JPH0244800B2 - Tanketsushoseichosochi - Google Patents
TanketsushoseichosochiInfo
- Publication number
- JPH0244800B2 JPH0244800B2 JP16612182A JP16612182A JPH0244800B2 JP H0244800 B2 JPH0244800 B2 JP H0244800B2 JP 16612182 A JP16612182 A JP 16612182A JP 16612182 A JP16612182 A JP 16612182A JP H0244800 B2 JPH0244800 B2 JP H0244800B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reaction
- tube
- reaction tube
- substrate
- processed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/14—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(a) 発明の技術分野
本発明は気相エピタキシヤル成長における温度
測定および膜厚制御を改良した単結晶成長装置に
関する。
測定および膜厚制御を改良した単結晶成長装置に
関する。
(b) 技術の背景
ガリウム砒素（GaAs）、アルミニウムガリウ
ム砒素（AlxGa1−xAs）などの化合物半導体結
晶を用いた半導体デバイスは公知である。
ム砒素（AlxGa1−xAs）などの化合物半導体結
晶を用いた半導体デバイスは公知である。
こゝでマイクロ波用ダイオード、トランジスタ
などの半導体素子は上記のような化合物半導体か
らなる単結晶ウエハ上にドナー不純物或はアクセ
プタ不純物を含んだ同種の結晶をエピタキシヤル
成長させるか或はこれらの不純物を直接に拡散さ
せて半導体の電導のタイプ（電子電導型或は正孔
電導型）および電導度の違つた半導体領域を作
り、これを用いて各種の半導体デバイスが作られ
ている。またAlxGa1−xAsをバツフア層として
その上にGaAsを成長させ（ヘテロバツフア）、
トランジスタを形成することも行われている。
などの半導体素子は上記のような化合物半導体か
らなる単結晶ウエハ上にドナー不純物或はアクセ
プタ不純物を含んだ同種の結晶をエピタキシヤル
成長させるか或はこれらの不純物を直接に拡散さ
せて半導体の電導のタイプ（電子電導型或は正孔
電導型）および電導度の違つた半導体領域を作
り、これを用いて各種の半導体デバイスが作られ
ている。またAlxGa1−xAsをバツフア層として
その上にGaAsを成長させ（ヘテロバツフア）、
トランジスタを形成することも行われている。
さてダイオード、トランジスタなど電導キヤリ
ヤの種類が違う半導体層の接合を利用するデバイ
スにおいては高い整流比と均質な特性をもつこと
が必要であり、そのためにはエピタキシヤル層の
厚さが正確にコントロールされていること、およ
び急峻な不純物濃度勾配をもつていることが必要
である。また良好なヘテロバツフア構造を形成す
るためには、急峻な組成勾配を実現することが必
要である。
ヤの種類が違う半導体層の接合を利用するデバイ
スにおいては高い整流比と均質な特性をもつこと
が必要であり、そのためにはエピタキシヤル層の
厚さが正確にコントロールされていること、およ
び急峻な不純物濃度勾配をもつていることが必要
である。また良好なヘテロバツフア構造を形成す
るためには、急峻な組成勾配を実現することが必
要である。
本発明はこのような条件を満した半導体層を気
相エピタキシヤル成長させる装置の構成に関する
ものである。
相エピタキシヤル成長させる装置の構成に関する
ものである。
(c) 従来技術と問題点
半導体単結晶ウエハ（以下ウエハ）上に急峻な
不純物濃度勾配及び組成勾配をもつエピタキシヤ
ル層を成長させるには反応容器内の反応ガスの交
換が迅速に行われることが必要であり今まで次の
何れかの方法がとられていた。
不純物濃度勾配及び組成勾配をもつエピタキシヤ
ル層を成長させるには反応容器内の反応ガスの交
換が迅速に行われることが必要であり今まで次の
何れかの方法がとられていた。
(1) 反応ガスの流量を大にする。
(2) 反応ガスをウエハの近くまで細管を用いて導
入する。
入する。
(3) ライナ管を用いる。
これらの方法の内、(1)の方法は反応容器内のガ
