(57)【要約】  本発明の第１態様は、基板上にエピタキシャル層を選択的に形成する方法を提供する。この方法は、約８００℃未満の温度まで前記基板を加熱するステップと、エピタキシャル膜形成中にシランとジクロロシランの両方を使用するステップと、を含む。数多くの他の態様が提供されている。
2009545884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル層を形成する方法において、
基板を準備するステップと、
約８００℃未満の温度まで前記基板を加熱するステップと、
選択的エピタキシャル膜形成処理を前記基板上で行い、前記選択的エピタキシャル膜形成処理中に、シリコン源としてシランおよびジクロロシランの両方を使用することにより、前記エピタキシャル層を形成するステップと、
を備える、前記方法。
【請求項２】
前記基板を加熱するステップは、前記基板を約７５０℃未満の温度まで加熱する工程を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板を加熱するステップは、約７００℃未満の温度まで前記基板を加熱する工程を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基板を加熱するステップは、約６５０℃未満の温度まで前記基板を加熱する工程を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記選択的エピタキシャル膜形成処理を行うステップは、
シランおよびジクロロシランを流す工程、
塩化水素（ＨＣｌ）および塩素（Ｃｌ２）のうち少なくとも１つを含むエッチングガスを流す工程、
を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記選択的エピタキシャル膜形成処理を行うステップは、エッチングステップが続く堆積ステップを行う工程を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記堆積ステップを行う工程は、シラン流とジクロロシラン流を与えることを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記シラン流は、約１０から１００ｓｃｃｍである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ジクロロシラン流は、約１０から１００ｓｃｃｍである、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
堆積ステップを行う工程は、約５から５０Ｔｏｒｒの処理圧力を使用することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記堆積ステップを行う工程は、約１０秒までの間、シランおよびジクロロシランを流すことを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記エッチングステップを行う工程は、塩化水素（ＨＣｌ）および塩素（Ｃｌ２）のうち少なくとも１つを含むエッチングガスを流すことを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
エッチングガスの前記流れは、約５０から５００ｓｃｃｍである請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記エッチングステップは、約５から１００Ｔｏｒｒの処理圧力を使用することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記エッチングステップは、約１０秒までエッチングガスを流す工程を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つのパージングステップを更に備える、請求項６に記載の方法。
【請求項１７】
エピタキシャル層を形成する方法において、
基板を準備するステップと、
約８００℃未満の温度まで前記基板を加熱するステップと、
少なくとも１つの堆積工程と、少なくとも１つのエッチング工程とを備える選択的エピタキシャル膜形成処理を行うステップであって、前記堆積工程と前記エッチング工程は交互で行われ、前記堆積工程は、それぞれ約１０から１００ｓｃｃｍの流量、約５から５０Ｔｏｒｒの堆積圧力で、シランとジクロロシランを流すことを含み、前記エッチング工程は、塩化水素と塩素のうち少なくとも１つを流すことを含む、前記ステップと、
