JPH02208925A - 半導体膜の形成方法 - Google Patents
半導体膜の形成方法Info
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- JPH02208925A JPH02208925A JP2855789A JP2855789A JPH02208925A JP H02208925 A JPH02208925 A JP H02208925A JP 2855789 A JP2855789 A JP 2855789A JP 2855789 A JP2855789 A JP 2855789A JP H02208925 A JPH02208925 A JP H02208925A
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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
[産業上の利用分野]
本発明は半導体膜の形成方法に関し、特に半導体基板表
面の所望の位置に、膜厚の制御性が良いGeの膜を形成
する方法に関するものである。 [従来の技術] 従来のGeのエピタキシャル成長法として、もっと−船
釣なものは、分子線エピタキシャル法(MBE法)によ
るものおよびGe)14ガスを用いた気相成長法(CV
D法)である、これらの方法では、その膜厚の制御の限
界は1 nm程度(10原子層程度である。 この点を改良した方法として、Geを1原子層づつ基板
表面に堆積させる方法がある(Extended^bs
tracts of Fall Meetingof
ElectrochemicalSociety p9
93,1987.)。 第9図にその原理を示す。清浄な(100)表面(第9
図(^))Geを有する基板上にGeEt2H,(Ge
(C,lI、)、H,;ジエチルゲルマン)ガスを導入
すると、100℃〜350℃程度の低温でGeEt、H
2の水素が脱離し、Et基(エチル基)を有した状態の
Geが、基板の表面に付着する(第9図(B))。 Et基には、新たなGeの付着が生じないので、基板表
面へのGeの付着は1原子層で自動的に停止する(第9
図(C))。 次にランプ加熱により基板を400℃以上に昇温するこ
とにより、Et基を脱離させる(第9図(D) )、す
ると、Geが1原子層成長した状態で再びGeの清浄表
面が現われる(第9図(E))。 ここで再びGOEJJxガスを導入すれば次のGete
子層が形成される。GeEt、H2ガス導入の工程とラ
ンプ加熱の工程とを繰り返すことにより、Geの1原子
層毎の堆積が可能になる。この方法では、Geの成長膜
厚を1原子層のオーダで制御できるという特徴を有して
いる。 第10図は第9図に示した方法で用いているガスの導入
・排気および基板温度の昇降温のシーケンスを示す、第
10図において、tlはGeEt、が表面吸着層を形成
する時間、tlはガスを排気する時間、t3は基板をラ
ンプ加熱により昇温し、表面のEt基を脱離させる時間
、t4は基板温度を冷却する時間である。 第11図は第9図に示した方法を実施するための装置の
模式図である。第11図において、半導体基板1は、石
英でできた基板ホルダ2に載置され透明な反応炉3に収
納されている0反応炉3においてガスの導入・排気が行
なわれ、反応炉3を通して赤外線ランプヒータ4によっ
て半導体基板1が昇温される。
面の所望の位置に、膜厚の制御性が良いGeの膜を形成
する方法に関するものである。 [従来の技術] 従来のGeのエピタキシャル成長法として、もっと−船
釣なものは、分子線エピタキシャル法(MBE法)によ
るものおよびGe)14ガスを用いた気相成長法(CV
D法)である、これらの方法では、その膜厚の制御の限
界は1 nm程度(10原子層程度である。 この点を改良した方法として、Geを1原子層づつ基板
表面に堆積させる方法がある(Extended^bs
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ElectrochemicalSociety p9
93,1987.)。 第9図にその原理を示す。清浄な(100)表面(第9
図(^))Geを有する基板上にGeEt2H,(Ge
(C,lI、)、H,;ジエチルゲルマン)ガスを導入
すると、100℃〜350℃程度の低温でGeEt、H
2の水素が脱離し、Et基(エチル基)を有した状態の
Geが、基板の表面に付着する(第9図(B))。 Et基には、新たなGeの付着が生じないので、基板表
面へのGeの付着は1原子層で自動的に停止する(第9
図(C))。 次にランプ加熱により基板を400℃以上に昇温するこ
とにより、Et基を脱離させる(第9図(D) )、す
ると、Geが1原子層成長した状態で再びGeの清浄表
面が現われる(第9図(E))。 ここで再びGOEJJxガスを導入すれば次のGete
