JP4918043B2 - シリコンエピタキシャル膜形成方法 - Google Patents

Description

出願の相互参照

[0001]本出願は、２００４年１２月１日に出願された米国特許出願第１１／００１，７７４号（Ｄｏｃｋｅｔ第９６１８号）の一部継続出願であり、かつこの優先権を特許請求する、２００５年９月１４日に出願された米国特許出願第１１／２２７，９７４号の優先権を主張するものである。上記出願の各々は、その全体が参照として本明細書に組み込まれている。

発明の分野

[0002]本発明の実施形態は概して電子製造プロセスおよびデバイスの分野、特に電子デバイスを形成する際にシリコン含有膜を堆積する方法に関する。

発明の背景

[0003]より小型のトランジスタが製造されるにつれて、超浅型ソース／ドレイン接合の生成がより手腕を問われるものになりつつある。概して、サブ１００ｎｍ ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）デバイスは接合深さが３０ｎｍ未満である必要がある。選択エピタキシャル堆積はしばしば、シリコン含有材料（例えば、Ｓｉ、ＳｉＧｅおよびＳｉＣ）のエピ層を接合に形成するために利用される。概して、選択エピタキシャル堆積は、誘電エリアでの成長なくシリコン堀（ｍｏａｔｓ）におけるエピ層の成長を可能にする。選択エピタキシは、エレベーテッドソース／ドレイン、ソース／ドレイン延長部、コンタクトプラグ、あるいはバイポーラデバイスのベース層堆積などの半導体デバイス内で使用可能である。

[0004]概して、選択エピタキシプロセスは堆積反応およびエッチング反応を伴う。堆積およびエッチング反応は、エピタキシャル層および多結晶層に対して相対的に異なる反応レートで同時に生じる。堆積プロセス中、エピタキシャル層は単結晶表面に形成されるのに対して、多結晶層は、既存の多結晶層および／またはアモルファス層などの少なくとも第２の層に堆積される。しかしながら、堆積された多結晶層は概して、エピタキシャル層よりも速いレートでエッチングされる。従って、エッチングガスの濃度を変更することによって、正味の選択プロセスはエピタキシ材料の堆積および多結晶材料の制限的な堆積をもたらすか、あるいは多結晶材料の堆積を全くもたらさない。例えば、選択エピタキシプロセスは単結晶シリコン表面にシリコン含有材料のエピ層の形成をもたらすことがあるのに対して、堆積はスペーサに残らない。

[0005]シリコン含有材料の選択エピタキシ堆積は、エレベーテッドソース／ドレインおよびソース／ドレイン延長部部材の形成時、例えばシリコン含有ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）デバイスの形成時に有用な技術になった。ソース／ドレイン延長部部材は、シリコン表面をエッチングして凹型ソース／ドレイン部材を形成してから、引き続きエッチングされた表面を、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）材料などの選択成長エピ層で充填することによって製造される。選択エピタキシはイン・シトゥドーピングによるほぼ完全なドーパント活性を可能にするため、事後アニーリングプロセスが省略される。従って、接合深さは、シリコンエッチングおよび選択エピタキシによって正確に定義可能である。他方、超浅型ソース／ドレイン接合は必然的に直列抵抗の増加をもたらす。また、シリサイド形成時の接合消費はこの直列抵抗をさらに増加させる。接合消費を補償するために、エレベーテッドソース／ドレインは接合上にエピタキシャルかつ選択的に成長される。通常、エレベーテッドソース／ドレイン層は非ドープシリコンである。

[0006]しかしながら、現在の選択エピタキシプロセスはいくつかの欠点を有している。現在のエピタキシプロセス時の選択率を維持するために、前駆体の化学的濃度ならびに反応温度が堆積プロセスを通して調節および調整されなければならない。十分でないシリコン前駆体が施される場合、エッチング反応が支配的になる場合があり、プロセス全体がスローダウンする。また、基板部材のエッチングに対して有害な事柄が生じる場合がある。十分でないエッチャント前駆体が施されると、堆積反応が支配的になり、選択率を低下させて、基板表面にわたって単結晶および多結晶材料を形成することもある。また、現在の選択エピタキシプロセスは普通、約８００℃、１，０００℃またはこれ以上の高い反応温度を必要とする。このような高温は、基板表面へのサーマルバジェット関連事項および生じ得る非制御窒化反応ゆえに製作プロセス時には望ましくない。

[0007]従って、任意のドーパントによってシリコンおよびシリコン含有化合物を選択的かつエピタキシャルに堆積するためのプロセスを有する必要がある。さらに、このプロセスは、高速堆積レートを有し、かつ約８００℃以下、好ましくは約７００℃以下のプロセス温度を維持する一方で、様々な元素濃度のシリコン含有化合物を形成するために多用途でなければならない。

発明の概要

[0008]本発明の第１の態様において、基板にエピタキシャル膜を形成するための第１の方法が提供される。該第１の方法は、（ａ）基板を提供するステップと、（ｂ）該基板の少なくとも一部にエピタキシャル膜を形成するために該基板を少なくともシリコンソースに暴露するステップと、（ｃ）ステップ（ｂ）中に形成された該エピタキシャル膜および任意の他の膜をエッチングするために該基板をＨＣｌおよびＣｌ_２に暴露するステップとを含んでいる。

[0009]本発明の第２の態様において、基板にエピタキシャル膜を形成するための第２の方法が提供される。該第２の方法は、（ａ）基板を提供するステップと、（ｂ）炭素含有シリコンエピタキシャル膜を形成するために該基板をシリコンソースおよび炭素ソースに暴露するステップと、（ｃ）該炭素含有シリコンエピタキシャル膜をカプセル化膜によってカプセル化するステップと、（ｄ）該カプセル化膜をエッチングするために該基板をＣｌ_２に暴露するステップとを含んでいる。

[0010]本発明の第３の態様において、基板にエピタキシャル膜を形成するための第３の方法が提供される。該第３の方法は、（ａ）基板を提供するステップと、（ｂ）追加元素含有シリコンエピタキシャル膜を形成するためにシリコンソースおよび追加元素ソースに該基板を暴露するステップと、（ｃ）該追加元素含有シリコンエピタキシャル膜をカプセル化膜でカプセル化するステップと、（ｄ）該カプセル化膜をエッチングするために該基板をＣｌ_２に暴露するステップとを含んでいる。本発明のこれらおよび他の実施形態に従って多数の他の態様が提供される。

[0011]本発明の他の特徴および態様は以下の詳細な説明、添付の請求項および添付の図面からより完全に明らかになるであろう。

詳細な説明

[0012]本発明の上記引用された特徴が詳細に理解されるように、上記簡潔に要約された本発明のより具体的な説明が実施形態を参照してなされてもよく、この一部が添付の図面に図示されている。しかしながら、添付の図面は本発明の通常の実施形態のみを図示しており、また本発明は他の等しく効果的な実施形態を認めてもよいため、この範囲を制限するものとみなされるべきではない点に注目する。

[0022]シリコンエピタキシャル膜への炭素の導入は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のチャネルの電気特徴の改良などの有益な電気特性を生成することがある。しかしながら、このような有益な電気特性は概して、炭素が間接的ではなく実質的にシリコン格子内に組み込まれる場合に達成される。摂氏約６００度以下の基板処理温度で、多くの炭素原子は実質的に、エピタキシャル形成プロセス中にシリコン格子に組み込まれる。例えば摂氏約７００度以上のより高い基板温度において、かなりの格子炭素組み込みが生じることがある。このために、炭素含有シリコンエピタキシャル膜を形成する場合に、摂氏約７００度未満の基板温度、より好ましくは摂氏約６００度未満の基板温度を用いることが望ましい。

[0023]従来のシリコンエピタキシャル膜形成プロセスはＨ_２、ＨＣｌ、およびジクロロシランなどのシリコンソースを用い、摂氏約７００度より高い基板温度で（例えば、ＨＣｌおよび／またはシリコンソースを解離するために）実行される。エピタキシャル膜形成温度を低下させるための一アプローチは、Ｃｌ_２はより低い温度（例えば、摂氏約６００度以下）で効率的に解離するため、ＨＣｌの代わりにＣｌ_２を用いることである。水素とＣｌ_２の不和合性ゆえに、窒素などの、水素以外のキャリアガスはＣｌ_２と共に用いられてもよい。同様に、より低い解離温度を有するシリコンソースが用いられてもよい（例えば、シラン、ジシランなど）。

[0024]本発明者らは、シリコンエピタキシャル膜形成プロセスのエッチャントガスとしてＣｌ_２を使用することは、得られるシリコンエピタキシャル膜の表面形態の不良につながる場合があることを発見した。任意の具体的な理論に縛られたくはないが、Ｃｌ_２はシリコンエピタキシャル膜表面を過度に攻撃して、孔食を生成する場合があると思われる。Ｃｌ_２の使用は、シリコンエピタキシャル膜が炭素を含有する場合にとりわけ問題であると思われてきた。

[0025]本発明は、エピタキシャル膜表面形態を改良可能なシリコンエピタキシャル膜形成プロセス中にＣｌ_２をエッチャントガスとして用いるための方法を提供する。本発明の方法は例えば、図１〜４を参照して以下に説明され、かつ２００４年１２月１日に出願された米国特許出願第１１／００１，７７４号（Ｄｏｃｋｅｔ第９６１８号）の特許出願における代替ガスサプライ（ＡＧＳ）プロセスと併用されてもよい。

[0026]図５を参照して以下に説明される一部の実施形態では、Ｃｌ_２およびＨＣｌの両方がシリコンエピタキシャル膜形成プロセスのエッチング段階で用いられる。ＨＣｌの存在は、ＨＣｌがほとんど解離しない場合があるより低い基板温度（例えば、摂氏約６００度以下）でも、Ｃｌ_２の攻撃性を低下させると思われる。さらに、ＡＧＳプロセス中、ＨＣｌは、図６を参照して以下に説明されるような（例えば、表面形態を改良するための）プロセスの堆積およびエッチング段階に連続的に流されることがある。

[0027]上記のように、Ｃｌ_２と炭素含有シリコンエピタキシャル膜の併用は、不良な表面形態（例えば、孔食）を有するエピタキシャル膜を生成することがある。図７を参照して以下に説明される一部の実施形態では、任意の炭素含有シリコンエピタキシャル膜が、エッチング段階でＣｌ_２に暴露される前に「カプセル化」されることがある。炭素含有シリコンエピタキシャル膜は、例えば、図８を参照して以下に説明されるように、炭素ソースなしで形成されたシリコンエピタキシャル膜（「非炭素含有シリコンエピタキシャル膜」）を介してカプセル化されてもよい。本発明のこれらおよび他の実施形態について以下さらに説明する。
代替ガスサプライエピタキシャル膜形成プロセス
[0028]２００４年１２月１日に出願された米国特許出願第１１／００１，７７４号の特許出願（Ｄｏｃｋｅｔ第９６１８号）は概して、電子デバイスの製作時に基板の単結晶表面にシリコン含有材料を選択的かつエピタキシャルに堆積するためのプロセスを提供する。単結晶表面（例えば、シリコンやシリコンゲルマニウム）、およびアモルファス表面および／または多結晶表面（例えば、酸化物や窒化物）などの少なくとも１つの二次表面を含有するパターン化基板は、二次表面に制限された多結晶層を形成するか全く多結晶層を形成しない一方で単結晶表面にエピタキシャル層を形成するためにエピタキシャルプロセスに暴露される。これもまた代替ガスサプライ（ＡＧＳ）プロセスと称されるエピタキシャルプロセスは、所望の厚さのエピタキシャル層が成長されるまで、１サイクルの堆積プロセスおよびエッチングプロセスを反復するステップを含んでいる。

[0029]堆積プロセスは、基板表面を、少なくともシリコンソースおよびキャリアガスを含有する堆積ガスに暴露するステップを含んでいる。堆積ガスはまた、ゲルマニウムソースまたは炭素ソースならびにドーパントソースを含んでもよい。堆積プロセス中に、エピタキシャル層が基板の単結晶表面に形成されるのに対して、多結晶層が、アモルファスおよび／または多結晶表面などの二次表面に形成される。引き続き、基板はエッチングガスに暴露される。エッチングガスは、キャリアガス、および塩素ガスや塩化水素などのエッチャントを含んでいる。エッチングガスは、堆積プロセス中に堆積されたシリコン含有材料を除去する。エッチングプロセス中、多結晶層はエピタキシャル層よりも速いレートで除去される。従って、堆積およびエッチングプロセスの正味結果はエピタキシャル成長されたシリコン含有材料を単結晶表面に形成するのに対して、もしあれば多結晶シリコン含有材料の二次表面での成長を最小化する。１サイクルの堆積およびエッチングプロセスは、所望の厚さのシリコン含有材料を取得するために必要ならば反復されてもよい。本発明の実施形態によって堆積可能なシリコン含有材料はシリコン、シリコンゲルマニウム、シリコン炭素、シリコンゲルマニウム炭素、およびこれらのドーパント変形例を含んでいる。

[0030]ＡＧＳプロセスの一例において、塩素ガスをエッチャントとして使用することがプロセス温度全体を約８００℃未満に下げる。一般的に、エッチャントはしばしば、活性化されるのに高温を必要とするため、堆積プロセスはエッチング反応よりも低い温度で遂行される。例えば、シランは約５００℃以下でシリコンを堆積するために熱分解されることがあるのに対して、塩化水素は、有効エッチャントとして作用するために約７００℃以上の活性温度を必要とする。従って、塩化水素がＡＧＳプロセス中に使用される場合、プロセス温度全体が、エッチャントを活性化するのに必要とされるより高い温度によって決定付けられる（ｄｉｃｔａｔｅｄ）。塩素は、必要なプロセス温度全体を低下させることによって、ＡＧＡプロセス全体に寄与する。塩素は約５００℃の低温で活性化されることがある。従って、塩素をエッチャントとしてＡＧＳプロセスに組み込むことによって、ＡＧＳプロセス温度全体が、塩化水素をエッチャントとして使用するプロセスに対してかなり、例えば２００℃〜３００℃低下されることがある。また、塩素は、塩化水素よりも速くシリコン含有材料をエッチングする。従って、塩素エッチャントはＡＧＳプロセスのレート全体を増加させる。

[0031]ＡＧＳプロセスの別の例において、窒素などの不活性ガスが、水素などの従来のキャリアガスの代わりに堆積およびエッチングプロセス中にキャリアガスとして使用される。不活性キャリアガスの使用はＡＧＳプロセス中に複数の属性を有している。１つは、不活性キャリアガスは、シリコン含有材料の堆積レートを増加させることがあるという点である。水素が堆積プロセス中にキャリアガスとして使用されてもよいが、水素は、水素終端表面を形成するために基板を吸収、またはこれと反応する傾向を有する。水素終端表面は、裸のシリコン表面よりもかなりゆっくりとエピタキシャル成長に対して反応する。従って、不活性キャリアガスの使用は、堆積反応に悪影響を与えないことによって堆積レートを増加させる。

[0032]アルゴンやヘリウムなどの希ガスは不活性キャリアガスとして使用されてもよいが、窒素は経済的に好ましい不活性キャリアガスである。窒素は概して、水素、アルゴンまたはヘリウムほど高価ではない。窒素をキャリアガスとして使用することから生じ得る欠点は、堆積プロセス中の基板上の材料の窒化である。しかしながら、例えば８００℃を超える高温が、このように窒素を活性化するために必要とされる。従って、窒素は好都合なことに、窒素活性化閾値未満の温度で遂行されるＡＧＳプロセスにおいて不活性キャリアガスとして使用される。塩素をエッチャントとして、窒素をキャリアガスとして使用することの結合効果は、ＡＧＳプロセス全体のレートを大きく増加させる。

[0033]出願を通して、用語「シリコン含有」材料、化合物、膜または層は少なくともシリコンを含有する組成を含むと解釈されるべきであり、またゲルマニウム、炭素、ホウ素、ヒ素、リン、ガリウムおよび／またはアルミニウムを含有してもよい。金属、ハロゲン類または水素などの他の元素は、普通１００万分の１（ｐｐｍ）濃度でシリコン含有材料、化合物、膜または層内に組み込まれてもよい。シリコン含有材料の化合物や合金は、例えばシリコンをＳｉ、シリコンゲルマニウムをＳｉＧｅ、シリコン炭素をＳｉＣ、シリコンゲルマニウム炭素をＳｉＧｅＣと省略して表されてもよい。これらの省略は、シリコン含有材料の化学量論的関係や任意の具体的な還元／酸化状態による化学式を表してはいない。

[0034]図１は、シリコン含有層を堆積するために使用されるエピタキシャルプロセス１００の一例を図示している。プロセス１００は、パターン化基板をプロセスチャンバにロードして、プロセスチャンバ内の条件を所望の温度および圧力に調整するためのステップ１１０を含んでいる。ステップ１２０は、基板のアモルファスおよび／または多結晶表面に多結晶層を形成する一方で基板の単結晶表面にエピタキシャル層を形成するための堆積プロセスを提供する。ステップ１３０時に堆積プロセスが終了される。ステップ１４０は、基板の表面をエッチングするためのエッチングプロセスを提供する。好ましくは、多結晶層はエピタキシャル層よりも速いレートでエッチングされる。エッチングステップは、エピタキシャル層のマージン部分のみを除去する一方で多結晶層を最小化するか、これを完全に除去する。ステップ１５０時に、エッチングプロセスは終了される。エピタキシャル層および多結晶層の厚さは、もしあれば、ステップ１６０時に判断される。エピタキシャル層または多結晶層の所定の厚さが達成される場合、エピタキシャルプロセス１００はステップ１７０で終了される。しかしながら、所定の厚さが達成されない場合、所定の厚さが達成されるまでステップ１２０〜１６０が１サイクルとして反復される。

[0035]パターン化基板はステップ１１０中にプロセスチャンバにロードされる。パターン化基板は、基板表面中に、またはこの上に形成された電子部材を含む基板である。パターン化基板は普通、単結晶表面と、多結晶またはアモルファス表面などの非単結晶である少なくとも１つの二次表面とを含有する。単結晶表面は裸の結晶基板、あるいは、普通シリコン、シリコンゲルマニウムまたはシリコン炭素などの材料からなる堆積された単一の結晶層を含んでいる。多結晶またはアモルファス表面は、酸化物や窒化物、具体的にはシリコン酸化物やシリコン窒化物、ならびにアモルファスシリコン表面などの誘電材料を含んでもよい。

[0036]エピタキシャルプロセス１００は、パターン化基板を含有するプロセスチャンバをステップ１１０中に所定の温度および圧力に調整することによって開始する。温度は具体的な遂行プロセスに合わせられる。概して、プロセスチャンバはエピタキシャルプロセス１００を通して一貫した温度に維持される。しかしながら、一部のステップは様々な温度で実行されてもよい。プロセスチャンバは約２５０℃〜約１，０００℃、好ましくは約５００℃〜約８００℃、より好ましくは約５５０℃〜約７５０℃の範囲の温度に保たれる。エピタキシャルプロセス１００を遂行するための適切な温度は、ステップ１２０および１４０時にシリコン含有材料を堆積および／またはエッチングするために使用される具体的な前駆体に左右されることがある。一例では、塩素（Ｃｌ_２）ガスが、より共通のエッチャントを使用するプロセスよりも低い温度でシリコン含有材料のエッチャントとして例外的にうまく作用することが分かっている。従って、一例では、プロセスチャンバを事前加熱するための好ましい温度は約７５０℃以下、好ましくは６５０℃以下、より好ましくは約５５０℃以下である。プロセスチャンバは普通、約０．１トール〜約２００トール、好ましくは約１トール〜約５０トールの圧力に維持される。圧力はプロセスステップ１１０〜１６０の際にばらつきを生じることがあるが、概して一定に維持される。

[0037]堆積プロセスはステップ１２０で遂行される。パターン化基板は堆積ガスに暴露されて単結晶表面にエピタキシャル層を形成する一方で、多結晶層を二次表面に形成する。基板は約０．５秒〜約３０秒、好ましくは約１秒〜約２０秒、より好ましくは約５秒〜約１０秒の一定期間堆積ガスに暴露される。堆積プロセスの固有の暴露時間は、ステップ１４０のエッチングプロセスの暴露時間ならびにプロセスで使用される具体的な前駆体および温度と関連して判断される。概して、基板は、後続ステップ１４０で容易にエッチング可能な最小厚さの多結晶層を形成する一方で最大厚さのエピタキシャル層を形成するのに十分長く堆積ガスに暴露される。

[0038]堆積ガスは少なくともシリコンソースおよびキャリアガスを含有しており、またゲルマニウムソースおよび／または炭素ソースなどの少なくとも１つの二次元素ソースを含有してもよい。また、堆積ガスはさらに、ホウ素、ヒ素、リン、ガリウムおよび／またはアルミニウムなどのドーパントのソースを提供するためのドーパント化合物を含むことがある。代替実施形態では、堆積ガスが、塩化水素や塩素などの少なくとも１つのエッチャントを含んでもよい。

[0039]シリコンソースは普通、約５ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ、好ましくは約１０ｓｃｃｍ〜約３００ｓｃｃｍ、より好ましくは約５０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍの範囲のレート、例えば約１００ｓｃｃｍでプロセスチャンバに提供される。シリコン含有化合物を堆積するために堆積ガスにおいて有用なシリコンソースはシラン類、ハロゲン化シラン類およびオルガノシラン類を含んでいる。シラン類は、シラン（ＳｉＨ_４）と、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、トリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８）およびテトラシラン（ＳＩ_４Ｈ_１０）などの実験式Ｓｉ_ｘＨ_{（２ｘ＋２）}のより高次のシランなどとを含む。ハロゲン化シラン類は、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４）、ジクロロシラン（Ｃｌ_２ＳｉＨ_２）およびトリクロロシラン（Ｃｌ_３ＳｉＨ）などの実験式Ｘ’_ｙＳｉ_ｘＨ_{（２ｘ＋２−ｙ）}の化合物を含んでおり、ここでＸ’＝Ｆ、Ｃｌ、ＢｒまたはＩである。オルガノシラン類は、メチルシラン（（ＣＨ_３）ＳｉＨ_３）、ジメチルシラン（（ＣＨ_３）_２ＳｉＨ_２）、エチルシラン（（ＣＨ_３ＣＨ_２）ＳｉＨ_３）、メチルジシラン（（ＣＨ_３）Ｓｉ_２Ｈ_５）、ジメチルジシラン（（ＣＨ_３）_２Ｓｉ_２Ｈ_４）およびヘキサメチルジシラン（（ＣＨ_３）_６Ｓｉ_２）などの実験式Ｒ_ｙＳｉ_ｘＨ_{（２ｘ＋２−ｙ）}の化合物を含んでおり、ここで、Ｒ＝メチル、エチル、プロピルまたはブチルである。オルガノシラン化合物は、堆積されたシリコン含有化合物に炭素を組み込む実施形態において好都合なシリコンソースならびに炭素ソースであることが分かっている。好ましいシリコンソースはシラン、ジクロロシランおよびジシランを含んでいる。

[0040]シリコンソースは普通、キャリアガスに伴ってプロセスチャンバに提供される。キャリアガスは約１ｓｌｍ（標準リットル毎分）〜約１００ｓｌｍ、好ましくは約５ｓｌｍ〜約７５ｓｌｍ、より好ましくは約１０ｓｌｍ〜約５０ｓｌｍの流量、例えば約２５ｓｌｍを有している。キャリアガスは窒素（Ｎ_２）、水素（Ｈ_２）、アルゴン、ヘリウムおよびこれらの組み合わせを含んでもよい。不活性キャリアガスが好まれ、これは窒素、アルゴン、ヘリウムおよびこれらの組み合わせを含んでいる。キャリアガスは、使用される（複数の）前駆体および／またはエピタキシャルプロセス１００中のプロセス温度に基づいて選択されてもよい。普通キャリアガスはステップ１１０〜１５０の各々を通して同じである。しかしながら、一部の実施形態は具体的なステップにおいて異なるキャリアガスを使用することがある。例えば、窒素は、ステップ１２０においてはシリコンソースと共に、ステップ１４０においてはエッチャントと共にキャリアガスとして使用されることがある。

[0041]好ましくは、窒素は低温（例えば、＜８００℃）プロセスを特徴とする実施形態においてキャリアガスとして利用される。低温プロセスは、部分的には、ステップ１４０でさらに論じられたエッチングプロセスにおける塩素ガスの使用によってアクセス可能である。窒素は低温堆積プロセス中不活性のままである。従って、窒素は、低温プロセス中に堆積されたシリコン含有材料に組み込まれない。また、窒素キャリアガスは、水素キャリアガスのように水素終端表面を形成しない。基板上に水素キャリアガスの吸収によって形成された水素終端表面は、シリコン含有層の成長レートを阻害する。最終的に、窒素は水素、アルゴンまたはヘリウムよりもかなり安価なため、低温プロセスは窒素をキャリアガスとして経済的に活用してもよい。

[0042]ステップ１２０中に使用された堆積ガスはまた、ゲルマニウムソースおよび／または炭素ソースなどの少なくとも１つの二次元素ソースを含有してもよい。ゲルマニウムソースは、シリコンゲルマニウム材料などのシリコン含有化合物を形成するために、シリコンソースおよびキャリアガスを具備するプロセスチャンバに添加されてもよい。ゲルマニウムソースは普通、約０．１ｓｃｃｍ〜約２０ｓｃｃｍ、好ましくは約０．５ｓｃｃｍ〜約１０ｓｃｃｍ、より好ましくは約１ｓｃｃｍ〜約５ｓｃｃｍの範囲のレート、例えば約２ｓｃｃｍでプロセスチャンバに提供される。シリコン含有化合物を堆積するのに有用なゲルマニウムソースはゲルマン（ＧｅＨ_４）、より高次のゲルマン類およびオルガノゲルマン類を含んでいる。高次のゲルマン類は、ジゲルマン（Ｇｅ_２Ｈ_６）、トリゲルマン（Ｇｅ_３Ｈ_８）およびテトラゲルマン（Ｇｅ_４Ｈ_１０）などの実験式Ｇｅ_ｘＨ_{（２ｘ＋２）}の化合物を含んでいる。オルガノゲルマン類はメチルゲルマン（（ＣＨ_３）ＧｅＨ_３）、ジメチルゲルマン（（ＣＨ_３）_２ＧｅＨ_２）、エチルゲルマン（（ＣＨ_３ＣＨ_２）ＧｅＨ_３）、メチルジゲルマン（（ＣＨ_３）Ｇｅ_２Ｈ_５）、ジメチルジゲルマン（（ＣＨ_３）_２Ｇｅ_２Ｈ_４）およびヘキサメチルジゲルマン（（ＣＨ_３）_６Ｇｅ_２）などの化合物を含んでいる。ゲルマン類およびオルガノゲルマン化合物は、堆積されたシリコン含有化合物、つまりＳｉＧｅおよびＳｉＧｅＣ化合物にゲルマニウムおよび炭素を組み込む際、実施形態において好都合なゲルマニウムソースおよび炭素ソースであると分かっている。エピタキシャル層のゲルマニウム濃度は約１ａｔ％〜約３０ａｔ％の範囲、例えば約２０ａｔ％である。ゲルマニウム濃度はエピタキシャル層内でグレーディング、好ましくはエピタキシャル層の上部よりもエピタキシャル層の下部においてより高いゲルマニウム濃度でグレーディングされることがある。

[0043]代替的に、炭素ソースは、シリコン炭素材料などのシリコン含有化合物を形成するために、シリコンソースおよびキャリアガスを具備するプロセスチャンバにステップ１２０中に添加されることがある。炭素ソースは普通、約０．１ｓｃｃｍ〜約２０ｓｃｃｍ、好ましくは約０．５ｓｃｃｍ〜約１０ｓｃｃｍ、より好ましくは約１ｓｃｃｍ〜約５ｓｃｃｍの範囲のレート、例えば約２ｓｃｃｍでプロセスチャンバに提供される。シリコン含有化合物を堆積するのに有用な炭素ソースはエチル、プロピルおよびブチルのオルガノシラン類、アルキル類、アルケン類およびアルキン類を含んでいる。このような炭素ソースはメチルシラン（ＣＨ_３ＳｉＨ_３）、ジメチルシラン（（ＣＨ_３）_２ＳｉＨ_２）、エチルシラン（ＣＨ_３ＣＨ_２ＳｉＨ_３）、メタン（ＣＨ_４）、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）、エチン（Ｃ_２Ｈ_２）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、プロペン（Ｃ_３Ｈ_６）、ブチン（Ｃ_４Ｈ_６）などを含んでいる。エピタキシャル層の炭素濃度は約２００ｐｐｍ〜約５ａｔ％、好ましくは約１ａｔ％〜約３ａｔ％の範囲、例えば１．５ａｔ％である。一実施形態では、炭素濃度はエピタキシャル層内でグレーディングされる、好ましくはエピタキシャル層の最終部分よりもエピタキシャル層の初期部分においてより低い炭素濃度でグレーディングされることがある。代替的に、ゲルマニウムソースおよび炭素ソースは共に、シリコンゲルマニウム炭素材料などのシリコン含有化合物を形成するために、シリコンソースおよびキャリアガスを具備するプロセスチャンバにステップ１２０中に添加されてもよい。

[0044]ステップ１２０中に使用された堆積ガスはさらに、ホウ素、ヒ素、リン、ガリウムまたはアルミニウムなどの元素ドーパントのソースを提供するために少なくとも１つのドーパント化合物を含んでもよい。ドーパントは、堆積されたシリコン含有化合物に、電子デバイスによって必要とされるコントロールされた所望の経路の方向性電子流などの種々の導電性特徴を提供する。シリコン含有化合物の膜は、所望の導電性特徴を達成するために、具体的なドーパントによってドープされる。一例では、シリコン含有化合物は、例えば約１０^１５原子／ｃｍ^３〜約１０^２１原子／ｃｍ^３の範囲の濃度のホウ素を添加するためにジボランを使用してｐ型ドープされる。一例において、ｐ型ドーパントは少なくとも５×１０^１９原子／ｃｍ^３の濃度を有している。別の例において、ｐ型ドーパントは約１×１０^２０原子／ｃｍ^３〜約２．５×１０^２１原子／ｃｍ^３の範囲である。別の例では、シリコン含有化合物は、約１０^１５原子／ｃｍ^３〜約１０^２１原子／ｃｍ^３の範囲の濃度に、例えばリンおよび／またはヒ素によってｎ型ドープされる。

