JPH0310595B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0310595B2 JPH0310595B2 JP57224547A JP22454782A JPH0310595B2 JP H0310595 B2 JPH0310595 B2 JP H0310595B2 JP 57224547 A JP57224547 A JP 57224547A JP 22454782 A JP22454782 A JP 22454782A JP H0310595 B2 JPH0310595 B2 JP H0310595B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- film
- gaas
- semiconductor
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
- C30B23/04—Pattern deposit, e.g. by using masks
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(a) 発明の技術分野
本発明は分子線結晶成長方法、特に半導体単結
晶領域と高抵抗多結晶領域とが選択的に配設され
た結晶成長を清浄な状態で実施することができる
製造方法に関する。
晶領域と高抵抗多結晶領域とが選択的に配設され
た結晶成長を清浄な状態で実施することができる
製造方法に関する。
(b) 技術の背景
半導体装置、特に化合物半導体装置においては
所要の半導体結晶層を半導体基板結晶に格子整合
して成長させるエピタキシヤル成長が広く行なわ
れている。すなわちエピタキシヤル成長される半
導体結晶は例えば禁制帯幅、導電型及びキヤリア
濃度並びにその厚さなどを選択する自由度が大き
く、かつ結晶欠陥が基板結晶に比較して改善され
るために、エピタキシヤル成長による半導体結晶
層にその半導体装置の動作領域を形成することが
一般に行なわれている。
所要の半導体結晶層を半導体基板結晶に格子整合
して成長させるエピタキシヤル成長が広く行なわ
れている。すなわちエピタキシヤル成長される半
導体結晶は例えば禁制帯幅、導電型及びキヤリア
濃度並びにその厚さなどを選択する自由度が大き
く、かつ結晶欠陥が基板結晶に比較して改善され
るために、エピタキシヤル成長による半導体結晶
層にその半導体装置の動作領域を形成することが
一般に行なわれている。
このエピタキシヤル成長の実施方法としては、
液相成長方法、気相成長方法、有機金属熱分解気
相成長方法及び分子線結晶成長方法（以下MBE
法と略称する）等が知られており、目的に応じて
選択されてる。
液相成長方法、気相成長方法、有機金属熱分解気
相成長方法及び分子線結晶成長方法（以下MBE
法と略称する）等が知られており、目的に応じて
選択されてる。
MBE法は他のエピタキシヤル成長方法に比べ
て、結晶の組成比、不純物のドープ量あるいは結
晶の成長速度などを正確に制御することができ、
結晶界面を急峻に形成することが可能で、更に液
相成長方法では不可能な化学平衡からずれた結晶
成長が可能であるなどの特徴を有して、超格子構
造など結晶層の厚さが極めて薄く、かつ急峻な界
面が要求される半導体結晶構造を実現する際の代
表的エピタキシヤル成長方法とされている。
て、結晶の組成比、不純物のドープ量あるいは結
晶の成長速度などを正確に制御することができ、
結晶界面を急峻に形成することが可能で、更に液
相成長方法では不可能な化学平衡からずれた結晶
成長が可能であるなどの特徴を有して、超格子構
造など結晶層の厚さが極めて薄く、かつ急峻な界
面が要求される半導体結晶構造を実現する際の代
表的エピタキシヤル成長方法とされている。
(c) 従来技術と問題点
例えば半導体集積回路装置等においては、各素
子の動作領域の相互干渉を遮断する素子分離が必
要である。この素子分離領域を先に述べたエピタ
キシヤル成長に際して動作領域と同時に形成する
ことなどを目的とする選択的エピタキシヤル成長
が既に知られている。
子の動作領域の相互干渉を遮断する素子分離が必
要である。この素子分離領域を先に述べたエピタ
キシヤル成長に際して動作領域と同時に形成する
ことなどを目的とする選択的エピタキシヤル成長
が既に知られている。
従来例えばガリウム・砒素化合物（GaAs）結
晶基板上に動作領域とするGaAsエピタキシヤル
成長層と、動作領域相互間を分離する高抵抗領域
とを選択成長する方法として次に述べる２方法が
ある。
晶基板上に動作領域とするGaAsエピタキシヤル
成長層と、動作領域相互間を分離する高抵抗領域
とを選択成長する方法として次に述べる２方法が
ある。
その一つはGaAs基板上に例えば二酸化シリコ
ン（SiO2）等の皮膜を化学気相成長方法などに
よつて形成してGaAs結晶のエピタキシヤル成長
を意図する領域の前記皮膜を選択的に除去し、し
かる後にGaAs結晶成長を行なう方法であつて、
GaAs基板結晶が表出する領域には格子整合する
単結晶が成長し、前記皮膜上には多結晶のGaAs
膜が形成される。
ン（SiO2）等の皮膜を化学気相成長方法などに
よつて形成してGaAs結晶のエピタキシヤル成長
を意図する領域の前記皮膜を選択的に除去し、し
かる後にGaAs結晶成長を行なう方法であつて、
GaAs基板結晶が表出する領域には格子整合する
単結晶が成長し、前記皮膜上には多結晶のGaAs
膜が形成される。
また今一つの方法は、GaAs基板を酸素雰囲気
中で高温に加熱することによつて基板表面に
GaAsの酸化膜を形成し、前記方法と同様にこの
酸化膜を選択的に除去した後にGaAs結晶成長を
行なう方法であつて、酸化膜が除去された領域に
はGaAs単結晶が成長し、酸化膜上にはGaAs多
結晶膜が形成される。
中で高温に加熱することによつて基板表面に
GaAsの酸化膜を形成し、前記方法と同様にこの
酸化膜を選択的に除去した後にGaAs結晶成長を
行なう方法であつて、酸化膜が除去された領域に
はGaAs単結晶が成長し、酸化膜上にはGaAs多
結晶膜が形成される。
以上説明した方法においては、選択の手段とす
るマスクの形成のために多くの工程を必要とし非
常に繁雑であるばかりでなく、GaAs結晶をエピ
タキシヤル成長するGaAs基板結晶表面のSi又は
Ga等の酸化物除去後の清浄化も容易ではなく、
選択成長方法の改善が要望されている。
るマスクの形成のために多くの工程を必要とし非
常に繁雑であるばかりでなく、GaAs結晶をエピ
タキシヤル成長するGaAs基板結晶表面のSi又は
Ga等の酸化物除去後の清浄化も容易ではなく、
選択成長方法の改善が要望されている。
(d) 発明の目的
本発明は半導体単結晶基板又はエピタキシヤル
成長層上に、該単結晶に格子整合する単結晶と高
抵抗の比単結晶膜とを選択的に形成する、前記問
題点が改善された製造方法を提供することを目的
とする。
成長層上に、該単結晶に格子整合する単結晶と高
抵抗の比単結晶膜とを選択的に形成する、前記問
題点が改善された製造方法を提供することを目的
とする。
(e) 発明の構成
本発明の前記目的は、半導体単結晶面に画定さ
れた領域に選択的に電子線を照射することによつ
て該半導体結晶面と雰囲気ガスとの反応生成物か
ら成る皮膜を該領域に選択的に形成し、次いで該
半導体単結晶を大気に触れさせることなく該半導
体単結晶面に所定の分子線を照射することによつ
て、該皮膜から表出する該半導体単結晶面上に単
結晶をエピタキシヤル成長させるとともに該皮膜
上に非単結晶膜を形成する分子線結晶成長法によ
り達成される。
れた領域に選択的に電子線を照射することによつ
て該半導体結晶面と雰囲気ガスとの反応生成物か
ら成る皮膜を該領域に選択的に形成し、次いで該
半導体単結晶を大気に触れさせることなく該半導
体単結晶面に所定の分子線を照射することによつ
て、該皮膜から表出する該半導体単結晶面上に単
結晶をエピタキシヤル成長させるとともに該皮膜
上に非単結晶膜を形成する分子線結晶成長法によ
り達成される。
(f) 発明の実施例
以下本発明を実施例により図面を参照して具体
的に説明する。
的に説明する。
図は本発明の実施に適する製造装置の一例を示
す模式断面図である。図において１はMBE成長
室、２は皮膜形成室、３はゲートバルブ、４は単
結晶基板、５は基板ホルダー、６はトランスフア
ロツドであつて、単結晶基板４を保持する基板ホ
ルダー５をトランスフアロツド６によつてMBE
成長室１と皮膜形成室２との所定の位置に置くこ
とができる。またMBE成長室１には分子線を発
生するセル７などが設けられ、皮膜形成室にも電
子線を発生し選択的に照射する電子銃及び電子光
学系８並びにMBE成長室１におけると同様なセ
ル９などが設けられている。
す模式断面図である。図において１はMBE成長
室、２は皮膜形成室、３はゲートバルブ、４は単
結晶基板、５は基板ホルダー、６はトランスフア
ロツドであつて、単結晶基板４を保持する基板ホ
ルダー５をトランスフアロツド６によつてMBE
成長室１と皮膜形成室２との所定の位置に置くこ
とができる。またMBE成長室１には分子線を発
生するセル７などが設けられ、皮膜形成室にも電
子線を発生し選択的に照射する電子銃及び電子光
学系８並びにMBE成長室１におけると同様なセ
ル９などが設けられている。
本発明を適用してGaAs単結晶基板上に選択的
にGaAsエピタキシヤル成長領域と、高抵抗の
GaAs多結晶領域とを形成する実施例について述
べる。
にGaAsエピタキシヤル成長領域と、高抵抗の
GaAs多結晶領域とを形成する実施例について述
べる。
GaAs単結晶基板４は基板ホルダー５に保持さ
れてまず皮膜形成室２の所定の位置に置かれる。
皮膜形成室２内を10-7〔Torr〕以下の真空状態と
して基板４を温度580〔℃〕程度以上に数分間加熱
して表面に大気中において自然に形成されている
酸化層を分解し清浄化する。この際にセル９より
As分子線を基板４面に照射することによつて、
基板４からAsが蒸発してGaAs単結晶基板４の表
面近傍においてその組成が化学量論比からずれる
ことを防止する。
れてまず皮膜形成室２の所定の位置に置かれる。
皮膜形成室２内を10-7〔Torr〕以下の真空状態と
して基板４を温度580〔℃〕程度以上に数分間加熱
して表面に大気中において自然に形成されている
酸化層を分解し清浄化する。この際にセル９より
As分子線を基板４面に照射することによつて、
基板４からAsが蒸発してGaAs単結晶基板４の表
面近傍においてその組成が化学量論比からずれる
ことを防止する。
次いで高抵抗のGaAs多結晶膜の形成を意図す
る領域に対して選択的電子線照射を行なつて、こ
の領域のGaAs単結晶の表面に酸化膜を形成す
る。この電子線照射に際してGaAs単結晶基板４
への電荷蓄積が防止される程度の導電性を得るた
めに、その温度が室温乃至500〔℃〕程度の範囲で
選択される。皮膜形成室２内に残留するガスは通
常水蒸気（H2O）及び一酸化炭素（CO）が大部
分であつて、これらの残留ガスはGaAs単結晶基
板４の電子線が照射された表面部分を酸化する働
きを有するが、先に述べた如く選択されるGaAs
単結晶基板４の温度及びパターン描画速度の条件
等によつて雰囲気ガス成分及び圧力が選択され、
必要な場合には例えば酸素（O2）等のガスを皮
膜形成室２内に導入する。
る領域に対して選択的電子線照射を行なつて、こ
の領域のGaAs単結晶の表面に酸化膜を形成す
る。この電子線照射に際してGaAs単結晶基板４
への電荷蓄積が防止される程度の導電性を得るた
めに、その温度が室温乃至500〔℃〕程度の範囲で
選択される。皮膜形成室２内に残留するガスは通
常水蒸気（H2O）及び一酸化炭素（CO）が大部
分であつて、これらの残留ガスはGaAs単結晶基
板４の電子線が照射された表面部分を酸化する働
きを有するが、先に述べた如く選択されるGaAs
単結晶基板４の温度及びパターン描画速度の条件
等によつて雰囲気ガス成分及び圧力が選択され、
必要な場合には例えば酸素（O2）等のガスを皮
膜形成室２内に導入する。
次いでGaAs単結晶基板４をMBE成長室１の
所定の位置に移動し、基板４の表面温度を400乃
至500〔℃〕として、Ga、As及びｎ型ドーパント
である錫（Sn）ビームを基板４に照射して厚さ
約１〔μｍ〕にGaAs結晶を成長する。
所定の位置に移動し、基板４の表面温度を400乃
至500〔℃〕として、Ga、As及びｎ型ドーパント
である錫（Sn）ビームを基板４に照射して厚さ
約１〔μｍ〕にGaAs結晶を成長する。
ただしここで成長したGaAs結晶は、先に酸化
膜を形成しなかつた清浄なGaAs単結晶上におい
てはこれに格子整合する単結晶であつて、Snの
ドープ量約１×1018〔cm-3〕のときその比抵抗は
約２×10-3〔Ω・cm〕である。これに対して先に
形成した酸化膜上においては、ここで形成された
GaAs結晶は多結晶状態であつてその比抵抗は２
×106〔Ω・cm〕である。
膜を形成しなかつた清浄なGaAs単結晶上におい
てはこれに格子整合する単結晶であつて、Snの
ドープ量約１×1018〔cm-3〕のときその比抵抗は
約２×10-3〔Ω・cm〕である。これに対して先に
形成した酸化膜上においては、ここで形成された
GaAs結晶は多結晶状態であつてその比抵抗は２
×106〔Ω・cm〕である。
以上説明した実施例においてはGaAs単結晶基
板４の面上にGaAsの酸化膜を形成しているが、
電子線の選択的照射に際して皮膜形成室２の雰囲
気として例えばプロパン（CH3CH2CH3）の如き
炭化水素ガスを導入するならば単結晶基板４の面
上に非晶質の炭素系皮膜を選択的に形成すること
が可能である。この皮膜を設けた単結晶基板４に
ついて前記実施例と同様にMBE成長法を適用す
ることによつて、単結晶のエピタキシヤル成長を
選択的に行なうことができる。
板４の面上にGaAsの酸化膜を形成しているが、
電子線の選択的照射に際して皮膜形成室２の雰囲
気として例えばプロパン（CH3CH2CH3）の如き
炭化水素ガスを導入するならば単結晶基板４の面
上に非晶質の炭素系皮膜を選択的に形成すること
が可能である。この皮膜を設けた単結晶基板４に
ついて前記実施例と同様にMBE成長法を適用す
ることによつて、単結晶のエピタキシヤル成長を
選択的に行なうことができる。
また本発明の選択的単結晶成長は、基板面上の
みならずエピタキシヤル成長によつて形成された
単結晶面上にも同様に適用できることは明らかで
あつて、この場合においては最初のエピタキシヤ
ル成長、選択的皮膜形成及び選択的エピタキシヤ
ル成長を連続して実施することによつて、単結晶
層の選択的成長と非結晶層の形成とを清浄な環境
において実施することができる。
みならずエピタキシヤル成長によつて形成された
単結晶面上にも同様に適用できることは明らかで
あつて、この場合においては最初のエピタキシヤ
ル成長、選択的皮膜形成及び選択的エピタキシヤ
ル成長を連続して実施することによつて、単結晶
層の選択的成長と非結晶層の形成とを清浄な環境
において実施することができる。
(g) 発明の効果
以上説明した如く本発明によれば、分子線結晶
成長方法と選択的単結晶成長のためのマスクとす
る皮膜形成方法とを連結された真空系内で連続し
て実施することが可能となつて、動作領域となる
単結晶領域と素子分離領域となる高抵抗非結晶領
域とを清浄な環境において意図するままに選択形
