JPH0427116A - Method of forming semiconductor heterojunction - Google Patents

Method of forming semiconductor heterojunction

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Publication number
JPH0427116A
JPH0427116A JP13115690A JP13115690A JPH0427116A JP H0427116 A JPH0427116 A JP H0427116A JP 13115690 A JP13115690 A JP 13115690A JP 13115690 A JP13115690 A JP 13115690A JP H0427116 A JPH0427116 A JP H0427116A
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JP
Japan
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germanium
temperature
epitaxial growth
substance
intermediate layer
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Application number
JP13115690A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenya Nakai
中井 建弥
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0427116A publication Critical patent/JPH0427116A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable a thin and high-quality epitaxial growth layer to be formed while control ling a growth layer thickness accurately by forming an intermediate layer of a specific sub stance at a temperature which is lower than a growth temperature and then increasing the temperature to a growth temperature before performing the gaseous phase epitaxial growth of a second semiconductor substance. CONSTITUTION:A single crystal 3 with a second semiconductor substance which is different from a first substance is allowed to the gaseous phase epitaxial growth on a substrate 1 which consists of a first semiconductor single crystal. Before performing the gaseous phase epitaxial growth of the second semiconductor substance, the first substance, the second sub stance, and an organic metal compound or a halogen compound of a substance which is selected from a group consisting of a mixed substance of the first and second substances and a third semiconductor substance which conforms to a crystal of the substrate crystallographically are absorbed onto the substrate surface from the reaction gas of that raw material. At the same time, an intermediate layer 2 of a substance which is selected by thermal degradation reaction of the absorbed substance is formed. After that, after increas ing the temperature to a specified epitaxial growth temperature, the second semiconductor substance is subjected to gaseous phase epitaxial growth onto an intermediate layer from the reaction gas of that raw material.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 第1の半導体物質の単結晶からなる基板上にその第1の
物質とは異なる第2の半導体物質の単結晶を気相エピタ
キシャル成長させて半導体異種接合を形成する方法に関
し、 薄くて高品質なエピタキシャル成長層を再現性よくかつ
成長層厚を精密に制御しながら形成できるようにするこ
とを目的とし、 第2の半導体物質の気相エピタキシャル成長を行う前、
そのエピタキシャル成長温度よりも低い温度で、前記第
1の物質、第2の物質、第1及び第2の物質の混合物及
び前記基板の結晶と結晶学的に整合する第3の半導体物
質からなる群から選ばれた物質の有機金属化合物又はハ
ロゲン化化合物をその原料の反応ガスから基板表面に吸
着せしめて該吸着物質の熱分解反応により前記選ばれた
物質の中間層を形成するように、構成する。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] A semiconductor heterojunction is formed by vapor phase epitaxial growth of a single crystal of a second semiconductor material different from the first material on a substrate made of a single crystal of a first semiconductor material. Regarding the formation method, the purpose is to form a thin, high-quality epitaxial growth layer with good reproducibility and with precise control of the growth layer thickness.
a third semiconductor material that is crystallographically matched to the crystals of the substrate at a temperature below its epitaxial growth temperature; The structure is such that an organometallic compound or a halogenated compound of the selected substance is adsorbed onto the surface of the substrate from the raw material reaction gas, and an intermediate layer of the selected substance is formed by a thermal decomposition reaction of the adsorbed substance.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は半導体異種接合を形成する方法に関し、さらに
詳しく述べると、第1の半導体物質の単結晶からなる基
板上にその第1の物質とは異なる第2の半導体物質の単
結晶を気相エピタキシャル成長させて半導体異種接合を
形成する方法に関する。
The present invention relates to a method for forming a semiconductor heterojunction, and more specifically, the present invention relates to a method for forming a semiconductor heterojunction, and more particularly, the present invention relates to a method for forming a semiconductor heterojunction, and more particularly, a method for forming a single crystal of a second semiconductor material different from the first semiconductor material on a substrate comprising a single crystal of a first semiconductor material by vapor phase epitaxial growth. The present invention relates to a method for forming a semiconductor heterojunction.

本発明は特に、シリコン等の半導体を基板とする異種接
合の気相処理方法の改良に関する。
The present invention particularly relates to improvements in a vapor phase processing method for heterojunctions using a semiconductor such as silicon as a substrate.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

現在、シリコンを基板としてこの基板上にゲルマニウム
との混晶を成長した異種接合を用いて、ヘテロバイポー
ラトランジスタ(HBT)などのデバイスの開発が進め
られていることは周知の通りである。このような超高速
で、超高集積を目的とするデバイスには、超精密なかつ
完全性の高い結晶成長技術が必要である。
It is well known that devices such as hetero-bipolar transistors (HBTs) are currently being developed using heterojunctions in which a mixed crystal with germanium is grown on a silicon substrate. Such ultra-high-speed, ultra-high-integration devices require ultra-precise and highly perfect crystal growth technology.

