EPITAXIAL SILICON GROWTH IN A REDUCED PRESSURE AND TEMPERATURE CVD REACTOR

Résumé
En procédé thermique rapide dans un système sous pression totale de quelques torrs, l'épitaxie sélective du silicium est réalisée à des températures aussi basses que 650°C. Les sources gazeuses du silicium sont soit le silane soit le dichlorosilane (DCS) diluées dans l'hydrogène et/ou l'helium. Les aspects cinétiques de la croissance du silicium dans les deux systèmes DCS/H₂ et SiH₄/HCl/H₂ sont présentés et discutés. Le taux de croissance avec DCS est fonction linéaire de la pression partielle d'hydrogène alors que pour SiH₄/HCl, une variation quadratique traduit les résultats expérimentaux. La sélectivité ainsi obtenue est expliquée selon un modèle de décomposition des gaz réactifs et n'est pas affectée par la nature du gaz porteur, alors que le taux de croissance l'est. Nos résultats montrent l'existence de conditions expérimentales pour lesquelles le taux de croissance est presque indépendant de la température. Ce type de CVD, à pression et température réduites, apporte une contribution positive aux problèmes posés par la VLSI qu'exige des jonctions abruptes des couches epitaxiques sélectives et un procédé basse température.

Abstract
In a Rapid Thermal Processing system working at a total pressure of a few torr we have obtained Selective Epitaxial Growth of Si at temperatures as low as 650°C. The studied gas systems are based on the decomposition of either silane or dichlorosilane (DCS) diluted in hydrogen and/or helium. The kinetic aspects of the two systems : DCS /H₂ and SiH₄/HCl/H₂ are presented and discussed. The growth rate for DCS is found to be a linear function of the hydrogen partial pressure. Nevertheless, for SiH₄/HCl a quadratic approach fits the experimental results better. The obtained selectivity is explained by the reacting gases decomposition model and is not affected by the nature of the carrier gas as the growth rate is. These results show the existence of experimental conditions under which the growth rate is nearly temperature independent. A new contribution to the VLSI challenge is provided by this type of CVD at reduced pressure and temperature for which abrupt junctions, selective epitaxial layers and low temperature processes are required.