JP3191502B2 - Semiconductor manufacturing method and manufacturing apparatus - Google Patents
Semiconductor manufacturing method and manufacturing apparatusInfo
- Publication number
- JP3191502B2 JP3191502B2 JP16751793A JP16751793A JP3191502B2 JP 3191502 B2 JP3191502 B2 JP 3191502B2 JP 16751793 A JP16751793 A JP 16751793A JP 16751793 A JP16751793 A JP 16751793A JP 3191502 B2 JP3191502 B2 JP 3191502B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- rea
- reaction tube
- raw material
- sou
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、半導体の製造方法お
よび製造装置に関し、例えば化合物半導体装置の製造に
適用して好適なものである。BACKGROUND OF THE INVENTION This invention is, your method of manufacturing a semiconductor
The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing apparatus, and is preferably applied to, for example, manufacturing of a compound semiconductor device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、原料ガスソースとして液体の有機
金属化合物を用い、それを例えば不活性ガスまたは水素
ガスをキャリアガスとして用いたバブリング方式によっ
て蒸気化することにより原料ガスを得、この原料ガスを
反応管中に輸送することにより化合物半導体の結晶成長
を行う有機金属熱分解気相成長(MOVPE、MOCV
D、OMVPEまたはハイブリッドVPE)法や、上述
と同様の方法でドーパントとなる成分元素の蒸気を得、
それを拡散源として不純物拡散を行う有機金属開管式気
相拡散法が知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, a liquid organometallic compound is used as a source gas source, and is vaporized by, for example, a bubbling method using an inert gas or hydrogen gas as a carrier gas to obtain a source gas. Metal-organic pyrolysis (MOVPE, MOCV) to grow compound semiconductor crystals by transporting
D, OMVPE or hybrid VPE) method or a method similar to that described above to obtain a vapor of a component element serving as a dopant,
There is known an organometallic open-tube gas-phase diffusion method in which impurity diffusion is performed using the diffusion source as a diffusion source.
【0003】上述の方法により結晶成長または不純物拡
散を行う際には、反応管内を減圧することにより、ガス
流を高速化することができ、それによって均一性の向上
やガスの切り替えの高速化を図ることができるなど、制
御性の向上を図ることができる。また、減圧下では、原
料ガスの希薄化により、中間反応抑制といった効果も認
められるようになる。When crystal growth or impurity diffusion is performed by the above-described method, the gas flow can be accelerated by reducing the pressure in the reaction tube, thereby improving uniformity and speeding up gas switching. For example, controllability can be improved. Further, under reduced pressure, an effect such as suppression of an intermediate reaction comes to be recognized due to dilution of the source gas.
【0004】しかしながら、反応系を減圧する際に、上
流にある原料系の圧力をどの領域に設定するかについて
は明確な指針がなく、原料系を減圧域で用いる場合も常
圧域で用いる場合も一長一短があると考えられる。特
に、蒸気圧の高い有機金属化合物を原料ガスソースとし
て用いる場合には、原料ガスの供給量を制御するのに、
例えば有機金属化合物が入れられた原料シリンダーを一
定温度に保持するための恒温槽の温度の制御やバブリン
グを行うためのキャリアガスの流量の制御だけでは、低
濃度域まで制御し切れなかったり、再現性が悪かったり
する。そのため、減圧下での不安定要素の一つとなる反
応管内の圧力変動の影響を直接被らないように、減圧状
態にある反応系と原料系との間にニードルバルブなどの
抵抗を挿入して、原料系圧力を常圧またはその付近に設
定する措置がとられることが多い。すなわち、原料系と
反応系との間にバッファー的に抵抗を設けて差圧をつけ
る配管手法がよく用いられている。このようにすること
により、反応管側で事故的な圧力急上昇が発生した場合
にも、有機金属化合物などの逆流などにより配管系を汚
さずにすみ、また逆に急な圧力低下の際も、液体材料の
突沸や引き込みを抑制することができる。[0004] However, when depressurizing the reaction system, there is no clear guideline as to which region the pressure of the raw material system located upstream is to be set. Are also considered to have advantages and disadvantages. In particular, when an organometallic compound having a high vapor pressure is used as a source gas source, the supply amount of the source gas is controlled.
For example, controlling the temperature of a constant temperature bath to keep the raw material cylinder containing the organometallic compound at a constant temperature or controlling the flow rate of the carrier gas for bubbling cannot control or reproduce even the low concentration range. The sex is bad. Therefore, a resistor such as a needle valve is inserted between the reaction system under reduced pressure and the raw material system so as not to be directly affected by the pressure fluctuation in the reaction tube which is one of the unstable factors under reduced pressure. In many cases, measures are taken to set the pressure of the raw material system at or near normal pressure. That is, a piping method of providing a buffer-like resistance between the raw material system and the reaction system to apply a differential pressure is often used. By doing so, even if an accidental sudden pressure increase occurs on the reaction tube side, it is possible to prevent the piping system from being contaminated by backflow of an organometallic compound or the like, and conversely, even when the pressure suddenly drops, The bumping or drawing in of the liquid material can be suppressed.
【0005】反応管内を減圧に制御したときの反応管内
到達圧力の目標値からの変動を抑制するためには、一般
的に、真空ポンプの前段にコンダクタンスを調節するこ
とができるようなバルブ、例えば開閉率可変型のバタフ
ライバルブなどを設けて反応管内圧力に応じて排気速度
を調節する、いわゆる自動圧力制御(APC)システム
が採用されている。このAPCシステムは、反応管内の
圧力を測定する圧力計と、この圧力計の出力に応じてバ
タフライバルブの開閉率を調節するコントローラーと、
バタフライバルブとにより構成される。これによれば、
反応管内に導入されているガスの流量が原料ガスの切り
替えなどにより変化した場合には、このAPCシステム
が速やかに働いて排気速度が調節され、反応管内の圧力
が設定値に戻される。このときの応答速度は、各装置に
応じて各コントローラーのPID係数を調節することに
よりある程度速くすることができるが、この場合には圧
力変動の減衰を速くしているだけで、圧力変動そのもの
をなくすことができるわけではない。また、一定流量の
ガスを流していても、バタフライバルブの開閉率のゆら
ぎ程度の圧力変動は全系に生じているはずであり、従っ
て準静的安定状態が保たれているに過ぎない。反応管内
の圧力変動は当然、成分元素の分圧の変動を伴うので、
プロセスの制御性の向上を図る上では、その大小にかか
わらず反応管内の圧力変動の影響をできる限り被らない
ようにすることが重要である。[0005] In order to suppress the fluctuation of the ultimate pressure in the reaction tube from the target value when the pressure in the reaction tube is controlled to be reduced, generally a valve capable of adjusting the conductance in front of the vacuum pump, for example, a valve. A so-called automatic pressure control (APC) system in which a variable opening / closing type butterfly valve or the like is provided to adjust the exhaust speed according to the pressure in the reaction tube is employed. The APC system includes a pressure gauge for measuring a pressure in a reaction tube, a controller for adjusting an opening / closing rate of a butterfly valve according to an output of the pressure gauge,
And a butterfly valve. According to this,
When the flow rate of the gas introduced into the reaction tube changes due to switching of the source gas or the like, the APC system works quickly to adjust the exhaust speed, and the pressure in the reaction tube is returned to the set value. The response speed at this time can be increased to some extent by adjusting the PID coefficient of each controller according to each device. In this case, only the attenuation of the pressure fluctuation is increased, and the pressure fluctuation itself is reduced. It cannot be eliminated. Even if a constant flow rate of gas flows, a pressure fluctuation of about the fluctuation of the opening / closing rate of the butterfly valve should occur in the entire system, and thus only a quasi-static stable state is maintained. Since the pressure fluctuation in the reaction tube naturally accompanies the fluctuation of the partial pressure of the component elements,
In order to improve the controllability of the process, it is important to minimize the influence of the pressure fluctuation in the reaction tube regardless of the size.