子層が形成される。GeEt、H2ガス導入の工程とラ
ンプ加熱の工程とを繰り返すことにより、Geの1原子
層毎の堆積が可能になる。この方法では、Geの成長膜
厚を1原子層のオーダで制御できるという特徴を有して
いる。 第10図は第9図に示した方法で用いているガスの導入
・排気および基板温度の昇降温のシーケンスを示す、第
10図において、tlはGeEt、が表面吸着層を形成
する時間、tlはガスを排気する時間、t3は基板をラ
ンプ加熱により昇温し、表面のEt基を脱離させる時間
、t4は基板温度を冷却する時間である。 第11図は第9図に示した方法を実施するための装置の
模式図である。第11図において、半導体基板1は、石
英でできた基板ホルダ2に載置され透明な反応炉3に収
納されている0反応炉3においてガスの導入・排気が行
なわれ、反応炉3を通して赤外線ランプヒータ4によっ
て半導体基板1が昇温される。
しかしながら、第11図に示すように、基板の昇温にラ
ンプ加熱を使う方法では、基板の昇降温に要する時間(
t3およびt4)が長くなり、それぞれ60〜100秒
以下にするのが難しいという問題があった。 したがって、1サイクルに要する時間は数分以上となっ
てしまい、比較的厚いGe@を形成するためには膨大な
時間を要することになるという問題があった。 また、このような方法では、反応炉3内に収納された基
板lの全表面で反応が進むので、基板1の表面のあらゆ
る場所に68の堆積が生じる。 GeEt2Hzeスの表面付着反応はsio、上では生
じないので、第12図(A) に示すようにGeあるい
はSI等の半導体基板5上の一部分に5in2膜6が形
成されている場合には、第12図(B)に示すように開
口部8および9のみにGe原子が形成される。 しかし、ある開口部8ともう一つの開口部9とは区別さ
れないので、基板の表面側で半導体あるいは金属が露出
している部分のすべてにGe原子が形成されてしまい、
Ge堆積場所の選択性が全くないという問題があった。 本発明の目的は、上述の問題点を解決し、基板温度の昇
降速度を増大させてGe堆積の1サイクルに要する時間
の短縮を図り、かつ基板上の所望の位置にGe@が形成
できるという高い膜厚制御性を有する[ie膜膜形成金
提供することにある。 [課題を解決するための手段] このような目的を達成するために、本発明は、基板の表
面に、6e原子に対して解離しにくい基およびGe原子
に対して解離しやすい基または原子とがGe原子に結合
したガスを供給し、解離しやすい基または原子を脱離さ
せ、脱離によって生じた、解離しにくい基を有するGe
原子を基板の表面に付着させる工程と、基板にレーザ光
を照射して基板を加熱し、解離しにくい基を熱脱離させ
る工程とを含むことを特徴とする。 [作 用] 本発明においては、Geの1原子層を成長させるための
保護基であるアルキル基(一般式:Cn)+2n、I)
を熱脱離させるために、レーザ光の照射によって基板を
加熱することにより、基板温度の昇降を10秒以下のオ
ーダで行うことができる。 [実施例1 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。 罠旌頂ユ 第1図は本発明の第1の実施例の原理を示す。 本実施例においては、基板にGeを用いる場合について
説明するが、Si等の半導体も用いることができる。G
eの(100)表面(第1図(^))に、GeR211
゜(R:アルキル基)ガスを導入し、表面にR基を有し
た状態でGeを1原子層付着させる(第1図(Is))
、このときの基板温度は100℃〜350℃程度である
。 R基には新たなGeの付着が生じないので、基板表面へ
の付着は1原子層で自動的に停止する(第1図(C))
。 次に、Ge膜を形成しようとする、基板上の領域にレー
ザ光を照射し、照射部の温度を少なくとも400℃とな
るようにすると、表面保護基であるR基を熱脱離させる
ことができ(第1図(D))、再びGeの清浄な表面が
得られる(第1図(E))、これを繰り返すことによっ
て、Geの1原子層毎の膜成長が可能になる。 このとき、照射するレーザ光の波長を基板材質が十分吸
収できる波長とすると膜成長の効率が良くなる。したが
って、St基板を用いた場合は1μl以下の波長、Ga
As基板の場合は0.85μ園以下の波長、Ge基板の
場合は、1.6μ麿以下の波長であれば良い。 第2図に本発明によるG@膜形成法における、GeEt
lH,ガスの導入およびレーザ光のオン・オフのシーケ
ンスを示す0本実施例においては、R基の一般・式C1
1)12@*1 においてn=2であるエチル基(Et
基)を有するGeEt、H,ガスを導入する場合を例に
とって説明するが、Et基以外のR基を有するGeR1
H1ガスを導入する場合についても基本的には同様であ
る。 GeEt2H2ガスをt1時間だけ、基板表面付近での
分圧P、で導入した後、t2時間だけ排気する0次に、
レーザ光をt3時間照射し、t4時間だけ冷却する。こ
