JPH01313394A - シリコンの成長方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体成長方法詳しくは低い基板温度で実用的
な成長速度の得られるシリコンの気相成長方法に関する
ものである。

（従来の技術） 従来ジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃ１２）などを原料とし
たシリコンの結晶を形成させるためのエピタキシャル成
長技術としては、化学気相成長法が知られている。例え
ば、ジクロルシランを原料ガスとした化学気相成長法に
よるシリコン結晶成長においては、原料ガスである５ｉ
Ｈ２Ｃ１゜とキャリアガスである水素をある流量比で混
合したものを、同時に成長装置内に導入し、反応炉全体
を加熱する、もしくは基板部分のみを加熱することによ
りシリコン基板上に膜を堆積していた。このように炉全
体あるいは基板のみを加熱するのは、膜を堆積する上で
必要な原料ガスの分解ならびに基板表面における表面反
応を起こすために必要なものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、通常のシリコンエピタキシャル成長はこ
の加熱温度が問題となっている。すなわち、通常エピタ
キシャル膜の堆積は１０００°０以上温度が必要とされ
ている。この様に成長温度が高いことにより、本プロセ
スを利用する上で問題が生じている。例えば、高温ゆえ
に不純物の拡散が起こり、現在求められているような急
峻な不純物プロファイルが得られない。それゆえ、この
ような急峻なプロファイルを実現するという要求から成
長温度の低下が求められている。しかしながら、弔に温
度を下げると実用上必要な成長速度が得られないという
問題がある。成長速度を上げるために原料ガスの供給量
を増加させても、このように低温で成長速度が遅い領域
では、成長速度が増加しなくなる。すなわち、ある成長
速度で飽和してしまう。これは１．いわゆる表面反応に
より成長速度が律速されることに起因している。このた
め低温域において成長速度を増大させるためには、いか
に水素分子が基板表面に存在する塩素原子を引き抜く表
面反応をすみやかに起こさせるかにかかっている。本発
明はこのような従来の欠点を除去せしめて、低温におい
て表面反応を促進させて十分な成長速度をうることがで
きる結晶成長方法を提供するものである。

（問題を解決するための手段） 本発明は、塩化ケイ素もしくは水素化塩化ケイ素系の原
料ガスを基板に供給する時に特に熱エネルギーを与えら
れた水素分子を基板に吹きつけることを特徴とする。

（作用） Ｓｌの成長時に熱エネルギーを与えられた水素分子を基
板に吹きつけると、この水素分子は、基板表面に吸着し
た原料ガスから塩素原子を引き抜くことができる。その
結果、ＳＩが堆積される。この時、基板温度が１０００
℃より低い場合でも水素分子に熱エネルギーを与えてお
けば、Ｓｉの堆積を実用的な成長速度で行える。

（実施例） 第１図を用いて本発明の結晶成長方法を説明する。第１
図は本方法でシリコンを基板上に堆積させたときに使用
した装置の概略図である。この装置は、反応炉（１１）
　、炉内部を減圧にするためのポンプ（１２）、基板を
支えるサセプター（１３）、基板を加熱するためのヒー
ター（ダンゲステン線を石英ガラスに封入したものであ
る）　　（１４）　、５ｉＨ２ＣＩ２を予備加熱するた
めのセル　（１５）、水素分子を加熱するためのセル（
１６）、ガス流量制御部（マスフローコントローラーを
使用することにより流量を制御）（１７）から基本的に
は構成されている。基板温度は炉に設けられた窓からパ
イロメーター（１８）により測定した。測定した結果を
基板加熱用ヒーターの制御装置にフィードバックさせて
基板温度を一定に保持できるようになっている。

ここで５ｉＨ２Ｃ１゜の予備加熱セルであるが、これは
成長時の圧力が低いために５ＩＨ２Ｃ１゜の分解が十分
に起こらなくなり、反応活性種の生成効率が低下した場
合に予め加熱することにより十分な分解が起こるように
するためのものである。

成長用の基板としては、シリコンＰ′″（＋００）を用
いた。通常のブランソン洗浄を行ったのち反応炉に入れ
た。常圧で１０分間窒素ガスにより炉内部の空気を置換
したのち、ポンプを起動して炉の内部を一度高真空にし
たのち水素ガスを炉内部に流した。成長に先立ち、シリ
コン基板表面に存在する酸化膜を除去するため、水素雰
囲気中（炉内部の圧カニ　２０　ｔｏｒｒ）　、基板温
度９５０°Ｃ１の条件で５分間ベーキングを行った。

その後、５ＩＨ２Ｃ１２の流量として５〜３０　ｃｃ　
／ｓｉｎ　％水素ガスの流量として５０　ｃｃ／ｗｉｎ
１成長圧力０．ＩＴｏｒｒ　、基板温度８００℃、水素
ガスの加熱セルの温度１０００°Ｃ１ＳｉＨ２Ｃ１２予
備加熱セルの温度８５０℃の条件で成長を行った。第２
図には水素ガスを加熱した場合と、加熱しない場合の成
長速度を示した。同じ基板温度にもかかわらず、水素ガ
スを加熱することにより成長速度が増大していることが
分かる。なお、基板温度７００℃以上の場合に、実用的
な成長速度が得られた。また水素の加熱温度は１０００
°Ｃより低くても基板温度以上に加熱すれば、水素の加
熱効果は認められた。

今回は、加熱セルを用いて水素分子を加熱したが、光照
射などにより水素分子を励起し、そのエネルギーを熱エ
ネルギーに変換することにより水素分子を加熱しても良
い。また、今回は、５ＩＨ２Ｃ１２を原料ガスとした実
験結果を示したが、表面反応として最終的に水素分子に
より基板表面に存在する塩素原子を引き抜くことが律速
するような原料ガスである５ＩＨＩＣ１３，５ＩＣ１４
などの塩化水素化ケイ素もしくは塩化ケイ素系の原料を
使用する場合においても同じ効果がある。

（発明の効果） 以上、詳細に述べた通り、本発明した方法によれば成長
を行う際に熱エネルギーを与えた水素分子を基板に吹き
つけることにより、表面反応を促進することが可能とな
り、基板温度が１０００℃以下の低温域でも速い成長速
度で基板上にシリコンを堆積することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例で用いたシリコンの成長装置を
示す図、第２図は本発明の成長方法によるシリコンの成
長速度を示す図、である。 図において、１１　反応炉、１２　ポンプ、１３　サセ
プター、１４　　基板加熱用ヒーター、１５　５ｉＨ２
Ｃ１゜を予備加熱するためのセル、１６水素分子を加熱
するためのセル、１７　ガス流撒制御部、１８　パイロ
メータ、１９　基板、である。 代理人　弁理上　内厚　Ｂ１ｆｆ 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　塩化ケイ素もしくは水素化塩化ケイ素原料ガスを用い
   たシリコンの成長方法において、熱エネルギーを与えら
   れた水素分子を基板に吹きつけながら、基板上にシリコ
   ンを成長させることを特徴とするシリコンの成長方法。