JPH0715884B2 - 選択型結晶の成長方法 - Google Patents
選択型結晶の成長方法Info
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- JPH0715884B2 JPH0715884B2 JP59153980A JP15398084A JPH0715884B2 JP H0715884 B2 JPH0715884 B2 JP H0715884B2 JP 59153980 A JP59153980 A JP 59153980A JP 15398084 A JP15398084 A JP 15398084A JP H0715884 B2 JPH0715884 B2 JP H0715884B2
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- crystal semiconductor
- semiconductor substrate
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はマスク材の上には析出させないで、単結晶半導
体基板の露出部のみに選択的に単結晶層を単分子層単位
で形成する選択型結晶の成長方法に関し、特にキヤリア
ガス等の成長表面に対し不活性なガスを用いない成長方
法に関する。
体基板の露出部のみに選択的に単結晶層を単分子層単位
で形成する選択型結晶の成長方法に関し、特にキヤリア
ガス等の成長表面に対し不活性なガスを用いない成長方
法に関する。
近年、通信や制御の高速化に伴い、マイクロ波からミリ
波帯で高性能を発揮する三端子素子、各種ダイオード等
々および光波帯での半導体装置（レーザー、発光、受光
素子等）への要望が強まり、厚さ方向に対しては単分子
層オーダーの寸法精度で、三次元構造を有する選択エピ
タキシヤル法が切望されている。
波帯で高性能を発揮する三端子素子、各種ダイオード等
々および光波帯での半導体装置（レーザー、発光、受光
素子等）への要望が強まり、厚さ方向に対しては単分子
層オーダーの寸法精度で、三次元構造を有する選択エピ
タキシヤル法が切望されている。
III−Ｖ族の化合物半導体の薄膜結晶を得るための気相
エピタキシー技術に、有機金属気相成長法（以下、MO−
CVD法と呼ぶ）、分子線エピタキシー法（以下、MBE法と
呼ぶ）、原子層エピタキシー法（以下、ALE法と呼ぶ）
などがある。しかし、MO−CVD法はソースとしてIII族、
Ｖ族化合物を水素ガス等をキャリアとして同時に反応室
へ導入し、熱分解によって成長させるため、成長層の品
質が悪い。また、単分子層単位の制御は困難である。更
に、第23回応物連合大会予稿集、（1976−３−27）、第
227頁に示されているように基板上にマスクパターンに
応じた選択的なエピタキシャル成長層を形成しようと思
っても、マスク材上に析出が見られたり、マスクとの境
界部の膜厚が厚くなるいわゆる異常成長が見られる欠点
があった。さらにMO−CVDにおいてはマスク上から露出
部への原子の流れがあるため、マスク幅や露出部の寸法
によって成長層の厚さが変化してしまう欠点があった。
また特開昭59−39024号公報に示されるように、AlN等の
III族元素窒化物層をマスク材として用いると、マスク
上にも多結晶が成長して、選択成長とはならずその後の
マスク材の除去が困難となる欠点があった。
エピタキシー技術に、有機金属気相成長法（以下、MO−
CVD法と呼ぶ）、分子線エピタキシー法（以下、MBE法と
呼ぶ）、原子層エピタキシー法（以下、ALE法と呼ぶ）
などがある。しかし、MO−CVD法はソースとしてIII族、
Ｖ族化合物を水素ガス等をキャリアとして同時に反応室
へ導入し、熱分解によって成長させるため、成長層の品
質が悪い。また、単分子層単位の制御は困難である。更
に、第23回応物連合大会予稿集、（1976−３−27）、第
227頁に示されているように基板上にマスクパターンに
応じた選択的なエピタキシャル成長層を形成しようと思
っても、マスク材上に析出が見られたり、マスクとの境
界部の膜厚が厚くなるいわゆる異常成長が見られる欠点
があった。さらにMO−CVDにおいてはマスク上から露出
部への原子の流れがあるため、マスク幅や露出部の寸法
によって成長層の厚さが変化してしまう欠点があった。
また特開昭59−39024号公報に示されるように、AlN等の
III族元素窒化物層をマスク材として用いると、マスク
