JP4014700B2 - Crystal thin film manufacturing method - Google Patents

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【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
この発明は、結晶薄膜製造方法に関するものである。 The present invention relates to a crystalline thin film manufacturing method. さらに詳しくは、この発明は、一原子層単位で任意の層数の結晶薄膜を成長することのできる、新しい結晶薄膜製造方法に関するものである。 More particularly, the present invention is capable of growing any number of layers of crystal thin film in one atomic layer, it relates to new crystalline thin film manufacturing method.
【0002】 [0002]
【従来の技術とその課題】 [Its challenges conventional technology and]
近年の電子素子、特に半導体素子の開発においては、性能の向上と新しい機能の発現を求めて、超光子素子または量子井戸素子などの原子層単位で組成比や原子種を制御した素子の開発が盛んである。 Recent electronic devices, especially in the development of semiconductor devices, seeking expression of enhanced and new features of performance, the development of devices that control the composition ratio or atomic species in atomic layer, such as ultra-photon element or quantum well device it is thriving.
このような素子を実現させるためには、原子層単位で結晶成長を制御する必要があり、このような成長を可能とする方法として、Suntraにより提案された原子層エピタキー(ALE:Atomic Layer Epitaxy )法がある。 To realize such a device, it is necessary to control the crystal growth at an atomic layer unit, as a method for enabling such growth, the proposed atomic layer Epitaki sheet over the Suntra (ALE: Atomic Layer Epitaxy) method there is. このALE法は、論理的には一原子層単位で任意の層数を成長できるので、原子スケールで結晶成長する方法としては理想的な方法として着目され、様々な関連技術の開発が盛んに行われている。 The ALE method, since logically grow any number of layers in one atomic layer, as a method of crystal growth at the atomic scale is attracting attention as an ideal way, actively row development of various related technologies are we.
【0003】 [0003]
近年、このALE法はIII−V族半導体などの二元化合物半導体、たとえばGaAs、の成長法として応用されてきている。 Recently, the ALE method have been applied binary compound semiconductors such as Group III-V semiconductor, for example GaAs, as the growth method.
具体的には、二元化合物半導体の二種の原子、たとえばGaAsのGaとAs、の一方をそれぞれ含む二種の分子を用い、各分子を交互に基板に照射する。 Specifically, binary compound semiconductor of two kinds of atoms, for example, using the two kinds of molecules, including GaAs and Ga and As, on one respectively, the substrate is irradiated with each molecule alternately. 原子間結合力は同種間よりも異種間で強く、照射された分子は下地に吸着している異種の分子と反応しやすく、同種の分子とは反応し難い。 Atomic bonding force is strong between different than allogeneic irradiated molecules easily react with molecules of a heterologous adsorbed on the base, hardly react with molecules of the same type. このため、一方の原料分子を照射した時は、その分子またはその分解種が、下地の異種の分子と反応して一層吸着して飽和する。 Therefore, when irradiated with one of the raw material molecule, the molecule or its decomposition species, saturated and more adsorbed react with heterologous molecule underlying. 原料分子に含まれる不要分子は前記の吸着過程で離脱する。 Unwanted molecules contained in the raw material molecules are detached by the adsorption process. この飽和吸着は自己停止機能と呼ばれ、この自己停止機能によって、一原子層単位で結晶を成長させることができる。 The saturation adsorption is called a self-stop function by the self-stop function, it is possible to grow crystals in one atomic layer unit.
【0004】 [0004]
このようなALE法は二種以上の原子で構成された化合物半導体の作製法に適している。 Such ALE method is suitable for the compound semiconductor fabrication method consists of two or more atoms.
一方、近年、Si/GeなどIV族系半導体が、ヘテロ接合バイポーラトランジスタや変調ドープ電界効果トランジスタなどの高速トランジスタや、歪超格子光素子への応用が期待され、原子層単位の結晶成長が必要とされてきている。 On the other hand, in recent years, Si / Ge, etc. group IV semiconductors, and high-speed transistors such as heterojunction bipolar transistors or modulation doped field effect transistors, application to strained superlattice optical element is expected, requires the crystal growth of the atomic layer it has been a. しかし、単元素の材料では、上述した化合物半導体のALE法に見られる交互吸着の原理が使えないため、単分子層を得る一般原理はなく、単分子層の飽和吸着量を得ることは困難である。 However, the material of the single element, since not use the principle of alternate adsorption found in the ALE method of a compound semiconductor as described above, the general principles of obtaining a monolayer rather, it is difficult to obtain a saturated adsorption amount of monomolecular layer is there.
【0005】 [0005]
したがって、単元素材料に対するALE法では、原料分子を照射する吸着過程で、原料分子またはその分解種が単分子層の吸着量で飽和することを期待するしかない。 Thus, the ALE method for fractional material charge, the adsorption process of irradiating the raw material molecule, feedstock molecules or degradation species only expect to saturate the adsorption amount of monomolecular layer. その後、飽和吸着した単分子層に含まれる不要な分子は、加熱による熱励起、または光照射による光励起などで離脱させるか、他の反応分子をさらに照射してその分子と一緒に離脱させるという方法が考えられる。 Thereafter, method of unwanted molecules contained in the monolayer saturated adsorption, or to detach the like photoexcitation by thermal excitation, or light irradiation by the heating, it is detached together with the molecule and further irradiating the other reactive molecules It can be considered. 不要分子が離脱した後は、所望の原子が一層成長したことになる。 After the unwanted molecules are withdrawal, the desired atoms are more grown. よって、単元素材料のALE法の一般的な手順は、(1)原料分子の照射、(2)不要分子の除去というサイクルを繰り返し、各サイクル毎に単原子層成長させることになる。 Therefore, general procedure for the ALE method of fractional materials fee will (1) irradiating the material molecules, (2) repeated cycle of removal of unwanted molecules, growing monolayer in each cycle.
【0006】 [0006]
これまで、Ge(C 2522 、Ge(CH 322 、GeCl 4 、SiH 2 Cl 2などのCやClを含む分子を用いたIV族半導体GeやSiの単元素材料ALE法に関しては、飽和吸着量がおよそ単分子層であるという自己停止機能の発現、すなわち、およそ単原子層を単位としたALE成長が実現されている。 Previously, Ge (C 2 H 5) 2 H 2, Ge (CH 3) 2 H 2, GeCl 4, SiH single element of group IV semiconductor Ge and Si with molecules containing C and Cl, such as 2 Cl 2 for the material ALE method, the expression of self-limiting function of the saturation adsorption amount is approximately monomolecular layer, i.e., ALE growth in units of approximately monolayer is achieved.
【0007】 [0007]
しかし、このようなALE法では、CやClの不純物が微量に残留して、結晶の純度が低下してしまうといった問題があった。 However, in such the ALE method, impurities of C and Cl is remaining in trace amount, the purity of the crystals was a problem decreases.
そこで、不純物の問題が生じない水素化合物分子であるSi 26 、Si 38 、SiH 4 、GeH 4が、SiやGeのALE法における原料分子として着目され、盛んに研究・開発されている。 Therefore, Si 2 H 6 impurity problems are hydrogen compound molecule does not occur, Si 3 H 8, SiH 4 , GeH 4 is, is focused as a raw material molecule in the ALE method of Si and Ge, been actively studied and developed there.
【0008】 [0008]
しかしながら、Si 26とSi 38は、その飽和吸着量が常温で単分子層未満であり、そのままではALE法の原料分子として利用することが難しいということが、研究・開発により判明された。 However, Si 2 H 6 and Si 3 H 8 is less than the saturation adsorption amount monolayer at room temperature, the intact is that it is difficult to use as a raw material molecules ALE method is proved by research and development It was. また、SiH 4とGeH 4では、単分子で飽和する傾向があることが分かってきたが、飽和時の分子の照射圧力が数Torr(1気圧=760Torr)と高く、さらに照射時に基板をアニールする必要があり、このように照射圧力が高いため原料分子の利用効率が非常に低くなってしまうといった問題があった。 Furthermore, the SiH 4 and GeH 4, has been found to be prone to saturation monomolecular, as high as several Torr irradiation pressures molecules at saturation (1 atm = 760 Torr), the substrate is annealed at further irradiation must, use efficiency of the raw material molecules have high radiation pressure in this manner has a problem becomes very low. この問題は、SiH 4とGeH 4の飽和吸着量が常温で単分子層未満であることに起因している。 This problem is due to the saturation adsorption amount of SiH 4 and GeH 4 is less than a monolayer at room temperature.
【0009】 [0009]
このように、水素化合物分子は、SiやGeのALE法用の原料分子として不純物の問題がないという利点を有し、飽和吸着現象を示すものの、その飽和吸着量が単分子層未満であるために、実際にALE法に利用することが困難であった。 Thus, the hydrogen compound molecule has the advantage that there is no problem of impurities as a raw material molecules for Si and Ge of the ALE method, while indicating saturation adsorption phenomena, since its saturation adsorption amount is less than a monolayer to, it has been difficult to use in practice to the ALE method.
この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、水素化合物分子の飽和吸着量を単分子層に高め、IV族半導体のALE成長を実現することのできる、つまり単原子層単位で結晶薄膜を製造することのできる、新しい結晶薄膜製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the circumstances of the street or the saturated adsorption amount of hydrogen compound molecule enhances the monomolecular layer, can realize the ALE growth of group IV semiconductor, i.e. a single atomic layer in capable of producing a crystalline thin film, and its object is to provide a new crystalline thin film manufacturing method.
【0010】 [0010]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
この発明は、上記の課題を解決するものとして、結晶成長するIV族原子(X)からなる水素化合物分子が基板表面に到着する前に、前記水素化合物分子の少なくとも一部を熱分解し、この熱分解により得られる分解種(XH または分解種(XH を含むガスを照射することにより、結晶成長するIV族原子(X)からなる吸着種(XH を基板表面に一層吸着させる第一工程と、吸着しなかった残留ガスを排気する第二工程と、表面励起手段を用いて基板表面を励起し、不要な水素を基板表面から離脱させる第三工程とを含む複数工程を1サイクルとし、このサイクル毎に一原子層を形成することを特徴とする結晶薄膜製造方法(請求項1)を提供する。 The present invention, as to solve the above problems, before hydrogen compound molecule consisting of Group IV atoms (X) to crystal growth reaches the surface of the substrate, at least a portion of said hydrogen compound molecule pyrolyzed, this by irradiating a gas containing decomposition species obtained by thermal decomposition (XH 2) or degraded species (XH 2), crystal growth adsorbed species consisting of group IV atoms (X) (XH 2) further adsorbed on the surface of the substrate a first step of the second step of evacuating the residual gas not adsorbed to excite the substrate surface with a surface pumping unit, a multi-step including a third step of separating the undesired hydrogen from the substrate surface as one cycle, to provide a crystalline thin film manufacturing method characterized by forming an atomic layer (claim 1) for each cycle.
【0011】 [0011]
また、この発明は、結晶成長する二種以上のIV族原子(X)のそれぞれを含む二種以上の水素化合物分子を同時にまたは順次照射する際に、少なくとも一種の水素化合物分子については、基板表面に到着する前に、その少なくとも一部を熱分解し、この熱分解により得られる分解種(XH または分解種(XH を含むガスを照射することにより、結晶成長する二種以上のIV族原子(X)のそれぞれを含む二種以上の吸着種(XH を合わせて一層吸着させる第一工程と、吸着しなかった残留ガスを排気する第二工程と、表面励起手段を用いて基板表面を励起し、不要な水素を基板表面から離脱させる第三工程とを含む複数工程を1サイクルとし、このサイクル毎に一原子層を形成することを特徴とする結晶薄膜製造方法(請 Further, the invention is to simultaneously or sequentially irradiating two or more hydrogen compound molecule containing the respective two or more Group IV atoms crystal growth (X), for at least one hydrogen compound molecule, the substrate surface the before arrival, at least partially pyrolyzed, by irradiating a gas containing decomposition species obtained by this thermal decomposition (XH 2) or degraded species (XH 2), of two or more crystal growth using a first step to further adsorb to fit two or more adsorbed species including respective group IV atoms (X) and (XH 2), a second step of evacuating the residual gas not adsorbed, the surface exciting unit exciting the substrate surface Te, unwanted hydrogen multiple steps as one cycle comprising a third step of separating from the substrate surface, crystalline thin film manufacturing method characterized by forming an atomic layer per cycle (請 項2)をも提供する。 Section 2) also provides a.
【0012】 [0012]
そして、上記の製造方法において、第三工程における表面励起手段が熱励起であること(請求項 )や、第三工程における表面励起手段が光励起であること(請求項 )や、第三工程における表面励起手段が電子線励起であること(請求項や、1サイクルが基板温度を下げる工程をも含むこと(請求項6)等をその態様としている。 Then, in the above manufacturing method, the third possible surface excitation means is a thermal excitation in step (claim 3) or, that the surface exciting unit in the third step is photoexcited and (Claim 4), a third step surface excitation means is that an electron beam excitation and (claim 5), the 1 cycle also comprises the step of lowering the substrate temperature (claim 6) or the like and its aspects in.
【0013】 [0013]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
この発明の結晶薄膜製造方法は、上述したように、結晶成長するIV族原子(X)からなる水素化合物分子が基板表面に到着する前に、前記水素化合物分子の少なくとも一部を熱分解し、この熱分解により得られる分解種(XH または分解種(XH を含むガスを照射することにより、結晶成長するIV族原子(X)からなる吸着種(XH を基板表面に一層吸着させる第一工程、または、結晶成長する二種以上のIV族原子(X)のそれぞれを含む二種以上の水素化合物分子を同時にまたは順次照射する際に、少なくとも一種の水素化合物分子については、基板表面に到着する前に、その少なくとも一部を熱分解し、この熱分解により得られる分解種(XH または分解種(XH を含むガスを照射することにより、結 Crystalline thin film manufacturing method of the present invention, as described above, before the hydrogen compound molecule consisting of Group IV atoms crystal growth (X) arrives at the substrate surface, at least a portion of said hydrogen compound molecule pyrolyzed, by irradiating the decomposition species obtained by thermal decomposition (XH 2) or degradation species gas containing (XH 2), more adsorbate consisting of group IV atoms crystal growth (X) and (XH 2) on the substrate surface the first step of adsorbing or, when simultaneously or sequentially irradiating two or more hydrogen compound molecule containing the respective two or more group IV atoms crystal growth (X), for at least one hydrogen compound molecule, before arriving at the substrate surface, by at least partially pyrolyzed, it irradiates a gas containing a decomposed species obtained by this thermal decomposition (XH 2) or degraded species (XH 2), sintered 晶成長する二種以上のIV族原子(X)のそれぞれを含む二種以上の吸着種(XH を合わせて一層吸着させる第一工程と、吸着しなかった残留ガスを排気する第二工程と、表面励起手段を用いて基板表面を励起し、不要な水素を基板表面から離脱させる第三工程との3つの工程が含まれた複数の工程を1サイクルとして、各サイクル毎に一原子層を形成することを特徴としている。 A second step of evacuating the first step to further adsorb to fit two or more adsorbed species containing the respective crystal growing two or more kinds of group IV atoms (X) and (XH 2), the residual gas not adsorbed If, to excite the substrate surface with a surface pumping unit, unnecessary hydrogen as a plurality of steps of one cycle that includes three steps of the third step of separating from the substrate surface, a monoatomic layer in each cycle It is characterized by forming a.
【0014】 [0014]
この発明の発明者は、原料分子として水素化合物分子を用いる際、その飽和吸着量が単分子層未満であっても、その熱分解種または熱分解種を含むガスを照射することにより、常温において単分子層で飽和吸着することを見いだした。 The inventor of this invention, when using hydrogen compound molecule as a starting material molecules, be less than the saturation adsorption amount monolayer, by irradiating a gas containing the pyrolysis species or pyrolysis species, at room temperature was found that the saturated adsorption in a monomolecular layer.
たとえば、SiH 4およびSi 26を原料分子として用いた場合、これらを熱分解することにより主に生じるSiH 2は表面で単分子層吸着する。 For example, when using SiH 4 and Si 2 H 6 as a material molecules, mainly SiH 2 occurring can be monomolecular layer at the surface by these pyrolysis. よって、SiH 2は、単分子で飽和吸着するので、基板のSiとの反応性は高いが、基板に吸着したSiH 2のH上にさらに吸着することが少ない。 Therefore, SiH 2 Since the saturated adsorption monomolecular, although highly reactive with Si of the substrate, it is less further adsorbed onto H of SiH 2 adsorbed on the substrate.
【0015】 [0015]
SiH 4 、Si 26以外にも、Si 38 、GeH 4 、Ge 26 、CH 4 、C 26 、C 38を原料分子として用いた場合にも、同様な効果を得ることができる。 SiH 4, in addition to Si 2 H 6, Si 3 H 8, GeH 4, Ge 2 H 6, CH 4, also in the case where the C 2 H 6, C 3 H 8 was used as a raw material molecules, the same effect it is possible to obtain.
したがって、これらの水素化合物分子はそれぞれ、Si、Ge、Cの単分子層吸着に有効である。 Therefore, these hydrogen compound molecules are each a valid Si, Ge, a monomolecular layer adsorption C. すなわち、これらの水素化合物分子を、基板表面に到着する前に、熱分解して、その結果得られた分解種を利用することによって、成長原子からなる吸着種を飽和吸着させ、しかもその飽和吸着量を単分子とすることができる。 In other words, these hydrogen compound molecules, before reaching the substrate surface, pyrolyzed, its by utilizing the resulting decomposed species, the adsorbed species consisting grown atom saturated adsorption, moreover the saturated adsorption it can be the amount monomolecular. このような単分子吸着に有効な分解種は水素化合物分子を熱的に分解したときに得られたものである。 Effective decomposition species such monomolecular adsorption is obtained when decomposing hydrogen compound molecules thermally.
【0016】 [0016]
次に、吸着種に含まれる不要な水素は、たとえば500℃程度のアニールで基板表面から離脱させて除去することができる。 Then, unnecessary hydrogen contained in the adsorbed species, for example can be removed by withdrawal from the substrate surface at about 500 ° C. annealing. この不要水素の基板表面からの離脱除去は、光や電子線を用い、光励起や電子線励起により基板表面を励起しても行うことができる。 The withdrawal removed from the substrate surface of the unnecessary hydrogen, using light or an electron beam can be carried out by exciting the substrate surface by photoexcitation or electron beam excitation. また、熱の発生をほとんど伴わない光励起や電子線励起の他に、光強度や電子線強度を強くすることにより熱励起を基板表面の励起手段として用いることもできる。 In addition to the most accompanied not photoexcitation and electron beam excitation generation of heat, the thermal excitation by strong light intensity and the electron beam intensity can be used as an excitation means of the substrate surface. 水素の離脱除去に熱効果を利用する場合は、基板温度を下げる工程を加えるようにしてもよい。 When utilizing thermal effects on withdrawal removal of hydrogen may be added a step of lowering the board temperature.
【0017】 [0017]
また、たとえば、Si 26およびGeH 4を熱分解して同時に照射することで、たとえばSiH 2およびGeH 2を基板表面に吸着させると、どちらも水素上には吸着しにくいので、SiH 2およびGeH 2がある割合で配分されて、合わせて単分子層で飽和吸着させることができる。 Further, for example, a Si 2 H 6 and GeH 4 by irradiating simultaneously thermally decomposed, for example, when the adsorption of SiH 2 and GeH 2 on the substrate surface, it is hard to adsorb to both the hydrogen, SiH 2 and are distributed in a certain ratio GeH 2, it can be saturated adsorption combined with monolayer. 吸着させるSiH 2とGeH 2の割合は、たとえば、Si 26およびGeH 4の照射量比で調整できる。 The proportion of SiH 2 and GeH 2 of adsorbing, for example, can be adjusted by the dose ratio of Si 2 H 6 and GeH 4. これは、たとえばSi/Geの混晶を単原子層単位で、しかも各層で組成比を変えて成長できることを意味する。 This, for example the mixed crystal of Si / Ge single atomic layer, moreover means that it is possible to grow by changing the composition ratio in each layer.
【0018】 [0018]
なお、この発明の結晶薄膜製造方法における各1サイクル内では、上述した第一工程は、一番最初に行われる必要があるわけではなく、サイクル内において第一工程、第二工程、第三工程の順にこれらの工程が含まれていればよく、水素化合物が基板表面に到着する前においてこの第一工程よりもさらに前に、第二工程および第三工程以外の何らかの他の処理工程が行われることを妨げるものではない。 In each one cycle of the crystal thin film manufacturing method of the invention, the first step described above, first does not mean needs to be done most, the first step in the cycle, the second step, the third step may be contained the order of these steps, the more prior to the first step, second step and any other processing steps other than the third step is carried out before the hydrogen compound reaches the substrate surface It does not prevent that.
