JPH05109630A - Method for forming semiconductor thin film - Google Patents

Method for forming semiconductor thin film

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JPH05109630A
JPH05109630A JP26746591A JP26746591A JPH05109630A JP H05109630 A JPH05109630 A JP H05109630A JP 26746591 A JP26746591 A JP 26746591A JP 26746591 A JP26746591 A JP 26746591A JP H05109630 A JPH05109630 A JP H05109630A
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JP
Japan
Prior art keywords
thin film
substrate
forming
film
semiconductor thin
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP26746591A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisashi Fukuda
永 福田
Kinya Ashikaga
欣哉 足利
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication of JPH05109630A publication Critical patent/JPH05109630A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To enable an Si-Ge semiconductor thin film where impurity concentration distribution and film thickness are uniform to be formed without any crystalline defect or with less crystalline defect as compared with before on a large- area Si substrate. CONSTITUTION:A silicon substrate 15 is placed in a reaction reactor with a hydrogen gas environment and then infrared rays are irradiated to the substrate 15, thus enabling a natural oxide film 61 to be eliminated. An inside of the reaction reactor is set to a mixture gas environment of SiH4 and GeH4 and then Si1-xGex thin film 63 (0<X<=0.1) is allowed to grow by a film thickness of 50 nm or less on the substrate while heating the substrate with infrared rays. While a concentration of GeH4 is increased as compared with that when forming Si1-xGex thin film 63 and the substrate is heated by infrared rays, an Si1-yGey thin film 65 is formed on the Si1-xGex thin film 63 (X<Y).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、Si−Ge系半導体
薄膜の形成方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a Si-Ge based semiconductor thin film.

【0002】[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。そし
てこの技術は一般に、分子線エピタキシー(MBE)技
術により行なわれていた。それは、比較的低温度で膜形
成ができるので形成した薄膜の不純物分布を乱すことが
ないという利点が得られるからであった。
2. Description of the Related Art In recent years, for the purpose of application to high-speed bipolar devices, microwave devices, or superlattice structure devices,
The Group IV semiconductor thin film growth technology is making rapid progress. And this technique was generally performed by the molecular beam epitaxy (MBE) technique. This is because the film can be formed at a relatively low temperature, so that the advantage that the impurity distribution of the formed thin film is not disturbed can be obtained.

【0003】このような薄膜形成技術の一例として例え
ば特開昭64−90519号公報には、IV族半導体薄
膜のソースであるIV族水素系ガスをMBE装置のノズ
ルから吹き出させて基板に照射する際にハロゲン系ガス
を照射するようにしてIV族半導体薄膜を形成する方法
が、開示されている。
As an example of such a thin film forming technique, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 64-90519 discloses that a group IV hydrogen-based gas, which is a source of a group IV semiconductor thin film, is blown from a nozzle of an MBE apparatus to irradiate a substrate. At this time, a method of forming a Group IV semiconductor thin film by irradiating a halogen-based gas is disclosed.

【0004】固体ソースを用いたMBE技術では厚膜の
IV族半導体薄膜を形成する場合ソースハウス容量の制
約からソース補充のために成膜を中止する必要があった
が、上記公報に開示の方法では、ソースガスを装置外部
から連続して供給できる。このため、IV族半導体薄膜
を厚い膜厚で連続的に形成できた。さらにこの方法で
は、ハロゲンガスが基板表面のダングリングボンドに吸
着した水素ガスをはずすように作用するため、基板表面
でのソースガスの解離及び基板へのIV族元素の吸着が
促進され、この結果、半導体薄膜の成長速度を増加させ
ることができた。
In the MBE technique using a solid source, when forming a thick IV group semiconductor thin film, it was necessary to stop the film formation for supplementing the source due to the limitation of the source house capacity. In, the source gas can be continuously supplied from the outside of the device. Therefore, the group IV semiconductor thin film could be continuously formed in a large thickness. Further, in this method, the halogen gas acts so as to remove the hydrogen gas adsorbed on the dangling bond on the substrate surface, which promotes the dissociation of the source gas on the substrate surface and the adsorption of the group IV element on the substrate. , The growth rate of the semiconductor thin film could be increased.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法に限らずガスソースを用いたMBE技術では、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、また半導体薄膜中に
不純物を高濃度に注入することが難しいことが現状の問
題点として存在する。前者はガスソース吹き出し用ノズ
ルの指向性が原因と考えられ、後者は分子流を基板に照
射し成膜するというMBE技術自体が原因と考えられ
る。
However, it is difficult to grow a single crystal semiconductor thin film having a uniform film thickness and film quality on a large-diameter wafer not only by the above method but also by the MBE technique using a gas source. The current problem is that it is difficult to implant impurities into a semiconductor thin film at a high concentration. The former is considered to be due to the directivity of the gas source blowing nozzle, and the latter is considered to be due to the MBE technique itself, in which a substrate is irradiated with a molecular flow to form a film.

【0006】また、MBE技術では、成長室内の真空度
を10-10 乃至10-11 Torrの超高真空に保つ必要
があるので、成長室を一度大気に暴露した後に再び目的
の真空度にするためには成長室内を排気しながら成長室
を約30時間もベーキングする必要があるという問題点
があった。
Further, in the MBE technique, since it is necessary to maintain the degree of vacuum in the growth chamber at an ultrahigh vacuum of 10 -10 to 10 -11 Torr, the growth chamber is exposed to the atmosphere once and then brought to the target degree of vacuum again. Therefore, there is a problem in that the growth chamber needs to be baked for about 30 hours while exhausting the growth chamber.

【0007】また、IV族半導体薄膜をシリコンの下地
に形成するに当たっては、一般に、成膜開始前に、該下
地に水素ガス雰囲気による還元処理及び塩化水素ガス雰
囲気による加熱処理を行なって下地から自然酸化膜や汚
れを除去することを行なう。しかし、このように前処理
を行なっても、下地表面のそもそもの凹凸の影響、下地
表面に僅かに残存する炭素化物や金属酸化物等の影響は
無視できないため、IV族半導体薄膜は下地上に均一に
成長しないという問題点、また、膜中や薄膜と下地との
界面にミスフィット転位や欠陥を生じさせてしまうなど
の問題点があった。
Further, in forming a group IV semiconductor thin film on a silicon substrate, generally, before starting film formation, the substrate is subjected to a reduction treatment in a hydrogen gas atmosphere and a heat treatment in a hydrogen chloride gas atmosphere so that the substrate is naturally treated. Removes oxide film and dirt. However, even if the pretreatment is performed in this way, the effect of the original unevenness of the underlying surface and the effect of a small amount of carbonized material or metal oxide remaining on the underlying surface cannot be neglected. There is a problem that the film does not grow uniformly, and there is a problem that misfit dislocations and defects occur in the film or at the interface between the thin film and the base.

【0008】このような各問題点は、IV族半導体薄膜
を実際の半導体装置に工業的に利用しようとした場合大
きな障害となるので改善が望まれる。
[0008] Each of these problems is a major obstacle to industrial application of a group IV semiconductor thin film to an actual semiconductor device, and therefore improvement is desired.

【0009】この発明はこのような点に鑑みなされたも
のであり、従ってこの発明の目的は、上述の問題点を解
決し、従来より膜質の優れたSi−Ge(ゲルマニウ
ム)系半導体薄膜を形成できる方法を提供することにあ
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances. Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and form a Si-Ge (germanium) -based semiconductor thin film which is superior in film quality to the conventional one. To provide a way to do it.

【0010】[0010]

【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、反応炉内で、シリコンの下地上
にSi−Ge系半導体薄膜を形成する方法において、反
応炉内をシリコンを含有するIV族水素系ガスとゲルマ
ニウムを含有するIV族水素系ガスとを含む雰囲気とし
かつ下地を加熱処理しながら、該下地にSi1-X GeX
薄膜を形成する工程と、ゲルマニウムを含有する前述の
IV族水素系ガスの前述の雰囲気での濃度を前述のSi
1-xGeX 薄膜を形成した際の濃度より高くしかつ前述
の下地を加熱処理しながら、前述のSi1-x GeX 薄膜
上にSi1-Y GeY 薄膜を形成する工程とを含むことを
特徴とする(ただし、Ge組成比X,Yは、0<X<
1,0<Y<1,X<Yを満足する値である。)。
In order to achieve this object, according to the present invention, in a method of forming a Si-Ge based semiconductor thin film on a lower surface of silicon in a reaction furnace, the inside of the reaction furnace is made of silicon. Containing a Group IV hydrogen-based gas containing germanium and a Group IV hydrogen-based gas containing germanium and heat treating the underlayer while Si 1-X Ge x
The step of forming a thin film and the concentration of the above-mentioned Group IV hydrogen-containing gas containing germanium in the above-mentioned atmosphere are adjusted to the above-mentioned Si
Forming a Si 1-Y Ge Y thin film on the above - mentioned Si 1-x Ge X thin film while making the concentration higher than when forming the 1-x Ge X thin film and heating the above-mentioned underlayer. (Where Ge composition ratios X and Y are 0 <X <
It is a value that satisfies 1,0 <Y <1 and X <Y. ).

【0011】ここで、この発明でいうシリコンの下地と
は、Si基板そのものである場合は勿論のこと、Si基
板上にSiのエピタキシャル層が形成されたもの、シリ
コン基板以外の基板にSiのエピタキシャル層が形成さ
れたもの、これらのものに素子が作り込まれた中間体
(いわゆるウエハ)等、IV族単結晶膜を成長させたい
種々のSiの下地を意味している。
The term "silicon underlayer" as used in the present invention means not only the Si substrate itself, but also a Si substrate on which an Si epitaxial layer is formed, and a substrate other than the silicon substrate. It means various Si underlayers on which a group IV single crystal film is to be grown, such as those having layers formed thereon, and intermediates (so-called wafers) in which elements are formed in these materials.

【0012】なお、この発明の実施に当たり、前述のS
1-X GeX 薄膜を、その膜厚tが0<t≦50nmの
範囲でかつGeの組成比Xが0<X≦0.1の範囲とな
るように、形成するのが好適である。
In implementing the present invention, the above-mentioned S
It is preferable to form the i 1 -X Ge X thin film so that the film thickness t is in the range of 0 <t ≦ 50 nm and the Ge composition ratio X is in the range of 0 <X ≦ 0.1. ..

【0013】また、シリコンを含有するIV族水素系ガ
スとして、例えば、SiH4 (シラン)、Si2
6 (ジシラン)、Si(CH3 )H3 (メチルシラ
ン)、Si3 8 (トリシラン)、Si(CH3 2
2(ジメチルシラン)、Si(CH3 3 H(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 3 F(フルオロトリメチルシラン)およ
びSi(CH3 2 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種以上のガスを用い
るのが好適である。
As the group IV hydrogen-containing gas containing silicon, for example, SiH 4 (silane), Si 2 H
6 (disilane), Si (CH 3 ) H 3 (methylsilane), Si 3 H 8 (trisilane), Si (CH 3 ) 2 H
2 (dimethylsilane), Si (CH 3 ) 3 H (trimethylsilane), Si (CH 3 ) 4 (tetramethylsilane), Si 2 (CH 3 ) 6 (hexamethyldisilane),
Si (CH 3 ) 3 F (fluorotrimethylsilane) and Si (CH 3 ) 2 F 2 (difluorodimethylsilane)
It is preferable to use one kind or two or more kinds of gas selected from the group of gases.

【0014】また、ゲルマニウムを含有するIV族水素
系ガスとして、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GeH3
(フルオロゲルマン)のガス群から選ばれた1種または
2種以上のガスを用いるのが好適である。とするのが良
い。
As group IV hydrogen-containing gas containing germanium, GeH 4 (germane), GeF 4 (germanium tetrafluoride), GeF 2 (germanium difluoride), GeF (germanium fluoride) and GeH 3 F
It is preferable to use one kind or two or more kinds of gases selected from the group of (fluorogermane) gas. It is good to

【0015】さらにこの発明の実施に当り、Si1-X
X 薄膜及びSi1-Y GeY 薄膜各々の形成に際しての
シリコンの下地の加熱は、該下地に赤外線を照射するこ
とにより行なうのが好適である。赤外線光源としては、
例えば、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ことができる。
Further, in carrying out the present invention, Si 1-X G
It is preferable to heat the silicon underlayer during the formation of each of the e x thin film and the Si 1-Y Ge y thin film by irradiating the underlayer with infrared rays. As an infrared light source,
For example, a tungsten-halogen lamp or a xenon-arc lamp can be used.

【0016】[0016]

【作用】この発明の構成によれば、Si1-X GeX 薄膜
及びSi1-Y GeY 薄膜の形成が化学的な反応により行
なわれる。このため、MBE法でのノズルの指向性等の
問題は生じなくなるので、大口径のウエハ上に膜厚およ
び膜質が均一なSi−Ge系半導体薄膜を成長できるよ
うになる。また、原料ガスとして水素系ガスを用いてい
るので、Si1-X GeX 薄膜形成に当たってシリコンの
下地は強い還元作用を受けるため、シリコンの下地表面
の炭化物、金属酸化物が除去される。
According to the structure of the present invention, the Si 1-X Ge X thin film and the Si 1-Y Ge Y thin film are formed by a chemical reaction. For this reason, problems such as nozzle directivity in the MBE method do not occur, and it becomes possible to grow a Si—Ge based semiconductor thin film having a uniform film thickness and film quality on a large diameter wafer. Further, since the hydrogen-based gas is used as the raw material gas, the silicon underlayer undergoes a strong reducing action in forming the Si 1-x Ge x thin film, so that the carbide and metal oxide on the silicon underlayer surface are removed.

【0017】また、Si1-X GeX 薄膜はバッファ層と
して、またSi1-Y GeY 薄膜は半導体素子形成のため
の本来の成長層としてそれぞれ用いることができる。そ
してこの際、Si1-X GeX 薄膜は、Si1-Y GeY
膜とシリコンの下地との格子不整合具合低減、シリコン
の下地表面の凹凸の軽減に寄与する。この結果、Si
1-Y GeY 薄膜の結晶性向上が図れる。
The Si 1-X Ge X thin film can be used as a buffer layer, and the Si 1-Y Ge Y thin film can be used as an original growth layer for forming a semiconductor device. At this time, the Si 1-X Ge X thin film contributes to a reduction in the degree of lattice mismatch between the Si 1-Y Ge Y thin film and the silicon underlayer, and a reduction in irregularities on the silicon underlayer surface. As a result, Si
The crystallinity of the 1-Y Ge Y thin film can be improved.

【0018】また、Si1-X GeX 薄膜を、その膜厚t
が0<t≦50nmの範囲でかつGeの組成比Xが0<
X≦0.1の範囲となるように、形成する構成では、こ
のSi1-X GeX 薄膜がバッファ層として良好に機能す
るようになると思われ、後述の実験結果からも明らかな
ようにそうしなかった場合に比べ、このSi1-X GeX
薄膜上に形成されるSi1-Y GeY 薄膜での欠陥密度が
低減される。
Further, the Si 1-x Ge x thin film has a thickness t
Is in the range of 0 <t ≦ 50 nm and the Ge composition ratio X is 0 <
In the structure of forming so that X ≦ 0.1, this Si 1-x Ge x thin film seems to function well as a buffer layer, and as will be apparent from the experimental results described later, This Si 1-X Ge X
The defect density in the Si 1-Y Ge Y thin film formed on the thin film is reduced.

【0019】また、さらにこの発明の実施に当り、Si
1-X GeX 薄膜及びSi1-Y GeY 薄膜各々の形成に際
してのシリコンの下地の加熱を、該下地に赤外線を照射
することにより行なう構成では、赤外線がシリコンに効
率良く吸収されシリコン下地は短時間に加熱され、さら
に、赤外線照射を停止した後はシリコン下地の温度は短
時間に降下する。このため、下地の加熱及び冷却が短時
間で行なえる。この結果、他の加熱手段(例えば電気
炉)を用いる場合に比べ、Si1-X GeX 薄膜及びSi
1-Y GeY 薄膜各々の膜厚制御を精度良く行なえ、また
膜質向上にも寄与できる。
Further, in implementing the present invention, Si
In the structure in which the silicon underlayer is heated in forming each of the 1-X Ge X thin film and the Si 1-Y Ge Y thin film by irradiating the substrate with infrared rays, the infrared rays are efficiently absorbed by the silicon and the silicon underlayer is formed. After being heated for a short time, and after the irradiation of infrared rays is stopped, the temperature of the silicon base drops in a short time. Therefore, heating and cooling of the base can be performed in a short time. As a result, compared with the case of using other heating means (for example, electric furnace), the Si 1-x Ge x thin film and the Si
It is possible to control the film thickness of each 1-Y Ge Y thin film with high accuracy and contribute to the improvement of film quality.

【0020】[0020]

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の半導体薄
膜の形成方法の実施例につき説明する。尚、説明に用い
る各図は、この発明が理解できる程度に、各構成成分の
形状、大きさおよび配置関係を概略的に示してあるにす
ぎない。また、以下の説明では特定の材料及び特定の数
値的条件を挙げて説明するがこれら材料及び条件は単な
る好適例にすぎず従ってこの発明はこれらに限定される
ものではない。
Embodiments of the method for forming a semiconductor thin film of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that each of the drawings used for the description only schematically shows the shape, size, and arrangement relationship of each constituent component to the extent that the present invention can be understood. Further, in the following description, specific materials and specific numerical conditions will be described, but these materials and conditions are merely preferable examples, and the present invention is not limited thereto.

【0021】1.薄膜形成装置の説明 先ず、この発明の方法を実施するために好適な装置例に
ついて説明する。
1. Description of Thin Film Forming Apparatus First, an example of an apparatus suitable for carrying out the method of the present invention will be described.

【0022】図2は、こ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11内にシリコンの下
地としてこの場合シリコン基板15(以下、「基板」と
略称することもある。)を配置した状態を示してある。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the overall structure of this apparatus. In this case, FIG. 2 shows a state in which a silicon substrate 15 (hereinafter, also abbreviated as “substrate”) is placed in the reaction furnace 11 as a base of silicon in this case.

【0023】図2にも示すように、この装置は例えば石
英製の反応炉(チャンバー)11を具えている。この反
応路11は内部の基板支持体13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。
As shown in FIG. 2, this apparatus includes a reaction furnace (chamber) 11 made of, for example, quartz. The reaction path 11 has a structure in which the substrate 15 can be freely placed on and taken out from the substrate support 13 inside.

【0024】さらに、この反応炉11の外部には加熱部
12を設けてある。この加熱部12は任意好適な構成の
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な
えるように配置する。そして、基板15の近傍位置に基
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。
Further, a heating unit 12 is provided outside the reaction furnace 11. The heating unit 12 is composed of an infrared irradiating means of any suitable structure such as an infrared lamp.
As the infrared lamp 12, a tungsten halogen lamp or any other suitable lamp is used. Preferably, a plurality of infrared lamps 12 are arranged so that the inside of the reaction furnace 11 can be heated uniformly. Then, a temperature measuring means 14 for measuring the surface temperature of the substrate 15, for example, a thermocouple is provided in the vicinity of the substrate 15.

【0025】さらにこの装置にはこの反応炉11内を排
気するための排気手段21及び22を設けてある。さら
にこの排気手段21、22及び反応炉11間に自動開閉
バルブ24、25、26、27、28、29、30を設
けてある。これらバルブをそれぞれ任意好適に開閉する
ことによって反応炉11内の圧力を任意好適な圧力に制
御でき反応炉11内に低真空排気状態及び高真空排気状
態を形成することが可能となっている。この真空度は真
空計34で測定できる。
Further, this apparatus is provided with exhaust means 21 and 22 for exhausting the inside of the reaction furnace 11. Further, automatic opening / closing valves 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 are provided between the exhaust means 21, 22 and the reaction furnace 11. By appropriately opening and closing these valves, the pressure in the reaction furnace 11 can be controlled to any suitable pressure, and a low vacuum exhaust state and a high vacuum exhaust state can be formed in the reaction furnace 11. This degree of vacuum can be measured by a vacuum gauge 34.

【0026】さらにこの装置にはレリーフバルブ31を
設けてある。このバルブ31は反応炉11内の圧力が大
気圧例えば760Torrを越えた場合に自動的に開放
する。排気手段22は、このバルブ31の開放によって
ガス供給源(後述する。)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
例えば拡散ポンプ21とこのポンプ21に接続されたロ
ータリーポンプ22とをもって構成する。これら排気手
段を図示のように配設した排気管23及び上述した各バ
ルブのうちの所要のバルブを介して反応炉11と連通さ
せて接続してある。また、図3において、32、33は
排気管23に連通させて設けた真空計(或いは圧力ゲー
ジ)である。真空計33を例えば1×10-3Torr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33を10-3〜10-8Torrの範囲の圧力測定に用
いるイオンゲージとする。
Further, this device is provided with a relief valve 31. The valve 31 is automatically opened when the pressure inside the reaction furnace 11 exceeds atmospheric pressure, for example, 760 Torr. The exhaust means 22 exhausts the gas supplied from the gas supply source (described later) into the reaction furnace 11 by opening the valve 31. In addition, the exhaust means 21 and 22 described above are configured by, for example, the diffusion pump 21 and the rotary pump 22 connected to the pump 21. These exhaust means are connected to and communicate with the reaction furnace 11 via an exhaust pipe 23 arranged as shown in the figure and required valves among the above-mentioned valves. Further, in FIG. 3, reference numerals 32 and 33 are vacuum gauges (or pressure gauges) provided in communication with the exhaust pipe 23. The vacuum gauge 33 is, for example, a Pirani vacuum gauge used for pressure measurement in the range of 1 × 10 −3 Torr, and the vacuum gauge 33 is an ion gauge used for pressure measurement in the range of 10 −3 to 10 −8 Torr.