上にも多結晶が成長して、選択成長とはならずその後の
マスク材の除去が困難となる欠点があった。
一方、超高真空を利用した結晶成長法としてよく知られ
るMBE法は、物理吸着を第一段階とするために、結晶の
品質が化学反応を利用した気相成長法に劣る。また、Ga
AsのようなIII−Ｖ族間の化学物半導体を成長する時に
は、III族、Ｖ族元素をソースとして用い、ソース源自
体を成長室の中に設置している。そのため、ソース源を
加熱することによる放出ガスおよび蒸発量の制御、ソー
スの補給が困難であり、成長速度を長時間一定に保つこ
とができない。更に、蒸発物の排気など真空装置が複雑
になる。また、化合物半導体の化学量的組成（ストイキ
オメトリー）を精密に制御することが困難で、結局、高
品質の結晶を得ることができない。更には、MO−CVD法
と同様基板上に基板と異なる材料からなるマスクパター
ン上にも結晶成長するため、選択エピタキシーが困難で
ある。
るMBE法は、物理吸着を第一段階とするために、結晶の
品質が化学反応を利用した気相成長法に劣る。また、Ga
AsのようなIII−Ｖ族間の化学物半導体を成長する時に
は、III族、Ｖ族元素をソースとして用い、ソース源自
体を成長室の中に設置している。そのため、ソース源を
加熱することによる放出ガスおよび蒸発量の制御、ソー
スの補給が困難であり、成長速度を長時間一定に保つこ
とができない。更に、蒸発物の排気など真空装置が複雑
になる。また、化合物半導体の化学量的組成（ストイキ
オメトリー）を精密に制御することが困難で、結局、高
品質の結晶を得ることができない。更には、MO−CVD法
と同様基板上に基板と異なる材料からなるマスクパター
ン上にも結晶成長するため、選択エピタキシーが困難で
ある。
更にALE法は、T.SuntolaらがU.S.P.No.4058430（1977）
で説明しているように、MBE法を改良し半導体元素のそ
れぞれをパルス状に交互に供給し、基板に交互に付着さ
せ、薄膜を成長させるものであるが、MBE法の延長であ
りMBEと同様に結晶性が良くない。また成長した薄膜もC
dTe、ZnTe等のII−IV族化合物半導体に限られ、現在超L
SI等の半導体装置の主力であるSiやGaAsに関しては成功
していない。
で説明しているように、MBE法を改良し半導体元素のそ
れぞれをパルス状に交互に供給し、基板に交互に付着さ
せ、薄膜を成長させるものであるが、MBE法の延長であ
りMBEと同様に結晶性が良くない。また成長した薄膜もC
dTe、ZnTe等のII−IV族化合物半導体に限られ、現在超L
SI等の半導体装置の主力であるSiやGaAsに関しては成功
していない。
特開昭55−130896号公報および日経エレクトロニクス
（1981年11月９日号）第86頁〜91頁には、ALEを改良し
て分子層を吸着し、表面での化学反応を利用したALE法
も示されてはいるが、ガラス基板上にZnSの多結晶もし
くはTa2O5のアモルファスの薄膜の成長であり単結晶成
長技術とはなっていない。
（1981年11月９日号）第86頁〜91頁には、ALEを改良し
て分子層を吸着し、表面での化学反応を利用したALE法
も示されてはいるが、ガラス基板上にZnSの多結晶もし
くはTa2O5のアモルファスの薄膜の成長であり単結晶成
長技術とはなっていない。
化学反応を利用したALE法においては、キャリアガス等
の不活性ガスを用いてガス相拡散バリアを用いないと、
交換表面反応の反応工程の分離が出来ず、ALE法の長所
を消してしまう欠点がある。つまり不活性ガスを用いる
ことが化学反応を利用したALE法の必須条件である。し
かも、１分子層形成に必要な分子数の100％被着が不可
能なため、ガス導入１サイクル当りの膜厚はZnSの場合
0.089nm（0.89Å）と1/3分子層以下という小さな値であ
ること、あるいはIII−Ｖ族化合物半導体が成長できな
いという欠点がある。
の不活性ガスを用いてガス相拡散バリアを用いないと、
交換表面反応の反応工程の分離が出来ず、ALE法の長所
を消してしまう欠点がある。つまり不活性ガスを用いる
ことが化学反応を利用したALE法の必須条件である。し
かも、１分子層形成に必要な分子数の100％被着が不可
能なため、ガス導入１サイクル当りの膜厚はZnSの場合
0.089nm（0.89Å）と1/3分子層以下という小さな値であ
ること、あるいはIII−Ｖ族化合物半導体が成長できな
いという欠点がある。
このように、ALE法でIII−Ｖ族化合物半導体が成長でき
