JPH0611028B2 - 半導体薄膜の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体薄膜の製造方法に関する。

（従来の技術） 近年、高速バイポーラ素子、マイクロ波用素子、あるい
は超格子構造素子等への応用を目的として、これまでの
IV族半導体薄膜成長技術に比べ、より低温で成長が行わ
れ、従って不純物分布を乱すことがほとんどないという
特徴を有する、高真空内でのIV族半導体分子線成長技術
が盛んに研究開発されている。しかし、通常の固体ソー
スを用いたIV族半導体分子線成長法の場合には、電子銃
によってIV族半導体ソースを加熱してIV族半導体分子線
を発生させる構造のために、IV族半導体基板に全成長膜
厚約50μｍの成長を行うと、電子銃式蒸発器のハウスの
容量に限度があるため、成長室を大気暴露し、IV族半導
体ソースの交換を行わなければならない。分子線成長技
術では、成長室内を10^-10Torrないし10^-11Torrの超高真
空に保つことが非常に重要であり、成長室を一度大気暴
露すると装置全体を約30時間ベーキングする必要があ
る。またベーキング後、成長を行うと成長室内壁に付着
しているポーラスな物質に吸着されている気体が漸次放
出されてくるので、成長時の真空度は固体ソース交換
後、約８μｍ成長後でないと大気暴露前の成長時の真空
度に復帰しない。また成長時の真空が悪い状態でエピタ
キシャル成長を行うと、その膜質は極めて悪いものとな
る。これは、IV族半導体分子線成長法を半導体製造プロ
セスに用いる上で大変に大きな障害である。

（発明が解決しようとする問題点） IV族半導体の分子線成長法において、IV族半導体ソース
として固体ソースの代りに、真空チャンバーの外部から
IV族原子を含むガス分子の形でIV族原子を供給してやれ
ば、固体ソースの場合のソースの交換に伴う成長室の大
気暴露を避けることができる。しかし、従来のIV族半導
体結晶成長法において用いられているIV族水素系のガス
を用いて、これを分子線の形でIV族半導体分子線成長法
のIV族原子のソースとした場合には、これらのガス分子
は、基板表面への付着係数が極めて小さいために、IV族
半導体薄膜の成長速度が極めて遅く、実用的な半導体製
造プロセスに適応する場合に重大な障害となっている。

本発明の目的は以上に述べた従来のIV族半導体分子線成
長法における欠点、即ちIV族固体ソースを用いた場合に
不可避な成長室の大気暴露、及びIV族水素系ガスを用い
た場合には高い成長速度が得られないことを解決する方
法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明では、IV族半導体原子のソースとしてノズルから
吹出させたIV族水素系ガスを用いる際に、同時に他のノ
ズルから噴出させたハロゲン系ガスを基板に照射する。

（作用） 従来のIV族半導体結晶成長法ではIV族水素系のカスを用
いてこれを分子線の形で分子線成長法のIV族原子のソー
スとした場合、基板上のIV族半導体エピタキシャル膜の
成長はガス分子が半導体基板表面で熱的に解離すること
を利用するものであった。しかしこの場合にはIV族水素
系ガス分子の分解によって生成する水素が基板表面の化
学的に活性なダングリングボンドに優先的に化学吸着し
て表面でのガス分子の解離を不活性にするため、ガスに
よるエピタキシャル成長速度が遅かった。これを解決す
るためには表面の活性なダングリングボンドに吸着した
水素を何等かの手段で取り去ることが効果的である。塩
素をIV族水素ガスと同時に基板に照射すると基板表面に
ダングリングボンドに吸着した水素と塩素は早い反応速
度で反応して塩化水素を形成して表面に脱離する。従っ
てIV族水素ガスと塩素を同時に供給した場合には選択的
にダングリングボンドに吸着した水素をはずすことが出
来る。このため基板表面は化学的に活性になって表面で
のIV族水素ガス分子の解離吸着が促進され、結果として
成長速度が増加する。

