JP5075627B2 - Ｕｖ線を用いたシリコン含有膜の低温エピタキシャル成長 - Google Patents

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Description

発明の背景
１.発明の分野
[001]本発明は、シリコン含有膜の選択的及び一括的（非選択的）エピタキシャル成長に有用な装置及び方法であって、経済的に実現可能な膜成長速度を与えつつ、約７００℃未満の温度でエピタキシャル膜成長を可能にするためにＵＶ線が用いられる前記装置及び方法に関する。
２.背景技術の簡単な説明
[002]シリコン含有膜のエピタキシャル成長は、高度なロジックデバイスやＤＲＡＭデバイスの新規な用途のためにますます重要になってきた。これらの用途に鍵となる要求は、より低温のプロセスであり、その結果、デバイス特徴部がデバイスの製造中に悪影響を受けない。より低温のプロセスは、また、将来の市場に重要であり、特徴部のサイズは４５ｎｍ〜６５ｎｍの範囲であり、隣接する物質の拡散の回避が重要になる。より低いプロセス温度は、シリコン含有エピタキシャル膜の成長前とエピタキシャル膜の選択的又は一括的な成長中の双方の基板洗浄に必要とされる。選択的な成長とは、一般的には、シリコン含有膜が基板表面上に１を超える物質を含む基板上で成長し、シリコン含有膜が前記基板の第１物質の表面上で選択的に成長し、前記基板の第２物質の表面上では最小限の成長から全く成長しないことを意味する。
[003]約７００℃未満の温度で成長したＳｉ、ＳｉｘＧｅｌ-ｘ、ＳｉｘＧｅｌ-ｘ（Ｃ）のような膜を含む、選択的及び一括的、非選択的に成長したシリコン含有エピタキシャル膜と、このような膜の歪んだ実施形態が、現在の多くの用途に必要とされる。更に、洗浄時間が十分に短い場合にはより高い温度が許容されうるが、約６５０℃以下の範囲の温度で達成されるエピタキシャル膜の形成の前に、未変性酸化物と炭化水素を除去することが望ましい。より低い温度処理は、適切に機能するデバイスを得るために重要であるだけでなく、準安定な歪み層の緩和を防止するのを援助し、ドーパント拡散を防止又は最小化するのを援助し、エピタキシャル膜構造内のドーパント又はＧｅ/Ｃの分離を防止するのを援助する。低温処理（低熱量処理）によって可能となるファセット形成効果や短チャネル効果の抑制は、高性能デバイスを得るために困難である。図１０は、表面上に堆積したシリコン含有膜の良好なエピタキシャル成長に必要とされる種類の酸化物のないシリコン表面を生成するために必要とされる条件を示すグラフ１００（アレニウスプロット）である。基板の逆温度は軸１０２にＫ-１で示されている。℃の対応する温度は軸１０４に℃で示されている。プロセスチャンバに存在するＨ２Ｏの分圧は軸１００６にトールで示されている。例えば、酸化物のないシリコン表面を１０-６トールで得るためには、基板温度を約８００℃以上に上げることが必要であることは容易に明らかである。酸化物のないシリコン表面を約６５０℃で得ることができるためには、１０-８トール未満のＨ２Ｏ分圧が必要であり、それは設備費用の点から実用的でない。
[004]ドープされた又はドープされていないＳｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅ（Ｃ）膜の選択的又は一括的エピタキシャル成長の現在の技術は、典型的には、減圧ＣＶＤ（ＲＰＣＶＤ又はＬＰＣＶＤとも呼ばれる）を用いて実施されている。膜堆積の前駆化合物がＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２（ＤＣＳ）、Ｓｉ２Ｈ６、ＧｅＨ４である場合、典型的な減圧プロセスは７００℃を超えた温度、典型的には７５０℃を超えた温度で行われ、許容しうる膜成長速度を得る。選択的な堆積プロセスの場合、これらの前駆化合物は、一例として、Ｃｌ２、ＨＣｌ、任意にＨＢｒのような追加の試薬と合わせる。ＣＨ３ＳｉＨ３のような炭素含有シラン前駆化合物はドーパントとして用いることができる。代替的には、一例として、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３のような無機化合物もまた、ドーパントとして用いることができる。
[005]ジクロロシラン（ＤＣＳ）とゲルマン（ＧｅＨ４）からの一括的ＳｉｘＧｅｌ-ｘエピ膜成長（非選択的成長）のプロットが図１に示されている。ＳｉｘＧｅｌ-ｘエピ膜の成長速度、オングストローム/分は、堆積温度の関数として、堆積プロセスに対する前駆ガスフィード中のＤＣＳ：ＧｅＨ４の比の関数として示されている。このプロットは、約２０％〜約２８％のゲルマニウムを含有する膜の堆積の場合である。堆積したＳｉｘＧｅｌ-ｘエピ膜中のゲルマニウム含量の異なる堆積温度でのばらつきを減少させるために、膜の堆積に用いられた前駆ガス中のＳｉ：Ｇｅ比を調節する必要があった。図１は、軸１０８のＤＣＳ：ＧｅＨ４前駆ガス流量比の関数として、また、軸１０２の温度、℃の関数として、軸１０４のＳｉｘＧｅｌ-ｘエピ膜の成長速度Å/分を示すグラフ１００である。図１に示されたデータは、約１００ｓｃｃｍのＤＣＳに対する流量と、指示通りに変えられたＧｅＨ４に対する流量を用いて、ここで順次記載された種類のプロセスチャンバを用いて作成した。図１に示された膜形成プロセスは、約１０トールのプロセスチャンバ圧で実施した。図１は、７５０℃の約４００Å/分から６００℃の約１５Å/分まで成長速度が急速に減少する、約７００℃未満の温度のＳｉｘＧｅｌ-ｘエピ膜成長速度の低下の問題を示している。約７００℃未満の温度の膜成長速度のこの激しい低下は、膜成長が熱的に活性化され且つ表面反応が制限されているという事実によるものである。
[006]膜成長速度の類似した急速な低下がシリコン・ゲルマニウム膜の選択的堆積にも見られる。温度が減少するにつれて膜成長速度が急速に低下するのは、おそらく、成長する膜表面からＳｉＣｌ２の脱着を得るために必要とされる活性化エネルギーが高くなり、再結合ＨＣｌ脱着速度が遅くなり、また、表面移動度が小さくなるためである。
[007]シリコン含有基板が、洗浄されて、基板表面から有機物質を除去するとともに未変性酸化物を除去することができることは、当該技術分野において一般的に知られている。ある場合には、このような洗浄は、減圧ＣＶＤシステムにおいてＵＶ洗浄の使用が組み込まれた。このような洗浄は、０.００２〜１０トールの範囲にある圧力の水素下での遠ＵＶ線による基板の照射を利用して、約８００℃の範囲内の温度で行うことができる。基板洗浄プロセスを行うために用いられる種類の装置は、洗浄されるウエハの裏側が空冷タングステンランプで直接加熱れる水平なコールドウォール空冷石英チャンバであってもよい。９００℃までの上昇時間と２００℃までの冷却時間は、典型的には、それぞれ約５秒と約２０秒である。プロセスチャンバのベース圧は、典型的には約２ｍトールの範囲内である。その圧力に達した後、水素流が設定される。水素流は、一般的には、洗浄プロセス中基板表面の汚染を避けるためのものである。試料の洗浄は、水素下の試料表面において８００℃で行われ、その試料表面は短いＵＶ線に１分未満かけられ、その照射の中心はほとんど約２５３ｎｍである。続いて、エピタキシャル成長シリコン（例えば）膜は、水素で希釈された（約１/１０００）電子グレードのＳｉＨ４やＨＣｌのような反応性ガスから堆積する。典型的には、エピタキシャル成長シリコン膜の堆積中の基板温度は、約８００℃以上である。膜堆積の処理温度が８００℃を超えた時、最初のインタフェース欠陥がたいてい避けられる。
[008]ある場合には、基板洗浄は大気圧で、より高い温度で行われる。エピタキシャルシリコン膜成長の前に、ウエハ基板が９００℃〜１,１９０℃の範囲の温度に上げられ、そのウエハは６０秒間水素焼成に供され、続いて、３０秒間ＨＣｌドープした水素ガスでエッチングされ、ウエハ表面から半導体酸化物を除去する。ウエハのエッチング後、チャンバは、水素、続いて、連続するＨＣｌガス流とＳｉＨＣｌ３の導入でパージされ、１,１３０℃の範囲の温度でエピ成長が順次行われ、約５μｍ/分（５０,０００Å/分）のシリコン膜成長速度が得られる。
[009]シリコンのエピタキシャル成長は、膜成長中の対流熱損失を減少させるために急速熱処理技術を用いて行われた。急速熱処理に用いられる反応性ガスは、典型的には、水素と混合した塩素化シリコン源（例えば、ＳｉｘＨｙＣｌｚ）を反応性キャリヤとして含む。アルゴン、ネオン、キセノン又はクリプトンのような不活性キャリヤガスを加えることができる。そのプロセスは、大気圧又は減圧下で７５０℃を超えるシリコン基板温度で行われる。ジクロロシランガスが前駆物質として用いられる場合、このガスは、基板表面上の境界層で加熱された時にＳｉＣｌ２とＨ２に分解すると言われている。ＳｉＣｌ２は表面に拡散し、その後、Ｈ２と反応して、ＨＣｌとシリコンを形成すると言われている。ＨＣｌは、境界層を通ってチャンバへ脱着され、取り除かれる、と言われている。水素キャリヤガスは、十分な水素濃度を供給することによって堆積速度を改善させて、ＳｉＣｌ２のＳｉとＨＣｌへの分解を増幅させるために添加されると言われている。シリコン基板の前処理は、典型的には、周囲環境としてアルゴン中１０％水素による焼成ステップを含んでいる。前焼成温度は、１,０５０℃で５秒間、続いて、１,０００℃で２０秒間である。焼成圧は文献では指定されなかった。シリコンエピ堆積は、１,０００℃で、５０トールのプロセス圧下、アルゴン/水素ガスの反応混合物、１８ｓｌｍの１０容積％水素で、９０ｓｃｃｍのジクロロシラン流で行われた。
[0010]半導体デバイスの形成中のシリコン基板上の単結晶シリコン層の触媒援助成長も、当技術分野で記載されてきた。単結晶シリコン層は、単結晶シリコンと格子整合をもって作成されたシード層上に形成される。シード層は、ＣＶＤ（化学気相堆積）プロセス中、ＣＡＤ（触媒援助堆積）によって形成される。結晶サファイアのようなシード物質も用いることができる。
[0011]触媒を用いたＣＡＤによって単結晶シリコン層を形成する際に、主に水素化シリコンを含有するガスを８００-２,０００℃、例えば、１６００-１８００℃に加熱された触媒本体との接触によって分解して基板上に単結晶シリコン層を堆積させることが好ましいと言われている。水素化シリコンは、例えば、モノシラン、ジシラン、又はトリシランのようなシランを意味する。触媒本体は、タングステン、酸化トリウムを含有するタングステン、モリブデン、白金、パラジウム、シリコン、金属がそれに結合したアルミナセラミック、及び炭化シリコンからなるグループより選ばれた少なくとも１種類の物質である。触媒物質は、典型的には、基板上に基板に面してコイルとして形成されている。触媒本体は、活性化し、その融点未満の温度に加熱される抵抗線である。入ってくるときの水素化シリコンガスと、水素、又は必要に応じて含まれるＢ２Ｈ６又はＰＨ３のようなドーピングガスは触媒と接触して入るように導入される。基板上での堆積の前に、基板表面上で触媒熱フィラメントを用い、その熱フィラメント上で膜形成前駆ガスを流すことによって、約１００℃-７００℃、典型的には、２００℃-６００℃の温度の基板上にエピタキシャルシリコンシード層を堆積させることが可能であると言われている。しかしながら、汚染が触媒に由来する、膜の金属汚染による問題がある。触媒を用いずにそのような処理温度で形成されたシリコン膜がアモルファスシリコン膜である。
[0012]化学気相堆積法を用いて混合基板上にシリコン含有膜を堆積させることについて最近いくつか記載された。ＳｉとＳｉＧｅ膜の堆積の記載がある。しかしながら、この方法によって製造される膜の正確な結晶組成のデータは提供されていない。そのプロセスではトリシラン（Ｈ３ＳｉＳｉＨ２ＳｉＨ３）を用いて、混合基板上に“高品質Ｓｉ含有膜”の堆積を可能にしている。
[0013]最近の文献には、物質搬送制限様式で又はそれに近い薄膜堆積を可能にする化学前駆物質を利用すると言われている化学気相堆積プロセスが記載されている。記載された実施形態は、Ｓｉ含有膜とＧｅ含有膜の形成に関係している。トリシラン又はジゲルマンと組み合わせたトリシランのような高次前駆物質の使用が、例えば、シラン前駆物質の置換に推奨されている。
[0014]基板上にシリコンエピタキシャル成長膜を堆積させる前に、シリコン基板表面の前処理を記載している文献にも説明がある。半導体製造に対して、アドバンスインテグレーテッド（advance integrated）化学気相堆積（ＡＩＣＶＤ）と呼ばれるプロセスにおいて、基板がＵＨＶ-ＬＰＣＶＤプロセスチャンバ内に流れる水素により８００℃〜９００℃の範囲の温度で１０-３０分間予備焼成され、シリコン基板表面から未変性酸化物を除去すると言われている。これに続いて、ソースガスとしてジクロロシランを用いて、６００℃〜９００℃（典型的には７００℃-８００℃）の範囲の温度で１００Å〜３００Åの厚さに中温シリコンエピタキシャル層が成長する。シリコンエピ成長に続いて、ジクロロシランはシランガスに置き換えられるか又は他の水素含有ガスがプロセスチャンバに送られ、温度が４００℃未満に下がり、それによって、半導体基板の表面は水素が停止されると言われている。
[0015]未変性酸化物層を除去するために記載された他の方法においては、水素ガスが処理試薬として用いられる。基板の表面上へのレーザ投影が水素の反応を高めるために用いられる。照射の具体的な波長は言及されていない。投影されたレーザが基板表面に局部的加熱を与えることは明らかである。