【0027】次に、ガス供給系につき説明する。この実
施例では、ガス供給系を図示のように配設した供給管5
8及びこの供給管58の適所に設けた自動開閉バルブ5
1、52、53、54、56、バルブ57、流量コント
ローラ46、47、48、49、50で構成してある。
各流量コントローラの、反応炉11とは反対側の原料ガ
ス源用接続部(以下、「接続部」)41〜45に原料ガ
ス源(図示せず)を接続する。そして、バルブ51〜5
6をそれぞれ任意好適に開閉することによって所望の原
料ガスを反応炉11に供給できる。この実施例では接続
部41には水素(H2 )ガス、接続部42には水素希釈
10%シラン(SiH4 )ガス、接続部43には水素希
釈10%ゲルマン(GeH4 )ガス、接続部45には不
活性ガス例えば窒素(N2 )ガスをそれぞれ供給できる
構成としてある。尚、接続部44は例えばSi−Ge系
半導体薄膜へ所望の不純物をドープするためのガス源接
続に使用できる。
Next, the gas supply system will be described. In this embodiment, a supply pipe 5 having a gas supply system arranged as shown in the drawing.
8 and an automatic opening / closing valve 5 provided at an appropriate position on the supply pipe 58
1, 52, 53, 54, 56, a valve 57, and flow rate controllers 46, 47, 48, 49, 50.
A raw material gas source (not shown) is connected to the raw material gas source connecting portions (hereinafter, “connecting portion”) 41 to 45 on the side opposite to the reaction furnace 11 of each flow rate controller. And valves 51-5
A desired raw material gas can be supplied to the reaction furnace 11 by opening / closing each 6 arbitrarily suitably. In this embodiment, the connecting portion 41 is hydrogen (H 2 ) gas, the connecting portion 42 is hydrogen diluted 10% silane (SiH 4 ) gas, the connecting portion 43 is hydrogen diluted 10% germane (GeH 4 ) gas, and the connecting portion is An inert gas such as nitrogen (N 2 ) gas can be supplied to 45. The connecting portion 44 can be used, for example, for connecting a gas source for doping desired impurities into the Si-Ge based semiconductor thin film.

【0028】2.薄膜形成方法の説明 次に、Si−Ge系薄膜形成の実施例を説明する。な
お、この実施例では原料ガスとしてシラン(SiH4
及びゲルマン(GeH4 )を用い、シリコン下地として
シリコン基板を用いる。シリコン基板としては主面が
(100)のもの、主面が(110)のもの又は主面が
(111)のものを用いるのが良い。現在広く使用され
ている基板でありまたSi−Ge薄膜のエピタキシャル
成長に好適な基板だからである。
2. Description of Thin Film Forming Method Next, an example of forming a Si—Ge based thin film will be described. In this example, silane (SiH 4 ) was used as the source gas.
And germane (GeH 4 ) are used, and a silicon substrate is used as a silicon base. It is preferable to use a silicon substrate whose main surface is (100), whose main surface is (110) or whose main surface is (111). This is because the substrate is widely used at present and is suitable for epitaxial growth of Si-Ge thin films.

【0029】図1(A)〜(D)は、この実施例の半導
体薄膜の形成方法の説明に供する工程図である。いずれ
の図も工程中の主な工程でのウエハをシリコン基板15
の厚み方向に切って示した断面図である。また、図3は
この実施例の形成方法中で行なった加熱サイクルの説明
図である。加熱サイクルは縦軸に温度をとり横軸に時間
をとって示してある。以下の説明は、図1〜図3を適宜
参照して行なう。
FIGS. 1A to 1D are process drawings for explaining the method of forming a semiconductor thin film of this embodiment. In both figures, the silicon substrate 15 is used as the wafer in the main process.
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the thickness direction of FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram of a heating cycle performed in the forming method of this embodiment. The heating cycle is shown with temperature on the vertical axis and time on the horizontal axis. The following description will be made with reference to FIGS. 1 to 3 as appropriate.

【0030】2−1.清浄化 この実施例では、半導体薄膜形成前に半導体薄膜を形成
する基板の清浄化を行なう。この清浄化は、エピタキシ
ャル成長させる際に通常行なわれている清浄処理を行な
って自然酸化膜を除去すれば良いが、この実施例では、
以下に説明する清浄化方法を用いて行なう。
2-1. Cleaning In this embodiment, the substrate on which the semiconductor thin film is formed is cleaned before the semiconductor thin film is formed. This cleaning may be carried out by performing a cleaning process that is usually performed during epitaxial growth to remove the natural oxide film.
The cleaning method described below is used.

【0031】2−1−a.前処理 先ず、従来から行なわれている如く化学薬品および純水
等を用いて基板15の前洗浄を行なう。
2-1-a. Pretreatment First, the substrate 15 is precleaned using chemicals, pure water, etc., as is conventionally done.

【0032】次に、基板15に自然酸化膜が形成される
のを防止するために反応炉11内に不活性ガス源(図示
せず)からガス供給部を介し例えばパージ用ガスとして
不活性ガス例えば窒素ガスを予め導入しておく。ここで
は、後述の還元性ガス、シラン系ガスおよびゲルマン系
ガスは未だ導入しない。このため、バルブ56及び57
を開き、バルブ51、52、53、54、55を閉じて
おく。
Next, in order to prevent a natural oxide film from being formed on the substrate 15, an inert gas source (not shown) is introduced into the reaction furnace 11 via a gas supply unit, for example, an inert gas as a purging gas. For example, nitrogen gas is introduced in advance. Here, a reducing gas, a silane-based gas, and a germane-based gas, which will be described later, are not introduced yet. Therefore, the valves 56 and 57
Open and close the valves 51, 52, 53, 54, 55.

【0033】次に、反応炉内に基板15を設置する。基
板15は基板支持体13上に固定する。
Next, the substrate 15 is placed in the reaction furnace. The substrate 15 is fixed on the substrate support 13.

【0034】このような注意をはらっても基板15の表
面(被成膜面)には、自然酸化膜61ができてしまって
いる(図1(A))。そこで、この自然酸化膜61を除
去するために前処理の済んだ基板に対し、還元性ガス雰
囲気中での加熱処理を以下のように行なう。
Even if such attention is paid, a natural oxide film 61 is formed on the surface (deposition surface) of the substrate 15 (FIG. 1 (A)). Therefore, heat treatment in a reducing gas atmosphere is performed on the substrate that has been pretreated to remove the natural oxide film 61 as follows.

【0035】2−1−b.自然酸化膜の除去 先ず、バルブ56を閉じて反応炉11内への不活性ガス
の供給を停止する。
2-1-b. Removal of Natural Oxide Film First, the valve 56 is closed to stop the supply of the inert gas into the reaction furnace 11.

