため
、近年、超格子構造の形成等で所定数の原子層を正確に
成長させるために、 ＲＨＥＥＤ振動による成長速度測
定が行われるようになってきた。
第６図は従来のＭＢＥ装置の模式断面図である。
図において、ｌは被成長基板、２はＲＨＥＥＤ用入射電
子線、４は成長速度を決定する分子線（成長速度に関与
しない分子線は測定しなくてよい）。
子線、４は成長速度を決定する分子線（成長速度に関与
しない分子線は測定しなくてよい）。
５は分子線源（加熱手段を持ったるつぼ）、６は分子線
を遮断するシャッタ、７はＲＨＥＥＤ用電子銃。
を遮断するシャッタ、７はＲＨＥＥＤ用電子銃。
８は螢光スクリーン、９は超高真空チャンバ、１０は基
板ホルダ、１１はヒータである。
板ホルダ、１１はヒータである。
この装置を用いて基板１上にエビ成長を行う場合、所望
の半導体を成長するためのソースを蓄えたるつぼ５を加
熱し分子線を放射させる。例えばソースとしてＧａとＡ
ｓを用いればＧａＡｓ結晶を、Ｓｉを用いればＳｉ結晶
を成長できる。
の半導体を成長するためのソースを蓄えたるつぼ５を加
熱し分子線を放射させる。例えばソースとしてＧａとＡ
ｓを用いればＧａＡｓ結晶を、Ｓｉを用いればＳｉ結晶
を成長できる。
ＲＨＥＥＤ振動観測法は、電子銃７より出た電子線を基
板面に対し１〜２°の浅い角度で基板１に入射させ、そ
の反射電子線による回折パターンを螢光スクリーン８上
に写し出す方法により、この成長中にＲＨＥＥＤパター
ンの回折点の強度を測定すると、成長速度に対応した振
動が見られ、これを利用して成長速度をモニタすること
ができる。
板面に対し１〜２°の浅い角度で基板１に入射させ、そ
の反射電子線による回折パターンを螢光スクリーン８上
に写し出す方法により、この成長中にＲＨＥＥＤパター
ンの回折点の強度を測定すると、成長速度に対応した振
動が見られ、これを利用して成長速度をモニタすること
ができる。
１？ＨＥＥＤ振動は、結晶が層状成長をしているときに
生ずるもので２表面で平坦に原子が堆積しているときは
ＲＨＥＥＤの強度は極大となり、さらにその上に原子が
堆積し始めると乱反射により強度が落ちる。１層の成長
が終わり平坦な面が再び現れたとき２強度は再び極大と
なる。このようにして１原子層の成長に対応した周期で
強度の振動が得られる。
生ずるもので２表面で平坦に原子が堆積しているときは
ＲＨＥＥＤの強度は極大となり、さらにその上に原子が
堆積し始めると乱反射により強度が落ちる。１層の成長
が終わり平坦な面が再び現れたとき２強度は再び極大と
なる。このようにして１原子層の成長に対応した周期で
強度の振動が得られる。
第７図（１１〜（３）は従来例によるＲＨＥＥＤ振動を
説明する図である。
説明する図である。
第７図（１）のように、成長速度を決定するＧａ分子ｖ
Ａ４が入射電子線２と、任意の角１例えば１５°の角を
なして基板に入射する。このとき、第７図（２）に示さ
れるように、 ＧａＡｓの成長速度は基板上で入射電子
線２の方向に１ｍｍにつき１％の傾き、即ち照射領域３
（第１図参照）の全長（約１０ｍｍ）でｌ。
Ａ４が入射電子線２と、任意の角１例えば１５°の角を
なして基板に入射する。このとき、第７図（２）に示さ
れるように、 ＧａＡｓの成長速度は基板上で入射電子
線２の方向に１ｍｍにつき１％の傾き、即ち照射領域３
（第１図参照）の全長（約１０ｍｍ）でｌ。
％の傾きを持っていた。
測定中、成長速度０．６μｍ／時間で成長したところ、
第７図（３）のようにＲＨＥ Ｅ Ｄ振動は１０回程度
しか続かなかった。
第７図（３）のようにＲＨＥ Ｅ Ｄ振動は１０回程度
しか続かなかった。
従来例のようなＲＨＥＥＤ振動による成長速度のモニタ
を行う際、 Ｉ？ＨＥＥＤ振動が減衰して正確な測定が
できないという欠点があった。
を行う際、 Ｉ？ＨＥＥＤ振動が減衰して正確な測定が
できないという欠点があった。
Ｒ）ＩＥＥＤ振動の減衰の原因はいくつがあるが、大き
