JPH11106288A - 結晶薄膜製造方法 - Google Patents
結晶薄膜製造方法Info
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- JPH11106288A JPH11106288A JP26908597A JP26908597A JPH11106288A JP H11106288 A JPH11106288 A JP H11106288A JP 26908597 A JP26908597 A JP 26908597A JP 26908597 A JP26908597 A JP 26908597A JP H11106288 A JPH11106288 A JP H11106288A
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- cycle
- substrate surface
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- crystal
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 水素化合物分子の飽和吸着量を単分子層に高
め、ＩＶ族半導体等を単原子層単位で結晶薄膜を製造す
ることのできる、新しい結晶薄膜製造方法を提供する。 【解決手段】 結晶成長する原子からなる水素化合物分
子が基板表面に到着する前に、前記水素化合物分子の少
なくとも一部を熱分解し、この熱分解により得られる分
解種または分解種を含むガスを照射することにより、結
晶成長する原子からなる吸着種を基板表面に一層吸着さ
せる第一工程と、吸着しなかった残留ガスを排気する第
二工程と、表面励起手段を用いて基板表面を励起し、不
要な水素を基板表面から離脱させる第三工程とを含む複
数工程を１サイクルとし、このサイクル毎に一原子層を
形成する。
め、ＩＶ族半導体等を単原子層単位で結晶薄膜を製造す
ることのできる、新しい結晶薄膜製造方法を提供する。 【解決手段】 結晶成長する原子からなる水素化合物分
子が基板表面に到着する前に、前記水素化合物分子の少
なくとも一部を熱分解し、この熱分解により得られる分
解種または分解種を含むガスを照射することにより、結
晶成長する原子からなる吸着種を基板表面に一層吸着さ
せる第一工程と、吸着しなかった残留ガスを排気する第
二工程と、表面励起手段を用いて基板表面を励起し、不
要な水素を基板表面から離脱させる第三工程とを含む複
数工程を１サイクルとし、このサイクル毎に一原子層を
形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、結晶薄膜製造方
法に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、
一原子層単位で任意の層数の結晶薄膜を成長することの
できる、新しい結晶薄膜製造方法に関するものである。
法に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、
一原子層単位で任意の層数の結晶薄膜を成長することの
できる、新しい結晶薄膜製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】近年の電子素子、特に半導体
素子の開発においては、性能の向上と新しい機能の発現
を求めて、超光子素子または量子井戸素子などの原子層
単位で組成比や原子種を制御した素子の開発が盛んであ
る。このような素子を実現させるためには、原子層単位
で結晶成長を制御する必要があり、このような成長を可
能とする方法として、Suntraにより提案された原子層エ
ピタキー（ＡＬＥ:Atomic Layer Epitaxy ）法がある。
このＡＬＥ法は、論理的には一原子層単位で任意の層数
を成長できるので、原子スケールで結晶成長する方法と
しては理想的な方法として着目され、様々な関連技術の
開発が盛んに行われている。
素子の開発においては、性能の向上と新しい機能の発現
を求めて、超光子素子または量子井戸素子などの原子層
単位で組成比や原子種を制御した素子の開発が盛んであ
る。このような素子を実現させるためには、原子層単位
で結晶成長を制御する必要があり、このような成長を可
能とする方法として、Suntraにより提案された原子層エ
ピタキー（ＡＬＥ:Atomic Layer Epitaxy ）法がある。
このＡＬＥ法は、論理的には一原子層単位で任意の層数
を成長できるので、原子スケールで結晶成長する方法と
しては理想的な方法として着目され、様々な関連技術の
