JPH04139819A - シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及びその装置 - Google Patents
シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及びその装置Info
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- JPH04139819A JPH04139819A JP26431690A JP26431690A JPH04139819A JP H04139819 A JPH04139819 A JP H04139819A JP 26431690 A JP26431690 A JP 26431690A JP 26431690 A JP26431690 A JP 26431690A JP H04139819 A JPH04139819 A JP H04139819A
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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〕
本発明はシリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及び
その装置に関する。
その装置に関する。
従来のシリコンエピタキシャル膜の選択成長方法は、シ
リコン基板上に設けた酸化シリコン膜を選択的にエツチ
ングして開口部を設け、このシリコン基板をガスソース
分子線成長（ＭＢＥ）装置内に取付けてジシラン（Ｓｊ
２）１６）ガス分子線を照射し、開口部のシリコン基板
の表面にシリコンエピタキシャル膜を成長する。この方
法は低温でシリコン膜の選択成長ができる技術として注
目されている。
リコン基板上に設けた酸化シリコン膜を選択的にエツチ
ングして開口部を設け、このシリコン基板をガスソース
分子線成長（ＭＢＥ）装置内に取付けてジシラン（Ｓｊ
２）１６）ガス分子線を照射し、開口部のシリコン基板
の表面にシリコンエピタキシャル膜を成長する。この方
法は低温でシリコン膜の選択成長ができる技術として注
目されている。
しかし、Ｓｉ２Ｈ６ガスだけを用いたガスソースによる
シリコンエピタキシャル膜成長方法では、ジクロルシラ
ンを用いる場合と異なり、ある一定の成長条件であれば
、厚膜を成長しても選択成長が崩れないという条件は無
く、成長温度で決定される臨界分子総数以上の５ｉ２８
６分子が照射されるとＳｉＯ２膜上でＳｊの核形成が起
り、）腎択成長が崩れてしまうことがわかっている。第
５図は成長温度を変化させたときのＳｉ２Ｈ６ガス流量
と選択成長条件が崩れるまでの時間との関係を示した図
である。第５図から、選択成長条件が崩れる時間はＳｉ
２Ｈ６ガスの流量に逆比例している事と、成長温度が上
がると崩れるまでの時間が短くなる事がわかる。これは
選択成長が崩れる条件が５ｊＯ２膜上に照射されなＳ
ｉ ２１（６分その総数によって決定され、この臨界総
数は成長温度に依存していることを示している。第６図
は選択成長が崩れるまての臨界総数と成長温度の関係を
アレニウスプロットしたものである。臨界総数は成長速
度を変化させても成長温度か同じであればほぼ一点に集
約し、しかも、温度を変えるとアレニウスプロット上に
のることがわかった。これは、選択成長が維持されてい
る時間内でも酸化膜表面では何等かの反応が生じており
、反応速度は基板温度に依存している事を示している。
シリコンエピタキシャル膜成長方法では、ジクロルシラ
ンを用いる場合と異なり、ある一定の成長条件であれば
、厚膜を成長しても選択成長が崩れないという条件は無
く、成長温度で決定される臨界分子総数以上の５ｉ２８
６分子が照射されるとＳｉＯ２膜上でＳｊの核形成が起
り、）腎択成長が崩れてしまうことがわかっている。第
５図は成長温度を変化させたときのＳｉ２Ｈ６ガス流量
と選択成長条件が崩れるまでの時間との関係を示した図
である。第５図から、選択成長条件が崩れる時間はＳｉ
２Ｈ６ガスの流量に逆比例している事と、成長温度が上
がると崩れるまでの時間が短くなる事がわかる。これは
選択成長が崩れる条件が５ｊＯ２膜上に照射されなＳ
ｉ ２１（６分その総数によって決定され、この臨界総
数は成長温度に依存していることを示している。第６図
は選択成長が崩れるまての臨界総数と成長温度の関係を
アレニウスプロットしたものである。臨界総数は成長速
度を変化させても成長温度か同じであればほぼ一点に集
約し、しかも、温度を変えるとアレニウスプロット上に
のることがわかった。これは、選択成長が維持されてい
る時間内でも酸化膜表面では何等かの反応が生じており
、反応速度は基板温度に依存している事を示している。
成長温度７００°ＣのときはＳｉ２Ｈ６ガス流量が７５
ＳＣＣＭまでは供給律速てあり、成長速度はＳｉ２Ｈ６
ガス流量に比例する。従って、５ｊ２Ｈ６ガス流量が７
５ＳＣＣＭまでは、選択成長条件か崩れるときの成長膜
の厚さはＳｉ２Ｈ６ガス流量に依存せず同じとなる。成
長温度７００℃における選択成長可能な膜厚は約１．
ＯＯｎ ｍである。
ＳＣＣＭまでは供給律速てあり、成長速度はＳｉ２Ｈ６
ガス流量に比例する。従って、５ｊ２Ｈ６ガス流量が７
５ＳＣＣＭまでは、選択成長条件か崩れるときの成長膜
の厚さはＳｉ２Ｈ６ガス流量に依存せず同じとなる。成
長温度７００℃における選択成長可能な膜厚は約１．
ＯＯｎ ｍである。
この従来のシリコンエピタキシャル膜の成長方法は５ｊ
２Ｈ６ガス流量、成長速度を変えても、選択成長できる
臨界膜厚は変化せず、それ以上の厚い膜を選択成長する
ことができないという問題点があった。Ｓｉ３Ｎ４膜の
場合にも同様の現象が見られ、しかもＳ ｊ０２膜より
も選択性が悪く、選択成長できる臨界膜厚は約１０ｎｍ
であった。
２Ｈ６ガス流量、成長速度を変えても、選択成長できる
臨界膜厚は変化せず、それ以上の厚い膜を選択成長する
ことができないという問題点があった。Ｓｉ３Ｎ４膜の
場合にも同様の現象が見られ、しかもＳ ｊ０２膜より
も選択性が悪く、選択成長できる臨界膜厚は約１０ｎｍ
であった。
本発明の目的は、この様な従来の欠点を除去せしめて、
シラン系ガスを用いたガスソースエピタキシャル成長に
おいて、厚い膜の成長を行なっても選択性を崩さない方
法及びその装置を提供することにある。
シラン系ガスを用いたガスソースエピタキシャル成長に
おいて、厚い膜の成長を行なっても選択性を崩さない方
法及びその装置を提供することにある。
本発明の第１のシリコンエピタキシャル膜の選択成長方
法は、少くとも表面にシリコン層を有し前記シリコン層
の表面に選択的にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を
設けた基板を真空容器内に配し、気相反応が起らない条
件で前記シリコン層の表面にシラン系ガス分子線及びゲ
ルマン系ガス分子線の少くとも一方と塩素分子線又は塩
素ラジカルとを同時に照射してシリコン膜又はゲルマニ
ウムを含むシリコン膜を選択成長させる工程を含んで構
成される。
法は、少くとも表面にシリコン層を有し前記シリコン層
の表面に選択的にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を
設けた基板を真空容器内に配し、気相反応が起らない条
件で前記シリコン層の表面にシラン系ガス分子線及びゲ
ルマン系ガス分子線の少くとも一方と塩素分子線又は塩
素ラジカルとを同時に照射してシリコン膜又はゲルマニ
ウムを含むシリコン膜を選択成長させる工程を含んで構
成される。
本発明の第２のシリコンエピタキシャル膜の選択成長方
法は、少くとも表面にシリコン層を有し前記シリコン層
の表面に選択的にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を
設けた基板を真空容器内に配し気相反応が起らない条件
で前記シリコン層の表面にシラン系ガス分子線及びゲル
マン系ガスの少くとも一方を照射して前記シリコン層の
表面にシリコン膜又はゲルマニウムを含むシリコン膜を
選択成長さぜる工程と、塩素分子線又は塩素ラジカルを
照射して前記シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜の上に
堆積するシリコン又はゲルマニウムをエツチング除去す
る工程とを交互に繰返す手段を含んで構成される。
法は、少くとも表面にシリコン層を有し前記シリコン層
の表面に選択的にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を
設けた基板を真空容器内に配し気相反応が起らない条件
で前記シリコン層の表面にシラン系ガス分子線及びゲル
マン系ガスの少くとも一方を照射して前記シリコン層の
表面にシリコン膜又はゲルマニウムを含むシリコン膜を
選択成長さぜる工程と、塩素分子線又は塩素ラジカルを
照射して前記シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜の上に
堆積するシリコン又はゲルマニウムをエツチング除去す
る工程とを交互に繰返す手段を含んで構成される。
本発明のシリコンエピタキシャル膜の選択成長装置は、
真空容器内に設けてシラン系ガス分子線又はゲルマン系
分子線のいずれか又はその混合ガス分子線を発生するノ
ズル及び塩素ラジカルを発生ずるプラズマイオン源を備
えている。
真空容器内に設けてシラン系ガス分子線又はゲルマン系
分子線のいずれか又はその混合ガス分子線を発生するノ
ズル及び塩素ラジカルを発生ずるプラズマイオン源を備
えている。
従来例で、Ｓ ｉ ０２膜上にＳｉ２Ｈ６ガスを照射し
た場合、第７図（ａ＞に示す様に、Ｓｉ２Ｈ６ガス分子
２４はシリコン基板２２上に形成した５ｊｏ２膜２１膜
面１の準安定状態にトラップされた後、再離脱する。こ
の時、基板温度によって法政るある確率で少数のＳ １
２ Ｈ６分子が分解を起こし、Ｓ］原子２３がＳ ｊ０
２膜２１の上に付着する。次に、第７図（ｂ）に示す様
にＳ ｉ ０２ Ｍ ２１上に付着しなＳｉ原子がある
臨界数以上になると核形成を起こし、５ｉ０２膜２１上
にポリシリコンアイランド２５が形成される。
た場合、第７図（ａ＞に示す様に、Ｓｉ２Ｈ６ガス分子
２４はシリコン基板２２上に形成した５ｊｏ２膜２１膜
面１の準安定状態にトラップされた後、再離脱する。こ
の時、基板温度によって法政るある確率で少数のＳ １
２ Ｈ６分子が分解を起こし、Ｓ］原子２３がＳ ｊ０
２膜２１の上に付着する。次に、第７図（ｂ）に示す様
にＳ ｉ ０２ Ｍ ２１上に付着しなＳｉ原子がある
臨界数以上になると核形成を起こし、５ｉ０２膜２１上
にポリシリコンアイランド２５が形成される。
次に、第７図（Ｃ）に示すように、いったんポリシリコ
ンアイランド２５が形成されると、この上てのＳｉの成
長速度はＳｉ開口部における成長速度と同じため急速に
ポリシリコンアイランド２５は成長する。シラン系ガス
を用いた成長の場合、以上のような過程を経て選択成長
は崩れる。発明者等は、シラン系ガス分子線による選択
成長時、塩素ガス分子線を同時に照射すると選択成長可
能な膜厚が増加することを見出した。これは、選択成長
中、Ｓ ｉ ０２膜上に形成されるＳｉ原子が同時に照
射された塩素ガス分子と反応して蒸気圧の高い５ｉＣＩ
２ガスとなって蒸発するからである。さらに、１Ｏ−９
Ｔｏｒｒの超高真空まで排気できる真空容器に成長ガス
用のノズルとＥＣＲによる塩素プラズマイオン源を収り
付け、プラズマイオン源によって形成された塩素ラジカ
ルを同時に照射すると低温でも選択性を上げる効果が現
れることがわかった。ＣＩラジカルを用いると５ｉ０２
膜上でのＳｉとＣＩの反応が促進されるため、低温でも
ＳｉＣ］２ガスが形成されて、ＳｉＯ□膜上よりＳｉが
除去されるためであると考えられる。しかし、これらの
方法では、成長中ＣＩ２ガスもしくはＣＩラジカルを照
射し続けるため、Ｓｉ開口部においてもエツチングが起
こり、また、Ｓｉ２Ｈ６分子の分解過程にＣ１の効果が
入ってくるため、開口部における成長速度が低下すると
いう問題点があった。特に、プラズマイオン源を用いる
場合にはＣ１２ガス分圧を下げるとプラズマが立たなく
なるなめ、多量のＣ１２ガスを供給し続けなければなら
ず、エツチングの効果が無視できなかっな。そこで、発
明者は、ポリシリコンの核形成が起こる前に成長を止め
、Ｃ１２ガスもしくはＣ１ラジカル分子線のみを照射す
る工程をはさむと、厚い膜を成長しても選択性が崩れず
、しかも、成長速度がほとんど低下しないことを新たに
見出した。これは、次の様な原理に基づく。第８図（ａ
＞に示す様に、シリコン基板１２上に設けたＳ ｉ ０
２膜１１上にＳ、］ ２ Ｈ６ガスを照射すると、５ｊ
０２膜］１上のＳｉ原子１３の密度が増加してくる。ポ
リシリコンの核形成が起こる前に基板にＣ１２ガスもし
くはＣ１ラジカルを照射すると第８図（ｂ）に示す様ニ
Ｓ ｉ Ｏ２Ｍ １１上のＳｉ原子１３はＣＩ ２ガス
もしくはＣ１ラジカルと反応して蒸気圧の高い５ｉＣ１
２ガスの形で蒸発してしまう。この時、Ｓｉ開口部上の
Ｓｊエピタキシャル層もエツチングされるが、Ｓ ｉ
０２膜１１上の原子数はたかだか１原子層程度であり、
時間さえうまく選べば、第８図（ｃ）に示すように、エ
ピタキシャル層をほとんどエツチングせずに５ｉ０２膜
１−１上のＳｉ原子１３を除去することができる。従っ
て、第８図（ｄ）に示すように、ふたたび選択成長を続
けることが可能となる。しかし、−度、ポリシリコンの
核が形成されると、核内のＳｊはＣ１２ガスもしくはＣ
Ｉラジカルと反応できないため、簡単に蒸発させてしま
うことはできない。
ンアイランド２５が形成されると、この上てのＳｉの成
長速度はＳｉ開口部における成長速度と同じため急速に
ポリシリコンアイランド２５は成長する。シラン系ガス
を用いた成長の場合、以上のような過程を経て選択成長
は崩れる。発明者等は、シラン系ガス分子線による選択
成長時、塩素ガス分子線を同時に照射すると選択成長可
能な膜厚が増加することを見出した。これは、選択成長
中、Ｓ ｉ ０２膜上に形成されるＳｉ原子が同時に照
射された塩素ガス分子と反応して蒸気圧の高い５ｉＣＩ
２ガスとなって蒸発するからである。さらに、１Ｏ−９
Ｔｏｒｒの超高真空まで排気できる真空容器に成長ガス
用のノズルとＥＣＲによる塩素プラズマイオン源を収り
付け、プラズマイオン源によって形成された塩素ラジカ
ルを同時に照射すると低温でも選択性を上げる効果が現
れることがわかった。ＣＩラジカルを用いると５ｉ０２
膜上でのＳｉとＣＩの反応が促進されるため、低温でも
ＳｉＣ］２ガスが形成されて、ＳｉＯ□膜上よりＳｉが
除去されるためであると考えられる。しかし、これらの
方法では、成長中ＣＩ２ガスもしくはＣＩラジカルを照
射し続けるため、Ｓｉ開口部においてもエツチングが起
こり、また、Ｓｉ２Ｈ６分子の分解過程にＣ１の効果が
入ってくるため、開口部における成長速度が低下すると
いう問題点があった。特に、プラズマイオン源を用いる
場合にはＣ１２ガス分圧を下げるとプラズマが立たなく
