JPH03218621A - 薄膜の選択成長方法及び薄膜の選択成長装置 - Google Patents

薄膜の選択成長方法及び薄膜の選択成長装置

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JPH03218621A
JPH03218621A JP2047511A JP4751190A JPH03218621A JP H03218621 A JPH03218621 A JP H03218621A JP 2047511 A JP2047511 A JP 2047511A JP 4751190 A JP4751190 A JP 4751190A JP H03218621 A JPH03218621 A JP H03218621A
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film
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川久　慶人
Masahiro Sasaki
正洋 佐々木
Hirochika Ishikawa
博規 石川
Masao Mashita
真下　正夫
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Original Assignee
Toshiba Corp
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は薄膜の選択成長方法及び薄膜の選択成長装置に
係り、特にマスクパターニングされた加工基板上のマス
クの開口部への半導体単結晶膜の堆積に適用される。
（従来の技術） 情報の大容量化に伴ない、高速性に優れた化合物半導体
を用いたＩＣの開発が近年活発化している。現在化合物
半導体ＩＣの主要素子であるＧａＡｓ　ＭＥＳＦＥＴ　
ＩＣのゲート長は、現在の製品レベルでは約１／ａであ
る。しかし、より高性能の素子を実現するためには、短
チャンネル効果を抑制するとともにゲート長を短くし、
また、寄生抵抗や寄生容量を小さくすることが必要であ
る．これらの問題を解決する手段として、第５図に示す
様な積層化したソース、ドレイン部を有機金属気相成長
法（ＭＯＣＶＤ法）による選択成長法により形成した構
造を有するＭＥＳＦＥＴ　ＬＳＩ試作の報告がある（電
子通信学会技術報告ＥＤａ８−８２．　Ｐ−２９，芳賀
他）。ＭＯＣＶＤ選択成長を用いることにより、従来構
造（図４に示す）にくらべゲート周辺の横方向拡散が減
少し短チャンネル効果が抑制されること、また電極との
コンタクト領域をエビタキシャル成長法により形成する
ため、高濃度ドープが可能となり、シート抵抗接触抵抗
が低減する等の利点がある。しかし、一般に従来のＭＯ
ＣＶＤによる選択成長法では、成長速度が開口部の面積
（Ｓ）と開口部の周辺長（Ｌ）との比や、開口部である
ＧａＡｓの領域とマスク部材あるいは、ゲート部材の領
域の面積比に著しく依存するため、基板全面にわたり膜
厚の均一性がとれないことや、マスク部等の上に多結晶
粒が析出する等の問題がある。これ゛らを解決するため
には例えば、成長部とマスク部の面積比を基板全面にわ
たって一定とするために、従来パターンで広いマスク部
であった領域に、ダミーパターンを配するという手段が
ある。しかし，この様なダミーパターンにより、半絶縁
性基板上につけた１”ＧａＡｓによりその上に設けた配
線容量が増大し十分な高速性能が得られないという問題
がある．また，ダミーパターンを設けてもマスク部材等
への多結晶粒の析出を抑制するためには、■族原料と■
族原料の供給比（Ｖ／ｎｕ比）や，成長圧カ，成長温度
を高精度に制御しなければならず、成長条件にマージン