【0006】なお、例えばJournal of Crystal Growth
94(1989)pp.481-487には、反応管内のある特定の成分元
素蒸気圧(分圧)を直接的に測定し、この測定結果をマ
スフローコントローラーにフィードバックすることによ
り反応管内の成分元素蒸気圧を制御する方法の可能性な
どが論じられているが、これはまだ確立された方法とは
言えない。[0006] For example, Journal of Crystal Growth
94 (1989) pp. 481-487, the vapor pressure (partial pressure) of a specific component element in the reaction tube is directly measured, and the measurement result is fed back to the mass flow controller to obtain the vapor of the component element vapor in the reaction tube. Although the possibility of controlling the pressure is discussed, it is not yet an established method.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】従って、この発明の目
的は、反応管内到達圧力の影響を被ることなく、反応管
内の各成分元素の蒸気圧が常に一定となるようにその成
分元素のガスを供給することができ、それによって良好
な制御性および再現性で半導体への不純物拡散または半
導体の結晶成長を行うことができる半導体の製造方法を
提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas for a component element in a reaction tube such that the vapor pressure of the component element is always constant without being affected by the ultimate pressure in the reaction tube. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor, which can supply impurities and thereby perform impurity diffusion into a semiconductor or crystal growth of the semiconductor with good controllability and reproducibility.
【0008】この発明の上記目的および他の目的は、本
明細書の以下の記述より明らかとなるであろう。[0008] The above and other objects of the present invention will become apparent from the following description of the present specification.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の第1の発明は、減圧状態にある反応管中
に配管を通して原料系から原料ガスを輸送し、反応管中
で半導体への不純物拡散または半導体の結晶成長を行う
ようにした半導体の製造方法において、 原料系の圧力P
sou が、反応管内の到達圧力P rea とP rea に依存す
る、配管の抵抗による反応管と原料系との間の差圧Δp
(P rea )と制御可能な差圧Δp cont とにより P sou =P rea +Δp(P rea )+Δp cont と表されるように配管系を構成し、 圧力比α=P rea /P sou (0<α≦1)がほぼ一定と
なるようにΔp cont を制御するようにした ことを特徴と
するものである。 Means for Solving the Problems To achieve the above object, a first invention of the present invention is to provide a reaction tube having a reduced pressure.
The raw material gas is transported from the raw material system through piping to the reaction tube.
Diffusion of impurities into semiconductors or crystal growth of semiconductors
In the semiconductor manufacturing method described above, the pressure P
sou depends on the ultimate pressures P rea and P rea in the reaction tube
Pressure difference Δp between the reaction tube and the raw material system due to the resistance of the piping.
Configure the piping system as represented as (P rea) and controllable pressure difference Delta] p cont and the P sou = P rea + Δp ( P rea) + Δp cont, pressure ratio α = P rea / P sou ( 0 < α ≦ 1) is almost constant
The feature is that Δp cont is controlled so that
Is what you do.
【0010】第1の発明による半導体の製造方法の好適
な一実施形態においては、液体または固体の原料(S)
を用い、原料(S)を蒸気化することにより原料ガスを
得るようにする。この原料(S)は、具体的には、例え
ば、有機金属化合物またはハロゲン化金属化合物であ
る。In a preferred embodiment of the semiconductor manufacturing method according to the first invention, a liquid or solid raw material (S) is used.
And the raw material gas is obtained by vaporizing the raw material (S). The raw material (S) is, for example, an organometallic compound or a metal halide compound.
【0011】また、この発明の第2の発明は、減圧状態
にある反応管中に配管を通して原料系から原料ガスを輸
送し、反応管中で半導体への不純物拡散または半導体の
結晶成長を行うようにした半導体の製造装置において、
原料系の圧力P sou が、反応管内の到達圧力P rea とP
rea に依存する、配管の抵抗による反応管と原料系との
間の差圧Δp(P rea )と制御可能な差圧Δp cont とに
より P sou =P rea +Δp(P rea )+Δp cont と表されるように配管系を構成し、 圧力比α=P rea /P sou (0<α≦1)がほぼ一定と
なるようにΔp cont を制御するようにした ことを特徴と
するものである。 A second invention according to the present invention is directed to a pressure reducing state
Raw material gas from the raw material system
Impurity diffusion into the semiconductor or reaction of the semiconductor in the reaction tube.
In a semiconductor manufacturing apparatus that performs crystal growth,
The pressure P sou of the raw material system is the ultimate pressures P rea and P
between the reaction tube and the raw material system due to the resistance of the piping depending on rea
The differential pressure Δp (P rea) and controllable pressure difference Delta] p cont between
The piping system is configured so that P sou = P rea + Δp (P rea ) + Δp cont, and the pressure ratio α = P rea / P sou (0 <α ≦ 1) is substantially constant.
The feature is that Δp cont is controlled so that
Is what you do.
【0012】第2の発明による半導体の製造方法の好適
な一実施形態においては、液体または固体の原料(S)
を用い、原料(S)を蒸気化することにより原料ガスを
得るようにする。この原料(S)は、具体的には、例え
ば、有機金属化合物またはハロゲン化金属化合物であ
る。In a preferred embodiment of the semiconductor manufacturing method according to the second invention, a liquid or solid raw material (S) is used.
And the raw material gas is obtained by vaporizing the raw material (S). The raw material (S) is, for example, an organometallic compound or a metal halide compound.
【0013】[0013]
【作用】上述のように構成されたこの発明によれば、例
えばピエゾバルブなどを用いて原料系の圧力をループ制
御することにより、反応管内の到達圧力と原料系の圧力
との比を常にほぼ一定とすることができ、これによっ
て、反応管内に圧力変動があっても、成分元素蒸気圧
(分圧)を常に一定に制御することができる。すなわ
ち、反応管内に圧力変動があった場合には、反応管内の
圧力によって成分元素蒸気の供給量が一定の割合(1/
α)で変化し、反応管内の圧力変動を補償することがで
きるので、反応管内の成分元素蒸気圧(分圧)の変動を
効果的に抑制することができる。 According to the present invention configured as described above , an example is provided.
For example, using a piezo valve to control the pressure of the raw material system in a loop
By controlling, the ultimate pressure in the reaction tube and the pressure of the raw material system
Can always be almost constant, which
Therefore, even if there is pressure fluctuation in the reaction tube,
(Partial pressure) can always be controlled to be constant. Sand
That is, if there is a pressure fluctuation in the reaction tube,
Depending on the pressure, the supply amount of the component element vapors is constant (1/1 /
α) to compensate for pressure fluctuations in the reaction tube.
Fluctuations in the vapor pressure (partial pressure) of the constituent elements in the reaction tube
It can be suppressed effectively.
【0014】[0014]
【0015】[0015]
【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。なお、実施例の全図において、同一
または対応する部分には同一の符号を付す。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings of the embodiments, the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals.
【0016】図1はこの発明の第1実施例において用い
る減圧拡散/結晶成長装置を示す。ここでは、簡単のた
め、原料系は一つの原料シリンダーのみとし、またベン
トラインなどの配管の図示および説明は省略する。図1
に示すように、この減圧拡散/結晶成長装置において
は、原料シリンダー(バブラー)1内に例えば有機金属
化合物のような液体の原料Sが入れられている。この原
料シリンダー1は、この原料シリンダー1を一定温度に
保持するための恒温槽2内に入れられている。また、符
号3は配管、4、5、6はマスフローコントローラー、
PG1 は原料系の圧力を測定する圧力計を示す。FIG. 1 shows a vacuum diffusion / crystal growth apparatus used in the first embodiment of the present invention. Here, for simplicity, the raw material system has only one raw material cylinder, and illustration and description of piping such as a vent line are omitted. FIG.
As shown in FIG. 1, in this reduced pressure diffusion / crystal growth apparatus, a liquid material S such as an organometallic compound is placed in a material cylinder (bubble) 1. The material cylinder 1 is placed in a thermostat 2 for keeping the material cylinder 1 at a constant temperature. Reference numeral 3 denotes piping, 4, 5, and 6 denote mass flow controllers,
PG 1 denotes a pressure gauge for measuring the pressure of the feed system.
【0017】符号7は反応管を示す。この反応管7中
に、不純物拡散または結晶成長を行うべき基板(図示せ
ず)が置かれる。この反応管7中には、キャリアガスや
各種の原料ガスが輸送されるようになっている。これら
のガスは、マスフローコントローラー4、5、6によっ
てそれぞれ一定流量に調節される。また、この反応管7
の外部には、この反応管7内の雰囲気を所要のプロセス
温度に保持するための電気炉8が設けられている。Reference numeral 7 denotes a reaction tube. A substrate (not shown) on which impurity diffusion or crystal growth is to be performed is placed in the reaction tube 7. Carrier gas and various source gases are transported into the reaction tube 7. These gases are adjusted to a constant flow rate by the mass flow controllers 4, 5, and 6, respectively. In addition, this reaction tube 7
Is provided with an electric furnace 8 for maintaining the atmosphere in the reaction tube 7 at a required process temperature.
【0018】反応管7内はロータリーポンプ9によって
排気され、それによって減圧されるようになっている。
この場合、反応管7内の到達圧力(Prea )は、反応管
7内の圧力を測定する圧力計PG2 と、この圧力計PG
2 の出力に応じて後述のバタフライバルブBVの開閉率
を制御するコントローラー10と、バタフライバルブB
Vとにより構成されたAPCシステムによって設定値に
制御されるようになっている。The inside of the reaction tube 7 is evacuated by a rotary pump 9 to thereby reduce the pressure.
In this case, the ultimate pressure (P rea ) in the reaction tube 7 is determined by the pressure gauge PG 2 for measuring the pressure in the reaction tube 7 and the pressure gauge PG 2
A controller 10 for controlling the opening and closing rate of the butterfly valve BV below in accordance with the second output, butterfly valve B
The control value is controlled to a set value by an APC system constituted by V.
【0019】上述のように構成された減圧拡散/結晶成
長装置においては、マスフローコントローラー6によっ
てある値の流量(Qsou )に調節されたキャリアガス
が、恒温槽2によって一定温度に保持されている原料シ
リンダー1内の液体の原料S中に導入され、バブリング
が行われる。この結果、原料シリンダー1の温度のみで
決まる原料Sの蒸気圧(Pvap )やそのときの原料系の
圧力(Prea +Δp)などによって決まる量の成分元素
蒸気が配管3を通して反応管7中に輸送される。そし
て、あらかじめこの反応管7中に置かれ、電気炉8によ
って所要のプロセス温度に保持された基板(図示せず)
に対して不純物拡散または結晶成長が行われる。In the vacuum diffusion / crystal growth apparatus configured as described above, the carrier gas adjusted to a certain flow rate (Q sou ) by the mass flow controller 6 is maintained at a constant temperature by the thermostat 2. The liquid is introduced into the raw material S in the raw material cylinder 1 and bubbling is performed. As a result, the amount of the component element vapor determined by the vapor pressure (P vap ) of the raw material S determined only by the temperature of the raw material cylinder 1 and the pressure (P rea + Δp) of the raw material system at that time is introduced into the reaction tube 7 through the pipe 3. Be transported. A substrate (not shown) previously placed in the reaction tube 7 and maintained at a required process temperature by an electric furnace 8
Is subjected to impurity diffusion or crystal growth.
【0020】この第1実施例においては、反応管7内に
圧力変動が生じても、反応管7内の成分元素蒸気圧(分
圧)が常に一定に制御されるようにするために、特に、
反応管7と原料系との間の配管3の抵抗を極力小さく
し、この抵抗による反応管7と原料系との間の差圧がほ
ぼ0となるように配管3が構成されている。このように
反応管7と原料系との間の差圧をほぼ0とすることによ
り上述のような効果が得られる理由について、以下に詳
細に説明する。In the first embodiment, in order to keep the component element vapor pressure (partial pressure) in the reaction tube 7 constant even if the pressure fluctuates in the reaction tube 7, the first embodiment ,
The pipe 3 is configured so that the resistance of the pipe 3 between the reaction tube 7 and the raw material system is reduced as much as possible, and the pressure difference between the reaction tube 7 and the raw material system due to this resistance becomes substantially zero. The reason why the above-described effects can be obtained by setting the pressure difference between the reaction tube 7 and the raw material system to substantially zero will be described in detail below.
【0021】今、図1に示すように、原料系と反応系と
の間の配管3の途中にバッファーとなる抵抗R、例えば
ニードルバルブなどが挿入されており、そこで反応管7
と原料系との間に差圧+Δpが生じているとする。この
場合、反応管7に流れ込むガスの総流量(Qrea )は、
マスフローコントローラー4の流量Q1 、マスフローコ
ントローラー5の流量Q2 およびマスフローコントロー
ラー6の流量Qsou の合計、すなわちQ1 +Q2 +Q
sou である。As shown in FIG. 1, a resistance R serving as a buffer, for example, a needle valve, is inserted in the pipe 3 between the raw material system and the reaction system.
It is assumed that a pressure difference + Δp is generated between the pressure and the raw material system. In this case, the total flow rate (Q rea ) of the gas flowing into the reaction tube 7 is
The sum of the flow rate Q 1 of the mass flow controller 4, the flow rate Q 2 of the mass flow controller 5, and the flow rate Q sou of the mass flow controller 6, that is, Q 1 + Q 2 + Q
sou .
【0022】この系において、反応管7内のある成分元
素の蒸気圧(分圧)Ps を計算によって求めると、以下
のようになる。[0022] In this system, the vapor pressure (partial pressure) of the component elements of the reaction tube 7 when obtained by calculation of P s, is as follows.
【0023】原料シリンダー1内に導入されたキャリア
ガス(流量Qsou )中には、バブリング効率η(0≦η
≦1)を1とすると、単位体積中Pvap /(Prea +Δ
p)の割合で原料Sの蒸気が含まれる。従って、反応管
7中への原料Sの供給量は、標準体積換算で、Qsou ・
Pvap /(Prea +Δp)である。反応管7内の総流量
はQrea であるので、分圧Ps は、 Ps =Qsou ・Pvap ・Prea /Qrea (Prea +Δp) (1) のように表される。The carrier gas (flow rate Q sou ) introduced into the raw material cylinder 1 contains a bubbling efficiency η (0 ≦ η).
If ≦ 1) is 1, P vap / (P rea + Δ) per unit volume
The vapor of the raw material S is contained in the ratio of p). Therefore, the supply amount of the raw material S into the reaction tube 7 is Q sou ·
P vap / (P rea + Δp). Since the total flow rate in the reaction tube 7 is Q rea , the partial pressure P s is expressed as follows: P s = Q sou · P vap · P rea / Q rea (P rea + Δp) (1)
【0024】今、反応管7内の圧力Prea に、(+ξ)
なる変動が生じたと仮定する。ただし、反応管7に導入
されるガスの総流量は三つのマスフローコントローラー
4、5、6によって完全に設定値(Qrea )に制御され
ているとし、反応管7内の圧力変動は反応管7の排気流
量(Qex)のゆらぎによってのみ生じている(準安定状
態)とする。この場合、排気流量Qexが供給流量Qrea
と等しければ、当然、反応管7内の圧力Prea は一定に
保持される。Now, the pressure Prea in the reaction tube 7 is (+ ξ)
Assume that some fluctuations have occurred. However, it is assumed that the total flow rate of the gas introduced into the reaction tube 7 is completely controlled to a set value (Q rea ) by the three mass flow controllers 4, 5, 6, and the pressure fluctuation in the reaction tube 7 is ( Meta -stable state) is caused only by the fluctuation of the exhaust flow rate (Q ex ). In this case, the exhaust gas flow rate Q ex is the supply flow rate Q rea
Is equal to, the pressure Prea in the reaction tube 7 is kept constant.
【0025】ここで、変動後の反応管7内の圧力(P
rea +ξ)をPrea ´と書くと、ボイルの法則より、 Prea ´=Prea ・Qrea /Qex (2) が成立することが明らかである。Here, the pressure in the reaction tube 7 after the fluctuation (P
When rea + ξ) is written as P rea ′, it is apparent from Boyle's law that P rea ′ = P rea · Q rea / Q ex (2) holds.
【0026】このときの反応管7内の原料Sの蒸気の分
圧Ps ´は、 Ps ´=Qsou ・Pvap ・(Prea +ξ)/Qrea (Prea +ξ+Δp) (3) と表される。At this time, the partial pressure P s ′ of the vapor of the raw material S in the reaction tube 7 is as follows: P s ′ = Q sou · P vap · (P rea + ξ) / Q rea (P rea + ξ + Δp) (3) expressed.
【0027】ここで、反応系と原料系との間の配管3に
挿入されている抵抗Rによる差圧Δpを限りなく0に近
づける(Δp→0)と、圧力変動後の反応管7内の原料
Sの蒸気の分圧Ps ´は、 Ps ´〜Qsou ・Pvap ・(Prea +ξ)/Qrea (Prea +ξ) (4) のように表される。すなわち、 Ps ´〜Qsou ・Pvap /Qrea (5) となる。Here, when the pressure difference Δp caused by the resistance R inserted in the pipe 3 between the reaction system and the raw material system is made as close as possible to zero (Δp → 0), the pressure inside the reaction tube 7 after the pressure fluctuation is changed. partial pressure P s of the vapor of the material S 'may be expressed as P s'~Q sou · P vap · (P rea + ξ) / Q rea (P rea + ξ) (4). In other words, the P s'~Q sou · P vap / Q rea (5).
【0028】式(5)は、圧力変動がない場合の原料S
の蒸気の分圧の式(1)においてΔp=0とおくことに
より得られる値と等価であり、従って Ps ´〜Ps (6) が成立する。つまり、反応管7内に圧力変動が生じた後
も、原料Sの蒸気の分圧は変動前の値と変わらないこと
がわかる。Equation (5) indicates that the raw material S when there is no pressure fluctuation
In the formula (1) of the partial pressure of steam it is equivalent to a value obtained by placing a Delta] p = 0, therefore P s'~P s (6) is established. That is, it can be seen that even after the pressure fluctuation occurs in the reaction tube 7, the partial pressure of the vapor of the raw material S does not change from the value before the fluctuation.
【0029】以上より、反応系と原料系との間の配管3
の抵抗を極力小さくし、この抵抗による反応管7と原料
系との間の差圧Δpがほぼ0となるようにすることによ
り、反応管7内に圧力変動が生じても、反応管7内の成
分元素蒸気圧(分圧)を常に一定に制御することができ
ることがわかる。As described above, the piping 3 between the reaction system and the raw material system
Is reduced as much as possible so that the pressure difference Δp between the reaction tube 7 and the raw material system becomes substantially zero due to this resistance. It can be seen that the component element vapor pressure (partial pressure) can be constantly controlled.
【0030】次に、上述の式(1)、(3)に実際の実
験で用いた条件値を代入し、反応管7内の圧力の変動
(+ξ)に対する成分元素蒸気圧(分圧)Ps の変化
(Ps →Ps ´)を、反応系と原料との間の配管3の抵
抗Rによる差圧Δpをパラメータとして計算した結果に
ついて説明する。ただし、この計算においては、例えば
有機金属化合物から成る原料Sの原料シリンダー1中で
の蒸気圧(Pvap )を12Torr(1.58kPa)
とし、原料シリンダー1に導入するキャリアガスの流量
(Qsou )はマスフローコントローラー6によって常に
200sccmに設定されているとする。また、反応管
7中に導入されるガスの総流量(Qrea )はマスフロー
コントローラー4、5、6の流量の合計5slmである
とする。Next, the condition values used in the actual experiment are substituted into the above-mentioned equations (1) and (3), and the component element vapor pressure (partial pressure) P with respect to the pressure fluctuation (+ ξ) in the reaction tube 7 is calculated. A description will be given of a result of calculating a change in s (P s → P s ′) using a pressure difference Δp caused by a resistance R of the pipe 3 between the reaction system and the raw material as a parameter. However, in this calculation, for example, the vapor pressure (P vap ) of the raw material S made of an organometallic compound in the raw material cylinder 1 is set to 12 Torr (1.58 kPa).
It is assumed that the flow rate (Q sou ) of the carrier gas introduced into the raw material cylinder 1 is always set to 200 sccm by the mass flow controller 6. It is assumed that the total flow rate (Q rea ) of the gas introduced into the reaction tube 7 is a total of 5 slm of the flow rates of the mass flow controllers 4, 5, and 6.
【0031】今、反応管7内の到達圧力(Prea )の設
定値が50Torr(6.58kPa)であるときに、
反応管7内にξ=3Torr(0.39kPa)の圧力
変動が陽圧側に生じたと仮定する。このとき、反応管7
内の原料Sの蒸気の分圧Psは、反応系と原料系との間
の差圧Δpに応じて図2に示すように変化する。図2よ
り、変動前の圧力Ps および変動後の圧力Ps ´は差圧
Δpに依存してほぼ同じ傾向で減少しているように見え
るが、圧力変動(+ξ)による成分元素蒸気圧(分圧)
の変化(Ps ´−Ps )の割合を変動前の分圧Ps で規
格化してプロットすると、明らかにΔpに依存して増加
していることがわかる。さらにまた、特に、低抵抗側、
すなわち差圧Δpが小さい側(Δp≦200Torr
(〜26kPa))での変化の割合が顕著である。Now, when the set value of the ultimate pressure (P rea ) in the reaction tube 7 is 50 Torr (6.58 kPa),
It is assumed that a pressure fluctuation of ξ = 3 Torr (0.39 kPa) has occurred in the reaction tube 7 on the positive pressure side. At this time, the reaction tube 7
Partial pressure P s of the vapor of the material S of the inner changes as shown in FIG. 2 in accordance with the pressure difference Δp between the reaction system and the raw material system. From FIG. 2, it can be seen that the pressure P s before the fluctuation and the pressure P s ′ after the fluctuation decrease with almost the same tendency depending on the differential pressure Δp, but the component element vapor pressure (+ ξ) due to the pressure fluctuation (+ ξ) Partial pressure)
When the ratio of the change (P s ′ −P s ) is normalized by the partial pressure P s before the change and plotted, it is apparent that the ratio clearly increases depending on Δp. Furthermore, especially on the low resistance side,
That is, the side where the differential pressure Δp is small (Δp ≦ 200 Torr)
(〜26 kPa)) is remarkable.
【0032】以上のことからも明らかなように、差圧Δ
pを限りなく0に近づけることにより、反応管7内の成
分元素蒸気圧(分圧)Ps の変動を格段に抑制すること
ができる。As is clear from the above, the differential pressure Δ
By close to zero as possible to p, it is possible to remarkably suppress the variation of component elements the vapor pressure in the reaction tube 7 (partial pressure) P s.
【0033】図3および図4に、反応管7内の圧力変動
(+ξ)を10Torr(1.32kPa)と大きく強
調した場合の計算結果を示す。ここで、図3は反応管7
内の圧力が50Torr(6.58kPa)である場
合、図4は反応管7内の圧力を100Torr(13.
15kPa)まで高くした場合である。反応管7内が減
圧されるほど成分元素蒸気圧(分圧)Ps は反応管7内
圧力の影響を被るようになるが、差圧Δpを0に近づけ
ることにより、上述と同様に分圧Ps の変動の抑制の効
果を得ることができることがわかる。FIGS. 3 and 4 show calculation results when the pressure fluctuation (+ ξ) in the reaction tube 7 is greatly emphasized at 10 Torr (1.32 kPa). Here, FIG.
FIG. 4 shows that the pressure in the reaction tube 7 is set to 100 Torr (13.
15 kPa). As component elements the vapor pressure (partial pressure) P s is so suffer the effects of pressure in the reaction tube 7 in the reaction tube 7 is reduced, by bringing the pressure difference Δp to 0, similarly to the above partial pressure it can be seen that it is possible to obtain the effect of suppressing the variation of P s.
【0034】この第1実施例において、反応系と原料系
との間の配管3の抵抗を極力小さくし、反応系と原料系
との間の差圧Δp→0を実現する一例を挙げると、この
反応系と原料系との間の配管3を例えば1/4インチ径
のストレート配管とし、このストレート配管にストップ
バルブやニードルバルブなどを付加した標準的な構成
で、Δp<1Torr(0.13kPa)とΔp=0に
かなり近い値を達成することができている。In the first embodiment, an example of minimizing the resistance of the pipe 3 between the reaction system and the raw material system and realizing the pressure difference Δp → 0 between the reaction system and the raw material system is as follows. The pipe 3 between the reaction system and the raw material system is a straight pipe having a diameter of, for example, 1/4 inch, and has a standard configuration in which a stop valve, a needle valve, and the like are added to the straight pipe, and Δp <1 Torr (0.13 kPa ) And Δp = 0.
【0035】以上のように、この第1実施例によれば、
反応系、すなわち反応管7と原料系との間の配管3の抵
抗を極力小さくすることにより反応管7と原料系との間
の差圧Δpをほぼ0としているので、減圧状態にある反
応管7内に圧力変動が生じても、この圧力変動に対して
反応管7内への原料Sの蒸気の供給量が自己補償的に変
化することにより、反応管7内の目的とする成分元素蒸
気圧(分圧)を常に設定値に制御することができる。こ
れによって、反応管7中での基板に対する不純物拡散ま
たは結晶成長を良好な制御性および再現性で安定して行
うことができる。As described above, according to the first embodiment,
Since the pressure difference Δp between the reaction tube 7 and the raw material system is made substantially zero by minimizing the resistance of the reaction system, that is, the pipe 3 between the reaction tube 7 and the raw material system, the reaction tube in a reduced pressure state Even if a pressure fluctuation occurs in the reaction tube 7, the supply amount of the vapor of the raw material S into the reaction tube 7 changes in a self-compensating manner with respect to the pressure fluctuation. The pressure (partial pressure) can always be controlled to a set value. Thus, impurity diffusion or crystal growth on the substrate in the reaction tube 7 can be stably performed with good controllability and reproducibility.
【0036】ところで、上述の配管3の抵抗によって反
応管7と原料系との間に生じる差圧(Δp)の大きさ
は、配管3内を流れるガスの種類や温度、配管3の流路
形状のみならず、管内流速によっても大きく支配され
る。そして、特に、反応管7内がある程度低い真空領域
(Prea >0.1気圧)では差圧Δp→0の実現がまっ
たく問題とならないような配管が施されていても、反応
管7内の圧力が0.1気圧以下の高真空領域では、流体
の高速化に伴い、反応管7側と原料配管との間の圧力歪
み(シフト)が顕著となり、その結果生じる差圧Δpを
無視することができなくなることが、本発明者の研究の
結果明らかにされた。The magnitude of the differential pressure (Δp) generated between the reaction tube 7 and the raw material system due to the resistance of the pipe 3 depends on the type and temperature of the gas flowing through the pipe 3 and the shape of the flow path of the pipe 3. In addition, it is largely controlled by the flow velocity in the pipe. In particular, even in a case where the inside of the reaction tube 7 is provided with a pipe in which realization of the differential pressure Δp → 0 does not matter at all in a somewhat low vacuum region (P rea > 0.1 atm), In a high vacuum region where the pressure is 0.1 atm or less, a pressure distortion (shift) between the reaction tube 7 side and the raw material piping becomes remarkable as the fluid speeds up, and the resulting differential pressure Δp is ignored. The inventor's research has clarified that it is no longer possible.
【0037】図5は、図1に示すように配管3を構成し
た場合に原料シリンダー1の出口側圧力(Psou )が、
反応管7内の到達圧力(Prea )に依存してどのように
変化するかを実際の装置で測定した結果を示す。この実
験に用いた装置は、VCRフィッティングを施した一般
的な1/4インチ径のステンレス鋼配管を採用し、これ
に組み合わせて用いる空気圧送式作動弁、ハンドバルブ
などが抵抗成分となっている。実験に用いたガスは、キ
ャリアガスとしてよく用いられる水素ガスである。FIG. 5 shows that the pressure (P sou ) on the outlet side of the raw material cylinder 1 when the pipe 3 is formed as shown in FIG.
The results obtained by measuring how the pressure changes depending on the ultimate pressure (P rea ) in the reaction tube 7 with an actual device are shown. The apparatus used in this experiment employs a typical 1/4 inch diameter stainless steel pipe with a VCR fitting, and the pneumatically operated valve, hand valve, etc. used in combination with this are resistance components. . The gas used in the experiment is hydrogen gas often used as a carrier gas.
【0038】図5に示すように、反応管7内の到達圧力
が100Torr(13.16kPa)程度の真空度に
なると、配管3の抵抗による圧力歪み(シフト)の発生
により差圧△pが設定圧の約6%程度存在するようにな
り、原料系圧力はそれにより106Torr(13.9
5kPa)に変化していることがわかる。さらに、反応
管7内の到達圧力を20Torr(2.63kPa)ま
で下げるとさらに増大した圧力歪み(シフト)により、
差圧△pは設定圧のほぼ100%の20Torrまで増
加し、もはや原料系圧力は設定圧の約2倍の40Tor
r(5.26kPa)以下の低圧には制御することがで
きなくなっていることがわかる。As shown in FIG. 5, when the ultimate pressure in the reaction tube 7 reaches a degree of vacuum of about 100 Torr (13.16 kPa), pressure distortion (shift) occurs due to the resistance of the pipe 3.
As a result, the differential pressure Δp is present at about 6% of the set pressure, and the pressure of the raw material system is thereby reduced to 106 Torr (13.9).
5 kPa). Further, by the ultimate pressure in the reaction tube 7 20Torr (2.63kPa) down to further increased pressure distortion (shifting),
The differential pressure Δp increases to 20 Torr, almost 100% of the set pressure.
In addition , the pressure of the raw material system is no longer about 40 Torr, which is about twice the set pressure.
It can be seen that control cannot be performed at a low pressure of r (5.26 kPa) or less.
【0039】ここで、反応管7内の到達圧力を実際の装
置において20Torr(2.63kPa)に設定した
場合を例にとり、上述の式(1)、(3)に実際の実験
で用いる条件値を代入し、圧力変動(+ξ)に対する成
分元素蒸気圧(分圧)Ps の変化(Ps →Ps ´)およ
びPs の変化の割合(Ps ´−Ps )/Ps を、反応系
と原料系との間の差圧Δpをパラメータとして計算した
結果を図6に示す。この計算においては、Pvap =12
Torr(1.58kPa)、Qsou =200scc
m、Qrea =5slmであるとし、反応管7内にξ=3
Torr(0.39kPa)の圧力変動が陽圧側に生じ
たと仮定した。Here, taking the case where the ultimate pressure in the reaction tube 7 is set to 20 Torr (2.63 kPa) in an actual apparatus as an example, the above-mentioned equations (1) and (3) are used as the condition values used in actual experiments. substituting, pressure fluctuations (+ xi]) change in component elements the vapor pressure (partial pressure) P s for the (P s → P s ') and P s rate of change of (P s'-P s) / P s, FIG. 6 shows the result of calculation using the pressure difference Δp between the reaction system and the raw material system as a parameter. In this calculation, P vap = 12
Torr (1.58 kPa), Q sou = 200scc
m, Q rea = 5 slm, and ξ = 3 in the reaction tube 7
It was assumed that a pressure fluctuation of Torr (0.39 kPa) occurred on the positive pressure side.
【0040】図6より、圧力変動(+ξ)による成分元
素蒸気圧(分圧)Ps の変化の割合(Ps ´−Ps )/
Ps は、差圧Δp=20Torrが存在するPrea =2
0Torrのプロセスの場合、圧力変動前後で約7%で
あることを読み取ることができる。仮に、反応管7内の
圧力変動がξ=10Torr(1.32kPa)であっ
たと仮定して同様な計算を行うと、分圧の変化の割合は
約20%にもなる。[0040] From FIG. 6, the pressure fluctuation (+ xi]) according to component elements the vapor pressure (partial pressure) the rate of change of P s (P s'-P s) /
P s is P rea = 2 where the differential pressure Δp = 20 Torr exists.
For the 0 Torr process, it can be seen that it is about 7% before and after the pressure fluctuation. If the same calculation is performed on the assumption that the pressure fluctuation in the reaction tube 7 is ξ = 10 Torr (1.32 kPa), the rate of change in the partial pressure becomes about 20%.