開発が盛んに行われている。
【０００３】近年、このＡＬＥ法はＩＩＩ−Ｖ族半導体
などの二元化合物半導体、たとえばＧａＡｓ、の成長法
として応用されてきている。具体的には、二元化合物半
導体の二種の原子、たとえばＧａＡｓのＧａとＡｓ、の
一方をそれぞれ含む二種の分子を用い、各分子を交互に
基板に照射する。原子間結合力は同種間よりも異種間で
強く、照射された分子は下地に吸着している異種の分子
と反応しやすく、同種の分子とは反応し難い。このた
め、一方の原料分子を照射した時は、その分子またはそ
の分解種が、下地の異種の分子と反応して一層吸着して
飽和する。原料分子に含まれる不要分子は前記の吸着過
程で離脱する。この飽和吸着は自己停止機能と呼ばれ、
この自己停止機能によって、一原子層単位で結晶を成長
させることができる。
などの二元化合物半導体、たとえばＧａＡｓ、の成長法
として応用されてきている。具体的には、二元化合物半
導体の二種の原子、たとえばＧａＡｓのＧａとＡｓ、の
一方をそれぞれ含む二種の分子を用い、各分子を交互に
基板に照射する。原子間結合力は同種間よりも異種間で
強く、照射された分子は下地に吸着している異種の分子
と反応しやすく、同種の分子とは反応し難い。このた
め、一方の原料分子を照射した時は、その分子またはそ
の分解種が、下地の異種の分子と反応して一層吸着して
飽和する。原料分子に含まれる不要分子は前記の吸着過
程で離脱する。この飽和吸着は自己停止機能と呼ばれ、
この自己停止機能によって、一原子層単位で結晶を成長
させることができる。
【０００４】このようなＡＬＥ法は二種以上の原子で構
成された化合物半導体の作製法に適している。一方、近
年、Ｓｉ／ＧｅなどＩＶ族系半導体が、ヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタや変調ドープ電界効果トランジスタ
などの高速トランジスタや、歪超格子光素子への応用が
期待され、原子層単位の結晶成長が必要とされてきてい
る。しかし、単元素の材料では、上述した化合物半導体
のＡＬＥ法に見られる交互吸着の原理が使えないため、
単分子層を得る一般原理はなく、単分子層の飽和吸着量
を得ることは困難である。
成された化合物半導体の作製法に適している。一方、近
年、Ｓｉ／ＧｅなどＩＶ族系半導体が、ヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタや変調ドープ電界効果トランジスタ
などの高速トランジスタや、歪超格子光素子への応用が
期待され、原子層単位の結晶成長が必要とされてきてい
る。しかし、単元素の材料では、上述した化合物半導体
のＡＬＥ法に見られる交互吸着の原理が使えないため、
単分子層を得る一般原理はなく、単分子層の飽和吸着量
を得ることは困難である。
【０００５】したがって、単元素材料に対するＡＬＥ法
では、原料分子を照射する吸着過程で、原料分子または
その分解種が単分子層の吸着量で飽和することを期待す
るしかない。その後、飽和吸着した単分子層に含まれる
不要な分子は、加熱による熱励起、または光照射による
光励起などで離脱させるか、他の反応分子をさらに照射
してその分子と一緒に離脱させるという方法が考えられ
る。不要分子が離脱した後は、所望の原子が一層成長し
たことになる。よって、単元素材料のＡＬＥ法の一般的
な手順は、（１）原料分子の照射、（２）不要分子の除
去というサイクルを繰り返し、各サイクル毎に単原子層
成長させることになる。
では、原料分子を照射する吸着過程で、原料分子または
その分解種が単分子層の吸着量で飽和することを期待す
るしかない。その後、飽和吸着した単分子層に含まれる
不要な分子は、加熱による熱励起、または光照射による
光励起などで離脱させるか、他の反応分子をさらに照射
してその分子と一緒に離脱させるという方法が考えられ
る。不要分子が離脱した後は、所望の原子が一層成長し
たことになる。よって、単元素材料のＡＬＥ法の一般的
な手順は、（１）原料分子の照射、（２）不要分子の除
去というサイクルを繰り返し、各サイクル毎に単原子層
成長させることになる。
【０００６】これまで、Ｇｅ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｈ2 、Ｇｅ
（ＣＨ3 ）2 Ｈ2 、ＧｅＣｌ4 、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 などの
ＣやＣｌを含む分子を用いたＩＶ族半導体ＧｅやＳｉの
単元素材料ＡＬＥ法に関しては、飽和吸着量がおよそ単
分子層であるという自己停止機能の発現、すなわち、お
よそ単原子層を単位としたＡＬＥ成長が実現されてい
