(57)【要約】  本発明は、概して、選択エピタキシャル成長プロセスを用いて半導体基板上に歪シリコンゲルマニウム層（strained-SiGe-layer）又は緩和シリコンゲルマニウム層（relaxed-SiGe-layer）又は傾斜シリコンゲルマニウム層（graed-SiGe-layer）を成長させる方法及び手段に関する。特に、本発明は、600℃よりも低い温度でハロゲルマン前駆体物質及びシラン前駆体物質を用いてSiGe層をエピタキシャリーに成長させる方法を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にSiGe層を形成する方法であって、
内部に位置づけられている当該半導体基板を有する堆積チャンバを準備する工程；
ゲルマニウム用の物質源としてハロゲルマン前駆体ガスを当該堆積チャンバに導入する工程；
シリコン用の物質源としてシラン前駆体ガスを当該堆積チャンバに導入する工程；
ハロゲルマン前駆体及びシラン前駆体を反応させて、SiGeを創製する工程；
SiGeを当該半導体基板上に堆積させる工程
を含む方法。
【請求項２】
前記反応工程は、100℃〜1000℃の温度範囲で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記温度範囲は400℃〜600℃である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記反応工程は600℃未満の温度で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ハロゲルマンは、式：X4-nGeHn,（式中、XはF、Cl、Br又はIであり、nは0〜3である）に従うハロゲルマン、式：X3-mHmGeGeHnX3-n（式中、Xは、F、Cl、Br又はIであり、mは0〜3であり、nは0〜3である）に従うハロジゲルマン、式：R4-nGeHn（式中、Rは炭化水素基であり、nは0〜3である）に従う有機ゲルマン、又は式：R4-nGeXn（式中、Rは炭化水素基であり、Xは、F、Cl、Br又はIであり、nは1〜3である）に従う有機ゲルマニウムハライドである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ハロゲルマンは、クロロゲルマン、ジクロロゲルマン及びトリクロロゲルマンからなる群より選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
Cl2又はHClを塩素源として前記堆積チャンバに導入する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記シランは、シラン、ジシラン、トリシラン、他の高級シラン類及び式：R4-nSiHn（式中、Rは炭化水素基であり、nは0〜3である）に従う有機シラン類からなる群より選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記反応工程及び堆積工程は、超高真空CVD、低圧CVD、減圧CVD、急速熱CVD及び分子線エピタキシーからなる群より選択されるエピタキシャル成長プロセスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ハロゲルマン及び前記シランは、1sccm〜1000sccmの間の連続速度で前記堆積チャンバに導入される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記堆積チャンバの圧力は1mTorr〜10Torrの間に保持される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記半導体基板は、シリコンウェハ、絶縁体（SOI）基板上のシリコン層又はマスクを通して露出するシリコン表面である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記SiGe層はSi1-xGex（xは0〜0.5である）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記SiGe層は、緩和層（relaxed layer）、傾斜層(graded layer)、歪層（strained layer）及びこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記SiGe層はSiGeC層であり、
炭素前駆体ガスを炭素用物質源として前記堆積チャンバに導入する工程；
前記ハロゲルマン前駆体、前記シラン前駆体及び前記炭素前駆体を反応させてSiGeCを創製する工程；
前記SiGeCを前記半導体基板上に堆積させる工程
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記炭素前駆体は、炭化水素、モノメチルシラン及び他の有機シラン類からなる群より選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記SiGeC層は、Si1-x-yGexCy（xは0〜0.5であり、yは0〜0.3である）を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
ハロゲルマン及びシランの反応から得られるSiGe層。
【請求項１９】
炭素前駆体からの炭素を更に含む、請求項１８に記載の層。
【請求項２０】
前記層は600℃よりも低い反応温度で形成される、請求項１８に記載の層。
【請求項２１】
前記層は600℃よりも低い反応温度で形成される、請求項１９に記載の層。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、低温選択エピタキシャル成長プロセスを用いて、歪シリコンゲルマニウム（strained-SiGe）層、緩和シリコンゲルマニウム（relaxed-SiGe）層又は傾斜シリコンゲルマニウム（graded-SiGe）層を半導体基板上に成長させる方法及び手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
選択エピタキシャル成長（SEG）は、酸化物層又は窒化物層でマスクされている表面領域での成長を回避しながら、露出した半導体表面の所望の位置だけに同種もしくは異種の半導体層を選択的に成長させる公知の方法である。
【０００３】
特に、SEGは、典型的にはSiO2 又はSi3N4でマスクされている非晶質表面領域での成長を阻害しながら、SiGe層を単結晶質シリコン基板などの結晶質基板上に成長させるために用いられている。換言すれば、SiGe層は、マスク層内の窓を通して露出しているシリコン基板表面の部分だけに選択的に成長する。成長したSiGe層は、歪層（strained-layer）か緩和層（relaxed-layer）か又は傾斜層（graded-layer）のいずれでもよい。
【０００４】
従来技術のSiGe層成長方法は、堆積した層のガス（蒸気）源としてクロロシラン類及びゲルマン類を使用することに依存している。特に、SiGe層は、下記化学反応：
【０００５】
【化１】
2008516449.tif 000002
【０００６】
に従ってジクロロシラン及びゲルマンを前駆体物質として使用して堆積させることができる。
しかし、このような前駆体ガスの使用は、ヒドロクロロシラン類の高い熱的安定性ゆえに、比較的高い温度、すなわち600℃を超える温度、一般的には600〜900℃の間で処理することが必要である。このような高温を使用する必要性は、このような層の堆積方法の加熱費用を追加するだけでなく、ターゲットウェハに有害でもある。
【０００７】
したがって、シリコンゲルマニウム半導体層の選択エピタキシャル成長の分野での改良が必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、従来技術で生じるSiGe層堆積に関連する問題を解決する。特に、本発明は、半導体基板上でのSiGe層の低温選択エピタキシー方法及び手段を提供する。選択SiGe層を成長させる際に用いられる本発明の低い熱量プロセスは、装置性能を改良し、製造コストを削減する。
【０００９】
本発明によれば、エピタキシャル成長用の異なるガス源を使用することによって、従来技術で用いられていた温度よりも大幅に低い温度でSiGe層を成長させることが可能となる。
【００１０】
本発明は、600℃以下の温度でSiGe層を成長させるために、ハロゲルマン類及びシラン類をガス源として利用する。これらのガスは、従来技術のクロロシラン類及びゲルマン類を置換する。本発明によれば、SiGe層は、下記化学反応式：
【００１１】
【化２】
2008516449.tif 000003
【００１２】
に従ってハロゲルマン類及びシラン類を前駆体物質として用いて堆積する。
上述の反応の堆積温度は、下記実施例に示すように従来技術で必要とされていた温度よりも有意に低い。
【００１３】
本発明で利用することができるハロゲルマン類としては、限定されるものではないが、
式：X4-nGeHn（式中、Xは、F、Cl、Br又はIであり、nは0〜3である）を有するものを挙げることができる。
【００１４】
上記式に合致する特定の例としては、クロロゲルマン、ジクロロゲルマン及びトリクロロゲルマンを挙げることができる。
加えて、本発明で用いることができるハロゲルマン類としては、
式：X3-mHmGeGeHnX3-n（式中、XはF、Cl、Br又はIであり、mは0〜3であり、nは0〜3である）のハロジゲルマン類；
式：R4-nGeHn（式中、Rは炭化水素基であり、nは0〜3である）の有機ゲルマン類；及び
式：R4-nGeXn（式中、Rは炭化水素基であり、XはF、Cl、Br又はIであり、nは1〜3である）の有機ゲルマニウムハライド類を挙げることができる。
【００１５】
本発明の方法及び手段は、Cl2又はHClなどのさらなる塩素源を任意に添加することをも含む。
本発明の方法及び手段で有用なシラン類としては、限定されるものではないが、シラン（SiH4）、ジシラン（Si2H6）、トリシラン（Si3H8）、他の高級シラン類及び式：R4-nSiHn（式中、Rは炭化水素基であり、nは0〜3である）の有機シラン類を挙げることができる。
【００１６】
本発明は、SiGeC層の選択エピタキシャル成長にも適用することができ、このために炭素源が提供されなければならない。特に、本発明は、モノメチルシラン（CH3SiH3）及び他の有機シラン類などの適宜炭素源を利用することができる。
【００１７】
本発明に用いられるハロゲルマン類は従来技術のヒドロクロロシラン類よりも低い分解温度を有するので、エピタキシャル成長は、従来方法で必要とされていた温度よりも低い温度で行うことができる。特に、本発明の方法及び手段は、100℃〜1000℃の温度範囲、好ましくは400℃〜600℃の温度範囲で作用する。
【００１８】
本発明の一つの利点は、従来方法によって達成されると同じ選択エピタキシャル成長を同じハードウェア構成を用いて達成することができる点である。したがって、追加の資本投資は発生せず、熱要求が低いのでより低い処理コストで済む。さらに、本発明によって必要とされる低い温度は、下層及びターゲットウェハのドーパントプロファイルへの損傷のリスクを削減する。
【００１９】
この点では、AMAT Epi Centuraシステム及びEpsilon 2000 ASM CVDシステムなどの標準的なエピタキシャル成長チャンバを用いることができる。これらのチャンバは、清浄チャンバ、キャッピング層堆積チャンバなどと一緒に構成されて運転するように設定されてもよい。本発明は、超高真空CVD（UHV-CVD）、低圧CVD（LPCVD）、減圧CVD（RPCVD）、急速熱CVD（RTCVD）及び分子線エピタキシー（MBE）プロセスを含む任意の標準的エピタキシャル成長プロセスに適用可能である。
【００２０】
さらに、本発明のSiGe層又はSiGeC層は、単結晶質シリコン基板、絶縁体（SOI）基板又は層上に形成されたシリコン層などの結晶質基板上に成長され得るか、又はSiO2又はSi3N4のマスクなどの非晶質表面を通して露出しているシリコン表面上に選択的に成長され得る。
【００２１】
以下の実施例は本発明の方法及び手段により達成される結果を示すが、本発明の範囲はこれらに限定されない。
【実施例１】
【００２２】
CVDチャンバを焼き固めて、10-6 Torr以下のベース圧力までポンプで低下させた。
次いで、ジクロロゲルマン（GeH2Cl2）及びシラン（SiH4）をCVDチャンバに1sccm〜1000sccmの間の連続速度で送り込んだ。CVDチャンバ内に存在するマスクされたシリコンウェハ基板は、100℃〜1000℃の間の温度、好ましくは400℃〜600℃の間の温度まで加熱され、CVDチャンバ圧力は1mTorr〜10Torrの間に保持した。エピタキシャルSi1-xGex（x=0〜0.5）をシリコンウェハ表面の露出部分上に選択的に成長させた。
【実施例２】
【００２３】
実施例１に記載したと同様のプロセスにおいて、メチルシラン又は炭化水素などの炭素源もCVDチャンバに送り込んだ。Si1-x-yGexCy（x=0〜0.5、y=0〜0.3）のエピタキシャル層をシリコンウェハ表面の露出された部分上に選択的に成長させた。
【実施例３】
【００２４】
実施例１に記載したと同様にプロセスにおいて、Si1-xGex（x=0〜0.5）の緩和層（relaxed layer）及び傾斜層(graded layer)をシリコンウェハ表面の露出した部分に選択的に成長させた。次いで、歪シリコン層（strained-Si-layer）を緩和Si1-xGex表面（relaxed-Si1-xGex-surface）上に堆積させた。
【００２５】
本明細書の開示内容から本発明の他の実施形態及び変形例は当業者に容易に明らかとなることは理解される。このような実施形態及び変形例は本発明の特許請求の範囲に記載した範囲内に含まれる。
【国際調査報告】
2008516449.tif 000004