JPS6197191A - エピ単結晶薄膜の成長方法 - Google Patents
エピ単結晶薄膜の成長方法Info
- Publication number
- JPS6197191A JPS6197191A JP59216632A JP21663284A JPS6197191A JP S6197191 A JPS6197191 A JP S6197191A JP 59216632 A JP59216632 A JP 59216632A JP 21663284 A JP21663284 A JP 21663284A JP S6197191 A JPS6197191 A JP S6197191A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- single crystal
- solid solution
- temperature
- epitaxial single
- Prior art date
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- Granted
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- 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
本発明は、薄膜型電子部品の基板として広く活用される
。特に半導体装置においても応用し得る。
。特に半導体装置においても応用し得る。
従来例の構成とその問題点
低温での単結晶薄膜の形成は種々の電子部品材料として
の応用があり、そのため、各種の方式が提案されテイル
。Ｉ、ＰＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＭＢＥなｇがある。
の応用があり、そのため、各種の方式が提案されテイル
。Ｉ、ＰＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＭＢＥなｇがある。
工業的に確立された技術であるＬＰＣＶＤ法によるエピ
成長では、一般的に１０６０℃以上、望ましくは１１０
０°Ｃ以上の温度が必要であシ、このため、基板構成元
素の相互拡散が顕著であり、この低減が大きな問題点と
なっていた。
成長では、一般的に１０６０℃以上、望ましくは１１０
０°Ｃ以上の温度が必要であシ、このため、基板構成元
素の相互拡散が顕著であり、この低減が大きな問題点と
なっていた。
又、技術的には進展してきたＭＢＥ（分子線エピ）法に
おいても、６００’Ｃ程度の低温で、エピ成長が可能と
なってきたが、高濃度に、Ｇａ 、 Ｓｂ等の必須構成
元素を導入し得ない状態にある。これは欠陥を低減し、
析出させない状態にＧａ 、 Ｓｂ等を導入するには基
板を高温にしなければならないが、高温にすると、Ｇａ
、Ｓｂなどの耐着係数が大巾に減少し、（１００°Ｃで
１桁以上変化する。）従って高濃度にし得ないといった
矛盾がある。この改善のため、イオン化法などが試みら
れているが、十分な効果を得ていない。
おいても、６００’Ｃ程度の低温で、エピ成長が可能と
なってきたが、高濃度に、Ｇａ 、 Ｓｂ等の必須構成
元素を導入し得ない状態にある。これは欠陥を低減し、
析出させない状態にＧａ 、 Ｓｂ等を導入するには基
板を高温にしなければならないが、高温にすると、Ｇａ
、Ｓｂなどの耐着係数が大巾に減少し、（１００°Ｃで
１桁以上変化する。）従って高濃度にし得ないといった
矛盾がある。この改善のため、イオン化法などが試みら
れているが、十分な効果を得ていない。
発明の目的
本発明は、以上の低温、高濃度固溶を両立させ、欠陥の
少ない、良質のエピ単結晶薄膜を提供することにある。
少ない、良質のエピ単結晶薄膜を提供することにある。
発明の構成
本発明は、エピ単結晶薄膜の構成元素、主たる元素及び
導入すべき元素を低温で高濃度に導入する。この時、間
けつ的に極く短時間のみ表面層にエイ、ルギービーム（
例えばレーザ光、電子線）を照射して吸収せしめ、その
結果、極く表面層のみを高温に短時間熱し、この効果に
よって、高濃度に導入されている元素の固溶化、活性化
を行う。
導入すべき元素を低温で高濃度に導入する。この時、間
けつ的に極く短時間のみ表面層にエイ、ルギービーム（
例えばレーザ光、電子線）を照射して吸収せしめ、その
結果、極く表面層のみを高温に短時間熱し、この効果に
よって、高濃度に導入されている元素の固溶化、活性化
を行う。
次の瞬間には冷却され、元の基板温度に戻シ、引き続き
高濃度の元素導入を行う。
高濃度の元素導入を行う。
以上の操作を繰り返すことにより、厚い、高濃度に有用
な異種元素の固溶したエピ成長単結晶薄膜が形成される
。
な異種元素の固溶したエピ成長単結晶薄膜が形成される
。
実施例の説明
エピ単結晶薄膜の評価が非常に進んでおシ、その品質を
非常に厳しく評価できるＳｉのエピ成長を例にとって説
明する。さらにその中でも欠陥が生じ易すい（１１１）
面を使用する。
非常に厳しく評価できるＳｉのエピ成長を例にとって説
明する。さらにその中でも欠陥が生じ易すい（１１１）
面を使用する。
分子線エピ成長装置にＮ（１１１）２−４ΩｍのＳｉ
ウェハーを挿入し、先ず、８５０’Ｃ，２分間Ｓｉ
ビームを０．２人／Ｓ照射することによって清浄化した
。この後、温度を６００〜７ｏＱ′Ｃに下け、Ｓｉ
ビームを３八／Ｓに増やし、且つ、クヌーセンセルから
Ｇａ ビームを同時に照射せしめた。
ウェハーを挿入し、先ず、８５０’Ｃ，２分間Ｓｉ
ビームを０．２人／Ｓ照射することによって清浄化した
。この後、温度を６００〜７ｏＱ′Ｃに下け、Ｓｉ
ビームを３八／Ｓに増やし、且つ、クヌーセンセルから
Ｇａ ビームを同時に照射せしめた。
セル温度は６５０〜８６０°Ｃに種々変化させた。
この状態でエピ成長を続け、厚さ約１μｍに成長した後
、ジルトールエッチによシ、欠陥を検査した。なお濃度
についてはシート抵抗値から計算した。Ｇａを共存させ
ない場合には、積層欠陥密度（Ｓ、Ｆ、Ｄ・）及び微小
欠陥密度（Ｅ、Ｐ、Ｄ、）は共に１♂／ ｃｒｄ以下の
非常に小さい観察限界以下であったのに対して、以上の
例では、重大な欠陥であるＳＦＤでも、第１図に示すよ
うに、Ｇａ濃度が高くなるにつれ、１ｏ５／１０８／ｃ
ｄと急増している。
、ジルトールエッチによシ、欠陥を検査した。なお濃度
についてはシート抵抗値から計算した。Ｇａを共存させ
ない場合には、積層欠陥密度（Ｓ、Ｆ、Ｄ・）及び微小
欠陥密度（Ｅ、Ｐ、Ｄ、）は共に１♂／ ｃｒｄ以下の
非常に小さい観察限界以下であったのに対して、以上の
例では、重大な欠陥であるＳＦＤでも、第１図に示すよ
うに、Ｇａ濃度が高くなるにつれ、１ｏ５／１０８／ｃ
ｄと急増している。
ＥＰＤについてはこの１０〜５０倍存在している。
これに対し、本発明では上記のエピ成長中にアルゴンレ
ーザ（波長的０．５μｍ）をパルス状に照射せしめた。
ーザ（波長的０．５μｍ）をパルス状に照射せしめた。
１パルス当シ約ｏ、ｓｌ／ｃＡを３０秒に１度照射した
。この結果、ＳＦＤはほぼ観察されなくなり第２図に示
すように、Ｅ、Ｐ、Ｄ、においても１〜２桁にのぼるか
なりの改良がみられた。
。この結果、ＳＦＤはほぼ観察されなくなり第２図に示
すように、Ｅ、Ｐ、Ｄ、においても１〜２桁にのぼるか
なりの改良がみられた。
次にＰ（１１１）３〜ｓΩｍのＳｔ ウェハーを用いて
、同様の実験を行った。清浄化は８００’Ｃ１分３０秒
、Ｓｔ ビーム照射０．３八／Ｓで行ないエピ成長温
度を６００〜７００℃、Ｓｉ ビーム４八／Ｓ 、Ｓ
ｂ用のクヌーセンセル温度２６ｏ−３００’Ｃの範囲で
種々に変化させたエピ単結晶薄膜の評価結果を第３図に
示す。Ｇａよシも（第１図）少し減少しているが、ＳＦ
Ｄは非常に多い。
、同様の実験を行った。清浄化は８００’Ｃ１分３０秒
、Ｓｔ ビーム照射０．３八／Ｓで行ないエピ成長温
度を６００〜７００℃、Ｓｉ ビーム４八／Ｓ 、Ｓ
ｂ用のクヌーセンセル温度２６ｏ−３００’Ｃの範囲で
種々に変化させたエピ単結晶薄膜の評価結果を第３図に
示す。Ｇａよシも（第１図）少し減少しているが、ＳＦ
Ｄは非常に多い。
これに対し、本発明では、連続発振型アルゴンレーザ照
射（ビーム径１００μｍφ、走査速度１ ｍ／Ｓｅｃ
。
射（ビーム径１００μｍφ、走査速度１ ｍ／Ｓｅｃ
。
ビーム出力９Ｗ、走査ステップ２００μｍのインターレ
ース方式、走査範囲５ｃｒｎ角）を同時に施こしながら
ｓｂ照射を行った所、ＳＦＤはほぼ皆無となり、Ｅ、Ｐ
、Ｄ、においても１ｏ／ｃｒＩｉ以下に下がるなどの大
巾な改良が認められた。
ース方式、走査範囲５ｃｒｎ角）を同時に施こしながら
ｓｂ照射を行った所、ＳＦＤはほぼ皆無となり、Ｅ、Ｐ
、Ｄ、においても１ｏ／ｃｒＩｉ以下に下がるなどの大
巾な改良が認められた。
以上の大巾な改良の原理を次に推測する。前述したよう
に、高濃度に異種元素を導入するには、例えば第５図に
示すように、Ｇａ、Ｓｂのいずれにしても低温にしなく
てはならない。温度が１００°Ｃ上昇すると耐着係数は
ほぼ１．６桁低下する。ところが、このような高濃度に
低温で異種元素を導入すると、格子間に析出し易すく、
これが大きな否を生じ、欠陥を生ずる。当初微小欠陥で
あったものが、成長と共に大きくなり、積層欠陥として
明白に認められるようになる。欠陥を防止するためには
、高温にすればよいが、高温にすれば、濃度をあげるこ
とができないという矛盾が生じている。
に、高濃度に異種元素を導入するには、例えば第５図に
示すように、Ｇａ、Ｓｂのいずれにしても低温にしなく
てはならない。温度が１００°Ｃ上昇すると耐着係数は
ほぼ１．６桁低下する。ところが、このような高濃度に
低温で異種元素を導入すると、格子間に析出し易すく、
これが大きな否を生じ、欠陥を生ずる。当初微小欠陥で
あったものが、成長と共に大きくなり、積層欠陥として
明白に認められるようになる。欠陥を防止するためには
、高温にすればよいが、高温にすれば、濃度をあげるこ
とができないという矛盾が生じている。
一方、上述のような短時間のごく表面層の加熱を考える
。レーザのエネルギーは極く表面層のみに吸収され、表
面の０．１〜０．３μｍ位までの厚さで顕著な温度上昇
が生ずると推定される。この温度上昇は、第６図に一例
を示すように、基板温度６００°Ｃから０．２ｍ５ｅＣ
位で１０００′Ｃ程度に上昇し、５ｍ５ｅＣ位でほぼ元
のｅ ｏ Ｏ”Ｃに戻ると推定される。
。レーザのエネルギーは極く表面層のみに吸収され、表
面の０．１〜０．３μｍ位までの厚さで顕著な温度上昇
が生ずると推定される。この温度上昇は、第６図に一例
を示すように、基板温度６００°Ｃから０．２ｍ５ｅＣ
位で１０００′Ｃ程度に上昇し、５ｍ５ｅＣ位でほぼ元
のｅ ｏ Ｏ”Ｃに戻ると推定される。
この高温になっている時間、約１ ｍ５ｅｃは、−周期
の基板温度にある時間、約３０秒に対しては１／３０．
０００の短時間である。即ち、低温の基板温度で高濃度
に異種元素が導入されるが、高温では逆にほとんど陰暦
しない。このため、原理的には濃度が幾分低下すること
になるが、その量は全く無視できる量である。所が、こ
の短時間の高温処理の効果は、欠陥からみると大きな効
果がある。
の基板温度にある時間、約３０秒に対しては１／３０．
０００の短時間である。即ち、低温の基板温度で高濃度
に異種元素が導入されるが、高温では逆にほとんど陰暦
しない。このため、原理的には濃度が幾分低下すること
になるが、その量は全く無視できる量である。所が、こ
の短時間の高温処理の効果は、欠陥からみると大きな効
果がある。
即ち、高温になシ、瞬時に格子振動が大きくなると同時
に、異種元素を格子内に取り込んで固溶してしまい、又
、微小欠陥核を焼鈍してしまう。
に、異種元素を格子内に取り込んで固溶してしまい、又
、微小欠陥核を焼鈍してしまう。
以上の操作により、異種元素の析出や微小欠陥核が成長
しない点ですべて消去することができる。
しない点ですべて消去することができる。
そのため、優れたエピ単結晶薄膜が形成されると考えら
れる。
れる。
なお、以上の説明で明らかになったように、エネルギー
ビームとしては電子線でもよい。
ビームとしては電子線でもよい。
発明の効果
以上の説明で明らかなように、本発明の方法によシ、高
濃度に異種元素を含有し、且つ低欠陥であるエピ成長単
結晶薄膜を形成することができた。
濃度に異種元素を含有し、且つ低欠陥であるエピ成長単
結晶薄膜を形成することができた。
第１図〜第４図にそれぞれＧａ、Ｓｂを異種元素として
導した場合の、従来例２本発明例における欠陥密度を示
す図、第５図は耐着係数の温度依存性を、第６図はレー
ザ照射後の試料表面の温度変化を示す図である。 第１図 一一−ｉ濃友 第２図 一一φら係度 第 ３ ｒＭ −５ｂ Ｊ浅 Ｓｂ ｙｋ度 第 ５ 因 第６図 □う】Ｖノｌ ＜、０ｃノ
導した場合の、従来例２本発明例における欠陥密度を示
す図、第５図は耐着係数の温度依存性を、第６図はレー
ザ照射後の試料表面の温度変化を示す図である。 第１図 一一−ｉ濃友 第２図 一一φら係度 第 ３ ｒＭ −５ｂ Ｊ浅 Ｓｂ ｙｋ度 第 ５ 因 第６図 □う】Ｖノｌ ＜、０ｃノ
Claims (1)
- エピ単結晶の構成元素それに固溶すべき元素を照射する
と同時に、間けつ的に繰り返しエネルギービームを照射
し、極く表面を短時間加熱することを特徴としたエピ単
結晶薄膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59216632A JPS6197191A (ja) | 1984-10-16 | 1984-10-16 | エピ単結晶薄膜の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59216632A JPS6197191A (ja) | 1984-10-16 | 1984-10-16 | エピ単結晶薄膜の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6197191A true JPS6197191A (ja) | 1986-05-15 |
| JPH0329757B2 JPH0329757B2 (ja) | 1991-04-25 |
Family
ID=16691473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59216632A Granted JPS6197191A (ja) | 1984-10-16 | 1984-10-16 | エピ単結晶薄膜の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6197191A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0312152A3 (en) * | 1987-10-16 | 1991-01-30 | Philips Electronics Uk Limited | A method of modifying a surface of a body using electromagnetic radiation |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5814644A (ja) * | 1981-07-20 | 1983-01-27 | Nec Corp | クロツク発生回路 |
| JPS5992997A (ja) * | 1982-11-18 | 1984-05-29 | Nec Corp | 分子線エピタキシヤル成長法を用いた薄膜の形成方法 |
-
1984
- 1984-10-16 JP JP59216632A patent/JPS6197191A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5814644A (ja) * | 1981-07-20 | 1983-01-27 | Nec Corp | クロツク発生回路 |
| JPS5992997A (ja) * | 1982-11-18 | 1984-05-29 | Nec Corp | 分子線エピタキシヤル成長法を用いた薄膜の形成方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0312152A3 (en) * | 1987-10-16 | 1991-01-30 | Philips Electronics Uk Limited | A method of modifying a surface of a body using electromagnetic radiation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0329757B2 (ja) | 1991-04-25 |
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