JPH0562903A - 単結晶シリコンの製造方法 - Google Patents
単結晶シリコンの製造方法Info
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- JPH0562903A JPH0562903A JP3219490A JP21949091A JPH0562903A JP H0562903 A JPH0562903 A JP H0562903A JP 3219490 A JP3219490 A JP 3219490A JP 21949091 A JP21949091 A JP 21949091A JP H0562903 A JPH0562903 A JP H0562903A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 単結晶シリコンの製造方法に関し，低温での
単結晶シリコンの成長を可能にする。 【構成】 次の原料および励起光を照射しながら，成長
温度３００〜８００℃で結晶成長を行う。１）原料にモ
ノシラン（ＳｉＨ4 ）を用い，波長６０〜１５５ｎｍの
励起光。２）原料にジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用い，波
長６０〜１５５ｎｍの励起光。３）原料にジシラン（Ｓ
ｉ2Ｈ6 ）を用い，波長１５５〜１８０ｎｍの励起光。
４）原料にジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用い，波長１８０
〜１９０ｎｍの励起光。５）原料にトリシラン（Ｓｉ3
Ｈ8 ）を用い，波長６０〜１６０ｎｍの励起光。６）原
料にトリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）を用い，波長１６０〜１
８０ｎｍの励起光。７）原料にトリシラン（Ｓｉ
3 Ｈ8 ）を用い，波長１８０〜２００ｎｍの励起光。
単結晶シリコンの成長を可能にする。 【構成】 次の原料および励起光を照射しながら，成長
温度３００〜８００℃で結晶成長を行う。１）原料にモ
ノシラン（ＳｉＨ4 ）を用い，波長６０〜１５５ｎｍの
励起光。２）原料にジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用い，波
長６０〜１５５ｎｍの励起光。３）原料にジシラン（Ｓ
ｉ2Ｈ6 ）を用い，波長１５５〜１８０ｎｍの励起光。
４）原料にジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用い，波長１８０
〜１９０ｎｍの励起光。５）原料にトリシラン（Ｓｉ3
Ｈ8 ）を用い，波長６０〜１６０ｎｍの励起光。６）原
料にトリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）を用い，波長１６０〜１
８０ｎｍの励起光。７）原料にトリシラン（Ｓｉ
3 Ｈ8 ）を用い，波長１８０〜２００ｎｍの励起光。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，単結晶シリコンの製造
方法，特に半導体集積回路装置用シリコンの結晶成長に
関する。
方法，特に半導体集積回路装置用シリコンの結晶成長に
関する。
【０００２】近年，半導体集積回路装置の高性能化，高
集積化を図るために，シリコンエピタキシャル膜成長の
低温化と成長膜の高品質化が求められている。
集積化を図るために，シリコンエピタキシャル膜成長の
低温化と成長膜の高品質化が求められている。
【０００３】
【従来の技術】シリコンエピタキシャル膜成長の低温化
を実現するために，光励起エピタキシャル成長法が開発
された。この方法は，１９６０年代に提唱され，結晶成
長できたと報告された。その後，研究がしばらく途絶え
たが，光源の改良などの実験技術の進歩により，１９８
０年代に入って研究が再び行われるようになった。
を実現するために，光励起エピタキシャル成長法が開発
された。この方法は，１９６０年代に提唱され，結晶成
長できたと報告された。その後，研究がしばらく途絶え
たが，光源の改良などの実験技術の進歩により，１９８
０年代に入って研究が再び行われるようになった。
【０００４】シリコンのエピタキシャル成長を行うの
に，シラン系分子であるモノシラン，ジシラン，および
トリシランを原料に用いた実験が数多く行われてきた。
これまでの実験結果を励起光波長と成長温度で分類した
ものを図８〜図１０に示す。図８は原料にモノシランを
用いたもの，図９は原料にジシランを用いたもの，図１
０は原料にトリシランを用いたものである。ここで，励
起光の波長は２００ｎｍ以下に限ってある。なぜなら，
光励起遷移により分子の電子状態が変わるのは，この波
長領域に限られるからである。多数の実験がなされた
が，シリコンの単結晶成長が報告されたのは，原料にジ
シランを用いた図９のｂとｃだけであり，他は全てポリ
シリコンやアモルファスシリコンであった。
に，シラン系分子であるモノシラン，ジシラン，および
トリシランを原料に用いた実験が数多く行われてきた。
これまでの実験結果を励起光波長と成長温度で分類した
ものを図８〜図１０に示す。図８は原料にモノシランを
用いたもの，図９は原料にジシランを用いたもの，図１
０は原料にトリシランを用いたものである。ここで，励
起光の波長は２００ｎｍ以下に限ってある。なぜなら，
光励起遷移により分子の電子状態が変わるのは，この波
長領域に限られるからである。多数の実験がなされた
が，シリコンの単結晶成長が報告されたのは，原料にジ
シランを用いた図９のｂとｃだけであり，他は全てポリ
シリコンやアモルファスシリコンであった。
【０００５】低温で結晶成長するために，水銀増感法を
用い，アモルファスシリコンや微結晶シリコンを成長さ
せる試みの後に，フッ化シランを混合することにより，
２００℃台の成長温度で単結晶シリコンを成長した，と
いう報告がなされた。しかしながら，水銀増感法で作製
したシリコン膜中には水銀が残留することが指摘され，
環境汚染および製造工程における安全上の問題があるこ
とがわかってきた。
用い，アモルファスシリコンや微結晶シリコンを成長さ
せる試みの後に，フッ化シランを混合することにより，
２００℃台の成長温度で単結晶シリコンを成長した，と
いう報告がなされた。しかしながら，水銀増感法で作製
したシリコン膜中には水銀が残留することが指摘され，
環境汚染および製造工程における安全上の問題があるこ
とがわかってきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】シリコンの単結晶が，
少数の例外を除いて，これまでできなかった最大の原因
は，水素が結晶成長中に膜から抜け切らなかったことに
ある。水素を抜くには二つの過程，すなわち，Ｓi と
Ｈとの結合を切ること，結合が切れたＨを基板表面か
ら離脱させること，が必要である。
少数の例外を除いて，これまでできなかった最大の原因
は，水素が結晶成長中に膜から抜け切らなかったことに
ある。水素を抜くには二つの過程，すなわち，Ｓi と
Ｈとの結合を切ること，結合が切れたＨを基板表面か
ら離脱させること，が必要である。
【０００７】については，通常，成長温度を３００℃
以上に保つことで対処されている。これは，結合の切れ
たＨが熱振動のエネルギーを貰って表面から飛び出して
来ることを利用したものである。しかしながら，につ
いては，光励起に関する深い理解が必要である。これま
で，真空紫外領域における光吸収スペクトルが，モノシ
ラン，ジシラン，およびトリシランで測定されている。
また，光分解過程の量子収率が，モノシランとジシラン
で部分的に測定されている。しかしながら，これらのデ
ータが意味するところが理論的に解明されていなかった
ため，光吸収遷移の性格がわかっていなかった。このた
め，水素とシリコンの結合を切るのに有効な励起波長を
用いていなかった。
以上に保つことで対処されている。これは，結合の切れ
たＨが熱振動のエネルギーを貰って表面から飛び出して
来ることを利用したものである。しかしながら，につ
いては，光励起に関する深い理解が必要である。これま
で，真空紫外領域における光吸収スペクトルが，モノシ
ラン，ジシラン，およびトリシランで測定されている。
また，光分解過程の量子収率が，モノシランとジシラン
で部分的に測定されている。しかしながら，これらのデ
ータが意味するところが理論的に解明されていなかった
ため，光吸収遷移の性格がわかっていなかった。このた
め，水素とシリコンの結合を切るのに有効な励起波長を
用いていなかった。
【０００８】また，これまでの報告例が，エピタキシャ
ル成長条件を満たしていなかったこと（シリコンの清浄
表面を出さずに，自然酸化膜の上やクォーツ上に成長し
たこと）や，不純物などが混入して原料ガスの純度が悪
かったこと，など本質的でないところで単結晶成長が妨
げられてきた点も挙げられる。
ル成長条件を満たしていなかったこと（シリコンの清浄
表面を出さずに，自然酸化膜の上やクォーツ上に成長し
たこと）や，不純物などが混入して原料ガスの純度が悪
かったこと，など本質的でないところで単結晶成長が妨
げられてきた点も挙げられる。
【０００９】本発明は，上記の問題点を解決して，低温
での単結晶シリコン成長を可能にする，単結晶シリコン
の製造方法を提供することを目的とする。
での単結晶シリコン成長を可能にする，単結晶シリコン
の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の基本構成
を示す図である。本発明に係る単結晶シリコンの製造方
法は，次のように構成する。［ ］内に図１の対応する
領域を示す。
を示す図である。本発明に係る単結晶シリコンの製造方
法は，次のように構成する。［ ］内に図１の対応する
領域を示す。
【００１１】（１）原料にモノシラン（ＳｉＨ4 ）を用
い，波長６０〜１５５ｎｍの励起光を照射しながら，成
長温度３００〜８００℃で結晶成長する。［図（ａ）］ （２）原料にジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用い，波長６０
〜１５５ｎｍの励起光を照射しながら，成長温度３００
〜８００℃で結晶成長する。［図（ｂ）α］ （３）原料にジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用い，波長１５
５〜１８０ｎｍの励起光を照射しながら，成長温度３０
０〜８００℃（励起光の波長１６１ｎｍでは６５０℃以
上を除く）で結晶成長する。［図（ｂ）β］ （４）原料にジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用い，波長１８
０〜１９０ｎｍの励起光を照射しながら，成長温度３０
０℃以上６５０℃未満で結晶成長する。［図（ｂ）γ］ （５）原料にトリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）を用い，波長６
０〜１６０ｎｍの励起光を照射しながら，成長温度３０
０〜８００℃で結晶成長する。［図（ｃ）δ］ （６）原料にトリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）を用い，波長１
６０〜１８０ｎｍの励起光を照射しながら，成長温度３
００〜８００℃で結晶成長する。［図（ｃ）ε］ （７）原料にトリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）を用い，波長１
８０〜２００ｎｍの励起光を照射しながら，成長温度３
００〜８００℃で結晶成長する。［図（ｃ）ζ］
い，波長６０〜１５５ｎｍの励起光を照射しながら，成
長温度３００〜８００℃で結晶成長する。［図（ａ）］ （２）原料にジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用い，波長６０
〜１５５ｎｍの励起光を照射しながら，成長温度３００
〜８００℃で結晶成長する。［図（ｂ）α］ （３）原料にジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用い，波長１５
５〜１８０ｎｍの励起光を照射しながら，成長温度３０
０〜８００℃（励起光の波長１６１ｎｍでは６５０℃以
上を除く）で結晶成長する。［図（ｂ）β］ （４）原料にジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用い，波長１８
０〜１９０ｎｍの励起光を照射しながら，成長温度３０
０℃以上６５０℃未満で結晶成長する。［図（ｂ）γ］ （５）原料にトリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）を用い，波長６
０〜１６０ｎｍの励起光を照射しながら，成長温度３０
０〜８００℃で結晶成長する。［図（ｃ）δ］ （６）原料にトリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）を用い，波長１
６０〜１８０ｎｍの励起光を照射しながら，成長温度３
００〜８００℃で結晶成長する。［図（ｃ）ε］ （７）原料にトリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）を用い，波長１
８０〜２００ｎｍの励起光を照射しながら，成長温度３
００〜８００℃で結晶成長する。［図（ｃ）ζ］
【００１２】
【作用】図２は本発明の原理を示す図である。光励起に
よる分子軌道間の遷移において，Ｓi −Ｈ間の結合性軌
道から反結合性軌道への遷移を用いることにより，結合
を切ることができる。ここで，結合性軌道とは，原子間
に電子が多く分布しており，原子間で電子をやり取りす
ることにより原子間を結び付けている軌道である。反結
合性軌道とは，原子間に電子分布がゼロとなる個所があ
り，この軌道に電子が入ると原子間に反発力が働く。結
合性・反結合性軌道のうちでも，結合性軌道の性格は特
に重要である。なぜなら，分子軌道の結合性が強ければ
強いほど，その状態から光励起により電子を取り去った
時に結合が弱くなって結合の切断が起こるからである。
よる分子軌道間の遷移において，Ｓi −Ｈ間の結合性軌
道から反結合性軌道への遷移を用いることにより，結合
を切ることができる。ここで，結合性軌道とは，原子間
に電子が多く分布しており，原子間で電子をやり取りす
ることにより原子間を結び付けている軌道である。反結
合性軌道とは，原子間に電子分布がゼロとなる個所があ
り，この軌道に電子が入ると原子間に反発力が働く。結
合性・反結合性軌道のうちでも，結合性軌道の性格は特
に重要である。なぜなら，分子軌道の結合性が強ければ
強いほど，その状態から光励起により電子を取り去った
時に結合が弱くなって結合の切断が起こるからである。
【００１３】電子構造（エネルギー凖位および波動関
数）を具体的に求めるには，分子軌道法に基づいた計算
をすることが必要である。さらに，光吸収スペクトル
（振動子強度）を計算し，遷移の割合の大小を求めるこ
とが必要である。光励起エネルギーは，エネルギー凖位
間の差で大まかに与えられる。計算結果を基に，結合性
軌道と反結合性軌道を見分け，励起エネルギーと振動子
強度を計算し，目的に適した遷移を探す。
数）を具体的に求めるには，分子軌道法に基づいた計算
をすることが必要である。さらに，光吸収スペクトル
（振動子強度）を計算し，遷移の割合の大小を求めるこ
とが必要である。光励起エネルギーは，エネルギー凖位
間の差で大まかに与えられる。計算結果を基に，結合性
軌道と反結合性軌道を見分け，励起エネルギーと振動子
強度を計算し，目的に適した遷移を探す。
【００１４】分子軌道の計算には，励起エネルギーを精
度良く求めることのできるＤＶ−Ｘα法を用いた。図３
にエネルギー凖位の計算結果を示す。同図において，実
線は占有軌道を表し，点線は空軌道を表している。これ
らの軌道のマリケン解析を行うことにより分子軌道の性
格について，次のことがわかった。
度良く求めることのできるＤＶ−Ｘα法を用いた。図３
にエネルギー凖位の計算結果を示す。同図において，実
線は占有軌道を表し，点線は空軌道を表している。これ
らの軌道のマリケン解析を行うことにより分子軌道の性
格について，次のことがわかった。
【００１５】（１）モノシラン ＨＯＭＯ（Highest Occupied Molecular Orbital) ２ｔ
2 と３ａ1 はＳｉ−Ｈ間の結合性軌道である。ＬＵＭＯ
（Lowest Unoccupied Molecular Orbital)３ｔ 2 と４ａ
1 はＳｉ−Ｈ間の反結合性軌道，１ｅと４ｔ2 はＳｉに
局在した軌道，５ｔ2 ，２ｅ，５ａ1 ，および６ｔ2 は
Ｓｉ−Ｈ間の反結合性軌道である。
2 と３ａ1 はＳｉ−Ｈ間の結合性軌道である。ＬＵＭＯ
（Lowest Unoccupied Molecular Orbital)３ｔ 2 と４ａ
1 はＳｉ−Ｈ間の反結合性軌道，１ｅと４ｔ2 はＳｉに
局在した軌道，５ｔ2 ，２ｅ，５ａ1 ，および６ｔ2 は
Ｓｉ−Ｈ間の反結合性軌道である。
【００１６】（２）ジシラン ＨＯＭＯ ５ａ1gは主にＳｉ−Ｓｉ間の結合性軌道（Ｓ
ｉ−Ｈ間の結合性も含む），２ｅg ，２ｅu ，および４
ａ2uはＳｉ−Ｈ間の結合性軌道，４ａ1gは主にＳｉ−Ｓ
ｉ間の結合性軌道である。
ｉ−Ｈ間の結合性も含む），２ｅg ，２ｅu ，および４
ａ2uはＳｉ−Ｈ間の結合性軌道，４ａ1gは主にＳｉ−Ｓ
ｉ間の結合性軌道である。
【００１７】ＬＵＭＯ ３ｅu から６ａ2uまでは主にＳ
ｉ−Ｓｉ間の反結合性軌道（Ｓｉ−Ｈ間の反結合性も含
む），７ａ1gから４ｅg まではＳｉ間の反結合性軌道，
７ａ 2uから５ｅu までは主にＳｉ−Ｈ間の反結合性軌道
である。
ｉ−Ｓｉ間の反結合性軌道（Ｓｉ−Ｈ間の反結合性も含
む），７ａ1gから４ｅg まではＳｉ間の反結合性軌道，
７ａ 2uから５ｅu までは主にＳｉ−Ｈ間の反結合性軌道
である。
【００１８】（３）トリシラン ＨＯＭＯ ８ｂ2 は主にＳｉ間の結合性軌道（Ｓｉ−Ｈ
間の結合性も含む），さらにエネルギーの低い４ｂ1 か
ら３ｂ1 までは主にＳｉ−Ｈ間の結合性軌道である。１
１ａ1 は主にＳｉ間の結合性軌道であるが，Ｓｉ−Ｈ間
の結合性も強くなり，８ｂ2 と４ｂ1 〜３ｂ1 との中間
的な性格を持つ。９ａ1 と６ｂ2 はＳｉ−Ｈ間の結合性
軌道，８ａ1 はＳｉ間の結合性軌道である。
間の結合性も含む），さらにエネルギーの低い４ｂ1 か
ら３ｂ1 までは主にＳｉ−Ｈ間の結合性軌道である。１
１ａ1 は主にＳｉ間の結合性軌道であるが，Ｓｉ−Ｈ間
の結合性も強くなり，８ｂ2 と４ｂ1 〜３ｂ1 との中間
的な性格を持つ。９ａ1 と６ｂ2 はＳｉ−Ｈ間の結合性
軌道，８ａ1 はＳｉ間の結合性軌道である。
【００１９】ＬＵＭＯ １２ａ1 から１２ｂ2 までは主
にＳｉ間の反結合性軌道（Ｓｉ−Ｈ間の反結合性も含
む），１６ａ1 から５ａ2 まではＳｉ間の反結合性軌
道，１４ｂ2 から１６ｂ2 までは主にＳｉ−Ｈ間の反結
合性軌道である。
にＳｉ間の反結合性軌道（Ｓｉ−Ｈ間の反結合性も含
む），１６ａ1 から５ａ2 まではＳｉ間の反結合性軌
道，１４ｂ2 から１６ｂ2 までは主にＳｉ−Ｈ間の反結
合性軌道である。
【００２０】電子構造に関する以上の知見に基づき，光
吸収スペクトルを調べた。図４〜図６に，光吸収スペク
トルの計算結果および実験結果を示す。分子軌道間の遷
移に対応して，多数の吸収ピークがあり，計算結果は実
験結果と良く対応している。
吸収スペクトルを調べた。図４〜図６に，光吸収スペク
トルの計算結果および実験結果を示す。分子軌道間の遷
移に対応して，多数の吸収ピークがあり，計算結果は実
験結果と良く対応している。
【００２１】（Ａ）モノシラン 図４に示したモノシランでは，６０〜１５５ｎｍにわた
る遷移は全てＳｉ−Ｈ間の結合性軌道２ｔ2 と３ａ1 か
らの遷移である。特に，第１吸収バンド（ピーク波長は
約１３８ｎｍ）と第２吸収バンド（ピーク波長は約１２
８ｎｍ）がＳｉ−Ｈ間の結合性軌道から反結合性軌道へ
の遷移であるという計算結果は，モノシランがＸｅラ
ンプ（１４７ｎｍ）の照射で光分解すること，および
第１と第２吸収バンドに対応した発光が無い（光分解し
てしまって発光できない）こと，という２つの実験事実
と合っている。
る遷移は全てＳｉ−Ｈ間の結合性軌道２ｔ2 と３ａ1 か
らの遷移である。特に，第１吸収バンド（ピーク波長は
約１３８ｎｍ）と第２吸収バンド（ピーク波長は約１２
８ｎｍ）がＳｉ−Ｈ間の結合性軌道から反結合性軌道へ
の遷移であるという計算結果は，モノシランがＸｅラ
ンプ（１４７ｎｍ）の照射で光分解すること，および
第１と第２吸収バンドに対応した発光が無い（光分解し
てしまって発光できない）こと，という２つの実験事実
と合っている。
【００２２】（Ｂ）ジシラン 図５にジシランの計算結果と実験結果を示す。図５
（ａ）に全体のスペクトルを示す。これを遷移元で分け
たのが図５（ｂ）と（ｃ）である。
（ａ）に全体のスペクトルを示す。これを遷移元で分け
たのが図５（ｂ）と（ｃ）である。
【００２３】５ａ1gは主にＳｉ−Ｓｉ間の結合性軌道
（Ｓｉ−Ｈ間の結合性も含んでいる）である。５ａ1gか
らの遷移は主にＳｉ−Ｓｉ間が切れる（Ｓｉ−Ｈ間も一
部切れる）。実験データにある第１吸収バンド（ピーク
波長は約１６５ｎｍ）は５ａ1gからの遷移であり，Ｄ2
ランプ（波長約１６１ｎｍ）を用いた光分解の実験で
は，Ｓｉ−Ｓｉ間が切れるということが確かめられてい
る。
（Ｓｉ−Ｈ間の結合性も含んでいる）である。５ａ1gか
らの遷移は主にＳｉ−Ｓｉ間が切れる（Ｓｉ−Ｈ間も一
部切れる）。実験データにある第１吸収バンド（ピーク
波長は約１６５ｎｍ）は５ａ1gからの遷移であり，Ｄ2
ランプ（波長約１６１ｎｍ）を用いた光分解の実験で
は，Ｓｉ−Ｓｉ間が切れるということが確かめられてい
る。
【００２４】２ｅg と２ｅu はＳｉ−Ｈ間の結合性軌道
である。これらの軌道からの遷移はＳｉ−Ｈ間の結合を
切る。これらの軌道からの遷移で最も励起エネルギーが
小さい遷移は第２吸収バンド（ピーク波長は約１４７ｎ
ｍ）に対応している。Ｘｅランプで照射するとＳｉ−Ｓ
ｉ間結合が切断することの他に，Ｈが１個，２個と出で
くる反応が大きな割合で起こることが実験的に知られて
いる。これは計算からの予想と一致する。
である。これらの軌道からの遷移はＳｉ−Ｈ間の結合を
切る。これらの軌道からの遷移で最も励起エネルギーが
小さい遷移は第２吸収バンド（ピーク波長は約１４７ｎ
ｍ）に対応している。Ｘｅランプで照射するとＳｉ−Ｓ
ｉ間結合が切断することの他に，Ｈが１個，２個と出で
くる反応が大きな割合で起こることが実験的に知られて
いる。これは計算からの予想と一致する。
【００２５】計算によれば，Ｓｉ−Ｈ間結合性軌道から
の遷移は，以上の他に高エネルギー側にも大きな吸収強
度を持っている。Ｓｉ−Ｈ間結合を切る遷移は第２吸収
バンドのみならず，さらに高エネルギー側（約６０ｎｍ
まで）の吸収バンドもそうである。
の遷移は，以上の他に高エネルギー側にも大きな吸収強
度を持っている。Ｓｉ−Ｈ間結合を切る遷移は第２吸収
バンドのみならず，さらに高エネルギー側（約６０ｎｍ
まで）の吸収バンドもそうである。
【００２６】以上，ジシランをまとめると，Ｓｉ−Ｈ間
結合を切る理想的な光励起遷移は２ｅg と２ｅu からの
遷移であり，これは１５５ｎｍより短波長側で６０ｎｍ
に至る波長領域に強い吸収を持つ。さらに，低エネルギ
ー側にある遷移では主にＳｉ−Ｓｉ間結合が切れるが，
Ｓｉ−Ｈ間結合も部分的に切れる。
結合を切る理想的な光励起遷移は２ｅg と２ｅu からの
遷移であり，これは１５５ｎｍより短波長側で６０ｎｍ
に至る波長領域に強い吸収を持つ。さらに，低エネルギ
ー側にある遷移では主にＳｉ−Ｓｉ間結合が切れるが，
Ｓｉ−Ｈ間結合も部分的に切れる。
【００２７】（Ｃ）トリシラン 図６にトリシランの計算結果と実験結果を示す。全体の
スペクトル（図６（ａ）参照）を見ると，遷移の種類が
多くなることがわかる。これを遷移元で分けると図
（ｂ），図（ｃ），および図（ｄ）となる。
スペクトル（図６（ａ）参照）を見ると，遷移の種類が
多くなることがわかる。これを遷移元で分けると図
（ｂ），図（ｃ），および図（ｄ）となる。
【００２８】これら３種類の遷移のうち，Ｓｉ−Ｈ間の
結合性軌道からの遷移は図（ｄ）であり，１６０ｎｍよ
り短波長側に吸収ピークを持つ。図（ｂ）はＳｉ−Ｓｉ
間の結合性軌道からの遷移である。（ピーク波長約１８
７ｎｍの第１吸収バンドは，この遷移に対応してい
る。）図（ｃ）に示す遷移元１１ａ1 におけるＳｉ−Ｈ
間の結合性は８ｂ2 と４ｂ1 〜３ｂ1 との中間にあり，
この軌道からの遷移によってもＳｉ−Ｈ間結合が切れ
る。第２吸収バンド（ピーク波長は約１６５ｎｍ）は主
にこの遷移から成る。
結合性軌道からの遷移は図（ｄ）であり，１６０ｎｍよ
り短波長側に吸収ピークを持つ。図（ｂ）はＳｉ−Ｓｉ
間の結合性軌道からの遷移である。（ピーク波長約１８
７ｎｍの第１吸収バンドは，この遷移に対応してい
る。）図（ｃ）に示す遷移元１１ａ1 におけるＳｉ−Ｈ
間の結合性は８ｂ2 と４ｂ1 〜３ｂ1 との中間にあり，
この軌道からの遷移によってもＳｉ−Ｈ間結合が切れ
る。第２吸収バンド（ピーク波長は約１６５ｎｍ）は主
にこの遷移から成る。
【００２９】以上，トリシランの計算結果からわかった
光励起による結合の切断をまとめると次のようになる。
１６０ｎｍよりも短波長（高エネルギー側）ではＳｉ−
Ｈ間の結合が切れる。１６０〜１８０ｎｍでは，Ｓｉ−
Ｈ間結合の切断の他に，Ｓｉ−Ｓｉ間結合の切断も起こ
る。さらに，１８０〜２００ｎｍでは，Ｓｉ−Ｓｉ間結
合の切断が主に起こり，Ｓｉ−Ｈ間結合の切断も部分的
に起こる。トリシランでは，光分解を詳細に調べた実験
は無いが，モノシランとジシランにおける理論と実験と
の良い対応から，上の結論が成り立つと言える。
光励起による結合の切断をまとめると次のようになる。
１６０ｎｍよりも短波長（高エネルギー側）ではＳｉ−
Ｈ間の結合が切れる。１６０〜１８０ｎｍでは，Ｓｉ−
Ｈ間結合の切断の他に，Ｓｉ−Ｓｉ間結合の切断も起こ
る。さらに，１８０〜２００ｎｍでは，Ｓｉ−Ｓｉ間結
合の切断が主に起こり，Ｓｉ−Ｈ間結合の切断も部分的
に起こる。トリシランでは，光分解を詳細に調べた実験
は無いが，モノシランとジシランにおける理論と実験と
の良い対応から，上の結論が成り立つと言える。
【００３０】光分解の実験結果は部分的に知られていた
が，なぜそうなるかの体系的な理解は今回の計算で初め
て得られた。また，計算結果から，これまで光分解の詳
細な実験が行われていない波長領域でも，遷移の性格を
知ることができた。上記の吸収バンドを用いることによ
り，Ｓｉ−Ｈ間の結合を切ることができる。
が，なぜそうなるかの体系的な理解は今回の計算で初め
て得られた。また，計算結果から，これまで光分解の詳
細な実験が行われていない波長領域でも，遷移の性格を
知ることができた。上記の吸収バンドを用いることによ
り，Ｓｉ−Ｈ間の結合を切ることができる。
【００３１】これまで，上記の励起波長でシリコンの単
結晶をエピタキシャル成長させた報告は無かった。本発
明によれば，原料ガスを効率良く光分解し，かつＳｉ−
Ｈ間結合を切ることができるので，低い成長温度でシリ
コンの単結晶を成長することができる。
結晶をエピタキシャル成長させた報告は無かった。本発
明によれば，原料ガスを効率良く光分解し，かつＳｉ−
Ｈ間結合を切ることができるので，低い成長温度でシリ
コンの単結晶を成長することができる。
【００３２】
【実施例】成長装置の概要を図７に示す。図７に示した
成長装置の特徴は，光源にＸｅランプを用いている点，
および窓材にＭｇＦ2 やＣａＦ2を用いている点であ
る。励起光にＸｅランプを用いた理由は，３種類の原料
ガス（モノシラン，ジシラン，およびトリシラン）のい
ずれの場合にもＳｉ−Ｈ間結合を切断する遷移となって
いるからである。
成長装置の特徴は，光源にＸｅランプを用いている点，
および窓材にＭｇＦ2 やＣａＦ2を用いている点であ
る。励起光にＸｅランプを用いた理由は，３種類の原料
ガス（モノシラン，ジシラン，およびトリシラン）のい
ずれの場合にもＳｉ−Ｈ間結合を切断する遷移となって
いるからである。
【００３３】次に示す成長条件でシリコンの結晶成長を
行った。 基板 ：Ｐドープｎ型（００１）Ｓｉ 前処理 ：（１）湿式エッチング エッチング液は，Ｈ2 ＳＯ4 ／Ｈ2 Ｏ2 およびＨＦ／Ｈ
2 Ｏ （２）プレヒート Ｈ2 ２０Ｔｏｒｒ下で，９００℃，１０分間の熱フラ
ッシュ 成長温度 ：３００〜８００℃ ガス流量 ：ＳｉＨ4 ２ｓｃｃｍ Ｓｉ2 Ｈ6 ２ｓｃｃｍ Ｓｉ3 Ｈ8 ２ｓｃｃｍ 成長圧力 ：２０Ｔｏｒｒ 光源 ：Ｘｅランプ（１４７ｎｍ） 窓材 ：ＭｇＦ2 あるいはＣａＦ2 成長には，Ｐドープのｎ型（００１）Ｓｉを基板に用い
た。基板の前処理には，通常の湿式エッチングを行っ
た。次に，成長室内に基板を導入し，水素雰囲気下（全
圧約２０Ｔｏｒｒ）で９００℃に１０分間保って熱フラ
ッシングにより清浄表面を出した後，温度を成長温度に
下げて保持した。成長温度は３００〜８００℃の範囲で
あった。温度が安定した後，成長室に原料ガスを導入
し，結晶成長を開始した。原料ガスであるモノシラン，
ジシラン，トリシランいずれの場合も流量を２ｓｃｃｍ
にし，成長中は成長室内の全圧力を約２０Ｔｏｒｒに保
った。
行った。 基板 ：Ｐドープｎ型（００１）Ｓｉ 前処理 ：（１）湿式エッチング エッチング液は，Ｈ2 ＳＯ4 ／Ｈ2 Ｏ2 およびＨＦ／Ｈ
2 Ｏ （２）プレヒート Ｈ2 ２０Ｔｏｒｒ下で，９００℃，１０分間の熱フラ
ッシュ 成長温度 ：３００〜８００℃ ガス流量 ：ＳｉＨ4 ２ｓｃｃｍ Ｓｉ2 Ｈ6 ２ｓｃｃｍ Ｓｉ3 Ｈ8 ２ｓｃｃｍ 成長圧力 ：２０Ｔｏｒｒ 光源 ：Ｘｅランプ（１４７ｎｍ） 窓材 ：ＭｇＦ2 あるいはＣａＦ2 成長には，Ｐドープのｎ型（００１）Ｓｉを基板に用い
た。基板の前処理には，通常の湿式エッチングを行っ
た。次に，成長室内に基板を導入し，水素雰囲気下（全
圧約２０Ｔｏｒｒ）で９００℃に１０分間保って熱フラ
ッシングにより清浄表面を出した後，温度を成長温度に
下げて保持した。成長温度は３００〜８００℃の範囲で
あった。温度が安定した後，成長室に原料ガスを導入
し，結晶成長を開始した。原料ガスであるモノシラン，
ジシラン，トリシランいずれの場合も流量を２ｓｃｃｍ
にし，成長中は成長室内の全圧力を約２０Ｔｏｒｒに保
った。
【００３４】１時間の成長で，６５０℃以下の低温領域
で典型的には５０Å／ｍｉｎの成長速度が得られた。
（ただし，成長速度は励起光のパワーに比例した。）３
００〜６５０℃の全成長温度範囲にわたってシリコン単
結晶が得られた。単結晶であることは，次のようにして
確かめた。
で典型的には５０Å／ｍｉｎの成長速度が得られた。
（ただし，成長速度は励起光のパワーに比例した。）３
００〜６５０℃の全成長温度範囲にわたってシリコン単
結晶が得られた。単結晶であることは，次のようにして
確かめた。
【００３５】 成長膜のＲＨＥＥＤパターンがストリ
ーク状であったこと。表面観察により，ａ）エピタキ
シャル膜が白濁していなかったこと，ｂ) 表面欠陥が無
かったこと，ｃ）ポリシリコンやアモルファスシリコン
膜に特有の，基板との屈折率の違いによる干渉縞が無か
ったこと。
ーク状であったこと。表面観察により，ａ）エピタキ
シャル膜が白濁していなかったこと，ｂ) 表面欠陥が無
かったこと，ｃ）ポリシリコンやアモルファスシリコン
膜に特有の，基板との屈折率の違いによる干渉縞が無か
ったこと。
【００３６】 エピタキシャル膜のラマンスペクトル
の半値幅が狭く，下地結晶と区別できなかったこと。
赤外吸収スペクトルで，ＳｉとＨ間の振動モードに対
応した吸収が観測されなかったこと。
の半値幅が狭く，下地結晶と区別できなかったこと。
赤外吸収スペクトルで，ＳｉとＨ間の振動モードに対
応した吸収が観測されなかったこと。
【００３７】なお，以上に示したシリコン単結晶の作製
にはＸｅランプを用いたが，これに限らず，他の共鳴線
を用いたランプ，例えばＫｒランプ（共鳴線の波長は１
２３．６ｎｍ）やシンクロトロン放射光を用いても良
い。
にはＸｅランプを用いたが，これに限らず，他の共鳴線
を用いたランプ，例えばＫｒランプ（共鳴線の波長は１
２３．６ｎｍ）やシンクロトロン放射光を用いても良
い。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば，低温成長でエピタキシ
ャル単結晶シリコン膜を作製することが可能となった。
ャル単結晶シリコン膜を作製することが可能となった。
【図１】本発明の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の原理を示す図である。
【図３】エネルギー準位の計算結果を示す図である。
【図４】モノシランの光吸収スペクトルの計算結果およ
び実験結果を示す図である。
び実験結果を示す図である。
【図５】ジシランの光吸収スペクトルの計算結果および
実験結果を示す図である。
実験結果を示す図である。
【図６】トリシランの光吸収スペクトルの計算結果およ
び実験結果を示す図である。
び実験結果を示す図である。
【図７】成長装置の概要を示す図である。
【図８】従来例１を示す図である。
【図９】従来例２を示す図である。
【図１０】従来例３を示す図である。
Claims (7)
- 【請求項１】 原料にモノシラン（ＳｉＨ4 ）を用い， 波長６０〜１５５ｎｍの励起光を照射しながら， 成長温度３００〜８００℃で結晶成長することを特徴と
する単結晶シリコンの製造方法。 - 【請求項２】 原料にジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用い， 波長６０〜１５５ｎｍの励起光を照射しながら， 成長温度３００〜８００℃で結晶成長することを特徴と
する単結晶シリコンの製造方法。 - 【請求項３】 原料にジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用い， 波長１５５〜１８０ｎｍの励起光を照射しながら， 成長温度３００〜８００℃（励起光の波長１６１ｎｍで
は６５０℃以上を除く）で結晶成長することを特徴とす
る単結晶シリコンの製造方法。 - 【請求項４】 原料にジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用い， 波長１８０〜１９０ｎｍの励起光を照射しながら， 成長温度３００℃以上６５０℃未満で結晶成長すること
を特徴とする単結晶シリコンの製造方法。 - 【請求項５】 原料にトリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）を用
い， 波長６０〜１６０ｎｍの励起光を照射しながら， 成長温度３００〜８００℃で結晶成長することを特徴と
する単結晶シリコンの製造方法。 - 【請求項６】 原料にトリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）を用
い， 波長１６０〜１８０ｎｍの励起光を照射しながら， 成長温度３００〜８００℃で結晶成長することを特徴と
する単結晶シリコンの製造方法。 - 【請求項７】 原料にトリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）を用
い， 波長１８０〜２００ｎｍの励起光を照射しながら， 成長温度３００〜８００℃で結晶成長することを特徴と
する単結晶シリコンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3219490A JPH0562903A (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 単結晶シリコンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3219490A JPH0562903A (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 単結晶シリコンの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0562903A true JPH0562903A (ja) | 1993-03-12 |
Family
ID=16736266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3219490A Withdrawn JPH0562903A (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 単結晶シリコンの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0562903A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012089861A (ja) * | 2004-06-10 | 2012-05-10 | Applied Materials Inc | Ｕｖ線を用いたシリコン含有膜の低温エピタキシャル成長 |
| CN116854098A (zh) * | 2023-06-20 | 2023-10-10 | 中船(邯郸)派瑞特种气体股份有限公司 | 一种光催化法制备乙硅烷的方法 |
-
1991
- 1991-08-30 JP JP3219490A patent/JPH0562903A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012089861A (ja) * | 2004-06-10 | 2012-05-10 | Applied Materials Inc | Ｕｖ線を用いたシリコン含有膜の低温エピタキシャル成長 |
| CN116854098A (zh) * | 2023-06-20 | 2023-10-10 | 中船(邯郸)派瑞特种气体股份有限公司 | 一种光催化法制备乙硅烷的方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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