JP5484729B2 - Ｓｉ含有膜の選択的堆積のための断続的堆積処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体処理、特に、基板においてＳｉ含有膜を選択的に形成することに関する。
シリコン含有膜は、半導体産業における広汎で多様なアプリケーションで用いられている。シリコン含有膜は、エピタキシャルシリコン、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）、アモルファスシリコン及びエピタキシャルシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）等のシリコン膜を有する。回路の幾何学的形状が更に小さい特徴サイズに縮小されるにつれて、Ｓｉ含有膜については、例えば、半導体装置への新しい温度感応性物質の導入並びにソース領域及びドレイン領域における浅い注入のサーマルバジェットの低下より低い堆積温度が好ましくなっている。また、Ｓｉ含有膜の非選択的（包括的）及び選択的堆積は将来の装置を必要とすることはまた、明らかである。
エピタキシャル堆積は、バルクと異なるドーピングレベルを有することが可能である新しい膜の堆積によりバルク基板の結晶格子が大きくなる処理である。したがって、単結晶Ｓｉ（ＳｉＧｅ）基板又は膜の表面が、エピタキシャルＳｉ（ＳｉＧｅ）膜を堆積するために必要である。基板におけるＳｉ含有膜、例えば、エピタキシャルＳｉ又はエピタキシャルＳｉＧｅ膜の堆積に先立って、高品質のエピタキシャル膜を堆積するように適切な成長開始表面（即ち、種層）に調整するために、基板表面から自然酸化層を除去する必要がある。更に、エピタキシャル堆積において、目的のエピタキシャル膜の厚さ及び抵抗パラメータのマッチングは、それに続く適切な機能デバイスの製造のために重要である。
典型的には、選択的エピタキシャル堆積においては、膜の核形成及びそれに続く連続膜の堆積は、例えば、窒化物、酸化物又は酸窒化物等の誘電体物質を有する基板の領域においては好ましくない。更に、装置製造において新しい温度感応性物質の使用のために、選択的エピタキシャル堆積は、益々低下する基板温度で実行されるために必要である。しかしながら、選択性は一般に低下する又はそれらのより低い基板温度においては失われるために、選択的エピタキシャル堆積及び基板温度の低下は競合する目的である。
それ故、本発明の１つの目的は、Ｓｉ含有膜の選択的堆積に関連する上記の課題の何れか又は他の課題に対処することである。
本発明の他の目的は、基板の非成長表面に対する成長表面の成長に関する堆積選択性を維持しつつ、低下したサーマルバジェットに対する要求の結果として、Ｓｉ含有膜の選択的堆積に関連する課題に対処することである。本発明の実施形態にしたがって、Ｓｉ含有膜は、酸化物、窒化物又は酸窒化物非成長表面においてＳｉ含有膜を形成することなく、Ｓｉ又はＳｉＧｅ成長表面に選択的に形成されるＳｉ膜又はＳｉＧｅ膜である。
本発明の実施形態にしたがって、断続的堆積処理において基板においてＳｉ含有膜を選択的に形成する方法を提供する。その方法は、処理チャンバ内に基板を備える段階であって、その基板は成長表面及び非成長表面を有する、段階と、基板を塩素化シランガスのパルス周期に同時に晒しながら、基板をＨＸガスに晒すことにより成長表面にＳｉ含有膜を選択的に形成する段階と、を有する。その断続的堆積処理は、所望の厚さを有するＳｉ含有膜が成長表面において形成されるまで実行される。
本発明の実施形態にしたがって、断続的堆積処理において基板においてＳｉ膜を選択的に形成する方法を提供する。その方法は、処理チャンバ内に基板を備える段階であって、その基板はＳｉ成長表面及び非成長表面を有する、段階と、基板をＳｉ２Ｃｌ６ガスのパルスに周期的に晒しながら、基板をＨＣｌガスに連続的に晒すことにより、成長基板においてＳｉ膜を選択的に成長させる段階と、を有する方法であり、基板は、約５００℃乃至約７００℃の範囲内の温度に維持される方法である。
本発明の他の実施形態にしたがって、基板を処理する方法を提供する。その方法は、処理チャンバ内に基板を備える段階であって、基板は成長表面及び非成長表面を有する、段階を有する。基板を塩素化シランガスのパルス周期に同時に晒しながら、基板をＨＸガスに晒すことにより成長表面においてＳｉ膜又はＳｉＧｅ膜を選択的に成長させることをまた、有する。
本発明の実施形態においては、基板へのＳｉ含有膜の低温選択的堆積の方法を提供する。その方法の一実施形態は、処理チャンバ内に基板を備える段階であって、その基板は成長表面及び非成長表面を有する、段階と、基板を塩素化シランガスのパルス周期に同時に晒しながら、基板をＨＸガスに連続的に晒すことによる段束的堆積処理において、成長表面においてＳｉ含有膜を選択的に成長させる段階を有する。その断続的堆積処理は複数の堆積段階に分割され、各々の堆積段階において、基板は、基板においてＳｉ含有膜を堆積するように塩素化シランガスのパルスに晒される。塩素化シランガスのパルスの間に基板の非成長表面に形成される何れかのＳｉ含有核は、続いて、次の塩素化シランガスパルスの前に、ＨＸガスによりエッチング除去される。
以下の説明においては、本発明の理解を容易にするように、及び説明目的であって、限定的でないように、バッチ処理システムの特定の幾何学的構成及び種々の構成要素の説明等の特定の詳細について、詳述している。しかしながら、それらの特定の詳細から逸脱する他の実施形態において本発明が実行されることが可能であることが理解される必要がある。特に、本発明の実施形態においては、断続的堆積処理の基板において異なる物質においてＳｉ含有膜を選択的に形成する方法を提供する。Ｓｉ含有膜は、塩素化シランガスから堆積されるＳｉ膜と、塩素化ゲルマンガス又はゲルマンガスのそれぞれから堆積されるＳｉＧｅ膜とを有する。
ここで、図を参照するに、図１は、本発明の実施形態にしたがったバッチ処理システムの簡略化されたブロック図を示している。バッチ処理システム１は、処理チャンバ１０と、排気管８０に接続されている上端２３と、円筒状マニホールド２の蓋２７に気密に接合されている下端２４とを有する処理チャンバ１０及び処理管２５を有する。排気管８０は、処理システム１において所定の雰囲気圧力に又は雰囲気圧力以下に保つように、処理管２５から真空排気システム８８の方にガスを排出する。階段状の様式で（鉛直方向に間隔を置くそれぞれの垂直方向の面において）複数の基板（ウェーハ）４０を保持する基板ホルダ３５が処理管２５内に位置付けられている。基板ホルダ３５は、蓋２７を貫通する回転シャフト２１において備えられ、モータ２８により駆動されるターンテーブル２６に備えられている。ターンテーブル２６は、全体の膜の均一性を改善するように処理中に回転されることが可能である、又は、代替として、ターンテーブルは、処理中に静止されることが可能である。蓋２７は、処理管２５の内外に基板ホルダを搬送するエレベータ２２に取り付けられている。蓋２７がその最上位置に位置付けられているとき、蓋２７は、マニホールド２の開放端を閉じるように適合されている。
ガス供給システム９７は処理チャンバ１０にガスを導入する。複数のガス供給ラインが、ガス供給ラインを通って処理管２５に複数のガスを供給するように、マニホールド２の周りに備えられることが可能である。図１においては、複数のガス供給ライン間には１つのガス供給ライン２５のみが示されている。図示しているガス供給ライン４５は、第１ガス源９４に接続されている。一般に、第１ガス源９４は、基板４０に膜を形成するためのガス（例えば、塩素化シランガス、ゲルマニウム含有ガス及びＨＸガス）を有する、基板４０を処理するガスを供給することができる。更に、又は代替として、１つ又はそれ以上のガスが、ガス供給ライン４５により処理チャンバ１０に及び第２ガス源９６に動作可能であるように連結されている（遠隔）プラズマ源９５から供給されることが可能である。プラズマ励起ガスは、画図供給ライン４５により処理間２５に導入される。プラズマ源９５は、例えば、マイクロ波プラズマ源、高周波（ＲＦ）プラズマ源又は光照射線によりパワー供給されるプラズマ源であることが可能である。マイクロ波プラズマ源の場合、マイクロ波電源は約５００Ｗ乃至約５０００Ｗの範囲内であることが可能である。マイクロ波周波数は、例えば、２．４５ＧＨｚ又は８．３ＧＨｚであることが可能である。一実施例においては、遠隔プラズマ源は、ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社（米国マサチューセッツ州ウィルミントン市）製のダウンストリームプラズマ源（ＡＸ７６１０型）であることが可能である。
円筒状熱リフレクタ３０が反応管２５を覆うように備えられている。熱リフレクタ３０は、主ヒータ２０、下部ヒータ６５、上部ヒータ１５及び排気管ヒータ７０により輻射される輻射熱の損失を抑制するように、鏡面仕上げの内側表面を有する。螺旋状冷却水路（図示せず）が、冷却媒体経路として処理チャンバ１０の壁内に備えられることが可能である。ヒータ２０、６５及び１５は、例えば、約２０℃乃至約９００℃の範囲内に基板の温度を維持することができる。
真空排気システム８８は、真空ポンプ８６、トラップ８４及び自動圧力制御器（ＡＰＣ）８２を有する。真空ポンプ８６は、例えば、最大２００００ｌ／ｓｅｃ（及び、それ以上）の排気速度が可能である乾式真空ポンプを有することが可能である。処理中、ガスは、ガス供給システム９７のガス供給ライン４５を介して処理チャンバ１０に導入されることが可能であり、処理圧力はＡＰＣ８２により調整されることが可能である。トラップ８４は、処理チャンバ１０から未反応の前駆体物質及び副産物を収集することができる。
処理モニタリングシステム９２は、リアルタイムに処理をモニタリングすることができるセンサ７５を有し、例えば、質量分析計（ＭＳ）、ＦＴＩＲ分光計又は粒子カウンタを有することが可能である。制御器９０は、処理システムへの入力及び処理システム１からモニタ出力を通信する及びアクティブにするのに十分である制御電圧を発生することができるマイクロプロセッサ、メモリ、及びディジタルＩ／Ｏを有する。更に、制御器９０は、ガス供給システム９７、モータ２８、処理モニタリングシステム９２、ヒータ２０、１５、６５及び７０並びに真空排気システム８８に結合され、それらと情報を交換することができる。制御器９０は、ＤＥＬＬ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ＷＯＲＫＳＴＡＹＩＯＮ ６１０（登録商標）として実施されることが可能である。制御器９０はまた、汎用目的コンピュータ、処理器、ディジタル信号処理器等であることが可能であり、それらは、コンピュータ読み出し可能媒体に含まれる１つ又はそれ以上の系列の１つ又はそれ以上の指令を実行する制御器９０に応じて、本発明の処理段階の一部又は全部を基板処理装置が実行するようにする。コンピュータ読み出し可能媒体又はメモリは、本発明の教示にしたがってプログラムされた指令を保持し、ここで述べるデータ構造、テーブル、記録又は他のデータを有するためのものである。コンピュータ読み出し可能媒体の例には、コンパクトディスク、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、テープ、光磁気ディスク、ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＰＲＯＭ）、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、何れかの他の磁気媒体、コンパクトディスク（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ）、又は何れかの他の光媒体、パンチカード、ペーパーテープ、又は穴パターンを有する他の物理媒体、搬送波（下記）、又はコンピュータが読み出すことができる何れかの他の媒体がある。
制御器９０は、処理システムに関連して局所的に位置付けられることが可能であり、又は、インターネット又はイントラネットを介して処理システム１に関連して遠隔的に位置付けられることが可能である。それ故、制御器９０は、直接接続、イントラネット及びインターネットの少なくとも一を用いて、処理システム１とデータを交換することができる。制御器９０は、顧客サイト（即ち、デバイスメーカ等）においてイントラネットに、又はベンダサイト（即ち、装置メーカ）においてイントラネットに接続されることが可能である。更に、他のコンピュータ（即ち、制御器、サーバ等）は、直接接続、イントラネット及びインターネットの少なくとも一を介してデータを交換するように制御器９０にアクセスすることができる。
図１に示しているバッチ処理システム１は、多くの多様な特定のハードウェアが本発明を実行するように用いられることが可能であるために、単なる例示のために示されていて、それらの多様性は、当業者には容易に理解することができるであろうことが、理解されるべきである。図１の処理システムは、例えば、２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板又は更に大きい基板等の何れかのサイズの基板を処理することができる。更に、処理システム１は、約２００枚の基板又はそれ以上を同時に処理することができる。代替として、処理システム１は、最大約２５枚の基板を同時に処理することができる。
ここで、図２乃至４を参照する。図２は、本発明の実施形態にしたがった断続的堆積処理により基板においてＳｉ含有膜を選択的に形成する処理図である。図３Ａ乃至３Ｃは、本発明の実施形態にしたがった基板におけるＳｉ含有膜の選択的堆積について模式的に示している。図２においては、処理２００は参照番号２０２から開始される。ステップ２０４において、基板３１０は処理チャンバ内に備えられる。処理チャンバは、例えば、図１に示しているバッチ処理システム１の処理チャンバ１０であることが可能である。代替として、処理システムは単独のウェーハ処理システムであることが可能である。基板３００は、成長表面３１０を有する基板物質３１２と、非成長基板３２０を有する物質３１２とを有する。基板物質３１２及び成長表面３１０は、例えば、Ｓｉ又はＳｉＧｅであることが可能である。物質３２２及び非成長表面３２０は、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＯ、ガラス表面、ＬＣＤ表面又は化合物半導体表面を有する、酸化物表面、窒化物表面又は酸窒化物表面であることが可能である。他の実施例においては、物質３２２はフォトレジスト物質を有することが可能である。一実施例においては、本発明の実施形態が、ビア、トレンチ又はそれらの組み合わせを有するパターニングされた基板においてＳｉ含有膜を選択的に形成するように用いられることが可能である。
図３Ａに示している成長表面３１０は、形成される酸化物層（図示せず）を有することが可能である。その酸化物層が存在する場合、酸化物層は、ステップ２０６において成長表面３１０から除去されることが可能である。酸化物層及び何れかの他の表面汚染の除去は、成長表面３１０においてＳｉ又はＳｉＧｅ膜等のエピタキシャルＳｉ含有膜の後続の堆積を可能にする清浄な成長表面３１０を生成し、その場合、バルク基板の結晶格子は新しい膜の成長により広げられる。酸化物層は、室温においてさえ、空気に晒されるとき、Ｓｉ含有基板において容易に形成される自然酸化層である可能性がある。適切な膜の種及びエピタキシャル膜成長を妨げることに加えて、酸化物層の存在はまた、異なる物質における堆積選択性を低減させる可能性がある。代替として、ステップ２０６においては、例えば、成長表面３１０が処理チャンバ内に備えられたときに清浄である場合、又はエピタキシャル膜の堆積が好ましくない場合、その処理２００から除外されることが可能である。基板から酸化物層を除去する例示としての方法及びシステムについては、同時係属の“Ａ ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＲＥＭＯＶＩＮＧ ＡＮ ＯＸＩＤＥ ＦＲＯＭ Ａ ＳＵＲＦＡＣＥ”と題された米国特許出願公開第１１／０９４４６２号明細書、“ＬＯＷ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＯＸＩＤＥ ＲＥＭＯＶＡＬ ＵＳＩＮＧ ＦＬＯＵＲＩＮＥ”と題された、２００５年８月１８日に出願された、代理人整理番号Ｎｏ．２７３８４９ＵＳを有する米国特許出願公開第１１／ｘｘｘｘｘｘ号明細書に記載されていて、それら２つの明細書の全部の内容の援用により、本発明の説明の一部を代替する。
ステップ２０８においては、Ｓｉ含有膜が、基板３００を塩素化シランガスのパルスに同時に晒しながら、基板３００をＨＸガスに晒すことにより、成長表面３１０において選択的に形成される。ステップ２１０において、処理は終了する。ここで用いている表現“基板を塩素化シランガスのパルス周期に同時に晒しながら、基板をＨＸガスに晒す”は、基板が、塩素化シランガスにオンタイムの少なくとも一部の間にＨＸに晒され、また、塩素化ガスについてオフタイムの少なくとも一部の間に晒されることを意味する。好適な実施形態においては、基板３００は、塩素化シランガスのパルスに周期的に晒されている間に、ＨＸガスに連続的に晒される。ここで用いている“連続的流れ”は、塩素化シランガスが少なくとも一度、中断される期間の間に、ＨＸガスが中断なく流されることを意味する。
図４は、本発明の実施形態にしたがった断続的堆積処理によるＳｉ含有膜の選択的形成についてのガス流れについての図である。ＨＸガスのガス流れ４００は、塩素化シランガスのパルス４３０Ａ乃至４３０Ｉに基板を周期的に晒している間に、基板３００に対して晒される。図４に示しているように、塩素化シランガスに周期的に晒すことは、個別のパルス４３０Ａ乃至４３０Ｉを有し、それらの各々のパルスはパルス長（堆積期間又は“オンタイム”）４４０を有する。図４に示している例示としての断続的ガス流れは塩素化シランガスの９つのパルスを有するが、これは、何れの数のパルスを用いることが可能であるために、本発明に対しては必要ない。本発明の一実施形態にしたがって、塩素化シランガスパルス数は１乃至約１０００の範囲内であることが可能である。本発明の他の実施形態にしたがって、パルス数は、１０乃至約２００の範囲内であることが可能である。各々のパルスは、ＨＸガスのみに基板３００が晒される場合、各々の期間４５０（塩素化シランガスについての“オフタイム”）により分離されている。本発明の実施形態にしたがって、パルス４３０Ａ乃至４３０Ｉの各々は、同じ長さ（図４に示すように）を有することが可能であり、又は代替として、パルス長は異なることが可能である。同様に、各々のエッチング期間４５０は同じ長さ（図４に示すように）を有することが可能であり、又は代替として、各々のエッチング期間は異なる長さを有することが可能である。図４に示すように、塩素化シランガスのパルス周期は塩素化シランガスについてのオンタイムパルス及びオフタイムに等しい。
更に、図４は、ＨＸ堆積前パージ期間４１０及びＨＸ堆積後パージ期間４２０を示しているが、それらのパージ期間は、本発明については必要であるが、必要に応じて、削除されることが可能である。
図４は、塩素化シランガスのパルス化の間にＨＸガスの連続的な流れを示している一方、パルス周期に対して同時に晒すことは、上記のように連続的な流れに限定されるものではない。例えば、ＨＸガス自体は、ＨＸガスについてのオンタイムが、塩素化シランガスについてのオンタイムの一部及びオフタイムの一部を通して実行されるように、パルス化されることが可能である。
図３Ｂは、ＨＸガスに基板３００を連続的に晒している間に、基板３００を塩素化シランガスのパルス４３０Ａに晒すことに続く、Ｓｉ含有膜の形成を示している。パルス４３０Ａの期間４４０の間に、Ｓｉ含有膜３３０は成長表面３１０において連続的に堆積され、Ｓｉ含有核３４０が非成長表面３２０において形成される。安定していて連続的なＳｉ含有膜が形成されるように、成長表面３１０におけるＳｉ含有核は臨界寸法に達する必要がある。Ｓｉ含有膜３３０が臨界サイズより小さい核を有する場合、それらの核は不安定であり、図４に示すエッチング期間４５０の間にエッチングにより除去される。同様に、塩素化シランガスのパルス４３０Ａは、Ｓｉ含有核３４０が非成長表面３２０において臨界安定サイズに達しないようにするように十分短く維持される必要があり、それ故、不安定な核がエッチング期間４５０の間に非成長表面３２０からエッチングにより除去されることを可能にする。成長表面３１０におけるＳｉ含有膜の成長速度は、典型的には、成長表面３１０において幾分短いインキュベーション時間のために、非成長表面に比べてかなり大きく、それ故、各々の期間の間に、それ程エッチング除去されない安定な核を有する連続的なＳｉ含有膜３３０の堆積を可能にする。
非成長表面３２０から不安定な核をエッチング除去することに加えて、連続的なＨＸガス流れ４００は、Ｓｉ含有膜３３０の堆積速度を減少させることが可能であり、それ故、全体的な堆積時間の制御において高い正確度を与えることができる。更に、ＨＸガス流れは、Ｓｉ含有膜３３０の塩素含有量の減少を支援することができる。代理人整理番号Ｎｏ．２７６３６８ＵＳ６ＹＡを有する“ＳＥＱＵＥＮＴＩＡＬ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ ＰＲＯＣＥＥ ＦＯＲ ＦＯＲＭＩＮＧ Ｓｉ−ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ ＦＩＬＭＳ”と題された米国特許出願公開においては、その援用により本明細書の説明の一部を代替し、膜の塩素含有量を減少させるように塩素化Ｓｉ含有膜の乾式エッチングを用いる処理について記載されている。ＨＸガスの連続的流れはまた、上記有利点を提供することが可能である。
図３Ｃは、期間４４０及びエッチング期間４５０についての塩素化シランガスのパルス４３０Ａの後のＳｉ含有膜の選択的形成について示している。エッチング期間４５０の間に基板をＨＸガスに晒すことにより、非成長表面３２０からＳｉ含有核３４０を除去することができる。Ｓｉ含有核３４０の除去に後続して、パルス化及びエッチングは、成長表面３１０において所望の厚さを有するＳｉ含有膜３３０が選択的に形成されるまで、繰り返されることが可能である。
塩素化シランガスパルス４３０Ａの長さ４４０及びエッチング期間４５０の長さは、成長表面３１０におけるＳｉ含有膜３３０の選択的堆積を与えるように選択される。塩素化シランガスパルス４３０Ａの長さ４４０は、臨界サイズより大きい核３４０の形成を回避するように選択されることが可能であり、エッチング期間の長さは、核３４０を十分にエッチング除去するように選択されることが可能である。パルス長４４０及びエッチング期間４５０の長さは、例えば、Ｓｉ含有膜３３０の所望の選択的堆積を達成するように、独立して又は共に変えられることが可能である。本発明の実施形態にしたがって、パルス長４４０は、約０．５分乃至約１０分の範囲内にあることが可能である。代替として、パルス長４４０は、約１分乃至約５分の範囲内にあることが可能である。本発明の実施形態にしたがって、各々の期間４５０の長さは、約１分乃至約２０分の範囲内にあることが可能である。代替として、エッチング期間の長さは、約２分乃至約１５分の範囲内にあることが可能である。
本発明の実施形態にしたがって、塩素化シランガスは、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、Ｓｉ２Ｃｌ６若しくはそれらの２つ又はそれ以上の組み合わせを有することが可能である。塩素化シランガスは、不活性ガス、Ｃｌ２、Ｈ２又はＨ、若しくはそれらの２つ又はそれ以上の組み合わせを更に有することが可能である。不活性ガスは、例えば、Ｎ２又は希ガス（例えば、Ａｒ）を有することが可能である。塩素化シランガスの流量は１０ｓｃｃｍ乃至約５００ｓｃｃｍの範囲内であることが可能である。代替として、塩素化シランガスの流量は、約０．５Å／ｍｉｎ乃至約１０Å／ｍｉｎの範囲内のＳｉ含有膜の成長速度を得るように選択されることが可能である。代替として、その流量は、約１Å／ｍｉｎ乃至約２Å／ｍｉｎの範囲内の成長速度を得るように選択されることが可能である。
本発明の実施形態にしたがって、ＨＸガスは、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩ若しくはそれらの２つ又はそれ以上を有することが可能である。ＨＸガスは、Ｎ２等の不活性ガス又は希ガス（例えば、Ａｒ）を更に有することが可能である。本発明の実施形態にしたがって、ＨＸガスの流量は１０ｓｃｃｍ乃至約５００ｓｃｃｍの範囲内であることが可能である。
選択的堆積処理の間に、基板温度は、全体的なサーマルバジェット、所望の堆積速度、又は堆積されるＳｉ含有膜３３０の所望の結晶学的構造（例えば、単結晶、多結晶又はアモルファス）の考慮の下で選択されることが可能である。他の調整可能な処理パラメータには、処理チャンバ圧力、塩素化シランガス及びＨＸガスの選択、並びにパルス４３０Ａの長さ及びエッチング期間４５０の長さがある。本発明の実施形態にしたがって、処理チャンバ圧力は約０．１Ｔｏｒｒ乃至約１００Ｔｏｒｒの範囲内であることが可能である。代替として、処理チャンバ圧力は約０．５Ｔｏｒｒ乃至約２０Ｔｏｒｒの範囲内であることが可能である。本発明の実施形態にしたがって、基板は約５００℃乃至約７００℃の範囲内の基板温度に保たれることが可能である。代替として、基板は約５５０℃乃至約６５０℃の範囲内の基板温度に保たれることが可能である。
本発明の一実施形態にしたがって、処理チャンバ圧力は、パルス４３０Ａの期間４４０の間及びエッチング期間４５０の間に異なることが可能である。一実施例においては、処理チャンバ圧力は、非成長表面におけるＳｉ含有核のエッチング速度を増加させ、エッチング期間４５０の長さを減少させるように、期間４４０に比べてエッチング期間４５０の間において、高いことが可能である。
本発明の一実施例においては、Ｓｉ膜は、Ｓｉ２Ｃｌ６ガス及びＨＣｌガスを用いて、基板に選択的に堆積されることが可能である。一実施例においては、Ｓｉ膜は、Ｓｉ成長表面及びＳｉＮ非成長表面を有する基板において選択的に堆積された。その処理条件は、基板温度６５０℃、処理チャンバ圧力１Ｔｏｒｒ、連続的ＨＣｌガス流量６０ｓｃｃｍ、Ｓｉ２Ｃｌ６ガスの３０パルスであり、その場合、各々のパルスは長さが２．５分であり、ＨＣｌガス流の１０分だけ次のパルスと分離されていた。Ｓｉ２Ｃｌ６ガス流量は４０ｓｃｃｍであり、その結果、Ｓｉの堆積速度は１．６Å／ｍｉｎが得られた。
他の実施例においては、Ｓｉ膜は、Ｓｉ成長表面及びＳｉＮ非成長表面を有する基板において選択的に堆積された。その処理条件は、基板温度６００℃、処理チャンバ圧力２．２Ｔｏｒｒ、連続的ＨＣｌガス流量１８０ｓｃｃｍ、Ｓｉ２Ｃｌ６ガスの４５パルスであり、その場合、各々のパルスは長さが１分であり、ＨＣｌガス流の５分だけ次のパルスと分離されていた。Ｓｉ２Ｃｌ６ガス流量は４０ｓｃｃｍであり、その結果、Ｓｉの堆積速度は１．５Å／ｍｉｎが得られた。
本発明の実施形態にしたがって、選択的に堆積されるＳｉ含有膜はＳｉＧｅ膜であることが可能である。ＳｉＧｅ膜は、塩素化シランガスにゲルマニウム含有ガスを加えることにより堆積されることが可能である。ゲルマニウム含有ガスは、例えば、ＧｅＣｌ４、ＧｅＨＣｌ３、ＧｅＨ２Ｃｌ２、ＧｅＨ３Ｃｌ、Ｇｅ２Ｃｌ６、ＧｅＨ４若しくはそれらの２つ又はそれ以上の組み合わせを有することが可能である。
Ｓｉ含有膜は、塩素化シランガス、ゲルマニウム含有ガス又はＨＸガスにドーパントガスを加えることにより堆積されることが可能である。ドーパントガスは、例えば、Ｓｉ含有膜にＰ、Ａｓ又はＢのそれぞれをドープするように、ＰＨ３、ＡｓＨ３、Ｂ２Ｃｌ２を有することが可能である。ドーパントガスに十分に長く晒すことにより、例えば、積み上げソース／ドレインアプリケーションのために用いられることが可能である高ドープ量のＳｉ含有膜が得られる。一般に、飽和より低いドーピング濃度が、ドーピングガス濃度及びドーパントガスに晒す時間を制御することにより得られる。
図３Ｃに示すＳｉ含有膜３３０の選択的堆積は、基板において積み上げエピタキシャルＳｉ含有膜を形成するように、当業者に知られている方法を用いて基板からの物質３２２の実質的除去を可能にする。エピタキシャルＳｉ含有膜の選択的堆積が、積み上げソース及びドレイン領域を有するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）デバイスを製造するために用いられることができる。ＳＯＩデバイス製造中の処理は、ソース及びドレイン領域における全体のＳｉ膜を消費し、それ故、Ｓｉ膜の選択的エピタキシャル成長（ＳＥＧ）により備えられるそれらの領域における余分なＳｉが必要である。Ｓｉ含有膜の選択的エピタキシャル堆積は、必要なフォトリソグラフィステップ及びエッチングステップの数を減少させることができ、そのことは、デバイスの製造に含まれる全体的なコスト及び複雑性を低減することができる。
本発明の特定の実施形態のみについて上で詳述しているが、当業者は、本発明の新規な教示及び有利点から実質的に逸脱することなく、例示としての実施形態において多くの修正が可能であることを容易に理解することができるであろう。それ故、そのような修正の全ては、本発明の範囲内に網羅されるように意図されている。
Claims (24)
- 基板を処理する方法であって：
処理チャンバ内に前記基板を備える段階であって、前記基板は成長表面及び非成長表面を有する、段階；並びに
前記基板をＨＸガスにさらし、同時にＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、Ｓｉ２Ｃｌ６又はそれらの少なくとも２つの組み合わせを有する塩素化シランガスのパルス周期に前記基板をさらすことにより、前記成長表面においてＳｉ含有膜を選択的に形成する段階であって、前記基板が500℃乃至700℃の範囲内の温度に保たれる、段階；
を有する方法。 - 請求項１に記載の方法であって、前記成長表面はＳｉ又はＳｉＧｅを有し、前記非成長表面は酸化物層、窒化物層又は酸窒化物層を有する、方法。
- 請求項１に記載の方法であって、前記Ｓｉ含有膜は、多結晶Ｓｉ、アモルファスＳｉ、多結晶ＳｉＧｅ又はエピタキシャルＳｉＧｅを有する、方法。
- 請求項１に記載の方法であって、前記ＨＸガスは、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩ又はそれらの少なくとも２つの組み合わせを有する、方法。
- 請求項１に記載の方法であって、前記選択的に形成する段階は、前記基板を塩素化シランガスの複数のパルスに周期的に晒しながら、前記基板をＨＸガスに連続的に晒す段階を有する、方法。
- 請求項５に記載の方法であって、前記塩素化シランガスのパルス数は１乃至１０００の範囲内である、方法。
- 請求項５に記載の方法であって、前記塩素化シランガスのパルス数は１０乃至２００の範囲内である、方法。
- 請求項５に記載の方法であって、前記塩素化シランガスの流量は１０ｓｃｃｍ乃至５００ｓｃｃｍの範囲内である、方法。
- 請求項５に記載の方法であって、前記Ｓｉ含有膜の成長速度は０．５Å／ｍｉｎ乃至１０Å／ｍｉｎの範囲内である、方法。
- 請求項５に記載の方法であって、前記Ｓｉ含有膜の成長速度は１Å／ｍｉｎ乃至２Å／ｍｉｎの範囲内である、方法。
- 請求項５に記載の方法であって、前記圧力チャンバの圧力は０．１Ｔｏｒｒ乃至１００Ｔｏｒｒの範囲内である、方法。
- 請求項５に記載の方法であって、前記圧力チャンバの圧力は０．５Ｔｏｒｒ乃至２０Ｔｏｒｒの範囲内である、方法。
- 請求項１に記載の方法であって：
前記選択的に形成する段階に先行して、前記基板から酸化物層を除去する段階であって、該除去する段階は、Ｆ２、Ｃｌ２、Ｈ２、ＨＣｌ、ＨＦ、Ｈ又はそれらの少なくとも２つの組み合わせを有する洗浄ガスに前記基板を晒す段階を有する、段階；
を更に有する、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、堆積前ＨＸガスパージ、堆積後ＨＸガスパージ、又は該堆積前ＨＸガスパージ及び該堆積後ＨＸガスパージの両方を更に有する、方法。
- 請求項１に記載の方法であって、堆積前ＨＸガスパージ、堆積後ＨＸガスパージ、又は該堆積前ＨＸガスパージ及び該堆積後ＨＸガスパージの両方を更に有する、方法。
- 請求項１５に記載の方法であって、前記塩素化シランガスは、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、Ｓｉ２Ｃｌ６又はそれらの少なくとも２つの組み合わせを有し、前記ゲルマニウム含有ガスは、ＧｅＣｌ４、ＧｅＨＣｌ３、ＧｅＨ２Ｃｌ２、ＧｅＨ３Ｃｌ、Ｇｅ２Ｃｌ６、ＧｅＨ４又はそれらの少なくとも２つの組み合わせを有する、方法。
- 請求項５に記載の方法であって、前記基板は５００℃乃至７００℃の範囲内の温度に保たれる、方法。
- 請求項５に記載の方法であって、前記基板は５５０℃乃至６５０℃の範囲内の温度に保たれる、方法。
- 請求項１に記載の方法であって、ＰＨ３、ＡｓＨ３、Ｂ２Ｃｌ２又はそれらの少なくとも２つの組み合わせを有するドーパントガスに前記基板を晒す段階を更に有する、方法。
- 請求項１に記載の方法であって、塩素化シランガスの各々のパルスのオンタイムは、臨界サイズより大きい前記非成長表面における核の形成を実質的に回避されるように選択される、方法。
- 請求項１に記載の方法であって、前記塩素化シランガスのパルス間のオフタイムは、前記ＨＸに晒すことが前記非成長表面から核を実質的にエッチングにより除去されるように選択される、方法。
- 請求項２１に記載の方法であって、前記処理チャンバの圧力は、前記パルスのオンタイムに比べて、前記オフタイムの間に高い、方法。
- 基板を処理する方法であって：
処理チャンバ内に前記基板を備える段階であって、前記基板はエピタキシャルＳｉ成長表面及び非成長表面を有する、段階；並びに
Ｓｉ２Ｃｌ６ガスのパルスに前記基板を周期的にさらしながら、前記基板をＨＣｌガスに連続的に晒すことにより、前記Ｓｉ成長表面においてエピタキシャルＳｉ膜を選択的に形成する段階であって、前記基板は、５００℃乃至７００℃の範囲内の温度に保たれる、段階；
を有する方法。 - 基板を処理する方法であって：
処理チャンバ内に前記基板を備える段階であって、前記基板は成長表面及び非成長表面を有する、段階；並びに
前記基板をＨＸガスにさらし、同時にＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、Ｓｉ２Ｃｌ６又はそれらの少なくとも２つの組み合わせを有する塩素化シランガスのパルス周期に前記基板をさらすことにより、前記成長表面においてＳｉ膜又はＳｉＧｅ膜を選択的に形成する段階であって、前記基板が500℃乃至700℃の範囲内の温度に保たれる、段階；
を有する方法。
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