JPH0816040B2 - シリコンの分子線成長方法 - Google Patents
シリコンの分子線成長方法Info
- Publication number
- JPH0816040B2 JPH0816040B2 JP63053966A JP5396688A JPH0816040B2 JP H0816040 B2 JPH0816040 B2 JP H0816040B2 JP 63053966 A JP63053966 A JP 63053966A JP 5396688 A JP5396688 A JP 5396688A JP H0816040 B2 JPH0816040 B2 JP H0816040B2
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- JP
- Japan
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- silicon
- growth
- molecular beam
- substrate
- gas
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は原料としてガスソースを用いたシリコンの分
子線成長法に関し、詳しくは選択成長に関するものであ
る。
子線成長法に関し、詳しくは選択成長に関するものであ
る。
（従来の技術） 近年、高速バイポーラ素子、マイクロ波用素子等への
応用を目的として薄いベース層を持つことを特徴とする
シリコン系のバイポーラトランジスタ作成に関する研究
開発が盛んに行われている。予め設計したとうりの不純
物濃度をもつ薄いベース層を作成する場合には膜厚制御
性が良くしかも急峻な不純物プロファイルを有するエピ
タキシャル膜を作成できるシリコンの分子線成長技術が
有効である。しかし従来の固体シリコンソースを電子銃
で加熱する方式の分子線成長方法ではシリコン基板上に
はシリコン膜はエピタキシャル成長するがSiO2膜の上に
もポリシリコンが成長してしまう。このため実際にバイ
ポーラトランジスタデバイスを作る際にSiO2上に付いた
余分なポリシリコンを取り去るプロセスが必要になる。
応用を目的として薄いベース層を持つことを特徴とする
シリコン系のバイポーラトランジスタ作成に関する研究
開発が盛んに行われている。予め設計したとうりの不純
物濃度をもつ薄いベース層を作成する場合には膜厚制御
性が良くしかも急峻な不純物プロファイルを有するエピ
タキシャル膜を作成できるシリコンの分子線成長技術が
有効である。しかし従来の固体シリコンソースを電子銃
で加熱する方式の分子線成長方法ではシリコン基板上に
はシリコン膜はエピタキシャル成長するがSiO2膜の上に
もポリシリコンが成長してしまう。このため実際にバイ
ポーラトランジスタデバイスを作る際にSiO2上に付いた
余分なポリシリコンを取り去るプロセスが必要になる。
また最近発明者等はアプライドフィジックスレター51
巻（1987年）2213ページにおいてシランガスを用いたガ
スソースシリコン分子線成長方法を開発し、これを用い
た場合には部分的に酸化膜パターンを持ったシリコン基
板上において酸化膜の上にはポリシリコンを堆積させる
ことなく露出したシリコン部分にのみ選択的にシリコン
をエピタキシャル成長させることができることを報告し
ている。
巻（1987年）2213ページにおいてシランガスを用いたガ
スソースシリコン分子線成長方法を開発し、これを用い
た場合には部分的に酸化膜パターンを持ったシリコン基
板上において酸化膜の上にはポリシリコンを堆積させる
ことなく露出したシリコン部分にのみ選択的にシリコン
をエピタキシャル成長させることができることを報告し
ている。
（発明が解決しようとする問題点） 従来の固体ソースを用いるシリコン分子線技術ではシ
リコンウエハー上に部分的にSiO2膜のパターンを持った
基板にシリコン膜の成長を行うとシリコン露出部分にシ
リコン膜がエピタキャル成長するだけでなくSiO2膜上に
もポリシリコン膜が成長する。トランジスタ等のデバイ
スを作成する際にはこのポリシリコンを取り去る必要が
ある。このためプロセスが複雑になる。また余分なポリ
シリコンを取り去るためにパターニングが必要となるの
でこの時のマスク合せの際に位置合せ精度の余裕を見込
まなければならず、ベースーエミッタ間の接合部分の面
積を小さくすることを要求される高速バイポーラトラン
ジスタ等の製造プロセスでは不利である。これらの点が
通常の固体ソースを用いた分子線成長法のを半導体製造
プロセスに用いる上で大変に大きな問題点となってい
る。
リコンウエハー上に部分的にSiO2膜のパターンを持った
基板にシリコン膜の成長を行うとシリコン露出部分にシ
リコン膜がエピタキャル成長するだけでなくSiO2膜上に
もポリシリコン膜が成長する。トランジスタ等のデバイ
スを作成する際にはこのポリシリコンを取り去る必要が
ある。このためプロセスが複雑になる。また余分なポリ
シリコンを取り去るためにパターニングが必要となるの
でこの時のマスク合せの際に位置合せ精度の余裕を見込
まなければならず、ベースーエミッタ間の接合部分の面
積を小さくすることを要求される高速バイポーラトラン
ジスタ等の製造プロセスでは不利である。これらの点が
通常の固体ソースを用いた分子線成長法のを半導体製造
プロセスに用いる上で大変に大きな問題点となってい
る。
またシランを用いたガスソースシリコン分子線成長法
ではシランガスが化学的に安定なためにシリコン基板上
にエピタキシャル成長させる際に高い基板温度が必要で
あり、また成長速度も極めて遅い。このためバイポーラ
トランジスタ等の半導体デバイスの作成への応用を考え
た場合には高い基板温度と長い成長時間のために結晶中
に作り込んだドーパントのプロファイルが熱拡散によっ
てぼやけてしまいデバイスの高速動作特性が劣化すると
いった問題点がある。
ではシランガスが化学的に安定なためにシリコン基板上
にエピタキシャル成長させる際に高い基板温度が必要で
あり、また成長速度も極めて遅い。このためバイポーラ
トランジスタ等の半導体デバイスの作成への応用を考え
た場合には高い基板温度と長い成長時間のために結晶中
に作り込んだドーパントのプロファイルが熱拡散によっ
てぼやけてしまいデバイスの高速動作特性が劣化すると
いった問題点がある。
（問題点を解決するための手段） 以上に述べた従来の分子線成長法における問題点、即
ち固体ソースを用いた場合にはシリコン表面にのみシリ
コン膜がエピタキシャル成長しSiO2上にはなにも堆積し
ないという選択性のある成長が不可能であるという問題
点およびシランガスを用いたガスソースシリコン分子線
成長法における成長時の高い基板温度と遅い成長速度に
よるドーピングプロファイルのぼけといった問題点を解
決するために、シリコンの分子線源としてジシランガス
を用いたシリコンのガスソース分子線成長を用いる。
ち固体ソースを用いた場合にはシリコン表面にのみシリ
コン膜がエピタキシャル成長しSiO2上にはなにも堆積し
ないという選択性のある成長が不可能であるという問題
点およびシランガスを用いたガスソースシリコン分子線
成長法における成長時の高い基板温度と遅い成長速度に
よるドーピングプロファイルのぼけといった問題点を解
決するために、シリコンの分子線源としてジシランガス
を用いたシリコンのガスソース分子線成長を用いる。
（作用） ジシランガス分子は基板加熱機構で加熱された基板上
で解離吸着反応を起こしエピタキシャル成長に必要なシ
リコン原子を基板に供給する。ジシラン分子はシラン分
子に比べて化学的に活性であるためにシリコン基板上で
の成長に要する基板温度は低くてすむ。また成長速度も
シランに比べて１桁程度高い。ジシランガス分子を分子
線源に用いた場合これがシリコン膜の成長に寄与するた
めには表面で解離吸着が起こり、シリコン原子を表面で
生成する必要がある。一方ジシラン分子の解離吸着は化
学的に活性な基板表面のダングリングボンドによって促
進されることが、発明者らの実験から分った。シリコン
結晶表面にはこのダングリングボンドが存在するSiO2上
には存在しない。従ってジシランガス分子の解離吸着は
SiO2表面に比べてシリコン表面で圧倒的に促進される。
このためにジシランガス分子を用いた分子線成長法では
選択的な成長が可能となると考えられる。
で解離吸着反応を起こしエピタキシャル成長に必要なシ
リコン原子を基板に供給する。ジシラン分子はシラン分
子に比べて化学的に活性であるためにシリコン基板上で
の成長に要する基板温度は低くてすむ。また成長速度も
シランに比べて１桁程度高い。ジシランガス分子を分子
線源に用いた場合これがシリコン膜の成長に寄与するた
めには表面で解離吸着が起こり、シリコン原子を表面で
生成する必要がある。一方ジシラン分子の解離吸着は化
学的に活性な基板表面のダングリングボンドによって促
進されることが、発明者らの実験から分った。シリコン
結晶表面にはこのダングリングボンドが存在するSiO2上
には存在しない。従ってジシランガス分子の解離吸着は
SiO2表面に比べてシリコン表面で圧倒的に促進される。
このためにジシランガス分子を用いた分子線成長法では
選択的な成長が可能となると考えられる。
本発明者らが実験したところ選択成長は成長条件に大
きく依存することが分った。そして選択成長を行うため
には成長時の基板温度および成長時に基板に供給するジ
シランガス流量を適当に選んでやる必要があることが分
った。これは基板温度が高すぎる場合およびガス流量が
多すぎる場合には解離吸着の起こりにくいSiO2上でもジ
シランの解離およびこれに引続きおこる核形成がひんぱ
んに生じるようになり、このためSiO2上からの熱脱離の
速度に比べて無視できなくなり、SiO2上にもポリシリコ
ン膜が形成されるようになるためと考えられる。すなわ
ち高温においては、ジシランの脱離、解離の率は共に大
きくなるが、ジシランが活性であるために、解離の方が
より増大し、その結果高温では、選択性が得られなくな
ると考えられる。実際にジシランガスソース分子線成長
法において部分的に厚さ１μｍのSiO2膜に覆われたSi
（100）基板上において成長を行い、選択成長が可能で
ある条件を基板温度とジシランガス流量を変化させて調
べた結果を第１図に示す。第１図において○印は選択成
長が可能である場合、×印は選択成長が起こらない場合
を示している。図から明らかなように基板温度700℃程
度以下において0.5sccm程度以下のジシランガスを供給
した場合には完璧な選択成長が実現される。この結果か
らも明らかなようにジシランガスソース分子線成長法に
おいては基板温度およびジシランガス流量を下げてSiO2
上のポリシリコン膜成長を抑えたような条件下において
選択成長が可能である。
きく依存することが分った。そして選択成長を行うため
には成長時の基板温度および成長時に基板に供給するジ
シランガス流量を適当に選んでやる必要があることが分
った。これは基板温度が高すぎる場合およびガス流量が
多すぎる場合には解離吸着の起こりにくいSiO2上でもジ
シランの解離およびこれに引続きおこる核形成がひんぱ
んに生じるようになり、このためSiO2上からの熱脱離の
速度に比べて無視できなくなり、SiO2上にもポリシリコ
ン膜が形成されるようになるためと考えられる。すなわ
ち高温においては、ジシランの脱離、解離の率は共に大
きくなるが、ジシランが活性であるために、解離の方が
より増大し、その結果高温では、選択性が得られなくな
ると考えられる。実際にジシランガスソース分子線成長
法において部分的に厚さ１μｍのSiO2膜に覆われたSi
（100）基板上において成長を行い、選択成長が可能で
ある条件を基板温度とジシランガス流量を変化させて調
べた結果を第１図に示す。第１図において○印は選択成
長が可能である場合、×印は選択成長が起こらない場合
を示している。図から明らかなように基板温度700℃程
度以下において0.5sccm程度以下のジシランガスを供給
した場合には完璧な選択成長が実現される。この結果か
らも明らかなようにジシランガスソース分子線成長法に
おいては基板温度およびジシランガス流量を下げてSiO2
上のポリシリコン膜成長を抑えたような条件下において
選択成長が可能である。
（実施例） 以下図面を用いて詳細に説明する。第２図は、本発明
の実施例を説明するための装置概要図である。シリコン
基板上に部分的にSiO2膜のパターンを持ち、シリコン露
出部のみに選択的にシリコン薄膜のガスソース分子線成
長を行う場合の実施例である。ソースガスとしてジシラ
ンを用いた場合の概略を示してある。この場合シリコン
の分子線源はジシランガスボンベからガス導入バルブ、
ガスセルを通して成長室内に導かれるジシランガス分子
線である。
の実施例を説明するための装置概要図である。シリコン
基板上に部分的にSiO2膜のパターンを持ち、シリコン露
出部のみに選択的にシリコン薄膜のガスソース分子線成
長を行う場合の実施例である。ソースガスとしてジシラ
ンを用いた場合の概略を示してある。この場合シリコン
の分子線源はジシランガスボンベからガス導入バルブ、
ガスセルを通して成長室内に導かれるジシランガス分子
線である。
作用の項の第１図は詳しく説明したようにジシランガ
スソース分子線成長法においては基板温度700℃程度以
下、ジシランガス流量0.5sccm程度以下で完全な選択成
長が実現される。本実施例ではこの選択成長のための条
件の中の一例として以下のような条件で成長をおこなっ
た場合を説明する。成長室内にジシランガスを0.5sccm
導入する。この時成長室内真空度は１×10-5Torrであり
ガス分子の平均自由行程は成長室内の大きさよりも十分
長いためガス分子は成長室内で直線的に運動し、分子の
解離反応は基板表面でのみ起こるため、上述の選択的な
分子線成長がおこる。成長時の基板温度は650℃とし
た。なお、成長前の基板処理として化学エッチングの後
ブランソン洗浄を行い表面に薄い酸化膜を形成させた
後、成長室に導入し、高真空中で、900℃以上10分間加
熱し、表面を清浄化した。用いたのは、シリコンの（10
0）基板である。以上の条件で成長を２時間行った。本
実施例においてガスソース分子線成長法における選択成
長を確認するための実験において基板とし用いたシリコ
ンウエハーの構造を図２に示す。図２に示されたように
ウエバー内には露出したシリコン部分とその上に部分的
に形成された１μｍ厚のSiO2被覆部がある。この上に本
実施例において成長を行った後の結果を図３に示す。図
３は図２に示した基板上にガスソース分子線成長を行っ
た後、基板をへきかいしてその断面を走査型電子顕微鏡
で観察した結果の模式図である。第３図から明らかなよ
うにジシランを用いたガスソース分子線成長法では露出
したシリコン部分にはシリコン膜がエピタキシャル成長
するSiO2被覆部には全く成長しない。すなわち完全な選
択成長が行われていることがわかる。なお、成長時の成
長室の真空度は３×10-6〜１×10-5torrの範囲で、成長
可能なことを確かめた。
スソース分子線成長法においては基板温度700℃程度以
下、ジシランガス流量0.5sccm程度以下で完全な選択成
長が実現される。本実施例ではこの選択成長のための条
件の中の一例として以下のような条件で成長をおこなっ
た場合を説明する。成長室内にジシランガスを0.5sccm
導入する。この時成長室内真空度は１×10-5Torrであり
ガス分子の平均自由行程は成長室内の大きさよりも十分
長いためガス分子は成長室内で直線的に運動し、分子の
解離反応は基板表面でのみ起こるため、上述の選択的な
分子線成長がおこる。成長時の基板温度は650℃とし
た。なお、成長前の基板処理として化学エッチングの後
ブランソン洗浄を行い表面に薄い酸化膜を形成させた
後、成長室に導入し、高真空中で、900℃以上10分間加
熱し、表面を清浄化した。用いたのは、シリコンの（10
0）基板である。以上の条件で成長を２時間行った。本
実施例においてガスソース分子線成長法における選択成
長を確認するための実験において基板とし用いたシリコ
ンウエハーの構造を図２に示す。図２に示されたように
ウエバー内には露出したシリコン部分とその上に部分的
に形成された１μｍ厚のSiO2被覆部がある。この上に本
実施例において成長を行った後の結果を図３に示す。図
３は図２に示した基板上にガスソース分子線成長を行っ
た後、基板をへきかいしてその断面を走査型電子顕微鏡
で観察した結果の模式図である。第３図から明らかなよ
うにジシランを用いたガスソース分子線成長法では露出
したシリコン部分にはシリコン膜がエピタキシャル成長
するSiO2被覆部には全く成長しない。すなわち完全な選
択成長が行われていることがわかる。なお、成長時の成
長室の真空度は３×10-6〜１×10-5torrの範囲で、成長
可能なことを確かめた。
なお本実施例ではSiO2膜のパターンを持ったシリコン
基板上の選択成長について示したが、本発明は当然Si3N
6膜など、他の被覆膜によってSi基板を覆ってあっても
選択成長は可能である。
基板上の選択成長について示したが、本発明は当然Si3N
6膜など、他の被覆膜によってSi基板を覆ってあっても
選択成長は可能である。
（発明の効果） 以上詳しく説明したようにジシランガスを用いたガス
ソースシリコン分子線エピタキシャル成長法を用いれば
SiO2被覆部にはシリコンを堆積させることなくシリコン
露出部分にだけ選択的にシリコン膜をエピタキシャル成
長させることが可能である。
ソースシリコン分子線エピタキシャル成長法を用いれば
SiO2被覆部にはシリコンを堆積させることなくシリコン
露出部分にだけ選択的にシリコン膜をエピタキシャル成
長させることが可能である。
さらに基板温度が低い場合に選択性が得られるので、
低温プロセスが必要なデバイスの作製などに応用でき
る。
低温プロセスが必要なデバイスの作製などに応用でき
る。
第１図は本発明の作用を説明するためのジシランガスを
ガスソースとして用いたシリコン分子線成長法における
選択成長が可能な条件を示した図、第２図は本発明の実
施例を説明するためのジシランガスをガスソースとして
用いたシリコン分子線成長法の装置概略図、第３図は本
発明の効果を示すために用いたシリコン基板の構造の模
式図で、（イ）は基板の表面、（ロ）は基板の断面を示
す図、第４図は本発明の効果を示すために実際に第３図
に示した基板上にジシランガスを用いたガスソース分子
線成長法で成長させたものの断面を走査型電子顕微鏡で
観察した結果の模式図である。 図において、１は成長室、２、７、12はシリコン（10
0）基板、３はガスセル、４は基板加熱機構、５はガス
導入管バルブ、６はジシランボンベ、８、13はシリコン
露出部、９、11はSiO2被覆部、10はシリコンエピタキシ
ャル成長膜である。
ガスソースとして用いたシリコン分子線成長法における
選択成長が可能な条件を示した図、第２図は本発明の実
施例を説明するためのジシランガスをガスソースとして
用いたシリコン分子線成長法の装置概略図、第３図は本
発明の効果を示すために用いたシリコン基板の構造の模
式図で、（イ）は基板の表面、（ロ）は基板の断面を示
す図、第４図は本発明の効果を示すために実際に第３図
に示した基板上にジシランガスを用いたガスソース分子
線成長法で成長させたものの断面を走査型電子顕微鏡で
観察した結果の模式図である。 図において、１は成長室、２、７、12はシリコン（10
0）基板、３はガスセル、４は基板加熱機構、５はガス
導入管バルブ、６はジシランボンベ、８、13はシリコン
露出部、９、11はSiO2被覆部、10はシリコンエピタキシ
ャル成長膜である。
Claims (1)
- 【請求項１】シリコンの分子線成長方法において部分的
に被覆膜が形成されたシリコン基板上にジシランを原料
ガスとして用いたガスソースシリコン分子線成長法によ
って被覆膜で覆われずに露出しているシリコン基板部分
に、選択的にシリコン膜をエピタキシャル成長させるこ
とを特徴とするシリコンの分子線成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63053966A JPH0816040B2 (ja) | 1988-03-07 | 1988-03-07 | シリコンの分子線成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63053966A JPH0816040B2 (ja) | 1988-03-07 | 1988-03-07 | シリコンの分子線成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01226791A JPH01226791A (ja) | 1989-09-11 |
| JPH0816040B2 true JPH0816040B2 (ja) | 1996-02-21 |
Family
ID=12957410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63053966A Expired - Lifetime JPH0816040B2 (ja) | 1988-03-07 | 1988-03-07 | シリコンの分子線成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0816040B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104018215A (zh) * | 2014-06-12 | 2014-09-03 | 中山大学 | 一种选择区域外延生长界面保护方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06105687B2 (ja) * | 1986-06-11 | 1994-12-21 | 富士通株式会社 | 分子線結晶成長装置 |
| JPS63129612A (ja) * | 1986-11-20 | 1988-06-02 | Fujitsu Ltd | 気相成長方法 |
| JPH0777203B2 (ja) * | 1987-03-27 | 1995-08-16 | 東亞合成株式会社 | シリコン単結晶膜を有するサファイア基板の製造方法 |
-
1988
- 1988-03-07 JP JP63053966A patent/JPH0816040B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01226791A (ja) | 1989-09-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080221 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090221 Year of fee payment: 13 |