インライン対応シリコン低温選択エビ技術の開発

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究は、新奇なプラズマである大気圧プラズマを用いたCVD法により、完全性の高い単結晶Si薄膜を、600℃以下の低温、かつ高速で選択エピ成長させるインライン・エピ技術の開発を行うことを目的とした。Si基板上での成長特性を調べた結果、成長温度T_s=470〜570℃で無欠陥のSiエピ成長に成功した。エピ層の少数キャリア発生寿命は、単結晶Siよりも優れており、高性能半導体デバイス作製に応用できることが明らかになった。単結晶およびアモルファスSiの大気圧水素プラズマによるエッチング速度を測定した結果、低温ほどエッチング速度が上昇すること、エッチング速度はアモルファス>(001)>(111)の順に大きく、水素プラズマエッチング条件の調整によって選択的にアモルファスSiのみをエッチングすることが可能であることが分かった。熱酸化膜に開ロパターンを作製したSiウェーハを基板とし、T_sおよび反応ガス組成(H_2/SiH_4比)をパラメータとして、Si選択エピ成長実験を行った。その結果、H_2/SiH_4=30では、エッチング効果が不足であること、H_2/SiH_4=100の場合、T_s=270℃では、エッチング効果が高すぎることが分かった。T_s=370℃において、選択率100%で選択エピ成長すること、成長したSiは単結晶であるが、膜表面は(111)ファセット構造を示すことが分かった。断面透過電子顕微鏡観察結果より、ファセット構造を示す試料には、高密度に水素誘起欠陥が発生していることが分かった。無欠陥成長には、水素欠陥が導入されない程度の温度が必要であり、H_2/SiH_4=100、T_s=470℃の条件で良好な選択エピ成長が可能となった。この場合の成長速度は約8nm/minであり、従来の熱CVD法によるSi選択エピ成長(T_s=750℃で約7nm/min)と比べて、大幅な低温化が達成された。