JPH09190979A - 選択シリコンエピタキシャル成長方法及び成長装置 - Google Patents
選択シリコンエピタキシャル成長方法及び成長装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリコン基板の表面の炭素汚染層を塩素また
は水素ラジカルで除去するに際し、Ｄｅｅｐ ＵＶ光で
得られるラジカル生成量が少ないため、効果的な除去が
難しい。 【解決手段】 高温に加熱されたフィラメント７により
配管１０から供給される塩素または水素ガスを分解して
塩素ラジカルまたは水素ラジカルを生成し、このラジカ
ルをシリコン基板１の表面に照射する。この高温加熱フ
ィラメント７を用いることにより、生成されるラジカル
量は多くなり、これらのラジカルは希フッ酸処理したシ
リコン基板１の表面に吸着し、シリコン表面に残留した
炭素と反応して炭化塩素または炭化水素を形成し、シリ
コン基板１の表面から炭素を効果的に除去し、シリコン
基板１の表面に形成する選択シリコンエピタキシャル膜
の結晶性を向上する。
は水素ラジカルで除去するに際し、Ｄｅｅｐ ＵＶ光で
得られるラジカル生成量が少ないため、効果的な除去が
難しい。 【解決手段】 高温に加熱されたフィラメント７により
配管１０から供給される塩素または水素ガスを分解して
塩素ラジカルまたは水素ラジカルを生成し、このラジカ
ルをシリコン基板１の表面に照射する。この高温加熱フ
ィラメント７を用いることにより、生成されるラジカル
量は多くなり、これらのラジカルは希フッ酸処理したシ
リコン基板１の表面に吸着し、シリコン表面に残留した
炭素と反応して炭化塩素または炭化水素を形成し、シリ
コン基板１の表面から炭素を効果的に除去し、シリコン
基板１の表面に形成する選択シリコンエピタキシャル膜
の結晶性を向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はシリコン基板上へ選
択シリコンエピタキシャル膜を成長する方法に関し、特
に成長前の処理工程としてシリコン基板表面に付着した
炭素を除去する方法及び装置に関する。
択シリコンエピタキシャル膜を成長する方法に関し、特
に成長前の処理工程としてシリコン基板表面に付着した
炭素を除去する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】選択シリコンエピタキシャル成長は、
０．１μｍルールレベルの微細なＭＯＳトランジスタに
おけるソース／ドレイン部のせり上げ構造への適用とい
う重要なアプリケーションがある。すなわち、シリコン
基板に素子分離酸化膜、およびゲートを形成した後、短
チャネル効果の抑制を目的としてＰＮ接合深さの浅いソ
ース／ドレインを形成するために、ソース／ドレインと
なるべきシリコンにのみ選択的にシリコンエピタキシャ
ル膜を成長した後、ソース／ドレイン形成のためのイオ
ン注入を行うというものである。ここで、選択シリコン
エピタキシャル成長を行う装置として図７に示した装置
が用いられている。
０．１μｍルールレベルの微細なＭＯＳトランジスタに
おけるソース／ドレイン部のせり上げ構造への適用とい
う重要なアプリケーションがある。すなわち、シリコン
基板に素子分離酸化膜、およびゲートを形成した後、短
チャネル効果の抑制を目的としてＰＮ接合深さの浅いソ
ース／ドレインを形成するために、ソース／ドレインと
なるべきシリコンにのみ選択的にシリコンエピタキシャ
ル膜を成長した後、ソース／ドレイン形成のためのイオ
ン注入を行うというものである。ここで、選択シリコン
エピタキシャル成長を行う装置として図７に示した装置
が用いられている。
【０００３】同図に示されるように、この装置はシラン
あるいはジシラン等のシラン系ガスを原料として、シリ
コン基板上に６００〜７００℃という低温で選択シリコ
ンエピタキシャル成長するものであり、成長室２、基板
加熱ヒータ４が配置されたヒータ室３、シリコン基板１
を支持するためのサセプター５、シリコン基板１により
分割された成長室２とヒータ室３を差動排気するための
ターボ分子ポンプ６、エピタキシャル成長を行うシラン
系ガスを供給するシラン系がす配管９、シリコン基板表
面に付着した炭素汚染を塩素ラジカルにより除去するた
めに塩素ガス配管１０からの塩素ガスの一部をラジカル
に分解するためのＤｅｅｐＵＶ光発生装置１７から構成
される。
あるいはジシラン等のシラン系ガスを原料として、シリ
コン基板上に６００〜７００℃という低温で選択シリコ
ンエピタキシャル成長するものであり、成長室２、基板
加熱ヒータ４が配置されたヒータ室３、シリコン基板１
を支持するためのサセプター５、シリコン基板１により
分割された成長室２とヒータ室３を差動排気するための
ターボ分子ポンプ６、エピタキシャル成長を行うシラン
