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JPH01313395A - Method for growing silicon in vapor phase - Google Patents

Method for growing silicon in vapor phase

Info

Publication number
JPH01313395A
JPH01313395A JP14299088A JP14299088A JPH01313395A JP H01313395 A JPH01313395 A JP H01313395A JP 14299088 A JP14299088 A JP 14299088A JP 14299088 A JP14299088 A JP 14299088A JP H01313395 A JPH01313395 A JP H01313395A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
silicon
growth
cell
hydrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP14299088A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshio Oshita
祥雄 大下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP14299088A priority Critical patent/JPH01313395A/en
Publication of JPH01313395A publication Critical patent/JPH01313395A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To rapidly deposit silicon on a substrate even in a low-temp. region by using SiCl4 and SiH2Cl2 as the raw gas, and forming silicon on the substrate while blowing atomic H against the substrate. CONSTITUTION:The substrate 19 for growing silicon P<->(100), for example, is placed in a furnace 11, the atmosphere in the furnace is replaced by gaseous nitrogen, and then the substrate is baked in an H2 atmosphere. Gaseous H2 is introduced while introducing the silicon chloride or silicon hydrochloride (e.g., SiH2Cl2) as the raw material through a preheating cell 15 at about 850 deg.C. The H atom obtained by dissociating hydrogen molecule with a cell 16 is simultaneously blown against the substrate 19 heated to about 800 deg.C by a substrate preheating heater 14 to grow silicon on the substrate 19. Dissociation of hydrogen molecule by plasma or by light irradiation can be utilized in the cell 16 for dissociating hydrogen molecule.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は半導体成長方法詳しくは低温で行うシリコンの
気相成長方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a semiconductor growth method, and more particularly to a silicon vapor phase growth method performed at low temperatures.

(従来の技術) 従来ジクロルシラン(Sjf12CI2)などを原料と
したシリコンの結晶を形成させるためのエピタキシャル
成長技術としては、化学気相成長法が知られている。例
えば、ジクロルシランを原料ガスとした化学気相成長法
によるシリコン結晶成長においては、原料ガスである5
jH2C12とキャリアガスである水素をある流量比で
混合したものを、同時に成長装置内に導入し、反応炉全
体を加熱する、もしくは基板部分のみを加熱することに
よりシリコン基板上に膜を堆積していた。このように炉
全体あるいは基板のみを加熱するのは、膜を堆積する上
で必要な原料ガスの分解ならびに基板表面における表面
反応を起こすために7姿なものである。
(Prior Art) Chemical vapor deposition is conventionally known as an epitaxial growth technique for forming silicon crystals using dichlorosilane (Sjf12CI2) or the like as a raw material. For example, in silicon crystal growth by chemical vapor deposition using dichlorosilane as a raw material gas, 5
A mixture of jH2C12 and hydrogen as a carrier gas at a certain flow rate ratio is simultaneously introduced into the growth apparatus, and a film is deposited on the silicon substrate by heating the entire reactor or heating only the substrate part. Ta. The reason for heating the entire furnace or only the substrate in this way is to decompose the raw material gas necessary for depositing a film and to cause a surface reaction on the substrate surface.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、通常のシリコンエピタキシャル成長はこ
の加熱温度が問題となっている。すなわち、通常エピタ
キシャル膜の堆積はtoooで以上温度が必要とされて
いる。この様に成長温度が高いことにより、本プロセス
を利用する上で問題が生じている。例えば、高温ゆえに
不純物の拡散が起こり、現在求められているような急峻
な不純物プロファイルが得られない。それゆえ、このよ
うな急峻なプロファイルを実現するという要求から成長
温度の低下が求められている。しかしながら、単に温度
を下げると実用上必要な成長速度が得られないという問
題がある。成長速度を上げるために原料ガスの供給量を
増加させても、このように低温で成長速度が遅い領域で
は、成長速度が増加しなくなる。すなわち、ある成長速
度で飽和してしまう。これは、いわゆる表面反応により
成長速度が律速されることに起因している。このため低
温域において成長速度を増大させるためには、いかに表
面に存在する塩素原子を離脱させる表面反応をすみやか
に起こさせるかにかかっている。本発明はこのような従
来の欠点を除去せしめて、低温において表面反応を促進
させてト分な成長速度をうろことができる気相成長方法
を提供するものである。
(Problems to be Solved by the Invention) However, this heating temperature poses a problem in normal silicon epitaxial growth. That is, the deposition of an epitaxial film usually requires a temperature of too much or more. Such high growth temperatures pose problems in utilizing this process. For example, impurity diffusion occurs due to high temperatures, making it impossible to obtain the steep impurity profile currently required. Therefore, in order to realize such a steep profile, a reduction in the growth temperature is required. However, there is a problem in that simply lowering the temperature does not allow a practically necessary growth rate to be obtained. Even if the supply amount of source gas is increased in order to increase the growth rate, the growth rate will not increase in such a low temperature and slow growth rate region. In other words, the growth rate becomes saturated at a certain growth rate. This is because the growth rate is rate-limited by a so-called surface reaction. Therefore, in order to increase the growth rate in a low temperature range, it depends on how quickly a surface reaction can occur to remove chlorine atoms present on the surface. The present invention eliminates these conventional drawbacks and provides a vapor phase growth method that promotes surface reactions at low temperatures and can increase growth rates.

