JPH03279294A - Growth of epitaxial layer - Google Patents

Growth of epitaxial layer

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JPH03279294A
JPH03279294A JP8190790A JP8190790A JPH03279294A JP H03279294 A JPH03279294 A JP H03279294A JP 8190790 A JP8190790 A JP 8190790A JP 8190790 A JP8190790 A JP 8190790A JP H03279294 A JPH03279294 A JP H03279294A
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JP
Japan
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gas
target
substrate
sputtering
silicon
Prior art date
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Application number
JP8190790A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshio Murakami
義男 村上
Takayuki Shingyouchi
新行内 隆之
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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Priority to JP8190790A priority Critical patent/JPH03279294A/en
Publication of JPH03279294A publication Critical patent/JPH03279294A/en
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Abstract

PURPOSE:To form an epitaxial film reduced in the contamination of a gas and in the damage caused by sputtering gas ions by using a rare gas element of an atomic number larger than Ar as a gas fed into a sputtering chamber. CONSTITUTION:A desired target 2 having magnets 4 on the back surface thereof and a substrate 3 are disposed in a sputtering chamber 1 in a mutually faced state. A bias electric voltage is applied to the target 2 from a RF source through a matching circuit 5 and also a bias electric voltage is applied to from a direct source 8 through a low pass filter 7. A rare gas element (e.g. Kr) having an atomic number larger than that of Ar is fed from a gas-feeding opening 9 to collide against the target 2, thereby allowing the thin film of the target to epitaxially grow on the substrate 3.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はスパッタリング法によるシリコン、モリブデン
等のエピタキシャル層の成長方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a method for growing an epitaxial layer of silicon, molybdenum, etc. by sputtering method.

〈従来の技術〉 従来からバイポーラトランジスタ、BiCMO8等のL
SIの作製にはシリコンウェハが使用されている。この
シリコンウェハにおいてシリコンのエピタキシャル層の
成長方法としては、例えば高温CVD法によるものがあ
る。
<Conventional technology> Conventionally, bipolar transistors, BiCMO8, etc.
Silicon wafers are used to fabricate SI. As a method for growing a silicon epitaxial layer on this silicon wafer, for example, there is a high temperature CVD method.

ところが、シリコンウェハの大口径化、エピタキシャル
温度の低温化に対応することができるように、例えば以
下に示すスパッタリング方法によりシリコンのエピタキ
シャル層を形成する技術が知られていた。
However, in order to cope with the increase in the diameter of silicon wafers and the decrease in epitaxial temperature, a technique has been known in which a silicon epitaxial layer is formed by, for example, the sputtering method described below.

これは、スパッタ室にターゲット物質であるシリコンに
対向してシリコン基板を配設し、ターゲット物質にバイ
アス電圧を印加している。また、シリコン基板にもバイ
アス電圧を印加している。
In this method, a silicon substrate is disposed in a sputtering chamber facing silicon, which is a target material, and a bias voltage is applied to the target material. A bias voltage is also applied to the silicon substrate.

そして、スパッタリング用ガスとしてアルゴンを用いて
いた。
Argon was used as the sputtering gas.

そして、高周波スパッタリングを行うことにより、アル
ゴンイオンをターゲット物質であるシリコンに衝突させ
て、シリコン原子をシリコン基板上に堆積させ薄膜を得
るものであった。
Then, by performing high-frequency sputtering, argon ions collide with silicon, which is a target material, and silicon atoms are deposited on the silicon substrate to obtain a thin film.

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、このような従来のスパッタリング方法に
あっては、エピタキシャル薄膜中にはアルゴン原子が高
濃度(1019c m−3)で含まれていた。この結果
、そのシリコン薄膜の特性が低下していたという課題が
生じていた。例えばシリコン薄膜中の電子移動度がバル
ク結晶のそれに比べて大幅に低下するものである。
<Problems to be Solved by the Invention> However, in such conventional sputtering methods, the epitaxial thin film contains argon atoms at a high concentration (1019 cm-3). As a result, a problem has arisen in that the properties of the silicon thin film have deteriorated. For example, the electron mobility in a silicon thin film is significantly lower than that in a bulk crystal.

〈課題解決のための着眼点〉 これは、シリコン薄膜中に取り込まれるアルゴン原子の
数は、スパッタリングガスの圧力が低いほど多いことか
ら、負バイアスされたターゲットに入射したアルゴンイ
オンが中性化され、高エネルギ状態のまま反跳してシリ
コン薄膜中に取り込まれたものと考えられる。また、こ
のアルゴン原子の反跳によってシリコン薄膜にダメージ
を与えるからである。
<Point of focus for problem solving> This is because the lower the pressure of the sputtering gas, the greater the number of argon atoms incorporated into the silicon thin film, so the argon ions incident on the negatively biased target are neutralized. It is thought that the particles recoil in a high-energy state and are incorporated into the silicon thin film. Furthermore, the recoil of these argon atoms damages the silicon thin film.

そこで、本願発明者は、スパッタリング用ガス元素の質
量がターゲット物質のそれに比較して大きい場合には、
該元素がターゲット物質に衝突したとしても、反跳する
スパッタリングガス原子が減少することに着目したもの
である。
Therefore, the present inventor proposed that when the mass of the sputtering gas element is larger than that of the target material,
The focus is on the fact that even if the element collides with the target material, the number of recoil sputtering gas atoms decreases.

本発明の目的は、ガスコンタミネーションが少なく、ス
パッタリングガス(アルゴン)イオンによるダメージの
少ないエピタキシャル層の成長方法を提供するものであ
る。
An object of the present invention is to provide a method for growing an epitaxial layer with less gas contamination and less damage caused by sputtering gas (argon) ions.

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、スパッタ室内において、所定のターゲット物
質と基板とを対向して配設する工程と、このターゲット
物質に第1のバイアス電圧を印加し、基板に第2のバイ
アス電圧を印加するとともに、上記スパッタ室内にイオ
ン発生用元素を含むガスを導入してターゲット物質に衝
突させることにより、基板上に薄膜をエピタキシャル成
長させる工程と、を含むエピタキシャル層の成長方法に
おいて、上記イオン発生用元素をアルゴンより原子番号
の大きい希ガス元素から選択したエピタキシャル層の成
長方法である。
<Means for Solving the Problems> The present invention includes a step of disposing a predetermined target material and a substrate facing each other in a sputtering chamber, applying a first bias voltage to the target material, and applying a first bias voltage to the substrate. In a method for growing an epitaxial layer, the method comprises the step of epitaxially growing a thin film on a substrate by applying a bias voltage of 2 and introducing a gas containing an ion-generating element into the sputtering chamber and causing it to collide with a target material. , a method for growing an epitaxial layer in which the ion generating element is selected from rare gas elements having an atomic number higher than that of argon.

〈作用〉 本発明に係るエピタキシャル層の成長方法にあっては、
所定のターゲット物質と基板とを、スパッタ室内におい
て、対向して配設する。
<Function> In the epitaxial layer growth method according to the present invention,
A predetermined target material and a substrate are placed facing each other in a sputtering chamber.

そして、このターゲット物質に第1のバイアス電圧を印
加する一方、基板には第2のバイアス電圧を印加する。
A first bias voltage is applied to the target material, while a second bias voltage is applied to the substrate.

とともに、上記スパッタ室内にイオン発生用元素を含む
ガスを導入し、イオンを発生させてターゲット物質に衝
突させる。
At the same time, a gas containing an ion-generating element is introduced into the sputtering chamber to generate ions and cause them to collide with the target material.

このようにして、基板上にターゲット物質の薄膜をエピ
タキシャル成長させる。
In this way, a thin film of the target material is epitaxially grown on the substrate.

そして、この場合において、上記イオン発生用元素をア
ルゴンより原子番号の大きい希ガス元素から選択してい
る。例えばクリプトン、キセノンをスパッタリングガス
として使用するものである。
In this case, the ion generating element is selected from rare gas elements having an atomic number larger than that of argon. For example, krypton or xenon is used as the sputtering gas.

このようにスパッタリング用ガス元素の質量がターゲッ
ト物質のそれに比較して大きい場合には、該元素がター
ゲット物質に衝突したとしても、該元素自体は再び運動
エネルギを有してスパッタ室内で浮遊することはなく、
該元素が基板上のエピタキシャル層に含有されるという
ことはない。また、基板上のエピタキシャル層にダメー
ジを与えることもない。
In this way, when the mass of the sputtering gas element is larger than that of the target material, even if the element collides with the target material, the element itself has kinetic energy and becomes suspended in the sputtering chamber. Not,
The element is not contained in the epitaxial layer on the substrate. Further, the epitaxial layer on the substrate is not damaged.

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。<Example> Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

スパッタリング装置としては、第1図に示すように、周
知の構成のマグネトロンスパッタリング装置を使用する
。この図において、スパッタ室1内には、例えばターゲ
ットとしてのシリコン2と、シリコン基板3とが対向し
て配設されている。シリコンターゲット2の裏側にはマ
グネット4が配設されている。また、シリコンターゲッ
ト2にはマツチング回路5を介して例えば100MHz
のRF電源6が接続されている。更に、シリコンターゲ
ット2はロウパスフィルタ7を介して直流電源8に接続
されている。
As the sputtering apparatus, a magnetron sputtering apparatus having a well-known configuration is used, as shown in FIG. In this figure, in a sputtering chamber 1, for example, silicon 2 as a target and a silicon substrate 3 are disposed facing each other. A magnet 4 is arranged on the back side of the silicon target 2. Further, the silicon target 2 is supplied with a frequency of, for example, 100 MHz via a matching circuit 5.
RF power source 6 is connected. Further, the silicon target 2 is connected to a DC power source 8 via a low-pass filter 7.

スパッタ室1にはガス供給口9からクリプトンガス、キ
セノンガス等のアルゴンガスよりも質量の大きい元素ガ
スが供給可能に構成されている。
The sputtering chamber 1 is configured such that an elemental gas having a mass larger than argon gas, such as krypton gas or xenon gas, can be supplied from a gas supply port 9.

また、排気口10からターボポンプ等によってこのスパ
ッタ室l内は超高真空(10−1eTo r r程度)
に保持される。
In addition, the interior of this sputtering chamber l is heated to an ultra-high vacuum (about 10-1 Torr) by a turbo pump or the like from the exhaust port 10.
is maintained.

また、上記シリコン基板3にもバイアス電圧が印加され
る構成である。すなわち、図中12は直流電源を、13
はロウパスフィルタをそれぞれ示している。14はコン
デンサである。
Further, the structure is such that a bias voltage is applied to the silicon substrate 3 as well. In other words, 12 in the figure is the DC power supply, and 13 is the DC power supply.
indicate low-pass filters, respectively. 14 is a capacitor.

以上の構成に係るスパッタリング装置にあって・スパッ
タ室1内にシリコンターゲット2を載置し、これに所定
のバイアス電圧を印加する。とともに、ターゲット2に
対向して配設したシリコン基板3にも例えば正のバイア
スをかける。
In the sputtering apparatus having the above configuration, a silicon target 2 is placed in a sputtering chamber 1, and a predetermined bias voltage is applied thereto. At the same time, a positive bias, for example, is also applied to the silicon substrate 3 disposed opposite the target 2.

この状態から、スパッタ室1内に例えばクリプトンガス
を供給する。そして、ターゲット2に高周波をかけるこ
とによりプラズマを発生させるとともに、クリプトンガ
スイオンを加速してターゲット2に衝突させる。
From this state, krypton gas, for example, is supplied into the sputtering chamber 1. Plasma is generated by applying a high frequency to the target 2, and krypton gas ions are accelerated to collide with the target 2.

このようにして、基板3上にターゲットであるシリコン
の薄膜をエピタキシャル成長させるものである。
In this way, a target silicon thin film is epitaxially grown on the substrate 3.

なお、スパッタリングガスとしては、キセノン等の他に
も、クリプトンなどくターゲットと未反応のガスであれ
ばよい)との混合ガスも使用することができる。
As the sputtering gas, in addition to xenon or the like, a mixed gas of a gas that does not react with the target, such as krypton, can also be used.

第2図はターゲットをモリブデンとした場合の放電ガス
によるエピタキシャル層中への希ガス元素の混入率を示
すものである。この図に示すように、クリプトンガスは
アルゴンガスまたはネオンガスに比較して大幅に混入率
が減少している。したがって、クリプトンガスよりも質
量の大きいキセノンガスでは更にその混入率は低下する
ものと考えられる。
FIG. 2 shows the rate of incorporation of rare gas elements into the epitaxial layer by discharge gas when the target is molybdenum. As shown in this figure, the mixing rate of krypton gas is significantly reduced compared to argon gas or neon gas. Therefore, it is considered that the mixing rate of xenon gas, which has a larger mass than krypton gas, is further reduced.

〈効果〉 以上説明してきたように、本発明のエピタキシャル層の
成長方法によれば、ガスコンタミネーションが少なく、
スパッタリングガスイオンによるダメージの少ないエピ
タキシャル層を基板上に形成することができる。
<Effects> As explained above, according to the epitaxial layer growth method of the present invention, gas contamination is reduced and
An epitaxial layer that is less damaged by sputtering gas ions can be formed on a substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例に係るスパッタリング装置の
概略構成を示す概念図、第2図は一実施例に係るスパッ
タリングガスのターゲットへの混入率を示すグラフであ
る。 1・・・・・・・・スパッタ室、 2・・・・・・・・シリコンターゲット、3・・・・・
・・・シリコン基板。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a graph showing a rate of sputtering gas mixed into a target according to an embodiment. 1...Sputtering chamber, 2...Silicon target, 3...
...Silicon substrate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】  スパッタ室内において、所定のターゲット物質と基板
とを対向して配設する工程と、 このターゲット物質に第1のバイアス電圧を印加し、基
板に第2のバイアス電圧を印加するとともに、上記スパ
ッタ室内にイオン発生用元素を含むガスを導入してター
ゲット物質に衝突させることにより、基板上に薄膜をエ
ピタキシャル成長させる工程と、を含むエピタキシャル
層の成長方法において、 上記イオン発生用元素をアルゴンより原子番号の大きい
希ガス元素から選択したことを特徴とするエピタキシャ
ル層の成長方法。
[Claims] A step of arranging a predetermined target material and a substrate facing each other in a sputtering chamber, and applying a first bias voltage to the target material and a second bias voltage to the substrate. and a step of epitaxially growing a thin film on a substrate by introducing a gas containing an ion-generating element into the sputtering chamber and causing it to collide with a target material. A method for growing an epitaxial layer, characterized in that a rare gas element having an atomic number higher than argon is selected.
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