JP2014175337A - 選択エピタキシャル成長法および成膜装置 - Google Patents

選択エピタキシャル成長法および成膜装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 エピタキシャル層の結晶性やエピタキシャル層の表面の平坦性を悪化させることなく、処理時間の増大を抑制することが可能な選択エピタキシャル成長法を提供すること。
【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

この発明は、選択エピタキシャル成長法および成膜装置に関する。
単結晶基体、例えば、シリコン単結晶基体上に、シリコン酸化物膜などの成長抑制膜によってエピタキシャル成長領域を区画し、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(以下、SEGという)が知られている。典型的なSEGの手法は、例えば、特許文献1に記載されている。
特許文献1にも記載されているように、SEGにおいては、例えば、シリコン原料ガスの供給と、エッチングガスの供給とを交互に繰り返す。つまり、シリコンのエピタキシャル成長と、成長抑制膜、例えば、シリコン酸化物膜からなる層間絶縁膜上に堆積した余分なシリコンのエッチングとを繰り返しながら、エピタキシャル成長領域上に、シリコンエピタキシャル層を選択的に成長させていく。
特開2007−42671号公報
SEGは、半導体集積回路装置の製造プロセスでは、例えば、MOSFETのソース・ドレイン領域上に選択的にシリコンを成長させる、いわゆるエレベーテッドソース/ドレイン構造のように、比較的広くて浅い領域(アスペクト比が“1”未満)に適用されてきた。ところが、近時、比較的狭くて深い領域(アスペクト比が“1”以上)、例えば、ホールパターンや、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の埋め込みにも、SEGを適用することが検討されている。
半導体集積回路装置の高集積化は、今なお進展し続けている。このため、ホールパターンやスペースパターンにおいては、平面方向の寸法はさらに狭まり、かつ、深さ方向の寸法はより深くなっていく傾向にある。いわゆる、ホールパターンやスペースパターンの高アスペクト比化である。
このような高アスペクト比化が進んだホールパターンやスペースパターンを、SEGを用いて埋め込む際には、長い処理時間が必要となってくる。シリコンのエピタキシャル成長と、余分なシリコンのエッチングとを繰り返す回数を増やさなければならないためである。このため、半導体集積回路装置の製造時のスループットの悪化が避けられない状況となっている。
スループットの悪化を解決する手段として、シリコンがエピタキシャル成長する際の成長レートを上げることが考えられる。成長レートを上げれば、高アスペクト比化が進んだホールパターンやスペースパターンの埋め込みであっても、処理時間の増大を抑制することが可能となる。
しかしながら、エピタキシャル成長時の処理圧力等の処理条件を、成長レートが上がるように変更すると、成長したシリコンエピタキシャル層の結晶性や、その表面の平坦性が悪化する、という現象が確認された。
この発明は、エピタキシャル層の結晶性やエピタキシャル層の表面の平坦性を悪化させることなく、処理時間の増大を抑制することが可能な選択エピタキシャル成長法、およびその選択エピタキシャル成長法を実行することが可能な成膜装置を提供する。
この発明の第1の態様に係る選択エピタキシャル成長法は、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。
この発明の第2の態様に係る成膜装置は、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、上記第1の態様に係る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。
この発明によれば、エピタキシャル層の平坦性や、エピタキシャル層の結晶性を悪化させることなく、処理時間の増大を抑制することが可能な選択エピタキシャル成長法、およびその選択エピタキシャル成長法を実行することが可能な成膜装置を提供できる。
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 シーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図 シーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図 シーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図 シーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図 シーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図 シーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図 シーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図 シーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図 シーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図 シーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図 シーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図 シーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図 エピタキシャル成長領域近傍を拡大して示した断面図 エピタキシャル成長領域近傍を拡大して示した断面図 エピタキシャル成長領域近傍を拡大して示した断面図 エピタキシャル成長領域近傍を拡大して示した断面図 エピタキシャル成長領域近傍を拡大して示した断面図 (A)図は第1の参考例に従った処理時間と成長するエピタキシャル層の厚さとの関係を示すタイムチャート、(B)図は第2の参考例に従った処理時間と成長するエピタキシャル層の厚さとの関係を示すタイムチャート、(C)図は第1の実施形態に従った処理時間と成長するエピタキシャル層の厚さとの関係を示すタイムチャート (A)図および(B)図は第1の参考例の結果を示す図面代用写真 (A)図および(B)図は第1の実施形態の結果を示す図面代用写真 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 この発明の第2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 (A)図はホールパターンの例を示す斜視図、(B)図は(A)図中の9B−9B線に沿う断面を示した斜視図 (A)図はラインアンドスペースパターンの例を示す斜視図、(B)図は(A)図中の10B−10B線に沿う断面を示した斜視図 (A)図〜(D)図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 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
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。
(第1の実施形態)
〔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。
<被処理体準備>
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。
本例では、被処理体の一例として、図2Aに示すように、上記単結晶基体として単結晶シリコン基体(シリコンウエハ)1を選び、単結晶シリコン基体1上に成長抑制膜として層間絶縁膜2を形成したものを被処理体として準備した。層間絶縁膜2の材料は、例えば、シリコン酸化物膜やシリコン窒化物膜などである。層間絶縁膜2には単結晶シリコン基体1に達するホールパターン3が形成されている。ホールパターン3は、実際の半導体集積回路装置においては、例えば、コンタクトホールなどとして機能する開孔である。ホールパターン3が形成された層間絶縁膜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区画する。即ち、本例では、ホールパターン3の底に露呈する単結晶シリコン基体1の部分がエピタキシャル成長領域となる。
<選択エピタキシャル成長前処理>
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。
図2Aに示すように、例えば、エッチング装置を用いて層間絶縁膜2にホールパターン3を形成した後、単結晶シリコン基体1はエッチング装置から搬出される。搬出された単結晶シリコン基体1が大気雰囲気など、酸素を含む雰囲気に曝されると、ホールパターン3の底に露呈する単結晶シリコン基体1の表面、即ちエピタキシャル成長領域上には自然酸化膜4が成長する。
前処理においては、まず、第1段階として、図1中のステップ2に示すように、エピタキシャル成長領域上から自然酸化膜4を除去する。これにより、図2Bに示すように、エピタキシャル成長領域には、単結晶シリコン基体1が露出される。自然酸化膜4の除去方法としては、ドライ処理、ウェット処理の双方があり、前者の一例としては化学的酸化物除去(COR:Chemical Oxide Removal)処理を挙げることができ、後者の一例としては希フッ酸(DHF:Dilute HydroFluoric acid)処理を挙げることができる。
次に、第2段階として、図1中のステップ3に示すように、エピタキシャル成長領域をリセスする。これにより、図2Cに示すように、エピタキシャル成長領域に対応した単結晶シリコン基体1の部分が浅くリセスされ、例えば、ホールパターン3の形成時に、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(結晶欠陥)が除去される。
<選択エピタキシャル成長工程>
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。
選択エピタキシャル成長工程では、まず、図1中のステップ4に示すように、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、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。本例では単結晶シリコン基体1を構成するシリコンと同じシリコンを含むシリコン原料ガスを、単結晶シリコン基体1を収容した成膜装置の処理室内に供給し、処理室内において、図2D〜図2Fに示すように、エピタキシャル成長領域上にシリコンエピタキシャル層5を成長させる。シリコン原料ガスの一例は、モノシラン(SiH)ガスである。
ステップ4におけるエピタキシャル成長条件は、単結晶シリコン基体1上にシリコンエピタキシャル層5が成長しだす時間よりも、層間絶縁膜2上へのシリコンの堆積が始まる時間(遅れ時間)が大きく遅れだすような条件とする。このような条件の一例としては、処理圧力を低く抑えることが挙げられる。本例では、ステップ4における処理圧力は第1の処理圧力とする。第1の処理圧力および具体的な処理条件の一例としては、
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。
上記条件では、シリコンエピタキシャル層5が成長する成長レートは、上記第1の処理圧力を超える値とした場合に比較して遅くなる。しかし、層間絶縁膜2上へのシリコンの堆積が始まる時間については、大きく遅れさせることができる。
図2D〜図2Fにはシリコンエピタキシャル層5の成長過程が示されている。
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。
続く図2Eには成長中期の段階が示されている。成長中期においては、シリコンエピタキシャル層5は、厚さt1よりも厚い、厚さt2に成長している。例えば、厚さt2に成長した段階で、層間絶縁膜2上には堆積物の核、例えは、シリコンの核6が発生しだす。
さらに、シリコンエピタキシャル層5の成長を続けていくと、図2Fに示すように、シリコンエピタキシャル層5は、厚さt2よりも厚い、厚さt3に成長する。これともに、層間絶縁膜2上に発生したシリコンの核6は、さらに大きくなるか、あるいは層状のシリコン膜7となるように堆積が始まる。
次に、図1中のステップ5に示すように、成長抑制膜上に堆積した堆積物を除去する。本例では層間絶縁膜2上に堆積した層状のシリコン膜7をエッチングするエッチングガスを処理室内に供給し、処理室内において、図2Gに示すように、層状のシリコン膜7をエッチングして除去する。エッチングガスの一例は、塩素(Cl)ガスである。塩素ガスは、例えば、キャリアガスとして水素(H)ガスを用い、水素ガスとともに処理室内に供給される。
ステップ5における具体的な処理条件の一例としては、
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。
これにより、層間絶縁膜2上に堆積した層状のシリコン膜7は除去される。これとともに、シリコンエピタキシャル層5は、層状のシリコン膜7と同種のシリコンからなることから、シリコンエピタキシャル層5の表面もエッチングされて後退し、厚さt3よりも薄い厚さt4まで減じられる。この観点から、シリコンエピタキシャル層5の成長時間は、ステップ4においてステップ5の後にも残存するような厚さとなるように設定され、また、ステップ5における除去時間は、層間絶縁膜2上に堆積した層状のシリコン膜7が除去されるであろう時間程度に設定される。これにより、ステップ5の後においても、シリコンエピタキシャル層5は残存する。