(問題を解決するための手段) 本発明によれば、原料ガスと原子状水素を基板に吹きつ
けることを特徴とした半導体の気相成長方法が得られる
(Means for Solving the Problems) According to the present invention, there is obtained a semiconductor vapor phase growth method characterized in that a source gas and atomic hydrogen are blown onto a substrate.

(作用) 本発明によれば原子状水素を原料ガスの吸若された基板
表面に供給する。この原子状水素は化学的に活性である
ので、原料ガスに作用して塩素原rを脱離させ、基板上
へのシリコンの成長を促進させる。例え、基板温度が1
000°C以下の低温であっても、この原子状水素の効
果によって、実用的な成長速度でシリコンの成長が可能
となる。
(Operation) According to the present invention, atomic hydrogen is supplied to the surface of the substrate into which the source gas has been absorbed. Since this atomic hydrogen is chemically active, it acts on the source gas to remove the chlorine source r, promoting the growth of silicon on the substrate. For example, if the substrate temperature is 1
The effect of this atomic hydrogen makes it possible to grow silicon at a practical growth rate even at low temperatures of 0,000° C. or less.

(実施例) 第1図を用いて本発明の結晶成長方法を説明する。第1
図は本方法でシリコンを基板上に堆積させたときに使用
した装置の概略図である。この装置は、反応炉(11)
、炉内部を減圧にするためのポンプ(12)、基板を支
えるサセプター(13)、基板を加熱するためのヒータ
ー(ダンゲステン線を石英ガラスに封入したものである
)(14) 、5iH2C12を予備加熱するためのセ
ル(15)、水素分子を原子解離させるためのセル(1
8)、ガス流量制御部(マスフローコントローラーを使
用することにより流計を制御)(17)から基本的には
構成されている。基板温度は炉に設けられた窓からパイ
ロメーター(18)により測定した。測定した結果を基
板加熱用ヒーターの制御装置にフィードバンクさせて基
板温度を一定に保持できるようになっている。
(Example) The crystal growth method of the present invention will be explained using FIG. 1st
The figure is a schematic diagram of the apparatus used when depositing silicon on a substrate in this method. This device consists of a reactor (11)
, a pump (12) to reduce the pressure inside the furnace, a susceptor (13) that supports the substrate, a heater (Dungesten wire sealed in quartz glass) (14) to heat the substrate, and preheating of 5iH2C12. A cell (15) for atomic dissociation of hydrogen molecules, a cell (15) for atomic dissociation of hydrogen molecules
8), and a gas flow rate control section (controls the flow meter by using a mass flow controller) (17). The substrate temperature was measured using a pyrometer (18) through a window provided in the furnace. The measured results are fed as a feedbank to the controller for the heater for heating the substrate, so that the substrate temperature can be maintained constant.

ここで5IH2CI2の予備加熱セルであるが、これは
成長時の圧力が低いために5IR2C1□の分解が十分
に起こらなくなり、反応活性種の生成効率が低下してし
まうので、予め原料ガスを加熱することにより十分な分
解が起こるようにするためのものである。また、水素分
子を解離させて原子状の水素を生成するわけであるが、
今回は第2図に示したようなマイクロ波電源24を用い
て、プラズマ放電27により水素原子を得た。水素導入
管28よりH2ガスを放電管25内に導入マイクロ波と
しては2.45GH2のものを使用し、水素プラズマ2
7を発生させた。成長用の基板としては、シリコンP−
(100)を用いた。通常のブランソン洗浄を行ったの
ち反応炉に入れた。常圧で10分間窒素ガスにより炉内
部の空気を置換したのち、ポンプを起動して炉の内部を
一度高真空にしたのち水素ガスを炉内部に流した。成長
に先立ち、シリコン基板表面に存在する酸化膜を除去す
るため、水素雰囲気中(炉内部の圧カニ 20 tor
r) 、基板温度950°C1の条件で5分間ベーキン
グを行った。
This is a preheating cell for 5IH2CI2, but because the pressure during growth is low, sufficient decomposition of 5IR2C1□ does not occur and the generation efficiency of reactive species decreases, so the raw material gas is heated in advance. This is to ensure that sufficient decomposition occurs. Also, hydrogen molecules are dissociated to produce atomic hydrogen,
This time, hydrogen atoms were obtained by plasma discharge 27 using a microwave power source 24 as shown in FIG. H2 gas is introduced into the discharge tube 25 from the hydrogen introduction tube 28. A 2.45GH2 microwave is used to generate hydrogen plasma 2.
7 was generated. As a substrate for growth, silicon P-
(100) was used. After the usual Branson cleaning, it was placed in the reactor. After replacing the air inside the furnace with nitrogen gas at normal pressure for 10 minutes, the pump was started to once create a high vacuum inside the furnace, and then hydrogen gas was flowed into the inside of the furnace. Prior to growth, in order to remove the oxide film existing on the surface of the silicon substrate, it was
r) Baking was performed for 5 minutes at a substrate temperature of 950°C.

その後、5HI2C12の流量として5〜30 cc 
/win 1水素ガスの流計として50cc/+Ins
成長圧力0.01Torr、基板温度800℃、5IH
2CI2予備加熱セルの温度850°Cの条件で成長を
行った。第3図には原子状水素をもちいた場合と、通常
成長(成長圧力20 Torr1水素流(j1500 
cc /win、 5iH2c+2流量5〜30 cc
 /win、基板温度800℃)の場合の成長速度を示
した。同じ基板温度にもかかわらず、水素ガスを分解し
て原子状にすることにより成長速度が増大していること
が分かる。なお、本発明においては、基板温度700℃
以上であれば実用上、十分な成長速度が得られた。
After that, the flow rate of 5HI2C12 is 5 to 30 cc.
/win 1 50cc/+Ins as a hydrogen gas flowmeter
Growth pressure 0.01 Torr, substrate temperature 800°C, 5IH
Growth was performed at a temperature of 850°C in a 2CI2 preheating cell. Figure 3 shows the case using atomic hydrogen and the case of normal growth (growth pressure 20 Torr1 hydrogen flow (j1500
cc/win, 5iH2c+2 flow rate 5-30 cc
/win, substrate temperature 800° C.). It can be seen that despite the same substrate temperature, the growth rate increases by decomposing hydrogen gas into atoms. In addition, in the present invention, the substrate temperature is 700°C.
Above that, a growth rate sufficient for practical use was obtained.

今回は、水素分子分解セルとしてプラズマを利用したも
のを用いたが、光照射などにより水素分子を分解しても
良い。あるいは、高温に加熱した金属に水素分子を衝突
させることにより解離させるようなものでもよい。また
、今回は、5l)I2C1□を原料ガスとした実験結果
を示したが、表面反応として最終的に原子状水素により
基板表面に存在する塩素原子を引き抜くことが律速する
ような他の原料ガス、例えば5IHICI3.5IC1
4などの塩化水素化ケイ素や塩化ケイ素系のガスを使用
する場合においても同じ効果がある。また、成長させる
Siは結晶だけでなく、多結晶やアモルファスでも良い
This time, we used a hydrogen molecule decomposition cell that utilizes plasma, but hydrogen molecules may also be decomposed by light irradiation or the like. Alternatively, a metal heated to a high temperature may be dissociated by colliding with hydrogen molecules. In addition, this time, we showed the experimental results using 5l) I2C1□ as the raw material gas, but other raw material gases whose rate is determined by the final extraction of chlorine atoms present on the substrate surface by atomic hydrogen as a surface reaction may also be used. , for example 5IHICI3.5IC1
The same effect can be obtained when silicon chloride chloride such as No. 4 or a silicon chloride-based gas is used. Further, the Si to be grown may be not only crystalline but also polycrystalline or amorphous.

(発明の効果) 以上、詳細に述べた通り、本発明した方法によれば成長
を行う際に原子状の水素を基板表面に吹きつけることに
より、表面反応を促進することが可能となり、低温域で
も速い成長速度で基板りにシリコンを堆積することがで
きる。
(Effects of the Invention) As described above in detail, according to the method of the present invention, by spraying atomic hydrogen onto the substrate surface during growth, it is possible to accelerate the surface reaction, and However, silicon can be deposited onto the substrate at a fast growth rate.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は実施例で用いたシリコンの成長装置を示す図、
第2図は水素分子分解セルを示す図、第3図は実施例で
得られた成長速度を表わす図、である。 図において、11 反応炉、12 ポンプ、13 サセ
プター、14 基板加熱用ヒーター、15 5in2c
12を予備加熱するためのセル、16水素分子解離する
ためのセル、17 ガス流量制御部、18 パイロメー
タ、19 基板、20H2ライン、21 5il12C
12ライン、22 短絡プランジャ整合器、23 冷却
水、24 マイクロ彼電源、25 放電管、26 導波
管、27プラズマ、28 水素導入管、である。
FIG. 1 is a diagram showing the silicon growth apparatus used in the example.
FIG. 2 is a diagram showing a hydrogen molecule decomposition cell, and FIG. 3 is a diagram showing growth rates obtained in Examples. In the figure, 11 reactor, 12 pump, 13 susceptor, 14 substrate heating heater, 15 5in2c
12 Cell for preheating, 16 Cell for dissociating hydrogen molecules, 17 Gas flow rate controller, 18 Pyrometer, 19 Substrate, 20H2 line, 21 5il12C
12 lines, 22 short-circuit plunger matching device, 23 cooling water, 24 micro power source, 25 discharge tube, 26 waveguide, 27 plasma, 28 hydrogen introduction tube.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  塩化ケイ素もしくは塩化水素化ケイ素を原料ガスとし
たシリコンの気相成長方法において、基板表面に原子状
の水素を吹きつけながら、基板上にシリコンを形成させ
ることを特徴とするシリコンの気相成長方法。
A silicon vapor phase growth method using silicon chloride or silicon hydrogen chloride as a raw material gas, characterized in that silicon is formed on the substrate while blowing atomic hydrogen onto the substrate surface. .
JP14299088A 1988-06-09 1988-06-09 Method for growing silicon in vapor phase Pending JPH01313395A (en)

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JP (1) JPH01313395A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5861059A (en) * 1995-08-23 1999-01-19 Nec Corporation Method for selective growth of silicon epitaxial film

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5861059A (en) * 1995-08-23 1999-01-19 Nec Corporation Method for selective growth of silicon epitaxial film

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