JPH06196423A - Selective growth method for si epitaxial film - Google Patents
Selective growth method for si epitaxial filmInfo
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- JPH06196423A JPH06196423A JP21694593A JP21694593A JPH06196423A JP H06196423 A JPH06196423 A JP H06196423A JP 21694593 A JP21694593 A JP 21694593A JP 21694593 A JP21694593 A JP 21694593A JP H06196423 A JPH06196423 A JP H06196423A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、Ｓｉデバイスのセルフ
・アライン（自己整合）構成を高い膜厚制御性と位置制
御性とを有しかつ製作条件の自由度を広く保ちながら、
安定性良く実現する方法として適用されるＳｉエピタキ
シャル膜の選択成長法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention provides a self-aligned structure of a Si device with high film thickness controllability and position controllability and a wide degree of freedom in manufacturing conditions.
The present invention relates to a selective growth method of a Si epitaxial film applied as a method of achieving good stability.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、超高集積かつ超高速を目指す次世
代超半導体装置の実現のためには、従来の半導体装置構
造をそのまま縮小させるだけでは不可能であり、新しい
デバイス構造を開発することが必須となってきている。
基板上の特定な領域にリソグラフィ技術を使用すること
なく自動的に位置合わせされたパターンを形成する方法
は、セルフ・アライン（自己整合）と呼ばれ、製造プロ
セス工程を簡略化できるのみならず、微細なデバイス構
造を設計する上で大きな自由度を与える。Ｓｉエピタキ
シャル膜の選択成長技術は、セルフ・アラインが可能で
あり、活性領域の不純物分布も変化でき、プロセス設計
上の自由度も大きいというメリットを有する。したがっ
て、最近、新しいデバイス構造を探索，実現するうえで
Ｓｉエピタキシャル薄膜の選択成長技術を用いた試みが
盛んになっている。例えば極めて薄いベース層を有する
高速のＳｉバイポーラトランジスタの研究開発が盛んに
行われているが、このベース層を作製するための技術と
して、シラン系ガスをＳｉ原料供給源として用いたガス
ソース分子線成長を用いた選択成長法が提案されている
（例えばH.Hirayama等シ゛ャーナル・オフ゛・アフ゜ライト゛・フィシ゛クス 1988
年 第52巻 2242〜2243頁）。2. Description of the Related Art In recent years, in order to realize a next-generation ultra-semiconductor device aiming at ultra-high integration and ultra-high speed, it is not possible to reduce the conventional semiconductor device structure as it is, and to develop a new device structure. Is becoming essential.
A method of forming an automatically aligned pattern in a specific area on a substrate without using a lithography technique is called self-alignment and not only can simplify the manufacturing process step, It gives great flexibility in designing fine device structures. The selective growth technique for the Si epitaxial film has the advantages that self-alignment is possible, the impurity distribution in the active region can be changed, and the degree of freedom in process design is great. Therefore, recently, in order to search and realize a new device structure, attempts using the selective growth technique of the Si epitaxial thin film have become popular. For example, research and development of a high-speed Si bipolar transistor having an extremely thin base layer has been actively conducted. As a technique for manufacturing this base layer, a gas source molecular beam using a silane-based gas as a Si raw material supply source is used. A selective growth method using growth has been proposed (for example, H. Hirayama et al., Journal of Affiliated Physics 1988).
52, 2242-2243).
【０００３】この方法は、超高真空中でＳｉ表面の方が
ＳｉＯ2 表面より化学的に活性であることを利用し、Ｓ
ｉ表面でのみシラン系ガスを解離吸着させるものであ
る。解離吸着したシラン系ガス分子中の水素原子は熱に
よって脱離し、Ｓｉ原子のみが基板上に残され、Ｓｉの
エピタキシャル成長が可能となる。したがって、Ｓｉ面
上のみＳｉ膜がエピタキシャル成長し、ＳｉＯ2 上には
一定時間内であればＳｉは成長しないという選択性を有
する。したがって、この方法を用いることにより、プロ
セスが簡略化され、かつベース−エミッタ間の微細な接
合部を精度良く形成できる。また、分子線状態となった
ガスをＳｉの原料として用いるため、高い膜厚制御性を
有する。以上から新しいデバイス構造を実現するうえで
有望なセルフ・アライン技術と考えられる。This method takes advantage of the fact that the Si surface is more chemically active than the SiO 2 surface in ultrahigh vacuum.
The silane-based gas is dissociated and adsorbed only on the i surface. Hydrogen atoms in the dissociatively adsorbed silane-based gas molecules are desorbed by heat, and only Si atoms are left on the substrate, which enables epitaxial growth of Si. Therefore, there is such a selectivity that the Si film is epitaxially grown only on the Si surface and that Si is not grown on the SiO 2 within a certain time. Therefore, by using this method, the process is simplified and a fine junction between the base and the emitter can be formed with high accuracy. Further, since the gas in the molecular beam state is used as the raw material of Si, it has a high film thickness controllability. From the above, it is considered to be a promising self-alignment technology for realizing a new device structure.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たガスソース分子線成長法による選択成長法の場合、Ｓ
ｉＯ2 表面は完全には不活性でないため、選択成長の時
間が長くなると、ＳｉＯ2 表面にも徐々にシラン系ガス
の解離吸着が起こり、Ｓｉの核発生が進み、最終的にポ
リＳｉが堆積し、選択性が破綻する。つまり、選択成長
し得るＳｉエピタキシャル膜の厚さに制限が生ずる。ま
た、良質の結晶性が得られかつデバイス構造に対する熱
的影響も少ない５５０〜８００℃程度の温度領域におい
ては、ＳｉＯ2 表面上の核発生速度が急激に増大するた
めに選択性を得るためには、Ｓｉの供給源であるシラン
系ガスの単位時間当たりの供給量を大幅に下げなくては
ならず、成長速度が大きく低下する。したがって、選択
成長し得るＳｉエピタキシャル膜の厚さはより小さくな
るという問題があった。これらの点がガスソース分子線
成長法による選択成長法を半導体プロセスに用いる上で
大きな問題となってくる。However, in the case of the selective growth method by the gas source molecular beam growth method described above, S
Since the iO 2 surface is not completely inactive, when the selective growth time becomes long, the silane-based gas gradually dissociates and adsorbs on the SiO 2 surface, the nucleation of Si proceeds, and finally poly Si is deposited. However, the selectivity collapses. That is, the thickness of the Si epitaxial film that can be selectively grown is limited. Further, in the temperature range of about 550 to 800 ° C. where good crystallinity is obtained and the thermal influence on the device structure is small, the nucleation rate on the SiO 2 surface is rapidly increased to obtain selectivity. Must significantly reduce the supply amount of the silane-based gas, which is the supply source of Si, per unit time, resulting in a large decrease in the growth rate. Therefore, there is a problem that the thickness of the Si epitaxial film that can be selectively grown becomes smaller. These points become a big problem in using the selective growth method by the gas source molecular beam growth method in the semiconductor process.
【０００５】したがって本発明は、前述した従来の課題
を解決するためになされたものであり、その目的は、製
作条件の自由度を広く保ちながら、広い基板温度領域
で、安定性良く、Ｓｉデバイスのセルフ・アライン構成
を可能としたＳｉエピタキシャル膜の選択成長法を提供
することにある。Therefore, the present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, and an object thereof is to maintain a wide degree of freedom in manufacturing conditions, a wide substrate temperature range, a good stability, and a Si device. Another object of the present invention is to provide a selective growth method for a Si epitaxial film that enables the self-alignment structure of
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明によるＳｉエピタキシャル膜の選択成長
法は、シラン系ガスを原料供給ガスとし、単結晶Ｓｉ基
板上に絶縁膜のパターンを部分的に形成した基板を高真
空下で所定温度に加熱した状態にし、この絶縁膜パター
ン以外の露出した単結晶Ｓｉ上のみにＳｉエピタキシャ
ル膜を成長させるＳｉエピタキシャル膜の製造方法にお
いて、加熱した基板の表面に紫外光もしくは紫外光より
波長の短い光を照射する第１の工程と、加熱した基板の
表面にシラン系ガスを供給する第２の工程とを同時に行
うようにしたものである。また、本発明による他のＳｉ
エピタキシャル膜の選択成長法は、前記第１の工程と、
第２の工程とを所定の時間間隔で交互に行うようにした
ものである。また、本発明による他のＳｉエピタキシャ
ル膜の選択成長法は、前記加熱した基板の表面に紫外光
もしくは紫外光より波長の短い光と赤外光とを同時に照
射する工程と、前記加熱した基板の表面に前記シラン系
ガスを供給する工程とを所定の時間間隔で交互に行うよ
うにしたものである。In order to achieve such an object, the selective growth method of the Si epitaxial film according to the present invention uses a silane-based gas as a raw material supply gas to form an insulating film pattern on a single crystal Si substrate. In a method of manufacturing a Si epitaxial film, in which a partially formed substrate is heated to a predetermined temperature under high vacuum, and a Si epitaxial film is grown only on exposed single crystal Si other than the insulating film pattern, the heated substrate The first step of irradiating the surface of the substrate with ultraviolet light or light having a shorter wavelength than the ultraviolet light and the second step of supplying the silane-based gas to the surface of the heated substrate are performed at the same time. In addition, another Si according to the present invention
The selective growth method of the epitaxial film includes the first step,
The second step and the second step are alternately performed at predetermined time intervals. Another method for selectively growing an Si epitaxial film according to the present invention is a step of simultaneously irradiating the surface of the heated substrate with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light and infrared light; The step of supplying the silane-based gas to the surface is alternately performed at predetermined time intervals.
【０００７】[0007]
【作用】本発明によるＳｉエピタキシャル膜の選択成長
法による作用について詳細に説明する。シラン系ガスの
分子は基板上で熱による解離吸着反応を起こす。基板温
度を、シラン系ガス分子中の水素原子が水素分子となっ
て基板表面から脱離する温度約３５０℃以上の温度に設
定すると、Ｓｉ原子のみが基板上に残され、Ｓｉのエピ
タキシャル成長が可能となる。ところで、一般にシラン
系ガスの解離吸着は、化学活性なダングリングボンドが
基板表面に存在することを必要とする。超真空中におい
ては、Ｓｉ表面には多数のダングリングボンドが存在
し、シラン系ガスに対して化学的に活性である。一方、
ＳｉＯ2 表面はダングリングボンドが少なく、シラン系
ガスに対する活性度が小さい、すなわちＳｉ表面でのみ
シラン系ガスが多く解離吸着し、Ｓｉエピタキシャル成
長の核が形成される。このことを利用してガスソース分
子線成長法による選択成長が可能となる。ところが、Ｓ
ｉＯ2 表面にも僅かではあるが、ダングリングボンドが
存在し、シラン系ガスの解離吸着が徐々に進む。すなわ
ち、ＳｉＯ2 表面にも一定の潜伏期間の後にＳｉの核発
生が起こり、最終的にポリＳｉが堆積し、選択性が破綻
する。このような本質的に熱反応のみを利用した選択成
長では、ＳｉＯ2 上へのポリＳｉの堆積は不可避であ
る。したがって、選択性が破綻するまでの成長時間によ
って得られる選択Ｓｉエピタキシャル膜の膜厚は決まっ
てしまう。The function of the selective growth method of the Si epitaxial film according to the present invention will be described in detail. The molecules of the silane-based gas cause a heat-induced dissociative adsorption reaction on the substrate. When the substrate temperature is set to a temperature of about 350 ° C or higher at which hydrogen atoms in silane-based gas molecules become hydrogen molecules and desorb from the substrate surface, only Si atoms are left on the substrate and Si epitaxial growth is possible. Becomes By the way, in general, dissociative adsorption of a silane-based gas requires that a chemically active dangling bond exists on the substrate surface. In ultra-vacuum, many dangling bonds are present on the Si surface and are chemically active with respect to silane-based gas. on the other hand,
The SiO 2 surface has a small amount of dangling bonds and has a low activity to the silane-based gas, that is, a large amount of the silane-based gas is dissociated and adsorbed only on the Si surface to form nuclei for Si epitaxial growth. By utilizing this, selective growth by the gas source molecular beam growth method becomes possible. However, S
Although slightly present on the iO 2 surface, dangling bonds are present, and dissociative adsorption of the silane-based gas gradually progresses. That is, the nucleation of Si also occurs on the SiO 2 surface after a certain incubation period, and finally poly Si is deposited and the selectivity collapses. In such selective growth utilizing essentially only thermal reaction, deposition of poly-Si on SiO 2 is unavoidable. Therefore, the thickness of the selective Si epitaxial film obtained depends on the growth time until the selectivity collapses.
【０００８】得られる選択エピタキシャル膜の膜厚に上
限のない選択成長を得るために第１の選択成長法におい
ては、加熱した基板の表面に紫外光もしくは紫外光より
波長の短い光を照射する工程と、加熱した基板の表面に
シラン系ガスを供給する工程とを同時に行うことによ
り、選択成長すると同時にＳｉＯ2 表面を表面改質し、
シラン系ガスが全く解離吸着しない、すなわちＳｉ核生
成の起こらないＳｉＯ2表面を得ることができる。ま
た、第２の選択成長法においては、加熱した基板の表面
に紫外光もしくは紫外光より波長の短い光を照射する工
程と、加熱した基板の表面にシラン系ガスを供給する工
程とを所定の時間間隔で交互に行うことにより、選択成
長の間に徐々にＳｉＯ2 上に解離吸着したシラン系ガス
分子をＳｉ核生成が起こる前の時点で全て除去し、Ｓｉ
Ｏ2 上にＳｉ核生成が起こらないようにしている。さら
に第３の選択成長法においては、加熱した基板の表面に
紫外光もしくは紫外光より波長の短い光と赤外光とを同
時に照射する工程と、加熱した基板の表面にシラン系ガ
スを供給する工程とを所定の時間間隔で交互に行うこと
により、選択性が破綻した時点でＳｉＯ2 上に堆積した
ポリＳｉを除去している。In order to obtain the selective growth in which the thickness of the obtained selective epitaxial film has no upper limit, in the first selective growth method, a step of irradiating the surface of the heated substrate with ultraviolet light or light having a shorter wavelength than ultraviolet light And the step of supplying the silane-based gas to the surface of the heated substrate at the same time, the surface of the SiO 2 surface is modified at the same time as the selective growth.
It is possible to obtain a SiO 2 surface in which no silane-based gas is dissociated and adsorbed, that is, Si nucleation does not occur. Further, in the second selective growth method, a step of irradiating the surface of the heated substrate with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than the ultraviolet light and a step of supplying a silane-based gas to the surface of the heated substrate are predetermined. By performing alternately at time intervals, all the silane-based gas molecules dissociated and adsorbed on SiO 2 during the selective growth are removed before the Si nucleation occurs.
Si nucleation on O 2 is prevented. Furthermore, in the third selective growth method, a step of simultaneously irradiating the surface of the heated substrate with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light and infrared light, and supplying a silane-based gas to the surface of the heated substrate. By alternately performing the step and the step at predetermined time intervals, the poly-Si deposited on the SiO 2 is removed when the selectivity is broken.
【０００９】本発明は、前述した３つの方法に基づいて
いる。以下、これらの方法に基づく本発明の作用につい
て順に詳細に説明する。まず、前述した第１の選択成長
法に基づく作用について説明する。シラン系ガスが解離
吸着しないＳｉＯ2 表面を得るためには、ＳｉＯ2 を何
らかの方法で改質することが必要である。改質の方法と
しては、光やプラズマや電子線を表面に照射し、化学反
応により表面構造を変化させる方法が考えられる。一
方、ＳｉＯ2 基板表面に真空紫外光もしくは紫外光より
短い波長の光を照射すると、ＳｉＯ2 表面がエッチング
されることが知られている（例えばH.Akazawa等シ゛ャーナル・
オフ゛・アフ゜ライト゛・フィシ゛クス 1990年 第57巻 2302〜2303頁）。
このエッチングは、真空紫外光をＳｉＯ2 に照射するこ
とによってＳｉＯ2 が揮発性のＳｉＯとＯ2 とに分解す
ることによって起こる。この分解が進んでいる間は、Ｓ
ｉＯ2表面上に僅かに存在しているダングリングボンド
は完全に消失する。ダングリングボンドが消失すると、
シラン系ガスは解離吸着しない。すなわち、ＳｉＯ2 表
面に真空紫外光を照射することによってシラン系ガスが
解離吸着しないＳｉＯ2表面に改質される。したがっ
て、選択性が永続することになる。The present invention is based on the three methods described above. Hereinafter, the operation of the present invention based on these methods will be described in detail in order. First, the operation based on the above-described first selective growth method will be described. In order to obtain a SiO 2 surface on which silane-based gas is not dissociatively adsorbed, it is necessary to modify SiO 2 by some method. As a method of modification, a method of irradiating the surface with light, plasma or an electron beam to change the surface structure by a chemical reaction can be considered. On the other hand, it is known that the SiO 2 surface is etched when the surface of the SiO 2 substrate is irradiated with vacuum ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light (eg, H. Akazawa et al.
Off-Available Physics, 1990, vol. 57, pages 2302-2303).
This etching occurs by irradiating SiO 2 with vacuum ultraviolet light and decomposing SiO 2 into volatile SiO and O 2 . While this decomposition is in progress, S
The dangling bonds that are slightly present on the iO 2 surface disappear completely. When the dangling bond disappears,
Silane-based gas does not dissociate and adsorb. That is, by irradiating the SiO 2 surface with vacuum ultraviolet light, the silane-based gas is modified to a SiO 2 surface that does not dissociate and adsorb. Therefore, the selectivity is permanent.
【００１０】次に前述した第２の選択成長法に基づく作
用について説明する。前述した第１の選択成長法に基づ
くと、ダングリングボンドが完全に消失した表面を得る
ためには、シンクロトロン放射光を常時ＳｉＯ2 表面に
照射し続けることが必要であるが、ガスソース分子線成
長法を用いた選択成長法において、選択性が破綻する以
前にシンクロトロン放射光をＳｉＯ2 表面に一定時間照
射すれば、選択性を維持することができる。次に前述し
た第３の選択成長法に基づく作用について説明する。前
述した第１の選択成長法および第２の選択成長法に基づ
く選択成長法では、選択性を永続させるためには基板温
度を約７００℃以上にすることが必要であるが、それ以
下の基板温度では、選択性は従来技術におけるよりも長
く維持されるようになるものの、選択性の破綻は避けら
れない。この場合、厚い選択エピタキシャル膜を得るた
めには選択性が破綻してＳｉＯ2 上に堆積したポリＳｉ
膜を何らかの方法で完全に除去し、再び選択成長を行え
ば良い。すなわち、ＳｉＯ2 基板を選択成長時の設定温
度から所定の温度まで加熱し、シンクロトロン放射光を
これに照射することにより、堆積したポリＳｉが完全に
エッチングされ、成長開始前と同じ状態のＳｉＯ2 表面
が得られる。Next, the operation based on the above-mentioned second selective growth method will be described. According to the first selective growth method described above, it is necessary to constantly irradiate the SiO 2 surface with synchrotron radiation in order to obtain a surface in which dangling bonds are completely eliminated. In the selective growth method using the line growth method, if the SiO 2 surface is irradiated with the synchrotron radiation light for a certain period of time before the selectivity is broken, the selectivity can be maintained. Next, the operation based on the above-described third selective growth method will be described. In the selective growth method based on the first selective growth method and the second selective growth method described above, the substrate temperature is required to be about 700 ° C. or higher in order to maintain the selectivity, but the substrate temperature lower than that is required. At temperature, the selectivity is maintained longer than in the prior art, but a breakdown in selectivity is unavoidable. In this case, in order to obtain a thick selective epitaxial film, the selectivity is broken and poly-Si deposited on SiO 2 is deposited.
The film may be completely removed by some method, and selective growth may be performed again. That is, by heating the SiO 2 substrate from a set temperature during selective growth to a predetermined temperature and irradiating it with synchrotron radiation, the deposited poly-Si is completely etched, and the SiO 2 in the same state as before the growth is started. 2 surfaces are obtained.
【００１１】[0011]
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。 （実施例１）図１は、本発明によるＳｉエピタキシャル
膜の選択成長法の一実施例を説明するための装置の概略
構造を示す図である。同図では、Ｓｉ基板上に部分的に
ＳｉＯ2 膜のパターンを持ち、ＳｉＯ2 膜パターン以外
の部分、すなわち、Ｓｉ露出部のみに広い温度領域で選
択的にＳｉのエピタキシャル成長を行う場合の実施例を
示している。シラン系ガスとしてジシランを用い、かつ
Ｓｉ基板に照射する真空紫外光としてシンクロトロン放
射光を用いた場合の概略を示している。同図において、
真空排気ポンプ１を有した成長室２内には、部分的にＳ
ｉＯ2 膜パターンを有した面方位（１００）のＳｉ基板
３が加熱機構４に設置されて配置され、このＳｉ基板３
が加熱機構４により所定の温度に加熱した状態でガスセ
ル５からジシランボンベ６内に充填されているジシラン
ガスをこのＳｉ基板３の表面に供給する。このとき、同
時に電子蓄積リング７で発生し差動排気型真空ダクト８
を通じて成長室２に導入されたシンクロトロン放射光９
でＳｉ基板３の表面を照射する。このとき、真空バルブ
１０は開いた状態とする。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of an apparatus for explaining an embodiment of a selective growth method of a Si epitaxial film according to the present invention. In the figure, an example in which a pattern of a SiO 2 film is partially formed on a Si substrate, and Si is selectively epitaxially grown in a wide temperature region only on a portion other than the SiO 2 film pattern, that is, a Si exposed portion. Is shown. The figure shows a case where disilane is used as the silane-based gas and synchrotron radiation is used as the vacuum ultraviolet light for irradiating the Si substrate. In the figure,
In the growth chamber 2 having the vacuum pump 1, S
A Si substrate 3 having a plane orientation (100) and having an iO 2 film pattern is installed and arranged in the heating mechanism 4.
While being heated to a predetermined temperature by the heating mechanism 4, the disilane gas filled in the disilane cylinder 6 is supplied to the surface of the Si substrate 3 from the gas cell 5. At this time, at the same time, a differential exhaust type vacuum duct 8 is generated in the electron storage ring 7.
Synchrotron radiation 9 introduced into the growth chamber 2 through
The surface of the Si substrate 3 is irradiated with. At this time, the vacuum valve 10 is kept open.
【００１２】この実施例では、成長室２にジシランガス
を成長室２内の真空度が１．５×１０-4Ｔｏｒｒになる
まで導入した。また、シンクロトロン放射光９は約１０
０Åにピークを有する３０〜１５００Åの波長範囲で照
射した。照射フォトン量は毎秒２×１０16個であった。
成長時の基板温度は３５０〜８５０℃とした。また、ジ
シラン圧力は５×１０-6から１．５×１０-4Ｔｏｒｒの
範囲とした。In this example, disilane gas was introduced into the growth chamber 2 until the degree of vacuum in the growth chamber 2 reached 1.5 × 10 -4 Torr. The synchrotron radiation 9 is about 10
Irradiation was carried out in the wavelength range of 30 to 1500 Å having a peak at 0 Å. The irradiation photon amount was 2 × 10 16 per second.