系ガスを供給するシラン系がす配管９、シリコン基板表
面に付着した炭素汚染を塩素ラジカルにより除去するた
めに塩素ガス配管１０からの塩素ガスの一部をラジカル
に分解するためのＤｅｅｐＵＶ光発生装置１７から構成
される。
【０００４】ここで、基板加熱ヒータ４はシリコン基板
１のみを加熱し、ステンレス製の成長室２は加熱しな
い。したがって、シラン系ガス配管９より成長室２内部
へ導入されたシラン系原料ガスは気相中では分解せず、
シリコン基板１のシリコン上で熱解離および吸着し、余
分な水素原子を放出してシリコンを析出する。一方、原
料ガスは気相中で化学的に活性な中間生成物を作らずに
そのままシリコン基板１上に到達するので酸化膜等の絶
縁膜上には吸着が起こりにくくまた吸着してもすぐ脱離
するのでシリコン成長しづらくなる。その結果、基板温
度、原料ガス流量で決定される酸化膜上にシリコン形成
が開始されるまでの潜伏時間においてはシリコン上にの
みシリコンが選択成長する。
１のみを加熱し、ステンレス製の成長室２は加熱しな
い。したがって、シラン系ガス配管９より成長室２内部
へ導入されたシラン系原料ガスは気相中では分解せず、
シリコン基板１のシリコン上で熱解離および吸着し、余
分な水素原子を放出してシリコンを析出する。一方、原
料ガスは気相中で化学的に活性な中間生成物を作らずに
そのままシリコン基板１上に到達するので酸化膜等の絶
縁膜上には吸着が起こりにくくまた吸着してもすぐ脱離
するのでシリコン成長しづらくなる。その結果、基板温
度、原料ガス流量で決定される酸化膜上にシリコン形成
が開始されるまでの潜伏時間においてはシリコン上にの
みシリコンが選択成長する。
【０００５】このとき、選択シリコンエピタキシャル成
長のシリコン基板の前処理方法としては、通常、ＡＰＭ
洗浄（アンモニア／過酸化水素／水の混合薬液による洗
浄）によりパーティクル、有機物を除去した後、ＨＰＭ
洗浄（塩酸／過酸化水素／水の混合薬液による洗浄）に
より、重金属を除去し、さらにこれらの洗浄により形成
された自然酸化膜を除去するためにＤＨＦ洗浄（希フッ
酸処理）を行っている。ここでシリコン基板表面には、
ＤＨＦ処理後、選択シリコンエピタキシャル成長装置に
ローディングするまでの間に、文献Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐ
ｈｙｓｉｃｓＡ３９，ｐ７３（１９８６）にあるよう
に、雰囲気中から多量の炭化水素が付着する。この炭化
水素に関しては、〜１０-9ｔｏｒｒ台の超高真空中で６
００〜７００℃のエピタキシャル成長温度で加熱しても
水素は蒸発するが炭素は残留する。このような炭素汚染
が残留した状態で、そのままエピタキシャル成長する
と、界面に炭素汚染がパイルアップし、これはエピタキ
シャル膜自体の結晶品質を界面炭素汚染のないものに比
べ著しく劣化させてしまう。
長のシリコン基板の前処理方法としては、通常、ＡＰＭ
洗浄（アンモニア／過酸化水素／水の混合薬液による洗
浄）によりパーティクル、有機物を除去した後、ＨＰＭ
洗浄（塩酸／過酸化水素／水の混合薬液による洗浄）に
より、重金属を除去し、さらにこれらの洗浄により形成
された自然酸化膜を除去するためにＤＨＦ洗浄（希フッ
酸処理）を行っている。ここでシリコン基板表面には、
ＤＨＦ処理後、選択シリコンエピタキシャル成長装置に
ローディングするまでの間に、文献Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐ
ｈｙｓｉｃｓＡ３９，ｐ７３（１９８６）にあるよう
に、雰囲気中から多量の炭化水素が付着する。この炭化
水素に関しては、〜１０-9ｔｏｒｒ台の超高真空中で６
００〜７００℃のエピタキシャル成長温度で加熱しても
水素は蒸発するが炭素は残留する。このような炭素汚染
が残留した状態で、そのままエピタキシャル成長する
と、界面に炭素汚染がパイルアップし、これはエピタキ
シャル膜自体の結晶品質を界面炭素汚染のないものに比
べ著しく劣化させてしまう。
【０００６】そこで、ＤＨＦ処理したシリコン基板を選
択シリコンエピタキシャル成長装置にローディング後、
６００〜７００℃のエピタキシャル成長温度、代表的に
は６５０℃に加熱する過程で、特開昭６３−２３７４１
９号公報にあるように、塩素ガスをＤｅｅｐＵＶ光発生
装置１７で発生されるＤｅｅｐＵＶ光１８によりその一
部をラジカルに分解し、これをシリコン基板に照射し
て、基板表面の炭素汚染をエッチング除去し、更に基板
表面に残留した塩素原子を除去するため一度、８００℃
程度まで昇温して塩素原子を蒸発させてから、エピタキ
シャル成長温度（６５０℃）まで降温しジシラン等のガ
スを用いてエピタキシャル成長を行う方法がとられてい
る。
択シリコンエピタキシャル成長装置にローディング後、
６００〜７００℃のエピタキシャル成長温度、代表的に
は６５０℃に加熱する過程で、特開昭６３−２３７４１
９号公報にあるように、塩素ガスをＤｅｅｐＵＶ光発生
装置１７で発生されるＤｅｅｐＵＶ光１８によりその一
部をラジカルに分解し、これをシリコン基板に照射し
て、基板表面の炭素汚染をエッチング除去し、更に基板
表面に残留した塩素原子を除去するため一度、８００℃
程度まで昇温して塩素原子を蒸発させてから、エピタキ
シャル成長温度（６５０℃）まで降温しジシラン等のガ
スを用いてエピタキシャル成長を行う方法がとられてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の方法で、選択シリコンエピタキシャル成長し
た場合であっても、エピタキシャル膜／シリコン基板界
面には〜１０14／ｃｍ2の炭素汚染が残留するという問
題がある。これは以下の理由による。すなわち前記公報
に記載されているように、ＤｅｅｐＵＶ光を用いて生成
した塩素ラジカルはその量が少ないため、炭素汚染層の
十分なエッチング速度を得ることができるようにするた
めには塩素ガス圧力は少なくとも０．１ｔｏｒｒ以上と
しなければならない。一方、図７に示した選択シリコン
エピタキシャル成長装置の場合では低温選択成長を可能
とするために、ガスを全く流さないときのバックグラウ
ンド圧力が１０-9〜１０-10 ｔｏｒｒ台となるように、
またガスを流したときであっても、５×１０14ｔｏｒｒ
以下の圧力となるように設計されており、これ以上の圧
力となるようにガスを流してしまうと装置本体に多大な
負荷を与え、装置の寿命を縮めてしまう。
うな従来の方法で、選択シリコンエピタキシャル成長し
た場合であっても、エピタキシャル膜／シリコン基板界
面には〜１０14／ｃｍ2の炭素汚染が残留するという問
題がある。これは以下の理由による。すなわち前記公報
に記載されているように、ＤｅｅｐＵＶ光を用いて生成
した塩素ラジカルはその量が少ないため、炭素汚染層の
十分なエッチング速度を得ることができるようにするた
めには塩素ガス圧力は少なくとも０．１ｔｏｒｒ以上と
しなければならない。一方、図７に示した選択シリコン
エピタキシャル成長装置の場合では低温選択成長を可能
とするために、ガスを全く流さないときのバックグラウ
ンド圧力が１０-9〜１０-10 ｔｏｒｒ台となるように、
またガスを流したときであっても、５×１０14ｔｏｒｒ
以下の圧力となるように設計されており、これ以上の圧
力となるようにガスを流してしまうと装置本体に多大な
負荷を与え、装置の寿命を縮めてしまう。
【０００８】したがって、塩素ガス圧力を最大で５×１
０14ｔｏｒｒ程度までしか上げられないが、この圧力で
は十分な量の塩素ラジカルを生成できないために、炭素
汚染層のエッチング速度が極めて遅くなりエピタキシャ
ル膜／シリコン基板界面に炭素汚染が残留する。これよ
り、成長される選択エピタキシャル層の結晶性が劣化さ
れるという問題がある。
０14ｔｏｒｒ程度までしか上げられないが、この圧力で
は十分な量の塩素ラジカルを生成できないために、炭素
汚染層のエッチング速度が極めて遅くなりエピタキシャ
ル膜／シリコン基板界面に炭素汚染が残留する。これよ
り、成長される選択エピタキシャル層の結晶性が劣化さ
れるという問題がある。
【０００９】本発明の目的は、シリコン基板上の炭素汚
染層のエッチング速度を高めて炭素汚染層を完全に除去
し、結晶性に優れた選択エピタキシャル層の成長を可能
にした成長方法及び成長装置を提供することにある。
染層のエッチング速度を高めて炭素汚染層を完全に除去
し、結晶性に優れた選択エピタキシャル層の成長を可能
にした成長方法及び成長装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の選択シリコンエ
ピタキシャル成長方法は、シリコン基板の表面に高温に
加熱されたフィラメントにより生成した塩素ラジカルま
たは水素ラジカルを照射する工程と、前記シリコン基板
の表面に選択シリコンエピタキシャル膜を成長する工程
を含むことを特徴とする。ここで、シリコン基板は希フ
ッ酸により表面の自然酸化膜を除去したものを用い、ま
た、選択シリコンエピタキシャル膜は、シランあるいは
ジシラン等のシラン系ガスを原料として形成することが
好ましい。また、塩素ラジカルまたは水素ラジカルはそ
れぞれ高温に加熱されたフィラメントにより塩素ガスま
たは水素ガスを分解して生成する。
ピタキシャル成長方法は、シリコン基板の表面に高温に
加熱されたフィラメントにより生成した塩素ラジカルま
たは水素ラジカルを照射する工程と、前記シリコン基板
の表面に選択シリコンエピタキシャル膜を成長する工程
を含むことを特徴とする。ここで、シリコン基板は希フ
ッ酸により表面の自然酸化膜を除去したものを用い、ま
た、選択シリコンエピタキシャル膜は、シランあるいは
ジシラン等のシラン系ガスを原料として形成することが
好ましい。また、塩素ラジカルまたは水素ラジカルはそ
れぞれ高温に加熱されたフィラメントにより塩素ガスま
たは水素ガスを分解して生成する。
【００１１】また、本発明の選択シリコンエピタキシャ
ル成長装置は、高温に加熱されたフィラメントにより塩
素ラジカルまたは水素ラジカルを生成する手段を備える
ことを特徴とする。この場合、シランあるいはジシラン
等のシラン系ガスを原料とする選択シリコンエピタキシ
ャル成長手段を備えることが好ましい。
ル成長装置は、高温に加熱されたフィラメントにより塩
素ラジカルまたは水素ラジカルを生成する手段を備える
ことを特徴とする。この場合、シランあるいはジシラン
等のシラン系ガスを原料とする選択シリコンエピタキシ
ャル成長手段を備えることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。図１は本発明にかかる選択シリ
コンエピタキシャル成長装置の構成図である。なお、図
７に示した従来の選択シリコンエピタキシャル成長装置
と同一部分には同一符号を付してある。すなわち、シリ
コン基板１に対してシリコンエピタキシャル成長を行う
ための成長室２、基板加熱ヒータ４が配置されたヒータ
室３、前記シリコン基板１を支持するためのサセプター
５、前記シリコン基板１により分割された成長室２とヒ
ータ室３を差動排気するためのターボ分子ポンプ６、シ
ラン系ガスを成長室２に導入するためのシラン系ガス配
管９、前記シリコン基板１の表面に付着した炭素汚染を
塩素ラジカルにより除去するために塩素・水素ガス配管
１０からの塩素ガスの一部をラジカルに分解するための
Ｗ（タングステン）フィラメント７、およびフィラメン
ト用電源８を備えている。塩素ガスはフィラメント用電
源８により高温に加熱されたＷフィラメント７を通過す
る際に、その約１０％程度が塩素ラジカルに解離する。
この塩素ラジカルはフッ酸処理されたシリコン基板表面
に吸着した炭素と反応して炭化塩素を形成し、基板表面
から炭素を除去する効果がある。
面を参照して説明する。図１は本発明にかかる選択シリ
コンエピタキシャル成長装置の構成図である。なお、図
７に示した従来の選択シリコンエピタキシャル成長装置
と同一部分には同一符号を付してある。すなわち、シリ
コン基板１に対してシリコンエピタキシャル成長を行う
ための成長室２、基板加熱ヒータ４が配置されたヒータ
室３、前記シリコン基板１を支持するためのサセプター
５、前記シリコン基板１により分割された成長室２とヒ
ータ室３を差動排気するためのターボ分子ポンプ６、シ
ラン系ガスを成長室２に導入するためのシラン系ガス配
管９、前記シリコン基板１の表面に付着した炭素汚染を
塩素ラジカルにより除去するために塩素・水素ガス配管
１０からの塩素ガスの一部をラジカルに分解するための
Ｗ（タングステン）フィラメント７、およびフィラメン
ト用電源８を備えている。塩素ガスはフィラメント用電
源８により高温に加熱されたＷフィラメント７を通過す
る際に、その約１０％程度が塩素ラジカルに解離する。
この塩素ラジカルはフッ酸処理されたシリコン基板表面
に吸着した炭素と反応して炭化塩素を形成し、基板表面
から炭素を除去する効果がある。
【００１３】また、前記塩素・水素ガス配管１０は、水
素ガス配管として構成されてもよく、塩素ガスの代わり
に水素ガスを供給し、この水素ガスをＷフィラメントを
通過させて水素ラジカルを生成し、この水素ラジカルを
成長室２に供給するようにしてもよい。
素ガス配管として構成されてもよく、塩素ガスの代わり
に水素ガスを供給し、この水素ガスをＷフィラメントを
通過させて水素ラジカルを生成し、この水素ラジカルを
成長室２に供給するようにしてもよい。
【００１４】このような選択エピタキシャル成長装置を
用いることにより、前記塩素ラジカルまたは水素ラジカ
ルは希フッ酸処理したシリコン表面に吸着し、表面に残
留した炭素と反応して、炭化塩素または炭化水素を形成
し、基板表面から炭素を除去する。このとき、高温に加
熱したフィラメントによるラジカル生成量はＤｅｅｐＵ
Ｖ光を用いた場合に比べ著しく多いので十分に炭素汚染
を除去できる。したがって、その後に、ジシラン等を用
いてエピタキシャル成長することにより、エピタキシャ
ル膜／シリコン基板界面に炭素のパイルアップのない結
晶性の良いエピタキシャル膜を形成することが可能とな
る。
用いることにより、前記塩素ラジカルまたは水素ラジカ
ルは希フッ酸処理したシリコン表面に吸着し、表面に残
留した炭素と反応して、炭化塩素または炭化水素を形成
し、基板表面から炭素を除去する。このとき、高温に加
熱したフィラメントによるラジカル生成量はＤｅｅｐＵ
Ｖ光を用いた場合に比べ著しく多いので十分に炭素汚染
を除去できる。したがって、その後に、ジシラン等を用
いてエピタキシャル成長することにより、エピタキシャ
ル膜／シリコン基板界面に炭素のパイルアップのない結
晶性の良いエピタキシャル膜を形成することが可能とな
る。
【００１５】
【実施例】次に、本発明の第１の実施例を説明する。実
際に酸化膜を部分的に開孔したシリコン基板上にジシラ
ンを原料ガスとして、選択シリコンエピタキシャル成長
した例を説明する。まず、（１００）面を有する直径１
５０ｍｍのシリコン基板を１０００℃の温度でウエット
酸化し、表面に２０００Åの熱酸化膜を形成した。次
に、この基板をフォトリソグラフィ、約１７％のバッフ
ァードフッ酸を用いたウエットエッチングにより開孔パ
ターンを形成した。酸化膜の開孔パターン部の割合は基
板全面積の１０％とした。これ以降、図２に示したフロ
ーにより選択シリコンエピタキシャル成長を行った。
際に酸化膜を部分的に開孔したシリコン基板上にジシラ
ンを原料ガスとして、選択シリコンエピタキシャル成長
した例を説明する。まず、（１００）面を有する直径１
５０ｍｍのシリコン基板を１０００℃の温度でウエット
酸化し、表面に２０００Åの熱酸化膜を形成した。次
に、この基板をフォトリソグラフィ、約１７％のバッフ
ァードフッ酸を用いたウエットエッチングにより開孔パ
ターンを形成した。酸化膜の開孔パターン部の割合は基
板全面積の１０％とした。これ以降、図２に示したフロ
ーにより選択シリコンエピタキシャル成長を行った。
【００１６】すなわち、この基板をアンモニア／過酸化
水素／水（組成比１：５：２０）からなる薬液により、
７０℃で１０分ＡＰＭ洗浄して基板表面の有機物、パー
ティクルを除去した後、１０分間純水で水洗した。続け
て、塩酸／過酸化水素／水（組成比１：１：５）からな
る薬液により、７０℃で１０分間ＨＰＭ洗浄して基板表
面の重金属を除去した後、１０分間純水で水洗した。続
けて０．５％の希フッ酸（ＤＨＦ）に１分間浸すことに
より、基板表面に形成された自然酸化膜を除去した後、
水洗を２分間行い、最後にリンサードライヤーにより乾
燥した。この基板を図１に示した装置にローディングし
た。このときの成長室２における圧力は１×１０-9ｔｏ
ｒｒであった。
水素／水（組成比１：５：２０）からなる薬液により、
７０℃で１０分ＡＰＭ洗浄して基板表面の有機物、パー
ティクルを除去した後、１０分間純水で水洗した。続け
て、塩酸／過酸化水素／水（組成比１：１：５）からな
る薬液により、７０℃で１０分間ＨＰＭ洗浄して基板表
面の重金属を除去した後、１０分間純水で水洗した。続
けて０．５％の希フッ酸（ＤＨＦ）に１分間浸すことに
より、基板表面に形成された自然酸化膜を除去した後、
水洗を２分間行い、最後にリンサードライヤーにより乾
燥した。この基板を図１に示した装置にローディングし
た。このときの成長室２における圧力は１×１０-9ｔｏ
ｒｒであった。
【００１７】基板ローディング完了後、あらかじめフィ
ラメント用電源８により２０００℃まで加熱されたＷフ
ィラメント７を有する塩素・水素ガス配管１０に塩素ガ
スを４〜２０ＳＣＣＭ流して、塩素ラジカルを形成し、
基板１上への塩素ラジカル照射を開始した。その後、基
板加熱ヒータ４により、基板１を６５０℃まで昇温し、
基板温度が安定化するまで５分間保持した。塩素ガスを
カットすることにより塩素ラジカル照射を終了してか
ら、基板上に残留した塩素を除去するために基板１を８
００℃まで昇温し、５分間保持した。その後、６５０℃
まで降温、５分間保持し、シラン系ガス配管９からジシ
ランガスを２ＳＣＣＭ流して１０００Åの選択シリコン
エピタキシャル膜を形成した。このときのジシランガス
分圧は５×１０-5ｔｏｒｒであった。
ラメント用電源８により２０００℃まで加熱されたＷフ
ィラメント７を有する塩素・水素ガス配管１０に塩素ガ
スを４〜２０ＳＣＣＭ流して、塩素ラジカルを形成し、
基板１上への塩素ラジカル照射を開始した。その後、基
板加熱ヒータ４により、基板１を６５０℃まで昇温し、
基板温度が安定化するまで５分間保持した。塩素ガスを
カットすることにより塩素ラジカル照射を終了してか
ら、基板上に残留した塩素を除去するために基板１を８
００℃まで昇温し、５分間保持した。その後、６５０℃
まで降温、５分間保持し、シラン系ガス配管９からジシ
ランガスを２ＳＣＣＭ流して１０００Åの選択シリコン
エピタキシャル膜を形成した。このときのジシランガス
分圧は５×１０-5ｔｏｒｒであった。
【００１８】図３に図２のプロセスフローで塩素ガスを
ＤｅｅｐＵＶ光１７により分解して塩素ラジカルを形成
し、これにより基板表面の炭素汚染を除去した場合（従
来例）、図２のプロセスフローで塩素ガスをＷフィラメ
ント７により分解して塩素ラジカルを形成し炭素汚染を
除去した場合（第１の実施例）における選択エピタキシ
ャル膜／シリコン基板界面の炭素汚染量を示した。評価
はＳＩＭＳを用い、デプスプロファイルにおける界面の
パイルアップを積分して、シート濃度を求め、これを炭
素汚染量とした。この図から明らかなように、従来例で
も、第１の実施例でも界面炭素汚染量は塩素ガス流量を
増加するにつれ減少する。しかし同じ塩素ガス流量で比
較すると界面炭素汚染量は本実施例の場合、従来例の約
１／２０程度に抑えられている。これは、塩素ガスが２
０００℃に加熱されたＷフィラメント７を通過する際
に、その一部が塩素ラジカルに解離し、これが希フッ酸
処理されたシリコン基板表面に吸着した炭素と反応して
炭化塩素を形成し、基板表面から炭素を除去するがこの
ときのラジカル生成効率が１０％と高く、一方Ｄｅｅｐ
ＵＶ光を用いた場合ではラジカル生成効率は０．５％と
低いためである。
ＤｅｅｐＵＶ光１７により分解して塩素ラジカルを形成
し、これにより基板表面の炭素汚染を除去した場合（従
来例）、図２のプロセスフローで塩素ガスをＷフィラメ
ント７により分解して塩素ラジカルを形成し炭素汚染を
除去した場合（第１の実施例）における選択エピタキシ
ャル膜／シリコン基板界面の炭素汚染量を示した。評価
はＳＩＭＳを用い、デプスプロファイルにおける界面の
パイルアップを積分して、シート濃度を求め、これを炭
素汚染量とした。この図から明らかなように、従来例で
も、第１の実施例でも界面炭素汚染量は塩素ガス流量を
増加するにつれ減少する。しかし同じ塩素ガス流量で比
較すると界面炭素汚染量は本実施例の場合、従来例の約
１／２０程度に抑えられている。これは、塩素ガスが２
０００℃に加熱されたＷフィラメント７を通過する際
に、その一部が塩素ラジカルに解離し、これが希フッ酸
処理されたシリコン基板表面に吸着した炭素と反応して
炭化塩素を形成し、基板表面から炭素を除去するがこの
ときのラジカル生成効率が１０％と高く、一方Ｄｅｅｐ
ＵＶ光を用いた場合ではラジカル生成効率は０．５％と
低いためである。
【００１９】次に、界面炭素汚染を除去したシリコン基
板上に選択エピタキシャル成長した膜の結晶性を評価す
るために、図４に示すようなプロセスフローでＴＥＧを
作成し、逆バイアスＰＮ接合リーク特性を測定した。す
なわち、図４（ａ）のように、抵抗率〜１０Ω・ｃｍの
アンチモンドープｎ型シリコン（１００）基板１１に素
子分離酸化膜１２を形成し、上述した本実施例に基づい
て１０００Åの選択エピタキシャル膜１３を形成した。
ただし、塩素ガス流量は２０ＳＣＣＭとした。その後、
図４（ｂ）のように、ＢＦ2+イオンを３０ｋｅＶで２Ｅ
１５／ｃｍ2 注入した。その後、ＲＴＡで１０００℃、
１０秒のアニールを行い、活性化してイオン注入層１４
を形成した。さらに、図４（ｃ）のように、５０００Å
のＴＥＯＳ膜１５を形成し、リソグラフィ技術を用いて
コンタクトホールを開孔後、Ａｌ（アルミニウム）スパ
ッタ＋リソグラフィによりＡｌ配線１６を形成した。
板上に選択エピタキシャル成長した膜の結晶性を評価す
るために、図４に示すようなプロセスフローでＴＥＧを
作成し、逆バイアスＰＮ接合リーク特性を測定した。す
なわち、図４（ａ）のように、抵抗率〜１０Ω・ｃｍの
アンチモンドープｎ型シリコン（１００）基板１１に素
子分離酸化膜１２を形成し、上述した本実施例に基づい
て１０００Åの選択エピタキシャル膜１３を形成した。
ただし、塩素ガス流量は２０ＳＣＣＭとした。その後、
図４（ｂ）のように、ＢＦ2+イオンを３０ｋｅＶで２Ｅ
１５／ｃｍ2 注入した。その後、ＲＴＡで１０００℃、
１０秒のアニールを行い、活性化してイオン注入層１４
を形成した。さらに、図４（ｃ）のように、５０００Å
のＴＥＯＳ膜１５を形成し、リソグラフィ技術を用いて
コンタクトホールを開孔後、Ａｌ（アルミニウム）スパ
ッタ＋リソグラフィによりＡｌ配線１６を形成した。
【００２０】図５はこのようにして形成したＴＥＧの逆
バイアスリーク特性である。この図から明らかなよう
に、第１の実施例においては従来例の約１／１０程度の
リーク電流に抑えられている。これは、高温に加熱され
たＷフィラメントによりＤｅｅｐＵＶ光よりも効率良く
多量に生成した塩素ラジカルによって、選択エピタキシ
ャル膜／シリコン基板界面の炭素汚染量が従来の１／２
０まで減少したことでエピタキシャル膜の結晶性が向上
したためである。
バイアスリーク特性である。この図から明らかなよう
に、第１の実施例においては従来例の約１／１０程度の
リーク電流に抑えられている。これは、高温に加熱され
たＷフィラメントによりＤｅｅｐＵＶ光よりも効率良く
多量に生成した塩素ラジカルによって、選択エピタキシ
ャル膜／シリコン基板界面の炭素汚染量が従来の１／２
０まで減少したことでエピタキシャル膜の結晶性が向上
したためである。
【００２１】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。本実施例では、水素ラジカルを利用した実施例で
あり、実際に選択シリコンエピタキシャル成長した例に
ついて説明する。図６は本実施例のプロセスフローであ
る。選択エピタキシャル成長に用いたシリコン基板は第
１の実施例とまったく同じとした。この基板を第１の実
施例と同じウエット洗浄プロセスにより処理した後、第
１図に示したＵＨＶ−ＣＶＤ装置にローディングした。
その後、あらかじめフィラメント用電源８により２００
０℃まで加熱されたＷフィラメント７を有する塩素・水
素ガス配管１０に水素ガスを４〜２０ＳＣＣＭ流して、
水素ラジカルを形成し、基板１上への水素ラジカル照射
を開始した。その後、基板加熱ヒータ４により、基板１
を６５０℃まで昇温し、基板温度が安定化するまで５分
間保持した。その後、水素ガスをカットすることにより
水素ラジカル照射を終了した。このときすべての水素ラ
ジカルは直ちにシリコン基板上から脱離する。したがっ
て、第１の実施例、すなわち塩素ラジカル照射の場合の
ように、基板上の塩素ラジカルを脱離させるために８０
０℃まで昇温するというプロセスを必要としない。その
後、第１の実施例と同様な条件で選択エピタキシャル成
長を行い、選択エピタキシャル膜／シリコン基板界面の
炭素汚染量をＳＩＭＳで求めた。
する。本実施例では、水素ラジカルを利用した実施例で
あり、実際に選択シリコンエピタキシャル成長した例に
ついて説明する。図６は本実施例のプロセスフローであ
る。選択エピタキシャル成長に用いたシリコン基板は第
１の実施例とまったく同じとした。この基板を第１の実
施例と同じウエット洗浄プロセスにより処理した後、第
１図に示したＵＨＶ−ＣＶＤ装置にローディングした。
その後、あらかじめフィラメント用電源８により２００
０℃まで加熱されたＷフィラメント７を有する塩素・水
素ガス配管１０に水素ガスを４〜２０ＳＣＣＭ流して、
水素ラジカルを形成し、基板１上への水素ラジカル照射
を開始した。その後、基板加熱ヒータ４により、基板１
を６５０℃まで昇温し、基板温度が安定化するまで５分
間保持した。その後、水素ガスをカットすることにより
水素ラジカル照射を終了した。このときすべての水素ラ
ジカルは直ちにシリコン基板上から脱離する。したがっ
て、第１の実施例、すなわち塩素ラジカル照射の場合の
ように、基板上の塩素ラジカルを脱離させるために８０
０℃まで昇温するというプロセスを必要としない。その
後、第１の実施例と同様な条件で選択エピタキシャル成
長を行い、選択エピタキシャル膜／シリコン基板界面の
炭素汚染量をＳＩＭＳで求めた。
【００２２】図３に水素ガスを４〜２０ＳＣＣＭ流した
場合（第２の実施例）における選択エピタキシャル膜／
シリコン基板界面の炭素汚染量を従来例、第１の実施例
と比較して示した。この図から明らかなように、水素ガ
ス流量を増加するにつれて界面炭素汚染量は減少し、そ
の量は第１の実施例と同様であった。すなわち、第２の
実施例の場合においても、第１の実施例と同様な効果を
得ることができ、しかも第２の実施例では第１の実施例
に比べラジカルを脱離させるための昇温プロセスを必要
としないので、プロセスタイムを短縮することができ
る。これは、水素ラジカルがシリコン基板表面の炭素と
反応し、炭化水素を形成して表面から脱離し、結果とし
て炭素がシリコン基板表面から除去され、しかも水素ガ
ス照射終了後、基板上に存在する水素は直ちにシリコン
基板表面から脱離するためである。
場合（第２の実施例）における選択エピタキシャル膜／
シリコン基板界面の炭素汚染量を従来例、第１の実施例
と比較して示した。この図から明らかなように、水素ガ
ス流量を増加するにつれて界面炭素汚染量は減少し、そ
の量は第１の実施例と同様であった。すなわち、第２の
実施例の場合においても、第１の実施例と同様な効果を
得ることができ、しかも第２の実施例では第１の実施例
に比べラジカルを脱離させるための昇温プロセスを必要
としないので、プロセスタイムを短縮することができ
る。これは、水素ラジカルがシリコン基板表面の炭素と
反応し、炭化水素を形成して表面から脱離し、結果とし
て炭素がシリコン基板表面から除去され、しかも水素ガ
ス照射終了後、基板上に存在する水素は直ちにシリコン
基板表面から脱離するためである。
【００２３】また、第１の実施例と同様に第２の実施例
においても、接合リーク特性を評価するためのＴＥＧを
作成した。プロセスフローは第１の実施例と全く同様と
した。ただし、水素ガス流量は２０ＳＣＣＭとした、図
５に第２の実施例、第１の実施例、従来例の接合リーク
特性の比較を示した。この図から明らかなように、第２
の実施例においては第１の実施例と同じレベルまで接合
リーク電流を抑えることができ、結晶性の良好な選択エ
ピタキシャル膜を形成することが可能となる。
においても、接合リーク特性を評価するためのＴＥＧを
作成した。プロセスフローは第１の実施例と全く同様と
した。ただし、水素ガス流量は２０ＳＣＣＭとした、図
５に第２の実施例、第１の実施例、従来例の接合リーク
特性の比較を示した。この図から明らかなように、第２
の実施例においては第１の実施例と同じレベルまで接合
リーク電流を抑えることができ、結晶性の良好な選択エ
ピタキシャル膜を形成することが可能となる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、シリコン
基板の表面に高温に加熱されたフィラメントにより生成
した塩素ラジカルまたは水素ラジカルを照射する工程を
含んでいるので、塩素ラジカルまたは水素ラジカルは希
フッ酸処理したシリコン表面に吸着し、表面に残留した
炭素と反応して炭化塩素または炭化水素を形成し、基板
表面から炭素を除去することができ、特に高温に加熱し
たフィラメントによるラジカル生成量はＤｅｅｐＵＶ光
を用いた場合に比べ著しく多いのでシリコン基板の表面
の炭素汚染層を迅速に除去することができ、シリコン基
板の表面に形成する選択シリコンエピタキシャル膜の結
晶性を向上するという効果がある。
基板の表面に高温に加熱されたフィラメントにより生成
した塩素ラジカルまたは水素ラジカルを照射する工程を
含んでいるので、塩素ラジカルまたは水素ラジカルは希
フッ酸処理したシリコン表面に吸着し、表面に残留した
炭素と反応して炭化塩素または炭化水素を形成し、基板
表面から炭素を除去することができ、特に高温に加熱し
たフィラメントによるラジカル生成量はＤｅｅｐＵＶ光
を用いた場合に比べ著しく多いのでシリコン基板の表面
の炭素汚染層を迅速に除去することができ、シリコン基
板の表面に形成する選択シリコンエピタキシャル膜の結
晶性を向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる選択シリコンエピタキシャル成
長装置の構成図である。
長装置の構成図である。
【図２】本発明の第１の実施例のプロセスフロー図であ
る。
る。
【図３】選択シリコンエピタキシャル膜／シリコン基板
界面炭素汚染量のエッチングガス流量依存性を示す図で
ある。
界面炭素汚染量のエッチングガス流量依存性を示す図で
ある。
【図４】選択シリコンエピタキシャル膜の結晶性を評価
するためのＴＥＧの作成フロー図である。
するためのＴＥＧの作成フロー図である。
【図５】ＴＥＧの逆バイアスリーク特性図である。
【図６】本発明の第２の実施例のプロセスフロー図であ
る。
る。
【図７】従来の選択シリコンエピタキシャル成長装置の
構成図である。
構成図である。
１ シリコン基板 ２ 成長室 ３ ヒータ室 ４ 基板過熱ヒータ ５ サセプター ６ ターボ分子ポンプ ７ Ｗフィラメント ８ フィラメント用電源 ９ シラン系ガス配管 １０ 塩素・水素ガス配管 １１ ｎ型シリコン基板 １２ 素子分離酸化膜 １３ 選択シリコンエピタキシャル膜 １４ イオン注入層 １５ ＴＥＯＳ膜 １６ アルミニウム配線 １７ ＤｅｅｐＵＶ発生装置 １８ ＤｅｅｐＵＶ光
Claims (6)
- 【請求項１】 シリコン基板の表面に高温に加熱された
フィラメントにより生成した塩素ラジカルまたは水素ラ
ジカルを照射する工程と、前記シリコン基板の表面に選
択シリコンエピタキシャル膜を成長する工程を含むこと
を特徴とする選択シリコンエピタキシャル成長方法。 - 【請求項２】 シリコン基板は、希フッ酸により表面の
自然酸化膜を除去したものを用いる請求項１の選択シリ
コンエピタキシャル成長方法。 - 【請求項３】 選択シリコンエピタキシャル膜は、シラ
ンあるいはジシラン等のシラン系ガスを原料として成長
する請求項２の選択シリコンエピタキシャル成長方法。 - 【請求項４】 塩素ラジカルまたは水素ラジカルはそれ
ぞれ高温に加熱されたフィラメントにより塩素ガスまた
は水素ガスを分解して生成する請求項１ないし３のいず
れかの選択シリコンエピタキシャル成長方法。 - 【請求項５】 高温に加熱されたフィラメントにより塩
素ラジカルまたは水素ラジカルを生成する手段を備える
ことを特徴とする選択シリコンエピタキシャル成長装
置。 - 【請求項６】 シランあるいはジシラン等のシラン系ガ
スを原料とする選択シリコンエピタキシャル成長手段を
備える請求項５の選択シリコンエピタキシャル成長装
置。
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