JPH02172894A - Method for selectively 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、特にシリコン基板
の上に選択的にＳｉＣを成長させる方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method for growing semiconductor crystals, and more particularly to a method for selectively growing SiC on a silicon substrate.
（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性良＜ 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ｔこさらすことにより行われ
ている。原料ガスとしては、シリコン原料としてはＳｉ
Ｈ４、Ｓｉ２Ｈ６，５ｉＨ２ＣＩ２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〜１
４００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Ｓｉ
Ｈ４ガスならびに０２Ｈ２ガスを混合したものを反応管
の上流、から流す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 SiC film uniformly on a large diameter substrate or at specific locations with good controllability. Conventionally,
Growth of SiC crystals is performed by exposing a heated substrate to hydrogen gas, which is a carrier gas, and source gas t. As a raw material gas, Si is used as a silicon raw material.
H4, Si2H6, 5iH2CI2, etc. are used. Furthermore, C3H8, C2H2, etc. are used as carbon raw materials. Silicon, sapphire, etc. are used as the substrate. An example of crystal growth using SiH4 and C2H2 as raw materials and silicon as a substrate will be explained. In a vertical or horizontal reaction tube, usually ~1
A silicon substrate is held on a susceptor heated to 400 degrees, and a few percent of Si is added to hydrogen gas, which is a carrier gas.
SiC is deposited on the substrate by flowing a mixture of H4 gas and 02H2 gas from 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、従来の成長方法で成長を行うと基板全面
にＳｉＣ結晶が成長してしまう。ＳｉＣは化学的に非常
に安定な材料であるため、全面に成長させた後に、エツ
チングにより不用な部分を除去することが非常に困難で
あるという問題がある。(Problems to be Solved by the Invention) However, if growth is performed using a conventional growth method, SiC crystals will grow over the entire surface of the substrate. Since SiC is a chemically very stable material, there is a problem in that it is very difficult to remove unnecessary portions by etching after growing it over the entire surface.
本発明の目的は、このような従来の欠点を除去せしめて
、シリコン基板上の任意の場所に選択的にＳｉＣを成長
させることが可能となる。ＳｉＣ膜成長方法を提供する
ことである。An object of the present invention is to eliminate such conventional drawbacks and make it possible to selectively grow SiC at any location on a silicon substrate. An object of the present invention is to provide a method for growing a SiC film.
（問題点を解決するための手段）
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結晶の成長に於いて、
キャリアガスと原料ガス及び塩化水素ガスを成長系に導
入し、かつ基板として基板表面の一部が膜材により覆わ
れているシリコンを使用することにより、シリコン基板
上に選択的にＳｉＣを成長させることを特徴とする半導
体選択的成長方法、ならびに、２）塩化シリコン系ガス
と塩化炭素系の原料としたＣＶＤ法によるＳｉＣ結晶の
成長に於いて、キャリアガスと原料ガス以外に塩化水素
ガスを使用し、かつ基板として基板表面の一部が膜材に
より覆われているシリコンを使用することにより、シリ
コン基板上に選択的にＳｉＣを成長させることを特徴と
する半導体選択的成長方法である。(Means for Solving the Problems) The present invention provides: 1) In growing SiC crystals by CVD using silicon chloride gas and hydrocarbon gas as raw materials,
Selectively grow SiC on a silicon substrate by introducing carrier gas, source gas, and hydrogen chloride gas into the growth system, and using silicon whose surface is partially covered with a film material as the substrate. and 2) the use of hydrogen chloride gas in addition to the carrier gas and raw material gas in the growth of SiC crystals by the CVD method using silicon chloride-based gas and carbon chloride-based raw materials. This semiconductor selective growth method is characterized in that SiC is selectively grown on a silicon substrate by using silicon, the surface of which is partially covered with a film material, as the substrate.
