シリコン含有膜の選択的堆積
【課題】混合基板の選択された領域上に、Ｓｉ含有膜を選択的に堆積するためのトリシランおよびハロゲン含有エッチャントソース（塩素など）を使用する化学気相成長方法を提供すること。
【解決手段】ドーパントソースは、ドープしたＳｉ含有膜を選択的に堆積させるために、トリシランおよびエッチャントソースと混合することもできる。この選択的堆積方法は、半導体製造などの様々な用途に有用である。
【解決手段】ドーパントソースは、ドープしたＳｉ含有膜を選択的に堆積させるために、トリシランおよびエッチャントソースと混合することもできる。この選択的堆積方法は、半導体製造などの様々な用途に有用である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願のクロスリファレンス
本願は、２００５年２月４日出願の米国特許仮出願第６０／６４９，９９０号、２００５年３月１８日出願の米国特許仮出願第６０／６６３，４３４号、および２００５年４月４日出願の米国特許仮出願第６０／６６８，４２０号に対する優先権を主張するものである。
【０００２】
発明の背景
発明の分野
本願は、一般的に半導体処理におけるシリコン含有材料の堆積に関する。より詳細には、本願は、トリシランを使用するシリコン含有膜の選択的堆積に関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術の記載
半導体製造業において、表面に材料を堆積させるために様々な方法が用いられている。例えば、最も広範囲に使用されている方法の１つは化学気相成長（「ＣＶＤ」）であり、ここでは蒸気に含まれる原子または分子が表面に堆積し蓄積されて膜を形成する。通常のシリコンソースおよび堆積方法を使用するシリコン含有（「Ｓｉ含有」）材料の堆積は、幾つかの明確な段階において進行すると考えられる、Ｐｅｔｅｒ Ｖａｎ Ｚａｎｔ著、「マイクロチップ加工（Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）」第４版、ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、（２０００年）、ｐｐ．３６４〜３６５を参照されたい。第１段階の核生成は非常に重要であり、これは基板表面の性質および品質によって大きく影響を受ける。核生成は、最初の僅かな原子または分子が表面上に堆積して核を形成したときに起こる。第２段階において、分離した核が小さなアイランドを形成し、これはより大きなアイランドへと成長する。第３段階において、成長したアイランドは、連続膜へと合体を始める。この時点で、膜は典型的に数百オングストロームの厚さを有し、「遷移（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）」膜として知られている。これは一般的に、遷移膜が形成された後に成長を始めるより厚いバルク膜とは異なる化学的および物理的性質を有している。
【０００４】
トリシランは、シリコンの理論上の前駆物質として長い間知られているが、これに対する研究はほとんど行われておらず、その利点もほとんど認識されていない。したがって、歴史的にトリシランの重要な商用源は開発されなかった。しかしながら、最近トリシランに関する様々な利点が発見された。例えば、２００４年１１月２３日発行の、米国特許第６，８２１，８２５号は、トリシランから堆積した優れた膜均一性を開示している。２００５年５月３１日発行の米国特許第６，９００，１１５号は、同様に半導体および絶縁体の混合表面のような、混合基板上に同時に堆積させる場合の、トリシランを使用することによる均一性および処理量の利点を開示している。
【０００５】
上記特許の両方において開示されたように、絶縁体（例えば、酸化ケイ素）および半導体（例えば、シリコン）の両方の表面上に均一な堆積を達成することはしばしば望ましい。一方、他の状況においては、フィールド絶縁酸化物（ｆｉｅｌｄ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｏｘｉｄｅ）など、異なる材料のフィールドに露出した半導体ウィンドウ内で選択的に堆積させることが望ましい。例えば、ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、エピタキシャル（単結晶）半導体膜を活性領域上にのみ堆積させる選択的堆積法を用いてしばしば加工される。他のトランジスタ設計は、高くなったソース／ドレイン構造から利益を得られ、この構造は浅い接合デバイスの性能を変更することなくソース／ドレインコンタクトプロセスによって消費することのできる追加のシリコンを供給する。ソース／ドレイン領域上の選択的エピタキシは、その後のパターン化およびエッチング段階の必要性を有利に減少する。
【０００６】
一般的に言えば、選択性は、異種材料上に堆積している間の核生成の差異をうまく利用する。選択的堆積は、堆積される材料の同時エッチングおよび堆積であると一般的に説明できる。前駆物質は、一般的に核生成と成長がある表面上ではより迅速に行われ、別の表面ではよりゆっくりと行われる傾向を示すように選択される。例えば、シランは、一般的に酸化ケイ素とシリコンの両方上で核生成するが、酸化ケイ素上では、より長い核生成フェーズになる。核生成段階の初めには、酸化物上の不連続膜は、シリコン上の合体した連続膜に比較して高い露出表面積を有している。したがって、工程に加えられるエッチャントは、急速に核生成されたシリコン上の膜に比べて、酸化物上の核生成が不十分な膜に対してより大きな影響を有している。それ故、工程の相対的選択性は、堆積速度（例えば、前駆物質の流量、温度、圧力）およびエッチング速度（例えば、エッチャント流量、温度、圧力）に影響する要因を調節することによって調整することができる。各変量を変更することは、一般的に、エッチング速度および堆積速度に異なる影響を有している。典型的に、選択的堆積方法は、フィールド領域においては堆積なしを達成しながら、関係するウィンドウ上で実施可能な最大の堆積速度を得るように調整される。既知の選択的シリコン堆積方法は、反応物質シランおよび水素キャリアガスを伴う塩酸を含んでいる。
【０００７】
選択的堆積方法は当該技術において知られているが、より迅速でより電力消費の少ない回路を追求する継続スケーリングの要求が、集積回路加工において高まっている。したがって、改良された均一性、純度、堆積速度および再現性を有する選択的堆積方法が望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の要約
現在、より迅速で、堆積層のより高い品質をもたらす堆積方法が見出されている。幾つかの説明された方法は、シリコンソースとしてトリシラン（Ｈ３ＳｉＳｉＨ２ＳｉＨ３）を使用し、Ｓｉ含有膜の堆積方法に対する選択性を提供するための塩素のソースとして、塩素ガス（Ｃｌ２）などのハロゲン含有エッチャントガスを使用する。有利には、この方法は、ひずみを堆積層または隣接構造体に取り込むための炭素またはゲルマニウムソース、および／またはドーパントソースを含む追加のプロセスガスと良好に働く。例えば、選択的に堆積した結晶性シリコンは、結晶シリコンの堆積を塩素、トリシラン（シリコンソースとして）、および添加プロセスガス（炭素ソース、ゲルマニウムソースおよび／または電気的に活性なドーパント前駆物質）を使用して行なうことによりドープし、相対的に高い水準の他の元素（炭素、ゲルマニウムならびに砒素およびリンなどの様々な電気的に活性なドーパント）を含むこともできる。電気的に活性なドーパント前駆物質は、所望の導電性をｉｎ ｓｉｔｕで提供し、その後のドーピング段階を取り除くことが見出されただけでなく、堆積層の表面品質を独立に改良することも見出された。トリシラン／塩素堆積手段と併せた非水素キャリアガスの使用に関して、特別の利点が見出された。
【０００９】
ある実施形態は、
第１表面形態を有する第１表面と第１表面形態とは異なる第２表面形態を有する第２表面とを含む基板を供給すること、
トリシランと塩素ガスを混合することによって供給ガスを形成すること、
この供給ガスを、化学気相成長条件下で、基板に導入すること、
この導入によって、Ｓｉ含有層を、第２表面に堆積させることなく第１表面に選択的に堆積させること
を含む、基板上のシリコン含有層の選択的堆積方法を提供する。
【００１０】
別の実施形態は、
基板をパターン化して露出した半導体表面と絶縁領域を画定すること、および
トリシランと塩素ガスを供給することによってＳｉ含有エピタキシャル膜を、露出した半導体表面上に選択的に堆積させること
を含む、集積回路を形成する方法を提供する。
【００１１】
別の実施形態は、
チャンバ内で堆積される基板を供給すること、
トリシラン、ハロゲン含有エッチャントガスおよび非水素キャリアガスを混合して供給ガスを形成すること、および
この供給ガスを基板に導入することによってシリコン含有層を基板上に堆積させること
を含む、シリコン含有層を基板上に堆積させる方法を提供する。
【００１２】
別の実施形態は、
トリシラン蒸気ソース、
塩素ガスソース、
キャリアガスソース、
トリシラン、塩素およびキャリアガスのソースを化学気相成長チャンバに接続するガス分布ネットワーク、および
シリコン含有層を、基板の他の部分に堆積させることなく、チャンバ内の基板部分に選択的に堆積させるのに適した条件下で、トリシランおよび塩素をガス分布ネットワークに送るように構成された制御システム
を含む、半導体膜を堆積させるための装置を提供する。
【００１３】
これらのおよび他の実施形態は、以下においてより詳細に説明する。
【００１４】
本発明のこれらのおよび他の局面は、本発明を例示することを意味し本発明を制限するものではない、以下の説明および添付図面（原寸に比例していない）から容易に明らかとなろう。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
好ましい実施形態の詳細な説明
本明細書で使用される用語「シリコン含有材料（Ｓｉ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）」および類似の用語は、これらに限定されるものではないが、Ｓｉ（結晶シリコンを含む）、ＳｉＣ（例えば、炭素ドープ結晶Ｓｉ）、ＳｉＧｅおよびＳｉＧｅＣ（例えば、炭素ドープ結晶ＳｉＧｅ）を含む幅広い種類のシリコン含有材料を指す。本明細書で使用される場合、「炭素ドープＳｉ」、「ＳｉＣ」、「Ｓｉ：Ｃ」、「ＳｉＧｅ」、「炭素ドープＳｉＧｅ」、「ＳｉＧｅＣ」および類似の用語は、様々な割合の表示された化学元素および、場合によっては少量の他の元素を含む材料を指す。例えば、「ＳｉＧｅ」は、シリコン、ゲルマニウムおよび場合によっては、例えば、炭素のようなドーパントおよび電気的に活性なドーパントなどの他の元素を含む材料である。それ故炭素ドープＳｉは、ＳｉＣと称することもでき、その逆も同じである。「ＳｉＣ」、「ＳｉＧｅ」および「ＳｉＧｅＣ」などの用語は、それ自体化学量論的化学式ではなく、それ故表示された元素を特定の割合で含有する材料に限定されるものではない。Ｓｉ含有膜中の、（炭素、ゲルマニウムまたは電気的に活性なドーパントなどの）ドーパントの百分率は、本明細書において、特に指定のない限り、全膜に対する原子百分率で表示される。
【００１６】
本明細書で使用される、用語「エピタキシャル（ｅｐｉｔａｘｉａｌ）」、「エピタキシャルに（ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ）」、「ヘテロエピタキシャル（ｈｅｔｅｒｏｅｐｉｔａｘｉａｌ）」、「ヘテロエピタキシャルに（ｈｅｔｅｒｏｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ）」および類似の用語は、堆積した層が基板の格子定数を反映するかこれに従う様な方法での結晶基板上の結晶Ｓｉ含有材料の堆積を指す。堆積した層の組成が基板と異なる場合、エピタキシャル堆積は、ヘテロエピタキシャルであることもある。
【００１７】
本明細書で使用される場合、「基板（Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）」という用語は、その上に堆積させることを希望するワークピースか、または堆積ガスに露出された表面を指す。例えば、基板は単結晶シリコンウエハでよく、または絶縁体上の半導体（ＳＯＩ）基板でよく、またはこのようなウエハ上に堆積されたエピタキシャルＳｉ、ＳｉＧｅまたはＩＩＩ〜Ｖ族材料でもよい。ワークピースは、ウエハに限定されるものではなく、ガラス、プラスチック、あるいは半導体処理に使用される任意のその他の基板も含まれる。良く知られているように、半導体処理は最も一般的に集積回路の加工に使用され、集積回路の加工は特に厳しい品質要求を伴っているが、このような処理はまた様々な他のフィールドに使用される。例えば、半導体処理技術は、多種多様な技術を使用するフラットパネルディスプレーの加工および微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の加工にしばしば使用される。
【００１８】
「混合基板（Ｍｉｘｅｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）」という用語は、当業者に知られている。特に混合基板について論じるために、その全体が参照により本明細書に組み込まれている、「混合基板への堆積（Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｏｖｅｒ Ｍｉｘｅｄ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ）」と題する米国特許第６，９００，１１５号（発行２００５年５月３１日）を参照されたい。米国特許第６，９００，１１５号において論じられているように、混合基板は、２つ以上の異なる種類の表面を有する基板である。ある実施形態において、Ｓｉ含有層が、単結晶半導体材料上に選択的に形成され、一方、隣接する誘電体上の形成は、最小限度であり、より好ましくは堆積を回避する。誘電材料の例には、二酸化ケイ素（例えば炭素ドープまたはフッ素ドープなどの低誘電定数形態を含む）、窒化シリコン、金属酸化物および金属ケイ酸塩が含まれる。混合基板の表面をお互いに異なったものにできる様々な方法がある。例えば、表面を銅もしくはシリコンなどの異なる元素から、または銅もしくはアルミニウムなどの異なる金属から、またはシリコンもしくは二酸化ケイ素などの異なるＳｉ含有材料から作ることができる。表面の電気的性質も、お互いに異なるようにすることができる。
【００１９】
材料が同じ元素から作製されても、表面の形態（結晶化度）が異なる場合、表面は異なり得る。本明細書で説明する方法は、Ｓｉ含有膜を様々な基板に堆積させるのに有用であるが、混合表面形態を有する混合基板に関して特に有用である。このような混合基板は、第１表面形態を有する第１表面と、第２表面形態を有する第２表面を含んでいる。この文脈において、「表面形態」は、基材表面の結晶構造を指す。無定形および結晶は、異なる形態の例である。多結晶形態は、秩序正しい結晶の無秩序な配列よりなる結晶構造であり、それ故中間的秩序度を有している。多結晶材料中の原子は、お互いに秩序正しく配列しているが、結晶自体はお互いに関して長い距離での秩序に欠けている。単結晶形態は、高い長距離の秩序度を有している結晶構造である。エピタキシャル膜は、これらがその上で成長する、一般的に単結晶の基板に対して、同一の結晶構造および配向によって特徴付けられる。これら材料中の原子は、格子様構造に配列されており、これは（原子スケールで）相対的に長い距離存続する。非定型構造は、原子が明確な周期的配列に欠けているため、低い秩序度を有する非結晶構造である。他の形態には、微結晶と無定形および結晶性材料の混合物が含まれる。本明細書で使用する場合、「単結晶」または「エピタキシャル」は、通常トランジスタ加工に使用される、許容可能な数の欠陥を有することもできる大部分が大きな結晶構造を説明するのに使用される。当業者は、層の結晶化度は、一般的に無定形から多結晶へそして単結晶への連続体になることを認識するであろう。当業者は、低密度欠陥であっても、結晶構造が、単結晶またはエピタキシャルであると考えられる場合、容易に決定することができる。混合基板の具体例には、単結晶／多結晶、単結晶／無定形、エピタキシャル／多結晶、エピタキシャル／無定形、単結晶／誘電体、エピタキシャル／誘電体、伝導体／誘電体、および半導体／誘導体が含まれるが、これらに限定されるものではない。「混合基板」という用語には、２つ以上の異なる種類の表面を有する基板が含まれ、それ故当業者は、本明細書で説明するＳｉ含有膜を２種類の表面を有する混合基板に堆積させる方法は、３種類以上の異なる種類の表面を有する混合基板にも適用できることを認識するであろう。
典型的な集積方法
図１は、図解した実施形態においてシリコンウエハを含む混合基板１０を示す。上で述べたように、混合基板１０は、ウエハまたはＳＯＩ基板上に形成されたエピタキシャル層を含むことができる。フィールドアイソレーション領域１２は、通常のシャロートレンチアイソレーション（ｓｈａｌｌｏｗ ｔｒｅｎｃｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ（ＳＴＩ））法によって形成され、ＳＴＩ素子のうちのウィンドウ中の単結晶アクティブ領域１４を画定する。別の方法として、シリコンの局所酸化（ＬＯＣＯＳ）および多くのＬＯＣＯＳおよびＳＴＩのバリエーションを含む、任意の適切な方法を使用して、フィールド絶縁材料を画定することができる。幾つかのアクティブ領域は、一般的に基板１０を横断するＳＴＩによって同時に画定され、ＳＴＩはしばしばお互いからウェブ分離トランジスタアクティブ領域１４を形成することが理解される。基板は、チャンネル形成に適切なレベルにおいてバックグラウンドドープすることが好ましい。
【００２０】
図２は、ゲート電極１６をアクティブ領域１４上に形成した後の混合基板１０を示す。絶縁スペーサおよびキャップ層に囲まれ、ゲート誘電体層１８によって基礎をなす基板１０から分離されている伝統的なシリコン電極として図解しているが、トランジスタゲートスタックは様々な形状のいずれにもすることができる。あるプロセスフローにおいて、例えば、スペーサを省略することができる。図に示す実施形態において、ゲート電極１６の配置は、アクティブ領域１４内のトランジスタゲート電極１６の両側上のソースおよびドレイン領域２０を画定する。ゲート電極１６は、ゲート電極１６の下で、ソースおよびドレイン領域２０の間のチャンネル領域２２を画定する。
【００２１】
図３は、露出したシリコンを選択的にソースおよびドレイン領域２０から除去するエッチングステップの結果を示す。垂直側壁画定を保証し、露出した酸化物および窒化物材料への損害を最小にするため、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用することが好ましい。陥凹（ｒｅｃｅｓｓ）の深さは、チャンネル上のひずみが堆積によって臨界厚さを超えることができるとはいえ、陥凹において堆積される層の臨界厚さ未満であることが好ましい。露出されるシリコンは、基本的にアクティブ領域１４のソースおよびドレイン（Ｓ／Ｄ）領域２０であるので、エッチングは、ソース／ドレイン陥凹と呼ばれる。あるアレンジメントにおいて、ソース／ドレイン領域上の薄い誘電体の除去の第１ステップを使用することもできることが理解される。
【００２２】
図４は、本明細書において説明するトリシラン／塩素選択的堆積方法を使用して、結晶Ｓｉ含有材料３０を、陥凹したＳ／Ｄ領域２０へ選択的に堆積した結果を示す。堆積の前に、露出した半導体表面を、例えばＨＦ蒸気またはＨＦ最終浸漬を用いて清浄し、そこへのエピタキシャルのために元の状態の表面を除去しておくことが好ましい。図解した実施形態において、トリシラン／塩素選択的堆積方法は、化学気相成長条件下で、混合基板１０の表面に、供給ガスを導入することを含む。トリシランおよび塩素は混ざり合って、供給ガスを形成する。図１〜５の実施形態に関し、ゲルマニウムまたは炭素ソースも、以下により詳細に説明するように、チャンネル領域２０上にひずみを作り出すために、Ｇｅドープまたは炭素ドープしたＳｉ含有膜を堆積させるために、供給ガスに含まれていることが好ましい。ドーパント水素化物などのドーパント前駆物質が、供給ガスに含まれていることが好ましい。Ｓｉ含有エピタキシャル層３０は、Ｓ／Ｄ領域２０において選択的に成長する。有利には、層３０は、Ｓ／Ｄ領域２０を充填してひずみをチャンネル領域２２に作用するドープしたヘテロエピタキシャル膜（例えば、ＳｉＣまたはＳｉＧｅ）である。図解した実施形態において、ヘテロエピタキシャル膜３０は、チャンネル領域２２の表面とほとんど同一表面上にある。図解するように、選択的堆積は、例えばフィールドアイソレーション領域１２（一般的に酸化ケイ素の形態）を含む絶縁体およびゲート電極１６上のスペーサキャップ（一般的に窒化ケイ素）などの無定形領域上の堆積を、最小限度にするかまたは堆積を回避する。
【００２３】
図５は、延長ヘテロエピタキシャル膜３２を有する、高くなったＳ／Ｄ領域２０を形成するための選択的堆積の任意の延長を示す。チャンネル領域２２の表面の下の延長膜３２の部分は、チャンネル領域２２に横応力を働かせるので、基板の表面上の部分は、天然シリコン格子定数からのそれほどのまたはいかなる格子の逸脱も含んでいる必要はない。したがって、いかなるゲルマニウムまたは炭素ソースガスも、場合によっては、チャンネル領域２２の表面の上の選択的堆積の部分に関しては徐々に減少しあるいは停止することがあり得、トリシランおよび塩素の流れは継続する。電気的ドーパントソースガス、特にアルシン、ホスフィン、ジボランなどのドーパント水素化物は継続することが好ましい。
【００２４】
図５の、高くなったＳ／Ｄ構造３２は、基板１０の表面上に追加のシリコン材料を備えると有利である。当該技術において知られているように、その後の処理を通して絶縁層が堆積され、これは絶縁膜を通してソースおよびドレイン領域２０とコンタクトする。追加のシリコン材料は、ケイ化物のコンタクト形成を促進し、これはコンタクト抵抗（オームコンタクトの形成）を減少する。したがって、ニッケル、コバルトまたは他の金属をコンタクトホールの中に堆積させて、基礎をなすソース／ドレインのための浅い接合の電気的性質を妨害することなく、過剰のシリコンを消費することを可能にする。
【００２５】
図６は別の実施形態を示し、ここにおいて図２の構造は、Ｓ／Ｄ陥凹ステップの介入なしで、トリシランおよび塩素を使用して選択的堆積を受ける。この場合、過剰シリコン３４が接触ケイ素化によって浅い接合を破壊することなく消費されるならば、選択的堆積は、ソースおよびドレイン領域を上昇させることにのみ役立つ。堆積は、例えば電気的に活性なドーパントでドープしたシリコンなど、ドープシリコンを堆積させるため、必要に応じてドーパント前駆物質を含むことができる。しかしながら、全過剰シリコン構造体３４が、接触ケイ素化によって消費されるならば、ドーパントは不要である。
【００２６】
別のアレンジメント（示されていない）において、トリシランおよび塩素ガスを使用する選択的堆積が、シリコンコンタクトプラグを選択的に形成するのに使用されている。例えば、ＢＰＳＧまたはＴＥＯＳなど、相対的に厚い絶縁層をパターン化し、コンタクトビアを開けて、単結晶半導体表面を露出させる。選択的堆積は、エピタキシャルプラグが、表面からコンタクトホールを通して成長するのに使用される。
【００２７】
トリシラン／塩素方法の選択的性質は、その後のパターン化およびエッチング段階を取り除いて過剰の堆積をフィールド領域から除去するので有利である。不完全な選択性であっても、絶縁表面上の望ましくない堆積を除去するための時限の湿式エッチングの使用が可能であるので、高価なマスク段階を必要とするよりむしろ有利である。さらに、相対的に高い堆積速度において、優れた膜品質が得られ、処理能力が改良される。例えば、ある方法の実施形態を、トリシラン、ゲルマン、メチルシラン、Ｂ２Ｈ６及び塩素を使用して、例えばヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）の基礎構造を形成するなど、ホウ素ドープＳｉＧｅＣの選択的堆積に使用することもできる。ある実施形態において、本明細書で説明されているような、トリシラン、ｎ−ドーパント前駆物質（アルシンまたはホスフィンなど）および塩素を使用する堆積方法を、例えばＨＢＴのエピタキシャルエミッタを形成するためのｎ−ドープシリコン層の選択的堆積にも使用することもできる。他の選択的堆積方法の実施形態は、例えばトリシランおよび塩素を約５５０℃の堆積温度で用いて、高くなったソース／ドレイン（ＥＳＤ）構造、ＤＲＡＭおよび／またはＳＲＡＭのためのコンタクトプラグなどを形成するのに使用することもできる。幾つかの実施形態において、例えば炭素ソース、ゲルマニウムソースまたは電気的に活性なドーパントソースの実質的不在など、実質的にドーパント前駆物質の不在の下、トリシランおよび塩素を使用して真性シリコンが選択的に堆積される。トリシラン／塩素の選択的堆積方法の様々な堆積パラメータおよび操作上の詳細については以下に詳細に説明する。
トリシラン／塩素選択的堆積
ある実施形態は、シリコン含有層を基板上に選択的に堆積させる方法を提供する。この方法は、チャンバ内に配置される基板を供給し；ここにおいてこの基板は、第１表面形態を有する第１表面と、第１表面形態とは異なる第２表面形態を有する第２表面を含んでいることが好ましい。この方法は、トリシラン、塩素ガスおよび、必要に応じて、１つまたは複数のキャリアガスおよびドーパントガスを混合し、これによって供給ガスを形成し；この供給ガスを化学気相成長条件下で基板に導き；トリシランおよび塩素の導入によってまたは導入中に、Ｓｉ含有膜を、第２表面への堆積を最小化しながら、第１表面上に選択的に堆積させることを含んでいることが好ましい。
【００２８】
例えば、２００４年１１月２３日に発行された、米国特許第６，８２１，８２５号において開示されているトリシランの使用によって得られる均一および高品質の膜に加えて、塩素ガスと組み合わせたトリシランを使用することによって、優れた選択性が得られることが見出された。事実、実験は一般的に９９％またはそれより良好な選択性を示しており、１００％（すなわち、酸化ケイ素および窒化ケイ素など、周囲の絶縁体上への堆積がゼロ）も可能である。したがって、好ましい実施形態において、トリシランおよび塩素の導入によってまたは導入中に、第２表面には実質的に堆積は行われない。
【００２９】
さらにこの選択性は、追加のエッチャント種を加えることなく得られる。一般的にＨＣｌが、選択的シリコンベース堆積方法に用いられるが、ここにおいて無定形（一般的に絶縁体）表面への核生成の遅い堆積に対するエッチング効果が、露出した半導体表面へのエッチング効果より大きい。しかしながら、ＨＣｌは、精製するのが難しい悪評があり、ＨＣｌの一般的な市販ソースは、過剰の水分を堆積反応に持ち込む。このような水分は、堆積した膜の導電性を低下させ、エピタキシャル堆積に許容できない水準の欠陥を生ずる。したがって、トリシランおよび塩素の反応は、エッチャントの添加なしで、特にＨＣｌの添加なしで、高レベルの選択性を有利に達成する。
【００３０】
本明細書において説明するようにトリシランを選択的堆積方法に使用することは、既知のＳｉ含有層を混合基板に堆積させるトリシランの非選択性を考慮すると、驚くべきことである。例えば、「混合基板への堆積（Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｏｖｅｒ Ｍｉｘｅｄ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ）」と題する米国特許第６，９００，１１５号は、そこで説明されているＣＶＤ条件下で行われたトリシラン堆積は、基礎をなす表面形態とは相対的に無関係な厚さを有するＳｉ含有膜を生成する傾向があることを開示している。したがって、例えば米国特許第６，９００，１１５号の図２は、トリシラン堆積方法を使用して混合基板に堆積したＳｉ含有膜２１０の厚さが、基礎の基板の表面を横断する結晶化度が変化しているにもかかわらず、相対的に均一であることを示している。米国特許第６，９００，１１５号に教示されているトリシラン堆積条件は、約４００℃〜約７５０℃の好ましい温度範囲を含んでいる。したがって、米国特許第６，９００，１１５号は、混合基板上の堆積に関して、トリシランは当業者によって非選択的シリコンソースであると見なされていることを示している。
【００３１】
ジシラン／塩素を使用した選択的堆積のある条件が知られている。この関連で、図７〜１０は、両方ともその全部が参照により本明細書に組み込まれている、Ｖｉｏｌｅｔｔｅ他、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．第１４３巻（１９９６年）、ｐ．３２９０〜３２９６（以下「Ｖｉｏｌｅｔｔｅ」と称する）およびＯ’Ｎｅｉｌｌ他、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．第１４４巻（１９９７年）、ｐ．３３０９〜３３１５（以下「Ｏ’Ｎｅｉｌｌ」と称する）で開示されている、ジシラン／塩素を使用した選択的堆積の様々なバックグラウンド原理を示す。
【００３２】
図７は、様々な堆積温度に関し、Ｈ２キャリアガス中の１０％ジシラン流１００ｓｃｃｍにおいて、全圧力２２〜２４ｍＴｏｒｒを用い、Ｃｌ２流を各温度で調節する状態における、Ｃｌ２流量の関数としてのＳｉ成長速度のプロットである（Ｖｉｏｌｅｔｔｅの図６参照）。これらの条件下で、約７００℃を超える温度および２ｓｃｃｍ未満のＣｌ２流量が高い成長速度を維持している。２ｓｃｃｍまたはこれより高いＣｌ２流量は、成長速度に著しい悪影響をあたえることが観察された。Ｖｉｏｌｅｔｔｅによれば、低い温度では、シリコン成長速度は、Ｓｉエッチングではなくて、Ｃｌ不動態化によって制限される。
【００３３】
図８は、堆積速度対塩素流量のグラフで、様々な条件下でのジシラン／塩素堆積に関する選択的しきい値を示している（Ｏ’Ｎｅｉｌｌの図１参照）。図９は、温度の関数としての、絶縁表面上の核の表面被覆率を示すグラフである（Ｏ’Ｎｅｉｌｌの図３参照）。図８および図９の試験条件下で、７５０℃未満の温度が選択性を維持している。したがって、実験に使用した枚葉式ツールに関し、Ｈ２中の５０〜２００ｓｃｃｍの１０％Ｓｉ２Ｈ６および１〜２ｓｃｃｍのＣｌ２を用い、約２５〜４０ｍＴｏｒｒの範囲の圧力に関して、最適な選択的は、７００℃〜７５０℃であると思われる。図１０は、ジシラン／塩素を使用したＳｉ堆積に関して、欠陥密度はＣｌ２流量が低下すると一般的に低下することが判明したことを示している（Ｏ’Ｎｅｉｌｌの図６参照）。したがって、塩素レベルは所望の選択性を未だ得ることが可能な最低のレベルにおいて維持することが好ましい。
【００３４】
図７〜図１０から、Ｖｉｏｌｅｔｔｅ／Ｏ’Ｎｅｉｌｌのジシラン／塩素システムにおいて、より高い堆積温度とより低いＣｌ２流量の組合せがより高い成長速度に有利であるが、逆の組合せ（より低い堆積温度とより高いＣｌ２流量の組合せ）が選択性に有利であり、より低いＣｌ２流量がまた低欠陥密度に有利であることは明らかである。当業者は、これらの結果を（当業者に公知の他の知識と併せて）、ジシラン／塩素に関する処理ウィンドウの開発に使用することもできることを認識している。したがって、図７に示す結果に関して、枚葉式製造における高選択的堆積のために、ジシラン／塩素の使用が適しているとＶｉｏｌｅｔｔｅが考えているのは、７５０℃を超える温度と５ｓｃｃｍ未満のＣｌ２流量だけである（Ｖｉｏｌｅｔｔｅの３２９４頁を参照されたい）。同様に、Ｏ’Ｎｅｉｌｌは、堆積温度を低下させると選択性を増加させることができることを認識する一方で、そのように低い温度ではＳｉ成長がＣｌ表面の不動体化の存在によって不適切になることにも気が付いており、最適な堆積温度を「およそ８００℃」と教示している（Ｏ’Ｎｅｉｌｌの３３１２頁を参照されたい）。
【００３５】
トリシラン堆積は、混合基板を横断する優れた核生成の均一性のため、非選択的方法に有利であると知られていたので、ここで説明する本発明より前には、当業者はトリシランが選択的堆積で使用する魅力的な候補である考えていなかったはずである。加えて、Ｖｉｏｌｅｔｔｅ／Ｏ’Ｎｅｉｌｌのジシラン／塩素方法を、ジシランをトリシランに置き換える変更は、トリシラン堆積が一般的にＶｉｏｌｅｔｔｅおよびＯ’Ｎｅｉｌｌによって最適と考えられている温度よりも低い温度で行われるため、問題があると考えられていたはずである（米国特許第６，９００，１１５号を参照されたい）。例えば、上述のように、Ｖｉｏｌｅｔｔｅは、シリコン成長速度は、低温においてＣｌの不動態化によって制限されると教示しているが、この低温は一般的にトリシラン堆積に使用される温度である。
【００３６】
驚くべきことに、本明細書で説明したトリシラン／塩素方法の実施形態が、一方では、従来他の選択的堆積方法では達成するのが実用的ではない、困難または不可能であると考えられていた、２つ以上の性能目標を同時に達成しながら、Ｓｉ含有材料の選択的堆積に使用することもできることが発見された。例えば、トリシラン／塩素方法は、様々な実施形態において、相対的に高い堆積速度（例えば、約５ｎｍ／分超、好ましくは約１０ｎｍ／分超）、高い選択性（例えば９９％超）、および相対的に低い堆積温度（例えば７５０℃未満、好ましくは７２５℃未満）の２つ以上を同時に達成しながら、Ｓｉ含有材料の選択的堆積に使用することもできる。実施形態において、選択的堆積は、堆積温度約７００℃以下、好ましくは約６５０℃以下、より好ましくは約６００℃以下、さらにより好ましくは約５５０℃以下で達成することもできる。
【００３７】
本明細書で教示した化学気相成長（ＣＶＤ）条件下で、トリシランおよび塩素ガスのリアクタハウジングへの送出によって、基板の表面にエピタキシャルＳｉ含有膜が、単結晶基板上に選択的に形成される結果となることが好ましい。トリシランおよび塩素ガスの基板表面を収容したリアクタハウジングへの送出が、トリシランおよび塩素ガスを、個別にまたは混合して供給ガスを形成した後に、配置された基板を有する適切な堆積チャンバへの導入によって完成することが好ましい。堆積は、当業者に知られている様々なＣＶＤ方法によって適切に行うこともできるが、堆積を本明細書で教示されたＣＶＤ方法により実施する場合に最大の利益が得られる。この開示した方法は、プラズマエンハンスト化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）または熱ＣＶＤを含むＣＶＤを使用し、トリシラン蒸気と塩素ガスを利用して、エピタキシャルＳｉ含有膜をＣＶＤチャンバ内の基板の露出したウィンドウ上に選択的に堆積させることによって適切に実施され得る。幾つかの実施形態において、選択的に堆積されたＳｉ含有膜は、炭素ドープエピタキシャルＳｉ膜である。別の実施形態において、ゲルマニウムソースがトリシランおよび塩素と一緒に反応装置に導入され、これによって単結晶ＳｉＧｅ膜をＳｉ含有膜として選択的に堆積させる。幾つかの実施形態において、ドーパントソースがトリシランおよび塩素と一緒にＣＶＤ反応装置に導入され、これによってドープした単結晶Ｓｉ含有膜を選択的に堆積させる。本明細書において、トリシランおよび塩素を、ある種のＳｉ含有膜（例えば、エピタキシャルＳｉ膜）に選択的に堆積させるために使用することについて言及することができる。これらの説明は、例えば、ＳｉＧｅ膜（例えば、ゲルマニウムソースの使用を含む）、ＳｉＣおよびＳｉＧｅＣ膜の堆積、電気的にドープしたＳｉＧｅ、ＳｉＣおよびＳｉＧｅＣ膜（例えば、電気的に活性なドーパントのためのドーパント前駆物質の使用を含む）など、他のＳｉ含有膜に対しても、特に記載のない限り、一般的に適用可能であることが認識される。熱ＣＶＤは、プラズマ処理に伴う基板および装置を損傷するリスクなしで、選択的堆積が効果的に達成されるので好ましい。
【００３８】
トリシランおよび塩素は、ガスの形態または混合して供給ガスを形成してチャンバに導入するのが好ましい。供給ガスを形成するための混合は、チャンバ内でまたはチャンバに供給ガスを導入する前に行い得る。ＣＶＤチャンバ中の全圧は、好ましくは約０．００１Ｔｏｒｒ〜約１０００Ｔｏｒｒの範囲、より好ましくは約０．１Ｔｏｒｒ〜約３５０Ｔｏｒｒの範囲、最も好ましくは約０．２５Ｔｏｒｒ〜約１００Ｔｏｒｒの範囲である。実験は、０．２５Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒの圧力範囲で行われた。少なくとも約５００ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力が、以下に説明する実験が行われた、枚葉式、単一パス、水平層流反応装置に適していた。本明細書において、チャンバ圧力は堆積圧力を指すこともある。トリシランの分圧は、全圧に対して好ましくは約０．０００１％〜約１００％の範囲、より好ましくは全圧に対して約０．００１％〜約５０％の範囲である。供給ガスは、他のシリコンソース、炭素ソース、ドーパント前駆物質および／または不活性キャリアガスなど、トリシラン以外のガス（単数または複数）をまた含むことができるが、トリシランが唯一のシリコンソースであることが好ましい。本明細書において使用される「ドーパント前駆物質（ｄｏｐａｎｔ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ（ｓ））」という用語は、一般的に、様々な元素（炭素、ゲルマニウム、ホウ素、ガリウム、インジウム、砒素、リン、および／またはアンチモン）に対する前駆物質であり、得られた堆積膜に（シリコンに比較して）相対的に少量取り入れられる様々な材料を指す。シリコンソースは、相対的に少量のシリコンを含有するＳｉＧｅ膜の堆積のためのドーパント前駆物質を考え得ることが認識される。Ｈｅ、Ａｒ、Ｈ２、Ｎ２は、本明細書で説明する方法の可能性のあるキャリアガスである。ある実施形態において、キャリアガスは、以下に詳細に説明するようにＨｅ、Ａｒ、および／またはＮ２などの非水素キャリアである。トリシランは、トリシラン蒸気を混入させるために、例えばキャリアガスを使用したバブラーなどの噴霧器を経由してチャンバに導入するのが好ましく、バブラーおよびバブラーから流出するキャリアガス中のトリシラン量を測定するためのガス濃度センサーを含む送出システムを経由するのがより好ましい。このようなセンサーは、例えば、Ｌｏｒｅｘ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ、Ｐｏｕｇｈｋｅｅｐｓｉｅ、Ｎ．Ｙ．（米国）のＰｉｅｚｏｃｏｎ（登録商標）ガス濃度センサーとして市販されている。
【００３９】
供給ガスに含むこともできる適切な炭素ソースの例には、モノシリルメタン、ジシリルメタン、トリシリルメタンおよびテトラシリルメタンなどのシリルアルカンおよび／またはモノメチルシラン（ＭＭＳ）およびジメチルシランなどのアルキルシランが含まれるが、これらに限定されるものではない。幾つかの実施形態において、炭素ソースは、Ｈ３Ｓｉ−ＣＨ２−ＳｉＨ２−ＣＨ３（１，３−ジシラブタン）を含む。
【００４０】
供給ガスは、所望する場合、Ｓｉ含有膜をドーピングまたは合金化するのに有用であると当業者に知られている、補助シリコンソース、ゲルマニウムソース、補助塩素ソース、ホウ素ソース、ガリウムソース、インジウムソース、砒素ソース、リンソース、および／またはアンチモンソースなどの他の材料を含有することもできる。このようなソースの具体的な例には、補助シリコンソースとしてシラン、ジシランおよびテトラシラン；ゲルマニウムソースとしてゲルマン、ジゲルマンおよびトリゲルマン；炭素およびシリコン両方のソースとしてモノシリルメタン、ジシリルメタン、トリシリルメタン、テトラシリルメタン、モノメチルシラン（ＭＭＳ）およびジメチルシラン；およびアンチモン、砒素、ホウ素、ガリウム、インジウムおよびリンなど、電気的に活性なドーパント（ｎ型およびｐ型の両方）のソースとしての様々なドーパント前駆物質が含まれる。一般式（ＳｉＨ３−ｚＣｌｚ）ｘＣＨ４−ｘ−ｙＣｌｙのクロロシリルメタン（式中、ｘは１〜４の範囲の整数であり、ｙおよびｚは、ｘ＋ｙ≦４かつｙおよびｚの少なくとも１つが０でないことを条件にして、それぞれ独立に０または１〜３の範囲の整数である）が、炭素、シリコンおよび塩素のソースとして特に有用であることが判明している。一般式ＸａＳｉＨｂ（ＣｎＨ２ｎ＋１）４−ａ−ｂのアルキルハロシランもまた炭素、シリコンおよび塩素のソースとして特に有用である（式中、Ｘはハロゲン（例えば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ）であり；ｎは１または２であり；ａは１または２であり、ｂは０、１または２であり；ａおよびｂの合計は４未満である）。メチルジクロロシラン（Ｃｌ２ＳｉＨ（ＣＨ３））が、式ＸａＳｉＨｂ（ＣｎＨ２ｎ＋１）４−ａ−ｂのアルキルハロシランの例である。
【００４１】
トリシランを用いたＣＶＤによる、電気的に活性なドーパントのＳｉ含有膜への組込みは、供給ガス中のドーパントソースまたはドーパント前駆物質を使用してｉｎ ｓｉｔｕドーピングにおいて達成することが好ましい。電気的に活性なドーパントのための好ましい前駆物質は、ドーパント水素化物であり、ジボラン、重水素化したジボランなどのｐ型ドーパント前駆物質、ホスフィン、砒素蒸気、アルシンなどのｎ型ドーパント前駆物質を含む。例えば、（Ｈ３Ｓｉ）３−ｘＰＲｘなどのシリルホスフィン、例えば、（Ｈ３Ｓｉ）３−ｘＡｓＲｘなどのシリルアルシン（式中、ｘ＝０〜２、Ｒｘ＝Ｈおよび／または重水素（Ｄ）である）は、リンおよび砒素ドーパントの代替前駆物質である。ＳｂＨ３およびトリメチルインジウムは、それぞれ、アンチモンおよびインジウムの代替ソースである。このようなドーパント前駆物質は、以下に説明する、好ましくはホウ素、リン、アンチモン、インジウム、および砒素ドープシリコン、Ｓｉ：Ｃ、ＳｉＧｅおよびＳｉＧｅ：Ｃ膜および合金の、好ましい膜の調製に有用である。
【００４２】
供給ガス中のドーパント前駆物質の量は、Ｓｉ含有膜中の所望のドーパント水準を備えるためおよび／または選択的に堆積した層中の所望する表面品質のために調節することもできる。好ましい供給ガス中の濃度は、全反応ガス（不活性キャリアガスおよび希釈ガスを除く）の重量に対して約１０億分の１（ｐｐｂ）から約２０重量％の範囲であり、約０．１ｓｃｃｍから５ｓｃｃｍの間の純粋なホスフィン（または当量の希釈したホスフィン）、またはアルシンまたはジボランが好ましいが、結果として得られる膜中の所望の性質を得るために、時々より高いあるいはより低い量が好ましい。好ましい枚葉式Ｅｐｓｉｌｏｎ（商標）反応装置シリーズにおいて、キャリアガス中のドーパント前駆物質の希釈混合物は、所望のドーパント濃度およびドーパントガス濃度に依存して、約１０〜約１０００標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）の設定点において、質量流制御器を経由して反応装置に送出することができる。ドーパントガスの希釈は、相当する純粋なドーパント流量の、１０−７〜１０−２倍とすることができる。一般的に、市販されているドーパントソースは、Ｈ２中に希釈したドーパントの水素化物である。しかしながら、下記で説明するように、図２６〜２７に関して、幾つかの実施形態においてドーパント前駆物質は非水素ガスで希釈されている。希釈混合物は、トリシラン、塩素、任意の適切な希釈ガス、およびひずみ影響性前駆物質（例えば、ゲルマンなどのゲルマニウムソース、またはモノメチルシランなどの炭素ソース）など、置換型ドーピングのための任意の所望するドーパント前駆物質と混合することによりさらに希釈される。好ましいＥｐｓｉｌｏｎ（商標）シリーズ反応装置に関する典型的な全流量は、しばしば約２０標準リットル／分（ｓｌｍ）〜約１８０ｓｌｍの範囲であるので、このような方法で使用されるドーパント前駆物質の濃度は、全流量と比較して一般的に小さい。
【００４３】
供給ガスをＣＶＤチャンバに供給するために、適切なマニホールドを使用することもできる。ＣＶＤチャンバは、例えば図解の実施形態で説明されているような枚葉式、水平ガス流ＣＶＤチャンバなど、枚葉式反応装置であることが好ましい。最も好ましいＣＶＤチャンバは、枚葉式、単一パス、水平層流ガス流反応装置であり、放射によって加熱されることが好ましい。この種類の適切な反応装置は市販されており、好ましいモデルには、ＡＳＭ Ａｍｅｒｉｃａ、Ｉｎｃ．Ｐｈｏｅｎｉｘ（米国アリゾナ州）から販売されているＥｐｓｉｌｏｎ（商標）シリーズの枚葉式反応装置が挙げられる。本明細書において説明する方法は、シャワーヘッド型設備など、代替のリアクタも使用することができるが、均一性の向上および堆積速度の増加の利益は、Ｅｐｓｉｌｏｎ（商標）チャンバの水平の、単一パス層流ガス流配置において、回転基板を使用し、特に短いガス滞留時間において、特に有効であることが判明した。ＣＶＤは、プラズマ生成物（遠隔プラズマ発生装置のｉｎ ｓｉｔｕまたは下流）をチャンバに導入することで行うこともできるが、上記のように熱ＣＶＤが好ましい。
【００４４】
塩素およびトリシランは、シリコン前駆物質だけの場合のシランの標準的使用に比較して、相対的に高いトリシラン流量および相対的に低い水素流量を使用して、水素キャリアガスと一緒に堆積反応装置に導入するのが好ましい。例えば、好ましい実施形態において、熱ＣＶＤは、Ｅｐｓｉｌｏｎ Ｅ２５００（商標）、Ｅ３０００（商標）またはＥ３２００（商標）反応装置システム（ＡＳＭ Ａｍｅｒｉｃａ、Ｉｎｃ．Ｐｈｏｅｎｉｘ（米国アリゾナ州）から市販されている）中で、トリシラン流量約５ｍｇ／分〜２，０００ｍｇ／分、より好ましくは約１０ｍｇ／分と約２００ｍｇ／分を用いて実施される。水素流量は、約４０標準リットル／分（ｓｌｍ）またはそれ未満、好ましくは１０ｓｌｍまたはそれ未満、より好ましくは５ｓｌｍまたはそれ未満でよく、堆積温度は約４５０℃〜約７００℃の範囲、より好ましくは約５００℃〜約６５０℃の範囲でよい。図２６〜２７に関して以下でより詳細に説明するように、ある実施形態において、トリシラン／塩素ガスを用いての選択的堆積中に、水素ガスは最小化することが好ましい。塩素流量は、約２０〜２００ｓｃｃｍであることが好ましい。実験は、トリシラン流２５〜４００ｍｇ／分、Ｈ２キャリアガス流量０〜４ｓｌｍ、および塩素流量２５〜２００ｓｃｃｍで実施した。ドーパント前駆物質（例えば、炭素ソース、ゲルマニウムソースおよび／または電気的に活性なドーパント前駆物質）流量は、ドーパントソースの性質および他の成分の相対的流量に依存して、一般的に約５ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍの範囲である。例えば、ホスフィンドーピングに関し、ドーパント水素化物（前駆物質）流量は、ホスフィン（Ｈ２中の１％ＰＨ３）で１０〜２００ｓｃｃｍであることが好ましい。
【００４５】
熱ＣＶＤは、結晶性Ｓｉ含有膜を基板上に選択的に堆積させるのに有効な基板温度で行うのが好ましい。熱ＣＶＤは、好ましくは約３５０℃〜約９００℃、より好ましくは約５００℃〜約８００℃、さらに一層好ましくは約５００℃〜約７００℃の温度範囲で行われる。好ましい低温トリシラン／塩素堆積実施形態において、熱ＣＶＤは、好ましくは約５００℃〜約６００℃、より好ましくは約５２５℃〜約５７５℃の範囲の温度において行われる。好ましい中間温度トリシラン／塩素堆積実施形態において、熱ＣＶＤは約７００℃〜約８００℃の温度範囲で行われる。１つの実施形態において、化学気相成長条件は、トリシランに関して、実質的に質量移行制御堆積条件と実質的に反応速度論的制御堆積条件の間のほぼ転移温度である温度を含む。このようなトリシラン堆積条件は、参照により本明細書に組み込まれている、特にトリシラン堆積条件を説明することを目的とした、米国特許第６，８２１，８２５号において説明されている。ＰＥＣＶＤは、約３００℃〜約７００℃の温度範囲で行うことが好ましい。当業者は、これらの温度範囲を、例えば、熱経済性の保持、堆積速度、チャンバの寸法の違い、枚葉式およびバッチ反応装置を含めた、好ましい全圧および分圧などの現実の製造のリアリティを考慮して調節することが可能である。一般的に、分圧が高くなると、所望の結果、それが堆積速度、層の品質または２つの組合せであっても、を得るためにはより低い温度を必要とする。基板は、例えば抵抗加熱、ランプ加熱など、当該技術において知られている様々方法で加熱することができる。
【００４６】
様々な供給ガス成分の相対量は、結果として得られるＳｉ含有膜の所望の組成および使用する堆積条件（例えば、温度、圧力、堆積速度など）に基づき、広範囲に変化させることもでき、本明細書に設けられたガイダンスを考慮した日常の実験により決定することもできる。供給ガス成分は混合し、次いでチャンバまたは基板に送出することもできるし、あるいは、例えば供給ガス成分を別個にＣＶＤチャンバに供給し、基板においてまたは基板の近くで成分を混合して供給ガスを形成することもできる。
【００４７】
図１１〜１６は、トリシランを用いて行った堆積実験の結果を要約する。当業者は、図１１〜１６に示すデータは、特定のトリシラン／塩素選択的堆積の用途のための様々な堆積パラメータを選択する有用なガイドであることを見出すであろう。
【００４８】
図１１は、Ｈ２キャリアガス流が増加すると、温度約６５０℃およびそれ未満の堆積（成長）速度が減少することを示すプロットである。これに対して、約７５０℃より高い温度では、堆積速度はＨ２キャリアガス流が増加すると増加する傾向を示し、Ｈ２キャリアガス流の増加および／または圧力の低下は、枯渇効果が減少する傾向を示す。図２６〜２７に関して、下記においてより詳細に説明するように、幾つかの実施形態において、システム中の水素ガスを最小化することが望ましく、水素ガスを、キャリアガスおよび／またはドーパントガスの希釈剤としての非水素不活性ガスと置換することが望ましい。
【００４９】
図１２Ａは、トリシラン流が増加すると堆積速度が増加することを示すプロットである（１Ｔｏｒｒ、６５０℃、０．３３〜３．３ｓｌｍＨ２キャリアガス、塩素なしにおいて得られたデータ）。約１５０ｎｍ／分の堆積速度は、約１００ｍｇ／分以上のトリシラン流量で得られた。図１２Ｂは、それを示すプロットである。
【００５０】
図１３は、塩素の使用なしにおけるＳｉＯ２（非単結晶）上のトリシラン堆積速度が顕著であり、温度を上昇させると上昇することを示すプロットである（１Ｔｏｒｒ堆積圧力、トリシラン流量５０ｍｇ／分、Ｈ２キャリアガス０．３３ｓｌｍ、塩素なし、成長速度は単位ｎｍ／分で得られたデータ）。
【００５１】
図１４Ａ〜Ｄは、所定の温度において、トリシラン堆積速度が、一般的にチャンバ圧力が上昇すると増加すること、そして特定の温度範囲において、圧力変化に対する感受性が低いことを示すプロットである。
【００５２】
図１５は、より高いドーパント流が抵抗率を減少させることを示すプロットである。データは、トリシランおよびホスフィンを、５５０℃および１６Ｔｏｒｒにおいて使用して得られたものである。ｘ軸上のホスフィン流量は、Ｈ２中の１％ホスフィンの標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）の単位である（本明細書においては「ドーパント数」または「ＤＮ」と称する）。得られた極度に低い抵抗率は、トリシランおよび塩素を使用するｉｎ ｓｉｔｕの選択的堆積によって、極めて高いドーパントの取込み水準が得られ得ることを示している。約５０ＤＮ以上の流量においてヘーズは観察されなかった。
【００５３】
図１６Ａは、堆積温度が上昇すると酸化物上の堆積速度が減少する傾向にあることを示すプロットである（８Ｔｏｒｒ堆積圧力、トリシラン流５０ｍｇ／分、Ｈ２キャリアガスなし、塩素２００ｓｃｃｍ、酸化物基板上の成長速度単位がｎｍ／分で得られたデータ）。トリシラン堆積速度は、一般的に温度の上昇に伴って増加する傾向にあるので（図１４Ａ参照）、図１６Ａで示されたデータは、トリシラン／塩素の堆積選択性が堆積温度の上昇に伴って上昇していることを示している。図１６Ｂは、この一連の実験に用いられた堆積条件（５５０℃、１６Ｔｏｒｒ、主キャリアガス流なし）の下で、単結晶シリコン上の堆積が、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）および窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）に対して実質上１００％選択性であるＣｌ２／トリシラン流量比を示すプロットである。ヘリウムが、バブラー中に供給されたトリシランを蒸発させるためのキャリアガスとして使用された（トリシラン２５ｍｇ／分においてＨｅ６０ｓｃｃｍ、トリシラン５０ｍｇ／分においてＨｅ１２０ｓｃｃｍ、およびトリシラン１００ｍｇ／分においてＨｅ２４０ｓｃｃｍ）。堆積は、図１６Ｂにプロットされた線の上側に示されるより高いＣｌ２／トリシラン流量比条件において、酸化ケイ素および窒化ケイ素に対して実質上１００％の単結晶シリコン選択的であり、図１６Ｂにプロットされた線の下側に示されるより低いＣｌ２／トリシラン流量比条件において、１００％未満の選択性である。図１６Ｂは、所定の水準の選択性を達成するためにトリシラン流量は増加されるにつれて、より高い相対塩素流量が好ましいことを示している。
