(57)【要約】  本発明の実施形態は一般に、基板の表面から汚染物質および自然酸化物を除去する方法に関する。この方法は一般に、酸化物層を上部に有する基板を酸化源に曝露することを含む。この酸化源は、酸化物層の下の基板の上部を酸化して、より厚い酸化物層を形成する。次いで、このより厚い酸化物層を除去して、基板の清浄表面を露出させる。この酸化物層の除去は一般に、酸化物層の内部および上に存在する汚染物質、特に酸化物層と基板の界面に存在する汚染物質を除去することを含む。次いで、基板の清浄表面にエピタキシャル層を形成することができる。
2013541178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面を洗浄する方法であって、
第１の厚さを有する酸化物層を上部に有する基板をチャンバ内に配置すること、
前記基板を酸化源に曝露することによって、前記酸化物層の厚さを第２の厚さまで増大させること、
前記基板から前記酸化物層を除去すること、および
前記酸化物層を除去した後の前記基板の上に材料層を堆積させること
を含む方法。
【請求項２】
前記酸化源が、酸素、オゾンおよび水蒸気からなるグループから選択された、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記酸化物層を除去する前に前記基板を第２のチャンバ内に配置することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記材料層がエピタキシャル層であり、前記基板が単結晶シリコンを含み、前記酸化物層が二酸化ケイ素を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記酸化物層を除去することが、前記基板の前記表面から汚染物質を除去することをさらに含み、前記酸化物層が、熱プロセス、ドライエッチングプロセスまたはウェットエッチングプロセスを使用して除去される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の厚さが約２５オングストローム以上である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記酸化物層の厚さを増大させることが、摂氏約１１００度以下の基板温度で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記酸化物層の厚さを増大させることが、摂氏約６２５度から摂氏約９００度の範囲の基板温度で実施される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記酸化物層の厚さを増大させることが、摂氏約２５度の基板温度で実施される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
基板の表面を洗浄する方法であって、
酸化物層を上部に有する基板であり、前記基板と前記酸化物層の間の界面に汚染物質を有する基板を第１のチャンバ内に配置すること、
前記基板を酸化源に曝露して、前記基板の上部を酸化し、前記汚染物質よりも深い深さまで前記酸化物層を広げることによって、前記酸化物層の厚さを増大させること、ならびに
前記基板から前記酸化物層および前記汚染物質を除去すること
を含む方法。
【請求項１１】
前記基板が単結晶シリコンを含み、前記酸化物層が二酸化ケイ素を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記酸化物層が、熱プロセス、ドライエッチングプロセスまたはウェットエッチングプロセスを使用して除去され、前記酸化源が酸素、オゾンまたは水蒸気を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記酸化物層を除去した後の前記基板の上にシリコン−ゲルマニウムエピタキシャル層を堆積させることをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
基板の表面を洗浄する方法であって、
第１の厚さを有する自然酸化物層を上部に有する単結晶シリコンを含む基板を、第１のチャンバ内に配置すること、
酸素、オゾンおよび水蒸気からなるグループから選択された酸化源に前記基板を曝露することによって、前記自然酸化物層の厚さを増大させること、
前記基板を第２のチャンバ内に配置すること、
熱プロセス中に前記基板から前記酸化物層を除去すること、ならびに
前記基板の上にエピタキシャル層を形成すること
を含む方法。
【請求項１５】
前記酸化物層を除去することが、前記基板の表面から汚染物質を除去することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は一般に、半導体基板の表面から自然酸化物および汚染物質を除去することに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、シリコン基板および他の半導体基板の内部および表面に形成される。単結晶シリコンの場合、基板は、溶融シリコン浴からインゴットを成長させ、次いで固化したインゴットを切断して複数のウエハにすることによって製作される。次いで、欠陥のないシリコン層を形成するため、この単結晶シリコンウエハの表面にエピタキシャルシリコン層が形成されることがある。この欠陥のないシリコン層は、ドープされたシリコン層またはドープされていないシリコン層とすることができる。トランジスタなどの半導体デバイスはこのエピタキシャルシリコン層から製造される。形成されるエピタキシャルシリコン層の電気特性は一般に、単結晶シリコン基板の特性よりも優れている。
【０００３】
単結晶シリコンおよびエピタキシャルシリコン層の表面は、一般的な周囲条件にさらされたときに汚染されることがある。例えば、エピタキシャル層を堆積させる前の単結晶シリコンの表面に自然酸化物層が形成されることがある。また、周囲環境に存在する汚染物質が単結晶表面に堆積することもある。単結晶シリコンの表面に自然酸化物層または汚染物質が存在することは、単結晶表面に続いて形成されるエピタキシャル層の品質に負の影響を与える。現行の洗浄方法は、単結晶シリコンの表面の自然酸化物および汚染物質の一部を除去するが、汚染物質の一部は残存する。
【０００４】
したがって、基板の表面から自然酸化物および汚染物質を除去するより効果的な方法が求められている。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の実施形態は一般に、基板の表面から汚染物質および自然酸化物を除去する方法に関する。この方法は一般に、酸化物層を上部に有する基板を酸化源に曝露することを含む。この酸化源は、酸化物層の下の基板の上部を酸化して、より厚い酸化物層を形成する。次いで、このより厚い酸化物層を除去して、基板の清浄表面を露出させる。この酸化物層の除去は一般に、酸化物層の内部および上に存在する汚染物質、特に酸化物層と基板の界面に存在する汚染物質を除去することを含む。次いで、基板の清浄表面にエピタキシャル層を形成することができる。
【０００６】
一実施形態において、基板の表面を洗浄する方法は、基板をチャンバ内に配置することを含む。この基板は酸化物層を上部に有し、この酸化物層は第１の厚さを有する。この基板を酸化源に曝露することによって、酸化物層の厚さを第２の厚さまで増大させる。この基板から酸化物層を除去し、酸化物層を除去した後の基板の上に材料層を堆積させる。
【０００７】
他の実施形態において、基板を洗浄する方法は、酸化物層を上部に有する基板を第１のチャンバ内に配置することを含む。この基板は、基板と酸化物層の間の界面に汚染物質を有する。この基板を酸化源に曝露して、基板の上部を酸化し、汚染物質よりも深い深さまで酸化物層を広げることによって、酸化物層の厚さを増大させる。次いで、この基板から酸化物層および汚染物質を除去する。
【０００８】
他の実施形態において、基板を洗浄する方法は、基板を第１のチャンバ内に配置することを含む。この基板は、自然酸化物層を上部に有する単結晶シリコンを含む。この自然酸化物層は第１の厚さを有する。酸素、オゾンおよび水蒸気からなるグループから選択された酸化源に基板を曝露することによって、自然酸化物層の厚さを増大させる。この基板を第２のチャンバ内に配置し、熱プロセス中に基板から酸化物層を除去する。次いで、この基板の上にエピタキシャル層を形成する。
【０００９】
