JPH05186295A - 結晶成長方法 - Google Patents
結晶成長方法Info
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- JPH05186295A JPH05186295A JP419492A JP419492A JPH05186295A JP H05186295 A JPH05186295 A JP H05186295A JP 419492 A JP419492 A JP 419492A JP 419492 A JP419492 A JP 419492A JP H05186295 A JPH05186295 A JP H05186295A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 原子層成長を制御することのできる結晶成長
方法に関し、原子層成長が可能で、制限の少ない結晶成
長方法を提供することを目的とする。 【構成】 下地表面上に成長すべき化合物の構成元素の
層を少なくとも１原子層以上成長する工程と、前記構成
元素と結合し、かつその結合力が前記構成元素と前記下
地との結合力よりも小さな物質を形成する物質を供給す
ることにより、前記構成元素の層における前記下地と結
合していない前記構成元素を除去する工程とを含む。
方法に関し、原子層成長が可能で、制限の少ない結晶成
長方法を提供することを目的とする。 【構成】 下地表面上に成長すべき化合物の構成元素の
層を少なくとも１原子層以上成長する工程と、前記構成
元素と結合し、かつその結合力が前記構成元素と前記下
地との結合力よりも小さな物質を形成する物質を供給す
ることにより、前記構成元素の層における前記下地と結
合していない前記構成元素を除去する工程とを含む。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、結晶成長に関し、特に
原子層成長を制御することのできる結晶成長方法に関す
る。
原子層成長を制御することのできる結晶成長方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】原子層１層毎の成長が行なえる結晶成長
方法として、成長に用いる原料物質に成長率の自己停止
機構（セルフリミッティング）を有するものを用いる原
子層エピタキシが知られている。
方法として、成長に用いる原料物質に成長率の自己停止
機構（セルフリミッティング）を有するものを用いる原
子層エピタキシが知られている。
【０００３】たとえば、ＧａＡｓの原子層エピタキシで
は、蒸気圧のきわめて低いＧａを１原子層だけ堆積させ
ることが鍵である。Ｇａの原料として、トリメチルガリ
ウム（ＴＭＧａ）、ＧａＣｌ、Ｇａ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｃ
ｌ、ＧａＣｌ3 等を用いると、Ａｓ面の上に１原子層の
Ｇａ原子層を堆積でき、丁度１原子層の成長を終える
と、成長を自動的に停止できることが知られている。
は、蒸気圧のきわめて低いＧａを１原子層だけ堆積させ
ることが鍵である。Ｇａの原料として、トリメチルガリ
ウム（ＴＭＧａ）、ＧａＣｌ、Ｇａ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｃ
ｌ、ＧａＣｌ3 等を用いると、Ａｓ面の上に１原子層の
Ｇａ原子層を堆積でき、丁度１原子層の成長を終える
と、成長を自動的に停止できることが知られている。
【０００４】ＧａＡｓの場合、Ａｓ層の成長にはＡｓ4
やＡｓＨ3 等を用いるが、Ａｓの蒸気圧は高いため、通
常セルフリミッティングは原料によらず成立する。この
ように、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体においては、ＩＩＩ
族元素の原料としてセルフリミッティングを有する原料
を用いることにより、原子層エピタキシが可能となる。
やＡｓＨ3 等を用いるが、Ａｓの蒸気圧は高いため、通
常セルフリミッティングは原料によらず成立する。この
ように、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体においては、ＩＩＩ
族元素の原料としてセルフリミッティングを有する原料
を用いることにより、原子層エピタキシが可能となる。
【０００５】しかしながら、セルフリミッティングを有
する原料は限られており、たとえばトリメチルガリウム
はセルフリミッティングを有するが、トリエチルガリウ
ムはセルフリミッティングを有さない。
する原料は限られており、たとえばトリメチルガリウム
はセルフリミッティングを有するが、トリエチルガリウ
ムはセルフリミッティングを有さない。
【０００６】原子層エピタキシに用いる原料ガスを決定
