JPS6341014A - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、良質なシリコンを低温でエピタキシャル成長
せしめる方法に関するものである。

口）従来の技術 シリコン基板やサファイヤ基板からなる基台上にシリコ
ンのエピタキシャル成長を行う場合。

エピタキシャル層への不純物の拡散を抑えるために、成
長温度を下げる必要がある。

しかし、エピタキシャル成長を行う前に基台の自然酸化
膜除去のための清浄化を行うときに基台を高温に曝すた
め、基台温度を成長温度まで下げｐｌ・゛ る間に再び基台衣へ汚れてしまい良好なエピタキシャル
層が得られ・ない慮があった。

そこで出願人は、特願昭６０−１２５３６８号にあるよ
うに、ｋｒイオンで基台表面をスパッタリングすること
で、低温での清浄を可能にし、良好なエピタキシャル層
を得ている。

ハ）発明が解決しようとする問題点 しかしながら、この従来の方法で得られたシリコンのエ
ピタキシャル層は１通常のシリコン基板等のバルクシリ
コンに較べて、バルクシリコンの欠陥密度が１ａｔｃｌ
、−１以下であるのに対し、エピタキシャル層の欠陥密
度は１〇−程度と、まだ劣っていた。エピタキシャル層
と基台との界面付近では、炭素や酸素の濃度が高く、こ
れが欠陥密度を高くしている原因と考えられる。

エピタキシャル層を用いて素子を作った場合、欠陥密度
が大きいと、それだけ特性のばらつきを生じさせること
になる。本発明は、欠陥密度の小すく良質なシリコンの
エピタキシャル層を得ることを目的とするものである。

二）問題点を解決するための手段 本発明は、不活性ガスとエツチングガスとの゛混合ガス
に高周波電界を印加してイオンラジカルを発生させ、基
台に一定電圧を印加して前記イオンラジカルにより基台
表面をスパッタリングした後、基台表面上にシリコンを
エピタキシャル成長せしめるエピタキシャル成長方法で
ある。

ホ）作　　　用 不活性ガスとエツチングガスへの高周波電界の印加によ
り発生したイオンラジカルを基台表面に衝突させること
で、基台表面上の自然酸化膜等の汚れを低温で清浄する
とともに、基台のエツチングがきれる。基台のエツチン
グをすることで。

基台の炭素や酸素濃度の高い部分が除去されて。

欠陥密度の小さいエピタキシャル層が成長される。

へ）実　　施　　例 第１図は本発明方法を実施するためのＣＶＤ装置を示し
、（１）は石英等から成る反応管、を示し、一端にガス
導入管（２）、他端に排気管（３）が設けられている。

（４）はカーボンに８ｉＣをコーティングしたサセプタ
であって、反応管（１）外の赤外線ランプ（５）により
加熱されるようになっている。また、このサセプタ（４
）の温度は熱電対（７）により計測されるとともに、直
流電源（８）から電圧印加されるようになっている。（
９）は反応管（１）のサセプタ（４）位置より上流側に
この反応管ｆｌ）周囲を巻回するように設けられたコイ
ル、ααばこのコイル（９）に結ばれた高周波電源を示
し、１５．５６ＭＨｚ、５Ｗの高周波を発生する。

斯様な装置を用いて、まず基台としてのシリコン基板上
に単結晶シリコンをエピタキシャル成長させる場合につ
いて説明する。

基台であるシリコン基板をサセプタ（４）に配置する。

このとき反応管（１）内への外気の混入等によって基板
表面に数＋Ａ程度の自然酸化膜が形成される。次にこの
排気管（３）から反応管（１）内を例えば０゜０５Ｔｏ
ｒｒの真空に引きながら、ガス導入管（２）から不活性
ガスであるＡｒガス中にエツチングガスとしてＳＦ、ガ
スを１９６含む温合ガスを５０　ｃ＆ｍｉｎの流量で導
入する。そして基板を赤外線ランプ（５）で例えば８０
０℃に加熱し、温度が安定したら、高周波電源αＧから
コイル（９）に１３，５６ＭＨ２の高周波を５Ｗの出力
で供給する。すると、Ａｒガスがイオン化し、さらにＦ
イオンラジカルが発生する。

サセプタ（４）を介して直流電源（８）から基板に一６
００■の電圧を印加して、Ａｒイオン及びＦイオンラジ
カルを基板表面に衝突させる。これにより自然酸化膜は
スパッタリング除去され、さらにシリコン基板はエツチ
ングされ、清浄な基板表面が露出する。このときのエツ
チング速度はおよそ１ＯＡ　／　ｍｉ　ｎであυ、５分
間エツチングを行う。

その後、導入管（２）からの混合ガスの供給、サセプタ
（４）への直流電源からの電圧印加および高周波電界の
発生を停止する。そして導入管（２）から８ｉＨ４ガス
を１０　ｃｃ　／　ｍｉｎの流量で反応管（１）内に導
入し、減圧下でのＳ　Ｉ　Ｈ４ガスの熱分解によりシリ
コンの単結晶のエピタキシャル成長を行う。この場合２
０分間の成長で膜厚１μｍのシリコンエピタキシャル層
を得る。

このようにして得られたシリコンエピタキシャル層と基
板との界面付近で炭素や酸素の濃度が高でなるといった
ことはなく、エピタキシャル層の欠陥密度は１０２ｉ′
程度となシ、バルクシリコンのものと較べても遜色のな
いエピタキシャル層が得られる。

エツチングガスとして８　Ｆ　ａガスを用いた場合。

サファイヤ基板はエツチングされないので、基台として
サファイヤ基板を用いる場合は、エツチングガスとして
塩化物ガスを用いるのが望ましい。

塩化物ガスには例えばＢＣｌ、カスがあり、シリコン基
板の場合と同様に、Ａｒガス中にＢ　Ｃ１１ａガスを１
％混入し、１００　ｃｃ／　ｍｉｎの流景で反応管（１
１内に供給する。そして前述と同様に高周波電界を印加
してＡｒイオンとイオンラジカルを発生させる。このＡ
ｒイオンやイオンラジカルをサファイヤ基板に衝突させ
て、自然酸化膜の除去とともで 番でエツチングをして基板の清浄な面を露出Ａせるシ最
後に減圧ＣＶＤ法でこの基板上にシリコンのエピタキシ
ャル層の成長を行う。

而して、サファイヤ基板全基台として用いる場合でも欠
陥密度が１ｏ％−１程度の良いエピタキシャル層が得ら
れる。

尚、本実施例では、不活性ガスとして人ｒガスを用いた
が、不活性ガスならば１例えばＨｅガスでも良い。また
、エピタキシャル成長を行う手段としては減圧ＣＶＤ法
に限ることなく、プラズマＣＶＤ法でも良く、アモルフ
ァスシリコンヲ堆積させ、レーザアニールによるエピタ
キシャル化を行う固相エピタキシャル成長法でも良い。

ト）発明の効果 以上の説明から明らかな如く、本発明は、不活性ガス中
にエツチングカスを混入し、基板上の自然酸化膜の除去
とともに基板自身のエツチングを行うことで、炭素や酸
素濃度の高い部分全除去して、欠陥密度の小さいエピタ
キシャル層の成長がされる。欠陥密度が小さいので、こ
のエピタキシャルＭを用いて半導体素子を作製した場合
、特性のばらつきを抑えることができ１歩匍りの向上に
寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明エピタキシャル成長方法を実施するため
のＣＶＤ装置である。 （１）・・・反応管、（２）・・・ガス導入管、（３１
・・・排気管、（４）・・・サセプタ、（５）・・・赤
外線ラング、（８）・・・直流電源、（９）・・・コイ
ル、（ＩＧ・・・高周波電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）基台上にシリコンをエピタキシャル成長せしめるエ
   ピタキシャル成長方法において、不活性ガスとエッチン
   グガスとの混合ガスに高周波電界を印加してイオンラジ
   カルを発生させ、前記基台に一定電圧を印加して前記イ
   オンラジカルにより基台表面をスパッタリングした後、
   基台表面上にシリコンをエピタキシャル成長せしめるこ
   とを特徴とするエピタキシャル成長方法。 ２）前記基台はシリコンから成り、前記エッチングガス
   はＳＦ＿■ガスであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のエピタキシャル成長方法。 ３）前記基台はサファイヤから成り、前記エッチングガ
   スはＢＣｌ＿３ガスであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のエピタキシャル成長方法。