JPH02225399A - エピタキシャル成長方法および成長装置 - Google Patents

エピタキシャル成長方法および成長装置

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JPH02225399A
JPH02225399A JP1063872A JP6387289A JPH02225399A JP H02225399 A JPH02225399 A JP H02225399A JP 1063872 A JP1063872 A JP 1063872A JP 6387289 A JP6387289 A JP 6387289A JP H02225399 A JPH02225399 A JP H02225399A
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single crystal
fluoride
epitaxial growth
thin film
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Ryoichi Mukai
良一 向井
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Fujitsu Ltd
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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〕 エピタキシャル成長技術、より詳しくは、紫外線のラン
プ光又はレーザ光の照射によって原料ガスを光分解して
単結晶基板上にエピタキシャル成長膜を形成する方法お
よび装置に関し、従来の光ＣＶＤによるエピタキシャル
成長方法よりも低温で基板クリーニングとエピタキシャ
ル成長を可能にする方法と、さらに水素ガスを使用しな
いですませる方法を提供することを目的とし、水素化珪
素（Ｓ＋、、Ｌｎ＋２（ｎ　＝　２．３．４＞）ガスふ
よび／又は水素化ゲルマニウム［Ｇｅｎ１１２ｒ＋−＋
ｚ　（ｎ＝１．２−））ガスと弗化珪素（：Ｓｉ、、Ｆ
、、、２（ｎ　＝　ｌ。
２、・・・）〕ガスおよび／又は弗化ゲルマニウム（Ｇ
ｅＦ２および／又はＧｅＦ＊）ガスとを同時に流し、紫
外線光照射によってＳｉ又はＧｅの単結晶基板上にＳｉ
　、　Ｇｅ又はＳｉＧｅ単結晶薄膜を形成することを特
徴とするエピタキシャル成長方法に構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、エピタキシャル成長技術、より詳しくは、紫
外線のランプ光又はレーザ光の照射によって原料ガスを
光分解して単結晶基板上にエピタキシャル成長膜を形成
する方法およＯそのための装置に関する。
本発明は、特に、シリコン（ｓｉ　）　、ゲルマニウム
（Ｇｅ　）およびＳｉＧｅの半導体単結晶薄膜（層）の
エピタキシャル成長に適している。
〔従来の技術〕
バイポーラやＭＯＳ）ランジスタの半導体装置の製造に
おいて、ＳｉあるいはＧｅの単結晶エピタキシャル成長
層（薄膜）を形成する場合に、エピタキシャル成長温度
の低温化（すなわち、より低温でエピタキシャル成長さ
せる方法）が求められている。なぜならば、高温に起因
するＳｉ単結晶基板（ウェハ）の結晶での格子欠陥発生
や不純物拡散プロフィルの変化を回避することがＶＬＳ
Ｉなどの半導体装置での微細化のために必要であるから
である。
そこで、成長温度が９５０℃以上である熱分解法（又は
水素還元法）のＣＶＤ法に比べて、より低温成長可能な
光励起反応を用いたエピタキシャル成長方法（光ＣＶＤ
法）が提案されている。この光ＣＶＤによるエピタキシ
ャル成長方法では、６００〜９００℃でのエピタキシャ
ル成長が可能となったが、基板表面に生じた自然酸化膜
を除去するために、超高真空中または水素雰囲気中での
高温アニール処理（９０Ｇ℃以上）を必要とし、さらに
、エピタキシャル成長中での酸化層形成防止のために水
素ガスの添加が必要であった。
このような自然酸化膜の除去のための高温アニールは、
すでに不純物拡散領域が形成されている基板を用いる際
には、この拡散プロフィルを拡大させることがある。ま
た、水素ガスの使用は、エピタキシャル成長装置の運用
上、多くの危険（爆発など）を招く可能性があるので避
けたいものである。
高温処理を避けるために、水素ガス中にＳｉＨ，Ｆ２ガ
スを添加し、該ガスからＳｉＦ　ラジカルを生成させて
低温条件（１００〜３００℃）で自然酸化膜をエピタキ
シャル成長中に除去する方法が提案されている（例えば
、Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　Ａｂｓｔｒａｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈ
ｅ　１８ｔｈＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　５ｏｌｉｄ
　５ｔａｔｅ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉ
−ａｉｓ、　Ｔｏｋｙｏ、　１９８６．　ｐｐ、２１７
−２２０）。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、５ｉ８２Ｆ２ガスは自然燃焼性を有しており、
むしろ水素ガスよりも多くの危険を招き易いので、この
ガスは使用を避ける必要がある。
本発明の目的は、従来の光ＣＶＤによるエビクキシャル
成長方法よりも安全な自然燃焼性を有しない弗化珪素又
は／および弗化ゲルマニウムガスを使用して、低温で基
板クリーニングとエピタキシャル成長を可能にする方法
であって水素ガスを使用しないですませる方法を提供す
ることである。
さらに、自然酸化膜を除去する表面クリーニングとエピ
タキシャル成長との両方にＳｉＦ　ラジカルを利用する
際には、ＳｉＦ　ラジカル発生を表面クリーニングから
エピタキシャル成長へ移行するときに中断させることは
自然酸化膜発生を招くのでできないので、クリーニング
状態に成膜用のガスを添加する方法を取る必要が生じる
。
しかしながら、ガス流量は通常マスフローコントローラ
を用いて制御するので、ガスを流し始めてから設定量に
なるまでに数秒間の時間を要する。
このため、この時間の間は設定量より多い流量の成膜用
のガスが供給されることになり、エピタキシャル成長堆
積速度が一時的に早まり、最悪の場合にはエピタキシャ
ル成長が阻害される状況が生じる。
本発明の別の目的は、表面クリーニングから光ＣＶＤ成
長への移行を障害なく安定して行なえるエピタキシャル
成長装置を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
上述の目的が、シリコン（Ｓｉ　）エピタキシャル薄膜
（層）を形成するために、水素化珪素（Ｓｉｊｌｚｎ＋
２（ｎ−２，３、４）〕ガスと弗化珪素Ｃ３ｉ−Ｆｚｎ
＋ｚ（ｎ　＝　１．２、−）　〕ガスとを同時に流し、
紫外線光照射によってＳｉ又はＧｅの単結晶基板上にＳ
ｉ単結晶薄膜を形成することを特徴とするエピタキシャ
ル成長方法によって達成される。
このＳｉ単結晶薄膜の形成前に、弗化珪素ガスを流し、
紫外線照射によって単結晶基板の表面をクリーニングす
ることが好ましい。
また、上述の目的が、ゲルマニウム（Ｇｅ　）エピタキ
シャル薄膜（層）を形成するために、水素化ゲルマニウ
ム（ＧｅＪ２ｒｔ＋２（ｎ　＝　１　、２　・）　）ガ
スと弗化ゲルマニウム（ＧｅＦ２および／又はＧｅＦ、
　）ガスとを同時に流し、紫外線光照射によってＳｉ又
はＧｅの単結晶基板上にＧｅ単結晶薄膜を形成すること
を特徴とするエピタキシャル成長方法によっても達成さ
れる。
このＧｅ単結晶薄膜の形成前に、弗化ゲルマニウムガス
を流し、紫外線照射によって単結晶基板の表面をクリー
ニングすることが好ましい。
さらに、上述の目的が、シリコン・ゲルマニウム（Ｓｉ
Ｇｅ）エピタキシャル薄膜（層）を形成するために、水
素化珪素ガスおよび水素化ゲルマニウムガスと弗化珪素
ガスふよび弗化ゲルマニウムガスとを同時に流し、紫外
線光照射によってＳｉ又はＧｅの単結晶基板上にＳｉＧ
ｅ車結晶薄膜を形成することを特徴とするエピタキシャ
ル成長方法によっても達成される。
このＳｉＧｅ単結晶薄膜の形成前に、弗化珪素ガス又は
／および弗化ゲルマニウムガスを流し、紫外線照射によ
って単結晶基板の表面をクリーニングすることが好まし
い。
そして、上述した別の目的が、水素化珪素ガスおよび／
又は水素化ゲルマニウムガスの原料と弗化珪素ガスおよ
び／又は弗化ゲルマニウムガスの弗化物とを用いて紫外
線光照射による光励起反応でＳｉ又はＧｅの単結晶基板
上に単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる装置におい
て、前記原料ガスの導入管は第１開閉バルブ付き第１供
給管と第２開閉バルブ付き第２供給管とへ枝分かれして
ふり、前記第１供給管は前記弗化物ガスの導入管に接続
され１．該導入管は前記単結晶基板の近傍に位置する噴
出口端部を備えており、そして、前記第２供給管は反応
室の紫外線が照射されない領域内へ導入されていること
を特徴とするエピタキシャル成長装置によって達成され
る。
〔作　用〕
水素化珪素（および／又は水素化ゲルマニウム）と弗化
珪素（および／又は弗化ゲルマニウム）の紫外線光照射
による分解で、エピタキシャル成長中にも自然酸化膜の
除去、（形成防止）ができ、低温（常温〜４００℃）に
て単結晶基板上にＳｉおよび／又はＧｅの単結晶薄膜を
エピタキシャル成長させることができる。
Ｓ　ｉ　１１２Ｆ　２ガスに代わるＳｉｎ、　Ｓｉ、Ｆ
、などの弗化珪素、ＧｅＦ　、などの弗化ゲルマニウム
のガスは、不燃性であり高い安全性を示し、これらのガ
スを含む雰囲気中での紫外線照射によって基板表面上に
形成された自然酸化膜の除去（基板クリーニング）も低
温（室温〜５００℃）にてできる。
さらに、本発明に係るエピタキシャル成長装置では、表
面クリーニングとエピタキシャル成長とのためにガス供
給する噴出口端部を単結晶基板の近傍に設置して、真空
反応容器内で基板近傍とその他の領域との間にわずかで
はあるが圧力差が生じるようにする。表面クリーニング
からエピタキシャル成長へ移行する際に、原料ガスをは
じめに紫外線の照射されない領域に流して該ガスの流量
の調整および安定化を図り、次に、第２開閉バルブを閉
じると同時に第１開閉バルブを開いて原料ガスを弗化ガ
スと共に単結晶基板近傍に流出させて、光ＣＶＤにより
安定してエピタキシャル成長性なうことができる。
〔実施例〕
以下、添付図面を参照して本発明の実施態様例によって
本発明の詳細な説明する。
第１図に示すエピタキシャル成長装置にてシリコン（Ｓ
ｉ　）単結晶基板くウェハ）上にシリコン（Ｓｌ）薄膜
をエピタキシャル成長させる。
このエピタキシャル成長装置は、紫外線透過窓１を備え
た真空反応容器２と紫外線（反応励起光）発生装置（例
えば、ＡｒＦエキシマレーザ）３とからなる。真空反応
容器２は真空排気装置４に接続されており、その容器２
の内部にはＸ−Ｙスーテジ５、加熱台６および筒状の紫
外線導入ガイド７が設けられ、そして、不活性ガス（例
えば、Ｎ２ガス）導入管８および９が取り付けられてい
る。
そして、原料ガスく例えば、５ｉ２Ｈ６）導入管１５は
フローマスコントローラ１６をその途中に備え、そして
第１供給管１７および第２供給管１８に枝分かれしてい
る。第１供給管１７には第１開閉バルブ１９が、第２供
給管１４には第２開閉バルブ２０が取り付けられている
。弗化物ガス（例えば、Ｓｉ□Ｆ４）　導入！　２２は
フローマスコントローラ２３をその途中に備え、かつ噴
出口端部２４を加熱台６の上方で搭載したＳｉ単結晶基
板１１に近接するように有している。噴出口端部２４は
複数の噴出孔を基板１１に相当する広さに分布して有し
ているのが好ましく、紫外線１２が基板１１の表面に当
るのを妨げない位置に設定されている。第１供給管１７
の端部は弗化物ガス導入管２２に接続されており、原料
ガスを噴出口端部２４から弗化物ガスと一緒に流出させ
ることができる。一方、第２供給管１８の端部は、紫外
線の当らない領域で真空反応容器２内に原料ガスを導入
するように設定されている。
まず、加熱台６上にＳｉ結晶基板１１を載せ、真空排気
装置４によって反応容器２内を排気し、不活性ガス（Ｎ
２）を導入管８，９から入れて不活性ガス雰囲気とする
。Ｓｉ基板１１を加熱台６によって４００℃に加熱し、
Ｎ２ガスに加えて、ガス導入管２２および噴出口端部２
４から弗化珪素（Ｓ＋Ｊ６４５ＳＣＣＭ）ガスを流した
状態で、紫外線であるＡｒＦエキシマレーザ光（波長λ
：　１９３ｎｍ　）１２を透過窓１を通してＳｉ基板１
１の表面へ照射する。このレーザ照射を１０分間行うこ
とによって、Ｓｉ基板１１表面に形成されていた自然酸
化膜が還元反応でエツチングされて清浄表面が得られる
。
表面クリーニング処理の後に、原料ガスであるＳｉ２Ｈ
６ガス（Ｑ、２ｓｃｃＭ）をガス導入管１５から第２開
閉バルブ２０を開いて第２供給管１８を経由して真空反
応容器２の紫外線の当らない領域へ流す。このときには
、弗化珪素ガスが噴出口端部２４より流出しているので
、導入した５ｉＪｓガスは基板１１上には流れて行かな
い。５ｉ２Ｈ，ガスの流量が安定したところで、第２開
閉バルブ２０を閉じ、同時に第１開閉バルブ１９を開い
て、原料ガス（Ｓｉ□Ｈａ）を弗化珪素ガスのガス導入
管２２に入れて噴出口端部２４より弗化珪素ガスと共に
Ｓｉ基板１１上に流す。この状態でＡｒＦエキシマレー
ザ光１２によってＳｉ２Ｈ６ガスが光励起反応で分解し
て、Ｓｉ　基板１１上にＳｉ単結晶薄膜が１０分間で約
０．４ｐ厚さにエピタキシャル成長する。エピタキシャ
ル成長中において、酸化膜形成現象は紫外線照射の直接
効果による還元作用および弗素ラジカルを介した還元エ
ツチング作用の両者で防止できたと考えられる。なお、
弗素ラジカル（例えば、５ｉＦ）の生成は原料ガス（Ｓ
ｉ。１１６）の光分解で生成されたラジカルを介した２
次的な場合と弗化物ガス（Ｓｉ２８ｓ）が直接に光分解
される場合とがある。
上述の場合には、Ｓｉ単結晶基板を用いているが、その
代わりにＧｅ単結晶基板を用いて、同一条件にてクリー
ニング処理とエピタキシャル成長を行ってＳｉ単結晶薄
膜が得られる。
さらに、上述した場合での原料ガスをＳｉ□Ｈ６ガスと
３　ｉ　３Ｈ，ガスとの混合ガスとしても、Ｓｉ基板（
又はＧｅ基板）上にエピタキシャル成長でＳｉ単結晶薄
膜が得られる。
一方、第１図のエピタキシャル成長装置を使用して、弗
化物ガスとしてＧｅＦ、などの水素化ゲルマニウムガス
をかつ原料ガスとしてＧｅＨ，などの水素化ゲルマニウ
ムを用いることによって、ＡｒＦエキシマレーザ光（紫
外線）照射で同様にしてＳｉ（又はＧｅ　）単結晶基板
表面のクリーニング処理およびＧｅ単結晶薄膜（層）の
エピタキシャル成長を行うことができる。
そして、原料ガスとして水素化珪素（Ｓｉ。Ｈ６）ガス
と水素化ゲルマニウム（ＧｅＨｌ）ガスとの混合ガスを
用い、かつ弗化物ガスとして弗化珪素（Ｓｉ２）１１１
）ガスと弗化ゲルマニウム（ＧｅＦ４）ガスとの混合ガ
スを用いることによって、紫外線照射で同様にしてＳｉ
　　（又はＧｅ　）単結晶基板表面のクリーニング処理
およびＳｉＧｅ単結晶薄膜のエピタキシャル成長を行う
ことができる。
上述の例ではＡｒＦエキシマレーザを用いているが、そ
の他種類（ＫｒＦなど）のエキシマレーザを用いること
ができ、さらに高圧Ｈｇランプでもよい。また、水素化
珪素、水素化ゲルマニウム、弗化珪素および弗化ゲルマ
ニウムのそれぞれでは一種のみあるいは二種以上の混合
で使用できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、用いる原料ガスおよび弗化物ガスを特
定して紫外線照射（光分解）を利用することによって基
板表面のクリーニングおよびエピタキシャル成長を従来
よりも低温で行うことができ、しかも水素ガスを必要と
しない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、紫外線照射できるエピタキシャル成長それぞ
れの概略図である。 １・・・紫外線透過窓、　２・・・真空反応容器、３・
・・紫外線発生装置、１１・・・単結晶基板、１２・・
・ｉ外線（エキシマレーザ）、１７・・・第１供給管、
　１８・・・第２供給管、１．９．２０・・・開閉バル
ブ、２２・・・導入管、２４・・・噴出口端部。 エピタキシャル成長装置の概略図 ＠１　図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、水素化珪素〔Ｓｉ＿ｎＨ＿２＿ｎ＿＋＿２（ｎ＝２
    、３、４）〕ガスと弗化珪素〔Ｓｉ＿ｎＦ＿２＿ｎ＿＋
    ＿２（ｎ＝１、２、・・・）〕ガスとを同時に流し、前
    期水素化珪素を紫外線光励起反応によって分解してＳｉ
    又はＧｅの単結晶基板上にＳｉ単結晶薄膜を形成するこ
    とを特徴とするエピタキシャル成長方法。 ２、前記Ｓｉ単結晶薄膜の形成前に、前記弗化珪素ガス
    を流し、紫外線照射によって前記Ｓｉ単結晶基板の表面
    をクリーニングすることを特徴とする請求項１記載の方
    法。 ３、水素化ゲルマニウム〔Ｇｅ＿ｎＨ＿２＿ｎ＿＋＿２
    （ｎ＝１、２・・・）〕ガスと弗化ゲルマニウム（Ｇｅ
    Ｆ＿２および／又はＧｅＦ＿４）ガスとを同時に流し、
    前記水素化ゲルマニウムを紫外線光励起反応によって分
    解してＳｉ又はＧｅの単結晶基板上にＧｅ単結晶薄膜を
    形成することを特徴とするエピタキシャル成長方法。 ４、前記Ｇｅ単結晶薄膜の形成前に、前記弗化ゲルマニ
    ウムガスを流し、紫外線照射によって前記単結晶基板の
    表面をクリーニングすることを特徴とする請求項３記載
    の方法。 ５、水素化珪素〔Ｓｉ＿ｎＨ＿２＿ｎ＿＋＿２（ｎ＝２
    、３、４）〕ガスおよび水素化ゲルマニウム〔Ｇｅ＿ｎ
    Ｈ＿２＿ｎ＿＋＿２（ｎ＝１、２、・・・）〕ガスと弗
    化珪素〔Ｓｉ＿ｎＦ＿２＿ｎ＿＋＿２（ｎ＝１、２、・
    ・・）〕ガスおよび弗化ゲルマニウム（ＧｅＦ＿２およ
    び／又はＧｅＦ＿４）ガスとを同時に流し、紫外線光照
    射を行いＳｉ又はＧｅの単結晶基板上にＳｉＧｅ単結晶
    薄膜を形成することを特徴とするエピタキシャル成長方
    法。 ６、前記ＳｉＧｅ単結晶薄膜の形成前に、前記弗化珪素
    ガスおよび弗化ゲルマニウムガスを流し、紫外線照射に
    よって前記単結晶基板の表面をクリーニングすることを
    特徴とする請求項５記載の方法。 ７、水素化珪素ガスおよび／又は水素化ゲルマニウムガ
    スの原料ガスと弗化珪素ガスおよび／又は弗化ゲルマニ
    ウムガスの弗化物とを用いて紫外線照射による光励起反
    応でＳｉ又はＧｅの単結晶基板上に単結晶薄膜をエピタ
    キシャル成長させる装置において、前記原料ガスの導入
    管は第１開閉バルブ付き第１供給管と第２開閉バルブ付
    き第２供給管とへ枝分かれしており、前記第１供給管は
    前記弗化物ガスの導入管に接続され、該導入管は前記単
    結晶基板の近傍に位置する噴出口端部を備えており、そ
    して、前記第２供給管は反応室の紫外線が照射されない
    領域内へ導入されていることを特徴とするエピタキシャ
    ル成長装置。
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