JPH0766907B2 - 半導体結晶成長方法 - Google Patents
半導体結晶成長方法Info
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- JPH0766907B2 JPH0766907B2 JP59153975A JP15397584A JPH0766907B2 JP H0766907 B2 JPH0766907 B2 JP H0766907B2 JP 59153975 A JP59153975 A JP 59153975A JP 15397584 A JP15397584 A JP 15397584A JP H0766907 B2 JPH0766907 B2 JP H0766907B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体の単結晶成長層を単分子層の単位で形成
する半導体結晶成長方法に関する。
する半導体結晶成長方法に関する。
従来から半導体の薄膜結晶を得るための気相エピタキシ
ー技術として、有機金属気相成長法（以下、MO−CVD法
と呼ぶ）、分子線エピタキシー法（以下、MBE法と呼
ぶ）、原子層エピタキシー法（以下、ALE法と呼ぶ）な
どが知られている。しかし、MO−CVD法はソースとしてI
II族、Ｖ族元素を水素ガス等をキャリアとして、同時に
反応室へ導入し、熱分解によって成長させるため、成長
層の品質が悪い。また、単分子層オーダーの制御が困難
である等の欠点がある。
ー技術として、有機金属気相成長法（以下、MO−CVD法
と呼ぶ）、分子線エピタキシー法（以下、MBE法と呼
ぶ）、原子層エピタキシー法（以下、ALE法と呼ぶ）な
どが知られている。しかし、MO−CVD法はソースとしてI
II族、Ｖ族元素を水素ガス等をキャリアとして、同時に
反応室へ導入し、熱分解によって成長させるため、成長
層の品質が悪い。また、単分子層オーダーの制御が困難
である等の欠点がある。
一方、超高真空を利用した結晶成長法としてよく知られ
るMBE法は、物理吸着を第一段階とするために、結晶の
品質は化学反応を利用した気相成長法に劣る。GaAsのよ
うなIII−Ｖ族間の化合物半導体を成長する時には、III
族、Ｖ族元素をソースとして用い、ソース源自体を成長
室の中に設置している。このため、ソース源を加熱して
得られる放出ガスと蒸発量の制御、および、ソースの補
給が困難であり、成長速度を長時間一定に保つことが困
難である。また、蒸発物の排気など真空装置が複雑にな
る。更には、化合物半導体の化学量論的組成（ストイキ
オメトリー）を精密に制御することが困難で、結局、高
品質の結晶を得ることができない欠点がある。
るMBE法は、物理吸着を第一段階とするために、結晶の
品質は化学反応を利用した気相成長法に劣る。GaAsのよ
うなIII−Ｖ族間の化合物半導体を成長する時には、III
族、Ｖ族元素をソースとして用い、ソース源自体を成長
室の中に設置している。このため、ソース源を加熱して
得られる放出ガスと蒸発量の制御、および、ソースの補
給が困難であり、成長速度を長時間一定に保つことが困
難である。また、蒸発物の排気など真空装置が複雑にな
る。更には、化合物半導体の化学量論的組成（ストイキ
オメトリー）を精密に制御することが困難で、結局、高
品質の結晶を得ることができない欠点がある。
更にALE法は、T.Suntola（ツオモ・サントラ）らがU.S.
