JP2000277432A - 選択成長方法 - Google Patents
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- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】シリコンもしくはシリコン−ゲルマニウム混晶
エピタキシャル成長の選択成長法に関し、ホットウオー
ル炉を用いて、デバイスに適用可能な膜厚まで選択成長
を可能とすること。 【解決手段】本発明では、反応チャンバー１２内で、絶
縁膜４４が成膜されたシリコン基板１７上のシリコン露
出面４５にシリコン結晶層を成長させる際に、成長温度
を６００℃とし、反応チャンバー１２内の水分圧力を２
×１０-8Pa以下とした、低温・低水分圧条件にしてい
る。このような条件下でエピタキシャル成長させること
によりＣｌ系ガスの添加なしでも約１２０nmの選択成長
が起こり、引き続きＣｌ系ガスを添加することで約２８
０nmの選択成長が起こる。その結果、反応チャンバー１
２がいわゆるホットウオールタイプであっても、膜厚約
４００nmのシリコン結晶層をシリコン露出面４５に選択
成長させることができる。
エピタキシャル成長の選択成長法に関し、ホットウオー
ル炉を用いて、デバイスに適用可能な膜厚まで選択成長
を可能とすること。 【解決手段】本発明では、反応チャンバー１２内で、絶
縁膜４４が成膜されたシリコン基板１７上のシリコン露
出面４５にシリコン結晶層を成長させる際に、成長温度
を６００℃とし、反応チャンバー１２内の水分圧力を２
×１０-8Pa以下とした、低温・低水分圧条件にしてい
る。このような条件下でエピタキシャル成長させること
によりＣｌ系ガスの添加なしでも約１２０nmの選択成長
が起こり、引き続きＣｌ系ガスを添加することで約２８
０nmの選択成長が起こる。その結果、反応チャンバー１
２がいわゆるホットウオールタイプであっても、膜厚約
４００nmのシリコン結晶層をシリコン露出面４５に選択
成長させることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はシリコンもしくはシ
リコン−ゲルマニウム混晶エピタキシャル成長の選択成
長法に関する。
リコン−ゲルマニウム混晶エピタキシャル成長の選択成
長法に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリコンエピタキシャル層の選択成長と
は、シリコン基板の表面が露出している部分のみ成長さ
せ、酸化膜や窒化膜等の絶縁膜上には成長させない技術
であり、今後、さらに微細化が進むシリコンデバイスプ
ロセスにおいて、セルフアライン技術の１つとして重要
である。
は、シリコン基板の表面が露出している部分のみ成長さ
せ、酸化膜や窒化膜等の絶縁膜上には成長させない技術
であり、今後、さらに微細化が進むシリコンデバイスプ
ロセスにおいて、セルフアライン技術の１つとして重要
である。
【０００３】従来、シリコンエピタキシャル層の選択成
長は、いわゆるコールドウオールタイプの枚葉装置で行
われていた。コールドウォールタイプの枚葉装置の断面
図を図３の符号１０１に示す。この枚葉装置１０１は、
真空チャンバ１０２と、真空チャンバ１０２に取り付け
られたターボ分子ポンプ１０３1、１０３2と、真空チャ
ンバ１０２内に設けられたサセプタ１０７と、サセプタ
１０７の下方に設けられたヒータ１０５とを有してい
る。サセプタ１０７は後述の基板を支持できるようにさ
れており、ヒータ１０５は、高周波加熱あるいは赤外線
ランプ加熱により、サセプタ１０７及び後述の基板を加
熱できるようにされている。
長は、いわゆるコールドウオールタイプの枚葉装置で行
われていた。コールドウォールタイプの枚葉装置の断面
図を図３の符号１０１に示す。この枚葉装置１０１は、
真空チャンバ１０２と、真空チャンバ１０２に取り付け
られたターボ分子ポンプ１０３1、１０３2と、真空チャ
ンバ１０２内に設けられたサセプタ１０７と、サセプタ
１０７の下方に設けられたヒータ１０５とを有してい
る。サセプタ１０７は後述の基板を支持できるようにさ
れており、ヒータ１０５は、高周波加熱あるいは赤外線
ランプ加熱により、サセプタ１０７及び後述の基板を加
熱できるようにされている。
【０００４】この枚葉装置１０１を用いて、表面の一部
に絶縁膜が形成されたシリコン基板１０４を用いて、露
出しているシリコン基板１０４の表面にのみ、シリコン
エピタキシャル層を選択成長させるには、まず、ターボ
分子ポンプ１０３1、１０３2で真空チャンバ１０２内を
真空排気し、真空状態を維持した状態で基板１０４を真
空チャンバ１０２内に入れサセプタ１０７で支持してお
く。
に絶縁膜が形成されたシリコン基板１０４を用いて、露
出しているシリコン基板１０４の表面にのみ、シリコン
エピタキシャル層を選択成長させるには、まず、ターボ
分子ポンプ１０３1、１０３2で真空チャンバ１０２内を
真空排気し、真空状態を維持した状態で基板１０４を真
空チャンバ１０２内に入れサセプタ１０７で支持してお
く。
【０００５】この状態でヒータ１０５を起動し、真空チ
ャンバ１０２に取り付けられたガス導入管１０６から、
シリコン原料ガス（例えばＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6、ＳｉＨ2
Ｃｌ 2、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＣｌ4等)と、不純物ドーピン
グを行うためのドーピング原料ガス（例えばＢ2Ｈ6、Ｐ
Ｈ3、ＡｓＨ3等)と、微量のＣｌ2ガス(又はＨＣｌガス)
とを真空チャンバー１０２内に導入する。
ャンバ１０２に取り付けられたガス導入管１０６から、
シリコン原料ガス（例えばＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6、ＳｉＨ2
Ｃｌ 2、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＣｌ4等)と、不純物ドーピン
グを行うためのドーピング原料ガス（例えばＢ2Ｈ6、Ｐ
Ｈ3、ＡｓＨ3等)と、微量のＣｌ2ガス(又はＨＣｌガス)
とを真空チャンバー１０２内に導入する。
【０００６】真空チャンバ１０２は予め不図示の冷却手
段で冷却されており、ヒータ１０５を起動しても、サセ
プタ１０７及び基板のみが加熱される。従って、成長圧
力が高い場合でもＳｉＨ4等のシリコン原料ガスは気相
反応せず、また、反応確率の高いＳｉＨｘに分解される
ことなく基板表面に到達する。
段で冷却されており、ヒータ１０５を起動しても、サセ
プタ１０７及び基板のみが加熱される。従って、成長圧
力が高い場合でもＳｉＨ4等のシリコン原料ガスは気相
反応せず、また、反応確率の高いＳｉＨｘに分解される
ことなく基板表面に到達する。
【０００７】ＳｉＨ4ガスはＳｉＨｘガスより反応確率
が低く、核成長が遅いため、酸化膜や窒化膜等の絶縁膜
上に発生した成長核は添加されたＣｌ2ガスによってエ
ッチングされてしまうので成長は促進されず、露出した
シリコン基板表面にのみシリコン結晶を成長させること
ができる。
が低く、核成長が遅いため、酸化膜や窒化膜等の絶縁膜
上に発生した成長核は添加されたＣｌ2ガスによってエ
ッチングされてしまうので成長は促進されず、露出した
シリコン基板表面にのみシリコン結晶を成長させること
ができる。
【０００８】上述の構成の枚葉装置を用いて、Ｓｉ2Ｈ6
をシリコンソースガスとした例として、酸化膜上での選
択成長では２μｍ程度、窒化膜上では１００ｎｍまでの
選択成長が報告されている。（辰巳 徹、半導体研究Ｘ
ＸＸＶIII ＵＨＶ−ＣＶＤによるＧｅxＳｉ1-x選択成
長およびＨＳＧ−ｐｏｌｙ Ｓｉの形成ｐ５８）しか
し、図３に示すようなコールドウォールタイプの枚葉式
装置で前記シリコンエピタキシャル成長を行った場合に
は、処理基板の枚葉数が１０枚／ｈｒ以下であるため、
スループットが悪くなる。また、反応チャンバーの所望
の清浄度を維持するために大量の高純度Ｈ2ガスを使わ
なければならないのでガスの消費量が多くなる。さら
に、高周波加熱あるいは赤外線ランプ加熱のために大電
流を消費するため、コストパフォーマンスが悪くなると
いう問題があった。
をシリコンソースガスとした例として、酸化膜上での選
択成長では２μｍ程度、窒化膜上では１００ｎｍまでの
選択成長が報告されている。（辰巳 徹、半導体研究Ｘ
ＸＸＶIII ＵＨＶ−ＣＶＤによるＧｅxＳｉ1-x選択成
長およびＨＳＧ−ｐｏｌｙ Ｓｉの形成ｐ５８）しか
し、図３に示すようなコールドウォールタイプの枚葉式
装置で前記シリコンエピタキシャル成長を行った場合に
は、処理基板の枚葉数が１０枚／ｈｒ以下であるため、
スループットが悪くなる。また、反応チャンバーの所望
の清浄度を維持するために大量の高純度Ｈ2ガスを使わ
なければならないのでガスの消費量が多くなる。さら
に、高周波加熱あるいは赤外線ランプ加熱のために大電
流を消費するため、コストパフォーマンスが悪くなると
いう問題があった。
【０００９】そこで、抵抗加熱炉を使用した、いわゆる
ホットウォールタイプのバッチ装置を用いた方法が注目
されている。この装置では、複数枚の基板を一括処理す
ることが可能なので、スループットの向上が期待でき
る。
ホットウォールタイプのバッチ装置を用いた方法が注目
されている。この装置では、複数枚の基板を一括処理す
ることが可能なので、スループットの向上が期待でき
る。
【００１０】しかしながら、ホットウオールタイプのバ
ッチ装置では、成長時の圧力が数十Ｐａ以上と高いため
に、高温の反応チャンバーや隣接する高温の基板表面
で、ＳｉＨ4ガスが反応性の高いＳｉＨｘガスに熱分解
して、酸化膜や窒化膜の絶縁膜上に到達し、絶縁膜上で
シリコン成長がなされてしまう。
ッチ装置では、成長時の圧力が数十Ｐａ以上と高いため
に、高温の反応チャンバーや隣接する高温の基板表面
で、ＳｉＨ4ガスが反応性の高いＳｉＨｘガスに熱分解
して、酸化膜や窒化膜の絶縁膜上に到達し、絶縁膜上で
シリコン成長がなされてしまう。
【００１１】また、数十Ｐａ以上の成長圧力でＣｌ2ガ
スを添加すると、ＳｉＨｘガスとＣｌ2ガスが気相反応
してＳｉＣｌ2のように蒸気圧の高いガスになり、基板
表面に到達されることなく排気されてしまうため、絶縁
膜上に形成されたシリコン核をエッチング・除去するた
めの実質的なＣｌ2ガス量が少なくなり、十分なエッチ
ング・除去が進行しにくくなる。
スを添加すると、ＳｉＨｘガスとＣｌ2ガスが気相反応
してＳｉＣｌ2のように蒸気圧の高いガスになり、基板
表面に到達されることなく排気されてしまうため、絶縁
膜上に形成されたシリコン核をエッチング・除去するた
めの実質的なＣｌ2ガス量が少なくなり、十分なエッチ
ング・除去が進行しにくくなる。
【００１２】従って、ホットウオールタイプのバッチ装
置では、選択成長をすることができないか、ごく薄い薄
膜しか成長できないという旨の報告が、上記辰巳らによ
りなされている。このため、低温、低圧の条件下で、選
択成長させることができる技術が要求されている。
置では、選択成長をすることができないか、ごく薄い薄
膜しか成長できないという旨の報告が、上記辰巳らによ
りなされている。このため、低温、低圧の条件下で、選
択成長させることができる技術が要求されている。
【００１３】また、塩素を添加しない場合でも、反応チ
ャンバー内の水分や酸素分圧を低下させるなどして、反
応チャンバー内の高清浄化を図ることにより、酸化膜や
窒化膜などの絶縁膜とシリコン基板の表面が露出してい
る部分との材質差による反応確率の違いで、数分から数
十分間は選択成長することが知られている。このよう
な、反応雰囲気を高清浄化することでの選択成長につい
ては、室田らによって報告されている(SDM88-3 p.9)。
しかし、そこで得られる選択成長の膜厚では薄すぎて、
シリコンデバイスに応用できないという問題がある。
ャンバー内の水分や酸素分圧を低下させるなどして、反
応チャンバー内の高清浄化を図ることにより、酸化膜や
窒化膜などの絶縁膜とシリコン基板の表面が露出してい
る部分との材質差による反応確率の違いで、数分から数
十分間は選択成長することが知られている。このよう
な、反応雰囲気を高清浄化することでの選択成長につい
ては、室田らによって報告されている(SDM88-3 p.9)。
しかし、そこで得られる選択成長の膜厚では薄すぎて、
シリコンデバイスに応用できないという問題がある。
【００１４】以上まではシリコンエピタキシャル層の選
択成長について説明したが、近年シリコン系バイポーラ
トランジスタでは、ＳｉＧｅエピタキシャル層をベース
層に用いてヘテロ接合を形成することによって高速化を
図る研究が盛んに行われており、ＳｉＧｅエピタキシャ
ル成長においても選択成長技術が必要とされてきてい
る。
択成長について説明したが、近年シリコン系バイポーラ
トランジスタでは、ＳｉＧｅエピタキシャル層をベース
層に用いてヘテロ接合を形成することによって高速化を
図る研究が盛んに行われており、ＳｉＧｅエピタキシャ
ル成長においても選択成長技術が必要とされてきてい
る。
【００１５】ＧｅとＳｉには格子不整合が４％もあるた
め、成長時にミスフィット転位が発生したり、表面モホ
ロジーが悪化しやすいという問題がある。これらの問題
を抑制しながらＳｉＧｅエピタキシャル成長をするに
は、成長温度を低温にしなければならない。Ｓｉ上のＳ
ｉ1-xＧｅx成長においてのミスフィット転位の起こる臨
界膜厚の温度依存性については、白木靖寛、辰巳徹らに
よって報告されている（シリコン系ヘテロデバイス ｐ
２０１ 丸善）。
め、成長時にミスフィット転位が発生したり、表面モホ
ロジーが悪化しやすいという問題がある。これらの問題
を抑制しながらＳｉＧｅエピタキシャル成長をするに
は、成長温度を低温にしなければならない。Ｓｉ上のＳ
ｉ1-xＧｅx成長においてのミスフィット転位の起こる臨
界膜厚の温度依存性については、白木靖寛、辰巳徹らに
よって報告されている（シリコン系ヘテロデバイス ｐ
２０１ 丸善）。
【００１６】例えば、従来エピタキシャル成長が行われ
る１０００℃以上の高温ではＧｅ濃度１０％の場合に、
成長層の臨界膜厚は１４０ｎｍ以下であった。デバイス
に応用できる膜厚は２００ｎｍ以上必要であり、２００
ｎｍ以上の成長膜厚を得るためには成長温度を６５０℃
以下に低くする必要がある。
る１０００℃以上の高温ではＧｅ濃度１０％の場合に、
成長層の臨界膜厚は１４０ｎｍ以下であった。デバイス
に応用できる膜厚は２００ｎｍ以上必要であり、２００
ｎｍ以上の成長膜厚を得るためには成長温度を６５０℃
以下に低くする必要がある。
【００１７】このように低温でエピタキシャル成長を行
うためには、非常に清浄度の高い雰囲気で成膜しなけれ
ばならない。特に、成膜装置内部の水分や酸素の分圧を
十分に低減しなければ良好な結晶性を有するエピタキシ
ャル成長層を得ることはできない。
うためには、非常に清浄度の高い雰囲気で成膜しなけれ
ばならない。特に、成膜装置内部の水分や酸素の分圧を
十分に低減しなければ良好な結晶性を有するエピタキシ
ャル成長層を得ることはできない。
【００１８】エピタキシャル成長の可否と、成長温度
と、雰囲気中の水分分圧との関係については、G.Ghidin
i and F.W.Smith によって報告されている(J.Electroch
em. Soc. vol.131,pp.2924(1984)。図４は、この文献に
おける上記の関係を示す図である。
と、雰囲気中の水分分圧との関係については、G.Ghidin
i and F.W.Smith によって報告されている(J.Electroch
em. Soc. vol.131,pp.2924(1984)。図４は、この文献に
おける上記の関係を示す図である。
【００１９】これによると、エピタキシャル成長の可否
の境界直線Ｌで示されるように、設定した成膜の温度条
件（横軸）において直線Ｌ上の水分分圧以下の水分分圧
で成膜しなければ酸化され易く、表面のラフネスが悪く
なる。すなわち結晶欠陥の多い単結晶成長になることを
示し、シリコンエピタキシャル成長を低温で行う程、水
分分圧を低くしないと酸化が生じ易くなることを示して
いる。一例として、成長温度を６００℃としてエピタキ
シャル成長を行う場合には、水分分圧は２×１０-8Ｐａ
以下にしなければならない。
の境界直線Ｌで示されるように、設定した成膜の温度条
件（横軸）において直線Ｌ上の水分分圧以下の水分分圧
で成膜しなければ酸化され易く、表面のラフネスが悪く
なる。すなわち結晶欠陥の多い単結晶成長になることを
示し、シリコンエピタキシャル成長を低温で行う程、水
分分圧を低くしないと酸化が生じ易くなることを示して
いる。一例として、成長温度を６００℃としてエピタキ
シャル成長を行う場合には、水分分圧は２×１０-8Ｐａ
以下にしなければならない。
【００２０】上述した低温エピタキシャル成長におい
て、水分分圧を低減する対策の一つとしてＵＨＶ−ＣＶ
Ｄ（超高真空化学気相成長）技術がB.S.Meyersonによっ
て報告されている。(Appl.Phys.Lett.48.p797(1986)、
米国特許第５，２９８，４５２号、日本国特許第２，６
８１，０９８号）。
て、水分分圧を低減する対策の一つとしてＵＨＶ−ＣＶ
Ｄ（超高真空化学気相成長）技術がB.S.Meyersonによっ
て報告されている。(Appl.Phys.Lett.48.p797(1986)、
米国特許第５，２９８，４５２号、日本国特許第２，６
８１，０９８号）。
【００２１】このＵＨＶ−ＣＶＤ装置は、横型のバッチ
式であり、シリコン基板を出し入れするためのロードロ
ック室と加熱手段が設けられた反応チャンバーとを有
し、それぞれに高真空排気する手段が設けられている。
式であり、シリコン基板を出し入れするためのロードロ
ック室と加熱手段が設けられた反応チャンバーとを有
し、それぞれに高真空排気する手段が設けられている。
【００２２】このＵＨＶ−ＣＶＤ装置によれば、反応チ
ャンバ内を超高真空雰囲気にして、真空チャンバ内の水
分分圧を低減することができるので、低温条件下でもエ
ピタキシャル成長が可能である。
ャンバ内を超高真空雰囲気にして、真空チャンバ内の水
分分圧を低減することができるので、低温条件下でもエ
ピタキシャル成長が可能である。
【００２３】しかし、この横型バッチ式ＵＨＶ−ＣＶＤ
装置は、その設置面積が大きくなってしまい、維持費の
高いクリーンルームスペースの有効活用ができないとい
う問題がある。
装置は、その設置面積が大きくなってしまい、維持費の
高いクリーンルームスペースの有効活用ができないとい
う問題がある。
【００２４】以上に鑑みて、縦型バッチ式で超高真空排
気の可能なダブルロードロック機構を備える縦型ＵＨＶ
−ＣＶＤ装置が提案されている(特願平１１−１５４２
０号）。この縦型ＵＨＶ−ＣＶＤ装置もまた、シリコン
基板を出し入れするためのロードロック室と加熱手段が
設けられた反応チャンバーとを有し、それぞれに高真空
排気する手段が設けられ、反応チャンバ内を超高真空雰
囲気にすることで、低温条件下でもエピタキシャル成長
が可能である。
気の可能なダブルロードロック機構を備える縦型ＵＨＶ
−ＣＶＤ装置が提案されている(特願平１１−１５４２
０号）。この縦型ＵＨＶ−ＣＶＤ装置もまた、シリコン
基板を出し入れするためのロードロック室と加熱手段が
設けられた反応チャンバーとを有し、それぞれに高真空
排気する手段が設けられ、反応チャンバ内を超高真空雰
囲気にすることで、低温条件下でもエピタキシャル成長
が可能である。
【００２５】さらに、縦型ＵＨＶ−ＣＶＤ装置は１バッ
チ当たり１００枚の一括処理を行うことから、スループ
ットが枚葉装置の１．５〜２倍に向上し、かつ縦型バッ
チ式のため、設置面積が小さくなるという利点があるた
め、期待されている。
チ当たり１００枚の一括処理を行うことから、スループ
ットが枚葉装置の１．５〜２倍に向上し、かつ縦型バッ
チ式のため、設置面積が小さくなるという利点があるた
め、期待されている。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不都合を解決するために創作されたものであり、ホッ
トウォールタイプのバッチ装置でデバイスに応用可能な
エピタキシャル成長における選択成長膜を提供すること
にある。
の不都合を解決するために創作されたものであり、ホッ
トウォールタイプのバッチ装置でデバイスに応用可能な
エピタキシャル成長における選択成長膜を提供すること
にある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、シリコン単結晶面が全面又
は一部で露出したシリコン基板を、室内が加熱可能に構
成された反応室内に配置し、前記シリコン単結晶面に、
選択的に結晶成長をさせる選択成長方法であって、成長
温度を８００℃以下とし、前記反応室内の圧力を１Ｐａ
以下とする成長条件で、化学構造中にシリコン原子を有
するシリコン原料ガスと、化学構造中にハロゲン原子を
有するエッチングガスとを前記反応室内に導入して、前
記単結晶面に結晶層を成長させることを特徴とする。請
求項２記載の発明は、請求項１記載の選択成長方法であ
って、前記結晶層として、シリコン又はシリコン−ゲル
マニウム混晶エピタキシャル層を成長させることを特徴
とする。請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２
に記載の選択成長方法であって、前記反応室は、ホット
ウオール炉を加熱手段として、複数枚の基板を搭載でき
るように構成されたことを特徴とする。請求項４記載の
発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の選
択成長方法であって、まず前記シリコン原料ガスを前記
反応室に導入して前記単結晶面に予め、選択的にエピタ
キシャル結晶層を成長させておき、続いて前記エッチン
グガスを更に前記反応室に導入して、選択的にエピタキ
シャル成長を続けることを特徴とする。請求項５記載の
発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の選
択成長方法であって、前記エッチングガスとして、Ｃｌ
2ガス、ＨＣｌガス、Ｂｒ2ガス又はＨＢｒガスのいずれ
か一つを用いることを特徴とする。
に、請求項１記載の発明は、シリコン単結晶面が全面又
は一部で露出したシリコン基板を、室内が加熱可能に構
成された反応室内に配置し、前記シリコン単結晶面に、
選択的に結晶成長をさせる選択成長方法であって、成長
温度を８００℃以下とし、前記反応室内の圧力を１Ｐａ
以下とする成長条件で、化学構造中にシリコン原子を有
するシリコン原料ガスと、化学構造中にハロゲン原子を
有するエッチングガスとを前記反応室内に導入して、前
記単結晶面に結晶層を成長させることを特徴とする。請
求項２記載の発明は、請求項１記載の選択成長方法であ
って、前記結晶層として、シリコン又はシリコン−ゲル
マニウム混晶エピタキシャル層を成長させることを特徴
とする。請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２
に記載の選択成長方法であって、前記反応室は、ホット
ウオール炉を加熱手段として、複数枚の基板を搭載でき
るように構成されたことを特徴とする。請求項４記載の
発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の選
択成長方法であって、まず前記シリコン原料ガスを前記
反応室に導入して前記単結晶面に予め、選択的にエピタ
キシャル結晶層を成長させておき、続いて前記エッチン
グガスを更に前記反応室に導入して、選択的にエピタキ
シャル成長を続けることを特徴とする。請求項５記載の
発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の選
択成長方法であって、前記エッチングガスとして、Ｃｌ
2ガス、ＨＣｌガス、Ｂｒ2ガス又はＨＢｒガスのいずれ
か一つを用いることを特徴とする。
【００２８】本発明では、表面に絶縁膜が形成され、シ
リコン単結晶面が一部で露出したシリコン基板のシリコ
ン単結晶面に、選択的に結晶成長をさせる際に、加熱可
能に構成された反応室を用いて、成長温度を８００℃以
下の低温にし、反応室内の圧力を１Ｐａ以下とする成長
条件で、化学構造中にシリコン原子を有するシリコン原
料ガスと、化学構造中にハロゲン原子を有するエッチン
グガスとを、反応室内に導入して、単結晶面に結晶層を
成長させている。
リコン単結晶面が一部で露出したシリコン基板のシリコ
ン単結晶面に、選択的に結晶成長をさせる際に、加熱可
能に構成された反応室を用いて、成長温度を８００℃以
下の低温にし、反応室内の圧力を１Ｐａ以下とする成長
条件で、化学構造中にシリコン原子を有するシリコン原
料ガスと、化学構造中にハロゲン原子を有するエッチン
グガスとを、反応室内に導入して、単結晶面に結晶層を
成長させている。
【００２９】一例として、シリコン原料ガスとしてＳｉ
Ｈ4ガスを用い、エッチングガスとしてＣｌ2ガスを用い
ると、成長温度を８００℃以下の低温にし、成長圧力を
１Ｐａ以下の分子流領域とした場合には、これらのガス
は気相反応をせず、またＳｉＨ4ガスは反応確率の高い
ＳｉＨｘに分解されることなく基板表面に到達する。
Ｈ4ガスを用い、エッチングガスとしてＣｌ2ガスを用い
ると、成長温度を８００℃以下の低温にし、成長圧力を
１Ｐａ以下の分子流領域とした場合には、これらのガス
は気相反応をせず、またＳｉＨ4ガスは反応確率の高い
ＳｉＨｘに分解されることなく基板表面に到達する。
【００３０】ＳｉＨ4ガスはＳｉＨｘガスより反応確率
が低く、核成長が遅いため、酸化膜や窒化膜等の絶縁膜
上に発生した成長核は添加されたＣｌ2ガスによって十
分エッチングされてしまうので成長は促進されず、露出
したシリコン基板表面にのみシリコン結晶成長をさせる
ことができる。従って、反応室全体が加熱される、いわ
ゆるホットウオールタイプの真空熱処理装置を用いて
も、上記の成長条件で選択成長が可能になる。
が低く、核成長が遅いため、酸化膜や窒化膜等の絶縁膜
上に発生した成長核は添加されたＣｌ2ガスによって十
分エッチングされてしまうので成長は促進されず、露出
したシリコン基板表面にのみシリコン結晶成長をさせる
ことができる。従って、反応室全体が加熱される、いわ
ゆるホットウオールタイプの真空熱処理装置を用いて
も、上記の成長条件で選択成長が可能になる。
【００３１】なお、本発明においては、まずエッチング
ガスとシリコン原料ガスとを反応室内に導入する前に、
シリコン原料ガスのみを反応室内に導入して、単結晶面
に予め結晶層を成長させている。
ガスとシリコン原料ガスとを反応室内に導入する前に、
シリコン原料ガスのみを反応室内に導入して、単結晶面
に予め結晶層を成長させている。
【００３２】シリコン原料ガスが塩素原子を含むガスを
含まない場合でも、反応室内の水分分圧や酸素分圧が十
分に低ければ、シリコン基板の表面が露出している部分
と絶縁膜との材質差による反応確率の違いにより、薄い
膜厚ではあるが選択成長をさせることができるためであ
る。
含まない場合でも、反応室内の水分分圧や酸素分圧が十
分に低ければ、シリコン基板の表面が露出している部分
と絶縁膜との材質差による反応確率の違いにより、薄い
膜厚ではあるが選択成長をさせることができるためであ
る。
【００３３】かかるシリコン原料ガスのみを反応室内に
導入して選択成長をした後に、塩素原子を含むガスを含
むエッチングガスを導入して、二段階の選択成長をする
ことにより、エピタキシャル層の成長開始時から成長終
了時まで、終始化学構造中に塩素原子を有するガスをシ
リコン原料ガスに添加しなくても、デバイスに応用可能
な膜厚まで選択成長させることができる。
導入して選択成長をした後に、塩素原子を含むガスを含
むエッチングガスを導入して、二段階の選択成長をする
ことにより、エピタキシャル層の成長開始時から成長終
了時まで、終始化学構造中に塩素原子を有するガスをシ
リコン原料ガスに添加しなくても、デバイスに応用可能
な膜厚まで選択成長させることができる。
【００３４】これにより、成長開始時から成長終了時ま
で、エッチングガスをシリコン原料ガスに添加し続ける
場合に比較して、エッチングガスを添加する時間を短く
することができるので、単結晶面上に成長した結晶層が
エッチングされる時間も短くなり、終始エッチングガス
を導入していた場合に比して、成長速度を向上させるこ
とができる。
で、エッチングガスをシリコン原料ガスに添加し続ける
場合に比較して、エッチングガスを添加する時間を短く
することができるので、単結晶面上に成長した結晶層が
エッチングされる時間も短くなり、終始エッチングガス
を導入していた場合に比して、成長速度を向上させるこ
とができる。
【００３５】なお、本発明において、反応室は、複数枚
の基板を搭載できるように構成してもよい。この場合に
は、数枚の基板を一括処理することができるので、スル
ープットを向上させることができる。
の基板を搭載できるように構成してもよい。この場合に
は、数枚の基板を一括処理することができるので、スル
ープットを向上させることができる。
【００３６】また、シリコン原料ガスには、希釈ガス
や、ドーピングを行なうためのガスを含有するようにし
てもよい。さらに、エッチングガスとして、Ｃｌ2ガ
ス、ＨＣｌガス、Ｂｒ2ガス又はＨＢｒガスを用いても
よい。
や、ドーピングを行なうためのガスを含有するようにし
てもよい。さらに、エッチングガスとして、Ｃｌ2ガ
ス、ＨＣｌガス、Ｂｒ2ガス又はＨＢｒガスを用いても
よい。
【００３７】
【発明の実施の形態】以下で図面を参照し、本発明の実
施形態について説明する。図１の符号１に、本実施形態
の選択成長方法を実施する縦型真空熱処理装置を示す。
この縦型真空熱処理装置１は、石英チューブから成る反
応チャンバー１２と、反応チャンバー１２周囲に配置さ
れた発熱体１５と、反応チャンバー１２に気密に接続さ
れた第２のロードロック室３２と、第２のロードロック
室３２にゲートバルブ２３を介して接続された第１のロ
ードロック室３１と、第１のロードロック室３１にゲー
トバルブ２２を介して接続された移載室２５と、移載室
２５にゲートバルブ１９を介して接続されたカセット室
１４と、カセットの出し入れのためのゲートバルブ１８
とを有している。
施形態について説明する。図１の符号１に、本実施形態
の選択成長方法を実施する縦型真空熱処理装置を示す。
この縦型真空熱処理装置１は、石英チューブから成る反
応チャンバー１２と、反応チャンバー１２周囲に配置さ
れた発熱体１５と、反応チャンバー１２に気密に接続さ
れた第２のロードロック室３２と、第２のロードロック
室３２にゲートバルブ２３を介して接続された第１のロ
ードロック室３１と、第１のロードロック室３１にゲー
トバルブ２２を介して接続された移載室２５と、移載室
２５にゲートバルブ１９を介して接続されたカセット室
１４と、カセットの出し入れのためのゲートバルブ１８
とを有している。
【００３８】反応チャンバー１２は、一端が封止され、
他端が開放されており、略垂直にされた状態で、開放部
分側が第２のロードロック室３２に気密に取り付けられ
ている。そして、反応チャンバー１２と第２のロードロ
ック室３２との間にはゲートバルブ２４が設けられてお
り、ゲートバルブ２４を開けると内部が接続されるよう
に構成されている。
他端が開放されており、略垂直にされた状態で、開放部
分側が第２のロードロック室３２に気密に取り付けられ
ている。そして、反応チャンバー１２と第２のロードロ
ック室３２との間にはゲートバルブ２４が設けられてお
り、ゲートバルブ２４を開けると内部が接続されるよう
に構成されている。
【００３９】反応チャンバー１２、第２のロードロック
室３２、第１のロードロック室３１には真空ポンプ４
３、４２、４１がそれぞれ接続されており、各室１２、
３２、３１内を超高真空排気できるように構成されてい
る。移載室２５、カセット室１４には窒素ガス導入ポー
ト２１、２０がそれぞれ接続されており、移載室２５、
カセット室１４を窒素ガス置換できるように構成されて
いる。
室３２、第１のロードロック室３１には真空ポンプ４
３、４２、４１がそれぞれ接続されており、各室１２、
３２、３１内を超高真空排気できるように構成されてい
る。移載室２５、カセット室１４には窒素ガス導入ポー
ト２１、２０がそれぞれ接続されており、移載室２５、
カセット室１４を窒素ガス置換できるように構成されて
いる。
【００４０】以下で、上記の構成の縦型真空熱処理装置
１内に、図２に示すように表面に酸化膜４４が形成され
たシリコン基板１７を配置し、シリコン単結晶が露出す
る面(以下単にシリコン露出面と称する。)４５に、シリ
コンエピタキシャル層を選択的に成長させる工程につい
て説明する。
１内に、図２に示すように表面に酸化膜４４が形成され
たシリコン基板１７を配置し、シリコン単結晶が露出す
る面(以下単にシリコン露出面と称する。)４５に、シリ
コンエピタキシャル層を選択的に成長させる工程につい
て説明する。
【００４１】縦型真空熱処理装置１では、予め２台の真
空ポンプ４１、４２を用いて第１のロードロック室３１
及び第２のロードロック室３２の内部をそれぞれ約１×
１０ -6Ｐａの圧力にしておく。また、移載室２５、カセ
ット室１４にはそれぞれ窒素ガス導入ポート２１、２０
より窒素ガスを導入し、各室２５、１４を窒素ガス置換
しておく。さらに、シリコン基板を載置するためのポー
ト１６は、第１のロードロック室３１内部に配置してお
く。また、反応チャンバー１２内部についても真空ポン
プ４３を用い約１×１０-7Ｐａの圧力にしておく。更
に、発熱体１５への通電量を制御して、反応チャンバー
１２の内部温度が約４００℃になるようにしておく。
空ポンプ４１、４２を用いて第１のロードロック室３１
及び第２のロードロック室３２の内部をそれぞれ約１×
１０ -6Ｐａの圧力にしておく。また、移載室２５、カセ
ット室１４にはそれぞれ窒素ガス導入ポート２１、２０
より窒素ガスを導入し、各室２５、１４を窒素ガス置換
しておく。さらに、シリコン基板を載置するためのポー
ト１６は、第１のロードロック室３１内部に配置してお
く。また、反応チャンバー１２内部についても真空ポン
プ４３を用い約１×１０-7Ｐａの圧力にしておく。更
に、発熱体１５への通電量を制御して、反応チャンバー
１２の内部温度が約４００℃になるようにしておく。
【００４２】また、予めシリコン基板１７を所定の温度
に加熱した硫酸−過酸化水素水溶液にて処理してシリコ
ン基板１７に付着している有機物を除去した後に水洗
し、フッ酸で処理する。次いで、所定の温度に加熱した
アンモニア−過酸化水素水溶液でシリコン基板１７表面
のパーティクル除去を行った後に水洗し、フッ酸で処理
する。その後、希フッ酸を用いてシリコン基板１７表面
の金属汚染物及び自然酸化膜の除去を行なっておく。
に加熱した硫酸−過酸化水素水溶液にて処理してシリコ
ン基板１７に付着している有機物を除去した後に水洗
し、フッ酸で処理する。次いで、所定の温度に加熱した
アンモニア−過酸化水素水溶液でシリコン基板１７表面
のパーティクル除去を行った後に水洗し、フッ酸で処理
する。その後、希フッ酸を用いてシリコン基板１７表面
の金属汚染物及び自然酸化膜の除去を行なっておく。
【００４３】最初に、上述の処理がなされた複数枚のシ
リコン基板１７をカセットに入れ、ゲートバルブ１８を
開け、カセットをカセット室１４に載置する。カセット
がカセット室１４に載置されたら直ちにゲートバルブ１
８を閉め、窒素ガス導入口２０より窒素ガスを導入する
と、カセット室１４内は所定範囲の水分濃度、酸素濃度
になる。
リコン基板１７をカセットに入れ、ゲートバルブ１８を
開け、カセットをカセット室１４に載置する。カセット
がカセット室１４に載置されたら直ちにゲートバルブ１
８を閉め、窒素ガス導入口２０より窒素ガスを導入する
と、カセット室１４内は所定範囲の水分濃度、酸素濃度
になる。
【００４４】その後、カセット室１４と移載室２５との
間のゲートバルブ１９と、移載室２５と第１のロードロ
ック室３１との間のゲートバルブ２２を開け、カセット
室１４、移載室２５、第１のロードロック室３１の内部
を接続し、移載室２５に配置された移載機８を用いて、
シリコン基板１７を第１のロードロック室３１内部に搬
入し、ボート１６に移載させる。移載が完了したら各ゲ
ートバルブ１９、２２を閉じ、真空ポンプ４１により、
第１のロードロック室３１を真空排気する。
間のゲートバルブ１９と、移載室２５と第１のロードロ
ック室３１との間のゲートバルブ２２を開け、カセット
室１４、移載室２５、第１のロードロック室３１の内部
を接続し、移載室２５に配置された移載機８を用いて、
シリコン基板１７を第１のロードロック室３１内部に搬
入し、ボート１６に移載させる。移載が完了したら各ゲ
ートバルブ１９、２２を閉じ、真空ポンプ４１により、
第１のロードロック室３１を真空排気する。
【００４５】第１のロードロック室３１内の圧力が約１
×１０-6Ｐａまで低下したら、第１、第２のロードロッ
ク室３１、３２の間のゲートバルブ２３を開け、シリコ
ン基板１７を搭載したボート１６を、図示しない移載機
を用いて第２のロードロック室３２内部へと移載する。
その後、ゲートバルブ２３を閉め、第２のロードロック
室３２を真空ポンプ４２により約１×１０-6Ｐａの圧力
まで排気する。
×１０-6Ｐａまで低下したら、第１、第２のロードロッ
ク室３１、３２の間のゲートバルブ２３を開け、シリコ
ン基板１７を搭載したボート１６を、図示しない移載機
を用いて第２のロードロック室３２内部へと移載する。
その後、ゲートバルブ２３を閉め、第２のロードロック
室３２を真空ポンプ４２により約１×１０-6Ｐａの圧力
まで排気する。
【００４６】次いで、反応チャンバー１２と第２のロー
ドロック室３２との間のゲートバルブ２４を開け、反応
チャンバー１２内部の図示しないガス導入口より水素ガ
スを導入しながら、ボートローダー２９によりシリコン
基板１７を載置したボート１６を反応チャンバー１２に
移載する。ボート１６を移載中には、図示しない真空ポ
ンプの排気量を制御して、反応チャンバー１２と第２の
ロードロック室３２の圧力が２６６０Ｐａ程度になるよ
うにしておく。
ドロック室３２との間のゲートバルブ２４を開け、反応
チャンバー１２内部の図示しないガス導入口より水素ガ
スを導入しながら、ボートローダー２９によりシリコン
基板１７を載置したボート１６を反応チャンバー１２に
移載する。ボート１６を移載中には、図示しない真空ポ
ンプの排気量を制御して、反応チャンバー１２と第２の
ロードロック室３２の圧力が２６６０Ｐａ程度になるよ
うにしておく。
【００４７】完全にボート１６が反応チャンバー１２に
移載されたら、水素ガスの導入を止め、真空ポンプ４３
により、４００℃の状態でシリコン基板が酸化しない水
分分圧２×１０-8Ｐａ以下の超高真空圧力まで、反応チ
ャンバー１２内の圧力を低下させる。
移載されたら、水素ガスの導入を止め、真空ポンプ４３
により、４００℃の状態でシリコン基板が酸化しない水
分分圧２×１０-8Ｐａ以下の超高真空圧力まで、反応チ
ャンバー１２内の圧力を低下させる。
【００４８】次いで、反応チャンバー１２内部の図示し
ないガス導入口より水素ガスを導入しながら発熱体１５
に通電して反応チャンバー１２内を加熱し、シリコン基
板１７の温度を９００℃程度にすることにより、シリコ
ン露出面４５の表面に形成された自然酸化膜を還元除去
する。自然酸化膜が完全に除去されたら、通電量を制御
して、シリコン基板１７の温度を６００℃程度まで低下
させる。
ないガス導入口より水素ガスを導入しながら発熱体１５
に通電して反応チャンバー１２内を加熱し、シリコン基
板１７の温度を９００℃程度にすることにより、シリコ
ン露出面４５の表面に形成された自然酸化膜を還元除去
する。自然酸化膜が完全に除去されたら、通電量を制御
して、シリコン基板１７の温度を６００℃程度まで低下
させる。
【００４９】次に、反応チャンバー１２内部の図示しな
いガス導入口より、シリコンエピタキシャル層の原料ガ
スであるＳｉＨ4ガス(シリコン原料ガス)を流量１２SCC
Mで反応チャンバー１２内に導入する。このとき、反応
チャンバー１２内は、０．１Ｐａと分子流領域であり、
ＳｉＨ4ガスは、反応確率の高いＳｉＨｘに熱分解され
ることなく基板表面に到達する。
いガス導入口より、シリコンエピタキシャル層の原料ガ
スであるＳｉＨ4ガス(シリコン原料ガス)を流量１２SCC
Mで反応チャンバー１２内に導入する。このとき、反応
チャンバー１２内は、０．１Ｐａと分子流領域であり、
ＳｉＨ4ガスは、反応確率の高いＳｉＨｘに熱分解され
ることなく基板表面に到達する。
【００５０】ＳｉＨ4ガスはＳｉＨｘガスより反応確率
が低い。また、材質の差により、ＳｉＨ4ガスの反応確
率はシリコン露出面４５と酸化膜４４とで異なり、シリ
コン露出面４５でシリコン結晶が成長しても、酸化膜４
４上ではシリコンの核は発生しにくいので、シリコン露
出面４５にのみシリコンエピタキシャル層を選択的に成
長させることができる。
が低い。また、材質の差により、ＳｉＨ4ガスの反応確
率はシリコン露出面４５と酸化膜４４とで異なり、シリ
コン露出面４５でシリコン結晶が成長しても、酸化膜４
４上ではシリコンの核は発生しにくいので、シリコン露
出面４５にのみシリコンエピタキシャル層を選択的に成
長させることができる。
【００５１】成膜開始後、約３０分経過したら、引き続
き反応チャンバー１２内部の図示しないガス導入口よ
り、ＳｉＨ4ガスとＣｌ2ガスとの混合ガス(第２の原料
ガス)を、反応チャンバー１２内に導入する。このと
き、ＳｉＨ4ガス、Ｃｌ2ガスの流量をそれぞれ１２SCC
M、０．２SCCMとしておく。この条件では、シリコン基
板１７の酸化膜４４上にシリコンの核が発生し出すのは
成膜開始後約４０分後であり、成膜開始後約３０分経過
した時点では、シリコンの核は酸化膜４４上には発生し
ていない。
き反応チャンバー１２内部の図示しないガス導入口よ
り、ＳｉＨ4ガスとＣｌ2ガスとの混合ガス(第２の原料
ガス)を、反応チャンバー１２内に導入する。このと
き、ＳｉＨ4ガス、Ｃｌ2ガスの流量をそれぞれ１２SCC
M、０．２SCCMとしておく。この条件では、シリコン基
板１７の酸化膜４４上にシリコンの核が発生し出すのは
成膜開始後約４０分後であり、成膜開始後約３０分経過
した時点では、シリコンの核は酸化膜４４上には発生し
ていない。
【００５２】反応チャンバー１２内に、ＳｉＨ4ガスに
加えてＣｌ2ガスを導入すると、仮に酸化膜４４上でシ
リコンの核が発生しても、成長前に直ちにＣｌ2ガスに
よってエッチングされてしまうので、絶縁膜上にはシリ
コン結晶は成長せず、露出したシリコン基板上にのみ選
択的に成長させることができる。
加えてＣｌ2ガスを導入すると、仮に酸化膜４４上でシ
リコンの核が発生しても、成長前に直ちにＣｌ2ガスに
よってエッチングされてしまうので、絶縁膜上にはシリ
コン結晶は成長せず、露出したシリコン基板上にのみ選
択的に成長させることができる。
【００５３】Ｃｌ2ガスの導入を開始してから、約９０
分が経過したら、反応チャンバー１２内へのＳｉＨ4ガ
ス及びＣｌ2ガスの導入を停止して成長を終了させる。
その後、シリコン基板１７を、反応チャンバー１２の内
部へ移載してきたのと逆の手順によりシリコン基板１７
を縦型真空熱処理装置１から移載して取り出し、一連の
成膜処理を終了する。
分が経過したら、反応チャンバー１２内へのＳｉＨ4ガ
ス及びＣｌ2ガスの導入を停止して成長を終了させる。
その後、シリコン基板１７を、反応チャンバー１２の内
部へ移載してきたのと逆の手順によりシリコン基板１７
を縦型真空熱処理装置１から移載して取り出し、一連の
成膜処理を終了する。
【００５４】上記条件で、シリコンエピタキシャル層
は、ＳｉＨ4ガスのみで成長させた３０分間に約１２０
ｎｍ成長し、ＳｉＨ4ガスにＣｌ2ガスを添加して成長さ
せた９０分間に約２８０ｎｍ成長しており、合計１２０
分の成膜時間で約４００ｎｍのシリコンエピタキシャル
層を成長させることができた。
は、ＳｉＨ4ガスのみで成長させた３０分間に約１２０
ｎｍ成長し、ＳｉＨ4ガスにＣｌ2ガスを添加して成長さ
せた９０分間に約２８０ｎｍ成長しており、合計１２０
分の成膜時間で約４００ｎｍのシリコンエピタキシャル
層を成長させることができた。
【００５５】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、ＳｉＨ4ガスを反応チャンバー１２内に３０分間導
入した後に、ＳｉＨ4ガスに加えてＣｌ2ガスを添加し
て、９０分間反応チャンバー１２内に導入することで、
エピタキシャル層を成長させている。
ば、ＳｉＨ4ガスを反応チャンバー１２内に３０分間導
入した後に、ＳｉＨ4ガスに加えてＣｌ2ガスを添加し
て、９０分間反応チャンバー１２内に導入することで、
エピタキシャル層を成長させている。
【００５６】従って、成長を開始してから成長が終了す
るまでＣｌ2ガスを添加し続ける従来方法よりもＣｌ2ガ
スを添加する時間が短時間になり、選択成長したエピタ
キシャル層がＣｌ2ガスでエッチングされる時間も短く
なるので、従来に比して成長速度を向上させることがで
きる。
るまでＣｌ2ガスを添加し続ける従来方法よりもＣｌ2ガ
スを添加する時間が短時間になり、選択成長したエピタ
キシャル層がＣｌ2ガスでエッチングされる時間も短く
なるので、従来に比して成長速度を向上させることがで
きる。
【００５７】本発明者らは上記条件で、Ｃｌ2ガスを添
加してから９０分以上経過した場合には、酸化膜４４上
にシリコンの核発生が始まり、上記条件ではこの４００
ｎｍ以上では選択性がなくなることを確認した。
加してから９０分以上経過した場合には、酸化膜４４上
にシリコンの核発生が始まり、上記条件ではこの４００
ｎｍ以上では選択性がなくなることを確認した。
【００５８】以上までは、シリコンエピタキシャル層の
選択成長について説明したが、上記の縦型真空熱処理装
置１を用いれば、シリコン−ゲルマニウム混晶エピタキ
シャル層を選択成長させることもできる。
選択成長について説明したが、上記の縦型真空熱処理装
置１を用いれば、シリコン−ゲルマニウム混晶エピタキ
シャル層を選択成長させることもできる。
【００５９】本発明者らは、上述の縦型真空熱処理装置
１を用いて、不図示のガス導入口から、シリコン原料ガ
ス(ＳｉＨ4ガスとＧｅＨ4ガス)と、ボロンドープのため
のガス(Ｂ2Ｈ6ガス)、希釈のためのガス(Ｈ2ガス)及び
エッチングガス(Ｃｌ2ガス)を、それぞれ反応チャンバ
ー１２内に導入し、成長温度６００℃、成長圧力０．１
Ｐａの条件下で、成長時間６８分によりＳｉＧｅでのエ
ピタキシャル成長によるＣｌ2ガスの濃度依存と選択成
長との関係を調べた。
１を用いて、不図示のガス導入口から、シリコン原料ガ
ス(ＳｉＨ4ガスとＧｅＨ4ガス)と、ボロンドープのため
のガス(Ｂ2Ｈ6ガス)、希釈のためのガス(Ｈ2ガス)及び
エッチングガス(Ｃｌ2ガス)を、それぞれ反応チャンバ
ー１２内に導入し、成長温度６００℃、成長圧力０．１
Ｐａの条件下で、成長時間６８分によりＳｉＧｅでのエ
ピタキシャル成長によるＣｌ2ガスの濃度依存と選択成
長との関係を調べた。
【００６０】その結果を図５に示す。Ｃｌ2濃度の最適
化によりＣｌ2濃度が１．４〜１．８％の範囲(以下で最
適範囲と称する。)では、酸化膜上にはＳｉＧｅ核が全
く発生せずに完全な選択成長をし、膜厚２１５ｎｍのＳ
ｉＧｅエピタキシャル膜が得られることが確認された。
化によりＣｌ2濃度が１．４〜１．８％の範囲(以下で最
適範囲と称する。)では、酸化膜上にはＳｉＧｅ核が全
く発生せずに完全な選択成長をし、膜厚２１５ｎｍのＳ
ｉＧｅエピタキシャル膜が得られることが確認された。
【００６１】また、Ｃｌ2濃度が、最適範囲より高くな
るとシリコンのエッチング反応が律速して、エピタキシ
ャル成長が全く行われないことが確認された。さらに、
Ｃｌ 2濃度が最適範囲より低いとＳｉＧｅ核が絶縁膜上
に発生し、やがてポリシリコンの膜成長になって選択成
長ができなくなることが確認された。Ｃｌ2濃度が最適
範囲の場合には膜厚２１５ｎｍのＳｉＧｅエピタキシャ
ル膜が成膜された。２１５ｎｍという膜厚はデバイスに
応用できる膜厚である。
るとシリコンのエッチング反応が律速して、エピタキシ
ャル成長が全く行われないことが確認された。さらに、
Ｃｌ 2濃度が最適範囲より低いとＳｉＧｅ核が絶縁膜上
に発生し、やがてポリシリコンの膜成長になって選択成
長ができなくなることが確認された。Ｃｌ2濃度が最適
範囲の場合には膜厚２１５ｎｍのＳｉＧｅエピタキシャ
ル膜が成膜された。２１５ｎｍという膜厚はデバイスに
応用できる膜厚である。
【００６２】以上述べたように、成長温度６００℃、成
長圧力０．１Ｐａという低温、低圧条件下では、縦型真
空熱処理装置１を用いて、シリコン−ゲルマニウム混晶
エピタキシャル層を選択成長させることができることが
確認できた。
長圧力０．１Ｐａという低温、低圧条件下では、縦型真
空熱処理装置１を用いて、シリコン−ゲルマニウム混晶
エピタキシャル層を選択成長させることができることが
確認できた。
【００６３】なお、本実施形態では、エッチングガスと
してＣｌ2ガスを用いているが、本発明はこれに限ら
ず、例えば、ＨＣｌガスや、Ｂｒ2ガスや、ＨＢｒガス
を用いてもよい。また、シリコン原料ガスとしてＳｉＨ
4ガスを用いているが、本発明はこれに限らず、Ｓｉ2Ｈ
6ガスや、ＳｉＨ2Ｃｌ2ガスを用いてもよい。
してＣｌ2ガスを用いているが、本発明はこれに限ら
ず、例えば、ＨＣｌガスや、Ｂｒ2ガスや、ＨＢｒガス
を用いてもよい。また、シリコン原料ガスとしてＳｉＨ
4ガスを用いているが、本発明はこれに限らず、Ｓｉ2Ｈ
6ガスや、ＳｉＨ2Ｃｌ2ガスを用いてもよい。
【００６４】さらに、本実施形態では、シリコンエピタ
キシャル層を成長させているが、シリコン−ゲルマニウ
ム混晶のエピタキシャル成長に適用してもよい。この場
合には、例えばＳｉＨ4ガスとＧｅＨ4ガスとの混合ガス
をシリコン原料ガスとして用いればよい。
キシャル層を成長させているが、シリコン−ゲルマニウ
ム混晶のエピタキシャル成長に適用してもよい。この場
合には、例えばＳｉＨ4ガスとＧｅＨ4ガスとの混合ガス
をシリコン原料ガスとして用いればよい。
【００６５】また、エピタキシャル層中に不純物ドーピ
ングを行うため、シリコン原料ガスに、例えばＢ2Ｈ6、
ＰＨ3、ＡｓＨ3等の不純物材料を含むガスを添加しても
よい。
ングを行うため、シリコン原料ガスに、例えばＢ2Ｈ6、
ＰＨ3、ＡｓＨ3等の不純物材料を含むガスを添加しても
よい。
【００６６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
Ｃｌ2ガスやＨＣｌガス等を添加してエピタキシャル成
長を分子流領域の圧力で成長させているので、選択成長
をさせることが可能になる。
Ｃｌ2ガスやＨＣｌガス等を添加してエピタキシャル成
長を分子流領域の圧力で成長させているので、選択成長
をさせることが可能になる。
【００６７】また、エピタキシャル成長前に反応チャン
バーの水分および酸素分圧をシリコン基板が酸化しない
分圧まで低下させてから、Ｃｌ2ガスやＨＣｌガスを添
加しないエピタキシャル成長を分子流領域の圧力で行う
ことで、酸化膜や窒化膜等の絶縁膜上とシリコン基板の
表面が露出している部分との材質差による反応確率の違
いによって起こる選択成長と、引き続きＣｌ2ガスやＨ
Ｃｌガスを添加してエピタキシャル成長を分子流領域の
圧力で行い、酸化膜や窒化膜等の絶縁膜上に発生したシ
リコンの核をエッチング・除去させる選択成長との二つ
の選択成長を組み合わせることにより、ホットウォール
タイプのバッチ装置でも、長時間Ｃｌ2ガスを添加する
ことによる成長速度の低下を抑制し、よりデバイスに応
用可能な膜厚が確保でき、エピタキシャル成長における
選択成長を行うことができる。
バーの水分および酸素分圧をシリコン基板が酸化しない
分圧まで低下させてから、Ｃｌ2ガスやＨＣｌガスを添
加しないエピタキシャル成長を分子流領域の圧力で行う
ことで、酸化膜や窒化膜等の絶縁膜上とシリコン基板の
表面が露出している部分との材質差による反応確率の違
いによって起こる選択成長と、引き続きＣｌ2ガスやＨ
Ｃｌガスを添加してエピタキシャル成長を分子流領域の
圧力で行い、酸化膜や窒化膜等の絶縁膜上に発生したシ
リコンの核をエッチング・除去させる選択成長との二つ
の選択成長を組み合わせることにより、ホットウォール
タイプのバッチ装置でも、長時間Ｃｌ2ガスを添加する
ことによる成長速度の低下を抑制し、よりデバイスに応
用可能な膜厚が確保でき、エピタキシャル成長における
選択成長を行うことができる。
【図１】本発明の実施形態に用いられる縦型真空熱処理
装置を説明する要部断面図
装置を説明する要部断面図
【図２】本発明の実施形態に用いられるシリコン基板を
説明する断面図
説明する断面図
【図３】従来のコールドウオールタイプの枚葉装置を説
明する断面図
明する断面図
【図４】エピタキシャル成長の可否と、成長温度と、雰
囲気中の水分分圧との関係を示すグラフ
囲気中の水分分圧との関係を示すグラフ
【図５】Ｓｉ−Ｇｅ選択成長のＣｌ2濃度依存性を示す
グラフ
グラフ
１…縦型真空熱処理装置 １２…反応チャンバー(反応
室) １３…ゲートバルブ １４…カセット室 １５…
発熱体 １６…ボート １７…シリコン基板 １８、１９、２２、２３…ゲートバルブ ２０、２１、
２８…窒素ガス導入口 ２５…移載室 ２９…ボートローダー ３１…第１のロ
ードロック室 ３２…第２のロードロック室 ４１〜４
３…真空ポンプ ４５…シリコン露出面
室) １３…ゲートバルブ １４…カセット室 １５…
発熱体 １６…ボート １７…シリコン基板 １８、１９、２２、２３…ゲートバルブ ２０、２１、
２８…窒素ガス導入口 ２５…移載室 ２９…ボートローダー ３１…第１のロ
ードロック室 ３２…第２のロードロック室 ４１〜４
３…真空ポンプ ４５…シリコン露出面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅利 伸 千葉県山武郡山武町横田523番地 日本真 空技術株式会社千葉超材料研究所内 (72)発明者 小松 孝 千葉県山武郡山武町横田523番地 日本真 空技術株式会社千葉超材料研究所内 (72)発明者 小泉 一幸 千葉県山武郡山武町横田523番地 日本真 空技術株式会社千葉超材料研究所内 Ｆターム(参考） 5F004 AA02 BB16 BB19 BC05 BC06 BD04 CA01 CA02 CA04 DA00 DA04 DA29 DB03 5F045 AB01 AB02 AC01 AC15 AC19 AD10 AE13 AF03 BB09 DB02 DP19 EB08 EB09 EN04 EN05
Claims (5)
- 【請求項１】シリコン単結晶面が全面又は一部で露出し
たシリコン基板を、室内が加熱可能に構成された反応室
内に配置し、前記シリコン単結晶面に、選択的に結晶成
長をさせる選択成長方法であって、 成長温度を８００℃以下とし、前記反応室内の圧力を１
Ｐａ以下とする成長条件で、化学構造中にシリコン原子
を有するシリコン原料ガスと、化学構造中にハロゲン原
子を有するエッチングガスとを前記反応室内に導入し
て、前記単結晶面に結晶層を成長させることを特徴とす
る選択成長方法。 - 【請求項２】前記結晶層として、シリコン又はシリコン
−ゲルマニウム混晶エピタキシャル層を成長させること
を特徴とする請求項１記載の選択成長方法。 - 【請求項３】前記反応室は、ホットウオール炉を加熱手
段として、複数枚の基板を搭載できるように構成された
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の選択成
長方法。 - 【請求項４】まず前記シリコン原料ガスを前記反応室に
導入して、前記単結晶面に予め選択的にエピタキシャル
結晶層を成長させておき、続いて前記エッチングガスを
更に前記反応室に導入して、選択的にエピタキシャル成
長を続けることを特徴とする請求項１乃至請求項３のい
ずれか１項記載の選択成長方法。 - 【請求項５】前記エッチングガスとして、Ｃｌ2ガス、
ＨＣｌガス、Ｂｒ2ガス又はＨＢｒガスのいずれか一つ
を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいず
れか１項記載の選択成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08083799A JP3986202B2 (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | 選択成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08083799A JP3986202B2 (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | 選択成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000277432A true JP2000277432A (ja) | 2000-10-06 |
| JP3986202B2 JP3986202B2 (ja) | 2007-10-03 |
Family
ID=13729503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08083799A Expired - Lifetime JP3986202B2 (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | 選択成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3986202B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002217112A (ja) * | 2001-01-15 | 2002-08-02 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 基板処理装置及び半導体装置の製造方法 |
| JP2006521015A (ja) * | 2003-03-12 | 2006-09-14 | エーエスエム アメリカ インコーポレイテッド | シリコンゲルマニウムの、平坦化及び欠陥密度を減少させる方法 |
| JP2012114453A (ja) * | 2006-11-27 | 2012-06-14 | Soytec | 表面を改善する方法 |
| US8790463B2 (en) | 2004-03-11 | 2014-07-29 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Substrate processing apparatus and semiconductor device producing method |
| JP2017183508A (ja) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 東京エレクトロン株式会社 | シリコン膜の形成方法および形成装置 |
| JP7515364B2 (ja) | 2020-10-19 | 2024-07-12 | 東京エレクトロン株式会社 | ボート搬入方法及び熱処理装置 |
-
1999
- 1999-03-25 JP JP08083799A patent/JP3986202B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002217112A (ja) * | 2001-01-15 | 2002-08-02 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 基板処理装置及び半導体装置の製造方法 |
| JP2006521015A (ja) * | 2003-03-12 | 2006-09-14 | エーエスエム アメリカ インコーポレイテッド | シリコンゲルマニウムの、平坦化及び欠陥密度を減少させる方法 |
| US8790463B2 (en) | 2004-03-11 | 2014-07-29 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Substrate processing apparatus and semiconductor device producing method |
| JP2012114453A (ja) * | 2006-11-27 | 2012-06-14 | Soytec | 表面を改善する方法 |
| JP2017183508A (ja) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 東京エレクトロン株式会社 | シリコン膜の形成方法および形成装置 |
| JP7515364B2 (ja) | 2020-10-19 | 2024-07-12 | 東京エレクトロン株式会社 | ボート搬入方法及び熱処理装置 |
| US12334380B2 (en) | 2020-10-19 | 2025-06-17 | Tokyo Electron Limited | Boat transfer method and heat treatment apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3986202B2 (ja) | 2007-10-03 |
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