JP2009004604A - 半導体装置の製造方法、半導体装置および半導体層の形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】リセスド・ソース・ドレイン型pMOSFETを形成する際、STIを形成したSi基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し(ステップS1)、サイドウォールを形成した後(ステップS2)、その両側のSi基板に部分的にリセスを形成する(ステップS3)。そして、そのSi基板のリセス内に、下層部の方が上層部よりも、サイドウォールやSTIに対する成長選択性が低くなるような条件を用いて、下層部と上層部をエピタキシャル成長させ、SiGe層を形成する(ステップS4,S5)。これにより、Si基板のリセス内に、サイドウォール等に対する成長選択性を確保しつつ、モフォロジの劣化が抑えられたSiGe層を形成することが可能になる。
【選択図】図1
Description
また、本発明では、選択成長された半導体層を得ることのできる半導体層の形成方法を提供することを目的とする。
まず、pMOSFETを例に説明する。
図1はpMOSFETの形成フローの一例を示す図である。また、図2〜図6はpMOSFETの各形成工程の説明図であって、図2はゲート電極形成工程の要部断面模式図、図3はサイドウォール形成工程の要部断面模式図、図4はリセス形成工程の要部断面模式図、図5はソース・ドレイン領域の第1形成工程の要部断面模式図、図6はソース・ドレイン領域の第2形成工程の要部断面模式図である。以下、図1および図2〜図6の流れに従って説明する。
リセス6の形成後は、CVD法を用い、そのリセス6内に、ソース・ドレイン領域として機能させる半導体層、ここでは、Si基板1と格子定数が異なるSiGe層をエピタキシャル成長させる(ステップS4,S5)。
またここでは一例として、Si原料にSiH4、Ge原料にGeH4、ハロゲン系ガスにHCl、p型不純物の原料ガスとしてB2H6を用い、またキャリアガスとしてH2を用いて、減圧CVD法によりシリコンゲルマニウム層を形成した場合について後述する。
図7はSiGe層成長時のHClガス添加量のシーケンス例を示す図である。
図8はSiGe層成長後のゲート電極近傍の表面像であって、(A)はSiGe層成長にシーケンスaを用いた場合、(B)はSiGe層成長にシーケンスbを用いた場合、(C)はSiGe層成長にシーケンスcを用いた場合、(D)はSiGe層成長にシーケンスdを用いた場合である。また、図9はSiGe層成長後のSTIの表面像であって、(A)はSiGe層成長にシーケンスaを用いた場合、(B)はSiGe層成長にシーケンスbを用いた場合、(C)はSiGe層成長にシーケンスcを用いた場合、(D)はSiGe層成長にシーケンスdを用いた場合である。
通常、SiGe層の成長前には、Si基板1を清浄化して表面のSi原子を水素で終端させるために、フッ化水素(HF)を用いた洗浄が行われるが、その洗浄後も汚れ等が除去されきらずに部分的に残る場合がある。また、洗浄後、SiGe層成長前に、そのSi基板1が大気に曝されると、その時間が長くなるほど、汚れ等が付着する可能性は高くなる。また、Si基板1には、潜在的にあるいはpMOSFET製造過程で生じた結晶欠陥が存在する場合がある。
図10において、SiGe層は、Si,Ge,p型不純物の各原料ガス、HClガスおよびキャリアガスを含んだ混合ガス中の各原料ガスの分圧、および混合ガスの全圧を一定とし、HClガス添加量(分圧)を変化させて、Si基板上に成長させている。各条件で成長させたSiGe層の厚さは同じにしている。図10より、SiGe層成長時のHCl添加量が低くなるほど、成長されたSiGe層の抵抗値が低くなる傾向がある。すなわち、p型不純物の原料ガスの添加量が一定の条件では、HCl添加量が低くなるほど、p型不純物濃度が高くなっているということができる。
図11はSiGe層成長時のHClガス添加量およびB2H6ガス添加量のシーケンス例を示す図である。
図12〜図14はSiGe層成長時のHClガス添加量およびB2H6ガス添加量のシーケンスの別の例を示す図である。
図15はSiGe層の成長温度のシーケンス例を示す図である。
したがって、この図15に示したように、成長温度を高くし、成長選択性の低い条件で下層部7aを成長させることにより、下層部7aのモフォロジ劣化を抑えることができる。さらに、そのような下層部7a上に、今度は成長温度を低くし、成長選択性の高い条件で上層部7bを成長させることにより、モフォロジ劣化を抑えたSiGe層を得ることが可能になると共に、サイドウォール5等へのSiGe粒子の形成を抑えることが可能になる。
前記ゲート電極側壁に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層両側の前記第1の半導体層にリセスを形成する工程と、
前記リセス内に、下層部成長時の前記絶縁層に対する成長選択性が上層部成長時の前記絶縁層に対する成長選択性よりも低い条件で前記下層部および前記上層部を成長させて、前記下層部および前記上層部を有する第2の半導体層を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記第2の半導体層の原料ガスにハロゲン系ガスを添加し、前記下層部成長時の前記ハロゲン系ガスの添加量が、前記上層部成長時の前記ハロゲン系ガスの添加量よりも低い条件で、前記下層部および前記上層部を成長させることを特徴とする付記1記載の半導体装置の製造方法。
(付記8) 前記第2の半導体層を形成する工程においては、
前記上層部成長時の温度が、前記下層部成長時の温度よりも低い条件で、前記下層部および前記上層部を成長させることを特徴とする付記1記載の半導体装置の製造方法。
(付記10) 前記第1の半導体層は、Si層であり、前記第2の半導体層は、SiGe層またはSiC層であることを特徴とする付記1記載の半導体装置の製造方法。
前記ゲート電極側壁に形成された絶縁層と、
前記絶縁層両側に、前記ゲート電極下の前記第1の半導体層を挟むように形成され、下層部に含まれるハロゲン元素濃度が、上層部に含まれるハロゲン元素濃度よりも低い第2の半導体層と、
を有することを特徴とする半導体装置。
(付記13) 前記ハロゲン元素はClであることを特徴とする付記11記載の半導体装置。
(付記15) 絶縁層と共に露出する第1の半導体層上に、下層部成長時の前記絶縁層に対する成長選択性が上層部成長時の前記絶縁層に対する成長選択性よりも低い条件で前記下層部および前記上層部を成長させて、前記下層部および前記上層部を有する第2の半導体層を形成することを特徴とする半導体層の形成方法。
2 STI
3 ゲート絶縁膜
4 ゲート電極
5,5a,5b サイドウォール
6 リセス
7a 下層部
7b 上層部
10 SiGe粒子
11 モフォロジ劣化箇所
Claims (10)
- 第1の半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極側壁に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層両側の前記第1の半導体層にリセスを形成する工程と、
前記リセス内に、下層部成長時の前記絶縁層に対する成長選択性が上層部成長時の前記絶縁層に対する成長選択性よりも低い条件で前記下層部および前記上層部を成長させて、前記下層部および前記上層部を有する第2の半導体層を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第2の半導体層を形成する工程においては、
前記第2の半導体層の原料ガスにハロゲン系ガスを添加し、前記下層部成長時の前記ハロゲン系ガスの添加量が、前記上層部成長時の前記ハロゲン系ガスの添加量よりも低い条件で、前記下層部および前記上層部を成長させることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2の半導体層の原料ガスに前記ハロゲン系ガスと共に導電型不純物の原料ガスを添加し、前記下層部成長時の前記導電型不純物の原料ガスの添加量が、前記上層部成長時の前記導電型不純物の原料ガスの添加量よりも低い条件で、前記下層部および前記上層部を成長させることを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。
- 前記下層部成長時には、前記第2の半導体層の原料ガスに前記ハロゲン系ガスを添加し、前記上層部成長時には、前記第2の半導体層の原料ガスに前記ハロゲン系ガスと共に導電型不純物の原料ガスを添加することを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の半導体層はシリコンであり、前記第2の半導体層中の少なくとも前記上層部がシリコンゲルマニウムであり、かつ前記シリコンゲルマニウム層内にp型不純物が含まれることを特徴する請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の半導体層を形成する工程においては、
前記上層部成長時の温度が、前記下層部成長時の温度よりも低い条件で、前記下層部および前記上層部を成長させることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 第1の半導体層上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極側壁に形成された絶縁層と、
前記絶縁層両側に、前記ゲート電極下の前記第1の半導体層を挟むように形成され、下層部に含まれるハロゲン元素濃度が上層部に含まれるハロゲン元素濃度よりも低い第2の半導体層と、
を有することを特徴とする半導体装置。 - 絶縁層と共に露出する第1の半導体層上に、下層部成長時の前記絶縁層に対する成長選択性が上層部成長時の前記絶縁層に対する成長選択性よりも低い条件で前記下層部および前記上層部を成長させて、前記下層部および前記上層部を有する第2の半導体層を形成することを特徴とする半導体層の形成方法。
- 前記第2の半導体層を形成する際には、前記第2の半導体層の原料ガスにハロゲン系ガスを添加し、前記下層部成長時の前記ハロゲン系ガスの添加量が、前記上層部成長時の前記ハロゲン系ガスの添加量よりも低い条件で、前記下層部および前記上層部を成長させることを特徴とする請求項8記載の半導体層の形成方法。
- 前記第2の半導体層を形成する際には、前記上層部成長時の温度が、前記下層部成長時の温度よりも低い条件で、前記下層部および前記上層部を成長させることを特徴とする請求項8記載の半導体層の形成方法。
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