がないため、量産性が非常に悪いという問題がある．さ
らには、従来のＭＯＣＶＤ法の選択成長においては、マ
スク部とＧａＡｓとの境界での成長速度が第６図に示す
様に他の領域に比べて大きく、これはその上の金属配線
の断線の要因ともなり得る。
上記は化合物半導体の加工基板上への選択成長における
問題であるが、化合物半導体に限らず、ＯＥＩＣ（光電
子集積回路）で用いられる誘電体導波路の選択成長等に
おいても同様の問題がある．（発明が解決しようとする
課題） 以上述べたように、従来のＭＯＣＶＤ法による選択成長
法を用いて積層化したソース、ドレイン部を形成する方
法では、膜厚の均一性を得るため、またマスク部での多
結晶粒の析出を抑制するために、ダミーパターンを設け
たり、非常に高精度に成長条件を制御する必要があり，
このため半導体装置の高性能化が抑制され、あるいは量
産性に劣るという問題があった。また，パターン側縁で
第６図に示されるような成長膜のりッジ成長を生じやす
く，後の製造工程に障害を生ずるという問題もあった．
さらにはこれと同様の問題が誘電体や、金属の選択成長
においてもあった。
この発明は上記従来の半導体単結晶膜の堆積方法の間厘
点に鑑みて改良された半導体単結晶膜の堆積方法を含む
化合物半導体の製造方法及び化合物半導体の薄膜の選択
成長装置を提供することを目的とするものである。
〔発明の構成〕
（課題を解決するための手段） 本発明にかかる薄膜の選択成長方法、化合物半導体の製
造方法及び薄膜の選択成長装置は，基板上に開口部を有
するマスクを設け、該開口部にて基板に半導体、誘導体
または金属の成長膜を選択的に成長させるに際し、基板
上に前記成長膜の構成元素を含む原料ガスを交互に順次
供給し、かつ前記開口部における成長膜の成長速度が単
分子層厚または単原子層厚が飽和になる部分の供給量で
成長を施すことを特徴とする薄膜の選択成長方法であり
、また、上記原料ガスの供給を、マスクがまったく設け
られてない基板上における成長速度が成長膜の単分子層
厚または単原子層厚となる供給斌の最少値以下にして成
長を施すことを特徴とする請求項１に記載の薄膜の選択
成長方法であり、さらに、開口部の面積と開口部の周辺
長の比が互いに異なる複数の開口部における成長膜の成
長を、前記比の値の最も大きい値を有する開口部または
、開口面積が最も大きい開口部における成長速度が単分
子層または単原子層となる原料ガスの供給斌以上にして
成長を施すことを特徴とする請求項１または２のいずれ
かに記載の薄膜の選択成長方法である。
次に、本発明の半導体装置の製造方法および製造装置は
、化合物半導体基板上に酸化膜、窒化膜、珪素化合物膜
、または金属膜のうちの少くとも一つの膜を形成し、こ
の膜に開口部を形成して前記化合物半導体上に化合物半
導体単結晶膜を堆積させる際に，少なくとも■族元素原
料ガスと■族元素原料ガスとを交互に供給して堆積させ
，かつその堆積中に不純物原料により堆積される化合物
半導体膜の導電型を制御することを特徴とする。
（作　用） 本発明によれば、例えば，化合物半導体の選択成長の場
合，■族原料とＶ族原料を交互に供給することにより、
化合物半導体基板上のマスク部材である酸化膜、窒化膜
等への多結晶粒の析出を抑制することが可能となる．ま
た、■族原料、■族原料の供給量に依存せず，■族原子
、■族原子が、１原子層ずつ成長するいわゆる単原子層
成長飽和特性を用いるため、パターン側線でのりツジ成
長は抑制される。
さらには原料の供給量を、基板上の複数開口部のうち開
口部の面積（Ｓ）と該開口部の周辺長（Ｌ）との比Ｓル
が最も大きい値を有する開口部での１サイクル当りの成
長膜厚が１分子層厚となる最小（部）の原料供給量に設
定することにより、前記基？上のすべての開口部におけ
