JPH0669131A - Formation of semiconductor thin film - Google Patents
Formation of semiconductor thin filmInfo
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- JPH0669131A JPH0669131A JP21803592A JP21803592A JPH0669131A JP H0669131 A JPH0669131 A JP H0669131A JP 21803592 A JP21803592 A JP 21803592A JP 21803592 A JP21803592 A JP 21803592A JP H0669131 A JPH0669131 A JP H0669131A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、半導体薄膜形成方
法、特にIV族半導体エピタキシャル薄膜形成方法に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor thin film forming method, and more particularly to a group IV semiconductor epitaxial thin film forming method.
【0002】[0002]
【従来の技術】シリコン(Si)基板上にシリコン・ゲ
ルマニウム(Si−Ge)薄膜を形成する方法としてエ
ピタキシャル成長技術がある。2. Description of the Related Art There is an epitaxial growth technique as a method for forming a silicon-germanium (Si-Ge) thin film on a silicon (Si) substrate.
【0003】薄膜形成技術は、通常、分子線エピタキシ
ャル法(MBE法とも呼ばれる。)と化学的気相成長法
(CVD法とも呼ばれる。)が用いられている。As a thin film forming technique, a molecular beam epitaxial method (also called MBE method) and a chemical vapor deposition method (also called CVD method) are usually used.
【0004】MBE法は、低温で結晶成長させることが
できるため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。また、MBE法では、原料とし
て固体ソースを用いて分子線を発生させ、成膜室内の基
板に分子線を当て結晶成長させる方法である。成膜室内
は、超高真空(10-9〜10-10 Torr)に維持され
るため、ビーム状になって基板に到達した成分元素のう
ち基板に捕らえられない分子は真空系によって運び去ら
れ基板表面は常に新鮮な分子線だけが基板に到達する。
しかし、MBE法では、電子銃蒸発器のソース容量に限
界があって成長速度が遅く、1000A°(但し、A°
は、オングストロームを表す記号)程度の単結晶膜成長
を迅速に行うことは困難であった。The MBE method has the advantage of not disturbing the impurity distribution of the formed thin film because the crystal can be grown at a low temperature. The MBE method is a method in which a solid source is used as a raw material to generate a molecular beam and the molecular beam is applied to a substrate in a film forming chamber to grow crystals. Since the film formation chamber is maintained in an ultrahigh vacuum (10 −9 to 10 −10 Torr), molecules that cannot be captured by the substrate among the component elements that reach the substrate in the form of a beam are carried away by the vacuum system. Only fresh molecular beams reach the substrate surface at all times.
However, in the MBE method, the source capacity of the electron gun evaporator is limited and the growth rate is slow, resulting in 1000 A ° (however, A °
It has been difficult to rapidly grow a single crystal film having a thickness of about Å.
【0005】一方、ガスソースを用いるCVD法は、S
i−Geの薄膜形成にも用いらている。この方法は、高
温での化学反応で酸化膜、窒化膜および結晶膜などの薄
膜をウエハー上に堆積させる方法である。通常、常圧C
VD法と減圧CVD法と呼ばれる2つの方法がある。後
者の減圧CVD法は、Si−Geの薄膜形成にも用いら
れ、シラン(SiH4 )ガスおよびゲルマン(Ge
H4 )ガスの雰囲気中で、また、減圧した雰囲気中で加
熱処理することによって熱分解、水素(H2 )還元、お
よび置換等の反応を利用して基板上に結晶を成長させる
方法である。常圧のCVD法では、大気圧中の成長であ
るためガス分子の数が多く結晶成長の速度は速い。しか
し、減圧CVDに比べ膜厚の均一性に欠けるという問題
があった。On the other hand, the CVD method using a gas source uses S
It is also used for forming a thin film of i-Ge. This method is a method of depositing thin films such as an oxide film, a nitride film, and a crystal film on a wafer by a chemical reaction at high temperature. Normal pressure C
There are two methods called the VD method and the low pressure CVD method. The latter low-pressure CVD method is also used for forming a Si-Ge thin film, and uses silane (SiH 4 ) gas and germane (Ge).
It is a method of growing crystals on a substrate by utilizing reactions such as thermal decomposition, hydrogen (H 2 ) reduction, and substitution by heat treatment in an atmosphere of H 4 ) gas or in a reduced pressure atmosphere. . In the atmospheric pressure CVD method, since the growth is performed under the atmospheric pressure, the number of gas molecules is large and the crystal growth rate is high. However, there is a problem that the film thickness is not uniform as compared with the low pressure CVD.
【0006】このため、比較的薄膜が均一の膜厚として
形成しやすい減圧CVD法を用いて半導体薄膜を形成す
るのが有利である。For this reason, it is advantageous to form the semiconductor thin film by using the low pressure CVD method which is relatively easy to form a thin film.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た減圧CVD法や常圧CVD法は、原料ガスの熱分解が
必要であるため、MBE法と比べて基板を高温にさらす
ことになる。また、原料ガスと基板表面との化学反応生
成を利用して結晶成長を促進させる方法であるため成長
薄膜の膜質が基板表面の状態に大きく左右されることに
なる。このため基板を前処理工程で十分洗浄した後、反
応炉内に基板を導入しても酸化膜を除去するためには、
例えば水素ガス中で1000℃以上の高温で熱処理を行
う必要があった。このような、高温にした場合、熱処理
によって転位が発生しやすくなることが文献Iに開示さ
れている(文献I「超LSI総合辞典」サイエンスフォ
ラム、P558−559、昭和63年)。However, since the above-described low pressure CVD method and atmospheric pressure CVD method require the thermal decomposition of the raw material gas, the substrate is exposed to a higher temperature than the MBE method. Further, since the method of promoting the crystal growth by utilizing the chemical reaction generation between the source gas and the substrate surface, the film quality of the grown thin film greatly depends on the state of the substrate surface. Therefore, in order to remove the oxide film even after introducing the substrate into the reaction furnace after sufficiently cleaning the substrate in the pretreatment step,
For example, it was necessary to perform heat treatment in hydrogen gas at a high temperature of 1000 ° C. or higher. It is disclosed in Document I that dislocations are likely to be generated by heat treatment at such a high temperature (Document I “VLSI LSI Dictionary” Science Forum, P558-559, 1988).
【0008】従って、比較的低い加熱温度で基板表面に
結晶を成長させようとすれば、結晶は、基板表面に残存
する酸化膜や表面に付着している汚染物の影響を受けて
成膜され、このため結晶内部に結晶欠陥とか転位が生じ
てしまうという問題があった(図6の(A)参照)。Therefore, if a crystal is grown on the surface of the substrate at a relatively low heating temperature, the crystal is formed under the influence of the oxide film remaining on the surface of the substrate and the contaminants adhering to the surface. Therefore, there is a problem that crystal defects or dislocations are generated inside the crystal (see FIG. 6A).
【0009】この発明は、上述した問題点に鑑み行われ
たものであり、この発明の目的は、高温熱処理を不要と
し、結晶欠陥および転位の少ないSi−Ge薄膜を形成
する半導体薄膜形成方法を提供することにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a method for forming a semiconductor thin film which does not require a high temperature heat treatment and which forms a Si-Ge thin film with few crystal defects and dislocations. To provide.
【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、この発明の第1半導体薄膜形成方法によれば、反応
炉内で、加熱処理を行ってシリコン基板上にIV族系半
導体結晶薄膜を形成する方法において、(a)シリコン
を含有するIV族系水素ガス雰囲気中で50℃/秒〜2
00℃/秒の範囲内で定めた昇温速度でシリコン基板を
昇温加熱する工程、および(b)前記昇温速度でシリコ
ン基板を昇温加熱しながら、加熱温度が500℃〜60
0℃の範囲で定めた温度を通過したときゲルマニウムを
含有するIV族系水素ガスを導入した後、前記シリコン
基板の加熱温度を700℃〜800℃に保持してSi−
Ge薄膜を形成する工程を含み、前記工程(a)および
(b)を連続的に行うことを特徴とする。In order to achieve this object, according to the first semiconductor thin film forming method of the present invention, heat treatment is carried out in a reaction furnace to form a group IV semiconductor crystal thin film on a silicon substrate. In the method of forming (1), (a) 50 ° C./sec to 2 in a Group IV-based hydrogen gas atmosphere containing silicon.
A step of heating and heating the silicon substrate at a heating rate determined within a range of 00 ° C./sec; and (b) heating the silicon substrate at a heating rate of 500 ° C. to 60 ° C.
After introducing a group IV hydrogen gas containing germanium when passing a temperature defined in the range of 0 ° C., the heating temperature of the silicon substrate is kept at 700 ° C. to 800 ° C.
It is characterized in that the step (a) and the step (b) are continuously performed, including a step of forming a Ge thin film.
【0011】また、この発明の実施に当たり、好ましく
は、前記(a)工程で用いるシリコンを含有するIV族
系水素ガスに塩化水素を含有する不活性ガスを混合させ
るのが良い。Further, in carrying out the present invention, it is preferable to mix an inert gas containing hydrogen chloride with the group IV hydrogen gas containing silicon used in the step (a).
【0012】また、この発明の第2の半導体薄膜形成方
法によれば、反応炉内で、加熱処理を行ってシリコン基
板上にIV族系半導体薄膜を形成する方法において、
(1)基板上に化学的処理して10A°(オングストロ
−ム)程度の膜厚の酸化膜を形成する工程、および
(2)シリコンおよびゲルマニウムを含有するIV族系
水素ガスの混合ガス雰囲気に切り換えた後、25℃/秒
〜50℃/秒の範囲内で定めた昇温速度でシリコン基板
を昇温加熱した後、加熱温度を700℃〜800℃の範
囲の定めた温度に保持してSi−Ge薄膜を形成する工
程を含むことを特徴とする。According to the second semiconductor thin film forming method of the present invention, in the method for forming a group IV semiconductor thin film on a silicon substrate by performing heat treatment in a reaction furnace,
(1) A step of chemically treating the substrate to form an oxide film having a film thickness of about 10 A ° (angstrom), and (2) a mixed gas atmosphere of a group IV hydrogen gas containing silicon and germanium. After switching, the silicon substrate is heated and heated at a predetermined heating rate within a range of 25 ° C / sec to 50 ° C / sec, and then the heating temperature is maintained at a predetermined temperature within a range of 700 ° C to 800 ° C. The method is characterized by including a step of forming a Si-Ge thin film.
【0013】また、好ましくは、前記(1)工程で基板
の化学的処理を行なう場合、過酸化水素(H2 O2 )を
含む水溶液とするのが良い。Further, preferably, when the substrate is chemically treated in the step (1), an aqueous solution containing hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is preferably used.
【0014】[0014]
【作用】上述したこの発明の第1の半導体薄膜形成方法
によれば、シリコン(Si)を含有するIV族系水素ガ
ス雰囲気中で50℃/秒〜200℃/秒の範囲内で定め
た昇温速度でシリコン基板を昇温加熱する。このように
急速に昇温加熱が行われるため基板洗浄後に基板上に付
着した不純物および酸化膜等は、ラジカル反応による還
元作用によって除去される。According to the first semiconductor thin film forming method of the present invention described above, the ascending temperature determined within the range of 50 ° C./sec to 200 ° C./sec in the group IV hydrogen gas atmosphere containing silicon (Si). The silicon substrate is heated and heated at a temperature rate. Since the heating and heating are performed rapidly in this manner, impurities and oxide films and the like attached to the substrate after cleaning the substrate are removed by the reducing action of the radical reaction.
【0015】また、加熱昇温しながら加熱温度が500
℃〜600℃の範囲内で定めた温度を通過したときゲル
マニウムを含有するIV族系水素ガスを炉内に導入す
る。加熱温度が500℃〜600℃の範囲内の適当な温
度という比較的低温のため、この温度でゲルマニウムを
含有するIV族系水素ガスを導入することによってシラ
ン(SiH4 )ガスによるシリコン結晶の成長を抑制す
ることができる。Further, the heating temperature is 500 while the heating temperature is raised.
A group IV hydrogen gas containing germanium is introduced into the furnace when a predetermined temperature within the range of ℃ to 600 ℃ is passed. Since the heating temperature is a relatively low temperature, which is a suitable temperature within the range of 500 ° C. to 600 ° C., a Group IV hydrogen gas containing germanium is introduced at this temperature to grow a silicon crystal by silane (SiH 4 ) gas. Can be suppressed.
【0016】また、シラン(SiH4 )ガスによる還元
作用が促進されるため基板表面の酸化膜や汚染物は除去
される。Further, since the reducing action by the silane (SiH 4 ) gas is promoted, the oxide film and contaminants on the substrate surface are removed.
【0017】次に、シリコンおよびゲルマニウムを含有
するIV族系水素ガス雰囲気中で加熱温度を700℃〜
800℃に保持してSi−Ge薄膜を形成する。Next, the heating temperature is set to 700 ° C. in a Group IV hydrogen gas atmosphere containing silicon and germanium.
The temperature is kept at 800 ° C. to form a Si—Ge thin film.
【0018】上述したこの発明の方法で形成されたSi
−Ge薄膜は、不純物および酸化膜を実質的に含まず、
かつ、加熱温度も従来のように1000℃以上の高温に
さらす必要がないため、結晶転位および結晶欠陥の少な
い均一な膜質のSi−Ge薄膜を実質的に形成すること
ができる。尚、上述したシリコンを含有するIV族系水
素ガス雰囲気中に塩化水素(HCl)を含有する不活性
ガスを混合させることによって基板上に付着した不純物
および酸化膜は、更に効率良く除去できる。Si formed by the method of the present invention described above
-The Ge thin film is substantially free of impurities and oxide film,
In addition, since it is not necessary to expose the heating temperature to a high temperature of 1000 ° C. or higher as in the conventional case, it is possible to substantially form a Si—Ge thin film having a uniform film quality with few crystal dislocations and crystal defects. By mixing an inert gas containing hydrogen chloride (HCl) in the above-described Group IV hydrogen gas atmosphere containing silicon, the impurities and oxide film attached on the substrate can be removed more efficiently.