る。
（ＣＨ3 ）2 Ｈ2 、ＧｅＣｌ4 、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 などの
ＣやＣｌを含む分子を用いたＩＶ族半導体ＧｅやＳｉの
単元素材料ＡＬＥ法に関しては、飽和吸着量がおよそ単
分子層であるという自己停止機能の発現、すなわち、お
よそ単原子層を単位としたＡＬＥ成長が実現されてい
る。
【０００７】しかし、このようなＡＬＥ法では、ＣやＣ
ｌの不純物が微量に残留して、結晶の純度が低下してし
まうといった問題があった。そこで、不純物の問題が生
じない水素化合物分子であるＳｉ2 Ｈ6 、Ｓｉ3 Ｈ 8 、
ＳｉＨ4 、ＧｅＨ4 が、ＳｉやＧｅのＡＬＥ法における
原料分子として着目され、盛んに研究・開発されてい
る。
ｌの不純物が微量に残留して、結晶の純度が低下してし
まうといった問題があった。そこで、不純物の問題が生
じない水素化合物分子であるＳｉ2 Ｈ6 、Ｓｉ3 Ｈ 8 、
ＳｉＨ4 、ＧｅＨ4 が、ＳｉやＧｅのＡＬＥ法における
原料分子として着目され、盛んに研究・開発されてい
る。
【０００８】しかしながら、Ｓｉ2 Ｈ6 とＳｉ3 Ｈ
8 は、その飽和吸着量が常温で単分子層未満であり、そ
のままではＡＬＥ法の原料分子として利用することが難
しいということが、研究・開発により判明された。ま
た、ＳｉＨ4 とＧｅＨ4 では、単分子で飽和する傾向が
あることが分かってきたが、飽和時の分子の照射圧力が
数Ｔｏｒｒ（１気圧＝７６０Ｔｏｒｒ）と高く、さらに
照射時に基板をアニールする必要があり、このように照
射圧力が高いため原料分子の利用効率が非常に低くなっ
てしまうといった問題があった。この問題は、ＳｉＨ4
とＧｅＨ4 の飽和吸着量が常温で単分子層未満であるこ
とに起因している。
8 は、その飽和吸着量が常温で単分子層未満であり、そ
のままではＡＬＥ法の原料分子として利用することが難
しいということが、研究・開発により判明された。ま
た、ＳｉＨ4 とＧｅＨ4 では、単分子で飽和する傾向が
あることが分かってきたが、飽和時の分子の照射圧力が
数Ｔｏｒｒ（１気圧＝７６０Ｔｏｒｒ）と高く、さらに
照射時に基板をアニールする必要があり、このように照
射圧力が高いため原料分子の利用効率が非常に低くなっ
てしまうといった問題があった。この問題は、ＳｉＨ4
とＧｅＨ4 の飽和吸着量が常温で単分子層未満であるこ
とに起因している。
【０００９】このように、水素化合物分子は、ＳｉやＧ
ｅのＡＬＥ法用の原料分子として不純物の問題がないと
いう利点を有し、飽和吸着現象を示すものの、その飽和
吸着量が単分子層未満であるために、実際にＡＬＥ法に
利用することが困難であった。この発明は、以上の通り
の事情に鑑みてなされたものであり、水素化合物分子の
飽和吸着量を単分子層に高め、ＩＶ族半導体のＡＬＥ成
長を実現することのできる、つまり単原子層単位で結晶
薄膜を製造することのできる、新しい結晶薄膜製造方法
を提供することを目的としている。
ｅのＡＬＥ法用の原料分子として不純物の問題がないと
いう利点を有し、飽和吸着現象を示すものの、その飽和
吸着量が単分子層未満であるために、実際にＡＬＥ法に
利用することが困難であった。この発明は、以上の通り
の事情に鑑みてなされたものであり、水素化合物分子の
飽和吸着量を単分子層に高め、ＩＶ族半導体のＡＬＥ成
長を実現することのできる、つまり単原子層単位で結晶
薄膜を製造することのできる、新しい結晶薄膜製造方法
を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、結晶成長する原子からなる水素
化合物分子が基板表面に到着する前に、前記水素化合物
分子の少なくとも一部を熱分解し、この熱分解により得
られる分解種または分解種を含むガスを照射することに
より、結晶成長する原子からなる吸着種を基板表面に一
層吸着させる第一工程と、吸着しなかった残留ガスを排
気する第二工程と、表面励起手段を用いて基板表面を励
起し、不要な水素を基板表面から離脱させる第三工程と
を含む複数工程を１サイクルとし、このサイクル毎に一
原子層を形成することを特徴とする結晶薄膜製造方法
（請求項１）を提供する。
を解決するものとして、結晶成長する原子からなる水素
化合物分子が基板表面に到着する前に、前記水素化合物
分子の少なくとも一部を熱分解し、この熱分解により得
られる分解種または分解種を含むガスを照射することに
より、結晶成長する原子からなる吸着種を基板表面に一
層吸着させる第一工程と、吸着しなかった残留ガスを排
気する第二工程と、表面励起手段を用いて基板表面を励