すると、結晶成長温度が決定される。原料ガスとしてセ
ルフリミッティングを有するガスを用いることにする
と、選択できる温度領域は狭くなってしまう。
すると、結晶成長温度が決定される。原料ガスとしてセ
ルフリミッティングを有するガスを用いることにする
と、選択できる温度領域は狭くなってしまう。
【０００７】また、たとえば混晶結晶を成長しようとす
る場合、混晶を構成すべき２つの元素のセルフリミッテ
ィングを有する原料ガスが異なる分解温度を有すると、
実際上、原子層成長はきわめて困難となってしまう。
る場合、混晶を構成すべき２つの元素のセルフリミッテ
ィングを有する原料ガスが異なる分解温度を有すると、
実際上、原子層成長はきわめて困難となってしまう。
【０００８】また、原料ガスの分解速度によって、１原
子層堆積に要する時間が決定される。セルフリミッティ
ングを有する原料ガスのみから原料ガスを選択すると、
選択範囲が狭く、１原子層成長に要する時間を短縮する
ことは困難となる。
子層堆積に要する時間が決定される。セルフリミッティ
ングを有する原料ガスのみから原料ガスを選択すると、
選択範囲が狭く、１原子層成長に要する時間を短縮する
ことは困難となる。
【０００９】また、原料ガスの選択の範囲が狭くなる
と、成長すべき結晶中で不純物原子等となる元素の混入
を避けることが困難になることもある。たとえば、エチ
ル化物、メチル化物等を用いる場合、Ｃの混入が避けに
くいが、ＣはＩＩＩ−Ｖ族半導体においては電気的不純
物として機能する。
と、成長すべき結晶中で不純物原子等となる元素の混入
を避けることが困難になることもある。たとえば、エチ
ル化物、メチル化物等を用いる場合、Ｃの混入が避けに
くいが、ＣはＩＩＩ−Ｖ族半導体においては電気的不純
物として機能する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の技術による原子層エピタキシによれば、種々の制
限が伴う。
従来の技術による原子層エピタキシによれば、種々の制
限が伴う。
【００１１】本発明の目的は、原子層成長が可能で、制
限の少ない結晶成長方法を提供することである。
限の少ない結晶成長方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明では、原子層エピ
タキシにおいて１原子層の成長が終了するとその時点で
成長を停止させることの代わりに、構成元素の堆積を行
なう工程と、セルフリミッティングを生ぜしめる工程を
分離する。
タキシにおいて１原子層の成長が終了するとその時点で
成長を停止させることの代わりに、構成元素の堆積を行
なう工程と、セルフリミッティングを生ぜしめる工程を
分離する。
【００１３】たとえば、第１に構成元素の１原子層以上
の堆積工程を行ない、次にこの構成元素と結合して除去
する物質との接触反応工程を行なうことにより、１原子
層以上堆積した余分な堆積原子を除去し、結果的に１原
子層の堆積を実現する。
の堆積工程を行ない、次にこの構成元素と結合して除去
する物質との接触反応工程を行なうことにより、１原子
層以上堆積した余分な堆積原子を除去し、結果的に１原
子層の堆積を実現する。
【００１４】
【作用】堆積工程においては、１原子層以上の堆積を行
なえるため、用いる原料にセルフリミッティングを要求
する必要がなくなる。このため、選択の範囲が広がり、
より好ましい成長温度や成長速度を選ぶことが可能にな
る。
なえるため、用いる原料にセルフリミッティングを要求
する必要がなくなる。このため、選択の範囲が広がり、
より好ましい成長温度や成長速度を選ぶことが可能にな
る。
【００１５】１原子層以上の堆積を行なっても、１原子
層を越える部分はメチル基やハロゲン基と結合して除去
されるため、結果的に残る堆積層は１原子層であり、原
子層エピタキシが実現できる。
層を越える部分はメチル基やハロゲン基と結合して除去
されるため、結果的に残る堆積層は１原子層であり、原
子層エピタキシが実現できる。
【００１６】
【実施例】図１（Ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板１の
上に、Ａｓの原子層２を成長させた後、十分量のＧａの
原料３を供給し、Ａｓの原子層２の上に１原子層以上の
Ｇａ原子４を堆積させる。この段階では、明らかに原子
層成長は行なわれていない。ただ、Ｇａに覆われていな
いＡｓの原子層の部分がないように多めにＧａ原子４を
堆積させればよい。
上に、Ａｓの原子層２を成長させた後、十分量のＧａの
原料３を供給し、Ａｓの原子層２の上に１原子層以上の
Ｇａ原子４を堆積させる。この段階では、明らかに原子
層成長は行なわれていない。ただ、Ｇａに覆われていな
いＡｓの原子層の部分がないように多めにＧａ原子４を
堆積させればよい。
【００１７】次に、図１（Ｂ）に示すように、成長面に
メチル基５を供給し、表面の１原子層以上堆積したＧａ
原子４ａと接触、反応させ、メチル化ガリウムとして表
面から蒸発させる。このとき、Ａｓの原子層２と直接結
合している１原子層分のＧａ原子４ｂは、Ａｓとの結合
力が強いため、メチル基５が接触しても表面から離脱し
ない。
メチル基５を供給し、表面の１原子層以上堆積したＧａ
原子４ａと接触、反応させ、メチル化ガリウムとして表
面から蒸発させる。このとき、Ａｓの原子層２と直接結
合している１原子層分のＧａ原子４ｂは、Ａｓとの結合
力が強いため、メチル基５が接触しても表面から離脱し
ない。
【００１８】したがって、ある程度以上のメチル基を成
長面に供給すると、１原子層以上の余分なＧａ原子４ａ
はメチル基と反応して再蒸発し、結晶表面には丁度１原
子層のＧａ原子層４ｂが残る。この状態を図１（Ｃ）に
示す。
長面に供給すると、１原子層以上の余分なＧａ原子４ａ
はメチル基と反応して再蒸発し、結晶表面には丁度１原
子層のＧａ原子層４ｂが残る。この状態を図１（Ｃ）に
示す。
【００１９】なお、Ｇａ原子４を堆積させる工程におい
て用いるＧａ原料はセルフリミッティングを有する必要
がないため、広い範囲から選択することができる。たと
えば、低温で原子層エピタキシを行ないたい場合は、分
解温度が十分低い原料からＧａ原料を選択することがで
きる。
て用いるＧａ原料はセルフリミッティングを有する必要
がないため、広い範囲から選択することができる。たと
えば、低温で原子層エピタキシを行ないたい場合は、分
解温度が十分低い原料からＧａ原料を選択することがで
きる。
【００２０】すなわち、Ｇａ原料として、金属Ｇａや、
トリエチルガリウム、トリイソブチルガリウム、トリメ
チルアミンガランのような有機金属化合物等、広い範囲
の材料を用いることができる。
トリエチルガリウム、トリイソブチルガリウム、トリメ
チルアミンガランのような有機金属化合物等、広い範囲
の材料を用いることができる。
【００２１】図２に、本発明の実施例に用いることので
きる減圧ＭＯＶＰＥ成長系を示す。石英反応管１１の中
に、グラファイトのサセプタ１２が配置され、その上に
ＧａＡｓ基板１３を載置することができる。
きる減圧ＭＯＶＰＥ成長系を示す。石英反応管１１の中
に、グラファイトのサセプタ１２が配置され、その上に
ＧａＡｓ基板１３を載置することができる。
【００２２】グラファイトサセプタ１２は、ＲＦコイル
１４から供給する高周波電力によって加熱され、ＧａＡ
ｓ基板１３を所定温度に加熱する。石英反応管１１は、
ゲートバルブ２１を介して予備室２２に接続されてい
る。また、石英反応管１１は、排気口２４を介して排気
ポンプに接続されており、石英反応管１１内を所定の減
圧雰囲気に保つことができる。圧力は、たとえば１５〜
２０Ｔｏｒｒ程度である。
１４から供給する高周波電力によって加熱され、ＧａＡ
ｓ基板１３を所定温度に加熱する。石英反応管１１は、
ゲートバルブ２１を介して予備室２２に接続されてい
る。また、石英反応管１１は、排気口２４を介して排気
ポンプに接続されており、石英反応管１１内を所定の減
圧雰囲気に保つことができる。圧力は、たとえば１５〜
２０Ｔｏｒｒ程度である。
【００２３】成長用原料は、原料供給口１５から原料ガ
スマニホールドバルブ１６に供給され、サセプタ１２上
のＧａＡｓ基板１３上に供給される。ＩＩＩ族元素であ
るＧａの原料ガスとして分解温度が低いトリイソブチル
ガリウムを用い、Ｖ族元素であるＡｓの原料ガスとして
アルシン、キャリアガスとしてＨ2 を用いる場合を示
す。
スマニホールドバルブ１６に供給され、サセプタ１２上
のＧａＡｓ基板１３上に供給される。ＩＩＩ族元素であ
るＧａの原料ガスとして分解温度が低いトリイソブチル
ガリウムを用い、Ｖ族元素であるＡｓの原料ガスとして
アルシン、キャリアガスとしてＨ2 を用いる場合を示
す。
【００２４】また、余分のＧａを除去するためのメタン
ガス（ＣＨ4 ）が、水素（Ｈ2 ）と混合されて供給口１
７からバルブ１８を介してプラズマ発生装置１９に供給
され、プラズマ化された後、石英反応管１１内に供給さ
れる。プラズマ発生装置１９は、内部のガスにＲＦ電界
を印加することによってプラズマを発生させる。サイク
ロトロン共鳴を利用したＥＣＲ装置を用いてもよい。
ガス（ＣＨ4 ）が、水素（Ｈ2 ）と混合されて供給口１
７からバルブ１８を介してプラズマ発生装置１９に供給
され、プラズマ化された後、石英反応管１１内に供給さ
れる。プラズマ発生装置１９は、内部のガスにＲＦ電界
を印加することによってプラズマを発生させる。サイク
ロトロン共鳴を利用したＥＣＲ装置を用いてもよい。
【００２５】図３に、図１に示す結晶成長方法を図２に
示すような結晶成長装置を用いて実行するためのガス供
給シーケンスを示す。例として基板結晶はＧａＡｓの
