JPH0322410A - 半導体薄膜形成法 - Google Patents
半導体薄膜形成法Info
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- JPH0322410A JPH0322410A JP15789389A JP15789389A JPH0322410A JP H0322410 A JPH0322410 A JP H0322410A JP 15789389 A JP15789389 A JP 15789389A JP 15789389 A JP15789389 A JP 15789389A JP H0322410 A JPH0322410 A JP H0322410A
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- Japan
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- film
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- semiconductor thin
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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。
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、基板上の任意の場所に組或が制御された化合
物半導体薄膜を形或する方法に関するものである。
物半導体薄膜を形或する方法に関するものである。
（従来の技術）
半導体素子の高度化、高機能化は時代の趨勢である。こ
れにともない、素子の構造はより細かくより複雑となっ
ている。この要求に答えるために従来は、面内に一様な
厚さ・組或の膜を形成したのち、高度なリソグラフ技術
を用いて面内に複雑な凹凸を有する素子構造を作製して
いた。最近、複雑なプロセス行程を簡素化するため、薄
膜形戒時に面内の一部の場所の厚さを制御しようとする
試みがなされている。たとえばアブライドフイジックス
レターズ（ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ） ４７巻１９８５年ｐ．９５にあるように、
有機金属熱分解法（以下ＭＯＣＶＤと略す）を用いて、
ＧａＡｓ膜を形成する際に基板にアルゴンレーザを照射
することにより、照射部分にのみ膜形或を行う技術が開
発されている。選択或長ずる理由は原料の有機金属が光
照射によって分解されるからである。光源としてはアル
ゴンレーザばかりでなく低圧水銀ランプ、エキシマレー
ザなどでも効果があることが報告されている。ただし、
エキシマレーザには２つの欠点がある。第一に、レーザ
の波長が有機金属の吸収波長に一致するので、有機金属
は基板上ばかりでなく、雰囲気中でも分解される。第二
に、パルス発振レーザであるためパルスのエネルギが非
常に大きく、レーザ照射にともなう温度上昇が顕著とな
る。このような欠点を有するため光分布どうりのパター
ンは得られていない。
れにともない、素子の構造はより細かくより複雑となっ
ている。この要求に答えるために従来は、面内に一様な
厚さ・組或の膜を形成したのち、高度なリソグラフ技術
を用いて面内に複雑な凹凸を有する素子構造を作製して
いた。最近、複雑なプロセス行程を簡素化するため、薄
膜形戒時に面内の一部の場所の厚さを制御しようとする
試みがなされている。たとえばアブライドフイジックス
レターズ（ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ） ４７巻１９８５年ｐ．９５にあるように、
有機金属熱分解法（以下ＭＯＣＶＤと略す）を用いて、
ＧａＡｓ膜を形成する際に基板にアルゴンレーザを照射
することにより、照射部分にのみ膜形或を行う技術が開
発されている。選択或長ずる理由は原料の有機金属が光
照射によって分解されるからである。光源としてはアル
ゴンレーザばかりでなく低圧水銀ランプ、エキシマレー
ザなどでも効果があることが報告されている。ただし、
エキシマレーザには２つの欠点がある。第一に、レーザ
の波長が有機金属の吸収波長に一致するので、有機金属
は基板上ばかりでなく、雰囲気中でも分解される。第二
に、パルス発振レーザであるためパルスのエネルギが非
常に大きく、レーザ照射にともなう温度上昇が顕著とな
る。このような欠点を有するため光分布どうりのパター
ンは得られていない。
（発明が解決しようとする課題）
これまでの光照射による選択或長では膜威長法にもっぱ
らＭＯＣＶＤが用いられてきた。このため細かいパター
ンを形成出来ないという欠点があった。
らＭＯＣＶＤが用いられてきた。このため細かいパター
ンを形成出来ないという欠点があった。
その原因は、（ａ） Ｍｏｃｖｏ，法では数１０−７６
０ Ｔｏｒｒの圧力の水素ガス雰囲気下で膜威長を行う
ため、基板上で有機金属の流れが生じ、その結果、選択
膜の形状がなだらかになる、（ｂ）威長容器つまり反応
管はガラス製の円筒形であるため、微細な光干渉パター
ンを基板に投影出来ないからである。さらに、選択威長
の可否は基板の伝導型にも依存し、ｎ型では可能である
が、半絶縁性基板では選択威長しない。これは、選択或
長をテバイスに応用するときに、おおきな制約となる。
０ Ｔｏｒｒの圧力の水素ガス雰囲気下で膜威長を行う
ため、基板上で有機金属の流れが生じ、その結果、選択
膜の形状がなだらかになる、（ｂ）威長容器つまり反応
管はガラス製の円筒形であるため、微細な光干渉パター
ンを基板に投影出来ないからである。さらに、選択威長
の可否は基板の伝導型にも依存し、ｎ型では可能である
が、半絶縁性基板では選択威長しない。これは、選択或
長をテバイスに応用するときに、おおきな制約となる。
（発明の目的）
本発明は上記の欠点を改善するために提案されたもので
、その目的はリソグラフ技術を用いることなく微細なパ
ターンを有する半導体膜を形成できる半導体薄膜形或法
を提供することにある。
、その目的はリソグラフ技術を用いることなく微細なパ
ターンを有する半導体膜を形成できる半導体薄膜形或法
を提供することにある。
（課題を゛解決するための手段）
上記の目的を達威するため本発明は真空容器内で有機金
属であるトリエチルガリウム（ ＴＥＧａ ）の分子線
とアルシン（ ＡＳＨ３ ）を熱分解した水素化物の分
子線を用いて単結晶基板上に半導体薄膜を形成する有機
金属分子線エピタキシ法において、真空容器外からアル
ゴンレーザビームを前記基板上に照射しながら、ＧａＡ
ｓ膜威長を行うことを特徴とする半導体薄膜形或法を発
明の要旨とするものである。
属であるトリエチルガリウム（ ＴＥＧａ ）の分子線
とアルシン（ ＡＳＨ３ ）を熱分解した水素化物の分
子線を用いて単結晶基板上に半導体薄膜を形成する有機
金属分子線エピタキシ法において、真空容器外からアル
ゴンレーザビームを前記基板上に照射しながら、ＧａＡ
ｓ膜威長を行うことを特徴とする半導体薄膜形或法を発
明の要旨とするものである。
（作 用）
本発明は膜威長法に有機金属分子線法（以後ＭＯＭＢＥ
と略す）を用いており、ＭＯＭＢ［！では１０−４Ｔｏ
ｒｒ以下の真空度で膜威長を行うため、有機金属分子線
は残留ガスに衝突することなく基板に到達し、個々の有
機金属分子は基板表面でほとんど移動しない。またレー
ザビームを導入する窓は平板であるため、微細な光学パ
ターンを変形すること３ なく基板上に投影できる作用を有する。換言すれば、本
発明はＭＯ？ＩＢＥに＾ｒレーザを照射させることによ
り、微細パターンの半導体薄膜かえられる特徴を有する
ものである。
と略す）を用いており、ＭＯＭＢ［！では１０−４Ｔｏ
ｒｒ以下の真空度で膜威長を行うため、有機金属分子線
は残留ガスに衝突することなく基板に到達し、個々の有
機金属分子は基板表面でほとんど移動しない。またレー
ザビームを導入する窓は平板であるため、微細な光学パ
ターンを変形すること３ なく基板上に投影できる作用を有する。換言すれば、本
発明はＭＯ？ＩＢＥに＾ｒレーザを照射させることによ
り、微細パターンの半導体薄膜かえられる特徴を有する
ものである。
（実施例）
次に本発明の実施例について説明する。
なお実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱
しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行いうること
は云うまでもない。
しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行いうること
は云うまでもない。
第ｌ図は本発明の実施例を説明するための構威図であっ
て、図において、１は真空容器、２はアルシンボンベ、
３と７はマスフローコントローラ（以下ＭＦＣと略す）
、４は熱分解セル、５はＧａＡｓ基板、６は有機金属ボ
ンベ、８は有機金属用分子線セル、９はアルゴンレーザ
、ＩＯはレンズ、ｌｌは窓である。
て、図において、１は真空容器、２はアルシンボンベ、
３と７はマスフローコントローラ（以下ＭＦＣと略す）
、４は熱分解セル、５はＧａＡｓ基板、６は有機金属ボ
ンベ、８は有機金属用分子線セル、９はアルゴンレーザ
、ＩＯはレンズ、ｌｌは窓である。
（実施例１）
アルゴンレーザを用いてスポット状のＧａＡｓｌｌｉの
選択或長を行った例を述べる。まず真空容器ｌを１ ０
−” Ｔｏｒｒの高真空にひいた。ヒ素原料のハイ４ ドライドガスには１００％の濃度のアルシンを用いた。
選択或長を行った例を述べる。まず真空容器ｌを１ ０
−” Ｔｏｒｒの高真空にひいた。ヒ素原料のハイ４ ドライドガスには１００％の濃度のアルシンを用いた。
ボンベ２からアルシンの流量をＭＦＣ３ヲ用いて６ｃｃ
／分に設定し、９５０℃に加熱した熱分解セル４でヒ素
分子線を形成した。熱分解のとき水素が生威されるため
真空容器の真空度は約１０−４Ｔｏｒｒまで増加した。
／分に設定し、９５０℃に加熱した熱分解セル４でヒ素
分子線を形成した。熱分解のとき水素が生威されるため
真空容器の真空度は約１０−４Ｔｏｒｒまで増加した。
ヒ素分子線を照射しながらＧａＡｓ基板５を６００℃ま
で加熱して基板表面を清浄化し、ヒ素分子線をあてなが
ら基板温度を４２５゜Ｃに降温した。ガリウムの原料の
有機金属にはトリエチルガリウム（以下ＴＥＧと略す）
を用い、ＴＥＧボンベ６を開けて、その流量を？ｌＦＣ
７でｌｃｃ／分で調整し、有機金属用分子線セル８か
らＴＥＧ分子線を基板にむけて照射した。このようにし
てＧａＡｓ膜の戒長を開始した。数分後に、アルゴンレ
ーザ９から強度５００ｍＷのレーザビームを出射した。
で加熱して基板表面を清浄化し、ヒ素分子線をあてなが
ら基板温度を４２５゜Ｃに降温した。ガリウムの原料の
有機金属にはトリエチルガリウム（以下ＴＥＧと略す）
を用い、ＴＥＧボンベ６を開けて、その流量を？ｌＦＣ
７でｌｃｃ／分で調整し、有機金属用分子線セル８か
らＴＥＧ分子線を基板にむけて照射した。このようにし
てＧａＡｓ膜の戒長を開始した。数分後に、アルゴンレ
ーザ９から強度５００ｍＷのレーザビームを出射した。
レーザビームはレンズ１０を用いて集束し、窓１１を通
してＧａＡｓ基板に垂直に照射した。その際、レーザビ
ームの直径が４００μｍになるように調整した。一時間
後にＴ［！Ｇの供給をとめて、ＧａＡｓ膜の成長を終了
した。これと同時にレーザビ一ムの照射も停止した。こ
のようにして作製した膜のレーザ照射部分にはスポット
状の突起が見られた。
してＧａＡｓ基板に垂直に照射した。その際、レーザビ
ームの直径が４００μｍになるように調整した。一時間
後にＴ［！Ｇの供給をとめて、ＧａＡｓ膜の成長を終了
した。これと同時にレーザビ一ムの照射も停止した。こ
のようにして作製した膜のレーザ照射部分にはスポット
状の突起が見られた。
第２図はスポットの断面の高さ分布である。レーザの光
強度分布を反映して直径４００μｍのガウス型分布して
いる。
強度分布を反映して直径４００μｍのガウス型分布して
いる。
図に示すように、スポットの高さはレーザ強度に正比例
して増加する。これは、本方法によるＧａＡｓの威長速
度の増加は光反応であることを意味する。なお、アルゴ
ンレーザ照射による威長速度の増加は、ガリウム原料に
ＴＥＧ 、ヒ素原料にアルシンのかわりに金属ヒ素を用
いた場合にも、同様にみられた。
して増加する。これは、本方法によるＧａＡｓの威長速
度の増加は光反応であることを意味する。なお、アルゴ
ンレーザ照射による威長速度の増加は、ガリウム原料に
ＴＥＧ 、ヒ素原料にアルシンのかわりに金属ヒ素を用
いた場合にも、同様にみられた。
第３図（イ）はレーザ照射部分と非照射部分の威長速度
の基板温度依存性を示す。（ＴＩ）図は基板上の薄膜の
威長速度を示す。上記の結果からレーザ照射の効果は基
板温度４００−５５０℃範囲が好ましい。この温度依存
性はｎ型、ｐ型および半絶縁性基板でまったく同一であ
った。
の基板温度依存性を示す。（ＴＩ）図は基板上の薄膜の
威長速度を示す。上記の結果からレーザ照射の効果は基
板温度４００−５５０℃範囲が好ましい。この温度依存
性はｎ型、ｐ型および半絶縁性基板でまったく同一であ
った。
第４図はレーザ電力と選択的威長速度との関係を示す。
この場合のレーザビームの直径は４００μｍである。
（実施例２）
次に縞状のパターンを形成した例について述べる。第５
図に本発明に用いられた装置の構威図を示す。
図に本発明に用いられた装置の構威図を示す。
図においてｌは真空容器、２はアルシンボンベ、３はマ
スフローコントローラ） 、５ ハＧａＡｓａＦｉ、６
は有機金属ボンへ、７はマスフローコントローラ、８は
有機金属用分子線セル、９はアルゴンレーザ、１０はレ
ンズ、１１は窓、ｌ２はビームエクスパンダ、 ｌ３
はマスクを示す。
スフローコントローラ） 、５ ハＧａＡｓａＦｉ、６
は有機金属ボンへ、７はマスフローコントローラ、８は
有機金属用分子線セル、９はアルゴンレーザ、１０はレ
ンズ、１１は窓、ｌ２はビームエクスパンダ、 ｌ３
はマスクを示す。
実施例１と同一の手順でＧａＡｓ基板を用意し、ＴＥＧ
を照射してＧａＡｓの膜を作製した。ただし、レーザビ
ームは、レーザビームをいったんビームエクスパンダ１
２を用いて直径５ｍに拡大し、その後１ｍｍピッチの縞
状に金属が塗布されたガラス板、つまりマスクを通過さ
せることによってレーザビームを回折させ、さらにレン
ズ１０を用いて、基板上に回折パターンを集束した。
を照射してＧａＡｓの膜を作製した。ただし、レーザビ
ームは、レーザビームをいったんビームエクスパンダ１
２を用いて直径５ｍに拡大し、その後１ｍｍピッチの縞
状に金属が塗布されたガラス板、つまりマスクを通過さ
せることによってレーザビームを回折させ、さらにレン
ズ１０を用いて、基板上に回折パターンを集束した。
７
第６図（イ）図はレーザ照射部分の膜の断面形状で、幅
９０μｍの線が７本みられる。この形状は、（［Ｉ）図
にしめした光強度分布とよく一致していた。
９０μｍの線が７本みられる。この形状は、（［Ｉ）図
にしめした光強度分布とよく一致していた。
したがって、所望のパターンを種々の光学機器を用いて
形成すれば、そのとうりのパターンを持つ膜を形或でき
る。実際、ホログラフ技術を用いて微細パターン形成し
た結果、４もクロンピッチの縞を持つ膜を得ることがで
きた。
形成すれば、そのとうりのパターンを持つ膜を形或でき
る。実際、ホログラフ技術を用いて微細パターン形成し
た結果、４もクロンピッチの縞を持つ膜を得ることがで
きた。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明によれば真空容器内で有機
金属であるトリエチルガリウム（ ＴＥＧａ ）の分子
線とアルシン（ ＡＳＨ３ ）を熱分解した水素化物の
分子線を用いて単結晶基板上に半導体薄膜を形或する有
機金属分子線エピタキシ法において、真空容器外からア
ルゴンレーザビームを前記基板上に照射しながら、Ｇａ
Ａｓ膜威長を行うことにより、基板上に所望な場所に複
雑な凹凸有するパターンを、リソグラフ技術を用いるこ
となく、形成できる。光・電子集積回路（ ＯＥＩＣ
）は、将来のキーデバイスとして期待されているが、こ
れを作製す８ るには、膜威長・プロセスを数回繰り返す必要がある。
金属であるトリエチルガリウム（ ＴＥＧａ ）の分子
線とアルシン（ ＡＳＨ３ ）を熱分解した水素化物の
分子線を用いて単結晶基板上に半導体薄膜を形或する有
機金属分子線エピタキシ法において、真空容器外からア
ルゴンレーザビームを前記基板上に照射しながら、Ｇａ
Ａｓ膜威長を行うことにより、基板上に所望な場所に複
雑な凹凸有するパターンを、リソグラフ技術を用いるこ
となく、形成できる。光・電子集積回路（ ＯＥＩＣ
）は、将来のキーデバイスとして期待されているが、こ
れを作製す８ るには、膜威長・プロセスを数回繰り返す必要がある。
再或長の界面には多くの結晶欠陥が発生し、素子の性能
低下の最大の原因となっている。本発明方法をＯＥＩＣ
に応用すれば、工程が大幅に削減できるばかりでなく、
界面に欠陥を発生することもないため、素子の性能向上
・信頼性向上におおいに役立つ。
低下の最大の原因となっている。本発明方法をＯＥＩＣ
に応用すれば、工程が大幅に削減できるばかりでなく、
界面に欠陥を発生することもないため、素子の性能向上
・信頼性向上におおいに役立つ。
なお実施例では、ＧａＡｓの作製例をしめしたが、Ｉｎ
Ｐ ， ＧａＰ 、などの２元系化合物で選択威長を確
認している。これらの結果から３元、４元化合物の選沢
威長が可能であることは容易に予想される。
Ｐ ， ＧａＰ 、などの２元系化合物で選択威長を確
認している。これらの結果から３元、４元化合物の選沢
威長が可能であることは容易に予想される。
第１図は本発明に用いられる装置、第２図はスポットの
断面の高さ分布、第３図（イ）はレーザ照射部分と非照
射部分の威長速度と基板温度との関係、（［Ｉ）は基板
上の薄膜の成長速度、第４図はレーザ電力と選択的威長
速庫との関係、第５図は本発明の第２実施例に用いる装
置、第６図（イ）はレーザ照射部分の膜の断面形状、（
Ｅｌ）は光強度分布を示す。 １・・・真空容器、２・・・アルシンボンベ、３，７・
・・マスフロコントローラ、４・・・熱分解セル、５・
・・ＧａＡｓ基板、６・・・有機金属ボンベ、８・・・
有機金属用ボンベ、９・・・アルゴンレーザ、１０・・
・レンズ、１１・・・窓、ｌ２・・・ビームエクスパン
ダ、１３・・・マスク。
断面の高さ分布、第３図（イ）はレーザ照射部分と非照
射部分の威長速度と基板温度との関係、（［Ｉ）は基板
上の薄膜の成長速度、第４図はレーザ電力と選択的威長
速庫との関係、第５図は本発明の第２実施例に用いる装
置、第６図（イ）はレーザ照射部分の膜の断面形状、（
Ｅｌ）は光強度分布を示す。 １・・・真空容器、２・・・アルシンボンベ、３，７・
・・マスフロコントローラ、４・・・熱分解セル、５・
・・ＧａＡｓ基板、６・・・有機金属ボンベ、８・・・
有機金属用ボンベ、９・・・アルゴンレーザ、１０・・
・レンズ、１１・・・窓、ｌ２・・・ビームエクスパン
ダ、１３・・・マスク。
Claims (1)
- 真空容器内で有機金属であるトリエチルガリウム（ＴＥ
Ｇａ）の分子線とアルシン（ＡｓＨ＿３）を熱分解した
水素化物の分子線を用いて単結晶基板上に半導体薄膜を
形成する有機金属分子線エピタキシ法において、真空容
器外からアルゴンレーザビームを前記基板上に照射しな
がら、ＧａＡｓ膜成長を行うことを特徴とする半導体薄
膜形成法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15789389A JPH0322410A (ja) | 1989-06-19 | 1989-06-19 | 半導体薄膜形成法 |
| PCT/JP1989/000827 WO1990001794A1 (fr) | 1988-08-15 | 1989-08-15 | Procede de formation d'un mince film semi-conducteur et appareil de realisation dudit procede |
| US07/477,870 US5186750A (en) | 1988-08-15 | 1989-08-15 | Method and apparatus for forming semiconductor thin films |
| EP89909240A EP0394462B1 (en) | 1988-08-15 | 1989-08-15 | Method of forming a semiconductor thin film and apparatus therefor |
| US07/935,067 US5273932A (en) | 1988-08-15 | 1992-08-25 | Method for forming semiconductor thin films where an argon laser is used to suppress crystal growth |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15789389A JPH0322410A (ja) | 1989-06-19 | 1989-06-19 | 半導体薄膜形成法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0322410A true JPH0322410A (ja) | 1991-01-30 |
