JP2663583B2 - シリコン基板上のヘテロエピタキシャル膜の製造方法 - Google Patents
シリコン基板上のヘテロエピタキシャル膜の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシリコン結晶表面上の半導体薄膜のエピタキ
シャル成長、特に、成長の始めに清浄なシリコン基板が
得られるシリコン基板上のヘテロエピタキシャル膜の製
造方法に関する。
シャル成長、特に、成長の始めに清浄なシリコン基板が
得られるシリコン基板上のヘテロエピタキシャル膜の製
造方法に関する。
近年、高速素子，光素子等への応用を目的としたシリ
コン基板上のガリウム砒素等化合物半導体のヘテロエピ
タキシャル成長技術に関する研究開発が盛んに行われて
いる。良好な素子性能を実現するためには結晶性のよい
ヘテロエピタキシャル膜を作成することが必須であり、
特に成長を行うシリコン基板表面が清浄であることが、
その上に結晶性の良いヘテロエピタキシャル膜を得るた
めには重要である。シリコン基板上の化合物半導体ヘテ
ロエピタキシャル成長は、MOCVD法あるいはMBE法によっ
て行われる。
コン基板上のガリウム砒素等化合物半導体のヘテロエピ
タキシャル成長技術に関する研究開発が盛んに行われて
いる。良好な素子性能を実現するためには結晶性のよい
ヘテロエピタキシャル膜を作成することが必須であり、
特に成長を行うシリコン基板表面が清浄であることが、
その上に結晶性の良いヘテロエピタキシャル膜を得るた
めには重要である。シリコン基板上の化合物半導体ヘテ
ロエピタキシャル成長は、MOCVD法あるいはMBE法によっ
て行われる。
MOCVD法あるいはMBE法において、始めに表面が清浄な
Si基板を得るためには、通常、超高真空下で1000℃以上
の高温アニールを行うことが必要である。しかしMOCVD
装置は、装置自体が超高真空を得ることができない。ま
たMBE装置では、基板はインジウム貼り付けによって保
持されるため、基板のインジウムによる汚染等の点でや
はり高温熱処理を行うことは不可能であった。
Si基板を得るためには、通常、超高真空下で1000℃以上
の高温アニールを行うことが必要である。しかしMOCVD
装置は、装置自体が超高真空を得ることができない。ま
たMBE装置では、基板はインジウム貼り付けによって保
持されるため、基板のインジウムによる汚染等の点でや
はり高温熱処理を行うことは不可能であった。
このため従来のシリコン基板上の化合物半導体ヘテロ
エピタキシャル成長では、化合物半導体成長装置の中で
その場で成長の開始時に清浄なシリコン基板表面を得る
ことができないという問題点があった。
エピタキシャル成長では、化合物半導体成長装置の中で
その場で成長の開始時に清浄なシリコン基板表面を得る
ことができないという問題点があった。
本発明の目的は、シリコン基板上の化合物半導体ヘテ
ロエピタキシャル成長で用いられるMOCVD装置あるいはM
BE装置といった通常の成長装置の性能において、成長の
始めに清浄なシリコン基板が得られる、シリコン基板上
のヘテロエピタキシャル膜の製造方法を提供することに
ある。
ロエピタキシャル成長で用いられるMOCVD装置あるいはM
BE装置といった通常の成長装置の性能において、成長の
始めに清浄なシリコン基板が得られる、シリコン基板上
のヘテロエピタキシャル膜の製造方法を提供することに
ある。
本発明のシリコン基板上のヘテロエピタキシャル膜の
製造方法は、 清浄なシリコン表面を水素原子によってパッシベート
したものをシリコン基板上のヘテロエピタキシャル成長
の基板として用いることを特徴とする。
製造方法は、 清浄なシリコン表面を水素原子によってパッシベート
したものをシリコン基板上のヘテロエピタキシャル成長
の基板として用いることを特徴とする。
清浄なシリコン表面に室温において水素原子を供給し
た場合には、水素原子はシリコン表面のダングリングボ
ンドと結合して、表面を化学的に不活性化する。このた
め水素原子が化学吸着したシリコン表面は大気中に取り
出した場合でも酸化を免れ、表面パッシベーションの効
果が生まれる。水素によってパッシベートされたシリコ
ン基板は、大気中に取り出しても表面が酸化などによっ
て汚染されることがない。表面をパッシベートしている
水素原子は、シリコン基板温度が400℃以上になると熱
脱離する。このため一旦表面を清浄化しておき、この後
