JP2645434B2 - シリコンのエピタキシャル成長方法 - Google Patents

シリコンのエピタキシャル成長方法

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JP2645434B2 JP61136896A JP13689686A JP2645434B2 JP 2645434 B2 JP2645434 B2 JP 2645434B2 JP 61136896 A JP61136896 A JP 61136896A JP 13689686 A JP13689686 A JP 13689686A JP 2645434 B2 JP2645434 B2 JP 2645434B2
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【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 6水素化2珪素もしくは8水素化3珪素をシリコンソ
ースとし、 且つ水素をキャリアガスとして、 60Torr以下の減圧下において、 900℃以下の温度で、光照射による励起の寄与なく気
相成長を行うことを特徴とするシリコンのエピタキシャ
ル成長方法。
〔産業上の利用分野〕
エピタキシャルシリコン(Si)層を用いる例えばバイ
ポーラトランジスタにおいて、微細化及び高速化を図る
ためにエピタキシャルSi層が非常に薄く形成されるよう
になって来ている。
これは、ベース領域の横方向への拡がりを抑えて微細
化を図り、且つベース幅を狭めて高速化を図るためにベ
ース領域を浅く形成した際に、エピタキシャル層下部の
埋没高不純物濃度領域とベース領域底面との距離を出来
るだけ近づけてコレクタ抵抗を減少せしめ、これによっ
て直列抵抗を減少せめて動作速度の向上を図るためであ
る。
しかし、エピタキシャル層が薄く成長される場合、下
部の埋没高不純物濃度領域からの不純物のオートドープ
及び固相拡散により、ベースが形成されるエピタキシャ
ル層の表面近傍領域まで高不純物濃度になってベース−
コレクタ耐圧が低下し、バイポーラトランジスタの駆動
能力が減少するという問題を生ずる。
そのため、素子の微細化、高速化に伴い、不純物のオ
ートドープ及び固相拡散を極力減少せしめるSiのエピタ
キシャル成長方法が要望される。
〔従来の技術〕
Siのエピタキシャル成長方法には、常圧成長法と減圧
成長法がある。常圧成長方法は成長速度が速く、減圧成
長法はステップカバレージが良いという長所をそれぞれ
有している。
従来、Siの常圧エピタキシャル成長には、Siのソース
に、モノシラン即ち4水素化珪素(SiH4)、ジクロルシ
ラン(SiH2Cl2)、テトラクロルシラン(SiCl4)が用い
られ、成長温度はそれぞれ950℃以上、1100℃、1150℃
であった。
また減圧エピタキシャル成長にはSiH2Cl2が用いら
れ、成長温度はそれぞれ1100℃であった。
上記のように従来のSiのエピタキシャル成長方法にお
いては、常圧、減圧を問わず950〜1150℃程度の高温に
おいてSiの成長が行われていたので、基板からのオート
ドープ及び固相拡散によってエピタキシャル層の底部
(基板に接する側)に形成される不純物導入領域即ちオ
ートドープ領域の深さは、1μm以上に達していた。
そのため従来のSiエピタキシャル成長方法によって、
1〜3μm程度の薄いエピタキシャル層を用い構成する
高速バイポーラトランジスタ等を、性能良く製造するこ
とが極めて困難であった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明が解消しょうとする問題点は、従来のSiエピタ
キシャル成長方法において、基板から導入される不純物
によって形成されるオートドープ領域の深さが、浅く形
成できなかったことである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点は、単結晶シリコン基体上に、6水素化2
珪素もしくは8水素化3珪素をシリコンソースとし、且
つ水素をキャリアガスとして、 60Torr以下の減圧下において、900℃以下の温度で、
光照射による励起の寄与なく気相成長を行う本発明によ
るシリコンのエピタキシャル成長方法によって解決され
る。
〔作 用〕
即ち本発明は、エッチング性を持たない故にオートド
ープ量の減少に有利な水素化珪素をシリコンソースとし
て用いる。
そして成長方法としては、成長時に、被成長面上に形
成される成長ガス停滞層が薄く形成されることにより、
オートドープ量を減少せしめる効果を生ずる減圧エピタ
キシャル成長方法が用いられる。
更に、オートドープ領域の深さを高速デバイスの形成
に支障のない0.2μm程度以下の値に制限するために、
成長温度を900℃以下に抑える。
そして、上記水素化珪素の中で、上記温度によって充
分にエピタキシャル化即ち単結晶化がなされる6水素化
2珪素若しくは8水素化3珪素がシリコンソースとして
用いられ、充分均一にエピタキシャル化が行われ、且つ
可能な限り低い温度においてエピタキシャル成長が行わ
れる。
更に詳しく説明すると、本発明に係るシリコン(Si)
のエピタキシャル成長方法においては、通常通り水素
(H2)をキャリアガスとし、このH2キャリアガスに所定
