JP2900497B2 - Ｓｉのエピタキシアル成長方法 - Google Patents
Ｓｉのエピタキシアル成長方法Info
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- JP2900497B2 JP2900497B2 JP10061190A JP10061190A JP2900497B2 JP 2900497 B2 JP2900497 B2 JP 2900497B2 JP 10061190 A JP10061190 A JP 10061190A JP 10061190 A JP10061190 A JP 10061190A JP 2900497 B2 JP2900497 B2 JP 2900497B2
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- sih
- gas
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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、半導体素子の製造工程の一つであるSiのエ
ピタキシアル成長方法に関する。
ピタキシアル成長方法に関する。
従来、この種のSiエピタキシアル成長方法としては、
例えば、ジャーナル・エレクトロケミカル・ソサイエテ
イー（Journal・Electrochemical・Society）第108巻、
第７号（1981年）の649頁に記載されているように、Si
を含む化合物をガス状にしたシラン系ガスを基板表面に
供給して、Siのエピタキシアル成長を行なう気相成長方
法がある。
例えば、ジャーナル・エレクトロケミカル・ソサイエテ
イー（Journal・Electrochemical・Society）第108巻、
第７号（1981年）の649頁に記載されているように、Si
を含む化合物をガス状にしたシラン系ガスを基板表面に
供給して、Siのエピタキシアル成長を行なう気相成長方
法がある。
また、別の方法として、例えば、応用物理57巻、第９
号（1988年）の1393頁に記載されているように、Siの塊
りを電子線等で溶解し、そこから発生したSiの分子線を
基板表面に供給して、Siを成長させる分子線エピタキシ
アル成長法がある。
号（1988年）の1393頁に記載されているように、Siの塊
りを電子線等で溶解し、そこから発生したSiの分子線を
基板表面に供給して、Siを成長させる分子線エピタキシ
アル成長法がある。
上述した従来のいずれの方法も、基板温度、原料の供
給量と供給時間等のアナログ量を変化させて、成長膜の
厚さを制御する方法であり、これらのアナログ量の微小
なゆらぎが、成長膜厚の制御が困難にする欠点がある。
また、Si成長層の膜厚は、本来、原子層の距離の整数倍
であるデジタル量である。例えば、Siの（100）面の場
合は、この原子層の距離は約0.14nmである。このような
距離の制御をアナログ量として制御することは本質的に
不可能である。すなわち、このような制御方法で、超格
子デバイスや原子層ドーピングの作製に適用することが
困難である。
給量と供給時間等のアナログ量を変化させて、成長膜の
厚さを制御する方法であり、これらのアナログ量の微小
なゆらぎが、成長膜厚の制御が困難にする欠点がある。
また、Si成長層の膜厚は、本来、原子層の距離の整数倍
であるデジタル量である。例えば、Siの（100）面の場
合は、この原子層の距離は約0.14nmである。このような
距離の制御をアナログ量として制御することは本質的に
不可能である。すなわち、このような制御方法で、超格
子デバイスや原子層ドーピングの作製に適用することが
困難である。
本発明の目的は、かかる欠点を解消し、Si基板への原
料の供給回数というデジタル量の制御により、成長膜厚
を正確に制御できるSiのエピタキシアル成長方法を提供
することである。
料の供給回数というデジタル量の制御により、成長膜厚
を正確に制御できるSiのエピタキシアル成長方法を提供
することである。
1.本発明のSiのエピタキシアル成長方法の第１の方法
は、（100）面をもつSi（100）基板を加熱し、シラン系
ガスを供給し、Si層を成長させるSiのエピタキシアル成
長方法において、前記基板の温度を200〜500℃に保っと
ともに前記シラン系ガスをSi2H6として、Sl2と交互に供
給することを特徴としている。
は、（100）面をもつSi（100）基板を加熱し、シラン系
ガスを供給し、Si層を成長させるSiのエピタキシアル成
長方法において、前記基板の温度を200〜500℃に保っと
ともに前記シラン系ガスをSi2H6として、Sl2と交互に供
給することを特徴としている。
2.本発明のSiのエピタキシアル成長方法の第２の方法
は、前記基板の温度を300〜500℃に保ち、前記シラン系
ガスをSiH4として、Cl2と交互に供給することを特徴と
している。
は、前記基板の温度を300〜500℃に保ち、前記シラン系
ガスをSiH4として、Cl2と交互に供給することを特徴と
している。
本発明によれば、Si基板への原料の供給回数というデ
ジタル量を制御することによって、成長膜厚を正確に制
御できるSiのエピタキシアル成長方法が得られる。
ジタル量を制御することによって、成長膜厚を正確に制
御できるSiのエピタキシアル成長方法が得られる。
次に、この作用を図面を参照して説明する。
第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１のSiのエピタ
キシアル成長方法の作用を説明するための模式図であ
る。まず、第１図（ａ）に示すように、温度200〜500℃
に保たれた（100）面をもつSi（100）基板２にSi2H611
を供給すると、Si2H611はSi（100）基板２上で解離し、
SiH212とSiH410に分解される。次い、このSiH212は、Si
（100）基板２に存在する未結合手８と結合して１分子
層である吸着SiH2９を形成する。通常、Si2H6による結
晶成長は、さらにSi2H6の供給を続けると、２分子層
目、３分子層目とSi層の成長が続くが、本発明の方法で
は、基板の温度が500℃以下であるため、SiH2が一分子
層吸着した後は、Ｈ原子が表面から離脱しないため、２
分子層目以降は吸着しない。また、200℃以下である
と、ジシランによる成長速度が遅く、所定の膜厚のSiの
成長膜が得られない。従って、この基板温度が200℃な
いし500℃は適切な温度である。
キシアル成長方法の作用を説明するための模式図であ
る。まず、第１図（ａ）に示すように、温度200〜500℃
に保たれた（100）面をもつSi（100）基板２にSi2H611
を供給すると、Si2H611はSi（100）基板２上で解離し、
SiH212とSiH410に分解される。次い、このSiH212は、Si
（100）基板２に存在する未結合手８と結合して１分子
層である吸着SiH2９を形成する。通常、Si2H6による結
晶成長は、さらにSi2H6の供給を続けると、２分子層
目、３分子層目とSi層の成長が続くが、本発明の方法で
は、基板の温度が500℃以下であるため、SiH2が一分子
層吸着した後は、Ｈ原子が表面から離脱しないため、２
分子層目以降は吸着しない。また、200℃以下である
と、ジシランによる成長速度が遅く、所定の膜厚のSiの
成長膜が得られない。従って、この基板温度が200℃な
いし500℃は適切な温度である。
次に、第１図（ｂ）に示すように、残留するSi2H6ガ
スを完全に排気した後、Cl2７のガスをSi（100）基板２
に供給すると、Cl2７のガス７は、表面に吸着している
Ｈ原子と次の式（１）で反応し、HCl6となり、基板表面
よりＨ原子を除去する。
スを完全に排気した後、Cl2７のガスをSi（100）基板２
に供給すると、Cl2７のガス７は、表面に吸着している
Ｈ原子と次の式（１）で反応し、HCl6となり、基板表面
よりＨ原子を除去する。
Cl2＋2H→2HCl ……………（１） このようにして、Si2H6供給以前の初期状態に戻る。
このサイクルを繰り返すことによって、１サイクルにつ
き１分子層のデジタル成長が達成する。
このサイクルを繰り返すことによって、１サイクルにつ
き１分子層のデジタル成長が達成する。
第２図（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２のSiのエピタ
キシアル成長方法の作用を説明するための模式図であ
る。また、供給ガスであるSi2H6の代わりにSiH4とした
場合は、第２図（ａ）に示すように、基板温度を300〜5
00℃に保たれたSi（100）基板２にSiH4を供給すると、S
iH414は、基板上で解離し、SiH212とH2に分解される。
このSiH2は、Si（100）基板２の表面に存在する未結合
手８と結合して１分子層である吸着SiH2９を形成する。
ここで、前述したように、基板温度が500℃以下である
ので、SiH2が１分子層を吸着した後、Ｈ原子が表面から
離脱しないので、２分子層目以降の吸着は生じない。
キシアル成長方法の作用を説明するための模式図であ
る。また、供給ガスであるSi2H6の代わりにSiH4とした
場合は、第２図（ａ）に示すように、基板温度を300〜5
00℃に保たれたSi（100）基板２にSiH4を供給すると、S
iH414は、基板上で解離し、SiH212とH2に分解される。
このSiH2は、Si（100）基板２の表面に存在する未結合
手８と結合して１分子層である吸着SiH2９を形成する。
ここで、前述したように、基板温度が500℃以下である
ので、SiH2が１分子層を吸着した後、Ｈ原子が表面から
離脱しないので、２分子層目以降の吸着は生じない。
次に、第２図（ｂ）に示すように、残留するSiH4ガス
を排除した後、Cl2７のガスを基板に供給すると、Cl2は
表面のＨ原子と前述の（１）式で反応し、HCl6となり、
基板表面よりＨ原子を除去する。このようにして、SiH4
供給前の初期状態に戻る。
を排除した後、Cl2７のガスを基板に供給すると、Cl2は
表面のＨ原子と前述の（１）式で反応し、HCl6となり、
基板表面よりＨ原子を除去する。このようにして、SiH4
供給前の初期状態に戻る。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第３図は本発明のSiのエピタキシアル成長方法に使用
したエピタキシアル成長装置の概略を示す模式断面図で
ある。このエピタキシアル成長装置は、同図に示すよう
に、チャンバ５内は10-8Paの高真空に排気され、基板加
熱機構１にSi（100）基板２が装着されている。また、
成長ガスの供給は、第１ガスセル３及び第２ガスセル４
から行なわれる。
したエピタキシアル成長装置の概略を示す模式断面図で
ある。このエピタキシアル成長装置は、同図に示すよう
に、チャンバ５内は10-8Paの高真空に排気され、基板加
熱機構１にSi（100）基板２が装着されている。また、
成長ガスの供給は、第１ガスセル３及び第２ガスセル４
から行なわれる。
ここで、Si2H6によるシリコン層の成長について説明
する。まず、基板温度を200〜500℃にし、第１ガスセル
３によりSi2H6ガスの供給量を１〜10sccmで10〜60秒供
給した。次に、Si2H6ガスの供給量を停止し、10〜120秒
間で残留しているSi2H6ガスを排気し、さらに、Cl2ガス
を10〜60秒間供給した。次に、残留Cl2ガスを10〜120秒
間排気した。
する。まず、基板温度を200〜500℃にし、第１ガスセル
３によりSi2H6ガスの供給量を１〜10sccmで10〜60秒供
給した。次に、Si2H6ガスの供給量を停止し、10〜120秒
間で残留しているSi2H6ガスを排気し、さらに、Cl2ガス
を10〜60秒間供給した。次に、残留Cl2ガスを10〜120秒
間排気した。
このようなサイクルを１サイクルとして、200〜2000
サイクル繰り返して得られたSiのエピタキシアル成長層
の膜を測定したところ、１サイクル当りの成長膜厚が約
0.14nmであった。このことは、前述したように、Si（10
0）面の１分子量と一致することが確認された。
サイクル繰り返して得られたSiのエピタキシアル成長層
の膜を測定したところ、１サイクル当りの成長膜厚が約
0.14nmであった。このことは、前述したように、Si（10
0）面の１分子量と一致することが確認された。
次に、SiH4によるSi層の成長を説明する。まず、基板
温度を300〜500℃にし、第１ガスセル３によりSiH4ガス
の供給量を１〜10sccmで10〜60秒供給した。次に、SiH4
ガスの供給量を停止し、10〜120秒間で残留しているSiH
4ガスを排気し、さらに、Cl2ガスを10〜60秒間供給し
た。次に、残留Cl2ガスを10〜120秒間排気した。この場
合も前述と同様の結果が得られた。
温度を300〜500℃にし、第１ガスセル３によりSiH4ガス
の供給量を１〜10sccmで10〜60秒供給した。次に、SiH4
ガスの供給量を停止し、10〜120秒間で残留しているSiH
4ガスを排気し、さらに、Cl2ガスを10〜60秒間供給し
た。次に、残留Cl2ガスを10〜120秒間排気した。この場
合も前述と同様の結果が得られた。
また、上述した実施例では、平板状の基板上にエピタ
キシアル層を成長しているが、例えば、表面が溝がある
形状の基板でも、原料ガスの吸着を利用したものである
から、溝の底あるいは側壁でも一様の厚さの成長膜が得
られるという利点がある。
キシアル層を成長しているが、例えば、表面が溝がある
形状の基板でも、原料ガスの吸着を利用したものである
から、溝の底あるいは側壁でも一様の厚さの成長膜が得
られるという利点がある。
以上説明したように本発明によれば、Si基板への原料
の供給回数というデジタル量の制御によって、成長膜の
厚さを正確に制御できるととも再現性のある膜厚が得ら
れるSiのエピタキシアル成長方法が実現できる。このこ
とはその効果が甚大である。
の供給回数というデジタル量の制御によって、成長膜の
厚さを正確に制御できるととも再現性のある膜厚が得ら
れるSiのエピタキシアル成長方法が実現できる。このこ
とはその効果が甚大である。
第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１のSiのエピタキ
シアル成長方法の作用を説明するための模式図、第２図
（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２のSiのエピタキシアル
成長方法の作用を説明するための模式図、第３図は本発
明のSiのエピタキシアル成長方法に使用したエピタキシ
アル成長装置の概略を示す模式断面図である。 １…基板加熱機構、２…Si（100）基板、３…第１ガス
セル、４…第２ガスセル、５…チャンバ、６…HCl、７
…Cl2、８…未結合手、９…吸着SiH2、10、14…SiH4、1
1…Si2H6、12…SiH2、13…H2。
シアル成長方法の作用を説明するための模式図、第２図
（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２のSiのエピタキシアル
成長方法の作用を説明するための模式図、第３図は本発
明のSiのエピタキシアル成長方法に使用したエピタキシ
アル成長装置の概略を示す模式断面図である。 １…基板加熱機構、２…Si（100）基板、３…第１ガス
セル、４…第２ガスセル、５…チャンバ、６…HCl、７
…Cl2、８…未結合手、９…吸着SiH2、10、14…SiH4、1
1…Si2H6、12…SiH2、13…H2。
Claims (2)
- 【請求項１】（100）面をもつSi（100）基板を加熱し、
シラン系ガスを供給し、Si層を成長させるSiのエピタキ
シアル成長方法において、前記基板の温度を200〜500℃
に保っとともに前記シラン系ガスをSi2H6として、Sl2と
交互に供給することを特徴とするSiのエピタキシアル成
長方法。 - 【請求項２】前記基板の温度を300〜500℃に保ち、前記
シラン系ガスをSiH4として、Cl2と交互に供給すること
を特徴とする請求項１記載のSiのエピタキシアル成長方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10061190A JP2900497B2 (ja) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | Ｓｉのエピタキシアル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10061190A JP2900497B2 (ja) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | Ｓｉのエピタキシアル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03297130A JPH03297130A (ja) | 1991-12-27 |
| JP2900497B2 true JP2900497B2 (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=14278643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10061190A Expired - Fee Related JP2900497B2 (ja) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | Ｓｉのエピタキシアル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2900497B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3320180B2 (ja) * | 1993-12-22 | 2002-09-03 | ティーディーケイ株式会社 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
| JP5947710B2 (ja) * | 2012-12-27 | 2016-07-06 | 東京エレクトロン株式会社 | シード層の形成方法、シリコン膜の成膜方法および成膜装置 |
-
1990
- 1990-04-17 JP JP10061190A patent/JP2900497B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 江崎玲於奈監修、榊裕之編著「超格子ヘテロ構造デバイス」（工業調査会）１９８８年９月１０日，ｐｐ．１５１〜１５６ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03297130A (ja) | 1991-12-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |