JPH01226791A - シリコンの分子線成長方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は原料としてガスソースを用いたシリコンの分子
線成長法に関し、詳しくは選択成長に関するものである
。

（従来の技術） 近年、高速バイポーラ素子、マイクロ波甫素子等への応
用を目的として薄いベース層を持つことを特徴とするシ
リコン系のバイポーラトランジスタ作成に関する研究開
発が盛んに行われている。

予め設計したとうりの不純物濃度をもつ薄いベース層を
作成する場合には膜厚制御性が良くしかも急峻な不純物
プロファイルを有するエピタキシャル膜を作成できるシ
リコンの分子線成長技術が有効である。しかし従来の固
体シリコンソースを電子銃で加熱する方式の分子線成長
方法ではシリコン基板上にはシリコン膜はエピタキシャ
ル成長するが８１０２膜の上にもポリシリコンが成長し
てしまう。このため実際にバイポーラトランジスタデバ
イスを作る際に８１０２上に付いた余分なポリシリコン
を取り去るプロセスが必要になる。

また最近発明者等はアプライドフィジックスレター５１
巻（１９８７年）２２１３ページにおいてシランガスを
用いたガスソースシリコン分子線成長法を開発し、これ
を用いた場合には部分的に酸化膜パターンを持ったシリ
コン基板上において酸化膜の上にはポリシリコンを堆積
させることなく露出したシリコン部分にのみ選択的にシ
リコンをエピタキシャル成長させることができることを
報告している。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の固体ソースを用いるシリコン分子線技術ではシリ
コンウェハー上に部分的にＳｉＯ２膜のパターンを持っ
た基板にシリコン膜の成長を行うとシリコン露出部分に
シリコン膜がエビタキャル成長するだけでなく　８１０
２膜上にもポリシリコン膜が成長スる。トランジスタ等
のデバイスを作成する際にはこのポリシリコンを取り去
る必要がある。

このためプロセスが複雑になる。また余分なポリシリコ
ンを取り去るためにパターニングが必要となるのでこの
時のマスク合せの際の位置合せ精度の余裕を見込まなけ
ればならず、ベース−エミッタ間の接合部分の面積を小
さくすることを要求される高速バイポーラトランジスタ
等の製造プロセスでは不利である。これらの点が通常の
固体ソースを用いた分子線成長法のを半導体製造プロセ
スに用いる上で大変に大きな問題点となっている。

またシランを用いたガスソースシリコン分子線成長法で
はシランガスが化学的に安定なためにシリコン基板上に
エピタキシャル成長させる際に高い基板温度が必要であ
り、また成長速度も極めて遅い。このためバイポーラト
ランジスタ等の半導体デバイスの作成への応用を考えた
場合には高い基板温度と長い成長時間のために結晶中に
作り込んだドーパントのプロファイルが熱拡散によって
ぼやけてしまいデバイスの高速動作特性が劣化するとい
った問題点がある。

（問題点を解決するための手段） 以上に述べた従来の分子線成長法における問題点、即ち
固体ソースを用いた場合にはシリコン表面にのみシリコ
ン膜がエピタキシャル成長しＳｉＯ２上にはなにも堆積
しないという選択性のある成長が不可能であるという問
題点およびシランガスを用いたガスソースシリコン分子
線成長法における成長時の高い基板温度と遅い成長速度
によるドーピングプロファイルのぼけといった問題点を
解決するために、シリコンの分子線源としてジジランガ
スを用いたシリコンのガスソース分子線成長を用いる。

（作用） ジジランガス分子は基板加熱機構で加熱された基板上で
解離吸着反応を起こしエピタキシャル成長に必要なシリ
コン原子を基板に供給する。ジジラン分子はシラン分子
に比べて化学的に活性であるためにシリコン基板上での
成長に要する基板温度は低くてすむ。また成長速度もシ
ランに比べて１桁程度高い。ジジランガス分子を分子線
源に用いた場合これがシリコン膜の成長に寄与するため
には表面で解離吸着が起こり、シリコン原子を表面で生
成する必要がある。一方ジジラン分子の解離吸着は化学
的に活性な基板表面のダングリングボンドによって促進
されることが、発明者らの実験から分った。シリコン結
晶表面にはこのダングリングボンドが存在するがＳｉＯ
□上には存在しない。

従ってジジランガス分子の解離吸着は８１０２表面に比
べてシリコン表面で圧倒的に促進される。このためにジ
ジランガス分子を用いた分子線成長法では選択的な成長
が可能となると考えられる。

本発明者らが実験したところ選択成長は成長条件に大き
く依存することが分った。そして選択成長を行うために
は成長時の基板温度および成長時に基板に供給するジジ
ランガス流量を適当に選んでやる必要があることが分っ
た。これは基板温度が高すぎる場合およびガス流量が多
すぎる場合には解離吸着の起こりにくい５１０２上でも
ジジランの解離およびこれに引続きおこる核形成がひん
ばんに生じるようになり、このため５ｉｏ２上からの熱
脱離の速度に比べて無視できなくなり、５ＮｏＺ上にも
ポリシリコン膜が形成されるようになるためと考えられ
る。すなわち高温においては、ジジランの脱離、解離の
率は共に大きくなるが、ジジランが活性であるために、
解離の方がより増大し、その結果高温では、選択性が得
られなくなると考えられる。実際にジジランガスソース
分子線成長法において部分的に厚さｌｐｍのＳｉＯ□膜
に覆われた５ｉ（１００）基板上において成長を行い、
選択成長が可能′である条件を基板温度とジジランガス
流量を変化させて調べた結果を第１図に示す。第１図に
おいて○印は選択成長が可能である場合、Ｘ印は選択成
長が起こらない場合を示している。図から明らかなよう
に基板温度７００°Ｃ程度以下において０．５ｓｅｃｍ
程度以下のジジランガスを供給した場合には完璧な選択
成長が実現される。この結果からも明らかなようにジジ
ランガスソース分子線成長法においては基板温度および
ジジランガス流量を下げてＳｉＯ２上のポリシリコン膜
成長を抑えたような条件下において選択成長が可能であ
る。

（実施例） 以下図面を用いて詳細に説明する。第２図は、本発明の
詳細な説明するための装置概要図である。シリコン基板
上に部分的に８１０２膜のパターンを持ち、シリコン露
出部のみに選択的にシリコン薄膜のガスソース分子線成
長を行う場合の実施例である。ソースガスとしてジジラ
ンを用いた場合の概略を示しである。この場合シリコン
の分子線源はジジランガスボンベからガス導入バルブ、
ガスセルを通して成長室内に導かれるジジランガス分子
線である。

作用の項の第１図は詳しく説明したようにジジランガス
ソース分子線成長法においては基板温度７００°Ｃ程度
以下、ジジランガス流量０．５ｓｅｃｍ程度以下で完全
な選択成長が実現される。本実施例ではこの選択成長の
ための条件の中の一例として以下のような条件で成長を
おこなった場合を説明する。成長室内にジジランガスを
０．５ｓｅｃｍ導入する。

この時成長室内真空度はＩ　Ｘ　１０’Ｔｏｒｒであり
ガス分子の平均自由行程は成長室内の大きさよりも十分
長いためガス分子は成長室内で直線的に運動し、分子の
解離反応は基板表面でのみ起こるため、上述の選択的な
分子線成長がおこる。成長時の基板温度は６５０°Ｃと
した。なお、成長前の基板処理として化学エツチングの
後プランソン洗浄を行い表面に薄い酸化膜を形成させた
後、成長室に導入し、高真空中で、９００°Ｃ以上１０
分間加熱し、表面を清浄化した。用いたのは、シリコン
の（１００）基板である。以上の条件で成長を２時間行
った。本実施例においてガスソース分子線成長法におけ
る選択成長を確認するための実験において基板として用
いたシリコンウェハーの構造を図２に示す。図２に示さ
れたようにウェハー内には露出したシリコン部分とその
上に部分的に形成された１１１ｍ厚の８１０２被覆部が
ある。この上に本実施例において成長を行った後の結果
を図３に示す。図３は図２に示した基板上に　゛ガスソ
ース分子線成長を行った後、基板をへきがいしてその断
面を走査型電子顕微鏡で観察した結果の模式図である。

第３図から明らかなようにジジランを用いたガスソース
分子線成長法では露出したシリコン部分にはシリコン膜
がエピタキシャル成長するがＳｉＯ２被覆部には全く成
長しない。すなわち完全な選択成長が行われていること
がわかる。なお、成長時の成長室の真空度は３Ｘ１０−
６〜Ｉ　Ｘ　１０’ｔｏｒｒの範囲で、成長可能なこと
を確かめた。

なお本実施例ではＳｉＯ２膜のパターンを持ったシリコ
ン基板上の選択成長について示したが、本発明は当然５
ｉ３Ｎ６膜など、他の被覆膜によってＳｉ基板を覆って
あっても選択成長は可能である。

（発明の効果） 以上詳しく説明したようにジジランガスを用いたガスソ
ースシリコン分子線エピタキシャル成長法を用いればＳ
ｉＯ２被覆部にはシリコンを堆積させることなくシリコ
ン露出部分にだけ選択的にシリコン膜をエピタキシャル
成長させることが可能である。

さらに基板温度が低い場合に選択性が得られるので、低
温プロセスが必要なデバイスの作製などに応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するためのジジランガスを
ガスソースとして用いたシリコン分子線成長法における
選択成長が可能な条件を示した図、第２図は本発明の詳
細な説明するためのジジランガスをガスソースとして用
いたシリコン分子線成長法の装置概略図、第３図は本発
明の効果を示すために用いたシリコン基板の構造の模式
図で、（イ）は基板の表面、（ロ）は基板の断面を示す
図、第４図は本発明の効果を示すために実際に第３図に
示した基板上にジジランガスを用いたガスソース分子線
成長法で成長させたものの断面を走査型電子顕微鏡で観
察した結果の模式図である。 図において、１は成長室、２．７．１２はシリコン（１
００）基板、３はガスセル、４は基板加熱機構、５はガ
ス導入管パルプ、６はジジランボンベ、８．１３はシリ
コン露出部、９．１１はＳｉＯ２被覆部、１０はシリコ
ンエピタキシャル成長膜である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　シリコンの分子線成長方法において部分的に被覆膜が
   形成されたシリコン基板上にジジランを原料ガスとして
   用いたガスソースシリコン分子線成長法によって被覆膜
   で覆われずに露出しているシリコン基板部分に、選択的
   にシリコン膜をエピタキシャル成長させることを特徴と
   するシリコンの分子線成長方法。