[0045]ドーパントソースは普通、約０．１ｓｃｃｍ〜約２０ｓｃｃｍ、好ましくは約０．５ｓｃｃｍ〜約１０ｓｃｃｍ、より好ましくは約１ｓｃｃｍ〜約５ｓｃｃｍの範囲のレート、例えば約２ｓｃｃｍでステップ１２０中にプロセスチャンバに提供される。ドーパントソースとして有用なホウ素含有ドーパントはボラン類およびオルガノボラン類を含んでいる。ボラン類はボラン、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）、トリボラン、テトラボランおよびペンタボランを含んでいるのに対して、アルキルボラン類は、実験式Ｒ_ｘＢＨ_{（３−ｘ）}の化合物を含んでおり、ここでＲ＝メチル、エチル、プロピルまたはブチル、かつｘ＝１、２または３である。アルキルボラン類はトリメチルボラン（（ＣＨ_３）_３Ｂ）、ジメチルボラン（（ＣＨ_３）_２ＢＨ）、トリエチルボラン（（ＣＨ_３ＣＨ_２）_３Ｂ）およびジエチルボラン（（ＣＨ_３ＣＨ_２）_２ＢＨ）を含んでいる。ドーパントはまた、実験式Ｒ_ｘＰＨ_{（３−ｘ）}を具備するようなアルシン（ＡｓＨ_３）、ホスフィン（ＰＨ_３）およびアルキルホスフィンを含んでもよく、ここでＲ＝メチル、エチル、プロピルまたはブチルであり、かつｘ＝１、２または３である。アルキルホスフィン類はトリメチルホスフィン（（ＣＨ_３）_３Ｐ）、ジメチルホスフィン（（ＣＨ_３）_２ＰＨ）、トリエチルホスフィン（（ＣＨ_３ＣＨ_２）_３Ｐ）およびジエチルホスフィン（（ＣＨ_３ＣＨ_２）_２ＰＨ）を含んでいる。アルミニウムおよびガリウムドーパントソースは実験式Ｒ_ｘＭＸ_{（３−ｘ）}で記述されるようなアルキル化および／またはハロゲン化誘導体を含むことがあり、ここでＭ＝ＡｌまたはＧａ、Ｒ＝メチル、エチル、プロピルまたはブチル、Ｃ＝ＣｌまたはＦ、かつｘ＝０、１、２または３である。アルミニウムおよびガリウムドーパントソースの例はトリメチルアルミニウム（Ｍｅ_３Ａｌ）、トリエチルアルミニウム（Ｅｔ_３Ａｌ）、塩化ジメチルアルミニウム（Ｍｅ_２ＡｌＣｌ）、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）、トリメチルガリウム（Ｍｅ_３Ｇａ）、トリエチルガリウム（Ｅｔ_３Ｇａ）、塩化ジメチルガリウム（Ｍｅ_２ＧａＣｌ）よび塩化ガリウム（ＧａＣｌ_３）を含んでいる。

[0046]ステップ１３０中、堆積プロセスが終了される。一例において、プロセスチャンバはパージガスやキャリアガスによって洗い流されてもよく、かつ／またはプロセスチャンバは真空ポンプによって真空にされてもよい。パージおよび／または真空プロセスは過剰な堆積ガス、反応副生成物および他の汚染物を除去する。別の例において、堆積プロセスが終了されると、ステップ１４０のエッチングプロセスが、プロセスチャンバをパージおよび／または真空にすることなく即座にスタートされる。

[0047]ステップ１４０のエッチングプロセスは、ステップ１２０中に堆積されたシリコン含有材料を基板表面から除去する。エッチングプロセスは、エピタキシャルまたは単結晶材料と、アモルファスまたは多結晶材料の両方を除去する。もしあれば、基板表面に堆積された多結晶層がエピタキシャル層よりも速いレートで除去される。エッチングプロセスの時間は堆積プロセスの時間によってバランスをとられて、基板の所望のエリアに選択的に形成されたエピタキシャル層の正味堆積をもたらす。従って、ステップ１２０の堆積プロセスおよびステップ１４０のエッチングプロセスの正味結果は、選択的かつエピタキシャルに成長されたシリコン含有材料を形成する一方で、もしあれば多結晶シリコン含有材料の成長を最小化することである。

[0048]ステップ１４０中、基板は約１０秒〜約９０秒、好ましくは約２０秒〜約６０秒、より好ましくは約３０秒〜４５秒の範囲の期間エッチングガスに暴露される。エッチングガスは少なくとも１つのエッチャントおよびキャリアガスを含んでいる。エッチャントは普通、約１０ｓｃｃｍ〜約７００ｓｃｃｍ、好ましくは約５０ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ、より好ましくは約１００ｓｃｃｍ〜約４００ｓｃｃｍの範囲のレート、例えば約２００ｓｃｃｍでプロセスチャンバに提供される。エッチングガスにおいて使用されるエッチャントは塩素（Ｃｌ_２）、塩化水素（ＨＣｌ）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）、四塩化炭素（ＣＣｌ_４）、クロロ三フッ化物（Ｃｈｌｏｒｏｔｒｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）（ＣｌＦ_３）およびこれらの組み合わせを含んでもよい。好ましくは、塩素または塩化水素がエッチャントとして使用される。

[0049]エッチャントは普通、キャリアガスを具備するプロセスチャンバに提供される。キャリアガスは、約１ｓｌｍ〜約１００ｓｌｍ、好ましくは約５ｓｌｍ〜約７５ｓｌｍ、より好ましくは約１０ｓｌｍ〜約５０ｓｌｍの範囲の流量、例えば約２５ｓｌｍを有している。キャリアガスは窒素（Ｎ_２）、水素（Ｈ_２）、アルゴン、ヘリウムおよびこれらの組み合わせを含んでもよい。一部の実施形態では、不活性キャリアガスが好まれ、これは窒素、アルゴン、ヘリウムおよびこれらの組み合わせを含んでいる。キャリアガスはエピタキシャルプロセス１００中に使用される固有の（複数の）前駆体および／または温度に基づいて選択されてもよい。同じキャリアガスが普通、ステップ１１０〜１５０の各々の間ずっと使用される。しかしながら、一部の実施形態は、堆積プロセスで使用されたのとは異なるキャリアガスをエッチングプロセス中に使用することがある。一実施形態では、特にＡＧＳプロセスが低温（例えば、＜８００℃）で遂行される場合、好ましいエッチャントは塩素ガスである。例えば、エッチングガスは塩素をエッチャントとして、窒素をキャリアガスとして含有し、約５００℃〜約７５０℃の範囲の温度で基板表面に暴露される。別の例では、塩素および窒素を含有するエッチングガスが、約２５０℃〜約５００℃の範囲の温度で基板表面に暴露される。

[0050]エッチングプロセスはステップ１５０中に終了される。一例では、プロセスチャンバはパージガスまたはキャリアガスによって洗い流されてもよく、かつ／またはプロセスチャンバは真空ポンプによって真空にされてもよい。パージおよび／または真空プロセスは過剰なエッチングガス、反応副生成物および他の汚染物を除去する。別の例では、エッチングプロセスが終了されると、ステップ１６０は、プロセスチャンバをパージおよび／または真空にすることなく即座にスタートされる。

[0051]エピタキシャル層および多結晶層の厚さはステップ１６０中に判断されてもよい。所定の厚さが達成される場合、エピタキシャルプロセス１００はステップ１７０中に終了される。しかしながら、所定の厚さが達成されない場合、所望の厚さが達成されるまで、ステップ１２０〜１６０が１サイクルとして反復される。エピタキシャル層は普通、約１０Å〜約２，０００Å、好ましくは約１００Å〜約１，５００Å、より好ましくは約４００Å〜約１，２００Åの範囲の厚さ、例えば約８００Åを有するように成長される。多結晶層は普通、もしあれば原子層から約５００Åの範囲の厚さで堆積される。エピタキシャルシリコン含有層または多結晶シリコン含有層の所望または所定の厚さは具体的な製作プロセスに固有である。一例において、エピタキシャル層は所定の厚さに達する場合があるのに対して、多結晶層は厚すぎる。過剰な多結晶層はさらに、ステップ１２０および１３０をスキップしてステップ１４０〜１６０を反復することによってエッチングされてもよい。

[0052]一例において、図２Ａ〜Ｅに描かれているように、ソース／ドレイン延長部はＭＯＳＦＥＴデバイス内に形成され、ここではシリコン含有層がエピタキシャルかつ選択的に基板の表面に堆積される。図２Ａは、イオンを基板２３０の表面に注入することによって形成されたソース／ドレイン領域２３２を描いている。ソース／ドレイン領域２３２のセグメントは、ゲート酸化物層２３５およびスペーサ２３４上に形成されたゲート２３６によってブリッジされる。ソース／ドレイン延長部を形成するために、ソース／ドレイン領域２３２の一部は、図２Ｂにおけるように、凹部２３８を生成するためにエッチングおよびウェットクリーニングされる。ゲート２３６のエッチングは、ソース／ドレイン領域２３２の一部をエッチングする前にハードマスクを堆積することによって回避されることがある。

[0053]図２Ｃは、本明細書に説明されているエピタキシャルプロセスの一実施形態を図示しており、シリコン含有エピタキシャル層２４０および任意の多結晶層２４２は、スペーサ２３４上に堆積せずに同時かつ選択的に堆積される。多結晶層２４２は、エピタキシャルプロセス１００のステップ１２０および１４０の堆積およびエッチングプロセスを調整することによってゲート２３６上に任意に形成される。代替的に、エピタキシャル層２４０がソース／ドレイン領域２３２に堆積されると、多結晶層２４２はゲート２３６から連続的にエッチングされる。

[0054]別の例において、シリコン含有エピタキシャル層２４０および多結晶層２４２は、約１ａｔ％〜約５０ａｔ％、好ましくは約２４％以下の範囲のゲルマニウム濃度のＳｉＧｅ含有層である。様々な量のシリコンおよびゲルマニウムを含有する複数のＳｉＧｅ含有層が、グレーディングされた元素濃度のシリコン含有エピタキシャル層２４０を形成するために積層されてもよい。例えば、第１のＳｉＧｅ層は、約１５ａｔ％〜約２５ａｔ％の範囲のゲルマニウム濃度で堆積されてもよく、第２のＳｉＧｅ層は、約２５ａｔ％〜約３５ａｔ％の範囲のゲルマニウム濃度で堆積されてもよい。

[0055]別の例では、シリコン含有エピタキシャル層２４０および多結晶層２４２は、約２００ｐｐｍ〜約５ａｔ％、好ましくは約３ａｔ％以下、好ましくは約１ａｔ％〜約２ａｔ％の範囲の炭素濃度、例えば約１．５ａｔ％のＳｉＣ含有層である。別の実施形態では、シリコン含有エピタキシャル層２４０および多結晶層２４２は、約１ａｔ％〜約５０ａｔ％、好ましくは約２４ａｔ％以下のゲルマニウム濃度、および約２００ｐｐｍ〜約５ａｔ％、好ましくは約３ａｔ％以下、より好ましくは約１ａｔ％〜約２ａｔ％、例えば約１．５ａｔ％の炭素濃度を具備するＳｉＧｅＣ含有層である。

[0056]Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣまたはＳｉＧｅＣを含有する複数の層は、シリコン含有エピタキシャル層２４０内のグレーディング元素濃度を形成するために様々な順序で堆積されてもよい。シリコン含有層は概して、約１×１０^１９原子／ｃｍ^３〜約２．５×１０^２１原子／ｃｍ^３、好ましくは約５×１０^１９原子／ｃｍ^３〜約２×１０^２０原子／ｃｍ^３の範囲の濃度を有するドーパント（例えば、ホウ素、ヒ素、リン、ガリウムまたはアルミニウム）によってドープされる。シリコン含有材料の個々の層に添加されるドーパントはグレーディングドーパントを形成する。例えば、シリコン含有エピタキシャル層２４０は、第１のＳｉＧｅ含有層を約５×１０^１９原子／ｃｍ^３〜約１×１０^２０原子／ｃｍ^３の範囲のドーパント濃度（例えば、ホウ素）で、かつ第２のＳｉＧｅ含有層を約１×２０^２０原子／ｃｍ^３〜約２×１０^２０原子／ｃｍ^３の範囲のドーパント濃度（例えば、ホウ素）で堆積することによって形成される。

[0057]次のステップ時に、図２Ｄは、スペーサ２４４、概してスペーサ２３４上に堆積された窒化物スペーサ（例えばＳｉ_３Ｎ_４）を示している。スペーサ２４４は普通、ＣＶＤまたはＡＬＤ技術によって異なるチャンバに堆積される。従って、基板は、シリコン含有エピタキシャル層２４０を堆積するために使用されたプロセスチャンバから除去される。２つのチャンバ間の転送時に、基板は、温度、圧力、または水および酸素を含有する大気などの環境条件に暴露されることがある。スペーサ２４４を堆積したり、他の半導体プロセス（例えば、アニーリング、堆積または注入）を実行したりすると、基板は、エレベーテッド層２４８を堆積する前に環境条件に２度目に暴露されてもよい。一実施形態では、自然酸化物は約５ａｔ％より大きなゲルマニウム濃度で形成されたエピタキシャル層よりも、最小限のゲルマニウム濃度を含有するエピタキシャル層から除去するのが容易であるため、全くゲルマニウムを具備していないか最小限のゲルマニウム（例えば、約５ａｔ％未満）を具備するエピタキシャル層（図示せず）が、基板を環境条件に暴露する前にエピタキシャル層２４０の上部に堆積される。

[0058]図２Ｅは、シリコン含有材料からなるエレベーテッド層２４８がエピタキシャル層２４０（例えば、ドープＳｉＧｅ）上に選択的かつエピタキシャルに堆積される別の例を描いている。堆積プロセス中、多結晶層２４２はゲート２３６上でさらに成長、堆積またはエッチングされる。

[0059]好ましい実施形態では、エレベーテッド層２４８は、ほとんどまたは全くゲルマニウムまたは炭素を含有していないエピタキシャル堆積シリコンである。しかしながら、代替実施形態では、エレベーテッド層２４８はゲルマニウムおよび／または炭素を含有する。例えば、エレベーテッド層２４８は約５ａｔ％以下のゲルマニウムを有してもよい。別の例では、エレベーテッド層２４８は約２ａｔ％以下の炭素を有してもよい。エレベーテッド層２４８はまた、ホウ素、ヒ素、リン、アルミニウムまたはガリウムなどのドーパントによってドープされてもよい。

[0060]シリコン含有化合物は、バイポーラデバイス製作（例えば、ベース、エミッタ、コレクタ、エミッタコンタクト）、ＢｉＣＭＯＳデバイス製作（例えば、ベース、エミッタ、コレクタ、エミッタコンタクト）およびＣＭＯＳデバイス製作（例えば、チャネル、ソース／ドレイン、ソース／ドレイン延長部、エレベーテッドソース／ドレイン、基板、歪みシリコン、シリコン・オン・インシュレーター、およびコンタクトプラグ）に使用されるシリコン含有層を堆積するためのプロセスの実施形態内で利用される。プロセスの他の実施形態は、ゲート、ベースコンタクト、コレクタコンタクト、エミッタコンタクト、エレベーテッドソース／ドレインなどとして使用可能なシリコン含有層の成長を教示する。

[0061]これらのプロセスは、図３Ａ〜３Ｃに描かれているようなＭＯＳＦＥＴおよびバイポーラトランジスタにおいて選択的なエピタキシャルシリコン含有層を堆積するために極めて有用である。図３Ａ〜３Ｂは、ＭＯＳＦＥＴデバイス上にエピタキシャル成長されたシリコン含有化合物を示している。シリコン含有化合物は、デバイスのソース／ドレイン部材に堆積される。シリコン含有化合物は下地層の結晶格子に接着し、かつこれから成長し、シリコン含有化合物が所望の厚さに成長されるとこの配列を維持する。図３Ａは、凹型ソース／ドレイン層として堆積されたシリコン含有化合物を明示しているのに対して、図３Ｂは、凹型ソース／ドレイン層およびエレベーテッドソース／ドレイン層として堆積されたシリコン含有化合物を示している。

[0062]ソース／ドレイン領域３１２はイオン注入によって形成される。概して、基板３１０はｎ型ドープされるのに対して、ソース／ドレイン領域３１２はｐ型ドープされる。シリコン含有エピタキシャル層３１３はソース／ドレイン領域３１２に、および／または基板３１０上に直接、選択的に成長される。シリコン含有エピタキシャル層３１４はここでの態様に従ったシリコン含有層３１３上に選択的に成長される。ゲート酸化膜層３１８はセグメント化されたシリコン含有層３１３をブリッジする。概して、ゲート酸化膜層３１８は二酸化シリコン、酸窒化シリコンまたは酸化ハフニウムからなる。スペーサ３１６はゲート酸化膜層３１８を部分的に包含しており、これは普通、窒化物／酸化物スタック（例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４／ＳｉＯ_２／Ｓｉ_３Ｎ_４）などの隔離材料である。ゲート層３２２（例えば、多結晶シリコン）は、図３Ａにおけるように、垂直側面に沿って二酸化シリコンなどの保護層３１９を有していることがある。代替的に、ゲート層３２２は、いずれかの側面に配置されたスペーサ３１６およびオフセット層３２０（例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４）を有していることがある。

[0063]別の例において、図３Ｃは、堆積されたシリコン含有エピタキシャル層３３４をバイポーラトランジスタのベース層として描いている。シリコン含有エピタキシャル層３３４は本発明の種々の実施形態によって選択的に成長される。シリコン含有エピタキシャル層３３４は、事前に基板３３０に堆積されているｎ型コレクタ層３３２に堆積される。トランジスタはさらに、隔離層３３３（例えば、ＳｉＯ_２またはＳｉ_３Ｎ_４）、コンタクト層３３６（例えば、高濃度にドープされたポリ−Ｓｉ）、オフセット層３３８（例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４）、および第２の隔離層３４０（例えば、ＳｉＯ_２またはＳｉ_３Ｎ_４）を含んでいる。

[0064]代替実施形態では、図４は、シリコン含有材料／層を選択的に堆積するために使用可能なエピタキシャルプロセス４００を図示している。エピタキシャルプロセス４００は、エッチングプロセスが続く少なくとも２つの堆積プロセスを含んでいる。第１の堆積プロセスは、シリコンソースを含有する堆積ガスを含んでいるのに対して、第２の堆積プロセスは、ゲルマニウム、炭素またはドーパント（例えば、ホウ素、ヒ素、リン、ガリウムまたはアルミニウム）などの二次元素ソースを含有する堆積ガスを含んでいる。温度、圧力、流量、キャリアガスおよび前駆体などの、エピタキシャルプロセス１００で使用された類似のプロセスパラメータがエピタキシャルプロセス４００で使用される。

[0065]エピタキシャルプロセス４００は、パターン化基板をプロセスチャンバにロードして、プロセスチャンバを所定の温度に調整するためのステップ４１０を含んでいる。ステップ４２０は、アモルファスおよび／または多結晶表面などの二次表面に多結晶層を形成しつつエピタキシャル層を単結晶表面に形成するための第１の堆積プロセスを提供する。エピタキシャル層および単結晶層は、シリコンソースを含有する堆積ガスから形成される。ステップ４３０中、第１の堆積プロセスは終了される。ステップ４４０は、単結晶表面にエピタキシャル層を成長させ続け、かつ二次表面に多結晶層を形成し続ける第２の堆積プロセスを提供する。エピタキシャル層および多結晶層は、基板表面を、二次元素ソースを含有する堆積ガスに暴露することによってさらに成長される。ステップ４５０において、第２の堆積プロセスが終了される。ステップ４６０は、暴露されたシリコン含有層をエッチングするためのエッチングプロセスを提供する。エッチングプロセスは、各材料が除去されるレートの結果としてエピタキシャル層のマージン部分のみを除去する一方で多結晶層を最小限にするか、これを完全に除去する。ステップ４７０中、エッチングプロセスが終了される。もしあればエピタキシャル層および多結晶層の厚さはステップ４８０中に判断される。所定の厚さが達成される場合、エピタキシャルプロセス４００はステップ４９０で終了される。しかしながら、いずれかの層の所定の厚さが達成されない場合、ステップ４２０〜４８０は、所定の厚さが達成されるまで１サイクルとして反復される。

[0066]エピタキシャルプロセス４００は、パターン化基板を含有するプロセスチャンバを所定の温度に調整することによってソース４１０でスタートする。温度および圧力は、遂行される具体的なプロセスに合わせられる。概して、プロセスチャンバはエピタキシャルプロセス４００を通して一貫した温度に維持される。しかしながら、一部のステップは様々な温度で実行されてもよい。プロセスチャンバは、約２５０℃〜約１，０００℃、好ましくは約５００℃〜約８００℃、より好ましくは約５５０℃〜約７５０℃の範囲の温度にキープされる。エピタキシャルプロセス４００を遂行するための適切な温度は、ステップ４２０〜４８０中にシリコン含有材料を堆積および／またはエッチングするために使用される具体的な前駆体に左右されることがある。一実施形態では、塩素（Ｃｌ_２）ガスが、他のより共通のエッチャントを使用するプロセスよりも低い温度でシリコン含有材料のエッチャントとしても例外的にうまく作用することが分かっている。従って、一実施形態では、プロセスチャンバを事前加熱するための好ましい温度は７５０℃以下、好ましくは６５０℃以下、より好ましくは５５０℃以下である。プロセスチャンバは普通、０．１トール〜約２００トール、好ましくは約１トール〜約５０トールの圧力に維持される。圧力はプロセスステップ４１０〜４８０の際にばらつきを生じることがあるが、概して一定に維持される。

[0067]第１の堆積プロセスはステップ４２０で遂行される。パターン化基板は、多結晶層を二次表面に形成する一方でエピタキシャル層を単結晶表面に形成するために、第１の堆積ガスに暴露される。基板は、約０．５秒〜約３０秒、好ましくは約１秒〜約２０秒、より好ましくは約５秒〜約１０秒の一定期間第１の堆積ガスに暴露される。堆積プロセスの明確な暴露時間は、ステップ４６０のエッチングプロセス中の暴露時間ならびにこのプロセスで使用される具体的な前駆体および温度と関連して判断される。概して、基板は、後続のステップ４６０中に容易にエッチング可能な最小厚さの多結晶層を形成しつつ最大厚さのエピタキシャル層を形成するのに十分長く第１の堆積ガスに暴露される。

[0068]第１の堆積ガスは少なくともシリコンソースおよびキャリアガスを含有している。第１の堆積ガスはまた、二次元素ソースおよび／またはドーパント化合物を含有していることがあるが、好ましくは、二次元素ソースおよびドーパント化合物は第２の堆積ガス中にある。従って、一態様において、第１の堆積ガスはシリコンソース、二次元素ソースおよびドーパントソースを含有してもよい。別の態様では、第１の堆積ガスはシリコンソースおよび二次元素ソースを含有してもよい。さらに別の態様では、第１の堆積ガスはシリコンソースおよびドーパントソースを含有してもよい。代替実施形態では、第１の堆積ガスはまた、塩化水素や塩素などの少なくとも１つのエッチャントを含んでもよい。

[0069]シリコンソースは普通、約５ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ、好ましくは約１０ｓｃｃｍ〜約３００ｓｃｃｍ、より好ましくは約５０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍの範囲のレート、例えば約１００ｓｃｃｍでプロセスチャンバに提供される。好ましいシリコンソースはシラン、ジクロロシランおよびジシランを含んでいる。

[0070]シリコンソースは普通、キャリアガス中のプロセスチャンバに提供される。キャリアガスは、約１ｓｌｍ〜約１００ｓｌｍ、好ましくは約５ｓｌｍ〜約７５ｓｌｍ、より好ましくは約１０ｓｌｍ〜約５０ｓｌｍ、例えば約２５ｓｌｍの流量を有している。キャリアガスは窒素（Ｎ_２）、水素（Ｈ_２）、アルゴン、ヘリウムおよびこれらの組み合わせを含んでもよい。一部の実施形態では、不活性キャリアガスが好まれ、これは窒素、アルゴン、ヘリウムおよびこれらの組み合わせを含んでいる。好ましくは、エピタキシャルプロセス４００を通して使用されるキャリアガスは、上記の理由によって、窒素である。

[0071]ステップ４３０中に、第１の堆積プロセスは終了される。一例では、プロセスチャンバはパージガスまたはキャリアガスによって洗い流されてもよく、かつ／またはプロセスチャンバは真空ポンプによって真空にされてもよい。パージおよび／または真空プロセスは過剰な堆積ガス、反応副生成物および他の汚染物を除去する。別の例では、第１の堆積プロセスが終了されると、ステップ４４０の第２の堆積プロセスが、プロセスチャンバをパージおよび／または真空にすることなく即座にスタートされる。

[0072]ステップ４４０で使用される堆積ガスはキャリアガスと、ゲルマニウムソース、炭素ソースおよび／またはドーパント化合物などの少なくとも１つの二次元素ソースとを含有している。代替的に、シリコンソースは第２の堆積ガスに含まれてもよい。二次元素ソースは、ステップ４２０中に堆積されたシリコン含有化合物の成長を継続するためにキャリアガスを具備するプロセスチャンバに添加される。シリコン含有化合物は、固有の二次元素ソースおよび二次元素ソースの濃度によってコントロールされる様々な組成を有してもよい。二次元素ソースは普通、約０．１ｓｃｃｍ〜約２０ｓｃｃｍ、好ましくは約０．５ｓｃｃｍ〜約１０ｓｃｃｍ、より好ましくは約１ｓｃｃｍ〜約５ｓｃｃｍの範囲のレート、例えば約２ｓｃｃｍでプロセスチャンバに提供される。ゲルマニウムソース、炭素ソースおよびドーパント化合物が、上記前駆体から選択される。

[0073]ステップ４５０中、第２の堆積プロセスは終了される。一例では、プロセスチャンバはパージガスまたはキャリアガスによって洗い流されてもよく、かつ／またはプロセスチャンバは真空ポンプによって真空にされてもよい。パージおよび／または真空プロセスは過剰な堆積ガス、反応副生成物および他の汚染物を除去する。別の例では、第２の堆積プロセスが終了されると、ステップ４６０のエッチングプロセスは、プロセスチャンバをパージおよび／または真空にせずに即座にスタートされる。

[0074]ステップ４６０のエッチングプロセスは、ステップ４２０および４４０で堆積された材料を基板表面から除去する。エッチングプロセスは、エピタキシャルまたは単結晶材料と、アモルファスおよび／または多結晶材料との両方を除去する。もしあれば、基板表面に堆積された多結晶層は、エピタキシャル層よりも速いレートで除去される。エッチングプロセスの期間は、２つの堆積プロセスの期間とバランスをとられる。従って、ステップ４２０および４４０の堆積プロセスおよびステップ４６０のエッチングプロセスの正味結果は、もしあれば多結晶シリコン含有材料の成長を最小限にしつつ、選択的かつエピタキシャルに成長されたシリコン含有材料を形成することである。

[0075]ステップ４６０中、基板は、約１０秒〜約９０秒、好ましくは約２０秒〜約６０秒、より好ましくは約３０秒〜約４５秒の範囲の一定期間エッチングガスに暴露される。エッチングガスは少なくとも１つのエッチャントおよびキャリアガスを含んでいる。エッチャントは普通、約１０ｓｃｃｍ〜約７００ｓｃｃｍ、好ましくは約５０ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ、より好ましくは約１００ｓｃｃｍ〜約４００ｓｃｃｍの範囲のレート、例えば約２００ｓｃｃｍでプロセスチャンバに提供される。エッチングガス中で使用されるエッチャントは塩素（Ｃｌ_２）、塩化水素（ＨＣｌ）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）、四塩化炭素（ＣＣｌ_４）、クロロ三フッ化物（Ｃｈｌｏｒｏｔｒｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）（ＣｌＦ_３）およびこれらの組み合わせを含んでもよい。好ましくは、塩素または塩化水素がエッチャントとして使用される。

[0076]エッチャントは普通、キャリアガスに伴ってプロセスチャンバに提供される。キャリアガスは、約１ｓｌｍ〜約１００ｓｌｍ、好ましくは約５ｓｌｍ〜約７５ｓｌｍ、より好ましくは約１０ｓｌｍ〜約５０ｓｌｍの範囲の流量、例えば約２５ｓｌｍを有している。キャリアガスは窒素（Ｎ_２）、水素（Ｈ_２）、アルゴン、ヘリウムおよびこれらの組み合わせを含んでもよい。一部の実施形態では、不活性キャリアガスが好まれ、これは窒素、アルゴン、ヘリウムおよびこれらの組み合わせを含んでいる。キャリアガスは、エピタキシャルプロセス４００中に使用される固有の（複数の）前駆体および／または温度に基づいて選択されてもよい。同じキャリアガスが、ステップ４２０〜４８０の各々を通して普通は使用される。しかしながら、一部の実施形態は、堆積プロセスで使用されるのとは異なるキャリアガスをエッチングプロセス中に使用してもよい。一実施形態では、特にＡＧＳプロセスが低温（例えば、＜８００℃）で遂行される場合は、好ましいエッチャントは塩素ガスである。例えば、エッチングガスは塩素をエッチャントとして、窒素をキャリアガスとして含有しており、これは、約５００℃〜約７５０℃の範囲の温度で基板表面に暴露される。

[0077]エッチングプロセスはステップ４７０中に終了される。一例では、プロセスチャンバはパージガスまたはキャリアガスによって洗い流されてもよく、かつ／またはプロセスチャンバは真空ポンプによって真空にされてもよい。パージおよび／または真空プロセスは過剰なエッチングガス、反応副生成物および他の汚染物を除去する。別の例では、エッチングプロセスが終了されると、ステップ４８０が、プロセスチャンバをパージおよび／または真空にすることなく即座にスタートされる。

[0078]エピタキシャル層および多結晶層の厚さはステップ４８０中に判断されてもよい。所定の厚さが達成される場合、エピタキシャルプロセス４００はステップ４９０で終了される。しかしながら、所定の厚さが達成されない場合、所望の厚さが達成されるまで、ステップ４２０〜１８０が１サイクルとして反復される。エピタキシャル層は普通、約１０Å〜約２，０００Å、好ましくは約１００Å〜約１，５００Å、より好ましくは約４００Å〜約１，２００Åの範囲の厚さ、例えば約８００Åを有するように成長される。多結晶層は普通、もしあれば約原子層〜約５００Åの範囲の厚さを有するように堆積される。エピタキシャルシリコン含有層または多結晶シリコン含有層の所望または所定の厚さは、具体的な製作プロセスに固有である。一例では、エピタキシャル層は所定の厚さに達することがあるのに対して、多結晶層は厚すぎる。過剰な多結晶層は、ステップ４６０および４７０を省略してステップ１４０〜１６０を反復することによってさらにエッチングされてもよい。同様に、他の例では、ステップ４２０、４４０および４６０は、エピタキシャルプロセス４００を介して進行する際に個々に省略されてもよい。ステップ４２０、４４０および４６０をスキップすることによって、堆積されたシリコン含有材料の元素濃度および厚さはコントロールされてもよい。

[0079]本発明の実施形態は、多様な基板にシリコン含有化合物を堆積するプロセスを教示する。本発明の実施形態が有用であり得る基板は、結晶シリコン（例えば、Ｓｉ＜１００＞およびＳｉ＜１１１＞）、酸化シリコン、シリコンゲルマニウム、ドープまたは非ドープウェーハおよびパターン化または非パターン化ウェーハなどの半導体ウェーハを含むが、これらに制限されない。基板は多様な形状（例えば、円形、正方形および矩形）およびサイズ（例えば、２００ｍｍＯＤ、３００ｍｍＯＤ）を有している。

[0080]一実施形態では、本明細書で説明されたプロセスによって堆積されたシリコン含有化合物は、約０ａｔ％〜約９５ａｔ％の範囲内のゲルマニウム濃度を含んでいる。別の実施形態では、ゲルマニウム濃度は、約１ａｔ％〜約３０ａｔ％、好ましくは約１５ａｔ％〜約３０ａｔ％の範囲内、例えば約２０ａｔ％である。シリコン含有化合物はまた、約０ａｔ％〜約５ａｔ％の範囲内の炭素濃度を含んでいる。他の態様では、炭素濃度は約２００ｐｐｍ〜約３ａｔ％の範囲内、好ましくは約１．５ａｔ％である。

[0081]ゲルマニウムおよび／または炭素のシリコン含有化合物膜は本発明の種々のプロセスによって生成され、一貫的、散発的またはグレーディングの元素濃度を有する可能性がある。グレーディングシリコンゲルマニウム膜は、共にＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．，に譲渡された、米国特許第６，７７０，１３４号と、米国特許公開２００２０１７４８２７号として公開された米国特許出願第１０／０１４，４６６号とに開示されており、グレーディングシリコン含有化合物膜の堆積方法を説明するためにその全体が参照として本明細書に組み込まれている。一例では、シリコンソース（例えば、ＳｉＨ_４）およびゲルマニウムソース（例えば、ＧｅＨ_４）が、シリコンゲルマニウム含有膜を選択的かつエピタキシャルに堆積するのに使用される。本例では、シリコンソースおよびゲルマニウムソースの比は、グレーディング膜を成長させる際に、シリコンおよびゲルマニウムなどの元素濃度をコントロールするために変化する可能性がある。別の例では、シリコンソースおよび炭素ソース（例えば、ＣＨ_３ＳｉＨ_３）が、シリコン炭素含有膜を選択的かつエピタキシャルに堆積するのに使用される。シリコンソースおよび炭素ソースの比は、均質またはグレーディング膜を成長させる際に元素濃度をコントロールするために変化する可能性がある。別の例では、シリコンソース、ゲルマニウムソースおよび炭素ソースが、シリコンゲルマニウム炭素含有膜を選択的かつエピタキシャルに堆積するのに使用される。シリコン、ゲルマニウムおよび炭素ソースの比は、均質またはグレーディング膜を成長させる際に元素濃度をコントロールするために独立して変化させられる。

[0082]本明細書に説明されたプロセスによって形成されたＭＯＳＦＥＴデバイスはＰＭＯＳコンポーネントまたはＮＭＯＳコンポーネントを含有してもよい。ｐ型チャネルのＰＭＯＳコンポーネントは、チャネル導電を担うホールを有しているのに対して、ｎ型チャネルのＮＭＯＳコンポーネントは、チャネル導電を担う電子を有している。従って、例えば、ＳｉＧｅなどのシリコン含有材料は、ＰＭＯＳコンポーネントを形成するために凹型エリアに堆積されてもよい。別の例では、ＳｉＣなどのシリコン含有膜が、ＮＭＯＳコンポーネントを形成するために凹型エリアに堆積されてもよい。ＳｉＧｅは、複数の理由によりＰＭＯＳ用途に使用される。ＳｉＧｅ材料は、シリコンのみよりも多くのホウ素を組み込んでいるため、接合抵抗率は下げられることがある。また、基板表面のＳｉＧｅ／シリサイド層界面は、Ｓｉ／シリサイド界面よりも低いショットキーバリアを有している。

[0083]さらに、ＳｉＧｅの格子定数はシリコンよりも大きいため、シリコンの上部にエピタキシャル成長されたＳｉＧｅは膜内部の圧縮応力を有している。圧縮応力は横方向寸法に転送されて、ＰＭＯＳチャネルに圧縮歪みを作成して、ホールの移動度を増加させる。ＮＭＯＳ用途について、ＳｉＣの格子定数はシリコンよりも小さいため、ＳｉＣは凹型エリアにおいて、チャネルの引張応力を作成するために使用可能である。引張応力はチャネルに転送されて、電子移動度を増加させる。従って、一実施形態では、第１のシリコン含有層は第１の格子歪み値で形成され、第２のシリコン含有層は第２の格子歪み値で形成される。例えば、約５０Å〜約２００Åの厚さのＳｉＣ層が基板表面に堆積され、引き続き、約１５０Å〜約１，０００Åの厚さのＳｉＧｅ層がＳｉＣ層に堆積される。ＳｉＣ層はエピタキシャル成長されてもよく、ＳｉＣ層にエピタキシャル成長されたＳｉＧｅ層よりも歪みが小さい。

[0084]本明細書に説明された実施形態では、シリコン含有化合物膜は、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスによって選択的かつエピタキシャルに堆積される。化学気相堆積プロセスは原子層成長（ＡＬＤ）プロセスおよび／または原子層エピタキシ（ＡＬＥ）プロセスを含んでいる。化学気相堆積は、プラズマ支援ＣＶＤ（ＰＡ−ＣＶＤ）、原子層ＣＶＤ（ＡＬＣＶＤ）、有機金属（ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃ）つまり有機金属（ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ）ＣＶＤ（ＯＭＣＶＤつまりＭＯＣＶＤ）、レーザー支援ＣＶＤ（ＬＡ−ＣＶＤ）、紫外線ＣＶＤ（ＵＶ−ＣＶＤ）、ホットワイヤー（ＨＷＣＶＤ）、低圧ＣＶＤ（ＲＰ−ＣＶＤ）、超高真空ＣＶＤ（ＵＨＶ−ＣＶＤ）などの多数の技術の使用を含んでいる。一実施形態では、好ましいプロセスは、熱ＣＶＤを使用してシリコン含有化合物をエピタキシャル成長または堆積することであるのに対して、シリコン含有化合物は、シリコン、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅＣ、これらのドープ変形およびこれらの組み合わせを含んでいる。

[0085]本発明のプロセスは、ＡＬＥ、ＣＶＤおよびＡＬＤの従来技術において既知の機器で実施可能である。この装置は、プロセスチャンバに入る前に分離された堆積ガスおよびエッチングガスを維持するための複数のガスラインを含有してもよい。その後、ガスは、シリコン含有化合物膜が成長された加熱基板と接触させられる。シリコン含有膜を堆積するために使用可能なハードウェアは、カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．，より入手可能なＥｐｉ Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）システムおよびＰｏｌｙ Ｇｅｎ（登録商標）システムを含んでいる。ＡＬＤ装置は、米国特許公開第２００３００７９６８６号として公開され、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．，に譲渡され、「Ｇａｓ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ＡＬＤ」と題された米国特許出願第１０／０３２，２８４号に開示されており、この装置を説明するためにその全体が参照として本明細書に組み込まれている。他の装置は、当業界で既知のバッチ高温炉を含んでいる。

実施例
[0086]以下の仮定的な実施例が、基板表面上にエレベーテッドソースドレイン（ＥＳＤ）構造を形成するために遂行された。パターン化基板は、基板表面およびゲート内に形成されたソース／ドレイン部材と、これらの間に形成されたスペーサとを具備する単結晶表面を含有した。

[0087]実施例１：Ｃｌ _２ エッチャントによるシリコンの選択エピタキシ
−基板は加熱されたプロセスチャンバに置かれて、５５０℃に維持された。プロセスチャンバは約１５トールの圧力に維持された。基板表面は、１００ｓｃｃｍの流量のシランおよび２５ｓｌｍの流量の窒素を含有する堆積ガスの流れに７秒間暴露された。基板はその後、２０ｓｃｃｍの流量の塩素ガスおよび２５ｓｌｍの流量の窒素を含有するエッチングガスに１０秒間暴露された。堆積ガスの暴露およびエッチングガスの暴露のサイクルが、基板の暴露された単結晶部分にエピタキシャル成長シリコン層を形成するために５０回反復された。シリコンエピタキシャル層は約１，０００Åの厚さを有した。

[0088]実施例２：Ｃｌ _２ エッチャントによるシリコンゲルマニウムの選択エピタキシ
−基板は加熱されたプロセスチャンバに置かれて、５５０℃に維持された。プロセスチャンバは約１５トールの圧力に維持された。基板表面は、１００ｓｃｃｍの流量のシランと、３ｓｃｃｍの流量のゲルマンと、２５ｓｌｍの流量の窒素とを含有する堆積ガスの流れに８秒間暴露された。基板はその後、２０ｓｃｃｍの流量の塩素ガスおよび２５ｓｌｍの流量の窒素を含有するエッチングガスに１０秒間暴露された。堆積ガスの暴露およびエッチングガスの暴露のサイクルが、基板の暴露された単結晶部分にエピタキシャル成長シリコン含有層を形成するために５０回反復された。シリコン含有エピタキシャル層は約１，７００Åの厚さを有した。

[0089]実施例３：Ｃｌ _２ エッチャントによるシリコンゲルマニウムの選択エピタキシ
−基板は加熱されたプロセスチャンバに置かれて、５５０℃に維持された。プロセスチャンバは約１５トールの圧力に維持された。基板表面は、１００ｓｃｃｍの流量のシランおよび２５ｓｌｍの流量の窒素を含有する堆積ガスの流れに７秒間暴露された。基板表面はその後、５ｓｃｃｍの流量のゲルマンおよび２５ｓｌｍの流量の窒素を含有する第２の堆積ガスの流れに７秒間暴露された。基板は、２０ｓｃｃｍの流量の塩素ガスおよび２５ｓｌｍの流量の窒素を含有するエッチングガスに１０秒間暴露された。堆積ガスの暴露およびエッチングガスの暴露のサイクルが、基板の暴露された単結晶部分にエピタキシャル成長シリコン含有層を形成するために５０回反復された。シリコン含有エピタキシャル層は約１，８００Åの厚さを有した。

[0090]実施例４：Ｃｌ _２ エッチャントによるシリコン炭素の選択エピタキシ
−基板は加熱されたプロセスチャンバに置かれて、５５０℃に維持された。プロセスチャンバは約１５トールの圧力に維持された。基板表面はその後、１００ｓｃｃｍの流量のシランと、１ｓｃｃｍの流量のメチルシランと、２５ｓｌｍの流量の窒素とを含有する堆積ガスの流れに８秒間暴露された。基板は、２０ｓｃｃｍの流量の塩素ガスおよび２５ｓｌｍの流量の窒素を含有するエッチングガスに１０秒間暴露された。堆積ガスの暴露およびエッチングガスの暴露のサイクルが、基板の暴露された単結晶部分にエピタキシャル成長シリコン含有層を形成するために５０回反復された。シリコン含有エピタキシャル層は約１，６００Åの厚さを有した。

[0091]実施例５：Ｃｌ _２ エッチャントによるシリコン炭素の選択エピタキシ
−基板は加熱されたプロセスチャンバに置かれて、５５０℃に維持された。プロセスチャンバは約１５トールの圧力に維持された。基板表面はその後、１００ｓｃｃｍの流量のシランおよび２５ｓｌｍの流量の窒素を含有する堆積ガスの流れに７秒間暴露された。基板表面は、５ｓｃｃｍの流量のメチルシランおよび２５ｓｌｍの流量の窒素を含有する第２の堆積ガスの流れに７秒間暴露された。基板は、２０ｓｃｃｍの流量の塩素ガスおよび２５ｓｌｍの流量の窒素を含有するエッチングガスに１０秒間暴露された。堆積ガスの暴露およびエッチングガスの暴露のサイクルが、基板の暴露された単結晶部分にエピタキシャル成長シリコン含有層を形成するために５０回反復された。シリコン含有エピタキシャル層は約１，８００Åの厚さを有した。

[0092]実施例６：ＨＣｌエッチャントによるシリコンの選択エピタキシ
−基板は加熱されたプロセスチャンバに置かれて、７００℃に維持された。プロセスチャンバは約１５トールの圧力に維持された。基板表面はその後、１００ｓｃｃｍの流量のシランおよび２５ｓｌｍの流量の水素を含有する堆積ガスの流れに７秒間暴露された。基板は、２００ｓｃｃｍの流量の塩化水素および２５ｓｌｍの流量の水素を含有するエッチングガスに４０秒間暴露された。堆積ガスの暴露およびエッチングガスの暴露のサイクルが、基板の暴露された単結晶部分にエピタキシャル成長シリコン層を形成するために１０回反復された。シリコンエピタキシャル層は約８００Åの厚さを有した。

[0093]実施例７：ＨＣｌエッチャントによるシリコンゲルマニウムの選択エピタキシ
−基板は加熱されたプロセスチャンバに置かれて、７００℃に維持された。プロセスチャンバは約１５トールの圧力に維持された。基板表面はその後、１００ｓｃｃｍの流量のシランと、３ｓｃｃｍの流量のゲルマンと、２５ｓｌｍの流量の水素とを含有する堆積ガスの流れに８秒間暴露された。基板は、２００ｓｃｃｍの流量の塩化水素および２５ｓｌｍの流量の水素を含有するエッチングガスに４０秒間暴露された。堆積ガスの暴露およびエッチングガスの暴露のサイクルが、基板の暴露された単結晶部分にエピタキシャル成長シリコン含有層を形成するために２０回反復された。シリコン含有エピタキシャル層は約１，５００Åの厚さを有した。

[0094]実施例８：ＨＣｌエッチャントによるシリコンゲルマニウムの選択エピタキシ
−基板は加熱されたプロセスチャンバに置かれて、７００℃に維持された。プロセスチャンバは約１５トールの圧力に維持された。基板表面はその後、１００ｓｃｃｍの流量のシランおよび２５ｓｌｍの流量の水素を含有する堆積ガスの流れに７秒間暴露された。基板表面は、５ｓｃｃｍの流量のゲルマンおよび２５ｓｌｍの流量の水素を含有する第２の堆積ガスの流れに７秒間暴露された。基板は、２００ｓｃｃｍの流量の塩化水素および２５ｓｌｍの流量の水素を含有するエッチングガスに４０秒間暴露された。堆積ガスの暴露およびエッチングガスの暴露のサイクルが、基板の暴露された単結晶部分にエピタキシャル成長シリコン含有層を形成するために２０回反復された。シリコン含有エピタキシャル層は約１，６００Åの厚さを有した。

[0095]実施例９：ＨＣｌエッチャントによるシリコン炭素の選択エピタキシ
−基板は加熱されたプロセスチャンバに置かれて、７００℃に維持された。プロセスチャンバは約１５トールの圧力に維持された。基板表面はその後、１００ｓｃｃｍの流量のシランと、１ｓｃｃｍの流量のメチルシランと、２５ｓｌｍの流量の水素とを含有する堆積ガスの流れに８秒間暴露された。基板は、２００ｓｃｃｍの流量の塩化水素および２５ｓｌｍの流量の水素を含有するエッチングガスに４０秒間暴露された。堆積ガスの暴露およびエッチングガスの暴露のサイクルが、基板の暴露された単結晶部分にエピタキシャル成長シリコン含有層を形成するために２０回反復された。シリコン含有エピタキシャル層は約１，５００Åの厚さを有した。

[0096]実施例１０：ＨＣｌエッチャントによるシリコン炭素の選択エピタキシ
−基板は加熱されたプロセスチャンバに置かれて、７００℃に維持された。プロセスチャンバは約１５トールの圧力に維持された。基板表面はその後、１００ｓｃｃｍの流量のシランおよび２５ｓｌｍの流量の水素を含有する堆積ガスの流れに７秒間暴露された。基板表面は、５ｓｃｃｍの流量のゲルマンおよび２５ｓｌｍの流量の水素を含有する第２の堆積ガスの流れに７秒間暴露された。基板は、２００ｓｃｃｍの流量の塩化水素および２５ｓｌｍの流量の水素を含有するエッチングガスに４０秒間暴露された。堆積ガスの暴露およびエッチングガスの暴露のサイクルが、基板の暴露された単結晶部分にエピタキシャル成長シリコン含有層を形成するために２０回反復された。シリコン含有エピタキシャル層は約１，６００Åの厚さを有した。ゲートなどの基板表面の暴露された誘電部分は、堆積ガスから制限的な多結晶成長を形成したか、あるいは全く多結晶成長を形成しなかった。

[0097]実施例１１：ＢによってドープされかつＣｌ _２ によってエッチングされたシリコンの選択エピタキシ
−基板は加熱されたプロセスチャンバに置かれて、５５０℃に維持された。プロセスチャンバは約１５トールの圧力に維持された。基板表面は、１００ｓｃｃｍの流量のシランと、３ｓｃｃｍの流量のジボランと２５ｓｌｍの流量の窒素とを含有する堆積ガスの流れに７秒間暴露された。基板はその後、２０ｓｃｃｍの流量の塩素ガスおよび２５ｓｌｍの流量の窒素を含有するエッチングガスに１０秒間暴露された。堆積ガスの暴露およびエッチングガスの暴露のサイクルは、基板の暴露された単結晶部分にエピタキシャル成長シリコン層を形成するために５０回反復された。シリコンエピタキシャル層は約１，０００Åの厚さを有した。

[0098]実施例１２：ＢによってドープされかつＣｌ _２ によってエッチングされたシリコンゲルマニウムの選択エピタキシ
−基板は加熱されたプロセスチャンバに置かれて、５５０℃に維持された。プロセスチャンバは約１５トールの圧力に維持された。基板表面は、１００ｓｃｃｍの流量のシランと、３ｓｃｃｍの流量のゲルマンと、３ｓｃｃｍの流量のジボランと２５ｓｌｍの流量の窒素とを含有する堆積ガスの流れに８秒間暴露された。基板はその後、２０ｓｃｃｍの流量の塩素ガスおよび２５ｓｌｍの流量の窒素を含有するエッチングガスに１０秒間暴露された。堆積ガスの暴露およびエッチングガスの暴露のサイクルは、基板の暴露された単結晶部分にエピタキシャル成長シリコン含有層を形成するために５０回反復された。シリコン含有エピタキシャル層は約１，７００Åの厚さを有した。

[0099]実施例１３：ＢによってドープされかつＣｌ _２ によってエッチングされたシリコンゲルマニウムの選択エピタキシ
−基板は加熱されたプロセスチャンバに置かれて、５５０℃に維持された。プロセスチャンバは約１５トールの圧力に維持された。基板表面は、１００ｓｃｃｍの流量のシランと、３ｓｃｃｍの流量のジボランと、２５ｓｌｍの流量の窒素とを含有する堆積ガスの流れに７秒間暴露された。基板表面はその後、５ｓｃｃｍの流量のゲルマンおよび２５ｓｌｍの流量の窒素を含有する第２の堆積ガスの流れに７秒間暴露された。基板はその後、２０ｓｃｃｍの流量の塩素ガスおよび２５ｓｌｍの流量の窒素を含有するエッチングガスに１０秒間暴露された。堆積ガスの暴露およびエッチングガスの暴露のサイクルは、基板の暴露された単結晶部分にエピタキシャル成長シリコン含有層を形成するために５０回反復された。シリコン含有エピタキシャル層は約１，８００Åの厚さを有した。

[00100]実施例１４：ＰによってドープされかつＣｌ _２ によってエッチングされたシリコン炭素の選択エピタキシ
−基板は加熱されたプロセスチャンバに置かれて、５５０℃に維持された。プロセスチャンバは約１５トールの圧力に維持された。基板表面は、１００ｓｃｃｍの流量のシランと、１ｓｃｃｍの流量のメチルシランと、３ｓｃｃｍの流量のホスフィンと、２５ｓｌｍの流量の窒素とを含有する堆積ガスの流れに８秒間暴露された。基板はその後、２０ｓｃｃｍの流量の塩素ガスおよび２５ｓｌｍの流量の窒素を含有するエッチングガスに１０秒間暴露された。堆積ガスの暴露およびエッチングガスの暴露のサイクルが、基板の暴露された単結晶部分にエピタキシャル成長シリコン含有層を形成するために８０回反復された。シリコン含有エピタキシャル層は約１，６００Åの厚さを有した。

[00101]実施例１５：ＰによってドープされかつＣｌ _２ によってエッチングされたシリコン炭素の選択エピタキシ
−基板は加熱されたプロセスチャンバに置かれて、５５０℃に維持された。プロセスチャンバは約１５トールの圧力に維持された。基板表面は、１００ｓｃｃｍの流量のシランと、３ｓｃｃｍの流量のホスフィンと、２５ｓｌｍの流量の窒素とを含有する堆積ガスの流れに７秒間暴露された。基板表面はその後、５ｓｃｃｍの流量のメチルシランおよび２５ｓｌｍの流量の窒素を含有する第２の堆積ガスの流れに７秒間暴露された。基板はその後、２０ｓｃｃｍの流量の塩素ガスおよび２５ｓｌｍの流量の窒素を含有するエッチングガスに１０秒間暴露された。堆積ガスの暴露およびエッチングガスの暴露のサイクルは、基板の暴露された単結晶部分にエピタキシャル成長シリコン含有層を形成するために８０回反復された。シリコン含有エピタキシャル層は約１，８００Åの厚さを有した。

シリコンエピタキシャル膜形成時のＨＣｌおよび／またはＣｌ _２ の使用
[00102]上記のように、本発明者は、シリコンエピタキシャル膜形成プロセスでＣｌ_２をエッチャントガスとして使用することは、得られるシリコンエピタキシャル膜の表面形態の不良につながる場合があることを発見した。具体的な理論に縛られたくはないが、Ｃｌ_２はシリコンエピタキシャル膜表面をかなり積極的に攻撃して、孔食などを生成することがあると思われる。Ｃｌ_２の使用は、シリコンエピタキシャル膜が炭素を含有する場合にとりわけ問題があると分かっている。

[00103]本発明の一実施形態では、Ｃｌ_２およびＨＣｌ_２の両方が、シリコンエピタキシャル膜形成プロセスのエッチング段階で用いられる。ＨＣｌの存在は、ＨＣｌがほとんど解離しない低い基板温度（例えば、摂氏約６００度以下）に対しても、Ｃｌ_２の攻撃性を低下させると思われる。さらに、ＡＧＳプロセス中、ＨＣｌは、（例えば、表面形態を改良するために）このプロセスの堆積およびエッチング段階で連続的に流されてもよい。

[00104]図５は、シリコンエピタキシャル膜形成中にＣｌ_２を用いるための第１の方法５００のフローチャートである。図５を参照すると、方法５００はステップ５０１で開始する。ステップ５０２において、基板は、エピタキシャル膜を形成するように適合されたプロセスチャンバ（図示せず）に置かれる。プロセスチャンバは、１つ以上の基板にエピタキシャル膜を形成するように適合された任意の従来のエピタキシャル膜チャンバを備えてもよい。他のエピタキシャル膜チャンバおよび／またはシステムが使用されてもよいが、例示的なエピタキシャル膜チャンバは、カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．，から入手可能なＥｐｉ Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）システムおよびＰｏｌｙ Ｇｅｎ（登録商標）システムに見られることがある。

[00105]プロセスチャンバ内への配置に続いて、基板は所望の基板および／またはプロセス温度に加熱される。本発明の少なくとも１つの実施形態では、摂氏約７００度未満の基板および／またはプロセス温度が、プロセスチャンバ内に形成された任意のシリコンエピタキシャル層内の炭素の組み込みを改良するために用いられてもよい。具体的な実施形態では、摂氏約５５０〜６５０度の基板および／またはプロセス温度範囲が使用されてもよく、さらに別の実施形態では、摂氏約６００度未満の基板および／またはプロセス温度が使用されてもよい。摂氏７００度より高い基板および／またはプロセス温度を含む他の基板および／またはプロセス温度が使用されてもよい。

[00106]所望の基板および／またはプロセス温度に達した後、ステップ５０３において、基板は、基板上にシリコンエピタキシャル膜を形成するために少なくともシリコンソースに暴露される。例えば、基板は、シランなどのシリコンソース、窒素などのキャリアガス、またはリンやホウ素などのドーパントソースなどに暴露されてもよい。炭素ソース、ゲルマニウムソース、あるいはここで既に説明されたガスのうちのいずれかなどの任意の他の適切なシリコンソース、キャリアガス、ドーパントソースまたは他のガスが使用されてもよい。エピタキシャル膜形成プロセス中に、エピタキシャル層は基板の任意の単結晶表面に形成されてもよいのに対して、多結晶層は、（既に説明されたように）基板上にある任意の多結晶層および／または任意のアモルファス層に形成されてもよい。

[00107]ステップ５０４において、基板は、ステップ５０３中に基板に形成されたシリコンエピタキシャル膜および／または任意の他の膜（例えば、基板上にある多結晶またはアモルファス層に形成された多結晶シリコン）をエッチングするために、ＨＣｌおよびＣｌ_２に暴露される。基板の単結晶表面に形成されたエピタキシャル膜は、ステップ５０３中に形成された他の膜よりもゆっくりとエッチングする点に注目する。

[00108]エッチング中のＨＣｌの存在は、ＨＣｌがほとんど解離しない低い基板および／またはプロセス温度（例えば、摂氏約６００度以下）でもＣｌ_２の攻撃性を低下させることがある。少なくとも１つの実施形態では、Ｃｌ_２に対して実質的により大きな流量のＨＣｌが用いられてもよい。例えば、少なくとも１つの実施形態では、（より大きいまたは小さいＨＣｌ／Ｃｌ_２比が使用されてもよいが）Ｃｌ_２の流量のおよそ６〜１０倍のＨＣｌ流量が使用されてもよい。具体的な実施形態では、約３００ｓｃｃｍのＨＣｌ流量、約３０〜５０ｓｃｃｍのＣｌ_２流量および約１０〜５０ｓｌｍ（例えば、約２０〜２５ｓｌｍ）の窒素キャリアガス流量が使用されてもよい。他の流量／比が用いられてもよい。

[00109]エッチングに続いて、プロセスチャンバは、チャンバから任意のＣｌ_２および／または他の不要な種／副生成物を除去するために（約２０秒間または他の適切な期間窒素および／または別の不活性ガスによって）パージされてもよい。その後、ステップ５０５において、基板に形成されたエピタキシャル膜が所望の厚さであるか否かが判断される。例えば、エピタキシャル膜の厚さは、ステップ５０３および／または５０４中に使用されたプロセス時間および／または他のパラメータに基づいて測定または推定されてもよい。膜が所望の厚さである場合、方法５００はステップ５０６で終了する。そうでなければ、方法５００はステップ５０３に戻り、追加の堆積（ステップ５０３）およびエッチングステップ（５０４）が基板に対して実行される。ステップ５０３および５０４は、所望の膜厚が達成されるまで反復されてもよい。

[00110]ステップ５０４中にＨＣｌおよびＣｌ_２の両方を使用することによって、Ｃｌ_２を一次エッチャントとして用いることの利点（例えば、低い基板および／またはプロセス温度処理、良好な炭素組み込みなど）が、方法５００中に形成されたエピタキシャル膜の表面形態を劣化させることなく実現可能である。

[00111]図６は、シリコンエピタキシャル膜形成中にＣｌ_２を用いるための第２の方法６００のフローチャートである。図６を参照すると、方法６００はステップ６０１で開始する。ステップ６０２において、基板は、エピタキシャル膜を形成するように適合されたプロセスチャンバ（図示せず）に置かれる。プロセスチャンバは、１つ以上の基板にエピタキシャル膜を形成するように適合された任意の従来のエピタキシャル膜チャンバを備えてもよい。他のエピタキシャル膜チャンバおよび／またはシステムが使用されてもよいが、例示的なエピタキシャル膜チャンバが、カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．，から入手可能なＥｐｉ Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）システムおよびＰｏｌｙ Ｇｅｎ（登録商標）システムに見られることがある。

[00112]プロセスチャンバ内への配置に続いて、基板は所望の基板および／またはプロセス温度に加熱される。本発明の少なくとも１つの実施形態では、摂氏約７００度未満の基板および／またはプロセス温度が、プロセスチャンバ内に形成された任意のシリコンエピタキシャル層内への炭素組み込みを改良するために用いられてもよい。具体的な実施形態では、摂氏約５５０〜６５０度の基板および／またはプロセス温度範囲が使用されてもよく、さらに別の実施形態では、摂氏約６００度未満の基板および／またはプロセス温度が使用されてもよい。摂氏７００度より高い基板および／またはプロセス温度を含む他の基板および／またはプロセス温度が使用されてもよい。

[00113]所望の基板および／またはプロセス温度に達すると、ステップ６０３において、基板は、基板にシリコンエピタキシャル膜を形成するために、少なくともシリコンソースおよびＨＣｌに暴露される。例えば、基板は、シランやジシランなどのシリコンソース、ＨＣｌ、および窒素などのキャリアガスに暴露されてもよい。（他の適切なソースおよび／またはガスのように）リンやホウ素などのドーパントソース、炭素ソースまたはゲルマニウムソースなどもまた使用されてもよい。エピタキシャル膜形成プロセス中に、エピタキシャル層は基板の任意の単結晶表面に形成されてもよいのに対して、多結晶層は、（既に説明されているように）基板上にある任意の多結晶層および／または任意のアモルファス層に形成されてもよい。シリコンエピタキシャル膜形成中のＨＣｌの存在は、基板に形成された他の膜（例えば、多結晶層）に対するシリコンエピタキシャル膜堆積の選択率を高めることがあり、またエピタキシャル膜の表面形態を改良することがある。

[00114]少なくとも１つの実施形態では、およそ３００ｓｃｃｍのＨＣｌ流量が、約５０〜１５０ｓｃｃｍのシラン（または約１０〜４０ｓｃｃｍの流量のジシラン）のシリコンソース流量および約１０ｓｌｍ〜５０ｓｌｍ（例えば、約２０〜２５ｓｌｍ）の窒素キャリアガス流量と併用されてもよい。より多いまたはより少ないＨＣｌ、シリコンおよび／またはキャリアガス流量が使用されてもよい。

[00115]ステップ６０４において、基板はステップ６０３中に基板に形成されたエピタキシャル膜および／または他の膜（例えば、基板に存在する多結晶またはアモルファス層に形成された多結晶シリコン）をエッチングするためにＨＣｌおよびＣｌ_２に暴露される。基板の単結晶表面に形成されたエピタキシャル膜は、ステップ６０３中に形成された他の膜よりもゆっくりとエッチングする点に注目する。上記のように、ＨＣｌの存在は、ＨＣｌがほとんど解離しない低い基板および／またはプロセス温度（例えば、摂氏約６００度以下）でもＣｌ_２の攻撃性を低下させることがある。

[00116]少なくとも１つの実施形態では、Ｃｌ_２に対して実質的により大きな流量のＨＣｌが用いられてもよい。例えば、少なくとも１つの実施形態では、（より多いまたは少ないＨＣｌ／Ｃｌ_２比が使用されてもよいが）Ｃｌ_２の流量のおよそ６〜１０倍のＨＣｌ流量が使用されてもよい。具体的な実施形態では、（他の流量が用いられてもよいが）約３００ｓｃｃｍのＨＣｌ流量、約３０〜５０ｓｃｃｍのＣｌ_２流量および約２０〜２５のキャリアガス流量もまた使用されてもよい。

[00117]エッチングに続いて、プロセスチャンバは、任意のＣｌ_２および／または他の不要な種／副生成物をチャンバから除去するために（例えば、約２０秒または他の適切な期間窒素および／または別の不活性ガスによって）パージされてもよい。その後、ステップ６０５において、基板に形成されたエピタキシャル膜が所望の厚さであるか否かが判断される。例えば、エピタキシャル膜の厚さは、ステップ６０３および／または６０４中に使用されたプロセス時間および／または他のパラメータに基づいて測定または推定されてもよい。膜が所望の厚さである場合、方法６００はステップ６０６で終了する。そうでなければ、方法６００はステップ６０３に戻り、追加の堆積ステップ（ステップ６０３）およびエッチングステップ（６０４）が基板に対して実行される。ステップ６０３および６０４は、所望の膜厚が達成されるまで反復されてもよい。

[00118]上記のように、ステップ６０４中にＨＣｌおよびＣｌ_２の両方を使用することによって、Ｃｌ_２を一次エッチャントとして用いることの利点（例えば、低い基板および／またはプロセス温度処理、良好な炭素組み込みなど）が、方法６００中に形成されたエピタキシャル膜の表面形態を劣化させることなく実現可能であることがある。さらに、ステップ６０３中のＨＣｌの使用は、基板上の他の膜（例えば、多結晶シリコン）の形成に対してシリコンエピタキシャル膜の形成の助けとなる場合がある。同じまたは異なるＨＣｌ流量がステップ６０３および６０４で使用されてもよい。

[00119]図７は、シリコンエピタキシャル膜形成中にＣｌ_２を用いるための第３の方法７００のフローチャートである。図７を参照すると、方法７００はステップ７０１で開始する。ステップ７０２において、基板は、エピタキシャル膜を形成するように適合されたプロセスチャンバ（図示せず）に置かれる。プロセスチャンバは、１つ以上の基板にエピタキシャル膜を形成するように適合された任意の従来のエピタキシャル膜チャンバを備えてもよい。他のエピタキシャル膜チャンバおよび／またはシステムが使用されてもよいが、例示的なエピタキシャル膜チャンバは、カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．，から入手可能なＥｐｉ Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）システムおよびＰｏｌｙ Ｇｅｎ（登録商標）システムに見られることがある。

[00120]プロセスチャンバ内への配置に続いて、基板は所望の基板および／またはプロセス温度に加熱される。本発明の少なくとも１つの実施形態では、摂氏約７００度未満の基板および／またはプロセス温度が、プロセスチャンバ内に形成された任意のシリコンエピタキシャル層内の炭素組み込みを改良するために用いられてもよい。具体的な実施形態では、摂氏約５５０〜６５０度の基板および／またはプロセス温度範囲が使用されてもよく、さらに別の実施形態では、摂氏約６００度未満の基板および／またはプロセス温度が使用されてもよい。摂氏７００度より高い基板および／またはプロセス温度を含む他の基板および／またはプロセス温度が使用されてもよい。

[00121]所望の基板および／またはプロセス温度に達した後、ステップ７０３において、基板は、基板に炭素含有シリコンエピタキシャル膜を形成するために少なくともシリコンソースおよび炭素ソースに暴露される。例えば、基板は、シランやジシランなどのシリコンソース、メタンなどの炭素ソースまたは窒素などのキャリアガスソースなどに暴露されてもよい。（他の適切なソースおよび／またはガスのように）リンやホウ素などのドーパントソースやゲルマニウムソースなどもまた使用されてもよい。エピタキシャル膜形成プロセス中、エピタキシャル層は基板の任意の単結晶表面に形成されてもよいのに対して、（既に説明されているように）多結晶層は基板上にある任意の多結晶層および／または任意のアモルファス層に形成されてもよい
[00122]少なくとも１つの実施形態では、（より多いまたは少ない炭素ソース、シリコンソースおよび／またはキャリアガス流量が使用されてもよいが）約１〜５ｓｃｃｍのメタンの炭素ソース流量が、約５０〜１５０ｓｃｃｍのシラン（または、約１０〜４０ｓｃｃｍのジシラン）のシリコンソース流量および約２０〜２５ｓｌｍの窒素キャリアガス流量と併用されてもよい。ＨＣｌもまた所望ならば流されてもよい。

[00123]炭素含有エピタキシャル膜は、他の厚さが使用されてもよいが、例えば約１０〜約１６００オングストロームの厚さを有してもよい。例えば、約１秒〜約３００秒、１つ以上の実施形態では約１０秒の堆積時間が使用されてもよい。

[00124]ステップ７０４において、炭素含有シリコンエピタキシャル膜がカプセル化膜によってカプセル化される。例えば、カプセル化膜は、炭素含有シリコンエピタキシャル膜にわたって（炭素ソースなしの）シリコンエピタキシャル膜を形成するためにシランやジシランなどのシリコンソースおよび窒素などのキャリアガスに基板を暴露することによって形成される。ステップ７０３の基板および／またはプロセス温度に類似しているかこれとは異なる基板および／またはプロセス温度が用いられてもよい。炭素含有シリコンエピタキシャル膜にわたるカプセル化膜の存在は、（エッチング中の）炭素含有シリコンエピタキシャル膜における塩素と炭素（および／または水素）の相互作用を減少させ、表面形態を改良させることがある。例えば、多数の炭素ソースは水素が豊富であるため、炭素ソースに暴露されたシリコン表面はかなり水素終端されることがある。このような水素終端表面は、エッチング中に塩素との反応が不良な場合がある。

[00125]少なくとも１つの実施形態では、シリコンエピタキシャル膜がカプセル化膜として用いられてもよく、（より多いまたは少ないシリコンソースおよび／またはキャリアガス流量が使用されてもよいが）約５０〜１５０の流量のシラン（または、約１０〜４０ｓｃｃｍの流量のジシラン）のシリコンソースおよび約２０〜２５ｓｌｍの流量の窒素キャリアガスを流すことによって形成されてもよい。ＨＣｌもまた、図６を参照して既に説明されたように流されてもよい。

[00126]第１のシリコンエピタキシャル膜は、他の厚さが使用されてもよいが、約２オングストローム〜約５００オングストロームの厚さを有してもよい。例えば、約１秒〜約１００秒、１つ以上の実施形態では約５秒の堆積時間が使用されてもよい。

[00127]ステップ７０５において、基板は、ステップ７０４中に形成されたカプセル化膜および／または他の膜（例えば、基板上にある多結晶および／またはアモルファス層に形成された多結晶シリコン、あるいは炭素含有シリコンエピタキシャル膜に形成された単結晶シリコン）をエッチングするためにＣｌ_２に暴露される。例えば、少なくとも１つの実施形態では、（より多いまたは少ないＣｌ_２および／または窒素キャリアガス流量が使用されてもよいが）基板は、約３０〜５０ｓｃｃｍのＣｌ_２流量および約２０〜２５ｓｌｍの窒素キャリアガス流量に暴露されてもよい。ＨＣｌはまた、図６を参照して既に説明されたように流されてもよい。他のエッチャントおよび／またはキャリアガスが使用されてもよい。

[00128]エッチングに続いて、プロセスチャンバは、任意のＣｌ_２および／または他の不要な種／副生成物をチャンバから除去するために（例えば、約２０秒または他の適切な期間窒素および／または別の不活性ガスによって）パージされてもよい。その後、ステップ７０６において、基板に形成されたエピタキシャル膜が所望の厚さであるか否かが判断される。例えば、エピタキシャル膜の厚さは、ステップ７０３および／または７０４および／または７０５中に使用されるプロセス時間および／または他のパラメータに基づいて測定または推定されてもよい。膜が所望の厚さである場合、方法７００はステップ７０７で終了する。そうでなければ、方法７００はステップ７０３に戻り、追加の堆積ステップ（ステップ７０３）、カプセル化ステップ（ステップ７０４）およびエッチングステップ（ステップ７０５）が基板に対して実行される。所望の膜厚が達成されるまで、ステップ７０３、７０４および／または７０５が反復されてもよい。

[00129]図８は、シリコンエピタキシャル膜形成中にＣｌ_２を用いるための第４の方法８００のフローチャートである。図８を参照すると、方法８００はステップ８０１から開始する。ステップ８０２において、基板は、エピタキシャル膜を形成するように適合されたプロセスチャンバ（図示せず）に置かれる。プロセスチャンバは、１つ以上の基板にエピタキシャル膜を形成するように適合された任意の従来のエピタキシャル膜チャンバを備えてもよい。他のエピタキシャル膜チャンバおよび／またはシステムが使用されてもよいが、例示的なエピタキシャル膜チャンバが、カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｅｉｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．，から入手可能なＥｐｉ Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）システムおよびＰｏｌｙ Ｇｅｎ（登録商標）システムに見られることがある。

[00130]プロセスチャンバ内への配置に続いて、基板は所望の基板および／またはプロセス温度に加熱される。本発明の少なくとも１つの実施形態では、摂氏約７００度未満の基板および／またはプロセス温度が、プロセスチャンバ内に形成された任意のシリコンエピタキシャル層内の炭素組み込みを改良するために用いられてもよい。具体的な実施形態では、摂氏約５５０〜６５０度の基板および／またはプロセス温度範囲が使用されてもよく、さらに別の実施形態では、摂氏約６００度未満の基板および／またはプロセス温度が使用されてもよい。摂氏７００度より高い基板および／またはプロセス温度を含む他の基板および／またはプロセス温度が使用されてもよい。

[00131]所望の基板および／またはプロセス温度に達した後、ステップ８０３において、基板は、基板上に第１のシリコンエピタキシャル膜を形成するために、（炭素ソースなしの）少なくともシリコンソースに暴露される。例えば、基板は、シランやジシランなどのシリコンソースおよび窒素などのキャリアガスに暴露されてもよい。（他の適切なソースおよび／またはガスのように）リンやホウ素などのドーパントソースやゲルマニウムソースなどもまた使用されてもよい。エピタキシャル膜形成中に、（既に説明されているように）エピタキシャル層は基板の任意の単結晶表面に形成されてもよいのに対して、多結晶層は基板上にある任意の多結晶層および／または任意のアモルファス層に形成されてもよい。ＨＣｌはまた、図６を参照して既に説明されているように流されてもよい。

[00132]（より多いまたは少ないシリコンソースおよび／またはキャリアガス流量が使用されてもよいが）第１のシリコンエピタキシャル膜は、例えば、約５０〜１５０ｓｃｃｍの流量のシラン（または、約１０〜４０ｓｃｃｍの流量のジシラン）のシリコンソースおよび約２０〜２５ｓｌｍの流量の窒素キャリアガスを流すことによって形成されてもよい。ＨＣｌはまた、図６を参照して既に説明されているように流されてもよい。

[00133]少なくとも１つの実施形態では、第１のシリコンエピタキシャル膜は、他の厚さが使用されてもよいが、約２オングストローム〜約１００オングストロームの厚さを有してもよい。例えば、約１秒〜約１００秒、１つ以上の実施形態では約５秒の堆積時間が使用されてもよい。

[00134]第１のシリコンエピタキシャル膜が形成された後、ステップ８０４において、基板は、第１のシリコンエピタキシャル膜にわたって基板上に炭素含有シリコンエピタキシャル膜を形成するために少なくともシリコンソースおよび炭素ソースに暴露される。例えば、基板は、シランやジシランなどのシリコンソース、メタンなどの炭素ソース、および窒素などのキャリアガスに暴露されてもよい。（他の適切なソースおよび／またはガスのように）リンやホウ素などのドーパントソースやゲルマニウムソースなどもまた使用されてもよい。エピタキシャル膜形成プロセス中、（既に説明されているように）炭素含有エピタキシャル層は基板の任意の単結晶表面に形成されてもよいのに対して、多結晶層は基板上にある任意の多結晶層および／または任意のアモルファス層に形成されてもよい。

[00135]少なくとも１つの実施形態では、（より多いまたは少ないシリコンソースおよび／またはキャリアガス流量が使用されてもよいが）およそ１〜５ｓｃｃｍのメタンの炭素ソース流量が、約５０〜１５０ｓｃｃｍの流量のシラン（または、約１０〜４０ｓｃｃｍのジシラン）のシリコンソースおよび約２０〜２５ｓｌｍの流量の窒素キャリアガスと併用されてもよい。ＨＣｌが所望ならば流されてもよい。

[00136]他の厚さが使用されてもよいが、炭素含有エピタキシャル膜は例えば、約２オングストローム〜約１００オングストロームの厚さを有してもよい。例えば、約１秒〜約５０秒、１つ以上の実施形態では約１０秒の堆積時間が使用されてもよい。

[00137]炭素含有シリコンエピタキシャル膜が形成された後、ステップ８０５において、基板は、炭素含有シリコンエピタキシャル膜にわたって基板上に第２のシリコンエピタキシャル膜を形成するために（炭素ソースなしの）少なくともシリコンソースに暴露される。例えば、基板は、シランやジシランなどのシリコンソースおよび窒素などのキャリアガスに暴露されてもよい。（他の適切なソースおよび／またはガスのように）リンやホウ素などのドーパントソースやゲルマニウムソースなどもまた使用されてもよい。炭素含有シリコンエピタキシャル膜にわたる第２のシリコンエピタキシャル膜の存在は、（ステップ８０４で形成された）炭素含有シリコンエピタキシャル膜における塩素と炭素（および／または水素）の相互作用を減少させることがある。ＨＣｌはまた、図６を参照して既に説明されているように流されてもよい。

[00138]（より多いまたは少ないシリコンソースおよび／またはキャリアガス流量が使用されてもよいが）第２のシリコンエピタキシャル膜は例えば、約５０〜１５０ｓｃｃｍの流量のシラン（または、約１０〜４０ｓｃｃｍの流量のジシラン）のシリコンソースおよび約２０〜２５ｓｌｍの流量の窒素キャリアガスを流すことによって形成されてもよい。ＨＣｌもまた図６を参照して既に説明されているように流されてもよい。

[00139]少なくとも１つの実施形態では、他の厚さが使用されてもよいが、第２のシリコンエピタキシャル膜は約２オングストローム〜約１００オングストロームの厚さを有してもよい。例えば、約１秒〜約１００秒、１つ以上の実施形態では約５秒の堆積時間が使用されてもよい。

[00140]ステップ８０６において、基板は、ステップ８０５中に形成された少なくとも第２のシリコンエピタキシャル膜および／または任意の他の膜（例えば、基板上にある多結晶および／またはアモルファス層に形成された多結晶シリコンおよび／または炭素含有シリコンエピタキシャル膜に形成された単結晶シリコン）をエッチングするためにＣｌ_２に暴露される。例えば、少なくとも１つの実施形態では、（より多いまたはより少ないＣｌ_２および／または窒素キャリアガス流量が使用されてもよいが）基板は約３０〜５０ｓｃｃｍのＣｌ_２流量および２０ｓｌｍの流量の窒素キャリアガス流量に暴露されてもよい。ＨＣｌはまた、図５を参照して既に説明されているように流されてもよい。

[00141]エッチングに続いて、プロセスチャンバは、任意のＣｌ_２および／または任意の他の不要な種／副生成物をチャンバから除去するために、（例えば、約２０秒または他の適切な期間窒素および／または別の不活性ガスによって）パージされてもよい。その後、ステップ８０７において、基板に形成されたエピタキシャル膜が所望の厚さであるか否かが判断される。例えば、エピタキシャル膜の厚さは、ステップ８０３および／または８０４および／または８０５および／または８０６中に使用されたプロセス時間および／または他のパラメータに基づいて測定または推定されてもよい。膜が所望の厚さである場合、方法８００はステップ８０８で終了する。そうでなければ、方法８００はステップ８０３に戻り、追加の堆積ステップ（ステップ８０３〜８０５）および追加のエッチングステップ（ステップ８０６）が基板に対して実行される。所望の膜厚が達成されるまでステップ８０３、８０４、８０５および／または８０６が反復されてもよい。

[00142]（図７および８の）方法７００および／または８００はまた（炭素含有エピタキシャル膜に加えて）他のタイプのシリコンエピタキシャル膜をカプセル化するために用いられてもよい。例えば、ゲルマニウム、ホウ素、リンなどの追加の元素ソースは、追加元素含有シリコンエピタキシャル膜を形成するためにステップ７０３（図７）またはステップ８０４（図８）中に使用されてもよい。追加元素含有シリコンエピタキシャル膜は次いで、（例えば、ステップ７０５またはステップ８０６中に追加元素含有シリコンエピタキシャル膜をＣｌ_２に暴露することを回避するために）図７および８を参照して説明されたのと同様にステップ７０４またはステップ８０５中にカプセル化されてもよい。

[00143]図９は、本発明に従って提供された例示的エピタキシャル膜形成システム９００のブロック図である。図９を参照すると、システム９００は、基板サポート９０４および少なくとも１つの加熱モジュール９０６を含むエピタキシャルチャンバ９０２を含んでいる。基板サポート９０４は、エピタキシャルチャンバ９０２内でのエピタキシャル膜形成中に基板９０８をサポートするように適合されており、加熱モジュール９０６は、エピタキシャルチャンバ９０２内でのエピタキシャル膜形成中に基板９０８を加熱するように適合されている。２つ以上の加熱モジュールおよび／または他の加熱モジュール配置が使用されてもよい。加熱モジュール９０６は例えばランプアレイや他の適切な加熱ソースおよび／または要素を含んでもよい。

[00144]システム９００はまた、エピタキシャルチャンバ９０２に結合されたガスサプライ９１０および排出システム９１２と、エピタキシャルチャンバ９０２、ガスサプライ９１０および／または排出システム９１２に結合されたコントローラ９１４とを含んでいる。ガスサプライ９１０は、エピタキシャルチャンバ９０２によって用いられる任意のソース、キャリア、エッチャント、ドーパントまたは他のガス用のソースおよび／または送出システムを含んでもよい。排出システム９１２は、無駄なガスや反応生成物などをチャンバ９０２から排出するための任意の適切なシステムを含んでもよく、また１つ以上の真空ポンプを含んでもよい。

[00145]コントローラ９１４は、エピタキシャルチャンバ９０２、ガスサプライ９１０および／または排出システム９１２の動作をコントロールするために用いられてもよい１つ以上のマイクロプロセッサおよび／またはマイクロコントローラ、専用ハードウェア、これらの組み合わせなどを含んでもよい。少なくとも１つの実施形態では、コントローラ９１４は、システム９００の動作をコントロールするためにコンピュータプログラムコード９１６を用いるように適合されてもよい。例えば、コントローラ９１４は、図５〜８の方法５００、６００、７００および８００を含む本明細書で説明されたような方法／プロセスのいずれかのステップの１つ以上を実行するか、そうでなければ開始してもよい。このようなステップを実行および／または開始する任意のコンピュータプログラムコードはコンピュータプログラム製品として具現化されてもよい。本明細書に説明された各コンピュータプログラム製品はコンピュータによって読み取り可能な媒体（例えば、キャリア波信号、フロッピーディスク、コンパクトディスク、ＤＶＤ、ハードドライブ、ランダムアクセスメモリなど）によって担持されてもよい。

[00146]本発明に従ったＣｌ_２およびＨＣｌの両方の使用は、共流（ｃｏ−ｆｌｏｗ）プロセスなどの選択Ｓｉ含有堆積プロセス（例えば、堆積およびエッチング反応が同時に生じる選択エピタキシプロセス）中に用いられてもよい。付加的に、本発明に従ったＣｌ_２およびＨＣｌ両方の使用は、Ｓｉ含有膜の表面を処置したり、シリコンエッチングを介して金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）デバイスのソース／ドレイン凹型エリアを形成したりするために使用されてもよい。本発明に従って結合Ｃｌ_２／ＨＣｌ流から利点を得られる例示的な表面処置プロセスおよび／またはＭＯＳＦＥＴデバイスのソース／ドレイン凹型エリアを形成するためのプロセスは、２００５年１月３１日に出願された米国特許出願第１１／０４７，３２３号（Ｄｏｃｋｅｔ第９７９３号）に説明されており、これはその全体が参照として本明細書に組み込まれている。ＡＧＳプロセス中に、エッチングおよび堆積ステップは異なる温度で実行されてもよい。例えば、堆積温度は、置換炭素組み込みを増加させるためにエッチング温度よりも低くてもよい。具体的な実施形態では、約６５０℃以下の基板温度が堆積中に使用されてもよく、約６５０℃より高い基板温度がエッチング中に使用されてもよい。上記は本発明の実施形態を目的としているが、本発明の他のさらなる実施形態が、この基本的範囲を逸脱することなく考案されてもよく、この範囲は以下の請求項によって判断される。

本明細書に説明された少なくとも１つの実施形態の、シリコン含有材料を選択的かつエピタキシャルに堆積するためのプロセスについて説明するフローチャートである。 ＭＯＳＦＥＴ内のソース／ドレイン延長デバイスの製作技術の概略図を示している。 ＭＯＳＦＥＴ内のソース／ドレイン延長デバイスの製作技術の概略図を示している。 ＭＯＳＦＥＴ内のソース／ドレイン延長デバイスの製作技術の概略図を示している。 ＭＯＳＦＥＴ内のソース／ドレイン延長デバイスの製作技術の概略図を示している。 ＭＯＳＦＥＴ内のソース／ドレイン延長デバイスの製作技術の概略図を示している。 本明細書に説明された実施形態を適用することによって選択的かつエピタキシャルに堆積されたシリコン含有層を含有するデバイスを示している。 本明細書に説明された実施形態を適用することによって選択的かつエピタキシャルに堆積されたシリコン含有層を含有するデバイスを示している。 本明細書に説明された実施形態を適用することによって選択的かつエピタキシャルに堆積されたシリコン含有層を含有するデバイスを示している。 本明細書に説明された別の実施形態の、シリコン含有材料を選択的かつエピタキシャルに堆積するためのプロセスについて説明するフローチャートである。 本発明に従った、シリコンエピタキシャル膜形成時にＣｌ_２を用いるための第１の方法のフローチャートである。 本発明に従った、シリコンエピタキシャル膜形成時にＣｌ_２を用いるための第２の方法のフローチャートである。 本発明に従った、シリコンエピタキシャル膜形成時にＣｌ_２を用いるための第３の方法のフローチャートである。 本発明に従った、シリコンエピタキシャル膜形成時にＣｌ_２を用いるための第４の方法のフローチャートである。 本発明に従って提供された例示的エピタキシャル膜形成システムのブロック図である。

符号の説明

２３０…基板、２３２…ソース／ドレイン領域、２３４…スペーサ、２３５…ゲート酸化膜層、２３６…ゲート、２３８…凹部、２４０…シリコン含有エピタキシャル膜、２４８…エレベーテッド層、３１０…基板、３１２…ソース／ドレイン領域、３１３…シリコン含有層、３１４…シリコン含有エピタキシャル層、３１６…スペーサ、３１８…ゲート酸化膜層、３２０…オフセット層、３２２…ゲート層、３３２…コレクタ層、３３３…隔離層、３３４…シリコン含有エピタキシャル層、３３８…オフセット層。

Claims (15)

1. 基板にエピタキシャル膜を形成するための方法であって、
   （ａ）基板を提供するステップと、
   （ｂ）前記基板の少なくとも一部にエピタキシャル膜を形成するために少なくともシリコンソースに前記基板を曝露するステップと、
   （ｃ）ステップ（ｂ）中に形成された前記エピタキシャル膜および他の膜をエッチングするためにＨＣｌおよびＣｌ_２に前記基板を曝露するステップと、を備え、
   前記ステップ（ｃ）のエッチングするためのＨＣｌの流量はＣｌ _２ に対して実質的により大きな流量のＨＣｌが用いられることを特徴とする
   方法。
2. ステップ（ｂ）および（ｃ）を少なくとも１回反復するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
3. ステップ（ｂ）中に追加元素ソースに前記基板を曝露するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
4. 前記追加元素ソースが炭素ソースまたはゲルマニウムソースを備える、請求項３に記載の方法。
5. 前記追加元素ソースがホウ素またはリンソースを備える、請求項３に記載の方法。
6. ステップ（ｂ）中にＨＣｌを流すステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
7. ステップ（ｂ）および（ｃ）中に実質的に同じＨＣｌ流量を使用するステップをさらに備える、請求項６に記載の方法。
8. ステップ（ｃ）中にＣｌ_２の流量の約６〜１０倍のＨＣｌの流量を用いるステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
9. ステップ（ｂ）が
   （ｉ）炭素含有シリコンエピタキシャル膜を形成するために炭素ソースに前記基板を曝露するステップと、
   （ｉｉ）前記炭素含有シリコンエピタキシャル膜をカプセル化するステップと、
   を含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記炭素含有シリコンエピタキシャル膜をカプセル化する前記ステップが、前記炭素含有シリコンエピタキシャル膜にわたってシリコンエピタキシャル膜を形成するために、前記炭素ソースなしの前記シリコンソースに前記基板を曝露するステップを備える、請求項９に記載の方法。
11. ステップ（ｂ）が、
    （ｉ）第１のシリコンエピタキシャル膜を形成するために炭素ソースなしの前記シリコンソースに前記基板を曝露するステップと、
    （ｉｉ）前記第１のシリコンエピタキシャル膜にわたって炭素含有シリコンエピタキシャル膜を形成するために、前記炭素ソースを具備する前記シリコンソースに前記基板を曝露するステップと、
    （ｉｉｉ）前記炭素含有シリコンエピタキシャル膜にわたって第２のシリコンエピタキシャル膜を形成するために前記炭素ソースなしの前記シリコンソースに前記基板を曝露するステップと、
    を含む、請求項１に記載の方法。
12. ステップ（ｉｉ）の処理時間の約半分のステップ（ｉ）および（ｉｉｉ）の処理時間を用いるステップをさらに備える、請求項１１に記載の方法。
13. 基板にエピタキシャル膜を形成するための方法であって、
    （ａ）基板を提供するステップと、
    （ｂ）炭素含有シリコンエピタキシャル膜を形成するためにシリコンソースおよび炭素ソースに前記基板を曝露するステップと、
    （ｃ）前記炭素含有シリコンエピタキシャル膜をカプセル化膜によってカプセル化するステップと、
    （ｄ）前記カプセル化膜をエッチングするためにＨＣｌおよびＣｌ_２に前記基板を曝露するステップを備え、
    前記ステップ（ｄ）のエッチングするためのＨＣｌの流量はＣｌ _２ に対して実質的により大きな流量のＨＣｌが用いられることを特徴とする
    方法。
14. ステップ（ｂ）〜（ｄ）を少なくとも１回反復するステップをさらに備える、請求項１３に記載の方法。
15. 基板にエピタキシャル膜を形成するための方法であって、
    （ａ）基板を提供するステップと、
    （ｂ）シリコン格子と追加元素から成るシリコンエピタキシャル膜を前記基板の少なくとも一部に形成するためにシリコンソースおよび追加元素ソースに前記基板を曝露するステップであって、前記エピタキシャル膜の前記追加元素の大部分はシリコン格子に組み込まれていることを特徴とするステップと、
    （ｃ）前記追加元素含有シリコンエピタキシャル膜をカプセル化膜によってカプセル化するステップと、
    （ｄ）前記カプセル化膜をエッチングするためにＨＣｌおよびＣｌ_２に前記基板を曝露するステップを備え、
    前記ステップ（ｄ）のエッチングするためのＨＣｌの流量はＣｌ _２ に対して実質的により大きな流量のＨＣｌが用いられることを特徴とする
    方法。

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