JPS5832412A - 気相成長装置 - Google Patents
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- JPS5832412A JPS5832412A JP13089181A JP13089181A JPS5832412A JP S5832412 A JPS5832412 A JP S5832412A JP 13089181 A JP13089181 A JP 13089181A JP 13089181 A JP13089181 A JP 13089181A JP S5832412 A JPS5832412 A JP S5832412A
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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
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- 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
- C23C16/45502—Flow conditions in reaction chamber
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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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】
本発明は、例えば硬化ガリウム(GaAS)等の化合物
半導体のエピタキシャル膜を気相反応により基板上に成
長させる之めの横型気相成長装置に関するものである。
半導体のエピタキシャル膜を気相反応により基板上に成
長させる之めの横型気相成長装置に関するものである。
発光ダイオード、電界効果トランジスター等のの気相反
応により、エピタキシャル膜を成長させる技術は、工業
的に広く用いられている。
応により、エピタキシャル膜を成長させる技術は、工業
的に広く用いられている。
かかる気相成長に通常用いられる横型気相成長装置とし
ては、従来第1図に代表的な例を示すようなものが用い
られている。
ては、従来第1図に代表的な例を示すようなものが用い
られている。
第1図(イ)において、lは横型気相成長反応管C以下
、単に反応管と称す)で、一端に原料ガス(例えばA
S Cl 3の蒸気を含むH2ガス)導入口2、他端に
ガス排出口8を有している。反応fl内には、ガスの入
口側にソース材料4(例えばAsで飽和され、eGa)
を収容したノースボート3が置かれ、ガスの出口側に基
板ホルダー5上に置かれた基板6が設置されている。7
は反応管l内を所定の温度プロファイルに加熱する加熱
装置eである。
、単に反応管と称す)で、一端に原料ガス(例えばA
S Cl 3の蒸気を含むH2ガス)導入口2、他端に
ガス排出口8を有している。反応fl内には、ガスの入
口側にソース材料4(例えばAsで飽和され、eGa)
を収容したノースボート3が置かれ、ガスの出口側に基
板ホルダー5上に置かれた基板6が設置されている。7
は反応管l内を所定の温度プロファイルに加熱する加熱
装置eである。
第1図(ロ)は(イ)図に>iす装置の長さ方向の温度
ゾロファイルを示す図で、TIはソース側の温度、T2
は基板側の温度であり、それぞれほぼ一定の温度に保た
れている。
ゾロファイルを示す図で、TIはソース側の温度、T2
は基板側の温度であり、それぞれほぼ一定の温度に保た
れている。
今かかる温度プロファイル下で原料ガス導入口2よりA
sc18を含むH2ガスを導入すると、次式によりAs
4とHClが生成する。
sc18を含むH2ガスを導入すると、次式によりAs
4とHClが生成する。
4AsC18+6H2:As4+12HCl・・・・・
・・・・・・・・・(1)(1)式で生成したHClば
Gaソースと次式により反応する。
・・・・・・・・・(1)(1)式で生成したHClば
Gaソースと次式により反応する。
2Ga + 2HCn :2GaCβ+H2・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・(2)次に、(1)式
および(2)式で生成し*As4およびGaC1は、下
流へ輸送され、基板6上で次式に従ってρaAsエピタ
キシャル膜が生長する。
・・・・・・・・・・・・・・・(2)次に、(1)式
および(2)式で生成し*As4およびGaC1は、下
流へ輸送され、基板6上で次式に従ってρaAsエピタ
キシャル膜が生長する。
4GaC1十As 4 + 2H2二4GaAs +
4ucl=・−・+++・++ (a)しかし上述の横
型気相成長装置による、通常用いられる拡散律速条件下
でのエビタキ7ヤル成長では、第2図に基板上の位置と
エピタキシャル膜厚の関係を示すように、膜厚ば、上流
側で厚く、下流側で薄くなる現象が生ずる。
4ucl=・−・+++・++ (a)しかし上述の横
型気相成長装置による、通常用いられる拡散律速条件下
でのエビタキ7ヤル成長では、第2図に基板上の位置と
エピタキシャル膜厚の関係を示すように、膜厚ば、上流
側で厚く、下流側で薄くなる現象が生ずる。
このようにエピタキシャル膜の厚さが不均一となったエ
ピタキシャルウエハーを用いて製造した各種半導体装置
では、その収率を低下したり、又特性を悪化したりする
という問題点があった。
ピタキシャルウエハーを用いて製造した各種半導体装置
では、その収率を低下したり、又特性を悪化したりする
という問題点があった。
本発明は、上述の問題点を解決するため成されたもので
、上述のエビタキンヤル膜の厚さの不均一性を改良し、
均一な膜厚を有する化合物半導体のエビタキンヤル膜を
基板上に気相成長させることのできる気相成長装置t全
提供せんとするものである。
、上述のエビタキンヤル膜の厚さの不均一性を改良し、
均一な膜厚を有する化合物半導体のエビタキンヤル膜を
基板上に気相成長させることのできる気相成長装置t全
提供せんとするものである。
本発明は、横型気相成長反応管内で、ソース材料と原料
ガス又は複数の原料ガスを反応させ、前記ソース材料と
前記原料ガス又は前記複数の原料ガス、および前記反応
による反応生成物より成る混合ガスを基板上に導ひき、
該基板上にエピタキシャル膜を成長させる装置において
、前記基板上を流れる前記混合ガスの流速を増加する装
置を設けたことを特徴とする気相成長装置である。
ガス又は複数の原料ガスを反応させ、前記ソース材料と
前記原料ガス又は前記複数の原料ガス、および前記反応
による反応生成物より成る混合ガスを基板上に導ひき、
該基板上にエピタキシャル膜を成長させる装置において
、前記基板上を流れる前記混合ガスの流速を増加する装
置を設けたことを特徴とする気相成長装置である。
本発明装置により基板上にエピタキシャル成長させる物
質は、例えばGaAs、 InP、 Ga I−xJx
As。
質は、例えばGaAs、 InP、 Ga I−xJx
As。
Inl□GaxAs 1−yPy等の化合物半導体であ
る。
る。
以下、本発明を図面を用いて実施例により説明する。
先ずエピタキシャル膜厚分布について説明する。
気相成長での膜厚分布については、J、Komenoら
は層流境界層モデルを用いて説明を与えている( J、
IJectrochem、Soc、124. (197
7)、 P 、 1440 )。
は層流境界層モデルを用いて説明を与えている( J、
IJectrochem、Soc、124. (197
7)、 P 、 1440 )。
層流境界層モデルによると、第8図に示すような層流境
界層9が基板6上に形成される。基板上の位置Xにおけ
る境界層厚さ【(X)は次式で示される。
界層9が基板6上に形成される。基板上の位置Xにおけ
る境界層厚さ【(X)は次式で示される。
上
t (x) = 5.0 (μx/pV)2 ・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4
)ここでVは原料ガスの流速、pは原料ガスの密度、μ
は原料ガスの粘性係数である。
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4
)ここでVは原料ガスの流速、pは原料ガスの密度、μ
は原料ガスの粘性係数である。
層流境界層内では、物質の輸送は拡散によって行なわれ
る。基板上の位置Xにおける物質輸送係数は、pを拡散
係数とすれば、D/1(X)で示され、境界層厚さt(
x)の大きい下流程、D/1(x)が小となり、原料供
給量が少なくなるため、エピタキシャル成艮速度が小さ
くなり、結果として第2図に示したような不均一な膜厚
分布となる。
る。基板上の位置Xにおける物質輸送係数は、pを拡散
係数とすれば、D/1(X)で示され、境界層厚さt(
x)の大きい下流程、D/1(x)が小となり、原料供
給量が少なくなるため、エピタキシャル成艮速度が小さ
くなり、結果として第2図に示したような不均一な膜厚
分布となる。
しかしく4)式における原料ガスの流速Vを大きくする
ことにより、t(x)の位置Xによる差を低減でき、物
質輸送係数n/1(x)の位置Xによる差が小さくなり
、その結果膜厚の均一化が可能である。
ことにより、t(x)の位置Xによる差を低減でき、物
質輸送係数n/1(x)の位置Xによる差が小さくなり
、その結果膜厚の均一化が可能である。
又原料ガスの流速Vを増加させることによる別の効果と
して、層流境界層9内の流れが層流から一部乱流に変わ
り、膜厚の均一化が期待できる。
して、層流境界層9内の流れが層流から一部乱流に変わ
り、膜厚の均一化が期待できる。
本発明者らは、原料ガスの流速の増加による上述の2つ
の効果に着目し、第1図に示す気相成長装置において、
基板6上の混合ガスの流速を増加する改良を加え、エピ
タキシャル膜厚を均一化する本発明を成すに至ったもの
である。
の効果に着目し、第1図に示す気相成長装置において、
基板6上の混合ガスの流速を増加する改良を加え、エピ
タキシャル膜厚を均一化する本発明を成すに至ったもの
である。
第4図は本発明の実施例を示す縦断面図である。
図において、第1図と同一の符号はそれぞれ同一の部分
を示す。第4図において、第1図(イ)と異なる点は、
基板ホルダー5上に置かれた基板6の設置場所であり、
反応管1のガス出口側にライナー管IOが設置され、そ
