JP2000082673A

JP2000082673A - 薄膜形成方法及び薄膜形成装置

Info

Publication number: JP2000082673A
Application number: JP10251047A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Otsuka; 信之大塚; Junichi Nishizawa; 潤一西澤; Hideyuki Kikuchi; 秀幸菊地
Original assignee: Semiconductor Research Foundation; Telecommunications Advancement Organization; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Research Foundation; Telecommunications Advancement Organization; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 2000-03-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ＩｎＰ単結晶成長において、自己停止型
の分子層成長やデジタルエッチングを実現する装置及び
方法を提供すること。【解決手段】Ｖ族ガスにＴＢＰ又はＴＤＭＡＰなどの
有機燐化合物を使用するとともに、III族ガスとしてＴ
ＭＩ、ＴＥＩを使用する。ＴＭＩは５０℃、ＴＥＩは２
５℃、ＴＢＰは５℃、ＴＤＭＡＰは５０℃に保持した。
成長温度は３６０℃で５間保持した後、３２０℃に保持
して各原料ガスを交互に供給した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体分野におい
て使用される薄膜形成方法及び薄膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、III族ガスに有機金属ガスを
用いて、１Ｐａ以下の成長圧力において結晶を成長する
方法に有機金属分子線成長法（ＭＯＭＢＥ）がある。ま
た、ＧａＡｓ結晶の成長の場合、III族ガスとＶ族ガス
に使用する原料ガスを適当に選択し（例えばトリメチル
ガリウムとアルシン）、III族ガスとＶ族ガスを交互に
供給することにより、III族原子あるいはＶ族原子が１
原子層ごとに停止しながら成長が進む自己停止型の単分
子層成長を実現できる分子層成長法（ＭＬＥ）が報告さ
れている（例えば、西澤、アフ゜ライト゛サーフェイスサイエンス Appl.Su
rf.Sci.82/83(1994)1）。

【０００３】さらに、ＧａＡｓの場合には、ＭＯＭＢＥ
成長において有機砒素ガスを用いた報告がある。例え
ば、アイエトロウス他、シ゛ャーナルオフ゛アフ゜ライト゛フィシ゛ックス J.Appl.Phy
s.,78(1995)5834。この場合、単分子層成長を確認して
いるが、水素化物Ｖ族ガスを用いた場合と同等の成膜結
果しか得られていない。

【０００４】しかしながら、燐（Ｐ）を含む結晶の成長
においては、ＩｎＰ単結晶の成長を高真空中で行うＭＯ
ＭＢＥ成長としての報告として、例えば、ウツメイア他、ソリッ
ト゛ステイトエレクトロニクス Solid-State Electronics,40(1996)621
に、Ｖ族のＰ元素に固体原料を用いたことが記載されて
いる。この場合、III族あるいはＶ族原子層で停止しな
がら成長が進む自己停止型の単分子層成長は確認されて
いない。

【０００５】一方、ＩｎＰの有機金属機層成長法（ＭＯ
ＶＰＥ）による単分子層成長は、例えば、佐久間他、シ゛
ャハ゜ニース゛シ゛ャーナルオフ゛アフ゜ライト゛フィシ゛ックス Jpn.J.Appl.Phys.,27
(1988)L2189に記載されている。この場合、Ｖ族元素に
は、Ｐの水素化物を使用して自己停止型の単分子層成長
を確認している。また、ＩｎＰのＭＯＶＰＥ成長はパン
らからも報告されており、例えば、ハ゜ン他、チンソリット゛フィルム
ス Thin Solid Films,225(1993)64には、Ｖ族元素にＰの
有機燐化合物としてＴＢＰを用いて自己停止型の単分子
層成長を確認したことが記載されている。このように、
ＭＯＶＰＥ成長の場合は、自己停止型の単分子層成長
を確認しているが、真空度が１０⁴Ｐａ程度と高いため
に、結晶評価方法が限定される。また、この方法では、
気相反応が生じて自己停止型の単分子層成長が実現され
るガス流量範囲や成長温度範囲が狭いなどという問題が
ある。

【０００６】一方、結晶のエッチング処理においては、
例えば、青柳他、アフ゜ライト゛フィシ゛ックスレタース゛Appl.Phys.Lett.
60(1992)968に、エッチングガスに塩素ガスを用いたＳ
ｉ、ＧａＡｓ結晶のエッチング方法が報告されている。
この場合、エッチング速度がガスの供給量や供給時間に
依存しないデジタルエッチングが実現されている。ただ
し、この方法では、ガスの間欠供給だけでなく、電子ビ
ームやレーザビームがトリガーとして必要となるため、
装置が複雑になる問題がある。また、ツァン他、シ゛ャーナルオフ゛
クリスタルク゛ロース J.Crystal Growth 136(1994)42には、塩化
燐ガスを用いたＩｎＰ結晶のエッチング方法が報告され
ている。この場合は、デジタルエッチングは実現されて
いない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、結晶成
長においては、気相反応を抑制するために、チャンバ内
の真空度を１Ｐａ以下に低下する必要がある。例えば、
ＭＬＥ成長でＰの水素化物であるフォスフィン（Ｐ
Ｈ₃）を使用してＩｎＰ結晶を成長する場合には、結晶
成長が実現できると考えられる温度ではフォスフィンガ
スが分解しないという問題があるため、結晶からＰ元素
が蒸発してしまい良好な結晶が得られない。さらに、ガ
ス流内に障害物が存在すると、交互供給の真空引き中に
高速で原料ガスを排除できない問題もある。

【０００８】また、フォスフィンの蒸気圧が高いため
に、液体窒素トラップで捕獲できない問題もある。この
場合、フォスフィン供給後にチャンバ内のフォスフィン
濃度を低下させるために長時間真空パージを行う必要が
あるが、成長温度が３００℃以上の場合にはフォスフィ
ン供給後のパージ中にＩｎＰ結晶表面からＰ元素が蒸発
するため、良好な結晶が成長できなくなる。

【０００９】さらに、エッチングにおいては、エッチン
グガスに塩素を含むガスを用いた場合、塩素による装置
の腐食が発生したり、あるいはエッチングガスの除去に
時間がかかるため連続して結晶成長を実施できないとい
う問題がある。また、ガス供給ラインのガス流内に障害
物があると、ガスの流れが阻害されて、交互供給の真空
引き中に高速でガスを排除できないという問題がある。
また、装置構成を単純にするために、外部トリガを不要
とする必要もある。

【００１０】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、効率良くしかも簡易に結晶成長させることができ
る薄膜形成方法及び薄膜形成装置を提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、燐を含む結晶
としてＩｎＰ単結晶薄膜の成長及びエッチングにおい
て、Ｖ族原料ガスとして有機燐化合物を使用し、所定の
圧力でガス供給を行って、自己停止型の単分子層成長や
デジタルエッチングを実現する薄膜形成方法及び薄膜形
成装置を提供する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の第１の態様は、周期律表
第III族元素を含む有機金属ガス及び周期律表第Ｖ族元
素を含む有機化合物ガスを処理室内の被処理体上に交互
に供給して前記被処理体上に結晶成長させる工程と、前
記有機化合物ガスを供給した後に、記被処理体表面に吸
着した前記有機化合物を１原子層程度とする処理室内圧
力を実現する真空引きを行う工程と、を具備することで
ある。

【００１３】この方法によれば、周期律表第Ｖ族元素を
含む有機化合物ガスを供給した後に迅速にパージするこ
とができるので、周期律表第Ｖ族元素が被処理体から離
脱することを抑制することができる。これにより、周期
律表第Ｖ族元素の自己停止型単分子層形成を良好に行う
ことができ、単結晶成長を良好に行うことができる。

【００１４】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記有機化合物ガスを液化させて捕捉する工程を具
備することである。

【００１５】この方法によれば、周期律表第Ｖ族元素を
含む有機化合物ガスを効率良く補足することができるの
で、有機化合物ガスを供給した後のパージをより効率良
く行うことができる。

【００１６】本発明の第３の態様は、第１又は第２の態
様において、水素ガスを供給する工程を具備することで
ある。

【００１７】この方法によれば、水素ラジカルを供給す
ることができ、結晶表面に吸着した有機金属ガスの分解
が促進されるので、良好な結晶性を有する単結晶を得る
ことができる。

【００１８】本発明の第４の態様は、第３の態様におい
て、水素ガスを供給する前に前記周期律表第Ｖ族元素の
水素化物ガスを供給する工程を具備することである。

【００１９】この方法によれば、水素ガスにより水素化
物の濃度が低くなるので、水素化物ガスの分圧を減少さ
せることができる。その結果、燐の蒸発を抑制すること
ができるので、よりトラップ効果を促進させ、パージ時
間を短縮することができる。

【００２０】本発明の第５の態様は、第１から第４のい
ずれかの態様において、前記被処理体表面に吸着した前
記有機化合物を１原子層程度とする処理室内圧力が１Ｐ
ａ以下であることである。

【００２１】この方法によれば、前記有機化合物が結晶
表面に１層の厚みで吸着するために、前記周期律表第Ｖ
族元素の前記被処理体からの離脱を抑制することができ
る。

【００２２】本発明の第６の態様は、第１から第５のい
ずれかの態様において、前記有機化合物ガスが有機燐化
合物ガスであることである。

【００２３】本発明の第７の態様は、第６の態様におい
て、前記有機燐化合物ガスが、ターシャリーブチルフォ
スフィンガス、トリスジメチルアミノフォスフィンガ
ス、及びターシャリーブチルビスジメチルアミノホスフ
ィンガスからなる群より選ばれたものであることであ
る。

【００２４】これらの方法によれば、従来実現できなか
った１Ｐａ程度の圧力下での自己停止型単分子層のＩｎ
Ｐ結晶成長を実現することができる。

【００２５】本発明の第８の態様は、被処理体を構成す
る元素を含むガスを処理室内の前記被処理体上に間欠的
に供給して前記被処理体をエッチングする工程と、前記
ガスを供給した後に真空引きを行う工程と、を具備する
ことである。

【００２６】この方法によれば、被処理体とガス構成物
質との間での表面反応で揮発性物質を形成させ、真空引
きにより除去するので、被処理体を効率良くエッチング
することができる。

【００２７】本発明の第９の態様は、第８の態様におい
て、前記被処理体が第Ｖ族元素を含む材料で構成され、
前記ガスが第Ｖ族元素を含むことである。

【００２８】本発明の第１０の態様は、第８又は第９の
態様において、前記ガスが燐化合物ガスであることであ
る。

【００２９】本発明の第１１の態様は、第１０の態様に
おいて、前記燐化合物がターシャリーブチルフォスフィ
ンガス、トリスジメチルアミノフォスフィンガス、及び
ターシャリーブチルビスジメチルアミノホスフィンガス
からなる群より選ばれたものであることである。

【００３０】これらの方法によれば、１Ｐａ程度の圧力
下での自己停止型単分子層のＩｎＰ結晶成長におけるエ
ッチングを効率良く行うことができる。

【００３１】本発明の第１２の態様は、第８から第１１
のいずれかの態様において、前記被処理体が１×１０¹⁶
ｃｍ^-3以上のキャリア濃度を有することである。

【００３２】この方法によれば、被処理体表面に金属残
渣が残らないので、表面状態のよいエッチングが可能で
ある。

【００３３】本発明の第１３の態様は、第８から第１２
のいずれかの態様において、５×１０^-4Ｔｏｒｒ以下の
ガス圧力下でエッチングを行うことである。

【００３４】この方法によれば、表面反応により被処理
体と結合したガス成分の揮発性成分を切り離すことがで
き、効率良くエッチングを進行させることができる。

【００３５】本発明の第１４の態様は、周期律表第Ｖ族
元素を含むガスを処理室内の被処理体上に間欠的に供給
して前記被処理体をエッチングする工程と、前記ガスを
供給した後に真空引きを行う工程と、周期律表第III族
元素を含む有機金属ガス及び周期律表第Ｖ族元素を含む
有機化合物ガスを前記処理室内のエッチング後の被処理
体上に交互に供給して前記被処理体上に結晶成長させる
工程と、前記有機化合物ガスを供給した後に、記被処理
体表面に吸着した前記有機化合物を１原子層程度とする
処理室内圧力を実現する真空引きを行う工程と、を具備
することである。

【００３６】この方法によれば、エッチングと結晶成長
を連続して同一チャンバ内で実施するので、結晶界面の
汚染を防止して、結晶界面への不純物の堆積を抑制する
ことができる。

【００３７】本発明の第１５の態様は、第１４の態様に
おいて、エッチングする工程の前に、前記被処理体上に
１０原子層程度の結晶を成長させることである。

【００３８】この方法によれば、不純物を結晶中に固定
した後、エッチングにより除去して、再度結晶成長を行
うので、結晶界面の不純物濃度を低下させることができ
る。

【００３９】本発明の第１６の態様は、第１４又は第１
５の態様において、前記ガスが燐化合物ガスであり、前
記有機化合物ガスが有機燐化合物ガスであることであ
る。

【００４０】本発明の第１７の態様は、第１６の態様に
おいて、前記燐化合物ガス及び有機燐化合物ガスが、ホ
スフィンガス、ターシャリーブチルフォスフィンガス、
トリスジメチルアミノフォスフィンガス、及びターシャ
リーブチルビスジメチルアミノホスフィンガスからなる
群より選ばれたものであることである。

【００４１】これらの方法によれば、従来実現できなか
った１Ｐａ程度の圧力下での自己停止型単分子層のＩｎ
Ｐ結晶成長を結晶性の良い状態で実現することができ
る。

【００４２】本発明の第１８の態様は、被処理体を収容
する処理室と、周期律表第III族元素を含む有機金属ガ
ス及び周期律表第Ｖ族元素を含む有機化合物ガスを前記
処理室内に供給するガス供給ラインと、前記有機金属ガ
スと前記有機化合物ガスを前記処理室内に交互に供給す
るように制御する供給制御手段と、ガス供給後に前記処
理室に対して真空引きを行う吸引手段と、を具備し、前
記ガス供給ラインの先端部が内径２ｍｍ以上の略直線形
状を有する配管で構成されていることである。

【００４３】この構成によれば、周期律表第Ｖ族元素を
含む有機化合物ガスを供給した後に迅速にパージするこ
とができるので、効率よく被処理体表面に吸着した前記
有機化合物を１原子層程度とすることができる。これに
より、周期律表第Ｖ族元素の自己停止型単分子層形成を
良好に行うことができ、単結晶成長を良好に行うことが
できる。

【００４４】以下、本発明の実施の形態について添付図
面を参照して詳細に説明する。

【００４５】（実施の形態１）図１は、本発明の一実施
の形態に係る薄膜形成装置の構成を示す概略図である。
処理室であるチャンバ１０１は、真空排気可能な処理室
である。チャンバ１０１内には、被処理体であるＩｎＰ
基板１０２を載置する載置台１０３が設置されている。
この載置台１０３には、ＩｎＰ基板１０２を加熱する加
熱ヒータなどの加熱手段が内蔵されている。また、チャ
ンバ１０１の上面には、温度検出部１０４が設けられて
おり、この温度検出部１０４には、放射温度計１０５が
取り付けられている。この放射温度計１０５によりチャ
ンバ１０１内の基板の温度を測定するようになってい
る。

【００４６】チャンバ１０１内２には、ガス供給ライン
が接続されており、そのガス供給ラインには、それぞれ
原料ガス容器１０６ａ〜１０６ｈが接続されている。原
料ガス容器１０６ａ〜１０６ｈには、それぞれトリメチ
ルインジウム（ＴＭＩ）１０６ａ、トリメチルガリウム
（ＴＭＧ）１０６ｂ、トリエチルインジウム（ＴＥＩ）
１０６ｃ、トリスジメチルアミノホスフィン（ＴＤＭＡ
Ｐ）１０６ｄ、ｔ−ブチルホスフィン（ＴＢＰ）１０６
ｅ、ホスフィン（ＰＨ₃）１０６ｆ、水素（Ｈ₂）１０６
ｇ、アルシン（ＡｓＨ₃）１０６ｈが装填されている。

【００４７】また、チャンバ１０１の排気部には、液体
窒素トラップ１０７が取り付けられており、液体窒素ト
ラップ１０７内には、液体窒素１０８が収容されてい
る。また、液体窒素トラップ１０７の後段には、ターボ
ポンプ１０９及びロータリーポンプ１１０が順次接続さ
れている。

【００４８】図２は、図１に示す処理装置のより詳細な
構成を示す図である。この図においては、ＴＥＩ，ＴＢ
Ｐのガス供給ラインを中心に示したものである。チャン
バ１０１の上部には、石英板１１１を介してドーム形状
の光源室１１２が配設されている。この光源室１１２の
頂部には、ハロゲンランプ１１３が取り付けられてお
り、ハロゲンランプ１１３からの光が石英板１１１を透
過してＩｎＰ基板１０２に到達してＩｎＰ基板１０２を
上方から加熱するようになっている。

【００４９】ＴＥＩ原料ガス容器１０６ｃ及びＴＢＰ原
料ガス容器１０６ｅには、それぞれガス供給ライン１１
４ａ，１１４ｂが接続されており、それぞれのガス供給
ライン１１４ａ，１１４ｂには、原料ガスの供給量を調
整するバリアブルリークバルブ１１５ａ，１１５ｂが取
り付けられている。また、ガス供給ライン１１４ａ，１
１４ｂには、それぞれ開閉によりガス供給の切り替えを
行うガス切り替えバルブ１１６ａ，１１６ｂが取り付け
られている。

【００５０】ガス供給ライン１１４ａ，１１４ｂは、バ
リアブルリークバルブ１１５ａ，１１５ｂの後段でガス
排気ライン１１７ａ，１１７ｂに分岐しており、ガス排
気ライン１１７ａ，１１７ｂには、それぞれ開閉により
ガス供給の切り替えを行うガス切り替えバルブ１１８
ａ，１１８ｂが取り付けられている。ガス排気ライン１
１７ａ，１１７ｂは、排気系に接続されており、排気系
には、ターボポンプ１０９ｂ，ロータリーポンプ１１０
ｂが接続されている。

【００５１】また、チャンバ１０１の排気部近傍には、
チャンバ１０１内の圧力を監視する圧力計１１９が取り
付けられている。チャンバ１０１の排気部には、上述し
たように、液体窒素トラップ１０７、ターボポンプ１０
９ａ及びロータリーポンプ１１０ａが順次接続されてい
る。

【００５２】ガス供給ライン１１４ａ，１１４ｂのガス
供給部は、図３（ｂ）に示すように、原料ガスの流れが
阻害されないように、内径が２ｍｍ以上のストレート状
配管で構成され、その先端には、ＩｎＰ基板１０２から
の熱の輻射による原料ガスの分解を抑制するためにガス
過熱防止管１２０が取り付けられている。ガス供給部の
形状を上記のようにするのは、後述するように原料ガス
を分解しないでＩｎＰ基板に供給することにより３５０
℃程度の低温で結晶成長が実現できる条件があることが
明らかになったので、原料ガスの流れをスムーズにし
て、真空引き時間を短縮するためである。

【００５３】なお、従来の処理装置のガス供給ラインの
ガス供給部には、図３（ａ）に示すように、原料ガスを
加熱するための加熱ヒータ１が設置されている。これ
は、処理の際に、Ｖ族ガスを熱で分解して供給しなけれ
ば、結晶成長が行われないと考えられていたためであ
る。この場合、原料ガスへの熱の伝達を効果的に行うた
めに、内径が２ｍｍ以下となっており、原料ガスの流れ
が阻害される。なお、この場合の結晶成長温度は６００
℃程度と高いために、成長した原子がマイグレーション
するので、微細な結晶構造を作製することができない。
本発明では、成長温度が３５０℃程度と低いため、微細
結晶構造を作製できる。

【００５４】次に、上記構成を有する処理装置によりＩ
ｎＰ基板の結晶成長処理を行う場合について説明する。
ここでは、III族ガスとしてＴＭＩガス又はＴＥＩガス
を用い、Ｖ族ガスとしてＴＢＰガスを用いたＩｎＰ結晶
の単分子層成長について説明する。

【００５５】原料ガス容器１０６ｃ，１０６ｅからそれ
ぞれガス供給ライン１１４ａ，１１４ｂを通してＩｎＰ
基板１０２上にＴＥＩ，ＴＢＰガスが供給される。ま
ず、原料ガスのパージ速度を上げるために、真空引き手
段であるターボポンプ１０９ａで排気すると共に、液体
窒素トラップ１０７で原料ガスを吸着させて原料ガスを
チャンバ１０１から排除する。ターボポンプ１０９ａの
排気に加えて、ロータリーポンプ１１０ａで再排気す
る。なお、ＩｎＰ基板１０２は、ハロゲンランプ１１３
を用いて加熱される。この加熱光は、石英板１１１を透
過してＩｎＰ基板１０２に到達する。基板温度は、放射
温度計１０５で検出して、その検出結果に基づいて一定
の基板温度になるように加熱ヒータで制御する。

【００５６】バリアブルリークバルブ１１５ａ，１１５
ｂで原料ガスの供給量を調整しながら、流量調整された
原料ガスをチャンバ１０１に供給する。原料ガスを供給
する場合には、ガス切り替えバルブ１１６ａあるいは１
１６ｂの一方のみを開にする。一方、原料ガスを供給し
ない場合には、ガス切り替えバルブ１１７ａ，１１７ｂ
のみを開にしておき、チャンバ１０１を通さずにターボ
ポンプ１０９ｂとロータリーポンプ１１０ｂにより排気
する。なお、チャンバ１０１内の圧力は圧力計１１９で
監視する。

【００５７】単分子層成長を行うために、重要となるの
は原料ガスの選択である。最初に、Ｖ族原料ガスの選択
について説明し、その後III族ガスの選択について説明
する。まず、ＩｎＰ結晶の単分子層成長を行うために第
１に必要となるＶ族ガスの種類の選択について説明す
る。良好な結晶成長を実現するには、ＩｎＰ結晶表面か
らの燐（Ｐ）の離脱を抑制する必要がある。

【００５８】ここで、ＩｎＰ結晶表面からの燐（Ｐ）の
離脱を抑制するガス供給方法を図４を用いて説明する。
図４は、Ｖ族ガスとしてＴＢＰガスを用い、III族ガス
としてＴＥＩガスを用いる場合について示している。単
分子層成長を実現するために、原料ガスの交互供給を行
う。原料ガスの交互供給とは、例えばＴＥＩガスを供給
した後に、ＴＥＩガスを真空排気により除去（パージ）
し、その後にＴＢＰガスを供給し、その後にＴＢＰガス
をパージする供給方法をいう。この交互供給を繰り返し
ながら（数百回）結晶を１分子層ごとに成長する。ＴＥ
ＩガスとＴＢＰガスの供給タイミングを図４（ａ），図
４（ｂ）に示す。

【００５９】例えば、ＴＢＰガスを供給した後、ＴＥＩ
ガスの供給までの間にＴＢＰガスをチャンバ内から完全
にパージするためには、このＴＢＰガス供給後のパージ
時間を長くすればよいが、パージ中に結晶表面からのＰ
の離脱が生ずるために、ＴＢＰガスのパージに要する時
間は１０秒以上には長くできない。そこで、ＴＥＩガス
の供給後になるべく早くチャンバ内の圧力を低下する必
要がある。

【００６０】従来のガス供給方法では、交互供給するす
る際の圧力変化は、図４（ｃ）の点線で示す直線とな
り、原料ガス供給後のチャンバ内圧力が十分低下しな
い。上述した図３（ｂ）に示す２ｍｍ以上の内径を有す
るストレート状配管を用いることにより、図４（ｃ）の
実線で示すように、原料ガス供給後のチャンバ内圧力は
高速で低下する。したがって、結晶表面からＰが離脱す
る前にＴＢＰガスをパージすることができ、これによ
り、真空排気（パージ）時間が２秒程度でも良好な結晶
成長を実現することができる。

【００６１】本実施の形態では、ガス供給ラインのガス
供給部に内径２ｍｍのストレート状配管を用いた場合に
ついて説明しているが、ガス供給部の形状はこれに限定
されず、結晶表面からＰが離脱する前に吸着したＴＢＰ
ガスが１原子層厚となるまでパージすることができるチ
ャンバ内圧力、例えば１Ｐａ以下が実現できる形状であ
れば良い。

【００６２】さらに、チャンバ内の原料ガスのパージ速
度を上げるためには、真空引き手段であるターボポンプ
１０９ａによる排気に加えて液体窒素トラップ１０７に
よる原料ガスの吸着により原料ガスをＩｎＰ基板上から
排除する必要がある。ここで、重要となるのは、液体窒
素トラップ１０７でＶ族ガスが液化されて分圧が低下す
るかどうかである。低温での蒸気圧が低ければ、原料ガ
スが迅速に液化されてパージ速度を上げることができ
る。

【００６３】Ｖ族ガスの蒸気圧を調べるために、室温付
近の蒸気圧の実験値から計算により低温での蒸気圧を求
めた。Ｖ族ガスとしてＰの水素化物であるフォスフィン
（ＰＨ₃）と砒素（Ａｓ）の水素化物であるアルシン
（ＡｓＨ₃）の蒸気圧（Ｐ）の温度（Ｔ）依存性を図５
に示す。

【００６４】図中、実線は実験値であり、点線はＰ＝ex
p（ｍ₁+ｍ₂／Ｔ）としてフィッティングを行った場合の
計算値である（ｍ１,ｍ２は定数）。この式を用いるこ
とにより、蒸気圧の温度依存性は、気相、液相、固相い
ずれの実験値の場合にも大きな誤差を伴わずに同一の定
数を用いて示され、いずれの温度範囲でも実験値と計算
値はよく一致した。これから、液体窒素温度である７７
Ｋでのフォスフィンとアルシンの蒸気圧はそれぞれ１Ｔ
ｏｒｒと１０^-5Ｔｏｒｒとなることが分かった。この結
果から分かるように、液体窒素温度ではアルシンの蒸気
圧は極めて低く、トラップが可能であるが、フォスフィ
ンは蒸気圧が高く、ほとんどトラップできない。

【００６５】その結果、ＧａＡｓ結晶を成長させる場合
は、液体窒素トラップを用いてアルシンをトラップする
ことにより、２秒程度のパージ時間でＧａＡｓ基板上か
らアルシンを除去できるので、ＧａＡｓ結晶を良好に成
長できるが、ＩｎＰ結晶を成長させる場合には、液体窒
素トラップを用いてフォスフィンをトラップできないた
めに、同様な手法を用いて結晶成長を行うのは困難であ
ることが分かった。原料ガスのトラップは、原料ガスの
供給量が少なくて済む実験用設備では大きな問題となら
ないが、生産用設備のように大きな基板に成長を行う場
合には大量の原料ガスを供給する必要があるために、解
決しなければならない重要な課題となる。

【００６６】このような考察から、フォスフィンより蒸
気圧の小さいＶ族ガスを使用する必要があることが明ら
かとなった。室温で安定しており４００℃程度の成長温
度で分解する有機Ｖ族ガスにはＴＢＰガスとＴＤＭＡＰ
ガスがある。それぞれの蒸気圧の温度依存性を調べた結
果を図６に示す。図中、実線は実験値であり、点線は水
素化物と同様にＰ＝exp（ｍ₁+ｍ₂／Ｔ）としてフィッテ
ィングを行った場合の計算値である。

【００６７】これからＴＢＰガスとＴＤＭＡＰガスの７
７Ｋでの蒸気圧はそれぞれ１０^-13Ｔｏｒｒと１０^-20Ｔ
ｏｒｒとなった。その結果、ＴＢＰガス又はＴＤＭＡＰ
ガスの場合には、液体窒素トラップを用いてトラップす
ることで２秒程度のパージ時間でチャンバからＶ族ガス
を除去できることが明らかとなった。

【００６８】一方、チャンバにＶ族ガスを供給するに
は、ガス流量の制御性と安定性を考慮すると、原料ガス
容器内において１０Ｔｏｒｒ以上の蒸気圧を発生する必
要がある。Ｖ族ガスの室温近傍における蒸気圧の温度依
存性を図７に示す。この関係から、ＴＢＰガスの蒸気圧
は室温で１００Ｔｏｒｒ以上あるため、５℃に保持して
ガスを供給する。ところが、ＴＤＭＡＰガスでは図７か
ら２Ｔｏｒｒしかない。したがって、１０Ｔｏｒｒ以上
の蒸気圧を得るために、ＴＤＭＡＰガスを５０℃以上に
保持してガスを供給する必要がある。

【００６９】ところで、フォスフィンの分解温度は７５
０℃と高く、成長温度である４００℃付近では分解しな
いために成長に必要なＰ圧力が得られない。しかしなが
ら、ＴＢＰとＴＤＭＡＰの分解温度を調べた結果、それ
ぞれ４５０℃と４００℃であり、アルシンの５５０℃と
ほぼ同様な値となっている。その結果、アルシンと同程
度の量（1０^-4Ｔｏｒｒ）のＴＢＰガス又はＴＤＭＡＰ
ガスを供給することにより、成長に必要なＰ圧力が得ら
れると考えられる。

【００７０】以上の結果から、ＴＢＰガス又はＴＤＭＡ
Ｐガスのいずれの場合でも液体窒素温度でトラップが可
能であり、かつ容器内（室温）で１０Ｔｏｒｒ以上の蒸
気圧を発生することができるために、単分子層成長を行
うＶ族ガスとして使用できることが明らかとなった。

【００７１】次に、III族ガスの種類の選択について説
明する。ＧａＡｓ結晶を成長する場合には、トリエチル
ガリウム（ＴＥＧ）とトリメチルガリウム（ＴＭＧ）が
用いられる。ここで、単分子層成長が実現されたのはＴ
ＭＧであった。ＩｎＰ結晶の場合に使用できるIII族ガ
スにはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）とトリメチルイ
ンジウム（ＴＭＩ）があるが、いずれが単分子層成長に
適しているかを明らかにする必要がある。

【００７２】ＴＥＧガスとＴＭＧガスの蒸気圧の温度依
存性を調べた結果を図８に示す。ＴＥＧガスの場合には
１００℃で急激な圧力の上昇があった後、圧力はほぼ一
定となり、３００℃付近で再度急激な圧力の上昇があ
る。この１００℃の圧力上昇はＴＥＧガスが液体から気
体となったために生じたものである。一方、３００℃付
近での圧力上昇はＴＥＧからエチル基が離脱してモノエ
チルガリウム（ＭＥＧ）かジエチルガリウム（ＤＥＧ）
になったためであり、ＴＥＧの分解温度を意味してい
る。なお、ＴＭＧの分解温度は４５０℃付近である。

【００７３】ＧａＡｓ結晶の単分子層成長を行い、実験
で求めた単分子層成長が可能な温度範囲を図８の中に直
線で示した。ＴＭＧガスの場合にはガスの供給時間によ
らず４３０℃から５５０℃まで自己停止型の単分子層成
長（Monolayer）が実現できており、ＴＭＧの分解温度
に一致している。また、この温度範囲は、アルシンの分
解温度である５５０℃に対して（分解温度−１００℃）
から分解温度の範囲に対応している。

【００７４】この事実から、自己停止型の単分子層成長
を実現するには、ＴＭＧガスのようにIII族ガスに用い
る物質の分解温度とＶ族ガスに用いる物質の分解温度の
範囲（分解温度−１００℃から分解温度）が一致してい
る温度範囲において成長を行う必要であることが分かっ
た。一方、ＴＥＧガスの場合には、３２０℃付近でガス
の供給時間を制御することによってのみ実現されてお
り、自己停止は実現されていない。

【００７５】ＴＥＩガスとＴＭＩガスの蒸気圧の温度依
存性を調べた結果を図９に示す。ＴＥＩとＴＭＩの分解
温度はそれぞれ２５０℃と３２０℃である。ＧａＡｓ結
晶の単分子層成長から同様に考察した結果、分解温度の
高いIII族ガスを構成するＴＭＩと、分解温度の低いIII
族ガスを構成するＴＢＰ又はＴＤＭＡＰ（分解温度−１
００℃＝３００℃）を使用することによって、成長温度
が３２０℃付近の広い温度範囲で自己停止型の単分子層
成長（Monolayer）を実現できることが分かった。な
お、III族ガスを構成する物質としてＴＥＩを使用した
場合にも、温度範囲は狭いが２５０℃付近で自己停止型
の単分子層成長が期待できる。

【００７６】ところで、III族ガスの供給圧力は、ガス
流量の制御性と安定性を考慮すると、１Ｔｏｒｒ以上が
必要となる。III族ガスの蒸気圧の温度依存性を図１０
に示す。ＴＭＩでは、室温で１２Ｔｏｒｒの蒸気圧が得
られており、ＴＥＩでは、５０℃に加熱することで２Ｔ
ｏｒｒ程度と十分な供給圧力が得られることが分かっ
た。

【００７７】以上の結果より、III族ガスとして、ＴＭ
Ｉガス及び／又はＴＥＩガスを使用することにより、単
分子層成長を実現できることが明らかとなった。

【００７８】次に、上述したIII族ガスとＶ族ガスを用
いて単分子層成長を行う場合について図１を用いて説明
する。ここでは、III族ガスにはＴＭＩガス及びＴＥＩ
ガスを用い、Ｖ族ガスには蒸気圧の高いＴＢＰガスを用
いた場合について説明する。なお、Ｖ族ガスとしてＴＤ
ＭＡＰガスを用いた場合にも同様に成長させることが可
能である。

【００７９】ＩｎＰ基板１０２は、成長圧力が１０^-8Ｔ
ｏｒｒ以下のチャンバ１０１内の載置台１０３上に保持
した。ＴＭＩガスの温度を５０℃、ＴＥＩガスの温度を
室温（２５℃）、ＴＢＰガスの温度を５℃に制御した。
成長は、ＴＢＰガスを２×１０^-3Ｔｏｒｒで、ＴＥＩガ
スを２．５×１０^- ⁶Ｔｏｒｒで、ＴＭＩガスを５×１０
^- ⁶Ｔｏｒｒで供給しながら行った。このとき、載置台１
０３に設置した加熱ヒータを用いてＩｎＰ基板１０２を
加熱して、３６０℃で５分間保持した後、成長温度であ
る３２０℃に加熱した。なお、基板温度は放射温度計１
０５で監視した。

【００８０】ガス供給の１サイクルは、ＴＢＰガス供給
を３０秒間、真空引きを２秒間、ＴＭＩガス又はＴＥＩ
ガス供給を１秒間、真空引きを２秒間とした。このガス
供給サイクルを２００サイクル繰り返して結晶成長させ
て厚さ４０ｎｍ程度の成長を確認した。この場合、Ｉｎ
Ｐ表面に有機燐化合物が吸着し、表面反応により有機燐
化合物のＰと基板のＩｎとが結合し、真空引きにより有
機燐化合物の燐と有機物基との間の結合が切れて揮発性
の高い有機物基が除去されることにより結晶が成長す
る。また、ＩｎＰ表面に有機インジウムが吸着し、表面
反応により有機インジウムのＩｎと基板のＰとが結合
し、真空引きにより有機インジウムのインジウムと有機
物基との間の結合が切れて揮発性の高い有機物基が除去
されることにより結晶が成長する。

【００８１】なお、真空引きは、液体窒素トラップに液
体窒素を入れずに、ターボポンプ１０９とロータリーポ
ンプ１１０を用いて行った。今後、製造用設備として使
用する場合や、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰなどの混晶半導体
の量子井戸構造を作製する場合には、ガスを超高真空ま
で排気する必要があるために液体窒素トラップの使用が
必須となる。

【００８２】結晶成長を行った結果を以下に示す。ま
ず、ＴＥＩガスを用いて成長した結果を図１１に示す。
成長温度は３４０℃であり、当初の予測より高い温度と
なった。結晶の成長速度は、ガス供給１サイクルあたり
の膜厚として示した。ＴＥＩガス供給圧力が増加するに
従い成長速度が上昇し、単原子層厚付近で成長速度一定
の領域が現れる。これの領域では、成長が停止した状態
となるので、いわゆる自己停止型成長となる。このた
め、ＴＥＩガス供給圧力に依存しない成長が実現される
成長条件が得られた。この圧力では、ＴＥＩガスの供給
時間にも成長速度が依存しないことを確認した。このよ
うな成長速度一定の領域が現れるのは、例えばＩｎ原子
上には１原子層分のＰしか吸着しないため、１回のガス
導入によりつねに１原子層に相当する厚みの結晶しか成
長するためである。

【００８３】また、ＴＭＩガスを用いて成長した結果を
図１２に示す。成長温度は３２０℃である。ＴＭＩガス
の場合も、成長速度が一定となるＴＭＩガス供給圧力範
囲が存在することが分かった。なお、Ｉｎとメチル基の
ようがＩｎとエチル基の場合より分子結合が強力である
ため、自己停止型成長を与える圧力範囲はＴＭＩガスの
方が広くなった。

【００８４】成長前の昇温時に５００℃以上に温度を上
昇する場合、有機燐ガスを供給しながら昇温すると、基
板上で有機燐が分解して炭素などの有機物が基板上に堆
積する。このような場合でも有機物の堆積を防止する目
的として、ＰＨ₃ガスを供給する。有機基を含まないＰ
Ｈ₃ガスを供給することにより、高温加熱時の有機物の
基板上への堆積が抑制されるので、昇温中の炭素の取り
込みを減少することができる。

【００８５】上述したように、原料ガスに有機燐化合物
ガスを用い、燐が基板から離脱することを抑制しながら
原料ガスのパージを行う高速真空引きを行うことによ
り、すなわち結晶表面から燐が離脱する前に有機燐化合
物ガスを１原子層厚までパージすることができるチャン
バ内圧力、例えば１Ｐａ以下が実現できる高速真空引き
を行うことにより、原料ガスを分解することなく、効率
良く自己停止型単分子層成長を行うことができ、良好に
薄膜形成を行うことができる。この場合、結晶成長を１
Ｐａ以下の圧力で実施することができる。通常の結晶評
価方法で結晶を評価することが可能となる。

【００８６】また、Ｖ族ガスとして有機燐化合物ガスを
用いることにより、熱分解温度を低下させることができ
る。また、有機燐化合物ガスは蒸気圧が比較的低いの
で、液体窒素トラップで捕獲できる。したがって、原料
ガス供給後のパージ時間を短縮することができる。その
結果、結晶表面から燐が離脱する前に原料ガスをパージ
することができ、良好な結晶成長を実現することができ
る。

【００８７】また、有機燐化合物ガスに加えて水素ガス
を供給することにより、有機金属化合物の有機基が水素
と反応して蒸気圧の低いガスとなり、離脱しやすくなる
ので、良好な結晶性が実現される。さらに、水素化物ガ
スを供給した後に水素ガスを供給することにより、水素
化物濃度が低下するので、水素化物ガスの分圧を減少さ
せることができる。その結果、パージ時間を短縮するこ
とができるため、パージ中の燐の蒸発を抑制することが
でき、結晶性が向上する。。

【００８８】（実施の形態２）自己停止型の分子層成長
を行う場合、結晶内に炭素などの有機物が混入して、結
晶性が劣化する場合がある。本実施の形態では、炭素の
結晶内への取り込みを抑制する方法を提供する。結晶内
への有機物の混入は、Ｖ族ガスを従来の水素化物ガスか
ら有機燐化合物にしたためと考えられる。Ｖ族ガスを構
成する種々の物質の構造を以下に示す。

【００８９】

【化１】フォスフィン（ＰＨ₃）は、Ｐと水素（Ｈ）の結合が３
つ存在している。一方、ＴＢＰは、ＰとＨの結合が２つ
であり、ＴＤＭＡＰは、ＰとＨの結合が存在していな
い。ＰとＨの結合が存在している場合には、反応中にＰ
から解離した水素がＴＭＩのメチル基（ＣＨ₃）と反応
してメタン（ＣＨ₄）となって排気され、ＰＨ₃＋ＴＭＩ
⇔ＩｎＰ＋４ＣＨ₄↑の反応が右に進みＩｎＰが形成さ
れる。ＴＢＰとＴＤＭＡＰの場合には、水素が不足する
ので、ＴＭＩのメチル基の結合が切れず、結晶の成長レ
ートが減少するとともに、結晶内への炭素（Ｃ）の取り
込みが増加する。

【００９０】そこで、結晶成長中に水素ガスを供給する
ことにより、ＴＢＰ＋ＴＭＩ＋Ｈ₂⇔ＩｎＰ＋３ＣＨ₄＋
Ｃ₄Ｈ₁₀↑や、ＴＤＭＡＰ＋ＴＭＩ＋３Ｈ₂⇔ＩｎＰ＋３
ＣＨ₄＋３（Ｃ₂Ｈ₇Ｎ）↑の反応を生じさせる。これに
より、反応が右に進みＩｎＰが形成される。

【００９１】成長した結晶内への炭素の取り込みを減少
するためには、成長中は常時１０^-5Ｔｏｒｒ程度の水素
ガスを供給し続ける必要がある。また、水素ガス供給に
より、成長室内の圧力が上昇するために、結晶性が低下
することがある。これを抑制するために、Ｖ族元素ガス
を供給する時のみ同時に水素ガスを供給するようにす
る。このような供給方法でも同様な効果、すなわち良好
な結晶成長が得られる。また、パージを行っているとき
のみ水素ガスを供給するようにしても同様の効果が得ら
れる。

【００９２】さらに、Ｖ族元素ガスとしてＰＨ₃ガスを
用いた場合において、ＰＨ₃ガス供給後にＨ₂ガスを供
給することにより、ＰＨ₃ガス濃度が低下するので、Ｐ
Ｈ₃ガス分圧を低下することができる。その結果、パー
ジ時間を短くしても、ＩｎＰ基板上に存在するＰＨ₃ガ
ス分圧が低下して、結晶成長に及ぼす影響、すなわち３
次元成長による表面の白濁化などを抑制することができ
る。

【００９３】（実施の形態３）本実施の形態において
は、ＩｎＰ結晶のエッチングを行う場合において、エッ
チングガスとして有機燐化合物を使用することにより、
デジタルエッチングを実現できるエッチング装置及びエ
ッチング方法を提供する。ここでは、エッチングガスと
してＴＤＭＡＰガスやＴＢＰガスを使用したＩｎＰ結晶
のエッチングについて説明する。

【００９４】ＴＤＭＡＰガス又はＴＢＰガスを３００℃
以上に加熱したＩｎＰ基板上に間欠供給することによ
り、ＩｎＰ基板がエッチングされることが明らかとなっ
た。図１３にその場合のエッチング深さとエッチング回
数の関係を示す。ＴＤＭＡＰガスやＴＢＰガスの供給量
は１×１０^-4Ｔｏｒｒ、供給時間５秒、真空引き時間５
秒である。この条件でＴＤＭＡＰガスやＴＢＰガスの供
給と真空引きを３００回繰り返した。

【００９５】ここで、エッチングガスとして、ＴＤＭＡ
ＰガスやＴＢＰガスのような分解温度の低い有機燐ガス
を使用している。このように、結晶に吸着や分解し易い
ガスをエッチングガスとして用いることにより、有機燐
ガスが結晶に吸着した後に結晶を構成する元素と反応を
おこして、真空引き中にこの反応成生物が離脱してエッ
チングが促進されることになる。

【００９６】図１３から分かるように、エッチング深さ
はエッチング回数に比例して増加した。なお、エッチン
グ速度は、１サイクルあたりのエッチング深さと定義し
た。通常、エッチング深さはエッチングガスの供給量や
供給時間に比例して増加するが、ＴＤＭＡＰガスやＴＢ
Ｐガスの場合には図１４に示すように、エッチング速度
はエッチングガスの供給量に依存しないデジタルエッチ
ングとなった。

【００９７】また、図１５に示すように、エッチング速
度はエッチングガスの供給時間にも依存しなかった。こ
のように、一回のガスの供給により、ほぼ１層ずつ原子
がエッチングされていくために、エッチング速度がガス
供給量やガス供給時間に依存しなくなる。その結果、こ
のエッチング方法では、エッチング深さのばらつきの原
因となる、エッチングガスの供給量及び供給時間依存性
を示さないので、エッチング深さの制御性が向上した。

【００９８】エッチングにおいては、ＩｎＰに有機燐化
合物が吸着し、表面反応によりＩｎとＰとの結合ができ
る。この状態で真空引きによりＩｎが基板から引き抜か
れる。Ｉｎが引き抜かれた基板におけるＰは抜け易くな
っているので、Ｐも基板から離脱する。これによりエッ
チングが行われる。なお、上述した結晶成長とエッチン
グとの違いは、ガス圧力であると考えられ、ガス圧力が
５×１０^-4Ｔｏｒｒ以下である場合には、エッチングが
進行する。ガス圧力が５×１０^-4Ｔｏｒｒ以上であって
もエッチングは進行するが、第III族ガスが存在すると
結晶成長が進行する。なお、エッチングガスとしては、
上記有機燐化合物ガスの他にホスフィンガスのような燐
化合物ガスを用いることもできる。

【００９９】上記の結果から、ＩｎＰに限らず、結晶を
構成する元素を含みかつ真空中で蒸発し易い化合物を加
熱した基板上に間歇供給することにより、ＧａＡｓ（Ｔ
ＭＡｓ，ＴＢＡｓ，ＴＤＭＡＡｓを間歇供給），Ｓｉ
（ＤＭＳｉ，ＤＥＳｉ，ＴＭＳｉ，ＴＥＳｉを間歇供
給），ＧａＮ（ＤＭＨ，ＤＥＨを間歇供給），ＺｎＳｅ
（ＤＭＳｅ，ＤＥＳｅ，ＴＢＳｅを間歇供給）などの結
晶においてもデジタルエッチングを実現できると考えら
れる。

【０１００】このエッチングを利用することにより、１
原子層ずつ結晶をエッチングすることが可能であるの
で、量子ドット形成時に生ずるウエッティン層の除去が
可能となる。また、ＩｎＰ基板上にはＩｎドットが微細
に発生しているために、量子ドット構造を作製する上で
の核を形成することが可能となる。

【０１０１】上述したように、Ｉｎのエッチング用ガス
とＴＤＭＡＰやＴＢＰを交互に供給することにより、単
分子層エッチングが可能となる。この場合、エッチング
時の面方位は（１１ｘ）面となるため、（１１１）面の
エッチングを行う場合には、エッチングガスの供給量を
調整する。また、同じ有機燐ガスであるＴＢＢＤＭＡＰ
（ｔ−ブチルビスジメチルアミノホスフィン）でも同様
なエッチングが可能である。

【０１０２】また、ＩｎＰ結晶のエッチングにおいて、
ドーピングしていない基板やＦｅドープ基板を用いた場
合では、エッチング後にＩｎドットが形成されたが、Ｖ
ＣＺ（蒸気圧制御チョクラルスキー）法で作製した硫黄
（Ｓ）ドープ基板を用いた場合には、エッチング後にＩ
ｎドットが形成されず鏡面が得られた。この事実から、
基板の電導度が大きく、あるいは転位密度が低いほど、
表面状態のよいエッチングが可能であることが分かっ
た。したがって、基板のキャリア濃度を１×１０ ¹⁶ｃｍ
^-3以上とするか、転位密度を１×１０⁴ｃｍ^-2以下とす
る必要があることが分かった。

【０１０３】このように本発明の方法によれば、エッチ
ングを１Ｐａ以下の圧力で実施することで外部トリガを
不要とすることができる。また、原料ガスには、塩素を
含まないエッチングガスを用いるので、装置の腐食を防
止することができる。

【０１０４】（実施の形態４）本実施の形態は、実施の
形態３で説明したエッチングを行い、その後連続して実
施の形態１で説明した結晶成長を同一チャンバ内で行う
方法を提供する。従来は、エッチングガスと成長用ガス
が異なるために、同一チャンバ内で連続して結晶成長を
実施することが非常に困難であった。これは、結晶成長
時にエッチングガスが存在すると、成長した結晶の表面
状態を悪くするからである。

【０１０５】本発明のエッチングでは、結晶成長用の原
料ガスを用いているので、エッチング後にガスを排気す
る必要が無く、連続して成長を実施できる。また、エッ
チング温度と結晶成長温度がほぼ同じであるために、エ
ッチング後に成長温度になるまで待機する必要が無い。
このため、同じチャンバ内で連続してエッチング及び結
晶成長を行うことにより、極めて表面状態の良い結晶が
得られた。

【０１０６】すなわち、エッチングを結晶成長させるチ
ャンバ外で行った場合には、基板を結晶成長用のチャン
バに移動する間に結晶表面が汚染され、その後結晶を成
長しても元の結晶と成長した結晶との間の界面に不純物
が堆積してしまうが、エッチングと結晶成長を連続して
同一チャンバ内で実施することにより、結晶表面の汚染
を防止して、結晶界面への不純物の堆積を抑制すること
ができる。

【０１０７】特に、酸素のように、移動し易い元素の場
合には、エッチングのみでは濃度を低下できない。この
ため、本発明の方法により、まず、数原子層結晶を成長
して不純物を結晶中に固定した後、エッチングにより除
去して、再度結晶成長を行う。これにより、界面の不純
物濃度を低下させることができる。

【０１０８】上記実施の形態１〜４では、ＩｎＰ結晶の
成長について説明しているが、本発明はＧａ原料として
ＴＭＧを用い、Ａｓ原料としてＡｓＨ₃用い、目的とす
る混晶比率に応じた原子層の数の比率で成長を行うこと
で、Ｖ族元素にＰを用いるＩｎＧａＡｓＰ混晶やＧａＰ
混晶の成長にも同様に適用することができる。

【０１０９】また、上記実施の形態では、基板加熱に載
置台に設置した加熱ヒータを用いた場合について説明し
ているが、本発明では、基板上に設置した白熱ランプか
らの光をＩｎＰ基板上に集光することにより基板加熱を
行っても良い。

【０１１０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の薄膜形成方
法及び薄膜形成装置によれば、ＩｎＰ結晶においても効
率良く自己停止型の単分子層成長及びエッチングを実現
することができ、その実用的効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る薄膜形成装置の構
成を示す概略図

【図２】図１に示す薄膜形成装置の詳細な構成を示す図

【図３】図１及び図２に示す薄膜形成装置のガス供給ラ
インの構成を示す図

【図４】本発明の薄膜形成方法におけるガス供給方法を
説明するための図

【図５】フォスフィンとアルシンの蒸気圧と温度との関
係を示すグラフ

【図６】ＴＢＰガスとＴＤＭＡＰガスの蒸気圧と温度と
の関係を示すグラフ

【図７】室温付近におけるＴＢＰガスとＴＤＭＡＰガス
の蒸気圧と温度との関係を示すグラフ

【図８】ＴＭＧガスとＴＥＧガスの圧力と温度との関係
を示すグラフ

【図９】ＴＭＩガスとＴＥＩガスの圧力と温度との関係
を示すグラフ

【図１０】室温付近におけるＴＭＩガスとＴＥＩガスの
蒸気圧と温度との関係を示すグラフ

【図１１】成長速度とＴＥＩガス供給圧力との関係を示
すグラフ

【図１２】成長速度とＴＭＩガス供給圧力との関係を示
すグラフ

【図１３】エッチング深さとガス導入回数との関係を示
すグラフ

【図１４】エッチング速度とＴＢＰガス導入圧力との関
係を示すグラフ

【図１５】エッチング速度とＴＢＰガス導入時間との関
係を示すグラフ

【符号の説明】

１０１チャンバ１０２ＩｎＰ基板１０３載置台１０５放射温度計１０６ａ〜１０６ｈ原料ガス容器１０７液体窒素トラップ１０９ターボポンプ１１０ロータリーポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大塚信之東京都港区芝二丁目31番19号通信・放送機構内 (72)発明者西澤潤一東京都港区芝二丁目31番19号通信・放送機構内 (72)発明者菊地秀幸東京都港区芝二丁目31番19号通信・放送機構内Ｆターム(参考） 5F004 AA16 BA19 BB18 BD04 CA02 CA09 DB12 5F045 AA04 AA15 AB10 AB12 AC01 AC07 AC08 AC09 AD07 AE02 AE03 AE05 AE07 AE09 AE11 AE13 AE15 AF04 BB14 DA55 EC07 EE12 EE13 EE19 EG03 EG08 EK13 5F073 DA05 DA26 5F103 AA10 BB59 DD03 DD11 GG10 HH03 RR06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周期律表第III族元素を含む有機金属ガ
ス及び周期律表第Ｖ族元素の前記被処理体からの離脱を
抑制する程度の圧力を有する前記周期律表第Ｖ族元素を
含む有機化合物ガスを処理室内の被処理体上に交互に供
給して前記被処理体上に結晶成長させる工程と、前記有
機化合物ガスを供給した後に、前記被処理体表面に吸着
した前記有機化合物を１原子層程度とする処理室内圧力
を実現する真空引きを行う工程と、を具備することを特
徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】前記有機化合物ガスを液化させて捕捉す
る工程を具備することを特徴とする請求項１記載の薄膜
形成方法。
【請求項３】水素ガスを供給する工程を具備すること
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の薄膜形成方
法。
【請求項４】水素ガスを供給する前に前記周期律表第
Ｖ族元素の水素化物ガスを供給する工程を具備すること
を特徴とする請求項３記載の薄膜形成方法。
【請求項５】前記被処理体表面に吸着した前記有機化
合物を１原子層程度とする処理室内圧力が１Ｐａ以下で
あることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか
に記載の薄膜形成方法。
【請求項６】前記有機化合物ガスが有機燐化合物ガス
であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれ
かに記載の薄膜形成方法。
【請求項７】前記有機燐化合物ガスが、ターシャリー
ブチルフォスフィンガス、トリスジメチルアミノフォス
フィンガス、及びターシャリーブチルビスジメチルアミ
ノホスフィンガスからなる群より選ばれたものであるこ
とを特徴とする請求項６記載の薄膜形成方法。
【請求項８】被処理体を構成する元素を含むガスを処
理室内の前記被処理体上に間欠的に供給して前記被処理
体をエッチングする工程と、前記ガスを供給した後に真
空引きを行う工程と、を具備することを特徴とするエッ
チング方法。
【請求項９】前記被処理体が第Ｖ族元素を含む材料で
構成され、前記ガスが第Ｖ族元素を含むことを特徴とす
る請求項８記載のエッチング方法。
【請求項１０】前記ガスが燐化合物ガスであることを
特徴とする請求項８又は請求項９記載のエッチング方
法。
【請求項１１】前記燐化合物がターシャリーブチルフ
ォスフィンガス、トリスジメチルアミノフォスフィンガ
ス、及びターシャリーブチルビスジメチルアミノホスフ
ィンガスからなる群より選ばれたものであることを特徴
とする請求項１０記載のエッチング方法。
【請求項１２】前記被処理体が１×１０¹⁶ｃｍ^-3以上
のキャリア濃度を有することを特徴とする請求項８から
請求項１１のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項１３】５×１０^-4Ｔｏｒｒ以下のガス圧力下
でエッチングを行うことを特徴とする請求項８から請求
項１２のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項１４】周期律表第Ｖ族元素を含むガスを処理
室内の被処理体上に間欠的に供給して前記被処理体をエ
ッチングする工程と、前記ガスを供給した後に真空引き
を行う工程と、周期律表第III族元素を含む有機金属ガ
ス及び周期律表第Ｖ族元素を含む有機化合物ガスを前記
処理室内のエッチング後の被処理体上に交互に供給して
前記被処理体上に結晶成長させる工程と、前記有機化合
物ガスを供給した後に、前記被処理体表面に吸着した前
記有機化合物を１原子層程度とする処理室内圧力を実現
する真空引きを行う工程と、を具備することを特徴とす
る薄膜形成方法。
【請求項１５】エッチングする工程の前に、前記被処
理体上に１０原子層程度の結晶を成長させることを特徴
とする請求項１４記載の薄膜形成方法。
【請求項１６】前記ガスが燐化合物ガスであり、前記
有機化合物ガスが有機燐化合物ガスであることを特徴と
する請求項１４又は請求項１５に記載の薄膜形成方法。
【請求項１７】前記燐化合物ガス及び有機燐化合物ガ
スが、ホスフィン、ターシャリーブチルフォスフィンガ
ス、トリスジメチルアミノフォスフィンガス、及びター
シャリーブチルビスジメチルアミノホスフィンガスから
なる群より選ばれたものであることを特徴とする請求項
１６記載の薄膜形成方法。
【請求項１８】被処理体を収容する処理室と、周期律
表第III族元素を含む有機金属ガス及び周期律表第Ｖ族
元素を含む有機化合物ガスを前記処理室内に供給するガ
ス供給ラインと、前記有機金属ガスと前記有機化合物ガ
スを前記処理室内に交互に供給するように制御する供給
制御手段と、ガス供給後に前記処理室に対して真空引き
を行う吸引手段と、を具備し、前記ガス供給ラインの先
端部が内径２ｍｍ以上の略直線形状を有する配管で構成
されていることを特徴とする薄膜形成装置。