このように、第1の実施形態は、選択エピタキシャル成長法であるにも関わらず、最初に成長されるシリコンエピタキシャル層5は、例えば、層間絶縁膜2上に、例えば、大きなシリコンの核が発生するまで、あるいは図2Fに示すように層状のシリコン膜7の堆積が始まるまで、厚く成長させる。この理由は、次の通りである。
図3A〜図3Eは、エピタキシャル成長領域近傍を拡大して示した断面図である。
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。
このような単結晶シリコン基体1上にシリコンエピタキシャル層5を成長させると、エピタキシャル成長領域に存在する結晶欠陥8を引きずって、シリコンエピタキシャル層5の内部に結晶欠陥9が成長してくる。シリコンエピタキシャル層5の厚さが成長初期では、図3Bに示すように、シリコンエピタキシャル層5の内部に成長してきた結晶欠陥9は、その表面に達する。
しかし、さらにシリコンエピタキシャル層5の成長を続けていくと、図3Cに示すように、内部に成長してきた結晶欠陥9は徐々に消失していく。
さらにシリコンエピタキシャル層5の成長を続けていくと、図3Dに示すように、シリコンエピタキシャル層5の表面からは、結晶欠陥9が消失する。結晶欠陥9が消失してからも、その後のステップ5におけるシリコンエピタキシャル層5の後退量を考慮し、ステップ4においては、後退した後においても、図3Eに示すように、シリコンエピタキシャル層5が厚さt4残存し、かつ、後退したシリコンエピタキシャル層5の表面には結晶欠陥9が存在しないような厚さt3にシリコンエピタキシャル層5の厚さを設定する。
このように、第1の実施形態においては、最初に成長されるシリコンエピタキシャル層5の厚さを、エピタキシャル成長領域に存在する結晶欠陥8を引きずってシリコンエピタキシャル層5内に成長してくる結晶欠陥9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の表面から消失させる厚さに設定する。これにより、引き続き成長が繰り返されるシリコンエピタキシャル層については、その内部に結晶欠陥がほとんど存在しない、品質の高いシリコンエピタキシャル層が得られるようになる。
次に、図1中のステップ6に示すように、上記原料ガスを供給し、エピタキシャル成長領域上に新たなエピタキシャル層を成長させる。本例では、SiHガスを、単結晶シリコン基体1を収容した成膜装置の処理室内に供給し、処理室内において、図2Hに示すように、エピタキシャル成長領域上に新たなシリコンエピタキシャル層10を成長させる。
ステップ6におけるエピタキシャル成長条件は、ステップ4に比較して、層間絶縁膜2上へのシリコンの堆積が始まる時間(遅れ時間)が小さくなるような条件としてよい。このような条件の一例としては、処理圧力を、ステップ4における処理圧力よりも高くすることが挙げられる。本例では、ステップ6における処理圧力は、第1の処理圧力よりも高い第2の処理圧力とする。第2の処理圧力および具体的な処理条件の一例としては、
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。
上記条件では、層間絶縁膜2上へのシリコンの堆積が、ステップ4に比較して早まるものの、新たなシリコンエピタキシャル層10が成長する成長レートは、ステップ4におけるシリコンエピタキシャル層5が成長する成長レートに比較して速めることができる。
次に、図1中のステップ7に示すように、成長抑制膜上に堆積した堆積物を除去する。本例では層間絶縁膜2上に堆積した粒状のシリコン核11をエッチングするエッチングガスを処理室内に供給し、処理室内において、図2Iに示すように、粒状のシリコン各11をエッチングして除去する。エッチングガスの一例は、塩素(Cl)ガスである。ステップ5と同様に、塩素ガスは、例えば、キャリアガスとして水素(H)ガスを用い、水素ガスとともに処理室内に供給される。
ステップ7における具体的な処理条件の一例としては、
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。
これにより、層間絶縁膜2上に粒状のシリコン核11は除去される。これとともに、新たなシリコンエピタキシャル層10は、粒状のシリコン核11と同種のシリコンからなることから、新たなシリコンエピタキシャル層10の表面もエッチングされて後退する。この観点から、新たなシリコンエピタキシャル層10の成長時間は、ステップ6においてステップ7の後にも残存するような厚さとなるように設定され、また、ステップ7における除去時間は、粒状のシリコン核11が除去されるであろう時間程度に設定される。これにより、ステップ7の後においても、新たなシリコンエピタキシャル層10は残存する。
次に、図1中のステップ8に示すように、設計された膜厚に達したかを判断する。本例では、シリコンエピタキシャル層5と、新たなシリコンエピタキシャル層10との合計した膜厚が、設計された膜厚に達したかを判断する。
達していない(NO)と判断された場合には、ステップ6に戻り、新たなシリコンエピタキシャル層10の成長と、ステップ7における層間絶縁膜2上に堆積した堆積物の除去、本例では粒状のシリコン核11の除去とを行う(図2Jおよび図2K参照)。
また、達した(YES)と判断された場合には、第1の実施形態に係る選択エピタキシャル成長法に従った処理を終了する。
このように、ステップ6およびステップ7を、設計された膜厚に達するまで繰り返すことで、例えば、層間絶縁膜2に形成されたホールパターン3の内部には、図2Lに示すように、エピタキシャルシリコン層5および10が、選択的に成長する。
図4は処理時間と成長するシリコンエピタキシャル層の厚さとの関係を示すタイムチャートであり、(A)図は第1の参考例、(B)図は第2の参考例、(C)図は第1の実施形態を示している。なお、図4(A)〜(C)には、エピタキシャル成長領域上に成長したシリコンエピタキシャル層の厚さと、成長抑制膜(層間絶縁膜2)上に堆積した堆積物(シリコン膜あるいはシリコン核)の厚さとが示されている。また、成長抑制膜(層間絶縁膜2)上へのシリコンの堆積が始まる時間(遅れ時間)についても図示している。
図4(A)に示す第1の参考例は成長レートを重視した参考例であり、シリコンエピタキシャル層を成長させる処理条件は、第1の実施形態のステップ6、7の処理条件に従っており、これを繰り返す。
第1の参考例においては、シリコンエピタキシャル層の、単位処理時間当たりに成長する厚さtepiは最も厚くなる。したがって、処理時間の増大の抑制と、スループットの向上には最も良い効果が得られる例である。しかしながら、第1の参考例においては、成長したシリコンエピタキシャル層の結晶性や、その表面の平坦性が悪化する、という現象が確認された。図5(A)および図5(B)にその透過顕微鏡写真を示す。図5(A)には断面が、図5(B)は断面と平面とが示されている。
