JPH02302027A - アモルフアス或いは多結晶シリコンの選択成長法 - Google Patents

アモルフアス或いは多結晶シリコンの選択成長法

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JPH02302027A
JPH02302027A JP2107305A JP10730590A JPH02302027A JP H02302027 A JPH02302027 A JP H02302027A JP 2107305 A JP2107305 A JP 2107305A JP 10730590 A JP10730590 A JP 10730590A JP H02302027 A JPH02302027 A JP H02302027A
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silicon
reactor
wafer
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ハン・ミン・リャウ
Christian A Seelbach
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一般的には、半導体材料の成長（ｄｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ）に関するもので、もつと特定すると、アモ
ルファス或いは多結晶シリコンの選択成長（ｓｅｌｅｃ
ｔｉｖｅ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）に関するものである
。
〔従来の技術〕
半導体技術では、様々なプロセスにおいてシリコンのよ
うな半導体材料を選択的に成長することが長い閉窒まれ
てきた。これらのプロセスはバイポーラトランジスタに
おけるエミッタ形成及びＭＯＳ）ランジスタにおけるゲ
ート形成はもちろんのこと、コンタクトホール（ｃｏｎ
ｔａｃｔ　ｈｏｌｅ）及びアイソレーショントレンチ（
ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｔｒｅｎｃｈ）の充填をも含むも
のである。典型的には、エピタキシャルシリコンが選択
的な成長と共に使われてきた。しかしながら、エピタキ
シャルシリコンの使用に関連して顕著なる欠陥が存在す
る。第１に、エピタキシャルシリコンはその上部表面上
に強いファセット面（ｓｔｒｏｎｇ　ｆａｃｅｔ）を表
す。これらのファセット面はオーバーレイ金属フィルム
（ＯＶｅｒｌａｙ　ｍｅｔａｌ　ｆｉｌｍ）の非平坦な
（ｎｏｎ−ｐｌａｎａｒ）表面を形成することから、そ
れが゛オーバーレイ（ＯＶｅｒｌａｙ）金属フィルムの
連続性を破るためコンタクトホールを充填するには望ま
しくない。第２に、エピタキシャルシリコンを通しての
ドーパント拡散は多結晶シリコンあるいはアモルファス
シリコンよりも著しく長い時間を必要とする。第３に、
エピタキシャルシリコンは多結晶シリコンあるいはアモ
ルファスシリコンのいずれよりも低いバンドギャップを
有する。
Ｆｕｒｕｍｕｒａらによる論文、Ｊ、　Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｃｈｅｍ、　Ｓｏｃ、±工主号、３７９頁（１９８６年
）、には多結晶シリコンの成長を促進する方法が開示さ
れていた。
この技術はエピタキシャルシリコン成長においてエピタ
キシャルリアクタ（ｅｐｉｔａｘｉａｌ　ｒｅａｃｔｏ
ｒ）内にトリクロルエチレン（ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｅｔ
ｈｙｌｅｎｅ）のような不純物を大量にジクロルシラン
（ＳＩＨ２Ｃ１□）、水素（Ｈ２）　、、塩化水素（Ｈ
ＣＩ）の混合ガス中へ導入する工程を含む。トリクロル
エチレンの追加導入工程はエピタキシャルシリコンを炭
素（ｃａｒｂｏｎ　）によって汚染させ、エピタキシャ
ルシリコンの結晶完全性を劣化させ、そのためエピタキ
シャルシリコンを多結晶シリコンに変質させてしまう。
しかしながら、この方法は炭素の濃度が多結晶シリコン
のある特定の領域内に結合し得るため、それらによって
抵抗の量を増加することから、欠陥がある。このことは
特に基板へのコンタクトホールを充填する場合において
基板／ポリシリコンインタフェースにおいて明白となる
。
［発明が解決しようとする課題１ 従って、上記に説明された問題と欠陥を克服するアモル
ファス或いは多結晶シリコンを選択的に成長するための
方法を有することが極めて望ましい。
従って、本発明の目的の１つは本質的に平坦な上部表面
を有するシリコンを選択的に成長するための、アモルフ
ァスあるいは多結晶シリコンの選択成長法を提供するこ
とである。
本発明の別の目的の１つは促進されたドーパント拡散特
性を有するシリコンを選択的に成長するための、アモル
ファス或いは多結晶シリコンの選択成長法を提供するこ
とである。
本発明の更に別の目的の１つは不純物が実質的に除去さ
れたアモルファスあるいは多結晶シリコンの選択成長法
を提供することである。
本発明の更に別の目的の１つは多結晶か或いはアモルフ
ァスのいずれかのシリコンを選択的に成長するための、
アモルファス或いは多結晶シリコンの選択成長法を提供
することである。
［発明が解決しようとする課題１ 上記の及び他の目的と長所は本発明における一実施例に
よって達成され、その一部として、シリコン領域をその
上に露出したウェハをＣＶＤ反応器（リアクタ）の中へ
配置する工程と、次にウェハをシリコン含有ガス及びハ
ロゲン含有ガスに対して露出する工程が含まれる。重要
である点は、これらのガスの少なくとも１つが水素キャ
リアガスと共にＣＶＤ反応器（リアクタ）に流入する工
程である。
〔概要〕
露出したシリコン領域をその上に有するウェハがＣＶＤ
反応器（リアクタ）の中へ配置され、シリコン含有ガス
及びハロゲン含有ガスに対して露出され、少なくとも１
つのガスは水素キャリアガスと共にリアクタ（反応器）
内に流入する、アモルファス或いは多結晶シリコンの選
択成長法である。アモルファスシリコンは約２００℃か
ら５００℃の範囲内で選択的に成長され得るが多結晶シ
リコンは約５５０℃から７５０℃の範囲内で選択的に成
長し得る。また、本発明のもう１つの実施例を用いるこ
とによって約７５０℃から１０００℃の範囲内での温度
において多結晶シリコンを成長することが可能である。
〔実施例〕
一般的に、多結晶シリコンの成長方法は他のガスを加え
ることなしにシラン（ｓｉｌａｎｅ）の熱分解を用いて
行なわれる。この成長方法を表現する典型的な化学反応
式は、 Ｓ　　　ｉ　　Ｈ４＞　　Ｓ　　　ｉ　　＋　　２　　
Ｈ２である。これが不可逆プロセス（過程）であること
から、従って選択性を得ることは極めて難しいというこ
とを当業技術者には容易に理解できるであろう。
シリコンが堆積成長されるとき、他の異種材料（ｆｏｒ
ｅｉｇｎ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ）に対するよりももっと
強く他のシリコンに対して結合するであろうということ
はよく知られている。事実、かなり弱い結合が（ｆａｉ
ｒｌｙ、　ｗｅｅｋ　ｂｏｎｄ）が成長されたシリコン
とその上にそれが成長される酸化物や窒化物のような異
種の材料との間に形成されるであろう。従って、大いに
望ましいのは化学式が可逆で堆積されたシリコンとの異
種の材料との間の弱い結合は破壊されるがシリコンとシ
リコンとの間の結合がそのまま変わらないようなシリコ
ンデポジション（堆積成長）のためのプロセスを提供す
ることである。このプロセス工程はシリコンのデポジシ
ョンにおいて高度の選択性を実現するであろう。
アモルファスもしくは多結晶のシリコンを選択的に堆積
成長（デポジション）する方法の１つの実施例は露出し
たシリコン領域をその上に有するウェハをＣＶ　Ｄ　（
Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
）　（化学的気相堆積成長）のリアクタ（反応炉（器）
）中へ配置する工程を含む。一旦、ウェハがリアクタ内
に配置されると、そのウェハはシリコン含有ガスにさら
される。シラン（ＳｉＨ＋）がここでは例示の目的とし
て使用されているが、ジシラン（Ｓｉ２Ｈａ）のような
シラン族の池のもの（仲間）を含む他のシリコン含有ガ
スを使用してもよいということは容易に理解できるであ
ろう。ウェハはまたシリコン含有ガスと同時に或いは別
途にハロゲン含有ガスにさらされる。本実施例において
は、他のハロゲン含有ガスも当然使用できるが、塩化水
素（ＭＣＩ）が用いられている。
選択的にシリコン堆積成長（デポジション）を行なうた
めには、シリコン含有ガス、ハロゲン含有ガス、もしく
は両方のガスはＣＶＤリアクタ（反応器）中に水素キャ
リアガスと共に流入することが不可欠である。本実施例
においてシラン（ｓｉｌａｎｅ）と塩化水素から得られ
る水素ガスと共にある水素キャリアガスはシランをその
成分、すなわち、水素とシリコンに分解する反応速度（
ｒｅａｃｔ　ｉｏｎ　ｒａｔｅ）を減少するのに役立つ
。一旦、シランが水素とシリコンに分解すると、シリコ
ンはウェハの露出されたシリコン表面上に堆積され成長
し、極めて強い結合を形成する。反応における塩化水素
はウェハの露出したシリコン表面上に堆積成長しないシ
リコンをＳ　ｉ　Ｃ１２（ｓｉｌｉｃｏｎ　ｄｉｃｈｌ
ｏｒｉｄｅ）に変える。必然的に上記の後者の反応は、
ウェハ上に発生し得るいかなるシリコンと非シリコン物
質（材料）との結合をも破壊するためには十分に強いが
、シリコンとシリコンの結合を破壊するものではない。
これは次の式で表わされる。
１）Ｓ　ｉＨ４＞２Ｈ２＋Ｓ　１ ２）２Ｈ２＋Ｓ　ｉ＋２８ｃ　ｌ ＞ＳｉＣｌ□＋３Ｈ２ この結果として、シリコンの選択堆積成長が行なわれる
ということが理解される。
アモルファスシリコンの堆積成長には、反応器（リアク
タ）の温度が約２００℃から５５０℃の範囲内にあるも
のとする。多結晶シリコンの堆積成長（デポジション）
には、反応器（リアクタ）の温度が約５５０℃から７５
０℃の範囲内にあるものとする。反応器（リアクタ）の
温度が約７５０℃から８００℃の範囲内に設定されると
、多結晶シリコンもしくはエピタキシャルシリコンのい
ずれかが得られる可能性がある。反応器（リアクタ）の
温度は８００℃以上でエピタキシャルシリコンの堆積成
長をもたらす。
減圧（ＣＶ　Ｄ’）が本発明のプロセスでは望ましい。
ｍＴｏｒｒ　（ミリトール）の範囲内における圧力が理
想的であるけれども、ｌ　ＯＯｍＴｏｒｒから１００　
Ｔｏｒｒの範囲内にある圧力を使用してもよい。ホット
ウォール（ｈｏｔ　ｗａｌｌ）もしくはコールドウオー
ル（ｃｏｌｄ　ｗａｌｌ）のＣＶＤリアクタ（反応器（
炉））のいずれも用いられ得ることが理解されるべきで
ある。
本発明の別の実施例では多結晶シリコンが上記において
開示されたよりも高い反応器（炉）（リアクタ）の温度
において堆積成長されることを許容する。圧力に対する
要求事項は上記に公表されたものと同様である。即ち、
約１００　ｍＴｏｒｒから１００Ｔｏｒｒの範囲内であ
る。さらに、本実施例もまたホットウォールもしくはコ
ールドウオールのＣＶＤリアクタのいずれにおいても用
いられ得る。
露出されたシリコンをその上に有するウェハをＣＶＤ反
応器（炉）（リアクタ）の中へ配置し、上記に開示され
た範囲内のリアクタ（反応器）温度に設定した後、ウェ
ハはシリコンとハロゲンとの両方を含有するガスにさら
される。上記の最後の実施例において開示された点と同
じ理由から、このガスは水素キャリアガスと共に反応器
（リアクタ）の中へ流入する。用いられ得るシリコンと
ハロゲンを含有するガスはクロルシラン（ＳｉＨ３Ｃ１
）、ジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃ１□）、トリクロルシ
ラン（ＳｉＨＣｌ２）及び四塩化珪素（Ｓｉｃｌ＜）を
含む。このプロセスにおいて、ハロゲン含有成分は可逆
性をもたらし、従って選択成長が発生する。このプロセ
スの代表的な化学反応式は、 Ｓ　ｉｃ　１４　＋Ｈ２＞Ｓ　ｉ＋ＨＣＬである。
本実施例はシーディングが発生するまでウェハをより高
いハロゲン含有成分を有するシリコンとハロゲンのガス
に初期的にさらすことに用いられ得る。一旦、シーディ
ングが発生すると、ガスのハロゲン含有成分は残りの堆
積成長（デポジション）のために低下される。このこと
によって更に残りの堆積成長をもっと促進し増速させる
。もう１つの代替方法は成長中ずっとシリコンとハロゲ
ンを含有するガスを同一組成に保つことの工程を含む。
しかしながら、シーディングは残りの堆積成長よりも低
い温度で発生するべきものである。
初期のシーディングの後に温度を上昇することによって
、残りの堆積成長が促進され増速される。
上記プロセスの特定の例は四塩化珪素（ＳｉＣ１４）が
基板上を通してパージするために用いられるシーディン
グステップ（工程）を含む。水素はキャリアガスとして
使われ、１５リッタ／分から３２リッタ／分の範囲内の
流量比が最適である。典型的なパージ時間は約８５０℃
の基板温度と約５５Ｔｏｒｒの圧力のもとて約５分であ
る。初期のシーディングステップ（工程）の後、ガスの
混合比は水素と、ジクロルシランと、及び塩化水素との
組み合わせに切換えられて、選択的な多結晶シリコンの
堆積成長の速度を増加する。
以下に本発明の実施態様項を列記する。
１、　リアクタの温度がアモルファスシリコンの選択成
長には約２００℃から５５０℃の範囲内にあり、多結晶
シリコンの選択成長には約５５０℃から７５０℃の範囲
内にある請求項１記戦のアモルファス或いは多結晶シリ
コンの選択成長法。
２、　リアクタの圧力が１００　ｍＴｏｒｒから１００
Ｔ。
ｒｒの範囲内にある前記実施態様項１記載のアモルファ
ス或いは多結晶シリコンの選択成長法。
３、　シリコン含有ガスがシランでありハロゲン含有ガ
スが塩化水素である前記実施態様項２記載のアモルファ
ス或いは多結晶シリコンの選択成長法。
４、　ガスが同時にリアクタ中に流れ込み、両方のガス
が水素キャリアガスと共に前記リアクタに流れ込む、前
記実施態様項３記載のアモルファス或いは多結晶シリコ
ンの選択成長法。
５、　多結晶シリコンがシリコンとハロゲンの両方を含
む単一のガスから得られるシリコン含有ガス及びハロゲ
ン含有ガスにより選択的に成長され、前記シリコンとハ
ロゲンを含むガスは水素キャリアと共にリアクタ中に流
れ込む、請求項１記載のアモルファス或いは多結晶シリ
コンの選択成長法。
６、　リアクタの温度が約７５０℃からｉ　ｏ　ｏ　ｏ
　０ｃの範囲内にある、前記実施態様項５記載のアモル
ファス或いは多結晶シリコンの選択成長法。
７゜　シリコンとハロゲンを含むガスがシーディングに
は初期的に高めのハロゲン含有成分を有し、シーディン
グの後の残りの成長には低めのハロゲン含有成分を有す
る前記実施態様項６記載のアモルファス或いは多結晶シ
リコンの選択成長法。
８、　シリコンとハロゲンを含むガスが成長中ずっと同
じ組成を保ち、初期のシーディングは残りの成長よりも
低い温度で生じる、前記実施態様項６記載のアモルファ
ス或いは多結晶シリコンの選択成長法。
９、　リアクタの圧力が約１００　ｍＴｏｒｒから１０
０Ｔｏｒｒの範囲内にある、請求項２記載のアモルファ
ス或いは多結晶シリコンの選択成長法。
１０、　　ハロゲン含有ガスは塩化水素である、請求項
２記載のアモルファス或いは多結晶シリコンの選択成長
法。
１１、　　シラン及び塩化水素が同時に水素キャリアガ
スと共にリアクタ中に流れ込む、前記実施態様項１０記
載のアモルファス或いは多結晶シリコンの選択成長法。
１２、　　リアクタの圧力が約１００　ｍＴｏｒｒから
１００Ｔｏｒｒの範囲内にある、請求項３記載の多結晶
シリコンの選択成長法。
１３、　　シリコンとハロゲンを含むガスがシーディン
グには初期的に高めのハロゲン含有成分を有し、シーデ
ィングの後の残りの成長には低めのハロゲン含有成分を
有する、請求項３記載の多結晶シリコンの選択成長法。
１４、　　使用ガスがＳｉＨ２Ｃｌ３Ｃ１，ＳｉＨ２Ｃ
ｌｚＣ１ｘ、Ｓ、１ＨＣ１３及びＳｉＣｌ＋から成るグ
ループから用いられる前記実施態様項１３記載の多結晶
シリコンの選択成長法。
１５、　　シリコンとハロゲンを含むガスが成長中ずっ
と同じ組成を保ち、初期のシーディングが残りの成長よ
りも低い温度で生じる、請求項３記戦の多結晶シリコン
の選択成長法。
１６、　　使用Ｎ　スカＳ　ｉ　Ｈ３Ｃ１，５ｆｉＨｚ
Ｃ１２，ＳｉＨ２ＣｌＣ１ａ及びＳｉＣｌ４のグループ
内の１っである、前記実施態様項１５記載の多結晶シリ
コンの選択成長法。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）選択的にアモルファスあるいは多結晶シリコンを
    成長する方法であって、 露出したシリコン領域をその上に有するウェハをＣＶＤ
    リアクタの中へ配置する工程と、 前記ウェハをシリコン含有ガスとハロゲン含有ガスに対
    して露出し、少なくとも前記ガスの内の１つを水素キャ
    リアガスと共に前記リアクタ中へ流入する工程とを含む
    、アモルファス或いは多結晶シリコンの選択成長法。
  2. （２）選択的にアモルファス或いは多結晶シリコン或い
    はポリシリコンを成長する方法であって、露出されたシ
    リコン領域をその上に有するウェハをＣＶＤリアクタの
    中へ配置する工程と、アモルファスシリコンの選択成長
    には約２００℃から５５０℃の範囲内における温度に、
    あるいはまた多結晶シリコンの選択成長には約５５０℃
    から７５０℃の範囲内における温度に、前記リアクタを
    加熱する工程と、 前記ウェハをシランとハロゲンを含むガスに対して露出
    し、少なくとも前記ガスの内の１つを水素キャリアガス
    と共に前記リアクタ内へ流入する工程とを含む、アモル
    ファス或いは多結晶シリコンの選択成長法。
  3. （３）多結晶シリコンを選択的に成長する方法であって
    、 露出されたシリコン領域をその上に有するウェハをＣＶ
    Ｄリアクタの中へ配置する工程と、前記リアクタを約７
    ５０℃から１０００℃の範囲内にある温度に加熱する工
    程と、 前記ウェハをシリコンとハロゲンを含むガスに対して露
    出し、前記ガスを水素キャリアガスと共に前記リアクタ
    中へ流入する工程とを含む、多結晶シリコンの選択成長
    法。
  4. （４）多結晶シリコンを選択的に成長する方法であって
    、 露出されたシリコン領域をその上に有するウェハをＣＶ
    Ｄリアクタ中へ配置する工程と、 前記リアクタを約８５０℃の温度に加熱しリアクタの圧
    力を約５５Ｔｏｒｒに設定する工程と、１５リッタ／分
    から３２リッタ／分の範囲内の水素流量比で水素キャリ
    アガスと共に前記リアクタ中へ流入するＳｉＣｌ＿４ガ
    スに対して前ウェハを約５分間露出する工程と、及び、 前記ウェハをＳｉＨ＿２Ｃｌ＿２ガスと塩化水素ガスと
    の混合ガスに対して露出する工程とを含む、多結晶シリ
    コンの選択成長法。
JP2107305A 1989-04-24 1990-04-23 アモルフアス或いは多結晶シリコンの選択成長法 Pending JPH02302027A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US342,004 1989-04-24
US07/342,004 US4963506A (en) 1989-04-24 1989-04-24 Selective deposition of amorphous and polycrystalline silicon

Publications (1)

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JPH02302027A true JPH02302027A (ja) 1990-12-14

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US (1) US4963506A (ja)
EP (1) EP0394665A1 (ja)
JP (1) JPH02302027A (ja)

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