JPH10189454A - シリコンゲルマニウム混晶膜の作製方法及び装置 - Google Patents

シリコンゲルマニウム混晶膜の作製方法及び装置

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JPH10189454A
JPH10189454A JP34530396A JP34530396A JPH10189454A JP H10189454 A JPH10189454 A JP H10189454A JP 34530396 A JP34530396 A JP 34530396A JP 34530396 A JP34530396 A JP 34530396A JP H10189454 A JPH10189454 A JP H10189454A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 膜の成長開始時点での基板表面における島状
の膜の発生を防止し、再現性があり、高品質のシリコン
ゲルマニウム混晶膜の作製が可能な作製方法及び装置を
実現する。 【解決手段】 真空容器4の内部に設けられた基板加熱
台2にシリコン基板3が配設され、上記真空容器4内に
それぞれ導入弁7,8を介してシリコン化合物ガスとゲ
ルマニウム化合物ガスが導入されるシリコンゲルマニウ
ム混晶膜の作製方法及び装置において、シリコン化合物
ガス用の導入弁7を開として一定時間経過後にゲルマニ
ウム化合物ガス用の導入弁8を開とする制御を行う弁制
御装置11を備えたものとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子デバイスの製
造に適用されるシリコンゲルマニウム混晶膜の作製方法
及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】これまでシリコンゲルマニウム混晶膜を
シリコン電子デバイスに組み込むことで高速なトランジ
スタや赤外線の検出器が製造されてきた。これら電子デ
バイスは、シリコンゲルマニウム混晶膜をシリコン基板
上に単結晶薄膜として形成し、その基板にさらにシリコ
ン膜や絶縁膜を積層させたり、不純物混入を行い加工を
施すことにより製造されてきた。
【0003】デバイス製造の歩留まりを向上させるため
には、シリコンゲルマニウム混晶膜の高品質化が重要で
ある。また、シリコンゲルマニウム混晶膜を高品質に保
ちながらシリコン基板上に作製するためには、成膜に含
有するゲルマニウムの濃度がある程度高くならないよう
にすることが重要である。
【0004】通常、シリコン基板に膜を作製する場合、
シリコンゲルマニウム混晶膜のゲルマニウム濃度が60
〜70%を超えると、膜の平坦性が失われ、多数の突起
が島状に成長してしまう。この場合、電子デバイスを形
成しても電気性能が劣化しており、不良となる確率が高
い。
【0005】従来のシリコン基板へのシリコンゲルマニ
ウム混晶膜の形成においては、シリコン系化合物ガスと
ゲルマニウム系化合物ガスを用いた化学気相堆積法が用
いられてきた。
【0006】図2は、この方法の実施に用いる典型的な
装置の模式図であり、この装置を用いて膜を作製する場
合には、弁19,20を同時に開いて原料となるシリコ
ン系化合物ガスであるジシランとゲルマニウム系化合物
ガスであるゲルマンを真空容器16内に導入する。ま
た、この容器16内にはシリコン基板15が配置され、
ジシランとゲルマンの混合雰囲気に曝されるようになっ
ている。
【0007】シリコンゲルマニウム混晶膜の成膜は、シ
リコン基板15を700℃程度に加熱しておき、ジシラ
ンとゲルマンの混合雰囲気に基板15を曝すことで行わ
れる。このとき、基板表面では熱せられたシリコン基板
15と雰囲気ガスが化学反応を起こし、シリコン基板1
5上にシリコンゲルマニウムの堆積が生じる。
【0008】なお、膜の品質を維持するのに重要な膜中
のゲルマニウム含有量は、材料となるシリコン化合物ガ
スとゲルマニウム化合物ガスの混合ガス中に占めるゲル
マニウム化合物ガスの割合できまり、ゲルマニウム化合
物ガスの比を増加させれば膜中のゲルマニウムの濃度は
増加する傾向がある。
【0009】したがって、膜成長過程の全般にわたっ
て、基板が曝される雰囲気ガス中のゲルマニウム化合物
ガスの濃度が異常に高くならないようにして、膜中のゲ
ルマニウム濃度が高くならないようにしなければならな
い。
【0010】シリコンゲルマニウム混晶膜の品質を維持
するためのゲルマニウム化合物ガスの限度濃度は、ガス
の種類にもよるが、シリコン化合物ガスにジシラン、ゲ
ルマニウム化合物ガスにゲルマンを用いた場合、ゲルマ
ン分圧/ジシラン分圧が1.2を超えるような場合、膜
中のゲルマニウム濃度が60%を超えてしまい、膜の品
質が劣化してしまう。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来の化学気相堆積法
によるシリコンゲルマニウム混晶膜の作製は、前記のよ
うに膜の成長の開始時に基板を予め加熱しておき、シリ
