(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料（ａ）を蒸発または昇華すると共に、その原料（ａ）の気体分子をクラッキングして発射させるクラッキングセルであって、原料ａを収納する坩堝（１１）と、この坩堝（１１）の開口部を覆うと共に、一部が坩堝（１１）に収納された原料（ａ）に埋め込まれ、且つ坩堝（１１）の開口部を覆う部分に原料分子の発射口（１４）が設けられた加熱部材（１２）と、この加熱部材（１２）を電子衝撃により加熱する間接発熱体としての電子銃（１７）とを有することを特徴とするクラッキングセル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分子線エピタキシー装置において分子線源になる分子線セルに関し、例えば、Ａｓ，Ｐ等の物質を蒸発させるに当たり、蒸発で４価のＡｓ，Ｐの分子を分解して単分子状にクラッキングして発射するクラッキングセルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
分子線エピタキシー（ＭＢＥ）装置では、一般に分子線源として抵抗加熱方式のクヌードセンセル（Ｋセル）が用いられており、これにより原料を蒸発または昇華させて発射している。このような分子線源において、蒸発または昇華する材料がＡｓ、Ｐ等の物質の場合、Ｋセルのるつぼから蒸発または昇華して得られる４価のＡｓ、Ｐの分子では、半導体ウエハ等の基板の成膜や元素注入には適切ではない。そこで、蒸発または昇華して得られた４価のＡｓ、Ｐ等の分子をさらに分解し、単分子状にクラッキングするクラッキングセルが用いられている。
【０００３】
図２は、このクラッキングセルの一例を示す概略断面構成図である。クラッキングセルはＫセル部１とクラッキング部２とを有する。
Ｋセル部１はるつぼ４を有しており、この中にＡｓ等の原料が収納される。このるつぼ４の周囲には、原料ａを加熱して蒸発または昇華させるヒータ５が設けられている。
【０００４】
このるつぼ４には、蒸発または昇華した分子を放出する排出筒６が立ち上がっており、この上端に前記のクラッキング部２を有する。クラッキング部２には、そこを通る分子を熱分解し、４価のＡｓ等の分子を単分子状の２価のＡｓにクラッキングするため、原料分子を加熱するヒータ８が設けられている。
このるつぼ４からクラッキング部２に至る排出筒６の中間部には、ダンパ部３が設けられ、ダンパゲート７により排出筒６の通路の広さが調整される。
【０００５】
このようなクラッキングセルでは、Ｋセル部１のヒータ５により、るつぼ４に収納されたＡｓ等の原料ａを加熱し、蒸発または昇華させると、原料の気体が発生する。原料ａがＡｓの場合、この気体は４価のＡｓ分子である。この気体は、ダンパ部３を通ってクラッキング部２に達すると、このクラッキング部２のヒータ８により再加熱され、これにより熱分解されて真空チャンバ内（図示せず）に放出され、半導体ウエハ等の基板（図２において図示せず）に入射し、Ａｓが基板上に成膜または基板上の膜に注入される。
【０００６】
【発明が解決しようとしている課題】
前記のようなクラッキングセルでは、原料ａが蒸発または昇華するＫセル部１側に比べて真空チャンバ側にあるクラッキング部２側の圧力が低い。このため、Ｋセル部１側で蒸発または昇華により発生した原料分子がクラッキング部２側が行くに従って再凝固しやすくなる。このため、原料分子の放出効率が悪く、歩留まりが悪いという欠点がある。
【０００７】
さらに、前記従来のクラッキングセルは構造が比較的複雑で、大型であるため、容積もあり、装置の小型化が図りにくいという課題がある。
本発明は、前記従来のクラッキングセルにおける課題に鑑み、原料分子の放出効率がよく、しかも構造が簡単で小型化が図りやすいクラッキングセルを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記の目的を達成するため、るつぼ１１に収納された原料ａを加熱する部材と、原料ａの蒸発または昇華により発生した気体分子を単分子状にクラッキングするため気体分子を加熱する部材とを共通化し、これにより、装置の簡易化を図ると共に、原料ａの蒸発または昇華により発生する分子を直ちにクラッキングして放出するようにした。
【０００９】
すなわち、本発明によるクラッキングセルは、原料ａを収納する坩堝１１と、この坩堝１１の開口部を覆うと共に、一部が坩堝１１に収納された原料ａに埋め込まれ、且つ坩堝１１の開口部を覆う部分に原料分子の発射口１４が設けられた加熱部材１２とを有する。
【００１０】
このクラッキングセルでは、加熱部材１２により原料ａが加熱され、この原料ａが蒸発または昇華して原料ａの気体、すなわち原料分子が発生する。この原料分子は例えばＡｓの場合４価である。さらにこの分子は、るつぼ１１の開口部側に飛行し、加熱部材１２の発射口１４を通過するとき、加熱部材１２により加熱され、熱分解される。これにより、例えば４価のＡｓは、単分子状の２価のＡｓに分解され、発射口１４から発射される。
【００１１】
このクラッキングセルでは、原料ａがるつぼ１１内で蒸発または昇華し、原料分子が発生すると直ちに発射口１４で熱分解されるので、一旦発生した原料分子が再凝固してしまわずに、効率良く原料分子をクラッキングして発射することができる。しかも、熱源が１つで済むので、構造簡単であり、小型化が図り易い。
【００１２】
加熱部材１２は別の加熱手段により加熱される間接発熱体とする。こうすることにより、加熱部材１２を小形化し、るつぼ１１の開口部に効率よく配置することができ、クラッキングセルのより一層の小型化が可能となる。加熱部材１２を加熱する手段としては、電子銃１７から発射した電子を加熱部材１２に衝突させ、加熱部材１２を電子衝撃加熱する手段を使用する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるクラッキングセルを示す概略縦断面図である。
【００１４】
円筒形のシールド１６の中に、化学的に安定した材料により形成された器状のるつぼ１１が設置され、このるつぼ１１の中に原料ａが収納される。
このるつぼ１１は、上面を開口しているが、その上面には、加熱部材１２が被せられている。この加熱部材１２は、Ｍｏ等の高融点材料からなり、るつぼ１１の上面開口部を覆う鍔状の蓋部１３と、この蓋部１３の中心から下方に突設され、るつぼ１１に収納された原料ａに埋め込まれる原料加熱部１５とを備えている。さらに、蓋部１３には、適当な大きさの孔からなる発射口１４が開設されている。この加熱部材１２は接地されている。
【００１５】
この加熱部材１２の蓋部１３に向けて電子銃１７が設置されている。この電子銃１７は、熱電子を放出するフィラメント１８と、このフィラメント１８で放出された熱電子を収束するウェネルト１９とを備える。これらフィラメント１８とウェネルト１９とには、それぞれ加熱電源２０と加速電源２１とが接続されている。
【００１６】
このようなクラッキングセルは、真空チャンバ（図示せず）内に設置されると共に、この真空チャンバ内で、前記るつぼ１１の開口部に被せた加熱部材１２の蓋部１３に対向して、原料分子を被着させる半導体ウエハ等の基板２２が設置される。
【００１７】
この状態で、電子銃１７から電子ｅ−を発射し、この電子をｅ−を加熱部材１２の蓋部１３に衝突させ、この電子衝撃により加熱部材１２を加熱する。すると、この加熱部材１２の原料加熱部１５によりるつぼ１１内の原料ａが加熱され、この原料が蒸発または昇華し、気化する。例えば、Ａｓの昇華点は６１６℃であるが、真空中ではそれより低い３００℃前後で昇華する。この昇華により気化したＡｓは、４価のものである。
【００１８】
このようにして発生した原料ａの気体、つまり原料分子は、るつぼ１１内を上昇し、加熱部材１２の蓋部１３に開設された発射口１４を通って前記基板２２に向けて発射される。原料分子は加熱部材１２の蓋部１３に開設された発射口１４を通るとき、加熱部材１２により再加熱され、熱分解される。これにより、原料分子がクラッキングされ、例えば前述のＡｓの場合は、単分子状の２価のＡｓとなって発射される。そしてこの２価のＡｓが基板２２の成膜面に入射し、その成膜面に成膜または注入される。
【００１９】
なお、以上の実施例では、加熱部材１２を電子銃１７により加熱する間接発熱体としたが、加熱部材１２そのものが発熱するものであってもよい。また、加熱部材１２を間接発熱体とする場合でも、その加熱手段は電子衝撃法に必ずしも限定されるものではなく、抵抗加熱や高周波加熱等の手段を採用することもできる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によるクラッキングセルでは、原料ａがるつぼ１１内で蒸発または昇華し、分子が発生すると直ちに発射口１４で熱分解されるので、一旦発生した分子が再凝固してしまわずに、効率良くクラッキングした分子を発射することができる。しかも、熱源が１つで済むので、構造簡単であり、小型化が図り易い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるクラッキングセルを示す概略縦断側面図である。
【図２】クラッキングセルの従来例を示す概略縦断側面図である。
【符号の説明】
１１  坩堝
１２  加熱部材
１４  発射口
１７  電子銃
ａ    原料
【図１】
0003548715.tif 000002
【図２】
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