な原因の１つとして次のことがある。
な原因の１つとして次のことがある。
一般に電子線は入射角（この場合は入射線の基板に対す
る角をいう）が１〜２°と浅いため、基板上で入射方向
に数ｍｍあるいはそれ以上の範囲にわたって照射される
ことになる。この範囲において成長速度に傾きがある場
合振動は急激に減衰してしまうことになる。
る角をいう）が１〜２°と浅いため、基板上で入射方向
に数ｍｍあるいはそれ以上の範囲にわたって照射される
ことになる。この範囲において成長速度に傾きがある場
合振動は急激に減衰してしまうことになる。
例えば、電子線が照射されている範囲の両端において成
長速度が５％異なっていたとする（通常のＭＢＥでは基
板を回転させるので基板全面で±１％程度の膜厚の均一
性が得られるが、 ＲＨＥＥＤ観察は基板を停止して行
うため１ この程度の成長速度の傾きは起こり得る）と
、一端でちょうど５原子層成長したとき（ＲＨＥＥＤ強
度極大）、他端では４．５原子層成長している（ＲＨＥ
ＥＤ強度極小）ことになり、 ＲＨＥＥＤ強度は打ち消
し合ってしまう。実際には電子線照射領域での積分にな
り、振動はうねりを生じて急激に減衰する。このため正
確な成長速度の測定は困難であった。
長速度が５％異なっていたとする（通常のＭＢＥでは基
板を回転させるので基板全面で±１％程度の膜厚の均一
性が得られるが、 ＲＨＥＥＤ観察は基板を停止して行
うため１ この程度の成長速度の傾きは起こり得る）と
、一端でちょうど５原子層成長したとき（ＲＨＥＥＤ強
度極大）、他端では４．５原子層成長している（ＲＨＥ
ＥＤ強度極小）ことになり、 ＲＨＥＥＤ強度は打ち消
し合ってしまう。実際には電子線照射領域での積分にな
り、振動はうねりを生じて急激に減衰する。このため正
確な成長速度の測定は困難であった。
又、 Ｒ１（ＥＥＤ振動の観察は基板を静止させて行っ
ていたため、膜厚や組成（化合物半導体の場合）の不均
一な層を含むことになり問題であった（第１図（２）参
照）。
ていたため、膜厚や組成（化合物半導体の場合）の不均
一な層を含むことになり問題であった（第１図（２）参
照）。
本発明はＲＨＥＥＤ振動の減衰を抑制して、成長速度を
正確に測定でき、 ＲＨＥＥＤ振動の観察に伴う膜厚や
組成の不均一な層を成長層中に含まないようにすること
を目的とする。
正確に測定でき、 ＲＨＥＥＤ振動の観察に伴う膜厚や
組成の不均一な層を成長層中に含まないようにすること
を目的とする。
上記課題の解決は、 ＲＨＥＥＤ振動の観察により結晶
成長速度をモニタする装置を有し、被成長基板に入射さ
せる該装置の測定用電子線を該基板の回転に同期して走
査し１反射電子線を該走査に追随して検出するように構
成され、且つ分子線源は該基板の回転に非同期状態に構
成されている分子線結晶成長装置、又は、 Ｒ１（ＥＥ
Ｄ振動の観察により結晶成長速度をモニタする装置を有
し、該装置と被成長基板は固定し１分子線源は該基板に
垂直な軸の周りに回転できるように構成されている分子
線結晶成長装置により達成される。
成長速度をモニタする装置を有し、被成長基板に入射さ
せる該装置の測定用電子線を該基板の回転に同期して走
査し１反射電子線を該走査に追随して検出するように構
成され、且つ分子線源は該基板の回転に非同期状態に構
成されている分子線結晶成長装置、又は、 Ｒ１（ＥＥ
Ｄ振動の観察により結晶成長速度をモニタする装置を有
し、該装置と被成長基板は固定し１分子線源は該基板に
垂直な軸の周りに回転できるように構成されている分子
線結晶成長装置により達成される。
第１図（１）〜（３）は本発明の詳細な説明する平面図
と断面図である。
と断面図である。
第１図（１）において、基板１に前記の浅い入射角で電
子線２が入射される。この場合基板上の照射領域３は入
射方向に細長い領域となる。
子線２が入射される。この場合基板上の照射領域３は入
