JPH0669131A - 半導体薄膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温熱処理を不要にし、結晶欠陥および転位
の少ないＳｉ−Ｇｅ薄膜を形成する方法を提供する。 【構成】 ＳｉＨ₄ ガス雰囲気中で５０℃／秒〜２００
℃／秒の範囲内で定めた昇温速度でシリコン基板を昇温
加熱する。この昇温加熱の過程で基板上の酸化膜や汚染
物等が除去される。シリコン基板を昇温加熱を行いなが
ら、加熱温度が５００℃〜６００℃の範囲内で定めた温
度を経過したときゲルマン（ＧｅＨ₄ ）ガスを導入した
後、シリコン基板の加熱温度を７００℃〜８００℃の範
囲内で６０秒間程度保持し、Ｓｉ−Ｇｅ薄膜を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体薄膜形成方
法、特にＩＶ族半導体エピタキシャル薄膜形成方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】シリコン（Ｓｉ）基板上にシリコン・ゲ
ルマニウム（Ｓｉ−Ｇｅ）薄膜を形成する方法としてエ
ピタキシャル成長技術がある。

【０００３】薄膜形成技術は、通常、分子線エピタキシ
ャル法（ＭＢＥ法とも呼ばれる。）と化学的気相成長法
（ＣＶＤ法とも呼ばれる。）が用いられている。

【０００４】ＭＢＥ法は、低温で結晶成長させることが
できるため形成した薄膜の不純物分布を乱すことがない
という利点が得られる。また、ＭＢＥ法では、原料とし
て固体ソースを用いて分子線を発生させ、成膜室内の基
板に分子線を当て結晶成長させる方法である。成膜室内
は、超高真空（１０^-9〜１０^-10 Ｔｏｒｒ）に維持され
るため、ビーム状になって基板に到達した成分元素のう
ち基板に捕らえられない分子は真空系によって運び去ら
れ基板表面は常に新鮮な分子線だけが基板に到達する。
しかし、ＭＢＥ法では、電子銃蒸発器のソース容量に限
界があって成長速度が遅く、１０００Ａ°（但し、Ａ°
は、オングストロームを表す記号）程度の単結晶膜成長
を迅速に行うことは困難であった。

【０００５】一方、ガスソースを用いるＣＶＤ法は、Ｓ
ｉ−Ｇｅの薄膜形成にも用いらている。この方法は、高
温での化学反応で酸化膜、窒化膜および結晶膜などの薄
膜をウエハー上に堆積させる方法である。通常、常圧Ｃ
ＶＤ法と減圧ＣＶＤ法と呼ばれる２つの方法がある。後
者の減圧ＣＶＤ法は、Ｓｉ−Ｇｅの薄膜形成にも用いら
れ、シラン（ＳｉＨ₄ ）ガスおよびゲルマン（Ｇｅ
Ｈ₄ ）ガスの雰囲気中で、また、減圧した雰囲気中で加
熱処理することによって熱分解、水素（Ｈ₂ ）還元、お
よび置換等の反応を利用して基板上に結晶を成長させる
方法である。常圧のＣＶＤ法では、大気圧中の成長であ
るためガス分子の数が多く結晶成長の速度は速い。しか
し、減圧ＣＶＤに比べ膜厚の均一性に欠けるという問題
があった。

【０００６】このため、比較的薄膜が均一の膜厚として
形成しやすい減圧ＣＶＤ法を用いて半導体薄膜を形成す
るのが有利である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た減圧ＣＶＤ法や常圧ＣＶＤ法は、原料ガスの熱分解が
必要であるため、ＭＢＥ法と比べて基板を高温にさらす
ことになる。また、原料ガスと基板表面との化学反応生
成を利用して結晶成長を促進させる方法であるため成長
薄膜の膜質が基板表面の状態に大きく左右されることに
なる。このため基板を前処理工程で十分洗浄した後、反
応炉内に基板を導入しても酸化膜を除去するためには、
例えば水素ガス中で１０００℃以上の高温で熱処理を行
う必要があった。このような、高温にした場合、熱処理
によって転位が発生しやすくなることが文献Ｉに開示さ
れている（文献Ｉ「超ＬＳＩ総合辞典」サイエンスフォ
ラム、Ｐ５５８−５５９、昭和６３年）。

【０００８】従って、比較的低い加熱温度で基板表面に
結晶を成長させようとすれば、結晶は、基板表面に残存
する酸化膜や表面に付着している汚染物の影響を受けて
成膜され、このため結晶内部に結晶欠陥とか転位が生じ
てしまうという問題があった（図６の（Ａ）参照）。

【０００９】この発明は、上述した問題点に鑑み行われ
たものであり、この発明の目的は、高温熱処理を不要と
し、結晶欠陥および転位の少ないＳｉ−Ｇｅ薄膜を形成
する半導体薄膜形成方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明の第１半導体薄膜形成方法によれば、反応
炉内で、加熱処理を行ってシリコン基板上にＩＶ族系半
導体結晶薄膜を形成する方法において、（ａ）シリコン
を含有するＩＶ族系水素ガス雰囲気中で５０℃／秒〜２
００℃／秒の範囲内で定めた昇温速度でシリコン基板を
昇温加熱する工程、および（ｂ）前記昇温速度でシリコ
ン基板を昇温加熱しながら、加熱温度が５００℃〜６０
０℃の範囲で定めた温度を通過したときゲルマニウムを
含有するＩＶ族系水素ガスを導入した後、前記シリコン
基板の加熱温度を７００℃〜８００℃に保持してＳｉ−
Ｇｅ薄膜を形成する工程を含み、前記工程（ａ）および
（ｂ）を連続的に行うことを特徴とする。

【００１１】また、この発明の実施に当たり、好ましく
は、前記（ａ）工程で用いるシリコンを含有するＩＶ族
系水素ガスに塩化水素を含有する不活性ガスを混合させ
るのが良い。

【００１２】また、この発明の第２の半導体薄膜形成方
法によれば、反応炉内で、加熱処理を行ってシリコン基
板上にＩＶ族系半導体薄膜を形成する方法において、
（１）基板上に化学的処理して１０Ａ°（オングストロ
−ム）程度の膜厚の酸化膜を形成する工程、および
（２）シリコンおよびゲルマニウムを含有するＩＶ族系
水素ガスの混合ガス雰囲気に切り換えた後、２５℃／秒
〜５０℃／秒の範囲内で定めた昇温速度でシリコン基板
を昇温加熱した後、加熱温度を７００℃〜８００℃の範
囲の定めた温度に保持してＳｉ−Ｇｅ薄膜を形成する工
程を含むことを特徴とする。

【００１３】また、好ましくは、前記（１）工程で基板
の化学的処理を行なう場合、過酸化水素（Ｈ₂ Ｏ₂ ）を
含む水溶液とするのが良い。

【００１４】

【作用】上述したこの発明の第１の半導体薄膜形成方法
によれば、シリコン（Ｓｉ）を含有するＩＶ族系水素ガ
ス雰囲気中で５０℃／秒〜２００℃／秒の範囲内で定め
た昇温速度でシリコン基板を昇温加熱する。このように
急速に昇温加熱が行われるため基板洗浄後に基板上に付
着した不純物および酸化膜等は、ラジカル反応による還
元作用によって除去される。

【００１５】また、加熱昇温しながら加熱温度が５００
℃〜６００℃の範囲内で定めた温度を通過したときゲル
マニウムを含有するＩＶ族系水素ガスを炉内に導入す
る。加熱温度が５００℃〜６００℃の範囲内の適当な温
度という比較的低温のため、この温度でゲルマニウムを
含有するＩＶ族系水素ガスを導入することによってシラ
ン（ＳｉＨ₄ ）ガスによるシリコン結晶の成長を抑制す
ることができる。

【００１６】また、シラン（ＳｉＨ₄ ）ガスによる還元
作用が促進されるため基板表面の酸化膜や汚染物は除去
される。

【００１７】次に、シリコンおよびゲルマニウムを含有
するＩＶ族系水素ガス雰囲気中で加熱温度を７００℃〜
８００℃に保持してＳｉ−Ｇｅ薄膜を形成する。

【００１８】上述したこの発明の方法で形成されたＳｉ
−Ｇｅ薄膜は、不純物および酸化膜を実質的に含まず、
かつ、加熱温度も従来のように１０００℃以上の高温に
さらす必要がないため、結晶転位および結晶欠陥の少な
い均一な膜質のＳｉ−Ｇｅ薄膜を実質的に形成すること
ができる。尚、上述したシリコンを含有するＩＶ族系水
素ガス雰囲気中に塩化水素（ＨＣｌ）を含有する不活性
ガスを混合させることによって基板上に付着した不純物
および酸化膜は、更に効率良く除去できる。

