(57)【要約】  バイポーラデバイスにおいてエピタキシャルベース層を形成する方法。同方法は：活性シリコン領域（１０）に隣接したフィールドアイソレーション酸化物領域（１２）を有する構造を提供するステップと；前記フィールドアイソレーション酸化物領域（１２）上に窒化シリコン／シリコン積層（１４，１６）を形成するステップであって、前記窒化シリコン／シリコン積層（１４，１６）はシリコンの上位層（１４）と窒化シリコンの下位層（１６）とを含む、前記ステップと；階段状シード層を形成するために前記窒化シリコン／シリコン積層（１４，１６）にエッチングを実行するステップであって、前記窒化シリコンの下位層がエッチングされると同時に前記シリコンの上位層が横方向にエッチングされる、前記ステップと；前記階段状シード層および活性領域（１０）とにわたってＳｉ／ＳｉＧｅ／Ｓｉ積層（２０）を成長させるステップと；含む。
2007514314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイポーラデバイスにおけるエピタキシャルベース層を形成する方法であって：
活性シリコン領域に隣接するフィールドアイソレーション酸化物領域を有する構造を設けるステップと；
前記フィールドアイソレーション酸化物領域上に窒化シリコン／シリコン積層を形成するステップであって、前記窒化シリコン／シリコン積層はシリコンの上位層と窒化シリコンの下位層とを含むステップと；
階段状シード層を形成するために前記窒化シリコン／シリコン積層にエッチングを実行するステップであって、前記窒化シリコンの下位層がエッチングされると同時に、前記シリコンの上位層が横方向にエッチングされるステップと；
前記階段状シード層および活性シリコン領域にわたってＳｉ／ＳｉＧｅ／Ｓｉ積層を成長させるステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記シリコン層の前記横方向エッチングが、前記窒化シリコン層の前記エッチングに自己整合される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記フィールドアイソレーション酸化物領域がシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）領域を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記フィールドアイソレーション酸化物領域と前記窒化シリコン／シリコン積層との間に酸化シリコン層を形成する更なるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記窒化シリコン／シリコン積層にエッチングを実行するステップが：
異方性多結晶シリコンエッチングを実行するステップと；
異方性窒化物エッチングを等方性多結晶シリコンエッチングとともに実行するステップと；
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記異方性多結晶シリコンエッチングにＣｌ２／ＨＢｒケミストリが使用される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記窒化シリコン層がイオンの存在下で異方性エッチングされ、前記シリコン層がラジカルにより横方向に等方性エッチングされる、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
Ｓｉ／ＳｉＧｅ／Ｓｉ積層を成長させる前記ステップが、ディファレンシャルエピタキシャル成長（ＤＥＧ）プロセスにより行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記シリコン層が少なくとも２００ｎｍ横方向にエッチングされる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
バイポーラデバイスにおけるエピタキシャルベース層を形成するための構造であって：
フィールドアイソレーション酸化物領域上に形成された窒化シリコン／シリコン積層であって、前記窒化シリコン／シリコン積層はシリコンの上位層と窒化シリコンの下位層とを含み、前記シリコンの上位層を前記窒化シリコンの下位層より横方向に後退させることにより階段状シード層が形成される、前記窒化シリコン／シリコン積層と；
前記階段状シード層および隣接する活性シリコン領域の両方の上に形成された分散Ｓｉ／ＳｉＧｅ／Ｓｉ層と；
を備える、構造。
【請求項１１】
シリコンの前記上位層が少なくとも２００ナノメートル横方向に後退させられる、請求項１０に記載の構造。
【請求項１２】
前記フィールドアイソレーション酸化物領域がシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）領域を備える、請求項１０に記載の構造。
【請求項１３】
前記フィールドアイソレーション酸化物領域と前記窒化シリコン／シリコン積層との間に酸化シリコン層を更に備える、請求項１０に記載の構造。
【請求項１４】
バイポーラデバイスにおいてエピタキシャルベース層を形成する方法であって：
活性シリコン領域に隣接したフィールドアイソレーション酸化物領域を有する構造を提供するステップと；
前記フィールドアイソレーション酸化物領域上に窒化シリコン／シリコン積層を形成するステップであって、前記窒化シリコン／シリコン積層はシリコンの上位層と窒化シリコンの下位層とを含むステップと；
前記フィールドアイソレーション酸化物領域をマスクで実質的に覆うステップと；
階段状シード層を形成するために前記窒化シリコン／シリコン積層にエッチングを実行するステップであって、前記窒化シリコンの下位層が垂直方向にエッチングされると同時に、前記シリコンの上位層が横方向にエッチングされるステップと；
を含む、方法。
【請求項１５】
前記階段状シード層および活性シリコン領域にわたってＳｉ／ＳｉＧｅ／Ｓｉ積層を成長させる、更なるステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記シリコン層の前記横方向エッチングが、前記窒化シリコン層の前記エッチングに自己整合される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記フィールドアイソレーション酸化物領域がシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）領域を備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記フィールドアイソレーション酸化物領域と前記窒化シリコン／シリコン積層との間に酸化シリコン層を形成する更なるステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記シリコン層が多結晶シリコンを備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記窒化シリコン／シリコン積層にエッチングを実行するステップが：
異方性多結晶シリコンエッチングを実行するステップと；
異方性窒化物エッチングを等方性多結晶シリコンエッチングとともに実行するステップと；
を含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に、ＢＩＣＭＯＳデバイスの製造に関し、より具体的には、ＢＩＣＭＯＳ製造プロセスにおいてシード層のトポグラフィを軽減する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン技術にゲルマニウムを加えてシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ／ＳｉＧｅＣ）デバイスを形成することは、半導体産業に革命を起こした。シリコンにゲルマニウムを加えることで高性能ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）が形成されるが、このＨＴＢは標準的なシリコンバイポーラトランジスタより格段に速い速度で動作することができる。ＳｉＧｅＨＢＴは、かつてガリウム砒素でのみ果たすことのできた速度で動作できると共に、既存のシリコン工場で標準的なツールセットを用いて製造できるという利点を有している。ＳｉＧｅデバイスを標準のＣＭＯＳロジック技術に統合することもでき、その結果、高性能のアナログおよびＲＦ回路を高密度ＣＭＯＳロジックと統合させることも可能である。
【０００３】
ＳｉＧｅデバイスの性能と統合機能とにより、無線および有線通信、高速テスト、ならびにディスクドライブアプリケーションに対して、幅広い新製品の生産が可能となっている。ＳｉＧｅ製品としては、無線携帯電話および基地局だけでなく、無線ローカルエリアネットワーク、および高速度／高容量有線ネットワークアプリケーションに対するチップセットがある。
【０００４】
バイポーラデバイスにおいてエピタキシャルＳｉＧｅＣベース層を成長させる技術に、ディファレンシャルエピタキシャル成長（ＤＥＧ）または非選択エピタキシャル成長（ＮＳＥＧ）と呼ばれるものがある。ＤＥＧに伴う問題の１つとして、核形成が不均一であることが挙げられる。ＳｉＧｅ／ＳｉＧｅＣは、フィールドアイソレーション酸化物、すなわちシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）上での核形成が良好でない。この問題に対処する１つの方法では、フィールドアイソレーション酸化物の上に非晶質または多結晶シリコンのシード層を使用する。例えば、酸化シリコン、窒化シリコンおよび非晶質または多結晶シリコンからなる積層をＳＴＩパターン付きウェハ上に堆積させることができる。
【０００５】
ＢｉＣＭＯＳプロセスにおいて、シード層はバイポーラ処理ステップ中にウェハのＣＭＯＳ（すなわち活性）部分に対する保護層としての役割をも果たす。ＣＭＯＳ処理後、シード層積層を活性領域で開放してシリコン基板を露出させることができ、そこでＤＥＧプロセスを実行し、バイポーラトランジスタを処理する。バイポーラ処理が終了時にシード層を更にパターン形成して、シリサイデーション保護層として使用することもできる。
【０００６】
設計基準により、シード層には活性領域の内側および外側の何れかでパターン形成される。シード層を活性領域の外側でパターン形成する場合には、シード層のトポグラフィがＳＴＩ溝のトポグラフィに追加される。このＳＴＩ溝（例えば９０ｎｍ）に追加されたトポグラフィは、その後の処理に悪影響を及ぼす。したがって、マイナスの処理影響を回避すべくトポグラフィを改善（すなわち減少）する方法が求められている。
【０００７】
本発明は、階段状シード層を提供してＳＴＩ溝上のトポグラフィを平坦化することによって、上記を始めとする問題に対処する。本発明は第１の態様において、バイポーラデバイスにおいてエピタキシャルベース層を形成する方法を提供する。この方法は：活性シリコン領域に隣接するフィールドアイソレーション酸化物領域を有する構造を提供するステップと；フィールドアイソレーション酸化物領域上に窒化シリコン／シリコン積層を形成するステップであって、同窒化シリコン／シリコン積層はシリコンの上位層と窒化シリコンの下位層とを含む、前記ステップと；階段状シード層を形成するために窒化シリコン／シリコン積層にエッチングを実行するステップであって、窒化シリコンの下位層がエッチングされると同時にシリコンの上位層が横方向にエッチングされる、前記ステップと；階段状シード層と活性領域とにわたってＳｉ／ＳｉＧｅ／Ｓｉ積層を成長させるステップと；を含む。
【０００８】
本発明は第２の態様において、バイポーラデバイスにおけるエピタキシャルベース層を形成する構造を提供する。同構造は：フィールドアイソレーション酸化物領域上に形成された窒化シリコン／シリコン積層であって、窒化シリコン／シリコン積層はシリコンの上位層と窒化シリコンの下位層とを含み、シリコンの上位層が窒化シリコンの下位層から横方向に後退されて階段状シード層が形成される、前記窒化シリコン／シリコン積層と；階段状シード層、および隣接する活性シリコン領域の両方の上に形成された分散Ｓｉ／ＳｉＧｅ／Ｓｉ層と；を含む。
【０００９】
本発明は第３の態様において、バイポーラデバイスにおけるエピタキシャルベース層を形成する方法を提供する。同方法は：活性シリコン領域に隣接するフィールドアイソレーション酸化物領域を有する構造を提供するステップと；フィールドアイソレーション酸化物領域上に窒化シリコン／シリコン積層を形成するステップであって、同窒化シリコン／シリコン積層はシリコンの上位層と窒化シリコンの下位層とを含む、前記ステップと；フィールドアイソレーション酸化物領域をフォトレジストマスクで実質的に覆うステップと；階段状シード層を形成するために窒化シリコン／シリコン積層にエッチングを実行するステップであって、窒化シリコンの下位層が垂直方向にエッチングされると同時にシリコンの上位層が横方向にエッチングされる、前記ステップと；を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
