JPH04364024A - 半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
半導体デバイスの製造方法Info
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- JPH04364024A JPH04364024A JP3025035A JP2503591A JPH04364024A JP H04364024 A JPH04364024 A JP H04364024A JP 3025035 A JP3025035 A JP 3025035A JP 2503591 A JP2503591 A JP 2503591A JP H04364024 A JPH04364024 A JP H04364024A
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45563—Gas nozzles
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- 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
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/057—Gas flow control
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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- Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
- Y10S438/935—Gas flow control
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- 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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイス製造の
方法と装置に関し、さらに特別には、有機金属化学気相
堆積法（ＭＯＣＶＤ）によるエピタキシャル成長層製造
の方法と装置に関する。
方法と装置に関し、さらに特別には、有機金属化学気相
堆積法（ＭＯＣＶＤ）によるエピタキシャル成長層製造
の方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年における半導体技術の大きい進歩の
１つは、半導体デバイスの活性物質としてＩＩＩ―Ｖ族
材料、例えばガリウム・ヒ素やインジウム・リン、及び
それらの３元素や４元素化合物、例えばインジウム・ガ
リウム・ヒ素・リンの利用が増加したことである。これ
らの材料は、そのバンドギャップ特性から、オプトエレ
クトロニクスやフォトニクスの応用技術、例えばレーザ
、発光ダイオード、光検出器などの技術用材料として有
望視されている。
１つは、半導体デバイスの活性物質としてＩＩＩ―Ｖ族
材料、例えばガリウム・ヒ素やインジウム・リン、及び
それらの３元素や４元素化合物、例えばインジウム・ガ
リウム・ヒ素・リンの利用が増加したことである。これ
らの材料は、そのバンドギャップ特性から、オプトエレ
クトロニクスやフォトニクスの応用技術、例えばレーザ
、発光ダイオード、光検出器などの技術用材料として有
望視されている。
【０００３】これらの材料は、高速電子移動性を有して
いるため、集積回路用途としては、通常広く用いられて
いる半導体材料のシリコンよりしばしば好ましいもので
ある。このようなデバイスを製造するには、単結晶基板
上に１つ以上の層をエピタキシャル成長させることが必
要である場合が多い（エピタキシャル成長とは、基板上
に材料を堆積させる方法であり、特に、堆積された材料
の結晶構造が、基板の結晶構造を有効に引継ぎ成長する
現象をいう）。
いるため、集積回路用途としては、通常広く用いられて
いる半導体材料のシリコンよりしばしば好ましいもので
ある。このようなデバイスを製造するには、単結晶基板
上に１つ以上の層をエピタキシャル成長させることが必
要である場合が多い（エピタキシャル成長とは、基板上
に材料を堆積させる方法であり、特に、堆積された材料
の結晶構造が、基板の結晶構造を有効に引継ぎ成長する
現象をいう）。
【０００４】エピタキシャル成長による堆積方法には、
大きく分けて３つの方法、即ち液相エピタキシャル成長
法、気相エピタキシャル成長法、及び分子線エピタキシ
ャル成長法があり、それぞれ液体ソース、気相ソース、
及び分子線から堆積を行う。気相エピタキシャル成長の
特に有力な方法は、有機金属化合物を含むガスから堆積
を行う方法である。この方法は、有機金属化学気相堆積
法（ＭＯＣＶＤ）として知られる多くの科学刊行物に記
載されている。
大きく分けて３つの方法、即ち液相エピタキシャル成長
法、気相エピタキシャル成長法、及び分子線エピタキシ
ャル成長法があり、それぞれ液体ソース、気相ソース、
及び分子線から堆積を行う。気相エピタキシャル成長の
特に有力な方法は、有機金属化合物を含むガスから堆積
を行う方法である。この方法は、有機金属化学気相堆積
法（ＭＯＣＶＤ）として知られる多くの科学刊行物に記
載されている。
【０００５】例えば、「ＩＩＩ―Ｖ族半導体の有機金属
化学気相堆積法」、エム・ジェイ・ルドワイス（Ｍ．Ｊ
．Ｌｕｄｏｗｉｓｅ）、「ジャーナル オブ アプ
