JPH033228A - 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 - 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〕 半導体製造装置に関し、 基板回転を行わずに膜厚均一性の良好なエピタキシャル
薄膜が成長できる半導体製造装置を提供することを目的
とし、 原料にガスを用いるガスソースＭＢＥ用のガスセルを有
する半導体製造装置において、基板をガスを照射するガ
スノズルの方向に対して斜めに配置し、該ガスノズルの
ガスが照射される出口となる開口部を該基板表面に対し
て平行になるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体製造装置に係り、原料に有機金属ガス
等を用いるガスソースＭＢＥ法に使用されるガスセルを
有する半導体製造装置に適用することができ、詳しくは
特に、膜厚均一性の優れたエピタキシャル薄膜を成長す
ることができる半導体製造装置に関する。

近年、を機金属ガス等を原料として用いるガスソースＭ
ＢＥ法に使用しているガスセルを有する半導体製造装置
において、特に得られるエピタキシャル薄膜の膜厚均一
性を良好にするには均一にガスを基板上に照射できるガ
スセルの開発が必要となっている。

〔従来の技術〕

第３図（ａ）、（ｂ）は従来の半導体製造装置を説明す
る図である。図示例はガスソースＭＢＥ用ガスセルを用
いる半導体製造装置に適用する場合である。

この図において、３１は例えば金属製からなるガスノズ
ル、３１ａはガスノズル３１先端部の開口部で、この開
口部３１ａから有機金属ガス等の原料ガス３２が照射さ
れる。３３は基板、３３ａは基板表面、３４は基板３３
を支持する基板ホルダである。

なお、ここではガスノズル３１内のガス濃度は均一にな
っている。ガスノズル３１の開口部３１ａから照射され
るガスは真空中でやや広がりながら基板表面３３ａに到
達する。

従来の半導体製造装置は第３図（ａ）、（ｂ）に示すよ
うに、ガスノズル３１先端部の開口部３１ａがガスノズ
ル３１のガスの流れの方向（第３図（ａ）、（ｂ）に示
す矢印Ｇ）に対して垂直に配置されている。

具体的には第３図（ａ）に示すガスノズル３１の開口部
３１ａが基板表面３３ａに対して平行であり（ａ　ＩＡ
１＝ｂｌＢｌ）　、ガスノズル３１　（ガスの流れ方向
矢印Ｇも同様）が基板表面３３ａに対して垂直に配置さ
れている場合は、基板表面３３ａの外側のＡ１点及びＢ
１点、中央のＣ１点での照射ガス密度（単位断面積光た
りのガス分子数Ｎ）がＮＡ　１　＝ＮＢ　１　＝ＮＣ１
というように同じであり、成長されるエピタキシャル薄
膜の膜厚均一性が良好である。

すなわち、このような第３図（ａ）に示すガスノズル３
１を用いる半導体製造装置では、１種類の原料ガス３２
を用い１個のガスノズル３１を基板表面３３ａに対して
垂直に配置し、ガスノズル３１の開口部３１ａを基板表
面３３ａに対して平行に配置したため成長されるエピタ
キシャル薄膜の膜厚を均一にすることができるという利
点がある。しかしながら、実際には数種類の原料ガス３
２を用いなければならず、１種類のガスに対してガスノ
ズル３１が１個必要となる。このため、数種類のガスに
対して複数個のガスノズル３１を各々配置してガスを照
射してエピタキシャル成長させていた。この場合、第３
図（ｂ）に示すように、複数個のガスノズル３１を基板
表面３３ａに対して垂直に配置することができず、基板
表面３３ａに対して斜めに傾けて配置していたくＴ可ズ
］く丁τ下了）。このため、ガスノズル３１の開口部３
１ａが基板表面３３ａに対して平行とはならず斜めに配
置されていた。なお、第３図（ｂ）では便宜上１本のガ
スノズ３１を配置している場合を示している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような第３図（ｂ）に示すガスノズ
ル３１を有する半導体製造装置にあっては、ガスノズル
３１の開口部３１ａが基板表面３３ａに対して斜めに配
置されるため、基板表面３３ａの外側のＡ２点及び８２
点、中央の０２点での照射ガス密度がガスノズル３１の
開口部３１ａから遠くなる程ＮＡ２＞ＮＣ２＞ＮＢ２と
いうように小さくなり、各点での濃度が等しくならず著
しく異なっており、成長されるエピタキシャル薄膜のＷ
ｉ厚がＡ２＞Ｃ２〉Ｂ２というように膜厚均一性が悪く
なってしまうという問題があった。