【0036】次に、排気手段21及び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)T
orrの真空度となるように排気し、反応炉11内を清
浄化する。尚、この真空排気のため、バルブ30、24
を閉じておいてバルブ27を開きさらにバルブ25はロ
ータリーポンプ22と反応炉11とが接続されるように
操作する。そして、ロータリーポンプ22を作動させ、
反応炉11内の圧力を真空計34でモニタ(監視)しな
がら反応炉11内を排気する。さらに、反応炉11内が
例えば1×10-3Torrの圧力となった後、ロータリ
ポンプ22が拡散ポンプ21側に接続されるようにバル
ブ25を操作しさらにバルブ24を開く。
Next, the inside of the reaction furnace 11 is, for example, 1 × 10 −6 (10 −6 ) T by the exhaust means 21 and 22.
The inside of the reaction furnace 11 is cleaned by exhausting to a vacuum degree of orr. The valves 30 and 24 are used for this vacuum exhaust.
Is closed and the valve 27 is opened, and the valve 25 is operated so that the rotary pump 22 and the reaction furnace 11 are connected. Then, operate the rotary pump 22,
The inside of the reaction furnace 11 is evacuated while monitoring the pressure inside the reaction furnace 11 with a vacuum gauge 34. Further, after the pressure inside the reaction furnace 11 becomes, for example, 1 × 10 −3 Torr, the valve 25 is operated so that the rotary pump 22 is connected to the diffusion pump 21 side, and the valve 24 is further opened.

【0037】次に反応炉本体11内に還元性ガス例え
ば、水素ガスを導入する(図3にIで示すH2 フロ
ー)。これは、流量コントローラ51及び55を開ける
ことにより行なえる。反応炉11内の圧力が例えば10
0〜1×10-2Torrの範囲となるように流量コント
ローラを調整する。
Next, a reducing gas such as hydrogen gas is introduced into the reactor main body 11 (H 2 flow indicated by I in FIG. 3). This can be done by opening the flow controllers 51 and 55. The pressure in the reaction furnace 11 is, for example, 10
Adjust the flow controller to be in the range of 0 to 1 × 10 -2 Torr.

【0038】次に、加熱部12によって自然酸化膜61
の除去のための加熱処理を行なう(図3の工程IのH1
期間)。この加熱処理によって還元性ガス雰囲気中で基
板15を加熱して基板15の自然酸化膜61を還元し、
自然酸化膜61を除去した基板15を得る(図1
(B))。
Next, the natural oxide film 61 is heated by the heating unit 12.
A heat treatment for removing H1 (H1 in step I of FIG. 3).
period). By this heat treatment, the substrate 15 is heated in a reducing gas atmosphere to reduce the natural oxide film 61 of the substrate 15,
The substrate 15 from which the natural oxide film 61 is removed is obtained (FIG. 1).
(B)).

【0039】ここで、この加熱処理は、加熱部12を構
成する赤外線ランプによって行なう。詳細には、基板1
5の表面温度を温度測定手段14で測定しながら赤外線
ランプによつて、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℃/秒で上昇させて、基板表面温度が例えば約1
000℃となったら、約10〜30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。
Here, this heat treatment is performed by an infrared lamp which constitutes the heating unit 12. In detail, substrate 1
While measuring the surface temperature of No. 5 by the temperature measuring means 14, the surface temperature of the substrate 15 is, for example, 50 ° C. by an infrared lamp.
/ Sec to 200 ° C / sec at an appropriate rate, preferably about 100 ° C / sec to increase the substrate surface temperature to about 1 ° C, for example.
When the temperature reaches 000 ° C., the heating of the substrate 15 is controlled so that the temperature of 1000 ° C. is maintained for about 10 to 30 seconds.

【0040】なお、この実施例では、反応炉11内を既
に説明したような減圧状態に維持しながら、加熱処理を
行なっているので、自然酸化膜の還元による反応生成物
が反応炉本体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。
In this embodiment, since the heat treatment is carried out while the inside of the reaction furnace 11 is maintained in the depressurized state as described above, the reaction product due to the reduction of the natural oxide film is outside the reaction furnace main body 11. It is possible to reduce the degree to which the substrate 15 and the inside of the reaction furnace 11 are contaminated by the reaction products.

【0041】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
を停止する。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反応炉本体1
5内に大量に導入することにより行なえる。
Next, the heating of the substrate 15 by the heating unit 12 is stopped, and the valve 51 is closed to stop the supply of the reducing gas. Then, it waits for the substrate 15 to cool until the surface temperature of the substrate 15 reaches room temperature, for example, about 25 ° C. For this cooling, the substrate 15 may be naturally cooled,
You may make it cool forcibly. For the forced cooling, for example, the valves 56 and 57 are opened and the inert gas is supplied to the reactor main body 1
It can be done by introducing a large amount in 5.

【0042】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1×10-6To
rrの高真空に排気し、反応炉本体11内を清浄化す
る。
Next, the valves 55, 51 and 28 are closed and the valve 27 is opened to open the inside of the reaction furnace 11 at, for example, 1 × 10 -6 To.
The inside of the reaction furnace main body 11 is cleaned by evacuating to a high vacuum of rr.

【0043】2−2.Si1-x Gex 薄膜の形成 次に、Siを含むIV族系水素ガス及びGeを含むIV
族系水素ガス雰囲気中でシリコン基板15に対し加熱処
理を行ないこのシリコン基板15上にSi1-x Gex
結晶薄膜を以下のように形成する。
2-2. Formation of Si 1-x Ge x Thin Film Next, a group IV hydrogen gas containing Si and an IV containing Ge
The silicon substrate 15 is heat-treated in a group-based hydrogen gas atmosphere to form a Si 1-x Ge x single crystal thin film on the silicon substrate 15 as follows.

【0044】先ず、バルブ27を閉じ、バルブ28、5
5、52を開き、最初にSiを含むIV族系水素ガスと
してこの場合水素希釈10%シラン(SiH4 )を反応
炉11内に供給し、続いてバルブ53を開きGeを含む
IV族系水素ガスとしてこの場合水素希釈1%ゲルマン
(GeH4 )を反応炉11内に供給する。この際水素希
釈シランと水素希釈ゲルマンとの流量比が10:1でか
つ反応炉11内が例えば10Torr程度の減圧状態に
なるように、両ガスの流量を予め調整しておく図3にI
Iで示すSiH4 +GeH4 フロー)。
First, the valve 27 is closed, and the valves 28 and 5 are
5, 52 are opened, first, hydrogen-diluted 10% silane (SiH 4 ) as a Group IV hydrogen gas containing Si is fed into the reaction furnace 11, and then the valve 53 is opened to open the Group IV hydrogen containing Ge. In this case, hydrogen diluted 1% germane (GeH 4 ) is supplied into the reaction furnace 11 as a gas. At this time, the flow rates of both gases are adjusted in advance so that the flow ratio of the hydrogen-diluted silane and the hydrogen-diluted germane is 10: 1 and the inside of the reaction furnace 11 is in a depressurized state of, for example, about 10 Torr.
SiH 4 + GeH 4 flow indicated by I).

【0045】次に、このようなガス雰囲気において加熱
部12によりシリコン基板15に対し加熱処理を行なう
(図3の工程IIのH2期間)。
Next, the heating portion 12 heats the silicon substrate 15 in such a gas atmosphere (H2 period of step II in FIG. 3).