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、同時に基板として基板表面の一部が膜
材により覆われているシリコンを使用することによりシ
リコン基板上に選択成長を行うことが可能となる。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
料ガス量ならびにキャリアガス量あるいは成長温度など
により異なり、使用させる原料ガスならびにキャリアガ
ス量に於いて選択成長膜が得られる最適の割合に適宜選
択され得る。According to the present invention, in addition to the carrier gas and source gas, HCI
Selective growth can be performed on a silicon substrate by mixing gases and simultaneously using silicon, the surface of which is partially covered with a film material, as the substrate. The flow rate ratio of the raw material gas or carrier gas to the HCI gas varies depending on the raw material gas amount, carrier gas amount, growth temperature, etc., and is appropriately selected to obtain the optimal ratio for obtaining a selectively grown film in the raw material gas and carrier gas amounts used. can be done.
（作用）
これまでの成長に於いて選択成長か実現できなかった原
因に次のことが挙げられる。これまでの成長方法では、
シリコン基板の上だけでなく膜材で覆われた部分にもシ
リコン原子が堆積することが考えられる。これはシリコ
ンの結晶成長において、通常、選択性なくシリコン基板
の上と同様に膜材で覆われた部分にもシリコンが堆積す
ることから類推される。このように−度堆積したシリコ
ン原子と炭素原子が反応するとそこでＳｉＣが生成され
る。このように−度生成して基板上に堆積したＳｉＣは
再び気相に離脱する可能性はほとんどない。(Effects) The reasons why selective growth has not been achieved in the past are listed below. With the traditional growth method,
It is conceivable that silicon atoms are deposited not only on the silicon substrate but also on the portion covered with the film material. This can be inferred from the fact that during silicon crystal growth, silicon is normally deposited without selectivity on the silicon substrate as well as on the portion covered with the film material. When the silicon atoms deposited in this manner react with carbon atoms, SiC is generated. The SiC thus generated and deposited on the substrate has almost no possibility of being released into the gas phase again.
また、このようなＳｉＣがいくつか集まると基板上を泳
動することも不可能となる。このため、ある材料の上に
はＳｉＣが成長するが、ある材料の上にはＳｉＣが成長
しないという選択性は得られない。選択性を実現するた
めには、ＳｉＣ膜を成長させたくないところにはシリコ
ンを吸着させないか、あるいは吸着してもすみやかに表
面から離脱するようにすればよい。ここで重要なことは
、ＳｉＣ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、膜材の上に存在するシリコン原子は容易にエツ
チングすることが可能であることである。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
とにより選択成長が可能となる。膜材を利用した選択成
長に於いて膜材の上にはシリコン原子がＨＣＩガスのエ
ツチング効果により吸着することが８束ない。このため
、膜材の上にはＳｉＣは成長することが出来ない。一方
、選択成長用基板の開口部であるシリコン結晶上には通
常の成長であるのでＳｉＣ結晶を成長させることが可能
となる。Moreover, if several such SiCs gather, it becomes impossible to migrate on the substrate. For this reason, it is not possible to obtain selectivity such that SiC grows on a certain material but not on a certain material. In order to achieve selectivity, silicon should not be adsorbed in areas where it is not desired to grow a SiC film, or even if silicon is adsorbed, it should be quickly released from the surface. What is important here is that the silicon atoms incorporated into SiC are stable as constituent elements of SiC and cannot be easily etched, whereas the silicon atoms present on the film material can be easily etched. It is a certain thing. HCI gas is a gas that can etch silicon crystals without etching SiC crystals. Therefore, selective growth is possible by mixing HCI gas with the source gas and carrier gas. In selective growth using a film material, silicon atoms are not adsorbed onto the film material due to the etching effect of HCI gas. Therefore, SiC cannot grow on the film material. On the other hand, it is possible to grow a SiC crystal on the silicon crystal which is the opening of the substrate for selective growth because it is a normal growth.
（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、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７ａ、７ｂから構成されている。原料ガスと
しては１００％５ｉＨ２Ｃ１２ガス、１００％Ｃ２Ｈ２
ガス、エツチングガスとしては１００％ＨＣＩ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。基板として
は、（１００）の面方位をもつ直径３インチのシリコン
基板に酸化膜を熱堆積法により約５０００人堆積させた
ものを、ＲＩＥ法により一部ドライエツチングを行い、
その後約４００人犠牲酸化によりダメージ層を除去した
選択成長用基板（第２図）を用いた。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／ｍｉｎ 、 Ｃ２Ｈ２１０ｃｃ／ｍｉｎ、
温度１０００°Ｃ１時間１０分間炭化を行った。その後
、水素６１／ｍｉｎ 、 Ｃ２Ｈ２１０ｃｃ／ｍｉｎ
、 ５ｉＨ２Ｃ１２５ｃｃ／ｍｉｎ 、 ＨＣｌ３０ｃ
ｃ／ｍｉｎ、温度１０００°Ｃ１成長時間６０分の条件
で成長を行った。その結果、膜厚０．３ｐｍのＳｉＣ層
を基板シリコンが露出した部分のみに選択的に成長する
ことが出来た。本実施例に於いては、シリコン基板を覆
う膜材として酸化膜を用いた場合に関して説明したが、
窒化膜などの他の膜材を用いても同様な効果が得られる
。The apparatus includes a reaction tube 1 for growth, a susceptor (made of SiC-coated graphite) 2 for holding the substrate 8, a heating device 3 for the substrate 8 and the susceptor 2, and cylinders 4a and 4b.
, 4c, 4d, a gas mixer 5, a flow rate controller 6, and purifiers 7a, 7b for each gas. Raw material gas is 100% 5iH2C12 gas, 100% C2H2
100% HCI gas is used as the etching gas, and hydrogen is used as the carrier gas. The carrier gas was purified using a high-purity purification device. The substrate was a 3-inch diameter silicon substrate with a (100) plane orientation, on which an oxide film was deposited by about 5,000 people using a thermal deposition method, and a portion was dry-etched using an RIE method.
Thereafter, a substrate for selective growth (FIG. 2) from which the damaged layer had been removed by sacrificial oxidation was used. Branson cleaning was performed as a pretreatment for the substrate. Substrate with hydrogen 61/min
, After baking at a temperature of 1000'C for 1 hour and 5 minutes, hydrogen 61/min, C2H 210cc/min,
Carbonization was performed at a temperature of 1000° C. for 1 hour and 10 minutes. After that, hydrogen 61/min, C2H210cc/min
, 5iH2C125cc/min , HCl30c
Growth was performed at a temperature of 1000° C./min and a growth time of 60 minutes. As a result, it was possible to selectively grow a SiC layer with a thickness of 0.3 pm only on the exposed portion of the substrate silicon. In this example, the case where an oxide film was used as the film material covering the silicon substrate was explained.
Similar effects can be obtained by using other film materials such as nitride films.
実施例２
装置は実施例１で用いたのと同様の物を使用した。原料
ガスとしては１００％５ｉＨ２Ｃ１２ガス、１００％Ｃ
２Ｃｌ２ガス、エツチングガスとしては１００％ＭＣＩ
ガス、キャリアガスとしては水素を使用している。Example 2 The same equipment as used in Example 1 was used. Raw material gas is 100% 5iH2C12 gas, 100% C
2Cl2 gas, 100% MCI as etching gas
Hydrogen is used as the 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
。基板は実施例１と同様の基板を使用し、た。The carrier gas was purified using a high-purity purification device. The same substrate as in Example 1 was used as the substrate.
基板の前処理、ベーキング条件は実施例１と同様とした
。水素６１／ｍｉｎ、 ＣＨ２Ｃｌ２１０ｃｃ／ｍｉｎ
、 ’ｔＫ度１０００’Ｃ１時間１０分間炭化を行った
。その後、水素６ Ｌ／ｍｉｎ、ＣＨ２Ｃｌ２１０ｃｃ
／ｍｉｎ、 ５ｉＨ２Ｃ１２５ｃｃ／ｍｉｎ、 ＨＣｌ
３０ｃｃ／ｍｉｎ、温度１０００°Ｃ１成長時間６０分
の条件で成長を行った。その結果、膜厚０．２５ｐｍの
ＳｉＣ層を基板のシリコンが露出した部分にのみに選択
的に成長することが出来た。本実施例に於いては、シリ
コン基板を覆う膜として酸化膜を用いた場合に関して説
明したが、窒化膜などの他の膜材を用いても同様な効果
が得られる。The pretreatment and baking conditions for the substrate were the same as in Example 1. Hydrogen 61/min, CH2Cl210cc/min
Carbonization was carried out for 1 hour and 10 minutes at 'tK degree 1000'C. After that, hydrogen 6 L/min, CH2Cl210cc
/min, 5iH2C125cc/min, HCl
Growth was performed at a rate of 30 cc/min and a temperature of 1000°C for a growth time of 60 minutes. As a result, it was possible to selectively grow a SiC layer with a thickness of 0.25 pm only on the exposed silicon portions of the substrate. In this embodiment, a case has been described in which an oxide film is used as a film covering a silicon substrate, but similar effects can be obtained by using other film materials such as a nitride film.
以上の実施例においては基板温度１０００°Ｃで選択成
長を行ったが、８００°Ｃ−１４００°Ｃであれば、成
長可能であることは確認した。また、原料ガスとしては
５ｉＨ２Ｃ１２以外に５ｉＨＣ１３，５ｉＣ１４などで
も良いし、Ｃ２Ｈ５及びＣ２Ｃｌ２以外にＣ２Ｈ６、Ｃ
３Ｈ８、ＣＨ４、ＣＣｌ４．０２Ｃ１２などでも構わな
い。In the above examples, selective growth was performed at a substrate temperature of 1000°C, but it has been confirmed that growth is possible at a substrate temperature of 800°C to 1400°C. In addition, as the raw material gas, 5iHC13, 5iC14, etc. may be used in addition to 5iH2C12, and in addition to C2H5 and C2Cl2, C2H6, C
3H8, CH4, CCl4.02C12, 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膜を成長される際に、
キャリアガスと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、基板として基板表面の一部
が膜材により覆われているシリコンを使用することによ
り、ＳｉＣの選択成長を行うことが出来る。(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,
Selective growth of SiC can be performed by mixing HCI gas, which is a silicon etching gas, with the carrier gas and source gas, and using silicon, the surface of which is partially covered with a film material, as 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、第２図は選択成長に際して用いた基板
を説明するための図である。
１・・・反応管、２・・・サセプタ、３・・・加熱装置
、４ａ、 ４ｂ。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a semiconductor device used in the method of the present invention, and FIG. 2 is a diagram for explaining a substrate used in selective growth. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Reaction tube, 2... Susceptor, 3... Heating device, 4a, 4b.
Claims (2)
系ガスを原料としたＣＶＤ法によりＳｉＣ結晶を成長さ
せる方法に於いて、シリコン基板上に開口部を有する膜
材を形成した基板を反応管中に配し、キャリアガスと原
料ガス及び塩化水素ガスを成長系に導入し、前記膜材の
形成されていないシリコン基板上に選択的にＳｉＣを成
長させることを特徴とする半導体の選択的成長方法。(1) In a method of growing SiC crystals on a silicon substrate by the CVD method using silicon chloride gas and hydrocarbon gas as raw materials, a substrate on which a film material with openings is formed on the silicon substrate is placed in a reaction tube. selective growth of a semiconductor, characterized in that a carrier gas, a raw material gas, and a hydrogen chloride gas are introduced into a growth system, and SiC is selectively grown on a silicon substrate on which the film material is not formed. Method.
ＣＶＤ法によりシリコン基板上にＳｉＣ結晶を成長させ
る方法に於いて、シリコン基板上に開口部を有する膜材
を形成した基板を反応管中に配し、キャリアガスと原料
ガス及び塩化水素ガスを成長系に導入し、前記膜材の形
成されていないシリコン基板上に選択的にＳｉＣを成長
させることを特徴とする半導体の選択的成長方法。(2) In a method of growing SiC crystals on a silicon substrate by the CVD method using silicon chloride gas and carbon chloride gas as raw materials, a substrate on which a film material with openings is formed on the silicon substrate is placed in a reaction tube. A method for selectively growing a semiconductor, characterized in that a carrier gas, a raw material gas, and a hydrogen chloride gas are introduced into a growth system, and SiC is selectively grown on a silicon substrate on which the film material is not formed. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32521988A JPH02172894A (en) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | Method for selectively growing semiconductor crystal |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02172894A true JPH02172894A (en) | 1990-07-04 |
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ID=18174354
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|---|---|---|---|
| JP32521988A Pending JPH02172894A (en) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | Method for selectively growing semiconductor crystal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02172894A (en) |
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