ドープＳｉ含有膜
有利なことに、トリシランからの堆積は、選択的であってもなくても、炭素の極めて高水準も達成できる。高水準のシリコンへの置換炭素の取込みは、選択的であってもなくても、トリシランおよび炭素ソース（および幾つかの実施形態において、電気的に活性なドーパントのための必要に応じたドーパント前駆物質）を使用して、相対的に高い成長速度における堆積を行うことによって得ることもできる。図１７Ａ〜Ｄは、トリシラン、炭素ソース（図解した実施形態ではＭＭＳ）およびＩＩＩ／Ｖ族ドーパントソース（図解した実施形態ではアルシン）を用いて堆積した、電気的にドープしたＳｉＣ膜の性質に対する温度および成長速度の影響を示す。図１７Ａ〜Ｄは、非選択的方法における炭素取込みを示すが、塩素追加による選択的方法、特にドーパント水素化物の組合せにおいても、類似の結果を得ることもできる。図１７Ａは、膜成長速度への温度の影響を示すアレニウスプロットである。図１７Ｂは、置換炭素含有量への堆積温度の影響を示す別のアレニウスプロットで、置換炭素のより高い水準は、一般的により高い堆積温度において得られることを示している。好ましい堆積条件下で、置換炭素取込み水準は、約１．０原子％〜約３．５原子％の範囲とすることができる。図１７Ｃは、成長速度の置換炭素含有量および抵抗率への影響を示すプロット（堆積温度の関数、図１７Ａ参照）であり、より高い置換炭素水準およびより高い抵抗率は、一般的により高い成長速度において得られることを示している。図１７Ｄは、温度の抵抗率への影響を示す別のアレニウスプロットで、より高い抵抗率の水準は、一般的により高い堆積温度において得られることを示している。
【００５４】
当該分野において知られているように、単結晶シリコンの格子定数は、約５．４３１Åであり、一方ダイヤモンド形態の単結晶炭素は、炭素原子のサイズが小さいことに起因して、３．５６７の格子定数を有する。したがって、炭素原子が置換するシリコン原子よりも小さいため、炭素を用いた置換型ドーピングによって、単結晶シリコンに引っ張りひずみが導入され得る。置換的にシリコン内にドープされる炭素の量は、ドープされたシリコンの垂直格子間距離をＸ線回折により測定し、次いでベガードの法則（Ｖｅｇａｒｄ‘ ｌａｗ、単結晶シリコンと単結晶炭素の間の線形補間）を適用することによって決定することもできる。ベガードの法則および置換炭素水準、格子間隔およびひずみの相関関係は、当業者に知られている。例えば、その開示が参照により本明細書に組み込まれている、Ｊｕｄｙ Ｌ．Ｈｏｙｔ著「置換炭素の組込みと、Ｓｉ１−ｙＣｙ／ＳｉおよびＳｉ１−ｘ−ｙＧｅｘＣｙ／Ｓｉヘテロ接合の電子的特徴（Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎａｌ Ｃａｒｂｏｎ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉ１−ｙＣｙ／Ｓｉ ａｎｄ Ｓｉ１−ｘ−ｙＧｅｘＣｙ／Ｓｉ Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｓ）」、第３章「シリコン−ゲルマニウム炭素合金」、ＴａｙｌｏｒおよびＦｒａｎｃｉｓ、ＮＹ（米国）ｐ．５９〜８９、２００２年を参照されたい。Ｈｏｙｔによる上記論文の７３頁、図３．１０において図解されているように、従前の堆積方法は、２．３％までの置換炭素含有量を有するシリコンを備えており、これは５．４Åを超える格子間隔と１．０ＧＰａ未満の引っ張りひずみに相当する。図３．１０は、またドープシリコン中の全炭素含有量は、ＳＩＭＳによって決定することもできることを示しており、それ故、非置換炭素含有量は、全炭素含有量から置換炭素含有量を差し引くことによって決定することもできる。
【００５５】
炭素ドープ単結晶Ｓｉ含有膜は、さらに例えばリンおよび砒素からなる群から選択されるドーパントなどの、電気的に活性なドーパントを含むこともできる。一般的に、置換炭素の存在は散乱をもたらし、置換炭素を含有しない他の類似の電気的にドープした単結晶Ｓｉ含有膜に比較して抵抗率を増加させる傾向がある。しかしながら、本明細書で説明するようにトリシランを使用してドープした場合、驚くべきことに、このような電気的にドープした単結晶Ｓｉ含有膜が、炭素の存在にもかかわらず、依然として低い抵抗率を有していることが見出された。例えば、電気的ドーパントでドープされた場合（好ましくは置換型でドープされた場合）、置換炭素を含む単結晶Ｓｉ含有膜は、約１．０ｍΩ・ｃｍ以下、好ましくは０．７ｍΩ・ｃｍ以下の抵抗率を有することもできる。実験において、約５．３２３Å（Ｘ線回折で測定して）の格子間隔が、トリシラン、アルシンおよびモノメチルシランから堆積したＳｉＣ（炭素で置換的にドープしたシリコン）に関して達成された。格子間隔５．３２３Åは、約３．２５％の置換炭素の水準に相当する。基礎をなすシリコンテンプレート（例えば、格子間隔約５．４３Å）に対して拘束される場合、このようなＳｉＣ層における引っ張り応力は２．０６ＧＰａに達する。より一般的に、作り出される応力は、１ＧＰａと３ＧＰａの間であることが好ましい。シリコンの自然の格子定数からの逸脱は応力を導き、相当するひずみは半導体中の電気的キャリアの移動度を有利に改良し、デバイス有効性を改良する。ＳｉＣがその材料の臨界厚さ未満に堆積した場合、堆積層は引っ張り応力を残存させる。ある実施形態において、電気的にドープしたＳｉ：ＣまたはＳｉＧｅ膜は、ひずみが隣接層に作用するように構成される。例えば、圧縮応力は、電気的にドープした弛緩したＳｉ：Ｃ層上に堆積したシリコン膜上に作用することもある。ある実施形態において、陥凹したソース／ドレイン領域中に選択的に形成された電気的にドープされたＳｉ：Ｃ膜が、以下においてより詳細に説明するように、引っ張り応力をソースおよびドレイン間に形成されたシリコンチャンネル上に作用する。このような形状は、例えばＮＭＯＳデバイスに関する電子移動度の改良など、様々な用途に使用することができる。
【００５６】
図１〜５の実施形態において、ＳｉＣ層は陥凹したソース／ドレイン２０中に選択的に形成され、応力を維持する条件（厚さ、温度）の下で好ましく堆積される。ＳｉＣ材料のより小さい格子定数が、Ｓ／Ｄ陥凹を充填して引っ張り応力をそれらの間のチャンネル領域２２に作用する。トリシラン、塩素および炭素ソースに加えて、ドーパント水素化物を供給ガスに加えることが好ましい。アルシンまたはホスフィンを使用するのが好ましい。ある実施形態は集積回路を形成する方法を提供し、この方法は、露出半導体表面および絶縁領域を画定するために基板をパターン化し、トリシランおよび塩素ガスを供給し、これによってエピタキシャル膜を露出した半導体表面上に選択的に堆積させることを含む。トリシランおよび塩素ガスは混合して、例えば化学気相成長条件下で、基板と接触して膜を堆積させるための供給ガスを形成することもできる。供給ガスの様々成分の２つ以上を、同時にまたは段階的に、どの順序で混合することもでき、供給ガスをチャンバに供給する前でもまたは後でも混合することもできる。したがって、例えば、塩素ガスおよびトリシランの供給は、基板での混合、または事前に混合して供給ガスを形成し次いで例えばキャリアガスを使用して基板に運ぶことを含むこともできる。ドーパントソース（例えば、炭素ソース、ゲルマニウムソースおよび／または電気的に活性なドーパント前駆物質）などの他の添加ガスを、供給ガスを形成するために混合することもできる。ドーパントソースは、トリシランおよび塩素と一緒に供給し、ドープしたエピタキシャル膜を露出した半導体表面上に選択的に堆積させることもできる。例えば、図１〜５の実施形態において、炭素またはゲルマニウムソースは、トリシランおよび塩素と一緒に供給される。
【００５７】
ある実施形態において、炭素ソースはトリシランおよび塩素と一緒に基板に供給され、置換炭素を含むＳｉ含有膜を選択的に堆積させる。置換炭素の量は、好ましくは約１．０原子％以上、より好ましくは約１．５原子％以上である。選択的に堆積した炭素−およびＳｉ含有膜は、５．３８Å以下、好ましくは約５．３６Å以下、より好ましくは約５．３４Å以下の格子間隔を有する単結晶シリコン膜であってよい。このような単結晶シリコン膜は、さらに電気的に活性なドーパント（リンまたは砒素など）を含むこともできる。電気的に活性なドーパントでドープ（好ましくは置換型ドープ）した場合、置換炭素を含む選択的に堆積した単結晶シリコン膜は、約１．０ｍΩ・ｃｍ以下、好ましくは約０．７ｍΩ・ｃｍ以下の抵抗率を有することもできる。このような置換炭素を含む単結晶シリコン膜は、塩素、トリシラン、炭素前駆物質、および場合によっては電気的に活性なドーパントのためのドーパント前駆物質を使用して、相対的に高速度の堆積方法により、選択的に堆積させることもできる。図１８Ａは、炭素および砒素の両方を用いて置換的にドープしたシリコン膜に関する成長速度（１分間当たりのナノメートル、ｎｍ／分）の関数としての置換炭素の割合を示すプロットである。プロットは、またこれら膜の抵抗率（単位は、左側軸のｍΩ・ｃｍ）を示す。図１８Ｂは、トリシラン流（単位は１分間当たりのミリグラム、ｍｇ／分）の関数としてのこれら膜の成長率を示す。
【００５８】
図１８Ａおよび１８Ｂは、トリシランおよび塩素を使用して、例えば、少なくとも約５ｎｍ／分の相対的に高い堆積速度すなわち成長速度において選択的堆積を実施することにより、高水準の置換炭素を達成し得ることを示している。炭素含有量と抵抗率は、共に堆積速度が増加すると改良される、換言すればトリシランの使用により改良される。図１８Ａおよび１８Ｂにおいて図解するように、例えば、トリシラン流量および温度を制御することよって、成長速度を制御することもでき、例えば、２．５％以上の置換炭素、好ましくは２．６％以上の置換炭素、より好ましくは２．７％以上の置換炭素など、様々な水準の炭素を含む単結晶膜を生成する。幾つかの実施形態において、単結晶膜は、図１８Ａおよび１８Ｂにおいて示されるように、例えば、２．８％以上の置換炭素、好ましくは２．９％以上の置換炭素、より好ましくは３．０％以上の置換炭素など、さらに高い水準の炭素を含むこともできる。
【００５９】
図１９は、１．８％炭素でもって置換的にドープした結晶性シリコン膜（厚さ２００ｎｍ）に関するＦＴＩＲスペクトルの一部分を示す。約６０５波数における強い吸収は、シリコン膜中に置換炭素が存在することを実証している。約４５０〜５００の波数において幅広の吸収バンドがないことは、シリコン膜は、（例えあったとしても）極少量の非置換炭素しか含有していないことを実証している。したがって、ある実施形態は、２．４％以上の置換炭素を含む選択的に堆積した単結晶シリコン膜を提供し、この膜は、約０．３％未満の非置換炭素、好ましくは約０．２５％未満の非置換炭素、より好ましくは約０．２０％未満の非置換炭素、より一層好ましくは約０．１５％未満の非置換炭素を含んでいる。前述の通り、単結晶膜中のドーパント（炭素、ゲルマニウムまたは電気的に活性なドーパントなど）の割合は、本明細書においては、特段の注記がない限り全体の膜に対する原子％で表示される。
【００６０】
本明細書において説明するような置換炭素を含む、選択的に堆積した単結晶シリコン膜の厚さは、臨界膜厚未満であることが好ましい。当業者は、臨界膜厚は、張力を有する膜が特定の一連の条件下で、弛緩する膜厚であることを理解している。置換ドーパントの濃度が増加すると、一般的に臨界厚は減少する。臨界厚未満の厚さを有する膜には、これらの条件下で、一般的に張力が残存している。例えば、約１．８％の置換炭素を含む単結晶シリコン膜は、約５００℃において約２００ｎｍの臨界厚さを有することもできるが、これに対して３．５％の置換炭素を含む他の類似の膜は、その温度において、約２５〜３０ｎｍの臨界厚さを有することもできる。その膜に関する臨界厚未満の厚さを有する膜は、十分不安定な状態でない場合または十分不安定な状態に達するまで張力が残存する傾向を示す（例えば、十分な熱に曝すと弛緩する）。
【００６１】
上記で説明し、図１８Ａおよび１８Ｂで図解したように、塩素およびトリシランを炭素ソースと共に使用して、少なくとも約５ｎｍ／分、好ましくは少なくとも約１０ｎｍ／分の堆積速度で膜を堆積させることによって、相対的に高い水準の置換炭素を選択的堆積シリコン膜に組み込むこともできることが発見された。本明細書で説明し、図１７および２０〜２４で図解したように、選択率、堆積速度、および得られたシリコン膜に組み込まれる置換炭素の水準を制御するために、様々な堆積パラメータを使用することができる。
【００６２】
図２０Ａは、３つの異なるキャリアガス（Ｈ２）流量に関し、チャンバ圧力の関数としてのシリコン膜中の置換炭素含有量のグラフを示す。図２０Ａおよび２０Ｂに示すデータは、堆積温度５５０℃、トリシラン流量２００ｍｇ／分、およびＭＭＳ（炭素ソース）流量１８０ｓｃｃｍにおいて得られたものである。図２０Ａは、より高い置換炭素の水準が、これらの条件下で、相対的により高いチャンバ圧力および相対的により低いＨ２キャリアガス流において達成できることを示している。図２０Ｂは、３つの異なるキャリアガス（Ｈ２）流量に関し、チャンバ圧力の関数としての成長速度のグラフを示し、これら条件下で、最も高い成長速度が、約４０Ｔｏｒｒ〜約７０Ｔｏｒｒの範囲のチャンバ圧力で達成され、より高い成長速度がより低いＨ２キャリアガス流量で得られたことを示している。
【００６３】
図２１Ａは、トリシラン流量の関数としてのシリコン膜中の置換炭素含有量のグラフを示す。図２１Ａおよび２１Ｂに示すデータは、堆積温度５５０℃、チャンバ圧力１５Ｔｏｒｒ、キャリアガス（Ｈ２）流量２０ｓｌｍ、およびＭＭＳ流量１８０ｓｃｃｍにおいて得られたものである。ＭＭＳ流量を一定として、トリシラン流量を変化させたので、図２１Ａは、トリシランのＭＭＳに対する流量比を変化させた場合の置換炭素含有量への影響を図解している。トリシランの炭素ソースに対する流量比を増加させると、得られる膜中の置換炭素の量が減少する。
【００６４】
図２１Ｂは、堆積速度（成長速度）の関数としてのシリコン膜中の置換炭素含有量を示す。図２１Ｂは、これら条件下で、５ｎｍ／分の成長速度において相対的に高い水準の置換炭素を達成することもできることを図解している。トリシランの炭素ソースに対する流量比が増加する（これによって、膜への取込みに利用できる相対的炭素の量が減少する）ため、（より高いトリシラン流量に起因する）より高い成長速度は、これら条件下では、（図１８Ａに比較して）より高い置換炭素をもたらさない。
【００６５】
図２２は、（上で説明した図２１に比較して）一定のトリシラン流量におけるＭＭＳ流量の関数としてのシリコン膜中の置換炭素含有量のグラフを示す。図２２中のプロットしたデータは、これらの条件下で、より高いＭＭＳ流量においてより高い置換炭素水準が得られることを示している。トリシラン流量を一定にしてＭＭＳ流量を変化させたため、図２２は、炭素ソース（ＭＭＳ）のトリシランに対する流量比を変化させた場合の置換炭素への影響を示している。ＭＭＳのトリシランに対する流量比が増加すると、得られる膜中の置換炭素の量が、図２１に示された結果により、相対的に直線的に増加する。
【００６６】
図２３Ａは、トリシランの炭素ソースに対する比を一定に維持し、一方では両方のガス流量を同時に増加させることによって成長速度を増加させた場合の影響を図解している。図２３Ａに示されたデータは、堆積温度約５５０℃およびキャリアガス（Ｈ２）流量２０ｓｌｍにおいて得られたものである。図２３Ａは、より高い水準の置換炭素がより高い成長速度において達成されること、より高い成長速度がより高いチャンバ圧力およびより高い総体的流量において得られること、より高い実質的炭素が、所定のトリシラン対炭素前駆物質比において、より高い成長速度において得ることができることを実証している。図２３Ｂは、成長速度がトリシラン流量の強力な正の関数であること、チャンバ圧力が相対的に少なめの影響しか有していないことを示している。したがって、総合すれば、図２０〜２３は、その下で単結晶シリコン中の置換炭素の高水準を達成するために使用することもできる高堆積速度の様々な条件を図解している。
【００６７】
少なくとも２．４％の置換炭素を含む単結晶シリコン膜を選択的に堆積させるための化学気相成長条件は、実質的に質量移行制御堆積条件と実質的に反応速度論的制御堆積条件の間のほぼ転移温度である堆積温度を含むことが好ましい。このような堆積温度は、図１７Ａに垂直の点線で示してある。図１７Ａに示すグラフは、堆積温度の逆数の関数としての成長速度のプロットである。点線で示される転移温度は、グラフに示すデータを作り出すのに使用された堆積条件下で、約５５０℃である。点線で示される転移温度より高い温度（すなわち、点線の左側）において、堆積条件は実質的に物質輸送に制御される。一部の例では、約５５０℃より高い堆積温度において、膜品質のある側面が低下することもある。点線で示される転移温度より低い温度（すなわち、点線の右側）において、堆積条件は実質的に反応速度論的に制御され、相対的により高い炭素ソース流量を使用することもできる。転移温度の位置は、例えばチャンバ圧力およびキャリアガス流量を変えるなど、堆積条件を操作することによって変えることもできる。一部の実施形態において、化学気相成長条件は、約５００℃〜約６００℃の範囲の温度を含む。一部の実施形態において、化学気相成長条件は、少なくとも約５００ｍＴｏｒｒの、好ましくは少なくとも約３０Ｔｏｒｒ、例えば約３０Ｔｏｒｒ〜約２００Ｔｏｒｒの範囲のチャンバ圧力を含む。
【００６８】
置換炭素を、選択的堆積Ｓｉ含有膜に組み込ませるための上で説明した方法は、電気的に活性なドーパントなど、他のドーパントを使用する置換型ドーピングに使用することもできる。高水準の置換型ドーピングを、特にシリコン膜もまた炭素で置換的にドープされた場合、低い抵抗率を有する選択的堆積シリコン膜に対して使用することもできる。
【００６９】
トリシランおよび塩素からの選択的堆積は、ＳｉＧｅ層にひずみを作り出すための、ゲルマニウムをエピタキシャル膜に置換的に組み込むことに対しても有効であるので有利である。好ましい堆積条件下で、例えば、ひずみをチャンネルに作用するための、ゲルマニウムの組込み水準は、約１％と９９％の間、一般的に約１７％と５０％の間、しばしば約２０％と約５０％の間、より具体的には約２０％と４０％の間とすることができる。
【００７０】
当該技術分野において知られているように、単結晶シリコンの格子定数は約５．４３１Åであり、これに対して単結晶ゲルマニウムは、ゲルマニウム原子のより大きなサイズのために５．６５７の格子定数を有している。シリコンの自然の格子定数からの逸脱は、ひずみをもたらし、これが半導体中の電気的キャリアの移動度を改良し、デバイスの効率を有利に改良する。ＳｉＧｅをその材料の臨界厚さ未満に堆積した場合、堆積した層は、圧縮的ひずみを残存しており、ＰＭＯＳデバイスに関してホール移動度が改良される。この場合、堆積したＳｉＧｅ層は全活性領域上に選択的に形成することができ、チャンネルを画定することができ、または引っ張りひずみを有するＳｉ層をその上に形成するための弛緩テンプレートとして働くことができ、それ自体がチャンネル領域として役立つことができる。
【００７１】
置換炭素をＳｉＧｅに組み込むための上述の方法は、またＳｉＧｅ中の圧縮的ひずみを低減するため、または、例えば本質的に約３．５原子％の置換炭素、約３５原子％Ｇｅ、および約６１．５原子％のシリコンからなる合金のような、ひずみなしの三元ＳｉＧｅＣ合金を生成するために使用することもできる。
【００７２】
図１〜５の実施形態において、ＳｉＣ層は、陥凹したソース／ドレイン領域２０中に選択的に形成され、応力を維持する条件（厚さ、温度）下で堆積されるのが好ましい。Ｓ／Ｄ陥凹を充填しているより小さな格子定数のＳｉＣ材料は、引っ張りひずみをそれらの間のチャンネル領域２２に作用させる。しかしながら、ある実施形態において、ＳｉＧｅ層がＳｉＣの代わりに陥凹したソース／ドレイン領域２０中に選択的に堆積される。Ｓ／Ｄ陥凹を充填しているより大きな格子定数のＳｉＧｅ材料は、圧縮ひずみをそれらの間のチャンネル領域２２に作用させる。またアルシンまたホスフィンを使用することが好ましい。上記で説明したように、ある実施形態は、集積回路を形成する方法を提供し、この方法は、露出半導体表面および絶縁領域を画定するために基板をパターン化し；供給ガスを基板に供給し、これによってエピタキシャル膜を露出した半導体表面上に選択的に堆積し、ここにおいて供給ガスが、トリシラン、塩素、およびドーパントソース（場合によっては、キャリアガスなどの他のガス）を混合することによって形成されることを含む。好ましい実施形態において、ドーパントソースはゲルマニウムソースおよび必要に応じて電気的に活性なドーパント前駆物質であり、これはトリシランおよび塩素ガスと一緒に基板に供給され、ドープエピタキシャル膜を、露出した半導体表面上に選択的に堆積させる。
【００７３】
別の実施形態において、トリシランおよび塩素は、電気的ドーパントと一緒に基板に供給され、これによって電気的にドープしたシリコン膜を基板上に堆積させる。したがって、実施形態は、チャンバ内に配置された基板を提供し；塩素、トリシランおよびドーパント前駆物質を、化学気相成長条件下で、チャンバに導入し、このドーパント前駆物質が電気的に活性なドーパントを含み；単結晶シリコン膜を、少なくとも約５ｎｍ／分の堆積速度において基板上に堆積させることを含む、単結晶シリコン膜を選択的に堆積させるための方法を提供する。選択的に堆積した単結晶シリコン膜は、約１．０ｍΩ・ｃｍ以下の抵抗率を有することが好ましく、少なくとも約３×１０２０ｃｍ−３の置換ドーパント、好ましくは少なくとも約４×１０２０ｃｍ−３の置換ドーパント、より好ましくは少なくとも約５×１０２０ｃｍ−３の置換ドーパントを含んでいる。電気的に活性なドーパントの水準および種類は、特定の用途に関して所望される場合、１．０ｍΩ・ｃｍ以下、例えば０．９ｍΩ・ｃｍ以下、好ましくは０．８ｍΩ・ｃｍ以下、より好ましくは０．７ｍΩ・ｃｍ以下となるように得られたドープシリコン中の抵抗率の値を生じるように変更することもできる。適切なドーパント前駆物質を使用することによって、この方法は、ｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントを含有するシリコン膜を生成するために使用することもできる。好ましくは、ｎ型ドーパントは、カーボンドープシリコン膜で使用される。適切なドーパント前駆物質およびドーパントの例については、上記で説明した。堆積速度は、図２５で図解すように、例えば少なくとも約１０ｎｍ／分まで、少なくとも約２０ｎｍ／分までなど、増加させることもできる（以下で説明）。
【００７４】
ゲルマニウムまたは電気的に活性なドーパントで置換的にドープされたシリコン膜を選択的に堆積するのに適した化学気相成長条件は、炭素で置換的にドープしたシリコン膜の堆積に関して上記で説明したＣＶＤ条件と一般的に適合する。したがって、ある実施形態は、炭素および電気的に活性なドーパントでドープした、選択的に堆積した単結晶シリコン膜を提供する。別の実施形態は、ゲルマニウムおよび電気的に活性なドーパントでドープした、選択的に堆積した単結晶シリコン膜を提供する。
【００７５】
図２４は、トリシランを使用して堆積した一連の膜の、ドーパント前駆物質（アルシン）流の関数としてのドープシリコン膜抵抗率のプロットである。図２４は、アルシン流の関数としての膜抵抗率は、最低点を通過するので、抵抗率の低減は、単にドーパント前駆物質の流量を増加させるだけでは必ずしも達成されないという一般的な命題を示している。本発明は、理論に拘束されるものではないが、抵抗率の増加は、電気的に不活性なドーパントの部分の組込みが増加することによるものであろうと考えられている。
【００７６】
図２５Ａは、トリシランのアルシンに対する一定流量比における、成長速度の関数としての、一連の堆積膜に関するドープシリコン膜の抵抗率のプロットである（図１５も参照されたい）。図２５Ｂは、トリシランおよびアルシンの流量の関数としての、膜堆積速度のプロットである。図２５は、特定の一連のデータ内で、トリシランの置換ドーパント前駆物質（図２３ではＭＭＳ、図２５ではＡｓＨ３）に対する一定の流量比が使用されており、ある意味で図２３に類似している。図２５Ａは、約１．０ｍΩ・ｃｍ以下のシリコン膜抵抗率の値が、トリシランを使用して、例えば少なくとも約５ｎｍ／分、より好ましくは少なくとも約１０ｎｍ／分の相対的に高い速度において堆積を行うことによって達成できることを実証している。図２５Ｂにおいて図解するように、ドープシリコン膜の成長速度は、実質上トリシランの流量の一次関数である。
【００７７】
図１５、２３および２５は、トリシランの使用が、相対的に高速度の堆積を可能にする、言い換えれば驚くべき高水準の置換的ドーピングを可能にすることを実証している。リン、炭素、および砒素の間の公知の違いにもかかわらず、図１５、２３および２５間の類似性は、本明細書で教示されたようなトリシランを使用する堆積方法は、ドーパントまたはドーパント前駆物質の性質に対して相対的に感受性が低いことを実証している。したがって、本明細書で説明するトリシランを使用する選択的堆積方法は、広範囲な様々なドーパント（例えば、置換炭素、電気的に活性なドーパントなど）に適用可能であり、これらドーパントの、多種多様なＳｉ含有材料（例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＣなど）への組込みに適用可能である。特定のＳｉ含有材料に適用可能な堆積条件に対して日常の実験を使用することもできる。
塩素のドーパント水素化物ゲッタリング
ｉｎ ｓｉｔｕドーピングは、特に枚葉式処理において、ＣＶＤチャンバの望ましくない汚染のためにしばしば回避される。ｐ型（例えばホウ素ドープ）およびｎ型（例えばリンドープまたは砒素ドープ）の両方の用途に有用な真性半導体の堆積によって、経済性を達成することができる。層は、別個のプロセスツールにおいて、埋込みまたは拡散によって簡単にドープされる。さらにドーパント拡散にバッチ処理を使用することができるので、処理能力は追加のドーピングステップによって大きく影響されない。
【００７８】
しかしながら、塩素ガスを使用する好ましい選択的方法に関し、ドーパント水素化物をプロセスフローに添加することによって、改良された層表面品質が見出された。これは、ドーパント水素化物が表面において塩素に関する優れたゲッターとして働き、（純）ＨＣｌおよびドーパント塩化物を形成し、前駆物質ガスが高品質エピタキシャル堆積のために表面にアクセスするのを可能にしたと考えられる。
【００７９】
トリシランおよび塩素を使用するＳｉ含有膜の堆積は、本明細書で説明するように行った場合、従来のシリコンソースの使用を超えて著しい利点を提供することができる。例えば、所定の堆積温度において、トリシランを使用するＳｉ含有膜の堆積は、トリシランの代わりにシランを使用した場合より著しく速い速度において好ましく進行する。好ましい実施形態は、トリシランを基板表面に約５０〜２００ｍｇ／分の送出速度で送出する高速度堆積方法を提供する。熱ＣＶＤ条件下で、好ましくは約５００℃〜約８００℃の範囲の堆積温度において、この実施形態を実施することによって、結果としてＳｉ含有材料の、好ましくは約５０Å／分以上、より好ましくは約１００Å／分以上、最も好ましくは約２００Å／分以上の（他のシリコンソースと比較して）相対的に速い堆積が得られる。またドーパント水素化物ソースは、表面品質を改良しｉｎ ｓｉｔｕドーピングを提供するために、トリシランおよび塩素と一緒に表面に送出することが好ましい。
【００８０】
好ましいＳｉ含有膜は、膜の表面を横断して極めて均一な厚さを有している。パターン化したまたは混合した基板上に（特に、半導体および酸化ケイ素かまたは窒化ケイ素上に）、本明細書で説明するように（例えば、ドーパント水素化物ゲッターの存在下において）堆積を行った場合、得られたＳｉ含有膜に関する非均一厚さの割合は、好ましくは約２％以下である。膜の平均厚さに基づく、非均一厚さの割合に関する追加の値は、下の表１に示すようであることが好ましい。表１に示す非均一厚さ％のそれぞれの値は、その前に「約」という言葉が付いているかのように、理解されるものとする。
【００８１】
【表１】
【００８２】
一般的に、特定の一連のプロセス条件下で堆積した膜に関する膜厚均一性の測定は、約２００ｍｍ〜約３００ｍｍの直径を有する均一または混合基板上に膜を堆積することによって行うことができる。膜厚均一性は、ランダムに選択した直径に沿った複数の厚さ測定点（ウエハ周囲における３ｍｍ以内の除外ゾーンでは測定しない）を構成し、様々な厚さ測定値を平均化することで平均厚さを決定し、二乗平均平方根（ｒｍｓ）の変動を決定することによって決定される。膜厚測定のための機器は、ＴｈｅｒｍａｗａｖｅからのＯｐｔｉｐｒｏｂｅ（商標）を使用することが好ましく、好ましい測定方法は、このような機器を使用して、ランダムに選択したウエハ直径に沿って４９点において膜厚さを測定することを含む。実際には、厚さの変動は、通常このような測定に続いて機器から直接得ることができるので、手動で計算する必要はない。比較を可能にするため、計算によりｒｍｓ厚さ変動を平均厚さで割って１００倍し、結果を百分率で表現して、非均質％で表現することもできる。例えば、その上に１つまたは複数の追加の層が適用されている膜、またはその中に集積回路を含んでいる膜などの、このような測定が適用できない表面を有する膜の厚さ均一性の測定の場合は、切断して電子顕微鏡で厚さを測定する。膜厚を、横断面の最も薄い部分と最も厚い部分において測定し、これら２点の間の厚さ測定値の範囲（例えば、±６Å）を２つの測定値の合計で割ることで測定する。この非均一性は、本明細書では百分率で表現する。
【００８３】
加えて、本明細書で説明する方法に従って（例えば、ドーパント水素化物ゲッターの存在下において）作製した、他のエレメント（例えば、ドープシリコン、Ｓｉ含有ＳｉＣおよびＳｉＧｅ合金、およびドープＳｉ含有合金）を含有する好ましい結晶性Ｓｉ含有膜の組成上の均一性が、トリシランを使用しないで作製した対応する膜に比較して著しく改良される。本発明は、いかなる動作理論にも拘束されるものではないが、Ｓｉ含有膜が、例えば、シラン、ＤＣＳまたはＴＣＳなどの従来の前駆物質を使用した、対応するＳｉ含有膜より良好な、ある程度の組成上の均一性を有していると考えられる。さらに、相対的に高水準の非シリコン成分を含有する結晶性Ｓｉ含有合金を、本明細書で説明する方法によって調製することができる。例えば、結晶性ＳｉＧｅは、好ましくは約１０原子％以上のＧｅ、より好ましくは約２０原子％以上のＧｅ、さらにより好ましくは約３０原子％以上のＧｅを含有する。Ｓｉ：Ｃは、約１％と約３．５％の間の炭素を含有していることが好ましい。
非水素キャリアガス
本発明の別の態様により、非水素キャリアガスは、ハロゲン含有エッチャントガスおよびトリシランガスと組み合わせて使用するのが好ましい。ハロゲン含有エッチャントガスは、塩化水素（ＨＣｌ）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６）および／または塩素などの塩素含有エッチャントガスでよい。水素ガス（Ｈ２）は、半導体処理のための蒸気堆積、特にエピタキシャル堆積において使用される、最も一般的なキャリアガスである。Ｈ２が最も一般的であるのには幾つかの理由がある。Ｈ２は高純度で供給することができる。さらに、水素の熱的性質は、ウエハに他の不活性ガスが影響するよりもより大きな熱的効果がある。加えて、水素は還元剤として働く傾向があるので、反応チャンバの完全とは言えない密封の結果生ずる自然酸化膜の形成に対抗する。
【００８４】
しかしながら、本発明は、上記のトリシラン／塩素堆積システムなどの、トリシラン／ハロゲン含有エッチャントガス堆積システムにおいて、非水素キャリアガスを使用することによる特別な利点を見出した。ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）または窒素ガス（Ｎ２）、あるいはこのような不活性ガスの組合せを、水素の代わりに使用することが好ましい。塩化水素を、例えばトリシラン流量約５ｍｇ／分、堆積温度が約６７５℃〜約７００℃の範囲、塩化水素流量約２．２ｓｌｍ、堆積圧力約４Ｔｏｒｒ、希釈したホスフィン流量約２００ｓｃｃｍおよびＭＭＳ（希釈していない）流量約６ｓｃｃｍを含む堆積条件を用いて、ある選択的堆積におけるキャリアガスとして使用することもできる。図解した実施形態においては、Ｈｅの熱的挙動がＨ２のそれに近いので、Ｈ２キャリアガスの使用から少ない調節で済むため、Ｈｅが使用される。
【００８５】
前述のトリシラン／塩素／水素システムにおいて、以下を含めた多くの可能性のある反応機構がある。
（１）Ｓｉ（ｓ）＋Ｃｌ２（ｇ）→ＳｉＣｌ２（ｇ） エッチング
（２）Ｓｉ３Ｈ８（ｇ）→Ｈ３ＳｉＳｉＨ：（ｇ）＋ＳｉＨ４（ｇ） トリシラン解離
（３）Ｈ３ＳｉＳｉＨ：（ｇ）→Ｈ２Ｓｉ＝ＳｉＨ２（ｇ）
（４）ＳｉＨ２（ｇ）＋ＳｉＣｌ２（ｓ）→２Ｓｉ（ｓ）＋２ＨＣｌ（ｇ） 堆積
（５）Ｓｉ（ｓ）＋２ＨＣｌ⇔ＳｉＣｌ２（ｇ）＋Ｈ２（ｇ） 堆積とエッチングの平衡
（６）２ＰＨ３（ｇ）→２Ｐ（ｓ）＋３Ｈ２（ｇ） ドーピング
（７）ＰＨ３（ｇ）＋６Ｃｌ（ｓ）→ＰＣ１３（ｇ）＋３ＨＣｌ（ｇ） フリー表面部位
（８）Ｃ１２（ｇ）＋Ｈ２（ｇ）→２ＨＣ１（ｇ）
比較：ＳｉＨ２Ｃｌ２（ｇ）→ＳｉＣｌ２（ｇ）＋Ｈ２（ｇ） ＤＣＳ分解
式（１）は、システムにおけるエッチング反応を表す。式（１）は、（選択性を維持するために必要な）エッチングを提供することに加えて、またシリコン堆積を生成する傾向のある式（５）の反応物質を生成する。式（５）は、右側への反応（エッチング）と左側への反応（堆積）の間のバランスを表す。絶縁表面上ではエッチングが優位であり、一方半導体ウィンドウ上では堆積が優位であるような条件が好ましい。理論によって制限されることを望まないが、十分な濃度の塩素ガスを供給して選択性のためのエッチングを生成し、一方では堆積を提供するためのＳｉＣｌ２を生成することが望ましい。
【００８６】
しかしながら、遊離Ｈ２がキャリアガスとして存在すると（すなわち、大量に存在すると）、反応（８）が起こり、ＨＣｌを発生する。システム中のＨＣｌの濃度が増加すると、堆積／エッチング式（４）および（５）の両方をエッチングの方向に促進し、このようにして堆積速度をいずれかの所定の「調整」プロセスに押し下げる。調整プロセスは、そこにおいて反応物質濃度が選択的堆積を達成するように調整されている。
【００８７】
式（７）は、また別の望ましい反応を示し、これはＨ２キャリアガスの存在によるＨＣｌの生成によって抑制される。式（７）は、ウエハ表面に吸着された塩化物のゲッタリングを示す。アルシン、ホスフィンおよびジボランなどのドーパント水素化物（式はホスフィンで示してある）は、表面の塩素原子と反応して揮発性の副産物を形成する傾向があり、このようにして表面反応サイトは、堆積のために解放される。しかしながら、式（４）および（５）と同様に、ＨＣｌ濃度が増加すると、反応式（７）の平衡が左側に移行することにより、望ましいゲッタリング反応が抑制される。
【００８８】
したがって、非水素キャリアガス（一般的にシステム中の優位ガスである）の使用は、式（８）によるＣｌ２の消費を避け、これによって堆積反応（４）、（５）およびゲッタリング反応（７）の抑制を避ける。Ｖｉｏｌｅｔｔｅの論文（上記参考資料に組み込まれている）から再生した図２６は、Ｈ２キャリアガスの添加が、彼らの研究のＳｉ／Ｃｌ中の堆積反応物質ＳｉＣｌ２の濃度をどのように抑制するかを示している。Ｈ２を使用しないプロセスが好ましいが、Ｈ２を最小化する利益は、全体的排除なしでは得ることができないことに留意されたい。システム中の最大のガスのソースを表す主キャリアガスは、非水素であることが好ましい。ドーパント前駆物質（炭素ソース、ゲルマニウムソースおよび／または電気的ドーパント前駆物質など）は、好ましくは非水素キャリアガスで希釈される（例えば、Ｈｅ中の１％アルシン、Ｈｅ中の１％ホスフィン）。堆積の選択性は、堆積温度を増加させると増加する傾向を示すので（図１６Ａを参照されたい）、相対的に高い堆積温度（例えば、５５０℃超、より好ましくは約５５０℃〜約６５０℃の範囲）を、Ｈ２の最小化または排除と組み合わせて使用することが好ましい。
【００８９】
図２７は、ヘリウム、トリシランおよび塩素ガスを使用する、好ましい反応装置システム１００を示す。図に示すように、清浄器１０２がヘリウムソース１０４の下流に置かれている。不活性ガス流の一部が、バブラー１０６の形態の蒸発器に分流し、キャリアガスが、蒸発器から蒸発したトリシラン１０８を運び出す。別な方法として、トリシランを単に加熱して、液体上の空間におけるトリシランの蒸気圧を増加させ、キャリアガスがこの空間を通過する際にトリシランを取り込むことができる。どの場合でも、液体反応物質ソース容器１０６の下流に分析装置１１０があり、ここで蒸気を通過する音の速さを測定することによって、流動ガスの反応物質濃度が決定される。この測定に基づき、ソフトウェア制御の下流質量流制御器（ＭＦＣ）１１２に関する設定点は、分析装置１１０によって変えられる。このような分析装置は、市販されている。
【００９０】
ＭＦＣ１１２を通過する流れは、主キャリアガスＭＦＣ１１４を通過する主キャリアガスおよび他の反応物質と、堆積チャンバ１２２に向けた注入マニホールド１２０の上流のガスパネルにおいて合流する。別な方法として、流れは反応装置システム１００内のどの点においても合流することができ、得られた供給ガスを基板に供給する。好ましくは塩素ガス１３０の、エッチャント種のソースも同様に供給される。図解した実施形態において、炭素１３２（モノメチルシランまたはＭＭＳと図解されている）のためのソースおよびドーパント水素化物１３４（ホスフィンとして示されている）のためのソースも同様に供給される。
【００９１】
図解されているように、反応装置システム１００は、システム１００の様々な制御可能な構成要素に電気的に接続している中央制御装置１５０を含んでいる。この制御装置は、反応チャンバ１２２内に収容されている基板上に、本明細書で説明しているような堆積プロセスを実施するための、ガス流、温度、圧力等を提供するようにプログラムされている。当業者によって認識されるように、制御装置１５０は、一般的にメモリーおよびマイクロプロセッサーを含み、ソフトウェア、ハードワイヤード（ｈａｒｄｗｉｒｅｄ）、またはこれら２つの組合せによってプログラムすることもでき、制御装置の機能性は、異なる物理的位置に設置されたプロセッサー内に分配し得る。したがって、制御装置１５０はシステム１００を通して分布している複数の制御装置を代表することができる。
【００９２】
したがって、トリシラン／塩素／非水素キャリアガスの組合せは、シリコン含有材料、特にエピタキシャル層の堆積速度の向上をもたらす。ある実施形態において、絶縁材料内の半導体ウィンドウの表面または内部に選択的堆積を達成するために、ガス流量は、圧力および温度の組合せにおいて選択される。ヘリウムソース１０４は、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンおよび／または窒素（Ｎ２）などの他の非水素ガスと置換できることが理解される。またヘリウムソース１０４は、水素キャリアガスを使用する反応装置システムに供給するために、水素ソースと置換することができる。例えば、水素をキャリアガスとして使用することを説明した堆積プロセスを、このような反応装置システムで行うことができる。
【００９３】
図解した実施形態において、炭素ソース１３２もまた備えられており、トリシランと塩素と組み合わせて、上記で開示したように高い置換炭素含有量を達成することができる。別の実施形態において、向上した伝導率を有するｉｎ ｓｉｔｕドープ半導体層をもたらすために、ドーパント水素化物ソース１３４を備えていることも同様に好ましい。シリコンまたはＳｉＣエピタキシに関しては、ドーパント水素化物がアルシンまたはホスフィンであって、層がｎ型ドープであることが好ましい。またドーパント水素化物のための希釈不活性ガスは、非水素不活性ガスであることが最も好ましい。したがってホスフィンおよびＭＭＳは、例えばヘリウム中でそれらのソース容器１３２、１３４に貯蔵することが好ましい。一般的なドーパント水素化物濃度は、アルシンおよびホスフィンに関して、ヘリウム中で０．１％〜５％の範囲であり、より一般的には、０．５％〜１．０％の範囲である。一般的な炭素ソース濃度は、ヘリウム中で５％〜５０％であり、より一般的にはヘリウム中で１０％〜３０％である。例えば、実験はヘリウム中２０％ＭＭＳを用いて行った。別の方法として、炭素ソース（例えば、ＭＭＳ）を希釈していない形態で供給することもできる。
【００９４】
トリシランおよび塩素ガスと組み合わせた非水素不活性キャリアガスの利益についての前述の論議は、他の半導体化合物にも適用可能である。例えば、トリシラン、ゲルマン、塩素および非水素キャリアガスは、ＳｉＧｅに関して、同様の向上しそして選択性の堆積利益を得る。例えば、ヘリウム中に１％のジボランを加えることで、ｐ型ドープ層を得ることができる。
【実施例１】
【００９５】
本実施例は、混合形態基板上のエピタキシャルシリコン膜の選択的堆積について示す。
【００９６】
８インチの非パターン化Ｓｉ＜１００＞ウエハ基板および十分に酸化した表面（１０００Å）を有する別のウエハを、Ｅｐｓｉｌｏｎ Ｅ２５００（商標）反応装置システムに装荷した（ｌｏａｄｅｄ）。次いで基板を、９００℃および水素流量２０ｓｌｍにおいて反応装置システムに導入し、基板を１分間安定化した。次いで、基板の温度が５５０℃に低下したときに水素流を停止した。次いで基板を１０秒間安定化し、その時間の後５０ｍｇ／分のトリシラン流を１０分間導入した。２００ｓｃｃｍの塩素ガスおよび１００ｓｃｃｍの１％ホスフィンを同時に供給し、約６Ｔｏｒｒの堆積圧力で堆積を行った。厚さ約５００Åを有する連続した均一なリンドープＳｉ膜が、（堆積速度５ｎｍ／分で）単結晶基板上に選択的に堆積した。次いで基板を反応装置から取り出し、ロードロックに戻した。シリコンウエハ上に堆積したリンドープＳｉ膜は、優れたエピタキシャル品質と約０．３５ｍΩ・ｃｍの抵抗率を有していたが、一方酸化物基板上には、基本的に堆積は観察されなかった。
【実施例２】
【００９７】
酸化ケイ素の表面を有する別のウエハの代わりに、窒化ケイ素の表面を有する別のウエハを反応装置に装荷したことを除き、実施例１で説明した通りに堆積プロセスを行った。エピタキシャルリンドープＳｉ膜が選択的にシリコンウエハ上に堆積し、窒化ケイ素表面上には本質的に堆積はなかった。実施例１と同じく、堆積したリンドープＳｉ膜は、優れたエピタキシャル品質と約０．３５ｍΩ・ｃｍの抵抗率を有していた。
【００９８】
本明細書で述べた全ての特許、特許出願および論文は、それらの内容全体が参照により本明細書に組み込まれている。当業者によって、上記で説明した方法に対して、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な削除、追加および改良を行うこともできることが理解され、このような改良および変更の全ては、添付の特許請求の範囲に規定するように、本発明の範囲に含まれることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】フィールド酸化物を画定し、絶縁体を取り除き半導体表面を露出した後の半導体基板の概略断面図である。
【図２】アクティブ領域ウィンドウ内に、トランジスタゲート電極を形成した後の図１の構造図を示す。
【図３】ゲート電極両側のソースおよびドレイン領域を陥凹した後の図２の構造図を示す。
【図４】本発明の好ましい実施形態により陥凹した領域内に半導体膜を選択的に堆積した後の図３の構造図を示す。
【図５】任意に選択的堆積を継続し、高くなったソース／ドレイン構造を形成した後の図４の構造図を示す。
【図６】本発明の別の好ましい実施形態による半導体ウィンドウを露出させ選択的堆積を行い高くなったソース／ドレイン構造を形成した後の図２の構造図を示す。
【図７】固定ジシラン流量に関し、幾つかの温度における塩素流量の関数としてのシリコン上の堆積速度を示すグラフである。
【図８】様々な条件下におけるジシラン／塩素堆積に関する選択率しきい値を示す、塩素流量の関数としての堆積速度を示すグラフである。
【図９】ジシランおよび塩素プロセスガスを使用する堆積に関する、温度の関数としての絶縁体表面上の核表面被覆率を示すグラフである。
【図１０】ジシランおよび塩素プロセスガスを使用する堆積に関する、塩素流の関数としての欠陥密度を示すグラフである。
【図１１】本発明の好ましい実施形態よるトリシラン、塩素および水素キャリアガスを使用する堆積に関する、水素流の関数としてのシリコン上の堆積速度を示すグラフである。
【図１２】トリシラン流の関数としてのシリコン上の堆積速度を示すグラフである。
【図１３】温度の逆数の関数としての酸化ケイ素上の堆積速度を示すグラフである（堆積圧力＝１Ｔ＝１Ｔｏｒｒ）。
【図１４Ａ−Ｄ】トリシラン、塩素および水素キャリアガスを使用する堆積に関する、温度の逆数および圧力（Ｔ＝Ｔｏｒｒ）の関数としてのシリコン上の堆積速度を示す一連のグラフである。
【図１５】トリシラン、塩素および水素キャリアガスを使用する堆積に関する、ドーパント流量の関数としてのシート抵抗を示すグラフである。
【図１６Ａ】水素キャリアガスを使用しないトリシランおよび塩素ガスを用いた、温度の逆数の関数としてのシリコンの酸化ケイ素上の堆積速度を示すグラフである。
【図１６Ｂ】単結晶シリコン上の堆積が、この一連の実験において使用された堆積条件（５５０℃、１６Ｔｏｒｒ、主キャリアガスなし）下、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）および窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）に対して実質的に１００％選択性である、Ｃｌ２／トリシラン流量比を示すプロット図である。
【図１７Ａ】好ましい実施形態により堆積した膜に関する、成長速度、堆積した膜への炭素組込みおよび抵抗率を示す、一連のグラフである。
【図１７Ｂ】好ましい実施形態により堆積した膜に関する、成長速度、堆積した膜への炭素組込みおよび抵抗率を示す、一連のグラフである。
【図１７Ｃ】好ましい実施形態により堆積した膜に関する、成長速度、堆積した膜への炭素組込みおよび抵抗率を示す、一連のグラフである。
【図１７Ｄ】好ましい実施形態により堆積した膜に関する、成長速度、堆積した膜への炭素組込みおよび抵抗率を示す、一連のグラフである。
【図１８Ａ】実質的に炭素および砒素の両方を用いてドープされたシリコン膜に関する、成長速度（１分間当たりのナノメートル、ｎｍ／分）の関数としての、置換炭素の割合を示すグラフであり、またこれら膜の抵抗率（単位ｍΩ・ｃｍ、これも左軸）を示す。
【図１８Ｂ】トリシラン流（単位ｍｇ／分）の関数としてのこれら膜の成長速度を示すグラフである。
【図１９】好ましい実施形態により、炭素を用いて置換的にドープされたシリコン膜に関するフーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）スペクトルの部分図を示す。
【図２０Ａ】３つの異なるキャリアガス（Ｈ２）流量に関するチャンバ圧力の関数としての、シリコン膜中の置換炭素含有量のグラフを示す。
【図２０Ｂ】３つの異なるキャリアガス（Ｈ２）流量に関するチャンバ圧力の関数としての、成長速度のグラフを示す。
【図２１Ａ】一定のＭＭＳ（モノメチルシランまたはメチルシラン）流量における、トリシラン流量の関数としてのシリコン膜中の置換炭素含有量のグラフを示す。
【図２１Ｂ】堆積速度（成長速度）の関数としてのシリコン膜中の置換炭素含有量を示す。
【図２２】一定のトリシラン流量における、ＭＭＳ流量の関数としてのシリコン膜中の置換炭素含有量のグラフを示す。
【図２３Ａ】一定のトリシラン対ＭＭＳの流量比における、膜成長速度の関数としてのシリコン膜中の置換炭素含有量のグラフを示す。
【図２３Ｂ】トリシラン流量の関数としての成長速度のグラフを示す。
【図２４】トリシランを用いて堆積した一連の膜に関する、ドーパント前駆物質（アルシン）流の関数としてのドープシリコン膜抵抗率のグラフである。
【図２５Ａ】一定のトリシラン対アルシン流量比において堆積した一連の膜に関する成長速度の関数としてのドープシリコン膜抵抗率のグラフである。
【図２５Ｂ】トリシランおよびアルシン流量の関数としての膜堆積速度のプロット図である。
【図２６】水素キャリアガスの添加のある場合とない場合における様々な塩素化シリコン種を含むシステムに関する、温度の関数としての様々な反応物質の熱力学的平衡を示す２つのグラフである。
【図２７】本発明の好ましい実施形態によるシリコン含有膜の堆積に関し、トリシラン、塩素ガス、および不活性、非水素キャリアガスを使用するシステムに関してセットした反応装置の概略図である。
【技術分野】
【０００１】
関連出願のクロスリファレンス
本願は、２００５年２月４日出願の米国特許仮出願第６０／６４９，９９０号、２００５年３月１８日出願の米国特許仮出願第６０／６６３，４３４号、および２００５年４月４日出願の米国特許仮出願第６０／６６８，４２０号に対する優先権を主張するものである。
【０００２】
発明の背景
発明の分野
本願は、一般的に半導体処理におけるシリコン含有材料の堆積に関する。より詳細には、本願は、トリシランを使用するシリコン含有膜の選択的堆積に関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術の記載
半導体製造業において、表面に材料を堆積させるために様々な方法が用いられている。例えば、最も広範囲に使用されている方法の１つは化学気相成長（「ＣＶＤ」）であり、ここでは蒸気に含まれる原子または分子が表面に堆積し蓄積されて膜を形成する。通常のシリコンソースおよび堆積方法を使用するシリコン含有（「Ｓｉ含有」）材料の堆積は、幾つかの明確な段階において進行すると考えられる、Ｐｅｔｅｒ Ｖａｎ Ｚａｎｔ著、「マイクロチップ加工（Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）」第４版、ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、（２０００年）、ｐｐ．３６４〜３６５を参照されたい。第１段階の核生成は非常に重要であり、これは基板表面の性質および品質によって大きく影響を受ける。核生成は、最初の僅かな原子または分子が表面上に堆積して核を形成したときに起こる。第２段階において、分離した核が小さなアイランドを形成し、これはより大きなアイランドへと成長する。第３段階において、成長したアイランドは、連続膜へと合体を始める。この時点で、膜は典型的に数百オングストロームの厚さを有し、「遷移（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）」膜として知られている。これは一般的に、遷移膜が形成された後に成長を始めるより厚いバルク膜とは異なる化学的および物理的性質を有している。
【０００４】
トリシランは、シリコンの理論上の前駆物質として長い間知られているが、これに対する研究はほとんど行われておらず、その利点もほとんど認識されていない。したがって、歴史的にトリシランの重要な商用源は開発されなかった。しかしながら、最近トリシランに関する様々な利点が発見された。例えば、２００４年１１月２３日発行の、米国特許第６，８２１，８２５号は、トリシランから堆積した優れた膜均一性を開示している。２００５年５月３１日発行の米国特許第６，９００，１１５号は、同様に半導体および絶縁体の混合表面のような、混合基板上に同時に堆積させる場合の、トリシランを使用することによる均一性および処理量の利点を開示している。
【０００５】
上記特許の両方において開示されたように、絶縁体（例えば、酸化ケイ素）および半導体（例えば、シリコン）の両方の表面上に均一な堆積を達成することはしばしば望ましい。一方、他の状況においては、フィールド絶縁酸化物（ｆｉｅｌｄ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｏｘｉｄｅ）など、異なる材料のフィールドに露出した半導体ウィンドウ内で選択的に堆積させることが望ましい。例えば、ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、エピタキシャル（単結晶）半導体膜を活性領域上にのみ堆積させる選択的堆積法を用いてしばしば加工される。他のトランジスタ設計は、高くなったソース／ドレイン構造から利益を得られ、この構造は浅い接合デバイスの性能を変更することなくソース／ドレインコンタクトプロセスによって消費することのできる追加のシリコンを供給する。ソース／ドレイン領域上の選択的エピタキシは、その後のパターン化およびエッチング段階の必要性を有利に減少する。
【０００６】
一般的に言えば、選択性は、異種材料上に堆積している間の核生成の差異をうまく利用する。選択的堆積は、堆積される材料の同時エッチングおよび堆積であると一般的に説明できる。前駆物質は、一般的に核生成と成長がある表面上ではより迅速に行われ、別の表面ではよりゆっくりと行われる傾向を示すように選択される。例えば、シランは、一般的に酸化ケイ素とシリコンの両方上で核生成するが、酸化ケイ素上では、より長い核生成フェーズになる。核生成段階の初めには、酸化物上の不連続膜は、シリコン上の合体した連続膜に比較して高い露出表面積を有している。したがって、工程に加えられるエッチャントは、急速に核生成されたシリコン上の膜に比べて、酸化物上の核生成が不十分な膜に対してより大きな影響を有している。それ故、工程の相対的選択性は、堆積速度（例えば、前駆物質の流量、温度、圧力）およびエッチング速度（例えば、エッチャント流量、温度、圧力）に影響する要因を調節することによって調整することができる。各変量を変更することは、一般的に、エッチング速度および堆積速度に異なる影響を有している。典型的に、選択的堆積方法は、フィールド領域においては堆積なしを達成しながら、関係するウィンドウ上で実施可能な最大の堆積速度を得るように調整される。既知の選択的シリコン堆積方法は、反応物質シランおよび水素キャリアガスを伴う塩酸を含んでいる。
【０００７】
選択的堆積方法は当該技術において知られているが、より迅速でより電力消費の少ない回路を追求する継続スケーリングの要求が、集積回路加工において高まっている。したがって、改良された均一性、純度、堆積速度および再現性を有する選択的堆積方法が望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の要約
現在、より迅速で、堆積層のより高い品質をもたらす堆積方法が見出されている。幾つかの説明された方法は、シリコンソースとしてトリシラン（Ｈ３ＳｉＳｉＨ２ＳｉＨ３）を使用し、Ｓｉ含有膜の堆積方法に対する選択性を提供するための塩素のソースとして、塩素ガス（Ｃｌ２）などのハロゲン含有エッチャントガスを使用する。有利には、この方法は、ひずみを堆積層または隣接構造体に取り込むための炭素またはゲルマニウムソース、および／またはドーパントソースを含む追加のプロセスガスと良好に働く。例えば、選択的に堆積した結晶性シリコンは、結晶シリコンの堆積を塩素、トリシラン（シリコンソースとして）、および添加プロセスガス（炭素ソース、ゲルマニウムソースおよび／または電気的に活性なドーパント前駆物質）を使用して行なうことによりドープし、相対的に高い水準の他の元素（炭素、ゲルマニウムならびに砒素およびリンなどの様々な電気的に活性なドーパント）を含むこともできる。電気的に活性なドーパント前駆物質は、所望の導電性をｉｎ ｓｉｔｕで提供し、その後のドーピング段階を取り除くことが見出されただけでなく、堆積層の表面品質を独立に改良することも見出された。トリシラン／塩素堆積手段と併せた非水素キャリアガスの使用に関して、特別の利点が見出された。
【０００９】
ある実施形態は、
第１表面形態を有する第１表面と第１表面形態とは異なる第２表面形態を有する第２表面とを含む基板を供給すること、
トリシランと塩素ガスを混合することによって供給ガスを形成すること、
この供給ガスを、化学気相成長条件下で、基板に導入すること、
この導入によって、Ｓｉ含有層を、第２表面に堆積させることなく第１表面に選択的に堆積させること
を含む、基板上のシリコン含有層の選択的堆積方法を提供する。
【００１０】
別の実施形態は、
基板をパターン化して露出した半導体表面と絶縁領域を画定すること、および
トリシランと塩素ガスを供給することによってＳｉ含有エピタキシャル膜を、露出した半導体表面上に選択的に堆積させること
を含む、集積回路を形成する方法を提供する。
【００１１】
別の実施形態は、
チャンバ内で堆積される基板を供給すること、
トリシラン、ハロゲン含有エッチャントガスおよび非水素キャリアガスを混合して供給ガスを形成すること、および
この供給ガスを基板に導入することによってシリコン含有層を基板上に堆積させること
を含む、シリコン含有層を基板上に堆積させる方法を提供する。
【００１２】
別の実施形態は、
トリシラン蒸気ソース、
塩素ガスソース、
キャリアガスソース、
トリシラン、塩素およびキャリアガスのソースを化学気相成長チャンバに接続するガス分布ネットワーク、および
シリコン含有層を、基板の他の部分に堆積させることなく、チャンバ内の基板部分に選択的に堆積させるのに適した条件下で、トリシランおよび塩素をガス分布ネットワークに送るように構成された制御システム
を含む、半導体膜を堆積させるための装置を提供する。
【００１３】
これらのおよび他の実施形態は、以下においてより詳細に説明する。
【００１４】
本発明のこれらのおよび他の局面は、本発明を例示することを意味し本発明を制限するものではない、以下の説明および添付図面（原寸に比例していない）から容易に明らかとなろう。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
好ましい実施形態の詳細な説明
本明細書で使用される用語「シリコン含有材料（Ｓｉ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）」および類似の用語は、これらに限定されるものではないが、Ｓｉ（結晶シリコンを含む）、ＳｉＣ（例えば、炭素ドープ結晶Ｓｉ）、ＳｉＧｅおよびＳｉＧｅＣ（例えば、炭素ドープ結晶ＳｉＧｅ）を含む幅広い種類のシリコン含有材料を指す。本明細書で使用される場合、「炭素ドープＳｉ」、「ＳｉＣ」、「Ｓｉ：Ｃ」、「ＳｉＧｅ」、「炭素ドープＳｉＧｅ」、「ＳｉＧｅＣ」および類似の用語は、様々な割合の表示された化学元素および、場合によっては少量の他の元素を含む材料を指す。例えば、「ＳｉＧｅ」は、シリコン、ゲルマニウムおよび場合によっては、例えば、炭素のようなドーパントおよび電気的に活性なドーパントなどの他の元素を含む材料である。それ故炭素ドープＳｉは、ＳｉＣと称することもでき、その逆も同じである。「ＳｉＣ」、「ＳｉＧｅ」および「ＳｉＧｅＣ」などの用語は、それ自体化学量論的化学式ではなく、それ故表示された元素を特定の割合で含有する材料に限定されるものではない。Ｓｉ含有膜中の、（炭素、ゲルマニウムまたは電気的に活性なドーパントなどの）ドーパントの百分率は、本明細書において、特に指定のない限り、全膜に対する原子百分率で表示される。
【００１６】
本明細書で使用される、用語「エピタキシャル（ｅｐｉｔａｘｉａｌ）」、「エピタキシャルに（ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ）」、「ヘテロエピタキシャル（ｈｅｔｅｒｏｅｐｉｔａｘｉａｌ）」、「ヘテロエピタキシャルに（ｈｅｔｅｒｏｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ）」および類似の用語は、堆積した層が基板の格子定数を反映するかこれに従う様な方法での結晶基板上の結晶Ｓｉ含有材料の堆積を指す。堆積した層の組成が基板と異なる場合、エピタキシャル堆積は、ヘテロエピタキシャルであることもある。
【００１７】
本明細書で使用される場合、「基板（Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）」という用語は、その上に堆積させることを希望するワークピースか、または堆積ガスに露出された表面を指す。例えば、基板は単結晶シリコンウエハでよく、または絶縁体上の半導体（ＳＯＩ）基板でよく、またはこのようなウエハ上に堆積されたエピタキシャルＳｉ、ＳｉＧｅまたはＩＩＩ〜Ｖ族材料でもよい。ワークピースは、ウエハに限定されるものではなく、ガラス、プラスチック、あるいは半導体処理に使用される任意のその他の基板も含まれる。良く知られているように、半導体処理は最も一般的に集積回路の加工に使用され、集積回路の加工は特に厳しい品質要求を伴っているが、このような処理はまた様々な他のフィールドに使用される。例えば、半導体処理技術は、多種多様な技術を使用するフラットパネルディスプレーの加工および微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の加工にしばしば使用される。
【００１８】
「混合基板（Ｍｉｘｅｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）」という用語は、当業者に知られている。特に混合基板について論じるために、その全体が参照により本明細書に組み込まれている、「混合基板への堆積（Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｏｖｅｒ Ｍｉｘｅｄ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ）」と題する米国特許第６，９００，１１５号（発行２００５年５月３１日）を参照されたい。米国特許第６，９００，１１５号において論じられているように、混合基板は、２つ以上の異なる種類の表面を有する基板である。ある実施形態において、Ｓｉ含有層が、単結晶半導体材料上に選択的に形成され、一方、隣接する誘電体上の形成は、最小限度であり、より好ましくは堆積を回避する。誘電材料の例には、二酸化ケイ素（例えば炭素ドープまたはフッ素ドープなどの低誘電定数形態を含む）、窒化シリコン、金属酸化物および金属ケイ酸塩が含まれる。混合基板の表面をお互いに異なったものにできる様々な方法がある。例えば、表面を銅もしくはシリコンなどの異なる元素から、または銅もしくはアルミニウムなどの異なる金属から、またはシリコンもしくは二酸化ケイ素などの異なるＳｉ含有材料から作ることができる。表面の電気的性質も、お互いに異なるようにすることができる。
【００１９】
材料が同じ元素から作製されても、表面の形態（結晶化度）が異なる場合、表面は異なり得る。本明細書で説明する方法は、Ｓｉ含有膜を様々な基板に堆積させるのに有用であるが、混合表面形態を有する混合基板に関して特に有用である。このような混合基板は、第１表面形態を有する第１表面と、第２表面形態を有する第２表面を含んでいる。この文脈において、「表面形態」は、基材表面の結晶構造を指す。無定形および結晶は、異なる形態の例である。多結晶形態は、秩序正しい結晶の無秩序な配列よりなる結晶構造であり、それ故中間的秩序度を有している。多結晶材料中の原子は、お互いに秩序正しく配列しているが、結晶自体はお互いに関して長い距離での秩序に欠けている。単結晶形態は、高い長距離の秩序度を有している結晶構造である。エピタキシャル膜は、これらがその上で成長する、一般的に単結晶の基板に対して、同一の結晶構造および配向によって特徴付けられる。これら材料中の原子は、格子様構造に配列されており、これは（原子スケールで）相対的に長い距離存続する。非定型構造は、原子が明確な周期的配列に欠けているため、低い秩序度を有する非結晶構造である。他の形態には、微結晶と無定形および結晶性材料の混合物が含まれる。本明細書で使用する場合、「単結晶」または「エピタキシャル」は、通常トランジスタ加工に使用される、許容可能な数の欠陥を有することもできる大部分が大きな結晶構造を説明するのに使用される。当業者は、層の結晶化度は、一般的に無定形から多結晶へそして単結晶への連続体になることを認識するであろう。当業者は、低密度欠陥であっても、結晶構造が、単結晶またはエピタキシャルであると考えられる場合、容易に決定することができる。混合基板の具体例には、単結晶／多結晶、単結晶／無定形、エピタキシャル／多結晶、エピタキシャル／無定形、単結晶／誘電体、エピタキシャル／誘電体、伝導体／誘電体、および半導体／誘導体が含まれるが、これらに限定されるものではない。「混合基板」という用語には、２つ以上の異なる種類の表面を有する基板が含まれ、それ故当業者は、本明細書で説明するＳｉ含有膜を２種類の表面を有する混合基板に堆積させる方法は、３種類以上の異なる種類の表面を有する混合基板にも適用できることを認識するであろう。
典型的な集積方法
図１は、図解した実施形態においてシリコンウエハを含む混合基板１０を示す。上で述べたように、混合基板１０は、ウエハまたはＳＯＩ基板上に形成されたエピタキシャル層を含むことができる。フィールドアイソレーション領域１２は、通常のシャロートレンチアイソレーション（ｓｈａｌｌｏｗ ｔｒｅｎｃｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ（ＳＴＩ））法によって形成され、ＳＴＩ素子のうちのウィンドウ中の単結晶アクティブ領域１４を画定する。別の方法として、シリコンの局所酸化（ＬＯＣＯＳ）および多くのＬＯＣＯＳおよびＳＴＩのバリエーションを含む、任意の適切な方法を使用して、フィールド絶縁材料を画定することができる。幾つかのアクティブ領域は、一般的に基板１０を横断するＳＴＩによって同時に画定され、ＳＴＩはしばしばお互いからウェブ分離トランジスタアクティブ領域１４を形成することが理解される。基板は、チャンネル形成に適切なレベルにおいてバックグラウンドドープすることが好ましい。
【００２０】
図２は、ゲート電極１６をアクティブ領域１４上に形成した後の混合基板１０を示す。絶縁スペーサおよびキャップ層に囲まれ、ゲート誘電体層１８によって基礎をなす基板１０から分離されている伝統的なシリコン電極として図解しているが、トランジスタゲートスタックは様々な形状のいずれにもすることができる。あるプロセスフローにおいて、例えば、スペーサを省略することができる。図に示す実施形態において、ゲート電極１６の配置は、アクティブ領域１４内のトランジスタゲート電極１６の両側上のソースおよびドレイン領域２０を画定する。ゲート電極１６は、ゲート電極１６の下で、ソースおよびドレイン領域２０の間のチャンネル領域２２を画定する。
【００２１】
図３は、露出したシリコンを選択的にソースおよびドレイン領域２０から除去するエッチングステップの結果を示す。垂直側壁画定を保証し、露出した酸化物および窒化物材料への損害を最小にするため、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用することが好ましい。陥凹（ｒｅｃｅｓｓ）の深さは、チャンネル上のひずみが堆積によって臨界厚さを超えることができるとはいえ、陥凹において堆積される層の臨界厚さ未満であることが好ましい。露出されるシリコンは、基本的にアクティブ領域１４のソースおよびドレイン（Ｓ／Ｄ）領域２０であるので、エッチングは、ソース／ドレイン陥凹と呼ばれる。あるアレンジメントにおいて、ソース／ドレイン領域上の薄い誘電体の除去の第１ステップを使用することもできることが理解される。
【００２２】
図４は、本明細書において説明するトリシラン／塩素選択的堆積方法を使用して、結晶Ｓｉ含有材料３０を、陥凹したＳ／Ｄ領域２０へ選択的に堆積した結果を示す。堆積の前に、露出した半導体表面を、例えばＨＦ蒸気またはＨＦ最終浸漬を用いて清浄し、そこへのエピタキシャルのために元の状態の表面を除去しておくことが好ましい。図解した実施形態において、トリシラン／塩素選択的堆積方法は、化学気相成長条件下で、混合基板１０の表面に、供給ガスを導入することを含む。トリシランおよび塩素は混ざり合って、供給ガスを形成する。図１〜５の実施形態に関し、ゲルマニウムまたは炭素ソースも、以下により詳細に説明するように、チャンネル領域２０上にひずみを作り出すために、Ｇｅドープまたは炭素ドープしたＳｉ含有膜を堆積させるために、供給ガスに含まれていることが好ましい。ドーパント水素化物などのドーパント前駆物質が、供給ガスに含まれていることが好ましい。Ｓｉ含有エピタキシャル層３０は、Ｓ／Ｄ領域２０において選択的に成長する。有利には、層３０は、Ｓ／Ｄ領域２０を充填してひずみをチャンネル領域２２に作用するドープしたヘテロエピタキシャル膜（例えば、ＳｉＣまたはＳｉＧｅ）である。図解した実施形態において、ヘテロエピタキシャル膜３０は、チャンネル領域２２の表面とほとんど同一表面上にある。図解するように、選択的堆積は、例えばフィールドアイソレーション領域１２（一般的に酸化ケイ素の形態）を含む絶縁体およびゲート電極１６上のスペーサキャップ（一般的に窒化ケイ素）などの無定形領域上の堆積を、最小限度にするかまたは堆積を回避する。
【００２３】
図５は、延長ヘテロエピタキシャル膜３２を有する、高くなったＳ／Ｄ領域２０を形成するための選択的堆積の任意の延長を示す。チャンネル領域２２の表面の下の延長膜３２の部分は、チャンネル領域２２に横応力を働かせるので、基板の表面上の部分は、天然シリコン格子定数からのそれほどのまたはいかなる格子の逸脱も含んでいる必要はない。したがって、いかなるゲルマニウムまたは炭素ソースガスも、場合によっては、チャンネル領域２２の表面の上の選択的堆積の部分に関しては徐々に減少しあるいは停止することがあり得、トリシランおよび塩素の流れは継続する。電気的ドーパントソースガス、特にアルシン、ホスフィン、ジボランなどのドーパント水素化物は継続することが好ましい。
【００２４】
図５の、高くなったＳ／Ｄ構造３２は、基板１０の表面上に追加のシリコン材料を備えると有利である。当該技術において知られているように、その後の処理を通して絶縁層が堆積され、これは絶縁膜を通してソースおよびドレイン領域２０とコンタクトする。追加のシリコン材料は、ケイ化物のコンタクト形成を促進し、これはコンタクト抵抗（オームコンタクトの形成）を減少する。したがって、ニッケル、コバルトまたは他の金属をコンタクトホールの中に堆積させて、基礎をなすソース／ドレインのための浅い接合の電気的性質を妨害することなく、過剰のシリコンを消費することを可能にする。
【００２５】
図６は別の実施形態を示し、ここにおいて図２の構造は、Ｓ／Ｄ陥凹ステップの介入なしで、トリシランおよび塩素を使用して選択的堆積を受ける。この場合、過剰シリコン３４が接触ケイ素化によって浅い接合を破壊することなく消費されるならば、選択的堆積は、ソースおよびドレイン領域を上昇させることにのみ役立つ。堆積は、例えば電気的に活性なドーパントでドープしたシリコンなど、ドープシリコンを堆積させるため、必要に応じてドーパント前駆物質を含むことができる。しかしながら、全過剰シリコン構造体３４が、接触ケイ素化によって消費されるならば、ドーパントは不要である。
【００２６】
別のアレンジメント（示されていない）において、トリシランおよび塩素ガスを使用する選択的堆積が、シリコンコンタクトプラグを選択的に形成するのに使用されている。例えば、ＢＰＳＧまたはＴＥＯＳなど、相対的に厚い絶縁層をパターン化し、コンタクトビアを開けて、単結晶半導体表面を露出させる。選択的堆積は、エピタキシャルプラグが、表面からコンタクトホールを通して成長するのに使用される。
【００２７】
トリシラン／塩素方法の選択的性質は、その後のパターン化およびエッチング段階を取り除いて過剰の堆積をフィールド領域から除去するので有利である。不完全な選択性であっても、絶縁表面上の望ましくない堆積を除去するための時限の湿式エッチングの使用が可能であるので、高価なマスク段階を必要とするよりむしろ有利である。さらに、相対的に高い堆積速度において、優れた膜品質が得られ、処理能力が改良される。例えば、ある方法の実施形態を、トリシラン、ゲルマン、メチルシラン、Ｂ２Ｈ６及び塩素を使用して、例えばヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）の基礎構造を形成するなど、ホウ素ドープＳｉＧｅＣの選択的堆積に使用することもできる。ある実施形態において、本明細書で説明されているような、トリシラン、ｎ−ドーパント前駆物質（アルシンまたはホスフィンなど）および塩素を使用する堆積方法を、例えばＨＢＴのエピタキシャルエミッタを形成するためのｎ−ドープシリコン層の選択的堆積にも使用することもできる。他の選択的堆積方法の実施形態は、例えばトリシランおよび塩素を約５５０℃の堆積温度で用いて、高くなったソース／ドレイン（ＥＳＤ）構造、ＤＲＡＭおよび／またはＳＲＡＭのためのコンタクトプラグなどを形成するのに使用することもできる。幾つかの実施形態において、例えば炭素ソース、ゲルマニウムソースまたは電気的に活性なドーパントソースの実質的不在など、実質的にドーパント前駆物質の不在の下、トリシランおよび塩素を使用して真性シリコンが選択的に堆積される。トリシラン／塩素の選択的堆積方法の様々な堆積パラメータおよび操作上の詳細については以下に詳細に説明する。
トリシラン／塩素選択的堆積
ある実施形態は、シリコン含有層を基板上に選択的に堆積させる方法を提供する。この方法は、チャンバ内に配置される基板を供給し；ここにおいてこの基板は、第１表面形態を有する第１表面と、第１表面形態とは異なる第２表面形態を有する第２表面を含んでいることが好ましい。この方法は、トリシラン、塩素ガスおよび、必要に応じて、１つまたは複数のキャリアガスおよびドーパントガスを混合し、これによって供給ガスを形成し；この供給ガスを化学気相成長条件下で基板に導き；トリシランおよび塩素の導入によってまたは導入中に、Ｓｉ含有膜を、第２表面への堆積を最小化しながら、第１表面上に選択的に堆積させることを含んでいることが好ましい。
【００２８】
例えば、２００４年１１月２３日に発行された、米国特許第６，８２１，８２５号において開示されているトリシランの使用によって得られる均一および高品質の膜に加えて、塩素ガスと組み合わせたトリシランを使用することによって、優れた選択性が得られることが見出された。事実、実験は一般的に９９％またはそれより良好な選択性を示しており、１００％（すなわち、酸化ケイ素および窒化ケイ素など、周囲の絶縁体上への堆積がゼロ）も可能である。したがって、好ましい実施形態において、トリシランおよび塩素の導入によってまたは導入中に、第２表面には実質的に堆積は行われない。
【００２９】
さらにこの選択性は、追加のエッチャント種を加えることなく得られる。一般的にＨＣｌが、選択的シリコンベース堆積方法に用いられるが、ここにおいて無定形（一般的に絶縁体）表面への核生成の遅い堆積に対するエッチング効果が、露出した半導体表面へのエッチング効果より大きい。しかしながら、ＨＣｌは、精製するのが難しい悪評があり、ＨＣｌの一般的な市販ソースは、過剰の水分を堆積反応に持ち込む。このような水分は、堆積した膜の導電性を低下させ、エピタキシャル堆積に許容できない水準の欠陥を生ずる。したがって、トリシランおよび塩素の反応は、エッチャントの添加なしで、特にＨＣｌの添加なしで、高レベルの選択性を有利に達成する。
【００３０】
本明細書において説明するようにトリシランを選択的堆積方法に使用することは、既知のＳｉ含有層を混合基板に堆積させるトリシランの非選択性を考慮すると、驚くべきことである。例えば、「混合基板への堆積（Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｏｖｅｒ Ｍｉｘｅｄ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ）」と題する米国特許第６，９００，１１５号は、そこで説明されているＣＶＤ条件下で行われたトリシラン堆積は、基礎をなす表面形態とは相対的に無関係な厚さを有するＳｉ含有膜を生成する傾向があることを開示している。したがって、例えば米国特許第６，９００，１１５号の図２は、トリシラン堆積方法を使用して混合基板に堆積したＳｉ含有膜２１０の厚さが、基礎の基板の表面を横断する結晶化度が変化しているにもかかわらず、相対的に均一であることを示している。米国特許第６，９００，１１５号に教示されているトリシラン堆積条件は、約４００℃〜約７５０℃の好ましい温度範囲を含んでいる。したがって、米国特許第６，９００，１１５号は、混合基板上の堆積に関して、トリシランは当業者によって非選択的シリコンソースであると見なされていることを示している。
【００３１】
ジシラン／塩素を使用した選択的堆積のある条件が知られている。この関連で、図７〜１０は、両方ともその全部が参照により本明細書に組み込まれている、Ｖｉｏｌｅｔｔｅ他、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．第１４３巻（１９９６年）、ｐ．３２９０〜３２９６（以下「Ｖｉｏｌｅｔｔｅ」と称する）およびＯ’Ｎｅｉｌｌ他、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．第１４４巻（１９９７年）、ｐ．３３０９〜３３１５（以下「Ｏ’Ｎｅｉｌｌ」と称する）で開示されている、ジシラン／塩素を使用した選択的堆積の様々なバックグラウンド原理を示す。
【００３２】
図７は、様々な堆積温度に関し、Ｈ２キャリアガス中の１０％ジシラン流１００ｓｃｃｍにおいて、全圧力２２〜２４ｍＴｏｒｒを用い、Ｃｌ２流を各温度で調節する状態における、Ｃｌ２流量の関数としてのＳｉ成長速度のプロットである（Ｖｉｏｌｅｔｔｅの図６参照）。これらの条件下で、約７００℃を超える温度および２ｓｃｃｍ未満のＣｌ２流量が高い成長速度を維持している。２ｓｃｃｍまたはこれより高いＣｌ２流量は、成長速度に著しい悪影響をあたえることが観察された。Ｖｉｏｌｅｔｔｅによれば、低い温度では、シリコン成長速度は、Ｓｉエッチングではなくて、Ｃｌ不動態化によって制限される。
【００３３】
図８は、堆積速度対塩素流量のグラフで、様々な条件下でのジシラン／塩素堆積に関する選択的しきい値を示している（Ｏ’Ｎｅｉｌｌの図１参照）。図９は、温度の関数としての、絶縁表面上の核の表面被覆率を示すグラフである（Ｏ’Ｎｅｉｌｌの図３参照）。図８および図９の試験条件下で、７５０℃未満の温度が選択性を維持している。したがって、実験に使用した枚葉式ツールに関し、Ｈ２中の５０〜２００ｓｃｃｍの１０％Ｓｉ２Ｈ６および１〜２ｓｃｃｍのＣｌ２を用い、約２５〜４０ｍＴｏｒｒの範囲の圧力に関して、最適な選択的は、７００℃〜７５０℃であると思われる。図１０は、ジシラン／塩素を使用したＳｉ堆積に関して、欠陥密度はＣｌ２流量が低下すると一般的に低下することが判明したことを示している（Ｏ’Ｎｅｉｌｌの図６参照）。したがって、塩素レベルは所望の選択性を未だ得ることが可能な最低のレベルにおいて維持することが好ましい。
【００３４】
図７〜図１０から、Ｖｉｏｌｅｔｔｅ／Ｏ’Ｎｅｉｌｌのジシラン／塩素システムにおいて、より高い堆積温度とより低いＣｌ２流量の組合せがより高い成長速度に有利であるが、逆の組合せ（より低い堆積温度とより高いＣｌ２流量の組合せ）が選択性に有利であり、より低いＣｌ２流量がまた低欠陥密度に有利であることは明らかである。当業者は、これらの結果を（当業者に公知の他の知識と併せて）、ジシラン／塩素に関する処理ウィンドウの開発に使用することもできることを認識している。したがって、図７に示す結果に関して、枚葉式製造における高選択的堆積のために、ジシラン／塩素の使用が適しているとＶｉｏｌｅｔｔｅが考えているのは、７５０℃を超える温度と５ｓｃｃｍ未満のＣｌ２流量だけである（Ｖｉｏｌｅｔｔｅの３２９４頁を参照されたい）。同様に、Ｏ’Ｎｅｉｌｌは、堆積温度を低下させると選択性を増加させることができることを認識する一方で、そのように低い温度ではＳｉ成長がＣｌ表面の不動体化の存在によって不適切になることにも気が付いており、最適な堆積温度を「およそ８００℃」と教示している（Ｏ’Ｎｅｉｌｌの３３１２頁を参照されたい）。
【００３５】
トリシラン堆積は、混合基板を横断する優れた核生成の均一性のため、非選択的方法に有利であると知られていたので、ここで説明する本発明より前には、当業者はトリシランが選択的堆積で使用する魅力的な候補である考えていなかったはずである。加えて、Ｖｉｏｌｅｔｔｅ／Ｏ’Ｎｅｉｌｌのジシラン／塩素方法を、ジシランをトリシランに置き換える変更は、トリシラン堆積が一般的にＶｉｏｌｅｔｔｅおよびＯ’Ｎｅｉｌｌによって最適と考えられている温度よりも低い温度で行われるため、問題があると考えられていたはずである（米国特許第６，９００，１１５号を参照されたい）。例えば、上述のように、Ｖｉｏｌｅｔｔｅは、シリコン成長速度は、低温においてＣｌの不動態化によって制限されると教示しているが、この低温は一般的にトリシラン堆積に使用される温度である。
【００３６】
驚くべきことに、本明細書で説明したトリシラン／塩素方法の実施形態が、一方では、従来他の選択的堆積方法では達成するのが実用的ではない、困難または不可能であると考えられていた、２つ以上の性能目標を同時に達成しながら、Ｓｉ含有材料の選択的堆積に使用することもできることが発見された。例えば、トリシラン／塩素方法は、様々な実施形態において、相対的に高い堆積速度（例えば、約５ｎｍ／分超、好ましくは約１０ｎｍ／分超）、高い選択性（例えば９９％超）、および相対的に低い堆積温度（例えば７５０℃未満、好ましくは７２５℃未満）の２つ以上を同時に達成しながら、Ｓｉ含有材料の選択的堆積に使用することもできる。実施形態において、選択的堆積は、堆積温度約７００℃以下、好ましくは約６５０℃以下、より好ましくは約６００℃以下、さらにより好ましくは約５５０℃以下で達成することもできる。
【００３７】
本明細書で教示した化学気相成長（ＣＶＤ）条件下で、トリシランおよび塩素ガスのリアクタハウジングへの送出によって、基板の表面にエピタキシャルＳｉ含有膜が、単結晶基板上に選択的に形成される結果となることが好ましい。トリシランおよび塩素ガスの基板表面を収容したリアクタハウジングへの送出が、トリシランおよび塩素ガスを、個別にまたは混合して供給ガスを形成した後に、配置された基板を有する適切な堆積チャンバへの導入によって完成することが好ましい。堆積は、当業者に知られている様々なＣＶＤ方法によって適切に行うこともできるが、堆積を本明細書で教示されたＣＶＤ方法により実施する場合に最大の利益が得られる。この開示した方法は、プラズマエンハンスト化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）または熱ＣＶＤを含むＣＶＤを使用し、トリシラン蒸気と塩素ガスを利用して、エピタキシャルＳｉ含有膜をＣＶＤチャンバ内の基板の露出したウィンドウ上に選択的に堆積させることによって適切に実施され得る。幾つかの実施形態において、選択的に堆積されたＳｉ含有膜は、炭素ドープエピタキシャルＳｉ膜である。別の実施形態において、ゲルマニウムソースがトリシランおよび塩素と一緒に反応装置に導入され、これによって単結晶ＳｉＧｅ膜をＳｉ含有膜として選択的に堆積させる。幾つかの実施形態において、ドーパントソースがトリシランおよび塩素と一緒にＣＶＤ反応装置に導入され、これによってドープした単結晶Ｓｉ含有膜を選択的に堆積させる。本明細書において、トリシランおよび塩素を、ある種のＳｉ含有膜（例えば、エピタキシャルＳｉ膜）に選択的に堆積させるために使用することについて言及することができる。これらの説明は、例えば、ＳｉＧｅ膜（例えば、ゲルマニウムソースの使用を含む）、ＳｉＣおよびＳｉＧｅＣ膜の堆積、電気的にドープしたＳｉＧｅ、ＳｉＣおよびＳｉＧｅＣ膜（例えば、電気的に活性なドーパントのためのドーパント前駆物質の使用を含む）など、他のＳｉ含有膜に対しても、特に記載のない限り、一般的に適用可能であることが認識される。熱ＣＶＤは、プラズマ処理に伴う基板および装置を損傷するリスクなしで、選択的堆積が効果的に達成されるので好ましい。
【００３８】
トリシランおよび塩素は、ガスの形態または混合して供給ガスを形成してチャンバに導入するのが好ましい。供給ガスを形成するための混合は、チャンバ内でまたはチャンバに供給ガスを導入する前に行い得る。ＣＶＤチャンバ中の全圧は、好ましくは約０．００１Ｔｏｒｒ〜約１０００Ｔｏｒｒの範囲、より好ましくは約０．１Ｔｏｒｒ〜約３５０Ｔｏｒｒの範囲、最も好ましくは約０．２５Ｔｏｒｒ〜約１００Ｔｏｒｒの範囲である。実験は、０．２５Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒの圧力範囲で行われた。少なくとも約５００ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力が、以下に説明する実験が行われた、枚葉式、単一パス、水平層流反応装置に適していた。本明細書において、チャンバ圧力は堆積圧力を指すこともある。トリシランの分圧は、全圧に対して好ましくは約０．０００１％〜約１００％の範囲、より好ましくは全圧に対して約０．００１％〜約５０％の範囲である。供給ガスは、他のシリコンソース、炭素ソース、ドーパント前駆物質および／または不活性キャリアガスなど、トリシラン以外のガス（単数または複数）をまた含むことができるが、トリシランが唯一のシリコンソースであることが好ましい。本明細書において使用される「ドーパント前駆物質（ｄｏｐａｎｔ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ（ｓ））」という用語は、一般的に、様々な元素（炭素、ゲルマニウム、ホウ素、ガリウム、インジウム、砒素、リン、および／またはアンチモン）に対する前駆物質であり、得られた堆積膜に（シリコンに比較して）相対的に少量取り入れられる様々な材料を指す。シリコンソースは、相対的に少量のシリコンを含有するＳｉＧｅ膜の堆積のためのドーパント前駆物質を考え得ることが認識される。Ｈｅ、Ａｒ、Ｈ２、Ｎ２は、本明細書で説明する方法の可能性のあるキャリアガスである。ある実施形態において、キャリアガスは、以下に詳細に説明するようにＨｅ、Ａｒ、および／またはＮ２などの非水素キャリアである。トリシランは、トリシラン蒸気を混入させるために、例えばキャリアガスを使用したバブラーなどの噴霧器を経由してチャンバに導入するのが好ましく、バブラーおよびバブラーから流出するキャリアガス中のトリシラン量を測定するためのガス濃度センサーを含む送出システムを経由するのがより好ましい。このようなセンサーは、例えば、Ｌｏｒｅｘ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ、Ｐｏｕｇｈｋｅｅｐｓｉｅ、Ｎ．Ｙ．（米国）のＰｉｅｚｏｃｏｎ（登録商標）ガス濃度センサーとして市販されている。
【００３９】
供給ガスに含むこともできる適切な炭素ソースの例には、モノシリルメタン、ジシリルメタン、トリシリルメタンおよびテトラシリルメタンなどのシリルアルカンおよび／またはモノメチルシラン（ＭＭＳ）およびジメチルシランなどのアルキルシランが含まれるが、これらに限定されるものではない。幾つかの実施形態において、炭素ソースは、Ｈ３Ｓｉ−ＣＨ２−ＳｉＨ２−ＣＨ３（１，３−ジシラブタン）を含む。
【００４０】
供給ガスは、所望する場合、Ｓｉ含有膜をドーピングまたは合金化するのに有用であると当業者に知られている、補助シリコンソース、ゲルマニウムソース、補助塩素ソース、ホウ素ソース、ガリウムソース、インジウムソース、砒素ソース、リンソース、および／またはアンチモンソースなどの他の材料を含有することもできる。このようなソースの具体的な例には、補助シリコンソースとしてシラン、ジシランおよびテトラシラン；ゲルマニウムソースとしてゲルマン、ジゲルマンおよびトリゲルマン；炭素およびシリコン両方のソースとしてモノシリルメタン、ジシリルメタン、トリシリルメタン、テトラシリルメタン、モノメチルシラン（ＭＭＳ）およびジメチルシラン；およびアンチモン、砒素、ホウ素、ガリウム、インジウムおよびリンなど、電気的に活性なドーパント（ｎ型およびｐ型の両方）のソースとしての様々なドーパント前駆物質が含まれる。一般式（ＳｉＨ３−ｚＣｌｚ）ｘＣＨ４−ｘ−ｙＣｌｙのクロロシリルメタン（式中、ｘは１〜４の範囲の整数であり、ｙおよびｚは、ｘ＋ｙ≦４かつｙおよびｚの少なくとも１つが０でないことを条件にして、それぞれ独立に０または１〜３の範囲の整数である）が、炭素、シリコンおよび塩素のソースとして特に有用であることが判明している。一般式ＸａＳｉＨｂ（ＣｎＨ２ｎ＋１）４−ａ−ｂのアルキルハロシランもまた炭素、シリコンおよび塩素のソースとして特に有用である（式中、Ｘはハロゲン（例えば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ）であり；ｎは１または２であり；ａは１または２であり、ｂは０、１または２であり；ａおよびｂの合計は４未満である）。メチルジクロロシラン（Ｃｌ２ＳｉＨ（ＣＨ３））が、式ＸａＳｉＨｂ（ＣｎＨ２ｎ＋１）４−ａ−ｂのアルキルハロシランの例である。
【００４１】
トリシランを用いたＣＶＤによる、電気的に活性なドーパントのＳｉ含有膜への組込みは、供給ガス中のドーパントソースまたはドーパント前駆物質を使用してｉｎ ｓｉｔｕドーピングにおいて達成することが好ましい。電気的に活性なドーパントのための好ましい前駆物質は、ドーパント水素化物であり、ジボラン、重水素化したジボランなどのｐ型ドーパント前駆物質、ホスフィン、砒素蒸気、アルシンなどのｎ型ドーパント前駆物質を含む。例えば、（Ｈ３Ｓｉ）３−ｘＰＲｘなどのシリルホスフィン、例えば、（Ｈ３Ｓｉ）３−ｘＡｓＲｘなどのシリルアルシン（式中、ｘ＝０〜２、Ｒｘ＝Ｈおよび／または重水素（Ｄ）である）は、リンおよび砒素ドーパントの代替前駆物質である。ＳｂＨ３およびトリメチルインジウムは、それぞれ、アンチモンおよびインジウムの代替ソースである。このようなドーパント前駆物質は、以下に説明する、好ましくはホウ素、リン、アンチモン、インジウム、および砒素ドープシリコン、Ｓｉ：Ｃ、ＳｉＧｅおよびＳｉＧｅ：Ｃ膜および合金の、好ましい膜の調製に有用である。
【００４２】
供給ガス中のドーパント前駆物質の量は、Ｓｉ含有膜中の所望のドーパント水準を備えるためおよび／または選択的に堆積した層中の所望する表面品質のために調節することもできる。好ましい供給ガス中の濃度は、全反応ガス（不活性キャリアガスおよび希釈ガスを除く）の重量に対して約１０億分の１（ｐｐｂ）から約２０重量％の範囲であり、約０．１ｓｃｃｍから５ｓｃｃｍの間の純粋なホスフィン（または当量の希釈したホスフィン）、またはアルシンまたはジボランが好ましいが、結果として得られる膜中の所望の性質を得るために、時々より高いあるいはより低い量が好ましい。好ましい枚葉式Ｅｐｓｉｌｏｎ（商標）反応装置シリーズにおいて、キャリアガス中のドーパント前駆物質の希釈混合物は、所望のドーパント濃度およびドーパントガス濃度に依存して、約１０〜約１０００標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）の設定点において、質量流制御器を経由して反応装置に送出することができる。ドーパントガスの希釈は、相当する純粋なドーパント流量の、１０−７〜１０−２倍とすることができる。一般的に、市販されているドーパントソースは、Ｈ２中に希釈したドーパントの水素化物である。しかしながら、下記で説明するように、図２６〜２７に関して、幾つかの実施形態においてドーパント前駆物質は非水素ガスで希釈されている。希釈混合物は、トリシラン、塩素、任意の適切な希釈ガス、およびひずみ影響性前駆物質（例えば、ゲルマンなどのゲルマニウムソース、またはモノメチルシランなどの炭素ソース）など、置換型ドーピングのための任意の所望するドーパント前駆物質と混合することによりさらに希釈される。好ましいＥｐｓｉｌｏｎ（商標）シリーズ反応装置に関する典型的な全流量は、しばしば約２０標準リットル／分（ｓｌｍ）〜約１８０ｓｌｍの範囲であるので、このような方法で使用されるドーパント前駆物質の濃度は、全流量と比較して一般的に小さい。
【００４３】
供給ガスをＣＶＤチャンバに供給するために、適切なマニホールドを使用することもできる。ＣＶＤチャンバは、例えば図解の実施形態で説明されているような枚葉式、水平ガス流ＣＶＤチャンバなど、枚葉式反応装置であることが好ましい。最も好ましいＣＶＤチャンバは、枚葉式、単一パス、水平層流ガス流反応装置であり、放射によって加熱されることが好ましい。この種類の適切な反応装置は市販されており、好ましいモデルには、ＡＳＭ Ａｍｅｒｉｃａ、Ｉｎｃ．Ｐｈｏｅｎｉｘ（米国アリゾナ州）から販売されているＥｐｓｉｌｏｎ（商標）シリーズの枚葉式反応装置が挙げられる。本明細書において説明する方法は、シャワーヘッド型設備など、代替のリアクタも使用することができるが、均一性の向上および堆積速度の増加の利益は、Ｅｐｓｉｌｏｎ（商標）チャンバの水平の、単一パス層流ガス流配置において、回転基板を使用し、特に短いガス滞留時間において、特に有効であることが判明した。ＣＶＤは、プラズマ生成物（遠隔プラズマ発生装置のｉｎ ｓｉｔｕまたは下流）をチャンバに導入することで行うこともできるが、上記のように熱ＣＶＤが好ましい。
【００４４】
塩素およびトリシランは、シリコン前駆物質だけの場合のシランの標準的使用に比較して、相対的に高いトリシラン流量および相対的に低い水素流量を使用して、水素キャリアガスと一緒に堆積反応装置に導入するのが好ましい。例えば、好ましい実施形態において、熱ＣＶＤは、Ｅｐｓｉｌｏｎ Ｅ２５００（商標）、Ｅ３０００（商標）またはＥ３２００（商標）反応装置システム（ＡＳＭ Ａｍｅｒｉｃａ、Ｉｎｃ．Ｐｈｏｅｎｉｘ（米国アリゾナ州）から市販されている）中で、トリシラン流量約５ｍｇ／分〜２，０００ｍｇ／分、より好ましくは約１０ｍｇ／分と約２００ｍｇ／分を用いて実施される。水素流量は、約４０標準リットル／分（ｓｌｍ）またはそれ未満、好ましくは１０ｓｌｍまたはそれ未満、より好ましくは５ｓｌｍまたはそれ未満でよく、堆積温度は約４５０℃〜約７００℃の範囲、より好ましくは約５００℃〜約６５０℃の範囲でよい。図２６〜２７に関して以下でより詳細に説明するように、ある実施形態において、トリシラン／塩素ガスを用いての選択的堆積中に、水素ガスは最小化することが好ましい。塩素流量は、約２０〜２００ｓｃｃｍであることが好ましい。実験は、トリシラン流２５〜４００ｍｇ／分、Ｈ２キャリアガス流量０〜４ｓｌｍ、および塩素流量２５〜２００ｓｃｃｍで実施した。ドーパント前駆物質（例えば、炭素ソース、ゲルマニウムソースおよび／または電気的に活性なドーパント前駆物質）流量は、ドーパントソースの性質および他の成分の相対的流量に依存して、一般的に約５ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍの範囲である。例えば、ホスフィンドーピングに関し、ドーパント水素化物（前駆物質）流量は、ホスフィン（Ｈ２中の１％ＰＨ３）で１０〜２００ｓｃｃｍであることが好ましい。
【００４５】
熱ＣＶＤは、結晶性Ｓｉ含有膜を基板上に選択的に堆積させるのに有効な基板温度で行うのが好ましい。熱ＣＶＤは、好ましくは約３５０℃〜約９００℃、より好ましくは約５００℃〜約８００℃、さらに一層好ましくは約５００℃〜約７００℃の温度範囲で行われる。好ましい低温トリシラン／塩素堆積実施形態において、熱ＣＶＤは、好ましくは約５００℃〜約６００℃、より好ましくは約５２５℃〜約５７５℃の範囲の温度において行われる。好ましい中間温度トリシラン／塩素堆積実施形態において、熱ＣＶＤは約７００℃〜約８００℃の温度範囲で行われる。１つの実施形態において、化学気相成長条件は、トリシランに関して、実質的に質量移行制御堆積条件と実質的に反応速度論的制御堆積条件の間のほぼ転移温度である温度を含む。このようなトリシラン堆積条件は、参照により本明細書に組み込まれている、特にトリシラン堆積条件を説明することを目的とした、米国特許第６，８２１，８２５号において説明されている。ＰＥＣＶＤは、約３００℃〜約７００℃の温度範囲で行うことが好ましい。当業者は、これらの温度範囲を、例えば、熱経済性の保持、堆積速度、チャンバの寸法の違い、枚葉式およびバッチ反応装置を含めた、好ましい全圧および分圧などの現実の製造のリアリティを考慮して調節することが可能である。一般的に、分圧が高くなると、所望の結果、それが堆積速度、層の品質または２つの組合せであっても、を得るためにはより低い温度を必要とする。基板は、例えば抵抗加熱、ランプ加熱など、当該技術において知られている様々方法で加熱することができる。
【００４６】
様々な供給ガス成分の相対量は、結果として得られるＳｉ含有膜の所望の組成および使用する堆積条件（例えば、温度、圧力、堆積速度など）に基づき、広範囲に変化させることもでき、本明細書に設けられたガイダンスを考慮した日常の実験により決定することもできる。供給ガス成分は混合し、次いでチャンバまたは基板に送出することもできるし、あるいは、例えば供給ガス成分を別個にＣＶＤチャンバに供給し、基板においてまたは基板の近くで成分を混合して供給ガスを形成することもできる。
【００４７】
図１１〜１６は、トリシランを用いて行った堆積実験の結果を要約する。当業者は、図１１〜１６に示すデータは、特定のトリシラン／塩素選択的堆積の用途のための様々な堆積パラメータを選択する有用なガイドであることを見出すであろう。
【００４８】
図１１は、Ｈ２キャリアガス流が増加すると、温度約６５０℃およびそれ未満の堆積（成長）速度が減少することを示すプロットである。これに対して、約７５０℃より高い温度では、堆積速度はＨ２キャリアガス流が増加すると増加する傾向を示し、Ｈ２キャリアガス流の増加および／または圧力の低下は、枯渇効果が減少する傾向を示す。図２６〜２７に関して、下記においてより詳細に説明するように、幾つかの実施形態において、システム中の水素ガスを最小化することが望ましく、水素ガスを、キャリアガスおよび／またはドーパントガスの希釈剤としての非水素不活性ガスと置換することが望ましい。
【００４９】
図１２Ａは、トリシラン流が増加すると堆積速度が増加することを示すプロットである（１Ｔｏｒｒ、６５０℃、０．３３〜３．３ｓｌｍＨ２キャリアガス、塩素なしにおいて得られたデータ）。約１５０ｎｍ／分の堆積速度は、約１００ｍｇ／分以上のトリシラン流量で得られた。図１２Ｂは、それを示すプロットである。
【００５０】
図１３は、塩素の使用なしにおけるＳｉＯ２（非単結晶）上のトリシラン堆積速度が顕著であり、温度を上昇させると上昇することを示すプロットである（１Ｔｏｒｒ堆積圧力、トリシラン流量５０ｍｇ／分、Ｈ２キャリアガス０．３３ｓｌｍ、塩素なし、成長速度は単位ｎｍ／分で得られたデータ）。
【００５１】
図１４Ａ〜Ｄは、所定の温度において、トリシラン堆積速度が、一般的にチャンバ圧力が上昇すると増加すること、そして特定の温度範囲において、圧力変化に対する感受性が低いことを示すプロットである。
【００５２】
図１５は、より高いドーパント流が抵抗率を減少させることを示すプロットである。データは、トリシランおよびホスフィンを、５５０℃および１６Ｔｏｒｒにおいて使用して得られたものである。ｘ軸上のホスフィン流量は、Ｈ２中の１％ホスフィンの標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）の単位である（本明細書においては「ドーパント数」または「ＤＮ」と称する）。得られた極度に低い抵抗率は、トリシランおよび塩素を使用するｉｎ ｓｉｔｕの選択的堆積によって、極めて高いドーパントの取込み水準が得られ得ることを示している。約５０ＤＮ以上の流量においてヘーズは観察されなかった。
【００５３】
図１６Ａは、堆積温度が上昇すると酸化物上の堆積速度が減少する傾向にあることを示すプロットである（８Ｔｏｒｒ堆積圧力、トリシラン流５０ｍｇ／分、Ｈ２キャリアガスなし、塩素２００ｓｃｃｍ、酸化物基板上の成長速度単位がｎｍ／分で得られたデータ）。トリシラン堆積速度は、一般的に温度の上昇に伴って増加する傾向にあるので（図１４Ａ参照）、図１６Ａで示されたデータは、トリシラン／塩素の堆積選択性が堆積温度の上昇に伴って上昇していることを示している。図１６Ｂは、この一連の実験に用いられた堆積条件（５５０℃、１６Ｔｏｒｒ、主キャリアガス流なし）の下で、単結晶シリコン上の堆積が、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）および窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）に対して実質上１００％選択性であるＣｌ２／トリシラン流量比を示すプロットである。ヘリウムが、バブラー中に供給されたトリシランを蒸発させるためのキャリアガスとして使用された（トリシラン２５ｍｇ／分においてＨｅ６０ｓｃｃｍ、トリシラン５０ｍｇ／分においてＨｅ１２０ｓｃｃｍ、およびトリシラン１００ｍｇ／分においてＨｅ２４０ｓｃｃｍ）。堆積は、図１６Ｂにプロットされた線の上側に示されるより高いＣｌ２／トリシラン流量比条件において、酸化ケイ素および窒化ケイ素に対して実質上１００％の単結晶シリコン選択的であり、図１６Ｂにプロットされた線の下側に示されるより低いＣｌ２／トリシラン流量比条件において、１００％未満の選択性である。図１６Ｂは、所定の水準の選択性を達成するためにトリシラン流量は増加されるにつれて、より高い相対塩素流量が好ましいことを示している。
ドープＳｉ含有膜
有利なことに、トリシランからの堆積は、選択的であってもなくても、炭素の極めて高水準も達成できる。高水準のシリコンへの置換炭素の取込みは、選択的であってもなくても、トリシランおよび炭素ソース（および幾つかの実施形態において、電気的に活性なドーパントのための必要に応じたドーパント前駆物質）を使用して、相対的に高い成長速度における堆積を行うことによって得ることもできる。図１７Ａ〜Ｄは、トリシラン、炭素ソース（図解した実施形態ではＭＭＳ）およびＩＩＩ／Ｖ族ドーパントソース（図解した実施形態ではアルシン）を用いて堆積した、電気的にドープしたＳｉＣ膜の性質に対する温度および成長速度の影響を示す。図１７Ａ〜Ｄは、非選択的方法における炭素取込みを示すが、塩素追加による選択的方法、特にドーパント水素化物の組合せにおいても、類似の結果を得ることもできる。図１７Ａは、膜成長速度への温度の影響を示すアレニウスプロットである。図１７Ｂは、置換炭素含有量への堆積温度の影響を示す別のアレニウスプロットで、置換炭素のより高い水準は、一般的により高い堆積温度において得られることを示している。好ましい堆積条件下で、置換炭素取込み水準は、約１．０原子％〜約３．５原子％の範囲とすることができる。図１７Ｃは、成長速度の置換炭素含有量および抵抗率への影響を示すプロット（堆積温度の関数、図１７Ａ参照）であり、より高い置換炭素水準およびより高い抵抗率は、一般的により高い成長速度において得られることを示している。図１７Ｄは、温度の抵抗率への影響を示す別のアレニウスプロットで、より高い抵抗率の水準は、一般的により高い堆積温度において得られることを示している。
【００５４】
当該分野において知られているように、単結晶シリコンの格子定数は、約５．４３１Åであり、一方ダイヤモンド形態の単結晶炭素は、炭素原子のサイズが小さいことに起因して、３．５６７の格子定数を有する。したがって、炭素原子が置換するシリコン原子よりも小さいため、炭素を用いた置換型ドーピングによって、単結晶シリコンに引っ張りひずみが導入され得る。置換的にシリコン内にドープされる炭素の量は、ドープされたシリコンの垂直格子間距離をＸ線回折により測定し、次いでベガードの法則（Ｖｅｇａｒｄ‘ ｌａｗ、単結晶シリコンと単結晶炭素の間の線形補間）を適用することによって決定することもできる。ベガードの法則および置換炭素水準、格子間隔およびひずみの相関関係は、当業者に知られている。例えば、その開示が参照により本明細書に組み込まれている、Ｊｕｄｙ Ｌ．Ｈｏｙｔ著「置換炭素の組込みと、Ｓｉ１−ｙＣｙ／ＳｉおよびＳｉ１−ｘ−ｙＧｅｘＣｙ／Ｓｉヘテロ接合の電子的特徴（Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎａｌ Ｃａｒｂｏｎ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉ１−ｙＣｙ／Ｓｉ ａｎｄ Ｓｉ１−ｘ−ｙＧｅｘＣｙ／Ｓｉ Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｓ）」、第３章「シリコン−ゲルマニウム炭素合金」、ＴａｙｌｏｒおよびＦｒａｎｃｉｓ、ＮＹ（米国）ｐ．５９〜８９、２００２年を参照されたい。Ｈｏｙｔによる上記論文の７３頁、図３．１０において図解されているように、従前の堆積方法は、２．３％までの置換炭素含有量を有するシリコンを備えており、これは５．４Åを超える格子間隔と１．０ＧＰａ未満の引っ張りひずみに相当する。図３．１０は、またドープシリコン中の全炭素含有量は、ＳＩＭＳによって決定することもできることを示しており、それ故、非置換炭素含有量は、全炭素含有量から置換炭素含有量を差し引くことによって決定することもできる。
【００５５】
炭素ドープ単結晶Ｓｉ含有膜は、さらに例えばリンおよび砒素からなる群から選択されるドーパントなどの、電気的に活性なドーパントを含むこともできる。一般的に、置換炭素の存在は散乱をもたらし、置換炭素を含有しない他の類似の電気的にドープした単結晶Ｓｉ含有膜に比較して抵抗率を増加させる傾向がある。しかしながら、本明細書で説明するようにトリシランを使用してドープした場合、驚くべきことに、このような電気的にドープした単結晶Ｓｉ含有膜が、炭素の存在にもかかわらず、依然として低い抵抗率を有していることが見出された。例えば、電気的ドーパントでドープされた場合（好ましくは置換型でドープされた場合）、置換炭素を含む単結晶Ｓｉ含有膜は、約１．０ｍΩ・ｃｍ以下、好ましくは０．７ｍΩ・ｃｍ以下の抵抗率を有することもできる。実験において、約５．３２３Å（Ｘ線回折で測定して）の格子間隔が、トリシラン、アルシンおよびモノメチルシランから堆積したＳｉＣ（炭素で置換的にドープしたシリコン）に関して達成された。格子間隔５．３２３Åは、約３．２５％の置換炭素の水準に相当する。基礎をなすシリコンテンプレート（例えば、格子間隔約５．４３Å）に対して拘束される場合、このようなＳｉＣ層における引っ張り応力は２．０６ＧＰａに達する。より一般的に、作り出される応力は、１ＧＰａと３ＧＰａの間であることが好ましい。シリコンの自然の格子定数からの逸脱は応力を導き、相当するひずみは半導体中の電気的キャリアの移動度を有利に改良し、デバイス有効性を改良する。ＳｉＣがその材料の臨界厚さ未満に堆積した場合、堆積層は引っ張り応力を残存させる。ある実施形態において、電気的にドープしたＳｉ：ＣまたはＳｉＧｅ膜は、ひずみが隣接層に作用するように構成される。例えば、圧縮応力は、電気的にドープした弛緩したＳｉ：Ｃ層上に堆積したシリコン膜上に作用することもある。ある実施形態において、陥凹したソース／ドレイン領域中に選択的に形成された電気的にドープされたＳｉ：Ｃ膜が、以下においてより詳細に説明するように、引っ張り応力をソースおよびドレイン間に形成されたシリコンチャンネル上に作用する。このような形状は、例えばＮＭＯＳデバイスに関する電子移動度の改良など、様々な用途に使用することができる。
【００５６】
図１〜５の実施形態において、ＳｉＣ層は陥凹したソース／ドレイン２０中に選択的に形成され、応力を維持する条件（厚さ、温度）の下で好ましく堆積される。ＳｉＣ材料のより小さい格子定数が、Ｓ／Ｄ陥凹を充填して引っ張り応力をそれらの間のチャンネル領域２２に作用する。トリシラン、塩素および炭素ソースに加えて、ドーパント水素化物を供給ガスに加えることが好ましい。アルシンまたはホスフィンを使用するのが好ましい。ある実施形態は集積回路を形成する方法を提供し、この方法は、露出半導体表面および絶縁領域を画定するために基板をパターン化し、トリシランおよび塩素ガスを供給し、これによってエピタキシャル膜を露出した半導体表面上に選択的に堆積させることを含む。トリシランおよび塩素ガスは混合して、例えば化学気相成長条件下で、基板と接触して膜を堆積させるための供給ガスを形成することもできる。供給ガスの様々成分の２つ以上を、同時にまたは段階的に、どの順序で混合することもでき、供給ガスをチャンバに供給する前でもまたは後でも混合することもできる。したがって、例えば、塩素ガスおよびトリシランの供給は、基板での混合、または事前に混合して供給ガスを形成し次いで例えばキャリアガスを使用して基板に運ぶことを含むこともできる。ドーパントソース（例えば、炭素ソース、ゲルマニウムソースおよび／または電気的に活性なドーパント前駆物質）などの他の添加ガスを、供給ガスを形成するために混合することもできる。ドーパントソースは、トリシランおよび塩素と一緒に供給し、ドープしたエピタキシャル膜を露出した半導体表面上に選択的に堆積させることもできる。例えば、図１〜５の実施形態において、炭素またはゲルマニウムソースは、トリシランおよび塩素と一緒に供給される。
【００５７】
ある実施形態において、炭素ソースはトリシランおよび塩素と一緒に基板に供給され、置換炭素を含むＳｉ含有膜を選択的に堆積させる。置換炭素の量は、好ましくは約１．０原子％以上、より好ましくは約１．５原子％以上である。選択的に堆積した炭素−およびＳｉ含有膜は、５．３８Å以下、好ましくは約５．３６Å以下、より好ましくは約５．３４Å以下の格子間隔を有する単結晶シリコン膜であってよい。このような単結晶シリコン膜は、さらに電気的に活性なドーパント（リンまたは砒素など）を含むこともできる。電気的に活性なドーパントでドープ（好ましくは置換型ドープ）した場合、置換炭素を含む選択的に堆積した単結晶シリコン膜は、約１．０ｍΩ・ｃｍ以下、好ましくは約０．７ｍΩ・ｃｍ以下の抵抗率を有することもできる。このような置換炭素を含む単結晶シリコン膜は、塩素、トリシラン、炭素前駆物質、および場合によっては電気的に活性なドーパントのためのドーパント前駆物質を使用して、相対的に高速度の堆積方法により、選択的に堆積させることもできる。図１８Ａは、炭素および砒素の両方を用いて置換的にドープしたシリコン膜に関する成長速度（１分間当たりのナノメートル、ｎｍ／分）の関数としての置換炭素の割合を示すプロットである。プロットは、またこれら膜の抵抗率（単位は、左側軸のｍΩ・ｃｍ）を示す。図１８Ｂは、トリシラン流（単位は１分間当たりのミリグラム、ｍｇ／分）の関数としてのこれら膜の成長率を示す。
【００５８】
図１８Ａおよび１８Ｂは、トリシランおよび塩素を使用して、例えば、少なくとも約５ｎｍ／分の相対的に高い堆積速度すなわち成長速度において選択的堆積を実施することにより、高水準の置換炭素を達成し得ることを示している。炭素含有量と抵抗率は、共に堆積速度が増加すると改良される、換言すればトリシランの使用により改良される。図１８Ａおよび１８Ｂにおいて図解するように、例えば、トリシラン流量および温度を制御することよって、成長速度を制御することもでき、例えば、２．５％以上の置換炭素、好ましくは２．６％以上の置換炭素、より好ましくは２．７％以上の置換炭素など、様々な水準の炭素を含む単結晶膜を生成する。幾つかの実施形態において、単結晶膜は、図１８Ａおよび１８Ｂにおいて示されるように、例えば、２．８％以上の置換炭素、好ましくは２．９％以上の置換炭素、より好ましくは３．０％以上の置換炭素など、さらに高い水準の炭素を含むこともできる。
【００５９】
図１９は、１．８％炭素でもって置換的にドープした結晶性シリコン膜（厚さ２００ｎｍ）に関するＦＴＩＲスペクトルの一部分を示す。約６０５波数における強い吸収は、シリコン膜中に置換炭素が存在することを実証している。約４５０〜５００の波数において幅広の吸収バンドがないことは、シリコン膜は、（例えあったとしても）極少量の非置換炭素しか含有していないことを実証している。したがって、ある実施形態は、２．４％以上の置換炭素を含む選択的に堆積した単結晶シリコン膜を提供し、この膜は、約０．３％未満の非置換炭素、好ましくは約０．２５％未満の非置換炭素、より好ましくは約０．２０％未満の非置換炭素、より一層好ましくは約０．１５％未満の非置換炭素を含んでいる。前述の通り、単結晶膜中のドーパント（炭素、ゲルマニウムまたは電気的に活性なドーパントなど）の割合は、本明細書においては、特段の注記がない限り全体の膜に対する原子％で表示される。
【００６０】
本明細書において説明するような置換炭素を含む、選択的に堆積した単結晶シリコン膜の厚さは、臨界膜厚未満であることが好ましい。当業者は、臨界膜厚は、張力を有する膜が特定の一連の条件下で、弛緩する膜厚であることを理解している。置換ドーパントの濃度が増加すると、一般的に臨界厚は減少する。臨界厚未満の厚さを有する膜には、これらの条件下で、一般的に張力が残存している。例えば、約１．８％の置換炭素を含む単結晶シリコン膜は、約５００℃において約２００ｎｍの臨界厚さを有することもできるが、これに対して３．５％の置換炭素を含む他の類似の膜は、その温度において、約２５〜３０ｎｍの臨界厚さを有することもできる。その膜に関する臨界厚未満の厚さを有する膜は、十分不安定な状態でない場合または十分不安定な状態に達するまで張力が残存する傾向を示す（例えば、十分な熱に曝すと弛緩する）。
【００６１】
上記で説明し、図１８Ａおよび１８Ｂで図解したように、塩素およびトリシランを炭素ソースと共に使用して、少なくとも約５ｎｍ／分、好ましくは少なくとも約１０ｎｍ／分の堆積速度で膜を堆積させることによって、相対的に高い水準の置換炭素を選択的堆積シリコン膜に組み込むこともできることが発見された。本明細書で説明し、図１７および２０〜２４で図解したように、選択率、堆積速度、および得られたシリコン膜に組み込まれる置換炭素の水準を制御するために、様々な堆積パラメータを使用することができる。
【００６２】
図２０Ａは、３つの異なるキャリアガス（Ｈ２）流量に関し、チャンバ圧力の関数としてのシリコン膜中の置換炭素含有量のグラフを示す。図２０Ａおよび２０Ｂに示すデータは、堆積温度５５０℃、トリシラン流量２００ｍｇ／分、およびＭＭＳ（炭素ソース）流量１８０ｓｃｃｍにおいて得られたものである。図２０Ａは、より高い置換炭素の水準が、これらの条件下で、相対的により高いチャンバ圧力および相対的により低いＨ２キャリアガス流において達成できることを示している。図２０Ｂは、３つの異なるキャリアガス（Ｈ２）流量に関し、チャンバ圧力の関数としての成長速度のグラフを示し、これら条件下で、最も高い成長速度が、約４０Ｔｏｒｒ〜約７０Ｔｏｒｒの範囲のチャンバ圧力で達成され、より高い成長速度がより低いＨ２キャリアガス流量で得られたことを示している。
【００６３】
図２１Ａは、トリシラン流量の関数としてのシリコン膜中の置換炭素含有量のグラフを示す。図２１Ａおよび２１Ｂに示すデータは、堆積温度５５０℃、チャンバ圧力１５Ｔｏｒｒ、キャリアガス（Ｈ２）流量２０ｓｌｍ、およびＭＭＳ流量１８０ｓｃｃｍにおいて得られたものである。ＭＭＳ流量を一定として、トリシラン流量を変化させたので、図２１Ａは、トリシランのＭＭＳに対する流量比を変化させた場合の置換炭素含有量への影響を図解している。トリシランの炭素ソースに対する流量比を増加させると、得られる膜中の置換炭素の量が減少する。
【００６４】
図２１Ｂは、堆積速度（成長速度）の関数としてのシリコン膜中の置換炭素含有量を示す。図２１Ｂは、これら条件下で、５ｎｍ／分の成長速度において相対的に高い水準の置換炭素を達成することもできることを図解している。トリシランの炭素ソースに対する流量比が増加する（これによって、膜への取込みに利用できる相対的炭素の量が減少する）ため、（より高いトリシラン流量に起因する）より高い成長速度は、これら条件下では、（図１８Ａに比較して）より高い置換炭素をもたらさない。
【００６５】
図２２は、（上で説明した図２１に比較して）一定のトリシラン流量におけるＭＭＳ流量の関数としてのシリコン膜中の置換炭素含有量のグラフを示す。図２２中のプロットしたデータは、これらの条件下で、より高いＭＭＳ流量においてより高い置換炭素水準が得られることを示している。トリシラン流量を一定にしてＭＭＳ流量を変化させたため、図２２は、炭素ソース（ＭＭＳ）のトリシランに対する流量比を変化させた場合の置換炭素への影響を示している。ＭＭＳのトリシランに対する流量比が増加すると、得られる膜中の置換炭素の量が、図２１に示された結果により、相対的に直線的に増加する。
【００６６】
図２３Ａは、トリシランの炭素ソースに対する比を一定に維持し、一方では両方のガス流量を同時に増加させることによって成長速度を増加させた場合の影響を図解している。図２３Ａに示されたデータは、堆積温度約５５０℃およびキャリアガス（Ｈ２）流量２０ｓｌｍにおいて得られたものである。図２３Ａは、より高い水準の置換炭素がより高い成長速度において達成されること、より高い成長速度がより高いチャンバ圧力およびより高い総体的流量において得られること、より高い実質的炭素が、所定のトリシラン対炭素前駆物質比において、より高い成長速度において得ることができることを実証している。図２３Ｂは、成長速度がトリシラン流量の強力な正の関数であること、チャンバ圧力が相対的に少なめの影響しか有していないことを示している。したがって、総合すれば、図２０〜２３は、その下で単結晶シリコン中の置換炭素の高水準を達成するために使用することもできる高堆積速度の様々な条件を図解している。
【００６７】
少なくとも２．４％の置換炭素を含む単結晶シリコン膜を選択的に堆積させるための化学気相成長条件は、実質的に質量移行制御堆積条件と実質的に反応速度論的制御堆積条件の間のほぼ転移温度である堆積温度を含むことが好ましい。このような堆積温度は、図１７Ａに垂直の点線で示してある。図１７Ａに示すグラフは、堆積温度の逆数の関数としての成長速度のプロットである。点線で示される転移温度は、グラフに示すデータを作り出すのに使用された堆積条件下で、約５５０℃である。点線で示される転移温度より高い温度（すなわち、点線の左側）において、堆積条件は実質的に物質輸送に制御される。一部の例では、約５５０℃より高い堆積温度において、膜品質のある側面が低下することもある。点線で示される転移温度より低い温度（すなわち、点線の右側）において、堆積条件は実質的に反応速度論的に制御され、相対的により高い炭素ソース流量を使用することもできる。転移温度の位置は、例えばチャンバ圧力およびキャリアガス流量を変えるなど、堆積条件を操作することによって変えることもできる。一部の実施形態において、化学気相成長条件は、約５００℃〜約６００℃の範囲の温度を含む。一部の実施形態において、化学気相成長条件は、少なくとも約５００ｍＴｏｒｒの、好ましくは少なくとも約３０Ｔｏｒｒ、例えば約３０Ｔｏｒｒ〜約２００Ｔｏｒｒの範囲のチャンバ圧力を含む。
【００６８】
置換炭素を、選択的堆積Ｓｉ含有膜に組み込ませるための上で説明した方法は、電気的に活性なドーパントなど、他のドーパントを使用する置換型ドーピングに使用することもできる。高水準の置換型ドーピングを、特にシリコン膜もまた炭素で置換的にドープされた場合、低い抵抗率を有する選択的堆積シリコン膜に対して使用することもできる。
【００６９】
トリシランおよび塩素からの選択的堆積は、ＳｉＧｅ層にひずみを作り出すための、ゲルマニウムをエピタキシャル膜に置換的に組み込むことに対しても有効であるので有利である。好ましい堆積条件下で、例えば、ひずみをチャンネルに作用するための、ゲルマニウムの組込み水準は、約１％と９９％の間、一般的に約１７％と５０％の間、しばしば約２０％と約５０％の間、より具体的には約２０％と４０％の間とすることができる。
【００７０】
当該技術分野において知られているように、単結晶シリコンの格子定数は約５．４３１Åであり、これに対して単結晶ゲルマニウムは、ゲルマニウム原子のより大きなサイズのために５．６５７の格子定数を有している。シリコンの自然の格子定数からの逸脱は、ひずみをもたらし、これが半導体中の電気的キャリアの移動度を改良し、デバイスの効率を有利に改良する。ＳｉＧｅをその材料の臨界厚さ未満に堆積した場合、堆積した層は、圧縮的ひずみを残存しており、ＰＭＯＳデバイスに関してホール移動度が改良される。この場合、堆積したＳｉＧｅ層は全活性領域上に選択的に形成することができ、チャンネルを画定することができ、または引っ張りひずみを有するＳｉ層をその上に形成するための弛緩テンプレートとして働くことができ、それ自体がチャンネル領域として役立つことができる。
【００７１】
置換炭素をＳｉＧｅに組み込むための上述の方法は、またＳｉＧｅ中の圧縮的ひずみを低減するため、または、例えば本質的に約３．５原子％の置換炭素、約３５原子％Ｇｅ、および約６１．５原子％のシリコンからなる合金のような、ひずみなしの三元ＳｉＧｅＣ合金を生成するために使用することもできる。
【００７２】
図１〜５の実施形態において、ＳｉＣ層は、陥凹したソース／ドレイン領域２０中に選択的に形成され、応力を維持する条件（厚さ、温度）下で堆積されるのが好ましい。Ｓ／Ｄ陥凹を充填しているより小さな格子定数のＳｉＣ材料は、引っ張りひずみをそれらの間のチャンネル領域２２に作用させる。しかしながら、ある実施形態において、ＳｉＧｅ層がＳｉＣの代わりに陥凹したソース／ドレイン領域２０中に選択的に堆積される。Ｓ／Ｄ陥凹を充填しているより大きな格子定数のＳｉＧｅ材料は、圧縮ひずみをそれらの間のチャンネル領域２２に作用させる。またアルシンまたホスフィンを使用することが好ましい。上記で説明したように、ある実施形態は、集積回路を形成する方法を提供し、この方法は、露出半導体表面および絶縁領域を画定するために基板をパターン化し；供給ガスを基板に供給し、これによってエピタキシャル膜を露出した半導体表面上に選択的に堆積し、ここにおいて供給ガスが、トリシラン、塩素、およびドーパントソース（場合によっては、キャリアガスなどの他のガス）を混合することによって形成されることを含む。好ましい実施形態において、ドーパントソースはゲルマニウムソースおよび必要に応じて電気的に活性なドーパント前駆物質であり、これはトリシランおよび塩素ガスと一緒に基板に供給され、ドープエピタキシャル膜を、露出した半導体表面上に選択的に堆積させる。
【００７３】
別の実施形態において、トリシランおよび塩素は、電気的ドーパントと一緒に基板に供給され、これによって電気的にドープしたシリコン膜を基板上に堆積させる。したがって、実施形態は、チャンバ内に配置された基板を提供し；塩素、トリシランおよびドーパント前駆物質を、化学気相成長条件下で、チャンバに導入し、このドーパント前駆物質が電気的に活性なドーパントを含み；単結晶シリコン膜を、少なくとも約５ｎｍ／分の堆積速度において基板上に堆積させることを含む、単結晶シリコン膜を選択的に堆積させるための方法を提供する。選択的に堆積した単結晶シリコン膜は、約１．０ｍΩ・ｃｍ以下の抵抗率を有することが好ましく、少なくとも約３×１０２０ｃｍ−３の置換ドーパント、好ましくは少なくとも約４×１０２０ｃｍ−３の置換ドーパント、より好ましくは少なくとも約５×１０２０ｃｍ−３の置換ドーパントを含んでいる。電気的に活性なドーパントの水準および種類は、特定の用途に関して所望される場合、１．０ｍΩ・ｃｍ以下、例えば０．９ｍΩ・ｃｍ以下、好ましくは０．８ｍΩ・ｃｍ以下、より好ましくは０．７ｍΩ・ｃｍ以下となるように得られたドープシリコン中の抵抗率の値を生じるように変更することもできる。適切なドーパント前駆物質を使用することによって、この方法は、ｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントを含有するシリコン膜を生成するために使用することもできる。好ましくは、ｎ型ドーパントは、カーボンドープシリコン膜で使用される。適切なドーパント前駆物質およびドーパントの例については、上記で説明した。堆積速度は、図２５で図解すように、例えば少なくとも約１０ｎｍ／分まで、少なくとも約２０ｎｍ／分までなど、増加させることもできる（以下で説明）。
【００７４】
ゲルマニウムまたは電気的に活性なドーパントで置換的にドープされたシリコン膜を選択的に堆積するのに適した化学気相成長条件は、炭素で置換的にドープしたシリコン膜の堆積に関して上記で説明したＣＶＤ条件と一般的に適合する。したがって、ある実施形態は、炭素および電気的に活性なドーパントでドープした、選択的に堆積した単結晶シリコン膜を提供する。別の実施形態は、ゲルマニウムおよび電気的に活性なドーパントでドープした、選択的に堆積した単結晶シリコン膜を提供する。
【００７５】
図２４は、トリシランを使用して堆積した一連の膜の、ドーパント前駆物質（アルシン）流の関数としてのドープシリコン膜抵抗率のプロットである。図２４は、アルシン流の関数としての膜抵抗率は、最低点を通過するので、抵抗率の低減は、単にドーパント前駆物質の流量を増加させるだけでは必ずしも達成されないという一般的な命題を示している。本発明は、理論に拘束されるものではないが、抵抗率の増加は、電気的に不活性なドーパントの部分の組込みが増加することによるものであろうと考えられている。
【００７６】
図２５Ａは、トリシランのアルシンに対する一定流量比における、成長速度の関数としての、一連の堆積膜に関するドープシリコン膜の抵抗率のプロットである（図１５も参照されたい）。図２５Ｂは、トリシランおよびアルシンの流量の関数としての、膜堆積速度のプロットである。図２５は、特定の一連のデータ内で、トリシランの置換ドーパント前駆物質（図２３ではＭＭＳ、図２５ではＡｓＨ３）に対する一定の流量比が使用されており、ある意味で図２３に類似している。図２５Ａは、約１．０ｍΩ・ｃｍ以下のシリコン膜抵抗率の値が、トリシランを使用して、例えば少なくとも約５ｎｍ／分、より好ましくは少なくとも約１０ｎｍ／分の相対的に高い速度において堆積を行うことによって達成できることを実証している。図２５Ｂにおいて図解するように、ドープシリコン膜の成長速度は、実質上トリシランの流量の一次関数である。
【００７７】
図１５、２３および２５は、トリシランの使用が、相対的に高速度の堆積を可能にする、言い換えれば驚くべき高水準の置換的ドーピングを可能にすることを実証している。リン、炭素、および砒素の間の公知の違いにもかかわらず、図１５、２３および２５間の類似性は、本明細書で教示されたようなトリシランを使用する堆積方法は、ドーパントまたはドーパント前駆物質の性質に対して相対的に感受性が低いことを実証している。したがって、本明細書で説明するトリシランを使用する選択的堆積方法は、広範囲な様々なドーパント（例えば、置換炭素、電気的に活性なドーパントなど）に適用可能であり、これらドーパントの、多種多様なＳｉ含有材料（例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＣなど）への組込みに適用可能である。特定のＳｉ含有材料に適用可能な堆積条件に対して日常の実験を使用することもできる。
塩素のドーパント水素化物ゲッタリング
ｉｎ ｓｉｔｕドーピングは、特に枚葉式処理において、ＣＶＤチャンバの望ましくない汚染のためにしばしば回避される。ｐ型（例えばホウ素ドープ）およびｎ型（例えばリンドープまたは砒素ドープ）の両方の用途に有用な真性半導体の堆積によって、経済性を達成することができる。層は、別個のプロセスツールにおいて、埋込みまたは拡散によって簡単にドープされる。さらにドーパント拡散にバッチ処理を使用することができるので、処理能力は追加のドーピングステップによって大きく影響されない。
【００７８】
しかしながら、塩素ガスを使用する好ましい選択的方法に関し、ドーパント水素化物をプロセスフローに添加することによって、改良された層表面品質が見出された。これは、ドーパント水素化物が表面において塩素に関する優れたゲッターとして働き、（純）ＨＣｌおよびドーパント塩化物を形成し、前駆物質ガスが高品質エピタキシャル堆積のために表面にアクセスするのを可能にしたと考えられる。
【００７９】
トリシランおよび塩素を使用するＳｉ含有膜の堆積は、本明細書で説明するように行った場合、従来のシリコンソースの使用を超えて著しい利点を提供することができる。例えば、所定の堆積温度において、トリシランを使用するＳｉ含有膜の堆積は、トリシランの代わりにシランを使用した場合より著しく速い速度において好ましく進行する。好ましい実施形態は、トリシランを基板表面に約５０〜２００ｍｇ／分の送出速度で送出する高速度堆積方法を提供する。熱ＣＶＤ条件下で、好ましくは約５００℃〜約８００℃の範囲の堆積温度において、この実施形態を実施することによって、結果としてＳｉ含有材料の、好ましくは約５０Å／分以上、より好ましくは約１００Å／分以上、最も好ましくは約２００Å／分以上の（他のシリコンソースと比較して）相対的に速い堆積が得られる。またドーパント水素化物ソースは、表面品質を改良しｉｎ ｓｉｔｕドーピングを提供するために、トリシランおよび塩素と一緒に表面に送出することが好ましい。
【００８０】
好ましいＳｉ含有膜は、膜の表面を横断して極めて均一な厚さを有している。パターン化したまたは混合した基板上に（特に、半導体および酸化ケイ素かまたは窒化ケイ素上に）、本明細書で説明するように（例えば、ドーパント水素化物ゲッターの存在下において）堆積を行った場合、得られたＳｉ含有膜に関する非均一厚さの割合は、好ましくは約２％以下である。膜の平均厚さに基づく、非均一厚さの割合に関する追加の値は、下の表１に示すようであることが好ましい。表１に示す非均一厚さ％のそれぞれの値は、その前に「約」という言葉が付いているかのように、理解されるものとする。
【００８１】
【表１】
【００８２】
一般的に、特定の一連のプロセス条件下で堆積した膜に関する膜厚均一性の測定は、約２００ｍｍ〜約３００ｍｍの直径を有する均一または混合基板上に膜を堆積することによって行うことができる。膜厚均一性は、ランダムに選択した直径に沿った複数の厚さ測定点（ウエハ周囲における３ｍｍ以内の除外ゾーンでは測定しない）を構成し、様々な厚さ測定値を平均化することで平均厚さを決定し、二乗平均平方根（ｒｍｓ）の変動を決定することによって決定される。膜厚測定のための機器は、ＴｈｅｒｍａｗａｖｅからのＯｐｔｉｐｒｏｂｅ（商標）を使用することが好ましく、好ましい測定方法は、このような機器を使用して、ランダムに選択したウエハ直径に沿って４９点において膜厚さを測定することを含む。実際には、厚さの変動は、通常このような測定に続いて機器から直接得ることができるので、手動で計算する必要はない。比較を可能にするため、計算によりｒｍｓ厚さ変動を平均厚さで割って１００倍し、結果を百分率で表現して、非均質％で表現することもできる。例えば、その上に１つまたは複数の追加の層が適用されている膜、またはその中に集積回路を含んでいる膜などの、このような測定が適用できない表面を有する膜の厚さ均一性の測定の場合は、切断して電子顕微鏡で厚さを測定する。膜厚を、横断面の最も薄い部分と最も厚い部分において測定し、これら２点の間の厚さ測定値の範囲（例えば、±６Å）を２つの測定値の合計で割ることで測定する。この非均一性は、本明細書では百分率で表現する。
【００８３】
加えて、本明細書で説明する方法に従って（例えば、ドーパント水素化物ゲッターの存在下において）作製した、他のエレメント（例えば、ドープシリコン、Ｓｉ含有ＳｉＣおよびＳｉＧｅ合金、およびドープＳｉ含有合金）を含有する好ましい結晶性Ｓｉ含有膜の組成上の均一性が、トリシランを使用しないで作製した対応する膜に比較して著しく改良される。本発明は、いかなる動作理論にも拘束されるものではないが、Ｓｉ含有膜が、例えば、シラン、ＤＣＳまたはＴＣＳなどの従来の前駆物質を使用した、対応するＳｉ含有膜より良好な、ある程度の組成上の均一性を有していると考えられる。さらに、相対的に高水準の非シリコン成分を含有する結晶性Ｓｉ含有合金を、本明細書で説明する方法によって調製することができる。例えば、結晶性ＳｉＧｅは、好ましくは約１０原子％以上のＧｅ、より好ましくは約２０原子％以上のＧｅ、さらにより好ましくは約３０原子％以上のＧｅを含有する。Ｓｉ：Ｃは、約１％と約３．５％の間の炭素を含有していることが好ましい。
非水素キャリアガス
本発明の別の態様により、非水素キャリアガスは、ハロゲン含有エッチャントガスおよびトリシランガスと組み合わせて使用するのが好ましい。ハロゲン含有エッチャントガスは、塩化水素（ＨＣｌ）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６）および／または塩素などの塩素含有エッチャントガスでよい。水素ガス（Ｈ２）は、半導体処理のための蒸気堆積、特にエピタキシャル堆積において使用される、最も一般的なキャリアガスである。Ｈ２が最も一般的であるのには幾つかの理由がある。Ｈ２は高純度で供給することができる。さらに、水素の熱的性質は、ウエハに他の不活性ガスが影響するよりもより大きな熱的効果がある。加えて、水素は還元剤として働く傾向があるので、反応チャンバの完全とは言えない密封の結果生ずる自然酸化膜の形成に対抗する。
【００８４】
しかしながら、本発明は、上記のトリシラン／塩素堆積システムなどの、トリシラン／ハロゲン含有エッチャントガス堆積システムにおいて、非水素キャリアガスを使用することによる特別な利点を見出した。ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）または窒素ガス（Ｎ２）、あるいはこのような不活性ガスの組合せを、水素の代わりに使用することが好ましい。塩化水素を、例えばトリシラン流量約５ｍｇ／分、堆積温度が約６７５℃〜約７００℃の範囲、塩化水素流量約２．２ｓｌｍ、堆積圧力約４Ｔｏｒｒ、希釈したホスフィン流量約２００ｓｃｃｍおよびＭＭＳ（希釈していない）流量約６ｓｃｃｍを含む堆積条件を用いて、ある選択的堆積におけるキャリアガスとして使用することもできる。図解した実施形態においては、Ｈｅの熱的挙動がＨ２のそれに近いので、Ｈ２キャリアガスの使用から少ない調節で済むため、Ｈｅが使用される。
【００８５】
前述のトリシラン／塩素／水素システムにおいて、以下を含めた多くの可能性のある反応機構がある。
（１）Ｓｉ（ｓ）＋Ｃｌ２（ｇ）→ＳｉＣｌ２（ｇ） エッチング
（２）Ｓｉ３Ｈ８（ｇ）→Ｈ３ＳｉＳｉＨ：（ｇ）＋ＳｉＨ４（ｇ） トリシラン解離
（３）Ｈ３ＳｉＳｉＨ：（ｇ）→Ｈ２Ｓｉ＝ＳｉＨ２（ｇ）
（４）ＳｉＨ２（ｇ）＋ＳｉＣｌ２（ｓ）→２Ｓｉ（ｓ）＋２ＨＣｌ（ｇ） 堆積
（５）Ｓｉ（ｓ）＋２ＨＣｌ⇔ＳｉＣｌ２（ｇ）＋Ｈ２（ｇ） 堆積とエッチングの平衡
（６）２ＰＨ３（ｇ）→２Ｐ（ｓ）＋３Ｈ２（ｇ） ドーピング
（７）ＰＨ３（ｇ）＋６Ｃｌ（ｓ）→ＰＣ１３（ｇ）＋３ＨＣｌ（ｇ） フリー表面部位
（８）Ｃ１２（ｇ）＋Ｈ２（ｇ）→２ＨＣ１（ｇ）
比較：ＳｉＨ２Ｃｌ２（ｇ）→ＳｉＣｌ２（ｇ）＋Ｈ２（ｇ） ＤＣＳ分解
式（１）は、システムにおけるエッチング反応を表す。式（１）は、（選択性を維持するために必要な）エッチングを提供することに加えて、またシリコン堆積を生成する傾向のある式（５）の反応物質を生成する。式（５）は、右側への反応（エッチング）と左側への反応（堆積）の間のバランスを表す。絶縁表面上ではエッチングが優位であり、一方半導体ウィンドウ上では堆積が優位であるような条件が好ましい。理論によって制限されることを望まないが、十分な濃度の塩素ガスを供給して選択性のためのエッチングを生成し、一方では堆積を提供するためのＳｉＣｌ２を生成することが望ましい。
【００８６】
しかしながら、遊離Ｈ２がキャリアガスとして存在すると（すなわち、大量に存在すると）、反応（８）が起こり、ＨＣｌを発生する。システム中のＨＣｌの濃度が増加すると、堆積／エッチング式（４）および（５）の両方をエッチングの方向に促進し、このようにして堆積速度をいずれかの所定の「調整」プロセスに押し下げる。調整プロセスは、そこにおいて反応物質濃度が選択的堆積を達成するように調整されている。
【００８７】
式（７）は、また別の望ましい反応を示し、これはＨ２キャリアガスの存在によるＨＣｌの生成によって抑制される。式（７）は、ウエハ表面に吸着された塩化物のゲッタリングを示す。アルシン、ホスフィンおよびジボランなどのドーパント水素化物（式はホスフィンで示してある）は、表面の塩素原子と反応して揮発性の副産物を形成する傾向があり、このようにして表面反応サイトは、堆積のために解放される。しかしながら、式（４）および（５）と同様に、ＨＣｌ濃度が増加すると、反応式（７）の平衡が左側に移行することにより、望ましいゲッタリング反応が抑制される。
【００８８】
したがって、非水素キャリアガス（一般的にシステム中の優位ガスである）の使用は、式（８）によるＣｌ２の消費を避け、これによって堆積反応（４）、（５）およびゲッタリング反応（７）の抑制を避ける。Ｖｉｏｌｅｔｔｅの論文（上記参考資料に組み込まれている）から再生した図２６は、Ｈ２キャリアガスの添加が、彼らの研究のＳｉ／Ｃｌ中の堆積反応物質ＳｉＣｌ２の濃度をどのように抑制するかを示している。Ｈ２を使用しないプロセスが好ましいが、Ｈ２を最小化する利益は、全体的排除なしでは得ることができないことに留意されたい。システム中の最大のガスのソースを表す主キャリアガスは、非水素であることが好ましい。ドーパント前駆物質（炭素ソース、ゲルマニウムソースおよび／または電気的ドーパント前駆物質など）は、好ましくは非水素キャリアガスで希釈される（例えば、Ｈｅ中の１％アルシン、Ｈｅ中の１％ホスフィン）。堆積の選択性は、堆積温度を増加させると増加する傾向を示すので（図１６Ａを参照されたい）、相対的に高い堆積温度（例えば、５５０℃超、より好ましくは約５５０℃〜約６５０℃の範囲）を、Ｈ２の最小化または排除と組み合わせて使用することが好ましい。
【００８９】
図２７は、ヘリウム、トリシランおよび塩素ガスを使用する、好ましい反応装置システム１００を示す。図に示すように、清浄器１０２がヘリウムソース１０４の下流に置かれている。不活性ガス流の一部が、バブラー１０６の形態の蒸発器に分流し、キャリアガスが、蒸発器から蒸発したトリシラン１０８を運び出す。別な方法として、トリシランを単に加熱して、液体上の空間におけるトリシランの蒸気圧を増加させ、キャリアガスがこの空間を通過する際にトリシランを取り込むことができる。どの場合でも、液体反応物質ソース容器１０６の下流に分析装置１１０があり、ここで蒸気を通過する音の速さを測定することによって、流動ガスの反応物質濃度が決定される。この測定に基づき、ソフトウェア制御の下流質量流制御器（ＭＦＣ）１１２に関する設定点は、分析装置１１０によって変えられる。このような分析装置は、市販されている。
【００９０】
ＭＦＣ１１２を通過する流れは、主キャリアガスＭＦＣ１１４を通過する主キャリアガスおよび他の反応物質と、堆積チャンバ１２２に向けた注入マニホールド１２０の上流のガスパネルにおいて合流する。別な方法として、流れは反応装置システム１００内のどの点においても合流することができ、得られた供給ガスを基板に供給する。好ましくは塩素ガス１３０の、エッチャント種のソースも同様に供給される。図解した実施形態において、炭素１３２（モノメチルシランまたはＭＭＳと図解されている）のためのソースおよびドーパント水素化物１３４（ホスフィンとして示されている）のためのソースも同様に供給される。
【００９１】
図解されているように、反応装置システム１００は、システム１００の様々な制御可能な構成要素に電気的に接続している中央制御装置１５０を含んでいる。この制御装置は、反応チャンバ１２２内に収容されている基板上に、本明細書で説明しているような堆積プロセスを実施するための、ガス流、温度、圧力等を提供するようにプログラムされている。当業者によって認識されるように、制御装置１５０は、一般的にメモリーおよびマイクロプロセッサーを含み、ソフトウェア、ハードワイヤード（ｈａｒｄｗｉｒｅｄ）、またはこれら２つの組合せによってプログラムすることもでき、制御装置の機能性は、異なる物理的位置に設置されたプロセッサー内に分配し得る。したがって、制御装置１５０はシステム１００を通して分布している複数の制御装置を代表することができる。
【００９２】
したがって、トリシラン／塩素／非水素キャリアガスの組合せは、シリコン含有材料、特にエピタキシャル層の堆積速度の向上をもたらす。ある実施形態において、絶縁材料内の半導体ウィンドウの表面または内部に選択的堆積を達成するために、ガス流量は、圧力および温度の組合せにおいて選択される。ヘリウムソース１０４は、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンおよび／または窒素（Ｎ２）などの他の非水素ガスと置換できることが理解される。またヘリウムソース１０４は、水素キャリアガスを使用する反応装置システムに供給するために、水素ソースと置換することができる。例えば、水素をキャリアガスとして使用することを説明した堆積プロセスを、このような反応装置システムで行うことができる。
【００９３】
図解した実施形態において、炭素ソース１３２もまた備えられており、トリシランと塩素と組み合わせて、上記で開示したように高い置換炭素含有量を達成することができる。別の実施形態において、向上した伝導率を有するｉｎ ｓｉｔｕドープ半導体層をもたらすために、ドーパント水素化物ソース１３４を備えていることも同様に好ましい。シリコンまたはＳｉＣエピタキシに関しては、ドーパント水素化物がアルシンまたはホスフィンであって、層がｎ型ドープであることが好ましい。またドーパント水素化物のための希釈不活性ガスは、非水素不活性ガスであることが最も好ましい。したがってホスフィンおよびＭＭＳは、例えばヘリウム中でそれらのソース容器１３２、１３４に貯蔵することが好ましい。一般的なドーパント水素化物濃度は、アルシンおよびホスフィンに関して、ヘリウム中で０．１％〜５％の範囲であり、より一般的には、０．５％〜１．０％の範囲である。一般的な炭素ソース濃度は、ヘリウム中で５％〜５０％であり、より一般的にはヘリウム中で１０％〜３０％である。例えば、実験はヘリウム中２０％ＭＭＳを用いて行った。別の方法として、炭素ソース（例えば、ＭＭＳ）を希釈していない形態で供給することもできる。
【００９４】
トリシランおよび塩素ガスと組み合わせた非水素不活性キャリアガスの利益についての前述の論議は、他の半導体化合物にも適用可能である。例えば、トリシラン、ゲルマン、塩素および非水素キャリアガスは、ＳｉＧｅに関して、同様の向上しそして選択性の堆積利益を得る。例えば、ヘリウム中に１％のジボランを加えることで、ｐ型ドープ層を得ることができる。
【実施例１】
【００９５】
本実施例は、混合形態基板上のエピタキシャルシリコン膜の選択的堆積について示す。
【００９６】
８インチの非パターン化Ｓｉ＜１００＞ウエハ基板および十分に酸化した表面（１０００Å）を有する別のウエハを、Ｅｐｓｉｌｏｎ Ｅ２５００（商標）反応装置システムに装荷した（ｌｏａｄｅｄ）。次いで基板を、９００℃および水素流量２０ｓｌｍにおいて反応装置システムに導入し、基板を１分間安定化した。次いで、基板の温度が５５０℃に低下したときに水素流を停止した。次いで基板を１０秒間安定化し、その時間の後５０ｍｇ／分のトリシラン流を１０分間導入した。２００ｓｃｃｍの塩素ガスおよび１００ｓｃｃｍの１％ホスフィンを同時に供給し、約６Ｔｏｒｒの堆積圧力で堆積を行った。厚さ約５００Åを有する連続した均一なリンドープＳｉ膜が、（堆積速度５ｎｍ／分で）単結晶基板上に選択的に堆積した。次いで基板を反応装置から取り出し、ロードロックに戻した。シリコンウエハ上に堆積したリンドープＳｉ膜は、優れたエピタキシャル品質と約０．３５ｍΩ・ｃｍの抵抗率を有していたが、一方酸化物基板上には、基本的に堆積は観察されなかった。
【実施例２】
【００９７】
酸化ケイ素の表面を有する別のウエハの代わりに、窒化ケイ素の表面を有する別のウエハを反応装置に装荷したことを除き、実施例１で説明した通りに堆積プロセスを行った。エピタキシャルリンドープＳｉ膜が選択的にシリコンウエハ上に堆積し、窒化ケイ素表面上には本質的に堆積はなかった。実施例１と同じく、堆積したリンドープＳｉ膜は、優れたエピタキシャル品質と約０．３５ｍΩ・ｃｍの抵抗率を有していた。
【００９８】
本明細書で述べた全ての特許、特許出願および論文は、それらの内容全体が参照により本明細書に組み込まれている。当業者によって、上記で説明した方法に対して、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な削除、追加および改良を行うこともできることが理解され、このような改良および変更の全ては、添付の特許請求の範囲に規定するように、本発明の範囲に含まれることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】フィールド酸化物を画定し、絶縁体を取り除き半導体表面を露出した後の半導体基板の概略断面図である。
【図２】アクティブ領域ウィンドウ内に、トランジスタゲート電極を形成した後の図１の構造図を示す。
【図３】ゲート電極両側のソースおよびドレイン領域を陥凹した後の図２の構造図を示す。
【図４】本発明の好ましい実施形態により陥凹した領域内に半導体膜を選択的に堆積した後の図３の構造図を示す。
【図５】任意に選択的堆積を継続し、高くなったソース／ドレイン構造を形成した後の図４の構造図を示す。
【図６】本発明の別の好ましい実施形態による半導体ウィンドウを露出させ選択的堆積を行い高くなったソース／ドレイン構造を形成した後の図２の構造図を示す。
【図７】固定ジシラン流量に関し、幾つかの温度における塩素流量の関数としてのシリコン上の堆積速度を示すグラフである。
【図８】様々な条件下におけるジシラン／塩素堆積に関する選択率しきい値を示す、塩素流量の関数としての堆積速度を示すグラフである。
【図９】ジシランおよび塩素プロセスガスを使用する堆積に関する、温度の関数としての絶縁体表面上の核表面被覆率を示すグラフである。
【図１０】ジシランおよび塩素プロセスガスを使用する堆積に関する、塩素流の関数としての欠陥密度を示すグラフである。
【図１１】本発明の好ましい実施形態よるトリシラン、塩素および水素キャリアガスを使用する堆積に関する、水素流の関数としてのシリコン上の堆積速度を示すグラフである。
【図１２】トリシラン流の関数としてのシリコン上の堆積速度を示すグラフである。
【図１３】温度の逆数の関数としての酸化ケイ素上の堆積速度を示すグラフである（堆積圧力＝１Ｔ＝１Ｔｏｒｒ）。
【図１４Ａ−Ｄ】トリシラン、塩素および水素キャリアガスを使用する堆積に関する、温度の逆数および圧力（Ｔ＝Ｔｏｒｒ）の関数としてのシリコン上の堆積速度を示す一連のグラフである。
【図１５】トリシラン、塩素および水素キャリアガスを使用する堆積に関する、ドーパント流量の関数としてのシート抵抗を示すグラフである。
【図１６Ａ】水素キャリアガスを使用しないトリシランおよび塩素ガスを用いた、温度の逆数の関数としてのシリコンの酸化ケイ素上の堆積速度を示すグラフである。
【図１６Ｂ】単結晶シリコン上の堆積が、この一連の実験において使用された堆積条件（５５０℃、１６Ｔｏｒｒ、主キャリアガスなし）下、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）および窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）に対して実質的に１００％選択性である、Ｃｌ２／トリシラン流量比を示すプロット図である。
【図１７Ａ】好ましい実施形態により堆積した膜に関する、成長速度、堆積した膜への炭素組込みおよび抵抗率を示す、一連のグラフである。
【図１７Ｂ】好ましい実施形態により堆積した膜に関する、成長速度、堆積した膜への炭素組込みおよび抵抗率を示す、一連のグラフである。
【図１７Ｃ】好ましい実施形態により堆積した膜に関する、成長速度、堆積した膜への炭素組込みおよび抵抗率を示す、一連のグラフである。
【図１７Ｄ】好ましい実施形態により堆積した膜に関する、成長速度、堆積した膜への炭素組込みおよび抵抗率を示す、一連のグラフである。
【図１８Ａ】実質的に炭素および砒素の両方を用いてドープされたシリコン膜に関する、成長速度（１分間当たりのナノメートル、ｎｍ／分）の関数としての、置換炭素の割合を示すグラフであり、またこれら膜の抵抗率（単位ｍΩ・ｃｍ、これも左軸）を示す。
【図１８Ｂ】トリシラン流（単位ｍｇ／分）の関数としてのこれら膜の成長速度を示すグラフである。
【図１９】好ましい実施形態により、炭素を用いて置換的にドープされたシリコン膜に関するフーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）スペクトルの部分図を示す。
【図２０Ａ】３つの異なるキャリアガス（Ｈ２）流量に関するチャンバ圧力の関数としての、シリコン膜中の置換炭素含有量のグラフを示す。
【図２０Ｂ】３つの異なるキャリアガス（Ｈ２）流量に関するチャンバ圧力の関数としての、成長速度のグラフを示す。
【図２１Ａ】一定のＭＭＳ（モノメチルシランまたはメチルシラン）流量における、トリシラン流量の関数としてのシリコン膜中の置換炭素含有量のグラフを示す。
【図２１Ｂ】堆積速度（成長速度）の関数としてのシリコン膜中の置換炭素含有量を示す。
【図２２】一定のトリシラン流量における、ＭＭＳ流量の関数としてのシリコン膜中の置換炭素含有量のグラフを示す。
【図２３Ａ】一定のトリシラン対ＭＭＳの流量比における、膜成長速度の関数としてのシリコン膜中の置換炭素含有量のグラフを示す。
【図２３Ｂ】トリシラン流量の関数としての成長速度のグラフを示す。
【図２４】トリシランを用いて堆積した一連の膜に関する、ドーパント前駆物質（アルシン）流の関数としてのドープシリコン膜抵抗率のグラフである。
【図２５Ａ】一定のトリシラン対アルシン流量比において堆積した一連の膜に関する成長速度の関数としてのドープシリコン膜抵抗率のグラフである。
【図２５Ｂ】トリシランおよびアルシン流量の関数としての膜堆積速度のプロット図である。
【図２６】水素キャリアガスの添加のある場合とない場合における様々な塩素化シリコン種を含むシステムに関する、温度の関数としての様々な反応物質の熱力学的平衡を示す２つのグラフである。
【図２７】本発明の好ましい実施形態によるシリコン含有膜の堆積に関し、トリシラン、塩素ガス、および不活性、非水素キャリアガスを使用するシステムに関してセットした反応装置の概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン含有層を基板上に堆積させる方法であって、
チャンバ内で堆積される基板を供給すること、
トリシラン、ハロゲン含有エッチャントガスおよび非水素キャリアガスを混合して供給ガスを形成すること、および
前記供給ガスを前記基板に導入することによって基板上にシリコン含有層を堆積させること
を含む方法。
【請求項２】
ハロゲン含有エッチャントガスが塩素である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板が、フィールド絶縁領域に囲まれた半導体ウィンドウを含み、導入することが前記フィールド絶縁領域への堆積を含まない、半導体ウィンドウ中の選択的堆積を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記Ｓｉ含有層を、前記基板上に５ｎｍ／分超の堆積速度で堆積させる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記Ｓｉ含有層を、前記基板上に６５０℃以下で堆積させる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記Ｓｉ含有層を、前記基板上に４００℃〜６００℃の範囲で堆積させる、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記Ｓｉ含有層を、前記基板上に１０ｎｍ／分超の堆積速度で堆積させる、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
非水素キャリアガスを用いた炭素ソースを導入することをさらに含み、前記シリコン含有層がＸ線回折によって決定して、少なくとも２．４原子％の置換炭素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
電気的ドーパント水素化物を、非水素キャリアガスを用いて導入することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記Ｓｉ含有層を、前記基板上に７５０℃以下で堆積させる、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記Ｓｉ含有層を、前記基板上に４００℃〜６００℃の範囲で堆積させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１】
シリコン含有層を基板上に堆積させる方法であって、
チャンバ内で堆積される基板を供給すること、
トリシラン、ハロゲン含有エッチャントガスおよび非水素キャリアガスを混合して供給ガスを形成すること、および
前記供給ガスを前記基板に導入することによって基板上にシリコン含有層を堆積させること
を含む方法。
【請求項２】
ハロゲン含有エッチャントガスが塩素である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板が、フィールド絶縁領域に囲まれた半導体ウィンドウを含み、導入することが前記フィールド絶縁領域への堆積を含まない、半導体ウィンドウ中の選択的堆積を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記Ｓｉ含有層を、前記基板上に５ｎｍ／分超の堆積速度で堆積させる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記Ｓｉ含有層を、前記基板上に６５０℃以下で堆積させる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記Ｓｉ含有層を、前記基板上に４００℃〜６００℃の範囲で堆積させる、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記Ｓｉ含有層を、前記基板上に１０ｎｍ／分超の堆積速度で堆積させる、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
非水素キャリアガスを用いた炭素ソースを導入することをさらに含み、前記シリコン含有層がＸ線回折によって決定して、少なくとも２．４原子％の置換炭素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
電気的ドーパント水素化物を、非水素キャリアガスを用いて導入することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記Ｓｉ含有層を、前記基板上に７５０℃以下で堆積させる、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記Ｓｉ含有層を、前記基板上に４００℃〜６００℃の範囲で堆積させる、請求項１に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１４Ｄ】
【図１５】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１７Ｃ】
【図１７Ｄ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１Ａ】
【図２１Ｂ】
【図２２】
【図２３Ａ】
【図２３Ｂ】
【図２４】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１４Ｄ】
【図１５】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１７Ｃ】
【図１７Ｄ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１Ａ】
【図２１Ｂ】
【図２２】
【図２３Ａ】
【図２３Ｂ】
【図２４】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１２−５４６１３（Ｐ２０１２−５４６１３Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６５２４０（Ｐ２０１１−２６５２４０）
【出願日】平成２３年１２月２日（２０１１．１２．２）
【分割の表示】特願２００７−５５４１６３（Ｐ２００７−５５４１６３）の分割
【原出願日】平成１８年１月３１日（２００６．１．３１）
【出願人】（５０００１９８９０）エーエスエム アメリカ インコーポレイテッド (60)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月２日（２０１１．１２．２）
【分割の表示】特願２００７−５５４１６３（Ｐ２００７−５５４１６３）の分割
【原出願日】平成１８年１月３１日（２００６．１．３１）
【出願人】（５０００１９８９０）エーエスエム アメリカ インコーポレイテッド (60)
【Ｆターム（参考）】
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