【0041】このように、反応管7内が高真空領域であ
るときの差圧Δpの増大は、すでに述べたように、反応
管7内の到達圧力の変動による成分元素蒸気圧(分圧)
の変動を助長する結果となる。As described above, the increase in the differential pressure Δp when the inside of the reaction tube 7 is in the high vacuum region is caused by the change in the ultimate pressure in the reaction tube 7 due to the fluctuation of the ultimate pressure in the reaction tube 7 (partial pressure).
Results in the fluctuation of
【0042】さて、この装置における反応系と原料系と
の間の差圧Δpは、図5の数値の指数回帰により、 Δp=41.2027−7.5226ln(Prea ) (7) と表すことができる。一般的に、この差圧Δpがどの辺
りの圧力領域で顕著になってくるかは、使用するガス
系、配管系などに応じて個々の装置により決まる。しか
しながら、配管3の抵抗に起因する圧力歪み、従って差
圧Δpが、式(7)のように反応管7内の圧力
(Prea )の項を含んだ形で表される限り、差圧Δpが
問題となる圧力領域では、以下に述べるように、反応管
7内の到達圧力と原料系の圧力との比がほぼ一定となる
ように制御する方法が上述の問題の解決に有効である。Now, the differential pressure Δp between the reaction system and the raw material system in this apparatus is represented by Δp = 41.2027−7.5226ln (P rea ) (7) by exponential regression of the numerical values in FIG. Can be. In general, in which pressure region the pressure difference Δp becomes remarkable is determined by individual devices according to a gas system, a piping system, and the like to be used. However, as long as the pressure distortion due to the resistance of the pipe 3 and therefore the differential pressure Δp is expressed in the form including the term of the pressure (P rea ) in the reaction tube 7 as in the equation (7), the differential pressure Δp In a pressure region where is a problem, as described below, a method of controlling the ratio between the ultimate pressure in the reaction tube 7 and the pressure of the raw material system to be substantially constant is effective in solving the above problem.
【0043】反応管7内の原料Sの蒸気圧(分圧)Ps
が、反応管7内の到達圧力Prea に依存する関数Δp
(Prea )を含んだ形で表される場合、分圧Ps は次式
により与えられる。 Ps =Qsou ・Pvap ・Prea /Qrea (Prea +Δp(Prea ))(8)The vapor pressure (partial pressure) P s of the raw material S in the reaction tube 7
Is a function Δp depending on the ultimate pressure P rea in the reaction tube 7.
When expressed in a form including (P rea ), the partial pressure P s is given by the following equation. P s = Q sou · P vap · P rea / Q rea (P rea + Δp (P rea )) (8)
【0044】ここで、原料系の圧力を制御する目的で、
後述のように例えばピエゾバルブなどを用いたクローズ
ドループ制御システムを付加し、式(8)の分母の原料
系圧力の項(Prea +Δp(Prea ))に新たに、制御
可能な差圧項Δpcontを加えた配管系を構成する。この
とき、制御された分圧Ps は、 Ps =Qsou ・Pvap ・Prea /(Qrea ・Psou ) (9) で表される。ただし、 Psou =Prea +Δp(Prea )+Δpcont (10) である。Here, for the purpose of controlling the pressure of the raw material system,
As will be described later, a closed loop control system using, for example, a piezo valve is added, and a controllable differential pressure term Δp is newly added to the term (P rea + Δp (P rea )) of the raw material system pressure in the denominator of the equation (8). Construct a piping system with cont added. At this time, the controlled partial pressure P s is represented by P s = Q sou .P vap .P rea / (Q rea .P sou ) (9) Here, P sou = P rea + Δp (P rea ) + Δp cont (10)
【0045】このとき、原料系圧力(Psou )を反応管
7内の圧力(Prea )と全く独立に制御するのではな
く、圧力比α=Prea /Psou (0<α≦1)が常に一
定となるようにΔpcontをフィードバック制御すること
が重要な点である。At this time, the pressure (P sou ) of the raw material system is not controlled completely independently of the pressure (P rea ) in the reaction tube 7, but a pressure ratio α = P rea / P sou (0 <α ≦ 1) It is important that Δp cont is feedback-controlled so that is always constant.
【0046】式(10)の右辺のΔpcontの項は当然、反
応管7内の到達圧力Prea の関数である。つまり、反応
管7内に圧力変動(+ξ)が生じた後の分圧Ps ´は、 Ps ´=Qsou ・Pvap ・(Prea +ξ)/(Qrea ・Psou ´) (11) のように与えられるが、原料系圧力項(Psou ´)を、 Psou ´=Prea +ξ+Δp(Prea )+Δpcont =(Prea +ξ)/α =Prea ´/α (12) となるようにΔpcontを制御することにより、 Ps ´〜Ps (13) とすることが常に実現可能となる。The term Δp cont on the right side of the equation (10) is, of course, a function of the ultimate pressure Prea in the reaction tube 7. That is, the partial pressure P s ′ after the pressure fluctuation (+ ξ) occurs in the reaction tube 7 is P s ′ = Q sou .P vap. (P rea + ξ) / (Q rea .P sou ′) (11) The pressure term (P sou ′) of the raw material system is expressed as follows : P sou ′ = P rea + ξ + Δp (P rea ) + Δp cont = (P rea + ξ) / α = P rea ′ / α (12) By controlling Δp cont so that P s ′ to P s (13) can always be realized.
【0047】圧力比αの値は、使用する圧力範囲の低い
方(高真空側)で、 Prea /α≧Prea +Δp(Prea ) (14) が成立するように設定する必要がある。ここで、式(1
4)の左辺(Prea /α)は原料系圧力(Psou )にほ
かならない。例えばα=2/3の場合について、図5を
参照して説明すると、図中に点線で示した等比直線(α
=Prea /Psou =2/3)の関係が保たれているの
は、低圧側で30Torr(3.95kPa)までであ
ることを読み取ることができる。つまり、30Torr
までの減圧プロセスでは、αは2/3以下であればよい
ことになる。The value of the pressure ratio α needs to be set so that P rea / α ≧ P rea + Δp (P rea ) (14) is satisfied in the lower pressure range (high vacuum side). Where the expression (1
The left side (P rea / α) of 4) is nothing but the raw material system pressure (P sou ). For example, the case of α = 2 will be described with reference to FIG. 5.
= P rea / P sou = 2/3) is maintained up to 30 Torr (3.95 kPa) on the low pressure side. That is, 30 Torr
In the pressure reduction process up to, it is sufficient that α is not more than /.
【0048】図7はこの発明の第2実施例において用い
る減圧拡散/結晶成長装置を示し、上述のように原料系
の圧力を制御する目的でクローズドループ制御システム
が設けられたものである。FIG. 7 shows a reduced pressure diffusion / crystal growth apparatus used in the second embodiment of the present invention, in which a closed loop control system is provided for controlling the pressure of the raw material system as described above.
【0049】すなわち、図7に示すように、この減圧拡
散/結晶成長装置においては、例えば、原料系の圧力を
測定する圧力センサーである圧力計PG1 と、後述のピ
エゾバルブPVのコントローラー11と、0〜5Vの制
御入力で動作可能な高速応答可変流量バルブであるピエ
ゾバルブPVとによりクローズドループ制御システムが
構成されており、圧力計PG1 の出力を利用してピエゾ
バルブPVを制御することにより原料系の圧力を制御す
るフィードバック制御が可能となっている。That is, as shown in FIG. 7, in this reduced pressure diffusion / crystal growth apparatus, for example, a pressure gauge PG 1 which is a pressure sensor for measuring the pressure of a raw material system, a controller 11 of a piezo valve PV described later, and 0~5V is configured closed-loop control system by the piezo valve PV is a fast response variable flow valve operable by the control input of the raw material system by controlling the piezo-valve PV by using the output of the pressure gauge PG 1 The feedback control which controls the pressure of is possible.
【0050】一方、反応管7内の圧力を測定する圧力計
PG2 の出力はコンピューター12に送られ、このコン
ピューター12の出力はコントローラー11に送られる
ようになっている。On the other hand, the output of the pressure gauge PG 2 for measuring the pressure in the reaction tube 7 is fed to the computer 12, the output of the computer 12 are sent to the controller 11.
【0051】このように構成された減圧拡散/結晶成長
装置においては、反応管7内の到達圧力(Prea )が排
気系のAPC制御から外れてPrea ´に変動した場合、
または、意図的な圧力変化があった場合、圧力計PG2
の出力に応じてコンピューター12でPrea ´/αの値
を直ちに計算し、その結果に応じた圧力設定信号をコン
トローラー11に送信する。そして、このコントローラ
ー11によりピエゾバルブPVが制御され、原料系圧力
が所望の値に制御され、α=Prea /Psou が常に一定
に制御される。ここで、ピエゾバルブPVの応答性は、
制御電圧に応じて瞬時(0.5秒以内)であるので、す
でに述べたような作用により、ガスの切り替えやその他
の原因による圧力変動の影響をほとんど被ることなく、
反応管7内の特定の成分元素の蒸気圧(分圧)を設定値
通りに制御することができる。In the reduced pressure diffusion / crystal growth apparatus configured as described above, when the ultimate pressure (P rea ) in the reaction tube 7 deviates from the APC control of the exhaust system and fluctuates to P rea ′,
Alternatively, if there is an intentional pressure change, the pressure gauge PG 2
The value of P rea '/ α is immediately calculated by the computer 12 in accordance with the output of the controller 11 and a pressure setting signal corresponding to the result is transmitted to the controller 11. Then, the piezo valve PV is controlled by the controller 11, the raw material system pressure is controlled to a desired value, and α = P rea / P sou is constantly controlled to be constant. Here, the response of the piezo valve PV is
Since it is instantaneous (within 0.5 seconds) according to the control voltage, the action described above is almost free from the effects of pressure change due to gas switching and other causes.
The vapor pressure (partial pressure) of a specific component element in the reaction tube 7 can be controlled as set.
【0052】以上のように、この第2実施例によれば、
反応管7内の到達圧力Prea と原料系の圧力Psou との
比α=Prea /Psou が一定となるように制御している
ことにより、減圧状態にある反応管7内に圧力の変動が
生じても、反応管7内の圧力によってこの反応管7への
成分元素蒸気の供給量が一定の割合(1/α)で変化
し、反応管7内の圧力変動を補償することができるの
で、反応系と原料系との間の差圧Δpが増大するような
低圧力(高真空)領域のプロセスにおいても、第1実施
例と同様に、反応管7内の目的とする成分元素蒸気圧
(分圧)を常に設定値に制御することができる。これに
よって、反応管7中での基板に対する不純物拡散または
結晶成長を良好な制御性および再現性で安定して行うこ
とができる。さらに、上述と同様な制御をαを変数とし
て積極的に行うことにより、反応管7内の成分元素蒸気
圧(分圧)を任意の値に効果的に制御することもでき
る。As described above, according to the second embodiment,
By controlling the ratio α = P rea / P sou between the ultimate pressure P rea in the reaction tube 7 and the pressure P sou of the raw material system to be constant, the pressure in the reaction tube 7 in a reduced pressure state is reduced. Even if the fluctuation occurs, the supply amount of the component element vapor to the reaction tube 7 changes at a constant rate (1 / α) depending on the pressure in the reaction tube 7, and the pressure fluctuation in the reaction tube 7 can be compensated. Therefore, even in a process in a low pressure (high vacuum) region where the pressure difference Δp between the reaction system and the raw material system increases, similarly to the first embodiment, the target component element in the reaction tube 7 can be obtained. The vapor pressure (partial pressure) can always be controlled to a set value. Thus, impurity diffusion or crystal growth on the substrate in the reaction tube 7 can be stably performed with good controllability and reproducibility. Further, by positively performing the same control as described above with α as a variable, it is possible to effectively control the component element vapor pressure (partial pressure) in the reaction tube 7 to an arbitrary value.
【0053】この第2実施例による方法は、反応管7内
の圧力が0.1気圧(10kPa)以下の圧力領域(高
真空)であっても、有効である。The method according to the second embodiment is effective even when the pressure in the reaction tube 7 is within a pressure range (high vacuum) of 0.1 atm (10 kPa) or less.
【0054】以上、この発明の実施例について具体的に
説明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるも
のではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形
が可能である。Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.
【0055】例えば、上述の第1実施例および第2実施
例においては、原料系における原料ガスの発生をバブリ
ング方式により行っているが、原料ガスの発生は例えば
蒸気圧差制御方式によって行うようにしてもよい。For example, in the first and second embodiments described above, the generation of the source gas in the source system is performed by the bubbling method, but the generation of the source gas is performed by, for example, the vapor pressure difference control method. Is also good.
【0056】また、第2実施例において、反応管7内の
圧力変動が生じたときのピエゾバルブPVの応答速度の
限界が問題となるような事態が生じた場合、特にガスの
切り替えなどによる圧力変動がシーケンス上であらかじ
めわかっている場合には、例えばサンプリングオシロス
コープなどで履歴データを記憶し、ピエゾバルブPVを
時間差0で制御することが可能である。さらに、この発
明は、半導体基板に不純物拡散を行う場合ばかりでな
く、半導体の結晶成長と同時にこの半導体に不純物拡散
を行う場合にも適用することが可能である。Further, in the second embodiment, when a situation occurs in which the limit of the response speed of the piezo valve PV when the pressure fluctuation in the reaction tube 7 occurs becomes a problem, particularly the pressure fluctuation due to gas switching or the like. Is known in advance in the sequence, for example, the history data is stored by a sampling oscilloscope or the like, and the piezo valve PV can be controlled with a time difference of 0. Further, the present invention can be applied not only to the case where the impurity is diffused into the semiconductor substrate but also to the case where the impurity is diffused into the semiconductor simultaneously with the crystal growth of the semiconductor.
【0057】[0057]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、減圧状態にある反応管内に圧力変動が生じても、反
応管内の各成分元素蒸気圧(分圧)を一定にすることが
できることにより、良好な制御性および再現性で半導体
への不純物拡散または半導体の結晶成長を行うことがで
きる。As described above, according to the present invention, the vapor pressure (partial pressure) of each component element in the reaction tube can be kept constant even if the pressure in the reaction tube is reduced. Thereby, impurity diffusion into the semiconductor or crystal growth of the semiconductor can be performed with good controllability and reproducibility.
【図1】この発明の第1実施例において用いられる減圧
拡散/結晶成長装置を示す略線図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a reduced pressure diffusion / crystal growth apparatus used in a first embodiment of the present invention.
【図2】分圧Ps および分圧Ps の変化(Ps ´−
Ps )/Ps の差圧Δpによる変化の計算結果の例を示
すグラフである。[Figure 2] of the partial pressure P s and the partial pressure P s change (P s'-
Is a graph showing an example of P s) / P s calculation results of change due to the differential pressure Δp of.
【図3】分圧Ps および分圧Ps の変化(Ps ´−
Ps )/Ps の差圧Δpによる変化の計算結果の例を示
すグラフである。[Figure 3] of partial pressure P s and the partial pressure P s change (P s'-
Is a graph showing an example of P s) / P s calculation results of change due to the differential pressure Δp of.
【図4】分圧Ps および分圧Ps の変化(Ps ´−
Ps )/Ps の差圧Δpによる変化の計算結果の例を示
すグラフである。FIG. 4 shows partial pressure P s and changes in partial pressure P s (P s ′-
Is a graph showing an example of P s) / P s calculation results of change due to the differential pressure Δp of.
【図5】原料系圧力Psou および差圧Δpの反応管内圧
力Prea による変化の測定結果の一例を示すグラフであ
る。FIG. 5 is a graph showing an example of measurement results of changes in the raw material system pressure P sou and the differential pressure Δp due to the reaction tube pressure P rea .
【図6】分圧Ps および分圧Ps の変化(Ps ´−
Ps )/Ps の差圧Δpによる変化の計算結果の例を示
すグラフである。[6] of the partial pressure P s and the partial pressure P s change (P s'-
Is a graph showing an example of P s) / P s calculation results of change due to the differential pressure Δp of.
【図7】この発明の第2実施例において用いられる減圧
拡散/結晶成長装置を示す略線図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a reduced pressure diffusion / crystal growth apparatus used in a second embodiment of the present invention.
