JP3023239B2 - 半導体デバイス - Google Patents
半導体デバイスInfo
- Publication number
- JP3023239B2 JP3023239B2 JP4101866A JP10186692A JP3023239B2 JP 3023239 B2 JP3023239 B2 JP 3023239B2 JP 4101866 A JP4101866 A JP 4101866A JP 10186692 A JP10186692 A JP 10186692A JP 3023239 B2 JP3023239 B2 JP 3023239B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- single crystal
- film layer
- crystal thin
- silicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光素子や高移動度ト
ランジスタ等に用いられる半導体デバイスに関するもの
である。
ランジスタ等に用いられる半導体デバイスに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスとして、各種の組成の半
導体が開発されているが、最近では、従来から実績のあ
るシリコン系半導体が重視されるようになっている。そ
して、この種の半導体デバイスにおいては、半導体ヘテ
ロ接合の分野に関する研究，技術が著しく進歩し、それ
に伴い良質なヘテロ接合を持つ界面ならびにその多層構
造である超格子構造の設計や製作がなされるようになっ
てきている。このような結晶の成長技術においては、原
子層レベルでの制御性が要求されている。特に、このよ
うなヘテロ接合構造として、シリコン（Ｓｉ）単結晶薄
膜膜層と、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）混晶単結
晶薄膜層とを交互に積層するという試みがなされてい
る。このようなシリコン単結晶薄膜層とシリコンゲルマ
ニウム混晶単結晶薄膜層とを交互に積層する場合におい
て、本発明者らの研究によれば、シリコン原子とゲルマ
ニウム原子とが混合してしまうという現象が生じ、ヘテ
ロ接合界面における界面の急峻性が悪くなる（界面の急
峻性が悪くなるとは、膜の多層積層構造において、ある
膜の膜成分が他の膜の膜成分に混入し、両膜の接合界面
において、混合領域が形成されてしまい接合界面がはっ
きりしなくなるということ）ということが明らかになっ
た。上記シリコン単結晶薄膜層とシリコンゲルマニウム
混晶単結晶薄膜層とのヘテロ接合界面においては、界面
の急峻性は１０Åを超えて大きくなり悪くなる。ここで
界面急峻性とは、その接合界面の下側にある薄膜層中の
原子が界面の上側に積層された薄膜層中に含まれる濃度
が自然対数ｅ（＝２．７１８２８）分の１となる所の、
上記接合界面からの距離と定義する。
導体が開発されているが、最近では、従来から実績のあ
るシリコン系半導体が重視されるようになっている。そ
して、この種の半導体デバイスにおいては、半導体ヘテ
ロ接合の分野に関する研究，技術が著しく進歩し、それ
に伴い良質なヘテロ接合を持つ界面ならびにその多層構
造である超格子構造の設計や製作がなされるようになっ
てきている。このような結晶の成長技術においては、原
子層レベルでの制御性が要求されている。特に、このよ
うなヘテロ接合構造として、シリコン（Ｓｉ）単結晶薄
膜膜層と、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）混晶単結
晶薄膜層とを交互に積層するという試みがなされてい
る。このようなシリコン単結晶薄膜層とシリコンゲルマ
ニウム混晶単結晶薄膜層とを交互に積層する場合におい
て、本発明者らの研究によれば、シリコン原子とゲルマ
ニウム原子とが混合してしまうという現象が生じ、ヘテ
ロ接合界面における界面の急峻性が悪くなる（界面の急
峻性が悪くなるとは、膜の多層積層構造において、ある
膜の膜成分が他の膜の膜成分に混入し、両膜の接合界面
において、混合領域が形成されてしまい接合界面がはっ
きりしなくなるということ）ということが明らかになっ
た。上記シリコン単結晶薄膜層とシリコンゲルマニウム
混晶単結晶薄膜層とのヘテロ接合界面においては、界面
の急峻性は１０Åを超えて大きくなり悪くなる。ここで
界面急峻性とは、その接合界面の下側にある薄膜層中の
原子が界面の上側に積層された薄膜層中に含まれる濃度
が自然対数ｅ（＝２．７１８２８）分の１となる所の、
上記接合界面からの距離と定義する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らの研究によ
れば、このように、ヘテロ接合界面の界面急峻性が悪い
と、極薄膜の超格子や量子井戸構造の設計ができないば
かりではなく、光素子においてはピーク波長の揺らぎが
生じたり、ピーク半値幅の増大などにより、効率や感度
が低下したりすることが明らかになった。また高移動度
トランジスタにおいては、ヘテロ接合界面の凹凸によ
り、電子あるいは正孔が散乱を受け、電子あるいは正孔
の移動度が低下しトランジスタの作動速度が低下してし
まう等の問題を生じることも明らかになった。
れば、このように、ヘテロ接合界面の界面急峻性が悪い
と、極薄膜の超格子や量子井戸構造の設計ができないば
かりではなく、光素子においてはピーク波長の揺らぎが
生じたり、ピーク半値幅の増大などにより、効率や感度
が低下したりすることが明らかになった。また高移動度
トランジスタにおいては、ヘテロ接合界面の凹凸によ
り、電子あるいは正孔が散乱を受け、電子あるいは正孔
の移動度が低下しトランジスタの作動速度が低下してし
まう等の問題を生じることも明らかになった。
【０００４】すなわち、シリコン単結晶薄膜層とシリコ
ンゲルマニウム混晶単結晶薄膜層とを交互に積層する場
合においては、ヘテロ接合界面における急峻性が悪くな
ることから、上記のような各種の欠点が生ずるのであ
り、そのような欠点のない、シリコン単結晶薄膜層とシ
リコンゲルマニウム混晶単結晶薄膜層との積層構造の半
導体デバイスの提供が求められている。
ンゲルマニウム混晶単結晶薄膜層とを交互に積層する場
合においては、ヘテロ接合界面における急峻性が悪くな
ることから、上記のような各種の欠点が生ずるのであ
り、そのような欠点のない、シリコン単結晶薄膜層とシ
リコンゲルマニウム混晶単結晶薄膜層との積層構造の半
導体デバイスの提供が求められている。
【０００５】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、シリコン単結晶薄膜層とシリコンゲルマニウ
ム混晶単結晶薄膜層とのヘテロ接合界面における急峻性
が良好な半導体デバイスの提供をその目的とする。
たもので、シリコン単結晶薄膜層とシリコンゲルマニウ
ム混晶単結晶薄膜層とのヘテロ接合界面における急峻性
が良好な半導体デバイスの提供をその目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の半導体デバイスは、基板上に、シリコン
単結晶薄膜層とシリコンゲルマニウム混晶単結晶薄膜層
とを交互に積層した構造を有する半導体デバイスであっ
て、１０ -1 〜１０ -3 Ｐａに設定しうる真空領域内に、基
板表面を下向きにした状態で基板を保持する基板保持部
と、上記基板保持部の周囲に設けられ真空領域内を基板
加熱スペースと結晶成長スペースの二空間に仕切る分離
板と、上記基板保持部下側の反応ガス拡散室と、上記基
板を上方から加熱するヒータと、上記ヒータの周囲を囲
う下向きコップ状の熱遮蔽板とを設けるとともに、上記
反応ガス拡散室の天井部一面に所定間隔で複数の開口を
形成し、上記反応ガス拡散室の天井部開口と基板との距
離を、上記結晶薄膜生成の際における上記両ガスの平均
自由行程よりも短く設定した装置を用い、上記真空領域
内を結晶成長温度に加熱した状態で、シリコンを含むガ
スを所定時間供給することにより、上記シリコン単結晶
薄膜層が形成されており、上記シリコン単結晶薄膜層形
成後、上記加熱状態を維持したまま上記シリコンを含む
ガスの供給を停止して結晶膜の成長を中断したのち、シ
リコンを含むガスおよびゲルマニウムを含むガスの双方
を同時に所定時間供給することにより、上記シリコン単
結晶薄膜層の上にシリコンゲルマニウム混晶単結晶薄膜
が形成されており、上記シリコン単結晶薄膜層とシリコ
ンゲルマニウム混晶単結晶薄膜層とのヘテロ接合界面に
おける急峻性が１０Å以下に設定されているという構成
をとる。
め、この発明の半導体デバイスは、基板上に、シリコン
単結晶薄膜層とシリコンゲルマニウム混晶単結晶薄膜層
とを交互に積層した構造を有する半導体デバイスであっ
て、１０ -1 〜１０ -3 Ｐａに設定しうる真空領域内に、基
板表面を下向きにした状態で基板を保持する基板保持部
と、上記基板保持部の周囲に設けられ真空領域内を基板
加熱スペースと結晶成長スペースの二空間に仕切る分離
板と、上記基板保持部下側の反応ガス拡散室と、上記基
板を上方から加熱するヒータと、上記ヒータの周囲を囲
う下向きコップ状の熱遮蔽板とを設けるとともに、上記
反応ガス拡散室の天井部一面に所定間隔で複数の開口を
形成し、上記反応ガス拡散室の天井部開口と基板との距
離を、上記結晶薄膜生成の際における上記両ガスの平均
自由行程よりも短く設定した装置を用い、上記真空領域
内を結晶成長温度に加熱した状態で、シリコンを含むガ
スを所定時間供給することにより、上記シリコン単結晶
薄膜層が形成されており、上記シリコン単結晶薄膜層形
成後、上記加熱状態を維持したまま上記シリコンを含む
ガスの供給を停止して結晶膜の成長を中断したのち、シ
リコンを含むガスおよびゲルマニウムを含むガスの双方
を同時に所定時間供給することにより、上記シリコン単
結晶薄膜層の上にシリコンゲルマニウム混晶単結晶薄膜
が形成されており、上記シリコン単結晶薄膜層とシリコ
ンゲルマニウム混晶単結晶薄膜層とのヘテロ接合界面に
おける急峻性が１０Å以下に設定されているという構成
をとる。
【０００７】
【作用】本発明者らは、先に述べたように、上記シリコ
ン単結晶薄膜層とシリコンゲルマニウム混晶単結晶薄膜
層とのヘテロ接合界面の急峻性を中心に研究を重ねた。
その結果、通常は、シリコン単結晶薄膜層とシリコンゲ
ルマニウム混晶単結晶薄膜層とのヘテロ接合界面におけ
る急峻性は１０Åを超えており、これを１０Å以下、好
適には６Å以下、より好適には４Å以下に設定すると、
上記のような欠点が解消されることを見いだしこの発明
に到達した。すなわち、シリコン系半導体の光素子等に
おけるシリコン単結晶薄膜層とシリコンゲルマニウム混
晶単結晶薄膜層とのヘテロ接合界面の急峻性が良好であ
ると、量子井戸構造の場合、井戸幅の揺らぎが低下し、
これによってピーク波長の揺らぎが減少する。また、ピ