P.No.4058430（1977）（特開昭51−77589号公報）で説
明しているように、MBE法を改良し半導体元素のそれぞ
れをパルス状に交互に供給し、薄膜を成長させるもの
で、高精度で膜厚を制御できる利点があるが、MBE法の
延長でありMBEと同様に結晶性が良くない。また成長し
た薄膜もCdTe、ZnTe等のII−IV族化合物半導体の多結晶
やアモルファスに限られ、現在超LSI等の半導体装置の
主力であるGaAs等のIII−Ｖ族化合物半導体に関しては
原料ガスの蒸気圧等の問題から単原子吸着層を得るのが
困難で成功していない。Si等の単元素半導体はALE法の
原理からは成長できない欠点があった。ALEを改良して
分子層を吸着し、表面での化学反応を利用した成長も試
みられてはいるが、ZnSの多結晶やTa2O5のアモルファス
の薄膜の成長であり、単結晶成長技術とはなっていな
い。ALE法による成長ではガス導入１サイクル当り1/3分
子層以下の小さな膜厚しか成長せず、完全な100％の表
面吸着層形成による自己停止機能による成長にはなって
いない欠点があった。さらにALE法の成長は特開昭55−1
30896号公報に示されるように成長表面に関して不活性
なガス相媒体（キャリアガス）を用いて拡散バリヤを形
成しないと、原料ガス交互導入時の交換表面反応の場合
の、反応工程の分離ができない欠点があった。
P.No.4058430（1977）（特開昭51−77589号公報）で説
明しているように、MBE法を改良し半導体元素のそれぞ
れをパルス状に交互に供給し、薄膜を成長させるもの
で、高精度で膜厚を制御できる利点があるが、MBE法の
延長でありMBEと同様に結晶性が良くない。また成長し
た薄膜もCdTe、ZnTe等のII−IV族化合物半導体の多結晶
やアモルファスに限られ、現在超LSI等の半導体装置の
主力であるGaAs等のIII−Ｖ族化合物半導体に関しては
原料ガスの蒸気圧等の問題から単原子吸着層を得るのが
困難で成功していない。Si等の単元素半導体はALE法の
原理からは成長できない欠点があった。ALEを改良して
分子層を吸着し、表面での化学反応を利用した成長も試
みられてはいるが、ZnSの多結晶やTa2O5のアモルファス
の薄膜の成長であり、単結晶成長技術とはなっていな
い。ALE法による成長ではガス導入１サイクル当り1/3分
子層以下の小さな膜厚しか成長せず、完全な100％の表
面吸着層形成による自己停止機能による成長にはなって
いない欠点があった。さらにALE法の成長は特開昭55−1
30896号公報に示されるように成長表面に関して不活性
なガス相媒体（キャリアガス）を用いて拡散バリヤを形
成しないと、原料ガス交互導入時の交換表面反応の場合
の、反応工程の分離ができない欠点があった。
ところで、半導体デバイスを製造するに際しては、その
製造過程において、設定通りの結晶が成長しているか否
か評価することが、高品質の半導体デバイスを得る上で
重要になってくる。しかし、従来の評価法は、一旦成長
槽から半導体を取り出し、分析装置にかける等の方法を
とらなければならなかったため、操作が煩雑で評価効率
が悪く良好な品質管理が行なえなかった。また、新しい
デバイスを製造する際には、その評価に手間取り、製造
が大巾に遅れる不具合があった。
製造過程において、設定通りの結晶が成長しているか否
か評価することが、高品質の半導体デバイスを得る上で
重要になってくる。しかし、従来の評価法は、一旦成長
槽から半導体を取り出し、分析装置にかける等の方法を
とらなければならなかったため、操作が煩雑で評価効率
が悪く良好な品質管理が行なえなかった。また、新しい
デバイスを製造する際には、その評価に手間取り、製造
が大巾に遅れる不具合があった。
このように、従来の結晶成長ではいずれも高品質の半導
体結晶を効率良く形成することが極めて困難であった。
体結晶を効率良く形成することが極めて困難であった。
本発明は上記従来技術の欠点を除き、高品質の単結晶層
を単分子層の単位で形成できると共に、その結晶成長過
程を逐次追跡評価して半導体を効率良く製造することの
できる半導体結晶成長方法を提供することを目的とす
る。
を単分子層の単位で形成できると共に、その結晶成長過
程を逐次追跡評価して半導体を効率良く製造することの
できる半導体結晶成長方法を提供することを目的とす
る。
本発明は、半導体単結晶基板をその上部に保持する基板
支持台と、該基板支持台をその内部に配置した成長槽
と、該成長槽の一部に接続されたバルブと、前記バルブ
に接続された排気装置と、検出部先端部が前記半導体単
結晶基板を望むように前記成長槽内上部に配設された質
量分析器と、前記質量分析器の検出部周辺および前記ノ
ズル先端部周辺に配置されたシュラウドと、該シュラウ
