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JP2006196910A - In-situ cleaning method for semiconductor substrate, and manufacturing method of semiconductor element adopting the same - Google Patents

In-situ cleaning method for semiconductor substrate, and manufacturing method of semiconductor element adopting the same Download PDF

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JP2006196910A
JP2006196910A JP2006007969A JP2006007969A JP2006196910A JP 2006196910 A JP2006196910 A JP 2006196910A JP 2006007969 A JP2006007969 A JP 2006007969A JP 2006007969 A JP2006007969 A JP 2006007969A JP 2006196910 A JP2006196910 A JP 2006196910A
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JP
Japan
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cleaning
substrate
epitaxial layer
reaction chamber
semiconductor surface
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Application number
JP2006007969A
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Dong-Suk Shin
東石 申
Hwa-Sung Rhee
李 化成
Tetsutsugu Ueno
哲嗣 上野
Ho Lee
浩 李
Seung-Hwan Lee
承換 李
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Samsung Electronics Co Ltd
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Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an in-situ cleaning method for a semiconductor substrate, and a manufacturing method of a semiconductor element adopting it. <P>SOLUTION: A method for manufacturing an epitaxial layer includes a step for loading a substrate, having a semiconductor surface exposed into a reaction chamber. An oxide, existing on the exposed semiconductor surface, is decomposed, and the chamber in the process is excavated by a cleaning pressure so that a cleaning condition for deoxygenization is satisfied, so as to heat the substrate at a cleaning temperature. The cleaning condition is maintained during cleaning time so that the oxide is removed, a clean semiconductor surface is formed. The epitaxial layer is formed on the clean semiconductor surface. The substrate is unloaded from the reaction chamber. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体素子の製造方法に関し、特に、半導体基板のインサイチュ洗浄方法及びこれを採用するエピタキシャル層の製造方法(methods for in−situ cleaning of semiconductor substrates and methods of semiconductor device fabrication employing the same)に関するものである。   BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for in-situ cleaning of a semiconductor substrate and a method for in-situ cleaning of semiconductors semiconductors and methods of manufacturing semiconductor semiconductors. Is.

半導体素子の製造工程は、半導体基板上に導電性または絶縁性薄膜を形成してこれらをパターン化することを含む。前記半導体基板上に形成される前記薄膜の品質は工程環境の清浄(cleanliness)と前記薄膜が形成される前記半導体基板の表面状態に大きく影響を受ける。前記半導体基板は、前記半導体素子の製造工程中にあらゆるステップで大気中に露出することができる。例えば、前記半導体基板は工程チャンバにローディングされる前に大気中に露出することができる。この場合、前記半導体基板の表面は、大気中の汚染物質によって汚染することができる。特に、前記半導体基板の表面上に非化学両論的な組成を有して形成される自然酸化膜は前記半導体基板上に形成される半導体素子の電気的な特性を低下させることができる。よって、前記半導体基板の表面上の汚染物質、特に前記自然酸化膜は個々の薄膜形成工程の前に別途の洗浄工程を介して除去されるべきである。   The manufacturing process of a semiconductor element includes forming a conductive or insulating thin film on a semiconductor substrate and patterning them. The quality of the thin film formed on the semiconductor substrate is greatly affected by the cleanliness of the process environment and the surface state of the semiconductor substrate on which the thin film is formed. The semiconductor substrate may be exposed to the atmosphere at any step during the manufacturing process of the semiconductor element. For example, the semiconductor substrate can be exposed to the atmosphere before being loaded into the process chamber. In this case, the surface of the semiconductor substrate can be contaminated by contaminants in the atmosphere. In particular, a natural oxide film formed on the surface of the semiconductor substrate with a non-stoichiometric composition can lower the electrical characteristics of the semiconductor element formed on the semiconductor substrate. Therefore, contaminants on the surface of the semiconductor substrate, especially the natural oxide film, should be removed through a separate cleaning process before each thin film forming process.

一方、エピタキシャル成長工程(epitaxial growth process)は単結晶半導体の基板上に単結晶半導体層を形成するための優れた手段として提供される。前記エピタキシャル成長工程は、初期にバイポーラトランジスタの動作特性を向上させるために用いられていたが、近年は、CMOS直接回路の製造に広く用いられている。例えば、MOSトランジスタの単チャンネル効果及び電流駆動力を改善させるための上昇されたソース/ドレイン構造(elevated source/drain structure)を具現するために選択的エピタキシャル成長工程(selective epitaxial growth process;SEG process)が適用されている。その外に、MOSトランジスタのキャリア移動度を向上させるための引張られたチャンネル(strained channel)を形成するために異種エピタキシャル成長工程(hetero−epitaxial growth process)が適用されている。   Meanwhile, an epitaxial growth process is provided as an excellent means for forming a single crystal semiconductor layer on a single crystal semiconductor substrate. The epitaxial growth process was used to improve the operating characteristics of the bipolar transistor at an early stage, but has been widely used in the manufacture of CMOS direct circuits in recent years. For example, a selective epitaxial growth process (SEG process) is implemented to implement an elevated source / drain structure to improve the single channel effect and current driving capability of a MOS transistor. Has been applied. In addition, a hetero-epitaxial growth process is applied to form a strained channel for improving the carrier mobility of the MOS transistor.

前記エピタキシャル成長工程によって半導体基板上に形成されるエピタキシャル層は前記半導体基板の結晶構造に付いて成長される。よって、前記エピタキシャル成長工程において前記半導体基板の表面状態は前記エピタキシャル層の品質に大きな影響を及ぼす。上述したように、半導体基板の表面上に形成された自然酸化膜はエピタキシャル層にスリップ(slip)またはスタッキングフォールト(stacking fault)のような格子欠陥を誘発するので完全に除去するのが好ましい。これのために、エピタキシャル層を成長させるための半導体基板が反応チャンバ内にローディングされる前に洗浄工程が実施される。前記洗浄工程は適切な化学溶液を使用した湿式洗浄または化学乾式エッチング(chemical dry etch)工程によって実施される。さらに、洗浄された半導体基板が反応チャンバ内にローディングされた後にインサイチュ洗浄工程がさらに実施される。しかしながら、従来の水素ベーク(hydrogen bake)とも呼ばれる前記インサイチュ洗浄工程は、通常850℃〜1200℃の水素雰囲気で実施される高温工程である。よって、前記インサイチュ洗浄工程中に、半導体基板内にドーピングされた不純物の拡散によってMOSトランジスタのスレッショルド電圧が減少することができる。また、前記半導体基板がSOI基板の場合には前記インサイチュ洗浄工程中に上部シリコン層(top silicon layer)の凝集が発生することができる。   An epitaxial layer formed on the semiconductor substrate by the epitaxial growth process is grown along with the crystal structure of the semiconductor substrate. Therefore, the surface state of the semiconductor substrate greatly affects the quality of the epitaxial layer in the epitaxial growth step. As described above, the natural oxide film formed on the surface of the semiconductor substrate induces lattice defects such as slip or stacking fault in the epitaxial layer, so that it is preferably removed completely. For this, a cleaning process is performed before the semiconductor substrate for growing the epitaxial layer is loaded into the reaction chamber. The cleaning process is performed by a wet cleaning using an appropriate chemical solution or a chemical dry etching process. Furthermore, an in situ cleaning process is further performed after the cleaned semiconductor substrate is loaded into the reaction chamber. However, the in-situ cleaning process, which is also called a conventional hydrogen bake, is a high-temperature process that is usually performed in a hydrogen atmosphere at 850 ° C. to 1200 ° C. Therefore, the threshold voltage of the MOS transistor can be reduced by the diffusion of impurities doped in the semiconductor substrate during the in-situ cleaning process. In addition, when the semiconductor substrate is an SOI substrate, agglomeration of a top silicon layer may occur during the in-situ cleaning process.

結論的に、エピタキシャル成長工程において半導体素子の電気的特性が劣化されるのを抑制するためには前記インサイチュ洗浄工程の温度を低めることが必要である。   In conclusion, it is necessary to lower the temperature of the in-situ cleaning process in order to suppress the deterioration of the electrical characteristics of the semiconductor element in the epitaxial growth process.

本発明が解決しようする技術的課題は、低温において半導体基板表面上の自然酸化膜のような不純物を有効に除去することができる半導体基板のインサイチュ洗浄方法及びこれを採用するエピタキシャル層の製造方法を提供することにある。   A technical problem to be solved by the present invention is a method for in-situ cleaning of a semiconductor substrate capable of effectively removing impurities such as a natural oxide film on the surface of the semiconductor substrate at a low temperature and a method for manufacturing an epitaxial layer employing the same. It is to provide.