1 原料シリンダー S 原料 3 配管 4、5、6 マスフローコントローラー 7 反応管 8 電気炉 10、11 コントローラー BV バタフライバルブ PV ピエゾバルブ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Raw material cylinder S Raw material 3 Piping 4,5,6 Mass flow controller 7 Reaction tube 8 Electric furnace 10,11 Controller BV butterfly valve PV piezo valve
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 C30B 25/14 H01L 21/223 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/205 C30B 25/14 H01L 21/223
Claims (8)
原料系から原料ガスを輸送し、上記反応管中で半導体へ
の不純物拡散または半導体の結晶成長を行うようにした
半導体の製造方法において、上記原料系の圧力P sou が、上記反応管内の到達圧力P
rea とP rea に依存する、上記配管の抵抗による上記反
応管と上記原料系との間の差圧Δp(P rea )と制御可
能な差圧Δp cont とにより P sou =P rea +Δp(P rea )+Δp cont と表されるように配管系を構成し、 圧力比α=P rea /P sou (0<α≦1)がほぼ一定と
なるようにΔp cont を制御するようにした ことを特徴と
する半導体の製造方法。1. A method for manufacturing a semiconductor, comprising: transporting a source gas from a source system through a pipe into a reaction tube in a reduced pressure state, and performing impurity diffusion into a semiconductor or crystal growth of the semiconductor in the reaction tube. The pressure P sou of the raw material system is the ultimate pressure P in the reaction tube.
The above countermeasures due to the resistance of the pipe depend on rea and Prea.
Controllable with the pressure difference Δp (P rea ) between the pipe and the raw material system
The piping system is configured such that P sou = P rea + Δp (P rea ) + Δp cont by the effective differential pressure Δp cont, and the pressure ratio α = P rea / P sou (0 <α ≦ 1) is approximately Constant
A method of manufacturing a semiconductor, characterized in that Δp cont is controlled to be as follows .
の上記原料系の圧力をP sou ´としたとき、 P sou ´=P rea +ξ+Δp(P rea )+Δp cont =(P rea +ξ)/α となるようにΔp cont を制御するようにした ことを特徴
とする請求項1記載の半導体の製造方法。 2. After the pressure fluctuation + ξ occurs in the reaction tube.
Of 'when a, P sou' the pressure in the stock system P sou characterized in that so as to control the = P rea + ξ + Δp ( P rea) + Δp cont = (P rea + ξ) / α become so Delta] p cont
2. The method of manufacturing a semiconductor according to claim 1, wherein
ーズドループ制御システムによりΔp cont をフィードバ
ック制御するようにした ことを特徴とする請求項1記載
の半導体の製造方法。 3. A cloth for controlling the pressure of the raw material system.
Fidoba the Δp cont by Zudorupu control system
Tsu claim 1, wherein it has to be click Control
Semiconductor manufacturing method.
徴とする請求項1記載の半導体の製造方法。 4. Japanese that P rea is less than 0.1 atm
2. The method for manufacturing a semiconductor according to claim 1, wherein:
原料系から原料ガスを輸送し、上記反応管中で半導体へ
の不純物拡散または半導体の結晶成長を行うようにした
半導体の製造装置において、 上記原料系の圧力P sou が、上記反応管内の到達圧力P
rea とP rea に依存する、上記配管の抵抗による上記反
応管と上記原料系との間の差圧Δp(P rea )と制御可
能な差圧Δp cont とにより P sou =P rea +Δp(P rea )+Δp cont と表されるように配管系を構成し、 圧力比α=P rea /P sou (0<α≦1)がほぼ一定と
なるようにΔp cont を制御するようにしたことを特徴と
する半導体の製造装置。 5. A pipe through a reaction tube in a reduced pressure state.
Transports raw material gas from raw material system to semiconductor in the above reaction tube
Impurity diffusion or semiconductor crystal growth
In the semiconductor manufacturing apparatus, the pressure P sou of the raw material system is equal to the ultimate pressure P in the reaction tube.
The above countermeasures due to the resistance of the pipe depend on rea and Prea.
Controllable with the pressure difference Δp (P rea ) between the pipe and the raw material system
The piping system is configured such that P sou = P rea + Δp (P rea ) + Δp cont by the effective differential pressure Δp cont, and the pressure ratio α = P rea / P sou (0 <α ≦ 1) is approximately Constant
The feature is that Δp cont is controlled so that
Semiconductor manufacturing equipment.
の上記原料系の圧力をP sou ´としたとき、 P sou ´=P rea +ξ+Δp(P rea )+Δp cont =(P rea +ξ)/α となるようにΔp cont を制御するようにした ことを特徴
とする請求項5記載の半導体の製造装置。 6. After a pressure fluctuation + ξ occurs in the reaction tube.
Of 'when a, P sou' the pressure in the stock system P sou characterized in that so as to control the = P rea + ξ + Δp ( P rea) + Δp cont = (P rea + ξ) / α become so Delta] p cont
The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 5, wherein
ーズドループ制御システムを有し、このクローズドルーClosed loop control system.
プ制御システムによりΔpΔp contcont をフィードバック制御すFeedback control
るようにしたIt was to so ことを特徴とする請求項5記載の半導体のThe semiconductor device according to claim 5, wherein
製造装置。manufacturing device.
徴とする請求項5記載の半導体の製造装置。6. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 5, wherein:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16751793A JP3191502B2 (en) | 1993-06-14 | 1993-06-14 | Semiconductor manufacturing method and manufacturing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16751793A JP3191502B2 (en) | 1993-06-14 | 1993-06-14 | Semiconductor manufacturing method and manufacturing apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH076964A JPH076964A (en) | 1995-01-10 |
| JP3191502B2 true JP3191502B2 (en) | 2001-07-23 |
Family
ID=15851162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16751793A Expired - Fee Related JP3191502B2 (en) | 1993-06-14 | 1993-06-14 | Semiconductor manufacturing method and manufacturing apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3191502B2 (en) |
-
1993
- 1993-06-14 JP JP16751793A patent/JP3191502B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH076964A (en) | 1995-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4911101A (en) | Metal organic molecular beam epitaxy (MOMBE) apparatus | |
| TWI900518B (en) | Pressure stabilization method | |
| CN103493181B (en) | The vaporization feed device of raw material | |
| KR100222344B1 (en) | Chemical vapor deposition system | |
| US4783343A (en) | Method for supplying metal organic gas and an apparatus for realizing same | |
| CA1228268A (en) | Vacuum deposition system with improved mass flow control | |
| JP3830670B2 (en) | Semiconductor manufacturing equipment | |
| US5496408A (en) | Apparatus for producing compound semiconductor devices | |
| US8601976B2 (en) | Gas supply system for semiconductor manufacturing facilities | |
| KR20190138272A (en) | Gas distribution system and reactor system including same | |
| US20170092549A1 (en) | Raw material gas supply apparatus, raw material gas supply method and storage medium | |
| JP3191502B2 (en) | Semiconductor manufacturing method and manufacturing apparatus | |
| JP3219184B2 (en) | Organometallic supply and organometallic vapor phase epitaxy | |
| JP2008248395A (en) | Plasma processing apparatus and pressure regulating method for plasma processing apparatus | |
| JPH05121361A (en) | Semiconductor wafer cooler | |
| JP3070728B2 (en) | Thin film vapor deposition equipment | |
| US6869481B2 (en) | Method and device for regulating the differential pressure in epitaxy reactors | |
| JP2002093773A (en) | System for treating substrate | |
| EP0555614A1 (en) | Metal-organic gas supply for MOVPE and MOMBE | |
| JPH01220821A (en) | Gas controlling method for vapor growth equipment | |
| JP7575317B2 (en) | Method for controlling vapor phase growth apparatus when reactor lid is opened | |
| JP4457119B2 (en) | Metal organic vapor supply apparatus, metal organic vapor phase growth apparatus, and metal organic vapor phase growth method | |
| JP2646647B2 (en) | Low pressure vapor phase growth equipment | |
| JP2990472B2 (en) | Low pressure vapor deposition | |
| JPH0663095B2 (en) | CVD equipment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |