JPH0722330A - 歪ヘテロエピタキシャル層の形成方法 - Google Patents
歪ヘテロエピタキシャル層の形成方法Info
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- JPH0722330A JPH0722330A JP15846393A JP15846393A JPH0722330A JP H0722330 A JPH0722330 A JP H0722330A JP 15846393 A JP15846393 A JP 15846393A JP 15846393 A JP15846393 A JP 15846393A JP H0722330 A JPH0722330 A JP H0722330A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 臨界膜厚の膜厚を容易に制御でき、かつ、薄
膜の表面の凹凸の少ない、しかも、スループットに最適
な歪ヘテロエピタイキシャル層の形成方法を提供する。 【構成】 この発明の歪ヘテロエピタキシャル層の形成
方法によれば、反応炉内でシリコン基板10上に付着し
た自然酸化膜11を除去する。その後、反応炉内に少な
くともシリコン含有IV族系水素ガス、例えばSiH4
ガスと炭素含有IV族系水素ガス、例えばCH4 ガスと
の混合ガスを用いて基板上に炭素原子を有するバッファ
層12を形成する。その後、SiH4 ガスとGeH4 ガ
スとの混合ガスを用いてバッファ層上にSi−Ge混晶
薄膜14を形成する。
膜の表面の凹凸の少ない、しかも、スループットに最適
な歪ヘテロエピタイキシャル層の形成方法を提供する。 【構成】 この発明の歪ヘテロエピタキシャル層の形成
方法によれば、反応炉内でシリコン基板10上に付着し
た自然酸化膜11を除去する。その後、反応炉内に少な
くともシリコン含有IV族系水素ガス、例えばSiH4
ガスと炭素含有IV族系水素ガス、例えばCH4 ガスと
の混合ガスを用いて基板上に炭素原子を有するバッファ
層12を形成する。その後、SiH4 ガスとGeH4 ガ
スとの混合ガスを用いてバッファ層上にSi−Ge混晶
薄膜14を形成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、歪ヘテロエピタキシ
ャル層を成膜する方法、特に、歪ヘテロ構造の臨界膜厚
及び歪ヘテロエピタキシャル層内の応力を好適に制御す
る成膜方法に関するものである。
ャル層を成膜する方法、特に、歪ヘテロ構造の臨界膜厚
及び歪ヘテロエピタキシャル層内の応力を好適に制御す
る成膜方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、ヘテロ構造を有するIV族系半導
体薄膜のデバイスの開発が急速に進み、このようなデバ
イスは高速ヘテロバイポ−ラ、マイクロ波用素子または
超格子構造素子として用いられている。これらのデバイ
スに用いられる薄膜として、歪ヘテロ構造を有するSi
−Ge混晶薄膜が、特に、注目を集めている。この薄膜
は、シリコン基板上にSi−Ge薄膜をヘテロエピタキ
シャル成長させて形成される。
体薄膜のデバイスの開発が急速に進み、このようなデバ
イスは高速ヘテロバイポ−ラ、マイクロ波用素子または
超格子構造素子として用いられている。これらのデバイ
スに用いられる薄膜として、歪ヘテロ構造を有するSi
−Ge混晶薄膜が、特に、注目を集めている。この薄膜
は、シリコン基板上にSi−Ge薄膜をヘテロエピタキ
シャル成長させて形成される。
【0003】Si−Ge混晶薄膜は、全率固溶体であ
り、それぞれの原子組成比を任意に変えることによって
所望の薄膜を形成することができる。このSi−Ge混
晶薄膜をSi結晶と組み合わせて、ヘテロ構造にし、デ
バイスに応用する場合、結晶構造や電子帯構造がバルク
の状態から変化する。この結晶構造や電子帯構造の変化
については、文献I(「シリコン系ヘテロデバイス」、
古川他、丸善(株)、平成3年7月発行)に開示されて
いる。
り、それぞれの原子組成比を任意に変えることによって
所望の薄膜を形成することができる。このSi−Ge混
晶薄膜をSi結晶と組み合わせて、ヘテロ構造にし、デ
バイスに応用する場合、結晶構造や電子帯構造がバルク
の状態から変化する。この結晶構造や電子帯構造の変化
については、文献I(「シリコン系ヘテロデバイス」、
古川他、丸善(株)、平成3年7月発行)に開示されて
いる。
【0004】文献Iによれば、Si−Ge混晶薄膜は、
全率固溶体であるため、バルクとして作成したSi−G
e混晶の格子定数は、Ge原子組成比に対してほぼ比例
することがわかっている。従って、Ge濃度の増加とと
もにSi−Ge混晶薄膜の格子定数は大きくなる。この
ため、Si結晶上にSi−Ge混晶薄膜を形成させた場
合、ヘテロ構造は歪ヘテロ構造と格子緩和したヘテロ構
造とになる(文献IのP.177参照)。
全率固溶体であるため、バルクとして作成したSi−G
e混晶の格子定数は、Ge原子組成比に対してほぼ比例
することがわかっている。従って、Ge濃度の増加とと
もにSi−Ge混晶薄膜の格子定数は大きくなる。この
ため、Si結晶上にSi−Ge混晶薄膜を形成させた場
合、ヘテロ構造は歪ヘテロ構造と格子緩和したヘテロ構
造とになる(文献IのP.177参照)。
【0005】このとき形成される歪ヘテロ構造は、Si
結晶とSi−Ge混晶薄膜の格子定数の差によって(S
i結晶に比べてGeを含むためSi−Ge混晶薄膜の格
子定数の方が大きくなる)Si−Ge混晶薄膜中に圧縮
応力が加わり、正方晶型を有する歪みヘテロ構造にな
る。
結晶とSi−Ge混晶薄膜の格子定数の差によって(S
i結晶に比べてGeを含むためSi−Ge混晶薄膜の格
子定数の方が大きくなる)Si−Ge混晶薄膜中に圧縮
応力が加わり、正方晶型を有する歪みヘテロ構造にな
る。
【0006】更に、正方晶型が成長すると格子緩和を生
じて立方晶型に変化する。このとき、立方晶型を有する
格子緩和したヘテロ構造はSi−Ge/Si界面にミス
フィット転位が発生する。このミスフィット転位は、ヘ
テロエピタキシャル層の結晶欠陥などと共にデバイスの
電気特性や光学特性に悪い影響を与える要因となる。
じて立方晶型に変化する。このとき、立方晶型を有する
格子緩和したヘテロ構造はSi−Ge/Si界面にミス
フィット転位が発生する。このミスフィット転位は、ヘ
テロエピタキシャル層の結晶欠陥などと共にデバイスの
電気特性や光学特性に悪い影響を与える要因となる。
【0007】従って、歪ヘテロ構造の物性研究やデバイ
ス化を進める上で、歪ヘテロエピタキシャル層にミスフ
ィット転位を発生させずに臨界膜厚を制御することが重
要になる。なお、歪みヘテロ構造の状態が継続して行く
と膜厚が厚くなり、歪エネルギーが大きくなって格子緩
和を生じ、ミスフィット転位が発生するようになる。こ
の転位が発生して格子緩和を生じる膜厚のことを臨界膜
厚という。
ス化を進める上で、歪ヘテロエピタキシャル層にミスフ
ィット転位を発生させずに臨界膜厚を制御することが重
要になる。なお、歪みヘテロ構造の状態が継続して行く
と膜厚が厚くなり、歪エネルギーが大きくなって格子緩
和を生じ、ミスフィット転位が発生するようになる。こ
の転位が発生して格子緩和を生じる膜厚のことを臨界膜
厚という。
【0008】従来Si−Ge/Si歪ヘテロ構造に関す
る臨界膜厚の研究は、もっぱらSi−GeのSi濃度と
Ge濃度との関係から検討されてきた経緯があり、特
に、Ge濃度を制御することが臨界膜厚の重要な要因と
なっている。
る臨界膜厚の研究は、もっぱらSi−GeのSi濃度と
Ge濃度との関係から検討されてきた経緯があり、特
に、Ge濃度を制御することが臨界膜厚の重要な要因と
なっている。
【0009】従来、Si−Ge混晶の歪ヘテロ構造を形
成する方法として、CVD(化学的気相成長)法やMB
E(分子線エピタキシャル)法などが検討されてきた。
しかし、このCVD法は、成膜処理の際に加熱温度を高
