JPH06112135A - 薄膜形成装置及び薄膜成長方法 - Google Patents
薄膜形成装置及び薄膜成長方法Info
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- JPH06112135A JPH06112135A JP26023792A JP26023792A JPH06112135A JP H06112135 A JPH06112135 A JP H06112135A JP 26023792 A JP26023792 A JP 26023792A JP 26023792 A JP26023792 A JP 26023792A JP H06112135 A JPH06112135 A JP H06112135A
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- Japan
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- thin film
- substrate
- growth
- stress
- temperature
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- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】エピタキシャル成長装置１０に応力測定装置２
０が添設されている薄膜形成装置。 【効果】内部応力を測定しながらエピタキシャル成長を
させることができ、形成される薄膜に生ずる内部応力を
制御することができる。
０が添設されている薄膜形成装置。 【効果】内部応力を測定しながらエピタキシャル成長を
させることができ、形成される薄膜に生ずる内部応力を
制御することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は薄膜形成装置及び該装置
を用いた薄膜成長方法に関し、より詳細には例えば光あ
るいは高速デバイス用等の化合物半導体基板を製造する
際に用いられる薄膜形成装置及び薄膜成長方法に関す
る。
を用いた薄膜成長方法に関し、より詳細には例えば光あ
るいは高速デバイス用等の化合物半導体基板を製造する
際に用いられる薄膜形成装置及び薄膜成長方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】基板となる半導体の単結晶板上において
該単結晶と結晶軸が揃い、かつ秩序正しい半導体結晶の
薄膜を形成させるエピタキシャル（Epitaxial)成長は、
一般にＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy: 分子線エピタ
キシャル成長）法やＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemic
al Vapor Deposition:有機金属化学気相成長）法等によ
り行なわれている。
該単結晶と結晶軸が揃い、かつ秩序正しい半導体結晶の
薄膜を形成させるエピタキシャル（Epitaxial)成長は、
一般にＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy: 分子線エピタ
キシャル成長）法やＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemic
al Vapor Deposition:有機金属化学気相成長）法等によ
り行なわれている。
【０００３】このエピタキシャル成長には基板と同一物
質の薄膜を成長させるホモエピタキシャル成長と、基板
とは異なる物質の薄膜を成長させるヘテロエピタキシャ
ル成長とがある。
質の薄膜を成長させるホモエピタキシャル成長と、基板
とは異なる物質の薄膜を成長させるヘテロエピタキシャ
ル成長とがある。
【０００４】前記ヘテロエピタキシャル成長にはＳｉ
（シリコン）基板上にＧｅ（ゲルマニウム）薄膜を成長
させたもの（以下、Ｇｅ／Ｓｉと記す）（ W.D.NIX : M
etallurgical Transactions, A 20A(1989), p2217 ）、
Ｓｉ基板上にＧａＡｓ（ガリウム砒素）薄膜を成長させ
たもの（以下、ＧａＡｓ／Ｓｉと記す）（ S.F.Fang et
al.:J. Appl. Phys., 68(1990), pR31 ) 等があり、さ
らに新しい機能を有するデバイスの作製や安価な基板の
提供などを目的とした研究が盛んに行なわれている。
（シリコン）基板上にＧｅ（ゲルマニウム）薄膜を成長
させたもの（以下、Ｇｅ／Ｓｉと記す）（ W.D.NIX : M
etallurgical Transactions, A 20A(1989), p2217 ）、
Ｓｉ基板上にＧａＡｓ（ガリウム砒素）薄膜を成長させ
たもの（以下、ＧａＡｓ／Ｓｉと記す）（ S.F.Fang et
al.:J. Appl. Phys., 68(1990), pR31 ) 等があり、さ
らに新しい機能を有するデバイスの作製や安価な基板の
提供などを目的とした研究が盛んに行なわれている。
【０００５】図３は従来のＭＢＥ法に用いられるＧａＡ
ｓ／Ｓｉ成長装置を模式的に示した概略断面図であり、
図中１１はチャンバーを示している。チャンバー１１に
は真空ポンプ（図示せず）が接続されており、チャンバ
ー１１内部の上方にはＳｉ基板１２が保持され、基板１
２上面近傍にはヒーター１３が配設されている。チャン
バー１１内の下部にはその内部に薄膜成長用原料である
Ｇａ１４ａ、Ａｓ１５ａが充填され、その外周部にヒー
タ（図示せず）が巻かれた有底円筒形状のクヌーセンセ
ル（Knudsen Cell) １４、１５が配設されており、その
中心軸はそれぞれＳｉ基板１２に向くように取り付けら
れている。このように構成された装置を用いてエピタキ
シャル成長させる際には、チャンバー１１内の真空度を
１０-9Torr以下にし、クヌーセンセル１４、１５をそれ
ぞれ所定温度に加熱して成分元素のＧａ１４ａ、Ａｓ１
５ａを蒸発させ、ヒーター１３により所定温度に加熱し
た基板１２下部表面に対してビーム状に噴出させて付着
させている。
ｓ／Ｓｉ成長装置を模式的に示した概略断面図であり、
図中１１はチャンバーを示している。チャンバー１１に
は真空ポンプ（図示せず）が接続されており、チャンバ
ー１１内部の上方にはＳｉ基板１２が保持され、基板１
２上面近傍にはヒーター１３が配設されている。チャン
バー１１内の下部にはその内部に薄膜成長用原料である
Ｇａ１４ａ、Ａｓ１５ａが充填され、その外周部にヒー
タ（図示せず）が巻かれた有底円筒形状のクヌーセンセ
ル（Knudsen Cell) １４、１５が配設されており、その
中心軸はそれぞれＳｉ基板１２に向くように取り付けら
れている。このように構成された装置を用いてエピタキ
シャル成長させる際には、チャンバー１１内の真空度を
１０-9Torr以下にし、クヌーセンセル１４、１５をそれ
ぞれ所定温度に加熱して成分元素のＧａ１４ａ、Ａｓ１
５ａを蒸発させ、ヒーター１３により所定温度に加熱し
た基板１２下部表面に対してビーム状に噴出させて付着
させている。
【０００６】ＭＯＣＶＤ法に用いられるＧａＡｓ／Ｓｉ
成長装置では図における１４、１５をそれぞれＴＭＧ(T
ri Methyl Gallium)用ノズル、ＡｓＨ3 用ノズルに替え
た構成となっている。
成長装置では図における１４、１５をそれぞれＴＭＧ(T
ri Methyl Gallium)用ノズル、ＡｓＨ3 用ノズルに替え
た構成となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記したヘテロエピタ
キシャル成長においては基板とエピタキシャル薄膜層
（以下、薄膜と記す）との物質が相違しており、それぞ
れの結晶格子定数や熱膨張係数が異なっている。したが
ってこれらの系における成長時には格子定数が大きい結
晶には圧縮応力、小さい結晶には引っ張り応力がそれぞ
れ発生し、また例えば成長後の冷却過程では熱膨張係数
が大きい物質には引っ張り応力、小さい物質には圧縮応
力がそれぞれ発生しており、そのため種々の問題が生じ
ている。
キシャル成長においては基板とエピタキシャル薄膜層
（以下、薄膜と記す）との物質が相違しており、それぞ
れの結晶格子定数や熱膨張係数が異なっている。したが
ってこれらの系における成長時には格子定数が大きい結
晶には圧縮応力、小さい結晶には引っ張り応力がそれぞ
れ発生し、また例えば成長後の冷却過程では熱膨張係数
が大きい物質には引っ張り応力、小さい物質には圧縮応
力がそれぞれ発生しており、そのため種々の問題が生じ
ている。
【０００８】まず第１には前記内部応力によって基板が
反るという問題があり、この反りはリソグラフィ工程に
おいて焦点ボケを生じさせ、パターンの精度を悪化さ
せ、また基板の機械的強度を低下させるという課題があ
った（杵築他：第38回応用物理学関係連合講演会予稿
集，(1991), p231 28a-ZV-4 ）。
反るという問題があり、この反りはリソグラフィ工程に
おいて焦点ボケを生じさせ、パターンの精度を悪化さ
せ、また基板の機械的強度を低下させるという課題があ
った（杵築他：第38回応用物理学関係連合講演会予稿
集，(1991), p231 28a-ZV-4 ）。
【０００９】第２には前記内部応力によって薄膜のエネ
ルギー帯構造に変調を来し、光学的特性や電気的特性に
悪影響を及ぼすという課題があった。
ルギー帯構造に変調を来し、光学的特性や電気的特性に
悪影響を及ぼすという課題があった。
【００１０】第３には前記内部応力が臨界応力を超える
と薄膜または基板内に転位が発生し、あるいはまた薄膜
と基板との界面にとどまっていた転位線が前記薄膜の表
面へ伝播して結晶性を劣化させるという課題があった
（上田修：応用物理，61(1992), p126）。図４は従来の
ＧａＡｓ／Ｓｉにおける２段階成長方法の成長プロセス
を示したグラフであり、図中３１は成長前のＳｉ基板表
面を高温（T=T3）でクリーニングする工程、３２は第１
のＧａＡｓのバッファー層を低温（T=T1）で形成する工
程、３３は第２のＧａＡｓ層を高温（T=T2）で形成する
工程、３４は冷却する工程を示している。このようにし
て薄膜を形成した直後３３ａにおいてＨＣｌ−ＧａＣｌ
ガスにより気相エッチングした該薄膜のエッチピット密
度（Etch Pit Density: 以下、ＥＰＤと記す）は略１０
4cm-2 程度であるが、薄膜を形成後に室温３４ａまで冷
却すると溶融ＫＯＨによりエッチングした該薄膜のＥＰ
Ｄは略１０6cm-2 程度に増加しており、いちじるしい結
晶性の劣化が生じている（M.Tachikawa ,H.Mori :Appl.
Phys. Lett. 56(1990),p2225 ) 。
と薄膜または基板内に転位が発生し、あるいはまた薄膜
と基板との界面にとどまっていた転位線が前記薄膜の表
面へ伝播して結晶性を劣化させるという課題があった
（上田修：応用物理，61(1992), p126）。図４は従来の
ＧａＡｓ／Ｓｉにおける２段階成長方法の成長プロセス
を示したグラフであり、図中３１は成長前のＳｉ基板表
面を高温（T=T3）でクリーニングする工程、３２は第１
のＧａＡｓのバッファー層を低温（T=T1）で形成する工
程、３３は第２のＧａＡｓ層を高温（T=T2）で形成する
工程、３４は冷却する工程を示している。このようにし
て薄膜を形成した直後３３ａにおいてＨＣｌ−ＧａＣｌ
ガスにより気相エッチングした該薄膜のエッチピット密
度（Etch Pit Density: 以下、ＥＰＤと記す）は略１０
4cm-2 程度であるが、薄膜を形成後に室温３４ａまで冷
却すると溶融ＫＯＨによりエッチングした該薄膜のＥＰ
Ｄは略１０6cm-2 程度に増加しており、いちじるしい結
晶性の劣化が生じている（M.Tachikawa ,H.Mori :Appl.
Phys. Lett. 56(1990),p2225 ) 。
【００１１】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、ヘテロエピタキシャル成長において薄膜の内
部応力の発生を抑制することにより、基板の反りを抑制
してリソグラフィ工程における焦点ボケを抑制し、パタ
ーンの精度を向上させるとともに基板の機械的強度の低
下を抑制し、また薄膜におけるエネルギー帯構造の変調
を抑制して光学的特性や電気的特性を向上させ、さらに
転位の発生や転位線の伝播を抑制して結晶性を向上させ
ることができる薄膜形成装置及び薄膜成長方法を提供す
ることを目的としている。
のであり、ヘテロエピタキシャル成長において薄膜の内
部応力の発生を抑制することにより、基板の反りを抑制
してリソグラフィ工程における焦点ボケを抑制し、パタ
ーンの精度を向上させるとともに基板の機械的強度の低
下を抑制し、また薄膜におけるエネルギー帯構造の変調
を抑制して光学的特性や電気的特性を向上させ、さらに
転位の発生や転位線の伝播を抑制して結晶性を向上させ
ることができる薄膜形成装置及び薄膜成長方法を提供す
ることを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る薄膜形成装置は、エピタキシャル成長装
置に応力測定装置が添設されていることを特徴としてい
る。
に本発明に係る薄膜形成装置は、エピタキシャル成長装
置に応力測定装置が添設されていることを特徴としてい
る。
【００１３】また本発明に係る薄膜成長方法は、上記薄
膜形成装置を使用し、応力を測定しながらアニール温度
及び／または膜厚を変化させて薄膜に生ずる応力を制御
することを特徴としている。
膜形成装置を使用し、応力を測定しながらアニール温度
及び／または膜厚を変化させて薄膜に生ずる応力を制御
することを特徴としている。
【００１４】
【作用】本発明者らは上記した従来技術について調査解
析し、かつ研究を行なった結果、ヘテロエピタキシャル
成長における内部応力は基板または薄膜に形成される不
整合転位の密度によって決まり、該不整合転位の密度は
成長温度、膜厚、成長後のアニール温度等により変化す
ることを知見した。すなわち、エピタキシャル成長また
はアニール温度が十分高く、かつ膜厚が十分厚い場合に
は、格子定数差を緩和するのに十分な数の不整合転位が
形成されるため、この温度（高温）における内部応力は
略零になる。一方、エピタキシャル成長またはアニール
温度が低いかまたは膜厚が薄い場合には、転位が移動し
にくくなって格子定数差を緩和するのに十分な数の不整
合転位が形成されないため、この温度（低温）において
内部応力が発生する。またエピタキシャル成長またはア
ニール温度から室温まで冷却する過程においては、基板
と薄膜との熱膨張係数差によって内部応力が発生する。
これはエピタキシャル成長またはアニール温度において
必要とされる不整合転位密度と室温において必要とされ
る不整合転位密度との間に差があることに起因してい
る。
析し、かつ研究を行なった結果、ヘテロエピタキシャル
成長における内部応力は基板または薄膜に形成される不
整合転位の密度によって決まり、該不整合転位の密度は
成長温度、膜厚、成長後のアニール温度等により変化す
ることを知見した。すなわち、エピタキシャル成長また
はアニール温度が十分高く、かつ膜厚が十分厚い場合に
は、格子定数差を緩和するのに十分な数の不整合転位が
形成されるため、この温度（高温）における内部応力は
略零になる。一方、エピタキシャル成長またはアニール
温度が低いかまたは膜厚が薄い場合には、転位が移動し
にくくなって格子定数差を緩和するのに十分な数の不整
合転位が形成されないため、この温度（低温）において
内部応力が発生する。またエピタキシャル成長またはア
ニール温度から室温まで冷却する過程においては、基板
と薄膜との熱膨張係数差によって内部応力が発生する。
これはエピタキシャル成長またはアニール温度において
必要とされる不整合転位密度と室温において必要とされ
る不整合転位密度との間に差があることに起因してい
る。
【００１５】上記知見に基づき、成長温度が十分高く、
かつ膜厚が十分厚い場合と成長温度が低いかまたは膜厚
が薄い場合とに分け、基板と薄膜との格子定数差及び熱
膨張係数差が内部応力に及ぼす影響について整理すると
下記の表１に示すとおりとなる。
かつ膜厚が十分厚い場合と成長温度が低いかまたは膜厚
が薄い場合とに分け、基板と薄膜との格子定数差及び熱
膨張係数差が内部応力に及ぼす影響について整理すると
下記の表１に示すとおりとなる。
【００１６】
【表１】
【００１７】表中ａf は薄膜の格子定数、ａs は基板の
格子定数、αf は薄膜の熱膨張係数、αs は基板の熱膨
張係数、ＴG はエピタキシャル成長温度、ＲＴは室温、
応力は薄膜の内部応力を示している。
格子定数、αf は薄膜の熱膨張係数、αs は基板の熱膨
張係数、ＴG はエピタキシャル成長温度、ＲＴは室温、
応力は薄膜の内部応力を示している。
【００１８】この表１よりエピタキシャル成長条件とそ
の後の冷却操作によって内部応力は複雑に影響を受けて
おり、成長温度が高く、かつ膜厚が厚い場合は全てのケ
ースにおいて、成長温度では薄膜の内部応力は非常に小
さいが、その後の冷却過程で引っ張りまたは圧縮内部応
力が発生することが分かった。また成長温度が低いかま
たは膜厚が薄い場合、薄膜の格子定数が基板のそれより
大きく、かつ薄膜の熱膨張係数が基板のそれより小さい
かあるいはその逆のケースにおいて、成長温度ですでに
引っ張りまたは圧縮内部応力が発生しており、その後の
冷却過程でこれがさらに増大することが分かった。そし
て表中＊１及び＊２印で示したケース（薄膜の格子定数
及び熱膨張係数がともに基板のそれらより大きいかある
いは小さい）の場合、アニール条件及び／または膜厚条
件を適当に選ぶことにより、室温において内部応力が非
常に小さい薄膜が得られることが分かった。
の後の冷却操作によって内部応力は複雑に影響を受けて
おり、成長温度が高く、かつ膜厚が厚い場合は全てのケ
ースにおいて、成長温度では薄膜の内部応力は非常に小
さいが、その後の冷却過程で引っ張りまたは圧縮内部応
力が発生することが分かった。また成長温度が低いかま
たは膜厚が薄い場合、薄膜の格子定数が基板のそれより
大きく、かつ薄膜の熱膨張係数が基板のそれより小さい
かあるいはその逆のケースにおいて、成長温度ですでに
引っ張りまたは圧縮内部応力が発生しており、その後の
冷却過程でこれがさらに増大することが分かった。そし
て表中＊１及び＊２印で示したケース（薄膜の格子定数
及び熱膨張係数がともに基板のそれらより大きいかある
いは小さい）の場合、アニール条件及び／または膜厚条
件を適当に選ぶことにより、室温において内部応力が非
常に小さい薄膜が得られることが分かった。
【００１９】ところで、内部応力の測定方法には下記に
示す片持ち梁法、回析法、円板法等が知られている（金
原，藤原：「薄膜」，裳華房，p127-p131 ）。 （１）片持ち梁法：短冊形に形成された薄い基板の一端
を固定して薄膜を蒸着させると、発生した内部応力の大
きさによって固定された一端と対向する他端が変位す
る。この変位量を測定することにより応力を求める方法
である。 （２）回析法：基板にＸ線や電子線を照射し、得られた
回析線の位置より蒸着した薄膜における格子定数の変化
を測定して内部応力を求める方法である。 （３）円板法：円板形に形成された基板に薄膜を蒸着さ
せると、発生した内部応力の大きさによって基板の曲率
が変化する。この曲率の変化をニュートンリングを用い
た干渉法やレーザーの反射光の変位量で測定することに
より応力を求める方法である。 前記した各種内部応力の測定方法について調査した結
果、エピタキシャル成長においてｉｎ−ｓｉｔｕの観測
（その場観測）が行なえる測定法として、（３）の円板
法が適用できることが分かった。
示す片持ち梁法、回析法、円板法等が知られている（金
原，藤原：「薄膜」，裳華房，p127-p131 ）。 （１）片持ち梁法：短冊形に形成された薄い基板の一端
を固定して薄膜を蒸着させると、発生した内部応力の大
きさによって固定された一端と対向する他端が変位す
る。この変位量を測定することにより応力を求める方法