【0019】 [0019]
以下、添付した図面に沿って実施例を示し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。 Hereinafter, Examples using the attached drawings, will be described in more detail embodiments of the present invention.
【0020】 [0020]
【実施例】 【Example】
図1は、この発明の一実施例である結晶薄膜製造方法を用いる製造装置を例示した概略図である。 Figure 1 is a schematic diagram illustrating a manufacturing apparatus using a crystalline thin film manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
この図1に例示した製造装置では、たとえば、Ge(100)面を表面に持つ試料(3)が真空容器(1)の略中央に取り付けられており、真空容器( )は常に排気装置 )により排気される。 In the illustrated manufacturing apparatus in FIG. 1, for example, Ge (100) samples with surface to surface (3) is mounted substantially at the center of the vacuum chamber (1), the vacuum container (1) is always exhaust system ( It is exhausted by 2). また、真空容器( )内には、第二工程において用いられる表面励起手段としてのヒーター(4)が試料(3)の近傍に設置されている。 Further, the vacuum chamber (1), a heater serving as a surface excitation means used in the second step (4) is installed in the vicinity of the sample (3). 本実施例では、原料分子として水素化合物分子であるジシラン(Si 26 )を用い、このジシランは、原料ボンベ(6)により放出されて、圧力調整用減圧弁(7)および流量調節器(8)それぞれによりその圧力および流量が調整され、on/offバルブ(9)を介して真空容器( )内に設けられた熱分解セル(5)に流される。 In this example, using hydrogen compound molecules are a disilane (Si 2 H 6) as a raw material molecules, the disilane, is released from a source cylinder (6), the pressure regulating pressure reducing valve (7) and flow controller ( 8) the pressure and flow rate is adjusted by respectively flowed into on / off valve (9) thermal decomposition cell provided in the vacuum vessel (1) through (5). そして、熱分解セル(5)により熱分解されて、その熱分解ガスが試料(3)表面に照射される。 Then, it is thermally decomposed by pyrolysis cell (5), the pyrolysis gas is irradiated to the sample (3) surface. 熱分解セル(5)はアルミナの中にスパイラルに巻いたタングステン細線の温度を制御することにより制御され、またジシランを照射するか照射しないかはon/offバルブ(9)で制御される。 Pyrolysis cell (5) it is controlled by controlling the temperature of the tungsten thin wire wound in a spiral inside the alumina tube and one is not irradiated or irradiated disilane is controlled by the on / off valve (9).
【0021】 [0021]
このような図1の製造装置を用いてこの発明の結晶薄膜製造方法により、Siの単原子層単位の結晶成長を行った。 Using such an apparatus for manufacturing 1 by crystal thin film production method of the present invention, it was subjected to crystal growth of a single atomic layer of Si.
原子層結晶成長の手順は、(1)熱分解ガスの照射1分(第一工程)、(2)不要ガスの排気1分(第二工程)、(3)ヒーターによる基板の熱励起1分(第三工程)、(4)冷却3分(第四工程)であり、これらの4工程を一サイクルとしている。 Procedure of atomic layer crystal growth, (1) irradiating a minute pyrolysis gas (the first step), (2) exhaust 1 minute unnecessary gas (second step), (3) thermal excitation 1 minute of the substrate by the heater (third step), and (4) a cooling 3 minutes (fourth step), a cycle of these four steps.
【0022】 [0022]
図2は、1サイクルで成長したSi膜厚のSi 26の照射量依存を例示したものである。 Figure 2 is an illustration of a dose of Si 2 H 6 of the grown Si film thickness dependency in one cycle. なお、本実施例では、第一工程における熱分解セル(5)のタングステン細線の温度は400℃に設定し、第三工程における基板の熱励起温度は500℃に設定している。 In this embodiment, the temperature of the tungsten thin wire pyrolysis cell (5) in the first step was set to 400 ° C., thermal excitation temperature of the substrate in the third step is set at 500 ° C..