シリコンを始めとする単導体の製造プロセスの一つとし
て、気相処理法は不可欠な技術になっているが、必ずし
も、この面で完成されたものにはなっていない。気相成
長法は、例えば、気相と面相との、即ち、半導体基板表
面との化学反応を伴う工程を含んでいるので、原料を気
体(ガス)の状態で使用する場合が多く、したがって工
程に化学反応過程が介在し、これを制御することが必要
である。しかし、特に、基板上にそれと異なる物質をエ
ピタキシャル成長することは一般的には容易ではない。
Although vapor phase processing has become an indispensable technology for manufacturing single conductors such as silicon, it has not necessarily been perfected in this respect. For example, the vapor phase growth method includes a process involving a chemical reaction between the vapor phase and the surface phase, that is, the surface of the semiconductor substrate, so the raw material is often used in a gaseous state, and therefore the process A chemical reaction process intervenes, and it is necessary to control this process. However, in particular, it is generally not easy to epitaxially grow a different material on a substrate.

ところで、HBTや超格子などの作製に際して、その結
晶技術として、分子線エピタキシャル成長(MBE)を
用いることができる。また、電子線回折の信号強度を測
定するなどして、成長速度を原子層的に制御して、超格
子構造の異種接合が可能であることも公知である。しか
し、MBEは構造的には極めて精密な結晶成長技術では
あるが、実用面から見た場合には、結晶の品質が劣る、
すなわち、欠陥の密度が高くて制御されていないという
欠点を有する。また、多数枚大型基板の処理が出来ない
といった生産性が劣ることも欠点としである。成長層の
品質が良好であり、生産性がすぐれている気相成長法で
は、半導体の異種造合を形成する場合において、精密な
構造を形成する技術は未だ完成されていないというのが
現状である。例えば、シリコンの気相成長法では低温で
の成長が困難であり、また、精密な成長が困難である。
By the way, when producing HBTs, superlattices, etc., molecular beam epitaxial growth (MBE) can be used as a crystal technology. It is also known that heterojunctions with a superlattice structure can be achieved by controlling the growth rate on an atomic layer basis by measuring the signal intensity of electron beam diffraction. However, although MBE is a crystal growth technique with extremely precise structure, from a practical point of view, the quality of the crystal is inferior.
That is, it has the drawback that the density of defects is high and uncontrolled. Another disadvantage is that productivity is poor, such as the inability to process a large number of large substrates. Although the vapor phase growth method has good quality growth layers and excellent productivity, the current situation is that the technology for forming precise structures when forming heterogeneous composites of semiconductors has not yet been perfected. be. For example, in the vapor phase growth method of silicon, it is difficult to grow at low temperature, and it is also difficult to grow precisely.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

シリコン基板上にゲルマニウム層をヘテロ成長する場合
について問題点を考察する。
We will consider the problems when heterogeneously growing a germanium layer on a silicon substrate.

ゲルマニウム層の膜厚が大きい場合には異種接合の形成
が可能であることは公知である。しかし、このような厚
膜の結晶層中には極めて高密度で格子欠陥が導入されて
おり、実用的な結晶ではない。
It is known that a heterojunction can be formed when the germanium layer has a large thickness. However, lattice defects are introduced into such a thick crystal layer at an extremely high density, and it is not a practical crystal.

−例を示すと、第5図は、本発明者がシリコン基板上に
ゲルマニウム層をヘテロ成長させた場合の実験の結果を
示すグラフである。一方の実験では原料たるゲルマン(
GeL)ガスを10−1500℃で供給し、他方の実験
ではGeH4ガスを10m1.430℃で供給した。こ
のグラフから、シリコンを基板としてゲルマニウムを気
相処理した場合の、成長の極tて初期に於ける、成長層
厚の時間変化が理解される。成長の初期は、成長層とし
て測定されない、所謂潜伏時間がある。厚いゲルマニウ
ム層を成長することは比較的容易に可能であるが、膜厚
が薄くなると、例えば100Å以下の成長層を得ること
は非常に難しく、再現性が著しく低い。従って、超格子
等の量子効果を利用した素子用の結晶の作製にこの気相
成長法を適用することは非常に困難である。この困難は
、成長温度を低くしたり、原料ガスの濃度を下げること
など、成長条件を最適化するだけでは対処出来ない。
- To give an example, FIG. 5 is a graph showing the results of an experiment in which the inventors hetero-grown a germanium layer on a silicon substrate. In one experiment, the raw material germane (
GeL) gas was supplied at 10-1500 °C, and in the other experiment GeH4 gas was supplied at 10 ml 1.430 °C. From this graph, it is understood how the thickness of the grown layer changes over time at the very early stage of growth when germanium is vapor-phase treated using silicon as a substrate. At the beginning of growth, there is a so-called latent time that is not measured as a growth layer. Although it is possible to grow a thick germanium layer relatively easily, as the film thickness becomes thinner, it is very difficult to obtain a grown layer of, for example, 100 Å or less, and the reproducibility is extremely low. Therefore, it is extremely difficult to apply this vapor phase growth method to the production of crystals for devices that utilize quantum effects such as superlattices. This difficulty cannot be overcome simply by optimizing the growth conditions, such as lowering the growth temperature or lowering the concentration of source gas.

