JPH0616490B2 - 半導体の気相成長方法 - Google Patents
半導体の気相成長方法Info
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- JPH0616490B2 JPH0616490B2 JP4666286A JP4666286A JPH0616490B2 JP H0616490 B2 JPH0616490 B2 JP H0616490B2 JP 4666286 A JP4666286 A JP 4666286A JP 4666286 A JP4666286 A JP 4666286A JP H0616490 B2 JPH0616490 B2 JP H0616490B2
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- Japan
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- semiconductor
- group
- fluoride
- substrate
- growth
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体の気相成長方法に関する。
４族元素からなる半導体として代表的なものにシリコン
（Si）がある。Siの薄膜成長は、シラン（SiH4）の熱分
解を用いた気相成長法が多く用いられている。この方法
は成長速度が大きいため集積回路用の成長方法として優
れた方法である。
（Si）がある。Siの薄膜成長は、シラン（SiH4）の熱分
解を用いた気相成長法が多く用いられている。この方法
は成長速度が大きいため集積回路用の成長方法として優
れた方法である。
〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、近年バイポーラトランジスタの高性能化の要求
や極めて薄い膜を利用した高速デバイスの要求が高まっ
ており、このため極めて薄いシリコン膜を高精度で膜厚
制御する必要が生じている。このような成長には従来の
SiH4の熱分解気相成長法は対応することが困難であると
いう問題点がある。
や極めて薄い膜を利用した高速デバイスの要求が高まっ
ており、このため極めて薄いシリコン膜を高精度で膜厚
制御する必要が生じている。このような成長には従来の
SiH4の熱分解気相成長法は対応することが困難であると
いう問題点がある。
サントラ等は特許公報昭６０−２１９５５において化合
物薄膜の原子層成長方法を示している。しかしこの方法
は、異種元素を含む化合物の成長に対し限られており単
元素の薄膜形成には応用できない。
物薄膜の原子層成長方法を示している。しかしこの方法
は、異種元素を含む化合物の成長に対し限られており単
元素の薄膜形成には応用できない。
本発明の目的は、４族元素のフッ化物のガスと水素化物
ガスを交互に供給することにより、半導体基板表面に極
めて薄い膜からなる半導体を形成する気相成長方法を提
供するところにある。
ガスを交互に供給することにより、半導体基板表面に極
めて薄い膜からなる半導体を形成する気相成長方法を提
供するところにある。
〔発明の構成〕 本発明の半導体の気相成長方法は４族元素のフッ化物ガ
ス中に半導体基板表面をさらす第１の工程と、４族元素
のフッ化物ガス中に前記半導体基板表面をさらす第２の
工程とを含んで構成される。
ス中に半導体基板表面をさらす第１の工程と、４族元素
のフッ化物ガス中に前記半導体基板表面をさらす第２の
工程とを含んで構成される。
まず、第１の工程として４族元素Xのフッ化物XF4ガス中
に半導体基板表面をさらすと、フッ化物XF4はその表面
に単分子吸着する。第２の工程で水素化物XH4ガスを導
入すると吸着しているフッ化物XF4と水素化物XF4間に次
の(1)式の置換反応が生じ４族元素半導体が半導体基板
表面に成長する。
に半導体基板表面をさらすと、フッ化物XF4はその表面
に単分子吸着する。第２の工程で水素化物XH4ガスを導
入すると吸着しているフッ化物XF4と水素化物XF4間に次
の(1)式の置換反応が生じ４族元素半導体が半導体基板
表面に成長する。
▲XF4 *▼+XH4→2X*+4HF…(1) ここで星印＊は、半導体基板表面に付着した状態を意味
する。
する。
反応の結果生成するフッ酸HFは半導体基板表面から脱離
する。この置換反応は熱エネルギーの他、光エネルギー
の吸収によって促進されるため、特定の波長の光を照射
することにより半導体基板表面のフッ化物XF4の吸着に
は影響を与えないで、上記(1)式の置換反応のみを促進
することが可能となる。
する。この置換反応は熱エネルギーの他、光エネルギー
の吸収によって促進されるため、特定の波長の光を照射
することにより半導体基板表面のフッ化物XF4の吸着に
は影響を与えないで、上記(1)式の置換反応のみを促進
することが可能となる。
成長した４族半導体表面に、雰囲気中に残存する第２の
工程で導入した水素化物XH4が吸着する場合（低温成
長）と、吸着しない場合（高温成長）とがある。
工程で導入した水素化物XH4が吸着する場合（低温成
長）と、吸着しない場合（高温成長）とがある。
吸着しない場合は、次いでフッ化物XF4ガスを再び導入
するとフッ化物XF4が吸着し、更に水素化物XH4ガスの導
入で前記(1)式の反応により４族半導体が再び成長す
る。すなわち第１の工程と第２の工程の繰返しの度に２
原子層の４族半導体が成長する。
するとフッ化物XF4が吸着し、更に水素化物XH4ガスの導
入で前記(1)式の反応により４族半導体が再び成長す
る。すなわち第１の工程と第２の工程の繰返しの度に２
原子層の４族半導体が成長する。