【００１９】また、この発明の第２の半導体薄膜形成方
法によれば、基板洗浄の段階で、基板に化学的処理を行
ない予め１０Ａ°程度の酸化膜を形成しておいても良
い。こような状態の下では洗浄工程から反応炉に移動の
際に形成される自然酸化膜を抑制できる。シリコンおよ
びゲルマニウムを含有するＩＶ族系水素ガスの混合ガス
雰囲気中で昇温速度２５℃／秒〜５０℃／秒の昇温速度
でゆるやかに昇温加熱を行い、加熱温度を７００℃〜８
００℃の範囲内の温度で、６０秒間保持しＳｉ−Ｇｅ薄
膜を形成する。この昇温過程においてラジカル反応によ
る還元作用によって予め形成した酸化膜および汚染物等
は除去される。このようにして、Ｓｉ−Ｇｅ薄膜を形成
できるため結晶転位および結晶欠陥の少ない均一な膜質
のＳｉ−Ｇｅ薄膜を実質的に得ることができる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
つき説明する。尚、各図は、これらの発明が理解できる
程度に、各構成成分の寸法、形状および配置関係を概略
的に示してあるにすぎない。また、以下の説明では、特
定の材料および条件をもちいて説明するがこれらの材料
および条件は、一つの好適例にすぎず、従って、何らこ
れに限定されるものではない。

【００２１】先ず、この発明の実施例に用いられるＳｉ
−Ｇｅ単結晶薄膜の形成装置につき説明する。

【００２２】図３は、この発明の実施例を説明するため
の装置の全体構成を概略的に示す図である。この薄膜形
成装置は、石英製の反応炉１１（チャンバとも称す
る。）を具えており、反応炉１１内の基板支持体１３上
ある基板１５を出し入れできる構造になっている。更
に、反応炉１１の外部には、加熱部１２が反応炉の周囲
を取り巻くようにして設けられている。この加熱部１２
は任意好適な構成手段、例えば赤外線ランプ等を用いて
構成する。

【００２３】また、このときの加熱部１２は、好ましく
は複数個からなるランプを用いて基板１５を均一に加熱
できるように設置しておく。

【００２４】また、基板１５の近傍には、基板の表面温
度を測定するための温度測定手段１４、例えば熱電対を
設けてある。

【００２５】次に、この反応炉１１内を真空排気するた
めの排気手段につき説明する。

【００２６】この反応炉１１は、真空排気するための排
気手段２１及び２２を具えており、自動開閉バルブ２
４、２５、２６、２７、２８、２９および３０を介して
反応炉１１と接続されている。この自動開閉バルブ２４
〜３０を任意好適に開閉操作することによって反応炉１
１内の圧力を任意好適に圧力制御できるようになってい
る。従って、反応炉１１内を低真空排気状態および高真
空排気状態に任意好適に保持できる。また、このときの
真空度を測定するため真空計３４を具えている。

【００２７】更に、この装置には、レリーフバルブ３１
を設けてある。このバルブ３１は、反応炉１１内の圧力
が大気圧、例えば、７６０Ｔｏｒｒを越えた場合に自動
的に開放する。排気手段２２は、このバルブ３１の開放
によってガス供給源（後述する）から反応炉１１内へ供
給されたガスを排気する。尚、上述した排気手段２１、
２２を例えば拡散ポンプ２１とこのポンプ２１に接続さ
れたロータリーポンプ２２とをもって構成する。このと
き排気経路として排気管２３を通して排気しても良い。
更に、圧力測定および圧力制御を行うためのゲージは、
真空度に応じて任意好適なものを選択し、また、例えば
圧力制御用コンダクタンスバルブ等を用いるのも良い。

