JPS58108734A - 気相成長法 - Google Patents
気相成長法Info
- Publication number
- JPS58108734A JPS58108734A JP20714381A JP20714381A JPS58108734A JP S58108734 A JPS58108734 A JP S58108734A JP 20714381 A JP20714381 A JP 20714381A JP 20714381 A JP20714381 A JP 20714381A JP S58108734 A JPS58108734 A JP S58108734A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- substrate
- source
- growing
- reaction tube
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- 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
- C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (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
【発明の詳細な説明】
（，１） 発明の技術分野
本発明は大面積基板結晶面上あるいは大面積基板結晶の
バッチ成長において高力−厚エビタキシャル層を再現性
よく得るための特に化合物半導体の気相成長法に関する
ものである。
バッチ成長において高力−厚エビタキシャル層を再現性
よく得るための特に化合物半導体の気相成長法に関する
ものである。
（２）背景技術
気相成長法は単結晶基板上に単結晶薄膜層を成長させる
方法でアシ、半導体デバイス製造プロセスに広く用いら
れており、更に単結晶薄膜層を多重に成長する多層成長
法という形でも用いられている。例えば化合物半導体の
気相成長法はマイクロ波素子、光電素子等の多くの半導
体素子を製造する上で非常に重要々技術である。
方法でアシ、半導体デバイス製造プロセスに広く用いら
れており、更に単結晶薄膜層を多重に成長する多層成長
法という形でも用いられている。例えば化合物半導体の
気相成長法はマイクロ波素子、光電素子等の多くの半導
体素子を製造する上で非常に重要々技術である。
以下、化合物半導体ＧａＡｓの気相成長を例にとシ、背
景技術及び本発明の詳細な説明する。近年特にＧａＡａ
は置産化及び素子性能の高信頼化またＩＣ化に伴い、大
面積基板上に今まで以上に高均一なエピタキシャル層を
再現性良く得られる技術が要求されるようになった。Ｇ
ａＡａに限らず半導体の素子化においては、一般に連続
多層エピタキシャル成長法が用いられておシ、このよう
ガ連続多層エピタキシャル層を高歩留シで得るには高力
−厚エビタキシャル層を再現性よく成長させることが必
要である。
景技術及び本発明の詳細な説明する。近年特にＧａＡａ
は置産化及び素子性能の高信頼化またＩＣ化に伴い、大
面積基板上に今まで以上に高均一なエピタキシャル層を
再現性良く得られる技術が要求されるようになった。Ｇ
ａＡａに限らず半導体の素子化においては、一般に連続
多層エピタキシャル成長法が用いられておシ、このよう
ガ連続多層エピタキシャル層を高歩留シで得るには高力
−厚エビタキシャル層を再現性よく成長させることが必
要である。
（３）従来技楡と問題点
ＧａＡｓ の成長においては、絶対温度の逆数（１／
Ｔ）を横軸にとり、成長速度を縦軸にとった、座標系で
成長速度が極大になる温度より左側（高温側）は拡散律
速段階であり、一方低温側は反応律速段階である。従来
殆どの気相成長は拡散律速段階の温度、例えば〔７５０
℃〕で行なわれてきた。
Ｔ）を横軸にとり、成長速度を縦軸にとった、座標系で
成長速度が極大になる温度より左側（高温側）は拡散律