本発明は、後続のエピタキシャル蒸着中に用いる温度及び従来の洗浄方法に用いる温度よりも実質的に低い温度を用いることによって、温度と係わる問題、例えば、不純物の非正常的な拡散、自動ドーピング(auto doping)、スリップ(slip)及びストレス問題を低減させるとともに全体の工程時間を短縮させることができるインサイチュ洗浄方法を提供する。   The present invention uses temperature that is substantially lower than that used during subsequent epitaxial deposition and that used in conventional cleaning methods, such as temperature related problems such as abnormal diffusion of impurities, autodoping ( Provided is an in-situ cleaning method capable of reducing auto doping, slip and stress problems and reducing the overall process time.

エピタキシャル層を形成する前に、洗浄及びシリコン表面から不純物の除去のために用いられる低い温度は製造工程の熱バジェット(budget)を低減することができて、基板上にあらかじめ形成されたCMOS素子の性能を維持させることができる   Prior to forming the epitaxial layer, the low temperature used for cleaning and removing impurities from the silicon surface can reduce the thermal budget of the manufacturing process, and the CMOS device pre-formed on the substrate. Performance can be maintained

反応チャンバ内で維持する温度及び圧力の組合せは、前記基板表面からシリコン酸化物を十分に蒸発させる。ポンプ及び/または反応チャンバ内に導入するキャリアガス(carrier gas)は前記反応チャンバからシリコン酸化物の蒸気を十分に除去することによって平衡条件に逹することを防止する。特に、前記反応チャンバは前記反応チャンバ内においてシリコン酸化物の蒸気の濃度が洗浄条件から平衡蒸気圧の50%以下、さらに10%以下になるように維持することができる。前記反応チャンバ内でシリコン酸化物の蒸気の分圧を低減することによって前記シリコン酸化物の蒸発に有利な反応が促進されて前記シリコン酸化物の蒸発率は増加することができる。   The combination of temperature and pressure maintained in the reaction chamber sufficiently evaporates silicon oxide from the substrate surface. A carrier gas introduced into the pump and / or reaction chamber prevents exposure to equilibrium conditions by sufficiently removing silicon oxide vapor from the reaction chamber. In particular, the reaction chamber can be maintained in the reaction chamber such that the concentration of silicon oxide vapor is 50% or less, more preferably 10% or less of the equilibrium vapor pressure from the cleaning conditions. By reducing the partial pressure of the silicon oxide vapor in the reaction chamber, a reaction advantageous for the evaporation of the silicon oxide is promoted, and the evaporation rate of the silicon oxide can be increased.

本発明の実施例は、反応チャンバ内に露出した半導体表面を有する基板をローディングさせて(loading)、前記露出した半導体表面上に存在する酸化物が分解されて酸素を除去する洗浄条件が成立するように(establish)、前記工程チャンバ内を洗浄圧力で排気させて前記基板を洗浄温度で加熱し、前記酸化物が除去されるように前記洗浄条件を洗浄中に維持して清浄な半導体表面(clean semiconductor surface)を形成し、前記清浄な半導体表面上にエピタキシャル(epitaxial)層を形成して前記基板を前記反応チャンバからアンローディング(unloading)することを含むエピタキシャル層の製造方法を具備する。   In an embodiment of the present invention, a substrate having an exposed semiconductor surface is loaded into a reaction chamber, and a cleaning condition is established in which oxygen present on the exposed semiconductor surface is decomposed to remove oxygen. The process chamber is evacuated with a cleaning pressure, the substrate is heated at a cleaning temperature, and the cleaning conditions are maintained during cleaning so that the oxide is removed, and a clean semiconductor surface ( forming a clean semiconductor surface, forming an epitaxial layer on the clean semiconductor surface, and unloading the substrate from the reaction chamber.

約50mTorr以下の洗浄圧力及び約800℃以下の洗浄温度において約200秒以下の洗浄時間で維持することによって前記半導体表面から自然酸化物は十分に除去することができる。ここで、「約」という用語は一つ以上のパラメータを調節及び/または測定して前記方法を実施するのに用いられる装置及び/または関連設備の性能に因る偏差を含むために用いられる。例えば、800℃で設定された加熱設備は一般的に正確な設定温度を維持することができず、設定温度に対して高いかまたは低い許容範囲内での偏差を見せる場合がある。よって、「約」という用語の使用はこのような予想可能な偏差が請求されたパラメータの範囲内で考慮されなければならないことを示す。   By maintaining the cleaning pressure of about 50 mTorr or less and the cleaning temperature of about 800 ° C. or less with a cleaning time of about 200 seconds or less, the native oxide can be sufficiently removed from the semiconductor surface. Here, the term “about” is used to include deviations due to the performance of the apparatus and / or associated equipment used to adjust and / or measure one or more parameters to perform the method. For example, a heating facility set at 800 ° C. cannot generally maintain an accurate set temperature, and may show a deviation within an allowable range that is higher or lower than the set temperature. Thus, the use of the term “about” indicates that such a predictable deviation must be considered within the claimed parameters.

キャリアガス、例えば、水素(hydrogen)、アルゴン(argon)、ネオン(Neon)、クリプトン(Krypton)及びこれらの混合ガスからなる群から選択されたガスが前記インサイチュ洗浄工程の少なくともある時間にて前記反応チャンバ内に注入することができる。前記インサイチュ洗浄工程間に前記反応チャンバ内を真空条件で維持し、前記キャリアガスを前記反応チャンバ内に注入することによって、または前記反応チャンバ内を真空条件で維持して前記キャリアガスを前記反応チャンバ内に注入することによって前記反応チャンバ内の酸化物蒸気の分圧(partial pressure)を用いられた温度及び圧力に対する平衡条件以下で十分に低減させることができる。前記キャリアガスが用いられる場合、前記キャリアガスは実質的に同一大きさの反応チャンバ内で従来の水素ベーク工程またはエッチング工程で典型的に使われた流量よりも少ない流量で注入することができる。例えば、水素が使用される場合、前記水素の流量は従来の水素ベーク工程で使われた流量よりも少ない約25%以下、または約10%以下とすることができる。   A carrier gas, for example, a gas selected from the group consisting of hydrogen, argon, neon, krypton, and a mixed gas thereof is reacted at least at a certain time of the in situ cleaning process. It can be injected into the chamber. The reaction chamber is maintained in a vacuum condition during the in-situ cleaning process, and the carrier gas is injected into the reaction chamber, or the reaction chamber is maintained in a vacuum condition to supply the carrier gas to the reaction chamber. The partial pressure of the oxide vapor in the reaction chamber can be sufficiently reduced below the equilibrium condition for the temperature and pressure used. When the carrier gas is used, the carrier gas can be injected in a reaction chamber of substantially the same size at a flow rate that is less than that typically used in conventional hydrogen baking or etching processes. For example, when hydrogen is used, the flow rate of hydrogen may be about 25% or less, or about 10% or less, which is lower than the flow rate used in the conventional hydrogen baking process.

前記反応チャンバ内の酸素ガスの分圧を平衡値の約50%以下、さらに10%以下に低減することによって半導体酸化物の分解を促進させ、清浄な半導体表面を取得するのに必要とされる工程時間が短縮できるものと期待されている。この場合、基板上において他の構造物の腐食や損傷なしで酸化物を除去するためには前記基板上に露出した他の材料の蒸気圧が考慮されなければならないし、このような考慮に従って温度及び圧力条件が設定されなければならない。   Required to obtain a clean semiconductor surface by promoting the decomposition of the semiconductor oxide by reducing the partial pressure of the oxygen gas in the reaction chamber to about 50% or less, more preferably 10% or less of the equilibrium value. It is expected that process time can be shortened. In this case, in order to remove the oxide on the substrate without corrosion or damage to other structures, the vapor pressure of other materials exposed on the substrate must be taken into account, and the temperature in accordance with such considerations. And pressure conditions must be set.

以下で詳しく説明されるように、前記インサイチュ洗浄工程の適用は、シリコン表面に制限されず、他の半導体表面、例えばゲルマニウム(germanium)、シリコン/ゲルマニウムのように二成分系で成り立つ二元化合物半導体材料(binary semiconductor material)、三成分系からなる三元化合物半導体材料(tertiary semiconductor material)、四成分系からなる四元化合物半導体材料(quaternary semiconductor material)及びそれらの組合せを含む半導体材料の洗浄に適用されることができる。   As will be described in detail below, the application of the in-situ cleaning process is not limited to the silicon surface, but other semiconductor surfaces, such as germanium, silicon / germanium, and binary compound semiconductors that are composed of two components. Materials (binary semiconductor materials), ternary compound semiconductor materials (tertiary semiconductor materials), quaternary compound semiconductor materials (quaternary semiconductor materials), and combinations of these semiconductor materials Can be done.