一方、成長した４族半導体表面に第２工程で導入した水
素化物XH4が吸着する場合には、フッ化物XF4を導入する
と次の(2)式の置換反応によって４族元素半導体が再び
半導体基板表面に成長する。
素化物XH4が吸着する場合には、フッ化物XF4を導入する
と次の(2)式の置換反応によって４族元素半導体が再び
半導体基板表面に成長する。
▲XH4 *▼+XF4→2X*+4HF…(2) この場合も特定の波長の光照射は、置換反応促進に有効
である。
である。
上記(2)式の反応が終了すると直ちにフッ化物XF4が４族
元素半導体表面に吸着する為に、次に水素化物XH4を導
入すると、最初に述べた(1)式の反応によって４族半導
体が再び付着し成長する。したがって、この場合には第
１の工程と第２の工程及び２回目の第１の工程とにより
４原子層の４族半導体が成長することになる。
元素半導体表面に吸着する為に、次に水素化物XH4を導
入すると、最初に述べた(1)式の反応によって４族半導
体が再び付着し成長する。したがって、この場合には第
１の工程と第２の工程及び２回目の第１の工程とにより
４原子層の４族半導体が成長することになる。
次に本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第３図は４族元素半導体としてSiを本発明の方法で成長
するのに用いた装置の概要を示す図である。
するのに用いた装置の概要を示す図である。
真空容器１内に設置されるSi基板２は台３上に設置さ
れ、台３の温度は一定に制御されるようになっている。
Si基板２表面にはフッ化シリコンSiF4おびシランSiH4が
それぞれ独立に導入できるようになっている。またSi基
板２の表面には上方の窓４を通して光５が照射できるよ
うに構成されている。
れ、台３の温度は一定に制御されるようになっている。
Si基板２表面にはフッ化シリコンSiF4おびシランSiH4が
それぞれ独立に導入できるようになっている。またSi基
板２の表面には上方の窓４を通して光５が照射できるよ
うに構成されている。
第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施例を説明す
る為の図である。
る為の図である。
まず、第３図に示した装置の真空容器１の内部を排気
し、１×１０-8パスカルの真空度とする。次いで第１の
工程としてフッ化シリコンSiF4を導入し、１×１０-2パ
スカルの真空度に保つ。この間に第１図（ａ）に示すよ
うにSi基板２の表面にはSiF4が単層吸着する。吸着量
は、基板温度が４００℃のとき約１秒後にはほとんど飽
和値に達する。次いでSiF4の供給をとめると、装置内部
は排気され、３０秒後には１×１０-7パスカルに到達す
る。
し、１×１０-8パスカルの真空度とする。次いで第１の
工程としてフッ化シリコンSiF4を導入し、１×１０-2パ
スカルの真空度に保つ。この間に第１図（ａ）に示すよ
うにSi基板２の表面にはSiF4が単層吸着する。吸着量
は、基板温度が４００℃のとき約１秒後にはほとんど飽
和値に達する。次いでSiF4の供給をとめると、装置内部
は排気され、３０秒後には１×１０-7パスカルに到達す
る。
ここで第２の工程としてシランSiH4を１×１０-2パスカ
ルの真空度になるように導入すると、第１図（ｂ）に示
すようなシランの吸着過程を経て次の(3)式の置換反応
が生じる。
ルの真空度になるように導入すると、第１図（ｂ）に示
すようなシランの吸着過程を経て次の(3)式の置換反応
が生じる。
▲SiF4 *▼+SiH4→2Si*+4HF…(3) 生じたフッ酸HFは直ちに排気される。そしてSi基板２上
には第１図（ｃ）に示すように２原子層のSiが成長す
る。この成長では、置換反応を促進するための紫外光を
表面に照射した。光照射なしでもSiの成長は行われるが
光照射により成長したSiの品質は向上した。
には第１図（ｃ）に示すように２原子層のSiが成長す
る。この成長では、置換反応を促進するための紫外光を
表面に照射した。光照射なしでもSiの成長は行われるが
光照射により成長したSiの品質は向上した。
次に、第１図（ｃ）に示したようにSi基板上にSiを成長
させた後シランSiH4の供給をとめ、真空容器１内の進行
度が１×１０-7パスカルとなるように排気した後、再び
フッ化シリコンSiF4を、次でシランSiH4を導入すれば、
再び第１図（ａ）〜（ｃ）の過程を経て、シリコンが更
に成長する。すなわち、第１の工程と第２の工程を交互
に繰り返すことにより所望の厚さのSi膜をSi基板上に形
成できる。
させた後シランSiH4の供給をとめ、真空容器１内の進行
度が１×１０-7パスカルとなるように排気した後、再び
フッ化シリコンSiF4を、次でシランSiH4を導入すれば、
再び第１図（ａ）〜（ｃ）の過程を経て、シリコンが更
に成長する。すなわち、第１の工程と第２の工程を交互
に繰り返すことにより所望の厚さのSi膜をSi基板上に形
成できる。
一方、基板温度を２００℃と低温に保って成長すると成
長速度は初期において増大する。この機構を第２図
（ａ）〜（ｆ）に示す第２の実施例を用いて説明する。
長速度は初期において増大する。この機構を第２図
（ａ）〜（ｆ）に示す第２の実施例を用いて説明する。
第２図（ａ）〜（ｃ）までの過程は第１図（ａ）〜
（ｃ）と同一である。しかし、この場合はSi基板温度が
低いために、第２の工程が終了した時点で第２図（ｄ）
に示すように成長した２原子層のSi表面上にシランSiH4
が単層吸着する。
（ｃ）と同一である。しかし、この場合はSi基板温度が
低いために、第２の工程が終了した時点で第２図（ｄ）
に示すように成長した２原子層のSi表面上にシランSiH4