である。 （２）回析法：基板にＸ線や電子線を照射し、得られた
回析線の位置より蒸着した薄膜における格子定数の変化
を測定して内部応力を求める方法である。 （３）円板法：円板形に形成された基板に薄膜を蒸着さ
せると、発生した内部応力の大きさによって基板の曲率
が変化する。この曲率の変化をニュートンリングを用い
た干渉法やレーザーの反射光の変位量で測定することに
より応力を求める方法である。 前記した各種内部応力の測定方法について調査した結
果、エピタキシャル成長においてｉｎ−ｓｉｔｕの観測
（その場観測）が行なえる測定法として、（３）の円板
法が適用できることが分かった。
【００２０】本発明に係る薄膜形成装置によれば、エピ
タキシャル成長装置に応力測定装置が添設されているの
で、内部応力を測定しながらエピタキシャル成長させう
ることとなる。
タキシャル成長装置に応力測定装置が添設されているの
で、内部応力を測定しながらエピタキシャル成長させう
ることとなる。
【００２１】また本発明に係る薄膜成長方法によれば、
前記薄膜形成装置を使用し、応力を測定しながらアニー
ル温度及び／または膜厚を変化させて薄膜に生ずる応力
を制御するので、ヘテロエピタキシャル成長において薄
膜の内部応力の発生を抑制しうることとなる。したがっ
て基板の反りが抑制されてリソグラフィ工程における焦
点ボケが抑制され、パターンの精度が向上されるととも
に基板の機械的強度の低下が抑制されることとなる。ま
た薄膜におけるエネルギー帯構造の変調が抑制されて光
学的特性や電気的特性が向上されることなる。さらに転
位の発生や転位線の伝播が抑制されて結晶性が向上され
ることとなる。
前記薄膜形成装置を使用し、応力を測定しながらアニー
ル温度及び／または膜厚を変化させて薄膜に生ずる応力
を制御するので、ヘテロエピタキシャル成長において薄
膜の内部応力の発生を抑制しうることとなる。したがっ
て基板の反りが抑制されてリソグラフィ工程における焦
点ボケが抑制され、パターンの精度が向上されるととも
に基板の機械的強度の低下が抑制されることとなる。ま
た薄膜におけるエネルギー帯構造の変調が抑制されて光
学的特性や電気的特性が向上されることなる。さらに転
位の発生や転位線の伝播が抑制されて結晶性が向上され
ることとなる。
【００２２】
【実施例及び比較例】以下、本発明に係る薄膜形成装置
及び薄膜成長方法の実施例を図面に基づいて説明する。
なお、従来例と同一機能を有する構成部品には同一の符
号を付すこととする。図１は本発明に係る薄膜形成装置
の一実施例を模式的に示した概略断面図であり、図中１
１はチャンバーを示している。チャンバー１１には真空
ポンプ（図示せず）が接続されており、チャンバー１１
内部の上方に配設されたホルダー１８には基板１２下面
が薄膜成長面になるように載置され、基板１２の上面近
傍にはヒーター１３が配設されている。チャンバー１１
内の下部には基板１２と対向する位置に窓１７が形成さ
れている。また窓１７の周囲には有底円筒形状のクヌー
センセル（Knudsen Cell) １４、１５、１６が配設され
てその中心軸がそれぞれ基板１２に向くように取りつけ
られており、クヌーセンセル１４、１５、１６にはその
外周部にヒータ（図示せず）が配設され、その内部に薄
膜成長元素の成分原料１４ａ、１５ａ、１６ａが充填さ
れることによりエピタキシャル成長装置が構成されてい
る。さらに基板１２面の垂直軸上には、窓１７外側近傍
において前記垂直軸と４５°の角度をなして半透鏡２５
が配設され、次にレンズ２６が配設され、レンズ２６の
焦点が結ぶ位置に受像装置が配設されている。また半透
鏡２５と４５°の角度をなす軸上には、フィルター２
４、レンズ２３が配設され、レンズ２３の焦点が結ぶ位
置に光源２２が配設されることによりニュートンリング
の干渉法を用いた応力測定装置が構成されている。
及び薄膜成長方法の実施例を図面に基づいて説明する。
なお、従来例と同一機能を有する構成部品には同一の符
号を付すこととする。図１は本発明に係る薄膜形成装置
の一実施例を模式的に示した概略断面図であり、図中１
１はチャンバーを示している。チャンバー１１には真空
ポンプ（図示せず）が接続されており、チャンバー１１
内部の上方に配設されたホルダー１８には基板１２下面
が薄膜成長面になるように載置され、基板１２の上面近
傍にはヒーター１３が配設されている。チャンバー１１
内の下部には基板１２と対向する位置に窓１７が形成さ
れている。また窓１７の周囲には有底円筒形状のクヌー
センセル（Knudsen Cell) １４、１５、１６が配設され
てその中心軸がそれぞれ基板１２に向くように取りつけ
られており、クヌーセンセル１４、１５、１６にはその
外周部にヒータ（図示せず）が配設され、その内部に薄
膜成長元素の成分原料１４ａ、１５ａ、１６ａが充填さ
れることによりエピタキシャル成長装置が構成されてい
る。さらに基板１２面の垂直軸上には、窓１７外側近傍
において前記垂直軸と４５°の角度をなして半透鏡２５
が配設され、次にレンズ２６が配設され、レンズ２６の
焦点が結ぶ位置に受像装置が配設されている。また半透
鏡２５と４５°の角度をなす軸上には、フィルター２
４、レンズ２３が配設され、レンズ２３の焦点が結ぶ位
置に光源２２が配設されることによりニュートンリング
の干渉法を用いた応力測定装置が構成されている。
【００２３】このように構成された装置を用いてエピタ
キシャル成長させる際には、チャンバー１１内の真空度
を１０-9Torr以下にし、クヌーセンセル１４、１５、１
６をヒーターによりそれぞれ所定温度に加熱して成分元
素１４ａ、１５ａ、１６ａを蒸発させ、ヒーター１３に
より所定温度に加熱した基板１２下部表面に対してビー
ム状に噴出させて付着させる。そして応力測定装置２０
でＳｉ基板１２に生ずる応力を測定しながらアニール温
度及び／または膜厚を変化させて薄膜を成長させる。
キシャル成長させる際には、チャンバー１１内の真空度
を１０-9Torr以下にし、クヌーセンセル１４、１５、１
６をヒーターによりそれぞれ所定温度に加熱して成分元
素１４ａ、１５ａ、１６ａを蒸発させ、ヒーター１３に
より所定温度に加熱した基板１２下部表面に対してビー
ム状に噴出させて付着させる。そして応力測定装置２０
でＳｉ基板１２に生ずる応力を測定しながらアニール温
度及び／または膜厚を変化させて薄膜を成長させる。
【００２４】以下に、基板１２に直径が４インチのＳｉ
を、また薄膜成長元素の成分原料１４ａ、１５ａ、１６
ａにそれぞれＧａ、Ａｓ、Ｓｉを用い（上記表１におけ
る＊１のケース）、内部応力を測定しながらアニール温
度を変えてＧａＡｓ／Ｓｉ成長を行った結果について説
明する。
を、また薄膜成長元素の成分原料１４ａ、１５ａ、１６
ａにそれぞれＧａ、Ａｓ、Ｓｉを用い（上記表１におけ
る＊１のケース）、内部応力を測定しながらアニール温
度を変えてＧａＡｓ／Ｓｉ成長を行った結果について説
明する。
【００２５】図２は実施例に係るＧａＡｓ／Ｓｉ成長方
法の成長プロセスを示したグラフであり、まず洗浄した
Ｓｉ基板１２をエピタキシャル成長装置１０に入れ、チ
ャンバー１１内の真空度を１０-9Torr以下にし、略５０
０℃の温度に加熱して付着した水分等の除去を行い（図
中４１）、さらに略１０００℃の温度に加熱して約１５
分間程保持し、Ｓｉ基板１２表面の酸化膜の除去を行っ
た（図中４２）。次にＳｉ基板１２の温度を下げ、略３
００℃の低温において０．３μm/hrの成長速度により略
０．０５μm の膜厚までバッファ層を成長させた（図中
４３）。なお、ＡｓはＳｉ基板１２の温度が６００℃の
温度に達すると照射した（図中４３ａ）。次にＳｉ基板
１２を再び昇温し、略６００℃に加熱して約５分間程保
持して、前記バッファ層のアニールを行い（図中４
４）、再び温度を下げて略３００℃の低温においてＭＥ
Ｅ（Migration-Enhanced Epitaxy）法により略１．０μ
m の膜厚までＧａＡｓ層を成長させるとともにＳｉを略
６×１０15cm-3程ドープした（図中４５）。応力測定装
置２０を用いてニュートンリングから薄膜に圧縮応力が
作用していることを確認し（図中４５ａ）、次いで前記
ニュートンリングを観察しながら圧縮応力が略ゼロにな
るまでＳｉ基板１２の温度を上げた（図中４６）後、Ｓ
ｉ基板１２の温度を３００℃に下げた。そしてＭＥＥ法
により略２．０μm の膜厚までＧａＡｓ層を成長させ
（図中４７）、室温まで冷却して（図中４８）Ｓｉ基板
１２をエピタキシャル成長装置１０から取り出した。
法の成長プロセスを示したグラフであり、まず洗浄した
Ｓｉ基板１２をエピタキシャル成長装置１０に入れ、チ
ャンバー１１内の真空度を１０-9Torr以下にし、略５０
０℃の温度に加熱して付着した水分等の除去を行い（図
中４１）、さらに略１０００℃の温度に加熱して約１５
分間程保持し、Ｓｉ基板１２表面の酸化膜の除去を行っ
た（図中４２）。次にＳｉ基板１２の温度を下げ、略３
００℃の低温において０．３μm/hrの成長速度により略
０．０５μm の膜厚までバッファ層を成長させた（図中
４３）。なお、ＡｓはＳｉ基板１２の温度が６００℃の
温度に達すると照射した（図中４３ａ）。次にＳｉ基板
１２を再び昇温し、略６００℃に加熱して約５分間程保
持して、前記バッファ層のアニールを行い（図中４
４）、再び温度を下げて略３００℃の低温においてＭＥ
Ｅ（Migration-Enhanced Epitaxy）法により略１．０μ
m の膜厚までＧａＡｓ層を成長させるとともにＳｉを略
６×１０15cm-3程ドープした（図中４５）。応力測定装
置２０を用いてニュートンリングから薄膜に圧縮応力が
作用していることを確認し（図中４５ａ）、次いで前記
ニュートンリングを観察しながら圧縮応力が略ゼロにな
るまでＳｉ基板１２の温度を上げた（図中４６）後、Ｓ
ｉ基板１２の温度を３００℃に下げた。そしてＭＥＥ法
により略２．０μm の膜厚までＧａＡｓ層を成長させ
（図中４７）、室温まで冷却して（図中４８）Ｓｉ基板
１２をエピタキシャル成長装置１０から取り出した。
【００２６】なお比較例として、応力測定装置２０を配
設していない装置で２段階成長法により同様のＧａＡｓ
／Ｓｉ成長を行った。
設していない装置で２段階成長法により同様のＧａＡｓ
／Ｓｉ成長を行った。
【００２７】実施例と比較例との方法によりそれぞれ成
長させた薄膜の応力及び結晶性を比較すると表２の結果
が得られた。
長させた薄膜の応力及び結晶性を比較すると表２の結果
が得られた。
【００２８】
【表２】
【００２９】この結果から明らかなように、本実施例に
係る薄膜形成装置及び薄膜成長方法によれば、従来の装
置及び方法に比べてＧａＡｓ／Ｓｉ薄膜の応力が抑制さ
れ、結晶性の優れた薄膜が得られている。したがって、
ａf ＞ａs 、αf ＞αs の関係にあるＧａＡｓ／Ｓｉ薄
膜を３００℃の低温で略１．０μm の膜厚まで成長させ
たとき（成長プロセスの４５ａ）に薄膜が圧縮応力を有
しているのは該薄膜中における不整合転位密度が３００
℃における格子定数差を緩和するには不足しており、次
いで行うアニール（成長プロセスの４６）によって前記
薄膜中に十分な不整合転位が形成され、内部応力がゼロ
になることが分かる。また上記した表１における＊１で
示したケースの場合、アニール条件及び／または膜厚条
件を適当に選ぶことにより、室温において内部応力が非
常に小さい薄膜が得られることが確認された。
係る薄膜形成装置及び薄膜成長方法によれば、従来の装
置及び方法に比べてＧａＡｓ／Ｓｉ薄膜の応力が抑制さ
れ、結晶性の優れた薄膜が得られている。したがって、
ａf ＞ａs 、αf ＞αs の関係にあるＧａＡｓ／Ｓｉ薄
膜を３００℃の低温で略１．０μm の膜厚まで成長させ
たとき（成長プロセスの４５ａ）に薄膜が圧縮応力を有
しているのは該薄膜中における不整合転位密度が３００
℃における格子定数差を緩和するには不足しており、次
いで行うアニール（成長プロセスの４６）によって前記
薄膜中に十分な不整合転位が形成され、内部応力がゼロ
になることが分かる。また上記した表１における＊１で
示したケースの場合、アニール条件及び／または膜厚条
件を適当に選ぶことにより、室温において内部応力が非
常に小さい薄膜が得られることが確認された。
【００３０】本実施例における薄膜形成装置ではニュー
トンリングの干渉方式の応力測定装置が配設されたＭＢ
Ｅ方式のエピタキシャル成長装置を用いたが、前記応力
測定装置としてレーザーの反射光方式等を、また前記エ
ピタキシャル成長装置としてＭＯＣＶＤ等を用いても同
様の結果が得られる。また上記した表１における＊２印
で示したケースについても同様の結果を得ることができ
る。
トンリングの干渉方式の応力測定装置が配設されたＭＢ
Ｅ方式のエピタキシャル成長装置を用いたが、前記応力
測定装置としてレーザーの反射光方式等を、また前記エ
ピタキシャル成長装置としてＭＯＣＶＤ等を用いても同
様の結果が得られる。また上記した表１における＊２印
で示したケースについても同様の結果を得ることができ
る。
【００３１】
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る薄膜形
成装置にあっては、エピタキシャル成長装置に応力測定
装置が添設されているので、内部応力を測定しながらエ
ピタキシャル成長をさせることができる。
成装置にあっては、エピタキシャル成長装置に応力測定
装置が添設されているので、内部応力を測定しながらエ
ピタキシャル成長をさせることができる。
【００３２】また本発明に係る薄膜成長方法にあって
は、前記薄膜形成装置を使用し、応力を測定しながらア
ニール温度及び／または膜厚を変化させて薄膜に生ずる
応力を制御するので、ヘテロエピタキシャル成長におい
て薄膜の内部応力の発生を抑制することができる。した
がって基板の反りを抑制してリソグラフィ工程における
焦点ボケを抑制し、パターンの精度を向上させるととも
に基板の機械的強度の低下を抑制することができる。ま
た薄膜におけるエネルギー帯構造の変調を抑制して光学
的特性や電気的特性を向上させることができる。さらに
転位の発生や転位線の伝播を抑制して結晶性を向上させ
ることができる。
