JP3401561B2 - 高純度同位体シリコン結晶膜の製造方法 - Google Patents
高純度同位体シリコン結晶膜の製造方法Info
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- JP3401561B2 JP3401561B2 JP2000069557A JP2000069557A JP3401561B2 JP 3401561 B2 JP3401561 B2 JP 3401561B2 JP 2000069557 A JP2000069557 A JP 2000069557A JP 2000069557 A JP2000069557 A JP 2000069557A JP 3401561 B2 JP3401561 B2 JP 3401561B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、高純度同
位体シリコン結晶膜の製造方法に関するものである。さ
らに詳しくは、この出願の発明は、電子材料、電気材料
および化学材料における半導体素子等の電子・電気材料
や耐熱・高温材料等として有用な、高純度同位体シリコ
ン結晶膜の製造方法に関するものである。
位体シリコン結晶膜の製造方法に関するものである。さ
らに詳しくは、この出願の発明は、電子材料、電気材料
および化学材料における半導体素子等の電子・電気材料
や耐熱・高温材料等として有用な、高純度同位体シリコ
ン結晶膜の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来より、半導体素子や耐熱
材料等にシリコンの結晶膜が用いられてきている。
材料等にシリコンの結晶膜が用いられてきている。
【０００３】このようなシリコン結晶膜は、一般的に、
シラン（ＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ5 等）や、塩化ケイ素（Ｓ
ｉＣｌ4 、Ｓｉ2 Ｃｌ5 等）、クロルシラン（ＳｉＨＣ
ｌ3、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 等）等を原料として、ＣＶＤ法な
どの各種エピタキシャル法によって作製されている。
シラン（ＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ5 等）や、塩化ケイ素（Ｓ
ｉＣｌ4 、Ｓｉ2 Ｃｌ5 等）、クロルシラン（ＳｉＨＣ
ｌ3、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 等）等を原料として、ＣＶＤ法な
どの各種エピタキシャル法によって作製されている。
【０００４】そして、これまでにも、より高性能なシリ
コン結晶膜の創製を目指して、原料化合物の最適化や、
各種エピタキシャル法の改良、製造過程における各種条
件の最適化などの研究が進められてきている。
コン結晶膜の創製を目指して、原料化合物の最適化や、
各種エピタキシャル法の改良、製造過程における各種条
件の最適化などの研究が進められてきている。
【０００５】しかしながら、従来のシリコン結晶膜の性
能や機能性の向上の観点にはどうしても限界があること
は否めなかった。
能や機能性の向上の観点にはどうしても限界があること
は否めなかった。
【０００６】そこで、この出願の発明者らは、従来と全
く異なる観点としてシリコンの安定同位体に着目し、こ
の安定同位体の制御によって、シリコン結晶膜の新しい
機能の創製や性能の向上を図ることを課題としてきた。
く異なる観点としてシリコンの安定同位体に着目し、こ
の安定同位体の制御によって、シリコン結晶膜の新しい
機能の創製や性能の向上を図ることを課題としてきた。
【０００７】このような課題に対応するものとして、発
明者らは、28Ｓｉ、29Ｓｉ、および 30Ｓｉのいずれかの
シリコン同位体が自然同位体比を超える組成を有する同
位体シリコン結晶膜を、フッ化シリコンを用いたプラズ
マＣＶＤによって製造することを特徴とする同位体シリ
コン結晶膜の製造方法を提案した(Journal of Surface
Analysis, Vol.4, No.2(1998)-pp372-376)。
明者らは、28Ｓｉ、29Ｓｉ、および 30Ｓｉのいずれかの
シリコン同位体が自然同位体比を超える組成を有する同
位体シリコン結晶膜を、フッ化シリコンを用いたプラズ
マＣＶＤによって製造することを特徴とする同位体シリ
コン結晶膜の製造方法を提案した(Journal of Surface
Analysis, Vol.4, No.2(1998)-pp372-376)。
【０００８】この方法によって、従来までのＳｉ自然同
位体比、28Ｓｉ：29Ｓｉ：30Ｓｉ＝９２．２３：４．６
７：３．１０であるシリコンの結晶膜とは本質的に異な
るものとして、Ｓｉ同位体組成を制御したシリコン結晶
膜を提供することを可能とした。
位体比、28Ｓｉ：29Ｓｉ：30Ｓｉ＝９２．２３：４．６
７：３．１０であるシリコンの結晶膜とは本質的に異な
るものとして、Ｓｉ同位体組成を制御したシリコン結晶
膜を提供することを可能とした。
【０００９】また、この提案された方法においては、原
料とする物質の20Ｓｉ、29そして30Ｓｉのシリコン同位
体比を自然同位体比と異なるものにあらかじめ調製して
いる。
料とする物質の20Ｓｉ、29そして30Ｓｉのシリコン同位
体比を自然同位体比と異なるものにあらかじめ調製して
いる。
【００１０】具体的には以下のとおりである。
【００１１】すなわち、フッ化シリコンガスの１種であ
るＳｉ2 Ｆ5 ガスは、波数１０００ｃｍ-1帯の赤外線領
域においてＳｉ−Ｆ結合の非対称伸縮振動による赤外吸
収スペクトルを有している。
るＳｉ2 Ｆ5 ガスは、波数１０００ｃｍ-1帯の赤外線領
域においてＳｉ−Ｆ結合の非対称伸縮振動による赤外吸
収スペクトルを有している。
【００１２】Ｓｉ−Ｆの振動スペクトルはＳｉ同位体に
よってわずかに異なり、28Ｓｉ、29Ｓｉ、30Ｓｉとなる
につれて低波数側へ約１０ｃｍ-1づつずれる。一方、通
常のＣＯ2 ガスレーザーは同じく１０００ｃｍ-1帯にい
くつかの発振を有している。従って、ＣＯ2 ガスレーザ
ーの発振の中から、適当な発振線を選択し、Ｓｉ2 Ｆ 5
ガスへの照射を行うことで、29Ｓ−Ｆ、30Ｓ−Ｆの振動
を励起することが可能となる。
よってわずかに異なり、28Ｓｉ、29Ｓｉ、30Ｓｉとなる
につれて低波数側へ約１０ｃｍ-1づつずれる。一方、通
常のＣＯ2 ガスレーザーは同じく１０００ｃｍ-1帯にい
くつかの発振を有している。従って、ＣＯ2 ガスレーザ
ーの発振の中から、適当な発振線を選択し、Ｓｉ2 Ｆ 5
ガスへの照射を行うことで、29Ｓ−Ｆ、30Ｓ−Ｆの振動
を励起することが可能となる。
【００１３】そして次式
【００１４】
【化１】
【００１５】の反応を経て、29Ｓｉ、30Ｓｉを含むＳｉ
2 Ｆ5 （ガス）は選択的にＳｉＦ4 （ガス）とＳｉＦ2
（固体）とに分解され、同位体シリコンは生成されたＳ
ｉＦ4やＳｉＦ2 中に濃縮される。一方、未分解のガス
中には未反応の同位体シリコンが濃縮される。
2 Ｆ5 （ガス）は選択的にＳｉＦ4 （ガス）とＳｉＦ2
（固体）とに分解され、同位体シリコンは生成されたＳ
ｉＦ4やＳｉＦ2 中に濃縮される。一方、未分解のガス
中には未反応の同位体シリコンが濃縮される。
【００１６】以上のようなすでに提案されている方法
は、これまでにない同位体シリコン結晶膜の製造を可能
とするものとして有意なものである。
は、これまでにない同位体シリコン結晶膜の製造を可能
とするものとして有意なものである。
【００１７】しかしながら、この出願の発明者のその後
の検討によって、同位体シリコン結晶膜をより高品位な
るもの、すなわち不純物の混入のない高純度なものとし
てより高い収率（１００％もしくはほぼ１００％）で高
効率に製造するためにはさらなる創意が必要であること
を認めざるを得なかった。
の検討によって、同位体シリコン結晶膜をより高品位な
るもの、すなわち不純物の混入のない高純度なものとし
てより高い収率（１００％もしくはほぼ１００％）で高
効率に製造するためにはさらなる創意が必要であること
を認めざるを得なかった。
【００１８】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
のとおりの課題を解決するものとして、第１には、シリ
コン同位体比を変化させたフッ化シリコンを原料ガスと
してプラズマＣＶＤにより28Ｓｉ、29Ｓｉ、および30Ｓ
ｉのいずれかのシリコン同位体が自然同位体比と異なる
組成の同位体シリコン結晶膜を製造する方法であって、
プラズマＣＶＤ反応には前記フッ化シリコンガスと希ガ
スおよび水素ガスを、容量比において、 フッ化シリコンガス／希ガス：０．０４〜１ フッ化シリコンガス／水素ガス：０．０４〜１ の割合で供給するとともに、未反応のフッ化シリコンガ
スをプラズマＣＶＤ反応に循環させることを特徴とする
高純度同位体シリコン結晶膜の製造方法を提供する。
のとおりの課題を解決するものとして、第１には、シリ
コン同位体比を変化させたフッ化シリコンを原料ガスと
してプラズマＣＶＤにより28Ｓｉ、29Ｓｉ、および30Ｓ
ｉのいずれかのシリコン同位体が自然同位体比と異なる
組成の同位体シリコン結晶膜を製造する方法であって、
プラズマＣＶＤ反応には前記フッ化シリコンガスと希ガ
スおよび水素ガスを、容量比において、 フッ化シリコンガス／希ガス：０．０４〜１ フッ化シリコンガス／水素ガス：０．０４〜１ の割合で供給するとともに、未反応のフッ化シリコンガ
スをプラズマＣＶＤ反応に循環させることを特徴とする
高純度同位体シリコン結晶膜の製造方法を提供する。
【００１９】また、この出願の発明は、第２には、プラ
ズマＣＶＤ反応に先立って、あらかじめ希ガスのみをプ
ラズマＣＶＤ反応部に供給し、プラズマ放電させること
を特徴とする前記の高純度同位体シリコン結晶膜の製造
方法を提供する。
ズマＣＶＤ反応に先立って、あらかじめ希ガスのみをプ
ラズマＣＶＤ反応部に供給し、プラズマ放電させること
を特徴とする前記の高純度同位体シリコン結晶膜の製造
方法を提供する。
【００２０】そして、この出願の発明は、第３には、前
記第１または第２の方法により製造され、不純物が１質
量ｐｐｍ以下であることを特徴とする高純度同位体シリ
コン結晶膜をも提供する。
記第１または第２の方法により製造され、不純物が１質
量ｐｐｍ以下であることを特徴とする高純度同位体シリ
コン結晶膜をも提供する。
【００２１】
【発明の実施の形態】この出願の発明は以上のとおりの
特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明うる。
特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明うる。
【００２２】まずこの発明の製造方法が目的としている
同位体シリコン結晶膜は、すでに提案している方法と同
様に、＜Ｉ＞シリコンの自然同位体比に対し、28Ｓｉ、
29Ｓｉおよび30Ｓｉのいずれかのシリコン同位体の存在
がこれと異なる割合で存在していること、＜II＞結晶膜
であること、を要件としている。
同位体シリコン結晶膜は、すでに提案している方法と同
様に、＜Ｉ＞シリコンの自然同位体比に対し、28Ｓｉ、
29Ｓｉおよび30Ｓｉのいずれかのシリコン同位体の存在
がこれと異なる割合で存在していること、＜II＞結晶膜
であること、を要件としている。
【００２３】そして、さらに、この発明の方法において
は、＜III ＞原料としての同位体比が変化されたフッ化
シリコンガスからの、そして基板やプラズマＣＶＤ反応
部の装置内壁等からの多種元素の混入を極小に抑えた高
純度同位体シリコン結晶膜であること、＜IV＞１００％
もしくはほぼ１００％の反応収率で、高収率に同位体シ
リコン結晶膜を製造可能とすることをさらなる要件とし
ている。
は、＜III ＞原料としての同位体比が変化されたフッ化
シリコンガスからの、そして基板やプラズマＣＶＤ反応
部の装置内壁等からの多種元素の混入を極小に抑えた高
純度同位体シリコン結晶膜であること、＜IV＞１００％
もしくはほぼ１００％の反応収率で、高収率に同位体シ
リコン結晶膜を製造可能とすることをさらなる要件とし
ている。
【００２４】これらの要件によって、例えば、この発明
により提供される高純度同位体シリコン結晶膜は、半導
体部品の回路集積度の向上を可能とする。一般的に、28
Ｓｉは大多数を占める安定同位体である、28Ｓｉのみか
らなるＳｉ単結晶は同位体散乱低減による熱伝導度の上
昇がある。この性質を用いることにより、28Ｓｉを主体
とするシリコン結晶膜からなるシリコン半導体は、従来
のＳｉ自然同位体比シリコン半導体と比較して、電力消
費による発生熱をより速やかに放出することが可能とな
り、ＬＳＩなど半導体部品において、その回路集積度を
これまで以上に高めることができる。
により提供される高純度同位体シリコン結晶膜は、半導
体部品の回路集積度の向上を可能とする。一般的に、28
Ｓｉは大多数を占める安定同位体である、28Ｓｉのみか
らなるＳｉ単結晶は同位体散乱低減による熱伝導度の上
昇がある。この性質を用いることにより、28Ｓｉを主体
とするシリコン結晶膜からなるシリコン半導体は、従来
のＳｉ自然同位体比シリコン半導体と比較して、電力消
費による発生熱をより速やかに放出することが可能とな
り、ＬＳＩなど半導体部品において、その回路集積度を
これまで以上に高めることができる。
【００２５】また、この発明は、放射化材料の体誘導化
を可能とする。つまり、29Ｓｉと30Ｓｉを主体とするＳ
ｉＣ材料は自然同位体ＳｉＣと比較して、より低誘導な
放射化材料であるため、この発明の29Ｓｉと30Ｓｉを主
体とする同位体シリコン結晶膜からなるＳｉＣ材料は、
より低誘導な放射化材料となる。
を可能とする。つまり、29Ｓｉと30Ｓｉを主体とするＳ
ｉＣ材料は自然同位体ＳｉＣと比較して、より低誘導な
放射化材料であるため、この発明の29Ｓｉと30Ｓｉを主
体とする同位体シリコン結晶膜からなるＳｉＣ材料は、
より低誘導な放射化材料となる。
【００２６】さらに、この発明は、Ｐドープｎ型シリコ
ンウエハの低抵抗率化を可能とする。つまり、この発明
の30Ｓｉ濃度を高めたシリコン結晶膜を用いることによ
り、均一に精度良くＰドープされた、低抵抗率の大口径
ｎ型シリコンウエハの提供が可能となり、半導体素子の
小型化を可能とする。
ンウエハの低抵抗率化を可能とする。つまり、この発明
の30Ｓｉ濃度を高めたシリコン結晶膜を用いることによ
り、均一に精度良くＰドープされた、低抵抗率の大口径
ｎ型シリコンウエハの提供が可能となり、半導体素子の
小型化を可能とする。
【００２７】もちろん、以上のような半導体部品の回路
集積度の向上や、放射化材料の低誘導化、Ｐドープｎ型
シリコンウエハの低抵抗率化だけに限らず、多様な可能
性が拓かれるのである。
集積度の向上や、放射化材料の低誘導化、Ｐドープｎ型
シリコンウエハの低抵抗率化だけに限らず、多様な可能
性が拓かれるのである。
【００２８】例えば、シリコン結晶膜は半導体素子のみ
ならず、ＳｉＣやＳｉ2 Ｎ4 等の耐熱、高温材料の主要
構成材料として広く利用されており、この発明のＳｉ同
位体組成比を任意に制御した同位体シリコン結晶膜を用
いることで、その核的性質や熱物性等において、優れた
特性を実現する。
ならず、ＳｉＣやＳｉ2 Ｎ4 等の耐熱、高温材料の主要
構成材料として広く利用されており、この発明のＳｉ同
位体組成比を任意に制御した同位体シリコン結晶膜を用
いることで、その核的性質や熱物性等において、優れた
特性を実現する。
【００２９】またさらに、この発明においては、29Ｓｉ
は３種類の安定同位体の中で唯一１／２量子スピンを持
つため、核磁気共鳴の分野における材料への応用も可能
となる。
は３種類の安定同位体の中で唯一１／２量子スピンを持
つため、核磁気共鳴の分野における材料への応用も可能
となる。
【００３０】以上のようなこの発明の同位体シリコン結
晶膜の製造方法においては、あらかじめ原料ガスとして
のフッ化シリコンのシリコン同位体比を変化させてお
く。
晶膜の製造方法においては、あらかじめ原料ガスとして
のフッ化シリコンのシリコン同位体比を変化させてお
く。
【００３１】同位体比を変化させるための方法として
は、この発明者らの提案している方法を含めて、従来公
知の方法をはじめ各種のものであってよい。市販のガス
物質等として、たとえば同位体濃縮原料物質ガスが利用
できる。なお、同位体濃縮法として、電磁法、レーザー
法、プラズマ法などが、２）低濃縮分離操作を何回も繰
り返し高精度化する統計的分離法として、気体拡散法、
遠心分離法、蒸留法、化学交換法、気体拡散法等があ
る。
は、この発明者らの提案している方法を含めて、従来公
知の方法をはじめ各種のものであってよい。市販のガス
物質等として、たとえば同位体濃縮原料物質ガスが利用
できる。なお、同位体濃縮法として、電磁法、レーザー
法、プラズマ法などが、２）低濃縮分離操作を何回も繰
り返し高精度化する統計的分離法として、気体拡散法、
遠心分離法、蒸留法、化学交換法、気体拡散法等があ
る。
【００３２】そして、この発明の高純度同位体シリコン
結晶膜の製造方法では、プラズマＣＶＤによる成長反応
には、シリコン同位体比を変化させたフッ化シリコンガ
スとともに希ガス、および水素ガスを反応域に供給す
る。
結晶膜の製造方法では、プラズマＣＶＤによる成長反応
には、シリコン同位体比を変化させたフッ化シリコンガ
スとともに希ガス、および水素ガスを反応域に供給す
る。
【００３３】希ガスとしてはアルゴン（Ａｒ）、ヘリウ
ム（Ｈｅ）等が用いられるが、これらの希ガスは高純度
同位体シリコン結晶膜の製造にとって欠かせないもので
ある。また水素ガスも同様である。そして、これらのプ
ラズマＣＶＤ反応への供給量については、単位時間当り
の容量比として、前記のように、 ＜Ａ＞フッ化シリコンガス／希ガス＝０．０４〜１ ＜Ｂ＞フッ化シリコンガス／水素ガス＝０．０４〜１ とする。
ム（Ｈｅ）等が用いられるが、これらの希ガスは高純度
同位体シリコン結晶膜の製造にとって欠かせないもので
ある。また水素ガスも同様である。そして、これらのプ
ラズマＣＶＤ反応への供給量については、単位時間当り
の容量比として、前記のように、 ＜Ａ＞フッ化シリコンガス／希ガス＝０．０４〜１ ＜Ｂ＞フッ化シリコンガス／水素ガス＝０．０４〜１ とする。
【００３４】希ガスの割合が、前記＜Ａ＞の比率におい
て１を超える、より少ない容量比では、プラズマが安定
せず、成膜効率は低下する。一方、前記＜Ａ＞の比率が
０．０４より小さい、希ガス大過剰の場合にも、同位体
シリコン結晶膜の効率的な成膜が困難となる。このた
め、前記＜Ａ＞のとおりの割合となるように希ガスを用
いる。また、前記＜Ｂ＞の比率が、１を超える場合は、
次式において、金属Ｓｉへ還元するのに十分な水素量を
確保できない。
て１を超える、より少ない容量比では、プラズマが安定
せず、成膜効率は低下する。一方、前記＜Ａ＞の比率が
０．０４より小さい、希ガス大過剰の場合にも、同位体
シリコン結晶膜の効率的な成膜が困難となる。このた
め、前記＜Ａ＞のとおりの割合となるように希ガスを用
いる。また、前記＜Ｂ＞の比率が、１を超える場合は、
次式において、金属Ｓｉへ還元するのに十分な水素量を
確保できない。
【００３５】一方、この比率が０．０４より小さい場合
には、結晶性の膜が得られない。
には、結晶性の膜が得られない。
【００３６】
【化２】
【００３７】なお、フッ化シリコンガスについては、同
位体比が自然存在比とは異なるように変化されているも
のであれば、ＳｉＦ4 、ＳｉＦ6 等の各種のものであっ
てよい。
位体比が自然存在比とは異なるように変化されているも
のであれば、ＳｉＦ4 、ＳｉＦ6 等の各種のものであっ
てよい。
【００３８】そしてまた、この発明の製造方法において
は、未反応の前記のフッ化シリコンガスをプラズマＣＶ
Ｄ反応に循環して使用することを必要としている。この
循環使用は、同位体シリコン結晶膜を高純度なものと
し、結晶性を良好とし、しかも高い反応収率で、効率的
な成膜を行うためには欠かせない条件である。
は、未反応の前記のフッ化シリコンガスをプラズマＣＶ
Ｄ反応に循環して使用することを必要としている。この
循環使用は、同位体シリコン結晶膜を高純度なものと
し、結晶性を良好とし、しかも高い反応収率で、効率的
な成膜を行うためには欠かせない条件である。
【００３９】この循環は、未反応フッ化シリコンの全
量、もしくは少くとも７０容量％以上とするのが好まし
い。
量、もしくは少くとも７０容量％以上とするのが好まし
い。
【００４０】希ガスおよび水素ガスの割合を前記＜Ａ＞
＜Ｂ＞の割合とし、未反応フッ化シリコンを循環使用す
ることが、不純物の混入を極小に抑えて、つまり全体と
して１質量ｐｐｍ以上のレベルにまで抑えて、高純度の
同位体シリコン結晶膜を製造可能とする理由については
断定できないが、同位体比を変化させていることが少な
からず関係しているものと推察される。
＜Ｂ＞の割合とし、未反応フッ化シリコンを循環使用す
ることが、不純物の混入を極小に抑えて、つまり全体と
して１質量ｐｐｍ以上のレベルにまで抑えて、高純度の
同位体シリコン結晶膜を製造可能とする理由については
断定できないが、同位体比を変化させていることが少な
からず関係しているものと推察される。
【００４１】また、この発明では、プラズマＣＶＤ反応
に先立って、あらかじめ希ガスを導入供給してプラズマ
放電しておくことが有効でもある。高純度同位体シリコ
ン結晶膜の純度向上、高収率、高効率成膜に寄与するこ
とになる。
に先立って、あらかじめ希ガスを導入供給してプラズマ
放電しておくことが有効でもある。高純度同位体シリコ
ン結晶膜の純度向上、高収率、高効率成膜に寄与するこ
とになる。
【００４２】プラズマＣＶＤ反応における基板としては
Ｓｉ、ＳｉＯ2 等の各種のものを用いてよく、基板の温
度は２５０〜６５０℃の範囲とするのが好ましい。ま
た、プラズマＣＶＤ反応域の全圧は、好ましくは、６
６．７〜７００Ｐａの範囲である。
Ｓｉ、ＳｉＯ2 等の各種のものを用いてよく、基板の温
度は２５０〜６５０℃の範囲とするのが好ましい。ま
た、プラズマＣＶＤ反応域の全圧は、好ましくは、６
６．７〜７００Ｐａの範囲である。
【００４３】プラズマ発生手段は、マイクロ波、高周波
励起、その他各種の手段であってよい。
励起、その他各種の手段であってよい。
【００４４】マイクロ波照射による場合には、より好ま
しくは、出力２００〜３５０Ｗの範囲、周波数１〜３Ｇ
Ｈｚの範囲である。
しくは、出力２００〜３５０Ｗの範囲、周波数１〜３Ｇ
Ｈｚの範囲である。
【００４５】以上のとおりのこの出願の発明によって、
高純度同位体シリコン結晶膜を容易に製造することがで
きる。すなわち、シリコン同位体組成を制御したフッ化
シリコンガスを用いたこの発明の方法により、高純度同
位体シリコン結晶膜が、１００％もしくはほぼ１００％
の収率で効率的に得られることになる。
高純度同位体シリコン結晶膜を容易に製造することがで
きる。すなわち、シリコン同位体組成を制御したフッ化
シリコンガスを用いたこの発明の方法により、高純度同
位体シリコン結晶膜が、１００％もしくはほぼ１００％
の収率で効率的に得られることになる。
【００４６】以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発
明について説明する。
明について説明する。
【００４７】
【実施例】28Ｓｉ同位体濃縮フッ化シランガス（Ｓｉ2
Ｆ5 ）、Ａｒガス、Ｈ2 ガスを原料ガスとして図１のプ
ラズマＣＶＤ装置を用いて、28Ｓｉ同位体濃縮シリコン
結晶膜の作製を行った。
Ｆ5 ）、Ａｒガス、Ｈ2 ガスを原料ガスとして図１のプ
ラズマＣＶＤ装置を用いて、28Ｓｉ同位体濃縮シリコン
結晶膜の作製を行った。
【００４８】28Ｓｉ同位体濃縮フッ化シリコンガス中の
シリコン同位体の割合は、４重極質量分析器による測定
の結果、28Ｓｉ：29Ｓｉ：30Ｓｉ＝９８．０２：１．６
１：０．３７であり、この値は、従来までのＳｉ自然同
位体比９２．２３：４．６７：３．１０とは大きく異っ
ている。
シリコン同位体の割合は、４重極質量分析器による測定
の結果、28Ｓｉ：29Ｓｉ：30Ｓｉ＝９８．０２：１．６
１：０．３７であり、この値は、従来までのＳｉ自然同
位体比９２．２３：４．６７：３．１０とは大きく異っ
ている。
【００４９】この図１に示したＣＶＤ装置において、あ
らかじめ反応管内をＡｒガスでプラズマ放電し、次いで
Ａｒガス１０ｓｃｃｍ、Ｈ2 ガス１０ｓｃｃｍ、前記の
フッ化シランガス２ｓｃｃｍの容量割合となる供給量で
石英製ＣＶＤ反応管内に導入し、同時に出力３５０Ｗの
マイクロ波を印加してプラズマに分解させ、下流域に設
置の４５０℃に加熱した基板ＳｉＯ2 上に、同位体シリ
コン結晶膜を析出させた。
らかじめ反応管内をＡｒガスでプラズマ放電し、次いで
Ａｒガス１０ｓｃｃｍ、Ｈ2 ガス１０ｓｃｃｍ、前記の
フッ化シランガス２ｓｃｃｍの容量割合となる供給量で
石英製ＣＶＤ反応管内に導入し、同時に出力３５０Ｗの
マイクロ波を印加してプラズマに分解させ、下流域に設
置の４５０℃に加熱した基板ＳｉＯ2 上に、同位体シリ
コン結晶膜を析出させた。
【００５０】また、未反応の前記フッ化シランはコール
ドトラップにより捕集し、再度プラズマＣＶＤ反応域に
循環導入した。
ドトラップにより捕集し、再度プラズマＣＶＤ反応域に
循環導入した。
【００５１】１００％の収率で、同位体シリコン結晶膜
が得られた。
が得られた。
【００５２】図２は、走査型電子顕微鏡を用いて、作製
したシリコン薄膜断面の微細構造を観察したものであ
り、薄膜の法線方向に成長する柱状組織が見られる。こ
れは、図３のＸ線回折スペクトルの結果と合わせると、
薄膜が柱状方向に向かって、結晶成長していることを示
している。
したシリコン薄膜断面の微細構造を観察したものであ
り、薄膜の法線方向に成長する柱状組織が見られる。こ
れは、図３のＸ線回折スペクトルの結果と合わせると、
薄膜が柱状方向に向かって、結晶成長していることを示
している。
【００５３】図３のスペクトルと結晶性についてさらに
説明すると、結晶では原子が周期的に配列し、空間的な
格子を作っており、通常その間隔は〜１０-10 ｍ程度で
あるが、この結晶格子に波長が同程度またはそれ以下の
Ｘ線が入射すると、結晶格子が回折格子として働き、Ｘ
線は特定の方向へ散乱される。結晶中の原子の集団が作
る、ある原子面に対して、特定の角度θで入射したＸ線
の入射角と反射角等しければ散乱波の位相は揃ってお
り、波は緩衝して互いに強め合う。図３で横軸は薄膜に
照射したＸ線の入射波と反射波の和である２θの角度
を、縦軸は散乱波の相対強度を示している。もし薄膜が
結晶性を示す場合、特定の原子面（図中のＳｉ（１１
１）、Ｓｉ（２２０）、Ｓｉ（３１１）等）からの反射
波は位相が揃い強め合うため、鋭いピークとして観測さ
れる。逆に薄膜が非結晶性の場合は、反射波の位相は全
くバラバラのため、平坦な信号しか得られない。従っ
て、図３において各原子面から鋭い回折波が観測されて
いることから、薄膜は良好な結晶性を有する薄膜である
ことがわかる。
説明すると、結晶では原子が周期的に配列し、空間的な
格子を作っており、通常その間隔は〜１０-10 ｍ程度で
あるが、この結晶格子に波長が同程度またはそれ以下の
Ｘ線が入射すると、結晶格子が回折格子として働き、Ｘ
線は特定の方向へ散乱される。結晶中の原子の集団が作
る、ある原子面に対して、特定の角度θで入射したＸ線
の入射角と反射角等しければ散乱波の位相は揃ってお
り、波は緩衝して互いに強め合う。図３で横軸は薄膜に
照射したＸ線の入射波と反射波の和である２θの角度
を、縦軸は散乱波の相対強度を示している。もし薄膜が
結晶性を示す場合、特定の原子面（図中のＳｉ（１１
１）、Ｓｉ（２２０）、Ｓｉ（３１１）等）からの反射
波は位相が揃い強め合うため、鋭いピークとして観測さ
れる。逆に薄膜が非結晶性の場合は、反射波の位相は全
くバラバラのため、平坦な信号しか得られない。従っ
て、図３において各原子面から鋭い回折波が観測されて
いることから、薄膜は良好な結晶性を有する薄膜である
ことがわかる。
【００５４】次の表１は、得られた同位体シリコン結晶
膜における金属不純物の化学分析の結果を示したもので
ある。いずれの不純物も１質量ｐｐｍ以下であり、極め
て高純度のシリコン膜が得られていることが確認され
た。
膜における金属不純物の化学分析の結果を示したもので
ある。いずれの不純物も１質量ｐｐｍ以下であり、極め
て高純度のシリコン膜が得られていることが確認され
た。
【００５５】あらかじめＡｒバスによるプラズマ放電を
行わない場合には、不純物量の増大が確認された。
行わない場合には、不純物量の増大が確認された。
【００５６】
【表１】
【００５７】
【発明の効果】この発明は、以上詳しく説明したよう
に、28Ｓｉ、29Ｓｉおよび、30Ｓｉの組成を制御した同
位体シリコンの高純度で、良好な結晶性の結晶膜の提供
を可能とし、例えば、半導体部品の回路集積度の向上
や、放射化材料の低誘導化、Ｐドープｎ型シリコンウエ
ハの低抵抗率化などのより高性能やシリコン材料の創製
を可能とする。
に、28Ｓｉ、29Ｓｉおよび、30Ｓｉの組成を制御した同
位体シリコンの高純度で、良好な結晶性の結晶膜の提供
を可能とし、例えば、半導体部品の回路集積度の向上
や、放射化材料の低誘導化、Ｐドープｎ型シリコンウエ
ハの低抵抗率化などのより高性能やシリコン材料の創製
を可能とする。
【図１】この発明の実施例で用いた実験装置を示した概
略図である。
略図である。
【図２】実施例として得られた薄膜断面のミクロ組織を
例示した電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
例示した電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図３】実施例として得られた薄膜のＸ線回折スペクト
ル図である。
ル図である。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭59−64516（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−288012（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−71681（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−330889（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−289224（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−127875（ＪＰ，Ａ)
Ｈｉｒｏｓｈｉ ＳＵＺＵＫＩ ｅｔ
ａｌ ．，Ｏｎ−ｌｉｎｅ Ｆｏｒｍ
ａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｓｏｔｏｐｉｃａ
ｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｓｉ
Ｆｉｌｍｓ ｆｒｏｍ Ｆｌｕｏｒｏ−
Ｓｉｌａｎｅ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ,
1998年，ｖｏｌ．４，ｎｏ．２，ｐ.
372−376
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C23C 16/24
H01L 21/205
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】 シリコン同位体比を変化させたフッ化シ
リコンを原料ガスとしてプラズマＣＶＤにより28Ｓｉ、
29Ｓｉ、および30Ｓｉのいずれかのシリコン同位体が自
然同位体比と異なる組成の同位体シリコン結晶膜を製造
する方法であって、プラズマＣＶＤ反応には前記フッ化
シリコンガスと希ガスおよび水素ガスを、 フッ化シリコンガス／希ガス：０．０４〜１ フッ化シリコンガス／水素ガス：０．０４〜１ の割合で供給するとともに、未反応のフッ化シリコンガ
スをプラズマＣＶＤ反応に循環させることを特徴とする
高純度同位体シリコン結晶膜の製造方法。 - 【請求項２】 プラズマＣＶＤ反応に先立って、あらか
じめ希ガスのみをプラズマＣＶＤ反応部に供給し、プラ
ズマ放電させることを特徴とする請求項１の高純度同位
体シリコン結晶膜の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１または２の方法により製造さ
れ、不純物が１質量ｐｐｍ以下であることを特徴とする
高純度同位体シリコン結晶膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000069557A JP3401561B2 (ja) | 1999-03-29 | 2000-03-13 | 高純度同位体シリコン結晶膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8712399 | 1999-03-29 | ||
| JP11-87123 | 1999-03-29 | ||
| JP2000069557A JP3401561B2 (ja) | 1999-03-29 | 2000-03-13 | 高純度同位体シリコン結晶膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000345342A JP2000345342A (ja) | 2000-12-12 |
| JP3401561B2 true JP3401561B2 (ja) | 2003-04-28 |
Family
ID=26428431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000069557A Expired - Lifetime JP3401561B2 (ja) | 1999-03-29 | 2000-03-13 | 高純度同位体シリコン結晶膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3401561B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6365098B1 (en) * | 2001-02-05 | 2002-04-02 | Douglas Bruce Fulbright | Phoenix-1, a structural material based on nuclear isotopic concentrations of silicon |
| JP2002284518A (ja) * | 2001-03-27 | 2002-10-03 | Japan Science & Technology Corp | ボロン及びボロン化合物結晶とそれらの製造方法 |
| US6653658B2 (en) | 2001-07-05 | 2003-11-25 | Isonics Corporation | Semiconductor wafers with integrated heat spreading layer |
| JP2005019463A (ja) * | 2003-06-23 | 2005-01-20 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
| US7494888B2 (en) * | 2004-06-23 | 2009-02-24 | Agere Systems Inc. | Device and method using isotopically enriched silicon |
| JP2008303078A (ja) * | 2007-06-05 | 2008-12-18 | Japan Atomic Energy Agency | シリコン薄膜または同位体濃縮シリコン薄膜の製造方法 |
| JP5107685B2 (ja) * | 2007-11-29 | 2012-12-26 | 株式会社ニューフレアテクノロジー | 気相成長装置及び気相成長方法 |
| TWI689467B (zh) | 2010-02-26 | 2020-04-01 | 美商恩特葛瑞斯股份有限公司 | 用以增進離子植入系統中之離子源的壽命及性能之方法與設備 |
| US8779383B2 (en) * | 2010-02-26 | 2014-07-15 | Advanced Technology Materials, Inc. | Enriched silicon precursor compositions and apparatus and processes for utilizing same |
| WO2014190087A1 (en) * | 2013-05-21 | 2014-11-27 | Advanced Technology Materials, Inc. | Enriched silicon precursor compositions and apparatus and processes for utilizing same |
-
2000
- 2000-03-13 JP JP2000069557A patent/JP3401561B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｈｉｒｏｓｈｉ ＳＵＺＵＫＩ ｅｔ ａｌ ．，Ｏｎ−ｌｉｎｅ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｓｏｔｏｐｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｓｉ Ｆｉｌｍｓ ｆｒｏｍ Ｆｌｕｏｒｏ−Ｓｉｌａｎｅ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ，１９９８年，ｖｏｌ．４，ｎｏ．２，ｐ．３７２−３７６ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000345342A (ja) | 2000-12-12 |
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