れを1サイクルとして繰り返すことにより、1原子層毎
のGaWl形成を行うものである。 次に実際に^rイオンレーザ(波長514.5n■、4
88rv)を用いてGeの1原子層毎の膜形成を行った
例を示す、^rイオンレーザ光のビーム径は直径的15
0μlである。基板は、Stの(100)面上にGのを
約400人エピタキシャル成長させたものを用いた。 第3図に排気時間t2を変化させた場合の1サイクル当
りのGeの成長膜厚を示す、ここでは、基板の温度を約
300℃とし、GeEtdhガスの導入圧力を7810
−’Torr、ガス導入時間tlを10秒とし、レーザ
照射時間t3を10秒、基板表面に入射させるレーザパ
ワーを4.5W (パワーメータで測定)とし、冷却時
間t4を10秒としている。この場合、Geの堆積はレ
ーザ光で照射をした場所のみで生じている。 第3図に示すように、排気時間t、が20秒以上のとき
は、はぼ1原子層/サイクルの成長速度が得られている
。一方、排気時間t2が20秒以下のときは、GeEt
2H,ガスの排気が不十分であり、レーザ光照射の時点
で残留したGeEtdhガスが反応して1摸形成に寄与
する分だけ、1サイクル当りのGeの成長膜厚が大きく
なフている。 本実施例では、反応チャンバの容積を約14fL。 ポンプの排気速度を約300427secとしているが
、排気時間t2をより短くするためには、反応チャンバ
の容積を小さくし、および/またはポンプの排気速度を
大きくすれば良い。また、Ar、He、N2やR2等の
不活性ガスを反応チャンバ中に流入させることによって
、基板近傍から反応チャンバの外にGeEt2H2ガス
を押し流す方法も効果的である。 第4図は成長膜厚の冷却時間t4依存性を示す。 ここでは、基板の温度を300℃とし、GeEtdhの
導入圧力を7 x 10−”Torrガス導入時間tl
を10秒とし、排気時間t2を60秒、レーザ光照射時
間t3を10秒、基板表面に入射させるレーザパワー4
.5wとしている。 冷却時間t4が短すぎると、次のガス導入のプロセス時
に、基板温度が十分に下がっていないので、基板表面に
おいて、GeEt、H,ガスの熱分解によるGeの堆積
が生じる。 第4図から、冷却時間t4は5秒で1°でに十分である
ことがわかる。基板温度の昇降時間が従来と比較して短
いのは、ランプ加熱により基板全体を加熱するのではな
く、レーザ光によって基板の表面のみが加熱されること
による。この冷却時間t4は、基板の材質の熱伝導率お
よび比熱および基板保持の条件による。基板の端、ある
いは裏面を金属等の熱伝導率の良い物体に接触させるよ
うにして基板を保持し、基板の放熱を良くすれば、1秒
以下の冷却時間を実現することができる。 次に、1サイクル当りの成長膜厚のガス導入量依存性に
ついて述べる。 GeEt*Hzガスの導入量は、導入
圧力paと導入時間tlとの積で評価できる。第5図は
1サイクル当りの、成長膜厚のガス導入量(L:ラング
ミュアを単位として示す。 I L y I X 10−’Torr・5ec)依存
性を示す、第5図から、ガス導入量はほぼ3xlO’L
あれば十分であることがわかる。 第6図は1サイクル当りの、Goの成長膜厚のレーザパ
ワー依存性を示す、ここで、基板温度300℃、ガス導
入圧カフ X 1O−3Torr、ガス導入時間tlを
10秒、排気時間t2を60秒、レーザ光照射時間t3
を10秒、冷却時間t4を10秒としている。第6図か
ら、レーザパワーが約3.5W以下で急激に成長膜厚が
低下していることがわかる。これは、レーザ加熱による
基板の温度上昇が十分ではないので、Et基の脱離速度
が低下してくるためである。したがってレーザパワーが
3.5W以下であっても、レーザ光照射時間t3を長く
すれば、1サイクル当り1原子層の成長膜厚が得られる
ようになる。逆にレーザパワーが大きい場合には、照射
時間t3をより短くできることは言うまでもない。 以上述べたように、表面の保護基であるEt基を脱離さ
せるための基板温度の昇降時間、すなわちレーザ光照射
時間t3および冷却時間t4を10秒以下とするのは容
易であり、したがって、1原子層堆積のための1サイク
ルの時間を数十秒以下にできることになる。 なお、ここではGeEtzflzガスを用いた方法につ
いてのみ述べたが、 Ge (CHs) H2(ジメチ
ルゲルマン)などのような他のGeEt2H2ガスを用
いても同様なGaの膜成長が可能である。 Ga (C
H3) H2の場合はCH3基の脱離が始まる温度が、
GeEt2H。 ガスを用いた場合と比べて100℃はど高い。 Ge (csoy) 2H2(ジノルマルプロピルゲル
マン)の場合は、CJt基の脱離が始まる温度がGeE
t2H2ガスを用いた場合よりも30℃はど低い、この
ように、アルキル基(CnH2−1)の炭素数が増加す
るに従ってアルキル基の脱離温度が低くなる傾向がある
。 夫五血1 第2の実施例として、本発明のもう一つの特徴である、
