JPH05217921A - 材料膜のエピタキシアル成長を行うための温度制御された処理 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低温をランプさせて行う高品質のエピタキシ
アル成長処理を可能にする。 【構成】 基板を予め調整してこの基板表面上に表面保
護膜を重ねて形成する。この基板は制御された温度を持
つ処理チャンバ内に導入される。処理チャンバ除去技術
を用いて、エピタキシアル成長が開始される前に処理チ
ャンバ内から酸素と汚染物質を除去する。エピタキシア
ル成長種、処理チャンバ除去種、他の可能な種を有する
プロセスガスを低温で処理チャンバ内に導入する。プロ
セスガスと表面保護層が処理チャンバ内の環境を維持す
るので、エピタキシアル成長が行われる前に（ある場合
は、エピタキシアル成長が行われている間）、基板表面
から汚染物質が取り除かれ、既存の酸化膜の成長が行わ
れない状態となる。処理チャンバ内の温度を、表面保護
層の分解に従って高品質のエピタキシアル成長を開始す
るために、段階的に上昇させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的には半導体処
理、特に詳しくはエピタキシアル成長プロセスに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】集積回路業界では、全ての半導体製品に
ついてその性能を向上させ、信頼性を増し、またコスト
と複雑さを減らすために絶え間無い努力を重ねている。
エピタキシアル成長、とりわけシリコンエピタキシアル
成長や選択エピタキシアル成長（ＳＥＧ）の開発は、こ
ういった改良をさらに業界規模で押し進めるために行わ
れている研究の１つの成果である。エピタキシーとは、
逐語訳をすれば“上部に配置する”という意味を表し、
専門的には“結晶物質における基板結晶上に物質の向き
に合わせて結晶成長を行うこと”を意味している。

【０００３】このエピタキシアル能力を開発する主な目
的は、一般的にシリコンバイポーラトランジスタの性能
やバイポーラ集積回路の性能を向上させることであっ
た。従って、開発の初期段階においては、材料膜あるい
は材料層のエピタキシアル成長は、比較的低いコレクタ
抵抗を維持しながらコレクタと基板接合間のバイポーラ
絶縁破壊電圧を最適化するために用いられた。業界が相
補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）素子を開発したこと
によって、エピタキシアル成長の応用範囲はさらに拡が
った。その応用例として、（１）アイソレーションの改
良（２）従来からよく知られているラッチアップ現象を
減少させる（３）放射による回路の硬化処理（４）数多
くのシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）技術の
開発（５）三次元シリコン構造の開発（６）拡張ソース
およびドレイン技術等が挙げられる。また、エピタキシ
アル成長の利用は数々の特有の利点を備えている。その
いくつかを以下に挙げる。（１）配置と回路設計の柔軟
性を増す。（２）より制御し易い素子ドーピングを可能
にする。（３）埋めこまれた材料層を形成する。（４）
非常にシャープな接合部を形成する。このシャープな接
合部は、第１導電、第２導電と呼ばれる反対の導電タイ
プの２つの領域として形成される。これらの領域は、導
電性が第１導電から第２導電に突然に遷移する薄い遷移
領域によって分割されている。（５）酸素、炭素、微粒
子、有機物、重金属、ナトリウム、無機物等の素子の不
純物を減少させる。これらの応用と利点のお陰で、エピ
タキシアル成長は、シリコンバイポーラおよびシリコン
ＣＭＯＳ技術においてばかりではなく、例えばバイポー
ラとＣＭＯＳの組み合わせであるｂｉ−ＣＭＯＳ等の技
術や、ゲルマニウム（Ｇｅ）やガリウムヒ化物（ＧａＡ
ｓ）等のシリコン以外の基板材料または化合物を用いる
技術にも商業的価値があることが容易に理解できる。

【０００４】エピタキシアル成長の広範な商業市場と数
々の応用のため、エピタキシアル材料を成長させる処理
工程は重要性を帯びている。従来から広く用いられてい
るエピタキシアルシリコンを成長させる方法では、エピ
タキシアル成長を開始する前に、基板表面に既存する酸
化物や汚染物質を取り除くために、基板材料を高温で水
素によってプリベーキングする必要ある。高品質のエピ
タキシアル成長を行うには、９５０℃から１０００℃あ
るいはそれ以上の温度でプリベーキングを行うことが、
必要とみなされていた。高品質のエピタキシアル成長を
一般的に定義すると、できる限り結晶上の欠陥のない成
長した材料であって、結晶上の欠陥ができるだけ少ない
状態で成長領域を均一に覆うものをいう。通常、成長が
行われる基板の方がエピタキシアル成長自体よりも欠陥
が少ないため、エピタキシアル成長の品質は通常、基板
材料の品質によって決定される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】水素によるプリベーキ
ングは、前述したように高品質のエピタキシーを生成す
るが、このプリベーキング工程には以下のような欠点が
ある。（１）従来から広く使用されているＰ＋導電タイ
プのゲートから水素が強化されたホウ素（ｈｙｄｒｏｇ
ｅｎ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｂｏｒｏｎ）が周囲の酸化物
を介して進入し、これによってトランジスタしきい値電
圧（Ｖｔ）がシフトし、ドーピング領域から周囲領域へ
望ましくない電荷の移動が行われる。（２）水素は、界
面準位密度（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｓｔａｔｅ ｄｅｎ
ｓｉｔｙ）（Ｄｉｔ）発生と呼ばれている現象を引き起
こすことで知られている。この現象は、上記温度の水素
が二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）をひどく破壊し、周知であ
る素子の品質を低下させる電荷トラップ形成（ｄｅｖｉ
ｃｅ−ｄｅｇｒａｄｉｎｇ ｃｈａｒｇｅ ｔｒａｐｆ
ｏｒｍａｔｉｏｎ）の原因となる欠陥を生じさせるもの
である。（３）高温によるプリベーキングによって激し
いエッチングと露出している酸化物の物理的な除去が行
われる部位で、酸化物のアンダーカットが見られる。
（４）殆どの集積回路装置内において、高温はウェハー
内への不純物の進入を促進させる。（５）殆どの半導体
素子で、長い機械寿命を保ち、操作上の安全幅を確保す
るために高い値が必要とされているトランジスタゲート
誘電体の絶縁破壊電圧と電荷破壊抵抗に低下が起こる。
また、高温度における処理は次のような欠点を有してい
ることが知られている。（１）ＣＭＯＳソースとドレイ
ンおよび／またはバイポーラコレクタ、エミッタ、ベー
ス等の素子の電気的接合部の外部への拡散（２）電気的
アイソレーションの減少（３）ウェハーの機械的応力お
よびひずみ（４）周知のウェハーのひずみとスリップ現
象（５）結晶上欠陥の増加（６）ウェハーの一方の露出
部分から不純物が蒸発し他方の露出部分に堆積して、望
ましくない方法で電気的にドーピングする、いわゆる自
動ドーピングが起こる。

【０００６】材料膜または材料層のエピタキシアル成長
を行う他の方法には、広く使用されて“即熱処理”（Ｒ
ＴＰ）として知られている製造技術を用いたものがあ
る。即熱処理とは、ウェハー基板を即座に所定の温度に
熱し、この温度で非常に短時間の間保つ方法である。短
時間の加熱のあと、ウェハー基板は室温に近い温度まで
冷却される。このような即熱処理技術は多くの集積回路
の行程に用いられ、ドーパントの移動や不純物の拡散を
減少させる長所を有しているが、こうした技術を用いた
処理には未だ上記にリストアップしたような欠点のいく
つかがみられる。エピタキシアル成長にとって最も望ま
しくない欠点は、酸素、炭素、微粒子、有機物、重金
属、ナトリウム、無機物等の不純物が、エピタキシアル
成長が起こる基板表面を含むウェハーの全ての露出部分
に素早く侵入することである。

【０００７】業界は、エピタキシアル成長を行ういくつ
かの技術を開発してきた。これらの技術の多くは、不純
物の混じったあるいは欠陥のあるエピタキシアル成長を
起こす原因となる高温処理や低温処理を含んだものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】材料膜のエピ
タキシアル成長を行うための温度制御処理を提案した本
発明によって上記に述べた必要性を満足させ、他の長所
を得ることができる。本発明の一態様では、予め調整処
理を施した基板材料に、既存する酸化物の成長を防ぐた
めの化学的に保護された表面（パッシベーション膜）を
設ける行程を含んでいる。前記基板材料は処理チャンバ
に入れられ、処理チャンバから酸素が排除される。処理
チャンバから継続して酸素を排除させるために所定量の
成長種（ｇｒｏｗｔｈ ｓｐｅｃｉｅｓ）を有する所定
のプロセスガスが処理チャンバに導入される。処理チャ
ンバ内の温度を、所定時間の間、徐々に上昇させて、プ
ロセスガス混合物が熱力学的均衡に関連して成長種によ
って過飽和になる所定の温度にする。この過飽和は、化
学的に保護された表面が脱離（ｄｉｓｏｒｂ）されるに
従って、基板材料上にエピタキシアル成長を起こさせ
る。

【０００９】本発明は、添付の図面に関連して記述され
た下記の詳細な説明によって当業者に理解される。

【００１０】

【実施例】前述したように、本発明は以下の長所を達成
または維持させることのできる高品質のエピタキシアル
成長プロセスを提供している。（１）プリベーキングを
必要としない。（２）しきい値電圧（Ｖｔ）が水素が強
化されたホウ素侵入によってシフトすることを防ぐかも
しくは減少させる。（３）Ｄｉｔ発生を減少させる。
（４）酸化物のアンダーカットを減少させる。（５）ト
ランジスタゲート誘導体の電圧および電荷破壊の強さを
促進させる。（６）エピタキシアル材料の側面欠陥を減
少させる。（７）高品質のエピタキシアル材料を提供す
る。（８）従来の処理技術と互換性を有している。
（９）処理後に得られるエピタキシアル材料中の不純物
の含有量を減らす。（１０）ウェハー露出面の自動ドー
ピングを減少させる。（１１）接合部の拡散（ｏｕｔｄ
ｉｆｆｕｓｉｏｎ）を減少させる。（１２）ウェハーの
機械的対応力およびひずみを減少させる。

【００１１】低温をランプ（増加／減少の変化）させて
操作する（ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒａｍｐ
−ａｃｔｉｖａｔｅｄ）エピタキシアル成長機構を用い
る。この機構は、基板表面のパッシベーション層（表面
保護層）の損失に伴いエピタキシアル成長を開始する。
最初に、エピタキシアル成長が行われる面を有する基板
が用意される。様々な不純物を取り除くために、エピタ
キシアル成長の種、またはスターティング材料の働きを
するこの基板面のクリーニングが行われる。クリーニン
グが行われると、エピタキシアル成長の品質を損なう基
板にもとから存在する酸化物が取り除かれ、通常、化学
的起点となるパッシベーション層がエピタキシアル成長
が行われる基板の表面に形成される。一般的に、このパ
ッシベーション層は表面の状態を保つ働きがある。すな
わち、長時間にわたって、或いは基板表面が高温に熱せ
られるまで、不純物による汚染を最小限に抑え、既存す
る酸化物の成長を妨げる役目をする。パッシベーション
層が形成されると、基板は処理チャンバ内に入れられ
る。処理チャンバ内の環境は、パッシベーション層がで
きる限り汚れや酸化物のない表面を保つことができるよ
うに、酸素や汚染物質を排除させている。処理チャンバ
の温度を、ハードウェア、ソフトウェア、機械限界等数
々の方法の内の１つを用いて制御可能に上昇させること
によって、エピタキシアル成長を行わせるので、従来の
エピタキシアル成長工程の温度範囲よりはるかに低い温
度に保つことができる。エピタキシアル成長の開始は、
プロセスガスの流れ、圧力、温度、他の条件等の処理パ
ラメータによって予め決定され、パッシベーション層の
破壊に伴って行われる。このように、パッシベーション
層の破壊に関連して開始され、低温度をランプさせるこ
とによって操作されるエピタキシアル成長は、高品質の
エピタキシアル層またはエピタキシアル形成物を生成す
るのに用いられる。

【００１２】より詳しくは、図１のフローチャートによ
って説明されている。このフローチャートは、本発明の
低温度による高品質エピタキシアル成長の処理工程を工
程順に概略化して説明したものである。図１のステップ
１は、エピタキシアル成長処理の開始工程であって、基
板材料の予備調整を含んでいる。予備調整は、色々な方
法で行うことができ、エピタキシアル材料の応用と、ゲ
ルマニウム（Ｇｅ）、ガリウムヒ化物（ＧａＡｓ）、シ
リコン（Ｓｉ）等の基板材料の組成と、装置および処理
限界の関数によって決定される。シリコン基板材料の場
合、予備調整工程は、従来のＲＣＡ酸化クリーニング、
イシザカ・シラキクリーニング、またはこれと等価なク
リーニングサイクルによって通常開始される。このクリ
ーニングサイクルは、微量の炭素、微粒子、無機物、お
よび有機物の汚染物質を、エピタキシアル成長の種、ま
たはスターティング材料として使用される基板の部分か
ら取り除くために行われる。

【００１３】基板面が清掃された後でも、基板は高品質
のエピタキシアル成長を行えない場合がある。多くの従
来からある半導体基板材料は、既存酸化物（ｎａｔｉｖ
ｅｏｘｉｄｅ）として知られている非常に薄い酸化膜を
形成しており、この酸化膜は基板が殆ど常に大気中の酸
素にさらされているために基板表面で成長する。シリコ
ン基板の場合、フッ化水素酸（ＨＦ）と脱イオン水（Ｄ
Ｉ）の希薄混合液（通常、（１０：１）から（１００：
１）に混合される）に基板全体を浸すことによって、充
分に既存の酸化物を除去し、パッシベーション層と呼ば
れる水素止めされた（ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｔｅｒｍｉｎ
ａｔｅｄ）シリコン面をシリコン基板上に形成すること
ができ、既存の酸化物のそれ以上の成長を数時間防ぐこ
とができる。この水素パッシベーション層が加熱された
り、長時間の減成によって損失されると、既存の酸化物
が復活し高品質のエピタキシアル成長を妨げることにな
る。他の化合物をシリコン基板のパッシベーション層形
成に用いてもよく、また、基板材料がゲルマニウム（Ｇ
ｅ）、ガリウムヒ化物（ＧａＡｓ）またはその他の半導
体層の場合にも、既存酸化物を表面から除去する多くの
技術が知られている。

【００１４】予備調整処理が完了すると、図１のステッ
プ２が行われる。基板材料が、一般的に処理チャンバと
呼ばれるエピタキシアル反応器、高炉または加熱機構内
に入れられる。機械応力、不純物拡散等の問題を避ける
ために、通常室温から数百℃の範囲内の低温で挿入され
る。

【００１５】次のステップ、即ち図１のステップ３は、
酸素や他の汚染物質を処理チャンバから除去するための
工程である。この除去によって、エピタキシアル成長に
用いられる基板の表面から汚染物質や既存の酸化物が取
り除かれ、高品質のエピタキシアル形成物を成長させる
ことができる。酸素は通常処理チャンバ内を真空化する
ことによって処理チャンバ内から除去される。また、真
空化することによって、処理チャンバから不要な酸素や
不純物を取り除けるばかりでなく、他の周知の長所を得
ることができる。チャンバ内を真空にする必要のない応
用例や基板の場合もある。その代わりに、水素
（Ｈ_２）、窒素（Ｎ_２）、アルゴン、ヘリウム等の無反
応・不活性ガスを毎分１０〜１００標準リットル（ＳＬ
ＰＭ）のオーダの高いガス流動率で、処理チャンバ内の
不要な酸素や不純物を取り除いてもよい。化学反応によ
る除去等の他に知られている方法を用いても同様の結果
を得ることができる。

【００１６】図１に示されているように、ステップ４で
処理チャンバ内にプロセスガスを導入する間、温度は比
較的低温である。このプロセスガスとして、少なくとも
一種以上の所定のガスが用いられる。プロセスガスは次
のようないくつかの機能を果たす。（１）ガスは、酸素
や他の汚染物質を処理チャンバから化学的に除去し続け
るか、或いは処理チャンバ内で化学的に不活性な状態に
維持し続ける能力を有している。（２）ガスは、所定で
あるが選定可能な温度になるまで、エピタキシアル成長
を阻止することができる。（３）ガスは、所定であるが
選定可能な温度で、エピタキシアル成長を行わせる反応
種を含有している。シリコン基板の例では、ＳｉＨ_２Ｃ
ｌ_２は上記３つの機能の内、２つの機能を果たす化合物
である。ＳｉＨ_２Ｃｌ_２化合物は、処理チャンバから酸
素を除去して既存酸化物が形成しないようにし、成長し
たエピタキシーに汚染物質や酸素が混入しないようにす
る。また、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２はシリコンエピタキシアル成
長を開始するのに必要なシリコン（Ｓｉ）を供給する。
ＨＣｌは、処理チャンバ内で所定の選定可能な温度にな
るまでエピタキシアルシリコンの成長を阻止する。

【００１７】また、前記プロセスガスは上述したプロセ
スガスの３つの規程条件に当てはまらない他のガスを含
んでいてもよい。例えば、シリコン基板用プロセスガス
は、“結晶成長時”と定義されているエピタキシアルシ
リコン材料の本来のドーピングを行わせるために、リ
ン、ヒ素、ホウ素等のドーピング化合物を含んでいても
よい。シリコンの場合、これらの化合物の例としてホス
フィン、ジボラン、アルシンが挙げられる。プロセスガ
スを処理チャンバに流入させるのを助けるために、不活
性ガス（ｉｎｅｒｔ ｇａｓ）をキャリアガスとしてプ
ロセスガスに含んでいてもよい。本発明の範囲から逸脱
しない限り、シリコン基板および他の基板材料に上記と
同様の利点もしくは追加の利点を求めるために、プロセ
スガスに他の化学物質や化合物を追加もしくは代用とし
て混入させてもよい。

【００１８】プロセスガスが比較的低温で処理チャンバ
に導入されると、処理チャンバ内の温度は上昇する。こ
の温度は、処理チャンバ内で指数関数、直線ランプ、階
段状ランプ、対数関数等の任意の徐々に増加させる方法
で上昇させることができる。処理チャンバ内の温度の上
昇は、装置に依存させることも予め決めておくことも可
能で、数秒から数分（１時間等）の範囲で完了させる。
大抵の応用例では、７００℃〜９００℃の所定最終温度
で温度のランピングが完了する。この所定温度は従来の
エピタキシアル成長処理の温度よりもはるかに低い。こ
の温度ランプは、プロセスガスの流動率（流量）および
特性と共にエピタキシアル成長を制御するものである。

【００１９】図２は、本発明のエピタキシアル成長を数
学的な関係で示したもので、温度ランプと上記に開示し
たエピタキシアル成長機構をＸ−Ｙの二次元で表してい
る。Ｘ軸は、シリコン基板の場合の典型的には５００℃
〜８５０℃の範囲内の温度を表している。“プロセスガ
ス成分流量”と表示されているＹ軸は、プロセスガスの
エピタキシアル成長を阻止するために用いられる部分を
表したもので、その流動率は分当たりの標準立法センチ
メートル（ＳＣＣＭ）の測定単位で計測されたものであ
る。シリコン基板の場合、Ｙ軸の流動率は、典型的な例
として０ＳＣＣＭ〜１２０ＳＣＣＮの範囲で推移する。
シリコンを使用した場合および特にそれ以外の基板材料
を使用した場合、プロセスガス流動率のスケールおよび
温度スケールを変化させてもよい。

【００２０】図２において“ライン１”と表示されてい
る曲線は、実験的に推論された曲線で塩酸（ＨＣｌ）を
表しているが、これはエピタキシアル成長を所定ではあ
るが選定可能な温度まで阻止する特性を持つものであれ
ばプロセスガスのどのような成分を表すものであっても
よい。“ライン１”は２つの領域を区分する。“ライン
１”の左側の上方には、“成長のない領域”または“非
成長領域”と表示された領域が存在する。例えば、図２
のＡ点やＢ点のようにＸ−Ｙの交点が上記の領域に存在
するよう温度とガス流動率が設定されている場合、エピ
タキシアル成長は行われない。“成長のない領域”で
は、わずかなエッチングと材料の除去が行われる。殆ど
の応用例や条件下では、“成長のない領域”内で行われ
るエッチングのレートまたは単位時間当たりの材料除去
量は、実験的に観察した結果、非常に少なく殆どないに
等しいという結論を得ている。“成長のない領域”内
で、“ライン１”から遠ざかる程、エッチングレートは
大きくなる。“ライン１”の右側下方には、“エピタキ
シアル成長領域”と称される領域が存在する。例えば、
Ｃ点やＤ点のようにＸ−Ｙの交点がこの領域に存在する
よう温度とガス流動率が設定されている場合、エピタキ
シアル成長が起こる。この“エピタキシアル成長領域”
内で、“ライン１”から遠ざかる程、エピタキシアル成
長率は大きくなる。従って、“ライン１”は、“エピタ
キシアル成長領域”で起こるエピタキシアル成長と“成
長のない領域”で起こるエッチングの均衡がとれて、エ
ッチングもエピタキシアル成長も起こらない部分の曲線
を表していることになる。

【００２１】図１のステップ１、ステップ２、ステップ
３が行われたと仮定する。そして、プロセスガスが設定
ＳＣＣＭレベルに固定されているとする。例えば、図１
のステップ４で述べたように、ＨＣｌが４０ＳＣＣＭ
で、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２が違った所定率で流れているとす
る。このプロセスガスの流れは、図２で“プロセスライ
ン”と表示されている曲線を規定する。あるいは、処理
チャンバ内の温度が上昇したり下降したりする場合に処
理工程が辿る経路を形成している。さらに、処理チャン
バの温度を低温度、例えば、５００℃に設定もしくはラ
ンプさせる。この例において、シリコンを基板に採用し
ていると仮定する。従って処理工程は、図２の“成長の
ない領域”内の“プロセスライン”上のＡ点にある。図
１のステップ１にて表面がクリーニングされ水素で表面
保護されているので、汚染されていない既存酸化物のな
いエピタキシアル面を得ることができる。次に図１のス
テップ５の処理を行う。処理チャンバの温度は任意の方
法または関数で徐々に上昇させられ、プロセスガス流動
率が固定されているため、処理工程は水平の“プロセス
ライン”を辿る。しばらくの後、温度上昇は図２の“プ
ロセスライン”上のＢ点に辿り着く。Ｂ点は“成長のな
い領域”内に存在しており、開始点であるＡ点よりも
“ライン１”に接近しているため、Ｂ点で起こるエッチ
ングはＡ点で起こるエッチングよりも微量である。さら
に処理チャンバの温度が上昇すると、エピタキシアル成
長工程は、エピタキシアル成長とエッチングの境界点を
示す“トリガポイント”または“トリガ点”に到達す
る。

【００２２】温度ランプにおける次の重要点をここで述
べておく。“トリガポイント”の発生は、プロセスガス
の特性、ガス流れ、温度および他の物理的、電気的、化
学的特性によって予め決定し、正確に選択することがで
きる。“トリガポイント”は、熱力学的用語としては、
プロセスガス混合物が熱力学的均衡に関連して所望の成
長種によって過飽和状態になり、エピタキシアル成長が
始まる所定の温度を表している。材料膜の高品質なエピ
タキシアル成長を達成するために、このトリガポイント
は適切に設定されなければならない。基板材料、パッシ
ベーションの化学基型そして他のパラメータの関数であ
る、ある温度で、基板のパッシベーション（シリコン基
板の場合は水素パッシベーションである）が破壊され
る。エピタキシアル成長の品質、厚さ、不純物の分布等
の特性は、成長をこの破壊点（ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｐ
ｏｉｎｔ）で開始させるか、または破壊点の前か直後で
開始させるかによって変化させることができる。シリコ
ン基板と、ＨＣｌとＳｉＨ_２Ｃｌ_２のプロセスガスを用
いている本例の処理条件の場合では、水素パッシベーシ
ョンは約５００℃〜６００℃で破壊が始まり、約７５０
℃で完全に破壊される。装置限界、ガス品質、アプリケ
ーション等を考慮して、流動率、温度ランプ、プロセス
ガスの組成、圧力、他の処理パラメータを、トリガポイ
ントがパッシベーション破壊の間か、あるいは破壊前、
破壊後のいずれかに起こるよう設定することができる。
大抵のアプリケーションと処理の場合、トリガポイント
をパッシベーション破壊の前または破壊中に、例えば、
６８０℃で起こさせると最良のエピタキシアル成長が得
られる。これによって、エピタキシアル成長が開始され
る前に、表面から汚染物質および既存酸化物を確実に除
去することができる。

【００２３】水素パッシベーション破壊を考慮にいれて
予め決定されたトリガポイントを過ぎると、段階的な温
度上昇によってエピタキシアル成長工程はＣ点に到達す
る。Ｃ点では、エピタキシアル成長が開始するが、Ｃ点
が“ライン１”に近いためその速度は緩慢である。処理
が最終温度（例えば、８５０℃）に達すると、処理工程
はＤ点に滞まり、処理が完了するまで比較的早い速度で
成長が続けられる。処理チャンバは安定した温度になる
ことはないが、そのかわり処理チャンバの温度ランプ中
で終結する。本例の場合、図２のＤ点は処理チャンバ温
度の増加ランプ（変化）で得られる最も高い処理チャン
バ温度を示している。

【００２４】所望のエピタキシアル成長が達成される
と、プロセスガスの流れが減少もしくは停止され、処理
チャンバの温度は処理チャンバから基板を取り出すこと
ができる程低い温度に下げられる。そして、基板材料上
にエピタキシアル層または形成物が完成する。

【００２５】上記に述べられた本発明による処理は、プ
リベーキング工程を必要とせずに高品質のエピタキシア
ル層を成長させることができると共に、他の多くの利点
をも有している。本発明の処理によりプリベーキングを
排除することによって、しきい値電圧（Ｖｔ）をシフト
せずにドーパントの外部拡散を減少させるエピタキシア
ル層処理を行って、素子を製造することができる。ま
た、処理チャンバの温度を下げることとプリベーキング
を排除することによって、Ｄｉｔ発生を減らすことがで
きる。本発明の処理の実験で得た電子走査顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）写真（表示せず）によると、従来のエピタキシアル
成長工程に多くみられた酸化物のアンダーカットが減少
していることがわかった。本発明の低温度ランプによっ
て操作されるエピタキシアル処理は、従来のエピタキシ
アル成長技術に比べてトランジスタゲートの電圧および
電荷破壊の強さを向上することができる。さらに、側面
部の欠陥の少ないエピタキシアル層を製造することがで
きる。本発明による処理は、低い温度で高品質のエピタ
キシアル成長を行うため、周知の処理技術との互換性に
すぐれている。また、図１のステップ３における処理チ
ャンバ不純物除去機構は処理チャンバの不純物濃度を下
げ、この不純物濃度はプロセスガスによってステップ５
における温度ランプのの間中下げられている。さらに、
本発明の工程における低温度処理は自動ドーピング現
象、接合部の拡散および機械的応力を減少させることが
できる。

【００２６】本発明による処理は、温度ランプの間にプ
ロセスガスを一定の流れで導入することに限定されるも
のでないことは理解できる。実際、処理チャンバ温度の
ランプ中にプロセスガスを増加させたり減少させたりす
ることによって、多くの利点が得られる。その一例が図
３に描かれている。ここでは、エピタキシアル面と汚染
物のかさ密度（ｂｕｌｋ ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔ ｄ
ｅｎｓｉｔｉｅｓ）をさらに制御するために、成長が開
始された後、プロセスガス流動率を階段状の関数で増加
させている。

【００２７】図３のＸ−Ｙ座標は図２と同じ軸と同じス
ケールで示されている。図３の“ライン１”と表示され
ている曲線は、図２の“ライン１”と同じ意味を持つも
ので、図２と同様に定義された“成長のない領域”と
“エピタキシアル成長領域”の２つの領域を分割するも
のである。両図の相違点は、プロセスラインが厳密には
水平ではなく階段状になっていることである。これは、
図１のステップ５で説明したように、上昇する温度ラン
プが“トリガポイント”を超えた後、プロセスガス流動
率が段階的に増加しているためである。ハードウェアの
温度センサ或いはソフトウェアによる方法によって、こ
の温度を検知することができる。図３に示されているよ
うに、温度が同図のＡ点で示されているある温度に達す
ると、プロセスガス流動率が長さＢで表されているＳＣ
ＣＭ値だけ増量する。温度が一旦同図のＣ点に到達する
と、ガス流動率は長さＤで示されるＳＣＣＭ値だけ増量
する。所望温度または所望プロセスガス流動率が得られ
るまでこのような操作が繰り返し続けられる。上記に説
明したようなガス流動率の段階的操作方法によって、エ
ピタキシアル成長速度をゆっくりと増加させることがで
きる。これは、処理チャンバ温度の上昇と共に推移する
工程を表したプロセスラインが、“ライン１”に接近し
ている（これはゆっくりとしたエピタキシアル成長を意
味している）ためである。図１のステップ３とプロセス
ガスは処理チャンバから酸素と不純物を取り除くための
ものであると本発明で述べてはいるが、処理チャンバか
ら酸素と不純物を１００％除去することはできない。も
し、チャンバが成長を急速に開始したとすると、処理チ
ャンバ内の残存不純物のいくらかはエピタキシアル成長
の初期段階の間、基板面に密着し、エピタキシアル成長
の品質を落とす結果になる。処理チャンバを図３の“ラ
イン１”に近づけながら僅かに“エピタキシアル成長領
域”内に入れるようプロセスガス流動率を階段状に上昇
させることによって、不純物をエピタキシアル形成物内
により均等に分布させ、エピタキシアル成長の品質に悪
影響を及ぼす表面付近にかたまらないようにすることが
できる。

【００２８】本発明を特定の実施例を挙げて説明してき
たが、さらなる修正例や改良が可能であることは当業者
にとって明らかである。例えば、基板材料はシリコンに
限定されるものでなく、エピタキシアル成長工程を行わ
せる低温度ランプのコンセプトは、ゲルマニウム（Ｇ
ｅ）やガリウムヒ化物（ＧａＡｓ）等の半導体基板や他
の半導体技術にも有効なことは明らかである。この処理
工程で定義されているエピタキシアル成長は、材料層の
平坦（ｐｌａｎａｒ））エピタキシアル成長あるいは選
択エピタキシアル成長である。また、プロセスガスは上
記に挙げた化学物質のみに限定されるものではない。実
用可能なプロセスガスとして、ＳｉＣｌ_２、ＳｉＣ
ｌ_４、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＨ_４、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＨＣ
ｌ、Ｃｌ_２、Ｃｌ、そしてゲルマニウム基板材料にはＧ
ｅｌ_２、ＧｅＣｌ_４、ＧｅＨＣｌ_３、ＧｅＨ_４が挙げら
れる。圧力、開始温度、処理装置等の処理条件は、本発
明の範囲から逸脱しない限り、大幅に変化させることが
できる。さらに、様々な方法で温度をランプさせプロセ
スガスの流動率を制御させることができ、この場合にも
上記と同様の処理が行えて、同様の結果を得ることがで
きる。従って、本発明は上記に説明されている態様に限
定されるものではなく、添付のクレームにおいて本発明
の精神と範囲を超えない全ての修正を含むことを意図し
ているものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるエピタキシアル成長の処理をフロ
ーチャートで示したものである。

【図２】エピタキシアル成長とプロセスガス流動率およ
び温度の関係を示したグラフである。

【図３】エピタキシアル成長とプロセスガス流動率およ
び温度の関係を示した他のグラフである。

フロントページの続き (72)発明者 ディーン・ジェイ・デニング アメリカ合衆国テキサス州78617、デル・ バル、ピアス・レーン 12007 (72)発明者 カルロス・エイ・マズーア アメリカ合衆国テキサス州78739、オース チン、メッドフィールド・コート 10910

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予備調整された基板材料に既存の酸化物
   の成長を阻止する化学的に表面保護された面を設ける工
   程と、 前記基板材料を処理チャンバの中に導入する工程と、 処理チャンバから酸素を除去する工程と、 処理チャンバから酸素を継続して除去するために、所定
   量の成長種を含む所定のプロセスガスを所定のプロセス
   ガス流動率で処理チャンバ内に導入する工程と、 処理チャンバ内の温度を、前記プロセスガス混合物が熱
   力学均衡に関して前記成長種と過飽和状態になる所定の
   温度まで、所定時間の間、徐々に上昇させることによ
   り、化学的に表面保護された面が放散するのに従って基
   板材料上にエピタキシアル成長を起こさせる工程と、 を含むことを特徴とする材料膜のエピタキシアル成長を
   行うための温度制御された処理。
2. 【請求項２】 基板材料上のエピタキシアル成長を阻止
   するマスク材料を基板材料に重ねて形成させる工程と、 マスク材料のパターン部を形成するために所定のフォト
   リトグラフィック技術を用いてマスク材料にパターンを
   作成する工程と、 続いて行われる選択エピタキシアル成長のために、下部
   に横たわる基板材料に向けて開口する開口部をマスク材
   料に形成するようマスク材料の全てのパターン部をエッ
   チングする工程と、 をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のエピタ
   キシアル成長を行うための温度制御された処理。
3. 【請求項３】 プロセスガスの流動率を第１流動率から
   第２流動率に減少させる工程と、 処理チャンバ内の前記所定温度を、基板材料の損傷また
   は汚染を起こすことなく処理チャンバから基板材料を除
   去することができるのに充分な程低い第２の温度まで下
   げる工程と、 をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のエピタ
   キシアル成長を行うための温度制御された処理。