射方向に細長い領域となる。
本発明は、 ＲＨＥＥＤ振動の観察中、測定用電子線を
基板と一緒に回転させるか、又はこれと同等の状態にす
ることにより、基板全面で、従って照射領域３内でも成
長速度を均一にし、 ＲＨＥＥＤ振動の減衰を抑制する
ものである。
基板と一緒に回転させるか、又はこれと同等の状態にす
ることにより、基板全面で、従って照射領域３内でも成
長速度を均一にし、 ＲＨＥＥＤ振動の減衰を抑制する
ものである。
第１図（２１，（３１は基板の断面図で、１＾、 ＩＣ
は回転して成長した層、 ＩＢはＲＨＥＥＤ振動の観察
を行った層で、第１図（２）は基板を止めた場合（従来
例）。
は回転して成長した層、 ＩＢはＲＨＥＥＤ振動の観察
を行った層で、第１図（２）は基板を止めた場合（従来
例）。
第１図（３）は基板を回転させながら観察した場合（本
発明）を示す。
発明）を示す。
第１図（３）の場合は、 ＲＨＥＥＤ振動の観察中も回
転させながら成長を行っているため、膜厚１組成は全層
で均一となる。
転させながら成長を行っているため、膜厚１組成は全層
で均一となる。
そのためには、装置を次のように構成する。
（１＞ ｌ？ＨＥＥＤ用の電子銃及び検出器をＭＢＥ
チャンバ内に配置し、基板と一諸に回転させる。
チャンバ内に配置し、基板と一諸に回転させる。
（２１ＲＨＥ Ｅ Ｄ用の電子銃及び検出器を従来通り
固定し２分子線源を装着したターンテーブルを回転させ
る。
固定し２分子線源を装着したターンテーブルを回転させ
る。
（３）基板の回転に同期してＲＩＩＥＥＤの入射電子線
を基板上に走査させ５検出系もこれに追随させる。
を基板上に走査させ５検出系もこれに追随させる。
ＲＨＥＥＤ系は複数個設けてもよい。
以下の実施例においては、基板上の電子線の照射領域３
は約０．１ ｍｍ ｘｉｏ ｍｍである。
は約０．１ ｍｍ ｘｉｏ ｍｍである。
実施例の測定は次の点に留意して行った。
■ 正確な測定をするため、 ＲＨＥＥＤ振動の最低２
０周期を測定する。
０周期を測定する。
■ シャッタを開けてから、成長速度が安定するのに１
〜２分かかるので、上記２０周期の測定は成長開始後最
低２分経過後行う。
〜２分かかるので、上記２０周期の測定は成長開始後最
低２分経過後行う。
実施例１：
第３図のように、電子銃７及び電子線強度の検出器１３
をＭＢＥチャンバ９内に配置する。まず、電子線の入射
方向と検出器の位置を決めたら、基板１と電子銃７と検
出器１３を同じ回転速度で回転する。
をＭＢＥチャンバ９内に配置する。まず、電子線の入射
方向と検出器の位置を決めたら、基板１と電子銃７と検
出器１３を同じ回転速度で回転する。
回転速度は、１回転に要する時間が１原子層成長する時
間と同程度か、またはそれより速ければよい。
間と同程度か、またはそれより速ければよい。
この実施例では、 ＲＨＥＥＤ振動の周期を回転周期と
一致させて観測した。
一致させて観測した。
基板を回転させた結果、成長速度は基板上で均一となり
、そのばらつきは基板全面で１％以下となり、 ＲＨＥ
ＥＤ振動は第２図のように１００回以上も続いた。
、そのばらつきは基板全面で１％以下となり、 ＲＨＥ
ＥＤ振動は第２図のように１００回以上も続いた。
又、 ＲＨＥＥＤ振動の観察中も基板を回転しているの
で、成長層中に膜厚９組成の不均一な層を含むことはな
い。
で、成長層中に膜厚９組成の不均一な層を含むことはな
い。
実施例２：
第４図のように、電子銃７と螢光スクリーン８は従来と
同様にＭＢＥチャンバ９に固定して取り付け、複数の分
子線ａ５を取り付けたターンテーブル１４が回転するこ
とにより、第３図の実施例１と同等の効果が得られる。
同様にＭＢＥチャンバ９に固定して取り付け、複数の分
子線ａ５を取り付けたターンテーブル１４が回転するこ
とにより、第３図の実施例１と同等の効果が得られる。
実施例３：
第５図（１）に示されるように、 ＲＨＥＥＤ用の電子
銃７と螢光スクリーン８を１組設け、電子銃７に付属の
偏向コイル１２−１とチャンバ９内に設けられた偏向コ
イル１２−２を用いて、電子線２を回転する基板に一定
の方向（例えば常に基板のファセットに平行な方向）か
ら入射させるようにする。
銃７と螢光スクリーン８を１組設け、電子銃７に付属の
偏向コイル１２−１とチャンバ９内に設けられた偏向コ
イル１２−２を用いて、電子線２を回転する基板に一定
の方向（例えば常に基板のファセットに平行な方向）か
ら入射させるようにする。
この場合入射電子線２は上記２個の偏向コイルを用いて
図の実線の位置から点線の位置まで基板中心に対して約
３０６の区間を矢印のように基板の回転に同期して走査
するようにする。
図の実線の位置から点線の位置まで基板中心に対して約
３０６の区間を矢印のように基板の回転に同期して走査
するようにする。
基板が１回転する間に、この３０°の区間を２回見るこ
とができ、 ＲＨＢＥＤ系を増やすことにより。
とができ、 ＲＨＢＥＤ系を増やすことにより。
この回数も増やすことができる。
検出系として、検出器１３を螢光スクリーン８上を移動
させた。
させた。
実施例では、基板の回転周期とＲＩＩＥＥＤ振動の２周
期を一敗させ、毎回同位相の部分の振動をとった。
期を一敗させ、毎回同位相の部分の振動をとった。
第５図（２）は得られた振動波形で９図中２点線の部分
は実施例１．２のように連続してＲＩＩＥＥＤ振動を観
測した場合に得られるであろう波形であり。
は実施例１．２のように連続してＲＩＩＥＥＤ振動を観
測した場合に得られるであろう波形であり。
実線部分は実際に得られた波形である。
この場合も、 ＲＨＥＥＤ振動の観測中も基板は回転し
ているので前記諸実施例と同様の効果が得られる。
ているので前記諸実施例と同様の効果が得られる。
以上説明したように本発明によれば、 ＲＨＥＥＤ振動
の減衰を抑制して、成長速度の正確な測定が可能となり
、又、 ＲＨＥＥＤ振動観測に伴う膜厚や組成の不均一
な層を成長層内に含むことがなくなり。
の減衰を抑制して、成長速度の正確な測定が可能となり
、又、 ＲＨＥＥＤ振動観測に伴う膜厚や組成の不均一
な層を成長層内に含むことがなくなり。
ＭＢＥ成長の精度向上に寄与することができる。
第１図（１）〜（３）は本発明の詳細な説明する平面図
と断面図。 第２図は実施例１のＲ）ＩＥＥＤ振動を示す間第３図は
実施例１を説明する装置の断面図。 第４図は実施例２を説明する装置の平面図。 第５図（１）、 （２＋は実施例３を説明する装置の平
面図とＲＩＩ ＩＥ Ｅ Ｄ振動を示す同第６図は従来
のＭＢＥ装置の模式断面図。 第７図（１）〜（３）は従来例によるＲ １１ Ｅ Ｅ
Ｄ振動を説明する図である。 図において。 １は被成長基板。 ２はＲＨＥεＤ用入射電子線。 ３は電子線照射領域。 ４は分子線 ５は分子線源。 ６はシャッタ。 ７はＲ１（旺り用電子銃。 ８は螢光スクリーン。 ９は超高真空チャンバ。 １０は基板ホルダ １１はヒータ。 １２−１．１２−２は偏向コイル。 １３は電子線強度の検出器 １４はターンテーブル ２ト、稽シＢ門め ｈ？、工里Ｅ］ 第 １（ｌ１２］ （Ｚ） ’！？（Ｗ“Ｊ３６す”ｆ’ＤＩＤｈｇＨＥＥＥ）丁辰
十１７第５２ 実＆（ＦＩＪ ｊ （７） Ｒ［Ｔ］ Ｑ第３図 イ乏末の分子縁紹晶麻長梗工の標式「■困第ら図
と断面図。 第２図は実施例１のＲ）ＩＥＥＤ振動を示す間第３図は
実施例１を説明する装置の断面図。 第４図は実施例２を説明する装置の平面図。 第５図（１）、 （２＋は実施例３を説明する装置の平
面図とＲＩＩ ＩＥ Ｅ Ｄ振動を示す同第６図は従来
のＭＢＥ装置の模式断面図。 第７図（１）〜（３）は従来例によるＲ １１ Ｅ Ｅ
Ｄ振動を説明する図である。 図において。 １は被成長基板。 ２はＲＨＥεＤ用入射電子線。 ３は電子線照射領域。 ４は分子線 ５は分子線源。 ６はシャッタ。 ７はＲ１（旺り用電子銃。 ８は螢光スクリーン。 ９は超高真空チャンバ。 １０は基板ホルダ １１はヒータ。 １２−１．１２−２は偏向コイル。 １３は電子線強度の検出器 １４はターンテーブル ２ト、稽シＢ門め ｈ？、工里Ｅ］ 第 １（ｌ１２］ （Ｚ） ’！？（Ｗ“Ｊ３６す”ｆ’ＤＩＤｈｇＨＥＥＥ）丁辰
十１７第５２ 実＆（ＦＩＪ ｊ （７） Ｒ［Ｔ］ Ｑ第３図 イ乏末の分子縁紹晶麻長梗工の標式「■困第ら図
Claims (2)
- （１）反射高エネルギ電子線回折（ＲＨＥＥＤ）振動の
観察により結晶成長速度をモニタする装置を有し、被成
長基板に入射させる該装置の測定用電子線を該基板の回
転に同期して走査し、反射電子線を該走査に追随して検
出するように構成され、且つ分子線源は該基板の回転に
非同期状態に構成されていることを特徴とする分子線結
晶成長装置。 - （２）反射高エネルギ電子線回折（ＲＨＥＥＤ）振動の
観察により結晶成長速度をモニタする装置を有し、該装
置と被成長基板は固定し、分子線源は該基板に垂直な軸
の周りに回転できるように構成されていることを特徴と
する分子線結晶成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17465188A JPH0226889A (ja) | 1988-07-12 | 1988-07-12 | 分子線結晶成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17465188A JPH0226889A (ja) | 1988-07-12 | 1988-07-12 | 分子線結晶成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0226889A true JPH0226889A (ja) | 1990-01-29 |
Family
ID=15982320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17465188A Pending JPH0226889A (ja) | 1988-07-12 | 1988-07-12 | 分子線結晶成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0226889A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0677639U (ja) * | 1993-04-09 | 1994-11-01 | 株式会社大阪西川 | 寝 具 |
| US9323560B2 (en) | 2004-05-27 | 2016-04-26 | International Business Machines Corporation | Interpreting I/O operation requests from pageable guests without host intervention |
-
1988
- 1988-07-12 JP JP17465188A patent/JPH0226889A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0677639U (ja) * | 1993-04-09 | 1994-11-01 | 株式会社大阪西川 | 寝 具 |
| US9323560B2 (en) | 2004-05-27 | 2016-04-26 | International Business Machines Corporation | Interpreting I/O operation requests from pageable guests without host intervention |
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