ない原因の一つは、GaCl3やTMGといった蒸気圧の低い原
料ガスを成長室内に矩形パルス状に導入して、交換表面
反応を実現できないからである。またこれらのALE法は
ガラス基板上への成長を基礎としているのでSiO2（ガラ
ス）等の絶縁物等をマスク材料として半導体基板上にの
み選択エピタキシーを行なうのは極めて困難である。
ない原因の一つは、GaCl3やTMGといった蒸気圧の低い原
料ガスを成長室内に矩形パルス状に導入して、交換表面
反応を実現できないからである。またこれらのALE法は
ガラス基板上への成長を基礎としているのでSiO2（ガラ
ス）等の絶縁物等をマスク材料として半導体基板上にの
み選択エピタキシーを行なうのは極めて困難である。
本発明は上記従来技術の欠点を除き、厚さ方向に対して
は単分子層単位の寸法精度で制御できる三次元構造の単
結晶の選択成長が可能な選択型結晶の成長方法を提供す
ることを目的とする。
は単分子層単位の寸法精度で制御できる三次元構造の単
結晶の選択成長が可能な選択型結晶の成長方法を提供す
ることを目的とする。
本発明の別の目的は、マスク上への析出や、マスクとの
境界部における異常成長のない選択型結晶の成長方法を
促進することである。
境界部における異常成長のない選択型結晶の成長方法を
促進することである。
本発明のさらに別の目的は、マスク幅や露出部の寸法に
よって成長速度が変化せず、自己停止機構によって少な
くとも１サイクル１分子層の厚み単位で成長可能な選択
型結晶の成長方法を提供することである。
よって成長速度が変化せず、自己停止機構によって少な
くとも１サイクル１分子層の厚み単位で成長可能な選択
型結晶の成長方法を提供することである。
このため本発明は、単結晶半導体基板表面に関して活性
なガス状分子のみを用い結晶成分元素を含むガス状分子
を超高真空槽に導入し、場合によっては光を照射しなが
ら加熱した単結晶半導体基板表面での化学反応を用いて
単結晶を確実に単分子層単位の寸法精度で成長させるこ
とにより、単結晶半導体基板表面の所定個所に所定の膜
厚の単結晶を選択成長出来るようにしたことを特徴とし
ている。
なガス状分子のみを用い結晶成分元素を含むガス状分子
を超高真空槽に導入し、場合によっては光を照射しなが
ら加熱した単結晶半導体基板表面での化学反応を用いて
単結晶を確実に単分子層単位の寸法精度で成長させるこ
とにより、単結晶半導体基板表面の所定個所に所定の膜
厚の単結晶を選択成長出来るようにしたことを特徴とし
ている。
第１図は本発明の一実施例に係る選択型結晶成長装置の
構成図を示したもので、１は成長槽で材質はステンレス
等の金属、２はゲートバルブ、３は成長槽１内を超高真
空に排気するための排気装置、4,5はIII−Ｖ族化合物半
導体のIII族、Ｖ族の成分元素のガス状の化合物を導入
するノズル、6,7はノズル4,5を開閉するバルブ、８はII
I族の成分元素を含むガス状の化合物、９はＶ族の成分
元素を含むガス状の化合物、10は基板加熱用のヒーター
で石英ガラスに封入したタングステン（Ｗ）線であり、
電線等は図示省略している。11は測温用の熱電対、12は
半導体の基板、13は成長槽内の真空度を測るための圧力
計である。また、14は光源、15は光源からの光を基板12
に導くための窓である。
構成図を示したもので、１は成長槽で材質はステンレス
等の金属、２はゲートバルブ、３は成長槽１内を超高真
空に排気するための排気装置、4,5はIII−Ｖ族化合物半
導体のIII族、Ｖ族の成分元素のガス状の化合物を導入
するノズル、6,7はノズル4,5を開閉するバルブ、８はII
I族の成分元素を含むガス状の化合物、９はＶ族の成分
元素を含むガス状の化合物、10は基板加熱用のヒーター
で石英ガラスに封入したタングステン（Ｗ）線であり、
電線等は図示省略している。11は測温用の熱電対、12は
半導体の基板、13は成長槽内の真空度を測るための圧力
計である。また、14は光源、15は光源からの光を基板12
に導くための窓である。
以上の構成で、GaAs基板12上にGaAs単結晶を選択成長さ
せる方法は、以下のように実施する。即ち、先ず、鏡面
研磨したGaAs基板12を通常のエッチング法で約１〜２μ
ｍエッチングした後、第２図（ａ）に示すように、前記
GaAs基板上12に一様な絶縁物膜たとえばSi3N4膜16をプ
ラズマCVD法によって約200nm（2000Å）の厚さ形成し、
更にホトレジスト17を塗布する。次に、通常のホトエッ
チング法により、第２図（ｂ）に示すようにレジストパ
ターンを形成する。その後プラズマエッチングなどの周
知の方法でSi3N4膜16をエッチングした後、レジスト17
を除去して第２図（ｃ）に示すように基板12上にSi3N4
膜16のマスクパターンを形成する。更に、表面を洗浄
し、有機アルカリのTHAH（トリアルキ２−１ヒドロキシ
アルキルアンモニウムハイドロキサイド）を含むGaAsエ
ッチング液により、GaAs基板12の表面を約10nm（100
Å）程エッチングしたのち、洗浄乾燥する。
せる方法は、以下のように実施する。即ち、先ず、鏡面
研磨したGaAs基板12を通常のエッチング法で約１〜２μ
ｍエッチングした後、第２図（ａ）に示すように、前記
GaAs基板上12に一様な絶縁物膜たとえばSi3N4膜16をプ
ラズマCVD法によって約200nm（2000Å）の厚さ形成し、
更にホトレジスト17を塗布する。次に、通常のホトエッ
チング法により、第２図（ｂ）に示すようにレジストパ
ターンを形成する。その後プラズマエッチングなどの周
知の方法でSi3N4膜16をエッチングした後、レジスト17
を除去して第２図（ｃ）に示すように基板12上にSi3N4
膜16のマスクパターンを形成する。更に、表面を洗浄
し、有機アルカリのTHAH（トリアルキ２−１ヒドロキシ
アルキルアンモニウムハイドロキサイド）を含むGaAsエ
ッチング液により、GaAs基板12の表面を約10nm（100
Å）程エッチングしたのち、洗浄乾燥する。
このようにしてマスクパターンの形成された基板12を第
１図に示した成長槽１内のヒーター10上に設置したの
ち、ゲートバルブ２を開けて超高真空排気装置３によ
り、成長槽１内を10-7〜10-8Pascal（以下、Paと略す）
程度に排出する。次に、GaAs基板12を例えば300〜800℃
程度ヒーター10により加熱し、Gaを含むガスとしてTMG
（トリメチルガリウム）８を成長槽１内の圧力が、10-1
〜10-7Paになる範囲で、（望ましくは10-1〜10-4Paの範
囲で）0.5〜10秒間バルブ６を開けて導入する。その
後、バルブ６を閉じて成長槽１内のガスを排出後、今度
はAsを含むガスとしてAsH39を成長槽１内の圧力が10-1
〜10-7Paとなる範囲で（望ましくは10-1〜10-9Paの範囲
で）２〜200秒間バルブ７を開けて導入する。これによ
り、マスクのない部分のみに選択的にGaAs単結晶を少な
くとも単分子層成長させることができる。すなわちGaAs
（100）基板では0.283nm（2.83Å）、GaAs（111）基板
では0.326nm（3.26Å）がガス導入１サイクルで成長す
る。更に、以上の操作を繰り返すことにより、第２図
（ｄ）に示すように、Si3N4膜16上にはGaAsを全く成長
させることなしに、マスクのない基板12上にのみ単分子
層を次々と成長させ、所望の分子層数のGaAs単結晶成長
層を単分子層の単位で成長させることができる。
１図に示した成長槽１内のヒーター10上に設置したの
ち、ゲートバルブ２を開けて超高真空排気装置３によ
り、成長槽１内を10-7〜10-8Pascal（以下、Paと略す）
程度に排出する。次に、GaAs基板12を例えば300〜800℃
程度ヒーター10により加熱し、Gaを含むガスとしてTMG
（トリメチルガリウム）８を成長槽１内の圧力が、10-1
〜10-7Paになる範囲で、（望ましくは10-1〜10-4Paの範
囲で）0.5〜10秒間バルブ６を開けて導入する。その
後、バルブ６を閉じて成長槽１内のガスを排出後、今度
はAsを含むガスとしてAsH39を成長槽１内の圧力が10-1
〜10-7Paとなる範囲で（望ましくは10-1〜10-9Paの範囲
で）２〜200秒間バルブ７を開けて導入する。これによ
り、マスクのない部分のみに選択的にGaAs単結晶を少な
くとも単分子層成長させることができる。すなわちGaAs
（100）基板では0.283nm（2.83Å）、GaAs（111）基板
では0.326nm（3.26Å）がガス導入１サイクルで成長す
る。更に、以上の操作を繰り返すことにより、第２図
（ｄ）に示すように、Si3N4膜16上にはGaAsを全く成長
させることなしに、マスクのない基板12上にのみ単分子
層を次々と成長させ、所望の分子層数のGaAs単結晶成長
層を単分子層の単位で成長させることができる。
ここで、ノズル4,5の先端部を第１図に示したように基
板12のすぐ近くに配置し、ノズル先端開口部が基板12の
表面を望むようにしているので、原料ガス8,9が基板12
表面上に有効に供給され、基板12以外のところに廻り込
んだり、成長槽１の内壁に吸着され、その吸着したガス
が長い時定数で少しずつ脱離するようなことがなくな
る。したがってバルブ6,7の開閉と排気装置３による真
空排気のみで、原料ガス8,9は矩形パルス状の圧力特性
で交互に基板12上に導入されて基板12上の交換表面反応
が実現する。
板12のすぐ近くに配置し、ノズル先端開口部が基板12の
表面を望むようにしているので、原料ガス8,9が基板12
表面上に有効に供給され、基板12以外のところに廻り込
んだり、成長槽１の内壁に吸着され、その吸着したガス
が長い時定数で少しずつ脱離するようなことがなくな
る。したがってバルブ6,7の開閉と排気装置３による真
空排気のみで、原料ガス8,9は矩形パルス状の圧力特性
で交互に基板12上に導入されて基板12上の交換表面反応
が実現する。
次いで、プラズマエッチングなどの周知の方法でSi3N4
膜16を除去すると、第２図（ｅ）に示すように、基板12
上にはマスクパターンに従った所望の領域に所望の厚さ
のGaAs単結晶の選択成長層が得られる。従来のMOCVD法
の場合はマスク材の上にもGaAsが成長するので、もう一
度ホトレジスト17を用いてマスク材の上のGaAsを除去し
てからでないとSi3N4膜16の除去はできない。
膜16を除去すると、第２図（ｅ）に示すように、基板12
上にはマスクパターンに従った所望の領域に所望の厚さ
のGaAs単結晶の選択成長層が得られる。従来のMOCVD法
の場合はマスク材の上にもGaAsが成長するので、もう一
度ホトレジスト17を用いてマスク材の上のGaAsを除去し
てからでないとSi3N4膜16の除去はできない。
この過程において、基板12上の加熱と共に、光源14から
紫外線を基板12に照射するようにすれば、成長温度を40
0℃以下に低下させることができ、結晶品質を改善する
ことができる。
紫外線を基板12に照射するようにすれば、成長温度を40
0℃以下に低下させることができ、結晶品質を改善する
ことができる。
以上の選択成長法は、理論的には未だ十分解明されてい
ないが実験結果に基づき得られたものである。
ないが実験結果に基づき得られたものである。
第３図はその実験例を示したもので、導入ガスとして、
TMGとAsH3を用いた時のTMGとAsH3を交互に導入する回数
と、GaAs（100）面上へのエピタキシャル成長層の膜厚
の関係図である。ガス導入回数と成長膜厚との関係は非
常によい直線性を示し、ガス導入回数を制御することに
より、成長層膜厚を分子層単位で制御することができる
ことが確認できた。
TMGとAsH3を用いた時のTMGとAsH3を交互に導入する回数
と、GaAs（100）面上へのエピタキシャル成長層の膜厚
の関係図である。ガス導入回数と成長膜厚との関係は非
常によい直線性を示し、ガス導入回数を制御することに
より、成長層膜厚を分子層単位で制御することができる
ことが確認できた。
第４図は本発明の別の実施例を示したものであり、選択
成長層に不純物添加をするためのものである。20,21は
例えば不純物添加に用いるガス状化合物を導入するノズ
ル、22,23はノズル20,21を開閉するバルブ、24はII族の
成分元素を含むガス状の化合物、25はVI族の成分元素を
含むガス状の化合物である。不純物を添加する以外の部
分は第１図の実施例と同一であるので説明は省略する。
成長層に不純物添加をするためのものである。20,21は
例えば不純物添加に用いるガス状化合物を導入するノズ
ル、22,23はノズル20,21を開閉するバルブ、24はII族の
成分元素を含むガス状の化合物、25はVI族の成分元素を
含むガス状の化合物である。不純物を添加する以外の部
分は第１図の実施例と同一であるので説明は省略する。
この構成で、Ｐ型の選択成長層を形成する場合は、TMG
（トリメチルガリウム）８、AsH3（アルシン）９および
不純物ガスとしてDMZn（ジメチル亜鉛）24の３つのガス
を別個の時間に循環式に導入する。また、別の方法とし
てはTMG8とDMZn24を同時にAsH39とは交互に導入する
か、AsH39とDMZn24を同時にTMG8とは交互に導入するこ
とによって不純物添加ができる。
（トリメチルガリウム）８、AsH3（アルシン）９および
不純物ガスとしてDMZn（ジメチル亜鉛）24の３つのガス
