JPH0733315B2 - Epitaxial growth method - Google Patents
Epitaxial growth methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光励起気相成長法（以下、光CVD法とい
う）によって基板表面にシリコンをエピタキシャル成長
させるエピタキシャル成長方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an epitaxial growth method for epitaxially growing silicon on a substrate surface by a photo-excited vapor phase epitaxy method (hereinafter referred to as a photo CVD method).
例えばシリコン基板の表面にシリコンをエピタキシャル
成長させる場合、従来の熱CVD法においては、基板を約9
00℃以上の高温に加熱し、これによって反応ガス（原料
ガスともいう）を熱分解して基板表面にエピタキシャル
成長させている。ところがこのような高温プロセスにお
いては、基板の反り、結晶欠陥の生成、膜応力の増加等
の有害な影響がある。For example, when epitaxially growing silicon on the surface of a silicon substrate, the conventional thermal CVD method requires about 9
By heating to a high temperature of 00 ° C. or higher, a reaction gas (also referred to as a source gas) is thermally decomposed and epitaxially grown on the substrate surface. However, such a high temperature process has harmful effects such as substrate warpage, generation of crystal defects, and increase in film stress.
そのため、基板温度（即ちエピタキシャル成長温度）の
低温化（例えば800〜850℃程度以下）が要望されてお
り、その一手段として光CVD法の利用が種々試みられて
いる。Therefore, there is a demand for lowering the substrate temperature (that is, the epitaxial growth temperature) (for example, about 800 to 850 ° C. or lower), and various methods of utilizing the photo-CVD method have been attempted as one means.
例えば、ArFエキシマレーザーを用いたモノシラン（S
iH4）の励起による膜形成（例えば、レーザー学会研究
報告、RTM−85−29、p15〜20、′85）、Hg−Xeランプ
を用いたジシラン（Si2H6）の直径励起によるエピタキ
シャル成長（例えば、オプトロニクス、No.10、p61−6
4、′85）、モノシランガスに微量の水銀を添加して
低圧水銀ランプを用いて励起する水銀増感反応法（例え
ば、オプトロニクス、No.8、p41〜42、′85）、等が提
案報告されている。For example, monosilane (S using ArF excimer laser
iH 4 ) film formation by excitation (for example, Laser Society research report, RTM-85-29, p15-20, '85), epitaxial growth by diameter excitation of disilane (Si 2 H 6 ) using Hg-Xe lamp ( For example, Optronics, No.10, p61-6
4, '85), a mercury-sensitized reaction method in which a trace amount of mercury is added to monosilane gas and excited by using a low-pressure mercury lamp (eg, Optronics, No. 8, p41-42, '85), etc. have been proposed and reported. ing.
上記〜の方法においては、従来の熱CVD法に比べて
基板温度を幾分下げられるという効果が得られている。The methods (1) to (3) have the effect that the substrate temperature can be lowered to some extent as compared with the conventional thermal CVD method.
しかしながら、およびの方法においては、エピタキ
シャル膜の成長速度が遅い（例えば0.5〜0.7μm/minし
かない）という欠点がある。However, the methods (1) and (2) have a drawback that the growth rate of the epitaxial film is slow (for example, only 0.5 to 0.7 μm / min).
また、の方法においては、膜成長速度は、のよう
な直接励起法の数倍〜数十倍得られるけれども、原料に
使用する水銀は毒物に指定されていて（「毒物及び劇物
取締法」）その取扱いおよび廃棄物処理等において特別
の配慮を払う必要があり、安全衛生および公害等の面か
ら大きな問題がある。In addition, in the method, although the film growth rate is several to several tens of times higher than that of the direct excitation method such as, mercury used as a raw material is designated as a poison (“Poisonous and Deleterious Substances Control Law”). ) Special care must be taken in its handling and waste treatment, and there are major problems in terms of health and safety and pollution.
そこでこの発明は、光CVD法による方法であって、水銀
を使用することなく、基板温度の低温化と膜成長速度の
改善を図ることができるエピタキシャル成長方法を提供
することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide an epitaxial growth method, which is a method by the photo-CVD method and can reduce the substrate temperature and improve the film growth rate without using mercury.
この発明のエピタキシャル成長方法は、光励起気相成長
法によって基板表面にシリコンをエピタキシャル成長さ
せる方法において、反応ガスとして、ジシランおよびモ
ノシランの少なくとも一方を含むガスに塩素ガスを添加
したものを用いることを特徴とする。The epitaxial growth method of the present invention is characterized in that, in the method of epitaxially growing silicon on the surface of a substrate by the photoexcited vapor phase epitaxy method, a gas containing at least one of disilane and monosilane, to which chlorine gas is added, is used. .
上記のような反応ガスを用いれば、塩素ガスを添加しな
い場合に比べて、基板温度を下げられると共に膜成長速
度も改善できることを見出した。これは、次式に示すよ
うに、塩素ガス（Cl2）が光（エネルギーｈν）によっ
て励起されて反応性の高い塩素ラジカル（Cl＊）が生成
され（（１）式）、この塩素ラジカルと光の複合作用に
よりジシランおよび／またはモノシランの分解が比較的
低温下で効率的に進行する。（（２）式および／または
（３）式）からであると考えられる。It has been found that the use of the above reaction gas can lower the substrate temperature and improve the film growth rate as compared with the case where chlorine gas is not added. This is because chlorine gas (Cl 2 ) is excited by light (energy hν) to generate a highly reactive chlorine radical (Cl * ) as shown in the following equation (equation (1)). Due to the combined action of light, the decomposition of disilane and / or monosilane efficiently proceeds at a relatively low temperature. (Equation (2) and / or Equation (3)).
この場合、塩素ガスを添加する反応ガスとしては、ジシ
ラン、モノシランあるいは両者の混合ガスのいずれでも
良い。モノシランはジシランに比べて価格が非常に安い
（例えばシリコン１グラム当たりで約1/4〜1/5）ので、
モノシランを用いれば反応ガスの経済性が一層高まる。 In this case, the reaction gas to which chlorine gas is added may be disilane, monosilane, or a mixed gas of both. Monosilane is much cheaper than disilane (eg about 1/4 to 1/5 per gram of silicon),
If monosilane is used, the economical efficiency of the reaction gas is further increased.
反応ガスに添加する塩素ガスのジシランおよび／または
モノシランに対する割合は、それがあまり小さすぎると
添加効果が出ないため、逆にあまり大きすぎると本来の
反応ガスが相対的に減る等のため、例えば0.1％〜５％
（体積％）程度の範囲内にするのが好ましく、より好ま
しくは0.1％〜１％程度の範囲内にするものとする。If the ratio of chlorine gas to the disilane and / or monosilane added to the reaction gas is too small, the effect of addition will not be obtained. On the contrary, if the ratio is too large, the original reaction gas will be relatively reduced. 0.1% to 5%
It is preferably within the range of about (volume%), and more preferably within the range of about 0.1% to 1%.
また、塩素は約330nm付近に電子状態励起に伴う光吸収
の吸収端を持っているため、照射する光としてはその波
長が上記波長以下のものを用いるのが最も好ましいけれ
ども、約200〜約400nm程度の範囲内のものであれば十分
に効果が得られる。Also, since chlorine has an absorption edge of light absorption accompanying electronic state excitation in the vicinity of about 330 nm, it is most preferable to use light having a wavelength of the above wavelength or less as irradiation light, but about 200 to about 400 nm If it is within the range, a sufficient effect can be obtained.
上記のような波長領域の光を得るための光源としては、
例えば紫外線ランプ（例えば低圧水銀ランプ（約250n
m）や高圧水銀ランプ（約370nm,約400nm）等）やレーザ
ー等が採り得る。特に紫外線ランプはレーザーに比べて
安価であるため、それを用いれば経済的効果が一層高ま
る。As a light source for obtaining light in the above wavelength range,
For example, an ultraviolet lamp (for example, a low pressure mercury lamp (about 250n
m), high-pressure mercury lamp (about 370 nm, about 400 nm), laser, etc. In particular, since the ultraviolet lamp is cheaper than the laser, the economic effect is further enhanced by using the ultraviolet lamp.
尚、塩素ガスは「毒物及び劇物取締法」において劇物に
指定されているけれども、毒物に指定されている水銀に
比べれば安全性が高く取扱い等が容易であると言える。Although chlorine gas is designated as a deleterious substance in the "Poisonous and Deleterious Substances Control Law," it can be said that it is safer and easier to handle than mercury, which is designated as a poisonous substance.
第１図は、実施例に使用した装置の一例を示す概略図で
ある。真空ポンプ16によって所定の真空度に排気される
成長室２内に、サセプタ４に保持された基板（例えばシ
リコン基板）８が収納されており、当該基板８はヒータ
６によって所定の温度に加熱されるようになっている。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an apparatus used in the examples. A substrate (for example, a silicon substrate) 8 held by a susceptor 4 is housed in a growth chamber 2 that is evacuated to a predetermined vacuum degree by a vacuum pump 16, and the substrate 8 is heated to a predetermined temperature by a heater 6. It has become so.
成長室２内には、ガス導入管18を経由してガスＧを供給
するようにしている。このガスＧは、この例では、ガス
源20からのジシランガスと、ガス源21からの塩素ガス
と、ガス源22からの水素ガス（キャリヤガス）とを後述
するような割合で混合したものである。尚、24は流量計
である。The gas G is supplied into the growth chamber 2 via the gas introduction pipe 18. In this example, this gas G is a mixture of disilane gas from the gas source 20, chlorine gas from the gas source 21, and hydrogen gas (carrier gas) from the gas source 22 in the proportions described below. . In addition, 24 is a flow meter.
そして高圧水銀ランプ12からの紫外線14を石英窓10を通
して基板８の表面に照射するようにしている。Then, the surface of the substrate 8 is irradiated with the ultraviolet rays 14 from the high pressure mercury lamp 12 through the quartz window 10.
上記のような装置を用いて、シリコン基板上にシリコン
膜をエピタキシャル成長させた結果の一例を第１表に示
す。この場合は、まず成長室２内を10-7Torrオーダーま
で真空引きした後、サセプタ４上に載せた１インチのシ
リコン基板８をヒータ６で予め所定温度まで加熱してお
き、ガスＧをガス圧約20Torr程度で連続して流しつつ、
高圧水銀ランプ12からの紫外線14を基板８に照射した。
この時の照射紫外線14の強度は、約60mW/cm2とした。Table 1 shows an example of the result of epitaxially growing a silicon film on a silicon substrate using the apparatus as described above. In this case, first, the inside of the growth chamber 2 is evacuated to the order of 10 −7 Torr, and then the 1-inch silicon substrate 8 placed on the susceptor 4 is heated by the heater 6 to a predetermined temperature in advance, and the gas G is discharged. While continuously flowing at a pressure of about 20 Torr,
The substrate 8 was irradiated with ultraviolet rays 14 from the high pressure mercury lamp 12.
The intensity of the irradiation ultraviolet ray 14 at this time was about 60 mW / cm 2 .
ケースＩは、比較のためのものであって、ガスＧに塩素
ガスを添加しない従来の光CVD法の場合であり、基板温
度が850℃において膜成長速度は0.17μm/minであった。 Case I is for comparison and is a case of the conventional photo-CVD method in which chlorine gas is not added to the gas G, and the film growth rate is 0.17 μm / min at the substrate temperature of 850 ° C.
一方、ケースII、IIIは本発明に係るものであり、共に
ガスＧ中に塩素ガスを全体の0.01％添加した。その結
果、ケースIIは基板温度がケースＩの場合と同じく850
℃であるが、膜成長速度はケースＩの場合よりもほぼ１
桁高いという結果が得られた。またケースIIIは基板温
度がケースＩの場合に比べて50℃低いにも拘わらず、膜
成長速度はケースＩの場合よりも高いという結果が得ら
れた。いずれも、前述したように、ジシランガスに塩素
ガスを少量添加することによって、塩素ガスが紫外線14
で励起されて反応性の高い塩素ラジカルが生成され、こ
の塩素ラジカルと紫外線14の複合作用によりジシランの
励起分解が促進されたものと考えられる。On the other hand, Cases II and III are related to the present invention, and chlorine gas was added to the gas G in an amount of 0.01% of the whole. As a result, Case II has the same substrate temperature as Case I850.
℃, but the film growth rate is almost 1 more than in case I
The result is orders of magnitude higher. Further, although the substrate temperature in Case III was lower than that in Case I by 50 ° C., the film growth rate was higher than that in Case I. In both cases, as described above, chlorine gas is added to the ultraviolet light by adding a small amount of chlorine gas to disilane gas.
It is considered that the excited decomposition of disilane was promoted by the combined action of this chlorine radical and ultraviolet light 14 to generate a highly reactive chlorine radical.
尚、反応ガスとして、モノシランガスあるいはジシラン
とモノシランの混合ガスに塩素ガスを少量添加したもの
を用いても、上記とほぼ同傾向の効果が得られるのは前
述のとおりである。As described above, even if a small amount of chlorine gas is added to the monosilane gas or the mixed gas of disilane and monosilane as the reaction gas, the effect similar to the above is obtained.
以上のようにこの発明によれば、水銀を使用することな
く、基板温度の低温化と膜成長速度の改善を図ることが
できる。As described above, according to the present invention, the substrate temperature can be lowered and the film growth rate can be improved without using mercury.
第１図は、実施例に使用した装置の一例を示す概略図で
ある。 ２……成長室、６……ヒータ、８……基板、12……高圧
水銀ランプ、14……紫外線、Ｇ……ガス。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an apparatus used in the examples. 2 ... Growth chamber, 6 ... Heater, 8 ... Substrate, 12 ... High-pressure mercury lamp, 14 ... Ultraviolet ray, G ... Gas.
Claims (1)
コンをエピタキシャル成長させる方法において、反応ガ
スとして、ジシランおよびモノシランの少なくとも一方
を含むガスに塩素ガスを添加したものを用いることを特
徴とするエピタキシャル成長方法。1. A method for epitaxially growing silicon on a surface of a substrate by a photo-excited vapor phase epitaxy method, wherein a reaction gas is a gas containing at least one of disilane and monosilane, to which chlorine gas is added. .
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP13153786A JPH0733315B2 (en) | 1986-06-05 | 1986-06-05 | Epitaxial growth method |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP13153786A JPH0733315B2 (en) | 1986-06-05 | 1986-06-05 | Epitaxial growth method |
Publications (2)
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| JPS62288194A JPS62288194A (en) | 1987-12-15 |
| JPH0733315B2 true JPH0733315B2 (en) | 1995-04-12 |
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Family Applications (1)
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| JP13153786A Expired - Lifetime JPH0733315B2 (en) | 1986-06-05 | 1986-06-05 | Epitaxial growth method |
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Families Citing this family (3)
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1986
- 1986-06-05 JP JP13153786A patent/JPH0733315B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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