は、前記薄膜形成装置を使用し、応力を測定しながらア
ニール温度及び／または膜厚を変化させて薄膜に生ずる
応力を制御するので、ヘテロエピタキシャル成長におい
て薄膜の内部応力の発生を抑制することができる。した
がって基板の反りを抑制してリソグラフィ工程における
焦点ボケを抑制し、パターンの精度を向上させるととも
に基板の機械的強度の低下を抑制することができる。ま
た薄膜におけるエネルギー帯構造の変調を抑制して光学
的特性や電気的特性を向上させることができる。さらに
転位の発生や転位線の伝播を抑制して結晶性を向上させ
ることができる。
【図１】本発明に係る薄膜形成装置の一実施例を模式的
に示した概略断面図である。
に示した概略断面図である。
【図２】実施例に係るＧａＡｓ／Ｓｉ成長方法の成長プ
ロセスを示したグラフである。
ロセスを示したグラフである。
【図３】従来のＭＢＥ法に用いられるＧａＡｓ／Ｓｉ成
長装置を模式的に示した概略断面図である。
長装置を模式的に示した概略断面図である。
【図４】従来のＧａＡｓ／Ｓｉにおける２段階成長方法
の成長プロセスを示したグラフである。
の成長プロセスを示したグラフである。
【符号の説明】 １０ エピタキシャル成長装置 ２０ 応力測定装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｍ 8422−4Ｍ
Claims (2)
- 【請求項１】 エピタキシャル成長装置に応力測定装置
が添設されていることを特徴とする薄膜形成装置。 - 【請求項２】 上記薄膜形成装置を使用し、応力を測定
しながらアニール温度及び／または膜厚を変化させて薄
膜に生ずる応力を制御することを特徴とする薄膜成長方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26023792A JPH06112135A (ja) | 1992-09-29 | 1992-09-29 | 薄膜形成装置及び薄膜成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26023792A JPH06112135A (ja) | 1992-09-29 | 1992-09-29 | 薄膜形成装置及び薄膜成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06112135A true JPH06112135A (ja) | 1994-04-22 |
Family
ID=17345262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26023792A Pending JPH06112135A (ja) | 1992-09-29 | 1992-09-29 | 薄膜形成装置及び薄膜成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06112135A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009295685A (ja) * | 2008-06-03 | 2009-12-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 成膜装置 |
| CN104316235A (zh) * | 2014-11-04 | 2015-01-28 | 苏州精创光学仪器有限公司 | 悬臂梁法测薄膜应力装置 |
| CN111998979A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-11-27 | 中南大学 | 一种薄膜瞬时应力的计算方法 |
-
1992
- 1992-09-29 JP JP26023792A patent/JPH06112135A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009295685A (ja) * | 2008-06-03 | 2009-12-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 成膜装置 |
| CN104316235A (zh) * | 2014-11-04 | 2015-01-28 | 苏州精创光学仪器有限公司 | 悬臂梁法测薄膜应力装置 |
| CN111998979A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-11-27 | 中南大学 | 一种薄膜瞬时应力的计算方法 |
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