JPS62208625A - シリコンエピタキシヤル成長方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光励起気相成長法（以下、光ＣＶＤ法と言
う）によって基板表面にシリコンをエピタキシャル成長
させるシリコンエピタキシャル成長方法に関する。

〔従来の技術〕

例えばシリコン基板の表面にシリコンをエピタキシャル
成長させる場合、従来の熱ＣＶＤ法においては、基板を
約９００℃以上の高温に加熱し、これによって反応ガス
（原料ガスとも言う）を熱分解して基板表面にエピタキ
シャル成長させている。所がこのような高温プロセスに
おいては、基板の反り、結晶欠陥の生成、膜応力の増加
等の有害な影響がある。

そこでこれらの点を改善するためにエピタキシャル成長
の低温化（例えば８００〜８５０℃程度以下）が要求さ
れており、そのための方法として、分子線エピタキシー
法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等の利用が試みられ
ている。

これらの内で光ＣＶＤ法に注目すると、反応ガスとして
モノシラン（ＳｉＨ４）を用いる方法、あるいはジシラ
ン（ＳｉｚＨ６）を用いる方法等が幾つか報告されてい
る（例えば、「オプトロニクス」（１９８５）　Ｎｏ、
１０　　頁６１〜６４参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

所がモノシランを用いる方法においては、モノシランの
価格がジシランに比べて非常に安い（例えば、シリコン
１グラム当たりで約１／４〜１１５）という利点がある
ものの、モノシランを直接励起して解離させるのに有効
な光源が存在しない等のため、上記のような低温では結
晶膜の成長速度が低い（言ってみれば熱ＣＶＤ法と変わ
らない）という問題がある。

一方ジシランを用いる方法においては、ジシランを直接
励起して解離させるのに有効な光源がある程度存在して
おり、上記のような低温でもある程度の膜成長速度が得
られているものの、上述のようにジシランが非常に高価
であるという問題がある。

そこでこの発明は、光ＣＶＤ法において、上記両方の場
合の問題を共に解決できるシリコンエピタキシャル成長
方法を提供することを目的とする。

ｃ問題点を解決するための手段〕 この発明のシリコンエピタキシャル成長方法は、光励起
気相成長法によって基板表面にシリコンをエピタキシャ
ル成長させる方法において、光としてジシランの励起が
可能な波長の光を用い、反応ガスとしてジシランとモノ
シランの混合ガスを用いることを特徴とする。

〔作用〕

上記のような方法によれば、反応ガスとしてモノシラン
のみを用いた場合よりも相当大きな膜成長速度が、場合
によってはジシランのみを用いた場合よりも更に大きな
膜成長速度が得られることを見出した。これは、上記の
ような光によって励起されたジシランがモノシランと相
互作用することにより、モノシランの励起が起りでその
分子結合が解離するに敗ったものと考えられる。しかも
、上記のような方法によれば、モノシランよりも高価な
ジシランの使用割合が減少するため、反応ガスはジシラ
ンのみを用いる場合よりも経済的となる。

〔実施例〕

第１図は、この発明の実施に使用する装置の一例を示す
概略図で“ある。真空ポンプ１６によって所定の真空度
に排気される成長室２内に、サセプタ４に保持された基
板（例えばシリコン基板）８が収納されており、当該基
板８はヒータ６によって所定の温度に加熱されるように
なっている。

そして成長室２内には、ガス導入管１８を経由してガス
Ｇを供給するようにしている。このガスＧは、ガス源２
０からのジシランガスとガス源２１からのモノシランガ
スから成る反応ガスと、そのキャリヤガスとしてガス源
２２からの水素ガスを後述するような割合で混合したも
のである。

また、光源１２からの光１４を入射窓１０を通して基板
８の表面、あるいは表面近傍に照射するようにしている
。この光１４としては、ここではジシランの励起が可能
な波長のものを用いる。即ち、ジシランは約２２０ｎｍ
付近に電子状態励起に伴う光吸収の吸収端を持っている
ため、光１４としては波長が約２２０ｎｍ以下のものを
用いるのが好ましい。そうすれば、ジシランを直接励起
してその分子結合の解離を起こさせることが可能となる
。

上記のような波長領域の光１４を得るための光源１２と
しは、例えばレーザ、水銀ランプ、水銀−キセノンラン
プ等が採り得る。その中でも、比較的高エネルギーで波
長１９３ｎｍのレーザ光が得られるＡｒＦエキシマレー
ザを用いるのが好ましい。

尚、モノシランは光吸収の吸収端が約１５０ｎｍ付近に
あるので、それ以上の波長の光、例えば上記のようなＡ
ｒＦレーザ光では直接的な光吸収は殆ど起こらず、従っ
てモノシランの励起−解離は殆ど起こらない。

上記のような装置を用いて、条件を様々に変えて、シリ
コン基板上にシリコン膜をエピタキシャル成長させた実
験結果の一例を表に示す。この場合は、まず成長室２内
を１０−’Ｔ　ｏ　ｒ　ｒオーダーまで排気した後、予
めサセプタ４上に載せておいた１インチのシリコン基板
８を、ヒータ６で所定の温度に加熱し、上記のようなガ
スＧをガス圧約２０　Ｔ　ｏ　ｒ　ｒで連続して流した
。熱ＣＶＤ　（ケースＩ〜■）は比較のためであり、光
１４の照射は行っていない。その場合、基板８の温度は
８５０℃あるいは１０１０℃とした。光ＣＶＤ　（ケー
ス■〜■）の場合は、光源１２としてＡｒＦエキシマレ
ーザを用い、その場合のレーザ光は１００Ｈ２でエネル
ギーが２００ｍＪ／パルスであった。

また基板８の温度はいずれも８５０℃とした。

（以下余白） 上記表から分かるように、反応ガスがモノンラン単独の
場合（ケース■、■）、熱ＣＶＤ、光ＣＶＤいずれにお
いても膜成長速度は同じであり、光ＣＶＤにおけるレー
ザ光の効果は見られない。

次に反応ガスがジシラン単独の場合（ケース■、■）、
光ＣＶＤ　（ケース■）においては、基板温度が熱Ｃｖ
Ｄに比べて低いにも拘わらず、膜成長速度は大きくなっ
ている。これは、ジシランがレーザ光で励起されて解離
する効果が表れたためである。

更に反応ガスとしてジシランにモノシランを２０％（体
積％）混合したものを用いた場合（ケース■、■）、光
ＣＶＤ　（ケース■）においては、ジシラン単独の場合
（ケース■）よりも更に太きな膜成長速度が得られた。

しかも膜質には差はなかった。これは、ジシランがレー
ザ光で直接励起され、次にこの励起された物質がモノシ
ランと相互作用することにより、モノシランの励起が起
つての分子結合が解離するに敗ったものと考えられる。

しかも、この場合はモノシランよりも高価なジシランの
使用割合が減少するため、反応ガスはジシランのみを用
いる場合よりも経済的となる。

尚、ジシランにモノシランを混合する割合は、必ずしも
上記２０％に限定されるものではな（、他の割合でも、
程度の差はあるとしても、膜成長速度の改善効果と反応
ガスにおける経済効果とが得られる。その場合、モノシ
ランの割合があまり多くなると、ジシランにおける光吸
収による励起反応の効果が減少して単なる熱ＣＶＤ法に
近付いてくるため、反対にモノシランの割合が少なくな
る程、高価なジシランを使用する割合が多くなって経済
的効果が減少してくるため、モノシランの割合は例えば
１〜４５％程度の範囲内にしておくのが好ましい。その
ような範囲内であれば、低温での膜成長速度の改善効果
と、反応ガス費用の低減効果とを十分に両立させること
が可能である。

最後に、以上においてはシリコン基板上にシリコンをエ
ピタキシャル成長させるホモエピタキシャル成長の場合
を例示したけれども、この発明はそれに限られることは
なく、例えばサファイア基根土にシリコンをエピタキシ
ャル成長させるようなヘテロエピタキシャル成長の場合
にも適用することができる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、成長温度の低温化を図
りつつ膜成長速度の優れたエピタキシャル成長ができる
と共に、反応ガスの価格も安くて済むようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施に使用する装置の一例を示す
概略図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光励起気相成長法によって基板表面にシリコンを
   エピタキシャル成長させる方法において、光としてジシ
   ランの励起が可能な波長の光を用い、反応ガスとしてジ
   シランとモノシランの混合ガスを用いることを特徴とす
   るシリコンエピタキシャル成長方法。