JP2605471B2 - シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法 - Google Patents
シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法Info
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- JP2605471B2 JP2605471B2 JP24915390A JP24915390A JP2605471B2 JP 2605471 B2 JP2605471 B2 JP 2605471B2 JP 24915390 A JP24915390 A JP 24915390A JP 24915390 A JP24915390 A JP 24915390A JP 2605471 B2 JP2605471 B2 JP 2605471B2
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- gas
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- silicon
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は分子線を用いたシリコンエピタキシャル膜の
選択成長方法に関する。
選択成長方法に関する。
（従来の技術） ジシラン（Si2H6）ガス分子線を用いたガスソースシ
リコン分子線成長技術（MBE）は、低温でシリコンの選
択成長ができる技術として注目を集めている。しかし、
Si2H6ガスだけを用いたガスソースによるエピタキシャ
ル成長では、ジクロルシランを用いる場合と異なり、あ
る一定の成長条件であれば、膜厚を成長しても選択成長
が崩れないという条件は無く、成長温度で決定される臨
界分子総数以上のSi2H6分子が照射されるとSi2O上でSi
の核形成が起こり、選択成長が崩れてしまうことがわか
っている。例えば、第３図は成長温度を変化させたとき
のSi2H6ガス流量と選択成長条件が崩れるまでの時間と
の関係を示したものである。この図から、選択成長条
件が崩れる時間はSi2H6の流量に逆比例している事、
成長温度が上がると崩れるまでの時間が短くなる事、が
わかる。これは選択成長が崩れる条件がSiO2上に照射さ
れたSi2H6分子の総数によって決定され、この臨界総数
は成長温度に依存していることを示している。第４図は
選択成長が崩れるまでの臨界総数と成長温度の関係をア
レニウスプロットしたものである。臨界総数は成長速度
を変化させても成長温度が同じであればほぼ一点に集約
し、しかも、温度を変えるとアレニウスプロット上にの
ることがわかった。これは、選択成長が維持されている
時間内でも酸化膜表面では何等かの反応が生じており、
反応速度は基板温度に依存している事を示している。成
長温度700℃のときはSi2H6流量75SCCMまでは供給律速で
あり、成長速度はSi2H6流量に比例する。従って、Si2H6
流量75SCCMまでは、選択成長条件が崩れるときの成長膜
の厚さはSi2H6流量に依存せず同じとなる。成長温度700
℃における選択成長可能な膜厚は約1000Åであり、以上
詳しく述べたように、Si2H6流量、成長速度を変えて
も、選択成長できる臨界膜厚は変化せず、それ以上の厚
い膜を選択成長することができないという問題点があっ
た。
リコン分子線成長技術（MBE）は、低温でシリコンの選
択成長ができる技術として注目を集めている。しかし、
Si2H6ガスだけを用いたガスソースによるエピタキシャ
ル成長では、ジクロルシランを用いる場合と異なり、あ
る一定の成長条件であれば、膜厚を成長しても選択成長
が崩れないという条件は無く、成長温度で決定される臨
界分子総数以上のSi2H6分子が照射されるとSi2O上でSi
の核形成が起こり、選択成長が崩れてしまうことがわか
っている。例えば、第３図は成長温度を変化させたとき
のSi2H6ガス流量と選択成長条件が崩れるまでの時間と
の関係を示したものである。この図から、選択成長条
件が崩れる時間はSi2H6の流量に逆比例している事、
成長温度が上がると崩れるまでの時間が短くなる事、が
わかる。これは選択成長が崩れる条件がSiO2上に照射さ
れたSi2H6分子の総数によって決定され、この臨界総数
は成長温度に依存していることを示している。第４図は
選択成長が崩れるまでの臨界総数と成長温度の関係をア
レニウスプロットしたものである。臨界総数は成長速度
を変化させても成長温度が同じであればほぼ一点に集約
し、しかも、温度を変えるとアレニウスプロット上にの
ることがわかった。これは、選択成長が維持されている
時間内でも酸化膜表面では何等かの反応が生じており、
反応速度は基板温度に依存している事を示している。成
長温度700℃のときはSi2H6流量75SCCMまでは供給律速で
あり、成長速度はSi2H6流量に比例する。従って、Si2H6
流量75SCCMまでは、選択成長条件が崩れるときの成長膜
の厚さはSi2H6流量に依存せず同じとなる。成長温度700
℃における選択成長可能な膜厚は約1000Åであり、以上
詳しく述べたように、Si2H6流量、成長速度を変えて
も、選択成長できる臨界膜厚は変化せず、それ以上の厚
い膜を選択成長することができないという問題点があっ
た。
（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、この様な従来の欠点を除去せしめ
て、シラン系ガスを用いたガスソースエピタキシャル成
長において厚い膜の成長を行なっても選択性を崩さない
方法を提供することにある。
て、シラン系ガスを用いたガスソースエピタキシャル成
長において厚い膜の成長を行なっても選択性を崩さない
方法を提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明は、シリコンの選択エピタキシャル成長におい
て、基板加熱可能な分子線成長装置内に一部分をシリコ
ン酸化膜によって覆われた基板を配し、気相反応が起こ
らない条件つまり分子線が基板に到達する間に分子同士
の衝突が生じないように真空度や装置の大きさを考慮し
た条件で、この基板表面にシラン系ガス（シラン、ジシ
ラン、トリシランガス）分子線もしくはゲルマン系ガス
（ゲルマン、ジゲルマン）分子線もしくはその両方を照
射して、シリコン開口部に選択成長する工程とシリコン
酸化膜上のSiもしくはGeもしくはその両方を蒸発させる
ための熱処理の工程を交互に行なうことを特徴とするシ
リコンエピタキシャル膜の選択成長方法である。
て、基板加熱可能な分子線成長装置内に一部分をシリコ
ン酸化膜によって覆われた基板を配し、気相反応が起こ
らない条件つまり分子線が基板に到達する間に分子同士
の衝突が生じないように真空度や装置の大きさを考慮し
た条件で、この基板表面にシラン系ガス（シラン、ジシ
ラン、トリシランガス）分子線もしくはゲルマン系ガス
（ゲルマン、ジゲルマン）分子線もしくはその両方を照
射して、シリコン開口部に選択成長する工程とシリコン
酸化膜上のSiもしくはGeもしくはその両方を蒸発させる
ための熱処理の工程を交互に行なうことを特徴とするシ
リコンエピタキシャル膜の選択成長方法である。
（作用） 本発明の原理について説明する。SiO2上にSi2H6ガス
を照射した場合、第２図（ａ）に示した様にSi2H6ガス
分子はSiO2表面上の準安定状態にトラップされた後、再
離脱する。この時、基板温度によって決まるある確率で
少数のSi2H6分子が分解を起こし、Si原子となってSiO2
上に付着する。第２図（ｂ）に示した様にSiO2上に付着
したSi原子がある臨界数以上になることを核形成を起こ
し、SiO2上にポリシリコンのアイランドが形成される。
第２図（ｃ）に示すように、いったんポリシリコンアイ
ランドが形成されると、この上でのSiの成長速度はSi開
口部における成長速度と同じであるためのポリシリコン
アイランドは急速に成長する。シラン系ガスを用いた成
長の場合、以上のような過程を経て選択成長は崩れる。
本発明者等は、ポリシリコンの核形成が起こる前に成長
を止め、800℃以上に加熱する工程をはさむと、厚い膜
を成長しても選択性が崩れないことを新たに見出した。
これは、次の様な原理に基づく。第１図（ａ）に示す様
にSiO2層11上にSi2H6ガスを照射すると、SiO2層上のSi
原子13の密度が増加してくる。ポリシリコンの形成が起
こる前にSi基板12を800℃以上に加熱すると第１図
（ｂ）に示す様にSiO2層11上のSi原子13はSiO2と反応し
て蒸気圧の高いSiOの形で蒸発してしまう。これによっ
て、SiO2上のSi原子が除去され（第１図（ｃ））、ふた
たび選択成長を続けることが可能となる（第１図
（ｄ））。
を照射した場合、第２図（ａ）に示した様にSi2H6ガス
分子はSiO2表面上の準安定状態にトラップされた後、再
離脱する。この時、基板温度によって決まるある確率で
少数のSi2H6分子が分解を起こし、Si原子となってSiO2
上に付着する。第２図（ｂ）に示した様にSiO2上に付着
したSi原子がある臨界数以上になることを核形成を起こ
し、SiO2上にポリシリコンのアイランドが形成される。
第２図（ｃ）に示すように、いったんポリシリコンアイ
ランドが形成されると、この上でのSiの成長速度はSi開
口部における成長速度と同じであるためのポリシリコン
アイランドは急速に成長する。シラン系ガスを用いた成
長の場合、以上のような過程を経て選択成長は崩れる。
本発明者等は、ポリシリコンの核形成が起こる前に成長
を止め、800℃以上に加熱する工程をはさむと、厚い膜
を成長しても選択性が崩れないことを新たに見出した。
これは、次の様な原理に基づく。第１図（ａ）に示す様
にSiO2層11上にSi2H6ガスを照射すると、SiO2層上のSi
原子13の密度が増加してくる。ポリシリコンの形成が起
こる前にSi基板12を800℃以上に加熱すると第１図
（ｂ）に示す様にSiO2層11上のSi原子13はSiO2と反応し
て蒸気圧の高いSiOの形で蒸発してしまう。これによっ
て、SiO2上のSi原子が除去され（第１図（ｃ））、ふた
たび選択成長を続けることが可能となる（第１図
（ｄ））。
（実施例） 実施例について具体的に説明する。ここではシリコン
のガスソースMBE装置を用いた。主排気ポンプには排気
量1000/sのターボモレキュラーポンプを使った。Si2H
6ガスはマスフローコントローラで流量を制御しSUS製ノ
ズルで基板斜め下100mmより供給した。基板は４インチS
i（100）基板で、膜厚4000ÅのCVD酸化膜のパターンが
形成してある。成長は基板温度を700℃、ガス流量は5SC
CMで行なった。選択成長しているかどうかの判別はRHEE
Dのin−situ測定により求めた。成長した基板は大気に
取り出した後、SEM及びTEMで選択成長の状況及び結晶性
を観察し、フッ素で酸化膜パターンを除去してタリステ
ップで選択成長した膜厚を測定した。
のガスソースMBE装置を用いた。主排気ポンプには排気
量1000/sのターボモレキュラーポンプを使った。Si2H
6ガスはマスフローコントローラで流量を制御しSUS製ノ
ズルで基板斜め下100mmより供給した。基板は４インチS
i（100）基板で、膜厚4000ÅのCVD酸化膜のパターンが
形成してある。成長は基板温度を700℃、ガス流量は5SC
CMで行なった。選択成長しているかどうかの判別はRHEE
Dのin−situ測定により求めた。成長した基板は大気に
取り出した後、SEM及びTEMで選択成長の状況及び結晶性
を観察し、フッ素で酸化膜パターンを除去してタリステ
ップで選択成長した膜厚を測定した。
第５図は基板温度と成長室内のSi2H6分圧との関係を
示したものである。基板温度を700℃に設定し5SCCMのSi
2H6分子線を流すと、成長室内のSi2H6分圧は６×10-4To
rrとなり、Si開口部に成長が始まる。このときの成長速
度は500Å/minである。成長温度700℃での選択性が崩れ
る臨界膜厚は約1000Åであるので、選択性が崩れる前に
SiO2上のSiを蒸発させるため、成長時間は１分とした。
この後、Si2H6ガスの供給を止め、基板温度を上昇さ
せ、一定温度で１分間加熱した。この時、Si2H6分圧は
急激に下がり10-7Torr以下であった。熱処理の温度は、
700〜800℃の間で変化させた。加熱後、増たたび基板温
度を成長温度まで下げ、Si2H6を供給して、１分間成長
する工程を繰返した。第６図は、加熱温度と選択性が崩
れる臨界膜厚との関係を示したものである。加熱温度が
800℃を越えると急激に臨界膜厚が増えることがわか
り、本発明が有効であることを確認できた。
示したものである。基板温度を700℃に設定し5SCCMのSi
2H6分子線を流すと、成長室内のSi2H6分圧は６×10-4To
rrとなり、Si開口部に成長が始まる。このときの成長速
度は500Å/minである。成長温度700℃での選択性が崩れ
る臨界膜厚は約1000Åであるので、選択性が崩れる前に
SiO2上のSiを蒸発させるため、成長時間は１分とした。
この後、Si2H6ガスの供給を止め、基板温度を上昇さ
せ、一定温度で１分間加熱した。この時、Si2H6分圧は
急激に下がり10-7Torr以下であった。熱処理の温度は、
700〜800℃の間で変化させた。加熱後、増たたび基板温
度を成長温度まで下げ、Si2H6を供給して、１分間成長
する工程を繰返した。第６図は、加熱温度と選択性が崩
れる臨界膜厚との関係を示したものである。加熱温度が
800℃を越えると急激に臨界膜厚が増えることがわか
り、本発明が有効であることを確認できた。
また、発明者はSi2H6ガス4SCCMとゲルマン（GeH4）ガ
ス1SCCMを供給して基板温度700℃でGe0.2Si0.8混晶の成
長を行ないそのあとガスを止め800℃で加熱する工程を
くり返した。また、GeH4ガス5SCCMを供給してSi上のGe
の成長を行ないそのあと同様に800℃で加熱する工程を
くり返した。両者の場合とも第６図に示した関係はまっ
たく同じであり本方法はGeXSi1-X混晶及びGeの成長にも
有効である事がわかった。また、本方法をもちい、Si2H
6ガスとGeH4ガスを交互に送る事によって、Ge3層、Si7
層という超格子構造を200周期に渡って選択成長する事
が出来た。
ス1SCCMを供給して基板温度700℃でGe0.2Si0.8混晶の成
長を行ないそのあとガスを止め800℃で加熱する工程を
くり返した。また、GeH4ガス5SCCMを供給してSi上のGe
の成長を行ないそのあと同様に800℃で加熱する工程を
くり返した。両者の場合とも第６図に示した関係はまっ
たく同じであり本方法はGeXSi1-X混晶及びGeの成長にも
有効である事がわかった。また、本方法をもちい、Si2H
6ガスとGeH4ガスを交互に送る事によって、Ge3層、Si7
層という超格子構造を200周期に渡って選択成長する事
が出来た。
なお、本実施例ではシリコンウエハーを対象とした
が、本発明の方法は表面にのみシリコンが存在するSOS
（Siliconi on Sapphire）基板や更に一般にSOI（Silic
on on Insulator）基板等にも当然適用できる。また、
本実施例では、Si2H6ガス及びGeH4ガスを使った例につ
いて述べたが、シランガス（SiH4）、トリシランガス
（Si3H8）ジゲルマンガス（Ge2H6）でもまったく同じ現
象が起こることを確認した。
が、本発明の方法は表面にのみシリコンが存在するSOS
（Siliconi on Sapphire）基板や更に一般にSOI（Silic
on on Insulator）基板等にも当然適用できる。また、
本実施例では、Si2H6ガス及びGeH4ガスを使った例につ
いて述べたが、シランガス（SiH4）、トリシランガス
（Si3H8）ジゲルマンガス（Ge2H6）でもまったく同じ現
象が起こることを確認した。
（発明の効果） 以上、詳細に述べた通り本発明によれば、シラン形ガ
スを用いた選択成長中にSiO2上に形成されるSi原子をポ
リシリコンの核ができる前に熱処理を用いて蒸発させる
ことによって、選択成長の条件を広げ、厚い膜の成長を
行なうことができる。
スを用いた選択成長中にSiO2上に形成されるSi原子をポ
リシリコンの核ができる前に熱処理を用いて蒸発させる
ことによって、選択成長の条件を広げ、厚い膜の成長を
行なうことができる。
第１図は、本発明の概念図、第２図は、従来例の概念
図、第３図は、成長温度を変化させたときのSi2H6ガス
流量と選択成長条件が崩れるまでの時間との関係を示す
図、第４図は、選択成長が崩れまでのSi2H6臨界分子総
数と成長温度の関係を示す図、第５図は、基板温度と成
長室内のSi2H6分圧との関係を示す図、第６図は、加熱
温度と選択性が崩れる臨界膜厚との関係を示す図、 図中の番号を以下のものを示す。 12,21……Si基板、11,22……SiO2層、 13,23……Si原子、14……蒸発するSiO
図、第３図は、成長温度を変化させたときのSi2H6ガス
流量と選択成長条件が崩れるまでの時間との関係を示す
図、第４図は、選択成長が崩れまでのSi2H6臨界分子総
数と成長温度の関係を示す図、第５図は、基板温度と成
長室内のSi2H6分圧との関係を示す図、第６図は、加熱
温度と選択性が崩れる臨界膜厚との関係を示す図、 図中の番号を以下のものを示す。 12,21……Si基板、11,22……SiO2層、 13,23……Si原子、14……蒸発するSiO
Claims (1)
- 【請求項１】シリコンの選択エピタキシャル成長におい
て、基板加熱可能な分子線成長装置内に一部分をシリコ
ン酸化膜によって覆われた基板を配し、気相反応が起こ
らない条件で、この基板表面にシラン系ガス（シラン、
ジシラン、トリシランガス）分子線もしくはゲルマン系
ガス（ゲルマン、ジゲルマン）分子線もしくはその両方
を照射して、シリコン開口部に選択成長する工程とシリ
コン酸化膜上のSiもしくはGeもしくはその両方を蒸発さ
せるための熱処理の工程を交互に行なうことを特徴とす
るシリコンエピタキシャル膜の選択成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24915390A JP2605471B2 (ja) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24915390A JP2605471B2 (ja) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04130091A JPH04130091A (ja) | 1992-05-01 |
| JP2605471B2 true JP2605471B2 (ja) | 1997-04-30 |
Family
ID=17188696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24915390A Expired - Lifetime JP2605471B2 (ja) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2605471B2 (ja) |
-
1990
- 1990-09-19 JP JP24915390A patent/JP2605471B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04130091A (ja) | 1992-05-01 |
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