ーク半値幅も減少し、ピークが鋭くなる。そして、この
ような優れた急峻性を得るには、１０ -1 〜１０ -3 Ｐａに
設定された真空領域内に、基板を下向きに保持し、基板
周囲の分離板によって上記真空領域内を上下２空間に仕
切って個別に真空引きし、熱遮蔽板に囲われた特殊なヒ
ータによって上方から加熱を行うとともに、基板下側か
ら２種類の反応ガスを、その吐出口（＝反応ガス拡散室
の天井部開口）と基板の距離を平均自由行程より短く設
定した上で、まず、反応ガスを分子流として均一な分子
密度で供給してシリコン単結晶薄膜層を形成したのち、
つぎのシリコンゲルマニウム薄膜層の形成を開始するま
でに、しばらく反応ガスを全く流さない状態（成長を中
断する）を作ると、上記接合界面の急峻性が著しく向上
するということを見いだしこの発明に到達した。
ン単結晶薄膜層とシリコンゲルマニウム混晶単結晶薄膜
層とのヘテロ接合界面の急峻性を中心に研究を重ねた。
その結果、通常は、シリコン単結晶薄膜層とシリコンゲ
ルマニウム混晶単結晶薄膜層とのヘテロ接合界面におけ
る急峻性は１０Åを超えており、これを１０Å以下、好
適には６Å以下、より好適には４Å以下に設定すると、
上記のような欠点が解消されることを見いだしこの発明
に到達した。すなわち、シリコン系半導体の光素子等に
おけるシリコン単結晶薄膜層とシリコンゲルマニウム混
晶単結晶薄膜層とのヘテロ接合界面の急峻性が良好であ
ると、量子井戸構造の場合、井戸幅の揺らぎが低下し、
これによってピーク波長の揺らぎが減少する。また、ピ
ーク半値幅も減少し、ピークが鋭くなる。そして、この
ような優れた急峻性を得るには、１０ -1 〜１０ -3 Ｐａに
設定された真空領域内に、基板を下向きに保持し、基板
周囲の分離板によって上記真空領域内を上下２空間に仕
切って個別に真空引きし、熱遮蔽板に囲われた特殊なヒ
ータによって上方から加熱を行うとともに、基板下側か
ら２種類の反応ガスを、その吐出口（＝反応ガス拡散室
の天井部開口）と基板の距離を平均自由行程より短く設
定した上で、まず、反応ガスを分子流として均一な分子
密度で供給してシリコン単結晶薄膜層を形成したのち、
つぎのシリコンゲルマニウム薄膜層の形成を開始するま
でに、しばらく反応ガスを全く流さない状態（成長を中
断する）を作ると、上記接合界面の急峻性が著しく向上
するということを見いだしこの発明に到達した。
【０００８】つぎに、この発明について詳しく説明す
る。
る。
【０００９】
【実施例】図１はこの発明の一実施例の半導体デバイス
の縦断面図を示している。図において、シリコン基板１
上に、膜厚６０Åのシリコン単結晶薄膜層２と膜厚２０
Åのシリコンゲルマニウム混晶単結晶薄膜層３とが交互
に積層形成されている。この半導体デバイスにおいて、
上記シリコン単結晶薄膜層２とシリコンゲルマニウム混
晶単結晶薄膜層３との各接合界面における急峻性は、図
２に示す直線Ａから明らかなように６Åであり良好であ
った。上記急峻性の測定は、つぎのようにして行った。
の縦断面図を示している。図において、シリコン基板１
上に、膜厚６０Åのシリコン単結晶薄膜層２と膜厚２０
Åのシリコンゲルマニウム混晶単結晶薄膜層３とが交互
に積層形成されている。この半導体デバイスにおいて、
上記シリコン単結晶薄膜層２とシリコンゲルマニウム混
晶単結晶薄膜層３との各接合界面における急峻性は、図
２に示す直線Ａから明らかなように６Åであり良好であ
った。上記急峻性の測定は、つぎのようにして行った。
【００１０】〔急峻性の測定〕二次イオン質量分析装置
（酸素イオンＯ2 + を加速エネルギー６ｋＶで試料表面
に大して６０°の角度で入射し、物理スパッタ効果によ
り、ＧｅのＳｉ中における深さ方向分析を行う。《ＳＩ
ＭＳ装置》）を用いて、Ｓｉ／ＳｉＧｅ界面付近におけ
るＧｅの分布を測定した。
（酸素イオンＯ2 + を加速エネルギー６ｋＶで試料表面
に大して６０°の角度で入射し、物理スパッタ効果によ
り、ＧｅのＳｉ中における深さ方向分析を行う。《ＳＩ
ＭＳ装置》）を用いて、Ｓｉ／ＳｉＧｅ界面付近におけ
るＧｅの分布を測定した。
【００１１】Ｇｅの分布が表面方向に拡がる場合には、
Ｇｅの分布は単純な指数関数型にはならないことが知ら
れており、このことからもＳｉ／ＳｉＧｅ界面の急峻性
が極めてよいことがわかる。
Ｇｅの分布は単純な指数関数型にはならないことが知ら
れており、このことからもＳｉ／ＳｉＧｅ界面の急峻性
が極めてよいことがわかる。
【００１２】つぎに、このようにして得られたこの発明
の半導体デバイスを光素子に応用したところ、ピーク波
長の揺らぎも生じず、またピーク半値幅の増大もあまり
みられず、感度が極めて良好となった。また、高移動度
トランジスタに応用したところ、トランジスタの作動速
度の大幅な向上がみられた。
の半導体デバイスを光素子に応用したところ、ピーク波
長の揺らぎも生じず、またピーク半値幅の増大もあまり
みられず、感度が極めて良好となった。また、高移動度
トランジスタに応用したところ、トランジスタの作動速
度の大幅な向上がみられた。
【００１３】なお、上記実施例では、シリコン単結晶薄
膜層２が３層で、シリコンゲルマニウム混晶単結晶薄膜
層３が２層の構造となっているが、層構造は１層ずつで
もよいし、複数層ずつでもよい。また、上記層２の厚み
についても６Åに限定するのではなく、例えば３０〜３
００Åの範囲内で選択できる。また、上記層３の厚みに
ついても２０Åに限定するのではなく、例えば１０〜１
００Åの範囲内で選択することができる。
膜層２が３層で、シリコンゲルマニウム混晶単結晶薄膜
層３が２層の構造となっているが、層構造は１層ずつで
もよいし、複数層ずつでもよい。また、上記層２の厚み
についても６Åに限定するのではなく、例えば３０〜３
００Åの範囲内で選択できる。また、上記層３の厚みに
ついても２０Åに限定するのではなく、例えば１０〜１
００Åの範囲内で選択することができる。
【００１４】この発明に係る上記半導体デバイスは、図
３に示すような半導体製造装置を用いて作製することが
できる。この半導体製造装置は、円筒形のステンレス製
真空室Ｘを備え、その真空室Ｘ内に、円板状の基板１
が、水平に設けられた基板保持用のトレイ４の中央開口
縁３に水平に載置され、着脱自在に装着される。真空室
Ｘの略中央に設けられたこの基板１は、処理後は、真空
室Ｘの周壁の開閉部（図示せず）に設けられた基板交換
用治具（図示せず）により、新たな基板と変換される。
そして、このトレイ４の外周縁４ａと、真空室Ｘの周壁
１ａから内側に水平に突出するステンレス製のガイドリ
ング１ｂとの間の間隙に、その隙間を埋める、略リング
状の分離板１１が取り付けられている。
３に示すような半導体製造装置を用いて作製することが
できる。この半導体製造装置は、円筒形のステンレス製
真空室Ｘを備え、その真空室Ｘ内に、円板状の基板１
が、水平に設けられた基板保持用のトレイ４の中央開口
縁３に水平に載置され、着脱自在に装着される。真空室
Ｘの略中央に設けられたこの基板１は、処理後は、真空
室Ｘの周壁の開閉部（図示せず）に設けられた基板交換
用治具（図示せず）により、新たな基板と変換される。
そして、このトレイ４の外周縁４ａと、真空室Ｘの周壁
１ａから内側に水平に突出するステンレス製のガイドリ
ング１ｂとの間の間隙に、その隙間を埋める、略リング
状の分離板１１が取り付けられている。
【００１５】上記略リング状の分離板１１は、その内周
側のリング部分と外周側のリング部分とからなり、内周
側部分がカーボンリング２０で形成され、外周部分が石
英リング２１で形成されている。上記石英リング２１
は、熱遮蔽効果が高いため、成膜時の加熱によって基板
１の周囲が中心側から周方向に熱くなるのを、この石英
リング２１によって防止することができ、真空室Ｘの周
壁に対する伝熱を遮断する。この種の装置では、成膜状
態をその場で観察するために、真空室ＸにＲＨＥＥＤ等
の観察機器を取り付け、基板１の表面（図示の下側面）
に電子ビームを照射してその軌跡を反対側に設けたスク
リーン（図示せず）上に投影しその投影像を読み取るこ
とが行われるが、このとき、上記分離板１１の石英リン
グ２１は絶縁性であり静電気を帯びて帯電しやすい。そ
して、このような帯電部分が存在すると、電子ビームは
指向性を失い、軌跡がスクリーンから大きくずれてスク
リーン上には投影されなくなる。そこで、この装置で
は、石英リング２１への帯電を防止するために、石英リ
ング２１の下面に、薄肉のカーボンプレート２２を取り
付け静電気を真空室Ｘの周壁１ａに逃がすようにしてい
る。また、分離板１１のカーボンリング２０と基板１と
は、上記石英リング２１で真空室Ｘの周壁１ａと遮断さ
れており帯電しやすいため、カーボンリング２０をタン
タル線２５によってガイドリング１ｂにアースし静電気
を真空室Ｘの周壁１ａに逃がすようにしている。
側のリング部分と外周側のリング部分とからなり、内周
側部分がカーボンリング２０で形成され、外周部分が石
英リング２１で形成されている。上記石英リング２１
は、熱遮蔽効果が高いため、成膜時の加熱によって基板
１の周囲が中心側から周方向に熱くなるのを、この石英
リング２１によって防止することができ、真空室Ｘの周
壁に対する伝熱を遮断する。この種の装置では、成膜状
態をその場で観察するために、真空室ＸにＲＨＥＥＤ等
の観察機器を取り付け、基板１の表面（図示の下側面）
に電子ビームを照射してその軌跡を反対側に設けたスク
リーン（図示せず）上に投影しその投影像を読み取るこ
とが行われるが、このとき、上記分離板１１の石英リン
グ２１は絶縁性であり静電気を帯びて帯電しやすい。そ
して、このような帯電部分が存在すると、電子ビームは
指向性を失い、軌跡がスクリーンから大きくずれてスク
リーン上には投影されなくなる。そこで、この装置で
は、石英リング２１への帯電を防止するために、石英リ
ング２１の下面に、薄肉のカーボンプレート２２を取り
付け静電気を真空室Ｘの周壁１ａに逃がすようにしてい
る。また、分離板１１のカーボンリング２０と基板１と
は、上記石英リング２１で真空室Ｘの周壁１ａと遮断さ
れており帯電しやすいため、カーボンリング２０をタン
タル線２５によってガイドリング１ｂにアースし静電気
を真空室Ｘの周壁１ａに逃がすようにしている。
【００１６】上記真空室Ｘは、先に述べた分離板１１，
トレイ４および基板１によって、基板加熱スペースＰと
結晶成長スペースＱの二空間に仕切られており、上記基
板加熱スペースＰ，結晶成長スペースＱのそれぞれに
は、真空ポンプ（図示せず）から延びる真空排気配管１
２，１３が連通されている。したがって、上記スペース
Ｐ，Ｑは、各別に、それぞれ異なる真空度に設定できる
ようになっている。この基板加熱スペースＰにおいて、
上記基板１の上方には、ヒータ（例えば板状カーボング
ラファイトに筋状切り込みを交互に設け、その両端に電
極を取りつけて構成した板状ヒータ等）６が設けられて
おり、その下に均熱板６ａが取り付けられている。これ
らは、真空室Ｘの天井から吊り下げ保持されている。こ
のヒータ６は面状に均一加熱が可能で、特に上記均熱板
６ａとの組み合わせによって非常に均一に面状加熱を行
うことができるようになっている。
トレイ４および基板１によって、基板加熱スペースＰと
結晶成長スペースＱの二空間に仕切られており、上記基
板加熱スペースＰ，結晶成長スペースＱのそれぞれに
は、真空ポンプ（図示せず）から延びる真空排気配管１
２，１３が連通されている。したがって、上記スペース
Ｐ，Ｑは、各別に、それぞれ異なる真空度に設定できる
ようになっている。この基板加熱スペースＰにおいて、
上記基板１の上方には、ヒータ（例えば板状カーボング
ラファイトに筋状切り込みを交互に設け、その両端に電
極を取りつけて構成した板状ヒータ等）６が設けられて
おり、その下に均熱板６ａが取り付けられている。これ
らは、真空室Ｘの天井から吊り下げ保持されている。こ
のヒータ６は面状に均一加熱が可能で、特に上記均熱板
６ａとの組み合わせによって非常に均一に面状加熱を行
うことができるようになっている。
【００１７】そして、上記ヒータ６および均熱板６ａ
は、開口を下向きにした状態で配設されたコップ状の熱
遮蔽体２６で囲われている。この熱遮蔽体２６は、８層
構造の積層板からなり、内側の４層がモリブデン材で形
成され、外側の４層がステンレス材で形成されている。
この構造によれば非常に保温性および加熱時の熱の指向
性を高くできるため、ヒータ６の加熱領域を限定し、基
板１に対する熱効率を大幅に向上させることができる。
は、開口を下向きにした状態で配設されたコップ状の熱
遮蔽体２６で囲われている。この熱遮蔽体２６は、８層
構造の積層板からなり、内側の４層がモリブデン材で形
成され、外側の４層がステンレス材で形成されている。
この構造によれば非常に保温性および加熱時の熱の指向
性を高くできるため、ヒータ６の加熱領域を限定し、基
板１に対する熱効率を大幅に向上させることができる。
【００１８】一方、上記結晶成長スペースＱには、中空
円柱状のマニホールド７が設けられている。このマニホ
ールド７は、内部が中板４０で上下２室に区切られてい
る。この中板４０は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）コーティン
グのなされたカーボン板４０ａとモリブデン板４０ｂと
の２層構造になっている。モリブデン板４０ｂは熱遮蔽
性に富んでおり、マニホールド７の下室への熱侵入を阻
止する。マニホールド７の下室は、ステンレス製の第２
の反応ガス拡散室４１に形成され、その底部にはステン
レス製の第２の原料ガス供給配管４２が連通されてい
る。そして、上記第２の原料ガス供給配管４２の先端部
は開口に形成されヘッダー部４６になっており、この部
分から周方向に第２の原料ガスが噴射するようになって
いる。また、上記ヘッダー部４６の周囲には、略中空半
球状のステンレス製の反射板４７が設けられており、上
記第２の原料ガスは、その曲面に沿って矢印のように滑
らかに均一拡散しながら上昇するようになっている。マ
ニホールド７の上室はＳｉＣコーティングされたカーボ
ン材製の第１の反応ガス拡散室４３内に形成され、その
内部には、側方からタンタル材製の第１の原料ガス供給
配管４４が導入されている。この原料ガス供給配管４４
の先端は閉じられていて、先端周壁部には、円周方向に
所定間隔で複数の吹出口４４ｂが形成されている。ま
た、上記吹出口４４ｂの上方には、タンタル材製の水平
拡散板４８が設けられている。これによって、第１の原
料ガスが、破線矢印のように周方向に均一に拡がりなが
ら上昇するようになっている。そして、上記第１の反応
ガス拡散室４３の天井部、すなわち、マニホールド７の
天板には、図４に示すように、一面に、均一な間隔（例
えばピッチ１８ｍｍ）で多数の開口（直径４．５ｍｍ）
４３ａが分布形成（基板面迄の距離３５ｍｍ）されてい
る。図４において、開口４３ａは、各開口４３ａを結ん
で横方向に延びる線Ｘに対し、各開口４３ａを結んで斜
めに延びる線Ｙが略６０度の角度となるように形成され
ている。符号１は基板を示している。そして、各開口４
３ａの略中心に、図１に示すように、第２の反応ガス拡
散室４１の天井部から上方へ延びるタンタル材製の連通
管４０ｃの先端が位置し、各開口４３ａの開口壁との間
に空隙を設けている。第１の反応ガス拡散室４３に導入
された第１の原料ガスは上記空隙を通って基板１に向か
って吹き出し、第２の反応ガス拡散室４１に導入された
第２の原料ガスは連通管４０ｃを通って基板１に向かっ
て吹き出すようになっている。
円柱状のマニホールド７が設けられている。このマニホ
ールド７は、内部が中板４０で上下２室に区切られてい
る。この中板４０は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）コーティン
グのなされたカーボン板４０ａとモリブデン板４０ｂと
の２層構造になっている。モリブデン板４０ｂは熱遮蔽
性に富んでおり、マニホールド７の下室への熱侵入を阻
止する。マニホールド７の下室は、ステンレス製の第２
の反応ガス拡散室４１に形成され、その底部にはステン
レス製の第２の原料ガス供給配管４２が連通されてい
る。そして、上記第２の原料ガス供給配管４２の先端部
は開口に形成されヘッダー部４６になっており、この部
分から周方向に第２の原料ガスが噴射するようになって
いる。また、上記ヘッダー部４６の周囲には、略中空半