る成長膜厚は略同じ膜厚となり、かつ高品質の成長膜を
成長させることができる。ここで、■族原料にトリメチ
ルガリウム（ＴＭＧ）等の有機金属原料、■族原料にア
ルシン（Ａｓ｝＋３）を用いたＧａＡｓの選択成長を例
にとれば、ＴＭＧの供給量の増大とともに膜中の炭素濃
度が増大する傾向にある。このため、例えば成長膜の高
純度化、高品質化、あるいはコストダウンをはかるため
には、上に述べたようにできる限り原料の供給量は少い
方が良い。
（実施例） 以下、この発明の実施例につき図面を参照して説明する
。
実施例は複数種の形状の開口部を有したＳｉＯ■膜がパ
ターニングされた半絶縁性（１００）基板上にｎ型Ｇａ
Ａｓを成長させる場合を例示する。
まず，第９図および第１０図に実施に用いた有機気相成
長装置（以下、ＭＯＣＶＤ装置と略称）を示す。
なお，装置に関する説明は後述し、ここでは省略する．
そして，原料として■族原料にはトリメチル刀リウム（
ＴＭＧ）を、また、Ｖ族原料にはｌＯ％水素ペースアル
シン（ＡｓＨ．　）、さらにｎ型不純物原料には５００
ｐｐｍ水素ペースジシラン（ｓｘｚｏｓ）を用いた．基
板には種々の開口部形状がパターニングされている。第
２図にその開口部形状を示す（斜線領域が開口部）．図
中Ｓ凡の値は開口部の面積（Ｓ）と開口部の周辺長（Ｌ
）との比である．開口部の面積は、パターン形状になら
ずほぼ一定である．マスク部材には、常圧ＣＶＤ　（化
学気相成長）法により堆積したＳｉｎ．膜を用いた。
まず，第１０図に示すように基板１０１を成長容器１０
２内のサセプタ１０３上に設置した後、ＡｓＨ．雰囲気
中で６７０℃に加熱し，基板表面のクリーニングを行な
った。次に成長温度を５００℃まで下げた後、ガス導入
口１０４より、ＡｓＨ，とＨ２供給、Ｈ２供給、ＴＭＧ
とＳｉ．　Ｈ．とＨ２供給、Ｈ２供給を１サイクルとし
て、８００サイクルのガス供給を施してｎ型ＧａＡｓ膜
の成長を行なった。１０％ＡｓＨ．の供給量は、７５μ
園０１／サイクル一定、ＴＭＧの供給量は，１．５μ■
ｏｌ／サイクルから１８μｍｏｌ／サイクル、Ｓｉ，　
Ｈ，の供給量はＴＭＧに対？て約１／３として成長実験
を行った。成長圧カは１０Ｔｏｒｒとした。
各原料の導入の間にＨ２のみの導入を行ったが，これは
成長容器内で原料ガスが混合するのを防ぐためである．
成長後、マスク部であるＳｉＯ■膜を弗化アンモニウム
溶液で選択的に除去した後、成長膜厚を触針段差計によ
り測定した。
第１図に、３つのパターン形状における成長速度のＴＭ
Ｇの供給量依存性を示す。なおＳｉ２Ｈｓの供給量はＴ
ＭＧ供給量に対して１／３となる様に変化させた．なお
ここで記した成長速度は１サイクル当りの成長膜厚、す
なわち成長膜厚をサイクル数（ｔｏｏｏ回）で除した値
である。なお図中破線で記した曲線は、基板上にマスク
がない時の成長速度のＴＭＧ供給量依存性を示している
。
ＴＭＧの供給量を約７．５μｍｏｌ／サイクル以上とす
ることで、すべての開口部における成長速度はＩＭＬ／
サイクルとなった。（ＩＭＬはＧａＡｓ　１分子層厚で
約２．８３人）次に成長膜の評価をＳＩＮＳ（２次イオ
ン質量分析）およびラマン散乱分光法を用いて行なった
。
膜中の炭素濃度はＳＩＭＳ分析の結果、ＴＭＧ供給量の
増大ともに増大することがわかった。また，ラマン散乱
分光法により，成長膜のキャリア濃度を評価したところ
，マスクのない基板を用いた時でも成長速度が１分子層
となるＴＭＧ供給量１５μｍｏｌ／サイクルの試料にお
いては，膜中の電子のキャリア濃度の値は低いことが判
った。これは．　ＴＭＧの供給量が多いために、膜中の
炭素濃度が増大し補償効果により、電子のキャリア濃度
が低くなったためと思われる。一方Ｓ／Ｌ＝８．２７の
開口部での成長速度が１分子層になるＴＭＧ供給量７．