を別個の時間に循環式に導入する。また、別の方法とし
てはTMG8とDMZn24を同時にAsH39とは交互に導入する
か、AsH39とDMZn24を同時にTMG8とは交互に導入するこ
とによって不純物添加ができる。
尚、不純物ガスとしてはDMCd（ジメチルカドミウム）、
DMMg（ジメチルマグネシウム）、SiH4（モノシラン）、
GeH4（ゲルマン）などでもよい。
DMMg（ジメチルマグネシウム）、SiH4（モノシラン）、
GeH4（ゲルマン）などでもよい。
次に、ｎ型の選択成長層の形成は、添加する不純物ガス
としてDMSe21（ジメチルセレン）をTMG8、AsH39と循環
式に導入する。別の方法としてはTMG8とDMSe25を同時に
TMG8とは交互に導入することによって不純物添加ができ
る。
としてDMSe21（ジメチルセレン）をTMG8、AsH39と循環
式に導入する。別の方法としてはTMG8とDMSe25を同時に
TMG8とは交互に導入することによって不純物添加ができ
る。
尚、このときの不純物ガスとしてはDMS（ジメチル硫
黄）、H2S（硫化水素）、H2Se（セレン化水素）などを
用いることができる。
黄）、H2S（硫化水素）、H2Se（セレン化水素）などを
用いることができる。
この場合、不純物ガスの導入流量をAsH39、TMG8に比
べ、例えば10-3〜10-6程小さく取り、導入時間は0.5〜1
0秒間程にすることにより、厚さ方向に所望の不純物濃
度分布を有する分子層エピタキシャル成長層が形成でき
る。また、添加する不純物ガスの量と時間を調整するこ
とにより、pn接合、不均一不純物密度分布、npn、npi
n、pnp、pnip等のバイポーラトランジスタ構造、n+i
n+、n+n-n+構造等の電界効果トランジスタや静電誘導ト
ランジスタ、pnpnのサイリスタ構造等を実現できること
は勿論である。
べ、例えば10-3〜10-6程小さく取り、導入時間は0.5〜1
0秒間程にすることにより、厚さ方向に所望の不純物濃
度分布を有する分子層エピタキシャル成長層が形成でき
る。また、添加する不純物ガスの量と時間を調整するこ
とにより、pn接合、不均一不純物密度分布、npn、npi
n、pnp、pnip等のバイポーラトランジスタ構造、n+i
n+、n+n-n+構造等の電界効果トランジスタや静電誘導ト
ランジスタ、pnpnのサイリスタ構造等を実現できること
は勿論である。
尚、以上述べた実施例において、結晶成長に用いるガス
は主にGaAsについて説明してきたが、InP、AlP、GaP等
他のIII−Ｖ族化合物に適用できることは勿論である。
更には、Ga1-xAlxAs、Ga1-xAlxAs1-yPy等の混晶でも良
い。また、基板はGaAsに限らず他の化合物半導体基板に
成長させるヘテロエピタキシャル成長等でも良い。勿
論、半導体がIV族のような単元素の半導体の結晶成長も
することができる。この場合、Siでは反応性のガスとし
て、SiH2Cl2のような塩化物とH2ガスの組み合せによっ
て結晶成長を行なうことができる。マスクパターン材料
としての絶縁物材料はSiO2もしくはSixOyでも良い。あ
るいはSixNyとSixOyとの複合膜でも良い。
は主にGaAsについて説明してきたが、InP、AlP、GaP等
他のIII−Ｖ族化合物に適用できることは勿論である。
更には、Ga1-xAlxAs、Ga1-xAlxAs1-yPy等の混晶でも良
い。また、基板はGaAsに限らず他の化合物半導体基板に
成長させるヘテロエピタキシャル成長等でも良い。勿
論、半導体がIV族のような単元素の半導体の結晶成長も
することができる。この場合、Siでは反応性のガスとし
て、SiH2Cl2のような塩化物とH2ガスの組み合せによっ
て結晶成長を行なうことができる。マスクパターン材料
としての絶縁物材料はSiO2もしくはSixOyでも良い。あ
るいはSixNyとSixOyとの複合膜でも良い。
以上のように本発明によれば、単結晶半導体基板上の所
望の領域に所望の厚さの単結晶を単分子層単位の寸法精
度で選択成長させマスク材の上には全く成長させないこ
とができる。したがって、その後の半導体装置の製造工
程において、マスク材の除去が極めて容易にできる。た
とえばCF4のプラズマエッチングによってGaAsは全くエ
ッチングされないので、GaAs基板上のマスク材のSi3N4
膜はCF4のプラズマエッチングで選択的に除去できる。
望の領域に所望の厚さの単結晶を単分子層単位の寸法精
度で選択成長させマスク材の上には全く成長させないこ