起し、不要な水素を基板表面から離脱させる第三工程と
を含む複数工程を１サイクルとし、このサイクル毎に一
原子層を形成することを特徴とする結晶薄膜製造方法
（請求項１）を提供する。
【００１１】また、この発明は、結晶成長する二種以上
の原子のそれぞれを含む二種以上の水素化合物分子を同
時にまたは順次照射する際に、少なくとも一種の水素化
合物分子については、基板表面に到着する前に、その少
なくとも一部を熱分解し、この熱分解により得られる分
解種または分解種を含むガスを照射することにより、結
晶成長する二種以上の原子のそれぞれを含む二種以上の
吸着種を合わせて一層吸着させる第一工程と、吸着しな
かった残留ガスを排気する第二工程と、表面励起手段を
用いて基板表面を励起し、不要な水素を基板表面から離
脱させる第三工程とを含む複数工程を１サイクルとし、
このサイクル毎に一原子層を形成することを特徴とする
結晶薄膜製造方法（請求項２）をも提供する。
の原子のそれぞれを含む二種以上の水素化合物分子を同
時にまたは順次照射する際に、少なくとも一種の水素化
合物分子については、基板表面に到着する前に、その少
なくとも一部を熱分解し、この熱分解により得られる分
解種または分解種を含むガスを照射することにより、結
晶成長する二種以上の原子のそれぞれを含む二種以上の
吸着種を合わせて一層吸着させる第一工程と、吸着しな
かった残留ガスを排気する第二工程と、表面励起手段を
用いて基板表面を励起し、不要な水素を基板表面から離
脱させる第三工程とを含む複数工程を１サイクルとし、
このサイクル毎に一原子層を形成することを特徴とする
結晶薄膜製造方法（請求項２）をも提供する。
【００１２】そして、上記の製造方法において、１サイ
クルが基板温度を下げる第四工程を含むこと（請求項
３）や、第三工程における表面励起手段が熱励起である
こと（請求項４）や、第三工程における表面励起手段が
光励起であること（請求項５）や、第三工程における表
面励起手段が電子線励起であること（請求項６）等をそ
の態様としている。
クルが基板温度を下げる第四工程を含むこと（請求項
３）や、第三工程における表面励起手段が熱励起である
こと（請求項４）や、第三工程における表面励起手段が
光励起であること（請求項５）や、第三工程における表
面励起手段が電子線励起であること（請求項６）等をそ
の態様としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】この発明の結晶薄膜製造方法は、
上述したように、結晶成長する原子からなる水素化合物
分子が基板表面に到着する前に、前記水素化合物分子の
少なくとも一部を熱分解し、この熱分解により得られる
分解種または分解種を含むガスを照射することにより、
結晶成長する原子からなる吸着種を基板表面に一層吸着
させる第一工程、または、結晶成長する二種以上の原子
のそれぞれを含む二種以上の水素化合物分子を同時にま
たは順次照射する際に、少なくとも一種の水素化合物分
子については、基板表面に到着する前に、その少なくと
も一部を熱分解し、この熱分解により得られる分解種ま
たは分解種を含むガスを照射することにより、結晶成長
する二種以上の原子のそれぞれを含む二種以上の吸着種
を合わせて一層吸着させる第一工程と、吸着しなかった
残留ガスを排気する第二工程と、表面励起手段を用いて
基板表面を励起し、不要な水素を基板表面から離脱させ
る第三工程との３つの工程が含まれた複数の工程を１サ
イクルとして、各サイクル毎に一原子層を形成すること
を特徴としている。
上述したように、結晶成長する原子からなる水素化合物
分子が基板表面に到着する前に、前記水素化合物分子の
少なくとも一部を熱分解し、この熱分解により得られる
分解種または分解種を含むガスを照射することにより、
結晶成長する原子からなる吸着種を基板表面に一層吸着
させる第一工程、または、結晶成長する二種以上の原子
のそれぞれを含む二種以上の水素化合物分子を同時にま
たは順次照射する際に、少なくとも一種の水素化合物分
子については、基板表面に到着する前に、その少なくと
も一部を熱分解し、この熱分解により得られる分解種ま
たは分解種を含むガスを照射することにより、結晶成長
する二種以上の原子のそれぞれを含む二種以上の吸着種
を合わせて一層吸着させる第一工程と、吸着しなかった
残留ガスを排気する第二工程と、表面励起手段を用いて
基板表面を励起し、不要な水素を基板表面から離脱させ
る第三工程との３つの工程が含まれた複数の工程を１サ
イクルとして、各サイクル毎に一原子層を形成すること
を特徴としている。
【００１４】この発明の発明者は、原料分子として水素
化合物分子を用いる際、その飽和吸着量が単分子層未満
であっても、その熱分解種または熱分解種を含むガスを
照射することにより、常温において単分子層で飽和吸着
することを見いだした。たとえば、ＳｉＨ4 およびＳｉ
2 Ｈ6 を原料分子として用いた場合、これらを熱分解す
ることにより主に生じるＳｉＨ2 は表面で単分子層吸着
する。よって、ＳｉＨ2 は、単分子で飽和吸着するの
で、基板のＳｉとの反応性は高いが、基板に吸着したＳ
ｉＨ2 のＨ上にさらに吸着することが少ない。
化合物分子を用いる際、その飽和吸着量が単分子層未満
であっても、その熱分解種または熱分解種を含むガスを
照射することにより、常温において単分子層で飽和吸着
することを見いだした。たとえば、ＳｉＨ4 およびＳｉ
2 Ｈ6 を原料分子として用いた場合、これらを熱分解す
ることにより主に生じるＳｉＨ2 は表面で単分子層吸着
する。よって、ＳｉＨ2 は、単分子で飽和吸着するの
で、基板のＳｉとの反応性は高いが、基板に吸着したＳ
ｉＨ2 のＨ上にさらに吸着することが少ない。
【００１５】ＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 以外にも、Ｓｉ3 Ｈ
8 、ＧｅＨ4 、Ｇｅ2 Ｈ6 、ＣＨ4、Ｃ2 Ｈ6 、Ｃ3 Ｈ
8 を原料分子として用いた場合にも、同様な効果を得る
ことができる。したがって、これらの水素化合物分子は
それぞれ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃの単分子層吸着に有効であ
る。すなわち、これらの水素化合物分子を、基板表面に
到着する前に、熱分解して、その結果得られた分解種を
利用することによって、成長原子からなる吸着種を飽和
吸着させ、しかもその飽和吸着量を単分子とすることが
できる。このような単分子吸着に有効な分解種は水素化
合物分子を熱的に分解したときに得られたものである。
8 、ＧｅＨ4 、Ｇｅ2 Ｈ6 、ＣＨ4、Ｃ2 Ｈ6 、Ｃ3 Ｈ
8 を原料分子として用いた場合にも、同様な効果を得る
ことができる。したがって、これらの水素化合物分子は
それぞれ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃの単分子層吸着に有効であ
る。すなわち、これらの水素化合物分子を、基板表面に
到着する前に、熱分解して、その結果得られた分解種を
利用することによって、成長原子からなる吸着種を飽和
吸着させ、しかもその飽和吸着量を単分子とすることが
できる。このような単分子吸着に有効な分解種は水素化
合物分子を熱的に分解したときに得られたものである。
【００１６】次に、吸着種に含まれる不要な水素は、た
とえば５００℃程度のアニールで基板表面から離脱させ
て除去することができる。この不要水素の基板表面から
の離脱除去は、光や電子線を用い、光励起や電子線励起
により基板表面を励起しても行うことができる。また、
熱の発生をほとんど伴わない光励起や電子線励起の他
に、光強度や電子線強度を強くすることにより熱励起を
基板表面の励起手段として用いることもできる。水素の
離脱除去に熱効果を利用する場合は、第四工程として基
板温度を下げる効果を加えるようにしてもよい。
とえば５００℃程度のアニールで基板表面から離脱させ
て除去することができる。この不要水素の基板表面から
の離脱除去は、光や電子線を用い、光励起や電子線励起
により基板表面を励起しても行うことができる。また、
熱の発生をほとんど伴わない光励起や電子線励起の他
に、光強度や電子線強度を強くすることにより熱励起を
基板表面の励起手段として用いることもできる。水素の
離脱除去に熱効果を利用する場合は、第四工程として基
板温度を下げる効果を加えるようにしてもよい。
【００１７】また、たとえば、Ｓｉ2 Ｈ6 およびＧｅＨ
4 を熱分解して同時に照射することで、たとえばＳｉＨ
2 およびＧｅＨ2 を基板表面に吸着させると、どちらも
水素上には吸着しにくいので、ＳｉＨ2 およびＧｅＨ2
がある割合で配分されて、合わせて単分子層で飽和吸着
させることができる。吸着させるＳｉＨ2 とＧｅＨ2の
割合は、たとえば、Ｓｉ2 Ｈ6 およびＧｅＨ4 の照射量
比で調整できる。これは、たとえばＳｉ／Ｇｅの混晶を
単原子層単位で、しかも各層で組成比を変えて成長でき
ることを意味する。
4 を熱分解して同時に照射することで、たとえばＳｉＨ
2 およびＧｅＨ2 を基板表面に吸着させると、どちらも
水素上には吸着しにくいので、ＳｉＨ2 およびＧｅＨ2
がある割合で配分されて、合わせて単分子層で飽和吸着
させることができる。吸着させるＳｉＨ2 とＧｅＨ2の
