JPH04187591A - 半導体単結晶薄膜の製造方法 - Google Patents
半導体単結晶薄膜の製造方法Info
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- JPH04187591A JPH04187591A JP31873290A JP31873290A JPH04187591A JP H04187591 A JPH04187591 A JP H04187591A JP 31873290 A JP31873290 A JP 31873290A JP 31873290 A JP31873290 A JP 31873290A JP H04187591 A JPH04187591 A JP H04187591A
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Landscapes
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (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】
［産業上の利用分野コ
本発明は、半導体単結晶薄膜の製造方法に関するもので
、特に、デルタドーピングや超格子を用いた高性能素子
の形成に必要な、結晶性に優れた半導体単結晶薄膜の低
温下での製造方法に関するものである。
、特に、デルタドーピングや超格子を用いた高性能素子
の形成に必要な、結晶性に優れた半導体単結晶薄膜の低
温下での製造方法に関するものである。
［従来の技術］
この分野における従来の技術としては、例えば応用物理
第５７巻（１９８８） ｐ、１６１９．に述べられてい
るように、ＭＢＥ （Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍｅ
ｐＨａｘｉａｌ）によりデバイス作成の可能なＳｉの結
晶を得るためには、４００℃以上の温度が必要であった
。
第５７巻（１９８８） ｐ、１６１９．に述べられてい
るように、ＭＢＥ （Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍｅ
ｐＨａｘｉａｌ）によりデバイス作成の可能なＳｉの結
晶を得るためには、４００℃以上の温度が必要であった
。
［発明が解決しようとする課題］
ところが、デルタドーピングやＳｉ／Ｇｅの超格子等を
用いた高性能素子の形成のためには、薄膜形成後の拡散
を抑えるため、４００℃以下の温度で結晶性の優れた半
導体薄膜を形成する必要かあり、単結晶薄膜形成の低温
化が求められていた。
用いた高性能素子の形成のためには、薄膜形成後の拡散
を抑えるため、４００℃以下の温度で結晶性の優れた半
導体薄膜を形成する必要かあり、単結晶薄膜形成の低温
化が求められていた。
本発明は、前記従来技術の課題を解決するため、４００
’Ｃ以下の低温における結晶性のよい半導体単結晶薄膜
の製造方法を提供することを目的とする。
’Ｃ以下の低温における結晶性のよい半導体単結晶薄膜
の製造方法を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］
前記目的を達成するため、本発明の半導体単結晶薄膜の
製造方法は、半導体元素、不活性ガス、ドーパント元素
から選ばれる少なくとも一物質をイオンビームにより基
板に照射するに際し、基板に対してイオンビーム銃を傾
斜させて照射し、半導体元素を基板表面に凝縮させるこ
とを特徴とする。
製造方法は、半導体元素、不活性ガス、ドーパント元素
から選ばれる少なくとも一物質をイオンビームにより基
板に照射するに際し、基板に対してイオンビーム銃を傾
斜させて照射し、半導体元素を基板表面に凝縮させるこ
とを特徴とする。
前記構成においては、半導体が■族のＳｉやＧｅである
場合、ドーパント元素か、周期律表の■ＢまたはＶＢの
元素から選ばれる少なくとも１つの元素であることか好
ましい。
場合、ドーパント元素か、周期律表の■ＢまたはＶＢの
元素から選ばれる少なくとも１つの元素であることか好
ましい。
また前記構成においては、不活性ガス又は半導体元素を
含む２つのイオンビームをほぼ直交させて基板表面にほ
ぼ平行に照射しつつ、半導体元素を基板表面に凝縮させ
ることか好ましい。
含む２つのイオンビームをほぼ直交させて基板表面にほ
ぼ平行に照射しつつ、半導体元素を基板表面に凝縮させ
ることか好ましい。
また前記構成においては、ドーパント元素を含む２つの
イオンビームをほぼ直行させて基板表面にほぼ平行に照
射しつつ、半導体元素を別に供給し、基板表面に凝縮さ
せることが好ましい。
イオンビームをほぼ直行させて基板表面にほぼ平行に照
射しつつ、半導体元素を別に供給し、基板表面に凝縮さ
せることが好ましい。
また前記構成においては、イオンビームと基板表面との
なす角度が、０度以上８０度以下であることが好ましい
。
なす角度が、０度以上８０度以下であることが好ましい
。
また前記構成においては、イオンビームのエネルギーが
１０ｅＶ以上１０ｋｅＶ以下であることが好ましい。
１０ｅＶ以上１０ｋｅＶ以下であることが好ましい。
また前記構成においては、基板が、Ｓｉ、Ｇｅ。
ＧａＡｓ、ＩｎＰ等のＩＶ族、ＩＩＩ−ｖ族の半導体で
あり、半導体元素が、基板と同じ元素で、ホモエピタキ
シャルによる結晶成長であることが好ましい。
あり、半導体元素が、基板と同じ元素で、ホモエピタキ
シャルによる結晶成長であることが好ましい。
また前記構成においては、基板表面に、イオンビーム以
外に低エネルギーの半導体元素を供給することが好まし
い。
外に低エネルギーの半導体元素を供給することが好まし
い。
また前記構成においては、基板表面が、（００１）ｃｕ
ｂｉｃ面であり、イオンビームの基板表面と平行な方向
の成分が＜１１０＞ｃｕｂｉｃ方向であることが好まし
い。
ｂｉｃ面であり、イオンビームの基板表面と平行な方向
の成分が＜１１０＞ｃｕｂｉｃ方向であることが好まし
い。
また前記構成においては、基板表面に供給される、半導
体元素が基板の半導体元素と異なる■族、■−Ｖ族、Ｉ
［−ＶＩ族の半導体元素で、ヘテロエピタキシャル成長
であることが好ましい。
体元素が基板の半導体元素と異なる■族、■−Ｖ族、Ｉ
［−ＶＩ族の半導体元素で、ヘテロエピタキシャル成長
であることが好ましい。
［作用コ
前記本発明の構成によれば、半導体元素、不活性ガス、
ドーパント元素から選ばれる少なくとも−物質をイオン
ビームにより基板に照射するに際し、基板に対してイオ
ンビーム銃を傾斜させて照射し、半導体元素を基板表面
に凝縮させることにより、イオンビームによる基板内で
の格子欠陥の形成などを抑制し、基板表面での凝縮元素
の拡散のみを活性化させることができる。
ドーパント元素から選ばれる少なくとも−物質をイオン
ビームにより基板に照射するに際し、基板に対してイオ
ンビーム銃を傾斜させて照射し、半導体元素を基板表面
に凝縮させることにより、イオンビームによる基板内で
の格子欠陥の形成などを抑制し、基板表面での凝縮元素
の拡散のみを活性化させることができる。
また、ドーパント元素を含むイオンビームを基板表面に
ほぼ平行に照射しつつ、半導体元素を別に供給し、基板
表面に凝縮させることにより、イオンビームとの衝突に
よる半導体元素の表面拡散の活性化及び、ドーパント元
素の基板内への浅い打ち込みによるドーピング効率の増
加が起こり、基板内での格子欠陥の形成などを抑制し、
基板表面での凝縮元素の拡散のみを活性化させることが
できる。
ほぼ平行に照射しつつ、半導体元素を別に供給し、基板
表面に凝縮させることにより、イオンビームとの衝突に
よる半導体元素の表面拡散の活性化及び、ドーパント元
素の基板内への浅い打ち込みによるドーピング効率の増
加が起こり、基板内での格子欠陥の形成などを抑制し、
基板表面での凝縮元素の拡散のみを活性化させることが
できる。
更に、２つの直行するイオンビームを上記半導体単結晶
薄膜の製造方法と同様に用いることにより、より効率的
に半導体結晶薄膜を得ることができる。
薄膜の製造方法と同様に用いることにより、より効率的
に半導体結晶薄膜を得ることができる。
［実施例コ
以下実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。
本発明は第１図に示すごとく、不活性ガス又は半導体元
素を含むイオンビーム１を基板表面２にほぼ平行に照射
しつつ、半導体元素を基板表面２に凝縮させることを特
徴とする。イオンビーム１が基板表面２にほぼ平行なた
め、イオンビーム１の基板表面２と垂直な方向の成分が
小さくなり、基板中への格子欠陥の形成などが抑制され
る。イオンビームの運動エネルギーは、はとんどか凝縮
される半導体元素の表面拡散のエネルギーとなり、低温
下でも、結晶性の良い単結晶薄膜を形成するのに充分な
表面拡散が得られることとなる。この場合、半導体元素
はすべてイオンビームとして供給される必要はなく、一
部が低エネルギーの分子線３であっても有効である。
素を含むイオンビーム１を基板表面２にほぼ平行に照射
しつつ、半導体元素を基板表面２に凝縮させることを特
徴とする。イオンビーム１が基板表面２にほぼ平行なた
め、イオンビーム１の基板表面２と垂直な方向の成分が
小さくなり、基板中への格子欠陥の形成などが抑制され
る。イオンビームの運動エネルギーは、はとんどか凝縮
される半導体元素の表面拡散のエネルギーとなり、低温
下でも、結晶性の良い単結晶薄膜を形成するのに充分な
表面拡散が得られることとなる。この場合、半導体元素
はすべてイオンビームとして供給される必要はなく、一
部が低エネルギーの分子線３であっても有効である。
上記説明は、イオンビーム１が半導体元素の場合である
か、不活性ガス（例えばアルゴン、ネオン、ヘリウム、
キセノン等）の場合でも、イオンビームと基板表面に別
に供給される半導体元素との基板表面での衝突により、
運動エネルギーが半導体元素の表面拡散エネルギーとし
て伝えられる。
か、不活性ガス（例えばアルゴン、ネオン、ヘリウム、
キセノン等）の場合でも、イオンビームと基板表面に別
に供給される半導体元素との基板表面での衝突により、
運動エネルギーが半導体元素の表面拡散エネルギーとし
て伝えられる。
この場合、不活性ガスは衝突後殆ど基板内または基板表
面には留まらないと考えられる。この衝突による表面拡
散の活性化は、イオンビームがドーパントの場合にも同
様に起こる。
面には留まらないと考えられる。この衝突による表面拡
散の活性化は、イオンビームがドーパントの場合にも同
様に起こる。
この場合、イオンビームは上記半導体元素、不活性ガス
、ドーパントの混合であっても有効である。
、ドーパントの混合であっても有効である。
イオンビームがドーパントを含む場合は、同時にドーパ
ントの浅い打ち込みも起こり、ドーピング効率の増加も
見られた。
ントの浅い打ち込みも起こり、ドーピング効率の増加も
見られた。
ここで、半導体が■族のＳｉやＧｅである場合、ドーパ
ント元素としては、Ｂ、ＡＩ、Ｇａ、Ｉｎ。
ント元素としては、Ｂ、ＡＩ、Ｇａ、Ｉｎ。
Ｐ、ＡｓＸＳｂなどの周期律表のｍＢまたはＶＢの元素
から選ばれる少なくとも１つの元素を使用することが好
ましい。
から選ばれる少なくとも１つの元素を使用することが好
ましい。
以下、具体的実施例を挙げて本発明をより詳細に説明す
る。
る。
実施例１
本発明の第一の実施例を第２図を用いて説明する。半導
体元素Ｓｉのイオンビーム４を５ｉ（Ｑｏｌ）基板表面
２とほぼ平行に照射すると、基板表面の２ｘｌ構造を取
っているダイマー５と衝突し、ダイマー５を壊し、さら
に表面を拡散して、こわれたダイマー上のエピタキシャ
ル位置に治まる。このダイマーを切る効果と表面拡散に
より、低温下で結晶性の良い半導体単結晶薄膜が得られ
る。
体元素Ｓｉのイオンビーム４を５ｉ（Ｑｏｌ）基板表面
２とほぼ平行に照射すると、基板表面の２ｘｌ構造を取
っているダイマー５と衝突し、ダイマー５を壊し、さら
に表面を拡散して、こわれたダイマー上のエピタキシャ
ル位置に治まる。このダイマーを切る効果と表面拡散に
より、低温下で結晶性の良い半導体単結晶薄膜が得られ
る。
この場合、イオンビームの基板表面と平行な方向の成分
か＜１１０＞方向、つまりダイマー列６と平行であると
、第２図に示したように、ダイマー５が効率的に切断さ
れ、有効であった。他の方向であっても上記効果は得ら
れることも確認した。
か＜１１０＞方向、つまりダイマー列６と平行であると
、第２図に示したように、ダイマー５が効率的に切断さ
れ、有効であった。他の方向であっても上記効果は得ら
れることも確認した。
イオンビームのエネルギーは１０ｅＶ以上１０ｋｅＶ以
下が有効であった。１０ｅＶ以下では、ダイマーの切断
及び表面拡散の活性化が不十分であった。また１０ｋｅ
Ｖ以上ではぜ基板表面でのスパッタや基板内へのイオン
ビームの打ち込み等が顕著となり、結晶性のよい単結晶
膜は得られない。
下が有効であった。１０ｅＶ以下では、ダイマーの切断
及び表面拡散の活性化が不十分であった。また１０ｋｅ
Ｖ以上ではぜ基板表面でのスパッタや基板内へのイオン
ビームの打ち込み等が顕著となり、結晶性のよい単結晶
膜は得られない。
イオンビームと基板表面とのなす角度が、０度以上８０
度以下であると、イオンビームのエネルギーにもよるが
上記表面拡散の活性化が効果的となる。８０度以上に垂
直に近くなる七、イオンビームの運動エネルギーが基板
表面と平行方向でな（垂直方向に主に伝わり、表面拡散
が活性化されない。
度以下であると、イオンビームのエネルギーにもよるが
上記表面拡散の活性化が効果的となる。８０度以上に垂
直に近くなる七、イオンビームの運動エネルギーが基板
表面と平行方向でな（垂直方向に主に伝わり、表面拡散
が活性化されない。
実施例２
本発明の第２の実施例を第３図に示す。Ｓｉ基板表面に
活性化カスのイオンビーム７を照射する。
活性化カスのイオンビーム７を照射する。
不活性ガスのイオンビーム７は第２図表同様にダイマー
５を切断し、別に供給された半導体元素Ｓｉの表面原子
８に衝突に依って運動エネルギーを与えて、表面拡散を
活性化させる。不活性ガスは、数回の衝突の後にその運
動エネルギーを失い、基板表面から再蒸発する。この場
合、イオンビームは不活性ガスと半導体元素の混合であ
っても有効であった。
５を切断し、別に供給された半導体元素Ｓｉの表面原子
８に衝突に依って運動エネルギーを与えて、表面拡散を
活性化させる。不活性ガスは、数回の衝突の後にその運
動エネルギーを失い、基板表面から再蒸発する。この場
合、イオンビームは不活性ガスと半導体元素の混合であ
っても有効であった。
実施例３
本発明の第３の実施例を第４図に示す。Ｓｉ基板表面２
にドーパントのイオンビーム９を照射する。ドーパント
のイオンビームは第２図と同様にダイマーを切断し、別
に供給された半導体元素Ｓｉの表面原子に衝突に依って
運動エネルギーを与えて、表面拡散を活性化させる。ド
ーパントは基板内に浅く打ち込まれ１０、格子欠陥など
の形成を抑制しつつドーピング効率を増大させる。この
場合、イオンビームはドーパント、半導体元素、不活性
ガスの混合であっても有効であった。
にドーパントのイオンビーム９を照射する。ドーパント
のイオンビームは第２図と同様にダイマーを切断し、別
に供給された半導体元素Ｓｉの表面原子に衝突に依って
運動エネルギーを与えて、表面拡散を活性化させる。ド
ーパントは基板内に浅く打ち込まれ１０、格子欠陥など
の形成を抑制しつつドーピング効率を増大させる。この
場合、イオンビームはドーパント、半導体元素、不活性
ガスの混合であっても有効であった。
実施例４
本発明の第４の実施例を第５図に示す。８１基板表面に
ほぼ直行する２つのイオンビームを照射した。イオンビ
ームＡｌｌは＜１１０＞方向、イオンビームＢ ］、
２は＜１１０＞方向とした。薄膜の成長に従って１層上
の成長層１３ではダイマー列の方向が９０度回転するた
めに、２つの直行するイオンビームを用いることにより
上記イオンビームによるダイマーの切断を効率よく行う
ことができる。
ほぼ直行する２つのイオンビームを照射した。イオンビ
ームＡｌｌは＜１１０＞方向、イオンビームＢ ］、
２は＜１１０＞方向とした。薄膜の成長に従って１層上
の成長層１３ではダイマー列の方向が９０度回転するた
めに、２つの直行するイオンビームを用いることにより
上記イオンビームによるダイマーの切断を効率よく行う
ことができる。
上記４つの実施例においては、Ｓｉ基板上へのＳｉ単結
晶薄膜の形成についてのみ述べたか、基板としては、Ｓ
ｉに限るものではなく、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等でも
有効であった。又、凝縮して薄膜を形成する半導体元素
もＳｉに限るものではなく、他のＩＶ族、ＩＩＩ−Ｖ族
、ＩＴ−Ｖｌ族の半導体元素でも有効であった。特に、
Ｓｉ基板上にＧ ｅ ／ Ｓ ｉの超格子を形成する場
合に有効であった。
晶薄膜の形成についてのみ述べたか、基板としては、Ｓ
ｉに限るものではなく、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等でも
有効であった。又、凝縮して薄膜を形成する半導体元素
もＳｉに限るものではなく、他のＩＶ族、ＩＩＩ−Ｖ族
、ＩＴ−Ｖｌ族の半導体元素でも有効であった。特に、
Ｓｉ基板上にＧ ｅ ／ Ｓ ｉの超格子を形成する場
合に有効であった。
［発明の効果］
本発明の半導体単結晶薄膜の製造方法により、結晶性の
良い半導体単結晶薄膜の低温下での成長か可能となり、
デルタドーピングや超格子を用いた高性能素子の形成が
可能となり、本発明の工業的価値は高い。
良い半導体単結晶薄膜の低温下での成長か可能となり、
デルタドーピングや超格子を用いた高性能素子の形成が
可能となり、本発明の工業的価値は高い。
第１図は本発明の一実施例を示す概略図、第２図は本発
明の第１の実施例を説明する概念図、第３図は本発明の
第２の実施例を説明する概念図、第４図は本発明の第３
の実施例を説明する概念図、第５図は本発明の第４の実
施例を説明する概念図である。 １・・・イオンビーム、２・・・基板表面、３・・・分
子線、４・・・Ｓｉイオンビーム、５・・・ダイマー、
６・・・タイマー列、７・・・不活性ガスのイオンビー
ム、８・・・表面原子、９・・・ドーパントのイオンビ
ーム、１０・・・打ち込まれたドーパント、１１・・・
イオンビームＡ１１２・・・イオンビームＢ１１３・・
・−層上の成長層。 ヒー□ ８・・・表面原子 ６↓ Ｃ５Ｏ）１Ｓｉ （００１）面 ０−（）Ｏ−（） 第３図
明の第１の実施例を説明する概念図、第３図は本発明の
第２の実施例を説明する概念図、第４図は本発明の第３
の実施例を説明する概念図、第５図は本発明の第４の実
施例を説明する概念図である。 １・・・イオンビーム、２・・・基板表面、３・・・分
子線、４・・・Ｓｉイオンビーム、５・・・ダイマー、
６・・・タイマー列、７・・・不活性ガスのイオンビー
ム、８・・・表面原子、９・・・ドーパントのイオンビ
ーム、１０・・・打ち込まれたドーパント、１１・・・
イオンビームＡ１１２・・・イオンビームＢ１１３・・
・−層上の成長層。 ヒー□ ８・・・表面原子 ６↓ Ｃ５Ｏ）１Ｓｉ （００１）面 ０−（）Ｏ−（） 第３図
Claims (9)
- （１）半導体元素、不活性ガス、ドーパント元素から選
ばれる少なくとも一物質をイオンビームにより基板に照
射するに際し、基板に対してイオンビーム銃を傾斜させ
て照射し、半導体元素を基板表面に凝縮させることを特
徴とする半導体単結晶薄膜の製造方法。 - （２）不活性ガス又は半導体元素を含む２つのイオンビ
ームをほぼ直交させて基板表面にほぼ平行に照射しつつ
、半導体元素を基板表面に凝縮させる請求項１記載の半
導体単結晶薄膜の製造方法。 - （３）ドーパント元素を含む２つのイオンビームをほぼ
直行させて基板表面にほぼ平行に照射しつつ、半導体元
素を別に供給し、基板表面に凝縮させる請求項１記載の
半導体単結晶薄膜の製造方法。 - （４）イオンビームと基板表面とのなす角度が、０度以
上８０度以下である請求項１、２、３または４記載の半
導体単結晶薄膜の製造方法。 - （５）イオンビームのエネルギーが１０ｅＶ以上１０ｋ
ｅＶ以下である請求項１記載の半導体単結晶薄膜の製造
方法。 - （６）基板が、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等のIV族
、III−Ｖ族の半導体であり、半導体元素が、基板と同
じ元素で、ホモエピタキシャルによる結晶成長である請
求項１記載の半導体単結晶薄膜の製造方法。 - （７）基板表面に、イオンビーム以外に低エネルギーの
半導体元素を供給する請求項１記載の半導体単結晶薄膜
の製造方法。 - （８）基板表面が、（００１）ｃｕｂｉｃ面であり、イ
オンビームの基板表面と平行な方向の成分が＜１１０＞
ｃｕｂｉｃ方向である請求項１記載の半導体単結晶薄膜
の製造方法。 - （９）基板表面に供給される、半導体元素が基板の半導
体元素と異なるIV族、III−Ｖ族、II−VI族の半導体元
素で、ヘテロエピタキシャル成長である請求項１記載の
半導体単結晶薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31873290A JPH04187591A (ja) | 1990-11-22 | 1990-11-22 | 半導体単結晶薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31873290A JPH04187591A (ja) | 1990-11-22 | 1990-11-22 | 半導体単結晶薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04187591A true JPH04187591A (ja) | 1992-07-06 |
Family
ID=18102328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31873290A Pending JPH04187591A (ja) | 1990-11-22 | 1990-11-22 | 半導体単結晶薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04187591A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011054937A (ja) * | 2009-07-10 | 2011-03-17 | Imec | 基板上に単結晶層を作製する方法 |
-
1990
- 1990-11-22 JP JP31873290A patent/JPH04187591A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011054937A (ja) * | 2009-07-10 | 2011-03-17 | Imec | 基板上に単結晶層を作製する方法 |
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