５μｍｏｌ／サイクルで成長した試料においては、すべ
ての開口部上の成長膜におけるキャリア濃度はＩ　Ｘ　
１０”ａｍ−”以上であった。すなわち、高品質な高濃
度のｎ型層を得るためには、本実施例より好ましくは．
　　ＴＭＧの供給量を、すべての開口部で成長速度が単
分子層厚となる最少のＴＭＧ供給量にする必要があるこ
とが判明した。このことは、ｎ型層に限らず高純度層を
得ようとする場合も同様である。
この場合、すべての開口部で成長速度が単分子層厚とな
る（最少の）　ＴＭＧ供給量にするためには、複数の種
類の開ロパータンについて、マスクの開口エッジ（端部
）から開口中央部の最も大きく離れた部分（全開口パタ
ーン中で開口エッジから最も長い距離離隔した点）にお
ける（最少の）　ＴＭＧ供給量にすれば良い． 尚，薄膜の成長速度が薄膜の単分子層厚飽和または単原
子層厚飽和になる最少の有機原料供給量（７．５μｍｏ
ｌ／サイクル）よりも１０％多いＴＭＧ供給量（８．２
μ＋＊ｏｌ／サイクル）で成長させた場合の各開口部で
の電子キャリア濃度は５　Ｘ　１０”ｃｓ−”であった
．そしてこの場合．　Ｓｉ．Ｉ｛，の供給量をＴＭＧの
供給量に対してｌ／２と増大させることにより、９μｍ
ｏｌ／サイクルのＴＭＧ供給量においてもすべての開口
部の成長膜の電子キャリア濃度はｌ　Ｘ　１０”ｃｍ”
−３以上になることが判った。しかし、上記最少の有機
原料供給量を１０％増加させたＴＭＧ供給量を超える供
給量になると成膜中の炭素濃度が急激に増加するためＳ
ｉＨ，の供給量を増やしても補償効果により電子キャリ
ア濃度は増大しない。従ってＮ型層を形成する場合は、
薄膜の成長速度が単分子層厚飽和または単原子層厚飽和
になる最少の有機原料供給量から，この最少有機原料供
給量をｌＯ％増加させた供給量の範囲で成長することが
望ましい。また、開口部の面積（Ｓ）と開口部の周辺長
（Ｌ）の比（Ｓ／Ｌ）が互いに異なる複数の開口部にお
いて成長する場合は、この比（Ｓ／Ｌ）が最も大きな開
口部の最少有機原料供給量について上記条件を適用すれ
ば良い。
また、本発明をたとえば第５図に示す様な積層化したソ
ース，ドレイ部の選択成長等に応用する際、好ましくは
すべての開口部での成長膜厚が一定である方が、配線の
断切れ等の問題がないが、１サイクル当りの成長速度が
単分子層厚または単原子層厚の９０％程度となるＴＭＧ
供給ｊｊｋ（第１図中では、ＴＭＧ供給量５μｍｏｌ／
サイクルに相当する）でも、配線の断切れ等の心配はな
い。これらのことから考えると、原料供給量の範囲は好
ましくは、最も大きい、面積／周辺長比を有する開口部
での成長速度が単原子層飽和を開始する原料供給量が良
いが、その供給量より１０％程度多い原料供給量でもそ
れ程の膜質の劣化はないと考えられる．また必ずしも単
原子層飽和ではなく，成長速度が単原子層厚の９０％程
度の原料供給量でも、応用上は問題ないと考えられる． なお、本実施例においてはＧａＡｓ加工基板上へのＧａ
Ａｓ選択成長について記したが，他の化合物半導体基板
を用いても同様のことが期待される。また、ｍＶ−ＩＶ
半導体であるＳｉｚＧｅｘ　−ｘ　（０≦Ｘ≦１）、あ
るいはＬｉｘＮｂｙＯ，等の誘電体膜の選択成長を行う
に際しても同様の効果が期待される。すなわち、Ｓｉ原
料にＳｉ　（ＣＨ，　），　Ｈ２、Ｇｅ原料にＧｅ　（
（Ｊｌ３　）ｚ　Ｈｚを用いこれら原料を交互に基板上
に供給し、本発明の方法に従って成長することにより複
数の開口部形状を有する加工基板上へ、均一なＳｌ）Ｉ
Ｇｅｔ−ｘ（　０≦Ｘ≦１）を選択成長することが可能
となる。なおＳｉ原料およびＧｅ原料としては、Ｓ’　
ＣＣＨ，）２　Ｈ２、Ｇｅ　（ＣＨａ　）　ａ　Ｈｚに
かぎらずアルキル基が少なくとも１つ以上原料中に含ま