（１００）面を用い、成長温度は３００℃とした。ま
た、Ｇａの原料として分解温度の低いトリイソブチルガ
リウムを用いた。Ａｓの原料としてはアルシン（ＡｓＨ
3 ）を用いた。また、メチル基はメタンガスをプラズマ
で分解して発生させた。
示すような結晶成長装置を用いて実行するためのガス供
給シーケンスを示す。例として基板結晶はＧａＡｓの
（１００）面を用い、成長温度は３００℃とした。ま
た、Ｇａの原料として分解温度の低いトリイソブチルガ
リウムを用いた。Ａｓの原料としてはアルシン（ＡｓＨ
3 ）を用いた。また、メチル基はメタンガスをプラズマ
で分解して発生させた。
【００２６】まず、図３上段に示すように、Ｈ2 をキャ
リアガスとしたトリイソブチルガリウムを約３秒程度供
給し、ＧａＡｓ表面に約１．３原子層のＧａ層を堆積す
る。このステップにおいては、基板表面がＧａ原子で覆
われればよく、厚さは厳密なものではない。ただし、最
終的に用いるのは１原子層であるため、余分に堆積させ
るほど原料が浪費され、プロセス時間が長くなる。
リアガスとしたトリイソブチルガリウムを約３秒程度供
給し、ＧａＡｓ表面に約１．３原子層のＧａ層を堆積す
る。このステップにおいては、基板表面がＧａ原子で覆
われればよく、厚さは厳密なものではない。ただし、最
終的に用いるのは１原子層であるため、余分に堆積させ
るほど原料が浪費され、プロセス時間が長くなる。
【００２７】次に、図３のシーケンスの２段目に示すよ
うに、プラズマにより発生させたメチル基（メチルラジ
カル）をＧａ層上に照射する。ＣＨ4 とＨ2 との混合ガ
スを図２に示すプラズマ発生装置１９においてプラズマ
化し、基板表面上に供給することでメチルラジカルを供
給する。このメチルラジカルの供給は、Ｇａ層の余分な
約０．３原子層を除去するためのものである。
うに、プラズマにより発生させたメチル基（メチルラジ
カル）をＧａ層上に照射する。ＣＨ4 とＨ2 との混合ガ
スを図２に示すプラズマ発生装置１９においてプラズマ
化し、基板表面上に供給することでメチルラジカルを供
給する。このメチルラジカルの供給は、Ｇａ層の余分な
約０．３原子層を除去するためのものである。
【００２８】Ｇａの上に堆積しているＧａ原子は、Ｇａ
−Ｇａ結合力がＧａ−（ＣＨ3 ）n よりも弱く、Ｇａが
メチル基ＣＨ3 と結合したときメチル化ガリウムが再蒸
発することを許容する。メチルラジカル供給ステップの
時間は、余分なＧａを除去するのに十分な時間であれば
よい。
−Ｇａ結合力がＧａ−（ＣＨ3 ）n よりも弱く、Ｇａが
メチル基ＣＨ3 と結合したときメチル化ガリウムが再蒸
発することを許容する。メチルラジカル供給ステップの
時間は、余分なＧａを除去するのに十分な時間であれば
よい。
【００２９】メチルラジカル供給後、図３の３段目に示
すように、水素（Ｈ2 ）ガスを流して石英反応管１１内
をパージする。次に図３の４段目に示すように、アルシ
ン（ＡｓＨ3 ）を５秒程度供給し、Ａｓ原子層を形成す
る。すなわち、１サイクルのうち初めの２ステップにお
いて、Ｇａ原子層が形成され、最後の１ステップによっ
てＡｓ原子層が形成されてＧａＡｓの１分子層が成長す
る。この工程を必要回数繰り返し行なうことにより、必
要な厚さの原子層エピタキシャル成長を行なうことがで
きる。
すように、水素（Ｈ2 ）ガスを流して石英反応管１１内
をパージする。次に図３の４段目に示すように、アルシ
ン（ＡｓＨ3 ）を５秒程度供給し、Ａｓ原子層を形成す
る。すなわち、１サイクルのうち初めの２ステップにお
いて、Ｇａ原子層が形成され、最後の１ステップによっ
てＡｓ原子層が形成されてＧａＡｓの１分子層が成長す
る。この工程を必要回数繰り返し行なうことにより、必
要な厚さの原子層エピタキシャル成長を行なうことがで
きる。
【００３０】図４は、メチル基（メチルラジカル）の照
射時間と成長率の変化を示す。横軸はＣＨ3 の照射時間
を秒で示し、縦軸は成長率を分子層に換算して示す。成
長率１は、１サイクルで１分子層が成長することを意味
する。
射時間と成長率の変化を示す。横軸はＣＨ3 の照射時間
を秒で示し、縦軸は成長率を分子層に換算して示す。成
長率１は、１サイクルで１分子層が成長することを意味
する。
【００３１】石英反応管１１として径約７０〜８０ｍｍ
φ程度のものを用い、グラファイトサセプタ１２として
約６０ｍｍφ程度のものを用いた。Ｇａ原料としてトリ
イソブチルガリウム（ＴＩＢＧａ）をバブラを約２０℃
に保ち、Ｈ2 ガスを約１００ｓｃｃｍ流した。
φ程度のものを用い、グラファイトサセプタ１２として
約６０ｍｍφ程度のものを用いた。Ｇａ原料としてトリ
イソブチルガリウム（ＴＩＢＧａ）をバブラを約２０℃
に保ち、Ｈ2 ガスを約１００ｓｃｃｍ流した。
【００３２】また、Ａｓ原料としては、ＡｓＨ3 を水素
中で約１０％に希釈したものを用い、約４００ｓｃｃｍ
流した。メチル基原料としてはメタンガスＣＨ4 を水素
中で約２％に希釈し、約５０ｓｃｃｍ流した。また、成
長温度は３００℃で測定を行なった。
中で約１０％に希釈したものを用い、約４００ｓｃｃｍ
流した。メチル基原料としてはメタンガスＣＨ4 を水素
中で約２％に希釈し、約５０ｓｃｃｍ流した。また、成
長温度は３００℃で測定を行なった。
【００３３】図４に明らかなように、基板上に形成した
約１．３原子層分のＧａの内、１原子層以上のＧａ層
は、ＣＨ3 を照射することによって次第に減少してい
る。図４に示すデータの条件においては、メチル基を約
４秒以上供給した場合に、成長率が１（サイクルでＧａ
Ａｓ１分子の厚み（２．８３Å））になっている。
約１．３原子層分のＧａの内、１原子層以上のＧａ層
は、ＣＨ3 を照射することによって次第に減少してい
る。図４に示すデータの条件においては、メチル基を約
４秒以上供給した場合に、成長率が１（サイクルでＧａ
Ａｓ１分子の厚み（２．８３Å））になっている。
【００３４】すなわち、１原子層以上のＧａを堆積して
も、その後のメチル基照射によって１原子層以上の余分
なＧａを除去し、１原子層のみのＧａ原子層を得ること
ができる。
も、その後のメチル基照射によって１原子層以上の余分
なＧａを除去し、１原子層のみのＧａ原子層を得ること
ができる。
【００３５】これまでセルフリミッティングのあるトリ
メチルガリウム等を用いて原子層エピタキシが行なわれ
たが、トリメチルガリウムの場合、分解温度は約４５０
℃であり、通常用いられる成長温度は約５００℃付近で
ある。分解温度以下の温度での原子層エピタキシは実現
できなかった。
メチルガリウム等を用いて原子層エピタキシが行なわれ
たが、トリメチルガリウムの場合、分解温度は約４５０
℃であり、通常用いられる成長温度は約５００℃付近で
ある。分解温度以下の温度での原子層エピタキシは実現
できなかった。
【００３６】上述の実施例によれば、セルフリミッティ
ングのないトリイソブチルガリウムを用いることがで
き、トリイソブチルガリウムの分解温度は約２００℃で
あるため、大幅に低い温度での原子層エピタキシが実現
できる。
ングのないトリイソブチルガリウムを用いることがで
き、トリイソブチルガリウムの分解温度は約２００℃で
あるため、大幅に低い温度での原子層エピタキシが実現
できる。
【００３７】ＭＯＶＰＥ成長系を用いる場合を図示した
が、分子線エピタキシャル成長装置にメチル基供給手段
を設けても上述の実施例同様、セルフリミッティングの
ない材料を用いた原子層エピタキシを実現することがで
きる。
が、分子線エピタキシャル成長装置にメチル基供給手段
を設けても上述の実施例同様、セルフリミッティングの
ない材料を用いた原子層エピタキシを実現することがで
きる。
【００３８】この場合、Ｇａ原料は金属Ｇａでもよい。
金属Ｇａの場合、成長温度はさらに低下させることがで
きる。また、金属Ｇａの場合、有機金属原料からの汚染
がないため、成長膜の品質を高くすることが可能とな
る。
金属Ｇａの場合、成長温度はさらに低下させることがで
きる。また、金属Ｇａの場合、有機金属原料からの汚染
がないため、成長膜の品質を高くすることが可能とな
る。
【００３９】以上説明した実施例においては、余分に堆
積したＩＩＩ族元素を除去するための物質としてメチル
基を用いたが、この目的に利用できるのはメチル基に限
らない。
積したＩＩＩ族元素を除去するための物質としてメチル
基を用いたが、この目的に利用できるのはメチル基に限
らない。
【００４０】ハロゲンラジカルを用いて１原子層以上堆
積した化合物半導体の構成元素の層を除去することがで
きる。図５を参照して、ＧａＡｓの原子層成長にＣｌガ
スを用いた例を説明する。
積した化合物半導体の構成元素の層を除去することがで
きる。図５を参照して、ＧａＡｓの原子層成長にＣｌガ
スを用いた例を説明する。
【００４１】Ｇａの原料としてはトリエチルガリウム
（ＴＥＧａ）、Ａｓの原料にはアルシン（ＡｓＨ3 ）を
用い、それぞれＨ2 をキャリアガスとして用いて反応管
に導入した。ＴＥＧａは、セルフリミッティング機構を
有していない。
（ＴＥＧａ）、Ａｓの原料にはアルシン（ＡｓＨ3 ）を
用い、それぞれＨ2 をキャリアガスとして用いて反応管
に導入した。ＴＥＧａは、セルフリミッティング機構を
有していない。
【００４２】したがって、たんにＴＥＧａとアルシンと
を交互に供給して成長を行なうと、ＴＥＧａの供給パル
ス幅が長い場合、１サイクル当たりの成長膜厚はＧａＡ
ｓの１分子層厚を越えて増加する。
を交互に供給して成長を行なうと、ＴＥＧａの供給パル
ス幅が長い場合、１サイクル当たりの成長膜厚はＧａＡ
ｓの１分子層厚を越えて増加する。
【００４３】図５においては、ＴＥＧａの供給に引続