上に挙げた本発明の諸特徴を詳細に理解することができるように、実施形態を参照することによって、上に概要を示した発明をより具体的に説明する。実施形態の一部は添付図面に示されている。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態だけを示しており、したがって添付図面が本発明の範囲を限定すると解釈すべきではないことに留意されたい。本発明は、等しく有効な他の実施形態をも含みうるためである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】半導体処理用のクラスタツールの平面図である。
【図２】洗浄チャンバの略断面図である。
【図３Ａ】一実施形態に基づく半導体基板の略図である。
【図３Ｂ】一実施形態に基づく半導体基板の略図である。
【図３Ｃ】一実施形態に基づく半導体基板の略図である。
【図３Ｄ】一実施形態に基づく半導体基板の略図である。
【図４】半導体基板を洗浄する方法の流れ図である。
【図５Ａ】シリコン基板とシリコン基板の上に形成されたエピタキシャル層との間の界面の汚染を示すグラフである。
【図５Ｂ】シリコン基板とシリコン基板の上に形成されたエピタキシャル層との間の界面の汚染を示すグラフである。
【図５Ｃ】シリコン基板とシリコン基板の上に形成されたエピタキシャル層との間の界面の汚染を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
理解を容易にするため、上記の図に共通する同一の要素を示す目的には、可能な限り、同一の参照符号を使用した。特に言及しなくても、１つの実施形態で開示した要素は、他の実施形態においても有益に利用されることが企図されている。
【００１２】
本発明の実施形態は一般に、基板の表面から汚染物質および自然酸化物を除去する方法に関する。この方法は一般に、酸化物層を上部に有する基板を酸化源に曝露することを含む。この酸化源は、酸化物層の下の基板の上部を酸化して、より厚い酸化物層を形成する。次いで、このより厚い酸化物層を除去して、基板の清浄表面を露出させる。この酸化物層の除去は一般に、酸化物層の内部および上に存在する汚染物質、特に酸化物層と基板の界面に存在する汚染物質を除去することを含む。次いで、基板の清浄表面にエピタキシャル層を形成することができる。
【００１３】
本発明の実施形態は、米カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＳｉＣｏＮｉ（商標）Ｐｒｅｃｌｅａｎチャンバなどの半導体洗浄チャンバ内で有利に実施することができる。他の製造業者から入手可能なチャンバを使用して、本明細書に記載した実施形態を実施することもできる。
【００１４】
図１は、半導体処理用のクラスタツール１００の平面図を示す。クラスタツール１００は、半導体製造プロセスにおいてさまざまな機能を実行する複数のチャンバを備えるモジュール式のシステムである。クラスタツール１００は、一対のロードロック１０５によってフロントエンド環境１０４に接続された中央移送チャンバ１０７を備える。フロントエンド環境１０４内にはファクトリインターフェースロボット１０８が配置されており、ファクトリインターフェースロボット１０８は、ロードロック１０５とフロントエンド環境１０４に取り付けられた複数のポッド１０３との間で基板を往復させるように構成されている。中央移送チャンバ１０７にはコントローラ１０２が結合されている。コントローラ１０２はコンピュータ可読媒体を含み、本明細書に記載の方法に従って基板を処理する１つまたは複数のプログラムを実行するように適合されている。
【００１５】
所望のプロセスを実行するため、中央移送チャンバ１０７には複数のチャンバ１０１Ａ〜Ｄが取り付けられている。中央移送チャンバ１０７内に配置された中央ロボット１０６は、ロードロック１０５と複数のチャンバ１０１Ａ〜Ｄとの間でまたは複数のチャンバ１０１Ａ〜Ｄ間で基板を移送するように構成されている。複数のチャンバ１０１Ａ〜Ｄは、１つまたは複数の洗浄チャンバ、注入チャンバ、アニールチャンバ、エッチングチャンバまたは堆積チャンバの任意の組合せを含むことができる。例えば、チャンバ１０１Ａおよび１０１Ｂを洗浄チャンバとし、チャンバ１０１Ｃおよび１０１Ｄを、半導体基板の上にエピタキシャル層を成長または堆積させるように適合された堆積チャンバとすることができる。一実施形態では、酸化源が結合された第１の洗浄チャンバ、ドライエッチングプロセスを実行するように適合された第２の洗浄チャンバおよびエピタキシャル堆積チャンバが、中央移送チャンバ１０７に結合される。
【００１６】
図２は、洗浄チャンバの略断面図である。チャンバ２０１は、熱酸化プロセスもしくはプラズマベースの酸化プロセスおよび／またはプラズマ支援ドライエッチングプロセスを実行するのに特に有用である。チャンバ２０１は、チャンバ本体２１２、リッドアセンブリ２１４および支持アセンブリ２１６を含む。リッドアセンブリ２１４はチャンバ本体２１２の上端に配置されており、支持アセンブリ２１６は、少なくとも部分的にチャンバ本体２１２の内部に配置されている。チャンバ２０１からガスを除去するために真空システムを使用することができる。この真空システムは、チャンバ本体２１２内に配置された真空ポート２２１に結合された真空ポンプ２１８を含む。
【００１７】
リッドアセンブリ２１４は、積み重ねられた少なくとも２つの構成部品を含み、それらの構成部品は、それらの構成部品間にプラズマ容積またはプラズマキャビティを形成するように構成されている。プラズマ容積を限定する第２の電極２２２の垂直方向上方に第１の電極２２０が配置されている。第１の電極２２０は高周波（ＲＦ）電源などの電源２２４に接続されており、第２の電極２２２は、アースまたは電源の帰線に接続されており、これによって第１の電極２２０と第２の電極２２２の間に静電容量が形成される。リッドアセンブリ２１４はさらに、ブロッカプレート２２８およびガス分配プレート２３０を通して基板の表面に洗浄ガスを供給する１つまたは複数のガス入口２２６を含む。洗浄ガスは、イオン化されたフッ素、イオン化された塩素などのエッチング剤もしくはイオン化された活性ラジカル、またはオゾンなどの酸化剤とすることができる。さらに、チャンバ２０１は、チャンバ２０１内のプロセスを制御するコントローラ２０２を含む。
【００１８】
支持アセンブリ２１６は、処理の間に基板２１０をその上に支持する基板支持体２３２を含むことができる。基板支持体２３２は、チャンバ本体２１２の底面に形成された中央に位置する開口を貫いて延びるシャフト２３６によってアクチュエータ２３４に結合することができる。アクチュエータ２３４は、シャフト２３６の周囲からの真空漏れを防ぐベローズ（図示せず）によって、チャンバ本体２１２に対して柔軟に密封することができる。アクチュエータ２３４は、基板支持体２３２が、チャンバ本体２１２の内部で、処理位置とそれよりも低い移送位置との間を垂直に移動することを可能にする。移送位置は、チャンバ本体２１２の側壁に形成されたスリットバルブの開口よりもわずかに低い。
【００１９】
基板支持体２３２は、処理する基板をその上に支持する平らなまたは実質的に平らな表面を有する。シャフト２３６によって基板支持体２３２に結合されたアクチュエータ２３４によって、基板支持体２３２は、チャンバ本体２１２の内部で垂直に移動することができる。動作時、処理中の基板２１０の温度を制御するため、基板支持体２３２を、リッドアセンブリ２１４のすぐ近くの位置まで上昇させることができる。そのため、分配プレート２３０から発せられた放射または分配プレート２３０からの対流によって、基板２１０を加熱することができる。
【００２０】
図３Ａ〜３Ｄは、一実施形態に基づく半導体基板の略図である。図３Ａは、第１の厚さＴ１を有する酸化物層３５２Ａを上部に有する基板３１０を示す。典型的な基板には、シリコンおよびゲルマニウム、ならびにヒ化ガリウム、リン化ガリウム、窒化ガリウムなどのＩＩＩ族−Ｖ族化合物が含まれる。一実施形態では、基板３１０が、シリコンなどの半導体基板であり、酸化物層３５２Ａが、二酸化ケイ素などの自然酸化物層である。基板３１０はさらに不純物または汚染物質３５４Ａを含むことがある。汚染物質３５４Ａは一般に、処理装置間で基板３１０を移送したとき、または汚染物質を含む処理チャンバへ基板３１０を移送したときに基板３１０の表面に堆積する。しかしながら、汚染物質３５４Ａは、他の場所および他の方式でも基板３１０に導入されうる。本明細書で使用されるとき、汚染物質には、基板の処理に負の影響または望ましくない影響を及ぼしうる粒子状物質、原子などの望ましくない一切の物質が含まれる。汚染物質３５４Ａは例えば、基板３１０の周囲の雰囲気中に存在する、かつ処理前に基板３１０に望ましくなく埋め込まれた、ホウ素、窒素、フッ素または塩素原子を含むことができる。汚染物質３５４Ａは、基板３１０または酸化物層３５２Ａの表面と接触し、次いで酸化物層３５２Ａ内へ拡散しまたは酸化物層３５２Ａ内に埋め込まれる可能性がある。これに加えてまたはその代わりに、汚染物質３５４Ａが基板３１０の表面と接触し、汚染物質３５４Ａの周囲および／または汚染物質３５４Ａの上に酸化物層３５２Ａが形成されることもある。汚染物質は、酸化物層３５２Ａ内、基板／酸化物層界面３５６Ａ、または界面３５６Ａよりもわずかに深い位置に位置することがあり、基板３１０内に部分的に埋め込まれていることもある。
【００２１】
図３Ｂでは、基板３１０が、第２の厚さＴ２を有する酸化物層３５２Ｂを上部に有する。酸化物層３５２Ａの厚さが第２の界面３５８Ｂまで下方へ延長されており、それによって厚さＴ２を有する酸化物層３５２Ｂが形成されている。図３Ｂに示した実施形態では、第１の界面３５６Ｂと第２の界面３５８Ｂの間の基板３１０の材料をさらに酸化するために、基板３１０が、酸化ガスなどの酸化源に曝露されている。基板３１０の上部を酸化ガスに曝露することによって、基板／酸化物層界面が、第１の界面３５６Ｂから第２の界面３５８Ｂへ延長されまたは移動しており、基板３１０の上部が犠牲的に酸化されている。
【００２２】
第１の界面３５６Ｂは、基板３１０の上部を酸化する前の基板３１０と酸化物層３５２Ａの間の界面を表す。第２の界面３５８Ｂは、酸化物層３５２Ｂとその下の（酸化されていない）基板表面の間の界面を表す。酸化物層３５２Ｂは、厚さが増大した酸化物層３５２Ａと同じものであることを理解されたい。説明の都合上、酸化物層３５２Ｂを、基板３１０の上部が酸化されるときに形成されるものとして説明する。しかしながら、酸化物層３５２Ｂの形成は酸化物層３５２Ａの厚さの増大と同義である。したがって、酸化物層３５２Ｂは、酸化物層３５２Ａに追加された別個の層ではなく、酸化物層３５２Ｂは、深さまたは厚さが増大した酸化物層３５２Ａを表す。
【００２３】
酸化物層３５２Ａを第２の界面３５８Ｂまで増大させまたは拡張して酸化物層３５２Ｂを形成することによって、酸化物層３５２Ｂは基板３１０の上面を覆い、汚染物質３５４Ａを包含する。したがって、酸化物層３５２Ｂは、第１の界面３５６Ｂに位置する汚染物質３５４Ａ、および酸化物層３５２Ｂを形成する前の基板３１０の上部の最初の数オングストローム以内に位置する汚染物質を含む。酸化物層３５２Ｂの厚さＴ２は一般に約８オングストローム以上、例えば約８オングストロームから約２５オングストロームである。酸化物層３５２Ｂの厚さＴ２は約１５オングストロームから約２５オングストローム、例えば約１５オングストロームであることが好ましい。一実施形態では、酸化物層３５２Ｂの厚さＴ２が約２５オングストローム以上でありうる。図１のクラスタツールなどで複数の基板を処理するときには、決められたプロセス手順を使用して、第１の界面３５６Ｂから第２の界面３５８Ｂへの複数の基板表面の酸化を一貫して再現することができる。
【００２４】
酸化物層３５２Ａの厚さを増大させて厚さＴ２を有する酸化物層３５２Ｂを形成するのに適した酸化源は、酸素、オゾン、インシトゥもしくはエクシトゥの水蒸気、または基板３１０の表面に追加の汚染物質を導入しない他の酸化剤を含む。基板３１０の上部を犠牲的に酸化することによって酸化物層３５２Ｂを形成する目的には複数の酸化方法およびチャンバが使用可能である。例えば、熱環境中で酸素ラジカルを使用して酸化物層３５２Ｂを形成する目的には、米カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＡｐｐｌｉｅｄ  Ｒａｄｏｘ（商標）ＲＴＰチャンバを使用することができる。酸化物層３５２Ａの厚さを第２の界面３５８Ｂまで延長する間、したがって酸化物層３５２Ｂを形成する間、基板３１０を摂氏約１１００度以下の温度に加熱することができる。一実施形態では、基板３１０の温度が、摂氏約６２５度から摂氏約９００度の間である。
【００２５】
低温酸化プロセス、例えばデカップルドプラズマ酸化プロセス（ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を使用することによって基板３１０の上部を酸化して、酸化物層３５２Ｂを形成することもできる。あるデカップルドプラズマ酸化プロセスは、イオン化されたガスまたはプラズマを使用して酸化物層３５２Ａの厚さを増大させる。このデカップルドプラズマ酸化プロセスは、基板３１０を摂氏約２５度に維持している間に実行することができる。低温プロセスを使用することによって基板３１０を酸化して、基板３１０の全熱収支が低くなるようにすることが好ましい。基板３１０を高温プロセスに長時間さらすと（高熱収支）、基板３１０が損傷し、最終デバイスの性能が低下することがある。したがって、低温プロセスが使用可能なときには低温プロセスを使用することによって全熱収支を低くすることが好ましい。
【００２６】
図３Ｃでは、基板３１０から酸化物層３５２Ｂが除去されている。酸化物層３５２Ｂを第２の界面３５８Ｂまで拡張したため、酸化物層３５２Ｂを除去したときに、第２の界面３５８Ｂよりも上方の汚染物質も除去された。酸化物層３５２Ａの厚さを第２の界面３５８Ｂまで延長せず、酸化物層３５２Ｂを形成しなかった場合、第１の界面３５６Ｂと第２の界面３５８Ｂの間に位置する汚染物質は、酸化物層３５２Ａを除去した後も基板３１０の上に残存することになる。したがって、既存の酸化物層を厚さＴ１からより厚い厚さＴ２までさらに酸化し、次いで酸化物層を除去することによって、より多くの汚染物質を基板３１０の表面から除去することができる。反対に、酸化物層３５２Ａを厚くしない場合には、酸化物層３５２Ａの除去後に、より多くの汚染物質が基板３１０上に残存する可能性がある。厚さＴ２を有する酸化物層３５２Ｂを除去すると、犠牲となる基板３１０の上部に存在していた汚染物質も除去されるため、その後に、汚染物質の量が大幅に少ない基板表面３５７Ｃが残る。汚染物質が減ると、続いて堆積させる膜の品質、堆積速度および最終デバイスの全体性能が向上する。
【００２７】
図３Ｄでは、続いて、基板３１０の基板表面３５７Ｃにエピタキシャル層３６０Ｄが堆積しており、基板表面３５７Ｃとエピタキシャル層３６０Ｄの間に界面ができている。基板表面３５７Ｃは、少数の汚染物質を有し、酸化物を実質的に含まない。基板表面３５７Ｃの汚染物質が少数であるため、基板３１０の上にエピタキシャル層３６０Ｄをより容易かつより均一に成長または堆積させることができる。一実施形態では、エピタキシャル層３６０Ｄが、シリコンエピタキシャル層、シリコン−ゲルマニウムエピタキシャル層またはシリコン−炭素エピタキシャル層である。他の実施形態では、エピタキシャル層が、ホウ素、リンなどのドーパントを含む。
【００２８】
図４は、半導体基板を洗浄する方法の流れ図である。操作４７２で、酸化物層を上部に有する基板を基板洗浄チャンバ内に配置する。一実施形態では、この洗浄チャンバが、他の処理チャンバと中央移送チャンバを共用しない独立型のチャンバである。操作４７４で、洗浄チャンバ内で基板を酸化源に曝露し、酸化物層の下の基板の上部を酸化することによって、酸化物層の厚さを増大させる。既存の酸化物層の直下の基板の上部を犠牲的に酸化することによって、基板の上部に位置する酸化物層の厚さを増大させる。酸化物層の厚さは、最初の基板／酸化物層界面にある汚染物質の大部分よりも深いある位置まで増大させることが好ましい。
【００２９】
操作４７６で、より厚くなった酸化物層を基板の表面から除去する。この酸化物層は、操作４７２で使用した基板洗浄チャンバと同じ基板洗浄チャンバ内で除去してもよく、または基板を別のチャンバに移してから酸化物層を除去してもよい。一実施形態では、１つまたは複数の洗浄チャンバおよびエピタキシャル堆積チャンバを含むクラスタツールに基板を移すことができる。この酸化物層を除去すると、２番目の基板／酸化物層界面（酸化物層の厚さを増大させた後の界面）の深さまで、酸化物層内にある汚染物質の大部分および最初の基板／酸化物層界面（酸化物層の厚さを増大させる前の界面）にある一切の汚染物質が除去される。したがって、所望の量の汚染物質を除去するのに十分な深さまで基板表面の上部を犠牲的に酸化することができる。この酸化物層および汚染物質の除去は、続いて材料層を堆積させる基板表面を、酸化物層の厚さを増大させないときに比べてより清浄にする。操作４７８で、基板を堆積チャンバに移し、酸化物層および汚染物質が除去された基板表面にエピタキシャル層を成長させまたは形成する。
【００３０】
図５Ａ〜５Ｃは、シリコン基板とシリコン基板の上に形成されたエピタキシャル層との間の界面の汚染を示すグラフである。図５Ａでは、自然酸化物層を上部に有するシリコン基板を、イオン化された活性ラジカルによるエッチング（以後、イオン化活性ラジカルエッチング）を使用して洗浄した。続いて、基板表面に、シリコン−ゲルマニウムエピタキシャル層を摂氏約７００度で成長させた。ゲルマニウムの急な減少が、シリコン基板とエピタキシャル層の間の界面Ａの存在を示している。界面Ａにおいて、シリコン基板の上に、ゲルマニウムを約２２．２パーセント含むシリコン−ゲルマニウムエピタキシャル層を成長させた。２次イオン型質量分析法によって測定した１立方センチメートル当りの塩素、窒素、フッ素、炭素、酸素およびホウ素原子の濃度が示されている。
【００３１】
シリコン基板内およびエピタキシャル層内の塩素原子の濃度は１立方センチメートル当り約５×１０１５原子である。しかしながら、シリコン基板とエピタキシャル層の間の界面Ａでは、塩素原子の濃度が１立方センチメートル当り約１×１０１８原子になっている。シリコン基板内およびエピタキシャル層内の窒素およびフッ素の濃度は１立方センチメートル当り約６×１０１６原子である。界面における窒素およびフッ素の濃度は１立方センチメートル当り約１×１０１７原子である。シリコン基板内およびエピタキシャル層内の炭素濃度は１立方センチメートル当り約２×１０１７原子であり、界面Ａにおける炭素濃度は１立方センチメートル当り約８×１０１７原子である。
【００３２】
シリコン基板内の酸素濃度は１立方センチメートル当り約５×１０１７原子であり、エピタキシャル層内の酸素濃度は１立方センチメートル当り約３×１０１７原子である。界面Ａでは、酸素濃度が１立方センチメートル当り約１×１０１９原子である。エピタキシャル層は、１立方センチメートル当り約５×１０１９原子のホウ素濃度にドープされており、シリコン基板内のホウ素濃度は、ホウ素がドープされたエピタキシャル層からシリコン基板内への拡散のために次第に低下するホウ素濃度を有する。示した原子に関しては、界面Ａにおける濃度ピークによって示されているように、それぞれの原子の界面濃度が、シリコン基板内の濃度またはエピタキシャル層内の濃度よりも高い。
【００３３】
図５Ｂでは、自然酸化物層を上部に有するシリコン基板をイオン化活性ラジカルエッチングを使用して洗浄した。イオン化活性ラジカルエッチングの前に、米カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＡｐｐｌｉｅｄ  Ｒａｄｏｘ（商標）ＲＴＰチャンバ内で、シリコン基板の温度を摂氏約６５０度まで高め、シリコン基板を酸素ラジカルに曝露した。自然酸化物層の厚さを約１５オングストロームに増大させた。基板を洗浄チャンバに移し、エッチングにより基板から酸化物層を除去した。次いで基板を堆積チャンバに移し、基板表面に、ホウ素がドープされたシリコン−ゲルマニウムエピタキシャル層を摂氏約７００度で成長させた。このシリコン−ゲルマニウムエピタキシャル層はゲルマニウムを約２２．０パーセント含んでいた。２次イオン型質量分析法によって測定した１立方センチメートル当りの塩素、窒素、フッ素、炭素、酸素およびホウ素原子の濃度が示されている。
【００３４】
シリコン基板内およびエピタキシャル層内の塩素およびフッ素原子の平均濃度は１立方センチメートル当り約３×１０１５原子である。シリコン基板とエピタキシャル層の間の界面Ａでは、塩素原子の濃度が１立方センチメートル当り約６×１０１５原子であり、フッ素原子の濃度が１立方センチメートル当り約２×１０１５原子である。シリコン基板内およびエピタキシャル層内の窒素濃度は１立方センチメートル当り約１×１０１６原子である。界面における窒素濃度は１立方センチメートル当り約２×１０１６原子である。界面の近くのシリコン基板内およびエピタキシャル層内の炭素濃度は１立方センチメートル当り約１×１０１７原子であり、この濃度は界面Ａにおける炭素濃度にほぼ等しい。
【００３５】
シリコン基板内の酸素濃度は１立方センチメートル当り約５×１０１７原子であり、この濃度は界面Ａにおける酸素濃度にほぼ等しい。エピタキシャル層は、１立方センチメートル当り約４×１０１９原子のホウ素濃度にドープされており、シリコン基板内のホウ素濃度は、ホウ素がドープされたエピタキシャル層からシリコン基板内への拡散のために次第に低下するホウ素濃度を有する。図５Ｂを図５Ａと比較すると、図５Ｂには、図５Ａの界面Ａには見られる原子濃度のピークがない。基板の上部の犠牲酸化が、界面Ａにおける界面汚染の一因をなす原子をより多く除去するのに役立ったと考えられる。このように、基板の上部を酸化し、より厚くした酸化物層を除去すると、図５Ｂに示すように、界面汚染がより少ないより清浄な基板表面が得られる。
【００３６】
図５Ｃでは、自然酸化物層を上部に有するシリコン基板をイオン化活性ラジカルエッチングを使用して洗浄した。イオン化活性ラジカルエッチングの前に、酸化チャンバ内で酸化プラズマに曝露することによって、シリコン基板の上部を室温で酸化した。基板の上部を酸化して、自然酸化物層の厚さを深さ約１５オングストロームまで増大させた。基板を洗浄チャンバに移し、エッチングにより基板から酸化物層を除去した。次いで基板を堆積チャンバに移し、基板表面に、ホウ素がドープされたシリコン−ゲルマニウムエピタキシャル層を摂氏約７００度で成長させた。このシリコン−ゲルマニウムエピタキシャル層はゲルマニウムを約２０．９パーセント含んでいた。２次イオン型質量分析法によって測定した１立方センチメートル当りの塩素、窒素、フッ素、炭素、酸素およびホウ素原子の濃度が示されている。
【００３７】
シリコン基板内およびエピタキシャル層内の塩素原子の濃度は１立方センチメートル当り約７×１０１５原子であり、この濃度は界面Ａにおける塩素原子の濃度にほぼ等しい。シリコン基板内およびエピタキシャル層内の窒素およびフッ素原子の濃度は１立方センチメートル当り約７×１０１６原子であり、この濃度は界面Ａにおける窒素およびフッ素原子の濃度にほぼ等しい。シリコン基板内およびエピタキシャル層内の炭素濃度は１立方センチメートル当り約２×１０１７原子である。界面Ａにおける炭素濃度は１立方センチメートル当り約３×１０１７原子である。
【００３８】
シリコン基板内の酸素濃度は１立方センチメートル当り約８×１０１７原子である。エピタキシャル層内の酸素濃度は１立方センチメートル当り約４×１０１７原子である。界面Ａにおける酸素濃度は１立方センチメートル当り約７×１０１７原子である。エピタキシャル層は、１立方センチメートル当り約５×１０１９原子のホウ素濃度にドープされており、シリコン基板内のホウ素濃度は、ホウ素がドープされたエピタキシャル層からシリコン基板内への拡散のために次第に低下するホウ素濃度を有する。
【００３９】
図５Ｃに示すように、酸化物層を除去する前に、基板表面の既存の酸化物層をより深くまでさらに酸化することによって、界面汚染を低減させることができる。既存の酸化物層の下の基板表面の一部を犠牲的に酸化することによって、洗浄プロセスで、既存の酸化物層および酸化した基板の上面を除去することができ、したがって基板の表面からより多くの汚染物質を除去することができる。上で説明したとおり、基板／酸化物層界面には、比較的に高い濃度の汚染物質が存在することがある。酸化物層の厚さを増大させると、洗浄プロセス中に基板から除去される材料の量が増大する。酸化物層の厚さは、界面汚染を包含する十分な厚さまで増大させることが好ましく、その界面汚染は、酸化物層を基板の表面から除去するときに酸化物層と一緒に除去される。図５Ｂと同様に、酸化物を除去する前に基板の上部を犠牲的に酸化することにより酸化物層をさらに酸化すると、界面汚染は低減した。図５Ｃではこの界面汚染の低減が、界面Ａにおける比較的に水平な原子濃度によって、例えば界面に濃度ピークが見られないことによって示されている。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の利点には、堆積プロセスの前に基板表面からより多くの汚染物質が除去されることが含まれる。より多くの汚染物質が除去される結果、後続の処理において使用する基板表面がより清浄になる。基板の表面に存在する酸化物層を除去する前にその酸化物層の厚さを増大させることによって、基板の表面からより多くの材料が除去される。この追加的に除去される材料は、従来の洗浄プロセスでは除去されない可能性がある界面汚染を除去するのに役立つ。この界面汚染の低減は、基板上に、より均一でより高品質のエピタキシャル層を成長させまたは形成することを可能にし、このようなエピタキシャル層は、製造される最終デバイスの全体的な品質を向上させる。
【００４１】
以上は、本発明の実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の追加の実施形態を考案することができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【国際調査報告】
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