（実施例） 以下図面を用いて詳細に説明する。第１図は、シリコン
基板上のシリコンのエピタキシャル成長に関する本発明
の第１実施例を説明するものである。シラン系ガスとし
てシラン、ハロゲン系ガスとして塩素を用いた場合のガ
スソースのシリコン分子線成長法の成長装置の概略を示
してある。１は分子線成長のための成長室、２はシリコ
ン(100)基板、３は基板加熱装置、４はシランのガスセ
ル、５は塩素のガスセル、6,7は成長室系へのガス導入
管のバルブ、8,9はマスフローコントローラー、10,11は
ガスボンベからガスセルへのガス配管のバルブ、12はシ
ランボンベ、13は塩素のボンベ、14はボンベを収納する
ボンベボックス、15は分子線成長装置の成長室と試料交
換室の間のゲートバルブ、16は分子線成長装置の試料交
換室、17は試料表面の反射電子線回折パターン観察用の
電子銃、18は反射電子線回折パターンを観察するための
蛍光スクリーン窓、19は成長室内排気用のターボ分子ポ
ンプ、20は真空系、21は４重極質量分析計である。４イ
ンチSi(100)ウエハーは試料交換室に導入されゲートバ
ルブを通して成長室内に搬送される。基板は基板加熱装
置によって超高真空中で1000℃、10分間のアニールによ
り清浄化される。この後清浄化された基板上にシランガ
スおよび塩素ガスを照射してエピタキシャル成長を行
う。ガスはボンベボックスからバルブを通してガスセル
に導かれ、ガスセルから成長室内に導入される。ガス流
量はマスフローコントローラーによって制御される。成
長中の真空度は真空計でモニターされる。ガス雰囲気の
組成は４重極質量分析計によって分析できる。また成長
後の表面は反射高速電子線回折によってモニター出来
る。

シランと塩素を同時に基板に供給した場合の成長速度の
向上の効果に関する実験結果を第２図に示す。第２図に
は成長中の基板温度を750℃から850℃の間で変化させた
場合の成長速度をシランのみ10sccm供給した場合（図中 印）およびシラン10sccmと塩素１sccmを同時に供給した
場合（図中 印）について測定した結果を示してある。図から明らか
なように塩素を同時に基板に照射した場合の方が成長速
度は２〜３倍程度早くなっている。

本実験例ではシリコン(100)基板上のシリコンのエピタ
キシャル成長について示したが、本発明の方法は他の基
板面方位の場合や表面にのみシリコンが存在するSOS(Si
licon on Sappire)基板や、更に一般にSOI(Silicon on
Insulator)基板等にも当然適用できる。また他のIV族半
導体の場合にも適用できる。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように、IV族水素系ガスを用いたガ
スソースIV族半導体分子線エピタキシャル成長法におい
てIV族水素系ガスを供給するのと同時にハロゲン系ガス
を基板に照射すれば高いIV族半導体単結晶膜の成長速度
を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例を説明するためのシランガスを
ガスソースとして同時に塩素ガスを基板に照射した場合
に用いたシリコン分子線成長法の成長室付近の概略断面
図である。第２図は本発明の方法と従来の方法の成長速
度の差を示す図である。 １……分子線エピタキシャル成長装置の成長室、２……
Si(100)４インチ基板、３……基板加熱装置、４……シ
ラン用ガスセル、５……塩素用ガスセル、６……シラン
配管のバルブ、７……塩素配管のバルブ、８……シラン
用マスフローコントローラー、９……塩素用マスフロー
コントローラー、10……シラン配管のバルブ、11……塩
素配管のバルブ、12……シランガスボンベ、13……塩素
ガスボンベ、14……ボンベボックス、15……ゲートバル
ブ、16……試料交換室、17……反射高速電子線回折用電
子銃、18……反射高速電子線回折用スクリーン、19……
ターボ分子ポンプ、20……真空計、21……４重極質量分
析計 第２図は基板温度750〜850℃においてSi(100)基板上に
シランのみ10sccm供給した場合、およびシラン10sccmと
同時に塩素１sccmを同時に供給した場合の基板上のシリ
コンエピタキシャル膜の成長速度の実験結果を示してい
る。シランのみ供給した場合の成長速度を 印、シランと塩素を同時に供給した場合の成長速度を 印で示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】分子線成長技術において、IV族半導体ソー
   スとしてノズルから吹出させたIV族水素系ガスを用いる
   際に、同時に他のノズルから噴出させたハロゲン系ガス
   を基板に照射することを特徴とするIV族半導体薄膜の製
   造方法。