JPH0760805B2 - エピタキシャル層の形成方法とシリコン素子の欠陥除去方法 - Google Patents
エピタキシャル層の形成方法とシリコン素子の欠陥除去方法Info
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- JPH0760805B2 JPH0760805B2 JP32134190A JP32134190A JPH0760805B2 JP H0760805 B2 JPH0760805 B2 JP H0760805B2 JP 32134190 A JP32134190 A JP 32134190A JP 32134190 A JP32134190 A JP 32134190A JP H0760805 B2 JPH0760805 B2 JP H0760805B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、シリコン基板上のエピタキシャル成長プロセ
スに関し、特に、集積回路形成に際しての選択的エピタ
キシャル成長プロセスに関する。
スに関し、特に、集積回路形成に際しての選択的エピタ
キシャル成長プロセスに関する。
（従来技術の説明） シリコンウェハ上の選択的エピタキシャル成長は、素子
（例；バイポーラトランジスタ、FET）が形成されるシ
リコンの隔離領域の形成に使用される。この隔離領域の
形成による主な利点は、素子と基板とを結合する浮遊キ
ャパシタンスの低減と、異なる領域に形成された素子間
の優れた絶縁性である。これらの利点により、従来技術
の絶縁技術（CMOSで広く使用されているシリコンプロセ
スの局部酸化（LOCOS））で形成された回路でえられる
よりも、高速度、高動作電圧が得られる。
（例；バイポーラトランジスタ、FET）が形成されるシ
リコンの隔離領域の形成に使用される。この隔離領域の
形成による主な利点は、素子と基板とを結合する浮遊キ
ャパシタンスの低減と、異なる領域に形成された素子間
の優れた絶縁性である。これらの利点により、従来技術
の絶縁技術（CMOSで広く使用されているシリコンプロセ
スの局部酸化（LOCOS））で形成された回路でえられる
よりも、高速度、高動作電圧が得られる。
一般的に、ウエハ上の選択的エピタキシャル領域（また
は層）の形成は、下層を露出するために、酸化物層に窓
を開けることも含む。これは、従来の光リソグラフ技術
と異方性エッチング（例：反応性イオンエッチング（RI
E））により実施される。その後、このウエハは反応容
器内に配置され、シリコンが成長する。そして、必要な
ドーパントが同時に注入され、露出した基板上にエピタ
キシャル領域が形成される。しかし、一般的なプロセス
では、エピタキシャル領域の主表面上に主要（0.1μｍ
以上の）ファセット形成（faceting）が発生する前に
は、シリコンは約0.6μｍしか成長できない。このファ
セット形成は、エピタキシャル領域の主表面から異なる
角度で成長する別の成長面の形成（一般的には、酸化物
層の壁に当たる領域の側面に形成される）を意味する。
ファセットの面は、エピタキシャル領域の主表面とは異
なる結晶面に沿っている。このようなファセット形成
は、エピタキシャル領域の主表面上の所定の領域サイズ
用に素子の形成に有効な領域の面積を減らしてしまう。
更に、エピタキシャル領域が0.6μｍという厚さしかな
い為、素子から基板へのブレイクダウンが発生するまで
の動作電圧が制限されてしまう。
は層）の形成は、下層を露出するために、酸化物層に窓
を開けることも含む。これは、従来の光リソグラフ技術
と異方性エッチング（例：反応性イオンエッチング（RI
E））により実施される。その後、このウエハは反応容
器内に配置され、シリコンが成長する。そして、必要な
ドーパントが同時に注入され、露出した基板上にエピタ
キシャル領域が形成される。しかし、一般的なプロセス
では、エピタキシャル領域の主表面上に主要（0.1μｍ
以上の）ファセット形成（faceting）が発生する前に
は、シリコンは約0.6μｍしか成長できない。このファ
セット形成は、エピタキシャル領域の主表面から異なる
角度で成長する別の成長面の形成（一般的には、酸化物
層の壁に当たる領域の側面に形成される）を意味する。
ファセットの面は、エピタキシャル領域の主表面とは異
なる結晶面に沿っている。このようなファセット形成
は、エピタキシャル領域の主表面上の所定の領域サイズ
用に素子の形成に有効な領域の面積を減らしてしまう。
更に、エピタキシャル領域が0.6μｍという厚さしかな
い為、素子から基板へのブレイクダウンが発生するまで
の動作電圧が制限されてしまう。
選択的成長プロセスの別の問題点は、選択的エピタキシ
ャル層が成長すべきウエハ上に露出されるシリコン基板
領域の面積に依存して、プロセスを変更修正する必要が
ある点である。これらのプロセス変更は、主要ファセッ
ト形成が発生する前に、層の必要厚を与えるように、成
長速度（そして、ファセット形成の程度）を制御する為
に必要である。このプロセス変更の結果、シリコンの異
なる露出面積を有するウエハ上にエピタキシャル領域を
一様な厚さで同時に成長させるためには、１つの反応容
器でこのプロセスを実施することは不可能である。
ャル層が成長すべきウエハ上に露出されるシリコン基板
領域の面積に依存して、プロセスを変更修正する必要が
ある点である。これらのプロセス変更は、主要ファセッ
ト形成が発生する前に、層の必要厚を与えるように、成
長速度（そして、ファセット形成の程度）を制御する為
に必要である。このプロセス変更の結果、シリコンの異
なる露出面積を有するウエハ上にエピタキシャル領域を
一様な厚さで同時に成長させるためには、１つの反応容
器でこのプロセスを実施することは不可能である。
第１図は、シリコン基板１を示し、このシリコン基板１
は、酸化物層３の開口内に選択的エピタキシャル領域
（層）２を有し、この開口は側壁６を有する。選択的エ
ピタキシャル領域２は、後述するプロセスにより、基板
４の上に成長する。選択的エピタキシャル領域２の成長
前の基板１の形成プロセスは、上述したとうりである。
エピタキシャル層（領域）２が酸化物（シリコン酸化
物）層３の側壁６に当接する場所に、ファセット５が形
成される。900〜1100℃でエピタキシャル領域が成長す
ると、ファセットが、酸化物３の側壁６の法線方向に対
し約25度の角度を有する面を形成する。このため、エピ
タキシャル層（領域）２の全体の高さはｈで示され、フ
ァセット５の形成前のエピタキシャル層（領域）２の高
さはｘで示されている。一般的に、酸化物層３の高さ
は、エピタキシャル層（領域）２の高さｈにほぼ等し
い。
は、酸化物層３の開口内に選択的エピタキシャル領域
（層）２を有し、この開口は側壁６を有する。選択的エ
ピタキシャル領域２は、後述するプロセスにより、基板
４の上に成長する。選択的エピタキシャル領域２の成長
前の基板１の形成プロセスは、上述したとうりである。
エピタキシャル層（領域）２が酸化物（シリコン酸化
物）層３の側壁６に当接する場所に、ファセット５が形
成される。900〜1100℃でエピタキシャル領域が成長す
ると、ファセットが、酸化物３の側壁６の法線方向に対
し約25度の角度を有する面を形成する。このため、エピ
タキシャル層（領域）２の全体の高さはｈで示され、フ
ァセット５の形成前のエピタキシャル層（領域）２の高
さはｘで示されている。一般的に、酸化物層３の高さ
は、エピタキシャル層（領域）２の高さｈにほぼ等し
い。
第１図から分かるように、ファセット５は、エピタキシ
ャル層（領域）２の主表面上で有効な平面表面の量をｗ
で示される量だけ減らす。ここで、ｗ＝（ｈ−ｘ）/tan
25°で、（ｈ−ｘ）はファセット形成量である。ｗの量
を減らし、これにより、エピタキシャル層（領域）２の
主表面上で有効表面の量を増加させるために、ファセッ
ト５の形成前に、高さｘを高さｈに近づけておくことが
望ましい。
ャル層（領域）２の主表面上で有効な平面表面の量をｗ
で示される量だけ減らす。ここで、ｗ＝（ｈ−ｘ）/tan
25°で、（ｈ−ｘ）はファセット形成量である。ｗの量
を減らし、これにより、エピタキシャル層（領域）２の
主表面上で有効表面の量を増加させるために、ファセッ
ト５の形成前に、高さｘを高さｈに近づけておくことが
望ましい。
（発明の概要） 本発明の目的は、主要ファセット形成を発生させずに、
0.6μｍ以上の厚さのエピタキシャル層を選択的に成長
させる方法を提供することである。
0.6μｍ以上の厚さのエピタキシャル層を選択的に成長
させる方法を提供することである。
本発明の他の目的は、１つの反応容器内で、露出面積の
異なるシリコン製ウエハ上に、エピタキシャル領域をほ
ぼ一様な厚さで成長させる方法を提供することである。
異なるシリコン製ウエハ上に、エピタキシャル領域をほ
ぼ一様な厚さで成長させる方法を提供することである。
本発明のこれらの目的は以下の方法により達成される。
すなわち、１つの反応容器内で、少なくとも１つのシリ
コン基板上に選択的にエピタキシャル層を成長させる為
に、この基板を開口を有するマスク層でカバーして基板
上にエピタキシャル層が成長されるべき部位を露出させ
る。更に、所定の流速で基板上に水素と塩化水素酸（HC
l）とシリコンソースガス(SiClxHy)を吹付ける。ここ
で、ガスと基板の温度は、900℃以上1100℃以下、水素
の流速は、15SLM以上180SLM以下、シリコンソースガス
の流速は、50SCCM以上150SCCM以下である。
すなわち、１つの反応容器内で、少なくとも１つのシリ
コン基板上に選択的にエピタキシャル層を成長させる為
に、この基板を開口を有するマスク層でカバーして基板
上にエピタキシャル層が成長されるべき部位を露出させ
る。更に、所定の流速で基板上に水素と塩化水素酸（HC
l）とシリコンソースガス(SiClxHy)を吹付ける。ここ
で、ガスと基板の温度は、900℃以上1100℃以下、水素
の流速は、15SLM以上180SLM以下、シリコンソースガス
の流速は、50SCCM以上150SCCM以下である。
本発明の他の目的は、エピタキシャル層の成長前に、シ
リコン基板上の表面欠陥を除去する方法を提供すること
である。
リコン基板上の表面欠陥を除去する方法を提供すること
である。
本発明のこれらの目的は、シリコン層を、欠陥が除去さ
れるまで、NHO3に希釈されたH2O:HFのエッチャントにさ
らす欠陥除去方法により、達成される。
れるまで、NHO3に希釈されたH2O:HFのエッチャントにさ
らす欠陥除去方法により、達成される。
（実施例） 選択的エピタキシャル成長がなされるウエハは、従来方
法により、酸化物層３に形成されるウィンドウ（開口）
を有し、基板４の部位を露出する。このように露出され
た部位をエッチングして、いかなる残留表面欠陥を除去
する。ちなみに、この表面欠陥は、例えば、RIEにより
ウィンドウの開口時に発生するものである。残留表面欠
陥を除去するエッチングは、好ましくは、ウエハをNHO3
中にH2OとHFを希釈混合した液にさらすことにより、達
成される。
法により、酸化物層３に形成されるウィンドウ（開口）
を有し、基板４の部位を露出する。このように露出され
た部位をエッチングして、いかなる残留表面欠陥を除去
する。ちなみに、この表面欠陥は、例えば、RIEにより
ウィンドウの開口時に発生するものである。残留表面欠
陥を除去するエッチングは、好ましくは、ウエハをNHO3
中にH2OとHFを希釈混合した液にさらすことにより、達
成される。
このエッチャントの混合比は、６対400（H2O:HF対NH
O3）で、温度25℃で使用される。
O3）で、温度25℃で使用される。
このウエハは、他の同様に処理されたウエハと共に、次
に、従来のエピタキシャル反応容器（例：カリフォルニ
ア フェアモントのアプライドマテリアル社製のAMI781
0）の内に配置される。このウエハは、H2雰囲気で、約1
25標準リッター／分（SLM）の流速で、60トール以下
（好ましくは、１トールから55トール）で、約５分間、
約1025℃に加熱される。この工程により、基板４の露出
部位上に形成された自然酸化物を除去できる。
に、従来のエピタキシャル反応容器（例：カリフォルニ
ア フェアモントのアプライドマテリアル社製のAMI781
0）の内に配置される。このウエハは、H2雰囲気で、約1
25標準リッター／分（SLM）の流速で、60トール以下
（好ましくは、１トールから55トール）で、約５分間、
約1025℃に加熱される。この工程により、基板４の露出
部位上に形成された自然酸化物を除去できる。
その後、この温度は、以下の表に示したパラメータ（カ
ッコ内に示した）に調整され、対応する反応性ガス（Si
ソースガスとHCl）が反応容器内に導入される。表１
は、本発明の実施例を３種類のSiソースについて実験し
た結果をまとめたものである。最適あるいは許容可能な
Siソース流速、HCl流速、H2流速を示す。この表１に示
した条件でエピタキシャル成長させると、本発明の目的
であるファセット量を減少させることができる。
ッコ内に示した）に調整され、対応する反応性ガス（Si
ソースガスとHCl）が反応容器内に導入される。表１
は、本発明の実施例を３種類のSiソースについて実験し
た結果をまとめたものである。最適あるいは許容可能な
Siソース流速、HCl流速、H2流速を示す。この表１に示
した条件でエピタキシャル成長させると、本発明の目的
であるファセット量を減少させることができる。
反応性ガス（SiソースとHCl）は、シリコンエピタキシ
ャル層２が必要な厚さだけ成長するまで残留する。注意
すべき点として、より速い成長速度が、シリコン基板４
の全露出面積の基板全面積に対する比率（％で表示）が
約16％以上のウエハに、適応される。従って、より低い
成長速度は、全基板に対する露出面積の比率の低いウエ
ハに適応される。このバラツキは、大きいものでなく、
中間的な成長速度が成長時間の計算に使用される。これ
により、この成長プロセスは、従来技術に比較して、露
出パーセントに対し変化しないものになる。しかし、露
出パーセントでグループ分けして１つの反応容器に入
れ、エピタキシャル層２の厚さをより良く制御するのが
良い。このグループ分けは、露出パーセントを16％以上
と16％以下で分けるのが良い。
ャル層２が必要な厚さだけ成長するまで残留する。注意
すべき点として、より速い成長速度が、シリコン基板４
の全露出面積の基板全面積に対する比率（％で表示）が
約16％以上のウエハに、適応される。従って、より低い
成長速度は、全基板に対する露出面積の比率の低いウエ
ハに適応される。このバラツキは、大きいものでなく、
中間的な成長速度が成長時間の計算に使用される。これ
により、この成長プロセスは、従来技術に比較して、露
出パーセントに対し変化しないものになる。しかし、露
出パーセントでグループ分けして１つの反応容器に入
れ、エピタキシャル層２の厚さをより良く制御するのが
良い。このグループ分けは、露出パーセントを16％以上
と16％以下で分けるのが良い。
一旦、反応性ガス（水素を除く）が停止されると、反応
容器の温度は、約850℃に漸次落とされる。その後、水
素供給が停止され、この反応容器内に、その温度が室温
になるまで、窒素が注入される。その後、このウエハ
は、従来の素子形成技術を用いて処理され、エピタキシ
ャル層２にシリコン素子（例：バイポーラトランジス
タ、FET、抵抗、キャパシタ、ダイオード）が形成され
る。
容器の温度は、約850℃に漸次落とされる。その後、水
素供給が停止され、この反応容器内に、その温度が室温
になるまで、窒素が注入される。その後、このウエハ
は、従来の素子形成技術を用いて処理され、エピタキシ
ャル層２にシリコン素子（例：バイポーラトランジス
タ、FET、抵抗、キャパシタ、ダイオード）が形成され
る。
表１に示された温度、圧力、流速は、概算値で、示され
た範囲内で、変化しうる。しかし、Si対遊離HClの比率
がエピタキシャル層２の固有の成長に重要であることが
分かっている。Si対遊離HClの比率は、1:5から1:8の範
囲で変化し、好ましくは、約1:6（即ち、１シリコン原
子対６遊離塩化水素分子）であり、これにより、ファセ
ット形成を最小にできる。遊離HClのソースは、シリコ
ンソースガスのシリコンの量と結合された塩素の量と、
導入されるHClガスの量により、制御される。シリコン
ソースガスにより導入される塩素は、高温（900℃以
上）と水素ガスからの豊富な水素により遊離HClに変わ
る。それゆえに、シリコンソースガスの塩素の量に依存
して、導入されるHClの量が、シリコン対遊離HClの比率
を制御する。反応性ガスの封入時間長さは、表に与えら
れた成長速度と成長するエピタキシャル層の所望厚さに
依存する。必要なドーパント（リン、ボロン、アンチモ
ン、ヒ素）が、エピタキシャル層成長の間に導入され、
所望の導電型と抵抗を有する層が成長する。
た範囲内で、変化しうる。しかし、Si対遊離HClの比率
がエピタキシャル層２の固有の成長に重要であることが
分かっている。Si対遊離HClの比率は、1:5から1:8の範
囲で変化し、好ましくは、約1:6（即ち、１シリコン原
子対６遊離塩化水素分子）であり、これにより、ファセ
ット形成を最小にできる。遊離HClのソースは、シリコ
ンソースガスのシリコンの量と結合された塩素の量と、
導入されるHClガスの量により、制御される。シリコン
ソースガスにより導入される塩素は、高温（900℃以
上）と水素ガスからの豊富な水素により遊離HClに変わ
る。それゆえに、シリコンソースガスの塩素の量に依存
して、導入されるHClの量が、シリコン対遊離HClの比率
を制御する。反応性ガスの封入時間長さは、表に与えら
れた成長速度と成長するエピタキシャル層の所望厚さに
依存する。必要なドーパント（リン、ボロン、アンチモ
ン、ヒ素）が、エピタキシャル層成長の間に導入され、
所望の導電型と抵抗を有する層が成長する。
従来技術に比較して、相対的に低い遊離HCl濃度によ
り、上記の流速を用いたエピタキシャル層上のファセッ
ト形成は、基板の結晶面に比較的影響されないことが分
かっている。しかし、＜100＞または＜111＞または＜31
1＞方向の基板上にエピタキシャル層を成長させること
が、最良の結果（ファセット形成前により厚いエピタキ
シャル層が形成される）となる。
り、上記の流速を用いたエピタキシャル層上のファセッ
ト形成は、基板の結晶面に比較的影響されないことが分
かっている。しかし、＜100＞または＜111＞または＜31
1＞方向の基板上にエピタキシャル層を成長させること
が、最良の結果（ファセット形成前により厚いエピタキ
シャル層が形成される）となる。
実験結果 第１実施例のシリコン・ディクロシラン(SiCl2H2)で、
基板の６％がマスクの開口により露出され、約55トール
の圧力で、約1.2μｍのエピタキシャル層が、わずか0.1
μｍのファセット形成（第１図のｈ−ｘ）のみで、形成
された。
基板の６％がマスクの開口により露出され、約55トール
の圧力で、約1.2μｍのエピタキシャル層が、わずか0.1
μｍのファセット形成（第１図のｈ−ｘ）のみで、形成
された。
流速、温度条件等については、表１を参照されたい。
上記の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が考
え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲の包含
される。
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が考
え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲の包含
される。
第１図は、ファセット形成を示す選択的エピタキシャル
層の断面をしめす図（実スケースではない）である。
層の断面をしめす図（実スケースではない）である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド ジョージ シメル アメリカ合衆国，19605 ペンシルベニア リーディング，エディソン コート 516
Claims (8)
- 【請求項１】エピタキシャル層が形成されるべき部位に
対応する部分に開口を有するマスク層で被覆した基板上
の前記部位にエピタキシャル層を形成する際、エピタキ
シャル層のファセットを減少させる方法において、 前記基板上に、水素、塩化水素酸（HCl）とシリコンソ
ースガス(SiClxHy)を吹付けるステップを有し、 前記反応容器内の圧力は、60トール以下で、 前記塩化水素酸（HCl）の流速範囲は、反応容器内のシ
リコン原子対遊離塩化水素分子の比が1:5から1:8の範囲
内にあるように設定し、 前記ガスと基板の温度範囲は、900〜1100℃で、 前記水素の流速の範囲は、15〜180SLMで、 前記シリコンソースガスの流速範囲は、50〜150SCCMで
ある ことを特徴とするエピタキシャル層の形成方法。 - 【請求項２】前記シリコンソースガスは、SiCl2H2で、 前記塩化水素酸の流速範囲は、300〜420SCCMで、 前記ガスと基板の温度範囲は、900〜960℃である ことを特徴とする請求項１記載の方法。
- 【請求項３】前記シリコンソースガスは、SiCl3Hで、 前記塩化水素酸の流速範囲は、200〜300SCCMで、 前記ガスと基板の温度範囲は、960〜1060℃である ことを特徴とする請求項１記載の方法。
- 【請求項４】前記シリコンソースガスは、SiCl4で、 前記塩化水素酸の流速範囲は、150〜210SCCM以下で、 前記ガスと基板の温度範囲は、1025〜1100℃以下である ことを特徴とする請求項１記載の方法。
- 【請求項５】前記基板を、水素雰囲気中で約1025℃で、
エピタキシャル層が形成されるべきシリコン基板の前記
部位から自然酸化物が除去されるまで、焼成するステッ
プをさらに有する ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項６】シリコン層を、欠陥が除去されるまで、NH
O3に希釈されたH2O:HFのエッチャントにさらすステップ を更に有することを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項７】H2O:HF混合液は、NHO3に、４−10対400の
比率で希釈される ことを特徴とする請求項６記載の方法。 - 【請求項８】H2O:HF対NHO3混合液の比率は、約６対400
で、このエッチャントの温度範囲は、20〜40℃である ことを特徴とする請求項７記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US44180789A | 1989-11-27 | 1989-11-27 | |
| US441807 | 1989-11-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03184328A JPH03184328A (ja) | 1991-08-12 |
| JPH0760805B2 true JPH0760805B2 (ja) | 1995-06-28 |
Family
ID=23754370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32134190A Expired - Lifetime JPH0760805B2 (ja) | 1989-11-27 | 1990-11-27 | エピタキシャル層の形成方法とシリコン素子の欠陥除去方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0430514B1 (ja) |
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