JP2705524B2 - 半導体結晶の作成方法 - Google Patents
半導体結晶の作成方法Info
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- JP2705524B2 JP2705524B2 JP5183781A JP18378193A JP2705524B2 JP 2705524 B2 JP2705524 B2 JP 2705524B2 JP 5183781 A JP5183781 A JP 5183781A JP 18378193 A JP18378193 A JP 18378193A JP 2705524 B2 JP2705524 B2 JP 2705524B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体結晶の作成方
法、特にシリコンとゲルマニウムの半導体結晶をエピタ
キシャル成長させる方法に関する。
法、特にシリコンとゲルマニウムの半導体結晶をエピタ
キシャル成長させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリコンとゲルマニウムのヘテロエピタ
キシャル構造は、ヘテロバイポーラトランジスタや光半
導体素子の特性を飛躍的に向上させる材料として注目さ
れている。そこで、ＣＶＤ，ＭＢＥといった気相成長法
によって、結晶性の良いヘテロ構造を形成することが試
みられている。
キシャル構造は、ヘテロバイポーラトランジスタや光半
導体素子の特性を飛躍的に向上させる材料として注目さ
れている。そこで、ＣＶＤ，ＭＢＥといった気相成長法
によって、結晶性の良いヘテロ構造を形成することが試
みられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記い
ずれの方法をもってしても、シリコン基板上のゲルマニ
ウム及びゲルマニウム基板上のシリコンには、それぞ
れ、Ｓｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖ型の成長及
びＶｏｌｍｅｒ−Ｗｅｂｅｒ型の成長が起こり、結果的
に基板上にアイランド構造が形成され、その結晶表面の
平坦性が損なわれてしまうという欠点があった。こうし
た膜構造の不均一性は、それを適用して作製したデバイ
スの特性向上のうえで有害である。
ずれの方法をもってしても、シリコン基板上のゲルマニ
ウム及びゲルマニウム基板上のシリコンには、それぞ
れ、Ｓｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖ型の成長及
びＶｏｌｍｅｒ−Ｗｅｂｅｒ型の成長が起こり、結果的
に基板上にアイランド構造が形成され、その結晶表面の
平坦性が損なわれてしまうという欠点があった。こうし
た膜構造の不均一性は、それを適用して作製したデバイ
スの特性向上のうえで有害である。
【０００４】本発明の目的は、このような従来の欠点を
除去し、各基板上に平坦な表面形態を持つ結晶層を成長
させる方法を提供することにある。
除去し、各基板上に平坦な表面形態を持つ結晶層を成長
させる方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の半導体結晶の作成方法は、照射処理と水素
吸着処理と拡散抑制処理とを行い、シリコン又はゲルマ
ニウムからなる半導体の表面に、シリコンとゲルマニウ
ムからなる層状構造の結晶層を真空中にてエピタキシャ
ル成長させる半導体結晶の作成方法であって、照射処理
は、分子線と原子状の水素とを個別に半導体表面に向け
て照射する処理であり、分子線は、ゲルマニウム及びシ
リコンであり、シリコン製半導体表面に対しては、ゲル
マニウムの分子線を照射し、ゲルマニウム製半導体表面
に対しては、シリコンの分子線を照射し、水素吸着処理
は、半導体表面に到達したゲルマニウム又はシリコンの
原子に、個別に照射された水素原子を吸着させる処理で
あり、拡散抑制処理は、半導体表面上でのゲルマニウム
又はシリコン原子の拡散を水素原子で抑制させる処理で
ある。
め、本発明の半導体結晶の作成方法は、照射処理と水素
吸着処理と拡散抑制処理とを行い、シリコン又はゲルマ
ニウムからなる半導体の表面に、シリコンとゲルマニウ
ムからなる層状構造の結晶層を真空中にてエピタキシャ
ル成長させる半導体結晶の作成方法であって、照射処理
は、分子線と原子状の水素とを個別に半導体表面に向け
て照射する処理であり、分子線は、ゲルマニウム及びシ
リコンであり、シリコン製半導体表面に対しては、ゲル
マニウムの分子線を照射し、ゲルマニウム製半導体表面
に対しては、シリコンの分子線を照射し、水素吸着処理
は、半導体表面に到達したゲルマニウム又はシリコンの
原子に、個別に照射された水素原子を吸着させる処理で
