JPH04212411A - エピタキシャル成長方法 - Google Patents

エピタキシャル成長方法

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JPH04212411A
JPH04212411A JP5526791A JP5526791A JPH04212411A JP H04212411 A JPH04212411 A JP H04212411A JP 5526791 A JP5526791 A JP 5526791A JP 5526791 A JP5526791 A JP 5526791A JP H04212411 A JPH04212411 A JP H04212411A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
beam source
electron beam
irradiated
epitaxial growth
Prior art date
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Pending
Application number
JP5526791A
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English (en)
Inventor
Shigeo Sugao
繁男 菅生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH04212411A publication Critical patent/JPH04212411A/ja
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】化合物半導体結晶の薄膜を分子線
を用いて望む部位に選択的に成長させる選択エピタキシ
ャル成長方法に関する。
【0002】
【従来の技術】面内にヘテロ接合を有する化合物半導体
層の成長方法は量子箱、量子細線構造等の量子効果を利
用する構造を実現する上で重要である。特に前記構造の
形成をその工程の間大気に触れさせず成長時の清浄な雰
囲気のままで行うことが良好なヘテロ界面を得る上で不
可欠である。
【0003】従来、電子線露光等のリソグラフィーでは
工程の間に界面が汚染される問題があった。このため光
ビームを用いて成長時にその場で選択成長を行う試みが
第49回応用物理学会学術講演会(同予稿集分冊1、4
a−W−1,p.199)に報告されている。この従来
例ではIII族材料にはトリエチルガリウム(略称TE
G、分子線(C2 H5 )3 Ga)、V族材料には
アルシン(分子式AsH3 )を用い、これらのガスを
高真空中で成長温度に加熱保持された砒化ガリウム基板
に交互照射し、アルゴンレーザー光を照射して局所的に
エピタキシャル成長させている。この従来例ではレーザ
ー光の照射された領域に砒化ガリウムからなる幅0.1
mmの線状パターンが形成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、局所的
に形成可能な領域はレーザ光のスポットサイズで制限さ
れるため1μm以下にすることが困難であった。また、
同様の理由により1μm程度の最小寸法であっても0.
1μm以下の高い形成精度が必要な半導体層への応用が
困難であった。そのため、量子サイズ効果が顕著になる
10nm以下の微小局所領域への選択成長や光導波路等
への応用が難しかった。
【0005】本発明は以上述べた様な従来の事情に鑑み
てなされたもので、10nm以下の微小局所領域や0.
1μm以下の精度を有する選択成長層の形成ができる原
子層エピタキシャル成長方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、III−V族
化合物半導体をエピタキシャル成長させる方法であって
、半導体基板上にアルミニウム、ガリウム、インジウム
のうち一元素以上を構成元素に含む化合物半導体層を形
成する第1の工程と、前記半導体層表面に弗素を照射し
て弗化物層を形成する第2の工程と、前記弗化物層に電
子線を所望のパターンに照射する第3の工程と、前記弗
化物層を選択成長マスクとして選択エピタキシャル成長
させる第4の工程を備えることを特徴とする。
【0007】
【作用】本発明によるエピタキシャル成長方法では、成
長層の面内方向にヘテロ接合を形成するために、選択エ
ピタキシャル成長を利用し、その選択エピタキシャル成
長用のマスクとなる層にアルミニウム、ガリウム、イン
ジウムのうち一元素以上をIII族元素として含むII
I族弗化物層を用いている。このIII族弗化物層の構
成元素のうち、III族元素は本発明の第1の工程で形
成する化合物半導体層の構成元素であり、弗素は第2の
工程で前記半導体層の表面に照射することによって導入
される。このIII族弗化物層は電子線の照射によって
弗素原子を脱離する性質を有する。従って、第3の工程
において電子線を照射した部位のみ弗素原子が除去され
エピタキシャル成長に対して活性な表面となる。その結
果、電子線を照射した部位にのみ第4の工程の選択エピ
タキシャル成長においてエピタキシャル成長することが
できる。
【0008】また、第3及び第4の工程を繰り返せば同
一面内に異なる組成の化合物半導体層を形成することが
できる。更に、第1から第4の工程に続いて全面に電子
線を照射した後異なる組成の半導体層をエピタキシャル
成長させることによって選択成長した半導体層を埋めこ
み面内にヘテロ接合を形成できる。
【0009】この選択的に形成された成長層の面内方向
の寸法精度は電子線の照射精度できまるため、容易に1
0nm以下の微小サイズの成長層もしくは0.1μm以
下の精度を有するパターンが形成できる。
【0010】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。
【0011】図1は本発明の第1の実施例を説明するた
めのエピタキシャル成長室の模式図である。本実施例で
は成長室10は砒化ガリウム基板13を成長温度まで加
熱、保持する基板ホルダ12、V族分子線源14、電子
ビーム源15、III族分子線源16、及び弗素分子線
源17が接続され、真空ポンプ11で高真空に排気され
る。V族分子線源14は内部にアルシンガス(分子式A
sH3)を熱分解させるためのヒーターを備えており、
アルシンガスはこのヒーターにより950℃に加熱、熱
分解されAs2 分子となる。また、電子ビーム源15
は内部に電子銃、加速電極、集束レンズ、及び偏向電極
を備え、必要とする空間分解能以下に電子ビームを集束
し描画する。
【0012】成長には、III族材料としてトリエチル
アルミニウム(分子式、(C2 H5 )3 Al略称
TEA)、トリエチルガリウム(分子式、(C2 H5
 )3 Ga略称TEG)、V族材料としてアルシン、
さらに選択成長層の形成用材料として弗素ガスを用い、
これらのガスと電子線を高真空中で成長温度に加熱保持
された砒化ガリウム基板13に以下の工程で照射してヘ
テロエピタキシャル層を成長させた。
【0013】まず、基板の清浄化の工程として、化学エ
ッチングと脱ガス処理によって表面を清浄化した砒化ガ
リウム基板13を基板ホルダ12に取り付け、真空ポン
プ11で高真空に排気する。続いて、砒化ガリウム基板
13の加熱を開始し、基板温度が400℃を越えた時点
でアルシンガスをV族分子線源14に導入してAsビー
ムを照射し基板表面の酸化層除去を行う。基板温度が成
長温度450℃に達したのち、TEGガスをIII族分
子線源16から導入して厚さ約100nmのバッファ層
を成長した。
【0014】続いて基板温度を450℃に保ちヘテロエ
ピタキシャル層を以下の方法で成長させた。即ち、第1
の工程として、Asビームを照射しつつTEA分子をI
II族分子線源16から照射して砒化ガリウム基板13
の表面に砒化アルミニウム層を300nmの厚さにエピ
タキシャル成長させる。
【0015】続いて第2の工程としてAsビームを止め
弗素分子線源17から弗素分子を照射する。この弗素分
子は砒化アルミニウム層の構成元素であるアルミニウム
と解離吸着し砒化アルミニウム層の表面にエピタキシャ
ル成長に対して不活性な弗化アルミニウム層(化学式A
lF3 )を形成する。
【0016】次に、第3の工程として電子ビーム源15
から集束した電子線を砒化ガリウム基板13上の弗化ア
ルミニウム層に照射し、幅5nmの細線を走査、描画す
る。このとき、電子ビームが照射された領域で化学吸着
した弗素原子が脱離しエピタキシャル成長に対して活性
な表面となる。
【0017】更に第4の工程として、Asビームを照射
しつつIII族分子線源16からTEG分子を照射して
砒化ガリウム層を5nm成長させる。このとき第3の工
程で電子線が照射されてエピタキシャル成長に活性にな
っている部位にのみエピタキシャル成長が起こる。以上
の第1から第4の工程により電子線を照射した部分に厚
さ5nmの砒化ガリウム層のパターンが形成される。
【0018】最後にTEA分子とAs分子をIII族分
子線源16とV族分子線源14よりそれぞれ照射し厚さ
100nmの砒化アルミニウム層を全面に成長させて砒
化ガリウム細線を砒化アルミニウム層で埋め込み成長さ
せる。以上の工程の結果、幅5nm、厚さ5nmの砒化
ガリウム細線を砒化アルミニウムで埋め込んだ量子細線
が形成される。
【0019】図2は本発明の第2の実施例を説明するた
めのエピタキシャル成長室の模式図である。本実施例で
は成長室10は燐化インジウム(InP)基板20を成
長温度まで加熱、保持する基板ホルダ12、V族分子線
源14、電子ビーム源15、III族分子線源16、及
び弗素分子線源17が接続され、真空ポンプ11で高真
空に排気される。V族分子線源14は内部にホスフィン
ガス(分子式PH3 )及びアルシンガスを熱分解させ
るためのヒーターを備えており、アルシンガスはこのヒ
ーターにより950℃に加熱、熱分解されAs2 分子
となる。また、電子ビーム源15は内部に電子銃、加速
電極、集束レンズ、及び偏向電極を備え、必要とする空
間分解能以下に電子ビームを集束し描画する。
【0020】成長には、III族材料として、トリエチ
ルガリウム(分子式、(C2 H5 )3 Ga略称T
EG)、トリエチルインジウム(分子式、(CH3 )
3 In敬称TMI)、V族材料としてホスフィン、ア
ルシン、さらに選択成長層の形成用材料として弗素ガス
を用い、これらのガスと電子線を高真空中で成長温度に
加熱保持された燐化インジウム基板20に以下の工程で
照射してヘテロエピタキシャル層を成長させた。
【0021】まず、基板の清浄化の工程として、化学エ
ッチングと脱ガス処理によって表面を清浄化した燐化イ
ンジウム基板20を基板ホルダ12に取り付け、真空ポ
ンプ11で高真空に排気する。続いて、燐化インジウム
基板20の加熱を開始し、基板温度が300℃を越えた
時点でホスフィンガスをV族分子線源14に導入してP
2 ビームを照射し基板表面の酸化層除去を行う。基板
温度が成長温度450℃に達したのち、TMIガスをI
II族分子線源16から導入して厚さ約100nmの燐
化インジウムバッファ層を成長した。
【0022】続いて基板温度を450℃に保ちヘテロエ
ピタキシャル層を以下の方法で成長させた。即ち、第1
の工程として、P2 ビームを照射しつつTMI分子を
III族分子線源16から照射して燐化インジウム基板
20の表面に燐化インジウム層を300nmの厚さにエ
ピタキシャル成長させる。
【0023】続いて第2の工程として弗素分子線源17
から弗素分子を照射する。この弗素分子は燐化インジウ
ム層の構成元素であるインジウムと解離吸着し燐化イン
ジウム層の表面にエピタキシャル成長に対して不活性な
弗化インジウム層(化学式InF3 )を形成する。
【0024】次に、第3の工程として電子ビーム源15
から集束した電子線を燐化インジウム基板20上の弗化
インジウム層に照射し、幅5nmの細線を走査、描画す
る。このとき、電子ビームが照射された領域で化学吸着
した弗素原子が脱離しエピタキシャル成長に対して活性
な表面となる。
【0025】更に第4の工程として、Asビームを照射
しつつIII族分子線源16からTMI及びTEG分子
を同時に照射して砒化インジウムガリウム層(分子式I
n0.53Ga0.47As)を5nm成長させる。こ
のとき第3の工程で電子線が照射されてエピタキシャル
成長に活性になっている部位にのみエピタキシャル成長
が起こる。以上の第1から第4の工程により電子線を照
射した部分に厚さ5nmの砒化ガリウム層のパターンが
形成される。
【0026】最後に、電子ビーム源15から燐化インジ
ウム基板20の全面に電子線を照射して表面をエピタキ
シャル成長に対して活性な表面に変えた後、TMI分子
とP2 分子をIII族分子線源16とV族分子線源1
4よりそれぞれ照射し厚さ100nmの燐化インジウム
層を全面に成長させて砒化インジウムガリウム細線を燐
化インジウム層で埋め込み成長させる。以上の工程の結
果、幅5nm、厚さ5nmの砒化インジウムガリウウ細
線を燐化インジウムで埋め込んだ量子細線が形成される
【0027】上記実施例では選択成長マスクとして、弗
化アルミニウム、及び弗化インジウムを用いたが、弗化
ガリウム、または、弗化アルミニウム、弗化インジウム
、及び、弗化ガリウムの混晶物であってもよい。
【0028】上記実施例では材料化合物としてトリエチ
ルガリウム及びトリエチルアルミニウムを用いたが、選
択成長性を有するトリメチルガリウム等の他の有機基を
もつ有機金属化合物を用いてもよい。
【0029】上記実施例では同一の成長室で第1から第
4の工程を含む全ての工程を行ったが、例えば第1と第
4の工程をMOVPE装置で行い、第2の工程を専用の
装置で行い、また、第3の工程を電子線露光装置で行う
、などの方法でもよく、本発明は同一の成長室を用いる
ことに限定されない。
【0030】
【発明の効果】本発明によるエピタキシャル成長方法で
は、面内方向に電子線の集束径程度、層厚方向に1原子
層の大きさを有する微小局領域にヘテロ構造を有するヘ
テロエピタキシャル層の形成ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のエピタキシャル成長方法の第1の実施
例を説明するためのエピタキシャル装置の成長室の模式
図である。
【図2】本発明の第2の実施例を説明するためのエピタ
キシャル装置の成長室の模式図である。
【符号の説明】
10  成長室 11  真空ポンプ 12  基板ホルダ 13  砒化ガリウム基板 14  V族分子線源 15  電子ビーム源 16  III族分子線源 17  弗素分子線源 20  燐化インジウム基板

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  半導体基板上にアルミニウム、ガリウ
    ム、インジウムのうち一元素以上を構成元素に含む化合
    物半導体層を形成する第1の工程と、前記半導体層表面
    に弗素を照射して弗化物層を形成する第2の工程と、前
    記弗化物層に電子線を所望のパターンに照射する第3の
    工程と、前記弗化物層を選択成長マスクとして選択エピ
    タキシャル成長させる第4の工程を備えることを特徴と
    するエピタキシャル成長方法。
JP5526791A 1990-06-19 1991-03-20 エピタキシャル成長方法 Pending JPH04212411A (ja)

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JP5526791A JPH04212411A (ja) 1990-06-19 1991-03-20 エピタキシャル成長方法

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JP16010590 1990-06-19
JP2-160105 1990-06-19
JP5526791A JPH04212411A (ja) 1990-06-19 1991-03-20 エピタキシャル成長方法

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6833161B2 (en) * 2002-02-26 2004-12-21 Applied Materials, Inc. Cyclical deposition of tungsten nitride for metal oxide gate electrode
US7732325B2 (en) 2002-01-26 2010-06-08 Applied Materials, Inc. Plasma-enhanced cyclic layer deposition process for barrier layers
US7781326B2 (en) 2001-02-02 2010-08-24 Applied Materials, Inc. Formation of a tantalum-nitride layer
US10280509B2 (en) 2001-07-16 2019-05-07 Applied Materials, Inc. Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques

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