本発明の目的は、したがって、半導体異種接合を形成す
るに当って、薄くて高品質なエピタキシャル成長層を再
現性よくかつ成長層厚を精密に制御しながら形成できる
ようにすることにある。
Therefore, an object of the present invention is to enable formation of a thin, high-quality epitaxial growth layer with good reproducibility and precise control of the growth layer thickness when forming a semiconductor heterojunction.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記した目的は、本発明によれば、第1の半導体物質の
単結晶からなる基板上にその第1の物質とは異なる第2
の半導体物質の単結晶を気相エピタキシャル成長させて
半導体異種接合を形成する方法において、 第2の半導体物質の気相エピタキシャル成長を行う前、
そのエピタキシャル成長温度よりも低い温度で、前記第
1の物質、第2の物質、第1及び第2の物質の混合物及
び前記基板の結晶と結晶学的に整合する第3の半導体物
質からなる鮮から選ばれた物質の有機金属化合物又はハ
ロゲン化化合物をその原料の反応ガスから基板表面に吸
着せしめて該吸着物質の熱分解反応により前記選ばれた
物質の中間層を形成し、そして 所定のエピタキシャル成長温度まで温度を高めた後、前
記第2の半導体物質をその原料の反応ガスから前記中間
層上に気相エピタキシャル成長させること を特徴とする半導体異種接合を形成する方法によって達
成することができる。
According to the present invention, the above-mentioned object is achieved by applying a second semiconductor material different from the first material onto a substrate consisting of a single crystal of a first semiconductor material.
In a method for forming a semiconductor heterojunction by vapor phase epitaxial growth of a single crystal of a second semiconductor material, before performing vapor phase epitaxial growth of a second semiconductor material,
At a temperature lower than the epitaxial growth temperature, a semiconductor material comprising the first material, a second material, a mixture of the first and second materials, and a third semiconductor material that is crystallographically matched to the crystals of the substrate. An organometallic compound or a halogenated compound of the selected substance is adsorbed onto the surface of the substrate from the reaction gas as its raw material, and an intermediate layer of the selected substance is formed by a thermal decomposition reaction of the adsorbed substance, and then an intermediate layer of the selected substance is formed at a predetermined epitaxial growth temperature. This can be achieved by a method for forming a semiconductor heterojunction, characterized in that the second semiconductor material is vapor-phase epitaxially grown on the intermediate layer from its source reactant gas after the temperature is raised to .

本発明方法の実施において、第2の半導体物質は第1の
半導体物質とは異なる。すなわち、第2の物質は、第1
の物質とは本質的に異る物質であるかもしくは第1の物
質を一部にのみ含む混晶であることができる。また、中
間層を形成する物質は、第1の半導体物質、第2の半導
体物質、第1及び第2の半導体物質の混合物、あるいは
基板結晶と結晶学的に整合する第3の半導体物質のいず
れであってもよい。中間層は、単原子層として、あるい
は数原子層として成長させることができる。
In carrying out the method of the invention, the second semiconductor material is different from the first semiconductor material. That is, the second substance
The first substance may be a substance that is essentially different from the first substance, or it may be a mixed crystal containing only a portion of the first substance. The material forming the intermediate layer may be any one of the first semiconductor material, the second semiconductor material, a mixture of the first and second semiconductor materials, or a third semiconductor material that is crystallographically matched to the substrate crystal. It may be. The intermediate layer can be grown as a monolayer or as a few atomic layers.

本発明は、その1つの面において、少くとも表面層にシ
リコン単結晶を有する基板の表面に、ゲルマニウムのエ
ピタキシャル成長温度よりも低い温度で、ゲルマニウム
の有機金属化合物又はハロゲン化化合物をその原料の反
応ガス、例えばGe(C,H6)2H,、Ge1aなど
から吸着せしめてゲルマニウムの中間層を形成し、次い
で、ゲルマニウムのエピタキシャル成長温度まで昇温後
、ゲルマニウムをその原料の反応ガス、例えばGeH4
などから前記ゲルマニウム中間層上に気相エピタキシャ
ル成長させることを特徴とする。ここで、“少くとも表
面層にシリコン単結晶を有する基板”とは、基板がシリ
コン単結晶からなるもの、あるいは基板がシリコン以外
のものからできていて表面がシリコンにより被覆されて
いるものを指す。
In one aspect of the present invention, an organometallic compound or a halide compound of germanium is added to the surface of a substrate having a silicon single crystal in at least a surface layer at a temperature lower than the epitaxial growth temperature of germanium using a reaction gas as a raw material thereof. For example, Ge(C,H6)2H, Ge1a, etc. are adsorbed to form a germanium intermediate layer, and then, after raising the temperature to the epitaxial growth temperature of germanium, germanium is adsorbed from its raw material reactive gas, such as GeH4.
The germanium intermediate layer is grown on the germanium intermediate layer by vapor phase epitaxial growth. Here, "a substrate having at least a silicon single crystal in its surface layer" refers to a substrate made of a silicon single crystal, or a substrate made of something other than silicon and whose surface is covered with silicon. .

本発明は、そのもう1つの面において、例えばサファイ
ヤなどの絶縁物質からなる基板上にシリコン単結晶をエ
ピタキシャル成長させ、形成されたS OI 、(si
licon−on−sapphire)基板の表面に、
ゲルマニウムのエピタキシャル成長温度よりも低い温度
で、ゲルマニウムの有機金属化合物又はハロゲン化化合
物をその原料の反応ガスから吸着せしめてゲルマニウム
の中間層を形成し、次いで、ゲルマニウムのエピタキシ
ャル成長温度まで昇温後、ゲルマニウムをその原料の反
応ガスから前記ゲルマニウム中間層上に気相エピタキシ
ャル成長させることを特徴とする。SOI基板は、この
半導体の製造分野において一般的に用いられている手法
に従って作製することができる。
In another aspect of the present invention, a silicon single crystal is epitaxially grown on a substrate made of an insulating material such as sapphire, and SOI, (si
on the surface of the silicon-on-sapphire) substrate,
At a temperature lower than the epitaxial growth temperature of germanium, an organometallic compound or a halide compound of germanium is adsorbed from the raw material reaction gas to form an intermediate layer of germanium, and then, after raising the temperature to the epitaxial growth temperature of germanium, germanium is The method is characterized in that vapor phase epitaxial growth is performed on the germanium intermediate layer from a reactant gas as a raw material. The SOI substrate can be manufactured according to a method commonly used in the semiconductor manufacturing field.

シリコンの気相成長では、エピタキシャル成長の直前に
、水素気流中で900℃程度の高温で熱処理による酸化
膜の除去を行い、次いで、所定の成長温度に冷却して成
長を行う方法が知られている。
In silicon vapor phase growth, it is known that immediately before epitaxial growth, the oxide film is removed by heat treatment at a high temperature of about 900°C in a hydrogen stream, and then the silicon is cooled to a predetermined growth temperature. .

本発明では、これらの両工程の間に、中間的な処理とし
て、低温でシリコンの表面に吸着するゲルマニウムの有
機金属化合物又はハロゲン化化合物を接触させる。すな
わち、ゲルマンガスによる成長にさきがけ、有機化合物
等の熱分解によるゲルマニウム層を形成し、基板表面の
シリコンの状態を変化させることが本発明の重要な点で
ある。
In the present invention, between these two steps, as an intermediate treatment, an organometallic compound of germanium or a halogenated compound, which is adsorbed on the silicon surface at low temperature, is brought into contact. That is, an important point of the present invention is to form a germanium layer by thermal decomposition of an organic compound or the like prior to growth using germane gas, and to change the state of silicon on the substrate surface.

サファイヤ基板上には、ゲルマニウムをエピタキシャル
成長させることが困難である。この場合には、予めシリ
コンを数原子層分だけ成長させた後にゲルマニウムを成
長する。半導体結晶では、その特性は不純物や欠陥に非
常に影響されやすい。
It is difficult to epitaxially grow germanium on a sapphire substrate. In this case, silicon is grown in advance by several atomic layers, and then germanium is grown. The properties of semiconductor crystals are highly sensitive to impurities and defects.

従って、中間的な結晶層を設けると言っても、そのこと
により悪い影響が及ばないことが必要である。しかし、
ゲルマニウムとシリコンの組み合わせは、同じIV族元
素どうしであり、電気的に活性のある不純物にはならな
いので、実用性がある。
Therefore, even if an intermediate crystal layer is provided, it is necessary that it does not have any adverse effects. but,
The combination of germanium and silicon is practical because they are both group IV elements and do not become electrically active impurities.

このような場合、精密に結晶成長を行うために、前述の
場合と同様に、吸着効果のある反応ガスを用いる方法を
利用する。
In such a case, in order to precisely grow the crystal, a method using a reactive gas having an adsorption effect is used, as in the case described above.

〔作 用〕[For production]

第5図を参照しながら先に説明したように、従来の方法
に従ってシリコンの基板上にゲルマニウムを気相成長し
た場合、成長の初期における潜伏時間を回避することが
できない。これは、基板表面の高温熱処理において、水
素が基板表面原子のダングリングボンドを終端している
ためであり、この水素をゲルマンガスで置換するために
は時間がかかる。本発明では潜伏時間を無くするため、
シリコン原子が水素で終端されている状態を排除するこ
と、たとえば、ゲルマニウムを一原子層なりとも付着す
ることを提案する。
As previously explained with reference to FIG. 5, when germanium is vapor-phase grown on a silicon substrate according to the conventional method, a latent period during the initial stage of growth cannot be avoided. This is because hydrogen terminates dangling bonds of atoms on the substrate surface during high-temperature heat treatment of the substrate surface, and it takes time to replace this hydrogen with germane gas. In the present invention, in order to eliminate the incubation time,
We propose to eliminate the state in which silicon atoms are terminated with hydrogen, for example to deposit even one atomic layer of germanium.

ゲルマニウム中間層(バッファー層)の上にゲルマニウ
ムを成長する場合には上記のような潜伏時間はない。ま
た、潜伏時間がないので、成長層厚を精密に制御できる
When germanium is grown on a germanium intermediate layer (buffer layer), there is no incubation time as described above. Furthermore, since there is no incubation time, the thickness of the grown layer can be precisely controlled.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は、本発明により形成された半導体異種接合の一
例を示す断面図である。図において、第1の半導体物質
はシリコンであり、参照番号1で示され、また、第2の
半導体物質はゲルマニウムであり、参照番号3で示され
る。シリコン基板1とゲルマニウム・エピタキシャル成
長層3の間には、本発明において中間層あるいはバッフ
ァー層と呼ばれるところのゲルマニウム中間層2が介在
せしめられる。ここで、ゲルマニウム中間層2の膜厚は
好ましくは数人のオーダーであり、そしてゲルマニウム
成長層3の膜厚は所望とする接合状態に応じて任意に変
更することができる。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor heterojunction formed according to the present invention. In the figure, the first semiconductor material is silicon, designated by the reference number 1, and the second semiconductor material is germanium, designated by the reference number 3. A germanium intermediate layer 2, which is referred to as an intermediate layer or buffer layer in the present invention, is interposed between the silicon substrate 1 and the germanium epitaxial growth layer 3. Here, the thickness of the germanium intermediate layer 2 is preferably on the order of several layers, and the thickness of the germanium growth layer 3 can be arbitrarily changed depending on the desired bonding state.

第1図に図示した異種接合は、好ましくは、減圧式気相
成長方法に従って形成することができ、そして、例えば
、第3図に略示する気相成長装置を用いてこれを行うこ
とができる。第3図において、石英反応管10はそれを
取り囲んだ加熱手段である高周波コイル11を装備して
いる。シリコン基板1はサセプタ12上に載置して石英
反応管10内に収容される。石英反応管10には、図示
されるように、それに各種の原料ガスを供給するための
配管が接続されている。水素(H2)はキャリヤガスで
あり、シラン(SiHl)ガスはシリコン中間層を形成
するための原料ガスであり、ジエチルゲルマン(Ge 
(C2H5) 2H2)ガスはゲルマニウム中間層を形
成するための原料ガスであり、そしてゲルマン(GeH
,)ガスはゲルマニウム成長層を形成するための原料ガ
スである。石英反応管10の廃ガスは、ロータリー真空
ポンプ12によって引き抜かれた後、それに接続された
廃ガス処理装置(図示せず)によって処理され、浄化後
に大気中に放出される。
The heterojunction illustrated in FIG. 1 can preferably be formed according to a reduced pressure vapor deposition method and can be carried out, for example, using a vapor deposition apparatus as schematically illustrated in FIG. 3. . In FIG. 3, a quartz reaction tube 10 is equipped with a high frequency coil 11 surrounding it and serving as a heating means. Silicon substrate 1 is placed on susceptor 12 and housed in quartz reaction tube 10 . As shown in the figure, the quartz reaction tube 10 is connected to piping for supplying various raw material gases thereto. Hydrogen (H2) is a carrier gas, silane (SiHl) gas is a raw material gas for forming the silicon intermediate layer, and diethyl germane (Ge
(C2H5) 2H2) gas is a raw material gas for forming a germanium intermediate layer, and germanium (GeH2) gas is a raw material gas for forming a germanium intermediate layer.
, ) gas is the raw material gas for forming the germanium growth layer. The waste gas from the quartz reaction tube 10 is extracted by the rotary vacuum pump 12, treated by a waste gas treatment device (not shown) connected thereto, and discharged into the atmosphere after purification.

第2図は、本発明により形成された異種接合のもう1つ
の例を示す断面図である。図示の例の場合、シリコン基
板に代えてサファイヤ基板4が用いられており、したが
って、シリコン層5が≦300人の膜厚で成長せし於ら
れている。シリコン層5の上方には、前記した第1図の
例の場合と同様、ゲルマニウム中間層2及びゲルマニウ
ム成長層3が順次形成されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of a heterojunction formed according to the present invention. In the illustrated example, a sapphire substrate 4 is used instead of the silicon substrate, so that the silicon layer 5 is grown to a thickness of ≦300 nm. Above the silicon layer 5, a germanium intermediate layer 2 and a germanium growth layer 3 are successively formed, as in the case of the example shown in FIG. 1 described above.

例 1 (比較例) 従来の方法に従って、シリコン基板上にゲルマニウムを
気相成長させた。
Example 1 (Comparative Example) Germanium was grown in a vapor phase on a silicon substrate according to a conventional method.

(001)面方位のシリコン基板を用意し、その表面を
硫酸/過酸化水素混合液で酸化処理し、さらに続けて弗
酸水溶液による湿式の酸化膜除去を行った。次いで、表
面処理後のシリコン基板を気相成長装置内に収容し、成
長の前処理として、約900℃で約10分間にわたって
加熱した。次いで、成長温度の500℃に保持し、ゲル
マン(GeHa)ガスを用いてゲルマニウムのエピタキ
シャル成長を行った。エピタキシャル層の時間変化を第
5図に示す。
A silicon substrate with a (001) plane orientation was prepared, and its surface was oxidized with a sulfuric acid/hydrogen peroxide mixture, and then a wet oxide film was removed using a hydrofluoric acid aqueous solution. Next, the surface-treated silicon substrate was placed in a vapor phase growth apparatus and heated at about 900° C. for about 10 minutes as a pretreatment for growth. Next, the growth temperature was maintained at 500° C., and germanium was epitaxially grown using germanium (GeHa) gas. FIG. 5 shows the temporal change of the epitaxial layer.

ゲルマニウムの成長は初期の段階では全く観察されず、
ゲルマンガスの供給を開始して約4分後にはじめて観察
された。10分以上を経過後、成長層厚と時間の間でほ
ぼ比例関係が成立したが、成長の初期には此れが崩れて
おり、従って、100Å以下のゲルマニウム層を精密に
成長することが困難であった。
No germanium growth was observed in the early stages;
It was first observed about 4 minutes after the germane gas supply started. After more than 10 minutes, a nearly proportional relationship was established between the growth layer thickness and time, but this relationship broke down in the early stages of growth, making it difficult to precisely grow a germanium layer of 100 Å or less. Met.

例2 (001)面方位のシリコン基板を用意し、その表面を
硫酸/過酸化水素混合液で酸化処理し、さらに続けて弗
酸水溶液による湿式の酸化膜除去を行った。次いで、表
面処理後のシリコン基板を第3図に示した気相装置内に
収容し、ゲルマニウム中間層及びゲルマニウム成長層を
順次本発明に従って形成した。ここで、キャリヤガスと
しての水素の全圧力は約10mmHgとした。
Example 2 A silicon substrate with a (001) plane orientation was prepared, and its surface was oxidized with a sulfuric acid/hydrogen peroxide mixture, followed by wet oxide film removal using a hydrofluoric acid aqueous solution. Next, the silicon substrate after the surface treatment was placed in a vapor phase apparatus shown in FIG. 3, and a germanium intermediate layer and a germanium growth layer were sequentially formed according to the present invention. Here, the total pressure of hydrogen as a carrier gas was approximately 10 mmHg.

先ず、基板を700℃前後に冷却してから、シラン(S
iH4)ガスの導入により、極く薄いシリコンバッファ
ー層を成長させた。次いで、さらに300℃以下に冷却
した後、ジエチルゲルマン(Ge(C,H,)、)l、
)ガスを約I X10’atmの濃度で約1分間供給し
てゲルマニウム中間層の形成を行った。
First, the substrate is cooled to around 700°C, and then silane (S
A very thin silicon buffer layer was grown by introducing iH4) gas. Then, after further cooling to 300°C or less, diethylgermane (Ge(C,H,),)l,
) A germanium intermediate layer was formed by supplying gas at a concentration of about I x 10'atm for about 1 minute.