のガス通路11中に基板6が収容されている。
を示す。第4図において、第1図(イ)と異なる点は、
基板ホルダー5上に置かれた基板6の設置場所であり、
反応管1のガス出口側にライナー管IOが設置され、そ
のガス通路11中に基板6が収容されている。
ライナー管10は、それまでのガス通路、即ち反芯管l
の横断面積の通路から、それより小さい断面積のガス通
路に変えてガスの流速を増加させるもので、例えば第5
図に例を示すように、円筒体の下方の一部をガス通路1
1とし、他の上方の部分を閉じたものである。
の横断面積の通路から、それより小さい断面積のガス通
路に変えてガスの流速を増加させるもので、例えば第5
図に例を示すように、円筒体の下方の一部をガス通路1
1とし、他の上方の部分を閉じたものである。
本発明において、基板上を流れる混合ガスの流速を増加
する装置は、第5図に示すライナー管に限定されるもの
ではなく、要は基板を収容し、その上を流れる混合ガス
の流速を増加する機能を有するものであれば良く、例え
ば反応管l自体の形状を変えたものでも良い。
する装置は、第5図に示すライナー管に限定されるもの
ではなく、要は基板を収容し、その上を流れる混合ガス
の流速を増加する機能を有するものであれば良く、例え
ば反応管l自体の形状を変えたものでも良い。
ただし後者のものでは、ノース材料変換時等に際し、ノ
ースボートが容易に引き出せるような構造にすることが
必要である。
ースボートが容易に引き出せるような構造にすることが
必要である。
次にかように構成された本発明による気相成長装置を用
いて基板上にエビタシャル膜を成長させる方法を実施例
により説明する。
いて基板上にエビタシャル膜を成長させる方法を実施例
により説明する。
実施例:
第4図に示す気相成長装置を用いて、GaAS基板上に
GaAs エピタキシャル膜全成長させた。
GaAs エピタキシャル膜全成長させた。
先ず反応管I内にノース材料4としてGaf収容したソ
ースポート3を設置し、ライナー管IO内に基板ホルダ
ー5およびGaAs基板6を設置した。
ースポート3を設置し、ライナー管IO内に基板ホルダ
ー5およびGaAs基板6を設置した。
ライナー管10のガス通路11の断面積を反応管lの横
断面積のにとした。次に原料ガス導入口2よりキャリヤ
ーガスH2を導入し、第1図(ロ)に示したと同様の温
度プロファイルに加熱した。ソース側の温度T1ヲ約8
10’C,基板側の温度T2ヲ約710℃とした。反応
管lの各部が所定の温度になってから、導入口2より約
15°CのA S C13蒸気とH2ガスを導入し、前
述の(1)、(2)式のように反応させ、これらの反応
生成物と未反応のhsclB 、 H2の混合ガスを下
流のライナー管IO内のガス通路11に導びき、GaA
s基板6上に平均厚さ35μmのGaAsのエピタキシ
ャル膜を成長させた。
断面積のにとした。次に原料ガス導入口2よりキャリヤ
ーガスH2を導入し、第1図(ロ)に示したと同様の温
度プロファイルに加熱した。ソース側の温度T1ヲ約8
10’C,基板側の温度T2ヲ約710℃とした。反応
管lの各部が所定の温度になってから、導入口2より約
15°CのA S C13蒸気とH2ガスを導入し、前
述の(1)、(2)式のように反応させ、これらの反応
生成物と未反応のhsclB 、 H2の混合ガスを下
流のライナー管IO内のガス通路11に導びき、GaA
s基板6上に平均厚さ35μmのGaAsのエピタキシ
ャル膜を成長させた。
得うれたエピタキシャルウエハーの反応管の長さ方向の
エピタキシャル膜の膜厚分布を調査した結果は第6図の
実線で示す通りである。なお図において、点線は従来の
第1図に示す装置により製造したウェハーの膜厚分布を
示すものである。
エピタキシャル膜の膜厚分布を調査した結果は第6図の
実線で示す通りである。なお図において、点線は従来の
第1図に示す装置により製造したウェハーの膜厚分布を
示すものである。
第6図より、本発明によるものは、従来例に比べ非常に
均一な膜厚分布を有し、膜厚均一度%であることが分っ
た。
均一な膜厚分布を有し、膜厚均一度%であることが分っ
た。
これは、本発明装置におけるライナー管IOにより、基
板6上の混合ガスの通路11が従来より大幅に小さくな
ったため、基板6上の混合ガスの流速が増加され、その
結果、エピタキシャル膜厚が均一化されたためである。
板6上の混合ガスの通路11が従来より大幅に小さくな
ったため、基板6上の混合ガスの流速が増加され、その
結果、エピタキシャル膜厚が均一化されたためである。
なお上述の実施例では、1個の原料ガス導入口2と1個
のソースポート3を設けた場合について述べたが、本発
明はこれに限定されるものではなく、複数の原料ガス導
入口を設けても良く、又ソースポーIf設置せず、複数
の原料ガス導入口を設け、複数の原料ガスを導入しても
良い。
のソースポート3を設けた場合について述べたが、本発
明はこれに限定されるものではなく、複数の原料ガス導
入口を設けても良く、又ソースポーIf設置せず、複数
の原料ガス導入口を設け、複数の原料ガスを導入しても
良い。
以上述べたように、本発明は、前述のように、横型気相
成長反応管内で、気相反応により基板上にエピタキシャ
ル膜を成長させる装置において、前記基板上を流れる前
記混合ガスの流速を増加する装置を設けたため、基板上
のガスの流速全増加することにより、前述の層流境界層
厚t(x)の位置Xによる差を低減し、エピタキシャル
膜厚を均一化すると共に、層流境界層の流れが層流から
一部乱流に変わり、膜厚を均一化するので、非常に均一
な膜厚を有する化合物半導電体のエピタキシャル膜を成
長させることができる利点がある。
成長反応管内で、気相反応により基板上にエピタキシャ
ル膜を成長させる装置において、前記基板上を流れる前
記混合ガスの流速を増加する装置を設けたため、基板上
のガスの流速全増加することにより、前述の層流境界層
厚t(x)の位置Xによる差を低減し、エピタキシャル
膜厚を均一化すると共に、層流境界層の流れが層流から
一部乱流に変わり、膜厚を均一化するので、非常に均一
な膜厚を有する化合物半導電体のエピタキシャル膜を成
長させることができる利点がある。
第1図(イ)は従来の横型気相成−長装置の例を示第2
図は従来のエピタキシャル膜厚分布を示す図である。 第3図は層流境界層モデルを説明する図である。 第4図は本発明の実施例を示す縦断面図である。 第5図は第4図に示すライナー管の拡大斜視図である。 第6図は本発明および従来例によるエピタ3・・・ソー
スポート、4・・・ソース材料、5・・・基板ボルダ−
16・・・基板、7・・・加熱装置、8川ガス排出口、
9・・・層流境界層、IO・・・ライナー管、11・・
・ガス通路、TI・・・ソース側の温度、T2・・・基
板側の温度、t (x)・・・境界層の厚さ。 71図 芳2図 基本(L立帛乃・らり巨鮭
図は従来のエピタキシャル膜厚分布を示す図である。 第3図は層流境界層モデルを説明する図である。 第4図は本発明の実施例を示す縦断面図である。 第5図は第4図に示すライナー管の拡大斜視図である。 第6図は本発明および従来例によるエピタ3・・・ソー
スポート、4・・・ソース材料、5・・・基板ボルダ−
16・・・基板、7・・・加熱装置、8川ガス排出口、
9・・・層流境界層、IO・・・ライナー管、11・・
・ガス通路、TI・・・ソース側の温度、T2・・・基
板側の温度、t (x)・・・境界層の厚さ。 71図 芳2図 基本(L立帛乃・らり巨鮭
Claims (2)
- (1) 横型気相成長反応管内で、ソース材料と原料
ガス又は複数の原料ガスを反応させ、前記ソース材料と
前記原料ガス又は前記複数の原料ガス、および前記反応
による反応生成物よシ成る混合ガスを基板上に導ひき、
該基板上にエピタキシャル膜を成長させる装置において
、前記基板上を流れる前記混合ガスの流速を増加する装
置を設けたことを特徴とする気相成長装置。 - (2) 混合ガスの流速を増加する装置が、中に基板
を収容し、横型気相成長反応管の横断面積より小さいガ
ス通路断面積を有するライナー管より成る特許請求の範
囲第1項記載の気相成長装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13089181A JPS5832412A (ja) | 1981-08-20 | 1981-08-20 | 気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13089181A JPS5832412A (ja) | 1981-08-20 | 1981-08-20 | 気相成長装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5832412A true JPS5832412A (ja) | 1983-02-25 |
Family
ID=15045120
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13089181A Pending JPS5832412A (ja) | 1981-08-20 | 1981-08-20 | 気相成長装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5832412A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60167010A (ja) * | 1984-02-09 | 1985-08-30 | Hitachi Ltd | 位相制御装置 |
JPH04210476A (ja) * | 1990-12-11 | 1992-07-31 | Hoya Corp | 炭化ケイ素膜の成膜方法 |
-
1981
- 1981-08-20 JP JP13089181A patent/JPS5832412A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60167010A (ja) * | 1984-02-09 | 1985-08-30 | Hitachi Ltd | 位相制御装置 |
JPH0341022B2 (ja) * | 1984-02-09 | 1991-06-20 | ||
JPH04210476A (ja) * | 1990-12-11 | 1992-07-31 | Hoya Corp | 炭化ケイ素膜の成膜方法 |
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