コン化合物ガスとゲルマニウム化合物ガスの弁を同時に
開いて容器内にそれぞれのガスを導入して行っていた。
【0012】しかし、この膜の成長開始時には、反応容
器内に発生する澱みや対流によって両ガスの基板表面へ
の到達時間に差が生じ、意図する以上にゲルマニウム化
合物ガスの濃い雰囲気が基板表面上に生じてしまうこと
があった。
【0013】この場合、膜の成長開始時点で基板表面に
島状の膜が発生してしまい、引き続きシリコンゲルマニ
ウムを堆積させた膜は多欠陥質なものとなってしまう。
そのため、従来のシリコンゲルマニウム混晶膜の作製で
は、高品質膜を再現性よく成膜することが困難であっ
た。
【0014】本発明は、従来の作製方法における膜成長
開始時の基板表面が異常に濃いゲルマニウム化合物ガス
に曝されるという課題を解決しうる方法及び装置を提供
し、高品質なシリコンゲルマニウム混晶膜の作製を可能
にすることを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
(1)請求項1に記載の発明は、シリコン基板を内蔵し
た真空容器内にシリコン化合物ガスとゲルマニウム化合
物ガスを導入して、上記真空容器内に設置したシリコン
基板を加熱することによりシリコン基板面に成膜させる
シリコンゲルマニウム混晶膜の作製方法において、膜の
成長開始時点でシリコン化合物ガスを先に容器内に導入
し、一定時間経過後にゲルマニウム化合物ガスを容器内
に導入することを特徴としている。
【0016】上記において、膜の成長開始時点でシリコ
ン化合物ガスを真空容器内に導入した後、一定時間遅延
させてゲルマニウム化合物ガスを真空容器内に導入する
と、成長開始時点では、シリコン基板表面はシリコン化
合物ガスに曝されるが、その後、ゲルマニウム化合物ガ
スが基板表面へ到達し、徐々に基板表面のゲルマニウム
化合物ガスの濃度は増加して、一定濃度に達する。
【0017】その結果、シリコン化合物ガスとゲルマニ
ウム化合物ガスを同時に真空容器中に導入した場合のよ
うに、シリコン化合物ガスより先にゲルマニウム化合物
ガスが到達することがなく、ゲルマニウム化合物ガスの
異常に濃い雰囲気にシリコン基板が曝されることはない
ため、高濃度ゲルマニウムによる膜の島状成長を防止す
ることができる。
【0018】(2)請求項2に記載の発明は、シリコン
基板が配設される基板加熱台がその内部に設けられた真
空容器と、同容器に接続されたそれぞれの導入用配管に
それぞれ設けられたシリコン化合物ガスとゲルマニウム
化合物ガスの導入弁を備えたシリコンゲルマニウム混晶
膜の作製装置において、上記それぞれの導入弁が接続さ
れ膜の成長開始時にシリコン化合物ガスの導入弁を開と
しその一定時間経過後にゲルマニウム化合物ガスの導入
弁を開とする制御を行う弁制御装置を備えたことを特徴
としている。
【0019】上記においては、弁制御装置からの制御信
号により、シリコン化合物ガスの導入弁が開いて一定時
間が経過した後に、ゲルマニウム化合物ガスの導入弁が
開となるため、上記発明(1)と同様、真空容器内には
シリコン化合物ガスが導入された後、ゲルマニウム化合
物ガスが導入される。
【0020】そのため、シリコン基板がゲルマニウム化
合物ガスの異常に濃い雰囲気に曝されることがなく、上
記発明(1)と同様に高濃度ゲルマニウムによる膜の島
状成長を防止することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態に係るシリ
コンゲルマニウム混晶膜の作製装置について、図1によ
り説明する。なお、本実施形態は、シリコン系化合物ガ
スとしてジシラン,ゲルマニウム系化合物ガスとしてゲ
ルマンを用いた場合である。
【0022】図1に示す本実施形態に係る作製装置は、
内部の上部に基板支え棒1を介して懸架されシリコン基
板3が取り付けられる基板加熱台2が設けられた真空容
器4、同真空容器4の側壁に接続されジシラン用弁7が
設けられたジシラン供給パイプ6、上記真空容器4の側
壁に接続されゲルマン用弁8が設けられたゲルマン供給
パイプ5、上記真空容器4の下部に設けられ図示しない
ガス除害装置に接続された真空ポンプ12、および上記
ジシラン用弁7とゲルマル用弁8がそれぞれ制御信号線
10,9を介して接続された弁制御装置11を備えてい
る。
【0023】本実施形態に係る作製装置を用いて行うシ
リコン基板3表面へのシリコンゲルマニウム混晶膜の作
製は、次のように行う。まず、シリコン基板3を基板加
熱台2に取り付け、一定温度に加熱しながら、弁制御装
置11からの制御信号によりジシラン用弁7を開く。こ
れから一定時間経過後、弁制御装置11からの制御信号
によりゲルマン用弁8を開き、ゲルマンをジシランより
遅らせて真空容器4内に導入する。
【0024】そのため、膜の成長開始時点では、シリコ
ン基板3表面はジシランに曝されるが、その後、ゲルマ
ンがシリコン基板3表面に到達し、ゲルマンの濃度が徐
々に増加して一定の濃度に達し、シリコンゲルマニウム
混合膜の成膜が行われる。なお、成膜後の真空容器4中
のガスはターボ分子ポンプからなる真空ポンプ12によ