あり、拡散抑制処理は、半導体表面上でのゲルマニウム
又はシリコン原子の拡散を水素原子で抑制させる処理で
ある。
【０００６】また、原子状水素の照射は、少なくとも分
子線の照射期間中行うものである。
子線の照射期間中行うものである。
【０００７】
【作用】本発明の原理について、シリコン基板上へのゲ
ルマニウムの成長を例にとって説明する。通常、２００
℃以上に加熱されたシリコン基板上にゲルマニウムの分
子線を照射すると、蒸着されたゲルマニウムの原子は、
基板表面を拡散し、エピタキシャル成長する。このと
き、シリコンの表面エネルギーは、ゲルマニウムの表面
エネルギーよりも大きいため、成長初期では、３原子層
程度は層状に成長するが、ゲルマニウムとシリコンの格
子不整合に起因する歪から、成長中表面を拡散している
ゲルマニウム原子は、３原子層成長したゲルマニウムの
表面上でアイランド構造を形成する（本成長様式をＳｔ
ｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖ型成長と呼ぶ）。
ルマニウムの成長を例にとって説明する。通常、２００
℃以上に加熱されたシリコン基板上にゲルマニウムの分
子線を照射すると、蒸着されたゲルマニウムの原子は、
基板表面を拡散し、エピタキシャル成長する。このと
き、シリコンの表面エネルギーは、ゲルマニウムの表面
エネルギーよりも大きいため、成長初期では、３原子層
程度は層状に成長するが、ゲルマニウムとシリコンの格
子不整合に起因する歪から、成長中表面を拡散している
ゲルマニウム原子は、３原子層成長したゲルマニウムの
表面上でアイランド構造を形成する（本成長様式をＳｔ
ｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖ型成長と呼ぶ）。
【０００８】本発明者は、シリコン結晶基板上へ、真空
中で、ゲルマニウムの分子線と、原子状の水素を個別に
照射すると、ゲルマニウムエピタキシャル層はアイラン
ド構造を形成せず、層状に成長することを見いだした。
中で、ゲルマニウムの分子線と、原子状の水素を個別に
照射すると、ゲルマニウムエピタキシャル層はアイラン
ド構造を形成せず、層状に成長することを見いだした。
【０００９】このような構造の形成は、以下の原理に基
づいている。図１（ａ）において、シリコン基板１１上
にゲルマニウム分子線１２と原子状水素１３とを照射
し、シリコン基板１１上にゲルマニウムを成長させる。
この場合、シリコン基板１１は加熱されているが、同時
に供給した水素原子が、分子線源より基板表面に到達し
たゲルマニウム原子１４上に吸着することによって、ゲ
ルマニウム原子１４の表面拡散が抑制される。そのた
め、シリコン基板１１の成長表面に到達したゲルマニウ
ム原子は、即座に結晶層に取り込まれてエピタキシャル
成長することになり、アイランド構造が形成されない。
この際、こうした表面上の水素は、ゲルマニウム分子線
の照射によって大多数は離脱するため、成長中に原子状
の水素を常に供給することが必要である。
づいている。図１（ａ）において、シリコン基板１１上
にゲルマニウム分子線１２と原子状水素１３とを照射
し、シリコン基板１１上にゲルマニウムを成長させる。
この場合、シリコン基板１１は加熱されているが、同時
に供給した水素原子が、分子線源より基板表面に到達し
たゲルマニウム原子１４上に吸着することによって、ゲ
ルマニウム原子１４の表面拡散が抑制される。そのた
め、シリコン基板１１の成長表面に到達したゲルマニウ
ム原子は、即座に結晶層に取り込まれてエピタキシャル
成長することになり、アイランド構造が形成されない。
この際、こうした表面上の水素は、ゲルマニウム分子線
の照射によって大多数は離脱するため、成長中に原子状
の水素を常に供給することが必要である。
【００１０】この原理は、水素による成長物質の拡散抑
制に基づいており、図１（ｂ）に示すゲルマニウム層１
５の表面上あるいはゲルマニウム基板上に、シリコン分
子線１６を照射することによって表面吸着したシリコン
原子１７に対しても同様の効果がある。
制に基づいており、図１（ｂ）に示すゲルマニウム層１
５の表面上あるいはゲルマニウム基板上に、シリコン分
子線１６を照射することによって表面吸着したシリコン
原子１７に対しても同様の効果がある。
【００１１】以上の原理に従えば、シリコン基板上もし
くはゲルマニウム基板上に層状構造を持ったゲルマニウ
ムもしくはシリコンの結晶層を成長させることが可能と
なる。
くはゲルマニウム基板上に層状構造を持ったゲルマニウ
ムもしくはシリコンの結晶層を成長させることが可能と
なる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例について具体的に説明
する。ここでは、到達真空度１×１０-10ＴｏｒｒのＭ