ライド フィジックス（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）」、第８号、第５８巻、
１９８５年１０月１５日、Ｒ３１−Ｒ５５頁、及び報告
「有機金属化学気相堆積法」、ピー・ダニエル・ダプカ
ス（Ｐ．Ｄａｎｉｅｌ Ｄａｐｋｕｓ ）、「アメリカ
ン レビュー オブ マテリアルサイエンス（Ａ
ｍｅｒｉｃａｎ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａ
ｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ）」、アニュアル レビューＩ
ｎｃ．，１９８２年２４３−２６８頁である。
化学気相堆積法」、エム・ジェイ・ルドワイス（Ｍ．Ｊ
．Ｌｕｄｏｗｉｓｅ）、「ジャーナル オブ アプ
ライド フィジックス（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）」、第８号、第５８巻、
１９８５年１０月１５日、Ｒ３１−Ｒ５５頁、及び報告
「有機金属化学気相堆積法」、ピー・ダニエル・ダプカ
ス（Ｐ．Ｄａｎｉｅｌ Ｄａｐｋｕｓ ）、「アメリカ
ン レビュー オブ マテリアルサイエンス（Ａ
ｍｅｒｉｃａｎ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａ
ｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ）」、アニュアル レビューＩ
ｎｃ．，１９８２年２４３−２６８頁である。
【０００６】ＭＯＣＶＤ法では、リアクタ内で、エピタ
キシャル成長層の成長する１つの元素を含むガス状の有
機金属化合物と、所望のエピタキシャル成長材料の、他
の元素を含むガス状の第２の化合物に、加熱基板をさら
す。例えば、ＩＩＩ―Ｖ族材料であるガリウム・ヒ素を
エピタキシャル成長させるには、ガス状有機金属トリエ
チルガリウム［（Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ］をガリウムのソー
スとして用い、またＶ族成分であるヒ素のソースとして
アリシン（ＡｓＨ３）を用いる。
キシャル成長層の成長する１つの元素を含むガス状の有
機金属化合物と、所望のエピタキシャル成長材料の、他
の元素を含むガス状の第２の化合物に、加熱基板をさら
す。例えば、ＩＩＩ―Ｖ族材料であるガリウム・ヒ素を
エピタキシャル成長させるには、ガス状有機金属トリエ
チルガリウム［（Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ］をガリウムのソー
スとして用い、またＶ族成分であるヒ素のソースとして
アリシン（ＡｓＨ３）を用いる。
【０００７】このガス混合物は、通常は垂直方向のリア
クタの上部に軸方向に射出され、リアクタ内において、
基板は、高周波コイルで加熱されるサセプタ上に配置さ
れる。このガスは、リアクタの導入端と反対側の一端の
チューブから排出される。
クタの上部に軸方向に射出され、リアクタ内において、
基板は、高周波コイルで加熱されるサセプタ上に配置さ
れる。このガスは、リアクタの導入端と反対側の一端の
チューブから排出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ＭＯＣＶＤ法は、他の
エピタキシャル成長法に比べ多くの利点を有することが
認められているが、高品位デバイスの形成においては幾
つかの問題が残っている。その中の主なものに、基板上
面の堆積層の良好な均一性を得る問題がある。デバイス
、例えば半導体レーザの適切な動作には、幾つかの異な
るエピタキシャル成長層であって、各層の厚さが僅か数
ミクロンであるような層構造が必要である。
エピタキシャル成長法に比べ多くの利点を有することが
認められているが、高品位デバイスの形成においては幾
つかの問題が残っている。その中の主なものに、基板上
面の堆積層の良好な均一性を得る問題がある。デバイス
、例えば半導体レーザの適切な動作には、幾つかの異な
るエピタキシャル成長層であって、各層の厚さが僅か数
ミクロンであるような層構造が必要である。
【０００９】この厚みの均一性にかなりのばらつきがあ
ると、レーザなどのデバイスの動作に重大な違いを生ず
る結果となる。さらに、このようなデバイスをシステム
において使用する場合、それらの製造には高度の再現性
が必要であり、堆積層の厚みの均一性が不十分な場合は
それらを達成することはできない。
ると、レーザなどのデバイスの動作に重大な違いを生ず
る結果となる。さらに、このようなデバイスをシステム
において使用する場合、それらの製造には高度の再現性
が必要であり、堆積層の厚みの均一性が不十分な場合は
それらを達成することはできない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明はリアクタのタイプを改良し、ＭＯＣＶＤガ
スを、加熱基板を含むリアクタの一端に送り、その他端
より排出するものである。ガスは流路を流れ、通常基板
と平行に置かれた射出板のスロットを通り送られる。こ
のスロットは、幅が不均一であって、ガスを不均一に射
出して堆積速度の不均一性を補償する。この堆積中基板
は回転させられる。
に、本発明はリアクタのタイプを改良し、ＭＯＣＶＤガ
スを、加熱基板を含むリアクタの一端に送り、その他端
より排出するものである。ガスは流路を流れ、通常基板
と平行に置かれた射出板のスロットを通り送られる。こ
のスロットは、幅が不均一であって、ガスを不均一に射
出して堆積速度の不均一性を補償する。この堆積中基板
は回転させられる。
【００１１】基板と射出板は、両者共一般にリアクタの
中心軸に沿って水平に配置される。射出板のスロットは
、射出板の中心部に対して放射状に配置され、各スロッ
トは射出板の外周に最も近い側よりも、中心に最も近い
側に近付く程、幅が狭くなるようにされるのが好ましい
。さらに、射出板の上方における基板の反対側には、射
出板に平行にバッフル板が配置されることが好ましい。 導入ガスは、バッフル板の中心部に向けて送られ、バッ
フル板の外周を周り、射出板の基板と反対側の表面に沿
って内向きの放射状に送られる。
中心軸に沿って水平に配置される。射出板のスロットは
、射出板の中心部に対して放射状に配置され、各スロッ
トは射出板の外周に最も近い側よりも、中心に最も近い
側に近付く程、幅が狭くなるようにされるのが好ましい
。さらに、射出板の上方における基板の反対側には、射
出板に平行にバッフル板が配置されることが好ましい。 導入ガスは、バッフル板の中心部に向けて送られ、バッ
フル板の外周を周り、射出板の基板と反対側の表面に沿
って内向きの放射状に送られる。
【００１２】より具体的には、２つまたは４つの放射状
に伸びるスロットを有することが好ましい。これらのス
ロットは、次のようにして射出板に作ることができる。 すなわち、まず、石英板を作り、Ｘ−Ｙテーブル上に載
せ、既知のコンピュータ制御装置を用いてレーザビーム
に対して射出板を移動させ、射出板にスロット外周に対
応する所望のパターンを切る。１つのスロットを表わす
パターンを切ると、切られた内部は射出板より簡単に落
下する。この方法を他のスロットについても反復する。
に伸びるスロットを有することが好ましい。これらのス
ロットは、次のようにして射出板に作ることができる。 すなわち、まず、石英板を作り、Ｘ−Ｙテーブル上に載
せ、既知のコンピュータ制御装置を用いてレーザビーム
に対して射出板を移動させ、射出板にスロット外周に対
応する所望のパターンを切る。１つのスロットを表わす
パターンを切ると、切られた内部は射出板より簡単に落
下する。この方法を他のスロットについても反復する。
【００１３】後述のように、本発明の方法と装置に従う
有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）により製造され
たエピタキシャル成長層は、従来技術の相当する装置に
より得られた場合に比べ、厚さが非常に均一である。添
付図面の参照を含む以下の詳細な説明によって、本発明
の目的、特徴、利点はさらに明確化される。
有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）により製造され
たエピタキシャル成長層は、従来技術の相当する装置に
より得られた場合に比べ、厚さが非常に均一である。添
付図面の参照を含む以下の詳細な説明によって、本発明
の目的、特徴、利点はさらに明確化される。
【００１４】
【実施例】図面中のエレメントは、相対的な大きさを示
すように努めたが、必ずしも各種エレメントを比例尺通
りに図示したものではない。また以下の記載は、主とし
て本発明の本質を説明し、その利用方法を説明するため
のものである。また記載実施例の具体的再現には、上記
引例のような従来技術の知識を前提条件として必要とす
る。
すように努めたが、必ずしも各種エレメントを比例尺通
りに図示したものではない。また以下の記載は、主とし
て本発明の本質を説明し、その利用方法を説明するため
のものである。また記載実施例の具体的再現には、上記
引例のような従来技術の知識を前提条件として必要とす
る。
【００１５】図１はＭＯＣＶＤリアクタを示す。このリ
アクタは容器１０と中心軸１１を有する。ガス導入マニ
ホルド１２は、ガス導入管１３、ガスガイド部材１４、
バッフル板１５、及び射出板１６からなる。単結晶半導
体基板１７は、サセプタ１８上に置かれ、さらにこのサ
セプタ１８は支持部材１９により支持される。導入ガス
は、ソース２０から導入管１３に送られ、バッフル板１
５を周り、射出板１６のスロットを通って流れ、基板１
７に衝突する。図２は、射出板１６の底面図であり、ス
ロット２２の配置を示す。バッフル板１５は、ディスク
状固形物であり、スペーサ部材２３によりガスガイド部
材１４と射出板１６から分離されている。
アクタは容器１０と中心軸１１を有する。ガス導入マニ
ホルド１２は、ガス導入管１３、ガスガイド部材１４、
バッフル板１５、及び射出板１６からなる。単結晶半導
体基板１７は、サセプタ１８上に置かれ、さらにこのサ
セプタ１８は支持部材１９により支持される。導入ガス
は、ソース２０から導入管１３に送られ、バッフル板１
５を周り、射出板１６のスロットを通って流れ、基板１
７に衝突する。図２は、射出板１６の底面図であり、ス
ロット２２の配置を示す。バッフル板１５は、ディスク
状固形物であり、スペーサ部材２３によりガスガイド部
材１４と射出板１６から分離されている。
【００１６】基板１７は、サセプタ１８によって加熱さ
れるが、さらにこのサセプタは、容器１０を囲む高周波
コイル２４により加熱される。基板１７は、化合物半導
体材料、例えば、ＩＩＩ―Ｖ族材料またはＩＩ―ＶＩ族
材料の単結晶である。基板は、例えばＩＩＩ―Ｖ族材料
の１つである単結晶のｎ−ドープされたインジウム・リ
ン（ＩｎＰ）である。リアクタの目的は、基板上にエピ
タキシャル成長層を形成するように、導入ガス中の成分
を基板１７の上面に堆積させることである。
れるが、さらにこのサセプタは、容器１０を囲む高周波
コイル２４により加熱される。基板１７は、化合物半導
体材料、例えば、ＩＩＩ―Ｖ族材料またはＩＩ―ＶＩ族
材料の単結晶である。基板は、例えばＩＩＩ―Ｖ族材料
