JP2861601B2 - Method and apparatus for selective growth of silicon epitaxial film - Google Patents

Method and apparatus for selective growth of silicon epitaxial film

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JP2861601B2
JP2861601B2 JP4645692A JP4645692A JP2861601B2 JP 2861601 B2 JP2861601 B2 JP 2861601B2 JP 4645692 A JP4645692 A JP 4645692A JP 4645692 A JP4645692 A JP 4645692A JP 2861601 B2 JP2861601 B2 JP 2861601B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for selectively growing a silicon epitaxial film using a molecular beam.

【0002】[0002]

【従来の技術】ジシラン(Si2 6 )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 6 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 6
子が照射されるとSiO2 上でSiの核形成が起り、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 6 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S
2 6 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Si2
6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70
0℃のときはSi2 6 流量75SCCMまでは供給律
速であり、成長速度はSi2 6 流量に比例する。従っ
て、Si2 6 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 6 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 6 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。Si3 4
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。
2. Description of the Related Art Gas source silicon molecular beam growth technology (MBE) using disilane (Si 2 H 6 ) gas molecular beam
It is attracting attention as a technology that allows selective growth of silicon at low temperatures. However, in the epitaxial growth using a gas source using only Si 2 H 6 gas, unlike the case using dichlorosilane, there is no condition that the selective growth does not collapse even if a thick film is grown under a certain growth condition.
It has been found that when irradiated with Si 2 H 6 molecules equal to or more than the total number of critical molecules determined by the growth temperature, nucleation of Si occurs on SiO 2 and the selective growth is destroyed. For example, FIG. 7 shows the relationship between the flow rate of the Si 2 H 6 gas when the growth temperature is changed and the time until the selective growth condition is broken. From this figure, the time at which the selective growth condition collapses is S
It can be seen that the flow rate is inversely proportional to the flow rate of i 2 H 6 , and that the time required for the collapse to become shorter as the growth temperature increases. Si 2 this is condition is the selective growth collapses is irradiated on SiO 2
Determined by the total number of H 6 molecules, this critical number indicates that it is dependent on the growth temperature. FIG. 8 is an Arrhenius plot of the relationship between the critical total number and growth temperature until the selective growth collapses. It was found that the critical total number was almost converged at one point if the growth temperature was the same even when the growth rate was changed, and that the critical total number was on the Arrhenius plot when the temperature was changed. This indicates that some reaction occurs on the oxide film surface even during the time during which the selective growth is maintained, and that the reaction rate depends on the substrate temperature. Growth temperature 70
At 0 ° C., the supply is rate-determined up to the Si 2 H 6 flow rate of 75 SCCM, and the growth rate is proportional to the Si 2 H 6 flow rate. Therefore, up to the Si 2 H 6 flow rate of 75 SCCM, the thickness of the grown film when the selective growth condition is broken is the same regardless of the Si 2 H 6 flow rate. The film thickness that can be selectively grown at a growth temperature of 700 ° C. is about 1000 A. As described above in detail, even if the flow rate of Si 2 H 6 and the growth rate are changed, the critical film thickness that can be selectively grown does not change. However, there is a problem that a film having a large thickness cannot be selectively grown. Si 3 N 4
A similar phenomenon is observed in the case of the film, and the selectivity is lower than that of the SiO 2 film.
A.

【0003】[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
い膜の成長を行なっても選択性を崩さない方法を提供す
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to eliminate such conventional disadvantages and to improve selectivity even when a thick film is grown by gas source epitaxial growth using a silane or germane gas. It is to provide a method that does not break down.

【0004】[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クロルシラン分子線もしくはクロ
ルシランラジカル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。
According to the present invention, in selective epitaxial growth of silicon by molecular beam, a substrate partially covered by an insulating film is arranged in a molecular beam growth apparatus capable of heating the substrate, and a gas phase reaction occurs. Selective growth of a silicon epitaxial film characterized in that the substrate surface is grown by simultaneously irradiating the substrate surface with a silane-based gas molecular beam, a germane-based gas molecular beam, or both, and a chlorosilane molecular beam or a chlorosilane radical. Is the way.

【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シリコン酸化膜もしくはシリコン窒
化膜によって覆われた基板を配し、気相反応が起らない
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S
iもしくはGeもしくはその両方をエッチングするため
にクロルシラン分子線もしくはクロルシランラジカルを
照射する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。
In the present invention, in the selective epitaxial growth of silicon by molecular beam, a substrate partially covered with a silicon oxide film or a silicon nitride film is arranged in a molecular beam growth apparatus capable of heating the substrate, and a gas phase reaction occurs. Irradiating the surface of the substrate with a silane-based gas molecular beam or a germane-based gas molecular beam or both to selectively grow the silicon opening in a region where no silicon is present.
A method for selectively growing a silicon epitaxial film, characterized by alternately performing a step of irradiating a chlorosilane molecular beam or a chlorosilane radical to etch i or Ge or both.

【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クロルシラン
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。
Further, the present invention relates to a molecular beam growing apparatus,
A selective growth apparatus for a silicon epitaxial film, comprising a nozzle for generating a silane-based gas molecular beam, a germane-based gas molecular beam, or a mixed molecular beam thereof, and a plasma ion source for generating chlorosilane radicals.

【0007】[0007]

【作用】SiO2 上にSi2 6 ガスを照射した場合、
図3(a)に示した様にSi26 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 6 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
2 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。本発明者等は、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、クロルシランガス分子線を
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クロルシランガス分子と
次式に示すように複数に反応して蒸気圧の高いSiCl
2 、SiCl、SiHClとなって蒸発するからであ
る。(ジクロルシランの例:SiCl2 2 →Si+2
HCl、Si+HCl→SiHCl、Si+HCl→S
iCl+1/2H2 、Si+2HCl→SiCl2 +H
2 )また、このときSiCl2 2 によるエッチングが
この反応式に示したように成長と同時に起っているため
極めて平坦な平面が得られる。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
31に成長ガス用のノズル39とECRによるクロルシ
ランプラズマイオン源35を取り付け、プラズマイオン
源によって形成されたクロルシランラジカルを同時に照
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。クロルシランラジカルを用いるとSiO2 上で
のSiとの反応が促進されるため、低温でもSiC
2 、SiCl、SiHClが形成されて、SiO2
よりSiが除去されるためであると考えられる。
[Function] When SiO 2 is irradiated with Si 2 H 6 gas,
As shown in FIG. 3A, the Si 2 H 6 gas molecule is SiO 2
After being trapped in the metastable state on the surface of the film 21, it is released again. At this time, a small number of Si 2 H 6 molecules are decomposed at a certain probability determined by the substrate temperature, and become Si atoms 23 and adhere to SiO 2 . As shown in FIG.
When the number of Si atoms attached on O 2 exceeds a certain critical number, nucleation occurs, and a polysilicon island 25 is formed on SiO 2 . As shown in FIG. 3C, once a polysilicon island is formed, Si
Since the growth rate is the same as the growth rate in the Si opening, the polysilicon island grows rapidly. In the case of growth using a silane-based gas, selective growth is broken through the above-described process. The present inventors have found that, during selective growth using a silane-based or germane-based gas molecular beam, simultaneous irradiation with a chlorosilane gas molecular beam increases the film thickness that can be selectively grown. This is because, during selective growth, Si atoms formed on SiO 2 react with a plurality of chlorosilane gas molecules simultaneously irradiated with a plurality of chlorosilane gas molecules as shown in the following formula to form SiCl having a high vapor pressure.
2 , SiCl and SiHCl to evaporate. (Example of dichlorosilane: SiCl 2 H 2 → Si + 2
HCl, Si + HCl → SiHCl, Si + HCl → S
iCl + 1 / 2H 2 , Si + 2HCl → SiCl 2 + H
2 ) At this time, since etching by SiCl 2 H 2 occurs simultaneously with the growth as shown in this reaction formula, an extremely flat surface is obtained. Furthermore, as shown in FIG. 2, 10 - to 9 Torr ultrahigh vacuum fitted with a chlorosilane plasma ion source 35 by the nozzle 39 and the ECR for the deposition gas to the vacuum chamber 31 which can be evacuated and is formed by a plasma ion source chloro It was found that simultaneous irradiation with silane radicals had the effect of increasing selectivity even at low temperatures. When chlorosilane radicals are used, the reaction with Si on SiO 2 is promoted, so that SiC
It is considered that l 2 , SiCl, and SiHCl are formed and Si is removed from SiO 2 .

【0008】この方法では、成長中クロルシラン分子線
もしくはクロルシランラジカルを照射し続けるため、S
i開口部においてもエッチングが起こり、またSi2
6 の分解過程にSiCl2 2 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
マイオン現を用いる場合にはSiCl2 2 分圧を下げ
るとプラズマが発生しなくなるため、多量のSiCl2
2 を供給し続けなければならず、エッチングが無視で
きない。その場合には、ポリシリコンの核形成が起こる
前に成長を止め、SiCl2 2 もしくはジクロルシラ
ンラジカル分子線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11上にSi2 6 ガス
を照射すると、SiO2 膜11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基板
にSiCl2 2 もしくはジクロルシランラジカルを照
射すると図1(b)に示す様にSiO2 上のSi原子は
SiCl2 2 もしくはジクロルシランラジカルと反応
して蒸気圧の高いSiCl2 、SiCl、SiHCl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Si原子を除去することができる(図1
(c))。従って、ふたたび選択成長を続けることが可
能となる(図1(d))。Si3 4 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。
In this method, the chlorosilane molecular beam or chlorosilane radical is continuously irradiated during the growth,
Etching also occurs in the i-opening and Si 2 H
Since the effect of SiCl 2 H 2 enters the decomposition process of 6 , the growth rate at the opening decreases. In particular, when plasma ionization is used, plasma is not generated if the partial pressure of SiCl 2 H 2 is lowered, so that a large amount of SiCl 2
We must continue to supply the H 2, can not be ignored etching. In such a case, if the growth is stopped before the nucleation of the polysilicon occurs and the step of irradiating only the SiCl 2 H 2 or dichlorosilane radical molecular beam is inserted, the selectivity is maintained even when a thick film is grown. Moreover, the growth rate hardly decreases. This is based on the following principle. When the Si 2 H 6 gas is irradiated on the SiO 2 film 11 as shown in FIG. 1A, the density of Si atoms 13 on the SiO 2 film 11 increases. Si atoms on SiO 2 as is irradiated with SiCl 2 H 2 or dichlorosilane radicals substrate shown in FIG. 1 (b) before the formation of the polysilicon occurs reacted with SiCl 2 H 2 or dichlorosilane radical And evaporates in the form of SiCl 2 , SiCl, and SiHCl having a high vapor pressure. At this time, the Si epitaxial layer on the Si opening is also etched, Si on SiO 2
The number of atoms is at most about one atomic layer, and even if the time is properly selected, Si atoms on SiO 2 can be removed without substantially etching the epitaxial layer (FIG. 1).
(C)). Therefore, it is possible to continue selective growth again (FIG. 1D). In the case of the Si 3 N 4 film, the conditions for selective growth can be broadened based on exactly the same principle.

【0009】[0009]

【実施例】本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 6 ガス及びSiCl2
2 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SUS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で行なった。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、SE
M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。
EXAMPLES Examples of the present invention will be specifically described.
Here, a silicon gas source MBE apparatus was used. A turbo molecular pump with a displacement of 1000 l / s was used as the main exhaust pump. Si 2 H 6 gas and SiCl 2 H
The two gases were controlled in flow rate by a mass flow controller, and were supplied from different diagonal SUS nozzles from 100 mm below the substrate. Mixing these gases at high pressure is dangerous because of the danger of explosion. Substrate is 4 inch Si
On a (100) single crystal substrate, a CVD oxide film pattern having a thickness of 4000 A is formed. The growth is performed at a substrate temperature of 700.
C. and a gas flow rate of 5 SCCM. The determination of whether or not the cells were selectively grown was determined by in-situ RHEED measurement. After removing the grown substrate to the atmosphere, SE
The state of selective growth and crystallinity were observed with M and TEM, and the oxide film pattern was removed with hydrofluoric acid, and the thickness of the selectively grown film was measured with a step gauge.

【0010】基板温度を700℃に設定し5SCCMの
Si2 6 分子線を流すと、成長室内のSi2 6 分圧
は6×10- 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SiCl2 2 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以上の厚膜を成長し
ても選択性は崩れなかった。成長速度は、SiCl2
2 を照射しない場合の1/5に減少した。これは、Si
表面におけるエッチングとClの存在によりSiCl2
6 の分解過程が変化するためであると考えられる。ま
た、SiCl2 2 を照射した場合には、基板温度を6
50℃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SiCl2 2 の効
果が無くなってしまう。そこで、図2に示すようなEC
Rによるジクロルシランプラズマイオン源を取り付け、
SiCl2 2 のかわりに、成長中SiCl2 2 より
反応効率の高いジクロルシランラジカルを照射したとこ
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ジクロルシランラジカルを
照射しない場合の1/5に減少した。
[0010] The substrate temperature was set to 700 ° C. When flow Si 2 H 6 molecules line 5 SCCM, Si 2 H 6 partial pressure of the growth chamber 6 × 10 - 4 Torr, and the growth in the Si opening begins. At this time, 0.5 SC from another nozzle on the substrate
Irradiation with CM SiCl 2 H 2 molecular beam. The pressure in the growth chamber is set to 10 −3 Torr or less so that a gas phase reaction does not occur. With this growth, the selectivity did not collapse even when a thick film of 1 μm or more was grown. The growth rate is SiCl 2 H
It was reduced to 1/5 of the case where 2 was not irradiated. This is Si
SiCl 2 due to etching on the surface and the presence of Cl
This is probably because the decomposition process of H 6 changes. When the substrate is irradiated with SiCl 2 H 2 , the substrate temperature is set at 6 ° C.
If the temperature is lowered to 50 ° C. or lower, the etching rate for Si is sharply reduced, so that the effect of SiCl 2 H 2 on the selectivity is lost. Therefore, as shown in FIG.
Attach dichlorosilane plasma ion source by R,
Instead of SiCl 2 H 2, where a higher growth in SiCl 2 H 2 reaction efficiency dichlorosilane radicals irradiated, from 600 ° C. or higher, it was found effective against selectivity. In this case, the growth rate was reduced to 1/5 of that without irradiation with dichlorosilane radical.

【0011】成長速度の減少を押えるために、Si2
6 分子線とSiCl2 2 もしくはジクロルシランラジ
カル分子線を交互に照射する方法を次に述べる。図4は
Si2 6 流量とSiCl2 2 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
のSiをエッチングするため、Si2 6 による成長時
間は1分とした。この後、Si2 6 ガスの供給を止
め、SiCl2 2 もしくはジクロルシランラジカルガ
スでエッチングを行なった。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
6 を供給して、1分間成長する工程を繰返した。図5
は、SiCl2 2 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、ジクロルシランラジカル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600
℃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。
In order to suppress the decrease in growth rate, Si 2 H
Next, a method of alternately irradiating six molecular beams and SiCl 2 H 2 or dichlorosilane radical molecular beams will be described. FIG. 4 shows a time chart of the flow rates of Si 2 H 6 and SiCl 2 H 2 . Growth rate at the growth temperature of 700 ° C. is 500A / min, since the critical thickness selectivity is destroyed is approximately 1000A, for etching Si over SiO 2 before the selectivity is lost, due to the Si 2 H 6 The growth time was 1 minute. Thereafter, the supply of the Si 2 H 6 gas was stopped, and etching was performed with SiCl 2 H 2 or dichlorosilane radical gas. The etching time is 1 to
It was varied between 60 seconds. After etching, Si 2 H
The process of feeding 6 and growing for 1 minute was repeated. FIG.
Shows the substrate temperature dependence of the relationship between the etching time and the critical film thickness at which the selectivity is lost in the case of SiCl 2 H 2 , and the growth rate. When the substrate temperature is 700 ° C., if the etching time exceeds 10 seconds, the critical film thickness sharply increases,
Moreover, it was found that the growth rate hardly changed.
FIG. 6 shows the substrate temperature dependence of the relationship between the etching time and the critical film thickness at which the selectivity is lost and the growth rate in the case of dichlorosilane radical. Substrate temperature is 600
Even at ℃, it was found that when the etching time exceeded 10 seconds, the critical film thickness sharply increased and the growth rate hardly changed, confirming that the present invention was effective.

【0012】また、Si2 6 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 Si0 . 8 混晶の成長を行なった。ま
た、GeH4 ガス5SCCMを供給してSi上にGeの
成長を行なった。両方の場合とも図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SiCl2 2 ガスもし
くはジクロルシランラジカルを照射する本方法を用い、
Si2 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。
Further, a substrate temperature of 70 SC is supplied by supplying 4 SCCM of Si 2 H 6 gas and 1 SCCM of germane (GeH 4 ) gas.
At 0 ℃ was carried out Ge 0. 2 Si 0. 8 mixed crystal growth. Further, Ge was grown on Si by supplying 5 SCCM of GeH 4 gas. In both cases, the relationships shown in FIGS. 5 and 6 are exactly the same, and it was found that this method is also effective for the growth of Ge x Si 1 -x mixed crystals and Ge. Also, using this method of stopping growth and irradiating with SiCl 2 H 2 gas or dichlorosilane radical just before selective growth collapses,
By alternately sending the Si 2 H 6 gas and the GeH 4 gas, it was possible to selectively grow the super lattice structure of the Ge 3 layer and the Si 7 layer over 200 periods.

【0013】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 6 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 8 )、ジゲルマンガス(Ge
2 6 )等でもかまわない。またエッチング用としてジ
クロルシランを用いたがSiHCl3 、SiCl4 等で
もよい。また、本実施例では、SiO2 膜との選択性に
ついて述べたがSi3 4 膜やSiNx 、SiO
x y 、Ta2 5 、LiNbo3 等の膜の場合にも本
発明は有効である。
Although the present embodiment is directed to a silicon wafer, the method of the present invention employs an SOS (Silicon on Sapphir) in which silicon exists only on the surface.
e) Substrate and more generally SOI (Silicon on)
The present invention can be applied to an insulator substrate or the like. Further, in this embodiment, an example using Si 2 H 6 gas and GeH 4 gas has been described, but silane gas (SiH 4 ),
Trisilane gas (Si 3 H 8 ), digerman gas (Ge
2 H 6 ) or the like. Although dichlorosilane is used for etching, SiHCl 3 , SiCl 4 or the like may be used. Further, in the present embodiment, the selectivity with respect to the SiO 2 film was described, but the Si 3 N 4 film, SiN x , SiO 2
x N y, also the present invention in the case of film such as Ta 2 O 5, LiNbo 3 is effective.

【0014】[0014]

【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されるSi原子をポリシリコンの核
ができる前にクロルシラン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
の成長を行なうことができる。
As described above in detail, according to the present invention, the Si atoms formed on the insulating film during the selective growth using the silane-based gas and the germane-based gas before the nuclei of the polysilicon are formed. By evaporation using chlorosilane etching, the conditions for selective growth can be broadened and a thick film can be grown.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of the present invention.

【図2】本発明の成長装置の概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram of the growth apparatus of the present invention.

【図3】従来例の概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram of a conventional example.

【図4】Si2 6 流量とSiCl2 2 流量のタイム
チャートである。
FIG. 4 is a time chart of Si 2 H 6 flow rate and SiCl 2 H 2 flow rate.

【図5】SiCl2 2 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。
FIG. 5 is a diagram showing the substrate temperature dependence of the relationship between the etching time and the critical film thickness at which selectivity is lost and the growth rate in the case of SiCl 2 H 2 .

【図6】ジクロルシランラジカル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。
FIG. 6 is a diagram showing the substrate temperature dependence of the relationship between the etching time and the critical film thickness at which selectivity is lost and the growth rate in the case of dichlorosilane radicals.

【図7】成長温度を変化させたときのSi2 6 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。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the flow rate of Si 2 H 6 gas when the growth temperature is changed and the time until the selective growth condition is broken.

【図8】選択成長が崩れるまでのSi2 6 臨界分子総
数と成長温度の関係を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the total number of critical Si 2 H 6 molecules and the growth temperature until the selective growth collapses.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 11,21 oxide film 12,22 silicon substrate 13,23 silicon atom 24 metastable adsorbed disilane molecule 25 polysilicon island

───────────────────────────────────────────────────── 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──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/203 C30B 23/08 C30B 29/06 504 H01L 21/205

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【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
一部分が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ク
ロルシラン分子線もしくはクロルシランラジカルを同時
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。
In a selective epitaxial growth of silicon by a molecular beam, a substrate partially covered by an insulating film is arranged in a molecular beam growth apparatus capable of heating the substrate, and the substrate surface is formed in a region where a gas phase reaction does not occur. A selective growth method for a silicon epitaxial film, wherein the silicon epitaxial film is grown by simultaneously irradiating a silane-based gas molecular beam, a germane-based gas molecular beam, or both, and a chlorosilane molecular beam or a chlorosilane radical.
【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
一部分が絶縁膜によって覆われた基板を配し、気相反応
が起らない領域で、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
めにクロルシラン分子線もしくはクロルシランラジカル
を照射する工程と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。
2. In selective epitaxial growth of silicon by molecular beam, a substrate partially covered by an insulating film is arranged in a molecular beam growth apparatus capable of heating the substrate, and the substrate surface is formed in a region where a gas phase reaction does not occur. Selectively growing silicon openings by irradiating silane-based gas molecular beams or germane-based gas molecular beams or both, and chlorosilane molecular beams or chlorosilane to etch Si and / or Ge on the insulating film. A method for selectively growing a silicon epitaxial film, comprising alternately performing a step of radiating radicals.
【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クロルシランラジカル発生
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。
3. A molecular beam growth apparatus comprising a nozzle for generating a silane-based gas molecular beam, a germane-based gas molecular beam, or a mixed molecular beam thereof, and a plasma ion source for generating chlorosilane radicals. Selective growth equipment for silicon epitaxial film.
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