JPH08236454A

JPH08236454A - 半導体膜の形成方法

Info

Publication number: JPH08236454A
Application number: JP3731695A
Authority: JP
Inventors: Genichi Ogawa; 元一小川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1995-02-24
Filing date: 1995-02-24
Publication date: 1996-09-13

Abstract

(57)【要約】（修正有）【構成】反応室１内のサセプタ３上に単結晶の基板７
を載せ、充分に分解した原料ガスＲＧを導入し、基板７
を１２０ｃｍ／ｓｅｃ以下の周速度で回転させつつ、そ
の上に非晶質半導体膜を成膜する。次に周速度を３００
〜１６００ｃｍ／ｓｅｃに上げ、また基板７を４５０℃
以下に加熱して非晶質膜を単結晶化しながら、その上に
単結晶半導体膜を成膜する。【効果】低温工程でも充分に分解した原料ガスを使え
ば非晶質半導体膜を成膜でき、また４５０℃以下の温度
で半導体膜を成膜する場合にも、均一な膜厚分布とな
る。また、３００〜１６００ｃｍ／ｓｅｃの回転周速度
で回転させるので、ポンプ効果で原料ガスが強制的に基
板表面に供給され、成膜速度が速くなると共に、原料ガ
スの使用効率も高くなる。その結果、全体として例えば
４インチ以上の大口径の単結晶基板または多数枚の単結
晶基板上に、均一かつ再現性よく高品質の単結晶半導体
膜を成膜できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体膜の形成方法に関
し、特に単結晶基板上に、この単結晶基板とは異種の単
結晶半導体膜を形成する半導体膜の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする問題点】従
来から、大面積基板の製造が困難である材料をその材料
とは異なった材質の基板上にヘテロエピタキシャル成長
させた基板を製作することが提案されている。このよう
な例として、シリコン（Ｓｉ）基板上にガリウム砒素
（ＧａＡｓ）をエピタキシャル成長させるものがある。
ガリウム砒素等の化合物半導体は、シリコンでは実現で
きないような種々の特徴を備えており、光または高速電
子デバイスに対する需要は大きい。ところが、ガリウム
砒素はシリコンよりも完全結晶の作成が困難である上、
機械的強度も小さく、大面積化が困難であるなどの欠点
もある。したがって、シリコン基板上にガリウム砒素層
を形成した基板を作成できれば、ガリウム砒素及びシリ
コンが有するそれぞれの長所をいずれも生かしたデバイ
スを実現することができる。このようなことから、シリ
コン基板上にガリウム砒素をヘテロエピタキシャル成長
させる技術が種々研究されている。

【０００３】ところが、シリコンの格子定数が５．４３
０９Åであるのに対して、ガリウム砒素の格子定数は
５．６５３３Åであり、その格子定数は約４％程度異な
る。したがって、ガリウム砒素基板の作成時と同様の成
膜条件でシリコン基板上に単結晶のガリウム砒素層をエ
ピタキシャル成長させることはできず、両者の格子不整
合を緩和してシリコン基板上に単結晶のガリウム砒素層
をエピタキシャル成長させるためには何らかの工夫が必
要である。

【０００４】このような工夫の１つとして、低温状態と
高温状態との２段階に分けてガリウム砒素をエピタキシ
ャル成長させる方法が公知である（日経マイクロデバイ
ス１９８６年１月号ｐ．１１３〜ｐ．１２７）。この
方法は、低温状態で非晶質またはある程度結晶化したガ
リウム砒素をエピタキシャル成長させた後、高温状態で
ガリウム砒素をさらにエピタキシャル成長させる２段階
の成膜により単結晶のガリウム砒素層をシリコン基板上
に形成する方法である。

【０００５】ところが、このような２段階成長法で、シ
リコン基板上にガリウム砒素をエピタキシャル成長させ
る場合、成膜を一旦中断して基板温度を６００〜７５０
℃程度まで上昇させる過程にあって、ガリウム砒素層内
のガリウム砒素が原子再配列を起こして表面に凹凸を生
じ、平坦性が悪くなるという問題があった。

【０００６】そこで、ガリウム砒素層を成膜するシリコ
ン基板を或る一定速度で回転させることにより、ガリウ
ム砒素層の膜厚分布を均一にすることも試みられてい
る。すなわち、シリコン基板を高速回転するサセプタ上
に載置して、このシリコン基板上から、原料ガスを供給
すると、原料ガスは高速に回転するサセプタのポンプ効
果により、回転軸の軸方向に吸い込まれ、サセプタの外
周方向に吹き出される。その結果、半導体基板上に、薄
く、かつ均一な層が形成され、原料ガスの供給や温度が
均一となり、基板上への均一な半導体膜の生成が可能と
なるものである。

【０００７】ところが、４５０℃程度の比較的低温な基
板温度で、非晶質ガリウム砒素膜を成膜する場合、サセ
プタの回転数を高くしすぎると、非晶質ガリウム砒素の
膜厚分布が極めて不均一となり、その後に、５５０〜７
００℃に昇温して単結晶ガリウム砒素を成膜する際、均
一な特性をもつ単結晶ガリウム砒素を成膜させることが
できないという問題があった。すなわち、基板温度が４
５０℃以下の場合には、非晶質ガリウム砒素が成膜さ
れ、この低温領域では原料ガスの分解が充分に進まない
ために、原料ガスの反応中間体がガリウム砒素膜として
半導体膜中に取り込まれるまでの寿命が長く、早い回転
周速度で成膜するとサセプタ外周部での膜厚が厚くな
り、均一な膜厚の非晶質ガリウム砒素を成膜できないと
いう問題があった。

【０００８】

【発明の目的】本発明に係る半導体膜の形成方法は、こ
のような従来技術の問題点に鑑みて発明されたものであ
り、基板上に単結晶半導体膜を二段階成長法で成膜する
場合でも、膜厚分布が均一で、且つ高速に成膜できる単
結晶半導体膜の形成方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る半導体膜の形成方法では、反応室内の
サセプタ上に単結晶基板を載置して、この反応室内に原
料ガスを導入することにより、前記単結晶基板上に非晶
質半導体膜を成膜し、その後前記単結晶基板を昇温させ
て、前記非晶質半導体膜を単結晶化すると同時に前記非
晶質半導体膜上に単結晶半導体膜を形成する半導体膜の
形成方法において、前記単結晶基板上に非晶質半導体膜
を成膜する際は、前記単結晶基板を１２０ｃｍ／ｓｅｃ
以下の回転周速度で回転させると共に、前記単結晶半導
体膜を成膜する際は、前記単結晶基板を３００〜１６０
０ｃｍ／ｓｅｃの回転周速度で回転させることを特徴と
する。

【００１０】

【作用】上記のように、低温工程での単結晶基板の回転
周速度を遅くすると、半導体膜の成膜速度が遅くなり、
低温工程でも充分に分解した原料ガスで非晶質状の半導
体膜を成膜できるようになる。もって、４５０℃以下の
温度で半導体膜を成膜する場合でも、均一な膜厚分布と
なる。

【００１１】また、高温工程で半導体膜を成膜する場合
には、単結晶基板の回転周速度を３００〜１６００ｃｍ
／ｓｅｃと速くすることにより、ポンプ効果で原料ガス
が強制的に基板表面に供給され、成膜速度が速くなると
共に、原料ガスの使用効率も良好になる。

【００１２】もって、全体として例えば４インチ以上の
大口径の単結晶基板または多数枚の単結晶基板上に、均
一かつ再現よく高品質な単結晶半導体膜を成膜できるよ
うになる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の半導体膜の形成方法に用いら
れる成膜装置の概念図であり、１は反応室、２はガス導
入口、３はサセプタ、４は回転軸、５は加熱ヒータ、６
は排気口、７は単結晶基板である。

