JPH0411516B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、シリコンの気相エピタキシヤル成長
法に関し、詳しくは弗化ジシランを含む原料ガス
からのフオトエピタキシヤル成長法に係るもの
で、特に高密度LSI用のエピタキシヤルウエハの
生産に利用されるものである。

（従来の技術） LSIデバイスの微細化と高性能化は急速な発展
を続けており、エピタキシヤル成長技術において
はサブミクロン膜厚の均一化、高品質化が要求さ
れている。従来の熱エネルギーのみを用いるシリ
コンの一般的なエピタキシヤル成長方法では、
1000〜1200℃という高温で、シランの熱分解反応
又は塩化シランの水素還元反応を利用してエピタ
キシヤル成長反応を行つている。このような高温
プロセスでは、不純物のオートドーピングや固相
拡散によつて、エピタキシヤル層の不順物濃度に
だれが生じ、それがエピタキシヤルウエハにとつ
て高品質化の妨げとなつている。また、ウエハの
大口径化に伴い、このような高温プロセスによる
スリツプ欠陥の発生も新たな障害になつてきてい
る。

いままでにも、高温成長における問題を回避す
る低温エピタキシヤル成長のプロセスとして、モ
レキユラービームエピタキシー、ラジカルビーム
エピタキシー、プラズマエピタキシー、フオトエ
ピタキシーなどが提案されている。モレキユラー
ビームエピタキシ−とラジカルビームエピタキシ
ーでは500℃以下という低温までエピタキシヤル
成長が実現されているが、超高真空の系を必要と
するので、シリコンのホモエピタキシヤル成長に
おいてはウエハコストの上昇となつて実用的でな
い。プラズマエピタキシーでは、超高真空の系を
必要とはしないが、生成したイオン種の基板への
ダメージが問題となつている高品質化の解決とは
ならない。

フオトエピタキシーは最近活発に研究されてお
り、低温化への有望な一手段であるが、そのシラ
ン、ジシランを原料ガスとし紫外光を照射する系
では、シリコン基板上の自然酸化膜を除去するた
めに高温熱処理を施す必要があり、エピタキシヤ
ル成長自体の温度は低温化できても自然酸化膜除
去工程を含むプロセス全体の低温化には至つてい
ない。またフオトエピタキシーの別の系として、
弗化シラン（SiH₂F₂）、ジシラン、H₂を原料ガ
スとして用い水銀光増感反応により1Torrの圧力
下で全プロセス200℃以下という低温でのエピタ
キシヤル成長をさせることはできるが、系内に重
金属であるHgが含まれているため、ライフタイ
ムなど素子特性に悪影響を与えるおそれがある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、シリコンの気相エピタキシヤ
ル成長において、超高真空を必要としない系であ
るとともに、成長温度のみならず全プロセスを低
温化し、高品質のエピタキシヤル膜を成長させる
プロセスを提供することである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段と作用） 本発明ではシリコンの気相エピタキシヤル成長
の反応ガスとして弗化ジシラン（Si₂H_xF_6-x、た
だしｘ＝０〜５）とジシラン（Si₂H₆）と水素
（H₂）を用い、500〜900℃の範囲の成長温度で、
前二者の許容遷移の吸収帯に相当する紫外光を発
するランプを具備するエピタキシヤル成長炉で、
フオトエピタキシヤル成長を行う。このエピタキ
シヤル成長は基板温度が500〜900℃という低温度
で行える。紫外光の照射はSi₂H₆、Si₂H_xF_6-x（ｘ
＝０〜５の整数）の分解を促進させる。Si₂H_x
F_6-xの作用は、還元によつて低温エピタキシヤル
成長原料として働くと同時に、低温成長における
分解過程で生じたＦ原子の基板洗浄効果を利用す
るものである。またSi₂H₆の作用は低温エピタキ
シヤル成長の成長速度を増大させるためのもので
ある。

（実施例） 本発明の実施例として、ヘキサフロロジシラン
（Si₂F₆）、ジシラン（Si₂F₆）および水素（H₂）
を原料とした場合について説明する。

第１図は本発明方法に使用できる縦型反応装置
の概略図で、１は合成石英製のベルジヤー、２は
ウエハ３を載置するサセプター、４はガス制御装
置５により流量を制御して導入するガス流入口、
６は減圧と反応済みガスを排出するガス排出口
で、ウエハ３の加熱方式は加熱コイル７による高
周波加熱方式である。本装置では光源８として、
1849Åおよび2537Åに共鳴線を発する低圧水銀ラ
ンプを用いている（ヘキサフロロジシランなどの
弗化ジシランとジシランの許容遷移の吸収に相当
するのは1849Åの波長である）。なお反応容器は
光源からの光が透過する部分だけに合成石英を用
いればよい。

反応では、全プロセスの温度を600℃に固定し
て、原料ガスのSi₂H₆流量を一定にするととも
に、添加するSi₂F₆流量を変化させた場合、Si₂F₆
流量のSi₂H₆流量に対する流量比が０〜５倍の範
囲ではポリシリコンがデボジシヨンする。流量比
が５倍を越えたところからポリシリコンから徐々
に単結晶シリコンが成長し、流量比が10〜30の範
囲で良好に単結晶の膜が成長する。なお、流量比
が30を超えると成長速度が低下する。本発明のよ
うに原料ガスとして弗化ジシランを用いず、
Si₂H₆のみの場合は、全プロセス温度600℃では
Si₂H₆の流量を変化させたり、H₂アニール、HCl
エツチ時間を変化（０〜30min）させたりしても
単結晶は成長しない。

以上のように原料ガスにSi₂F₆を導入し、低圧
水銀ランプを照射するとともに流量比を適当に設
定することにより、全プロセスを500〜900℃の範
囲の温度に固定しても、単結晶のエピタキシヤル
膜が成長した。これはSi₂F₆が低圧水銀ランプの
発する1849Åを吸収し、分解反応して生成したＦ
原子がシリコンの自然酸化膜を剥離し、シリコン
基板を正常化していると考えられ、弗化ジシラン
の原料ガス採用が全プロセス低温化への必要不可
欠の条件である。

また、この実施例では弗化ジシランとして、
Si₂F₆を採用したが、Si₂H_xF_6-xで表されるすべて
の弗化ジシランは低圧水銀ランプを光源として反
応させることができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、原料ガスとして弗化ジシラン
（Si₂H_xF_6-x、ただしｘは０〜５の整数）、ジシラ
ン及び水素を用いたことにより、自然酸化膜除去
工程を含めて全プロセスの低温化が達成できる。
産業レベルで利用されている熱分解法やシラン、
ジシランを用いたフオトエピタキシーが1000℃以
上の全プロセスの最高温度を要するに対して、本
発明方法は全プロセスにおいて成長温度として採
用する500〜900℃以上に上昇させる必要がない。
そして、全プロセスが低温化された結果、昇降温
の際に発生するスリツプなど結晶の欠陥はみられ
なかつた。また、成長温度が低温化されたことに
より、不純物濃度分布の深さ方向のプロフアイル
は急峻になり、高品質化が達成できた。

また、モレキユラービームエピタキシー、ラジ
カルビームエピタキシーなどは全プロセス中の最
高温度が800℃以下と本発明方法と同様低温化さ
れているが、本発明方法ではさらに超高真空を要
しないため、スループツトが格段に優れているこ
と、装置の保守が容易であることなど、量産性、
コストなどの面から実用的であることは容易に理
解できるよう。

さらに、従来の水銀光増感を用いる方法は、前
述したように重金属である水銀を系内に導入する
ため、素子特性に悪影響を及ぼす可能性がある
が、本発明方法では光照射による解離を利用する
ため、きれいな系でエピタキシヤル成長が行え
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例で使用したエピタキシヤ
ル成長装置の構造概念図である。 １……ベルジヤー、３……ウエハ、４……ガス
流入口、７……加熱コイル、８……光源（低圧水
銀ランプ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 成長温度に保持した基板上に原料ガスを流し
   てシリコンの気相エピタキシヤル成長反応をさせ
   るにあたり、一般式Si₂H_xF_6-x（ｘは０〜５の整
   数）のなかから選ばれる１種以上の弗化ジシラ
   ン、ジシラン及び水素を原料ガスとし、500〜900
   ℃の範囲の成長温度で、弗化ジシラン又はジシラ
   ンの電子許容遷移に伴う吸収のうち、長波長側吸
   収よりも短い波長の光を照射して、エピタキシヤ
   ル成長を行うことを特徴とするエピタキシヤル成
   長法。 ２ 弗化ジシランの流量がジシランの流量の10〜
   30倍の範囲である特許請求の範囲第１項記載のエ
   ピタキシヤル成長法。