れていれば良い。
また，本実施例では、熱分解気相成長について記したが
、成長中に光を原料ガスあるいは被成長？板に対して照
射する光励起成長を用いても同様の効果が期待される． 以下に第２発明の実施例として、まず複数種の形状の開
口部を有したＳｉＯ■膜がパターニングされた半絶縁性
ＧａＡｓ（１００）基板上に、ｎ型のＧａＡｓを成長し
た例につき図面を参照して説明する。
第９図および第１０図にＭＯＣＶＤ成長装置を示す。
■族原料には、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を、■族
原料には１０％水素ペースアルシン（ＡｓＨ，　）を，
またｎ型不純物原料には１０００ｐｐｍ　８２ベースＳ
ｉ，　Ｈｓを用いた。各原料のキャリアガスには水素（
Ｈ２）を用いた。基板には、開口部であるＧａＡｓとマ
スク部であるＳｉｎ，の面積比Ｒ　（Ｓｉｆｔ／ＧａＡ
ｓが０．０３、０．３、３、３０、）の値を有するＳｉ
ｎ．膜がパターニングされた半絶縁性ＧａＡｓ（１００
）基板を用いた．まず、基板１０１を成長容器１０２内
のサセプタ１０３上に設置した後、Ａｓｈ３雰囲気中で
６７０℃に加熱し，基板表面のクリーニングを行なった
．次に成長温度を５００℃まで下げた後、ガス導入口１
０４より、ＡｓＨ３とＨ２供給、Ｈ２供給、ＴＭＧとＳ
ｉ２Ｈ，とＨ２供給、Ｈ２？給を１サイクルとして、８
００サイクルのガス供給を施してｎ型ＧａＡｓ膜の成長
を行った。１０％Ａｓｈ，の供給は、４００ＳＣＣＭ、
ＴＭＧの供給量は１．５５ＣＣＭ、１０００ｐｐｍ　Ｓ
ｉ２Ｈ，の供給量は．　２００５ＣＣＭとした，＋　Ａ
ｓＨ，＋Ｈ２、およびＨ２供給時間は２秒一定とし、Ｔ
ＭＧ　＋Ｓｉ２Ｈ，　＋　８２の供給時間を変化させた
成長圧力は２０Ｔｏｒｒとし、成長中は、総流量が３　
５ＬＭ一定となる様にＨ２の流量を制御した。各原料の
導入の間にＨ２のみの導入を行ったが、これは成長容器
内で原料ガスが混合するのを防ぐためである。成長後、
マスク部であるＳｉＯ■膜を弗化アンモニウム溶液で選
択的に除去した後、成長膜厚を触針段差計により測定し
た。第３図にこの様にして成長させたｎ型ＧａＡｓ成長
膜の成長速度の各面積比Ｒにおける、成長速度のＴＭＧ
およびＳｉ２Ｈ．供給時間依存性を示す．なおここで記
した成長速度とは，１サイクル当りの成長膜厚、すなわ
ち成長膜厚を成長サイクル数（８００回）で除した値で
ある。供給時間９秒以上で、１サイクルあたりの成長膜
厚は、２．８３人で一定となった。これは、ちょうど１
サイクルでＧａＡｓが１？子層成長したことに相当して
いる。なお、供給時間によらず１サイクル当りの成長速
度が２．８３人をこえることはなかった．　ＳｉＯ■膜
上への多結晶の析出は観測されなかった。また、ウェー
ハ全体にわたり均一な成長が得られた。
そこでＴＭＧ　＋　Ｓｉ，　Ｈ，　＋　Ｈ．の供給量を
９秒として，他の成長条件は前述した実施例と同じ条件
で第４図に示す構造を有するＭＥＳＦＥＴのソース、ド
レイン部（ｎ”ＧａＡｓキャリア濃度５　ＸＩＯ”ｍ−
３）を成長させ、ＭＥＳＦＥＴ　ＩＣ　（４ＫＳＲＡＭ
、ゲート長０．５．）、ＭＥＳＦＥＴの特性は，しきい
値電圧の変化およびＫ値共に従来のＭＯＣＶＤ法により
ソースドレイン部を作製したものに比べ大幅に向上し、
かつダミーパターンがないため、配線容量が減少し、素
子の高性能化が達成できた。
なお本実施例ではＴＭＧとＳｉ２Ｈ．を同時に供給した
が、これらは別々に供給してもよい。また、本実施例に
おいてはＴＭＧ　＋　Ｓｉ，　Ｈ，　＋　Ｈ，の供給時
間を９秒としたが、供給時間は９秒以上に限るものでは
ない．　ＴＭＧおよびＳｉ，　Ｈ，の供給量を増大させ
ることにより、面積比Ｒによらず単分子層成長が得られ
