JPH02137315A - 超格子構造の形成方法 - Google Patents
超格子構造の形成方法Info
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- JPH02137315A JPH02137315A JP29150188A JP29150188A JPH02137315A JP H02137315 A JPH02137315 A JP H02137315A JP 29150188 A JP29150188 A JP 29150188A JP 29150188 A JP29150188 A JP 29150188A JP H02137315 A JPH02137315 A JP H02137315A
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Landscapes
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- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は電子デバイス等の分野で脚光を浴びている超格
子構造（ペテロ接合単体も含める）の形成方法に関する
。
子構造（ペテロ接合単体も含める）の形成方法に関する
。
［従来の技術］
近年、人工的に材料の物性を制御できる超格子構造に対
する関心が高まり、研究が進められている。ＭＢＥ
（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａ
ｘｉａｌ）法や、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ ０ｒｇ
ａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いることにより良質の
へテロ接合や、制御された短距離の膜厚の単結晶薄膜が
形成できるＧａＡｓ／ＧａＡＩＡＳ等の化合物半導体を
用いたものが主であるが、Ｍ、Ｈｉｒｏｓｅ ｅｔ
ａｌ、 、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃ
ｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＳｏｌｉｄｓ ９７＆９８ （
１９８７）、ｐｐ。
する関心が高まり、研究が進められている。ＭＢＥ
（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａ
ｘｉａｌ）法や、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ ０ｒｇ
ａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いることにより良質の
へテロ接合や、制御された短距離の膜厚の単結晶薄膜が
形成できるＧａＡｓ／ＧａＡＩＡＳ等の化合物半導体を
用いたものが主であるが、Ｍ、Ｈｉｒｏｓｅ ｅｔ
ａｌ、 、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃ
ｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＳｏｌｉｄｓ ９７＆９８ （
１９８７）、ｐｐ。
２３−３０等に示されるごとく、非晶質珪素膜と窒化珪
素膜とで超格子構造を形成した例もある。
素膜とで超格子構造を形成した例もある。
［発明が解決しようとする課題］
上記の例にある非晶質珪素膜と窒化珪素膜による超格子
構造は、キャリアを閉じ込める井戸層が非晶質珪素で形
成されているため、本質的に低移動度である。また、前
記井戸層と窒化珪素膜による障壁層との界面に形成され
る、キャリアをトラップする界面準位の密度が大きく、
低移動度であるばかりでなく、膜面に歪点方向のリーク
電流が大であった。
構造は、キャリアを閉じ込める井戸層が非晶質珪素で形
成されているため、本質的に低移動度である。また、前
記井戸層と窒化珪素膜による障壁層との界面に形成され
る、キャリアをトラップする界面準位の密度が大きく、
低移動度であるばかりでなく、膜面に歪点方向のリーク
電流が大であった。
本発明は以上の課題を解決するもので、その目的とする
ところは珪素（Ｓｉ）材料を用いた高品位の超格子構造
を実現することにある。
ところは珪素（Ｓｉ）材料を用いた高品位の超格子構造
を実現することにある。
［課題を解決するための手段］
以上の課題を解決するため、本発明の超格子構造の形成
方法は、熱酸化法による酸化膜形成工程、堆積法による
薄膜形成工程、前記堆積法により形成した薄膜の結晶性
向上を行う工程を有することを特徴とする。
方法は、熱酸化法による酸化膜形成工程、堆積法による
薄膜形成工程、前記堆積法により形成した薄膜の結晶性
向上を行う工程を有することを特徴とする。
［実施例］
第１図に、本発明の実施例における超格子構造の形成方
法を工程順に示した断面図である。ここでは、Ｓ ｉ
／ Ｓ ｉ Ｏ２の超格子形成の例を説明する。同図（
ａ）は、第１層目の酸化膜（Ｓｉ０２）形成工程終了時
の断面図であり、１０１はＳｉ基板、１０２は熱酸化法
により形成されたＳｉＯ２である。ＳｉＯ２はこの場合
障壁層となる役割を持っているが、このためには通常１
０ｎｍ以下の膜厚で制御性良く形成されなければならな
い。通常の熱酸化法ではこの様な薄いＳｉＯ２を均一に
形成することは困難であるが、間材ら、１９８８年春期
第３５回応用物理学関係連合講演界講演予稿集３０ｐ−
ＺＧ−５に示されるごとき３００℃程度の低温でＳｉの
熱酸化を行えば１０ｎｍ以下の膜厚で制御性良（ＳｉＯ
２を均一に形成することができる。また、この様にして
形成したＳｉと５ｉｎｓ界面の界面準位密度は小さく、
高品位のへテロ接合が形成できる。第１図（ｂ）は、第
１層目のＳｉｌ膜形成工程終了時の断面図であり、１０
３は井戸層となるＳ１薄膜である。同図（ａ）の状態か
らＳｉＯ２１０２のパターニングを行い、Ｓｉ薄膜を堆
積する。この時、ＳｉＯ２１０２上のＳｉ薄［５１１０
３は、 ＣＶＤ （ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等で堆積すると多結晶もしくは
非晶質の状態となる。そこで、Ｓｉ基板１０１を種結晶
として横方向に溶融再結晶法や固相成長法等の手段によ
りＳｉ薄膜１０３の結晶化を行えば、高移動度で５ｉＯ
２１０２との界面準位密度の小さい井戸層Ｓｉ薄ｙＡ１
０３が形成できる。ｐ型もしくはｎ型の導電型とするた
めの不純物は、この結晶化時もしくはその前に混入を行
い、所望の不純物濃度にしておけばよい。第１図（Ｃ）
は、第２層目のＳｉ薄膜形成工程終了時の断面図であり
、１０４は第２Ｗｉ目の５ｉｎｓ （障壁層）、１０
５は第２層目の５ｉＦＩｉ膜（井戸層）である。前記の
酸化膜形成方法等によりＳｉ薄膜１０３の表面を酸化し
、パターニング、Ｓｉ＠１ｉ１０５を形成、結晶化を行
えばこの様な断面図となる。同図（ｄ）は、最後のＳｉ
薄膜形成工程終了時の断面図であり、１０６は第３層目
（Ｄ Ｓ ｉ Ｏ２（障壁層）、１０７は最ｆｉｌノＳ
ｉｏ２ （障壁層）、１０８は最後のＳｉ薄膜である。
法を工程順に示した断面図である。ここでは、Ｓ ｉ
／ Ｓ ｉ Ｏ２の超格子形成の例を説明する。同図（
ａ）は、第１層目の酸化膜（Ｓｉ０２）形成工程終了時
の断面図であり、１０１はＳｉ基板、１０２は熱酸化法
により形成されたＳｉＯ２である。ＳｉＯ２はこの場合
障壁層となる役割を持っているが、このためには通常１
０ｎｍ以下の膜厚で制御性良く形成されなければならな
い。通常の熱酸化法ではこの様な薄いＳｉＯ２を均一に
形成することは困難であるが、間材ら、１９８８年春期
第３５回応用物理学関係連合講演界講演予稿集３０ｐ−
ＺＧ−５に示されるごとき３００℃程度の低温でＳｉの
熱酸化を行えば１０ｎｍ以下の膜厚で制御性良（ＳｉＯ
２を均一に形成することができる。また、この様にして
形成したＳｉと５ｉｎｓ界面の界面準位密度は小さく、
高品位のへテロ接合が形成できる。第１図（ｂ）は、第
１層目のＳｉｌ膜形成工程終了時の断面図であり、１０
３は井戸層となるＳ１薄膜である。同図（ａ）の状態か
らＳｉＯ２１０２のパターニングを行い、Ｓｉ薄膜を堆
積する。この時、ＳｉＯ２１０２上のＳｉ薄［５１１０
３は、 ＣＶＤ （ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等で堆積すると多結晶もしくは
非晶質の状態となる。そこで、Ｓｉ基板１０１を種結晶
として横方向に溶融再結晶法や固相成長法等の手段によ
りＳｉ薄膜１０３の結晶化を行えば、高移動度で５ｉＯ
２１０２との界面準位密度の小さい井戸層Ｓｉ薄ｙＡ１
０３が形成できる。ｐ型もしくはｎ型の導電型とするた
めの不純物は、この結晶化時もしくはその前に混入を行
い、所望の不純物濃度にしておけばよい。第１図（Ｃ）
は、第２層目のＳｉ薄膜形成工程終了時の断面図であり
、１０４は第２Ｗｉ目の５ｉｎｓ （障壁層）、１０
５は第２層目の５ｉＦＩｉ膜（井戸層）である。前記の
酸化膜形成方法等によりＳｉ薄膜１０３の表面を酸化し
、パターニング、Ｓｉ＠１ｉ１０５を形成、結晶化を行
えばこの様な断面図となる。同図（ｄ）は、最後のＳｉ
薄膜形成工程終了時の断面図であり、１０６は第３層目
（Ｄ Ｓ ｉ Ｏ２（障壁層）、１０７は最ｆｉｌノＳ
ｉｏ２ （障壁層）、１０８は最後のＳｉ薄膜である。
前記の工程を繰り返し行い、この様な構造を形成する。
同図（ｅ）は、不用なＳｉ薄膜を除去する工程終了時の
断面図である。以上述べたごとく、本発明により、高品
位の超格子構造が制御性良く形成できる。なお、本実施
例においてはデバイス形成に必要な、電極形成等の工程
を省略している。
断面図である。以上述べたごとく、本発明により、高品
位の超格子構造が制御性良く形成できる。なお、本実施
