JPH05267166A - シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及び成長装置 - Google Patents
シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及び成長装置Info
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- JPH05267166A JPH05267166A JP4645692A JP4645692A JPH05267166A JP H05267166 A JPH05267166 A JP H05267166A JP 4645692 A JP4645692 A JP 4645692A JP 4645692 A JP4645692 A JP 4645692A JP H05267166 A JPH05267166 A JP H05267166A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 シラン系ガス及びゲルマン系ガスを用いた選
択成長中にＳｉＯ2 膜上に形成されるＳｉ原子をポリシ
リコンの核ができる前にＳｉＣｌ2 Ｈ2 によるエッチン
グを用いて蒸発させることによって、厚い膜を成長させ
る。 【構成】 ＳｉＯ2 膜１１上にＳｉ2 Ｈ6 ガスと、Ｓｉ
Ｃｌ2 Ｈ2 分子線またはラジカルを照射する。ＳｉＯ2
上のＳｉ原子密度が増加してポリシリコンの形成が起こ
る前にＳｉＯ2 上のＳｉ原子１３はＳｉＣｌ2 Ｈ2 また
はジクロルシランラジカルと反応して蒸気圧の高いＳｉ
Ｃｌ2 、ＳｉＣｌ、ＳｉＨＣｌの形で蒸発してしまう。
この時、Ｓｉ開口部上のＳｉエピタキシャル層もエッチ
ングされるが、ＳｉＯ2 上のＳｉ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、エピタキシャ
ル層をほとんどエッチングせずにＳｉＯ2 上のＳｉ原子
を除去することができる。従って、再び選択成長を続け
ることができ、厚い膜を成長できる。またＳｉ2 Ｈ6 ガ
スと、ＳｉＣｌ2 Ｈ2 分子線またはラジカルを交互に照
射してもよい。
択成長中にＳｉＯ2 膜上に形成されるＳｉ原子をポリシ
リコンの核ができる前にＳｉＣｌ2 Ｈ2 によるエッチン
グを用いて蒸発させることによって、厚い膜を成長させ
る。 【構成】 ＳｉＯ2 膜１１上にＳｉ2 Ｈ6 ガスと、Ｓｉ
Ｃｌ2 Ｈ2 分子線またはラジカルを照射する。ＳｉＯ2
上のＳｉ原子密度が増加してポリシリコンの形成が起こ
る前にＳｉＯ2 上のＳｉ原子１３はＳｉＣｌ2 Ｈ2 また
はジクロルシランラジカルと反応して蒸気圧の高いＳｉ
Ｃｌ2 、ＳｉＣｌ、ＳｉＨＣｌの形で蒸発してしまう。
この時、Ｓｉ開口部上のＳｉエピタキシャル層もエッチ
ングされるが、ＳｉＯ2 上のＳｉ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、エピタキシャ
ル層をほとんどエッチングせずにＳｉＯ2 上のＳｉ原子
を除去することができる。従って、再び選択成長を続け
ることができ、厚い膜を成長できる。またＳｉ2 Ｈ6 ガ
スと、ＳｉＣｌ2 Ｈ2 分子線またはラジカルを交互に照
射してもよい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は分子線を用いたシリコン
エピタキシャル膜の選択成長方法及び成長装置に関す
る。
エピタキシャル膜の選択成長方法及び成長装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）ガス分子線を用
いたガスソースシリコン分子線成長技術（ＭＢＥ）は、
低温でシリコンの選択成長ができる技術として注目を集
めている。しかし、Ｓｉ2 Ｈ6 ガスだけを用いたガスソ
ースによるエピタキシャル成長では、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Ｓｉ2 Ｈ6 分
子が照射されるとＳｉＯ2 上でＳｉの核形成が起り、選
択成長が崩れてしまうことがわかっている。例えば、図
７は成長温度を変化させたときのＳｉ2 Ｈ6 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もの
である。この図から、選択成長条件が崩れる時間はＳ
ｉ2 Ｈ6 の流量に逆比例している事、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ＳｉＯ2 上に照射されたＳｉ2
Ｈ6分子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。図８は選択成長
が崩れるまで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
せても成長温度が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７０
０℃のときはＳｉ2 Ｈ6 流量７５ＳＣＣＭまでは供給律
速であり、成長速度はＳｉ2 Ｈ6 流量に比例する。従っ
て、Ｓｉ2 Ｈ6 流量７５ＳＣＣＭまでは、選択成長条件
が崩れるときの成長膜の厚さはＳｉ2 Ｈ6 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１０００Ａであり、以上詳しく述べたよう
に、Ｓｉ2 Ｈ6 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。Ｓｉ3 Ｎ4
膜の場合にも同様の現象が見られ、しかもＳｉＯ2 膜よ
りも選択性が悪く、選択成長できる臨界膜厚は約１００
Ａであった。
いたガスソースシリコン分子線成長技術（ＭＢＥ）は、
低温でシリコンの選択成長ができる技術として注目を集
めている。しかし、Ｓｉ2 Ｈ6 ガスだけを用いたガスソ
ースによるエピタキシャル成長では、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Ｓｉ2 Ｈ6 分
子が照射されるとＳｉＯ2 上でＳｉの核形成が起り、選
択成長が崩れてしまうことがわかっている。例えば、図
７は成長温度を変化させたときのＳｉ2 Ｈ6 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もの
である。この図から、選択成長条件が崩れる時間はＳ
ｉ2 Ｈ6 の流量に逆比例している事、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ＳｉＯ2 上に照射されたＳｉ2
Ｈ6分子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。図８は選択成長
が崩れるまで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
せても成長温度が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７０
０℃のときはＳｉ2 Ｈ6 流量７５ＳＣＣＭまでは供給律
速であり、成長速度はＳｉ2 Ｈ6 流量に比例する。従っ
て、Ｓｉ2 Ｈ6 流量７５ＳＣＣＭまでは、選択成長条件
が崩れるときの成長膜の厚さはＳｉ2 Ｈ6 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１０００Ａであり、以上詳しく述べたよう
に、Ｓｉ2 Ｈ6 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。Ｓｉ3 Ｎ4
膜の場合にも同様の現象が見られ、しかもＳｉＯ2 膜よ
りも選択性が悪く、選択成長できる臨界膜厚は約１００
Ａであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、この
様な従来の欠点を除去して、シラン系またはゲルマン系
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を提供す
ることにある。
様な従来の欠点を除去して、シラン系またはゲルマン系
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を提供す
ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、分子線による
シリコンの選択エピタキシャル成長において、基板加熱
可能な分子線成長装置内に一部分を絶縁膜によって覆わ
れた基板を配し、気相反応が起らない領域で、この基板
表面にシラン系ガス分子線もしくはゲルマン系ガス分子
線もしくはその両方とクロルシラン分子線もしくはクロ
ルシランラジカルを同時に照射することにより成長する
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
方法である。
シリコンの選択エピタキシャル成長において、基板加熱
可能な分子線成長装置内に一部分を絶縁膜によって覆わ
れた基板を配し、気相反応が起らない領域で、この基板
表面にシラン系ガス分子線もしくはゲルマン系ガス分子
線もしくはその両方とクロルシラン分子線もしくはクロ
ルシランラジカルを同時に照射することにより成長する
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
方法である。
【０００５】また本発明は分子線によるシリコンの選択
エピタキシャル成長において、基板加熱可能な分子線成
長装置内に一部分をシリコン酸化膜もしくはシリコン窒
化膜によって覆われた基板を配し、気相反応が起らない
領域で、この基板表面にシラン系ガス分子線もしくはゲ
ルマン系ガス分子線もしくはその両方を照射してシリコ
ン開口部に選択成長する工程と、シリコン酸化膜上のＳ
ｉもしくはＧｅもしくはその両方をエッチングするため
にクロルシラン分子線もしくはクロルシランラジカルを
照射する工程を交互に行なう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である。
エピタキシャル成長において、基板加熱可能な分子線成
長装置内に一部分をシリコン酸化膜もしくはシリコン窒
化膜によって覆われた基板を配し、気相反応が起らない
領域で、この基板表面にシラン系ガス分子線もしくはゲ
ルマン系ガス分子線もしくはその両方を照射してシリコ
ン開口部に選択成長する工程と、シリコン酸化膜上のＳ
ｉもしくはＧｅもしくはその両方をエッチングするため
にクロルシラン分子線もしくはクロルシランラジカルを
照射する工程を交互に行なう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である。
【０００６】また、本発明は分子線成長装置において、
シラン系ガス分子線もしくはゲルマン系ガス分子線もし
くはその混合分子線発生用としてノズルとクロルシラン
ラジカル発生用としてプラズマイオン源を備えてなるこ
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
置である。
シラン系ガス分子線もしくはゲルマン系ガス分子線もし
くはその混合分子線発生用としてノズルとクロルシラン
ラジカル発生用としてプラズマイオン源を備えてなるこ
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
置である。
【０００７】
【作用】ＳｉＯ2 上にＳｉ2 Ｈ6 ガスを照射した場合、
図３（ａ）に示した様にＳｉ2Ｈ6 ガス分子はＳｉＯ2
膜２１表面上の準安定状態にトラップされた後、再離脱
する。この時、基板温度によって決まるある確率で少数
のＳｉ2 Ｈ6 分子が分解を起こし、Ｓｉ原子２３となっ
てＳｉＯ2 上に付着する。図３（ｂ）に示した様にＳｉ
Ｏ2 上に付着したＳｉ原子がある臨界数以上になると核
形成を起こし、ＳｉＯ2 上にポリシリコンのアイランド
２５が形成される。図３（ｃ）に示すように、いったん
ポリシリコンアイランドが形成されると、この上で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。本発明者等は、シラン系またはゲルマン系ガ
ス分子線による選択成長時、クロルシランガス分子線を
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、ＳｉＯ2 上に形成され
るＳｉ原子が同時に照射されたクロルシランガス分子と
次式に示すように複数に反応して蒸気圧の高いＳｉＣｌ
2 、ＳｉＣｌ、ＳｉＨＣｌとなって蒸発するからであ
る。（ジクロルシランの例：ＳｉＣｌ2 Ｈ2 →Ｓｉ＋２
ＨＣｌ、Ｓｉ＋ＨＣｌ→ＳｉＨＣｌ、Ｓｉ＋ＨＣｌ→Ｓ
ｉＣｌ＋１／２Ｈ2 、Ｓｉ＋２ＨＣｌ→ＳｉＣｌ2 ＋Ｈ
2 ）また、このときＳｉＣｌ2 Ｈ2 によるエッチングが
この反応式に示したように成長と同時に起っているため
極めて平坦な平面が得られる。さらに、図２に示すよう
に、１０- 9 Ｔｏｒｒの超高真空まで排気できる真空槽
３１に成長ガス用のノズル３９とＥＣＲによるクロルシ
ランプラズマイオン源３５を取り付け、プラズマイオン
源によって形成されたクロルシラン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。クロルシランラジカルを用いるとＳｉＯ2 上で
のＳｉとの反応が促進されるため、低温でもＳｉＣ
ｌ2 、ＳｉＣｌ、ＳｉＨＣｌが形成されて、ＳｉＯ2 上
よりＳｉが除去されるためであると考えられる。
図３（ａ）に示した様にＳｉ2Ｈ6 ガス分子はＳｉＯ2
膜２１表面上の準安定状態にトラップされた後、再離脱
する。この時、基板温度によって決まるある確率で少数
のＳｉ2 Ｈ6 分子が分解を起こし、Ｓｉ原子２３となっ
てＳｉＯ2 上に付着する。図３（ｂ）に示した様にＳｉ
Ｏ2 上に付着したＳｉ原子がある臨界数以上になると核
形成を起こし、ＳｉＯ2 上にポリシリコンのアイランド
２５が形成される。図３（ｃ）に示すように、いったん
ポリシリコンアイランドが形成されると、この上で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。本発明者等は、シラン系またはゲルマン系ガ
ス分子線による選択成長時、クロルシランガス分子線を
