JPH07122491A - 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
- JPH07122491A JPH07122491A JP26611693A JP26611693A JPH07122491A JP H07122491 A JPH07122491 A JP H07122491A JP 26611693 A JP26611693 A JP 26611693A JP 26611693 A JP26611693 A JP 26611693A JP H07122491 A JPH07122491 A JP H07122491A
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- JP
- Japan
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- thin film
- growth
- mask
- substrate
- semiconductor
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】薄膜の成長温度が６００℃以下の低い温度領域
であっても、実用的な成長速度で選択性に優れた半導体
薄膜の選択成長方法を提供する。 【構成】有機金属気相成長室内に回転可能に設けられた
基板保持台上に、マスクによって部分的に覆われた半導
体基板を載置し、６００℃以下の薄膜成長温度で、基板
を回転させながらマスクで覆われていない基板上の領域
に半導体薄膜を選択的に成長する方法であって、薄膜成
長温度をＴ℃、上記基板保持台の回転数をＲ回／分、薄
膜成長速度をＶμｍ／時とするとき、Ｒ／Ｖ＞（３×１
０5）／（Ｔ−２５０）を満足する条件下で、薄膜の選
択的成長を行う半導体薄膜の選択成長方法。 【効果】低温で選択成長が可能であるので、亜鉛等の不
純物の高濃度ドーピングが可能となり、また不純物の熱
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
維持することができる。
であっても、実用的な成長速度で選択性に優れた半導体
薄膜の選択成長方法を提供する。 【構成】有機金属気相成長室内に回転可能に設けられた
基板保持台上に、マスクによって部分的に覆われた半導
体基板を載置し、６００℃以下の薄膜成長温度で、基板
を回転させながらマスクで覆われていない基板上の領域
に半導体薄膜を選択的に成長する方法であって、薄膜成
長温度をＴ℃、上記基板保持台の回転数をＲ回／分、薄
膜成長速度をＶμｍ／時とするとき、Ｒ／Ｖ＞（３×１
０5）／（Ｔ−２５０）を満足する条件下で、薄膜の選
択的成長を行う半導体薄膜の選択成長方法。 【効果】低温で選択成長が可能であるので、亜鉛等の不
純物の高濃度ドーピングが可能となり、また不純物の熱
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
維持することができる。
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、特に半導体基板上のマ
スクで覆われていない領域にのみ半導体薄膜を選択的に
成長させ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、特に半導体基板上のマ
スクで覆われていない領域にのみ半導体薄膜を選択的に
成長させ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、H.Heinecke,A.Brauers,F.G
rafahrend,C.Plass,N.Putz,K.Werner,M.Weyers,H.Luth
and P.Balk : J.Crystal Growth,77（1986),p.303〜30
9〕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
ている領域およびマスク材で覆われていない領域の両方
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、半導体表面と比べて成長が進行しにくいた
め、ある限られた成長条件の下では、マスク上で結晶化
せずに再蒸発する。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、選択的に半導体の薄膜成長層を形成できる
ことになる。しかしながら、原料ガスのマスク上からの
再蒸発は成長温度に大きく依存し、低温では再蒸発しに
くいため、マスク上に結晶粒が成長しやすい。例えば、
ＧａＡｓ（ガリウム・ヒ素）薄膜や、ＩｎＰ（インジウ
ム・リン）に格子整合するＩｎＧａＡｓ（インジウム・
ガリウム・ヒ素）層を選択成長させる際には、通常６０
０℃以上の成長温度で成長を行うのが一般的である。な
お、マスク上に吸着される原料ガスの濃度を下げて、選
択成長性を良くする方法としては、薄膜成長速度を下げ
る方法が考えられる。しかしながら、薄膜成長速度の低
速化は成長時間の長時間化をもたらし、成長速度の低速
化のみで良好な選択性を得るのは効率が低く実用的では
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、H.Heinecke,A.Brauers,F.G
rafahrend,C.Plass,N.Putz,K.Werner,M.Weyers,H.Luth
and P.Balk : J.Crystal Growth,77（1986),p.303〜30
9〕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
ている領域およびマスク材で覆われていない領域の両方
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、半導体表面と比べて成長が進行しにくいた
め、ある限られた成長条件の下では、マスク上で結晶化
せずに再蒸発する。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、選択的に半導体の薄膜成長層を形成できる
ことになる。しかしながら、原料ガスのマスク上からの
再蒸発は成長温度に大きく依存し、低温では再蒸発しに
くいため、マスク上に結晶粒が成長しやすい。例えば、
ＧａＡｓ（ガリウム・ヒ素）薄膜や、ＩｎＰ（インジウ
ム・リン）に格子整合するＩｎＧａＡｓ（インジウム・