上記を始めとする本発明の特徴は、添付の図面と共に本発明の種々の態様に関する以下の詳細な記載から、より容易に理解されよう。
【００１１】
ここで図面を参照すると、図１ないし図３は、ＢＩＣＭＯＳ製造プロセスにおいてシード層トポグラフィを軽減する模範的方法に関するステップを示す図である。図１には、活性シリコン領域１０とフィールドアイソレーション酸化物領域またはＳＴＩ領域１２とを備えるＳＴＩパターン付きウェハの一部が示されている。ＳＴＩ領域を製造する過程で活性シリコン領域が酸化物に接触する箇所に形成されるＳＴＩ溝３４も示される。より具体的には、ＳＴＩ溝３４はフッ化水素酸（ＨＦ）を使用する際に形成される。ＨＦエッチングはエピタキシャル成長より前の種々のプロセスで数回にわたり施されるため、ＳＴＩ溝３４はトポグラフィを導入する特徴の１つである。
【００１２】
第１のステップでは、窒化シリコン１６とシリコン１４（または多結晶シリコン）とからなるシード層が酸化シリコン層１７上に配置される。当技術で周知のように、窒化シリコンまたはシリコン／窒化シリコン積層１４，１６にはパターン形成しなければならないが、このためにドライエッチングを行うとシリコン格子を損傷するため、活性シリコン上ではこれを行うことができず、酸化シリコン層１７が必要となる。酸化シリコン層１７は成長または堆積させることができる。堆積させれば層１７はあらゆる場所に存在するが、成長させる場合には、層１７は成長した活性シリコン１０上にのみ存在する。後者の場合には、露出するシリコンは全て熱処理中に酸化する。これは図１において、活性Ｓｉエリア１０の上面のみが薄い酸化シリコン層で覆われることを意味するであろう。窒化シリコン層１６は堆積され、シリコン層１４は非晶質または多結晶質でよい。
【００１３】
これらの層の典型的厚みは、シリコン層１４が５０ｎｍ、窒化シリコン層１６が２０ｎｍ、そして酸化シリコン層１７が２０ｎｍである。シード層１４，１６の厚みはパターン形成後のトポグラフィ（すなわちステップ）を増すが、これはプロセス中の後続のドライエッチングで正確なパターン形成を行うことを困難にする。これに対処するため、本発明によるエッチング技術を以下に説明する。
【００１４】
図２および図３に示すように、所望の結果を達成するために「分散」プロセスを実行する。具体的には、下位窒化シリコン層１６がエッチングされると同時に素早く上位多結晶シリコン層１４を横方向にエッチングするエッチングケミストリを使用する。これは例示の実施形態において、ＴＣＰ９４００ＬＡＭ  ＲＥＳＥＡＲＣＨ（登録商標)リアクタ中でＳＦ６ベースのドライエッチングにより行うことができる。その方法は２つのサブステップからなる。すなわち、第１のサブステップは異方性多結晶シリコンエッチングであって、例えばフォトレジストマスク３２に対し垂直方向下に（図２の矢印３６で示す）多結晶シリコンがエッチングされることを意味し、第２のサブステップは等方性多結晶シリコンエッチングを伴う異方性窒化物エッチングである（図３の矢印３８で示す）。
【００１５】
プラズマエッチングは一般的に、基板に対するバイアス電圧により、そしてスパッタ材料により、陽イオンが加速されるモデルを伴う（すなわちイオンスパッタリングと呼ばれる）。中性反応種（ラジカルと呼ばれる）が表面と反応することにより化学物質が揮発性成分となる時にケミカルエッチングが発生する。多結晶シリコンエッチングにはＣｌ２／ＨＢｒケミストリを使用してもよい。そのエッチングメカニズムはイオンスパッタリング主導であるため、エッチングは異方性である。
【００１６】
シリコン層１４がエッチングされる時に、ケミストリがＳＦ６プラズマに変化する。窒化物エッチングはイオンスパッタリング主導であるが、プラズマにはフリーフッ素ラジカルが存在し、フッ素原子は高純度シリコンとの反応性が高い（よってケミカルエッチングは非常に重要である）。したがって、窒化物はイオンによりエッチングされるが、多結晶シリコンはラジカルにより横方向にエッチングされる（上部には、なおもある程度のフォトレジストが存在する）。この技術により、多結晶シリコン１４が「押しのけられる」ため、トポグラフィは軽減される。
【００１７】
この方法は他のフッ素ガスを用いても行うことができるが、フロン系ガス（例えばＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ４Ｆ８、Ｃ３Ｆ６およびＮＦ３）を使用する間は注意を払わなければならない。何故ならフッ素原子は化学的に反応するものの、炭素原子は重合体を形成することによってフッ素を消費し、側壁上に保護層を作ることによってケミカルエッチングを阻むためである。したがって、イオンスパッタリングエッチングのみが可能である。このように、適切なフッ素対炭素（Ｆ／Ｃ）比の選択にあたっては注意を払わなければならない。
【００１８】
シリコン層１４の横方向エッチングは、窒化シリコン層１６の窒化物エッチングに自己整合される。２つのリソ操作（レジストスピン、露出、現像）が必要である場合には、２つのリソグラフィステップは不整合になり易いため、このように自己整合が行われることは更なる便益を提供する。そのような場合に露出された窒化物表面は、右より左（断面で）で大きくなる。典型的なクラス最良整合スペックは、３０から５０ｎｍ程度である。
【００１９】
図３には、シリコン層１４が活性シリコン領域１０から更に横方向にエッチングされ、活性シリコン領域１０とシリコン層１４との間で窒化シリコン層１６がエッチングされた「階段状」構造が形成されている。その結果、１つの大きい段または層の代わりに２つの小さい段または層を有するトポグラフィが存在する。窒化シリコン層１６の部分がこのように覆われないままであることは、ディファレンシャルエピタキシャル成長（ＤＥＧ）プロセスにさほど影響しない。シリコン層１４の縁から窒化シリコンの縁までの距離は、典型的には１００ｎｍ以上である。窒化物層１６のシリコンシード縁までの距離は、典型的にはそれと同じ距離である（例えば数百ｎｍ）。
【００２０】
図４および図５は（ＤＥＧプロセスが行われる前後の）構造の断面を示すものであり、ここで、左側は先行技術の技術２２を示し、右側は本発明による最新の技術２４を示す。（それらの図は、専ら先行技術の技術２２に対し最新の技術２４を対比するために使用されていること、そして両方の技術を用いて単一のデバイスを形成することを示唆するものではないことに留意されたい。）図４に示すように、右側のシリコン層１４は本発明の技術２４を用いて矢印２８により示すように横方向にエッチングされ、階段状のシード層を作製している。
【００２１】
図５は、ＤＥＧプロセスが行われ、ＥＰＩ積層２０が形成された後の構造を示す。参照番号２６は、成長させたＳｉ／ＳｉＧｅ／Ｓｉ積層２０が活性領域１０上のエピタキシャル（単結晶）からＳＴＩ上の多結晶へ遷移する箇所の地点を示す。図から分るように、先行技術の技術２２を使用すると、積層２０のトポグラフィ３２は極度の傾斜を含む。それとは逆に、本発明の技術２４を使用したＥＰＩ積層２０のトポグラフィ３０は、格段に緩やかな傾斜を提供するように分散されている。
【００２２】
以上、例示および説明のために本発明の好適な実施形態を記載した。本発明はここに示した実施形態以外のものを排除したり、それらの実施形態に限定されたりするものではなく、以上の教示を踏まえて数多くの変更および変形を行うことが可能であることは明らかである。かかる変更および変形は当業者には明らかであろうが、それらは添付の特許請求の範囲により規定される本発明の範囲に含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ＳＴＩ上に堆積されたシード層を有する構造を示す図。
【図２】図１の構造のエッチングを示す図。
【図３】エッチング後の成果構造を示す図。
【図４】先行技術の技術と本発明の技術とを用いて形成されたシード層構造の断面を対比する図。
【図５】ＤＥＧプロセス後の図４の断面を示す図。
【符号の説明】
【００２４】
１０  活性シリコン領域
１２  フィールドアイソレーション酸化物領域
１４  シリコンの上位層
１６  窒化シリコンの下位層
１７  酸化シリコン層
３４  ＳＴＩ溝
【図１】
2007514314.tif 000003
【図２】
2007514314.tif 000004
【図３】
2007514314.tif 000005
【図４】
2007514314.tif 000006
【図５】
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【国際調査報告】
2007514314.tif 000008
2007514314.tif 000009