熱分解しないでSi 26を照射すると飽和吸着量は0.6であったが、図2から明らかなように、この発明の方法によって1.0×10 4 L(1L=1×10 -6 Toll・sec)の照射量以上で1サイクル当たり単原子の飽和吸着量を得ることができた。 Saturated adsorption amount when irradiated with Si 2 H 6 is not thermally decomposed but was 0.6, as apparent from FIG. 2, the method of the invention 1.0 × 10 4 L (1L = 1 × 10 - It could be obtained saturation adsorption amount of the dose more than 1 cycle per single atom of 6 Toll · sec). したがって、Si 26を熱分解することによって、Siが単原子で飽和吸着することがわかる。 Therefore, the Si 2 H 6 by thermal decomposition, it can be seen that Si is saturated adsorption in a single atom.
【0023】 [0023]
図3は、サイクルを繰り返したときのSiの成長膜厚の変化を例示したものである。 Figure 3 is an illustration of a change in the growth thickness of the Si when repeated cycles. この図3から明らかなように、1サイクル毎にSiが単原子層ずつ増え、単原子層単位の成長が実現されていることがわかる。 FIG 3 As is apparent from, increasing Si is by monolayers per cycle, it can be seen that the growth of the monoatomic layer units is realized.
もちろん、この発明は以上の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。 Of course, the invention is not limited to the above examples, it may be made without departing from various aspects for details.
【0024】 [0024]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
以上詳しく説明した通り、この発明の結晶薄膜製造方法によって、不純物の影響のない水素化合物分子を用いて、特にSi、Ge、CのIV族半導体を単原子層単位で成長させることができ、それとともに吸着過程で、水素化合物分子が吸着するので、水素が原子の移動を抑制し、同種の原子同士が凝集する現象や、異種原子が拡散する現象の発生を防ぐことができる。 As described above in detail, the crystalline thin film manufacturing method of the present invention, using a hydrogen compound molecules not affected by impurities, particularly Si, Ge, can group IV semiconductors C be grown in a single atomic layer, it with the adsorption process, because hydrogen compound molecules are adsorbed hydrogen suppresses the movement of the atoms, and phenomena of atoms between the same type of agglomerate, it is possible to prevent the occurrence of phenomenon that different atoms diffuse. たとえばSi層とGe層をそれぞれ任意の層数、任意の順番で成長することができる。 For example the Si layer and the Ge layer any number of layers, respectively, can be grown in any order.
【0025】 [0025]
また、成長原子の異なる複数の水素化合物分子、たとえばSi 26とGeH 4など、を用いても、吸着が単分子で飽和する機構が同じであるため、異種原子が混合した単分子層を単分子層単位で成長できる。 Further, more hydrogen compound molecules of different growth atoms, such as Si 2 H 6 and GeH 4, be used, because adsorption is a mechanism that saturated monomolecular same, monolayers heteroatom is mixed It can grow in a single molecular layer unit. たとえば、Si 0.6 Ge 0.4とSi 0.9 Ge 0.1の混晶の層を単分子層単位で交互に積層することができる。 For example, it can be stacked in alternating layers of a mixed crystal of Si 0.6 Ge 0.4 and Si 0.9 Ge 0.1 in monolayer units. さらにまた、水素の離脱の方法に細かいビーム系のレーザーや電子線を用いることができるので、水素除去の工程でこれらのビームを描画し、微細な選択成長、およびパターン形成をも実現できる。 Furthermore, it is possible to use a laser or electron beam fine beam system in the process of the withdrawal of hydrogen, to draw these beams in the process of hydrogen removal, it can be realized fine selective growth, and patterning.
【0026】 [0026]
さらに、水素化合物分子であれば、この発明の方法に利用することができるので、様々な材料系に応用展開が可能である。 Furthermore, if the hydrogen compound molecules, can be utilized in the process of the invention allows application and development to various material systems.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】この発明の一実施例である結晶薄膜製造方法を用いる製造装置を例示した概略図である。 1 is a schematic diagram illustrating a manufacturing apparatus using a crystalline thin film manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
【図2】1サイクルで成長したSi膜厚のSi 26の照射量依存を例示した図である。 2 is a illustrated figure dose dependence of Si 2 H 6 of the grown Si film thickness in one cycle.
