JP2714703B2 - Selective epitaxial growth method - Google Patents
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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、GaAs（砒化ガリウム）等のIII−Ｖ族化合
物半導体領域上への選択エピタキシャル成長法に関す
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a selective epitaxial growth method on a group III-V compound semiconductor region such as GaAs (gallium arsenide).
［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ 化合物半導体領域上にマスクを用いて半導体エピタキ
シャル層を選択的に成長させる場合、従来はマスクとし
てシリコン酸化物やシリコン窒化物が用いられている。
これらのマスク材料層の形成は、化合物半導体領域への
悪影響（主として表面領域から構成元素が離脱して表面
領域が変質すること）を最小限にするために、プラズマ
CVDや光CVDといった低温成長技術を利用する。また、エ
ピタキシャル成長させる箇所に開口を形成するために、
フォトレジストを用いるフォトリソグラフィ工程（フォ
トレジスト膜の形成・露光・現像マスク材料層のエッチ
ング、フォトレジスト膜の除去）を行う。高精細度のパ
ターンニングを行うには、マスク材料はできるだけ薄く
形成するとともに、高精度フォトリソグラフィ工程を採
用する必要がある。[Problems to be Solved by the Related Art and the Invention] When a semiconductor epitaxial layer is selectively grown on a compound semiconductor region using a mask, silicon oxide or silicon nitride is conventionally used as the mask.
The formation of these mask material layers involves the use of plasma to minimize the adverse effect on the compound semiconductor region (mainly that constituent elements are separated from the surface region and the surface region is altered).
Utilizes low-temperature growth technologies such as CVD and optical CVD. In addition, in order to form an opening at a location where epitaxial growth is performed,
A photolithography process using a photoresist (formation of a photoresist film, exposure, etching of a development mask material layer, removal of the photoresist film) is performed. In order to perform high-definition patterning, it is necessary to form a mask material as thin as possible and employ a high-precision photolithography process.
エピタキシャル成長後にマスク材料層を除去する必要
がある場合は、化合物半導体領域（基板）および半導体
エピタキシャル層に悪影響を与えないようにマスク材料
層を選択的にエッチング除去する必要がある。フォトリ
ソグラフィ工程における開口形成のためのマスク材料層
のエッチングについても同様である。When it is necessary to remove the mask material layer after the epitaxial growth, it is necessary to selectively remove the mask material layer by etching so as not to adversely affect the compound semiconductor region (substrate) and the semiconductor epitaxial layer. The same applies to the etching of a mask material layer for forming an opening in a photolithography step.
選択エピタキシャル成長法の応用分野の１つとして量
子細線構造の作成があり、近年、新機能素子を実現すべ
く精力的に研究が進められている。この場合、エピタキ
シャル成長の厚みは原子層数を制御するレベルの極めて
薄いものになるとともに、エピタキシャル成長の平面パ
ターンも極微細パターンとなる。しかも、加工損傷の少
ない極微細構造を実現しなけえばならない。また、１回
目の選択エピタキシャル成長で結晶成長させなかった領
域に２回目の選択エピタキシャル成長で１回目とは異な
る結晶を成長させる場合が多い。このため、マスクを用
いた選択エピタキシャル成長を採用する場合は、２回目
の選択エピタキシャル成長のめに１回目の選択エピタキ
シャル成長のマスクを除去する工程が必要となる。One of the application fields of the selective epitaxial growth method is creation of a quantum wire structure. In recent years, research has been energetically made to realize a new functional device. In this case, the thickness of the epitaxial growth becomes extremely thin at the level of controlling the number of atomic layers, and the planar pattern of the epitaxial growth becomes an extremely fine pattern. In addition, it is necessary to realize an extremely fine structure with less processing damage. In many cases, a crystal different from the first crystal is grown in the second selective epitaxial growth in a region where no crystal is grown in the first selective epitaxial growth. Therefore, when the selective epitaxial growth using the mask is adopted, a step of removing the mask of the first selective epitaxial growth is required for the second selective epitaxial growth.
ところで、量子細線構造の作成に上述の従来のマスク
を用いた選択エピタキシャル成長を採用するのは現状で
は困難である。すなわち、量子細線構造に必要となる極
微細のマスクパターン（例えば200Å幅のマスク）を実
現するのが困難である。また、マスク材料層の形成・除
去およびマスク材料層への開口の形成の過程で、半導体
結晶に加工損傷を与え易いという問題もある。このよう
に、マスクを使用する方法で極微細パターンのエピタキ
シャル成長を行うには、マスク材料の選定と、その微小
領域限定性に問題があった。By the way, it is difficult at present to adopt the above-described selective epitaxial growth using a conventional mask for producing a quantum wire structure. That is, it is difficult to realize an extremely fine mask pattern (for example, a mask having a width of 200 mm) required for the quantum wire structure. There is also a problem that semiconductor crystals are likely to be damaged in the process of forming / removing the mask material layer and forming openings in the mask material layer. As described above, in order to epitaxially grow an extremely fine pattern by a method using a mask, there is a problem in selecting a mask material and limiting the minute region.
極微細パターンのエピタキシャル成長を行う方法とし
て、局所的に光照射などによって励起エネルギーを与え
ることにより局所的に化学反応を限定する方法が知られ
ている。しかし、エピタキシャル成長を行っている間、
持続的に、かつ位置の狂いが生じないように励起を行う
必要があり、これが非常に難しい問題である。As a method of epitaxially growing an extremely fine pattern, a method of locally limiting a chemical reaction by locally applying excitation energy by light irradiation or the like is known. However, during epitaxial growth,
Excitation must be performed continuously and without misalignment, which is a very difficult problem.
そこで本発明の目的は、半導体結晶に加工損傷を与え
ることが少なく、かつ極微細パターンの結晶成長が可能
な選択エピタキシャル成長法を実現することにある。Accordingly, an object of the present invention is to realize a selective epitaxial growth method that causes less processing damage to a semiconductor crystal and enables crystal growth of an extremely fine pattern.
［問題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明は、Ga（ガリウム）
を構成元素の１つとするIII−Ｖ族化合物半導体からな
る半導体領域の表面に前記構成元素に結合されたＳ（硫
黄）原子からなるＳの薄層を形成し、該Ｓの薄層の所定
部分に電磁波または粒子線を照射して、前記所定部分か
ら前記Ｓ原子を離脱させることにより前記Ｓの薄層に第
１の開口を形成し、前記半導体領域を酸素雰囲気にさら
すことにより、前記半導体領域の表面の前記第１の開口
の部分に前記構成元素に結合した酸素の薄層を形成し、
前記Ｓの薄層および前記酸素の薄層に所定のエネルギー
を与えることによって前記Ｓ原子を前記半導体領域の表
面から離脱させて前記Ｓの薄層を除去し、前記Ｓの薄層
の除去によって形成された第２の開口を有する前記酸素
の薄層をエピタキシャル成長のマスクとして、前記第２
の開口に露出する前記半導体領域上に半導体エピタキシ
ャル層を形成する選択エピタキシャル成長法に係わるも
のである。[Means for Solving the Problems] The present invention for achieving the above object has been achieved by using Ga (gallium)
Forming a thin layer of S (sulfur) atoms bonded to the constituent elements on the surface of a semiconductor region made of a group III-V compound semiconductor having one of the constituent elements; Irradiating the semiconductor region with an oxygen atmosphere by exposing the semiconductor region to an oxygen atmosphere by exposing the semiconductor region to an oxygen atmosphere by irradiating the semiconductor region with an electromagnetic wave or a particle beam to separate the S atoms from the predetermined portion; Forming a thin layer of oxygen bonded to the constituent elements at the portion of the first opening on the surface of
By applying predetermined energy to the thin layer of S and the thin layer of oxygen, the S atoms are detached from the surface of the semiconductor region to remove the thin layer of S, and formed by removing the thin layer of S. Using the oxygen thin layer having the formed second opening as a mask for epitaxial growth,
And a selective epitaxial growth method for forming a semiconductor epitaxial layer on the semiconductor region exposed at the opening of (a).
なお、請求項２に示すように、Ｓの薄層を除去して第
２の開口を形成しないで、Ｓの薄層の上に半導体をエピ
タキシャル成長させることができる。As described in claim 2, a semiconductor can be epitaxially grown on the thin S layer without removing the thin S layer to form the second opening.
［作用］ Ｓの薄層は、半導体領域に対する結合力が大きく、か
つフォトレジストのように電磁波（光、Ｘ線など）およ
び粒子線（電子線、イオン線など）に対して感応する性
質を有するので、従来のフォトレジストとマスク材料層
の両方を兼ね備えたようなものである。しかも、Ｓの薄
層は、半導体領域の構成元素に結合されたＳ原子から成
るものであるから、極限的に薄い膜となる。したがっ
て、Ｓの薄層の第１の開口は、第１の開口を形成したい
部分への電磁波または粒子線の照射によって、極めて高
精細度のパターンに形成できる。[Operation] The thin layer of S has a large bonding force to the semiconductor region and has a property of being sensitive to electromagnetic waves (light, X-rays, etc.) and particle beams (electron beams, ion beams, etc.) like a photoresist. Therefore, it is like having both a conventional photoresist and a mask material layer. In addition, since the S thin layer is composed of S atoms bonded to the constituent elements of the semiconductor region, it is an extremely thin film. Therefore, the first opening of the thin layer of S can be formed in an extremely high-definition pattern by irradiating a portion where the first opening is to be formed with electromagnetic waves or particle beams.
第１の開口を有するＳの薄層が形成された半導体領域
の表面側を酸素雰囲気にさらすと、Ｓの薄層上には酸素
が化学吸着せず、第１の開口の部分のみに酸素が化学吸
着して酸素の薄層が形成される。When the surface side of the semiconductor region in which the thin layer of S having the first opening is formed is exposed to an oxygen atmosphere, oxygen is not chemically adsorbed on the thin layer of S, and only the portion of the first opening has oxygen. A thin layer of oxygen is formed by chemisorption.
酸素の薄層は、半導体領域の構成元素であるGaと酸素
との結合力が大きいため、Ｓの薄層よりも更に半導体領
域に対する結合力が大きい。したがって、熱処理、電磁
波の照射、粒子線の照射、あるいはこれらの組合わせ等
によってＳの薄層および酸素の薄層に所定のエネルギー
（Ｓを離脱させるが酸素は離脱させない値のエネルギ
ー）を与えれば、Ｓの薄層のみを除去することができ、
第１の開口の逆パターンである第２の開口を有するる酸
素の薄層が形成される。第２の開口は、第１の開口のパ
ターン精度をそのまま引継ぐので、極めて高精細度パタ
ーンに形成できる。Since a thin layer of oxygen has a large bonding force between Ga, which is a constituent element of the semiconductor region, and oxygen, the bonding force to the semiconductor region is larger than that of a thin layer of S. Therefore, given a predetermined energy (energy of a value that releases S but does not release oxygen) to the thin layer of S and the thin layer of oxygen by heat treatment, electromagnetic wave irradiation, particle beam irradiation, or a combination thereof, etc. , S only a thin layer can be removed,
A thin layer of oxygen is formed having a second opening that is a reverse pattern of the first opening. Since the second opening inherits the pattern accuracy of the first opening as it is, it can be formed into an extremely high-definition pattern.
酸素の薄層は、上述のように半導体領域との結合力が
大きいので、エピタキシャル成長可能な温度領域でも安
定である。エピタキシャル成長を行うと、酸素の薄層は
マスクとして機能し、選択エピタキシャル成長が行われ
る。すなわち、エピタキシャル成長に関与する分子は、
酸素の薄層上には化学吸着せず、第２の開口の部分のみ
に選択的に化学吸着する。したがって、第２の開口の部
分のみでエピタキシャル結晶成長が進行する。Since the thin layer of oxygen has a large bonding force with the semiconductor region as described above, it is stable even in a temperature region where epitaxial growth is possible. When epitaxial growth is performed, the thin layer of oxygen functions as a mask, and selective epitaxial growth is performed. That is, molecules involved in epitaxial growth are:
It is not chemisorbed on the oxygen thin layer, but is selectively chemisorbed only on the second opening. Therefore, epitaxial crystal growth proceeds only in the portion of the second opening.
なお、Ｓの薄層および酸素の薄層の形成、加工、除去
の工程において、半導体結晶に与える損傷は少ない。In the steps of forming, processing, and removing the thin layer of S and the thin layer of oxygen, damage to the semiconductor crystal is small.
一方、Ｓの薄層は表面安定化の効果が大きいので、Ｓ
の薄層の上に結晶成長させてもよい。この場合、酸素の
薄層を形成した後にＳの薄層を残存させたままでエピタ
キシャル成長を行う。エピタキシャル成長に関与する分
子は、酸素の薄層よりもＳの薄層に化学吸着し易いの
で、Ｓの薄層上のみにエピタキシャル結晶成長が進行す
る。On the other hand, a thin layer of S has a large effect of stabilizing the surface.
May be grown on a thin layer of. In this case, after forming a thin layer of oxygen, epitaxial growth is performed with the thin layer of S remaining. Molecules involved in epitaxial growth are more likely to be chemically adsorbed to a thin layer of S than to a thin layer of oxygen, so that epitaxial crystal growth proceeds only on the thin layer of S.
［実施例１］ 本発明による選択エピタキシャル成長法の実施例を第
１図（Ａ）〜（Ｇ）に基づいて説明する。Example 1 An example of a selective epitaxial growth method according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (A) to 1 (G).
まず、第１図（Ａ）に示すように、表面が（001）面
であるGaAsからなる半導体領域２を有する半導体基板１
を用意する。半導体基板１をH2SO4（硫酸）−H2O2（過
酸化水素）−H2O（水）から成る混合溶液で軽くエッチ
ングして清浄化した上で、50％HF（弗酸）溶液で処理す
る。これにより、半導体領域２の表面は、Ga（ガリウ
ム）がHF溶液中に溶け出し、半導体領域２をAs（砒素）
酸化物層（下層）およびAs層（上層）が被覆した状態と
なる。次に、真空中で550℃に維持し、紫外線を半導体
領域２の表面に照射する。これにより、As酸化物および
As層が除去されて、半導体領域２の表面はGa面となる。First, as shown in FIG. 1A, a semiconductor substrate 1 having a semiconductor region 2 made of GaAs having a (001) surface.
Prepare The semiconductor substrate 1 is cleaned by light etching with a mixed solution of H 2 SO 4 (sulfuric acid) -H 2 O 2 (hydrogen peroxide) -H 2 O (water), and then 50% HF (hydrofluoric acid) Treat with solution. As a result, Ga (gallium) dissolves into the HF solution on the surface of the semiconductor region 2, and the semiconductor region 2 becomes As (arsenic).
An oxide layer (lower layer) and an As layer (upper layer) are covered. Next, the surface of the semiconductor region 2 is irradiated with ultraviolet rays while maintaining the temperature at 550 ° C. in a vacuum. Thereby, As oxide and
The As layer is removed, and the surface of the semiconductor region 2 becomes a Ga surface.
次に、第１図（Ｂ）に示すように、半導体領域２の表
面にＳ（硫黄）を極めて薄く真空蒸着する。さらに真空
中で480℃、30分間の熱処理を行う。この結果、真空蒸
着されたＳの多くは離散して、半導体領域２の表面にＳ
の薄層３が形成される。Ｓの薄層３は、半導体領域２の
表面の構成元素（この場合はGa）に結合（化学吸着）さ
れたＳ原子から成るもので、単原子層ないし２原子層レ
ベルの極限的な薄さの薄層である。Ｓの薄層３は、あま
り高温の熱処理を行うと半導体領域２から解離してしま
うが、500℃以下の熱処理に対しては安定である。Next, as shown in FIG. 1B, S (sulfur) is vacuum-deposited extremely thinly on the surface of the semiconductor region 2. Further, heat treatment is performed at 480 ° C. for 30 minutes in a vacuum. As a result, most of the vacuum-deposited S is discrete and S
Is formed. The S thin layer 3 is composed of S atoms bonded (chemisorbed) to constituent elements (Ga in this case) on the surface of the semiconductor region 2 and has an extremely thin thickness of a monoatomic layer or a biatomic layer level. Is a thin layer. The thin S layer 3 is dissociated from the semiconductor region 2 when heat treatment is performed at an excessively high temperature, but is stable against heat treatment at 500 ° C. or lower.
続いて、所定パターンを描くように電子ビームをＳの
薄層３に照射する。電子ビームが照射された部分では、
Ｓ原子が離脱して、第１図（Ｃ）に示すように、第１の
開口４を有するＳの薄層3aが形成される。電子ビームが
第１の開口４の部分のみに照射されるように走査する直
接描画法を用いているので、Ｓの薄層が極限的に薄いた
めにパターンエッジが鋭く描画されることも手伝って、
極めて高精細度にパターンニングできる。Subsequently, the thin layer 3 of S is irradiated with an electron beam so as to draw a predetermined pattern. In the part irradiated with the electron beam,
When the S atoms are released, a thin layer 3a of S having the first opening 4 is formed as shown in FIG. 1 (C). Since the direct writing method in which the electron beam is scanned so as to irradiate only the portion of the first opening 4 is used, the pattern edge is sharply drawn because the thin layer of S is extremely thin. ,
Patterning can be performed with extremely high definition.
次に、半導体基板１を酸素雰囲気中に放置すると、第
１図（Ｄ）に示すように、第１の開口４の部分において
のみ酸素が半導体領域２に化学吸着され、酸素の薄層５
が形成される。すなわち、Ｓの薄層3aが酸素の化学吸着
に対するマスクとして作用する。酸素の薄層５は、Ｓの
薄層３と同様、単原子層または２原子層レベルの極限的
な薄さの薄層である。酸素の薄層５は、Ｓの薄層3aより
も更に半導体領域２に対する結合力が大きく、600℃以
下の熱処理に対しては安定である。Next, when the semiconductor substrate 1 is left in an oxygen atmosphere, as shown in FIG. 1 (D), oxygen is chemically adsorbed to the semiconductor region 2 only in the portion of the first opening 4 and the oxygen thin layer 5 is formed.
Is formed. That is, the thin layer 3a of S functions as a mask for the chemical adsorption of oxygen. The oxygen thin layer 5 is, like the S thin layer 3, a thin layer having a minimum thickness of a monoatomic layer or a diatomic layer. The oxygen thin layer 5 has a larger bonding force to the semiconductor region 2 than the S thin layer 3a, and is stable against heat treatment at 600 ° C. or lower.
次に、真空中で550℃、30分間の熱処理を行う。第１
図（Ｅ）に示すように、Ｓ原子は半導体領域２から離脱
してＳの薄層3aが除去され、第１の開口５の逆パターン
に第２の開口６が形成される。第２の開口６は、第１の
開口４の高精細度パターンをそのまま引継いでいる。Next, heat treatment is performed at 550 ° C. for 30 minutes in a vacuum. First
As shown in FIG. 3E, the S atoms are separated from the semiconductor region 2 and the thin layer 3a of S is removed, and a second opening 6 is formed in a pattern opposite to the first opening 5. The second opening 6 inherits the high definition pattern of the first opening 4 as it is.
その後、第１図（Ｆ）に示すように、GaAsの気相エピ
タキシャル成長を行う。ここでは、酸素の薄層５の解離
を防止するとともに良好な成長界面を形成するために、
低温成長が可能な公知のマイグレーション・エンハンス
ト・エピタキシ法（MEE法）を採用した。すなわち、半
導体基板１を真空中で550℃に維持して、Asを含む分子
とGaを含む分子を交互に半導体基板１上に供給し、単原
子層〜数原子層のGaAsエピタキシャル層７を成長させ
る。エピタキシャル層７は酸素の薄層5a上には形成され
ず、選択エピタキシャル成長となる。Thereafter, as shown in FIG. 1F, GaAs is vapor-phase epitaxially grown. Here, in order to prevent dissociation of the oxygen thin layer 5 and to form a good growth interface,
A known migration enhanced epitaxy method (MEE method) capable of low-temperature growth was employed. That is, while maintaining the semiconductor substrate 1 at 550 ° C. in a vacuum, molecules containing As and molecules containing Ga are alternately supplied onto the semiconductor substrate 1 to grow a monoatomic layer to several atomic layers of the GaAs epitaxial layer 7. Let it. The epitaxial layer 7 is not formed on the oxygen thin layer 5a, but is selectively epitaxially grown.
最後に、第１図（Ｇ）に示すように、半導体基板１を
真空中で550℃に維持し、紫外線を半導体基板１の表面
全体に照射すると、酸素原子が半導体領域２から離脱し
て酸素の薄層５が除去される。Finally, as shown in FIG. 1 (G), when the semiconductor substrate 1 is maintained at 550 ° C. in a vacuum and the entire surface of the semiconductor substrate 1 is irradiated with ultraviolet rays, oxygen atoms are separated from the semiconductor region 2 and oxygen is released. Is removed.
なお、量子細線デバイスを作成する場合であれば、酸
素の薄層５で被覆されていた半導体領域２の表面に、例
えばAlAs（砒化アルミニウム）を成長させることにな
る。この場合には、第１図（Ｂ）〜（Ｇ）に準じた工程
を繰り返してAlAsの選択エピタキシャル成長を行う。In the case of forming a quantum wire device, for example, AlAs (aluminum arsenide) is grown on the surface of the semiconductor region 2 covered with the thin layer 5 of oxygen. In this case, selective epitaxial growth of AlAs is performed by repeating the steps according to FIGS. 1 (B) to 1 (G).
［実施例２］ 第１図（Ｂ）におけるＳの薄層３の形成を硫化物溶液
処理により行った例であり、他は実施例１と全く同じで
ある。したがって、図示と符号は実施例１と共通する。Example 2 This is an example in which the formation of the thin layer 3 of S in FIG. 1 (B) is performed by a sulfide solution treatment, and the other points are exactly the same as those in Example 1. Therefore, the illustrations and reference numerals are common to the first embodiment.
まず、Ga面を露出させる処理までを行った第１図
（Ａ）の半導体基板１を用意する。First, the semiconductor substrate 1 shown in FIG. 1 (A) which has been subjected to the process of exposing the Ga surface is prepared.
次に、半導体基板１を室温に保持した濃度１規定の硫
化アンモニウム溶液に浸漬する。浸漬時間は数秒以上で
あればよい。硫化アンモニウムは、化学式：(NH4)2Sで
表される標準化合物に対してＳを過剰に含むもので、化
学式：(NH4)2Sx（ｘ＞１）で表されるものである。半導
体基板１を硫化アンモニウム溶液から取出して、GaAs領
域２の表面にN2ガスを吹き付け、付着している溶液をほ
とんど除去する。この結果、GaAs領域２の表面には、約
100Åの厚さを有しかつＳを主成分とするアモルファス
状の被膜が形成される。続いて、半導体基板１を真空中
に約30分間放置すると、この被膜はほとんど消失し、第
１図（Ｂ）に示すように、単原子層ないし２原子層レベ
ルのＳの薄層３が形成される。なお、硫化アンモニウム
溶液に浸漬した後に、この溶液を純水で急激に薄める
と、真空放置を行わなくともＳの薄層３が形成される。
硫化アンモニウム溶液浸漬の代わりにＳを含んだアルカ
リ性溶液やＳを含んだ有機溶媒への浸漬でもＳの薄層３
を形成することができる。Next, the semiconductor substrate 1 is immersed in a 1N ammonium sulfide solution maintained at room temperature. The immersion time may be several seconds or more. Ammonium sulfide contains S in excess of the standard compound represented by the chemical formula: (NH 4 ) 2 S, and is represented by the chemical formula: (NH 4 ) 2 Sx (x> 1). The semiconductor substrate 1 is removed from the ammonium sulfide solution, and N 2 gas is blown onto the surface of the GaAs region 2 to remove most of the attached solution. As a result, the surface of the GaAs region 2 is approximately
An amorphous film having a thickness of 100 ° and containing S as a main component is formed. Subsequently, when the semiconductor substrate 1 is left in a vacuum for about 30 minutes, the film almost disappears, and as shown in FIG. 1 (B), a thin layer 3 of S at a monoatomic layer or a biatomic layer level is formed. Is done. If this solution is rapidly diluted with pure water after being immersed in the ammonium sulfide solution, a thin layer 3 of S is formed without performing vacuum standing.
Instead of immersion in ammonium sulfide solution, thin layer 3 of S can be obtained by immersion in an alkaline solution containing S or an organic solvent containing S.
Can be formed.
Ｓの薄層３への第１の開口４の形成およびその後の工
程は、第１図（Ｃ）〜（Ｇ）に基づいて実施例１で説明
した方法と同一であるので、その説明を省略する。The formation of the first opening 4 in the S thin layer 3 and the subsequent steps are the same as the method described in the first embodiment based on FIGS. 1 (C) to 1 (G). I do.
［変形例］ 本発明は前記実施例に限られることなくその趣旨の範
囲で種々の変形応用が可能である。[Modifications] The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and applications can be made within the scope of the gist.
例えば、半導体領域２を構成する半導体材料は、GaAs
に限らず、GaAlAs（砒化ガリウム・アルミニウム）、Ga
AsP（砒化燐化ガリウム）、GaP（燐化ガリウム）等のGa
を構成元素とするIII−Ｖ族化合物半導体であればよ
い。エピタキシャル層７を構成する半導体材料も、GaAs
に限らず、酸素の薄層５の解離を起こさない温度でエピ
タキシャル成長可能な半導体であれば何でもよい。通
常、エピタキシャル層７を構成する半導体材料も、III
−Ｖ族化合物半導体の中から選択される。Ｓの薄層３の
形成は、真空蒸着に代表される物理的被着法を選んでも
よいし、Ｓを含む溶液に接触させる処理に代表される化
学的被着法を選んでもよい。Gaと酸素の結合力が大きい
ので、Ｓの薄層３の形成に先立って半導体領域２の表面
にGa原子が多く露出するような処理（実施例１、２のHF
処理とその後の真空熱処理）を行うと酸素の薄層５の高
温安定性が良好になる。しかし、熱処理の温度に注意し
てこの温度を低めに設定すれば、この処理は省略でき
る。第１の開口４の形成においては、紫外線レーザーに
よる干渉露光法等の露光マスクを用いない直接描画法を
利用してもよいし、露光マスクを用いた描画法でも良
い。ただし、超高精細度パターンを描画するには、現状
では電子ビーム照射による直接描画法を選択することに
なる。Ｓの薄層3aの除去のためにＳ原子および酸素原子
にエネルギーを与える方法は、熱処理による方法が簡単
であるが、紫外線照射と熱処理を併用するなどの他の方
法としてもよい。酸素の薄層５の除去は、紫外線照射と
熱処理を併用するのが簡便であるが、他の電磁波または
粒子線の照射を利用してもよいし、状況によっては熱処
理のみによってＳ原子を離脱させる方法としてもよい。
エピタキシャル成長法は、比較的低温成長が可能な気相
成長法、例えばMBE法（分子線エピタキシャル成長法：
前述のMEE法はMBE法の１種）やMOCVD法（有機金属分解
法）を適宜採用することになる。For example, the semiconductor material forming the semiconductor region 2 is GaAs
GaAlAs (gallium aluminum arsenide), Ga
Ga such as AsP (gallium arsenide phosphide) and GaP (gallium phosphide)
Any compound may be used as long as it is a group III-V compound semiconductor having as a constituent element. The semiconductor material constituting the epitaxial layer 7 is also GaAs