[0016]上述の背景技術の概説及び半導体製造の分野において既知の他の技術は、７５０℃未満、好ましくは約７００℃未満の温度でシリコン含有エピタキシャル成長膜の一括的及び選択的双方の堆積を可能にする方法が連続して求められていることを示している。更に、シリコン含有膜堆積と同じか又はより低い温度で行うことができ、その結果、膜が堆積されている基板中のデバイスが基板の洗浄や膜の堆積によって影響されない基板洗浄手順（シリコン含有膜の堆積の調製において）が求められている。
発明の概要
[0017]我々は、エピタキシャル成長シリコン含有膜の堆積に対して清浄で不動態化したシリコン含有基板表面を調製する方法を開発した。シリコン含有基板洗浄/不動態化方法は、少なくとも膜堆積中に（及び任意に洗浄と堆積中に）、基板表面がＵＶ線に曝されている、シリコン含有膜を堆積させる方法と組み合わせて使用できる。典型的には、有機物質と酸素の大部分を除去するための主要な洗浄が、最初に当該技術分野で一般的に知られている種類の水性ＨＦ浸漬（エッチング）を用いて行われる。これにより、少量の残りの酸化物を除去するとともに基板上でのシリコン含有膜のエピタキシャル成長に好ましい表面構造を得るために用いられる本発明の洗浄/不動態化方法が続けられる。本発明の洗浄/不動態化方法は、典型的には約１,０００℃〜約５００℃の範囲の温度で行われ、その温度は、洗浄プロセス中にＵＶ線が用いられるかに左右される。ＵＶ線を用いない場合、洗浄及び不動態化方法は、典型的には、できるだけ短い時間（典型的には２分で）で行われ、エピタキシャル成長に適切な表面を与える。ＵＶ線を用いる場合、放射の波長は約３１０ｎｍ〜１２０ｎｍ、好ましくは約１８０ｎｍ〜約１２０ｎｍであり、放射は、一般的には、基板表面に隣接して配置された放射線源から基板の表面上に適用される。ＵＶ線の使用により、基板表面の洗浄及び不動態化がより低い温度、典型的には約７００℃〜約５００℃の温度で行われることが可能になる。約１０トール未満の水素雰囲気が、典型的には、基板の洗浄及び不動態化中の基板表面上で適用される。
[0018]堆積チャンバ内の典型的な全圧が約１トール〜約８０トールの範囲にあり、ＵＶ線の波長が約３１０ｎｍ〜約１２０ｎｍの範囲にある場合、シリコン含有膜の堆積は７５０℃未満、典型的には７００℃未満、好ましくは約６５０℃未満の温度で行われる。指示は、我々が商業的に許容しうる成長速度（毎分約６０Åを超える）、約６５０℃の範囲の温度、及び具体的なＵＶ線源と膜前駆ガスの組み合わせの使用においてより低い温度で、エピタキシャル成長シリコン含有膜を堆積させることを予想しうることである。膜の成長速度を高めるためにＵＶ線をより良好に利用することができる構造を含む前駆物質から一括的及び選択的シリコンエピ膜を堆積させることにより、より低温の膜堆積が可能になる。例えば、高次クロロシラン、ブロモシラン、及びジクロロシラン（ＤＣＳ）又はヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）前駆物質のようなシランの使用により、一般的には、より低温で成長速度が改善される。ＵＶ線の波長は、個々の前駆物質の吸収断面を一致させ且つ基板表面の活性化を高めるために選ばれ、その結果、前駆物質の吸収断面と基板表面の活性化は許容しうる処理温度で最も有益である。ＳｉｘＧｅｌ-ｘエピタキシャル膜を生成するためにゲルマニウム含有前駆物質をもつクロロシランとシランの反応生成物もまた、具体的な基板上に選択的堆積を得るように調整することができる。
[0019]シリコン含有基板表面は、典型的には単結晶シリコン又はシリコン・ゲルマニウムであるが、基板表面上でのエピタキシャル膜成長を可能にする機能をもつ他のシリコン含有基板に拡張することができる。
[0020]洗浄/不動態化方法及びシリコン含有膜成長方法は、触媒の使用を必要としない。代わりに、それらの方法は、反応性洗浄/不動態化及び/又は膜形成成分化学種の具体的な分圧範囲と組み合わせて具体的な波長範囲に対するＵＶ線の使用を用い、基板の洗浄/不動態化とシリコン含有膜のエピタキシャル膜成長を７５０℃未満の温度、典型的には６５０℃未満の温度で可能にする。
[0021]基板表面での反応を可能にするために所望されるエネルギーを与える放射線波長は、約３１０ｎｍ〜約１２０ｎｍの範囲内にある。約１８０ｎｍよりも小さい波長は、本明細書で順次記載される膜前駆物質に非常に有効であることが証明された。放射線は、塩化キセノン（λ＝３０８ｎｍ）、フッ化クリプトン（λ＝２４８ｎｍ）、フッ化アルゴン（λ＝１９３ｎｍ）、キセノン（λ＝１７２ｎｍ）、アルゴン（Ａｒ＋＋）（λ＝２５７ｎｍ）、クリプトン（λ＝１４６ｎｍ）のエキシマによって、また、キセノン（λ＝１４７ｎｍ）、クリプトン（λ＝１１７〜１２４ｎｍ）、Ｎ２アーク（λ＜１５０ｎｍ）、Ｄ２（λ＝１２１ｎｍ）を用いるランプによって供給することができる。これらは放射線源の例であり、使用しうる唯一の放射線源とは考えられていない。異なる波長のＵＶ線源の組み合わせも用いることができる。
[0022]我々は、シリコン・ゲルマニウム膜の選択的及び一括的堆積中、これらの波長の放射線は、シリコンと水素化ゲルマニウムと塩素化シランを励起されたラジカル（イオンではない）に解離するだけでなく、前駆物質の吸着速度と反応副生成物の脱着速度を増加することによって、基板上の表面反応も高めることを発見した。例えば、シリコン・ゲルマニウム膜の選択的堆積において、ＳｉＣｌ２脱着速度（例えば）、再結合ＨＣｌ脱着速度、表面移動度の要素すべてが、入るときの化学種の活性部位を生じるように作用する。
[0023]放射線は、成分ガスと反応性化学種の層を通って基板の表面に進むので、成分ガス（そこから、洗浄又は膜形成化学種が生成する）の分圧を制御することによって、我々は、より多くの化学種が、基板上の気相中で形成されるか又は反応するか又は基板表面で形成されるか又は反応するように反応を促進させることができる。これによって、基板表面で同時に起こる化学種の吸着と脱着において、気相中での化学種の生成と前駆物質形成の最適化が可能になり、その結果、沈殿した又は凝集した物質の島は基板表面上で形成されない。約１７０ｎｍまでの波長範囲に対する放射線の適用によって、約５００℃〜約７００℃の範囲の温度で約１００Å/分〜約５００Å/分の範囲の成長速度で高品質エピタキシャルシリコン含有膜が生成される。
[0024]各成分ガスの分圧は達成すべき仕事に左右され、洗浄/不動態化や異なる化学組成の膜の堆積が変わる。詳細なデータは、本明細書の詳細な説明に実験で証明された様々な実施形態ついて示されている。当業者は、本明細書の教示と説明を読む際に、少ない実験で、膜を堆積する前駆物質、成分ガスの分圧、放射線の波長、放射線の出力密度を調整して、最適化されたエピタキシャル成長シリコン含有膜を得ることができる。