とができる。したがって、その後の半導体装置の製造工
程において、マスク材の除去が極めて容易にできる。た
とえばCF4のプラズマエッチングによってGaAsは全くエ
ッチングされないので、GaAs基板上のマスク材のSi3N4
膜はCF4のプラズマエッチングで選択的に除去できる。
また本発明によれば、通常のMO−CVDに見られるように
マスクとの境界部における異常成長も無く、さらに、マ
スク幅や露出部の寸法によって成長層の厚みが変化する
ことが無いので、フォトリソグラフィ工程や配線工程が
容易で、しかもプロセス設計が簡単になる。
マスクとの境界部における異常成長も無く、さらに、マ
スク幅や露出部の寸法によって成長層の厚みが変化する
ことが無いので、フォトリソグラフィ工程や配線工程が
容易で、しかもプロセス設計が簡単になる。
また本発明によれば、マスク材の上には多結晶等が全く
成長しないことを用いて、自己整合（セルフアライメン
ト）プロセスが適用できるので、微細加工が容易とな
る。またこのとき、不純物の添加も一分子層ずつ行なう
ことができ、非常に急峻な不純物濃度分布を得ることが
でき、半導体デバイスの製造に優れた作用効果を発揮す
る。
成長しないことを用いて、自己整合（セルフアライメン
ト）プロセスが適用できるので、微細加工が容易とな
る。またこのとき、不純物の添加も一分子層ずつ行なう
ことができ、非常に急峻な不純物濃度分布を得ることが
でき、半導体デバイスの製造に優れた作用効果を発揮す
る。
さらに本発明によれば、キャリアガス等の成長表面に関
して不活性なガスを用いていないので、成長装置の構成
が単純化され、成長装置の操作や保守が容易となる利点
が得られる。
して不活性なガスを用いていないので、成長装置の構成
が単純化され、成長装置の操作や保守が容易となる利点
が得られる。
第１図は本発明の一実施例に係る選択型結晶成長装置の
構成図、第２図（ａ）〜（ｅ）は第１図の装置による選
択成長経過説明図、第３図は第１図の装置における成長
膜厚とガス導入回数との関係図、第４図は本発明の他の
実施例に係る選択型結晶成長装置の構成図である。 １…成長槽、２…ゲートバルブ、３…排気装置、4,5,2
0,21…ノズル、6,7,22,23…バルブ、8,9,24,25…ガス状
の化合物、10…ヒーター、11…熱電対、12…単結晶半導
体基板、13…圧力計、14…光源、15…窓、16…Si3N
4膜、17…ホトレジスト、40…粒子状GaAs、66…SiO
2膜。
構成図、第２図（ａ）〜（ｅ）は第１図の装置による選
択成長経過説明図、第３図は第１図の装置における成長
膜厚とガス導入回数との関係図、第４図は本発明の他の
実施例に係る選択型結晶成長装置の構成図である。 １…成長槽、２…ゲートバルブ、３…排気装置、4,5,2
0,21…ノズル、6,7,22,23…バルブ、8,9,24,25…ガス状
の化合物、10…ヒーター、11…熱電対、12…単結晶半導
体基板、13…圧力計、14…光源、15…窓、16…Si3N
4膜、17…ホトレジスト、40…粒子状GaAs、66…SiO
2膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 999999999 鈴木 壮兵衛 宮城県仙台市霊屋下１番３号 (72)発明者 西澤 潤一 宮城県仙台市米ヶ袋１丁目６番16号 (72)発明者 阿部 仁志 宮城県仙台市緑ヶ丘１−22―11 (72)発明者 鈴木 壮兵衛 宮城県仙台市霊屋下１番３号 (56)参考文献 特開 昭55−130896（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−39024（ＪＰ，Ａ) ・「日経エレクロニクス」1981，11，９ 号，Ｐ．86〜91 ・「第23回応物連合大会予稿集，（1976 −３−27），Ｐ．227，27ａ−Ｈ−３
Claims (1)
- 【請求項１】GaAs単結晶半導体基板上にこのGaAs単結晶
半導体基板と異なる少なくともSixNyもしくはSixOyもし
くはSixNyとSixOyとの複合膜のいずれか一つからなるマ
スクパターンを形成し、洗浄乾燥後、成長槽内に設置
し、前記成長槽を所定の真空度まで排気した後、前記Ga
As単結晶半導体基板を加熱し、前記GaAs単結晶半導体基
板表面に対し活性なGa化合物のガス状分子を所定の圧力
で所定の時間導入し、排気した後に前記GaAs単結晶半導
体基板表面に対し活性なAs化合物のガス状分子もしくは
