JPH07165410A - シリコン表面からの自然酸化物のインシチュウ清浄化法 - Google Patents
シリコン表面からの自然酸化物のインシチュウ清浄化法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 窒化珪素のＬＰＣＶＤ等比較的低い温度の堆
積プロセスとの組み合わせで使用可能な、ウエハ表面か
ら自然酸化物を除去する方法を提供することを目的とす
る。 【構成】 本発明によれば、約６５０℃〜約１０２５℃
のウエハ清浄化温度で充分な時間ウエハの上に少なくと
も１つの非酸化ガスを通過させることによって、実質的
に酸化剤種の存在しないチャンバ内に配備されたシリコ
ンウエハ上から自然酸化物層をインシチュウ清浄化する
方法が提供される。
積プロセスとの組み合わせで使用可能な、ウエハ表面か
ら自然酸化物を除去する方法を提供することを目的とす
る。 【構成】 本発明によれば、約６５０℃〜約１０２５℃
のウエハ清浄化温度で充分な時間ウエハの上に少なくと
も１つの非酸化ガスを通過させることによって、実質的
に酸化剤種の存在しないチャンバ内に配備されたシリコ
ンウエハ上から自然酸化物層をインシチュウ清浄化する
方法が提供される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に、シリコンウエハ
表面からの自然酸化物のインシチュウ清浄化の新規な方
法に関し、特に、少なくとも１つの還元ガスの存在下で
の加熱によりシリコンウエハの表面から自然酸化物層(n
ative oxide layer)をインシチュウ清浄化する新規な方
法に関する。
表面からの自然酸化物のインシチュウ清浄化の新規な方
法に関し、特に、少なくとも１つの還元ガスの存在下で
の加熱によりシリコンウエハの表面から自然酸化物層(n
ative oxide layer)をインシチュウ清浄化する新規な方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリコン上の半導体ディバイスの作製に
おいて、金属蒸着層、不動態層、絶縁層等、幾つかの層
がシリコン基板の上に形成される。作製された半導体デ
ィバイスの品質は、それらの構造が形成されたプロセス
に強く左右される。また、この品質は、シリコンウエハ
が処理された製造環境の清浄度にも左右される。
おいて、金属蒸着層、不動態層、絶縁層等、幾つかの層
がシリコン基板の上に形成される。作製された半導体デ
ィバイスの品質は、それらの構造が形成されたプロセス
に強く左右される。また、この品質は、シリコンウエハ
が処理された製造環境の清浄度にも左右される。
【０００３】近年半導体回路が微小化してきた進歩した
技術は、半導体ディバイスのプロセスチャンバ中の不純
物及び汚染物を更に厳しく制限する事を要求する。ディ
バイスの微小化がサブミクロンのレベルにまで進歩した
場合、汚染物はほんのわずかな量でもウエハの収率を著
しく低下させる。
技術は、半導体ディバイスのプロセスチャンバ中の不純
物及び汚染物を更に厳しく制限する事を要求する。ディ
バイスの微小化がサブミクロンのレベルにまで進歩した
場合、汚染物はほんのわずかな量でもウエハの収率を著
しく低下させる。
【０００４】シリコンウエハ上の堆積によく用いられる
電子材料の中でも、窒化珪素は近年大きな重要性を得て
きた。窒化珪素は、水分及びアルカリイオンに対して拡
散障壁の優秀な特性をもつことから、半導体の最終の保
護不動態や被覆層として広く用いられている。また、窒
化珪素は、密度が高く誘電性が高いことからも半導体材
料として望ましい。
電子材料の中でも、窒化珪素は近年大きな重要性を得て
きた。窒化珪素は、水分及びアルカリイオンに対して拡
散障壁の優秀な特性をもつことから、半導体の最終の保
護不動態や被覆層として広く用いられている。また、窒
化珪素は、密度が高く誘電性が高いことからも半導体材
料として望ましい。
【０００５】窒化珪素の堆積には通常、加熱されたチャ
ンバの中で四塩化珪素若しくはジクロロシランとアンモ
ニアとが反応する低圧化学気相蒸着法（以後ＬＰＣＶＤ
と称す）プロセスが用いられる。通常、約６５０℃の窒
素キャリアガス若しくは約１，０００℃の水素キャリア
ガスを用いて、四塩化珪素若しくはジクロロシランとア
ンモニアとの反応が起こる。
ンバの中で四塩化珪素若しくはジクロロシランとアンモ
ニアとが反応する低圧化学気相蒸着法（以後ＬＰＣＶＤ
と称す）プロセスが用いられる。通常、約６５０℃の窒
素キャリアガス若しくは約１，０００℃の水素キャリア
ガスを用いて、四塩化珪素若しくはジクロロシランとア
ンモニアとの反応が起こる。
【０００６】窒化珪素の堆積のためのＬＰＣＶＤプロセ
スにおいて、ＬＰＣＶＤチャンバは先ず脱気され、窒化
珪素が蒸着される表面を有する１つ以上のシリコンウエ
ハを包含するチャンバ内に、四塩化珪素若しくはジクロ
ロシランとアンモニアが導入される。ガスの混合物がチ
ャンバ内に供給された時には、通例シリコンウエハは加
熱されており、ガスは分解されてウエハ表面上に窒化珪
素層が堆積される。例えば、チャンバ内に垂直に位置し
た複数のシリコンウエハを受容する水平ボートを備えた
従来技術のＬＰＣＶＤ系では、反応ガスは沢山ある開口
を通りチャンバ内に注入され、ウエハに接触して流れ
る。このような従来技術のチャンバを用いれば、ウエハ
表面上の自然酸化物の成長が促進される。
スにおいて、ＬＰＣＶＤチャンバは先ず脱気され、窒化
珪素が蒸着される表面を有する１つ以上のシリコンウエ
ハを包含するチャンバ内に、四塩化珪素若しくはジクロ
ロシランとアンモニアが導入される。ガスの混合物がチ
ャンバ内に供給された時には、通例シリコンウエハは加
熱されており、ガスは分解されてウエハ表面上に窒化珪
素層が堆積される。例えば、チャンバ内に垂直に位置し
た複数のシリコンウエハを受容する水平ボートを備えた
従来技術のＬＰＣＶＤ系では、反応ガスは沢山ある開口
を通りチャンバ内に注入され、ウエハに接触して流れ
る。このような従来技術のチャンバを用いれば、ウエハ
表面上の自然酸化物の成長が促進される。
【０００７】化学的自然酸化物は化学量論的に構成され
ていないため、本当の二酸化珪素ではない。自然酸化層
は、典型的には清浄化の手続きの後に形成されるが、こ
の形成の原因の１つは空気中に水分が存在していること
である。自然酸化物は、意図的に堆積若しくは形成され
た成長した酸化珪素とは化学的に異なっている。自然酸
化物と二酸化珪素とはその物理的性質も異なっており、
例えば、二酸化珪素の屈折率は典型的には１．４５であ
るのに対し、自然酸化物の屈折率は約２．２である。
ていないため、本当の二酸化珪素ではない。自然酸化層
は、典型的には清浄化の手続きの後に形成されるが、こ
の形成の原因の１つは空気中に水分が存在していること
である。自然酸化物は、意図的に堆積若しくは形成され
た成長した酸化珪素とは化学的に異なっている。自然酸
化物と二酸化珪素とはその物理的性質も異なっており、
例えば、二酸化珪素の屈折率は典型的には１．４５であ
るのに対し、自然酸化物の屈折率は約２．２である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ウエハを大気条件下に
露出する前処理のステップにおいても、自然酸化物はウ
エハ表面上に形成される。半導体処理にはよっては、電
子材料の堆積に先立ち幾つかの清浄化のステップを含む
ものもある。しかし、この清浄化の後は、清浄化された
ウエハは大抵、大気雰囲気に露出されたままであり、窒
化珪素が堆積される以前にウエハ表面上に自然酸化物が
成長する機会が生じる。
露出する前処理のステップにおいても、自然酸化物はウ
エハ表面上に形成される。半導体処理にはよっては、電
子材料の堆積に先立ち幾つかの清浄化のステップを含む
ものもある。しかし、この清浄化の後は、清浄化された
ウエハは大抵、大気雰囲気に露出されたままであり、窒
化珪素が堆積される以前にウエハ表面上に自然酸化物が
成長する機会が生じる。
【０００９】例えば、半導体作製プロセス中に複数処理
の装置において、ウエハボートで複数のウエハを取り扱
う工程は、自然酸化物の形成に関して特別の問題を有し
ている。ウエハはチャンバ内に搬入されるためにある程
度の時間、即ち３０分のオーダーの時間がかかる。この
搬入のステップにおいてウエハの周囲には空気が存在し
ており、清浄化されたばかりのウエハ表面には自然酸化
物がすぐに形成される。この問題は、このような自然酸
化物の形成が不均一である事と結びつき、即ちチャンバ
内の一番最初のウエハには自然酸化物の層がより厚く成
長するだろう。これは、一つのバッチの（複数の）集積
回路構造の電気的性質が、そのウエハから集積回路構造
が形成された特定のウエハによって、異なる事に至らせ
る。
の装置において、ウエハボートで複数のウエハを取り扱
う工程は、自然酸化物の形成に関して特別の問題を有し
ている。ウエハはチャンバ内に搬入されるためにある程
度の時間、即ち３０分のオーダーの時間がかかる。この
搬入のステップにおいてウエハの周囲には空気が存在し
ており、清浄化されたばかりのウエハ表面には自然酸化
物がすぐに形成される。この問題は、このような自然酸
化物の形成が不均一である事と結びつき、即ちチャンバ
内の一番最初のウエハには自然酸化物の層がより厚く成
長するだろう。これは、一つのバッチの（複数の）集積
回路構造の電気的性質が、そのウエハから集積回路構造
が形成された特定のウエハによって、異なる事に至らせ
る。
【００１０】従って、シリコンウエハ上にいかなる半導
体材料の層が形成される場合においても、それに先立っ
て、ウエハの表面は清浄であるべきであり自然酸化物や
その他の不純物等の汚染物が存在しないべきである。ウ
エハのシリコン表面とその上に形成された層との間の境
界に存在する汚染物は、集積回路構造の電気的性質を損
ね、品質を落としたりその構造全体が欠陥になったりす
る。
体材料の層が形成される場合においても、それに先立っ
て、ウエハの表面は清浄であるべきであり自然酸化物や
その他の不純物等の汚染物が存在しないべきである。ウ
エハのシリコン表面とその上に形成された層との間の境
界に存在する汚染物は、集積回路構造の電気的性質を損
ね、品質を落としたりその構造全体が欠陥になったりす
る。
【００１１】窒化珪素膜の成長がシリコン表面上の自然
酸化物が存在することによって影響される事もある。こ
れはそれ自身が、自然酸化物表面上で窒化物層の成長が
遅れる「ふ化時間」として現れる。このふ化時間のため
の典型的な試験は、同一条件において堆積時間を変え
て、窒化珪素の層を堆積することにより実施できる。堆
積時間が長くなるにつれ、窒化珪素膜の厚さが厚くな
る。つまり、窒化珪素膜対堆積時間のグラフは、直線を
示す。これは、図１に実線で示される。この直線の傾き
は、窒化珪素膜の成長速度を表す。
酸化物が存在することによって影響される事もある。こ
れはそれ自身が、自然酸化物表面上で窒化物層の成長が
遅れる「ふ化時間」として現れる。このふ化時間のため
の典型的な試験は、同一条件において堆積時間を変え
て、窒化珪素の層を堆積することにより実施できる。堆
積時間が長くなるにつれ、窒化珪素膜の厚さが厚くな
る。つまり、窒化珪素膜対堆積時間のグラフは、直線を
示す。これは、図１に実線で示される。この直線の傾き
は、窒化珪素膜の成長速度を表す。
【００１２】理論的には、時間がゼロの時の切片は窒化
珪素の厚さがゼロであることを表すべきであろう。しか
し、実際には、窒化珪素の薄膜では、１から３０秒若し
くはそれ以上の時間における水平軸との不定量の交点を
見せる。この時間の長さは、「ふ化時間」と解され、図
１にＡで示されるが、それはこの時間の中で窒化珪素の
成長はほとんど見られないからである。我々は、シリコ
ン表面上の自然酸化物の厚さ以外にも幾つかのプロセス
のパラメータがふ化時間の長さに影響する事を発見し
た。
珪素の厚さがゼロであることを表すべきであろう。しか
し、実際には、窒化珪素の薄膜では、１から３０秒若し
くはそれ以上の時間における水平軸との不定量の交点を
見せる。この時間の長さは、「ふ化時間」と解され、図
１にＡで示されるが、それはこの時間の中で窒化珪素の
成長はほとんど見られないからである。我々は、シリコ
ン表面上の自然酸化物の厚さ以外にも幾つかのプロセス
のパラメータがふ化時間の長さに影響する事を発見し
た。
【００１３】このふ化時間は、半導体ディバイス上の窒
化珪素膜の形成に対して、幾つかの悪影響を及ぼす。例
えば、窒化珪素の層はしばしばコンデンサ構造の形成に
用いられる。つまり、薄い窒化珪素誘電膜の厚さを制御
することは、表面とプロセスとに大きく依存しており、
これはコンデンサの制御を困難にしている。更に、不定
量の厚さを有する自然酸化物、即ち自然酸化物プラス窒
化物が、誘電層の静電容量を減じ、更にはコンデンサの
性能を落としめている。
化珪素膜の形成に対して、幾つかの悪影響を及ぼす。例
えば、窒化珪素の層はしばしばコンデンサ構造の形成に
用いられる。つまり、薄い窒化珪素誘電膜の厚さを制御
することは、表面とプロセスとに大きく依存しており、
これはコンデンサの制御を困難にしている。更に、不定
量の厚さを有する自然酸化物、即ち自然酸化物プラス窒
化物が、誘電層の静電容量を減じ、更にはコンデンサの
性能を落としめている。
【００１４】１２００℃の温度でのベーキング処理によ
り、シリコンウエハ表面上から自然酸化物の層を清浄化
する試みが、第３者によってなされている。しかし、こ
のように高い温度でのベーキングは、エピタキシャルシ
リコン成長のプロセスのみに適当であり、通常これより
も大変低い温度で堆積される窒化珪素膜プロセスには適
当ではない。
り、シリコンウエハ表面上から自然酸化物の層を清浄化
する試みが、第３者によってなされている。しかし、こ
のように高い温度でのベーキングは、エピタキシャルシ
リコン成長のプロセスのみに適当であり、通常これより
も大変低い温度で堆積される窒化珪素膜プロセスには適
当ではない。
【００１５】従って、本発明は、従来技術の清浄化法の
欠点を有しない、シリコンウエハの表面から自然酸化物
をインシチュウ清浄化する新規な方法を提供することを
目的とする。
欠点を有しない、シリコンウエハの表面から自然酸化物
をインシチュウ清浄化する新規な方法を提供することを
目的とする。
【００１６】また本発明は、単結晶シリコンウエハとそ
れ続いて堆積される半導体材料との間に清浄な界面を提
供する、シリコンウエハの表面から自然酸化物をインシ
チュウ清浄化する新規な方法を提供することを目的とす
る。
れ続いて堆積される半導体材料との間に清浄な界面を提
供する、シリコンウエハの表面から自然酸化物をインシ
チュウ清浄化する新規な方法を提供することを目的とす
る。
【００１７】更に、本発明は、窒化珪素膜の堆積におい
て通常遭遇するふ化時間が除去される、シリコンウエハ
の表面から自然酸化物をインシチュウ清浄化する新規な
方法を提供することを目的とする。
て通常遭遇するふ化時間が除去される、シリコンウエハ
の表面から自然酸化物をインシチュウ清浄化する新規な
方法を提供することを目的とする。
【００１８】また更に、本発明は、酸素、水等の酸化剤
種(oxdizing species)が実質的に存在しない環境でウエ
ハを穏やかな(modest)温度に加熱することにより、シリ
コンウエハの表面から自然酸化物をインシチュウ清浄化
する新規な方法を提供することを目的とする。
種(oxdizing species)が実質的に存在しない環境でウエ
ハを穏やかな(modest)温度に加熱することにより、シリ
コンウエハの表面から自然酸化物をインシチュウ清浄化
する新規な方法を提供することを目的とする。
【００１９】また更に、本発明は、少なくとも１つの還
元ガス中に酸化剤種が実質的に存在しない環境でウエハ
を穏やかな(modest)温度に加熱することにより、シリコ
ンウエハの表面から自然酸化物をインシチュウ清浄化す
る新規な方法を提供することを目的とする。
元ガス中に酸化剤種が実質的に存在しない環境でウエハ
を穏やかな(modest)温度に加熱することにより、シリコ
ンウエハの表面から自然酸化物をインシチュウ清浄化す
る新規な方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明に従っ
て、物理蒸着(physical evaporation)と化学反応とが組
み合わされたプロセスにより、酸素及び水が実質的に存
在しない環境においてシリコンウエハの表面から自然酸
化物層をインシチュウ清浄化する新規な方法が提供され
る。
て、物理蒸着(physical evaporation)と化学反応とが組
み合わされたプロセスにより、酸素及び水が実質的に存
在しない環境においてシリコンウエハの表面から自然酸
化物層をインシチュウ清浄化する新規な方法が提供され
る。
【００２１】好適な具体例では、この新規な清浄化法
は、シリコンウエハを８００〜１０２５℃の範囲の温度
に加熱し、同時に、酸素や水等の酸化剤種が実質的に存
在しない環境で、水素その他の還元ガスを充分に高い流
量で流すことにより、与えられる。この好適な具体例で
自然酸化物層の除去に必要な条件は、耐漏洩チャンバ内
に酸化剤種が実質的に存在しない環境及び穏やかな温度
である。水素ガスを用いることで、還元剤種若しくは再
酸化剤種(reducing or reoxidizing species) の必要な
バックグラウンドのレベルが提供される。自然酸化物層
はこの条件下において、典型的には１分若しくはそれ以
内に除去される。
は、シリコンウエハを８００〜１０２５℃の範囲の温度
に加熱し、同時に、酸素や水等の酸化剤種が実質的に存
在しない環境で、水素その他の還元ガスを充分に高い流
量で流すことにより、与えられる。この好適な具体例で
自然酸化物層の除去に必要な条件は、耐漏洩チャンバ内
に酸化剤種が実質的に存在しない環境及び穏やかな温度
である。水素ガスを用いることで、還元剤種若しくは再
酸化剤種(reducing or reoxidizing species) の必要な
バックグラウンドのレベルが提供される。自然酸化物層
はこの条件下において、典型的には１分若しくはそれ以
内に除去される。
【００２２】別の実施例では、プロセスチャンバ内に反
応性ガスが添加されることにより自然酸化物の除去が促
進される、新規なインシチュウ清浄化法が提供される。
非常に低い分圧を有するシラン、ジクロロシラン等シリ
コンＣＶＤの前駆体は、自然酸化物層の上に非連続なシ
リコン層を成長することに利用でき、約７００〜９００
℃において自然酸化物の除去を促進する。
応性ガスが添加されることにより自然酸化物の除去が促
進される、新規なインシチュウ清浄化法が提供される。
非常に低い分圧を有するシラン、ジクロロシラン等シリ
コンＣＶＤの前駆体は、自然酸化物層の上に非連続なシ
リコン層を成長することに利用でき、約７００〜９００
℃において自然酸化物の除去を促進する。
【００２３】また別の実施例では、約７００〜８００℃
において揮発性のゲルマニウム−酸素組成物を形成する
ことで自然酸化物を除去するゲルマンの反応性ガスを、
プロセスチャンバ内に添加することにより、新規なイン
シチュウ清浄化法が提供される。また、弗素含有種(flu
orine-containing species) 等他に使用できる反応性ガ
スも、自然酸化物層を化学的に攻撃しそれを除去するた
めに用いられる。
において揮発性のゲルマニウム−酸素組成物を形成する
ことで自然酸化物を除去するゲルマンの反応性ガスを、
プロセスチャンバ内に添加することにより、新規なイン
シチュウ清浄化法が提供される。また、弗素含有種(flu
orine-containing species) 等他に使用できる反応性ガ
スも、自然酸化物層を化学的に攻撃しそれを除去するた
めに用いられる。
【００２４】
【実施例】その他本発明の目的、特徴及び利点は、詳細
な説明及び添付の図面を考慮することにより明らかにな
るであろう。
な説明及び添付の図面を考慮することにより明らかにな
るであろう。
【００２５】本発明は、酸素や水等の酸化剤種が実質的
に存在しない環境において、ウエハを穏やかな温度に加
熱することにより、シリコンウエハ表面から自然酸化物
層をインシチュウ清浄化する新規な方法を開示する。
に存在しない環境において、ウエハを穏やかな温度に加
熱することにより、シリコンウエハ表面から自然酸化物
層をインシチュウ清浄化する新規な方法を開示する。
【００２６】先ず、典型的な枚葉式ＣＶＤチャンバの断
面図が示される図２を参照する。この枚葉式処理装置
は、ウエハを枚葉式プロセスチャンバから真空を解消す
ることなく中央ロードロックシステムを通って他のチャ
ンバへ移送できるロードロックシステムの使用を含ん
だ、マルチチャンバクラスタ統合処理システムとして設
計されている。ＣＶＤ堆積のためのこのようなシステム
の一つが、「センチュラＨＴポリ」の商品名で、カリフ
ォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズコー
ポレーションより供給されている。
面図が示される図２を参照する。この枚葉式処理装置
は、ウエハを枚葉式プロセスチャンバから真空を解消す
ることなく中央ロードロックシステムを通って他のチャ
ンバへ移送できるロードロックシステムの使用を含ん
だ、マルチチャンバクラスタ統合処理システムとして設
計されている。ＣＶＤ堆積のためのこのようなシステム
の一つが、「センチュラＨＴポリ」の商品名で、カリフ
ォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズコー
ポレーションより供給されている。
【００２７】シリコンウエハ４０の処理のための熱チャ
ンバ１０は図２に示されるように、ハウジング１２、反
応器チャンバ１６を画成するダブルドーム反応器ベッセ
ル１４、ガス流入マニホールド１８、ガス排気マニホー
ルド２６、加熱系２０、駆動組み立て体２２、サセプタ
２４及び予熱リング２８を有する。ダブルドームベッセ
ル１４は、上面ドーム３０及び底面ドーム３２を包含
し、これらは冷却空気の循環により冷却されるため、コ
ールドウォール、即ち１００〜２００℃に維持される。
駆動組み立て体２２はモータ（図示されず）に接続さ
れ、堆積処理の間サセプタ２４を回転し、被覆均一性を
向上する。
ンバ１０は図２に示されるように、ハウジング１２、反
応器チャンバ１６を画成するダブルドーム反応器ベッセ
ル１４、ガス流入マニホールド１８、ガス排気マニホー
ルド２６、加熱系２０、駆動組み立て体２２、サセプタ
２４及び予熱リング２８を有する。ダブルドームベッセ
ル１４は、上面ドーム３０及び底面ドーム３２を包含
し、これらは冷却空気の循環により冷却されるため、コ
ールドウォール、即ち１００〜２００℃に維持される。
駆動組み立て体２２はモータ（図示されず）に接続さ
れ、堆積処理の間サセプタ２４を回転し、被覆均一性を
向上する。
【００２８】本発明は、窒化珪素膜の堆積において見ら
れるふ化時間が除去される、シリコンウエハの表面から
自然酸化物をインシチュウ清浄化する新規な方法を提供
する。この新規な方法は、本方法のフロー図を表す図３
を検討することにより、最もよく理解されるであろう。
れるふ化時間が除去される、シリコンウエハの表面から
自然酸化物をインシチュウ清浄化する新規な方法を提供
する。この新規な方法は、本方法のフロー図を表す図３
を検討することにより、最もよく理解されるであろう。
【００２９】図３に示されるように、本方法は先ず、典
型的なコールドウォールＣＶＤチャンバ堆積システム内
に、ウエハを搬入することにより実施される。ウエハは
シリコンウエハであっても二酸化珪素を被覆したシリコ
ンウエハであってもよい。これらのウエハは、弗化水素
に浸漬されることにより前もって清浄化されていてもよ
い。ロードロックチャンバは、先ず１０トール未満の圧
力に脱気される。そして堆積の圧力下で、ウエハがロー
ドロックチャンバよりプロセスチャンバへと搬入され
る。その後、チャンバの温度は８００〜９５０℃に上昇
され、一方では水素ガスが流される。シリコン表面より
自然酸化物を清浄化するために水素ガス単独で用いられ
る場合、水素ガスは、チャンバが９００℃に加熱されて
いる条件では、２０ＳＬＭまでの速度で流される。上述
の脱気プロセスにより、実質的に酸化剤種が存在しない
事が確保され、即ち分圧で１０-5トール以下の酸素及び
水しかチャンバ内に残らない。自然酸化物層は、約１分
で除去が可能である。
型的なコールドウォールＣＶＤチャンバ堆積システム内
に、ウエハを搬入することにより実施される。ウエハは
シリコンウエハであっても二酸化珪素を被覆したシリコ
ンウエハであってもよい。これらのウエハは、弗化水素
に浸漬されることにより前もって清浄化されていてもよ
い。ロードロックチャンバは、先ず１０トール未満の圧
力に脱気される。そして堆積の圧力下で、ウエハがロー
ドロックチャンバよりプロセスチャンバへと搬入され
る。その後、チャンバの温度は８００〜９５０℃に上昇
され、一方では水素ガスが流される。シリコン表面より
自然酸化物を清浄化するために水素ガス単独で用いられ
る場合、水素ガスは、チャンバが９００℃に加熱されて
いる条件では、２０ＳＬＭまでの速度で流される。上述
の脱気プロセスにより、実質的に酸化剤種が存在しない
事が確保され、即ち分圧で１０-5トール以下の酸素及び
水しかチャンバ内に残らない。自然酸化物層は、約１分
で除去が可能である。
【００３０】酸素及び水の分圧は、真空システムに用い
られる典型的な残留ガス分析技術により測定される。本
実験で利用されるこのような分析器の一つに、ニューヨ
ーク州East Syracuse のLeybold Inficon Co. で製造さ
れるInficon Quadrex200,Model #901-002-G1がある。
られる典型的な残留ガス分析技術により測定される。本
実験で利用されるこのような分析器の一つに、ニューヨ
ーク州East Syracuse のLeybold Inficon Co. で製造さ
れるInficon Quadrex200,Model #901-002-G1がある。
【００３１】更に図３に示されるように、清浄化のステ
ップは、水素と共に反応性ガスをチャンバに流すステッ
プを含んでいてもよい。この反応性ガスは、低い流量で
流されるシラン若しくはジクロロシランであってもよ
い。チャンバにシラン若しくはジクロロシランを流す目
的は、約８００℃で自然酸化物が除去できるように、自
然酸化物層の上に非連続なシリコン層を成長させること
である。シラン若しくはジクロロシランの添加によっ
て、水素単独で用いられる場合の９００℃ではなくそれ
より低い８００℃の清浄化温度が利用できる事は、注目
される。他の珪素を有するガスも、シリコン表面から自
然酸化物を除去するための反応性清浄化ガスとして作用
するだろう。珪素を有するガスに用いられる流量は、通
常１ｓｃｃｍであり、これは水素に用いられる流量より
も実質的に低い流量である。
ップは、水素と共に反応性ガスをチャンバに流すステッ
プを含んでいてもよい。この反応性ガスは、低い流量で
流されるシラン若しくはジクロロシランであってもよ
い。チャンバにシラン若しくはジクロロシランを流す目
的は、約８００℃で自然酸化物が除去できるように、自
然酸化物層の上に非連続なシリコン層を成長させること
である。シラン若しくはジクロロシランの添加によっ
て、水素単独で用いられる場合の９００℃ではなくそれ
より低い８００℃の清浄化温度が利用できる事は、注目
される。他の珪素を有するガスも、シリコン表面から自
然酸化物を除去するための反応性清浄化ガスとして作用
するだろう。珪素を有するガスに用いられる流量は、通
常１ｓｃｃｍであり、これは水素に用いられる流量より
も実質的に低い流量である。
【００３２】清浄化のステップの後、図３に示されるよ
うに、チャンバ温度は７５０プラスマイナス５０℃に下
げられ、一方では水素を用いてパージが続けられてい
る。図３は最初に清浄化しそして窒化珪素膜を同じシリ
コンウエハ上に堆積する連続したプロセスを示している
が、図３に示される清浄化のステップは、他の堆積処理
にも用いることが可能である。例えば、エピタキシャル
シリコンが窒化珪素若しくはポリシリコンの窓(window)
の内部で成長する選択的エピタキシャル成長（ＳＥＧ）
プロセスに先立ち用いる事も可能である。最低でも１１
００℃の温度を要する従来からのエピタキシャルシリコ
ン成長プロセスと比較すれば、ＳＥＧプロセスで用いら
れる温度は相対的に低く、即ち７５０〜８５０℃であ
る。このＳＥＧプロセスは、平坦な表面が望ましくその
窓がエピタキシャルシリコンで完全に充填されることを
要する、進歩したディバイスを作るために重要である。
うに、チャンバ温度は７５０プラスマイナス５０℃に下
げられ、一方では水素を用いてパージが続けられてい
る。図３は最初に清浄化しそして窒化珪素膜を同じシリ
コンウエハ上に堆積する連続したプロセスを示している
が、図３に示される清浄化のステップは、他の堆積処理
にも用いることが可能である。例えば、エピタキシャル
シリコンが窒化珪素若しくはポリシリコンの窓(window)
の内部で成長する選択的エピタキシャル成長（ＳＥＧ）
プロセスに先立ち用いる事も可能である。最低でも１１
００℃の温度を要する従来からのエピタキシャルシリコ
ン成長プロセスと比較すれば、ＳＥＧプロセスで用いら
れる温度は相対的に低く、即ち７５０〜８５０℃であ
る。このＳＥＧプロセスは、平坦な表面が望ましくその
窓がエピタキシャルシリコンで完全に充填されることを
要する、進歩したディバイスを作るために重要である。
【００３３】図３に示されるように、窒化珪素膜の堆積
物が清浄化されたシリコンウエハ表面上に形成されるこ
とが望ましい場合、先ずアンモニアガスが窒素化のため
にチャンバに添加される。このような窒素化プロセス
は、約１０オングストロームまでの予備堆積された窒化
珪素層を形成することが見出だされた。これは、図１に
点線の切片として示される。図１はまた、ウエハ表面を
清浄化しない従来の方法により実施された窒化珪素膜の
堆積プロセスが、約２０秒のふ化時間を示す実線で示さ
れる。
物が清浄化されたシリコンウエハ表面上に形成されるこ
とが望ましい場合、先ずアンモニアガスが窒素化のため
にチャンバに添加される。このような窒素化プロセス
は、約１０オングストロームまでの予備堆積された窒化
珪素層を形成することが見出だされた。これは、図１に
点線の切片として示される。図１はまた、ウエハ表面を
清浄化しない従来の方法により実施された窒化珪素膜の
堆積プロセスが、約２０秒のふ化時間を示す実線で示さ
れる。
【００３４】窒化プロセスの後も、反応器チャンバ中へ
ジクロロシランが流れることにより窒化珪素の堆積が継
続される。ジクロロシランとアンモニアとの反応により
窒化珪素膜が充分な厚さ、即ち１５００オングストロー
ムに至る厚さまで、形成された後、アンモニアとジクロ
ロシランの流れは停止され、ウエハをプロセスチャンバ
から搬出する前にチャンバは水素ガスでパージされる。
ジクロロシランが流れることにより窒化珪素の堆積が継
続される。ジクロロシランとアンモニアとの反応により
窒化珪素膜が充分な厚さ、即ち１５００オングストロー
ムに至る厚さまで、形成された後、アンモニアとジクロ
ロシランの流れは停止され、ウエハをプロセスチャンバ
から搬出する前にチャンバは水素ガスでパージされる。
【００３５】図４は、堆積時間に関する窒化珪素膜の厚
さのデータのグラフを示す。この膜厚は、ウエハの中央
及びウエハのエッジの双方で測定した。水素ガスのみが
反応器チャンバに流された。窒化珪素の均一な膜がシリ
コンウエハ上に形成されたことが確認された。このグラ
フで示されたデータは、ベーク温度９００℃、堆積温度
７７５℃、チャンバ圧力１００トールでもたらされたも
のである。
さのデータのグラフを示す。この膜厚は、ウエハの中央
及びウエハのエッジの双方で測定した。水素ガスのみが
反応器チャンバに流された。窒化珪素の均一な膜がシリ
コンウエハ上に形成されたことが確認された。このグラ
フで示されたデータは、ベーク温度９００℃、堆積温度
７７５℃、チャンバ圧力１００トールでもたらされたも
のである。
【００３６】表１には、調節された幾つかの温度及び圧
力で水素ガス及びシランガスを用いた７つの試験でもた
らされたデータを示す。
力で水素ガス及びシランガスを用いた７つの試験でもた
らされたデータを示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】試験＃１〜＃３は、清浄化ガスに水素のみ
を用いて実施された。チャンバ温度が９００℃の時、３
つのケース全てで、自然酸化物の厚さの減少が見られ
た。水素ガスの流速が増加しても、自然酸化物膜の除去
の効率は上がらないようである。水素ガスの清浄化の効
率は、事前に弗化水素への浸漬をしていないシリコンウ
エハに対して、更に高くなっている。水素単独で自然酸
化物を清浄化する場合に適したチャンバ温度の範囲は、
８００℃から１０２５℃までである。
を用いて実施された。チャンバ温度が９００℃の時、３
つのケース全てで、自然酸化物の厚さの減少が見られ
た。水素ガスの流速が増加しても、自然酸化物膜の除去
の効率は上がらないようである。水素ガスの清浄化の効
率は、事前に弗化水素への浸漬をしていないシリコンウ
エハに対して、更に高くなっている。水素単独で自然酸
化物を清浄化する場合に適したチャンバ温度の範囲は、
８００℃から１０２５℃までである。
【００３９】試験＃４に示されるように、チャンバに水
素ガスと共にシランが用いられる場合、水素ガスとシラ
ンを混合することにより、７５０℃の低温で効率のよい
清浄化がなされることが確認された。シランに用いられ
る流量は、水素に用いられる流量に比べて小さい程度の
ものであることに注目されよう。シラン若しくはジクロ
ロシランによる清浄化に適したチャンバ温度の範囲は、
７００℃から８４０℃までである。
素ガスと共にシランが用いられる場合、水素ガスとシラ
ンを混合することにより、７５０℃の低温で効率のよい
清浄化がなされることが確認された。シランに用いられ
る流量は、水素に用いられる流量に比べて小さい程度の
ものであることに注目されよう。シラン若しくはジクロ
ロシランによる清浄化に適したチャンバ温度の範囲は、
７００℃から８４０℃までである。
【００４０】弗素含有ガス及びゲルマン含有ガスの清浄
化の効率も試験された。およそ７００℃から７５０℃の
低い清浄化温度でシリコンウエハから自然酸化物を清浄
化するためには、これらのガスが適している。シリコン
ウエハからの自然酸化物の清浄化に、これらのガスを用
いて充分な結果が得られた。
化の効率も試験された。およそ７００℃から７５０℃の
低い清浄化温度でシリコンウエハから自然酸化物を清浄
化するためには、これらのガスが適している。シリコン
ウエハからの自然酸化物の清浄化に、これらのガスを用
いて充分な結果が得られた。
【００４１】シリコンウエハ表面から自然酸化物を清浄
化するこの新規な方法は、高品質のシリコンウエハを作
製する有効且つ有益なプロセスとして説明してきた。こ
こでは、選択的エピタキシャル成長プロセスで堆積され
た窒化珪素膜及びエピタキシャル層シリコン膜に関して
のみ説明してきたが、この清浄化の手続きの後に他の半
導体材料の膜をシリコンウエハ上に堆積してもよい。
化するこの新規な方法は、高品質のシリコンウエハを作
製する有効且つ有益なプロセスとして説明してきた。こ
こでは、選択的エピタキシャル成長プロセスで堆積され
た窒化珪素膜及びエピタキシャル層シリコン膜に関して
のみ説明してきたが、この清浄化の手続きの後に他の半
導体材料の膜をシリコンウエハ上に堆積してもよい。
【００４２】本発明ではここに例示された態様に関して
説明してきたが、使われた用語は説明の言葉の本質を意
図しているのであり、制限を意図しているわけではな
い。
説明してきたが、使われた用語は説明の言葉の本質を意
図しているのであり、制限を意図しているわけではな
い。
【００４３】更に本発明は、ここに挙げた幾つかの好適
な実施例に関して説明してきたが、当業者が直ちにここ
に教示された事を本発明の別の実現可能な変形に応用で
きると、認識されよう。例えば、シラン、ジクロロシラ
ン、ゲルマン及び弗素以外の反応性ガスを用いても、本
発明の望ましい結果を得ることにおいて、同等の有効性
を有するだろう。
な実施例に関して説明してきたが、当業者が直ちにここ
に教示された事を本発明の別の実現可能な変形に応用で
きると、認識されよう。例えば、シラン、ジクロロシラ
ン、ゲルマン及び弗素以外の反応性ガスを用いても、本
発明の望ましい結果を得ることにおいて、同等の有効性
を有するだろう。
【００４４】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によ
り、窒化珪素のＬＰＣＶＤ等比較的低い温度で行われる
堆積工程との組み合わせで適用可能な、自然酸化物を有
するウエハの表面を比較的低い温度で清浄化する方法が
提供され、この方法を用いて窒化珪素等比較的低い温度
での堆積により作製される半導体ディバイスの品質及び
収率が向上する。
り、窒化珪素のＬＰＣＶＤ等比較的低い温度で行われる
堆積工程との組み合わせで適用可能な、自然酸化物を有
するウエハの表面を比較的低い温度で清浄化する方法が
提供され、この方法を用いて窒化珪素等比較的低い温度
での堆積により作製される半導体ディバイスの品質及び
収率が向上する。
【図１】堆積時間に対する窒化珪素の厚さのグラフであ
る。
る。
【図２】典型的な枚葉式ＣＶＤ装置の断面図である。
【図３】窒化珪素膜の堆積処理と組み合わされるインシ
チュウ清浄化プロセスを例示するフロー線図である。
チュウ清浄化プロセスを例示するフロー線図である。
【図４】ウエハの中央及びエッジで測定された堆積時間
に対する窒化珪素の厚さのグラフである。
に対する窒化珪素の厚さのグラフである。
１０…熱反応器、１２…ハウジング、１４…反応器ベッ
セル、１６…反応器チャンバ、１８…ガス流入マニホー
ルド、２０…加熱放射系、２２…駆動組み立て体、２４
…サセプタ、２６…ガス排気マニホールド、２８…予熱
リング、３０…上面ドーム、３２…底面ドーム、３４…
ライナ、３６…上面、４０…シリコンウエハ。
セル、１６…反応器チャンバ、１８…ガス流入マニホー
ルド、２０…加熱放射系、２２…駆動組み立て体、２４
…サセプタ、２６…ガス排気マニホールド、２８…予熱
リング、３０…上面ドーム、３２…底面ドーム、３４…
ライナ、３６…上面、４０…シリコンウエハ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/304 ３４１ Ｄ (72)発明者 ディヴィッド カールソン アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95051， サンタ クララ， ダンディー ドライヴ 2308
Claims (30)
- 【請求項１】 酸化剤種が実質的に存在しない真空チャ
ンバ内に配備されたシリコンウエハの表面から自然酸化
物をインシチュウ清浄化する方法であって、１０２５℃
以下のウエハ清浄化温度で前記自然酸化物が除去される
に充分な長さの時間、少なくとも１つの還元ガスを前記
自然酸化物の上に通過させるステップを含む清浄化の方
法。 - 【請求項２】 前記酸化剤種が酸素と水とから成る群か
ら選択される少なくとも１つである請求項１に記載の清
浄化の方法。 - 【請求項３】 前記少なくとも１つの還元ガスが、水
素、アンモニア、シラン、ジクロロシラン、ゲルマン及
び弗素から選択される請求項１に記載の清浄化の方法。 - 【請求項４】 酸化剤種が実質的に存在しない前記真空
チャンバが１０-5トール未満の酸素及び水を含有する請
求項１に記載の清浄化の方法。 - 【請求項５】 前記充分な長さの時間が２分間以下であ
る請求項１に記載の清浄化の方法。 - 【請求項６】 前記還元ガスが水素を含み且つ前記ウエ
ハ清浄化温度が８００℃から１０２５℃の範囲である請
求項１に記載の清浄化の方法。 - 【請求項７】 前記還元ガスがシランと水素とを含み且
つ前記ウエハ清浄化温度が７００℃から８４０℃の範囲
である請求項１に記載の清浄化の方法。 - 【請求項８】 前記還元ガスがジクロロシランと水素と
を含み且つ前記ウエハ清浄化温度が７００℃から８４０
℃の範囲である請求項１に記載の清浄化の方法。 - 【請求項９】 前記還元ガスがゲルマンを含み且つ前記
ウエハ清浄化温度が６５０℃から８５０℃の範囲である
請求項１に記載の清浄化の方法。 - 【請求項１０】 前記還元ガスが弗素を含み且つ前記ウ
エハ清浄化温度が６５０℃から８５０℃の範囲である請
求項１に記載の清浄化の方法。 - 【請求項１１】 酸化剤種が実質的に存在しない真空チ
ャンバ内に配備されるシリコンウエハの表面から自然酸
化物をインシチュウ清浄化する方法であって、 自然酸化物で被覆されたシリコンウエハを真空チャンバ
に配備するステップと、 酸化剤種が実質的に存在しなくなるまで前記真空チャン
バを脱気するステップと、 前記シリコンウエハを１０２５℃未満のウエハ清浄化温
度に加熱するステップと、 前記自然酸化物が除去されるに充分な長さの時間、少な
くとも１つの還元ガスを前記自然酸化物の上に通過させ
るステップと、を含む清浄化の方法。 - 【請求項１２】 前記少なくとも１つの還元ガスが、水
素、アンモニア、シラン、ジクロロシラン、ゲルマン及
び弗素から選択される請求項１１に記載の清浄化の方
法。 - 【請求項１３】 酸化剤種が実質的に存在しない前記真
空チャンバが１０-5トール未満の酸素及び水を含有する
請求項１１に記載の清浄化の方法。 - 【請求項１４】 前記自然酸化物が除去されるに充分な
時間の前記長さが２分間以下である請求項１１に記載の
清浄化の方法。 - 【請求項１５】 前記少なくとも１つの還元ガスが水素
を含み且つ前記ウエハ清浄化温度が８００℃から１０２
５℃の範囲である請求項１１に記載の清浄化の方法。 - 【請求項１６】 前記少なくとも１つの還元ガスがシラ
ンと水素とを含み且つ前記ウエハ清浄化温度が７００℃
から８４０℃の範囲である請求項１１に記載の清浄化の
方法。 - 【請求項１７】 前記少なくとも１つの還元ガスがジク
ロロシランと水素とを含み且つ前記ウエハ清浄化温度が
７００℃から８４０℃の範囲である請求項１１に記載の
清浄化の方法。 - 【請求項１８】 前記少なくとも１つの還元ガスがゲル
マンを含み且つ前記ウエハ清浄化温度が６５０℃から８
５０℃の範囲である請求項１１に記載の清浄化の方法。 - 【請求項１９】 前記少なくとも１つの還元ガスが弗素
を含み且つ前記ウエハ清浄化温度が６５０℃から８５０
℃の範囲である請求項１１に記載の清浄化の方法。 - 【請求項２０】 酸化剤種が実質的に存在しない真空チ
ャンバ内に配備されるシリコンウエハの表面から自然酸
化物をインシチュウ清浄化しその後前記清浄化をされた
シリコン表面に窒化珪素の層を被覆する方法であって、 自然酸化物で被覆されたシリコンウエハ表面を化学気相
蒸着チャンバに配備するステップと、 酸化剤種が実質的に存在しなくなるまで前記真空チャン
バを脱気するステップと、 前記シリコンウエハを１０２５℃未満のウエハ清浄化温
度に加熱するステップと、 前記自然酸化物が除去されるに充分な長さの時間、少な
くとも１つの還元ガスを前記自然酸化物の上に通過させ
るステップと、 前記チャンバから前記少なくとも１つの還元ガスを脱気
するステップと、 前記シリコンウエハを６５０℃から８５０℃の範囲の窒
化珪素堆積温度に冷却するステップと、 前記ウエハを前記チャンバから取り去ることなく、前記
清浄化をされたシリコンウエハ表面上に窒化珪素の層を
形成するステップと、を含む清浄化及び被覆の方法。 - 【請求項２１】 前記酸化剤種が酸素と水とから成る群
から少なくとも１つの要素が選択される請求項２０に記
載の清浄化及び被覆の方法。 - 【請求項２２】 前記少なくとも１つの還元ガスが、水
素、アンモニア、シラン、ジクロロシラン、ゲルマン及
び弗素から選択される請求項２０に記載の清浄化及び被
覆の方法。 - 【請求項２３】 酸化剤種が実質的に存在しない前記真
空チャンバが１０-5トール未満の酸素及び水を含有する
請求項２０に記載の清浄化及び被覆の方法。 - 【請求項２４】 前記窒化珪素層を形成する上記ステッ
プの以前に、前記チャンバ内にアンモニアガスを流すス
テップを更に含む請求項２０に記載の清浄化及び被覆の
方法。 - 【請求項２５】 前記シリコンウエハが６５０℃から８
５０℃の範囲の窒化珪素堆積温度に冷却された以降に、
アンモニアガスとジクロロシランガスとを前記チャンバ
内に流すステップを更に含む請求項２０に記載の清浄化
及び被覆の方法。 - 【請求項２６】 前記自然酸化物が除去されるに充分な
時間の前記長さが２分間以下である請求項２０に記載の
清浄化及び被覆の方法。 - 【請求項２７】 前記少なくとも１つの還元ガスが水素
を含み且つ前記ウエハ清浄化温度が８００℃から１０２
５℃の範囲である請求項２０に記載の清浄化及び被覆の
方法。 - 【請求項２８】 前記少なくとも１つの還元ガスがシラ
ンと水素とを含み且つ前記ウエハ清浄化温度が７００℃
から８４０℃の範囲である請求項２０に記載の清浄化及
び被覆の方法。 - 【請求項２９】 前記少なくとも１つの還元ガスがジク
ロロシランと水素とを含み且つ前記ウエハ清浄化温度が
７００℃から８４０℃の範囲である請求項２０に記載の
清浄化及び被覆の方法。 - 【請求項３０】 シリコンウエハと該ウエハ上に堆積さ
れた窒化珪素の層とを含み、これら双方の間に堆積され
る不要な自然酸化物層を有しない半導体ディバイスであ
って、前記ディバイスは、 １０-5トールの酸素及び水を含有する真空チャンバ内に
おいて水素、アンモニア、シラン、ジクロロシラン、ゲ
ルマン及び弗素から選択される少なくとも１つの還元ガ
スを１０２５℃以下のウエハ清浄化温度で前記自然酸化
物が除去されるに充分な長さの時間前記シリコンウエハ
の上に通過させることにより前記シリコンウエハ表面か
ら自然酸化物を先ず清浄化し、次いで前記ウエハ清浄化
温度以下の堆積温度でジクロロシランガス又はジシクロ
ロシランガスとアンモニアガスとの混合物を前記清浄化
をされたシリコンウエハ表面の上に通過させることによ
り前記チャンバからウエハを除去することなく前記清浄
化をされたシリコンウエハ表面上に窒化珪素の膜を形成
するプロセス、により形成される半導体ディバイス。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10150293A | 1993-07-30 | 1993-07-30 | |
| US08/101502 | 1993-07-30 |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH07165410A true JPH07165410A (ja) | 1995-06-27 |
| JP4104676B2 JP4104676B2 (ja) | 2008-06-18 |
Family
ID=22284982
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP17414594A Expired - Fee Related JP4104676B2 (ja) | 1993-07-30 | 1994-07-26 | シリコン表面からの自然酸化物のインシチュウ清浄化法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP0637063B1 (ja) |
| JP (1) | JP4104676B2 (ja) |
| DE (1) | DE69421465T2 (ja) |
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