Not limited to this, any semiconductor may be used as long as the semiconductor can be epitaxially grown at a temperature that does not cause the oxygen thin layer 5 to dissociate. Usually, the semiconductor material constituting the epitaxial layer 7 is also III
-Selected from Group V compound semiconductors. For the formation of the thin layer 3 of S, a physical deposition method represented by a vacuum deposition may be selected, or a chemical deposition method represented by a treatment of contacting with a solution containing S may be selected. Since the bonding force between Ga and oxygen is large, a treatment for exposing a large amount of Ga atoms to the surface of the semiconductor region 2 prior to the formation of the thin layer 3 of S (HF in Examples 1 and 2)
Treatment and subsequent vacuum heat treatment), the high-temperature stability of the oxygen thin layer 5 is improved. However, if the temperature of the heat treatment is set to a low value while paying attention to the temperature, the process can be omitted. In forming the first opening 4, a direct drawing method without using an exposure mask such as an interference exposure method using an ultraviolet laser may be used, or a drawing method using an exposure mask may be used. However, in order to draw an ultra-high-definition pattern, a direct writing method using electron beam irradiation is currently selected. The method of applying energy to S atoms and oxygen atoms to remove the thin layer 3a of S is simple by heat treatment, but may be other methods such as a combination of ultraviolet irradiation and heat treatment. It is easy to remove the oxygen thin layer 5 by using both ultraviolet irradiation and heat treatment. However, irradiation of other electromagnetic waves or particle beams may be used, or depending on circumstances, S atoms may be released only by heat treatment. It is good also as a method.
The epitaxial growth method is a vapor phase growth method capable of growing at a relatively low temperature, for example, an MBE method (molecular beam epitaxial growth method:
The above-mentioned MEE method is one of MBE methods) and MOCVD method (organic metal decomposition method) as appropriate.
一方、第１図（Ｄ）の状態からエピタキシャル成長を
行ってもよい。Ｓの薄層3aは、表面安定化膜として優れ
た性質を有するので残存しても問題はないし、エピタキ
シャル成長の下地となる程度にＳ原子が規則正しく配列
されている。エピタキシャル成長に関与する分子は、酸
素の薄層５上には化学吸着され難いので、Ｓの薄層3aの
上のみにエピタキシャル層７が結晶成長する。ただし、
エピタキシャル成長の温度は、Ｓ原子の離脱を起こさな
いように500℃程度以下にする必要がある。On the other hand, epitaxial growth may be performed from the state shown in FIG. Since the thin S layer 3a has excellent properties as a surface stabilizing film, there is no problem even if it remains, and S atoms are regularly arranged to the extent that it becomes a base for epitaxial growth. Since molecules involved in the epitaxial growth are unlikely to be chemically adsorbed on the oxygen thin layer 5, the epitaxial layer 7 grows only on the S thin layer 3a. However,
The temperature for epitaxial growth needs to be about 500 ° C. or less so as not to cause desorption of S atoms.
［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、マスクを用いる選択
エピタキシャル成長法の新しい方法を提供することがで
き、特に、超高精細パターンの選択エピタキシャル成長
が可能になる。したがって、量子細線素子等の極微細構
造を有する化合物半導体素子の作成が可能になる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a new method of selective epitaxial growth using a mask can be provided, and particularly, selective epitaxial growth of an ultra-high-definition pattern can be achieved. Therefore, it is possible to produce a compound semiconductor device having an extremely fine structure such as a quantum wire device.
第１図（Ａ）〜（Ｇ）は本発明の実施例１に係わる選択
エピタキシャル成長法を工程順に示す断面図である。 １…半導体基板、２…半導体領域、３…Ｓの薄層、４…
第１の開口、５…酸素の薄層、６…第２の開口、７…エ
ピタキシャル層。1 (A) to 1 (G) are cross-sectional views showing a selective epitaxial growth method according to Embodiment 1 of the present invention in the order of steps. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Semiconductor region, 3 ... S thin layer, 4 ...
First opening, 5: thin layer of oxygen, 6: second opening, 7: epitaxial layer.
Claims (2)
I−Ｖ族化合物半導体からなる半導体領域の表面に前記
構成元素に結合されたＳ（硫黄）原子からなるＳの薄層
を形成し、 該Ｓの薄層の所定部分に電磁波または粒子線を照射し
て、前記所定部分から前記Ｓ原子を離脱させることによ
り前記Ｓの薄層に第１の開口を形成し、 前記半導体領域を酸素雰囲気にさらすことにより、前記
半導体領域の表面の前記第１の開口の部分に前記構成元
素に結合した酸素の薄層を形成し、 前記Ｓの薄層および前記酸素の薄層に所定のエネルギー
を与えることによって前記Ｓ原子を前記半導体領域の表
面から離脱させて前記Ｓの薄層を除去し、 前記Ｓの薄層の除去によって形成された第２の開口を有
する前記酸素の薄層をエピタキシャル成長のマスクとし
て、前記第２の開口に露出する前記半導体領域上に半導
体エピタキシャル層を形成することを特徴とする選択エ
ピタキシャル成長法。1. A method comprising Ga (gallium) as one of the constituent elements.
Forming a thin layer of S composed of S (sulfur) atoms bonded to the constituent elements on the surface of a semiconductor region composed of an IV group compound semiconductor, and irradiating a predetermined portion of the S layer with an electromagnetic wave or a particle beam; Forming a first opening in the thin layer of the S by detaching the S atoms from the predetermined portion; and exposing the semiconductor region to an oxygen atmosphere, thereby forming a first opening on the surface of the semiconductor region. Forming a thin layer of oxygen bonded to the constituent element at the opening; and applying a predetermined energy to the thin layer of S and the thin layer of oxygen to release the S atoms from the surface of the semiconductor region. The thin layer of S is removed, and the thin layer of oxygen having the second opening formed by the removal of the thin layer of S is used as a mask for epitaxial growth on the semiconductor region exposed to the second opening. Semiconduct Selective epitaxial growth method characterized by forming an epitaxial layer.
I−Ｖ族化合物半導体からなる半導体領域の表面に前記
構成元素に結合されたＳ（硫黄）原子からなるＳの薄層
を形成し、 該Ｓの薄層の所定部分に電磁波または粒子線を照射し
て、前記所定部分から前記Ｓ原子を離脱させることによ
り前記Ｓの薄層に第１の開口を形成し、 前記半導体領域を酸素雰囲気にさらすことにより、前記
半導体領域の表面の前記第１の開口の部分に前記構成元
素に結合した酸素の薄層を形成し、 該酸素の薄層をエピタキシャル成長のマスクとして、前
記Ｓの薄層上に半導体エピタキシャル層を形成すること
を特徴とする選択エピタキシャル成長法。2. The method of claim 2, wherein Ga (gallium) is one of the constituent elements.
Forming a thin layer of S composed of S (sulfur) atoms bonded to the constituent elements on the surface of a semiconductor region composed of an IV group compound semiconductor, and irradiating a predetermined portion of the S layer with an electromagnetic wave or a particle beam; Forming a first opening in the thin layer of the S by detaching the S atoms from the predetermined portion; and exposing the semiconductor region to an oxygen atmosphere, thereby forming a first opening on the surface of the semiconductor region. A selective epitaxial growth method comprising: forming a thin layer of oxygen bonded to the constituent element at an opening; and forming a semiconductor epitaxial layer on the thin layer of S using the thin layer of oxygen as a mask for epitaxial growth. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1104090A JP2714703B2 (en) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | Selective epitaxial growth method |
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|---|---|
| JPH03214742A JPH03214742A (en) | 1991-09-19 |
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| JPH0729824A (en) * | 1993-07-07 | 1995-01-31 | Nec Corp | Formation of compound semiconductor thin film |
-
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| JPH03214742A (en) | 1991-09-19 |
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