【００２８】次に、ガス供給系につき説明する。

【００２９】第１及び第２実施例では、ガス供給系を図
示のように配備したガス供給管５８、自動開閉バルブ５
１、５２、５３、５４、５５、５６および５７、自動ガ
ス流量コントローラ４６、４７、４８、４９および５０
によって構成してある。各流量コントローラと反応炉１
１との反対側には、ガス供給接続部（以下、接続部と呼
ぶ。）４１、４２、４３、４４および４５を設けてあ
る。各流量コントローラと各ガス供給部とは接続されて
いる。従って、バルブ５１〜５６をそれぞれ任意好適に
選択することによって所望のガスを単独に、または、任
意のガス混合比に調整して反応炉１１に供給することが
できるように構成してある。この実施例１では、接続部
４１には水素ガス（Ｈ₂ ）、接続部４２にはシラン（Ｓ
ｉＨ₄ ）ガス、接続部４３にはゲルマン（ＧｅＨ₄ ）ガ
ス、接続部４４には予備用のガス供給部でそれぞれ構成
されている。

【００３０】先ず、この発明の半導体形成方法の基本的
工程についてＳｉ−Ｇｅ薄膜を例にとり説明する。

【００３１】図１および図２は、この発明の実施例を説
明するための加熱サイクルとガスフロ−を示す曲線図で
ある。図中、横軸に時間（秒）をとり、縦軸に温度
（℃）をとって表している。

【００３２】先ず、第１実施例のＳｉ−Ｇｅ薄膜形成方
法の概要を図１を用いて説明する。

【００３３】基板の前処理工程で好適な条件を用いて基
板を洗浄し、この基板を真空排気した反応炉内に導入す
る。続いて、シリコンを含有するＩＶ族系水素ガス雰囲
気、例えばシラン（ＳｉＨ₄ ）ガス中で５０℃／秒〜２
００℃／秒の範囲内で定めた適当な昇温速度でシリコン
基板を昇温加熱する（図１のＩ_a フロ−）。

【００３４】続いて、更に同一の昇温速度でシリコン基
板の表面を昇温加熱しながら５００℃〜６００℃を通過
したとき、ＳｉＨ₄ ガス流に追加してゲルマニウムを含
有するＩＶ族系水素ガスを導入する。このガスは、例え
ば、ゲルマン（ＧｅＨ₄ ）ガスとする。従って、このＩ
Ｉ_a フロ−の工程では、残留シラン（ＳｉＨ₄ ）ガスと
新らたに導入したゲルマン（ＧｅＨ₄ ）ガスの混合ガス
雰囲気になる。このようなガス雰囲気中でシリコン基板
の加熱温度を７００℃〜８００℃の範囲内で定めた適当
な温度に適当な定時間だけ保持してＳｉ−Ｇｅ薄膜を形
成する（図１のＩＩ_a フロ−）。

【００３５】この実施例では、好ましくは、保持時間を
６０秒間保持とする（図１のＨａ期間）のが良い。

【００３６】次に、シリコンおよびゲルマニウムを含有
するＩＶ族系水素ガス（混合ガス）を排気した後、水素
（Ｈ₂ ）ガスを供給し１００℃まで急冷する。このよう
にして基板上に半導体薄膜としてＳｉ−Ｇｅ薄膜が得ら
れる。続いて、水素ガスの供給を停止し、低真空で排気
した後、不活性ガスを導入して室温（２５℃）程度にな
ってから半導体薄膜が形成されている基板を炉内から取
り出す。

【００３７】次に、第２実施例のＳｉ−Ｇｅ薄膜の形成
方法の概要を図２を用いて説明する。

【００３８】図２は、横軸に時間（秒）をとり、縦軸に
温度（℃）をとって加熱サイクルとガスフロ−の関係を
表している。

【００３９】基板の前処理工程の段階で好適な条件を用
いて予め基板表面に１０Ａ°程度の酸化膜を形成してお
く。

【００４０】次に、基板を反応炉内に導入し、真空排気
を行う。続いて、シリコンおよびゲルマニウムを含有す
るＩＶ族系水素ガス、例えばシラン（ＳｉＨ₄ ）および
ゲルマン（ＧｅＨ₄ ）の混合ガスを反応炉に供給する。