本発明の実施例は、半導体基板を処理して露出した半導体表面を有する中間素子構造物を形成し、前記中間素子構造物を反応チャンバ内にローディングさせて、前記露出した半導体表面上に存在する酸化物が分解されて酸素を除去する洗浄条件が成立するように(establish)、前記工程チャンバ内を洗浄圧力で排気させて前記基板を洗浄温度で加熱し、前記酸化物が除去されるように前記洗浄条件を洗浄時間中に維持して清浄な半導体表面(clean semiconductor surface)を形成し、前記清浄な半導体表面上にエピタキシャル(epitaxial)層を形成して、前記半導体基板を前記反応チャンバからアンローディング(unloading)させることを含む半導体素子の製造方法を具備する。   An embodiment of the present invention processes a semiconductor substrate to form an intermediate device structure having an exposed semiconductor surface, and the intermediate device structure is loaded into a reaction chamber and is present on the exposed semiconductor surface. The process chamber is evacuated with a cleaning pressure and the substrate is heated at a cleaning temperature so that the oxide is decomposed and the cleaning condition for removing oxygen is established (establish) so that the oxide is removed. The cleaning conditions are maintained during a cleaning time to form a clean semiconductor surface, an epitaxial layer is formed on the clean semiconductor surface, and the semiconductor substrate is removed from the reaction chamber. A method of manufacturing a semiconductor device including loading is provided.

前記露出した半導体表面は、例えば、ソース/ドレイン(source/drain)領域、及び/またはゲート電極表面を含むことができる。また、前記エピタキシャル層の構造は単結晶構造、多結晶構造、非晶質構造及びこれらの組合せを含むことができる。   The exposed semiconductor surface may include, for example, a source / drain region and / or a gate electrode surface. In addition, the structure of the epitaxial layer may include a single crystal structure, a polycrystalline structure, an amorphous structure, and a combination thereof.

本発明の実施例は、反応チャンバ内に露出した半導体表面を有する基板をローディングさせて(loading)、前記露出した半導体表面上に存在する酸化物が分解されて除去されたり還元反応によってシリコンに転換される洗浄条件が成立するように(establish)、前記工程チャンバ内を洗浄圧力で排気させて前記基板を洗浄温度で加熱し、前記酸化物が除去できるように前記洗浄条件を洗浄時間中に維持して清浄な半導体表面(clean semiconductor surface)を形成し、前記清浄な半導体表面上にエピタキシャル(epitaxial)層を形成して、前記基板を前記反応チャンバからアンローディング(unloading)させることを含むエピタキシャル層の製造方法を具備する。   According to an embodiment of the present invention, a substrate having an exposed semiconductor surface is loaded in a reaction chamber, and oxides existing on the exposed semiconductor surface are decomposed and removed or converted into silicon by a reduction reaction. The cleaning conditions are maintained during the cleaning time so that the substrate is heated at the cleaning temperature by evacuating the process chamber with a cleaning pressure so that the oxides can be removed. Forming a clean semiconductor surface, forming an epitaxial layer on the clean semiconductor surface, and unloading the substrate from the reaction chamber. The manufacturing method of this is comprised.

いくつかの場合に、前記エピタキシャル層の製造方法は、前記露出した半導体表面上に存在する酸化物が分解されて除去される第1洗浄条件が成立するように(establish)、前記工程チャンバ内を第1洗浄圧力で排気させて前記基板を第1洗浄温度で加熱し、前記露出した半導体表面上に残存する酸化物が還元反応によってシリコンに転換される第2洗浄条件が成立するように(establish)前記工程チャンバ内を第2洗浄圧力で排気させて前記基板を第2洗浄温度で加熱し、前記残存する酸化物が転換するように前記第2洗浄条件を第2洗浄時間中に維持させて清浄な半導体表面(clean semiconductor surface)を形成し、前記清浄な半導体表面上にエピタキシャル(epitaxial)層を形成して、前記基板を前記反応チャンバからアンローディング(unloading)させることを含むエピタキシャル層の製造方法を具備する。   In some cases, the method of manufacturing the epitaxial layer may be performed in the process chamber so that a first cleaning condition is established in which an oxide existing on the exposed semiconductor surface is decomposed and removed (establish). The substrate is evacuated at a first cleaning pressure and the substrate is heated at a first cleaning temperature, so that a second cleaning condition is established in which oxide remaining on the exposed semiconductor surface is converted into silicon by a reduction reaction (establish). ) The process chamber is evacuated at a second cleaning pressure, the substrate is heated at a second cleaning temperature, and the second cleaning condition is maintained during the second cleaning time so that the remaining oxide is converted. Forming a clean semiconductor surface and epitaxially depositing on the clean semiconductor surface; Forming an epitaxial layer comprising forming a layer and unloading the substrate from the reaction chamber.

本発明の実施例は、露出した半導体表面上に存在する酸化物が分解されて除去される洗浄条件が成立するように(establish)前記工程チャンバ内を洗浄圧力で排気させて前記基板を洗浄温度で加熱することを含む露出した半導体表面の洗浄方法を具備する。前記分解ステップは前記露出した半導体表面上に残存する酸化物を除去する還元ステップとともに実施することができる。   According to an embodiment of the present invention, the process chamber is evacuated with a cleaning pressure so as to satisfy a cleaning condition in which an oxide existing on an exposed semiconductor surface is decomposed and removed (establish). A method for cleaning an exposed semiconductor surface, including heating at The decomposition step may be performed together with a reduction step that removes oxide remaining on the exposed semiconductor surface.

本発明によれば、低温で半導体基板表面上の自然酸化膜のような汚染物質を有効にインサイチュ洗浄できる。その結果、エピタキシャル層の品質低下を防止することができるし、半導体素子の電気的特性の劣化を最小化することができる。   According to the present invention, contaminants such as a natural oxide film on the surface of a semiconductor substrate can be effectively cleaned in situ at a low temperature. As a result, deterioration of the quality of the epitaxial layer can be prevented, and deterioration of the electrical characteristics of the semiconductor element can be minimized.

以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。しかしながら、本発明はここで説明された実施例に限定されず、他の形態で具体化することもできる。むしろ、ここで紹介される実施例は開示された内容が徹底的で完全になるように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝達できるようにするために提供されるものである。図面において、層及び領域の厚さは明確性を期するために誇張されたものである。明細書の全般において同一参照番号は同一構成要素を示す。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein, and can be embodied in other forms. Rather, the embodiments presented herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete, and will fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thickness of layers and regions are exaggerated for clarity. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

半導体基板の露出したシリコン表面上に優れた品質を有するエピタキシャルシリコン層を成長させるためには前記露出したシリコン表面が可能な限り完璧な結晶表面でなければならない。特に、シリコン表面の汚染を除去するための工程が実行されなければならないし、シリコン表面には後続のエピタキシャル工程中に形成されるエピタキシャル層の結晶格子構造の劣化を防止するためにピット(pit)または他の結晶欠陥のような表面不規則があってはならない。例えば、シリコン表面上の酸化物、金属及び/または有機物のような汚染物質は多様な結晶欠陥を有するエピタキシャル層が形成される原因となり得る。   In order to grow an epitaxial silicon layer of excellent quality on the exposed silicon surface of the semiconductor substrate, the exposed silicon surface must be as perfect a crystal surface as possible. In particular, a process for removing contamination of the silicon surface must be performed, and the silicon surface has pits to prevent deterioration of the crystal lattice structure of the epitaxial layer formed during the subsequent epitaxial process. Or there should be no surface irregularities like other crystal defects. For example, contaminants such as oxides, metals and / or organics on the silicon surface can cause the formation of epitaxial layers having a variety of crystal defects.

周知のように、規則的な単結晶格子より不規則な結晶格子を有するエピタキシャル層は製造工程の収率、素子特性及び/または素子信頼性を低下させる。例えば、汚染と係わる欠陥は製造工程中のインライン(in−line)品質検査の失敗をもたらしてウエハ収率を落として工程単価を増加させることになる。例えば、望まない移動性の(mobile)イオン汚染物質により素子特性が変化されて、最初デザインした用途の素子に不適合でありチップの収率が低下される。また、素子の信頼性は素子構造物を通じて移動し素子不良を誘発させる、例えば、微小量の金属汚染物質によって不利な影響を受けることができる。よって、エピタキシャル層の品質を向上させて最終的に製造される半導体素子の収率、性能及び信頼性に及ぶ不利な影響を低減したり防止するためにはシリコン表面上の汚染物質及び表面不規則を除去するのが重要である。   As is well known, an epitaxial layer having an irregular crystal lattice rather than a regular single crystal lattice reduces the yield, device characteristics and / or device reliability of the manufacturing process. For example, defects related to contamination lead to failure of in-line quality inspection during the manufacturing process, which lowers the wafer yield and increases the unit cost of the process. For example, device characteristics can be altered by unwanted mobile ionic contaminants that are incompatible with the device for the originally designed application and reduce the yield of the chip. Also, device reliability can be adversely affected by, for example, minute amounts of metal contaminants that move through the device structure and induce device failure. Therefore, in order to improve the quality of the epitaxial layer and reduce or prevent adverse effects on the yield, performance and reliability of the finally fabricated semiconductor device, contaminants and surface irregularities on the silicon surface It is important to remove

シリコン表面から除去すべき汚染物質の形態は、微粒子、有機残留物、及び無機残留物が含まれる。前記微粒子は、ほこり及び煙粒子だけでなく、空気中に一般的にある他の不純物及び湿式処理の際に表面で成長し除去されてないバクテリアも含まれる。前記有機残留物は、例えば、オイル、フォトリソグラフィ工程間に使用されるフォトレジスト、または化学的機械研磨(Chemical Mechanical Polishing;CMP)スラーリー(slurry)組成物内に含まれる化合物のような炭素を含有する有機化合物を含む組成物と係わる。また、前記無機残留物は、例えば、半導体製造工程中の以前ステップで用いられる塩酸、フッ酸、または保護されてないシリコン表面が酸化雰囲気に露出されることによって生成する酸化物のように炭素を含まない化合物と係わる。上述した例から示したように、前記汚染源は、上述のような環境から不可避な炭素及び酸素のような材料を含むだけでなく半導体素子の製造工程中における他のステップで用いられたり発する材料を含む。   Contaminant forms to be removed from the silicon surface include particulates, organic residues, and inorganic residues. The particulates include not only dust and smoke particles, but also other impurities commonly found in air and bacteria that have not grown and removed on the surface during wet processing. The organic residue may contain, for example, carbon, such as oil, a photoresist used during a photolithography process, or a compound contained within a chemical mechanical polishing (CMP) slurry composition. And a composition containing an organic compound. In addition, the inorganic residue includes carbon such as hydrochloric acid, hydrofluoric acid, or an oxide generated by exposing an unprotected silicon surface to an oxidizing atmosphere used in a previous step in the semiconductor manufacturing process. Related to compounds not included. As shown in the above-described example, the contamination source includes materials such as carbon and oxygen which are unavoidable from the environment as described above, and materials used or emitted in other steps in the semiconductor device manufacturing process. Including.

エピタキシャル蒸着工程の前に基板表面を洗浄する方法としての一つは、過酸化物が充填された塩酸及びアンモニア水酸化物を順に適用させることである。この場合、シリコン表面は、殆どが酸及び塩基に耐性を有するので非常に強い溶媒が用いられることができる。しかしながら、上述したように、前記シリコン表面は空気や水溶液中にいつも存在する不純物と直ちに反応して結合することになる。一方、シリコン酸化物(SiO)ように完全に酸化されたシリコン表面は相対的に不活性である。よって、エピタキシャル工程が実施される前にシリコン酸化物やその外の残留汚染物質はシリコン表面から除去すべきである。 One method for cleaning the substrate surface prior to the epitaxial deposition process is to sequentially apply hydrochloric acid and ammonia hydroxide filled with peroxide. In this case, since the silicon surface is almost resistant to acids and bases, a very strong solvent can be used. However, as described above, the silicon surface reacts and bonds with impurities that are always present in the air or aqueous solution. On the other hand, a completely oxidized silicon surface such as silicon oxide (SiO 2 ) is relatively inactive. Thus, silicon oxide and other residual contaminants should be removed from the silicon surface before the epitaxial process is performed.

インサイチュ洗浄工程は、後続のエピタキシャル工程と同一のチャンバ内で実行されるのでエピタキシャル工程に適する、酸化されてない清浄なシリコン表面を提供することができる。しかしながら、上述したように従来のインサイチュ洗浄工程は、基板を約850℃以上、多くは1200℃まで加熱することを含む。このような高温工程は、清浄な表面を提供することはできるが、結晶構造における損傷の危険があり最終的な半導体素子の全般的な熱バジェット(budget)を増加させることができる。半導体素子の寸法が持続的に縮小することによって半導体素子の製造工程は素子の電気的特性の劣化を防止するためにさらに厳しい熱バジェットの要求を満足しなければならない。特に、主な素子パラメータであるスレッショルド電圧は製造工程中の過度な加熱に因る過度な不純物の拡散に敏感に影響を受け得る。。   Since the in situ cleaning process is performed in the same chamber as the subsequent epitaxial process, it can provide a clean, non-oxidized silicon surface suitable for the epitaxial process. However, as described above, the conventional in-situ cleaning process involves heating the substrate to about 850 ° C. or higher, often 1200 ° C. While such a high temperature process can provide a clean surface, there is a risk of damage in the crystal structure and can increase the overall thermal budget of the final semiconductor device. Due to the continuous reduction of the dimensions of semiconductor devices, the manufacturing process of semiconductor devices must satisfy more stringent thermal budget requirements in order to prevent degradation of the electrical characteristics of the devices. In particular, the threshold voltage, which is the main device parameter, can be sensitively affected by excessive impurity diffusion due to excessive heating during the manufacturing process. .

<第1実施例>
以下では、シリコン表面を有する半導体基板に対して説明することになるが、本発明は、これに限らず、多様な基板、例えば単結晶シリコン基板、単結晶シリコンを有するSOI基板、単結晶シリコンゲルマニウム基板に適用することができる。また、本発明に適用することができる基板は、単結晶ゲルマニウム基板及び単結晶シリコンカーバイド基板だけではなく多様な三元化合物の半導体基板、四元化合物の半導体基板及びこの技術分野で周知された他の半導体化合物基板を含むことができる。
<First embodiment>
Hereinafter, a semiconductor substrate having a silicon surface will be described. However, the present invention is not limited thereto, and various substrates such as a single crystal silicon substrate, an SOI substrate having single crystal silicon, and a single crystal silicon germanium are described. It can be applied to a substrate. In addition, the substrate applicable to the present invention is not limited to a single crystal germanium substrate and a single crystal silicon carbide substrate, but also various ternary compound semiconductor substrates, quaternary compound semiconductor substrates, and others known in this technical field. The semiconductor compound substrate can be included.

本発明による洗浄方法は、処理されない基板及び半導体製造工程中の一部工程を終了して処理された基板に対して用いられることができる。前記処理された基板はウェル、ソース/ドレイン領域、接合、ゲート電極構造物、多様な誘電体及びお互いに機能的に関連付けられた導電膜を含む回路構造物を含むことができる。工程の進行程度に関わらず、前記基板はエピタキシャル成長のために露出したシリコン表面を少なくとも一部領域に含むことができる。   The cleaning method according to the present invention can be used for a substrate that has not been processed and a substrate that has been processed after finishing some of the semiconductor manufacturing processes. The processed substrate may include circuit structures including wells, source / drain regions, junctions, gate electrode structures, various dielectrics and conductive films functionally associated with each other. Regardless of the progress of the process, the substrate may include at least a portion of the silicon surface exposed for epitaxial growth.

図1のフローチャートに示すように、まず、予備洗浄工程(S3)が実施される。前記予備洗浄工程(S3)は、基板が反応チャンバ内にローディングされる前に完了する。前記予備洗浄工程(S3)は、基板上に存在するバルク(bulk)自然酸化物及び他の汚染物質を除去するために乾式及び/または湿式の方法で実施することができる。この場合、通常のRCA洗浄及び/またはピラニア(piranha;H/HSO)湿式洗浄工程に適用される酸性溶液が表面から有機及び/または無機汚染物質を除去するために用いられることができる。 As shown in the flowchart of FIG. 1, first, a preliminary cleaning step (S3) is performed. The preliminary cleaning process (S3) is completed before the substrate is loaded into the reaction chamber. The preliminary cleaning process (S3) may be performed by a dry method and / or a wet method in order to remove bulk native oxide and other contaminants present on the substrate. In this case, an acidic solution applied to a normal RCA cleaning and / or piranha (H 2 O 2 / H 2 SO 4 ) wet cleaning process is used to remove organic and / or inorganic contaminants from the surface. be able to.

前記RCA洗浄は、(1)5:1:1のHO:H:NHOH溶液を用いて不溶性有機汚染物質を除去するステップ、(2)HFがHOに対して1:50に希釈された溶液を用いて自然酸化物及び金属汚染物質を除去するステップ、(3)6:1:1のHO:H:HCl溶液を用いてイオン及び重金属原子の汚染物質を除去するステップを含む。周知のように、上述した湿式工程中の特定ステップは、乾式エッチング工程によって代替されたり補完することができる。また機械的スクラバー(scrubber)及び/またはリンス(rinse)工程が前記基板表面上の微粒子を減少させるために適用することができる。上述したように殆どの自然酸化物は、HF溶液または緩衝HF(buffered HF;BHF)溶液内で除去されるが、非常に高い反応性を有するシリコン表面は、表面に適用された多様な化学物質を除去するために用いられる前記リンス工程及び乾燥ステップの間に少なくとも部分的に酸化することができる。よって、エピタキシャル層を形成する前にインサイチュ洗浄を実施する必要がある。 The RCA cleaning comprises (1) removing insoluble organic contaminants using a 5: 1: 1 H 2 O: H 2 O 2 : NH 4 OH solution, and (2) HF is against H 2 O. Removing native oxide and metal contaminants using a 1:50 diluted solution, (3) ions and heavy metal atoms using a 6: 1: 1 H 2 O: H 2 O 2 : HCl solution Removing the contaminants. As is well known, the specific steps in the wet process described above can be replaced or supplemented by a dry etching process. Also, a mechanical scrubber and / or rinse process can be applied to reduce particulates on the substrate surface. As mentioned above, most of the native oxide is removed in HF solution or buffered HF (BHF) solution, but the silicon surface with very high reactivity is a variety of chemicals applied to the surface. Can be at least partially oxidized during the rinsing and drying steps used to remove water. Therefore, it is necessary to perform in-situ cleaning before forming the epitaxial layer.

図1及び度図2に示すように、前記基板Sが予備洗浄された後、前記基板Sは処理装置11に具備された反応チャンバ13内にローディングされる。(S5)前記反応チャンバ13内で前記基板Sはチャック(chuck)組立体15上に位置して支持される。   As shown in FIGS. 1 and 2, after the substrate S is preliminarily cleaned, the substrate S is loaded into a reaction chamber 13 provided in the processing apparatus 11. (S5) The substrate S is positioned and supported on the chuck assembly 15 in the reaction chamber 13.

図2に示すように、前記反応チャンバ13は、一つ以上の真空ポンプと連結される。前記真空ポンプは、例えば前記反応チャンバ13内の圧力を約10−9Torrに減圧することができるターボ分子ポンプのような高真空ポンプ17及び前記反応チャンバ13から大きい体積のガスを除去して前記反応チャンバ13内の圧力を約10−3Torrに減圧することができるラフ(rough)ポンプ19を含むことができる。前記それぞれのポンプは、一つ以上のバルブ21、23によって調節される排気ラインによって前記反応チャンバ13と連結することができる。 As shown in FIG. 2, the reaction chamber 13 is connected to one or more vacuum pumps. The vacuum pump removes a large volume of gas from the reaction chamber 13 and a high vacuum pump 17 such as a turbo molecular pump capable of reducing the pressure in the reaction chamber 13 to about 10 −9 Torr, for example. A rough pump 19 that can reduce the pressure in the reaction chamber 13 to about 10 −3 Torr can be included. Each pump can be connected to the reaction chamber 13 by an exhaust line regulated by one or more valves 21, 23.

前記基板Sが平盤(platen)またはウエハ支持台(wafer supporter)とも呼ばれる前記チャック組立体15上に位置された後、第1パージ工程(S7)を実施する。前記第1パージ工程(S7)は前記ラフポンプ19を用いて前記反応チャンバ13内を約100Torr以下の圧力に減圧することを含むことができる。さらに、第1パージ工程(S7)は、前記反応チャンバ13を排気しながら前記反応チャンバ13内に水素ガスを注入することを含むことができる。このように、前記第1パージ工程(S7)の間、前記ラフポンプ19を用いて前記反応チャンバ13内のガスを持続的に除去しながら、前記水素ガスを前記反応チャンバ13内に注入させることによって前記反応チャンバ13内に存在する残留窒素、残留酸素及び残留水蒸気を実質的に除去することができる。前記第1パージ工程(S7)の間、さらに詳しくは、殆どの酸化性物質が前記反応チャンバ13内から除去されて前記反応チャンバ13内の雰囲気が比較的に純粋水素雰囲気になった後、前記反応チャンバ13及び前記基板Sは約300℃〜約600℃の温度で予熱することができる。   After the substrate S is positioned on the chuck assembly 15, which is also called a platen or a wafer support, a first purge process (S 7) is performed. The first purge step (S7) may include reducing the pressure in the reaction chamber 13 to about 100 Torr or less using the rough pump 19. Further, the first purge step (S7) may include injecting hydrogen gas into the reaction chamber 13 while evacuating the reaction chamber 13. Thus, during the first purge step (S7), the hydrogen gas is injected into the reaction chamber 13 while continuously removing the gas in the reaction chamber 13 using the rough pump 19. Residual nitrogen, residual oxygen and residual water vapor present in the reaction chamber 13 can be substantially removed. In more detail, during the first purge step (S7), after most of the oxidizing substances are removed from the reaction chamber 13 and the atmosphere in the reaction chamber 13 becomes a relatively pure hydrogen atmosphere, The reaction chamber 13 and the substrate S can be preheated at a temperature of about 300 ° C. to about 600 ° C.

前記第1パージ工程(S7)が終了されると、前記水素ガスの注入が終わって前記高真空ポンプ17を用いて前記反応チャンバ13内の圧力をさらに減少させる。これによって、前記反応チャンバ13内の圧力は、前記第1パージ(S7)工程の間に維持された圧力よりもさらに減少されて約10−1Torr以下、より詳しくは、約10−9Torr〜約10−1Torrの洗浄圧力に減少する。(S9)好ましくは、前記反応チャンバ13内の圧力は、10−6Torr〜10−3Torrまたは0.1〜50mTorrに減少することができる。前記洗浄圧力は前記ラフポンプ19及び前記高真空ポンプ17を用いてインサイチュ洗浄工程の間に維持される。 When the first purge step (S7) is completed, the hydrogen gas is completely injected, and the pressure in the reaction chamber 13 is further reduced using the high vacuum pump 17. Accordingly, the pressure in the reaction chamber 13 is further reduced to about 10 −1 Torr or less, more specifically, about 10 −9 Torr to less than the pressure maintained during the first purge (S7) process. The cleaning pressure is reduced to about 10 −1 Torr. (S9) Preferably, the pressure in the reaction chamber 13 can be reduced to 10 −6 Torr to 10 −3 Torr or 0.1 to 50 mTorr. The cleaning pressure is maintained during the in situ cleaning process using the rough pump 19 and the high vacuum pump 17.

前記反応チャンバ13内の圧力が前記洗浄圧力で維持された後、前記基板Sは約800℃以下の洗浄温度で加熱される。(S11)本発明によれば、前記反応チャンバ13内の圧力は、上述したような前記洗浄圧力で維持される。よって、約800℃以下の前記洗浄温度は前記基板Sの表面から好ましくない半導体酸化物を蒸発させるのには十分である。また、前記洗浄温度が800℃以下である約600℃〜約700℃の場合も満足な結果が得られた。   After the pressure in the reaction chamber 13 is maintained at the cleaning pressure, the substrate S is heated at a cleaning temperature of about 800 ° C. or less. (S11) According to the present invention, the pressure in the reaction chamber 13 is maintained at the cleaning pressure as described above. Therefore, the cleaning temperature of about 800 ° C. or less is sufficient to evaporate undesirable semiconductor oxide from the surface of the substrate S. Satisfactory results were also obtained when the cleaning temperature was about 600 ° C. to about 700 ° C., which was 800 ° C. or less.

前記洗浄温度で前記基板Sを加熱する間、または以後の洗浄工程まで前記反応チャンバ13内にキャリアガスが比較的に低い流量、約500sccm以下で注入されることができる。この場合、前記キャリアガスは水素、アルゴン、ネオン、キセノン(xenon)、クリプトンのような不活性ガスまたはこれらの組合せとすることができる。前記反応チャンバ13内に前記キャリアガスを選択的に(optionally)注入することによって、前記基板S上の酸化物から酸素を十分に除去することができ、前記基板S上の清浄な表面での好まない反応を抑制することができる。上述したように、前記反応チャンバ13内を洗浄圧力で排気しながら前記選択的なキャリアガスを注入することによって設定された洗浄条件で前記反応チャンバ13内の酸素ガスの濃度を、その飽和量の約50%以下で維持させることができる。   A carrier gas can be injected into the reaction chamber 13 at a relatively low flow rate of about 500 sccm or less during the heating of the substrate S at the cleaning temperature or until a subsequent cleaning process. In this case, the carrier gas may be hydrogen, argon, neon, xenon, an inert gas such as krypton, or a combination thereof. By selectively injecting the carrier gas into the reaction chamber 13, oxygen can be sufficiently removed from the oxide on the substrate S, which is preferable on a clean surface on the substrate S. No reaction can be suppressed. As described above, the oxygen gas concentration in the reaction chamber 13 is set to the saturation amount under the cleaning conditions set by injecting the selective carrier gas while evacuating the reaction chamber 13 at the cleaning pressure. It can be maintained at about 50% or less.

上述したように、選択的なキャリアガスとして水素が用いられることができるが、この場合、注入される水素の量及び温度は従来の水素ベーク工程で二酸化シリコン(SiO)を還元させるために考慮された水素の量及び温度より少なくて低いでだろう。例えば、与えられた反応チャンバでキャリアガスとして注入される水素の流量は従来の水素ベーク工程で用いられる流量の約10%以下、さらには約3%以下とすることができる。 As described above, hydrogen can be used as a selective carrier gas, but in this case, the amount and temperature of the injected hydrogen are considered for reducing silicon dioxide (SiO 2 ) in a conventional hydrogen baking process. It will be less than and less than the amount of hydrogen and temperature. For example, the flow rate of hydrogen injected as a carrier gas in a given reaction chamber can be about 10% or less, or even about 3% or less of the flow rate used in conventional hydrogen baking processes.

以後、前記基板Sを適切な範囲の洗浄時間の間に前記洗浄圧力及び前記洗浄温度で維持させる。(S13)その結果、前記基板S上の汚染物質、例えば前記基板Sの露出したシリコン表面上の自然酸化膜から分解された酸素はすべて除去することができる。露出したシリコン表面の量及び特に自然酸化膜による汚染の程度による前記洗浄温度、前記洗浄圧力及び洗浄される前記基板Sの配置によって前記洗浄時間は約10秒〜約500秒の範囲内で変化することができる。一実施例で、前記洗浄時間は、約30秒〜120秒、例えば約60秒とすることができ、この時間の間に十分な洗浄を行うことができる。   Thereafter, the substrate S is maintained at the cleaning pressure and the cleaning temperature for an appropriate range of cleaning time. (S13) As a result, all the contaminants on the substrate S, for example, oxygen decomposed from the natural oxide film on the exposed silicon surface of the substrate S can be removed. The cleaning time varies within a range of about 10 seconds to about 500 seconds depending on the amount of exposed silicon surface and the cleaning temperature, the cleaning pressure, and the position of the substrate S to be cleaned, depending on the amount of exposed silicon surface and the degree of contamination by a natural oxide film. be able to. In one embodiment, the cleaning time can be about 30 seconds to 120 seconds, such as about 60 seconds, during which time sufficient cleaning can be performed.

前記基板Sを前記洗浄温度及び前記洗浄圧力で前記洗浄時間の間に維持させて洗浄した後、前記反応チャンバ13内に水素ガスを注入することができる。(S15)または前記水素ガス以外に不活性ガスが注入されることができる。前記水素ガスは洗浄が完了した前記シリコン表面を後続のシリコンエピタキシャル工程により適した状態させるために注入される。その後、前記基板Sの温度がエピタキシャル工程温度として調節されることができる。この場合、洗浄が完了した後、エピタキシャル工程温度で追加的な昇温及び温度調節を最小化させるために前記洗浄温度は後続のエピタキシャル工程温度に近いことが好ましい。   After the substrate S is cleaned while maintaining the cleaning temperature and the cleaning pressure during the cleaning time, hydrogen gas can be injected into the reaction chamber 13. (S15) or an inert gas other than the hydrogen gas may be injected. The hydrogen gas is injected to make the cleaned silicon surface more suitable for a subsequent silicon epitaxial process. Thereafter, the temperature of the substrate S can be adjusted as an epitaxial process temperature. In this case, after cleaning is completed, the cleaning temperature is preferably close to the temperature of the subsequent epitaxial process in order to minimize additional temperature increase and temperature adjustment at the epitaxial process temperature.

エピタキシャル層の成長に適した温度として前記基板Sを調節した後、前記露出した半導体表面上にエピタキシャル層を成長させる。(S17)前記エピタキシャル層を形成するためのエピタキシャル工程は、前記洗浄工程が実施された前記反応チャンバ13内でインサイチュで実施される。さらに詳しくは、前記反応チャンバ13内に反応ガスを注入する。この場合、前記反応ガスは形成しようとするエピタキシャル層の種類によって決められる。例えば、前記反応ガスは、SiHまたはSiHClのようなシリコンソースガスとすることができる。また、前記反応ガスは、GeHまたはGeHClのようなゲルマニウムソースガスとすることができる。これに加えて、前記反応ガスは他の半導体ソースガスとすることができる。 After adjusting the substrate S to a temperature suitable for the growth of the epitaxial layer, an epitaxial layer is grown on the exposed semiconductor surface. (S17) The epitaxial process for forming the epitaxial layer is performed in situ in the reaction chamber 13 in which the cleaning process is performed. More specifically, a reaction gas is injected into the reaction chamber 13. In this case, the reaction gas is determined by the type of epitaxial layer to be formed. For example, the reaction gas may be a silicon source gas such as SiH 4 or SiH 2 Cl 2 . The reaction gas may be a germanium source gas such as GeH 4 or GeH 2 Cl. In addition, the reaction gas can be another semiconductor source gas.

前記基板Sに対する半導体製造工程があらかじめ実施されない場合、すなわち、前記基板S上に導電層、絶縁層、半導体層またはこれらのパターンのような構造物が形成されない場合、前記エピタキシャル層は前記基板Sの全面に形成することができる。一方、エピタキシャル層を形成する前に、前記基板Sに対する半導体製造工程があらかじめ実施された場合には前記エピタキシャル層は露出したシリコン表面及び/またはポリシリコンゲート電極のように露出したポリシリコン表面上にだけ選択的に成長することができる。   When a semiconductor manufacturing process for the substrate S is not performed in advance, that is, when a structure such as a conductive layer, an insulating layer, a semiconductor layer, or a pattern thereof is not formed on the substrate S, the epitaxial layer is formed on the substrate S. It can be formed on the entire surface. On the other hand, when a semiconductor manufacturing process for the substrate S is performed in advance before forming the epitaxial layer, the epitaxial layer is formed on the exposed silicon surface and / or the exposed polysilicon surface like a polysilicon gate electrode. Can only grow selectively.

前記露出した表面上に形成または成長する前記エピタキシャル層は、前記露出した表面と同一物質ではないこともある。すなわち、前記反応ガスとともに前記反応チャンバ13内に適切な量の他の合金元素を注入して物理的または電気的に他の特性を有するエピタキシャル層を形成することができる。このような技術は、ひずみ格子(strained lattice)層を形成するのに用いられることができるし、AlGaN、InGaN、AlInGaN及びAlPGaNのような三元及び四元化合物半導体層を形成するのに用いられることができる。   The epitaxial layer formed or grown on the exposed surface may not be the same material as the exposed surface. That is, an appropriate amount of another alloy element can be injected into the reaction chamber 13 together with the reaction gas to form an epitaxial layer having other characteristics physically or electrically. Such techniques can be used to form strained lattice layers and can be used to form ternary and quaternary compound semiconductor layers such as AlGaN, InGaN, AlInGaN, and AlPGaN. be able to.

上述したような洗浄及びエピタキシャル層成長工程を実施した後、第2パージ工程(S19)が実施される。前記第2パージ工程(S19)は、前記反応チャンバ13内に水素ガスまたは一つ以上の不活性ガスを注入することで実施される。また、前記第2パージ工程(S19)が実施されるうちに前記基板Sはエピタキシャル蒸着温度から冷却することができ、前記第2パージ工程(S19)中に注入される水素ガスまたは一つ以上の不活性ガスはこのような冷却工程間に発生することのある好まない反応を抑制することができる。   After performing the cleaning and epitaxial layer growth step as described above, the second purge step (S19) is performed. The second purge process (S19) is performed by injecting hydrogen gas or one or more inert gases into the reaction chamber 13. In addition, the substrate S can be cooled from the epitaxial deposition temperature while the second purge step (S19) is performed, and hydrogen gas or one or more injected during the second purge step (S19). The inert gas can suppress undesirable reactions that may occur during such a cooling process.

<第2実施例>
図3Aないし図3Dは、本発明の一実施例による半導体素子の製造工程を示す断面図である。
<Second embodiment>
3A to 3D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

図3Aを参照すると、半導体基板100内に活性領域を画定する素子分離膜102を形成する。前記半導体基板100はシリコン、シリコン/ゲルマニウム、シリコンカーバイドまたはゲルマニウムを含むことができる。ゲートパターン110が前記活性領域上に形成される。前記ゲートパターン110は前記半導体基板100上に積層されたゲート酸化膜104及びゲート電極106を含む。前記ゲート電極106はドーピングされたポリシリコンまたは非晶質シリコン層とすることができる。また、前記ゲート電極106は抵抗減少のためにシリサイド層を含むことができる。これに加えて、前記ゲートパターン110は前記ゲート電極106上に積層されたキャッピング層108を含むことができる。前記キャッピング層108は前記ゲート電極106の上部面を保護するために形成されて、シリコン窒化膜に形成することができる。   Referring to FIG. 3A, an isolation layer 102 that defines an active region is formed in a semiconductor substrate 100. The semiconductor substrate 100 may include silicon, silicon / germanium, silicon carbide, or germanium. A gate pattern 110 is formed on the active region. The gate pattern 110 includes a gate oxide layer 104 and a gate electrode 106 stacked on the semiconductor substrate 100. The gate electrode 106 may be a doped polysilicon or amorphous silicon layer. The gate electrode 106 may include a silicide layer to reduce resistance. In addition, the gate pattern 110 may include a capping layer 108 stacked on the gate electrode 106. The capping layer 108 is formed to protect the upper surface of the gate electrode 106 and may be formed on a silicon nitride film.

図3Bを参照すると、前記ゲートパターン110を形成した後、LDD(lightly doped drain)イオン注入とも呼ばれる初期イオン注入工程を実施して低濃度不純物領域118を形成する。すなわち、前記ゲートパターン110をイオン注入マスクとして用いて前記活性領域内に不純物イオンを注入して低濃度不純物領域118を形成する。次に、前記低濃度不純物領域118が形成された前記半導体基板100上に絶縁膜を形成する。前記絶縁膜はシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を順に積層させて形成することができる。その後、前記絶縁膜を異方性エッチングして前記ゲートパターン110の側壁上にゲートスペーサ116を形成する。この場合、前記ゲートスペーサ116は内部酸化膜スペーサ112及び外部窒化膜スペーサ114を具備するように形成される。   Referring to FIG. 3B, after the gate pattern 110 is formed, an initial ion implantation process called LDD (lightly doped drain) ion implantation is performed to form a low concentration impurity region 118. That is, impurity ions are implanted into the active region using the gate pattern 110 as an ion implantation mask to form a low concentration impurity region 118. Next, an insulating film is formed on the semiconductor substrate 100 on which the low concentration impurity region 118 is formed. The insulating film can be formed by sequentially stacking a silicon oxide film and a silicon nitride film. Thereafter, the insulating film is anisotropically etched to form gate spacers 116 on the sidewalls of the gate pattern 110. In this case, the gate spacer 116 is formed to include an inner oxide spacer 112 and an outer nitride spacer 114.

前記ゲートスペーサ116を形成した後、前記ゲートパターン110及び前記ゲートスペーサ116をイオン注入マスクとして用いて前記活性領域内に不純物イオンを注入してソース/ドレイン領域120を形成する。前記ソース/ドレイン領域120は前記低濃度不純物領域118より高い不純物濃度を有するように形成される。前記ソース/ドレイン領域120を形成するためのイオン注入工程の後に通常の熱処理を実施して前記ソース/ドレイン領域120内の不純物イオンを活性化させる。一方、前記ソース/ドレイン領域120を形成するための不純物イオン注入工程は、後で説明されるエピタキシャル層を成長させた後に実施することができる。   After the gate spacer 116 is formed, impurity ions are implanted into the active region using the gate pattern 110 and the gate spacer 116 as an ion implantation mask to form a source / drain region 120. The source / drain region 120 is formed to have a higher impurity concentration than the low concentration impurity region 118. After the ion implantation process for forming the source / drain region 120, a normal heat treatment is performed to activate the impurity ions in the source / drain region 120. Meanwhile, the impurity ion implantation process for forming the source / drain regions 120 can be performed after growing an epitaxial layer described later.

図3Cを参照すると、前記ゲートパターン110及び前記ソース/ドレイン領域120を有する前記半導体基板100の露出した表面上にエピタキシャル層122を成長させる。上述したように、前記エピタキシャル層122を成長させる工程はその以前に実施される予備洗浄工程(図1のS3)を含むことができる。前記予備洗浄工程を実施することで前記半導体基板100の露出した表面上に存在する汚染物質は殆ど除去できる。   Referring to FIG. 3C, an epitaxial layer 122 is grown on the exposed surface of the semiconductor substrate 100 having the gate pattern 110 and the source / drain regions 120. As described above, the step of growing the epitaxial layer 122 may include a pre-cleaning step (S3 in FIG. 1) performed before that. By performing the preliminary cleaning process, most contaminants present on the exposed surface of the semiconductor substrate 100 can be removed.

前記予備洗浄工程(図1のS3)を実施した後、前記半導体基板100は反応チャンバ内にローディングされる。(図1のS5)次に、第1パージ工程(図1のS7)を実施した後、図1及び図2を参照して説明したようなインサイチュ洗浄工程が実施される。(図1のS9ないしS15)その結果、前記半導体基板100の露出した表面上の残存汚染物質、特に前記予備洗浄を実施した後、前記反応チャンバ内の雰囲気が不酸化雰囲気として成立される前に形成された自然酸化膜が有効に除去される。前記インサイチュ洗浄工程は、従来の水素ベーク工程で用いられた温度より低い温度を使用する。また、水素を使用する場合でも、従来の水素ベーク工程より少ない流量で用いられる。一実施例で、前記インサイチュ洗浄工程は露出した表面を有する前記半導体基板100を約50mTorr以下、例えば0.1mTorr以下の圧力及び約650℃〜約750℃、例えば、約700℃の温度で約30秒〜約180秒、例えば60秒間に維持することを含むことができる。   After performing the preliminary cleaning step (S3 in FIG. 1), the semiconductor substrate 100 is loaded into the reaction chamber. (S5 in FIG. 1) Next, after performing the first purge process (S7 in FIG. 1), the in-situ cleaning process described with reference to FIGS. 1 and 2 is performed. (S9 to S15 in FIG. 1) As a result, after performing the preliminary cleaning, residual contaminants on the exposed surface of the semiconductor substrate 100, and before the atmosphere in the reaction chamber is established as an oxidizing atmosphere. The formed natural oxide film is effectively removed. The in-situ cleaning process uses a temperature lower than that used in the conventional hydrogen baking process. Even when hydrogen is used, it is used at a smaller flow rate than the conventional hydrogen baking process. In one embodiment, the in-situ cleaning process may be performed at a pressure of about 50 mTorr or less, such as 0.1 mTorr or less, and a temperature of about 650 ° C. to about 750 ° C., eg, about 700 ° C., for about 30 m. Second to about 180 seconds, such as 60 seconds.

前記インサイチュ洗浄工程に必要となる時間は、前記半導体基板の露出した表面の面積、予備洗浄工程、予備洗浄工程及びインサイチュ洗浄工程間に半導体基板を扱う方法、反応チャンバの容積及びインサイチュ洗浄工程に適用された工程条件のような変数によって影響を受けることができる。   The time required for the in-situ cleaning process is applied to the exposed surface area of the semiconductor substrate, the pre-cleaning process, the method of handling the semiconductor substrate between the pre-cleaning process and the in-situ cleaning process, the volume of the reaction chamber and the in-situ cleaning process. Can be influenced by variables such as process conditions.

前記インサイチュ洗浄工程を実施した後、前記反応チャンバ内の条件及び前記半導体基板100の条件、特に、温度をエピタキシャル層122の成長に適したように設定する。前記エピタキシャル層122を成長させるための条件及び露出した半導体表面の状態によって、前記エピタキシャル層122は前記露出した半導体表面の結晶方向によって単結晶に成長されたり、多結晶、非晶質、またはこれらの組合せによる構造を有するように成長することができる。前記エピタキシャル層122は、SiHCl及び/またはGeHClのような反応ガス、水素のようなキャリアガス及びHClのようなエッチングガスを用いて形成することができる。また、前記エピタキシャル層122を形成する間に前記半導体基板100は約750℃〜約810℃、例えば780℃の温度で維持することができる。 After performing the in-situ cleaning process, the conditions in the reaction chamber and the conditions of the semiconductor substrate 100, particularly the temperature, are set to be suitable for the growth of the epitaxial layer 122. Depending on the conditions for growing the epitaxial layer 122 and the state of the exposed semiconductor surface, the epitaxial layer 122 may be grown as a single crystal depending on the crystal direction of the exposed semiconductor surface, polycrystalline, amorphous, or these It can be grown to have a combined structure. The epitaxial layer 122 may be formed using a reactive gas such as SiH 2 Cl 2 and / or GeH 2 Cl 2 , a carrier gas such as hydrogen, and an etching gas such as HCl. Also, the semiconductor substrate 100 may be maintained at a temperature of about 750 ° C. to about 810 ° C., for example, 780 ° C. during the formation of the epitaxial layer 122.

