JP2757944B2

JP2757944B2 - 薄膜形成装置

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Publication number: JP2757944B2
Application number: JP63296014A
Authority: JP
Inventors: 照夫物集; 功大部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-11-25
Filing date: 1988-11-25
Publication date: 1998-05-25
Anticipated expiration: 2013-05-25
Also published as: JPH02143419A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はMOCVDに代表される化学気相成長方法による
薄膜形成装置に係り、特に超格子構造を有する薄膜の形
成に好適な薄膜形成装置に関する。

〔従来の技術〕

有機金属原料ガスを用いるIII−Ｖ族及びII−VI族等
の化合物ないし混晶半導体のMOCVD気相成長方法は、良
質な薄膜を形成することができるものとして、各所で研
究開発が活発に行なわれている。

第２図は代表的な従来の気相成長装置の構成を示す。
この装置を用いて例えばInP基板上にInP薄膜を成長させ
る従来方法について以下説明する。

パラジウム純化器によって高度に純化された水素ガス
を、その端部が成長室１に接続された原料ガス導入ライ
ン９′及びその端部が排気系に接続されたベントライン
10′にそれぞれ毎分６流す。

成長室１は、フォアライントラップ19を備えたロータ
リーポンプ2cで、上記原料ガス導入ライン９′の接続部
と対向する側から150Torr程度に排気されている。成長
前にはあらかじめホスフィン（PH₃）14をマスフローコ
ントローラ（流量計）17bにより毎分200cc、またトリメ
チルインジウム〔（CH₃）₃In〕（TMIと略す）16′は、
マスフローコントローラ17′により調整した水素ガスで
バブリングして、毎分400ccの流速でベントライン10′
に流しておく。

なお、ベントライン10′は廃ガスラインの一つで、常
時排気系を構成するポンプ2cで減圧下におかれている。

InPの成長にあたり、サセプタ４上のInP基板５を高周
波コイル20で670℃に加熱する。この時、基板表面の熱
損傷を防止するために切替弁8aを原料ガス導入ライン
９′側に切替えてPH₃を原料ガス導入ライン９′に流
し、成長室１に導入する。

この後約20分後に、切替弁8bを同様に原料ガス導入ラ
イン９′側に切替えてTMI16′を原料ガス導入ライン
９′を通して成長室１内に導入して、InPを成長させ
る。つまり、InP薄膜成長時は、各原料ガス共に切替弁8
a、8bの操作で流路をベントライン10′から原料ガス導
入ライン９′側に切替え、この流路を通して成長室１内
に導入される構成となっている。

また、成長膜へのドーパントの添加や更にまた、InP
とInGaAsとの積層多層膜を成長させる場合には、これら
の原料ガスを成長室１へ導入するためにドーパント例え
ばｎ型のドーパントとしては硫化水素（H₂S）、Ga及びA
s原料としてトリメチガリウム〔（CH₃）₃Ga〕（TMGと略
す）及びアルシン（AsH₃）の導入ライン及びベントライ
ンを上記２種の原料PH₃及びTMIの外にそれぞれ増設し、
原料ガスの流れを、成長室側とベントライン側で切替え
ることにより、InP/InGaAsの多層膜の形成とドーパント
の添加を行なっている。

なお、この種の薄膜形成方法及び装置に関連するもの
としては、例えば特開昭62−232931号が挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上記のような従来技術では、あらかじめ
ベントライン10′を流れていた原料ガスを成長開始と同
時に原料ガス導入ガスライン９′に順次切替えるため、
共通のガス流路を構成する原料ガス導入ガスライン９′
を流れるガス流量が増加する。このため、薄膜成長室１
内の圧力が変動し、ガスの流れが乱れ定常状態に復帰す
るのに時間を要した。このため、例えばドーパントガス
の切替えをした時には第５図に実線で示したように矩形
のドーピングプロファイルが得られないという問題があ
った。つまり、この図は基板表面から薄膜の厚さ方向に
おけるドーパントの濃度分布を示したもので、一点鎖線
で表示した好ましい矩形プロファイルを形成しようとし
ても、実際には実線で表示したように歪んだ分布となっ
てしまう。同図において、0.1μｍよりも浅い表面寄り
に裾を引いているのは、バルブを止め、ドーピングを停
止したにも拘らず、バルブと基板間に存在した残留ガス
によるもの、また、これとは逆に0.3μｍ付近での傾斜
は、バルブを開けドーピングを開始した初期のガス流の
時間遅れによるものである。

