JPH04127522A - 半導体多結晶の選択的成長方法 - Google Patents
半導体多結晶の選択的成長方法Info
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- JPH04127522A JPH04127522A JP24915590A JP24915590A JPH04127522A JP H04127522 A JPH04127522 A JP H04127522A JP 24915590 A JP24915590 A JP 24915590A JP 24915590 A JP24915590 A JP 24915590A JP H04127522 A JPH04127522 A JP H04127522A
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Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
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。
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）
本発明は半導体結晶成長方法に関し、特にシリコン基板
上に選択的に多結晶シリコンを成長させる方法に関する
。
上に選択的に多結晶シリコンを成長させる方法に関する
。
（従来の技術）
半導体成膜プロセスの一つにシリコンの選択成長技術が
ある。これは、シリコン基板上に酸化膜あるいは窒化膜
を堆積し、その一部を除去することにより基板表面の一
部分のみを露出させる。このように基板表面が露出した
部分にのみ選択的にシリコンを成長させる技術である。
ある。これは、シリコン基板上に酸化膜あるいは窒化膜
を堆積し、その一部を除去することにより基板表面の一
部分のみを露出させる。このように基板表面が露出した
部分にのみ選択的にシリコンを成長させる技術である。
このような構造を作ることにより、非常に微細な素子分
離を実現することが出来る。従来、選択成長を実現する
ために、幾つかの方法が取られてきた。その一つは、５
ｉＨ２ＣＩ２などの塩化シリコン系ガスを原料とした成
長中に、ＭＣＩを添加することにより、マスク材として
用いた酸化膜の上にはシリコンは成長しないが、基板表
面が露出した部分には、シリコンが選択的に成長させる
方法である。あるいは、基板温度を高くすることにより
、ＳｉＨ４／Ｈ２系を用いて選択成長が実現されている
。最近では、成長圧力を下げることにより、ＳｉＨ４あ
るいはＳｉ２Ｈ６などの原料ガスとシリコン基板表面と
の直接反応を利用することにより選択成長を実現してい
る。
離を実現することが出来る。従来、選択成長を実現する
ために、幾つかの方法が取られてきた。その一つは、５
ｉＨ２ＣＩ２などの塩化シリコン系ガスを原料とした成
長中に、ＭＣＩを添加することにより、マスク材として
用いた酸化膜の上にはシリコンは成長しないが、基板表
面が露出した部分には、シリコンが選択的に成長させる
方法である。あるいは、基板温度を高くすることにより
、ＳｉＨ４／Ｈ２系を用いて選択成長が実現されている
。最近では、成長圧力を下げることにより、ＳｉＨ４あ
るいはＳｉ２Ｈ６などの原料ガスとシリコン基板表面と
の直接反応を利用することにより選択成長を実現してい
る。
しかしながら、本方法をコンタクトホールの埋め込みに
応用した場合、成長表面にファセットが形成され、平担
な膜が得られない。このため、その上に堆積させるアル
ミ等とのコンタクト不良が生じる。そこで、ファセット
面が形成されない多結晶を選択的に成長させることが要
求されている。従来、選択成長に際して、不純物を大量
にドーピングすることにより、成長層を多結晶化させ、
多結晶を選択的に成長させている。
応用した場合、成長表面にファセットが形成され、平担
な膜が得られない。このため、その上に堆積させるアル
ミ等とのコンタクト不良が生じる。そこで、ファセット
面が形成されない多結晶を選択的に成長させることが要
求されている。従来、選択成長に際して、不純物を大量
にドーピングすることにより、成長層を多結晶化させ、
多結晶を選択的に成長させている。
（発明が解決しようとする課題）
選択成長技術を用いると、シリコン基板のような単結晶
の上には、単結晶が成長する。多結晶を選択的に成長さ
せるには、選択成長中に不純物を成長温度に於ける同容
限界以上にドーピングすることにより多結晶化させるこ
とが試みられている。しかしながら、ドーピング量が多
くなると成長速度が低下する、あるいは表面が荒れるな
どの問題がある。さらに、多結晶化させるために、ドー
ピングを行う必要があるため、不純物が添加されていな
い多結晶を選択的に成長することが出来ないといった問
題が生じる。
の上には、単結晶が成長する。多結晶を選択的に成長さ
せるには、選択成長中に不純物を成長温度に於ける同容
限界以上にドーピングすることにより多結晶化させるこ
とが試みられている。しかしながら、ドーピング量が多
くなると成長速度が低下する、あるいは表面が荒れるな
どの問題がある。さらに、多結晶化させるために、ドー
ピングを行う必要があるため、不純物が添加されていな
い多結晶を選択的に成長することが出来ないといった問
題が生じる。
本発明の目的は、このような従来の欠点を除去して、低
温で選択的に多結晶膜を堆積させることが可能となる半
導体成長方法を提供することである。
温で選択的に多結晶膜を堆積させることが可能となる半
導体成長方法を提供することである。
（課題を解決するための手段）
本発明は、化学気相成長（ＣＶＤ）法によるシリコン結
晶の選択成長に於て、成長直前に加熱した基板表面を炭
化水素系ガスにさらし、その後従来の選択成長技術を用
いることによりシリコン基板上に選択的に多結晶シリコ
ンを成長させることができる。
晶の選択成長に於て、成長直前に加熱した基板表面を炭
化水素系ガスにさらし、その後従来の選択成長技術を用
いることによりシリコン基板上に選択的に多結晶シリコ
ンを成長させることができる。
（作用）
従来の選択成長において、単結晶シリコンが選択成長す
る理由は次のような理由による。通常の化学気相成長法
においては、原料ガスが気相中で分解し、水素あるいは
塩素とシリコン原子からなる反応活性種とよばれる成長
に最も寄与する分子が生成される。この分子が表面に吸
着し、その後表面反応が起こり表面から塩素や水素が離
脱することにより膜が堆積していく。この反応活性種は
非常に活性であり、他の分子と容易に反応する。
る理由は次のような理由による。通常の化学気相成長法
においては、原料ガスが気相中で分解し、水素あるいは
塩素とシリコン原子からなる反応活性種とよばれる成長
に最も寄与する分子が生成される。この分子が表面に吸
着し、その後表面反応が起こり表面から塩素や水素が離
脱することにより膜が堆積していく。この反応活性種は
非常に活性であり、他の分子と容易に反応する。
その結果、気相中で原料ガスなどと反応し、シリコンク
ラスタなどを形成する。このように形成されたシリコン
クラスタが、−皮酸化膜表面に吸着すると容易に離脱す
ることが出来ない。この結果、酸化膜上にもシリコンが
堆積し選択性が失われる。選択性を得るためにはＨＣＩ
で酸化膜上に吸着したシリコンクラスタを除去するか、
成長温度を高くして酸化膜とシリコンクラスタを反応さ
せて除去する必要がある。あるいは、成長圧力を下げて
分子線領域にすることにより、原料ガスが気相中で分解
することをおさえることができる。−方、このように気
相中での核生成を抑制することにより、１）エピタキシ
ャル成長を阻害する大きな要因がなくなる、２）ＨＣＩ
を添加することにより、成長過程とエツチング過程が競
合し、表面では平衡反応に近くなるなどの原因により、
結晶性が良くなりエピタキシャル成長がおこる。このよ
うに、選択性と結晶性には大きな関係があり、選択性を
良くすることにより、結晶性が良くなり単結晶化する。
ラスタなどを形成する。このように形成されたシリコン
クラスタが、−皮酸化膜表面に吸着すると容易に離脱す
ることが出来ない。この結果、酸化膜上にもシリコンが
堆積し選択性が失われる。選択性を得るためにはＨＣＩ
で酸化膜上に吸着したシリコンクラスタを除去するか、
成長温度を高くして酸化膜とシリコンクラスタを反応さ
せて除去する必要がある。あるいは、成長圧力を下げて
分子線領域にすることにより、原料ガスが気相中で分解
することをおさえることができる。−方、このように気
相中での核生成を抑制することにより、１）エピタキシ
ャル成長を阻害する大きな要因がなくなる、２）ＨＣＩ
を添加することにより、成長過程とエツチング過程が競
合し、表面では平衡反応に近くなるなどの原因により、
結晶性が良くなりエピタキシャル成長がおこる。このよ
うに、選択性と結晶性には大きな関係があり、選択性を
良くすることにより、結晶性が良くなり単結晶化する。
このため、選択成長するシリコン単結晶を多結晶化する
ために、従来のシリコン選択成長中に不純物を高濃度に
ドーピングすることが行われている。不純物を同容限界
以上にドーピングすると、ドーピング量が増大するに伴
って結晶性が劣化し、最後には多結晶化する。しかしな
がら、高濃度ドーピングに起因して、先に述べたような
問題が生じる。
ために、従来のシリコン選択成長中に不純物を高濃度に
ドーピングすることが行われている。不純物を同容限界
以上にドーピングすると、ドーピング量が増大するに伴
って結晶性が劣化し、最後には多結晶化する。しかしな
がら、高濃度ドーピングに起因して、先に述べたような
問題が生じる。
これに対して、成長直前にシリコン表面を炭化水素系ガ
スに晒すと、表面のシリコンの一部が炭素と反応しＳｉ
Ｃが形成される。成長温度が低い場合、シリコンと格子
定数が大きく異なるため多結晶ＳｉＣ層が形成される。
スに晒すと、表面のシリコンの一部が炭素と反応しＳｉ
Ｃが形成される。成長温度が低い場合、シリコンと格子
定数が大きく異なるため多結晶ＳｉＣ層が形成される。
さらにこの上にシリコンを成長させると、シリコン層は
下地の多結晶ＳｉＣの影響を受けて多結晶化する。Ｓｉ
Ｃの上にはシリコンが成長するが、酸化膜の上には成長
しないといった選択性があるため、多結晶シリコンを選
択的に成長させることが可能となる。また、このＳｉＣ
層は非常に薄いこと、Ｎ型Ｐ型どちらのドーピングも可
能なことから、ＳｉＣ層が電気的に大きな影響を与える
ことはない。
下地の多結晶ＳｉＣの影響を受けて多結晶化する。Ｓｉ
Ｃの上にはシリコンが成長するが、酸化膜の上には成長
しないといった選択性があるため、多結晶シリコンを選
択的に成長させることが可能となる。また、このＳｉＣ
層は非常に薄いこと、Ｎ型Ｐ型どちらのドーピングも可
能なことから、ＳｉＣ層が電気的に大きな影響を与える
ことはない。
（実施例）
次に本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説
明する。
明する。
第１図は、本発明の方法に用いられる半導体成長装置の
一例を示す概略構成図である。
一例を示す概略構成図である。
第２図は、本発明に用いられる基板の構造の一例を示す
概略図である。
概略図である。
装置は、成長を行う反応管１．１、シリコン基板１−２
、シリコン基板１−２を保持するためのサセプタ１−３
、基板１−２とサセプタ１−３を加熱するための加熱装
置１−４、ボンベ１−５Ａ、 １−５Ｂ、 １−５Ｃ，
１−５Ｄ、ガスミキサー１−６、流量制御部１−７、減
圧にするためのポンプ１−８から構成されている。成長
装置は、横型減圧ＣＶＤ炉である。原料ガスとしては、
５ｉＨ２Ｃ１２を用いた。炭化水素ガスとしては、１−
Ｃ４Ｈ１０を用いた。
、シリコン基板１−２を保持するためのサセプタ１−３
、基板１−２とサセプタ１−３を加熱するための加熱装
置１−４、ボンベ１−５Ａ、 １−５Ｂ、 １−５Ｃ，
１−５Ｄ、ガスミキサー１−６、流量制御部１−７、減
圧にするためのポンプ１−８から構成されている。成長
装置は、横型減圧ＣＶＤ炉である。原料ガスとしては、
５ｉＨ２Ｃ１２を用いた。炭化水素ガスとしては、１−
Ｃ４Ｈ１０を用いた。
キャリアガスとしては、水素を用いた。成長中にＨＣＩ
を添加することにより選択性を得た。それぞれのガスの
流量は、５０．１．５０００．２ｃｃ／ｍｉｎとした。
を添加することにより選択性を得た。それぞれのガスの
流量は、５０．１．５０００．２ｃｃ／ｍｉｎとした。
基板は、第２図に示すように、シリコン（１００）基板
２−１表面を熱酸化により厚さ約１．ｕｍの酸化膜２−
２を形成し、その一部を通常のウェット法により除去し
て開口部２−３を設けたものを用いた。希釈したＨＦ溶
液（１％）で、開口部２−３表面の自然酸化膜を除去し
、水洗いした後、装置にセットした。ロータリーポンプ
１−８で真空排気することにより、成長中の圧力を２５
Ｔｏｒｒとした。表面の炭化は、７００度、５分間、１
−Ｃ４Ｈ１０にさらすことにより行った。その後、１−
Ｃ４Ｈ１０を止め、５ｉＨ２Ｃ１２、水素、ＨＣＩを流
し８００°Ｃで、３０分成長した後、光学顕微鏡により
表面を観察することにより選択性を調べた。その結果、
炭化を行わなかった場合には、単結晶が選択的に成長し
たのに対して、表面を炭化することにより、シリコン基
板表面が露出している部分にのみ選択的に多結晶シリコ
ンが成長していた。多結晶か単結晶かは、成長した多結
晶膜を光学顕微鏡で見ると干渉色が見えるのに対し単結
晶では干渉色が見えないことで識別できる。なお、炭化
層はｌｎｍ以下であり、実用上問題無い程度であった。
２−１表面を熱酸化により厚さ約１．ｕｍの酸化膜２−
２を形成し、その一部を通常のウェット法により除去し
て開口部２−３を設けたものを用いた。希釈したＨＦ溶
液（１％）で、開口部２−３表面の自然酸化膜を除去し
、水洗いした後、装置にセットした。ロータリーポンプ
１−８で真空排気することにより、成長中の圧力を２５
Ｔｏｒｒとした。表面の炭化は、７００度、５分間、１
−Ｃ４Ｈ１０にさらすことにより行った。その後、１−
Ｃ４Ｈ１０を止め、５ｉＨ２Ｃ１２、水素、ＨＣＩを流
し８００°Ｃで、３０分成長した後、光学顕微鏡により
表面を観察することにより選択性を調べた。その結果、
炭化を行わなかった場合には、単結晶が選択的に成長し
たのに対して、表面を炭化することにより、シリコン基
板表面が露出している部分にのみ選択的に多結晶シリコ
ンが成長していた。多結晶か単結晶かは、成長した多結
晶膜を光学顕微鏡で見ると干渉色が見えるのに対し単結
晶では干渉色が見えないことで識別できる。なお、炭化
層はｌｎｍ以下であり、実用上問題無い程度であった。
今回は、５ｉＨ２Ｃ１２／１−Ｃ４Ｈ１０／Ｈ２／ＨＣ
Ｉ系を用いたが、１−Ｃ４Ｈ１０の変わりにＣ３Ｈ５な
どの他のガスを用いても同様な効果が得られる。また、
この実施例ではドーピングを行わなかったが、成長中に
ＰＨ３、Ｂ２Ｈ６などのドーピングガスを流すことによ
り、不純物がドーピングされた多結晶シリコンを選択的
に成長させることが可能である。
Ｉ系を用いたが、１−Ｃ４Ｈ１０の変わりにＣ３Ｈ５な
どの他のガスを用いても同様な効果が得られる。また、
この実施例ではドーピングを行わなかったが、成長中に
ＰＨ３、Ｂ２Ｈ６などのドーピングガスを流すことによ
り、不純物がドーピングされた多結晶シリコンを選択的
に成長させることが可能である。
（発明の効果）
以上、詳細に述べたとおり、本発明による方法を用いる
ことにより、シリコン基板表面を薄く炭化し、その後シ
リコン選択成長を行うことにより、選択的に多結晶シリ
コンを成長することが可能となる。
ことにより、シリコン基板表面を薄く炭化し、その後シ
リコン選択成長を行うことにより、選択的に多結晶シリ
コンを成長することが可能となる。
第１図は、本発明の方法に用いられる半導体成長装置の
一例を示す概略構成図である。 １−１・・・成長を行う反応管、１−２・・・シリコン
基板、１−３・・・シリコン基板１−２を保持するため
のサセプタ、１−４・・・加熱装置、１−５Ａ、１−５
Ｂ、 １−５Ｃ，１−５Ｄ・・・ボンベ、１−６ガスミ
キサー、１−７・・・流量制御部、１−８・・・減圧に
するためのポンプ。 第２図は、本発明に用いられる基板の構造の一例を示す
概略図である。 ２−１・・・シリコン基板、 ２−２・・・酸化膜、 ２−３・・・開口部
一例を示す概略構成図である。 １−１・・・成長を行う反応管、１−２・・・シリコン
基板、１−３・・・シリコン基板１−２を保持するため
のサセプタ、１−４・・・加熱装置、１−５Ａ、１−５
Ｂ、 １−５Ｃ，１−５Ｄ・・・ボンベ、１−６ガスミ
キサー、１−７・・・流量制御部、１−８・・・減圧に
するためのポンプ。 第２図は、本発明に用いられる基板の構造の一例を示す
概略図である。 ２−１・・・シリコン基板、 ２−２・・・酸化膜、 ２−３・・・開口部
Claims (1)
- 減圧化学気相成長法によるシリコン結晶の選択成長にお
いて、成長に先立って炭化水素系ガスに加熱した基板表
面をさらし、その後シリコン選択成長技術を用いること
により、シリコン基板上に選択的に多結晶シリコンを成
長させることを特徴とする半導体多結晶の選択的成長方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24915590A JPH04127522A (ja) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | 半導体多結晶の選択的成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24915590A JPH04127522A (ja) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | 半導体多結晶の選択的成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04127522A true JPH04127522A (ja) | 1992-04-28 |
Family
ID=17188725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24915590A Pending JPH04127522A (ja) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | 半導体多結晶の選択的成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04127522A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005340816A (ja) * | 2004-05-21 | 2005-12-08 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 最新デバイス用の多結晶ＳｉＧｅ接合 |
-
1990
- 1990-09-19 JP JP24915590A patent/JPH04127522A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005340816A (ja) * | 2004-05-21 | 2005-12-08 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 最新デバイス用の多結晶ＳｉＧｅ接合 |
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