(57)【要約】【課題】本発明は、気相堆積によるエピタキシャル層の形成の間に重水素を含有するキャリアガスを導入する工程を含む、エピタキシャル層を形成する方法を提供する。【解決手段】重水素雰囲気により、重水素原子がシリコンエピタキシャル膜に導入される。ゲート酸化物又はデバイスの形成中に、重水素原子は界面内に外方拡散し、ダングリングボンドと共有結合して、安定な構造を形成する。したがって、ホットキャリア効果を防止でき、デバイスの特性を増強できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板を提供する工程、及び、
重水素を含有するキャリアガス下での気相堆積によって、前記シリコン基板上にエピタキシャル層を形成する工程、を含むことを特徴とする、
エピタキシャル層を形成する方法。
【請求項２】
前記気相堆積は８００℃〜１１００℃で実施されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記キャリアガスは重水素と水素との混合物であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記重水素は、ガス混合物の１％〜１００％であることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記キャリアガスは重水素であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記エピタキシャル層は単結晶シリコンであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記気相堆積は、ケイ素原子を含有する反応ガスを適用することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記反応ガスは、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４又はＳｉ（ＣＨ３）４のいずれかまたはこれらの組合せであることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記シリコン基板を提供する工程とエピタキシャル層を形成する工程との間に、前記シリコン基板表面上の自然酸化物層を除去する工程、及び、前記シリコン基板を洗浄する工程、を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記シリコン基板上の前記自然酸化物層は、ウエットエッチング又はドライエッチングによって除去されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造に関し、より具体的には、エピタキシャル層の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造の技術分野において、単結晶シリコンの層は、一般的に、エピタキシャル層としてシリコン基板上に形成される。エピタキシャル層に注入ドーピングを施してコレクタ領域、エミッタ領域などを形成できる。
【０００３】
マイクロエレクトロニクスデバイスの小型化の傾向に伴い、エピタキシャル層品質に対する課題が大きくなっている。エピタキシャル層の品質は、そこで成長する微小欠陥の大きさと分布によって変動する。エピタキシャル層の形成の間、微小欠陥の大部分は、シリコン空孔の間に集まるか又は空間を埋める。
【０００４】
水素パッシベーションは、半導体デバイスの製造において、周知の確立された方法になっている。水素パッシベーションプロセスで、半導体デバイスの動作に影響する欠陥が取り除かれる。例えば、このような欠陥は、半導体デバイスの能動素子上の再結合／生成中心として記述されてきた。これらの中心は、デバイス内の荷電担体を除去するか又は不要な電荷担体を追加する（いずれになるかは、加えられたバイアスが１つの要因となる）状態をエネルギーギャップに導入するダングリングボンドによって引き起こされると考えられる。ダングリングボンドは主にデバイスの表面又は界面で起こるが、空隙、ミクロポア、転位でも起こり、不純物とも関係があると考えられる。
【０００５】
半導体産業で生じている別の問題は、ホットキャリア効果によるデバイス性能の低下である。これは、比例的に大きな電圧が使用される、より小さいデバイスで特に問題となる。このような高い電圧が使用される場合、チャネルキャリアは、絶縁層に入って、デバイス挙動を劣化するのに十分なエネルギーを有し得る。
【０００６】
水素パッシベーションは十分に安定的ではないことから、そのダングリングボンドとの結合は容易に切断される。したがって、ダングリングボンドは再度露出して、デバイスの特性に悪影響を及ぼす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本出願の目的は、エピタキシャル層を形成する方法を提供することであり、この方法は、デバイスの界面層のダングリングボンドを低減し、デバイス特性を強化する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的で、本出願は、シリコン基板を提供する工程、及び気相堆積によって、上記シリコン基板上にエピタキシャル層を形成する工程を含み、その際重水素を含有するキャリアガスを使用する、エピタキシャル層を形成する方法を提供する。
【０００９】
エピタキシャル層の形成方法において、８００℃〜１１００℃の温度が気相堆積に適用される。
【００１０】
エピタキシャル層の形成方法において、気相堆積のキャリアガスは、重水素と水素との混合物である。
【００１１】
エピタキシャル層の形成方法において、重水素は、ガス混合物の１％〜１００％である。
【００１２】
エピタキシャル層の形成方法において、気相堆積のキャリアガスは、重水素である。
【００１３】
エピタキシャル層の形成方法において、エピタキシャル層は単結晶シリコンである。
【００１４】
エピタキシャル層の形成方法において、気相堆積に使用される反応ガスは、ケイ素原子を含有するガスである。
【００１５】
エピタキシャル層の形成方法において、気相堆積に使用される反応ガスは、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４又はＳｉ（ＣＨ３）４を含有する。
【００１６】
本出願において、本方法は、シリコン基板の提供後かつエピタキシャル層形成前に、シリコン基板表面上の自然酸化物層を除去する工程、及びシリコン基板を洗浄する工程を更に含む。
【００１７】
エピタキシャル層の形成方法において、シリコン基板上の自然酸化物層は、ウエットエッチング又はドライエッチングによって除去される。
【発明の効果】
【００１８】
本出願の方法は、従来技術よりも有利である。重水素を含有するキャリアガスによってもたらされる重水素雰囲気により、重水素原子がシリコンエピタキシャル膜に導入される。ゲート酸化物又はデバイスの形成中に、この重水素原子は界面内に外方拡散し、界面でダングリングボンドと共有結合して、安定な構造を形成する。したがって、ホットキャリア効果を防止でき、デバイスの特性を増強できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】エピタキシャル層の形成方法の一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、添付の図面を参照して本発明の方法を更に詳細に記載するが、それは本発明の好ましい実施形態を示すものである。当業者は、本発明の有利な効果をなお達成しながら、本明細書に記載の発明を変更してもよい。したがって、これらの実施形態は当業者への幅広い教示と理解されるべきであり、本発明を限定するものと理解されるべきではない。
【００２１】
明瞭化のため、実際の実施形態の全ての特徴を必ずしも記載しない。不要な詳細事項によって引き起こされる混乱を避けるため、周知の機能並びに構造は記載しない場合がある。いずれの実際の実施形態の開発においても、開発者の具体的な目標を達成するためには、多数の実務的詳細を実施しなければならず、例えば、システム又は商業上の要求又は制約により、１つの実施形態が別の実施形態に変更されることを考慮する必要がある。更に、かかる開発努力は、複雑で時間がかかる場合があるが、当業者にとっては、通常業務にすぎないことを考慮すべきである。
【００２２】
以下の段落では、添付図面を参照して、例示の目的で、本発明をより具体的に説明する。本発明の利点及び特徴は、以下の記載及び特許請求の範囲から一層明らかである。図面は、本発明の簡便かつ明瞭な説明を補佐することを目的としており、正確な比率ではない簡略化した形態であることに注意する必要がある。
【００２３】
一実施形態において、図１を参照する。エピタキシャル層を形成する方法は、以下の工程を含む。
Ｓ１００：シリコン基板を提供する工程
Ｓ２００：気相堆積によってシリコン基板上にエピタキシャル層を形成する工程であって、この工程で重水素を含有するキャリアガスが適用される工程
【００２４】
一実施形態において、シリコン基板は、以下の工程によって形成できる。
最初に、シリコンインゴットを形成し、所望のサイズ（例えば、ウェハーのサイズ）まで研磨する。続いて、スライシング、表面研磨、ポリシング、エッジプロファイリング及びクリーニングなどの工程を適用して、シリコン基材を形成する。本発明の実施形態において、シリコン基材はチョクラルスキー（ＣＺ）法によって形成された単結晶シリコンである。
【００２５】
シリコン基板を提供する工程とエピタキシャル層を形成する工程との間に、以下の工程が適用される。
シリコン基板表面上の自然酸化物を、ウエットエッチング又はドライエッチングなどによって除去する。一般的に、空気中での長期暴露の間に、シリコン基材は空気中の酸素によって酸化され、それに応じて薄い自然酸化物層が形成される。自然酸化物層の除去により、シリコン基板とエピタキシャル層との間に良好な接触が得られ、シリコン基板の品質が改善される。その後、シリコン基板を洗浄する。
【００２６】
Ｓ２００において、気相堆積を適用してエピタキシャル層を形成する。気相堆積に使用されるキャリアガスは、重水素を含む。
【００２７】
一実施形態において、気相堆積の温度は８００℃〜１１００℃、例えば、１０００℃である。
【００２８】
本実施例において、気相堆積のキャリアガスは、重水素と水素との混合物である。重水素は、ガス混合物の１％〜１００％で、これはプロセス要件の違いに応じて調節できる。  
【００２９】
一実施形態において、気相堆積のキャリアガスは、重水素のみであってもよい。
【００３０】
重水素をキャリアガスとして使用してエピタキシャル層形成する際、重水素原子が小さいために、重水素が一時的にエピタキシャル層の間隙に貯蔵される可能性がある。続くゲート酸化物層又はデバイスを形成するプロセスにおいて、貯蔵された重水素原子はゲート酸化物層のダングリングボンドと組み合わさって安定な化学結合を形成する。したがって、不要なダングリングボンドを排除でき、それによってゲート酸化物層の特性を増強できる。
更に、重水素原子は、ゲート酸化物層のダングリングボンドだけでなく、半導体デバイスの他の層のダングリングボンドとも結合する。重水素から形成された化学結合は、水素原子などの他の元素から形成された結合よりも安定である。
【００３１】
本発明の実施例において、エピタキシャル層は単結晶シリコンである。気相堆積に使用される反応ガスは、ケイ素原子を含有するガスである。例えば、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４又はＳｉ（ＣＨ３）４を含有するガスを、単独又は組み合わせで適用できる。エピタキシャル層の厚さは本明細書で限定されず、適用されるプロセスに従って決定できる。
【００３２】
本出願の実施例において、重水素を含有するキャリアガスが、エピタキシャル層を形成するための気相堆積に適用される。重水素雰囲気により、重水素原子がエピタキシャル層に導入される。ゲート酸化物又はデバイスの形成中に、重水素原子は界面内に外方拡散し、ダングリングボンドと共有結合して、より安定な構造を形成する。したがって、ホットキャリア効果を防止することができ、デバイスの特性を増強できる。
【００３３】
上記方法の現実化を、特定の実施形態に関して記載した。これらの実施形態は、例示的なものであり、限定するものではない。多数の変形、変更、追加、及び改善が可能である。上記及びその他の変形、変更、追加、及び改善は、下記の特許請求の範囲で画成する通り、本発明の範囲内に入り得る。
【図１】
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