JP2545997B2 - 半導体薄膜の成長方法 - Google Patents
半導体薄膜の成長方法Info
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- JP2545997B2 JP2545997B2 JP1304927A JP30492789A JP2545997B2 JP 2545997 B2 JP2545997 B2 JP 2545997B2 JP 1304927 A JP1304927 A JP 1304927A JP 30492789 A JP30492789 A JP 30492789A JP 2545997 B2 JP2545997 B2 JP 2545997B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体薄膜の成長方法に関する。
［従来の技術およびその課題］ 近年、高速バイポーラ素子，マイクロ波用素子あるい
は超格子構造素子などへの応用を目的として、これまで
のシリコン薄膜成長技術に比べ、より低温で成長が行わ
れ、しかも原子層レベルでの成長の制御ができるという
特徴を有する高真空内でのシリコン（Si）分子線成長
（MBE）技術が盛んに研究開発されている。
は超格子構造素子などへの応用を目的として、これまで
のシリコン薄膜成長技術に比べ、より低温で成長が行わ
れ、しかも原子層レベルでの成長の制御ができるという
特徴を有する高真空内でのシリコン（Si）分子線成長
（MBE）技術が盛んに研究開発されている。
このMBE技術を実際のバイポーラトランジスタのデバ
イスプロセスに応用するためには、コレクターもしくは
ベースをMBEで成長後大気中に取り出し、酸化膜形成、
パターニング等のプロセスを経た後、再びベースやエミ
ッタ層をMBE成長するという再成長の技術が不可欠であ
る。
イスプロセスに応用するためには、コレクターもしくは
ベースをMBEで成長後大気中に取り出し、酸化膜形成、
パターニング等のプロセスを経た後、再びベースやエミ
ッタ層をMBE成長するという再成長の技術が不可欠であ
る。
通常、MBEの前処理はアンモニア水（NH4OH）、過酸化
水素水（H2O2）、水（H2O）よりなる洗浄液を用いてい
る。この洗浄液は高温（98℃）で洗浄を行うと、Siをエ
ッチングすることが知られており、このエッチングによ
り清浄化が行われると考えられている。しかし、MBE成
長した極めて薄いベース上への再成長や、不純物濃度プ
ロファイルを持ったコレクター上への再成長等の際に、
そのエッチング量は無視できない。しかし、Siに対して
ほとんどエッチング作用のない低温（65℃）でのHN4OH
系洗浄を行うと、再成長膜の結晶性が悪化してしまうと
いう欠点がある。
水素水（H2O2）、水（H2O）よりなる洗浄液を用いてい
る。この洗浄液は高温（98℃）で洗浄を行うと、Siをエ
ッチングすることが知られており、このエッチングによ
り清浄化が行われると考えられている。しかし、MBE成
長した極めて薄いベース上への再成長や、不純物濃度プ
ロファイルを持ったコレクター上への再成長等の際に、
そのエッチング量は無視できない。しかし、Siに対して
ほとんどエッチング作用のない低温（65℃）でのHN4OH
系洗浄を行うと、再成長膜の結晶性が悪化してしまうと
いう欠点がある。
本発明の目的は、このような従来の欠点を除去して、
再成長層の半導体薄膜の結晶性を悪化させず、しかも予
め成長した第１の成長膜であるSi膜をほとんどエッチン
グしない半導体薄膜の成長方法を提供することにある。
再成長層の半導体薄膜の結晶性を悪化させず、しかも予
め成長した第１の成長膜であるSi膜をほとんどエッチン
グしない半導体薄膜の成長方法を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、エピタキシャル成長した第１の成長膜であ
るSi膜上へ第２の成長膜である半導体薄膜を再エピタキ
シャル成長する半導体薄膜の成長方法において、Si膜を
成長した後、連続してSi(1-x)Gex混晶よりなる薄膜を形
成する工程と、大気中に取り出し、所定の処理を行った
後、NH4OHとH2O2とH2Oの組み合わせ、またはHClとH2O2
とH2Oの組み合わせからなる洗浄液で洗浄して前記Si
(1-x)Gex混晶を完全に除去する工程と、成長装置内で表
面を清浄化した後、半導体薄膜をエピタキシャル成長す
る工程とを備えてなることを特徴とする半導体薄膜の成
長方法である。
るSi膜上へ第２の成長膜である半導体薄膜を再エピタキ
シャル成長する半導体薄膜の成長方法において、Si膜を
成長した後、連続してSi(1-x)Gex混晶よりなる薄膜を形
成する工程と、大気中に取り出し、所定の処理を行った
後、NH4OHとH2O2とH2Oの組み合わせ、またはHClとH2O2
とH2Oの組み合わせからなる洗浄液で洗浄して前記Si
(1-x)Gex混晶を完全に除去する工程と、成長装置内で表
面を清浄化した後、半導体薄膜をエピタキシャル成長す
る工程とを備えてなることを特徴とする半導体薄膜の成
長方法である。
［作用］ 本発明の原理について説明する。Si基板を、NH4OHとH
2O2とH2Oの組み合わせ、またはHClとH2O2とH2Oの組み合
わせからなる洗浄液で洗浄するとSiのエッチングが起こ
る。本発明者等は、この洗浄液は温度によってエッチン
グ速度に差があり、しかもSiとSi(1-x)Gex混晶において
もエッチング速度に差があり、Si(1-x)Gex混晶の方が速
いエッチング速度を有することを新たに見い出した。従
って、Si層上にSi(1-x)Gex層を形成し、エッチング条件
にある温度を選べば、Si(1-x)Gex混晶部分ではエッチン
グが起こり、Siが露出するとエッチングが止まるように
することができる。また、Si表面はSi(1-x)Gex混晶層に
よって保護されているため、大気に出した時やプロセス
中の汚染がない。
2O2とH2Oの組み合わせ、またはHClとH2O2とH2Oの組み合
わせからなる洗浄液で洗浄するとSiのエッチングが起こ
る。本発明者等は、この洗浄液は温度によってエッチン
グ速度に差があり、しかもSiとSi(1-x)Gex混晶において
もエッチング速度に差があり、Si(1-x)Gex混晶の方が速
いエッチング速度を有することを新たに見い出した。従
って、Si層上にSi(1-x)Gex層を形成し、エッチング条件
にある温度を選べば、Si(1-x)Gex混晶部分ではエッチン
グが起こり、Siが露出するとエッチングが止まるように
することができる。また、Si表面はSi(1-x)Gex混晶層に
よって保護されているため、大気に出した時やプロセス
中の汚染がない。
第１図はこのことを示したもので、第１図（ａ）に示
すように、Si基板12上に第１の成長膜であるSi膜11を成
長し、連続してSi(1-x)Gex混晶膜13を成長し表面保護膜
とする。これを一度大気に取り出すと、（ｂ）に示すよ
うに表面が汚染されて汚染物15が付着する。次に、低温
でのNH4OH系洗浄またはHCl系洗浄を施すと、（ｃ）に示
すようにSi(1-x)Gex混晶膜13だけがエッチングされて、
Si面で止まり、表面は保護酸化膜14で覆われる。この
時、Si(1-x)Gex混晶膜13上についた汚染物15も除去され
る。さらに、再び超高真空内で加熱清浄化して保護酸化
膜14を除去すると、清浄面を容易に得ることができる。
すように、Si基板12上に第１の成長膜であるSi膜11を成
長し、連続してSi(1-x)Gex混晶膜13を成長し表面保護膜
とする。これを一度大気に取り出すと、（ｂ）に示すよ
うに表面が汚染されて汚染物15が付着する。次に、低温
でのNH4OH系洗浄またはHCl系洗浄を施すと、（ｃ）に示
すようにSi(1-x)Gex混晶膜13だけがエッチングされて、
Si面で止まり、表面は保護酸化膜14で覆われる。この
時、Si(1-x)Gex混晶膜13上についた汚染物15も除去され
る。さらに、再び超高真空内で加熱清浄化して保護酸化
膜14を除去すると、清浄面を容易に得ることができる。
以上述べた理由により、Si成長後にSi(1-x)Gex混晶膜
を表面保護膜として用いると、大気に取り出して汚染さ
れてもNH4OH系洗浄またはHCl系洗浄の際にSiのエッチン
グが起こらない洗浄温度条件でSi(1-x)Gex混晶層だけを
エッチングすることによって、Siをエッチングすること
なく表面の汚染物を除去することができる。
を表面保護膜として用いると、大気に取り出して汚染さ
れてもNH4OH系洗浄またはHCl系洗浄の際にSiのエッチン
グが起こらない洗浄温度条件でSi(1-x)Gex混晶層だけを
エッチングすることによって、Siをエッチングすること
なく表面の汚染物を除去することができる。
［実施例］ 次に本発明の実施例について具体的に説明する。
実験は40ccの電子銃式Si蒸着器およびGe用のＫ−cell
を備えたMBE装置を用いて行った。試料ウエハには４イ
ンチｎ型Si（111）0.01〜0.020Ωcm基板を用いた。98℃
のNH4OH系洗浄液（NH4OH:H2O2:H2O＝1:6:20）で基板を2
0分間洗浄し、次いで20分間水洗した。洗浄後、真空チ
ャンバ内に入れ、清浄化してから、基板温度700℃、成
長速度７Å/sで2000ÅのSi膜を成長し、バッファー層と
した。続けて、Si(1-x)Gex混晶膜を表面保護膜として成
長した後、大気に取り出して、約48時間放置した。
を備えたMBE装置を用いて行った。試料ウエハには４イ
ンチｎ型Si（111）0.01〜0.020Ωcm基板を用いた。98℃
のNH4OH系洗浄液（NH4OH:H2O2:H2O＝1:6:20）で基板を2
0分間洗浄し、次いで20分間水洗した。洗浄後、真空チ
ャンバ内に入れ、清浄化してから、基板温度700℃、成
長速度７Å/sで2000ÅのSi膜を成長し、バッファー層と
した。続けて、Si(1-x)Gex混晶膜を表面保護膜として成
長した後、大気に取り出して、約48時間放置した。
再び、65℃のNH4OH系洗浄液で20分間の洗浄を行い、
次いで20分間水洗し、真空チャンバ内に入れた。清浄化
してから、前と同じ条件で１μｍ成長し、ジルトルエッ
チング液（３酸化クロム:25g、HF:50cc、純水:50cc）で
５秒間エッチングしてエッチピットの密度を調べること
で結晶性を評価した。エッチピットはノマルスキー顕微
鏡で観察して数をかぞえ、密度を算出した。またSi
(1-x)Gexのエッチング量は、通常の前処理（98℃ NH4O
H系洗浄20分，水洗20分）後、超高真空内で加熱清浄化
してSi(1-x)Gex混晶膜を成長し、CVD酸化膜でパターニ
ングしてSi(1-x)Gex混晶の開口部を形成してから、ブラ
ンソン洗浄を行い、酸化膜を除去して、エッチングされ
なかった部分との断差をタリステップで測定することに
よって求めた。
次いで20分間水洗し、真空チャンバ内に入れた。清浄化
してから、前と同じ条件で１μｍ成長し、ジルトルエッ
チング液（３酸化クロム:25g、HF:50cc、純水:50cc）で
５秒間エッチングしてエッチピットの密度を調べること
で結晶性を評価した。エッチピットはノマルスキー顕微
鏡で観察して数をかぞえ、密度を算出した。またSi
(1-x)Gexのエッチング量は、通常の前処理（98℃ NH4O
H系洗浄20分，水洗20分）後、超高真空内で加熱清浄化
してSi(1-x)Gex混晶膜を成長し、CVD酸化膜でパターニ
ングしてSi(1-x)Gex混晶の開口部を形成してから、ブラ
ンソン洗浄を行い、酸化膜を除去して、エッチングされ
なかった部分との断差をタリステップで測定することに
よって求めた。
第２図にSi(1-x)Gex（ｘ＝0.4,0.5）とSiのNH4OH系洗
浄の洗浄温度とエッチング量との関係を示す。同じ試料
を用いて、65℃でのNH4OH系洗浄をした時の洗浄時間と
エッチング量との関係を第３図に示す。なお、第２図お
よび第３図において、○はｘ＝0.5の場合、△は＝0.4の
場合、●はSiの場合をそれぞれ示す。。Siに比べてSi
(1-x)Gex混晶はエッチング量が大きく、低温ではSiをほ
とんどエッチングせずにSi(1-x)Gex混晶をエッチングで
きることがわかる。
浄の洗浄温度とエッチング量との関係を示す。同じ試料
を用いて、65℃でのNH4OH系洗浄をした時の洗浄時間と
エッチング量との関係を第３図に示す。なお、第２図お
よび第３図において、○はｘ＝0.5の場合、△は＝0.4の
場合、●はSiの場合をそれぞれ示す。。Siに比べてSi
(1-x)Gex混晶はエッチング量が大きく、低温ではSiをほ
とんどエッチングせずにSi(1-x)Gex混晶をエッチングで
きることがわかる。
また、第４図に厚さ100ÅのSi0.5Ge0.5をパッシベー
ション膜として用い、65℃のNH4OH系洗浄を行った時の
洗浄時間によるオージェ電子分光（AES）ピークの変化
を示す。図中、○は酸素（Ｏ）を、●はゲルマニウム
（Ge）をそれぞれ示す。Geのピークは、はじめ下がり、
次に一定になり、20分でなくなる。これに対してＯのピ
ークは、Si0.5Ge0.5エッチング中は上がって、Siが露出
すると下がった。このことから次のようなモデルが考え
られる。Si(1-x)Gex混晶はNH4OH系洗浄液によって酸化
され、SiO2とGeO2を生成するが、GeO2は温水に徐々に溶
けていくので約20分間の洗浄でGeピークは完全になくな
りSi面が露出し、Si面は保護酸化膜によって覆われると
いうモデルである。このようなモデルに従えば、Si
(1-x)Gex混晶の熱酸化のときに見られるようなSi/SiO2
界面へのGeの析出はないことになり、実験結果と対応す
る。
ション膜として用い、65℃のNH4OH系洗浄を行った時の
洗浄時間によるオージェ電子分光（AES）ピークの変化
を示す。図中、○は酸素（Ｏ）を、●はゲルマニウム
（Ge）をそれぞれ示す。Geのピークは、はじめ下がり、
次に一定になり、20分でなくなる。これに対してＯのピ
ークは、Si0.5Ge0.5エッチング中は上がって、Siが露出
すると下がった。このことから次のようなモデルが考え
られる。Si(1-x)Gex混晶はNH4OH系洗浄液によって酸化
され、SiO2とGeO2を生成するが、GeO2は温水に徐々に溶
けていくので約20分間の洗浄でGeピークは完全になくな
りSi面が露出し、Si面は保護酸化膜によって覆われると
いうモデルである。このようなモデルに従えば、Si
(1-x)Gex混晶の熱酸化のときに見られるようなSi/SiO2
界面へのGeの析出はないことになり、実験結果と対応す
る。
以上のことを考慮して、清浄化した表面をSi0.5Ge0.5
混晶でパッシベーションして大気に48時間放置し、65℃
のNH4OH系洗浄を20分間行い、パッシベーションSi0.5Ge
0.5混晶層を完全にエッチングして再びMBE装置内でSi層
を成長した。清浄化して保護酸化膜を除去した後の反射
高速電子線回折（RHEED）パターンはシャープな7x7を示
し、Si（111）の清浄面が出ていることがわかる。
混晶でパッシベーションして大気に48時間放置し、65℃
のNH4OH系洗浄を20分間行い、パッシベーションSi0.5Ge
0.5混晶層を完全にエッチングして再びMBE装置内でSi層
を成長した。清浄化して保護酸化膜を除去した後の反射
高速電子線回折（RHEED）パターンはシャープな7x7を示
し、Si（111）の清浄面が出ていることがわかる。
また、第５図にそのときのSi0.5Ge0.5混晶層の表面保
護膜の膜厚と再成長後のエッチピット密度との関係を示
す。パッシベーションをしない再成長膜に比べ、100Å
以上パッシベーションした時の再成長膜は、エッチピッ
ト密度が１桁以上減少し、膜質が向上することがわか
る。
護膜の膜厚と再成長後のエッチピット密度との関係を示
す。パッシベーションをしない再成長膜に比べ、100Å
以上パッシベーションした時の再成長膜は、エッチピッ
ト密度が１桁以上減少し、膜質が向上することがわか
る。
本実施例ではSi基板を対象としたが、本発明の方法は
表面にのみSiが存在するSOS（Silicon on Sapphire）基
板や、さらに一般にSOI（Silicon on Insulator）基板
等にも当然適用できる。また、本実施例では洗浄液とし
てNH4OH系洗浄液を用いたが、HCl系洗浄液（HCl,H2O2,H
2O）でも同様の効果が得られた。
表面にのみSiが存在するSOS（Silicon on Sapphire）基
板や、さらに一般にSOI（Silicon on Insulator）基板
等にも当然適用できる。また、本実施例では洗浄液とし
てNH4OH系洗浄液を用いたが、HCl系洗浄液（HCl,H2O2,H
2O）でも同様の効果が得られた。
［発明の効果］ 以上、詳細に述べた通り、本発明によれば、成長した
薄膜上に予めシリコン・ゲルマニウム（Si(1-x)Gex）混
晶の薄層を形成させた後、洗浄液で洗浄すれば、Si層を
エッチングすることなく清浄面を得ることができる。
薄膜上に予めシリコン・ゲルマニウム（Si(1-x)Gex）混
晶の薄層を形成させた後、洗浄液で洗浄すれば、Si層を
エッチングすることなく清浄面を得ることができる。
第１図は本発明の作用を説明するための説明図、第２図
はSi(1-x)Gex（ｘ＝0.4,0.5）とSiのNH4OH系洗浄を20分
間施した時の洗浄温度とエッチング量との関係を示す特
性図、第３図はSi(1-x)Gex（ｘ＝0.4,0.5）とSiの65℃
でのNH4OH系洗浄の洗浄時間とエッチング量との関係を
示す特性図、第４図はNH4OH系洗浄を行った時のＯおよ
びGeのオージェ電子分光ピークの高さと洗浄時間との関
係を示す特性図、第５図はSi0.5Ge0.5混晶の膜厚とSi再
成長層のエッチピット密度との関係を示す特性図であ
る。 11……Si膜、12……Si基板 13……Si(1-x)Gex混晶膜 14……保護酸化膜、15……汚染物
はSi(1-x)Gex（ｘ＝0.4,0.5）とSiのNH4OH系洗浄を20分
間施した時の洗浄温度とエッチング量との関係を示す特
性図、第３図はSi(1-x)Gex（ｘ＝0.4,0.5）とSiの65℃
でのNH4OH系洗浄の洗浄時間とエッチング量との関係を
示す特性図、第４図はNH4OH系洗浄を行った時のＯおよ
びGeのオージェ電子分光ピークの高さと洗浄時間との関
係を示す特性図、第５図はSi0.5Ge0.5混晶の膜厚とSi再
成長層のエッチピット密度との関係を示す特性図であ
る。 11……Si膜、12……Si基板 13……Si(1-x)Gex混晶膜 14……保護酸化膜、15……汚染物
Claims (1)
- 【請求項１】エピタキシャル成長した第１の成長膜であ
るSi膜上へ第２の成長膜である半導体薄膜を再エピタキ
シャル成長する半導体薄膜の成長方法において、Si膜を
成長した後、連続してSi(1-x)Gex混晶よりなる薄膜を形
成する工程と、大気中に取り出し、所定の処理を行った
後、NH4OHとH2O2とH2Oの組み合わせ、またはHClとH2O2
とH2Oの組み合わせからなる洗浄液で洗浄して前記Si
(1-x)Gex混晶を完全に除去する工程と、成長装置内で表
面を清浄化した後、半導体薄膜をエピタキシャル成長す
る工程とを備えてなることを特徴とする半導体薄膜の成
長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1304927A JP2545997B2 (ja) | 1989-11-27 | 1989-11-27 | 半導体薄膜の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1304927A JP2545997B2 (ja) | 1989-11-27 | 1989-11-27 | 半導体薄膜の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03166717A JPH03166717A (ja) | 1991-07-18 |
| JP2545997B2 true JP2545997B2 (ja) | 1996-10-23 |
Family
ID=17938988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1304927A Expired - Lifetime JP2545997B2 (ja) | 1989-11-27 | 1989-11-27 | 半導体薄膜の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2545997B2 (ja) |
-
1989
- 1989-11-27 JP JP1304927A patent/JP2545997B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03166717A (ja) | 1991-07-18 |
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