【００４１】このガス雰囲気中で２５℃／秒〜５０℃／
秒の範囲内で定めた昇温速度でシリコン基板を昇温加熱
しながら、７００℃〜８００℃の範囲内で定めた適当な
温度に保持する。このとき、好ましくは、保持時間を約
６０秒間程度とするのが良い（図２のＨｂ期間）。この
工程で前述の図１を参照して説明したと同様な、良質の
半導体薄膜としてのＳｉ−Ｇｅ薄膜が基板上に形成され
る。

【００４２】次に、図中ＩＩ_b フロ−の工程について
は、第１実施例のＩＩＩ_a と同一工程であるから説明を
省略する。

【００４３】この発明の具体的実施例につき説明する。
先ず、第１実施例のＳｉ−Ｇｅ単結晶薄膜形成方法につ
き図１と図４を用いて詳細に説明する。

【００４４】図４の（Ａ）〜（Ｃ）は、この第１実施例
の半導体基板の形成方法を説明する工程図である。尚、
図４の（Ａ）〜（Ｃ）は、ウエハをシリコン基板の厚み
方向に切って示した断面図である。以下の説明は、図１
と図４を適宜参照して行なう。

【００４５】この第１実施例では、原料ガスとしてシラ
ン（ＳｉＨ₄ ）およびゲルマン（ＧｅＨ₄ ）ガスを用
い、シリコン下地としてはシリコン基板２００を用い
る。シリコン基板２００としては、主面が（１００）、
（１１０）および（１１１）面であるもののうち、一種
類の面または複数の面の組み合わさったものを用いるの
が良い。現在広く使われている基板であり、また、Ｓｉ
−Ｇｅ薄膜のエピタキシャル成長に好適な基板だからで
ある。

【００４６】この第１実施例では、半導体薄膜形成する
前に予め基板の清浄化を行なう。このときの清浄化は、
エピタキシャル成長させる際に通常行なわれている清浄
処理を行なって自然酸化膜を除去すれば良いが、この第
１実施例では、以下に説明する清浄化方法を用いる。

【００４７】先ず、基板２００を１２０℃に加熱された
硫酸（Ｈ₂ ＳＯ₄ ）・過酸化水素（Ｈ₂ Ｏ₂ ）水溶液中
に１５分間程度浸漬させる。このようにして基板２００
上に１０Ａ°程度の酸化膜２０２を形成する（図４の
（Ａ））。

【００４８】その後、直ちに１重量％のフツ酸（ＨＦ）
水溶液中に基板を浸漬し酸化膜２０２を除去した後、基
板２００を水溶液中から取り出し、純水で洗浄する。そ
の後、基板２００を乾燥させる。この前処理工程で基板
表面上の汚染物が除去され、最表面のシリコン原子のダ
ングリングボンドは、水素原子で終端されるため自然酸
化膜がつきにくい状態となる。しかし、反応炉内に導入
する途中または炉内中で自然酸化膜とか汚染物が付着す
る（図示せず）。

【００４９】この化学的に処理された基板２００を反応
炉１１内に挿入した後、排気手段２１および２２を用い
て反応炉内を、例えば１×１０^-6Ｔｏｒｒの高真空に排
気して炉内の洗浄化を行う。

【００５０】次に、バルブ２７を閉じ、バルブ２８、５
５および５２を開きまずシリコンを含むＩＶ族系水素ガ
ス、例えば水素希釈１０体積％のシラン（ＳｉＨ₄ ）ガ
スを反応炉１１内に供給する。このとき反応炉内の圧力
が５Ｔｏｒｒ程度になるようにシラン（ＳｉＨ₄ ）の流
量を予め調整しておく。

【００５１】その後、５０℃／秒〜２００℃／秒の範囲
に定めた適当な昇温速度で急速に基板表面の温度を測定
手段１４を測定しながら昇温させる。尚、この昇温過程
で、基板上に形成された自然酸化膜とか汚染物などは、
シラン（ＳｉＨ₄ ）ガスによる還元作用によって除去さ
れる（図４の（Ｂ））。

【００５２】この昇温過程において基板表面の温度が５
００℃〜６００℃程度の好適な温度範囲に達したときバ
ルブ５３を開きゲルマニウムを含むＩＶ族系水素ガス、
例えば水素希釈１％ゲルマン（ＧｅＨ₄ ）ガスを反応炉
内に供給する。

