JPS62221109A

JPS62221109A - 被膜作製方法

Info

Publication number: JPS62221109A
Application number: JP6551686A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1986-03-24
Filing date: 1986-03-24
Publication date: 1987-09-29

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】この発明は、光化学反応を用いた気相反応方法（以下Ｃ
ＶＤ法という）により半導体被膜好ましくは単結晶珪素
半導体被膜を作製する方法に関する。

本発明は、単結晶珪素基板上に光エピタキシャル成長方
法により単結晶珪素被膜を形成するに際し、その出発材
料としてＨＸＳｉｚＣｌｂ−ｘ（Ｘ＝　２〜５）＋Ｈｘ
ＳｉｚＦ６−ｘ　（Ｘ　＝　０〜４　）、ＨｙＳｔｌＣ
ｌｓ−ｙ（Ｙ　”’　０〜６　）又はＨｙＳｉ３Ｆ８−
ｙ　（Ｙ−０〜６）を用いたことにより基板表面の汚物
を除去するに加えて、スクッキングフォルト等の格子欠
陥が除かれた良質の単結晶被膜を低温で形成する方法に
関する。

この発明は珪素のハロゲン化物のＨｘＳｉ２Ｃ１６−ｘ
（’Ｘ＝　２〜５　）、ＨｘＳｉｚＦａ−ｘ　（Ｘ＝　
０〜４　）＋）ＩｙＳｉ：＋Ｃ１ｅ−ｙ（Ｙ＝０〜６）
又はＨｙＳｉ３Ｆ１１−、　（Ｙ＝　０〜６）と水素と
を反応せしめ、珪素被膜を１０００℃以下の温度例えば
２００〜６００℃での光エピタキシャル成長（紫外光を
照射しつつ単結晶構造を有する）珪素半導体被膜を形成
する方法に関する。

従来、珪素膜を光ＣＶＯ法で作製せんとするには５ｉＪ
ｂを用いた方法が知られている。しかしかかる珪素膜は
被形成面上に存在するナチュラル・オキサイドを除去す
る能力がないため、エピタキシアル成長膜を作ることが
できない。またアモルファス珪素被膜を形成する場合、
その膜内に水素を１０原子％以上も有しており耐熱性に
欠けるものであった・さらにこの残存する不対結合手中和用の水素は比較的弱
い電界で結合手が切れ、結果として珪素の不対結合手を
作ってしまう。その−例として、絶縁ゲイト型電界効果
半導体装置におけるチャネル形成領域を構成する半導体
をあげることができる。かかる領域ではゲイトに電圧を
印加することにより半導体絶縁膜界面に電界が集中し、
かつこの界面にキャリアが集中するため、Ｓ　ｉ　−Ｉ
ｔ結合手が切れると、その結果、発生した不対結合手は
ただちに界面準位を構成し、特性劣化を誘発してしまっ
た。このため結合力が強くかつ不対結合手を中和するク
ーミネイダが求められていた。

本発明は、かかる目的のため、即ち、珪素の塩素化物、
特に好ましくは１ｌｘｓｉｚｃ１ｂ−ｘ（Ｘ＝　２〜５
）。

ＨＸＳｉｚＦ６−ｘ　　（Ｘ＝　０〜４　）、ＨｙＳｉ
：＋Ｃ１ｅ−ｙ（Ｙ＝　０〜６　）又はｔｌ　ｙ　Ｓ　
ｉ　ｘ　Ｆ　Ｂ　−ｙ　’　（Ｙ　＝　０〜６）を用い
ることにより、珪素を主成分とする被膜を作製せんとす
るものである。

この）ＩｘＳｉｚＣｌｉ−ｘ（Ｘ＝　２〜５　）、）ｌ
ｘｓｉｚＦ、−ｘ　（Ｘ＝　０〜４　）、ＨｙＳｉ３Ｃ
１８−ｙ（Ｙ＝　Ｑ〜６）又はＨｙＳｉＪａ−ｙ（Ｙ＝
０〜６）は２５４ｎ諏および１８５ｎｍの波長の光特に
好ましくはＬ８５ｎｍの光により直接分解し、以下の反
応式に従って珪素元素を発生させることができる。その
結果、被形成面上に単結晶半導体を光エピタキシャル成
長を２００〜６００°Ｃの低温で作ることができるに加
えて、遊離した塩素または弗素元素が被形成面のナチュ
ラルオキサイド等の汚物を除去する作用を光クリーニン
グ効果として併せて有するため、形成された被膜中に欠
陥に少ないという特徴を有する。

その例えば５ｉｚＦｓを用いたエピタキシアル成長の反
応式は５ｉｚＦａ　＋　Ｈｚ　　　Ｓｉ　　＋５ｉＦｎ＋　２
８Ｆｚまたは、５ｉｚＦｂ　　”　　　３Ｈｔ　　　　　２Ｓｉ　　＋
６８Ｆであると推定される。

本発明はかかる紫外光で直接分解される少なくとも２つ
の珪素原子を含むハロゲン化珪化物気体として５ｉ２Ｆ
、又は５ｉＪｓで示される５ｉｎＦｚｎ−ｚ（ｎ≧２）
を含む１ｌＸｓｉｔｃ１ｉ−ｘ（Ｘ　＝　２〜５　）　
＋　ＨＸＳｉｇＦｉ−ｘ　（Ｘ　＝θ〜４　）、ＨｙＳ
ｉｚＣｌｓ−ｙ（Ｙ＝　０〜６）又はＨｙＳｉｚＦｓ−
ｙ（Ｙ＝０〜６）を用いたことを特長としている。

以下に図面に従って本発明の実施例を記す。

実施例１第１図は、本発明に用いられた光ＣＶＯ装置の概要を示
す。

図面において、反応容器または真空容器（１）はステン
レス類であり、石英窓（２６）が設けられている。基Ｆ
ｉ、（２）はハロゲンヒータ（３）で下側から加熱され
たホルダ（２２）上に配設され、室温〜１０００℃好ま
しくは光エピタキシャル成長を行う場合、２００〜６０
０℃例えば５５０℃に加熱される。ドーピング系は流量
計（６）、バルブ（７）よりなり、水素が（１０）より
アルゴンまたはへリュームが（９）より供給される。被
膜形成後の反応容器内のチャンバ内壁等のプラズマエツ
チング用に（１１）よりＮＦ３が供給され得る。

また珪素の塩素化物は（１１）より供給される。珪素の
塩素化物としてここでは５ｉ２Ｃ１，をバプラ（２０）
に充填し、この内を反応容器とともに減圧にして気化せ
しめて用いた。

さらに排気口（１７）より圧力調整バルブ（１２）　、
ストップバルブ（１３）をへて、真空ポンプ（１４）よ
り排気させた。光化学反応させるため、３００　ｎｍ以
下の波長の発生ランプ（一般に１８５ｎｍ、　２５４ｎ
ｍの波長の光を発生させる合成石英製低圧水銀ランプ、
　ｔｌＬｌ−４５ＥＬ２−Ｎ−１照射強度１５ｍＷ／ｃ
ｍ”）　（４）を１０本及びそれに伴う電源系（５）を
用いた。さらにこのランプ室（２８）を排気系に連結し
、真空引きした。このランプ室に反応性気体の逆流を防
ぐため、（２４）より水素ガスを若干導入し、さらにラ
ンプ室（２８）には反応室（１）と同じ圧力として窓の
合成石英ガラス（２６）が破損しないようにバルブ（２
７）にて調整した。かくすると、発生源で発生した紫外
光のうち、特に大気中の酸素により１８５　ｎｍの短波
長光の反応容器（１）内に至る前での吸収損を防ぐこと
ができた。

以下にその実験例を示す。

実験例１この実験例は５ｉＪ６の光化学反応により珪素を主成分
とする単結晶半導体被膜を作製せんとしたものである。

第１図において、ヒータ（３）にて基板を５５０℃に加
熱して珪素膜を形成するための単結晶珪素基板（２）を
ヒータ上方のボートホルダ（２２）上に配設している。

さらにパルプ（１０）を開にして、水素を導入した。さ
らに５ｉｘｔｈをＳｉｇＦｂ／Ｈｚ　＝　１／３として
導入した。反応容器内圧力は、０．１〜１００　ｔｏｒ
ｒの範囲例えば１Ｑｔｏｒｒとした。すると基板上に単
結晶珪素被膜を１８５ｎｍおよび２５４ｎｍの紫外光の
照射による光ＣＶＤ法において水銀増感を用いることな
く２．５人／秒の成長速度で得ることができた。この被
膜成長速度は紫外光照射を中止すると０．２人／秒とほ
とんど被膜形成は不可能であった。

光ＣＶＤ法特に光エピタキシャル法は被膜形成の初期に
特に有効であり、合成石英窓（２６）にシリコン膜が形
成された後は実質的に熱のみによるエピタキシャル成長
が行われている。このため被膜を１０００Å以上形成せ
んとする場合は、初期の２００人までの厚さは光エピタ
キシャル成長であり、その後は熱エピタキシャル成長膜
になっていると推定される。

さらに形成された被膜（厚さ２μｍ　不純物ドープなし
）の電気特性を調べたところ、比抵抗は１５００ΩｃＩ
Ｉ＋を得、スタッキングフォールトはＸ１００の視野で
１０視野中１ケであった。

さらにこの実施例においては基板を取り出してしまった
後この反応容器（１）内にＮＦ、を（１１）より導入し
、圧力を０．４ｔｏｒｒとしてプラズマエッチを行った
。そのために、一対の電極（８）、（８’）に対し１３
．５６ＭＨｚの高周波を（１５）より供給した。すると
、３０００八／分（反応炉内は１００〜２００　’Ｃに
保持）のエッチ速度で石英窓（２６）上の珪素膜をはじ
め容器内壁のすべての不要珪素を除去することができた
。

本発明方法のＨｘＳｉｚＣｌａ−ｘ（Ｘ＝　２〜５　）
、ＨｘＳｉｚＦｂ−ｘ（Ｘ＝０〜４）、ＨｙＳｉｓＣｌ
ｓ−ｙ　（Ｙ　＝　０〜６）又は１（ｙｓｉｚｈ−ｘ　
（Ｙ＝　０〜６）もしくはこのハロゲン化物と水素との
反応によるもので珪素膜を形成させた。

更にこのＨ４５ｉ２Ｃｌｚ−ｘ（Ｘ　＝　２〜５　）＋
　ＨｘＳｉｔＦ６−ｘ　（Ｘ＝０〜４　）、ＨＶＳｘｉ
Ｃｌｉ−ｙ（Ｙ＝　０〜６）又は）ＩｙＳｉｓＦａ−ｙ
（Ｙ＝０〜６）に加え、ＧｅＨ，またはＧｅＦ　ａを同
時に混入せしめると、塩素が添加された５ｔｘＧｅ、−
ｘ（０＜Ｘ＜１）を得ることができる。またＷＦ　ｂ　
＋　ＭｏＣ１ｍと混入させて一５ｉｚ＋Ｍｏ５ｉｚを形
成させることも可能である。

さらに■価の化合物であるＢｈ、ＢＪ＊また７価の化合
物であるＰＨ，またはＡｓＨ，を適量同時に混入してＰ
またはＮ型の珪素を主成分とする半導体被膜を形成する
ことは可能である。

本発明において３００ｎｍ以下の光エネルギの照射源と
してエキシマレーザ（ｍ長３００〜１００　ｎｍ）　ヲ
用いてもよいことはいうまでもない。

本発明において、光化学反応の励起用に水銀を同時に混
入し、水銀励起法を用いることも可能である。するとエ
ピタキシアル成長膜を２００〜４００℃でも可能となり
、その厚さを２０００人にまで形成させることができた
。

また第１図に示した装置において、合成石英管（２６）
を充分離し、窓にシリコン膜が付着しないようにするこ
とによりエピタキシャル成長方法のみにより単結晶被膜
を作成することが可能である。

しかし水銀バブラを用いた方法は排気物中に水銀が残り
やすく、公害問題が発生しゃすい。

本発明において塩素を含む珪化物気体として１つの分子
に１つの珪素原子しか含まないＨｚ　Ｓ　ｉ　Ｃｌ　２
１＋１ＳｉＣｈ、５ｉＣ１４は除かれる。これらは低圧
水銀灯による照射で直接分解しないからである。他方、
Ｈ４５ｉ２Ｃｌｚ＋　Ｈ４５ｉ３ＣＩ　！　１　Ｈ４５
ｉ２Ｃｌｚ、　ＨｚＳｉ：＋Ｃ１ｂ　、　Ｈ４５ｉ３Ｃ
Ｉ　４１）１ｂＳｉｉＣ１を等の水素と塩素との化合物
又は５ｉ２ＣＩ３Ｆｚ。

ＨｚＳｉＣｈＦｚ等の弗素と水素との化合物であっても
これらの１分子の分子量が大きく紫外光で直接分解する
１分子に珪素を２ヶ以上有する塩化物を含む。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための光ＣＶＤ装置の概
要を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１、Ｈ＿ｘＳｉ＿２Ｃｌ＿６＿−＿ｘ（Ｘ＝２〜５）、
Ｈ＿ｘＳｉ＿２Ｆ＿６＿−＿ｘ（Ｘ＝０〜４）、Ｈ＿ｙ
Ｓｉ＿３Ｃｌ＿８＿−＿ｙ（Ｙ＝０〜６）又はＨ＿ｙＳ
ｉ＿３Ｆ＿８＿−＿ｙ（Ｙ＝０〜６）を含む珪素塩素化
物気体に熱エネルギと３００ｎｍ以下の波長の光エネル
ギを加えることにより、被形成面上に珪素を主成分とす
る半導体被膜を作製することを特徴とする被膜作製方法
。２、特許請求の範囲第１項において、Ｈ＿ｘＳｉ＿２Ｃ
ｌ＿６＿−＿ｘ（Ｘ＝２〜５）、Ｈ＿ｘＳｉ＿２Ｆ＿６
＿−＿ｘ（Ｘ＝０〜４）、Ｈ＿ｙＳｉ＿３Ｃ１＿８＿−
＿ｙ（Ｙ＝０〜６）又はＨ＿ｙＳｉ＿３Ｆ＿８＿−＿ｙ
（Ｙ＝０〜６）と水素との混合気体に熱エネルギと３０
０ｎｍ以下の波長の光エネルギを加えることにより、被
形成面上に単結晶構造の珪素半導体被膜を作製すること
を特徴とする被膜作製方法。