Si,Ge化合物の酸化還元反応を利用する結晶質半導体薄膜の低温堆積

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ジシラン(SiH_2H_6)と弗化ゲルマニウム(GeF_4)との酸化還元反応を利用する新しい多結晶SiGe薄膜の低温熱CVD法について、堆積条件(堆積温度、原料ガス流量比、反応圧力)が堆積する膜の堆積速度や組成、結晶性に与える影響について検討した。その結果、(1)堆積するSiGe膜の組成は基板温度に強く依存し、400°C以下の条件では一般にGe組成の高い膜(Ge組成>80%)が堆積し、400°C以上の条件ではSi組成が急激に増大すること、(2)基板温度450°Cの条件においては、SiH_2H_6/GeF流量比が>13以下の場合はGe組成が80%を越えるSiGe膜が堆積し、SiH_2H_6/GeF_4流量比が20以上の条件では、Si組成が90%を越えるSiGe多結晶膜が堆積すること、(3)Ge組成の多結晶SiGe膜の堆積では、基板上に結晶膜の堆積がみられ、前述のSi組成が高い堆積条件においても、成長速度が<1Aの場合には同様に基板上に直接、結晶成長が起こること、また、(4)直接、結晶膜の堆積が起こる条件では、成長初期に基板上に結晶核の形成がされ、反応圧力を選ぶことにより、その密度を10^9 -10^<12>/cm^2にわたって制御できること、さらに、(5)反応圧力の選択により、SiO_2/Si基板においてSi上にのみ膜が堆積する選択成長が実現することがわかった。そこで、膜堆積初期に反応圧力をやや高めに保ちSiO_2基板上に結晶核を形成した後、反応圧力を低下させて成長条件を選択成長条件へと移行させ、形成された核を選択的に成長させ屡ことによって、膜厚200nmの膜において結晶粒径(100-150nm)の制御された結晶性に優れたSiGe膜(Si組成>95%)の堆積が実現できることが明らかになった。