JP2861600B2 - シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及び成長装置 - Google Patents
シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及び成長装置Info
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Description
【０００１】
【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及び成長装置に関す
る。
エピタキシャル膜の選択成長方法及び成長装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）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、Ｓｉ2 Ｈ6 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、厚
膜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Ｓｉ2 Ｈ6 分
子が照射されるとＳｉＯ2 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、
図７は成長温度を変化させたときのＳｉ2 Ｈ6 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
Ｓｉ2 Ｈ6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Ｓｉ
2 Ｈ6 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。図８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Ｓｉ2 Ｈ6 流量７５ＳＣＣＭまでは供
給律速であり、成長速度はＳｉ2 Ｈ6 流量に比例する。
従って、Ｓｉ2 Ｈ6 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Ｓｉ2 Ｈ6 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１０００Ａであり、以上詳しく述べたよ
うに、Ｓｉ2 Ｈ6 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があった。Ｓｉ3 Ｎ4
膜の場合にも同様の現象が見られ、しかもＳｉＯ2 膜よ
りも選択性が悪く、選択成長できる臨界膜厚は約１００
Ａであった。
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、Ｓｉ2 Ｈ6 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、厚
膜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Ｓｉ2 Ｈ6 分
子が照射されるとＳｉＯ2 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、
図７は成長温度を変化させたときのＳｉ2 Ｈ6 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
Ｓｉ2 Ｈ6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Ｓｉ
2 Ｈ6 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。図８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Ｓｉ2 Ｈ6 流量７５ＳＣＣＭまでは供
給律速であり、成長速度はＳｉ2 Ｈ6 流量に比例する。
従って、Ｓｉ2 Ｈ6 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Ｓｉ2 Ｈ6 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１０００Ａであり、以上詳しく述べたよ
うに、Ｓｉ2 Ｈ6 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があった。Ｓｉ3 Ｎ4
膜の場合にも同様の現象が見られ、しかもＳｉＯ2 膜よ
りも選択性が悪く、選択成長できる臨界膜厚は約１００
Ａであった。
【０００３】
【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して、シラン系またはゲルマン系
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
い膜の成長を行っても選択性を崩さない方法を提供する
ことにある。
様な従来の欠点を除去して、シラン系またはゲルマン系
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
