(57)【要約】エミッタ−ベース接合を形成する方法。前記方法は、ベース層（２６）を設けるステップと、一組の処理ガスからなるガスの流れを用いて、ベース層（２６）上にドープしたモノエミッタ層（２８）を成長させるステップとを含み、ガスの流れは、ガスの流れの最初の数秒間、処理ガスにゲルマニウム（Ge）源を添加することを含む。
2008544566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エミッタ−ベース接合を形成する方法であって、
ベース層（２６）を設けることと、
一組の処理ガスからなるガスの流れを用いて、ベース層（２６）上に、ドープしたモノエミッタ層（２８）を成長させることとを含み、
ガスの流れが、ガスの流れの最初の数秒の間に処理ガスにGe源を添加することを含む、前記エミッタ−ベース接合を形成する方法。
【請求項２】
前記ベース層が、Bをドープしたベースのエピタキシャル層を含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ドープしたモノエミッタ層が、Asをドープしたエピタキシャル層、Pをドープしたエピタキシャル層及びSbをドープしたエピタキシャル層からなる群より選択される請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記Ge源を、前記ドープしたモノエミッタ層を成長させるのに必要とされる時間の約5％以下の時間の間添加する請求項１記載の方法。
【請求項５】
Ge源が、GeH4及びGeCl4からなる群より選択される請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記処理ガスが、さらにSi源及びAs源を含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記ベース層がCをドープしたSiGe層を含む請求項１記載の方法。
【請求項８】
ウエハーを処理する方法であって、
ウエハーを反応装置のチャンバー内に置くステップと、
処理前に反応装置のチャンバー内で上昇させた温度を維持するステップと、
反応装置のチャンバーに水素を通過させるステップと、
ゲルマニウム（Ge）源を含む一組の処理ガスを出すステップと、
最初の数秒内にGe源を止めるステップと、
実質的に後の時間において残りの処理ガスを止めるステップとを含む、前記ウエハーを処理する方法。
【請求項９】
前記上昇させた温度が約700セルシウス度である請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記上昇させた温度を約１分間与える請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記処理ガスが、Si源及びAs源を含む請求項８記載の方法。
【請求項１２】
前記Ge源が、GeH4及びGeCl4からなる群より選択される請求項８記載の方法。
【請求項１３】
前記Ge源を、ドープしたモノエミッタ層を成長させるのに必要とされる時間の約5％以下の時間の間添加する請求項８記載の方法。
【請求項１４】
前記残りの処理ガスを約180秒後に止める請求項８記載の方法。
【請求項１５】
半導体を処理する方法であって、
一組の処理ガスからなるガスの流れを用いてベースのエピタキシャル層（２６）上にドープしたモノエミッタ層（２８）を成長させることを含み、ガスの流れが、ガスの流れの最初の数秒の間に処理ガスにゲルマニウム（Ge）源を添加することを含む、前記半導体を処理する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してバイポーラ処理に関し、より詳細には、n型のインサイチュ・ドープされたエピタキシャルSi（エピ）層のドーピングプロファイルの主な勾配（leading slope）を、堆積の最初の数秒間、エピ層をゲルマニウム（Ge）で共ドープすることによってより急にする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常のバイポーラ処理において、トランジスタのエミッタ−ベース接合は、通常、図１に示す以下のステップを経ることによって形成される。最初に、ステップAでは、ボロン（B）１０を単結晶ケイ素基板１２に埋め込む。続いて、ステップBに示すように、ポリシリコン（ポリ）層１４を基板１２の上に堆積させ、二酸化ケイ素の非常に薄い層１６で基板１２と分ける。ポリシリコン層１４は、インサイチュ・ドーピングによって、又は後にヒ素（As）、リン（P）又はアンチモン（Sb）を埋め込むドープされていないポリを最初に成長させることによって、n型でドープされる必要がある。AsはPよりよく用いられ、Sbはほとんど使用されていない。最終的に、ステップCに示すように、エミッタ−ベース接合１８を高温処理の間に形成する。高温によって、B及びAs（又はP/Sb）を拡散させる。B及びAsの拡散の前線が交わる場合に接合１８が構築される。高温によって、界面の酸化物層１６が崩壊し、ポリシリコン層１４の再結晶がいくらか生じる。
