(57)【要約】【課題】  基板上にエピタキシャル層スタックを形成する方法の提供。【解決手段】  （１）エピタキシャル層スタックのターゲット炭素濃度を選択するステップと、（２）基板上に炭素含有シリコン層を形成するステップであって、炭素含有シリコン層が、選択されたターゲット炭素濃度に基づいて選択される初期炭素濃度、厚さ及び堆積時間の少なくとも一つを有する、前記ステップと、（３）エッチングの前に炭素含有シリコン層上に炭素を含有しないシリコン層を形成するステップと、を含む方法を用いる。多数の他の態様も提供される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にエピタキシャル層スタックを形成する方法であって、
該エピタキシャル層スタックのターゲット炭素濃度を選択するステップと、
該基板上に炭素含有シリコン層を形成するステップであって、該炭素含有シリコン層が、選択された該ターゲット炭素濃度に基づいて選択される初期炭素濃度、厚さ、及び堆積時間の少なくとも一つを有する、前記ステップと、
エッチングの前に該炭素含有シリコン層上に炭素を含有しないシリコン層を形成するステップと、
を含む、前記方法。
【請求項２】
該ターゲット炭素濃度が、約２００ｐｐｍ〜５原子％である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該初期炭素濃度が、約０.５原子％〜１０原子％である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該炭素含有シリコン層と該基板との間に炭素を含有しないエピタキシャル層を形成するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
該エピタキシャル層スタックが、約１０オングストローム〜２０００オングストロームの厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
該初期炭素濃度が、該ターゲット炭素濃度より大きい或いは等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
該炭素含有シリコン層上に該炭素を含有しないシリコン層を形成した後、該エピタキシャル層スタックをエッチングするステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
該エピタキシャル層スタックをエッチングするステップが、Ｃｌ２を含むエッチャントガス中で該エピタキシャル層スタックをエッチングする工程を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
該炭素を含有しないシリコン層が、該エッチャントガスと該炭素含有シリコン層との間に反応が生じるのを防ぐ厚さを有する、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
該炭素含有シリコン層及び該炭素を含有しないシリコン層の少なくとも１つの形成が、約７００℃以下の温度で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
エピタキシャル層スタックを形成する方法であって、
該エピタキシャル層スタックのためのターゲット炭素濃度を選択するステップと、
交互の炭素含有シリコン層と炭素を含有しないシリコン層を堆積させることによって該エピタキシャル層スタックを形成するステップと、
を含み、該ターゲット炭素濃度が該炭素含有シリコン層の全体の厚さ、初期炭素濃度、及び堆積時間の少なくとも一つに基づいて達成される、前記方法。
【請求項１２】
該ターゲット炭素濃度が、約２００ｐｐｍ〜５原子％である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
各炭素含有シリコン層の該初期炭素濃度が、約０.５原子％〜１０原子％である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
第一炭素含有シリコン層と該基板との間に炭素を含有しないエピタキシャル層を形成するステップを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
該エピタキシャル層スタックの厚さが、約１０オングストローム〜２０００オングストロームである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
基板上に形成されたエピタキシャル層スタックの炭素濃度を制御する方法であって、
該エピタキシャル層スタックの望ましい炭素濃度を決定するステップと、
該基板上に炭素含有エピタキシャル層を形成する工程、
