JPH04314329A - デバイス作製方法とその装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスの生成及び利用に
関し、特にガス及び電子デバイスの作製に関する。

【０００２】

【従来の技術】多くの電子デバイス及び光デバイスの作
製に際しては、気相前駆物質からの結晶成長が行われる
。例えば、特定の応用のためのＧａＡｓ系の集積回路が
市販され始め、アルシン等の前駆物質が必要とされてい
る。さらに、化合物半導体材料、例えば、ガリウムヒ素
リン、インジウムガリウムヒ素リン、インジウムガリウ
ムヒ素、インジウムヒ素、インジウムアルミニウムヒ素
リン、ガリウムアルミニウムヒ素、及び、ガリウムヒ素
アンチモンなどのＩＩＩ−Ｖ族材料は、アルシン及びホ
スフィン等の前駆物質から形成され、固体レーザ、発光
ダイオード、電界効果トランジスタ、光検出器の製造に
広く用いられている。

【０００３】有機金属熱分解法（ＭＯＣＶＤ）、水素化
物気相エピタキシャル法（ＶＰＥ）、分子線エピタキシ
ャル法（ＭＢＥ）、ガスソースＭＢＥ等の種々の気相成
長法が使用されている。これらのプロセスでは、前駆物
質ガスが、エネルギー源、つまり熱、プラズマ、または
光子によって他の前駆物質ガスと相互作用して、所望の
結晶成長が行われる。アルシンのような多くの一般的な
前駆物質ガスは強い毒性を持ち、その取扱には特別な配
慮が必要である。（デバイス作製のためのアルシンのよ
うな前駆物質を用いた、種々のプロセスについては、Ｔ
ｈｅ　ＢＯＣＡ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｆｉｒｅ　Ｐｒｅ
ｖｅｎｔｉｏｎ　Ｃｏｄｅ／１９８７　Ｂｕｉｌｄｉｎ
ｇ　Ｏｆｆｉｃｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｃｏｄｅ　Ａｄｍｉ
ｎｉｓｔｒａｔｉｏｎｓ，Ｉｎｔ．　Ｉｎｃ．　７ｔｈ
　Ｅｄ．　Ｃｏｕｎｔｒｙ　Ｃｌｕｂ　Ｈｉｌｌｓ，　
Ｉｌｌ．６０４７７参照）完全なデバイスが作製されて
いるが、前駆物質は通常、圧縮ガスシリンダから０．１
から１００体積パーセントの濃度で供給される。ガスの
毒性が特に強いため、ガスシリンダの破裂事故、あるい
はそのようなシリンダからの直接配管は望ましくない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】デバイス作製時の多量
のガス貯蔵に伴う危険性を減らす手法は数少ないが、１
つの方法としては、銅ヒ素及びリン酸の触媒反応によっ
てアルシンを生成する方法である。この反応では、生成
されるアルシンの量を、デバイス作製に即時必要な量に
制限するように制御することができる。これらのプロセ
スでは、アルシンは比較的低圧力で生成される。典型的
には、１５０Ｔｏｒｒ以下の圧力のアルシンが生成され
る。さらに、触媒材料及び２次生成物の反応後の処理が
大きな問題となる。従って、本発明の目的は、ガスソー
スを用いるデバイス作製において、圧縮ガスソースによ
る多量のガス貯蔵の必要なく、前駆物質ガスを供給可能
な方法と装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】アルシン及びホスフィン
のようなハイドライドガスを生成するための特定の高エ
ネルギー電子注入プロセスにより、半導体デバイスある
いは光デバイスなどのデバイスを作製する際に十分な前
駆物質ガスがその場で供給される。すなわち、本発明で
は、デバイス作製用の少なくとも１種類のガスがガス合
成プロセスによって生成され、このガスが、多量の前駆
物質ガス貯蔵を行うことなく、作製プロセスに直接用い
られる。高エネルギー電子注入による化学反応段階は、
デバイス作製プロセスの一部として用いられ、高エネル
ギー電子を注入したガスに、水素及び揮発性のＶ族ある
いはＶＩ族を含む物質（例えば、リン、ヒ素、セレン、
テルルを含む物質）が導入される。ラジオ周波数あるい
はマイクロ波（１３．５ＭＨｚから２４５０ＭＨｚまで
の周波数帯域）においては、気相リアクタ内の圧力が０
．２ａｔｍ以上となるような十分なガス生成を行うこと
はできない。しかし、高エネルギー電子注入に起因する
反応によって、十分な前駆物質ガスが（１ａｔｍまで）
デバイス作製用として供給され、その場で用いられる。

【０００６】前述のように、特定の気相段階が使用され
て、水素化ガスが生成され、その場でデバイス作製プロ
セスに用いられる。デバイス作製のためのアルシンある
いはホスフィンのようなガスの利用段階の、種々のデバ
イスへの利用については、Ｂｕｃｋｌｅｙらの、Ａｐｐ
ｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，　５７，
　１６８４（１９９０）、Ｃｏｘらの、Ｊｏｕｒｎａｌ
　ｏｆＣｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ，　７３，　（１
９８３）、Ｏｌｓｅｎらの、”Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ
　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ　ａｎｄ　Ｃｈａｒａ
ｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ”，　Ｖｏｌ．　２，　Ｅｄ．
　Ｂ．Ｒ．　Ｐａｎｐｌｉｎ，　Ｐｅｒｇａｍｏｎ　Ｐ
ｒｅｓｓ，　Ｏｘｆｏｒｄ，１９８９、Ｊ．Ｊ．Ｔｉｅ
ｔｊａｎらの、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，　１１３
，（１９６６）、及び、Ｐ．Ｄ．Ｄａｐｋｕｓの、Ａｎ
ｎｕａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｓ
ｃｉｅｎｃｅ，　（１２），　ｐｇ．２４３，１９８２
に報告されている。以下には、デバイス作製段階に用い
られるガス生成の残りの段階について、本発明の理解の
ため詳細に示す。

【０００７】反応性の基、原子、イオンの混合物が、高
エネルギー電子の注入によってガス状態に保たれる。加
速された電子のみが、ガス化するためのエネルギー形態
ではないが、そのような電子は、反応を始めるために、
また、熱的に誘起された反応では不十分な効率を向上さ
せるために必要である。電子の供給は、連続的、パルス
的、または周期的に行うことができる。通常は、高エネ
ルギー電子として、０．１ｋｅＶ以上のものが用いられ
るが、特に５ｋｅＶ以上が望ましく、５ｋｅＶから５０
ｋｅＶの範囲で用いられる。必要な反応ガス濃度（つま
り、１０Ｔｏｒｒから１ａｔｍの範囲で２から３０体積
パーセント）を得るために必要な正確な電子エネルギー
は、生成されるガスの種類に依存する。例えば、１０ｋ
ｅＶ及び３０ｋｅＶのエネルギーは、それぞれ、ホスフ
ィン及びアルシンに用いられる。電子の電流は厳密に特
定される必要はなく、数ミリアンペアのオーダーである
。電子ソースも、特定される必要はなく、テスラコイル
、ベータエミッタあるいは電子銃などを用いることがで
きる。

【０００８】反応性ガスに導入される水素ソースは、必
ずしも特定される必要はなく、原子、分子のいずれでも
良い。水素ソースの純度は生成されるガスの純度に影響
する。典型的には、意図しない不純物濃度が、１０万分
の１を越えることは望ましくない。水素原子は、水素分
子などのガスが、例えばマイクロ波プラズマなどによっ
て解離されて生成される。水素原子及び分子の混合物は
、電子誘起ガス内を拡散する。水素分子は直接電子誘起
ガス内に導入される。水素濃度は、１０Ｔｏｒｒから１
ａｔｍの圧力で、１０：１から５０：１の体積比の範囲
とされる。１０Ｔｏｒｒ未満の圧力では、生成されるガ
スの流量が少なくなるため望ましくなく、一方、１ａｔ
ｍを越える圧力では、ガス生成反応が進まなくなるため
不都合である。

【０００９】気相状態の反応性ガス内に導入されるＶ族
及びＶＩ族のソースもまた厳密に特定される必要はない
。 典型的なソースは、リン、ヒ素、セレン、テルルなどの
構成材料の抵抗性、対流性ヒーティング、または熱蒸発
である。これらの材料は、反応性ガスに導入するために
、所望の濃度のＶ族原子あるいはＶＩ族原子を生成する
ために十分な温度で維持される。通常１５０度から３０
０度の範囲が適当である。下限の温度は、Ｖ族あるいは
ＶＩ族材料の揮発性によって決定される。上限の温度は
、前駆物質が生成される分解温度によって決定される。 比較的低温で加熱した場合、低蒸気圧材料からの流量は
十分ではない。しかし、ＩＩＩ族及びＩＶ族の材料に対
しては、イオン照射のような非熱蒸発プロセスを用いる
ことができる。

【００１０】ガス反応によって生成された所望の水素化
ガスは、キャリアガスの連続的な流れ、あるいはデバイ
ス作製領域への分子のリークといった手法によって取り
出され、デバイス作製のために直接用いられる。従って
、水素化ガスの圧縮ガスシリンダの使用を避けることが
できる。

【００１１】以下の実施例は、本発明におけるガス生成
段階に用いられる具体的な条件の一例を示したものであ
る。

【００１２】

【実施例】気相プロセスによるアルシンの生成が、図１
に示される石英リアクタ内で行われる。リアクタ１は、
１／１６インチ径の小チャネルホールを有する内部リア
クションチャンバ２及び外部ジャケット３を有しており
、それぞれに、水素ガスが導入される。高純度水素ガス
（９９．９９９％）は、ポート４及び５を介してリアク
タ２及び３に導入される前に、Ｎａｎｏｃｈｅｍ　Ｍｏ
ｄｅｌ　ＬＳ−５０ガス清浄化装置（Ｎａｎｏｃｈｅｍ
　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｉｎｃ．）によってさらに高純度化さ
れる。水素の流量は、流量コントローラ６及び７によっ
て、１００ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍの範囲に調節さ
れる。高純度（９９．９９９％）ヒ素小片（１／２“ｘ
１”）８がリアクタ１内に導入される。

【００１３】電子ソースであるテスラコイル９には、ナ
イロン絶縁環１１と共にアルミニウムを先端とするカソ
ード１０が含まれる。テフロン（登録商標名：ポリテト
ラフルオロエチレン）インサート１４を介してリアクタ
１に接続される。１／２インチ径付属部品１２は、石英
本体とナイロン絶縁環１１との間にＯリングシール１３
を備えている。真空度として、１０−４となるまでまで
リアクタ１内の空気が引かれる。垂直炉１８によって、
ヒ素小片８を加熱し、ヒ素を蒸発させる。垂直炉の温度
は、化学反応の実温度が適切となる範囲、典型的には１
５０度から３００度に調節する。水素は、ポート４及び
５から、所望の流量及び圧力（トランスデューサ１５に
よって測定される）でリアクタ１内に導入され、リアク
タ１内は１０ｔｏｒｒから１ａｔｍの適切な範囲に維持
される。以上の条件で、テスラコイル９を動作させたと
ころ、アルシンが生成され、分光光度計による測定によ
って、１７％の体積濃度のアルシンが検出された。

【００１４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、結晶成
長を含むデバイス作製プロセスにおいて、電子ビーム照
射によって前駆物質ガスを生成し、そのままデバイス作
製用として使用することにより、強い毒性を有するアル
シンあるいはホスフィン等の前駆物質ガスを多量に貯蔵
する必要のない、デバイス作製方法とその装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のデバイス作製方法に用いられるガスの
生成装置の一実施例を示す図。

【符号の説明】

１　　リアクタ ２　　内部リアクションチャンバ ３　　外部ジャケット ４〜５　　ポート ６〜７　　流量コントローラ ８　　ヒ素小片 ９　　テスラコイル １０　　カソード １１　　ナイロン絶縁環 １２　　１／２インチ径付属部品 １３　　Ｏリングシール １４　　テフロンインサート １５　　トランスデューサ １８　　垂直炉

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　結晶成長部を含むデバイス作製方法に
   おいて、前記結晶成長部の成長に用いるために、前駆物
   質ガスを供給するステップと、電子ビーム照射によって
   混合気体中の化学反応性を維持することにより、前記前
   駆物質ガスを生成するステップを有することを特徴とす
   るデバイス作製方法。
2. 【請求項２】　　前記前駆物質ガスが、アルシン及びホ
   スフィンを含むグループから選択された材料を含んでい
   ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】　　前記デバイスが、ガリウムヒ素層を有
   することを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】　　前記デバイスが、集積回路を有するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 【請求項５】　　前記混合気体が、水素とヒ素の混合物
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 【請求項６】　　前記結晶成長部が、ＩＩＩ−Ｖ族半導
   体材料であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 【請求項７】　　一定のガス材料を含む前駆物質ガスを
   用い、基板上に結晶成長させる手段と、前記ガス材料及
   び加速電子ソースの閉じ込め領域を有し、前記前駆物質
   ガスを生成する手段を有し、前記前駆物質ガス生成手段
   が、前記領域中で前記ガス材料に前記電子が投射される
   ように構成されたことを特徴とするデバイス作製装置。