なるなめ、多量のＣ１２ガスを供給し続けなければなら
ず、エツチングの効果が無視できなかっな。そこで、発
明者は、ポリシリコンの核形成が起こる前に成長を止め
、Ｃ１２ガスもしくはＣ１ラジカル分子線のみを照射す
る工程をはさむと、厚い膜を成長しても選択性が崩れず
、しかも、成長速度がほとんど低下しないことを新たに
見出した。これは、次の様な原理に基づく。第８図（ａ
＞に示す様に、シリコン基板１２上に設けたＳ ｉ ０
２膜１１上にＳ、］ ２ Ｈ６ガスを照射すると、５ｊ
０２膜］１上のＳｉ原子１３の密度が増加してくる。ポ
リシリコンの核形成が起こる前に基板にＣ１２ガスもし
くはＣ１ラジカルを照射すると第８図（ｂ）に示す様ニ
Ｓ ｉ Ｏ２Ｍ １１上のＳｉ原子１３はＣＩ ２ガス
もしくはＣ１ラジカルと反応して蒸気圧の高い５ｉＣ１
２ガスの形で蒸発してしまう。この時、Ｓｉ開口部上の
Ｓｊエピタキシャル層もエツチングされるが、Ｓ ｉ
０２膜１１上の原子数はたかだか１原子層程度であり、
時間さえうまく選べば、第８図（ｃ）に示すように、エ
ピタキシャル層をほとんどエツチングせずに５ｉ０２膜
１−１上のＳｉ原子１３を除去することができる。従っ
て、第８図（ｄ）に示すように、ふたたび選択成長を続
けることが可能となる。しかし、−度、ポリシリコンの
核が形成されると、核内のＳｊはＣ１２ガスもしくはＣ
Ｉラジカルと反応できないため、簡単に蒸発させてしま
うことはできない。
Ｓｉ３Ｎ４膜の場合にもまったく同じ原理に基づいて選
択成長の条件を広げることができる。
択成長の条件を広げることができる。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
第１図は本発明の一実施例を示す装置の模式的断面図で
ある。
ある。
第１図に示すように、排気量］、 ＯＯＯρ／Ｓのター
ボモレキュラーポンプを主排気ポンプに用いた真空容器
３］の内側上部に設けた加熱手段を有する基板取付用の
保持電極３２と、保持電極３２に向けて基板斜め下１０
０ｍｍに設けたＳｉ２Ｈ６ガス供給用のＳＵＳ製ノズル
３９及びノズル３９に接続しなＳｉ２Ｈ６ガスホンベ４
０と、同様に保持電極３２に向けて設けたアンテナ３６
゜発振器３７．マグネット３４とＣ１２ガスボンベ３８
を接続したガス供給口を有するＥＣＲ型プラズマイオン
源３５を備えて選択成長装置を構成し、保持電極３２に
４インチ型の（１００）面を有するシリコン基板上にＣ
ＶＤ法により厚さ０．４μｍの酸化シリコン膜パターン
を形成した基板３３を取付け、基板温度を７００℃に設
定し、５ Ｓ ＣＣＭ （５ｔａｎｄａｒｄ Ｃｕｂｉ
ｃ Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒｐｅｒ Ｍｉｎｕｔｅ）の成
長ガス（Ｓｉ２Ｈ６分子線）をマスフローコントローラ
で流量を制御して流し基板３３上にシリコンエピタキシ
ャル成長層を形成させる。選択成長しているかどうかの
判別はＲＨＥＥＤ （反射高エネルギー電子線回折）の
その場（ｉｌ−ｓｉｔｕ）測定により求めた。また、選
択成長させた基板３３は大気中に取出しな後ＳＥＭ（Ｓ
ｅｃｏｎｄａｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃ
ｏｐｙ）及びＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ）で選択成長の
状況及び結晶性を観察し、弗酸で基板３３の表面の酸化
シリコン膜パターンを除去してタリステップ（触針走査
法）で選択成長したエピタキシャル成長膜の膜厚を測定
した。
ボモレキュラーポンプを主排気ポンプに用いた真空容器
３］の内側上部に設けた加熱手段を有する基板取付用の
保持電極３２と、保持電極３２に向けて基板斜め下１０
０ｍｍに設けたＳｉ２Ｈ６ガス供給用のＳＵＳ製ノズル
３９及びノズル３９に接続しなＳｉ２Ｈ６ガスホンベ４
０と、同様に保持電極３２に向けて設けたアンテナ３６
゜発振器３７．マグネット３４とＣ１２ガスボンベ３８
を接続したガス供給口を有するＥＣＲ型プラズマイオン
源３５を備えて選択成長装置を構成し、保持電極３２に
４インチ型の（１００）面を有するシリコン基板上にＣ
ＶＤ法により厚さ０．４μｍの酸化シリコン膜パターン
を形成した基板３３を取付け、基板温度を７００℃に設
定し、５ Ｓ ＣＣＭ （５ｔａｎｄａｒｄ Ｃｕｂｉ
ｃ Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒｐｅｒ Ｍｉｎｕｔｅ）の成
長ガス（Ｓｉ２Ｈ６分子線）をマスフローコントローラ
で流量を制御して流し基板３３上にシリコンエピタキシ
ャル成長層を形成させる。選択成長しているかどうかの
判別はＲＨＥＥＤ （反射高エネルギー電子線回折）の
その場（ｉｌ−ｓｉｔｕ）測定により求めた。また、選
択成長させた基板３３は大気中に取出しな後ＳＥＭ（Ｓ
ｅｃｏｎｄａｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃ
ｏｐｙ）及びＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ）で選択成長の
状況及び結晶性を観察し、弗酸で基板３３の表面の酸化
シリコン膜パターンを除去してタリステップ（触針走査
法）で選択成長したエピタキシャル成長膜の膜厚を測定
した。
基板温度を７００℃に設定し５ＳＣＣＭのＳ ｉ。
Ｈ６分子線を流すと、成長室内のＳｉ２Ｈ６分圧は６Ｘ
１０″４Ｔｏｒｒとなり、Ｓｌ開口部に成長が始まる。
１０″４Ｔｏｒｒとなり、Ｓｌ開口部に成長が始まる。
このとき、基板上に別のノズルから、０．５８ＣＣＭの
ＣＩ２分子線を照射すると、１μｍ以上の膜厚を成長し
ても選択性は崩れなかった。しかし、成長速度は、ＣＩ
２分子線を照射しない場合の１１５に減少した。これは
、基板３３の５ｉ（１，００）面上でのＳｉ２Ｈ６の反
応効率が数％であるのに対し、７００℃におけるＣ１２
の反応効率が極めて高いからであり、Ｓｊ衣表面おける
エツチングと、Ｃ１の存在によりＳｉ２Ｈ６ガスの分解
過程が変化するなめであると考えられる。また、Ｃ１□
分子線を照射した場合に、基板温度を６５０℃以下に下
げるとＳｉに対するエツチング速度が急激に減少するた
め、選択性に対するＣ１２の効果が無くなってしまう。
ＣＩ２分子線を照射すると、１μｍ以上の膜厚を成長し
ても選択性は崩れなかった。しかし、成長速度は、ＣＩ
２分子線を照射しない場合の１１５に減少した。これは
、基板３３の５ｉ（１，００）面上でのＳｉ２Ｈ６の反
応効率が数％であるのに対し、７００℃におけるＣ１２
の反応効率が極めて高いからであり、Ｓｊ衣表面おける
エツチングと、Ｃ１の存在によりＳｉ２Ｈ６ガスの分解
過程が変化するなめであると考えられる。また、Ｃ１□
分子線を照射した場合に、基板温度を６５０℃以下に下
げるとＳｉに対するエツチング速度が急激に減少するた
め、選択性に対するＣ１２の効果が無くなってしまう。
そこで、ＥＣＲによるプラズマイオン源３５を作動させ
０１２分子線の代りに、成長中０１２より反応効率の高
いＣＩラジカルを照射したところ、６００℃以上から、
選択性に対する効果が見られた。成長速度はこの場合に
もＣ１ラジカルを照射しない場合の１１５に減少した。
０１２分子線の代りに、成長中０１２より反応効率の高
いＣＩラジカルを照射したところ、６００℃以上から、
選択性に対する効果が見られた。成長速度はこの場合に
もＣ１ラジカルを照射しない場合の１１５に減少した。
そこで、発明者は、成長速度の減少を押えるなめに、Ｓ
ｉ２Ｈ６分子線と０１２分子線もしくはＣＩラジカルを
交互に照射する方法を試みな。
ｉ２Ｈ６分子線と０１２分子線もしくはＣＩラジカルを
交互に照射する方法を試みな。
第２図はＳｉ２Ｈ６ガス流量とＣ１２ガス流量のタイム
チャートを示した図である。
チャートを示した図である。
第２図に示すように、成長温度７００℃での成長速度は
５０ｎｍ／ｍｉｎであり、選択性が崩れる臨界膜厚は約
１１００ｎであるので、選択性が崩れる前にＳｉＯ□股
上のＳｉをエツチングするため、Ｓｉ２Ｈ６ガスによる
成長時間は１分とした。この後、Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給
を止め、Ｃ］２ガスもしくはＣ１ラジカルで゛エツチン
グを行なった。エツチングの時間は、１〜６０秒の間で
変化させた。エツチング後、再びＳｉ２Ｈ６ガスを供給
して、１分間成長する工程を繰返した。
５０ｎｍ／ｍｉｎであり、選択性が崩れる臨界膜厚は約
１１００ｎであるので、選択性が崩れる前にＳｉＯ□股
上のＳｉをエツチングするため、Ｓｉ２Ｈ６ガスによる
成長時間は１分とした。この後、Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給
を止め、Ｃ］２ガスもしくはＣ１ラジカルで゛エツチン
グを行なった。エツチングの時間は、１〜６０秒の間で
変化させた。エツチング後、再びＳｉ２Ｈ６ガスを供給
して、１分間成長する工程を繰返した。
第３図は、Ｃ１２ガスの場合のエツチング時間と選択性
が崩れる臨界膜厚及び、成長速度との関係の基板温度依
存性を示した図である。
が崩れる臨界膜厚及び、成長速度との関係の基板温度依
存性を示した図である。
第３図に示すように、基板温度が７００℃の時、エツチ
ング時間が１０秒を越えると急激に臨界膜厚が増え、し
かも成長速度がほとんど変化しないことがわかった。
ング時間が１０秒を越えると急激に臨界膜厚が増え、し
かも成長速度がほとんど変化しないことがわかった。
第４図は、Ｃ１ラジカルの場合のエツチング時間と選択
性が崩れる臨界膜厚及び、成長速度との関係の基板温度
依存性を示した図である。
性が崩れる臨界膜厚及び、成長速度との関係の基板温度
依存性を示した図である。
第４図に示すように、基板温度が６００℃で＝１４
も、エツチング時間か１０秒を越えると急激に臨界膜厚
が増え、しかも成長速度がほとんど変化しないことがわ
かり、本実施例の効果を確認できた。
が増え、しかも成長速度がほとんど変化しないことがわ
かり、本実施例の効果を確認できた。
また、Ｓｉ２Ｈ６ガス４． Ｓ ＣＣＭとゲルマン（Ｇ
ｅＨ４）ガスＩ ＳＣＣＭを供給して基板温度７００℃
でＳｉ層上にＧ ｅ Ｏ，２Ｓ ］６８混晶膜を成長さ
せたり、ＧｅＨ４ガス５ＳＣＣＭを供給してＳｉ層上に
Ｇｅ層を成長させた場合にも第３図及び第４図に示した
関係はまっなく同じであり、Ｇ ｅ Ｘ Ｓ １． ｔ
Ｉ−Ｘ）混晶膜及びＧｅ膜の成長にも有効である事が
わかった。また、選択成長が崩れる直前で成長をやめＣ
ＩガスもしくはＣＩラジカルを照射する方法で、Ｓｉ２
Ｈ６ガスとＧ ｅ Ｈ４ガスを交互に送る事によって、
Ｇｅ３層、Ｓｉ７層という超格子構造を２００周期に亘
って選択成長する事ができた。
ｅＨ４）ガスＩ ＳＣＣＭを供給して基板温度７００℃
でＳｉ層上にＧ ｅ Ｏ，２Ｓ ］６８混晶膜を成長さ
せたり、ＧｅＨ４ガス５ＳＣＣＭを供給してＳｉ層上に
Ｇｅ層を成長させた場合にも第３図及び第４図に示した
関係はまっなく同じであり、Ｇ ｅ Ｘ Ｓ １． ｔ
Ｉ−Ｘ）混晶膜及びＧｅ膜の成長にも有効である事が
わかった。また、選択成長が崩れる直前で成長をやめＣ
ＩガスもしくはＣＩラジカルを照射する方法で、Ｓｉ２
Ｈ６ガスとＧ ｅ Ｈ４ガスを交互に送る事によって、
Ｇｅ３層、Ｓｉ７層という超格子構造を２００周期に亘
って選択成長する事ができた。
なお、本実施例ではシリコンウェハーを対象としたが、
表面にのみにシリコンが存在する５Ｏ８（Ｓｉｌｉｃｏ
ｎ ｏｎ ５ａｐｐｈｉｒｅ）基板やＳ ＯＴ （Ｓｉ
ｌｉｃｏｎｏｎ Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）基板等にも適用
できる。また、本実施例では、Ｓｉ２Ｈ６ガス及びＧｅ
Ｈ４ガスを使った例について述べたが、シランガス（Ｓ
ｉＨ４）、）リシランガス（Ｓｉ３Ｈ６）、ジゲルマン
ガス（Ｇｅ２Ｈ６）を使用しても良い。また、本実施例
では、５ｉ０２ｒＩＡの選択性について述べたがＳｉ３
Ｎ４膜の場合にもまったく同じ現象が観察され、本実施
例の効果を確認できた。
表面にのみにシリコンが存在する５Ｏ８（Ｓｉｌｉｃｏ
ｎ ｏｎ ５ａｐｐｈｉｒｅ）基板やＳ ＯＴ （Ｓｉ
ｌｉｃｏｎｏｎ Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）基板等にも適用
できる。また、本実施例では、Ｓｉ２Ｈ６ガス及びＧｅ
Ｈ４ガスを使った例について述べたが、シランガス（Ｓ
ｉＨ４）、）リシランガス（Ｓｉ３Ｈ６）、ジゲルマン
ガス（Ｇｅ２Ｈ６）を使用しても良い。また、本実施例
では、５ｉ０２ｒＩＡの選択性について述べたがＳｉ３
Ｎ４膜の場合にもまったく同じ現象が観察され、本実施
例の効果を確認できた。
以上、説明したように本発明は、シラン系ガス又はゲル
マン系ガスを用いた選択成長中にＳｉＯ２膜もしくはＳ
ｉ３Ｎ４膜上に形成されるＳｉ原子又はゲルマニウム原
子をポリシリコンの核ができる前にＣ１２ガス又はＣ１
ラジカルによるエツチングを用いて蒸発させることによ
って、選択成長の条件を広げ、厚い膜の成長を行なうこ
とができるという効果を有する。
マン系ガスを用いた選択成長中にＳｉＯ２膜もしくはＳ
ｉ３Ｎ４膜上に形成されるＳｉ原子又はゲルマニウム原
子をポリシリコンの核ができる前にＣ１２ガス又はＣ１
ラジカルによるエツチングを用いて蒸発させることによ
って、選択成長の条件を広げ、厚い膜の成長を行なうこ
とができるという効果を有する。
第１図は本発明の一実施例を示す装置の模式的断面図、
第２図は実施例のＳｉ２Ｈ６流量とＣ１２流量のタイム
チャートを示す図、第３図は実施例のＣＩ。ガスの場合
のエツチング時間と選択性が崩れる臨界膜厚及び、成長
速度との関係の基板温度依存性を示す図、第４図は実施
例のＣＩラジカルの場合のエツチング時間と選択性が崩
れる臨界膜厚及び、成長速度との関係の基板温度依存性
を示す図、第５図は従来例の成長温度を変化させたとき
の５１２Ｈ６ガス流量と選択成長条件が崩れるまでの時
間との関係を示す図、第６図は従来例の選択成長が崩れ
る才でのＳｉ２Ｈ６臨界分子総数と成長温度の関係を示
す図、第７図（ａ）〜（ｃ）は従来例の作用を説明する
ための動作順に示した基板の断面図、第８図（ａ、 ）
〜（ｄ）は本発明の詳細な説明するための動作順に示し
た基板の断面図である。 １１−・・・５ｉ０２膜、１２・・・シリコン基板、１
３・・・Ｓｉ原子、２１・・・ＳｉＯ２膜、２２・・・
シリコン基板、２３・・・シリコン原子、２４・・・準
安定状態に吸着したジシラン分子、２５・・・ポリシリ
コノア−１フ イランド、３］−・・真空容器、３２・・・保持電極、
３３・・・基板、３５・・・ＥＣＲ型プラズマイオン源
、３８・・・Ｃ１２ガスボンベ、３つ・・・ノズル、４
０・・・５ｊ２Ｈ６ガスボンベ。
第２図は実施例のＳｉ２Ｈ６流量とＣ１２流量のタイム
チャートを示す図、第３図は実施例のＣＩ。ガスの場合
のエツチング時間と選択性が崩れる臨界膜厚及び、成長
速度との関係の基板温度依存性を示す図、第４図は実施
例のＣＩラジカルの場合のエツチング時間と選択性が崩
れる臨界膜厚及び、成長速度との関係の基板温度依存性
を示す図、第５図は従来例の成長温度を変化させたとき
の５１２Ｈ６ガス流量と選択成長条件が崩れるまでの時
間との関係を示す図、第６図は従来例の選択成長が崩れ
る才でのＳｉ２Ｈ６臨界分子総数と成長温度の関係を示
す図、第７図（ａ）〜（ｃ）は従来例の作用を説明する
ための動作順に示した基板の断面図、第８図（ａ、 ）
〜（ｄ）は本発明の詳細な説明するための動作順に示し
た基板の断面図である。 １１−・・・５ｉ０２膜、１２・・・シリコン基板、１
３・・・Ｓｉ原子、２１・・・ＳｉＯ２膜、２２・・・
シリコン基板、２３・・・シリコン原子、２４・・・準
安定状態に吸着したジシラン分子、２５・・・ポリシリ
コノア−１フ イランド、３］−・・真空容器、３２・・・保持電極、
３３・・・基板、３５・・・ＥＣＲ型プラズマイオン源
、３８・・・Ｃ１２ガスボンベ、３つ・・・ノズル、４
０・・・５ｊ２Ｈ６ガスボンベ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、少くとも表面にシリコン層を有し前記シリコン層の
表面に選択的にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を設
けた基板を真空容器内に配し、気相反応が起らない条件
で前記シリコン層の表面にシラン系ガス分子線及びゲル
マン系ガス分子線の少くとも一方と塩素分子線又は塩素
ラジカルとを同時に照射してシリコン膜又はゲルマニウ
ムを含むシリコン膜を選択成長させる工程を含むことを
特徴とするシリコンエピタキシャル膜の選択成長方法。 ２、少くとも表面にシリコン層を有し前記シリコン層の
表面に選択的にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を設
けた基板を真空容器内に配し気相反応が起らない条件で
前記シリコン層の表面にシラン系ガス分子線及びゲルマ
ン系ガスの少くとも一方を照射して前記シリコン層の表
面にシリコン膜又はゲルマニウムを含むシリコン膜を選
択成長させる工程と、塩素分子線又は塩素ラジカルを照
射して前記シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜の上に堆
積するシリコン又はゲルマニウムをエッチング除去する
工程とを交互に繰返す手段を含むことを特徴とするシリ
コンエピタキシャル膜の選択成長方法。 ３、真空容器内に設けてシラン系ガス分子線又はゲルマ
ン系分子線のいずれか又はその混合ガス分子線を発生す
るノズル及び塩素ラジカルを発生するプラズマイオン源
を備えたことを特徴とするシリコンエピタキシャル膜の
選択成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2264316A JPH0715888B2 (ja) | 1990-10-01 | 1990-10-01 | シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2264316A JPH0715888B2 (ja) | 1990-10-01 | 1990-10-01 | シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04139819A true JPH04139819A (ja) | 1992-05-13 |
| JPH0715888B2 JPH0715888B2 (ja) | 1995-02-22 |
Family
ID=17401490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2264316A Expired - Fee Related JPH0715888B2 (ja) | 1990-10-01 | 1990-10-01 | シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0715888B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0858101A2 (en) * | 1997-02-06 | 1998-08-12 | Nec Corporation | Manufacturing of an Si/SiGe super lattice structure by epitaxial growth |
| GB2368726A (en) * | 2000-08-11 | 2002-05-08 | Samsung Electronics Co Ltd | Selective epitaxial growth method in semiconductor device |
| JP2006059858A (ja) * | 2004-08-17 | 2006-03-02 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 半導体装置の製造方法 |
| JP2012039114A (ja) * | 2010-08-06 | 2012-02-23 | Imec | 半導体材料の選択堆積方法 |
| US8652258B2 (en) | 2006-11-10 | 2014-02-18 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Substrate treatment device |
| JPWO2014125653A1 (ja) * | 2013-02-15 | 2017-02-02 | 株式会社日立国際電気 | 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板処理方法 |
| KR20170113273A (ko) * | 2016-03-30 | 2017-10-12 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 실리콘막의 형성 방법 및 형성 장치, 및 기억 매체 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS589796A (ja) * | 1981-07-08 | 1983-01-20 | Kobe Steel Ltd | エレクトロガスア−ク溶接用フラツクス入りワイヤ |
-
1990
- 1990-10-01 JP JP2264316A patent/JPH0715888B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS589796A (ja) * | 1981-07-08 | 1983-01-20 | Kobe Steel Ltd | エレクトロガスア−ク溶接用フラツクス入りワイヤ |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0858101A2 (en) * | 1997-02-06 | 1998-08-12 | Nec Corporation | Manufacturing of an Si/SiGe super lattice structure by epitaxial growth |
| EP0858101A3 (en) * | 1997-02-06 | 2005-04-06 | NEC Electronics Corporation | Manufacturing of an Si/SiGe super lattice structure by epitaxial growth |
| GB2368726A (en) * | 2000-08-11 | 2002-05-08 | Samsung Electronics Co Ltd | Selective epitaxial growth method in semiconductor device |
| US6391749B1 (en) | 2000-08-11 | 2002-05-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Selective epitaxial growth method in semiconductor device |
| GB2368726B (en) * | 2000-08-11 | 2002-10-02 | Samsung Electronics Co Ltd | Selective epitaxial growth method in semiconductor device |
| JP2006059858A (ja) * | 2004-08-17 | 2006-03-02 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 半導体装置の製造方法 |
| US8652258B2 (en) | 2006-11-10 | 2014-02-18 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Substrate treatment device |
| JP2012039114A (ja) * | 2010-08-06 | 2012-02-23 | Imec | 半導体材料の選択堆積方法 |
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| KR20170113273A (ko) * | 2016-03-30 | 2017-10-12 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 실리콘막의 형성 방법 및 형성 장치, 및 기억 매체 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0715888B2 (ja) | 1995-02-22 |
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