スの交換は速に行われるが、ウエハおよび原料ガ
スの分解温度やガスの流れなどが変化する結果と
してエピタキシヤル成長の均一性が損われると云
う欠点がある。
スの交換は速に行われるが、ウエハおよび原料ガ
スの分解温度やガスの流れなどが変化する結果と
してエピタキシヤル成長の均一性が損われると云
う欠点がある。
また(2)の方法は成長過程の温度調節を熱電対に
よらず赤外線温度計を用いて行う場合や、成長層
の厚さを干渉光を用いて行う場合には視野が遮ら
れるため使用できない欠点がある。
よらず赤外線温度計を用いて行う場合や、成長層
の厚さを干渉光を用いて行う場合には視野が遮ら
れるため使用できない欠点がある。
然し(3)のライナ管を用いる方法は反応容器内の
実効容積を狭めると共に反応容器側壁の汚染を防
ぐ点で甚だ有効である。
実効容積を狭めると共に反応容器側壁の汚染を防
ぐ点で甚だ有効である。
次にエピタキシヤル成長中にこの膜厚を測定す
る方法としては縦形反応管の上部に透明石英製の
覗き窓を有する治具を設け、これよりタングステ
ンランプ、キセノンランプ或いはレーザからの単
色光を投射しこの干渉を利用して膜厚を測定する
ことを行つていた。
る方法としては縦形反応管の上部に透明石英製の
覗き窓を有する治具を設け、これよりタングステ
ンランプ、キセノンランプ或いはレーザからの単
色光を投射しこの干渉を利用して膜厚を測定する
ことを行つていた。
然し縦形反応管の上部は同時に反応ガスの導入
路であり、異種のエピタキシヤル成長を行う際に
急峻な組成勾配及び不純物濃度勾配を得るため反
応管上部の容積を広くとることは許されない。
路であり、異種のエピタキシヤル成長を行う際に
急峻な組成勾配及び不純物濃度勾配を得るため反
応管上部の容積を広くとることは許されない。
それでガス導入路を狭く作るため反応管の上部
より膜厚測定用の入射光と反射光を分離すること
が困難であり、また観測装置を成長装置の上に置
くか或は反射鏡を用いて光導路を形成する必要が
あり複雑な操作を必要とした。
より膜厚測定用の入射光と反射光を分離すること
が困難であり、また観測装置を成長装置の上に置
くか或は反射鏡を用いて光導路を形成する必要が
あり複雑な操作を必要とした。
なお膜厚の測定は反応容器が透明石英製である
ため容器の側面からも可能であるがエピタキシヤ
ル成長中に容器内壁にも反応物の分解析出が起る
ので観測は不可能である。
ため容器の側面からも可能であるがエピタキシヤ
ル成長中に容器内壁にも反応物の分解析出が起る
ので観測は不可能である。
(d) 発明の目的
本発明の目的は化合物半導体の気相エピタキシ
ヤル成長中に外部より膜厚、温度などの測定が可
能で且つ急峻な組成勾配及び濃度勾配をもつ半導
体層の成長が可能な装置の構成を提供することを
目的とする。
ヤル成長中に外部より膜厚、温度などの測定が可
能で且つ急峻な組成勾配及び濃度勾配をもつ半導
体層の成長が可能な装置の構成を提供することを
目的とする。
(e) 発明の構成
本発明の目的は透明石英よりなる反応管の中央
部にライナ管を設けると共にこの上部にライナ管
に支承される石英ブロツクを設けこのブロツクに
反応管上部より導入される反応ガスが一度反応管
壁に当つた後反射してウエハへと流入するよう複
数の流通孔を設け、この流通孔を反応ガスの流通
孔と膜厚および温度測定用の観測孔として使用す
る半導体結晶成長装置により達成することができ
る。
部にライナ管を設けると共にこの上部にライナ管
に支承される石英ブロツクを設けこのブロツクに
反応管上部より導入される反応ガスが一度反応管
壁に当つた後反射してウエハへと流入するよう複
数の流通孔を設け、この流通孔を反応ガスの流通
孔と膜厚および温度測定用の観測孔として使用す
る半導体結晶成長装置により達成することができ
る。
(f) 発明の実施例
本発明はガス吹出し孔には熱分解生成物が析出
しないことおよび半導体結晶成長装置の反応管が
透明石英製であることを利用し、反応ガスの流入
孔を反応管壁まで屈曲して設けこれを膜厚、温度
などを測定する観測窓に併用するものである。
しないことおよび半導体結晶成長装置の反応管が
透明石英製であることを利用し、反応ガスの流入
孔を反応管壁まで屈曲して設けこれを膜厚、温度
などを測定する観測窓に併用するものである。
以下化合物半導体としてGaAsをとり図面によ
り本発明を説明する。
り本発明を説明する。
第１図は本発明を実施した半導体結晶成長装置
の正面図、第２図および第３図は本発明に係る石
英ブロツクの断面図Ａと平面図Ｂである。
の正面図、第２図および第３図は本発明に係る石
英ブロツクの断面図Ａと平面図Ｂである。
第１図においてこの装置は透明石英製の反応管
１と熱分解を行う高周波誘導コイル２からなり、
反応管１の上部にはアルシン（AsH3）、トリメ
チールガリウム〔Ga（CH3）3〕トリメチールアル
ミニウム〔Al（CH3）3〕、硫化水素（H2S）などの
原料ガスを供給する導入口３と水素（H2）など
のキヤリヤガスを供給する導入口４とがある。
１と熱分解を行う高周波誘導コイル２からなり、
反応管１の上部にはアルシン（AsH3）、トリメ
チールガリウム〔Ga（CH3）3〕トリメチールアル
ミニウム〔Al（CH3）3〕、硫化水素（H2S）などの
原料ガスを供給する導入口３と水素（H2）など
のキヤリヤガスを供給する導入口４とがある。
また反応管１の中央部にはライナ管５に囲まれ
てGaAsウエハ６がカーボンサセプタ７の上に載
置されており、このカーボンサセプタ７は下部が
保持棒８と連結し結晶成長中はモータにより低速
回転されるよう構成されている。
てGaAsウエハ６がカーボンサセプタ７の上に載
置されており、このカーボンサセプタ７は下部が
保持棒８と連結し結晶成長中はモータにより低速
回転されるよう構成されている。
こゝで気相エピタキシヤル成長は上方より規定
の流量に調節された反応ガスとキヤリヤガスを上
部の導入口３，４から流入させ排出口９から排出
し乍ら高周波誘導コイル２に通電してカーボンサ
セプタ７を加熱することによりウエハ上で化学反
応を起させてエピタキシヤル成長を行うものであ
る。
の流量に調節された反応ガスとキヤリヤガスを上
部の導入口３，４から流入させ排出口９から排出
し乍ら高周波誘導コイル２に通電してカーボンサ
セプタ７を加熱することによりウエハ上で化学反
応を起させてエピタキシヤル成長を行うものであ
る。
こゝでライナ管５は反応管１内の実効容積を少
くして反応ガスの置換を容易にすることゝ反応管
１への分解生成物への析出汚染を防ぐために設け
られているもので従来の結晶成長装置にも用いら
れている。
くして反応ガスの置換を容易にすることゝ反応管
１への分解生成物への析出汚染を防ぐために設け
られているもので従来の結晶成長装置にも用いら
れている。
本発明はこのライナ管５を支持台としこの上に
ガス流入孔と観測孔をもつ石英ブロツク１０を備
える点に特徴がある。すなわち、かかる石英ブロ
ツク１０は円筒状を有しその中央に設けてあるガ
ス流入孔１１が反応管側に向つて複数個に分岐
し、石英ブロツク１０の外周部に達して後再びサ
セプタ上に置かれたウエハ６に向つて屈折する流
入孔を備えるものである。
ガス流入孔と観測孔をもつ石英ブロツク１０を備
える点に特徴がある。すなわち、かかる石英ブロ
ツク１０は円筒状を有しその中央に設けてあるガ
ス流入孔１１が反応管側に向つて複数個に分岐
し、石英ブロツク１０の外周部に達して後再びサ
セプタ上に置かれたウエハ６に向つて屈折する流
入孔を備えるものである。
こゝで石英ブロツク１０の下側に設けられてい
る流入孔１２は反応管壁１を通してウエハ６の膜
厚測定および温度測定を行うもので、そのために
はウエハ６の中央部が複数個の何れの孔からも充
分に目視が出来るような角度と大きさをもつて作
られていることが必要で本実施例においては石英
ブロツク１０の直径60mmに対して流入孔１２の直
径は20mmにとつた。
る流入孔１２は反応管壁１を通してウエハ６の膜
厚測定および温度測定を行うもので、そのために
はウエハ６の中央部が複数個の何れの孔からも充
分に目視が出来るような角度と大きさをもつて作
られていることが必要で本実施例においては石英
ブロツク１０の直径60mmに対して流入孔１２の直
径は20mmにとつた。
なお第２図は２つの流通孔１２が対称位置に設
けられている場合で第３図は４つの流通孔１２が
直交して設けられている場合である。
けられている場合で第３図は４つの流通孔１２が
直交して設けられている場合である。
このように流通孔１２を観測孔と兼用させると
従来は反応管壁に分解生成物が析出して観測不能
な状態となるが反応ガスが流れているためこの部
分には析出が生せず従つて視野が遮られる心配は
ない。
従来は反応管壁に分解生成物が析出して観測不能
な状態となるが反応ガスが流れているためこの部
分には析出が生せず従つて視野が遮られる心配は
ない。
次にこの石英ブロツク１０の利点はエピタキシ
ヤル層の膜厚測定を行う場合に第２図Ａで示すよ
うに入射光１３と反射光１４とが完全に分離され
るために観測が容易なことである。また第３図に
示すように４個の流通孔１２を備えている場合は
波長を異にする２つのレーザ光源を用いて成長膜
厚の測定が可能となる。またこの流通孔１２を用
いてウエハ６の温度測定を行うことは当然可能で
ある。
ヤル層の膜厚測定を行う場合に第２図Ａで示すよ
うに入射光１３と反射光１４とが完全に分離され
るために観測が容易なことである。また第３図に
示すように４個の流通孔１２を備えている場合は
波長を異にする２つのレーザ光源を用いて成長膜
厚の測定が可能となる。またこの流通孔１２を用
いてウエハ６の温度測定を行うことは当然可能で
ある。
このように本発明は反応ガスの流入孔を反応管
壁よりウエハに向けて斜向して設けることにより
反応管壁を分解生成物で汚染させずそのため従来
は目視ができなかつた反応管壁位置より入射光と
反射光を分離して膜厚測定ができる。
壁よりウエハに向けて斜向して設けることにより
反応管壁を分解生成物で汚染させずそのため従来
は目視ができなかつた反応管壁位置より入射光と
反射光を分離して膜厚測定ができる。
(g) 発明の効果
本発明の実施によりエピタキシヤル成長中にお
ける膜厚のコントロールが容易となり半導体デバ
イスの特性と歩留りを向上することができる。
ける膜厚のコントロールが容易となり半導体デバ
イスの特性と歩留りを向上することができる。
第１図は本発明を適用した半導体結晶成長装置
の構成図、第２図および第３図は本発明に係る石
英ブロツクの形状でＡは断面図、Ｂは平面図であ
る。 図において、１は反応管、５はライナ管、６は
半導体単結晶ウエハ、７はカーボンサセプタ、１
０は石英ブロツク、１１はガス流入孔、１２は反
応ガス流通孔。
の構成図、第２図および第３図は本発明に係る石
英ブロツクの形状でＡは断面図、Ｂは平面図であ
る。 図において、１は反応管、５はライナ管、６は
半導体単結晶ウエハ、７はカーボンサセプタ、１
０は石英ブロツク、１１はガス流入孔、１２は反
応ガス流通孔。
Claims (1)
- １ 反応管の中央部にライナ管により取り囲まれ
ると共にサセプタに載置された被処理基板があ
り、該被処理基板の上部に前記ライナ管に支承さ
れたブロツク体があり、該ブロツク体には反応管
上部より供給される反応ガスを一度反応管壁に向
けて誘導した後に該管壁で反射して被処理基板へ
と導く複数の屈折した反応ガス流通孔を備えてお
り、該ブロツク体の流通孔を通して反応ガスを供
給し乍ら、外部より被処理基板を加熱して気相エ
ピタキシヤル成長を行うと共に該流通孔を用いて
温度測定および膜厚制御を行うことを特徴とする
単結晶成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16612182A JPH0244800B2 (ja) | 1982-09-24 | 1982-09-24 | Tanketsushoseichosochi |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16612182A JPH0244800B2 (ja) | 1982-09-24 | 1982-09-24 | Tanketsushoseichosochi |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5954698A JPS5954698A (ja) | 1984-03-29 |
| JPH0244800B2 true JPH0244800B2 (ja) | 1990-10-05 |
Family
ID=15825415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16612182A Expired - Lifetime JPH0244800B2 (ja) | 1982-09-24 | 1982-09-24 | Tanketsushoseichosochi |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0244800B2 (ja) |
-
1982
- 1982-09-24 JP JP16612182A patent/JPH0244800B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5954698A (ja) | 1984-03-29 |
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