り排気されて除害装置に導かれ、無害化されて排出され
る。
【0025】上記混合膜の成膜過程においては、ジシラ
ンより先にゲルマンが到達することがなく、ゲルマンの
異常に濃い雰囲気にシリコン基板3が曝されることはな
いため、高濃度ゲルマニウムによる膜の島状成長は防止
することができる。
【0026】なお、ジシラン用弁7に対するゲルマン用
弁8開の遅延時間は、ジシラン及びゲルマンのそれぞれ
の弁7,8からシリコン基板3までの到達時間をそれぞ
れT S およびTG としたときに、TS −TG 以上に設定
すればよい。
【0027】上記ジシラン及びゲルマンのそれぞれの弁
7,8からシリコン基板3表面への到達時間は実験的に
求めることができるが、ゲルマン用弁8の遅延時間によ
るシリコンゲルマニウム混晶膜の結晶性の変化を実験的
に調べ、再現性よく良好な結晶性が得られる遅延時間を
求めてもよい。
【0028】本実施形態に係るシリコンゲルマニウム混
晶膜の作製については、図1に示す装置を用いて実際に
実施しており、その内容と結果について以下に具体的に
説明する。
【0029】まず、真空容器4内のシリコン基板3を7
00℃に加熱し、ジシランとゲルマンはそれぞれの分圧
が2.2×10-5Torr,4.4×10-6Torrとなるよう
に真空容器4内に導入して行った。なお、成長開始時の
ゲルマン用弁8は、ジシラン用弁7が開いた後に、4秒
遅らせて開くようにした。
【0030】この結果、厚さ2000Åのシリコンゲル
マニウム混晶膜をシリコン基板3上に形成した場合、膜
の欠陥面密度は104 個/cm2 以下となり、良好な結晶
性の膜を形成できることがわかった。また、膜の成長に
ついてもほぼ100%の確率で再現できることがわかっ
た。
【0031】一方、ゲルマン用弁8開の遅延を行わず、
同時に両ガスの弁7,8を開いて成長を開始した場合、
作製した混晶膜の欠陥面密度は108 個/cm2 以上とな
り、膜は多欠陥質となってしまった。
【0032】この場合、膜の欠陥面密度が104 個/cm
2 以下となる良好な結晶性の膜を成長させることができ
たケースは5回の試験を行って0回であり、ゲルマン用
弁8を遅延させて開くことは、シリコンゲルマニウム混
晶膜の高結晶性を得るのに有効であることがわかった。
【0033】
【発明の効果】本発明のシリコンゲルマニウム混晶膜の
作製方法及び装置は、真空容器の内部に設けられた基板
加熱台にシリコン基板が配設され、上記真空容器内にそ
れぞれ導入弁を介してシリコン化合物ガスとゲルマニウ
ム化合物ガスが導入されるシリコンゲルマニウム混晶膜
の作製方法及び装置において、シリコン化合物ガス用の
導入弁を開として一定時間経過後にゲルマニウム化合物
ガス用の導入弁を開とする制御を行う弁制御装置を備え
たものとしたことによって、シリコン基板がゲルマニウ
ム化合物ガスの高濃度雰囲気に曝されることがなく、高
濃度ゲルマニウムによる膜の島状成長を防止することが
でき、作製されるシリコンゲルマニウム混晶膜の品質向
上が可能となり、シリコンゲルマニウム混晶膜を用いた
電子デバイスの歩留まりを大幅に向上させることが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係るシリコンゲルマニ
ウム混晶膜の作製装置の説明図である。
【図2】従来のシリコンゲルマニウム混晶膜の作製装置
の説明図である。
【符号の説明】
1 基板支え棒 2 基板加熱台 3 シリコン基板 4 真空容器 5 ゲルマン供給パイプ 6 ジシラン供給パイプ 7 ジシラン用弁 8 ゲルマン用弁 9 ゲルマン用弁制御信号線 10 ジシラン用弁制御信号線 11 弁制御装置 12 真空ポンプ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板を内蔵した真空容器内にシ
    リコン化合物ガスとゲルマニウム化合物ガスを導入し
    て、上記真空容器内に設置したシリコン基板を加熱する
    ことによりシリコン基板面に成膜させるシリコンゲルマ
    ニウム混晶膜の作製方法において、膜の成長開始時点で
    シリコン化合物ガスを先に容器内に導入し、一定時間経
    過後にゲルマニウム化合物ガスを容器内に導入すること
    を特徴とするシリコンゲルマニウム混晶膜の作製方法。
  2. 【請求項2】 シリコン基板が配設される基板加熱台が
    その内部に設けられた真空容器と、同容器に接続された
    それぞれの導入用配管にそれぞれ設けられたシリコン化
    合物ガスとゲルマニウム化合物ガスの導入弁を備えたシ
    リコンゲルマニウム混晶膜の作製装置において、上記そ
    れぞれの導入弁が接続され膜の成長開始時にシリコン化
    合物ガスの導入弁を開としその一定時間経過後にゲルマ
    ニウム化合物ガスの導入弁を開とする制御を行う弁制御
    装置を備えたことを特徴とするシリコンゲルマニウム混
    晶膜の作製装置。
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