ガリウム・ヒ素）層を選択成長させる際には、通常６０
０℃以上の成長温度で成長を行うのが一般的である。な
お、マスク上に吸着される原料ガスの濃度を下げて、選
択成長性を良くする方法としては、薄膜成長速度を下げ
る方法が考えられる。しかしながら、薄膜成長速度の低
速化は成長時間の長時間化をもたらし、成長速度の低速
化のみで良好な選択性を得るのは効率が低く実用的では
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、薄膜の成長条件は大きな制約をうけること
になる。実用的な薄膜成長速度範囲で良好な選択性を得
るための最低温度が存在し、例えば、ＧａＡｓやＩｎＧ
ａＡｓの場合は６００℃以上の高温にする必要があっ
た。
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、薄膜の成長条件は大きな制約をうけること
になる。実用的な薄膜成長速度範囲で良好な選択性を得
るための最低温度が存在し、例えば、ＧａＡｓやＩｎＧ
ａＡｓの場合は６００℃以上の高温にする必要があっ
た。
【０００４】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させる方法におい
て、薄膜の成長温度が６００℃以下の領域であっても、
実用的な成長速度で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。
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させる方法におい
て、薄膜の成長温度が６００℃以下の領域であっても、
実用的な成長速度で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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記本発明の課題を達成
するために、半導体基板とは異なる材質からなるマスク
によって部分的に覆われた半導体基板を、有機金属気相
成長室内に回転可能に設けられた基板保持台上に載置
し、６００℃以下の薄膜成長温度で、上記基板を回転さ
せながら基板上のマスクで覆われていない領域にのみ半
導体薄膜を選択的に成長する方法において、上記薄膜成
長温度をＴ℃、基板保持台の回転数をＲ回／分および薄
膜成長速度をＶμｍ／時とするとき、次に示す薄膜成長
条件式 Ｒ／Ｖ＞（３×１０5）／（Ｔ−２５０） を満足する条件下で、薄膜の選択的成長を行うものであ
る。このような薄膜成長条件下で選択的成長を行うこと
により、図１、図２および図３に示すように、６００℃
以下の低温においても高い薄膜成長速度Ｖ（μｍ）で、
マスク上に結晶粒が堆積することなく（図１〜図３に示
す〇印の領域）効果的に半導体薄膜の選択的成長を行う
ことができる。
するために、半導体基板とは異なる材質からなるマスク
によって部分的に覆われた半導体基板を、有機金属気相
成長室内に回転可能に設けられた基板保持台上に載置
し、６００℃以下の薄膜成長温度で、上記基板を回転さ
せながら基板上のマスクで覆われていない領域にのみ半
導体薄膜を選択的に成長する方法において、上記薄膜成
長温度をＴ℃、基板保持台の回転数をＲ回／分および薄
膜成長速度をＶμｍ／時とするとき、次に示す薄膜成長
条件式 Ｒ／Ｖ＞（３×１０5）／（Ｔ−２５０） を満足する条件下で、薄膜の選択的成長を行うものであ
る。このような薄膜成長条件下で選択的成長を行うこと
により、図１、図２および図３に示すように、６００℃
以下の低温においても高い薄膜成長速度Ｖ（μｍ）で、
マスク上に結晶粒が堆積することなく（図１〜図３に示
す〇印の領域）効果的に半導体薄膜の選択的成長を行う
ことができる。
【０００６】
【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る場合に、基板もしくは
該基板を載置した保持台を高速回転すると、温度の高い
基板近傍でのガスの流速が早くなる。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）に到達する原料のう
ち、未分解のものの占める割合が大きくなる。そして、
半導体表面に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極めて再蒸発されやすいた
め、マスク上での原料ガスの過飽和度を低減できる。よ
って、次に示す薄膜成長条件式 Ｒ／Ｖ＞（３×１０5）／（Ｔ−２５０） を満足させる条件下で薄膜の成長を行えば、マスク上で
の原料ガスの過飽和度を、結晶化しない程度に抑制する
ことができ、選択性が悪いとされている成長温度６００
℃以下においても、良好な選択性を得ることができる
（図１〜図３参照）。
半導体薄膜を選択的に成長させる場合に、基板もしくは
該基板を載置した保持台を高速回転すると、温度の高い
基板近傍でのガスの流速が早くなる。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）に到達する原料のう
ち、未分解のものの占める割合が大きくなる。そして、
半導体表面に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極めて再蒸発されやすいた
め、マスク上での原料ガスの過飽和度を低減できる。よ
って、次に示す薄膜成長条件式 Ｒ／Ｖ＞（３×１０5）／（Ｔ−２５０） を満足させる条件下で薄膜の成長を行えば、マスク上で
の原料ガスの過飽和度を、結晶化しない程度に抑制する
ことができ、選択性が悪いとされている成長温度６００
℃以下においても、良好な選択性を得ることができる
（図１〜図３参照）。
【０００７】
【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。縦
型ＭＯＣＶＤ装置で、基板の保持台の最高回転数が１５
００回／分のものを用いた。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ＩｎＧ
ａＡｓ層を選択成長した。ＩｎＰ基板は成長前にあらか
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緩
衝フッ化水素水溶液によるウェットエッチングで除去
し、最後にアセトンによりレジストを除去したものを用
いた。薄膜の選択的成長条件は、反応室内の圧力が３０
ｍｍＨｇで、成長温度は、４００℃、５００℃、６００
℃とし、それぞれ、回転数を１００ｒｐｍから１４００
ｒｐｍ、薄膜成長速度を０．２μｍ／時から１．４μｍ
／時の間で変化させて成長させた。薄膜成長後、各々の
試料について、光学顕微鏡を用いて５０μｍ×５０μｍ
の正方形の窒化シリコンマスク上に結晶粒が成長したか
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および図３に示す。図か
ら明らかなように、薄膜成長条件式、 Ｒ／Ｖ＞（３×１０5）／（Ｔ−２５０） が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成長しないことが分かる。また、本
実施例では、ＩｎＧａＡｓの選択成長の場合のみについ
て述べているが、有機金属を原料として用いる他の半導
体薄膜の選択成長においても、本発明の効果が期待でき
ることは言うまでもない。また、本実施例では、ＩｎＧ
ａＡｓの選択成長の場合のみについて述べているが、有
機金属を原料として用いる他の半導体薄膜の選択成長に
おいても、本発明の効果が十分に期待できることは言う
までもない。ちなみに、代表的な化合物半導体であるＧ
ａ−Ａｓの選択成長において、上記実施例と同様の実験
を行った結果、本実施例と同様の良好な結果を得ること
ができた。
型ＭＯＣＶＤ装置で、基板の保持台の最高回転数が１５
００回／分のものを用いた。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ＩｎＧ
ａＡｓ層を選択成長した。ＩｎＰ基板は成長前にあらか
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緩
衝フッ化水素水溶液によるウェットエッチングで除去
し、最後にアセトンによりレジストを除去したものを用
いた。薄膜の選択的成長条件は、反応室内の圧力が３０
ｍｍＨｇで、成長温度は、４００℃、５００℃、６００
℃とし、それぞれ、回転数を１００ｒｐｍから１４００
ｒｐｍ、薄膜成長速度を０．２μｍ／時から１．４μｍ
／時の間で変化させて成長させた。薄膜成長後、各々の
試料について、光学顕微鏡を用いて５０μｍ×５０μｍ
の正方形の窒化シリコンマスク上に結晶粒が成長したか
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および図３に示す。図か
ら明らかなように、薄膜成長条件式、 Ｒ／Ｖ＞（３×１０5）／（Ｔ−２５０） が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成長しないことが分かる。また、本
実施例では、ＩｎＧａＡｓの選択成長の場合のみについ
て述べているが、有機金属を原料として用いる他の半導
体薄膜の選択成長においても、本発明の効果が期待でき
ることは言うまでもない。また、本実施例では、ＩｎＧ
ａＡｓの選択成長の場合のみについて述べているが、有
機金属を原料として用いる他の半導体薄膜の選択成長に
おいても、本発明の効果が十分に期待できることは言う
までもない。ちなみに、代表的な化合物半導体であるＧ
ａ−Ａｓの選択成長において、上記実施例と同様の実験
を行った結果、本実施例と同様の良好な結果を得ること
ができた。
【０００８】
【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
保持台の回転数と成長速度を効果的に組み合せることに
より、実用的な成長速度範囲において、６００℃以下の
低温においても選択成長が可能である。低温での選択成
長が実用的な成長速度でできれば、亜鉛等の不純物の高
濃度ドーピングが可能となり、また、再成長基板内に高
ドーピングされている場合でも、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
保持台の回転数と成長速度を効果的に組み合せることに
より、実用的な成長速度範囲において、６００℃以下の
低温においても選択成長が可能である。低温での選択成
長が実用的な成長速度でできれば、亜鉛等の不純物の高
濃度ドーピングが可能となり、また、再成長基板内に高
ドーピングされている場合でも、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】半導体基板とは異なる材質からなるマスク
によって部分的に覆われた半導体基板を、 有機金属気
相成長室内に回転可能に設けられた基板保持台上に載置
し、６００℃以下の薄膜成長温度で、上記基板を回転さ
せながらマスクで覆われていない領域に半導体薄膜を選
択的に成長する方法において、上記薄膜成長温度をＴ
℃、基板保持台の回転数をＲ回／分および薄膜成長速度
をＶμｍ／時とするとき、次に示す薄膜成長条件式 Ｒ／Ｖ＞（３×１０5）／（Ｔ−２５０） を満足する条件下で、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 |
|---|---|---|---|
| JP26611693A JPH07122491A (ja) | 1993-10-25 | 1993-10-25 | 半導体薄膜の選択成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26611693A JPH07122491A (ja) | 1993-10-25 | 1993-10-25 | 半導体薄膜の選択成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07122491A true JPH07122491A (ja) | 1995-05-12 |
Family
ID=17426551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26611693A Pending JPH07122491A (ja) | 1993-10-25 | 1993-10-25 | 半導体薄膜の選択成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07122491A (ja) |
-
1993
- 1993-10-25 JP JP26611693A patent/JPH07122491A/ja active Pending
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