JPH05259089A - 半導体結晶の製造方法 - Google Patents
半導体結晶の製造方法Info
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- JPH05259089A JPH05259089A JP4052798A JP5279892A JPH05259089A JP H05259089 A JPH05259089 A JP H05259089A JP 4052798 A JP4052798 A JP 4052798A JP 5279892 A JP5279892 A JP 5279892A JP H05259089 A JPH05259089 A JP H05259089A
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- silicon
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリコン等ＩＶ族半導体の超薄膜半導体結晶
の製造方法に関し、成長の所要時間が短く、結晶性に優
れたシリコン系半導体の単原子層を、再現性よく基板上
に堆積する実用性の高い半導体結晶の製造方法を提供す
ることを目的とする。 【構成】 シリコン水素化物を原料ガスとして成長装置
の反応室内に導入し、反応室内で原料ガスを分解して加
熱した基板上にシリコンの結晶を堆積する気相成長法に
おいて、成長装置のガス導入経路から所定のシリコンの
原料ガスを反応室内に所定量導入する第１の工程と、第
１の光源から放出される紫外光を基板は照射しない状態
で前記反応室内の原料ガスに照射し、当該基板上に水素
化シリコン反応種を層状に吸着させる第２の工程と、反
応室への原料ガス導入を停止し、反応室内の水素を含む
原料ガスを排出する第３の工程と、前記基板上に第２の
光源から放出される１４０ｎｍ以下の波長の紫外光を照
射して前記吸着反応種から水素を脱離させ、以て基板上
にシリコン結晶層を成長せしめる第４の工程とを含む。
の製造方法に関し、成長の所要時間が短く、結晶性に優
れたシリコン系半導体の単原子層を、再現性よく基板上
に堆積する実用性の高い半導体結晶の製造方法を提供す
ることを目的とする。 【構成】 シリコン水素化物を原料ガスとして成長装置
の反応室内に導入し、反応室内で原料ガスを分解して加
熱した基板上にシリコンの結晶を堆積する気相成長法に
おいて、成長装置のガス導入経路から所定のシリコンの
原料ガスを反応室内に所定量導入する第１の工程と、第
１の光源から放出される紫外光を基板は照射しない状態
で前記反応室内の原料ガスに照射し、当該基板上に水素
化シリコン反応種を層状に吸着させる第２の工程と、反
応室への原料ガス導入を停止し、反応室内の水素を含む
原料ガスを排出する第３の工程と、前記基板上に第２の
光源から放出される１４０ｎｍ以下の波長の紫外光を照
射して前記吸着反応種から水素を脱離させ、以て基板上
にシリコン結晶層を成長せしめる第４の工程とを含む。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体結晶の製造方法
に関し、特に、シリコン等ＩＶ族半導体の超薄膜半導体
結晶の製造方法に関する。
に関し、特に、シリコン等ＩＶ族半導体の超薄膜半導体
結晶の製造方法に関する。
【０００２】なお、本明細書において「水素化物」とは
他の元素との複合水素化物を含む。たとえば、ジクロル
シランＳｉＣｌ2 Ｈ2 もシリコンの水素化物と呼ぶ。近
年、超ＬＳＩの発展に伴って、集積化される各素子の寸
法が微細化され、結晶層の厚みもできれば原子層の精度
で制御することが要求されている。また、新しい試みと
してシリコン系半導体を用いた超高速素子、ヘテロバイ
ポーラトランジスタ（ＨＢＴ）や高電子移動度トランジ
スタ（ＨＥＭＴ）の開発が進められている。
他の元素との複合水素化物を含む。たとえば、ジクロル
シランＳｉＣｌ2 Ｈ2 もシリコンの水素化物と呼ぶ。近
年、超ＬＳＩの発展に伴って、集積化される各素子の寸
法が微細化され、結晶層の厚みもできれば原子層の精度
で制御することが要求されている。また、新しい試みと
してシリコン系半導体を用いた超高速素子、ヘテロバイ
ポーラトランジスタ（ＨＢＴ）や高電子移動度トランジ
スタ（ＨＥＭＴ）の開発が進められている。
【０００３】これらはシリコンとゲルマニウム、あるい
はシリコンとシリコンゲルマニウム混晶のバンドギャッ
プ差を積極的に利用した素子である。一方、本来間接遷
移型半導体であるシリコンとゲルマニウムを１原子層づ
つ交互に積層した歪超格子は、バンド構造変化を起こ
し、直接遷移型再結合をすることが報告されており、発
光受光素子への応用が検討されている。
はシリコンとシリコンゲルマニウム混晶のバンドギャッ
プ差を積極的に利用した素子である。一方、本来間接遷
移型半導体であるシリコンとゲルマニウムを１原子層づ
つ交互に積層した歪超格子は、バンド構造変化を起こ
し、直接遷移型再結合をすることが報告されており、発
光受光素子への応用が検討されている。
【０００４】これらシリコン系半導体の新しい素子への
応用に際しては、１原子層精度で完全性の高い結晶を成
長させる技術が要求されている。
応用に際しては、１原子層精度で完全性の高い結晶を成
長させる技術が要求されている。
【０００５】
【従来の技術】原子層単位でシリコンやゲルマニウムを
積層させる技術として、従来物理蒸着法である分子線エ
ピタキシ（ＭＢＥ）と化学蒸着法である化学気相堆積法
（ＣＶＤ）が開発されてきた。
積層させる技術として、従来物理蒸着法である分子線エ
ピタキシ（ＭＢＥ）と化学蒸着法である化学気相堆積法
（ＣＶＤ）が開発されてきた。
【０００６】ＭＢＥは、完全な非平衡成長法で供給律速
のため、成長面の電子線回折強度を計測しながら原料分
子線を供給すれば、単原子層成長が容易である。また、
結晶成長温度を低くすることができるので、異種材料の
堆積で形成されるヘテロ接合面の組成変化が鋭いという
特質を持ち、寸法的には極めて精度の高い成長技術であ
る。しかし、結晶欠陥密度が高く、かつ多数枚大型基板
上への成長ができない（生産性が低い）。
のため、成長面の電子線回折強度を計測しながら原料分
子線を供給すれば、単原子層成長が容易である。また、
結晶成長温度を低くすることができるので、異種材料の
堆積で形成されるヘテロ接合面の組成変化が鋭いという
特質を持ち、寸法的には極めて精度の高い成長技術であ
る。しかし、結晶欠陥密度が高く、かつ多数枚大型基板
上への成長ができない（生産性が低い）。
【０００７】一方、ＣＶＤは準平衡状態での結晶成長が
可能であり（表面反応律速）、得られる結晶の品位が高
い。また、大面積基板、多数枚基板上への成長が可能で
あり、生産性が高いという特質を持つ。
可能であり（表面反応律速）、得られる結晶の品位が高
い。また、大面積基板、多数枚基板上への成長が可能で
あり、生産性が高いという特質を持つ。
【０００８】しかし、一般に成長温度は高い。特に、シ
リコンおよびシリコン混晶比の高いシリコンゲルマニウ
ム混晶では、６００℃以下の低温成長は困難である。成
長温度が高いと、結晶成分の相互拡散が生じるので、ヘ
テロ接合面で急峻な組成変化が得にくい。
リコンおよびシリコン混晶比の高いシリコンゲルマニウ
ム混晶では、６００℃以下の低温成長は困難である。成
長温度が高いと、結晶成分の相互拡散が生じるので、ヘ
テロ接合面で急峻な組成変化が得にくい。
【０００９】ＣＶＤを用いたシリコン系半導体の結晶成
長において、成長温度を下げるために、従来高次のシリ
コン水素化物たとえばトリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）を用い
たり、他の元素との複合水素化物たとえば弗化シラン
（ＳｉＦ2 Ｈ2 ）を用いたりする例が報告されている。
長において、成長温度を下げるために、従来高次のシリ
コン水素化物たとえばトリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）を用い
たり、他の元素との複合水素化物たとえば弗化シラン
（ＳｉＦ2 Ｈ2 ）を用いたりする例が報告されている。
【００１０】また、原料のシリコン水素化物に光照射し
て、低温で熱分解させ、シリコン原子を活性化させて５
００℃以下の低温で結晶成長させる例も報告されてい
る。しかし、従来の低温成長においては、成長の自己停
止機能がないため、基板上で過剰な析出反応が局部的に
生じるなど、原子層単位の膜厚制御の再現性は悪い。ま
た、結晶性も低下する。
て、低温で熱分解させ、シリコン原子を活性化させて５
００℃以下の低温で結晶成長させる例も報告されてい
る。しかし、従来の低温成長においては、成長の自己停
止機能がないため、基板上で過剰な析出反応が局部的に
生じるなど、原子層単位の膜厚制御の再現性は悪い。ま
た、結晶性も低下する。
【００１１】これとは別に、閾値温度以下では、原料ガ
スの熱分解がおきず結晶成長が生じないことを利用し
て、基板を所定の高温に保持する時間のみ結晶成長させ
て膜厚を制御するシリコンやゲルマニウムの原子層成長
が知られている。このプロセス例を図２に示す。
スの熱分解がおきず結晶成長が生じないことを利用し
て、基板を所定の高温に保持する時間のみ結晶成長させ
て膜厚を制御するシリコンやゲルマニウムの原子層成長
が知られている。このプロセス例を図２に示す。
【００１２】図２は、原料ガスにＳｉ3 Ｈ8 を用いた場
合のガス分圧とＳｉ基板温度の時間的変化を示す図であ
る。まず、真空排気された反応室内に設置されたＳｉ基
板上に１０-5気圧程度のＳｉ3 Ｈ8 ガスを所定の短時間
導入する。
合のガス分圧とＳｉ基板温度の時間的変化を示す図であ
る。まず、真空排気された反応室内に設置されたＳｉ基
板上に１０-5気圧程度のＳｉ3 Ｈ8 ガスを所定の短時間
導入する。
【００１３】この時、基板温度は２５０℃の低温に保持
されているため、Ｓｉ3 Ｈ8 の熱分解はほとんど起き
ず、Ｓｉ基板上に結晶成長は生じない。しかし、Ｓｉ基
板表面にＳｉ3 Ｈ8 分子が吸着する。表面が水素で覆わ
れると吸着は停止する。
されているため、Ｓｉ3 Ｈ8 の熱分解はほとんど起き
ず、Ｓｉ基板上に結晶成長は生じない。しかし、Ｓｉ基
板表面にＳｉ3 Ｈ8 分子が吸着する。表面が水素で覆わ
れると吸着は停止する。
【００１４】次に、Ｓｉ3 Ｈ8 ガスを排気後、基板温度
を約５００℃に上昇する。Ｓｉ3 Ｈ 8 の熱分解温度は４
００℃以下であり、Ｓｉ基板上に吸着していたＳｉ3 Ｈ
8 分子が熱分解を始め、水素が脱離してＳｉ原子層が基
板上に結晶成長する。
を約５００℃に上昇する。Ｓｉ3 Ｈ 8 の熱分解温度は４
００℃以下であり、Ｓｉ基板上に吸着していたＳｉ3 Ｈ
8 分子が熱分解を始め、水素が脱離してＳｉ原子層が基
板上に結晶成長する。
【００１５】Ｓｉ基板を２５０℃まで自然冷却後、再び
Ｓｉ3 Ｈ8 ガスを所定の短時間導入し、排気後加熱する
プロセスを所定回繰り返せば、所定の原子層厚を有する
Ｓｉ超薄膜が得られる。
Ｓｉ3 Ｈ8 ガスを所定の短時間導入し、排気後加熱する
プロセスを所定回繰り返せば、所定の原子層厚を有する
Ｓｉ超薄膜が得られる。
【００１６】原料ガスは、１分子中に水素原子をより多
く含むものほど低温で分解する。Ｓｉ3 Ｈ8 に代えてジ
シラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用いると、成長温度は６００℃
に上昇する。この他、モノシラン、ジクロールシラン等
を原料ガスとして用いることもできる。
く含むものほど低温で分解する。Ｓｉ3 Ｈ8 に代えてジ
シラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用いると、成長温度は６００℃
に上昇する。この他、モノシラン、ジクロールシラン等
を原料ガスとして用いることもできる。
【００１７】図２のような基板温度変化による膜厚の原
子層単位制御は、ゲルマニウムの場合にも用いられる。
この場合は、原料ガスにモノゲルマン（ＧｅＨ4 ）等の
水素化物やジエチルゲルマン、ジメチルゲルマンなどの
有機化合物等が用いられる。Ｇｅの成長温度は４５０℃
程度であり、一般にＳｉより低い。
子層単位制御は、ゲルマニウムの場合にも用いられる。
この場合は、原料ガスにモノゲルマン（ＧｅＨ4 ）等の
水素化物やジエチルゲルマン、ジメチルゲルマンなどの
有機化合物等が用いられる。Ｇｅの成長温度は４５０℃
程度であり、一般にＳｉより低い。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
基板温度変化による原料ガスの熱分解速度差を利用すれ
ば、化合物半導体の場合のように自己停止機能を持たな
いシリコンやゲルマニウムの場合でも、単原子層膜厚制
御が可能である。
基板温度変化による原料ガスの熱分解速度差を利用すれ
ば、化合物半導体の場合のように自己停止機能を持たな
いシリコンやゲルマニウムの場合でも、単原子層膜厚制
御が可能である。
【００１９】しかし、図２に示すように、この方法では
基板温度の上昇、下降の時間が必要である。特に基板の
冷却（温度下降）に要する時間が長くなるため、実用性
が低い。
基板温度の上昇、下降の時間が必要である。特に基板の
冷却（温度下降）に要する時間が長くなるため、実用性
が低い。
【００２０】本発明の目的は、成長の所要時間が短く、
結晶性に優れたシリコン系半導体の単原子層を、再現性
よく基板上に堆積する実用性の高い半導体結晶の製造方
法を提供することである。
結晶性に優れたシリコン系半導体の単原子層を、再現性
よく基板上に堆積する実用性の高い半導体結晶の製造方
法を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】成長の所要時間を短縮
し、成長を１原子層単位で制御する自己停止機能を付与
するために、異なる波長を有する２つの光源からの放出
光を利用する。
し、成長を１原子層単位で制御する自己停止機能を付与
するために、異なる波長を有する２つの光源からの放出
光を利用する。
【００２２】すなわち、本発明の半導体結晶の成長方法
は、シリコン水素化物を原料ガスとして成長装置の反応
室内に導入し、反応室内で原料ガスを分解して加熱した
基板上にシリコンの結晶を堆積する気相成長法におい
て、成長装置のガス導入経路から所定のシリコンの原料
ガスを反応室内に所定量導入する第１の工程と、第１の
光源から放出される紫外光を基板は照射しない状態で前
記反応室内の原料ガスに照射し、当該基板上に水素化シ
リコン反応種を層状に吸着させる第２の工程と、反応室
への原料ガス導入を停止し、反応室内の水素を含む原料
ガスを排出する第３の工程と、前記基板上に第２の光源
から放出される１４０ｎｍ以下の波長の紫外光を照射し
て前記吸着反応種から水素を脱離させ、以て基板上にシ
リコン結晶層を成長せしめる第４の工程とを含む。
は、シリコン水素化物を原料ガスとして成長装置の反応
室内に導入し、反応室内で原料ガスを分解して加熱した
基板上にシリコンの結晶を堆積する気相成長法におい
て、成長装置のガス導入経路から所定のシリコンの原料
ガスを反応室内に所定量導入する第１の工程と、第１の
光源から放出される紫外光を基板は照射しない状態で前
記反応室内の原料ガスに照射し、当該基板上に水素化シ
リコン反応種を層状に吸着させる第２の工程と、反応室
への原料ガス導入を停止し、反応室内の水素を含む原料
ガスを排出する第３の工程と、前記基板上に第２の光源
から放出される１４０ｎｍ以下の波長の紫外光を照射し
て前記吸着反応種から水素を脱離させ、以て基板上にシ
リコン結晶層を成長せしめる第４の工程とを含む。
【００２３】
【作用】前記第２の工程で用いられる第１の光源からの
放出光は、シリコンの原料ガスを単原子層成長に有利な
ラジカル等の反応種に分解する作用をする。この反応種
はシリコン表面に吸着し、その表面は水素で終端化され
る。シリコン表面は、水素で終端されていれば成長速度
は極めて小さい。
放出光は、シリコンの原料ガスを単原子層成長に有利な
ラジカル等の反応種に分解する作用をする。この反応種
はシリコン表面に吸着し、その表面は水素で終端化され
る。シリコン表面は、水素で終端されていれば成長速度
は極めて小さい。
【００２４】ただし、この第１の光源からの光をシリコ
ン表面に当てるとクラスタを発生させたり、連続成長を
生じさせたりする。単原子層成長を実現するためには、
第１の光源からの光をシリコン表面に当ててはならな
い。
ン表面に当てるとクラスタを発生させたり、連続成長を
生じさせたりする。単原子層成長を実現するためには、
第１の光源からの光をシリコン表面に当ててはならな
い。
【００２５】前記第４の工程で用いられる第２の光源か
らの放出光は、基板２表面に終端した水素を脱離させる
ことによって、シリコンの単原子層を基板上に成長させ
る作用をする。水素脱離反応は、短時間で終了する。こ
の自己停止機能を完全に働かせるためには、前記第１お
よび第２の工程において基板への第１の光源からの光照
射を避けることが重要である。
らの放出光は、基板２表面に終端した水素を脱離させる
ことによって、シリコンの単原子層を基板上に成長させ
る作用をする。水素脱離反応は、短時間で終了する。こ
の自己停止機能を完全に働かせるためには、前記第１お
よび第２の工程において基板への第１の光源からの光照
射を避けることが重要である。
【００２６】本発明の２光源照射法によって、下地結晶
上で生じる水素脱離結晶化反応が単純化され、結晶性の
高い単結晶層が短時間の成長サイクルで得られる。ま
た、特定の光化学反応が選択的に活性化されるので、低
温でも速やかに反応が促進される。この結果、ヘテロ接
合界面での相互拡散が抑制されて、鋭い組成変化が得ら
れる。
上で生じる水素脱離結晶化反応が単純化され、結晶性の
高い単結晶層が短時間の成長サイクルで得られる。ま
た、特定の光化学反応が選択的に活性化されるので、低
温でも速やかに反応が促進される。この結果、ヘテロ接
合界面での相互拡散が抑制されて、鋭い組成変化が得ら
れる。
【００２７】２光源照射法を、シリコンとゲルマニウム
の超格子構造作成に用いることもできる。原料ガスをシ
リコン水素化物およびキャリアガスとする第１の基本単
位プロセスと、原料ガスをゲルマニウム水素化物および
キャリアガスとする第２の基本単位プロセスとを交互
に、あるいは所定の比率で繰り返すことによって、各原
子層がシリコンまたはゲルマニウムのみからなる「層秩
序型」のシリコンゲルマニウム混晶層をシリコン基板上
に堆積することができる。
の超格子構造作成に用いることもできる。原料ガスをシ
リコン水素化物およびキャリアガスとする第１の基本単
位プロセスと、原料ガスをゲルマニウム水素化物および
キャリアガスとする第２の基本単位プロセスとを交互
に、あるいは所定の比率で繰り返すことによって、各原
子層がシリコンまたはゲルマニウムのみからなる「層秩
序型」のシリコンゲルマニウム混晶層をシリコン基板上
に堆積することができる。
【００２８】このような「層秩序型」混晶では、さらに
結晶格子を構成する原子の無秩序性が消減するので、合
金散乱が低減し、高い電子移動度を得る可能性が生じ
る。相互拡散によって厳密な層秩序が失われても実質的
な混晶を得ることができる。
結晶格子を構成する原子の無秩序性が消減するので、合
金散乱が低減し、高い電子移動度を得る可能性が生じ
る。相互拡散によって厳密な層秩序が失われても実質的
な混晶を得ることができる。
【００２９】以下、本発明を実施例に基づいてより詳し
く説明する。
く説明する。
【００３０】
【実施例】図１は、本発明の実施例によりシリコンの結
晶成長を行うために用いる気相成長装置の構成概略図で
ある。
晶成長を行うために用いる気相成長装置の構成概略図で
ある。
【００３１】成長装置の反応室１には、ガス導入経路
３、ガス排気経路４、低圧水銀ランプ等１８０ｎｍ付近
の波長光を発生する第１の光源５からの放出光を取り込
むための合成石英窓８および水素放電管等１４０ｎｍ以
下の波長光を発生する第２の光源６からの放出光を取り
込むための弗化リチウム窓９と基板加熱用ヒータ７が備
えられている。
３、ガス排気経路４、低圧水銀ランプ等１８０ｎｍ付近
の波長光を発生する第１の光源５からの放出光を取り込
むための合成石英窓８および水素放電管等１４０ｎｍ以
下の波長光を発生する第２の光源６からの放出光を取り
込むための弗化リチウム窓９と基板加熱用ヒータ７が備
えられている。
【００３２】反応室１を含む成長装置は極めて気密性が
高く、特に酸素化合物からなる残留ガス（酸素、水分、
１酸化炭素、２酸化炭素など）が、極力低濃度に抑制さ
れている。この条件は６００℃以下、特に５００℃以下
でのＳｉ超薄膜成長に不可欠である。
高く、特に酸素化合物からなる残留ガス（酸素、水分、
１酸化炭素、２酸化炭素など）が、極力低濃度に抑制さ
れている。この条件は６００℃以下、特に５００℃以下
でのＳｉ超薄膜成長に不可欠である。
【００３３】（００１）面Ｓｉウエハを硫酸、過酸化水
素水の混液によって表面酸化後、弗化水素酸水溶液中で
酸化膜を除去し、乾燥させた。これをＳｉ基板２として
上記反応室１内の基板加熱ヒータ７上に設置し、いった
ん高真空下に保持する。
素水の混液によって表面酸化後、弗化水素酸水溶液中で
酸化膜を除去し、乾燥させた。これをＳｉ基板２として
上記反応室１内の基板加熱ヒータ７上に設置し、いった
ん高真空下に保持する。
【００３４】次に、成長前処理として、Ｓｉ基板２を９
００℃に加熱し、ガス導入経路３から超高純度水素ガス
を１０ｍｍＨｇの分圧で反応室１内に導入して、約１０
分間酸化膜除去の加熱処理をする。そのまま基板温度を
約４５０℃まで自然冷却し、この温度に保持する。冷却
過程で反応室１内は高真空に排気される。
００℃に加熱し、ガス導入経路３から超高純度水素ガス
を１０ｍｍＨｇの分圧で反応室１内に導入して、約１０
分間酸化膜除去の加熱処理をする。そのまま基板温度を
約４５０℃まで自然冷却し、この温度に保持する。冷却
過程で反応室１内は高真空に排気される。
【００３５】図３は、Ｓｉ超薄膜の気相成長時における
各実験条件の時間変化を示す。まず、反応室１内へガス
導入経路３から原料ガスのＳｉ2 Ｈ6 およびキャリアガ
スのＨ2 を１０秒間導入する。この時、基板設置領域上
部空間には、Ｓｉ基板２が照射されない角度で第１の光
源、すなわち低圧水銀ランプ５よりピーク波長１８４ｎ
ｍの輝線を含む紫外光が合成石英窓８を経て照射されて
いる。
各実験条件の時間変化を示す。まず、反応室１内へガス
導入経路３から原料ガスのＳｉ2 Ｈ6 およびキャリアガ
スのＨ2 を１０秒間導入する。この時、基板設置領域上
部空間には、Ｓｉ基板２が照射されない角度で第１の光
源、すなわち低圧水銀ランプ５よりピーク波長１８４ｎ
ｍの輝線を含む紫外光が合成石英窓８を経て照射されて
いる。
【００３６】通常、Ｓｉ2 Ｈ6 ガスは、４５０℃では熱
分解速度が非常に小さい。しかし、低圧水銀ランプの１
８４ｎｍ付近の紫外光を吸収するとラジカル等の反応種
に分解し、これがＳｉ基板に上に１層吸着する。
分解速度が非常に小さい。しかし、低圧水銀ランプの１
８４ｎｍ付近の紫外光を吸収するとラジカル等の反応種
に分解し、これがＳｉ基板に上に１層吸着する。
【００３７】原料ガス分圧が高いと、この時多層状ある
いは塊状析出が起きるが、分圧が１０-4気圧以下に保持
されていれば、単層吸着にとどまる。Ｓｉ基板２表面に
吸着した反応種は水素で終端されており、さらに析出が
進むにはこの水素を脱離させる必要がある。
いは塊状析出が起きるが、分圧が１０-4気圧以下に保持
されていれば、単層吸着にとどまる。Ｓｉ基板２表面に
吸着した反応種は水素で終端されており、さらに析出が
進むにはこの水素を脱離させる必要がある。
【００３８】次に、バルブ１２を開きガス排気経路４を
活用して、５秒間反応室１内を急速排気する。この結
果、反応室１内の真空度は１ｍｍＨｇ以下となる。ガス
排気系は、ターボ分子ポンプ１０およびロータリーポン
プ１１からなる。
活用して、５秒間反応室１内を急速排気する。この結
果、反応室１内の真空度は１ｍｍＨｇ以下となる。ガス
排気系は、ターボ分子ポンプ１０およびロータリーポン
プ１１からなる。
【００３９】しかる後、基板上部に設けられたゲートバ
ルブ１３を１５秒間だけ開き、第２の光源、すなわち水
素放電管６からの短波長紫外線をＳｉ基板２に照射す
る。この紫外線にはピーク波長１２０ｎｍ付近の紫外線
等波長１４０ｎｍ以下の遠紫外成分が含まれており、基
板に吸着した反応種に吸収される。
ルブ１３を１５秒間だけ開き、第２の光源、すなわち水
素放電管６からの短波長紫外線をＳｉ基板２に照射す
る。この紫外線にはピーク波長１２０ｎｍ付近の紫外線
等波長１４０ｎｍ以下の遠紫外成分が含まれており、基
板に吸着した反応種に吸収される。
【００４０】この結果、Ｓｉ基板２表面を終端していた
水素は活性化して脱離し、分解した反応種のＳｉ原子が
Ｓｉ基板２表面にＳｉ単原子層として残る。基板温度４
５０℃では、加熱効果のみによる水素脱離反応速度は極
めて小さく、成長過程においては事実上無視できる。な
お、排気工程は水素を含むガスを排出できればよく、窒
素、不活性ガス雰囲気で真空を置換してもよい。また、
第２の光源としてＳＯＲ光を用いることもできる。
水素は活性化して脱離し、分解した反応種のＳｉ原子が
Ｓｉ基板２表面にＳｉ単原子層として残る。基板温度４
５０℃では、加熱効果のみによる水素脱離反応速度は極
めて小さく、成長過程においては事実上無視できる。な
お、排気工程は水素を含むガスを排出できればよく、窒
素、不活性ガス雰囲気で真空を置換してもよい。また、
第２の光源としてＳＯＲ光を用いることもできる。
【００４１】以上の工程を、結晶製造プロセスの基本単
位とし、このプロセスを繰り返すことによって、Ｓｉ基
板２上に成長したＳｉエピタキシャル層の膜厚を測定し
た。プロセス基本単位回数とエピタキシャル層膜厚の関
係を図４に示す。
位とし、このプロセスを繰り返すことによって、Ｓｉ基
板２上に成長したＳｉエピタキシャル層の膜厚を測定し
た。プロセス基本単位回数とエピタキシャル層膜厚の関
係を図４に示す。
【００４２】図４のデータは、エピタキシャル層の膜厚
がプロセス基本単位回数にリニアに比例し、１回のプロ
セス基本単位によって約１．４ＡのＳｉ層、すなわちＳ
ｉの１原子層が成長することを示している。
がプロセス基本単位回数にリニアに比例し、１回のプロ
セス基本単位によって約１．４ＡのＳｉ層、すなわちＳ
ｉの１原子層が成長することを示している。
【００４３】Ｓｉ（１００）面上にＳｉおよびＧｅの交
互層を形成することもできる。上述の実施例の場合、成
長温度は約４５０℃である。このままＧｅ／Ｓｉ交互層
を成長する場合、４５０℃ではＧｅ水素化物は熱分解し
て結晶成長する。層厚を制御するには、たとえばＧｅ原
料の供給量を制限し、ＭＢＥ的に成長膜厚を制御すれば
よい。なお、さらに成長温度を下げればＧｅ成長にも自
己停止機能を与えることができる。
互層を形成することもできる。上述の実施例の場合、成
長温度は約４５０℃である。このままＧｅ／Ｓｉ交互層
を成長する場合、４５０℃ではＧｅ水素化物は熱分解し
て結晶成長する。層厚を制御するには、たとえばＧｅ原
料の供給量を制限し、ＭＢＥ的に成長膜厚を制御すれば
よい。なお、さらに成長温度を下げればＧｅ成長にも自
己停止機能を与えることができる。
【００４４】図５はこの場合に用いられる各実験条件の
時間的変化を示す。成長は、図１の成長装置を用いて行
い、前処理後のＳｉ基板２の保持温度（成長温度）はな
るべく低く、たとえば４００℃とする。
時間的変化を示す。成長は、図１の成長装置を用いて行
い、前処理後のＳｉ基板２の保持温度（成長温度）はな
るべく低く、たとえば４００℃とする。
【００４５】まず、反応室１内にガス導入経路３からＳ
ｉ3 Ｈ8 と水素キャリアを導入し、紫外光を照射してラ
ジカル等の反応種を生成させ、Ｓｉ基板２上に１層堆積
する。
ｉ3 Ｈ8 と水素キャリアを導入し、紫外光を照射してラ
ジカル等の反応種を生成させ、Ｓｉ基板２上に１層堆積
する。
【００４６】次いて、高速排気後、短波長の紫外光を基
板に照射し、水素脱離を生じさせる（以上第１のプロセ
ス基本単位）。ガス導入経路３からＧｅＨ4 ガスと水素
キャリアを所定量反応室１内に導入し、所定波長の紫外
光を照射して、ラジカル等の反応種を生成させ、Ｓｉ基
板２上に吸着させる。再び高速排気後、Ｓｉ基板２によ
り短波長の紫外光を照射する。この結果、ゲルマニウム
反応種から水素脱離が生じ、Ｓｉ上にＧｅの超薄膜が成
長する（以上、第２のプロセス基本単位）。
板に照射し、水素脱離を生じさせる（以上第１のプロセ
ス基本単位）。ガス導入経路３からＧｅＨ4 ガスと水素
キャリアを所定量反応室１内に導入し、所定波長の紫外
光を照射して、ラジカル等の反応種を生成させ、Ｓｉ基
板２上に吸着させる。再び高速排気後、Ｓｉ基板２によ
り短波長の紫外光を照射する。この結果、ゲルマニウム
反応種から水素脱離が生じ、Ｓｉ上にＧｅの超薄膜が成
長する（以上、第２のプロセス基本単位）。
【００４７】第１のプロセス基本単位と第２のプロセス
基本範囲を所定回数繰り返せば、所定厚さのＳｉ／Ｇｅ
交互単原子層が成長できる。以上実施例に沿って本発明
を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではな
い。たとえば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能
なことは当業者に自明であろう。
基本範囲を所定回数繰り返せば、所定厚さのＳｉ／Ｇｅ
交互単原子層が成長できる。以上実施例に沿って本発明
を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではな
い。たとえば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能
なことは当業者に自明であろう。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シリコン結晶を短時間のうちに原子層単位で精密に厚さ
制御して製造できる。
シリコン結晶を短時間のうちに原子層単位で精密に厚さ
制御して製造できる。
【００４９】また、シリコンとゲルマニウムの積層構造
が容易に得られるようになる。
が容易に得られるようになる。
【図１】本発明の実施例で用いるＳｉ系半導体の気相成
長装置の概略図である。
長装置の概略図である。
【図２】従来の技術によるＳｉ単原子層成長のための実
験条件の時間的変化を示すグラフである。
験条件の時間的変化を示すグラフである。
【図３】本発明の１実施例におけるＳｉ単原子層成長の
ための実験条件の時間的変化を示すグラフである。
ための実験条件の時間的変化を示すグラフである。
【図４】図３の実験条件下で得られたＳｉエピタキシャ
ル層の膜厚データを示すグラフである。
ル層の膜厚データを示すグラフである。
【図５】本発明の他の実施例におけるＳｉ／Ｇｅ超格子
構造製造時の時間的変化を示すグラフである。
構造製造時の時間的変化を示すグラフである。
１ 成長装置の反応室 ２ Ｓｉ基板 ３ ガス導入経路 ４ ガス排気経路 ５ 第１の光源（低圧水銀ランプ） ６ 第２の光源（水素放電管） ７ 基板加熱用ヒータ ８ 合成石英窓 ９ 弗化リチウム窓 １０ ターボ分子ポンプ １１ ロータリーポンプ １２ バルブ １３ ゲートバルブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/263 8617−4Ｍ
Claims (4)
- 【請求項１】 シリコン水素化物を原料ガスとして成長
装置の反応室内に導入し、反応室内で原料ガスを分解し
て加熱した基板上にシリコンの結晶を堆積する気相成長
法において、 成長装置のガス導入経路（３）から所定のシリコンの原
料ガスを反応室（１）内に所定量導入する第１の工程
と、 第１の光源（５）から放出される紫外光を選択的に前記
反応室内の原料ガスに照射し、当該基板（２）上に水素
化シリコン反応種を層状に吸着させる第２の工程と、 反応室への原料ガス導入を停止し、反応室（１）内の水
素を含む原料ガスを排出する第３の工程と、 前記基板（２）上に第２の光源（６）からの紫外光を照
射して前記吸着反応種から水素を脱離させ、以て基板
（２）上にシリコン結晶層を成長せしめる第４の工程と
を含む半導体結晶の製造方法。 - 【請求項２】 前記第３の工程は、１ｍｍＴｏｒｒ以下
の真空または不活性ガスないしは窒素ガスの雰囲気を形
成する請求項１記載の半導体結晶の製造方法。 - 【請求項３】 さらに反応室（１）内にゲルマニウムの
水素化物とキャリアガスを導入し、ゲルマニウムの結晶
層を成長させる工程を含む請求項１ないし２記載の半導
体結晶の製造方法。 - 【請求項４】 前記第１〜第４の工程が５００℃以下の
ほぼ一定な基板温度で行われる請求項１〜３のいずれか
に記載の半導体結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4052798A JPH05259089A (ja) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | 半導体結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4052798A JPH05259089A (ja) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | 半導体結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05259089A true JPH05259089A (ja) | 1993-10-08 |
Family
ID=12924861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4052798A Withdrawn JPH05259089A (ja) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | 半導体結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05259089A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004308007A (ja) * | 2003-04-05 | 2004-11-04 | Rohm & Haas Electronic Materials Llc | 有機金属化合物 |
-
1992
- 1992-03-11 JP JP4052798A patent/JPH05259089A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004308007A (ja) * | 2003-04-05 | 2004-11-04 | Rohm & Haas Electronic Materials Llc | 有機金属化合物 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990518 |