【0019】また、この発明の第2の半導体薄膜形成方
法によれば、基板洗浄の段階で、基板に化学的処理を行
ない予め10A°程度の酸化膜を形成しておいても良
い。こような状態の下では洗浄工程から反応炉に移動の
際に形成される自然酸化膜を抑制できる。シリコンおよ
びゲルマニウムを含有するIV族系水素ガスの混合ガス
雰囲気中で昇温速度25℃/秒〜50℃/秒の昇温速度
でゆるやかに昇温加熱を行い、加熱温度を700℃〜8
00℃の範囲内の温度で、60秒間保持しSi−Ge薄
膜を形成する。この昇温過程においてラジカル反応によ
る還元作用によって予め形成した酸化膜および汚染物等
は除去される。このようにして、Si−Ge薄膜を形成
できるため結晶転位および結晶欠陥の少ない均一な膜質
のSi−Ge薄膜を実質的に得ることができる。Further, according to the second semiconductor thin film forming method of the present invention, at the stage of cleaning the substrate, the substrate may be chemically treated to form an oxide film of about 10 A ° in advance. Under such a condition, it is possible to suppress the natural oxide film formed during the transfer from the cleaning process to the reaction furnace. In a mixed gas atmosphere of a group IV hydrogen gas containing silicon and germanium, heating is slowly performed at a heating rate of 25 ° C./sec to 50 ° C./sec.
The temperature is kept within the range of 00 ° C. for 60 seconds to form a Si-Ge thin film. In this temperature rising process, the oxide film, contaminants and the like formed in advance are removed by the reducing action of the radical reaction. Since the Si-Ge thin film can be formed in this manner, a Si-Ge thin film having a uniform film quality with few crystal dislocations and crystal defects can be substantially obtained.
【0020】[0020]
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
つき説明する。尚、各図は、これらの発明が理解できる
程度に、各構成成分の寸法、形状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
定の材料および条件をもちいて説明するがこれらの材料
および条件は、一つの好適例にすぎず、従って、何らこ
れに限定されるものではない。Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. It should be noted that each of the drawings merely schematically shows the dimensions, shapes, and positional relationships of the respective constituent components to the extent that these inventions can be understood. Further, in the following description, specific materials and conditions are used for description, but these materials and conditions are merely one preferred example, and thus the present invention is not limited thereto.
【0021】先ず、この発明の実施例に用いられるSi
−Ge単結晶薄膜の形成装置につき説明する。First, Si used in the embodiment of the present invention.
An apparatus for forming a Ge single crystal thin film will be described.
【0022】図3は、この発明の実施例を説明するため
の装置の全体構成を概略的に示す図である。この薄膜形
成装置は、石英製の反応炉11(チャンバとも称す
る。)を具えており、反応炉11内の基板支持体13上
ある基板15を出し入れできる構造になっている。更
に、反応炉11の外部には、加熱部12が反応炉の周囲
を取り巻くようにして設けられている。この加熱部12
は任意好適な構成手段、例えば赤外線ランプ等を用いて
構成する。FIG. 3 is a diagram schematically showing the overall structure of an apparatus for explaining an embodiment of the present invention. This thin film forming apparatus includes a reaction furnace 11 (also referred to as a chamber) made of quartz, and has a structure in which a substrate 15 on a substrate support 13 in the reaction furnace 11 can be taken in and out. Further, a heating unit 12 is provided outside the reaction furnace 11 so as to surround the periphery of the reaction furnace. This heating unit 12
Is configured by using any suitable constituent means such as an infrared lamp.
【0023】また、このときの加熱部12は、好ましく
は複数個からなるランプを用いて基板15を均一に加熱
できるように設置しておく。The heating unit 12 at this time is preferably installed using a plurality of lamps so that the substrate 15 can be heated uniformly.
【0024】また、基板15の近傍には、基板の表面温
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。In the vicinity of the substrate 15, temperature measuring means 14 for measuring the surface temperature of the substrate, for example, a thermocouple is provided.
【0025】次に、この反応炉11内を真空排気するた
めの排気手段につき説明する。Exhaust means for evacuating the inside of the reaction furnace 11 will be described below.
【0026】この反応炉11は、真空排気するための排
気手段21及び22を具えており、自動開閉バルブ2
4、25、26、27、28、29および30を介して
反応炉11と接続されている。この自動開閉バルブ24
〜30を任意好適に開閉操作することによって反応炉1
1内の圧力を任意好適に圧力制御できるようになってい
る。従って、反応炉11内を低真空排気状態および高真
空排気状態に任意好適に保持できる。また、このときの
真空度を測定するため真空計34を具えている。The reaction furnace 11 is equipped with exhaust means 21 and 22 for exhausting vacuum, and the automatic opening / closing valve 2
It is connected to the reaction furnace 11 via 4, 25, 26, 27, 28, 29 and 30. This automatic open / close valve 24
To 30 by arbitrarily opening and closing the reactor 1
The pressure within 1 can be controlled in any suitable manner. Therefore, the inside of the reaction furnace 11 can be arbitrarily and suitably maintained in a low vacuum exhaust state and a high vacuum exhaust state. Further, a vacuum gauge 34 is provided to measure the degree of vacuum at this time.
【0027】更に、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。このと
き排気経路として排気管23を通して排気しても良い。
更に、圧力測定および圧力制御を行うためのゲージは、
真空度に応じて任意好適なものを選択し、また、例えば
圧力制御用コンダクタンスバルブ等を用いるのも良い。Further, this device includes a relief valve 31.
Is provided. 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. The exhaust means 21 described above,
22 is composed of, for example, a diffusion pump 21 and a rotary pump 22 connected to this pump 21. At this time, the gas may be exhausted through the exhaust pipe 23 as an exhaust path.
In addition, the gauges for pressure measurement and control are
Any suitable one may be selected according to the degree of vacuum, and, for example, a pressure control conductance valve or the like may be used.
【0028】次に、ガス供給系につき説明する。Next, the gas supply system will be described.
【0029】第1及び第2実施例では、ガス供給系を図
示のように配備したガス供給管58、自動開閉バルブ5
1、52、53、54、55、56および57、自動ガ
ス流量コントローラ46、47、48、49および50
によって構成してある。各流量コントローラと反応炉1
1との反対側には、ガス供給接続部(以下、接続部と呼
ぶ。)41、42、43、44および45を設けてあ
る。各流量コントローラと各ガス供給部とは接続されて
いる。従って、バルブ51〜56をそれぞれ任意好適に
選択することによって所望のガスを単独に、または、任
意のガス混合比に調整して反応炉11に供給することが
できるように構成してある。この実施例1では、接続部
41には水素ガス(H2 )、接続部42にはシラン(S
iH4 )ガス、接続部43にはゲルマン(GeH4 )ガ
ス、接続部44には予備用のガス供給部でそれぞれ構成
されている。In the first and second embodiments, the gas supply pipe 58 having the gas supply system arranged as shown in the figure and the automatic opening / closing valve 5 are provided.
