JPH02172895A - 半導体の結晶成長方法 - Google Patents
半導体の結晶成長方法Info
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- JPH02172895A JPH02172895A JP32522088A JP32522088A JPH02172895A JP H02172895 A JPH02172895 A JP H02172895A JP 32522088 A JP32522088 A JP 32522088A JP 32522088 A JP32522088 A JP 32522088A JP H02172895 A JPH02172895 A JP H02172895A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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。
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）
本発明は半導体結晶成長方法に関し、特に膜厚が精密に
制御されかつ高品質の結晶を得ることができる半導体結
晶成長方法に関する。
制御されかつ高品質の結晶を得ることができる半導体結
晶成長方法に関する。
（従来の技術）
従来、ＳｉＣの結晶の成長は、加熱された基板をキャリ
アガスである水素ガスと原料ガスにさらすことにより行
われている。原料ガスとしては、シリコン原料としては
ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６，５ｉＨ２ＣＩ２などが使用され
ている。また、炭素原料としてはＣ３Ｈ８、Ｃ２Ｈ２な
どが使用されている。基板としては、シリコン、サファ
イアなどが用いられている。ＳｉＨ４とＣ２Ｈ２を原料
とし、基板としてはシリコンを用いた結晶成長を例に取
って説明する。縦型あるいは横型の反応管の中に、通常
〜１４００度に加熱したサセプタ上にシリコン基板を保
持し、キャリアガスである水素ガスに対して数％程度の
ＳｉＨ４ガスならびにＣ２Ｈ２ガスを混合したものを反
応管の上流から流すことにより基板の上にＳｉＣを堆積
させている。また、成長に先立って、炭化法あるいはス
パッタ法などによりバッファー層を形成することもある
。
アガスである水素ガスと原料ガスにさらすことにより行
われている。原料ガスとしては、シリコン原料としては
ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６，５ｉＨ２ＣＩ２などが使用され
ている。また、炭素原料としてはＣ３Ｈ８、Ｃ２Ｈ２な
どが使用されている。基板としては、シリコン、サファ
イアなどが用いられている。ＳｉＨ４とＣ２Ｈ２を原料
とし、基板としてはシリコンを用いた結晶成長を例に取
って説明する。縦型あるいは横型の反応管の中に、通常
〜１４００度に加熱したサセプタ上にシリコン基板を保
持し、キャリアガスである水素ガスに対して数％程度の
ＳｉＨ４ガスならびにＣ２Ｈ２ガスを混合したものを反
応管の上流から流すことにより基板の上にＳｉＣを堆積
させている。また、成長に先立って、炭化法あるいはス
パッタ法などによりバッファー層を形成することもある
。
（発明が解決しようとする問題点）
ＣＶＤ法によるＳｉＣ結晶成長においては、ＳｉＨ４と
Ｃ２Ｈ２ののような原料ガスとキャリアガスを同時に反
応室に導入して結晶を成長させる。このため、反応室の
上流に於いては原料ガス濃度が高いため、成長速度が速
く、下流にいくにしたがって原料ガスが消費されて少な
くなることにともない成長速度が遅くなる。このことは
、大口径の基板に均一に制御してＳｉＣ膜を形成するこ
とはデバイスの設計上重要であることから考えると大き
な問題である。さらに、従来の方法では原子層オーダー
での膜厚制御は不可能である。
Ｃ２Ｈ２ののような原料ガスとキャリアガスを同時に反
応室に導入して結晶を成長させる。このため、反応室の
上流に於いては原料ガス濃度が高いため、成長速度が速
く、下流にいくにしたがって原料ガスが消費されて少な
くなることにともない成長速度が遅くなる。このことは
、大口径の基板に均一に制御してＳｉＣ膜を形成するこ
とはデバイスの設計上重要であることから考えると大き
な問題である。さらに、従来の方法では原子層オーダー
での膜厚制御は不可能である。
本発明の目的は、このような従来の欠点を除去せしめて
、大面積の基板全面に渡り均一に、かつ原子層オーダー
の膜厚の制御性を有したＳｉＣ膜成長方法を提供するこ
とである。
、大面積の基板全面に渡り均一に、かつ原子層オーダー
の膜厚の制御性を有したＳｉＣ膜成長方法を提供するこ
とである。
（問題点を解決するための手段）
本発明は、１）塩化シリコン系ガスと炭化水素系ガスを
原料としたＣＶＤ法によるＳｉＣ結晶の成長に於いて、
塩化水素ガスと混合した塩化シリコン系ガスと、炭化水
素系ガスとを交互に成長系に導入することを特ｉ敗とす
る半導体結晶成長方法、２）塩化シリコン系ガスと塩化
炭素系ガスとを原料ガスとしたＣＶＤ法によるＳｉＣ結
晶の成長に於いて、塩化水素ガスと混合した塩化シリコ
ン系ガスと、炭素の原料として炭素に塩素原子が一つ以
上結合している塩化炭素系ガスとを交互に成長系に導入
することを特徴とする半導体結晶成長方法である。
原料としたＣＶＤ法によるＳｉＣ結晶の成長に於いて、
塩化水素ガスと混合した塩化シリコン系ガスと、炭化水
素系ガスとを交互に成長系に導入することを特ｉ敗とす
る半導体結晶成長方法、２）塩化シリコン系ガスと塩化
炭素系ガスとを原料ガスとしたＣＶＤ法によるＳｉＣ結
晶の成長に於いて、塩化水素ガスと混合した塩化シリコ
ン系ガスと、炭素の原料として炭素に塩素原子が一つ以
上結合している塩化炭素系ガスとを交互に成長系に導入
することを特徴とする半導体結晶成長方法である。
本発明によれば、シリコン供給用の原料ガスとＨＣＩガ
スを混合させたものと、炭素供給用の原料ガスを交互に
流すことにより、原子層−層程度の精密さで膜厚を制御
することが出来る。また同時に化学量論的組成を維持し
た良質の膜を基板全体に均一に得ることが出来る。原料
ガスあるいはキャリアガスとＭＣＩガスとの流量比は原
料ガス量ならびにキャリアガス量によって異なり、使用
される原料ガスならびにキャリアガス量に於いて単原子
層制御が可能となるように最適の割合に適宜選択され得
る。また、原料ガスを交互に流す場合に於ける、原料ガ
スを流す時間ならびに、先の原料ガスを止めた後に次の
原料ガスを流し始めるまでの時間間隔に関しても単原子
層制御が可能となるように最適の時間に適宜選択され得
る。
スを混合させたものと、炭素供給用の原料ガスを交互に
流すことにより、原子層−層程度の精密さで膜厚を制御
することが出来る。また同時に化学量論的組成を維持し
た良質の膜を基板全体に均一に得ることが出来る。原料
ガスあるいはキャリアガスとＭＣＩガスとの流量比は原
料ガス量ならびにキャリアガス量によって異なり、使用
される原料ガスならびにキャリアガス量に於いて単原子
層制御が可能となるように最適の割合に適宜選択され得
る。また、原料ガスを交互に流す場合に於ける、原料ガ
スを流す時間ならびに、先の原料ガスを止めた後に次の
原料ガスを流し始めるまでの時間間隔に関しても単原子
層制御が可能となるように最適の時間に適宜選択され得
る。
（作用）
成長膜が基板全体に均一に成長しない原因に次のことが
挙げられる。すなわち、原料ガスであるＳｉＨ４やＣ２
Ｈ２などは１０００°Ｃ以上の温度では充分に分解して