該炭素含有エピタキシャル層上に炭素を含有しないキャップ層を形成する工程
によって、該エピタキシャル層スタックを形成するステップと、
を含み、該炭素含有エピタキシャル層の厚さが、該エピタキシャル層スタックの該望ましい炭素濃度に基づいて選択される、前記方法。
【請求項１７】
該炭素含有エピタキシャル層と該基板との間にエピタキシャルシード層を形成するステップを更に有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
該ターゲット炭素濃度が、約２００ｐｐｍ〜５原子％である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
該炭素含有エピタキシャル層が、約２オングストローム〜１００オングストロームの厚さを有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
Ｃｌ２を用いて該エピタキシャル層スタックをエッチングするステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
該エピタキシャル層スタックとして交互の炭素含有層と炭素を含有しない層を更に形成するステップを更に含む、請求項１６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、発明の名称が“ＭＥＴＨＯＤＯＦ ＦＯＲＭＩＮＧＣＡＲＢＯＮ-ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ ＳＩＬＩＣＯＮＥＰＩＴＡＸＩＡＬ ＬＡＹＥＲＳ”（代理人整理番号１-０５９５／Ｌ）とされた、米国仮特許出願第６０／８３４,７７３号の優先権を主張し、この開示内容は本明細書に全体で援用されている。
【０００２】
本願は、以下の同時係属出願に関連し、これらの開示内容の各々は、本明細書に全体で援用されている。
【０００３】
２００４年１２月１日に出願された米国特許出願第１１／００１,７７４号（整理番号９６１８）
２００５年９月１４日に出願された米国特許出願第１１／２２７,９７４号（整理番号９６１８／Ｐ０１）
【発明の分野】
【０００４】
本発明は、半導体デバイスの製造、より詳細には、炭素含有シリコンエピタキシャル層の形成方法に関する。
背景
より小さいトランジスタが製造されるにつれて、極浅ソース／ドレイン接合を作るのがより難しくなってきている。一般的に、１００ｎｍ以下の（sub-100nm）ＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）デバイスは、３０ｎｍ未満の接合深さを必要とする。シリコン含有材料（例えば、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ）のエピ層を接合中に形成するのに、選択的エピタキシャル堆積がしばしば利用される。一般的に、選択的エピタキシャル堆積は、エピ層を誘電領域に成長させることなく、シリコンモート（moats）上に成長させることができる。選択的エピタキシーは、隆起したソース／ドレイン、ソース／ドレイン拡大部、コンタクトプラグ又はバイポーラデバイスのベース層堆積のような半導体デバイス内で用いることができる。
【０００５】
一般的に、選択的エピタキシープロセスは、堆積反応とエッチング反応とを含む。堆積反応とエッチング反応は、エピタキシャル層に対するのと、多結晶層に対するのとで相対的に異なる反応速度で同時に生じる。堆積プロセス中、エピタキシャル層が単結晶層上に形成され、一方、多結晶層は、既存の多結晶層及び／又はアモルファス層のような、少なくとも第二層上に堆積される。しかしながら、堆積された多結晶層は、一般的にエピタキシャル層よりも速い速度でエッチングされる。それ故、エッチャントガスの濃度を変えることによって、正味の選択的プロセスは、エピタキシー材料の堆積と、限られた多結晶材料の堆積又は多結晶材料は堆積しない結果となる。例えば、選択的エピタキシープロセスは、スペーサ上に堆積を残さずに、単結晶シリコン表面上のシリコン含有材料のエピ層の形成を生じる場合がある。
【０００６】
隆起したソース／ドレイン特徴部やソース／ドレイン拡大部の特徴部の形成中、例えば、シリコン含有ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）デバイスの形成中、シリコン含有材料の選択的エピタキシー堆積は、有益な技術になってきている。ソース／ドレイン拡大部の特徴部は、シリコン表面をエッチングして、凹んだソース／ドレイン特徴部を作り、続いて、エッチングされた表面を、選択的成長エピ層（epilayer）、例えば、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）材料で充填することによって製造する。選択的エピタキシーは、インサイチュドーピングで完全に近いドーパント活性化を可能にするので、その後のアニールプロセスが省略される。それ故、接合深さを、シリコンエッチングと選択的エピタキシーによって正確に画成することができる。他方で、超浅ソース／ドレイン接合は、直列抵抗の増加を必然的に生じる。
【０００７】
また、シリサイド形成中の接合消失により、直列抵抗が更に増加する。接合消失を補償するために、隆起したソース／ドレインを、接合上に選択的にエピタキシャル成長させる。典型的には、隆起したソース／ドレイン層は、ドープされていないシリコンである。
【０００８】
しかしながら、現在の選択的エピタキシープロセスは、いくつかの欠点を有する。現在のエピタキシープロセス中、選択性を維持するために、前駆物質の化学的濃度と、反応温度を堆積プロセス全体を通して調節、調整しなければならない。十分なシリコン前駆物質が与えられない場合には、エッチング反応が支配的になり、全体のプロセスが減速する。また、基板特徴部の有害なオーバーエッチングが起こることがある。十分なエッチャント前駆物質が与えられない場合には、堆積反応が支配的になり、基板表面にわたって単結晶及び多結晶材料を形成させる選択性を減少することがある。また、現在の選択的エピタキシープロセスは、通常、約８００℃、１,０００℃又はそれより高い反応温度を要求する。このような高温は、熱量上の理由と基板表面の制御できない窒化物形成反応の可能性により、製造プロセス中は望ましくない。更に、いくつかのエピタキシャル膜及び／又はプロセスは、膜中のピッチング或いは表面粗さのような形態的な欠陥を生じる傾向がある。
【０００９】
それ故、シリコンやシリコン含有化合物を選択的にエピタキシャル堆積するためのプロセスの必要がある。更に、このプロセスは、速い堆積速度を有し、約８００℃以下のようなプロセス温度を維持しながら、様々な元素濃度を有するシリコン含有化合物を形成する用途にも用いることができなければならない。最後に、プロセスは、低欠陥膜或いは膜スタック（例えば、ピッチング、転位、粗さ、点欠陥等が殆どない）を生じることができなければならない。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の第一態様では、基板上にエピタキシャル層スタックを形成する方法が提供される。本方法は、（１）エピタキシャル層スタックのためのターゲット炭素濃度を選択するステップと、（２）基板上に炭素含有シリコン層を形成するステップであって、炭素含有シリコン層が、選択されたターゲット炭素濃度に基づいて選択される初期炭素濃度、厚さ及び堆積時間の少なくとも一つを有する、前記ステップと、(3)エッチングの前に、炭素含有シリコン層上に炭素を含有しないシリコン層を形成するステップと、を含む。
【００１１】
本発明の第二態様では、エピタキシャル層スタックを形成する方法が提供される。この方法は、（１)エピタキシャル層スタックのためのターゲット炭素濃度を選択するステップと、(2)交互の炭素含有シリコン層と炭素を含有しないシリコン層を堆積させることによって、エピタキシャル層スタックを形成するステップとを含む。ターゲット炭素濃度は、全体の厚さ、初期炭素濃度、及び炭素含有シリコン層の堆積時間の少なくとも１つに基づいて達成される。
【００１２】
本発明の第三態様では、基板上に形成されたエピタキシャル層スタックの炭素濃度を制御するための方法が提供される。この方法は、（１）エピタキシャル層スタックの望ましい炭素濃度を決定するステップと、（２）（a）基板上に炭素含有エピタキシャル層を形成し、（ｂ）炭素含有エピタキシャル層上に炭素を含有しないエピタキシャル層を形成することによって、エピタキシャル層スタックを形成するステップと、を含む。炭素含有エピタキシャル層の厚さは、エピタキシャル層スタックの望ましい炭素濃度に基づいて選択される。多数の他の態様も提供される。
【００１３】
本発明の他の特徴及び態様は以下の詳細な説明、添付した特許請求の範囲、添付図面からより十分に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明によるエピタキシャル層スタックの形成中の基板を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明によるエピタキシャル層スタックの形成中の基板を示す断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明によるエピタキシャル層スタックの形成中の基板を示す断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明によるエピタキシャル層スタックの形成中の基板を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明により形成された、炭素を含有しないエピタキシャルシード層と炭素含有エピタキシャル層と炭素を含有しないエピタキシャルキャップ層の積層全体の炭素の濃度を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明によるエピタキシャルシード層とキャップ層の一定の堆積時間の間の炭素含有エピタキシャル層の堆積時間に対する置換炭素（ＳＣ）濃度の依存性を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明によるターゲット炭素濃度を有するエピタキシャル層スタックを形成するための例示的な方法のフローチャートである。
【詳細な説明】
【００１５】
誘電膜でパターン形成されたシリコン基板上の選択的エピタキシャル成長プロセス中、単結晶半導体の形成は、露出したシリコン表面上（例えば、誘電表面上ではなく）でのみ生じる。選択的エピタキシャル成長プロセスは、同時に起こるエッチング堆積プロセスと、交互のガス供給プロセスを含むことがある。同時に起こるエッチング堆積プロセスでは、エッチャント化学種と堆積化学種の両方が、同時に流される。このようにして、エピタキシャル層は、その形成中、同時に堆積され且つエッチングされる。
【００１６】
一方、先に援用した、２００４年１２月１日に出願された米国特許出願第１１/００１,７７４号（整理番号９６１８）は、基板上にエピタキシャル層を形成するための交互のガス供給（ＡＧＳ）プロセスを記載する。ＡＧＳプロセス中、エピタキシャル堆積プロセスが基板上で行われ、次いで、エッチングプロセスが基板上で行われる。エピタキシャル層の望ましい厚さが形成されるまで、エピタキシャル堆積プロセスの後にエッチングプロセスが続くサイクルが繰り返される。
【００１７】
堆積プロセスは、基板表面を少なくともシリコン源とキャリアガスを含有する堆積ガスに曝すステップを含んでもよい。堆積ガスは、また、ゲルマニウム及び／又は炭素源だけでなく、ドーパント源を含んでもよい。一般的なドーパントとしては、ヒ素、ホウ素、リン、アンチモン、ガリウム、アルミニウム、他の元素を挙げることができる。
【００１８】
堆積プロセス中、エピタキシャル層は、一つ又は複数の基板の単結晶表面上に形成され、一方、多結晶層が、アモルファス及び／又は多結晶表面のような二次表面上に形成される。続いて、基板がエッチングガスに曝される。エッチングガスは、キャリアガスとエッチャントとを含む。エッチングガスは、堆積中に堆積されたシリコン含有材料を除去する。エッチングプロセス中、多結晶層が、エピタキシャル層よりも速い速度で除去される。それ故、堆積とエッチングプロセスの最終結果は、単結晶表面上のシリコン含有材料のエピタキシャル成長を形成し、もしあったとしても、二次表面上の多結晶シリコン含有材料の成長は最小限である。堆積することができる例示的なシリコン含有材料としては、シリコン、シリコンゲルマニウム、シリコン炭素、シリコンゲルマニウム炭素、これらのドーパント変形例等が挙げれる。
【００１９】
従来のシリコンエピタキシャル膜形成プロセスは、水素（Ｈ２）、塩化水素（ＨＣｌ）、ジクロロシランのようなシリコン源を用いて、（例えば、ＨＣｌ及び／又はシリコン源を解離させるために）約７００℃より高い基板温度で行われる。Ｃｌ２はより低い温度（例えば、約６００℃以下）で効率的に解離するので、エピタキシャル膜形成温度を下げる一つの方法は、ＨＣｌの代わりに塩素（Ｃｌ２）を用いることである。水素とＣｌ２は非相溶性であることから、水素以外の、例えば、窒素のようなキャリアガスをＣｌ２と用いるのがよい。同様に、より低い解離温度を有するシリコン源を用いるのがよい（例えば、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン(Ｓｉ２Ｈ６）等）。
【００２０】
シリコンエピタキシャル膜形成プロセスのエッチャントガスとしてＣｌ２を用いることにより、生じるシリコンエピタキシャル膜の表面形態が悪くなる場合がある。いかなる特定の理論に縛られることは望まないが、Ｃｌ２は、シリコンエピタキシャル膜表面を過度に激しく攻撃して、ピッチング等を生じるのであろうと考えられる。シリコンエピタキシャル膜が炭素を含有するときに、Ｃｌ２を用いると特に問題があることが分かってきた。
【００２１】
本発明は、エピタキシャル膜表面形態を改善することができるシリコンエピタキシャル膜形成プロセス中、エッチャントガスとしてＣｌ２を用いる方法を提供する。本発明の方法は、例えば、２００４年１２月１日に出願された米国特許出願第１１/００１,７７４号（整理番号９６１８）に記載された交互のガス供給（ＡＧＳ）プロセスとともに用いることもできる。
【００２２】
ある実施形態では、エッチング段階中、Ｃｌ２に曝される前に、いかなる炭素含有シリコンエピタキシャル膜をも“封入”されるのがよい。炭素含有シリコンエピタキシャル膜は、例えば、炭素源なしに形成されたシリコンエピタキシャル膜（“炭素を含有しないシリコンエピタキシャル膜”）によって、封入することができる。
【００２３】
例示として、本発明による、ＡＧＳプロセスを用いた、炭素含有シリコンエピタキシャル層スタックの形成を図１Ａ-図１Ｄを参照して以下に記載する。図１Ａを参照すると、基板１００上にエピタキシャルシード層１０２（例えば、シリコン（Ｓｉ）エピタキシャル層）が形成された基板１００の断面図を示す。ある実施形態では、エピタキシャルシード層１０２は、除かれる。
【００２４】
エピタキシャルシード層１０２を形成するために、基板１００をプロセスチャンバ内に配置し、望ましい基板及び／又はプロセス温度まで加熱する。例示的なエピタキシャル膜チャンバは、カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社のＥｐｉ Ｃｅｎｔｕｒｅ（登録商標）システムやＰｏｌｙ Ｇｅｎ（登録商標）システムに見られるが、他のエピタキシャル膜チャンバ及び／又はシステムを用いることができる。本発明の少なくとも１つの実施形態では、プロセスチャンバ内でいかなるシリコンエピタキシャル層中にも炭素が混入することを改善するために、約７００℃未満の基板及び／又はプロセス温度を用いるのがよい。特定の実施形態では、約５５０〜６５０℃の基板及び／又はプロセス温度範囲を用いるのがよく、更に他の実施形態では、約６００℃未満の基板及び／又はプロセス温度を用いるのがよい。７００℃より高い基板及び／又はプロセス温度を含む、他の基板及び／又はプロセス温度を用いてもよい。
【００２５】
望ましい基板及び／又はプロセス温度に達した後、基板１００を、少なくともシリコン源（炭素源なしで）に曝して、エピタキシャルシード層１０２を形成する。例えば、基板１００をシラン或いはジシランのようなシリコン源と、窒素のようなキャリアガスに曝すのがよい。リン或いはホウ素のようなドーパント源、ゲルマニウム源等も（いかなる他の適当なソース及び／又はガスであってもよいように）用いることができる。エピタキシャル膜形成プロセス中、基板１００のいかなる単結晶表面上にもエピタキシャル層１０２が形成され、一方、（前述したように）基板１００上に存在するいかなる多結晶層及び／又はいかなるアモルファス層上にも多結晶層が形成される。
【００２６】
エピタキシャルシード層１０２は、例えば、シランを約５０-1５０ｓｃｃｍの流量で（或いはジシランを約１０-４０ｓｃｃｍの流量で）シリコン源を流し、約２０-２５ｓｌｍの流量で窒素キャリアガスを流すことによって（より大きい或いは小さいシリコン源及び／又はキャリアガス流量を用いてもよいが）形成される。必要に応じてＨＣｌを流してもよい。
【００２７】
少なくとも一つの実施形態では、エピタキシャルシード層１０２は、約2オングストローム〜約１０オングストロームの厚さを有するのがよいが、他の厚さが用いられてもよい。例えば、約１秒〜約１００秒の堆積時間を、一つ以上の実施形態においては約５秒を、用いることができる。
【００２８】
エピタキシャルシード層１０２（少しでも用いた場合には）を形成した後、基板１００を少なくともシリコン源と炭素源に曝して、炭素含有シリコンエピタキシャル層１０４（図１Ｂ）を基板１００上にエピタキシャルシード層１０２の上に形成する。例えば、基板１００をシラン或いはジシランのようなシリコン源、メタンのような炭素源と、窒素のようなキャリアガスに曝すのがよい。リン或いはホウ素のようなドーパント源、ゲルマニウム源等も（いかなる他の適当なソース及び／又はガスでもよいように）用いることができる。エピタキシャル膜形成プロセス中、炭素含有エピタキシャル層が、基板１００のいかなる単結晶表面上にも形成され、一方、（前述したように）基板１００上に存在するいかなる多結晶層及び／又はいかなるアモルファス層上にも多結晶層が形成される。
【００２９】
少なくとも一つの実施形態では、メタンの約１-５ｓｃｃｍの炭素源流量を、シランの約５０-１５０ｓｃｃｍ（或いはジシランの約１０-４０ｓｃｃｍ）のシリコン源流量と約２０-２５ｓｌｍの流量の窒素キャリアガスとともに用いるのがよい（より大きい或いは小さいシリコン源及び／又はキャリアガス流量を用いてもよい）。必要に応じてＨＣｌを流してもよい。
【００３０】
炭素含有エピタキシャル層１０４は、例えば、約２オングストローム〜１００オングストロームの厚さを有するのがよいが、他の厚さが用いられてもよい。例えば、約１秒〜約５０秒の堆積時間を、一つ以上の実施形態においては約１０秒を、用いることができる。
【００３１】
炭素含有シリコンエピタキシャル層１０４を形成した後、基板１００を少なくともシリコン源に（炭素源なしに）曝して、第二シリコンエピタキシャル層１０６（例えば、図１Ｃに示すようなキャッピング層）を基板１００上に炭素含有シリコンエピタキシャル層１０４の上に形成する。例えば、基板１００をシラン或いはジシランのようなシリコン源と、窒素のようなキャリアガスに曝すのがよい。リン或いはホウ素のようなドーパント源、ゲルマニウム源等も（いかなる他の適当なソース及び／又はガスでもよいように）用いることができる。炭素含有シリコンエピタキシャル層１０４上に第二シリコンエピタキシャル層１０６が存在することにより、炭素含有シリコンエピタキシャル層１０４中の塩素と炭素（及び／又は水素）との相互作用を減らすことができる。前述したように、ＨＣｌを流してもよい。
【００３２】
第二シリコンエピタキシャル層１０６は、例えば、シランの約５０-１５０ｓｃｃｍの流量（或いはジシランの約１０-４０ｓｃｃｍの流量）でシリコン源を流し、約２０-２５ｓｌｍの流量で窒素キャリアガスを流すことによって（より大きい或いは小さいシリコン源及び／又はキャリアガス流量を用いてもよいが）、形成することができる。ＨＣｌを流してもよい。
【００３３】
少なくとも一つの実施形態では、第二シリコンエピタキシャル層１０６は、約２オングストローム〜１００オングストロームの厚さを有するのがよいが、他の厚さが用いられてもよい。例えば、約１秒〜約１００秒の堆積時間を、一つ以上の実施形態において約5秒を、用いることができる。
【００３４】
これによって、炭素含有エピタキシャル層１０４が、炭素を含有しないエピタキシャル層１０２、２０６（例えば、意図的な炭素源なしに形成されたエピタキシャル層）の間に封入された、エピタキシャル層スタック１０８が形成される。
【００３５】
第二シリコンエピタキシャル層１０６の形成後、基板１００をＣｌ２及び／又は他のエッチャントに曝して、少なくとも第二シリコンエピタキシャル層１０６及び／又は基板１００上に形成された他の膜（例えば、基板１００上に存在する多結晶及び／又はアモルファス層上に形成された多結晶シリコン及び／又は炭素含有シリコンエピタキシャル層１０４上に形成された単結晶シリコン）をエッチングする。例えば、少なくとも一つの実施形態では、基板１００を約３０-５０ｓｃｃｍの流量のＣｌ２と２０ｓｌｍの流量の窒素キャリアガスに曝す。ＨＣｌを流してもよい（より大きい或いは小さいＣｌ２及び／又はキャリアガス流量を用いてもよい）。
【００３６】
エッチングの後、（例えば、窒素及び／又は他の不活性ガスで、約２０秒或いは他の適当な時間中）使用されているプロセスチャンバがパージされ、いかなるＣｌ２及び／又はいかなる他の望ましくない化学種／副生成物をチャンバから除去するのがよい。
【００３７】
エピタキシャルキャップ層１０６及び／又はシード層１０２は、エッチャントと炭素含有エピタキシャル層１０４の炭素との間で反応が生じるのを妨げる。このようなものとして、エッチング中、下にある炭素含有層はＣｌ２に曝されないので、Ｃｌ２をエッチャントして用いるのがよい。従って、炭素含有エピタキシャル層１０２は、ピッチングを有する表面形態ではなく平滑な表面形態を有する。
【００３８】
例えば、図１Ｄに示されるように、望ましい全体のエピタキシャル層スタック厚さが達成されるまで、堆積とエッチングの順番を繰り返すのがよい。例えば、炭素を含有しないシリコン層堆積／炭素含有シリコン層堆積／炭素を含有しないシリコン層堆積／エッチングの順番を約８０回繰り返して、約６００オングストロームの全体のエピタキシャル層スタック厚さを生じるのがよい。他の実施形態では、下に横たわるシード層の堆積は除去されるので、形成の順番は、望ましい全体のエピタキシャル層スタック厚さを生じるために多数回繰り返される、炭素含有シリコン層堆積／炭素を含有しないシリコン層堆積／エッチングであるのがよい。
【００３９】
上述の例示は、特定の実施形態を示すが、一般的には、エピタキシャル層スタック（炭素含有エピタキシャル層と炭素を含有しないエピタキシャル層を含む）は、約１０オングストローム〜約２０００オングストローム、好ましくは約１００オングストローム〜約１５００オングストローム、より好ましくは約３００オングストローム〜約１０００オングストロームの範囲の厚さを有する。一つの特定の実施形態では、約６００オングストロームの層スタックを用いるのがよい。
【００４０】
（１）炭素を含有しないエピタキシャル材料に対するカプセル被覆された炭素含有エピタキシャル層の膜厚と、（２）炭素含有エピタキシャル層の炭素濃度を制御することによって、最終的なエピタキシャル層スタックの平均炭素濃度を制御及び／又は決定することができる。例えば、ある実施形態では、炭素が炭素含有エピタキシャル層形成ステップ中に堆積されるのみであっても、一つ又は複数の炭素含有エピタキシャル層の炭素は、スタックされた層（例えば、シード層、炭素含有層、キャップ層）の深さに層って素早く且つ均一に拡散する。
【００４１】
図２は、本発明により形成された（図１Ｃのような）炭素を含有しないエピタキシャルシード層と、炭素含有エピタキシャル層と、炭素を含有しないエピタキシャルキャップ層のスタックされた層全体の炭素濃度を示すグラフ２００である。図２を参照して分かるように、（Ｘ軸は、スタックされた層の深さを表し、Ｙ軸は、スタックされた層全体の炭素分布を示す）全体として線２０２で示される炭素濃度は、スタックされた層の深さ全体に均一に分布する。このようなものとして、本発明のある実施形態によれば、スタックされた層内の炭素濃度は、炭素含有層及び／又はシード層及び／又はキャップ層の相対的な厚さと、炭素含有層内の初期炭素濃度と、を制御することによって、制御することができる。
【００４２】
ある実施形態では、最終的な炭素濃度は、炭素を含有しないエピタキシャル層に対する炭素含有エピタキシャル層の相対的な厚さから推定することができる。例えば、図３は、（例えば、図１Ｃの）シード層とキャップ層の一定の堆積時間の炭素含有エピタキシャル層の堆積時間に対する置換炭素（ＳＣ）濃度の依存を示すグラフ３００である。図３の線３０２を参照して分かるように、スタック層内の炭素濃度は、炭素含有エピタキシャル層の堆積時間に比例する。かくして、本発明のある実施形態によれば、シード層／炭素含有層／キャップ層スタック或いは“サンドイッチ”内の炭素濃度は、炭素含有エピタキシャル層の堆積時間を制御することによって制御することができる。
【００４３】
一つ或いはそれ以上の実施形態では、エピタキシャル層スタックのターゲット炭素濃度は、約２００パーツ・パー・ミリオン（ｐｐｍ）〜約５原子パーセント（ａｔ％）、好ましくは約０.５ａｔ％〜約２ａｔ％の範囲、例えば、約１.５ａｔ％であるのがよい。他のターゲット濃度を用いてもよい。ある実施形態では、炭素濃度は、（図１Ａ-図１Ｄの層１０４のような）エピタキシャル層で、勾配を有していてもよい。
【００４４】
炭素含有シリコン層に組み込まれる炭素は、シリコン含有層の堆積の直後に、一般的に、結晶格子の格子間位置に配置される。初期炭素濃度は、或いは言い換えれば炭素含有層の堆積されたままの炭素含有量は、約１０ａｔ％以下、好ましくは約５ａｔ％未満、より好ましくは約０.５ａｔ％〜約３ａｔ％、例えば、約２ａｔ％がよい。（連続する）プロセスステップ中のアニーリング（後述する）或いは自然拡散によって、エピタキシャル層は、少なくとも一部、もしそうでないなら全ての格子間炭素が結晶格子の置換位置に組み込まれる。エピタキシャル層スタックの全体の炭素濃度は、格子間或いは置換位置に組み込まれた全ての炭素を含む。高分解能Ｘ線回折（ＸＲＤ）を用いて、置換炭素濃度と厚さを決定することができる。二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）を用いて、エピタキシャル層スタックの全体の（置換及び格子間）炭素濃度を決定することができる。置換炭素濃度は、全体の炭素濃度と等しいか或いは低い場合がある。適したアニーリングプロセスは、酸素、窒素、水素、アルゴン、ヘリウム或いはこれらの組み合わせのようなガス雰囲気での高速熱処理（ＲＴＰ）、レーザアニーリング、或いは熱アニーリングのようなスパイクアニールを含むのがよい。ある実施形態では、アニーリングプロセスは、約８００℃〜約１,２００℃、好ましくは約１,０５０℃〜１,１００℃の温度で行うのがよい。このようなアニーリングプロセスは、炭素を含有しないキャップ層１０６が堆積された直後、或いは、他の様々なプロセスステップ（例えば、全体の膜スタックが堆積された後）の直後に行うのがよい。
【００４５】
図４は、本発明によるターゲット炭素濃度を有するエピタキシャル層スタックを形成するための例示的な方法４００のフローチャートである。図４を参照して、ステップ４０１では、基板をプロセスチャンバ内に装填し、約８００℃以下の温度まで加熱する。ある実施形態では、７５０℃未満、７００℃未満、或いは６５０℃未満のような、より低い温度範囲をエピタキシャル膜形成中に用いてもよい。
【００４６】
ステップ４０２では、炭素含有エピタキシャル層を基板上に形成する。初期炭素濃度、厚さ及び／又は炭素含有エピタキシャル層の堆積時間は、エピタキシャル層スタックのターゲット炭素濃度に基づいて選択すればよい。その後、ステップ４０３では、炭素を含有しないエピタキシャル層を、炭素含有エピタキシャル層上に形成する。ある実施形態では、炭素を含有しないエピタキシャル層は、下に横たわる炭素含有層をその後のエッチングから保護するのに十分な厚さである。
【００４７】
ステップ４０４では、ＨＣｌ及び／又はＣｌ２のようなエッチャントガスを用いて基板をエッチングする。述べたように、炭素を含有しないエピタキシャル層は、下に横たわる炭素含有層をエッチャントガスから保護する。パージステップ（図示せず）を、エッチングの後に行って、いかなるエッチャントガス及び／又は他の望ましくないガスをも使用中のプロセスチャンバから取り除くのがよい。
【００４８】
ステップ４０５では、所望のエピタキシャル層スタック厚さに達しているか決定される。もしそうであれば、ステップ４０６でプロセスは終了し、さもなければ、プロセスはステップ４０２に戻り、基板上にエピタキシャル材料を更に堆積させる。
【００４９】
他の例示的な実施形態では、プロセスサイクルは、（１）炭素を含有しないシリコン（Ｓｉ）層堆積ステップ、（２）炭素含有シリコン（ＳｉＣ）層堆積ステップ、（３）炭素を含有しないシリコン（Ｓｉ）層堆積ステップ、（４）エッチングステップ、（５）パージステップを含むのがよい。プロセスサイクルを多数回繰り返して、全体のエピタキシャル層スタック厚さを達成することができる。特定の一実施形態では、プロセスサイクルを、約８０回繰り返して、エピタキシャル層スタックの約６００オングストロームのエピタキシャル材料を得ることができる。この場合、Ｓｉ或いはＳｉＣの各堆積は、約５〜３０オングストロームのエピタキシャル材料を生じ、それらの一部（例えば、約１５-２５オングストローム）が、後のエッチングステップでエッチング除去される。約８０回の繰り返しの後、（例えば、Ｓｉモート上に）残存するエピタキシャル材料は、約６００オングストロームである場合がある（基板の誘電領域上には殆ど或いは全く堆積していない）。他の実施形態では、約３０〜１００ナノメートルのエピタキシャル層スタック厚さ範囲を用いるのがよい。
【００５０】
ある実施形態では、エピタキシャル層スタック及び／又は堆積したままのＳｉ：Ｃ層の置換炭素濃度範囲は、約０.５-２.０ａｔ％である。Ｓｉ：Ｃ層がＳｉ層の間に挟まれているとき、全体のスタック炭素濃度は、Ｓｉ：Ｃ層の厚さと比較したＳｉ層の厚さに依存して減少する。プロセス条件に依存して、置換炭素濃度は、全体の炭素濃度と等しいか或いは低くなる。
【００５１】
例示的なガス流量範囲は、ジクロロシラン、シラン、ジシラン、或いは高級シランの約５-５００ｓｃｃｍのシリコン源流量、Ｈ２或いはＮ２の約３-３０ｓｌｍのキャリアガス流量を含む。エッチング中、ＨＣｌの例示的な流量は、約２０-１０００ｓｃｃｍ、Ｃｌ２は約１０-５００ｓｃｃｍである。
【００５２】
特定の一実施形態では、（パージステップを除く）各プロセスステップ中、ほぼ同じ流量（例えば、約３００ｓｃｃｍ或いは他の適当な流量）でＨＣｌを流すのがよく、エッチングステップ中のみＣｌ２を（例えば、約３０ｓｃｃｍ或いは他の適当な流速で）流すのがよい。各堆積ステップ中、ジシランを（例えば、約７ｓｃｃｍ或いは他の適当な流量で）流すのがよく、Ｓｉ：Ｃ堆積ステップ中メチルシランを（例えば、約２.２ｓｃｃｍ或いは他の適当な流量で）流すのがよい。各プロセスサイクルステップ中、Ｎ２キャリアガスは、約２０ｓｌｍ或いは他の適当な流量で流すのがよく、各パージステップ中、約３０ｓｌｍ或いは他の適当な流量まで増加させるのがよい。ある実施形態では、約５オングストロームのＳｉを第一Ｓｉ堆積ステップ中（例えば、約４秒で堆積）堆積させ、約９オングストロームのＳｉ：ＣをＳｉ：Ｃ堆積ステップ中堆積（例えば、約７秒で堆積）させるのがよく、約１３オングストロームのＳｉを第二Ｓｉ堆積ステップ中に堆積（例えば、約１０秒で堆積）させるのがよく、約１９オングストロームのエピタキシャル材料をエッチングステップ中除去するのがよい（例えば、約１３秒のエッチング）。適当なパージ時間を用いることができる（例えば、約１０秒）。約６００℃のプロセス温度と、堆積とパージ中、約１０トール、エッチング中、約１３トールのチャンバ圧を用いるのがよい。述べたように、他のプロセス条件を用いてもよい。
【００５３】
前述の記載は、本発明の例示的実施形態のみを開示するものである。本発明の範囲内である上記で開示した装置及び方法の変更は、当業者に容易に明らかであろう。従って、本発明は、それの例示的実施形態に関連して開示され、添付した特許請求の範囲によって定められるように、他の実施形態が本発明の精神及び範囲内であることが理解されるべきである。
【符号の説明】
【００５４】
１００…基板、１０２…エピタキシャル層、１０４…エピタキシャル層、１０６…エピタキシャル層、１０８…エピタキシャル層スタック。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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