ＢＥ装置を用いた。試料ウェハは、４インチのｐ型シリ
コン（００１）基板及び２インチのゲルマニウム（００
１）基板を用いた。原子状水素の供給は、タングステン
フィラメント加熱方式のラジカル銃を用いて行い、その
フラックス密度は、導入する水素ガスの分圧によって制
御した。基板温度３００℃にて、１２５０℃に加熱され
たクヌーセンセルからゲルマニウムの分子線を、電子銃
式シリコン蒸着器からシリコンの分子線を照射した。ま
た上記ラジカル銃から水素ガス分圧０．１〜１０×１０
-5Ｔｏｒｒの範囲で原子状水素を供給した。
する。ここでは、到達真空度１×１０-10ＴｏｒｒのＭ
ＢＥ装置を用いた。試料ウェハは、４インチのｐ型シリ
コン（００１）基板及び２インチのゲルマニウム（００
１）基板を用いた。原子状水素の供給は、タングステン
フィラメント加熱方式のラジカル銃を用いて行い、その
フラックス密度は、導入する水素ガスの分圧によって制
御した。基板温度３００℃にて、１２５０℃に加熱され
たクヌーセンセルからゲルマニウムの分子線を、電子銃
式シリコン蒸着器からシリコンの分子線を照射した。ま
た上記ラジカル銃から水素ガス分圧０．１〜１０×１０
-5Ｔｏｒｒの範囲で原子状水素を供給した。
【００１３】上記サンプルの作成段階における表面の構
造は、その場高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）を用いて、
また、形成された結晶層の構造は走査電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）、及び透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察を行
った。
造は、その場高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）を用いて、
また、形成された結晶層の構造は走査電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）、及び透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察を行
った。
【００１４】その結果、ＲＨＥＥＤ観察では、アイラン
ド構造を示す三次元スポットパターンは観察されず、Ｓ
ＥＭ観察においては、表面の平坦な形態を現す像を、さ
らに断面方向からの高分解能ＴＥＭ観察においては、平
坦な表面を持つゲルマニウム結晶構造を、それぞれ確認
した。
ド構造を示す三次元スポットパターンは観察されず、Ｓ
ＥＭ観察においては、表面の平坦な形態を現す像を、さ
らに断面方向からの高分解能ＴＥＭ観察においては、平
坦な表面を持つゲルマニウム結晶構造を、それぞれ確認
した。
【００１５】図２は、本発明に従い、基板温度３００
℃，ゲルマニウム蒸着速度１オングストローム／ｓの条
件で、膜厚換算で５００オングストローム分のゲルマニ
ウム層を堆積した場合、断面ＴＥＭより計測したゲルマ
ニウム結晶層表面の平坦性を、原子状水素供給における
水素分圧に対してプロットしたグラフである。ここで
は、アイランド構造の凸部と凹部の高さの差を平坦性の
値とした。図より明らかに、水素分圧５×１０-5Ｔｏｒ
ｒ以上において、表面は平坦化されていることがわか
り、本発明の効果を確認した。
℃，ゲルマニウム蒸着速度１オングストローム／ｓの条
件で、膜厚換算で５００オングストローム分のゲルマニ
ウム層を堆積した場合、断面ＴＥＭより計測したゲルマ
ニウム結晶層表面の平坦性を、原子状水素供給における
水素分圧に対してプロットしたグラフである。ここで
は、アイランド構造の凸部と凹部の高さの差を平坦性の
値とした。図より明らかに、水素分圧５×１０-5Ｔｏｒ
ｒ以上において、表面は平坦化されていることがわか
り、本発明の効果を確認した。
【００１６】本実施例では、シリコン上のゲルマニウム
結晶層に対してのみ示したが、ゲルマニウム基板上のシ
リコンでも同様の構造が形成されることを確認した。ま
た、原子状水素の形成をタングステンフィラメント加熱
方式のラジカル銃で行ったが、ＥＣＲプラズマによって
も同様の結果が得られることを確認した。
結晶層に対してのみ示したが、ゲルマニウム基板上のシ
リコンでも同様の構造が形成されることを確認した。ま
た、原子状水素の形成をタングステンフィラメント加熱
方式のラジカル銃で行ったが、ＥＣＲプラズマによって
も同様の結果が得られることを確認した。
【００１７】なお、本実施例では、半導体として、シリ
コンウェハ又はゲルマニウムウェハを用いたが、本発明
の方法は表面にのみシリコンが存在するＳＯＩ（Ｓｉｌ
ｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板等の半導体
にも当然利用できる。
コンウェハ又はゲルマニウムウェハを用いたが、本発明
の方法は表面にのみシリコンが存在するＳＯＩ（Ｓｉｌ
ｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板等の半導体
にも当然利用できる。
【００１８】
【発明の効果】以上詳細に述べたように本発明によれ
ば、シリコンもしくはゲルマニウム基板上に、平坦な表
面形態を持つゲルマニウムもしくはシリコンの結晶層を
形成することができる。さらに、本発明は、膜構造の均
一性を高めることが可能であり、デバイスの特性向上に
寄与するところが大きい。
ば、シリコンもしくはゲルマニウム基板上に、平坦な表
面形態を持つゲルマニウムもしくはシリコンの結晶層を
形成することができる。さらに、本発明は、膜構造の均
一性を高めることが可能であり、デバイスの特性向上に
寄与するところが大きい。
【図１】本発明の概念を説明するための図である。
【図２】原子状水素供給における水素分圧に対し、ゲル
マニウム結晶層表面の平坦性をプロットした図である。
マニウム結晶層表面の平坦性をプロットした図である。
１１ シリコン基板 １２ ゲルマニウム分子線 １３ 原子状水素 １４ ゲルマニウム原子 １５ ゲルマニウム層 １６ シリコン分子線 １７ シリコン原子
Claims (2)
- 【請求項１】 照射処理と水素吸着処理と拡散抑制処理
とを行い、シリコン又はゲルマニウムからなる半導体の
表面に、シリコンとゲルマニウムからなる層状構造の結
晶層を真空中にてエピタキシャル成長させる半導体結晶
の作成方法であって、 照射処理は、分子線と原子状の水素とを個別に半導体表
面に向けて照射する処理であり、 分子線は、ゲルマニウム及びシリコンであり、シリコン
製半導体表面に対しては、ゲルマニウムの分子線を照射
し、ゲルマニウム製半導体表面に対しては、シリコンの
分子線を照射し、 水素吸着処理は、半導体表面に到達したゲルマニウム又
はシリコンの原子に、個別に照射された水素原子を吸着
させる処理であり、 拡散抑制処理は、半導体表面上でのゲルマニウム又はシ
リコン原子の拡散を水素原子で抑制させる処理であるこ
とを特徴とする半導体結晶の作成方法。 - 【請求項２】 原子状水素の照射は、少なくとも分子線
の照射期間中行うものであることを特徴とする請求項１
に記載の半導体結晶の作成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5183781A JP2705524B2 (ja) | 1993-07-26 | 1993-07-26 | 半導体結晶の作成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5183781A JP2705524B2 (ja) | 1993-07-26 | 1993-07-26 | 半導体結晶の作成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0745520A JPH0745520A (ja) | 1995-02-14 |
| JP2705524B2 true JP2705524B2 (ja) | 1998-01-28 |
Family
ID=16141832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5183781A Expired - Fee Related JP2705524B2 (ja) | 1993-07-26 | 1993-07-26 | 半導体結晶の作成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2705524B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2275591B1 (en) * | 2009-07-10 | 2014-03-19 | Imec | Method for manufacturing a mono-crystalline layer of germanium or aluminium on a substrate |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05335238A (ja) * | 1992-06-03 | 1993-12-17 | Daido Hoxan Inc | 半導体デバイスの製法 |
-
1993
- 1993-07-26 JP JP5183781A patent/JP2705524B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0745520A (ja) | 1995-02-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |