JPH09183696A - 液相エピタキシャル成長法 - Google Patents
液相エピタキシャル成長法Info
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- JPH09183696A JPH09183696A JP7353800A JP35380095A JPH09183696A JP H09183696 A JPH09183696 A JP H09183696A JP 7353800 A JP7353800 A JP 7353800A JP 35380095 A JP35380095 A JP 35380095A JP H09183696 A JPH09183696 A JP H09183696A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 面積の大きい種子結晶上に均一な膜厚のシリ
コンエピタキシャル層を形成することができる液相エピ
タキシャル成長法を提供する。 【解決手段】 種子結晶と原料結晶を平行で、かつ重力
に垂直に配置し、この種子結晶と原料結晶との間を、イ
ンジウムを溶媒、シリコンを溶質とする成長用溶液で満
たす。成長用溶液で満たされた種子結晶と原料結晶との
間の寸法は、１０〜２０ｍｍとする。この状態で反応系
を、一定温度幅で周期的に温度を上下させることによ
り、原料結晶表面から溶出したシリコンを、種子結晶表
面に選択的に析出させ、エピタキシャル層を形成するこ
とができる。
コンエピタキシャル層を形成することができる液相エピ
タキシャル成長法を提供する。 【解決手段】 種子結晶と原料結晶を平行で、かつ重力
に垂直に配置し、この種子結晶と原料結晶との間を、イ
ンジウムを溶媒、シリコンを溶質とする成長用溶液で満
たす。成長用溶液で満たされた種子結晶と原料結晶との
間の寸法は、１０〜２０ｍｍとする。この状態で反応系
を、一定温度幅で周期的に温度を上下させることによ
り、原料結晶表面から溶出したシリコンを、種子結晶表
面に選択的に析出させ、エピタキシャル層を形成するこ
とができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液相エピタキシャ
ル成長法に関し、特に、厚いエピタキシャル層を得るこ
とができる液相成長法に関する。
ル成長法に関し、特に、厚いエピタキシャル層を得るこ
とができる液相成長法に関する。
【０００２】
【従来の技術】エピタキシャル成長法には、気相エピタ
キシャル成長法と液相エピタキシャル成長法がある。厚
いエピタキシャル層を形成する場合は、液相エピタキシ
ャル成長法によるのが一般的である。液相エピタキシャ
ル成長法は、適当な物質を溶媒とし、成長させようとす
る半導体を溶質として飽和状態に溶解させ、この溶液を
過飽和状態にすることによって、単結晶を析出させる方
法である。
キシャル成長法と液相エピタキシャル成長法がある。厚
いエピタキシャル層を形成する場合は、液相エピタキシ
ャル成長法によるのが一般的である。液相エピタキシャ
ル成長法は、適当な物質を溶媒とし、成長させようとす
る半導体を溶質として飽和状態に溶解させ、この溶液を
過飽和状態にすることによって、単結晶を析出させる方
法である。
【０００３】従来、厚いエピタキシャル層を得ることが
できる方法として、図２に示す装置を使用する液相エピ
タキシャル成長法が提案されている。図において、１は
エピタキシャル成長を行う種子結晶、２は成長用溶液、
３はカーボン、窒化アルミニウムあるいは炭化硼素等か
らなるボート、４はピストン、５は石英、アルミナある
いは窒化アルミニウムからなる反応管、６は原料結晶で
ある。
できる方法として、図２に示す装置を使用する液相エピ
タキシャル成長法が提案されている。図において、１は
エピタキシャル成長を行う種子結晶、２は成長用溶液、
３はカーボン、窒化アルミニウムあるいは炭化硼素等か
らなるボート、４はピストン、５は石英、アルミナある
いは窒化アルミニウムからなる反応管、６は原料結晶で
ある。
【０００４】以下、シリコン単結晶基板上にｎ型シリコ
ンエピタキシャル層を形成する場合について説明する。
エピタキシャル成長を行うシリコン単結晶基板からなる
種子結晶１を、表面を十分に平坦化し、清浄化した後、
ボート３にエピタキシャル成長を行う表面を重力方向に
対して垂直に固定する。エピタキシャル成長する面は下
向きに固定する。シリコン単結晶基板からなる原料結晶
６は、種子結晶１と平行に固定される。ここで、種子結
晶１と原料結晶６との間の寸法は、１０ｍｍ未満に設定
され、５００ミクロン以内に設定されるのが一般的であ
る。成長用溶液は、溶媒となるインジウムに、成長温度
で飽和するシリコンを加える。更に、ｎ型不純物として
砒化インジウム、砒化硅素等を所望の不純物濃度となる
ように添加する。反応管５内は、この成長系を外部から
遮断し、水素雰囲気とする。反応管５全体をヒータ（図
示せず）によって加熱する。
ンエピタキシャル層を形成する場合について説明する。
エピタキシャル成長を行うシリコン単結晶基板からなる
種子結晶１を、表面を十分に平坦化し、清浄化した後、
ボート３にエピタキシャル成長を行う表面を重力方向に
対して垂直に固定する。エピタキシャル成長する面は下
向きに固定する。シリコン単結晶基板からなる原料結晶
６は、種子結晶１と平行に固定される。ここで、種子結
晶１と原料結晶６との間の寸法は、１０ｍｍ未満に設定
され、５００ミクロン以内に設定されるのが一般的であ
る。成長用溶液は、溶媒となるインジウムに、成長温度
で飽和するシリコンを加える。更に、ｎ型不純物として
砒化インジウム、砒化硅素等を所望の不純物濃度となる
ように添加する。反応管５内は、この成長系を外部から
遮断し、水素雰囲気とする。反応管５全体をヒータ（図
示せず）によって加熱する。
【０００５】反応管５内部が１０００℃まで上昇したと
ころで、ピストン４を動かし、成長用溶液２と種子結晶
１表面を接触させる。一定時間経過後、９８０℃まで冷
却し、エピタキシャル成長を行う。その後、１０００℃
まで昇温し、９８０℃まで冷却するという工程を繰り返
す。
ころで、ピストン４を動かし、成長用溶液２と種子結晶
１表面を接触させる。一定時間経過後、９８０℃まで冷
却し、エピタキシャル成長を行う。その後、１０００℃
まで昇温し、９８０℃まで冷却するという工程を繰り返
す。
【０００６】この昇温過程において、原料結晶６表面か
ら成長用溶液２中にシリコンが溶出し、溶出したシリコ
ンは、インジウムとの比重差により、成長用溶液の上側
に配置された種子結晶１表面近傍に移動し、種子結晶１
表面は、常に溶質の濃度の高い層（以下、成層圏とい
う）に接することになる。その後、冷却過程において、
成層圏内の過飽和となったシリコンが、種子結晶１表面
に析出する。
ら成長用溶液２中にシリコンが溶出し、溶出したシリコ
ンは、インジウムとの比重差により、成長用溶液の上側
に配置された種子結晶１表面近傍に移動し、種子結晶１
表面は、常に溶質の濃度の高い層（以下、成層圏とい
う）に接することになる。その後、冷却過程において、
成層圏内の過飽和となったシリコンが、種子結晶１表面
に析出する。
【０００７】従って、上記昇温過程と冷却過程を繰り返
し行うことによって、種子結晶１表面に選択的に、厚い
エピタキシャル層を成長させることができる。
し行うことによって、種子結晶１表面に選択的に、厚い
エピタキシャル層を成長させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような方
法で直径５０ｍｍを越える種子結晶上にエピタキシャル
成長を行う場合、エピタキシャル層の成長膜厚が種子結
晶表面内でばらつき、平坦性が悪いという問題点があっ
た。本発明は、面積の大きい種子結晶上に均一な膜厚の
エピタキシャル層を形成することができる液相エピタキ
シャル成長法を提供することを目的とする。
法で直径５０ｍｍを越える種子結晶上にエピタキシャル
成長を行う場合、エピタキシャル層の成長膜厚が種子結
晶表面内でばらつき、平坦性が悪いという問題点があっ
た。本発明は、面積の大きい種子結晶上に均一な膜厚の
エピタキシャル層を形成することができる液相エピタキ
シャル成長法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、種子結晶と原
料結晶のいずれか一方を上側に、他方を下側に配置し、
該種子結晶と原料結晶との間を原料結晶を溶質とする成
長用溶液で満たし、一定温度幅で周期的に上下させるこ
とにより、前記種子結晶表面近傍に前記原料結晶から溶
出した溶質を移動させ、該溶質を種子結晶表面に析出さ
せる液相エピタキシャル成長法において、前記種子結晶
と原料結晶を略平行で、かつ重力方向に略垂直に対置さ
せ、該種子結晶と原料結晶との間を、インジウムを溶媒
とし、シリコンを溶質とする成長用溶液で満たし、該成
長用溶液で満たされた種子結晶と原料結晶との間の寸法
を１０〜２０ｍｍとすることことにより、面積の大きい
種子結晶上に均一な膜厚のエピタキシャル層を形成する
ことができる方法を提供するものである。
料結晶のいずれか一方を上側に、他方を下側に配置し、
該種子結晶と原料結晶との間を原料結晶を溶質とする成
長用溶液で満たし、一定温度幅で周期的に上下させるこ
とにより、前記種子結晶表面近傍に前記原料結晶から溶
出した溶質を移動させ、該溶質を種子結晶表面に析出さ
せる液相エピタキシャル成長法において、前記種子結晶
と原料結晶を略平行で、かつ重力方向に略垂直に対置さ
せ、該種子結晶と原料結晶との間を、インジウムを溶媒
とし、シリコンを溶質とする成長用溶液で満たし、該成
長用溶液で満たされた種子結晶と原料結晶との間の寸法
を１０〜２０ｍｍとすることことにより、面積の大きい
種子結晶上に均一な膜厚のエピタキシャル層を形成する
ことができる方法を提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。エピタキシャル成長装置は図２に示す従来方法と
同様である。エピタキシャル成長を行うシリコン単結晶
基板からなる種子結晶１を、表面を十分に平坦化し、清
浄化した後、ボート３にエピタキシャル成長を行う表面
を重力方向に対して垂直に固定する。エピタキシャル成
長を行う面は下向きに固定する。シリコン単結晶基板か
らなる原料結晶６は、種子結晶１と平行に固定され、従
来方法と異なり、種子結晶１と原料結晶６との間の寸法
を１０〜２０ｍｍの範囲の寸法に設定する。
する。エピタキシャル成長装置は図２に示す従来方法と
同様である。エピタキシャル成長を行うシリコン単結晶
基板からなる種子結晶１を、表面を十分に平坦化し、清
浄化した後、ボート３にエピタキシャル成長を行う表面
を重力方向に対して垂直に固定する。エピタキシャル成
長を行う面は下向きに固定する。シリコン単結晶基板か
らなる原料結晶６は、種子結晶１と平行に固定され、従
来方法と異なり、種子結晶１と原料結晶６との間の寸法
を１０〜２０ｍｍの範囲の寸法に設定する。
【００１１】成長用溶液は、溶媒となるインジウムに、
成長温度で飽和するシリコンを加える。更に、ｎ型不純
物として砒化インジウム、砒化硅素等を所望の不純物濃
度となるように添加する。反応管５内は、この成長系を
外部から遮断し、水素雰囲気とする。反応管５全体をヒ
ータ（図示せず）によって加熱する。
成長温度で飽和するシリコンを加える。更に、ｎ型不純
物として砒化インジウム、砒化硅素等を所望の不純物濃
度となるように添加する。反応管５内は、この成長系を
外部から遮断し、水素雰囲気とする。反応管５全体をヒ
ータ（図示せず）によって加熱する。
【００１２】反応管５内部が１０００℃まで上昇したと
ころで、ピストン４を動かし、成長用溶液２と種子結晶
１を接触させる。一定時間経過後、９８０℃まで冷却
し、エピタキシャル成長を行う。その後、１０００℃ま
で昇温し、９８０℃まで冷却するという工程を繰り返
す。
ころで、ピストン４を動かし、成長用溶液２と種子結晶
１を接触させる。一定時間経過後、９８０℃まで冷却
し、エピタキシャル成長を行う。その後、１０００℃ま
で昇温し、９８０℃まで冷却するという工程を繰り返
す。
【００１３】この昇温過程において、原料結晶６表面か
ら成長用溶液２中にシリコンが溶出し、溶出したシリコ
ンは、インジウムとの比重差により、溶液の上方に配置
された種子結晶１表面近傍に移動し、成層圏を形成す
る。成層圏に接する種子結晶１は、シリコンが飽和状態
に溶解する成長用溶液に接しているため、その表面から
溶出するシリコンはわずかである。一方、原料結晶６
は、未飽和の成長用溶液に接しているため、シリコンは
溶出し続けることになる。その後冷却過程において、成
層圏内の過飽和となったシリコンは、種子結晶１表面に
析出する。原料結晶６は未飽和の成長用溶液に接触して
いるため、原料結晶６表面に析出するシリコンは、わず
かとなる。ここで、成層圏の厚さは、成長温度等の条件
により異なるが、上述の条件では、おおよそ２ｍｍとな
ることが確かめられている。
ら成長用溶液２中にシリコンが溶出し、溶出したシリコ
ンは、インジウムとの比重差により、溶液の上方に配置
された種子結晶１表面近傍に移動し、成層圏を形成す
る。成層圏に接する種子結晶１は、シリコンが飽和状態
に溶解する成長用溶液に接しているため、その表面から
溶出するシリコンはわずかである。一方、原料結晶６
は、未飽和の成長用溶液に接しているため、シリコンは
溶出し続けることになる。その後冷却過程において、成
層圏内の過飽和となったシリコンは、種子結晶１表面に
析出する。原料結晶６は未飽和の成長用溶液に接触して
いるため、原料結晶６表面に析出するシリコンは、わず
かとなる。ここで、成層圏の厚さは、成長温度等の条件
により異なるが、上述の条件では、おおよそ２ｍｍとな
ることが確かめられている。
【００１４】このように、昇温過程と冷却過程を繰り返
し行うことによって、種子結晶１表面のみに、厚いエピ
タキシャル層を成長させることができる。
し行うことによって、種子結晶１表面のみに、厚いエピ
タキシャル層を成長させることができる。
【００１５】本発明は、種子結晶１と原料結晶６との間
の寸法を、エピタキシャル層の成長速度と平坦性の両面
を考慮した結果、１０〜２０ｍｍの範囲で選択してい
る。図１に種子結晶と原料結晶との間の寸法と成長する
エピタキシャル層の膜厚との関係を示す。尚、膜厚は図
２に示すエピタキシャル成長装置を使用し、シリコンを
飽和状態に溶解したインジウム溶液を成長用溶液とし、
１０００℃から９８０℃に冷却した際に成長したエピタ
キシャル成長層の厚さを示す。図１より、種子結晶と原
料結晶間の寸法が、２０ｍｍ程度までは、寸法に比例し
て成長膜厚が増加し、２０ｍｍを越えると成長膜厚は増
加しないことがわかる。従って、成長用溶液を有効に利
用して厚いエピタキシャル層を得ることができるのは、
種子結晶と原料結晶の間の寸法が２０ｍｍまでというこ
とになる。
の寸法を、エピタキシャル層の成長速度と平坦性の両面
を考慮した結果、１０〜２０ｍｍの範囲で選択してい
る。図１に種子結晶と原料結晶との間の寸法と成長する
エピタキシャル層の膜厚との関係を示す。尚、膜厚は図
２に示すエピタキシャル成長装置を使用し、シリコンを
飽和状態に溶解したインジウム溶液を成長用溶液とし、
１０００℃から９８０℃に冷却した際に成長したエピタ
キシャル成長層の厚さを示す。図１より、種子結晶と原
料結晶間の寸法が、２０ｍｍ程度までは、寸法に比例し
て成長膜厚が増加し、２０ｍｍを越えると成長膜厚は増
加しないことがわかる。従って、成長用溶液を有効に利
用して厚いエピタキシャル層を得ることができるのは、
種子結晶と原料結晶の間の寸法が２０ｍｍまでというこ
とになる。
【００１６】また、２０ｍｍを越えると、成層圏内にシ
リコン微結晶が発生することがあり、この微結晶により
エピタキシャル層の平坦性が損なわれることがある。
リコン微結晶が発生することがあり、この微結晶により
エピタキシャル層の平坦性が損なわれることがある。
【００１７】一方、１０ｍｍ未満では、次のような問題
が生じる。即ち、種子結晶と原料結晶との寸法を２ｍｍ
以下にすると、厚い成長膜厚を得ることができない。ま
た、２ｍｍ〜１０ｍｍ未満では、原料結晶表面から溶出
したシリコンが、成層圏に移動する際に発生する未飽和
溶液の対流が、成層圏に影響を与え、平坦性を損なうと
いう結果が得られている。
が生じる。即ち、種子結晶と原料結晶との寸法を２ｍｍ
以下にすると、厚い成長膜厚を得ることができない。ま
た、２ｍｍ〜１０ｍｍ未満では、原料結晶表面から溶出
したシリコンが、成層圏に移動する際に発生する未飽和
溶液の対流が、成層圏に影響を与え、平坦性を損なうと
いう結果が得られている。
【００１８】従って、１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の寸法
を選択することで、均一で厚いエピタキシャル層を得る
ことができるように構成したのである。
を選択することで、均一で厚いエピタキシャル層を得る
ことができるように構成したのである。
【００１９】エピタキシャル層の不純物濃度は、不純物
の添加量に応じて適宜選択できるが、特に上述の実施の
形態では、１０19オーダーに不純物が添加された高濃度
のエピタキシャル層が容易に形成できる。また、インジ
ウム溶媒に砒素を不純物としてシリコンエピタキシャル
層を成長させる場合、シリコン単結晶基板とエピタキシ
ャル層の格子定数は、ほぼ一致し、格子不整合が生じる
こともない。
の添加量に応じて適宜選択できるが、特に上述の実施の
形態では、１０19オーダーに不純物が添加された高濃度
のエピタキシャル層が容易に形成できる。また、インジ
ウム溶媒に砒素を不純物としてシリコンエピタキシャル
層を成長させる場合、シリコン単結晶基板とエピタキシ
ャル層の格子定数は、ほぼ一致し、格子不整合が生じる
こともない。
【００２０】以上、成長用溶液にｎ型不純物として砒化
インジウム、砒化硅素を添加した場合を説明したが、本
発明によれば、成長用溶液に導電型を決める不純物を添
加しない場合や、他の不純物を添加した場合でも、均一
な厚さのエピタキシャル層を得ることができる。
インジウム、砒化硅素を添加した場合を説明したが、本
発明によれば、成長用溶液に導電型を決める不純物を添
加しない場合や、他の不純物を添加した場合でも、均一
な厚さのエピタキシャル層を得ることができる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、大
面積の種子結晶上に、均一な膜厚のエピタキシャル層を
成長させることができた。
面積の種子結晶上に、均一な膜厚のエピタキシャル層を
成長させることができた。
【００２２】本発明のエピタキシャル層は、高濃度（１
０19オーダー）に不純物添加されるため、低濃度種子結
晶基板上にエピタキシャル成長させることで、急峻なｎ
+−ｎ-接合を実現することができる。従って、本発明に
より形成したエピタキシャル成長層を使用し、ＰＩＮダ
イオード、ＳＩＴ等の半導体デバイスに適用すれば、良
好な特性が得られることが期待される。
０19オーダー）に不純物添加されるため、低濃度種子結
晶基板上にエピタキシャル成長させることで、急峻なｎ
+−ｎ-接合を実現することができる。従って、本発明に
より形成したエピタキシャル成長層を使用し、ＰＩＮダ
イオード、ＳＩＴ等の半導体デバイスに適用すれば、良
好な特性が得られることが期待される。
【００２３】また本発明は、インジウムを溶媒とし、導
電型を決める不純物として砒素を添加することで、格子
整合されたエピタキシャル層を得ることができる。砒素
は、砒化インジウム、砒化硅素のような化合物として添
加するため、単体砒素に較べて毒性が弱く、取扱が容易
であるという利点がある。
電型を決める不純物として砒素を添加することで、格子
整合されたエピタキシャル層を得ることができる。砒素
は、砒化インジウム、砒化硅素のような化合物として添
加するため、単体砒素に較べて毒性が弱く、取扱が容易
であるという利点がある。
【図１】本発明の液相エピタキシャル成長法を説明する
説明図である。
説明図である。
【図２】この種の液相エピタキシャル成長装置を説明す
る説明図である。
る説明図である。
１ 種子結晶 ２ 成長用溶液 ３ ボート ４ ピストン ５ 反応管 ６ 原料結晶
Claims (1)
- 【請求項１】 種子結晶と原料結晶のいずれか一方を上
側に、他方を下側に配置し、該種子結晶と原料結晶との
間を原料結晶を溶質とする成長用溶液で満たし、一定温
度幅で周期的に上下させることにより、前記種子結晶表
面近傍に前記原料結晶から溶出した溶質を移動させ、該
溶質を種子結晶表面に析出させる液相エピタキシャル成
長法において、 前記種子結晶と原料結晶とを略平行で、かつ重力方向に
略垂直に対置させ、該種子結晶と原料結晶との間を、イ
ンジウムを溶媒とし、シリコンを溶質とする成長用溶液
で満たし、該成長用溶液で満たされた種子結晶と原料結
晶との間の寸法を１０〜２０ｍｍとすることを特徴とす
る液相エピタキシャル成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35380095A JP3717220B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 液相エピタキシャル成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35380095A JP3717220B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 液相エピタキシャル成長法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09183696A true JPH09183696A (ja) | 1997-07-15 |
| JP3717220B2 JP3717220B2 (ja) | 2005-11-16 |
Family
ID=18433307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35380095A Expired - Fee Related JP3717220B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 液相エピタキシャル成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3717220B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6429035B2 (en) | 1997-11-28 | 2002-08-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of growing silicon crystal in liquid phase and method of producing solar cell |
-
1995
- 1995-12-28 JP JP35380095A patent/JP3717220B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6429035B2 (en) | 1997-11-28 | 2002-08-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of growing silicon crystal in liquid phase and method of producing solar cell |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3717220B2 (ja) | 2005-11-16 |
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