JP2618407B2 - 単結晶合金薄膜の製法 - Google Patents
単結晶合金薄膜の製法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Description
【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は単結晶合金薄膜の製法に関し、特にシリコン
−ゲルマニウム単結晶合金薄膜の低温形成に関する。
−ゲルマニウム単結晶合金薄膜の低温形成に関する。
［背景技術］ 単結晶薄膜の低温形成方は半導体装置の高集積化を達
成する為に非常に重要な技術として注目されており、こ
のために各種のアプローチがなされている。しかしなが
ら、たとえば、モノシランの熱CVD（Chemical Vapor De
position:化学気相蒸着）法では通常約1000〜1100℃の
高温が必要である。また我々の検討の結果ではフルオロ
シランもしくはジシランの光CVD法では約600〜700℃の
温度が必要であった。このように従来の技術においては
まだまだ高温が必要であり、必ずしも満足されうる低温
での単結晶薄膜の形成技術は完成されていない。
成する為に非常に重要な技術として注目されており、こ
のために各種のアプローチがなされている。しかしなが
ら、たとえば、モノシランの熱CVD（Chemical Vapor De
position:化学気相蒸着）法では通常約1000〜1100℃の
高温が必要である。また我々の検討の結果ではフルオロ
シランもしくはジシランの光CVD法では約600〜700℃の
温度が必要であった。このように従来の技術においては
まだまだ高温が必要であり、必ずしも満足されうる低温
での単結晶薄膜の形成技術は完成されていない。
本発明者は、かかる点に鑑み、シランおよびフルオロ
シランの光分解（光CVD法）により低温で単結晶薄膜を
得る技術を創出し先に提案（特願昭60−215170号、特願
昭60−215171号、特願昭60−215172号、特願昭60−2151
73号）した。しかしながら、光CVD法では、膜形成時間
が長くなるにつれて、わずかずつではあるが光透過窓が
曇り、光の透過量が徐徐に低下するという実用上の問題
点があった。この問題を解決すべくさらに検討を進めた
結果、フルオロシラン、シラン、ゲルマニウム化合物の
混合ガスに水素を特定量以上加えて希釈した原料ガスを
用いることにより、300℃以下の基板温度において、単
結晶シリコン−ゲルマニウム合金薄膜が光CVDよりも大
面積化、高速製造性等において、実用性の高い放電分解
によって、成長することを見出したので、ここに提案す
るものである。
シランの光分解（光CVD法）により低温で単結晶薄膜を
得る技術を創出し先に提案（特願昭60−215170号、特願
昭60−215171号、特願昭60−215172号、特願昭60−2151
73号）した。しかしながら、光CVD法では、膜形成時間
が長くなるにつれて、わずかずつではあるが光透過窓が
曇り、光の透過量が徐徐に低下するという実用上の問題
点があった。この問題を解決すべくさらに検討を進めた
結果、フルオロシラン、シラン、ゲルマニウム化合物の
混合ガスに水素を特定量以上加えて希釈した原料ガスを
用いることにより、300℃以下の基板温度において、単
結晶シリコン−ゲルマニウム合金薄膜が光CVDよりも大
面積化、高速製造性等において、実用性の高い放電分解
によって、成長することを見出したので、ここに提案す
るものである。
［発明の開示］ すなわち、本発明は、シラン、ゲルマニウム化合物お
よびフルオロシランからなる混合ガスを放電分解するに
際し、該シラン、ゲルマニウム化合物およびフルオロシ
ランに対して２モル倍以上、30モル倍以下の水素を共存
させた混合ガスとし、これを放電分解して形成すること
を特徴とする単結晶合金薄膜の製法である。
よびフルオロシランからなる混合ガスを放電分解するに
際し、該シラン、ゲルマニウム化合物およびフルオロシ