Geの成長を基板上の所望の位置に生じさせる方法につ
いて述べる。・ 第7図に示すように、半導体基板5上のある領域に限定
してレーザ光lOを照射するようにし、前記実施例1で
説明した方法に従ってGeを成長させる(第7図(^)
)。 レーザ光を照射した領域のみでEt基の脱離に必要な温
度上昇が生じるので、その領域のみにGe成長膜11が
生じる(第7図(B))。領域lO以外の領域には、G
eの1原子層は形成されるが、Et基の脱離は生じない
ので、2原子層以上の膜厚成長は生じない。 ところで、ここで注意が必要なのは、基板5の温度上昇
が生じる領域は、熱の拡散の効果によって拡がる傾向を
示す。一方、Et基の脱離は、約400℃以上で急激に
速くなるという温度依存性を示す。 したがって、Eし基が十分脱離し、Geの成長が生じる
領域は、基板において約400℃を越えた領域に限られ
る。 すなわち、レーザのパワーおよびビーム径で決まる、基
板上に分布した温度上昇分(ΔT)(これは、これまで
に計算された例も多数あり、また計算で容易に求められ
る。)と基板の初期温度T0との和が約400℃以上と
なる領域に、1原子層/サイクルの速度でGeの堆積が
生じる。 なお、この約400℃という温度が、レーザ光の照射時
間によって少し変化することは言うまでもない。 さらに、Geの堆積を生じる領域をレーザビーム径より
十分大きくとりたい場合には、レーザビームをスキャン
させる必要が生じる。これは、レーザ照射時間t3(第
2図参照)内で行なわれるわけであるが、スキャンの方
法は2種類ある。 1つは、レーザ光照射による昇降温時間(1msec
N15ec程度)より十分速くレーザビームをスキャン
して、1回のレーザ光照射の間にある時間間隔をおいて
同一点を何度もスキャンする方法である。この方法では
、照射された1点での平均的なパワーがレーザ加熱によ
る温度上昇を決定するので、Et基の脱離に必要な温度
を得るためにはレーザのパワーを大きくする必要がある
。 もう一つの方法は、レーザ光照射による昇温に要する時
間より十分長く1点にレーザ光を滞在させるようにして
レーザビームを走査する方法である。この場合、加熱温
度はビームをスキャンしない場合と同じ温度が得られる
。 ただし、この方法では、スキャンの距離が長いと、レー
ザ照射時間が長くなるので注意を要する。 夫五血且 本発明の第3の実施例として、基板上の所望の位置にG
eを1原子層毎に成長させる方法について述べる。 第8図(^)に示すように、半導体基板5上にSin、
膜6等のような酸化膜を形成し、5102膜6の一部に
開口部8および9などを設け、下地の半導体基板5を露
出させておく、この開口部のうち、所望の関口部8を含
む領域にのみレーザ光10が照射されるようにし、開口
部9などの他の開口部には照射されないようにして前記
実施例1に記した方法に従ってGe成長させれば、第8
図(B)に示すように、所望の開口部8にのみ、Ge成
長膜7が生じる。 これはSin、膜6等のような酸化膜上にはGeEtJ
*ガス中の水素が脱離し、Et基を有した状態のGeの
付着反応は全く生じないため、Sin、膜6上にはGe
が成長しないことによる。 この方法では、例えば開口部8と開口部9のように隣り
合う開口部を隔てる5i02膜6の幅が十分あれば、基
板への熱拡散等による熱の広がりを考慮することなしに
、基板上の所望の領域にGeIIMを成長させることが
できる。 [発明の効果] 以上説明したように、本発明においては、アルキル基を
熱脱離させるための基板の加熱を、レーザ光を用いて行
うようにしたので、基板昇降温を秒〜十秒のオーダで行
うことができるようになり、かつGeの1原子層毎の膜
成長の1サイクルに要する時間を短縮することができる
。基板昇降温の過程においては、Geの活性な表面が露
出することになるので、この時間を短くすることによっ
て残留不純物がGe表面に付着する確率を低くし、この
ことによって良質なエピタキシャル成長を妨害する確率
を低くするという効果もある。 また、レーザビームを採用することにより、基板上の所
望の位置にGeの成長をさせることができるという利点
もある。
ンプ加熱を使う方法では、基板の昇降温に要する時間(
t3およびt4)が長くなり、それぞれ60〜100秒
以下にするのが難しいという問題があった。 したがって、1サイクルに要する時間は数分以上となっ
てしまい、比較的厚いGe@を形成するためには膨大な
時間を要することになるという問題があった。 また、このような方法では、反応炉3内に収納された基
板lの全表面で反応が進むので、基板1の表面のあらゆ
る場所に68の堆積が生じる。 GeEt2Hzeスの表面付着反応はsio、上では生
じないので、第12図(A) に示すようにGeあるい
はSI等の半導体基板5上の一部分に5in2膜6が形
成されている場合には、第12図(B)に示すように開
