(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧されるチャンバ内に半導体膜の母相となる固体ソースとこれに対向させた成膜用基板とが配置され、固体ソースと成膜用基板の間に固体ソースからの蒸発気体を成膜用基板に案内するガス案内手段が設けられ、且つ前記固体ソースとガス案内手段の周囲に加熱手段が設けられた半導体膜製造装置を用いる半導体膜の製造方法において、
半導体膜中に添加する添加物ソースを、前記ガス案内手段の内部に上端開口から挿入される共に前記ガス案内手段の底部に気体出口をもつガス導入管により、気体の状態で前記チャンバの外部から前記固体ソースの上部に導入する
ことを特徴とする半導体膜の製造方法。
【請求項２】
減圧されるチャンバと、
このチャンバ内に設けられて固体ソースを収容するソース容器と、
前記チャンバ内の前記ソース容器の上方に配置されて成膜用基板を保持する基板保持手段と、
前記チャンバ内の前記ソース容器と基板保持手段の間に設けられて前記固体ソースからの蒸発ガスを前記成膜用基板に案内するガス案内手段と、
前記ソース容器及びガス案内手段を加熱する加熱手段と、
前記ガス案内手段の内部に上端開口から挿入される共に前記ガス案内手段の底部に気体出口をもち、前記チャンバの外部から前記固体ソースの上部に気体ソースを導入する気体ソース導入手段と
を備えたことを特徴とする半導体膜の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、固体ソースを加熱蒸発させて成膜用基板に半導体膜形成を行う半導体膜の製造方法及び製造装置に係り、特に蒸発気体をホットウォール（Ｈｏｔ  Ｗａｌｌ）部で熱分解させて基板に導くＨＷＥ（Ｈｏｔ  Ｗａｌｌ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用いた半導体膜の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
良質の化合物半導体膜を得ることができる半導体膜製造装置として、図３に示すＨＷＥ装置が知られている。このＨＷＥ装置では、減圧されるチャンバ１内に、半導体膜の母相となる固体ソース２を収容する第１のソース容器３と、半導体膜に添加する不純物等の固体ソース４を収容する第２のソース容器５（リザーバと呼ばれる）とが同軸的に、且つ第２のソース容器５が第１のソース容器４の下方に位置するように配置される。これらソースの上方に成膜用基板６を保持する基板保持部が設けられる。二つの固体ソースと基板保持部の間には、固体ソースからの蒸発気体を基板に案内するガス案内部７が、図の例では固体ソース容器３と一体をなして形成されている。二つの固体ソース容器３，５及びガス案内部７の周囲には加熱ヒータ８ａ，８ｂが設けられる。
【０００３】
第１のソース容器３に収容した母相形成用ソース２と第２のソース容器５に収容した添加物用ソース４とを、１０−６Ｔｏｒｒ程度の減圧下で加熱蒸発させて成膜用基板６に蒸着することにより、不純物ドープ半導体膜を得ることができる。このＨＷＥ装置では、ソースからの蒸発気体を案内するガス案内部７が加熱されて、これがいわゆるホットウォール部となり、ここで原料ガスの熱分解が行われる。従って、基板表面部で原料ガスの熱分解を行う通常のＣＶＤ装置のように基板温度を高くする必要がない。また、比較的高い圧力下で膜形成を行うことができる。これらの理由で、一度基板に蒸着された物質が再蒸発することがなく、原子空孔の少ない良質の化合物半導体膜を作ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＨＷＥ装置を用いて例えば、窒素や酸素を不純物として含む半導体膜を形成する場合、固体の窒化物や酸化物を加熱蒸発させることが必要になる。しかし、固体の窒化物や酸化物は一般に蒸気圧が非常に低い。ソース容器には通常石英が用いられるが、このソース容器の１０−６Ｔｏｒｒ程度の減圧下での限界加熱温度は約１２７３Ｋである。これに対して固体酸化物を１０−６Ｔｏｒｒで蒸発させるために必要な加熱温度は、例えばＡｌ２  Ｏ３  の場合２０３７Ｋ、ＢａＯの場合１４５９Ｋであり、ＢＮの場合１３８９Ｋである。従って固体ソース容器の加熱限界から、従来のＨＷＥ装置では窒素や酸素を添加物として導入することができない、という問題があった。
【０００５】
また仮に、固体ソース容器やホットウォール部の材料が、酸化物や窒化物の分解に必要な温度程度の高温加熱が可能であるとしても、問題は残る。比較的低い加熱温度で蒸発する半導体膜の母相材料ソースと、酸化物又は窒化物ソースを用いて、従来のＨＷＥ装置で酸化物又は窒化物の蒸発に必要な温度まで加熱して膜形成を行うと、母相半導体膜の成長に必要以上の温度をかけることになり、成長速度が異常に高くなる等の理由で膜質が劣化するからである。
【０００６】
この発明は、上記事情を考慮してなされたもので、不純物ソースとして気体ソースを用いて、格別の高温加熱を要せず良質の半導体膜形成を可能としたＨＷＥ法による半導体膜の製造方法及び製造装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、減圧されるチャンバ内に半導体膜の母相となる固体ソースとこれに対向させた成膜用基板とが配置され、固体ソースと成膜用基板の間に固体ソースからの蒸発気体を成膜用基板に案内するガス案内手段が設けられ、且つ前記固体ソースとガス案内手段の周囲に加熱手段が設けられた半導体膜製造装置を用いる半導体膜の製造方法において、半導体膜中に添加する添加物ソースを、前記ガス案内手段の内部に上端開口から挿入される共に前記ガス案内手段の底部に気体出口をもつガス導入管により、気体の状態で前記チャンバの外部から前記固体ソースの上部に導入することを特徴としている。
【０００８】
この発明に係る半導体膜の製造装置は、減圧されるチャンバと、このチャンバ内に設けられて固体ソースを収容するソース容器と、前記チャンバ内の前記ソース容器の上方に配置されて成膜用基板を保持する基板保持手段と、前記チャンバ内の前記ソース容器と基板保持手段の間に設けられて前記固体ソースからの蒸発ガスを前記成膜用基板に案内するガス案内手段と、前記ソース容器及びガス案内手段を加熱する加熱手段と、前記ガス案内手段の内部に上端開口から挿入される共に前記ガス案内手段の底部に気体出口をもち、前記チャンバの外部から前記固体ソースの上部に気体ソースを導入する気体ソース導入手段とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
【作用】
この発明によると、半導体膜に添加する窒素等の添加物ソースを気体の状態でＨＷＥ装置内に導入するので、高温加熱を要せず添加物ソースを熱分解させて半導体膜に不純物を導入することが可能になる。また添加物ソースに気体を用いることで、使用できる添加物ソースの種類も増大するし、装置に導入する気体量はマスフローコントローラ等により正確且つ容易に制御できるので、半導体膜への不純物添加量の制御も容易である。
半導体膜の母相となる材料には固体ソースを用いるので、高純度半導体膜が得られる。またこの発明のＨＷＥ装置では、気体ソースである添加物ソースは比較的低温で熱分解できるから、固体ソースの加熱温度は半導体膜成長に必要な最適温度に設定することができ、半導体膜の膜質を良好なものとすることができる。
【００１０】
【実施例】
以下、図面を参照して、この発明の実施例を説明する。
図１は、この発明の一実施例に係るＨＷＥ装置の構成を示す。チャンバ１１は成長装置本体であり、内部は真空ポンプ１２により減圧される。チャンバ１１内の下部には、半導体膜の母相形成用の固体ソース１４を収容した筒状のソース容器１３が配置されている。チャンバ１１内の上部には、固体ソース１４に対向させて、基板ホルダ１７により保持された成膜用基板１８が配置される。成膜用基板１８は基板加熱ヒータ１９により加熱される。
【００１１】
ソース容器１３と成膜用基板１８の間には、ソース容器１３と一体に形成されたガス案内管１５が設けられている。このガス案内管１５は、固体ソース１４からの蒸発気体を成膜用基板１８に案内するためのもので、ソース容器１３より径が大きく作られている。ソース容器１３及びガス案内管１５はこの実施例の場合、石英管により一体形成されているが、これらは別々であってもよい。
ソース容器１３の周囲及びガス案内管１５の周囲にはそれぞれ加熱ヒータ１６ａ，１６ｂが配設されている。加熱ヒータ１６ａ，１６ｂは熱遮蔽体２０ａ，２０ｂにより囲まれている。
【００１２】
半導体膜に不純物を添加する添加物ソースは、チャンバ１１を貫通して配設されたガス導入管２１により気体ソースとして、ガス案内管１５の底部に供給される。即ちガス導入管２１はチャンバ１１を貫通して、ガス案内管１５の内部に上端開口から深く挿入され、ガス案内管１５の底部に気体出口をもつように配設されている。ガス導入管２１のチャンバ１１の外部端はマスフローコントローラ２２及びバルブ２３を介して添加物ソースボンベ２４に接続されている。