気相中のジエチルゲルマンガスを完全に排除した後、実
際には30秒以上をかけてこれを行った後、温度を速や
かに(200℃/分以上)上昇させて成長温度の500
℃に保持した。次いで、ゲルマン(Ge)I4)ガス1
0mI!を用いてゲルマニウムのエピタキシャル成長を
行った。本例では、ジエチルゲルマンの熱分解により極
薄いゲルマニウム層がシリコン基板表面に形成されたの
で、前記例1とは対照的に、潜伏時間を必要としないで
ゲルマニウムの成長が開始された。また、成長温度を5
00℃から430℃に低下させた場合には、Ge層の成
長速度を抑制しつつ良好な結果を得ることができた。第
4図は、シリコン基板上のゲルマニウム層の膜厚と成長
時間の関係をプロットしたグラフである。
After completely eliminating the diethylgermane gas in the gas phase, which actually takes more than 30 seconds, the temperature is quickly raised (at least 200°C/min) to reach the growth temperature of 500°C.
It was kept at ℃. Next, germane (Ge) I4) gas 1
0mI! Epitaxial growth of germanium was performed using the following method. In this example, an extremely thin germanium layer was formed on the silicon substrate surface by thermal decomposition of diethylgermane, so that, in contrast to Example 1, germanium growth was initiated without requiring any incubation time. Also, increase the growth temperature to 5
When the temperature was lowered from 00°C to 430°C, good results could be obtained while suppressing the growth rate of the Ge layer. FIG. 4 is a graph plotting the relationship between the film thickness of the germanium layer on the silicon substrate and the growth time.

例3 前記例2に記載の手法を繰り返したけれども、本例では
シリコン基板に代えてサファイヤ基板を使用し、したが
って、サファイヤ基板を1100℃で加熱した後、シラ
ン(St)14)ガスを用いて950℃でシリコンを成
長させた。サファイヤ基板上に膜厚約300人のシリコ
ン層が形成された。サファイヤ基板を200℃まで冷却
した後、前記例1と同様にゲルマニウム中間層、そして
ゲルマニウム成長層を順次成長させた。第2図に示すよ
うな断面形状を有する半導体異種接合が得ら′れた。
Example 3 The procedure described in Example 2 above was repeated, but in this example a sapphire substrate was used instead of a silicon substrate, and therefore the sapphire substrate was heated to 1100° C. and then treated with silane (St) gas. Silicon was grown at 950°C. A silicon layer with a thickness of approximately 300 nm was formed on a sapphire substrate. After cooling the sapphire substrate to 200° C., a germanium intermediate layer and a germanium growth layer were sequentially grown in the same manner as in Example 1 above. A semiconductor heterojunction having a cross-sectional shape as shown in FIG. 2 was obtained.

ここで、有機化合物をゲルマニウムの原料としてもよい
が、シリコンの結晶成長においては、不純物である炭素
の汚染源となるので、吸着中間層の形成にのみ限定的に
使用することが出来る。
Here, an organic compound may be used as a raw material for germanium, but in crystal growth of silicon, it becomes a source of contamination of impurity carbon, so it can be used only for forming an adsorption intermediate layer.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、低温で吸着する物質を用いて下地基板
の表面の性質を変えたので、異種接合の結晶成長を精密
に制御できる。また、本発明によれば、シリコンとゲル
マニウムを組み合わせた超格子構造を気相成長方法によ
り形成することができる。さらにまた、本発明によれば
、精密に制御されたゲルマニウム層あるいはゲルマニウ
ムとシリコンの異種接合結晶をサファイヤ基板上にも形
成することができる。
According to the present invention, since the surface properties of the base substrate are changed using a substance that adsorbs at low temperatures, crystal growth of a heterojunction can be precisely controlled. Further, according to the present invention, a superlattice structure combining silicon and germanium can be formed by a vapor phase growth method. Furthermore, according to the present invention, a precisely controlled germanium layer or a heterojunction crystal of germanium and silicon can be formed on a sapphire substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明により形成される半導体異種接合の一
例を示した断面図、 第2図は、本発明により形成される半導体異種接合のも
う1つの例を示した断面図、 第3図は、本発明の実施に用いられる気相成長装置の一
例を示した略示図、 第4図は、本発明方法に従ってシリコン基板上にゲルマ
ニウム層を成長させた場合の成長時間とゲルマニウム層
の膜厚の関係を示すグラフ、そし第5図は、従来の方法
に従ってシリコン基板上にゲルマニウム層を成長させた
場合の成長時間とゲルマニウム層の膜厚の関係を示すグ
ラフである。 図中、1はシリコン基板、2はゲルマニウム中間層、3
はゲルマニウム成長層、4はサファイヤ基板、そして5
はシリコン層である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor heterojunction formed according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of a semiconductor heterojunction formed according to the present invention, and FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a vapor phase growth apparatus used in carrying out the present invention, and FIG. 4 shows the growth time and germanium layer film when a germanium layer is grown on a silicon substrate according to the method of the present invention. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the growth time and the thickness of the germanium layer when the germanium layer is grown on a silicon substrate according to the conventional method. In the figure, 1 is a silicon substrate, 2 is a germanium intermediate layer, and 3 is a silicon substrate.
is a germanium growth layer, 4 is a sapphire substrate, and 5 is a germanium growth layer.
is a silicon layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、第1の半導体物質の単結晶からなる基板上にその第
1の物質とは異なる第2の半導体物質の単結晶を気相エ
ピタキシャル成長させて半導体異種接合を形成する方法
において、 第2の半導体物質の気相エピタキシャル成長を行う前、
そのエピタキシャル成長温度よりも低い温度で、前記第
1の物質、第2の物質、第1及び第2の物質の混合物及
び前記基板の結晶と結晶学的に整合する第3の半導体物
質からなる群から選ばれた物質の有機金属化合物又はハ
ロゲン化化合物をその原料の反応ガスから基板表面に吸
着せしめて該吸着物質の熱分解反応により前記選ばれた
物質の中間層を形成し、そして 所定のエピタキシャル成長温度まで温度を高めた後、前
記第2の半導体物質をその原料の反応ガスから前記中間
層上に気相エピタキシャル成長させること を特徴とする半導体異種接合を形成する方法。 2、少くとも表面層にシリコン単結晶を有する基板の表
面に、ゲルマニウムのエピタキシャル成長温度よりも低
い温度で、ゲルマニウムの有機金属化合物又はハロゲン
化化合物をその原料の反応ガスから吸着せしめてゲルマ
ニウムの中間層を形成し、次いで、ゲルマニウムのエピ
タキシャル成長温度まで昇温後、ゲルマニウムをその原
料の反応ガスから前記ゲルマニウム中間層上に気相エピ
タキシャル成長させる、請求項1に記載の方法。 3、絶縁物質からなる基板上にシリコン単結晶をエピタ
キシャル成長させ、形成されたSOI基板の表面に、ゲ
ルマニウムのエピタキシャル成長温度よりも低い温度で
、ゲルマニウムの有機金属化合物又はハロゲン化化合物
をその原料の反応ガスから吸着せしめてゲルマニウムの
中間層を形成し、次いで、ゲルマニウムのエピタキシャ
ル成長温度まで昇温後、ゲルマニウムをその原料の反応
ガスから前記ゲルマニウム中間層上に気相エピタキシャ
ル成長させる、請求項1に記載の方法。
[Claims] 1. A method of forming a semiconductor heterojunction by vapor phase epitaxial growth of a single crystal of a second semiconductor material different from the first material on a substrate made of a single crystal of a first semiconductor material. Before performing the vapor phase epitaxial growth of the second semiconductor material,
a third semiconductor material that is crystallographically matched to the crystals of the substrate at a temperature below its epitaxial growth temperature; An organometallic compound or a halogenated compound of the selected substance is adsorbed onto the surface of the substrate from the reaction gas as its raw material, and an intermediate layer of the selected substance is formed by a thermal decomposition reaction of the adsorbed substance, and then an intermediate layer of the selected substance is formed at a predetermined epitaxial growth temperature. A method for forming a semiconductor heterojunction, characterized in that the second semiconductor material is vapor-phase epitaxially grown on the intermediate layer from a reactant gas as its raw material after the temperature is raised to . 2. An intermediate layer of germanium is formed by adsorbing a germanium organometallic compound or a halide compound from the raw material reaction gas onto the surface of a substrate having a silicon single crystal in at least the surface layer at a temperature lower than the epitaxial growth temperature of germanium. 2. The method according to claim 1, wherein germanium is vapor-phase epitaxially grown on the germanium intermediate layer from a raw reactant gas after the temperature is raised to a germanium epitaxial growth temperature. 3. A silicon single crystal is epitaxially grown on a substrate made of an insulating material, and an organometallic compound or a halide compound of germanium is added to the surface of the formed SOI substrate at a temperature lower than the epitaxial growth temperature of germanium with its raw material reactive gas. 2. The method according to claim 1, wherein a germanium intermediate layer is formed by adsorption from germanium, and then, after the temperature is raised to a germanium epitaxial growth temperature, germanium is vapor-phase epitaxially grown on the germanium intermediate layer from a reactant gas as its raw material.
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