JPS62118521A - 半導体被膜作製方法 - Google Patents

半導体被膜作製方法

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JPS62118521A
JPS62118521A JP25919585A JP25919585A JPS62118521A JP S62118521 A JPS62118521 A JP S62118521A JP 25919585 A JP25919585 A JP 25919585A JP 25919585 A JP25919585 A JP 25919585A JP S62118521 A JPS62118521 A JP S62118521A
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JP
Japan
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gas
single crystal
substrate
cyclotron resonance
film
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JP25919585A
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Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の利用分野j 本発明は、電子サイクロトロン共鳴を利用して、基板の
被膜形成面上にI型(真性または実質的に真性のPまた
はN型の半導体に比べ十分低い不純物濃度の半導体の導
電型をI型という)、P型またはN型の単結晶半導体被
膜を形成する方法に関する。
「従来技術」 気相反応によるエピタキシャル薄膜形成技術として、常
圧または減圧で熱化学反応を利用して単結晶被膜を形成
する方法が知られている。
また、このエピタキシャル成長膜の形成をプラズマエネ
ルギを用いて行う方法はアイデアとしてグロー放電法を
用いる方法が知られているが、現実的には良好な膜を低
温で作ることは不可能であった。
他方、電子サイクロトロン共鳴(以下ECRという)を
用いたCVD法が知られている。この方法は5000人
〜10μもの厚い膜厚の被膜形成を10〜100人/秒
と高速度で行い得るが、この電子サイクロトロン共鳴を
用いた水素またはハロゲン元素が添加されたアモルファ
ス構造の半導体またill絶縁体膜を形成する方法が知
られているのみで、ECR法を用いてエピタキシャル成
長被膜を形成する方法はまったく知られていない。
いわんやこのECR法で紫外光を同時に加えることによ
り単結晶半導体波)1り形成を行・う試めG、lまった
くない。
「従来の問題点」 かかる熱化学反応を用いたエピタキシャル成長方式では
、被膜成長速度が遅い、11(温形成ができない、形成
された被膜と基板との間に、特にヘテロ・エピタキシャ
ル成長法において顕著であるが、残留応力が存在し、格
子欠陥を誘発しやすい。
本発明はこれらの多くの欠点を解決ゼんとするものであ
る。
r問題を解決すべき手段j 本発明はこれらの問題を解決するため、アルゴンまたは
アルゴンと水素との混合気体等の非生成物気体の活性化
をサイクロトロン共鳴を用いて行う。そしてこの結果発
生した電子または活性化気体により生成物気体を構成す
る反応性気体の活性化、分解または反応を行わしめて、
基板例えばシリコン単結晶基板−にに700〜1000
℃の低い温度で単結晶半導体被膜例えばシリコンエピタ
キシャル成長膜を高い被膜成長速度で形成する。さらに
またはIII−V化合物半導体単結晶被膜をシリコンま
たは■−後後金合物半導体上形成する方法に関する。
本発明は半導体層をサイクロトロン共鳴を用いて形成す
る際、その前工程で形成された半導体層を十分活性水素
または活性ハロゲン元素で気相エッチまたは気相クリー
ニングを行う。その結果、半導体の境界で低級酸化物ま
たは低級窒化物のバリア層が形成されることを防いでい
る。
「作用」 するとこのECR技術により形成される反応空間の圧力
は10−’ 〜10−”特に10−’〜10−”tor
rとこれまで作られてきた減圧エピタキシャル成長方法
による圧力(10〜0.5torr)よりも低い。さら
に反応性気体を熱以外の手段で活性化しているため、よ
り低温でエピタキシャル成長をさせることができる。
さらに本発明において、■)またはN型の半導体層が形
成された面一1−にIICR法にてl型半導体層を形成
すると、このl型半導体層の形成に際しスパッタ作用が
ないため、きわめて急峻なPIまたはNl接合界面を形
成することができる。
さらに本発明においてこの1icRCVD法の採用に加
えて同時に紫外光(184nm)を照射することにより
、被形成面上での活性反応種の被形成表面での「表面陽
動」 (活性気体が被形成面」二を1〜10mmもの長
い距離移動しより被膜の形成されていない領域に付着し
被膜化する現象)を促しより良質な被膜形成をさせ得る
。さらにこの大きい表面陽動を利用して、被形成面上の
半導体層の形成をより均一に作製できるようにした。
さらにサイクロトロン共鳴は不活性気体または非生成物
気体(分解または反応をしてもそれ自体は気体しか生じ
ない気体)を用いる。不活性気体としてはアルゴンが代
表的なものである。しかしヘリューム、ネオン、クリプ
トンを用い、さらにまた添加物として水素またはハロゲ
ン元素を加えてエピタキシャル成長をさせる際、表面−
ヒの不要酸化物または窒化物を除去させ、良質の単結晶
膜とすることば有効である。
また反応性気体としては生成物気体(分解または反応を
して固体を生成する気体)を用いる。この生成物気体と
しては、珪化物気体は5inH2,、やz(n≧1)+
 5iFn(n≧2)+ SiHnF4−n (1<n
<4)、ゲルマニューム化物ばGeH,、GeF4+G
eHnP4−n (n=1,2+3)+5t(Ct13
)nl14−、、(n=1,2,3,4)がその代表的
なものである。更に添加物として生成物気体に他の生成
物気体であるB、H6,BF3又は円13.八sH3等
のドーピング用気体を加えることによりP型の半導体お
よびN型の半導体を形成した。
■−■化合物のエピタキシャル成長をさせんとする場合
に、Ga(CI+)3.Ga(Cztls)aと八st
+3とによりGaAsを、さらにこれらにAl(C2H
5)3を添加してGaAlAsを、またGa(CzHs
)+またはIn(Cztls)とPH3を供給してGa
P 、 InPの形成を行う。
本発明においてはこれらの非生成物気体をサイクロトロ
ン共鳴させて活性化せしめ、この共鳴領域より外部の反
応空間で前記した生成物気体(反応性気体)と混合し、
励起エネルギを生成物気体に移す。すると生成物気体は
きわめて大きい電磁エネルギを受けるため、はぼ100
χ活性化さ−lることができ、かつ自らがそのエネルギ
を運動エネルギではなく内在する活性化エネルギとして
保持できる。さらに500〜1000℃の温度で基板を
加熱することにより、この基板上の被形成面l−に被膜
を形成させることができる。
以下に実施例に従い本発明を示す。
実施例1 第1図は本発明のサイクロトロン共鳴型プラズマエピタ
キシャル成長装置の概要を示す。
図面において、ステンレス反応容器(1゛)は前方およ
び後方にゲイト弁(図示−1ず)を介してl−1−ド室
およびアンロード室を段目ている。そしてこのロード室
より第1図の容器内に基板ホルダ(10″)と被形成面
を有する基板(10)とを導入する。この容器(1″)
の下部には、ハ11ゲンランプヒ−タ(7)を有する加
熱室(7″)を設けている。石英窓(19)を通して赤
外線を基板ホルダ及び基板(10)に照射し加熱する。
紫外光照射をも併設させるため、紫外光源(6)を有す
る光源室(6”)を被形成面上方に設けている。
この容器(1゛)の内側に紫外光源(6)を配設し、そ
の外側を(12’)より供給しく12”)へ排出させる
ための水冷機構(12)を有し、184nmの紫外光を
効率よく発光させた。
またアtゴ、/よえ、よア75.:f、/よ水素よ。非
、酸物気体を(13’)のドーピング系より(18)を
経て石英で作られた共鳴空間(2)に供給する。この共
鳴空間(2)はその外側に空心コイル(ここではへルム
ホルツコイルとして用いた) (5) 、 (5°)を
配し磁場を加える。この内側に冷却管(12)を配して
いる。
同時にマイクロ波発振器(3)によりアナライザー(4
)を経て、例えば2.45GHzのマイクロ波が石英窓
(29)より共鳴空間(2)に供給される。この空間で
は共鳴を起こすべく非生成物気体をアルゴンを(18)
より加える。そして、その質量、周波数によ(q) り決められた磁場(例えば875ガウス)が空心コイル
(5)、(5’)により加えられる。
このため、アルゴンガスが励起して磁場によりピンチン
グすると同時に共鳴し、十分励起した後に反応空間(1
)へ電子及び励起したアルゴンガスとして放出(21)
される。また光源室(7′)の窓(26)は合成石英に
より設けられ、この表面に生成物気体がふれないよう、
その下側にシャワー状に放出される。その結果、生成物
気体は窓(26)及び(20)の表面に分解した気体の
付着を防ぐことができる。
この共鳴空間(2)よりハソファ空間(30)を経て気
体は合成石英ホモジナイザ(20)のシャワーの出口よ
り放出される。また生成物気体がドーピング系(13)
より(16)を経て複数のノズル(17)より反応空間
内(1)に放出(22)される。その結果、生成物気体
(22)は電子および励起気体(21)により励起され
、活性化する。
また反応性気体を十分反応空間(1)で広げ、かつサイ
クロトロンをさせるため、反応空間(1)。
共鳴空間(2)の圧力をI X Hl−”10−’to
rr、例え(lO) ば3 X 1O−3torrとした。この圧力はターボ
ポンプ(14)を併用して排気系(11)のコントロー
ルバルブ(15)により真空ポンプ(9)の排気量を調
整して行った。
実験例1 この実験例は実施例1を用い、単結晶シリコン膜を形成
させたものである。
この反応空間の圧力3 Xl0−”torrとし、非生
成物気体として(18)よりアルゴンを200cc/分
で供給した。さらに水素またはハロゲン元素気体(例え
ば[lCI、NF3等)を導入し、被形成面の清浄化ま
たはエツチングを行った。この時紫外光(6)を照射す
ると更に有効に有機物不純物を除去できた。マイクロ波
は2.45GHzの周波数を有し、200〜800にの
出力例えば400にで供給した。磁場(5)、(5’)
の共鳴強度は875 ±100ガウスの範囲で共鳴する
ように調整した。
基板(10)はシリコン単結晶基板を用いた。この被形
成面一にに非単結晶半導体例えばシリコン半導体を形成
し、不要気体を排気系(11)より放出した。
この後モノシランを(16)より80cc/分で供給し
た。
真性またはP−型の単結晶半導体とするため82116
/5iHnを0.1〜IOPPM同時に話力11シても
よい。すると基板温度が750°Cにおいて被膜形成速
度20人/秒を得ることができた。この速度は減圧エピ
タキシャル法のみで得られる5人/秒に比べ4倍の速さ
である。
この不純物をまったく添加していない場合のシリコン膜
の電気特性として比抵抗8.7 XIO”Ωcmを得る
ことができた。ごの4a !;t、これまで知られてい
る熱気相エピター1−シアル成!4法にお+−+るシリ
コン膜と同様の特性である。そのため本発明に示す如く
、750℃において4倍もの成長速度でエピタキシャル
成長シリコン膜を得ることができるようになった。
実験例2 第1図のECR装置において、P型GaAsの単結晶半
導体をシリコン単結晶基板1〕に形成することを試みた
即ち、アルゴンを共鳴空間に励起し生成物全体である反
応性気体としてGa (CJs) 3とA s 113
とを1:6の比で導入した。するとECRのマイクロ波
出力が300W、圧力3 X 10−3torr、基板
温度630℃にし、光学的Eg=2.4eV、電気抵抗
率3 XIO”Ωcmを得ることができた。
その他は実験例1と同様である。
実験例3 実験例1において紫外光(1本45W X 14)を基
板上および反応空間に照射した。すると実験例1に比べ
て被膜の均一性が向」−シた。さらにエピタキシャル成
長された被膜のスクッキングフォルトの密度を調べた。
すると実験例1が10視野で2〜5ケも観察されたが、
この実験例では30視野で1ケ観察されたのみであった
。その他は実験例1と同様である。
「効果」 一般に熱CVD法を用いたエピタキシャル成長膜では0
.1〜o、oiμの大きさのピンホールが被膜中に観察
されやすいが、本発明のサイクロトロン共鳴型プラズマ
CVD装置ではこのピンホール数は約1/10に減少(
X100の暗視野を10視野にて平均1〜3ケ/視野)
させることができた。
サイクロトロン共鳴を用いているため、大きい被膜成長
速度を得ることができる。
本発明の半導体エピタキシャル成長法を用い半導体装置
としてMIS型電界効果l・ランジスタを用いた超LS
I、PTNまたはNTII接合を有する光電変換装置、
発光素早引S、FET(電界効果半導体装置)、51発
光素子(スーパーラティス素子)とし得る。さらに、そ
の応用として、その他生導体レーザまたは光集積回路に
対しても本発明は有効である。
また本発明のサイクロトロン共鳴を用いた単結晶CVD
法に加えて、光源として低圧水銀灯(1B5nmの波長
を有する)ではなく、エキシマレーザ(波長100〜4
00nn) 、アルゴンレーザ、窒素レーザ等の光を用
いて光CVO作用をも併用してもよいことはいうまでも
ない。
生成物気体をモノシランでなくジシランまたはモノシラ
ンと弗化シラン(Si2F6)の混合気体とすると、さ
らに被膜成長速度の向上を期待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のサイクロトロン共鳴型エピタキシャル
成長装置を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、サイクロトロン共鳴を利用して電子または活性化し
    た気体と反応性気体とを混合した雰囲気を反応空間に導
    入し、前記反応性気体を電子サイクロトロン共鳴エネル
    ギにより反応、分解せしめ、被形成面上に 単結晶を形成することを特徴とする半導 体被膜作製方法。 2、サイクロトロン共鳴を利用して電子または活性化し
    た気体と反応性気体とを混合した雰囲気を反応空間に導
    入し、さらに紫外光により反応空間内の反応性気体およ
    び被形成面を照射し、前記反応性気体を電子サイクロト
    ロン共鳴エネルギにより反応、分解せしめ、前記被形成
    面上に単結晶半導体を形成することを特徴とする半導体
    被膜作製方法。 3、特許請求の範囲第1項及び第2項において、基板は
    反応空間に連続的に移動しつつ、前記基板上にエピタキ
    シャル成長被膜を形成することを特徴とする半導体被膜
    作製方法。 4、特許請求の範囲第2項において、紫外光を照射する
    窓は非生成物気体で覆うことを特徴とする半導体被膜作
    製方法。 5、特許請求の範囲第1項において、サイクロトロン共
    鳴を利用して活性化する気体は不活性気体または水素と
    の混合気体より選ばれ、さらに反応性気体は珪化物気体
    、ゲルマニューム化物気体より選ばれたことを特徴とす
    る半導体被膜作製方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6348817A (ja) * 1986-08-19 1988-03-01 Fujitsu Ltd エピタキシヤル成長方法
JPH0198221A (ja) * 1988-01-23 1989-04-17 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 薄膜形成装置
JPH01295412A (ja) * 1988-05-24 1989-11-29 Sumitomo Metal Ind Ltd プラズマ気相成長装置
JP2013251556A (ja) * 2007-05-08 2013-12-12 Tokyo Electron Ltd 化合物半導体の熱処理方法及びその装置

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