の割合にSiソースを配合した成長ガスが用いられる。
そして、クロル(Cl)を含むことによりエッチング性
を有し、そのために被成長Si基板内の不純物を成長ガス
中に溶出し、これによって成長ガス中の不純物濃度を増
大せしめてオートドープ量の増大を招いていたクロルシ
ラン(SiH2Cl2)、トリクロルシラン(SiHCl3)等のク
ロルシラン系のSiソースを避け、エッチング性を持た
ず、上記エッチング効果によりオートドープ量の増大を
招くことのない水素化珪素をSiソースとして用いる。
成長方法は、被成長Si基体上に形成される成長ガスの
停滞層を薄くし、成長温度においてSi基板から外方拡散
される不純物原子が停滞層を突き抜けて排出されるよう
にして、停滞層内の不純物濃度の上昇を抑制し、これに
よってオートドープ量の減少を図るべく、減圧成長方法
に限定した。
一方、上記減圧成長においてオートドープ領域の深さ
は、成長温度に依存する不純物の拡散長でほぼ決まり、
実測の結果第6図に示すような関係になる。そこで本発
明においては、この実測結果に基づいてオートドープ領
域の深さが少なくとも0.2μm程度以下に制限されるよ
うに、成長温度を900℃以下に限定した。
なおオートドープ領域深さは、エピタキシャル層の基
板との界面(基板とほぼ同等のキャリア濃度となる)か
らエピタキシャル層本来のキャリア濃度の領域に達する
までの深さで表される。通常この濃度差は、バイポーラ
トランジスタの場合約4桁程度である。
また、Siソースとしては、前記水素化珪素の中から、
上記900℃以下の温度における減圧成長において均一に
エピタキシャル化することが可能な、ジシラン即ち6水
素化2珪素(Si2H6)とトリシラン即ち8水素化3珪素
(Si3H8)を限定した。
更に、成長ガスの減圧する圧力については、上記Si2H
6について実験結果から第7図に示すような関係がある
ことが確かめられ、上記900℃以下の成長温度で均一に
エピタキシャル化がなされることが実験的に確認された
60Torr以下の圧力に成長ガス圧を限定した。
オートドープ領域の深さをより浅くするためには、よ
り低い温度で完全なエピタキシャル層が得られるより低
圧での成長が望ましいが、この場合生ずる成長速度の低
下は、実用上問題がある。
第8図は成長ガス圧と成長速度との関係を調べた実験
結果で、0.07μm/分程度の充分実用性ある成長速度を得
るためには、本発明が限定する60Torr以下のガス圧にお
いて、60〜1Torrの範囲が望ましい。
以上により、エピタキシャル層に形成されるオートド
ープ領域の深さを、従来に比べ大幅に減少し得る効果を
生ずる。
〔実施例〕
以下本発明を、図示実施例により具体的に説明する。
第1図は本発明のSiエピタキシャル成長方法に用いた
成長装置の模式図、第2図は実施例における成長工程の
プロファイル図、第3図は第1の実施例におけるSiエピ
タキシャル層の砒素(As)濃度のプロファイル図、第4
図は第2の実施例におけるSiエピタキシャル層の硼素
(B)濃度のプロファイル図、第5図は第3の実施例に
おけるSiエピタキシャル層のアンチモン(Sb)濃度のプ
ロファイル図である。
本発明に係るSiのエピタキシャル成長には、例えば第
1図に示すような、低い圧力に減圧するのに有利な枚葉
式(一枚どり)のエピタキシャル成長装置が用いられ
る。
同図において、1は成長容器となるベルジャー、2は
載置された被成長基板を加熱するグラファイトヒータ、
3は被成長Si基板、4は成長ガス導入管、5は置換用窒
素(N2)ガス導入用の流量計、6はH2キャリアガス導入
用の流量計、7は例えばSi2H6等のSiソースガス導入用
の流量計、8は真空排気管、9はベルジャー内を減圧す
るメカニカルブースタポンプ、10は同じくロータリポン
プ、11は電力記録、12はグラファイトヒータ用の加熱電
源を示す。
そしてエピタキシャル成長は、例えば第2図に示す工
程プロファイル図に示すような手順で行われる。
同図において、N2は窒素雰囲気、H2は水素雰囲気、
(Si2H6+H2)は成長ガス雰囲気を示す。
第1の実施例においては、上記装置を用い、上記工程
プロファイルに従って、先ずN2でベルジャー1内を置換
した後、該ベルジャー1内をH2で置換し、例えば4×10
19cm-3程度の砒素(As)濃度を有する被成長Si基板1
を、グラファイトヒータ2上に載置して例えば810℃に
加熱し、該ベルジャー1内の雰囲気を、5cc/分の流量の
Si2H6(Siソース)と10/分の流量のH2(キャリアガ
ス)とが混合されてなる成長ガスの雰囲気に置換し、真
空排気を行って成長ガス圧を例えば3.4Torrに調節し、
例えば20分間成長を行った後、成長ガスを水素ガスに切
り換え、基板3の温度を室温に下降せしめ、ベルジャー
内をN2に置換して成長を完了する。
第3図は上記実施例により成長したSiエピタキシャル
層における深さ方向のAs濃度のプロファイル図である。
同図に示すように上記実施例によれば、エピタキシャ
ル層本来の濃度より高いAs濃度を有するオートドープ領
域ADの深さ、即ちSi基板に接する面Sから本来のエピタ
キシャル層濃度を有する面Eまでの深さDADは、0.1μm
程度に極めて浅く形成される。
なおSiソースにSi3H8を用いた場合は3cc/分のSi3H8
供給により上記実施例と同様のオートドープ領域深さD
ADを得ることが出来た。
また上記成長は、700℃程度まで成長温度を下げても
可能であった。
第4図は第2の実施例、即ち4×1019cm-3程度の硼素
(B)濃度を有するSi基板上に第1の実施例同様の条件
で成長したSiエピタキシャル層における深さ方向のB濃
度のプロファイル図である。
また第5図は第3の実施例、即ち1×1019cm-3程度の
アンチモン(Sb)濃度を有するSi基板上に第1の実施例
同様の条件で成長したSiエピタキシャル層における深さ
方向のSb濃度のプロファイル図である。
第4図及び第5図の結果は、B及びSbを高濃度に含む
Si基板上にSiのエピタキシャル成長を行う際にも、Siエ
ピタキシャル層内に形成されるオートドープ領域の深さ
は、0.1〜0.2μm程度に浅く抑えられることを示してい
る。
上記実施例においては、本発明を高不純物濃度のSi基
板上にエピタキシャル層を成長する例について説明した
が、本発明は表面に選択的に高不純物導入領域を有する
Si基板上にエピタキシャル層を成長する際、例えばバイ
ポーラトランジスタの製造工程等において、表面に埋没
拡散領域が形成されたSi基板上に、コレクタ領域等とな
る低キャリア濃度のSiエピタキシャル層を成長する際等
に特に有効に適用される。
また、SOI(Slicon on Insulator)構造にも勿論適用
される。
〔発明の効果〕
以上説明のように本発明のSiのエピタキシャル成長方
法によれば、高不純物濃度を有するSi基体上にSiエピタ
キシャル層を成長せしめる際、該エピタキシャル層の底
部に形成される不純物のオートドープ領域の深さを、0.
1〜0.2μm程度に極めて浅く抑えることができる。
従って本発明は薄いエピタキシャル層を用いて構成さ
れる高速バイポーラトランジスタ等の高速半導体デバイ
スの性能向上に有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のSiエピタキシャル成長方法に用いた成
長装置の模式図、 第2図は実施例における成長工程のプロファイル図、 第3図は第1の実施例におけるSiエピタキシャル層の砒
素(As)濃度のプロファイル図、 第4図は第2の実施例におけるSiエピタキシャル層の硼
素(B)濃度のプロファイル図、 第5図は第3の実施例におけるSiエピタキシャル層のア
ンチモン(Sb)濃度のプロファイル図、 第6図はオートドープ領域の深さと成長温度との関係を
示す図、 第7図はエピタキシャル化温度と成長ガス圧の関係を示
す図、 第8図は成長ガス圧と成長速度の関係を示す図である。 図において、 1はベルジャー、 2はグラファイトヒータ、 3は被成長Si基板、 4は成長ガス導入管、 5、6、7は流量計、 8は真空排気管、 9はメカニカルブースタポンプ、 10はロータリポンプ、 11は電力配線、 12は加熱電源、 ADはオートドープ領域、 SはSi基板に接する面、 Eは本来のエピタキシャル層濃度面、 DADはオートドープ領域の深さ を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 守 川崎市中原区上小田中1015番地 富士通 株式会社内 (72)発明者 中沢 努 川崎市中原区上小田中1015番地 富士通 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−93617(JP,A) 1986年(昭和61年)春季第33回応用物 理学関係連合講演会予稿集(1986−4− 1)(社)応用物理学会P.537(講演 番号2a−Q−4)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】単結晶シリコン基体上に、 6水素化2珪素もしくは8水素化3珪素をシリコンソー
    スとし、 且つ水素をキャリアガスとして、 60Torr以下の減圧下において、 900℃以下の温度で、光照射による励起の寄与なく気相
    成長を行うことを特徴とするシリコンのエピタキシャル
    成長方法。
JP61136896A 1986-06-12 1986-06-12 シリコンのエピタキシャル成長方法 Expired - Lifetime JP2645434B2 (ja)

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JPS62293611A JPS62293611A (ja) 1987-12-21
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6193617A (ja) * 1984-10-15 1986-05-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 硅素膜の製法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1986年(昭和61年)春季第33回応用物理学関係連合講演会予稿集(1986−4−1)(社)応用物理学会P.537(講演番号2a−Q−4)

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