また、成長室には毎分６以上のガスが流れており、
対流や乱流が基板周辺で生じている。以上のような理由
で、膜厚分布及びキャリア濃度分布の優れた薄膜を成長
することが困難であった。

一方、切替弁8a、8b等のバルブにより原料ガスの流れ
を再び原料ガス導入ライン９′側からベントライン10′
側に切替えた後も、バルブと基板間に残留する原料ガス
が基板に到達し薄膜成長するため、界面の組成変化を急
峻にすることが困難であった。

また、上記のような従来技術では、原料ガスは水素等
のキャリアガスによって運ばれ、成長室内では層流をな
しており、基板表面に拡散で到達したわずかの原料ガス
のみが薄膜成長にあずかり、大部分は廃棄されていた。

以上のように、原料ガスを成長室に導入する上でいく
つかの問題点を指摘したが、最も重要なのは、原料ガス
の切替え初期及び末期において膜厚分布やドーピング量
に過不足の変化を極力生じさせず、できるだけ矩形の分
布に近付けることであり、これが本発明の解決すべき課
題である。

したがって、本発明の目的は上記課題を解決すること
にあり、改良された気相成長法による薄膜形成装置を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

また、本発明の目的は、少なくともガス導入ラインの
バルブを介してその一端に接続された原料ガス導入口
と、排気手段とがそれぞれ接続され、かつその内部に基
板が設置された薄膜成長室を備えた気相成長による薄膜
形成装置において、前記薄膜成長室に開口する原料ガス
導入口を基板と対向する位置に配設すると共に前記ガス
導入口に対向してシャッタを設け、しかもこのシャッタ
開閉の動作と前記ガス導入ラインのバルブの開閉動作と
を連動させる制御機構を設けることにより、前記シャッ
タの開閉によりバルブが開閉するか、もしくは前記バル
ブの開閉によりシャッタが開閉する構成となしたことを
特徴とする薄膜形成装置により、達成される。

また、好ましい薄膜形成装置の特徴点を列挙すれば、
下記のとおりである。

（１）上記ガス導入ラインのバルブにベントラインを接
続すると共にこのベントラインに圧力調整容器と排気系
とを順次接続し、上記シャッタと前記バルブの連動する
開閉機構により、原料ガスの流路を薄膜成長室とベント
ラインとの間で切替える構成となし、前記シャッタが開
くとガス流路がガス導入口を通して前記薄膜成長室に通
じ、シャッタが閉じるとベントラインに通じるようにシ
ャッタの開閉動作と前記バルブのガス流路切替え動作が
連動する構成としたことを特徴とする。

（２）ガス種に応じて複数の原料ガス導入口を上記薄膜
成長室に設けると共に、前記原料ガス導入口にそれぞれ
対応した上記バルブにそれぞれベントラインを併設した
ことを特徴とする。

（３）上記ガス導入口の先端に原料ガスをあらかじめ分
解もしくは化合させる反応付与手段を設け、この反応付
与手段を通してガスを基板面に噴射せしめると共に、こ
のガス噴出面にシャッタ機構を配設してなることを特徴
とする。

上記バルブによるガス流路の切替えと、シャッタの開
閉動作とを連動させるには、周知の種々の連動手段を用
いることができる。例えば、それぞれの駆動系を圧縮空
気あるいは油圧のごとき流体による駆動系とし、これら
の駆動系をそれぞれ電磁弁等の弁機構で動作すればよ
い。つまり、いずれか一方の電磁弁をホストとして、マ
イクロコンピュータで弁動作の信号をコントロールする
ようにすれば両者の電磁弁を任意のタイミングで連動さ
せることができる。このタイミングは、両者同時でもよ
く、あるいはシャッタのタイミングをバルブのそれより
早くも遅くも任意にコントロール可能である。

上記シャッタの構成は、ガス導入口もしくはこの先端
に反応付与手段が設けられている場合にはその先端のガ
ス噴出口に対向して、このガス噴出断面積より大きな例
えば板状のシャッタを設け、これを例えば上、下にもし
くは左右に移動させる機構とすればよい。

また、本発明において、圧力調整容器を接続したベン
トラインを廃ガスラインとして設けることは好ましく、
原料ガス流を安定した状態で薄膜成長室に導入すること
ができる。つまり、薄膜成長室に原料ガスを導入する場
合、あらかじめこの原料ガスをバルブの切替操作でベン
トラインに一定時間流してガス流を安定させておいてか
ら、ガス流路を薄膜成長室に切替えることである。これ
によりガスの切替え時にガス滞留ががないようにするこ
とができる。したがって、上記圧力調整容器は薄膜成長
室とほぼ同一形状のチャンバとすることが望ましく、チ
ャンバ内の圧力は圧力ゲージを設けて監視できるように
しておくなど薄膜成長室のそれと常時平衡が保てるよう
にしておくことが望ましい。最も単純な構成としては、
太い所定寸法長の例えばステンレス製のパイプを設け、
これの一端に各バルブからのベントラインを接続し、他
端を排気系に接続して成長室の圧力に合わせるようにす
ることである。いずれにしてもベントラインに要求され
る望ましい条件は、薄膜成長室との圧力を等しくするこ
とであり、各ガス配管のコンダクタンスを合わせること
が重要である。

実際に薄膜を成長させる場合には、ベントラインに接
続された圧力調整容器及び薄膜成長室内の圧力は、ガス
を流さない時には１×10^-6Torr以下の高真空状態に保た
れ、また反応ガスを流した時には１×10^-2Torr以下の真
空状態に保たれて気相成長が行なわれる。

さらにまた、上記反応付与手段は、原料ガスを基板方
向に噴出させる前に、あらかじめそれ自身を分解もしく
は化合させておき、基板上での気相成長を円滑に進行さ
せる機構を有するもので、その構成としては周知の種々
の手段を用いることができる。例えば、セラミックスや
金属製のパイプ状サヤの内部に、所定間隔で多孔質もし
くは網目状、スリット状のガス透過性のセパレータを配
設して多段の反応室を構成し、この反応室内をガス導入
口から送給された原料ガスが順次通過する間に分解もし
くは化合が行なわれる。反応室で反応を起こさせる手段
としては、例えば光照射、電子線照射、ヒータによる加
熱、高周波放電、マイクロ波放電、ECR放電（Ｅlectron
Ｃyclotoron Ｒesonance）などのいずれか一つ、もし
くはこれらの組合わせがある。

〔作用〕

本発明の気相成長による薄膜形成方法によれば、ガス
噴出面に対向して設けられたシャッタにより基板への原
料ガスの供給を遮断すると共にガス導入ラインに設けら
れたバルブの開閉によるガス流路の切替え動作をシャッ
タの開閉動作に連動させて働かせることにより、基板上
における薄膜の成長開始と終了、膜組成及び不純物添加
における濃度分布などを制御することができる。それ
故、遷移領域の小さい、急峻なヘテロ界面を有する多層
膜を形成することができる。つまり、成長室内でのガス
の噴出口は基板面方向に向けられており、しかも薄膜成
長下でのガス雰囲気は通常１×10^-2Torr以下に制御され
ているため、原料ガスの平均自由行程は数cmより長くな
り、噴出したガス分子は相互にほとんど衝突することな
く基板面に到達する。したがって、成長室内では原料ガ
スの対流や乱流はほとんど起こらず、これらに伴う膜厚
や不純物濃度の不均一な分布がなくなり、膜厚分布、不
純物の濃度分布共に優れた薄膜を形成することができ
る。シャッタの作用はバルブの開閉時におけるバルブと
成長室間の滞留ガス（バルブが閉じた時点におけるバル
ブと成長室間に存在する残留ガス）が基板に達するのを
遮断するものであり、このような残留ガスは基板面を外
れて排気される。したがって、残留ガスが基板の薄膜成
長に影響を及ぼすことはない。

また、ベントラインには、排気系を備えた圧力調整容
器が接続されているが、これらの作用は、圧力調整容器
によって、成長室側とベントラインのコンダクタンスを
同程度に調整しているので、バルブの切替え操作で原料
ガス流路がベントラインから成長室側に切替わった時に
もガス流に乱れを生じることなく、定常流が切替え直後
から得られるように働く。このため、例えばドーパント
ガスをあらかじめベントラインに流しておきバルブで流
路を成長室に切替えれば、容易に矩形のドーピングファ
イルを得ることができる。

さらにまた、本発明のガス導入口に接続する反応付与
手段は、例えばGaAs薄膜の成長原料ガスとして用いられ
るアルシン（AsH₃）のように、結合エネルギの高いガス
については、あらかじめこの手段でヒ素と水素に分解し
ておくことができるため、基板上での成膜に供される原
料ガスの利用率を大幅に改善することができる。従来は
基板の熱エネルギで分解を行なっていたためにわずかし
か分解されずガスの利用効率が非常に悪かった。

〔実施例〕

実施例１この実施例は、薄膜形成装置に関するもので、以下、
図面を用いて詳細に説明する。

第１図は全体構成の概略を説明するための模式図を示
したものである。

同図において、１は薄膜成長室、2aは油拡散ポンプあ
るいはターボ分子ポンプを主ポンプとする排気系でコン
ダクタンス調整バルブ12aを介して薄膜成長室１に接続
されている。３は排気したガスの毒性を取除くための除
害装置である。４はサセプタ、５はその上に取付けた基
板、６は基板５の中心に向けて原料ガスを噴射するガス
導入口で、この例では４個（6a〜ｄ）の導入口が設けら
れている。７はシャッタで、基板５へのガスの噴射を遮
断するように上記ガス導入口６のガス噴射口にそれぞれ
対向して設けられており、この例では４個のガス導入口
6a〜ｄに対して４個のシャッタ7a〜ｄが設置されてい
る。８は原料ガスの流路を切替えるバルブで、ガス導入
ライン９とガス導入口６を結ぶガス流路上に設けられて
おり、この例では４種の原料ガス13、14、15、16に対応
したガス導入ライン9a〜ｄにそれぞれ対応して４個のバ
ルブ8a〜ｄが接続されている。10a〜ｄはベントライン
で廃棄ガスラインを構成しており、その一端は上記各バ
ルブ8a〜ｄに接続し、他端は圧力調整容器11に接続して
いる。そこでこの圧力調整容器11はコンダクタンス調整
バルブ12bを介して上記排気系2aと同一構成の排気系2b
に接続され、コンダクタンス調整バルブ12a、ｂの調整
により薄膜成長室１とほぼ同等の真空度に保持されてい
る。ガス導入ライン9a〜ｄはマスフローコントローラ
（流量制御器）17a〜ｄを介して、それぞれガス種の異
なる原料ガス源13、14、15、16に接続されている。な
お、上記薄膜成長室１には図面を省略しているが周知の
CVD装置と同様に基板５を加熱する手段が設けられてい
る。

この装置の特徴であるシャッタ7a〜ｄの開閉とバルブ
8a〜ｄの連動機構の詳細については、この後の第８図を
用いて具体的に説明するが、第１図でその概略を説明す
ると、シャッタ７が開くとそれに連動してバルブ８のガ
ス流路切替え動作が働いて原料ガスは薄膜成長室１に導
入され、逆にシャッタが閉じるとガス流路がベントライ
ン10に切替わるようにバルブ８は動作する。このように
してガス導入ライン９から供給された原料ガスは、シャ
ッタ７の開閉動作に連動して働くバルブ８のガス流路切
替え動作により薄膜成長室１側とベントライン10側との
間で切替えられる。

第８図は、第１図のシャッタ７の開閉機構と、バルブ
８の原料ガス流路切替えの連動機構の一例を示した要部
説明用模式図である。

板状のシャッタ７は、シャッタ駆動機構70に接続され
た駆動桿71の端部に固定されており、シャッタが閉じた
時にガスの噴射ノズルの対向面１〜10mmにシャッタ板が
来るように配置されている。駆動桿71はそれに固定され
たフランジ21aとチャンバ1aの側壁に設けられたフラン
ジ1cとにより真空封止されている。そしてこのシャッタ
７の開閉の動作はシャッタ駆動機構70の回転往復手段に
より行なわれる。この回転往復駆動源として、この例で
は圧縮空気を用いているが、その他窒素ガス、油圧等の
いわゆる流体駆動源あるいはステップモータ等の電動機
をも用い得ることは云うまでもない。

一方、ガス流路切替えバルブ８は、２連３方バルブ構
造を有しており、原料ガス導入ライン９からのガス流を
膜成長室１とベントライン10とに切替える動作をする
が、このバルブ８の切替え動作もこの例では、圧縮空気
で動作する駆動バルブ81及び82により切替える構成とな
っている。これらの駆動バルブ81、82及びシャッタ駆動
機構70を動作させる圧縮空気の送給は、それぞれに対応
して設けた電磁弁30a〜ｃのON−OFFスイッチングにより
行なわれる。そして、これらの電磁弁にはその動作を制
御するためのシャッタコントローラ31及びバルブコント
ローラ32が接続され、これら両コントローラが相互関連
をもってシャッタ７とバルブ８の連動機構を構成してい
る。この例では、シャッタコントローラ31が全体の制御
系のホストとなり、これからシャッタ開閉タイミング信
号を発生して電磁弁30cに送ると共に、バルブコントロ
ーラ32にも電磁弁30a、30bのON−OFF制御信号を送る構
成となっている。これら制御系の動作について説明する
と、シャッタコントローラ31から電磁弁30cにシャッタ
開の信号が出されると、シャッタ駆動用の圧縮空気がシ
ャッタ駆動機構70に伝わり、シャッタ７が開く。一方、
シャッタコントローラ31は電磁弁30cに信号を出すと同
時にバルブコントローラ32に信号を出す。これを受けて
バルブコントローラ32は、電磁弁30a、30bにガス流路方
向切替えの信号を伝達する。電磁弁30a、30bはバルブ駆
動用圧縮空気を駆動バルブ81、82に伝え、それにより駆
動バルブ81が閉じ、82が開き、バルブ８の原料ガス流路
は成長室１側に切替わる。このようにして原料ガスは成
長室チャンバ1aのガスノズル取付けフランジ1bにICFフ
ランジ21で取付けられたガスノズル６に導入され、図面
の省略された基板５上に噴射される。

なお、シャッタ７の動作を上記とは逆にした場合に
は、シャッタ７が閉じそれに連動して、バルブ８におけ
る駆動バルブ82が閉じ、81を開くことによりガス流路が
成長室１側からベントライン10に切替わり、シャッタ７
を開いたときの逆のルートをたどる。

本発明では、薄膜形成時の成長室１内の真空度が１×
10^-2Torr以下と低いため、ノズルから噴出した原料ガス
は基板５に向けて直進する。したがって、シャッタ７の
動作でガスの流れを遮断することが可能であり、前述の
とおり、シャッタ７が閉まると同時にバルブ８が動作し
てガス流がベントライン10側に切替わるので、シャッタ
７が閉じた後にはバルブ８とシャッタ７間の配管に残存
しているごとくわずかのガスのみが成長室１内に導入さ
れる。しかし、この残存ガスがシャッタ７を迂回して基
板に到達する確率は非常に少なく、シャッタに遮断され
そのほとんどが基板を外れて排気される。

バルブ８とシャッタ７の開閉のタイミングは通常制御
系31、32のコントロールにより同時に動作させることが
多いが、バルブ８によりガス流路をベントライン10から
成長室１側へ切替える場合には、ガス流の若干の遅れを
考慮してシャッタ７の閉から開へのタイミングを若干遅
らせることもできる。上記のように操作すればガス流を
定常の安定した状態で基板５上に送給することができ
る。

また、上記実施例ではバルブ８とシャッタ７とを連動
させる制御系として、シャッタコントローラ31をホスト
にして制御する例を示したが、当然のことながら、これ
を逆にしてバルブコントローラ32をホストにしてシャッ
タ７の開閉をコントロールするようにしてもよいことは
云うまでもない。

実施例２次に、上記第１図、第８図に示した装置を用いてInP/
InGaAs超格子薄膜を成長させる例を示し、本発明の気相
成長方法による薄膜形成方法の一実施例を説明する。

あらかじめ、高真空排気装置2a、2bを用いて１×10^-8
Torr以下の真空度まで薄膜成長室１及び圧力調整容器11
を排気しておく。次に、ロードロック機構（図示せず）
を用いて薄膜成長室１にInP基板５を導入する。また、
原料ガスとしてアルシン（AsH₃）13、ホスフィン（P
H₃）14、トリエチルガリウム〔（C₂H₆）₃Ga〕（TEGと略
す）15、及びトリエチルインジウム〔（C₂H₆）₃In〕（T
EIと略す）16をそれぞれ精密マスフローコントローラ17
a〜ｄで流量を制御して4cc/m、2cc/m、0.3cc/m、0.1cc/
mを圧力１×10^-4Torrの圧力調整容器11に流しておく。
基板昇温時にInP基板５表面の熱損傷を避けるためにシ
ャッタ7bを開けて、バルブ8bを切替えPH₃14を成長室１
に導入し、InP基板５表面に噴射させる。基板温度が成
長温度500℃で安定してから、TEI16のシャッタ7dを開け
てバルブ8dを切替え、TEI16を基板表面に噴射してInPの
成長を開始する。この時の成長室の圧力は１×10^-4Torr
であり、この時原料ガス分子の平均自由行程が、ガス噴
射口から基板までの距離18cmよりも長いため、成長室内
で対流などによるガスの乱れはなく、良好な膜厚、キャ
リア濃度及び組成分布が得られる。InPを100Å成長した
後、シャッタ7dを閉めてバルブ8dによりTEI16をベント
ライン10dに切替える。次に、シャッタ7aを開けてバル
ブ8aを切替え、AsH₃13をInP基板５表面に噴射する。こ
れと同時にシャッタ7bを閉めてバルブ8bを切替え、PH₃1
4をベントライン10bに切替える。その後、シャッタ7cと
7dを同時に開けて、バルブ8cと8dを切替え、TEG15及びT
EI16をInP基板表面に噴射してInGaAsの成長を開始す
る。100Å成長後、シャッタ7cと7dを閉じてTEG15とTEI1
6とをそれぞれベントライン10c、10dに切替える。その
後シャッタ7aを閉じて7bを開けることにより、AsH₃13と
PH₃14を切替えて、PH₃14をInP基板に噴射する。次にシ
ャッタ7dを再び開けて、TEI16を基板表面に噴射して、
再びInPを成長する。

以上のシャッタ７及びバルブ８のシーケンスを第３図
に示す。図においてシャッタ７及びバルブ８の番号は、
第１図記載の番号に対応する。シャッタシーケンスライ
ン上の「開」及び「閉」はシャッタの開閉を示す。また
バルブシーケンスライン上の「Ｇ」及び「Ｖ」は、原料
ガスが成長室側及びベントライン側に流れるバルブの状
態を表わしている。シャッタ７とバルブ８は連動して作
動する。薄膜の成長はIII族律速、すなわちTEGまたはTE
Iが基板表面に噴射されている時のみ成長し、TEGまたは
TEIが基板表面上になければ、基板上へのヒ素あるいは
リンの堆積は起こらない。以上の操作を繰り返すことに
より、100ÅInP、100ÅInGaAsの10対からなる超格子を
作成した。得られた積層膜の断面TEMによる分析結果か
ら、ヘテロ界面の遷移領域は数原子層程度（10Å以下）
であり、従来の気相成長方法に比し、界面の急峻性は飛
躍的に向上した。また、成長室内の気流の乱れが少ない
ため、２インチウエハー内の膜厚ばらつきを±１％以内
に抑えることができた。また、使用した原料ガス量は、
第２図に示した従来型気相成長装置に比し、1/10以下に
抑えることが可能であった。

次に、前記実施例の気相成長装置にさらにVI族原料H₂
Sの供給ラインとベントラインを既設のものと同様に１
組増設してGaAs基板を用いてGaAs層へのＳのドーピング
を行なった。ドーピングプロファイルは、第４図に示し
たように、濃度プロファイル急峻な膜が得られ、第５図
に示した従来のそれと比較して格段の向上が認められ
た。

実施例３本発明の他の実施例を第６図を用いて説明する。同図
もシャッタ７の開閉動作がバルブ８のガス流路切替え動
作に連動している点では基本的に前記第１図の装置構成
と同一である。しかし、第１図の例では各原料ガス毎に
独立のガス導入口6a〜ｄを設けていたが、この第６図に
おいては、ガス種TEG15のガス導入口7cをガス種TEI16の
ガス導入口として共用するものであり、１個のガス導入
口から２種の原料ガスを噴出させる構成とした。つまり
本実施例では、TEG15及びTEI16を成長室１に導入する前
に混合して一つの導入口7cより導入するものである。薄
膜の形成方法は、実施例２と同様なバルブ切替え操作に
よりアンドープInGaAsを成長させた。その後、不純物元
素のドーピング方法として、第１図の原料ガス（H₂S）
の代りに、成長室１内に分子線セル18を設け、あらかじ
め900℃に加熱しておいたSiをシャッタ7e（この図では
模式的に示した）を開けることにより、InGaAs薄膜への
Siドーピングを行なった。これにより、第４図に示した
ものと同等の急峻な矩形のドーピングプロファイルを得
ることができた。また、TEG15とTEI16とを混合して導入
することにより、InGaAsの組成均一性を±0.3％以下に
抑えることができた。

実施例４この例も実施例２と同様に、第１図の装置を用い第３
図のシーケンスで、それぞれの原料ガスを選択的に導入
することによりInP基板５上にInGaAs/InPの多層膜を形
成した。但し、本実施例では、第１図に示したアルシン
（AsH₃）13及びホスフィン（PH₃）14用ノズル（ガス導
入口）6a、6bの代りに、第７図に示した反応付与手段と
しての加熱分解ガスノイズを設置し、基板５に照射する
アルシン、ホスフィンをあらかじめ次のように加熱分解
して、ガスの利用効率を高めた。

以下、第７図の加熱分解ガスノズルの一構成例につい
て詳述する。加熱分解ガスノズルは、ICFフランジ21に
よってネジ止めにより成長室に取付けられる。一方、ガ
ス導入ラインには同様にICFフランジ22によって接続さ
れる。導入されたアルシン及びホスフィンは耐熱性の例
えばTa、Mo、Ｗ、PBNのいずれか一種あるいはその複合
体で形成された周壁28とガス透過性のセパレータ27とで
構成された多段の加熱ゾーン23に達する。加熱ゾーンは
その周囲に付設されたヒータ24であらかじめ950℃程度
に加熱されており、導入されたアルシン、ホスフィンは
加熱ゾーン内の小部屋を順次通過し、その間に（１）、
（２）式に示したように分解される。アルシン、ホスフ
ィンは結合エネルギーが高く、500〜700℃の温度に保た
れた基板表面での分解は少ないため、上述のようにあら
かじめ分解しておくと、ガスの利用効率は大幅に向上さ
れる。また、第７図に示した加熱分解ガスノズルでは、
加熱ヒータの熱輻射を他に及ぼさないためにタンタル、
モリブデン等で構成される熱シールド板（リフレクタ）
26を備えている。これにより、成長室１の内壁が加熱さ
れて不要なガスがこの内壁から出てくることを防止でき
る。四重極質量分析計でアルシンの分解率を調べた結
果、加熱部温度950℃において分解率が90％となった。
これより、ガスの利用効率がさらに高まり、従来型気相
成長方法に比し使用原料ガスの量を数十分の一以下に抑
えることができた。