図5(A)および図5(B)にはホールパターンの内部に選択的に成長されたシリコンエピタキシャル層が示されているが、そのシリコンエピタキシャル層の高さにはバラツキが認められ、ホールパターンの上部までシリコンエピタキシャル層が成長しているものと、そうでないものとが生じている。これは、成長したシリコンエピタキシャル層の結晶性が悪化し、その結果、その表面の平坦性が悪化しているもの、と推測される。
第1の参考例を踏まえ、成長レートではなく、結晶性を重視した例が、図4(B)に示す第2の参考例である。シリコンエピタキシャル層を成長させる処理条件は、第1の実施形態のステップ4、5の処理条件に従っており、これを繰り返す。第2の参考例においては、シリコンエピタキシャル層の、単位処理時間当たりに成長する厚さtepiは最も薄くなる。このため、処理時間の増大の抑制と、スループットの向上には、ほとんど貢献しないといってよい。しかしながら、第2の参考例においては、成長したシリコンエピタキシャル層の結晶性が良く、その表面の平坦性は悪化しなかった。
上記第1の参考例、および第2の参考例により得た知見からなされたものが、図4(C)に示す第1の実施形態である。第1の実施形態においては、シリコンエピタキシャル層の、単位処理時間当たりに成長する厚さtepiは、第1の参考例には及ばないものの、第2の参考例に比較すれば格段に厚くなる。しかも、成長したシリコンエピタキシャル層の結晶性は第2の参考例と同様に良好なものであり、その表面の平坦性も悪化が認められなかった。図6(A)および図6(B)にその透過顕微鏡写真を示す。図6(A)には断面が、図6(B)は断面と平面とが示されている。
図6(A)および図6(B)に示すように、ホールパターンの内部に選択的に成長されたシリコンエピタキシャル層の高さには、ほとんどバラツキが認められず、全てのホールパターンの上部までシリコンエピタキシャル層が成長している。これは、成長したシリコンエピタキシャル層の結晶性の悪化が抑制され、その結果、その表面の平坦性が良好になったもの、と推測される。
したがって、第1の実施形態に係る選択エピタキシャル成長法によれば、エピタキシャル層の平坦性や、エピタキシャル層の結晶性を悪化させることなく、処理時間の増大を抑制することが可能な選択エピタキシャル成長法を得ることができる。
〔成長時間と除去時間との関係〕
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TAと、ステップ7における堆積物の除去時間TBとの比TA/TB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TCと、ステップ5における堆積物の除去時間TDとの比TC/TDとの関係は、60/20=3/1としている。
このように成長時間と除去時間との比率を、“TA/TB > TC/TD”とすることにより、ステップをより多く繰り返すステップ6、7においては、ステップ4、5に比較して、除去時間をより少なく、かつ、堆積時間をより多く確保することができる。このため、ステップ7において除去されるシリコンエピタキシャル層の量が減り、より多くのシリコンエピタキシャル層を残存させることができる、という利点を得ることができる。ステップ7後において、より多くのシリコンエピタキシャル層を残存することで、ステップ6、7一回当たりのシリコンエピタキシャル層の成長レートを高めることができる。このため、第1の実施形態に係る選択エピタキシャル成長法を、半導体集積回路装置の製造方法に適用した場合には、半導体集積回路装置の生産性が高まる、という利点を得ることができる。
〔成長レートの飽和について〕
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。
本例の評価に際しては、処理温度を550℃、処理圧力を0.0665Pa、シリコン原料ガスの流量をモノシラン(SiH)ガスで90sccm、エッチングガスの流量を塩素(Cl)ガスで80sccm(これにキャリアガスとして水素(H)ガスを1000sccm流す)として、シリコン原料ガスおよびエッチングガスを流す時間を変化させた。
(評価例1)
<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。
(評価例2)
<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。
(評価例3)
<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。
(評価例4)
<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。
シリコン原料ガスを流す時間を増やせばシリコンエピタキシャル層はホールパターン内に厚く成長する。しかし、それに伴って層間絶縁膜(成長抑制膜)上にも成膜が進む。ホールパターン内への選択エピタキシャル成長を実現するには、層間絶縁膜上に堆積したシリコンをエッチングしなければならない。
シリコン原料ガスを流す時間が増えれば、当然層間絶縁膜上にはシリコンが厚く堆積される。このため、シリコン原料ガスを流す時間を増やせば、エッチングガスを流す時間も増やさなければならない。エッチングガスを流す時間を増やすと、ホールパターン内に成長したシリコンエピタキシャル層は大きくエッチングされる。このため、エッチング後に、ホールパターン内に残るシリコンエピタキシャル層の厚さは、ある段階を挟んで増加から減少に転ずる。即ち、シリコンがホールパターン内に選択的にエピタキシャル成長する際の成長レートは、ある段階で飽和する。これを示したのが評価例1〜4である。
評価例1〜4においては、シリコンがホールパターン内に選択的にエピタキシャル成長する際の成長レートは、約0.16〜0.17nm/minで飽和している。評価例1〜4に示されているように、実際の選択エピタキシャル成長は、成長レートが飽和する付近の条件にて行うことが好ましい。
なお、図7に示す例においては、ステップ6、7における成長レートの関係を示しているが、同様の傾向は、ステップ4、5においても存在することは言うまでもない。図7に示す例において、成長レートが飽和する付近の条件を述べるとするならば、シリコン原料ガスを流す時間は1サイクル当たり10〜20min、エッチングガスを流す時間は1サイクル当たり1〜7minである(図中の範囲I)。
また、図7に示す結果においては、成長レートはシリコン原料ガスを流す時間が1サイクルあたり15min付近で飽和していることが見てとれる。本明細書では、これをピーク飽和レートとう。処理時間の短縮を図るためには、“シリコンエピタキシャル層の成長”および“堆積物のエッチング”を、より短いサイクルで終了させる方がよい。
この観点から、さらに好ましい条件としては、シリコン原料ガスを流す時間は1サイクル当たり10〜15min、エッチングガスを流す時間は1サイクル当たり1〜3minである(図中の範囲II)。つまり、ピーク成長レートからみて、シリコンエピタキシャル層の成長時間、および堆積物の除去時間が短くなる条件が選択されることが好ましい。本例においては、“シリコンエピタキシャル層の成長”および“堆積物のエッチング”のサイクルは、最短11min以上最長18min以下で終了させることができる。
(第2の実施形態)
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。
しかしながら、シリコンエピタキシャル層5の成長は、ステップ4とステップ5の1サイクルのみで終了させずに、ステップ4とステップ5を、数回、例えば、2〜3回繰り返すことも可能である。第2の実施形態は、ステップ4、5を複数回繰り返して、シリコンエピタキシャル層5を成長させる例である。
図8は、この発明の第2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である。なお、図8においては、図1に示した流れ図のステップ3と、ステップ6との間に挿入されるステップ4、5、9のみを示している。
第2の実施形態においては、図8中のステップ9に示すように、第1の実施形態において説明したステップ5を終了したら、結晶欠陥が表面から消失する膜厚に達したかを判断する。
達していない(NO)と判断された場合には、ステップ4に戻り、シリコンエピタキシャル層5の成長と、ステップ5における層間絶縁膜2上に堆積した堆積物の除去、本例では層状のシリコン膜7の除去とを行う。
また、達した(YES)と判断された場合には、第1の実施形態において説明したステップ6へと進む。
このように、ステップ4、5を複数回繰り返して、シリコンエピタキシャル層5を成長させることも可能である。この場合の、シリコンエピタキシャル層5の成長の終了の判断は、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内に存在する結晶欠陥8を引きずった結晶欠陥9が消失する膜厚に達したかを判断すればよい。
つまり、ステップ5の後に残存するシリコンエピタキシャル層5の厚さが、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、結晶欠陥8を引きずってシリコンエピタキシャル層5内に成長してくる結晶欠陥9が、消失される厚さとなるまで、ステップ4、5を繰り返せばよい。
このような第2の実施形態においても、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。また、第1の実施形態に比較して、シリコンエピタキシャル層5を2サイクル以上で成長させることにより、1サイクルでは消失しきれなかった結晶欠陥9があった場合でも、シリコンエピタキシャル層5の表面から消失させることが可能となる。このため、結晶性がよく、より高品質なシリコンエピタキシャル層を、ホールパターン内に選択的にエピタキシャル成長させることができる、という利点を、さらに得ることができる。
〔適用可能なパターンについて〕
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の実施形態においては、図9(A)および(B)に示すように、層間絶縁膜2に形成されたホールパターン3の内部に、シリコンエピタキシャル層5、10を選択的にエピタキシャル成長させる例を説明した。しかしながら、上記第1、第2の実施形態はホールパターン3に限って適用されるものではない。
図10(A)はラインアンドスペースパターンの例を示す斜視図、図10(B)は図10(A)中の10B−10B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。
〔パターンのアスペクト比について〕
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。
第1、第2の実施形態に係る選択エピタキシャル成長法は、ホールパターン又はスペースパターン内に、短い処理時間で厚いシリコンエピタキシャル層5、10を選択的に成長させることができる。このため、第1、第2の実施形態に係る選択エピタキシャル成長法は、埋め込みに相応の時間が必要となる、高アスペクト比のホールパターン又はスペースパターンの埋め込みに、特に有効である。高アスペクト比とは、本明細書においてはアスペクト比が“1”以上のものを指すことにする。
図11(A)には、アスペクト比が“1”のホールパターン又はラインパターンの一例が示されている。アスペクト比は、“深さ方向の寸法a/平面方向の寸法b”にて定義される。アスペクト比が“1”のホールパターン又はラインパターンは、深さ方向の寸法“a”と、平面方向の寸法“b”との関係が“a=b”となる。
図11(B)には、アスペクト比が“2”のホールパターン又はラインパターンの一例が示されている。アスペクト比が“2”のホールパターン又はラインパターンでは、深さ方向の寸法が“2a”で、平面方向の寸法が“b”となる。
図11(C)には、アスペクト比が“4”のホールパターン又はラインパターンの一例が示されている。アスペクト比が“4”のホールパターン又はラインパターンでは、深さ方向の寸法が“4a”で、平面方向の寸法が“b”となる。図5、および図6に示した図面代用写真に示されているホールパターンのアスペクト比は、ほぼ“4”である。
図11(D)には、アスペクト比が“10”のホールパターン又はラインパターンの一例が示されている。アスペクト比が“10”となったホールパターン又はラインパターンは、深さ方向の寸法が“5a”と深くなり、かつ、例えば、平面方向の微細化が進み、平面方向の寸法が“b/2”に縮小された場合などに見ることができる。このようなパターンは、例えば、多層配線構造を持つ半導体集積回路装置のスルーホールなどに使用される。
第1、第2の実施形態に係る選択エピタキシャル成長法は、アスペクト比が“1”未満のホールパターン又はラインパターンの埋め込みにも適用することができるが、例えば、図11(A)〜図11(D)に示されるように、アスペクト比が“1”以上の高アスペクト比のホールパターン又はラインパターンの埋め込みにも適用することができる。
しかも、第1、第2の実施形態に係る選択エピタキシャル成長法は、高アスペクト比のホールパターン又はラインパターンを、シリコンエピタキシャル層の平坦性や、シリコンエピタキシャル層の結晶性を悪化させることなく埋め込むことができ、しかも、処理時間の増大を抑制しつつ、シリコンエピタキシャル層を、高アスペクト比のホールパターン又はラインパターンの内部に、選択的に成長させることが可能である。
