JPH0431391A - エピタキシャル成長方法 - Google Patents
エピタキシャル成長方法Info
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- 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〕
化合物半導体結晶の薄膜を材料元素を含む分子線を用い
て望む部位に選択的に成長させる原子層エピタキシャル
成長方法に関する。
て望む部位に選択的に成長させる原子層エピタキシャル
成長方法に関する。
真空中に保持、加熱された半導体基板に材料元素を含む
分子を交互に照射する原子層エピタキシャル成長方法は
、原子レベルで急峻なヘテロ成長界面の形成、光ビーム
等の照射による膜の局所形成等の優れた特徴を有するエ
ピタキシャル成長方法である。この成長方法を用いた砒
化ガリウムのエピタキシャル成長の例が第４９回応用物
理学会学術講演会（同予稿集分冊１．４ａ−Ｗ−１゜ｐ
、１９９＞に報告されている。この従来例では■族材料
にはトリエチルガリウム（略称ＴＥＧ。
分子を交互に照射する原子層エピタキシャル成長方法は
、原子レベルで急峻なヘテロ成長界面の形成、光ビーム
等の照射による膜の局所形成等の優れた特徴を有するエ
ピタキシャル成長方法である。この成長方法を用いた砒
化ガリウムのエピタキシャル成長の例が第４９回応用物
理学会学術講演会（同予稿集分冊１．４ａ−Ｗ−１゜ｐ
、１９９＞に報告されている。この従来例では■族材料
にはトリエチルガリウム（略称ＴＥＧ。
分子式（Ｃ２Ｈｓ ）３ Ｇａ） 、Ｖ族材料にはアル
シン（分子式ＡＳＨ３）を用い、これらのガスを高真空
中で成長温度に加熱保持された砒化ガリウム基板に交互
照射し、アルゴンレーザー光を照射して局所的にエピタ
キシャル成長させている。この従来例ではレーザー光の
照射された領域に砒化ガリウムからなる幅０．１ｍｍの
線状パターンが形成されている。
シン（分子式ＡＳＨ３）を用い、これらのガスを高真空
中で成長温度に加熱保持された砒化ガリウム基板に交互
照射し、アルゴンレーザー光を照射して局所的にエピタ
キシャル成長させている。この従来例ではレーザー光の
照射された領域に砒化ガリウムからなる幅０．１ｍｍの
線状パターンが形成されている。
しかしながら、レーザー光を照射した領域に成長させる
方式のため、レーザー光の照射されない領域には化学吸
着したトリエチルガリウムが残り、続いて照射されたア
ルシンと反応して砒化ガリウム層が形成されるため、レ
ーザー光を照射した領域と照射しない領域との成長選択
性が充分ではなかった。そのため、面内方向のへテロ界
面の形成が困難であった。
方式のため、レーザー光の照射されない領域には化学吸
着したトリエチルガリウムが残り、続いて照射されたア
ルシンと反応して砒化ガリウム層が形成されるため、レ
ーザー光を照射した領域と照射しない領域との成長選択
性が充分ではなかった。そのため、面内方向のへテロ界
面の形成が困難であった。
本発明の目的は、フォトリソグラフィー工程が不必要で
、且つ、優れた成長選択性を有するため良好な面内ヘテ
ロ構造の形成ができる原子層エピタキシャル成長方法を
提供することにある。
、且つ、優れた成長選択性を有するため良好な面内ヘテ
ロ構造の形成ができる原子層エピタキシャル成長方法を
提供することにある。
本発明は、分子流領域となる真空中に保持・加熱した半
導体基板に■族元素を含む分子とＶ族元素を含む分子を
交互に照射してエピタキシャル成長させる方法において
、一方の族の元素を含む分子の照射後に局部的に光を照
射して吸着分子を離脱させ、その後他方の族の元素を含
む分子を照射することを特徴とするエピタキシャル成長
方法である。
導体基板に■族元素を含む分子とＶ族元素を含む分子を
交互に照射してエピタキシャル成長させる方法において
、一方の族の元素を含む分子の照射後に局部的に光を照
射して吸着分子を離脱させ、その後他方の族の元素を含
む分子を照射することを特徴とするエピタキシャル成長
方法である。
本発明による原子層エピタキシャル成長方法では、１分
子層を成長させる工程が以下の３工程よりなる。即ち、
第１に半導体基板に■族元素を含む分子を照射し全面に
化学吸着させる。第２に、光を照射して化学吸着させた
前記分子を局所的に脱離させる。第３に、Ｖ族元素を含
む分子を基板全面に照射して、第１の工程で化学吸着さ
せた■族元素と反応させ１分子層を形成する。以上の工
程の結果、第２の工程に於て光を照射した領域を除いて
選択的に１分子層の半導体層が形成される。この工程を
繰り返すことにより必要な厚さを有する半導体層が選択
的に形成される。
子層を成長させる工程が以下の３工程よりなる。即ち、
第１に半導体基板に■族元素を含む分子を照射し全面に
化学吸着させる。第２に、光を照射して化学吸着させた
前記分子を局所的に脱離させる。第３に、Ｖ族元素を含
む分子を基板全面に照射して、第１の工程で化学吸着さ
せた■族元素と反応させ１分子層を形成する。以上の工
程の結果、第２の工程に於て光を照射した領域を除いて
選択的に１分子層の半導体層が形成される。この工程を
繰り返すことにより必要な厚さを有する半導体層が選択
的に形成される。
本成長方法では非成長領域においては成長を抑制する方
法として吸着した分子を脱離させ基板表面から除去する
ことによっている。そのため、面内方向にヘテロ接合を
形成し得るに充分な選択成長特性を実現できる。ここで
、第２の工程において用いる光の波長は化学吸着した分
子のボンドに吸収されるような波長を設定する必要があ
る。それはこの第２の工程では化学吸着した分子を脱離
させるために必要なエネルギーを光から化学吸着した分
子に与えることにより吸着した分子を脱離させるからで
ある。但し、半導体基板の温度は照射分子が単分子吸着
する温度を選ぶ必要がある。
法として吸着した分子を脱離させ基板表面から除去する
ことによっている。そのため、面内方向にヘテロ接合を
形成し得るに充分な選択成長特性を実現できる。ここで
、第２の工程において用いる光の波長は化学吸着した分
子のボンドに吸収されるような波長を設定する必要があ
る。それはこの第２の工程では化学吸着した分子を脱離
させるために必要なエネルギーを光から化学吸着した分
子に与えることにより吸着した分子を脱離させるからで
ある。但し、半導体基板の温度は照射分子が単分子吸着
する温度を選ぶ必要がある。
以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明の詳細な説明する原子層エピタキシャル
成長室の模式図である。本実施例では■族材料にはジメ
チルガリウムクロライド（分子式、（ＣＨ３） ２ Ｇ
ａＣ１） 、ジメチルインジウムクロライド（分子式、
（ＣＨ３）２ ＩＩＩＣ１）、及び、■族材料にはアル
シン（分子式、ＡｓＨ３）を用い、これらのガスを高真
空中で成長温度に加熱保持されたＧａＡｓ基板に以下の
工程で照射してエピタキシャル成長させた。成長室１０
は、ＧａＡｓ基板１３を成長温度まで加熱保持する基板
ホルダ１２、Ａｓ分子線源１４、光ビーム導入口１５、
ジメチルガリウムクロライド分子線源１６、ジメチルイ
ンジウムクロライド分子線源１７を備えており、真空ポ
ンプＩＪ−で高真空に排気される。Ａｓ分子線源１４は
内部にアルシンガスを熱分解させるためのヒーターを備
えており、アルシンガスはこのヒーターにより９５０℃
に加熱、熱分解され、Ａｓ２分子となる、また、ジメチ
ルガリウムクロライド分子線源１６およびジメチルイン
ジウムクロライド分子線源１７も内部にヒーターを備え
ており、ジメチルガリウムクロライドガス及びジメチル
インジウムクロライドガスはこのヒーターにより４００
℃に加熱、熱分解され、それぞれガリウムクロライド分
子（分子式ＧａＣ１）及びインジウムクロライド分子（
分子式Ｉ ｎＣＩ ）となる。さらに、光ビームには波
長５４５ｎｍのアルゴンレーザ光を用い、偏向光学系で
偏向させて光ビーム導入口１５から導入した。
成長室の模式図である。本実施例では■族材料にはジメ
チルガリウムクロライド（分子式、（ＣＨ３） ２ Ｇ
ａＣ１） 、ジメチルインジウムクロライド（分子式、
（ＣＨ３）２ ＩＩＩＣ１）、及び、■族材料にはアル
シン（分子式、ＡｓＨ３）を用い、これらのガスを高真
空中で成長温度に加熱保持されたＧａＡｓ基板に以下の
工程で照射してエピタキシャル成長させた。成長室１０
は、ＧａＡｓ基板１３を成長温度まで加熱保持する基板
ホルダ１２、Ａｓ分子線源１４、光ビーム導入口１５、
ジメチルガリウムクロライド分子線源１６、ジメチルイ
ンジウムクロライド分子線源１７を備えており、真空ポ
ンプＩＪ−で高真空に排気される。Ａｓ分子線源１４は
内部にアルシンガスを熱分解させるためのヒーターを備
えており、アルシンガスはこのヒーターにより９５０℃
に加熱、熱分解され、Ａｓ２分子となる、また、ジメチ
ルガリウムクロライド分子線源１６およびジメチルイン
ジウムクロライド分子線源１７も内部にヒーターを備え
ており、ジメチルガリウムクロライドガス及びジメチル
インジウムクロライドガスはこのヒーターにより４００
℃に加熱、熱分解され、それぞれガリウムクロライド分
子（分子式ＧａＣ１）及びインジウムクロライド分子（
分子式Ｉ ｎＣＩ ）となる。さらに、光ビームには波
長５４５ｎｍのアルゴンレーザ光を用い、偏向光学系で
偏向させて光ビーム導入口１５から導入した。
ＧａＡｓ基板１３上にＩＩＩＡｓよりなるストライプ構
造をマスクなしで形成する場合の例を以下に示す。まず
、化学エツチングと脱ガス処理によって表面を清浄化し
たＧａＡｓ基板１３を基板ホルダ１２に取り付け、真空
ポンプ１１で廃棄して成長室内を高真空にした。次に、
ＧａＡｓ基板１３の加熱を開始し、基板温度が４００℃
を越えた時点でアルシンガスをＡｓ分子線源１４に導入
してＡｓビームを照射し基板表面の酸化層除去を行った
。基板温度が成長温度４５０℃に達したのち、ジメチル
ガリウムクロライドガスをジメチルガリウムクロライド
分子線源１６に導入して約１１００ｎバツフア層を成長
した。続いて基板温度を３５０℃に保ちヘテロエピタキ
シャル層を以下の方法で成長させた。即ち、第１にＡｓ
分子線源１４へのアルシンガスの導入を止め、インジウ
ムクロライド分子をジメチルインジウムクロライド分子
線源１７から照射しＧａＡｓ基板１３の表面に１分子層
を化学吸着させる。このとき過剰なインジウムクロライ
ド分子は化学吸着層の表面には吸着しないため自動的に
１分子層の化学吸着が実現される。第２に光導入口１５
がらアルゴンレーザ光をＧ ａ Ａ ｓ基板１３の表面
に照射し、５μｍ幅のストライプ状の形成を残しそれ以
外の部分を走査した。このとき、光が照射された領域て
化学吸着した分子が脱離する。第３に、Ａｓ分子線源１
４からＡｓ２分子を照射した。以上の第１から第３の工
程によりストライプ状のＩ ｎＡｓエピタキシャル層が
１分子層形成された。この工程と砒化ガリウムのみの成
長とを組み合わせて繰り返すことによりＧａＡｓ単結晶
薄膜中に光ガイドとなるストライプ状のＩ ｎＡｓ量子
井戸構造を有するヘテロエピタキシャル層を成長させる
ことができる。
造をマスクなしで形成する場合の例を以下に示す。まず
、化学エツチングと脱ガス処理によって表面を清浄化し
たＧａＡｓ基板１３を基板ホルダ１２に取り付け、真空
ポンプ１１で廃棄して成長室内を高真空にした。次に、
ＧａＡｓ基板１３の加熱を開始し、基板温度が４００℃
を越えた時点でアルシンガスをＡｓ分子線源１４に導入
してＡｓビームを照射し基板表面の酸化層除去を行った
。基板温度が成長温度４５０℃に達したのち、ジメチル
ガリウムクロライドガスをジメチルガリウムクロライド
分子線源１６に導入して約１１００ｎバツフア層を成長
した。続いて基板温度を３５０℃に保ちヘテロエピタキ
シャル層を以下の方法で成長させた。即ち、第１にＡｓ
分子線源１４へのアルシンガスの導入を止め、インジウ
ムクロライド分子をジメチルインジウムクロライド分子
線源１７から照射しＧａＡｓ基板１３の表面に１分子層
を化学吸着させる。このとき過剰なインジウムクロライ
ド分子は化学吸着層の表面には吸着しないため自動的に
１分子層の化学吸着が実現される。第２に光導入口１５
がらアルゴンレーザ光をＧ ａ Ａ ｓ基板１３の表面
に照射し、５μｍ幅のストライプ状の形成を残しそれ以
外の部分を走査した。このとき、光が照射された領域て
化学吸着した分子が脱離する。第３に、Ａｓ分子線源１
４からＡｓ２分子を照射した。以上の第１から第３の工
程によりストライプ状のＩ ｎＡｓエピタキシャル層が
１分子層形成された。この工程と砒化ガリウムのみの成
長とを組み合わせて繰り返すことによりＧａＡｓ単結晶
薄膜中に光ガイドとなるストライプ状のＩ ｎＡｓ量子
井戸構造を有するヘテロエピタキシャル層を成長させる
ことができる。
上記実施例では化学吸着させる■族材料分子としてガリ
ウムクロライド及びインジウムクロライドを用い、また
、材料化合物としてジメチルガリウムクロライド及びジ
メチルインジウムクロライドを用いたが、ジメチルガリ
ウムクロライド等の他の有機基をもつ有機金属化合物を
用いてもよい また、ガリウムクロライド（分子式、Ｇ
ａＣ１）インジウムクロライド（分子式、ＧａＣＩ ）
等の塩化物を直接■族材料と塩化水素との反応によって
発生させ導入して用いてもよい。
ウムクロライド及びインジウムクロライドを用い、また
、材料化合物としてジメチルガリウムクロライド及びジ
メチルインジウムクロライドを用いたが、ジメチルガリ
ウムクロライド等の他の有機基をもつ有機金属化合物を
用いてもよい また、ガリウムクロライド（分子式、Ｇ
ａＣ１）インジウムクロライド（分子式、ＧａＣＩ ）
等の塩化物を直接■族材料と塩化水素との反応によって
発生させ導入して用いてもよい。
上記実施例では化学吸着層としてクロライド基をもつ分
子層を形成する有機金属材料を用いたＩＩＩ）等のアル
キル化物、または、ガリウムクロライド（分子式、Ｇａ
Ｃ１）インジウムクロライド（分子式、ＧａＣ１）等の
塩化物を用いてもよい 上記実施例では材料化合物としてガリウム及びインジウ
ムのアルキル化合物を用いたが、アルミニウム、燐、砒
素、アンチモン、亜鉛、ベリリウム、等の他の化合物半
導体の構成元素及び不純物の有機化合物や塩化物を用い
てもよい。
子層を形成する有機金属材料を用いたＩＩＩ）等のアル
キル化物、または、ガリウムクロライド（分子式、Ｇａ
Ｃ１）インジウムクロライド（分子式、ＧａＣ１）等の
塩化物を用いてもよい 上記実施例では材料化合物としてガリウム及びインジウ
ムのアルキル化合物を用いたが、アルミニウム、燐、砒
素、アンチモン、亜鉛、ベリリウム、等の他の化合物半
導体の構成元素及び不純物の有機化合物や塩化物を用い
てもよい。
本発明によるエピタキシャル成長方法では、面内方向に
光の集束径程度、層厚方向に１原子層の大きさを有する
局所領域に良好な界面品質を有するヘテロ構造の形成か
できる。
光の集束径程度、層厚方向に１原子層の大きさを有する
局所領域に良好な界面品質を有するヘテロ構造の形成か
できる。
第１図は本発明の一実施例における原子層エピタキシャ
ル成長室の模式図、 １０・・・成長室、１１・・・真空ポンプ、１２・・・
基板ホルダ、１３・・・ＧａＡｓ基板、１４・・・Ａｓ
分子線源、１５・・・光ビーム導入口、１６・・・ジメ
チルガリウムクロライド分子線源、１７・・・ジメチル
インジウムクロライド分子線源 を、それぞれ示す。
ル成長室の模式図、 １０・・・成長室、１１・・・真空ポンプ、１２・・・
基板ホルダ、１３・・・ＧａＡｓ基板、１４・・・Ａｓ
分子線源、１５・・・光ビーム導入口、１６・・・ジメ
チルガリウムクロライド分子線源、１７・・・ジメチル
インジウムクロライド分子線源 を、それぞれ示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、分子流領域となる真空中に設置された基板上に２
種類以上の構成元素からなる化合物半導体を成長させる
方法において、前記基板上に前記化合物半導体の原料分
子を供給して吸着させる工程に続いて前記吸着分子を基
板から離脱させるに充分なエネルギーの光を非成長領域
に照射する工程を備えることを特徴とするエピタキシャ
ル成長方法。 ２、III族の化合物からなる原料分子、光、Ｖ族元素
の化合物からなる原料分子の順に前記基板に照射する工
程を繰り返し行うことにより化合物半導体を成長させる
ことを特徴とする請求項１記載のエピタキシャル成長方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13178690A JPH0431391A (ja) | 1990-05-23 | 1990-05-23 | エピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13178690A JPH0431391A (ja) | 1990-05-23 | 1990-05-23 | エピタキシャル成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0431391A true JPH0431391A (ja) | 1992-02-03 |
Family
ID=15066111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13178690A Pending JPH0431391A (ja) | 1990-05-23 | 1990-05-23 | エピタキシャル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0431391A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6833161B2 (en) * | 2002-02-26 | 2004-12-21 | Applied Materials, Inc. | Cyclical deposition of tungsten nitride for metal oxide gate electrode |
| US7732325B2 (en) | 2002-01-26 | 2010-06-08 | Applied Materials, Inc. | Plasma-enhanced cyclic layer deposition process for barrier layers |
| US7781326B2 (en) | 2001-02-02 | 2010-08-24 | Applied Materials, Inc. | Formation of a tantalum-nitride layer |
| US10280509B2 (en) | 2001-07-16 | 2019-05-07 | Applied Materials, Inc. | Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques |
-
1990
- 1990-05-23 JP JP13178690A patent/JPH0431391A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7781326B2 (en) | 2001-02-02 | 2010-08-24 | Applied Materials, Inc. | Formation of a tantalum-nitride layer |
| US10280509B2 (en) | 2001-07-16 | 2019-05-07 | Applied Materials, Inc. | Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques |
| US7732325B2 (en) | 2002-01-26 | 2010-06-08 | Applied Materials, Inc. | Plasma-enhanced cyclic layer deposition process for barrier layers |
| US6833161B2 (en) * | 2002-02-26 | 2004-12-21 | Applied Materials, Inc. | Cyclical deposition of tungsten nitride for metal oxide gate electrode |
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