JPH06188197A - 半導体薄膜の選択成長方法 - Google Patents
半導体薄膜の選択成長方法Info
- Publication number
- JPH06188197A JPH06188197A JP33703392A JP33703392A JPH06188197A JP H06188197 A JPH06188197 A JP H06188197A JP 33703392 A JP33703392 A JP 33703392A JP 33703392 A JP33703392 A JP 33703392A JP H06188197 A JPH06188197 A JP H06188197A
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- JP
- Japan
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- substrate
- thin film
- growth
- mask
- temperature
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 成長温度が６００℃以下の低温領域であって
も極めて選択性に優れた半導体薄膜の選択的成長を行う
方法を提供する。 【構成】 縦型の有機金属気相成長装置を用いて、所定
のパターンを形成した基板を、６００℃以下の薄膜成長
温度で、高速に回転しながら、上記基板上に半導体薄膜
の構成元素を含む原料ガスを導入し、上記所定のパター
ンを形成した基板上のマスク材で覆われていない領域に
所望の半導体薄膜を選択的に成長する方法において、上
記基板もしくは基板の支持台の回転数をＲ回／分、上記
基板上に導入する原料ガスの流速をＶｃｍ／秒、および
薄膜成長温度をＴ℃とするとき、次に示す薄膜成長条件
式 Ｖ−５×ＥＸＰ（−２×１０~3×Ｒ−１．５×１０~2×
Ｔ＋９）＞５ を満足させる成長条件下で薄膜の選択的成長を行う。
も極めて選択性に優れた半導体薄膜の選択的成長を行う
方法を提供する。 【構成】 縦型の有機金属気相成長装置を用いて、所定
のパターンを形成した基板を、６００℃以下の薄膜成長
温度で、高速に回転しながら、上記基板上に半導体薄膜
の構成元素を含む原料ガスを導入し、上記所定のパター
ンを形成した基板上のマスク材で覆われていない領域に
所望の半導体薄膜を選択的に成長する方法において、上
記基板もしくは基板の支持台の回転数をＲ回／分、上記
基板上に導入する原料ガスの流速をＶｃｍ／秒、および
薄膜成長温度をＴ℃とするとき、次に示す薄膜成長条件
式 Ｖ−５×ＥＸＰ（−２×１０~3×Ｒ−１．５×１０~2×
Ｔ＋９）＞５ を満足させる成長条件下で薄膜の選択的成長を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体薄膜の有機金属気
相成長（ＭＯＣＶＤ）法に係り、特にマスクを用いて半
導体基板上に、選択的に半導体薄膜を成長するのに好適
な半導体薄膜の選択成長方法に関する。
相成長（ＭＯＣＶＤ）法に係り、特にマスクを用いて半
導体基板上に、選択的に半導体薄膜を成長するのに好適
な半導体薄膜の選択成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＭＯＣＶＤ法を用いて、選択的に半導体
薄膜を成長させる方法として、絶縁膜や金属膜をマスク
として用いる方法（例えば、Y.D.Galeuchet and P.Roen
tgen:J.Crystal Growth,107（1991)，p.147〜150）があ
る。この方法において、半導体薄膜の構成元素を含む原
料ガスは、気相中で熱により分解、あるいは一部分解さ
れた状態で、半導体基板上のマスク材で覆われていない
領域およびマスク材で覆われている領域の両方に供給さ
れる。そして、マスク材で覆われていない半導体基板表
面上に到達した原料ガスは、半導体の持つ触媒作用によ
り分解が促進され、半導体基板表面上において薄膜成長
層に取り込まれる。他方、マスク材で覆われているマス
ク上に到達した原料ガスの一部はマスクに吸着される
が、ある限られた成長条件の下ではマスク上に堆積され
ずに再蒸発する。したがって、マスク上には半導体薄膜
が成長することなく、半導体基板表面が露出している部
分にのみ選択的に半導体薄膜の成長層が形成できること
になる。しかしながら、原料ガスのマスク上への吸着お
よび再蒸発は、成長温度に大きく依存し、低温での成長
においてはマスク上に結晶粒が堆積し成長してしまう。
例えば、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ層を選択成長させ
る際には、通常６００℃以上の薄膜成長温度で成長を行
うのが一般的である。なお、原料ガスのマスクへの吸着
を抑制する方法として原料ガスの導入流速を上げる方法
も考えられるが、縦型反応管を有するＭＯＣＶＤ装置の
場合には、成長温度が６００℃以下の低温成長において
選択性を改善するためには莫大な原料ガス流量が必要に
なると予測され実用的な方法とは言えない。
薄膜を成長させる方法として、絶縁膜や金属膜をマスク
として用いる方法（例えば、Y.D.Galeuchet and P.Roen
tgen:J.Crystal Growth,107（1991)，p.147〜150）があ
る。この方法において、半導体薄膜の構成元素を含む原
料ガスは、気相中で熱により分解、あるいは一部分解さ
れた状態で、半導体基板上のマスク材で覆われていない
領域およびマスク材で覆われている領域の両方に供給さ
れる。そして、マスク材で覆われていない半導体基板表
面上に到達した原料ガスは、半導体の持つ触媒作用によ
り分解が促進され、半導体基板表面上において薄膜成長
層に取り込まれる。他方、マスク材で覆われているマス
ク上に到達した原料ガスの一部はマスクに吸着される
が、ある限られた成長条件の下ではマスク上に堆積され
ずに再蒸発する。したがって、マスク上には半導体薄膜
が成長することなく、半導体基板表面が露出している部
分にのみ選択的に半導体薄膜の成長層が形成できること
になる。しかしながら、原料ガスのマスク上への吸着お
よび再蒸発は、成長温度に大きく依存し、低温での成長
においてはマスク上に結晶粒が堆積し成長してしまう。
例えば、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ層を選択成長させ
る際には、通常６００℃以上の薄膜成長温度で成長を行
うのが一般的である。なお、原料ガスのマスクへの吸着
を抑制する方法として原料ガスの導入流速を上げる方法
も考えられるが、縦型反応管を有するＭＯＣＶＤ装置の
場合には、成長温度が６００℃以下の低温成長において
選択性を改善するためには莫大な原料ガス流量が必要に
なると予測され実用的な方法とは言えない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述したごとく、従来
のマスクを用いて基板上に半導体薄膜を選択的に成長さ
せる場合に、薄膜の成長条件、特に成長温度や総ガス流
量に大きな制約を受けることになる。良好な選択性を得
るための最低温度が存在し、例えばＩｎＧａＡｓの場合
には６００℃以上の高温で成長を行う必要があった。本
発明の目的は、上記従来技術における問題点を解消する
ものであって、マスクを用いて半導体基板上に選択的に
半導体薄膜を成長する方法において、薄膜の成長温度が
６００℃以下の領域であっても、極めて選択性に優れた
半導体薄膜の選択成長方法を提供することにある。
のマスクを用いて基板上に半導体薄膜を選択的に成長さ
せる場合に、薄膜の成長条件、特に成長温度や総ガス流
量に大きな制約を受けることになる。良好な選択性を得
るための最低温度が存在し、例えばＩｎＧａＡｓの場合
には６００℃以上の高温で成長を行う必要があった。本
発明の目的は、上記従来技術における問題点を解消する
ものであって、マスクを用いて半導体基板上に選択的に
半導体薄膜を成長する方法において、薄膜の成長温度が
６００℃以下の領域であっても、極めて選択性に優れた
半導体薄膜の選択成長方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、有機金属気相成長法により半導体基板上に
半導体薄膜を選択的に成長する方法において、上記基板
とは異なる材質からなる所定のパターンを有するマスク
を形成した基板もしくは該基板を載置した保持台の回転
数Ｒ（回／分）と、半導体薄膜の構成元素を含む原料ガ
スの基板上へ導入する流速Ｖ（ｃｍ／秒）および成長温
度Ｔ（℃）が、次に示す薄膜成長条件式 Ｖ−５×ＥＸＰ（−２×１０~3×Ｒ−１．５×１０~2×
Ｔ＋９）＞５ を満足させる条件下で薄膜の選択的成長を行うものであ
る。
するために、有機金属気相成長法により半導体基板上に
半導体薄膜を選択的に成長する方法において、上記基板
とは異なる材質からなる所定のパターンを有するマスク
を形成した基板もしくは該基板を載置した保持台の回転
数Ｒ（回／分）と、半導体薄膜の構成元素を含む原料ガ
スの基板上へ導入する流速Ｖ（ｃｍ／秒）および成長温
度Ｔ（℃）が、次に示す薄膜成長条件式 Ｖ−５×ＥＸＰ（−２×１０~3×Ｒ−１．５×１０~2×
Ｔ＋９）＞５ を満足させる条件下で薄膜の選択的成長を行うものであ
る。
【０００５】
【作用】ＭＯＣＶＤ法により、マスクを設けた基板上に
半導体薄膜を選択的に成長させた場合に、基板もしくは
該基板を載置した保持台の回転数Ｒ（回／分）と、半導
体薄膜の構成元素を含む原料ガスの基板上へ導入する流
速Ｖ（ｃｍ／秒）を、次に示す薄膜成長条件式 Ｖ−５×ＥＸＰ（−２×１０~3×Ｒ−１．５×１０~2×
Ｔ＋９）＞５ を満足させる条件下に設定することによって、高温とな
る基板近傍でのガスの流速が早くなり、これにより原料
ガスの気相での熱分解が抑制され、結果として半導体表
面（マスク材で覆われていない領域）およびマスク表面
（マスク材で覆われている領域）に到達する原料ガス
は、未分解状態のままの原料ガスで占める割合が大きく
なる。そして、半導体表面に到達した未分解の原料ガス
は、半導体のもつ触媒作用により分解され直ちに半導体
の薄膜成長層に取り込まれていくが、マスク表面に到達
した未分解の原料は、分解された原料ガスに比べてマス
ク表面に吸着される確率が低く、たとえ吸着したとして
も極めて再蒸発され易い。これにより、マスク上の結晶
粒成長が抑えられ、選択性が悪いとされている薄膜成長
温度６００℃以下においても半導体薄膜の成長の選択性
を著しく改善することができる。
半導体薄膜を選択的に成長させた場合に、基板もしくは
該基板を載置した保持台の回転数Ｒ（回／分）と、半導
体薄膜の構成元素を含む原料ガスの基板上へ導入する流
速Ｖ（ｃｍ／秒）を、次に示す薄膜成長条件式 Ｖ−５×ＥＸＰ（−２×１０~3×Ｒ−１．５×１０~2×
Ｔ＋９）＞５ を満足させる条件下に設定することによって、高温とな
る基板近傍でのガスの流速が早くなり、これにより原料
ガスの気相での熱分解が抑制され、結果として半導体表
面（マスク材で覆われていない領域）およびマスク表面
（マスク材で覆われている領域）に到達する原料ガス
は、未分解状態のままの原料ガスで占める割合が大きく
なる。そして、半導体表面に到達した未分解の原料ガス
は、半導体のもつ触媒作用により分解され直ちに半導体
の薄膜成長層に取り込まれていくが、マスク表面に到達
した未分解の原料は、分解された原料ガスに比べてマス
ク表面に吸着される確率が低く、たとえ吸着したとして
も極めて再蒸発され易い。これにより、マスク上の結晶
粒成長が抑えられ、選択性が悪いとされている薄膜成長
温度６００℃以下においても半導体薄膜の成長の選択性
を著しく改善することができる。
【０００６】
【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ、図面を用いて
さらに詳細に説明する。縦型のＭＯＣＶＤ装置で、基板
の保持台の最高回転数が１５００回／分（ｒｐｍ）のも
のを用いた。原料ガスとしては、アルシン、ＴＥＧａ
（トリエチル・ガリウム）、ＴＭＩｎ（トリメチル・イ
ンジウム）を用い、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ層を選
択成長した。ＩｎＰ基板は、薄膜成長前に、あらかじめ
光ＣＶＤ法を用いて窒化シリコン膜を１００ｎｍの厚さ
に堆積し、その後、通常のフォト工程によりパターンを
転写し、レジストの載っていない部分の窒化シリコン膜
を、フッ化水素水溶液によるウェットエッチングで除去
したものを用いた。薄膜の選択的成長条件は、反応室内
の圧力が３５ｍｍＨｇ（Ｔｏｒｒ）で、成長温度は、４
００℃、５００℃、６００℃とし、それぞれ、回転数を
１４０ｒｐｍから１４００ｒｐｍ、原料ガスの導入速度
を２ｃｍ／秒から３０ｃｍ／秒の間で変化させて成長さ
せた。その後、各々の試料について、光学顕微鏡により
５０μｍ×５０μｍの正方形の窒化シリコン膜からなる
マスク上に結晶粒が堆積し成長したか否かを測定した。
成長温度６００℃、５００℃、４００℃の結果を、それ
ぞれ図１、図２、図３に示す。図から明らかなように、
薄膜成長条件式、 Ｖ−５×ＥＸＰ（−２×１０~3×Ｒ−１．５×１０~2×
Ｔ＋９）＞５ の成り立つ成長条件のもとで選択的薄膜成長を行うとマ
スク上に結晶粒が堆積し成長しないことが分かる。
さらに詳細に説明する。縦型のＭＯＣＶＤ装置で、基板
の保持台の最高回転数が１５００回／分（ｒｐｍ）のも
のを用いた。原料ガスとしては、アルシン、ＴＥＧａ
（トリエチル・ガリウム）、ＴＭＩｎ（トリメチル・イ
ンジウム）を用い、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ層を選
択成長した。ＩｎＰ基板は、薄膜成長前に、あらかじめ
光ＣＶＤ法を用いて窒化シリコン膜を１００ｎｍの厚さ
に堆積し、その後、通常のフォト工程によりパターンを
転写し、レジストの載っていない部分の窒化シリコン膜
を、フッ化水素水溶液によるウェットエッチングで除去
したものを用いた。薄膜の選択的成長条件は、反応室内
の圧力が３５ｍｍＨｇ（Ｔｏｒｒ）で、成長温度は、４
００℃、５００℃、６００℃とし、それぞれ、回転数を
１４０ｒｐｍから１４００ｒｐｍ、原料ガスの導入速度
を２ｃｍ／秒から３０ｃｍ／秒の間で変化させて成長さ
せた。その後、各々の試料について、光学顕微鏡により
５０μｍ×５０μｍの正方形の窒化シリコン膜からなる
マスク上に結晶粒が堆積し成長したか否かを測定した。
成長温度６００℃、５００℃、４００℃の結果を、それ
ぞれ図１、図２、図３に示す。図から明らかなように、
薄膜成長条件式、 Ｖ−５×ＥＸＰ（−２×１０~3×Ｒ−１．５×１０~2×
Ｔ＋９）＞５ の成り立つ成長条件のもとで選択的薄膜成長を行うとマ
スク上に結晶粒が堆積し成長しないことが分かる。
【０００７】
【発明の効果】以上詳細に説明したごとく、本発明の半
導体薄膜の選択的成長法によれば、基板もしくは基板保
持台の回転数と、原料ガス導入速度を効果的に組み合せ
ることにより薄膜の選択成長温度の大幅な低温化が可能
となる。この薄膜選択成長の低温化は、亜鉛等の不純物
の高濃度ドーピングが可能となり、また選択再成長の場
合においては、再成長基板内の不純物の成長中の熱拡散
が抑制されるため、急峻なドーピングプロファイルを維
持することが可能となる。
導体薄膜の選択的成長法によれば、基板もしくは基板保
持台の回転数と、原料ガス導入速度を効果的に組み合せ
ることにより薄膜の選択成長温度の大幅な低温化が可能
となる。この薄膜選択成長の低温化は、亜鉛等の不純物
の高濃度ドーピングが可能となり、また選択再成長の場
合においては、再成長基板内の不純物の成長中の熱拡散
が抑制されるため、急峻なドーピングプロファイルを維
持することが可能となる。
【図１】本発明の実施例で例示した薄膜成長温度が６０
０℃のときのマスク上への結晶粒の堆積状況を示すグラ
フ。
０℃のときのマスク上への結晶粒の堆積状況を示すグラ
フ。
【図２】本発明の実施例で例示した薄膜成長温度が５０
０℃のときのマスク上への結晶粒の堆積状況を示すグラ
フ。
０℃のときのマスク上への結晶粒の堆積状況を示すグラ
フ。
【図３】本発明の実施例で例示した薄膜成長温度が４０
０℃のときのマスク上への結晶粒の堆積状況を示すグラ
フ。
０℃のときのマスク上への結晶粒の堆積状況を示すグラ
フ。
Claims (1)
- 【請求項１】縦型の有機金属気相成長装置を用い、半導
体基板上に該基板とは異なる材質からなるマスク材を用
いて所定のパターンを形成した基板を、６００℃以下の
薄膜成長温度で、高速に回転しながら、上記基板上に半
導体薄膜の構成元素を含む原料ガスを導入し、上記パタ
ーンを形成した基板上のマスク材で覆われていない領域
に所望の半導体薄膜を選択的に成長する工程を少なくと
も含む半導体薄膜の選択成長方法において、上記基板も
しくは基板の支持台の回転数をＲ回／分、上記基板上に
導入する原料ガスの流速をＶｃｍ／秒および薄膜成長温
度をＴ℃とするとき、次に示す薄膜成長条件式 Ｖ−５×ＥＸＰ（−２×１０~3×Ｒ−１．５×１０~2×
Ｔ＋９）＞５ を満足させる条件下で薄膜の選択的成長を行うことを特
徴とする半導体薄膜の選択成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33703392A JPH06188197A (ja) | 1992-12-17 | 1992-12-17 | 半導体薄膜の選択成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33703392A JPH06188197A (ja) | 1992-12-17 | 1992-12-17 | 半導体薄膜の選択成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06188197A true JPH06188197A (ja) | 1994-07-08 |
Family
ID=18304816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33703392A Pending JPH06188197A (ja) | 1992-12-17 | 1992-12-17 | 半導体薄膜の選択成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06188197A (ja) |
-
1992
- 1992-12-17 JP JP33703392A patent/JPH06188197A/ja active Pending
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