Family
ID=15659722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15789389A Pending JPH0322410A (ja) | 1988-08-15 | 1989-06-19 | 半導体薄膜形成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0322410A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06236849A (ja) * | 1993-02-10 | 1994-08-23 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 化合物半導体結晶の成長方法 |
| WO2001023648A1 (en) * | 1999-09-30 | 2001-04-05 | Prowtech Inc. | Apparatus and method for forming single crystalline nitride substrate using hydride vapor phase epitaxy and laser beam |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59111322A (ja) * | 1982-12-16 | 1984-06-27 | Agency Of Ind Science & Technol | 薄膜の製造法 |
| JPS59148325A (ja) * | 1983-02-14 | 1984-08-25 | Sanyo Electric Co Ltd | 化合物半導体単結晶薄膜の成長方法並びにその装置 |
-
1989
- 1989-06-19 JP JP15789389A patent/JPH0322410A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59111322A (ja) * | 1982-12-16 | 1984-06-27 | Agency Of Ind Science & Technol | 薄膜の製造法 |
| JPS59148325A (ja) * | 1983-02-14 | 1984-08-25 | Sanyo Electric Co Ltd | 化合物半導体単結晶薄膜の成長方法並びにその装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06236849A (ja) * | 1993-02-10 | 1994-08-23 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 化合物半導体結晶の成長方法 |
| WO2001023648A1 (en) * | 1999-09-30 | 2001-04-05 | Prowtech Inc. | Apparatus and method for forming single crystalline nitride substrate using hydride vapor phase epitaxy and laser beam |
| US6750121B1 (en) | 1999-09-30 | 2004-06-15 | Protech Inc. | Apparatus and method for forming single crystalline nitride substrate using hydride vapor phase epitaxy and laser beam |
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