くしなければならず、Si−Ge/Si界面にミスフィ
ット転位が発生しやすくなる。従って、従来、CVD法
による歪ヘテロ構造を有するSi−Ge混晶薄膜を成膜
することは難しかった。
成する方法として、CVD(化学的気相成長)法やMB
E(分子線エピタキシャル)法などが検討されてきた。
しかし、このCVD法は、成膜処理の際に加熱温度を高
くしなければならず、Si−Ge/Si界面にミスフィ
ット転位が発生しやすくなる。従って、従来、CVD法
による歪ヘテロ構造を有するSi−Ge混晶薄膜を成膜
することは難しかった。
【0010】一方、歪ヘテロ構造を形成する方法とし
て、MBE(分子線エピタキシャル)法が検討されてき
た。このMEB法は、エピタキシャル層に歪応力をもた
せるため、加熱温度を比較的低い温度で成膜処理が行わ
れている。
て、MBE(分子線エピタキシャル)法が検討されてき
た。このMEB法は、エピタキシャル層に歪応力をもた
せるため、加熱温度を比較的低い温度で成膜処理が行わ
れている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、CVD
法は、上述したように成膜処理の際に、加熱温度を高く
しなければならず、Si−Ge/Si界面にミスフィッ
ト転位が発生しやすく、また、反応炉内でSiを含有す
るガスとGeを含有するガスとを混合させ、高い加熱温
度でSi−Ge混晶薄膜を形成するため、Ge組成比が
大きくなる。従って、Si−Ge混晶の結晶中の格子定
数が大きくなって歪応力が増すため、臨界膜厚を厚くす
ることができなかった。このため、Geの組成比のみで
臨界膜厚を好適に制御することが難しいという問題があ
る。更に、Ge濃度によって臨界膜厚の膜厚以下であっ
てもGeの偏析効果のため、表面モホロジーが劣化する
という問題がある。
法は、上述したように成膜処理の際に、加熱温度を高く
しなければならず、Si−Ge/Si界面にミスフィッ
ト転位が発生しやすく、また、反応炉内でSiを含有す
るガスとGeを含有するガスとを混合させ、高い加熱温
度でSi−Ge混晶薄膜を形成するため、Ge組成比が
大きくなる。従って、Si−Ge混晶の結晶中の格子定
数が大きくなって歪応力が増すため、臨界膜厚を厚くす
ることができなかった。このため、Geの組成比のみで
臨界膜厚を好適に制御することが難しいという問題があ
る。更に、Ge濃度によって臨界膜厚の膜厚以下であっ
てもGeの偏析効果のため、表面モホロジーが劣化する
という問題がある。
【0012】また、CVD法では、MBE法に比べてS
i基板上に形成されるSi−Ge混晶薄膜の表面の凹凸
が大きくなるという問題がある。これは以下に述べる現
象によるためと考えられる。
i基板上に形成されるSi−Ge混晶薄膜の表面の凹凸
が大きくなるという問題がある。これは以下に述べる現
象によるためと考えられる。
【0013】Si基板上にSi−Ge混晶薄膜を形成す
る場合、SiとSi−Geとの格子定数及び熱膨張係数
の違いによって結晶中のSi−Ge/Si界面に格子不
整合が生じる。このため、Si−Ge混晶薄膜の表面モ
ホロジー(形態)が変化し、表面の凹凸が生じるものと
考えられる。このような表面をもったSi−Ge混晶薄
膜はデバイスに応用できない。
る場合、SiとSi−Geとの格子定数及び熱膨張係数
の違いによって結晶中のSi−Ge/Si界面に格子不
整合が生じる。このため、Si−Ge混晶薄膜の表面モ
ホロジー(形態)が変化し、表面の凹凸が生じるものと
考えられる。このような表面をもったSi−Ge混晶薄
膜はデバイスに応用できない。
【0014】一方、MBE法は、低い加熱温度で成膜処
理を行うため、成膜速度がゆるやかになり、不純物、例
えばホウ素(B)の高濃度不純物の深いドーピングがで
きないこと、また、現状では、まだ実験段階であり、ス
ループット(ウエハ処理量/時間)が得られないため、
量産性に向かないという問題がある。
理を行うため、成膜速度がゆるやかになり、不純物、例
えばホウ素(B)の高濃度不純物の深いドーピングがで
きないこと、また、現状では、まだ実験段階であり、ス
ループット(ウエハ処理量/時間)が得られないため、
量産性に向かないという問題がある。
【0015】この発明は、上述した問題点に鑑み行われ
たものであり、従って、この発明の第1の目的は、臨界
膜厚の膜厚及び歪応力を容易に制御でき、かつ、薄膜の
表面モホロジーを小さくできる歪ヘテロエピタキシャル
層の形成方法を提供すること。また、第2の目的は、ス
ループットに好適な歪ヘテロエピタキシャル層の形成方
法を提供することにある。
たものであり、従って、この発明の第1の目的は、臨界
膜厚の膜厚及び歪応力を容易に制御でき、かつ、薄膜の
表面モホロジーを小さくできる歪ヘテロエピタキシャル
層の形成方法を提供すること。また、第2の目的は、ス
ループットに好適な歪ヘテロエピタキシャル層の形成方
法を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明の歪ヘテロエピタキシャル層の形成方法で
は、反応炉内に原料ガスを用いて所定の加熱温度を加え
ることにより、下地上に、バッファ層とSi−Ge混晶
薄膜を有する歪ヘテロエピタキシャル層を形成するに当
たり、(a)前記反応炉内を真空に排気し、前記下地上
に付着した自然酸化膜を除去した後、少なくともシリコ
ン含有IV族系水素ガスと炭素含有IV族系水素ガスと
の混合ガスを用いて下地上に炭素(C)原子を有するバ
ッファ層を形成する工程と、(b)その後、該バッファ
層上にSi−Ge混晶薄膜を形成する工程とを含むこと
を特徴とする。
め、この発明の歪ヘテロエピタキシャル層の形成方法で
は、反応炉内に原料ガスを用いて所定の加熱温度を加え
ることにより、下地上に、バッファ層とSi−Ge混晶
薄膜を有する歪ヘテロエピタキシャル層を形成するに当
たり、(a)前記反応炉内を真空に排気し、前記下地上
に付着した自然酸化膜を除去した後、少なくともシリコ
ン含有IV族系水素ガスと炭素含有IV族系水素ガスと
の混合ガスを用いて下地上に炭素(C)原子を有するバ
ッファ層を形成する工程と、(b)その後、該バッファ
層上にSi−Ge混晶薄膜を形成する工程とを含むこと
を特徴とする。
【0017】また、この発明の実施に当たり、好ましく
は、前記(a)工程に使用する混合ガスを、シリコン含
有IV族系水素ガスとゲルマニウム含有IV族系ガスと
炭素(C)含有IV族系水素ガスとの混合ガスとするの
が良い。
は、前記(a)工程に使用する混合ガスを、シリコン含
有IV族系水素ガスとゲルマニウム含有IV族系ガスと
炭素(C)含有IV族系水素ガスとの混合ガスとするの
が良い。
【0018】また、好ましくは、前記(a)工程に使用
する混合ガスを、シリコン含有IV族系水素ガスと炭素
(C)含有IV族系水素ガスとの混合ガスとするのが良
い。
する混合ガスを、シリコン含有IV族系水素ガスと炭素
(C)含有IV族系水素ガスとの混合ガスとするのが良
い。
【0019】また、この発明の実施に当たり、好ましく
は、前記(a)工程のバッファ層を、Si−Ge−C系
のバッファ層とするのが良い。
は、前記(a)工程のバッファ層を、Si−Ge−C系
のバッファ層とするのが良い。
【0020】また、前記(a)工程のバッファ層を、S
i−C系のバッファ層とするのが良い。
i−C系のバッファ層とするのが良い。
【0021】また、この発明の実施に当たり、好ましく
は、請求項1に記載のシリコン含有IV族系水素ガスを
SiH4 、Si2 H6 、Si(CH3 )H3 、Si3 H
8 、Si(CH3 )2 H2 、Si(CH3 )3 H、Si
(CH3 )4 、Si(CH3)6 およびSi(CH3 )
3 Fのガス群の中から選ばれた1種類のガスまたは2種
類以上のガスの混合ガスとする。また、好ましくは、炭
素含有IV族系水素ガスを、CH4 、C2 H6 、C3 H
8 及びC2 H4 のガス群の中から選ばれた1種類のガス
または2種類以上のガスの混合ガスとするのが良い。
は、請求項1に記載のシリコン含有IV族系水素ガスを
SiH4 、Si2 H6 、Si(CH3 )H3 、Si3 H
8 、Si(CH3 )2 H2 、Si(CH3 )3 H、Si
(CH3 )4 、Si(CH3)6 およびSi(CH3 )
3 Fのガス群の中から選ばれた1種類のガスまたは2種
類以上のガスの混合ガスとする。また、好ましくは、炭
素含有IV族系水素ガスを、CH4 、C2 H6 、C3 H
8 及びC2 H4 のガス群の中から選ばれた1種類のガス
または2種類以上のガスの混合ガスとするのが良い。
【0022】また、この発明の実施に当たり、好ましく
は、前記(a)工程の真空排気の圧力を、10-7Pa
(パスカル)以下の高真空とするのが良い。
は、前記(a)工程の真空排気の圧力を、10-7Pa
(パスカル)以下の高真空とするのが良い。
【0023】
【作用】上述したこの発明の歪ヘテロエピタキシャル層
の形成方法によれば、先ず、反応炉を真空に排気した
後、反応炉内で下地に形成された自然酸化膜を加熱処理
して除去する。このように、真空排気によって自然酸化
膜を除去した後、下地上の表面には酸化物が残存するこ
とはなくなる。その後、反応炉内に、少なくともシリコ
ン含有IV族系水素ガスと炭素(C)含有水素系ガスと
の混合ガスを用いて、下地上に炭素原子を有するバッフ
ァ層を形成する。この炭素原子の添加によってシリコン
の格子定数は小さくなる。この詳細な理由については、
後述する。その後、このバッファ層上にSi−Ge混晶
薄膜を形成する。このようにして形成されたSi−Ge
混晶薄膜のヘテロ構造は、バッファ層の格子定数の小さ
い単結晶構造を反映して垂直方向に伸びてゆき、Ge組
成で決まるSi−Ge混晶薄膜中の歪応力を増加するこ
とができる。
の形成方法によれば、先ず、反応炉を真空に排気した
後、反応炉内で下地に形成された自然酸化膜を加熱処理
して除去する。このように、真空排気によって自然酸化
膜を除去した後、下地上の表面には酸化物が残存するこ
とはなくなる。その後、反応炉内に、少なくともシリコ
ン含有IV族系水素ガスと炭素(C)含有水素系ガスと
の混合ガスを用いて、下地上に炭素原子を有するバッフ
ァ層を形成する。この炭素原子の添加によってシリコン
の格子定数は小さくなる。この詳細な理由については、
後述する。その後、このバッファ層上にSi−Ge混晶
薄膜を形成する。このようにして形成されたSi−Ge
混晶薄膜のヘテロ構造は、バッファ層の格子定数の小さ
い単結晶構造を反映して垂直方向に伸びてゆき、Ge組
成で決まるSi−Ge混晶薄膜中の歪応力を増加するこ
とができる。
【0024】上述したバッファ層の形成を混合ガスとし
てシリコン含有IV族系水素ガスとゲルマニウム含有I
V族系ガスと炭素(C)含有水素系ガスとの混合ガスま
たはシリコン含有IV族系水素ガスと炭素(C)含有水
素系ガスとの混合ガスを用いるて行っている。そのた
め、Si−Ge−C系またはSi−C系のバッファ層が
形成される。このようなSi−Ge−C系またはSi−
C系のバッファ層を形成することによって、下地(例え
ばシリコン基板)とSi−Ge−C系またはSi−C系
のバッファ層とのヘテロ界面は炭素を有するヘテロ構造
になる。また、バッファ層は、下地のシリコン結晶の格
子定数に近く、しかも短い格子定数を有する結晶層とな
る。従って、このSi−Ge−C系のバッファ層上に形
成するSi−Ge混晶薄膜は、従来のGe濃度のみによ
って歪応力を制御していたのに比べ、少ないGe組成の
導入で所定の歪応力が得られる。この結果、Ge濃度の
増加によって起こる表面モホロジーの劣化を抑制するこ
とができ、かつ臨界膜厚を厚くすることができる。
てシリコン含有IV族系水素ガスとゲルマニウム含有I
V族系ガスと炭素(C)含有水素系ガスとの混合ガスま
たはシリコン含有IV族系水素ガスと炭素(C)含有水
素系ガスとの混合ガスを用いるて行っている。そのた
め、Si−Ge−C系またはSi−C系のバッファ層が
形成される。このようなSi−Ge−C系またはSi−
C系のバッファ層を形成することによって、下地(例え
ばシリコン基板)とSi−Ge−C系またはSi−C系
のバッファ層とのヘテロ界面は炭素を有するヘテロ構造
になる。また、バッファ層は、下地のシリコン結晶の格
子定数に近く、しかも短い格子定数を有する結晶層とな
る。従って、このSi−Ge−C系のバッファ層上に形
成するSi−Ge混晶薄膜は、従来のGe濃度のみによ
って歪応力を制御していたのに比べ、少ないGe組成の
導入で所定の歪応力が得られる。この結果、Ge濃度の
増加によって起こる表面モホロジーの劣化を抑制するこ
とができ、かつ臨界膜厚を厚くすることができる。
【0025】また、シリコン含有IV族系水素ガスを用
いているので、下地上にシリコン単結晶を形成できる。
いているので、下地上にシリコン単結晶を形成できる。
【0026】また、炭素含有IVガスを用いているの
で、炭素原子は、シリコン原子またはシリコン・ゲルマ
ニウム原子と結合し、バッファ層の格子定数を小さくす
る。
で、炭素原子は、シリコン原子またはシリコン・ゲルマ
ニウム原子と結合し、バッファ層の格子定数を小さくす
る。
【0027】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
き説明する。なお、各図は、この発明が理解出来る程度
に各構成成分の形状、配置および寸法を概略的に示して
いるにすぎない。また、以下に説明する実施例は単なる
好適例にすぎず、従ってこの発明の実施例のみに何ら限
定されるものではないことを理解されたい。
き説明する。なお、各図は、この発明が理解出来る程度
に各構成成分の形状、配置および寸法を概略的に示して
いるにすぎない。また、以下に説明する実施例は単なる
好適例にすぎず、従ってこの発明の実施例のみに何ら限
定されるものではないことを理解されたい。
【0028】この発明の歪ヘテロエピタキシャル層の形
成方法を説明するに先立ち、図3を参照してこの発明に
用いる薄膜形成装置につき説明する。
成方法を説明するに先立ち、図3を参照してこの発明に
用いる薄膜形成装置につき説明する。
【0029】この装置は、加熱炉本体101と排気系統
102とガス供給系統104とから構成されている。
102とガス供給系統104とから構成されている。
【0030】加熱炉本体101は、反応炉(チャンバ
ー)30、基板加熱機構32、基板支持体34、温度測
定手段36、ガスヘッド40、排気口42及び44、お
よび真空計58及び60を具えている。また、この反応
炉30の外壁には、水冷管が設けられており、また、こ
の水冷管が、薄膜形成時にチャンバの壁が高温になるの
を防止する役目をしている。チャンバ30内には、基板
38を支持するための基板支持体34を具えており、こ
の支持体34を用いて基板38は下向きに設置される。
この加熱炉本体101は、基板38の炉内からの出し入
れまたは支持体34への載置は、自由にできる構造にな
っている。
ー)30、基板加熱機構32、基板支持体34、温度測
定手段36、ガスヘッド40、排気口42及び44、お
よび真空計58及び60を具えている。また、この反応
炉30の外壁には、水冷管が設けられており、また、こ
の水冷管が、薄膜形成時にチャンバの壁が高温になるの
を防止する役目をしている。チャンバ30内には、基板
38を支持するための基板支持体34を具えており、こ
の支持体34を用いて基板38は下向きに設置される。
この加熱炉本体101は、基板38の炉内からの出し入
れまたは支持体34への載置は、自由にできる構造にな
っている。
【0031】また、チャンバ30内には、加熱機構32
を具えている。この加熱機構32は例えば抵抗加熱体を
用いる。また、基板38の近傍には、基板38の表面温
度を測定するための測定手段36を具えている。この温
度測定手段38を、例えば熱電対とする。
を具えている。この加熱機構32は例えば抵抗加熱体を
用いる。また、基板38の近傍には、基板38の表面温
度を測定するための測定手段36を具えている。この温
度測定手段38を、例えば熱電対とする。
【0032】また、チャンバ30内は、基板支持体34
を介して上部と下部とに分かれる。
を介して上部と下部とに分かれる。
【0033】上部は、加熱機構32部分であり、下部は
ガスヘッド40部分である。このガスヘッド40は、チ
ャンバ30の外壁を貫通して設けたガス導入管62、6
4と冷却水導入管66に接続される。
ガスヘッド40部分である。このガスヘッド40は、チ
ャンバ30の外壁を貫通して設けたガス導入管62、6
4と冷却水導入管66に接続される。
【0034】更に、上部および下部には、それぞれ独立
に排気口42及び44を設けてある。
に排気口42及び44を設けてある。
【0035】次に、この装置を排気するための排気系統
102につき説明する。排気系統102は、排気手段4
6、48及び50、自動開閉バルブ54及び56を具え
ている。また、チャンバ30内を真空排気するための排
気手段46、48および50に、例えばターボ分子ポン
プを用いる。また、自動開閉バルブ54及び56と排気
手段46、48および50とは排気管によって接続され
ている。
102につき説明する。排気系統102は、排気手段4
6、48及び50、自動開閉バルブ54及び56を具え
ている。また、チャンバ30内を真空排気するための排
気手段46、48および50に、例えばターボ分子ポン
プを用いる。また、自動開閉バルブ54及び56と排気
手段46、48および50とは排気管によって接続され
ている。
【0036】次に、原料ガスのガス供給系統104につ
き説明する。
き説明する。
【0037】ガス供給系統104は、自動開閉バルブ6
8、70、72、73、88、90及び92、自動流量
コントローラ74、76、78及び79、及びガス供給
源80、82、84及び86を具えている。また、ガス
導入管を独立して排気できるように排気手段52を具え
ている。ここで、ガス導入管62は、自動開閉バルブ6
8、70、72と接続されており、また、ガス導入管6
4は自動開閉バルブ73と接続されている。更に、自動
開閉バルブ68、70および72は、自動流量コントロ
ーラ74、76および78を介して原料ガス供給部8
0、82および84と接続されている。このとき原料ガ
スを例えば、シラン(SiH4 )ガス、ゲルマン(Ge
H4 )ガスおよびメタン(CH4 )ガスとする。
8、70、72、73、88、90及び92、自動流量
コントローラ74、76、78及び79、及びガス供給
源80、82、84及び86を具えている。また、ガス
導入管を独立して排気できるように排気手段52を具え
ている。ここで、ガス導入管62は、自動開閉バルブ6
8、70、72と接続されており、また、ガス導入管6
4は自動開閉バルブ73と接続されている。更に、自動
開閉バルブ68、70および72は、自動流量コントロ
ーラ74、76および78を介して原料ガス供給部8
0、82および84と接続されている。このとき原料ガ
スを例えば、シラン(SiH4 )ガス、ゲルマン(Ge
H4 )ガスおよびメタン(CH4 )ガスとする。
【0038】一方、自動開閉バルブ88、90および9
2は、排気手段52とガス導入管によって接続されてい
る。このため、自動開閉バルブ68、70、72、8
8、90および92を任意適当に開閉することにより、
チャンバ−30を介せずに独立して反応ガス供給系のガ
ス導入管内を排気することができる。
2は、排気手段52とガス導入管によって接続されてい
る。このため、自動開閉バルブ68、70、72、8
8、90および92を任意適当に開閉することにより、
チャンバ−30を介せずに独立して反応ガス供給系のガ
ス導入管内を排気することができる。
【0039】また、ガス導入管64は、自動開閉バルブ
73を介して自動流量コントローラ79と接続されてお
り、更に、キャリヤガス供給部86、例えば水素
(H2 )ガス供給部と接続されている。
73を介して自動流量コントローラ79と接続されてお
り、更に、キャリヤガス供給部86、例えば水素
(H2 )ガス供給部と接続されている。
【0040】また、自動開閉バルブ68と自動流量コン
トローラ74との間に設けられたガス導入管からはT字
形にガス供給管が分岐しており、一方の側のガス導入管
は自動開閉バルブ88に接続されている。同様に、自動
開閉バルブ70と自動流量コントローラ76及びバルブ
72とコントローラ78のガス導入管からもT字型にガ
ス供給管が分岐しており、それぞれバルブ90および9
2と接続されている。
トローラ74との間に設けられたガス導入管からはT字
形にガス供給管が分岐しており、一方の側のガス導入管
は自動開閉バルブ88に接続されている。同様に、自動
開閉バルブ70と自動流量コントローラ76及びバルブ
72とコントローラ78のガス導入管からもT字型にガ
ス供給管が分岐しており、それぞれバルブ90および9
2と接続されている。
【0041】次に、図1、図2及び図3を参照してこの
発明の第1実施例の歪ヘテロエピタキシャル層の形成方
法につき説明する。
発明の第1実施例の歪ヘテロエピタキシャル層の形成方
法につき説明する。
【0042】図1は、第1実施例の加熱サイクル及びガ
スフロー曲線を示す。図中、横軸に時間をとり、縦軸に
加熱温度を取って表している。また、図2の(A)〜
(D)は、第1実施例で形成される歪ヘテロエピタキシ
ャル層の工程図を示す。
スフロー曲線を示す。図中、横軸に時間をとり、縦軸に
加熱温度を取って表している。また、図2の(A)〜
(D)は、第1実施例で形成される歪ヘテロエピタキシ
ャル層の工程図を示す。
【0043】先ず、下地10としてシリコン基板(以
下、基板と呼ぶ。)を用いる。このとき用いる基板10
は、Si単結晶構造をしているため、結晶面をもってい
る。この発明の第1実施例では、一例として(100)
面を有するSi単結晶を用いる。
下、基板と呼ぶ。)を用いる。このとき用いる基板10
は、Si単結晶構造をしているため、結晶面をもってい
る。この発明の第1実施例では、一例として(100)
面を有するSi単結晶を用いる。
【0044】チャンバ30に基板10(または38)を
搬入する前に、基板10は予め、表面に付着している酸
化膜や汚染物を除去するため、洗浄処理を行う。
搬入する前に、基板10は予め、表面に付着している酸
化膜や汚染物を除去するため、洗浄処理を行う。
【0045】このとき使用する洗浄液は、例えば硫酸
(H2 SO4 )と過酸化水素(H2 O4 )とを任意好適
に混合した混合液とする。そして、この洗浄液を120
℃程度に加熱をした後、基板28を約10分間洗浄液に
侵す。このような処理により基板28の表面に約10A
°(A°の記号は、オングストロームを表す。)程度の
酸化膜(図示せず)を形成する。続いて、基板28を1
%体積HF溶液の洗浄液に約3分間浸し、基板10の表
面に形成された酸化膜を完全に除去する。その後、ただ
ちに、洗浄処理済の基板10をチャンバ30内に搬入す
る。
(H2 SO4 )と過酸化水素(H2 O4 )とを任意好適
に混合した混合液とする。そして、この洗浄液を120
℃程度に加熱をした後、基板28を約10分間洗浄液に
侵す。このような処理により基板28の表面に約10A
°(A°の記号は、オングストロームを表す。)程度の
酸化膜(図示せず)を形成する。続いて、基板28を1
%体積HF溶液の洗浄液に約3分間浸し、基板10の表
面に形成された酸化膜を完全に除去する。その後、ただ
ちに、洗浄処理済の基板10をチャンバ30内に搬入す
る。
【0046】チャンバ30に基板10を搬入した後、直
ちに、自動開閉バルブ54、56を開ける。続いて、排
気手段(例えばターボ分子)46、48および50を用
いてチャンバ30内を、例えば1×10-8Pa(パスカ
ル)の超高真空に排気し、洗浄化する(図1のT1 期
間)。
ちに、自動開閉バルブ54、56を開ける。続いて、排
気手段(例えばターボ分子)46、48および50を用
いてチャンバ30内を、例えば1×10-8Pa(パスカ
ル)の超高真空に排気し、洗浄化する(図1のT1 期
間)。
【0047】次に、自動開閉バルブ73を開き、自動流
量コントローラ79を調節しながらキャリヤガス86、
例えば水素ガスをチャンバ30内に供給する。続いて、
チャンバ30内を加熱して、例えば900℃〜1000
℃程度に所定の期間保持する(図1のT2 期間)。この
とき基板10の表面に付着している自然酸化膜(図2の
(A))は蒸発または水素還元作用によって除去され
る。このときの構造体を図2の(B)に示す。
量コントローラ79を調節しながらキャリヤガス86、
例えば水素ガスをチャンバ30内に供給する。続いて、
チャンバ30内を加熱して、例えば900℃〜1000
℃程度に所定の期間保持する(図1のT2 期間)。この
とき基板10の表面に付着している自然酸化膜(図2の
(A))は蒸発または水素還元作用によって除去され
る。このときの構造体を図2の(B)に示す。
【0048】次に、加熱機構32を用いて加熱測定手段
36を見ながら、炉内の加熱温度を降下させてゆき、基
板温度を、例えば約750℃とする。ただし、好適な温
度は、600℃〜900℃の範囲であれば良い。
36を見ながら、炉内の加熱温度を降下させてゆき、基
板温度を、例えば約750℃とする。ただし、好適な温
度は、600℃〜900℃の範囲であれば良い。
【0049】次に、自動開閉バルブ88を開け、排気手
段52で排気しながらシラン含有IV族系水素ガス、例
えば水素希釈10%体積シラン(SiH4 )ガス(以
下、SiH4 ガスと称する。)を流す。このとき自動開
閉バルブ68は、閉めておく。続いて、SiH4 ガスを
排気手段52側に流しためままの状態で、バルブ90を
開きゲルマニウム含有IV族系、例えば水素希釈1%体
積ゲルマン(GeH4 )ガス(以下、GeH4 ガスと称
する。)を排気手段52側に流す。このとき、水素希釈
1%体積シラン(SiH4 )ガスと水素希釈1%体積ゲ
ルマン(GeH4)ガスとの混合比が所定の混合比にな
るように自動流量コントローラ74及び76を予め調整
しておく。
段52で排気しながらシラン含有IV族系水素ガス、例
えば水素希釈10%体積シラン(SiH4 )ガス(以
下、SiH4 ガスと称する。)を流す。このとき自動開
閉バルブ68は、閉めておく。続いて、SiH4 ガスを
排気手段52側に流しためままの状態で、バルブ90を
開きゲルマニウム含有IV族系、例えば水素希釈1%体
積ゲルマン(GeH4 )ガス(以下、GeH4 ガスと称
する。)を排気手段52側に流す。このとき、水素希釈
1%体積シラン(SiH4 )ガスと水素希釈1%体積ゲ
ルマン(GeH4)ガスとの混合比が所定の混合比にな
るように自動流量コントローラ74及び76を予め調整
しておく。
【0050】更に、バルブ92を開き、炭素含有IV族
系水素ガス、例えば水素希釈1%体積メタン(CH4 )
ガス(以下、CH4 ガスと称する。)を排気手段52側
に流す。このとき、水素希釈1%体積メタン(CH4 )
ガスと水素希釈1%体積シラン(SiH4 )ガスと水素
希釈1%体積ゲルマン(GeH4 )ガスとの混合ガスが
所定の混合ガス比となるように自動流量コントローラ7
8を予め調整しておく。その後、バルブ88、90及び
92を閉じた後、バルブ68、70及び72を開いてS
iH4 ガス、GeH4 ガス及びCH4 ガスの混合ガスを
チャンバ30内に供給する(図1のT3 期間)。 この
とき、基板10上にSi−Ge−C系のバッファ層12
が形成される(図2の(C))。なお、このとき形成さ
れたバッファ層12の膜厚は約10A°〜100A°程
度とする。また、バッファ層12の結晶方位はシリコン
基板10と同一の(100)面となる。
系水素ガス、例えば水素希釈1%体積メタン(CH4 )
ガス(以下、CH4 ガスと称する。)を排気手段52側
に流す。このとき、水素希釈1%体積メタン(CH4 )
ガスと水素希釈1%体積シラン(SiH4 )ガスと水素
希釈1%体積ゲルマン(GeH4 )ガスとの混合ガスが
所定の混合ガス比となるように自動流量コントローラ7
8を予め調整しておく。その後、バルブ88、90及び
92を閉じた後、バルブ68、70及び72を開いてS
iH4 ガス、GeH4 ガス及びCH4 ガスの混合ガスを
チャンバ30内に供給する(図1のT3 期間)。 この
とき、基板10上にSi−Ge−C系のバッファ層12
が形成される(図2の(C))。なお、このとき形成さ
れたバッファ層12の膜厚は約10A°〜100A°程
度とする。また、バッファ層12の結晶方位はシリコン
基板10と同一の(100)面となる。
【0051】次に、バルブ68、70及び72を閉めて
SiH4 ガス、GeH4 ガス及びCH4 ガスがチャンバ
30内に供給されない状態にする。続いて、バルブ92
を閉めておき、バルブ88及び90を開いてSiH4 ガ
スとGeH4 ガスとを排気手段52側に流す。その後、
直ちに、バルブ68及び70を開き、SiH4 ガスとG
eH4 ガスの混合ガスをチャンバ30内に供給、所定の
期間(図1のT4 期間)保持する。このときSiH4 ガ
スとGeH4 ガスの混合比をチャンバ30内で所定のガ
ス流量になるように予め、それぞれのガス流量を自動流
量コントローラ74と76とで調整しておく。なお、こ
のときの加熱温度は前工程と同一の約750℃とする。
ただし、好適な温度は、600℃〜900℃の範囲であ
れば良い。
SiH4 ガス、GeH4 ガス及びCH4 ガスがチャンバ
30内に供給されない状態にする。続いて、バルブ92
を閉めておき、バルブ88及び90を開いてSiH4 ガ
スとGeH4 ガスとを排気手段52側に流す。その後、
直ちに、バルブ68及び70を開き、SiH4 ガスとG
eH4 ガスの混合ガスをチャンバ30内に供給、所定の
期間(図1のT4 期間)保持する。このときSiH4 ガ
スとGeH4 ガスの混合比をチャンバ30内で所定のガ
ス流量になるように予め、それぞれのガス流量を自動流
量コントローラ74と76とで調整しておく。なお、こ
のときの加熱温度は前工程と同一の約750℃とする。
ただし、好適な温度は、600℃〜900℃の範囲であ
れば良い。
【0052】このようにして、Si−Ge−C系のバッ
ファ層12上に歪ヘテロ構造を有するSi−Ge混晶薄
膜14を形成する(図2の(D))。
ファ層12上に歪ヘテロ構造を有するSi−Ge混晶薄
膜14を形成する(図2の(D))。
【0053】次に、バルブ68および70を閉めた後、
バルブ88および90を開けて排気手段52を用いてガ
ス導入管内を排気する。このとき、SiH4 ガスとGe
H4ガスとは、チャンバ30内に供給されない状態にな
る。続いて、バルブ73を開き、自動流量コントローラ
79のガス流量を調整しながら水素ガスをチャンバ30
内に流し、加熱温度を下げて基板10を室温(約20
℃)になるまで冷却する(図1のT5 期間)。その後、
基板10をチャンバ30から取り出す。
バルブ88および90を開けて排気手段52を用いてガ
ス導入管内を排気する。このとき、SiH4 ガスとGe
H4ガスとは、チャンバ30内に供給されない状態にな
る。続いて、バルブ73を開き、自動流量コントローラ
79のガス流量を調整しながら水素ガスをチャンバ30
内に流し、加熱温度を下げて基板10を室温(約20
℃)になるまで冷却する(図1のT5 期間)。その後、
基板10をチャンバ30から取り出す。
【0054】上述した工程により、Si基板10上にバ
ッファ層12とSi−Ge混晶薄膜14とが順次成膜さ
れる。このとき成膜されたバッファ層12とSi−Ge
混晶薄膜14とを総称して歪みヘテロエピタキシャル層
17と称する。
ッファ層12とSi−Ge混晶薄膜14とが順次成膜さ
れる。このとき成膜されたバッファ層12とSi−Ge
混晶薄膜14とを総称して歪みヘテロエピタキシャル層
17と称する。
【0055】次に、図4を参照してSi−Ge混晶中に
炭素(C)を導入した場合のSi格子定数の変化につき
説明する。なお、図中、横軸に角度(秒)を取り、縦軸
にX線回折強度を取って表している。また、図4は、実
際に得られたX線回折曲線の代表的なピーク値を模写し
て示している。
炭素(C)を導入した場合のSi格子定数の変化につき
説明する。なお、図中、横軸に角度(秒)を取り、縦軸
にX線回折強度を取って表している。また、図4は、実
際に得られたX線回折曲線の代表的なピーク値を模写し
て示している。
【0056】このときの測定条件は、以下の通りとす
る。回折装置は、高分解能X線回折装置(フィリップ社
製、二結晶指向性)をもちいる。測定試料に用いたバッ
ファ層の膜厚は、この発明の第1実施例のバッファ層の
膜厚よりも十数倍厚い2000A°〜2500A°とす
る。また、炭素の組成濃度比は、0.9%と2%とし、
Geの濃度比は25%(一定)とする。
る。回折装置は、高分解能X線回折装置(フィリップ社
製、二結晶指向性)をもちいる。測定試料に用いたバッ
ファ層の膜厚は、この発明の第1実施例のバッファ層の
膜厚よりも十数倍厚い2000A°〜2500A°とす
る。また、炭素の組成濃度比は、0.9%と2%とし、
Geの濃度比は25%(一定)とする。
【0057】図4の(A)のピーク値aは、Si1-x-y
Gex Cy (ここで、x,yはGeとCの組成比を表
す。)の炭素原子の濃度比を0.9%にしたときのX線
回折強度を表している。ピーク値bは、Si結晶の(4
00)面の回折強度を表している。また、図4の(B)
のピーク値cは、Si1-x-y Gex Cy の炭素原子の濃
度比を2%にしたときのX線回折強度を表している。ピ
ーク値dは、Si結晶の(400)面のX線回折強度を
表している。
Gex Cy (ここで、x,yはGeとCの組成比を表
す。)の炭素原子の濃度比を0.9%にしたときのX線
回折強度を表している。ピーク値bは、Si結晶の(4
00)面の回折強度を表している。また、図4の(B)
のピーク値cは、Si1-x-y Gex Cy の炭素原子の濃
度比を2%にしたときのX線回折強度を表している。ピ
ーク値dは、Si結晶の(400)面のX線回折強度を
表している。
【0058】この図4の(A)及び(B)からも理解で
きるように、炭素の組成濃度比が増加すると、Si
1-x-y Gex Cy の回折強度のピーク値aはプラスの角
度側にシフトしてゆき図4の(B)のピーク値cにな
る。これは、Si−Geに炭素原子を添加させることに
よって、Si1-x-y Gex Cy の格子定数を小さくなる
ことを表している。
きるように、炭素の組成濃度比が増加すると、Si
1-x-y Gex Cy の回折強度のピーク値aはプラスの角
度側にシフトしてゆき図4の(B)のピーク値cにな
る。これは、Si−Geに炭素原子を添加させることに
よって、Si1-x-y Gex Cy の格子定数を小さくなる
ことを表している。
【0059】次に、図3、図5及び図7の(A)〜
(D)を参照してこの発明の第2実施例の歪ヘテロエピ
タキシャル層の形成方法につき説明する。なお、図5
は、第2実施例の加熱サイクル及びガスフローを説明す
るための図である。また、図6は、第2実施例の歪ヘテ
ロエピタキシャル層の形成工程図を示す。ここで、上述
した第1実施例と同一の工程については、その説明を一
部省略する。
(D)を参照してこの発明の第2実施例の歪ヘテロエピ
タキシャル層の形成方法につき説明する。なお、図5
は、第2実施例の加熱サイクル及びガスフローを説明す
るための図である。また、図6は、第2実施例の歪ヘテ
ロエピタキシャル層の形成工程図を示す。ここで、上述
した第1実施例と同一の工程については、その説明を一
部省略する。
【0060】先ず、下地20としては、シリコン基板を
用いる。この基板20はSi単結晶でできており、結晶
面は例えば(100)面とする。
用いる。この基板20はSi単結晶でできており、結晶
面は例えば(100)面とする。
【0061】チャンバ30内に基板20を搬入する前に
行う基板20の洗浄方法は、第1実施例と同様であるた
め、その説明を省略する。更に、チャンバ30内を真空
に排気し、基板20上に付着した自然酸化膜21を除去
するまでの工程も第1実施例と同様な方法で行う。従っ
て、図5のT11期間及びT12期間は、図1のT1 期間及
びT2 期間と同一である。
行う基板20の洗浄方法は、第1実施例と同様であるた
め、その説明を省略する。更に、チャンバ30内を真空
に排気し、基板20上に付着した自然酸化膜21を除去
するまでの工程も第1実施例と同様な方法で行う。従っ
て、図5のT11期間及びT12期間は、図1のT1 期間及
びT2 期間と同一である。
【0062】従って、第2実施例では、自然酸化膜21
を除去した後の工程(図6の(C))から説明する。
を除去した後の工程(図6の(C))から説明する。
【0063】先ず、加熱手段32を調整して、測定手段
36を見ながら基板温度を下げる。このとき、基板温度
を約750℃に設定する。ただし、加熱温度は、例えば
650℃〜850℃の範囲にあれば良い。先ず、バルブ
88を開き、水素希釈10%体積SiH4 ガス80を排
気手段52側に流す。このとき、SiH4 ガスがチャン
バ30に供給したときに炉内圧力が例えば1×10-3T
orr程度の減圧状態になるように自動流量コントロー
ラ74を予め、調整しておく。続いて、バルブ92を開
き、例えば水素希釈1%体積メタン(CH4 )ガスを排
気手段52側に流す。このとき、SiH4 ガスとCH4
ガスのガス混合比が所定の値になるように、CH4 ガス
の自動流量コントローラ78を予め、調整しておく。
36を見ながら基板温度を下げる。このとき、基板温度
を約750℃に設定する。ただし、加熱温度は、例えば
650℃〜850℃の範囲にあれば良い。先ず、バルブ
88を開き、水素希釈10%体積SiH4 ガス80を排
気手段52側に流す。このとき、SiH4 ガスがチャン
バ30に供給したときに炉内圧力が例えば1×10-3T
orr程度の減圧状態になるように自動流量コントロー
ラ74を予め、調整しておく。続いて、バルブ92を開
き、例えば水素希釈1%体積メタン(CH4 )ガスを排
気手段52側に流す。このとき、SiH4 ガスとCH4
ガスのガス混合比が所定の値になるように、CH4 ガス
の自動流量コントローラ78を予め、調整しておく。
【0064】次に、バルブ88及び92を閉じてバルブ
68及び72を開き、SiH4 ガスとCH4 ガスの混合
ガスをチャンバ30内に所定の期間(図4のT13期間)
供給する。このとき、Si基板20上には炭素原子を有
するSi−C系のバッファ層22が形成される(図6の
(C))。
68及び72を開き、SiH4 ガスとCH4 ガスの混合
ガスをチャンバ30内に所定の期間(図4のT13期間)
供給する。このとき、Si基板20上には炭素原子を有
するSi−C系のバッファ層22が形成される(図6の
(C))。
【0065】次に、Si−C系のバッファ層22上にS
i−Ge混晶薄膜24を形成する。この形成方法は、第
1実施例と同様である。このようして形成された構造体
を図6の(D)に示す。ここでは、Si−C系のバッフ
ァ層22とSi−Ge混晶薄膜24とを総称して歪エピ
タキシャル層27と呼ぶ。
i−Ge混晶薄膜24を形成する。この形成方法は、第
1実施例と同様である。このようして形成された構造体
を図6の(D)に示す。ここでは、Si−C系のバッフ
ァ層22とSi−Ge混晶薄膜24とを総称して歪エピ
タキシャル層27と呼ぶ。
【0066】次に、図7の(A)、(B)及び(C)を
参照して、Si1-x Cx の格子定数の変化につき説明す
る。このとき用いた実験試料のバッファ層の膜厚は、上
述した図4で説明したときと同様に、第2実施例のバッ
ファ層の膜厚よりも10数倍厚くしてある。ここでは、
約1000A°〜2000A°程度とする。なお、ピー
ク値a、b及びcは、炭素の組成比を0.08%、0.
19%及び0.76%にしたときのX線回折強度の値で
ある。
参照して、Si1-x Cx の格子定数の変化につき説明す
る。このとき用いた実験試料のバッファ層の膜厚は、上
述した図4で説明したときと同様に、第2実施例のバッ
ファ層の膜厚よりも10数倍厚くしてある。ここでは、
約1000A°〜2000A°程度とする。なお、ピー
ク値a、b及びcは、炭素の組成比を0.08%、0.
19%及び0.76%にしたときのX線回折強度の値で
ある。
【0067】図7の(A)〜(C)から理解できるよう
に、炭素の組成濃度比が高くなるにしたがってSi1-x
Cx のピーク強度は、ピーク値a、ピーク値b、ピーク
値cの順に、次第にプラスの角度方向へシフトしてゆ
く。なお、ピーク値p1 、p2及びp3 は、Si単結晶
(400)面に生じるX線回折強度を表している。図7
の(A)〜(C)の結果は、Si原子よりも格子定数の
小さい炭素を添加させることによって、バッファ層22
のSi1-x Cx の格子定数を小さくなることを表してい
る。このとき、バッファ層上に形成されるSi−Ge混
晶薄膜は、横方向に圧縮応力を受けてヘテロ構造のエピ
タキシャル層を垂直方向に伸ばす働きをする。
に、炭素の組成濃度比が高くなるにしたがってSi1-x
Cx のピーク強度は、ピーク値a、ピーク値b、ピーク
値cの順に、次第にプラスの角度方向へシフトしてゆ
く。なお、ピーク値p1 、p2及びp3 は、Si単結晶
(400)面に生じるX線回折強度を表している。図7
の(A)〜(C)の結果は、Si原子よりも格子定数の
小さい炭素を添加させることによって、バッファ層22
のSi1-x Cx の格子定数を小さくなることを表してい
る。このとき、バッファ層上に形成されるSi−Ge混
晶薄膜は、横方向に圧縮応力を受けてヘテロ構造のエピ
タキシャル層を垂直方向に伸ばす働きをする。
【0068】また、炭素を添加しないSi−Ge混晶薄
膜に比べ、炭素を添加したSi−Ge混晶薄膜の表面の
凹凸は小さくなる。この理由としては、炭素を有するバ
ッファ層があるため、Si−Ge/Siのヘテロ界面の
熱膨張係数が小さくなり、応力緩和が生じるためと考え
られる。
膜に比べ、炭素を添加したSi−Ge混晶薄膜の表面の
凹凸は小さくなる。この理由としては、炭素を有するバ
ッファ層があるため、Si−Ge/Siのヘテロ界面の
熱膨張係数が小さくなり、応力緩和が生じるためと考え
られる。
【0069】また、この発明の第1及び第2実施例で説
明したように、従来、難しいとされてきたCVD法で歪
ヘテロエピタキシャル層を形成できるため、スループッ
トの向上を図ることができる。
明したように、従来、難しいとされてきたCVD法で歪
ヘテロエピタキシャル層を形成できるため、スループッ
トの向上を図ることができる。
【0070】上述したこの発明の第1及び第2実施例で
は、シリコン含有IV族系水素ガスにシランガスを用い
たが、なんらこのガスに制限されるものではなく、例え
ばジシラン(Si2 H6 )、メチルシラン(Si(CH
3 )H3 )、トリシラン(Si3 H8 )、ジメチルシラ
ン(Si(CH3 )2 H2 )、トリメチルシラン(Si
(CH3 )3 H)、テトラメチルシラン(Si(C
H3 )4 )、ヘキサメチルシラン(Si(CH3 )6 )
およびフルオロトリメチルシラン(Si(CH3 )
3 F)のガス群の中から選ばれた1種類または2種類以
上のガスを用いても良い。
は、シリコン含有IV族系水素ガスにシランガスを用い
たが、なんらこのガスに制限されるものではなく、例え
ばジシラン(Si2 H6 )、メチルシラン(Si(CH
3 )H3 )、トリシラン(Si3 H8 )、ジメチルシラ
ン(Si(CH3 )2 H2 )、トリメチルシラン(Si
(CH3 )3 H)、テトラメチルシラン(Si(C
H3 )4 )、ヘキサメチルシラン(Si(CH3 )6 )
およびフルオロトリメチルシラン(Si(CH3 )
3 F)のガス群の中から選ばれた1種類または2種類以
上のガスを用いても良い。
【0071】また、この発明の第1及び第2実施例で
は、ゲルマニウム含有IV族系ガスにゲルマン(GeH
4 )ガスを用いたが、例えば四フッ化ゲルマニウム(G
eF4)、二フッ化ゲルマニウム(GeF2 )、フッ化
ゲルマニウム(GeF)およびフルオロゲルマン(Ge
H3 F)のガス群の中から選ばれた1種類のガスまたは
2種類以上のガスの混合ガスであっても良い。
は、ゲルマニウム含有IV族系ガスにゲルマン(GeH
4 )ガスを用いたが、例えば四フッ化ゲルマニウム(G
eF4)、二フッ化ゲルマニウム(GeF2 )、フッ化
ゲルマニウム(GeF)およびフルオロゲルマン(Ge
H3 F)のガス群の中から選ばれた1種類のガスまたは
2種類以上のガスの混合ガスであっても良い。
【0072】この発明の実施例では、炭素含有IV族系
水素ガスにメタンガスを用いたが、例えばエタン(C2
H6 )、プロパン(C3 H8 )、及びエチレン(C2 H
4 )のガス群の中から選ばれた1種類のガスまたは2種
類以上のガスの混合ガスであっても良い。
水素ガスにメタンガスを用いたが、例えばエタン(C2
H6 )、プロパン(C3 H8 )、及びエチレン(C2 H
4 )のガス群の中から選ばれた1種類のガスまたは2種
類以上のガスの混合ガスであっても良い。
【0073】また、この発明の実施例では、Si基板の
基板として結晶面(100)面方位基板を用いたが、こ
れ以外の好適な結晶面であっても良い。
基板として結晶面(100)面方位基板を用いたが、こ
れ以外の好適な結晶面であっても良い。
【0074】
【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の歪ヘテロエピタキシャル層の形成方法によれ
ば、反応炉内を真空に排気して、先ず、下地上の自然酸
化膜を除去する。その後、少なくともシリコン含有IV
族系水素ガスと炭素含有IV族系水素ガスとの混合ガス
を用いて下地上に炭素原子を有するバッファ層を形成す
る。続いて、バッファ層上にSi−Ge混晶薄膜を形成
する。このような方法によって形成されたバッファ層中
のSi−Ge−C或いはSi−Cの格子定数は、炭素原
子を有するため、シリコン単独の格子定数よりも小さく
なる。従って、このバッファ層上にSi−Ge混晶薄膜
を形成した場合、Si−Ge混晶薄膜のヘテロ構造は、
圧縮応力を受けて垂直方向に伸びてゆく。従って、バッ
ファ層上に形成されるSi−Ge混晶薄膜は、従来のG
e濃度のみによって歪応力を制御するものに比べて、わ
ずかのGe原子の導入によって所望の歪応力が得られ
る。この結果、Ge濃度の増加によって起こる表面モホ
ロジーの劣化を抑制し、臨界膜厚を厚くすることができ
る。
の発明の歪ヘテロエピタキシャル層の形成方法によれ
ば、反応炉内を真空に排気して、先ず、下地上の自然酸
化膜を除去する。その後、少なくともシリコン含有IV
族系水素ガスと炭素含有IV族系水素ガスとの混合ガス
を用いて下地上に炭素原子を有するバッファ層を形成す
る。続いて、バッファ層上にSi−Ge混晶薄膜を形成
する。このような方法によって形成されたバッファ層中
のSi−Ge−C或いはSi−Cの格子定数は、炭素原
子を有するため、シリコン単独の格子定数よりも小さく
なる。従って、このバッファ層上にSi−Ge混晶薄膜
を形成した場合、Si−Ge混晶薄膜のヘテロ構造は、
圧縮応力を受けて垂直方向に伸びてゆく。従って、バッ
ファ層上に形成されるSi−Ge混晶薄膜は、従来のG
e濃度のみによって歪応力を制御するものに比べて、わ
ずかのGe原子の導入によって所望の歪応力が得られ
る。この結果、Ge濃度の増加によって起こる表面モホ
ロジーの劣化を抑制し、臨界膜厚を厚くすることができ
る。
【0075】また、バッファ層中に炭素原子を添加させ
ることによってSi−Ge−C/SiまたはSi−C/
Siの格子不整合も小さくできるため、歪ヘテロエピタ
キシャル層の表面の凹凸は少なくなる。
ることによってSi−Ge−C/SiまたはSi−C/
Siの格子不整合も小さくできるため、歪ヘテロエピタ
キシャル層の表面の凹凸は少なくなる。
【0076】また、バッファ層を形成するに当たり、シ
リコン含有IV族系水素ガスと炭素含有IV族系水素ガ
スとの混合ガスを用いてSi−C系のバッファ層を形成
しても良い。このようなSi−C系のバッファ層であっ
てもバッファ層の格子定数をシリコン単独の格子定数よ
りも小さくできる。
リコン含有IV族系水素ガスと炭素含有IV族系水素ガ
スとの混合ガスを用いてSi−C系のバッファ層を形成
しても良い。このようなSi−C系のバッファ層であっ
てもバッファ層の格子定数をシリコン単独の格子定数よ
りも小さくできる。
【0077】また、従来、難しいとされてきたCVD法
によって歪エピタキシャル層を形成することができるた
め、スループット(時間当たりの処理量)も向上し、量
産化を図ることができる。
によって歪エピタキシャル層を形成することができるた
め、スループット(時間当たりの処理量)も向上し、量
産化を図ることができる。
【図1】この発明の第1実施例の説明に供するための加
熱曲線とガスフローの関係を表す図である。
熱曲線とガスフローの関係を表す図である。
【図2】(A)〜(D)は、この発明の第1実施例の歪
ヘテロエピタキシャル層の形成方法を説明するために供
する工程図である。
ヘテロエピタキシャル層の形成方法を説明するために供
する工程図である。
【図3】この発明の歪ヘテロエピタキシャル層の形成を
説明するために供する薄膜形成装置である。
説明するために供する薄膜形成装置である。
【図4】(A)〜(B)は、この発明の第1実施例のS
i−Ge−C系のバッファ層領域のX線回折強度曲線で
ある。
i−Ge−C系のバッファ層領域のX線回折強度曲線で
ある。
【図5】この発明の第2実施例の説明に供するための加
熱曲線とガスフローの関係を表す図である。
熱曲線とガスフローの関係を表す図である。
【図6】(A)〜(D)は、この発明の第2実施例の歪
ヘテロエピタキシャル層の形成方法を説明するために供
する工程図である。
ヘテロエピタキシャル層の形成方法を説明するために供
する工程図である。
【図7】(A)〜(C)は、この発明の第2実施例のS
i−C系のバッファ層領域のX線回折強度曲線である。
i−C系のバッファ層領域のX線回折強度曲線である。
10、20:シリコン基板 11、21:自然酸化膜 12:Si−Ge−C系のバッファ層 14、24:Si−Ge混晶薄膜 17、27:歪ヘテロエピタキシャル層 22:Si−C系のバッファ層 30:反応炉(チャンバ) 32:加熱機構 34:基板支持体 36:温度測定手段 38:基板 40:ガスヘッド 42、44:排気口 46、48、52、52:排気手段 54、56:自動開閉バルブ 58、60:真空計 62、64:ガス導入管 66:冷却水導入管 68、70、72、73、88、90、92:自動開閉
バルブ 74、76、78、79:自動流量コントローラ 80:水素希釈10%体積シラン(SiH4 )ガス 82:水素希釈1%体積ゲルマン(GeH4 )ガス 84:水素希釈1%体積メタン(CH4 )ガス 86:水素(H2 )ガス
バルブ 74、76、78、79:自動流量コントローラ 80:水素希釈10%体積シラン(SiH4 )ガス 82:水素希釈1%体積ゲルマン(GeH4 )ガス 84:水素希釈1%体積メタン(CH4 )ガス 86:水素(H2 )ガス
Claims (8)
- 【請求項1】 反応炉内に原料ガスを用いて所定の加熱
温度を加えることにより、下地上に、バッファ層とSi
−Ge混晶薄膜を有する歪ヘテロエピタキシャル層を形
成するに当たり、 (a)前記反応炉内を真空に排気し、前記下地に形成さ
れた自然酸化膜を除去した後、少なくともシリコン含有
IV族系水素ガスと炭素含有IV族系水素ガスとの混合
ガスを用いて下地上に炭素(C)原子を有するバッファ
層を形成する工程と、 (b)その後、該バッファ層上にSi−Ge混晶薄膜を
形成する工程とを含むことを特徴とする歪ヘテロエピタ
キシャル層の形成方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の歪ヘテロエピタキシャ
ル層の形成において、 前記(a)工程に使用する混合ガスを、シリコン含有I
V族系水素ガスとゲルマニウム含有IV族系ガスと炭素
(C)含有IV族系水素ガスとの混合ガスとすることを
特徴とする歪ヘテロエピタキシャル層の形成方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載の歪ヘテロエピタキシャ
ル層の形成において、 前記(a)工程に使用する混合ガスを、シリコン含有I
V族系水素ガスと炭素(C)含有IV族系水素ガスとの
混合ガスとすることを特徴とする歪ヘテロエピタキシャ
ル層の形成方法。 - 【請求項4】 請求項1に記載の歪ヘテロエピタキシャ
ル層の形成において、 前記(a)工程のバッファ層を、Si−Ge−C系のバ
ッファ層とすることを特徴とする歪ヘテロエピタキシャ
ル層の形成方法。 - 【請求項5】 請求項1に記載の歪ヘテロエピタキシャ
ル層の形成において、 前記(a)工程のバッファ層を、Si−C系のバッファ
層とすることを特徴とする歪ヘテロエピタキシャル層の
形成方法。 - 【請求項6】 請求項1に記載のシリコン含有IV族系
水素ガスをSiH4、Si2 H6 、Si(CH3 )
H3 、Si3 H8 、Si(CH3 )2 H2 、Si(CH
3 )3 H、Si(CH3 )4 、Si(CH3 )6 および
Si(CH3 )3Fのガス群の中から選ばれた1種類の
ガスまたは2種類以上のガスの混合ガスとすることを特
徴とする歪みヘテロエピタキシャル層の形成方法。 - 【請求項7】 請求項1に記載の炭素含有IV族系水素
ガスを、CH4 、C2 H6 、C3 H8 及びC2 H4 のガ
ス群の中から選ばれた1種類のガスまたは2種類以上の
ガスの混合ガスとすることを特徴とする歪みヘテロエピ
タキシャル層の形成方法。 - 【請求項8】 請求項1に記載の歪ヘテロエピタキシャ
ル層の形成において、 前記(a)工程の真空排気の圧力を、10-7Pa(パス
カル)以下の高真空とすることを特徴とする歪ヘテロエ
ピタキシャル層の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15846393A JPH0722330A (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 歪ヘテロエピタキシャル層の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15846393A JPH0722330A (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 歪ヘテロエピタキシャル層の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0722330A true JPH0722330A (ja) | 1995-01-24 |
Family
ID=15672296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15846393A Withdrawn JPH0722330A (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 歪ヘテロエピタキシャル層の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0722330A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001073827A1 (en) * | 2000-03-27 | 2001-10-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor wafer and production method therefor |
| WO2002061842A1 (en) * | 2001-01-31 | 2002-08-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor crystal film and method for preparation thereof |
| WO2002099890A1 (en) * | 2001-06-05 | 2002-12-12 | Sony Corporation | Semiconductor layer and forming method therefor, and semiconductor device and production method therefor |
| JP2003068663A (ja) * | 2001-06-14 | 2003-03-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体結晶膜の製造方法 |
| RU2586009C1 (ru) * | 2014-12-10 | 2016-06-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова | Способ изготовления полупроводниковой структуры |
-
1993
- 1993-06-29 JP JP15846393A patent/JPH0722330A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
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