JPH02143420A - シリコン基板上のヘテロエピタキシャル膜の製造方法 - Google Patents

シリコン基板上のヘテロエピタキシャル膜の製造方法

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JPH02143420A
JPH02143420A JP63297099A JP29709988A JPH02143420A JP H02143420 A JPH02143420 A JP H02143420A JP 63297099 A JP63297099 A JP 63297099A JP 29709988 A JP29709988 A JP 29709988A JP H02143420 A JPH02143420 A JP H02143420A
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    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシリコン結晶表面上の半導体薄膜のエビクキシ
ャル成長、特に、成長の始めに清浄なシリコン基板が得
られるシリコン基板上のヘテロエピタキシャル膜の製造
方法に関する。
〔従来の技術〕
近年、高速素子、光素子等への応用を目的としたシリコ
ン基板上のガリウム砒素等化合物半導体のヘテロエピタ
キシャル成長技術に関する研究開発が盛んに行われてい
る。良好な素子性能を実現するためには結晶性のよいヘ
テロエピタキシャル膜を作成することが必須であり、特
に成長を行うシリコン基板表面が清浄であることが、そ
の上に結晶性の良いヘテロエピタキシャル膜を得るため
には重要である。シリコン基板上の化合物半導体ヘテロ
エピタキシャル成長は、MOCVD法あるいはMBE法
によって行われる。
〔発明が解決しようとする課題〕
MOCVD法あるいはMBE法において、始めに表面が
清浄なSi基板を得るためには、通常、超高真空下で1
000℃以上の高温アニールを行うことが必要である。
しかしMOCVD装置は、装置自体が超高真空を得るこ
とができない。またMBE装置では、基板はインジウム
貼り付けによって保持されるため、基板のインジウムに
よる汚染等の点でやはり高温熱処理を行うことは不可能
であった。
このため従来のシリコン基板上の化合物半導体ヘテロエ
ピタキシャル成長では、化合物半導体成長装置の中でそ
の場で成長の開始時に清浄なシリコン基板表面を得るこ
とができないという問題点があった。
本発明の目的は、シリコン基板上の化合物半導体ヘテロ
エピタキシャル成長で用いられるMOCVD装置あるい
は肝E装置といった通常の成長装置の性能において、成
長の始めに清浄なシリコン基板が得られる、シリコン基
板上のヘテロエピタキシャル膜の製造方法を提供するこ
とにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のシリコン基板上のヘテロエピタキシャル膜の製
造方法は、 清浄なシリコン表面を水素原子によってパッシベートし
たものをシリコン基板上のヘテロエピタキシャル成長の
基板として用いることを特徴とする。
〔作用〕
清浄なシリコン表面に室温において水素原子を供給した
場合には、水素原子はシリコン表面のダングリングボン
ドと結合して、表面を化学的に不活性化する。このため
水素原子が化学吸着したシリコン表面は大気中に取り出
した場合でも酸化を免れ、表面パッシベーションの効果
が生まれる。
水素によってパッシベートされたシリコン基板は、大気
中に取り出しても表面が酸化などによって汚染されるこ
とがない。表面をパッシベートしている水素原子は、シ
リコン基板温度が400℃以上になると熱脱離する。こ
のため−旦表面を清浄化しておき、この後に水素原子に
よってバッシベ−1・されたシリコン基板は、化合物半
導体成長装置にロードされる前に一度大気中に取り出さ
れることがあっても、化合物半導体成長装置内でシリコ
ン基板温度を400℃以上の成長温度に上げてやれば、
表面をパッシベートしていた水素原子が熱脱離して清浄
表面が成長前に得られる。
シリコン表面をパッシベートする水素原子を発生するに
は化学的に安定な水素分子を何等かの方法で解離する必
要がある。水素原子を発生させる方法として良く知られ
ているのは超高真空装置内に10−’Torr程度の水
素分子ガスを導入して、この中で基板近くにおいたタン
グステンフィラメントを2000に程度に加熱して、タ
ングステンフィラメントに衝突した水素分子が水素原子
に解離する現象を利用する方法である。ただしこの方法
では水素原子を効率的に発生できない。生産性を考えた
場合には、シリコン表面の水素パッシベーションはエピ
タキシャル装置の中で効率的に水素原子を発生させてシ
リコン表面に供給することが望ましい。水素原子を効率
的に発生するには、水素分子を用いてプラズマを発生さ
せ分子をこの中で解離するのが有効である。
ガスソース方式のシリコン分子線成長装置では、清浄な
シリコン表面または良好なエピタキシャル膜が容易に得
られる。また成長にガスを用いるためこの中にパッシベ
ーション用の水素ガスを導入することも問題ない。水素
分子を解離するためのプラズマは、分子線成長装置のガ
ス導入セルにおいて電子サイクロトロン共鳴条件を満足
するような磁場およびマイクロ波を供給できるように設
計された電子サイクロトロン共鳴プラズマセルによって
作ることができる。電子サイクロトロン共鳴プラズマセ
ルに水素分子ガスを導入し、セル内のプラズマによって
解離された水素原子をシリコン基板に供給すればシリコ
ン基板表面に対して効率的に水素パッシベーションが可
能となる。
したがって本発明によれば、基板に用いるシリコン基板
を化合物半導体成長装置とは別のガスソースシリコン分
子線成長装置において予め清浄化する。この後で同一装
置内で電子サイクロトロン共鳴を利用したプラズマセル
から水素分子ガスをタラソキングして高い効率で生成し
た水素原子を室温に保ったシリコン基板に供給して清浄
なシリコン表面をパッシベートする。この後水素パッシ
ベーションしたシリコン基板をガスソース方式のシリコ
ン分子線成長装置から大気中に取り出して化合物半導体
成長装置にセットする。この状態で従来の化合物半導体
成長装置でも可能な基板温度400℃以上にすれば、清
浄なシリコン表面をパッシベートしている水素原子は熱
脱離し、ただちに清浄なシリコン表面が得られる。
〔実施例〕
以下図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
第1図は、本発明の一実施例を説明するためのガスソー
スシリコン分子線成長装置の概要図である。このガスソ
ースシリコン分子線成長装置は、シリコン分子線成長装
置2に、水素原子を発生させるために電子サイクロトロ
ン共鳴を利用したプラズマセルである電子サイクロトロ
ン共鳴セル6を装備している。
電子サイクロトロン共鳴セル6は、シリコン分子線成長
装置2のガス導入セルにおいて電子サイクロトロン共鳴
条件を満足するような磁場およびマイクロ波を供給でき
るように設計されており、マイクロ波導波管8により、
マイクロ波発生のためのタライストロン11に連結され
ている。また、電子サイクロトロン共鳴セル6は気体水
素分子の流量制御用サブチェンバー10を介して気体水
素分子ボンベ7に連結されている。
シリコン分子線成長装置2は、成長室内部に基板ヒータ
ー3を備え、および膜成長の過程を観測する反射高速電
子回折装置を構成・する反射高速電子線回折用高速電子
銃4と反射高速電子線回折パターン観測用蛍光スクリー
ン5とを備えている。
本実施例においては、シリコン基板1は3インチS i
  (100)ウェハーを用いた。このシリコン基板1
はガスソースシリコン分子線成長装置2にロードされる
前に、アンモニア:過酸化水素水:純水=1:6:10
の沸騰した溶液により20分間、続いて室温の純水で2
0分間洗浄され、リンサードライヤーによって乾燥させ
られる。この処理によりシリコン基板表面には界面に汚
染物質のない10人程度の薄い保護酸化膜が形成される
。シリコン基板1はこの状態でガスソースシリコン分子
線成長装置2内にロードされる。
このシリコン基板1に対して超高真空のシリコン分子線
成長装置内で基板裏側のヒーター3により900℃11
0分間の加熱を行う。このプロセスによって表面の保護
酸化膜は除去され、清浄な5i(100)表面が得られ
る。表面の清浄さは高速電子銃4と蛍光スクリーン5で
構成される反射高速電子線回折装置の回折パターンにお
いて清浄な5i(100)面に特徴的な2X1表面超構
造が観察されることで確認した。
この清浄な表面に対してシリコン基板を室温に保って、
ガスソースシリコン分子線成長室内へ電子サイクロトロ
ン共鳴セル6から水素分子ガスをクランキングした水素
原子を供給する。電子サイクロトロン共鳴セルを動作さ
せる場合には、気体水素分子ボンベ7からサブチェンバ
ーIOで流量を制御して、まずセル6に3 secmの
水素ガスを導入し、タライストロン11から電子サイク
ロトロン共鳴セル6に150Hのマイクロ波を導波管8
で供給することで水素の電子サイクロトロン共鳴プラズ
マを発生させる。シリコン基板1のダメージを防ぐため
にプラズマ引出し電極9には特にプラズマの引出し電圧
を印加せず、プラズマによって水素分子がクラッキング
されてできた水素原子は、セル6と成長室の真空度の差
圧だけで基板に向かって流れる。
2分間の電子サイクロトロン共鳴セル6の動作によって
、清浄なシリコン基板表面は完全に水素原子によって覆
われる。これは清浄なS i  (100)表面が完全
に水素原子によって覆われた場合に現れるIXI表面構
造を反射高速電子線回折装置で回折パターンを観測する
ことテ確認した。
清浄化後水素パッシベーションを行い大気中に12時間
放置したシリコン基板を、MOCVD成長装置にロード
し、特にシリコン基板の清浄化処理を行わずにいきなり
525℃においてガリウム砒素の成長を行った。この場
合にはシリコン基板の清浄化を行わなかったにもかかわ
らず、表面モフォロジーが完全に鏡面な極めて結晶性の
良いガリウム砒素のシリコン基板上でのエピタキシャル
膜が得られた。
〔発明の効果〕
以上詳しく説明したように本発明によれば、シリコン上
の化合物半導体のエピタキシャル成長において容易に清
浄なシリコン表面を得ることができ、この上に良質な化
合物半導体のエピタキシャル膜を得ることができる。
10・ 11・
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を説明するためのガスソース
方式のシリコン分子線成長装置の装置概略図である。 1・・・ 2・・・ 3・・・ 4・・・ 5・・・ 4インチS i  (100)基板 シリコン分子線成長装置 基板ヒーター 反射高速電子線回折用高速電子銃 反射高速電子線回折パターン観測用 蛍光スクリーン 電子サイクロトロン共鳴セル 気体水素分子ボンベ マイクロ波導波管 電子サイクロトロン共鳴セルのプラ ズマ引出し電極 気体水素分子の流量制御用サブチェ ンノマー マイクロ波発生のためのタライスト ロン 第1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)清浄なシリコン表面を水素原子によってパッシベ
    ートしたものをシリコン基板上のヘテロエピタキシャル
    成長の基板として用いることを特徴とするシリコン基板
    上のヘテロエピタキシャル膜の製造方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5385862A (en) * 1991-03-18 1995-01-31 Trustees Of Boston University Method for the preparation and doping of highly insulating monocrystalline gallium nitride thin films
US5633192A (en) * 1991-03-18 1997-05-27 Boston University Method for epitaxially growing gallium nitride layers
US5677538A (en) * 1995-07-07 1997-10-14 Trustees Of Boston University Photodetectors using III-V nitrides
JP2006261476A (ja) * 2005-03-18 2006-09-28 Nokodai Tlo Kk Si基板結晶上における窒化ガリウム結晶成長方法
JPWO2008117627A1 (ja) * 2007-03-26 2010-07-15 農工大ティー・エル・オー株式会社 シリコン基板上におけるAlGaN結晶成長方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5385862A (en) * 1991-03-18 1995-01-31 Trustees Of Boston University Method for the preparation and doping of highly insulating monocrystalline gallium nitride thin films
US5633192A (en) * 1991-03-18 1997-05-27 Boston University Method for epitaxially growing gallium nitride layers
US5686738A (en) * 1991-03-18 1997-11-11 Trustees Of Boston University Highly insulating monocrystalline gallium nitride thin films
US5725674A (en) * 1991-03-18 1998-03-10 Trustees Of Boston University Device and method for epitaxially growing gallium nitride layers
US6123768A (en) * 1991-03-18 2000-09-26 The Trustees Of Boston University Method for the preparation and doping of highly insulating monocrystalline gallium nitride thin films
US5677538A (en) * 1995-07-07 1997-10-14 Trustees Of Boston University Photodetectors using III-V nitrides
US5847397A (en) * 1995-07-07 1998-12-08 Trustees Of Boston University Photodetectors using III-V nitrides
JP2006261476A (ja) * 2005-03-18 2006-09-28 Nokodai Tlo Kk Si基板結晶上における窒化ガリウム結晶成長方法
JPWO2008117627A1 (ja) * 2007-03-26 2010-07-15 農工大ティー・エル・オー株式会社 シリコン基板上におけるAlGaN結晶成長方法

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