JPH03252392A - 半導体の分子線エピタキシャル成長方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体のエピタキシャル成長方法に関する。

（従来の技術） シリコンエピタキシャル膜の成長方法としては化学気相
反応成長法が従来良く知られている。しかしこの方法で
は良好なエピタキシャル膜を得るだめの成長温度は８０
０〜１０００°Ｃと高温であり、このため基板からの不
純物のオートドーピング等の問題が解決できなかった。

一方最近ガスソースシリコン分子線エピタキシャル成長
法が開発された。

この方法を用いれば６００°Ｃ程度の低温においても良
好なエピタキシャル膜が得られ、しかも選択成長が可能
である。このためガスソース分子線エピタキシャル成長
法は微細なセルファラインプロセスが要求される超高集
積回路作成等の目的に最も適したエピタキシャル成長方
法であると考えられている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながらガスソース分子線エピタキシャル成長法で
は６００°Ｃ以下の低温ではエピタキシャル成長速度が
極端に低下しまう。従って現在ガスソースシリコン分子
線成長法で実用レベルのエピタキシャル膜を得るために
は、６００°Ｃ以上の成長温度が必要である。

本発明の目的はガスソースシリコン分子線成長の際の成
長温度を低下させ、しかも十分な成長速度を得ることで
ある。また低温成長時の成長膜厚を正確に制御する手段
を提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明はガスソースを用いた半導体分子線エピタキシャ
ル成長中に重水素ランプ光を照射することによって、低
温においても十分な成長速度で良好なエピタキシャル成
長膜を得られる手段を提供するものである。

またこのとき重水素ランプ光をパルス的に照射すること
により光パルスの数によって成長膜厚を正確に制御する
手段を提供するものである。

（作用） 本発明の原理について以下シリコンについて述べたが、
ゲルマニウムやシリコンゲルマニウムの場合も全く同じ
原理であるガスソースシリコン分子線エピタキシャル成
長法ではソースガスにジシラン分子を用いる。ガスソー
スシリコン分子線エピタキシャル成長では成長中の真空
度は１０　’Ｔｏｒｒ以下の高真空である。このような
高真空空下ではソースガスは基板と熱平衡状態にない。

このためジシランソースガス分子の温度は基板温度に比
べて十分低く、気相でのソースガス分子の熱分解は起こ
らない。従ってガスソースシリコン分子Ｍエピタキシャ
ル成長ではジシラン分子は基板にそのままの形で飛来す
る。このジシラン分子がエピタキシャル成長に寄与する
ためには基板においてジシラン分子が解離吸着すること
が必要である。解離吸着は化学的に活性なシリコン表面
のダングリングボンドサイトで起こる。解離吸着したジ
シラン分子のフラクションはＳｉＨの形をしている。こ
の形でジシラン分子のフラクションはシリコン基板と結
合してエピタキシャル成長が進行する。しかしこの状態
では新たに形成されたシリコン表面のダングリングボン
ドはすてにＨで飽和されている。

従ってこの表面上ではジシラン分子の解離吸着は起こり
得ない。ジシランの解離吸着が起こるためには新しいエ
ピタキシャル膜表面の水素が熱脱離することが必要であ
る。シリコン表面からの水素の熱脱離は４００〜６００
°Ｃの温度範囲で実現される。

従って６００°Ｃ以下の低温でガスソースシリコン分子
線エピタキシャル成長の成長速度が低下するのは基板か
らの水素の熱脱離速度が極めて遅くなったためだと理解
される。この点を解決し、低温でのガスソースシリコン
分子線エピタキシャル成長を実現するためには、何らか
の方法で表面からの水素脱離反応を促進してやればよい
。シリコン基板に重水素ランプ光を照射した場合には表
面の水素が重水素ランプの共鳴波長光を吸収して励起状
態に励起され、水素の脱離が促進される。従って重水素
ランプ光照射によって低温成長が実現される。また低温
では基板温度によって水素の熱脱離反応はほとんど進行
しないため、重水素ランプ照射時にのみ表面からの水素
脱離が進行する。このため重水素ランプ光を−パルス照
射した場合には表面の水素が脱離し、その上でジシラン
の解離吸着が進行し、そのときのエピタキシャル表面は
Ｈでおおわれた状態で成長が終了する。すなわち重水素
ランプを−パルス分照射した場合には一原子層分だけ成
長が進行する。これを繰り返せば重水素ランプ光のパル
ス数によって成長膜厚を原子層精度で精密に制御できる
。

（実施例） 以下図面を用いて本発明について説明する。第１図は本
発明の詳細な説明するためのガスソースシリコン分子線
エピタキシャル成長装置の概要説明図である。基板は４
インチｎ型５ｉ（１００）ウェハー１を用いた。この基
板はガスソースシリコン分子線エピタキシャル成長装置
２にロードされる。このシリコン基板に対して超高真空
のシリコン分子線エピタキシャル成長装置ないで基板裏
側のヒーター３により９００°Ｃ１１０分間の加熱を行
う。このプロセスによって清浄な５ｉ（１００）表面が
得られる。表面の清浄さは高速電子銃４と蛍光スクリー
ン５で構成される反射高速電子線回折装置の回折パター
ンにおいて清浄な５ｉ（１００）面に特徴的な２×１表
面超構造が観測されることで確認した。この清浄な表面
に対してシリコン基板を５００〜６００°Ｃの各点にお
いてシリコン成長のソースガスであるジシランをガスセ
ル６から供給する。サブチェンバー７に供給されるジシ
ランガス流量は６．７ｓｅｃｍとした。基板に対しては
このうちの一部が照射される。ガスセルから基板に向か
って照射されるガス流量は約１ｓｅｃｍである。また成
長中には基板に向かってサファイヤ製の超高真空窓８か
ら０．５Ｗの重水素ランプ光９を照射した。

第２図に以上の方法によって成長させたシリコンエピタ
キシャル膜の成長温度と基板温度の関係を示す。比較の
ために重水素ランプ光を照射しない場合の成長速度も併
せて図に示す。図から明らかなように重水素ランプ光を
照射した場合には成長速度が１〜２桁増大している。

また成長中に重水素ランプ光を第３図（ａ）のようなパ
ルスとして供給した場合の成長膜厚とパルス数の関係を
第３図（ｂ）に示すこの場合の成長温度は５１２°Ｃで
ある。またジシランガスは連続して供給する。図から明
らかなように成長膜厚は光パルス数と比例関係にあり、
この傾きから求め１パルスあたりの成長膜厚は５ｉ（１
００）方向の一原子層の厚さと一致する。従って重水素
ランプ光パルスによる原子層膜厚制御が実現できている
ことがわかる。

本実施例ではジシランガスは連続して供給しているが、
重水素ランプ光を照射しない時間の成長速度は第２図で
わかるようにきわめて小さいので実際上問題はない。

なお実施例ではシリコンの場合について述べたが、ゲル
マニウムやシリコンゲルマニウムの場合も同様である。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように本発明によれば、ガスソース
を用いた半導体分子線エピタキシャル成長中に重水素ラ
ンプ光を照射すると、成長表面の水素脱離が促進される
ために低温成長が可能になる。また重水素ランプ光を成
長中にパルス的に照射すれば一原子層単位での成長膜厚
制御が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するためのガスソースシリ
コン分子線エピタキシャル成長装置の装置概略図である
。第２図は本発明の実施例で成長したシリコン成長速度
と基板温度の関係を示した図である。第３図は実施例で
成長したシリコン膜厚と成長中に照射した重水素ランプ
光のパルス数の関係を示す図である。 図において１は４インチｎ型５ｉ（１００）ウェハー、
２はカスソースシリコン分子線エピタキシャル成長装置
、３は基板ヒーター、４は反射高速電子線回折用高速電
子銃、５は反射電子線回折パターン観察用蛍光スクリー
ン、６はガスセル、７はサブチェンバー、８はサファイ
ヤ製超高真空窓、９は重水素ランプである。 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガスソースを用いた半導体分子線成長中に重水素
   ランプ光を照射することを特徴とする半導体の分子線エ
   ピタキシャル成長方法。
2. （２）重水素ランプ光をパルス的に照射することを特徴
   とする請求項１に記載の半導体の分子線エピタキシャル
   成長方法。