いる。このため、成長膜としては単にＳｉＣだけでなく
シリコン結晶あるいはグラファイトが同時に成長し得る
。このことは、この温度に於いてＳｉＨ４を原料ガスと
してシリコン結晶を成長し得ることからも理解できる。
挙げられる。すなわち、原料ガスであるＳｉＨ４やＣ２
Ｈ２などは１０００°Ｃ以上の温度では充分に分解して
いる。このため、成長膜としては単にＳｉＣだけでなく
シリコン結晶あるいはグラファイトが同時に成長し得る
。このことは、この温度に於いてＳｉＨ４を原料ガスと
してシリコン結晶を成長し得ることからも理解できる。
このため、原料ガスの濃度むらなどに起因して均一にＳ
ｉＣが成長することが困難となる。このことを避けるた
めにはシリコン原子と炭素原子を一層づつ成長させるこ
とが必要である。しかしながら、従来の方法ではこれを
達成することは不可能である。他の材料系に於いては、
分子層エピタキシャル成長法（特願昭５９−１５３９７
８号（特開昭６１−３４９２８号）により原子層の制御
性で基板全面に成長することが行われている。しかしな
がら、ＳｉＣの結晶成長に於いては実現できていない。
ｉＣが成長することが困難となる。このことを避けるた
めにはシリコン原子と炭素原子を一層づつ成長させるこ
とが必要である。しかしながら、従来の方法ではこれを
達成することは不可能である。他の材料系に於いては、
分子層エピタキシャル成長法（特願昭５９−１５３９７
８号（特開昭６１−３４９２８号）により原子層の制御
性で基板全面に成長することが行われている。しかしな
がら、ＳｉＣの結晶成長に於いては実現できていない。
このことはシリコン原子の隣に炭素原子とシリコン原子
のどちらも吸着できるため、炭素原料ガスとシリコン原
料ガスを交互に流しても−サイクルでシリコン−層だけ
吸着させることが困難であることに起因している。この
ことから、−サイクルの間にシリコン原子の隣に吸着し
たシリコン原子、炭素原子の隣に吸着した炭素原子を何
等かの方法で離脱させれば良いことが分る。ただし、炭
素原子の隣に炭素原子が吸着する可能性は１０００’Ｃ
程度ではほとんどないことから、シリコン原子の隣のシ
リコン原子を離脱させることが本質的には重要である。
のどちらも吸着できるため、炭素原料ガスとシリコン原
料ガスを交互に流しても−サイクルでシリコン−層だけ
吸着させることが困難であることに起因している。この
ことから、−サイクルの間にシリコン原子の隣に吸着し
たシリコン原子、炭素原子の隣に吸着した炭素原子を何
等かの方法で離脱させれば良いことが分る。ただし、炭
素原子の隣に炭素原子が吸着する可能性は１０００’Ｃ
程度ではほとんどないことから、シリコン原子の隣のシ
リコン原子を離脱させることが本質的には重要である。
このことを実現するためには、シリコン原料ガスと同時
にシリコンをエツチングするガスを流す必要がある。こ
こで重要なことは、ＳｉＣとして取り込まれたシリコン
原子はＳｉＣの構成元素として安定であり容易にエツチ
ングされないのに対して、ＳｉＣのシリコン原子の隣に
吸着したシリコン原子はＳｉＣの構成元素としてのシリ
コンではなく、むしろシノコン結晶に近い物であり容易
にエツチングすることが可能であることである。ＳｉＣ
結晶をエツチングすることなく、シリコン結晶をエツチ
ングすることが出来るガスとしてはＨＣＩガスがある。
にシリコンをエツチングするガスを流す必要がある。こ
こで重要なことは、ＳｉＣとして取り込まれたシリコン
原子はＳｉＣの構成元素として安定であり容易にエツチ
ングされないのに対して、ＳｉＣのシリコン原子の隣に
吸着したシリコン原子はＳｉＣの構成元素としてのシリ
コンではなく、むしろシノコン結晶に近い物であり容易
にエツチングすることが可能であることである。ＳｉＣ
結晶をエツチングすることなく、シリコン結晶をエツチ
ングすることが出来るガスとしてはＨＣＩガスがある。
このため、シリコン原料ガスとともにＨＣＩガスを混合
することにより、−サイクルでシリコンを一層だけ吸着
させることが可能となる。これによりシリコン原料ガス
と炭素原料ガスを繰返し流したときの繰返し数に応じて
膜厚を制御できる。また、本方法によれば基板全面に渡
り均一に膜を退席させることが出来る。これは、１）、
２）どちらのガス系を用いても可能である。
することにより、−サイクルでシリコンを一層だけ吸着
させることが可能となる。これによりシリコン原料ガス
と炭素原料ガスを繰返し流したときの繰返し数に応じて
膜厚を制御できる。また、本方法によれば基板全面に渡
り均一に膜を退席させることが出来る。これは、１）、
２）どちらのガス系を用いても可能である。
（実施例）
次に本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説
明する。
明する。
実施例１
第１図は本発明の方法に用いられる半導体成長装置の一
例を示す概略構成図である。
例を示す概略構成図である。
装置は、成長を行う反応管１、基板８を保持するための
サセプタ（ＳｉＣコートしたグラファイト製）２、基板
８ならびにサセプタ２を加熱装置３、ポンベ４ａ、４ｂ
、４ｃ、 ４ｄ、ガスミキサー５、流量制御部６、各ガ
スの精製装置７ａ、７ｂから構成されている。原料ガス
としては１００％５ｉＨ２Ｃ１２ガス、１００％Ｃ２Ｈ
２ガス、エツチングガスとしては１００％ＨＣＩガス、
キャリアガスとしては水素を使用している。キャリアガ
スは高純度精製装置により精製して使用した。基板は（
１００）の面方位をもつ直径３インチのシリコン基板を
使用した。基板の前処理としてはブランソン洗浄を行っ
た。基板を水素６１／ｍｉｎ、温度１０００°Ｃ１時間
５分の条件でベーキングのち、水素６１／ｍｉｎ、Ｃ２
Ｈ２１０ｃｃ／ｍｉｎ、温度１０００’Ｃ１時間１０分
間炭化を行った。その後、水素６１／ｍｉｎ、温度１０
００°Ｃ１成長圧力２０ｔｏｒｒの条件で成長を行った
。３０秒間５ｉＨ２Ｃ１２ガス１０ｃｃ／ｍｉｎ、 Ｈ
ＣＩガス５０ｃｃ／ｍｉｎ’ｒｆｆｉした後、４０秒間
原料ガスの供給を停止する。その後、Ｃ３Ｈ８ガスを１
０ｃｃ／ｍｉｎ、３０秒間流した後、４０秒間原料ガス
の供給を停止する。その後、最初と同様に５ｉＨ２Ｃ１
□ガスとＨＣＩガスを流すというように繰返して成長を
行った。その結果、繰返し数に応じた膜厚のＳｉＣ層を
基板全体に渡り均一に鏡面成長することが出来た。
サセプタ（ＳｉＣコートしたグラファイト製）２、基板
８ならびにサセプタ２を加熱装置３、ポンベ４ａ、４ｂ
、４ｃ、 ４ｄ、ガスミキサー５、流量制御部６、各ガ
スの精製装置７ａ、７ｂから構成されている。原料ガス
としては１００％５ｉＨ２Ｃ１２ガス、１００％Ｃ２Ｈ
２ガス、エツチングガスとしては１００％ＨＣＩガス、
キャリアガスとしては水素を使用している。キャリアガ
スは高純度精製装置により精製して使用した。基板は（
１００）の面方位をもつ直径３インチのシリコン基板を
使用した。基板の前処理としてはブランソン洗浄を行っ
た。基板を水素６１／ｍｉｎ、温度１０００°Ｃ１時間
５分の条件でベーキングのち、水素６１／ｍｉｎ、Ｃ２
Ｈ２１０ｃｃ／ｍｉｎ、温度１０００’Ｃ１時間１０分
間炭化を行った。その後、水素６１／ｍｉｎ、温度１０
００°Ｃ１成長圧力２０ｔｏｒｒの条件で成長を行った
。３０秒間５ｉＨ２Ｃ１２ガス１０ｃｃ／ｍｉｎ、 Ｈ
ＣＩガス５０ｃｃ／ｍｉｎ’ｒｆｆｉした後、４０秒間
原料ガスの供給を停止する。その後、Ｃ３Ｈ８ガスを１
０ｃｃ／ｍｉｎ、３０秒間流した後、４０秒間原料ガス
の供給を停止する。その後、最初と同様に５ｉＨ２Ｃ１
□ガスとＨＣＩガスを流すというように繰返して成長を
行った。その結果、繰返し数に応じた膜厚のＳｉＣ層を
基板全体に渡り均一に鏡面成長することが出来た。
実施例２
装置は実施例１で用いたのと同様の物を使用した。原料
ガスとしては１００％５ｉＨ２Ｃ１２ガス、１００％Ｃ
２Ｃｌ２ガス、エツチングガスとしては１００％ＨＣＩ
ガス、キャリアガスとしては水素を使用している。
ガスとしては１００％５ｉＨ２Ｃ１２ガス、１００％Ｃ
２Ｃｌ２ガス、エツチングガスとしては１００％ＨＣＩ
ガス、キャリアガスとしては水素を使用している。
キャリアガスは高純度精製装置により精製して使用した
。基板は（１００）の面方位をもつ直径３インチのシリ
コン基板を使用した。基板の前処理、ベーキングの条件
は実施例１と同様とした。水素６１／ｍｉｎ、Ｃ２ＣＣ
２Ｃ１２１Ｏｃｃ１、温度１０００°Ｃ１時間１０分間
炭化を行った。その後、水素６１／ｍｉｎ、温度１００
０°Ｃ１成長圧力２０ｔｏｒｒの条件で成長を行った。
。基板は（１００）の面方位をもつ直径３インチのシリ
コン基板を使用した。基板の前処理、ベーキングの条件
は実施例１と同様とした。水素６１／ｍｉｎ、Ｃ２ＣＣ
２Ｃ１２１Ｏｃｃ１、温度１０００°Ｃ１時間１０分間
炭化を行った。その後、水素６１／ｍｉｎ、温度１００
０°Ｃ１成長圧力２０ｔｏｒｒの条件で成長を行った。
３０秒間５ｉＨ２Ｃ１２ガス１０ｃｃ／ｍｉｎ、 ＨＣ
Ｉガス５０ｃｃ／ｍｉｎ流した後、４０秒間原料ガスの
供給を停止する。その後、ガスを１０ｃｃ／ｍｉｎ、
Ｃ２Ｃｌ２ガスを３０秒間流した後、４０秒間原料ガス
の供給を停止する。その後、最初と同様に５ｉＨ２Ｃ１
２ガスとＨＣＩガスを流すというように繰返して成長を
行った。その結果、繰返し数に応じた膜厚のＳｉＣ層を
基板全体に渡り均一に鏡面成長することが出来た。
Ｉガス５０ｃｃ／ｍｉｎ流した後、４０秒間原料ガスの
供給を停止する。その後、ガスを１０ｃｃ／ｍｉｎ、
Ｃ２Ｃｌ２ガスを３０秒間流した後、４０秒間原料ガス
の供給を停止する。その後、最初と同様に５ｉＨ２Ｃ１
２ガスとＨＣＩガスを流すというように繰返して成長を
行った。その結果、繰返し数に応じた膜厚のＳｉＣ層を
基板全体に渡り均一に鏡面成長することが出来た。
以上の実施例においては基板温度１０００’Ｃで成長を
行ったが、８００８Ｃ〜１４００°Ｃの間であれば、成
長可能であることは確認した。また、原料ガスとしては
５ｉＨＣ１３，５ｉＣ１４などやＣＣｌ４、Ｃ３Ｈ８、
ＣＨ４など種々の塩化シリコンガス、炭化水素ガス及び
塩化炭素系ガスなど用いられる。
行ったが、８００８Ｃ〜１４００°Ｃの間であれば、成
長可能であることは確認した。また、原料ガスとしては
５ｉＨＣ１３，５ｉＣ１４などやＣＣｌ４、Ｃ３Ｈ８、
ＣＨ４など種々の塩化シリコンガス、炭化水素ガス及び
塩化炭素系ガスなど用いられる。
（発明の効果）
以上、詳細に述べた通り、本発明の方法によればＣＶＤ
法によりシリコン基板上にＳｉＣ膜を成長させる際に、
キャリアガスと原料ガスにシリコンのエツチングガスで
あるＭＣＩガスを混合させることにより、良質の結晶を
基板全面に渡り成長させることが出来る。
法によりシリコン基板上にＳｉＣ膜を成長させる際に、
キャリアガスと原料ガスにシリコンのエツチングガスで
あるＭＣＩガスを混合させることにより、良質の結晶を
基板全面に渡り成長させることが出来る。
第１図は本発明の方法に用いられる半導体装置の一例を
示す概略構成図である。 １・・・反応管、２・・・サセプタ、３・・・加熱装置
、４ａ、 ４ｂ。 ４ｃ、 ４ｄ・・・ボンベ、５・・・ガスミキサー、６
・・流量制御部、７ａ、 ７ｂ・・・精製装置、 ８・・・基板、 ９ａ、 ９ｂ、 ９ｃｍ・・制御バル ブ。
示す概略構成図である。 １・・・反応管、２・・・サセプタ、３・・・加熱装置
、４ａ、 ４ｂ。 ４ｃ、 ４ｄ・・・ボンベ、５・・・ガスミキサー、６
・・流量制御部、７ａ、 ７ｂ・・・精製装置、 ８・・・基板、 ９ａ、 ９ｂ、 ９ｃｍ・・制御バル ブ。
Claims (2)
- （１）塩化シリコン系ガスと炭化水素系ガスを原料とし
たＣＶＤ法によりＳｉＣ結晶を成長させる方法に於いて
、塩化水素ガスと塩化シリコン系ガスを含む混合ガスと
、炭化水素系ガスとを交互に成長系に導入することを特
徴とする半導体結晶成長方法。 - （２）塩化シリコン系ガスと塩化炭素系ガスとを原料と
したＣＶＤ法によりＳｉＣ結晶を成長させる方法に於い
て、塩化水素ガスと混合した塩化シリコン系ガスとを含
む混合ガスと、塩化炭素系ガスとを交互に成長系に導入
することを特徴とする半導体結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32522088A JPH02172895A (ja) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | 半導体の結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32522088A JPH02172895A (ja) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | 半導体の結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH02172895A true JPH02172895A (ja) | 1990-07-04 |
Family
ID=18174367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32522088A Pending JPH02172895A (ja) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | 半導体の結晶成長方法 |
Country Status (1)
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| JP (1) | JPH02172895A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6821340B2 (en) | 2000-05-31 | 2004-11-23 | Hoya Corporation | Method of manufacturing silicon carbide, silicon carbide, composite material, and semiconductor element |
| US6825134B2 (en) | 2002-03-26 | 2004-11-30 | Applied Materials, Inc. | Deposition of film layers by alternately pulsing a precursor and high frequency power in a continuous gas flow |
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| US10280509B2 (en) | 2001-07-16 | 2019-05-07 | Applied Materials, Inc. | Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques |
-
1988
- 1988-12-22 JP JP32522088A patent/JPH02172895A/ja active Pending
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