JP2002075875A - シリコン半導体基板の化学的気相薄膜成長方法 - Google Patents
シリコン半導体基板の化学的気相薄膜成長方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 成膜温度の低温化が可能となり、シリコン半
導体基板のスリップ転位の発生を抑止でき、従来の薄膜
と同等あるいはそれ以上の品質を有する薄膜を得ること
ができる化学的気相薄膜成長方法を提供する。 【解決手段】 回転するシリコン半導体基板面に対し
て、上方から原料ガスを流下供給する回転式気相薄膜成
長装置を用いて、前記シリコン半導体基板面上に薄膜を
形成する化学的気相薄膜成長方法において、前記薄膜を
形成する原料ガスの有効成分としてモノシランガスを用
い、２．７×１０2 〜６．７×１０3 Ｐａの減圧下で、
かつ前記シリコン半導体基板の回転数を５００〜２００
０ｍｉｎ-1、反応温度を６００〜８００℃下で、薄膜成
長反応を行う。
導体基板のスリップ転位の発生を抑止でき、従来の薄膜
と同等あるいはそれ以上の品質を有する薄膜を得ること
ができる化学的気相薄膜成長方法を提供する。 【解決手段】 回転するシリコン半導体基板面に対し
て、上方から原料ガスを流下供給する回転式気相薄膜成
長装置を用いて、前記シリコン半導体基板面上に薄膜を
形成する化学的気相薄膜成長方法において、前記薄膜を
形成する原料ガスの有効成分としてモノシランガスを用
い、２．７×１０2 〜６．７×１０3 Ｐａの減圧下で、
かつ前記シリコン半導体基板の回転数を５００〜２００
０ｍｉｎ-1、反応温度を６００〜８００℃下で、薄膜成
長反応を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン半導体基
板の化学的気相薄膜成長方法に関し、より詳細には、シ
リコン半導体基板を回転させながら該基板の上面に対し
て上方から原料ガスを流下供給する回転式気相薄膜成長
装置を用いて、該基板表面上にシリコン薄膜やシリコン
エピタキシャル単結晶薄膜の薄膜成長を行うシリコン半
導体基板の化学的気相薄膜成長方法に関する。
板の化学的気相薄膜成長方法に関し、より詳細には、シ
リコン半導体基板を回転させながら該基板の上面に対し
て上方から原料ガスを流下供給する回転式気相薄膜成長
装置を用いて、該基板表面上にシリコン薄膜やシリコン
エピタキシャル単結晶薄膜の薄膜成長を行うシリコン半
導体基板の化学的気相薄膜成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程において、シリコン半導
体基板の面上に薄膜を形成するには、一般的に化学的気
相薄膜成長方法（ＣＶＤ法）が用いられている。この化
学的気相薄膜成長方法は、成長させるべき薄膜の成分を
含む原料を気相状態（ガス状態）で供給し、膜を形成す
べき基体表面での化学接触反応によって、所望成分の薄
膜を堆積成長させるものである。また、前記化学的気相
薄膜成長方法（ＣＶＤ法）を実施するために用いられる
装置は、大別して、シリコン半導体基板面に対して上方
から原料ガスを供給する縦型形式のものと、シリコン半
導体基板面に対して平行な方向から原料ガスを流す横型
形式のものとがある。
体基板の面上に薄膜を形成するには、一般的に化学的気
相薄膜成長方法（ＣＶＤ法）が用いられている。この化
学的気相薄膜成長方法は、成長させるべき薄膜の成分を
含む原料を気相状態（ガス状態）で供給し、膜を形成す
べき基体表面での化学接触反応によって、所望成分の薄
膜を堆積成長させるものである。また、前記化学的気相
薄膜成長方法（ＣＶＤ法）を実施するために用いられる
装置は、大別して、シリコン半導体基板面に対して上方
から原料ガスを供給する縦型形式のものと、シリコン半
導体基板面に対して平行な方向から原料ガスを流す横型
形式のものとがある。
【０００３】ところで、前記横型形式の装置では、２０
０ｍｍ以上の直径のシリコン半導体基板にシリコンエピ
タキシャル膜等のシリコン単結晶層を均質に成長させる
ことが困難であり、３００ｍｍ以上の直径の大きなシリ
コン半導体基板が一般的となった最近では、縦型形式の
ものが多く用いられている。特に、面内特性の均一な薄
膜を形成するためには、縦型形式の装置の中でもシリコ
ン半導体基板を高速回転させることのできる枚葉式の回
転式気相薄膜成長装置が一般的に使用されるようになっ
てきている。
０ｍｍ以上の直径のシリコン半導体基板にシリコンエピ
タキシャル膜等のシリコン単結晶層を均質に成長させる
ことが困難であり、３００ｍｍ以上の直径の大きなシリ
コン半導体基板が一般的となった最近では、縦型形式の
ものが多く用いられている。特に、面内特性の均一な薄
膜を形成するためには、縦型形式の装置の中でもシリコ
ン半導体基板を高速回転させることのできる枚葉式の回
転式気相薄膜成長装置が一般的に使用されるようになっ