1, 52, 53, 54, 55, 56 and 57, automatic gas flow controllers 46, 47, 48, 49 and 50
It is composed by. Flow controllers and reactor 1
Gas supply connection portions (hereinafter, referred to as connection portions) 41, 42, 43, 44 and 45 are provided on the side opposite to 1. Each flow rate controller and each gas supply unit are connected. Therefore, the valves 51 to 56 are arbitrarily and appropriately selected so that a desired gas can be supplied to the reaction furnace 11 independently or adjusted to an arbitrary gas mixing ratio. In the first embodiment, hydrogen gas (H 2 ) is used for the connecting portion 41, and silane (S) is used for the connecting portion 42.
iH 4 ) gas, the connection part 43 is a germane (GeH 4 ) gas, and the connection part 44 is a spare gas supply part.
【0030】先ず、この発明の半導体形成方法の基本的
工程についてSi−Ge薄膜を例にとり説明する。First, the basic steps of the semiconductor forming method of the present invention will be described by taking a Si-Ge thin film as an example.
【0031】図1および図2は、この発明の実施例を説
明するための加熱サイクルとガスフロ−を示す曲線図で
ある。図中、横軸に時間(秒)をとり、縦軸に温度
(℃)をとって表している。FIGS. 1 and 2 are curve diagrams showing a heating cycle and a gas flow for explaining an embodiment of the present invention. In the figure, the horizontal axis represents time (seconds) and the vertical axis represents temperature (° C).
【0032】先ず、第1実施例のSi−Ge薄膜形成方
法の概要を図1を用いて説明する。First, an outline of the Si-Ge thin film forming method of the first embodiment will be described with reference to FIG.
【0033】基板の前処理工程で好適な条件を用いて基
板を洗浄し、この基板を真空排気した反応炉内に導入す
る。続いて、シリコンを含有するIV族系水素ガス雰囲
気、例えばシラン(SiH4 )ガス中で50℃/秒〜2
00℃/秒の範囲内で定めた適当な昇温速度でシリコン
基板を昇温加熱する(図1のIa フロ−)。The substrate is cleaned under suitable conditions in the substrate pretreatment step, and the substrate is introduced into a vacuum-evacuated reaction furnace. Subsequently, in a Group IV hydrogen gas atmosphere containing silicon, for example, silane (SiH 4 ) gas, 50 ° C./sec to 2
The silicon substrate is heated and heated at an appropriate heating rate determined within the range of 00 ° C./sec (I a flow in FIG. 1).
【0034】続いて、更に同一の昇温速度でシリコン基
板の表面を昇温加熱しながら500℃〜600℃を通過
したとき、SiH4 ガス流に追加してゲルマニウムを含
有するIV族系水素ガスを導入する。このガスは、例え
ば、ゲルマン(GeH4 )ガスとする。従って、このI
Ia フロ−の工程では、残留シラン(SiH4 )ガスと
新らたに導入したゲルマン(GeH4 )ガスの混合ガス
雰囲気になる。このようなガス雰囲気中でシリコン基板
の加熱温度を700℃〜800℃の範囲内で定めた適当
な温度に適当な定時間だけ保持してSi−Ge薄膜を形
成する(図1のIIa フロ−)。Subsequently, when the temperature of the surface of the silicon substrate is further increased by 500 ° C. to 600 ° C. while being heated at the same heating rate, the hydrogen gas of Group IV group containing germanium is additionally added to the SiH 4 gas flow. To introduce. This gas is, for example, germane (GeH 4 ) gas. Therefore, this I
I a flow - in the process, it becomes a mixed gas atmosphere of residual silane (SiH 4) germane (GeH 4) was introduced into the gas and new Lata gas. Such a heating temperature of the silicon substrate in a gas atmosphere and held only between proper scheduled to the appropriate temperature determined in the range of 700 ° C. to 800 ° C. to form a Si-Ge thin film (in FIG. 1 II a furo -).
【0035】この実施例では、好ましくは、保持時間を
60秒間保持とする(図1のHa期間)のが良い。In this embodiment, it is preferable that the holding time is 60 seconds (Ha period in FIG. 1).
【0036】次に、シリコンおよびゲルマニウムを含有
するIV族系水素ガス(混合ガス)を排気した後、水素
(H2 )ガスを供給し100℃まで急冷する。このよう
にして基板上に半導体薄膜としてSi−Ge薄膜が得ら
れる。続いて、水素ガスの供給を停止し、低真空で排気
した後、不活性ガスを導入して室温(25℃)程度にな
ってから半導体薄膜が形成されている基板を炉内から取
り出す。Next, after the group IV hydrogen gas (mixed gas) containing silicon and germanium is exhausted, hydrogen (H 2 ) gas is supplied to quench it to 100 ° C. In this way, a Si-Ge thin film is obtained as a semiconductor thin film on the substrate. Subsequently, the supply of hydrogen gas is stopped, the gas is evacuated in a low vacuum, an inert gas is introduced, and after reaching room temperature (25 ° C.), the substrate on which the semiconductor thin film is formed is taken out from the furnace.
【0037】次に、第2実施例のSi−Ge薄膜の形成
方法の概要を図2を用いて説明する。Next, the outline of the method of forming the Si-Ge thin film of the second embodiment will be described with reference to FIG.
【0038】図2は、横軸に時間(秒)をとり、縦軸に
温度(℃)をとって加熱サイクルとガスフロ−の関係を
表している。In FIG. 2, the horizontal axis represents time (second) and the vertical axis represents temperature (° C.), showing the relationship between the heating cycle and the gas flow.
【0039】基板の前処理工程の段階で好適な条件を用
いて予め基板表面に10A°程度の酸化膜を形成してお
く。An oxide film of about 10 A ° is formed in advance on the surface of the substrate under suitable conditions at the stage of the pretreatment process of the substrate.
【0040】次に、基板を反応炉内に導入し、真空排気
を行う。続いて、シリコンおよびゲルマニウムを含有す
るIV族系水素ガス、例えばシラン(SiH4 )および
ゲルマン(GeH4 )の混合ガスを反応炉に供給する。Next, the substrate is introduced into the reaction furnace and vacuum exhaust is performed. Subsequently, a group IV hydrogen gas containing silicon and germanium, for example, a mixed gas of silane (SiH 4 ) and germane (GeH 4 ) is supplied to the reaction furnace.
【0041】このガス雰囲気中で25℃/秒〜50℃/
秒の範囲内で定めた昇温速度でシリコン基板を昇温加熱
しながら、700℃〜800℃の範囲内で定めた適当な
温度に保持する。このとき、好ましくは、保持時間を約
60秒間程度とするのが良い(図2のHb期間)。この
工程で前述の図1を参照して説明したと同様な、良質の
半導体薄膜としてのSi−Ge薄膜が基板上に形成され
る。In this gas atmosphere, 25 ° C./sec to 50 ° C. /
While heating and heating the silicon substrate at a heating rate set within the range of seconds, the silicon substrate is maintained at an appropriate temperature set within the range of 700 ° C to 800 ° C. At this time, the holding time is preferably about 60 seconds (Hb period in FIG. 2). In this step, a Si-Ge thin film as a good-quality semiconductor thin film similar to that described with reference to FIG. 1 is formed on the substrate.
【0042】次に、図中IIb フロ−の工程について
は、第1実施例のIIIa と同一工程であるから説明を
省略する。Next, II b flow in Fig - For step is omitted because it is III a same step of the first embodiment.
【0043】この発明の具体的実施例につき説明する。
先ず、第1実施例のSi−Ge単結晶薄膜形成方法につ
き図1と図4を用いて詳細に説明する。Specific examples of the present invention will be described.
First, the method for forming a Si-Ge single crystal thin film of the first embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
【0044】図4の(A)〜(C)は、この第1実施例
の半導体基板の形成方法を説明する工程図である。尚、
図4の(A)〜(C)は、ウエハをシリコン基板の厚み
方向に切って示した断面図である。以下の説明は、図1
と図4を適宜参照して行なう。FIGS. 4A to 4C are process drawings for explaining the method of forming the semiconductor substrate of the first embodiment. still,
4A to 4C are cross-sectional views showing the wafer cut in the thickness direction of the silicon substrate. The following description is based on FIG.
And FIG. 4 as appropriate.
【0045】この第1実施例では、原料ガスとしてシラ
ン(SiH4 )およびゲルマン(GeH4 )ガスを用
い、シリコン下地としてはシリコン基板200を用い
る。シリコン基板200としては、主面が(100)、
(110)および(111)面であるもののうち、一種
類の面または複数の面の組み合わさったものを用いるの
が良い。現在広く使わ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。In the first embodiment, silane (SiH 4 ) and germane (GeH 4 ) gas are used as the source gas and the silicon substrate 200 is used as the silicon base. The main surface of the silicon substrate 200 is (100),
Of the (110) and (111) planes, it is preferable to use one type of plane or a combination of a plurality of planes. It is a substrate that is widely used at present and also Si
This is because the substrate is suitable for epitaxial growth of a Ge thin film.
【0046】この第1実施例では、半導体薄膜形成する
前に予め基板の清浄化を行なう。このときの清浄化は、
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、この第
1実施例では、以下に説明する清浄化方法を用いる。In the first embodiment, the substrate is previously cleaned before the semiconductor thin film is formed. The cleaning at this time is
The natural oxide film may be removed by performing a cleaning process that is usually performed at the time of epitaxial growth. In the first embodiment, the cleaning method described below is used.
【0047】先ず、基板200を120℃に加熱された
硫酸(H2 SO4 )・過酸化水素(H2 O2 )水溶液中
に15分間程度浸漬させる。このようにして基板200
上に10A°程度の酸化膜202を形成する(図4の
(A))。First, the substrate 200 is immersed in a sulfuric acid (H 2 SO 4 ) / hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) aqueous solution heated to 120 ° C. for about 15 minutes. In this way, the substrate 200
An oxide film 202 of about 10 A ° is formed on the top (FIG. 4A).
【0048】その後、直ちに1重量%のフツ酸(HF)
水溶液中に基板を浸漬し酸化膜202を除去した後、基
板200を水溶液中から取り出し、純水で洗浄する。そ
の後、基板200を乾燥させる。この前処理工程で基板
表面上の汚染物が除去され、最表面のシリコン原子のダ
ングリングボンドは、水素原子で終端されるため自然酸
化膜がつきにくい状態となる。しかし、反応炉内に導入
する途中または炉内中で自然酸化膜とか汚染物が付着す
る(図示せず)。Immediately thereafter, 1% by weight of hydrofluoric acid (HF) was added.
After the substrate is immersed in the aqueous solution to remove the oxide film 202, the substrate 200 is taken out of the aqueous solution and washed with pure water. Then, the substrate 200 is dried. In this pretreatment process, contaminants on the surface of the substrate are removed, and the dangling bonds of silicon atoms on the outermost surface are terminated by hydrogen atoms, so that a natural oxide film is hard to attach. However, a natural oxide film or contaminant adheres during the introduction into the reactor or in the reactor (not shown).
【0049】この化学的に処理された基板200を反応
炉11内に挿入した後、排気手段21および22を用い
て反応炉内を、例えば1×10-6Torrの高真空に排
気して炉内の洗浄化を行う。After the chemically treated substrate 200 is inserted into the reaction furnace 11, the inside of the reaction furnace is evacuated to a high vacuum of, for example, 1 × 10 -6 Torr by using the evacuation means 21 and 22. Clean inside.
【0050】次に、バルブ27を閉じ、バルブ28、5
5および52を開きまずシリコンを含むIV族系水素ガ
ス、例えば水素希釈10体積%のシラン(SiH4 )ガ
スを反応炉11内に供給する。このとき反応炉内の圧力
が5Torr程度になるようにシラン(SiH4 )の流
量を予め調整しておく。Next, the valve 27 is closed and the valves 28 and 5 are
5 and 52 are not opened, and a group IV hydrogen gas containing silicon, for example, silane (SiH 4 ) gas diluted with 10% by volume of hydrogen is supplied into the reaction furnace 11. At this time, the flow rate of silane (SiH 4 ) is adjusted in advance so that the pressure in the reaction furnace becomes about 5 Torr.
【0051】その後、50℃/秒〜200℃/秒の範囲
に定めた適当な昇温速度で急速に基板表面の温度を測定
手段14を測定しながら昇温させる。尚、この昇温過程
で、基板上に形成された自然酸化膜とか汚染物などは、
シラン(SiH4 )ガスによる還元作用によって除去さ
れる(図4の(B))。Then, the temperature of the substrate surface is rapidly raised while measuring the measuring means 14 at an appropriate heating rate set in the range of 50 ° C./sec to 200 ° C./sec. In addition, during this temperature rising process, the natural oxide film and contaminants formed on the substrate are
It is removed by the reducing action of silane (SiH 4 ) gas ((B) of FIG. 4).
【0052】この昇温過程において基板表面の温度が5
00℃〜600℃程度の好適な温度範囲に達したときバ
ルブ53を開きゲルマニウムを含むIV族系水素ガス、
例えば水素希釈1%ゲルマン(GeH4 )ガスを反応炉
内に供給する。During this temperature rising process, the temperature of the substrate surface is 5
When a suitable temperature range of about 00 ° C. to 600 ° C. is reached, the valve 53 is opened and a group IV hydrogen gas containing germanium,
For example, hydrogen diluted 1% germane (GeH 4 ) gas is supplied into the reaction furnace.
【0053】このとき反応炉内の圧力が、例えば6To
rr程度の減圧状態となるようにゲルマンのガス流量を
予め調整しておくのが良い。At this time, the pressure in the reactor is, for example, 6 To
It is preferable to adjust the gas flow rate of germane in advance so that the pressure is reduced to about rr.