の１つである単結晶のｎ−ドープされたインジウム・リ
ン（ＩｎＰ）である。リアクタの目的は、基板上にエピ
タキシャル成長層を形成するように、導入ガス中の成分
を基板１７の上面に堆積させることである。
【００１７】ガスはエピタキシャル成長層の成長する金
属元素を含む有機金属ガスと、所望のエピタキシャル成
長材料の他の元素を含むガス状の第２の化合物である。 既知のＭＯＣＶＤ法の基本に従ってウェハ（基板）を適
宜加熱し、ウェハ（基板）の表面近傍においてこれらの
成分を反応させ、エピタキシャル成長層を形成する。残
存ガスを、排出管２６を経て容器１０から除去する。
属元素を含む有機金属ガスと、所望のエピタキシャル成
長材料の他の元素を含むガス状の第２の化合物である。 既知のＭＯＣＶＤ法の基本に従ってウェハ（基板）を適
宜加熱し、ウェハ（基板）の表面近傍においてこれらの
成分を反応させ、エピタキシャル成長層を形成する。残
存ガスを、排出管２６を経て容器１０から除去する。
【００１８】堆積中、モータ２７駆動によりサセプタと
ウェハを回転させ、堆積の厚さをある程度平均化する。 下部バッフル２８は、排出管２６の位置が非対称にある
ことによってウェハ（基板）１７上のガス流が非対称と
なることを防止する。インジウム・リン基板の場合、導
入ガスの有機金属化合物としては、インジウムのソース
としてトリメチルインジウム［（ＣＨ３）３Ｉｎ］を用
いることができ、第２の化合物としては、リンのソース
としてホスフィン（ＰＨ３）を用いることができる。こ
れらの成分は反応してインジウム・リン基板１７上にイ
ンジウム・リンのエピタキシャル層を形成する。即ち、
この層は、基板の結晶構造を引継ぐものである。
ウェハを回転させ、堆積の厚さをある程度平均化する。 下部バッフル２８は、排出管２６の位置が非対称にある
ことによってウェハ（基板）１７上のガス流が非対称と
なることを防止する。インジウム・リン基板の場合、導
入ガスの有機金属化合物としては、インジウムのソース
としてトリメチルインジウム［（ＣＨ３）３Ｉｎ］を用
いることができ、第２の化合物としては、リンのソース
としてホスフィン（ＰＨ３）を用いることができる。こ
れらの成分は反応してインジウム・リン基板１７上にイ
ンジウム・リンのエピタキシャル層を形成する。即ち、
この層は、基板の結晶構造を引継ぐものである。
【００１９】本発明の１つの特徴として、基板１７上の
領域に導入ガスを射出することにより、堆積するエピタ
キシャル層の厚みの均一性を大きく向上することができ
る。図２に示すように、射出板１６の４つのスロット２
２を通してガスをウェハ（基板）に向けて射出すること
ができる。または、図３に示すように、２つのスロット
２２Ａを通してガスをウェハ（基板）に向けて射出する
ことができる。
領域に導入ガスを射出することにより、堆積するエピタ
キシャル層の厚みの均一性を大きく向上することができ
る。図２に示すように、射出板１６の４つのスロット２
２を通してガスをウェハ（基板）に向けて射出すること
ができる。または、図３に示すように、２つのスロット
２２Ａを通してガスをウェハ（基板）に向けて射出する
ことができる。
【００２０】いずれの場合でも、スロットは放射状に伸
びその幅は変化している。図２及び図３に示す実施例に
おいて、各スロットは、射出板の１６の外周に最も近い
側に比べ、射出板の中心に最も近い側の方が幅が狭くな
っている。これらの実施例の目的は、従来技術の垂直流
動ＭＯＣＶＤリアクタに共通する次の傾向をなくそうと
するものである。即ち、前駆物質ガスが、基板外周より
も基板１７の中心の方により厚く堆積するという傾向で
ある。
びその幅は変化している。図２及び図３に示す実施例に
おいて、各スロットは、射出板の１６の外周に最も近い
側に比べ、射出板の中心に最も近い側の方が幅が狭くな
っている。これらの実施例の目的は、従来技術の垂直流
動ＭＯＣＶＤリアクタに共通する次の傾向をなくそうと
するものである。即ち、前駆物質ガスが、基板外周より
も基板１７の中心の方により厚く堆積するという傾向で
ある。
【００２１】図４に示すように、いずれのスロットを使
用した場合でも、導入ガスは、流路２９を通って導入マ
ニホルド１２に送られ、射出板１６のスロットから基板
１７に向けて射出される。ガスは、初めバッフル板１５
の中心に向けて送られ、バッフル板の周辺を回って流れ
、次に射出板１６の上面に沿って内向きに放射状に送ら
れる。ガスは内向きの放射状に流れながら、基板に向け
てスロット２２から射出される。
用した場合でも、導入ガスは、流路２９を通って導入マ
ニホルド１２に送られ、射出板１６のスロットから基板
１７に向けて射出される。ガスは、初めバッフル板１５
の中心に向けて送られ、バッフル板の周辺を回って流れ
、次に射出板１６の上面に沿って内向きに放射状に送ら
れる。ガスは内向きの放射状に流れながら、基板に向け
てスロット２２から射出される。
【００２２】従来のリアクタでは、ウェハ（基板）の中
心に向かってエピタキシャル層が厚く堆積する傾向があ
り、これをなくすための努力として多くのリアクタ・デ
ザインが試みられた。しかし、図１乃至図４に示すデザ
インの場合にのみ、後述するように、次のような、高レ
ベルの厚みの均一性が得られた。即ち、基板の全面積の
９０％以上にわたって±１０％偏差という高レベルの厚
みの均一性を終始一貫して得られた。
心に向かってエピタキシャル層が厚く堆積する傾向があ
り、これをなくすための努力として多くのリアクタ・デ
ザインが試みられた。しかし、図１乃至図４に示すデザ
インの場合にのみ、後述するように、次のような、高レ
