JP2765622B2 - 選択シリコンエピタキシャル膜の成長方法 - Google Patents
選択シリコンエピタキシャル膜の成長方法Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
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- H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シランあるいはジ
シラン等のシラン系ガスを原料として用いる選択シリコ
ンエピタキシャル膜の成長方法に関し、特に、選択シリ
コンエピタキシャル膜側壁部の形状を制御する方法に関
する。
シラン等のシラン系ガスを原料として用いる選択シリコ
ンエピタキシャル膜の成長方法に関し、特に、選択シリ
コンエピタキシャル膜側壁部の形状を制御する方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】まず、この種の成長方法に用いられる装
置について概説する。
置について概説する。
【０００３】図９はシランあるいはジシラン等のシラン
系ガスを原料として、シリコン基板上に選択シリコンエ
ピタキシャル膜を成長する際に用いられる装置の一例で
ある。
系ガスを原料として、シリコン基板上に選択シリコンエ
ピタキシャル膜を成長する際に用いられる装置の一例で
ある。
【０００４】一般に、この種の選択シリコンエピタキシ
ャル成長装置は、成長室２、基板加熱ヒータ４が配置さ
れたヒータ室３、シリコン基板１を支持するためのサセ
プター５、及び成長室２とヒータ室３とを差動排気する
ためのターボ分子ポンプ６を備えており、図示のよう
に、成長室２及びヒータ室３はシリコン基板１によって
分割された状態にある。
ャル成長装置は、成長室２、基板加熱ヒータ４が配置さ
れたヒータ室３、シリコン基板１を支持するためのサセ
プター５、及び成長室２とヒータ室３とを差動排気する
ためのターボ分子ポンプ６を備えており、図示のよう
に、成長室２及びヒータ室３はシリコン基板１によって
分割された状態にある。
【０００５】この装置では、基板加熱ヒータ４によって
シリコン基板１のみが加熱され、ステンレス製の成長室
２は加熱されない。従って、ガスノズル９より成長室２
内部へ導入されたシラン系原料ガス（例えば、シラン、
ジシラン、ジボランガス）は気相中では分解せず、シリ
コン基板１のシリコン上で熱解離および吸着し、余分な
水素原子を放出してシリコンを析出することになる。
シリコン基板１のみが加熱され、ステンレス製の成長室
２は加熱されない。従って、ガスノズル９より成長室２
内部へ導入されたシラン系原料ガス（例えば、シラン、
ジシラン、ジボランガス）は気相中では分解せず、シリ
コン基板１のシリコン上で熱解離および吸着し、余分な
水素原子を放出してシリコンを析出することになる。
【０００６】一方、原料ガスは気相中で化学的に活性な
中間生成物を作らずにそのままシリコン基板１上に到達
するので酸化膜等の絶縁膜上には吸着が起こりにくくま
た吸着してもすぐ脱離するのでシリコンは成長しづらく
なる。その結果、基板温度、原料ガス流量で決定される
酸化膜上にシリコン形成が開始されるまでの潜伏時間に
おいてはシリコン上にのみにシリコンが選択成長する。
中間生成物を作らずにそのままシリコン基板１上に到達
するので酸化膜等の絶縁膜上には吸着が起こりにくくま
た吸着してもすぐ脱離するのでシリコンは成長しづらく
なる。その結果、基板温度、原料ガス流量で決定される
酸化膜上にシリコン形成が開始されるまでの潜伏時間に
おいてはシリコン上にのみにシリコンが選択成長する。
【０００７】この際、例えば、特開平４−７４４１５号
公報に記載されているように、基板温度を低く、原料ガ
ス流量を多くした成長条件では、選択成長したシリコン
エピタキシャル膜側壁部（絶縁膜との接触部）はファセ
ットを形成しにくくなる。一方、基板温度を高く、原料
ガス流量を少なくした成長条件ではファセットを形成し
やすくなる。
公報に記載されているように、基板温度を低く、原料ガ
ス流量を多くした成長条件では、選択成長したシリコン
エピタキシャル膜側壁部（絶縁膜との接触部）はファセ
ットを形成しにくくなる。一方、基板温度を高く、原料
ガス流量を少なくした成長条件ではファセットを形成し
やすくなる。
【０００８】このファセットはＪｏｕｎａｌ ｏｆ Ｃ
ｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ １３６（１９９４）ｐ．
３４９−３５４に記載されているように、シリコン結晶
の面方位により表面自由エネルギーが異なり、例えば、
（１００）シリコン基板上では、シリコン成長初期に
（１００）面のみでなく、表面自由エネルギーの小さい
（１１１）あるいは（３１１）面が形成される。そし
て、この形状（状態）を保持したまま成長が進行する結
果、ファセットが形成されることになる。このように、
表面自由エネルギーの小さい面が形成されるのは結晶シ
リコンの析出に伴う自由エネルギー増加を最小に抑制し
ようとする理由による。
ｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ １３６（１９９４）ｐ．
３４９−３５４に記載されているように、シリコン結晶
の面方位により表面自由エネルギーが異なり、例えば、
（１００）シリコン基板上では、シリコン成長初期に
（１００）面のみでなく、表面自由エネルギーの小さい
（１１１）あるいは（３１１）面が形成される。そし
て、この形状（状態）を保持したまま成長が進行する結
果、ファセットが形成されることになる。このように、
表面自由エネルギーの小さい面が形成されるのは結晶シ
リコンの析出に伴う自由エネルギー増加を最小に抑制し
ようとする理由による。
【０００９】この際、基板温度を低く、原料ガス、例え
ば、ジシラン流量を多くすることにより、ファセットが
形成されにくくなるのは、以下の理由による。
ば、ジシラン流量を多くすることにより、ファセットが
形成されにくくなるのは、以下の理由による。
【００１０】ジシランから解離した水素原子は基板温度
が低いほどシリコン表面に吸着しやすく、またジシラン
流量が多いほどその吸着量は多い。この吸着した水素原
子によりターミネートされたシリコン表面は表面自由エ
ネルギーが大幅に低下し、結果的に表面自由エネルギー
の面方位依存性は解消され、ファセット形成は起こりに
くくなる。
が低いほどシリコン表面に吸着しやすく、またジシラン
流量が多いほどその吸着量は多い。この吸着した水素原
子によりターミネートされたシリコン表面は表面自由エ
ネルギーが大幅に低下し、結果的に表面自由エネルギー
の面方位依存性は解消され、ファセット形成は起こりに
くくなる。
【００１１】逆に、基板温度を高く、原料ガス、例え
ば、ジシラン流量を少なくすることにより、ファセット
が形成されやすくなるのは、水素原子は基板温度が高い
ほどシリコン表面に吸着しにくく、また、ジシラン流量
が少ないほど水素原子の吸着量は少ないため、水素原子
による表面自由エネルギーのシリコン結晶面方位依存性
低減効果が抑制されるためである。
ば、ジシラン流量を少なくすることにより、ファセット
が形成されやすくなるのは、水素原子は基板温度が高い
ほどシリコン表面に吸着しにくく、また、ジシラン流量
が少ないほど水素原子の吸着量は少ないため、水素原子
による表面自由エネルギーのシリコン結晶面方位依存性
低減効果が抑制されるためである。
【００１２】選択シリコンエピタキシャル膜の重要なア
プリケーションの一つとして、０．１μｍルールレベル
の微細なＭＯＳトランジスタにおけるソース／ドレイン
部のせり上げ構造への適用がある。
プリケーションの一つとして、０．１μｍルールレベル
の微細なＭＯＳトランジスタにおけるソース／ドレイン
部のせり上げ構造への適用がある。
【００１３】このＭＯＳトランジスタでは、シリコン基
板に素子分離酸化膜及びゲートを形成した後、短チャネ
ル効果の抑制を目的としてＰＮ接合深さの浅いソース／
ドレインを形成するために、ソース／ドレインとなるべ
きシリコン上にのみ、選択的にシリコンエピタキシャル
膜を成長する。その後、ソース／ドレイン形成のための
イオン注入を行う。この際、前述のようにエピタキシャ
ル膜の側壁部にファセットがあると、ファセットのある
所では膜厚が薄いため、結局、側壁部に近くなるほどイ
オン注入後のＰＮ接合深さが深くなってしまう。その結
果、短チャネル効果の抑制効果がなくなってしまう。
板に素子分離酸化膜及びゲートを形成した後、短チャネ
ル効果の抑制を目的としてＰＮ接合深さの浅いソース／
ドレインを形成するために、ソース／ドレインとなるべ
きシリコン上にのみ、選択的にシリコンエピタキシャル
膜を成長する。その後、ソース／ドレイン形成のための
イオン注入を行う。この際、前述のようにエピタキシャ
ル膜の側壁部にファセットがあると、ファセットのある
所では膜厚が薄いため、結局、側壁部に近くなるほどイ
オン注入後のＰＮ接合深さが深くなってしまう。その結
果、短チャネル効果の抑制効果がなくなってしまう。
【００１４】上述の理由から側壁部にファセットが形成
されない選択シリコンエピタキシャル膜の成長方法が要
求される。前述の特開平４−７４４１５号公報において
は、成長条件の違いによりファセット形成の有無が左右
されることに注目して、ファセットが形成されない選択
シリコンエピタキシャル膜の成長方法として、基板温度
を低く、原料ガス流量を多くした成長条件による選択シ
リコンエピタキシャル成長法を提供している。
されない選択シリコンエピタキシャル膜の成長方法が要
求される。前述の特開平４−７４４１５号公報において
は、成長条件の違いによりファセット形成の有無が左右
されることに注目して、ファセットが形成されない選択
シリコンエピタキシャル膜の成長方法として、基板温度
を低く、原料ガス流量を多くした成長条件による選択シ
リコンエピタキシャル成長法を提供している。
【００１５】図６は、ジシランを原料ガスとして、酸化
膜を部分的に開孔したシリコン基板上への選択成長が可
能な限界エピタキシャル膜厚を示しているが、図６から
基板温度を低く、さらに原料ガス流量を多くした成長条
件では、酸化膜等の絶縁膜上に、シリコンが析出しない
選択成長条件で成長できるシリコンエピタキシャル膜厚
は薄いことがわかる。
膜を部分的に開孔したシリコン基板上への選択成長が可
能な限界エピタキシャル膜厚を示しているが、図６から
基板温度を低く、さらに原料ガス流量を多くした成長条
件では、酸化膜等の絶縁膜上に、シリコンが析出しない
選択成長条件で成長できるシリコンエピタキシャル膜厚
は薄いことがわかる。
【００１６】上述したような微細ＭＯＳトランジスタの
ソース／ドレイン部のせり上げ構造に選択シリコンエピ
タキシャル膜を適用しようとすると、１０００オングス
トローム程度の膜厚が要求されることを考慮すると、こ
のような場合には、特開平４−７４４１５号公報に記載
された方法は適用できないことになり、１０００オング
ストローム程度の選択シリコンエピタキシャル膜を形成
する際には、成長条件を基板温度６５０℃以上、ジシラ
ン流量４ｓｃｃｍ以下として成長が行われることにな
る。
ソース／ドレイン部のせり上げ構造に選択シリコンエピ
タキシャル膜を適用しようとすると、１０００オングス
トローム程度の膜厚が要求されることを考慮すると、こ
のような場合には、特開平４−７４４１５号公報に記載
された方法は適用できないことになり、１０００オング
ストローム程度の選択シリコンエピタキシャル膜を形成
する際には、成長条件を基板温度６５０℃以上、ジシラ
ン流量４ｓｃｃｍ以下として成長が行われることにな
る。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、微細Ｍ
ＯＳトランジスタのソース／ドレイン部のせり上げ構造
に選択シリコンエピタキシャル膜を適用しようとする
と、１０００オングストローム程度の膜厚が要求される
が、そのためには、特開平４−７４４１５号公報に記載
の方法が適用できず、成長条件は基板温度６５０℃以
上、ジシラン流量４ｓｃｃｍ以下とされることになる。
しかしながら、この成長条件では前述したように選択シ
リコンエピタキシャル膜側壁部にファセットが形成され
てしまうという問題点がある。
ＯＳトランジスタのソース／ドレイン部のせり上げ構造
に選択シリコンエピタキシャル膜を適用しようとする
と、１０００オングストローム程度の膜厚が要求される
が、そのためには、特開平４−７４４１５号公報に記載
の方法が適用できず、成長条件は基板温度６５０℃以
上、ジシラン流量４ｓｃｃｍ以下とされることになる。
しかしながら、この成長条件では前述したように選択シ
リコンエピタキシャル膜側壁部にファセットが形成され
てしまうという問題点がある。
【００１８】本発明の目的は選択シリコンエピタキシャ
ル膜側壁部にファセットが形成されることなく１０００
オングストローム程度の膜厚を有する選択シリコンエピ
タキシャル膜を成長させることのできる選択シリコンエ
ピタキシャル膜の成長方法を提供することにある。
ル膜側壁部にファセットが形成されることなく１０００
オングストローム程度の膜厚を有する選択シリコンエピ
タキシャル膜を成長させることのできる選択シリコンエ
ピタキシャル膜の成長方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明の選択シリコンエ
ピタキシャル膜の成長方法は、シランあるいはジシラン
等のシラン系ガスを原料ガスとした選択シリコンエピタ
キシャル膜の成長時に、基板温度が高くかつ前記原料ガ
ス流量が小さい成長条件において、前記原料ガスと同時
に原子状水素を導入することによって、選択シリコンエ
ピタキシャル膜側壁部の形状を制御することを特徴とし
ている。
ピタキシャル膜の成長方法は、シランあるいはジシラン
等のシラン系ガスを原料ガスとした選択シリコンエピタ
キシャル膜の成長時に、基板温度が高くかつ前記原料ガ
ス流量が小さい成長条件において、前記原料ガスと同時
に原子状水素を導入することによって、選択シリコンエ
ピタキシャル膜側壁部の形状を制御することを特徴とし
ている。
【００２０】上記の原子状水素を生成する際には、高温
に加熱されたフィラメントにより水素ガスを分解するこ
とにより原子状水素を生成する。さらに、高温に加熱さ
れたフィラメントとその近傍に配置された電極との間に
フィラメント側が負で、電極側が正になるように電位差
を与えることによってフィラメント側から電極側へ熱電
子を引き出し、熱電子及び高温に加熱されたフィラメン
トにより水素ガスを分解して原子状水素を生成するよう
にしてもよい。
に加熱されたフィラメントにより水素ガスを分解するこ
とにより原子状水素を生成する。さらに、高温に加熱さ
れたフィラメントとその近傍に配置された電極との間に
フィラメント側が負で、電極側が正になるように電位差
を与えることによってフィラメント側から電極側へ熱電
子を引き出し、熱電子及び高温に加熱されたフィラメン
トにより水素ガスを分解して原子状水素を生成するよう
にしてもよい。
【００２１】前記原子状水素は、シリコン表面に吸着
し、シリコンの表面自由エネルギーを大幅に低下させる
ために前記シリコン表面自由エネルギーの結晶面方位依
存性低減効果がある。従って、前記基板温度が高く、か
つ前記原料ガス流量が小さい成長条件において、前記原
子状水素を前記原料ガスと同時に流すことは、前記選択
シリコンエピタキシャル膜の側壁部（絶縁膜との接触
部）におけるファセット形成を抑制する。
し、シリコンの表面自由エネルギーを大幅に低下させる
ために前記シリコン表面自由エネルギーの結晶面方位依
存性低減効果がある。従って、前記基板温度が高く、か
つ前記原料ガス流量が小さい成長条件において、前記原
子状水素を前記原料ガスと同時に流すことは、前記選択
シリコンエピタキシャル膜の側壁部（絶縁膜との接触
部）におけるファセット形成を抑制する。
【００２２】
【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００２３】図１は本発明による選択シリコンエピタキ
シャル膜の成長方法の第１の実施例で用いられる選択シ
リコンエピタキシャル成長装置である。図示の装置で
は、図９に示す選択シリコンエピタキシャル成長装置と
同一の構成要素については同一の参照番号が付されてい
る。つまり、図示の選択シリコンエピタキシャル成長装
置は、成長室２、基板加熱ヒータ４が配置されたヒータ
室３、シリコン基板１を支持するためのサセプター５、
及び成長室２とヒータ室３とを差動排気するためのター
ボ分子ポンプ６を備えており、さらに、原子状水素を成
長室２内に導入するためのＷフィラメント７、フィラメ
ント用電源８、及び水素ガス配管１０を備えている。
シャル膜の成長方法の第１の実施例で用いられる選択シ
リコンエピタキシャル成長装置である。図示の装置で
は、図９に示す選択シリコンエピタキシャル成長装置と
同一の構成要素については同一の参照番号が付されてい
る。つまり、図示の選択シリコンエピタキシャル成長装
置は、成長室２、基板加熱ヒータ４が配置されたヒータ
室３、シリコン基板１を支持するためのサセプター５、
及び成長室２とヒータ室３とを差動排気するためのター
ボ分子ポンプ６を備えており、さらに、原子状水素を成
長室２内に導入するためのＷフィラメント７、フィラメ
ント用電源８、及び水素ガス配管１０を備えている。
【００２４】水素ガスはフィラメント用電源８により高
温に加熱されたＷフィラメント７を通過する際に、その
５％程度が原子状水素に解離する。基板温度が高く原料
ガス流量が少ない成長条件においても、原子状水素の導
入によって、基板温度が低く原料ガス流量が多い成長条
件のように、シリコン表面上の高い水素被覆率が可能と
なる。これによって、表面自由エネルギーの結晶面方位
依存性が低減されるため、エピタキシャル膜側壁部のフ
ァセット形成を抑制されることになる。
温に加熱されたＷフィラメント７を通過する際に、その
５％程度が原子状水素に解離する。基板温度が高く原料
ガス流量が少ない成長条件においても、原子状水素の導
入によって、基板温度が低く原料ガス流量が多い成長条
件のように、シリコン表面上の高い水素被覆率が可能と
なる。これによって、表面自由エネルギーの結晶面方位
依存性が低減されるため、エピタキシャル膜側壁部のフ
ァセット形成を抑制されることになる。
【００２５】以下、実際に酸化膜を部分的に開孔したシ
リコン基板上にジシランを原料ガスとして選択シリコン
エピタキシャル成長を行った例について説明する。
リコン基板上にジシランを原料ガスとして選択シリコン
エピタキシャル成長を行った例について説明する。
【００２６】まず、（１００）面を有する直径１５０ｍ
ｍのシリコン基板を１０００℃の温度でウエット酸化
し、表面に２０００オングストロームの熱酸化膜を形成
した。次に、この基板をフォトリソグラフィー、約１７
％のバッファードフッ酸を用いたウエットエッチングに
より開孔パターンを形成した。酸化膜の開孔パターン部
の割合は基板全面積の１０％とした。
ｍのシリコン基板を１０００℃の温度でウエット酸化
し、表面に２０００オングストロームの熱酸化膜を形成
した。次に、この基板をフォトリソグラフィー、約１７
％のバッファードフッ酸を用いたウエットエッチングに
より開孔パターンを形成した。酸化膜の開孔パターン部
の割合は基板全面積の１０％とした。
【００２７】次に、この基板をアンモニア／過酸化水素
／純水（組成比１：５：２０）からなる薬液により、７
０℃で１０分洗浄して基板表面の有機物、パーティクル
を除去した後、１０分間純水で水洗した。続けて、０．
５％の希フッ酸に１分間浸すことにより、基板表面に形
成された自然酸化膜を除去した後、水洗を２分間行い、
最後に、リンサドライヤーにより乾燥した。そして、こ
の基板を図１に示す成長装置にセットした。このときの
成長室２における圧力は１×１０-9ｔｏｒｒであった。
／純水（組成比１：５：２０）からなる薬液により、７
０℃で１０分洗浄して基板表面の有機物、パーティクル
を除去した後、１０分間純水で水洗した。続けて、０．
５％の希フッ酸に１分間浸すことにより、基板表面に形
成された自然酸化膜を除去した後、水洗を２分間行い、
最後に、リンサドライヤーにより乾燥した。そして、こ
の基板を図１に示す成長装置にセットした。このときの
成長室２における圧力は１×１０-9ｔｏｒｒであった。
【００２８】この基板１を基板加熱ヒータ４により、７
００℃まで加熱し、基板温度が安定化するまで保持し
た。その後、ジシランガスを流量１ｓｃｃｍで成長室２
に導入するとともに、２０００℃に加熱したＷフィラメ
ント７を通して成長室２に水素ガスを０〜５ｓｃｃｍ流
し、１０００オングストロームの選択シリコンエピタキ
シャル膜を成長した。このときのジシランガス分圧は
２．５×１０-5ｔｏｒｒ、水素ガス分圧は０〜１．２×
１０-4ｔｏｒｒであった。
００℃まで加熱し、基板温度が安定化するまで保持し
た。その後、ジシランガスを流量１ｓｃｃｍで成長室２
に導入するとともに、２０００℃に加熱したＷフィラメ
ント７を通して成長室２に水素ガスを０〜５ｓｃｃｍ流
し、１０００オングストロームの選択シリコンエピタキ
シャル膜を成長した。このときのジシランガス分圧は
２．５×１０-5ｔｏｒｒ、水素ガス分圧は０〜１．２×
１０-4ｔｏｒｒであった。
【００２９】図２〜５はそれぞれ水素ガス流量５、４、
１、０ｓｃｃｍの際における選択シリコンエピタキシャ
ル成長後の断面形状の模式図である。図５に示すよう
に、水素ガスを全く流さない場合、シリコンエピタキシ
ャル膜１２と酸化膜１１の接触部には大きなファセット
が形成されることがわかる。
１、０ｓｃｃｍの際における選択シリコンエピタキシャ
ル成長後の断面形状の模式図である。図５に示すよう
に、水素ガスを全く流さない場合、シリコンエピタキシ
ャル膜１２と酸化膜１１の接触部には大きなファセット
が形成されることがわかる。
【００３０】このファセット部の横幅をＷ、高さをＤと
すると、Ｗは２０００オングストローム、Ｄは１０００
オングストロームであった。
すると、Ｗは２０００オングストローム、Ｄは１０００
オングストロームであった。
【００３１】図４に示すように、水素ガス流量を１ｓｃ
ｃｍとした場合には、ファセットは水素ガスをまったく
流さない場合に比べ、縮小し、Ｗは１０００オングスト
ローム、Ｄは５００オングストロームであった。さらに
図３及び図２に示すように、水素ガス流量をそれぞれ４
及び５ｓｃｃｍとした場合には、ファセット形成は大幅
に抑制され、Ｗの値は共に２００オングストローム、Ｄ
の値は共に１００オングストロームであった。
ｃｍとした場合には、ファセットは水素ガスをまったく
流さない場合に比べ、縮小し、Ｗは１０００オングスト
ローム、Ｄは５００オングストロームであった。さらに
図３及び図２に示すように、水素ガス流量をそれぞれ４
及び５ｓｃｃｍとした場合には、ファセット形成は大幅
に抑制され、Ｗの値は共に２００オングストローム、Ｄ
の値は共に１００オングストロームであった。
【００３２】次に、図８にファセット長Ｗの水素ガス流
量依存性を示す。図８から明らかなように、水素ガス流
量を増加させることにより、大幅にファセット形成を抑
制できる。これは水素ガスがフィラメント用電源８によ
り高温に加熱されたＷフィラメント７を通過する際に、
その一部が原子状水素に解離し、原子状水素は、基板温
度が高く、原料ガス流量が少ない成長条件においても、
基板温度が低く、原料ガス流量が多い成長条件時のよう
に、シリコン表面上の高い水素被覆率を可能とする。こ
のために、表面自由エネルギーの結晶面方位依存性が低
減され、エピタキシャル膜側壁部のファセット形成を抑
制されることになる。
量依存性を示す。図８から明らかなように、水素ガス流
量を増加させることにより、大幅にファセット形成を抑
制できる。これは水素ガスがフィラメント用電源８によ
り高温に加熱されたＷフィラメント７を通過する際に、
その一部が原子状水素に解離し、原子状水素は、基板温
度が高く、原料ガス流量が少ない成長条件においても、
基板温度が低く、原料ガス流量が多い成長条件時のよう
に、シリコン表面上の高い水素被覆率を可能とする。こ
のために、表面自由エネルギーの結晶面方位依存性が低
減され、エピタキシャル膜側壁部のファセット形成を抑
制されることになる。
【００３３】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。
る。
【００３４】図７は、本発明による選択シリコンエピタ
キシャル膜の成長方法の第２の実施例において用いられ
る水素ガス導入部を模式的に示す図である。水素ガス導
入部以外の構成は図１に示す装置と同様である。
キシャル膜の成長方法の第２の実施例において用いられ
る水素ガス導入部を模式的に示す図である。水素ガス導
入部以外の構成は図１に示す装置と同様である。
【００３５】図７を参照して、この装置では、フィラメ
ント用電源８によって高温に加熱されたＷフィラメント
７において発生した熱電子を引き出すための熱電子引き
出し用電極１１が備えられている。
ント用電源８によって高温に加熱されたＷフィラメント
７において発生した熱電子を引き出すための熱電子引き
出し用電極１１が備えられている。
【００３６】ここでは、Ｗフィラメント７が負、熱電子
引き出し用電極１１が正になるように、電圧を印加し
た。以下に、この装置を用いて、実際に選択シリコンエ
ピタキシャル成長した例について説明する。
引き出し用電極１１が正になるように、電圧を印加し
た。以下に、この装置を用いて、実際に選択シリコンエ
ピタキシャル成長した例について説明する。
【００３７】シリコン基板及びその前処理は第１の実施
例と同一とした。そして、この基板を図７に示す水素ガ
ス導入部を有する成長装置にセットした。この基板１を
第１の実施例のときと同じように基板加熱ヒータ４によ
り７００℃まで加熱し、基板温度が安定化するまで保持
した。その後、ジシランガスを成長室２に１ｓｃｃｍ流
し、同時に、２０００℃に加熱したＷフィラメント７を
接地し、熱電子引き出し用電極１１に１．５ｋＶの電圧
を印加して、水素ガスを０〜５ｓｃｃｍ流して、１００
０オングストロームの選択シリコンエピタキシャル膜を
成長形成した。このときのジシランガス分圧は２．５×
１０-5ｔｏｒｒ、水素ガス分圧は０〜１．２×１０-4ｔ
ｏｒｒであった。
例と同一とした。そして、この基板を図７に示す水素ガ
ス導入部を有する成長装置にセットした。この基板１を
第１の実施例のときと同じように基板加熱ヒータ４によ
り７００℃まで加熱し、基板温度が安定化するまで保持
した。その後、ジシランガスを成長室２に１ｓｃｃｍ流
し、同時に、２０００℃に加熱したＷフィラメント７を
接地し、熱電子引き出し用電極１１に１．５ｋＶの電圧
を印加して、水素ガスを０〜５ｓｃｃｍ流して、１００
０オングストロームの選択シリコンエピタキシャル膜を
成長形成した。このときのジシランガス分圧は２．５×
１０-5ｔｏｒｒ、水素ガス分圧は０〜１．２×１０-4ｔ
ｏｒｒであった。
【００３８】このようにして形成されたエピタキシャル
膜のファセット長Ｗの水素ガス流量依存性を図８に示
す。図８から容易にわかるように、この実施例において
は、第１の実施例に比べ、より少ない水素ガス流量でフ
ァセット長Ｗを２００オングストローム程度まで減少さ
せることができた。これは、Ｗフィラメントを高温に加
熱しただけでなく、熱電子を電極１１に引き出したこと
により、水素ガスがフィラメントの熱のみでなく、加速
された熱電子との衝突によっても原子状水素に分解し、
結果として、原子状水素の生成効率が上述の第１の実施
例、すなわちＷフィラメントの熱のみで水素を分解した
場合に比べて、約２倍に上昇したためである。
膜のファセット長Ｗの水素ガス流量依存性を図８に示
す。図８から容易にわかるように、この実施例において
は、第１の実施例に比べ、より少ない水素ガス流量でフ
ァセット長Ｗを２００オングストローム程度まで減少さ
せることができた。これは、Ｗフィラメントを高温に加
熱しただけでなく、熱電子を電極１１に引き出したこと
により、水素ガスがフィラメントの熱のみでなく、加速
された熱電子との衝突によっても原子状水素に分解し、
結果として、原子状水素の生成効率が上述の第１の実施
例、すなわちＷフィラメントの熱のみで水素を分解した
場合に比べて、約２倍に上昇したためである。
【００３９】上述の実施例では、選択シリコンエピタキ
シャル膜のＭＯＳトランジスタのソース／ドレインせり
上げ構造への適用を例として説明してきたが、もちろん
ＭＯＳトランジスタのチャネル部に選択シリコンエピタ
キシャル膜を適用する場合においても、本発明を適用す
ることができる。
シャル膜のＭＯＳトランジスタのソース／ドレインせり
上げ構造への適用を例として説明してきたが、もちろん
ＭＯＳトランジスタのチャネル部に選択シリコンエピタ
キシャル膜を適用する場合においても、本発明を適用す
ることができる。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シランあるいはジシラン等のシラン系ガスを原料とした
選択シリコンエピタキシャル膜の成長時に、選択成長可
能な膜厚をより厚くすることができる、基板温度が高
く、かつ原料ガス流量が小さい成長条件において、原料
ガスと同時に原子状水素を流すことにより、選択シリコ
ンエピタキシャル膜側壁部のファセット形成を制御する
ことができるという効果がある。そして、ファセット形
成を抑制することにより、０．１μｍレベルの微細なＭ
ＯＳトランジスタにおけるソース／ドレイン部のせり上
げ構造を形成することが可能となる。
シランあるいはジシラン等のシラン系ガスを原料とした
選択シリコンエピタキシャル膜の成長時に、選択成長可
能な膜厚をより厚くすることができる、基板温度が高
く、かつ原料ガス流量が小さい成長条件において、原料
ガスと同時に原子状水素を流すことにより、選択シリコ
ンエピタキシャル膜側壁部のファセット形成を制御する
ことができるという効果がある。そして、ファセット形
成を抑制することにより、０．１μｍレベルの微細なＭ
ＯＳトランジスタにおけるソース／ドレイン部のせり上
げ構造を形成することが可能となる。
【図１】本発明による選択シリコンエピタキシャル膜の
成長方法に用いられる成長装置の一実施例（第１の実施
例）を示す図である。
成長方法に用いられる成長装置の一実施例（第１の実施
例）を示す図である。
【図２】図１に示す装置において、水素ガス流量を５ｓ
ｃｃｍとした際の選択シリコンエピタキシャル膜の模式
図である。
ｃｃｍとした際の選択シリコンエピタキシャル膜の模式
図である。
【図３】水素ガス流量を４ｓｃｃｍとした際の選択シリ
コンエピタキシャル膜の模式図である。
コンエピタキシャル膜の模式図である。
【図４】図１に示す装置において、水素ガス流量を１ｓ
ｃｃｍとした際の選択シリコンエピタキシャル膜の模式
図である。
ｃｃｍとした際の選択シリコンエピタキシャル膜の模式
図である。
【図５】従来の選択シリコンエピタキシャル膜の成長方
法による選択シリコンエピタキシャル膜の模式図であ
る。
法による選択シリコンエピタキシャル膜の模式図であ
る。
【図６】従来の選択シリコンエピタキシャル膜の成長方
法を用いて成長した選択シリコンエピタキシャル膜の選
択成長可能な膜厚を示す図である。
法を用いて成長した選択シリコンエピタキシャル膜の選
択成長可能な膜厚を示す図である。
【図７】本発明による選択シリコンエピタキシャル膜の
成長方法に用いられる成長装置の他の実施例（第２の実
施例）に用いられる水素ガス導入部の模式図である。
成長方法に用いられる成長装置の他の実施例（第２の実
施例）に用いられる水素ガス導入部の模式図である。
【図８】本発明による選択シリコンエピタキシャル膜の
成長方法を用いて成長した選択シリコンエピタキシャル
膜のファセット長Ｗの水素ガス流量依存性を示す図であ
る。
成長方法を用いて成長した選択シリコンエピタキシャル
膜のファセット長Ｗの水素ガス流量依存性を示す図であ
る。
【図９】従来の選択シリコンエピタキシャル成長装置の
模式図である。
模式図である。
１ シリコン基板 ２ 成長室 ３ ヒータ室 ４ 基板加熱ヒータ ５ サセプター ６ ターボ分子ポンプ ７ Ｗフィラメント ８ フィラメント用電源 ９ ガスノズル １０ 水素ガス配管 １１ 熱電子引き出し用電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/205 C30B 25/14 H01L 21/76 H01L 29/78
Claims (5)
- 【請求項１】 シラン系ガスを原料ガスとしてシリコン
基板上に選択シリコンエピタキシャル膜を成長する際に
用いられ、前記成長の際、前記原料ガスとともに原子状
水素を導入するようにしたことを特徴する選択シリコン
エピタキシャル膜の成長方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載された選択シリコンエピ
タキシャル膜の成長方法において、前記原料ガスはジシ
ランであり、前記選択シリコンエピタキシャル膜の成長
条件は、前記シリコン基板の基板温度が６５０℃以上で
あり、かつ前記ジシランの流量が４ｓｃｃｍ以下である
ことを特徴とする選択シリコンエピタキシャル膜の成長
方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載された選択シリコ
ンエピタキシャル膜の成長方法において、水素ガスを高
温に加熱されたフィラメントによって分解して前記原子
状水素を生成するようにしたことを特徴とする選択シリ
コンエピタキシャル膜の成長方法。 - 【請求項４】 請求項１又は２に記載された選択シリコ
ンエピタキシャル膜の成長方法において、高温に加熱さ
れたフィラメント及び熱電子によって水素ガスを分解し
て前記原子状水素を生成するようにしたことを特徴とす
る選択シリコンエピタキシャル膜の成長方法。 - 【請求項５】 請求項４に記載された選択シリコンエピ
タキシャル膜の成長方法において、前記フィラメントと
該フィラメントの近傍に配置された電極との間に前記フ
ィラメントが負で、前記電極が正とになるように電位差
を与えて、前記フィラメント側から前記電極側へ熱電子
を引き出し、該熱電子および前記フィラメントにより水
素ガスを分解して前記原子状水素を生成するようにした
ことを特徴とする選択シリコンエピタキシャル膜の成長
方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7214738A JP2765622B2 (ja) | 1995-08-23 | 1995-08-23 | 選択シリコンエピタキシャル膜の成長方法 |
| US08/694,936 US5861059A (en) | 1995-08-23 | 1996-08-09 | Method for selective growth of silicon epitaxial film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7214738A JP2765622B2 (ja) | 1995-08-23 | 1995-08-23 | 選択シリコンエピタキシャル膜の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0963964A JPH0963964A (ja) | 1997-03-07 |
| JP2765622B2 true JP2765622B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=16660785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7214738A Expired - Fee Related JP2765622B2 (ja) | 1995-08-23 | 1995-08-23 | 選択シリコンエピタキシャル膜の成長方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5861059A (ja) |
| JP (1) | JP2765622B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2950272B2 (ja) * | 1997-01-24 | 1999-09-20 | 日本電気株式会社 | 半導体薄膜の製造方法 |
| DE69912075T2 (de) | 1998-03-31 | 2004-05-19 | Samsung Electronics Co., Ltd., Suwon | TURBOENKODER/DEKODER UND VON DER SERVICEQUALITÄT (QoS) ABHÄNGIGES RAHMENVERARBEITUNGSVERFAHREN |
| KR100480904B1 (ko) | 1998-12-24 | 2005-08-30 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반응로및이를이용한단결정실리콘층형성방법 |
| KR100301246B1 (ko) * | 1999-06-30 | 2001-11-01 | 박종섭 | 반도체 소자의 제조 방법 |
| KR100398041B1 (ko) * | 2000-06-30 | 2003-09-19 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 에피 채널 형성 방법 |
| JP2002057331A (ja) * | 2000-08-11 | 2002-02-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| EP1258914B1 (en) * | 2000-09-14 | 2006-11-22 | Japan as represented by President of Japan Advanced Institute of Science and Technology | Heating element cvd device |
| US6887773B2 (en) * | 2002-06-19 | 2005-05-03 | Luxtera, Inc. | Methods of incorporating germanium within CMOS process |
| JP4510707B2 (ja) * | 2004-09-08 | 2010-07-28 | 三星電子株式会社 | エピタキシャル膜の形成方法と、これを用いた薄膜形成方法、及び半導体装置の製造方法 |
| JP2007311376A (ja) * | 2006-05-16 | 2007-11-29 | Sony Corp | 半導体装置の製造方法 |
| US20080029197A1 (en) * | 2006-07-04 | 2008-02-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Surface treating apparatus using atomic hydrogen |
| JP2008277777A (ja) * | 2007-04-02 | 2008-11-13 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 半導体装置の製造方法 |
| US20140034632A1 (en) * | 2012-08-01 | 2014-02-06 | Heng Pan | Apparatus and method for selective oxidation at lower temperature using remote plasma source |
| TWI693656B (zh) * | 2019-04-25 | 2020-05-11 | 晨碩國際有限公司 | 離子佈植機用之供氣系統 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4361461A (en) * | 1981-03-13 | 1982-11-30 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Hydrogen etching of semiconductors and oxides |
| JPH01313395A (ja) * | 1988-06-09 | 1989-12-18 | Nec Corp | シリコンの気相成長方法 |
| JP2638261B2 (ja) * | 1990-07-17 | 1997-08-06 | 日本電気株式会社 | シリコンの選択エピタキシヤル成長方法 |
-
1995
- 1995-08-23 JP JP7214738A patent/JP2765622B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-08-09 US US08/694,936 patent/US5861059A/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 電子情報通信学会技術研究報告 Ｖｏｌ．９４ Ｎｏ．３６６ ＰＰ．５７−６２ （１９９４年） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5861059A (en) | 1999-01-19 |
| JPH0963964A (ja) | 1997-03-07 |
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