したがって、第1、第2の実施形態に係る選択エピタキシャル成長法は、高アスペクト比のホールパターン又はラインパターンの埋め込みに、特に有用である。高アスペクト比のホールパターン又はラインパターンのアスペクト比の範囲としては、実用的な観点から“1以上10以下”が最適であろう。中でも、処理時間の増大の影響が顕著に現れだすアスペクト比が“4以上10以下”において、特に有効である。
(第3の実施形態)
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。
〔成膜装置〕
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。
図12に示すように、成膜装置100は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理室101を有している。処理室101の全体は、例えば、石英により形成されている。処理室101内の天井には、石英製の天井板102が設けられている。処理室101の下端開口部には、例えば、ステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド103がOリング等のシール部材104を介して連結されている。
マニホールド103は処理室101の下端を支持している。マニホールド103の下方からは、被処理体として複数枚、例えば、50〜100枚の単結晶シリコン基体(シリコンウエハ)1を多段に載置可能な石英製のウエハボート105が処理室101内に挿入可能となっている。これにより、処理室101内に単結晶シリコン基体1が収容される。ウエハボート105は複数本の支柱106を有し、支柱106に形成された溝により複数枚の単結晶シリコン基体(シリコンウエハ)1が支持されるようになっている。
ウエハボート105は、石英製の保温筒107を介してテーブル108上に載置されている。テーブル108は、マニホールド103の下端開口部を開閉する、例えば、ステンレススチール製の蓋部109を貫通する回転軸110上に支持される。回転軸110の貫通部には、例えば、磁性流体シール111が設けられ、回転軸110を気密にシールしつつ回転可能に支持している。蓋部109の周辺部とマニホールド103の下端部との間には、例えば、Oリングよりなるシール部材112が介設されている。これにより処理室101内のシール性が保持されている。回転軸110は、例えば、ボートエレベータ等の昇降機構(図示せず)に支持されたアーム113の先端に取り付けられている。これにより、ウエハボート105および蓋部109等は、一体的に昇降されて処理室101内に対して挿脱される。
成膜装置100は、処理室101内に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構114、及び処理室101内に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構115を有している。
本例の処理ガス供給機構114は、エピタキシャル層の原料ガスとなる原料ガス供給源117a、および堆積物をエッチングするエッチングガス供給源117bを含んでいる。また、不活性ガス供給機構115は、不活性ガス供給源120を含んでいる。
原料ガスの一例は、シリコンを選択的にエピタキシャル成長させる場合にはモノシランガスである。また、エッチングガスの一例はシリコンを選択的にエピタキシャル成長させる場合には、堆積物はシリコンとなるから塩素ガスである(キャリアガスとして水素ガスを使用する)。不活性ガスの一例は窒素ガスである。不活性ガスはパージガス等に利用される。
原料ガス供給源117aは、流量制御器121aおよび開閉弁122aを介して、分散ノズル123aに接続されている。同様に、エッチングガス供給源117bは、流量制御器121bおよび開閉弁122bを介して分散ノズル123bに接続されている。
分散ノズル123a、123bは石英管よりなり、マニホールド103の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる。分散ノズル123a、123bの垂直部分には、複数のガス吐出孔124が所定の間隔を隔てて形成されている。これにより、各ガスは、ガス吐出孔124から水平方向に処理室101内に向けて略均一に吐出される。
不活性ガス供給源120は、流量制御器121cおよび開閉弁122cを介して、ノズル128に接続されている。ノズル128は、マニホールド103の側壁を貫通し、その先端から不活性ガスを、水平方向に処理室101内に向けて吐出させる。
処理室101内の、分散ノズル123a、123bに対して反対側の部分には、処理室101内を排気するための排気口129が設けられている。排気口129は処理室101の側壁を上下方向へ削りとることによって細長く形成されている。処理室101の排気口129に対応する部分には、排気口129を覆うように断面がコの字状に成形された排気口カバー部材130が溶接により取り付けられている。排気口カバー部材130は、処理室101の側壁に沿って上方に延びており、処理室101の上方にガス出口131を規定している。ガス出口131には、真空ポンプ等を含む排気機構132が接続される。排気機構132は、処理室101内を排気することで処理に使用した処理ガスの排気、及び処理室101内の圧力を処理に応じた処理圧力とする。
処理室101の外周には筒体状の加熱装置133が設けられている。加熱装置133は、処理室101内に供給されたガスを活性化するとともに、処理室101内に収容された被処理体、本例では単結晶シリコン基体1を加熱する。
成膜装置100の各部の制御は、例えばマイクロプロセッサ(コンピュータ)からなるコントローラ150により行われる。コントローラ150には、オペレータが成膜装置100を管理するためにコマンドの入力操作等を行うタッチパネルや、成膜装置100の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース151が接続されている。
コントローラ150には記憶部152が接続されている。記憶部152は、成膜装置100で実行される各種処理をコントローラ150の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置100の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納される。レシピは、例えば、記憶部152の中の記憶媒体に記憶される。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、CD-ROM、DVD、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。レシピは、必要に応じて、ユーザーインターフェース151からの指示等にて記憶部152から読み出され、読み出されたレシピに従った処理をコントローラ150が実行することで、成膜装置100は、コントローラ150の制御のもと、所望の処理が実施される。