る供給時間は、減少させることが可能となる。また光を
照射することによっても供給時間を減少させることがで
きる。また，第３図に示した線図は、マスク部材として
Ｓｉｎ．を用いたものであるが、窒化膜、珪素化合物膜
、金属膜をマスク部材として用いた場合でも、大体同様
の特性が得られた。
なお、メチル基或いはエチル基等のアルキル基を有する
珪素（Ｓｉ）化合物およびゲルマニウム（Ｇｅ）化合物
を用いれば成長速度が開口部とマスク部の面積比によら
ないＳｉまたはＳｌｘＧｅ１−＋ｃ（０≦Ｘ≦１）の均
一な選択成長も可能である。
次に，第３の発明の実施例として量子井戸構造等を利用
した機能素子を作成するため、結晶層を単原子層オーダ
ーの膜厚に正確に制御する手段としてのＭＯＣＶＤ法に
よる単原子層成長法について説明する。
ＭＯＣＶＤ法を用いた■−■族原料ガスの交互供給によ
って■一Ｖ族化合物半導体結晶層を基板上に形成する際
、気相中で■族原料と■族原料との反応を防ぐため、各
ガスの供給の間に水素ガスまたは不活性ガスによる原料
の置換時間を設けている。
しかし、原料ガス、例えばトリメチルアルミニウム（Ｔ
ＭＡ）等の有機金属はその供給と同時に成長装置の配管
部の管壁及び成長容器の器壁に吸着し、供給を止めた後
に配管部の管壁および成長容器の器壁から脱離するため
に、水素ガス或は不活性ガスによる置換時間を短くする
ことができない。単原子層成長法は、■族原料供給、置
換、■族原料供給，置換を１サイクルとし，１サイクル
で１原子層の成長を行うため、置換時間の増加に反比例
して単位時間当りの成長速度は遅くなる．現在の単原子
層成長では、ある程度の置換時間が必要なため、成長速
度が非常に遅いという問題があった．そこで原料ガスの
交互供給にあたって、原料供給部から成長容器までの配
管部分を該原料ガスの分解温度以下の温度において加熱
するようにして配管内壁および成長容器器壁への原料ガ
スの物理吸着を極力抑制することにより，置換時間の短
縮と、化合物半導体の成長速度の向上をはかるものであ
る。
実施例の■族原料にはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ
）．　Ｖ族原料にはアルシン（ＡＳＨ３　）、置換ガス
および■族原料と■族原料のキャリアガスには水素、基
板は半絶縁性ＧａＡｓ（１００）基板を用いた．そして
第７図に示すＭＯＣＶＤ法に基板２３を成長容器２９内
のサセプタ２４上に設置した後、排気管１０に連結した
真空ポンプ２５を作動して成長容器内の圧カを２０Ｔｏ
ｒｒに保持し、成長容器内にアルシンガス供給源２２か
らガス導入管２７を経て１０％アルシン（水素希釈）を
２５０５ＣＣＭ供給すると共に、加熱コイル２６により
基板の温度を７００”Ｃ　に加熱し．　２０分間表面処
理を行なった．続いて基板の温度を５００”Ｃに下げ、
アルシンガス導入管２７、ＴＭＡ導入管２８および成長
容器器壁を１００℃に保持した後．　ＴＭＡ供給源２１
からガス導入管２８を経てＴＭＡ導入２秒、水素による
置換、アルシン導入２秒、水素による置換を１サイクル
とし、１００００サイクルのＧａＡｓ結晶層の成長を行
なった．Ｈ２による置換の時間を，０．１秒、０．２秒
、０．５秒、１秒、２秒，４秒について，それぞれ１　
００００サイクルの成長を行なったが，全ての成長で、
ＧａＡｓ結晶層の厚さは２．８３Ｍとなった。この様に
、置換時間０．１秒においても１サイクル当り１分子層
厚のＧａＡｓ成長が確認された。
一方，上記実施例における結晶層の成長に際し、ＴＭＡ
導入管および成長容器器壁を加熱しない以外、上記実施
例と同様な方法により、ＧａＡｓ基板上にＡＱＡｓ結晶
層を成長させたところ、Ｈ２による置換時間が２秒以上
の成長については１サイクル当り１分子層の成長であっ
