JP2014175337A - 選択エピタキシャル成長法および成膜装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の処理圧力下で原料ガスを供給し、エピタキシャル成長領域上にエピタキシャル層を成長させる工程(ステップ4)と、ステップ4において成長抑制膜上に原料ガスの供給に起因して堆積した堆積物を除去する工程(ステップ5)と、第1の処理圧力よりも高い第2の処理圧力下で原料ガスを供給し、エピタキシャル成長領域上に成長したエピタキシャル層上に、新たなエピタキシャル層を成長させる工程(ステップ6)と、ステップ6において成長抑制膜上に原料ガスの供給に起因して堆積した堆積物を除去する工程(ステップ7)と、を含み、ステップ6、およびステップ7を、エピタキシャル層が設計された膜厚に達するまで繰り返す。
【選択図】図1
Description
〔選択エピタキシャル成長法〕
図1は、この発明の第1の実施形態に係る選択エピタキシャル成長法のシーケンスの一例を示す流れ図、図2A〜図2Lはシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図である。
まず、図1中のステップ1に示すように、選択エピタキシャル成長の種結晶となる単結晶基体を含み、成長抑制膜によってエピタキシャル成長領域が区画された被処理体を準備する。
次に、選択エピタキシャル成長を開始する前に、選択エピタキシャル成長のための前処理を行う。この前処理は必要に応じて行われればよい。
前処理が終了したら、選択エピタキシャル成長工程に入る。
モノシラン流量: 40sccm
処 理 時 間: 60min
処 理 温 度: 550℃
第1の処理圧力: 0.03325Pa(2.5×10−4Torr:本明細書では1Torrを133Paとする)
である。
図2Dには成長初期の段階が示されているが、単結晶シリコン基体1上には厚さt1のシリコンエピタキシャル層5が成長しているが、層間絶縁膜2上には堆積物、例えば、シリコンの堆積は生じていない。
塩素ガス流量 : 80sccm
水素ガス流量 : 1000sccm
処 理 時 間: 20min
処 理 温 度: 550℃
処 理 圧 力: 0.03325Pa(2.5×10−4Torr)
である。
図3Aに示すように、第1の実施形態においては、図2Cを参照して説明したように、ホールパターン3の底に露呈した単結晶シリコン基体1中に入ったダメージや結晶欠陥8を除去するために、単結晶シリコン基体1をリセスする。しかしながら、ダメージや結晶欠陥8は、完全に除去されているとは限らない。半導体集積回路装置の内部に、数千から数万のホールパターンが存在するが、どこか一箇所だけでもダメージや結晶欠陥8が残っている可能性もある。
モノシラン流量: 90sccm
処 理 時 間: 10min
処 理 温 度: 550℃
第1の処理圧力: 0.0665Pa(5×10−4Torr)
である。
塩素ガス流量 : 80sccm
水素ガス流量 : 1000sccm
処 理 時 間: 1min
処 理 温 度: 550℃
処 理 圧 力: 0.0665Pa(5×10−4Torr)
である。
図4(C)に示すように、第1の実施形態においては、ステップ6におけるシリコンエピタキシャル層の成長時間TGAと、ステップ7における堆積物の除去時間TEBとの比TGA/TEBは10/1としている。また、ステップ4におけるエピタキシャル層の成長時間TGCと、ステップ5における堆積物の除去時間TEDとの比TGC/TEDとの関係は、60/20=3/1としている。
図7は、シリコン原料ガスおよびエッチングガスを1サイクル当たりに流す時間と、成長レートとの関係を示す図である。
<条件>
シリコン原料ガス: 5min(1サイクル当たり)
エッチングガス : 0.5min(1サイクル当たり)
評価例1のサイクル時間は5.5min(=5min+0.5min)である。評価例1では、ホールパターン内に約0.44nmのシリコンエピタキシャル層が選択的に成長した(以下、ホールパターン内に選択的に成長したシリコン膜の量を“せり上げ量”という)。よって、成長レートは約0.08nm/min(=0.44nm/5.5min)である。
<条件>
シリコン原料ガス: 10min(1サイクル当たり)
エッチングガス : 1min(1サイクル当たり)
評価例2のサイクル時間は11min(=10min+1min)である。評価例2では、せり上げ量は約1.8nmであった。よって、成長レートは約0.163nm/min(=1.8nm/11min)である。
<条件>
シリコン原料ガス: 15min(1サイクル当たり)
エッチングガス : 3min(1サイクル当たり)
評価例3のサイクル時間は18min(=15min+3min)である。評価例3では、せり上げ量は約3nmであった。よって、成長レートは約0.167nm/min(=3nm/18min)である。
<条件>
シリコン原料ガス: 30min(1サイクル当たり)
エッチングガス : 20min(1サイクル当たり)
評価例4のサイクル時間は50min(=30min+20min)である。評価例4では、せり上げ量は約0.5nmであった。よって、成長レートは約0.01nm/min(=0.5nm/50min)である。
上記第1の実施形態においては、シリコンエピタキシャル層5の厚さを、ステップ5の後において得られるシリコンエピタキシャル層5の表面から、エピタキシャル成長領域に存在する結晶欠陥を引きずって前記エピタキシャル層内に成長してくる結晶欠陥を、消失させる厚さに設定した。
図9(A)はホールパターンの例を示す斜視図、図9(B)は図9(A)中の9B−9B線に沿う断面を示した斜視図である。
上記第1、第2の実施形態は、図10(A)および(B)に示すように、層間絶縁膜2にはラインアンドスペースパターンが形成されている。層間絶縁膜2は、単結晶シリコン基体1上にエピタキシャル成長領域をラインアンドスペースパターン状に区画する。ラインアンドスペースパターンのうち、スペースパターン20は、その短軸方向に沿った断面が、ホールパターン3と一致する。このため、上記第1、第2の実施形態は、ラインアンドスペースパターンのうち、スペースパターン20の内部に、シリコンエピタキシャル層5、10の選択的なエピタキシャル成長させる場合にも適用することが可能である。
図11(A)〜図11(D)は、ホールパターン又はスペースパターンの断面を示す斜視図である。
次に、この発明の第1、第2の実施形態に係る選択エピタキシャル成長法を実施することが可能な成膜装置の例を、この発明の第3の実施形態として説明する。
図12はこの発明の第3の実施形態に係る成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。
その他、この発明はその要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。
Claims (15)
- 単結晶基体上に、成長抑制膜によってエピタキシャル成長領域を区画し、前記エピタキシャル成長領域上に、エピタキシャル層を選択的に成長させる選択エピタキシャル成長法であって、
(1) 前記成長抑制膜によって前記エピタキシャル成長領域が区画された前記単結晶基体を含む被処理体を準備する工程と、
(2) 前記被処理体上の前記エピタキシャル成長領域上に、設計された膜厚に達するまでエピタキシャル層を選択的に成長させる工程とを含み、
前記(2)工程が、
(3) 第1の処理圧力下で、前記被処理体上に、前記単結晶基体を構成する元素と同じ元素を含む原料ガスを供給し、前記エピタキシャル成長領域上にエピタキシャル層を成長させる工程と、
(4) 前記(3)工程において、前記成長抑制膜上に、前記原料ガスの供給に起因して堆積した堆積物を除去する工程と、
(5) 前記第1の処理圧力よりも高い第2の処理圧力下で、前記被処理体上に前記原料ガスを供給し、前記エピタキシャル成長領域上に成長したエピタキシャル層上に、新たなエピタキシャル層を成長させる工程と、
(6) 前記(5)工程において、前記成長抑制膜上に、前記原料ガスの供給に起因して堆積した堆積物を除去する工程と、を含み、
前記(5)工程、および前記(6)工程を、前記設計された膜厚に達するまで繰り返すことを特徴とする選択エピタキシャル成長法。 - 前記(4)工程後に残存する前記エピタキシャル層の厚さを、
前記エピタキシャル成長領域に存在する結晶欠陥を引きずって前記エピタキシャル層内に成長してくる結晶欠陥を、前記(4)工程後において得られる前記エピタキシャル層の表面から消失させる厚さに設定することを特徴とする請求項1に記載の選択エピタキシャル成長法。 - 前記(4)工程後に残存する前記エピタキシャル層の厚さが、
前記エピタキシャル成長領域に存在する結晶欠陥を引きずって前記エピタキシャル層内に成長してくる結晶欠陥が、前記(4)工程後において得られる前記エピタキシャル層の表面から消失される厚さとなるまで、前記(3)工程、および前記(4)工程を繰り返すことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の選択エピタキシャル成長法。 - 前記(5)工程におけるエピタキシャル層の成長時間は、
前記(3)工程におけるエピタキシャル層の成長時間よりも短く設定されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の選択エピタキシャル成長法。 - 前記(4)工程における前記堆積物の除去時間、および前記(6)工程における前記堆積物の除去時間はそれぞれ、前記成長抑制膜上に堆積した前記堆積物が除去される時間に設定され、
前記(3)工程において成長された前記エピタキシャル層、および前記(5)工程において成長された前記エピタキシャル層を、前記(4)工程後、および前記(6)工程後においてそれぞれ残存させることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の選択エピタキシャル成長法。 - 前記(3)工程におけるエピタキシャル層の成長条件、および前記(4)工程における前記堆積物の除去条件が、前記(4)工程後における前記エピタキシャル層の成長レートが、飽和成長レート領域の範囲内に収まるように設定され、
前記(5)工程におけるエピタキシャル層の成長条件、および前記(6)工程における前記堆積物の除去条件が、前記(6)工程後における前記エピタキシャル層の成長レートが、飽和成長レート領域の範囲内に収まるように設定されることを特徴とする請求項5に記載の選択エピタキシャル成長法。 - 前記飽和成長レート領域は、前記エピタキシャル層の成長レートが最大となるピーク成長レートを含み、
前記(3)工程におけるエピタキシャル層の成長条件および前記(4)工程における前記堆積物の除去条件、並びに前記(5)工程におけるエピタキシャル層の成長条件および前記(6)工程における前記堆積物の除去条件がそれぞれ、
前記ピーク成長レートからみて、前記エピタキシャル層の成長時間、および前記堆積物の除去時間が短くなる条件が選択されることを特徴とする請求項6に記載の選択エピタキシャル成長法。 - 前記(5)工程におけるエピタキシャル層の成長時間TGAと前記(6)工程における前記堆積物の除去時間TEBとの比TGA/TEBと、
前記(3)工程におけるエピタキシャル層の成長時間TGCと前記(4)工程における前記堆積物の除去時間TEDとの比TGC/TEDとの関係を、
TGA/TEB > TGC/TED
に設定することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の選択エピタキシャル成長法。 - 前記(5)工程における前記エピタキシャル層の成長レートを、前記(3)工程における前記エピタキシャル層の成長レートよりも高くなるように、前記エピタキシャル層の成長条件を設定することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の選択エピタキシャル成長法。
- 前記成長抑制膜は、前記単結晶基体上に前記エピタキシャル成長領域を、ホールパターン、又はラインアンドスペースパターン状に区画し、
前記ホールパターンのアスペクト比、又は前記ラインアンドスペースパターンのうちの前記スペースパターンの短軸方向に沿ったアスペクト比が、1以上10以下に設定されていることを特徴とする請求項1から請求項9に記載の選択エピタキシャル成長法。 - 前記アスペクト比が4以上10以下に設定されていることを特徴とする請求項10に記載の選択エピタキシャル成長法。
- 前記単結晶基体はシリコンであり、前記エピタキシャル層はシリコンであることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の選択エピタキシャル成長法。
- 前記(2)工程の前に、
(7) 前記エピタキシャル成長領域をリセスするリセス処理工程
を具備することを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の選択エピタキシャル成長法。 - 被処理体を収容し、収容した前記被処理体上のエピタキシャル成長領域上にエピタキシャル層を選択的に成長させる処理室と、
前記処理室に、前記エピタキシャル層の原料ガスと、前記原料ガスに起因して前記エピタキシャル成長領域を区画する成長抑制膜上に堆積した堆積物を除去するエッチングガスとを供給する処理ガス供給機構と、
前記処理室内を排気する排気機構と、
前記ガス供給機構、および前記排気機構を制御する制御装置とを具備し、
前記制御装置は、請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の選択エピタキシャル成長法が実行されるように、前記ガス供給機構、および前記排気機構を制御することを特徴とする成膜装置。 - 前記(2)工程の前に、
(7) 前記エピタキシャル成長領域をリセスするリセス処理工程を実行するとき、前記エピタキシャル成長領域のリセスに、前記エッチングガスを使用することを特徴とする請求項14に記載の成膜装置。
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