以上述べた実施例において、InP/InGaAs（Ｐ）系の結
晶成長について説明したが本発明による気相成長方法
は、他のIII−Ｖ族及びII−VI族化合物半導体結晶の成
長にも用いることができる。また、以上の実施例では、
有機金属気相成長方法の場合について述べたが、ハイド
ライド気相成長法やクロライド気相成長方法等の他の原
料ガス種を用いた気相成長方法の場合にも適用できる。
さらに化合物半導体の気相成長だけでなく、SiやGe等の
元素半導体やその混晶等の気相成長にも用いることがで
きる。また、SiO₂やSi₃N₄等の各種CVD成長法に適用でき
ることは云うまでもない。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、（１）膜厚、キャ
リア濃度分布の優れた薄膜、（２）界面での組成が急峻
に変化した多層ヘテロ構造薄膜、（３）急峻なキャリア
濃度プロファイルを持った薄膜を形成することができ、
しかも原料利用効率の優れた薄膜形成装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第６図及び第８図はそれぞれ本発明の薄膜形成
装置の構成図、第２図は従来装置の構成図、第３図は、
第１図の薄膜形成装置を用いた各原料ガス導入における
シャッタ及びバルブのシーケンス図、第４図は本発明に
よるキャリア濃度プロファイルの特性図、第５図は従来
方法によるキャリア濃度プロファイルの特性図、第７図
は本発明の反応付与手段の一例を示すもので、ガスをあ
らかじめ加熱分解させて成長室に導入するための加熱分
解ガスノズルの構成図である。１……成長室、2a〜ｃ……排気ポンプ５……基板、6a〜ｄ……ガス導入口 7a〜ｅ……シャッタ 8a〜ｄ……ガス切替えバルブ 9a〜ｄ……ガス導入ライン 10a〜ｄ……ベントライン、11……圧力調整容器 12a、ｂ……コンダクタンス調整バルブ 17a〜ｄ……マスフローコントローラ 18……分子線セル 21……加熱分解ノズル取付けフランジ 23……加熱ゾーン、24……ヒータ 26……リフレクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−217612（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−500998（ＪＰ，Ａ) 特開平１−239085（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−188933（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−268244（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−283623（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−46835（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に基板を設置する薄膜成長室と、バル
ブを介して前記薄膜成長室の原料ガス導入口に接続され
たガス導入ラインと、前記薄膜成長室に接続された第１
の排気系とを備えた薄膜形成装置において、前記薄膜成
長室に開口する原料ガス導入口を基板と対向する位置に
配設すると共に前記ガス導入口に対向してシャッタを設
け、前記ガス導入ラインのバルブにベントラインを接続
すると共にこのベントラインに圧力調整容器と第２の排
気系とを順次接続し、このシャッタ開閉の動作と前記ガ
ス導入ラインのバルブの開閉動作とを連動させる制御機
構を設けることにより、前記シャッタの開閉によりバル
ブが開閉するか、もしくは前記バルブの開閉によりシャ
ッタが開閉する構成となし、前記シャッタが開くとガス
流路がガス導入口を通して前記薄膜成長室に通じ、シャ
ッタが閉じるとガス流路がベントラインに通じるように
構成したことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】ガス種に応じて複数の原料ガス導入口を上
記薄膜成長室に設けると共に、前記原料ガス導入口にそ
れぞれ対応した上記バルブにそれぞれベントラインを併
設したことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。