成することができ、半導体装置特に化合物半導体
集積回路装置の特性、集積密度等の進展に大きい
効果を与える。
成長方法と選択的単結晶成長のためのマスクとす
る皮膜形成方法とを連結された真空系内で連続し
て実施することが可能となつて、動作領域となる
単結晶領域と素子分離領域となる高抵抗非結晶領
域とを清浄な環境において意図するままに選択形
成することができ、半導体装置特に化合物半導体
集積回路装置の特性、集積密度等の進展に大きい
効果を与える。
図は本発明の実施に適する製造装置の一例を示
す模式断面図である。 図において、１はMBE成長室、２は皮膜形成
室、４は単結晶基板、７は分子線発生セル、８は
電子銃及び電子光学系、９はセルを示す。
す模式断面図である。 図において、１はMBE成長室、２は皮膜形成
室、４は単結晶基板、７は分子線発生セル、８は
電子銃及び電子光学系、９はセルを示す。
Claims (1)
- １ 半導体単結晶面に画定された領域に選択的に
電子線を照射することによつて該半導体結晶面と
雰囲気ガスとの反応生成物から成る皮膜を該領域
に選択的に形成し、次いで該半導体単結晶を大気
に触れさせることなく該半導体単結晶面に所定の
分子線を照射することによつて、該皮膜から表出
する該半導体単結晶面上に単結晶をエピタキシヤ
ル成長させるとともに該皮膜上に非単結晶膜を形
成することを特徴とする分子線結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22454782A JPS59116192A (ja) | 1982-12-21 | 1982-12-21 | 分子線結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22454782A JPS59116192A (ja) | 1982-12-21 | 1982-12-21 | 分子線結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59116192A JPS59116192A (ja) | 1984-07-04 |
| JPH0310595B2 true JPH0310595B2 (ja) | 1991-02-14 |
Family
ID=16815498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22454782A Granted JPS59116192A (ja) | 1982-12-21 | 1982-12-21 | 分子線結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59116192A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60728A (ja) * | 1983-06-16 | 1985-01-05 | Sanyo Electric Co Ltd | 分子線エピタキシヤル成長法 |
| JPS61131526A (ja) * | 1984-11-30 | 1986-06-19 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JP2607239B2 (ja) * | 1985-03-29 | 1997-05-07 | シャープ株式会社 | 分子線エピタキシヤル装置 |
| JPH0773097B2 (ja) * | 1986-05-19 | 1995-08-02 | 富士通株式会社 | 分子線結晶成長方法 |
| JPS6394614A (ja) * | 1986-10-09 | 1988-04-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 分子線結晶成長装置 |
| JP5048033B2 (ja) * | 2009-10-01 | 2012-10-17 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 半導体薄膜素子の製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54122697A (en) * | 1978-03-16 | 1979-09-22 | Nec Corp | Method and apparatus for forming silicon oxide ion |
| JPS5552220A (en) * | 1978-10-13 | 1980-04-16 | Fujitsu Ltd | Manufacturing of semiconductor intergrated circuit |
-
1982
- 1982-12-21 JP JP22454782A patent/JPS59116192A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59116192A (ja) | 1984-07-04 |
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