ベルの厚みの均一性が得られた。即ち、基板の全面積の
９０％以上にわたって±１０％偏差という高レベルの厚
みの均一性を終始一貫して得られた。
【００２３】また、バッフル板を使用する他の利点は、
ガスがさらに狭流で高速となり、マニホルド１２の内面
の所定外の不都合な堆積を減少させるように作用する点
である。スロットの外周縁を結ぶ円は、基板の外側の端
を結ぶ円よりも大きい直径を有しなければならない。但
し両円共、中心軸１１を円の中心とする。
ガスがさらに狭流で高速となり、マニホルド１２の内面
の所定外の不都合な堆積を減少させるように作用する点
である。スロットの外周縁を結ぶ円は、基板の外側の端
を結ぶ円よりも大きい直径を有しなければならない。但
し両円共、中心軸１１を円の中心とする。
【００２４】図４のリアクタ装置の寸法の代表例は次の
通りである。即ち、基板１７と射出板１６との間の距離
ａは、１．５乃至４インチ、射出板１６とバッフル板１
５との間の距離ｂは、０．０５乃至０．２インチ、バッ
フル板１５とガスガイド手段（ガスガイド部材）１４の
水平部との間の距離ｃは、０．０５乃至０．２インチ、
導入管の内径ｄは０．６インチ、バッフル板１５の直径
は４．７インチ、射出板１６の直径は４．９インチであ
る。
通りである。即ち、基板１７と射出板１６との間の距離
ａは、１．５乃至４インチ、射出板１６とバッフル板１
５との間の距離ｂは、０．０５乃至０．２インチ、バッ
フル板１５とガスガイド手段（ガスガイド部材）１４の
水平部との間の距離ｃは、０．０５乃至０．２インチ、
導入管の内径ｄは０．６インチ、バッフル板１５の直径
は４．７インチ、射出板１６の直径は４．９インチであ
る。
【００２５】この場合、図５に示すように、射出板のス
ロットの寸法は次の通りである。即ち、各スロット２２
の長さは１．１９インチ、スロットの外周縁と射出板の
中心との距離は１．２５インチであり、スロットの狭い
側の幅Ａと、広い側の幅Ｂの大きさは後述のように変わ
る。
ロットの寸法は次の通りである。即ち、各スロット２２
の長さは１．１９インチ、スロットの外周縁と射出板の
中心との距離は１．２５インチであり、スロットの狭い
側の幅Ａと、広い側の幅Ｂの大きさは後述のように変わ
る。
【００２６】本発明の導入ガスの１つの実施例は次の通
りである。ここでガス流速は１分間当りの標準状態のリ
ットル（ｓｌｍ ）で表わす。水素希釈流速は５ないし
１４ｓｌｍであった。４０℃においてトリメチルインジ
ウムが０．２ｓｌｍ のヘリウムによりリアクタに送ら
れ、また１０％ＰＨ３が０．３ｓｌｍ のヘリウム中で
送られた。また、鉄とシリコンのドーパントを使用した
。鉄については少量の（Ｃ５Ｈ５）２Ｆｅを用い、シリ
コンについてはヘリウム中５０ｐｐｍ のＳｉＨ４の混
合ガスを用いた。
りである。ここでガス流速は１分間当りの標準状態のリ
ットル（ｓｌｍ ）で表わす。水素希釈流速は５ないし
１４ｓｌｍであった。４０℃においてトリメチルインジ
ウムが０．２ｓｌｍ のヘリウムによりリアクタに送ら
れ、また１０％ＰＨ３が０．３ｓｌｍ のヘリウム中で
送られた。また、鉄とシリコンのドーパントを使用した
。鉄については少量の（Ｃ５Ｈ５）２Ｆｅを用い、シリ
コンについてはヘリウム中５０ｐｐｍ のＳｉＨ４の混
合ガスを用いた。
【００２７】良好な堆積は、図４のａの寸法が２．５乃
至３．５インチの場合に得られた。基板１７は、４つの
インジウム・リン・クーポン（ウェハ部）からなり、そ
れぞれ約２０００のインジウム・リン・レーザに限るも
のであった。基板はサセプタの中心に置かれ、その大き
さは２．０インチ×１．６インチであった。全ガス流速
は１１乃至１６ｓｌｍ であった。基板は６０ｒｐｍ
で回転させられた。
至３．５インチの場合に得られた。基板１７は、４つの
インジウム・リン・クーポン（ウェハ部）からなり、そ
れぞれ約２０００のインジウム・リン・レーザに限るも
のであった。基板はサセプタの中心に置かれ、その大き
さは２．０インチ×１．６インチであった。全ガス流速
は１１乃至１６ｓｌｍ であった。基板は６０ｒｐｍ
で回転させられた。
【００２８】射出板１６としては次に示す各種デザイン
が用いられた。即ち、図２及び図３に示すように２つま
たは４つのスロットを有し、且つ図５に示すスロット寸
法Ａ及びＢが異なる各種デザインが用いられた。表１は
、このようにスロット寸法の異なる射出板の各種デザイ
ンを概括して示すものである。
が用いられた。即ち、図２及び図３に示すように２つま
たは４つのスロットを有し、且つ図５に示すスロット寸
法Ａ及びＢが異なる各種デザインが用いられた。表１は
、このようにスロット寸法の異なる射出板の各種デザイ
ンを概括して示すものである。
【００２９】
【表１】
【００３０】図６乃至図１１は、表１のデザイン７乃至
１２の場合におけるエピタキシャル成長膜の厚みの変動
を示す。例えば、表１のデザイン（番号）７の場合では
、図２に示すように９０度に配置した４つのスロットを
使用し、各スロットの図５に示すような狭い側の幅Ａと
、広い側の幅Ｂの大きさが、それぞれ０．０１１インチ
と０．０１８インチであることを示す。このデザインの
場合に、異なる条件で４回の実験を行い、得られた結果
を図６に４本の曲線で示す。
１２の場合におけるエピタキシャル成長膜の厚みの変動
を示す。例えば、表１のデザイン（番号）７の場合では
、図２に示すように９０度に配置した４つのスロットを
使用し、各スロットの図５に示すような狭い側の幅Ａと
、広い側の幅Ｂの大きさが、それぞれ０．０１１インチ
と０．０１８インチであることを示す。このデザインの
場合に、異なる条件で４回の実験を行い、得られた結果
を図６に４本の曲線で示す。
【００３１】図６乃至図１１に示すこれらの実験結果の
殆どは、基板の全面積の９０％以上において±１０％未
満の厚みの変動を示している。あるデザインについては
、他のデザインよりさらに層の厚みが明らかに均一であ
るという結果が得られたが、不均一性の大きい若干の実
験結果も含めて、そのままこれらのデータを示した。 いずれにしても、不適切を示す実験結果もなく、本発明
に従うデザインの射出板を用いることにより次の利点が
得られることは明白である。即ち、２つまたは４つのス
ロットを用いるデザインの射出板により、高度な厚みの
均一性と再現性を得ることができる。
殆どは、基板の全面積の９０％以上において±１０％未
満の厚みの変動を示している。あるデザインについては
、他のデザインよりさらに層の厚みが明らかに均一であ
るという結果が得られたが、不均一性の大きい若干の実
験結果も含めて、そのままこれらのデータを示した。 いずれにしても、不適切を示す実験結果もなく、本発明
に従うデザインの射出板を用いることにより次の利点が
得られることは明白である。即ち、２つまたは４つのス
ロットを用いるデザインの射出板により、高度な厚みの
均一性と再現性を得ることができる。
【００３２】表２は、デザイン（番号）１１と１２の場
合について、水素流速を関数として均一性の変動の幾つ
かを示す。ここで用語“ヒューズド（ｆｕｓｅｄ）”は
、導入管１３を容器１０に永久的に溶融して取り付けた
場合を示す。
合について、水素流速を関数として均一性の変動の幾つ
かを示す。ここで用語“ヒューズド（ｆｕｓｅｄ）”は
、導入管１３を容器１０に永久的に溶融して取り付けた
場合を示す。
【００３３】
【表２】
【００３４】図１２は射出板１６にスロット２２を切る
方法を示す。射出板１６は、Ｘ−Ｙテーブル３１上にチ
ャック３０を介して取り付けられる。このテーブルは、
Ｘ−Ｙモータ３２により駆動され、モータは、コントロ
ール回路またはコンピュータ３３により制御される。ス
ロットの外周パターンは、コントロール回路またはコン
ピュータ３３にプログラムされ、コントロール回路また
はコンピュータ３３は、その指定されたパターンによっ
てＸ−Ｙテーブル３１を駆動する。
方法を示す。射出板１６は、Ｘ−Ｙテーブル３１上にチ
ャック３０を介して取り付けられる。このテーブルは、
Ｘ−Ｙモータ３２により駆動され、モータは、コントロ
ール回路またはコンピュータ３３により制御される。ス
ロットの外周パターンは、コントロール回路またはコン
ピュータ３３にプログラムされ、コントロール回路また
はコンピュータ３３は、その指定されたパターンによっ
てＸ−Ｙテーブル３１を駆動する。
【００３５】この駆動中に、レーザ３５からのレーザ・
ビーム３４は、射出板１６を溶断する。レーザ・ビーム
によりパターンを全て描き終わると、パターンの内側部
分が簡単に落下し、射出板に所望のスロットが形成され
る。テーブル３１及びモータ３２としてアノラッド（Ａ
ｎｏｒａｄ）ＩＩＩのＸ−Ｙテーブルを用いた。これは
、ニューヨーク州のホポジ（Ｈａｕｐｐａｕｇｅ）のア
ノラッド（Ａｎｏｒａｄ）社より入手できる。
ビーム３４は、射出板１６を溶断する。レーザ・ビーム
によりパターンを全て描き終わると、パターンの内側部
分が簡単に落下し、射出板に所望のスロットが形成され
る。テーブル３１及びモータ３２としてアノラッド（Ａ
ｎｏｒａｄ）ＩＩＩのＸ−Ｙテーブルを用いた。これは
、ニューヨーク州のホポジ（Ｈａｕｐｐａｕｇｅ）のア
ノラッド（Ａｎｏｒａｄ）社より入手できる。
【００３６】またレーザ３５として、フォトン・ソース
・モデル・ナンバ１０８二酸化炭素レーザを用い、連続
パルス反復モードで操作した。このレーザはミシガン州
リボニア（Ｌｉｖｏｎｉａ ）のフォトン・ソース（Ｐ
ｈｏｔｏｎｓｏｕｒｃｅ ）社によって市販されている
。このレーザを、５０ミリ秒のパルス長、９０ミリ秒の
オフタイムを用いて操作した結果、１４０ミリ秒のパル
スピリオドと７．１４ヘルツの周波数のレーザ・ビーム
が得られた。
・モデル・ナンバ１０８二酸化炭素レーザを用い、連続
パルス反復モードで操作した。このレーザはミシガン州
リボニア（Ｌｉｖｏｎｉａ ）のフォトン・ソース（Ｐ
ｈｏｔｏｎｓｏｕｒｃｅ ）社によって市販されている
。このレーザを、５０ミリ秒のパルス長、９０ミリ秒の
オフタイムを用いて操作した結果、１４０ミリ秒のパル
スピリオドと７．１４ヘルツの周波数のレーザ・ビーム
が得られた。
【００３７】レーザ電流は、４０ワットの平均電力にな
るように調節された。射出板１６としては、厚さ４０乃
至８０ミルの石英ガラス板を用いた。Ｘ−Ｙテーブル３
１を毎分２．２５インチの速度で駆動した。射出板１６
上のビーム３４の衝突場所に次のようにして空気が送ら
れた。すなわち、板上０．０７インチの距離にある０．
０６インチのオリフィスから１平方インチ当り４０ポン
ドで空気が送られた。以上の条件で、レーザを、Ｘ−Ｙ
テーブルにより移動させながら板を切った。これにより
、バッフル板１５に殆ど損傷を与えることなく、所望の
寸法のスロットを作ることができた。
るように調節された。射出板１６としては、厚さ４０乃
至８０ミルの石英ガラス板を用いた。Ｘ−Ｙテーブル３
１を毎分２．２５インチの速度で駆動した。射出板１６
上のビーム３４の衝突場所に次のようにして空気が送ら
れた。すなわち、板上０．０７インチの距離にある０．
０６インチのオリフィスから１平方インチ当り４０ポン
ドで空気が送られた。以上の条件で、レーザを、Ｘ−Ｙ
テーブルにより移動させながら板を切った。これにより
、バッフル板１５に殆ど損傷を与えることなく、所望の
