JPS62234319A - ヘテロエピタキシヤル薄膜の形成方法 - Google Patents
ヘテロエピタキシヤル薄膜の形成方法Info
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- JPS62234319A JPS62234319A JP7679086A JP7679086A JPS62234319A JP S62234319 A JPS62234319 A JP S62234319A JP 7679086 A JP7679086 A JP 7679086A JP 7679086 A JP7679086 A JP 7679086A JP S62234319 A JPS62234319 A JP S62234319A
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Landscapes
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、単結晶基板上に該基板とは材質の異なる薄膜
を形成するヘテロエピタキシに係り、特に無極性（ｎｏ
ｎ−ｐｏｌａｒ）結晶上に有極性（ｐｏｌａｒ）結晶の
薄膜を形成するのに好適な薄膜形成方法に関する。
を形成するヘテロエピタキシに係り、特に無極性（ｎｏ
ｎ−ｐｏｌａｒ）結晶上に有極性（ｐｏｌａｒ）結晶の
薄膜を形成するのに好適な薄膜形成方法に関する。
現在、Ｓｌ単結晶基板上にＧａＡｓに代表される化合物
半導体単結晶薄膜を形成する試みが盛んに行なわれてい
る。これは、このような薄膜構造が形成できると、太陽
電池の高効率化、光素子と電子回路素子のモノリシック
化など、新らしい機能素子の開発が予測されるからであ
る。しかしながら、実現のためには大きな障害がある。
半導体単結晶薄膜を形成する試みが盛んに行なわれてい
る。これは、このような薄膜構造が形成できると、太陽
電池の高効率化、光素子と電子回路素子のモノリシック
化など、新らしい機能素子の開発が予測されるからであ
る。しかしながら、実現のためには大きな障害がある。
例えば、Ｓ Ｌ 、 Ｇ ａ Ａ ｓの組合せの場合１
両者の間には格子定数の不一致が４％あり、これが原因
となってエピタキシャル成長の不成功、ミスフィツト（
ｍｉｓ−ｆｉｔ）転位の発生がおこる。ちなみに、Ｓｉ
、Ｇ ａ Ａ ｓの格子定数はそれぞれ５．４３０７人
、５．６５３４人である。
両者の間には格子定数の不一致が４％あり、これが原因
となってエピタキシャル成長の不成功、ミスフィツト（
ｍｉｓ−ｆｉｔ）転位の発生がおこる。ちなみに、Ｓｉ
、Ｇ ａ Ａ ｓの格子定数はそれぞれ５．４３０７人
、５．６５３４人である。
もう一つの重要な技術的問題は、反位相界面（ａｎｔｉ
−ｐｈａｓｅ ｂｏｕｎｄａｒｙ）の発生である。ダイ
ヤモンド構造のＳｉは単一元素からなり、原子間結合に
異方性がない無極性（ｎｏｎ−ｐｏｌａｒ）結晶である
。これに対して、閃亜鉛鉱（ＺｎＳ）構造のＧ ａ Ａ
ｓはＧａとＡｓからなる有極性（ｐｏｌａｒ）結晶で
ある。そのため、Ｓｉ単結晶基板上にＧ ａ Ａ ｓが
エピタキシャル成長した時、第３図に示すように、Ｓｉ
原子１上にＧａ原子２、ＡｓＪＪＫ子３のいずれが結合
するかによって、その後の積層状態が異なり、結合状態
の異なる領域の境界には反位相境界４が発生する。この
ような境界が存在すると電気的特性の劣化が生じる。
−ｐｈａｓｅ ｂｏｕｎｄａｒｙ）の発生である。ダイ
ヤモンド構造のＳｉは単一元素からなり、原子間結合に
異方性がない無極性（ｎｏｎ−ｐｏｌａｒ）結晶である
。これに対して、閃亜鉛鉱（ＺｎＳ）構造のＧ ａ Ａ
ｓはＧａとＡｓからなる有極性（ｐｏｌａｒ）結晶で
ある。そのため、Ｓｉ単結晶基板上にＧ ａ Ａ ｓが
エピタキシャル成長した時、第３図に示すように、Ｓｉ
原子１上にＧａ原子２、ＡｓＪＪＫ子３のいずれが結合
するかによって、その後の積層状態が異なり、結合状態
の異なる領域の境界には反位相境界４が発生する。この
ような境界が存在すると電気的特性の劣化が生じる。
これらの問題を解決するには、Ｓｉ基板の面方位を低指
数面（一般には（１００）面）から２〜４°傾ける方法
が有効と言われている。その例として、電子通信学会技
術研究報告ＥＤ８５−９２（１９８５年１１月２１日）
の清水らの報告がある。
数面（一般には（１００）面）から２〜４°傾ける方法
が有効と言われている。その例として、電子通信学会技
術研究報告ＥＤ８５−９２（１９８５年１１月２１日）
の清水らの報告がある。
Ｓｉ単結晶基板の面方位を（１００）などの低指数面か
られずかに傾けることにより、その上に形成した薄型表
面が滑らかになり、かつ反位相境界が減少することは上
記報告で確認されているが。
られずかに傾けることにより、その上に形成した薄型表
面が滑らかになり、かつ反位相境界が減少することは上
記報告で確認されているが。
本発明者らの実験の結果によれば、再現性が必らずしも
良くないという問題があった０例えばＭＢＥ （分子線
エピタキシ）法によりＳｉ単結晶基板（面方位を（１０
０）面より２″傾けである）上にＧａＡｓ薄膜を成長さ
せた場合、エッチピットの方向から判断した反位相境界
がないウェハは約１０分の１で、かつウェハ面内すべて
が単一方位ということはなかった。
良くないという問題があった０例えばＭＢＥ （分子線
エピタキシ）法によりＳｉ単結晶基板（面方位を（１０
０）面より２″傾けである）上にＧａＡｓ薄膜を成長さ
せた場合、エッチピットの方向から判断した反位相境界
がないウェハは約１０分の１で、かつウェハ面内すべて
が単一方位ということはなかった。
本発明の目的は、結晶構造がダイヤモンド構造を有し１
置方位が（１００）などの低指数面よりわずかに傾むい
た単結晶基板上に閃亜鉛鉱型の結晶構造を有する材料の
エピタキシャル膜を形成する場合に１歩留りよく、反位
相境界などの結晶欠陥がないエピタキシャル膜を形成す
ることにある。
置方位が（１００）などの低指数面よりわずかに傾むい
た単結晶基板上に閃亜鉛鉱型の結晶構造を有する材料の
エピタキシャル膜を形成する場合に１歩留りよく、反位
相境界などの結晶欠陥がないエピタキシャル膜を形成す
ることにある。
上記目的は、上記のようなＳｉ基板の表面をあらかじめ
熱酸化等により酸化し、酸化膜を形成したのち、この酸
化膜を化学的に除去することにより、達成される。
熱酸化等により酸化し、酸化膜を形成したのち、この酸
化膜を化学的に除去することにより、達成される。
Ｓｉ単結晶基板表面の方位を低指数面から傾けることに
より、反位相境界が減少する理由は明らかではないが、
基板表面に存在するステップ（段差）の効果と考えられ
ている。低指数面は表面エネルギの低い特異面であり、
第４図に示すように、段差６をもつ平坦な面、テラス５
になって現われる。結晶成長におけるステップ６の効果
を積極的に利用するには、原子層オーダの高さのステッ
プが数多くあることが望ましい。しかしながら、研磨後
の基板表面には原子層オーダのステップではなく、数１
０〜数１００原子層の高さのステップ６が存在している
と考えられる。また、Ｓｉウェハを使用する前に、通常
用いられている希弗′酸による自然酸化膜のエツチング
では、基板表面の大きな段差を除去することはできない
。
より、反位相境界が減少する理由は明らかではないが、
基板表面に存在するステップ（段差）の効果と考えられ
ている。低指数面は表面エネルギの低い特異面であり、
第４図に示すように、段差６をもつ平坦な面、テラス５
になって現われる。結晶成長におけるステップ６の効果
を積極的に利用するには、原子層オーダの高さのステッ
プが数多くあることが望ましい。しかしながら、研磨後
の基板表面には原子層オーダのステップではなく、数１
０〜数１００原子層の高さのステップ６が存在している
と考えられる。また、Ｓｉウェハを使用する前に、通常
用いられている希弗′酸による自然酸化膜のエツチング
では、基板表面の大きな段差を除去することはできない
。
本発明は低指数面よりわずかに傾いた表面をもつＳｉウ
ェハを酸化した際、酸化膜と基板の界面に原子層オーダ
（１〜２原子層）の段差が、傾き角に対応した間隔で発
生することを利用したものである。
ェハを酸化した際、酸化膜と基板の界面に原子層オーダ
（１〜２原子層）の段差が、傾き角に対応した間隔で発
生することを利用したものである。
以下１本発明を実施例により説明する。
実施例 １
本発明の薄膜形成方法の一実施例を第１図によって説明
する。
する。
基板として、直径５０ａｍのＳｉウェハ７を用いた。
Ｓｉウェハ７の面方位は（１００）面を（Ｏｌｌ）方向
に２°傾けた方位である（図（ａ））。このＳｉウェハ
７を乾燥酸素中で熱酸化した。熱酸化条件は酸素流量３
Ｑ／ｗｉｎ、温度１０００℃１時間１ｈである。形成さ
れた酸化膜８の５さは７０口ｍであった（図（ｂ））、
このようにして熱酸化したＳｉウェハ７を２．５％弗酸
水溶液に浸し、酸化膜８を除去した。次に純水で洗浄し
た後、９０℃に加熱した塩酸（６０％）、過酸化水素水
（２０％）水溶液中に１０ｍ１ｎ入れ、ウェハ７の表面
に極く薄い（〜５人）酸化膜９を形成した（図（Ｃ））
。
に２°傾けた方位である（図（ａ））。このＳｉウェハ
７を乾燥酸素中で熱酸化した。熱酸化条件は酸素流量３
Ｑ／ｗｉｎ、温度１０００℃１時間１ｈである。形成さ
れた酸化膜８の５さは７０口ｍであった（図（ｂ））、
このようにして熱酸化したＳｉウェハ７を２．５％弗酸
水溶液に浸し、酸化膜８を除去した。次に純水で洗浄し
た後、９０℃に加熱した塩酸（６０％）、過酸化水素水
（２０％）水溶液中に１０ｍ１ｎ入れ、ウェハ７の表面
に極く薄い（〜５人）酸化膜９を形成した（図（Ｃ））
。
このＳｉウェハ７をすばや＜ＭＢＥ装置に入れ、１０”
”Ｐａ以下の真空度に排気した後、脱ガス処理および酸
化膜除去処理を行なった。脱ガス処理は基板温度６００
℃、時間１０ｍ１ｎ、真空度１０−’Ｐａで、酸化膜除
去処理は基板温度９００℃１時間１５＠ｉｎ、真空度１
０−’Ｐａで行なった。薄い酸化膜９の除去の後、基板
温度を５８０℃として、ＭＢＥ法により。
”Ｐａ以下の真空度に排気した後、脱ガス処理および酸
化膜除去処理を行なった。脱ガス処理は基板温度６００
℃、時間１０ｍ１ｎ、真空度１０−’Ｐａで、酸化膜除
去処理は基板温度９００℃１時間１５＠ｉｎ、真空度１
０−’Ｐａで行なった。薄い酸化膜９の除去の後、基板
温度を５８０℃として、ＭＢＥ法により。
最初の１時間は０．３人／Ｓ、次の２時間は３人／Ｓの
成長速度で約２−の膜厚のＧａＡｓ薄膜１０を基板７上
に成長させた（図（ｄ））。
成長速度で約２−の膜厚のＧａＡｓ薄膜１０を基板７上
に成長させた（図（ｄ））。
以上のようにしてＳｉ基板７上に形成したＧ ａ Ａ
ｓ薄膜１０をＲＨＥＥＤ（反射高速電子線回折）法によ
り評価した結果、単結晶からの回折パターンが観察され
た。また、溶融水酸化カリウム（ＫＯＨ）によってエツ
チングを行なうと、エッチピットの方向は一方向にそろ
っており、反位相境界がないことがわかった。
ｓ薄膜１０をＲＨＥＥＤ（反射高速電子線回折）法によ
り評価した結果、単結晶からの回折パターンが観察され
た。また、溶融水酸化カリウム（ＫＯＨ）によってエツ
チングを行なうと、エッチピットの方向は一方向にそろ
っており、反位相境界がないことがわかった。
ＧａＡｓ薄膜の形成を同じプロセスで繰り返した結果、
反位相境界がない平滑な膜が形成できる歩留り率は８０
％で、かつウェハ面内すべてにわたって良質な膜が得ら
れた。
反位相境界がない平滑な膜が形成できる歩留り率は８０
％で、かつウェハ面内すべてにわたって良質な膜が得ら
れた。
実施例 ２
実施例１に用いたのと同じＳｉ基板を使用し、このＳｉ
基板を実施例１と同じ条件下で熱酸化した。酸化時間を
１０分に短縮し、酸化膜の膜厚を１゜ｎ＋ｍに制御した
。この熱酸化Ｓｉ基板を実施例１と同じ工程によってエ
ツチング処理を行ない、ＭＢＥ装置に入れ、ＧａＡｓ薄
婁を形成した。
基板を実施例１と同じ条件下で熱酸化した。酸化時間を
１０分に短縮し、酸化膜の膜厚を１゜ｎ＋ｍに制御した
。この熱酸化Ｓｉ基板を実施例１と同じ工程によってエ
ツチング処理を行ない、ＭＢＥ装置に入れ、ＧａＡｓ薄
婁を形成した。
以上のように、酸化膜の膜厚を１０ｎｍとした場合、反
