JPH04177825A - Epitaxial growth method and chemical vapor growth device - Google Patents

Epitaxial growth method and chemical vapor growth device

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JPH04177825A
JPH04177825A JP30650390A JP30650390A JPH04177825A JP H04177825 A JPH04177825 A JP H04177825A JP 30650390 A JP30650390 A JP 30650390A JP 30650390 A JP30650390 A JP 30650390A JP H04177825 A JPH04177825 A JP H04177825A
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JP
Japan
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substrate
gas
growth
silicon
epitaxial
Prior art date
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Pending
Application number
JP30650390A
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Japanese (ja)
Inventor
Seiki Sato
清貴 佐藤
Kenji Tokura
健治 都倉
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Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Original Assignee
Clarion Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04177825A publication Critical patent/JPH04177825A/en
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Abstract

PURPOSE:To manufacture an epitaxial film, which has good properties, at low growth temperature by jetting material gas against a silicon substrate together with hydrogen gas for jetting support. CONSTITUTION:A reaction pipe 1 is vacuumized through a feed through 4 by pumps RP1, RP2, TMP, and MBP, and as material gas, a silane compound such as silicon hydride or its chloride are supplied to the reaction pipe 1 together with hydrogen gas H2 for jetting support via mass flow controllers MFC1 and MFC4 and valves V1, V5, and V7. And due to the pressure difference between the pressure inside the gas line and the pressure inside the reaction pipe 1, the material gas is jetted against the surface of the substrate 2 at high speed, and the material gas reacts upon it, and a silicon epitaxial film grows on the surface of the substrate. Hereby, a good quality of silicon epitaxial film can be achieved at high speed and low temperature on the silicon substrate.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、シリコン基板上に良好な特性を有するエピタ
キシャルシリコン単結晶薄膜を低温で成長させるエピタ
キシャル成長方法及び化学気相成長装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an epitaxial growth method and chemical vapor deposition apparatus for growing an epitaxial silicon single crystal thin film having good properties on a silicon substrate at a low temperature.

[発明の概要〕 本発明は、シリコン基板上に、原料ガスを吹き付け支援
用水素ガスと共に吹き付けることにより、良好な特性を
有するエピタキシャル薄膜を低い成長温度のもとて作製
できるようにしたものである。
[Summary of the Invention] The present invention makes it possible to produce an epitaxial thin film with good characteristics at a low growth temperature by spraying a raw material gas together with hydrogen gas for spraying support onto a silicon substrate. .

[従来の技術] 半導体の集積技術が進み、その素子設計において要求さ
れる微細加工の程度を決定するデザインルールは年々縮
小されており、その要求も強い。
[Prior Art] As semiconductor integration technology progresses, the design rules that determine the degree of microfabrication required in device design are being reduced year by year, and the demand for such rules is becoming stronger.

しかし従来、微細化に要求されるデザインルールは、そ
れらを製造するための製造プロセス上の都合により制限
されている。
However, conventionally, the design rules required for miniaturization have been limited due to the manufacturing process for manufacturing them.

製造プロセスからみてデザインルールを制限しているも
のに、エピタキシャル成長条件がある。
One thing that limits design rules from a manufacturing process perspective is epitaxial growth conditions.

その問題点の一つはエピタキシャル成長に伴う不純物の
取り込みがある。即ち基板からのオートドーピングと外
方拡散及び基板外からの不純物取り込みである。
One of the problems is the incorporation of impurities during epitaxial growth. That is, autodoping and outward diffusion from the substrate and impurity incorporation from outside the substrate.

前記オートドーピングは、基板表面から気化した不純物
が再びエピタキシャル成長膜中に取り込まれることによ
って起こる。−例として、SiCl4を原料としてシリ
コンエピタキシャル成長を行なった場合について述べる
。SiCl4は常温では液体であるために、これを気化
させるため、バブリング用のガスとして水素を使用する
。SiCl4ヲ含む水素力2 ハ、1000℃〜130
0℃の高温に加熱された反応管、もしくは高周波加熱装
置等で加熱された成長用の基板上に導かれると、そこで
キャリアとして使われていた水素が、5IC14を還元
する働きをして基板上にエピタキシャル成長が起こる。
The autodoping occurs when impurities vaporized from the substrate surface are incorporated into the epitaxially grown film again. - As an example, a case will be described in which silicon epitaxial growth is performed using SiCl4 as a raw material. Since SiCl4 is a liquid at room temperature, hydrogen is used as a bubbling gas to vaporize it. Hydrogen power 2 including SiCl4, 1000℃~130℃
When introduced onto a growth substrate heated by a reaction tube heated to a high temperature of 0°C or a high-frequency heating device, the hydrogen used there as a carrier acts to reduce 5IC14 and causes it to form on the substrate. epitaxial growth occurs.

その還元反応を次式に示す。The reduction reaction is shown in the following formula.

SiCl4(g 1+2H2(g 、 →5i(s 、
(堆積)↓+4HC1(g+↑−(+)それと同時に気
相中に生成するHCIが基板をエツチングし、逆反応あ
るいは類似の逆反応が起こる。エツチングと成長の兼ね
合いから成長速度が決まる。
SiCl4(g 1+2H2(g , →5i(s ,
(Deposition)↓+4HC1(g+↑-(+) At the same time, HCI generated in the gas phase etches the substrate, and a reverse reaction or a similar reverse reaction occurs. The growth rate is determined by the balance between etching and growth.

一例として、Asドープの81基板のエツチング反応を
次式に示す。
As an example, the etching reaction of an As-doped 81 substrate is shown by the following equation.

Si : As(s )+HC1(g 、 −+ 5i
hC14−n↑+AsCl3 or AsH3↑+H2
丁  ・(2)(係数は省略) このとき生成する不純物がエピタキシャル層に再ドーピ
ングされる。これがオートドーピングであ成長は大気圧
(l at+I+)あるいは、ある程度減圧(約80〜
100 torr)で行なわれる。その際の成長速度は
0.1〜1.0μm程度である。このとき(1)式の還
元反応はもっと低い温度でも起こるが、良質のエピタキ
シャル成長層を得るためには1150〜1300℃程度
の温度が必要である。問題は(2)式のエツチング反応
に伴って基板中の不純物が気相中に排出されることにあ
る。
Si: As(s)+HC1(g,-+5i
hC14-n↑+AsCl3 or AsH3↑+H2
(2) (Coefficients omitted) The impurities generated at this time are redoped into the epitaxial layer. This is autodoping, and growth occurs at atmospheric pressure (lat+I+) or at a certain reduced pressure (approximately 80 to
100 torr). The growth rate at that time is about 0.1 to 1.0 μm. At this time, although the reduction reaction of formula (1) occurs even at a lower temperature, a temperature of about 1150 to 1300° C. is required to obtain a good quality epitaxial growth layer. The problem is that impurities in the substrate are discharged into the gas phase as a result of the etching reaction of equation (2).

このとき気相中に排出された不純物が再び成長エピタキ
シャル膜中に取り込まれることによりオートドーピング
が起こる。これは成長温度、成長時の圧力、成長速度に
依存する。不純物の種類によってそれぞれの不純物の挙
動は違っている。例えばn形不純柳の場合には、P >
 A s > S bの順にオートドーピングされ易く
、一般に成長温度が高いほど、そして成長圧力が低いほ
ど少なくなる。エピタキシャル成長時の境界層領域に基
板から排出された不純物の滞留時間が長いほどオートド
ーピング量が大きくなる。これは縦方向オートドービン
グと呼ばれている。同様に成長膜の横方向へのドーピン
グも起こり、パターンの微細化の妨げとなる。これはラ
テラルオートドーピングと呼ばれるわ 前記外方拡散は、エピタキシャル成長温度が1150℃
〜1300℃とかなり高い温度であるために、基板側か
らの熱拡散より成長膜中に基板中の不純物の拡散が起こ
ることによる。そのために基板とエピタキシャル層の境
界がブロードとなる。
At this time, autodoping occurs when the impurities discharged into the gas phase are incorporated into the grown epitaxial film again. This depends on the growth temperature, pressure during growth, and growth rate. The behavior of each impurity differs depending on the type of impurity. For example, in the case of n-type impure willow, P >
Autodoping is more likely to occur in the order of A s > S b , and in general, the higher the growth temperature and the lower the growth pressure, the lower the amount of autodoping. The longer the residence time of impurities discharged from the substrate in the boundary layer region during epitaxial growth, the greater the amount of autodoping. This is called longitudinal autodoping. Similarly, doping of the grown film in the lateral direction also occurs, which impedes pattern refinement. This is called lateral autodoping.The above-mentioned outward diffusion occurs when the epitaxial growth temperature is 1150℃.
Since the temperature is quite high at ~1300° C., impurities in the substrate are diffused into the grown film due to thermal diffusion from the substrate side. Therefore, the boundary between the substrate and the epitaxial layer becomes broad.

外方拡散の影響を避けるためには、実際に必要とされる
膜厚よりも厚く成長することによってその影響を避ける
ようにしている。特に高濃度の埋め込み拡散層上へ低濃
度のエピタキシャル膜を必要とする場合には、かなり冗
長的な膜厚が必要である。また基板表面濃度の低下によ
る不純物の再分布も起こる。このことはある程度多めの
不純物を予め基板にドープしておく必要性を生じるので
、その分の不純物は無駄となる。
In order to avoid the influence of out-diffusion, the influence is avoided by growing the film thicker than actually required. Particularly when a low concentration epitaxial film is required on a high concentration buried diffusion layer, a considerably long film thickness is required. Also, impurity redistribution occurs due to a decrease in substrate surface concentration. This makes it necessary to pre-dope the substrate with a relatively large amount of impurity, and that amount of impurity is wasted.

前記基板外からの不純物取り込みは、エピタキシャル成
長温度が高いことに原因がある。成長温度か非常に高い
ことから、反応リアゲタ及びサセプタ中に非常に微量な
汚染源があった場合でも蒸発拡散は非常に早く起こり、
成長膜中に取り込まれて欠陥を形成し、ウェハの小数キ
ャリアの寿命を短くする原因となる。つまり高温プロセ
スは成長膜の汚染の可能性が大きいことを意味する。−
般にエピタキシャル成長は、プロセスの比較的初期に行
なわれ、また全プロセス中で最も高い温度でのプロセス
となることが多い。プロセス中での不純物等の汚染によ
る欠陥の発生を極力抑えるために、エクストリンシック
ゲッタリング等の欠陥取り込みの方法が取られている。
The impurity taken in from outside the substrate is caused by the high epitaxial growth temperature. Because the growth temperature is very high, evaporation and diffusion occur very quickly even if there is a very small amount of contamination source in the reactor and susceptor.
They are incorporated into the grown film and form defects, which shortens the life of minority carriers on the wafer. This means that the high temperature process increases the possibility of contamination of the grown film. −
Generally, epitaxial growth is performed relatively early in the process, and is often the process at the highest temperature of all processes. In order to minimize the occurrence of defects due to contamination such as impurities during the process, methods of introducing defects such as extrinsic gettering are used.

しかしエピタキシャル温度が高いため、エピタキシャル
成長中にゲッタリング目的で裏面等に導入された欠陥は
消滅して、ゲッタリング効果が無くなってしまう現象が
見られる。エピタキシャル成長を行なった後も効果が持
続するほどのゲッタリング法は今のところ得られていな
いため、その後のプロセスではゲッタリング効果は望め
なくなる。
However, because the epitaxial temperature is high, defects introduced to the back surface etc. for gettering purposes during epitaxial growth disappear, resulting in a phenomenon in which the gettering effect is lost. Since no gettering method has so far been developed that maintains the effect even after epitaxial growth, no gettering effect can be expected in subsequent processes.

これらの問題点を解決するため、現在は次のような対策
が取られている。
In order to solve these problems, the following measures are currently being taken.

一つは原料ガスを変えることである。塩素を含んだ系に
対して5iCI4の塩素を一つずつ水素に置換していく
と、エピタキシャル成長温度が低くなっていく。5iH
C13では、1100〜1150℃、5iH2Cl2で
は、1080〜1100℃である。これによって成長温
度は下がると同時に反応によって生成するMCIの量が
へり、成長時のエツチング速度が減少してオートドーピ
ング量が減少する。
One is to change the raw material gas. When chlorine in 5iCI4 is replaced with hydrogen one by one in a chlorine-containing system, the epitaxial growth temperature becomes lower. 5iH
For C13, it is 1100-1150°C, and for 5iH2Cl2, it is 1080-1100°C. This lowers the growth temperature and at the same time reduces the amount of MCI generated by the reaction, reducing the etching rate during growth and reducing the amount of autodoping.

原料ガスが、シランガスSiH4になると反応機構が変
わる。SiH4自体の熱分解が主反応となる。この場合
にはキャリアガスは水素である必然性はなく他の不活性
ガスでもよい。この場合、シランの熱分解は600℃か
ら始まるが、成長する膜の質的な問題から900℃以上
の温度で行なわれている。成長時に表面のエツチングは
起こらないため、オートドーピング量は減ると同時に、
成長温度を低くできるために、外方拡散量も減少する。
When the raw material gas becomes silane gas SiH4, the reaction mechanism changes. The main reaction is thermal decomposition of SiH4 itself. In this case, the carrier gas is not necessarily hydrogen, but may be any other inert gas. In this case, thermal decomposition of silane starts at 600°C, but is carried out at a temperature of 900°C or higher due to quality problems of the grown film. Since surface etching does not occur during growth, the amount of autodoping is reduced and at the same time
Since the growth temperature can be lowered, the amount of outward diffusion is also reduced.

しかし、まだ温度低下は充分ではない。However, the temperature has not decreased enough yet.

オートドーピングや外方拡散を少なくする対策として、
2段成長法がある。これは基板上に一度薄いエピタキシ
ャル成長層を成長させた後、この膜で不純物の拡散を押
さえた状態で目的とする層のエピタキシャル成長を行な
うものである。これは従来の原料や成長温度を変えなく
てよい長所はあるが、プロセスは複雑となる。
As a measure to reduce autodoping and out-diffusion,
There is a two-stage growth method. In this method, a thin epitaxial growth layer is once grown on a substrate, and then a target layer is epitaxially grown with this film suppressing the diffusion of impurities. This has the advantage of not requiring changes to conventional raw materials or growth temperatures, but the process is complicated.

次に、前述したエピタキシャル膜を、半導体素子の集積
化の面からみた場合の問題点を述べる。
Next, problems with the above-mentioned epitaxial film from the viewpoint of integration of semiconductor elements will be described.

半導体素子の集積化に伴い、デバイスの能動部分は毎年
ルールが縮小されてきている。素子の集積化を考えた場
合、デバイスの素子分離の占める面積的な割合が拡大し
ている。
As semiconductor devices become more integrated, the rules for active parts of devices are being reduced every year. When considering element integration, the area occupied by device element isolation is increasing.

集積回路の素子分離は、バイポーラデバイスの場合には
埋め込み拡散層を用いている。これは、深さ方向への分
離のためで、エピタキシャル成長前に基板へ高濃度のエ
ピタキシャル成長層に対し逆のpn不純物を拡散してお
く。横方向への分離は、エピタキシャル成長後に、基板
にまで達する不純物を拡散して素子を形成する島を作製
する。
For element isolation in integrated circuits, buried diffusion layers are used in bipolar devices. This is for separation in the depth direction, and before epitaxial growth, pn impurities opposite to the high concentration epitaxial growth layer are diffused into the substrate. For lateral separation, after epitaxial growth, impurities that reach the substrate are diffused to create islands that form elements.

MOSデバイスの場合には、シリコン酸化物(LOGO
3)を用いる。これは、素子を形成する領域の間に、酸
化物の厚い膜を形成して素子間を分離する。
For MOS devices, silicon oxide (LOGO
3) is used. This creates a thick film of oxide between the regions where the devices are to be formed, thereby providing isolation between the devices.

不純物の拡散による場合、エピタキシャル成長膜要分ま
で十分に表面から拡散する必要があり、必然的に横方向
への拡散が起こり、素子分離領域は拡大する。LOCO
3法の場合、選択酸化するときに、酸化阻止膜(例えば
、シリコンナイトライド)の下側に、酸化膜の張り出し
くいわゆる、バーズビーク)がおこり素子形成領域が縮
小する。
In the case of impurity diffusion, it is necessary to sufficiently diffuse from the surface to the epitaxially grown film, and lateral diffusion inevitably occurs, expanding the element isolation region. LOCO
In the case of method 3, when selective oxidation is performed, an oxide film protrudes (so-called bird's beak) occurs under the oxidation prevention film (for example, silicon nitride), and the element formation area is reduced.

これらの素子分離領域の拡大に対処するために、マスク
設計の時点から成る程度の余裕領域を含んでおく必要が
あり、縮小化の妨げとなる。このバーズビーク等の形成
は素子分離に用いる酸化膜厚を薄くすることによってそ
の影響を小さくすることができるが、酸化膜を薄くする
ことは、その上に電源ライン等の配線が通るときに電位
差によって酸化膜下の81部分でpn反転が起こり素子
分離が壊れることがある。そのために酸化膜の下の不純
物濃度を高くして反転を避ける(チャンネルストッパー
)ことが行なわれている。
In order to cope with the expansion of these element isolation regions, it is necessary to include a margin region equivalent to that at the time of mask design, which hinders miniaturization. The effects of the formation of bird's beaks can be reduced by reducing the thickness of the oxide film used for element isolation, but thinning the oxide film is due to the potential difference caused when wiring such as power supply lines passes over it. Pn inversion may occur in the 81 portion under the oxide film, and element isolation may be broken. Therefore, the impurity concentration under the oxide film is increased to avoid inversion (channel stopper).

また、別の方法として、シリコン基板をエツチングして
トレンチを作製し、その中にCVD酸化膜を埋め込んで
素子の分離する方法が検討されているが、ウェハにかか
る大きなストレスと、技術的な困難さから実用には至っ
ていない。
Another method being considered is to create a trench by etching the silicon substrate and bury a CVD oxide film in the trench to isolate the elements, but this method requires great stress on the wafer and technical difficulties. Since then, it has not been put into practical use.

さらに素子の分離領域が大きくなると、素子分離領域の
部分に発生する浮遊容量が増大してデバイスとしての動
作速度が低下する。素子分離を有効に行なうためには、
不必要な寄生容量成分の発生しない形状と、材料によっ
て周辺を囲う必要がある。
Further, as the element isolation region becomes larger, stray capacitance generated in the element isolation region increases, reducing the operating speed of the device. In order to effectively isolate elements,
The periphery must be surrounded by a material and a shape that does not generate unnecessary parasitic capacitance components.

そこでシリコン基板上に素子形成領域にのみ選択的にエ
ピタキシャル成長ができると、実質的に浮遊容量として
の問題点は基板下部との間の分離を考えれば良いことに
なる。
Therefore, if epitaxial growth can be selectively performed only in the element formation region on a silicon substrate, the problem of stray capacitance can be practically solved by considering the isolation between the silicon substrate and the lower part of the substrate.

シリコン基板上に、例えばSiCl4を原料として、シ
リコンの選択エピタキシャル成長をさせる場合、−船釣
にシリコン表面を熱酸化し、その後シリコンを選択成長
させたい部分の酸化膜をウェットもしくはドライエッチ
によって除去する。この基板上にエピタキシャル成長を
させる。シリコン基板表面と、酸化膜表面の間で選択性
があることの理由として、ステップのメカニズムが考え
られている。これは露出しているシリコン表面上には気
相中から表面に成長する時に成長膜となるシリコンのス
テップが存在するために、下記の(3)式によりエピタ
キシャル成長が進む。しかし酸化膜上では気相中からの
シリコンの付着は起こってはいるが、 5iH1C14−n十H2−e S i ↓ +HCI
 ↑ (係数略)−(3)SiH4−4Si↓+2H2
↑    ・・・(3)′5to2+si  −*Si
○ ↑ (気体)     ・・・(4)(4)式の反
応も同時に起こる。酸化膜上では析出した微粒子シリコ
ンが熱的に安定な大きさに成長する前にSiO気体とし
て再蒸発してしまうため、酸化膜上にはシリコンは堆積
が起こらない。
When selectively epitaxially growing silicon on a silicon substrate using SiCl4 as a raw material, for example, the silicon surface is thermally oxidized, and then the oxide film in the area where silicon is to be selectively grown is removed by wet or dry etching. Epitaxial growth is performed on this substrate. A step mechanism is considered to be the reason for the selectivity between the silicon substrate surface and the oxide film surface. This is because on the exposed silicon surface there is a step of silicon that becomes a grown film when it grows from the vapor phase to the surface, so epitaxial growth progresses according to the following equation (3). However, although silicon adhesion from the gas phase occurs on the oxide film,
↑ (coefficient omitted) - (3) SiH4-4Si↓+2H2
↑ ...(3)'5to2+si -*Si
○ ↑ (Gas) ...(4) The reaction of equation (4) also occurs at the same time. Since the fine particles of silicon deposited on the oxide film are re-evaporated as SiO gas before they grow to a thermally stable size, no silicon is deposited on the oxide film.

そのため酸化膜上に微量な汚染等があった場合等のよう
に特定部分が成長ステップと成り得る場合。
Therefore, if there is a small amount of contamination on the oxide film, a specific part may become a growth step.

選択性は崩れてしまう、そのため選択性の制御は極めて
難しい。
Selectivity is destroyed, so controlling selectivity is extremely difficult.

実際に選択性を維持するためにはエピタキシャル成長前
に高温でウェハ表面をクリーニング、もしくは気体MC
I等で表面をエツチングして、清浄性を高め選択性を維
持する。また選択性のある温度領域は(4)式の反応を
含んでいるために、かなり高いものになる。S IH4
の熱分解系でさえ1100℃から1200℃である。
In order to actually maintain selectivity, the wafer surface must be cleaned at high temperature before epitaxial growth, or gaseous MC must be applied.
Etch the surface with I, etc. to improve cleanliness and maintain selectivity. Furthermore, since the temperature range in which the selectivity exists includes the reaction of formula (4), it becomes quite high. S IH4
Even the thermal decomposition system of 1100°C to 1200°C.

選択成長したシリコンの特性として問題となっている点
が2つある。一つは酸化膜界面での電気的な特性の劣化
であり、他方は選択成長エピタキシャル膜の形状の問題
である。
There are two problems with the characteristics of selectively grown silicon. One problem is the deterioration of electrical characteristics at the oxide film interface, and the other problem is the shape of the selectively grown epitaxial film.

例えば1300℃で15分間選択エピタキシャル成長さ
せるときには、マスク酸化膜はエツチングに耐えるため
に少なくとも0.4μ以上の程度の厚みが必要である。
For example, when performing selective epitaxial growth at 1300° C. for 15 minutes, the mask oxide film needs to have a thickness of at least 0.4 μm to withstand etching.

そのためマスク側面は側面側に向かうシリコンのファセ
ット面の成長を側面壁で阻止するため、マスク側面壁と
シリコンとの界面は乱れ、電気的に不安定なものとなる
。デバイスとして作製した場合にはこの部分が電流バス
として働き、リーク電流の原因となる。これを避けるた
めに、マスク酸化膜側面にポリシリコンをデボし、側面
とシリコン界面との緩衝材とすることでリーク電流を減
らしている。
Therefore, since the side walls of the mask prevent the growth of the silicon facets toward the side, the interface between the mask side walls and the silicon is disturbed and becomes electrically unstable. When manufactured as a device, this portion acts as a current bus and causes leakage current. To avoid this, polysilicon is deposited on the sides of the mask oxide film to act as a buffer between the sides and the silicon interface, thereby reducing leakage current.

また、HCIによるSi基板の表面クリーニングによっ
てシラン誘導体ガスが発生し、Si基板とマスク510
2の界面で(4)式のエツチング反応は起こる。これに
よって選択エピタキシャル成長前段階でマスク酸化膜と
シリコン界面付近にアンダーカットが発生し、シリコン
エピタキシャル成長時、アンダーカット位置に積層欠陥
が発生する。ここで発生した欠陥は成長に伴って増殖し
ながら成長していく。アンダーカットを防ぐにはクリー
ニング温度を下げるか、加熱以外の方法でクリーニング
(紫外線、スパッタ等)する。積層欠陥の増殖を防ぐた
めには、成長温度を下げて低温選択成長をすることが必
要である。減圧化することにより、選択成長温度を下げ
ることは達成されるが、低温化はエピタキシャル成長膜
自体の結晶性の悪化という問題も含んでおり、十分な電
気的特性は得られていない。
In addition, silane derivative gas is generated by cleaning the surface of the Si substrate with HCI, and the Si substrate and mask 510 are
The etching reaction of formula (4) occurs at the interface of 2. As a result, undercuts occur near the interface between the mask oxide film and the silicon at a stage before selective epitaxial growth, and stacking faults occur at the undercut positions during silicon epitaxial growth. The defects generated here multiply and grow as the grain grows. To prevent undercuts, lower the cleaning temperature or use a cleaning method other than heating (ultraviolet light, sputtering, etc.). In order to prevent the multiplication of stacking faults, it is necessary to lower the growth temperature and perform low-temperature selective growth. Although it is possible to lower the selective growth temperature by reducing the pressure, lowering the temperature also involves the problem of deterioration of the crystallinity of the epitaxially grown film itself, and sufficient electrical characteristics cannot be obtained.

選択成長を行なうと、マスク酸化膜とシリコンの界面付
近でエピタキシャル層が盛り上がるという異常成長が起
こる。このためエピタキシャル層においてシリコン/S
i○2の境界付近がパターンの中心部分よりも厚くなる
現象が起こる。対策として成長温度を上げることが提案
されている。
When selective growth is performed, abnormal growth occurs in which the epitaxial layer bulges near the interface between the mask oxide film and silicon. Therefore, in the epitaxial layer, silicon/S
A phenomenon occurs in which the area near the boundary of i○2 becomes thicker than the center of the pattern. As a countermeasure, raising the growth temperature has been proposed.

しかし成長温度を上げることは上記のような問題から避
けたいことである。
However, raising the growth temperature is something that should be avoided due to the problems mentioned above.

またファセットの発生も問題となる。ファセットは、エ
ピタキシャル成長が一般的な二次元成長から、選択成長
の三次元的な成長に変わるために、シリコンの成長速度
の面方位依存性が現われてくることによる。−船釣に高
次の結晶面はど成長速度は遅くなる。(100)ウェハ
上に選択成長をさせた場合、(110)もしくは(11
1)面がファセットとして現われてくる。これらのファ
セットは成長厚みが増すに従って大きくなっていき、デ
バイスとして利用するには無視できない大きさとなる。
The occurrence of facets also poses a problem. Facets occur because epitaxial growth changes from general two-dimensional growth to selective three-dimensional growth, and the dependence of silicon growth rate on plane orientation appears. -The growth rate of higher-order crystal planes becomes slower when fishing on a boat. When selective growth is performed on a (100) wafer, (110) or (11)
1) Surfaces appear as facets. These facets become larger as the growth thickness increases, and the size becomes too large to be ignored for use as a device.

ファセットが存在すると、マスク酸化膜とシリコンエピ
タキシャル膜との間に段差が生じ、ゲートとして用いる
配線材料等の断線を招き、また表面の凹凸が原因となっ
て微細加工の妨げとなる。
If facets exist, a step will be created between the mask oxide film and the silicon epitaxial film, leading to disconnection of the wiring material used as the gate, and also causing surface irregularities, which will impede microfabrication.

[発明が解決しようとする課題] 上述した問題点を一気に解決する方法として、エピタキ
シャル成長温度をかなり下げることが精力的に行なわれ
ている。1000℃以下あるいは更にエピタキシャル成
長温度を下げることによって、上記したような問題点は
解決することができる。ところが成長温度を下げた場合
には、上記のような問題点については解決することがで
きるが、反面、結晶性の悪化、つまり積層欠陥の発生や
それに伴うエピタキシャル成長膜中の少数キャリアのラ
イフタイムの減少、または成長膜中でのキャリアの移動
度の減少などの新たな問題が起こる。
[Problems to be Solved by the Invention] As a method of solving the above-mentioned problems at once, efforts are being made to considerably lower the epitaxial growth temperature. The above-mentioned problems can be solved by lowering the epitaxial growth temperature to 1000° C. or lower or even further. However, if the growth temperature is lowered, the above problems can be solved, but on the other hand, the crystallinity deteriorates, that is, the occurrence of stacking faults and the associated lifetime of minority carriers in the epitaxially grown film are reduced. New problems arise, such as reduction in carrier mobility in the grown film.

現状では1000℃以下の成長温度では結晶性が悪くな
るために実用上用いられない。また、エピタキシャル成
長の成長速度は、成長温度に強く影響されるために、高
温では0.5〜5μ/h程度あった成長速度が、100
0℃以下になると数十〜数百オングストローム程度とな
り実用にならない。つまり低い温度で成長させようとす
るときには、成長する膜質と成長速度が成長温度の下限
を決めている。
At present, a growth temperature of 1000° C. or lower is not practical because the crystallinity deteriorates. In addition, the growth rate of epitaxial growth is strongly influenced by the growth temperature, so the growth rate, which was about 0.5 to 5 μ/h at high temperatures, has changed to 100 μ/h.
If the temperature is below 0°C, the thickness will be on the order of several tens to hundreds of angstroms, making it impractical. In other words, when trying to grow at a low temperature, the lower limit of the growth temperature is determined by the quality of the growing film and the growth rate.

また成長する膜の膜厚とドーピング濃度の均一性はシリ
コンのエピタキシャル成長で重要な条件である。成長膜
の均一性は原料ガスの流速や流れ方によって決まる境界
層に依存する。流速が速くなると、境界層外の気相中の
原料成分の濃度減少の影響が少なくなり、成長膜の不均
一性が少なくなる。そのとき常圧もしくは0.1atm
以上程度の成長条件では流速が大きくなると、成長膜の
表面構造が劣化する傾向が見られる6 [発明の目的] 本発明の目的は、上記のような問題を踏まえて、低温で
かつ良好なエピタキシャル膜を成長させる方法及び化学
気相成長装置を提供することにある。
Further, the uniformity of the thickness of the grown film and the doping concentration are important conditions in the epitaxial growth of silicon. The uniformity of the grown film depends on the boundary layer, which is determined by the flow rate and flow direction of the source gas. When the flow rate becomes faster, the effect of decreasing concentration of raw material components in the gas phase outside the boundary layer becomes smaller, and the non-uniformity of the grown film becomes less. At that time, normal pressure or 0.1 atm
Under the above growth conditions, as the flow rate increases, there is a tendency for the surface structure of the grown film to deteriorate. An object of the present invention is to provide a method for growing a film and a chemical vapor deposition apparatus.

[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するため、本願の第1の発明は、シリコ
ン単結晶薄膜のエピタキシャル成長方法にある。すなわ
ち、このエピタキシャル成長方法あっては、高真空に排
気された反応管中にシリコン基板を保持したのち、エピ
タキシャル膜成長温度に加熱した状態で、原料ガスを吹
き付け支援用の水素ガスと共に、ガスライン内の圧力と
反応管内の圧力差を利用して、上記基板面上に吹き付け
ることにより、上記基板表面上に高速で原料ガスを供給
し、かつ反応させる工程を有することを要旨とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the first invention of the present application is a method for epitaxial growth of a silicon single crystal thin film. In other words, in this epitaxial growth method, a silicon substrate is held in a reaction tube evacuated to a high vacuum, and then heated to the epitaxial film growth temperature, source gas is blown into the gas line along with supporting hydrogen gas. The method comprises a step of supplying raw material gas onto the substrate surface at high speed and causing the reaction to occur by spraying onto the substrate surface using the pressure difference between the pressure and the pressure inside the reaction tube.

本願の第2の発明は、反応管内の所定の場所に設置され
たシリコン基板上の所望の場所以外をマスク部材で覆い
、高真空に排気された反応管中にシリコン基板を保持し
たのち、エピタキシャル膜成長温度に加熱した状態で、
原料ガスを吹き付け支援用の水素ガスと共に、ガスライ
ン内の圧力と反応管内の圧力差を利用して、・上記基板
面上に吹き付けることにより、上記基板表面上に高速で
原料ガスを供給し、かつ反応させることにより、マスグ
部材以外の所望の場所にのみ選択的に成長させることを
要旨とする。
The second invention of the present application covers the silicon substrate installed at a predetermined location in the reaction tube except for the desired location with a mask member, and after holding the silicon substrate in the reaction tube which is evacuated to a high vacuum, epitaxial While heated to the film growth temperature,
Supplying the raw material gas onto the substrate surface at high speed by spraying the raw material gas onto the substrate surface using the pressure difference in the gas line and the pressure inside the reaction tube together with the hydrogen gas for spraying support; The gist is to selectively grow only in desired locations other than the mask member by causing the reaction to occur.

本願の第3の発明は、化学気相成長装置(C〜′D装置
)において、原料ガスを輸送するキャリアガスの他に、
原料ガスを基板上に吹き付けるための吹き付け支援用の
ガスラインを設けたことを要旨とする。
The third invention of the present application is that in a chemical vapor deposition apparatus (C to 'D apparatus), in addition to a carrier gas for transporting a raw material gas,
The gist is that a gas line for spraying support is provided to spray raw material gas onto the substrate.

[作用コ 本願の第1の発明よれば、基板表面上に高速で原料ガス
が供給され、反応が行なわれるので、基板上に高速度で
シリコン膜がエピタキシャル成長する。
[Operations] According to the first invention of the present application, a raw material gas is supplied onto the substrate surface at high speed and a reaction is carried out, so that a silicon film is epitaxially grown on the substrate at high speed.

また、本願の第2の発明によれば、基板表面上に高速で
原料ガスを供給して反応させ、基板上に高速度でエピタ
キシャル成長させることにより、マスク上にはシリコン
は成長せず、マスク以外の所望の場所のみシリコン膜が
エピタキシャル成長する。
Further, according to the second invention of the present application, silicon is not grown on the mask, and silicon is not grown on the mask by supplying raw material gas on the substrate surface at high speed to cause a reaction and causing epitaxial growth on the substrate at high speed. A silicon film is epitaxially grown only at desired locations.

さらに本願の第3の発明によれば、シリコン基板上に良
好な特性を有するエピタキシャル単結晶薄膜を低温で成
長させることのできる装置が得られる。
Furthermore, according to the third invention of the present application, an apparatus is obtained that can grow an epitaxial single crystal thin film having good characteristics on a silicon substrate at a low temperature.

[実施例] 第3の発明の実施例(装置) 以下図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。[Example] Embodiment of the third invention (device) Embodiments will be described in detail below with reference to embodiments shown in the drawings.

第1図は本発明の方法を実行するためのCVD装置の一
実施例である。同図において、1は反応管、2は基板、
3はバイパスライン、4はフィードスルー、5はゲート
バルブ、6は圧力調整バルブ、7はバラトロン圧力計、
■1〜V9はバルブ、MFC1〜MFC5はマスフロー
コントローラ、RPI及びRP2はロータリーポンプ、
TMPはターボモレキュラーポンプ、MBPはメカニカ
ルブースターポンプ、I2は基板導入機構、11は基板
交換機構兼サセプタ支持機構、13は熱電対温度計、1
0はオプチカルパイロメーター、9はサセプタ、8は高
周波誘導加熱装置である。
FIG. 1 shows an embodiment of a CVD apparatus for carrying out the method of the present invention. In the figure, 1 is a reaction tube, 2 is a substrate,
3 is a bypass line, 4 is a feed through, 5 is a gate valve, 6 is a pressure adjustment valve, 7 is a baratron pressure gauge,
■1 to V9 are valves, MFC1 to MFC5 are mass flow controllers, RPI and RP2 are rotary pumps,
TMP is a turbo molecular pump, MBP is a mechanical booster pump, I2 is a substrate introduction mechanism, 11 is a substrate exchange mechanism and susceptor support mechanism, 13 is a thermocouple thermometer, 1
0 is an optical pyrometer, 9 is a susceptor, and 8 is a high frequency induction heating device.

反応管lは前記ポンプによってフィードスルー4を介し
て真空引きされており、原料ガスとじてシリコンの水素
化合物、あるいはそれらの塩化物誘導体等のシラン化合
物、例えば、モノシランガスが吹き付け支援用の水素ガ
スH2と共に、マスフローコントローラMFC1、MF
C4、バルブv1、v5、V7を介して一緒に反応管l
に供給される。
The reaction tube 1 is evacuated by the pump through the feedthrough 4, and the raw material gas is a hydrogen compound of silicon or a silane compound such as a chloride derivative thereof, such as monosilane gas, and a hydrogen gas H2 for spraying support is used. In addition, mass flow controllers MFC1 and MF
C4, reaction tube l together through valves v1, v5, V7
supplied to

基板21例えばSi基板2は基板交換機構12により反
応管l内の所定位置に保持されていて高周波誘導加熱装
置8により所望温度に加熱でき、サセプタ9の温度はこ
れを載置しているサセプタ9に埋設された熱電対を用い
た温度計13で、基板表面温度はオプチカルパイロメー
ター10で同時測定される。
A substrate 21, for example, a Si substrate 2, is held at a predetermined position in the reaction tube 1 by a substrate exchange mechanism 12, and can be heated to a desired temperature by a high-frequency induction heating device 8, and the temperature of the susceptor 9 is controlled by the temperature of the susceptor 9 on which it is placed. The substrate surface temperature is simultaneously measured by a thermometer 13 using a thermocouple embedded in the substrate and an optical pyrometer 10.

原料ガスが吹き付け支援用のガスと共に反応管】に供給
されると、ガスライン内の圧力と反応管l内の圧力差の
ため原料ガスは高速度で基板2の面上に吹き付けられ、
原料ガスは反応してシリコンエピタキシャル膜が基板面
上に成長する。
When the raw material gas is supplied to the reaction tube together with the blowing support gas, the raw material gas is blown onto the surface of the substrate 2 at high speed due to the pressure difference between the gas line and the reaction tube 1.
The source gas reacts and a silicon epitaxial film grows on the substrate surface.

しかしてこの場合、シリコン単結晶薄膜成長時に反応管
1内に流し込む全ガス流量を所定量に設定し、かつ反応
管1内の上記薄膜成長時の圧力を所定の静圧に保ち、か
つ反応管l内の静圧(バラトロン圧力計7で測定する)
及び基板2上へ吹き付けられるガス流量を独立に調整す
るため、圧力及び流量調整用水素ガスはバルブv9、バ
イパスライン3を介してフィードスルー4内に流される
However, in this case, the total gas flow rate flowing into the reaction tube 1 during growth of the silicon single crystal thin film is set to a predetermined amount, the pressure in the reaction tube 1 during the thin film growth is kept at a predetermined static pressure, and the reaction tube 1 is kept at a predetermined static pressure. Static pressure in l (measured with baratron pressure gauge 7)
In order to independently adjust the gas flow rate sprayed onto the substrate 2, hydrogen gas for pressure and flow rate adjustment is flowed into the feedthrough 4 via the valve v9 and the bypass line 3.

圧力調整バルブ6は上記反応管1内の静圧及びガス流量
の大まかな設定のために調整され、この条件のもとてバ
イパスライン3による上記ガス供給により反応管1内へ
流し込むガス流量と静圧とは独立に制御でき、原料ガス
が基板2の表面に単結晶膜成長にとって最適の条件で吹
き付けられることが可能となる。
The pressure adjustment valve 6 is adjusted to roughly set the static pressure and gas flow rate in the reaction tube 1, and under these conditions, the gas flow rate and static pressure flowing into the reaction tube 1 by the gas supply through the bypass line 3 are adjusted. It can be controlled independently of the pressure, and the raw material gas can be blown onto the surface of the substrate 2 under optimal conditions for single crystal film growth.

なお、基板2の交換、導入は前記機構11,12によっ
て行なわれるが、これらは公知のもので、特に本発明と
の関連性は少ないので、その詳細な説明は省略する。ま
た加熱装置及び温度計も前記のものに限定されるもので
はない。
Note that the exchange and introduction of the substrate 2 are performed by the mechanisms 11 and 12, which are well known and have little relevance to the present invention, so a detailed explanation thereof will be omitted. Furthermore, the heating device and thermometer are not limited to those described above.

更に、前記吹き付け支援用水素ガスは、原料ガス切り替
え時に原料ガスラインを瞬時に水素ガスでパージする機
能も合わせ持っているため原料ガスの供給を停止した時
、残留ガスを確実に排除できる効果がある。
Furthermore, the above-mentioned spraying support hydrogen gas also has the function of instantly purging the raw material gas line with hydrogen gas when switching the raw material gas, so it has the effect of reliably eliminating residual gas when the supply of raw material gas is stopped. be.

次に上述した装置を用いた本発明の製造方法を説明する
が、本発明の方法は上記の装置を用いることに限定され
るものではなく、いかなる装置を用いてよい。
Next, a manufacturing method of the present invention using the above-mentioned apparatus will be described, but the method of the present invention is not limited to using the above-mentioned apparatus, and any apparatus may be used.

次に第1の発明を実施する場合の具体的態様を説明する
Next, specific aspects of implementing the first invention will be described.

オートドーピングを防ぐには反応式前記(2)式からH
CIを除けばよい。HCIを除くにはC1を含まないシ
ラン誘導体を用いる。これは公知である。
To prevent autodoping, from the reaction formula (2) above, H
Just remove CI. To remove HCI, a silane derivative that does not contain C1 is used. This is publicly known.

もう一つの方法としては、基板上からエツチング反応に
よって生成したガス系を取り除くことが考えられる。そ
のためにはガス流量を上げ低圧にして反応管内の線速度
を大幅にあげてやればよい。
Another method is to remove the gas generated by the etching reaction from the substrate. To achieve this, the linear velocity inside the reaction tube can be significantly increased by increasing the gas flow rate and lowering the pressure.

さらに外方拡散と基板外からの不純物取り込みを防ぐに
は、成長温度を900℃以下かさらにできるだけ低くす
ればよいが、結晶性と成長速度の聞届を解決する必要が
ある。またオートドーピングも成長温度を低くすること
で、拡散量と拡散速度を押さえられる。
Furthermore, to prevent outward diffusion and incorporation of impurities from outside the substrate, the growth temperature may be lowered to 900° C. or lower, or even as low as possible, but issues regarding crystallinity and growth rate must be resolved. Furthermore, by lowering the growth temperature in autodoping, the amount and rate of diffusion can be suppressed.

すなわち本発明のシリコンエピタキシャル単結晶膜の製
造方法にあっては、シランもしくはシランの塩化物誘導
体を原料ガスとして、化学気相成長法(CVD)により
所定基板上にSiエピタキシャル単結晶薄膜を製造する
方法において、反応管中に上記基板を保持し、塩化水素
を含んだ水素気流中で所定時間加熱して上記基板面をク
リーニングした後、上記基板を81エピタキシヤル結晶
の成長温度に加熱した状態で、反応管内を真空引きし、
上記原料ガスを吹き付け支援用の水素ガスと共にガスラ
イン内の圧力と反応管内の圧力差を利用して、上記基板
面上に吹き付けることにより、上記基板表面上に高速で
原料ガス供給し、反応させ、上記基板上に高速でエピタ
キシャル成長させることができる。
That is, in the method for producing a silicon epitaxial single crystal film of the present invention, a Si epitaxial single crystal thin film is produced on a predetermined substrate by chemical vapor deposition (CVD) using silane or a chloride derivative of silane as a raw material gas. In the method, the substrate is held in a reaction tube and heated in a hydrogen stream containing hydrogen chloride for a predetermined period of time to clean the surface of the substrate, and then the substrate is heated to a growth temperature of 81 epitaxial crystal. , evacuate the inside of the reaction tube,
By spraying the raw material gas onto the substrate surface using the pressure difference in the gas line and the pressure in the reaction tube together with hydrogen gas for spraying support, the raw material gas is supplied onto the substrate surface at high speed and reacted. , it is possible to perform epitaxial growth on the above substrate at high speed.

そのため、従来法のように原料ガスを単に常圧(760
Torr)あるいは100Torr程度の成長圧力で反
応炉内の所定基板にゆっくり供給し、基板とガス流との
間に生じる境界層を介して、原料ガスあるいは原料の分
解物が基板上に濃度差を駆動力として供給される方式と
異なり、原料ガスが十分な線速度をもって基板に吹き付
けられるようにするための、吹き付け支援用のガスを必
要とし、かつ吹き付け支援用のガスは原料ガスとともに
基板上に吹き付けられなければならない。こうすること
で、900℃以下の低温にもかかわらず、基板上に成長
エピタキシャル膜の表面構造の劣化のない結晶性の優れ
た単結晶膜を大きな成長速度で成長させることができる
。また低圧下で大流量のガスを高速度で吹き付けるため
、エツチング反応による生成ガスは瞬時に排気系へ取り
除かれ、オートドーピングは大幅に減少する。さらに成
長温度を下げた結果、外方拡散と基板外からの不純物拡
散も大幅に減少する。
Therefore, unlike the conventional method, the raw material gas is simply heated at normal pressure (760
Torr) or a growth pressure of about 100 Torr is slowly supplied to a predetermined substrate in a reactor, and the raw material gas or decomposed products of the raw material drive a concentration difference on the substrate through a boundary layer formed between the substrate and the gas flow. Unlike methods in which the raw material gas is supplied as a force, a blowing support gas is required to spray the raw material gas onto the substrate at a sufficient linear velocity, and the spraying support gas is sprayed onto the substrate together with the raw material gas. It must be done. By doing so, it is possible to grow a single crystal film with excellent crystallinity on the substrate at a high growth rate without deteriorating the surface structure of the grown epitaxial film, despite the low temperature of 900° C. or lower. Furthermore, since a large flow rate of gas is blown at high speed under low pressure, the gas produced by the etching reaction is instantly removed to the exhaust system, significantly reducing autodoping. Furthermore, as a result of lowering the growth temperature, out-diffusion and impurity diffusion from outside the substrate are also significantly reduced.

従来法の成長の場合、成長温度が低くなると、急激に成
長速度が小さくなってゆく。本成長法の場合には、90
0’C程度でも吹き付けられるガス中に適当量の原料が
含まれていれば、高温成長に近い成長速度が得られる。
In the case of conventional growth, as the growth temperature decreases, the growth rate rapidly decreases. In the case of this growth method, 90
Even at about 0'C, if an appropriate amount of raw material is contained in the gas blown, a growth rate close to that of high-temperature growth can be obtained.

また、吹き付け支援用のガスによって得られる反応管内
への原料ガスの吹き付け流量(これは線速度と等価であ
る)をエピタキシャル成長の最適条件にするため、反応
管と並列の圧力及び流量調整用のバイパスガスラインを
設け、反応管内に流すガスとバイパスガスラインに流す
ガスの流量を変えることで、反応管内に流すガス量と反
応管内の圧力を独立に変え、最適の吹き付け流量を得る
ことで、結晶性の優れたエピタキシャル膜を作製するこ
とができる。
In addition, in order to make the flow rate of the raw material gas sprayed into the reaction tube obtained by the spraying support gas (this is equivalent to the linear velocity) the optimum condition for epitaxial growth, a bypass for pressure and flow rate adjustment is installed in parallel with the reaction tube. By installing a gas line and changing the flow rate of the gas flowing into the reaction tube and the gas flowing through the bypass gas line, the amount of gas flowing into the reaction tube and the pressure inside the reaction tube can be independently changed to obtain the optimum blowing flow rate. An epitaxial film with excellent properties can be produced.

第1の発明の実施例 実施例1  (SiH4を用いた例) アンチモンを不純物としてN+の埋め込み層を形成した
Si (100)基板を1 torr以下、例えば1.
0torr11000〜3000secm程度の塩化水
素を含む水素気流中、基板温度900℃程度で5分間以
上、塩化水素の作用による表面エツチングを含む高温ク
リーニングした後、基板表面温度を700〜800℃の
シリコン′エピタキシャル成長温度まで下げ、成長圧力
を静圧で1−10torrとして、この温度でシランと
吹き付け支援用の水素ガス、もしくはアルゴンガスを用
いて、所定厚さの$1単結晶膜をSi基板上に直接成長
させた。
Embodiments of the First Invention Example 1 (Example using SiH4) A Si (100) substrate on which an N+ buried layer was formed using antimony as an impurity was heated to 1 torr or less, for example, 1.
After performing high-temperature cleaning including surface etching due to the action of hydrogen chloride in a hydrogen flow containing hydrogen chloride at a flow rate of about 0 torr 11000 to 3000 sec at a substrate temperature of about 900°C for 5 minutes or more, the substrate surface temperature was adjusted to the silicone epitaxial growth temperature of 700 to 800°C. At this temperature, a $1 single crystal film of a predetermined thickness is grown directly on the Si substrate using silane and hydrogen gas or argon gas for spraying support at a static pressure of 1-10 torr. Ta.

この時、表面に突起やビットがなく平坦で、積層欠陥の
少ない、結晶的に優れた単結晶薄膜を得るためには、反
応管1内へ流し込む上記原料ガスを吹き付け支援用の水
素ガスと共に、ガスライン内の圧力と反応管内の圧力差
を利用して上記基板上に強制的に吹き付けることが極め
て重要であり、大体2000〜4000secmの全ガ
ス量を反応管1の頂上から81基板2に流し込んだ。従
来のエピタキシャル成長法のように、高い圧力下でキャ
リアガスをゆっくり流し、81基板上に自然に生成する
キャリアガス境界層を介してシラン原料あるいはそれら
の分解物が拡散して81基板上でシリコンエピタキシャ
ル膜が生成する方式では、本方法のおける温度では、良
好なシリコンエピタキシャル膜は成長しない。そのため
反応管内に流し込むガスが適当な線速度を持つように流
す全ガス量と反応管内の静圧を独立に制御するのが好ま
しい。
At this time, in order to obtain a single-crystalline thin film that is flat with no protrusions or bits on the surface, has few stacking faults, and has excellent crystallization, the above raw material gas, which is poured into the reaction tube 1, is mixed with hydrogen gas for spraying support. It is extremely important to use the pressure difference in the gas line and the reaction tube to forcibly spray the gas onto the substrate 81, and the total amount of gas for approximately 2000 to 4000 seconds is poured from the top of the reaction tube 1 onto the substrate 81. is. As in the conventional epitaxial growth method, the carrier gas is slowly flowed under high pressure, and the silane raw materials or their decomposition products diffuse through the carrier gas boundary layer that naturally forms on the 81 substrate, resulting in silicon epitaxial growth on the 81 substrate. In the method in which the film is produced, a good silicon epitaxial film cannot be grown at the temperature of the present method. Therefore, it is preferable to independently control the total amount of gas flowing into the reaction tube and the static pressure inside the reaction tube so that the gas flowing into the reaction tube has an appropriate linear velocity.

(具体的成長例1) 成長温度プロファイルを第2図に示す。使用したSi基
板は直径3インチ(111)である。Si基板のクリー
ニングの条件は基板温度900℃、静圧0.4torr
、流量1500secmの塩化水素を含む水素気流中1
0分とした。その後降温し、シリコンエピタキシャル膜
の成長温度は約700℃とした。シリコンエピタキシャ
ル膜成長暗反応管内には水素ガスをベースとして1%に
希釈したシランガス、吹き付け支援用水素ガスを含めて
2200sec鳳流してSi基板上に強制的に吹き付け
た。
(Specific Growth Example 1) The growth temperature profile is shown in FIG. The Si substrate used has a diameter of 3 inches (111). The conditions for cleaning the Si substrate are a substrate temperature of 900°C and a static pressure of 0.4 torr.
, in a hydrogen gas flow containing hydrogen chloride with a flow rate of 1500 sec 1
It was set to 0 minutes. Thereafter, the temperature was lowered, and the growth temperature of the silicon epitaxial film was about 700°C. Silane gas diluted to 1% based on hydrogen gas and hydrogen gas for spraying support were flowed into the dark reaction tube for silicon epitaxial film growth for 2200 seconds and forcedly sprayed onto the Si substrate.

バイパスライン3には水素1000secm流し、反応
管1内のフィールドスルー4に設けたバラトロン圧力計
7で測定した静圧を3 torrとした。シランの対水
素ガス比をかえると成長速度は変化するが、成長速度0
.1〜1μ/win程度の条件で膜質にそれほど差は無
かった。
Hydrogen was flowed at 1000 sec through the bypass line 3, and the static pressure was set to 3 torr as measured by a baratron pressure gauge 7 provided in the field through 4 in the reaction tube 1. The growth rate changes by changing the silane to hydrogen gas ratio, but the growth rate is 0.
.. There was not much difference in film quality under conditions of about 1 to 1 μ/win.

4μ成長させたエピタキシャル膜の表面をノマルスキー
顕微鏡で観察したが1表面の凹凸、表面にビット、スリ
ップ等の表面欠陥は観察されなかった。
When the surface of the epitaxial film grown to 4μ was observed using a Nomarski microscope, no surface irregularities or surface defects such as bits or slips were observed on the surface.

積層欠陥を観察するために、通常のWRIGHTエツチ
ングを行なった。見出された積層欠陥の数は0.5個/
d以下であった。
Conventional WRIGHT etching was performed to observe stacking faults. The number of stacking faults found was 0.5/
d or less.

本方法で作製されたシリコンエピタキシャル膜の移動度
を通常のホール測定によって評価した。
The mobility of the silicon epitaxial film produced by this method was evaluated by conventional Hall measurement.

ホウ素(B)  ドープした低抵抗p型基板(比抵抗1
8/1000オーム・印以下)上にリンをドープした比
抵抗4〜5オーム・口のシリコンエピタキシャル膜を本
発明の方法で作製した。膜厚は4μである。エピタキシ
ャル成長層の不純物分布は、2端針広がり抵抗測定装置
を使用して評価した。
Boron (B) doped low resistance p-type substrate (specific resistance 1
A silicon epitaxial film doped with phosphorus and having a specific resistance of 4 to 5 ohms was fabricated by the method of the present invention. The film thickness is 4μ. The impurity distribution of the epitaxially grown layer was evaluated using a two-end needle spread resistance measuring device.

この際基板表面からの、外方拡散領域は、1μm以下で
あった。
At this time, the outward diffusion region from the substrate surface was 1 μm or less.

ホール効果によるシリコンエピタキシャル膜の電子移動
度は1750crd/ v−secであった。この値は
成長温度が従来より低いにもかかわらず、エピタキシャ
ル膜としては十分な特性を有していることを示すもので
ある。
The electron mobility of the silicon epitaxial film due to the Hall effect was 1750 crd/v-sec. This value indicates that the film has sufficient characteristics as an epitaxial film even though the growth temperature is lower than that of conventional films.

(具体的成長例2) 使用した81基板は直径3インチ(111)である。S
i基板のクリーニングの条件は基板温度900℃、静圧
0.4torr、流量1500secmの塩化水素を含
む水素気流中10分とした。その後降温し、シリコンエ
ピタキシャル膜の成長温度は約830℃とした。シリコ
ンエピタキシャル膜成長時反応管内には水素ガスで0.
5%に希釈したジクロルシランガス(SiHz Cl2
)、吹き付け支援用水素ガスを含めて2500secm
流してSi基板上に強制的に吹き付けた。バイパスライ
ン3には水素1000secn+流し、反応管1内のフ
ィールドスルー4に設けたバラトロン圧力計7で測定し
た静圧を3 torrとした。ジクロルシランの対水素
ガス比をかえると成長速度は変化するが、成長速度は0
.1〜1μ/min程度の条件で膜質にそれほど差は無
かった。
(Specific Growth Example 2) The 81 substrate used has a diameter of 3 inches (111). S
The conditions for cleaning the i-substrate were a substrate temperature of 900° C., a static pressure of 0.4 torr, and a flow rate of 1500 sec in a hydrogen stream containing hydrogen chloride for 10 minutes. Thereafter, the temperature was lowered, and the growth temperature of the silicon epitaxial film was approximately 830°C. During silicon epitaxial film growth, the inside of the reaction tube is filled with hydrogen gas at zero.
Dichlorosilane gas (SiHz Cl2) diluted to 5%
), 2500 sec including hydrogen gas for spray support
The liquid was forced to flow onto the Si substrate. Hydrogen was flowed through the bypass line 3 for 1000 sec+, and the static pressure was set to 3 torr as measured by a baratron pressure gauge 7 provided in the field through 4 in the reaction tube 1. The growth rate changes by changing the ratio of dichlorosilane to hydrogen gas, but the growth rate is 0.
.. There was no significant difference in film quality under conditions of about 1 to 1 μ/min.

4μ成長させたエピタキシャル膜の表面をノマルスキー
顕微鏡で観察したが、表面の凹凸、表面にビット、スリ
ップ等の表面欠陥は観察されな力翫っだ・ 積層欠陥を観察するために、通常のWRI GHTエツ
チングを行なった。見出された積層欠陥の数は0.5個
/d以下であった。
The surface of the epitaxial film grown to 4 μm was observed using a Nomarski microscope, but no surface defects such as surface irregularities, bits, or slips were observed. I did etching. The number of stacking faults found was 0.5/d or less.

本方法で作製されたシリコンエピタキシャル膜の移動度
を通常のホール測定によって評価した。
The mobility of the silicon epitaxial film produced by this method was evaluated by conventional Hall measurement.

ホウ素(B)をドープした低抵抗p型基板(比抵抗18
/1000オーム・国以下)上にリンをドープした比抵
抗4〜5オーム・唾のシリコンエピタキシャル膜を本発
明の方法で作製した。腹厚は4μである。エピタキシャ
ル成長層の不純物分布は、2端針広がり抵抗測定装置を
使用して評価した。外方拡散領域は1μm以下だった。
Low resistance p-type substrate doped with boron (B) (specific resistance 18
A silicon epitaxial film doped with phosphorus and having a specific resistance of 4 to 5 ohms was fabricated using the method of the present invention. Belly thickness is 4μ. The impurity distribution of the epitaxially grown layer was evaluated using a two-end needle spread resistance measuring device. The outdiffusion area was less than 1 μm.

ホール効果によるシリコンエピタキシャル膜の電子移動
度は1760d/v−secであった。この値は成長温
度が従来より低いにもかかわらず、基板エツチングによ
るオートドーピングは殆ど起こらず、エピタキシャル膜
としては十分な特性を有していることを示すものである
The electron mobility of the silicon epitaxial film due to the Hall effect was 1760 d/v-sec. This value indicates that although the growth temperature is lower than conventional ones, almost no autodoping occurs due to substrate etching, and that the film has sufficient characteristics as an epitaxial film.

以上から前記本発明方法はジクロルシランにとどまらず
、トリクロルシランやテトラクロルシランのようなシラ
ン誘導体に適用できることは自明である。
From the above, it is obvious that the method of the present invention is applicable not only to dichlorosilane but also to silane derivatives such as trichlorosilane and tetrachlorosilane.

次に第2の発明を実施例する場合の具体的態様を説明す
る。
Next, a specific embodiment of the second invention will be described.

第2の発明の問題点を解決するためには、マスク酸化膜
とシリコン境界領域及びマスク表面でのシリコン酸化膜
のシリコンによるエツチング反応を起こさせない条件の
元で、シリコン酸化膜上ではシリコンが成長せず、シリ
コン表面でのみシリコンのエピタキシャル成長が起こる
条件を見出せればよい。つまり反応式(1)のみをシリ
コン基板面上だけで起こさせればよい。
In order to solve the problem of the second invention, silicon grows on the silicon oxide film under conditions that do not cause an etching reaction of the silicon oxide film with silicon in the boundary region between the mask oxide film and the silicon and on the mask surface. It is only necessary to find conditions under which epitaxial growth of silicon occurs only on the silicon surface. In other words, it is sufficient to cause reaction formula (1) only on the silicon substrate surface.

すなわちシリコンのエピタキシャル単結晶膜の製造方法
において、シランもしくはシランの塩化物誘導体を原料
ガスとして、化学気相成長法(CVD)により所定基板
上にSiエピタキシャル単結晶薄膜を選択成長させるた
めに、所定の面方位を持った、シリコンウェハを所定5
102膜厚まで酸化し、その後、所望の形状をフォトリ
ソによりパターニングし、適当なエツチング法により所
望の場所に窓開けを行なう。続いて反応管中に上記基板
をセットし、塩化水素を含んだ水素気流中で所定時間加
熱して上記基板面をクリーニングした後、上記基板をS
iエピタキシャル単結晶の成長温度に加熱した状態で、
反応管内を真空引きし、上記原料ガスを吹き付け支援用
の水素ガスと共にガスライン内の圧力と反応管内の圧力
差を利用して、上記基板面上に吹き付けることにより上
記基板表面上に高速で原料ガスを供給し、反応させ、上
記基板上に高速度でエピタキシャル成長させると、5i
02マスク上にはシリコンは成長せず、窓開けした部分
にのみシリコン膜がエピタキシャル成長する。
That is, in a method for manufacturing a silicon epitaxial single crystal film, a predetermined amount of Si epitaxial single crystal thin film is selectively grown on a predetermined substrate by chemical vapor deposition (CVD) using silane or a chloride derivative of silane as a raw material gas. A silicon wafer with a surface orientation of 5 is
The film is oxidized to a thickness of 102 mm, then patterned into a desired shape by photolithography, and windows are opened at desired locations by an appropriate etching method. Next, the substrate was placed in a reaction tube and heated in a hydrogen stream containing hydrogen chloride for a predetermined period of time to clean the surface of the substrate.
i While heated to the epitaxial single crystal growth temperature,
The inside of the reaction tube is evacuated, and the raw material gas is sprayed onto the substrate surface using the pressure difference between the gas line and the reaction tube together with the hydrogen gas for spraying support, thereby spraying the raw material onto the substrate surface at high speed. By supplying a gas, causing a reaction, and growing epitaxially at high speed on the above substrate, 5i
Silicon does not grow on the 02 mask, and a silicon film grows epitaxially only in the window-opened areas.

実施例2(SiH2を用いた例) 所定の面方位を持った、シリコンウェハを所定5iO)
4膜厚まで酸化し、その後、所望の形状をフォトリソに
よりパターニングし、ドライエツチング法により所望の
場所に窓開けを行なった。続いて反応管中に上記基板を
セットした。その後1torr以下、数千secm程度
のわずかの塩化水素を含む水素気流中、基板温度100
0℃以上で5分間以上、塩化水素の作用による表面エツ
チングを含む高温クリーニングした後、基板表面温度を
700〜950℃のシリコンエピタキシャル成長温度ま
で下げ、成長圧力を静圧で1〜8 torrとして、こ
の温度でシランを用いて、所定厚さの81単結晶膜をS
i基板上に選択成長させた。
Example 2 (example using SiH2) A silicon wafer with a predetermined surface orientation is heated to a predetermined 5iO)
The film was oxidized to a thickness of 4.0 mm, then patterned into a desired shape by photolithography, and windows were opened at desired locations by dry etching. Subsequently, the above substrate was set in the reaction tube. After that, the substrate temperature was 100°C in a hydrogen flow containing a small amount of hydrogen chloride at 1 torr or less and several thousand seconds.
After high-temperature cleaning including surface etching by the action of hydrogen chloride at 0°C or higher for 5 minutes or more, the substrate surface temperature was lowered to the silicon epitaxial growth temperature of 700 to 950°C, and the growth pressure was set to 1 to 8 torr in static pressure. 81 single crystal film of a given thickness using silane at temperature
It was selectively grown on the i-substrate.

この時、低温にも関わらず選択性を失わずに、かつ結晶
性もよく、ファセット成長したり、パターン周辺部での
異常成長が起こらずに表面が平坦な選択成長エピタキシ
ャル膜を得るためには、反応管1内へ流し込む上記原料
ガスを吹き付け支援用の水素ガスと共に、ガスライン内
の圧力と反応管内の圧力差を利用して上記基板上に強制
的に吹き付けることが極めて重要であり、大体1000
〜4000secmの全ガス量を反応管1の頂上からS
1基板2に流し込んだ。この場合にも文献に報告されて
いるような従来のエピタキシャル成長法のように、高い
圧力下でキャリアガスをゆっくり流し、81基板上に自
然に生成するキャリアガス境界層を介してシラン原料あ
るいはそれらの分解物が拡散して81基板上でシリコン
エピタキシャル膜が生成する方式では、本方法のおける
温度では、良好な選択成長シリコンエピタキシャル膜は
成長しない。そのため反応管内に流し込むガスが適当な
線速度を持つように流す全ガス量と反応管内の静圧を独
立に制御するのが好ましい。
At this time, in order to obtain a selectively grown epitaxial film that does not lose selectivity despite the low temperature, has good crystallinity, and has a flat surface without facet growth or abnormal growth around the pattern. It is extremely important to forcibly spray the raw material gas flowing into the reaction tube 1 onto the substrate using the pressure difference between the gas line and the reaction tube together with the hydrogen gas for spraying support. 1000
~4000sec total gas amount from the top of reaction tube 1
It was poured onto 1 substrate 2. In this case, as in the conventional epitaxial growth method reported in the literature, the carrier gas is slowly flowed under high pressure, and the silane raw materials or their In the method in which a silicon epitaxial film is formed on the 81 substrate by diffusion of decomposed products, a good selectively grown silicon epitaxial film cannot be grown at the temperature of this method. Therefore, it is preferable to independently control the total amount of gas flowing into the reaction tube and the static pressure inside the reaction tube so that the gas flowing into the reaction tube has an appropriate linear velocity.

(具体的成長例) 成長温度プロファイルを第2図に示す。使用した81基
板は直径3インチ(100)である。水蒸気酸化法を用
いて0.5μm酸化膜を形成した後に、フォトリソによ
り必要とするパターンを形成した。その後プラズマドラ
イエツチング法により酸化膜の窓開けをした。フォトリ
ソに用いたレジストを除去した後基板をリアクター内に
セ・ソトした。81基板のクリーニングの条件は基板温
度1000℃、静圧0.4t、arr、  1%塩化水
素を含む流量1500secmの水素気流中15分とし
た。
(Specific Growth Example) The growth temperature profile is shown in Figure 2. The 81 substrate used was 3 inches (100) in diameter. After forming a 0.5 μm oxide film using a steam oxidation method, a required pattern was formed by photolithography. Thereafter, a window in the oxide film was opened using a plasma dry etching method. After removing the resist used in photolithography, the substrate was placed in a reactor. The cleaning conditions for the No. 81 substrate were as follows: substrate temperature: 1,000° C., static pressure: 0.4 t, arr, and 15 minutes in a hydrogen stream containing 1% hydrogen chloride at a flow rate of 1,500 sec.

その後降温し、シリコンエピタキシャル膜の成長温度は
約700℃とした。シリコンエピタキシャル層成長時反
応管内には水素ガスをベースとして1%に希釈したモノ
シランガス及び吹き付け支援用水素ガスを含めて220
0secm流して81基板上に強制的に吹き付けた。バ
イパスライン3には水素1000secm流し、反応管
1内のフィールドスルー4に設けたバラトロン圧力計7
で測定した静圧を3 torrとした。シランの対水素
ガス比をかえると成長速度は変化するが、成長速度0.
1〜1μ/win程度の条件で膜質にそれほど差は無か
った。
Thereafter, the temperature was lowered, and the growth temperature of the silicon epitaxial film was about 700°C. During silicon epitaxial layer growth, the reaction tube contains 220 ml of hydrogen gas, including monosilane gas diluted to 1% and hydrogen gas for spraying support.
It was forcibly sprayed onto the 81 substrate with a flow of 0 seconds. 1000 sec of hydrogen was flowed into the bypass line 3, and a baratron pressure gauge 7 installed in the field through 4 inside the reaction tube 1
The static pressure measured was 3 torr. The growth rate changes by changing the silane to hydrogen gas ratio, but the growth rate is 0.
There was not much difference in film quality under conditions of about 1 to 1 μ/win.

このとき酸化膜上にはシリコン成長はみられず選択成長
が起こっていることが確認された。
At this time, no silicon growth was observed on the oxide film, confirming that selective growth was occurring.

選択エピタキシャル成長したシリコンウェハの断面形状
を走査型電子顕微鏡で観察した。ファセットの形状及び
パターン周辺部での異常成長はみられず、マスク酸化膜
と選択エピタキシャル成長の表面は平坦なものが得られ
た。
The cross-sectional shape of the selective epitaxially grown silicon wafer was observed using a scanning electron microscope. No abnormal growth was observed in the facet shape or pattern periphery, and the mask oxide film and the surface of the selective epitaxial growth were flat.

積層欠陥を観察するために、通常のWRr GHTエツ
チングを行なった。アンダーカットに起因すると考えら
れるパターンの中心部分での積層欠陥はみられなかった
A conventional WRr GHT etch was performed to observe stacking faults. No stacking faults were observed in the center of the pattern, which may be caused by undercuts.

選択成長したエピタキシャル膜部分の電子移動度を測定
した。燐を10”/cmドープしたものを用いた。室温
に置ける電子移動度は1750CIIl/V−seeで
あり、バルクエピタキシャル膜に近いものが得られた。
The electron mobility of the selectively grown epitaxial film portion was measured. A film doped with phosphorus at 10"/cm was used. The electron mobility at room temperature was 1750 CIIl/V-see, and a film close to that of a bulk epitaxial film was obtained.

実施例3(Sl。H2Cl2を用い例)所定の面方位を
持った、シリコンウェハを所定Si○2膜厚まで酸化し
、その後、所望の形状をフォトリソによりバターニング
し、ドライエツチング法により所望の場所に窓開けを行
なった。続いて反応管中に上記基板をセットした。その
後1torr以下、数千secm程度のわずかの塩化水
素を含む水素気流中、基板温度1000℃以上で5分間
以上、塩化水素の作用による表面エツチングを含む高温
クリーニングした後、基板表面温度を8000〜950
℃のシリコンエピタキシャル成長温度まで下げ、成長圧
力を静圧で1〜8 torrとして、この温度でシラン
を用いて、所定厚さの81単結晶膜を81基板上に選択
成長させた。
Example 3 (Example using Sl.H2Cl2) A silicon wafer with a predetermined surface orientation is oxidized to a predetermined Si○2 film thickness, and then the desired shape is patterned by photolithography, and the desired shape is formed by dry etching. A window was opened at the location. Subsequently, the above substrate was set in the reaction tube. After that, in a hydrogen flow containing a small amount of hydrogen chloride at 1 torr or less and several thousand seconds, the substrate temperature was 1000°C or more for 5 minutes or more, and after high-temperature cleaning including surface etching due to the action of hydrogen chloride, the substrate surface temperature was lowered to 8000-950°C.
The silicon epitaxial growth temperature was lowered to .degree. C., the growth pressure was statically set to 1 to 8 torr, and an 81 single crystal film of a predetermined thickness was selectively grown on the 81 substrate using silane at this temperature.

以上の各工程の大略のフローは第1図と同様である。The general flow of each of the above steps is the same as that shown in FIG.

この時、低温にも関わらず選択性を失わずに、かつ結晶
性もよく、ファセット成長したり、パターン周辺部での
異常成長が起こらずに表面が平坦な選択成長エピタキシ
ャル膜を得るためには、反応管1内へ流し込む上記原料
ガスを吹き付け支援用の水素ガスと共に、ガスライン内
の圧力と反応管内の圧力差を利用して上記基板上に強制
的に吹き付けることが極めて重要であり、大体1000
〜4000secmの全ガス量の反応管1の頂上からS
i基板2に流し込んだ。文献に報告されているような従
来のエピタキシャル成長法のように、高い圧力下でキャ
リアガスをゆっくり流し、Si基板上に自然に生成する
キャリアガス境界層を介してシラン原料あるいはそれら
の分解物が拡散してSi基板上でシリコンエピタキシャ
ル膜が生成する方式では、本方法のおける温度では、良
好な選択成長シリコンエピタキシャル膜は成長しない。
At this time, in order to obtain a selectively grown epitaxial film that does not lose selectivity despite the low temperature, has good crystallinity, and has a flat surface without facet growth or abnormal growth around the pattern. It is extremely important to forcibly spray the raw material gas flowing into the reaction tube 1 onto the substrate using the pressure difference between the gas line and the reaction tube together with the hydrogen gas for spraying support. 1000
S from the top of reaction tube 1 with a total gas volume of ~4000 sec
It was poured into i-board 2. As in conventional epitaxial growth methods reported in the literature, the carrier gas is slowly flowed under high pressure, and the silane raw materials or their decomposition products diffuse through the carrier gas boundary layer that naturally forms on the Si substrate. In a method in which a silicon epitaxial film is produced on a Si substrate using a silicon substrate, a good selectively grown silicon epitaxial film cannot be grown at the temperature of this method.

そのため反応管内に流し込むガスが適当な線速度を持つ
ように流す全ガス量と反応管内の静圧を独立に制御する
のが好ましい。
Therefore, it is preferable to independently control the total amount of gas flowing into the reaction tube and the static pressure inside the reaction tube so that the gas flowing into the reaction tube has an appropriate linear velocity.

(具体的成長例) 使用した81基板は直径3インチ(100)である。水
蒸気酸化法を用いて0.5μm酸化膜を形成した後に、
フォトリソにより必要とするパターンを形成した。その
後プラズマドライエツチング法により酸化膜の窓開けを
した。フォトリソに用いたレジストを除去した後基板を
リアゲタ−内にセットした。81基板のクリーニングの
条件は基板温度1000℃、静圧0.4torr、1%
塩化水素を含む流量150Q sccmの水素気流中1
5分とした。その後降温し、シリコンエピタキシャル膜
の成長温度は約800℃とした。シリコンエピタキシャ
ル層成長時反応管内には水素ガスをベースとして1%に
希釈したジグロルシランガス及び吹き付け支援用水素ガ
スを含めて2200secm流してSi基板上に強制的
に吹き付けた。バイパスライン3には水素1000se
cm流し、反応管1内のフィールドスルー4に設けたバ
ラトロン圧力計7で測定した静圧を3 torrとした
。シランの対水素ガス比をかえると成長速度は変化する
が、成長速度0.1〜1μ/min程度の条件で膜質に
それほど差は無かった。
(Specific growth example) The 81 substrate used has a diameter of 3 inches (100). After forming a 0.5μm oxide film using steam oxidation method,
A required pattern was formed by photolithography. Thereafter, a window in the oxide film was opened using a plasma dry etching method. After removing the resist used in photolithography, the substrate was set in a reagator. The conditions for cleaning the 81 board are: board temperature 1000℃, static pressure 0.4torr, 1%
In a hydrogen flow containing hydrogen chloride with a flow rate of 150Q sccm 1
It was set as 5 minutes. Thereafter, the temperature was lowered, and the growth temperature of the silicon epitaxial film was about 800°C. During the growth of the silicon epitaxial layer, diglolsilane gas diluted to 1% based on hydrogen gas and hydrogen gas for spraying support were flowed in the reaction tube for 2200 seconds and forcedly sprayed onto the Si substrate. Hydrogen 1000se in bypass line 3
cm, and the static pressure was 3 torr as measured by a baratron pressure gauge 7 provided in the field through 4 in the reaction tube 1. Although the growth rate changes when the ratio of silane to hydrogen gas is changed, there is no significant difference in film quality under conditions where the growth rate is approximately 0.1 to 1 μ/min.

このとき酸化膜上にはシリコン成長はみられず選択成長
が起こっていることが確認された。
At this time, no silicon growth was observed on the oxide film, confirming that selective growth was occurring.

選択エピタキシャル成長したシリコンウェハの断面形状
を走査型電子顕微鏡で観察した。ファセットの形状及び
パターン周辺部での異常成長はみられず、マス多酸化膜
と選択エピタキシャル成長の表面は平坦なものが得られ
た。
The cross-sectional shape of the selective epitaxially grown silicon wafer was observed using a scanning electron microscope. No abnormal growth was observed in the facet shape or pattern periphery, and the surfaces of the mass polyoxide film and the selective epitaxial growth were flat.

積層欠陥を観察するために、通常のWRI GHTエツ
チングを行なった。アンダーカットに起因すると考えら
れるパターンの中心部分での積層欠陥はみられなかった
Conventional WRI GHT etching was performed to observe stacking faults. No stacking faults were observed in the center of the pattern, which may be caused by undercuts.

選択成長したエピタキシャル膜部分の電子移動度を測定
した。燐を10“” / cn?ドープしたものを用い
た。室温に置ける電子移動度は1750cm/V −s
ecであり、バルクエピタキシャル膜に近いものが得ら
れた。
The electron mobility of the selectively grown epitaxial film portion was measured. Phosphorus 10 “” / cn? A doped version was used. Electron mobility at room temperature is 1750 cm/V −s
ec, and a film close to a bulk epitaxial film was obtained.

[発明の効果] 以上に述べたように、本発明によれば、シリコン基板に
良質のシリコンエピタキシャル膜を基板外からの不純物
拡散や基板からの外方拡散の起こる温度よりはるかに低
い温度で高速度で製作することができ、またオートドー
ピングも殆ど完全に抑えられる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a high-quality silicon epitaxial film is formed on a silicon substrate at a temperature far lower than the temperature at which impurity diffusion from outside the substrate or outward diffusion from the substrate occurs. It can be manufactured at high speed, and autodoping is almost completely suppressed.

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

第1図は本発明の方法を実行するためのCVD装置の一
実施例を示す概略図、第2図は本発明の方法による成長
温度プロファイルの一例を示す図である。 1・・・・・・・・・反応管、2・・・・・・・・・基
板、3・・・・・・・・バイパスライン、4・・・・・
・・・・フィールドスルー、5・・・・・・・・・ゲー
トバルブ、6・・・・・・・・圧力調整バルブ、7・・
・・・・バラトロン圧力計、8・・・・・・・・・高周
波誘導加熱装置、9・・・・・・・・・サセプタ、10
・・・・・・・・オプチカルパイロメーター、11・・
・・・・・・・基板交換機構兼サセプタ支持機構、13
・・・・・・・・・熱電対温度計。 特許出願人    クラリオン株式会社代理人 弁理士
  永 1)武 三 部第1図
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a CVD apparatus for carrying out the method of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing an example of a growth temperature profile according to the method of the present invention. 1...Reaction tube, 2...Substrate, 3...Bypass line, 4...
...Field through, 5...Gate valve, 6...Pressure adjustment valve, 7...
...Baratron pressure gauge, 8...High frequency induction heating device, 9...Susceptor, 10
......Optical pyrometer, 11...
...... Board exchange mechanism and susceptor support mechanism, 13
......Thermocouple thermometer. Patent Applicant Clarion Co., Ltd. Agent Patent Attorney Nagai 1) Takeshi Part 3 Figure 1

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)高真空に排気された反応管中にシリコン基板を保
持したのち、エピタキシャル膜成長温度に加熱した状態
で、原料ガスを吹き付け支援用の水素ガスと共に、ガス
ライン内の圧力と反応管内の圧力差を利用して、上記基
板面上に吹き付けることにより、上記基板表面上に高速
で原料ガスを供給し、かつ反応させる工程を有するシリ
コン単結晶薄膜のエピタキシャル成長方法。
(1) After holding the silicon substrate in a reaction tube evacuated to high vacuum, and heating it to the epitaxial film growth temperature, source gas is sprayed together with hydrogen gas for support, and the pressure inside the gas line and the inside of the reaction tube are adjusted. A method for epitaxial growth of a silicon single crystal thin film, comprising a step of supplying a raw material gas onto the surface of the substrate at high speed by spraying it onto the surface of the substrate using a pressure difference, and causing a reaction.
(2)原料ガスがシラン(SiH_4)であることを特
徴とする特許請求の範囲第(1)項記載のシリコン単結
晶薄膜のエピタキシャル成長方法。
(2) The method for epitaxial growth of a silicon single crystal thin film according to claim (1), wherein the source gas is silane (SiH_4).
(3)原料ガスが上記基板がSiH_2Cl_2、Si
HCl_3もしくはSiCl_4であることを特徴とす
る特許請求の範囲第(1)項記載のシリコン単結晶薄膜
のエピタキシャル成長方法。
(3) The raw material gas is SiH_2Cl_2, Si
The method for epitaxial growth of a silicon single crystal thin film according to claim (1), characterized in that HCl_3 or SiCl_4 is used.
(4)反応管内の所定の場所に設置されたシリコン基板
上の所望の場所以外をマスク部材で覆い、高真空に排気
された反応管中にシリコン基板を保持したのち、エピタ
キシャル膜成長温度に加熱した状態で、原料ガスを吹き
付け支援用の水素ガスと共に、ガスライン内の圧力と反
応管内の圧力差を利用して、上記基板面上に吹き付ける
ことにより、上記基板表面上に高速で原料ガスを供給し
、かつ反応させることにより、マスク部材以外の所望の
場所のみに選択的に成長させることを特徴とするエピタ
キシャル成長方法。
(4) Cover the silicon substrate installed at a predetermined location in the reaction tube with a mask member, hold the silicon substrate in the reaction tube that is evacuated to high vacuum, and then heat to the epitaxial film growth temperature. In this state, the raw material gas is sprayed onto the substrate surface using the pressure difference between the gas line and the reaction tube together with the hydrogen gas for spraying support, thereby spraying the raw material gas onto the substrate surface at high speed. An epitaxial growth method characterized by selectively growing only at desired locations other than a mask member by supplying and reacting.
(5)マスク部材が酸化珪素及び窒化珪素またはそれら
の積層材であることを特徴とする特許請求の範囲第(4
)項に記載による成長方法。
(5) Claim No. 4, characterized in that the mask member is made of silicon oxide, silicon nitride, or a laminated material thereof.
) Growth method as described in section.
(6)原料ガスがモノシラン(SiH_4)、ジクロル
シラン(SiH_2Cl_2)、トリクロルシラン(S
iHCl_3)もしくはテトラクロルシラン(SiCl
_4)であることを特徴とする特許請求の範囲第(4)
項記載の成長方法。
(6) The raw material gas is monosilane (SiH_4), dichlorosilane (SiH_2Cl_2), trichlorosilane (S
iHCl_3) or tetrachlorosilane (SiCl
_4) Claim No. (4)
Growth method described in section.
(7)化学気相成長装置(CVD装置)において、原料
ガスを輸送するキャリアガスの他に、原料ガスを基板上
に吹き付けるための吹き付け支援用のガスラインを設け
たことを特徴とする化学気相成長装置。
(7) A chemical vapor deposition apparatus (CVD apparatus) characterized in that, in addition to a carrier gas for transporting the raw material gas, a gas line for spraying support for spraying the raw material gas onto the substrate is provided. Phase growth device.
(8)特許請求の範囲第(7)項において、反応管内に
流し込む原料ガス及び吹き付け支援用のガスの線速度を
最適なエピタキシャル条件にするため、流量及び圧力調
整を目的とした圧力及び流量調整ラインを反応管と並列
に設置することを特徴とする化学気相成長装置。
(8) In claim (7), pressure and flow rate adjustment for the purpose of flow rate and pressure adjustment in order to bring the linear velocity of the raw material gas and blowing support gas flowing into the reaction tube into optimal epitaxial conditions. A chemical vapor deposition device characterized by a line installed in parallel with a reaction tube.
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