專利名稱：硅外延層的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅外延層的形成方法。
背景技術(shù)：
作為制造硅外延晶片(以下簡稱為外延晶片)的方法，包括在硅單晶基板(以下簡稱為硅基板)的主表面上氣相生長硅外延層(以下簡稱為外延層)的方法。例如，利用熱壁方式下的縱向型低壓CVD裝置、在這種反應(yīng)容器(反應(yīng)室)內(nèi)設(shè)定為(與主流的溫度條件1100℃范圍相比)比較低的溫度(例如600～1000℃)和低壓狀態(tài)。這種狀態(tài)下在反應(yīng)容器內(nèi)供給硅烷氣體、二氯硅烷氣體的硅原料氣體，進(jìn)行硅外延層的氣相生長(以下稱為低溫外延生長)。
在這種低溫外延生長的情況下，由于低溫的緣故，利用加熱能夠抑制從硅基板發(fā)生向外延層雜質(zhì)的向外擴(kuò)散。而且，更好地獲得在基板和外延層界面的急劇性電阻率變化(或雜質(zhì)濃度的變化)。此外，外延層的生長速度較慢(與高溫的情況相比)，可以在相對于所謂的一個(gè)舟上裝載多片硅基板(例如25～100片的范圍)，進(jìn)行一次氣相生長，生產(chǎn)性非常良好。
但是，根據(jù)本發(fā)明者等人提出的上述方法，利用熱壁方式的縱向型低壓CVD裝置進(jìn)行低溫外延生長的情況下，會出現(xiàn)生長的外延層的霧狀水平(表面荒廢的程度)增大的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種形成表面狀態(tài)優(yōu)良的硅外延層的方法。
根據(jù)本發(fā)明的觀點(diǎn)，提供一種在處理室內(nèi)、在被處理基板的半導(dǎo)體基底層上形成硅外延層的方法，該方法包括在已容納上述被處理基板的上述處理室內(nèi)進(jìn)行減壓的減壓工序；在上述減壓工序之后，在上述處理室內(nèi)導(dǎo)入含有氯化氫氣體的第1預(yù)處理氣體的氣體，采用第1預(yù)處理氣體，對上述處理室內(nèi)的氣體進(jìn)行處理的氯化氫處理工序，上述氯化氫處理工序的上述處理室內(nèi)環(huán)境溫度設(shè)定為500～800℃、并且壓力設(shè)定為第1減壓壓力，以及在上述減壓工序之后，在上述處理室內(nèi)導(dǎo)入含有氫氣的第2預(yù)處理氣體的氣體，利用上述第2預(yù)處理氣體對上述半導(dǎo)體基底層表面處理的氫熱處理工序，上述氫熱處理工序的上述處理室內(nèi)的環(huán)境的溫度設(shè)定為高于800℃、并且壓力設(shè)定第2減壓壓力，以及在上述氯化氫處理工序及上述氫處理工序之后，在上述處理室內(nèi)導(dǎo)入含有硅烷氣體的成膜氣體，在上述半導(dǎo)體的基底層上氣相生長硅外延層的氣相生長工序，以及在上述氣相生長工序中上述處理室內(nèi)環(huán)境溫度設(shè)定為成膜溫度且壓力設(shè)定為減壓壓力。
在上述氯化氫處理工序中，上述處理室內(nèi)環(huán)境的氯化氫的濃度為0.5～20vol％。上述第1減壓壓力設(shè)定為0.1～10Torr。
而且，在優(yōu)選方式中，上述硅外延層的形成方法包括述處理室構(gòu)成為以在上下設(shè)置間隔層疊的狀態(tài)容納多個(gè)被處理基板，上述處理室內(nèi)的環(huán)境通過上述處理室周圍配置的加熱器加熱，在上述氯化氫處理工序，上述氫氣熱處理工序以及上述氣相生長工序中一起處理上述多個(gè)被處理基板。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的氣相生長裝置，熱壁方式的縱向型低壓CVD裝置模式的剖面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的第1實(shí)施方式的硅外延晶片的制造方法的各個(gè)工序說明圖。
圖3A、B、C是顯示硅外延層的表面霧狀水平(haze level)的圖，這些氯化氫處理的條件互不相同。
圖4顯示相對于圖3A、B、C的3個(gè)方法所形成的硅外延層的表面周圍處的碳濃度的圖表。
圖5A、B顯示硅外延層的表面的霧狀水平的圖，這些氣相生長的條件互不相同。
圖6是關(guān)于本發(fā)明的第2實(shí)施方式的硅外延晶片制造方法的各個(gè)工序說明圖。
圖7是關(guān)于本發(fā)明第3實(shí)施方式的硅外延晶片制造方法的各個(gè)工序說明圖。
圖8是關(guān)于本發(fā)明第4實(shí)施方式的硅外延晶片制造方法的各個(gè)工序說明圖。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明的開發(fā)過程中，本發(fā)明者等人研究了關(guān)于采用熱壁方式的縱向型低壓CVD裝置進(jìn)行低溫外延生長的情況下、生長的外延層的霧狀水平(表面荒廢的程度)增大的原因。從下面所述可得知其結(jié)果。
在氣相生長中，為了使反應(yīng)容器(處理室)內(nèi)成為低壓環(huán)境，例如，采用如油擴(kuò)散式等泵，抽取反應(yīng)容器內(nèi)的氣體。為此，就會在配置泵的排氣管內(nèi)(作為泵油的原料)存在很多的浮游碳化合物。但是，在低壓環(huán)境下，與常壓環(huán)境下相比、為了減少有害物(分子數(shù))，就要提高分子的移動性，使排氣管內(nèi)的碳化合物在反應(yīng)容器內(nèi)容易逆向流動(稱為油回流)。受此油回流(オイルバツク)等的影響，在反應(yīng)容器內(nèi)就會存在碳化合物。此外，在反應(yīng)容器內(nèi)裝載晶片時(shí)，晶片在反應(yīng)容器外部吸附的有機(jī)物如空氣體中的有機(jī)物以及由于晶片洗凈不良產(chǎn)生的有機(jī)物、就會進(jìn)入反應(yīng)容器內(nèi)。實(shí)際上，如果在反應(yīng)容器中存在碳化合物，這種氣相生長就很容易在制造出的外延層表面產(chǎn)生霧狀(haze)。
向反應(yīng)容器內(nèi)供給氯化氫氣體，則碳化合物的結(jié)合力減弱并容易分解為氣體，碳化合物作為導(dǎo)致霧狀產(chǎn)生原因。總之，通過在反應(yīng)容器內(nèi)實(shí)施氯化氫處理，使反應(yīng)容器內(nèi)的碳化合物氣體化，就使從反應(yīng)容器內(nèi)容易排除(排氣)成為可能。因此，通過實(shí)施氯化氫處理，使得準(zhǔn)備出適宜在反應(yīng)容器內(nèi)氣相生長的潔凈環(huán)境成為可能。
此外，在將被處理基板搬入反應(yīng)容器內(nèi)時(shí)，被處理基板上的半導(dǎo)體基底層，例如在硅單晶基板表面，存在自然氧化性。如果向反應(yīng)容器內(nèi)供給氫氣同時(shí)加熱反應(yīng)容器內(nèi)部，那么氫氣去除自然氧化膜，在半導(dǎo)體基底層表面就可以形成適宜氣相生長的無遮蔽狀態(tài)。
即，首先，通過實(shí)施氯化氫處理準(zhǔn)備反應(yīng)容器內(nèi)的環(huán)境。然后，通過實(shí)施氫氣熱處理在半導(dǎo)體基底層表面形成適宜氣相生長的狀態(tài)。隨后，使用象這樣準(zhǔn)備的環(huán)境，在適當(dāng)?shù)臏囟葪l件下實(shí)施氣相生長。根據(jù)此方法，即使低溫、也能形成表面荒廢減少，表面狀態(tài)良好的硅外延層。
下面參照

根據(jù)該知識構(gòu)成的本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1顯示作為本發(fā)明的實(shí)施方式的具有熱壁方式的縱向型低壓CVD裝置模式的氣相生長裝置的正向剖面圖。如圖1所示，這種縱向型低壓CVD裝置1具有例如石英等的反應(yīng)容器(反應(yīng)室)2，為了在反應(yīng)容器2中處理氣體，使供給部GS通過供給管3與其相連。為了在反應(yīng)容器2中使反應(yīng)容器2中設(shè)定為排氣減壓狀態(tài)，排氣部ES(含有真空泵等)通過排氣管4與其相連。在反應(yīng)容器2周圍，為了加熱反應(yīng)容器2內(nèi)的環(huán)境，配置加熱器5。
在反應(yīng)容器2中處理半導(dǎo)體(這里稱為硅單晶)基板W時(shí)，使其保持在水平狀態(tài)下且相互有間隔地堆積于晶片舟(保持具)10上。舟10構(gòu)成為能搭載多片(例如25～100片左右)基板W。在處理中舟10依靠驅(qū)動機(jī)構(gòu)6圍繞垂直軸驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。
如圖1所示，示出了在反應(yīng)容器2內(nèi)配置(搭載)多片硅基板W的舟10狀態(tài)。但是，在圖1中，為了簡化，記載很少的硅基板W的總數(shù)量、并且在硅基板W中只用符號表示出最上段和最下段的硅基板W。
其次，說明使用如上構(gòu)成的縱向型低壓CVD裝置1的本發(fā)明實(shí)施方式的硅外延層的形成方法。而且，在這里，所述在硅單晶基板(半導(dǎo)體基底層)的主表面上氣相生長硅外延晶片的制造方法作為硅外延層形成方法的一個(gè)例子被記載。圖2所示的是本發(fā)明的第1實(shí)施方式的硅外延晶片制造方法的各工序的說明圖。圖2示出了隨時(shí)間經(jīng)過所對應(yīng)的實(shí)施工序、各工序的反應(yīng)容器內(nèi)的溫度以及相應(yīng)反應(yīng)容器內(nèi)所導(dǎo)入的氣體。
<硅外延晶片的制造方法>
首先，將硅基板W搬入反應(yīng)容器2內(nèi)。即，預(yù)先將能搭載多個(gè)硅基板W的舟10搬入反應(yīng)容器2內(nèi)(工序S1(搬入工序))。而且，在這個(gè)階段，通過供給管3將作為保護(hù)氣體的N2氣體導(dǎo)入反應(yīng)容器2內(nèi)。
隨后，停止向反應(yīng)容器2內(nèi)導(dǎo)入N2氣體，另一方面啟動真空泵。由此，反應(yīng)容器2內(nèi)減壓為例如1mmTorr(0.13Pa左右)(工序S2(減壓工序))。
隨后，向反應(yīng)容器2內(nèi)導(dǎo)入H2氣體的同時(shí)，通過加熱器5對反應(yīng)容器2加熱。由此，使得反應(yīng)容器2內(nèi)的作為下工序?qū)嵤┞然瘹涮幚淼臏囟葪l件的環(huán)境溫度升溫(工序S3(升溫工序))。
隨后，在反應(yīng)容器2內(nèi)保持由工序S3升溫后的溫度，實(shí)施氯化氫處理(工序S4)。這時(shí)，向反應(yīng)容器2內(nèi)導(dǎo)入含有氯化氫氣體(HCl)的第1預(yù)處理氣體，導(dǎo)入時(shí)間(例如5分鐘以上、30分鐘以內(nèi)，具體地，如10分鐘左右)。這時(shí)，依舊繼續(xù)供給H2氣體。這樣，H2氣體就具有作為HCl氣體運(yùn)載氣體和稀釋氣體的功能，從底部到頂部的反應(yīng)容器2內(nèi)的整體范圍內(nèi)，按均衡的濃度提供HCl。
受油回流等影響在反應(yīng)容器2中存在碳化合物。由此，由于向反應(yīng)容器2內(nèi)導(dǎo)入氯化氫氣體，使得碳化合物結(jié)合力變?nèi)?，并很容易被分解。因?yàn)橛纱朔纸夂蟮奶蓟衔锸菤怏w，所以容易從反應(yīng)容器內(nèi)排出。
總之，由于在反應(yīng)容器2內(nèi)導(dǎo)入含有氯化氫氣體的第1預(yù)處理氣體，使得反應(yīng)容器2內(nèi)的碳化合物分解，容易除去(排氣)成為可能。由此，能夠準(zhǔn)備出適宜氣相生長的環(huán)境的清潔化的反應(yīng)容器2。
而且，在氯化氫處理中，反應(yīng)容器2內(nèi)環(huán)境的溫度是500～800℃，優(yōu)選為700～800℃，例如設(shè)定為700℃左右。這個(gè)處理溫度在不到500℃時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)氯化氫不能充分分解被去除的碳化合物。這個(gè)溫度如果超過800℃，硅基板W表面就會被腐蝕，產(chǎn)生霧狀。
此外，在氯化氫處理中，反應(yīng)容器2內(nèi)環(huán)境的氯化氫濃度是0.5～20vol％，優(yōu)選設(shè)定為1～5vol％。而且，在氯化氫處理中，反應(yīng)容器2內(nèi)的減壓壓力是0.1～10Torr，優(yōu)選設(shè)定為0.1～2Torr。
隨后，一方面停止第一預(yù)處理氣體的導(dǎo)入，增加加熱器5的輸出。由此，使得反應(yīng)容器2內(nèi)的環(huán)境溫度升溫(工序S5(升溫工序))為下工序?qū)嵤錃鉄崽幚淼臏囟葪l件。
隨后，在反應(yīng)容器2內(nèi)保持由工序S5升溫后的溫度，實(shí)施氫氣熱處理(工序S6)。這時(shí)，向反應(yīng)容器2內(nèi)導(dǎo)入含有氫氣(H2)的第2預(yù)處理氣體，導(dǎo)入時(shí)間(例如15～120分鐘，具體地如30分鐘左右)。而且，從工序S3(升溫工序)到工序S6，繼續(xù)保持H2氣體的供給。
進(jìn)行這種氫氣熱處理，硅基板W就在氫氣環(huán)境中被氫氣熱處理(氫老化)。由此，硅基板W表面上的自然氧化膜被去除，該表面露出(成為無遮蔽狀態(tài))。
而且，在氫氣熱處理中，反應(yīng)容器2內(nèi)的環(huán)境溫度為800～1100℃，優(yōu)選為950～1050℃，例如設(shè)定為1050℃左右。這個(gè)處理溫度未到800℃時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)氫不能使自然氧化膜充分老化。這個(gè)溫度如果超過1100℃，就很容易發(fā)生層錯(cuò)缺陷，產(chǎn)生更多的層錯(cuò)缺陷。
還有，在氫氣熱處理中，反應(yīng)容器2內(nèi)的環(huán)境的氫濃度大約是100vol％，設(shè)定SiH4、HCl、HF等雜質(zhì)濃度為小于0.1vol％。而且，在氫氣熱處理中，反應(yīng)容器2內(nèi)的減壓壓力是0.1～20Torr，優(yōu)選設(shè)定為2～8Torr。
隨后，一方面停止第2預(yù)處理氣體的導(dǎo)入，降低加熱器5的輸出。由此，使得反應(yīng)容器2內(nèi)環(huán)境溫度降溫為下工序?qū)嵤庀嗌L的溫度條件(工序S7(降溫工序))。
隨后，在反應(yīng)容器2內(nèi)保持由工序S7降溫后的溫度，實(shí)施氣相生長(工序S8)。這時(shí)，向反應(yīng)容器2內(nèi)按所設(shè)定的時(shí)間(例如20～60分鐘，具體地如40分鐘左右)導(dǎo)入含有硅烷氣體(SiH4)的成膜氣體。這時(shí)，繼續(xù)照原樣供給H2氣體。而且，從工序S3(升溫工序)開始到工序S8為止繼續(xù)保持H2氣體的供給。由于成膜氣體的供給，在硅基板W主表面上，氣相生長硅外延層，制造出硅外延晶片。
這時(shí)，通過原來的氯化氫處理，從反應(yīng)容器2內(nèi)去除碳化合物。總之，通過氫氣熱處理，硅基板W主表面成為無遮蔽的狀態(tài)。并且，實(shí)施這種氣相生長的溫度條件是如后所述的抑制表面荒廢的適宜條件。因此，這種氣相生長能形成使表面荒廢減少、表面狀態(tài)良好的外延層。
而且，在氣相生長中，反應(yīng)容器2內(nèi)環(huán)境的溫度是550～750℃，優(yōu)選為550～700℃，例如設(shè)定為660℃。還有，在氣相生長中，反應(yīng)容器2內(nèi)的減壓壓力是0.1～10Torr(乇)，優(yōu)選為0.1～0.2Torr。
在使用硅烷氣體時(shí)，這個(gè)處理溫度小于550℃時(shí)，采用CVD法氣相生長硅外延層存在困難。這個(gè)溫度如果超過750℃，氣相中硅烷氣體就會劇烈地?zé)岱纸?，產(chǎn)生很多微粒。
隨后，一方面停止向反應(yīng)容器2內(nèi)導(dǎo)入硅烷氣體，降低加熱器5的輸出。由此，對反應(yīng)容器2內(nèi)環(huán)境溫度實(shí)施降溫直到適宜硅外延晶片取出的溫度(例如400℃)(工序S9(降溫工序))。
隨后，將導(dǎo)入反應(yīng)容器2內(nèi)的環(huán)境從H2氣體切換為N2氣體。還有，使反應(yīng)容器2內(nèi)常壓化(工序S10(常壓工序))后，從反應(yīng)容器2中例如各個(gè)舟10將外延晶片取出(工序S11(取出工序))。
在上述實(shí)施過程中，利用氯化氫處理，制備使反應(yīng)容器2內(nèi)清潔化的反應(yīng)容器2內(nèi)的環(huán)境。此外，利用氫氣熱處理使硅基板W的表面氣相生長形成適宜的無遮蔽狀態(tài)。并且，在適宜的溫度條件下進(jìn)行氣相生長。由此，能夠制造出表面荒廢減少，表面狀態(tài)好的硅外延晶片。
圖3A、B、C是顯示硅外延層的表面霧狀水平的圖，這種氯化氫處理的條件互相不同。圖3A示出了按上述第1實(shí)施方式的方法，形成外延層并在700℃下進(jìn)行氯化氫處理的情況。圖3B示出了選定在400℃進(jìn)行氯化氫處理、按上述第1實(shí)施方式的方法形成外延層的情況。圖3C示出了選定在進(jìn)行無氯化氫處理下、按上述第1實(shí)施方式的方法形成外延層的情況。
在圖3A、B、C中，在外延層表面內(nèi)，只網(wǎng)格方式示出霧狀水平為1ppm以上的部分。表示由霧狀引起的散射光相對于入射光強(qiáng)度比較關(guān)系的大小。當(dāng)入射光強(qiáng)度1所對應(yīng)的強(qiáng)度是一百萬分之一的散射光時(shí)，此散射光的大小用1ppm表示。
如圖3C所示，沒有進(jìn)行氯化氫處理而形成的外延層，在其表面邊緣部分霧狀水平惡化。
如圖3B所示，在400℃下進(jìn)行氯化氫處理形成的外延層，可以看到與未進(jìn)行氯化氫處理的情況比較有改善。但是，仍然在其表面邊緣部分霧狀水平惡化?？傊?00℃進(jìn)行氯化氫處理時(shí)，反應(yīng)容器2內(nèi)的潔凈化不充分。
與此相反，如圖3A所示，在700℃進(jìn)行氯化氫處理形成的外延層，其表面沒有發(fā)現(xiàn)霧狀水平為1ppm以上的部分?？傊?00℃進(jìn)行氯化氫處理時(shí)，獲得了圖示的反應(yīng)容器2內(nèi)的充分潔凈化。
圖4示出了在用這三種方法形成的硅外延層表面邊緣部的碳濃度的圖表。如圖4所示，當(dāng)在700℃下進(jìn)行氯化氫處理制造的情況下，在外延層表面邊緣部的碳濃度也變得最低。
圖5A、B表示的是硅外延層表面霧狀水平的圖，它們的氣相生長條件互不相同。圖5A示出了利用上述第1實(shí)施方式方法形成的外延層，這時(shí)，使用硅烷氣體在660℃下進(jìn)行氣相生長。圖5B示出了利用上述第1實(shí)施方式方法形成的外延層，這時(shí)，使用硅烷氣體在700℃下進(jìn)行氣相生長。
如圖5B所示，在700℃下進(jìn)行氣相生長時(shí)，外延層的整個(gè)表面分布著厚度為2ppm水平的霧狀。一方面，如圖5A所示，在660℃下進(jìn)行氣相生長時(shí)，外延層表面霧狀水平約為0.2ppm。總之，在使用硅烷氣體作為硅原料氣體時(shí)，為了抑制外延層表面的荒廢，優(yōu)選在不到700℃下進(jìn)行氣相生長。由此，可以形成表面荒廢減少，表面狀態(tài)良好的硅外延層。
而且，使用硅烷氣體在700～750℃的溫度下進(jìn)行氣相生長也是好的。因?yàn)椋?，在這樣的溫度條件下制造出的外延晶片上產(chǎn)生的水平霧狀能夠通過進(jìn)行研磨得到改善。
<第2實(shí)施方式>
在上述實(shí)施方式中，進(jìn)行氯化氫處理時(shí)，要使反應(yīng)容器2內(nèi)的溫度保持衡定。然而，例如，在硅基板W搬入反應(yīng)容器2內(nèi)之后的升溫過程中，開始氯化氫處理也是好的。圖6是基于這樣觀點(diǎn)，對本發(fā)明的第2實(shí)施方式的硅外延晶片制造方法的各工序的說明圖。圖6示出了以相對于時(shí)間經(jīng)過而實(shí)施的工序、在各工序中反應(yīng)容器內(nèi)的溫度以及對應(yīng)反應(yīng)容器內(nèi)所導(dǎo)入的氣體。
在第2實(shí)施方式中，例如，如圖6所示，用工序S21代替在圖2的工序S3、S4、S5加以說明。即，工序S21作為從硅基板W搬入到反應(yīng)容器2且對反應(yīng)容器2減壓處理后的升溫工序。在S21工序中，由于利用加熱器5加熱，使得反應(yīng)容器2內(nèi)溫度升溫為下工序?qū)嵤錃鉄崽幚淼臏囟葪l件。這時(shí)升溫的目標(biāo)溫度是800～1100℃，優(yōu)選為950～1050℃，例如設(shè)定在1050℃左右。
在第2實(shí)施方式方法中，在這個(gè)升溫過程中進(jìn)行氯化氫處理。即，在反應(yīng)容器2內(nèi)升溫后的溫度為500～800℃時(shí)，向反應(yīng)容器2內(nèi)導(dǎo)入含有氯化氫氣體的第1預(yù)處理氣體，所定時(shí)間(例如5分鐘以上、30分鐘以內(nèi)，具體地例如10分鐘左右)。由此，利用升溫過程中的溫度條件，進(jìn)行氯化氫處理。
而且，在第2實(shí)施方式中，用工序S21代替了工序S3、S4、S5，其余各工序與第1實(shí)施方式(圖2)的各工序是相同的。因此，省略其它工序的相關(guān)說明。
根據(jù)第2實(shí)施方式，在硅外延晶片的制造時(shí)間效率上提高了一層。
<第3實(shí)施方式>
在第1和第2實(shí)施方式中，氯化氫處理后實(shí)施氫氣熱處理。然而，總之，象這樣在氫氣熱處理后進(jìn)行氯化氫處理(第2氯化氫處理)也是可以的。圖7是基于這樣的觀點(diǎn)，對本發(fā)明的第3實(shí)施方式的硅外延晶片制造方法的各工序的說明圖。圖7示出了相對于時(shí)間經(jīng)過實(shí)施的工序、在各工序中反應(yīng)容器內(nèi)的溫度以及相應(yīng)反應(yīng)容器內(nèi)所導(dǎo)入的氣體。
在第3實(shí)施方式中，例如，如圖7所示，進(jìn)行氫氣熱處理(工序S6)后，降低向加熱器5的輸出。由此，使得反應(yīng)容器2內(nèi)溫度降溫(工序S31)為實(shí)施氯化氫處理的溫度條件(500～800℃，優(yōu)選為700～800℃，例如設(shè)定在700℃左右)。
在保持這個(gè)溫度條件的狀態(tài)下，進(jìn)行第2氯化氫處理(工序S32)。這時(shí)，向反應(yīng)容器2內(nèi)導(dǎo)入含有氯化氫氣體的處理氣體，所定時(shí)間(例如5分鐘以上、30分鐘以內(nèi)，具體地例如10分鐘左右)。
此后，使反應(yīng)容器2內(nèi)溫度降溫(工序S33(降溫工序))為下工序?qū)嵤庀嗌L的溫度條件(550～750℃，優(yōu)選為550～700℃，例如設(shè)定為660℃)。而且，在反應(yīng)容器2內(nèi)保持由工序S33降溫后的溫度，利用含有硅烷氣體(SiH4)的成膜氣體進(jìn)行氣相生長(工序S8)。
而且，在第3實(shí)施方式中，用工序S31、S32、S33代替了工序S7，其它各工序與第2實(shí)施方式(圖6)的各工序是相同的。因此，省略其它工序的相關(guān)說明。
根據(jù)第3實(shí)施方式，由于在氣相生長前一直進(jìn)行氯化氫處理，反應(yīng)容器2能夠得到更適宜的潔凈化。
<第4實(shí)施方式>
在第1到第3實(shí)施方式中，氯化氫處理后實(shí)施氫氣熱處理。但是，象這樣在氫氣熱處理后，進(jìn)行氯化氫處理也是好的。圖8是基于這樣的觀點(diǎn)，對本發(fā)明的第4實(shí)施方式的硅外延晶片制造方法的各工序的說明圖。圖8示出了相對于時(shí)間實(shí)施的工序、在各工序中反應(yīng)容器內(nèi)的溫度以及相應(yīng)反應(yīng)容器內(nèi)所導(dǎo)入的氣體。
在第4實(shí)施方式中，例如，如圖8所示，下面代替在圖7上的工序S21說明工序S41。即，工序S41作為從硅基板W搬入到反應(yīng)容器2并對反應(yīng)容器2進(jìn)行減壓處理后的升溫工序。在S41工序中，在向反應(yīng)容器2內(nèi)導(dǎo)入H2的同時(shí)，利用加熱器5加熱，使得反應(yīng)容器2內(nèi)溫度升溫為下工序?qū)嵤錃鉄崽幚淼臏囟葪l件。這時(shí)升溫的目標(biāo)溫度是800～1100℃，優(yōu)選為950～1050℃，例如設(shè)定在1050℃左右。
而且，在第4實(shí)施方式中，用工序S41代替了工序S21，其它各工序與第3實(shí)施方式(圖7)的各工序是相同的。因此，省略其它工序的相關(guān)說明。
在第3和第4實(shí)施方式中，在氫氣熱處理后進(jìn)行氯化氫處理時(shí)，反應(yīng)容器2內(nèi)的溫度保持衡定(例如700℃左右)。但是，例如，從反應(yīng)容器2內(nèi)氫氣熱處理的溫度(例如950℃左右)起到氣相生長的溫度(例如660℃)的降溫過程，進(jìn)行氯化氫處理也是好的。這時(shí)，在硅外延晶片的制造時(shí)間效率上提高了一層。
在第1到第4實(shí)施方式中，利用縱向型低壓CVD裝置1進(jìn)行處理。但是，本發(fā)明也適用于使用其它裝置，如枚葉式低壓CVD裝置形成硅外延層的情況。還有，在第1到第4實(shí)施方式中，示出了作為硅外延層的形成方法一個(gè)例子的硅外延晶片的制造方法。但是，本發(fā)明適用于在半導(dǎo)體裝置的制造過程中形成硅外延層的情況。
權(quán)利要求
1.一種在處理室內(nèi)、在被處理基板的半導(dǎo)體基底上形成硅外延層的方法，包括在容納上述被處理基板的上述處理室內(nèi)進(jìn)行減壓的減壓工序，在上述減壓工序之后，在上述處理室內(nèi)導(dǎo)入含有氯化氫氣體的第1預(yù)處理氣體，用上述第1預(yù)處理氣體處理上述處理室內(nèi)環(huán)境的氯化氫處理工序，在上述氯化氫處理工序中，上述處理室內(nèi)環(huán)境溫度設(shè)定為500～800℃，并且壓力設(shè)定為第1減壓壓力，上述減壓工序后，在上述處理室內(nèi)導(dǎo)入含有氫氣的第2預(yù)處理氣體，利用上述第2預(yù)處理氣體處理上述半導(dǎo)體基底層的表面的氫氣熱處理工序，在上述氫氣熱處理工序中，上述處理室內(nèi)環(huán)境溫度設(shè)定為高于800℃，并且壓力設(shè)定為第2減壓壓力，上述氯化氫處理工序及上述氫氣熱處理工序后，在上述處理室內(nèi)導(dǎo)入含有硅烷氣體的成膜氣體，在上述半導(dǎo)體基底層上氣相生長硅外延層的氣相生長工序，在上述氣相生長工序中將上述處理室內(nèi)環(huán)境溫度設(shè)定為成膜溫度、并且將壓力設(shè)定為減壓壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的硅外延層的形成方法，其中，上述硅烷氣體為甲硅烷氣體，上述成膜溫度為550～700℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的硅外延層的形成方法，其中，上述半導(dǎo)體基底層實(shí)質(zhì)上由硅單晶形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的硅外延層的形成方法，其中，在上述氯化氫處理工序中，上述處理室內(nèi)環(huán)境的氯化氫的濃度為0.5～20vol％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的硅外延層的形成方法，其中，上述第1減壓壓力為0.1～10Torr。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的硅外延層的形成方法，其中，在上述氫氣熱處理工序中，上述處理室內(nèi)環(huán)境的氫氣的濃度約為100vol％，雜質(zhì)設(shè)定為不到1vol％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的硅外延層的形成方法，其中，上述第2減壓壓力為0.1～20Torr。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的硅外延層的形成方法，其中，在上述氫氣熱處理工序前進(jìn)行氯化氫處理工序的處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8中所述的硅外延層的形成方法，其中，在使容納上述被處理基板的上述處理室內(nèi)環(huán)境升溫過程中，開始上述氯化氫處理工序。
10.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的硅外延層的形成方法，其中，在上述氯化氫處理工序前進(jìn)行上述氫氣熱處理工序的處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的硅外延層的形成方法，其中，上述處理室構(gòu)成為以在上下設(shè)置間隔層疊的狀態(tài)容納多個(gè)被處理基板，上述處理室內(nèi)的環(huán)境通過上述處理室周圍配置的加熱器加熱，在上述氯化氫處理工序、上述氫氣熱處理工序以及上述氣相生長工序中，一起處理上述多個(gè)被處理基板。
全文摘要
在處理室(2)內(nèi)的被處理基板(W)的半導(dǎo)體基底層上形成硅外延層。這種形成方法包括在容納被處理基板(W)的處理室(2)內(nèi)進(jìn)行減壓的減壓工序，向處理室(2)內(nèi)導(dǎo)入含有硅烷氣體的成膜氣體，在半導(dǎo)體基底層上氣相生長硅外延層的氣相生長工序，其間包含氯化氫處理工序和氫氣熱處理工序。在氯化氫處理工序中，向處理室(2)內(nèi)導(dǎo)入含有氯化氫氣體的第1預(yù)處理氣體，用第1預(yù)處理氣體對處理室(2)的環(huán)境進(jìn)行處理。在氫氣熱處理工序，向處理室(2)內(nèi)導(dǎo)入含有氫氣的第2預(yù)處理氣體，用第2預(yù)處理氣體對半導(dǎo)體基底層表面進(jìn)行處理。
文檔編號H01L21/02GK1607645SQ20031011569
公開日2005年4月20日 申請日期2003年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月16日
發(fā)明者田村明威, 岡哲史 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社