JPS63239935A - シリコン選択成長法 - 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］ 本発明は、窒化シリコン（以下、Ｓｉ３Ｎ４と記す）膜
と二酸化シリコン（以下、５ｉ０２と記す）膜が共存す
る場合に、Ｓｉ３Ｎ４膜上のみにンリコン膜を選択的に
成長させるシリコン選択成長法に関する。

［従来の技術及びその問題点］ 一般に、シリコン表面と絶縁膜（Ｓｉ３Ｎ４や５ｉ０２
など）表面が共存する基体を成長系に置き、シリコン表
面上のみにシリコンを選択的に成長させることが行なわ
れている。

さらに、絶縁膜上においてシリコンを選択的に成長させ
る方法としては、特開昭５６−２４９２５号公報に示さ
れているものがある。この発明によれば、モノシランを
シリコンンースガスとして用い、高温度下で成長させる
ことにより、５ｉ０２膜とＳｉ３Ｎ４膜とが共存する条
件下でＳｉ３Ｎ４膜表面にのみシリコンを成長させるこ
とができる。

しかしながら、上記従来例においては、成長温度が、８
００℃以下ではシリコンの成長速度が非常に遅（、Ｓｉ
３Ｎ４膜上の成長が不均一になり、９００℃以上では５
ｉ０２膜上にもシリコンが成長してしまうという理由で
、この成長温度範囲を８００〜９００°Ｃに限定しであ
る。又、この温度範囲内においても、上限と下限付近で
は堆積膜である他結晶シリコンのグレインサイズが異な
るという不都合が生じる。

ところが、木発明者の研究結果によれば、上記のように
、　Ｓ　ｉ３　Ｎ４１ＱとＳ　ｉ　０２膜とが共存する
系で、熱ＣＶＤ法を用いてシリコンの選択堆積を行なう
に際し、減圧条件下で行なった場合、Ｓｉ３Ｎ４膜に対
するシリコンの選択性が向上するという成果を得た。も
っとも、減圧下で成長を行なった場合、幾分成長速度が
遅くなるが、温度を下げた場合の成長速度の低下に比べ
れば看過できる程度である。

ちなみに、本発明者の実験結果によれば、Ｊ−記した公
知例の成長温度範囲の上限である９　００　’Ｃよりも
高い温度である１０００°Ｃの条件下で成長させるのに
、減圧下で行なった場合は、良好な選択性を保ちながら
、９００℃かつ常温下で成長させた場合以上の成長速度
を得ることができた。

又、成長系において、圧力を低くするほど多結晶シリコ
ンのグレインサイズが大きくなることから、この圧力を
調整することにより、所望のグレインサイズの多結晶膜
が得られ、好都合である。

本発明は、−ｈ記のような事情に鑑みて成されたもので
、Ｓｉ３Ｎ、４膜と５ｆ０２膜が共存する系において、
Ｓｉ３Ｎ４Ｍへのシリコンの成長を選択的に行なうに際
し、減圧条件下で行なうことにより、その選択性を向−
ヒすることができるシリコン選択成長法を提供すること
を目的とする。

さらに、本発明は成長条件である温度及び圧力を特定す
ることにより、−■二足の目的を達成すると共に、シリ
コンの成長速度を向上することができるシリコン選択成
長法を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記従来の問題点を解決するために、本発明によるシリ
コン成長法は、二酸化シリコン膜と窒化シリコン膜を備
えた基体上に、シラン系ガスを含む水素ガスを温度８０
０〜１１００℃かつ圧力１００〜３００Ｔｏｒｒの条件
下で接触させることにより、前記窒化シリコン膜上にの
みシリコン結晶を成長させることを特徴とする。

［作用］ ５ｉ０２膜とＳｉ３Ｎ４膜とが共存する系において、高
温度下でシリコンを成長させると、５ｉ０２膜上に成長
することな（、Ｓｉ３Ｎ４膜上にのみ成長する。これは
、シリコンの成長過程において、シリコンとＳｉＯ２と
が反応してＳｉＯという蒸気圧の高い物質が形成され、
これによって５ｉ０２がエツチングされて５ｉ０２膜上
にはシリコンが付着しなくなるためである。

ところが、上記したように、シリコンの成長系における
温度条件は、成長速度に著しい影響を与えるばかりか、
Ｓｉ３Ｎ４膜上に堆積するシリコン膜の均一性、あるい
は堆積膜である多結晶シリコンのグレインサイズにも影
響を与える。

本発明では、上記の成長系の外、圧力を減少させること
により、成長速度の低下を抑えながら選択性を向上せし
めている。このために、本発明では、５ｉ０２膜とＳｉ
３Ｎ４膜を備えた基体上でシラン系ガスを含む水素ガス
を選択させて、Ｓｉ３Ｎ４膜上にのみシリコン結晶を選
択的に成長させる最適条件として、成長温度範囲を８０
０〜１１００℃、かつ成長圧力範囲を１００〜３００Ｔ
ｏｒｒとしている。

［実施例］ 以下１本発明の実施例について添付図面を参照しながら
説明する。

第１図（Ａ）及びＣＢ）は多結晶シリコンを選択成長さ
せる基板の断面図である。

これらの図において、１はシリコンウェハ、ガラス等の
基板であり、この上に５ｉ０２膜２が堆積され、さらに
このＳ　ｉ　０２膜２上には５ｉ３Ｎ４１漠３が堆積さ
れている。これらの堆積はＣＶＤ法を用いて行なうこと
ができるが、５ｉ０２１１ｉ２の形成は基板ｌがシリコ
ンウェハであるとき、熱酸化により形成しても良い。

次に、第１図ＣＢ）に示すように、５ｉ３Ｎ４１？２３
の所望部分をエツチングにより除去して５ｉ０２１漠２
の一部を露出させる。そして、このＳｉＯ２膜と一部除
去されたＳｉ３Ｎ４膜３が形成された基板を成長系の中
に入れ、シリコンソースガスとして５ｉＨ２Ｃ１２，キ
ャリアガスとしてＨ２をＬ　：　ｌ　００　（１膜ｍｉ
　ｎ）　テ供給し、温度１００℃で熱ＣＶＤにより成長
させる。この際、常圧下においては、５ｉ０２膜２上に
もシリコンが成長してしまうが、３００Ｔｏｒｒ以下に
すると５ｉ０２膜２上のシリコン成長が　減少し始める
。又、１００Ｔｏｒｒ以下では５ｔＯ２１１ｆｉ２上の
シリコン結晶が非常に少なくなり、シリコンが成長する
のは略Ｓｉ３Ｎ４膜上のみとなって選択性が著しく向上
する。このように、シリコン成長の選択性は圧力が低け
れば低いほど良くなるが、圧力を１００Ｔｏｒｒ以下に
すると、成長速度が著しく低下するため、この成長系に
おける圧力は１００Ｔｏｒｒ以上にするのが好ましい。

なお、ＬＯＯＴｏｒｒ以上の圧力下において、温度ｔｏ
ｏｏ−ｔｔｏｏ℃であっても、圧力１００Ｔｏｒｒ、温
度１０００℃の条件下におけると同程度の選択性を有す
る。

又、この成長系における温度を８００℃以上にした場合
、従来例と同様、シリコンの成長速度が著しく低下し、
Ｓｉ３Ｎ４膜上での成長が不均一になり、好ましくない
、ざらに又、この温度を１１００℃にすると５ｉ０２膜
２上にもシリコンがｒｉｔ長して選択性が悪くなる。

なお、上記のような成長条件において、成長系にＨＣＩ
ガスを添加することにより、選択性をさらに向上させる
ことができる。これは、ＨＣＩがシリコンに対してエツ
チングガスとして作用するためである。ただし、このＨ
ＣＩの添加により５ｉ０２膜上だけでな（Ｓｉ３Ｎ４膜
上のシリコンをもエツチングしてしまうので、全体的な
成長速度は幾分抑制される。

本発明の他の実施例としては、５ｉＣ１４：Ｈ２＝ｌＯ
：Ｚｏｏ　（１／ｍ１ｎ）（７）ガス比で、シリコンガ
スとして５ｉＣ１４を用いた場合、シリコン成長の選択
性及び成長速度を合せて考慮すると、成長条件は温度１
ｉｏｏ℃かつ圧力１７０Ｔｏｒｒが好ましい。

又、さらに他の実施例としては、５ｉＨＣ１３：ＨＣｌ
　：Ｈ＝２．０：　０．８：　ｔｏｏ　（１／ｎ１ｌ）
’のガス比で、シリコンガスとしてＳ　ｉ　ＨＣ１３を
用い、そして、ＨＣＩガスを添加した場合、適当な成長
条件は温度１０７０℃かつ圧力１００Ｔｏｒｒが好まし
い。

（発明の効果） 以上説明したように、Ｓｉ３Ｎ４膜と５ｉ０２膜が共存
する系において、Ｓｉ３Ｎ４膜へのシリコンを選択的に
行なうに際し、従来のように、成長温度範囲を特定する
だけでなく、本発明で特定されたような減圧条件下で行
なうことにより、成長速度の低下を抑えながらシリコン
成長の選択性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、ＣＢ）は本発明による多結晶シリコンを
成長させる基板の断面図、第１図（Ｃ）は多結晶シリコ
ンがＳｉ３Ｎ４膜上にのみ選択的に堆積した場合の断面
図である。 １：基板 ２　：　Ｓ　ｉ　０２膜 ３：Ｓｉ３Ｎ４膜 ４：多結晶シリコン膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　二酸化シリコン膜と窒化シリコン膜を備えた基体上に
   、シラン系ガスを含む水素ガスを温度８００〜１１００
   ℃かつ圧力１００〜３００Ｔｏｒｒの条件下で接触させ
   ることにより、前記窒化シリコン膜上にのみシリコン結
   晶を成長させることを特徴とするシリコン選択成長法。