本例では、コントローラ150の制御のもと、上記第1、第2の実施形態に係る選択エピタキシャル成長法にしたがった成膜処理が順次実施される。
上記第1、第2の実施形態に係る選択エピタキシャル成長法は、図12に示すような成膜装置100を用いることによって、1台の成膜装置で実施することができる。
また、成膜装置100のエッチングガス供給源117bは、シリコンをエッチング可能なエッチングガスを供給する。単結晶基体が単結晶シリコン基体1であり、シリコンを選択的にエピタキシャル成長させる場合には、図1に示したステップ3(リセス処理工程)についても成膜装置100で行うことができる。
また、成膜装置としては図12に示すようなバッチ式に限らず、枚葉式の成膜装置であっても良い。
以上、この発明を実施形態に従って説明したが、この発明は、上記実施形態に限定されることは無く、種々変形可能である。
例えば、上記実施形態においては、処理条件を具体的に例示したが、処理条件は、上記具体的な例示に限られるものではない。処理条件については適宜マッチングさせながら変更することができる。
例えば、上記実施形態においては、シリコンエピタキシャル層を成長させる際の処理温度を550℃としたが、処理温度は550℃に限られるものではない。シリコンエピタキシャル層を成長させる際の処理温度は、500℃以上700℃以下の範囲を選択することができる。下限温度500℃の根拠は、処理温度が500℃未満となると、シリコンのエピタキシャル成長が開始されないことによる。また、上限温度700℃の根拠は、処理温度が700℃を超えると、シリコンのエピタキシャル成長に比較してシリコンの気相堆積反応の傾向が強まってくるため、成長したシリコンエピタキシャル層の均一性が悪化し始めるためである。
また、原料ガスや、エッチングガスについても、上記実施形態において例示したものに限られることもない。選択的にエピタキシャル成長させるものが、シリコンであった場合には、原料ガスとしてはシリコンを成長させることが可能なガスであれば使用することができる。エッチングガスも同様であり、選択的にエピタキシャル成長させるものが、シリコンであった場合には、エッチングガスとしてはシリコンをエッチングすることが可能なガスであれば使用することができる。
また、上記実施形態に記載した選択エピタキシャル成長法は、高アスペクト比のホールパターンやスペースパターンの内部への選択的なエピタキシャル層の成長を、その結晶性を損なうことなく、かつ、処理時間の増大を抑制しつつ可能とするものである。このため、上記実施形態は、微細化の進展が進んでいる電子製品の製造方法、例えば、半導体集積回路装置の製造プロセスや、フラットパネルディスプレイの製造プロセスに好適に用いることができる。
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。
1…単結晶シリコン基体(シリコンウエハ)、2…層間絶縁膜(成長抑制膜)、3…ホールパターン、5、10…シリコンエピタキシャル層。

Claims (15)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 前記(5)工程におけるエピタキシャル層の成長時間TAと前記(6)工程における前記堆積物の除去時間TBとの比TA/TBと、
    前記(3)工程におけるエピタキシャル層の成長時間TCと前記(4)工程における前記堆積物の除去時間TDとの比TC/TDとの関係を、
    A/TB > TC/T
    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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160052329A (ko) 2014-10-29 2016-05-12 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 선택 성장 방법 및 기판 처리 장치
JP2018515904A (ja) * 2015-05-22 2018-06-14 ストレイティオ, インコーポレイテッドStratio, Inc. エピタキシャル成長中に形成された核を除去するための方法
KR20180111537A (ko) 2017-03-30 2018-10-11 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 선택 성장 방법
JP2021192446A (ja) * 2015-11-13 2021-12-16 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials, Inc. 選択的表面改質を利用する構造の充填技術

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6529780B2 (ja) * 2015-02-25 2019-06-12 株式会社Kokusai Electric 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
US10249493B2 (en) * 2015-12-30 2019-04-02 Siltronic Ag Method for depositing a layer on a semiconductor wafer by vapor deposition in a process chamber
JP6541591B2 (ja) * 2016-03-07 2019-07-10 東京エレクトロン株式会社 凹部内の結晶成長方法および処理装置
JP6372709B2 (ja) * 2016-04-20 2018-08-15 信越半導体株式会社 エピタキシャルウェーハの製造方法
US10504723B2 (en) * 2017-01-05 2019-12-10 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for selective epitaxy
KR20210035449A (ko) 2019-09-24 2021-04-01 삼성전자주식회사 반도체 소자 및 이의 제조 방법

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000114190A (ja) * 1998-10-08 2000-04-21 Sony Corp 気相成長方法および半導体装置の製造方法
JP2007042671A (ja) * 2005-07-29 2007-02-15 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置
JP2007096137A (ja) * 2005-09-29 2007-04-12 Denso Corp 半導体基板の製造方法およびエピタキシャル成長装置
US20080026549A1 (en) * 2006-07-31 2008-01-31 Applied Materials, Inc. Methods of controlling morphology during epitaxial layer formation
JP2008166396A (ja) * 2006-12-27 2008-07-17 Nec Corp 半導体装置及びその製造方法
JP2010171101A (ja) * 2009-01-21 2010-08-05 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体装置の製造方法及び基板処理装置
WO2011078240A1 (ja) * 2009-12-22 2011-06-30 キヤノンアネルバ株式会社 ドープエピタキシャル膜の選択成長方法及びドープエピタキシャル膜の選択成長装置
JP2012031012A (ja) * 2010-07-30 2012-02-16 Seiko Epson Corp 立方晶炭化珪素膜の製造方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4490760B2 (ja) 2004-08-17 2010-06-30 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法及び基板処理装置
US7682940B2 (en) * 2004-12-01 2010-03-23 Applied Materials, Inc. Use of Cl2 and/or HCl during silicon epitaxial film formation
JP2007305730A (ja) 2006-05-10 2007-11-22 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体装置の製造方法
US8278176B2 (en) * 2006-06-07 2012-10-02 Asm America, Inc. Selective epitaxial formation of semiconductor films
JP2008060383A (ja) * 2006-08-31 2008-03-13 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
JP4809175B2 (ja) 2006-09-28 2011-11-09 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法
US7842982B2 (en) * 2008-01-29 2010-11-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5023004B2 (ja) 2008-06-30 2012-09-12 株式会社日立国際電気 基板処理方法及び基板処理装置
US8367528B2 (en) * 2009-11-17 2013-02-05 Asm America, Inc. Cyclical epitaxial deposition and etch

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000114190A (ja) * 1998-10-08 2000-04-21 Sony Corp 気相成長方法および半導体装置の製造方法
JP2007042671A (ja) * 2005-07-29 2007-02-15 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置
JP2007096137A (ja) * 2005-09-29 2007-04-12 Denso Corp 半導体基板の製造方法およびエピタキシャル成長装置
US20080026549A1 (en) * 2006-07-31 2008-01-31 Applied Materials, Inc. Methods of controlling morphology during epitaxial layer formation
JP2008166396A (ja) * 2006-12-27 2008-07-17 Nec Corp 半導体装置及びその製造方法
JP2010171101A (ja) * 2009-01-21 2010-08-05 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体装置の製造方法及び基板処理装置
WO2011078240A1 (ja) * 2009-12-22 2011-06-30 キヤノンアネルバ株式会社 ドープエピタキシャル膜の選択成長方法及びドープエピタキシャル膜の選択成長装置
JP2012031012A (ja) * 2010-07-30 2012-02-16 Seiko Epson Corp 立方晶炭化珪素膜の製造方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160052329A (ko) 2014-10-29 2016-05-12 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 선택 성장 방법 및 기판 처리 장치
US9512541B2 (en) 2014-10-29 2016-12-06 Tokyo Electron Limited Selective growth method and substrate processing apparatus
JP2018515904A (ja) * 2015-05-22 2018-06-14 ストレイティオ, インコーポレイテッドStratio, Inc. エピタキシャル成長中に形成された核を除去するための方法
JP2021192446A (ja) * 2015-11-13 2021-12-16 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials, Inc. 選択的表面改質を利用する構造の充填技術
JP7168741B2 (ja) 2015-11-13 2022-11-09 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 選択的表面改質を利用する構造の充填技術
KR20180111537A (ko) 2017-03-30 2018-10-11 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 선택 성장 방법
US10546741B2 (en) 2017-03-30 2020-01-28 Tokyo Electron Limited Selective growth method

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