き、Ｈ2 のパージを行ない、次にＣｌラジカルを供給し
ている。このＣｌラジカルによって、余分なＧａは成長
表面から除去される。
き、Ｈ2 のパージを行ない、次にＣｌラジカルを供給し
ている。このＣｌラジカルによって、余分なＧａは成長
表面から除去される。
【００４４】Ｃｌラジカル供給後、再びＨ2 ガスでパー
ジを行ない、アルンシＡｓＨ3 を供給することによっ
て、ＧａＡｓ１分子層が成長する。その後、再びＨ2 ガ
スパージを行なって１サイクルを終了する。なお、Ｈ2
ガスのパージは一部または全部省略することもできる。
ジを行ない、アルンシＡｓＨ3 を供給することによっ
て、ＧａＡｓ１分子層が成長する。その後、再びＨ2 ガ
スパージを行なって１サイクルを終了する。なお、Ｈ2
ガスのパージは一部または全部省略することもできる。
【００４５】図６は、塩素（Ｃｌ）ラジカルを発生させ
る手段の例を示す。図６（Ａ）は、ＨＣｌガスを原料と
し、反応室３１内でＲＦコイル３２から高周波を印加し
てＲＦプラズマを発生させ、ＨＣｌをＨとＣｌとに分解
する。
る手段の例を示す。図６（Ａ）は、ＨＣｌガスを原料と
し、反応室３１内でＲＦコイル３２から高周波を印加し
てＲＦプラズマを発生させ、ＨＣｌをＨとＣｌとに分解
する。
【００４６】図６（Ｂ）においては、反応室３１内にタ
ングステン（Ｗ）フィラメント３４を配置し、フィラメ
ントに電流を流すことによって約１０００℃に加熱し、
ここに原料のＣｌ2 を供給して熱分解によりＣｌラジカ
ルを発生させる。
ングステン（Ｗ）フィラメント３４を配置し、フィラメ
ントに電流を流すことによって約１０００℃に加熱し、
ここに原料のＣｌ2 を供給して熱分解によりＣｌラジカ
ルを発生させる。
【００４７】図６（Ｃ）においては、反応室３１に紫外
線に対して透過率の高い透過窓３６を設け、エキシマレ
ーザ等による紫外光３７を照射して、ここにＣｌ2 のよ
うな分子を導入すると、光分解してＣｌラジカルが発生
する。
線に対して透過率の高い透過窓３６を設け、エキシマレ
ーザ等による紫外光３７を照射して、ここにＣｌ2 のよ
うな分子を導入すると、光分解してＣｌラジカルが発生
する。
【００４８】このような装置によってＨＣｌガスやＣｌ
2 ガス等の塩素を含むガスからＣｌラジカルを発生させ
ることができる。図７は、図５に示すシーケンスにした
がってＧａＡｓの成長を行なったときのＣｌラジカルに
よるＧａ原子除去の結果を示すグラフである。Ｃｌラジ
カル供給のパルス幅と、シーケンス１サイクル当たりの
成長率の関係をプロットした。図において、横軸はＣｌ
ラジカル供給のパルス幅を秒で示し、縦軸はＧａＡｓ成
長率を１サイクル当たりの成長分子層数で示す。
2 ガス等の塩素を含むガスからＣｌラジカルを発生させ
ることができる。図７は、図５に示すシーケンスにした
がってＧａＡｓの成長を行なったときのＣｌラジカルに
よるＧａ原子除去の結果を示すグラフである。Ｃｌラジ
カル供給のパルス幅と、シーケンス１サイクル当たりの
成長率の関係をプロットした。図において、横軸はＣｌ
ラジカル供給のパルス幅を秒で示し、縦軸はＧａＡｓ成
長率を１サイクル当たりの成長分子層数で示す。
【００４９】なお、成長実験は成長温度約３５０℃で行
なった。Ｇａの原料はＴＥＧａであり、２０℃に保った
バブラに約１００ｓｃｃｍのＨ2 をバブリングさせて約
４秒間供給した。Ａｓの原料は、ＡｓＨ3 を用い、水素
ガスで約１０％に希釈し、５００ｓｃｃｍの流量で約５
秒間供給した。また、水素ガスのパージは約２秒間行な
った。反応管内の圧力は約２０Ｔｏｒｒに保ち、リアク
タ内総流量を約２００ｓｃｃｍに設定した。
なった。Ｇａの原料はＴＥＧａであり、２０℃に保った
バブラに約１００ｓｃｃｍのＨ2 をバブリングさせて約
４秒間供給した。Ａｓの原料は、ＡｓＨ3 を用い、水素
ガスで約１０％に希釈し、５００ｓｃｃｍの流量で約５
秒間供給した。また、水素ガスのパージは約２秒間行な
った。反応管内の圧力は約２０Ｔｏｒｒに保ち、リアク
タ内総流量を約２００ｓｃｃｍに設定した。
【００５０】このとき、塩素ラジカルを用いない状態で
は１サイクル当たり約１．４分子層のＧａＡｓが成長し
た。Ｇａ層成長後、Ｃｌラジカル照射ステップを行なう
と、ＧａＡｓの成長率は低下する。
は１サイクル当たり約１．４分子層のＧａＡｓが成長し
た。Ｇａ層成長後、Ｃｌラジカル照射ステップを行なう
と、ＧａＡｓの成長率は低下する。
【００５１】図７に示すように、Ｃｌラジカル供給のパ
ルス幅を増大するにつれて、ＧａＡｓ成長率は次第に減
少し、約４秒強以上Ｃｌラジカルを供給すると、ＧａＡ
ｓ成長率は１分子層に飽和した。なお、原料のＣｌ2 は
５％濃度のものを約１００ｓｃｃｍ供給し、図６（Ｂ）
に示すラジカル発生装置によってラジカルを発生させ
た。
ルス幅を増大するにつれて、ＧａＡｓ成長率は次第に減
少し、約４秒強以上Ｃｌラジカルを供給すると、ＧａＡ
ｓ成長率は１分子層に飽和した。なお、原料のＣｌ2 は
５％濃度のものを約１００ｓｃｃｍ供給し、図６（Ｂ）
に示すラジカル発生装置によってラジカルを発生させ
た。
【００５２】以上、ＩＩＩ−Ｖ族半導体のＧａＡｓを例
にとって説明したが、本発明は他の化合物の原子層エピ
タキシにも適用することができることは当業者に自明で
あろう。
にとって説明したが、本発明は他の化合物の原子層エピ
タキシにも適用することができることは当業者に自明で
あろう。
【００５３】すなわち、化合物の結晶成長において、そ
の構成元素の層を１原子層以上成長し、結合力の弱い１
原子層を越える分については他の物質と反応させること
によって再蒸発させること等により除去し、１原子層の
みを残し、他の構成元素をその上に成長させて原子層エ
ピタキシを行なうことができる。
の構成元素の層を１原子層以上成長し、結合力の弱い１
原子層を越える分については他の物質と反応させること
によって再蒸発させること等により除去し、１原子層の
みを残し、他の構成元素をその上に成長させて原子層エ
ピタキシを行なうことができる。
【００５４】特に、化合物半導体においては、１原子層
以上の厚さに堆積させた構成元素をメチル基あるいはハ
ロゲン基によって除去することができる。以上実施例に
沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限され
るものではない。たとえば、種々の変更、改良、組み合
わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
以上の厚さに堆積させた構成元素をメチル基あるいはハ
ロゲン基によって除去することができる。以上実施例に
沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限され
るものではない。たとえば、種々の変更、改良、組み合
わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
原子層エピタキシの成長において、必ずしもセルフリミ
ッティング特性を有しない原料を使用することができ
る。
原子層エピタキシの成長において、必ずしもセルフリミ
ッティング特性を有しない原料を使用することができ
る。
【００５６】このため、広い範囲から原料を選択するこ
とができる。原料として適当なものを選べば、成長温度
の低下、１分子層成長に要する時間の短縮、成長膜の品
質向上等を実現することができる。
とができる。原料として適当なものを選べば、成長温度
の低下、１分子層成長に要する時間の短縮、成長膜の品
質向上等を実現することができる。
【図１】本発明の実施例による原子層エピタキシを説明
するための概略図である。
するための概略図である。
【図２】本発明の実施例を行なうための結晶成長装置の
構成例を示す概略断面図である。
構成例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施例による原子層エピタキシのシー
ケンスを示すタイミングチャートである。
ケンスを示すタイミングチャートである。
【図４】メタン照射時間に対するＧａＡｓ成長率の変化
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例による結晶成長方法のシーケン
スを示すタイミングチャートである。
スを示すタイミングチャートである。
【図６】塩素ラジカルを発生させる手段を示す概略図で
ある。
ある。
【図７】塩素ラジカル照射時間に対するＧａＡｓ成長率
の変化を示すグラフである。
の変化を示すグラフである。
１ ＧａＡｓ基板 ２ Ａｓの原子層 ３ Ｇａの原料 ４ Ｇａ原子 ５ メチル基 １１ 石英反応管 １２ グラファイトサセプタ １３ ＧａＡｓ基板 １４ ＲＦコイル １５ 原料ガス供給系 １６ 原料ガスマニホールドバルブ １７ 制御ガス供給系 １８ バルブ １９ プラズマ発生装置 ２１ ゲートバルブ ２２ 予備室 ２４ 排気口 ３１ 反応室 ３２ ＲＦコイル ３４ フィラメント ３６ 透過窓
Claims (5)
- 【請求項１】 下地（１，２）表面上に成長すべき化合
物の構成元素の層（４）を少なくとも１原子層以上成長
する工程と、 前記構成元素と結合し、かつその結合力が前記構成元素
と前記下地との結合力よりも小さな物質を形成する物質
（３）を供給することにより、前記構成元素の層におけ
る前記下地と結合していない前記構成元素（４ａ）を除
去する工程とを含むことを特徴とする結晶成長方法。 - 【請求項２】 前記構成元素を除去する工程により、前
記構成元素の単原子層を得た後、前記単原子層上に他の
構成元素の１原子層を堆積させる工程を含む請求項１記
