JPH03165511A - エピタキシャル成長層へのドーピング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、シリコンの気相選択エピタキシャル成長技術
に係わり、特に、コンタクトホールの埋込みなど低温下
で高濃度に不純物をドーピングする必要がある選択エピ
タキシャル技術に好適する。

（従来の技術） バイポーラデバイス（Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）
やパワーモスデバイス（Ｐｏｗｅｒ　Ｍｏｓ　Ｄｅｖｉ
ｃｅ）などの製造工程に利用されているシリコンエピタ
キシャル成長、技術では、ウェーハ（Ｗａｆｅｒ）を〜
１１００℃以上の高温に保ち、しかも水素キャリアガス
中に５ｉＣ１，や５ｉＨＣ１，などの成長ガスを混合し
て、ウェーハ（以後基板と記載する）表面に単結晶を析
出する手法が採られている。

このエピタキシャル成長層への不純物のドーピングは、
上記ガスにフォスフイン（ｐｏａ）やジボラン（ｓａｎ
ｇ）などを混合することによって所望の不純物濃度を保
持したエピタキシャル成長膜を成長させることにより達
成されている。

一方、集積回路素子の微細化、高集積化に伴いコンタク
ト形成用のセルファラインコンタクト（Ｓｅｌｆ　Ａｌ
ｉｇｎ　Ｃｏｎｔａｃｔ以後ＳＡＣと略称する）技術と
コンタクトホールへの導電性物質の埋込み技術が重要に
なってきており、シリコンのエピタキシャルの応用であ
る選択気相成長法が注目されている。

その背景としては、不純物ドーピング選択気相成長によ
りコンタクトホールの埋込みを施すと、５ＡＣ５導電性
物質の埋込みが同時に満足する点が挙げられる。

（発明が解決しようとする課題） 選択成長法をコンタクトホールの埋込みに応用する場合
に、素子の微細化、高集積化と共に以下の問題が生じる
。即ち、コンタクトホールの埋込みは、素子形成後に実
施されるために選択気相成長温度が高いと素子の不純物
分布に影響を及ぼして素子として必要な特性が変化する
問題が挙げられる。

これを解決するには、選択成長温度を低温に抑えること
が可能であるが、高濃度の不純物ドーピングが困難にな
り、更に、高濃度の不純物ドーピングに備えてドーパン
トガスを多量に流すと選択性が著しく低下するなどの難
点がある。

このために、低濃度に不純物をドーピングして選択成長
後、イオン注入法により高濃度化する方法があるが、工
程が複雑になりコストアップが否めないし、深い埋込み
にあっては、現状のイオン注入技術におけるイオン加速
電圧の限界により深い部分に不純物が注入できないとい
う問題点がある。

本発明は、このような事情により成されたもので、特に
、低温下で選択エピタキシャル成長において高濃度に不
純物をドーピングが可能な選択エピタキシャル成長方法
を提供することを目的とするものである。

〔発明の構成〕

（ａ！題を解決するための手段） 被処理基板にダメージを与える分子種を除去する工程と
、ドーパントの活性種を生成する工程と、このドーパン
トに原料ガスを混合する工程と。

被処理基板にドーパントを含むエピタキシャル成長層を
堆積する工程に本発明に係わるエピタキシャル成長層へ
のドーピング方法の特徴がある。

（作　用） ところで、シリコン成長ガスを活性化すると活性化を行
う場所の近傍のガスラインにシリコンが堆積して微粒子
発生の原因になったり、気相中の反応でＳＬクラスター
が生成して選択エピタキシャル成長時の析出核となり選
択成長を阻害するために、シリコン成長ガスとドーパン
ト例えばＰＨ。

やＢ、　Ｈ，などを混合する前にドーパントガスだけを
活性化する手法が採られている。

そこで本発明方法では、ドーパントだけを励起して原料
ガスのそれは行わない点と、高エネルギーイオンを除去
する点に特徴があり、低温下での選択エピタキシャル成
長層における不純物ドーピング濃度を向上するものであ
る。しかも、高エネルギーイオンが酸化珪素例えば二酸
化珪素にダメージを与えて、その部分が析出核となって
選択成長を阻害するのを防止するものである。

（実施例） 第１図及び第２図を参照して本発明に係わる一実施例を
説明する。第１図には１本発明方法を施す装置の要部を
断面図により示しており、第２図に本発明方法における
ドーパントのドーピング濃度を従来例と比較して示した
。

本発明方法を実施するに当たっては、第１図の装置を利
用している。即ち、架台１には、例えば石英製のドーム
状のチャンバー２を着脱自在に設置するが１両者間には
○リング（図示せず）を配置し、更に、架台１には、排
気孔３を設置してチャンバー２内の圧力を一定に維持で
きるように構成する。

更に、このチャンバー２内には、シリコン成長用原料ガ
ス管４とドーパント管５を導入してエピタキシャル成長
に備えるが、ドーパン管５にイオン除去装置６及びドー
パントガス励起袋！７を直列状に連結する。しかし、こ
の両装置は１図示のようにチャンバー２外に配置せずチ
ャンバー２内に設置しても良い、ドーパントガス励起装
置７の種類は、マイクロ波放電、希ガス光増感反応、希
ガスなど準安定状態の励起状態の分子種形成装置が利用
可能であり、いずれもドーパンと反応させてドーパント
の活性種を作るものである。

更に、イオン除去装置６は、ドーパントガス励起装置７
とチャンバー２間に設置する電場または磁場を印加する
機器により構成し、チャンバー２内に配置する被処理基
板８にダメージを与える分子種を除去する役割を果たす
ものである。

チャンバー２内には、ウェーハを加熱する例えば高周波
加熱装置９と、被処理基板８を保持するカーボン製のサ
セプター（Ｓｕｃｅｐｔｅｒ）　１０更に、ドーパント
及び原料ガス用管４．５の先端にノズル１１・・・を設
置する。なお、チャンバー内にシリコン成長用原料ガス
管４とドーパント管５からのガスを導入するには、図に
示すように架台１とこれに形成した固定板１２に取付け
た管１３．１４を利用し、ノズル１１から流出するドー
パントガス及び原料ガスはシャワー状とし、更に、図示
していないが架台１に取付けた回転軸にサセプター１０
を配置して回転可能にするのが一般的である。

このようにドーパントガスとＳＬ成長ガスとの混合は、
ドーパントガスの活性化処理を終えてから行う。

〔発明の効果〕

本発明方法の効果は、低温におけるドーパント効率を改
善した点にある。第２図は、縦軸にシリコン成長層内（
成長温度〜８５０℃）のドーパント濃度を、横軸にフォ
スフイン分圧を採り両者の関係を示したもので、実線が
本発明点線が従来技術例である。この図から明らかなよ
うに、成長温度が〜８５０℃でもドーパントを活性化す
ることによりフォスフインが効率良くドーピングされて
いることが明白である。

このように本発明では、低濃度で高ドープに選択成長が
可能になり、コンタクトホールの埋込みなど半導体素子
や回路などの作製後に選択成長を施しても素子の不純物
分布への影響を抑制可能な温度即ち低温で埋込むことが
できる。

更に１本発明では、高エネルギーイオンを冷却している
ので酸化珪素例えば二酸化珪素に与えるダメージを析出
核による選択成長の妨害が抑制される。

更にまた、選択性を下げずに高濃度ドーピング低温選択
成長が可能であり、成長後のイオン注入法程などが省け
るので工数が短縮される。しかも。

現在のイオン注入法では得られない深い埋込みにも本発
明方法が利用できる。

縦型気相成長装置による実施例を記載したが、この外に
シリンダー型や縦型拡散炉型なとも適用可能である。要
は、ドーパントを活性化する点と、シリコン基板や酸化
珪素例えば二酸化珪素などにダメージを与える高エネル
ギーイオン種の除去及びシリコン原料ガスの気相反応に
よる微粒子または、選択性の劣化を回避しつつ高濃度の
ドーピング選択エビを可能にする点に本発明の特徴があ
る。

更に、ドーパントとシリコン原料ガスの混合は、できる
限りシリコン半導体基板（ウェーハ）近傍で行うことが
必要である。

また、シリコン基板表面付近でのスタッグナンドレイヤ
ー（Ｓｔａｇｎａｎｔ　Ｌａｙｅｒ）を薄くして、均一
性良くドーピングするためには、基板を高速回転（＞５
００ｒｐｍ）する必要があり、その場合には、枚葉式の
製造装置が必要になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法を達成するのに利用する装置の概
略を示す断面図、第２図は、フォスフインと、これを利
用して堆積した成長膜中のドーピング濃度の関係を示す
曲線図である。 １：架　台、　　　　　２：チャンバー３：排気孔、 ４：シリコン成長用原料ガス管、 ５ニド−バント管、　　６：イオン除去装置。 ７：ドーパントガス励起装置、 ８：被処理基板、　　　９：高周波加熱装置、１０：サ
セプタ−１１：ノズル、 １２：固定板、　　　　　１３．１４：管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被処理基板にダメージを与える分子種を除去する工程と
   、ドーパントの活性種を生成する工程と、このドーパン
   トに原料ガスを混合する工程と、被処理基板にドーパン
   トを含むエピタキシャル成長層を堆積する工程を具備す
   ることを特徴とするエピタキシャル成長層へのドーピン
   グ方法