口部8および9のみにGe原子が形成される。 しかし、ある開口部8ともう一つの開口部9とは区別さ
れないので、基板の表面側で半導体あるいは金属が露出
している部分のすべてにGe原子が形成されてしまい、
Ge堆積場所の選択性が全くないという問題があった。 本発明の目的は、上述の問題点を解決し、基板温度の昇
降速度を増大させてGe堆積の1サイクルに要する時間
の短縮を図り、かつ基板上の所望の位置にGe@が形成
できるという高い膜厚制御性を有する[ie膜膜形成金
提供することにある。 [課題を解決するための手段] このような目的を達成するために、本発明は、基板の表
面に、6e原子に対して解離しにくい基およびGe原子
に対して解離しやすい基または原子とがGe原子に結合
したガスを供給し、解離しやすい基または原子を脱離さ
せ、脱離によって生じた、解離しにくい基を有するGe
原子を基板の表面に付着させる工程と、基板にレーザ光
を照射して基板を加熱し、解離しにくい基を熱脱離させ
る工程とを含むことを特徴とする。 [作 用] 本発明においては、Geの1原子層を成長させるための
保護基であるアルキル基(一般式:Cn)+2n、I)
を熱脱離させるために、レーザ光の照射によって基板を
加熱することにより、基板温度の昇降を10秒以下のオ
ーダで行うことができる。 [実施例1 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。 罠旌頂ユ 第1図は本発明の第1の実施例の原理を示す。 本実施例においては、基板にGeを用いる場合について
説明するが、Si等の半導体も用いることができる。G
eの(100)表面(第1図(^))に、GeR211
゜(R:アルキル基)ガスを導入し、表面にR基を有し
た状態でGeを1原子層付着させる(第1図(Is))
、このときの基板温度は100℃〜350℃程度である
。 R基には新たなGeの付着が生じないので、基板表面へ
の付着は1原子層で自動的に停止する(第1図(C))
。 次に、Ge膜を形成しようとする、基板上の領域にレー
ザ光を照射し、照射部の温度を少なくとも400℃とな
るようにすると、表面保護基であるR基を熱脱離させる
ことができ(第1図(D))、再びGeの清浄な表面が
得られる(第1図(E))、これを繰り返すことによっ
て、Geの1原子層毎の膜成長が可能になる。 このとき、照射するレーザ光の波長を基板材質が十分吸
収できる波長とすると膜成長の効率が良くなる。したが
って、St基板を用いた場合は1μl以下の波長、Ga
As基板の場合は0.85μ園以下の波長、Ge基板の
場合は、1.6μ麿以下の波長であれば良い。 第2図に本発明によるG@膜形成法における、GeEt
lH,ガスの導入およびレーザ光のオン・オフのシーケ
ンスを示す0本実施例においては、R基の一般・式C1
1)12@*1 においてn=2であるエチル基(Et
基)を有するGeEt、H,ガスを導入する場合を例に
とって説明するが、Et基以外のR基を有するGeR1
H1ガスを導入する場合についても基本的には同様であ
る。 GeEt2H2ガスをt1時間だけ、基板表面付近での
分圧P、で導入した後、t2時間だけ排気する0次に、
レーザ光をt3時間照射し、t4時間だけ冷却する。こ
れを1サイクルとして繰り返すことにより、1原子層毎
のGaWl形成を行うものである。 次に実際に^rイオンレーザ(波長514.5n■、4
88rv)を用いてGeの1原子層毎の膜形成を行った
例を示す、^rイオンレーザ光のビーム径は直径的15
0μlである。基板は、Stの(100)面上にGのを
約400人エピタキシャル成長させたものを用いた。 第3図に排気時間t2を変化させた場合の1サイクル当
りのGeの成長膜厚を示す、ここでは、基板の温度を約
300℃とし、GeEtdhガスの導入圧力を7810
−’Torr、ガス導入時間tlを10秒とし、レーザ
照射時間t3を10秒、基板表面に入射させるレーザパ
ワーを4.5W (パワーメータで測定)とし、冷却時
間t4を10秒としている。この場合、Geの堆積はレ
ーザ光で照射をした場所のみで生じている。 第3図に示すように、排気時間t、が20秒以上のとき
は、はぼ1原子層/サイクルの成長速度が得られている
。一方、排気時間t2が20秒以下のときは、GeEt
2H,ガスの排気が不十分であり、レーザ光照射の時点
で残留したGeEtdhガスが反応して1摸形成に寄与
する分だけ、1サイクル当りのGeの成長膜厚が大きく
なフている。 本実施例では、反応チャンバの容積を約14fL。 ポンプの排気速度を約300427secとしているが
、排気時間t2をより短くするためには、反応チャンバ
の容積を小さくし、および/またはポンプの排気速度を
大きくすれば良い。また、Ar、He、N2やR2等の
不活性ガスを反応チャンバ中に流入させることによって
、基板近傍から反応チャンバの外にGeEt2H2ガス
