JPS6347921A - シリコンの選択気相成長方法 - Google Patents

シリコンの選択気相成長方法

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JPS6347921A
JPS6347921A JP19243286A JP19243286A JPS6347921A JP S6347921 A JPS6347921 A JP S6347921A JP 19243286 A JP19243286 A JP 19243286A JP 19243286 A JP19243286 A JP 19243286A JP S6347921 A JPS6347921 A JP S6347921A
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JP
Japan
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growth
silicon
gas
substrate
silicon substrate
Prior art date
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JP19243286A
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English (en)
Inventor
Fumitake Mieno
文健 三重野
Yuji Furumura
雄二 古村
Tsutomu Nakazawa
中沢 努
Mamoru Maeda
守 前田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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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】 〔概 要〕 水素化珪素をシリコンソースとし、該水素化珪素を速い
流速下で熱分解させることにより、920〜1000’
cの低温において選択成長させることを可能にしたシリ
コンの選択気相成長方法で、成長温度が低いことにより
基板及び拡散層に与えるダメージが減少できる。
〔産業上の利用分野〕
本発明はシリコン(Si)の選択気相成長方法の改良に
係り、特に成長温度を低下せしめたSiの選択成長方法
に関する。
半導体ICの高集積化に伴い、半導体素子及び素子間の
分湯(領域は大幅に縮小され、また配線幅も極度に狭め
られて来ている。
このような高集禎度ICを製造するに際して、高集積化
の手段及び素子表面の平坦化の手段として次のような方
法が用いられる。
第1は、Si基板上の絶縁膜に、リソグラフィ技術を用
いマスクに整合して開孔を形成し、該開札内に半導体素
子となる単結晶Si層を成長せしめることにより、素子
を小型化して高集積化を図る方法である。
第2は、素子分離領域をリソグラフィ技術を用・いマス
クに整合して形成することにより素子分離領域幅を縮小
して高集積化を図り、且つ該素子分離領域内に多結晶S
i層を埋込むことにより素子分離領域表血の平坦化を図
る方法である。
また第3は、配線コンタクト窓上面を平坦化して配線の
断線を防止し高集積素子の高信頼化を図るために、配線
コンタクト窓内に多結晶Si引出し電極を充填形成する
方法である。
そしてこれらの方法において絶縁股間に表出するSi基
板面のみに、選択的に単結晶若しくは多結晶構造のSi
層を成長せしめる際に、Siの選択軍用成長方法が用い
られるが、この際、素子特性の劣化原因となる欠陥がS
i基板内に発生するのを抑止し、更にはSi基板に形成
されている活性(拡散)領域の変質を防止するために、
低温において成長が可能なSiの選択気相成長方法が要
望される。
〔従来の技術〕
従来、単結晶Si層の選択気相成長即ちSiの選択エピ
タキシャル成長には、キャリアガスとして用いられる水
素(H2)と、シリコンソースであるジクロルシラン即
ち2塩化2水素化珪素(SithClz)と、反応ガス
である塩化水素(HCI)との混合ガスを用い、110
0〜1200°C程度の温度で5iHzCizを熱分解
せしめる方法が一般に用いられていた。
しかし上記従来の単結晶Siの選択気相成長方法におい
ては、成長温度が 1100〜1200°C程度の高温
であるために、成長に伴ってSi基板に誘起される欠陥
により素子特性が劣化したり、基板に形成されている不
純物拡散領域の再分布により素子特性が変化するという
問題を生じていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明が解決しようとする問題点は、上記のように、従
来のSiの選択気相成長方法が、その成長温度が高温で
あるために半導体素子特性の劣化や変動を招いていたこ
とである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点は、成長容器内に絶縁膜が選択的に形成され
てなるシリコン基板を配置し、該成長容器内に該シリコ
ン基板の直上部から水素化珪素とキャリアガスとよりな
る成長ガスを連続的に流入し、該シリコン基板の全周囲
から該シリコン基板の下方に向かって連続的に排気を行
って該成長容器内の成長ガス圧を3.4 Torr以下
に保ちながら、該シリコン基板を920〜1000°C
に昇温して該シリコン基板の表出シリコン面に選択的に
シリコン層を気相成長せしめる本発明によるシリコンの
選択気相成長方法によって解決される。
〔作 用〕
発明者は、ジシラン即ち6水素化珪素(sizli6)
をH2キャリアガスに混入した成長ガスを被成長基板の
直上部から成長容器内に連続的流入し、被成長基板の全
周囲から被成長基板の下方に向かって連続的に排気を行
い、成長容器内を60Torrに保った状態において被
成長基板面上と近似する位置の排気口開口部で35cm
/sec、14Torrに保った状態において上記位置
で150 cm/sec、7 Torrに保った状態に
おいて同位置で300 cm/sec、 3.4 To
rrに保った状態において640 am/secの流速
が得られる実施例に示すような減圧成長装置により、種
々な温度において成長を行った実験結果から、エピタキ
シャルSiの選択成長性が、エビクキシャルSi層の選
択成長における成長ガス流速(減圧度)と選択成長率の
関係を示す図である第3図に示すように成長ガスの流速
に依存し、減圧度3.4Torr即ち640cm/se
cの最も速い流速下においζは920°C近傍の従来よ
りかなり低温度において、選択成長率が100%の選択
エピタキシャル成長が行えることを見出した。
更に発明者は、上記同様のSiソースをN2キャリアガ
スに混入した成長ガスを用い、上記同様の減圧成長装置
により、成長を行った実験結果から、第4図に示すよう
な多結晶Siの選択気相成長における成長ガスの流速(
減圧度)と選択成長率の関係を求め、この結果から減圧
度3.4Torr即ち640cm/secの最も速い流
速下において920“C以上望ましくは970℃以上の
成長温度で、100%の選択率を有する多結晶Siの選
択成長が行えることを見出した。
以上の結果から本発明の方法においては、水素化珪素を
SiソースとするSiの選択成長において、被成長基板
基板の直上部から成長ガスを連続的に流入し、被成長基
板基板の全周囲から被成長基板の下方に向かって連続的
に排気を行って、成長容器内のガス圧(減圧度)を上記
実験と同様な被成長基板面上の成長ガスの流速が得られ
る3、4Torr以下に保ち、上記実験結果に基づき1
00%選択成長が可能な、エピタキシャルSiの場合9
20℃以上で、多結晶Siの場合920℃以上望ましく
は970℃以上で、且つ素子特性の劣化を防止し得る限
界の1000℃以下の温度においてSiの気相成長が行
われる。
これによってSiの選択成長に際して、Si基板に発生
する欠陥は減少し、またSi基板に形成されている不純
物拡散領域の深さの変動は減少するので、該基板を用い
て形成する半導体素子の特性劣化及び特性変動は防止さ
れる。
〔実施例〕
以下本発明を、図示実施例により具体的に説明する。
第1図は本発明に係るSiの選択成長の一実施例に用い
た減圧成長装置の模式図、第2図は同実施例における成
長工程のプロファイル図である。
本発明に係るStの選択エピタキシャル成長には、例え
ば第1図に示すような速い流速を得るのに有利な枚葉式
(一枚どり)の減圧成長装置が用いられる。
同図において、Iは成長容器となるペルジャー、2は載
置された被成長基板を加熱するグラファイトヒータ、3
は被成長Sil板、4は成長ガス導入管、104は被成
長Si基板の直上部に設けられた成長ガス噴射用シャワ
ー、5は置換用N2ガス導入用の流量計、6は+12キ
ヤリアガス導入用の流量計、7は例えばSi2H6等の
Siソースガス導入用の流量計、8は被処理基板の全周
囲即ちグラファイトヒータ全周囲に下方に向かって開孔
する真空排気口、9はへルジャー内を減圧しペルジャー
内の成長ガスに流速を与えるメカニカルブースタポンプ
、10は同じ(ロータリポンプ、11は電力配線、12
はグラファイトヒータ用の加熱電源を示す。
そして選択エピタキシャル成長は、例えば第2図に示す
工程プロファイル図のような手順で行われる。なお同図
中、(alは時間軸に対する温度プロファイルを示し、
(blは上記温度プロファイルに対応する成長容器内ガ
ス圧のプロファイルを示す。
また 同図において、N2は窒素雰囲気、N2は水素雰
囲気、(SiJb + Hz)は成長ガス雰囲気を示す
該実施例においては、上記成長装置のグラファイトヒー
タ2上に、選択的に例えばSiO□絶縁膜を有する単結
晶Si被成長基板3を載置し、上記工程プロファイルに
従って、先ずN2でペルジャー1内を置換した後、該ペ
ルジャー1内をN2で置換し、グラファイトヒータ2を
被成長Si基板3が920℃になるように昇温し、該ペ
ルジャーl内に被成長Si基板3の直上部の成長ガス噴
射用シャワー104から5cc/minの流量の5iJ
6(Sl ソース)とIOJ/minの流量のl(Z 
(キャリアガス)とが混合されてなる成長ガスを連続的
に流入し、且つ真空排気口8から連続的に所要排気量の
真空排気を行ってペルジャー1内の成長ガス圧を3.4
Torrに減圧保持する。
該実施例の装置においては、上記圧力に減圧した時、被
成長基板3面上に近似な位置である被成長基板3の近傍
5 cm程度の排気口8開ロ領域において640cm/
secの流速が得られる。
なお、上記装置において流速mは次の式によって計算さ
れる。
m= L (P+/Pz)/S ここで、v+は成長ガスの流入量、Plは流入成長ガス
の圧力(760Torr) 、Pzは成長時におけるペ
ルジャー1内の成長ガス圧、Sは真空排気口の開口面積
である。
そして上記流速下において例えば20分間成長を行った
後、成長ガスをH2ガスに切り換え、被成長基板3の温
度を室温に下降せしめ、ペルジャー1内をN2に置換し
て成長を完了する。
この実施例によれば、1000°C以下の温度、即ち9
20℃において、100%の選択成長率でSi基板の表
出面上のみにエピタキシャルSi層の選択成長を行うこ
とができた。
また、第2の実施例においては、第1の実施例と同様の
装置を用い、同様の被成長基板を970℃に昇温せしめ
た状態において、該ペルジャー1内に5cc/minの
流量のSiJ、と1012/minの流量のN2キャリ
アガスとが混合されてなる成長ガスを連続的に流入し、
第1の実施例同様の真空排気を連続的に行ってペルジャ
ー1内を3.4Torrの減圧度に維持し、被成長基板
3面近傍の成長ガスに第1の実施例同様640  cm
/secの流速を与えた状態においてSi2H6を熱分
解させて該被成長基板3上にSlの選択成長を行った。
この実施例によれば、1000℃以下の温度、即ち97
0℃において、100%の選択成長率で該被成長基板3
のSi表出面上のみに多結晶Si層を選択成長せしめる
ことができた。
本発明は上記実施例に示すように、水素化珪素をSiソ
ースに含み水素若しくは窒素をキャリアガスとする成長
ガスを用い、成長容器内に被成長基板の直上部から連続
的に上記成長ガスを流入し、且つ被成長基板の全周囲か
ら被成長基板の下方に向かって連続的に排気を行って、
成長容器内の成長ガス圧即ち減圧度を3.4Torr以
下に保つことによって被成長基板面上の成長ガスに速い
流速を与え、該成長ガスの速い流速下においてエビクキ
シャ用Si若しくは多結晶Siの選択気相成長を行うも
のであり、これにより従来より低温の920〜1000
℃において100%の選択成長率で上記Si層を選択成
長を行うことができる。
なお本発明の方法は、Siソースである水素化珪素に上
記実施例と別のモノシラン(SiH4)或いはトリシラ
ン(SiJa)を用いても同様の効果が得られる。
〔発明の効果〕
以上説明のように本発明によれば、920〜1000℃
の従来より低温度で100%の選択成長率を有するSi
の選択成長が可能になるので、Siの選択成長に、際し
て、Si基板に発生する欠陥は減少し、またSi基板に
形成されている不純物拡散領域の深さの変動は減少する
従って、本発明は半導体rcの製造工程において、半導
体素子の特性劣化及び特性変動を防止する効果を生ずる
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るSiの選択成長の一実施例に用い
た減圧成長装置の模式図、 第2図は同実施例における成長工程のプロファイル図、 第3図はエピタキシャルSi層の選択成長における成長
ガス流速(減圧度)と選択成長率の関係を示す図、 第4図は多結晶Siの選択成長における成長ガス流速(
減圧度)と選択成長率の関係を示す図である。 図において、 1はペルジャー、 2はグラファイトヒータ、 3は被成長Si基板、 4は成長ガス導入管、 104は成長ガス噴射用シャワー、 5は置換用N2ガス導入用の流量計、 6はH2キャリアガス導入用の流量計、7はSiソース
ガス導入用の流量計、 8は真空排気管、 9はメカニカルブースタポンプ、 10は同じ(ロータリポンプ、 11は電力配線、 12は加熱電源、 N2は窒素雰囲気、 11□は水素雰囲気、 (SiJ6 + Hz)は成長ガス雰囲気を示す。 不 1 図 草 2 図 羊4 区

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)成長容器内に絶縁膜が選択的に形成されてなるシリ
    コン基板を配置し、 該成長容器内に該シリコン基板の直上部から水素化珪素
    とキャリアガスとよりなる成長ガスを連続的に流入し、 該シリコン基板の全周囲から該シリコン基板の下方に向
    かって連続的に排気を行って該成長容器内の成長ガス圧
    を3.4Torr以下に保ちながら、該シリコン基板を
    920〜1000℃に昇温して該シリコン基板の表出シ
    リコン面に選択的にシリコン層を気相成長せしめること
    を特徴とするシリコンの選択気相成長方法。 2)前記キャリアガスが水素よりなり、前記シリコン層
    がエピタキシャルシリコン層よりなることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載のシリコンの選択気相成長方
    法。 3)前記キャリアガスが窒素よりなり、前記シリコン層
    が多結晶シリコン層よりなることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載のシリコンの選択気相成長方法。
JP19243286A 1986-08-18 1986-08-18 シリコンの選択気相成長方法 Pending JPS6347921A (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62159421A (ja) * 1986-01-07 1987-07-15 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62159421A (ja) * 1986-01-07 1987-07-15 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法

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