たが、１秒以下では１サイクル当り１分子層以上の成長
となっており，単原子層で成長を制御できていないこと
が確認された．なお、上記実施例ではＡＱＡｓ結晶層の
成長に適用した例を説明したが、他の■−■、あるいは
ｎ　−■族化合物半導体結晶層の成長にも同様に適用で
きる．また、■族原料と■族原料、あるいは■族原料と
■族原料を同時に供給する通常のＭＯＣＶＤにおいても
、積層構造を成長する場合には、本発明を適用すること
により、その界面の急峻性が非常によくなるという利点
がある． 叙上の如く本発明によれば、単原子層の制御の可能な化
合物半導体の気相成長法において，置換時間を短くする
ことができ、該化合物半導体の成長速度を速めることが
可能となる． 次に、第４の発明の実施例として（；ａＡｓ単原子層成
長の場合の成長装置を第７図、第８図（従来の装Ｉｌ！
）　．および第９図を参照して説明する．まず第７図、
第８図に従来の成長装置の概略を示す。この装置による
成長は成長容器２０４にＧａの原料ガスであるトリメチ
ルガリウム（Ｇａ　（ＣＨｓ　）ａ、以下ＴＭＧと略称
）と、Ａｓの原料ガスであるアルシン（＾８１｛３　）
が，キャリアガスであるＨ２とともに交互に供給される
。また、それら原料ガスの成長容器２０４内での混合を
さけるために、置換ガスである日２が原料ガス導入後成
長容器内に導入される。すなわちガス導入のシーケンス
は、ＡｓＨ，導入／Ｈ，導入／　ＴＭＧ導入／■Ｚ導入
を１周期として繰り返し行われるｉ＋　ＡｓＨ，導入の
際は、バルブ２０１を閉じ丁ＭＧはバルブ２１１　を介
してベントラインに捨てられる．また、ＴＭＧ導入の際
は、バルブ２０２が閉じバルブ２１２を介してＡｇＨａ
はベントラインへ捨てられる。
なお，第８図において２０３，２１３はいずれもＨ２導
入にかかるバルブで、バルブ２０３はＨ２導入用、バル
ブ２１３はＨ２をベントラインへ捨てるためのものであ
る．典型的にはガス導入の時間に２秒を要するとして１
周期に８秒を費す．すなわち第８図に示した従来のラン
アンドベント方式では、原料ガスをベントラインに捨て
ている時間が長く，原料の消費効率が非常に悪いという
実用上の問題があった。
以下，第３の発明の実施例を第９図を参照して説明する
．第９図は本発明にかかる成長装置の１例である．　Ｇ
ａ原料にはＴＭＧ．　　Ａｓ原料にはＡｓＨ３をまた原
料のキャリアガス、および置換ガスにはＨ２を用いた。
成長容器３１〜３４内には，　　ＧａＡｓ（１００）基
板３４１〜３４４が設置され，加熱装置（図示せず）に
より５００℃に保たれている。各成長容器へのガス導入
シーケンスの１周期を次の第１表に示す。
（以下余白） 第 １ 表 ガス導入シーケンス（１周■ 各ガスの導入時間は１秒とした。各原料ガスの供給量は
、ＴＭＧが０．８３ＳＣＣＭ、ＡｓＨ，が４０ＳＣＣＭ
とした。
キャリアガスＨ２の供給量は、ＴＭＧが８０ＳＣＣＭ、
ＡｓＨ，が３６０ＳＣＣＭである．ａ換Ｈ２ガスの供給
量は、各成長容器へ導入する全ガス流量が３　５ＬＭと
なる様に設定した，ガス圧は１０Ｔｏｒｒとした。第１
表に示すガス導入シーケンスは第９図の空気作動弁３１
１〜３１４，３２１〜３２４，３３１　〜３３４（７）
ＯＮ／ＯＦＦをｃｐｕ制御することにより制御が可能で
ある．本実施例に示した様に原料ガスをベントライン等
の捨てラインに流すことなく、常にいずれかの成長容器
に供給することにより、大幅に原料の消費効率が向上し
た．なお本実施例では、各原料ガスガスおよび置換ガス
の供給時間をすべて同じに設定したが、供給時間が互い
に異なっていても構わない。
〔発明の効果〕
以上記述した櫟に、本発明によれば，単原子層あるいは
単分子層の成長条件を良好ならしめて高品質な薄膜の選
択成長を行なうことが可能となる．例えば、この選択成
長法をＧａＡｓ　ＭＥＳＦＥＴ　ＩＣの製造方法に適用
することにより、短チャンネル効果が抑制されかつ配線
容量が小さい半導体装置を製造することが可能となる．
また，パターン側縁で成長膜に生成するりッジも防止さ
れる．
【図面の簡単な説明】
第１図は第１の発明の実施例につき各開口部における、
１サイクル当りの成長速度の■族原料（ＴＭＧ）供給量
依存性を示す線図、第２図（ａ）〜（ｃ）はいずれも夫
々が開口部形状を示す平面図、第３図は第２の発明の実
施例につき各面積比Ｒにおける１サイクル当りの成長速
度の■族原料（ＴＭＧ）および不純物原料（Ｓｉ４８ａ
）供給時間依存性を示す線図，第４図，および第５ｖＩ
はいずれも夫々がＭＥＳＦＥＴの模式断面図，第６図は
従来の成長方法による単結晶膜の形状を示す断面図，第
７図はＭＯＣＶＤ成長装置を説明するための概略を示す
断面図、第８図は従来のＭＯＣＶＤ成長装置システムを
示す図、第９図は一実施例のＭＯＣＶＤ成長装置システ
ムを説明するための図、第ｌθ図はＭＯＣＶＤ成長装置
の一部の断面図である。 ２１・・・■族原料　　　　　　　２２・・・■族原料
２３・・・基板　　　　　　　　　２７・・・Ｖ族ガス
導入管２８・・・■族ガス導入管　　　　２９、３１〜
３４・・・成長容器３１１〜３１４．　３２１〜３２４
，３３１〜３３４・・・ガス導入用エアバルブ３４１〜
３４４・・・基板

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）基板上に開口部を有するマスクを設け、この開口
    部の基板上に半導体、誘導体または金属の薄膜を選択的
    に成長させる際に、前記基板上に前記薄膜の構成元素を
    含む原料ガスを交互に供給し、かつ前記開口部における
    前記薄膜の成長速度が前記薄膜の単分子層厚飽和または
    単原子層厚飽和になる供給量で成長することを特徴とす
    る薄膜の選択成長方法。
  2. （２）原料ガスの供給を、マスクが設けられてない基板
    上における前記薄膜の成長速度が前記薄膜の単分子層厚
    または単原子層厚となる供給量の最少値以下にして成長
    することを特徴とする請求項１記載の薄膜の選択成長方
    法。
  3. （３）開口部の面積と開口部の周辺長の比が互いに異な
    る複数の開口部における成長膜の成長を、前記比の値の
    最も大きい値を有する開口部における成長速度が単分子
    層または単原子層となる原料ガスの供給量以上にして成
    長を施すことを特徴とする請求項１または２記載の薄膜
    の選択成長方法。
  4. （４）前記薄膜の成長速度が前記薄膜の単分子層厚飽和
    または単原子層厚飽和になる最少供給量で成長すること
    を特徴とする請求項１または２記載の薄膜の選択成長方
    法。
  5. （５）前記薄膜の成長速度が前記薄膜の単分子層厚飽和
    または単原子層厚飽和になる最少供給量から、この最少
    供給量を１０％増加させた供給量の範囲で成長すること
    を特徴とする請求項１または２記載の薄膜の選択成長方
    法。
  6. （６）複数の成長容器と、化合物半導体を構成する成分
    元素を含む原料ガスと、水素または窒素、ヘリウム等の
    非酸化性ガスの供給源と、前記原料ガスおよび非酸化性
    ガスを各容器のそれぞれがガス導入シーケンスに従うよ
    うに交互に各容器に振替え供給する導管を含むガス供給
    機構を具備してなることを特徴とする化合物半導体の薄
    膜の選択成長装置。
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