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、ＳｉＯ2 上に形成され
るＳｉ原子が同時に照射されたクロルシランガス分子と
次式に示すように複数に反応して蒸気圧の高いＳｉＣｌ
2 、ＳｉＣｌ、ＳｉＨＣｌとなって蒸発するからであ
る。（ジクロルシランの例：ＳｉＣｌ2 Ｈ2 →Ｓｉ＋２
ＨＣｌ、Ｓｉ＋ＨＣｌ→ＳｉＨＣｌ、Ｓｉ＋ＨＣｌ→Ｓ
ｉＣｌ＋１／２Ｈ2 、Ｓｉ＋２ＨＣｌ→ＳｉＣｌ2 ＋Ｈ
2 ）また、このときＳｉＣｌ2 Ｈ2 によるエッチングが
この反応式に示したように成長と同時に起っているため
極めて平坦な平面が得られる。さらに、図２に示すよう
に、１０- 9 Ｔｏｒｒの超高真空まで排気できる真空槽
３１に成長ガス用のノズル３９とＥＣＲによるクロルシ
ランプラズマイオン源３５を取り付け、プラズマイオン
源によって形成されたクロルシラン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。クロルシランラジカルを用いるとＳｉＯ2 上で
のＳｉとの反応が促進されるため、低温でもＳｉＣ
ｌ2 、ＳｉＣｌ、ＳｉＨＣｌが形成されて、ＳｉＯ2 上
よりＳｉが除去されるためであると考えられる。
【０００８】この方法では、成長中クロルシラン分子線
もしくはクロルシランラジカルを照射し続けるため、Ｓ
ｉ開口部においてもエッチングが起こり、またＳｉ2 Ｈ
6 の分解過程にＳｉＣｌ2 Ｈ2 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。特に、プラズ
マイオン現を用いる場合にはＳｉＣｌ2 Ｈ2 分圧を下げ
るとプラズマが発生しなくなるため、多量のＳｉＣｌ2
Ｈ2 を供給し続けなければならず、エッチングが無視で
きない。その場合には、ポリシリコンの核形成が起こる
前に成長を止め、ＳｉＣｌ2 Ｈ2 もしくはジクロルシラ
ン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。これは、次の様な原理に基づく。図
１（ａ）に示す様にＳｉＯ2 膜１１上にＳｉ2 Ｈ6 ガス
を照射すると、ＳｉＯ2 膜１１上のＳｉ原子１３の密度
が増加してくる。ポリシリコンの形成が起こる前に基板
にＳｉＣｌ2 Ｈ2 もしくはジクロルシランラジカルを照
射すると図１（ｂ）に示す様にＳｉＯ2 上のＳｉ原子は
ＳｉＣｌ2 Ｈ2 もしくはジクロルシランラジカルと反応
して蒸気圧の高いＳｉＣｌ2 、ＳｉＣｌ、ＳｉＨＣｌの
形で蒸発してしまう。この時、Ｓｉ開口部上のＳｉエピ
タキシャル層もエッチングされるが、ＳｉＯ2上のＳｉ
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、エピタキシャル層をほとんどエッチングせずに
ＳｉＯ2 上のＳｉ原子を除去することができる（図１
（ｃ））。従って、ふたたび選択成長を続けることが可
能となる（図１（ｄ））。Ｓｉ3 Ｎ4 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。
もしくはクロルシランラジカルを照射し続けるため、Ｓ
ｉ開口部においてもエッチングが起こり、またＳｉ2 Ｈ
6 の分解過程にＳｉＣｌ2 Ｈ2 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。特に、プラズ
マイオン現を用いる場合にはＳｉＣｌ2 Ｈ2 分圧を下げ
るとプラズマが発生しなくなるため、多量のＳｉＣｌ2
Ｈ2 を供給し続けなければならず、エッチングが無視で
きない。その場合には、ポリシリコンの核形成が起こる
前に成長を止め、ＳｉＣｌ2 Ｈ2 もしくはジクロルシラ
ン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。これは、次の様な原理に基づく。図
１（ａ）に示す様にＳｉＯ2 膜１１上にＳｉ2 Ｈ6 ガス
を照射すると、ＳｉＯ2 膜１１上のＳｉ原子１３の密度
が増加してくる。ポリシリコンの形成が起こる前に基板
にＳｉＣｌ2 Ｈ2 もしくはジクロルシランラジカルを照
射すると図１（ｂ）に示す様にＳｉＯ2 上のＳｉ原子は
ＳｉＣｌ2 Ｈ2 もしくはジクロルシランラジカルと反応
して蒸気圧の高いＳｉＣｌ2 、ＳｉＣｌ、ＳｉＨＣｌの
形で蒸発してしまう。この時、Ｓｉ開口部上のＳｉエピ
タキシャル層もエッチングされるが、ＳｉＯ2上のＳｉ
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、エピタキシャル層をほとんどエッチングせずに
ＳｉＯ2 上のＳｉ原子を除去することができる（図１
（ｃ））。従って、ふたたび選択成長を続けることが可
能となる（図１（ｄ））。Ｓｉ3 Ｎ4 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。
【０００９】
【実施例】本発明の実施例について具体的に説明する。
ここではシリコンのガスソースＭＢＥ装置を用いた。主
排気ポンプには排気量１０００ｌ／ｓのターボモレキュ
ラーポンプを用いた。Ｓｉ2 Ｈ6 ガス及びＳｉＣｌ2 Ｈ
2 ガスはマスフローコントローラで流量を制御し、それ
ぞれ別のＳＵＳ製ノズルで基板斜め下１００ｍｍより供
給した。圧力の高い所で、これらのガスを混合すること
は、爆発の恐れがあり危険である。基板は４インチＳｉ
（１００）単結晶基板で、膜厚４０００ＡのＣＶＤ酸化
膜パターンが形成してある。成長は基板温度を７００
℃、ガス流量は５ＳＣＣＭで行なった。選択成長してい
るかどうかの判別はＲＨＥＥＤのｉｎ−ｓｉｔｕ測定に
より求めた。成長した基板は大気に取り出した後、ＳＥ
Ｍ及びＴＥＭで選択成長の状況及び結晶性を観察し、フ
ッ酸で酸化膜パターンを除去して段差計で選択成長した
膜厚を測定した。
ここではシリコンのガスソースＭＢＥ装置を用いた。主
排気ポンプには排気量１０００ｌ／ｓのターボモレキュ
ラーポンプを用いた。Ｓｉ2 Ｈ6 ガス及びＳｉＣｌ2 Ｈ
2 ガスはマスフローコントローラで流量を制御し、それ
ぞれ別のＳＵＳ製ノズルで基板斜め下１００ｍｍより供
給した。圧力の高い所で、これらのガスを混合すること
は、爆発の恐れがあり危険である。基板は４インチＳｉ
（１００）単結晶基板で、膜厚４０００ＡのＣＶＤ酸化
膜パターンが形成してある。成長は基板温度を７００
℃、ガス流量は５ＳＣＣＭで行なった。選択成長してい
るかどうかの判別はＲＨＥＥＤのｉｎ−ｓｉｔｕ測定に
より求めた。成長した基板は大気に取り出した後、ＳＥ
Ｍ及びＴＥＭで選択成長の状況及び結晶性を観察し、フ
ッ酸で酸化膜パターンを除去して段差計で選択成長した
膜厚を測定した。
【００１０】基板温度を７００℃に設定し５ＳＣＣＭの
Ｓｉ2 Ｈ6 分子線を流すと、成長室内のＳｉ2 Ｈ6 分圧
は６×１０- 4 Ｔｏｒｒとなり、Ｓｉ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、０．５ＳＣ
ＣＭのＳｉＣｌ2 Ｈ2 分子線を照射する。気相反応が生
じないように成長室内の圧力は１０- 3 Ｔｏｒｒ以下と
する。このように成長すると１μｍ以上の厚膜を成長し
ても選択性は崩れなかった。成長速度は、ＳｉＣｌ2 Ｈ
2 を照射しない場合の１／５に減少した。これは、Ｓｉ
表面におけるエッチングとＣｌの存在によりＳｉＣｌ2
Ｈ6 の分解過程が変化するためであると考えられる。ま
た、ＳｉＣｌ2 Ｈ2 を照射した場合には、基板温度を６
５０℃以下に下げるとＳｉに対するエッチング速度が急
激に減少するため、選択性に対するＳｉＣｌ2 Ｈ2 の効
果が無くなってしまう。そこで、図２に示すようなＥＣ
Ｒによるジクロルシランプラズマイオン源を取り付け、
ＳｉＣｌ2 Ｈ2 のかわりに、成長中ＳｉＣｌ2 Ｈ2 より
反応効率の高いジクロルシラン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ジクロルシランラジカルを
照射しない場合の１／５に減少した。
Ｓｉ2 Ｈ6 分子線を流すと、成長室内のＳｉ2 Ｈ6 分圧
は６×１０- 4 Ｔｏｒｒとなり、Ｓｉ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、０．５ＳＣ
ＣＭのＳｉＣｌ2 Ｈ2 分子線を照射する。気相反応が生
じないように成長室内の圧力は１０- 3 Ｔｏｒｒ以下と
する。このように成長すると１μｍ以上の厚膜を成長し
ても選択性は崩れなかった。成長速度は、ＳｉＣｌ2 Ｈ
2 を照射しない場合の１／５に減少した。これは、Ｓｉ
表面におけるエッチングとＣｌの存在によりＳｉＣｌ2
Ｈ6 の分解過程が変化するためであると考えられる。ま
た、ＳｉＣｌ2 Ｈ2 を照射した場合には、基板温度を６
５０℃以下に下げるとＳｉに対するエッチング速度が急
激に減少するため、選択性に対するＳｉＣｌ2 Ｈ2 の効
果が無くなってしまう。そこで、図２に示すようなＥＣ
Ｒによるジクロルシランプラズマイオン源を取り付け、
ＳｉＣｌ2 Ｈ2 のかわりに、成長中ＳｉＣｌ2 Ｈ2 より
反応効率の高いジクロルシラン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ジクロルシランラジカルを
照射しない場合の１／５に減少した。
【００１１】成長速度の減少を押えるために、Ｓｉ2 Ｈ
6 分子線とＳｉＣｌ2 Ｈ2 もしくはジクロルシランラジ
カル分子線を交互に照射する方法を次に述べる。図４は
Ｓｉ2 Ｈ6 流量とＳｉＣｌ2 Ｈ2 流量のタイムチャート
を示したものである。成長温度７００℃での成長速度は
５００Ａ／ｍｉｎであり、選択性が崩れる臨界膜厚は約
１０００Ａであるので、選択性が崩れる前にＳｉＯ2 上
のＳｉをエッチングするため、Ｓｉ2 Ｈ6 による成長時
間は１分とした。この後、Ｓｉ2 Ｈ6 ガスの供給を止
め、ＳｉＣｌ2 Ｈ2 もしくはジクロルシランラジカルガ
スでエッチングを行なった。エッチングの時間は、１〜
６０秒の間で変化させた。エッチング後、再びＳｉ2 Ｈ
6 を供給して、１分間成長する工程を繰返した。図５
は、ＳｉＣｌ2 Ｈ2 の場合のエッ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
性を示したものである。基板温度が７００℃の時、エッ
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。
図６は、ジクロルシランラジカルの場合のエッチング時
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ものである。基板温度が６００
℃でも、エッチング時間が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
がわかり、本発明が有効であることを確認できた。
6 分子線とＳｉＣｌ2 Ｈ2 もしくはジクロルシランラジ
カル分子線を交互に照射する方法を次に述べる。図４は
Ｓｉ2 Ｈ6 流量とＳｉＣｌ2 Ｈ2 流量のタイムチャート
を示したものである。成長温度７００℃での成長速度は
５００Ａ／ｍｉｎであり、選択性が崩れる臨界膜厚は約
１０００Ａであるので、選択性が崩れる前にＳｉＯ2 上
のＳｉをエッチングするため、Ｓｉ2 Ｈ6 による成長時
間は１分とした。この後、Ｓｉ2 Ｈ6 ガスの供給を止
め、ＳｉＣｌ2 Ｈ2 もしくはジクロルシランラジカルガ
スでエッチングを行なった。エッチングの時間は、１〜
６０秒の間で変化させた。エッチング後、再びＳｉ2 Ｈ
6 を供給して、１分間成長する工程を繰返した。図５
は、ＳｉＣｌ2 Ｈ2 の場合のエッ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
性を示したものである。基板温度が７００℃の時、エッ
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。
図６は、ジクロルシランラジカルの場合のエッチング時
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ものである。基板温度が６００
℃でも、エッチング時間が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
がわかり、本発明が有効であることを確認できた。
【００１２】また、Ｓｉ2 Ｈ6 ガス４ＳＣＣＭとゲルマ
ン（ＧｅＨ4 ）ガス１ＳＣＣＭを供給して基板温度７０
０℃でＧｅ0 . 2 Ｓｉ0 . 8 混晶の成長を行なった。ま
た、ＧｅＨ4 ガス５ＳＣＣＭを供給してＳｉ上にＧｅの
成長を行なった。両方の場合とも図５、６に示した関係
はまったく同じであり本方法はＧｅx Ｓｉ1 - x 混晶及
びＧｅ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ＳｉＣｌ2 Ｈ2 ガスもし
くはジクロルシランラジカルを照射する本方法を用い、
Ｓｉ2 Ｈ6 ガスとＧｅＨ4 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
に渡って選択成長する事が出来た。
ン（ＧｅＨ4 ）ガス１ＳＣＣＭを供給して基板温度７０
０℃でＧｅ0 . 2 Ｓｉ0 . 8 混晶の成長を行なった。ま
た、ＧｅＨ4 ガス５ＳＣＣＭを供給してＳｉ上にＧｅの
成長を行なった。両方の場合とも図５、６に示した関係
はまったく同じであり本方法はＧｅx Ｓｉ1 - x 混晶及
びＧｅ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ＳｉＣｌ2 Ｈ2 ガスもし
くはジクロルシランラジカルを照射する本方法を用い、
Ｓｉ2 Ｈ6 ガスとＧｅＨ4 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
に渡って選択成長する事が出来た。
【００１３】なお、本実施例ではシリコンウエハーを対
象としたが、本発明の方法は表面にのみシリコンが存在
するＳＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒ
ｅ）基板や更に一般にＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ
Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板等にも当然適用できる。ま
た、本実施例では、Ｓｉ2 Ｈ6 ガス及びＧｅＨ4 ガスを
使った例について述べたが、シランガス（ＳｉＨ4 ）、
トリシランガス（Ｓｉ3 Ｈ8 ）、ジゲルマンガス（Ｇｅ
2 Ｈ6 ）等でもかまわない。またエッチング用としてジ
クロルシランを用いたがＳｉＨＣｌ3 、ＳｉＣｌ4 等で
もよい。また、本実施例では、ＳｉＯ2 膜との選択性に
ついて述べたがＳｉ3 Ｎ4 膜やＳｉＮx 、ＳｉＯ
x Ｎy 、Ｔａ2 Ｏ5 、ＬｉＮｂｏ3 等の膜の場合にも本
発明は有効である。
象としたが、本発明の方法は表面にのみシリコンが存在
するＳＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒ
ｅ）基板や更に一般にＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ
Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板等にも当然適用できる。ま
た、本実施例では、Ｓｉ2 Ｈ6 ガス及びＧｅＨ4 ガスを
使った例について述べたが、シランガス（ＳｉＨ4 ）、
トリシランガス（Ｓｉ3 Ｈ8 ）、ジゲルマンガス（Ｇｅ
2 Ｈ6 ）等でもかまわない。またエッチング用としてジ
クロルシランを用いたがＳｉＨＣｌ3 、ＳｉＣｌ4 等で
もよい。また、本実施例では、ＳｉＯ2 膜との選択性に
ついて述べたがＳｉ3 Ｎ4 膜やＳｉＮx 、ＳｉＯ
x Ｎy 、Ｔａ2 Ｏ5 、ＬｉＮｂｏ3 等の膜の場合にも本
発明は有効である。
【００１４】
【発明の効果】以上、詳細に述べた通り本発明によれ
ば、シラン系ガス及びゲルマン系ガスを用いた選択成長
中に絶縁膜上に形成されるＳｉ原子をポリシリコンの核
ができる前にクロルシランによるエッチングを用いて蒸
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。
ば、シラン系ガス及びゲルマン系ガスを用いた選択成長
中に絶縁膜上に形成されるＳｉ原子をポリシリコンの核
ができる前にクロルシランによるエッチングを用いて蒸
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。
【図１】本発明の概念図である。
【図２】本発明の成長装置の概念図である。
【図３】従来例の概念図である。
【図４】Ｓｉ2 Ｈ6 流量とＳｉＣｌ2 Ｈ2 流量のタイム
チャートである。
チャートである。
【図５】ＳｉＣｌ2 Ｈ2 の場合のエッチング時間と選択
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
依存性を示す図である。
【図６】ジクロルシランラジカルの場合のエッチング時
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である。
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である。
【図７】成長温度を変化させたときのＳｉ2 Ｈ6 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
である。
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
である。
【図８】選択成長が崩れるまでのＳｉ2 Ｈ6 臨界分子総
数と成長温度の関係を示す図である。
数と成長温度の関係を示す図である。
１１，２１ 酸化膜 １２，２２ シリコン基板 １３，２３ シリコン原子 ２４ 準安定に吸着したジシラン分子 ２５ ポリシリコンアイランド
Claims (3)
- 【請求項１】 分子線によるシリコンの選択エピタキシ
ャル成長において、基板加熱可能な分子線成長装置内に
一部分が絶縁膜によって覆われた基板を配し、気相反応
が起こらない領域で、この基板表面にシラン系ガス分子
線もしくはゲルマン系ガス分子線もしくはその両方とク
ロルシラン分子線もしくはクロルシランラジカルを同時
に照射することにより成長する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。 - 【請求項２】 分子線によるシリコンの選択エピタキシ
ャル成長において、基板加熱可能な分子線成長装置内に
一部分が絶縁膜によって覆われた基板を配し、気相反応
が起らない領域で、この基板表面にシラン系ガス分子線
もしくはゲルマン系ガス分子線もしくはその両方を照射
してシリコン開口部に選択成長する工程と、絶縁膜上の
ＳｉもしくはＧｅもしくはその両方をエッチングするた
めにクロルシラン分子線もしくはクロルシランラジカル
を照射する工程とを交互に行なう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。 - 【請求項３】 分子線成長装置において、シラン系ガス
分子線もしくはゲルマン系ガス分子線もしくはその混合
分子線発生用としてノズルとクロルシランラジカル発生
用としてプラズマイオン源を備えてなることを特徴とす
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 |
|---|---|---|---|
| JP4645692A JP2861601B2 (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及び成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4645692A JP2861601B2 (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及び成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05267166A true JPH05267166A (ja) | 1993-10-15 |
| JP2861601B2 JP2861601B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=12747667
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4645692A Expired - Fee Related JP2861601B2 (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及び成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2861601B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012029661A1 (ja) * | 2010-09-01 | 2012-03-08 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 |
| JP2013524516A (ja) * | 2010-03-31 | 2013-06-17 | 東京エレクトロン株式会社 | シリコン及びシリコン含有膜の原子層堆積 |
| JP2014067796A (ja) * | 2012-09-25 | 2014-04-17 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 |
| JP2018026494A (ja) * | 2016-08-12 | 2018-02-15 | 株式会社アルバック | 成膜方法及び成膜装置 |
-
1992
- 1992-03-04 JP JP4645692A patent/JP2861601B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013524516A (ja) * | 2010-03-31 | 2013-06-17 | 東京エレクトロン株式会社 | シリコン及びシリコン含有膜の原子層堆積 |
| WO2012029661A1 (ja) * | 2010-09-01 | 2012-03-08 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 |
| JP5393895B2 (ja) * | 2010-09-01 | 2014-01-22 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 |
| US9666430B2 (en) | 2010-09-01 | 2017-05-30 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Method of manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus |
| JP2014067796A (ja) * | 2012-09-25 | 2014-04-17 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 |
| JP2018026494A (ja) * | 2016-08-12 | 2018-02-15 | 株式会社アルバック | 成膜方法及び成膜装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2861601B2 (ja) | 1999-02-24 |
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