例示的な実施形態の詳細な説明
[0037]下で示される詳細な説明の前置きとして、本明細書と添付の特許請求の範囲に用いられるように、特にことわらない限り、単数形は複数の対象を含むことを留意すべきである。
[0038]我々は、エピタキシャル成長シリコン含有膜の堆積のために清浄で不動態化したシリコン含有基板表面を調製する方法を開発した。シリコン含有基板洗浄方法は、少なくとも膜堆積中に（及び任意に洗浄と堆積双方中に）、基板表面がＵＶ線に曝されている、シリコン含有膜を堆積させる方法と組み合わせて用いることができる。シリコン含有基板洗浄/不動態化方法は、典型的には、ＵＶ線が用いられない場合、約１,０００℃〜約７５０℃の範囲の温度で行われる。この場合、基板が曝される時間は、基板表面上で所望されるエピタキシャル成長を可能にするのに必要な時間に最小化される。洗浄プロセス中にＵＶ線が用いられる場合、洗浄と不動態化プロセスが行われる温度を低下させることが可能である。例えば、処理温度は、７５０℃未満〜、典型的には、７００℃未満〜約５００℃の範囲にあってもよい。基板表面を囲む処理容積内の典型的な総プロセス圧は、約０.１トール〜約８０トール（典型的には、約０.１トール〜約３０トール）の水素の範囲にある。不活性ガスが少量で存在するも可能である。
[0039]洗浄と不動態化プロセス中の一般的な目標は、それらの存在が基板上のシリコン含有膜のエピタキシャル成長を妨害するので、シリコン含有基板からの炭化水素と酸化物の除去である。図１０は、処理チャンバ内のＨ２Ｏの分圧、処理チャンバ内温度（Ｋ度）、シリコン基板の表面上の酸化物の存在の間の関係を示すグラフである。図１０から明らかなように、温度が約７５０℃より低い場合、酸化物のないシリコン表面を有するためには、約１０-７トールの範囲内にあるプロセスチャンバ内のＨ２Ｏの分圧が必要である。この圧力の要求は満たすのが難しく、非常にコストがかかる装置が必要となる。
[0040]我々は、ＵＶ線の存在下の水素を含む雰囲気中でシリコン基板を処理することによって、処理を行わなければならない温度を低下するか又は表面を洗浄するのに必要な時間を短縮するか、又はそれらの双方の組み合わせが可能となることを発見した。典型的には、望ましい処理ウィンドウを得るために、シリコンを含む基板表面の洗浄と不動態化中、処理チャンバ内の総圧は約０.１〜約８０（上記のように）の範囲にある。処理中の基板温度は約５５０℃〜約７５０℃、典型的には約５５０℃〜約７００℃の範囲にある。ＵＶ線の出力密度は、典型的には、約１ｍＷ/ｃｍ２〜約２５ｍＷ/ｃｍ２の範囲にある。
[0041]シリコン含有膜の堆積は、ＵＶ線の波長が約３１０ｎｍ〜約１７０ｎｍの範囲である場合、７５０℃未満の温度、典型的には７００℃、好ましくは約６５０℃以下の温度で行われる。我々は、１７０ｎｍ未満、即ち、約１７０ｎｍ〜約１２０ｎｍの範囲内の波長を与えるＵＶ線源の発生の完了時に、商業的に許容しうる成長速度を与えつつ、約５５０℃の範囲内の温度、おそらくより低い温度でエピタキシャル成長膜を堆積させることを予想する。更に、基板表面に反応種の容易な吸着と基板表面からの反応副生成物の容易な脱離を促進する点で、ＵＶ線に十分に応答する高次シランベース前駆物質の使用が、より低い温度でエピタキシャル膜成長を可能にするためにも用いることができる。ＵＶ線の波長は、一定の前駆物質と基板活性化の組合せについて最適に調節することができる。
[0042]シリコン含有基板は、典型的には、単結晶シリコン又は単結晶シリコン・ゲルマニウムであるが、これら２つの基板の１つに限られるようには意図されていない。
[0043]洗浄/不動態化方法とシリコン含有膜成長方法は触媒の使用を必要としない。代わりに、これらの方法は、具体的な波長範囲に対するＵＶ線の使用を、反応性洗浄/不動態化及び/又は膜形成成分化学種の具体的な分圧範囲と組み合わせて用いて、７５０℃未満の温度、典型的には６５０℃未満の温度でシリコン含有膜の基板洗浄/不動態化とエピタキシャル膜成長が可能になる。
[0044]基板表面での反応を可能にするために所望されるエネルギーを供給する放射線の波長は、約３１０ｎｍ〜約１２０ｎｍの範囲内であり、典型的には、約１８０ｎｍ〜約１２０ｎｍである。我々は、シリコン・ゲルマニウム膜（又はシリコン膜）の一括的な堆積中、膜堆積中にＵＶ線を用いることにより、一定の堆積速度で膜堆積中の基板温度を下げることが可能であることを発見した。更に、我々は、シリコン・ゲルマニウム膜の選択的堆積中、これらの波長での放射線が、シリコンと水素化ゲルマニウムと塩素化シランを励起されたラジカル（イオンではない）に解離するだけでなく、ＳｉＣｌ２脱着速度（例えば）、再結合ＨＣｌ脱着速度、表面移動度を増加することによって基板上の表面反応をも高めて、入るときの化学種の活性部位を生じることも発見した。
[0045]放射線は、成分ガスと反応種の層を通って基板の表面に進むので、我々は、成分ガス（そこから洗浄又は膜形成化学種が生成する）の分圧を制御することによって、化学種の反応を促進させ、その結果、より多くの化学種が基板表面の基板反応物上の気相中で形成される。これによって、基板表面で同時に化学種の吸着と脱着において、気相中での化学種の生成の最適化が可能になり、その結果、凝集した物質が基板表面上に形成されない。高品質エピタキシャルシリコン含有膜は、約６００℃〜約７００℃の範囲の温度で、約１００Å/分〜５００Å/分の成長速度で得られた。
I.本発明を実施するための装置
[0046]本明細書に記載される実施形態例のエッチングプロセスを、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手できるＥｐｉＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）総合処理システムで行った。本発明に関するこの装置の具体的な特徴は下で詳しく記載されるが、膜のエピタキシャル成長に業界で知られている他の装置が本発明を実施するために用いることができることは企図される。
[0047]図２Ａは、ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）総合処理システムの部分として用いられる２００ｍｍＥｐｉ堆積チャンバを示す概略断面図である。ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）総合処理システムは、完全に自動化された半導体製造システムであり、単一ウエハ、複数チャンバ、２００-ｍｍ又は３００-ｍｍウエハを収容するモジュラー設計を用いている。図２Ａに示されるように、Ｅｐｉ膜堆積プロセスチャンバは、プロセスチャンバ２００の様々な機能要素を取り囲む３１６リットルのステンレス鋼ハウジング構造２０１を含んでいる。装置の詳細な説明は製造業者から入手することができ、本発明の理解に重要である要素だけが本明細書に述べられる。石英チャンバ２３０は、ＵＶ線源２０８を含む上部チャンバ２０５と、処理容積２１８を含む下部チャンバ２２４とを含んでいる。反応種が処理容積２１８に供給され、処理副生成物が処理容積２１８から除去される。基板２１４はシリコン被覆グラファイトペデスタル２１７の上に置かれ、反応種は基板２１４の表面２１６に適用され、次に、副産物が表面２１６から除去される。基板２１４と処理容積２１８を加熱すると赤外ランプ２１０が用いられる。赤外ランプ２１０からの放射線は、石英上部チャンバ２０５の上部石英ウィンドウ２０４を通り、また、下部石英チャンバ２２４の下部石英部分２０３を通って進む。上部石英チャンバ２０５用の冷却ガスは、入口２１１を通って入り、出口２２８を通って２１３を出る。前駆反応物質と、下部石英チャンバ２２４用の希釈、パージ、通気ガスは、入口２２０を通って入り、出口２３８を通って２２２を出る。出口２２８と２３８は、同じ真空ポンプで連通しているか又は別々のポンプを用いて同じ圧力になるように制御され、その結果、上部石英チャンバ２０５と下部石英チャンバ２２４の圧力は等しくする。図２Ａにおいて、ＵＶ線源２０８は出口フランジ２２８からオフセットされている（図示せず）ことに留意のこと。
[0048]反応種にエネルギーを与え、基板２１４の表面２１６への反応種の吸収と基板２１４の表面２１６からのプロセス副生成物の脱着を援助するために用いられる低波長放射線は、典型的には、約３１０ｎｍ〜約１２０ｎｍの範囲にあり、種々の波長の組み合わせが供給され、エピタキシャルに成長している膜の組成に左右される。図２Ａに示される実施形態においては、この放射線は、上部石英チャンバ２０５内に位置するエキシマランプ２０８によって供給され、放射線はＵＶ線透過ウィンドウ２０６を通過して、基板２１４に達する。（ＵＶ線透過ウィンドウは、一例として、ドープされた合成石英、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、サファイア、フッ化ランタンのような他のＵＶ線透明物質から形成することができる。）上部石英チャンバ２０５内のエキシマランプ２０８の間隔は、基板２１４の表面２１６上に一様に均一な放射線を供給するように設計されている。ＵＶ線源と基板２１４の上面２１６の間の間隔“ｄ”は、エピタキシャルに成長している膜の具体的な組成に必要とされるプロセスパラメータの要求を適合させるために調整することができる。本明細書に記載される例の実施形態の場合、ＵＶ線源と基板２１４の上面２１６との間の間隔は約５ｃｍ〜約１５ｃｍの範囲であり、典型的には約５ｃｍ〜約１０ｃｍの範囲であった。用いられた出力密度は約１ｍＷ/ｃｍ２〜約２５ｍＷ/ｃｍ２の範囲であり、典型的には約２ｍＷ/ｃｍ２〜約１０ｍＷ/ｃｍ２の範囲であった。
[0049]基板表面を洗浄/不動態化するために又はエピタキシャルに成長しているシリコン含有膜を形成するために用いられる成分ガスは、２２０で示される入口ポートを介して処理容積２１８に入り、２２２で示されるポートを通って出る。成分ガスの組み合わせは、典型的には、処理容積に入る前に混合される。処理容積２１８中の全体的な圧力は、流れ２２２に対して出口ポート２３８の弁（図示せず）によって決定される。
[0050]上部石英チャンバ２０５内の温度とＵＶ線透過ウィンドウ２０６の温度は、上部石英チャンバ２０４の上に位置づけられている赤外ランプ２１０からの放射線と組み合わせた冷却ガスの流れ（ポート２１１を通って入り、ポート２２８を通って出る）によって、約３００℃〜約６００℃の温度範囲内に制御される。下部石英チャンバ２２４内の温度は、示されていない（しかし、下部石英チャンバ２２４を通って空気又は冷却ガスを循環させ、このようなガスはポート２２０に入りポート２３８を出る）送風機ユニットの速度を調整することよって、また、下部石英チャンバ２２４の下の赤外ランプ２１０からの放射によって、約６００℃〜約３００℃の温度範囲内に制御される。
[0051]基板２１４の表面２１６の温度は、下部石英チャンバ２２４内の下部ランプモジュール２１０ｂに電源を設定することによって又は上部石英チャンバ２０４の上に横たわる上部ランプモジュール２１０ａと下部石英チャンバ２２４内の下部ランプモジュール２１０ｂの双方に電源を設定することによって制御される。
[0052]図２Ｂは、図２Ａに示される種類のプロセスチャンバ内のＵＶ線源ランプの配置を示す一実施形態の概略平面図である。冷却ガスは、入口ポート２１１（図２Ａに図示した）から上部石英チャンバ容積２０５（ＵＶ線源２０８を含む）に入る。出ていく冷却ガス２１３は、出口ポート２２８（図２Ａに図示した）から出る。出口ポート２２８は出口ポート２３８（図２Ａに図示した）と連通し、出口ポート２３８から堆積チャンバ副生成物２２２が出て、又は両出口ポートの圧力は各ポートに取り付けられた別々の真空ポンプ（図示せず）を用いて釣り合い、その結果、前述のように、上部石英チャンバ容積２０４の圧力は下部チャンバ容積２２４（図２Ａに図示した）の圧力と等しくなる。出ていくガスを制御するために別々のポンプを用いると、独立した容積２０５と２２４の二次汚染が最小になる。
[0053]図２Ｃは、ＵＶ線透過ウィンドウ２０６と石英上部チャンバウィンドウ２０４の間の容積２０５を含むＵＶ線チャンバ２３０の側面図である。図２Ｃは、また、ＵＶ透過ウィンドウ２０６と基板２１４の間に存在する処理容積２１８を含むプロセスチャンバ２２４を示している。距離“ｄ”は、基板表面２１６とＵＶ線源の間の間隔を表す。この距離“ｄ”は、基板２１４の表面２１６で所望されるＵＶ線密度を得るために設定される。
[0054]図２Ａ〜図２Ｃに示されたプロセスチャンバは、基板について、赤外線加熱ランプとエキシマランプの配置が示されているものと異なるように変更することができる。更に、異なるプロセスチャンバの設計は、要求が異なってもよい。重要なことは、プロセスを加熱するように用いられる赤外線ランプの配置、又は他のデバイスが基板にさえ加熱し、基板温度について正確で厳密な制御を可能にすることである。更に、約３１０ｎｍ〜約１２０ｎｍの放射線のエキシマランプ又は他の熱源は基板に均一な放射線を供給し、気相と基板の表面に十分なエネルギーの導入を可能にし、商業的に実行可能な成長速度で高品質エピタキシャル成長膜を生成するのに必要なエピタキシャル膜成長副生成物の対応する脱離において、反応性化学種の生成と反応種の吸着を可能にしなければならない。上述のように、我々の現在のデータは、高品質シリコン含有膜のエピタキシャル成長に対する基板表面での出力密度の要求は、１ｍＷ/ｃｍ２〜２５ｍＷ/ｃｍ２の範囲であることを示している。エピタキシャル膜成長化学種のソースとして用いられる典型的なシリコン含有成分ガスは、ＳｉＨ２Ｃｌ２又はＳｉＨ４又はＳｉ２Ｈ６又はそれらの組合せを含み、シリコン/ゲルマニウム膜を生成する場合、ＧｅＨ４又はＧｅ２Ｈ６と組み合わせて用いられ、選択的膜堆積を必要とする場合、シリコン及び/又はゲルマニウムのこれらの成分ガス源が、典型的には、ＨＣｌ又はＣｌ２又はＨＢｒ、又はそれらの組合せと組み合わせて用いられる。これらの前駆物質のために用いられる典型的な出力密度は、約１ｍＷ/ｃｍ２〜約２５ｍＷ/ｃｍ２の範囲である。好ましくは、出力密度は、約２ｍＷ/ｃｍ２〜約１０ｍＷ/ｃｍ２の範囲である。図２Ａについて、基板２１６が置かれているペデスタル２１５を回転するために、シャフト２４０を回転することによってＵＶ線源２０８に相対して基板２１６を回転させることができる。これによって、ＵＶ線源２０８に対して放射状に対称の放射線が得られる。シャフト２４０は、典型的には、約１２ｒｐｍ〜約９０ｒｐｍの範囲の速度で回転する。
[0055]一定の熱プロセスの活性化エネルギーを減少させるために、イオン、電子又は光子（エピタキシャルに成長したシリコン含有膜が生成される場合、約１８０ｎｍ未満の波長をもつ）によって非熱エネルギーを供給することができる。ほとんどの原子について、重要な考察は約１０ｅＶより大きい光子エネルギーに対してイオン化が生じることである。このことは、約１０ｅＶ未満のエネルギーをもつ光子が純粋に量子効果（化学的及び/又は物理的プロセスに関与している原子、分子、ラジカル等の励起された状態）をもたらすことができ、悪影響は見られないことを意味する。しかしながら、エピ成長の前に、未変性酸化物が除去され、ダングリングボンドが水素で不動態化される表面洗浄/不動態化反応を高めるために、追加のエネルギーを用いることが望ましく、１０ｅＶかそれよりわずかに高い総エネルギーが有利なものである。
[0056]１８０ｎｍ以下の低波長の光子の使用は、シリコン含有エピタキシャル成長膜の形成によって生じた反応副生成物を脱着しつつ、反応種を吸収する基板表面の能力が驚くべきことに増加する。このような低波長放射線を生成することができるエキシマランプの動作の基礎をなす原理は、Ａｒ２ ＊（λ＝１２６ｎｍ、９.８４ｅＶ）、Ｋｒ２ ＊（λ＝１４６ｎｍ、８.４９ｅＶ）、又は、Ｘｅ２ ＊（λ＝１７２ｎｍ、７.２１ｅＶ）のような希ガス又はＡｒＦ＊（λ＝１９３ｎｍ、６.４２ｅＶ）、ＫｒＣｌ＊（λ＝２２２ｎｍ、５.５８ｅＶ）、ＫｒＦ＊（λ＝２４８ｎｍ、５.０１ｅＶ）のような分子の希ガスハライド複合物中の誘電体バリヤ放電（無音放電）によって生じたエキシマ（励起二量体）状態の放射分解による。Ａｒ２ ＊、Ｋｒ２ ＊、Ｘｅ２ ＊エキシマランプは、それぞれ１２６ｎｍ、１４６ｎｍ、１７２ｎｍで強い放射線を供給し、光援助エピタキシャル成長シリコン含有膜堆積用の有望な光源である。高エネルギー強度によって、基板表面からＨ２、ＳｉＣｌ２、ＨＣｌの脱着を増大させつつ、気相成分が反応性化学種に解離され且つ表面移動度が大きくなる。
[0057]高次シランやクロロシランがシリコン源として用いることができ、一例として限定としてではなく、ジクロロシラン、ヘキサクロロジシラン、ジブロモシラン、それらの誘導体を含むものがシリコン源として用いることができ、一例として限定としてでなく、ＧｅＨ４、Ｇｅ２Ｈ６、ＧｅＣｌ４、ＧｅＨ２Ｃｌ２が、ゲルマニウム源として用いることができる。シリコンとゲルマニウムのこれらの前駆物質源は、基板温度が約３５０℃〜約５５０℃の範囲にある場合に許容しうる成長速度を示し、基板温度が約５５０℃〜約６５０℃である場合に高成長速度を示す。
[0058]膜成長プロセスを援助するために１７２ｎｍＵＶ線を用いることによって、５５０℃の基板温度で２６％Ｇｅ含有ＳｉＧｅ膜の一括的な膜成長に対して３５％以上の成長速度増加が達成された。このことは、本明細書で後に図４によって述べられる。
II.実施例
実施例１
[0059]基板上のシリコン含有膜のエピタキシャル成長の前に、清浄な不動態化した表面にシリコン含有エピ膜の続いての成長を得るために、表面格子構造に影響を与える基板表面上の未変性酸化物を除去するとともに水素とのダングリングボンドを停止させることが必要である。しばしば、基板は、ウエハ表面上に未変性酸化物を有するシリコンウエハである。未変性酸化物の大部分は、ウェット化学プロセス、典型的には、水性ＨＦ浸漬を用いて除去される。未変性酸化物の大部分の除去に続いて、我々は残留酸化物と炭化水素を除去するために、また、シリコン含有膜のエピタキシャル成長の前に基板表面を不動態化するために、コーティング堆積チャンバ内で行われるインサイチュ洗浄/不動態化プロセスを用いた。インサイチュ洗浄/不動態化方法の間、基板は処理容積内で水素雰囲気に曝され、同時に約１８０ｎｍ以下の波長の放射線に曝される。本明細書に前に記載された処理装置において、水素流量は２５ｓｌｍ〜５０ｓｌｍの範囲であった。基板表面の温度は、約１分間〜約５分間、５００℃〜６５０℃の範囲であった。処理容積中の圧力は、約０.１トール〜約１００トールの範囲であってもよく、典型的には約５トール〜約３０トールの範囲である。出力密度は、約２ｍＷ/ｃｍ２〜約２５ｍＷ/ｃｍ２の範囲であり、典型的には約２ｍＷ/ｃｍ２〜約１０ｍＷ/ｃｍ２の範囲である。基板表面と放射線源の間の間隔“ｄ”は、典型的には約５ｃｍ〜約２０ｃｍ、好ましくは約５ｃｍ〜約１０ｃｍの範囲である。基板の処理時間は、典型的には、約１分間〜約５分間の範囲である。
実施例２
[0060]図３は、５５０℃〜７５０℃の範囲にある温度で堆積した膜に対して、膜堆積プロセス容積内で１７２ｎｍ放射線の利点を含んで、また、それを含まずにシリコン/ゲルマニウム膜のエピタキシャル成長速度を示すグラフ３００である。基板温度℃は目盛り３０２で示され、成長速度Å/分は目盛り３０４で示される。曲線３０８は、１７２ｎｍ放射線の利点を含まない膜成長速度の代表例である。曲線３０６は、１７２ｎｍ放射線の利点を含む膜成長速度の代表例である。１７２ｎｍ放射線が存在した場合、基板表面の出力密度は約２ｍＷ/ｃｍ２であった。堆積プロセスガスのシリコン含有成分は、ＳｉＨ２Ｃｌ２であり、ゲルマニウム含有成分はＧｅＨ４であり、シリコン：ゲルマニウムの比は約１：２０の範囲内であった。基板２１４の上面２１６と放射線源２０８の間の間隔“ｄ”（図２Ａに示されるように）は約５ｃｍであった。プロセス容積２１８は約７５００ｃｃであった。プロセス容積２１８へのプロセスガスの総流量は約３０ｓｌｍであった。ＳｉＨ２Ｃｌ２の流量は１００ｓｃｃｍであり、水素中の１容積％ＧｅＨ４の流量は、３００ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍに変化できた（３ｓｃｃｍ〜５ｓｃｃｍのＧｅＨ４を供給する）。プロセス容積２１８内の圧力は１０であった。加えられた出力密度は２ｍＷ/ｃｍ２であった。