位相境界がない、平滑な膜が形成できる歩留り率は７０
％であり、かつウェハ面の約８０％は良質な膜であった
。
位相境界がない、平滑な膜が形成できる歩留り率は７０
％であり、かつウェハ面の約８０％は良質な膜であった
。
実施例 ３
実施例１で用いたのと同じＳｉ基板を使用し、このＳｉ
基板を乾燥酸素中で熱酸化した。酸化条件は酸素流量３
Ｑ／ｗｉｎ、基板温度９００℃、時間１０分である。形
成された酸化膜の厚さは５ｎｍであった。その後、実施
例１と同じ工程により、表面処理を行ない、ＭＢＥ装置
中でＧ ａ Ａ ｓ薄膜を形成した。形成したＧａＡｓ
薄膜は単結晶であることがＲＨＥＥＤ法によって示され
たが、反位相境界が生じ易く、反位相境界のない、平滑
な面が形成できる歩留り率は５０％で、ウェハ面の約６
０％に。
基板を乾燥酸素中で熱酸化した。酸化条件は酸素流量３
Ｑ／ｗｉｎ、基板温度９００℃、時間１０分である。形
成された酸化膜の厚さは５ｎｍであった。その後、実施
例１と同じ工程により、表面処理を行ない、ＭＢＥ装置
中でＧ ａ Ａ ｓ薄膜を形成した。形成したＧａＡｓ
薄膜は単結晶であることがＲＨＥＥＤ法によって示され
たが、反位相境界が生じ易く、反位相境界のない、平滑
な面が形成できる歩留り率は５０％で、ウェハ面の約６
０％に。
限られていた。
実施例 ４
面方位が（１００）面より５°だけ（０１１）方向に傾
いたＳｉウェハ（直径５０＋ｍ）を使用した。
いたＳｉウェハ（直径５０＋ｍ）を使用した。
実施例１と同じ方法により、膜厚７０ｎｍの熱酸化膜を
形成し、化学的にこの酸化膜を除去した後、実施例１と
同じ工程でＧ ａ Ａ ｓ Ｆｉｔ膜を成長させた。
形成し、化学的にこの酸化膜を除去した後、実施例１と
同じ工程でＧ ａ Ａ ｓ Ｆｉｔ膜を成長させた。
薄膜は単結晶になり、反位相境界のない膜が形成できた
。
。
実施例 ５
面方位が（１００）面より（２１１）方向に３°傾いた
Ｓｉウェハ（直径５０ｍ）を使用し、実施例１と同じ工
程により、熱酸化膜の形成と除去、ならびにＧａＡｓ膜
の形成を行なった。形成したＧａＡｓ薄膜に現われる反
位相境界は少なく、歩留り率は７０％で、反位相境界が
なく、平滑な膜が形成できた。
Ｓｉウェハ（直径５０ｍ）を使用し、実施例１と同じ工
程により、熱酸化膜の形成と除去、ならびにＧａＡｓ膜
の形成を行なった。形成したＧａＡｓ薄膜に現われる反
位相境界は少なく、歩留り率は７０％で、反位相境界が
なく、平滑な膜が形成できた。
本発明によれば、Ｓｉウェハの表面を一度酸化した後、
これを化学的に除去することにより、反位相境界の発生
を極めて低くすることができた。
これを化学的に除去することにより、反位相境界の発生
を極めて低くすることができた。
酸化膜の膜厚に対して、歩留り率を表示すると第２図の
ようになる。ウェハ面内での歩留りも考慮すれば、酸化
膜の膜厚はｌｏｎｍ以上が望ましい。
ようになる。ウェハ面内での歩留りも考慮すれば、酸化
膜の膜厚はｌｏｎｍ以上が望ましい。
本実施例では、基板に面方位が（１００）面、（１１１
）面から２〜５°傾いたＳｉウェハを用い、ＭＢＥ法に
よりＧａＡｓ薄膜を蒸着したが、要すれば、本発明はダ
イヤモンド構造の基板の上に閃亜鉛鉱型構造の薄膜を形
成する時の結晶成長機構に関するものであることは明ら
かである。それ故に、他の面方位をもつＳｉ基板、Ｇｅ
基板にも適用され、さらには、ＣＶＤ法等の他の成長法
、ＩｎＰ等の閃亜鉛鉱型構造を有する化合物半導体材料
にも適用できることは言うまでもない。
）面から２〜５°傾いたＳｉウェハを用い、ＭＢＥ法に
よりＧａＡｓ薄膜を蒸着したが、要すれば、本発明はダ
イヤモンド構造の基板の上に閃亜鉛鉱型構造の薄膜を形
成する時の結晶成長機構に関するものであることは明ら
かである。それ故に、他の面方位をもつＳｉ基板、Ｇｅ
基板にも適用され、さらには、ＣＶＤ法等の他の成長法
、ＩｎＰ等の閃亜鉛鉱型構造を有する化合物半導体材料
にも適用できることは言うまでもない。
第１図は本発明の薄膜形成工程を示す図、第２図は本発
明の効果を示す歩留り率を示す図、第３図はＳＬ単結晶
基板上にＧａＡｓをエピタキシャル成長させた時の結晶
構造モデル図、第４図は低指数面かられずかに傾いた基
板表面を示す図である。
明の効果を示す歩留り率を示す図、第３図はＳＬ単結晶
基板上にＧａＡｓをエピタキシャル成長させた時の結晶
構造モデル図、第４図は低指数面かられずかに傾いた基
板表面を示す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、結晶構造がダイヤモンド構造を有する材料からなり
、面方位が低指数面より２〜５°傾いた単結晶基板上に
、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有する材料の薄膜を形成する
ヘテロエピタキシャル薄膜の形成方法において、該単結
晶基板の表面に少なくとも一度、該基板結晶の酸化膜を
形成した後、該酸化膜を化学的に除去し、その後該単結
晶基板上に前記エピタキシャル薄膜の形成を行なうこと
を特徴とするヘテロエピタキシャル薄膜の形成方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載のヘテロエピタキシャル
薄膜の形成方法において、前記酸化膜の厚さが１０ｎｍ
以上であることを特徴とするヘテロエピタキシャル薄膜
の形成方法。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項記載のヘテロエ
ピタキシャル薄膜の形成方法において、前記低指数面が
（１００）または（１１１）面であることを特徴とする
ヘテロエピタキシャル薄膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7679086A JPS62234319A (ja) | 1986-04-04 | 1986-04-04 | ヘテロエピタキシヤル薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7679086A JPS62234319A (ja) | 1986-04-04 | 1986-04-04 | ヘテロエピタキシヤル薄膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62234319A true JPS62234319A (ja) | 1987-10-14 |
Family
ID=13615414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7679086A Pending JPS62234319A (ja) | 1986-04-04 | 1986-04-04 | ヘテロエピタキシヤル薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62234319A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03201427A (ja) * | 1989-12-28 | 1991-09-03 | Nec Corp | 半導体薄膜の形成方法 |
| JPH08204483A (ja) * | 1995-01-27 | 1996-08-09 | Nec Corp | 弾性表面波装置の製造方法、および、これを用いて製造された弾性表面波装置 |
-
1986
- 1986-04-04 JP JP7679086A patent/JPS62234319A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03201427A (ja) * | 1989-12-28 | 1991-09-03 | Nec Corp | 半導体薄膜の形成方法 |
| JPH08204483A (ja) * | 1995-01-27 | 1996-08-09 | Nec Corp | 弾性表面波装置の製造方法、および、これを用いて製造された弾性表面波装置 |
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