JPH06112129A - 半導体結晶成長装置 - Google Patents

半導体結晶成長装置

Info

Publication number
JPH06112129A
JPH06112129A JP20868792A JP20868792A JPH06112129A JP H06112129 A JPH06112129 A JP H06112129A JP 20868792 A JP20868792 A JP 20868792A JP 20868792 A JP20868792 A JP 20868792A JP H06112129 A JPH06112129 A JP H06112129A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reaction chamber
substrate
gas
reaction
crystal growth
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.)
Granted
Application number
JP20868792A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3168275B2 (ja
Inventor
Toshimitsu Miyata
敏光 宮田
Yoshihisa Fujisaki
芳久 藤崎
Toru Haga
芳賀  徹
Kiyoshi Ouchi
潔 大内
Kenji Okumura
健治 奥村
Yoshinori Oomori
宜典 大森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daido Hoxan Inc
Hitachi Ltd
Original Assignee
Daido Hoxan Inc
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daido Hoxan Inc, Hitachi Ltd filed Critical Daido Hoxan Inc
Priority to JP20868792A priority Critical patent/JP3168275B2/ja
Publication of JPH06112129A publication Critical patent/JPH06112129A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3168275B2 publication Critical patent/JP3168275B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】成長室の圧力とは独立に反応室内の圧力を制御
し、さらに、結晶表面のガス吸着状態をその場観察する
ことにより、優れた半導体層を形成する。 【構成】真空容器1と、該真空容器内に配設した基板支
持具5と、反応ガス供給手段10並びに基板の加熱手段
7と、上記真空容器の排気手段15とを備えた半導体結
晶成長装置において、底面部とその外周縁部から起立す
る周壁と基板6を保持する基板保持板で囲われた気密空
間を自在に容積可変できる反応室2を設け、成長面を下
側にした基板6を上記反応室空間に接した状態で保持す
る保持部5と、底面の上記保持部に保持された基板に対
して反応ガスを吐出する反応ガスを予め定めた流量及び
時間で供給するガス供給制御装置とガス排出調整機構と
を設け、かつ、反応室の周壁に電子線の入反射窓18を
設け、さらに上記反応室の上板の上方に加熱手段を位置
決め配設した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基板上に化合物半導体
層を結晶成長させる半導体結晶成長装置に係り、特に、
成長室の圧力とは独立に反応室内の圧力を制御し、優れ
た半導体層を形成することができるようにした半導体結
晶成長装置に関する。
【0002】
【従来の技術】III‐V族化合物(例えば、GaAs 等)半導
体の製造方法として、分子線エピタキシー(MBE)法と有
機金属CVD(MOCVD)法の長所を組み合わせた真空エピタキ
シー(CBE)法がある(例えば、特開平1‐257322号公報記
載)。この方法は、例えば図2に示すような装置を用い
てIII‐V族化合物を製造するようになっている。図にお
いて成長室21は真空状態に保持されている。反応室22は
成長室21内に設置されており、底部23に複数個のノズル
孔24が一定間隔で設けられ、その底部23の外周部に縁部
に沿って一定間隔で排出口25が設けられている。また、
天井部26が反応室22の下部側に対して着脱自在になって
いると共にその中央部に基板27が固定され、配管28は送
られてくる V 族化合物ガスを吐出口から反応室22内に
吐出するようになっている。反応室22の上方には均熱板
30、基板27加熱用のヒータ29が配設されている。また、
反応室22の下面にはノズル孔24と連通する複数のノズル
孔31が設けられた混合室32が連結されており、混合室32
の上部側と下部側とにそれぞれ連結された2個の配管A
及びBを介して内部に送られてくるIII族化合物ガス及び
ドーパントガスを混合し、これをノズル口31及び24から
基板27に向けて吐出させるようになっている。また、成
長室21の下部側に真空ポンプ(図示せず)が配設されてお
り、排出口25を介して未反応ガスを下方に排出するよう
になっている。このような構成によって基板27の下面に
半導体層を形成させるものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の装置
で、原料ガスの切り替え、排気ポンプの能力、真空容器
の構成等を考慮して、原子層レベルで制御された結晶成
長が可能な現実的な反応室の圧力は 10~4Torr前後であ
る。しかし、本発明者等の実験結果から、結晶の低欠陥
化や高純度化あるいは高度成長のためには、基板結晶表
面の原料分圧を従来の10倍以上の高い圧力に保つことが
有効であることがわかった。しかしながら、上記構成の
ような従来装置においては、反応室を成長する層に適し
た高いガス圧力にするには、基板とノズル口との距離、
排出口の大きさ等が一定であることすなわち反応室空間
が一定であることにより、流量の増加によって真空容器
全体の圧力が上昇して基板に結晶欠陥が発生すること、
反応室内の圧力を高速に切り替えることができないた
め、2種類以上の原料ガスを急峻に切り替えて行う原子
層オーダーの成長ができないこと、さらに、原料ガスの
利用効率が悪いことなどの問題点があり、成長させた膜
の膜質を著しく低下させていた。さらに、膜質を向上さ
せる手段として結晶表面のガスの吸着状態を電子線等を
用いてその場観察する手段がないという問題もあった。
【0004】本発明の目的は、上記従来技術の有してい
た課題を解決して、成長室の圧力とは独立に反応室内の
圧力を制御し、さらに、結晶表面のガス吸着状態をその
場観察することにより、優れた半導体層を形成すること
が可能な半導体結晶成長装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的は、真空容器
と、該真空容器内に配設した基板支持具と、反応ガス供
給手段並びに基板の加熱手段と、上記真空容器の排気手
段とを備えた半導体結晶成長装置において、底面部とそ
の外周縁部から起立する周壁と基板を保持する基板保持
板で囲われた気密空間を自在に容積可変とした反応室を
上記真空容器内に設け、成長面を下側にした基板を上記
反応室空間に接した状態で保持する保持部と、上記反応
室の底面に上記保持部に保持された基板に対して反応ガ
スを吐出する反応ガスを予め定めた流量及び時間で供給
するガス供給制御装置とガス排出調整機構とを設け、か
つ、反応室の周壁に電子線の入反射窓を設け、さらに上
記反応室の上板の上方に加熱手段を位置決め配設した半
導体結晶成長装置とすることによって達成することがで
きる。
【0006】なお、上記電子線入反射窓を用いて電子線
を照射し、結晶表面状態のその場観察を行う。
【0007】
【作用】本発明半導体結晶成長装置は、基板保持板の移
動機構を設けることによって、基板と反応ガス吐出口と
の距離、反応室の圧力等の結晶成長条件の最適化を図る
ことができ、また、必要最小限の反応室空間に反応ガス
を放出することができるため、原料ガスの利用効率を向
上させることができる。さらに、基板を保持した基板保
持板を上方に移動することにより、反応室の周壁の電子
線入反射窓から結晶表面の吸着状態のその場観察がで
き、さらに周壁上面と基板保持板との隙間からの高速排
気が可能となり、反応室の高速圧力切り替えができる。
また、反応室の底面部のガス排出口を可変にすることに
より、未反応ガスの排出流量を調節することができる。
この結果、真空容器全体の圧力を変化させることなく 1
0~4〜1Torrの高い圧力範囲で反応室のガス圧力を制御
することができる。これらによって、基板表面の高い圧
力範囲でのガス圧力の制御性、排気性能が格段に向上す
るので、原子層オーダーの結晶成長が可能となり、膜の
成長に要する時間も短縮することができる。
【0008】
【実施例】以下、本発明半導体結晶成長装置について実
施例によって具体的に説明する。
【0009】
【実施例1】本発明装置の一実施例の構成を図1に示
す。図において、1は真空室であり、該真空室1内に反
応室2を設けてある。この反応室2は、反応ガスを供給
する数個のノズル14を設けた底面部3と、該底面部3の
周縁部から上方に向かって延びる周壁4と、反応室2の
空間を自在に容積変化できる基板保持板5とから構成さ
れている。この基板保持板5には、その中央部に、GaAs
基板6が表面を下側にして中央部穴の内周縁に設けら
れた段部に支持されて脱着自在に取付けられている。ま
た、上記基板保持板5の上方には、加熱ヒータ7、熱シ
ールド板8、および基板保持板5を上下移動、または回
転させる駆動機構9が配設されている。また、上記反応
室内に V族化合物ガス、例えばアルシン(AsH3)等、を送
り込む反応ガス供給管 a 10が連結されており、この反
応ガス供給管 a 10の先端には基板に対して均一な分布
状態でガスを吐出するガス吐出口11を設けてある。
【0010】一方、反応室2の下方には反応ガスを供給
するガス供給室12が配設してあり、このガス供給室12に
は、III族化合物ガス、例えばトリメチルガリウム(TMG
a)、トリエチルガリウム(TEGa)等の有機金属ガス、が反
応ガス供給管 b 13から送り込まれ、反応室2と連通し
たノズル14を介して、基板6に向かって均一な分布状態
で吐出される。また、ガス供給室12の上方の最外周部に
は、ガスの排出を目的として、円周上に反応室2と連通
した複数個の排出口15が設けられている。この排出口15
は、ガス供給室13の外周に取り付けた排気弁付きの大歯
車16によって、開度の調節ができるようにしてある。す
なわち、排出口15と同一ピッチ円周上に複数個の排出口
を有する大歯車16を小歯車17からの駆動力伝達により回
転させ、排出口15の開度を調節するものである。この排
出口調節機構によって、反応室2の圧力並びにガスの排
出を任意に調節することができる。
【0011】次に、薄膜形成の際の上記装置の動作につ
いて説明する。まず、真空室1を圧力を10~7Torr以下の
真空状態にすると共に、加熱ヒータ7によって基板6を
300〜650℃に加熱する。次いで、反応室2を層の成長に
適した圧力とするため、基板保持板5を移動させて反応
室2の空間容積を設定すると共にガス排出口15の開度を
決める。この状態で、ガス原料供給管13を通して反応室
2内にIII族化合物ガス、例えば TMGa 、TEGa 等の有機
金属ガス、を吐出させると同時に、原料供給管10を通し
て AsH3等の V 族化合物ガスを反応室2内に過剰に吐出
させる。この結果、基板6上に砒化ガリウム等の層が成
長する。一方、反応室2に供給された V族化合物ガスは
上記III族化合物ガス等と共に基板6を横切って拡散し
ながら排出口15の方向に流れて行く。結晶成長の完了
後、駆動機構9により基板保持板5を上方に移動させ、
周壁4の上方の隙間から反応室内の未反応ガスを高速排
気する。すなわち、反応室2の圧力を高速に切り替え
る。この一連の動作を繰り返し行って、基板面上に原子
層単位で薄膜を形成する。また、2種以上の異種ガスを
用いたヘテロ構造の原子層形成は、駆動機構9による反
応室2の高速切り替えと反応ガスの切り替えとを同期さ
せることによって実現することができる。
【0012】基板表面状態の確認は、基板保持板5を周
壁4の上方に接する位置まで移動させ、周壁4の側面の
電子線入反射窓18a、18bから電子線を基板に向かって照
射して、結晶表面吸着状態を任意に観察することができ
る。
【0013】基板6の交換は基板保持板5を反応室2の
高速排気位置まで上方移動させ、この状態で、一般に用
いられている磁気式直進移送機構の搬送アーム(図示せ
ず)により行う。
【0014】なお、上記例においては、反応室2の容積
及び圧力を高速に切り替える方法として基板保持板5を
進退移動させる方法を用いたが、基板保持板5を固定
し、底面部3と周壁4とを分割して、周壁4のみを移動
させるようにしても同様の結果を得ることができる。
【0015】
【発明の効果】以上述べてきたように、半導体結晶成長
装置を本発明構成の装置とすることによって、従来技術
の有していた課題を解決して、成長室の圧力とは独立に
反応室内の圧力を制御し、さらに結晶表面のガス吸着状
態をその場観察することにより優れた半導体を形成する
ことが可能な半導体結晶成長装置を提供することができ
た。さらに具体的に述べれば次の通りである。
【0016】(1) 基板保持板の進退移動機構による気密
状態の反応室空間容積の可変化、反応室底面部に設置し
たガス排出口ガス排気弁の可変化により、真空容器内の
圧力を変化させることなく反応室のガス圧力を自在に制
御できるようになった。この結果、結晶成長条件決定に
要する時間を大幅に短縮することができ、さらに、従来
の装置では困難な 10~4〜1Torrという高い圧力での結
晶成長が可能となった。
【0017】(2) 基板表面のガス吸着状態のその場観察
が可能となった。
【0018】(3) 基板保持板を上方移動させることによ
り、周縁部と基板保持板間の隙間から反応室の高速排気
ができ、10~4Torr以上の高い圧力条件下でも、反応室の
高速圧力切り替えが可能となった。
【0019】(4) (3)と原料ガスの切り替えとを同期さ
せることにより基板表面上に原子層オーダーでの結晶の
成長が可能となった。
【0020】(5) 同様に、2種以上の異種ガスの交互切
り替えと (3) とを同期させることによって、原子層ヘ
テロ接合結晶の成長が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明半導体結晶成長装置の一実施例の構成を
示す断面図。
【図2】従来の真空エピタキシー装置の構成を示す断面
図。
【符号の説明】
1…真空室、2…反応室、3…底面部、4…周壁、5…
基板保持機構、6…基板、7…加熱ヒータ、8…熱シー
ルド板、9…駆動機構、10…反応ガス供給管 a、11…ガ
ス吐出孔、12…ガス供給室、13…反応ガス供給管 b、14
…ノズル孔、15…排出口、16…排気弁付き大歯車、17…
小歯車、18a、18b…電子線入反射窓、21…成長室、22…
反応室、23…底部、24…ノズル孔、25…排出口、26…天
井部、27…基板、28…配管、29…ヒータ、30…均熱板、
31…ノズル孔、32…混合室。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/203 M 8422−4M 21/265 (72)発明者 芳賀 徹 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 大内 潔 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 奥村 健治 大阪府堺市築港新町2丁目6番40 大同酸 素株式会社堺工場内 (72)発明者 大森 宜典 大阪府堺市築港新町2丁目6番40 大同酸 素株式会社堺工場内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空容器と、該真空容器内に配設した基板
    支持具と、反応ガス供給手段並びに基板の加熱手段と、
    上記真空容器の排気手段とを備えた半導体結晶成長装置
    において、底面部とその外周縁部から起立する周壁と基
    板を保持する基板保持板で囲われた気密空間を自在に容
    積可変とした反応室を上記真空容器内に設け、また、成
    長面を下側にした基板を上記反応室空間に接した状態で
    保持する保持部と、上記反応室の底面に上記保持部に保
    持された基板に対して吐出する反応ガスを予め定めた流
    量及び時間で供給するガス供給制御装置とガス排出調整
    機構とを設け、かつ、反応室の周壁に電子線の入反射窓
    を設け、さらに上記反応室の上板の上方に加熱手段を位
    置決め配設したことを特徴とする半導体結晶成長装置。
  2. 【請求項2】上記基板保持部を進退移動させることによ
    り上記反応室空間容積を自在に変化させ、反応室の圧力
    を制御するようにしたことを特徴とする請求項1記載の
    半導体結晶成長装置。
  3. 【請求項3】上記ガス排出調整機構により上記反応室の
    圧力を制御するようにしたことを特徴とする請求項1記
    載の半導体結晶成長装置。
  4. 【請求項4】請求項2及び3の手段の連動により上記反
    応室の圧力を制御するようにしたことを特徴とする請求
    項1記載の半導体結晶成長装置。
  5. 【請求項5】上記反応室周壁の電子線入反射窓から基板
    に電子線を照射し、結晶表面状態をその場観察できるよ
    うにしたことを特徴とする請求項1記載の半導体結晶成
    長装置。
  6. 【請求項6】上記ガス供給制御装置から異種の反応ガス
    を交互に供給し、反応ガスを切り替えると同時に請求項
    2、3、4、5の手段を連動させることにより基板表面
    上に薄膜を形成させるようにしたことを特徴とする請求
    項1記載の半導体結晶成長装置。
JP20868792A 1992-08-05 1992-08-05 半導体結晶成長装置 Expired - Lifetime JP3168275B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20868792A JP3168275B2 (ja) 1992-08-05 1992-08-05 半導体結晶成長装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20868792A JP3168275B2 (ja) 1992-08-05 1992-08-05 半導体結晶成長装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06112129A true JPH06112129A (ja) 1994-04-22
JP3168275B2 JP3168275B2 (ja) 2001-05-21

Family

ID=16560413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP20868792A Expired - Lifetime JP3168275B2 (ja) 1992-08-05 1992-08-05 半導体結晶成長装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3168275B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006310813A (ja) * 2005-03-29 2006-11-09 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 成膜装置
US7712888B2 (en) 2005-12-14 2010-05-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Inkjet printing system for manufacturing thin film transistor array

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006310813A (ja) * 2005-03-29 2006-11-09 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 成膜装置
US7712888B2 (en) 2005-12-14 2010-05-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Inkjet printing system for manufacturing thin film transistor array

Also Published As

Publication number Publication date
JP3168275B2 (ja) 2001-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR950000509B1 (ko) 반도체 제조장치
EP0502209B1 (en) Method and apparatus for growing compound semiconductor crystals
EP1432844A1 (en) Apparatus for inverted cvd
US4951603A (en) Apparatus for producing semiconductors
JPH0811718B2 (ja) ガスソース分子線エピタキシー装置
JP3542009B2 (ja) 分子線エピタキシ法および装置
JP3168275B2 (ja) 半導体結晶成長装置
JP3485285B2 (ja) 気相成長方法、及び気相成長装置
JP3168277B2 (ja) 半導体結晶成長装置
JP2657513B2 (ja) ▲ii▼−▲vi▼族化合物超格子の製造方法
JP2528165B2 (ja) 半導体製造装置
JPH0831415B2 (ja) 半導体製造装置
JPH1098000A (ja) 半導体結晶のエピタキシャル成長装置
KR950008843B1 (ko) 반도체 제조장치
JP2656029B2 (ja) 結晶成長装置
JP2714802B2 (ja) 有機金属化学気相反応装置
JP2543961B2 (ja) 半導体製造装置
JP2773772B2 (ja) 結晶成長装置
KR950000510B1 (ko) 반도체 제조장치
JP3126163B2 (ja) ガスソース分子線エピタキシャル成長装置
JPH0967192A (ja) 気相成長装置
JPH04337627A (ja) 気相成長装置
KR950014605B1 (ko) 반도체의 제조방법
KR950014604B1 (ko) 반도체의 제조방법
JPH0648829Y2 (ja) 化合物半導体真空気相成長装置

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20001219

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080316

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090316

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090316

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100316

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100316

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110316

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110316

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120316

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120316

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130316

Year of fee payment: 12

EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130316

Year of fee payment: 12