球状のステンレス製の反射板４７が設けられており、上
記第２の原料ガスは、その曲面に沿って矢印のように滑
らかに均一拡散しながら上昇するようになっている。マ
ニホールド７の上室はＳｉＣコーティングされたカーボ
ン材製の第１の反応ガス拡散室４３内に形成され、その
内部には、側方からタンタル材製の第１の原料ガス供給
配管４４が導入されている。この原料ガス供給配管４４
の先端は閉じられていて、先端周壁部には、円周方向に
所定間隔で複数の吹出口４４ｂが形成されている。ま
た、上記吹出口４４ｂの上方には、タンタル材製の水平
拡散板４８が設けられている。これによって、第１の原
料ガスが、破線矢印のように周方向に均一に拡がりなが
ら上昇するようになっている。そして、上記第１の反応
ガス拡散室４３の天井部、すなわち、マニホールド７の
天板には、図４に示すように、一面に、均一な間隔（例
えばピッチ１８ｍｍ）で多数の開口（直径４．５ｍｍ）
４３ａが分布形成（基板面迄の距離３５ｍｍ）されてい
る。図４において、開口４３ａは、各開口４３ａを結ん
で横方向に延びる線Ｘに対し、各開口４３ａを結んで斜
めに延びる線Ｙが略６０度の角度となるように形成され
ている。符号１は基板を示している。そして、各開口４
３ａの略中心に、図１に示すように、第２の反応ガス拡
散室４１の天井部から上方へ延びるタンタル材製の連通
管４０ｃの先端が位置し、各開口４３ａの開口壁との間
に空隙を設けている。第１の反応ガス拡散室４３に導入
された第１の原料ガスは上記空隙を通って基板１に向か
って吹き出し、第２の反応ガス拡散室４１に導入された
第２の原料ガスは連通管４０ｃを通って基板１に向かっ
て吹き出すようになっている。
【００１９】この装置を使用するに際しては、通常、真
空室Ｘの圧力を１０-1 〜１０ -3 Ｐａに設定することが必
要で、より好適には、１０-1〜１０-2Ｐａに設定する。
そして、基板１から、１０ｃｍ以内、好適には２〜５ｃ
ｍ、より好適には３〜４ｃｍ（上記装置では３．５ｃ
ｍ）の距離に設定した開口４３ａ，連通管４０ｃの先端
から原料ガスを吹出し基板１に対して成膜する。このと
き基板１は、３００〜１１００℃の温度範囲に加熱され
ている。通常、ＰＨ3 ，ＡｓＨ3 はクラッキング後、第
１の反応ガス拡散室４３に供給され、Ｓｉ原料となるガ
ス（Ｓｉ2 Ｈ6 ，ＳｉＨ4 ）やＧｅ原料となるガス（Ｇ
ｅＨ4 等）やＰ形不純物となるＢ2 Ｈ6 は分解しないで
直接第２の反応ガス拡散室４１に供給される。図５の半
導体デバイスを作製する場合は、第２の反応ガス拡散室
４１のみを用い、シリコン単結晶薄膜層２の原料となる
Ｓｉ2 Ｈ6 ガスと、シリコンゲルマニウム混晶単結晶薄
膜層3 の原料とＧｅＨ4 ガスとを図６および図７に示す
ように、区切って（途中で原料ガスを流さない時間を設
けて）基板１上に結晶を成長（例えば成長温度５５０
℃）させることが行われる。これにより、図５に示す層
構造の半導体デバイスが得られる。図６において、Ｓｉ
2 Ｈ6 は、６０秒間流され、５秒間停止し、１０秒間流
され、５秒間停止するというように流される。また、Ｇ
ｅＨ4 は、図７に示すように、Ｓｉ2 Ｈ6 の１０秒間の
流れに重ねて１０秒間流される。
空室Ｘの圧力を１０-1 〜１０ -3 Ｐａに設定することが必
要で、より好適には、１０-1〜１０-2Ｐａに設定する。
そして、基板１から、１０ｃｍ以内、好適には２〜５ｃ
ｍ、より好適には３〜４ｃｍ（上記装置では３．５ｃ
ｍ）の距離に設定した開口４３ａ，連通管４０ｃの先端
から原料ガスを吹出し基板１に対して成膜する。このと
き基板１は、３００〜１１００℃の温度範囲に加熱され
ている。通常、ＰＨ3 ，ＡｓＨ3 はクラッキング後、第
１の反応ガス拡散室４３に供給され、Ｓｉ原料となるガ
ス（Ｓｉ2 Ｈ6 ，ＳｉＨ4 ）やＧｅ原料となるガス（Ｇ
ｅＨ4 等）やＰ形不純物となるＢ2 Ｈ6 は分解しないで
直接第２の反応ガス拡散室４１に供給される。図５の半
導体デバイスを作製する場合は、第２の反応ガス拡散室
４１のみを用い、シリコン単結晶薄膜層２の原料となる
Ｓｉ2 Ｈ6 ガスと、シリコンゲルマニウム混晶単結晶薄
膜層3 の原料とＧｅＨ4 ガスとを図６および図７に示す
ように、区切って（途中で原料ガスを流さない時間を設
けて）基板１上に結晶を成長（例えば成長温度５５０
℃）させることが行われる。これにより、図５に示す層
構造の半導体デバイスが得られる。図６において、Ｓｉ
2 Ｈ6 は、６０秒間流され、５秒間停止し、１０秒間流
され、５秒間停止するというように流される。また、Ｇ
ｅＨ4 は、図７に示すように、Ｓｉ2 Ｈ6 の１０秒間の
流れに重ねて１０秒間流される。
【００２０】
【発明の効果】以上のように、この発明の半導体デバイ
スは、特殊な構造の装置を用い、特殊な方法でシリコン
単結晶薄膜層とシリコンゲルマニウム混晶単結晶薄膜層
を順次形成して得られたものであるため、シリコン単結
晶薄膜層とシリコンゲルマニウム混晶単結晶薄膜層との
ヘテロ接合界面の急峻性が１０Å以下という、非常に優
れた急峻性を備えている。したがって、この発明の半導
体デバイスを光半導体素子等に応用する場合、良好な性
能が得られるようになる。すなわち、上記ヘテロ接合界
面の急峻性が良好であると、量子井戸構造の場合、井戸
幅の揺らぎが低下することより発光のピーク波長の揺ら
ぎが減少する。また、ピーク半値幅も減少しピークが鋭
くなる等の作用により光素子の効率，感度が増大すると
いう効果がある。
スは、特殊な構造の装置を用い、特殊な方法でシリコン
単結晶薄膜層とシリコンゲルマニウム混晶単結晶薄膜層
を順次形成して得られたものであるため、シリコン単結
晶薄膜層とシリコンゲルマニウム混晶単結晶薄膜層との
ヘテロ接合界面の急峻性が１０Å以下という、非常に優
れた急峻性を備えている。したがって、この発明の半導
体デバイスを光半導体素子等に応用する場合、良好な性
能が得られるようになる。すなわち、上記ヘテロ接合界
面の急峻性が良好であると、量子井戸構造の場合、井戸
幅の揺らぎが低下することより発光のピーク波長の揺ら
ぎが減少する。また、ピーク半値幅も減少しピークが鋭
くなる等の作用により光素子の効率，感度が増大すると
いう効果がある。
【００２１】また、高移動度トランジスタにおいては、
シリコン単結晶薄膜層とシリコンゲルマニウム混晶単結
晶薄膜層とのヘテロ接合界面の急峻性が良好であるとヘ
テロ接合界面の凹凸が減少し、凹凸からの散乱を受けな
くなった電子或いは正孔の移動度が増大するという作用
によりトランジスタの速度が著しく増大するという効果
がある。
シリコン単結晶薄膜層とシリコンゲルマニウム混晶単結
晶薄膜層とのヘテロ接合界面の急峻性が良好であるとヘ
テロ接合界面の凹凸が減少し、凹凸からの散乱を受けな
くなった電子或いは正孔の移動度が増大するという作用
によりトランジスタの速度が著しく増大するという効果
がある。
【図１】この発明の一実施例の拡大断面図である。
【図２】上記実施例の急峻性の説明図である。
【図３】この発明の半導体デバイスの製造に用いる装置
の縦断面図である。
の縦断面図である。
【図４】図３の装置のマニホールドの天板に分布形成さ
れる多数の開口の説明図である。
れる多数の開口の説明図である。
【図５】上記装置によって得られる半導体デバイスの説
明図である。
明図である。
【図６】上記実施例における単結晶薄膜層の製造説明図
である。
である。
【図７】上記実施例における単結晶薄膜層の製造説明図
である。
である。
１ 基板 ２ シリコン単結晶薄膜層 ３ シリコンゲルマニウム混晶単結晶薄膜層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥村 健治 大阪府松原市阿保２−134−２ (72)発明者 大森 宣典 大阪府堺市長曽根町545−13−109 (56)参考文献 特開 平２−105915（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】 基板上に、シリコン単結晶薄膜層とシリ
コンゲルマニウム混晶単結晶薄膜層とを交互に積層した
構造を有する半導体デバイスであって、１０ -1 〜１０ -3
Ｐａに設定しうる真空領域内に、基板表面を下向きにし
た状態で基板を保持する基板保持部と、上記基板保持部
の周囲に設けられ真空領域内を基板加熱スペースと結晶
成長スペースの二空間に仕切る分離板と、上記基板保持
部下側の反応ガス拡散室と、上記基板を上方から加熱す
るヒータと、上記ヒータの周囲を囲う下向きコップ状の
熱遮蔽板とを設けるとともに、上記反応ガス拡散室の天
井部一面に所定間隔で複数の開口を形成し、上記反応ガ
ス拡散室の天井部開口と基板との距離を、上記結晶薄膜
生成の際における上記両ガスの平均自由行程よりも短く
設定した装置を用い、上記真空領域内を結晶成長温度に
加熱した状態で、シリコンを含むガスを所定時間供給す
ることにより、上記シリコン単結晶薄膜層が形成されて
おり、上記シリコン単結晶薄膜層形成後、上記加熱状態
を維持したまま上記シリコンを含むガスの供給を停止し
て結晶膜の成長を中断したのち、シリコンを含むガスお
よびゲルマニウムを含むガスの双方を同時に所定時間供
給することにより、上記シリコン単結晶薄膜層の上にシ
リコンゲルマニウム混晶単結晶薄膜が形成されており、
上記シリコン単結晶薄膜層とシリコンゲルマニウム混晶
単結晶薄膜層とのヘテロ接合界面における急峻性が１０
Å以下に設定されていることを特徴とする半導体デバイ
ス。 - 【請求項２】 シリコンゲルマニウム混晶単結晶薄膜層
を挟んでその上下にシリコン単結晶薄膜層が形成されて
いる請求項１記載の半導体デバイス。 - 【請求項３】 シリコンゲルマニウム混晶単結晶薄膜層
およびシリコン単結晶薄膜層がそれぞれ交互に複数層形
成されている請求項１記載の半導体デバイス。 - 【請求項４】 シリコンゲルマニウム混晶単結晶薄膜層
にドーピングが施されている請求項１記載の半導体デバ
イス。 - 【請求項５】 シリコン単結晶薄膜層の少なくとも一部
がゲルマニウム単結晶薄膜層に置換されている請求項１
記載の半導体デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4101866A JP3023239B2 (ja) | 1992-03-27 | 1992-03-27 | 半導体デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4101866A JP3023239B2 (ja) | 1992-03-27 | 1992-03-27 | 半導体デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05275678A JPH05275678A (ja) | 1993-10-22 |
| JP3023239B2 true JP3023239B2 (ja) | 2000-03-21 |
Family
ID=14311919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4101866A Expired - Lifetime JP3023239B2 (ja) | 1992-03-27 | 1992-03-27 | 半導体デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3023239B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6399970B2 (en) | 1996-09-17 | 2002-06-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | FET having a Si/SiGeC heterojunction channel |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03105915A (ja) * | 1989-09-19 | 1991-05-02 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
-
1992
- 1992-03-27 JP JP4101866A patent/JP3023239B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05275678A (ja) | 1993-10-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0573707B1 (en) | Apparatus for gas source molecular beam epitaxy | |
| KR100229698B1 (ko) | 플라즈마 이온 방사를 이용한 soi 기판의 형성 방법 및 장치 | |
| JPH0541705B2 (ja) | ||
| JP3023239B2 (ja) | 半導体デバイス | |
| JP2881069B2 (ja) | 半導体デバイスの製法 | |
| US4877650A (en) | Method for forming deposited film | |
| JP2721077B2 (ja) | 半導体デバイスの製法 | |
| JPH07142401A (ja) | 半導体デバイス製造用の成膜装置及び半導体装置の製造方法 | |
| JP2721086B2 (ja) | 半導体デバイスの製法 | |
| JP2642829B2 (ja) | 半導体製造装置 | |
| JPH05238880A (ja) | エピタキシャル成長方法 | |
| JP2762576B2 (ja) | 気相成長装置 | |
| JP3259453B2 (ja) | プラズマｃｖｄ装置に用いる電極及びプラズマｃｖｄ装置 | |
| JP3351614B2 (ja) | ビーム照射装置およびビーム照射方法 | |
| JPS61267315A (ja) | プラズマｃｖｄ装置 | |
| JPS622524A (ja) | 気相成長装置 | |
| JPS6039822A (ja) | 薄膜形成装置 | |
| JPH02294482A (ja) | 薄膜形成装置 | |
| JP3694282B2 (ja) | 単結晶薄膜形成方法 | |
| JPH0641400B2 (ja) | 炭化珪素単結晶の製造方法 | |
| JPH0639701B2 (ja) | 堆積膜形成法 | |
| JPS59178719A (ja) | 電子ビームアニール方法 | |
| JPS63234513A (ja) | 堆積膜形成法 | |
| JPH05247655A (ja) | 堆積膜形成装置 | |
| JP2004250314A (ja) | ＧａＮ単結晶基板、窒化物系半導体エピタキシャル基板、電界放出型陰極装置、フィールドエミッション表示装置及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19980428 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090114 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090114 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100114 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110114 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110114 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120114 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120114 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130114 Year of fee payment: 13 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130114 Year of fee payment: 13 |