ランに対して２モル倍以上、30モル倍以下の水素を共存
させた混合ガスとし、これを放電分解して形成すること
を特徴とする単結晶合金薄膜の製法である。
本発明は、シラン、ゲルマニウム化合物およびフルオ
ロシランからなる混合ガスを使用するものであるが、こ
こで使用するゲルマニウム化合物としてはGeH4-aFa（ａ
＝０〜４の整数）、フルオロシランとしてはSiH4-nF
n（ｎ＝１〜４の整数）またはSi2F6、シランとしてはSi
mH2m+2（ｍ＝１〜３の整数）の一般式で表わされる化合
物が有効に用いられる。
ロシランからなる混合ガスを使用するものであるが、こ
こで使用するゲルマニウム化合物としてはGeH4-aFa（ａ
＝０〜４の整数）、フルオロシランとしてはSiH4-nF
n（ｎ＝１〜４の整数）またはSi2F6、シランとしてはSi
mH2m+2（ｍ＝１〜３の整数）の一般式で表わされる化合
物が有効に用いられる。
また本発明の好ましい実施の態様としては、単結晶合
金薄膜を単結晶基板上にエピタキシャル成長させるもの
であり、該基板としてはシリコンウエハー、ゲルマニウ
ムウエハーやサファイアなどが好適に用いられる。
金薄膜を単結晶基板上にエピタキシャル成長させるもの
であり、該基板としてはシリコンウエハー、ゲルマニウ
ムウエハーやサファイアなどが好適に用いられる。
本発明における放電分解は高周波グロー放電、直流グ
ロー放電、マイクロ波放電などを有効に利用することが
できる。
ロー放電、マイクロ波放電などを有効に利用することが
できる。
すなわち、本発明は、好ましい実施の態様として、フ
ルオロシラン、ゲルマニウム化合物、シラン、および水
素からなる混合ガスで、好ましくはシラン、ゲルマニウ
ム化合物とフルオロシランに対して２モル倍以上、30モ
ル倍以下の水素を含む混合ガスを放電により分解し、加
熱された結晶性基板上に単結晶合金薄膜を形成する方法
である。
ルオロシラン、ゲルマニウム化合物、シラン、および水
素からなる混合ガスで、好ましくはシラン、ゲルマニウ
ム化合物とフルオロシランに対して２モル倍以上、30モ
ル倍以下の水素を含む混合ガスを放電により分解し、加
熱された結晶性基板上に単結晶合金薄膜を形成する方法
である。
本発明においては、フルオロシラン、ゲルマニウム化
合物およびシランに対して２モル倍以上、30モル倍以下
の水素を共存させた状態で放電分解することが重要であ
り、さらに好ましくは、シラン、ゲルマニウム化合物と
フルオロシランに対して2.5モル倍量以上の水素を混合
したガスを放電分解するものであり、特に好ましくは、
2.7モル倍以上の水素を混合したガスを放電分解するも
のである。
合物およびシランに対して２モル倍以上、30モル倍以下
の水素を共存させた状態で放電分解することが重要であ
り、さらに好ましくは、シラン、ゲルマニウム化合物と
フルオロシランに対して2.5モル倍量以上の水素を混合
したガスを放電分解するものであり、特に好ましくは、
2.7モル倍以上の水素を混合したガスを放電分解するも
のである。
しかして、本発明の薄膜形成条件においては、ガスの
モル比はガスの容量比と等価として扱うことができるの
で、この比を、単結晶合金薄膜を形成する薄膜形成装置
への原料ガス供給流量（容量（VOLUME（OBJEMOVYCH））
比で表わすことが便利である。すなわち、好ましい流量
比の範囲は2.5以上であり、特に好ましくは2.7以上であ
る。水素添加量はこの範囲である程度多いほうが、単結
晶合金薄膜は水素添加量の多い領域で形成されやすい傾
向にあるため好ましいが、水素添加量をあまり多くしす
ぎると、単結晶合金薄膜の成長速度が低下するので好ま
しくなく、この比の値で30倍以下で十分である。また、
同様にして、（フルオロシラン／（シラン＋ゲルマニウ
ム化合物））の比の値は0.5〜50、特に好ましくは１〜1
0である。ゲルマニウム化合物／シランの比の値は、目
的とする合金の組成によって適宜変更されねばならない
が、例えばGe/Si＝1/1のシリコン−ゲルマニウム合金の