てきている。
【０００４】また、前記薄膜を形成するための原料ガス
としては、例えば、シリコン半導体基板面上にシリコン
薄膜を形成する場合には、有効成分ガスとしてモノシラ
ン（ＳｉＨ4 ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）、
トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3 ）、四塩化ケイ素（Ｓ
ｉＣｌ4 ）等が用いられている。前記した有効成分ガス
は、通常、微量のドーパント（ドーピング剤：例えばＢ
2 Ｈ6 ）と共に水素ガス等のキャリアガスに混合されて
装置炉内に供給される。
としては、例えば、シリコン半導体基板面上にシリコン
薄膜を形成する場合には、有効成分ガスとしてモノシラ
ン（ＳｉＨ4 ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）、
トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3 ）、四塩化ケイ素（Ｓ
ｉＣｌ4 ）等が用いられている。前記した有効成分ガス
は、通常、微量のドーパント（ドーピング剤：例えばＢ
2 Ｈ6 ）と共に水素ガス等のキャリアガスに混合されて
装置炉内に供給される。
【０００５】そしてまた、前記したような枚葉縦型の回
転式気相薄膜成長装置を用い、ＣＶＤ法でシリコン半導
体基板面上に薄膜を成長させる際の、前記有効成分ガス
ごとの薄膜成長速度と成膜温度との間に、図２に示すよ
うな関係があることが知られている。なお、図２に示さ
れた線図は、一般にアレニウスプロットと呼ばれるもの
で、横軸は温度の逆数、縦軸は対数プロットした成膜速
度を示している。
転式気相薄膜成長装置を用い、ＣＶＤ法でシリコン半導
体基板面上に薄膜を成長させる際の、前記有効成分ガス
ごとの薄膜成長速度と成膜温度との間に、図２に示すよ
うな関係があることが知られている。なお、図２に示さ
れた線図は、一般にアレニウスプロットと呼ばれるもの
で、横軸は温度の逆数、縦軸は対数プロットした成膜速
度を示している。
【０００６】この図２から明らかなように、高温域で
は、いずれの有効成分ガスでも成長速度の勾配が小さく
なっており、成長速度の温度依存性が低いこと、即ちこ
の温度域（高温域）では、膜堆積反応は物質移動律速で
あることを示している。これに対して低温域では、速度
の勾配が大きくなっており、成長速度の温度依存性が高
いこと、即ち、この温度域（低温域）では、反応律速で
あることを示している。このことから明らかなように、
前記高温域（物質移動律速領域）では低温域（反応律速
領域）に比べて薄膜の均一性の制御が容易であり、通常
はこの温度域（高温域）で成膜（薄膜形成）が行われて
いる。具体的には、１０００℃〜１２００℃の温度で成
膜がなされている。
は、いずれの有効成分ガスでも成長速度の勾配が小さく
なっており、成長速度の温度依存性が低いこと、即ちこ
の温度域（高温域）では、膜堆積反応は物質移動律速で
あることを示している。これに対して低温域では、速度
の勾配が大きくなっており、成長速度の温度依存性が高
いこと、即ち、この温度域（低温域）では、反応律速で
あることを示している。このことから明らかなように、
前記高温域（物質移動律速領域）では低温域（反応律速
領域）に比べて薄膜の均一性の制御が容易であり、通常
はこの温度域（高温域）で成膜（薄膜形成）が行われて
いる。具体的には、１０００℃〜１２００℃の温度で成
膜がなされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図２に示す
ように、シリコン半導体基板上にシリコン薄膜を形成す
る有効成分ガスであるモノシラン、ジクロロシラン、ト
リクロロシラン、及び四塩化ケイ素の各成分ガスの間で
は、分子内に結合している塩素の数が多い種程、前記物
質移動律速領域は高温側に移行する。従って、従来、分
子内に結合している塩素の数が多い種程、そのＣＶＤ反
応はより高温で行わなければならない。その結果、この
熱処理時にシリコン半導体基板内や薄膜内にスリップと
呼ばれる刃状転位が発生しやすくなる。即ち、前記スリ
ップ転位は、主として熱歪み等による応力集中に基因し
て発生する。一方シリコン半導体基板の抗張力は、高温
ほど低下する。そのため、熱処理温度（成膜温度）が高
温であるほど、スリップ転位の発生が増大する。
ように、シリコン半導体基板上にシリコン薄膜を形成す
る有効成分ガスであるモノシラン、ジクロロシラン、ト
リクロロシラン、及び四塩化ケイ素の各成分ガスの間で
は、分子内に結合している塩素の数が多い種程、前記物
質移動律速領域は高温側に移行する。従って、従来、分
子内に結合している塩素の数が多い種程、そのＣＶＤ反
応はより高温で行わなければならない。その結果、この
熱処理時にシリコン半導体基板内や薄膜内にスリップと
呼ばれる刃状転位が発生しやすくなる。即ち、前記スリ
ップ転位は、主として熱歪み等による応力集中に基因し
て発生する。一方シリコン半導体基板の抗張力は、高温
ほど低下する。そのため、熱処理温度（成膜温度）が高
温であるほど、スリップ転位の発生が増大する。
【０００８】また、シリコン半導体基板はその直径が大
きくなるほど、反りや変形を生じやすく、３００ｍｍ以
上の直径の大きなシリコン半導体基板では、わずかに不
均一な加熱等によっても反り、変形等を生ずる。その結
果、局所的な応力集中により、直径が小さなシリコン半
導体基板の場合に問題とならなかった成膜温度での処理
でも、スリップ転位がより頻繁に発生する。近年、シリ
コン半導体基板の大直径化傾向に伴い、スリップ転位の
発生は深刻な問題となってきている。
きくなるほど、反りや変形を生じやすく、３００ｍｍ以
上の直径の大きなシリコン半導体基板では、わずかに不
均一な加熱等によっても反り、変形等を生ずる。その結
果、局所的な応力集中により、直径が小さなシリコン半
導体基板の場合に問題とならなかった成膜温度での処理
でも、スリップ転位がより頻繁に発生する。近年、シリ
コン半導体基板の大直径化傾向に伴い、スリップ転位の
発生は深刻な問題となってきている。
【０００９】本発明は、成膜を低温域でなすことがで
き、かつシリコン半導体基板のスリップ転位の発生を抑
制でき、従来の薄膜と同等あるいはそれ以上の品質を有
する薄膜を得ることができる化学的気相薄膜成長方法を
提供することを目的とする。
き、かつシリコン半導体基板のスリップ転位の発生を抑
制でき、従来の薄膜と同等あるいはそれ以上の品質を有
する薄膜を得ることができる化学的気相薄膜成長方法を
提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、回転す
るシリコン半導体基板面に対して、上方から原料ガスを
流下供給する回転式気相薄膜成長装置を用いて、前記シ
リコン半導体基板面上に薄膜を形成する化学的気相薄膜
成長方法において、前記薄膜を形成する原料ガスの有効
成分としてモノシランガスを用い、２．７×１０2 〜
６．７×１０3 Ｐａの減圧下で、かつ前記シリコン半導
体基板の回転数を５００〜２０００ｍｉｎ -1、反応温度
を６００〜８００℃として、薄膜成長反応を行うことを
特徴とするシリコン半導体基板の化学的気相薄膜成長方
法が提供される。
るシリコン半導体基板面に対して、上方から原料ガスを
流下供給する回転式気相薄膜成長装置を用いて、前記シ
リコン半導体基板面上に薄膜を形成する化学的気相薄膜
成長方法において、前記薄膜を形成する原料ガスの有効
成分としてモノシランガスを用い、２．７×１０2 〜
６．７×１０3 Ｐａの減圧下で、かつ前記シリコン半導
体基板の回転数を５００〜２０００ｍｉｎ -1、反応温度
を６００〜８００℃として、薄膜成長反応を行うことを
特徴とするシリコン半導体基板の化学的気相薄膜成長方
法が提供される。
【００１１】ここで、前記薄膜成長反応でのシリコン薄
膜成長速度が、０．０１〜０．５μｍ／ｍｉｎの範囲に
あることが望ましい。また、前記原料ガスの組成が、モ
ノシランガス０．５〜２０ｍｏｌ％、ドーピング剤０．
１〜５０ｐｐｂ、残余がキャリアガスであることが望ま
しく、また前記キャリアガスが水素ガスであることが望
ましい。更に、前記原料ガスの流下流量が０．０１〜
０．１５Ｌ（リットル）／（ｃｍ 2 ・ｍｉｎ）であるこ
とが望ましい。
膜成長速度が、０．０１〜０．５μｍ／ｍｉｎの範囲に
あることが望ましい。また、前記原料ガスの組成が、モ
ノシランガス０．５〜２０ｍｏｌ％、ドーピング剤０．
１〜５０ｐｐｂ、残余がキャリアガスであることが望ま
しく、また前記キャリアガスが水素ガスであることが望
ましい。更に、前記原料ガスの流下流量が０．０１〜
０．１５Ｌ（リットル）／（ｃｍ 2 ・ｍｉｎ）であるこ
とが望ましい。
【００１２】本発明は、回転式気相薄膜成長装置を用い
てＣＶＤ法によりシリコン半導体基板に薄膜を形成する
に際し、特定の成膜条件、即ち、原料ガスの有効成分に
モノシランを用い、原料ガスをシリコン半導体基板面に
対し、上方から流下させ、半導体基板回転数を５００〜
２０００ｍｉｎ-1の範囲に制御すると共に、２．７×１
０2 〜６．７×１０3 Ｐａの減圧下に操作し、６００〜
８００℃の温度範囲下で反応を行わせるというものであ
る。
てＣＶＤ法によりシリコン半導体基板に薄膜を形成する
に際し、特定の成膜条件、即ち、原料ガスの有効成分に
モノシランを用い、原料ガスをシリコン半導体基板面に
対し、上方から流下させ、半導体基板回転数を５００〜
２０００ｍｉｎ-1の範囲に制御すると共に、２．７×１
０2 〜６．７×１０3 Ｐａの減圧下に操作し、６００〜
８００℃の温度範囲下で反応を行わせるというものであ
る。
【００１３】これにより、シリコン半導体基板のスリッ
プ転位の発生を抑制でき、特に従来は困難とされた、３
００ｍｍ以上の直径の大きなシリコン半導体基板におい
てもスリップ転位の発生を抑制することができる。ま
た、膜成長速度が０．０１〜０．５μｍ／ｍｉｎと、従
来法に比較して極端に成膜速度を減ずることなく、高品
質あるいは同等品質の均一厚さの薄膜を形成することが
できる。しかも、形成された薄膜を酸化して得られた酸
化被膜の絶縁耐圧特性が、従来法で形成された薄膜と比
べ、全く遜色がないか、あるいは若干優れた面内特性を
有する。特に、本発明にかかる化学的気相薄膜成長方法
は、シリコン半導体基板にシリコンのエピタキシャル単
結晶層等、単結晶薄膜を形成させる方法として、好まし
い。
プ転位の発生を抑制でき、特に従来は困難とされた、３
００ｍｍ以上の直径の大きなシリコン半導体基板におい
てもスリップ転位の発生を抑制することができる。ま
た、膜成長速度が０．０１〜０．５μｍ／ｍｉｎと、従
来法に比較して極端に成膜速度を減ずることなく、高品
質あるいは同等品質の均一厚さの薄膜を形成することが
できる。しかも、形成された薄膜を酸化して得られた酸
化被膜の絶縁耐圧特性が、従来法で形成された薄膜と比
べ、全く遜色がないか、あるいは若干優れた面内特性を
有する。特に、本発明にかかる化学的気相薄膜成長方法
は、シリコン半導体基板にシリコンのエピタキシャル単
結晶層等、単結晶薄膜を形成させる方法として、好まし
い。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明のシリコン半導体
基板の化学的気相薄膜成長方法をより詳細かつ具体的に
説明する。本発明にかかる化学的気相薄膜成長方法で用
いられる気相薄膜成長装置（ＣＶＤ装置）としては、本
発明で規定する範囲の減圧度、基板回転数、反応温度
（成膜温度）で気相成長反応が実施できる縦型の装置で
あれば、特に限定されることなく使用することができ
る。
基板の化学的気相薄膜成長方法をより詳細かつ具体的に
説明する。本発明にかかる化学的気相薄膜成長方法で用
いられる気相薄膜成長装置（ＣＶＤ装置）としては、本
発明で規定する範囲の減圧度、基板回転数、反応温度
（成膜温度）で気相成長反応が実施できる縦型の装置で
あれば、特に限定されることなく使用することができ
る。
【００１５】前記気相薄膜成長装置（ＣＶＤ装置）に
は、前記したように回転するシリコン半導体基板面に対
してほぼ垂直上方から原料ガスを流下供給する縦型形式
のものと、シリコン半導体基板面に対してほぼ平行な方
向に原料ガスを流す横型形式のものとがある。しかし、
本発明においては、特に、直径の大きなシリコン半導体
基板に薄膜を均質に成長させる点においてより有利な縦
型形式のＣＶＤ装置が用いられる。また、前記ＣＶＤ装
置には、シリコンウエハ等のシリコン半導体基板を一枚
ずつ処理する枚葉式装置と数十枚を一度に処理するバッ
チ式装置とがある。本発明では、特に限定されることな
くいずれでも用いることができるが、シリコン半導体基
板の高速回転制御が可能で、かつ、基板面上及びその近
傍での反応ガス気流の状態制御や基板の均等加熱の制御
が比較的容易にできる枚葉式装置を使用することがより
好ましい。
は、前記したように回転するシリコン半導体基板面に対
してほぼ垂直上方から原料ガスを流下供給する縦型形式
のものと、シリコン半導体基板面に対してほぼ平行な方
向に原料ガスを流す横型形式のものとがある。しかし、
本発明においては、特に、直径の大きなシリコン半導体
基板に薄膜を均質に成長させる点においてより有利な縦
型形式のＣＶＤ装置が用いられる。また、前記ＣＶＤ装
置には、シリコンウエハ等のシリコン半導体基板を一枚
ずつ処理する枚葉式装置と数十枚を一度に処理するバッ
チ式装置とがある。本発明では、特に限定されることな
くいずれでも用いることができるが、シリコン半導体基
板の高速回転制御が可能で、かつ、基板面上及びその近
傍での反応ガス気流の状態制御や基板の均等加熱の制御
が比較的容易にできる枚葉式装置を使用することがより
好ましい。
【００１６】本発明の方法で使用される装置の一例とし
て、図１に示したような枚葉縦型の回転式気相薄膜成長
装置を挙げることができる。この枚葉縦型の回転式気相
薄膜成長装置（ＣＶＤ装置）の構成について説明する
と、図１に示すように、反応炉１上部に炉内に原料ガス
を供給する複数のガス導入管６が設けられ、そのガス導
入管６の下方に、ガスの流れを整える複数の孔７ａを形
成した整流板７が配置されている。また、前記整流板７
の下方にシリコン半導体基板Ｗを載置する基板ホルダ２
と、該基板ホルダ２を回転させるための回転軸３とが設
けられている。更に、基板ホルダ２の下方に加熱用ヒー
タ４が配設されている。また、図中の符号５は、反応炉
内の未反応ガスを含む排ガスを排出する排気管である。
なお、図示しないが反応炉の下部（通常底部近傍）に、
前記回転軸３を回転駆動させるモータが設けられてい
る。
て、図１に示したような枚葉縦型の回転式気相薄膜成長
装置を挙げることができる。この枚葉縦型の回転式気相
薄膜成長装置（ＣＶＤ装置）の構成について説明する
と、図１に示すように、反応炉１上部に炉内に原料ガス
を供給する複数のガス導入管６が設けられ、そのガス導
入管６の下方に、ガスの流れを整える複数の孔７ａを形
成した整流板７が配置されている。また、前記整流板７
の下方にシリコン半導体基板Ｗを載置する基板ホルダ２
と、該基板ホルダ２を回転させるための回転軸３とが設
けられている。更に、基板ホルダ２の下方に加熱用ヒー
タ４が配設されている。また、図中の符号５は、反応炉
内の未反応ガスを含む排ガスを排出する排気管である。
なお、図示しないが反応炉の下部（通常底部近傍）に、
前記回転軸３を回転駆動させるモータが設けられてい
る。
【００１７】このような装置を使用してシリコン半導体
基板上に薄膜を気相成長させるには、まずガス導入管６
を介して、原料ガスを供給し、該ガスの運動量や圧分布
を均一化し、更に整流板７に形成した孔７ａを通して均
一な流速を有するガス流を基板Ｗ上に供給し、基板面上
に薄膜を気相成長させる。
基板上に薄膜を気相成長させるには、まずガス導入管６
を介して、原料ガスを供給し、該ガスの運動量や圧分布
を均一化し、更に整流板７に形成した孔７ａを通して均
一な流速を有するガス流を基板Ｗ上に供給し、基板面上
に薄膜を気相成長させる。
【００１８】本発明では薄膜を形成する原料ガスの有効
成分としてモノシラン（ＳｉＨ4 ）ガスを用いる。ジク
ロロシラン、トリクロロシラン、四塩化ケイ素等、モノ
シランガス以外のものを薄膜形成有効成分として用いた
場合は、本発明で規定した成膜反応条件でほとんど反応
せず、成長速度が遅すぎて実用的でない。また、反応速
度を上げるため、成膜反応温度を８００℃より高くする
と、３００ｍｍ以上の直径の大きなシリコン半導体基板
では、成膜時にスリップ転位が多発し、好ましくない。
成分としてモノシラン（ＳｉＨ4 ）ガスを用いる。ジク
ロロシラン、トリクロロシラン、四塩化ケイ素等、モノ
シランガス以外のものを薄膜形成有効成分として用いた
場合は、本発明で規定した成膜反応条件でほとんど反応
せず、成長速度が遅すぎて実用的でない。また、反応速
度を上げるため、成膜反応温度を８００℃より高くする
と、３００ｍｍ以上の直径の大きなシリコン半導体基板
では、成膜時にスリップ転位が多発し、好ましくない。
【００１９】前記有効成分としてのモノシラン（ＳｉＨ
4 ）ガスは、通常、微量のドーピング剤（ドーパント）
と共にキャリアガス中に混合され、原料ガスとして、装
置上部から回転する基板面上にほぼ垂直に流下供給され
る。キャリアガスとしては一般に、アルゴン（Ａｒ）、
ヘリウム（Ｈｅ）、水素（Ｈ2 ）等の不活性ガスあるい
は還元性ガスが用いられ、それらの内でも水素ガスを使
用するのが好ましい。使用されるドーピング剤（ドーパ
ント）としては、Ｂ2 Ｈ6 の他、ＢＣｌ3 、ＡｓＨ3 、
ＰＨ3 等を例示することができる。
4 ）ガスは、通常、微量のドーピング剤（ドーパント）
と共にキャリアガス中に混合され、原料ガスとして、装
置上部から回転する基板面上にほぼ垂直に流下供給され
る。キャリアガスとしては一般に、アルゴン（Ａｒ）、
ヘリウム（Ｈｅ）、水素（Ｈ2 ）等の不活性ガスあるい
は還元性ガスが用いられ、それらの内でも水素ガスを使
用するのが好ましい。使用されるドーピング剤（ドーパ
ント）としては、Ｂ2 Ｈ6 の他、ＢＣｌ3 、ＡｓＨ3 、
ＰＨ3 等を例示することができる。
【００２０】前記モノシランガスは、通常、水素ガス等
のキャリアガス中に０．５〜２０ｍｏｌ％、より好まし
くは５〜１５ｍｏｌ％の範囲で混合され、また、Ｂ2 Ｈ
6 等のドーパントは、０．１〜５０ｐｐｂの範囲で混入
される。
のキャリアガス中に０．５〜２０ｍｏｌ％、より好まし
くは５〜１５ｍｏｌ％の範囲で混合され、また、Ｂ2 Ｈ
6 等のドーパントは、０．１〜５０ｐｐｂの範囲で混入
される。
【００２１】本発明の方法においては、前記原料ガス
を、０．０１〜０．１５Ｌ／（ｃｍ2・ｍｉｎ）、より
好ましくは、０．０２〜０．１０Ｌ／（ｃｍ2 ・ｍｉ
ｎ）、の装置内流下流量で回転するシリコン半導体基板
面上に流下供給する。そして装置内減圧度を２．７×１
０2 〜６．７×１０3 Ｐａ、より好ましくは１．３×１
０3 〜２．７×１０3 Ｐａ、に維持しながら、基板を５
００〜２０００ｍｉｎ-1、より好ましくは１０００〜１
５００ｍｉｎ-1で回転させ、反応温度（成膜温度）６０
０〜８００℃、より好ましくは７００〜７５０℃で膜堆
積反応を行う。
を、０．０１〜０．１５Ｌ／（ｃｍ2・ｍｉｎ）、より
好ましくは、０．０２〜０．１０Ｌ／（ｃｍ2 ・ｍｉ
ｎ）、の装置内流下流量で回転するシリコン半導体基板
面上に流下供給する。そして装置内減圧度を２．７×１
０2 〜６．７×１０3 Ｐａ、より好ましくは１．３×１
０3 〜２．７×１０3 Ｐａ、に維持しながら、基板を５
００〜２０００ｍｉｎ-1、より好ましくは１０００〜１
５００ｍｉｎ-1で回転させ、反応温度（成膜温度）６０
０〜８００℃、より好ましくは７００〜７５０℃で膜堆
積反応を行う。
【００２２】また、本発明では、前記成膜反応の各条件
を本発明で規定した夫々の範囲内で適宜組み合わせるこ
とにより、基板面上の薄膜の成長速度を０．０１〜０．
５μｍ／ｍｉｎの範囲に制御することが、形成した薄膜
の面内特性値の向上、例えば、該薄膜を酸化して得られ
た酸化膜の絶縁耐圧特性値（瞬時絶縁破壊特性値や経時
絶縁破壊特性値）の向上、等の観点から特に好ましい。
を本発明で規定した夫々の範囲内で適宜組み合わせるこ
とにより、基板面上の薄膜の成長速度を０．０１〜０．
５μｍ／ｍｉｎの範囲に制御することが、形成した薄膜
の面内特性値の向上、例えば、該薄膜を酸化して得られ
た酸化膜の絶縁耐圧特性値（瞬時絶縁破壊特性値や経時
絶縁破壊特性値）の向上、等の観点から特に好ましい。
【００２３】前記６００〜８００℃では、モノシランは
反応律速であるから、反応温度を小幅に変動させること
により成膜速度をかなりの範囲で変動させることができ
る。また、原料ガス中のモノシラン濃度、装置内減圧
度、ガス流速等を変動させることにより、更には、これ
らの組み合わせ変動により、その成長速度を前記範囲内
の所望の速度に制御することができる
反応律速であるから、反応温度を小幅に変動させること
により成膜速度をかなりの範囲で変動させることができ
る。また、原料ガス中のモノシラン濃度、装置内減圧
度、ガス流速等を変動させることにより、更には、これ
らの組み合わせ変動により、その成長速度を前記範囲内
の所望の速度に制御することができる
【００２４】本発明の方法においてシリコン半導体基板
上に形成されるシリコン薄膜は、多結晶層、単結晶層の
いずれも形成可能であるが、本発明の方法は、単結晶層
形成、特にエピタキシャル単結晶層の形成に適用した場
合に均質で良好な薄膜が得られ好適である。また、薄膜
を形成するシリコン半導体基板の直径についても、特に
限定されるものではないが、薄膜形成時のスリップ転位
の発生を抑制すると共に形成した薄膜が均質で、かつ、
面内特性に優れるという効果を充分有効に発揮させる観
点からは、３００ｍｍ以上の直径の大きなシリコン半導
体基板に適用するのがより好ましい。
上に形成されるシリコン薄膜は、多結晶層、単結晶層の
いずれも形成可能であるが、本発明の方法は、単結晶層
形成、特にエピタキシャル単結晶層の形成に適用した場
合に均質で良好な薄膜が得られ好適である。また、薄膜
を形成するシリコン半導体基板の直径についても、特に
限定されるものではないが、薄膜形成時のスリップ転位
の発生を抑制すると共に形成した薄膜が均質で、かつ、
面内特性に優れるという効果を充分有効に発揮させる観
点からは、３００ｍｍ以上の直径の大きなシリコン半導
体基板に適用するのがより好ましい。
【００２５】
【実施例】「実施例１及び比較例１」直径３００ｍｍの
シリコン半導体基板を、図１に示した枚葉縦型の回転式
気相薄膜成長装置中で下記成長条件下に処理して該基板
面上にシリコンエピタキシャル単結晶薄膜を形成させた
（実施例１）。 成長条件： 炉内圧力：２．７×１０3 ±２．７×１０Ｐａ 基板回転数：１５００ｍｉｎ-1 水素（キャリア）ガス流量：０．１Ｌ／（ｃｍ2 ・ｍｉ
ｎ） ＳｉＨ4 （有効成分）濃度：８ｍｏｌ％ Ｂ2 Ｈ6 （ドーパント）濃度：２０ｐｐｂ 反応温度（成膜温度）：８００℃ また、表１に示すように薄膜成長速度を変化させるため
に、前記成長条件のうち、ＳｉＨ4 濃度を変化させた。
シリコン半導体基板を、図１に示した枚葉縦型の回転式
気相薄膜成長装置中で下記成長条件下に処理して該基板
面上にシリコンエピタキシャル単結晶薄膜を形成させた
（実施例１）。 成長条件： 炉内圧力：２．７×１０3 ±２．７×１０Ｐａ 基板回転数：１５００ｍｉｎ-1 水素（キャリア）ガス流量：０．１Ｌ／（ｃｍ2 ・ｍｉ
ｎ） ＳｉＨ4 （有効成分）濃度：８ｍｏｌ％ Ｂ2 Ｈ6 （ドーパント）濃度：２０ｐｐｂ 反応温度（成膜温度）：８００℃ また、表１に示すように薄膜成長速度を変化させるため
に、前記成長条件のうち、ＳｉＨ4 濃度を変化させた。
【００２６】また、実施例１に用いたシリコン半導体基
板と同様の基板を用い、成膜温度を１０００℃とした以
外は実施例１と同様に処理して基板面上にシリコンエピ
タキシャル単結晶薄膜を形成させた（比較例１）。
板と同様の基板を用い、成膜温度を１０００℃とした以
外は実施例１と同様に処理して基板面上にシリコンエピ
タキシャル単結晶薄膜を形成させた（比較例１）。
【００２７】前記実施例１と比較例１のシリコン薄膜形
成基板を、夫々ドライ酸素雰囲気中９００℃で熱酸化
し、夫々の基板面に厚さ〜２００Åの酸化膜を形成し、
それらの酸化膜層の酸化膜耐圧測定試験（瞬時絶縁破壊
試験：TZDB）を実施した。
成基板を、夫々ドライ酸素雰囲気中９００℃で熱酸化
し、夫々の基板面に厚さ〜２００Åの酸化膜を形成し、
それらの酸化膜層の酸化膜耐圧測定試験（瞬時絶縁破壊
試験：TZDB）を実施した。
【００２８】その結果、実施例１ではＡモード破壊（破
壊電界１ＭＶ／ｃｍ以下）が１．９％、Ｂモード破壊
（破壊電界３〜７ＭＶ／ｃｍ）が１．４％で、残余はＣ
モード破壊（破壊電界８ＭＶ／ｃｍ以上）であった。一
方、比較例１では、Ａモード破壊が１．６％、Ｂモード
破壊が２０％で、残余はＣモード破壊であった。前記結
果から、実施例１の酸化膜耐圧は従来品に比べて全く遜
色がないことが認められた。
壊電界１ＭＶ／ｃｍ以下）が１．９％、Ｂモード破壊
（破壊電界３〜７ＭＶ／ｃｍ）が１．４％で、残余はＣ
モード破壊（破壊電界８ＭＶ／ｃｍ以上）であった。一
方、比較例１では、Ａモード破壊が１．６％、Ｂモード
破壊が２０％で、残余はＣモード破壊であった。前記結
果から、実施例１の酸化膜耐圧は従来品に比べて全く遜
色がないことが認められた。
【００２９】「実施例２及び比較例２」成膜温度を７０
０℃とした以外は、実施例１と同様にシリコン膜形成及
びその酸化処理を行い、実施例１と同様に酸化膜耐圧測
定試験を実施した（実施例２）。なお、実施例２におい
ても、実施例１と同様に表１に示すように薄膜成長速度
を変化させた。
０℃とした以外は、実施例１と同様にシリコン膜形成及
びその酸化処理を行い、実施例１と同様に酸化膜耐圧測
定試験を実施した（実施例２）。なお、実施例２におい
ても、実施例１と同様に表１に示すように薄膜成長速度
を変化させた。
【００３０】更に、比較例２として、実施例１において
成膜温度を９００℃とした以外は実施例１と同様に処理
し、酸化膜耐圧測定試験を実施した。その結果、実施例
２ではＡモード破壊が０％、Ｂモード破壊が１．０％で
あり、残余はＣモード破壊であった。また、比較例２
は、Ａモード破壊が１．６％、Ｂモード破壊が０％、残
余はＣモード破壊であった。
成膜温度を９００℃とした以外は実施例１と同様に処理
し、酸化膜耐圧測定試験を実施した。その結果、実施例
２ではＡモード破壊が０％、Ｂモード破壊が１．０％で
あり、残余はＣモード破壊であった。また、比較例２
は、Ａモード破壊が１．６％、Ｂモード破壊が０％、残
余はＣモード破壊であった。
【００３１】「実施例３」成膜温度を６００℃とした以
外は、実施例１と同様にシリコン膜形成及びその酸化処
理を行い、実施例１と同様に酸化膜耐圧測定試験を実施
した（実施例３）。なお、実施例３においても、実施例
１と同様に表１に示すように薄膜成長速度を変化させ
た。
外は、実施例１と同様にシリコン膜形成及びその酸化処
理を行い、実施例１と同様に酸化膜耐圧測定試験を実施
した（実施例３）。なお、実施例３においても、実施例
１と同様に表１に示すように薄膜成長速度を変化させ
た。
【００３２】以上の結果を表１に示す。なお、表１にお
いて、記号−は試験未実施を、○は比較例１の成膜温度
１０００℃（成長速度１μｍ／ｍｉｎ）の薄膜と同等あ
るいはそれ以上の評価結果を示した合格品を、×は、比
較例１、２に示した薄膜より低い評価結果を示した不合
格品を夫々表す。
いて、記号−は試験未実施を、○は比較例１の成膜温度
１０００℃（成長速度１μｍ／ｍｉｎ）の薄膜と同等あ
るいはそれ以上の評価結果を示した合格品を、×は、比
較例１、２に示した薄膜より低い評価結果を示した不合
格品を夫々表す。
【００３３】
【表１】
【００３４】上記表１から明らかなように、反応温度
（成膜温度）６００℃〜８００℃において、成長速度
０．０１μｍ／ｍｉｎ〜０．５μｍ／ｍｉｎの範囲で、
従来の薄膜と同等あるいはそれ以上の品質の薄膜を得る
ことができることが認められた。
（成膜温度）６００℃〜８００℃において、成長速度
０．０１μｍ／ｍｉｎ〜０．５μｍ／ｍｉｎの範囲で、
従来の薄膜と同等あるいはそれ以上の品質の薄膜を得る
ことができることが認められた。
【００３５】
【発明の効果】本発明にかかるシリコン半導体基板の化
学的気相薄膜成長方法によれば、低温域での成膜が可能
となり、シリコン半導体基板のスリップ転位の発生を抑
制でき、従来と同等あるいはそれ以上の品質の薄膜を得
ることができる。
学的気相薄膜成長方法によれば、低温域での成膜が可能
となり、シリコン半導体基板のスリップ転位の発生を抑
制でき、従来と同等あるいはそれ以上の品質の薄膜を得
ることができる。
【図１】本発明で用いる縦型の回転式気相薄膜成長装置
の一例を示す概略断面図である。
の一例を示す概略断面図である。
【図２】膜形成の有効成分ガスと薄膜成長速度と成膜温
度との関係を示す線図である。
度との関係を示す線図である。
１ 反応炉 ２ 基板ホルダ ３ 回転軸 ４ 加熱用ヒータ ５ 排気管 ６ ガス導入管 ７ 整流板 ７ａ 孔 Ｗ シリコン半導体基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大橋 忠 神奈川県秦野市曽屋30番地 東芝セラミッ クス株式会社開発研究所内 (72)発明者 三谷 慎一 静岡県沼津市大岡2068−３ 東芝機械株式 会社内 (72)発明者 荒井 秀樹 静岡県沼津市大岡2068−３ 東芝機械株式 会社内 (72)発明者 高橋 英則 静岡県沼津市大岡2068−３ 東芝機械株式 会社内 Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BA04 DB04 EA02 EA05 EA10 HA06 4K030 AA06 BA29 BB02 CA04 EA01 FA10 GA06 JA05 JA09 JA10 JA12 JA20 KA04 LA15 5F045 AA03 AC01 AD10 AD11 AD12 AE25 AF03 BB13 DP03 DP28 EE12 EM10 GB19
Claims (3)
- 【請求項１】 回転するシリコン半導体基板面に対し
て、上方から原料ガスを流下供給する回転式気相薄膜成
長装置を用いて、前記シリコン半導体基板面上に薄膜を
形成する化学的気相薄膜成長方法において、 前記薄膜を形成する原料ガスの有効成分としてモノシラ
ンガスを用い、２．７×１０2 〜６．７×１０3 Ｐａの
減圧下で、かつ前記シリコン半導体基板の回転数を５０
０〜２０００ｍｉｎ-1、反応温度を６００〜８００℃と
して、 薄膜成長反応を行うことを特徴とするシリコン半導体基
板の化学的気相薄膜成長方法。 - 【請求項２】 前記薄膜成長反応での薄膜成長速度が、
０．０１〜０．５μｍ／ｍｉｎの範囲にあることを特徴
とする請求項１に記載されたシリコン半導体基板の化学
的気相薄膜成長方法。 - 【請求項３】 前記原料ガスの流下流量が０．０１〜
０．１５Ｌ／（ｃｍ2・ｍｉｎ）であることを特徴とす
る請求項１または請求項２に記載されたシリコン半導体
基板の化学的気相薄膜成長方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000259178A JP4484185B2 (ja) | 2000-08-29 | 2000-08-29 | シリコン半導体基板の化学的気相薄膜成長方法 |
| US09/921,893 US6537924B2 (en) | 2000-08-29 | 2001-08-06 | Method of chemically growing a thin film in a gas phase on a silicon semiconductor substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000259178A JP4484185B2 (ja) | 2000-08-29 | 2000-08-29 | シリコン半導体基板の化学的気相薄膜成長方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002075875A true JP2002075875A (ja) | 2002-03-15 |
| JP4484185B2 JP4484185B2 (ja) | 2010-06-16 |
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|---|---|---|---|
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| JP (1) | JP4484185B2 (ja) |
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2000
- 2000-08-29 JP JP2000259178A patent/JP4484185B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-08-06 US US09/921,893 patent/US6537924B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JP2015204325A (ja) * | 2014-04-11 | 2015-11-16 | 信越半導体株式会社 | エピタキシャルウェーハの製造方法 |
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