が単層吸着する。
真空容器内の排気後２回目の第１の工程としてフッ化シ
リコンSiF4を導入するとSiF4は第２図（ｅ）に示すよう
にSiH4層上に吸着する過程を経て次の(4)式の置換反応
により第２図（ｆ）に示すように再び２原子層のSiをSi
基板２の表面に成長させる。
リコンSiF4を導入するとSiF4は第２図（ｅ）に示すよう
にSiH4層上に吸着する過程を経て次の(4)式の置換反応
により第２図（ｆ）に示すように再び２原子層のSiをSi
基板２の表面に成長させる。
▲SiH4 *▼+SiF4→2Si*+4HF…(4) 生じたフッ酸は、直ちに排気される。
このように低温の成長では、ガス供給の第１の工程と第
２の工程及び２回目の第１の工程とにより４原子層のSi
を成長させることができ、第1図（ａ）〜（ｃ）に示し
た高温成長に較べると成長速度は増大する。低温成長で
良質なSi膜を得るためには、紫外光照射が不可欠であっ
た。
２の工程及び２回目の第１の工程とにより４原子層のSi
を成長させることができ、第1図（ａ）〜（ｃ）に示し
た高温成長に較べると成長速度は増大する。低温成長で
良質なSi膜を得るためには、紫外光照射が不可欠であっ
た。
上に述べた実施例では、４族半導体としてSiを用いた場
合について説明したが、導入するガスを変えればゲルマ
ニウム（Ge）、Si-Ge混晶，シリコンカーバイト，ダイ
ヤモンド，スズを成長させることができる。
合について説明したが、導入するガスを変えればゲルマ
ニウム（Ge）、Si-Ge混晶，シリコンカーバイト，ダイ
ヤモンド，スズを成長させることができる。
この時に用いるガスの組みあわせは、（GeF4−GeH4），
（SiF4−GeH4）あるいは（SiF4＋GeF4-SiH4+GeH4），
（SiF4−CH4）あるいは（CF4−SiH4），（CF4−CH4），
（SnF4−SnH4）が適当である。フッ変物のかわりにSiC
l4，Si2Cl6のような塩化物を用いることも可能である
が、得られた結晶の品質はフッ化物を用いた場合にくら
べ劣っていた。
（SiF4−GeH4）あるいは（SiF4＋GeF4-SiH4+GeH4），
（SiF4−CH4）あるいは（CF4−SiH4），（CF4−CH4），
（SnF4−SnH4）が適当である。フッ変物のかわりにSiC
l4，Si2Cl6のような塩化物を用いることも可能である
が、得られた結晶の品質はフッ化物を用いた場合にくら
べ劣っていた。
以上説明したように本発明は、半導体基板表面を４族元
素のフッ化物ガス中と水素化物ガス中に交互にさらすこ
とにより、極めて薄い半導体膜を形成できる効果があ
る。
素のフッ化物ガス中と水素化物ガス中に交互にさらすこ
とにより、極めて薄い半導体膜を形成できる効果があ
る。
第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施例を説明す
る為の図、第２図（ａ）〜（ｆ）は本発明の第２の実施
例を説明する為の図、第３図は本発明の実施例に用いた
装置の概要を示す図である。 １……真空容器、２……Si基板、３……台、４……窓、
５……光。
る為の図、第２図（ａ）〜（ｆ）は本発明の第２の実施
例を説明する為の図、第３図は本発明の実施例に用いた
装置の概要を示す図である。 １……真空容器、２……Si基板、３……台、４……窓、
５……光。
Claims (1)
- 【請求項１】４族元素のフッ化物ガス中に半導体基板表
面をさらす第１の工程と、４族元素の水素化物ガス中に
前記半導体基板表面をさらす第２の工程とを含むことを
特徴とする半導体の気相成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4666286A JPH0616490B2 (ja) | 1986-03-03 | 1986-03-03 | 半導体の気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4666286A JPH0616490B2 (ja) | 1986-03-03 | 1986-03-03 | 半導体の気相成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62203331A JPS62203331A (ja) | 1987-09-08 |
| JPH0616490B2 true JPH0616490B2 (ja) | 1994-03-02 |
Family
ID=12753548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4666286A Expired - Lifetime JPH0616490B2 (ja) | 1986-03-03 | 1986-03-03 | 半導体の気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0616490B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6022273B2 (ja) * | 2012-09-14 | 2016-11-09 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置およびプログラム |
-
1986
- 1986-03-03 JP JP4666286A patent/JPH0616490B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62203331A (ja) | 1987-09-08 |
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