割合は、たとえば、Ｓｉ2 Ｈ6 およびＧｅＨ4 の照射量
比で調整できる。これは、たとえばＳｉ／Ｇｅの混晶を
単原子層単位で、しかも各層で組成比を変えて成長でき
ることを意味する。
【００１８】なお、この発明の結晶薄膜製造方法におけ
る各１サイクル内では、上述した第一工程は、一番最初
に行われる必要があるわけではなく、サイクル内におい
て第一工程、第二工程、第三工程の順にこれらの工程が
含まれていればよく、水素化合物が基板表面に到着する
前においてこの第一工程よりもさらに前に、第二工程お
よび第三工程以外の何らかの他の処理工程が行われるこ
とを妨げるものではない。
る各１サイクル内では、上述した第一工程は、一番最初
に行われる必要があるわけではなく、サイクル内におい
て第一工程、第二工程、第三工程の順にこれらの工程が
含まれていればよく、水素化合物が基板表面に到着する
前においてこの第一工程よりもさらに前に、第二工程お
よび第三工程以外の何らかの他の処理工程が行われるこ
とを妨げるものではない。
【００１９】以下、添付した図面に沿って実施例を示
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。
【００２０】
【実施例】図１は、この発明の一実施例である結晶薄膜
製造方法を用いる製造装置を例示した概略図である。こ
の図１に例示した製造装置では、たとえば、Ｇｅ（１０
０）面を表面に持つ試料（３）が真空容器（１）の略中
央に取り付けられており、真空容器（２）は常に排気ポ
ンプ（３）により排気される。また、真空容器（２）内
には、第二工程において用いられる表面励起手段として
のヒーター（４）が試料（３）の近傍に設置されてい
る。本実施例では、原料分子として水素化合物分子であ
るジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用い、このジシランは、原
料ボンベ（６）により放出されて、圧力調整用減圧弁
（７）および流量調節器（８）それぞれによりその圧力
および流量が調整され、ｏｎ／ｏｆｆバルブ（９）を介
して真空容器（２）内に設けられた熱分解セル（５）に
流される。そして、熱分解セル（５）により熱分解され
て、その熱分解ガスが試料（３）表面に照射される。熱
分解セル（５）はアルミナ菅の中にスパイラルに巻いた
タングステン細線の温度を制御することにより制御さ
れ、またジシランを照射するか照射しないかはｏｎ／ｏ
ｆｆバルブ（９）で制御される。
製造方法を用いる製造装置を例示した概略図である。こ
の図１に例示した製造装置では、たとえば、Ｇｅ（１０
０）面を表面に持つ試料（３）が真空容器（１）の略中
央に取り付けられており、真空容器（２）は常に排気ポ
ンプ（３）により排気される。また、真空容器（２）内
には、第二工程において用いられる表面励起手段として
のヒーター（４）が試料（３）の近傍に設置されてい
る。本実施例では、原料分子として水素化合物分子であ
るジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用い、このジシランは、原
料ボンベ（６）により放出されて、圧力調整用減圧弁
（７）および流量調節器（８）それぞれによりその圧力
および流量が調整され、ｏｎ／ｏｆｆバルブ（９）を介
して真空容器（２）内に設けられた熱分解セル（５）に
流される。そして、熱分解セル（５）により熱分解され
て、その熱分解ガスが試料（３）表面に照射される。熱
分解セル（５）はアルミナ菅の中にスパイラルに巻いた
タングステン細線の温度を制御することにより制御さ
れ、またジシランを照射するか照射しないかはｏｎ／ｏ
ｆｆバルブ（９）で制御される。
【００２１】このような図１の製造装置を用いてこの発
明の結晶薄膜製造方法により、Ｓｉの単原子層単位の結
晶成長を行った。原子層結晶成長の手順は、（１）熱分
解ガスの照射１分（第一工程）、（２）不要ガスの排気
１分（第二工程）、（３）ヒーターによる基板の熱励起
１分（第三工程）、（４）冷却３分（第四工程）であ
り、これらの４工程を一サイクルとしている。
明の結晶薄膜製造方法により、Ｓｉの単原子層単位の結
晶成長を行った。原子層結晶成長の手順は、（１）熱分
解ガスの照射１分（第一工程）、（２）不要ガスの排気
１分（第二工程）、（３）ヒーターによる基板の熱励起
１分（第三工程）、（４）冷却３分（第四工程）であ
り、これらの４工程を一サイクルとしている。
【００２２】図２は、１サイクルで成長したＳｉ膜厚の
Ｓｉ2 Ｈ6 の照射量依存を例示したものである。なお、
本実施例では、第一工程における熱分解セル（５）のタ
ングステン細線の温度は４００℃に設定し、第三工程に