【0046】ここで、この加熱処理は、加熱部12を構
成する赤外線ランプによって行なう。詳細には、基板1
5の表面温度を温度測定手段14で測定しながら赤外線
ランプによつて、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℃/秒で上昇させて、基板表面温度が例えば約1
000℃となったら、約10〜20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。
Here, this heat treatment is performed by an infrared lamp which constitutes the heating unit 12. In detail, substrate 1
While measuring the surface temperature of No. 5 by the temperature measuring means 14, the surface temperature of the substrate 15 is, for example, 50 ° C. by an infrared lamp.
/ Sec to 200 ° C / sec at an appropriate rate, preferably about 100 ° C / sec to increase the substrate surface temperature to about 1 ° C, for example.
When the temperature reaches 000 ° C., the heating of the substrate 15 is controlled so as to maintain the state of 1000 ° C. for about 10 to 20 seconds.

【0047】この工程IIの処理において、基板15上
には基板15の面方位と同一の面方位のSi1-X GeX
単結晶膜(この場合Ge組成比X=0.1)63が30
〜40nmの膜厚で成長する(図1(C))。
In the process of this step II, Si 1-X Ge x having the same plane orientation as that of the substrate 15 is formed on the substrate 15.
Single crystal film (Ge composition ratio X = 0.1 in this case) 63 is 30
It grows to a film thickness of ˜40 nm (FIG. 1 (C)).

【0048】2−3.Si1-Y GeY 薄膜の形成 次に、加熱部12による基板15の加熱を停止すると共
に、上述の水素希釈SiH4 及び水素希釈GeH4 の流
量比が4:1でかつ反応炉11内が10Torr程度の
減圧状態になるようにこれらガスの流量の調整を行う
(図3の工程IIISiH4 +GeH4 フロ−)。
2-3. Formation of Si 1-Y Ge Y Thin Film Next, heating of the substrate 15 by the heating unit 12 is stopped, and the flow rate ratio of the above-mentioned hydrogen-diluted SiH 4 and hydrogen-diluted GeH 4 is 4: 1 and the inside of the reaction furnace 11 is The flow rates of these gases are adjusted so that the pressure is reduced to about 10 Torr (process III SiH 4 + GeH 4 flow − in FIG. 3).

【0049】このように反応炉内の雰囲気を調整したら
再び基板15の表面温度を温度測定手段14で測定しな
がらSi1-X Ge薄膜63形成済みの基板15を加熱手
段12により加熱する。この加熱は、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℃/秒で上昇させて、基板表
面温度が例えば約1000℃となったら、約60〜12
0秒間1000℃の状態を保持するように基板15を加
熱するように、行なう(図3の工程III のH3期間)。
When the atmosphere in the reaction furnace is adjusted in this way, the substrate 15 on which the Si 1-x Ge thin film 63 is formed is heated by the heating device 12 while the surface temperature of the substrate 15 is measured again by the temperature measuring device 14. This heating e.g. raises the surface temperature of the substrate 15 at a suitable rate between 50 [deg.] C./sec and 200 [deg.] C./sec, preferably about 100 [deg.] C./sec. When it becomes about 60-12
The substrate 15 is heated so that the state of 1000 ° C. is maintained for 0 seconds (H3 period of step III in FIG. 3).

【0050】この工程III の処理において、Si1-X
X 単結晶膜63上には基板15の面方位と同一の面方
位のSi1-Y GeY 単結晶膜(この場合Ge組成比Y=
0.2)65が250nm程度の膜厚で成長する(図1
(D))。
In this process III, Si 1-X G
On the e x single crystal film 63, a Si 1-Y Ge y single crystal film having the same plane orientation as that of the substrate 15 (in this case, the Ge composition ratio Y =
0.2) 65 grows to a film thickness of about 250 nm (FIG. 1).
(D)).

【0051】なお、もしこのSi1-Y GeY 単結晶膜6
5にこの膜の導電型を制御するための不純物をドープし
たい場合には例えば以下のように行なえば良い。この薄
膜65を例えばP型のSi−Geエピタキシャル薄膜に
する工程で説明すると、先ず、反応炉11内にP型不純
物含有ガス例えば、100ppmの水素希釈ジボラン
(B2 6 )ガスをドーピングガスとして導入する。こ
れは例えば図2の接続部44にこのガスを充填したボン
ベを接続しておきバルブ54、55を開けることにより
行なえる。次に、加熱部12からの赤外線をSi1-X
X 単結晶膜65に照射して、この単結晶薄膜65表面
に分解・吸着したホウ素(B)を熱的に単結晶薄膜65
中に拡散させる。これによりP型のSi1-Y GeY エピ
タキシャル薄膜65を具えた構造体が得られる。尚、ホ
ウ素を拡散させるための単結晶薄膜65の加熱温度およ
び加熱時間は、一例として、800℃で20秒程度とす
れば良い。
If this Si 1-Y Ge Y single crystal film 6 is used,
When it is desired to dope impurities for controlling the conductivity type of this film, the following process may be performed, for example. Explaining this thin film 65 as a P-type Si-Ge epitaxial thin film, for example, first, a P-type impurity-containing gas, for example, 100 ppm hydrogen-diluted diborane (B 2 H 6 ) gas is used as a doping gas in the reaction furnace 11. Introduce. This can be done, for example, by connecting a cylinder filled with this gas to the connection portion 44 of FIG. 2 and opening the valves 54 and 55. Next, the infrared rays from the heating unit 12 are irradiated with Si 1-X G
The boron (B) decomposed and adsorbed on the surface of the single crystal thin film 65 by irradiating the single crystal thin film 65 on x is thermally irradiated with the single crystal thin film 65.
Spread inside. As a result, a structure including the P-type Si 1-Y Ge Y epitaxial thin film 65 is obtained. The heating temperature and heating time of the single crystal thin film 65 for diffusing boron may be, for example, 800 ° C. and about 20 seconds.

【0052】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52及び53を閉じて水素希釈
SiH4 及び水素希釈GeH4 の供給を停止する。そし
て、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くまた強制的に
冷却するようにしても良い。強制冷却は例えばバルブ5
6、57を開けて反応炉内に不活性ガスを大量に導入す
ることによって行なえる。
Next, the heating of the substrate 15 by the heating unit 12 is stopped, and the valves 52 and 53 are closed to stop the supply of hydrogen diluted SiH 4 and hydrogen diluted GeH 4 . Then, the surface temperature of the substrate 15 is room temperature, for example, about 25 ° C.
Wait until substrate 15 cools until For this cooling, the substrate 15 may be naturally cooled or may be forcibly cooled. Forced cooling is for example valve 5
This can be done by opening 6, 57 and introducing a large amount of inert gas into the reaction furnace.

【0053】その後、反応炉11内の圧力を1気圧(7
60Torr)にして結晶成長済み基板を反応炉11か
ら取り出す。
After that, the pressure in the reaction furnace 11 was changed to 1 atm (7
The substrate on which crystal growth has been performed is taken out from the reaction furnace 11 at 60 Torr).

【0054】3.実験結果 上述した薄膜形成条件において、清浄化処理の条件、S
1-Y GeX 単結晶膜65の形成条件はそれぞれ一定す
なわちSi1-Y GeX 単結晶膜65についてはGe組成
比Y=0.2及び膜厚250nm程度とし、Si1-X
e単結晶膜のGe組成比X及び膜厚を種々に変えて、S
i基板/Si1-X Ge単結晶膜/Si1- Y GeX 単結晶
膜から成る構造体を種々形成する。そして、これら構造
体毎のSi1-Y GeX 単結晶膜中の欠陥密度を測定し
た。図4は、縦軸にSi1-X GeX 単結晶膜の膜厚をと
り横軸に同膜のGe組成比Xをとって、これら膜厚及び
組成比と、Si1-Y GeY 単結晶膜中の欠陥密度(個/
cm2)との関係を示した図である。
3. Experimental Results Under the above-mentioned thin film forming conditions, the cleaning condition, S
i 1-Y Ge X formation conditions of the single crystal film 65 was a Ge composition ratio Y = 0.2 and a film thickness 250nm approximately for each constant i.e. Si 1-Y Ge X single crystal film 65, Si 1-X G
By changing the Ge composition ratio X and the film thickness of the e single crystal film variously, S
Various structures including an i substrate / Si 1-X Ge single crystal film / Si 1- Y Ge X single crystal film are formed. Then, the defect density in the Si 1 -Y Ge x single crystal film for each of these structures was measured. 4, the vertical axis represents Si 1-X Ge X Ge composition ratio X of the single crystal film having a film thickness of the film on the horizontal axis, and with these thicknesses and composition ratios, Si 1-Y Ge Y single Defect density in crystal film (piece /
is a diagram showing the relationship between cm 2).

【0055】図4から明らかなように、組成比Xが0.
1以下でかつ膜厚が50nm以下(ただし何れも0は含
まない。)の条件では欠陥密度が10個/cm2 未満で
ありこの条件以外の場合に比べ極めて少ないことが分か
る。尚、シリコン基板15上にSi1-X GeX 薄膜63
を形成せずにSi0.8 Ge0.2 薄膜65を直接成長させ
た実験も行なった。しかし、この場合は図5に断面図を
もって示したように、膜中や薄膜と下地との界面にミス
フィット転位71や欠陥73が生じ実用性が認められな
かった。
As is clear from FIG. 4, the composition ratio X is 0.
It can be seen that under the conditions of 1 or less and the film thickness of 50 nm or less (all do not include 0), the defect density is less than 10 defects / cm 2, which is extremely small as compared with the case other than this condition. In addition, the Si 1-X Ge X thin film 63 is formed on the silicon substrate 15.
An experiment was also conducted in which the Si 0.8 Ge 0.2 thin film 65 was directly grown without forming a film. However, in this case, as shown in the cross-sectional view of FIG. 5, misfit dislocations 71 and defects 73 were generated in the film or at the interface between the thin film and the base, and the practicality was not recognized.

【0056】上述においては、この発明の半導体薄膜の
形成方法の実施例について説明したが、この発明は上述
の実施例に限られるものではない。
Although the embodiment of the method for forming a semiconductor thin film of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment.

【0057】例えば上述の実施例では半導体薄膜形成用
ガスとして水素希釈のSiH4 及び水素希釈のGeH4
ガスとしていた。しかし用い得るガスはこれらに限られ
ない。SiH4 ガスの代わりに例えばSi2 6 、Si
(CH3 )H3 、Si3 8 、Si(CH3 2 2
Si(CH3 3 H、Si(CH3 4 、Si2 (CH
3 6 、Si(CH3 3 FおよびSi(CH3 2
2 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
も実施例と同様な効果が期待できる。また、GeH4
代わりに例えばGeF4 、GeF2 、GeFおよびGe
3 F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
いても実施例と同様な効果が期待できる。
For example, in the above embodiment, hydrogen diluted with SiH 4 and hydrogen diluted with GeH 4 are used as the semiconductor thin film forming gas.
It was gas. However, the gases that can be used are not limited to these. Instead of SiH 4 gas, for example, Si 2 H 6 , Si
(CH 3) H 3, Si 3 H 8, Si (CH 3) 2 H 2,
Si (CH 3 ) 3 H, Si (CH 3 ) 4 , Si 2 (CH
3 ) 6 , Si (CH 3 ) 3 F and Si (CH 3 ) 2 F
Even if one or more gases selected from the gas group of 2 or a mixed gas of SiH 4 and these gases is used, the same effect as that of the embodiment can be expected. Further, instead of GeH 4 , for example, GeF 4 , GeF 2 , GeF and Ge.
Even if one or more gases selected from the H 3 F gas group or a mixed gas of GeH 4 and these gases is used, the same effect as that of the embodiment can be expected.

【0058】また、上述した実施例では、基板の加熱を
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良い。
Further, in the above-mentioned embodiment, the substrate is heated by using the tungsten-halogen lamp, but instead of using this, a xenon arc lamp, a laser beam or a heater may be used.

【0059】また、上述した実施例では薄膜形成前にシ
リコン下地の清浄化を行なっていたが、これは必須のも
のではないことは理解されたい。
Further, in the above-mentioned embodiment, the silicon base is cleaned before the thin film is formed, but it should be understood that this is not essential.

【0060】[0060]

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の半導体薄膜の形成方法によれば、Si1-X Ge
X 薄膜及びSi1-Y GeY 薄膜の形成を化学的な反応に
より行なえる。このため、MBE法でのノズルの指向性
等の問題は生じなくなるので、大口径のウエハ上に膜厚
および膜質が均一なSi−Ge系半導体薄膜を成長でき
る。さらに、原料ガスとして水素系ガスを用いているの
で、Si1-X GeX 薄膜形成に当たってシリコンの下地
は強い還元作用を受けるため、シリコンの下地表面の炭
化物、金属酸化物を除去できる。
As is apparent from the above description, according to the method for forming a semiconductor thin film of the present invention, Si 1-X Ge is formed.
The X thin film and the Si 1-Y Ge Y thin film can be formed by a chemical reaction. For this reason, problems such as nozzle directivity in the MBE method do not occur, so that a Si-Ge based semiconductor thin film having a uniform film thickness and film quality can be grown on a large diameter wafer. Further, since the hydrogen-based gas is used as the source gas, the silicon underlayer undergoes a strong reducing action when the Si 1-x Ge x thin film is formed, so that the carbide and metal oxide on the silicon underlayer surface can be removed.

【0061】また、Si1-X GeX 薄膜はバッファ層と
して、またSi1-Y GeY 薄膜は半導体素子形成のため
の本来の成長層としてそれぞれ用いることができる。そ
してこの際、Si1-X GeX 薄膜は、Si1-Y GeY
膜とシリコンの下地との格子不整合具合低減、シリコン
の下地表面の凹凸の軽減に寄与する。この結果、Si
1-Y GeY 薄膜の結晶性向上が図れる。また、臨界膜厚
(単結晶状態を保持できる膜厚)を増加できる。
The Si 1-X Ge X thin film can be used as a buffer layer, and the Si 1-Y Ge Y thin film can be used as an original growth layer for forming a semiconductor device. At this time, the Si 1-X Ge X thin film contributes to a reduction in the degree of lattice mismatch between the Si 1-Y Ge Y thin film and the silicon underlayer, and a reduction in irregularities on the silicon underlayer surface. As a result, Si
The crystallinity of the 1-Y Ge Y thin film can be improved. Further, the critical film thickness (film thickness capable of maintaining a single crystal state) can be increased.

【0062】また、Si1-X GeX 薄膜及びSi1-Y
Y 薄膜各々の形成に際してのシリコンの下地の加熱
を、赤外線照射で行なう構成では、下地の加熱及び冷却
が短時間で行なえるので他の加熱手段(例えば電気炉)
を用いる場合に比べ、Si1-X GeX 薄膜及びSi1-Y
GeY 薄膜各々の膜厚制御を精度良く行なえ、また膜質
向上にも寄与できる。
Also, Si 1-X Ge X thin film and Si 1-Y G thin film
In the case where the silicon underlayer is heated by infrared irradiation when forming each e Y thin film, the underlayer can be heated and cooled in a short time, so that another heating means (for example, an electric furnace) is used.
Compared with the case of using Si 1-X Ge X thin film and Si 1-Y
The thickness of each Ge Y thin film can be precisely controlled, and the quality of the film can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例の半導体薄膜の形成方法の説明に供する
工程図である。
FIG. 1 is a process chart for explaining a method for forming a semiconductor thin film of an example.

【図2】実施例の薄膜形成条件の説明に供する図であ
り、ガス供給条件及び基板加熱条件を示した図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining thin film forming conditions of an example, showing gas supply conditions and substrate heating conditions.

【図3】この発明の実施に使用する成膜装置の系全体を
概略的に示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view schematically showing the entire system of a film forming apparatus used for carrying out the present invention.

【図4】Si1-X GeX 膜の条件とこの膜上に形成され
るSi1-Y GeY 膜中の欠陥密度との関係を示した図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the condition of the Si 1-X Ge X film and the defect density in the Si 1-Y Ge Y film formed on this film.

【図5】比較例(Si1-X GeX 膜なしの場合)の説明
に供する図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a comparative example (in the case where no Si 1-x Ge x film is provided).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

15:シリコン基板 61:自然酸化膜 63:Si1-X Gex 単結晶膜 65:Si1-Y GeY 単結晶膜15: Silicon substrate 61: Natural oxide film 63: Si 1-X Ge x single crystal film 65: Si 1-Y Ge Y single crystal film

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反応炉内で、シリコン(Si)の下地上
にSi−Ge(ゲルマニウム)系半導体薄膜を形成する
方法において、 反応炉内をシリコンを含有するIV族水素系ガスとゲル
マニウムを含有するIV族水素系ガスとを含む雰囲気と
しかつ下地を加熱処理しながら、該下地にSi1-X Ge
X 薄膜を形成する工程と、 ゲルマニウムを含有する前記IV族水素系ガスの前記雰
囲気での濃度を前記Si1-x GeX 薄膜を形成した際の
濃度より高くしかつ前記下地を加熱処理しながら、前記
Si1-x GeX 薄膜上にSi1-Y GeY 薄膜を形成する
工程とを含むことを特徴とする半導体薄膜の形成方法
(ただし、Ge組成比X,Yは、0<X<1,0<Y<
1,X<Yを満足する値である。)。
1. A method for forming a Si—Ge (germanium) -based semiconductor thin film on a lower surface of silicon (Si) in a reaction furnace, wherein the reaction furnace contains a group IV hydrogen-based gas containing silicon and germanium. Of the group IV hydrogen-based gas, and while heat treating the underlayer, the Si 1-X Ge
A step of forming an X thin film, and making the concentration of the group IV hydrogen-containing gas containing germanium in the atmosphere higher than the concentration when the Si 1-x Ge x thin film was formed and heat-treating the underlayer. And a step of forming a Si 1-Y Ge Y thin film on the Si 1-x Ge x thin film, wherein the Ge composition ratios X and Y are 0 <X < 1,0 <Y <
It is a value that satisfies 1, X <Y. ).
【請求項2】 請求項1に記載の半導体薄膜の形成方法
において、 前記Si1-X GeX 薄膜を、その膜厚tが0<t≦50
nmの範囲でかつGeの組成比Xが0<X≦0.1の範
囲となるように、形成することを特徴とする半導体薄膜
の形成方法。
2. The method for forming a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the Si 1-x Ge x thin film has a thickness t of 0 <t ≦ 50.
A method of forming a semiconductor thin film, which is characterized in that the composition ratio X of Ge is in the range of 0 nm and the composition ratio X of Ge is in the range of 0 <X ≦ 0.1.
【請求項3】 請求項1に記載の半導体薄膜の形成方法
において、 前記シリコンの下地として、主面が(100)のもの、
主面が(110)のもの又は主面が(111)のものを
用いることを特徴とする半導体薄膜の形成方法。
3. The method for forming a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the main surface of the silicon base is (100),
A method of forming a semiconductor thin film, characterized in that a main surface having a (110) surface or a main surface having a (111) surface is used.
【請求項4】 請求項1に記載の半導体薄膜の形成方法
において、 シリコンを含有する前記IV族水素系ガスを、Si
4 、Si26 、Si(CH3 )H3 、Si3 8
Si(CH3 2 2 、Si(CH3 3 H、Si(C
3 4 、Si2 (CH3 6 、Si(CH33 F及
びSi(CH3 2 2 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半導体薄膜の
形成方法。
4. The method of forming a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the Group IV hydrogen-based gas containing silicon is Si
H 4, Si 2 H 6, Si (CH 3) H 3, Si 3 H 8,
Si (CH 3 ) 2 H 2 , Si (CH 3 ) 3 H, Si (C
H 3 ) 4 , Si 2 (CH 3 ) 6 , Si (CH 3 ) 3 F, and Si (CH 3 ) 2 F 2 are selected from the gas group, and one or more kinds of gases are used. Method for forming a semiconductor thin film.
【請求項5】 請求項1に記載の半導体薄膜の形成方法
において、 ゲルマニウムを含有する前記IV族水素系ガスを、Ge
4 、GeF4 、GeF2 、GeF及びGeH3 Fのガ
ス郡から選ばれた1種又は2種以上のガスとしたことを
特徴とする半導体薄膜の形成方法。
5. The method for forming a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the group IV hydrogen-based gas containing germanium is Ge.
A method of forming a semiconductor thin film, wherein one or more gases selected from a gas group of H 4 , GeF 4 , GeF 2 , GeF and GeH 3 F are used.
【請求項6】 請求項1に記載の半導体薄膜の形成方法
において、 前記Si1-X GeX 薄膜及びSi1-Y GeY 薄膜形成時
の下地の前記加熱処理を、該下地に赤外線を照射するこ
とで行なうことを特徴とする半導体薄膜の形成方法。
6. The method for forming a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the heat treatment of the underlayer at the time of forming the Si 1-X Ge X thin film and the Si 1-Y Ge Y thin film is irradiated with infrared rays. A method for forming a semiconductor thin film, which is performed by
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100516339B1 (en) * 2001-12-11 2005-09-22 샤프 가부시키가이샤 Semiconductor device and production process thereof
JP2008504695A (en) * 2004-06-24 2008-02-14 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション Method for improving carrier mobility in CMOS (compressed SiGe <110> growth and structure of MOSFET devices)

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