JPH04324620A

JPH04324620A - 半導体薄膜の形成方法

Info

Publication number: JPH04324620A
Application number: JP9425991A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Fukuda; 永福田; Kinya Ashikaga; 欣哉足利
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1991-04-24
Filing date: 1991-04-24
Publication date: 1992-11-13

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】この発明は、半導体薄膜の形成方
法、特にＩＶ族半導体エピタキシャル薄膜の形成方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、高速バイポーラ素子、マイクロ波
用素子、或いは超格子構造素子への応用を目的として、
ＩＶ族半導体薄膜成長技術が急速に進展している。

【０００３】この中でも最近、シリコン（Ｓｉ）基板上
にシリコン−ゲルマニウム（Ｓｉ−Ｇｅ）薄膜をエピタ
キシャル成長させる技術が注目されている。この技術は
、一般に、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）により行なわ
れている。このＭＢＥ技術を用いることにより低温での
成長ができ、従って、不純物分布を乱すことがほとんど
ないという特色を有する。ＭＢＥでは従来、固体ソース
を用いたＩＶ族半導体ソースが用いられ、それを加熱し
てＩＶ族半導体分子線を発生させていた。しかし、電子
銃蒸発器のハウスの容量に限度があるため、成長速度が
遅く、数千Ａ°（オングストローム）という厚い単結晶
膜の成長を迅速に行なうのが困難であった。そのため最
近、ＩＶ族半導体ソースとしてＩＶ族水素系ガスを用い
、これをノズルから加熱された基板に向けて吹き出させ
てＩＶ族半導体薄膜を堆積する方法が行なわれている（
特開昭６４−９０５１９号公報）。この方法により、高
いＩＶ族半導体単結晶膜の成長速度を得ることが可能と
なった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このガスソー
スを用いたＭＢＥ法では、大口径のウエハ上に、膜厚お
よび膜質が均一な単結晶半導体薄膜を成長させるのが困
難であることが現状の問題点として存在する。

【０００５】また、一般にＭＢＥ技術は、成長室内を常
に１０−１０（１０のマイナス１０乗）Ｔｏｒｒないし
１０−１１（１０のマイナス１１乗）Ｔｏｒｒの超高真
空に保つ必要があり、そのため、成長室を一度大気暴露
すると装置全体を約３０時間ベーキングする必要があっ
た。

【０００６】上述した問題は、ＩＶ族半導体ＭＢＥ法を
実際の半導体プロセスに用いる上で大変に大きな障害で
あった。

【０００７】また、Ｓｉ基板表面がミクロ的に見て凹凸
状となっていたり、その表面上に不所望な酸素や炭素原
子が付着していたりすると、その表面に直接（Ｓｉ−Ｇ
ｅ）薄膜を成長させても（Ｓｉ−Ｇｅ）表面全面に均一
に成長しないか、あるいはまた、Ｓｉと（Ｓｉ−Ｇｅ）
との界面またはその近傍領域にミスフィット転位や欠陥
が生じてしまう。

【０００８】この発明の目的は、上述したウエハ面内で
の膜厚不均一性の問題を除去し、しかも膜質の向上化が
図れるＩＶ族半導体エピタキシャル薄膜を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明によれば、清浄済みの、Ｓｉの下地上に、
ＩＶ族単結晶膜をエピタキシャル成長させるに当り、第
１シリコン含有反応性ガスの雰囲気中での加熱処理によ
って前記下地上にシリコン単結晶薄膜を成膜する第１工
程と、第１工程に続けて、前記反応炉内を大気に晒すこ
となく、ゲルマニウム（Ｇｅ）含有反応性ガスよび第２
シリコン含有反応性ガスの混合ガス雰囲気での加熱処理
によって、前記シリコン単結晶薄膜上にＳｉ−Ｇｅ単結
晶薄膜を成膜する第２工程とを含むことを特徴とする。

【００１０】尚、ここで云うＳｉの下地とは、シリコン
基板等のような基板（またはウエハ）そのものである場
合は勿論のこと、基板上にＳｉのエピタキシャル層が形
成されたもの、基板やエピタキシャル層に素子が作り込
まれる中間体等、ＩＶ族単結晶膜が成長されるべき広く
Ｓｉの下地を意味している。

【００１１】この発明の実施に当り、好ましくは、シリ
コンを含有する反応性ガスをシラン系ガスとするのが良
い。

【００１２】さらに、この発明の好適実施例では、ゲル
マニウムを含有する反応性ガスをゲルマン系ガスとする
のが良い。

【００１３】さらに、この発明の好適実施例では、シラ
ン系ガスをＳｉＨ４（シラン）、Ｓｉ２Ｈ６（ジシラン
）、Ｓｉ（ＣＨ３）Ｈ３（メチルシラン）、Ｓｉ３Ｈ８
（トリシラン）、Ｓｉ（ＣＨ３）２Ｈ２（ジメチルシラ
ン）、Ｓｉ（ＣＨ３）３Ｈ（トリメチルシラン）、Ｓｉ
（ＣＨ３）４（テトラメチルシラン）、Ｓｉ２（ＣＨ３
）６（ヘキサメチルジシラン）、Ｓｉ（ＣＨ３）３Ｆ（
フルオロトリメチルシラン）およびＳｉ（ＣＨ３）２Ｆ
２（ジフルオロジメチルシラン）のガス群から選ばれた
１種または２種以上のガスとするのが良い。

【００１４】さらに、この発明の好適実施例では、ゲル
マン系ガスをＧｅＨ４（ゲルマン）、ＧｅＦ４（四フッ
化ゲルマニウム）、ＧｅＦ２（二フッ化ゲルマニウム）
、ＧｅＦ（フッ化ゲルマニウム）およびＧｅＨ３Ｆ（フ
ルオロゲルマン）のガス群から選ばれた１種または２種
以上のガスとするのが良い。

【００１５】また、この発明の実施に当り、好ましくは
、シリコンの下地の成膜面を（１００）、（１１０）お
よび（１１１）面のいずれか１つの結晶面方位を有する
面とするのが良い。

【００１６】さらに、この発明の実施に当り、第１およ
び第２工程の加熱処理を、好ましくは、赤外線照射加熱
によりそれぞれ行なうのが良い。

【００１７】

【作用】この発明の構成によれば、反応炉内で、自然酸
化物が除去された、清浄済みのＳｉ下地上に、Ｓｉ含有
反応性ガスの雰囲気中で加熱しながら、Ｓｉ単結晶薄膜
を一旦成膜する。続いて、反応炉内を大気に暴露するこ
となく、同一反応炉内で、このＳｉ単結晶薄膜上に、Ｇ
ｅ含有反応性ガスとＳｉ含有反応性ガスの混合ガス雰囲
気中で加熱をしながら、半導体薄膜としてのＳｉ−Ｇｅ
単結晶薄膜を成膜する。

【００１８】さらに、清浄済みの下地表面には不所望な
付着物は存在していないので、その表面に成膜されたＳ
ｉ単結晶薄膜には付着物に起因する欠陥やミスフィット
転位は生じない。また、下地表面またはその近傍領域に
もともと存在する欠陥やミスフィット転位および下地表
面の凹凸も、その上側に成膜したＳｉ単結晶によって低
減され、Ｓｉ単結晶薄膜の表面は良質の平坦な面となる
。すなわち、このＳｉ単結晶薄膜は半導体薄膜としての
Ｓｉ−Ｇｅ単結晶薄膜の成膜のためのバッファ層として
作用する。

【００１９】そして、この発明では、このバッファ層の
、良質でかつ平坦な成膜面上にＳｉ−Ｇｅ単結晶薄膜を
成膜するので、このＳｉ−Ｇｅ単結晶自体もミスフィッ
ト転位や欠陥を実質的に含んでいない良質の膜となると
ともに、その表面が実質的に平坦面となる。

【００２０】また、この発明では、Ｓｉ−Ｇｅ単結晶半
導体薄膜の膜厚は、反応性ガスのガス流量および加熱時
間を制御することにより所望の膜厚とすることができる
。

【００２１】また、この発明によれば、加熱を基板面全
体にわたり均一に行なうことにより均一の膜厚のＳｉ−
Ｇｅ半導体薄膜を得ることが可能となり、また、基板面
全体にわたり、欠陥等のないＳｉ−Ｇｅ単結晶半導体薄
膜を得ることができ、従って大口径のウエハ面上に、欠
陥の少ない高品質の均一の膜厚の半導体薄膜を得ること
が出来る。