おける基板の熱励起温度は５００℃に設定している。熱
分解しないでＳｉ2 Ｈ6 を照射すると飽和吸着量は０．
６であったが、図２から明らかなように、この発明の方
法によって１．０×１０4 Ｌ（１Ｌ＝１×１０-6Ｔｏｌ
ｌ・ｓｅｃ）の照射量以上で１サイクル当たり単原子の
飽和吸着量を得ることができた。したがって、Ｓｉ2 Ｈ
6 を熱分解することによって、Ｓｉが単原子で飽和吸着
することがわかる。
Ｓｉ2 Ｈ6 の照射量依存を例示したものである。なお、
本実施例では、第一工程における熱分解セル（５）のタ
ングステン細線の温度は４００℃に設定し、第三工程に
おける基板の熱励起温度は５００℃に設定している。熱
分解しないでＳｉ2 Ｈ6 を照射すると飽和吸着量は０．
６であったが、図２から明らかなように、この発明の方
法によって１．０×１０4 Ｌ（１Ｌ＝１×１０-6Ｔｏｌ
ｌ・ｓｅｃ）の照射量以上で１サイクル当たり単原子の
飽和吸着量を得ることができた。したがって、Ｓｉ2 Ｈ
6 を熱分解することによって、Ｓｉが単原子で飽和吸着
することがわかる。
【００２３】図３は、サイクルを繰り返したときのＳｉ
の成長膜厚の変化を例示したものである。この図３から
明らかなように、１サイクル毎にＳｉが単原子層ずつ増
え、単原子層単位の成長が実現されていることがわか
る。もちろん、この発明は以上の例に限定されるもので
はなく、細部については様々な態様が可能であることは
言うまでもない。
の成長膜厚の変化を例示したものである。この図３から
明らかなように、１サイクル毎にＳｉが単原子層ずつ増
え、単原子層単位の成長が実現されていることがわか
る。もちろん、この発明は以上の例に限定されるもので
はなく、細部については様々な態様が可能であることは
言うまでもない。
【００２４】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明の結
晶薄膜製造方法によって、不純物の影響のない水素化合
物分子を用いて、特にＳｉ、Ｇｅ、ＣのＩＶ族半導体を
単原子層単位で成長させることができ、それとともに吸
着過程で、水素化合物分子が吸着するので、水素が原子
の移動を抑制し、同種の原子同士が凝集する現象や、異
種原子が拡散する現象の発生を防ぐことができる。たと
えばＳｉ層とＧｅ層をそれぞれ任意の層数、任意の順番
で成長することができる。
晶薄膜製造方法によって、不純物の影響のない水素化合
物分子を用いて、特にＳｉ、Ｇｅ、ＣのＩＶ族半導体を
単原子層単位で成長させることができ、それとともに吸
着過程で、水素化合物分子が吸着するので、水素が原子
の移動を抑制し、同種の原子同士が凝集する現象や、異
種原子が拡散する現象の発生を防ぐことができる。たと
えばＳｉ層とＧｅ層をそれぞれ任意の層数、任意の順番
で成長することができる。
【００２５】また、成長原子の異なる複数の水素化合物
分子、たとえばＳｉ2 Ｈ6 とＧｅＨ 4 など、を用いて
も、吸着が単分子で飽和する機構が同じであるため、異
種原子が混合した単分子層を単分子層単位で成長でき
る。たとえば、Ｓｉ0.6 Ｇｅ0.4とＳｉ0.9 Ｇｅ0.1 の
混晶の層を単分子層単位で交互に積層することができ
る。さらにまた、水素の離脱の方法に細かいビーム系の
レーザーや電子線を用いることができるので、水素除去
の工程でこれらのビームを描画し、微細な選択成長、お
よびパターン形成をも実現できる。
分子、たとえばＳｉ2 Ｈ6 とＧｅＨ 4 など、を用いて
も、吸着が単分子で飽和する機構が同じであるため、異
種原子が混合した単分子層を単分子層単位で成長でき
る。たとえば、Ｓｉ0.6 Ｇｅ0.4とＳｉ0.9 Ｇｅ0.1 の
混晶の層を単分子層単位で交互に積層することができ
る。さらにまた、水素の離脱の方法に細かいビーム系の
レーザーや電子線を用いることができるので、水素除去
の工程でこれらのビームを描画し、微細な選択成長、お
よびパターン形成をも実現できる。
【００２６】さらに、水素化合物分子であれば、この発
明の方法に利用することができるので、様々な材料系に
応用展開が可能である。
明の方法に利用することができるので、様々な材料系に
応用展開が可能である。
【図１】この発明の一実施例である結晶薄膜製造方法を
用いる製造装置を例示した概略図である。
用いる製造装置を例示した概略図である。
【図２】１サイクルで成長したＳｉ膜厚のＳｉ2 Ｈ6 の
照射量依存を例示した図である。
照射量依存を例示した図である。
【図３】サイクルを繰り返したときのＳｉの成長膜厚の
変化を例示した図である。
変化を例示した図である。
【符号の説明】 １ 真空容器 ２ 排気装置 ３ 試料 ４ ヒーター ５ 熱分解セル ６ 原料ボンベ ７ 圧力調整用減圧弁 ８ 流量調節器 ９ ｏｎ／ｏｆｆバルブ
Claims (6)
- 【請求項１】 結晶成長する原子からなる水素化合物分
子が基板表面に到着する前に、前記水素化合物分子の少
なくとも一部を熱分解し、この熱分解により得られる分
解種または分解種を含むガスを照射することにより、結
晶成長する原子からなる吸着種を基板表面に一層吸着さ
せる第一工程と、吸着しなかった残留ガスを排気する第
二工程と、表面励起手段を用いて基板表面を励起し、不
要な水素を基板表面から離脱させる第三工程とを含む複
数工程を１サイクルとし、このサイクル毎に一原子層を
形成することを特徴とする結晶薄膜製造方法。 - 【請求項２】 結晶成長する二種以上の原子のそれぞれ
を含む二種以上の水素化合物分子を同時にまたは順次照
射する際に、少なくとも一種の水素化合物分子について
は、基板表面に到着する前に、その少なくとも一部を熱
分解し、この熱分解により得られる分解種または分解種
を含むガスを照射することにより、結晶成長する二種以
上の原子のそれぞれを含む二種以上の吸着種を合わせて
一層吸着させる第一工程と、吸着しなかった残留ガスを
排気する第二工程と、表面励起手段を用いて基板表面を
励起し、不要な水素を基板表面から離脱させる第三工程
とを含む複数工程を１サイクルとし、このサイクル毎に
一原子層を形成することを特徴とする結晶薄膜製造方
法。 - 【請求項３】 １サイクルが基板温度を下げる第四工程
を含む請求項１ないし２のいずれかの結晶薄膜製造方
法。 - 【請求項４】 第三工程における表面励起手段が熱励起
である請求項１ないし３のいずれかの結晶薄膜製造方
法。 - 【請求項５】 第三工程における表面励起手段が光励起
である請求項１ないし３のいずれかの結晶薄膜製造方
法。 - 【請求項６】 第三工程における表面励起手段が電子線
励起である請求項１ないし３のいずれかの結晶薄膜製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26908597A JP4014700B2 (ja) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | 結晶薄膜製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26908597A JP4014700B2 (ja) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | 結晶薄膜製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11106288A true JPH11106288A (ja) | 1999-04-20 |
| JP4014700B2 JP4014700B2 (ja) | 2007-11-28 |
Family
ID=17467470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26908597A Expired - Fee Related JP4014700B2 (ja) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | 結晶薄膜製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4014700B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010283357A (ja) * | 2002-07-19 | 2010-12-16 | Asm America Inc | 超高品質シリコン含有化合物層の形成方法 |
-
1997
- 1997-10-01 JP JP26908597A patent/JP4014700B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010283357A (ja) * | 2002-07-19 | 2010-12-16 | Asm America Inc | 超高品質シリコン含有化合物層の形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4014700B2 (ja) | 2007-11-28 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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