を押し流す方法も効果的である。 第4図は成長膜厚の冷却時間t4依存性を示す。 ここでは、基板の温度を300℃とし、GeEtdhの
導入圧力を7 x 10−”Torrガス導入時間tl
を10秒とし、排気時間t2を60秒、レーザ光照射時
間t3を10秒、基板表面に入射させるレーザパワー4
.5wとしている。 冷却時間t4が短すぎると、次のガス導入のプロセス時
に、基板温度が十分に下がっていないので、基板表面に
おいて、GeEt、H,ガスの熱分解によるGeの堆積
が生じる。 第4図から、冷却時間t4は5秒で1°でに十分である
ことがわかる。基板温度の昇降時間が従来と比較して短
いのは、ランプ加熱により基板全体を加熱するのではな
く、レーザ光によって基板の表面のみが加熱されること
による。この冷却時間t4は、基板の材質の熱伝導率お
よび比熱および基板保持の条件による。基板の端、ある
いは裏面を金属等の熱伝導率の良い物体に接触させるよ
うにして基板を保持し、基板の放熱を良くすれば、1秒
以下の冷却時間を実現することができる。 次に、1サイクル当りの成長膜厚のガス導入量依存性に
ついて述べる。 GeEt*Hzガスの導入量は、導入
圧力paと導入時間tlとの積で評価できる。第5図は
1サイクル当りの、成長膜厚のガス導入量(L:ラング
ミュアを単位として示す。 I L y I X 10−’Torr・5ec)依存
性を示す、第5図から、ガス導入量はほぼ3xlO’L
あれば十分であることがわかる。 第6図は1サイクル当りの、Goの成長膜厚のレーザパ
ワー依存性を示す、ここで、基板温度300℃、ガス導
入圧カフ X 1O−3Torr、ガス導入時間tlを
10秒、排気時間t2を60秒、レーザ光照射時間t3
を10秒、冷却時間t4を10秒としている。第6図か
ら、レーザパワーが約3.5W以下で急激に成長膜厚が
低下していることがわかる。これは、レーザ加熱による
基板の温度上昇が十分ではないので、Et基の脱離速度
が低下してくるためである。したがってレーザパワーが
3.5W以下であっても、レーザ光照射時間t3を長く
すれば、1サイクル当り1原子層の成長膜厚が得られる
ようになる。逆にレーザパワーが大きい場合には、照射
時間t3をより短くできることは言うまでもない。 以上述べたように、表面の保護基であるEt基を脱離さ
せるための基板温度の昇降時間、すなわちレーザ光照射
時間t3および冷却時間t4を10秒以下とするのは容
易であり、したがって、1原子層堆積のための1サイク
ルの時間を数十秒以下にできることになる。 なお、ここではGeEtzflzガスを用いた方法につ
いてのみ述べたが、 Ge (CHs) H2(ジメチ
ルゲルマン)などのような他のGeEt2H2ガスを用
いても同様なGaの膜成長が可能である。 Ga (C
H3) H2の場合はCH3基の脱離が始まる温度が、
GeEt2H。 ガスを用いた場合と比べて100℃はど高い。 Ge (csoy) 2H2(ジノルマルプロピルゲル
マン)の場合は、CJt基の脱離が始まる温度がGeE
t2H2ガスを用いた場合よりも30℃はど低い、この
ように、アルキル基(CnH2−1)の炭素数が増加す
るに従ってアルキル基の脱離温度が低くなる傾向がある
。 夫五血1 第2の実施例として、本発明のもう一つの特徴である、
Geの成長を基板上の所望の位置に生じさせる方法につ
いて述べる。・ 第7図に示すように、半導体基板5上のある領域に限定
してレーザ光lOを照射するようにし、前記実施例1で
説明した方法に従ってGeを成長させる(第7図(^)
)。 レーザ光を照射した領域のみでEt基の脱離に必要な温
度上昇が生じるので、その領域のみにGe成長膜11が
生じる(第7図(B))。領域lO以外の領域には、G
eの1原子層は形成されるが、Et基の脱離は生じない
ので、2原子層以上の膜厚成長は生じない。 ところで、ここで注意が必要なのは、基板5の温度上昇
が生じる領域は、熱の拡散の効果によって拡がる傾向を
示す。一方、Et基の脱離は、約400℃以上で急激に
速くなるという温度依存性を示す。 したがって、Eし基が十分脱離し、Geの成長が生じる
領域は、基板において約400℃を越えた領域に限られ
る。 すなわち、レーザのパワーおよびビーム径で決まる、基
板上に分布した温度上昇分(ΔT)(これは、これまで
に計算された例も多数あり、また計算で容易に求められ
る。)と基板の初期温度T0との和が約400℃以上と
なる領域に、1原子層/サイクルの速度でGeの堆積が
生じる。 なお、この約400℃という温度が、レーザ光の照射時
間によって少し変化することは言うまでもない。 さらに、Geの堆積を生じる領域をレーザビーム径より
十分大きくとりたい場合には、レーザビームをスキャン
させる必要が生じる。これは、レーザ照射時間t3(第
2図参照)内で行なわれるわけであるが、スキャンの方
法は2種類ある。 1つは、レーザ光照射による昇降温時間(1msec
N15ec程度)より十分速くレーザビームをスキャン