【0054】このようなガス雰囲気中で加熱を継続して
行い、基板表面の加熱温度が700℃〜800℃の範囲
内の値になるように温度を設定する。尚、保持時間は、
約60秒間程度保持する(図1のIIa フロ−)。Heating is continuously performed in such a gas atmosphere, and the temperature is set so that the heating temperature of the substrate surface becomes a value within the range of 700 ° C to 800 ° C. The holding time is
It holds about 60 seconds (II a flow of FIG. 1 -).
【0055】このような方法によって、シリコン基板2
00上に基板面の方位面と同一なSi−Ge薄膜204
が約2000A°程度成長する(図4の(C))。By such a method, the silicon substrate 2
00, the Si-Ge thin film 204 having the same orientation as the substrate surface.
Grows to about 2000 A ° (FIG. 4 (C)).
【0056】次に、直ちにバルブ52及び53を閉じ、
バルブ51を開いて水素(H2 )ガスを炉内に供給し、
例えば100℃まで基板の温度を急冷した後、バルブ5
1および55を閉じて反応炉内のガスの供給を停止する
とともに低真空0.003Torrまで排気する。Then immediately close valves 52 and 53,
Open the valve 51 to supply hydrogen (H 2 ) gas into the furnace,
For example, after quenching the substrate temperature to 100 ° C., the valve 5
1 and 55 are closed to stop the supply of gas in the reaction furnace and exhaust to a low vacuum of 0.003 Torr.
【0057】その後、反応炉内を1気圧(760Tor
r)まで不活性ガスを導入して基板200を炉内から取
り出す。After that, the pressure inside the reaction furnace was reduced to 1 atm (760 Torr).
The substrate 200 is taken out from the furnace by introducing an inert gas up to r).
【0058】次に、図2と図5とを用いて第2実施例の
Si−Ge薄膜を形成する方法につき説明する。Next, a method of forming the Si-Ge thin film of the second embodiment will be described with reference to FIGS.
【0059】この発明の第2実施例では、基板300上
に基板と同一方位のSi−Ge薄膜の単結晶を形成する
ため基板300を炉内に導入する前に洗浄しておくこと
が特に大切である。In the second embodiment of the present invention, in order to form a single crystal of a Si-Ge thin film having the same orientation as the substrate on the substrate 300, it is particularly important to wash the substrate 300 before introducing it into the furnace. Is.
【0060】先ず、基板300の洗浄工程につき説明す
る。First, the step of cleaning the substrate 300 will be described.
【0061】120℃に加熱された硫酸(H2 SO4 )
・過酸化水素(H2 O2 )水溶液中で基板300を、例
えば15分間浸漬し、基板表面を約10A°程度酸化さ
せる(図示せず)。Sulfuric acid (H 2 SO 4 ) heated to 120 ° C.
The substrate 300 is immersed in an aqueous solution of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) for 15 minutes to oxidize the surface of the substrate by about 10 A ° (not shown).
【0062】その後、直ちに1重量%のフッ酸(HF)
水溶液中に約30秒間浸漬し、酸化膜を除去した後、純
水で洗浄し乾燥させる。この過程で基板上の汚染物とか
酸化膜は除去される。Immediately thereafter, 1% by weight of hydrofluoric acid (HF) was added.
After being immersed in the aqueous solution for about 30 seconds to remove the oxide film, it is washed with pure water and dried. In this process, the contaminants and oxide film on the substrate are removed.
【0063】次に、基板を再度120℃に加熱された硫
酸(H2 SO4 )・−過酸化水素(H2 O2 )水溶液中
に一回目の時より短い時間、例えば15秒間、浸漬させ
基板の表面に10A°程度の酸化膜302を形成する
(図5の(A))。Next, the substrate is again immersed in an aqueous solution of sulfuric acid (H 2 SO 4 )-hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) heated to 120 ° C. for a shorter time than the first time, for example, 15 seconds. An oxide film 302 of about 10 A ° is formed on the surface of the substrate ((A) of FIG. 5).
【0064】その後、基板300を純水で洗浄した後、
乾燥させる。After that, the substrate 300 is washed with pure water,
dry.
【0065】この前処理を行った基板300を直ちに反
応炉内へ導入し、排気手段21および22を用いて炉内
を例えば、1×10-6Torrの高真空に排気して炉内
を洗浄化する。The pretreated substrate 300 is immediately introduced into the reaction furnace, and the inside of the furnace is evacuated to a high vacuum of, for example, 1 × 10 -6 Torr by using the exhaust means 21 and 22, and the inside of the furnace is cleaned. Turn into.
【0066】次に、バルブ27を閉じてバルブ28、5
2、53および55を開き、シリコンを含むIV族系水
素ガス、例えば水素希釈10体積%のシラン(Si
H4 )およびゲルマニウムを含むIV族系水素ガス、例
えば水素希釈1体積%のゲルマン(GeH4 )を反応炉
内へ供給する。この場合反応炉の圧力が、例えば6To
rr程度の減圧状態になるようにシラン(SiH4 )ガ
スおよびゲルマン(GeH4 )ガスの流量をあらかじめ
調整しておくのが良い。Next, the valve 27 is closed and the valves 28, 5
2, 53 and 55 are opened, and a Group IV hydrogen gas containing silicon, for example, 10% by volume hydrogen diluted silane (Si
H 4 ), and a group IV hydrogen gas containing germanium, for example, germane (GeH 4 ) diluted with 1% by volume of hydrogen is supplied into the reaction furnace. In this case, the reactor pressure is, for example, 6 To
It is preferable to adjust the flow rates of the silane (SiH 4 ) gas and germane (GeH 4 ) gas in advance so that the pressure is reduced to about rr.
【0067】この後、基板300の表面温度を測定手段
14で測定しながら25℃/秒〜50℃/秒の範囲内に
定めた昇温速度で昇温させ、基板表面の加熱温度が70
0℃〜800℃の範囲の好適な成膜温度で約60秒間程
度保持する(図2のIb フロ−)。尚、この昇温過程に
おいて基板表面に形成された酸化膜および付着汚染物は
除去される(図5の(B))。Thereafter, while the surface temperature of the substrate 300 is being measured by the measuring means 14, the temperature of the substrate 300 is raised at a predetermined heating rate within the range of 25 ° C./sec to 50 ° C./sec.
The film is held at a suitable film forming temperature in the range of 0 ° C. to 800 ° C. for about 60 seconds (I b flow in FIG. 2). The oxide film and the adhered contaminants formed on the surface of the substrate are removed during this temperature raising process ((B) of FIG. 5).
【0068】また、図2のIb フロ−によりシリコン基
板表面に基板面方位と同一なSi−Ge薄膜304が約
2000A°程度成長する(図5の(C))。Further, the Si-Ge thin film 304 having the same substrate surface orientation grows on the surface of the silicon substrate by about 2000 A ° by the I b flow of FIG. 2 (FIG. 5C).
【0069】次に、直ちにバルブ52と53を閉じバル
ブ51を開いて水素(H2 )ガスを炉内に供給し(II
b フロ−)、基板300を約100℃まで急冷した後、
バルブ51と55を閉じて反応炉内への水素ガス供給を
停止すると同時に炉内を低真空、例えば0.003To
rrまで排気する。その後、反応炉内に1気圧(760
Torr)まで不活性ガス、例えば窒素ガスを供給し
て、基板温度が室温(25℃)程度になってから基板を
炉内から取り出す。Next, immediately close the valves 52 and 53 and open the valve 51 to supply hydrogen (H 2 ) gas into the furnace (II
b )), after quenching the substrate 300 to about 100 ° C.,
The valves 51 and 55 are closed to stop the supply of hydrogen gas into the reaction furnace, and at the same time, the inside of the furnace is evacuated to a low vacuum, such as 0.003To
Exhaust to rr. After that, 1 atm (760
Inert gas, for example, nitrogen gas is supplied up to Torr) and the substrate is taken out of the furnace after the substrate temperature reaches about room temperature (25 ° C.).
【0070】図6の(A)は、従来のSi−Ge薄膜の
内部を示す基板断面図である。FIG. 6A is a substrate cross-sectional view showing the inside of a conventional Si-Ge thin film.
【0071】従来例では、炉内真空排気した後、加熱温
度をSi−Ge薄膜の成膜温度(例えば700℃〜80
0℃)に急速加熱した後、例えばシラン(SiH4 )と
ゲルマン(GeH4 )ガスを同時に供給して成膜する方
法である。このようにして成膜されたSi−Ge薄膜
は、基板表面の残留酸化膜や汚染物等の影響を受けてS
i−Ge薄膜の表面には凹凸ができてしまう。また、薄
膜の内部にも結晶欠陥(例えば格子間欠陥や空孔等)や
転位(例えば60°(度)転位等)が数多く発生してい
る。In the conventional example, after the furnace is evacuated, the heating temperature is set to the film forming temperature of the Si—Ge thin film (for example, 700 ° C. to 80 ° C.).
After rapid heating to 0 ° C.), for example, silane (SiH 4 ) and germane (GeH 4 ) gas are simultaneously supplied to form a film. The Si-Ge thin film thus formed is affected by the residual oxide film on the substrate surface, contaminants, etc.
Irregularities are formed on the surface of the i-Ge thin film. Further, many crystal defects (for example, interstitial defects and vacancies) and dislocations (for example, 60 ° (degree) dislocations) are generated inside the thin film.
【0072】これに対して、この発明の第1実施例およ
び第2実施例では、昇温過程においてシラン(Si
H4 )ガス等の還元作用と昇温速度によるアニ−ル効果
により予め基板表面に付着している酸化物とか汚染物を
除去される。このため後工程で形成されたSi−Ge薄
膜は、転位や結晶欠陥が少ない膜質の均一な膜となる
(図6の(B))。尚、結晶欠陥を観測する手段として
は、赤外線トモグラフィを用い、転位の観測には、電子
顕微鏡等を用いる。On the other hand, in the first and second embodiments of the present invention, silane (Si
Oxides and contaminants previously attached to the surface of the substrate are removed by the reducing effect of H 4 ) gas and the like and the annealing effect due to the temperature rising rate. Therefore, the Si—Ge thin film formed in the subsequent step becomes a uniform film with few dislocations and crystal defects (FIG. 6B). In addition, infrared tomography is used as a means for observing crystal defects, and an electron microscope or the like is used for observing dislocations.
【0073】[0073]
【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の第1の半導体薄膜の形成方法によれば、シラン
(SiH4 )ガス雰囲気中で50℃/秒〜200℃/秒
の範囲内で定めた昇温速度で昇温させる。この昇温過程
で基板の表面の汚染物や酸化膜等は除去される。続い
て、基板の表面温度が500℃〜600℃の範囲で定め
た温度を経過したときゲルマン(GeH4 )ガスを導入
することによってシリコン単結晶を基板表面に成長させ
ることなく次工程の結晶成長させる工程に移行できる。
続いて、残存シラン(SiH4 )ガスと新たに導入した
ゲルマン(GeH4)ガスの混合ガス雰囲気中で、シリ
コン基板の加熱温度を700℃〜800℃の範囲内で約
60秒間程度保持し、Si−Ge薄膜を形成する。ま
た、シラン(SiH4 )ガスに塩化水素(HCl)を含
有する不活性ガスを混合させることによって、更に酸化
膜や汚染物の除去を促進させることができる。このよう
にして形成されたSi−Ge薄膜は、結晶欠陥や転位の
少ない、また凹凸の少ない表面形状を得ることができ
る。従って、昇温過程以外の高温熱処理を用いずに良質
のSi−Ge薄膜が形成できる。As is apparent from the above description, according to the first method for forming a semiconductor thin film of the present invention, the temperature is in the range of 50 ° C./sec to 200 ° C./sec in a silane (SiH 4 ) gas atmosphere. The temperature is raised at the heating rate determined within. During this temperature rising process, contaminants and oxide film on the surface of the substrate are removed. Subsequently, when the surface temperature of the substrate has reached a temperature determined in the range of 500 ° C. to 600 ° C., a germane (GeH 4 ) gas is introduced to grow a silicon single crystal on the surface of the substrate without growing a single crystal. The process can be shifted to
Then, in a mixed gas atmosphere of residual silane (SiH 4 ) gas and newly introduced germane (GeH 4 ) gas, the heating temperature of the silicon substrate is maintained within a range of 700 ° C. to 800 ° C. for about 60 seconds, A Si-Ge thin film is formed. Further, by mixing a silane (SiH 4 ) gas with an inert gas containing hydrogen chloride (HCl), it is possible to further accelerate the removal of the oxide film and contaminants. The Si-Ge thin film thus formed can have a surface shape with few crystal defects and dislocations and less unevenness. Therefore, a high-quality Si-Ge thin film can be formed without using high-temperature heat treatment other than the temperature raising process.
【0074】また、この発明の第2の半導体薄膜形成方
法によれば、前処理の基板洗浄工程で予め化学処理によ
って基板表面に10A°程度の酸化膜を形成しておく。
これによって大気中で形成される自然酸化膜とか工程過
程で付着する不純物等から事前に基板表面を保護する役
目をはたしている。続いて、シリコンおよびゲルマニウ
ムを含有するIV族系水素ガス、例えばシラン(SiH
4 )ガスおよびゲルマン(GeH4 )ガスの混合ガス雰
囲気中でシリコン基板を昇温しながら加熱温度を700
℃〜800℃の範囲内で定めた温度にし、約60秒間程
度保持する。According to the second semiconductor thin film forming method of the present invention, an oxide film of about 10 A ° is previously formed on the surface of the substrate by chemical treatment in the substrate cleaning step of the pretreatment.
This serves to protect the substrate surface in advance from a natural oxide film formed in the atmosphere and impurities attached during the process. Subsequently, a group IV hydrogen gas containing silicon and germanium, such as silane (SiH
4 ) The heating temperature is raised to 700 while the temperature of the silicon substrate is raised in a mixed gas atmosphere of gas and germane (GeH 4 ) gas.
The temperature is set within the range of ℃ to 800 ℃, and held for about 60 seconds.
【0075】このようにして得られたSi−Ge薄膜
は、第1の形成方法のときに得られたものと同様、結晶
欠陥や転位の少ない、また表面凹凸の少ないSi−Ge
薄膜となる。The Si-Ge thin film thus obtained is similar to the Si-Ge thin film obtained in the first forming method in that it has few crystal defects and dislocations and has few surface irregularities.
It becomes a thin film.
【図1】この発明の第1の半導体薄膜形成方法の実施例
を説明するための加熱サイクル・ガスフロ−曲線であ
る。FIG. 1 is a heating cycle gas flow curve for explaining an embodiment of the first semiconductor thin film forming method of the present invention.
【図2】この発明の第2の半導体薄膜形成方法の実施例
を説明するための加熱サイクル・ガスフロ−曲線であ
る。FIG. 2 is a heating cycle gas flow curve for explaining an embodiment of the second semiconductor thin film forming method of the present invention.
【図3】この薄膜形成装置を説明するための構成図であ
る。FIG. 3 is a configuration diagram for explaining the thin film forming apparatus.
【図4】(A)〜(C)は、この発明の第1実施例のS
i−Ge薄膜方法を製造するために供する工程図であ
る。4 (A) to (C) are S of the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a process chart provided for manufacturing an i-Ge thin film method.
【図5】(A)〜(C)は、この発明の第2実施例のS
i−Ge薄膜方法を製造するために供する工程図であ
る。5 (A) to (C) are S of the second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a process chart provided for manufacturing an i-Ge thin film method.
【図6】(A)は、従来の方法で形成したSi−Ge薄
膜の結晶内部の断面図である。また、(B)は、この発
明の実施例で形成されたSi−Ge薄膜の結晶内部の断
面図である。FIG. 6A is a cross-sectional view of the inside of a crystal of a Si—Ge thin film formed by a conventional method. Further, (B) is a cross-sectional view of the inside of the crystal of the Si—Ge thin film formed in the example of the present invention.
Ia :シラン(SiH4 )フロ− IIa :シラン(SiH4 )+ゲルマン(GeH4 )フ
ロ− IIIa :水素(H2 )フロ− Ib :シラン(SiH4 )+ゲルマン(GeH4 )フロ
− IIb :水素(H2 )フロ− Ha、Hb:保持期間 200、300:シリコン基板 202:自然酸化膜 204、304:Si−Ge薄膜 302:酸化膜I a: silane (SiH 4) flow - II a: silane (SiH 4) + germane (GeH 4) furo - III a: hydrogen (H 2) flow - I b: Silane (SiH 4) + germane (GeH 4) flow - II b: hydrogen (H 2) flow - Ha, Hb: retention 200,300: silicon substrate 202: a natural oxide film 204, 304: Si-Ge film 302: oxide film
Claims (4)
基板上にIV族系半導体結晶薄膜を形成する方法におい
て、 (a)シリコンを含有するIV族系水素ガス雰囲気中で
50℃/秒〜200℃/秒の範囲内で定めた昇温速度で
シリコン基板を昇温加熱する工程、および (b)前記昇温速度でシリコン基板を昇温加熱しなが
ら、加熱温度が500℃〜600℃の範囲で定めた温度
を通過したときゲルマニウムを含有するIV族系水素ガ
スを導入した後、前記シリコン基板の加熱温度を700
℃〜800℃の範囲内で定めた温度に保持してSi−G
e薄膜を形成する工程を含み、 前記工程(a)および(b)を連続的に行うことを特徴
とする半導体薄膜形成方法。1. A method for forming a group IV semiconductor crystal thin film on a silicon substrate by performing heat treatment in a reaction furnace, comprising: (a) 50 ° C./sec in a group IV hydrogen gas atmosphere containing silicon. Heating temperature of the silicon substrate at a predetermined heating rate in the range of 200 to 200 ° C./sec, and (b) heating temperature of the silicon substrate while heating the silicon substrate at the heating rate of 500 to 600 ° C. After introducing a group IV hydrogen gas containing germanium when the temperature passes within the range of, the heating temperature of the silicon substrate is set to 700.
℃ ~ 800 ℃ held at a specified temperature within the range of Si-G
e A method for forming a semiconductor thin film, which comprises the step of forming a thin film, wherein the steps (a) and (b) are continuously performed.
おいて、 前記(a)工程で用いるシリコンを含有するIV族系水
素ガスに塩化水素を含有する不活性ガスを混合させるこ
とを特徴とする半導体薄膜形成方法。2. The method for forming a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the group IV hydrogen gas containing silicon used in step (a) is mixed with an inert gas containing hydrogen chloride. Method for forming semiconductor thin film.
基板上にIV族系半導体薄膜を形成する方法において、 (1)基板上に化学的処理して10オングストロ−ム程
度の膜厚の酸化膜を形成する工程、および (2)シリコンおよびゲルマニウムを含有するIV族系
水素ガスの混合ガス雰囲気中に切り換えた後、25℃/
秒〜50℃/秒の範囲内で定めた昇温速度でシリコン基
板を昇温加熱しながら、加熱温度が700℃〜800℃
の範囲内で定めた温度に保持してSi−Ge薄膜を形成
する工程を含むことを特徴とする半導体薄膜形成方法。3. A method of forming a group IV semiconductor thin film on a silicon substrate by performing heat treatment in a reaction furnace, comprising: (1) chemically treating the substrate to a film thickness of about 10 angstroms. A step of forming an oxide film, and (2) after switching to a mixed gas atmosphere of a group IV hydrogen gas containing silicon and germanium, at 25 ° C. /
The heating temperature is 700 ° C to 800 ° C while heating and heating the silicon substrate at a predetermined heating rate within the range of 50 seconds to 50 ° C / second.
A method of forming a semiconductor thin film, comprising the step of forming a Si-Ge thin film while maintaining the temperature within a range defined by.
おいて、 前記(1)工程で基板の化学的処理を行なう場合、過酸
化水素(H2 O2 )を含む水溶液としたことを特徴とす
る半導体薄膜形成方法。4. The method for forming a semiconductor thin film according to claim 3, wherein when the substrate is chemically treated in the step (1), an aqueous solution containing hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is used. Method for forming semiconductor thin film.
Priority Applications (1)
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JP21803592A JPH0669131A (en) | 1992-08-17 | 1992-08-17 | Formation of semiconductor thin film |
Applications Claiming Priority (1)
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JP21803592A JPH0669131A (en) | 1992-08-17 | 1992-08-17 | Formation of semiconductor thin film |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0669131A true JPH0669131A (en) | 1994-03-11 |
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ID=16713625
Family Applications (1)
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JP21803592A Withdrawn JPH0669131A (en) | 1992-08-17 | 1992-08-17 | Formation of semiconductor thin film |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6897129B2 (en) | 2002-05-31 | 2005-05-24 | Renesas Technology Corp. | Fabrication method of semiconductor device and semiconductor device |
JPWO2006049225A1 (en) * | 2004-11-08 | 2008-05-29 | 株式会社日立国際電気 | Semiconductor device manufacturing method and substrate processing apparatus |
-
1992
- 1992-08-17 JP JP21803592A patent/JPH0669131A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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