例においてはデバイス形成に必要な、電極形成等の工程
を省略している。
また、本実施例もＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ ０ｘｉｄ６
Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ） トランジスタを形成
する場合と同様に、超格子構造形成領域以外を５ｉ３Ｎ
−等の薄膜で覆うようにしてもよい。
Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ） トランジスタを形成
する場合と同様に、超格子構造形成領域以外を５ｉ３Ｎ
−等の薄膜で覆うようにしてもよい。
第２図に、本発明の実施例を用いて形成した量子細ＦＡ
（２次元人工格子）の斜視図を示す。同図において、第
１図と同一の記号は第１図と同一のものを表す。２０１
は基板１０１を熱酸化することにより形成した５ｉ０２
．２０２は堆積法により形成し結晶化されたＳｉ、２０
３は堆積法により形成し結晶化された５ｉ２０２を熱酸
化することにより形成したＳｉＯ２である。Ｓｉ部２０
２がキャリアが２次元的に閉じ込められる量子細線とな
る。本発明を用いることにより、膜厚が薄く制御された
高品位のＳｉＯ２やＳｉが形成できるため、平面的なパ
ターニング精度さえ向上すればＳｉを用いた高性能の量
子細線が形成できる。
（２次元人工格子）の斜視図を示す。同図において、第
１図と同一の記号は第１図と同一のものを表す。２０１
は基板１０１を熱酸化することにより形成した５ｉ０２
．２０２は堆積法により形成し結晶化されたＳｉ、２０
３は堆積法により形成し結晶化された５ｉ２０２を熱酸
化することにより形成したＳｉＯ２である。Ｓｉ部２０
２がキャリアが２次元的に閉じ込められる量子細線とな
る。本発明を用いることにより、膜厚が薄く制御された
高品位のＳｉＯ２やＳｉが形成できるため、平面的なパ
ターニング精度さえ向上すればＳｉを用いた高性能の量
子細線が形成できる。
第３図に、本発明の実施例を用いて形成した量子箱（３
次元人工格子）の斜視図を示す。同図において、第１図
と同一の記号は第１図と同一のものを表す。３０１はＳ
ｉを熱酸化することにより形成した５ｉ０２であり、３
０２は堆積法により形成し結晶化されたＳｉである。ま
ず、８１基板１０１を熱酸化することにより５ｉＯａ１
０２を形成し、１０ｎｍ程度の大きさでパターニングを
行う。次に、Ｓｉを堆積し、５１０ｇ１０２の開口部を
シード部として結晶成長を行う。そして、堆積法により
形成し結晶化されたＳｉを１０ｎｍ程度の大きさでパタ
ーニングを行い、その後熱酸化を行うことにより３０１
と３０２を形成する。
次元人工格子）の斜視図を示す。同図において、第１図
と同一の記号は第１図と同一のものを表す。３０１はＳ
ｉを熱酸化することにより形成した５ｉ０２であり、３
０２は堆積法により形成し結晶化されたＳｉである。ま
ず、８１基板１０１を熱酸化することにより５ｉＯａ１
０２を形成し、１０ｎｍ程度の大きさでパターニングを
行う。次に、Ｓｉを堆積し、５１０ｇ１０２の開口部を
シード部として結晶成長を行う。そして、堆積法により
形成し結晶化されたＳｉを１０ｎｍ程度の大きさでパタ
ーニングを行い、その後熱酸化を行うことにより３０１
と３０２を形成する。
以上の工程を積み重ねて行くことにより３次元人工格子
が形成される。
が形成される。
以上述べたごとく、本発明による超格子構造の形成方法
を用いることにより、Ｓ ｉ ／ Ｓ ｉ Ｏ２構造の
超格子形成が容易となる。このＳｉ／ＳｉＯ２構造の超
格子により、安価なＳｉ基板を用いた場合においても、
共鳴トンネルダイオード、共鳴トンネルバイポーラトラ
ンジスタ等の共鳴トンネルデバイスやアバランシェフォ
トダイオード等のデバイスが形成できるようになった。
を用いることにより、Ｓ ｉ ／ Ｓ ｉ Ｏ２構造の
超格子形成が容易となる。このＳｉ／ＳｉＯ２構造の超
格子により、安価なＳｉ基板を用いた場合においても、
共鳴トンネルダイオード、共鳴トンネルバイポーラトラ
ンジスタ等の共鳴トンネルデバイスやアバランシェフォ
トダイオード等のデバイスが形成できるようになった。
また、多次元人工格子の形成も容易となった。以上の実
施例は単結晶Ｓｉ基板を用いている例であるが、絶縁基
板上に設けたＳｉ＠＠等のＳＯＩ （Ｓｉｌｉｃｏｎ
ｏｎ Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）構造で本発明を適用し
てもよく、また他の材料、例えばＡ１等の金属薄膜とそ
れを水蒸気酸化等の方法で酸化した酸化膜とで形成する
超格子に本発明を適用してもよい。
施例は単結晶Ｓｉ基板を用いている例であるが、絶縁基
板上に設けたＳｉ＠＠等のＳＯＩ （Ｓｉｌｉｃｏｎ
ｏｎ Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）構造で本発明を適用し
てもよく、また他の材料、例えばＡ１等の金属薄膜とそ
れを水蒸気酸化等の方法で酸化した酸化膜とで形成する
超格子に本発明を適用してもよい。
［発明の効果］
以上述べたごとく本発明を用いることにより、高品位の
Ｓ ｉ ／ Ｓ ｉ Ｏ２へテロ構造が形成されるため
、Ｓｉ材料を用いた高品位の超格子構造が実現された。
Ｓ ｉ ／ Ｓ ｉ Ｏ２へテロ構造が形成されるため
、Ｓｉ材料を用いた高品位の超格子構造が実現された。
本発明は、多次元人工格子の形成にも有用で、また、Ｓ
１以外の物質で形成する超格子構造にも適用される。
１以外の物質で形成する超格子構造にも適用される。
の形成方法を工程順に示した断面図である。同図（ａ）
は、第１層目の酸化膜（Ｓ ｉ ０２）形成工程終了時
の断面図、（ｂ）は、第１層目のＳｉ薄膜形成工程終了
時の断面図、（Ｃ）は、第２層目のＳｉ薄膜形成工程終
了時の断面図、 （ｄ）は、最後のＳｉ薄膜形成工程終
了時の断面図、 （ｅ）は不用なＳｉ薄膜を除去する工
程終了時の断面図。 第２図は、本発明の実施例を用いて形成した量子細線（
２次元人工格子）の斜視図。 第３図は、本発明の実施例を用いて形成した量子箱（３
次元人工格子）の斜視図。 １０１・・・基板 １０２、 １０４． １０６． １０７・・・酸化膜１
０３．１０５，１０８・・・１Ｗ膜 （ａ） （ｄ） （ｂ） （ｅ） 以 上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人弁理士 上柳 雅誉 他１名 第１図
は、第１層目の酸化膜（Ｓ ｉ ０２）形成工程終了時
の断面図、（ｂ）は、第１層目のＳｉ薄膜形成工程終了
時の断面図、（Ｃ）は、第２層目のＳｉ薄膜形成工程終
了時の断面図、 （ｄ）は、最後のＳｉ薄膜形成工程終
了時の断面図、 （ｅ）は不用なＳｉ薄膜を除去する工
程終了時の断面図。 第２図は、本発明の実施例を用いて形成した量子細線（
２次元人工格子）の斜視図。 第３図は、本発明の実施例を用いて形成した量子箱（３
次元人工格子）の斜視図。 １０１・・・基板 １０２、 １０４． １０６． １０７・・・酸化膜１
０３．１０５，１０８・・・１Ｗ膜 （ａ） （ｄ） （ｂ） （ｅ） 以 上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人弁理士 上柳 雅誉 他１名 第１図
Claims (1)
- 熱酸化法による酸化膜形成工程、堆積法による薄膜形成
工程、前記堆積法により形成した薄膜の結晶性向上を行
う工程を有することを特徴とする超格子構造の形成方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29150188A JPH02137315A (ja) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | 超格子構造の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29150188A JPH02137315A (ja) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | 超格子構造の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02137315A true JPH02137315A (ja) | 1990-05-25 |
Family
ID=17769700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29150188A Pending JPH02137315A (ja) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | 超格子構造の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02137315A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7105895B2 (en) | 1997-11-10 | 2006-09-12 | Nanodynamics, Inc. | Epitaxial SiOx barrier/insulation layer |
-
1988
- 1988-11-18 JP JP29150188A patent/JPH02137315A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7105895B2 (en) | 1997-11-10 | 2006-09-12 | Nanodynamics, Inc. | Epitaxial SiOx barrier/insulation layer |
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