【００１４】ガス導入口２を有する反応室１内に、ガス
導入口２と相対してサセプタ３を設け、このサセプタ３
上に半導体膜を成膜するための複数の単結晶基板７を同
一円周上に載置し、回転軸４を回転させることによりサ
セプタ３を回転させる。反応ガスＲＧはガス導入口２か
ら導入する。その結果、反応ガスＲＧは回転するサセプ
タ３のポンプ効果により、回転軸４の軸方向に吸い込ま
れ、サセプタ３の外周方向に吹き出される。サセプタ３
の外周方向に吹き出された原料ガスＲＧは、反応室１の
底部に設けられた排気口６から排気される。このように
サセプタ３が高速回転する装置では、原料ガスＲＧがサ
セプタ３の回転軸４方向に吸い込まれ、その後周囲に吹
き出す効果をもたらす。その結果サセプタ３上に薄く、
かつ均一な原料ガスＲＧの層が生成され、原料ガスＲＧ
の供給や温度が均一となり、単結晶基板７上への均一な
半導体膜が形成できるようになる。また、サセプタ３の
裏面側には加熱ヒータ５が設けられ、単結晶基板７を所
望に加熱できるように構成されている。

【００１５】本発明の半導体膜の形成方法では、単結晶
基板７としては例えば単結晶シリコン基板や単結晶ゲル
マニウム基板などが用いられる。また、この単結晶基板
７上には例えばガリウム砒素（ＧａＡｓ）、アルミニウ
ムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）あるいはインジウムガ
リウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）などが形成される。

【００１６】また、本発明の半導体膜の形成方法では、
原料ガスとしては例えばトリメチルガリウム（（Ｃ
Ｈ₃）₃Ｇａ）、アルシン（ＡｓＨ₃）、トリメチルア
ルミニウム（（ＣＨ₃）₃Ａｌ）、トリメチルインジウ
ム（（ＣＨ₃）₃Ｉｎ）などが用いられる。

【００１７】図２は、本発明の半導体膜の形成方法にお
ける単結晶基板７の基板温度のシーケンス図である。ま
ず、単結晶基板７を１０００℃程度で熱処理することに
より、単結晶基板７の表面を清浄する（図２中）。次
に、基板温度を３５０〜４５０℃程度まで降温して、膜
厚２００Å程度の非晶質半導体膜をエピタキシャル成長
させる（図２中）。次に、成膜を一旦中断した後に、
基板温度を再び５５０〜７００℃程度まで上昇させて、
膜厚数μｍ程度の単結晶膜をエピタキシャル成長させる
（図２中）。図３および図４は、単結晶基板７の回転
軌跡の外周部での回転周速度と単結晶基板７上に形成し
た半導体膜の膜厚分布の関係を示す図である。単結晶基
板７としてはシリコン基板を用い、半導体膜としてはガ
リウム砒素膜を成膜したものである。反応室内は、２０
トールの圧力に設定して半導体膜を成膜した。

【００１８】図３は基板温度を４００℃に設定して成膜
したものである。この４００℃を含む３５０〜４５０℃
の温度領域では、単結晶基板７上には非晶質半導体膜が
成膜できる。この温度領域では原料ガスの分解が十分に
進まないため、反応中間体が半導体膜中に取り込まれる
までの寿命が長く、１２０ｃｍ／ｓｅｃより早い回転周
速度で成膜するとサセプタ３外周部での膜厚が厚くな
り、均一な膜厚の非晶質半導体膜を成膜できない。した
がって、半導体膜を４００℃程度の低温領域で形成する
場合は、単結晶基板７は１２０ｃｍ／ｓｅｃより遅い回
転周速度で回転させなければならない。

【００１９】図４は基板温度を６５０℃に設定して成膜
したものである。この６５０℃を含む５５０〜７００℃
の温度領域では、単結晶の半導体膜が成膜できる。この
温度領域では、単結晶基板７の回転軌跡の外周部での回
転周速度が３００〜１６００ｃｍ／ｓｅｃの場合に、半
導体膜の膜厚分布が±１０％以下となる。したがって、
５５０〜７００℃の温度領域で単結晶の半導体膜を成膜
する場合、単結晶基板７の回転軌跡の外周部を３００〜
１６００ｃｍ／ｓｅｃの回転周速度となるようにサセプ
タを高速回転させながら半導体膜を成膜させるのが好ま
しい。

【００２０】単結晶の半導体膜を１６００ｃｍ／ｓｅｃ
以上の回転周速度で成膜させると、半導体膜の成膜速度
は上がるが、単結晶基板上の回転軸付近の膜厚が異常に
厚くなるため、図４に示すように、膜厚分布が悪くなり
実用的でない。