を備える、前記方法。
【請求項１８】
前記選択的エピタキシャル膜形成処理は、少なくとも１つのパージングステップを更に備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記基板を加熱するステップは、約７５０℃未満の温度まで前記基板を加熱する工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記基板を加熱するステップは、約７００℃未満の温度まで前記基板を加熱する工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記基板を加熱するステップは、約６５０℃未満の温度まで前記基板を加熱する工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
エピタキシャル層を形成する方法において、
基板を準備するステップと、
約８００℃未満の温度まで前記基板を加熱するステップと、
選択的エピタキシャル膜形成処理を前記基板上で行い、前記選択的エピタキシャル膜形成処理中に、シリコン源としてシランおよびジクロロシランの両方を使用することにより、前記エピタキシャル層を形成するステップであって、シランとジクロロシランの比が１より大きい、前記ステップと、
を備える、前記方法。
【請求項２３】
前記シランとジクロロシランの比が２より大きい、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記シランとジクロロシランの比が５より大きい、請求項２３に記載の方法。  
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、２００６年７月３１日に出願された米国特許仮出願第６０／８２０，９５６号からの優先権を主張し、その全てが参考として本願に組み込まれる。
【０００２】
本願は、以下の共同出願に関連しており、各出願は、その全てが参考として本願に組み込まれる。
・２００４年１２月１日に出願された米国特許出願第１１／００１，７７４号（ドケット番号第９６１８号）
・２００５年９月１４日に出願された米国特許出願第１１／２２７，９７４号（ドケット番号第９６１８号／Ｐ０１）
【発明の分野】
【０００３】
本発明は、半導体装置の製造に関連しており、より具体的には、エピタキシャル層形成中の形態（morphology）制御方法に関する。
【背景】
【０００４】
より小型のトランジスタが製造されるにつれて、超浅型ソース／ドレイン接合の生成がより手腕を問われるものになりつつある。概して、サブ１００ｎｍ  ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）デバイスは接合深さが３０ｎｍ未満である必要がある。選択エピタキシャル堆積はしばしば、シリコン含有材料（例えば、Ｓｉ、ＳｉＧｅおよびＳｉＣ）のエピ層を接合に形成するために利用される。概して、選択エピタキシャル堆積は、誘電エリアでの成長なくシリコン堀（ｍｏａｔｓ）におけるエピ層の成長を可能にする。選択エピタキシは、エレベーテッドソース／ドレイン、ソース／ドレイン延長部、コンタクトプラグ、あるいはバイポーラデバイスのベース層堆積などの半導体デバイス内で使用可能である。
【０００５】
概して、選択エピタキシプロセスは堆積反応およびエッチング反応を伴う。堆積およびエッチング反応は、エピタキシャル層および多結晶層に対して相対的に異なる反応レートで同時に生じる。堆積プロセス中、エピタキシャル層は単結晶表面に形成されるのに対して、多結晶層は、既存の多結晶層および／またはアモルファス層などの少なくとも第２の層に堆積される。しかしながら、堆積された多結晶層は概して、エピタキシャル層よりも速いレートでエッチングされる。従って、エッチングガスの濃度を変更することによって、正味の選択プロセスはエピタキシ材料の堆積および多結晶材料の制限的な堆積をもたらすか、あるいは多結晶材料の堆積を全くもたらさない。例えば、選択エピタキシプロセスは単結晶シリコン表面にシリコン含有材料のエピ層の形成をもたらすことがあるのに対して、堆積はスペーサに残らない。
【０００６】
シリコン含有材料の選択エピタキシ堆積は、エレベーテッドソース／ドレインおよびソース／ドレイン延長部部材の形成時、例えばシリコン含有ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）デバイスの形成時に有用な技術になった。ソース／ドレイン延長部部材は、シリコン表面をエッチングして凹型ソース／ドレイン部材を形成してから、引き続きエッチングされた表面を、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）材料などの選択成長エピ層で充填することによって製造される。選択エピタキシはイン・シトゥドーピングによるほぼ完全なドーパント活性を可能にするため、事後アニーリングプロセスが省略される。従って、接合深さは、シリコンエッチングおよび選択エピタキシによって正確に定義可能である。他方、超浅型ソース／ドレイン接合は必然的に直列抵抗の増加をもたらす。また、シリサイド形成時の接合消費はこの直列抵抗をさらに増加させる。接合消費を補償するために、エレベーテッドソース／ドレインは接合上にエピタキシャルかつ選択的に成長される。通常、エレベーテッドソース／ドレイン層は非ドープシリコンである。
【０００７】
しかしながら、現在の選択エピタキシプロセスはいくつかの欠点を有している。現在のエピタキシプロセス時の選択率を維持するために、前駆体の化学的濃度ならびに反応温度が堆積プロセスを通して調節および調整されなければならない。十分でないシリコン前駆体が施される場合、エッチング反応が支配的になる場合があり、プロセス全体がスローダウンする。また、基板部材のエッチングに対して有害な事柄が生じる場合がある。十分でないエッチャント前駆体が施されると、堆積反応が支配的になり、選択率を低下させて、基板表面にわたって単結晶および多結晶材料を形成することもある。また、現在の選択エピタキシプロセスは普通、約８００℃、１，０００℃またはこれ以上の高い反応温度を必要とする。このような高温は、基板表面へのサーマルバジェット関連事項および生じ得る非制御窒化反応ゆえに製作プロセス時には望ましくない。
【０００８】
従って、任意のドーパントによってシリコンおよびシリコン含有化合物を選択的かつエピタキシャルに堆積するためのプロセスを有する必要がある。さらに、このプロセスは、高速堆積速度、平滑な表面形態を有し、かつ約８００℃以下、好ましくは約７００℃以下のプロセス温度を維持する一方で、様々な元素濃度のシリコン含有化合物を形成するために多用途でなければならない。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の第１態様は、基板上にエピタキシャル層を選択的に形成する方法を提供する。この方法は、約８００℃未満の温度まで基板を加熱するステップと、選択的エピタキシャル膜形成中にシランとジクロロシランの両方を使用するステップと、を含む。
【００１０】
本発明の他の態様では、基板上にエピタキシャル層を選択的に形成する方法が提供されている。この方法は、交互に行われる少なくとも１つの堆積ステップと、少なくとも１つのエッチングステップと、を含む。この方法は、約８００℃未満の温度まで基板を加熱するステップを含む。堆積ステップは、シランとジクロロシランの両方をシリコン源として使用する。シリコン源ガスの各々は、約１０から１００ｓｃｃｍ、約５から５０Ｔｏｒｒのチャンバ圧力で流される。エッチングステップは、塩化水素と塩素のうち少なくとも１つを流す工程を含む。
【００１１】
本発明の他の態様では、基板上にエピタキシャル層を形成する方法が提供されている。この方法は、（１）約８００℃未満の温度まで基板を加熱するステップと、（２）選択的エピタキシャル膜形成処理を前記基板上で行い、前記選択的エピタキシャル膜形成処理中に、シリコン源としてシランおよびジクロロシランの両方を使用することにより、前記エピタキシャル層を形成するステップと、を含む。シランとジクロロシランとの比は、１より大きい。数多くの他の態様が提供されている。
【００１２】
本発明の他の特徴と態様は、以下の詳細な説明、添付された請求項および添付図面から、完全に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明に従うエピタキシャル膜を形成する為の、第１の例示的方法のフローチャートである。
【図２】図２は、本発明に従うエピタキシャル膜を形成する為の、第２の例示的方法のフローチャートである。
【詳細な説明】
【００１４】
誘電膜でパターン化されたシリコン基板上の選択的エピタキシャル成長処理中、（誘電面ではなく）露出されたシリコン面だけに単結晶半導体が形成される。選択厚みは、誘電面上の膜成長または核形成の開始前に、シリコン面上で得られる最大膜厚として定義されている。
【００１５】
選択的エピタキシャル成長処理は、同時のエッチング・堆積処理と交互のガス供給処理を含んでもよい。同時のエッチング・堆積処理は、エッチャント種と堆積種の両方が同時に流される。したがって、エピタキシャル層は、その形成中、堆積されるのと同時にエッチングされる。
【００１６】
２００４年１２月１日に提出された米国特許出願第１１／００１，７７４号（ドケット番号第９６１８号）は、基板上にエピタキシャル層を形成する為に交互のガス供給（ＡＧＳ）処理を記述する。ＡＧＳ処理中、エピタキシャル堆積処理は基板上で行われ、その後、エッチング処理が基板上で行われる。エッチング処理が後に続くエピタキシャル堆積処理のサイクルは、所望の厚さのエピタキシャル層が形成されるまで繰り返される。
【００１７】
８００℃未満の堆積温度における選択的シリコンエピタキシの為の代替的前駆体は、シラン（ＳｉＨ４）である。そのような低温において、ＳｉＨ４はジクロロシラン（ＤＣＳ）より高い成長速度を有する。しかしながら、本発明者は、ＳｉＨ４に基づく処理が形態問題（例えば、表面粗さ又は点食）をもたらすことに気付いた。
【００１８】
本発明の少なくとも１つの実施形態において、気付かれたＳｉＨ４を使用することに伴う形態問題は、ＳｉＨ４とＤＣＳの両方を使用すること（例えば、膜の成長中にＳｉＨ４とＤＣＳを混合すること）により減少更に／又は除去することが可能である。この方法は、膜の表面で拡散のメカニズムを変え、より大きな形態制御を可能にすると考えられている。
【００１９】
一部の実施形態では、本発明は、２００４年１２月１日に提出された米国特許第１１／００１，７７４号（ドケット番号第９６１８号）で記述されたＡＧＳ処理を使用可能であるが、他の選択的エピタキシャル処理で使用されてもよい。
【００２０】
シリコン源としてＳｉＨ４だけの選択的処理を用いて形成された（例えば、ＡＧＳ処理中の）シリコンエピタキシャル膜は、粗くて点食のある表面を有することが分かった。シリコン源としてＳｉＨ４およびＤＣＳの両方の選択的処理を用いて形成された（例えば、ＡＧＳ処理中の）シリコンエピタキシャル膜は、改善された膜形態、改善された表面平滑性を有することが分かった。後堆積平滑ステップのような他の方法とは異なり、ＳｉＨ４及びＤＣＳの使用により、付加的処理ステップを有することなく、膜形態の現場（例えば、エピタキシャル膜の形成中）での制御か可能になる。
【００２１】
一部の実施形態では、前述されたシリコン源を使用可能な処理の一実施例は、約１０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍのシランを含んでもよい。さらに、シリコン源は、約１０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍのジクロロシランを含んでもよい。この実施例では、ＡＧＳ処理における堆積サイクル中、約５Ｔｏｒｒから約５０Ｔｏｒｒの範囲のチャンバ圧力が、約２秒から２５０秒、より好ましくは約５秒から１０秒の間、約７００℃から約７５０℃の範囲の温度と共に使用されてもよい。一部の実施形態では、１より大きいＳｉＨ４とＤＣＳの比（ＳｉＨ４：ＤＣＳ）、例えば、２：１，３：１，４：１，５：１，７：１，１０：１が使用されてもよい。堆積サイクルの後、エッチャント処理が、例えば、エッチャントとして約５０ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍの塩化水素（ＨＣｌ）、約５Ｔｏｒｒから約１００Ｔｏｒｒのチャンバ圧力、約２秒から約２５０秒、より好ましくは約５秒から約１０秒の堆積時間、約７００℃および約７５０℃の範囲の温度で、使用されてもよい。エッチングサイクルの後、パージサイクルが、約１０秒間、約５Ｔｏｒｒから約５０Ｔｏｒｒの圧力で、約７００℃および約７５０℃の範囲の温度で行われてもよい。他の処理時間、温度および／または流量が、堆積、エッチングおよび／またはパージング中に用いられてもよい。たとえば、塩素（Ｃｌ２）又はＣｌ２及びＨＣｌの混合は、２００５年９月１４日に出願された米国特許出願第１１／２２７，９７４号に記述されたように各エッチングステップ中に使用されてもよい。
【００２２】
図１は、本発明に従うエピタキシャル膜を形成する第１の例示的な方法のフローチャートである。図１を参照すると、ステップ１０１において、基板は、処理チャンバ内にロードされ、約８００℃未満の温度まで加熱される。一部の実施形態において、エピタキシャル膜形成中に用いられる低温範囲は、例えば、７５０℃未満、７００℃未満、６５０℃未満である。
【００２３】
ステップ１０２において、基板キャリアガス及び／又はドーパントと共にシランおよびジクロロシランが処理チャンバ内に流され、基板上にエピタキシャル膜を形成する。一部の実施形態において、例えばＨＣｌ、Ｃｌ２、ＨＣｌ及びＣｌ２の混合等のような１以上のエッチャントガスは、シリコン源ガスと同時に（例えば、同時の堆積・エッチング処理中に）流されてもよい。他の実施形態において、別個のエッチャントステップが、堆積処理に続いて（例えば、ＡＧＳ処理中に）使用されてもよい。
【００２４】
所望のエピタキシャル膜厚が達成されるまで、堆積とエッチングが続けられる。一部の実施形態において、１より大きいＳｉＨ４とＤＣＳの比（ＳｉＨ４：ＤＣＳ）、例えば、２：１，３：１，４：１，５：１，７：１，１０：１等が使用されてもよい。他のシリコン源の比が用いられてもよい。
【００２５】
図２は、本発明に従うエピタキシャル膜を形成する第２の例示的方法２００のフローチャートである。図２を参照すると、ステップ２０１において、基板は、処理チャンバ内にロードされ、約８００℃以下の温度まで加熱される。一部の実施形態では、低い温度範囲（７５０℃未満、７００℃未満、６５０℃未満など）がエピタキシャル膜形成中に用いられてもよい。
【００２６】
ステップ２０２では、シランとジクロロシランが、適したキャリアガス及び／又はドーパントと共に処理チャンバ内に流され、基板上にエピタキシャル膜を形成する。一部の実施形態では、約１０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍのシランが使用されるが、約１０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍのジクロロシランが使用されてもよい。約５Ｔｏｒｒから約５０Ｔｏｒｒの範囲の圧力が使用されてもよい。堆積は、約２秒から２５０秒の間で実施されてもよいが、好ましくは、約５秒から１０秒である。一部の実施形態では、１より大きいＳｉＨ４とＤＣＳの比（ＳｉＨ４：ＤＣＳ）、例えば、２：１，３：１，４：１，５：１，７：１，１０：１等が使用されてもよい。他の流量、圧力、温度、時間及び／又はＳｉＨ４：ＤＣＳの比が用いられてもよい。
【００２７】
ステップ２０３では、エッチャントガス（例えば、ＨＣｌ及び／又はＣｌ２）が、適したキャリアガスと共に処理チャンバ内に流され、ステップ２０２の間、堆積された材料をエッチングする。例えば、基板は、エッチャントとして約５０ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍの塩化水素（ＨＣｌ）、約５Ｔｏｒｒから約１００Ｔｏｒｒのチャンバ圧力を用いて、約２秒から２５０秒、より好ましくは約５秒から１０秒の間、エッチングされてもよい。他のエッチャント、流量、圧力および／または時間が用いられてもよい。
【００２８】
ステップ２０４では、エッチングサイクルの後、パージサイクルが約２秒から２５０秒、好ましくは約５秒から１０秒の間、行われてもよい。他のパージ時間が用いられてもよい。
【００２９】
ステップ２０５では、所望のエピタキシャル膜厚が達成されたかが決定される。達成されたのであれば、処理はステップ２０６で終了する。そうでなければ、処理は、ステップ２０２に戻り、追加のエピタキシャル材料を基板に堆積する。
【００３０】
前述した説明は、本発明の単なる例示的な実施形態を開示するものである。本発明の範囲に該当する前述された装置および方法の変形例は、当該技術分野の当業者にとって明らかであろう。例えば、低い温度範囲（７５０℃未満、７００℃未満、６５０℃未満など）は、エピタキシャル膜の形成中に用いられてもよい。
【００３１】
したがって、本発明は、その例示的な実施形態との関係で開示されているが、添付された請求項に規定されているように、他の実施形態が本発明の精神及び範囲に該当することは言うまでもない。
【図１】
2009545884.tif 000003
【図２】
2009545884.tif 000004
【国際調査報告】
2009545884.tif 000005