実施例３
[0061]図４は、膜形成中にプロセス容積内で１７２ｎｍ放射線を用いることによる、シリコン/ゲルマニウム膜の成長速度の増加を示すグラフ４００である。成長速度は、膜成長が行われる基板温度の関数として示される。プロセス条件は上記図３の条件であった。基板温度は目盛り４０２に℃で示され、シリコン/ゲルマニウム膜の成長速度の増加は目盛り４０４で示され、曲線４０６は、プロセス容積内の１７２ｎｍ放射線の存在により、より低い温度で有益な効果が増加することを示す関係を表している。
実施例４
[0062]図５は、ＨＣｌ：ＧｅＨ４（水素中１容積％で）の流量比の関数として、プロセス容積内で１７２ｎｍＵＶ線を用いて、また、それを用いずにシリコン・ゲルマニウム膜の選択的堆積の膜成長速度を示すグラフ５００である。この流量比が約０.１未満である場合、堆積は非選択的、一括的ＳｉｘＧｅｌ-ｘ膜成長になる。基板温度は６５０℃であり、プロセス容積内の圧力は１０であり、出力密度は２ｍＷ/ｃｍ２であった。ＳｉＨ２Ｃｌ２の流量は１００ｓｃｃｍであり、水素中のＧｅＨ４の流量は約３００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍであり、プロセスガスフィード中のＳｉ：Ｇｅの容積比は、約１００：３〜約１００：５であった。ＨＣｌ：（ＤＣＳ＋ＧｅＨ４（水素中１％で）の容積流量比は目盛り５０２で示され、膜成長速度Å/分は目盛り５０４で示される。曲線５０８は、いかなる１７２ｎｍの放射線入力もない場合の関係を表す。曲線５０６は、１７２ｎｍ放射線が２ｍＷ/ｃｍ２の出力密度で適用されている関係を表す。堆積は、ＨＣｌ：（ＤＣＳ＋ＧｅＨ４）比が増加するにつれて、より選択的である。ＨＣｌ又はＣｌ２又はＨＢｒとシリコン含有前駆物質との容積比は、約０.０５：１〜約５０：１の範囲であってもよく、少なくとも０.０５：１である。
[0063]図６は、プロセス容積内で１７２ｎｍ放射線を用いて、また、それを用いずに生成した膜に対して、ＨＣｌ：ＧｅＨ４（水素中１容積％で）の流量比の関数として、図５によって述べたプロセス条件下で生成した選択的に堆積したシリコン・ゲルマニウム膜中のゲルマニウムのパーセントを示すグラフ６００である。この流量比が約０.１未満である場合、堆積は非選択的、一括的ＳｉｘＧｅｌ-ｘ膜成長になる。容積流量比は目盛り６０２に示され、シリコン/ゲルマニウム膜中のゲルマニウムパーセントは目盛り６０４に示される。曲線６０８は、プロセス容積への放射線入力なしで形成されたシリコン/ゲルマニウム膜の代表例である。曲線６０６は、１７２ｎｍ放射線が２ｍＷ/ｃｍ２の出力密度で存在した場合に形成されたシリコン/ゲルマニウム膜の代表例である。本発明の方法によって堆積した膜のゲルマニウム含量は、約１％〜約９０％の範囲でもよく、典型的には約５％〜約４０％の範囲である。
実施例５
[0064]図７は、膜堆積が行われた温度の関数として、また、ＨＣｌ：ＧｅＨ４（水素中１容積％で）の流量比の関数として、選択的に堆積したシリコン・ゲルマニウム膜の膜厚の変化パーセントを示すグラフ７００である。この流量比が約０.１未満である場合、堆積は非選択的、一括的ＳｉｘＧｅｌ-ｘ膜成長になる。プロセス容積中の圧力は１０であり、出力密度は２ｍＷ/ｃｍ２であった。ＳｉＨ２Ｃｌ２の流量は１００ｓｃｃｍであり、水素中１容積％のＧｅＨ４流量は約３００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍであり、プロセスガスフィード中のＳｉ：Ｇｅの容量比は、約１００：３〜約１００：５であった。ＨＣｌ：（ＤＣＳ＋ＧｅＨ４（水素中１％で）の容量流量比は目盛り７０２に示され、膜厚の増加パーセント（膜成長速度の表示）は目盛り７０４に示されている。曲線７０６は、膜堆積中の基板温度７００℃に対する関係を示し、曲線７１０は、膜堆積中の基板温度６５０℃に対する関係を示している。より低い温度での膜堆積中のＵＶ線の使用は膜成長速度に対する影響が非常に大きいことは容易に明らかである。
[0065]図８は、膜堆積中に加えられたＵＶ線の出力密度の関数として、一括的に堆積したシリコン・ゲルマニウム膜の膜厚を示すグラフ８００である。ＵＶ線が適用された場合には、１７２ｎｍ放射線であった。１７２ｎｍ放射線の存在の影響は、基板（ウエハ）の中心からｍｍとして、全基板表面にわたって示されている。基板の中心からの距離ｍｍは目盛り８０２に示され、シリコン/ゲルマニウム膜厚オングストロームは目盛り８０４に示されている。曲線８０６は、１７２ｎｍ放射線が処理容積に存在しなかったときの関係を表している。曲線８０８は、１７２ｎｍ放射線が基板表面に約１.３ｍＷ/ｃｍ２の出力密度で存在したときの関係を表している。曲線８１０は、１７２ｎｍ放射線が基板表面に約２.０ｍＷ/ｃｍ２の出力密度で存在したときの関係を表している。他のプロセス条件は、本質的には図３について述べたものと同じであり、膜堆積中の基板温度は６５０℃であった。
[0066]出力密度は２.０ｍＷ/ｃｍ２密度をかなり超えて増加することができ、膜成長速度の対応するかなりの増加が生じることが予想される。出力密度の適用に対する都合のよい上限は、装置が本明細書に前述した場合、約２５ｍＷ/ｃｍ２の範囲内である。
実施例６
[0067]図９は、シリコン源に用いられた前駆物質の関数として、また、１７２ｎｍ放射線の形で加えられた出力の関数として、一括的に堆積したシリコン・ゲルマニウム膜厚の増加パーセントを示すグラフである。加えた出力量は目盛り９０２にｍＷ/ｃｍ２で示され、膜厚の増加は目盛り９０４に示されている。曲線９０６は、ＵＶ強化しない膜堆積と比べて、ＳｉＨ４ベースのプロセスの場合の膜厚の増加パーセントを示し、曲線９０８は、ＵＶ線を膜成長速度の増加を可能にするために用いたときのＳｉＨ２Ｃｌ２ベースプロセスの場合の膜厚の増加パーセントを示している。塩素含有シリコン前駆物質成分が用いられる場合、膜成長速度がより速いことは容易に明らかである。基板温度は６５０℃であり、プロセス容積の圧力は１０であり、ＳｉＨ２Ｃｌ２の流量は１００ｓｃｃｍであり、ＧｅＨ４（水素中１％で）の流量は３００ｓｃｃｍであった。ＳｉＨ４の流量は１００ｓｃｃｍであり、ＧｅＨ４（水素中１％で）の流量は３００ｓｃｃｍであった。これらの流量は、シリコン含有前駆物質がＤＣＳであった場合、ＳｉＧｅ膜中ゲルマニウム原子濃度が約１７.５％であり、シリコン含有前駆物質がＳｉＨ４であった場合、約１０％であった。
[0068]上述の例示的な実施形態は、当業者が、本開示を考慮して、下で特許請求される発明の内容と対応するような実施形態を拡張することができるように、本発明の範囲を制限するものではない。
図１は、膜堆積中、ＵＶ線の利点を含まないシリコン/ゲルマニウム膜のエピタキシャル成長速度を示すグラフである。膜成長速度は、前駆物質材料の流量比の関数として、また、摂氏温度での温度の関数として、オングストローム/分で示されている。発明者らは、ＧｅＨ４は水素中１％ＧｅＨ４であるガスの流量であると言わなかったが、私はこれが他の実施例のすべてのケースであったと考える。 図２Ａは、本発明の基板洗浄方法とシリコン含有膜堆積方法を実施するために使用しうる種類のプロセスチャンバの断面図の概略図である。 図２Ｂは、図２Ａに示した種類のプロセスチャンバ内のＵＶ線源ランプの位置づけを示す一実施形態の概略平面図であり、冷却ガスがＵＶ線源を含む容積に入り、図２Ａに示した通気装置と連通している通気装置（図示せず）に出る。 図２Ｃは、石英ＵＶ線透過ウィンドウ２０６の底部と基板２１４が配置されている支持ペデスタル２１５の間の処理/反応容積２１８を含むＵＶ線チャンバ２０５の側面図である。ＵＶ線源２０８と基板２１４の上面２１６との間の距離ｄも示されている。 図３は、５５０℃〜７５０℃の範囲の温度で堆積した膜に対して、膜堆積プロセスチャンバ内で、１７２ｎｍの放射線の利点を含んで、また、それを含まずに一括的に堆積したシリコン・ゲルマニウム膜のエピタキシャル成長速度を示すグラフである。シラン含有前駆物質はジクロロシランであり、ゲルマニウム源はゲルマンであり、１７２ｎｍ放射線は約２ｍＷ/ｃｍ２の出力密度で存在した。 図４は、膜成長が行われる基板温度の関数として、ＵＶ線を用いた（曲線３０６）図３に示された一括的に堆積したシリコン・ゲルマニウム膜の成長速度の促進を示すグラフである。 図５は、膜堆積プロセス中のＨＣｌ：ＧｅＨ４（水素中１容積％で）の流量比の関数としてＵＶ線を用いて、また、それを用いずに、選択的に堆積したシリコン・ゲルマニウム膜の膜成長速度を示すグラフである。ＨＣｌ：ＤＣＳ＋ＧｅＨ４（水素中１％で）の流量比が約０.１未満である場合、堆積は非選択的、一括的ＳｉｘＧｅｌ-ｘ膜成長になる。前駆物質フィードガス中のゲルマニウムとシリコンとの比は、約１５〜３５ｓｌｍの総前駆ガス流（水素を含む）で、約１：２０であり、ＵＶ線は約２ｍＷ/ｃｍ２の出力密度で１７２ｎｍの波長であった。 図６は、データが図５に示されている、選択的に堆積したシリコン・ゲルマニウム膜中のゲルマニウムのパーセントを示すグラフである。ＳｉｘＧｅｌ-ｘ膜中のゲルマニウムの割合は、ＵＶ線を用いた、また、それを用いない膜成長が示されている。膜中のゲルマニウムのパーセントは、膜堆積プロセス中のＨＣｌ：ＧｅＨ４（水素中１容積％で）の流量比の関数として示されている。ＨＣｌ：ＤＣＳ＋ＧｅＨ４（水素中１％で）の流量比が約０.１未満である場合、堆積は非選択的、一括的ＳｉｘＧｅｌ-ｘ膜成長になる。前駆物質フィードガス中のゲルマニウムとシリコンとの比は、約１５〜３５ｓｌｍの範囲の総前駆ガス流（水素を含む）で約１：２０であり、ＵＶ線は約２ｍＷ/ｃｍ２の出力密度で１７２ｎｍの波長であった。 図７は、ＨＣｌ：ＧｅＨ４（水素中１容積％で）の流量比の関数として、また、℃（６５０℃と７００℃で）での温度の関数として、膜堆積プロセス中にＵＶ線が適用されたときのＳｉｘＧｅｌ-ｘ膜厚の変化パーセントを示すグラフである。ＨＣｌ：ＤＣＳ＋ＧｅＨ４（水素中１％で）の流量比が約０.１未満である場合、堆積は非選択的、一括的ＳｉｘＧｅｌ-ｘ膜成長になる。前駆物質フィードガス中のゲルマニウムとシリコンとの比は、約１５〜３５ｓｌｍの範囲の総前駆ガス流（水素を含む）で約１：２０であり、ＵＶ線は約２ｍＷ/ｃｍ２の出力密度で１７２ｎｍの波長であった。 図８は、１７２ｎｍの放射線の形で適用された出力の関数として一括的に堆積したシリコン・ゲルマニウム膜の膜厚を示すグラフであり、１７２ｎｍの放射線の存在の影響が、基板（ウエハ）の中心からのｍｍとして全基板表面にわたって示されている。堆積のための前駆ガス中のＧｅ：Ｓｉの比は、約１：２０であった。ＵＶ線は１７２ｎｍの波長であった。図２Ａを参照すると、-１５０ｍｍは位置Ａ（図２Ａでは）であり、０ｍｍは位置Ｂであり、１５０ｍｍは位置Ｃであった。 図９は、用いられるシリコン含有前駆物質の関数として、また、ｍＷ/ｃｍ２での出力密度の関数として、一括的に堆積したシリコン・ゲルマニウム膜の膜厚（成長速度）の増加パーセントを示すグラフである。 図１０は、単結晶シリコン基板表面上に存在する酸化物量に関する一定温度での処理チャンバ内に存在するＨ２Ｏ分圧の影響を示すグラフである。このグラフは、上に横たわるシリコン含有膜のエピタキシャル成長に先立つ基板表面の洗浄に関する。
符号の説明
１００…堆積チャンバ、２００…プロセスチャンバ、２０１…ハウジング構造、２０５…上部チャンバ、２０６…Ｕ.Ｖ.透過ウィンドウ、２０８…ＵＶ線源、２１０…赤外ランプ、２１０ａ…上部ランプモジュール、２１０ｂ…下部ランプモジュール、２１１…入口ポート、２１４…基板、２１６…表面、２１７…ペデスタル、２１８…処理容積、２２２…フロー、２２４…下部チャンバ、２２８…出口ポート、２３０…石英チャンバ、２３８…出口、２４０…シャフト。

Claims (4)

  1. シリコン含有膜のエピタキシャル成長を可能にする表面を得るために処理容積内においてシリコン含有膜に適用して使われる基板表面を洗浄及び不動態化する方法であって、前記洗浄及び不動態化する方法が、
    前記処理容積内の水素分圧を０．１Ｔｏｒｒから１００Ｔｏｒｒとする濃度の水素の使用を、前記処理容積内の波長を１８０ｎｍ〜１２０ｎｍの範囲とするエキシマＵＶランプからの一定の放射線の使用と組み合わせて含み、ここで、前記放射線の出力密度が１ｍＷ／ｃｍ２ 〜２５ｍＷ／ｃｍ２の範囲にあり、
    前記洗浄及び不動態化方法が５００℃〜７５０℃の範囲にある温度で行われる、前記方法。
  2. 前記出力密度が２ｍＷ／ｃｍ２〜１０ｍＷ／ｃｍ２の範囲にあり、前記洗浄及び不動態化方法が６５０℃〜５００℃の範囲にある温度で行われる、請求項１記載の方法。
  3. 基板処理容積内の全圧が５Ｔｏｒｒ〜３０Ｔｏｒｒの範囲にある、請求項１記載の方法。
  4. 前記温度が、前記洗浄及び不動態化方法の間、一定である、請求項２又は請求項３記載の方法。
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