【００１３】
即ちこの実施例のＨＷＥ装置は、従来装置において添加物用固体ソースを入れるリザーバと呼ばれる部分が母相形成用固体ソース部Ａとなり、従来装置において母相形成用固体ソースが配置されたガス案内管１５の下部Ｂの部分が気体ソース部Ｂとなっている。そして、ガス案内管１５の上部Ｃが、外部から供給される気体ソースを加熱して熱分解させるホットウォール部を構成している。
【００１４】
次にこの実施例のＨＷＥ装置を用いて、ＧａＡｓ基板にＮ（窒素）添加ＺｎＴｅ膜を形成した実施例を具体的に説明する。成膜用基板１８として、（１００）面を主面とするＧａＡｓ基板を用い、固体ソース１４としてＺｎＴｅ、気体ソースとしてＮＨ３  を用いた。ＮＨ３  流量は、０．５〜１０ｃｃ／ｍｉｎとした。加熱条件は、ソース容器１３の部分Ａのヒータ温度を５００〜７００℃、    ガス案内管１５の下部Ｂ（従来のソース部に相当する部分）のヒータ温度を７５０〜８５０℃、ガス案内管１５の上部Ｃ（即ちウォール部）のヒータ温度を５００〜６００℃とした。
【００１５】
以上の条件でＧａＡｓ基板上に形成されたＺｎＴｅ膜は、原子間隔が揃った結晶性の良好な膜であった。
また固体ソースとして、ＺｎＴｅに代わりＺｎＳｅを用いた他、上の実施例と同様の条件でＮ添加ＺｎＳｅ膜を成膜したところ、やはり原子間隔の揃った結晶性の良好な膜が得られた。
【００１６】
以上のようにこの実施例によると、固体ソースでは添加が困難であったＮを、添加物ソースとしてＮＨ３  を用い、固体ソース部に比べて低い温度のウォール部で熱分解して化合物半導体膜にドープすることができる。固体ソース部に対して必要以上の高温を与えることがないため、得られる化合物半導体膜は良質のものとなる。
【００１７】
図２は、この発明の別の実施例のＨＷＥ装置である。先の実施例と対応する部分には先の実施例と同一符号を付して詳細な説明は省く。この実施例では、固体ソース容器１３がガス案内管１５と同径の連続する石英管により作られている。そしてソース容器１３を上下に貫通する細い石英管３１が設けられて、その下端に気体ソースを供給するガス導入管２１の先端が接続されている。即ち、ガス導入管１２からの気体ソースは、固体ソース１４を貫通して、固体ソース容器１３の上部に供給されるようになっている。
【００１８】
この実施例の装置を用いて、ＧａＡｓ基板にＮ添加ＺｎＳ膜を形成した実施例を具体的に説明する。成膜用基板１８として、（１００）面を主面とするＧａＡｓ基板を用い、固体ソース１４としてＺｎＳ、気体ソースとしてＮＨ３  を用いた。ＮＨ３  流量は、０．５〜１０ｃｃ／ｍｉｎとした。加熱条件は、固体ソース部Ａであり且つ気体ソース部Ｂとなる部分のヒータ温度を７００〜８００℃、ガス案内管１５の上部のウォール部Ｃのヒータ温度を５００〜６００℃とした。
【００１９】
以上の条件でＧａＡｓ基板上に形成されたＺｎＳ膜は、原子間隔が揃った結晶性が良好な膜であった。
また、固体ソースとしてＣｄＳを用い、ソース容器周囲のヒータ温度を６００〜７００℃にした他、上の実施例と同様の条件でＮ添加ＣｄＳ膜を形成した結果、原子間隔が揃った結晶性の良好な膜が得られた。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、半導体膜に添加する窒素等の添加物ソースを気体の状態で装置内に導入するので、高温加熱を要せず添加物ソースを熱分解させて半導体膜への不純物導入が可能になる。半導体膜の母相となる材料には固体ソースを用いるので、高純度半導体膜が得られる。またこの発明のＨＷＥ装置では、半導体膜の母相となる固体ソースの蒸発に適した加熱温度を用いることができるから、半導体膜の膜質を良好なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係るＨＷＥ装置を示す。
【図２】この発明の別の実施例に係るＨＷＥ装置を示す。
【図３】従来のＨＷＥ装置を示す。
【符号の説明】
１１…チャンバ、１２…真空ポンプ、１３…ソース容器、１４…固体ソース、１５…ガス案内管、１６ａ，１６ｂ…加熱ヒータ、１７…基板ホルダ、１８…成膜用基板、１９…基板加熱ヒータ、２０ａ，２０ｂ…熱遮蔽体、２１…ガス導入管、２２…マスフローコントローラ、２３…バルブ、２４…ボンベ。
【図１】
0003576629.tif 000002
【図２】
0003576629.tif 000003
【図３】
0003576629.tif 000004