寸法のスロットを作ることができた。
【００３８】以上の実施例は本発明の概念を分かり易く
説明するためのものである。エピタキシャル成長速度は
、組成や流速その他の因子の変動により変わるものであ
り、このエピタキシャル成長速度の相違を補償するよう
に、スロット幅を実験的に特定する本方法は、本来的に
経験的なものである。前述のように、ウェハ（基板）を
回転させることにより、中心からの距離による厚みの変
動を実質的になくすことができる。
説明するためのものである。エピタキシャル成長速度は
、組成や流速その他の因子の変動により変わるものであ
り、このエピタキシャル成長速度の相違を補償するよう
に、スロット幅を実験的に特定する本方法は、本来的に
経験的なものである。前述のように、ウェハ（基板）を
回転させることにより、中心からの距離による厚みの変
動を実質的になくすことができる。
【００３９】中心からの距離により厚みが変わるのは、
流速が均一な場合に起こるものであり、本発明の以上の
説明のように、単一もしくは複数のスロット幅を変化さ
せることにより、厚みの不均一を補償できる。この場合
縦形（垂直流動）リアクタが好ましいが、他の構造のリ
アクタも使用可能である。ＩＩ―ＶＩ族化合物のエピタ
キシャル層をＭＯＣＶＤ法により作ることは周知であり
、本発明はそのような場合に適用できる。
流速が均一な場合に起こるものであり、本発明の以上の
説明のように、単一もしくは複数のスロット幅を変化さ
せることにより、厚みの不均一を補償できる。この場合
縦形（垂直流動）リアクタが好ましいが、他の構造のリ
アクタも使用可能である。ＩＩ―ＶＩ族化合物のエピタ
キシャル層をＭＯＣＶＤ法により作ることは周知であり
、本発明はそのような場合に適用できる。
【００４０】なお、以上の説明は、本発明の一実施例に
関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明
の種々の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明
の技術的範囲に包含される。
関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明
の種々の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明
の技術的範囲に包含される。
【００４１】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明の方法により
エピタキシャル成長層の厚みの不均一性を大きく減少し
、厚みの均一なエピタキシャル成長層を再現性よく形成
することができる。
エピタキシャル成長層の厚みの不均一性を大きく減少し
、厚みの均一なエピタキシャル成長層を再現性よく形成
することができる。
【図１】本発明の一実施例のＭＯＣＶＤリアクタの断面
略図である。
略図である。
【図２】本発明の一実施例の図１に示すリアクタの射出
板１６の底面図である。
板１６の底面図である。
【図３】本発明の他の実施例の射出板の略図である。
【図４】図１のリアクタの一部の略図である。
【図５】図２または図３の射出板に用いるスロットを示
す図である。
す図である。
【図６】本発明の表１に示すデザイン７の射出板を使用
した場合におけるエピタキシャル層の中心からの距離対
厚みの変化を示すグラフである。
した場合におけるエピタキシャル層の中心からの距離対
厚みの変化を示すグラフである。
【図７】本発明の表１に示すデザイン８の射出板を使用
した場合におけるエピタキシャル層の中心からの距離対
厚みの変化を示すグラフである。
した場合におけるエピタキシャル層の中心からの距離対
厚みの変化を示すグラフである。
【図８】本発明の表１に示すデザイン９の射出板を使用
した場合におけるエピタキシャル層の中心からの距離対
厚みの変化を示すグラフである。
した場合におけるエピタキシャル層の中心からの距離対
厚みの変化を示すグラフである。
【図９】本発明の表１に示すデザイン１０の射出板を使
用した場合におけるエピタキシャル層の中心からの距離
対厚みの変化を示すグラフである。
用した場合におけるエピタキシャル層の中心からの距離
対厚みの変化を示すグラフである。
【図１０】本発明の表１に示すデザイン１１の射出板を
使用した場合におけるエピタキシャル層の中心からの距
離対厚みの変化を示すグラフである。
使用した場合におけるエピタキシャル層の中心からの距
離対厚みの変化を示すグラフである。
【図１１】本発明の表１に示すデザイン１２の射出板を
使用した場合におけるエピタキシャル層の中心からの距
離対厚みの変化を示すグラフである。
使用した場合におけるエピタキシャル層の中心からの距
離対厚みの変化を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例における射出板のスロットを
形成する方法を示す図である。
形成する方法を示す図である。
１０ 容器
１１ 中心軸
１２ ガス導入マニホルド
１３ ガス導入管
１４ ガスガイド部材
１５ バッフル板
１６ 射出板
１７ 基板
１８ サセプタ
１９ 支持部材
２０ ソース
２２ スロット
２２Ａ スロット
２３ スペーサ部材
２４ 高周波コイル
２６ 排出管
２７ モータ
２８ 下部バッフル
２９ 流路
３０ チャック
３１ Ｘ−Ｙテーブル
３２ モータ
３３ コントロール
３４ レーザ・ビーム
３５ レーザ
Claims (9)
- 【請求項１】 半導体デバイスの製造方法において、
周期律表の第ＩＩＩ―Ｖ族化合物と第ＩＩ―ＶＩ族化合
物からなる群から選ばれた化合物の単結晶半導体基板を
