JPS6047414A - 薄膜成長方法及び薄膜成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の属する分野の説明 本発明は薄膜成長の際、簡便かつ低温での基板界面の清
浄化をおこなう薄膜成長方法及び薄膜成長装置に関する
ものである。

従来の技術の説明 従来の薄膜成長において、基板表面を清浄化する際には
基板を真空中で熱処理する方法が主に用いられていた。

しかし、この方法では以下の具体例で示すように特に炭
素系汚染物の除去が困難であるという欠点があった。

具体的な装置例として８１分子腺エピタキシャル成長装
置（Ｓ　ｉ　ＭＢＥ装置と略す）を取りあげ、Ｓｔ単結
晶基板上にＳＩ単結晶薄膜を成長させる場合について説
明する。Ｓｔ基板上の主な汚染元素は酸素と炭素である
。熱処理でこれらを除去する場合、酸素は８００℃近辺
の温度で８１０分子の形で容易に除去される。一方、炭
素は８００〜１１００℃の熱処理で蒸気圧の低いβ−８
ＩＣの微粒子に変質し、これを除去するには１２００℃
程度の高温熱処理を必要とする。

このような１ｏｏｏ℃以上の熱処理は低温プロセスとい
うＳｉＭＢＥの特徴ヲ失わせるばかりでなく、基板単結
晶にスリップなどの欠陥を誘起する。従って、従来のこ
の種の装置では１０００℃以下の熱処理で基板界面の汚
染元素である酸素と炭素を共に除去することができない
という欠点があった。

発明の目的 本発明は、これらの欠点を解決するためになされたもの
で、薄膜成長に際して、基板界面力＼ら従来除去しにく
かった炭素系汚染を除去することを目的とする。また、
成長室に基板を導入する前に予め熱処理で除去しにくい
炭素系汚染を除去する機構を得ることを他の目的とする
。さらにまた、炭素系汚染を除去する機構と真空薄膜成
長装置な結合することを再に他の目的とする。

問題解決手段の概要 炭素系汚染の除去は、酸素を含む雰囲気で基板界面に紫
外線を照射することによシ行なうこと全特徴とし、この
炭素系汚染除去手段を真空薄膜成長手段と結合する。以
下本発明を図面をもとに実施例によυ詳細に説明する。

発明の実施例 第１図は本発明の実施例であって、１は基板を大気から
導入する基板導入室、２は１を排気するためのポンプで
ソーグションポンプ、ターボモレキュラポンプなどを用
いる。３は成長室であり、イオンポンプやクライオポン
プなどのポンプ４で排気される。１と２，１と３・３と
４の間はいずれも隔離パルプ５，６．７が設けである。

工と３の間にはもう１つの真空室を予備排気室として設
けてもよい。この予備排気室で後述する酸素の除去をや
る場合には、その内部にヒータを設置すればよい。８は
基板９を移送するだめのシャフトである。１０は基板９
を加熱するためのヒータであり、１１は蒸着源用電子銃
、１２は抵抗加熱によるセルである。１１と１２は蒸着
する対象となる拐料によって適当に使い分ける。

１３は低圧水銀ランプでアシ、そのスペクトルである２
５３７Ｘと１８４９Ｘの２つの波長が照射できるように
ランプの管材を溶融石英にしたものである。

基板表面を均一に照射するためこの実施例では複数本の
ランプが設けである。なお、これは１本でも実施可能で
おる。１４はシャフト８の先端部でありその両端１５で
基板を支える。１６は成長室で基板を支える部分であシ
、上下動できる。

この装置を用いて基板表面を清浄化し、薄膜成長全行う
手順を以下に示す。１ず、１を大気圧にし、基板９をセ
ットする。図では基板下側が表面になっている。次に大
気圧下、大気雰囲気下あるいは酸素写囲気下で２ンプ１
３を点灯し所定の時間、例えば４００Ｗランプで５分程
度放置する。その後ポンプ２で１の室内を排気し、ラン
プ１３を消灯する。この時点で基板界面からは炭素は除
去され、酸素汚染のみが残っている。この酸素は通常基
板表面の酸化層として化合物の形で存在する。その後基
板９を予め高真空に排気しである成長室３へと移送する
。続いて基板９をヒータ１０を用いて加熱し酸素を除去
する。この場合炭素は既に除去されているので１０００
℃以下の比較的低温の熱処理で清浄な基板界面が得−ら
れることになる。この後、通常のごとく電子銃１１ある
いはセルＩｎ用いて薄膜を成長させれば基板・薄膜界面
に汚染物のない構造を実現できる。

なお、第１図におけるシャフト８の先端の構造を第２図
に示した。１４は、基板９の吹回に元を照射する除光を
しやへいしないように充分細くしである。かつ、基板が
乗る部分１７と１４の間には充分大きな段差がある。従
って、下方から入射するブＬは平行光線ではなく、斜め
下方から入射する成分もあるため、１４の直上の基板界
面にも元は１１（を射されることになる。

また、第３図に成長室での基板の受け渡しの機構を示す
。図（ａ）はシャフト８が成長室に入り込んで基板を支
持部１６に受け渡す位置での上から見た図である。基板
は省略しておる。図中）はシャフト８の方向から見た図
である。初めに１６社充分下方に下げておく。１６とヒ
ータｌＯとの間にシャフト８を動かして基板９′ｔすべ
り込ませる。次に１６金引き上げて基板９をシャフト８
から引き離し、ヒータ１０の直下まで持ち上げる。最後
にシャフト８を基板導入室の方に引込めれば基板の受け
渡しが完了する。