して、1回のレーザ光照射の間にある時間間隔をおいて
同一点を何度もスキャンする方法である。この方法では
、照射された1点での平均的なパワーがレーザ加熱によ
る温度上昇を決定するので、Et基の脱離に必要な温度
を得るためにはレーザのパワーを大きくする必要がある
。 もう一つの方法は、レーザ光照射による昇温に要する時
間より十分長く1点にレーザ光を滞在させるようにして
レーザビームを走査する方法である。この場合、加熱温
度はビームをスキャンしない場合と同じ温度が得られる
。 ただし、この方法では、スキャンの距離が長いと、レー
ザ照射時間が長くなるので注意を要する。 夫五血且 本発明の第3の実施例として、基板上の所望の位置にG
eを1原子層毎に成長させる方法について述べる。 第8図(^)に示すように、半導体基板5上にSin、
膜6等のような酸化膜を形成し、5102膜6の一部に
開口部8および9などを設け、下地の半導体基板5を露
出させておく、この開口部のうち、所望の関口部8を含
む領域にのみレーザ光10が照射されるようにし、開口
部9などの他の開口部には照射されないようにして前記
実施例1に記した方法に従ってGe成長させれば、第8
図(B)に示すように、所望の開口部8にのみ、Ge成
長膜7が生じる。 これはSin、膜6等のような酸化膜上にはGeEtJ
*ガス中の水素が脱離し、Et基を有した状態のGeの
付着反応は全く生じないため、Sin、膜6上にはGe
が成長しないことによる。 この方法では、例えば開口部8と開口部9のように隣り
合う開口部を隔てる5i02膜6の幅が十分あれば、基
板への熱拡散等による熱の広がりを考慮することなしに
、基板上の所望の領域にGeIIMを成長させることが
できる。 [発明の効果] 以上説明したように、本発明においては、アルキル基を
熱脱離させるための基板の加熱を、レーザ光を用いて行
うようにしたので、基板昇降温を秒〜十秒のオーダで行
うことができるようになり、かつGeの1原子層毎の膜
成長の1サイクルに要する時間を短縮することができる
。基板昇降温の過程においては、Geの活性な表面が露
出することになるので、この時間を短くすることによっ
て残留不純物がGe表面に付着する確率を低くし、この
ことによって良質なエピタキシャル成長を妨害する確率
を低くするという効果もある。 また、レーザビームを採用することにより、基板上の所
望の位置にGeの成長をさせることができるという利点
もある。
第1図は本発明の第1の実施例のGeを1原子層毎に成
長させる方法の説明図、 第2図はGeを1原子層毎に成長させる第1図で示した
方法におけるガスの導入・排気とレーザ光照射のオン・
オフのシーケンスを示す図、第3図は第1図に示した方
法における1サイクル当りのGeの成長膜厚の排気時間
依存性を示す図、 第4図は第1図に示した方法における1サイクル当りの
Ge成長膜厚の冷却時間依存性を示す図、 第5図は第1図に示した方法における1サイクル当りの
Ge成長膜厚のガス導入量依存性を示す図、 第6図は第1図に示した方法における1サイクル当りの
Ge成長膜厚のレーザパワー依存性を示す図、 第7図は本発明第2の実施例のGoを1原子層毎に成長
させる方法により形成したGe[の形状の説明図、 第8図は本発明の第3の実施例のGeを1原子層毎に成
長させる方法により形成したGa1lの形状の説明図、 第9図は従来のGeを1原子層毎に成長させる方法の説
明図、 第1O図は第9図に示した方法におけるガスの導入・排
気と基板温度昇降のシーケンスを示す図、 第11図は第9図に示した方法を実施するのに用いた装
置の模式図、 第12図は第9図に示した方法により形成したGe膜の
形状の説明図である。 5・・・半導体基板、 6−5i(h膜、 7.1l−cal、 8.9・・・開口部、 参柘明/7$1θ糺虎例のGeを1摩;浮にべ長だ七材
湾θを危明同第1図 10…レーザビーム。
長させる方法の説明図、 第2図はGeを1原子層毎に成長させる第1図で示した
方法におけるガスの導入・排気とレーザ光照射のオン・
オフのシーケンスを示す図、第3図は第1図に示した方
法における1サイクル当りのGeの成長膜厚の排気時間
依存性を示す図、 第4図は第1図に示した方法における1サイクル当りの
Ge成長膜厚の冷却時間依存性を示す図、 第5図は第1図に示した方法における1サイクル当りの
Ge成長膜厚のガス導入量依存性を示す図、 第6図は第1図に示した方法における1サイクル当りの
Ge成長膜厚のレーザパワー依存性を示す図、 第7図は本発明第2の実施例のGoを1原子層毎に成長
させる方法により形成したGe[の形状の説明図、 第8図は本発明の第3の実施例のGeを1原子層毎に成
長させる方法により形成したGa1lの形状の説明図、 第9図は従来のGeを1原子層毎に成長させる方法の説
明図、 第1O図は第9図に示した方法におけるガスの導入・排
気と基板温度昇降のシーケンスを示す図、 第11図は第9図に示した方法を実施するのに用いた装
置の模式図、 第12図は第9図に示した方法により形成したGe膜の
形状の説明図である。 5・・・半導体基板、 6−5i(h膜、 7.1l−cal、 8.9・・・開口部、 参柘明/7$1θ糺虎例のGeを1摩;浮にべ長だ七材
湾θを危明同第1図 10…レーザビーム。
Claims (1)
- (1)基板の表面に、Ge原子に対して解離しにくい基
およびGe原子に対して解離しやすい基または原子とが
Ge原子に結合したガスを供給し、前記解離しやすい基
または原子を脱離させ、該脱離によって生じた、前記解
離しにくい基を有する前記Ge原子を前記基板の表面に
付着させる工程と、 前記基板にレーザ光を照射して前記基板を加熱し、前記
解離しにくい基を熱脱離させる工程とを含むことを特徴
とする半導体膜の形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2855789A JPH02208925A (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 半導体膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2855789A JPH02208925A (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 半導体膜の形成方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02208925A true JPH02208925A (ja) | 1990-08-20 |
Family
ID=12251948
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2855789A Pending JPH02208925A (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 半導体膜の形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02208925A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04291916A (ja) * | 1991-03-20 | 1992-10-16 | Kokusai Electric Co Ltd | 気相成長方法及び装置 |
US5705224A (en) * | 1991-03-20 | 1998-01-06 | Kokusai Electric Co., Ltd. | Vapor depositing method |
JP2004308007A (ja) * | 2003-04-05 | 2004-11-04 | Rohm & Haas Electronic Materials Llc | 有機金属化合物 |
JP2011171548A (ja) * | 2010-02-19 | 2011-09-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体装置の製造方法 |
US8133554B2 (en) * | 2004-05-06 | 2012-03-13 | Micron Technology, Inc. | Methods for depositing material onto microfeature workpieces in reaction chambers and systems for depositing materials onto microfeature workpieces |
WO2015093389A1 (ja) * | 2013-12-18 | 2015-06-25 | 文彦 廣瀬 | 酸化物薄膜の形成方法および装置 |
-
1989
- 1989-02-09 JP JP2855789A patent/JPH02208925A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04291916A (ja) * | 1991-03-20 | 1992-10-16 | Kokusai Electric Co Ltd | 気相成長方法及び装置 |
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WO2015093389A1 (ja) * | 2013-12-18 | 2015-06-25 | 文彦 廣瀬 | 酸化物薄膜の形成方法および装置 |
JPWO2015093389A1 (ja) * | 2013-12-18 | 2017-03-16 | 国立大学法人山形大学 | 酸化物薄膜の形成方法および装置 |
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