JPH0715888B2 - シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及びその装置 - Google Patents
シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及びその装置Info
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- JPH0715888B2 JPH0715888B2 JP2264316A JP26431690A JPH0715888B2 JP H0715888 B2 JPH0715888 B2 JP H0715888B2 JP 2264316 A JP2264316 A JP 2264316A JP 26431690 A JP26431690 A JP 26431690A JP H0715888 B2 JPH0715888 B2 JP H0715888B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及び
その装置に関する。
その装置に関する。
従来のシリコンエピタキシャル膜の選択成長方法は、シ
リコン基板上に設けた酸化シリコン膜を選択的にエッチ
ングして開口部を設け、このシリコン基板をガスソース
分子線成長（MBE）装置内に取付けてジシラン（Si2H6）
ガス分子線を照射し、開口部のシリコン基板の表面にシ
リコンエピタキシャル膜を成長する。この方法は低温で
シリコン膜の選択成長ができる技術として注目されてい
る。
リコン基板上に設けた酸化シリコン膜を選択的にエッチ
ングして開口部を設け、このシリコン基板をガスソース
分子線成長（MBE）装置内に取付けてジシラン（Si2H6）
ガス分子線を照射し、開口部のシリコン基板の表面にシ
リコンエピタキシャル膜を成長する。この方法は低温で
シリコン膜の選択成長ができる技術として注目されてい
る。
しかし、Si2H6ガスだけを用いたガスソースによるシリ
コンエピタキシャル膜成長方法では、ジクロルシランを
用いる場合と異なり、ある一定の成長条件であれば、厚
膜を成長しても選択成長が崩れないという条件は無く、
成長温度で決定される臨界分子総数以上のSi2H6分子が
照射されるとSiO2膜上で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。第５図は成長温度を
変化させたときのSi2H6ガス流量と選択成長条件が崩れ
るまでの時間との関係を示した図である。第５図から、
選択成長条件が崩れる時間はSi2H6ガスの流量に逆比例
している事と、成長温度が上がると崩れるまでの時間が
短くなる事がわかる。これは選択成長が崩れる条件がSi
O2膜上に照射されたSi2H6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。第６図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700℃のときはSi2H6ガス流量が
75SCCMまでは供給律速であり、成長速度はSi2H6ガス流
量に比例する。従って、Si2H6ガス流量が75SCCMまで
は、選択成長条件が崩れるときの成長膜の厚さはSi2H6
ガス流量に依存せず同じとなる。成長温度700℃におけ
る選択成長可能な膜厚は約100nmである。
コンエピタキシャル膜成長方法では、ジクロルシランを
用いる場合と異なり、ある一定の成長条件であれば、厚
膜を成長しても選択成長が崩れないという条件は無く、
成長温度で決定される臨界分子総数以上のSi2H6分子が
照射されるとSiO2膜上で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。第５図は成長温度を
変化させたときのSi2H6ガス流量と選択成長条件が崩れ
るまでの時間との関係を示した図である。第５図から、
選択成長条件が崩れる時間はSi2H6ガスの流量に逆比例
している事と、成長温度が上がると崩れるまでの時間が
短くなる事がわかる。これは選択成長が崩れる条件がSi
O2膜上に照射されたSi2H6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。第６図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700℃のときはSi2H6ガス流量が
75SCCMまでは供給律速であり、成長速度はSi2H6ガス流
量に比例する。従って、Si2H6ガス流量が75SCCMまで
は、選択成長条件が崩れるときの成長膜の厚さはSi2H6
ガス流量に依存せず同じとなる。成長温度700℃におけ
る選択成長可能な膜厚は約100nmである。
この従来のシリコンエピタキシャル膜の成長方法はSi2H
6ガス流量、成長速度を変えても、選択成長できる臨界
膜厚は変化せず、それ以上の厚い膜を選択成長すること
ができないという問題点があった。Si3N4膜の場合にも
同様の現象が見られ、しかもSiO2膜よりも選択性が悪
く、選択成長できる臨界膜厚は約10nmであった。
6ガス流量、成長速度を変えても、選択成長できる臨界
膜厚は変化せず、それ以上の厚い膜を選択成長すること
ができないという問題点があった。Si3N4膜の場合にも
同様の現象が見られ、しかもSiO2膜よりも選択性が悪
く、選択成長できる臨界膜厚は約10nmであった。
本発明の目的は、この様な従来の欠点を除去せしめて、
シラン系ガスを用いたガスソースエピタキシャル成長に
おいて、厚い膜の成長を行なっても選択性を崩さない方
法及びその装置を提供することにある。
シラン系ガスを用いたガスソースエピタキシャル成長に
おいて、厚い膜の成長を行なっても選択性を崩さない方
法及びその装置を提供することにある。
本発明の第１のシリコンエピタキシャル膜の選択成長方
法は、少くとも表面にシリコン層を有し前記シリコン層
の表面に選択的にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を
設けた基板を真空容器内に配し、気相反応が起らない条
件で前記シリコン層の表面にシラン系ガス分子線及びゲ
ルマン系ガス分子線の少くとも一方と塩素分子線又は塩
素ラジカルとを同時に照射してシリコン膜又はゲルマニ
ウムを含むシリコン膜を選択成長させる工程を含んで構
成される。
法は、少くとも表面にシリコン層を有し前記シリコン層
の表面に選択的にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を
設けた基板を真空容器内に配し、気相反応が起らない条
件で前記シリコン層の表面にシラン系ガス分子線及びゲ
ルマン系ガス分子線の少くとも一方と塩素分子線又は塩
素ラジカルとを同時に照射してシリコン膜又はゲルマニ
ウムを含むシリコン膜を選択成長させる工程を含んで構
成される。
本発明の第２のシリコンエピタキシャル膜の選択成長方
法は、少くとも表面にシリコン層を有し前記シリコン層
の表面に選択的にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を
設けた基板を真空容器内に配し気相反応が起らない条件
で前記シリコン層の表面にシラン系ガス分子線及びゲル
マン系ガスの少くとも一方を照射して前記シリコン層の
表面にシリコン膜又はゲルマニウムを含むシリコン膜を
選択成長させる工程と、塩素分子線又は塩素ラジカルを
照射して前記シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜の上に
堆積するシリコン又はゲルマニウムをエッチング除去す
る工程とを交互に繰返す手段を含んで構成される。
法は、少くとも表面にシリコン層を有し前記シリコン層
の表面に選択的にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を
設けた基板を真空容器内に配し気相反応が起らない条件
で前記シリコン層の表面にシラン系ガス分子線及びゲル
マン系ガスの少くとも一方を照射して前記シリコン層の
表面にシリコン膜又はゲルマニウムを含むシリコン膜を
選択成長させる工程と、塩素分子線又は塩素ラジカルを
照射して前記シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜の上に
堆積するシリコン又はゲルマニウムをエッチング除去す
る工程とを交互に繰返す手段を含んで構成される。
本発明のシリコンエピタキシャル膜の選択成長装置は、
真空容器内に設けてシラン系ガス分子線又はゲルマン系
分子線のいずれか又はその混合ガス分子線を発生するノ
ズル及び塩素ラジカルを発生するプラズマイオン源を備
えている。
真空容器内に設けてシラン系ガス分子線又はゲルマン系
分子線のいずれか又はその混合ガス分子線を発生するノ
ズル及び塩素ラジカルを発生するプラズマイオン源を備
えている。
従来例で、SiO2膜上にSi2H6ガスを照射した場合、第７
図（ａ）に示す様に、Si2H6ガス分子24はシリコン基板2
2上に形成した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Si2H6分子が分解を起こし、Si原子2
3がSiO2膜21の上に付着する。次に、第７図（ｂ）に示
す様にSiO2膜21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膜21上にポリシリコンアイ
ランド25が形成される。次に、第７図（ｃ）に示すよう
に、いったんポリシリコンアイランド25が形成される
と、この上でのSiの成長速度はSi開口部における成長速
度と同じため急速にポリシリコンアイランド25は成長す
る。シラン系ガスを用いた成長の場合、以上のような過
程を経て選択成長は崩れる。発明者等は、シラン系ガス
分子線による選択成長時、塩素ガス分子線を同時に照射
すると選択成長可能な膜厚が増加することを見出した。
これは、選択成長中、SiO2膜上に形成されるSi原子が同
時に照射された塩素ガス分子と反応して蒸気圧の高いSi
Cl2ガスとなって蒸発するからである。さらに、10-9Tor
rの超高真空まで排気できる真空容器に成長ガス用のノ
ズルとECRによる塩素プラズマイオン源を取り付け、プ
ラズマイオン源によって形成された塩素ラジカルを同時
に照射すると低温でも選択性を上げる効果が現れること
がわかった。Clラジカルを用いるとSiO2膜上でのSiとCl
の反応が促進されるため、低温でもSiCl2ガスが形成さ
れて、SiO2膜上よりSiが除去されるためであると考えら
れる。しかし、これらの方法では、成長中Cl2ガスもし
くはClラジカルを照射し続けるため、Si開口部において
もエッチングが起こり、また、Si2H6分子の分解過程にC
lの効果が入ってくるため、開口部における成長速度が
低下するという問題点があった。特に、プラズマイオン
源を用いる場合にはCl2ガス分圧を下げるとプラズマが
立たなくなるため、多量のCl2ガスを供給し続けなけれ
ばならず、エッチングの効果が無視できなかった。そこ
で、発明者は、ポリシリコンの核形成が起こる前に成長
を止め、Cl2ガスもしくはClラジカル分子線のみを照射
する工程をはさむと、厚い膜を成長しても選択性が崩れ
ず、しかも、成長速度がほとんど低下しないことを新た
に見出した。これは、次の様な原理に基づく。第８図
（ａ）に示す様に、シリコン基板12上に設けたSiO2膜11
上にSi2H6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。ポリシリコンの核形成が起こる前
に基板にCl2ガスもしくはClラジカルを照射すると第８
図（ｂ）に示す様にSiO2膜11上のSi原子13はCl2ガスも
しくはClラジカルと反応して蒸気圧の高いSiCl2ガスの
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膜11上の原子数は
たかだか１原子層程度であり、時間さえうまく選べば、
第８図（ｃ）に示すように、エピタキシャル層をほとん
どエッチングせずにSiO2膜11上のSi原子13を除去するこ
とができる。従って、第８図（ｄ）に示すように、ふた
たび選択成長を続けることが可能となる。しかし、一
度、ポリシリコンの核が形成されると、核内のSiはCl2
ガスもしくはClラジカルと反応できないため、簡単に蒸
発させてしまうことはできない。Si3N4膜の場合にもま
ったく同じ原理に基づいて選択成長の条件を広げること
ができる。
図（ａ）に示す様に、Si2H6ガス分子24はシリコン基板2
2上に形成した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Si2H6分子が分解を起こし、Si原子2
3がSiO2膜21の上に付着する。次に、第７図（ｂ）に示
す様にSiO2膜21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膜21上にポリシリコンアイ
ランド25が形成される。次に、第７図（ｃ）に示すよう
に、いったんポリシリコンアイランド25が形成される
と、この上でのSiの成長速度はSi開口部における成長速
度と同じため急速にポリシリコンアイランド25は成長す
る。シラン系ガスを用いた成長の場合、以上のような過
程を経て選択成長は崩れる。発明者等は、シラン系ガス
分子線による選択成長時、塩素ガス分子線を同時に照射
すると選択成長可能な膜厚が増加することを見出した。
これは、選択成長中、SiO2膜上に形成されるSi原子が同
時に照射された塩素ガス分子と反応して蒸気圧の高いSi
Cl2ガスとなって蒸発するからである。さらに、10-9Tor
rの超高真空まで排気できる真空容器に成長ガス用のノ
ズルとECRによる塩素プラズマイオン源を取り付け、プ
ラズマイオン源によって形成された塩素ラジカルを同時
に照射すると低温でも選択性を上げる効果が現れること
がわかった。Clラジカルを用いるとSiO2膜上でのSiとCl
の反応が促進されるため、低温でもSiCl2ガスが形成さ
れて、SiO2膜上よりSiが除去されるためであると考えら
れる。しかし、これらの方法では、成長中Cl2ガスもし
くはClラジカルを照射し続けるため、Si開口部において
もエッチングが起こり、また、Si2H6分子の分解過程にC
lの効果が入ってくるため、開口部における成長速度が
低下するという問題点があった。特に、プラズマイオン
源を用いる場合にはCl2ガス分圧を下げるとプラズマが
立たなくなるため、多量のCl2ガスを供給し続けなけれ
ばならず、エッチングの効果が無視できなかった。そこ
で、発明者は、ポリシリコンの核形成が起こる前に成長
を止め、Cl2ガスもしくはClラジカル分子線のみを照射
する工程をはさむと、厚い膜を成長しても選択性が崩れ
ず、しかも、成長速度がほとんど低下しないことを新た
に見出した。これは、次の様な原理に基づく。第８図
（ａ）に示す様に、シリコン基板12上に設けたSiO2膜11
上にSi2H6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。ポリシリコンの核形成が起こる前
に基板にCl2ガスもしくはClラジカルを照射すると第８
図（ｂ）に示す様にSiO2膜11上のSi原子13はCl2ガスも
しくはClラジカルと反応して蒸気圧の高いSiCl2ガスの
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膜11上の原子数は
たかだか１原子層程度であり、時間さえうまく選べば、
第８図（ｃ）に示すように、エピタキシャル層をほとん
どエッチングせずにSiO2膜11上のSi原子13を除去するこ
とができる。従って、第８図（ｄ）に示すように、ふた
たび選択成長を続けることが可能となる。しかし、一
度、ポリシリコンの核が形成されると、核内のSiはCl2
ガスもしくはClラジカルと反応できないため、簡単に蒸
発させてしまうことはできない。Si3N4膜の場合にもま
ったく同じ原理に基づいて選択成長の条件を広げること
ができる。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例を示す装置の模式的断面図で
ある。
ある。
第１図に示すように、排気量1000l/sのターボモレキュ
ラーポンプと主排気ポンプに用いた真空容器31の内側上
部に設けた加熱手段を有する基板取付用の保持電極32
と、保持電極32に向けて基板斜め下100mmに設けたSi2H6
ガス供給用のSUS製ノズル39及びノズル39に接続したSi2
H6ガスボンベ40と、同様に保持電極32に向けて設けたア
ンテナ36,発振器37,マグネット34とCl2ガスボンベ38を
接続したガス供給口を有するECR型プラズマイオン源35
を備えて選択成長装置を構成し、保持電極32に４インチ
型の（100）面を有するシリコン基板上にCVD法により厚
さ0.4μｍの酸化シリコン膜パターンを形成した基板33
を取付け、基板温度を700℃に設定し、5SCCM（standard
Cubic Centimeter per Minute）の成長ガス（Si2H6分
子線）をマスフローコントローラで流量を制御して流し
基板33上にシリコンエピタキシャル成長層を形成させ
る。選択成長しているかどうかの判別はRHEED（反射高
エネルギー電子線回折）のその場（in−situ）測定によ
り求めた。また、選択成長させた基板33は大気中に取出
した後SEM（Secondary Electron Microscopy）及びTEM
（Transmission Electron Microscopy）で選択成長の状
況及び結晶性を観察し、弗酸で基板33の表面の酸化シリ
コン膜パターンを除去してタリステップ（触針走査法）
で選択成長したエピタキシャル成長膜の膜厚を測定し
た。
ラーポンプと主排気ポンプに用いた真空容器31の内側上
部に設けた加熱手段を有する基板取付用の保持電極32
と、保持電極32に向けて基板斜め下100mmに設けたSi2H6
ガス供給用のSUS製ノズル39及びノズル39に接続したSi2
H6ガスボンベ40と、同様に保持電極32に向けて設けたア
ンテナ36,発振器37,マグネット34とCl2ガスボンベ38を
接続したガス供給口を有するECR型プラズマイオン源35
を備えて選択成長装置を構成し、保持電極32に４インチ
型の（100）面を有するシリコン基板上にCVD法により厚
さ0.4μｍの酸化シリコン膜パターンを形成した基板33
を取付け、基板温度を700℃に設定し、5SCCM（standard
Cubic Centimeter per Minute）の成長ガス（Si2H6分
子線）をマスフローコントローラで流量を制御して流し
基板33上にシリコンエピタキシャル成長層を形成させ
る。選択成長しているかどうかの判別はRHEED（反射高
エネルギー電子線回折）のその場（in−situ）測定によ
り求めた。また、選択成長させた基板33は大気中に取出
した後SEM（Secondary Electron Microscopy）及びTEM
（Transmission Electron Microscopy）で選択成長の状
況及び結晶性を観察し、弗酸で基板33の表面の酸化シリ
コン膜パターンを除去してタリステップ（触針走査法）
で選択成長したエピタキシャル成長膜の膜厚を測定し
た。
基板温度を700℃に設定し5SCCMのSi2H6分子線を流す
と、成長室内のSi2H6分圧は６×10-4Torr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、0.5SCCMのCl2分子線を照射すると、１μｍ以上の膜
厚を成長しても選択性は崩れなかった。しかし、成長速
度は、Cl2分子線を照射しない場合の1/5に減少した。こ
れは、基板33のSi（100）面上でのSi2H6の反応効率が数
％であるのに対し、700℃におけるCl2の反応効率が極め
て高いからであり、Si表面におけるエッチングと、Clの
存在によりSi2H6ガスの分解過程が変化するためである
と考えられる。また、Cl2分子線を照射した場合に、基
板温度を650℃以下に下げるとSiに対するエッチング速
度が急激に減少するため、選択性に対するCl2の効果が
無くなってしまう。そこで、ECRによるプラズマイオン
源35を作動させCl2分子線の代りに、成長中Cl2より反応
効率の高いCl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Clラジカルを照射しない場合の1/5に減少した。
と、成長室内のSi2H6分圧は６×10-4Torr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、0.5SCCMのCl2分子線を照射すると、１μｍ以上の膜
厚を成長しても選択性は崩れなかった。しかし、成長速
度は、Cl2分子線を照射しない場合の1/5に減少した。こ
れは、基板33のSi（100）面上でのSi2H6の反応効率が数
％であるのに対し、700℃におけるCl2の反応効率が極め
て高いからであり、Si表面におけるエッチングと、Clの
存在によりSi2H6ガスの分解過程が変化するためである
と考えられる。また、Cl2分子線を照射した場合に、基
板温度を650℃以下に下げるとSiに対するエッチング速
度が急激に減少するため、選択性に対するCl2の効果が
無くなってしまう。そこで、ECRによるプラズマイオン
源35を作動させCl2分子線の代りに、成長中Cl2より反応
効率の高いCl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Clラジカルを照射しない場合の1/5に減少した。
そこで、発明者は、成長速度の減少を押えるために、Si
2H6分子線とCl2分子線もしくはClラジカルを交互に照射
する方法を試みた。
2H6分子線とCl2分子線もしくはClラジカルを交互に照射
する方法を試みた。
第２図はSi2H6ガス流量とCl2ガス流量のタイムチャート
を示した図である。
を示した図である。
第２図に示すように、成長温度700℃での成長速度は50n
m/minであり、選択性が崩れる臨界膜厚は約100nmである
ので、選択性が崩れる前にSiO2膜上のSiをエッチングす
るため、Si2H6ガスによる成長時間は１分とした。この
後、Si2H6ガスの供給を止め、Cl2ガスもしくはClラジカ
ル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Si2H6ガス
を供給して、１分間成長する工程を繰返した。
m/minであり、選択性が崩れる臨界膜厚は約100nmである
ので、選択性が崩れる前にSiO2膜上のSiをエッチングす
るため、Si2H6ガスによる成長時間は１分とした。この
後、Si2H6ガスの供給を止め、Cl2ガスもしくはClラジカ
ル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Si2H6ガス
を供給して、１分間成長する工程を繰返した。
第３図は、Cl2ガス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
性を示した図である。
崩れる臨界膜厚及び、成長速度との関係の基板温度依存
性を示した図である。
第３図に示すように、基板温度が700℃の時、エッチン
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。
グ時間が10秒を越えると急激に臨界膜厚が増え、しかも
成長速度がほとんど変化しないことがわかった。
第４図は、Cl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
存性を示した図である。
が崩れる臨界膜厚及び、成長速度との関係の基板温度依
存性を示した図である。
第４図に示すように、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、本実施例
の効果を確認できた。
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、本実施例
の効果を確認できた。
また、Si2H6ガス4SCCMとゲルマン（GeH4）ガス1SCCMを
供給して基板温度700℃でSi層上にGe0.2Si0.8混晶膜を
成長させたり、GeH4ガス5SCCMを供給してSi層上にGe層
を成長させた場合にも第３図及び第４図に示した関係は
まったく同じであり、Ge×Si(1-x)混晶膜及びGe膜の成
長にも有効である事がわかった。また、選択成長が崩れ
る直前で成長をやめClガスもしくはClラジカルを照射す
る方法で、Si2H6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周期に亘って
選択成長する事ができた。
供給して基板温度700℃でSi層上にGe0.2Si0.8混晶膜を
成長させたり、GeH4ガス5SCCMを供給してSi層上にGe層
を成長させた場合にも第３図及び第４図に示した関係は
まったく同じであり、Ge×Si(1-x)混晶膜及びGe膜の成
長にも有効である事がわかった。また、選択成長が崩れ
る直前で成長をやめClガスもしくはClラジカルを照射す
る方法で、Si2H6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周期に亘って
選択成長する事ができた。
なお、本実施例ではシリコンウェハーを対象としたが、
表面にのみにシリコンが存在するSOS（Silicon on Sapp
hire）基板やSOI（Silicon on Insulator）基板等にも
適用できる。また、本実施例では、Si2H6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（Si
H4）、トリシランガス（Si3H6）、ジゲルマンガス（Ge2
H6）を使用しても良い。また、本実施例では、SiO2膜の
選択性について述べたがSi3N4膜の場合にもまったく同
じ現象が観察され、本実施例の効果を確認できた。
表面にのみにシリコンが存在するSOS（Silicon on Sapp
hire）基板やSOI（Silicon on Insulator）基板等にも
適用できる。また、本実施例では、Si2H6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（Si
H4）、トリシランガス（Si3H6）、ジゲルマンガス（Ge2
H6）を使用しても良い。また、本実施例では、SiO2膜の
選択性について述べたがSi3N4膜の場合にもまったく同
じ現象が観察され、本実施例の効果を確認できた。
以上、説明したように本発明は、シラン系ガス又はゲル
マン系ガスを用いた選択成長中にSiO2膜もしくはSi3N4
膜上に形成されるSi原子又はゲルマニウム原子をポリシ
リコンの核ができる前にCl2ガス又はClラジカルによる
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とい
う効果を有する。
マン系ガスを用いた選択成長中にSiO2膜もしくはSi3N4
膜上に形成されるSi原子又はゲルマニウム原子をポリシ
リコンの核ができる前にCl2ガス又はClラジカルによる
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とい
う効果を有する。
第１図は本発明の一実施例を示す装置の模式的断面図、
第２図は実施例のSi2H6流量とCl2流量のタイムチャート
を示す図、第３図は実施例のCl2ガスの場合のエッチン
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を示す図、第４図は実施例のCl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、
第５図は従来例の成長温度を変化させたときのSi2H6ガ
ス流量と選択成長条件が崩れるまでの時間との関係を示
す図、第６図は従来例の選択成長が崩れるまでのSi2H6
臨界分子総数と成長温度の関係を示す図、第７図（ａ）
〜（ｃ）は従来例の作用を説明するための動作順に示し
た基板の断面図、第８図（ａ）〜（ｄ）は本発明の作用
を説明するための動作順に示した基板の断面図である。 11……SiO2膜、12……シリコン基板、13……Si原子、21
……SiO2膜、22……シリコン基板、23……シリコン原
子、24……準安定状態に吸着したジシラン分子、25……
ポリシリコンアイランド、31……真空容器、32……保持
電極、33……基板、35……ECR型プラズマイオン源、38
……Cl2ガスボンベ、39……ノズル、40……Si2H6ガスボ
ンベ。
第２図は実施例のSi2H6流量とCl2流量のタイムチャート
を示す図、第３図は実施例のCl2ガスの場合のエッチン
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を示す図、第４図は実施例のCl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、
第５図は従来例の成長温度を変化させたときのSi2H6ガ
ス流量と選択成長条件が崩れるまでの時間との関係を示
す図、第６図は従来例の選択成長が崩れるまでのSi2H6
臨界分子総数と成長温度の関係を示す図、第７図（ａ）
〜（ｃ）は従来例の作用を説明するための動作順に示し
た基板の断面図、第８図（ａ）〜（ｄ）は本発明の作用
を説明するための動作順に示した基板の断面図である。 11……SiO2膜、12……シリコン基板、13……Si原子、21
……SiO2膜、22……シリコン基板、23……シリコン原
子、24……準安定状態に吸着したジシラン分子、25……
ポリシリコンアイランド、31……真空容器、32……保持
電極、33……基板、35……ECR型プラズマイオン源、38
……Cl2ガスボンベ、39……ノズル、40……Si2H6ガスボ
ンベ。
Claims (3)
- 【請求項１】少くとも表面にシリコン層を有し前記シリ
コン層の表面に選択的にシリコン酸化膜又はシリコン窒
化膜を設けた基板を真空容器内に配し、気相反応が起ら
ない条件で前記シリコン層の表面にシラン系ガス分子線
及びゲルマン系ガス分子線の少くとも一方と塩素分子線
又は塩素ラジカルとを同時に照射してシリコン膜又はゲ
ルマニウムを含むシリコン膜を選択成長させる工程を含
むことを特徴とするシリコンエピタキシャル膜の選択成
長方法。 - 【請求項２】少くとも表面にシリコン層を有し前記シリ
コン層の表面に選択的にシリコン酸化膜又はシリコン窒
化膜を設けた基板を真空容器内に配し気相反応が起らな
い条件で前記シリコン層の表面にシラン系ガス分子線及
びゲルマン系ガスの少くとも一方を照射して前記シリコ
ン層の表面にシリコン膜又はゲルマニウムを含むシリコ
ン膜を選択成長させる工程と、塩素分子線又は塩素ラジ
カルを照射して前記シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜
の上に堆積するシリコン又はゲルマニウムをエッチング
除去する工程とを交互に繰返す手段を含むことを特徴と
するシリコンエピタキシャル膜の選択成長方法。 - 【請求項３】真空容器内に設けてシラン系ガス分子線又
はゲルマン系分子線のいずれか又はその混合ガス分子線
を発生するノズル及び塩素ラジカルを発生するプラズマ
イオン源を備えたことを特徴とするシリコンエピタキシ
ャル膜の選択成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2264316A JPH0715888B2 (ja) | 1990-10-01 | 1990-10-01 | シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2264316A JPH0715888B2 (ja) | 1990-10-01 | 1990-10-01 | シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04139819A JPH04139819A (ja) | 1992-05-13 |
| JPH0715888B2 true JPH0715888B2 (ja) | 1995-02-22 |
Family
ID=17401490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2264316A Expired - Fee Related JPH0715888B2 (ja) | 1990-10-01 | 1990-10-01 | シリコンエピタキシャル膜の選択成長方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0715888B2 (ja) |
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| KR100373853B1 (ko) | 2000-08-11 | 2003-02-26 | 삼성전자주식회사 | 반도체소자의 선택적 에피택시얼 성장 방법 |
| JP4490760B2 (ja) * | 2004-08-17 | 2010-06-30 | 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 |
| JP4464949B2 (ja) | 2006-11-10 | 2010-05-19 | 株式会社日立国際電気 | 基板処理装置及び選択エピタキシャル膜成長方法 |
| EP2416350A1 (en) * | 2010-08-06 | 2012-02-08 | Imec | A method for selective deposition of a semiconductor material |
| WO2014125653A1 (ja) * | 2013-02-15 | 2014-08-21 | 株式会社日立国際電気 | 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板処理方法 |
| JP6554438B2 (ja) * | 2016-03-30 | 2019-07-31 | 東京エレクトロン株式会社 | シリコン膜の形成方法および形成装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS608150B2 (ja) * | 1981-07-08 | 1985-03-01 | 株式会社神戸製鋼所 | エレクトロガスア−ク溶接用フラツクス入りワイヤ |
-
1990
- 1990-10-01 JP JP2264316A patent/JPH0715888B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04139819A (ja) | 1992-05-13 |
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