速段階であり、一方低温側は反応律速段階である。従来
殆どの気相成長は拡散律速段階の温度、例えば〔７５０
℃〕で行なわれてきた。
一方、従来、ＧａＡａ 高均−厚エビタキシャル層成長
を目的として、反応律速温度領域、例えば６９０℃の温
度条件下で気相成長を行なう場合は、基板結晶を均一温
度プロファイル域に設置し、Ａ ｓ Ｃｌ ｇのモル比
の最適値を選び成長が行なわれていた。この方法はガス
流方向基板長が約６〔ｍ〕までガら±１〔％〕以下の高
均−厚エビタキシャル層の成長が打力えるが量産性に乏
しいという問題があシ、且つまた基板長が約６〔ｍ３以
上の長いものになると、次の反応式により 基板の上流側で小成されたＨＣＩが下流側へ送られ、下
流側でのＨＣＩ成分が成長温度平衡状態下でのＨＣＩ成
分よ如増加するためＧａＡｓ成長反応が抑制されること
により下流側の成長速度が低下し、膜厚均一性が悪くな
るという欠点があった。
を目的として、反応律速温度領域、例えば６９０℃の温
度条件下で気相成長を行なう場合は、基板結晶を均一温
度プロファイル域に設置し、Ａ ｓ Ｃｌ ｇのモル比
の最適値を選び成長が行なわれていた。この方法はガス
流方向基板長が約６〔ｍ〕までガら±１〔％〕以下の高
均−厚エビタキシャル層の成長が打力えるが量産性に乏
しいという問題があシ、且つまた基板長が約６〔ｍ３以
上の長いものになると、次の反応式により 基板の上流側で小成されたＨＣＩが下流側へ送られ、下
流側でのＨＣＩ成分が成長温度平衡状態下でのＨＣＩ成
分よ如増加するためＧａＡｓ成長反応が抑制されること
により下流側の成長速度が低下し、膜厚均一性が悪くな
るという欠点があった。
（４）発明の目的
本発明の目的は上記問題点を除去することにあ（３）
す、大面積基板結晶面上に、あるいは大面積基板結晶の
バッチ成長において、高均−厚のエピタキシャル層を再
現性よく得ることのできる気相成長法を提供することに
ある。
バッチ成長において、高均−厚のエピタキシャル層を再
現性よく得ることのできる気相成長法を提供することに
ある。
（５）発明の構成
本発明によれは、反応律速領域下の気相エピタキシャル
成長において基板結晶上に形成する温度プロファイルに
ガス流下流方向に沿って温度が高くなるよう々温度勾配
をもたせ成長を行なうことにより、高均−厚エビタキシ
ャル層を再現性よく成長することができることを特徴と
しでいる気相成長法が得られる１゜ （６）発明の実施例 本発明に係わる実施例を以下横型反応管を用いたＧａ
−ＡｓＣ１３−Ｈ２死のＧａＡｓ成長について説明する
。第１図は模型反応管の概念図であり、反応管本体ｌの
周囲全取巻くヒーター２によってＧ＆ソース領域（Ａ）
及び基板領域（Ｂ）の温度を所定の反応が起こるように
加熱している。ここで反応管本体１内のガス流方向（Ｇ
）で上流側にはＧａ（４） ソース４を収容する溶液溜めを載置した管体５が、反応
管本体１の壁面に固設され、その入口側５ａからはＡｓ
Ｃ１，−４−Ｈ，ガス及びＨ２ガスを、Ｇｈソース上に
流すようにしている１、また、反応管本体ｌの入口側に
はガス導入管６が取付けられ、■。
成長において基板結晶上に形成する温度プロファイルに
ガス流下流方向に沿って温度が高くなるよう々温度勾配
をもたせ成長を行なうことにより、高均−厚エビタキシ
ャル層を再現性よく成長することができることを特徴と
しでいる気相成長法が得られる１゜ （６）発明の実施例 本発明に係わる実施例を以下横型反応管を用いたＧａ
−ＡｓＣ１３−Ｈ２死のＧａＡｓ成長について説明する
。第１図は模型反応管の概念図であり、反応管本体ｌの
周囲全取巻くヒーター２によってＧ＆ソース領域（Ａ）
及び基板領域（Ｂ）の温度を所定の反応が起こるように
加熱している。ここで反応管本体１内のガス流方向（Ｇ
）で上流側にはＧａ（４） ソース４を収容する溶液溜めを載置した管体５が、反応
管本体１の壁面に固設され、その入口側５ａからはＡｓ
Ｃ１，−４−Ｈ，ガス及びＨ２ガスを、Ｇｈソース上に
流すようにしている１、また、反応管本体ｌの入口側に