【００２２】

【実施例】以下、図面を参照し、この発明の実施例につ
き説明する。

【００２３】尚、図面はこの発明が理解出来る程度に、
各構成成分の寸法、形状および配設位置を概略的に示し
ているにすぎない。また以下の説明では、特定の材料お
よび特定の数値的条件を挙げて説明するが、これら材料
および条件は単なる好適例にすぎず、従ってこれらに何
ら限定されるものではない。

【００２４】まず、この発明の方法の説明に入る前に、
この発明を実施するための装置につき説明する。＜この発明の実施におけるＳｉ−Ｇｅ単結晶薄膜の形成
装置の説明＞図２は、この発明を実施するための装置の
全体構成を概略的に示す図である。尚、図２では反応炉
内に下地としてシリコン基板を配置した状態を示す。

【００２５】図２にも示すように、このＳｉ−Ｇｅ単結
晶薄膜形成装置は、例えば石英製の反応炉（チャンバー
）１１を具えており、この反応炉１１内の基板支持体１
３の上に基板１５を出し入れ自在に載置できる構造とな
っている。

【００２６】さらに、この反応炉１１の外部には加熱部
１２を設けてあり、これを任意好適な構成の赤外線照射
手段、例えば赤外線ランプをもって構成する。赤外線ラ
ンプ１２としてはタングステン−ハロゲンランプその他
の任意好適なランプを用いる。好ましくは、複数個の赤
外線ランプ１２を反応炉１１内の加熱を均一に行えるよ
うに配置してもよい。

【００２７】そして、基板近傍位置に基板１５の表面温
度を測定するための温度測定手段１４例えば熱電対を設
けてある。

【００２８】この反応炉１１内を真空排気するための排
気手段２１および２２を設け、この排気手段２１、２２
および反応炉１１の間に自動開閉バルブ２４、２５、２
６、２７、２８、２９、３０を設け、これらバルブをそ
れぞれ任意適当に開閉操作することによって反応炉１１
内の圧力を任意好適な圧力に制御し、反応炉１１内に低
真空排気状態および高真空排気状態を形成することが可
能である。この真空度を真空計３４で測定する。

【００２９】さらに、レリーフバルブ３１を設け、この
バルブ３１は反応炉１１内の圧力が大気圧例えば７６０
Ｔｏｒｒを越えた場合に自動的に開放し、バルブ３１の
開放によってガス供給源から反応炉１１内へ供給された
ガスを排気する。尚、上述した排気手段２１、２２を例
えば油回転ポンプ（２１）とこのポンプ２１と接続され
たロータリポンプ（２２）とをもってそれぞれ構成する
。排気手段を例えば図示のように配設した排気管２３お
よび上述した各バルブのうち所要のバルブを介して反応
炉１１とを連通させて接続させてある。

【００３０】さらに、排気管２３に連通させた真空計（
或は圧力ゲージ）３２、３３を設けて真空計３３を例え
ば１〜１０−３（１０のマイナス３乗）Ｔｏｒｒの範囲
の圧力測定に用いるピラニ真空計とし、また、真空計３
２を例えば１０−３〜１０−８（１０のマイナス８乗）
Ｔｏｒｒの範囲の圧力測定に用いるイオンケージとする
。

【００３１】次に、ガス供給源につき説明する。この装
置では、ガス供給部を還元性ガス源４１、反応性ガス源
４２、４３、４４および不活性ガス源４５をもって構成
する。尚、ここでは一例として、還元性ガスとして水素
（Ｈ２）ガスを用い、反応性ガス源４２をシリコン含有
ガス源、ここでは、シラン系ガス例えば（ＳｉＨ４）ガ
ス源とし、また、反応性ガス源４３をゲルマニウム含有
ガス源、ここでは、ゲルマン系ガス例えば（ＧｅＨ４）
ガス源とする。そして、ガス源４４を予備ガス源とし、
所要に応じて設けておけば良い。ガス供給部を例えば図
示のように配設した供給管５８、自動開閉バルブ５１、
５２、５３、５４、５５、５６を通常のバルブ５７等の
必要なバルブを介して反応炉１１と連通させて接続させ
てある。また、これらバルブと、ガス供給部との間には
、自動ガス流量コントローラ４６、４７、４８、４９、
５０をそれぞれ設けてある。そして、バルブ５１、５２
、５３、５４、５５、５６をそれぞれ任意好適に開閉す
ることによって、所望のガスをガス供給部から反応炉１
１へ供給できる構成となっている。＜この発明のＳｉ−Ｇｅ単結晶薄膜形成方法の実施例の
説明＞次に、この発明のＳｉ−Ｇｅ単結晶薄膜形成方法
につき説明する。

【００３２】図１は、この発明の説明に供する加熱サイ
クルを説明するための図であり、横軸は時間および縦軸
は温度をプロットして示してある。

【００３３】図３はこの実施例の成膜工程図で、各図は
主要工程段階で得られた構造体を断面図で概略的に示し
てある。

【００３４】この発明では、まず、Ｓｉの下地上にバッ
ファ層としてＳｉ単結晶薄膜を形成するが、その前処理
として、通常、下地面の清浄化処理を行うので、この実
施例でも反応炉１１内に下地としての基板１５を配置し
た後の基板１５の清浄化処理につき説明する。尚、この
清浄化処理はこの発明の要旨ではないことを理解された
い。 ■清浄化このＳｉ単結晶薄膜の成膜前の基板の清浄加熱方法につ
いては、以下に説明する清浄化方法を用いるのが好適で
ある。

【００３５】この発明における実施例では、予備処理と
して、基板１５として例えばシリコン基板（ウエハ）自
体を用意し、従来行われている如く、化学薬品、純水等
を用いて基板１５の前洗浄を行う。また、薄膜を成長さ
せるべき基板の上面（成膜面）を（１００）、（１１０
）および（１１１）面のいずれかの結晶面方位を有する
面とする。

【００３６】次に、予備処理として、反応炉１１内で基
板１１に自然酸化膜が形成されるのを防止するため、反
応炉１１内にパージ用の不活性ガス例えば窒素ガスを予
め導入しておく。反応性ガスはまだ導入しない。このと
きバルブ５６および５７を開き、バルブ５１、５２、５
３、５４、５５を閉じておく。

【００３７】次に、反応炉１１内に基板１５を設置する
。基板１５は基板支持体１３上に固定する。

【００３８】これらの予備処理後、基板表面の清浄化処
理を行う。この清浄化処理は、還元性ガス雰囲気中で加
熱処理を行って基板１５を反応炉１１内で清浄化する。

【００３９】以下、この基板の清浄化処理工程につきさ
らに説明する。自然酸化膜の除去　　成膜前にＳｉ基板１５の表面に自然酸化膜２００が
形成されてしまう（図３の（Ａ））のを回避することは
できない。従って、まず、自然酸化膜の除去を行うのが
一般的である。基板の清浄化に当たり、まずバルブ５６
を閉じて基板１５を配置した反応炉１１内への不活性ガ
スの供給を停止する。

【００４０】次に排気手段２１および２２によって反応
炉１１内を例えば１×１０−６（１０のマイナス６乗）
Ｔｏｒｒの高真空に真空排気し、反応炉１１内を清浄化
する。この真空排気を行うためバルブ３０、２４を閉じ
ておいてバルブ２７を開き、バルブ２５を油回転ポンプ
２１から遮断する。ロータリーポンプ５２を作動させ、
反応炉１１内の圧力を真空計３４でモニター（監視）し
ながら真空排気を行う。そして反応炉１１内が例えば１
×１０−３Ｔｏｒｒの圧力となった後、バルブ２４を開
き、真空計３４で反応炉１１内の圧力をモニターしなが
ら、その圧力を例えば１００〜１×１０−２（１０のマ
イナス２乗）Ｔｏｒｒに維持する。

【００４１】次に、加熱部１２によって自然酸化膜の除
去のための加熱処理を行う（図１にＩで示す）。この加
熱処理によって還元性ガス例えば水素（Ｈ２）ガス雰囲
気中で基板１５を加熱して基板１５の自然酸化膜２００
を還元し、自然酸化膜２００を基板１５から除去し、図
３の（Ｂ）に示す構造体にする。基板１５の加熱は例え
ば基板１５への赤外線照射によって行う。反応炉１１内
を減圧状態に維持しながら加熱処理を行うことによって
自然酸化膜２００の還元による反応生成物が反応炉１１
外へ排気され、その結果、反応生成物によって基板１５
および反応炉１１内が汚染される度合を低減できる。

【００４２】この加熱処理では、基板１５の表面温度を
温度測定手段１４で測定しながら、例えば基板１５の表
面温度を５０℃／秒〜２００℃／秒の間の適当な割合で
、好ましくは、約１００℃／秒で上昇させ約１０００℃
（図１にＴ１で示す）となったら約１０〜３０秒間（図
１にｈ１で示す時間）、１０００℃の状態を保持する。

【００４３】次に、加熱部１２による基板１５の加熱を
停止すると共に、バルブ５１を閉じて還元性ガスの供給
を停止し、そして基板１５の表面温度が室温、例えば約
２５℃となるまで基板１５が冷却するのを待つ。この冷
却は基板１５が自然に冷却するようにしても良いし、強
制的に冷却するようにしても良い。強制冷却は例えばバ
ルブ５６、５７を開けて不活性ガスを大量に反応炉１１
内に導入することによって行える。

【００４４】次に、バルブ５５、５１、２８を閉じてバ
ルブ２７を開けて反応炉１１内を例えば１×１０−６Ｔ
ｏｒｒの高真空に排気し、反応炉１１内を清浄化する。 ■Ｓｉ単結晶薄膜であるバッファ層の成膜次に、この発
明では、図３の（Ｂ）に示す構造体を大気に暴露させる
ことなく、反応炉１１内で続けて、シリコン（Ｓｉ）を
含むＩＶ族系水素ガス（第１Ｓｉ含有反応性ガス）の雰
囲気中でこの構造体に対し加熱処理工程を行ってＳｉ単
結晶薄膜を成膜する。そのため、この実施例では、先ず
、バルブ２７を閉じ、バルブ２８、５３、５５を開く。この実施例では、Ｓｉを含むＩＶ族系水素ガスとして、
シラン系ガス、例えば水素希釈１０重量％シラン（Ｓｉ
Ｈ４）ガスを反応炉内に供給する（図１のＩＩで示すＳ
ｉＨ４フロー）。この場合、反応炉１１内を例えば１０
０〜１０−２Ｔｏｒｒの低真空の減圧状態に維持する。この状態で加熱部１２による加熱処理を行う（図１にｈ
２で示す時間）。

【００４５】この基板１１の加熱は例えば、赤外線照射
手段１２である赤外線ランプによって行う。そして基板
１５の表面温度を温度測定手段１４で測定しながら、例
えば５０℃／秒〜２００℃／秒の間の適当な割合で、好
ましくは、昇温速度約１００℃／秒で上昇させてＴ１の
温度例えば約１０００℃となったら、約１０〜３０秒間
（ｈ２時間）、約１０００℃に保持するように制御して
行う。この加熱処理により、基板１５上に基板面方位と
同一のＳｉ単結晶薄膜２０２が膜厚４００〜６００Ａ°
の範囲内の値で成長する（図３の（Ｃ））。赤外線照射
で加熱を行うと、所定の温度まで短時間で昇温させるこ
とが出来、従って昇温速度が早いので、温度制御を容易
に行い得る。

【００４６】次に、加熱部１２による基板１５の加熱を
停止するとともに、バルブ５２を閉じてＳｉＨ４ガスの
供給を停止し、そして基板１５の表面温度が室温、例え
ば２５℃となるまで基板１５が冷却するのを待つ。この
冷却は基板１５が自然に冷却するようにしてもよい。強
制冷却は例えばバルブ５６、５７を開けて不活性ガスを
大量に反応炉１１内に導入することによって行える。

【００４７】次に、バルブ５５、５２、２８を閉じてバ
ルブ２７を開けて反応炉１１内を例えば１×１０−６Ｔ
ｏｒｒの高真空に排気し、反応炉１１内を清浄化する。 ■Ｓｉ−Ｇｅ単結晶薄膜の成膜次に、この発明では、反応炉１１の内部を大気に暴露す
ることなく、従って、図３の（Ｃ）で示す構造体を大気
に暴露させることなく、連続して、反応炉１１中で、Ｓ
ｉを含むＩＶ族系水素ガス（第２Ｓｉ含有反応性ガス）
としてシラン系ガス、例えばシラン（ＳｉＨ４）ガスと
、ゲルマニウム（Ｇｅ）を含むＩＶ族系水素ガス（Ｇｅ
含有反応性ガス）としてゲルマン系ガス、例えばゲルマ
ン（ＧｅＨ４）ガスとの混合ガス雰囲気中で、この構造
体に対し加熱処理を行い、この発明で成膜すべき半導体
薄膜であるＳｉ−Ｇｅ単結晶薄膜を、バッファ層として
のＳｉ単結晶薄膜２０２上に成膜する。

【００４８】尚、第１および第２Ｓｉ含有反応性ガスは
同一種のガスであると作業上好都合であるが、互いに他
種のガスであってもよい。

【００４９】この成膜工程においても、■のＳｉ単結晶
薄膜の成膜工程と同様、反応性ガス雰囲気中で図３の（
Ｃ）に示す構造体に対する加熱処理を赤外線ランプによ
って行う。

【００５０】このため、バルブ２７、５６、５７を閉じ
、バルブ２８および５５を開けた状態でバルブ５２を開
けて水素（Ｈ２）希釈１０重量％ＳｉＨ４ガスを反応炉
１１に導入すると同時に、また、これに続いてバルブ５
３を開けて水素（Ｈ２）希釈の１０重量％ＧｅＨ４ガス
を反応炉１１に導入することにより反応炉１１内に（Ｓ
ｉＨ４＋ＧｅＨ４）ガスを流入させる（図１のＩＩＩで
示す）。そして、基板１５の表面温度を、５０℃／秒〜
２００℃／秒の間の適当な割合で、好ましくは約１００
℃／秒で温度上昇させてＴ１例えば約１０００℃となっ
たらｈ３時間例えば約６０〜１２０秒間、１０００℃の
状態を保持するように基板１５の加熱を制御する（図１
にＩＩＩおよびｈ３で示す）。

【００５１】この加熱処理により、Ｓｉ単結晶薄膜２０
２上には、Ｓｉ単結晶薄膜２０２と同一面方位のＳｉ−
Ｇｅ単結晶薄膜２０３が膜厚１０００〜１５００Ａ°の
範囲内の値で成長する（図３の（Ｄ））。

【００５２】Ｓｉ−Ｇｅ単結晶薄膜のＳｉに対するＧｅ
の組成比の制御は、この実施例では、（１０重量％Ｓｉ
Ｈ４）／（Ｈ２）および（１重量％ＧｅＨ４）／（Ｈ２
）のそれぞれの流量比を変えることにより行い、好まし
くは、成膜されたＳｉ−Ｇｅ膜中でＳｉが原子数比で８
０％Ｇｅが原子数比２０％となるよう調整するのが良い
。

【００５３】所望の膜厚のＳｉ−Ｇｅ単結晶薄膜２０４
が得られたら、加熱部１２による基板１５の加熱を停止
するとともに、バルブ５２および５３を閉じてＳｉＨ４
およびＧｅＨ４ガスの供給を停止し、そして基板１５の
表面温度が室温、例えば２５℃となるまで基板１５が冷
却するのを待つ。

【００５４】その後、バルブ５６および５７を開けて、
不活性ガスを反応炉１１内に導入し、炉内を１気圧にし
、基板１５を反応炉１１から取り出す。

【００５５】次に、このように、この発明による方法に
従って、バッファ層としてのＳｉ単結晶薄膜上にＳｉ−
Ｇｅ単結晶薄膜を成膜して得られた半導体薄膜と、従来
の、Ｓｉ基板上に直接Ｓｉ−Ｇｅ単結晶薄膜を形成して
得られた半導体薄膜との膜質の相違につき図４の（Ａ）
および（Ｂ）を参照して説明する。

【００５６】図４の（Ａ）は従来方法により成膜したＳ
ｉ−Ｇｅ半導体薄膜の断面概略図であり、図４の（Ｂ）
はこの発明に従って成膜したＳｉ−Ｇｅ半導体薄膜の断
面概略図である。

【００５７】従来例ではＳｉ−Ｇｅ単結晶膜を成膜する
前にＨ２による還元処理およびＨＣｌ雰囲気中での加熱
処理により、自然酸化膜の除去、Ｓｉ基板表面の汚染除
去した後、Ｓｉ−Ｇｅ膜を形成するのが一般的である。

【００５８】しかし、このような前処理を呈しても、Ｓ
ｉ基板１００の表面の凹凸が残存すること、また表面に
はわずかであるが炭素、酸素が残存する。そのためこの
ような状態でＳｉ−Ｇｅ膜１１０を形成するとＳｉ−Ｇ
ｅ膜１１０は均一に成長せず、またＳｉ−Ｇｅ膜１１０
中ないしはＳｉ−Ｇｅ／Ｓｉ界面にミスフィット転位１
１２や欠陥１１４が発生してしまう（図４の（Ａ））。

【００５９】これに対し、この発明では、Ｓｉ−Ｇｅ膜
２０４を成長させる前に単結晶Ｓｉからなるバッファ層
２０２を成膜し、このバッファ層２０２上に連続してＳ
ｉ−Ｇｅ単結晶薄膜２０４を成膜している。

【００６０】この単結晶Ｓｉのバッファ層２０２を形成
することで、もともとＳｉ基板１５の表面の凹凸が減少
し、平坦化できること、さらに、Ｓｉ−Ｇｅ成膜過程で
発生する格子歪みによる応力が極めて薄い、単結晶Ｓｉ
のバッファ層２０４で緩和されることで、欠陥の発生を
低減化できる（図４の（Ｂ））。従って、このバッファ
層上に成膜した半導体薄膜としてのＳｉ−Ｇｅ薄膜２０
４は、欠陥はもとより転位発生を伴わない膜質の良いＳ
ｉ−Ｇｅ膜２０４となっており、また、基板１５の基板
面の結晶面方位と同一の結晶面方位を有するＳｉ−Ｇｅ
膜２０４となっている。さらに、この発明でバッファ層
２０２およびＳｉ−Ｇｅ膜２０４ともに、大口径のウエ
ハ面上でも均一の膜厚で成膜できる。

【００６１】さらに、膜質および膜厚が均一なＳｉ−Ｇ
ｅ半導体薄膜を形成できるので、このＳｉ−Ｇｅ膜の臨
界膜厚（単結晶状態が保持できる膜厚）を増加すること
が可能となる。

【００６２】この発明は上述した実施例に限定されるも
のではなく、多くの変形または変更を行い得ること明ら
かである。

【００６３】例えば、上述した実施例において、シラン
系ガスとしてＳｉＨ４およびゲルマン系ガスとしてＧｅ
Ｈ４を用いた例につき説明した。しかし、この発明では
、これらの代わりにシラン系ガスとしては、好ましくは
、Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ（ＣＨ３）Ｈ３、Ｓｉ３Ｈ８、Ｓｉ
（ＣＨ３）２Ｈ２、Ｓｉ（ＣＨ３）３Ｈ、Ｓｉ（ＣＨ３
）４、Ｓｉ２（ＣＨ３）６、Ｓｉ（ＣＨ３）３Ｆおよび
Ｓｉ（ＣＨ３）２Ｆ２のガス群から選ばれた１種または
２種以上のガスとか、またＳｉＨ４とこれらのガスとの
混合ガスを用いてもＩＶ族半導体薄膜の成膜を達成でき
ると期待できる。また、ゲルマン系ガスとしては、好ましくは、ＧｅＦ４
、ＧｅＦ２、ＧｅＦおよびＧｅＨ３Ｆのガス群から選ば
れた１種または２種以上のガスとか、また、ＧｅＨ４と
これらのガスとの混合ガスを用いてもＩＶ族半導体薄膜
の成膜を達成できると期待できる。

【００６４】また、上述した実施例では、赤外線照射を
タングステン−ハロゲンランプを用いて行なっているが
、これを用いる代わりに、キセノンアークランプ、レー
ザビームさらにはヒータ等を用いても、アモルファス状
膜を単結晶膜に変えることが期待できる。

【００６５】また、上述した実施例では、加熱処理温度
Ｔ１を約１０００℃としたが、これに何ら限定されるも
のではなく、１０００℃以上であってもよく、また、Ｓ
ｉ単結晶薄膜とＳｉ−Ｇｅ単結晶薄膜とで加熱温度を変
えてもよい。これらの加熱温度および時間は設計に応じ
て適当に設定すれば良く、好ましくは、使用するガスに
適合しかつ成膜する膜厚に応じて、それぞれ定めれば良
い。

【００６６】また、赤外線加熱ランプとしては、好まし
くは、タングステン−ハロゲンランプまたはキセノンア
ークランプを用いるのが良い。また、赤外線照射を急速
に行わなくてすむ場合には、ヒータ等を用いた通常の加
熱手段を用いてもよい。また、上述した加熱部は反応炉
内に設けてもよい。

【００６７】また、上述した実施例では、バッファ層と
Ｓｉ−Ｇｅ単結晶薄膜を一層ずつ設けたが、上述したＩ
ＩおよびＩＩＩのサイクルを繰り返して行って多層膜構
造としても良い。

【００６８】

【発明の効果】上述したこの発明によれば、自然酸化膜
を還元作用により除去した、清浄済みの基板上に、シリ
コンを含むＩＶ族系水素ガス雰囲気中で加熱処理を行っ
てバッファ層となるＳｉ単結晶薄膜を成膜し、これに連
続してこのバッファ層上にシリコンを含むＩＶ族系水素
ガスおよびゲルマニウムを含むＩＶ族系水素ガスの混合
ガス雰囲気中で加熱処理を行って、バッファ層上にＳｉ
−Ｇｅ単結晶膜を成膜するので、大口径Ｓｉウエハであ
っても、このウエハ全面上に、所望の均一な膜厚のかつ
高品質のＩＶ族半導体薄膜を成膜できるという従来より
も優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の半導体薄膜の形成方法の一実施例で
あるＳｉ−Ｇｅ単結晶薄膜の形成方法の説明に供する加
熱サイクルの説明図である。

【図２】この発明の方法を実施するための成膜装置の全
体構成の概略図である。

【図３】この発明の一実施例であるＳｉ−Ｇｅ単結晶薄
膜の成膜工程図である。

【図４】（Ａ）および（Ｂ）は、従来方法およびこの発
明の方法で成膜したＳｉ−Ｇｅ単結晶薄膜の膜質の説明
図である。

【符号の説明】

１１：反応炉１２：加熱部１３：基板支持体１４：温度測定手段１５：（下地である）Ｓｉ基板２１，２２：排気手段２３：排気管２４〜３１，５１〜５７：バルブ４６〜４９，５０：ガス流量コントローラ３２，３３，
３４：真空計４１：還元性ガス源４２，４３，４４：反応性ガス源４５：不活性ガス源２０２：バッファ層（Ｓｉ単結晶薄膜）２０４：Ｓｉ−
Ｇｅ単結晶薄膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　反応炉内で、清浄化済みのシリコン（
Ｓｉ）の下地上にＩＶ族半導体薄膜を形成する方法にお
いて、第１シリコン含有反応性ガスの雰囲気中での加熱
処理によって前記下地上にシリコン単結晶薄膜を成膜す
る第１工程と、第１工程に続けて、前記反応炉内を大気
に晒すことなく、ゲルマニウム（Ｇｅ）含有反応性ガス
および第２シリコン含有反応性ガスの混合ガス雰囲気で
の加熱処理によって、前記シリコン単結晶薄膜上にＳｉ
−Ｇｅ単結晶薄膜を成膜する第２工程とを含むことを特
徴とする半導体薄膜の形成方法。
【請求項２】　　請求項１に記載の第１および第２シリ
コン含有反応性ガスをシラン系ガスとすることを特徴と
する形成方法。
【請求項３】　　請求項１に記載のゲルマニウム含有反
応性ガスをゲルマン系ガスとすることを特徴とする形成
方法。
【請求項４】　　請求項２のシラン系ガスをＳｉＨ４、
Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ（ＣＨ３）Ｈ３、Ｓｉ３Ｈ８、Ｓｉ（
ＣＨ３）２Ｈ２、Ｓｉ（ＣＨ３）３Ｈ、Ｓｉ（ＣＨ３）
４、Ｓｉ２（ＣＨ３）６、Ｓｉ（ＣＨ３）３ＦおよびＳ
ｉ（ＣＨ３）２Ｆ２のガス群から選ばれた１種または２
種以上のガスとしたことを特徴とする形成方法。
【請求項５】　　請求項３のゲルマン系ガスをＧｅＨ４
、ＧｅＦ４、ＧｅＦ２、ＧｅＦおよびＧｅＨ３Ｆのガス
群から選ばれた１種または２種以上のガスとしたことを
特徴とする形成方法。
【請求項６】　　請求項１に記載の下地の成膜面は（１
００）、（１１０）および（１１１）面のいずれか１つ
の結晶面方位を有していることを特徴とする形成方法。
【請求項７】　　請求項１の第１および第２工程の加熱
処理を赤外線照射加熱によりそれぞれ行うことを特徴と
する形成方法。