JPH04132694A - 薄膜成長法 - 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】 （産業上の利用外！［！−Ｆ） この発明は、シリ：】ンを含んだ原料ガスを真空容器へ
導入し、加熱したシリコン基板の表面にシリコンエピタ
キシャル膜を成長させる薄膜成長法に関する。

（従来の技術） パターニングによってシリ−コン基板表向の二次元・１
乙而方向で、微細に集積化した構造を形成し、この二次
元構造の任意の−・部分だけに、シリコンエピタキシャ
ル層を形成することのできる選択成長技術は、将来にわ
たってシリコン゛］′、導体の高集積化を促進し、付加
価値を高めることのできる方法の一つである。

従来、このような選択成長の一例として、シリコン基板
表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯｚ）を形成し、次いでバ
ターニングによりシリ：コン基板の表面。

即ちシリコン結晶を露出させる窓を所定の位置に形成す
ることにより、バターニング基板と１５、このバターニ
ング基板に対して、シリコンを含んだ原料ガスを用いた
ガスソースエピタキシーを行い、１ｉ；１記窓に露出し
たシリ結晶ン結品１−にのみシリ：コンエピタキシャル
膜を成長させ、酸化膜１には何も成長させないようにし
た選択成長技術が知られていた。

＋ｉｉｉ記従来の選択成長では、バターニング基板を真
空容器内に収容した後、始めに８５０　”Ｃ１１分間の
加熱を行い、前記窓によって露出させたシリコン表面に
、人気中で形成された薄い酸化膜（自然酸化膜）を除去
し、次いで７５０　’Ｃに紺持したシリコン基板にジシ
ランガスを照射して、露出部分に選択的にシリ：コンエ
ピタキシャル膜を成長させる。成長の初期においては、
窓の形成で露出させたシリコン基板、即ちシリコン結晶
トにはジシランとの反応によってシリコンのエピタキシ
ャル膜が成長するのに対して、バターニングで残された
シリ：コン酸化膜１−には、ジシランが及応しにくい為
、何も成長しないのである。７ （発明が解決しようとする課題） 前記の選択成Ｌ〈方ｄ、において、シリ：コンエピタキ
シャル膜に所望の膜厚を得るべく、長時間のエピタキシ
ーを行うと、シリ：コン酸化膜もシリ−】ンて被）すさ
れ、シリ：】ン核の形成を経て多１＋’ｉ品ンリコンの
形成へ仝るようになり、この技術の特徴である選択成長
がＩ（ｆｌ　＋Ｉ−されることが知られていた。

このようなシリコン酸化膜トの多結晶シリコンの成長を
防ぐ方法として、１“（空容器内へ塩素や塩化物系のシ
ランガスを導入してシ１尺］ン酸化膜１のシリコン軸或
いは多結晶シリコンをエツチングにより除去することに
よって、選択成Ｊ−Ｇを実現する方法が知られていたが
、この方法ではエツチングを１−分に行う為にシリコン
基板Ｌ板の成１く中の８１１１度を９００℃以ｌ−にし
なければならないので、シリコン基板内に熱拡散法によ
って作り込んだ微細なデバイス構造を崩してしまう問題
点があった３゜また、シリコンエピタキシャル膜の成長
時に、シリコン基板の温度を６５０℃以ドとするとバに
、シリ：コンを含んだ原料ガスの導入流；ｄをＩ　ｓｃ
ｃｍ以ドとして選択成長の時間を長くするノｌ法も知ら
れていたが、この場合には、シリ：コンエピタキシャル
膜の成長速度が０．５△／ｓｅｃと遅く、゛Ｉ′、導体
デバイスの生産に採用するには問題があった。

この発明は以１″のような選択成長における問題点に鑑
みてなされたもので、バターニングされたシリコン基板
に対して、０）高い温度（基板内の構造を崩す温度）に
加熱することなく、■゛１′導体デバイスの生産に対応
できる成長速度（１０人／ＳＣＣ）で、史に、■任、像
のｌ膜厚のシリコンエピタキシャル膜の成１（ができる
Ｃル膜成長法を提供することを１−１的としている。。

（課題を解決する為の丁段） ＋ｉｉｉ記の目的を速成するこの発明の薄膜成長ｉ）、
は、シリコンを含んだ原料ガスを真空容器へ導入し、シ
１）：フン居抜表面にシリコンのエピタキシャル膜を成
長させるノ）法において、前記原料ガスの導入を断続し
て行い、導入遮断期間に前記シリコン基板を加熱して、
該基板に予め形成された酸化膜の付着シリコンを蒸発さ
せることを特徴としている。

このような方法において、１皇料の導入遮断期間は、酸
化膜１゛、に付着したシリコンが蒸発するのに必要とさ
れる時間を確保するものであるが、シリ＝】ン基板の乙
１）度によって時間に長短がある５１例えばシリコン基
板の温度を８５０℃とする場合には、；３０秒以上の時
間を確保する。一方、原料ガスの導入期間は、シリコン
基板の酸化膜「にシリ：】ン多結晶膜が成長し、選択成
長が損なわれるのを１！１１にする必要があるので、約
２０分以下、望ましくは数分以下の時間で繰り返し１ｒ
つと良い１、（作　　用） この発明の方法によれば、原料ガスの導入を断続して行
い、導入遮断期間に酸化膜１に付イ′１したシリコンを
蒸発させるので、シリコンエピタキシャル膜の成長速度
を遅くすることなく、か−）所望の膜厚に成長させるこ
とができる１、また、原料ガスの導入によって酸化膜に
に付着したシリ＝〕ンは、導入遮断期間中に酸化膜中の
酸素と反応させて、蒸気圧の比較的高い一酸化シリコン
（５ｉｎ）をイ１：成させて蒸発させるメカニズムを利
用できるので、シリコン基板の内部構造を崩すような高
温にすることなく処理することができる。。

（実　施　例） 以ト、この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図は実施例で用いたガスソースエピタキシー＼・ル
装置の要部を表わしたもので、真空容器ｌ内にノ１（扱
ホルダー２、基板加熱装置〆静３が設置しであると共に
、真空容器１の側壁を］゛［通して原料ガスの供給１−
１４が設置してあり、供給１１４を通して供給された原
料ガス５が基板ボルダ−２に支持された基板６に吹き（
−ＪけられるようＧこｆ１１４成されている。。

図中７は排気１−１であって、図小していないｒＪｌ気
装置が１シ続されて、真空容器１内を真空υ１気できる
ようになっている。

このようなガスソースエピタキシャル装置を用いて、バ
ターニングされたシリコン基板（３に対して、ジシラン
ガスを原料ガスとしてシリコン薄膜の選択成長を１１つ
だ、。

シリ７】ン基扱６を真空容器Ｉ内の基板ボルダ２にセッ
トした後、真空容器Ｉ内を先ず超高１゛を空領域にυＦ
気した１１次いで、初めにシリコン基板ｒ３を基板加熱
装置３により８５０　’Ｃて１分間加熱して、シリコン
基板６のバターニングで形成された窓に露出しているシ
リコン基板、即ちシリコン結晶上の薄い酸化膜（自然酸
化膜）を除去した後、シリコン基板６を７５０℃に維持
して、１００％ジシランガスを供給［−１４を通して：
Ｓ　Ｏｓｃｃｍの流晴で導入し、３３分間、シリコンエ
ピタキシャル膜の成長を行った。３分間経過した時点で
、原料ガスのジシランガスの供給を遮断すると共に、シ
リコン基板６の温度を８５０　’Ｃとして３３０秒間維
持した。

このような、原料ガスの導入（３分間）と遮断に３０秒
間）を５同繰り返して、シリコンエピタキシャル膜の成
長を終ｒした。第２図はＬ記のＩ゛稈のシリコン基板６
の温度と、原料ガス（ジシランガス）の供給ｌ−のタイ
ムチャートである。

成長を終１′シたシリ：】ン基板６を取り出して、表面
を走査を電子顕微鏡で観察したところ、バタ−ニグで形
成された酸化膜パターン１には多結晶シリコン核は付着
しておらず、完全な選択成ｌ交が実現されていることが
確認できた。シリコン基板６の酸化膜パターンをＢ１１
１・゛溶液でエツチングし、シリコンエビタ究シャル１
模の１模厚を測定したところ、１．２μｍであった。。

第３図および第４図は、１−記実流側におけるシリコン
基板６の表面を模式的に表わしたものである。

第：３図（ｆ］）において、８がバターニングによって
残された酸化膜（ＳｉＯｘ）＝ｔが窓であり、窓９から
露出しているシリコン基板６表面には自然酸化膜１０が
形成される。この自然酸化膜１０は初めの８５０　℃、
１分間の加熱によって除去される、。

このようなシリコン基板６に原料ガスであるジシランガ
ス（５Ｉ２０６）が吹き付けられると、窓９から露出し
ているシリコン基板６の表面に、シリコンエピタキシャ
ル膜ＩＩが選択的に成長して第ご３図（１））のように
なる、。

シリコンエピタキシャル膜の成長を継続して１１うと、
酸化膜８１もシリコンで被覆されて、第３図（に）に示
したように、多結晶シリコン核１２が形成されて、選択
成長カＵＩＩ＋トされるのは＋ｉｉｊ記で説明の通りで
あるが、実施例では、この多結晶シリ：Ｊン核１２が形
成される曲に原料ガスの供給な遮断した。

原料ガスの遮断期間中に、シリ：コン基＆６を８５０℃
に加熱すると、第４図に示したように、酸化膜８Ｆのシ
リコン原子１コ３は酸化膜８中の酸素１４と反応して、
蒸気圧の高い一酸化シリコン（５ｉｆ））＋　５を形成
し、酸化膜８Ｉ−から真空中に蒸発し、多結晶シリコン
を形成する為のシリ：】ン原料は酸化膜８１−から消滅
すると説明することができる、。

（発明の効果） 以［−に説明したように、この発明によればシリコン基
板の内部構造を崩ずような高温に加熱することなく選択
成長ができ、かつ速い成長速度で所要の膜厚に成長させ
ることができるので、半導体デバイスの生産に適用でき
ると共に、゛ｌＩ導体デバイスの構造膜３１の自由度を
向トできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例で用いた装置の概略図、第２
図はこの発明の実施例のタイムチャー１・、第３３図（
ａ）（ｂ）（ｃ）は同じ〈実施例におけるシリニ〕ン基
板の表面を模式的に表わした図で、（８）は１′然酸化
膜が形成されている状態の図、（ト）はシリ：コンエピ
タキシャル膜を成長した状態の図、（ｃ）は酸化膜トに
多結晶シリニ】ン社が形成された状態の図、第４図は同
じ〈実施例における。原料ガスを遮断して、シリコン基
板を加熱した１″稈の説明図である。。 １・・・真空容器　　　　　２・・・基板ボルダ３・・
・基板加熱装置　　　４・・・供給［１５・・・原料ガ
ス　　　　　６・・・基板８・・・酸化膜　　　　　　
９・・・窓ｌＯ・・・自然酸化膜 ＋１・・・シリコンエピタキシャル膜 特許出願人　１１電アネルバ株式会ン１特許出順人　１
１本電気株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　シリコンを含んだ原料ガスを真空容器へ導入し、シ
   リコン基板表面にシリコンのエピタキシャル膜を成長さ
   せる方法において、前記原料ガスの導入を断続して行い
   、導入遮断期間に前記シリコン基板を加熱して、該基板
   に予め形成された酸化膜上の付着シリコンを蒸発させる
   ことを特徴とする薄膜成長法 ２　原料ガスの導入遮断期間を３０秒以上とし、シリコ
   ン基板の加熱温度を８５０℃以上とする請求項１記載の
   薄膜成長法 ３　原料ガスの導入期間は、１回当り２０分以下とする
   請求項１又は２記載の薄膜成長法