形成するステップと、基板を加熱するステップと、有機
金属化合物と第２の化合物とを含むガスに、加熱した基
板をさらして基板上にエピタキシャル成長層を形成する
ステップとを有し、このエピタキシャル成長層を形成す
るステップにおいて、該有機金属化合物は、有機成分と
周期律表の第ＩＩ族及び第ＩＩＩ族からなる群から選ば
れた金属成分を含み、第２の化合物は、周期律表の第Ｖ
族及び第ＶＩ族からなる群から選ばれた元素を含み、そ
して、エピタキシャル成長層を形成するステップは、こ
れらの化合物を含むガスに、加熱した基板をさらすこと
によって、有機金属化合物と第２の化合物とを反応させ
、その結果、初めに有機金属化合物の一部を構成してい
た金属と、初めに第２の化合物の一部を構成していた元
素とを含む半導体化合物を、基板表面上にエピタキシャ
ル成長させるステップとされ、さらにこの方法は、基板
表面に平行に配置された射出板に設けられた、不均一な
幅を有する少なくとも１つのスロットを通して、当該ガ
スを基板に送るステップと、堆積中基板を回転させるス
テップを有することを特徴とする半導体デバイスの製造
方法。 - 【請求項２】 各スロットの幅は、その長さ方向の各
位置において、基板表面の対応する位置におけるエピタ
キシャル成長速度の大きさと近似的に逆比例し、それに
より、各スロットからのガス射出速度は、基板表面上に
おけるエピタキシャル成長速度の相違を補償することを
特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 ガスは、射出板の中心に向って内向き
の放射状に射出板上を流れるように送られ、スロットは
、射出板の中心に対して放射状に配置され、各スロット
は、射出板の外周に最も近い側よりも、射出板の中心に
最も近い側に近付く程、幅が狭くなっていることを特徴
とする請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 射出板は、射出板の中心を挾む１８０
度の位置に配置された２つのスロットを有することを特
徴とする請求項３記載の方法。 - 【請求項５】 射出板は、射出板の中心の周りに９０
度毎に配置された４つのスロットを有することを特徴と
する請求項３記載の方法。 - 【請求項６】 射出板を局部的に溶断するのに十分な
パワーを有するレーザ・ビームを射出板に送り、このレ
ーザ・ビームに対して板を相対的に移動させて、射出板
上におけるレーザ・ビームの衝突点によってスロット形
状の外周に対応するパスを描くことにより、各スロット
を形成することを特徴とする請求項３記載の方法。 - 【請求項７】 バッフル板を、射出板に関する基板の
反対側の位置に、射出板と平行に配置し、ガスをバッフ
ル板の中心に向けて送ることによって、このガスを、バ
ッフル板の外周を周るように流し、さらに、射出板に沿
って内向きの放射状に流すことを特徴とする請求項３記
載の方法。 - 【請求項８】 半導体化合物は、周期律表の第ＩＩＩ
―Ｖ族化合物であって、金属は第ＩＩＩ族金属であり、
元素は第Ｖ族元素であることをさらに特徴とする請求項
３記載の方法。 - 【請求項９】 半導体化合物は、インジウム・リンで
あり、金属はインジウムであり、元素はリンであること
をさらに特徴とする請求項８に記載の方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/471,458 US5106453A (en) | 1990-01-29 | 1990-01-29 | MOCVD method and apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04364024A true JPH04364024A (ja) | 1992-12-16 |
| JPH0770492B2 JPH0770492B2 (ja) | 1995-07-31 |
Family
ID=23871708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3025035A Expired - Lifetime JPH0770492B2 (ja) | 1990-01-29 | 1991-01-28 | 半導体デバイスの製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5106453A (ja) |
| JP (1) | JPH0770492B2 (ja) |
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| JPH06349738A (ja) * | 1993-06-08 | 1994-12-22 | Nec Corp | 縦型減圧ｃｖｄ装置 |
| JP2003504891A (ja) * | 1999-07-13 | 2003-02-04 | ノードソン コーポレーション | 高速対称プラズマ処理システム |
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| WO2011114940A1 (ja) * | 2010-03-16 | 2011-09-22 | 東京エレクトロン株式会社 | 成膜装置 |
| JP2012142445A (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-26 | Sharp Corp | プラズマｃｖｄ装置 |
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