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半導体用語集

選択エピタキシャル成長

英語表記：Selective Epitaxial Growth : SEG

　選択エピタキシャル成長とは、SiO₂（二酸化ケイ素）、Si₃N₄（窒化ケイ素）などの絶縁膜をマスクとして、これ以外のSi基板露出部のみにSiを選択的にエピタキシャル成長させる技術である。この成長方法は、気相エピタキシャル成長とプロセス技術を組み合わせたものであり、新しいデバイス構造の形成や微細デバイスの素子分離などへの応用が検討されている。素子構造をある程度作り込んだ時点で使用されるために、成長温度は素子領域不純物の再分布を抑制するため低温であることが要求され、通常のエピタキシャル成長が～1,100℃以上の高温で実施されるのに対し、～900℃ 以下の低温で実施される。
　Siの選択成長は成長条件、下地などの条件に左右される。通常はSiH₂Cl₂とHClをH₂キャリアガスにより加熱されたSi基板上へ供給し、減圧条件下でエピタキシャル成長させる。HClを添加して減圧下で成長する理由は、SiO₂膜上の多結晶Si析出を抑制して選択性をえるためと、成長温度の低温化のためである。添加するHCl濃度には最適な領域があり、HCl濃度が高いとエッチングが進み、Si選択エピタキシャルの成長速度の低下が起こり、逆にHCl濃度が低いとSiO₂膜上にもSi核成長が起こり選択性が低下する。エピタキシャル成長とエッチングのバランスが重要なポイントとなる。減圧下HCl添加により選択性が向上する理由は、SiO₂上のSiがHClと反応して、SiO₂上に析出しにくいSiCl₂となり、それが表面拡散によりSi上に移動するためで、減圧によりさらにこれらの反応が促進され、選択性が向上するものと考えられている。また、成長温度が低温化できる理由はHCIによる表面クリー ング効果、減圧条件下では低温で自然酸化膜 が除去されるためと考えられる。マスク素材の影響は、一般的にSiO₂やSi₃N₄の表面はSi単結晶表面にくらべて不活性であるため核の発生が抑制されやすく、マスク上へ成長しにくい。また、マスク素材はSi₃N₄にくらべSiO₂がSi核発生が少ないといわれている。
　選択工ビでの成長速度はSi開口部の面積やバターンの配置によっても影響を受け、ローカルローディング効果と呼ばれる。Si開口部ではSiCl₂はSi単結晶上へのエピタキシャル成長ソースとして消費される。一方、開口部から離れたSiO₂上ではSiCl₂は析出がない限り消費されない。したがって、開口部とマスク上ではSiCl₂の濃度分布が異なることになる。SiCl₂の移動速度が成長速度にくらべ十分大きければ、成長速度に差は生しないが、竸合する場合には場所により濃度分布が生じ、成長速度に差が生じる。抑制するには、HCIを量を増やす、面積比を大きくする、局所的な面積比を一定にするなどがある。
　選択成長では、シリコン/SiO₂側壁に沿って傾斜した面であるファセット成長が起こる（図1参照）。面方位（100）基板での選択エピでは、開口部の形状、深さ、およびパターニング方向に依存せず｛311｝ファセットだけが現われることが報告されている。また、パターニング方向にも影響され、面方位（100）基板の場合、パターン側壁が通常の［110］パターン方向では、周辺四回対称のファセットが発達するが、［100］パターンで生じるファセットにするとわすか四隅にみられるだけになる。

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