場合にはこの比の値は0.01〜0.2の範囲にあればよい。
モル比はガスの容量比と等価として扱うことができるの
で、この比を、単結晶合金薄膜を形成する薄膜形成装置
への原料ガス供給流量（容量（VOLUME（OBJEMOVYCH））
比で表わすことが便利である。すなわち、好ましい流量
比の範囲は2.5以上であり、特に好ましくは2.7以上であ
る。水素添加量はこの範囲である程度多いほうが、単結
晶合金薄膜は水素添加量の多い領域で形成されやすい傾
向にあるため好ましいが、水素添加量をあまり多くしす
ぎると、単結晶合金薄膜の成長速度が低下するので好ま
しくなく、この比の値で30倍以下で十分である。また、
同様にして、（フルオロシラン／（シラン＋ゲルマニウ
ム化合物））の比の値は0.5〜50、特に好ましくは１〜1
0である。ゲルマニウム化合物／シランの比の値は、目
的とする合金の組成によって適宜変更されねばならない
が、例えばGe/Si＝1/1のシリコン−ゲルマニウム合金の
場合にはこの比の値は0.01〜0.2の範囲にあればよい。
なお、混合ガスの形成方法は臨界的な因子ではなく特
に限定されるものではない。例えば、該形成装置外であ
らかじめ混合したガスを導入することや、該形成装置内
で、上記の希釈度合を満足すべく水素を混合することの
いずれも有用である。もちろん、水素希釈のフルオロシ
ラン、ゲルマニウム化合物やシランを使用することはな
んら支障がない。
に限定されるものではない。例えば、該形成装置外であ
らかじめ混合したガスを導入することや、該形成装置内
で、上記の希釈度合を満足すべく水素を混合することの
いずれも有用である。もちろん、水素希釈のフルオロシ
ラン、ゲルマニウム化合物やシランを使用することはな
んら支障がない。
さらに、本発明において、放電分解に用いる電力を発
生する電源も臨界的な条件ではなく、特に限定されるも
のではない。具体的示例としては、高周波電源、直流電
圧電源、マイクロ波電源などいずれもが有用である。
生する電源も臨界的な条件ではなく、特に限定されるも
のではない。具体的示例としては、高周波電源、直流電
圧電源、マイクロ波電源などいずれもが有用である。
本発明のすぐれた特徴の一つとして、単結晶合金薄膜
を形成する温度が従来の方法に比較して極めて低いこと
が挙げられる。
を形成する温度が従来の方法に比較して極めて低いこと
が挙げられる。
本発明において、放電分解時の混合ガス圧力や供給電
力については特に臨界的に限定される条件はない。これ
らの条件は単結晶合金薄膜の成長速度に影響を与えたも
のであり、成長速度に応じて基板温度を適宜変更するこ
とで効果的に単結晶合金薄膜をエピタキシャル成長させ
ることができるのである。
力については特に臨界的に限定される条件はない。これ
らの条件は単結晶合金薄膜の成長速度に影響を与えたも
のであり、成長速度に応じて基板温度を適宜変更するこ
とで効果的に単結晶合金薄膜をエピタキシャル成長させ
ることができるのである。
［発明を実施するための好ましい形態］ つぎに本発明の実施の態様についてしるす。放電手
段、基板導入手段、基板保持手段、基板加熱手段、ガス
導入手段、真空排気手段を少なくとも有する薄膜形成装
置内に洗浄およびまたはエッチングにより表面を清浄に
した単結晶材料の基板を設置し真空排気下基板を100〜4
00℃程度に加熱する。原料ガスはシラン＋ゲルマニウム
化合物に対するフルオロシランの流量比を１〜10程度と
し、かつ（フルオロシラン＋ゲルマニウム化合物＋シラ
ン）に対する水素の流量比を２倍以上、30倍以下として
該装置に供給される。真空排気手段で該装置内の圧力を
10torr以下として、１〜100W程度のパワーで放電を開始
する。放電開始と共に薄膜の形成が始まるので成膜速度
を考慮にいれて必要膜厚になる時間において放電をとめ
る。また、膜厚モニターによって膜厚を計測しつつ、成
膜時間を決めることもできる。
段、基板導入手段、基板保持手段、基板加熱手段、ガス
導入手段、真空排気手段を少なくとも有する薄膜形成装
置内に洗浄およびまたはエッチングにより表面を清浄に
した単結晶材料の基板を設置し真空排気下基板を100〜4
00℃程度に加熱する。原料ガスはシラン＋ゲルマニウム
化合物に対するフルオロシランの流量比を１〜10程度と
し、かつ（フルオロシラン＋ゲルマニウム化合物＋シラ
ン）に対する水素の流量比を２倍以上、30倍以下として
該装置に供給される。真空排気手段で該装置内の圧力を
10torr以下として、１〜100W程度のパワーで放電を開始
する。放電開始と共に薄膜の形成が始まるので成膜速度
を考慮にいれて必要膜厚になる時間において放電をとめ
る。また、膜厚モニターによって膜厚を計測しつつ、成
膜時間を決めることもできる。
［発明の効果］ 本発明において得られる単結晶合金薄膜は基板の温度
が300℃以下の低温、さらには200℃以下というきわめて
低い温度においても形成されるものである。高集積化の
ために、半導体薄膜や半導体装置の低温形成技術が熱望
されている半導体装置の製造分野に対して、本発明は極
めて有用な技術を提供するものである。
が300℃以下の低温、さらには200℃以下というきわめて
低い温度においても形成されるものである。高集積化の
ために、半導体薄膜や半導体装置の低温形成技術が熱望
されている半導体装置の製造分野に対して、本発明は極
めて有用な技術を提供するものである。
また本発明は、光CVD法のように、有害な水銀を必要
としないので公害防止面からもすぐれた技術である。さ
らに、光CVD法よりも高速成膜が達成されるので実用面
からもすぐれた技術である。したがって、その産業上の
利用可能性は極めて大きいと云わざるを得ないのであ
る。
としないので公害防止面からもすぐれた技術である。さ
らに、光CVD法よりも高速成膜が達成されるので実用面
からもすぐれた技術である。したがって、その産業上の
利用可能性は極めて大きいと云わざるを得ないのであ
る。
［実施例］ 高周波電力導入手段および放電電極、基板導入取り出
し手段、基板保持手段、基板加熱手段、ガス導入手段、
真空排気手段、基板導入取り出し室を設備された薄膜形
成装置を用いて本発明を実施した。基板導入取り出し手
段を用いて膜付けのための基板であるところの洗浄済の
Ｐ型シリコンウエハー（100）を基板導入取り出し室か
ら基板導入取り出し手段を用いて導入し基板保持手段に
設置した。真空排気手段で真空排気しつつ基板加熱手段
により該基板を250℃に加熱した。ついでモノシラン（S
iH4）／ゲルマン（GeH4）／ジフルオロシラン（SiH
2F2）／水素を5/0.2/25/100の流量比で導入し、真空排
気手段に設備されている圧力調節機構で薄膜形成装置内
の圧力を1torrに調節保持した。基板の温度および薄膜
形成装置内の圧力が一定となった時、高周波電力導入手
段により放電電極に20Wの高周波電力を印加しグロー放
電を開始した。膜厚が約3000Aになった時に放電を停止
した。平均の成膜速度は0.5A/sであった。冷却後基板を
取り出して観察したところ、基板面は曇りの全くない鏡
面であった。表面を反射電子線回折（RHEED）により観
察して、基板と同一のストリーク状のラウエ斑点を得
て、該基板面から単結晶合金薄膜がエピタキシャル成長
していることを確認した。
し手段、基板保持手段、基板加熱手段、ガス導入手段、
真空排気手段、基板導入取り出し室を設備された薄膜形
成装置を用いて本発明を実施した。基板導入取り出し手
段を用いて膜付けのための基板であるところの洗浄済の
Ｐ型シリコンウエハー（100）を基板導入取り出し室か
ら基板導入取り出し手段を用いて導入し基板保持手段に
設置した。真空排気手段で真空排気しつつ基板加熱手段
により該基板を250℃に加熱した。ついでモノシラン（S
iH4）／ゲルマン（GeH4）／ジフルオロシラン（SiH
2F2）／水素を5/0.2/25/100の流量比で導入し、真空排
気手段に設備されている圧力調節機構で薄膜形成装置内
の圧力を1torrに調節保持した。基板の温度および薄膜