【０００３】
図２では、ドーピングプロファイルが、（１）埋め込まれた際のもの（実線）、及び（２）エミッタ−ベース接合を構築する高温処理後のもの（破線）として図示されている。Asのプロファイル２０が左側に、Bのプロファイル２２が右側に示され、y軸は濃度を表し、x軸は深さを表す。ポリシリコンにおける拡散定数が、単結晶シリコンのものより数オーダー高い大きさであることから、埋め込まれたガウスプロファイルは、界面の酸化物層を通して基板にAsを打ち込むのに充分高い温度に曝した際に平坦となる強い傾向を有する。従って、ポリシリコンにおけるAs分布２４は、中程度の温度に曝した後、ほぼ平坦となる。
【０００４】
ポリシリコンとモノシリコンとの間の界面の酸化物１６は、トランジスタのベース電流を減少させ、高電流増幅因子を生じる。また、エミッタにおける直列抵抗をもたらし、ポリシリコン層１２における粒界を成す。
【０００５】
最近の進展では、Bのベースの埋め込みを、インサイチュでBをドープしたエピタキシャル層に置き換えて、ドーピングプロファイルをより良好に制御している。正のブロック形状（true-block shaped）のドーピングプロファイルが、ドープ濃度における急な変化とともに起こりうる。ドーピングプロファイルを決定する埋め込みに基づくというよりも、むしろ低温のエピタキシーに基づくこのような技術を、例えばSiGe HBTs（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（Heterojunction Bipolar Transistors））に用いて、Bプロファイルを決定するのみならず、Ge及び該当する場合にはCのプロファイルも決定する。SiGeのバンドギャップの作出と共に、より急なドーパントの変化及びより薄い層によって、これらのトランジスタにとって非常に高い動作周波数が生じる。
【０００６】
寸法の減少により、ポリエミッタをこれらのトランジスタに均等に埋め込むことがますます困難になり、インサイチュでドープしたポリが要となる。エミッタの抵抗が高周波の動作における制限要因となる場合、この抵抗を低減することが非常に好都合である。これは、ポリシリコン層よりも、むしろエピタキシャル（エピ）層を成長させることによって行うことができる。エピでは粒界が欠如しているため、エピ層の特有の抵抗は、ポリシリコン層の特有の抵抗より低い。また、定義によれば、最上層をエピタキシャル的に成長させた場合、抵抗を高める界面の酸化物層がない。
【０００７】
図３は、エミッタをエピタキシャル的に成長させる工程段階を図示する。ステップAは、Bをドープしたベースのエピ層２６を成長させた結果を図示する（HBTでは、SiGe層及びCをドープしたSiGe層もエピタキシャル的に成長させるが、図示していない）。ステップBは、Asをドープした最上層（すなわちモノエミッタ層）２８をエピタキシャル的に成長させた後の工程を図示する。ここで留意すべきは、界面の酸化物層がないことである。ステップCは、高温処理を加えた後の工程を図示し、エミッタ−ベースの接合３０が構築される。
【０００８】
ポリエミッタとモノエミッタとの間の工程段階は似ているように思えるが、かなりの相違がある。これらの相違は図４において明らかであり、図４は、堆積したベース及びモノエミッタ層のドーピングプロファイルを示す。図２と同様に、図４は、成長させたとき（実線）及び高温処理後（破線）のドーピングプロファイルを示す。さらに、Asのプロファイル３２を左に示し、Bのプロファイル３４を右に示す。ここで留意すべきは、低温のエピタキシーによって得られるブロック形状のドーピングプロファイルである。図４を図２と比較した場合、より急なドーピングプロファイルが達成されていることが分かる。より急なプロファイルによって、トランジスタの垂直面が減少し、その高周波数の性能が増大する。
【０００９】
不運にも、現実には、Asのドーピングプロファイルは図４のプロットにて示唆されるもののように理想的なものではない。SIMS（二次イオン質量分析計（Secondary Ion Mass Spectroscopy）、これらの層の分析方法）の分解能の能力を超える勾配の険しさによるブロック形状で成長することができる、低温のエピタキシーに用いられる他のドーパント（例えば、B、Ge、C）と比較して、Asプロファイルの勾配の険しさはあまり良好ではない。AsH3のガスを流した際に、As濃度がその平衡値に到達するまで非常にゆっくりと上昇する傾向がある。例えば、W.B. de Boer, F. Roozeboom "Advances in Rapid Thermal and Integrated Processing," published by Kluwer Academic Publishers, 101 Philip Drive, Norwell, MA 02601, ISBN 0-7953-4011-6, p. 443-463 (1995) （非特許文献１）を参照されたい。薄いエピタキシャル的に成長させた層においてAsのドーピングレベルを制御するのは非常に困難であるという非常に悪い問題がある。例えば、2003年6月17日にDe Boerに対して発行された、題名が“Phosphorus Dopant Control in Low Temperature Si and SiGe Epitaxy”である米国特許第６，５７９，７５２号明細書（特許文献１）を参照されたい。該特許文献１を参照によって本願明細書に組み込むものとする。モノエミッタは、厚さ又はドーピングレベルの点であまり重要ではない可能性があるが、エミッタ層の成長の始まりにおいて傾斜したプロファイルは望ましくない。すなわち、急な勾配によって、トランジスタの垂直面の減少が可能となり、その速度が増大する。この利益は勾配が急でなくなる場合に失われる。
【００１０】
図５は、Asをドープしたモノエミッタ層のSIMS（二次イオン質量分析計（Secondary Ion Mass Spectroscopy）のプロットであり、AsH3を流した後に、As濃度が上昇する速度が低いことを明確に示す。濃度がその平衡レベルに達する前の長い勾配は、低温のエピタキシーにおけるｎ型ドーパントに典型的なものである。約23nm/decの勾配は、SIMSの分解能が勾配を決定する場合の正のブロック型のプロファイルに一般的なものである4〜6nm/decよりはるかに弱い。23nm/decの勾配は現実のものであり、SIMSで決定したものではない。（ここで留意すべきは、SIMSプロファイルが対数目盛上でプロットされた場合、この目盛上での線の勾配が多くの場合nm/dec、すなわち横軸目盛上のnmが、濃度が10の因子ずつ増加するのにどれだけ必要なのかを表すことである。より小さい数は、より急な勾配を示す。）
【００１１】
勾配の険しさを改善する既知の方法は、成長し始める前に、エピ層を成長させる表面を特定の濃度のAsH3に曝すことである。例えば、W.D. van Noortら，”Advances in Rapid Thermal Processing,” The Electrochemical Society Proceedings, Volume 99-10, ISBM 1-56677-232-X, p. 335-342 (1999)（非特許文献２）を参照されたい。しかしながら、これらの高いAs濃度において、平衡濃度を超え、それによって、以下に述べるエピタキシャル層における結晶の不具合が生じる可能性があるというリスクがある。まして、ポリエミッタで知られているように、非常に敏感であり、トランジスタの挙動に大きな影響を及ぼし得る界面からそのような不具合が発生することから、不具合は概して望ましくない。また、この方法（すなわち、成長前にAs濃度に表面を曝すこと）がモノエミッタに必要とされる高濃度においてどれだけ有効であるのか確かではない。
【００１２】
【特許文献１】米国特許第６，５７９，７５２号明細書
【非特許文献１】W.B. de Boer, F. Roozeboom "Advances in Rapid Thermal and Integrated Processing," published by Kluwer Academic Publishers, 101 Philip Drive, Norwell, MA 02601, ISBN 0-7953-4011-6, p. 443-463 (1995)
【非特許文献２】W.D. van Noortら，”Advances in Rapid Thermal Processing,” The Electrochemical Society Proceedings, Volume 99-10, ISBM 1-56677-232-X, p. 335-342 (1999)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、モノエミッタを成長させる際のｎ型ドーピングプロファイルの勾配の険しさを改善する方法を提供する。成長の最初の数秒の間に、ゲルマニウム（Ge）源（例えばGeH4）をガスの流れに添加する。モノエミッタ層の残余が、通常のとおり、Si源（例えばSiH4）だけで堆積され、ｎ型ドーパント源（例えばAsH3）をH2の主要な流れに添加する。この手法を用いることによって、ｎ型ドーパントがほぼ直ぐにその平衡濃度に達する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の態様において、本発明は、ベースのエピタキシャル層を設けることと、一組の処理ガスからなるガスの流れを用いて、ベースのエピタキシャル層上に、ドープしたモノエミッタ層を成長させることとを含み、ガスの流れが、ガスの流れの最初の数秒の間に処理ガスにGe源を添加することを含む、エミッタ−ベース接合を形成する方法を提供する。
【００１５】
第２の態様において、本発明は、ウエハーを反応装置のチャンバー内に置くステップと、処理前に反応装置のチャンバー内で上昇させた温度を維持するステップと、反応装置のチャンバーに水素を通過させるステップと、Ge源を含む一組の処理ガスを出すステップと、最初の数秒内にGe源を止めるステップと、実質的に後の時間において残りの処理ガスを止めるステップとを含む、ウエハーを処理する方法を提供する。
【００１６】
第３の態様において、本発明は、一組の処理ガスからなるガスの流れを用いてベースの層上にドープしたモノエミッタ層を成長させることを含み、ガスの流れが、ガスの流れの最初の数秒の間に処理ガスにGe源を添加することを含む、半導体を処理する方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のこれらの及び他の特徴は、図面と併せて以下の本発明の様々な態様の説明からより容易に理解される。
【００１８】
本発明の一例の実施態様は、Asをドープしたエピタキシャル層の成長の開始から数秒の間にガスの流れにゲルマニウム（Ge）源（例えばGeH4）を添加するステップを含む、エピタキシャル層を用いてエミッタ−ベースの接合を成長させる方法を提供するものである。これは、Bをドープした基板及びAsをドープしたエピタキシャルのエミッタ層の界面においてGeの急上昇を生じさせるのみならず、Asのプロファイルの勾配も改善する。SiGeにAsを組み込むことは、非常に薄いSiGe層が高いAs濃度に迅速に達するのに充分なものであり、結果として勾配が急となるという点でSiにAsを組み込むこととは異なるものである。図６は、界面におけるGeの急上昇４０を有するモノエミッタ層のSIMSのプロットを示す。Asのプロファイルの前縁の勾配４６が、GeH4の添加無しで製造したモノエミッタ層について図５に示されるSIMSプロットと比較して大幅に良くなる。図に示すように、図５のプロットで勾配４４が23nm/decであるのと比較して、図６中の勾配４６は約4nm/decである。
【００１９】
Asをドープしたモノエミッタ層を、Geを急上昇させることによって界面にて成長させる方法の例を図８を参照しながら説明する。最初に、ステップS1において、エピタキシャル層を堆積させるSi窓に天然の酸素が全く残らないか、非常に少なくなるように、ウエハーを清浄する。次に、ステップS2において、ウエハーを、エピタキシャル反応装置のチャンバー、例えばASM EPSILON（商標）2000のロードロック内に置き、ウエハーの外気への暴露が可能な限り最小限となるように注意する。ステップS3において、サイクル・パージを行って、ロードロックから空気を除去し、ウエハーを反応装置のチャンバー内に移す。
【００２０】
ステップS4において、反応装置のチャンバー内のウエハーの温度を約700℃に維持する。また、水素の約20標準リットル／分（slm）の連続的な流れも反応装置のチャンバーを通して維持する。エピ成長前の堆積温度より高い温度での一般的なベーク・ステップ（天然の酸素を除去するためのもの）を省略して、ウエハーの温度量を減少させる。ウエハーは、700℃のチャンバー内で1分間を過ごして、処理ガスが出る前にその温度を安定化させる。これは、良好な質のエピ層を成長させるのに充分なものである。ステップS5において、処理ガスを出す。この例示の実施態様において、処理ガスは、およそで、100標準立方cm／分（sccm）のSiH4（100％）、50sccmのGeH4（H2中1％）、及び180sccmのAsH3（水素中0.7％）を含む。約20slmのH2の流れを連続的に維持し、堆積処理を大気圧で行う。ステップS6において、約2秒後、GeH4の流れを止める。他のガスの流れを、停止前に約180秒以上の間維持する。ステップS7において、処理ガスを反応装置のチャンバーの外へ追い出し、ウエハーを取り外す前に冷却した後に、ウエハーを反応装置から取り出す。
【００２１】
当然のことながら、Ge源を処理ガスに添加する時間の具体的な持続期間は本発明の範囲から逸脱することなく変動することができる。概して、Geを、モノエミッタを成長させるのに必要とされる時間の小さな割合、典型的には5％又はそれより小さい間に添加する。
【００２２】
この処理によって、図６に図示するように、界面においてGeの急上昇４０を有するドーピングファイルと、Asのプロファイルの急な主要な勾配４６を有するエピタキシャル層が生じる。図７は、SiH4の流れを150sccmに増加させ、GeH4（1％）の流れを、5秒間、10sccmのみに減少させた場合のSIMSプロットを示す。図７中のこの層のSIMSプロットは、予想されるとおり、はるかに小さいGeの急上昇４２を示す。図から分かるように、Geの急上昇４２の低減によって、Asのプロファイルの前縁の勾配４８が劣化する。従って、Geの急上昇４２が小さいと、Asのプロファイルの主要な勾配４８の険しさを改善するのにあまり有効ではない。勾配は、図６における4nm/dec（大きなGeの急上昇４２による）から、図７における17nm/dec（小さいGeの急上昇４２による）、Geを加えていない場合の図５における23nm/decまで劣化する。
【００２３】
HBT技術におけるモノエミッタを参照して説明したが、当然のことながら、本明細書に記載した方法は、概してインサイチュで堆積させたｎ型ドープ層の主要な勾配を改善するのに使用できる。例えば、前記方法を、化学蒸着（CVD）によって堆積したインサイチュのエピタキシャル層及びポリシリコン層にAs、P及びSbをドーピングするのと共に用いることができる。また、当然のことながら、本発明は、CVDによってSi層を成長させるのに適したいずれのSi源に適用してもよい。最も一般的な源は、SiH4、Si2H6、Si3H8、SiH2Cl2、SiHCl3及びSiCl4である。SiGe層を成長させるのに適したいずれのGe源も使用してもよく、例えば、GeH4、GeCl4がある。
【００２４】
前記方法は、約600〜850℃の温度範囲内で特に有用であり、上限が拡散（例えば、HBTのものにおいて、ベースのBのプロファイルの拡散による劣化）によって決定され、下限が成長速度（例えば、600℃以下において、成長速度が、比較的厚い層を堆積させる必要がある場合に、低すぎて実際に有力なものとなれない）によって決定される。
【００２５】
急上昇におけるGeの含量は、SIMSが急上昇を充分に消散させないようなドース（dose）（at/cm2）で最もよく表され、2E14 at/cm2より高いものであるべきであり、これは、図７のGeの急上昇における（不充分な）およそのGe含量である。約5e14 at/cm2のGeのドース（（100）の方向付けられたシリコンウエハーを扱う場合の単層の約半分）又はそれより高いものは、充分な結果をもたらす。
【００２６】
上述したように、本発明は、CVDによって成長させたSi層におけるn型ドーパントのプロファイルを改善する。非常に有用な一例の範囲は、エミッタがCVDによって作製され、インサイチュでドープされる場合のバイポーラ（npn）トランジスタにおけるエミッタのドーパントのプロファイルをより良好に制御するものである。エミッタをエピタキシャル的に成長させる（モノエミッタ）場合、本発明は、n型ドーパントのプロファイルの主要な勾配をより急なものとするので、トランジスタの性能を向上させる。より良好なプロファイルの制御以外に、トランジスタの垂直面を減らし、これは、より高い周波数においてより良好な性能で変換するものである。
【００２７】
前述の本発明についての記載は、例示及び説明のために記載されたものである。本発明を、開示されたそのものの形態に限定し、それ以外のものを排除することを意図したものではなく、多くの修正及び変更が可能であることは明らかである。当業者に明らかなそのような修正及び変更は、特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲内に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、ポリシリコン層を用いてエミッタ−ベース接合を形成するステップを図示する図である。
【図２】図２は、エミッタ−ベース接合を構築するための、埋め込みの際及び高温処理後のドーピングプロファイルを図示する図である。
【図３】図３は、ポリシリコン層よりむしろエピタキシャル層を用いてエミッタ−ベース接合を形成する別の方法のステップを図示する図である。
【図４】図４は、エピタキシャル層を用いてエミッタ−ベース接合を構築するための、埋め込みの際及び高温処理後のドーピングプロファイルを図示する図である。
【図５】図５は、Asをドープしたモノエミッタ層のSIMSプロットを図示する図である。
【図６】図６は、本発明に従う、界面においてGeを急上昇させた、Asをドープしたモノエミッタ層のSIMSプロットを図示する図である。
【図７】図７は、本発明に従う、界面においてGeを急上昇させた、Asをドープしたモノエミッタ層の第２のSIMSプロットを図示する図である。
【図８】図８は、本発明の実施態様を実施する方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１０  ボロン
１２  単結晶ケイ素基板
１４  ポリシリコン層
１６  二酸化ケイ素の薄層
１８  エミッタ−ベース接合
２０  Asのプロファイル
２２  Bのプロファイル
２４  As分布
２６  Bをドープしたベースのエピ層２６
２８  Asをドープした最上層
３０  エミッタ−ベース接合
３２  Asのプロファイル
３４  Bのプロファイル
４０  Geの急上昇
４２  Geの急上昇
４４  勾配
４６  勾配
４８  勾配
【図１Ａ】
2008544566.tif 000003
【図１Ｂ】
2008544566.tif 000004
【図１Ｃ】
2008544566.tif 000005
【図２】
2008544566.tif 000006
【図３Ａ】
2008544566.tif 000007
【図３Ｂ】
2008544566.tif 000008
【図３Ｃ】
2008544566.tif 000009
【図４】
2008544566.tif 000010
【図５】
2008544566.tif 000011
【図６】
2008544566.tif 000012
【図７】
2008544566.tif 000013
【図８】
2008544566.tif 000014
【国際調査報告】
2008544566.tif 000015
2008544566.tif 000016
2008544566.tif 000017