【図3】サイクルを繰り返したときのSiの成長膜厚の変化を例示した図である。 3 is a diagram illustrating a change in the growth thickness of the Si when repeated cycles.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
1 真空容器2 排気装置3 試料4 ヒーター5 熱分解セル6 原料ボンベ7 圧力調整用減圧弁8 流量調節器9 on/offバルブ 1 vacuum vessel 2 exhaust device 3 Sample 4 Heater 5 pyrolysis cell 6 feed cylinder 7 for adjusting pressure reducing valve 8 flow controller 9 on / off valve

Claims (6)

  1. 結晶成長するIV族原子(X)からなる水素化合物分子が基板表面に到着する前に、前記水素化合物分子の少なくとも一部を熱分解し、この熱分解により得られる分解種(XH または分解種(XH を含むガスを照射することにより、結晶成長するIV族原子(X)からなる吸着種(XH を基板表面に一層吸着させる第一工程と、吸着しなかった残留ガスを排気する第二工程と、表面励起手段を用いて基板表面を励起し、不要な水素を基板表面から離脱させる第三工程とを含む複数工程を1サイクルとし、このサイクル毎に一原子層を形成することを特徴とする結晶薄膜製造方法。 Before hydrogen compound molecule consisting of Group IV atoms (X) to crystal growth reaches the surface of the substrate, at least a portion of said hydrogen compound molecule pyrolyzed, decompose species obtained by this thermal decomposition (XH 2) or degradation by irradiating a gas containing seeds (XH 2), a first step of adsorbing species consisting of group IV atoms crystal growth (X) and (XH 2) further adsorbed on the surface of the substrate, the residual gas not adsorbed forming a second evacuating to excite the substrate surface with a surface pumping unit, unnecessary hydrogen multiple steps as one cycle comprising a third step of separating from the substrate surface, an atomic layer per cycle crystal thin film manufacturing method, characterized by.
  2. 結晶成長する二種以上のIV族原子(X)のそれぞれを含む二種以上の水素化合物分子を同時にまたは順次照射する際に、少なくとも一種の水素化合物分子については、基板表面に到着する前に、その少なくとも一部を熱分解し、この熱分解により得られる分解種(XH または分解種(XH を含むガスを照射することにより、結晶成長する二種以上のIV族原子(X)のそれぞれを含む二種以上の吸着種(XH を合わせて一層吸着させる第一工程と、吸着しなかった残留ガスを排気する第二工程と、表面励起手段を用いて基板表面を励起し、不要な水素を基板表面から離脱させる第三工程とを含む複数工程を1サイクルとし、このサイクル毎に一原子層を形成することを特徴とする結晶薄膜製造方法。 When simultaneously or sequentially irradiating two or more hydrogen compound molecule containing the respective two or more Group IV atoms crystal growth (X), for at least one hydrogen compound molecule, before reaching the substrate surface, at least a portion of the thermal decomposition, decomposition species obtained by this thermal decomposition (XH 2) or degraded species by irradiating a gas containing (XH 2), two or more group IV atoms crystal growth (X) of a first step to further adsorb together two or more adsorbed species (XH 2) containing respectively, a second step of evacuating the residual gas not adsorbed to excite the substrate surface using the surface pumping means , unnecessary hydrogen multiple steps as one cycle comprising a third step of separating from the substrate surface, crystalline thin film manufacturing method characterized by forming an atomic layer per cycle.
  3. 第三工程における表面励起手段が熱励起である請求項1または2の結晶薄膜製造方法。 Claim 1 or 2 crystal thin film manufacturing method surface excitation means in the third step is a thermal excitation.
  4. 第三工程における表面励起手段が光励起である請求項1または2の結晶薄膜製造方法。 Claim 1 or 2 crystal thin film manufacturing method surface excitation means in the third step is photoexcitation.
  5. 第三工程における表面励起手段が電子線励起である請求項1または2の結晶薄膜製造方法。 Claim 1 or 2 crystal thin film manufacturing method surface excitation means in the third step is electron beam excitation.
  6. 1サイクルが基板温度を下げる工程をも含む請求項1ないし5のいずれかの結晶薄膜製造方法。 Any crystalline thin film manufacturing method of claims 1 to 5 comprising also a step of one cycle lowers the substrate temperature.
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