載の結晶成長方法。 - 【請求項３】 前記構成元素と結合する物質は、メチル
基あるいはハロゲン基であることを特徴とする請求項１
記載の結晶成長方法。 - 【請求項４】 さらに、前記化合物の構成元素を含まな
い化合物を分解して前記メチル基あるいはハロゲン基を
生成する工程を含む請求項３記載の結晶成長方法。 - 【請求項５】 前記分解は熱分解、プラズマ分解、光分
解のいずれかを含む請求項４記載の結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP419492A JPH05186295A (ja) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | 結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP419492A JPH05186295A (ja) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | 結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05186295A true JPH05186295A (ja) | 1993-07-27 |
Family
ID=11577883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP419492A Pending JPH05186295A (ja) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | 結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05186295A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007114156A1 (ja) | 2006-03-30 | 2007-10-11 | Mitsui Engineering & Shipbuilding Co., Ltd. | 原子層成長装置 |
| US7732325B2 (en) | 2002-01-26 | 2010-06-08 | Applied Materials, Inc. | Plasma-enhanced cyclic layer deposition process for barrier layers |
| US7781326B2 (en) | 2001-02-02 | 2010-08-24 | Applied Materials, Inc. | Formation of a tantalum-nitride layer |
| US10280509B2 (en) | 2001-07-16 | 2019-05-07 | Applied Materials, Inc. | Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques |
-
1992
- 1992-01-13 JP JP419492A patent/JPH05186295A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7781326B2 (en) | 2001-02-02 | 2010-08-24 | Applied Materials, Inc. | Formation of a tantalum-nitride layer |
| US10280509B2 (en) | 2001-07-16 | 2019-05-07 | Applied Materials, Inc. | Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques |
| US7732325B2 (en) | 2002-01-26 | 2010-06-08 | Applied Materials, Inc. | Plasma-enhanced cyclic layer deposition process for barrier layers |
| WO2007114156A1 (ja) | 2006-03-30 | 2007-10-11 | Mitsui Engineering & Shipbuilding Co., Ltd. | 原子層成長装置 |
| US8202367B2 (en) | 2006-03-30 | 2012-06-19 | Mitsui Engineering & Shipbuilding Co., Ltd. | Atomic layer growing apparatus |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010313 |