JPH0834190B2 - 低温シリコン・エピタキシアル成長方法 - Google Patents

低温シリコン・エピタキシアル成長方法

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JPH0834190B2
JPH0834190B2 JP4290009A JP29000992A JPH0834190B2 JP H0834190 B2 JPH0834190 B2 JP H0834190B2 JP 4290009 A JP4290009 A JP 4290009A JP 29000992 A JP29000992 A JP 29000992A JP H0834190 B2 JPH0834190 B2 JP H0834190B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はシリコン・デバイスの製
造に関し、より具体的には低温での付着によるシリコン
・エピタキシアル層の成長に関する。
【0002】
【従来の技術】低温シリコン・エピタキシアル成長法
は、CMOSデバイス用の高まったソース・ドレインな
ど、高性能半導体用として重要な構造をもつ新規な小型
シリコン・デバイスの製造が可能であり、最近G.L.
パットン(Patton)、S.S.アイヤー(Iyer)、S.
L.デラージュ(Delage)、S.ティワリ(Tiwari)、
J.M.C.ストーク(Stork)がIEEE EDL,9,195(199
0)に発表した、シリコン中のヘテロ接合バイポーラ・ト
ランジスタ(HBT)など、ある種の超高速デバイス作
成の鍵となるものである。潜在的なエピタキシアル製造
法の重要な要件は、欠陥を回避し抑制するための適切な
手段と、n型及びp型ドーパントやGeなどの必要な添
加物を用いてシリコン層を作成できる能力などの幅広い
実用性である。シリコン用の既知の2つの低温エピタキ
シアル法が、B.S.マイヤーソン(Meyerson)、App
l.Phys.Lett.,48,797(1986)、及びT.O.セッジウィ
ック(Sedgwick)、M.バーキンブリット(Berkinbli
t)、T.S.クアン(Kuan)、Appl,phys.Lett.,54,26
89(1989)に開示されている。前者はシランを反応剤とし
て超高真空化学蒸着(UHV/CVD)を使用し、後者
はジクロロシラン(DCS)を反応剤として超清浄常圧
化学蒸着(APCVD)を使用している(ここで、「超
清浄」とは、反応チャンバ及びガス処理システムから水
蒸気、酸素その他の酸化剤を入念かつ系統的に除去して
あることを意味する)。この種の他のシステムは、米国
特許第4592792号及び第4786615号明細書
に一般的に開示されている。これらのシステムはそれぞ
れ特有の製造上の利点をもつが、一定の制限もある。
【0003】この両方の低温エピタキシアル法に共通す
る要件は、半導体基板の表面、典型的にはシリコン・ウ
ェハの表面に外来物質や酸化物がないようにするため
の、エピタキシアル成長を開始する前の予備洗浄ステッ
プである。実際には外来物質を除去し、あるいは少なく
とも外来物質がその後の製造工程とそれによって製造さ
れるデバイスにとって余り害がないようにする目的で、
1つまたはそれ以上の予備洗浄手段が使用される。受け
入れられている最良の標準的予備洗浄は、950〜11
90℃で数分間H2プリベークすることであった。パタ
ーン付けされたウェハには低目の温度が使用され、パタ
ーン付けされていないウェハには高目の温度が使用され
る。最高温度では、SiO2がSiと反応して揮発性酸
化物Si0を形成するか、低目の温度ではH2がSiO2
のSi表面への結合を選択的に攻撃して、それをアンダ
ーカットし、多分除去する(S.T.リウ(Liu)、
L.チャウ(Chau)、J.O.ボランド(Boland)、化
学蒸着学会報告集CVD−X、G.W.カレン(Culle
n)編、87−8、The Electrochemical Society、米国
ニュージャージー州ペニントン、1987、p.428〜434参照
)。また温度を800℃まで下げたH2中での低温予備
洗浄は、酸化物を除去するにはなお有用であるが、速度
が遅くてそれほど有効でなく、一部の酸化物が残った
り、ウェハが偶然に残った酸素、水蒸気あるいはガス相
中の他の酸化物による再酸化を受けたりする可能性があ
る。現在使用されているUHV/CVD装置の性質、す
なわち大型の低温炉と専ら低圧の操作のために、H2
リベーキングは約500〜600℃の付着温度でのみ可
能であり、したがって全く効果がない。一方、APCV
D法は、温度が500〜1200℃と柔軟性があり、1
気圧でH2を流れるので、H2予備洗浄を容易に組み込め
る。
【0004】予備洗浄ステップを実施する際、UHV/
CVD法を使用するときは水洗を行わずに液体HF浸漬
を使用する。これは、そのエッチング液が疎水性であっ
て表面で弾けるので、ブランケット・シリコン・ウェハ
にはうまく働く。しかし、パターン付けしたウェハで
は、酸化物表面が親水性なので、エッチング液滴が除去
し難く、酸化物パターンの隅や縁部に隠れてしまう傾向
があり、ブローオフによってエッチング液適を除去した
とき、散乱し、最終的には蒸発して、シリコン表面上に
望ましくないエッチング副産物や粒子を残す。とはい
え、上述のようにUHV/CVDによってエピタキシア
ル成長させるシリコンには、シラン・ガスからの付着を
使用する。この付着は、被膜の内部に欠陥を発生させず
に、一部の表面酸化物及び外来物質を覆う傾向がある。
しかし、この被覆能力は表面の外来物質による被膜中の
欠陥を大幅に減らすことができるが、完全に除去するこ
とはない。高いデバイス収率をを得るには、基本的に欠
陥のない被膜が明らかに必要である。しかし、界面に封
入された外来物質があることは望ましくはないものの、
それが収率を低下させ得るかどうかはまだ明らかではな
い。
【0005】UHV/CVD法が低欠陥被膜を生成する
のとは対照的に、DCSを使用するAPCVD法は、付
着の直前に、たとえば950℃で約5分間H2中での高
温プリベーキングを行わない限り、エピタキシアル層中
にランダムな欠陥が高密度で発生する可能性がある。透
過電子顕微鏡(TEM)データによれば、界面の外来物
質及び酸化物は、微小双晶形成、浅い表面ピラミッドを
生じ、シラン系におけるよりも相対的に高い欠陥密度を
もたらす。これは、DCSを使用するAPCVDの欠点
である。
【0006】総合的なエピタキシアル付着システムは、
高濃度の制御可能なn型及びp型層をドーピングし、か
つSiGe合金を生成することができる。シランを使用
するUHV/CVD法もDCSを使用するAPCVD法
も、こうしたp型層を成長させ、かつSiGe合金を生
成することができる。しかし、DCSを使用するAPC
VD法では非常に高濃度のn型ドーピングが得られる
(T.O.セッジウィック、P.D.アニェロ(Agnell
o)、D.グエン・ゴク(Nguyen Ngoc)、T.S.クア
ン、G.シッラ(Scilla)、Appl.Phys.Lett.,58(17)19
86(1991))が、シランをベースとする系では高濃度の制
御可能なn形ドーピングはいかなる温度や圧力でも可能
ではない。
【0007】この2つの低温エピタキシアル・システム
のもう1つの非常に重要な相違点は、DCSを使用する
(HClは添加)APCVD法が、シリコンを選択的に
成長させることである。これは一方的な利点である。シ
ランを使用するUHV/CVD法は選択性が強くない。
UHV/CVDシラン系では、最初はシリコンが選択的
に付着する、すなわち、裸のシリコン上にのみ付着し、
酸化物で覆われた領域には付着はないが、被膜が僅か1
0nm程度の厚さまで成長した後は、酸化物パターンの
上にもシリコン領域上にも均一に付着が起こる、すなわ
ちブランケット付着が起こる。シランの代りにジシラン
を使用すると、選択性の働く厚さが幾分増加する(H.
ヒラヤマ、T.タツミ、N.アイザキ、Appl.Phys.Let
t.,52(26)2242(1988)参照)。したがって、非常に薄い被
膜の場合以外は、UHV/CVD法はブランケット付着
である。ブランケット付着と選択的付着の両方が行える
能力は重要であり、強力な方法なら選択的な層またはブ
ランケット層のどちらでも成長させることができるはず
である。
【0008】APCVDシステムでは、H2が低温での
シランの分解を阻止するため、シランが1気圧の純粋H
2雰囲気中で約750℃の低温で反応してシリコンを付
着させないという、もう1つの問題が本発見によって提
示された。このような付着は不活性雰囲気中で起こる
が、シリコン被膜が超清浄システム中で成長できるとし
ても、通常は高純度のガス中に酸素及び水蒸気の不純物
が残留しているためにエピタキシアル界面に残留酸素が
あると思われる。この残留酸素がシリコン表面と反応す
る可能性がある。この点に関して、APCVD法では、
2が650〜850℃の温度範囲でシリコン表面の酸
化を阻止することが分かっている(T.O.セッジウィ
ック、P.D.アニェロ、第11回国際化学蒸着会議報
告集、CVD−XI、K.E.スピア(Spear)、G.
W.カレン共編、90−12、The Electrochemical So
ciety、米国ニュージャージー州ペニントン、1990、Par
t IV,No.33,p.247〜253参照)という事実が本来的に付
随することが指摘されている。すなわち、水素はシリコ
ン表面での酸化物の形成を阻止するという望ましい作用
を有するが、それでも水素が多すぎるとシランの分解を
妨げる可能性があるという望ましくない作用もあり、矛
盾する加工要件をもたらす。
【0009】
【本発明が解決しようとする課題】本発明の一目的は、
欠陥のない被膜を生成するAPCVD法と関連して、エ
ピタキシアル・シリコンの選択的な層またはブランケッ
ト層のどちらでも成長させることのできる、強力な方法
及びシステムを提供することである。
【0010】本発明の他の目的は、総合的で広い範囲に
有用な低温エピタキシアル法を実施するための様々なプ
ロセス条件の新規な実施態様を提供することである。
【0011】本発明の他の目的は、高温水素プリベーキ
ングの諸利点とシランからのシリコンのブランケット付
着の利点を最適に組み合わせることである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、APC
VD法を使用する低温での付着によってシリコンの選択
的エピタキシアル層を成長させる際に、シランを使用す
る場合とジクロロシラン(DCS)を使用する場合とで
得られる被膜内部の欠陥密度に差があることが発見され
た。思いがけないことに、シランから付着させたシリコ
ンは、界面酸化物をほぼ完全に覆うことができ、僅かな
欠陥しか生成しないと思われるが、やはり思いがけない
ことに、DCSから付着させたシリコンは、成長する際
にその表面にかなり高い欠陥密度をもたらすと思われ
る。
【0013】この発見に基づいて、本発明は、不完全に
清浄したシリコン表面上の選択的エピタキシアル・シリ
コン層中またはブランケット・シリコン層中の(たとえ
ば変位、双晶、積層欠陥による)欠陥密度を低下させる
ために、次のようなAPCVDシステム及び方法を提供
する。すなわち、1)第1の薄い、たとえば10nmの
シリコンの層を表面上にシランまたはジシランから成長
させ、それに続いて2)たとえば550〜850℃の同
じ低い温度で、DCSから被膜の残り部分を成長させ
る。その後にDCSを用いて第1層の上に第2層を成長
させても、特に同じ付着システム中でただちに行う場合
は、追加の欠陥は導入されない。
【0014】選択的エピタキシ(SD)を実際する際、
最初のステップではシランまたはジシランを使用して、
付着が選択的なままとなるようにシリコンの最初の数n
mだけを成長させる。この付着に続いて、第2のステッ
プでDCSから成長させる。これは通常選択的であり、
この付着工程全体が選択的であることの利点を保持す
る。この2段技法を被膜のブランケット付着(BD)と
併用することもでき、その場合は、第1ステップのシラ
ンまたはジシランからの成長を、たとえば50nmなど
より大きな厚さまで、あるいは酸化物領域がある場合は
それを含めてウェハ表面がシリコンで完全に覆われるま
で実施することができる。その後は前と同じくDCSを
用いて成長を行うことができるが、第1ステップで酸化
物がすべてシリコンで覆われているので、ブランケット
成長させることができる。いずれにせよ、選択的(S
D)モードでもブランケット(BD)モードでも、第2
ステップはDCS中で実施し、そのため、シランをベー
スとするシステムでは得られない高濃度の制御されたn
型ドーピングが可能である。
【0015】また、APCVDシステムでは、低温では
2がシランの分解を阻止するので、1気圧の純粋なH2
雰囲気中で750℃でシランが反応してシリコンを付着
することがないことも発見された。しかし、不活性雰囲
気中、たとえば、アルゴン、窒素、ヘリウム中、及び低
温でのH2と不活性気体の混合物中では、シリコンの付
着が起こる。ヘリウムはこの環境中で好ましい不活性気
体である。さらに、上記の方法には、H2が650〜8
50℃の温度範囲でシリコン表面の酸化を阻止すること
が分かっているという事実が本質的に付随することも指
摘されている。したがって、低温でのシランの反応を促
進するためのヘリウム雰囲気の必要性と、偶然の残留不
純物からの表面酸化を防止するための水素雰囲気の必要
性との間で最適の折合い点を見つけるために、主として
ヘリウムから構成されるが必ず若干の水素をも含む雰囲
気中で付着を実施する。この折合いが有効なのは、一部
には、酸化には誘導時間があるが、シランの反応には誘
導時間はないからである。
【0016】本発明のもう1つの特徴は、低温でシラン
からシリコンを付着させる際に、主キャリア・ガスとし
て水素の代わりにヘリウムを使用するのではなく、通常
の水素キャリア中でシランの代りにジボランを添加した
ジクロロシラン(DCS)を使用することである。この
修正によって、低温でのシリコン付着のための大気圧工
程で、DCSを使用して、従来ならシリコンを選択的に
付着するところを、絶縁体及びシリコン領域の上に、特
にパターン付けしたウェハ上のそうした領域の上にシリ
コン被膜をブランケット(非選択的に)付着させること
が可能となる。ジボランを添付するとシリコン付着速度
が高まるので、550℃という低い温度でかなりの非選
択的付着速度が生じることができる。
【0017】
【実施例】本発明はHBTなどシリコン・デバイスの製
造に関し、具体的には、半導体、通常はシリコンの表面
上に低温での付着によって薄いシリコンのエピタキシア
ル層を成長させるための改良された方法及びシステムに
関する。1つの実施例では、この方法は基本的に2つの
一般的ステップを含んでいる。第一のステップでは、シ
ランまたはジシランを使って、付着が選択的なままとな
るようにシリコンの最初の数nmだけを成長させ、第2
のステップでは、その後にDCSから成長させる。後者
の成長は通常は選択的であり、その結果、付着工程全体
が選択性があるという利点を保持する。しかし、この2
段技法は選択的エピタキシ(SD)と一緒に使用しても
利益があるが、ブランケット付着(BD)にも使用でき
る。その場合は、第1ステップでシランまたはジシラン
からの成長をたとえば50nmなどより大きな厚さま
で、あるいは酸化物領域がある場合はそれを含めてウェ
ハ表面がシリコンで完全に覆われるまで実施し、次いで
酸化物がすべて第1ステップでシリコンで覆われたの
で、DCSを使ってその後の成長をブランケット成長と
して実施する。
【0018】具体的には、この実施例による好ましい成
長の方法は、ある一般的条件の下で実施することがで
き、下記のステップからなる。 1)まず最初に、すべての付着を水蒸気、酸素その他の
酸化剤を厳密に除去した超清浄付着システム中で実施す
る。初期の加熱ステップと中間の諸ステップ中、H2
囲気及び使用可能な最高圧力(1気圧まで)を使用す
る。温度時間は、残留する酸化性不純物による偶然の表
面酸化を避けるため、最小限に抑える。 2)デバイスの用途上可能ならば、ウェハをH2中で加
熱しプリベークすることが望ましい。典型的なプリベー
クは、約800〜1000℃の温度で約1〜10分間で
あり、約900〜950℃で約5分間が好ましい。 3)サンプルを水素中で約550〜850℃の範囲の付
着温度にまで冷却し、シランの流れを開始する。最初は
2雰囲気中で付着は起こらない。シランの流れの開始
とともにヘリウムの流れを開始し、水素流を低レベルに
下げる。ガス全体中のヘリウムの割合は20〜95%の
範囲であり、通常は少なくとも50%、好ましくは約8
0〜95%である。温度が低いほど、反応を促進するた
めにヘリウム濃度を高くしなければならない。シラン濃
度はガス全体中の約100〜5,000ppmあるいは
それ以上の範囲とすることができるが、この濃度は満足
できる結果を得るために重要ではないことが判明してい
る。 4)シランの反応から所望の厚さのシリコンが得られた
とき、第1の一般的ステップは完了し、シラン及びヘリ
ウムを遮断する。次にキャリヤ・ガスをH2に切り換え
て、ドーパントを加えあるいはドーパントなしでDCS
の流れを開始し、所望の厚さに成長させる。
【0019】この好ましい方法は、下記の工程条件及び
パラメータを使って実施した実際の実験で実施された。
【0020】例1 実験的に、不完全に清浄化したある界面酸素密度(通常
の最大不純物)のシリコン表面上にシランから1×10
15/cm2の成長後にシリコン被膜を成長させた。この
被膜は、Seccoエッチングで測定して欠陥密度が
3.3×102/cm2であることが分かった。この被膜
は、1,000ppmのシランと5%の水素と95%の
ヘリウムを使って750℃で厚さ240nmに成長させ
た。
【0021】酸素を意図的に3.2×1014/cm2
ませたシリコン表面上にDCSから行った同程度の付着
物は、上記とは対照的に、2.2×107/cm2の巨大
なピラミッド形(双晶)欠陥密度を有していた。この被
膜は、H2中で750℃で1000ppmのDCSから
成長させたものである。酸素の導入は、エピタキシアル
成長の前にシリコン表面を水素中で12分間25ppb
の酸素にさらすことによって実施した。シランから成長
させたサンプル中の酸素濃度は、DCSから成長させた
サンプル中の濃度の3倍であったが、欠陥濃度はシラン
・サンプルより約5桁低かった。したがって、上記の2
段付着法は、シリコン基板表面上の残留酸化物及び外来
物質による欠陥を大幅に減少させる。
【0022】また、第2ステップでDCSを反応剤とし
て使用するこの2段法は、通常ならシランをベースとす
るシステムを使用しては得られない、第2ステップでの
n型ドーピングが可能である。したがって、このような
ドーピングが、シラン付着を使用するAPCVDシステ
ム中で、DCSからのシリコン付着中または付着後に所
望に応じて実施できる。
【0023】一方、DCSを使用するこの方法の第2ス
テップは、UHV/CVDシステム中では実施できな
い。というのは、塩素化合物は、ポンプ・システムにと
って腐食性が強すぎると考えられており、また副産物の
含塩素ポリマーからのガス放出が、減圧によって必要な
低い圧力を達成する妨げとなるからである。しかし、こ
の方法の2つのステップは、ポンプの腐食が問題にはな
らず、副産物からのガス放出が必要な低い圧力の達成を
妨げず、系が低温での高品質エピタキシアル成長を妨げ
るほどの酸素、水蒸気その他の酸化剤を含んでいない、
どんな低圧システム中でも実施できるはずである。
【0024】本発明の実施に関係する要因及びパラメー
タについて完全に理解するには、シラン付着が、最初は
選択的であるが、十分な被膜の厚さに達すると、裸のシ
リコン及び酸化物の上にブランケット付着をもたらし、
ある種のデバイス製造方式においてはかなりの改善をも
たらすため、シランをCVDエピタキシアル/多結晶シ
ステム中で反応剤として使用することは著しい利益があ
ることを理解されたい。同時に、先に指摘したように、
800〜1000℃での水素プリベークは、エピタキシ
アル成長の前にシリコン表面を清浄化するための、十分
に確立された現在最も効果的な方法である。こうした高
温プリベークは現在UHV/CVDツール中では可能で
ないが、ASM反応器などの市販のAPCVD装置で容
易に実現できる。
【0025】研究によれば、現在超清浄システムで実現
できる最も高純度の水素ガス、すなわち約5〜8ppb
の酸素(かつ多分ほぼ同量の水蒸気)を含むガスにシリ
コン表面をさらしても、750℃以下で数分後に表面が
若干酸化されることがわかっている。しかしまた、水素
雰囲気が酸化の開始前に(数分程度の)誘導時間を生み
出すことも確定されている。同時に、現在単結晶シリコ
ン上での成長の誘導時間を示唆する情報はないので、シ
ランは基板表面に達すると直ちに反応すると考えられて
いる。
【0026】重要なことであるが、APCVDシステム
中では、水素が低温でのシランの分解を阻止するので、
シランが1気圧の純粋な水素雰囲気中で550〜850
℃、典型的には750℃の低温で反応してシリコンを付
着することはないことが発見された。しかし、アルゴ
ン、窒素、ヘリウムなどの不活性雰囲気中や水素と不活
性気体の混合物中では低温で付着が起こる。ヘリウム
が、この環境で好ましい不活性気体である。というの
は、ヘリウム・ガスの流れは層流となる傾向がありウェ
ハ表面上にのみ付着をもたらすが、アルゴンは対流セル
の形成、均一な気相核形成、及び望ましくない粒子の形
成をもたらす可能性があるからである。この気体雰囲気
の不活性気体含有量は、20〜95%の範囲のいずれか
またはそれ以上でよいが、典型的には少なくとも約50
%、通常は操作温度に応じて約80〜95%の範囲であ
る。
【0027】水素が550〜850℃の温度範囲でシリ
コン表面の酸化を阻止することも、このAPCVD法に
とって本質的な重要なことである。シリコン被膜を超清
浄システム中で成長させるとしても、高純度のガス中
に、水素が存在しない場合にシリコンと反応できる酸素
や水蒸気などの不純物が残留しているために、通常はエ
ピタキシアル界面に残留酸素が存在するものと思われ
る。したがって、水素がシリコン表面上での酸化物の形
成を阻止するという好ましい作用を有することが知られ
ているが、上記のように水素が多すぎるとシランの分解
を妨げる可能性があることも明らかであり、矛盾する加
工要件がもたらされる。これらの事実に基づいて、本発
明は、低温でのシラン反応を促進するためのヘリウム雰
囲気の必要性と、偶然の残留不純物による表面の酸化を
阻止するための水素雰囲気の必要性の間で最適の折合い
点を見つけて、高温水素プリベークの利点とシランから
のシリコンのブランケット付着の利点を最適に組み合わ
せることを企図している。
【0028】したがって、上記の工程を実施する際に、
a)シラン反応の前、すなわち1)ウェハを最初にプリ
ベーク温度まで加熱する間、2)水素プリベークの際
中、3)シラン反応温度にまで冷却する間、4)基板上
へのシランの流れを開始する間、5)さらに低レベルで
あってもシラン反応の際中に、常に反応剤ガス中に水素
が存在することが本発明の1つの特徴である。さらに、
b)低温では酸化物の除去は有効には行われないが、初
期誘導時間の後は酸化が起こり得るので、最後の3ステ
ップの時間を妥当な範囲で最小に(2、3秒以内に)し
なければならない。したがって、本発明は、水素を含む
雰囲気へのウェハの露出を最大にすることを企図してい
る。ただ、残念ながら水素雰囲気は必然的に、残留する
酸素及び水蒸気という不純物を含んでいる。しかし、酸
化作用は誘導時間を有し、シラン付着はそうでないの
で、低温の時間を短くすると、背景不純物による再酸化
が避けられるはずである。
【0029】別法として、工程中でシリコン供給源とし
てシランの代わりにジシランを使用することもできる。
これは、反応温度がより低いという利点を有する。した
がって、塩素その他のハロゲンを含まないシランがこの
状況に適していよう。
【0030】本発明のこの特徴を実施するための1つの
具体的方法は、下記の一連のステップを含む。 1)典型的にはシリコンの半導体受容表面を有するウェ
ハを反応器に装入した直後に、雰囲気を水素に切り換え
る。 2)シリコン基板を水素中で800〜1000℃の範囲
の適当な温度、好ましくは約900〜950℃で約1〜
10分間、好ましくは約5分間プリベークする。シリコ
ン基板をパターン付けして、裸のシリコン領域と酸化物
領域または窒素物領域の両方を露出させることができる
ことに留意されたい。温度が高いと表面酸素がそれだけ
速く除去されるが、酸化物パターンもエッチングされる
可能性があり、あるいは高温が、特定の部分的に製造済
みのデバイス構造中では望ましくないドーパントの拡張
その他の反応を引き起こす可能性がある。 3)基板を水素中でシランの付着温度、550〜850
℃、典型的には750℃にまで冷却する。 4)シランの流れを開始した後、短時間の間、水素雰囲
気中で付着が起こらない。 5)ヘリウムの流れを低レベルに下げ、シリコン付着中
そのレベルに保つ。
【0031】水素レベルを調節する際、シランからのシ
リコン成長の分解産物として若干の水素が常に存在する
ことを理解されたい。また、ソース・ガスのシリンダ中
で希釈剤として、すなわち90%水素中に10%のシラ
ンの割合で使用されるような若干の水素が存在しても、
本発明の方法の有用性は実質的に変わらないことが分か
っている。シリコン表面上で定常状態の濃度プロフィル
を達成するのに十分な時間シランが流れるようにしなが
ら、ステップ(3)〜(6)の持続時間を最小限に抑え
なければならない。前述のように、気体雰囲気の不活性
気体含有量は20〜95%の範囲のいずれかまたはそれ
以上でよいが、典型的には少なくとも約50%、通常は
操作温度に応じて約80〜95%の範囲である。また、
シランの代わりにジシランを使用することもできる。
【0032】本発明のもう1つの特徴は、低温でシラン
からシリコンを付着する際に、主キャリア・ガスとして
ヘリウムを使用する代わりに、ジクロロシラン(DC
S)にジボランを添加し、このガスを通常の水素キャリ
ア中でシリコン供給ガスとして使用することである。こ
の修正によって、またシリコン付着が低温で非選択的に
なる。約1〜10×1019cm-3以上のホウ素ドーピング
が望ましく、あるいは少なくとも反対する理由がない。
したがって、従来通りシリコンを選択的に付着する低温
での大気圧シリコン付着法を修正して、絶縁領域及びシ
リコン領域、特にパターン付けしたウェハ上のそうした
領域の上にシリコン被膜をブランケット(非選択的)付
着させることができる。ジボランを添加するとシリコン
付着速度が高まるので、550℃という温度で著しい非
選択的付着速度が生じる。
【0033】したがって、高性能のバイポーラ回路やC
MOS回路を含むがそれだけには限らず、シリコン中に
VLSI回路及びULSI回路を作成するための諸方法
で、デバイスを製造する際にシリコンのブランケット被
膜を利用できることがわかるであろう。本発明を用いな
ければ、低温超清浄APCVDで絶縁体領域とシリコン
領域の両方の上にブランケット・シリコン被膜を付着さ
せることはできない。一般に、APCVD法は成長速度
が高く低温であるため、構造内でドーパント不純物を再
分配させる恐れのある著しい高温熱サイクルを用いず
に、エピタキシアル・シリコンの付着が可能となる。U
HV/CVDなど他の低温法とは対照的に、APCVD
法は大気圧で実施され、したがって工程装置がより簡単
で、より信頼性が高く、安価になる。
【0034】本発明の範囲内で、ゲルマニウムをシリコ
ン表面または付着物あるいはその両方に添加しても、基
本工程の結果に著しい変更はないものと考えられる。
【発明の効果】本発明によれば、欠陥のないエピタキシ
アル・シリコン層を成長させることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トゥン・シャン・クァン アメリカ合衆国10514、ニューヨーク州チ ャパクワ、シェイディー・レーン 25番地 (72)発明者 トマス・オリヴァー・セジウィック アメリカ合衆国10520、ニューヨーク州ク ロトン・オン・ハドソン、イースト・マウ ント・エアリー・ロード 32番地 (56)参考文献 特公 昭54−30872(JP,B2)

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】大気圧で受容表面上に低温での付着によっ
    て、シリコンのエピタキシアル被膜を成長させる際の欠
    陥密度を最小にする方法であって、 (a)まず、水素及び少なくともガス全体の約20%以
    上を占める不活性気体とを含む雰囲気中で、550〜8
    50℃の範囲の低温で、シランから上記受容表面上にシ
    リコンの層を成長させるステップと、 (b)続いて、ほぼ同じ温度範囲の低温で、ジクロロシ
    ランからシリコン被膜の残り部分を成長させるステップ
    とを含む方法。
  2. 【請求項2】上記の低温が750℃であることを特徴と
    する、請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】シランからの上記シリコン層を、その付着
    が完全に選択的であり、その後のジクロロシランからの
    上記の成長も引き続き選択的となる厚さまで成長させる
    ことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】シランからの上記シリコン層を、その後の
    ジクロロシランからの上記の成長がブランケット付着の
    形をとるのに十分な厚さまで成長させることを特徴とす
    る、請求項1に記載の方法。
  5. 【請求項5】さらに、上記ステップ(a)の後に、上記
    被膜のn型ドーピングを行うステップを含む、請求項1
    に記載の方法。
  6. 【請求項6】大気圧で受容表面上に低温での付着によっ
    て、シリコンのエピタキシアル被膜を成長させる際の欠
    陥密度を最小にするために、 (c)まず、550〜850℃の範囲の低温で、シラン
    から上記受容表面上にシリコンの層を成長させるステッ
    プと、 (d)続いて、ほぼ同じ温度範囲の低温で、ジクロロシ
    ランからシリコン被膜の残り部分を成長させるステップ
    とを含む方法であって、 上記ステップ(c)において、シランから成長するシリ
    コン層の厚さを制御することによって、ステップ(d)
    におけるシリコンの付着が選択的付着であるかブランケ
    ット付着であるかを制御することを特徴とする方法。
  7. 【請求項7】シランからの上記シリコン層を、その付着
    が完全に選択的であり、その後のジクロロシランからの
    上記の成長も引き続き選択的となる厚さまで成長させる
    ことを特徴とする、請求項6に記載の方法。
  8. 【請求項8】シランからの上記シリコン層を、その後の
    ジクロロシランからの上記の成長がブランケット付着の
    形をとるのに十分な厚さまで成長させることを特徴とす
    る、請求項6に記載の方法。
  9. 【請求項9】上記の低温が750℃であることを特徴と
    する、請求項6に記載の方法。
  10. 【請求項10】上記ステップ(c)を、水素と不活性気
    体の雰囲気中で実施することを特徴とする、請求項6に
    記載の方法。
  11. 【請求項11】上記ステップ(c)の後に、さらに上記
    被膜のn型ドーピングを行うステップを含む、請求項6
    に記載の方法。
  12. 【請求項12】大気圧で受容表面上に低温での付着によ
    って、シリコンのエピタキシアル被膜を成長させる際の
    欠陥密度を最小にする方法であって、 付着を行う受容表面用に対して水素雰囲気を作り出すた
    めに、水素の流れを生成するステップと、 受容表面を、水素雰囲気中で800〜1000℃の範囲
    の温度で1〜10分間プリベークするステップと、 受容表面を、550〜850℃の範囲のシラン付着温度
    にまで冷却するステップと、 上記のプリベーク済み受容表面に対して不活性雰囲気を
    作り出すために、不活性気体の流れを供給するステップ
    と、 上記シランからシリコン付着物を生成するために、上記
    雰囲気中でシランの流れを供給するステップと、 シリコン付着の間、上記雰囲気中の水素の量を低レベル
    に減らすために、水素の流れを減少させるステップとを
    含む方法。
  13. 【請求項13】大気圧で受容表面上に低温での付着によ
    って、シリコンのエピタキシアル被膜を成長させる方法
    であって、 水素、ジクロロシラン及びジボランからなる雰囲気を、
    上記受容表面に供給するステップと、 550〜850℃の範囲の温度で、上記ジクロロシラン
    から上記受容表面上にシリコンの層を成長させるステッ
    プと、 を含む方法。
  14. 【請求項14】大気圧で受容表面上に低温での付着によ
    って、p型ドーピングを伴うシリコンのエピタキシアル
    被膜を成長させる方法であって、 水素、ジクロロシラン及びジボランからなる雰囲気を、
    上記受容表面に供給するステップと、 550〜850℃の範囲の温度で、上記ジクロロシラン
    から上記受容表面上にシリコンの層を成長させるステッ
    プと、 上記雰囲気中にp型ドーパントを導入して、上記層をド
    ーピングするステップとを含む方法。
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