The substrate temperature during growth was 350 to 850 ° C. The disilane pressure was in the range of 5 × 10 −6 to 1.5 × 10 −4 Torr.
【００１３】まず、基板温度約８３０℃，ジシラン圧力
１．５×１０-4Ｔｏｒｒの条件でＳｉエピタキシャル膜
の選択成長を行った。このとき、Ｓｉ基板３のＳｉＯ2
膜パターン上ではジシランが解離吸着するので、シンク
ロトロン放射光９をＳｉＯ2膜表面に照射しないとき
は、ＳｉＯ2 膜表面にＳｉ原子が付着する。しかし、Ｓ
ｉＯ2 膜表面にシンクロトロン放射光９を照射すること
により、ＳｉＯ2 膜が光分解し、ダングリングボンドが
完全に消失する。このため、ジシランに対し、化学的に
完全不活性なＳｉＯ2 膜表面が形成され、ＳｉＯ2 膜上
ではＳｉが堆積せず、選択成長が起こる。つまり、約８
３０℃の高い基板温度では、熱反応のみでは選択成長し
ないが、シンクロトロン放射光９をＳｉＯ2 膜上に照射
することにより、選択成長が可能となる。この条件で選
択成長を約１０分間行った。First, a selective growth of a Si epitaxial film was performed under the conditions of a substrate temperature of about 830 ° C. and a disilane pressure of 1.5 × 10 −4 Torr. At this time, the SiO 2 of the Si substrate 3
Since disilane on film pattern is dissociative adsorption, when not irradiated with synchrotron radiation 9 in the SiO 2 film surface Si atoms attached to the SiO 2 film surface. But S
By irradiating the surface of the iO 2 film with the synchrotron radiation 9, the SiO 2 film is photolyzed and the dangling bonds are completely disappeared. Therefore, a chemically completely inactive SiO 2 film surface is formed with respect to disilane, Si is not deposited on the SiO 2 film, and selective growth occurs. That is, about 8
At a high substrate temperature of 30 ° C., selective growth is not possible only by thermal reaction, but selective growth is possible by irradiating the SiO 2 film with synchrotron radiation light 9. Under these conditions, selective growth was performed for about 10 minutes.
【００１４】この結果、ジシランを用いた本実施例によ
るＳｉエピタキシャル膜の選択成長法では、約８３０℃
の高い基板温度においても、Ｓｉ基板３の露出部にはＳ
ｉ膜がエピタキシャル成長するが、ＳｉＯ2 膜パターン
上には全く成長しない。つまり完全な選択成長が行われ
ていることを確認した。As a result, in the selective growth method of the Si epitaxial film according to the present embodiment using disilane, about 830 ° C.
Even at a high substrate temperature of
The i film grows epitaxially, but does not grow at all on the SiO 2 film pattern. In other words, it was confirmed that complete selective growth was being carried out.
【００１５】図２は、図１の装置を用い、ジシランの成
長室２への導入圧力とＳｉ基板３の温度とを変化させ、
本実施例によるＳｉエピタキシャル膜の選択成長法を試
み、どの成長条件で選択成長が可能かを調べた結果を示
した図である。図中、黒四角印が選択成長しない場合、
白丸印が選択成長した場合をそれぞれ示している。この
結果から明かなように高い基板温度になるほどジシラン
の導入圧力に対する選択成長の範囲が広がることが判
る。また、選択成長は、成長時間の長さに関係なく、安
定して実現できることがわかった。In FIG. 2, the pressure of introducing disilane into the growth chamber 2 and the temperature of the Si substrate 3 are changed by using the apparatus of FIG.
It is the figure which showed the result of having tried the selective growth method of the Si epitaxial film by a present Example, and investigating on which growth conditions the selective growth was possible. In the figure, if the black squares do not grow selectively,
The white circles indicate the cases where selective growth is performed. From this result, it is clear that the higher the substrate temperature, the wider the range of selective growth with respect to the pressure of introducing disilane. It was also found that the selective growth can be stably achieved regardless of the growth time.
【００１６】（実施例２）前述した実施例１において
は、シンクロトロン放射光を常時ＳｉＯ2 表面に照射し
ているが、発明者らは、選択性が破綻する前に放射光を
ＳｉＯ2 表面に一定時間照射すれば、選択性が維持され
ることを実験的に確かめた。図３は、基板温度約７５０
℃，成長室内のジシラン圧力３×１０-5Ｔｏｒｒにおい
て、約１分のシンクロトロン放射光照射を一定の照射停
止時間をはさんで間欠的に行った場合、選択性が破綻す
るまでの時間が照射停止時間を変化させたときにどのよ
うに変化するかを調べた結果を示す図である。同図から
明かなように照射停止時間を約３５分以内に設定すれ
ば、選択性が永続することがわかった。シンクロトロン
放射光を照射しない場合の熱成長による選択成長におい
ては、基板温度約７５０℃，ジシラン圧力３×１０-5Ｔ
ｏｒｒの条件では、選択成長開始約４０分後にＳｉＯ2
膜上にポリＳｉが堆積し始める。すなわち、選択性が破
綻する。したがってＳｉＯ2 膜表面上にＳｉ核が形成さ
れる以前にＳｉＯ2 膜表面へのシンクロトロン放射光照
射を繰り返すことにより、選択性が永続することにな
る。(Embodiment 2) In Embodiment 1 described above, the synchrotron radiation is always applied to the SiO 2 surface. However, the inventors of the present invention radiated the radiation to the SiO 2 surface before the selectivity collapses. It was experimentally confirmed that the selectivity was maintained when the irradiation was performed for a certain period of time. FIG. 3 shows a substrate temperature of about 750.
If the synchrotron radiation irradiation for about 1 minute is intermittently performed at a disilane pressure of 3 × 10 -5 Torr in the growth chamber at a temperature of 3 minutes with a fixed irradiation stop time, the time until the selectivity collapses. It is a figure which shows the result of having investigated how it changes when irradiation stop time is changed. As is clear from the figure, if the irradiation stop time is set within about 35 minutes, it was found that the selectivity lasts. In the selective growth by thermal growth without irradiation of synchrotron radiation, the substrate temperature is about 750 ° C., the disilane pressure is 3 × 10 −5 T.
Under the condition of orr, SiO 2 is about 40 minutes after the start of selective growth.
Poly-Si begins to deposit on the film. That is, the selectivity fails. Thus by repeating the synchrotron radiation irradiation to the SiO 2 film surface before Si nuclei are formed in the SiO 2 film on the surface, so that the selectivity is persistent.
【００１７】これは、シンクロトロン放射光の照射によ
り、表面のＳｉＯ2 分子と解離吸着したシラン系ガス分
子が内殻電子励起され、光刺激脱離現象により、ＳｉＯ
2 膜表面からシラン系ガス分子が脱離するためであると
予想される。この光刺激脱離には、シンクロトロン放射
光照射によってＳｉＯ2 膜表面から発生する２次電子に
よる電子励起も寄与する。ただし、この現象が観察され
るのは、基板温度は約７００℃以上の場合に限られる。
また、シンクロトロン放射光がＳｉＯ2 膜表面上に間欠
的に照射でき、ＳｉＯ2 のシンクロトロン放射光による
エッチング量を極力減らすこともでき、プロセス適用上
の自由度が広がる。このようにＳｉＯ2膜表面に対する
シンクロトロン放射光照射を間欠的に行うことにより、
広い温度範囲で光刺激蒸発によるＳｉＯ2 膜パターンの
膜減り量を著しく抑制した形の選択成長が成長時間に係
わらず安定に実現できる。This is because the irradiation of synchrotron radiation light excites the SiO 2 molecules on the surface and the silane-based gas molecules dissociated and adsorbed to the core electrons, and the photostimulated desorption phenomenon causes SiO
2 It is expected that this is because silane-based gas molecules are desorbed from the film surface. Electron excitation by secondary electrons generated from the surface of the SiO 2 film by irradiation with synchrotron radiation also contributes to this photostimulation desorption. However, this phenomenon is observed only when the substrate temperature is about 700 ° C. or higher.
