JPH01313394A - Method for growing silicon - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は半導体成長方法詳しくは低い基板温度で実用的
な成長速度の得られるシリコンの気相成長方法に関する
ものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a semiconductor growing method, and more particularly to a silicon vapor phase growth method that allows a practical growth rate to be obtained at a low substrate temperature.
(従来の技術)
従来ジクロルシラン(SiH2C12)などを原料とし
たシリコンの結晶を形成させるためのエピタキシャル成
長技術としては、化学気相成長法が知られている。例え
ば、ジクロルシランを原料ガスとした化学気相成長法に
よるシリコン結晶成長においては、原料ガスである5i
H2C1゜とキャリアガスである水素をある流量比で混
合したものを、同時に成長装置内に導入し、反応炉全体
を加熱する、もしくは基板部分のみを加熱することによ
りシリコン基板上に膜を堆積していた。このように炉全
体あるいは基板のみを加熱するのは、膜を堆積する上で
必要な原料ガスの分解ならびに基板表面における表面反
応を起こすために必要なものである。(Prior Art) Chemical vapor deposition is conventionally known as an epitaxial growth technique for forming silicon crystals using dichlorosilane (SiH2C12) or the like as a raw material. For example, in silicon crystal growth by chemical vapor deposition using dichlorosilane as a raw material gas, 5i
A mixture of H2C1° and carrier gas hydrogen at a certain flow rate is simultaneously introduced into the growth apparatus, and a film is deposited on the silicon substrate by heating the entire reactor or heating only the substrate. was. Heating the entire furnace or only the substrate in this way is necessary to decompose the raw material gas necessary for depositing the film and to cause a surface reaction on the substrate surface.
(発明が解決しようとする問題点)
しかしながら、通常のシリコンエピタキシャル成長はこ
の加熱温度が問題となっている。すなわち、通常エピタ
キシャル膜の堆積は1000°0以上温度が必要とされ
ている。この様に成長温度が高いことにより、本プロセ
スを利用する上で問題が生じている。例えば、高温ゆえ
に不純物の拡散が起こり、現在求められているような急
峻な不純物プロファイルが得られない。それゆえ、この
ような急峻なプロファイルを実現するという要求から成
長温度の低下が求められている。しかしながら、弔に温
度を下げると実用上必要な成長速度が得られないという
問題がある。成長速度を上げるために原料ガスの供給量
を増加させても、このように低温で成長速度が遅い領域
では、成長速度が増加しなくなる。すなわち、ある成長
速度で飽和してしまう。これは1.いわゆる表面反応に
より成長速度が律速されることに起因している。このた
め低温域において成長速度を増大させるためには、いか
に水素分子が基板表面に存在する塩素原子を引き抜く表
面反応をすみやかに起こさせるかにかかっている。本発
明はこのような従来の欠点を除去せしめて、低温におい
て表面反応を促進させて十分な成長速度をうることがで
きる結晶成長方法を提供するものである。(Problems to be Solved by the Invention) However, this heating temperature poses a problem in normal silicon epitaxial growth. That is, deposition of an epitaxial film usually requires a temperature of 1000° or higher. Such high growth temperatures pose problems in utilizing this process. For example, impurity diffusion occurs due to high temperatures, making it impossible to obtain the steep impurity profile currently required. Therefore, in order to realize such a steep profile, a reduction in the growth temperature is required. However, there is a problem in that if the temperature is lowered, the growth rate required for practical purposes cannot be obtained. Even if the supply amount of source gas is increased in order to increase the growth rate, the growth rate will not increase in such a low temperature and slow growth rate region. In other words, the growth rate becomes saturated at a certain growth rate. This is 1. This is because the growth rate is rate-limited by a so-called surface reaction. Therefore, in order to increase the growth rate in a low temperature range, it depends on how quickly a surface reaction in which hydrogen molecules extract chlorine atoms present on the substrate surface occurs. The present invention eliminates these conventional drawbacks and provides a crystal growth method capable of promoting surface reactions at low temperatures and obtaining a sufficient growth rate.
(問題を解決するための手段)
本発明は、塩化ケイ素もしくは水素化塩化ケイ素系の原
料ガスを基板に供給する時に特に熱エネルギーを与えら
れた水素分子を基板に吹きつけることを特徴とする。(Means for Solving the Problems) The present invention is characterized in that hydrogen molecules given particular thermal energy are blown onto the substrate when silicon chloride or hydrogenated silicon chloride-based raw material gas is supplied to the substrate.
(作用)
Slの成長時に熱エネルギーを与えられた水素分子を基
板に吹きつけると、この水素分子は、基板表面に吸着し
た原料ガスから塩素原子を引き抜くことができる。その
結果、SIが堆積される。この時、基板温度が1000
℃より低い場合でも水素分子に熱エネルギーを与えてお
けば、Siの堆積を実用的な成長速度で行える。(Function) When hydrogen molecules given thermal energy are blown onto the substrate during the growth of Sl, these hydrogen molecules can extract chlorine atoms from the source gas adsorbed on the substrate surface. As a result, SI is deposited. At this time, the substrate temperature is 1000
Even if the temperature is lower than .degree. C., if thermal energy is given to hydrogen molecules, Si can be deposited at a practical growth rate.
(実施例)
第1図を用いて本発明の結晶成長方法を説明する。第1
図は本方法でシリコンを基板上に堆積させたときに使用
した装置の概略図である。この装置は、反応炉(11)
、炉内部を減圧にするためのポンプ(12)、基板を
支えるサセプター(13)、基板を加熱するためのヒー
ター(ダンゲステン線を石英ガラスに封入したものであ
る) (14) 、5iH2CI2を予備加熱するた
めのセル (15)、水素分子を加熱するためのセル(
16)、ガス流量制御部(マスフローコントローラーを
使用することにより流量を制御)(17)から基本的に
は構成されている。基板温度は炉に設けられた窓からパ
イロメーター(18)により測定した。測定した結果を
基板加熱用ヒーターの制御装置にフィードバックさせて
基板温度を一定に保持できるようになっている。(Example) The crystal growth method of the present invention will be explained using FIG. 1st
The figure is a schematic diagram of the apparatus used when depositing silicon on a substrate in this method. This device consists of a reactor (11)
, a pump (12) to reduce the pressure inside the furnace, a susceptor (13) to support the substrate, a heater to heat the substrate (Dungesten wire sealed in quartz glass) (14), preheating of 5iH2CI2 cell for heating hydrogen molecules (15), cell for heating hydrogen molecules (
16), a gas flow rate control section (controls the flow rate by using a mass flow controller) (17). The substrate temperature was measured using a pyrometer (18) through a window provided in the furnace. The measured results are fed back to the substrate heating heater control device to maintain the substrate temperature constant.
ここで5iH2C1゜の予備加熱セルであるが、これは
成長時の圧力が低いために5IH2C1゜の分解が十分
に起こらなくなり、反応活性種の生成効率が低下した場
合に予め加熱することにより十分な分解が起こるように
するためのものである。Here, the 5iH2C1° preheating cell is used, but if the decomposition of 5IH2C1° does not occur sufficiently due to the low pressure during growth, and the generation efficiency of reactive species decreases, preheating is sufficient. This is to allow decomposition to occur.
成長用の基板としては、シリコンP′″(+00)を用
いた。通常のブランソン洗浄を行ったのち反応炉に入れ
た。常圧で10分間窒素ガスにより炉内部の空気を置換
したのち、ポンプを起動して炉の内部を一度高真空にし
たのち水素ガスを炉内部に流した。成長に先立ち、シリ
コン基板表面に存在する酸化膜を除去するため、水素雰
囲気中(炉内部の圧カニ 20 torr) 、基板温
度950°C1の条件で5分間ベーキングを行った。Silicon P''' (+00) was used as the substrate for growth. After the usual Branson cleaning, it was placed in the reactor. After replacing the air inside the reactor with nitrogen gas at normal pressure for 10 minutes, the pump After starting up the furnace and creating a high vacuum inside the furnace, hydrogen gas was flowed into the furnace.Prior to the growth, in order to remove the oxide film existing on the surface of the silicon substrate, a pressure crab inside the furnace torr) and a substrate temperature of 950°C for 5 minutes.
その後、5IH2C12の流量として5〜30 cc
/sin %水素ガスの流量として50 cc/win
1成長圧力0.ITorr 、基板温度800℃、水素
ガスの加熱セルの温度1000°C1SiH2C12予
備加熱セルの温度850℃の条件で成長を行った。第2
図には水素ガスを加熱した場合と、加熱しない場合の成
長速度を示した。同じ基板温度にもかかわらず、水素ガ
スを加熱することにより成長速度が増大していることが
分かる。なお、基板温度700℃以上の場合に、実用的
な成長速度が得られた。また水素の加熱温度は1000
°Cより低くても基板温度以上に加熱すれば、水素の加
熱効果は認められた。After that, the flow rate of 5IH2C12 is 5 to 30 cc.
/sin% Hydrogen gas flow rate is 50 cc/win
1 growth pressure 0. Growth was performed under the conditions of ITorr, substrate temperature of 800°C, hydrogen gas heating cell temperature of 1000°C, and SiH2C12 preheating cell temperature of 850°C. Second
The figure shows the growth rate when hydrogen gas is heated and when it is not heated. It can be seen that the growth rate increases by heating the hydrogen gas, despite the same substrate temperature. Note that a practical growth rate was obtained when the substrate temperature was 700° C. or higher. Also, the heating temperature of hydrogen is 1000
Even if the temperature was lower than °C, the heating effect of hydrogen was observed as long as the temperature was higher than the substrate temperature.
今回は、加熱セルを用いて水素分子を加熱したが、光照
射などにより水素分子を励起し、そのエネルギーを熱エ
ネルギーに変換することにより水素分子を加熱しても良
い。また、今回は、5IH2C12を原料ガスとした実
験結果を示したが、表面反応として最終的に水素分子に
より基板表面に存在する塩素原子を引き抜くことが律速
するような原料ガスである5IHIC13,5IC14
などの塩化水素化ケイ素もしくは塩化ケイ素系の原料を
使用する場合においても同じ効果がある。In this case, a heating cell was used to heat the hydrogen molecules, but the hydrogen molecules may also be heated by exciting the hydrogen molecules with light irradiation or the like and converting that energy into thermal energy. In addition, this time, we showed the experimental results using 5IH2C12 as a raw material gas, but 5IHIC13 and 5IC14 are raw material gases whose rate is determined by the final extraction of chlorine atoms present on the substrate surface by hydrogen molecules as a surface reaction.
The same effect can be obtained when silicon hydrogen chloride or silicon chloride-based raw materials are used.
(発明の効果)
以上、詳細に述べた通り、本発明した方法によれば成長
を行う際に熱エネルギーを与えた水素分子を基板に吹き
つけることにより、表面反応を促進することが可能とな
り、基板温度が1000℃以下の低温域でも速い成長速
度で基板上にシリコンを堆積することができる。(Effects of the Invention) As described above in detail, according to the method of the present invention, surface reactions can be promoted by spraying hydrogen molecules to which thermal energy has been applied during growth onto the substrate. Silicon can be deposited on a substrate at a high growth rate even at a low substrate temperature of 1000° C. or less.
第1図は本発明の実施例で用いたシリコンの成長装置を
示す図、第2図は本発明の成長方法によるシリコンの成
長速度を示す図、である。
図において、11 反応炉、12 ポンプ、13 サセ
プター、14 基板加熱用ヒーター、15 5iH2
C1゜を予備加熱するためのセル、16水素分子を加熱
するためのセル、17 ガス流撒制御部、18 パイロ
メータ、19 基板、である。
代理人 弁理上 内厚 B1ff
第1図FIG. 1 is a diagram showing a silicon growth apparatus used in an example of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the growth rate of silicon by the growth method of the present invention. In the figure, 11 reactor, 12 pump, 13 susceptor, 14 substrate heating heater, 15 5iH2
These are a cell for preheating C1°, 16 a cell for heating hydrogen molecules, 17 a gas flow control section, 18 a pyrometer, and 19 a substrate. Agent Patent Law Inner Thickness B1ff Figure 1
Claims (1)
たシリコンの成長方法において、熱エネルギーを与えら
れた水素分子を基板に吹きつけながら、基板上にシリコ
ンを成長させることを特徴とするシリコンの成長方法。A silicon growth method using silicon chloride or hydrogenated silicon chloride raw material gas, which is characterized by growing silicon on a substrate while blowing hydrogen molecules given thermal energy onto the substrate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14298988A JPH01313394A (en) | 1988-06-09 | 1988-06-09 | Method for growing silicon |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14298988A JPH01313394A (en) | 1988-06-09 | 1988-06-09 | Method for growing silicon |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01313394A true JPH01313394A (en) | 1989-12-18 |
Family
ID=15328349
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14298988A Pending JPH01313394A (en) | 1988-06-09 | 1988-06-09 | Method for growing silicon |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01313394A (en) |
-
1988
- 1988-06-09 JP JP14298988A patent/JPH01313394A/en active Pending
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