形成装置内の圧力が一定となった時、高周波電力導入手
段により放電電極に20Wの高周波電力を印加しグロー放
電を開始した。膜厚が約3000Aになった時に放電を停止
した。平均の成膜速度は0.5A/sであった。冷却後基板を
取り出して観察したところ、基板面は曇りの全くない鏡
面であった。表面を反射電子線回折（RHEED）により観
察して、基板と同一のストリーク状のラウエ斑点を得
て、該基板面から単結晶合金薄膜がエピタキシャル成長
していることを確認した。
Claims (7)
- 【請求項１】シラン、ゲルマニウム化合物およびフルオ
ロシランからなる混合ガスを放電分解するに際し、該シ
ラン、ゲルマニウム化合物およびフルオロシランに対し
て２モル倍以上、30モル倍以下の水素を共存させた混合
ガスとし、これを放電分解して形成することを特徴とす
る単結晶合金薄膜の製法。 - 【請求項２】ゲルマニウム化合物がGeH4-aFa（ａ＝０〜
４の整数）で表される特許請求の範囲第１項記載の単結
晶合金薄膜の製法。 - 【請求項３】フルオロシランがSiH4-nFn（ｎ＝１〜４の
整数）またはSi2F6で表される特許請求の範囲第１項記
載の単結晶合金薄膜の製法。 - 【請求項４】シランがSimH2m+2（ｍ＝１〜３の整数）で
表される特許請求の範囲第１項記載の単結晶合金薄膜の
製法。 - 【請求項５】結晶性基板上に単結晶合金薄膜がエピタキ
シャルに形成される特許請求の範囲第１項記載の単結晶
合金薄膜の製法。 - 【請求項６】シラン、ゲルマニウム化合物およびフルオ
ロシランに対して２モル倍以上、30モル倍以下の水素か
らなる混合ガスをグロー放電により分解し、加熱された
結晶性基板上に形成する特許請求の範囲第１項記載の単
結晶合金薄膜の製法。 - 【請求項７】合金薄膜がシリコン−ゲルマニウム薄膜で
ある特許請求の範囲第１項乃至第６項の何れかに記載の
単結晶合金薄膜の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27335087A JP2618407B2 (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 単結晶合金薄膜の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27335087A JP2618407B2 (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 単結晶合金薄膜の製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01117314A JPH01117314A (ja) | 1989-05-10 |
| JP2618407B2 true JP2618407B2 (ja) | 1997-06-11 |
Family
ID=17526673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27335087A Expired - Fee Related JP2618407B2 (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 単結晶合金薄膜の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2618407B2 (ja) |
-
1987
- 1987-10-30 JP JP27335087A patent/JP2618407B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01117314A (ja) | 1989-05-10 |
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|---|---|---|---|
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