Moreover, the surface of the SiO 2 film can be intermittently irradiated with the synchrotron radiation, and the etching amount of SiO 2 by the synchrotron radiation can be reduced as much as possible, so that the degree of freedom in applying the process is expanded. Thus, by intermittently irradiating the surface of the SiO 2 film with synchrotron radiation,
In a wide temperature range, selective growth in a form in which the amount of SiO 2 film pattern loss due to photostimulated evaporation is significantly suppressed can be stably realized regardless of the growth time.
【００１８】以下、図面を用いて詳細に説明する。図４
は、本発明によるＳｉエピタキシャル膜の選択成長法の
実施例を説明するための装置の概略構造を示す図であ
る。同図では、Ｓｉ基板上に部分的にＳｉＯ2 膜のパタ
ーンを持ち、このＳｉＯ2 膜パターン以外の部分、すな
わち、Ｓｉ露出部のみに広い温度領域で選択的にＳｉの
エピタキシャル成長を行う場合の実施例である。シラン
系ガスとしてジシランを用い、かつＳｉ基板に照射する
真空紫外光としてシンクロトロン放射光，赤外光として
赤外線ランプを用いた場合の概略を示してある。この装
置は、真空排気ポンプ１を有した成長室２内に部分的に
ＳｉＯ2 膜パターンを有したＳｉ基板３を設置し、この
Ｓｉ基板３を加熱機構４により所定の温度に加熱した状
態でガスセル５からバルブ１１を開けることにより、ジ
シランボンベ６内に充填されているジシランガスをＳｉ
基板３の表面に供給する。このとき、同時に電子蓄積リ
ング７で発生し、差動排気型真空ダクト８を通じて成長
室２に導入されたシンクロトロン放射光９を一定時間間
隔でＳｉ基板３の表面を照射する。ここで、シンクロト
ロン放射光９を照射する場合は真空バルブ１０を開け
る。また、シンクロトロン放射光９もしくは赤外線ラン
プ１２による赤外光１３を照射する場合はバルブ１１を
閉にし、ジシランガスの供給は停止する。シンクロトロ
ン放射光照射の時間間隔は、選択性が破綻する時間より
短い時間に設定する。このとき、所定時間照射するＳｉ
基板３上の照射領域を照射が終了した時点で次々と移動
させることにより、より大面積で選択成長が実現でき
る。A detailed description will be given below with reference to the drawings. Figure 4
FIG. 3 is a diagram showing a schematic structure of an apparatus for explaining an example of a selective growth method of a Si epitaxial film according to the present invention. In the figure, an example is shown in which a pattern of the SiO 2 film is partially formed on the Si substrate, and the Si epitaxial growth is selectively performed in a wide temperature range only on the portion other than the SiO 2 film pattern, that is, the Si exposed portion. Here is an example. The figure shows a case where disilane is used as the silane-based gas, synchrotron radiation is used as the vacuum ultraviolet light for irradiating the Si substrate, and an infrared lamp is used as the infrared light. In this apparatus, a Si substrate 3 partially having a SiO 2 film pattern is installed in a growth chamber 2 having a vacuum exhaust pump 1, and the Si substrate 3 is heated to a predetermined temperature by a heating mechanism 4. By opening the valve 11 from the gas cell 5, the disilane gas filled in the disilane cylinder 6 is replaced with Si.
It is supplied to the surface of the substrate 3. At this time, at the same time, the surface of the Si substrate 3 is irradiated with synchrotron radiation 9 which is generated in the electron storage ring 7 and is introduced into the growth chamber 2 through the differential exhaust type vacuum duct 8 at regular time intervals. Here, when the synchrotron radiation 9 is irradiated, the vacuum valve 10 is opened. When irradiating the synchrotron radiation 9 or the infrared light 13 from the infrared lamp 12, the valve 11 is closed and the supply of disilane gas is stopped. The time interval of synchrotron radiation irradiation is set to a time shorter than the time at which the selectivity collapses. At this time, Si for irradiation for a predetermined time
By selectively moving the irradiation region on the substrate 3 after irradiation is completed, selective growth can be realized in a larger area.
【００１９】本実施例では、成長室２にジシランガス
を、成長室２内の真空度が３．０×１０-5Ｔｏｒｒにな
るまで導入した。また、シンクロトロン放射光９は３０
〜１５００Åの波長範囲で約１００Åにピークを有して
いる。照射フォトン量は毎秒２×１０16個であった。成
長時の基板温度は３００〜８００℃とした。In this example, disilane gas was introduced into the growth chamber 2 until the degree of vacuum in the growth chamber 2 reached 3.0 × 10 -5 Torr. The synchrotron radiation 9 is 30
It has a peak at about 100Å in the wavelength range of up to 1500Å. The irradiation photon amount was 2 × 10 16 per second. The substrate temperature during growth was 300 to 800 ° C.
【００２０】まず、基板温度約７５０℃の条件でＳｉエ
ピタキシャル膜の選択成長法を試みた。このとき、Ｓｉ
基板３のＳｉＯ2 膜表面ではジシランが解離吸着する。
しかし、解離吸着したジシランがＳｉ核を形成する前に
シンクロトロン放射光９を一定時間照射することによ
り、解離吸着したジシランが全て脱離し、元の何も吸着
していないＳｉＯ2 膜表面が得られ、再び選択成長が可
能となる。つまり、約７５０℃の高い基板温度では、熱
反応のみでは選択性は約４０分しか維持できないが、シ
ンクロトロン放射光９を約４０分以内の時間間隔で一定
時間、間欠的にＳｉＯ2 膜上に照射することにより、選
択性の破綻しない選択成長が可能となる。この条件で選
択成長を約４００分間行った。First, the selective growth method of the Si epitaxial film was tried under the condition that the substrate temperature was about 750 ° C. At this time, Si
Disilane is dissociatively adsorbed on the SiO 2 film surface of the substrate 3.
However, by irradiating the synchrotron radiation 9 for a certain period of time before the dissociatively adsorbed disilane forms Si nuclei, all the dissociatively adsorbed disilane is desorbed, and the original SiO 2 film surface on which nothing is adsorbed is obtained. Then, selective growth becomes possible again. That is, at a high substrate temperature of about 750 ° C., the selectivity can be maintained only for about 40 minutes only by the thermal reaction, but the synchrotron radiation 9 is intermittently deposited on the SiO 2 film for a certain period at a time interval of about 40 minutes or less. By irradiating the surface of the substrate, selective growth is possible without breaking the selectivity. Under these conditions, selective growth was performed for about 400 minutes.
【００２１】図５は、実際に図４の装置を用いて基板温
度約７５０℃，ジシラン圧力３×１０-5Ｔｏｒｒの成長
条件で選択成長を約４００分間行った結果得られたＳｉ
基板３の断面構造を走査型電子顕微鏡で観察した結果を
示す模式図である。この結果から明かなようにジシラン
を用いたこの実施例によるＳｉエピタキシャル膜の選択
成長法では、Ｓｉ基板３の露出部にはＳｉ膜２１がエピ
タキシャル成長するがＳｉＯ2 膜パターン２２上には全
く成長しない。つまり、完全な選択成長が行われている
ことがわかる。この場合、シンクロトロン放射光照射時
にジシランガスの導入も同時に行っていたが、導入を停
止することにより、ジシランの気相解離生成種の非照射
部への堆積の結果生ずるポリＳｉの堆積をなくすことが
できる。FIG. 5 shows the Si obtained as a result of performing selective growth for about 400 minutes under the growth conditions of the substrate temperature of about 750 ° C. and the disilane pressure of 3 × 10 −5 Torr by actually using the apparatus of FIG.
It is a schematic diagram which shows the result of having observed the cross-section of the board | substrate 3 with the scanning electron microscope. As is clear from this result, in the selective growth method of the Si epitaxial film using disilane according to this embodiment, the Si film 21 is epitaxially grown on the exposed portion of the Si substrate 3 but is not grown on the SiO 2 film pattern 22 at all. . That is, it can be seen that complete selective growth is performed. In this case, the disilane gas was also introduced at the same time as the irradiation with the synchrotron radiation, but by stopping the introduction, the deposition of poly-Si resulting from the deposition of the vapor phase dissociation product species of disilane on the non-irradiated part is eliminated. You can
【００２２】このような方法によれば、前述した実施例
と同様の効果に加えてシンクロトロン放射光９の照射
と、ジシランガスの供給とが別々に行えるので、シンク
ロトロン放射光９の照射後に真空バルブ１０を閉じるこ
とにより、ジシランガスの導入圧力を蓄積電子リング７
内の真空度に関係なく、大きくすることができる。すな
わち、Ｓｉエピタキシャル膜の成長速度を大きくするこ
とができる。According to such a method, in addition to the same effects as those of the above-described embodiment, the irradiation of the synchrotron radiation 9 and the supply of the disilane gas can be performed separately, so that a vacuum is generated after the irradiation of the synchrotron radiation 9. By closing the valve 10, the introduction pressure of the disilane gas is stored in the storage electron ring 7.
It can be increased regardless of the degree of vacuum inside. That is, the growth rate of the Si epitaxial film can be increased.
【００２３】（実施例３）前述した選択成長法では、選
択性を永続させるために基板温度を約７００℃以上にす
ることが必要であるが、それ以下の基板温度では、選択
性は従来技術におけるよりも長く維持されるようになる
ものの、選択性の破綻は避けられない。この場合、膜厚
の厚い選択エピタキシャル膜を得るためには選択性が破
綻してもＳｉＯ2 膜上に堆積したポリＳｉ膜を何らかの
方法で完全に除去し、再び選択成長を行えば良い。発明
者らはＳｉ基板を選択成長時の設定温度から所定の温度
まで加熱し、シンクロトロン放射光をこれに照射するこ
とにより、堆積したポリＳｉが完全にエッチングされ、
成長開始前と同じ状態のＳｉＯ2 膜表面が得られること
を実験的に確認した。(Embodiment 3) In the above-described selective growth method, it is necessary to raise the substrate temperature to about 700 ° C. or more in order to make the selectivity permanent, but at a substrate temperature lower than that, the selectivity is reduced by the conventional technique. Although it will be maintained longer than in, the failure of selectivity is inevitable. In this case, in order to obtain a selective epitaxial film having a large film thickness, even if the selectivity is broken, the poly-Si film deposited on the SiO 2 film may be completely removed by some method, and selective growth may be performed again. The inventors heated the Si substrate from a set temperature at the time of selective growth to a predetermined temperature and irradiating it with synchrotron radiation, whereby the deposited poly-Si was completely etched,
It was experimentally confirmed that the SiO 2 film surface in the same state as before the growth was obtained.
【００２４】本実施例では、Ｓｉ基板３の温度が約７０
０℃以下の場合は、赤外線ランプ１２による赤外光１３
を所定時間間隔でこのＳｉ基板３の表面に照射する。こ
の赤外光１３の照射は、選択性が破綻した時間を照射毎
の時間間隔に設定して一定時間照射する。このとき、図
６に示した温度になるように赤外光１３の光強度を設定
する。このとき、同時にシンクロトロン放射光９による
照射も行う。シンクロトロン放射光９をＳｉＯ2 膜上に
照射しても、選択成長は照射しない場合と比較してより
長く維持されるものの、一定の潜伏時間後に破綻し、Ｓ
ｉＯ2 膜上にポリＳｉが堆積する。この場合は図４に示
した赤外線ランプ１２を用い、Ｓｉ基板３を加熱すると
同時にシンクロトロン放射光９を照射することにより、
ＳｉＯ2膜上のポリＳｉが全てエッチングされ、成長前
と同じ状態のＳｉＯ2 膜表面が得られ、再び選択成長が
可能となる。In this embodiment, the temperature of the Si substrate 3 is about 70.
In the case of 0 ° C or less, infrared light 13 from the infrared lamp 12
Is irradiated on the surface of the Si substrate 3 at a predetermined time interval. The irradiation of the infrared light 13 is performed for a fixed time by setting the time when the selectivity is broken to the time interval for each irradiation. At this time, the light intensity of the infrared light 13 is set so as to reach the temperature shown in FIG. At this time, irradiation with the synchrotron radiation 9 is also performed at the same time. Even if the SiO 2 film is irradiated with the synchrotron radiation 9, the selective growth is maintained longer than in the case where it is not irradiated, but it fails after a certain incubation time, and S
Poly-Si is deposited on the iO 2 film. In this case, the infrared lamp 12 shown in FIG. 4 is used to heat the Si substrate 3 and simultaneously irradiate it with synchrotron radiation light 9.
All the poly-Si on the SiO 2 film is etched to obtain the surface of the SiO 2 film in the same state as before the growth, and selective growth is possible again.
【００２５】例えばシンクロトロン放射光９を照射しな
い場合の熱反応による選択成長においては、基板温度約
６００℃，ジシラン圧力３×１０-5Ｔｏｒｒの場合で約
１０分の潜伏期間の後にＳｉＯ2 膜上にポリＳｉが堆積
し始める。この条件において選択性が破綻し、ＳｉＯ2
膜上にポリＳｉが堆積した基板を約７００℃に加熱し、
シンクロトロン放射光９をＳｉＯ2 膜上に約３分間照射
した。その後、照射面を反射高速電子線回折法とオージ
ェスペクトル分光法とで評価した結果、ポリＳｉが完全
にエッチングされ、成長開始前と同じ状態のＳｉＯ2 膜
を有するＳｉ基板３が得られていることが確認された。For example, in the selective growth by the thermal reaction when the synchrotron radiation 9 is not irradiated, the SiO 2 film is formed after a latent period of about 10 minutes when the substrate temperature is about 600 ° C. and the disilane pressure is 3 × 10 -5 Torr. Poly Si begins to deposit on top. Under these conditions, the selectivity collapses and SiO 2
The substrate with poly-Si deposited on the film is heated to about 700 ° C,
The SiO 2 film was irradiated with synchrotron radiation 9 for about 3 minutes. After that, the irradiation surface was evaluated by reflection high-energy electron diffraction and Auger spectrum spectroscopy. As a result, poly-Si was completely etched, and a Si substrate 3 having a SiO 2 film in the same state as before the start of growth was obtained. It was confirmed.
【００２６】また、基板温度を再び約６００℃に戻し、
圧力３×１０-5Ｔｏｒｒのジシランを暴露した結果、再
び選択成長できた。この場合、Ｓｉパターン上に成長し
たＳｉエピタキシャル膜に変化はなかった。同様の実験
を基板の設定温度を変えて行った場合でも、基板を加熱
し、シンクロトロン放射光９を一定時間ＳｉＯ2 膜表面
上に照射することにより、堆積したポリＳｉがエッチン
グされ、選択成長可能なＳｉＯ2 膜表面が得られること
を確認した。これは堆積したポリＳｉと下地のＳｉＯ2
膜とがシンクロトロン放射光９による光誘起固相反応に
より、 Ｓｉ＋ＳｉＯ2 ＋ｈν→２ＳｉＯ↑ のように反応した結果、ＳｉＯ2 膜上のポリＳｉがＳｉ
Ｏとなって蒸発することによるものと思われる。The substrate temperature is returned to about 600 ° C. again,
As a result of exposing to disilane at a pressure of 3 × 10 −5 Torr, selective growth was possible again. In this case, there was no change in the Si epitaxial film grown on the Si pattern. Even when the same experiment was performed by changing the set temperature of the substrate, the deposited poly-Si was etched and the selective growth was performed by heating the substrate and irradiating the surface of the SiO 2 film with the synchrotron radiation 9 for a certain period of time. It was confirmed that a possible SiO 2 film surface was obtained. This is the deposited poly-Si and the underlying SiO 2
As a result of the photo-induced solid-phase reaction of the film with synchrotron radiation 9 such that Si + SiO 2 + hν → 2SiO ↑, poly-Si on the SiO 2 film becomes Si.
It seems to be due to the fact that it becomes O and evaporates.
【００２７】図６は、ＳｉＯ2 膜パターン上のポリＳｉ
が完全にエッチングされた場合のシンクロトロン放射光
照射時の基板温度を選択成長時の各設定基板温度毎に実
験で調べた結果を示したものである。シンクロトロン放
射光９の照射時間は約３分とした。このように熱反応に
よる選択成長において、一定潜伏期間の後にＳｉＯ2膜
上にポリＳｉが堆積し、選択性が破綻した場合でも、基
板を所定温度以上まで加熱し、シンクロトロン放射光９
を所定時間ＳｉＯ2 膜表面に照射すれば、成長前と同じ
状態のＳｉＯ2 膜表面が得られ、再び選択成長が可能で
ある。つまり、選択成長→基板加熱＋シンクロトロン放
射光照射→選択成長と所定時間間隔で繰り返すことによ
り、膜厚の厚い選択Ｓｉエピタキシャル膜を得ることが
できる。この場合、基板の加熱には、赤外線ランプもし
くは赤外線レーザーによる赤外光を基板に照射すれば、
瞬時にＳｉＯ2 膜表面を昇温でき、照射を停止すれば、
瞬時に元の基板温度に戻すことができる。FIG. 6 shows poly-Si on the SiO 2 film pattern.
FIG. 4 shows the results of an experiment in which the substrate temperature at the time of irradiation with synchrotron radiation in the case of being completely etched was examined for each set substrate temperature at the time of selective growth. The irradiation time of the synchrotron radiation 9 was about 3 minutes. As described above, in the selective growth by the thermal reaction, even when poly-Si is deposited on the SiO 2 film after a certain incubation period and the selectivity is broken, the substrate is heated to a predetermined temperature or higher, and the synchrotron radiation 9
By irradiating the surface of the SiO 2 film for a predetermined time, the surface of the SiO 2 film in the same state as before the growth is obtained, and the selective growth is possible again. That is, a selective Si epitaxial film having a large film thickness can be obtained by repeating selective growth → substrate heating + synchrotron radiation irradiation → selective growth at predetermined time intervals. In this case, to heat the substrate, if the substrate is irradiated with infrared light from an infrared lamp or infrared laser,
If the temperature of the SiO 2 film surface can be raised instantaneously and irradiation is stopped,
The original substrate temperature can be returned instantly.
【００２８】前述した各実施例において、基板温度約７
００℃以上の場合のシンクロトロン放射光照射時に基板
を赤外光によって加熱しない工程を工程Ａとし、基板温
度約７００℃以下のシンクロトロン放射光照射時に赤外
光によって加熱する工程を工程Ｂとする。図７は、図４
に示した装置を用い、ジシランの成長室２への導入圧力
とＳｉ基板３の温度とを変化させ、本実施例によるＳｉ
エピタキシャル膜の選択成長法を試みた場合、どの成長
条件で工程Ａと工程Ｂとを使い分ければ、選択エピタキ
シャル膜の膜厚に上限のない選択成長が可能かを示した
図である。同図において、斜線部分が工程Ａ，斜線のな
い部分が工程Ｂである。このように選択成長条件によっ
て工程Ａと工程Ｂとを使い分けることにより、広い温度
領域にわたって選択エピタキシャル膜の膜厚に上限のな
い選択成長が実現できることがわかった。In each of the above-described embodiments, the substrate temperature is about 7
Step A is a step in which the substrate is not heated by infrared light during irradiation with synchrotron radiation at a temperature of 00 ° C. or higher, and step B is a step in which heating is performed by infrared light during irradiation with synchrotron radiation at a substrate temperature of approximately 700 ° C. or lower. To do. FIG. 7 shows FIG.
By using the apparatus shown in FIG. 1, the pressure of introducing disilane into the growth chamber 2 and the temperature of the Si substrate 3 are changed to change the Si according to the present embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing which growth condition, when the selective growth method of the epitaxial film is tried, can be used by selectively using the process A and the process B so that the thickness of the selective epitaxial film has no upper limit. In the figure, the shaded portion is the process A, and the non-shaded portion is the process B. As described above, it was found that by selectively using the process A and the process B depending on the selective growth conditions, selective growth can be realized without an upper limit in the thickness of the selective epitaxial film over a wide temperature range.
【００２９】また、前述した実施例においては、分子線
源としてジシランガスを用いた場合について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、ソースガ
スとして例えばシラン，トリシラン、ジクロルシラン等
の他のシラン系ガスを用いた場合でも本方法は適用で
き、前述の実施例と同様の効果が得られることは言うま
でもない。Further, in the above-mentioned embodiment, the case of using disilane gas as the molecular beam source has been described, but the present invention is not limited to this, and other source gases such as silane, trisilane, dichlorosilane, etc. It is needless to say that the present method can be applied even when the above silane-based gas is used, and the same effects as those of the above-mentioned embodiment can be obtained.
【００３０】さらに前述した実施例においては、真空紫
外光源としてシンクロトロン放射光を用いた場合につい
て説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、例えばＸ線および軟Ｘ線等の紫外光よりも波長の短
い光あるいは物質のＫ核電子軌道の結合エネルギ以下の
エネルギの電子線を用いても本方法は適用でき、前述の
実施例と同様な効果が得られることは言うまでもない。Further, in the above-mentioned embodiment, the case where synchrotron radiation was used as the vacuum ultraviolet light source was explained, but the present invention is not limited to this, and for example, ultraviolet rays such as X-rays and soft X-rays are used. It is needless to say that the present method can be applied even when light having a wavelength shorter than that of light or an electron beam having an energy not higher than the binding energy of the K nuclear electron orbit of the substance is used, and the same effect as that of the above-described embodiment is obtained.
【００３１】前述した図４においては、選択成長用のＳ
ｉ基板３として本実施例では、単結晶Ｓｉ基板上にＳｉ
Ｏ2 膜のパターンが部分的に形成した基板を用いたが、
本発明はこれに限定されるものではなく、単結晶Ｓｉ基
板上にＰ2Ｏ5を含むＳｉＯ2膜やＰ2Ｏ5とＢ2Ｏ5とを含
むＳｉＯ2 膜および窒化膜等の他の絶縁膜のパターンを
部分的に形成した基板を用いた場合でも本方法は適用で
き、前述の実施例と同様な効果が得られることは勿論で
ある。In FIG. 4 described above, S for selective growth is used.
In this embodiment, as the i substrate 3, Si is formed on a single crystal Si substrate.
A substrate having a partially formed O 2 film pattern was used.
The present invention is not limited to this, on a single crystal Si substrate P 2 O 5 and comprising SiO 2 film or a P 2 O 5 and B 2 O 5 and SiO 2 films and other such nitride film containing The present method can be applied even when a substrate having a partially formed insulating film pattern is used, and it is needless to say that the same effects as those of the above-described embodiments can be obtained.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上、説明したように本発明によるＳｉ
エピタキシャル膜の選択成長法によれば、Ｓｉデバイス
のセルフ・アライン（自己整合）構成を、高い膜厚制御
性を持ち、かつ製作条件の自由度を広く保ちながら、安
定性良く実現することができるという極めて優れた効果
が得られる。つまり、基板温度が約７００℃以上の場合
は、第１および第２のＳｉエピタキシャル膜の選択成長
法を、基板温度約７００℃以下の場合は第３のＳｉエピ
タキシャル膜の選択成長法をそれぞれ基板温度に応じて
使い分けることにより、広い温度範囲において、得られ
る選択エピタキシャル膜の膜厚に上限のない選択成長が
可能となる。すなわち、広い温度範囲においてＳｉエピ
タキシャル膜の膜厚に上限のない選択成長が幅広いプロ
セス設計上の自由度を持って可能となる。また、本発明
による第２および第３のＳｉエピタキシャル膜の選択成
長法によれば、絶縁膜パターン表面に対する紫外光もし
くは紫外光より波長の短い光の照射を間欠的に行ってい
るので、光刺激蒸発による絶縁膜パターンの膜減り量を
著しく抑制できるという極めて優れた効果が得られる。As described above, Si according to the present invention is used.
According to the selective growth method of the epitaxial film, it is possible to realize the self-alignment (self-alignment) structure of the Si device with high film thickness controllability and with a wide degree of freedom in manufacturing conditions with good stability. That is an extremely excellent effect. That is, when the substrate temperature is about 700 ° C. or higher, the first and second Si epitaxial film selective growth methods are used, and when the substrate temperature is about 700 ° C. or lower, the third Si epitaxial film selective growth method is used. By selectively using it depending on the temperature, it is possible to perform selective growth in which the thickness of the obtained selective epitaxial film has no upper limit in a wide temperature range. That is, the selective growth without the upper limit of the thickness of the Si epitaxial film in a wide temperature range is possible with a wide degree of freedom in process design. Further, according to the second and third Si epitaxial film selective growth methods of the present invention, the surface of the insulating film is irradiated with ultraviolet light or light having a shorter wavelength than ultraviolet light intermittently. It is possible to obtain an extremely excellent effect that it is possible to remarkably reduce the amount of reduction of the insulating film pattern due to evaporation.
【図１】本発明によるＳｉエピタキシャル膜の選択成長
法の一実施例を説明するための装置の概略を示す構成図
である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of an apparatus for explaining an example of a selective growth method of a Si epitaxial film according to the present invention.
【図２】本発明によるＳｉエピタキシャル膜の選択成長
法によるＳｉエピタキシャル膜の選択成長する条件をジ
シラン圧力と基板温度とに対して示す図である。FIG. 2 is a diagram showing conditions for selective growth of a Si epitaxial film by a selective growth method of a Si epitaxial film according to the present invention with respect to disilane pressure and substrate temperature.
【図３】本発明に係わるＳｉエピタキシャル膜の選択性
破綻までの時間が照射停止時間を変化させたときにどの
ように変化するかを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing how the time until the breakdown of the selectivity of the Si epitaxial film according to the present invention changes when the irradiation stop time is changed.
【図４】本発明によるＳｉエピタキシャル膜の選択成長
法の他の実施例を説明するための装置の概略を示す構成
図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing an outline of an apparatus for explaining another embodiment of the selective growth method of the Si epitaxial film according to the present invention.
【図５】本発明に係わるＳｉエピタキシャル膜の選択成
長を約４００分間行った結果得られたＳｉ基板の断面構
造を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す模式図であ
る。FIG. 5 is a schematic view showing a result of observing a cross-sectional structure of a Si substrate obtained by performing selective growth of a Si epitaxial film according to the present invention for about 400 minutes with a scanning electron microscope.
【図６】ＳｉＯ2 パターン上にポリＳｉが完全にエッチ
ングされた場合のシンクロトロン放射光照射時の基板温
度を選択成長時の各設定基板温度毎に示した図である。FIG. 6 is a diagram showing the substrate temperature at the time of irradiation of synchrotron radiation when poly-Si is completely etched on the SiO 2 pattern for each set substrate temperature at the time of selective growth.
【図７】本発明によるＳｉエピタキシャル膜の選択成長
法を試みた場合にどの成長条件で工程Ａと工程Ｂとを使
い分ければ得られる選択エピタキシャル膜に膜厚に上限
のない選択成長が可能かを示す図である。FIG. 7: When the selective growth method of the Si epitaxial film according to the present invention is attempted, under which growth condition is selectively used the process A and the process B, the selective epitaxial film obtained can have selective growth without an upper limit in film thickness. FIG.
【符号の説明】 １ 排気ポンプ ２ 成長室 ３ 面方位（１００）のＳｉ基板 ４ 加熱機構 ５ ガスセル ６ ジシランボンベ ７ 電子蓄積リング ８ 差動排気型真空ダクト ９ シンクロトロン放射光 １０ 真空バルブ １１ バルブ １２ 赤外線ランプ １３ 赤外光 ２１ Ｓｉ膜（エピタキシャル膜） ２２ ＳｉＯ2 膜パターン[Explanation of Codes] 1 Exhaust pump 2 Growth chamber 3 Si substrate with plane orientation (100) 4 Heating mechanism 5 Gas cell 6 Disilane cylinder 7 Electron storage ring 8 Differential exhaust type vacuum duct 9 Synchrotron radiation 10 Vacuum valve 11 Valve 12 Infrared lamp 13 Infrared light 21 Si film (epitaxial film) 22 SiO 2 film pattern
Claims (3)
晶Ｓｉ基板上に絶縁膜パターンを部分的に形成した基板
を高真空下で所定温度に加熱した状態にし、前記絶縁膜
パターン以外の露出した単結晶Ｓｉ上のみにＳｉエピタ
キシャル膜を成長させるＳｉエピタキシャル膜の製造方
法において、 前記加熱した基板の表面に紫外光もしくは紫外光より波
長の短い光を照射する第１の工程と、 前記加熱した基板の表面に前記シラン系ガスを供給する
第２の工程と、 を同時に行うことを特徴とするＳｉエピタキシャル膜の
選択成長法。1. A substrate in which an insulating film pattern is partially formed on a single crystal Si substrate is heated to a predetermined temperature under a high vacuum by using a silane-based gas as a raw material supply gas, and the other parts than the insulating film pattern are exposed. In the method for producing a Si epitaxial film, in which the Si epitaxial film is grown only on the single crystal Si, the first step of irradiating the surface of the heated substrate with ultraviolet light or light having a shorter wavelength than ultraviolet light; A second step of supplying the silane-based gas to the surface of the substrate, and the second step are simultaneously performed.
第２の工程とを所定の時間間隔で交互に行うことを特徴
としたＳｉエピタキシャル膜の選択成長法。2. The method according to claim 1, wherein the first step comprises:
A method for selectively growing a Si epitaxial film, characterized in that the second step and the second step are alternately performed.
赤外光を照射する工程と同時に行うことを特徴とするＳ
ｉエピタキシャル膜の選択成長法。3. The method according to claim 2, wherein the first step is
S that is performed simultaneously with the step of irradiating infrared light
i Selective growth method for epitaxial film.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21694593A JPH06196423A (en) | 1992-08-10 | 1993-08-10 | Selective growth method for si epitaxial film |
| US08/279,231 US5495822A (en) | 1993-08-10 | 1994-07-22 | Method of selectively growing Si epitaxial film |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23267392 | 1992-08-10 | ||
| JP4-232673 | 1992-08-10 | ||
| JP21694593A JPH06196423A (en) | 1992-08-10 | 1993-08-10 | Selective growth method for si epitaxial film |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06196423A true JPH06196423A (en) | 1994-07-15 |
Family
ID=26521726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21694593A Pending JPH06196423A (en) | 1992-08-10 | 1993-08-10 | Selective growth method for si epitaxial film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06196423A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09205065A (en) * | 1995-11-22 | 1997-08-05 | Nec Corp | Fabrication of semiconductor device |
-
1993
- 1993-08-10 JP JP21694593A patent/JPH06196423A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09205065A (en) * | 1995-11-22 | 1997-08-05 | Nec Corp | Fabrication of semiconductor device |
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