JP2618408B2 - 単結晶合金膜の製法 - Google Patents
単結晶合金膜の製法Info
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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法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提案（特願昭60−215170号、
特願昭60−215171号、特願昭60−215172号、特願昭60−
215173号）した。
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提案（特願昭60−215170号、
特願昭60−215171号、特願昭60−215172号、特願昭60−
215173号）した。
そして、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、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光分解するに際
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、これを光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光分解するに際
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、これを光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。
本発明における光分解は基本的には、紫外線を用いて
行われるが、水銀を増感剤として利用することも好まし
い実施の態様である。
行われるが、水銀を増感剤として利用することも好まし
い実施の態様である。
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光分解し、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光分解し、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光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
したガスを光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光分解するもので
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光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
したガスを光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光分解するもので
ある。
しかして、本発明の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可能である
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（OBJEMOVC
H）））比で表わすことが便利である。すなわち、好ま
しい水素／（フルオロシラン＋ゲルマニウム化合物＋シ
ラン）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た低下
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１〜10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0.02〜0.1の範囲にあ
ればよい。
ル比はガスの容量比と等価として扱うことが可能である
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（OBJEMOVC
H）））比で表わすことが便利である。すなわち、好ま
しい水素／（フルオロシラン＋ゲルマニウム化合物＋シ
ラン）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た低下
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１〜10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0.02〜0.1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、光分解に用いる紫外線を発
生する光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。光源の具体的事例としては、水銀灯、希ガス
ランプ、水銀−希ガスランプ、水素放電管等が有用であ
る。これらの光源において、水銀灯の一種である低圧水
銀灯を用いることが実用的な観点からもっとも便利であ
る。光分解は、増感剤を使用することなく直接的に、好
ましくは、水銀を増感剤として用いる水銀増感法によっ
て実施される。
生する光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。光源の具体的事例としては、水銀灯、希ガス
ランプ、水銀−希ガスランプ、水素放電管等が有用であ
る。これらの光源において、水銀灯の一種である低圧水
銀灯を用いることが実用的な観点からもっとも便利であ
る。光分解は、増感剤を使用することなく直接的に、好
ましくは、水銀を増感剤として用いる水銀増感法によっ
て実施される。
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、光分解時の混合ガス圧力や照射光量
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るもの
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。
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るもの
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。光照射手
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、低圧水銀ランプ等を点灯し成膜を開
始する。ランプ点灯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消
灯する。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、低圧水銀ランプ等を点灯し成膜を開
始する。ランプ点灯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消
灯する。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。
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。
と云わざるを得ないのである。
［実施例］ 第１図に示すところの紫外光透過窓１、基板導入取り
出し手段２、基板保持手段３、基板加熱手段４、ガス導
入手段５、真空排気手段６、基板導入取り出し室15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２を用いて膜を形成する基板であると
ころの洗浄済のＰ型シリコンウエハー（100）８を基板
導入取り出し室15から基板導入手段２を用いて薄膜形成
室７に導入し、基板保持手段３に設置した。真空排気手
段６で真空排気しつつ基板加熱手段４により該基板を25
0℃に加熱した。ついで、モノシラン（SiH4）／ゲルマ
ン（GeH4）／ジフルオロシラン（SiH2F2）／水素を5/0.
2/25/80の流量比で導入し、真空排気手段６に設備され
ている圧力調節機構９で薄膜形成室７内の圧力を2torr
に調節保持した。本実施例においては、ジフルオロシラ
ンを導管10から導入し、その一部を約40℃に加熱された
水銀溜11の上を通過させる。また、モノシラン、ゲルマ
ンおよび水素は、それぞれ、導入管20、21および22から
導入した。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、光照射手段に設備されている300Wの低圧
水銀ランプ12を点灯し、光透過窓を通して紫外線を薄膜
形成室７内に導入し、膜厚が約3000Aになった時に照射
を停止した。平均の成膜速度は0.3A/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。
出し手段２、基板保持手段３、基板加熱手段４、ガス導
入手段５、真空排気手段６、基板導入取り出し室15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２を用いて膜を形成する基板であると
ころの洗浄済のＰ型シリコンウエハー（100）８を基板
導入取り出し室15から基板導入手段２を用いて薄膜形成
室７に導入し、基板保持手段３に設置した。真空排気手
段６で真空排気しつつ基板加熱手段４により該基板を25
0℃に加熱した。ついで、モノシラン（SiH4）／ゲルマ
ン（GeH4）／ジフルオロシラン（SiH2F2）／水素を5/0.
2/25/80の流量比で導入し、真空排気手段６に設備され
ている圧力調節機構９で薄膜形成室７内の圧力を2torr
に調節保持した。本実施例においては、ジフルオロシラ
ンを導管10から導入し、その一部を約40℃に加熱された
水銀溜11の上を通過させる。また、モノシラン、ゲルマ
ンおよび水素は、それぞれ、導入管20、21および22から
導入した。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、光照射手段に設備されている300Wの低圧
水銀ランプ12を点灯し、光透過窓を通して紫外線を薄膜
形成室７内に導入し、膜厚が約3000Aになった時に照射
を停止した。平均の成膜速度は0.3A/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。
第１図は本発明を実施するうえに好ましい薄膜形成装置
の一例を示す模式図である。
の一例を示す模式図である。
Claims (8)
- 【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光分解するに際し、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、これを光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】光分解が紫外線の照射により行われ、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】光分解が水銀と存在下紫外線の照射により
行われ、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７】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
らなる混合ガスを水銀の存在下紫外線の照射により光分
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８】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７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 |
|---|---|---|---|
| JP27567687A JP2618408B2 (ja) | 1987-11-02 | 1987-11-02 | 単結晶合金膜の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27567687A JP2618408B2 (ja) | 1987-11-02 | 1987-11-02 | 単結晶合金膜の製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01120014A JPH01120014A (ja) | 1989-05-12 |
| JP2618408B2 true JP2618408B2 (ja) | 1997-06-11 |
Family
ID=17558791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27567687A Expired - Fee Related JP2618408B2 (ja) | 1987-11-02 | 1987-11-02 | 単結晶合金膜の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2618408B2 (ja) |
-
1987
- 1987-11-02 JP JP27567687A patent/JP2618408B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH01120014A (ja) | 1989-05-12 |
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|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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| R350 | Written notification of registration of transfer |
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