JPH07118452B2 - Silicon epitaxial growth method - Google Patents
Silicon epitaxial growth methodInfo
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- JPH07118452B2 JPH07118452B2 JP61051259A JP5125986A JPH07118452B2 JP H07118452 B2 JPH07118452 B2 JP H07118452B2 JP 61051259 A JP61051259 A JP 61051259A JP 5125986 A JP5125986 A JP 5125986A JP H07118452 B2 JPH07118452 B2 JP H07118452B2
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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法と言
う）によって基板表面にシリコンをエピタキシャル成長
させるシリコンエピタキシャル成長方法に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a silicon epitaxial growth method for epitaxially growing silicon on a substrate surface by a photo-excited vapor phase epitaxy method (hereinafter, referred to as 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
ガスとも言う）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。所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, in such a high temperature process, there are harmful effects such as substrate warpage, generation of crystal defects, and increase in film stress.
そこでこれらの点を改善するためにエピタキシャル成長
の低温化（例えば800〜850℃程度以下）が要求されてお
り、そのための方法として、分子線エピタキシー法、プ
ラズマCVD法、光CVD法等の利用が試みられている。Therefore, in order to improve these points, it is required to lower the temperature of epitaxial growth (for example, about 800 to 850 ° C or lower), and as a method for that, use of the molecular beam epitaxy method, plasma CVD method, optical CVD method, etc. is tried. Has been.
これらの内で光CVD法に注目すると、反応ガスとしてモ
ノシラン（SiH4）を用いる方法、あるいはジシラン（Si
2H6）を用いる方法等が幾つか報告されている（例え
ば、「オプトロニクス」（1985）No.10頁61〜64参
照）。Of these, focusing on the photo-CVD method, the method using monosilane (SiH 4 ) as the reaction gas or disilane (Si
Several methods using 2 H 6 ) have been reported (for example, see “Opttronics” (1985) No. 10, p. 61-64).
所がモノシランを用いる方法においては、モノシランの
価格がジシランに比べて非常に安い（例えば、シリコン
１グラム当たりで約1/4〜1/5）という利点があるもの
の、モノシランを直接励起して解離させるのに有効な光
源が存在しない等のため、上記のような低温では結晶膜
の成長速度が低い（言ってみれば熱CVD法と変わらな
い）という問題がある。However, the method using monosilane has the advantage that the price of monosilane is much lower than that of disilane (for example, about 1/4 to 1/5 per gram of silicon), but monosilane is directly excited to dissociate. There is a problem that the growth rate of the crystal film is low at the low temperature (similarly to the thermal CVD method) at the above low temperature because there is no light source effective for the purpose.
一方ジシランを用いる方法においては、ジシランを直接
励起して解離させるのに有効な光源がある程度存在して
おり、上記のような低温でもある程度の膜成長速度が得
られているものの、上述のようにジシランが非常に高価
であるという問題がある。On the other hand, in the method using disilane, there is a light source effective for directly exciting and dissociating disilane to some extent, and although a film growth rate is obtained to some extent even at the above low temperature, as described above. The problem is that disilane is very expensive.
そこでこの発明は、光CVD法において、上記両方の場合
の問題を共に解決できるシリコン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, it is an object of the present invention to provide a silicon epitaxial growth method that can solve both of the above problems in the photo-CVD method.
この発明のシリコン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、処理の際の基板の温度を80
0℃〜850℃程度とし、光として波長が193nm〜220nm程度
であってジジランの励起が可能な光を用い、反応ガスと
してジシランとモノシランの混合ガスを用いることを特
徴とする。The silicon epitaxial growth method of the present invention is a method of epitaxially growing silicon on a substrate surface by photoexcited vapor phase epitaxy, in which the temperature of the substrate during processing is set to 80
It is characterized in that the temperature is about 0 ° C. to 850 ° C., light having a wavelength of about 193 nm to 220 nm and capable of exciting dizirane is used, and a mixed gas of disilane and monosilane is used as a reaction gas.
上記のような方法によれば、反応ガスとしてモノシラン
のみを用いた場合よりも相当大きな膜成長速度が、場合
によってはジシランのみを用いた場合より更に大きな膜
成長速度が得られることを見出した。これは、上記のよ
うな光によって励起されたジシランがモノシランと相互
作用することにより、モノシランの励起が起ってその分
子結合が解離するに致ったものと考えられる。しかも、
上記のような方法によれば、モノシランよりも高価なジ
シランの使用割合が減少するため、反応ガスはジシラン
のみを用いる場合よりも経済的となる。It has been found that the method as described above can provide a considerably higher film growth rate than the case where only monosilane is used as the reaction gas, and in some cases, a higher film growth rate than the case where only disilane is used. It is considered that this is because the disilane excited by light as described above interacts with the monosilane to excite the monosilane and dissociate its molecular bond. Moreover,
According to the above method, the use ratio of disilane, which is more expensive than monosilane, is reduced, and thus the reaction gas is more economical than the case of using disilane alone.
第１図は、この発明の実施に使用する装置の一例を示す
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 view showing an example of an apparatus used for carrying out the present invention. 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.
そして成長室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、ガス源20か
らのジシランガスとガス源21からのモノシランガスから
成る反応ガスと、そのキャリヤガスとしてガス源22から
の水素ガスを後述するような割合で混合したものであ
る。Then, in the growth chamber 2, the gas G is passed through the gas introduction pipe 18.
To supply. The gas G is a mixture of a reaction gas composed of a disilane gas from the gas source 20 and a monosilane gas from the gas source 21, and a hydrogen gas from the gas source 22 as a carrier gas for the reaction gas, which will be described later.
また、光源12からの光14を入射窓10を通して基板８の表
面、あるいは表面近傍に照射するようにしている。この
光14としては、ここではジシランの励起が可能な波長の
ものを用いる。即ち、ジシランは約220nm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、光14と
しては波長が約220nm以下のものを用いるのが好まし
い。そうすれば、ジシランを直接励起してその分子結合
の解離を起こさせることが可能となる。Further, the light 14 from the light source 12 is applied to the surface of the substrate 8 or the vicinity of the surface through the entrance window 10. As the light 14, a light having a wavelength capable of exciting disilane is used here. That is, since disilane has an absorption edge for light absorption accompanying electronic state excitation in the vicinity of about 220 nm, it is preferable to use light 14 having a wavelength of about 220 nm or less. Then, disilane can be directly excited to cause dissociation of its molecular bond.
上記のような波長領域の光14を得るための光源12とし
は、例えばレーザ、水銀ランプ、水銀−キセノンランプ
等が採り得る。その中でも、比較的高エネルギーで波長
193nmのレーザ光が得られるArFエキシマレーザを用いる
のが好ましい。As the light source 12 for obtaining the light 14 in the above wavelength range, for example, a laser, a mercury lamp, a mercury-xenon lamp or the like can be adopted. Among them, relatively high energy and wavelength
It is preferable to use an ArF excimer laser that can obtain a laser beam of 193 nm.
従って上記のことを総合すると、光14としては、波長が
193nm〜220nm程度であってジシランの励起が可能な光を
用いるのが好ましい。また、処理の際の基板８の温度
は、膜成長速度を大きく保ちつつ、前述した基板の反
り、結晶欠陥の生成、膜応力の増加等の有害な影響を軽
減するために、800℃〜850℃程度に保つのが好ましい。Therefore, summing up the above, the wavelength of light 14 is
It is preferable to use light having a wavelength of about 193 nm to 220 nm and capable of exciting disilane. In addition, the temperature of the substrate 8 during the treatment is set to 800 ° C. to 850 ° C. in order to reduce the harmful effects such as the warp of the substrate, the generation of crystal defects, and the increase of the film stress while keeping the film growth rate high. It is preferable to keep the temperature at about ° C.
尚、モノシランは光吸収の吸収端が約150nm付近にある
ので、それ以上の波長の光、例えば上記のようなArFレ
ーザ光では直接的な光吸収は殆ど起こらず、従ってモノ
シランの励起−解離は殆ど起こらない。Since monosilane has an absorption edge of light absorption in the vicinity of about 150 nm, direct light absorption hardly occurs with light having a wavelength longer than that, for example, ArF laser light as described above, and therefore excitation-dissociation of monosilane It hardly happens.
上記のような装置を用いて、条件を様々に変えて、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実
験結果の一例を表に示す。この場合は、まず成長室２内
を10-7Torrオーダーまで排気した後、予めサセプタ４上
に載せておいた１インチのシリコン基板８を、ヒータ６
で所定の温度に加熱し、上記のようなガスＧをガス圧約
20Torrで連続して流した。熱CVD（ケースＩ〜III）は比
較のためであり、光14の照射は行っていない。その場
合、基板８の温度は850℃あるいは1010℃とした。光CVD
（ケースIV〜VI）の場合は、光源12としてArFエキシマ
レーザを用い、その場合のレーザ光は100Hzでエネルギ
ーが200mJ/パルスであった。また基板８の温度はいずれ
も850℃とした。The table below shows an example of the experimental results of epitaxially growing a silicon film on a silicon substrate under various conditions using the above apparatus. In this case, first, the growth chamber 2 is evacuated to the order of 10 −7 Torr, and then the 1-inch silicon substrate 8 previously placed on the susceptor 4 is replaced with the heater 6
At a predetermined temperature, and the gas pressure as described above is reduced to about
It was continuously flushed at 20 Torr. The thermal CVD (cases I to III) is for comparison, and the light 14 is not irradiated. In that case, the temperature of the substrate 8 was 850 ° C. or 1010 ° C. Optical CVD
In the cases (Cases IV to VI), an ArF excimer laser was used as the light source 12, and the laser light in that case had an energy of 200 mJ / pulse at 100 Hz. The temperature of the substrate 8 was 850 ° C. in all cases.
上記表から分かるように、反応ガスがモノシラン単独の
場合（ケースＩ、IV）、熱CVD、光CVDいずれにおいても
膜成長速度は同じであり、光CVDにおけるレーザ光の効
果は見られない。 As can be seen from the above table, when the reaction gas is monosilane alone (cases I and IV), the film growth rate is the same in both thermal CVD and photo CVD, and the effect of laser light in photo CVD is not observed.
次に反応ガスがジシラン単独の場合（ケースII、Ｖ）、
光CVD（ケースＶ）においては、基板温度が熱CVDに比べ
て低いにも拘わらず、膜成長速度は大きくなっている。
これは、ジシランがレーザ光で励起されて解離する効果
が表れたためである。Next, when the reaction gas is disilane alone (cases II and V),
In the photo-CVD (Case V), the film growth rate is high even though the substrate temperature is lower than that in the thermal CVD.
This is because disilane was excited by laser light and dissociated.
更に反応ガスとしてジシランにモノシランを20％（体積
％）混合したものを用いた場合（ケースIII、VI）、光C
VD（ケースVI）においては、ジシラン単独の場合（ケー
スＶ）よりも更に大きな膜成長速度が得られた。しかも
膜質には差はなかった。これは、ジシランがレーザ光で
直接励起され、次にこの励起された物質がモノシランと
相互作用することにより、モノシランの励起が起っての
分子結合が解離するに致ったものと考えられる。しか
も、この場合はモノシランよりも高価なジシランの使用
割合が減少するため、反応ガスはジシランのみを用いる
場合よりも経済的となる。Furthermore, when a mixture of disilane and 20% (volume%) of disilane was used as the reaction gas (cases III and VI), light C
In VD (case VI), an even higher film growth rate was obtained than in the case of disilane alone (case V). Moreover, there was no difference in film quality. It is considered that this is because the disilane was directly excited by the laser light, and the excited substance then interacted with the monosilane, whereby the monosilane was excited and the molecular bond was dissociated. Moreover, in this case, the use ratio of disilane, which is more expensive than monosilane, is reduced, so that the reaction gas is more economical than when only disilane is used.
尚、ジシランにモノシランを混合する割合は、必ずしも
上記20％に限定されるものではなく、他の割合でも、程
度の差はあるとしても、膜成長速度の改善効果と反応ガ
スにおける経済効果とが得られる。その場合、モノシラ
ンの割合があまり多くなると、ジシランにおける光吸収
による励起反応の効果が減少して単なる熱CVD法に近付
いてくるため、反応にモノシランの割合が少なくなる
程、高価なジシランを使用する割合が多くなって経済的
効果が減少してくるため、モノシランの割合は例えば１
〜45％程度の範囲内にしておくのが好ましい。そのよう
な範囲内にあれば、低温での膜成長速度の改善効果と、
反応ガス費用の低減効果とを十分に両立させることが可
能である。The proportion of monosilane mixed with disilane is not necessarily limited to the above 20%, and other proportions have the effect of improving the film growth rate and the economic effect of the reaction gas even if there is a degree difference. can get. In that case, if the proportion of monosilane is too high, the effect of the excitation reaction due to light absorption in disilane decreases and approaches the mere thermal CVD method.Therefore, the lower the proportion of monosilane in the reaction, the more expensive disilane is used. The ratio of monosilane is, for example, 1 because the ratio increases and the economic effect decreases.
It is preferable to keep it within the range of about 45%. Within such a range, the effect of improving the film growth rate at low temperature,
It is possible to make the effect of reducing the cost of the reaction gas compatible with each other.
最後に、以上においてはシリコン基板上にシリコンをエ
ピタキシャル成長させるホモエピタキシャル成長の場合
を例示したけれども、この発明はそれに限られることは
なく、例えばサファイア基板上にシリコンをエピタキシ
ャル成長させるようなヘテロエピタキシャル成長の場合
にも適用することができる。Finally, although the case of homoepitaxial growth in which silicon is epitaxially grown on a silicon substrate has been illustrated above, the present invention is not limited to this, and is also applicable to, for example, heteroepitaxial growth in which silicon is epitaxially grown on a sapphire substrate. Can be applied.
以上のようにこの発明によれば、成長温度の低温化を図
りつつ膜成長速度の優れたエピタキシャル成長ができる
と共に、反応ガスの価格も安くて済むようになる。As described above, according to the present invention, epitaxial growth with an excellent film growth rate can be achieved while lowering the growth temperature, and the cost of the reaction gas can be reduced.
第１図は、この発明の実施に使用する装置の一例を示す
概略図である。 ２……成長室、６……ヒータ、８……基板、12……光
源、14……光、Ｇ……ガスFIG. 1 is a schematic view showing an example of an apparatus used for carrying out the present invention. 2 ... Growth chamber, 6 ... Heater, 8 ... Substrate, 12 ... Light source, 14 ... Light, 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、処理の
際の基板の温度を800℃〜850℃程度とし、光として波長
が193nm〜220nm程度であってジシランの励起が可能な光
を用い、反応ガスとしてジシランとモノシランの混合ガ
スを用いることを特徴とするシリコンエピタキシャル成
長方法。1. A method of epitaxially growing silicon on a substrate surface by photoexcited vapor phase epitaxy, wherein the temperature of the substrate during processing is set to about 800 ° C. to 850 ° C., and the wavelength of light is about 193 nm to 220 nm, and disilane A method for epitaxially growing silicon, which uses light that can be excited and uses a mixed gas of disilane and monosilane as a reaction gas.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61051259A JPH07118452B2 (en) | 1986-03-08 | 1986-03-08 | Silicon epitaxial growth method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61051259A JPH07118452B2 (en) | 1986-03-08 | 1986-03-08 | Silicon epitaxial growth method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62208625A JPS62208625A (en) | 1987-09-12 |
| JPH07118452B2 true JPH07118452B2 (en) | 1995-12-18 |
Family
ID=12881946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61051259A Expired - Fee Related JPH07118452B2 (en) | 1986-03-08 | 1986-03-08 | Silicon epitaxial growth method |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH07118452B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080138955A1 (en) * | 2006-12-12 | 2008-06-12 | Zhiyuan Ye | Formation of epitaxial layer containing silicon |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6042817A (en) * | 1983-08-19 | 1985-03-07 | Mitsui Toatsu Chem Inc | Method for controlling valence electron of hydrogenated amorphous silicon film |
-
1986
- 1986-03-08 JP JP61051259A patent/JPH07118452B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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| JPS62208625A (en) | 1987-09-12 |
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