JPS62223094A - エピタキシヤル成長方法およびその装置 - 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、シリコンのエピタキシャル成長において、
基板温度に依存せず所望の成長速度でエピタキシャル成
長させることのできる成長方法およびその装置に関する
ものである。

（従来の技術） 従来、シリコンのエピタキシャル成長膜は、気相成長法
（ＶＰＥ）あるいは蒸着法（ＭＢＥなど）によって得ら
れて来た。気相成長法の場合、ジクロルシラン、モノシ
ラン、テトラクロルシラン等をソースガスとし、熱分解
反応、水素還元反応等を利用してエピタキシャル成長さ
せる。蒸着法の場合、固体シリコンを加熱蒸発させてエ
ピタキシャル成長させる。これらの方法では、基板温度
が高いほど成長速度は高くなり、基板温度が低いほど低
くなる。シリコンの（００１）面上では、基板温度が６
００°Ｃの場合、気相成長法でも蒸着法でも、およそ１
００Ａ／ｍｉｎ　−３０ＯＡ／ｍｉｎ　テある。

（発明が解決しようとする問題点） 気相成長法でも蒸着法でも、基板温度が６００°Ｃのと
きの成長速度は２００人／ｍｉｎ前後、８００°Ｃのと
きは５００Ａ／ｍｉｎ前後である。このように、エピタ
キシャル成長速度が基板温度に依存することは、基板表
面に到達したシリコン蒸気、あるいは反応種の表面拡散
を、基板を加熱することによって制御しているからであ
る。従って、基板温度をさげると成長速度が低下するの
は必然的であった。

本発明の目的は、この問題点を解決したシリコンのエピ
タキシャル成長方法、およびその装置を提供することに
ある。

（問題点を解決するための手段） この発明の要旨とするところは、反応種の供給において
、加熱蒸発させたシリコン蒸気や熱的に生成させた反応
種を供給源とするのではなく、シリコン液体ソースをも
ちい、超音速ノズルビームをもちいること、およびその
ビーム中で生成されるクラスタの大きさと帯電苛政を制
御し、運動エネルギー、内部エネルギーを増大させるこ
とにある。

流のうち、スリットをもちいて中心部分の速度のそろっ
た相互衝突のない分子流をとりだすことで得られるもの
である。そして、ノズル先端におけるＩ析熱膨張条件を
制御することによって、分子流中のクラスタサイズを制
御するものである。

そのクラスタに電荷を付与するには、電子シャワーを照
射したり、プラズマを利用したり、光イオン化作用を利
用することができる。また、内部エネルギーを制御する
には、光励起をもちいるのがよい。励起波長によって、
反応種の生成および選択、あるいは励起状態の制御がで
きる。光励起の他にプラズマ励起を用いることもできる
が、反応種の選択および励起状態の制御の精度は光励起
より劣る。

シリコン化合物の液体ソースとして水素化合物ではトリ
シラン、塩素化合物ではジクロルシラン、テトラクロル
シラン、ヘキサクロルシランをもちいることができる。

選択成長には塩素化物、より高速に成長するには水素化
物が適している。

（作用） 従来の気相成長においては、運動エネルギーはほとんど
なく、従って高い基板温度を必要としていた。蒸着法は
蒸発方法によって決まる運動エネルギーを利用し、内部
エネルギーとしては基底状態エネルギーのみであるため
に、エピタキシャル成長温度は低下するが成長速度は増
加しないというものであった。

すなわち、基板温度を下げても高い成長速度を得るには
、基板表面を吸着状態を維持したまま拡散して成長サイ
トにまで到達できること、および表面反応のためのポテ
ンシャルバリヤーをこえるだけの内部エネルギーを有す
ることが必要である。

本発明による成長方法では、表面拡散エネルギーは主と
してクラスタの運動エネルギーによって供給される。ま
た、表面反応に必要な内部エネルギーはクラスターを光
などで励起することによってあたえられる。反応種の種
類によって基板表面上の拡散および反応種がことなり、
適切な反応種を選択することにより、高速成長、選択成
長などを実現できる。

（実施例） 以下の実施例により超音速分子流をもちいた光励起クラ
スタビームエピタキシャル成長方法およびその装置を説
明する。

第１図は本発明による装置をしめす概略図である。ベー
スプレッシャー１０−”Ｔｏｒｒ以下に排気できル真空
チャンバー１内には、基板支持システムとエネルギー制
御システム、ノズルビームシステムがある。ノズルビー
ム６は２つのスリット７．８とノズル９から成っている
。外部がらシリコンの液体ソースをノズル９に送り、シ
ステム６の中の圧力差を利用して、ノズル９の先端より
気体分子流として取り出す。スリット７．８は分子流の
うち非超音速部分をカットするのに用いられる。基板支
持システムは基板２を出し入れする自動入れ替え装置（
図示せず）と、基板加熱装置３がら成っている。基板加
熱は目的に応じて用いられる。たとえば、ＭＯＳエビの
ように厚いエピタキシャル成長膜が必要で、低温成長で
ある必要はない場合、基板を加熱したほうが高い成長速
度が得られる。また、本装置では基板温度が室温でもエ
ピタキシャル成長膜が得られるが、その場合大きな運動
エネルギーを必要とし、基板やエピタキシャル成長膜に
ダメージが残るので、急峻な不純物プロファイルを得た
い場合でも、許される範囲で加熱する方が良質の膜がえ
られる。

エネルギー制御システムは内部エネルギー制御部分４と
、運動エネルギー制御部分５からなっている。エピタキ
シャル成長は真空チャンバー内の真空度の影響を受ける
ので、チャンバー内の圧力を決めるとビームで運べる輸
送量が決められてしまう。したがって、実用的には圧力
差のみを利用してクラスタの運動エネルギーを制御する
よりは、電場によって運動エネルギーを制御することを
併用したほうがよい。第１図の運動エネルギー制御部分
５は内部エネルギー制御部分４に対する加速電圧印加電
極からなっている。内部エネルギー制御は自由電子レー
ザからの極紫外光を利用している。

自由電子レーザとは超高圧（Ｍｅｖのオーダー）で加速
された電子が周期交番磁界中を走るとき、電子はシンク
ロトロン放射光を発する。この光をミラーを用いて増幅
し、波長可変な光源として用いられるものである。トリ
シランをソースとした場合、波長１０ｎｍ付近の吸収バ
ンドを利用して、トリシランクラスタからシリコンモノ
ハイドライドイオンクラスタの生成を行うことができる
。そして、加速電圧を制御することによって運動エネル
ギーを制御できるが、あまりの高速化は基板のダメージ
をもたらす。トリシランは自由電子レーザーの繰り返し
に同期させてパルス的に供給されて、分子流となる。本
実施例における差動排気条件は第１チヤンバーは１０−
’Ｔｏｒｒ、第２チヤンバーは１０−’Ｔｏｒｒ、第３
チヤンバーは１Ｏ−９Ｔｏｒｒであった。分子あるいは
クラスタを電圧で加速するためには、それらが帯電して
いる必要がある。帯電させるには電子シャワー照射、プ
ラズマ、光イオン化作用を用いるが、帯電電荷量が多す
ぎると基板を帯電してしまい、例えばＳｉ基板上に形成
したゲート酸化膜を破壊したりする。帯電電荷量は、電
子シャワー密度や、プラズマ温度、あるいは光イオン化
のための励起光強度で制御される。

以上のような構成で、トリシランをもちいた高速成長実
験を行なった結果第２図に示す。第２図は成長速度と加
速電圧の関係を示すものである。パラメーターは基板温
度である。基板温度によらず、加速電圧を制御すること
によって望みの成長速度を得ることができる。

このようにクラスタの運動エネルギーを制御することに
よって、基板温度に依存せずに、成長速度を制御するこ
とができる。

（発明の効果） 本発明はシリコンの液体ソースをもちい、ノズルビーム
中のクラスタサイズ、運動エネルギー、内部エネルギー
を独立に制御することによって、成長速度を大きくする
ことができるもので、その工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるシリコンエピタキシャル成長装置
の概略図で、１は成長チャンバー、２はシリコン基板、
３は基板加熱装置、４は内部エネルギー制御システム、
５は運動エネルギー制御システム、６は第２チヤンバー
、７，８はスリット、９はノズルである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）シリコンの液体ソースより超音速ノズルビームを形
   成し、ビーム中のクラスタの内部エネルギーと運動エネ
   ルギーを増大させて基板に照射しシリコン膜を形成する
   ことを特徴とするエピタキシャル成長方法。 ２）真空チャンバー中に超音速ノズルビーム形成システ
   ムと、電子シャワーあるいはプラズマあるいは光イオン
   化によって電荷を付与するシステムと、光励起あるいは
   プラズマ励起によってクラスタの内部エネルギーを増す
   内部エネルギー制御システムと、加速電圧を印加するこ
   とによりクラスタの運動エネルギーを制御する運動エネ
   ルギー制御システムを設けることを特徴とするエピタキ
   シャル成長装置。