【００５３】このとき反応炉内の圧力が、例えば６Ｔｏ
ｒｒ程度の減圧状態となるようにゲルマンのガス流量を
予め調整しておくのが良い。

【００５４】このようなガス雰囲気中で加熱を継続して
行い、基板表面の加熱温度が７００℃〜８００℃の範囲
内の値になるように温度を設定する。尚、保持時間は、
約６０秒間程度保持する（図１のＩＩ_a フロ−）。

【００５５】このような方法によって、シリコン基板２
００上に基板面の方位面と同一なＳｉ−Ｇｅ薄膜２０４
が約２０００Ａ°程度成長する（図４の（Ｃ））。

【００５６】次に、直ちにバルブ５２及び５３を閉じ、
バルブ５１を開いて水素（Ｈ₂ ）ガスを炉内に供給し、
例えば１００℃まで基板の温度を急冷した後、バルブ５
１および５５を閉じて反応炉内のガスの供給を停止する
とともに低真空０．００３Ｔｏｒｒまで排気する。

【００５７】その後、反応炉内を１気圧（７６０Ｔｏｒ
ｒ）まで不活性ガスを導入して基板２００を炉内から取
り出す。

【００５８】次に、図２と図５とを用いて第２実施例の
Ｓｉ−Ｇｅ薄膜を形成する方法につき説明する。

【００５９】この発明の第２実施例では、基板３００上
に基板と同一方位のＳｉ−Ｇｅ薄膜の単結晶を形成する
ため基板３００を炉内に導入する前に洗浄しておくこと
が特に大切である。

【００６０】先ず、基板３００の洗浄工程につき説明す
る。

【００６１】１２０℃に加熱された硫酸（Ｈ₂ ＳＯ₄ ）
・過酸化水素（Ｈ₂ Ｏ₂ ）水溶液中で基板３００を、例
えば１５分間浸漬し、基板表面を約１０Ａ°程度酸化さ
せる（図示せず）。

【００６２】その後、直ちに１重量％のフッ酸（ＨＦ）
水溶液中に約３０秒間浸漬し、酸化膜を除去した後、純
水で洗浄し乾燥させる。この過程で基板上の汚染物とか
酸化膜は除去される。

【００６３】次に、基板を再度１２０℃に加熱された硫
酸（Ｈ₂ ＳＯ₄ ）・−過酸化水素（Ｈ₂ Ｏ₂ ）水溶液中
に一回目の時より短い時間、例えば１５秒間、浸漬させ
基板の表面に１０Ａ°程度の酸化膜３０２を形成する
（図５の（Ａ））。

【００６４】その後、基板３００を純水で洗浄した後、
乾燥させる。

【００６５】この前処理を行った基板３００を直ちに反
応炉内へ導入し、排気手段２１および２２を用いて炉内
を例えば、１×１０^-6Ｔｏｒｒの高真空に排気して炉内
を洗浄化する。

【００６６】次に、バルブ２７を閉じてバルブ２８、５
２、５３および５５を開き、シリコンを含むＩＶ族系水
素ガス、例えば水素希釈１０体積％のシラン（Ｓｉ
Ｈ₄ ）およびゲルマニウムを含むＩＶ族系水素ガス、例
えば水素希釈１体積％のゲルマン（ＧｅＨ₄ ）を反応炉
内へ供給する。この場合反応炉の圧力が、例えば６Ｔｏ
ｒｒ程度の減圧状態になるようにシラン（ＳｉＨ₄ ）ガ
スおよびゲルマン（ＧｅＨ₄ ）ガスの流量をあらかじめ
調整しておくのが良い。

【００６７】この後、基板３００の表面温度を測定手段
１４で測定しながら２５℃／秒〜５０℃／秒の範囲内に
定めた昇温速度で昇温させ、基板表面の加熱温度が７０
０℃〜８００℃の範囲の好適な成膜温度で約６０秒間程
度保持する（図２のＩ_b フロ−）。尚、この昇温過程に
おいて基板表面に形成された酸化膜および付着汚染物は
除去される（図５の（Ｂ））。

【００６８】また、図２のＩ_b フロ−によりシリコン基
板表面に基板面方位と同一なＳｉ−Ｇｅ薄膜３０４が約
２０００Ａ°程度成長する（図５の（Ｃ））。

【００６９】次に、直ちにバルブ５２と５３を閉じバル
ブ５１を開いて水素（Ｈ₂ ）ガスを炉内に供給し（ＩＩ
_b フロ−）、基板３００を約１００℃まで急冷した後、
バルブ５１と５５を閉じて反応炉内への水素ガス供給を
停止すると同時に炉内を低真空、例えば０．００３Ｔｏ
ｒｒまで排気する。その後、反応炉内に１気圧（７６０
Ｔｏｒｒ）まで不活性ガス、例えば窒素ガスを供給し
て、基板温度が室温（２５℃）程度になってから基板を
炉内から取り出す。

【００７０】図６の（Ａ）は、従来のＳｉ−Ｇｅ薄膜の
内部を示す基板断面図である。

【００７１】従来例では、炉内真空排気した後、加熱温
度をＳｉ−Ｇｅ薄膜の成膜温度（例えば７００℃〜８０
０℃）に急速加熱した後、例えばシラン（ＳｉＨ₄ ）と
ゲルマン（ＧｅＨ₄ ）ガスを同時に供給して成膜する方
法である。このようにして成膜されたＳｉ−Ｇｅ薄膜
は、基板表面の残留酸化膜や汚染物等の影響を受けてＳ
ｉ−Ｇｅ薄膜の表面には凹凸ができてしまう。また、薄
膜の内部にも結晶欠陥（例えば格子間欠陥や空孔等）や
転位（例えば６０°（度）転位等）が数多く発生してい
る。

【００７２】これに対して、この発明の第１実施例およ
び第２実施例では、昇温過程においてシラン（Ｓｉ
Ｈ₄ ）ガス等の還元作用と昇温速度によるアニ−ル効果
により予め基板表面に付着している酸化物とか汚染物を
除去される。このため後工程で形成されたＳｉ−Ｇｅ薄
膜は、転位や結晶欠陥が少ない膜質の均一な膜となる
（図６の（Ｂ））。尚、結晶欠陥を観測する手段として
は、赤外線トモグラフィを用い、転位の観測には、電子
顕微鏡等を用いる。

【００７３】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の第１の半導体薄膜の形成方法によれば、シラン
（ＳｉＨ₄ ）ガス雰囲気中で５０℃／秒〜２００℃／秒
の範囲内で定めた昇温速度で昇温させる。この昇温過程
で基板の表面の汚染物や酸化膜等は除去される。続い
て、基板の表面温度が５００℃〜６００℃の範囲で定め
た温度を経過したときゲルマン（ＧｅＨ₄ ）ガスを導入
することによってシリコン単結晶を基板表面に成長させ
ることなく次工程の結晶成長させる工程に移行できる。
続いて、残存シラン（ＳｉＨ₄ ）ガスと新たに導入した
ゲルマン（ＧｅＨ₄）ガスの混合ガス雰囲気中で、シリ
コン基板の加熱温度を７００℃〜８００℃の範囲内で約
６０秒間程度保持し、Ｓｉ−Ｇｅ薄膜を形成する。ま
た、シラン（ＳｉＨ₄ ）ガスに塩化水素（ＨＣｌ）を含
有する不活性ガスを混合させることによって、更に酸化
膜や汚染物の除去を促進させることができる。このよう
にして形成されたＳｉ−Ｇｅ薄膜は、結晶欠陥や転位の
少ない、また凹凸の少ない表面形状を得ることができ
る。従って、昇温過程以外の高温熱処理を用いずに良質
のＳｉ−Ｇｅ薄膜が形成できる。

【００７４】また、この発明の第２の半導体薄膜形成方
法によれば、前処理の基板洗浄工程で予め化学処理によ
って基板表面に１０Ａ°程度の酸化膜を形成しておく。
これによって大気中で形成される自然酸化膜とか工程過
程で付着する不純物等から事前に基板表面を保護する役
目をはたしている。続いて、シリコンおよびゲルマニウ
ムを含有するＩＶ族系水素ガス、例えばシラン（ＳｉＨ
₄ ）ガスおよびゲルマン（ＧｅＨ₄ ）ガスの混合ガス雰
囲気中でシリコン基板を昇温しながら加熱温度を７００
℃〜８００℃の範囲内で定めた温度にし、約６０秒間程
度保持する。

【００７５】このようにして得られたＳｉ−Ｇｅ薄膜
は、第１の形成方法のときに得られたものと同様、結晶
欠陥や転位の少ない、また表面凹凸の少ないＳｉ−Ｇｅ
薄膜となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の半導体薄膜形成方法の実施例
を説明するための加熱サイクル・ガスフロ−曲線であ
る。

【図２】この発明の第２の半導体薄膜形成方法の実施例
を説明するための加熱サイクル・ガスフロ−曲線であ
る。

【図３】この薄膜形成装置を説明するための構成図であ
る。

【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の第１実施例のＳ
ｉ−Ｇｅ薄膜方法を製造するために供する工程図であ
る。

【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の第２実施例のＳ
ｉ−Ｇｅ薄膜方法を製造するために供する工程図であ
る。

【図６】（Ａ）は、従来の方法で形成したＳｉ−Ｇｅ薄
膜の結晶内部の断面図である。また、（Ｂ）は、この発
明の実施例で形成されたＳｉ−Ｇｅ薄膜の結晶内部の断
面図である。

【符号の説明】

Ｉ_a ：シラン（ＳｉＨ₄ ）フロ− ＩＩ_a ：シラン（ＳｉＨ₄ ）＋ゲルマン（ＧｅＨ₄ ）フ
ロ− ＩＩＩ_a ：水素（Ｈ₂ ）フロ− Ｉ_b ：シラン（ＳｉＨ₄ ）＋ゲルマン（ＧｅＨ₄ ）フロ
− ＩＩ_b ：水素（Ｈ₂ ）フロ− Ｈａ、Ｈｂ：保持期間 ２００、３００：シリコン基板 ２０２：自然酸化膜 ２０４、３０４：Ｓｉ−Ｇｅ薄膜 ３０２：酸化膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応炉内で、加熱処理を行ってシリコン
   基板上にＩＶ族系半導体結晶薄膜を形成する方法におい
   て、 （ａ）シリコンを含有するＩＶ族系水素ガス雰囲気中で
   ５０℃／秒〜２００℃／秒の範囲内で定めた昇温速度で
   シリコン基板を昇温加熱する工程、および （ｂ）前記昇温速度でシリコン基板を昇温加熱しなが
   ら、加熱温度が５００℃〜６００℃の範囲で定めた温度
   を通過したときゲルマニウムを含有するＩＶ族系水素ガ
   スを導入した後、前記シリコン基板の加熱温度を７００
   ℃〜８００℃の範囲内で定めた温度に保持してＳｉ−Ｇ
   ｅ薄膜を形成する工程を含み、 前記工程（ａ）および（ｂ）を連続的に行うことを特徴
   とする半導体薄膜形成方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体薄膜形成方法に
   おいて、 前記（ａ）工程で用いるシリコンを含有するＩＶ族系水
   素ガスに塩化水素を含有する不活性ガスを混合させるこ
   とを特徴とする半導体薄膜形成方法。
3. 【請求項３】 反応炉内で、加熱処理を行ってシリコン
   基板上にＩＶ族系半導体薄膜を形成する方法において、 （１）基板上に化学的処理して１０オングストロ−ム程
   度の膜厚の酸化膜を形成する工程、および （２）シリコンおよびゲルマニウムを含有するＩＶ族系
   水素ガスの混合ガス雰囲気中に切り換えた後、２５℃／
   秒〜５０℃／秒の範囲内で定めた昇温速度でシリコン基
   板を昇温加熱しながら、加熱温度が７００℃〜８００℃
   の範囲内で定めた温度に保持してＳｉ−Ｇｅ薄膜を形成
   する工程を含むことを特徴とする半導体薄膜形成方法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の半導体薄膜形成方法に
   おいて、 前記（１）工程で基板の化学的処理を行なう場合、過酸
   化水素（Ｈ₂ Ｏ₂ ）を含む水溶液としたことを特徴とす
   る半導体薄膜形成方法。