JPH029789A - シリコンの成長方法 - 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） 本発明は半導体薄膜の詳しくは膜厚制御性の良いシリコ
ンの成長方法に関する。

（従来の技術） 近年、高速バイポーラ素子、マイクロ波用素子等への応
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心を
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。シリコン分子線
成長技術においては一原子層づつの成長に対応したＲＨ
ＥＥＤ振動により原理的には原子居単位の膜厚制御が可
能である。しかし実際にはシリコンウェハー内の膜厚お
よびドーピング濃度均一性を得るために基板は成長中に
常に回転しており、ＲＨＥＥＤｉｌ測を成長と同ＩＩ、
′ｌに行うことが不可能である。またシリコン分子線成
長法ではシリコン分子線を発生させる際、固体のシリコ
ンソースを電子銃方式で加熱する方法を用いるが、この
場合には分子線強度の揺らぎが大きく正確な膜厚制御を
困難なものにしている。

（発明が解決しようとする問題点） 以上述べたように現在の技術では原子帰単位で膜厚を制
御してエピタキシャル成長を行うことは不可能である。

本発明は以上の問題点を解決して、膜厚制御性の高いシ
リコンの成長方法を得ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） シリコンのエピタキシャル成長はテトラエチルシランを
原料ガスに用いた気相成長によって行う。成長はＳｉ（
１００）面方位の基板上に行う。基板は熟パルスを加え
て加熱される。この熱パルスのパワーのｏｎ−ｏｆｆに
対応してのシリコンが成長する。供給するパワーのパル
ス数によって膜厚制御を精密に行うことができる。

（作用） ガスソースの分子線成長法では成長中の真空度は１Ｏ−
５Ｔｏｒｒ以下と高真空である。このため気相のガス分
子は基板と熱平衡状態になく、気体の温度は基板に比べ
て低い。この様な場合にはガス分子は気相で熱分解する
ことはない。ガス分子がエピタキシャル成長に寄与する
ためには基板において熱エネルギーを受は取り解離吸着
する以外にない。アルキル基と結合したシリコン系のガ
ス分子を成長に用いた場合には常に炭素の取込みが問題
になるが、ガスソース分子線成長法では上記の理由によ
り気相での分解が起こらないために気相中のガス分子の
分解によってできた炭素が基板表面に飛来することによ
るエピタキシャル膜の炭素汚染は起こらない。

従ってテトラエチルシランによるガスソース分子線成長
法ではエピタキシャル成長は基板表面でのテトラエチル
シランの解離吸着によって律速される。量子化学計算に
よればテトラエチルシラン分子の中で最も弱い結合は３
本のシリコンとエチル基の間の結合である。このためシ
リコン基板におけるテトラエチルシランの解離吸着はテ
トラエチルシラン分子からエチル基が解離して、シリコ
ン基板表面のダングリングボンドにテトラメチルシラン
ラジカルが吸着する形で進行する。基板温度が高い場合
にはテトラエチルシラン分子からＭ　離したエチル基も
基１反のシリコンダングリングボンドと反応して、炭化
ケイ素を形成していまう。しかしテトラエチルシランは
テトラメチルシラン等に比べてシリコニ・とアルキル基
の間の結合が弱いため、容易に結合は切れていまい、解
離吸着に必要な温度を炭素ケイ素形成の温度よりも低く
抑えることができる。

Ｓｉ（１００）面方位においては基本的には表面のシリ
コン原子は１原子あたり４本のｓｐ３混成軌道のうち２
本をタンクリングボンドとして持っている。一方テトラ
エチルシランのシリコン原子は基本的にはｓｐ３混成軌
道を４本持っている。この為、テトラエチルシラン分子
が解離吸着した場合しにはテトラメチルシランのシリコ
ン原子は２つのエチル基を離して下地のシリコン表面原
子と結合し、この過程において最上層のシリコン表面は
１原子当たり１つのエチル基によってダングリングボン
ドをターミｔ、−トされた形となる。ダングリングボン
ドがタミオ・−１・された場合には最早解離吸着は起こ
らない。このためＳｉ（１００）基板表面上へのテトラ
エチルシランの解鑞吸着は自動的に１原子層で停止する
。

表面のエチル基によってターミネー　トされたダングリ
ングボンドを再び開放するためには基板温度を上昇させ
ることによってエチル基を脱離すれば良い。具体的には
予め基板をテトラエチルシランの解離吸着が起こる程度
に加熱しておいて、まず１原子層の吸着を起こし、この
後パルス的にさらにエチル基脱離がおこる程度（二基板
をさらに加熱してやれば熱パルスに対応して１原子居ず
つＳｉがエピタキシャル成長する。エチル基とＳｉの間
の結合はメチル基等の場合に比べて弱いため、脱離に必
要な）温度はＳｉＣが形成される温度より低い。このた
め僅かの追加熱によりＳｉＣが形成されることなく表面
のダングリングボンドを開放してやることができる。パ
ルス加熱の方法として赤外加熱を利用すると、急速な昇
温、降温が可能でありこのパルス数により１原子層づつ
のエピタキシャル成長が可能である５、なお、ここでは
ガスソースの分子線成長方法を例に説明したが他の気相
成長方法においても、気相中で原料ガスが反応しない条
件例えば減圧気＋ｌｌ成長であれば、発明の効果は得ら
れる。

（実施例） 以下図面を用いて詳細に説明する。第１図は、本発明の
詳細な説明するための装置概要図である。本実施例では
ソースガスとしてガスボンベ９より供給されたテトラエ
チルシランを用い、これをＭＢＥの成長室３内にあるＳ
ｉ（１００）基板４に向けて供給する。ガス供給量はｌ
ｓｅｃｍであり、成長中の真空度は７Ｘ１０−６Ｔｏｒ
ｒである。テトラエチルシラン分子線は成長中学に基板
に供給される。基板は後から通常のヒーターによって３
００°Ｃに常時加熱されている。この状態で石英ロッド
２を通して真空外の赤外線発生装置１から真空内に導入
された赤外線によって基板４はさらにパルス的に加熱さ
れる。基板温度は赤外線照射をパルス的に行うことでこ
れに対応してパルス的に変化する。赤外線のパルスはプ
ログラマブル電源を赤外線発生装置の電源ｌに用いて発
生させた。赤外線パルスは３０秒間隔でパルス幅３０秒
間電力を発生装置１に供給することで発生させた。赤外
線パルスの立上がり時間はこのパルス幅に比べれば十分
短く無視できる。この状態でテトラエチルシラン分子線
を供給しＳｉ（１００）基板４上のシリコンのエピタキ
シャル成長を行った。成長後の膜のＲＩ−ＩＥＥＤパタ
ーンは清浄なＳｉ（１００）表面に４−７有な２ｘｌ超
構造バクーンをしめし、モフオロジーも鏡面で良好であ
った。これらは得られた膜が良好なエピタキシャル膜で
あることを示している。また膜の厚さは成長前後の基板
の質量変化から求めた。

実験で得られた膜厚と赤外線パルス照射回数の関係を第
２図に示す。第２図から明らかなよ）−回の赤外線パル
ス照射によってＳｉ（１００）基板上に一原子留分のシ
リコンエピタキシャル膜が成長することがわかる。

以上の実施例においては類パルスとして赤外線を用いた
が、これ以上の方法例えばレーザによる加熱でも発明の
効果は得られる。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように、本発明を用いれば原子層単
位で膜厚制御が可能なシリコンのホモエピタキシャル成
長が可能である。

【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実験装置概要を
示す図、第２図は本発明の実施例により作製したシリコ
ンエピタキシャル膜の膜厚と赤外線パルスの照射回数の
関係を示す図である。図中で１は赤外線発生電源、２は
石英ロッド、３は成長室、４は基板、５はガスセル、６
はバルブ、７はサブチェンバー、８はバルブ、９はテト
ラエチルシランのガスボンベ、１０は基板加熱ヒータで
ある。 第２図は本発明の詳細な説明するための、第１図の実験
装置を用いて得られた結果である。第２図は実験の結果
得られた膜厚と赤外線パルスの照射回数の関係を示して
いる。膜厚はＳｉ（１００）面上の１原子層の高さを単
位に示しである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリコン基板上にシリコン成長する方法において、Ｓｉ
   （１００）面を表面に持つ基板上にテトラエチルシラン
   をシリコン原料ガスとして供給し、このとき前記基板に
   熱パルスを加えて加熱することによりシリコンの成長を
   行い、かつ熱パルス数によってシリコンの膜厚を精密に
   制御することを特徴とするシリコンの成長方法。