JPS61287219A - 気相成長法 - 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】 〔概要〕 本発明は、一般に有機金属熱分解気相成長法と呼ばれ化
合物半導体膜を気相成長させるのに好適な方法に於いて
、ウェハを自転及び公転させつつ化合物半導体膜を有機
金属熱分解成長させることに依り、高い膜厚均一性を有
する化合物半導体膜を形成できるようにし、化合物半導
体集積回路装置は勿論のこと、ＨＥＭＴやヘテロ接合高
速半導体装置などの量産化を実現できるようにしたもの
である。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、均一な膜厚の化合物半導体膜を成長させるこ
とができる有機金属熱分解気相成長法に関する。

〔従来の技術〕

有機金属熱分解気相成長（ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｓ
　　ｃｈｅｍｉｃａｌ　　ｖａｐｏｕｒ　　ｄｅｐ　ｏ
　ｓ　ｉ　ｔ　ｔｏｎ　：ＭＯＣＶＤ）法は、液相エピ
タキシャル成長（ｌ　１ｑｕｉｄ　　ｐｈａｓｅｅｐｉ
ｔａｘｙ：ＬＰＥ）法に比較すると成長膜厚の均一性の
点で優れ、また、分子線エピタキシャル成長（ｍｏｌｅ
ｃｕｌａｒ　　ｂｅａｍ　　ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）
法に比較すると半導体ウェハのバッチ処理など量産性の
点で優れているとされている。

このＭＯＣＶＤ法で化合物半導体膜を成長させる場合に
は、半導体ウェハは静止させたまま、或いは、自転また
は公転させながら実施するようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、ＭＯＣＶＤ法で成長させた化合物半導体膜の
膜厚が均一性の点で優れているとは言え、それを用いて
集積回路装置を製造できるまでには到達していない。

一般に、半導体膜を成長させる場合、半導体ウェハを静
止させたまま行うよりも、自転または公転させながら行
った方が膜厚は均一になることが知られている。

このようなことから、半導体ウェハを自転及び公転させ
ながら半導体膜を成長させれば、膜厚の均一性が向上す
るであろうことは容易に推測されるところであるが、現
在に至るまで全〈実施されていない。

その理由として最大のものは、自転及び公転させる為の
機構が複雑になり、その機構の複雑さ故に摩擦を生ずる
部分が多くなり、それに依って機構構成物質の微粉体が
生成され、その微粉体が成長させつつある半導体膜中に
汚染物質として取り込まれる虞があることが挙げられる
。

前記のように、成長させつつある半導体膜中に汚染物質
が取り込まれる危険性は特にＭＯＣＶＤ法を実施する場
合に顕著である。

即ち、ＭＯＣＶＤ法を適用し、例えばＧａＡｓ膜を成長
させようとする場合には、半導体ウェハの温度を約６０
０〜７００（”Ｃ）程度にすることが必要となり、また
、ＡｌＧａＡｓ膜を成長させようとする場合には、約７
００〜８００（’Ｃ）程度にすることが必要となる。従
って、ＭＯＣＶＤ装置に於ける半導体ウェハを保持する
サセプタも同程度の温度には充分に耐える材料を用いな
ければならず、しかも、このサセプタは、高周波加熱さ
れるものであるから、誘電物質であることが必要である
。このような条件を満足させる材料としては、従来、サ
セプタとして多用され且つその取り扱いに慣熟している
カーボンがある。然しなから、カーボンを材料として前
記のように半導体ウェハが自転及び公転できるような機
構を構成した場合には、発生したカーボン微粉体が汚染
物質として半導体膜中に取り込まれるであろうことは想
像に難くない。尚、従来技術に依るＭＯＣＶＤ法を実施
する装置のように、半導体ウェハを自転成いは公転の何
れか一方を実現させる場合には、単に、半導体ウェハを
載置する回転台に一本の回転軸を取り付ければ良いもの
であるから、その構成は自転及び公転を同時に行うもの
とは全く比較にならないくらい簡単であり、従って、汚
染物質の発生に関しては考慮を要しない。

本発明は、半導体ウェハを自転及び公転させながら、Ｍ
ＯＣＶＤ法を適用し半導体膜を成長させることに依り、
従来、全く不可能であった膜厚の均一性が得られるよう
にする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の気相成長法では、ウェハを自転及び公転させつ
つ化合物半導体膜を有機金属熱分解気相成長させるよう
にしている。

〔作用〕

前記手段に依ると、成長された化合物半導体膜に於ける
膜厚の均一性は極めて高く、ウェハ全面内で例えば±１
．５〔％〕以内に抑えることが可能であり、また、危惧
されたサセプタの材料物質に依る汚染は発生しなかった
。

〔実施例〕

第１図は本発明の気相成長法を実施するＭＯＣＶＤ装置
の要部説明図、第２図は同じくその要部横断説明図を表
している。

各図に於いて、１は例えば石英で作られた反応管、ＩＡ
は反応ガス供給管、ＩＢは排気管、２は高周波加熱用コ
イル、３は半導体ウェハのサセプタ、４は公転用回転台
、５は自転用回転台、６は先端に歯車用の歯を切っであ
る自公転駆動用棒、７は電動機、８は自転用回転台上に
載置された半導体ウェハをそれぞれ示している。

このＭＯＣＶＤ装置を用いてＧａＡｓ結晶膜或いはＡｎ
！ＧａＡｓ結晶膜を成長させる場合について説明する。

第１図に見られる三つの自転用回転台５の上に直径が約
５　（ａｍ）　　（２（吋〕）である三枚のＧａＡｓウ
ェハをそれぞれ載置する。

公転用回転台４を１　〔９１間に約２０〔回〕の割合で
、また、自転用回転台５を１　〔９１間に数十〔回〕の
割合でそれぞれ回転させながらエビタキシャル成長を行
う。

このエピタキシャル成長を行う場合の他の条件は次の通
りである。

（１）　　バイパス・キャリヤ・ガスとしてＨ２を２０
（Ａ／分〕の割合で流す。

（２）温度を０　〔℃〕に維持したトリメチルガリウム
（ＴＭＧ：　（ＣＨ３）　３Ｇａ）を２５（ｃｃ／分〕
の割合で流す。

（３１Ｈ２をベースとした６〔％〕アルシン（ＡｓＨ３
）を２５０（ｃｃ／分〕の割合で流す。

（４）成長温度は６５０〔℃〕とした。

このようにしてエピタキシャル成長されたＧａＡｓ結晶
膜に於けるＶ／ｍの比は６．６となり、そして、ウェハ
全面内に於ける膜厚のバラツキとしては±１．５　〔％
〕以内であった。

また、Ａｆｆ、ＧａＡｓ結晶膜を成長させようとする場
合には、前記した諸条件に加え、温度を１６Ｃ℃〕に維
持したトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ：　　（ＣＨ３
）　３ＡｊＮを１６（ｃｃ／分〕の割合で流すと良い。

尚、従来のＭＯＣＶＤ法を適用しＡｌＧａＡｓ結晶膜を
成長させ、ウェハ面内に於ける膜厚バラツキが±１．５
　〔％〕程度のデータが得られた旨の報告がなされてい
る例もあるが、これはガス流方向に測定したものであっ
て、本発明に於けるようなウェハ全面内に関するもので
はない。因に、従来のＭＯＣＶＤ法を適用した場合に得
られるウェハ全面内に於ける膜厚の均一性は最良の状態
で±数〔％〕であり、通常は±１０Ｃ％〕程度にしかな
らない。

ここで、半導体ウェハを自転及び公転させる機構につい
て詳細に説明する。

第３図は第１図及び第２図に見られるサセプタ３の要部
平面説明図であり、第１図及び第２図に関して説明した
部分と同部分は同記号で指示しである。

図に於いて、１１は公転用回転台４に於ける裏面円周に
沿い帯状に形成された歯車部分、１２はサセプタ３と一
体的に形成された歯車部分、１３は自転用回転台５と一
体的に形成されて周囲に歯車の歯が切っである回転軸を
それぞれ示している。

第４図は公転用回転台４の要部切断側面図を表し、第１
図乃至第３図に関して説明した部分と同部分は同記号で
指示しである。

図に於いて、１４は公転用回転台４の回転軸、１５はサ
セプタ３と一体的に形成された歯車部分１２が嵌入され
る凹所、１６は自転用回転台５が嵌入される凹所、１７
は自転用回転台５の回転軸１３が嵌入される孔をそれぞ
れ示している。

第５図は自転用回転台５の要部切断側面図を表し、第１
図乃至第４図に関して説明した部分と同部分は同記号で
指示しである。

第６図は弁セプタ３の要部切断側面図を表し、第１図乃
至第５図に関して説明した部分と同部分は同記号で指示
しである。

図に於いて、１８は公転用回転台４が嵌入される凹所、
１９は公転用回転台４の回転軸１３が嵌入される孔、２
１は自公転駆動側棒６が嵌入される孔をそれぞれ示して
いる。

第３図乃至第６図から明らかなように、公転用回転台４
に自転用回転台５を装着すると、自転用回転台５の回転
軸１３の一部が凹所１５に対向して露出される。その状
態で、公転用回転台４をサセプタ３に装着すると、自転
用回転台５に於ける回転軸１３の周囲に形成された歯車
はサセプタ３に一体的に形成されている歯車部分１２と
係合する。そこで、サセプタ３の孔２１に自公転駆動側
棒６の歯車の歯を切っである先端を嵌入すると、その歯
と公転用回転台４に於ける裏面円周に沿って帯状に形成
された歯車部分１１とが係合する。

このようにセットされた状態で、自公転駆動側棒６を回
転させると公転用回転台４が駆動され、公転用回転台４
が回転すると固定されている歯車部分１２と係合してい
る回転軸１３が駆動されて自転用回転台５が回転するも
のである。

前記説明したサセプタ３に関連する各部材は全てカーボ
ンを材料としていることは云うまでもない。

ところで、本発明に於いて、半導体ウェハ８を自公転さ
せるようにしても、サセプタ３等からはカーボンの微粉
体などの汚染物質は発生しなかった。その理由としては
、成長中、例えばＮ２からなるバイパス・キャリヤ・ガ
スを多量に流していることが大きな影響を及ぼしている
のであろうと考えられている。

即ち、通常、この種のガスは数［β／分〕程度となるよ
うに流しているが、本発明では、前記実施例にも見られ
るように、２０Ｃ１１分〕も流すようにしている。この
ようにするとガスは一種の潤滑剤的な働きをなし、機構
の摩擦が低減されるので、カーボンの微粉体が発生しな
いのであろうと思われる。これは、バイパス・キャリヤ
・ガスとしてＮ２に比較して粘性が高いＮ２を用いた方
が好結果が得られることからも推定されるところである
。尚、バイパス・キャリヤ・ガスの流量を少なくしたり
、Ｎ２を用いたりすると機構の円滑な動きは阻害される
ことが確認されている。また、前記ガスの流量に関して
は未だ規格化された値は得られていないが機構の円滑な
動作に対する影響の有無を実験的に確認することは容易
である。

さて、次に、本発明を実施して得られる半導体′膜の膜
厚が均一性の点で優れていることを説明する。

第７図及び第８図は本発明を実施してＧａＡｓ基板上に
Ｑａｌｋ、ｓ膜を形成した同じ試料に関する測定結果を
纏めて線図として表したものであり、縦軸には規格化し
た膜厚を、横軸にはウェハ中心　′からの距離をそれぞ
れ採っである。

第７図は添え書きされているウェハに見られるＢ−Ｄ方
向について測定した結果を、また、第８図は同じく添え
書きされているウェハのＡ−Ｃ方向について測定した結
果をそれぞれ表していて、両方向とも膜厚の分布は極め
て僅少であることが明らかである。

第９図及び第１０図は第７図及び第８図について説明し
た試料とは別の試料に関する同じ測定結果を纏めて線図
として表したものである。

この試料の場合にも、膜厚の分布は極めて僅少であるこ
とが明らかである。

第１１図は成る試料について円周方向の膜厚分布を測定
して得られた結果を纏めて線図にしたものであり、縦軸
には成長速度を、横軸にはウェハ中心からの角度をそれ
ぞれ採っである。

この方向に関しても、膜厚の分布は極めて少ないことが
看取されよう。

第１２図は本発明に依り自公転させた場合と静止させた
場合とを比較して示した膜厚分布に関する線図であり、
縦軸に規格化された膜厚を、横軸にウェハ中心からの距
離をそれぞれ採っである。

図から明らかなように、自公転させた場合には膜厚分布
は殆どないが、静止させた場合にはガス流の影響が大き
く現れている。

前記測定データを得た試料は何れもＧａＡｓ基板上にＧ
ａＡｓ膜を成長させたものであるが、このようなＧａＡ
ｓ系に限らず、ＩｎＰ系、３元系や４元系の半導体膜を
成長させた場合も全く同様に高い膜厚均一性が得られて
いる。

〔発明の効果〕

本発明に依る気相成長法では、ウェハを自転及び公転さ
せつつ化合物半導体膜を有機金属熱分解気相成長させる
ようにしている。

このようにすると、膜厚が均一な化合物半導体膜を成長
させることができ、化合物半導体を用いた集積回路装置
、ＨＥＭＴ、ヘテロ接合高速半導体装置などを安価に製
造することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の気相成長法を実施するＭＯＣＶＤ装置
の要部説明図、第２図は第１図に見られるＭＯＣＶＤ装
置の要部横断説明図、第３図は第１図及び第２図に見ら
れるサセプタ３の要部平面説明図、第４図は公転用回転
台４の要部切断側面図、第５図は自転用回転台５の要部
切断側面図、第６図はサセプタ３の要部切断側面図、第
７図乃至第１Ｏ図は所定方向の膜厚分布に関する線図、
第１１図は円周方向の膜厚分布に関する縞図、第１２図
は本発明に依る場合と従来技術に依る場合とを比較した
膜厚分布に関する線図をそれぞれ表している。 図に於いて、１は反応管、ＩＡは反応ガス供給管、ＩＢ
は排気管、２は高周波加熱用コイル、３は半導体ウェハ
のサセプタ、４は公転用回転台、５は自転用回転台、６
は自公転駆動用棒、７は電動機、８は半導体ウェハをそ
れぞれ示している。 特許出願人　　　富士通株式会社 代理人弁理士　　相　谷　昭　司 代理人弁理士　　渡　邊　弘　− ＭＯＣＶＤ装置の要部横断説明図 第２図 第３図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ウェハを自転及び公転させつつ化合物半導体膜を有機金
   属熱分解気相成長させることを特徴とする気相成長法。