い膜の成長を行っても選択性を崩さない方法を提供する
ことにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、分子線による
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絶縁膜によって覆わ
れた基板を配し、気相反応が起こらない領域で、この基
板表面にシラン系ガス分子線もしくはゲルマン系ガス分
子線もしくはその両方とフッ素（Ｆ2 ）分子線もしくは
フッ素ラジカル（Ｆ* ）を同時に照射することにより成
長する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。
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絶縁膜によって覆わ
れた基板を配し、気相反応が起こらない領域で、この基
板表面にシラン系ガス分子線もしくはゲルマン系ガス分
子線もしくはその両方とフッ素（Ｆ2 ）分子線もしくは
フッ素ラジカル（Ｆ* ）を同時に照射することにより成
長する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。
【０００５】また、本発明は分子線によるシリコンの選
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絶縁膜によって覆われた基板を配
し、気相反応が起こらない領域で、この基板表面にシラ
ン系ガス分子線もしくはゲルマン系ガス分子線もしくは
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
両方をエッチングするためにフッ素（Ｆ2 ) 分子線もく
しはフッ素ラジカル（Ｆ* ）を照射する工程を交互に行
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。
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絶縁膜によって覆われた基板を配
し、気相反応が起こらない領域で、この基板表面にシラ
ン系ガス分子線もしくはゲルマン系ガス分子線もしくは
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
両方をエッチングするためにフッ素（Ｆ2 ) 分子線もく
しはフッ素ラジカル（Ｆ* ）を照射する工程を交互に行
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。
【０００６】また、本発明は分子線成長装置において、
シラン系ガス分子線もくしはゲルマン系ガス分子線もく
しはその混合分子線発生用としてノズルとフッ素ラジカ
ル発生用としてプラズマイオン源を備えてなることを特
徴とするシリコンエピタキシャル膜の選択成長装置であ
る。
シラン系ガス分子線もくしはゲルマン系ガス分子線もく
しはその混合分子線発生用としてノズルとフッ素ラジカ
ル発生用としてプラズマイオン源を備えてなることを特
徴とするシリコンエピタキシャル膜の選択成長装置であ
る。
【０００７】
【作用】ＳｉＯ2 上にＳｉ2 Ｈ6 ガスを照射した場合、
図３（ａ）に示した様にＳｉ2Ｈ6 ガス分子はＳｉＯ2
膜２１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Ｓｉ2 Ｈ6 分子が分解を起こし、Ｓｉ原子２３となっ
てＳｉＯ2 上に付着する。図３（ｂ）に示した様にＳｉ
Ｏ2 上に付着したＳｉ原子がある臨界数以上になると核
形成を起こし、ＳｉＯ2 上にポリシリコンのアイランド
２５が形成される。図３（ｃ）に示す様に、いったんポ
リシン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ため急
速にポリシリコンアイランドは成長する。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。本発明等は、シラン系またはゲルマン系ガス
分子線による選択成長時、フッ素ガス分子線を同時に照
射すると選択成長可能な膜厚が増加することを見出し
た。これは、選択成長中、ＳｉＯ2 上に形成されるＳｉ
原子が同時に照射されたフッ素ガス分子と反応して蒸気
圧の高いＳｉＦ2 となって蒸発するからである。さら
に、図２に示すように、１０- 9 Ｔｏｒｒの超高真空ま
で排気できる真空槽に成長ガス用のノズルとＥＣＲによ
るフッ素プラズマイオン源を取り付け、プラズマイオン
源によって形成されたフッ素ラジカル（Ｆ* ）を同時に
照射すると低温でも選択性を上げる効果が現れることが
わかった。Ｆ* を用いるとＳｉＯ2 上でのＳｉとＦの反
応が促進されるため、低温でもＳｉＦ2 が形成されて、
ＳｉＯ2 上よりＳｉが除去されるためであると考えられ
る。
図３（ａ）に示した様にＳｉ2Ｈ6 ガス分子はＳｉＯ2
膜２１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Ｓｉ2 Ｈ6 分子が分解を起こし、Ｓｉ原子２３となっ
てＳｉＯ2 上に付着する。図３（ｂ）に示した様にＳｉ
Ｏ2 上に付着したＳｉ原子がある臨界数以上になると核
形成を起こし、ＳｉＯ2 上にポリシリコンのアイランド
２５が形成される。図３（ｃ）に示す様に、いったんポ
リシン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ため急
速にポリシリコンアイランドは成長する。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。本発明等は、シラン系またはゲルマン系ガス
分子線による選択成長時、フッ素ガス分子線を同時に照
射すると選択成長可能な膜厚が増加することを見出し
た。これは、選択成長中、ＳｉＯ2 上に形成されるＳｉ
原子が同時に照射されたフッ素ガス分子と反応して蒸気
圧の高いＳｉＦ2 となって蒸発するからである。さら
に、図２に示すように、１０- 9 Ｔｏｒｒの超高真空ま
で排気できる真空槽に成長ガス用のノズルとＥＣＲによ
るフッ素プラズマイオン源を取り付け、プラズマイオン
源によって形成されたフッ素ラジカル（Ｆ* ）を同時に
照射すると低温でも選択性を上げる効果が現れることが
わかった。Ｆ* を用いるとＳｉＯ2 上でのＳｉとＦの反
応が促進されるため、低温でもＳｉＦ2 が形成されて、
ＳｉＯ2 上よりＳｉが除去されるためであると考えられ
る。
【０００８】この方法では、成長中Ｆ2 もしくはＦ* を
照射し続けるため、Ｓｉ開口部においてもエッチングが
起こり、また、Ｓｉ2 Ｈ6 の分解過程にＦの効果が入っ
てくるため、開口部における成長速度が低下する。特
に、プラズマイオン源を用いる場合にはＦ2 分圧を下げ
るとプラズマが発生しなくなるため、多量のＦ2 を供給
し続けなければならず、エッチングの効果が無視できな
かった。
照射し続けるため、Ｓｉ開口部においてもエッチングが
起こり、また、Ｓｉ2 Ｈ6 の分解過程にＦの効果が入っ
てくるため、開口部における成長速度が低下する。特
に、プラズマイオン源を用いる場合にはＦ2 分圧を下げ
るとプラズマが発生しなくなるため、多量のＦ2 を供給
し続けなければならず、エッチングの効果が無視できな
かった。
【０００９】ポリシリコンの核形成が起こる前に成長を
止め、Ｆ2 分子線もしくはＦ* ラジカルのみを照射する
工程をはさむと、厚い膜を成長しても選択性が崩れず、
しかも、成長速度がほとんど低下しない。これは、次の
様な原理に基づく。図１（ａ）に示す様にＳｉＯ2 膜１
１上にＳｉ2 Ｈ6 ガスを照射すると、ＳｉＯ2 膜１１上
にＳｉ原子密度が増加してくる。ポリシリコンの形成が
起こる前に基板Ｆ2 もしくはＦ* を照射すると図１
（ｂ）に示す様にＳｉＯ2 上のＳｉ原子はＦ2 もしくは
Ｆ* と反応して蒸気圧の高いＳｉＦ2 の形で蒸発してし
まう。この時、Ｓｉ開口部上のＳｉエピタキシャル層も
エッチングされるが、ＳｉＯ2 上のＳｉ原子数はたかだ
か１原子層程度であり、時間さえうまく選べば、エピタ
キシャル層をほとんどエッチングせずにＳｉＯ2 上のＳ
ｉ原子を除去することができる（図１（ｃ））。従っ
て、ふただび選択成長を続けることが可能となる（図１
（ｄ））。Ｓｉ3 Ｎ4 膜の場合にもまったく同じ原理に
基づいて選択成長の条件を広げることができる。
止め、Ｆ2 分子線もしくはＦ* ラジカルのみを照射する
工程をはさむと、厚い膜を成長しても選択性が崩れず、
しかも、成長速度がほとんど低下しない。これは、次の
様な原理に基づく。図１（ａ）に示す様にＳｉＯ2 膜１
１上にＳｉ2 Ｈ6 ガスを照射すると、ＳｉＯ2 膜１１上
にＳｉ原子密度が増加してくる。ポリシリコンの形成が
起こる前に基板Ｆ2 もしくはＦ* を照射すると図１
（ｂ）に示す様にＳｉＯ2 上のＳｉ原子はＦ2 もしくは
Ｆ* と反応して蒸気圧の高いＳｉＦ2 の形で蒸発してし
まう。この時、Ｓｉ開口部上のＳｉエピタキシャル層も
エッチングされるが、ＳｉＯ2 上のＳｉ原子数はたかだ
か１原子層程度であり、時間さえうまく選べば、エピタ
キシャル層をほとんどエッチングせずにＳｉＯ2 上のＳ
ｉ原子を除去することができる（図１（ｃ））。従っ
て、ふただび選択成長を続けることが可能となる（図１
（ｄ））。Ｓｉ3 Ｎ4 膜の場合にもまったく同じ原理に
基づいて選択成長の条件を広げることができる。
【００１０】
【実施例】発明の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１０００ｌ／ｓのターボモレキュラ
ーポンプを用いた。Ｓｉ2 Ｈ6 ガス及びＦ2 ガスはマス
フローコントローラで流量を制御し、それぞれ別のＳＵ
Ｓ製ノズルで基板斜め下１００ｍｍより供給した。圧力
の高い所で、これらのガスを混合することは、爆発の恐
れがあり危険である。基板は４インチＳｉ（１００）単
結晶基板で、膜厚４０００Ａ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５ＳＣＣＭで行った。選択成長しているかどうかの判
別はＲＨＥＥＤ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、フッ酸で酸化膜パ
ターンを除去して段差計で選択成長した膜厚を測定し
た。
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１０００ｌ／ｓのターボモレキュラ
ーポンプを用いた。Ｓｉ2 Ｈ6 ガス及びＦ2 ガスはマス
フローコントローラで流量を制御し、それぞれ別のＳＵ
Ｓ製ノズルで基板斜め下１００ｍｍより供給した。圧力
の高い所で、これらのガスを混合することは、爆発の恐
れがあり危険である。基板は４インチＳｉ（１００）単
結晶基板で、膜厚４０００Ａ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５ＳＣＣＭで行った。選択成長しているかどうかの判
別はＲＨＥＥＤ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、フッ酸で酸化膜パ
ターンを除去して段差計で選択成長した膜厚を測定し
た。
【００１１】基板温度を７００℃に設定し５ＳＣＣＭの
Ｓｉ2 Ｈ6 分子線を流すと、成長室内のＳｉ2 Ｈ6 分圧
は６ｘ１０- 4 Ｔｏｒｒとなり、Ｓｉ開口部に成長が始
まる。このとき、基板上に別のノズルから、０．５ＳＣ
ＣＭのＦ2 分子線を照射する。気相反応が生じないよう
に成長室内の圧力は１０- 3 Ｔｏｒｒ以下とする。この
ように成長すると１μｍ以上の膜厚を成長しても選択性
は崩れなかった。成長速度は、Ｆ2 を照射しない場合の
１／５に減少した。これは、Ｓｉ（１００）面上でのＳ
ｉ2 Ｈ6 の反応効率が数％であるのに対し、７００℃に
おけるＦ2 の反応効率が極めて高いからであり、Ｓｉ表
面におけるエッチングと、Ｆの存在によりＳｉ2 Ｈ6 の
分解過程が変化するためであると考えられる。また、Ｆ
2 を照射した場合には、基板温度を６５０℃以下に下げ
るとＳｉに対するエッチング速度が急激に減少するた
め、選択性に対するＦ2 の効果が無くなってしまう。そ
こで、図２に示すようなＥＣＲになるフッ素プラズマイ
オン源を取り付け、Ｆ2 のかわりに、成長中Ｆ2 より反
応効率の高いＦ* を照射したところ、６００℃以上か
ら、選択性に対する効果が見られた。成長速度はこの場
合にもＦ* を照射しない場合の１／５に減少した。
Ｓｉ2 Ｈ6 分子線を流すと、成長室内のＳｉ2 Ｈ6 分圧
は６ｘ１０- 4 Ｔｏｒｒとなり、Ｓｉ開口部に成長が始
まる。このとき、基板上に別のノズルから、０．５ＳＣ
ＣＭのＦ2 分子線を照射する。気相反応が生じないよう
に成長室内の圧力は１０- 3 Ｔｏｒｒ以下とする。この
ように成長すると１μｍ以上の膜厚を成長しても選択性
は崩れなかった。成長速度は、Ｆ2 を照射しない場合の
１／５に減少した。これは、Ｓｉ（１００）面上でのＳ
ｉ2 Ｈ6 の反応効率が数％であるのに対し、７００℃に
おけるＦ2 の反応効率が極めて高いからであり、Ｓｉ表
面におけるエッチングと、Ｆの存在によりＳｉ2 Ｈ6 の
分解過程が変化するためであると考えられる。また、Ｆ
2 を照射した場合には、基板温度を６５０℃以下に下げ
るとＳｉに対するエッチング速度が急激に減少するた
め、選択性に対するＦ2 の効果が無くなってしまう。そ
こで、図２に示すようなＥＣＲになるフッ素プラズマイ
オン源を取り付け、Ｆ2 のかわりに、成長中Ｆ2 より反
応効率の高いＦ* を照射したところ、６００℃以上か
ら、選択性に対する効果が見られた。成長速度はこの場
合にもＦ* を照射しない場合の１／５に減少した。
【００１２】成長速度の減少を押さえるために、Ｓｉ2
Ｈ6 分子線とＦ2 もしくはＦ* 分子線を交互に照射する
方法を次に述べる。図４はＳｉ2 Ｈ6 流量とＦ2 流量の
タイムチャートを示したものである。成長温度７００℃
での成長速度は５００Ａ／ｍｉｎであり、選択性が崩れ
る臨界膜厚は約１０００Ａであるので、選択性が崩れる
前にＳｉＯ2 上のＳｉをエッチングするため、Ｓｉ2 Ｈ
6 による成長時間は１分とした。この後、Ｓｉ2 Ｈ6 ガ
スの供給を止め、Ｆ2 もしくはＦ* ガスでエッチングを
行った。エッチングの時間は、１〜６０秒の間で変化さ
せた。エッチング後、再びＳｉ2 Ｈ6 を供給して、１分
間成長する工程を繰り返した。図５は、Ｆ2 の場合のエ
ッチング時間と選択性が崩れる臨界膜厚及び、成長速度
との関係の基板温度依存性を示したものである。基板温
度が７００℃の時、エッチング時間が１０秒を越えると
急激に臨界膜厚が増え、しかも成長速度がほとんど変化
しないことがわかった。図６は、Ｆ* の場合のエッチン
グ時間と選択性が崩れる臨界膜厚及び、成長速度との関
係の基板温度依存性を示したものである。基板温度が６
００℃でも、エッチング時間が１０秒を越えると急激に
臨界膜厚が増え、しかも成長速度がほとんど変化しない
ことがわかり、本発明が有効であることを確認できた。
Ｈ6 分子線とＦ2 もしくはＦ* 分子線を交互に照射する
方法を次に述べる。図４はＳｉ2 Ｈ6 流量とＦ2 流量の
タイムチャートを示したものである。成長温度７００℃
での成長速度は５００Ａ／ｍｉｎであり、選択性が崩れ
る臨界膜厚は約１０００Ａであるので、選択性が崩れる
前にＳｉＯ2 上のＳｉをエッチングするため、Ｓｉ2 Ｈ
6 による成長時間は１分とした。この後、Ｓｉ2 Ｈ6 ガ
スの供給を止め、Ｆ2 もしくはＦ* ガスでエッチングを
行った。エッチングの時間は、１〜６０秒の間で変化さ
せた。エッチング後、再びＳｉ2 Ｈ6 を供給して、１分
間成長する工程を繰り返した。図５は、Ｆ2 の場合のエ
ッチング時間と選択性が崩れる臨界膜厚及び、成長速度
との関係の基板温度依存性を示したものである。基板温
度が７００℃の時、エッチング時間が１０秒を越えると
急激に臨界膜厚が増え、しかも成長速度がほとんど変化
しないことがわかった。図６は、Ｆ* の場合のエッチン
グ時間と選択性が崩れる臨界膜厚及び、成長速度との関
係の基板温度依存性を示したものである。基板温度が６
００℃でも、エッチング時間が１０秒を越えると急激に
臨界膜厚が増え、しかも成長速度がほとんど変化しない
ことがわかり、本発明が有効であることを確認できた。
【００１３】また、Ｓｉ2 Ｈ6 ガス４ＳＣＣＭとゲルマ
ン（ＧｅＨ4 ）ガス１ＳＣＣＭを供給して基板温度７０
０℃でＧｅ0 . 2 ＳｉＯ0 . 8 混晶の成長を行った。さ
らに、ＧｅＨ4 ガス５ＳＣＣＭを供給してＳｉ上のＧｅ
の成長を行った。両者の場合とも図５、６に示した関係
はまったく同じであり本方法はＧｅx Ｓｉ1 - x 混晶及
びＧｅの成長にも有効である事がわかった。また、選択
成長が崩れる直前で成長をやめＦ2 ガスもしくはＦ* を
照射する本方法を用い、Ｓｉ2 Ｈ6 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でき
た。
ン（ＧｅＨ4 ）ガス１ＳＣＣＭを供給して基板温度７０
０℃でＧｅ0 . 2 ＳｉＯ0 . 8 混晶の成長を行った。さ
らに、ＧｅＨ4 ガス５ＳＣＣＭを供給してＳｉ上のＧｅ
の成長を行った。両者の場合とも図５、６に示した関係
はまったく同じであり本方法はＧｅx Ｓｉ1 - x 混晶及
びＧｅの成長にも有効である事がわかった。また、選択
成長が崩れる直前で成長をやめＦ2 ガスもしくはＦ* を
照射する本方法を用い、Ｓｉ2 Ｈ6 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でき
た。
【００１４】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（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒ
ｅ）基板や更に一般にＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ
Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板等にも当然適用できる。ま
た、本実施例では、Ｓｉ2 Ｈ6 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（Ｓｉ3 Ｈ8 ）、シゲルマンガス（Ｇｅ
2 Ｈ6 ）等でもかまわない。また、本実施例では、Ｓｉ
Ｏ2 膜との選択性について述べたＳｉ3 Ｎ4 膜やＳｉＮ
x 、ＳｉＯx Ｎy 、Ｔａ2 Ｏ5 、ＬｉＮｂＯ3 等の膜の
場合にも本発明は有効である。
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（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒ
ｅ）基板や更に一般にＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ
Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板等にも当然適用できる。ま
た、本実施例では、Ｓｉ2 Ｈ6 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（Ｓｉ3 Ｈ8 ）、シゲルマンガス（Ｇｅ
2 Ｈ6 ）等でもかまわない。また、本実施例では、Ｓｉ
Ｏ2 膜との選択性について述べたＳｉ3 Ｎ4 膜やＳｉＮ
x 、ＳｉＯx Ｎy 、Ｔａ2 Ｏ5 、ＬｉＮｂＯ3 等の膜の
場合にも本発明は有効である。
【００１５】
【発明の効果】以上、詳細に述べた通り本発明によれ
ば、シラン系ガス及びゲルマン系ガスを用いた選択成長
中に絶縁膜上に形成それるＳｉ原子を、ポリシリコンの
核ができる前にＦ2 またはＦ* によるエッチングを用い
て蒸発させることによって、選択成長の条件を広げ、厚
い膜の成長を行うことができる。
ば、シラン系ガス及びゲルマン系ガスを用いた選択成長
中に絶縁膜上に形成それるＳｉ原子を、ポリシリコンの
核ができる前にＦ2 またはＦ* によるエッチングを用い
て蒸発させることによって、選択成長の条件を広げ、厚
い膜の成長を行うことができる。
【図１】本発明の概念図である。
【図２】本発明の装置の概念図である。
【図３】従来例の概念図である。
【図４】Ｓｉ2 Ｈ6 流量とＦ2 流量のタイムチャートで
ある。
ある。
【図５】Ｆ2 の場合のエッチング時間と選択性が崩れる
臨界膜厚及び、成長速度との関係の基板温度依存性を示
す図である。
臨界膜厚及び、成長速度との関係の基板温度依存性を示
す図である。
【図６】Ｆ* の場合のエッチング時間と選択性が崩れる
臨界膜厚及び、成長速度との関係の基板温度依存性を示
す図である。
臨界膜厚及び、成長速度との関係の基板温度依存性を示
す図である。
【図７】成長速度を変化させたときのＳｉＯ2 Ｈ6 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
図である。
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
図である。
【図８】選択成長が崩れるまでのＳｉＯ2 Ｈ6 臨界分子
総数と成長温度の関係を示す図である。
総数と成長温度の関係を示す図である。
１１、２１ 酸化膜 １２、２２ シリコン基板 １３、２３ シリコン原子 ２４ 準安定に吸着したジシラン分子 ２５ ポリシリコンアイランド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/203 C30B 23/08 C30B 29/06 504 H01L 21/205
Claims (3)
- 【請求項１】 分子線による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
一部分を絶縁膜によって覆われた基板を配し、気相反応
が起こらない領域で、この基板表面にシラン系ガス分子
線もしくはゲルマン系ガス分子線もしくはその両方とフ
ッ素（Ｆ2 ）分子線もしくはフツ素ラジカル（Ｆ* ）を
同時に照射することにより成長する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。 - 【請求項２】 分子線による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
一部分を絶縁膜によって覆われた基板を配し、気相反応
が起こらない領域で、この基板表面にシラン系ガス分子
線もしくはゲルマン系ガス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、絶縁膜上
のＳｉもしくはＧｅもしくはその両方をエッチングする
ためにフッ素（Ｆ2 ）分子線もしくはフッ素ラジカル
（Ｆ* ）を照射する工程とを交互に行うことを特徴とす
るシリコンエピタキシャル膜の選択成長方法。 - 【請求項３】 分子線成長装置において、シラン系ガス
分子線もしくはゲルマン系ガス分子線もしくはその混合
分子線発生用としてノズルとフッ素ラジカル発生用とし
てプラズマイオン源を備えてなる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装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4645592A JP2861600B2 (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及び成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4645592A JP2861600B2 (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及び成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05267165A JPH05267165A (ja) | 1993-10-15 |
| JP2861600B2 true JP2861600B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=12747639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4645592A Expired - Fee Related JP2861600B2 (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及び成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2861600B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100249163B1 (ko) * | 1996-12-20 | 2000-03-15 | 김영환 | 에피막형성방법 |
| US20050255713A1 (en) * | 2002-07-08 | 2005-11-17 | Kohshi Taguchi | Method and apparatus for forming nitrided silicon film |
-
1992
- 1992-03-04 JP JP4645592A patent/JP2861600B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05267165A (ja) | 1993-10-15 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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