照射ガス濃度がガスノズル３１の開口部３１ａから遠（
なる程ＮＡ　２　＞ＮＣ２＞ＮＢ　２となるのは、開口
部３１ａから真空中に放出されるガスが開口部３１から
遠くなる程敗らばり具合が大きくなることよによるもの
と考えられる。

上記問題を解決する手段としては基板３３中央を中心と
して回転速度を一定に回転させることによって膜厚均一
性を良くすることができることが知られている。しかし
ながら、基板３３を精度良く回転させなければならず性
能の良いモータ等が必要となり、このため成長装置が機
械的に複雑になりモータ等の故障が多くなるとともに、
成長したエピタキシャル薄膜から作製される素子の歩留
り劣化の原因ともなり得る金属のパーティクルを発生し
てしまうという問題が生じていた。

金属のパーティクルが発生してしまうのは、例えばＧａ
Ａｓ膜を成長させる場合、Ａｓが基板ホルダ等に付着し
易く、回転させる際真空中に放出されて基板表面３３ａ
に付着してしまうことによるものと考えられる。したが
って、できる限り基板３３を回転させずにエピタキシャ
ル薄膜を成長させたいのである。

そこで本発明は、基板回転を行わずに膜厚均一性の良好
なエピタキシャル薄膜を成長することができる半導体製
造装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による半導体製造装置は上記目的達成のため、原
料にガスを用いるガスソースＭＢＥ用のガスセルを有す
る半導体製造装置において、基板をガスを照射するガス
ノズルの方向に対して斜めに配置し、該ガスノズルのガ
スが照射される出口となる開口部を該基板表面に対して
平行になるように配置するものである。

〔作用〕

本発明は、第１図および第２図に示すように、基板３３
がガスノズル１の方向に対して斜めに配置され、ガスノ
ズル１のガスが照射される出口となる開口部１ａが基板
表面３３ａに対して平行になるように配置される。

したがって、従来の第３図（ｂ）で説明した照射ガス密
度と比べて基板表面３３ａのＡ３点、８３点、０３点で
の照射ガス密度がＮＡ３＝ＮＢ３二ＮＣ３とい二次Ｃ３
ほぼ等しくすることができるようになり、基板上でみた
粒子密度も従来の第３図（ｂ）で説明した場合よりも均
一にすることができるようになるため、成長させたエピ
タキシャル薄膜の膜厚均一性を良好にすることができる
ようになる。詳細については実施例で説明する。

また、基板３３を回転させずに行なっているため、従来
の基板３３を回転させる際生じていた金属のパーティク
ルの発生によるエピタキシャル成長膜への悪影響という
問題も生じなくなる。

〔実施例〕

第１図及び第２図は本発明に係る半導体製造装置の一実
施例を説明する図であり、第１図は一実施例の構成を示
す装置概略図、第２図は一実施例の効果を説明する図で
ある。図示例はガスソースＭＢＥ用ガスセルを用いる半
導体製造装置に適用する場合である。

これらの図において、第３図（ａ）、（ｂ）と同一符号
は同一または相当部分を示し、１は例えばステンレス製
からなるガスノズル、ｌａはガスノズルｌ内の有機金属
ガス等の原料ガスが照射される出口となる開口部で、基
板表面３３ａに対して平行になるように形成されている
。２は真空チャンバ、３はヒータ、４は熱電対、５は例
えばＩＣＦ規格で外径φが例えば１１４　ｎのフランジ
１．６は例えばＩＣＦ規格で外径φが例えば３４鳳１の
ミニコンフラットフランジ、７はバリアプルリークバル
ブ、８は原料の有機金属が入ったボトルである。

なお、ここではガスノズル１内のガス濃度は均一になっ
ている。ガスノズルｌの開口部１ａから照射されるガス
は真空にされたチャンバ２内に放出されるようになって
いる。ガスノズル１の開口部１ａがガスノズル１の方向
く第１図及び第２図に示すガスの流れ矢印Ｇも同様）に
対して第３図（ａ）、（ｂ）に示した従来のガスノズル
３１の開口部３１ａでは垂直に配置していたのに対し、
上記実施例では斜めに配置している。また、基板３３は
第３図（ｂ）に示した従来の場合と同様ガスノズル１の
方向に対して斜めに配置されている。

まず、第１図を用いてその動作原理について説明する。

ここでは原料ガスとしてはボトル８に充填した常温で液
体のトリエチルガリウムを用いており、このトリエチル
ガリウムを高真空にしたチャンバ２内にガス状にして導
入し、トリエチルガリウムガスを（１００）　Ｇ　ａ　
Ａ　ｓからなる基板３３上に照射して結晶成長を行う場
合を示している。ガスセルはフランジ５によりチャンバ
２に取り付けられ、ミニコンフラットフランジ６を介し
てガスラインが接続されている。ガスラインは最も簡単
な構成としてバリアプルリークバルブ７によりガスの流
量制御を行う場合について示している。ガスセルは大き
く分けてガスノズルｌとガスノズルｌの周りを囲むヒー
タ３により構成されており、ヒータ３はトリエチルガリ
ウムガスがガスノズル１内壁へ付着するのを防ぐために
１００℃程度（熱電対４によりモニタ）で加熱している
。

すなわち、上記実施例では、第１及び第２図に示すよう
に、ガスノズル１のガスが照射される出口となる開口部
１ａを、ガスノズル１の方向くガスの流れる方向Ｇと同
様）に対して斜めに配置された基板３３表面に対して平
行になるように配置したため、基板表面３３ａの外側の
Ａ３点及び８３点、中央の０３点での照射ガス密度が第
３図（ｂ）に示した従来のガスノズル３１ｂの場合より
もＮＡ３＝ＮＢ　３＝ＮＣ３というように各点でほぼ等
しくなり、基板３３上でみた粒子密度も従来の第３図（
ｂ）で説明した場合よりも均一になるため、成長される
エピタキシャル薄膜の膜厚均一性は良好になる。

ここで基板表面３３ａの外側のＡ３点及び８３点、中央
の０３点での照射ガス密度が第３図（ｂ）に示した従来
のガスノズル３１ｂの場合よりもほぼ等しくなるのは、
ガスノズル１の開口部１ａを基板表面３３ａに対して平
行にしているためｂ３Ｂ３−ａ　３Ａ３の距離の差が従
来のｂ２Ｂ２−ａ２Ａ２の距離の差よりも小さくなるこ
とによるものと考えられる。なお、第２図に示すように
、開口部ｌａと基板表面３３ａを平行にするのではなく
開口部を基板表面３３ａに対して開口部１ａの場合より
も更に傾けて点線部で示す開口部１１ａを形成し、ａ１
３Δ３＝ｂ３Ｂ３となるようにすることによってＡ３．
８３点での照射ガス濃度を等しくして膜厚均一性を達成
することができるのではないかと考えられるが、この場
合、ガスノズル１内のガスがａ１３−２３間で反射して
照射されていたものが矢印Ｘの如く基板表面３３ａに照
射されずに外部に照射されてしまうため、ガス漏れの影
響が大きくＡ３点での照射密度が８３点での照射密度と
等しくならず極端に小さくなり過ぎてしまうという問題
がある。したがって、開口部１ａと基板表面３３ａとは
平行にしなければならない。

また、基板３３を回転させずに行っているため従来の基
板３３を回転させる際生じていた金属のパーティクルの
発生によるエピタキシャル成長層への悪影響という問題
も生じなくなる。

なお、上記実施例では、第１図及び第２図に示すように
一種類のガスによる１個のガスノズル１を用い、基板表
面３３ａをガスノズル１の方向に対して斜めに配置する
場合について説明したが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、数種類のガスによる複数個のガスノズルｌ
を用い、基板３３を各ガスノズル１の方向に対して斜め
に配置する場合にも適用することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、基板回転を行わずに膜厚均一性の良好
なエピタキシャル薄膜を成長することができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係る半導体製造装置の一実
施例を説明する図であり、 第１図は一実施例の構成を示す装置概略図、第２図は一
実施例の効果を説明する図、第３図は従来例を説明する
図である。 １・・・・・・ガスノズル、 １ａ・・・・・・開口部、 ２・・・・・・真空チャンバ、 ３・・・・・・ヒータ、 ４・・・・・・熱電対、 ５・・・・・・フランジ、 ６・・・・・・ミニコンフラットフランジ、７・・・・
・・バリアプルリークバルブ、８・・・・・・ボトル。 一実施例の効果を説明する図 第 図 ガスノズル開口部からの距離 （ａ） 従来例を説明する図 第

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 原料にガスを用いるガスソースＭＢＥ用のガスセルを有
   する半導体製造装置において、 基板をガスを照射するガスノズルの方向に対して斜めに
   配置し、該ガスノズルのガスが照射される出口となる開
   口部を該基板表面に対して平行になるように配置するこ
   とを特徴とする半導体製造装置。