JPH0431396A - 半導体結晶成長方法 - Google Patents
半導体結晶成長方法Info
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- JPH0431396A JPH0431396A JP13251490A JP13251490A JPH0431396A JP H0431396 A JPH0431396 A JP H0431396A JP 13251490 A JP13251490 A JP 13251490A JP 13251490 A JP13251490 A JP 13251490A JP H0431396 A JPH0431396 A JP H0431396A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
原子層エピタキシにより、2種類以上の構成元素の原料
を交互に供給して半導体単結晶の薄膜を1原子層ずつ成
長させる方法に関し、 原子層エピタキシの1分子層の形成に要する時間(1サ
イクルの時間)を短縮することを目的とし、 ある構成元素の堆積を行うに際して、形成されるべき1
原子層の膜厚の実質的な部分を低温で熱分解可能な原料
から形成しかつ残りの膜厚の部分を前記低温分解性原料
よりも高温で分解可能な原料から形成するように構成す
る。
を交互に供給して半導体単結晶の薄膜を1原子層ずつ成
長させる方法に関し、 原子層エピタキシの1分子層の形成に要する時間(1サ
イクルの時間)を短縮することを目的とし、 ある構成元素の堆積を行うに際して、形成されるべき1
原子層の膜厚の実質的な部分を低温で熱分解可能な原料
から形成しかつ残りの膜厚の部分を前記低温分解性原料
よりも高温で分解可能な原料から形成するように構成す
る。
本発明は半導体結晶成長方法に関し、さらに詳しく述べ
ると、原子層エピタキシ(Atomic 1ayerE
pltaxy ;略語ALE)により、2種類以上の構
成元素の原料を交互に供給して半導体単結晶の薄膜を1
原子層ずつ成長させる方法に関する。本発明方法は、し
たがって、GaAs 、 InP 、 A I GaA
s 、 GaInAsなどの半導体結晶の成長に有利に
用いることができる。また、本発明方法は、半導体デバ
イスの微細化や新しい機能を備えたデバイスが提案され
るなかで、これらを実現するのに有用である。
ると、原子層エピタキシ(Atomic 1ayerE
pltaxy ;略語ALE)により、2種類以上の構
成元素の原料を交互に供給して半導体単結晶の薄膜を1
原子層ずつ成長させる方法に関する。本発明方法は、し
たがって、GaAs 、 InP 、 A I GaA
s 、 GaInAsなどの半導体結晶の成長に有利に
用いることができる。また、本発明方法は、半導体デバ
イスの微細化や新しい機能を備えたデバイスが提案され
るなかで、これらを実現するのに有用である。
周知の通り、結晶成長のための原料ガスを交互に供給し
て成長を行う方法は、原子層オーダの制御が可能なため
、ヘテロ接合の界面の急峻性や不純物濃度のプロファイ
ルを自由に変えることができるなど、これまでの成長技
術では達成でき得なかった多くの利点を有し、注目され
ている。なかんずく、原子層エピタキシと呼ばれる方法
は、セルフリミッティング特性(自己停止機構)を有す
る原料ガスを用いることにより、構成元素の堆積を自動
的に1層で停止させることができるので、所望の層構成
の半導体結晶薄膜を非常に高精度に作製することができ
る。例えばGaAsの単結晶薄膜を作製する場合には、
例えばGaAs基板のような基板上に、原料ガスである
トリメチルガリウム(TMG ;セルフリミッティング
特性を有する)とアルシン(AsH,)を交互に吹き付
けることによってGaAs薄膜を成長させることができ
る。原料ガスは、必要に応じて、キャリヤガスであるH
2ガスにまぜた形で吹き付けてもよい。
て成長を行う方法は、原子層オーダの制御が可能なため
、ヘテロ接合の界面の急峻性や不純物濃度のプロファイ
ルを自由に変えることができるなど、これまでの成長技
術では達成でき得なかった多くの利点を有し、注目され
ている。なかんずく、原子層エピタキシと呼ばれる方法
は、セルフリミッティング特性(自己停止機構)を有す
る原料ガスを用いることにより、構成元素の堆積を自動
的に1層で停止させることができるので、所望の層構成
の半導体結晶薄膜を非常に高精度に作製することができ
る。例えばGaAsの単結晶薄膜を作製する場合には、
例えばGaAs基板のような基板上に、原料ガスである
トリメチルガリウム(TMG ;セルフリミッティング
特性を有する)とアルシン(AsH,)を交互に吹き付
けることによってGaAs薄膜を成長させることができ
る。原料ガスは、必要に応じて、キャリヤガスであるH
2ガスにまぜた形で吹き付けてもよい。
これまでの原子層エピタキシは、いずれも表面反応を利
用して、固体表面に吸着層を形成することによって行わ
れてきた。換言すると、これまで行われてきた原子層エ
ピタキシでは、原料ガスが結晶表面上で優先的に分解さ
れるような条件の下で結晶成長が行われてきた。特に、
満足すべきセルフリミッティング特性を得るため、比較
的に低い温度で結晶成長が行われてきた。しかし、結晶
成長温度を低く抑えた場合には、成長表面での原料物質
の分解速度が遅くなるので、原子層エピタキシの1分子
層の形成に要する時間(1サイクルの時間)の延長を避
けることができなかった。実際1、原料物質の分解に要
する時間がほぼ、原子層エピタキシの1サイクルの時間
を決定し、逆に言うと、原料物質の分解に要する時間以
下には1サイクルの時間を短縮できない。
用して、固体表面に吸着層を形成することによって行わ
れてきた。換言すると、これまで行われてきた原子層エ
ピタキシでは、原料ガスが結晶表面上で優先的に分解さ
れるような条件の下で結晶成長が行われてきた。特に、
満足すべきセルフリミッティング特性を得るため、比較
的に低い温度で結晶成長が行われてきた。しかし、結晶
成長温度を低く抑えた場合には、成長表面での原料物質
の分解速度が遅くなるので、原子層エピタキシの1分子
層の形成に要する時間(1サイクルの時間)の延長を避
けることができなかった。実際1、原料物質の分解に要
する時間がほぼ、原子層エピタキシの1サイクルの時間
を決定し、逆に言うと、原料物質の分解に要する時間以
下には1サイクルの時間を短縮できない。
本発明の目的は、したがって、原子層エピタキシの1分
子層の形成に要する時間(1サイクルの時間)を短縮す
ることにある。
子層の形成に要する時間(1サイクルの時間)を短縮す
ることにある。
上記した目的は、本発明によれば、原子層エピタキシに
より、2種類以上の構成元素の原料を交互に供給して半
導体単結晶の薄膜を1原子層ずつ成長させる方法であっ
て、ある構成元素の堆積を行うに際して、形成されるべ
き1原子層の膜厚の実質的な部分を低温で熱分解可能な
原料から形成しかつ残りの膜厚の部分を前記低温分解性
原料よりも高温で分解可能な原料から形成することを特
徴とする半導体結晶成長方法によって達成することがで
きる。
より、2種類以上の構成元素の原料を交互に供給して半
導体単結晶の薄膜を1原子層ずつ成長させる方法であっ
て、ある構成元素の堆積を行うに際して、形成されるべ
き1原子層の膜厚の実質的な部分を低温で熱分解可能な
原料から形成しかつ残りの膜厚の部分を前記低温分解性
原料よりも高温で分解可能な原料から形成することを特
徴とする半導体結晶成長方法によって達成することがで
きる。
理解されるように、本発明方法では、ある構成元素の堆
積により1原子層の形成を行うに際して、熱分解温度を
異にする2種類及び場合によりそれ以上の原料を用い、
その際、形成されるべき1原子層の膜厚の実質的な部分
(すなわち、約70〜90%もしくはそれ以上)が低温
分解性原料から形成される。
積により1原子層の形成を行うに際して、熱分解温度を
異にする2種類及び場合によりそれ以上の原料を用い、
その際、形成されるべき1原子層の膜厚の実質的な部分
(すなわち、約70〜90%もしくはそれ以上)が低温
分解性原料から形成される。
低温分解性原料及び高温分解性原料は、それぞれ、構成
元素の単体あるいは有機金属の如き化合物のいずれであ
ってもよく、そして通常ガスの形で供給される。低温分
解性原料ガス及び高温分解性原料ガスは、順次供給して
もよく、さもなければ、混合物の形で同時に供給しても
よい。なお、本発明の実施において、高温分解性原料は
セルフリミッティング特性を有することが好ましいが、
低温分解性原料は必ずしもそのような特性を有していな
くてもよい。
元素の単体あるいは有機金属の如き化合物のいずれであ
ってもよく、そして通常ガスの形で供給される。低温分
解性原料ガス及び高温分解性原料ガスは、順次供給して
もよく、さもなければ、混合物の形で同時に供給しても
よい。なお、本発明の実施において、高温分解性原料は
セルフリミッティング特性を有することが好ましいが、
低温分解性原料は必ずしもそのような特性を有していな
くてもよい。
低温分解性原料及び高温分解性原料は、形成しようとし
ている薄膜の半導体単結晶の構成元素に依存して種々の
元素又はその化合物から任意に選択することができる。
ている薄膜の半導体単結晶の構成元素に依存して種々の
元素又はその化合物から任意に選択することができる。
例えば、Gaの1原子層を形成する場合には、トリメチ
ルガリウムを除くトリアルキルガリウム、例えばトリエ
チルガリウム、トリブチルガリウム、トリイソブチルガ
リウムなどを低温分解性原料として使用し、かつセルフ
リミッティング特性を有するトリメチルガリウムを高温
分解性ガスとして使用することができる。ちなみに、ト
リメチルガリウム(TMG)及びトリエチルガリウム(
TEG)の熱分解温度はそれぞれ約500℃及び約35
0℃であるので、最初にTEGにより高速で成長させて
1原子層の大半を形成し、仕上げとしてTMGにより成
長させることができる。
ルガリウムを除くトリアルキルガリウム、例えばトリエ
チルガリウム、トリブチルガリウム、トリイソブチルガ
リウムなどを低温分解性原料として使用し、かつセルフ
リミッティング特性を有するトリメチルガリウムを高温
分解性ガスとして使用することができる。ちなみに、ト
リメチルガリウム(TMG)及びトリエチルガリウム(
TEG)の熱分解温度はそれぞれ約500℃及び約35
0℃であるので、最初にTEGにより高速で成長させて
1原子層の大半を形成し、仕上げとしてTMGにより成
長させることができる。
本発明方法は、種々の化合物半導体結晶の成長に有利に
用いることができる。例えば、■−V族化合物半導体の
典型であるGaAsの単結晶薄膜を成長させる場合には
、上記したように、トリメチルガリウムを除<トリアル
キルガリウム及びトリメチルガリウムからGaの1原子
層を形成し、次いでアルシン(ASH3)からAsの1
原子層を形成することができる。なお、本願明細書では
特にGaAsの単結晶薄膜の成長を参照して本発明を説
明するけれども、その他の■−V族化合物半導体、II
−VI族化合物半導体など、例えばInP 、 A I
GaAs 、 Ga1nAsなどの場合にも満足し得
る結果が得られることを理解されたい。
用いることができる。例えば、■−V族化合物半導体の
典型であるGaAsの単結晶薄膜を成長させる場合には
、上記したように、トリメチルガリウムを除<トリアル
キルガリウム及びトリメチルガリウムからGaの1原子
層を形成し、次いでアルシン(ASH3)からAsの1
原子層を形成することができる。なお、本願明細書では
特にGaAsの単結晶薄膜の成長を参照して本発明を説
明するけれども、その他の■−V族化合物半導体、II
−VI族化合物半導体など、例えばInP 、 A I
GaAs 、 Ga1nAsなどの場合にも満足し得
る結果が得られることを理解されたい。
本発明では、原子層エピタキシにおいて、ある構成元素
を堆積させる際に、セルフリミッティング特性を有する
原料ガスA、B、・・・(高温分解性原料)とそれより
も低い温度で分解するガスa。
を堆積させる際に、セルフリミッティング特性を有する
原料ガスA、B、・・・(高温分解性原料)とそれより
も低い温度で分解するガスa。
b、・・・(低温分解性原料)を用いて結晶成長を行う
。原料ガスA、B、・・・及びa、b、・・・の供給は
、低温分解性のa、b、・・・を先に供給してもよく、
あるいは高温分解性のA、B、・・・と同時に供給して
もよい。原料ガスa、b、・・・は、低温分解性である
ので、原料ガスA、B、・・・がセルフリミッティング
を示す温度領域において非常に速く分解する(原料供給
律速過程)。この時、原料ガスa。
。原料ガスA、B、・・・及びa、b、・・・の供給は
、低温分解性のa、b、・・・を先に供給してもよく、
あるいは高温分解性のA、B、・・・と同時に供給して
もよい。原料ガスa、b、・・・は、低温分解性である
ので、原料ガスA、B、・・・がセルフリミッティング
を示す温度領域において非常に速く分解する(原料供給
律速過程)。この時、原料ガスa。
bl・・・を高い濃度で供給すれば、原料ガス供給のパ
ルスの幅を非常に短くできる。したがって、原料ガスa
、b、・・・で表面に供給される原子数を1原子層以下
にしておき、残りの空いている格子点をセルフリミッテ
ィング特性のあるガスA、B。
ルスの幅を非常に短くできる。したがって、原料ガスa
、b、・・・で表面に供給される原子数を1原子層以下
にしておき、残りの空いている格子点をセルフリミッテ
ィング特性のあるガスA、B。
・・・で埋めるようにすれば、原料ガスA、B、・・・
のみで成長を行う場合と比較して1サイクルに要する時
間が大幅に短縮され、しかも原子層エピタキシの特徴で
あるセルフリミッティングも保存される。
のみで成長を行う場合と比較して1サイクルに要する時
間が大幅に短縮され、しかも原子層エピタキシの特徴で
あるセルフリミッティングも保存される。
例1
本例は比較例であり、従来の半導体結晶成長方法を説明
する。
する。
原料ガス・トリメチルガリウム(TMG)及びアルシン
(ASH3)を第2A図に示すシーケンスで供給し、各
原料ガスの供給の間に水素ガス(H2)を記載のパルス
幅(供給時間)で供給したく但し、H2ガスの供給は必
ずしも必要ない)。成長温度は500℃であり、また、
TMGの温度は3.0℃、供給量は43ccm 、一方
、AsH,は10%濃度のものを480ccm送った。
(ASH3)を第2A図に示すシーケンスで供給し、各
原料ガスの供給の間に水素ガス(H2)を記載のパルス
幅(供給時間)で供給したく但し、H2ガスの供給は必
ずしも必要ない)。成長温度は500℃であり、また、
TMGの温度は3.0℃、供給量は43ccm 、一方
、AsH,は10%濃度のものを480ccm送った。
1サイクルの時間は8秒間であった。
第2B図は、原料供給時間と1サイクル当りの膜厚の関
係をプロットしたグラフである。このグラフに示す結果
から明らかなように、トリメチルガリウムはセルフリミ
ッティング特性を示し、1原子層のGaが堆積するのに
5秒間程度を要する。
係をプロットしたグラフである。このグラフに示す結果
から明らかなように、トリメチルガリウムはセルフリミ
ッティング特性を示し、1原子層のGaが堆積するのに
5秒間程度を要する。
例2
原料ガス・トリエチルガリウム(TEG) 、)リメチ
ルガリウム(TMG)及びアルシン(ASH3)を第1
A図に示すシーケンスで供給し、各原料ガスの供給の間
に水素ガス(H2)を記載のパルス幅で供給した。成長
温度は500℃であり、また、TEGの温度は3.0℃
、供給量はlQQccm 、 TMGの温度は3.0℃
、供給量は40ccm、一方、Asf(3の濃度は10
%、供給量は48[1ccmであった。TEGの供給条
件は、パルス幅が0.1秒で、約0.9原子層のGaが
供給されるように設定した。TMGは、TEGの供給が
終了した後たソ゛ちに1秒間供給した。このようにTM
Gを1秒間供給することで、残りの0.1原子層分の空
いている格子点をすべて埋めることができた。結局、前
記例1の従来技術と比較して、Ga原料の供給時間を5
秒間から1秒間に短縮できたことになる。本例の場合、
したがって、1サイクルの時間は4.1秒間であった。
ルガリウム(TMG)及びアルシン(ASH3)を第1
A図に示すシーケンスで供給し、各原料ガスの供給の間
に水素ガス(H2)を記載のパルス幅で供給した。成長
温度は500℃であり、また、TEGの温度は3.0℃
、供給量はlQQccm 、 TMGの温度は3.0℃
、供給量は40ccm、一方、Asf(3の濃度は10
%、供給量は48[1ccmであった。TEGの供給条
件は、パルス幅が0.1秒で、約0.9原子層のGaが
供給されるように設定した。TMGは、TEGの供給が
終了した後たソ゛ちに1秒間供給した。このようにTM
Gを1秒間供給することで、残りの0.1原子層分の空
いている格子点をすべて埋めることができた。結局、前
記例1の従来技術と比較して、Ga原料の供給時間を5
秒間から1秒間に短縮できたことになる。本例の場合、
したがって、1サイクルの時間は4.1秒間であった。
第1B図は、原料供給時間と1サイクル当りの膜厚の関
係をプロットしたグラフである。このグラフに示す結果
から明らかなように、本発明方法の場合、1サイクル当
りの膜厚の立ちあがりが極めて顕著である。
係をプロットしたグラフである。このグラフに示す結果
から明らかなように、本発明方法の場合、1サイクル当
りの膜厚の立ちあがりが極めて顕著である。
以上に説明したように、本発明によれば、原子層エピタ
キシで1分子層の形成に要する時間を大幅に短縮するこ
とができる。これにより、原子層エピタキシを、生産の
場で十分に使用することができる程度の成長速度まで高
めることができる。
キシで1分子層の形成に要する時間を大幅に短縮するこ
とができる。これにより、原子層エピタキシを、生産の
場で十分に使用することができる程度の成長速度まで高
めることができる。
また、成長時間を短くできることは、結晶成長中に不純
物が取り込まれる確率を低下させ得ることを意味し、し
たがって、成長層の高純度化を図ることができる。ちな
みに、TEGはTMGに較べて高純度であり、TEGの
供給量が多ければ多いほど高純度化が大となる。
物が取り込まれる確率を低下させ得ることを意味し、し
たがって、成長層の高純度化を図ることができる。ちな
みに、TEGはTMGに較べて高純度であり、TEGの
供給量が多ければ多いほど高純度化が大となる。
第1A図は、本発明の半導体結晶成長方法のシーケンス
を示したブロック図、 第1B図は、第1A図のシーケンスの時の原料供給時間
と1サイクル当りの膜厚の関係を示したグラフ、 第2A図−は、従来の半導体結晶成長方法のシーケンス
を示したグラフ、そして 第2B図は、第2A図のシーケンスの時の原料供給時間
と1サイクル当りの膜厚の関係を示したグラフである。 4.1秒 8秒 第1A1図 第2A図 原料供給時間 本発明の半導体結晶成長方法 第18図 従来の半導体結晶成長方法 第28図
を示したブロック図、 第1B図は、第1A図のシーケンスの時の原料供給時間
と1サイクル当りの膜厚の関係を示したグラフ、 第2A図−は、従来の半導体結晶成長方法のシーケンス
を示したグラフ、そして 第2B図は、第2A図のシーケンスの時の原料供給時間
と1サイクル当りの膜厚の関係を示したグラフである。 4.1秒 8秒 第1A1図 第2A図 原料供給時間 本発明の半導体結晶成長方法 第18図 従来の半導体結晶成長方法 第28図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、原子層エピタキシにより、2種類以上の構成元素の
原料を交互に供給して半導体単結晶の薄膜を1原子層ず
つ成長させる方法であって、ある構成元素の堆積を行う
に際して、形成されるべき1原子層の膜厚の実質的な部
分を低温で熱分解可能な原料から形成しかつ残りの膜厚
の部分を前記低温分解性原料よりも高温で分解可能な原
料から形成することを特徴とする半導体結晶成長方法。 2、前記高温分解性原料がセルフリミッティング特性を
有する、請求項1に記載の半導体結晶成長方法。 3、GaAsの単結晶薄膜を成長させるに当り、トリメ
チルガリウムを除くトリアルキルガリウム及びトリメチ
ルガリウムからGaの1原子層を形成し、次いでアルシ
ンからAsの1原子層を形成する、請求項2に記載の半
導体結晶成長方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13251490A JPH0431396A (ja) | 1990-05-24 | 1990-05-24 | 半導体結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13251490A JPH0431396A (ja) | 1990-05-24 | 1990-05-24 | 半導体結晶成長方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0431396A true JPH0431396A (ja) | 1992-02-03 |
Family
ID=15083117
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13251490A Pending JPH0431396A (ja) | 1990-05-24 | 1990-05-24 | 半導体結晶成長方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0431396A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100422577B1 (ko) * | 2001-06-30 | 2004-03-12 | 주식회사 하이닉스반도체 | 원자층증착법에 의한 산화물박막의 형성 방법 |
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-
1990
- 1990-05-24 JP JP13251490A patent/JPH0431396A/ja active Pending
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