に水素原子によってパッシベートされたシリコン基板
は、化学物半導体成長装置にロードされる前に一度大気
中に取り出されることがあっても、化合物半導体成長装
置内でシリコン基板温度を400℃以上の成長温度に上げ
てやれば、表面をパッシベートしていた水素原子が熱脱
離して清浄表面が成長前に得られる。
た場合には、水素原子はシリコン表面のダングリングボ
ンドと結合して、表面を化学的に不活性化する。このた
め水素原子が化学吸着したシリコン表面は大気中に取り
出した場合でも酸化を免れ、表面パッシベーションの効
果が生まれる。水素によってパッシベートされたシリコ
ン基板は、大気中に取り出しても表面が酸化などによっ
て汚染されることがない。表面をパッシベートしている
水素原子は、シリコン基板温度が400℃以上になると熱
脱離する。このため一旦表面を清浄化しておき、この後
に水素原子によってパッシベートされたシリコン基板
は、化学物半導体成長装置にロードされる前に一度大気
中に取り出されることがあっても、化合物半導体成長装
置内でシリコン基板温度を400℃以上の成長温度に上げ
てやれば、表面をパッシベートしていた水素原子が熱脱
離して清浄表面が成長前に得られる。
シリコン表面をパッシベートする水素原子を発生する
には化学的に安定な水素分子を何等かの方法で解離する
必要がある。水素原子を発生させる方法として良く知ら
れているのは超高真空装置内に10-6Torr程度の水素分子
ガスを導入して、この中で基板近くにおいたタングステ
ンフィラメントを2000K程度に加熱して、タングステン
フィラメントに衝突した水素分子が水素原子に解離する
現象を利用する方法である。ただしこの方法では水素原
子を効率的に発生できない。生産性を考えた場合には、
シリコン表面の水素パッシベーションはエピタキシャル
装置の中で効率的に水素原子を発生させてシリコン表面
に供給することが望ましい。水素原子を効率的に発生す
るには、水素分子を用いてプラズマを発生させ分子をこ
の中で解離するのが有効である。
には化学的に安定な水素分子を何等かの方法で解離する
必要がある。水素原子を発生させる方法として良く知ら
れているのは超高真空装置内に10-6Torr程度の水素分子
ガスを導入して、この中で基板近くにおいたタングステ
ンフィラメントを2000K程度に加熱して、タングステン
フィラメントに衝突した水素分子が水素原子に解離する
現象を利用する方法である。ただしこの方法では水素原
子を効率的に発生できない。生産性を考えた場合には、
シリコン表面の水素パッシベーションはエピタキシャル
装置の中で効率的に水素原子を発生させてシリコン表面
に供給することが望ましい。水素原子を効率的に発生す
るには、水素分子を用いてプラズマを発生させ分子をこ
の中で解離するのが有効である。
ガスソース方式のシリコン分子線成長装置では、清浄
なシリコン表面または良好なエピタキシャル膜が容易に
得られる。また成長にガスを用いるためこの中にパッシ
ベーション用の水素ガスを導入することも問題ない。水
素分子を解離するためのプラズマは、分子線成長装置の
ガス導入セルにおいて電子サイクロトロン共鳴条件を満
足するような磁場およびマイクロ波を供給できるように
設計された電子サイクロトロン共鳴プラズマセルによっ
て作ることができる。電子サイクロトロン共鳴プラズマ
セルに水素分子ガスを導入し、セル内のプラズマによっ
て解離された水素原子をシリコン基板に供給すればシリ
コン基板表面に対して効率的に水素パッシベーションが
可能となる。
なシリコン表面または良好なエピタキシャル膜が容易に
得られる。また成長にガスを用いるためこの中にパッシ
ベーション用の水素ガスを導入することも問題ない。水
素分子を解離するためのプラズマは、分子線成長装置の
ガス導入セルにおいて電子サイクロトロン共鳴条件を満
足するような磁場およびマイクロ波を供給できるように
設計された電子サイクロトロン共鳴プラズマセルによっ
て作ることができる。電子サイクロトロン共鳴プラズマ
セルに水素分子ガスを導入し、セル内のプラズマによっ
て解離された水素原子をシリコン基板に供給すればシリ
コン基板表面に対して効率的に水素パッシベーションが
可能となる。
したがって本発明によれば、基板に用いるシリコン基
板を化合物半導体成長装置とは別のガスソースシリコン
分子線成長装置において予め清浄化する。この後で同一
装置内で電子サイクロトロン共鳴を利用したプラズマセ
ルから水素分子ガスをクラッキングして高い効率で生成
した水素原子を室温に保ったシリコン基板に供給して清
浄なシリコン表面をパッシベートする。この後水素パッ
シベーションしたシリコン基板をガスソース方式のシリ
コン分子線成長装置から大気中に取り出して化合物半導
体成長装置にセットする。この状態で従来の化合物半導
体成長装置でも可能な基板温度400℃以上にすれば、清
浄なシリコン表面をパッシベートしている水素原子は熱
脱離し、ただちに清浄なシリコン表面が得られる。
板を化合物半導体成長装置とは別のガスソースシリコン
分子線成長装置において予め清浄化する。この後で同一
装置内で電子サイクロトロン共鳴を利用したプラズマセ
ルから水素分子ガスをクラッキングして高い効率で生成
した水素原子を室温に保ったシリコン基板に供給して清
浄なシリコン表面をパッシベートする。この後水素パッ
シベーションしたシリコン基板をガスソース方式のシリ
コン分子線成長装置から大気中に取り出して化合物半導
体成長装置にセットする。この状態で従来の化合物半導
体成長装置でも可能な基板温度400℃以上にすれば、清
浄なシリコン表面をパッシベートしている水素原子は熱
脱離し、ただちに清浄なシリコン表面が得られる。
以下図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
第１図は、本発明の一実施例を説明するためのガスソ
ースシリコン分子線成長装置の概要図である。このガス
ソースシリコン分子線成長装置は、シリコン分子線成長
装置２に、水素原子を発生させるために電子サイクロト
ロン共鳴を利用したプラズマセルである電子サイクロト
ロン共鳴セル６を装備している。
ースシリコン分子線成長装置の概要図である。このガス
ソースシリコン分子線成長装置は、シリコン分子線成長
装置２に、水素原子を発生させるために電子サイクロト
ロン共鳴を利用したプラズマセルである電子サイクロト
ロン共鳴セル６を装備している。
電子サイクロトロン共鳴セル６は、シリコン分子線成
長装置２のガス導入セルにおいて電子サイクロトロン共
鳴条件を満足するような磁場およびマイクロ波を供給で
きるように設計されており、マイクロ波導波管８によ
り、マイクロ波発生のためのクライストロン11に連結さ
れている。また、電子サイクロトロン共鳴セル６は気体
水素分子の流量制御用サブチェンバー10を介して気体水
素分子ボンベ７に連結されている。
長装置２のガス導入セルにおいて電子サイクロトロン共
鳴条件を満足するような磁場およびマイクロ波を供給で
きるように設計されており、マイクロ波導波管８によ
り、マイクロ波発生のためのクライストロン11に連結さ
れている。また、電子サイクロトロン共鳴セル６は気体
水素分子の流量制御用サブチェンバー10を介して気体水
素分子ボンベ７に連結されている。
シリコン分子線成長装置２は、成長室内部に基板ヒー
ター３を備え、および膜成長の過程を観測する反射高速
電子回折装置を構成する反射高速電子線回折用高速電子
銃４と反射高速電子線回折パターン観測用蛍光スクリー
ン５とを備えている。
ター３を備え、および膜成長の過程を観測する反射高速
電子回折装置を構成する反射高速電子線回折用高速電子
銃４と反射高速電子線回折パターン観測用蛍光スクリー
ン５とを備えている。
本実施例においては、シリコン基板１は３インチSi
（100）ウェハーを用いた。このシリコン基板１はガス
ソースシリコン分子線成長装置２にロードされる前に、
アンモニア：過酸化水素水：純水＝1:6:10の沸騰した溶
液により20分間、続いて室温の純水で20分間洗浄され、
リンサードライヤーによって乾燥させられる。この処理
によりシリコン基板表面には界面に汚染物質のない10Å
程度の薄い保護酸化膜が形成される。シリコン基板１は
この状態でガスソースシリコン分子線成長装置２内にロ
ードされる。
（100）ウェハーを用いた。このシリコン基板１はガス
ソースシリコン分子線成長装置２にロードされる前に、
アンモニア：過酸化水素水：純水＝1:6:10の沸騰した溶
液により20分間、続いて室温の純水で20分間洗浄され、
リンサードライヤーによって乾燥させられる。この処理
によりシリコン基板表面には界面に汚染物質のない10Å
程度の薄い保護酸化膜が形成される。シリコン基板１は
この状態でガスソースシリコン分子線成長装置２内にロ
ードされる。
このシリコン基板１に対して超高真空のシリコン分子
線成長装置内で基板裏側のヒーター３により900℃,10分
間の加熱を行う。このプロセスによって表面の保護酸化
膜は除去され、清浄なSi（100）表面が得られる。表面
の清浄さは高速電子銃４と蛍光スクリーン５で構成され
る反射高速電子線回折装置の回折パターンにおいて清浄
なSi（100）面に特徴的な２×１表面超構造が観察され
ることで確認した。
線成長装置内で基板裏側のヒーター３により900℃,10分
間の加熱を行う。このプロセスによって表面の保護酸化
膜は除去され、清浄なSi（100）表面が得られる。表面
の清浄さは高速電子銃４と蛍光スクリーン５で構成され
る反射高速電子線回折装置の回折パターンにおいて清浄
なSi（100）面に特徴的な２×１表面超構造が観察され
ることで確認した。
この清浄な表面に対してシリコン基板を室温に保っ
て、ガスソースシリコン分子線成長室内へ電子サイクロ
トロン共鳴セル６から水素分子ガスをクラッキングした
水素原子を供給する。電子サイクロトロン共鳴セルを動
作させる場合には、気体水素分子ボンベ７からサブチェ
ンバー10で流量を制御して、まずセル６に3sccmの水素
ガスを導入し、クライストロン11から電子サイクロトロ
ン共鳴セル６に150Wのマイクロ波を導波管８で供給する
ことで水素の電子サイクロトロン共鳴プラズマを発生さ
せる。シリコン基板１のダメージを防ぐためにプラズマ
引出し電極９には特にプラズマの引出し電圧を印加せ
ず、プラズマによって水素分子がクラッキングされてで
きた水素原子は、セル６と成長室の真空度の差圧だけで
基板に向かって流れる。
て、ガスソースシリコン分子線成長室内へ電子サイクロ
トロン共鳴セル６から水素分子ガスをクラッキングした
水素原子を供給する。電子サイクロトロン共鳴セルを動
作させる場合には、気体水素分子ボンベ７からサブチェ
ンバー10で流量を制御して、まずセル６に3sccmの水素
ガスを導入し、クライストロン11から電子サイクロトロ
ン共鳴セル６に150Wのマイクロ波を導波管８で供給する
ことで水素の電子サイクロトロン共鳴プラズマを発生さ
せる。シリコン基板１のダメージを防ぐためにプラズマ
引出し電極９には特にプラズマの引出し電圧を印加せ
ず、プラズマによって水素分子がクラッキングされてで
きた水素原子は、セル６と成長室の真空度の差圧だけで
基板に向かって流れる。
２分間の電子サイクロトロン共鳴セル６の動作によっ
て、清浄なシリコン基板表面は完全に水素原子によって
覆われる。これは清浄なSi（100）表面が完全に水素原
子によって覆われた場合に現れる１×１表面構造を反射
高速電子線回折装置で回折パターンを観測することで確
認した。
て、清浄なシリコン基板表面は完全に水素原子によって
覆われる。これは清浄なSi（100）表面が完全に水素原
子によって覆われた場合に現れる１×１表面構造を反射
高速電子線回折装置で回折パターンを観測することで確
認した。
清浄化後水素パッシベーションを行い大気中に12時間
放置したシリコン基板を、MOCVD成長装置にロードし、
特にシリコン基板の清浄化処理を行わずにいきなり525
℃においてガリウム砒素の成長を行った。この場合には
シリコン基板の清浄化を行わなかったにもかかわらず、
表面モフォロジーが完全に鏡面な極めて結晶性の良いガ
リウム砒素のシリコン基板上でのエピタキシャル膜が得
られた。
放置したシリコン基板を、MOCVD成長装置にロードし、
特にシリコン基板の清浄化処理を行わずにいきなり525
℃においてガリウム砒素の成長を行った。この場合には
シリコン基板の清浄化を行わなかったにもかかわらず、
表面モフォロジーが完全に鏡面な極めて結晶性の良いガ
リウム砒素のシリコン基板上でのエピタキシャル膜が得
られた。
以上詳しく説明したように本発明によれば、シリコン
上の化合物半導体のエピタキシャル成長において容易に
清浄なシリコン表面を得ることができ、この上に良質な
化合物半導体のエピタキシャル膜を得ることができる。
上の化合物半導体のエピタキシャル成長において容易に
清浄なシリコン表面を得ることができ、この上に良質な
化合物半導体のエピタキシャル膜を得ることができる。
第１図は本発明の一実施例を説明するためのガスソース
方式のシリコン分子線成長装置の装置概略図である。 １……４インチSi（100）基板 ２……シリコン分子線成長装置 ３……基板ヒーター ４……反射高速電子線回折用高速電子銃 ５……反射高速電子線回折パターン観測用蛍光スクリー
ン ６……電子サイクロトロン共鳴セル ７……気体水素分子ボンベ ８……マイクロ波導波管 ９……電子サイクロトロン共鳴セルのプラズマ引出し電
極 10……気体水素分子の流量制御用サブチェンバー 11……マイクロ波発生のためのクライストロン
方式のシリコン分子線成長装置の装置概略図である。 １……４インチSi（100）基板 ２……シリコン分子線成長装置 ３……基板ヒーター ４……反射高速電子線回折用高速電子銃 ５……反射高速電子線回折パターン観測用蛍光スクリー
ン ６……電子サイクロトロン共鳴セル ７……気体水素分子ボンベ ８……マイクロ波導波管 ９……電子サイクロトロン共鳴セルのプラズマ引出し電
極 10……気体水素分子の流量制御用サブチェンバー 11……マイクロ波発生のためのクライストロン
Claims (1)
- 【請求項１】清浄なシリコン表面を水素原子によってパ
ッシベートしたものをシリコン基板上のヘテロエピタキ
シャル成長の基板として用いることを特徴とするシリコ
ン基板上のヘテロエピタキシャル膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29709988A JP2663583B2 (ja) | 1988-11-24 | 1988-11-24 | シリコン基板上のヘテロエピタキシャル膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29709988A JP2663583B2 (ja) | 1988-11-24 | 1988-11-24 | シリコン基板上のヘテロエピタキシャル膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02143420A JPH02143420A (ja) | 1990-06-01 |
| JP2663583B2 true JP2663583B2 (ja) | 1997-10-15 |
Family
ID=17842189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29709988A Expired - Fee Related JP2663583B2 (ja) | 1988-11-24 | 1988-11-24 | シリコン基板上のヘテロエピタキシャル膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2663583B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5633192A (en) * | 1991-03-18 | 1997-05-27 | Boston University | Method for epitaxially growing gallium nitride layers |
| DE69229265T2 (de) * | 1991-03-18 | 1999-09-23 | Univ Boston | Verfahren zur herstellung und dotierung hochisolierender dünner schichten aus monokristallinem galliumnitrid |
| US5677538A (en) * | 1995-07-07 | 1997-10-14 | Trustees Of Boston University | Photodetectors using III-V nitrides |
| JP4815569B2 (ja) * | 2005-03-18 | 2011-11-16 | 農工大ティー・エル・オー株式会社 | Ｓｉ基板結晶上における窒化ガリウム結晶成長方法 |
| WO2008117627A1 (ja) * | 2007-03-26 | 2008-10-02 | Tokyo University Of Agriculture And Technology Tlo Co., Ltd | シリコン基板上におけるＡｌＧａＮ結晶成長方法 |
-
1988
- 1988-11-24 JP JP29709988A patent/JP2663583B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02143420A (ja) | 1990-06-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |