JP2002520487A

JP2002520487A - アモルファスシリコン及び多結晶シリコンとゲルマニウムのアロイ膜の形成方法及び装置

Info

Publication number: JP2002520487A
Application number: JP2000559275A
Authority: JP
Inventors: シュリンワン，; ヨハネス，エフ．，エヌ．スウェンバーグ，; コリー，エム．クザルニック，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1998-07-09
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2002-07-09
Also published as: WO2000003061A1; EP1100978A1; KR20010053459A

Abstract

(57)【要約】【課題】多結晶又はアモルファスシリコン／ゲルマニウムアロイの薄膜を基板上に堆積するための方法及び装置である。【解決手段】本発明によれば、堆積チャンバに基板が配置される。次いで、シリコン源ガス及びゲルマン（ＧｅＨ₄）を含む反応ガス混合物が堆積チャンバ内に供給される。チャンバ内のゲルマンの量が、チャンバ内のシリコン源ガスの量の３％以下になるように、ゲルマンとシリコン源ガスが堆積チャンバ内に供給される。次いで、シリコン源ガスは、熱分解されてシリコン原子を生成し、ゲルマンは熱分解されてゲルマニウム原子を生成する。次いで、ゲルマニウム原子とシリコン原子から、基板上に多結晶又はアモルファスシリコン膜が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、薄膜形成の分野に関し、更に詳細には、低温かつ高成膜速度でアモ
ルファス又はその他の結晶性シリコンゲルマニウム膜を堆積させるための方法及
び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

半導体集積回路製造プロセスの多くでは、多結晶シリコン（ポリシリコン）や
アモルファスシリコンの薄膜が使用される。これらの膜は、例えば、ゲート電極
、スタック又はトレンチキャパシタ、エミッタ、コンタクト、ヒューズ及びアン
チヒューズを組み立てるさいに使用される。パッキング密度を高めるために０．
２５ミクロン未満のまでデバイス寸法が小さくなるにつれ、集積回路にあるホー
ル、バイア及びトレンチのアスペクト比（アスペクト比＝深さ／幅）も増大する
。高アスペクト比（アスペクト比２．５まで）の開口を充填するために、良好な
ステップカバレッジ（ステップカバレッジ％＝段付き表面上の膜厚／平坦な表面
上の膜厚×１００％）が可能な堆積プロセスが、ボイドを生じさせずに確実に完
全にホールを充填するために必要とされる。

【０００３】十分なステップカバレッジを提供できる現在用いられている方法の一つは、低
圧化学気相堆積（ＬＰＣＶＤ）である。ＬＰＣＶＤプロセスにおいて、比較的低
圧の１００〜１０００ｍTorrまで反応容器が排気される。ＬＰＣＶＤプロセスに
関連する圧力が低いと、シリコン膜の成膜速度が低速になる（ノンドープ膜に対
しては約１００オングストローム（Å）／分、ドープ膜に対しては約２０Å／分
）。成膜速度が低速になることで、良好なステップカバレッジで膜の堆積が可能
となる。ｎ型ドーパントがＬＰＣＶＤバッチシステムに導入されてインシチュド
ープ膜を生成する場合、ステップカバレッジが低下する。ステップカバレッジを
良好にするためには、成膜速度を更に遅くさせる必要がある。ＬＰＣＶＤプロセ
スにより高品質の膜形成は可能であるが、成膜速度が遅いことから、バッチタイ
プの反応容器において一度に多数枚のウエハ（すなわち、１００枚まで）を処理
する必要が生じる。複数枚のウエハを一度に単一の機械で処理することにより生
じる問題は、ウエハ毎及びバッチ毎に膜の厚みとドーパント濃度を均一にするこ
とが困難なことである。膜の厚みとドーピングプロファイルが不均一であると、
製造後の膜の電気特性、つまりは製造後のデバイスの特性及び信頼性に多大な影
響を及ぼす可能性がある。膜厚とシート抵抗の均一性の制御は、ウエハサイズが
３００ｍｍ以上まで大きくなる場合、ＬＰＣＶＤバッチシステムでは更に問題が
深刻になるであろう。

【０００４】ウエハの全面に対して、ウエハ毎に正確な厚みとドーピングの均一性を備えた
ポリシリコン及びアモルファスシリコン膜を形成するために、単一のウエハＣＶ
Ｄプロセスが用いられる。シリコンウエハ上にシリコン層を生成するための単一
ウエハＣＶＤプロセスが、本願譲受人に譲渡された標題"Low Temperature High
Pressure Silicon Deposition Method"、１９９１年８月９日出願の米国特許出
願第０７／７４２，９５４号に記載されている。このようなプロセスにおいて、
反応チャンバ内には、１０〜３５０Torrの圧力が設定維持されている。６００〜
７５０℃の温度に基板を加熱しながら、５００ｓｃｃｍ未満のシラン（ＳｉＨ₄
）（シランの分圧は４Torrより低い）と共に、チャンバ内に約１０リットル／分
の水素ガスが供給される。これらの条件下で約２０００Å／分までの速度でドー
プされていないポリシリコン膜が堆積される。単一ウエハ方法で用いられる圧力
が高いほど、ポリシリコン膜の成膜速度は速くなる。水素中の３００ｓｃｃｍの
１％ホスフィン（ＰＨ₃）（ＰＨ₃の分圧は約０．０２３Torr）をガス混合物に含
ませ、約６５０℃の温度まで基板を加熱することにより、リンのインシチュドー
プポリシリコン膜が堆積可能である。このようなプロセスを用いると、約１５０
０Å／分までの速度で、約１．５×１０²¹／ｃｍ³のリンを含有する多結晶シリ
コン膜が堆積可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】

上記に参照した単一ウエハＣＶＤプロセスに係る問題は、ステップカバレッジ
が劣悪であるので、ボイドを生じさせずに高アスペクト比の開口を充填するため
にこれを用いることができないことである。ボイドが生じると、製造後の集積回
路の信頼性が問題となり欠陥となる。更に、抵抗率が低いインシチュドープシリ
コン膜を形成するために、ガス混合物にドーパントが含まれると、ステップカバ
レッジが更に悪化する。上記に参照したプロセスに係る別の問題は、１．５〜２
．０ｅＶの比較的高い活性化エネルギーで成長速度が熱的に活性化されることで
ある。したがって、単一ウエハリアクタの許容範囲の成膜速度でシリコン膜を堆
積させるために、堆積温度を６００〜７５０℃と比較的高くしなければならない
。しかしながら、業界の傾向は、製造プロセスの熱バジェットを低減させるため
に低温処理への方向にある。更に、多くのプロセスでは、高温処理には不適合な
膜及びガラス基板などの基板が利用される。

【０００６】したがって、高成膜速度及び低堆積温度でシリコンフィルムを堆積させるため
の方法が望まれる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

多結晶又はアモルファスシリコン／ゲルマニウムアロイの薄膜を基板上に堆積
するための方法及び装置。本発明によれば、堆積チャンバに基板が配置される。
次いで、シリコン源ガス及びゲルマン（ＧｅＨ₄）を含む反応ガス混合物が堆積
チャンバ内に供給される。チャンバのゲルマンの量が、チャンバのシリコン源ガ
スの量の３％以下になるように、ゲルマンとシリコン源ガスが堆積チャンバ内に
供給される。次いで、シリコン源ガスは、熱分解されてシリコン原子を生成し、
ゲルマンは熱分解されてゲルマニウム原子を生成する。次いで、ゲルマニウム原
子とシリコン原子から、基板上に多結晶又はアモルファスシリコン膜が形成され
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】

本発明には、多結晶又はアモルファスシリコンゲルマニウム膜を堆積するため
の新規な方法及び装置が記載される。以下の記載において、本発明を完全に理解
するために、特定のプロセスパラメータ及び実行例などの多数の特定的な詳細を
説明する。しかしながら、特定的な詳細を用いずに本発明を実行してもよいこと
は当業者には明らかであろう。また、本発明を不必要に分かりにくくしないため
にも、周知の化学気相堆積（ＣＶＤ）装置及び半導体の方法論は特に詳細には説
明しない。

【０００９】本発明には、低温、高成膜速度でステップカバレッジが良好な高品質の均一な
アモルファス又は多結晶シリコンゲルマニウム膜を堆積するための方法及び装置
が記載される。本発明によれば、熱化学気相堆積（ＣＶＤ）装置の堆積チャンバ
内に基板（又はウエハ）が配置される。次いで、堆積チャンバの圧力が２０〜３
００Torrまで減圧され、基板が４２０〜６５０℃の堆積温度まで加熱される。次
いで、堆積チャンバ内にシリコン含有ガスとゲルマン（ＧｅＨ₄）を含む反応ガ
ス混合物が供給される。堆積チャンバ内のゲルマンの量が、チャンバのシリコン
含有ガスの量の３％以下になるように、シリコン源ガスとゲルマン（ＧｅＨ₄）
が堆積チャンバ内に供給される。基板からの熱により、シリコン含有ガスが解離
してシリコン原子を供給し、ゲルマンが解離してゲルマニウム原子を供給する。
次いで、非常に低いパーセンテージのゲルマニウム（１０原子パーセントより低
い）を有する多結晶又はアモルファスシリコンゲルマニウムアロイが、ゲルマニ
ウム原子とシリコン原子から基板に堆積される。必要に応じて、ホスフィン、ア
ルセニン又はジボランなどのドーパントガスが反応ガス混合物中に含まれて、所
望の濃度密度及び伝導タイプのドープシリコンゲルマニウム膜を生成する。

【００１０】少量のゲルマン（ＧｅＨ₄）を反応ガス混合物内に含ませることによって、堆
積温度は約５０℃下げられ、反応ガス混合物中にゲルマンが含まれていない場合
と比較して同じ成膜速度が得られる。堆積されたアモルファス又は多結晶膜はシ
リコンゲルマニウムアロイであるが、膜中のゲルマニウムのパーセンテージは、
低く、５原子パーセントよりも低いものが好ましいため、膜は多結晶又はアモル
ファスシリコンに類似した電気特性及び物理特性を有する。ゲルマンを添加する
ことで、膜の堆積に必要な温度を低下させるため、本発明により、シリコン含有
ガスとしてシランが用いられる場合には５２０℃ほどの低い温度で、更にはジシ
ランが用いられる場合には４２０℃ほどの低い温度で、シリコンゲルマニウム膜
を堆積することができる。本発明により、アモルファス及び／又は多結晶シリコ
ンゲルマニウム膜が５５０℃よりも低い温度で形成可能であるため、ガラス基板
などの熱安定性が低い基板か、又は熱安定性が低い膜を有する基板上に、シリコ
ンゲルマニウム膜を形成できる。その上、堆積温度が低いことにより、本発明は
低い熱バジェットプロセスと共用できる。また更に、本発明の堆積温度が低いこ
とにより、膜のステップカバレッジが高まり、トレンチキャパシタのダイナミッ
クランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）に使用される基板上に見られるような高
アスペクト比の開口（２：１よりも大きな開口）内にシリコン−ゲルマニウム膜
を堆積させることができる。

【００１１】本発明のシリコン−ゲルマニウムアロイ膜は、通常、図１に示される半導体基
板１００などの基板上に形成される。基板１００は、単結晶シリコンウエハであ
ることが好ましい。しかしながら、基板１００は、必ずしもシリコンウエハであ
る必要はなく、ガリウムヒ素基板及びフラットパネルディスプレイ用に使用され
るガラス（クオーツ）基板など、他のタイプの基板であってよい。基板１００は
、通常、複数の間隔をおいた特徴又はホール１０２を含む。特徴１０２は、基板
に形成されたトレンチ、基板上に成長させたフィールド酸化物領域、層間絶縁膜
（ＩＬＤ）に形成されたコンタクト及びバイア開口によるものであるが、これら
に限定されるものではない。本発明のプロセスは、最新の高密度ダイナミックラ
ンダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）及び他の集積回路の製造時のキャパシタ及び
コンタクト形成中に、シリコンゲルマニウム膜を高アスペクト比の開口（２：１
よりも大きい）内に堆積させるのに理想的には適している。本発明は集積回路の
製造時の使用に理想的には適しているが、本発明は、フラットパネルディスプレ
イ（これに限定されない）等の他の製品の製造にも同様に応用可能である。本発
明は、５５０℃よりも低い温度で多結晶又はアモルファスシリコンゲルマニウム
膜を形成することができるため、基板１００は、フラットパネルディスプレイの
メーカーで使用されている市販のガラス基板などの熱安定性が低い膜を含むか、
又は材料を備えるものであってよい。本発明の目的により、基板１００は、本発
明のシリコンゲルマニウム膜が堆積される材料として規定される。

【００１２】本発明の方法を図２のフローチャート２００を参照して記載及び説明する。本
発明の第１のステップによれば、ブロック２０２に示されているように、図３に
示されている単一基板リアクタ３００などの熱化学気相堆積装置の堆積チャンバ
内に、基板１００などの基板が配置される。図３に示されている単一基板リアク
タ３００は、単一ウエハ又は基板１００が配置されるチャンバ３１９を画定する
上部３１２、側壁３１４及び底部３１８を有する。チャンバ３１９は、２００ｍ
ｍまでのウエハを取り扱うように設計され、アプライドマテリアルズ社のCentur
a Single Wafer Chamber Toolで使用される等、約１０リットルの容積を有する
ものである。必要であれば、３００ｍｍ等大型のウエハを取り扱うために、大型
の容積のチャンバを用いてもよいことを理解されたい。その上、本願明細書で用
いる流量はすべて１０リットルチャンバに対するものであり、当業者であれば、
異なる容積のチャンバでは流量を変更可能であることが理解されよう。重要なこ
とは、本願明細書で用いるガスの分圧を利用することである。

【００１３】基板１００は、モータ（図示せず）により回転されるペデスタル又はサセプタ
３２２上に載置され、円筒状に対称の基板１００に時間平均環境を与える。側壁
３１４により支持されたサセプタに外接する予熱リング３２４が、サセプタ３２
２と基板１００を取り囲む。リフトフィンガ３２３がサセプタ３２２を穿孔する
穴（図示せず）を貫通し、基板１００の下側とかみ合い、サセプタ３２２〜離昇
させる。基板１００、予熱リング３２４及びサセプタ３２２は、リアクタ３１０
の外側に設けられた複数の高輝度ランプ３２６〜の光により加熱される。高輝度
ランプ３２６は、約１．１ミクロンの波長を有する赤外（ＩＲ）光を発生するタ
ングステンハロゲンランプであることが好ましい。リアクタ３１０の上部３１２
と底部３１８は、実質的に光に対して透過性のものであるため、外部ランプ３２
６からの光がリアクタ３１０に入り、サセプタ３２２、基板１００及び予熱リン
グ３２４を加熱できる。可視及びＩＲ周波数の光に透過性のものである理由と、
全体にわたった大きな圧力差に対応可能な比較的高強度の材料である理由と、更
に気体放出速度が低い理由から、上部３１２と底部３１８にはクオーツが用いら
れる。パイロメータなどの適切な上部温度センサ３４０と適切な底部温度センサ
３４２が配置されて、基板１００の温度とサセプタ３２２の温度をそれぞれ測定
する。ランプ加熱チャンバが望ましいが、抵抗加熱チャンバなど、他のタイプの
熱ＣＶＤチャンバで本発明を実行してもよい。装置３００には、ガス流量、基板
温度及びチャンバ圧力の制御など、装置３００のさまざまな動作を制御するシス
テムコントローラ３５０が含まれている。

【００１４】次に、図２のブロック２０４によれば、ポンプ３４４により排気ポート３３２
を介してチャンバ３１９が排気され、大気圧から堆積圧力までチャンバ３１９の
圧力を減圧する。堆積圧力は、本発明のシリコンゲルマニウム膜が堆積されると
きのチャンバ３１９内の全圧である。本発明の堆積圧力は、２０〜３００Torrの
ものである。堆積圧力が高いほど、成膜速度も速くなる。堆積圧力が上がると、
固定成長速度でプロセスのステップカバレッジが高くなる。

【００１５】次に、ブロック２０６に示されているように、基板１００、予熱リング３２４
及びサセプタ３２２が、ランプ３２６により堆積温度まで加熱される。シラン（
ＳｉＨ₄）がシリコン源として使用される場合、堆積温度は、５２０〜６５０℃
である。ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）がシリコン源として使用される場合、堆積温度は
、４２０〜６００℃である。堆積温度が下がるにつれ、成膜速度は低速になり、
ステップカバレッジが高くなる。堆積されたシリコンゲルマニウムアロイの正確
な結晶構造は、堆積温度に依存する。

【００１６】次に、図２のブロック２０８に示されているように、反応チャンバ３１９内に
反応ガス混合物が供給される。堆積圧力と温度は、特定の範囲内に維持されなが
ら、反応チャンバ３１９内に反応ガス混合物が流入することで、図１ｂに示され
、フローチャート２００のブロック２１０に示されているように、基板１００に
シリコンゲルマニウムアロイ膜１０４を堆積する。堆積中、反応ガス流が、ガス
投入ポート３２８から、ガスが加熱される予熱リング３２４全体、矢印３３０の
方向に基板１００全体へと流れ、基板上にシリコンゲルマニウム膜１０４を堆積
して、排気ポート３３２から流出する。ガス投入ポート３２８は、導管３３４を
介して、ガスのうちの１つ又はそれらの混合物を与えるタンク３３６で表された
ガス供給部に接続される。導管３３４を通るガス濃度及び／又は流量と、ポート
３２８及び３３２のそれぞれが選択されて、処理の均一性を最適化するガス流量
及び濃度プロファイルを発生させる。基板の回転とランプ３２６からの熱により
生じる熱勾配は、リアクタ３００のガスの流れに多大な影響を及ぼす可能性があ
るため、流れプロファイルの主要な形状は、ガス投入ポート３２８から、予熱リ
ング３２４と基板３２０にわたって、排気ポート３３２へと流れる層流である。

【００１７】本発明によれば、反応ガス混合物は、シラン（ＳｉＨ₄）及びジシラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆）などのシリコン含有ガスとゲルマン（ＧｅＨ₄）を備えるが、これらに限定
されるものではない。堆積チャンバ内にシリコン含有ガスとゲルマン（ＧｅＨ₄
）が供給されて、シリコン含有ガスの量の３％以下であるゲルマンの量を含む周
囲空気を発生させる。基板、予熱リング及びサセプタからの熱により、ゲルマン
（ＧｅＨ₄）が解離して、ゲルマニウム原子を供給し、シリコン源ガスが解離し
て、シリコン原子を供給する。次いで、シリコン原子とゲルマニウム原子が結合
して、基板１００上にシリコンゲルマニウムアロイ１０４をブランケット堆積す
る。

【００１８】堆積チャンバに供給される少量のゲルマン（ＧｅＨ₄）は、シリコン源ガスの
解離用の触媒として作用することによって、堆積温度をより低くすることができ
る。すなわち、ゲルマン（ＧｅＨ₄）がシラン又はジシランよりも容易に分解す
るため、シラン又はジシランよりも低温で分解する。ゲルマンが分解すると、シ
リコン源ガスに伝わるエネルギーを放出して、シリコン源ガスの解離を促進する
。少量のゲルマンを反応ガス混合物に含ませることにより、同じ成膜速度で多結
晶又はアモルファスシリコンゲルマニウムアロイ膜が堆積可能であるが、同じ条
件下でゲルマン（ＧｅＨ₄）を用いない反応ガスで形成されたアモルファス又は
多結晶シリコン膜の場合よりも５０℃低い堆積温度で堆積可能である。

【００１９】本発明の目的は、アモルファス又は多結晶シリコン膜に電気的及び物理的に非
常に類似したアモルファス又は多結晶シリコンゲルマニウム膜を提供することで
あることを理解されたい。例えば、１０％よりも少ない原子ゲルマニウムを含み
、好ましくは５％よりも少なく、理想的には３％よりも少ないゲルマニウムを含
むシリコンゲルマニウム膜を生成するシリコン及びゲルマニウムの濃度比を利用
することが重要である。１０％よりも少ないゲルマニウムをシリコンゲルマニウ
ムアロイに含ませることによって、シリコン構造が破壊されないようにする。ゲ
ルマン触媒を利用することにより、５５０℃未満の堆積温度を用いて、高品質の
アモルファス及び多結晶シリコンゲルマニウム膜を形成する。本発明のプロセス
においてゲルマン触媒を利用することにより、プラズマ強化などの励起源を更に
用いることなく、堆積温度を比較的低くすることができる。反応ガスを解離させ
るために熱エネルギーのみを利用することにより、シリコンゲルマニウム膜１０
４中の水素混入は、０．１原子パーセントよりも低く、アニール後は０．０１原
子パーセントよりも低い。

【００２０】本発明の一実施形態において、１００〜２０００ｓｃｃｍ（標準立方センチメ
ートル毎分）の流量で、堆積チャンバ３１９内にシリコン含有ガスが供給されて
、１．５〜３０Torrのシリコン含有ガス分圧を発生させる。１．０〜２０ｓｃｃ
ｍの流量で、堆積チャンバ内にゲルマンが供給されて、０．０１５〜０．３０To
rrのゲルマン分圧を発生させる。本発明では、このように少量のゲルマンが用い
られるため、Ｈ₂又はＮ₂などが挙げられるが、それらに限定されるものではない
キャリアガスが用いられて、反応チャンバ内にゲルマンを供給する。このような
場合、ゲルマンが希釈されて、１％希釈ゲルマンガス（すなわち、希釈ゲルマン
＝１％ゲルマン及び９９％キャリアガス）を生成してよい。次いで、１００〜２
０００ｓｃｃｍの流量で、反応チャンバ中に希釈ゲルマンが供給されて、０．０
１５〜０．３Torrのゲルマン分圧を生成してよい。

【００２１】本発明によれば、インシチュドーパントシリコンゲルマニウム膜を生成するた
めに、反応ガス混合物中にドーパントガスが含まれることが好ましい。反応チャ
ンバ３１０中にドーパントガスが供給されて、０〜０．３０Torr、好ましくは０
．１５Torrのドーパントガス分圧を発生させる。本発明の一実施形態において、
ドープシリコンゲルマニウム膜が望ましい場合、反応ガス混合物は、シリコン源
ガス濃度の１％以下であるドーパントガス濃度を有する。（堆積されたシリコン
ゲルマニウム膜の抵抗率は、ドーパントガス／シリコンガスの濃度比に反比例す
るものであることを理解されたい。ドーパントガス／シリコンガスの濃度比が高
いほど、膜の抵抗率は低くなる。）本発明において用いる比較的低いプロセス温
度と高い堆積圧力により、シリコン膜のドーパントの取込みが高まるため、本発
明では、比較的低いドーパントガスの分圧（０．２０Torrより低い）が用いられ
てよい。ドーパントガスを加えると、一般的に、膜のステップカバレッジが低く
なることを理解されたい。本発明において堆積温度を比較的低く維持することに
より、より高温の温度で同様の抵抗率の膜を生成するために必要なドーパントガ
スよりも、より低い抵抗率の膜を生成するために必要なドーパントガスは少量で
すむ。このように、ドープシリコンゲルマニウム膜のステップカバレッジが高め
られる。本発明は、０〜２０ｓｃｃｍ、好ましくは１．０〜３．０ｓｃｃｍのド
ーパントガスの流れを利用することが好ましい。ドーパントガスは、水素などの
キャリアガスに希釈されることが好ましく、１％希釈ドーパントガス（すなわち
、希釈ドーパントガスは、１％ドーパントガスと９９％キャリアガスに等しい）
を生成する。０〜２０００ｓｃｃｍの流量、好ましくは１００〜３００ｓｃｃｍ
の流量で、反応チャンバ３１９中に希釈ドーパントガスが供給される。ホスフィ
ン（ＰＨ₃）が好適なドーピングガスであるが、必要であれば、アルセニン（Ａ
ｓＨ₃）などが挙げられるが、これに限定されるものではない他のドーピングガ
スが用いられてもよい。

【００２２】水素、ヘリウム、アルゴン又は窒素などが挙げられるが、これらに限定される
ものではないキャリアガスと共に、反応チャンバ３１９中に、シリコン含有ガス
、希釈ゲルマン及び希釈ドーピングガスが供給されることが好ましい。４〜１２
ＳＬＭ（標準リットル毎分）の流量、好ましくは約１０ＳＬＭの流量で反応チャ
ンバ３１９中に流入するキャリアガスに、シリコン含有ガス、希釈エルマン及び
ドーパントガスが加えられる。所望の厚み（Ｔ）のシリコンゲルマニウム膜が基
板１００にわたって堆積されるまで、反応チャンバ３１９中に反応ガスが供給さ
れる。

【００２３】大量のＨ₂を有する雰囲気は大きな熱勾配に抵抗することができるので、本発
明では、キャリアガス及び希釈ガスとして水素（Ｈ₂）が好ましい。このように
、クオーツ及び３１８と側壁３１４の温度は、膜堆積中、基板１００の温度より
もかなり低い温度に維持される。窓３１２及び３１８と側壁３１４の温度を低く
維持することにより、窓及び側壁上での膜の堆積又は被覆は実質的に低減される
。窓３１２上に膜が堆積すると、光透過性が妨げられることにより、基板ごとの
基板温度が不均一になることがあることを理解されたい。更に、側壁３１４と窓
３１２及び３１８上での膜の堆積を低減させることにより、洗浄が必要とされる
まで、より多くのウエハを処理することができる。

【００２４】次に、ブロック２１２に示されているように、必要であれば、基板１００がア
ニールされてもよい。堆積されたアモルファスシリコンゲルマニウム又はアモル
ファス／多結晶シリコンゲルマニウム膜を抵抗率が低い多結晶シリコンゲルマニ
ウム膜に変えるために、基板１００はアニールされてよい。このように、膜のス
テップカバレッジを高め、ホールを完全に充填するために、比較的低温でアモル
ファスシリコン膜が堆積可能であり、次に、アニール処理により、抵抗率が低い
多結晶シリコンゲルマニウム膜に変えることが可能である。任意の公知の方法及
び装置を利用して、基板１００をアニールしてもよい。例えば、窒素／酸素周囲
空気に３０分間、８００℃以上の温度の炉において、基板１００がアニールされ
てよい。この替わりとして、窒素／酸素周囲空気において１５秒より短い時間、
約１０００℃の温度で高速熱アニール（ＲＴＡ）が用いられてもよい。基板１０
０をアニールするためには、さらなるステップが必要となるが、ＤＲＡＭプロセ
スなどの多くの集積回路製造プロセスでは、ケイ化物形成などの他の目的により
引き続きアニールする必要があるため、スループットに影響を及ぼさずにアニー
ルステップを含ませることができる。本発明のアニールステップを利用すること
により、ボイドを形成せずに、高アスペクト比の開口に抵抗率が低い多結晶シリ
コンゲルマニウム膜を形成することができる。

【００２５】本発明のプロセスにより、高成膜速度（６００Å／分から１，２００Å／分）
で高ドーパント密度（≧２×１０²⁰原子／ｃｍ³）及び低抵抗率（０．７m ohmｃ
ｍ）を有し、優れたステップカバレッジ（９０％超）の高品質の多結晶又はアモ
ルファスシリコンゲルマニウム膜を形成可能である。本発明は、ボイドを形成す
ることなく、高成膜速度で０．２８ミクロンよりも狭い幅と２．０よりも大きな
アスペクト比を有する基板１００の開口を充填するために高信頼性で用いられる
。本発明のプロセスにより、１０００Åよりも短い平均粒長又は約１００原子で
シリコンゲルマニウム多結晶膜が形成される。

【００２６】本発明の一実施形態において、システムコントローラ３５０には、ハードディ
スクドライブ（メモリ３５２）、フロッピーディスクドライブ及びプロセッサ３
５４が含まれる。プロセッサは、シングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）、アナ
ログ及びディジタル入出力ボード、インタフェースボード及びステップモータコ
ントローラボードを含む。ＣＶＤシステム３００のさまざまな部品は、ボード、
カードケージ及びコネクタの寸法と種類を規定するVersa Modular Europeans（
ＶＭＥ）規格に準拠するものである。ＶＭＥ規格はまた、１６ビットデータバス
及び２４ビットアドレスバスを有するバス構造も規定する。

【００２７】システムコントローラ３５０は、ＣＶＤ装置の活動すべてを制御する。システ
ムコントローラは、メモリ１３８などのコンピュータ読取り可能な媒体に格納さ
れたコンピュータプログラムであるシステム制御ソフトウェアを実行する。メモ
リ３５２は、ハードディスクドライブであることが好ましいが、メモリ３５２は
、他の種類のメモリであってもよい。コンピュータプログラムには、タイミング
、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ランプ電力レベル、サセプタ位置
及び特定のプロセスの他のパラメータを命令する命令セットが含まれる。例えば
、フロッピーディスク又は他の別の適切なドライブを含む別のメモリデバイスに
格納されたものなどのように、他のコンピュータプログラムが用いられてコント
ローラ３５０を動作させてもよいことは言うまでもない。ＣＲＴモニタ及びキー
ボードなどの入出力デバイス３５６が用いられて、ユーザーとコントローラ３５
０とのインタフェースとなる。

【００２８】メモリ３５２に格納され、コントローラ３５０により実行されるコンピュータ
プログラムプロダクトを用いて、膜を堆積させるためのプロセスが実行可能であ
る。６８０００アセンブリ言語、Ｃ言語、Ｃ＋＋、パスカル、フォートラン又は
他の言語などの任意の従来のコンピュータ読取りプログラミング言語に、コンピ
ュータプログラムコードが書き込まれてよい。従来のテキストエディタを用いて
、単一ファイル又は複数ファイル内に適切なプログラムコードが入力され、コン
ピュータのメモリシステムなどのコンピュータ使用可能媒体に保存又は組み込ま
れる。入力されたコードテキストが高水準言語であれば、コードはコンパイルさ
れ、その結果得られたコンパイラコードがプレコンパイルされたウィンドウズラ
イブラリルーチンのオブジェクトコードとリンクされる。リンクされたコンパイ
ルオブジェクトコードを実行するために、システムユーザーはオブジェクトコー
ドを引き出して、コンピュータシステムにコードをメモリにロードさせ、そこか
らＣＰＵがコードを読み出して実行し、プログラムに同定されたタスクを実行す
る。メモリ３５２に更に保存されているものは、本発明によりアモルファス及び
多結晶シリコンゲルマニウムアロイの堆積を実行するのに必要なプロセスガス流
量及び組成、温度及び圧力などのプロセスパラメータである。

【００２９】図３Ｂは、メモリ３５６に格納されたシステム制御コンピュータプログラムの
階層の一例である。システム制御プログラムは、チャンバ管理ルーチン３７０を
含む。チャンバ管理サブルーチン３７０はまた、選択されたプロセスセットを実
行するのに必要なチャンバコンポーネントの動作を制御するさまざまなチャンバ
コンポーネントサブルーチンの実行を制御する。チャンバコンポーネントサブル
ーチンの例は、プロセスガス制御サブルーチン３７２、圧力制御サブルーチン３
７４、ランプ制御サブルーチン３７６である。当業者であれば、プロセスチャン
バ３１９において実行するのに望ましいプロセスに応じて、他のチャンバ制御サ
ブルーチンが含まれてよいことが理解されよう。動作時、チャンバ管理サブルー
チン３７０は、実行される特定のプロセスセットに応じて、プロセスコンポーネ
ントサブルーチンを選択的にスケージュール又はコールする。通常、チャンバ管
理サブルーチン３７０には、さまざまなチャンバコンポーネントをモニタするス
テップと、実行しようとするプロセスセットのプロセスパラメータに基づいて、
どのコンポーネントを動作させる必要があるかを決定するステップと、モニタス
テップと決定ステップに応答して、チャンバコンポーネントサブルーチンを実行
させるステップとが含まれる。

【００３０】プロセスガス制御サブルーチン３７２は、プロセスガスの組成と流量を制御す
るためのプログラムコードを有する。プロセスガス制御サブルーチン３７２は、
安全遮断弁の開／閉位置を制御し、更に質量流量コントローラをランプアップ／
ダウンさせて、所望のガス流量を得る。プロセスガス制御サブルーチン３７２は
、すべてのチャンバコンポーネントサブルーチンと同様に、チャンバ管理サブル
ーチン３７０により呼び出され、所望のガス流量に関するプロセスパラメータを
受ける。通常、プロセスガス制御サブルーチン３７２は、ガス供給ラインを開く
ことにより動作し、更に、(i)必要な質量流量コントローラを読み取るステップ
と、(ii)チャンバ管理サブルーチン３７０〜受けた所望の流量と読取値を比較す
るステップと、(iii)必要に応じてガス供給ラインの流量を調節するステップと
を繰り返すことにより動作する。更に、プロセスガス制御サブルーチン３７２に
は、危険な流量を観察するためにガスの流量をモニタするためのステップと、危
険な状況が検出された場合に安全遮断弁を作動させるステップが含まれる。

【００３１】圧力制御サブルーチン３７６は、絞り弁の開口サイズを調節することにより、
チャンバ３１９の圧力を制御するためのプログラムコードを備え、全プロセスガ
ス流量、プロセスチャンバのサイズ及び排気システム用のポンプ設定圧力に関す
る所望のレベルにチャンバ圧力を制御する。圧力制御サブルーチン３７４がチャ
ンバに接続された１以上の従来の圧力ナノメータを読み取ることにより、チャン
バ３１９の圧力を測定し、測定値を目標圧力と比較し、目標圧力に対応する格納
された圧力テーブルからＰＩＤ（比例、積分及び微分）値を求めて、圧力テーブ
ルから得たＰＩＤ値に従って絞り値を調節するように動作する。この替わりとし
て、圧力制御サブルーチン３１９は、特定の開口サイズに絞り弁を開閉させて、
チャンバ１１５を所望の圧力に調節するように書き込まれてよい。

【００３２】ランプ制御サブルーチン３７６は、基板１２０を加熱するために使用されるラ
ンプ３２６に供給される電力を制御するためのプログラムコードを備える。ラン
プ制御サブルーチン３７６もチャンバ管理サブルーチン３７０により呼び出され
、目標又は設定温度パラメータを受ける。ランプ制御サブルーチン３７６は、サ
セプタ３２２に向けられた温度測定装置の電圧出力を測定することにより温度を
測定し、測定温度と設定温度を比較して、ランプに与えられる電力を増減して設
定温度を得る。

【００３３】以上、均一かつ高品質のアモルファス又は多結晶シリコン−ゲルマニウム膜を
形成するための方法及び装置を記載した。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１Ａは、本発明のシリコン−ゲルマニウムアロイ膜が形成された基板の断面
図であり、図１Ｂは、図１Ａの基板上でのシリコン−ゲルマニウムアロイ膜の形
成を示す断面図である。

【図２】本発明によるアモルファス又は多結晶シリコンゲルマニウム膜を形成する方法
を示すフローチャートである。

【図３】図３Ａは、本発明のアモルファス又は多結晶シリコンゲルマニウムアロイ膜を
堆積するために使用可能な単一ウエハ熱化学気相堆積装置を示す図であり、図３
Ｂは、図３Ａの装置を制御するために使用可能なシステム制御コンピュータプロ
グラムを示す図である。

【符号の説明】

３００…単一基板リアクタ、３１２…上部、３１４…側壁、３１８…底部、３
１９…チャンバ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者スウェンバーグ，ヨハネス，エフ．，エヌ．アメリカ合衆国，カリフォルニア州，ロスガトス，シャディヴューレーン 16443 (72)発明者クザルニック，コリー，エム．アメリカ合衆国，カリフォルニア州，マウンテンヴュー，フラインアヴェニュー 152 Ｆターム(参考） 4K030 AA05 AA06 AA16 AA17 AA20 BA09 BA29 BA30 BB03 BB05 CA04 DA09 EA01 FA10 GA06 JA01 JA06 JA09 JA10 KA41 LA15 4M104 BB01 DD44 DD45 HH20 5F045 AA03 AB03 AB04 AB05 AC01 AD08 AD09 AD10 AE23 BB07 BB09 BB19 DA59 DA61 DP04 DP28 EE12 EE17 EK12 EM10 GB05 GB16 HA16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多結晶性又はアモルファスの薄膜を基板上に堆積させるため
の方法であって、堆積チャンバに基板を配置するステップと、前記堆積チャンバ内にシリコン源ガスを供給するステップと、前記チャンバの前記シリコン源ガスの量の３％以下である量のゲルマンガスを
前記堆積チャンバ内に供給するステップと、前記シリコン源ガスを熱分解してシリコン原子を生成し、前記ゲルマンを熱分
解してゲルマニウム原子を生成するステップと、前記シリコン原子と前記ゲルマニウム原子から多結晶又はアモルファスシリコ
ンゲルマニウムアロイ膜を堆積させるステップとを有する方法。
【請求項２】前記堆積チャンバ内の前記シリコン源ガスの分圧が、１．５
〜３０Torrである請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記ゲルマニウム源ガスの分圧が、０．０１５〜０．３Torr
である請求項２にに記載の方法。
【請求項４】前記堆積チャンバ内に２０〜３００Torrの堆積圧力を発生さ
せるステップを更に備える請求項３に記載の方法。
【請求項５】前記シリコンゲルマニウム膜が、１０００Åよりも短い平均
粒長を有する請求項１に記載の方法。
【請求項６】前記シリコンゲルマニウムアロイを堆積しながら、５５０℃
よりも低い温度まで前記基板を加熱するステップを更に備える請求項１に記載の
方法。
【請求項７】前記シリコンゲルマニウムアロイ膜が、１０原子パーセント
よりも少ないゲルマニウムを備える請求項１に記載の方法。
【請求項８】前記シリコンゲルマニウムアロイ膜が、５原子パーセントよ
りも少ないゲルマニウムを備える請求項７に記載の方法。
【請求項９】前記堆積チャンバ内にドーパントガスを供給するステップを
更に備え、前記堆積チャンバ内のドーパントガスの量は、前記堆積チャンバ内の
シリコン源ガスの量の１％よりも少ない請求項１に記載の方法。
【請求項１０】前記ドーパントガスが、前記堆積チャンバ内で０．０１５
〜０．３Torrの分圧を有する請求項９に記載の方法。
【請求項１１】前記シリコン−ゲルマニウムアロイをアニールするステッ
プを更に備える請求項１に記載の方法。
【請求項１２】多結晶性又はアモルファスの薄膜を基板上に堆積する方法
であって、堆積チャンバに基板を配置するステップと、前記堆積チャンバ内に分圧が１．５〜３０Torrのシリコン源ガスを供給するス
テップと、前記堆積チャンバ内に分圧が０．０１５〜０．３Torrのゲルマニウム源ガスを
供給するステップと、前記シリコン源ガスを熱分解してシリコン原子を生成し、前記ゲルマニウム源
ガスを熱分解してゲルマニウム原子を生成するステップと、前記シリコン原子と前記ゲルマニウム原子から多結晶又はアモルファスシリコ
ンゲルマニウムアロイ膜を堆積させるステップとを備える方法。
【請求項１３】前記チャンバにある前記ゲルマニウム源ガスの量が、前記
チャンバにある前記シリコン源ガスの量の３％以下である請求項１２に記載の方
法。
【請求項１４】前記シリコンゲルマニウムアロイ膜が、１０原子パーセン
トよりも少ないゲルマニウムを備える請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】前記シリコンゲルマニウムアロイ膜が、５原子パーセント
よりも少ないゲルマニウムを備える請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】前記堆積チャンバ内に２０〜３００Torrの堆積圧力を発生
させるステップを更に備える請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】前記堆積チャンバ内にキャリアガスを供給するステップを
更に備える請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】前記キャリアガスが、水素（Ｈ₂）である請求項１５に記
載の方法。
【請求項１９】前記チャンバ内にドーパントガスを供給するステップを更
に備える請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】前記ドーパントガスの分圧が、０．０１５〜０．３Torrで
ある請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】前記チャンバ内のドーパントガスの量が、前記チャンバ内
のシリコン源ガスの量の１％以下である請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】前記シリコン源ガスがシラン（ＳｉＨ₄）であり、前記シ
リコンゲルマニウムアロイ膜の堆積中５５０℃未満の温度にまで前記基板が加熱
される請求項１２に記載の方法。
【請求項２３】前記シリコン源ガスがジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）であり、前記
シリコンゲルマニウムアロイ膜の堆積中４５０℃未満の温度にまで前記基板が加
熱される請求項１２に記載の方法。
【請求項２４】前記シリコンゲルマニウム膜が、１０００Å又は約１００
原子よりも短い平均粒長を有する請求項１２に記載の方法。
【請求項２５】前記シリコンゲルマニウム膜をアニールするステップを更
に備える請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】窒素／酸素雰囲気を有する高速熱処理装置のチャンバ内で
、前記アニールステップを８００℃以上の温度で行う請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】薄膜を基板上に形成する方法であって、堆積チャンバに基板を配置するステップと、前記堆積チャンバ内に２０〜３００Torrの堆積圧力を発生させるステップと、４２０〜６５０℃の温度まで前記基板を加熱するステップと、１．５〜３０Torrの分圧でシラン（ＳｉＨ₄）を前記チャンバに供給するステ
ップと、ゲルマンガス（ＧｅＨ₄）を前記堆積チャンバ内に供給するステップであって
、前記ゲルマンガスの分圧が０．０１５〜０．３Torrであり、前記チャンバ内の
ゲルマンの量が前記チャンバのシランの量の３％以下の量である、前記ステップ
と、前記シランを熱分解してシリコン原子を生成し、前記ゲルマン（ＧｅＨ₄）を
熱分解してゲルマン原子を生成するステップと、前記シリコン原子と前記ゲルマニウム原子からシリコンゲルマニウムアロイ膜
を堆積するステップとを備える方法。
【請求項２８】前記堆積チャンバ内にドーパントガスを供給するステップ
を更に備え、前記ドーパントガスの分圧が０．０１５〜０．３Torrである請求項
２７に記載の方法。
【請求項２９】薄膜を基板上に堆積する方法であって、堆積チャンバに基板を配置するステップと、前記堆積チャンバ内に２０〜３００Torrの堆積圧力を発生させるステップと、４２０〜６００℃の温度まで前記基板を加熱するステップと、１．５〜３０Torrの分圧でジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）を前記チャンバ内に供給する
ステップと、分圧が０．０１５〜０．３Torrであり、前記チャンバにあるジシランの量の３
％以下の量のゲルマン（ＧｅＨ₄）を前記チャンバ内に供給するステップと、前記ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）を熱分解してシリコン原子を生成し、前記ゲルマン
を熱分解してゲルマニウム原子を生成するステップと、前記シリコン原子と前記ゲルマニウム原子からシリコンゲルマニウムアロイを
堆積するステップとを備える方法。
【請求項３０】前記チャンバ内にドーパントガスを供給するステップを更
に備え、前記ドーパントガスの分圧が０．０１５〜０．３Torrである請求項２９
に記載の方法。
【請求項３１】シリコンゲルマニウム膜であって、前記シリコンゲルマニウム膜にあるゲルマニウム原子の数が、前記膜にあるシ
リコン原子の数の１０％よりも少ないものであるシリコン原子及びゲルマニウム
原子を備えるシリコンゲルマニウム膜。
【請求項３２】前記シリコンゲルマニウム膜が、１０００Åよりも短い平
均粒長を有する請求項３１記載のシリコンゲルマニウム膜。
【請求項３３】前記シリコンゲルマニウム膜が、０．１原子パーセントよ
りも少ない水素を備える請求項３１記載のシリコンゲルマニウム膜。
【請求項３４】シリコンゲルマニウム膜であって、前記シリコンゲルマニウム膜にあるゲルマニウム原子の数が、前記シリコンゲ
ルマニウム膜にあるシリコン原子の数の１０％よりも少ないものであるシリコン
原子及びゲルマニウム原子を備え、前記シリコンゲルマニウム膜が、０．１原子パーセントよりも少ない水素を有し
、前記シリコンゲルマニウム膜が、１０００Åよりも短い平均粒長を有するシリ
コンゲルマニウム膜
【請求項３５】基板処理システムであって、真空チャンバを形成するハウジングと、前記ハウジング内に配置され、基板処理中に基板を保持する基板ホルダと、前記基板にわたって層を堆積させるために、前記チャンバ内にプロセスガスを
導入するためのガス搬送システムと、前記ガス搬送システムを制御するためのコントローラと、前記化学気相堆積リアクタシステムの動作を指示するために、コンピュータ読
取り可能なプログラムを組み込んだコンピュータ読取り可能な媒体を備える前記
コントローラに結合されたメモリとを備え、前記コンピュータ読取り可能なプロ
グラムが、前記基板ホルダ上に配置された基板にわたってシリコンゲルマニウムアロイを
堆積するために、シリコン源及びゲルマンを含む堆積ガスを前記真空チャンバ内
に導入するように前記ガス搬送システムを制御するための命令を備え、前記命令
により、前記ゲルマンが第１の速度で前記チャンバ内に導入され、前記シリコン
源が第２の速度で導入され、前記堆積中にあるゲルマンガスが、前記チャンバ内
に供給されたシリコン源ガスの量の３％以下の量になるように、第１の速度と第
２の速度が選択される基板処理システム。