JPS62139318A - 低温気相成長法 - Google Patents
低温気相成長法Info
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- JPS62139318A JPS62139318A JP27926385A JP27926385A JPS62139318A JP S62139318 A JPS62139318 A JP S62139318A JP 27926385 A JP27926385 A JP 27926385A JP 27926385 A JP27926385 A JP 27926385A JP S62139318 A JPS62139318 A JP S62139318A
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- Japan
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- temperature
- vapor phase
- gas
- growth
- wafer
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、Ｓｉ−Ｈ−ＣＱ系のシリコン反応ガスを用い
て、エピタクシまたはＣＶＤ膜を形成する低温気相成長
法に関するものである。
て、エピタクシまたはＣＶＤ膜を形成する低温気相成長
法に関するものである。
従来のシリコン・エピタクシを例にとると、５Ｌ（Ｊ４
＋Ｈ，法により常圧１２００℃でエピタクシを行う場合
、ＳｉＣＱ４の濃度は約１モル％をとり、成長速度は約
１ ／７Ｉｌ／ ＋ｍｉｎである。ＳｉＣａ４ソ一スガ
ス濃度を上げると成長速度は増大するが、一方、気相熱
分解も進行し結晶品質が低下する。減圧した場合には上
記気相熱分解が抑制されるので、実効濃度減少による成
長速度の低下を相殺するため、高濃度ソースガスを用い
るのが常法である（高橋他１発明協会公開技法、公技番
号７ｇ −９７）。
＋Ｈ，法により常圧１２００℃でエピタクシを行う場合
、ＳｉＣＱ４の濃度は約１モル％をとり、成長速度は約
１ ／７Ｉｌ／ ＋ｍｉｎである。ＳｉＣａ４ソ一スガ
ス濃度を上げると成長速度は増大するが、一方、気相熱
分解も進行し結晶品質が低下する。減圧した場合には上
記気相熱分解が抑制されるので、実効濃度減少による成
長速度の低下を相殺するため、高濃度ソースガスを用い
るのが常法である（高橋他１発明協会公開技法、公技番
号７ｇ −９７）。
本発明は、気相熱分解がしにくいＳＬの高級塩化物を用
いて、低温で高品質のシリコン薄膜を形成する低温気相
成長法を得ることを目的とする。
いて、低温で高品質のシリコン薄膜を形成する低温気相
成長法を得ることを目的とする。
５Ｌ−Ｈ−Ｃ（Ｌ系の化学平衡データについては、Ｒ，
Ｆ 、 Ｌｅｖｅｒ （アイビー二人、ジャーナル。
Ｆ 、 Ｌｅｖｅｒ （アイビー二人、ジャーナル。
１９６４、 ｐ４６０）をはじめとして色々の報告があ
る。
る。
発明者らも減圧を対象として計算している（高橋他、特
開昭５８−１３５６３３号）が、化学平衡データから過
飽和線図は第２図に示すようにＶ字型をしていることが
予想される。すなわち７字の低温側は５ＩＣ１１４また
はＳｉＨＣ（Ｌ３により、また高温側は５ＬＣＪｌ、に
より構成される。化学平衡曲線の下側に属する濃度の下
にＳｉウェハがある場合には、上記ウェハはガスにより
エツチングされ気相濃度が平衡濃度に達するまで続く。
開昭５８−１３５６３３号）が、化学平衡データから過
飽和線図は第２図に示すようにＶ字型をしていることが
予想される。すなわち７字の低温側は５ＩＣ１１４また
はＳｉＨＣ（Ｌ３により、また高温側は５ＬＣＪｌ、に
より構成される。化学平衡曲線の下側に属する濃度の下
にＳｉウェハがある場合には、上記ウェハはガスにより
エツチングされ気相濃度が平衡濃度に達するまで続く。
平衡曲線はＶ字型なので、エツチングの限界温度または
限界濃度は左右に２点存在する。また、Ｓ ｉ −Ｈ−
ＣｆＬの３成分系であるから、相律により化学平衡値は
温度、圧力のほか濃度がパラメータになり、化学平衡曲
線のパラメータとしてＣｍ／Ｈが存在し、上記比ＣＩｌ
／Ｈによって化学平衡曲線がいくつも存在していること
になる。
限界濃度は左右に２点存在する。また、Ｓ ｉ −Ｈ−
ＣｆＬの３成分系であるから、相律により化学平衡値は
温度、圧力のほか濃度がパラメータになり、化学平衡曲
線のパラメータとしてＣｍ／Ｈが存在し、上記比ＣＩｌ
／Ｈによって化学平衡曲線がいくつも存在していること
になる。
過飽和曲線は、ここでは固体上に析出が開始される析出
曲線で表示されている。上記析出曲線は固体材質により
、また同一材質でも表面粗度により変化する。Ｂ ｌｏ
ａｍ （Ｊ 、 Ｂ ｌｏｅｍ ｅｔ ａｌ、プロシー
ディンゲス・オン・ザ・セブンス・インターナショナル
・コンファランス・オン・ケミカル・ベーパー・ディポ
ジション、１９７９．２４１）はＳｉ、Ｓｉ、Ｎ、、
Ａｆｌ、Ｃ１、Ｓｉｎ、の順に析出し易いと報告してお
り、第２図に示すように、析出曲線はＳｉｎ２の場合が
上方に位置していると考えられる。
曲線で表示されている。上記析出曲線は固体材質により
、また同一材質でも表面粗度により変化する。Ｂ ｌｏ
ａｍ （Ｊ 、 Ｂ ｌｏｅｍ ｅｔ ａｌ、プロシー
ディンゲス・オン・ザ・セブンス・インターナショナル
・コンファランス・オン・ケミカル・ベーパー・ディポ
ジション、１９７９．２４１）はＳｉ、Ｓｉ、Ｎ、、
Ａｆｌ、Ｃ１、Ｓｉｎ、の順に析出し易いと報告してお
り、第２図に示すように、析出曲線はＳｉｎ２の場合が
上方に位置していると考えられる。
化学平衡曲線と析出曲線との間の領域は、古くは準安定
領域と呼ばれており、８１種結晶が存在するときだけ析
出が行われる範囲で、いわゆる選択エピタキシャル領域
である。
領域と呼ばれており、８１種結晶が存在するときだけ析
出が行われる範囲で、いわゆる選択エピタキシャル領域
である。
濃度が析出曲線の上方に位置するような大きな過飽和条
件では、いわゆる雪降り現象が起り結晶品質が低下する
。一方、他の８１ソースであるＳｉＨＣＩ１３、Ｓ ｘ
Ｈ２ＣＱ ２．ＳｉＨｃｅ、、ＳｉＨ４は、上記記載
順に気相熱分解を起し易くなり、ＳｉＣＡ、に比しＨ２
稀釈度を大きくとる必要がある。例えば常圧ＳｉＨ４で
は０．１モル％、温度９５０℃の成長条件がとられてい
る。気相熱分解を起し易いＳｉソースは、反面結晶化も
起りやすいので、成長温度を低い条件にとるとこができ
る。
件では、いわゆる雪降り現象が起り結晶品質が低下する
。一方、他の８１ソースであるＳｉＨＣＩ１３、Ｓ ｘ
Ｈ２ＣＱ ２．ＳｉＨｃｅ、、ＳｉＨ４は、上記記載
順に気相熱分解を起し易くなり、ＳｉＣＡ、に比しＨ２
稀釈度を大きくとる必要がある。例えば常圧ＳｉＨ４で
は０．１モル％、温度９５０℃の成長条件がとられてい
る。気相熱分解を起し易いＳｉソースは、反面結晶化も
起りやすいので、成長温度を低い条件にとるとこができ
る。
しかしながら、Ｓｉ（Ｊ４．ＳｉＨＣｆｌ、の高級塩化
物にあっても、本発明によれば低温化が可能である。
物にあっても、本発明によれば低温化が可能である。
常温で液体であるため減圧法では取扱い上不利な面があ
るが、常圧法では余り問題でなく、むしろ他のＳｉソー
スに比して高品質な結晶またはＣＶＤ膜を得やすい。
るが、常圧法では余り問題でなく、むしろ他のＳｉソー
スに比して高品質な結晶またはＣＶＤ膜を得やすい。
■字形化学平衡曲線の左側は主として５ＬＣＩｌいＳｉ
ＨＣＱ３などが主成分の場合であり、平衡濃度が温度の
上昇とともに小さくなるため、高温側で析出を生じる。
ＨＣＱ３などが主成分の場合であり、平衡濃度が温度の
上昇とともに小さくなるため、高温側で析出を生じる。
また■字形化学平衡曲線の右側はＳｉＣＡ、が主成分の
場合で、上記平衡曲線の温度勾配が前者と逆であるため
、ガスを冷却することにより析出が起る。ＳｉＣＩ１２
は１５００” Ｋ以上の高温または減圧下で生成するの
で、常圧法による１５００゜Ｋ以下の温度では、■字形
化学平衡曲線の左側だけを考えればよい。
場合で、上記平衡曲線の温度勾配が前者と逆であるため
、ガスを冷却することにより析出が起る。ＳｉＣＩ１２
は１５００” Ｋ以上の高温または減圧下で生成するの
で、常圧法による１５００゜Ｋ以下の温度では、■字形
化学平衡曲線の左側だけを考えればよい。
一定ａ度の反応ガスを用いて、エツチングの開始温度か
ら化学平衡実測点を求め、また析出の開始温度から過飽
和曲線上の一つの析出点を実測することができ、第３図
はＳｉｎ２Ｃｍ、＋ＨＣＱ＋Ｈ，系ガスを用いた常圧実
験データの一例を示したものである。ただし濃度はＳ
ｉ ／ ＣｆＬ比で表示しである。
ら化学平衡実測点を求め、また析出の開始温度から過飽
和曲線上の一つの析出点を実測することができ、第３図
はＳｉｎ２Ｃｍ、＋ＨＣＱ＋Ｈ，系ガスを用いた常圧実
験データの一例を示したものである。ただし濃度はＳ
ｉ ／ ＣｆＬ比で表示しである。
第４図はＳ ｉ Ｈ２Ｃ立２＋Ｈ２、ＳｉＣ立う＋Ｈ２
の２つの場合について、模式的に示した過飽和線図であ
る。
の２つの場合について、模式的に示した過飽和線図であ
る。
いま供給ガス流量がそれぞれ
（１） ＳｉＨ，Ｃ１１，＝０．１５（Ｑ／ｍ１ｎ）、
Ｈ，＝１０（Ｑ／ｗｉｎ）（２） ＳｉＣｕ４＝０
．１５（（２／ｌ！１ｉｎ）、Ｈ，＝ １０（Ｑ ／
ｍ１ｎ）であると、Ｓｉ／Ｃ誌、ＣＱ／Ｈ比は （１） Ｓｉ／口＝０．５、ｃｎ／ Ｈ＝０．０１５（
２） Ｓｉ／Ｃｌｌ ＝０．２５、Ｃｎ／Ｈ＝０．０３
０となり、それぞれの化学平衡曲線はＣ１″、０２″。
Ｈ，＝１０（Ｑ／ｗｉｎ）（２） ＳｉＣｕ４＝０
．１５（（２／ｌ！１ｉｎ）、Ｈ，＝ １０（Ｑ ／
ｍ１ｎ）であると、Ｓｉ／Ｃ誌、ＣＱ／Ｈ比は （１） Ｓｉ／口＝０．５、ｃｎ／ Ｈ＝０．０１５（
２） Ｓｉ／Ｃｌｌ ＝０．２５、Ｃｎ／Ｈ＝０．０３
０となり、それぞれの化学平衡曲線はＣ１″、０２″。
また祈出曲線はそれぞれｃｌ”、ｃ、”で示されること
になる。０１″は０２″の下側に位置するので、ＳｉＨ
２Ｃ立２＋Ｈ２系の方がＳｉＣ１１４よりも低温で析出
することが判る。しかしＳ ｉ ＣＱ ４ ＋ Ｈ２系
でＨ２の流量を２倍にすると、ＳｉＨ２Ｃｍ２＋Ｈ２系
の化学平衡曲線に合致することになる。これは原理的に
Ｈ２の稀釈により析出温度が低下することを意味し、し
たがってＳｉｃＱ４を用いた低温エピタクシを実現する
ことができる。ただしＨ２の稀釈により反応速度が低下
するため、大きな成長速度は期待できないという制限が
ある。
になる。０１″は０２″の下側に位置するので、ＳｉＨ
２Ｃ立２＋Ｈ２系の方がＳｉＣ１１４よりも低温で析出
することが判る。しかしＳ ｉ ＣＱ ４ ＋ Ｈ２系
でＨ２の流量を２倍にすると、ＳｉＨ２Ｃｍ２＋Ｈ２系
の化学平衡曲線に合致することになる。これは原理的に
Ｈ２の稀釈により析出温度が低下することを意味し、し
たがってＳｉｃＱ４を用いた低温エピタクシを実現する
ことができる。ただしＨ２の稀釈により反応速度が低下
するため、大きな成長速度は期待できないという制限が
ある。
つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する６第１図
は本発明による低温気相成長法に用いたパンケーキ型回
転式Ｓ１エピタキシヤル装置の概要図である。石英製ペ
ルジャー型反応器１の中に設置された回転式加熱台２の
上に試料であるウェハ３が設けられている。上記回転式
加熱台２は反応器１の外周に沿って設けた高周波コイル
５によって加熱される。供給ガスはＳｉＣＩＬ４液体タ
ンク７を経て上記ＳｉＣＩ１．蒸気を輸送するキャリア
ガスＨ２゜稀釈Ｈ２ガスおよびドーピングガスよりなり
、これらはマスフロメータ６によりそれぞれ一定流量に
制限され、上記反応器１内のガス供給管４から流入して
、ウェハ３上で析出反応を行い排気管８から系外に排出
される。
は本発明による低温気相成長法に用いたパンケーキ型回
転式Ｓ１エピタキシヤル装置の概要図である。石英製ペ
ルジャー型反応器１の中に設置された回転式加熱台２の
上に試料であるウェハ３が設けられている。上記回転式
加熱台２は反応器１の外周に沿って設けた高周波コイル
５によって加熱される。供給ガスはＳｉＣＩＬ４液体タ
ンク７を経て上記ＳｉＣＩ１．蒸気を輸送するキャリア
ガスＨ２゜稀釈Ｈ２ガスおよびドーピングガスよりなり
、これらはマスフロメータ６によりそれぞれ一定流量に
制限され、上記反応器１内のガス供給管４から流入して
、ウェハ３上で析出反応を行い排気管８から系外に排出
される。
通常、 ＳｉＣＩＬ４を用いた常圧エピタキシャル法で
はＳｉＣＩ１．濃度０．５〜１モル％が用いられ、成長
温度が１２００℃〜１３００℃であることがよく知られ
ている１例えば、Ｓ ｉＣａ、 ＝０．２ Ｑ ／ｗｉ
ｎ、 Ｈ，＝４０ Ｑ ／ｌｌ１ｉｎ （Ｓ １Ｃ（Ｌ
、濃度０．５モル％）のとき、Ｓ ｉ ／ （Ｊ ＝０
．２５、Ｃｆｌ／Ｈ＝０．０２の値になる。
はＳｉＣＩ１．濃度０．５〜１モル％が用いられ、成長
温度が１２００℃〜１３００℃であることがよく知られ
ている１例えば、Ｓ ｉＣａ、 ＝０．２ Ｑ ／ｗｉ
ｎ、 Ｈ，＝４０ Ｑ ／ｌｌ１ｉｎ （Ｓ １Ｃ（Ｌ
、濃度０．５モル％）のとき、Ｓ ｉ ／ （Ｊ ＝０
．２５、Ｃｆｌ／Ｈ＝０．０２の値になる。
本実施例では、まずＳｉＣＩＬ、＝０．１ｆｆｉ／ｗｉ
ｎ、 Ｈ２＝ ５０ Ｑ ／ ｗｉｎ、すなわちＳｉＣ
（Ｌ４濃度０．２モル％を用いた。この場合、Ｓ ｉ
／ Ｃｎ比は０．２５であり前記の値と変らないが、Ｃ
ｌｌ ／ Ｈ比は０．００４と非常に小さな値である。
ｎ、 Ｈ２＝ ５０ Ｑ ／ ｗｉｎ、すなわちＳｉＣ
（Ｌ４濃度０．２モル％を用いた。この場合、Ｓ ｉ
／ Ｃｎ比は０．２５であり前記の値と変らないが、Ｃ
ｌｌ ／ Ｈ比は０．００４と非常に小さな値である。
第３図に示されたようにＣｍ／Ｈ比が小さくなると、成
長温度が低下する。上記実施例では成長温度１０２０℃
で０．４＃Ｉｌ／＋ｓｉｎの成長速度が得られた。
長温度が低下する。上記実施例では成長温度１０２０℃
で０．４＃Ｉｌ／＋ｓｉｎの成長速度が得られた。
さらに過剰なＨ２を用いたＳ １ｃＩ１４＝ ０，０３
Ｑ ／ ｗｉｎ、Ｈ２＝ １００ Ｑ ／ｗｉｎ （
０，０３モル％）の条件の下では。
Ｑ ／ ｗｉｎ、Ｈ２＝ １００ Ｑ ／ｗｉｎ （
０，０３モル％）の条件の下では。
成長速度が０．１４／ｗｉｎに低下したが、成長温度は
８５０℃で良質のエピタキシャル薄膜が形成された。
８５０℃で良質のエピタキシャル薄膜が形成された。
通常のＨ２２稀釈件としては１モル比０．５〜１．０％
が用いられているが、上記実施例に示すように、通常の
稀釈条件を超える０、５％以下のモル比となるように過
剰のＨ２を添加することにより、１０００℃以下の低温
で良質のエピタキシャル薄膜を形成することができる。
が用いられているが、上記実施例に示すように、通常の
稀釈条件を超える０、５％以下のモル比となるように過
剰のＨ２を添加することにより、１０００℃以下の低温
で良質のエピタキシャル薄膜を形成することができる。
上記のように本実施例によれば過剰のＨよを添加するこ
とにより、低モル濃度のＳｉＣＡ、を用いて、低い成長
温度のエピタキシャル膜を得たが、他のＳｉＨＣＥＬ、
、ＳｉＨ，ＣＭ、、ＳｉＨ，ｃａ、ＳｉＨ，＋ＨＣｆｉ
等のソースガスを用いても１通常のＨ２２稀釈件以下に
過剰にＨ２を添加することにより、低温成長を可能にす
ることができる。
とにより、低モル濃度のＳｉＣＡ、を用いて、低い成長
温度のエピタキシャル膜を得たが、他のＳｉＨＣＥＬ、
、ＳｉＨ，ＣＭ、、ＳｉＨ，ｃａ、ＳｉＨ，＋ＨＣｆｉ
等のソースガスを用いても１通常のＨ２２稀釈件以下に
過剰にＨ２を添加することにより、低温成長を可能にす
ることができる。
上記のように本発明による低温気相成長法は。
Ｓ ｉ −Ｈ−（Ｊ系、特にＳｉＣ１１４などの高級塩
化物の反応ガスを用いる低温気相成長法において、通常
のＨ２２稀釈件をこえて過剰にＨ２を添加した反応ガス
を用いたことにより、ＳｉＣＱ、のような高級塩化物を
使用してもエピタキシャル温度を低下させることができ
るので、多層エピタキシャル層を必要とする半導体デバ
イスを高性能に作成することができる。また形成時にお
ける高周波発振器の容量を小さくできるため経済性が高
いという効果を有する。
化物の反応ガスを用いる低温気相成長法において、通常
のＨ２２稀釈件をこえて過剰にＨ２を添加した反応ガス
を用いたことにより、ＳｉＣＱ、のような高級塩化物を
使用してもエピタキシャル温度を低下させることができ
るので、多層エピタキシャル層を必要とする半導体デバ
イスを高性能に作成することができる。また形成時にお
ける高周波発振器の容量を小さくできるため経済性が高
いという効果を有する。
第１図は本発明による低温気相成長法に用いるエピタキ
シャル装置の概要図、第２図はＳｉ−Ｈ−ＣＩＡ系の模
式的過飽和線図、第３図は過飽和線図の実測データ例を
示す図、第４図はＳｉＨ，Ｃ（Ｌ、＋Ｈ２およびＳｉＣ
ｕ４＋Ｈ２系における過飽和線図の比較と、Ｈ２稀釈に
より析出温度の低下の原理を示す図である。 １・・・石英製ペルジャー型反応器 ３・・・ウェハ ４・・・ガス供給管５・・
・高周波コイル ７・・・ＳｉＣＩＬ、液体タ−ン
ク代理人弁理士 中 村 純之助 才１ 福 １：石層４にへ゛ルジャーヤ万Ｊ在務 ＳｉＳ周浪コイル ７：ＳノｃｔａｙＬ４本夕〉７ １Ｐ２図 ミ＆ 屋
シャル装置の概要図、第２図はＳｉ−Ｈ−ＣＩＡ系の模
式的過飽和線図、第３図は過飽和線図の実測データ例を
示す図、第４図はＳｉＨ，Ｃ（Ｌ、＋Ｈ２およびＳｉＣ
ｕ４＋Ｈ２系における過飽和線図の比較と、Ｈ２稀釈に
より析出温度の低下の原理を示す図である。 １・・・石英製ペルジャー型反応器 ３・・・ウェハ ４・・・ガス供給管５・・
・高周波コイル ７・・・ＳｉＣＩＬ、液体タ−ン
ク代理人弁理士 中 村 純之助 才１ 福 １：石層４にへ゛ルジャーヤ万Ｊ在務 ＳｉＳ周浪コイル ７：ＳノｃｔａｙＬ４本夕〉７ １Ｐ２図 ミ＆ 屋
Claims (1)
- Ｓｉ−Ｈ−Ｃｌ系、特にＳｉＣｌ＿４などの高級塩化
物の反応ガスを用いる低温気相成長法において、通常の
Ｈ＿２稀釈条件である０．５モル％をこえ過剰にＨ＿２
を添加した反応ガスを用いることを特徴とする低温気相
成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27926385A JPS62139318A (ja) | 1985-12-13 | 1985-12-13 | 低温気相成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27926385A JPS62139318A (ja) | 1985-12-13 | 1985-12-13 | 低温気相成長法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62139318A true JPS62139318A (ja) | 1987-06-23 |
Family
ID=17608724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27926385A Pending JPS62139318A (ja) | 1985-12-13 | 1985-12-13 | 低温気相成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62139318A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9062370B2 (en) | 2009-04-02 | 2015-06-23 | Spawnt Private S.A.R.L. | Bodies coated by SiC and method for creating SiC-coated bodies |
-
1985
- 1985-12-13 JP JP27926385A patent/JPS62139318A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9062370B2 (en) | 2009-04-02 | 2015-06-23 | Spawnt Private S.A.R.L. | Bodies coated by SiC and method for creating SiC-coated bodies |
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