はガス導入管６が取付けられ、■。
ガスをキャリヤーガスとして流すようにしである。
而してガス流方向（Ｇ）の下流側にはＧａＡｓ基板７が
、適当ガ治具によって、保持され、その上にＧａＡｓエ
ヒタキシャル成長が行なわれる。本発明では、このＧａ
Ａｓ基板７を反応律速段＃温度域に設定している。本体
１の出口１ａはガス排気口である。
、適当ガ治具によって、保持され、その上にＧａＡｓエ
ヒタキシャル成長が行なわれる。本発明では、このＧａ
Ａｓ基板７を反応律速段＃温度域に設定している。本体
１の出口１ａはガス排気口である。
以下、本発明による温度プロファイルの例を説明する１
、成長条件としてはＧａソース温度（Ａ）８００〔℃〕
、上流側からＧａソース４及びＧａＡｓ基板７に向って
流されるＡｓＣ１３のモル比を８４×１０−４と一定に
し、第２図に示した温度プロファイル下で成長を行なっ
た。（ａ）は従来法での、（ｂ）は本発明での温度フロ
ファイルを示している。、 （ｂ）の温度プロファイル
では、成長領域（Ｂ）において、２．２ （’Ｃ／ｌｙ
ｎ 〕の勾配が、ガス流下流方向に温度が高く力るよう
に、設けられている。第３図ね基板長と膜厚均一度の関
係を調べた結果である。曲線体）は従来法による結沫で
あり基板長が６０（＋ｎｍ）以上になると膜厚均一度が
著しく低下している。曲線（ｂ）は本発明方法による結
果であシ、基板上１５０〔郡〕１で膜厚均一度が±１〔
％〕以下となっている。
、成長条件としてはＧａソース温度（Ａ）８００〔℃〕
、上流側からＧａソース４及びＧａＡｓ基板７に向って
流されるＡｓＣ１３のモル比を８４×１０−４と一定に
し、第２図に示した温度プロファイル下で成長を行なっ
た。（ａ）は従来法での、（ｂ）は本発明での温度フロ
ファイルを示している。、 （ｂ）の温度プロファイル
では、成長領域（Ｂ）において、２．２ （’Ｃ／ｌｙ
ｎ 〕の勾配が、ガス流下流方向に温度が高く力るよう
に、設けられている。第３図ね基板長と膜厚均一度の関
係を調べた結果である。曲線体）は従来法による結沫で
あり基板長が６０（＋ｎｍ）以上になると膜厚均一度が
著しく低下している。曲線（ｂ）は本発明方法による結
果であシ、基板上１５０〔郡〕１で膜厚均一度が±１〔
％〕以下となっている。
膜厚均一度△ｔけ以下の式を用いて算出した。
日ηａｘ 、 ｔｍｉｎ 、 ｔｍｅａｎはそれぞ
れ膜厚の最大値、最小値、平均値である。第４図には、
ガス流方向に前後して置かれた５０〔腔φ〕円型ウェハ
ーを２枚（１，１）同時成長させ−た場合のガス流方向
の成長速度分布を示す。曲線（ａ）は従来法、（ｂ）は
本発明の方法での結果である。本発明方法では基板面の
上流から下流にわたシ成長速度が一定であることがわか
る。なお、本発明方法において５０〔胴φ〕基板を３枚
並べ成長を行なった場合、各基板面上での成長速度が０
１５±０．０２ （μｍ／ｍｉｎ ’ｌという結果が得
られている。
れ膜厚の最大値、最小値、平均値である。第４図には、
ガス流方向に前後して置かれた５０〔腔φ〕円型ウェハ
ーを２枚（１，１）同時成長させ−た場合のガス流方向
の成長速度分布を示す。曲線（ａ）は従来法、（ｂ）は
本発明の方法での結果である。本発明方法では基板面の
上流から下流にわたシ成長速度が一定であることがわか
る。なお、本発明方法において５０〔胴φ〕基板を３枚
並べ成長を行なった場合、各基板面上での成長速度が０
１５±０．０２ （μｍ／ｍｉｎ ’ｌという結果が得
られている。
以上の温度勾配の好ましい値は成長温度にのみ依存し、
６７０〔℃〕 では３５〔℃／ｃｒｎ〕、６８５〔℃〕
では２．２ （℃／ｃｍ ）、７００〔℃〕では１，２
［’Ｃ／ｃｒｎ）である。このような温度勾配を設定す
るには、炉を幾つかの加熱ゾーンに分割すればよい。
６７０〔℃〕 では３５〔℃／ｃｒｎ〕、６８５〔℃〕
では２．２ （℃／ｃｍ ）、７００〔℃〕では１，２
［’Ｃ／ｃｒｎ）である。このような温度勾配を設定す
るには、炉を幾つかの加熱ゾーンに分割すればよい。
以上、本発明をＧａＡｓ気相成長について説明を打力っ
たが他の化合物半導体を初め、一般に行なわれている気
相成長についても本発明が適用されることはいうまでも
々い。又縦型炉についでも同様である。
たが他の化合物半導体を初め、一般に行なわれている気
相成長についても本発明が適用されることはいうまでも
々い。又縦型炉についでも同様である。
（７）発明の効果
本発明によれば大面積基板結晶（例えば６０〔■φ〕以
上）面上、あるいは大面積基板結晶（例えば５０〔■φ
〕以上）のバッチ成長において士１〔％〕以下の高均−
厚エビタキシャル層を再現性よく得ることができるので
、エピタキシャルウェーハの量産性が上がりコストダウ
ンが行なえる４゜
上）面上、あるいは大面積基板結晶（例えば５０〔■φ
〕以上）のバッチ成長において士１〔％〕以下の高均−
厚エビタキシャル層を再現性よく得ることができるので
、エピタキシャルウェーハの量産性が上がりコストダウ
ンが行なえる４゜
（７）
第１図は気相成長装置ａの概念図、第２図はその混用プ
ロファイルを説明する図面、第３図は基板長と膜厚均一
度の関係のグラフ、第４図は２枚の基板の成長速度分布
のグラフである、。 （ａ）・・・従来例、（ｂ）・・・本発明１゜特許出願
人 富士通株式会社 特許出願代理人 弁理士 青 木 朗 弁理士西舘和之 弁理士内田幸男 弁理士 山 口 昭 之 （８） 第１図 ＃Ｐ−２図 名 第３図 ５０１００１５０ 基板長（ｍｍ）
ロファイルを説明する図面、第３図は基板長と膜厚均一
度の関係のグラフ、第４図は２枚の基板の成長速度分布
のグラフである、。 （ａ）・・・従来例、（ｂ）・・・本発明１゜特許出願
人 富士通株式会社 特許出願代理人 弁理士 青 木 朗 弁理士西舘和之 弁理士内田幸男 弁理士 山 口 昭 之 （８） 第１図 ＃Ｐ−２図 名 第３図 ５０１００１５０ 基板長（ｍｍ）
Claims (1)
- 反応律速条件下の気相エピタキシャル成長において、基
板結晶面上に形成する温度プロファイルにガス流下流方
向に沿って温度が高くなるような温度勾配をもたせ成長
を行なうことを特徴とする気相成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20714381A JPS58108734A (ja) | 1981-12-23 | 1981-12-23 | 気相成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20714381A JPS58108734A (ja) | 1981-12-23 | 1981-12-23 | 気相成長法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58108734A true JPS58108734A (ja) | 1983-06-28 |
Family
ID=16534912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20714381A Pending JPS58108734A (ja) | 1981-12-23 | 1981-12-23 | 気相成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58108734A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5079258A (ja) * | 1973-11-10 | 1975-06-27 |
-
1981
- 1981-12-23 JP JP20714381A patent/JPS58108734A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5079258A (ja) * | 1973-11-10 | 1975-06-27 |
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