前記Ga化合物のガス状分子と反応する活性なガスを所定
の圧力で所定の時間導入し、排気する１サイクルによ
り、交換表面反応を実現させて少なくとも単分子層厚み
の単結晶半導体層を形成させ、更に以上のサイクルを繰
り返すことにより、前記GaAs単結晶半導体基板の露出部
分上にのみ選択的に、所望の分子層数の前記半導体の単
結晶薄膜を単分子層単位で成長させ前記マスクパターン
上には多結晶等を析出させないようにしたことを特徴と
する選択型結晶の成長方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59153980A JPH0715884B2 (ja) | 1984-07-26 | 1984-07-26 | 選択型結晶の成長方法 |
| GB08518834A GB2162862B (en) | 1984-07-26 | 1985-07-25 | A method of growing a thin film single crystalline semiconductor |
| DE19853526824 DE3526824A1 (de) | 1984-07-26 | 1985-07-26 | Verfahren zum bilden eines monokristallinen duennen films aus einem verbindungshalbleiter |
| FR8511517A FR2578680B1 (fr) | 1984-07-26 | 1985-07-26 | Procede pour former une couche mince monocristalline de compose semi-conducteur |
| US08/077,119 US5693139A (en) | 1984-07-26 | 1993-06-15 | Growth of doped semiconductor monolayers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59153980A JPH0715884B2 (ja) | 1984-07-26 | 1984-07-26 | 選択型結晶の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6134930A JPS6134930A (ja) | 1986-02-19 |
| JPH0715884B2 true JPH0715884B2 (ja) | 1995-02-22 |
Family
ID=15574278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59153980A Expired - Fee Related JPH0715884B2 (ja) | 1984-07-26 | 1984-07-26 | 選択型結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0715884B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2837491B2 (ja) * | 1990-03-05 | 1998-12-16 | 大同ほくさん株式会社 | 低温度選択エピタキシヤル成長方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI57975C (fi) * | 1979-02-28 | 1980-11-10 | Lohja Ab Oy | Foerfarande och anordning vid uppbyggande av tunna foereningshinnor |
-
1984
- 1984-07-26 JP JP59153980A patent/JPH0715884B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ・「日経エレクロニクス」１９８１，１１，９号，Ｐ．８６〜９１ |
| ・「第２３回応物連合大会予稿集，（１９７６−３−２７），Ｐ．２２７，２７ａ−Ｈ−３ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6134930A (ja) | 1986-02-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |