(57)【要約】【課題】選択エピタキシャル成長プロセスの特性を改良する方法を提供する。【解決手段】選択エピタキシャル成長工程を用いた半導体装置の製造方法であって、少なくとも、半導体基板を供給する工程と、半導体基板の上に絶縁性材料のパターンを形成し、これによりカバーされおよびカバーされない表面を形成する工程と、形成された絶縁性材料のパターンを有する半導体基板の、カバーされたおよびカバーされない表面を洗浄する工程と、絶縁性材料のパターンを有する基板をエピタキシャルリアクタの反応チャンバ中に入れる工程と、可能であれば少なくとも１つの第１キャリアガスと共に、少なくとも１つの半導体ソースガスを、エピタキシャルリアクタの反応チャンバ中に導入する工程を含む選択エピタキシャル成長を開始する工程とを含み、選択エピタキシャル成長を開始する工程に先立って、反応チャンバ中で、可能であれば第２キャリアガスと共に、ハロゲン含有エッチングガスを導入して、基板の表面にその場前処理が行われる。【選択図】図１
2008160123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択エピタキシャル成長（ＳＥＧ）工程を用いた半導体装置の製造方法であって、少なくとも、
半導体基板を供給する工程と、
半導体基板の上に絶縁性材料のパターンを形成し、これによりカバーされおよびカバーされない表面を形成する工程と、
形成された絶縁性材料のパターンを有する半導体基板の、カバーされたおよびカバーされない表面を洗浄する工程と、
絶縁性材料のパターンを有する基板をエピタキシャルリアクタの反応チャンバ中に入れる工程と、
少なくとも１つの第１キャリアガスと共に少なくとも１つの半導体ソースガスを、エピタキシャルリアクタの反応チャンバ中に導入する工程を含む選択エピタキシャル成長を開始する工程と、を含み、
選択エピタキシャル成長を開始する工程に先立って、反応チャンバ中で、第２キャリアガスと共にハロゲン含有エッチングガスを導入して、基板の表面にその場前処理が行われることを特徴とする製造方法。
【請求項２】
半導体基板は、単結晶シリコン基板、単結晶ゲルマニウム基板、単結晶シリコンゲルマニウム基板、単結晶シリコンゲルマニウムカーバイド基板、単結晶シリコンカーバイド基板、およびシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板からなる組から選択される請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
絶縁性材料は、誘電体材料であり、好適には、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）または窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）である請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
洗浄工程は、ウエット洗浄処理および／またはウエットエッチング処理を含む請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
主な半導体ソースガスは、シリコンソースガス、ゲルマニウムソースガス、シリコンゲルマニウムソースガス、ＩＩＩ／Ｖソースガス、カーボンソースガス、およびゲルミルシランガスおよびその混合ガスの組から選択されるソースガス、からなる組から選択される請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
第１および／または第２のキャリアガスは、Ｈ２ガスまたは不活性ガスである請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項７】
ハロゲン含有エッチングガスは、ＨＣｌガス、Ｃｌ２ガス、希釈されたＨＣｌガス、および希釈されたＣｌ２ガスからなる組から選択される請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項８】
希釈されたＨＣｌガスは、ＨＣｌとＨ２ガスの混合ガス、またはＨＣｌと不活性ガスである請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
希釈されたＣｌ２ガスは、Ｃｌ２とＨ２の混合ガス、またはＣｌ２と不活性ガスの混合ガスである請求項７に記載の製造方法。
【請求項１０】
ハロゲン含有エッチングガスの導入は、少なくとも１つの半導体ソースガスの導入に先立って少なくとも１回行われ、
少なくとも１つの半導体ソースガスの導入する間に、ハロゲン含有エッチングガスの導入は、中断すること無く続けられる請求項１〜９のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１１】
ハロゲン含有エッチングガスの導入は、少なくとも１つの半導体ソースガスの導入に先立って少なくとも１回行われ、
少なくとも１つの半導体ソースガスの導入しながら、ハロゲン含有エッチングガスの導入は、停止し、再開される請求項１〜９のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１２】
少なくとも１つの半導体ソースガスの導入と、ハロゲン含有エッチングガスの導入とが、繰り返し行われる請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１３】
選択エピタキシャル成長工程に先立つハロゲン含有エッチングガスを用いたその場前処理は、その場Ｈ２熱アニールで行われる請求項１〜１２のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１４】
その場Ｈ２熱アニールの温度は、ハロゲン含有エッチングガスを用いたその場前処理の温度より高い請求項１３に記載の製造方法。
【請求項１５】
ハロゲン含有エッチングガスを用いたその場前処理は、５００℃と９００℃の間の温度、好適には５５０℃と７５０℃の間の温度で行われる請求項１〜１４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１６】
ハロゲン含有エッチングガスを用いたその場前処理は、少なくとも１秒行われる請求項１〜１５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１７】
ハロゲン含有エッチングガスを用いたその場前処理の継続時間は、少なくとも３０秒で、好適には少なくとも１分である請求項１〜１６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１８】
ハロゲン含有エッチングガスを用いたその場前処理は、１〜１０分間、好適には１〜８分間、より好適には２〜４分間行われる請求項１〜１７のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１９】
ハロゲン含有エッチングガスを用いたその場前処理中に必要とされるエッチングの量は、０．５Å〜１０Åの半導体材料のエッチングより少ないか同じである請求項１〜１８のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびエピタキシャル半導体層を選択的に形成する方法を用いたその製造の分野に関する。
【０００２】
更に、本発明は、選択エピタキシャル成長（ＳＥＧ）を用いた半導体装置の改良された製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
エピタキシャル成長は、単結晶基板上に、単結晶材料の薄層（一般には０．５から２０μｍ）を堆積させるプロセスであり、通常、化学気相成長（ＣＶＤ）が用いられる。エピタキシャル成長は、成長／堆積する層の結晶構造と、基板の結晶構造との間の整合の程度により定義される。
【０００４】
半導体製造において、様々な形態に材料を堆積するためにＣＶＤが広く用いられる。例えば、半導体産業において、ＣＶＤは、高純度および高性能の固体材料の薄膜を形成するために用いられる化学プロセスである。一般的なＣＶＤプロセスでは、基板が、１またはそれ以上の、基板の表面上で反応および／または分解して要求された材料の所望の薄膜を形成する揮発性前駆体（半導体ソースガス）に晒される。
【０００５】
低温エピタキシャル成長は、先端の相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）およびバイポーラ相補型金属酸化物半導体（ＢｉＣＭＯＳ）の電気的特性を改良するために、デバイス製造において非常に魅力的である。ＣＭＯＳは、デジタルロジックおよびアナログ回路の双方をカバーできる集積回路の主要クラスである。
【０００６】
特に、シリコン、シリコン−ゲルマニウム、純粋のゲルマニウム、およびＧａＡｓやＩｎＧａＡｓのようなＩＩＩ／Ｖ族の選択エピタキシャル成長（ＳＥＧ）は、３次元バイポーラ、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）、バイポーラ相補型金属酸化物半導体（ＢｉＣＭＯＳ）、およびシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）装置に用いられる超集積回路（ＶＬＳＩ）や超々集積回路（ＵＬＳＩ）の製造に重要な役割を果たす。絶縁体／誘電体マスク材料に形成されたパターニング構造を有する半導体基板の場合、ＳＥＧは、半導体材料のエピタキシャル成長が、半導体基板の露出した（カバーされていない）領域のみで起きるプロセスである。絶縁体／誘電体マスクで覆われた領域で堆積／成長が起きない場合、このプロセスは「選択的」と呼ばれる。この技術は、非常に先端的なデバイスのセルフアライメント処理の可能性により、魅力的な多くの興味を有する。ＳＥＧの幾つかの重要な適用は、（ｉ）ＢｉＣＭＯＳ技術でのヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース層スタック、（ｉｉ）シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハ上と同様にバルクＳｉ上の高くなったソース／ドレイン領域、（ｉｉｉ）パターニングされたＳｉウエハのＳｉ上またはシャロートレンチ分離（ＳＴＩ）上へのＧｅの成長、（ｉｖ）ＧｅまたはＳＴＩパターニングされたウエハ上へのＩＩＩ／Ｖの成長、である。ＳＴＩは、隣接する半導体装置要素の間の電流リークを防止する集積回路構造である。
【０００７】
ＳＥＧは、２つのクラスに分離可能な、即ち塩素を用いるものと用いないもののような、様々な堆積化学のために使用されている。一般には、塩素の無い雰囲気での無制限のＳＥＧは、１１００℃より高い温度でのみ可能となる。この温度より低い場合、絶縁表面上に、一定のＳｉの核成長が起き、多結晶シリコンの堆積が起きる。多結晶シリコンの堆積は、基板上の多結晶シリコン層の堆積プロセスである。
【０００８】
低い温度における、ＳＥＧプロセスの選択性（ＳＥＧ中に、材料はベア基板の上には成長／堆積するが、絶縁体／誘電体材料の上には成長／堆積しないことを意味する）は、例えばＳｉＨ４とＨＣｌ、またはＨＣｌを含むまたは含まないＳｉＨ２Ｃｌ２（ＤＣＳ）、を含む塩素混合物について示されている。かかる塩素成分は、絶縁体表面から、核の大きさが臨界に達する前に核を除去することができる。絶縁体表面でＳｉ核形成が無い場合、選択性が増加する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、Caymaxらが"Proceedings of the 206th Meeting of the Electrochemical Society (Abs 1363, 2004)"で述べたように、塩素ベースの化学薬品を用いた場合でも、完全な選択性が常に保証されるわけではない。Ｓｉ核形成を抑制するために、エッチングガス（例えばＨＣｌ）が半導体ソースガス／前駆体に加えられる。
【００１０】
エッチングは、製造中にウエハの表面から化学的に層を除去するために、微細加工で用いられる。
【００１１】
前処理の変化（例えばウエット洗浄工程中に用いられる化学薬品の濃度の変化、堆積された窒化層材料の組成／ストイキオメトリの変化、ウエット化学薬品またはキャリアガスやプロセスガスに起因する一般的な汚染（湿気、有機物、金属））は、絶縁体の組成の変化と同様に、選択性の低下に至ることが知られている。絶縁体の表面の欠陥、汚染、または不均一は、Ｓｉの核形成を促進する。拡大されたＳｉの核形成を補償するために、エッチングガスのより高い流れが必要となる。これは成長速度に負の影響を与え、他の望まない影響（例えばファセッティング）に対するプロセスを制御する。これは、特に製造において、重要な問題を引き起こす。
【００１２】
このように、ＳＥＧプロセスの選択性は、絶縁体材料の選択、堆積される方法、およびＳＥＧ前の工程により影響されるため、ＳＥＧに先立つ工程の変化や汚染に対して、より強いＳＥＧプロセスを提供することが望まれる。
【００１３】
本発明は、従来技術の欠点が存在しない、選択エピタキシャル成長を用いた半導体装置を製造するための改良された方法の提供を目的とする。
【００１４】
特に、本発明は、深いサブミクロンＣＭＯＳ用のＳＥＧ工程の熱量を強く制限した処理を目的とする。
【００１５】
本発明の好ましい目的は、半導体基板の表面処理の方法を提供することであり、より少ない反応性の表面にし、選択エピタキシャルプロセスのためのより広いプロセスウインドウを維持することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、ファセッティングまたはｎ型とｐ型に注入された基板で異なる成長速度を調整する余地を与える改良された方法を提供することにある。
【００１７】
本発明は、例えば選択性の増加のような、選択エピタキシャル成長プロセスの特性を改良する方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、更には、以下のような、選択エピタキシャル成長（ＳＥＧ）工程を用いた半導体装置の製造方法の提供を目的とする。
かかる製造方法は、少なくとも、
半導体基板を供給する工程と、
半導体基板の上に絶縁性材料のパターンを形成し、これによりカバーされおよびカバーされない表面を形成する工程と、
形成された絶縁性材料のパターンを有する半導体基板の、カバーされたおよびカバーされない表面を洗浄する工程と、
絶縁性材料のパターンを有する基板をエピタキシャルリアクタの反応チャンバ中に入れる工程と、
可能であれば少なくとも１つの第１キャリアガスと共に、少なくとも１つの半導体ソースガスを、エピタキシャルリアクタの反応チャンバ中に導入する工程を含む選択エピタキシャル成長を開始する工程とを含む。
【００１９】
本発明によれば、かかるプロセスは、選択エピタキシャル成長を開始する工程に先立って、反応チャンバ中で、可能であれば第２キャリアガスと共にハロゲン含有エッチングガスを導入して、基板の表面にその場前処理が行われることを特徴とする。
【００２０】
更には、本発明によれば、基板をエピタキシャルリアクタに導入するのに先立って、基板に洗浄工程が行われる。
【００２１】
更には、洗浄工程は、ウエット洗浄および／またはウエットエッチング処理を含む。
【００２２】
好適には、半導体基板は、単結晶シリコン基板、単結晶ゲルマニウム基板、単結晶シリコンゲルマニウム基板、単結晶シリコンゲルマニウムカーバイド基板、単結晶シリコンカーバイド基板、およびシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板からなる組から選択される。
【００２３】
好適には、絶縁性材料は、誘電体材料であり、好ましくは、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）または窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）である。
【００２４】
好適には、主な半導体ソースガスは、シリコンソースガス、ゲルマニウムソースガス、シリコンゲルマニウムソースガス、ＩＩＩ／Ｖソースガス、カーボンソースガス、およびゲルミルシランガスおよびその混合ガスの組から選択されるソースガス、からなる組から選択される。
【００２５】
好適には、ハロゲン含有エッチングガスは、ＦまたはＣｌを含有するガスであり、更に好適には、ＨＣｌガス、Ｃｌ２ガス、希釈されたＨＣｌガス、および希釈されたＣｌ２ガスのようなＣｌ含有ガス、または他のフッ素含有ガス、またはそれらの混合ガスである。
【００２６】
好適には、差異１および／または第２のキャリアガスは、Ｈ２ガスまたは不活性ガスである。
【００２７】
好適な具体例では、ハロゲン含有エッチングガスの導入は、少なくとも１つの半導体ソースガスの導入に先立って少なくとも１回行われ、少なくとも１つの半導体ソースガスの導入する間に、ハロゲン含有エッチングガスの導入は、中断すること無く続けられる。
【００２８】
他の好適な具体例では、ハロゲン含有エッチングガスの導入は、少なくとも１つの半導体ソースガスの導入に先立って少なくとも１回行われ、少なくとも１つの半導体ソースガスの導入しながら、ハロゲン含有エッチングガスの導入は、停止し、再開される。
【００２９】
他の好適な具体例では、少なくとも１つの半導体ソースガスの導入と、ハロゲン含有エッチングガスの導入とが、繰り返し行われる。
【００３０】
好適には、選択エピタキシャル成長工程に先立って行われるハロゲン含有エッチングガスを用いたその場前処理は、その場Ｈ２熱アニールにより行われる。
【００３１】
より好適には、その場Ｈ２熱アニールの温度は、ハロゲン含有エッチングガスを用いたその場前処理の温度より高い。
【００３２】
より好適には、その場Ｈ２熱アニールは、７００℃と９００℃の間の温度、より好ましくは７００℃と８５０℃の間の温度で行われる。
【００３３】
好適な具体例では、ハロゲン含有エッチングガスを用いたその場前処理の温度は、選択エピタキシャル成長工程の温度より高い温度で行われる。
【００３４】
他の好適な具体例では、ハロゲン含有エッチングガスを用いたその場前処理の温度は、選択エピタキシャル成長工程の温度より低い温度で行われる。
【００３５】
好適には、選択エピタキシャル成長は、５００℃と９００℃の間の温度で行われる。
【００３６】
好適には、選択エピタキシャル成長は、減圧（ＬＰＣＶＤ）または大気圧で行われる。
【００３７】
より好適には、ハロゲン含有エッチングガスを用いたその場前処理は、５００℃と９００℃の間の温度、好ましくは５５０℃と７５０℃の間の温度で行われる。
【００３８】
より好適には、ハロゲン含有エッチングガスを用いたその場前処理の温度は、９００℃より低い。
【００３９】
より好適には、ハロゲン含有エッチングガスを用いたその場前処理の最小継続時間は、少なくとも１秒で、好適には少なくとも１分である。
【００４０】
好適には、ハロゲン含有エッチングガスを用いたその場前処理は、少なくとも３０秒、より好ましくは１〜１０分間、より好ましくは１〜８分間、より好ましくは２〜４分間行われる。
【００４１】
有利には、ハロゲン含有エッチングガスを用いたその場前処理中に必要とされるエッチングの量が、０．５Å〜１０Åの半導体材料のエッチングより少ないか同じとなるように、処理の温度と時間が決められるべきである。
【００４２】
好適には、前処理中に、１０Åより少なく、より好適には５Åより少ない半導体材料が、カバーされていない表面から除去される。
【００４３】
本発明で使用される「その場（in situ）」の語は、エピタキシャルリアクタの反応チャンバの内側を意味する。
【００４４】
本発明で使用される「絶縁（insulating）」は、非導電性材料で囲むことにより電流経路を妨げる特性をいう。
【００４５】
本発明で使用される「絶縁体（insulator）」の語は、絶縁性の、即ち非電気伝導性の材料をいう。
【００４６】
本発明で使用される「誘電体（dielectric）」は、非電気伝導性を意味する。
【００４７】
本発明において、「絶縁体（insulator）」と「誘電体（dielectric）」の語は等価であることが理解される。
【００４８】
本発明で使用される「導入（injection）」の語は、ガスの導入を開始し、所定の期間この導入を続ける行動を意味する。
【００４９】
期間は、開始時間と終了時間により定義されることが理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
本発明の目的は、限定されない具体例や図面を用いて更に詳細に説明されるであろう。
【００５１】
一の形態では、本発明はＣＭＯＳ装置のような半導体装置の製造方法に関する。非単結晶パターンが単結晶半導体基板の上に形成される。ＣＭＯＳの場合、絶縁体スペーサが非単結晶パターンの側壁上に形成される。
【００５２】
絶縁性スペーサを有する基板の表面は、反応チャンバに導入される前に、洗浄され、自然酸化膜を除去するためのウエットエッチング処理が行われても良い。周囲の環境に晒された場合に（ベアの）基板の上に自然酸化膜が成長するため、洗浄および／またはウエットエッチング処理であるこの処理は、エピタキシャル成長の直前に必要である。
【００５３】
例えば希釈されたＨＦ工程のようなウエットエッチ処理は、絶縁性材料の反応性を増幅させ、選択エピタキシャル成長中の選択性の低下に繋がる。洗浄処理（ウエットエッチング）の後に、絶縁性スペーサを有する基板が、エピタキシャル装置の反応チャンバに入れられる。
【００５４】
第１のアニール工程が、次に、選択的に基板に適用される。アニール工程は、反応チャンバ中にキャリアガスを導入して行われる。水素がキャリアガスとして用いられ、アニール工程が、好適には７００℃と９００℃の間の温度で行われる。
【００５５】
次に、アニール工程が終了した後に、エッチングガスを用いたその場前処理が行われる。半導体ソースガスの導入に先立って、エッチングガスが反応チャンバ中に導入される。これにより、絶縁性材料の増幅された反応性の補正が行われる。少なくとも１つの半導体ソースガスが反応チャンバに導入された時に、選択エピタキシャル成長が始まる。その場前処理中や選択エピタキシャル成長中に、中断することなくエッチングガスを続けて供給しても良いが、使用される流速は、工程によって異なる。
【００５６】
一の具体例では、スペーサは、一般には、酸化シリコンや窒化シリコンのようなシリコンベースの誘電体材料を含む。
【００５７】
幾つかの具体例では、単結晶半導体基板は、以下の基板、即ち、異なった組成のＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＣ、およびＳｉＣ、またはシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板の１つであっても良い。
【００５８】
他の具体例では、非単結晶半導体誘電体パターンが、アモルファス半導体層または多結晶半導体層から形成される。アモルファス半導体層または多結晶半導体層は、シリコン層、ガリウム層、シリコンガリウム層、または金属ゲート材料でも良い。
【００５９】
他の好適な具体例では、エッチングガスは、エピタキシャル半導体層と反応し、バルク絶縁体材料をエッチングしないハロゲン成分を含むことが好ましい。従って、その場処理は、絶縁性材料の薄い表面層のみに影響する。ハロゲン含有エッチングガスは、ＨＣｌガス、Ｃｌ２ガス、希釈されたＨＣｌ、または希釈されたＣｌ２ガスであっても良い。希釈されたＨＣｌガスは、ＨＣｌとＨ２の混合ガス、またはＨＣｌと不活性ガス（例えばＡｒまたはＨｅ）の混合ガスであっても良い。希釈されたＣｌ２ガスは、Ｃｌ２とＨ２の混合ガス、またはＣｌ２と不活性ガス（例えばＡｒまたはＨｅ）の混合ガスであっても良い。
【００６０】
他の具体例では、半導体ソースガスは、シリコンソースガス、ゲルマニウムソースガス、およびシリコンゲルマソースガスの内の１つ、またはＩＩＩ／Ｖ又はそれらの混合でも良い。シリコンソースガスは、シラン（ＳｉＨ４）ガス、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガス、ＳｉＨＣｌ３ガス、およびＳｉＣｌ４ガスのうちの１つであっても良く、ゲルマニウムソースガスはＧｅＨ４ガスであっても良い。半導体ソースガスは、また、例えばＨ３ＧｅＳｉＨ３、（Ｈ３Ｇｅ）２ＳｉＨ２、（Ｈ３Ｇｅ）３ＳｉＨ、（Ｈ３Ｇｅ）４Ｓｉのようなゲルミルシランのファミリーのより先端的なガスの１つでも良く、または、ＳｉＣおよびＳｉＧｅＣの成長のために炭素ソースガスを含んでも良い、炭素ソースガスは、Ｃ２Ｈ６ガスまたはＣＨ３ＳｉＨ３ガスであっても良い。半導体ソースガスは、ｎ型ドーピングのためにはフォスフィン（ＰＨ３）のようなドーピングガスを含み、ｐ型ドーピングのためにはジボラン（Ｂ２Ｈ６）のようなドーピングガスを含むことが好ましい。
【００６１】
絶縁性材料（例えばＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｈ４、ＳｉＣ、または重合体材料）の選択、およびこれが堆積される方法のほかに、洗浄や希釈されたＨＦへの浸責のようなＳＥＧに先立つ処理工程が、ＳＥＧプロセスの選択性に重要な影響を与えることも注意すべきである。
【００６２】
ディープサブミクロンＣＭＯＳプロセスの選択エピタキシャル成長の熱量に対する強い制限のため、成長に先立って、ほとんどの自然酸化物を除去するためにＨＦ浸責を行うことが必要となる。負の副作用として、ＨＦ浸責は、絶縁性材料の表面をより反応性にし、これは、成長が選択されるプロセスウインドウを狭くする。拡張された反応性は、窒化シリコンおよび酸化シリコンのような絶縁性材料で観察される。
【００６３】
特に、窒化シリコンの場合、エピタキシャル成長に先立って行われ、自然酸化物を除去する希釈されたＨＦ工程がそれに続く、洗浄工程は、Ｓｉ３Ｎ４表面をより反応性にし、ＳＥＧ中の選択性の低下を導くこと注意すべきである。更には、希釈されたＨＦで処理されたＳｉ３Ｎ４表面では、未洗浄の表面より多くの核成長が起きることが観察されている。形成された核の数の増加は、表面の反応性の直接的な測定である。
【００６４】
ＨＦ後の窒化物表面の増加した反応性は、以下の実験により観察される。窒化物表面上への、ジクロロシラン（ＤＣＳ）を用いた短時間の堆積である。ＤＣＳは、Ｃｌを含むため、余分にＨＣｌを加えることなくほぼ選択性を有するＳｉ前駆体ガスである。堆積時間が非常に短時間であるため、詰まった層の代わりに、分離した核のみが窒化物の表面に形成される。所定の堆積時間に形成される核の数を数えることができ、これは表面の反応性や反応性ガスおよび反応管の状態の、直接的な測定となる。
【００６５】
この方法を用いることにより、ＤＣＳ堆積に先立って窒化物の表面がＨＦ浸責された場合、少なくとも桁のオーダでの核の数の増加が観察される。
【００６６】
拡張された窒化物の反応性は、以下の実験により示される。即ち、３つのシリコンウエハに対して、最初に２０ｎｍのＰＥＣＶＤ窒化物が堆積され、続いて、過酸化アンモニウム混合液（Ｈ４ＯＨ／Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏ＝１：１：５）からなる標準的なＳＣ１洗浄が行われ、続いてＤＩリンスと乾燥が行われる。
【００６７】
全てのウエハは、短時間のＤＣＳを用いた堆積のために、エピタキシャル（エピ）リアクタに入れられる。エピタキシャル成長工程に先立って、ウエハ２、３は、２％ＨＦ中で３０秒間、余分のＨＦ浸責処理が行われる。ＤＣＳ堆積に先立って、ウエハ３は、エピリアクタ中でその場ＨＣｌ前処理が行われる。表１は、全てのこれらの場合の、エピ堆積の前後における粒子測定の結果をまとめたものである。
【００６８】
堆積前において、全てのウエハは、同程度の光点欠陥（ＬＰＤ：Light Point Defect）を示す。表１から分かるように、異なるビン（ビン（ｂｉｎ）は、粒子直径に基づく粒子サイズのばらつきの特定の範囲をいう）についての分布は等しく、ヘイズ（ｈａｚｅ：粒子測定ツールにより与えられるバックグラウンドのスキャッタリング情報であり、例えば直径が５０ｎｍ以下の小さな粒子の存在のような、表面の小さな寸法の変化を測定する）は、同様の値を示している。３つのウエハ全てについて、０．１ミクロンより大きい直径のＬＰＤに対応して、ビン１について約２５０カウントが測定され、ヘイズは、０．１５ｐｐｍより低い値を示す。
【００６９】
堆積の後、ビン１におけるＬＰＤの数は、ウエハ２、３でずっと大きくなり、これらは堆積前に希釈されたＨＦ浸責を行ったものである。ウエハ２の場合、ビン１および２の双方が飽和し、平均ヘイズは約８．０８９ｐｐｍであり、窒化物表面において、多数の小さな核が存在することを示している。
【００７０】
エピリアクタ中のその場ＨＣｌ前処理が続いて行われる、最初の希釈されたＨＦ浸責をＤＣＳ堆積に先立って行ったウエハ３は、堆積後において、ＬＰＤの数が十分に低減されている。ヘイズは、約３０％低くなり、ビン２の値（０．１５０ミクロンより大きな直径を有するＬＰＤ）は、２０８０２から５３０に減っており、これはウエハ１の値と実際に似ている。この場合、窒化物表面の増加した反応性は、その場ＨＣｌ前処理により減少した。
【００７１】
それゆえに、ＳＥＧプロセスに先立つその場ＨＣｌ前処理は、最初に希釈されたＨＦ処理により影響された、窒化物の上面層のストイキオメトリを回復させる。
【００７２】
更に、その場ＨＣｌ処理はプロセスパラメータの他の変動を補正できるため、ＳＥＧプロセスはより確固となる。
【００７３】
例えば、ＳＥＧプロセス中に加えられる（ＨＣｌ）エッチングガス流のために、臨界値より低い値が使用される。臨界値は、その場ＨＣｌ前処理無しに、窒化物に対して十分な選択性を有するために必要とされる、最小エッチングガスの流速をいう。その場ＨＣｌ前処理の他の特徴は、エッチングガス（ＨＣｌ）の流速を低くすることにより、ファセッティングやｎ型とｐ型の注入基板上の成長遅速度の差について、プロセスを調整する余地が大きくなるということである。
【００７４】
同時に、その場ＨＣｌ前処理を導入することにより、ＳＥＧプロセスが、洗浄により導入される変化、堆積された窒化物層のストイキオメトリ、キャリアガス／プロセスガスから、または洗浄バスからの金属または水分の汚染に対してより確固となる。
【００７５】
更に、表面の高ドープ層をエッチングすることにより、ｎ型およびｐ型の半導体基板上の成長速度の差の低減が、達成される。
【００７６】
ＨＦ浸責に先立って、アズデポ（as-deposited）層上の窒化物層の上に薄い酸化層がありそうであり、これは実際にＸＰＳ測定により確認されている。薄い酸化層は、ＨＰ浸責によりほぼ完全に除去され、ＳＥＧ中の選択性低下に潜在的に繋がる。なぜなら、酸化物に対する選択性が、窒化物に対する選択性より良好であることが知られているためである。
【００７７】
好ましい具体例では、プロセスフローは、少なくとも以下の工程を含む。
（Ｉ）ウエット洗浄工程、（標準的なＲＣＡ洗浄の第１工程として良く知られている）ＳＣ１洗浄でも良い。
（ＩＩ）希釈されたＨＦ処理（浸責）、一般にはＨＦ２％で３０秒。
（ＩＩＩ）温度が７００〜９００℃のＨ２雰囲気中で１〜１０分の熱アニール。
（ＩＶ）２０〜４０ｓｌｍ水素中で希釈された５０〜１００ｓｃｃｍのＨＣｌ流を用いた、５００〜９００℃の間の温度でのその場ＨＣｌ前処理、それぞれの時間は２〜４分の間が好ましい。
（Ｖ）エッチングガス（例えばＨＣｌ）と少なくとも１つのソースガス（例えばＳｉＨ４、ＳｉＣｌ２Ｈ２）とを同時に供給することにより選択エピタキシャル成長。
【００７８】
それらの工程は、好ましくは連続的な工程である。
【００７９】
その場ＨＣｌ前処理（上記手順および図１の工程ＩＶ）は、選択エピタキシャル成長（Ｖ）に先立って行われ、選択的には、その場Ｈ２アニール（ＩＩＩ）が、その前に行われる。工程（Ｉ）、（ＩＩ）は、好ましくはエピリアクタ外でのウエット処理操作である。工程（ＩＩＩ）〜（Ｖ）は、エピリアクタ中でその場で行われる。
【００８０】
図２は、その場ＨＣｌ前処理が、少なくとも１つの半導体ソースガスの導入の直前に行われる場合を示す。本発明によれば、エッチングガス（ＨＣｌ）の導入は、少なくとも１つの半導体ソースガスの導入（ｔ０）前に時間間隔δ０をおいて始められる。
【００８１】
図２のＡに示された好ましい具体例によれば、エッチングガス（ＨＣｌ）の導入は、少なくとも１つの半導体ソースガスの導入後も中断することなく続けられる。
【００８２】
図２のＢに示す他の具体例によれば、エッチングガス（ＨＣｌ）の導入は、少なくとも１つの半導体ソースガスの導入（ｔ０）前に時間間隔δ０をおいて始められるが、続いて中断され、少なくとも１つの半導体ソースガスの導入とともに再開される。
【００８３】
図２のＢの場合、エピタキシャル工程の堆積温度は、その場前処理温度より低くなり、ハロゲン種の脱着を防止し、保護効果を持続させる。
【００８４】
図２のＣは、複数の工程（ｎ）の堆積を示し、エッチングガス（ＨＣｌ）の導入は、少なくとも１つの半導体ソースガスの導入（ｔｉ、ｉ＝０〜ｎ）前に毎回、時間間隔δｉをおいて始められる。図２のＣの場合、堆積工程（ｉ）は、堆積工程（ｉ−１）が終了した直後に開始することができる。
【００８５】
工程（２）、（２）’または（２）’’中のいずれかの半導体ソースガスの導入温度に比較して、工程（１）、（１）’または（１）’’中のハロゲン含有エッチングガスの導入温度は、同じまたは異なって、より高くてもより低くても良い。
【００８６】
工程（１）、（１）’および（１）’’中のハロゲン含有エッチングガスは、工程（２）、（２）’ および（２）’’中の半導体ソースガスと同様に、同じまたは異なって、より高くてもより低くても良い。
【００８７】
工程（２）、（２）’ および（２）’’中のいずれかの半導体ソースガスの導入中に、工程（１）、（１）’ および（１）’’中のガスが、メインエッチングガスとして供給される。
【００８８】
好ましい具体例では、図１の工程ＶＩに対応する工程（１）、（１）’ および（１）’’に記載されたその場（ＨＣｌ）前処理が、好適には５００〜９００℃の間の温度で行われ、より好適には５００〜８５０℃の間の温度で行われ、更により好適には５５０〜７５０℃の温度で行われる。
【００８９】
好ましい具体例では、図１の工程ＶＩに対応する工程（１）、（１）’ および（１）’’に記載されたその場（ＨＣｌ）前処理の温度は、Ｃｌ保護種の脱着を防止するために、９００℃より低くすべきである。
【００９０】
好ましい具体例では、図１の工程ＶＩに対応する工程（１）、（１）’ および（１）’’に記載されたその場（ＨＣｌ）前処理は、少なくとも３０秒の継続時間を有し、好適には１〜１０分間であり、より好適には１〜８分間であり、更に好適には、２〜４分間である。
【００９１】
他の好ましい具体例では、図１の工程ＶＩに対応する工程（１）、（１）’ および（１）’’に記載されたその場（ＨＣｌ）前処理の最小の継続期間は、少なくとも１秒であり、好適には少なくとも１分である。
【００９２】
その場前処理中に必要とあれるエッチング料は、半導体材料の０．５Å〜２Åのエッチングより少ないかまたは等しく、これは最も先進的なプロセスフローにも適用可能である。
【００９３】
表２および図３は、１秒のＨＣｌ前処理（希釈されたＨＦで処理された窒化物表面で行われる）が、表面の初期ヘイズ値（ジクロロシラン（ＤＣＳ）の短時間堆積で窒化物表面の上に形成された、５０ｎｍより小さな直径を有する核の数により測定される）の改良に繋がることを示す。ヘイズ値は、更に、前処理時間を増加することにより改良され、３０秒後に最も低い値が得られる。（所定の前処理時間の間の）ＨＣｌの流れの増加は、またヘイズ値を改良する。
【００９４】
得られた有利な効果は、（１）希釈されたＨＦによる非常に薄い酸化層を除去した後に窒化物表面に存在する表面ダングリングボンドをＣｌが保護するという事実、または（２）その場ＨＣｌ処理は余分のＳｉをエッチングし、表面ストイキオメトリを回復させるのに対し、希釈されたＨＦは、優先的なＮのエッチングによりＳｉリッチな表面にするという事実、のいずれかで説明できる。
【００９５】
【表１】
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堆積前後において、ＬＰＣＶＤ窒化物の上で測定された粒子数
【００９６】
【表２】
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異なったＨＣｌその場前処理時間についてのヘイズの測定（５０ｎｍより小さい直径を有する核の反射数）
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】反応チャンバに半導体ソースガスを導入するのに先立つ、その場（ＨＣｌ）前処理を備えたプロセスシーケンスであって、工程ＩＩＩ〜Ｖはエピリアクタ中で行われるプロセスシーケンスを示す。
【図２】本発明の異なる具体例のタイムスケジュールの概要を示す。
【図３】異なるＨＣｌその場前処理にかかるヘイズの測定を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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