JPH01117314A - 単結晶合金薄膜の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

［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ＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅａｉｃ
ａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　　：化学気
相蒸着）法では通常的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６０−２１５
１７２号、特願昭６０−２１５１７３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
が除徐に低下するという実用上の間。

照点があった。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、ゲルマチウム化合物
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
、単結晶シリコンニ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ａｅＨａ−Ｊａ
　（ａ　ｍＯ〜４の整数）、フルオロシランとしては５
ｉＨ４−１ｌＦ、ｌ（ｎ＠１〜４の整数）ま、たは５ｉ
ｘＦいシランとしｔはＳｉＪ□＠４！（＊・１〜３の整
数）の−数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ェハー、ゲルマニウム
ウェ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。

すなわち、本発明は、好ましい実施のａｍ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モル倍量以上の水素
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′ｒＩＩＩＩ！！！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（ＯＢＪＥＭ
ＯＶＹＣＨ））　）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
〜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／Ｓ＋・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０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（、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、高
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。

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Ｌｌｉ］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
びまたはエツ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１００〜４００℃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〜ｌＯ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、膜厚モニターによつ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°Ｃ以下の低温、奄らには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。

［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
型シリコンウェハー（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（５ｉＨａ　）／ゲルマン（ＧｅＨａ　）／ジフルオ
ロシラン（５ｉＨＪｔ　）／水素を５１０．２／２５／
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１　ｔｏｒｒ
に１１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３００ＯＡになりだ時に放電を停止した。

平均の成膜速度は０．５　Ａ／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０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ェ斑点
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。

特許出願人　　三井東圧化学株式会社

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （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。
2. （２）ゲルマニウム化合物がＧｅＨ＿４＿−＿ａＦ＿ａ
   （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。
3. （３）フルオロシランがＳｉＨ＿４＿−＿ｎＦ＿ｎ（ｎ
   ＝１〜４の整数）またはＳｉ＿２Ｆ＿６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。
4. （４）シランがＳｉ＿ｍＨ＿２＿ｍ＿＋＿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。
5. （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。
6. （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。
7. （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。