ドに接続された冷媒槽と、前記成長槽の外部より導入さ
れて先端部が前記半導体単結晶基板を望むように配設さ
れた少なく共２本のノズルと、前記半導体単結晶基板の
みを加熱する加熱源と、前記成長槽の外部において前記
ノズルのそれぞれに配設されたガス導入用バルブとを備
えた成長装置により半導体結晶を成長させる方法であっ
て、 該方法は、前記ガス導入用バルブの開閉と、前記排気装
置による前記成長槽の真空排気により、少なく共２種類
の原料ガスを交互に導入し、排気して前記半導体単結晶
基板の成長表面上で交換表面反応を実現し、該交換表面
反応の１サイクルに付き少なく共１分子層の半導体単結
晶薄膜を形成するサイクルを繰り返すことにより、所望
の分子層数の単結晶エピタキシャル成長層を１分子層単
位で形成すると共に、前記成長槽内において発生する反
応生成物を含む離脱分子等のうち前記質量分析器に導入
される以外の余分のガスを前記シュラウドに吸着させる
と同時に、前記成長表面からの少なく共反応生成物を含
む離脱分子等の過渡応答を前記質量分析器で測定するこ
とにより、前記成長表面における表面反応を遂次追跡評
価しながら半導体結晶を成長させることを特徴としてい
る。
支持台と、該基板支持台をその内部に配置した成長槽
と、該成長槽の一部に接続されたバルブと、前記バルブ
に接続された排気装置と、検出部先端部が前記半導体単
結晶基板を望むように前記成長槽内上部に配設された質
量分析器と、前記質量分析器の検出部周辺および前記ノ
ズル先端部周辺に配置されたシュラウドと、該シュラウ
ドに接続された冷媒槽と、前記成長槽の外部より導入さ
れて先端部が前記半導体単結晶基板を望むように配設さ
れた少なく共２本のノズルと、前記半導体単結晶基板の
みを加熱する加熱源と、前記成長槽の外部において前記
ノズルのそれぞれに配設されたガス導入用バルブとを備
えた成長装置により半導体結晶を成長させる方法であっ
て、 該方法は、前記ガス導入用バルブの開閉と、前記排気装
置による前記成長槽の真空排気により、少なく共２種類
の原料ガスを交互に導入し、排気して前記半導体単結晶
基板の成長表面上で交換表面反応を実現し、該交換表面
反応の１サイクルに付き少なく共１分子層の半導体単結
晶薄膜を形成するサイクルを繰り返すことにより、所望
の分子層数の単結晶エピタキシャル成長層を１分子層単
位で形成すると共に、前記成長槽内において発生する反
応生成物を含む離脱分子等のうち前記質量分析器に導入
される以外の余分のガスを前記シュラウドに吸着させる
と同時に、前記成長表面からの少なく共反応生成物を含
む離脱分子等の過渡応答を前記質量分析器で測定するこ
とにより、前記成長表面における表面反応を遂次追跡評
価しながら半導体結晶を成長させることを特徴としてい
る。
第１図は本発明の一実施例に適用される半導体結晶成長
装置の構成図を示したもので、１は成長槽で材質はステ
ンレス等の金属、２はゲートバルブ等のバルブ、３は成
長槽１内を超高真空に排気するための排気装置、4,5はI
II−Ｖ族化合物半導体のIII族、Ｖ族の成分元素の化合
物から成る原料ガスを導入するノズル、6,7はノズル4,5
を開閉するガス導入用バルブ、８はIII族の成分元素を
含む化合物から成る原料ガス、９はＶ族の成分元素を含
む化合物から成る原料ガス、10は基板加熱用のヒーター
で石英ガラスに封入したタングステン（Ｗ）線であり、
基板支持台を兼ねている。電線等は図示省略している。
11は測温用の熱電対、12は半導体の単結晶基板、13は成
長槽内の真空圧を測るための圧力計である。また、ノズ
ル4,5は第１図に示したように単結晶基板12の表面方向
にその先端部を向け、しかもできるだけ単結晶基板12の
表面に近づけて配置されている。このように構成するこ
とにより、ノズル4,5から導入される原料ガス8,9の単結
晶基板表面での交換表面反応が実現される。すなわち、
ガスは基板表面のみ大部分が到達し、それ以外の部分に
廻り込むことが少なくなるので残渣ガスや、成長槽壁面
に付着するガスが無くなり、原料ガス8,9の同時干渉が
なくなる。14は評価手段としての質量分析器、15は質量
分析器の制御装置、16はいくつかのガス分子種を同時に
検出できる多重イオン検出器、17は前記多重イオン検出
器の出力を記憶させる多ペンレコーダである。
装置の構成図を示したもので、１は成長槽で材質はステ
ンレス等の金属、２はゲートバルブ等のバルブ、３は成
長槽１内を超高真空に排気するための排気装置、4,5はI
II−Ｖ族化合物半導体のIII族、Ｖ族の成分元素の化合
物から成る原料ガスを導入するノズル、6,7はノズル4,5
を開閉するガス導入用バルブ、８はIII族の成分元素を
含む化合物から成る原料ガス、９はＶ族の成分元素を含
む化合物から成る原料ガス、10は基板加熱用のヒーター
で石英ガラスに封入したタングステン（Ｗ）線であり、
基板支持台を兼ねている。電線等は図示省略している。
11は測温用の熱電対、12は半導体の単結晶基板、13は成
長槽内の真空圧を測るための圧力計である。また、ノズ
ル4,5は第１図に示したように単結晶基板12の表面方向
にその先端部を向け、しかもできるだけ単結晶基板12の
表面に近づけて配置されている。このように構成するこ
とにより、ノズル4,5から導入される原料ガス8,9の単結
晶基板表面での交換表面反応が実現される。すなわち、
ガスは基板表面のみ大部分が到達し、それ以外の部分に
廻り込むことが少なくなるので残渣ガスや、成長槽壁面
に付着するガスが無くなり、原料ガス8,9の同時干渉が
なくなる。14は評価手段としての質量分析器、15は質量
分析器の制御装置、16はいくつかのガス分子種を同時に
検出できる多重イオン検出器、17は前記多重イオン検出
器の出力を記憶させる多ペンレコーダである。
以上の構成で、多重イオン検出器16を具備した質量分析
器14によって結晶成長過程を逐次追跡評価しながらの分
子層エピタキシャル成長は以下のように実施する。な
お、単結晶基板12に結晶成長させる半導体としてはGaA
s、そのため導入する原料ガス８としてIII族化合物のTM
G（トリメチルガリウム）、原料ガス９としてＶ族化合
物のAsH3（アルシン）を用いた例について説明する。
器14によって結晶成長過程を逐次追跡評価しながらの分
子層エピタキシャル成長は以下のように実施する。な
お、単結晶基板12に結晶成長させる半導体としてはGaA
s、そのため導入する原料ガス８としてIII族化合物のTM
G（トリメチルガリウム）、原料ガス９としてＶ族化合
物のAsH3（アルシン）を用いた例について説明する。
基板12を成長槽１内に設定後、排気装置３により成長槽
１内を10-7〜10-8Pascal（以下、Paと略す）程度に排気
する。その後、質量分析装置14〜17を起動させる。この
とき多重イオン検出器16のピークセレクターには導入原
料ガス分子種のAsH3やTMG（Me＝114）、更に反応生成物
分子種であるCH4（M/e＝16）などを選び設定する。次
に、GaAs基板12を例えば300〜800℃にヒーター10により
加熱し、Gaを含む原料ガスとしてTMG（トリメチルガリ
ウム）８を成長槽１内の圧力が10-1〜10-7Paになる範囲
で、0.5〜10秒間から導入用バルブ６を開けて１分子層
吸着量よりも導入する。その後、ガス導入用バルブ６を
閉じて成長槽１内のガスを排気後、今度はAsを含む原料
ガスとしてAsH3（アルシン）９を成長槽１内の圧力が10
-1〜10-7Paになる範囲で、２〜200秒間ガス導入用バル
ブ７を開けて１分子吸着量よりも多く導入する。これに
より、基板12上にGaAsが少なくとも１分子層成長でき
る。１分子吸着量よりも多い原料ガスは空着せず真空排
気される。以上の操作を繰り返し、単分子層を次々と成
長させることにより、所望の分子層数のGaAsの単結晶成
長層を単分子層の単位で成長させることができる。
１内を10-7〜10-8Pascal（以下、Paと略す）程度に排気
する。その後、質量分析装置14〜17を起動させる。この
とき多重イオン検出器16のピークセレクターには導入原
料ガス分子種のAsH3やTMG（Me＝114）、更に反応生成物
分子種であるCH4（M/e＝16）などを選び設定する。次
に、GaAs基板12を例えば300〜800℃にヒーター10により
加熱し、Gaを含む原料ガスとしてTMG（トリメチルガリ
ウム）８を成長槽１内の圧力が10-1〜10-7Paになる範囲
で、0.5〜10秒間から導入用バルブ６を開けて１分子層
吸着量よりも導入する。その後、ガス導入用バルブ６を
閉じて成長槽１内のガスを排気後、今度はAsを含む原料
ガスとしてAsH3（アルシン）９を成長槽１内の圧力が10
-1〜10-7Paになる範囲で、２〜200秒間ガス導入用バル
ブ７を開けて１分子吸着量よりも多く導入する。これに
より、基板12上にGaAsが少なくとも１分子層成長でき
る。１分子吸着量よりも多い原料ガスは空着せず真空排
気される。以上の操作を繰り返し、単分子層を次々と成
長させることにより、所望の分子層数のGaAsの単結晶成
長層を単分子層の単位で成長させることができる。
一方、この結晶成長過程において、TMGとAsH3を交互に
導入すると、導入ガスであるTMG、AsH3だけでなく反応
生成物であるCH4（メタン）が検出でき、成長が進行し
ていく過程を逐時多重イオン検出器16で追跡していくこ
とができた。
導入すると、導入ガスであるTMG、AsH3だけでなく反応
生成物であるCH4（メタン）が検出でき、成長が進行し
ていく過程を逐時多重イオン検出器16で追跡していくこ
とができた。
第２図は上述のようにしてTMGとAsH3を交互に導入した
時のAsH3（M/e＝78）、TMG（M/e＝114）とCH4（M/e＝1
6）の過渡応答を多重イオン検出器16でとらえたもので
ある。なお、この図はTMGを圧力として10-3Pa、ガス導
入用バルブ６を２秒間開けて導入する一方、AsH3を圧力
として10-2Pa、ガス導入用バルブ７を10秒間開けて導入
する操作を交互に繰り返した場合の過渡応答パルス波形
のデータである。第２図においてTMGのパルスの立ち上
がりがなまっているがこれは表面吸着に特有ななまり
で、表面反応が変化するとこのパル波形がかわるので表
面反応の正確なモニタリングができる。表面吸着が無い
時はパルス波形は矩形に近くなる。CH4のパルスは先端
部にノッチが見られる。TMG導入初期により多くの表面
反応が生じ、その結果導入初期により多くのCH4が生成
され離脱していることを示している。
時のAsH3（M/e＝78）、TMG（M/e＝114）とCH4（M/e＝1
6）の過渡応答を多重イオン検出器16でとらえたもので
ある。なお、この図はTMGを圧力として10-3Pa、ガス導
入用バルブ６を２秒間開けて導入する一方、AsH3を圧力
として10-2Pa、ガス導入用バルブ７を10秒間開けて導入
する操作を交互に繰り返した場合の過渡応答パルス波形
のデータである。第２図においてTMGのパルスの立ち上
がりがなまっているがこれは表面吸着に特有ななまり
で、表面反応が変化するとこのパル波形がかわるので表
面反応の正確なモニタリングができる。表面吸着が無い
時はパルス波形は矩形に近くなる。CH4のパルスは先端
部にノッチが見られる。TMG導入初期により多くの表面
反応が生じ、その結果導入初期により多くのCH4が生成
され離脱していることを示している。
ところで、Gaを含む化合物から成る原料ガスとしてTMG
やGaCl3を用いる場合、室温での蒸気圧が低いため、成
長槽の真空壁との相互作用が大きく、導入したガスが基
板以外に成長槽の壁にも付着する。更にそれが時間と共
に離脱してくるため基板からの離脱ガスと区別できなく
なる場合が生じる。
やGaCl3を用いる場合、室温での蒸気圧が低いため、成
長槽の真空壁との相互作用が大きく、導入したガスが基
板以外に成長槽の壁にも付着する。更にそれが時間と共
に離脱してくるため基板からの離脱ガスと区別できなく
なる場合が生じる。
このような不具合を解決したのが第３図に示す実施例で
あって、ノズル4,5の先端部周囲には、そのノズル孔に
合せた開口部を有するシュラウド18を設けると共に、そ
のシュラウド18を冷却するためシュラウド端部に冷媒槽
19を設け、その注入口20より槽19内に冷媒21を注入す
る。同様に、質量分析器14の検出部の先端部にも検出開
口部を有するシュラウド22を設けると共に、そのシュラ
ウド22を冷却するため端部に冷媒槽23を設け、その注入
口24より槽23内に冷媒21を注入する。尚、シュラウドを
冷却する手段としては、液体窒素のような冷媒に限らず
小型冷凍機などでもよい。第３図に示したように質量分
析器14の検出部の先端部は単結晶基板12からの輻射の影
響を受けない範囲において、単結晶基板12になるべく近
づけることが重要である。
あって、ノズル4,5の先端部周囲には、そのノズル孔に
合せた開口部を有するシュラウド18を設けると共に、そ
のシュラウド18を冷却するためシュラウド端部に冷媒槽
19を設け、その注入口20より槽19内に冷媒21を注入す
る。同様に、質量分析器14の検出部の先端部にも検出開
口部を有するシュラウド22を設けると共に、そのシュラ
ウド22を冷却するため端部に冷媒槽23を設け、その注入
口24より槽23内に冷媒21を注入する。尚、シュラウドを
冷却する手段としては、液体窒素のような冷媒に限らず
小型冷凍機などでもよい。第３図に示したように質量分
析器14の検出部の先端部は単結晶基板12からの輻射の影
響を受けない範囲において、単結晶基板12になるべく近
づけることが重要である。
これにより、ガス導入用ノズル4,5から成長槽１内に導
入されるガスのうち余分のガスはシュラウド18,22に吸
着されてしまい、単結晶基板12からの離脱分子のみ質量
分析器14に捕えられ、成長層の正しい分析が可能とな
る。
入されるガスのうち余分のガスはシュラウド18,22に吸
着されてしまい、単結晶基板12からの離脱分子のみ質量
分析器14に捕えられ、成長層の正しい分析が可能とな
る。
以上のようにして、単結晶基板12上に半導体の結晶を分
子層ずつ成長させると共に、その成長過程を成長槽１に
取り付けた質量分析装置で反応生成物や中間生成物等の
離脱分子を逐次追跡評価していくことにより、高品質の
半導体デバイスを効率良く製造できるようになる。
子層ずつ成長させると共に、その成長過程を成長槽１に
取り付けた質量分析装置で反応生成物や中間生成物等の
離脱分子を逐次追跡評価していくことにより、高品質の
半導体デバイスを効率良く製造できるようになる。
尚、単結晶基板12およびそこに成長させる半導体はGaAs
に限らないことは言う迄もない。また、成長槽１に導入
するガスも２種類に限らず、ノズル本数を増し、更に多
くのガスを導入することによって、不純物添加、混晶等
の操作を行ない得ることも勿論のことである。
に限らないことは言う迄もない。また、成長槽１に導入
するガスも２種類に限らず、ノズル本数を増し、更に多
くのガスを導入することによって、不純物添加、混晶等
の操作を行ない得ることも勿論のことである。
また、前記実施例では基板12の加熱源を成長槽１内に設
けた例について示したが、赤外ランプ等を使用して成長
槽１の外へ設けることもできる。
けた例について示したが、赤外ランプ等を使用して成長
槽１の外へ設けることもできる。
更に、単結晶基板12を加熱すると同時に光を照射するよ
うにしてもよく、そうすることにより、基板温度を下げ
更に品質を改善することができる。
うにしてもよく、そうすることにより、基板温度を下げ
更に品質を改善することができる。
以上のように本願発明によれば、ガス導入１サイクルに
付き少なく共１分子層成長できるので、ALE法に比して
短い時間で所望の膜厚を得ることができる。また、ガス
導入１サイクルで完全な（100％）の分子吸着層が形成
できるので、ガス導入量やガス導入圧力が１分子吸着層
に必要な量や圧力を越えて導入されこの過剰な範囲で変
動しても膜厚が変化しない、いわゆる自己停止機能によ
る成長が可能となり、膜厚制御が極めて高精度に行なえ
る。また、ALE法では不可能であった蒸気圧の低いTMGや
GaCl3等のガスによる交換表面反応とその直接モニタリ
ングが可能なのでGaAs等のIII−Ｖ族化合物半導体の成
長が可能となる。また、ALE法で必要な不活性ガスによ
るガス相拡散バリヤを形成する必要もないので装置の構
成が簡単になり、しかも不活性ガスによる活性ガス分子
の吸着の阻害や、不活性ガス分子が成長層に取り込まれ
ることもなくなり、結晶の完全性が高められる。さら
に、結晶成長層を一分子層ずつ成長できること、化学量
的組成を満たすことが容易で良質な結晶を得ることがで
きること、不純物の添加を一分子層ずつ行なうことがで
きるので、非常に急峻な不純物密度分布を得ることがで
きる等、高品質な半導体デバイスが得られるようになる
と共に、質量分析装置を設けたので、その結晶成長過程
に伴う反応生成物等の離脱分子をその場で評価できるよ
うになり、npn構造などの多層エピタキシャル成長にお
ける不純物添加のモニタリング等に有効で、半導体デバ
イスを効率良く製造できるようになる。
付き少なく共１分子層成長できるので、ALE法に比して
短い時間で所望の膜厚を得ることができる。また、ガス
導入１サイクルで完全な（100％）の分子吸着層が形成
できるので、ガス導入量やガス導入圧力が１分子吸着層
に必要な量や圧力を越えて導入されこの過剰な範囲で変
動しても膜厚が変化しない、いわゆる自己停止機能によ
る成長が可能となり、膜厚制御が極めて高精度に行なえ
る。また、ALE法では不可能であった蒸気圧の低いTMGや
GaCl3等のガスによる交換表面反応とその直接モニタリ
ングが可能なのでGaAs等のIII−Ｖ族化合物半導体の成
長が可能となる。また、ALE法で必要な不活性ガスによ
るガス相拡散バリヤを形成する必要もないので装置の構
成が簡単になり、しかも不活性ガスによる活性ガス分子
の吸着の阻害や、不活性ガス分子が成長層に取り込まれ
ることもなくなり、結晶の完全性が高められる。さら
に、結晶成長層を一分子層ずつ成長できること、化学量
的組成を満たすことが容易で良質な結晶を得ることがで
きること、不純物の添加を一分子層ずつ行なうことがで
きるので、非常に急峻な不純物密度分布を得ることがで
きる等、高品質な半導体デバイスが得られるようになる
と共に、質量分析装置を設けたので、その結晶成長過程
に伴う反応生成物等の離脱分子をその場で評価できるよ
うになり、npn構造などの多層エピタキシャル成長にお
ける不純物添加のモニタリング等に有効で、半導体デバ
イスを効率良く製造できるようになる。
また、質量分析器の検出部周辺および前記ノズル先端部
周辺にシュラウドを配置し、そこに冷媒を流すようにし
たので、成長槽内に導入されるガスのうち余分のガスは
前記シュラウドに吸着されて成長層表面からの離脱分子
のみ前記質量分析計で測定でき、正しい分析による高品
質の半導体の結晶成長が可能となる。
周辺にシュラウドを配置し、そこに冷媒を流すようにし
たので、成長槽内に導入されるガスのうち余分のガスは
前記シュラウドに吸着されて成長層表面からの離脱分子
のみ前記質量分析計で測定でき、正しい分析による高品
質の半導体の結晶成長が可能となる。
さらに、成長表面からの共反応生成物を含む離脱分子の
イオンおよび前記原料ガスのイオンの過渡応答を同時
に、前記質量分析器および前記多重イオン検出部で測定
するようにしたので、成長が進行していく過程が追跡評
価でき、表面反応の正確なモニタリングによる高品質の
半導体の結晶成長が可能となる。
イオンおよび前記原料ガスのイオンの過渡応答を同時
に、前記質量分析器および前記多重イオン検出部で測定
するようにしたので、成長が進行していく過程が追跡評
価でき、表面反応の正確なモニタリングによる高品質の
半導体の結晶成長が可能となる。
第１図は本発明の一実施例に適用される半導体結晶成長
装置の構成図、第２図は第１図の質量分析装置で得られ
る波形図、第３図は本発明の他の実施例に係る半導体結
晶成長装置の構成図である。 １……成長槽、２……ゲートバルブ、３……排気装置、
4,5……ノズル、6,7……ガス導入用バルブ、8,9……化
合物から成る原料ガス、10……基板支持台兼ヒーター、
11……熱電対、12……基板、13……圧力計、14……質量
分析器、15……制御装置、16……多重イオン検出器、17
……多ペンレコーダー、18,22……シュラウド、19,23…
…冷媒槽、20……注入口、21……冷媒。
装置の構成図、第２図は第１図の質量分析装置で得られ
る波形図、第３図は本発明の他の実施例に係る半導体結
晶成長装置の構成図である。 １……成長槽、２……ゲートバルブ、３……排気装置、
4,5……ノズル、6,7……ガス導入用バルブ、8,9……化
合物から成る原料ガス、10……基板支持台兼ヒーター、
11……熱電対、12……基板、13……圧力計、14……質量
分析器、15……制御装置、16……多重イオン検出器、17
……多ペンレコーダー、18,22……シュラウド、19,23…
…冷媒槽、20……注入口、21……冷媒。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 仁志 宮城県仙台市緑ヶ丘１丁目22番11号 (56)参考文献 特開 昭55−130896（ＪＰ，Ａ) 電気学会研究会資料 ＥＦＭ81−41, （1981．10．27）Ｐ．79〜83 日経エレクトロニクス 1981年11月９日 号 第86〜88頁
Claims (3)
- 【請求項１】半導体単結晶基板をその上部に保持する基
板支持台と、該基板支持台をその内部に配置した成長槽
と、該成長槽の一部に接続されたバルブと、前記バルブ
に接続された排気装置と、検出部先端部が前記半導体単
結晶基板を望むように前記成長槽内上部に配設された質
量分析器と、前記質量分析器の検出部周辺および前記ノ
ズル先端部周辺に配置されたシュラウドと、該シュラウ
ドに接続された冷媒槽と、前記成長槽の外部より導入さ
れて先端部が前記半導体単結晶基板を望むように配設さ
れた少なく共２本のノズルと、前記半導体単結晶基板の
みを加熱する加熱源と、前記成長槽の外部において前記
ノズルのそれぞれに配設されたガラス導入用バルブとを
備えた成長装置により半導体結晶を成長させる方法であ
って、 該方法は、前記ガス導入用バルブの開閉と、前記排気装
置による前記成長槽の真空排気により、少なく共２種類
の原料ガスを交互に導入、排気して前記半導体単結晶基
板の成長表面上で交換表面反応を実現し、該交換表面反
応の１サイクルに付き少なく共１分子層の半導体単結晶
薄膜を形成するサイクルを繰り返すことにより、所望の
分子層数の単結晶エピタキシャル成長層を１分子層単位
で形成すると共に、前記成長槽内において発生する反応
生成物を含む離脱分子等のうち前記質量分析器に導入さ
れる以外の余分のガスを前記シュラウドに吸着させると
同時に、前記成長表面からの少なく共反応生成物を含む
離脱分子等の過渡応答を前記質量分析器で測定すること
により、前記成長表面における表面反応を遂時追跡評価
しながら半導体結晶を成長させることを特徴とする半導
体結晶成長方法。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載において、 前記質量分析器に多重イオン検出器を接続し、前記サイ
クルの期間中常に前記成長表面からの、少なく共反応生
成物を含む離脱分子のイオンおよび前記少なく共２種類
の原料ガスのイオンの過渡応答を同時に、前記質量分析
器および前記多重イオン検出部で測定することを特徴と
する半導体結晶成長方法。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１または２項記載におい
て、 前記単結晶エピタキシャル成長層がIII−Ｖ族化合物半
導体であることを特徴とする半導体結晶成長方法。
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59153975A JPH0766907B2 (ja) | 1984-07-26 | 1984-07-26 | 半導体結晶成長方法 |
| GB8518842A GB2162207B (en) | 1984-07-26 | 1985-07-25 | Semiconductor crystal growth apparatus |
| DE19853526888 DE3526888A1 (de) | 1984-07-26 | 1985-07-26 | Halbleiterkristallzuechtungseinrichtung |
| FR858511516A FR2582149B1 (fr) | 1984-07-26 | 1985-07-26 | Appareil pour la croissance d'un cristal semiconducteur |
| GB8718943A GB2200138B (en) | 1984-07-26 | 1987-08-11 | Semiconductor crystal growth apparatus |
| GB8718942A GB2200137B (en) | 1984-07-26 | 1987-08-11 | Semiconductor crystal growth apparatus |
| US07/357,695 US4975252A (en) | 1984-07-26 | 1989-05-26 | Semiconductor crystal growth apparatus |
| US08/212,551 US5443033A (en) | 1984-07-26 | 1994-03-11 | Semiconductor crystal growth method |
| US08/396,589 US6464793B1 (en) | 1984-07-26 | 1995-03-01 | Semiconductor crystal growth apparatus |
| US08/904,347 US20010001952A1 (en) | 1984-07-26 | 1997-07-31 | Semiconductor crystal growth apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59153975A JPH0766907B2 (ja) | 1984-07-26 | 1984-07-26 | 半導体結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6134925A JPS6134925A (ja) | 1986-02-19 |
| JPH0766907B2 true JPH0766907B2 (ja) | 1995-07-19 |
Family
ID=15574167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59153975A Expired - Fee Related JPH0766907B2 (ja) | 1984-07-26 | 1984-07-26 | 半導体結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0766907B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI57975C (fi) * | 1979-02-28 | 1980-11-10 | Lohja Ab Oy | Foerfarande och anordning vid uppbyggande av tunna foereningshinnor |
-
1984
- 1984-07-26 JP JP59153975A patent/JPH0766907B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 日経エレクトロニクス１９８１年１１月９日号第８６〜８８頁 |
| 電気学会研究会資料ＥＦＭ８１−４１，（１９８１．１０．２７）Ｐ．７９〜８３ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6134925A (ja) | 1986-02-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |