JPS6330398A - エピタキシャル成長法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、シリコンの気相エピタキシャル成長法に関し
、詳しくは弗化ジシランを含む原料ガスからのフォトエ
ピタキシャル成長法に係るもので、特に＾密度ＬＳＩ用
のエピタキシャルウェハの生産に利用されるものである
。

（従来の技術） ＬＳＩデバイスの微細化と高性能化は急速な発展を続け
ており、エピタキシャル成長技術においてはサブミクロ
ン膜厚の均一化、高品質化が要求されている。　従来の
熱エネルギーのみを用いるシリコンの一般的なエピタキ
シャル成長方法では、１０００〜１２００℃という高温
で、シランの熱分解反応又は塩化シランの水素還元反応
を利用してエピタキシャル成長反応を行っている。　こ
のような高温プロセスでは、不純物のオートドーピング
や固相拡散によって、エピタキシャル層の不純物１Ｍ１
度にだれが生じ、それがエピタキシャルウェハにとって
高品質化の妨げとなっている。　また、ウエハの大口径
化に伴い、このような高温プロセスによるスリップ欠陥
の発生も新たな障害になってきている。

いままでにも、高温成長における問題を回避する低温エ
ピタキシャル成長のプロセスとして、モレキュラービー
ムエピタキシー、ラジカルビームエピタキシー、プラズ
マエピタキシー、フォトエピタキシーなどが提案されて
いる。　モレキュラービームエピタキシーとラジカルビ
ームエピタキシーでは５００℃以下という低温までエピ
タキシャル成長が実現されているが、超高真空の系を必
要とするので、シリコンのホモエピタキシャル成長にお
いてはウェハコストの上昇となって実用的でない。　プ
ラズマエピタキシーでは、超高真空の系を必要とはしな
いが、生成したイオン種の基板へのダメージが問題とな
っていて高品質化の解決とはならない。

フォトエピタキシーは最近活発に研究されており、低温
化への有望な一手段であるが、そのシラン、ジシランを
原料ガスとし紫外光を照射する系では、シリコン基板上
の自然酸化膜を除去するために高温熱処理を施す必要が
あり、エピタキシャル成長自体の温度は低温化できても
自然酸化膜除去工程を含むプロセス全体の低温化には至
っていない。　またフォトエピタキシーの別の系として
、弗化シラン（Ｓ！　Ｆ２　Ｆ２　）　、ジシラン、Ｆ
２を原料ガスとして用い水銀光増感反応により１Ｔ　ｏ
ｒｒの圧力下で全プロセス２００℃以下という低温での
エピタキシャル成長をさせることはできるが、系内に重
金属であるＨＱが含まれているため、ライフタイムなど
素子特性に悪影響を与えるおそれがある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、シリコンの気相エピタキシャル成長に
おいて、超高真空を必要としない系であるとともに、成
長温度のみならず全プロセスを低温化し、高品質のエピ
タキシャル膜を成長させるプロセスを提供することであ
る。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段と作用）本発明ではシリ
コンの気相エピタキシャル成長の反応ガスとして弗化ジ
シラン＜Ｓｆ　２　ＨＸ　Ｆｇ−ｘ。

ただり、ｘ＝０〜５）とジシラン（Ｓｉ　２Ｈ，）と水
素（Ｆ２）を用い、前二者の許容遷移の吸収帯に相当す
る紫外光を発するランプを具備するエピタキシャル成長
炉で、フォトエピタキシャル成長を行う。　このエピタ
キシャル成長は基板温度が５００〜９００℃という低温
度で行える。　紫外光の照射はＳ！　２１−１＝　、Ｓ
ｉ　２　ＨＸ　Ｆｆｒｘ（Ｘ　＝　０〜５の整数）の分
解を促進させる。　Ｓ！２ＨｘＦｓ−ｘの作用は、還元
によって低温エピタキシャル成長原料として動くと同時
に、低温成長における分解過程で生じたＦ原子の基板洗
浄効果を利用するものである。　また３１２８ｇの作用
は低温エピタキシャル成長の成長速度を増大させるため
のものである。

（実施例） 本発明の実施例としで、ヘキサフロ１−１ジシラン（こ
う！　２Ｆ　６　）　Ｎジシラン（Ｓｉ　２Ｈ８）およ
び水素（Ｆ２）を原料とした場合について説明する。

第１図は本発明方法に使用できる縦型反応装置の概略図
で、１は合成石英製のペルジャー、２はウェハ３を載置
するサセプター、４はガス制御装置５により流けを制御
して導入するガス流入口、６は減圧と反応済みガスを排
出するガス排出口で、ウェハ３の加熱方式は加熱コイル
７による高周波加熱方式である。　本装置では光源８と
して、１８４９人および２５３７スに共鳴線を発する低
圧水銀ランプを用いている（ヘキサ７Ｃ１（］ジシラン
などの弗化ジシランとジシランの許容遷移の吸収に相当
するのは１８４９１の波長である）。　なお反応容器は
光源からの光が透過する部分だけに合成石英を用いれば
よい。

反応では、全プロレスの温度を６００℃に固定して、原
料ガスの３　ｉ　２　Ｈ６流量を一定にするとともに、
添加する３ｉ２Ｆｓ流聞を変化させた場合、８１□Ｆ６
流但の３ｉ２Ｈ６流量に対する流量比が０〜５倍の範囲
ではポリシリコンがデポジションする。　流量比が５倍
を越えたところからポリシリコンから徐々に単結晶シリ
コンが成長し、流ｍ比が１０〜３０の範囲で良好に単結
晶の膜が成長する。　なお、流口比が３０を超えると成
長速度が低下する。　本発明のように原料ガスとして弗
化ジシランを用いず、３　ｉ　２　Ｈｇのみの場合は、
全プロセス温度６００℃では３！２８ｇの流量を変化さ
せたり、Ｈ２アニール、トＩｃＩエッチ時間を変化（０
〜３０ｍ１ｎ　）させたりしても単結晶は成長しない。

以上のように原料ガスにＳｉ　２Ｆ６を導入し、低圧水
銀ランプを照射するとともに流量化を適当に設定するこ
とにより、全プロセスを５００〜９００℃の範囲の温度
に固定しても、単結晶のエピタキシャル膜が成長した。

　これはｓ＋　２Ｆ６が低圧水銀ランプの発する１８４
９Ｘを吸収し、分解反応して生成したＦ原子がシリコン
の自然酸化膜を剥離し、シリコン基板を正常化している
と考えられ、弗化ジシランの原料ガス採用が全プロセス
低温化への必要不可欠の条件である。

また、この実施例では弗化ジシランとして、３＋２Ｆ、
を採用したが、３　ｉ　２　ＨＸ　Ｆｌｉ−ｘで表され
るずべての弗化ジシランは低圧水銀ランプを光源として
反応させることができる。

［発明の効果１ 本発明によれば、原料ガスとして弗化ジシラン（Ｓｉ２
ト１−Ｆｔ；−ｘ、ただしＸは０〜５の整数）、ジシラ
ン及び水素を用いたことにより、自然酸化膜除去工程を
含めて全プロセスの低温化が達成できる。　産業レベル
で利用されている熱分解法やシラン、ジシランを用いた
フォトエピタキシーが１０００℃以上の全プロセスの最
高温度を要するのに対して、本発明方法は全プロセスに
おいて成ｆｆ＋ｍ度として採用する５００〜９００℃以
上に上昇させる必要がない。　そして、全プロセスが低
温化された結果、昇ｉｍの際に発生するスリップなど結
晶の欠陥はみ゛られなかった。　また、成長温度が低温
化されたことにより、不純物濃度分布の深さ方向のプロ
ファイルは急峻になり、高品質化が達成できた。

また、モレキュラービームエピタキシー、ラジカルビー
ムエピタキシーなどは全プロセス中の最高温度が８００
℃以下と本発明方法と同様低温化されているが、本発明
方法ではさらに超高真空を要しないため、スルーブツト
が格段に優れていること、装置の保守が容易であること
など、量産性、コストなどの面から実用的であることは
容易に理解できよう。

さらに、従来の水銀光増感を用いる方法は、前述したよ
うに重金属である水銀を系内に導入するため、素子特性
に悪影響を及ぼす可能性があるが、本発明方法では光照
射による解離を利用するため、きれいな系でエピタキシ
ャル成長が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例で使用したエピタキシャル成長装
置の構造概念図である。 １・・・ペルジャー、　３・・・ウェハ、　４・・・ガ
ス流入口、　７・・・加熱コイル、　８・・・光源（低
圧水銀ランプ）。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　成長温度に保持した基板上に原料ガスを流してシリ
   コンの気相エピタキシャル成長反応をさせるにあたり、
   一般式Ｓｉ＿２Ｈ＿ｘＦ＿６＿−＿ｘ（ｘは０〜５の整
   数）のなかから選ばれる１種以上の弗化ジシラン、ジシ
   ラン及び水素を原料ガスとし、弗化ジシラン又はジシラ
   ンの電子許容遷移に伴う吸収のうち、長波長側吸収より
   も短い波長の光を照射して、エピタキシャル成長を行う
   ことを特徴とするエピタキシャル成長法。 ２　エピタキシャル成長時の成長温度が５００〜９００
   ℃の範囲である特許請求の範囲第１項記載のエピタキシ
   ャル成長法。 ３　弗化ジシランの流量がジシランの流量の１０〜３０
   倍の範囲である特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
   エピタキシャル成長法。