例えば、本装置を用いてＳｌ単結晶基板上にＳｔエピタ
キシャル膜を成長させると、界面汚染物の減少に伴って
エピタキシャル膜中の結晶欠陥（全て転位）密度は従来
装置に比べて極めて減少し、１０〜１０”　ｃｍ−”程
度となる。ランプ１３による照射を行わず、他の条件（
熱処理条件成長条件等）を同じにして、即ち従来装置で
エピタキシャル成長を行うと欠陥密度は１０６〜１０７
ｃｍ７　”である。ただし用いた基板の面方位は（Ｉ　
ｌ　＋）面、比抵抗はＢ添加の１００　ａｍである。

真空中で、酸素（自然酸化膜）′ｔ−除去するための成
長真前の前処理温度を横軸に、エピタキシャル膜中の転
位密度を縦軸にとった場合の実験例を第４図に示す。

１８拡ランプ１３による照射を行わなかった場合、１９
社５分間空気雰囲気中で照射全行った場合である。

図中のエラーパーは１つの基板内での転位密度のバラツ
キを示す。

図中、低温側で、照射した場合の方が照射しない場合よ
シ転位密度が増大しているのは、空気中でのランプ照射
によシ炭素は除去されるが自然酸化膜の厚さがわずかに
増大するため、その自然酸化膜が除去しきれず転位の発
生源となったためである。

本発明において、酸素を含む雰囲気下（例えば空気や純
酸素下）で、紫外線を照射することにより基板表面の炭
素が除去できる原理は十分には解明されていないが、低
圧水銀ランプを用いて２５３７＾とｘｓ４ｃ＋Ａの２波
長を同時に照射した際には、「短波長側１８４９＾がオ
ゾン（０８）を生成する」ことと、「長波長側２５３７
＾がそのオゾンを分解し、化学的に活性な０単原子を生
成すること、および、界面の炭六を励起すること」の２
つの効果によって炭素が酸化物の形で除去できると考え
られている（紫外線の作用についてＪｏｕｒａｌ　ｏｆ
　ｖａｃｃｕｍＳｃｉｅｎｃｅ　＆　Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ　ｖｏｌ、２０　Ｐ２４１（１９８ｚ）参照）。

低圧水銀ランプは通常この２波長を放出するため１本の
低圧水銀ランプのみで２波長の照射が可能である。（た
だし、ランプ管の材質として溶融石英など両波長のいず
れに対しても透過特性の良いものを選ぶ必要がある。） 発明の効果と態様 以上述べたように本発明は紫外線による炭素除去機構と
薄膜成長方法及び薄膜成長装置ｔ−結びつけた点と炭素
除去後基板を大気にさらすことなく薄膜成長が行えるこ
とを特徴としておシ、欠陥密度の少ないＳｔ＋　ＧａＡ
ｓなとの各種ＭＢＥ膜の成長や、界面準位の少ない各種
薄膜成長に応用できる。、なお本実施例は紫外線光源と
して水銀ランプを用いたが、水銀ランプ以外の光源、例
えば紫外域に連続スペクトルを持つ重水素ラングを用い
ても同様の効果が得られた。なお、成長開始までの間基
板を再び大気にさらさないようにすることが望ましいが
、炭素除去後、短時間（数分）であれば基板を大気にさ
らしても同様の効果が得られる。

以上説明したように、本発明によれば熱処理で除去困難
な炭素を予め紫外線の照射で除去し、その後成長開始ま
での間基板を再び大気にさらさないようにできるので、
成長薄膜と基板との界面に汚染物がなく、理想的な界面
が得られるという利点があり、薄膜成長にとって本発明
はきわめて有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の薄膜成長装置の一実施例の構成説明
図。 第２図は、第１回のシャフト８の先端の拡大説明図。 第３図（ａ）　、　（ｂ）は、それぞれ本発明の薄膜成
長装置の成長室での基板の受け渡し機構の説明図。 第４図は、本発明の薄膜成長装置の実験例を示すグラフ
。 主な符号 １・・・基板導入室、２・・・排気ポンプ、３・・・成
長室、４・・・排気ポンプ、５，６．７・・・隔離パル
プ、８・・・基板移送用シャフト、９・・・基板、１０
・・・基板加熱用ヒ−タ、１１・・・電子銃、１２・・
・抵抗加熱型セル、１３・・・水銀ランプ。 特許出願人　日本電信電話公社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板底面を清浄化した後、基板表面に薄膜成長を
   行なう薄膜成長方法において、酸素を含む雰囲気下で基
   板表面に紫外線を照射して炭素系の汚染を除去する工程
   、次いで真空下で加熱して酸素を除去する工程、さらに
   その後薄膜成長を行なう工程の各工程を備え、かつ各工
   程が連続して行なわれることを特徴とする薄膜成長方法
   。
2. （２）酸素含有雰囲気下において紫外線を照射する手段
   を備える基板導入室、薄膜成長手段を備える成長室、お
   よび薄膜を成長すべき基板を支持し前記基板導入室及び
   成長室に順次導入する機構を有することを特徴とする薄
   膜成長装置。
3. （３）　前記紫外線を照射する手段が２５３７Ａと１８
   ４９人の２波長を照射する水銀ランプであることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の薄膜成長装置。
4. （４）前記紫外線を照射する手段が重水素ランプである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の薄膜成長
   装置。