JPH02157196A - Method for growing semiconductor crystal - Google Patents
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Abstract
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、特に成長温度が低
温に於て膜厚が精密に制御されかつ高品質の結晶を得る
ことができる半導体結晶成長方法に関する。Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for growing semiconductor crystals, and in particular to a method for growing semiconductor crystals, which can precisely control film thickness and obtain high-quality crystals at low growth temperatures. Regarding growth methods.
（従来の技術）
ＣＶＤ法によるＳｉＣ結晶成長において、大口径の基板
に均一に、あるいは特定の場所に制御住良＜ ＳｉＣ膜
を形成することはデバイスの設計上重要である。従来、
ＳｉＣの結晶の成長は、加熱された基板をキャリアガス
である水素ガスと原料ガスにさらすことにより行われて
いる。原料ガスとしては、ジノコン原料としてはＳｉＨ
４、Ｓｉ２Ｈ６，５ｉＨ２Ｃ１２などが使用されている
。また、炭素原料としてはＣ３Ｈ８、Ｃ２Ｈ２などが使
用されている。基板としては、シリコン、サファイアな
どが用いられている。ＳｉＨ４とＣ２Ｈ２を原料とし、
基板としてはシリコンを用いた結晶成長を例に取って説
明する。縦型あるいは横型の反応管の中に、通常〜１４
００度に加熱したサセプタ上にシリコン基板を保持し、
キャリアガスである水素ガスに対して数％程度のＳｉＨ
４ガスならびにＣ２Ｈ２ガスを混合したものを反応管の
上流がら流ずことにより基板の上にＳｉＣを堆積させて
いる。また、成長に先立って、炭化法あるいはスパッタ
法などによりバッファー層を形成することもある。(Prior Art) In SiC crystal growth using the CVD method, it is important for device design to form a controlled SiC film uniformly or at specific locations on a large diameter substrate. Conventionally,
Growth of SiC crystals is performed by exposing a heated substrate to hydrogen gas, which is a carrier gas, and source gas. As a raw material gas, SiH is used as a Zinocon raw material.
4, Si2H6, 5iH2C12, etc. are used. Furthermore, C3H8, C2H2, etc. are used as carbon raw materials. Silicon, sapphire, etc. are used as the substrate. Using SiH4 and C2H2 as raw materials,
An example of crystal growth using silicon as a substrate will be explained. In a vertical or horizontal reaction tube, there are usually ~14
A silicon substrate is held on a susceptor heated to 00 degrees,
A few percent of SiH is added to the carrier gas, hydrogen gas.
SiC is deposited on the substrate by flowing a mixture of 4 gas and C2H2 gas upstream of the reaction tube. Furthermore, prior to growth, a buffer layer may be formed by a carbonization method, a sputtering method, or the like.
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら通常の成膜条件においては、１４００°Ｃ
程度の非常に高い成長温度が必要とされている。このた
めに、不純物のドーピングプロファイルが急峻なものを
作ることが出来ない。これは、このような高温のために
不純物が拡散してしまうことに起因している。また、こ
のように、成長に非常に高い温度が必要なため、成長装
置自体も複雑なものになる。また特に問題となるのは、
シリコンを基板としたヘテロバイポーラ−素子のエミッ
タ材料としてＳｉＣを利用する場合である。すなわち、
このような素子の形成のためには、９０００Ｃ以下の成
長温度が要求さ２れている。一方、単に成長温度を低下
させると膜質が低下してしまう。ひどい場合には、成長
したＳｉＣの化学量論的組成すら満足できなくなってし
まう。(Problem to be solved by the invention) However, under normal film forming conditions,
very high growth temperatures are required. For this reason, it is not possible to create a material with a steep impurity doping profile. This is due to impurities being diffused due to such high temperatures. Furthermore, since extremely high temperatures are required for growth, the growth apparatus itself becomes complicated. Also, a particular problem is that
This is a case where SiC is used as an emitter material of a hetero-bipolar device using silicon as a substrate. That is,
In order to form such a device, a growth temperature of 9000C or less is required2. On the other hand, if the growth temperature is simply lowered, the film quality will deteriorate. In severe cases, even the stoichiometric composition of the grown SiC becomes unsatisfactory.
本発明の目的は、このような従来の欠点を除去せしめて
、低温において化学量論的組成を維持した良質の膜を得
ることができるＳｉＣ膜成長方法を提供することである
。An object of the present invention is to provide a method for growing a SiC film that can eliminate these conventional drawbacks and obtain a high-quality film that maintains a stoichiometric composition at low temperatures.
（問題点を解決するだめの手段）
本発明は、１）塩化シリコン系ガスと炭化水素系ガスを
原料としたＣＶＤ法によるＳｉＣ結晶の成長に於て、キ
ャリアガスと原料ガス以外に塩化水素ガスを使用するこ
とを特徴とする半導体結晶成長方法、２）塩化シリコン
系ガスと塩化炭素系ガスを原料としたＣＶＤ法によるＳ
ｉＣ結晶の成長に於て、キャリアガスと原料ガス以外に
塩化水素ガスを使用することを特徴とする半導体結晶成
長方法である。(Means for Solving the Problems) The present invention provides: 1) In the growth of SiC crystals by the CVD method using silicon chloride gas and hydrocarbon gas as raw materials, hydrogen chloride gas is used in addition to the carrier gas and the raw material gas. 2) S semiconductor crystal growth method characterized by using a CVD method using a silicon chloride gas and a carbon chloride gas as raw materials.
This is a semiconductor crystal growth method characterized by using hydrogen chloride gas in addition to a carrier gas and source gas in growing an iC crystal.
本発明によれば、キャリアガスと原料ガスの他にＨＣＩ
ガスを混合させることにより低温においても化学量論的
組成を維持した良質の膜を基板全体に均一に得ることが
出来る。原料ガスあるいはキャリアガスとＨＣＩガスと
の流量比は原料ガス量ならびにギヤリアガス量によって
異なり、使用される原料ガスならびにキャリアガス量に
於て良質の膜が得られる最適の役割に適宜選択され得る
。According to the present invention, in addition to the carrier gas and source gas, HCI
By mixing the gases, a high quality film that maintains the stoichiometric composition even at low temperatures can be uniformly obtained over the entire substrate. The flow rate ratio of the raw material gas or carrier gas to the HCI gas varies depending on the amount of the raw material gas and the amount of the gear gas, and can be appropriately selected depending on the amount of the raw material gas and the carrier gas used to play an optimal role in obtaining a high-quality film.
（作用）
低温において成長膜の化学量論的組成がずれたり、ある
いは膜質が悪くなる原因に次のことが挙げられる。すな
わち、原料ガスであるＳｉＨ４やＣ２Ｈ２などは１００
０°Ｃ以上の温度では充分に分解している。このため、
成長膜としては単にＳｉＣだけでなくシリコン結晶ある
いはグラファイトが同時に成長し得る。このことは、こ
の温度に於てＳｉＨ４を原料ガスとしてシリコン結晶を
成長し得ることからも理解できる。このため、原料ガス
の濃度むらなどに起因して均一にＳｉＣが成長すること
が出来なくなり、膜の中に一部シリコンが析出するなど
して結晶性を劣化させる。このことを避けるためにはシ
リコン原子の隣りにはシリコン原子が吸着することなく
、１００％炭素原子を吸着させることが必要である。し
かしながら、従来の方法ではこれを達成するには成長温
度を高くする必要がある。これは、温度が高いときはシ
リコン原子の隣にシリコン原子が吸着するときの安定化
エネルギーと炭素原子が吸着するときの安定化エネルギ
ーが異なり、成長温度領域ではシリコン原子の隣に仮に
ジノコン原子が吸着しても離脱するのに対して、炭素原
子は離脱しないことに起因している。炭素原子の隣に関
しても同様なことが起こっている。このことは成長温度
が低温になるとシリコン原子の隣に炭素原子とシリコン
原子のどとらも吸着できるようになり結晶性が劣化する
。このことから低温領域に於て結晶性を良くするために
は、シリコン原子の隣に吸着したシリコン原子、炭素原
子の隣に吸着した炭素原子を何等かの方法で離脱さぜれ
ば良いことが分かる。ただし、炭素原子の隣に炭素原子
が吸着する可能性は１０００°Ｃ程度ではほとんどない
ことから、シリコン原子の隣のシリコン原子を離脱させ
ることが重要である。(Function) The following causes may cause the stoichiometric composition of the grown film to shift or the film quality to deteriorate at low temperatures. In other words, raw material gases such as SiH4 and C2H2 are 100
It decomposes sufficiently at temperatures above 0°C. For this reason,
As the grown film, not only SiC but also silicon crystal or graphite can be grown at the same time. This can be understood from the fact that silicon crystals can be grown at this temperature using SiH4 as a source gas. For this reason, SiC cannot be grown uniformly due to uneven concentration of the source gas, and some silicon precipitates in the film, degrading the crystallinity. In order to avoid this, it is necessary to adsorb 100% carbon atoms without adsorbing silicon atoms next to silicon atoms. However, conventional methods require higher growth temperatures to achieve this. This is because when the temperature is high, the stabilization energy when a silicon atom adsorbs next to a silicon atom differs from the stabilization energy when a carbon atom adsorbs. This is due to the fact that even if adsorbed, carbon atoms are released, whereas carbon atoms are not released. A similar thing happens next to the carbon atom. This means that when the growth temperature becomes low, both carbon atoms and silicon atoms can be adsorbed next to silicon atoms, resulting in deterioration of crystallinity. From this, in order to improve the crystallinity in the low temperature region, it is necessary to remove silicon atoms adsorbed next to silicon atoms and carbon atoms adsorbed next to carbon atoms by some method. I understand. However, since there is almost no possibility that a carbon atom will be adsorbed next to a carbon atom at about 1000° C., it is important to separate the silicon atom next to a silicon atom.
このことを実現するためには、成長中に成長と同時にエ
ツチングを起こす必要がある。ここで重要なことは、Ｓ
ｉＣとして取り込まれたシリコン原子はＳｉＣの構成元
素として安定であり容易にエツチングされないのに対し
て、ＳｉＣのシリコン原子の隣に吸着したシリコン原子
はＳｉＣの構成元素としてのシリコンではなく、むしろ
シリコン結晶に近い物であり容易にエツチングすること
が可能である。ＳｉＣ結晶をエツチングすることなく、
シリコン結晶をエツチングすることが出来るガスとして
はＨＣＩガスがある。このため、原料ガスとキャリアガ
スにＨＣＩガスを混合することにより低温領域において
も結晶性の良いＳｉＣ膜を得ることが出来る。In order to achieve this, etching must occur simultaneously with growth during growth. The important thing here is that S
The silicon atoms taken in as iC are stable as a constituent element of SiC and are not easily etched, whereas the silicon atoms adsorbed next to the silicon atoms of SiC are not silicon as a constituent element of SiC, but rather silicon crystals. It is similar to that and can be easily etched. Without etching the SiC crystal,
HCI gas is a gas capable of etching silicon crystals. Therefore, by mixing HCI gas with the source gas and carrier gas, a SiC film with good crystallinity can be obtained even in a low temperature region.
（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。(Example) Next, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
実施例１
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。Example 1 FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a semiconductor growth apparatus used in the method of the present invention.
装置は、成長を行う反応管１、Ｓｉの基板８を保持する
ためのサセプタ（ＳｉＣコートしたグラファイト製）２
、基板８ならびにサセプタ２を加熱装置３、ボンベ４ａ
、 ４ｂ、 ４ｃ、 ４ｄ、ガスミキサー５、流量制御
部６、各ガスの精製装置１ａ、１ｂから構成されている
。原料ガスとしては１００％５ｉＨ２Ｃ１２ガス、１０
０％０２Ｈ２ガス、エツチングガスとしては１００％Ｈ
ＣＩガス、キャリアガスとしては水素を使用している。The apparatus includes a reaction tube 1 for performing growth, and a susceptor (made of SiC-coated graphite) 2 for holding a Si substrate 8.
, the substrate 8 and the susceptor 2 are heated by the heating device 3 and the cylinder 4a.
, 4b, 4c, 4d, a gas mixer 5, a flow rate control section 6, and purification devices 1a and 1b for each gas. The raw material gas is 100% 5iH2C12 gas, 10
0% 02H2 gas, 100%H as etching gas
Hydrogen is used as CI gas and carrier gas.
キャリアガスは高純度精製装置により精製して使用した
。基板は（１００）の面方位をもつ直径３インチのシリ
コン基板を使用した。基板の前処理としてはブランソン
洗浄を行った。基板を水素６１／ｍｉｎ、温度１０００
’Ｃ１時間５分の条件でベーキングのち、水素６１／ｍ
ｉｎ、 Ｃ２Ｈ２１０ｃｃ／ｍｉｎ、温度１０００°Ｃ
１時間１０分間炭化を行った。その後、水素６１／ｍｉ
ｎ 、 Ｃ２Ｈ２１０ｃｃ／ｍｉｎ、５ｉＨ２Ｃ１２５
ｃｃ／ｍｉｎ、 ＨＣｌ３０ｃｃ／ｍｉｎ、温度１００
０°Ｃ１成長時間６０分の条件で成長を行った。その結
果、膜厚０．５μｍのＳｉＣ層を基板全体に渡り均一に
鏡面成長することが出来た。なお、基板温度が８０００
Ｃ，９００°Ｃ２１４００°Ｃの場合についても、鏡面
成長ができた。原料ガスとしては５ｉＨＣ１３，５ｉＣ
１４，ＣＣｌ２． Ｃ２Ｃｌ６などを用いても良い。The carrier gas was purified using a high-purity purification device. The substrate used was a silicon substrate with a diameter of 3 inches and a (100) plane orientation. Branson cleaning was performed as a pretreatment for the substrate. Substrate with hydrogen 61/min, temperature 1000
After baking under the conditions of 'C1 hour 5 minutes, hydrogen 61/m
in, C2H210cc/min, temperature 1000°C
Carbonization was carried out for 1 hour and 10 minutes. After that, hydrogen 61/mi
n, C2H210cc/min, 5iH2C125
cc/min, HCl30cc/min, temperature 100
Growth was performed at 0° C. for 60 minutes. As a result, a mirror-like SiC layer with a thickness of 0.5 μm could be grown uniformly over the entire substrate. Note that the substrate temperature is 8000℃.
Mirror growth was also possible at 21400°C and 900°C. 5iHC13, 5iC as raw material gas
14, CCl2. C2Cl6 or the like may also be used.
実施例２
装置は実施例１でもちいたのと同様の物を使用した。原
料ガスとしては１００％５ｉＨ２ＣＩ２ガス、１００％
Ｃ２Ｃｌ２ガス、エツチングガスとしては１００％ＨＣ
Ｉガス、キャリアガスとしては水素を使用している。キ
ャリアガスは高純度精製装置により精製して使用した。Example 2 The same equipment as used in Example 1 was used. Raw material gas is 100% 5iH2CI2 gas, 100%
C2Cl2 gas, 100% HC as etching gas
Hydrogen is used as I gas and carrier gas. The carrier gas was purified using a high-purity purification device.
基板は（１００）の面方位をもつ直径３インチのシリコ
ン基板を使用した。基板の前処理、ベーキングの条件は
実施例１と同様とした。水素６１／ｍｉｎ、 ＣＨ２Ｃ
ｌ２１０ｃｃ／ｍｉｎ、温度１０００°０１時間１０分
間炭化を行った。その後、水素６１／ｍｉｎ、 ＣＨ２
Ｃｌ２１０ｃｃ／ｍｉｎ 、 ５ｉＩ（２ＣＩ２５ｃｃ
／ｍｉｎ 、 ＨＣＩ ３０ｃｃ／ｍｉｎ、温度１００
０’Ｃ１成長時間６０分の条件で成長を行った。その結
果、膜厚０．４ｐｍのＳｉＣ層を基板全体に渡り均一に
鏡面成長することが出来た。なお、他に基板温度が８０
０°Ｃ，９００’Ｃ，１４００°Ｃの各々の温度で鏡面
成長が可能なことを確認した。原料ガスとしては、５ｉ
ＨＣ１３，５ｉＣ１４及びＣ２Ｈ６，Ｃ３Ｈ８，ＣＨ４
などを用いても良い。The substrate used was a silicon substrate with a diameter of 3 inches and a (100) plane orientation. The pretreatment and baking conditions for the substrate were the same as in Example 1. Hydrogen 61/min, CH2C
Carbonization was carried out at 1210 cc/min and at a temperature of 1000° for 1 hour and 10 minutes. After that, hydrogen 61/min, CH2
Cl210cc/min, 5iI(2CI25cc
/min, HCI 30cc/min, temperature 100
Growth was performed under conditions of 0'C1 growth time of 60 minutes. As a result, a SiC layer with a thickness of 0.4 pm was able to be grown uniformly over the entire substrate. In addition, the substrate temperature is 80℃.
It was confirmed that mirror growth was possible at each temperature of 0°C, 900'C, and 1400°C. As raw material gas, 5i
HC13,5iC14 and C2H6,C3H8,CH4
etc. may also be used.
（発明の効果）
以上、詳細に述べた通り、本発明の方法によればＣＶＤ
法によりシリコン基板上にＳｉＣ膜を成長させる際に、
原料ガスにシリコンのエツチングガスであるＨＣＩガス
を混合させることにより、良質の結晶を基板全面に渡り
成長させることが出来る。(Effects of the Invention) As described above in detail, according to the method of the present invention, CVD
When growing a SiC film on a silicon substrate by the method,
By mixing HCI gas, which is a silicon etching gas, with the raw material gas, high quality crystals can be grown over the entire surface of the substrate.
第１図は本発明の方法に用いられる半導体装置の一例を
示す概略構成図である。
１・・・反応管、２・・・サセプタ、３・・・加熱装置
、４ａ。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a semiconductor device used in the method of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Reaction tube, 2... Susceptor, 3... Heating device, 4a.
Claims (2)
たＣＶＤ法によるＳｉＣ結晶の成長に於て、前記結晶を
成長させるに際し、原料ガスと塩化水素ガスを成長系に
導入することを特徴とする半導体結晶成長方法。(1) In growing a SiC crystal by the CVD method using silicon chloride gas and hydrocarbon gas as raw materials, the raw material gas and hydrogen chloride gas are introduced into the growth system when growing the crystal. A method for growing semiconductor crystals.
たＣＶＤ法によるＳｉＣ結晶の成長に於て、前記結晶を
成長させるに際し、原料ガスと塩化水素ガスとを成長系
に導入することを特徴とする半導体結晶成長方法。(2) In growing a SiC crystal by the CVD method using silicon chloride gas and carbon chloride gas as raw materials, the raw material gas and hydrogen chloride gas are introduced into the growth system when growing the crystal. A method for growing semiconductor crystals.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31118288A JPH02157196A (en) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | Method for growing semiconductor crystal |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02157196A true JPH02157196A (en) | 1990-06-15 |
Family
ID=18014076
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP31118288A Pending JPH02157196A (en) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | Method for growing semiconductor crystal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02157196A (en) |
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