【００２１】従って、本発明では、単結晶基板７上に半
導体膜を成膜させる際、基板表面の酸化膜等を高温で除
去後、３５０〜４５０℃の基板温度で非晶質半導体膜を
成膜する際には、単結晶基板の最外周部を１２０ｃｍ／
ｓｅｃ以下の回転周速度で回転させて成膜し、続いて、
５５０〜７００℃に昇温して単結晶半導体膜を成膜する
際には、３００〜１６００ｃｍ／ｓｅｃの回転周速度で
回転させて成膜する。

【００２２】なお、単結晶基板７の回転周速度の変更
は、サセプタ３の回転数を変えればよい。

【００２３】また、単結晶基板７上に半導体膜を成膜す
る場合、反応室１の圧力を５〜５０トール未満に設定し
て成膜するのが望ましい。５トール未満の圧力では、成
膜速度が急激に低下するために、実用的でない。また、
５０トール以上の圧力では、反応室１内の熱対流の影響
が大きくなり、反応室１内の内壁に異物が付着し易く、
基板７上の半導体膜にも異物が混入し、半導体膜の諸特
性が劣化する。したがって、反応室１の圧力を５〜５０
トール未満に設定して成膜するのが望ましい。

【００２４】上記実施例では、単結晶基板７上に非晶質
半導体膜を形成した後、単結晶半導体膜を形成すること
について述べたが、この単結晶半導体膜上にさらにＡｌ
ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａ
Ｐ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＧａＡｓＰ等の異種の単結晶
半導体膜を形成してもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る半導体膜の
形成方法では、単結晶基板上に非晶質半導体膜を成膜す
る際は、この単結晶基板を１２０ｃｍ／ｓｅｃ以下の回
転周速度で回転させることから、低温工程でも充分に分
解した原料ガスで非晶質半導体膜を成膜できるようにな
る。もって、４５０℃以下の温度で半導体膜を成膜する
場合でも、均一な膜厚分布となる。また、単結晶基板上
に単結晶半導体膜を成膜する際は、この単結晶基板を３
００〜１６００ｃｍ／ｓｅｃの回転周速度で回転させる
ことから、ポンプ効果で原料ガスが強制的に基板表面に
供給され、成膜速度が速くなると共に、原料ガスの使用
効率も良好になる。

【００２６】もって、全体として例えば４インチ以上の
大口径の単結晶基板または多数枚の単結晶基板上に、均
一かつ再現よく高品質な単結晶半導体膜を成膜できるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体膜の形成方法に用いられる
成膜装置を示す図である。

【図２】本発明に係る半導体膜の形成方法における基板
温度のシーケンス図である。

【図３】基板温度を４００℃に設定して半導体膜を形成
した場合の半導体膜の膜厚分布を示す図である。

【図４】基板温度を６５０℃に設定して半導体膜を形成
した場合の半導体膜の膜厚分布を示す図である。

【符号の説明】

１・・・反応室、２・・・ガス導入口、３・・・サセプ
タ、４・・・回転軸、５・・・加熱ヒータ、６・・・排
気口、７・・・単結晶基板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応室内のサセプタ上に単結晶基板を載
置して、この反応室内に原料ガスを導入することによ
り、前記単結晶基板上に非晶質半導体膜を成膜し、その
後前記単結晶基板を昇温させて、前記非晶質半導体膜を
単結晶化すると同時に前記非晶質半導体膜上に単結晶半
導体膜を形成する半導体膜の形成方法において、前記単
結晶基板上に非晶質半導体膜を成膜する際は、前記単結
晶基板を１２０ｃｍ／ｓｅｃ以下の回転周速度で回転さ
せると共に、前記単結晶半導体膜を成膜する際は、前記
単結晶基板を３００〜１６００ｃｍ／ｓｅｃの回転周速
度で回転させることを特徴とする半導体膜の形成方法。
【請求項２】前記反応室内を５〜５０トールの圧力に
設定して前記非晶質半導体膜及び前記単結晶半導体膜を
成膜することを特徴とする半導体膜の形成方法。