JPH02102520A - 気相エピタキシヤル成長方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体単結晶基体ウェハ上に半導体薄層を気相
化学反応により形成する気相エピタキシャル法に係り、
特に９００”Ｃ以下の低いプロセス温度で結晶性に秀れ
た気相成長層（エピタキシャル層：エピＭ）を得る気相
エピタキシャル方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体単結晶基体ウェハ、（ウェハ）表面に気相化学反
応によって半導体薄層を形成する気相エピタキシャル（
エビ）成長法はバイポーラＬＳＩの重要な製造プロセス
である。第２図はバイポーラＬＳＩの構成素子の１つで
あるトランジスタの断面説明図である。低抵抗のｎ十型
埋込層を局所的に有するｐ型基体ウェハ１表面にコレク
タ層となるｎ型エピ層２を形成した後、ｐ型ベースｍｒ
　ｎ型エミッタ層、更に素子分離のためのｐ型層を不純
物拡散法によって作る。この後、表面保護膜を形成し、
電極を設けて素子（この場合ｎｐｎトランジスタ）を作
成する。ＬＳＩの高集積化、高速化にしたがって前記半
導体素子は増々微細化され。

前述エビ層には０．５μｍ以下の極めて薄い厚みの層が
要求されている。しかしながら、従来の１０００℃以上
のプロセス温度で行うエビ成長法では、基体ウェハの埋
込み層不純物が熱拡散やオートドープによってエビ層中
に再分布するため、所望の電気特性を得る不純物分布を
持つ前述のような極めて薄いエビ層の形成は困難である
。埋込み層不純物の熱拡散量の低減と、加熱によって埋
込み層不純物が気相中に拡散し、再び成長中にエビ層の
中に取込まれる。いわゆるオートドープ量の低減にはプ
ロセス温度を９００℃以下に低温化する方法が有効であ
り、種々の低温プロセスの検討が進められている。しか
しながら、プロセス温度を低温化すると、主として基体
ウェハ表面に存在する自然酸化膜を除去することが困難
となる点から形成する、エビ層の結晶性が極端に低下す
る問題が発生する。

前述問題点の解決法として特開昭６２−２８３６２４号
に開示されるように、半導体元素化合物の気体原料（ソ
ースガス）を基体ウェハ表面の自然酸化膜上に半導体元
素を析出せない希薄な量で供給し、このソースガスと自
然酸化膜との反応を利用して自然酸化膜を除去する方法
が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来例は自然酸化膜の除去速度の点で難点があり、
プロセス時間が長くなる問題がある。

酸化膜上に析出しないソースガス濃度範囲であっても、
より高濃度側では自然酸化膜のない半導体表面には半導
体元素の析出が起きる。このため、ソースガスの供給を
連続して行う前述従来法では、通常自然酸化膜が不均一
であることから局所的に除去された部分には半導体層が
形成され、結局エビ層の表面に凹凸形状の乱れを生じる
場合がある。

この表面形状は微細構造デバイスの断面構造の不均一を
招き、電気的特性劣化の要因となる。このような問題を
防ぐため前述従来法では、■ソースガス濃度をできるだ
け低くする、■温度を低くするなどの方法により半導体
層の形成量を低減する。

このため、ソースガスと自然酸化膜との反応速度が低下
することで酸化膜の除去速度が遅くなり、結果として自
然酸化膜の除去工程の時間を長くする。

本発明の目的は前記従来例の欠点を解消し、９００℃以
下の低温でかつ短時間のプロセスで均一な表面形状をも
つ気相エピタキシャル方法を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は基体をエビ成長温度以下の低温度に加熱しつ
つ化合物ガスを供給して自然酸化膜上に前記化合物ガス
を吸着せしめ１次いで化合物ガスの供給を止め反応炉内
より化合物ガスを除去した後、前記加熱温度以上の温度
で加熱処理を行う工程を、少なくとも１回以上繰返す方
法で前記自然酸化膜を除去しエビ成長する方法で達成さ
れる。

〔作用〕

低温の基体表面に吸着した化合物ガスは加熱処理によっ
て自然酸化膜上にｍｏｎｏｌａｙｅｒの化合物ガス層を
形成し、連続して行う加熱処理による化合物ガスの分解
析出層が自然酸化膜と迅速に反応しガス化し、その表面
より飛散することから自然酸化膜を低温度でかつ短時間
で除去することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例をシリコン（Ｓｉ）のエピタキ
シャル成長を例として、第１図により説明する。第１図
（ａ）はＳｉ単結晶ウェハ１を示す、エビ成長の基体と
なるＳｉウェハ１表面には自然酸化膜（ＳｉＯｚ）３が
通常およそ１〜２ｎｍ形成されている。このＳｉウェハ
１をエビ成長炉内にチャージし、１００　ＴｏｒｒのＨ
２雰囲気中において４００℃の温度まで加熱する。次に
Ｈｚガス中に化合物ガスとして例えばジクロルシラン（
Ｓ　ｉ　ＨｚＣＱｚ）などのソースガスを約０．１ｍｏ
Ｒ％の濃度で１分間供給する。ソースガスの供給を止め
炉内を約５分間パージする０以上の操作によっての基体
加熱温度がソースガスの分解エネルギーに比べ十分低い
、■余剰ソースガスを排気するなどから自然酸化膜３表
面には（ｂ）に示すように単分子（＠ｏｎｏｌａｙａｒ
）のソースガス吸着Ｍ４が形成される０次いで、ウェハ
１の加熱温度を約８００℃に高めて約１５分間保持する
。この昇温及び保持の工程で吸着層４のソースガスの分
解が速進され、酸化ＷＡ３表面にＳｉが析出する。この
析出Ｓｉは酸化膜３と次式（１）に示す反応を行う。

５ｉＯｚ＋Ｓｉ→２ＳｉＯ↑　　　　・（１）このＳｉ
Ｏは酸化膜３表面層で生成し、Ｓｉ析出層を消費するこ
とから障害物がなく、容易にＨ２中に蒸発拡散してＳｉ
ウェハ１表面から脱離する。また、加熱温度がプロセス
中で許容される最高温度であることからＳｉＯの生成速
度を大きくでき、ＳｉＯ２３の除去を短時間で達成する
ことができる。

また、１回の工程で５ｉＯｚ膜３の完全除去ができない
場合には同様の工程を繰り返す。この場合、吸着層４が
ｍｏｎｏｌａｙｅｒでありＳｉ表面へＳｉ析出を最少に
できるａ　Ｓ　ｘ○２３の除去を高温で行うためＳｉＯ
の生成速度を大きくでき５ｉＯｚ層３の除去速度が速い
などから自然酸化膜のない平滑な基体１表面を短時間に
得ることができる。

以上の工程で基体ウェハ１の表面に形成された５ｉＯｚ
膜３を除去しクリーンにした後、基板ウェハ温度を８５
０℃に保持し、再びＨｚガス中にＳｉソースガス（例え
ばジクロルシラン）をおよそ０．２ｍｏＱ　　％混入し
てエビ成長を開始し、所望の膜厚のエビ層２を（ｄ）に
示すように形成する。

第３図は本発明のエビプロセスの温度プログラムを示し
たものである。温度工は化合物ガス供給の工程、■は化
合物ガスの供給を止め余剰ガスを排気し、吸着層の分解
、析出によりＳｉ○２膜３の除去する工程、■はエビ成
長工程を示す。

以上の実施例によれば、表面が平滑で結晶欠陥のない高
品質の極めて薄いＳｉエピ層２を容易に短時間で得るこ
とができる。

本実施例において、それぞれの工程温度を、Ｉ＜ｎ＝ｍ
とする場合について説明した。形成するエビ層への基体
不純物再分布を許容できる範囲で、Ｓｉ○２膜除去工程
除去工程温度酸長工程温度■を高くするＩ＜ＩＩＩ＜Ｉ
Ｉとしても良い。

本実施例は自然酸化膜除去のための吸着層形成ガスがエ
ビ成長層が同一半導体元素の化合物ガスである場合を例
とした。自然酸化膜除去の反応（１）式が成り立ち、よ
り効果の大きな他の半導体元素（例えばゲルマニウム）
や半導体元素以外の化合物ガスの適用は可能である。

更にまた。温度Ｉから温度■までの温度変化中の吸着層
の脱離による酸化膜除去速度を防ぐため、フラッシュラ
ンプなどの急速加熱法の適用も可能である。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明によれば、半導体基体表面の自然酸化
膜を９００℃以下の低温度で従来法に比べ１７２以下の
短い時間で除去し、かつ平滑な表面を得ることから、不
純物分布を精密に制御され、結晶性の良い１μｍ以下の
極めて薄いエビ層を短いプロセス時間で形成できる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の工程を説明する図。 第２図は従来法による半導体層を説明する図、第３図は
本発明の一実施例の温度ダイヤグラムを示す図である。 １・・・半導体基体、２・・・エピタキシャル層、３・
・自然酸化膜、４・・・薄膜。 第 図 （α） （Ｃ） 第２図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体単結晶基体を９００℃以下の温度に加熱し、
   半導体原料ガスを供給し前記基体上に半導体層を形成す
   る気相エピタキシャル成長方法において、化合物ガスを
   供給しつつ、前記基体表面に実質的に前記化合物ガス析
   出層が形成されずエピタキシャル成長温度以下の第１の
   温度で前記基体を加熱する工程と、前記化合物ガスを排
   気した後前記基体を第１の温度以上に加熱する工程を少
   なくとも１回以上繰り返す基体表面清浄化処理を行うこ
   とを特徴とする気相エピタキシャル成長方法。 ２、前記化合物ガスが半導体化合物ガスであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項の気相エピタキシャル成
   長方法。