図3Cに示すように、前記ゲートパターン110が前記キャッピング層108を含む場合、前記エピタキシャル層122は前記半導体基板100の露出した表面、すなわち前記ゲートパターン116によって露出した前記活性領域上に選択的に形成される。これとは違って、図3Dに示すように前記ゲートパターン110が前記キャッピング層108を含まない場合、すなわち前記ゲート電極106の表面が露出する場合には、前記ゲート電極106の露出した表面上に追加エピタキシャル層122’が前記エピタキシャル層122と同時に形成することができる。前記追加エピタキシャル層122’は多結晶構造を有する前記ゲート電極106上に形成されるので、単結晶構造として成長されず、成長条件によって多結晶または非晶質構造を有するように成長される。   As shown in FIG. 3C, when the gate pattern 110 includes the capping layer 108, the epitaxial layer 122 is selectively formed on the exposed surface of the semiconductor substrate 100, that is, on the active region exposed by the gate pattern 116. It is formed. In contrast, when the gate pattern 110 does not include the capping layer 108 as shown in FIG. 3D, that is, when the surface of the gate electrode 106 is exposed, the gate pattern 106 is exposed on the exposed surface. An additional epitaxial layer 122 ′ can be formed simultaneously with the epitaxial layer 122. Since the additional epitaxial layer 122 ′ is formed on the gate electrode 106 having a polycrystalline structure, the additional epitaxial layer 122 ′ is not grown as a single crystal structure, but is grown so as to have a polycrystalline or amorphous structure depending on the growth conditions.

下部の半導体基板材料によって、露出した半導体表面上に形成されるエピタキシャル層は多様な成分を有することができる。例えば、前記エピタキシャル層は実質的に純粋なシリコン、ゲルマニウム、シリコン/ゲルマニウム(SiGe1−X)、及び/またはシリコンカーバイド(Si1−X)とすることができる。また、前記エピタキシャル層は二元、三元、または四元化合物半導体とすることができる。以上で上述したような工程を介して形成される前記エピタキシャル層は形成中に反応チャンバ内に適切なソースガスを注入させることによって、ホウ素(boron)、燐(Phosphorous)またはアンチモン(antimony)のような不純物イオンにドーピングすることができる。これとは違って、前記エピタキシャル層は後続の拡散またはイオン注入工程によって選択的にドーピングすることができる。 Depending on the underlying semiconductor substrate material, the epitaxial layer formed on the exposed semiconductor surface can have various components. For example, the epitaxial layer can be substantially pure silicon, germanium, silicon / germanium (Si X Ge 1-X ), and / or silicon carbide (Si X C 1-X ). The epitaxial layer may be a binary, ternary, or quaternary compound semiconductor. As described above, the epitaxial layer formed through the above-described process is injected with a suitable source gas into the reaction chamber during the formation, such as boron, phosphorous, or antimony. It is possible to dope into various impurity ions. In contrast, the epitaxial layer can be selectively doped by a subsequent diffusion or ion implantation process.

前記エピタキシャル層122を形成した後、第2パージ工程を実施することができる。(図1のS19)前記第2パージ工程は前記反応チャンバ内に水素、不活性ガスまたはこれらの混合ガスを注入して前記反応チャンバ内に残存する前記ソースガス及びエッチングガスを除去することによって、冷却中の望まない反応を防止するために実施される。   After the epitaxial layer 122 is formed, a second purge process can be performed. (S19 in FIG. 1) In the second purge step, hydrogen, an inert gas, or a mixed gas thereof is injected into the reaction chamber to remove the source gas and etching gas remaining in the reaction chamber. This is done to prevent unwanted reactions during cooling.

<比較例>
実質的に同じ過程によって用意されたシリコン基板上に、下の<表1>に示すように互いに異なるエピタキシャル工程によってトランジスタ試料を製造した。
<Comparative example>
Transistor samples were manufactured on silicon substrates prepared by substantially the same process by different epitaxial processes as shown in Table 1 below.

<表1>に示したような互いに異なるエピタキシャル工程を実施した後、残余素子製造工程を実施して試験のためのトランジスタを製造した。前記トランジスタの試験結果、特にチャンネル長さ(L)とスレッショルド電圧(Vth)との関係を図4に示した。図4に示したように、本発明の一実施例によって製造された第1試料のトランジスタは、高いスレッショルド電圧及び狭いチャンネル長さの分布を現わしている。一方、第2試料及び第3試料のトランジスタは、低いスレッショルド電圧及び広いチャンネル長さの分布を現わしている。このような結果は、本発明の一実施例によって形成された第1試料のトランジスタは相対的に低温でインサイチュ洗浄することによって前記インサイチュ洗浄中に不純物の非理想的な拡散によりスレッショルド電圧が低減されるのを防止できるからである。   After performing different epitaxial processes as shown in Table 1, a residual element manufacturing process was performed to manufacture a transistor for testing. FIG. 4 shows the test results of the transistor, in particular, the relationship between the channel length (L) and the threshold voltage (Vth). As shown in FIG. 4, the first sample transistor fabricated according to one embodiment of the present invention exhibits a high threshold voltage and a narrow channel length distribution. On the other hand, the transistors of the second sample and the third sample exhibit a low threshold voltage and a wide channel length distribution. As a result, the threshold voltage is reduced due to non-ideal diffusion of impurities during the in-situ cleaning of the first sample transistor formed in accordance with one embodiment of the present invention at a relatively low temperature. This is because it can be prevented.

図5A及び図5Bは、それぞれ本発明の一実施例によってNMOSソース/ドレイン領域上に選択的に形成されたシリコンエピタキシャル層を示す走査電子顕微鏡(SEM)のイメージ及び透過電子顕微鏡(TEM)のイメージである。図5Bは、図5Aのシリコンエピタキシャル層55上でゲート電極57を横切る方向に沿って切断した切断面を示している。一方、図6A及び図6Bは、それぞれ本発明の一実施例によってPMOSソース/ドレイン領域上に選択的に形成されたシリコンエピタキシャル層を示す走査電子顕微鏡(SEM)のイメージ及び透過電子顕微鏡(TEM)のイメージである。図6Aは、図6Bのシリコンエピタキシャル層65上でゲート電極67を横切る方向に沿って切断した切断面を示している。   5A and 5B are a scanning electron microscope (SEM) image and a transmission electron microscope (TEM) image showing a silicon epitaxial layer selectively formed on the NMOS source / drain region, respectively, according to an embodiment of the present invention. It is. FIG. 5B shows a cut surface cut along the direction crossing the gate electrode 57 on the silicon epitaxial layer 55 of FIG. 5A. 6A and 6B are a scanning electron microscope (SEM) image and a transmission electron microscope (TEM) showing a silicon epitaxial layer selectively formed on a PMOS source / drain region according to an embodiment of the present invention, respectively. It is an image. FIG. 6A shows a cut surface cut along the direction crossing the gate electrode 67 on the silicon epitaxial layer 65 of FIG. 6B.

図5Aに示すように、NMOSソース/ドレイン領域上に形成されたシリコンエピタキシャル層55は平坦な表面モルフォロジーを示した。一般的に、半導体基板の表面上に自然酸化膜のような汚染物質が除去されない場合、前記自然酸化膜のような汚染物質はエピタキシャル層の表面モルフォロジーに影響を及ぼす。すなわち、半導体基板の表面上における汚染物質の存在は、エピタキシャル層の表面モルフォロジーを悪化させる。図5Aの結果は、本発明でのように低温でインサイチュ洗浄をする場合にも前記ソース/ドレイン領域上の自然酸化膜のような汚染物質が有効に除去することができることを示している。前記ソース/ドレイン領域上の、すなわち単結晶シリコン基板51上の汚染物質が有効に除去されたことを、図5Bの結果からさらに確実となる。すなわち、図5Bに示したように前記単結晶シリコン基板51及び前記シリコンエピタキシャル層55は、互いに容易に仕分けできないくらいに良好な界面状態を示している。これは、前記ソース/ドレイン領域上の汚染物質が前記インサイチュ洗浄中に完全に除去されたこととして判断される。   As shown in FIG. 5A, the silicon epitaxial layer 55 formed on the NMOS source / drain region showed a flat surface morphology. Generally, when a contaminant such as a natural oxide film is not removed on the surface of a semiconductor substrate, the contaminant such as the natural oxide film affects the surface morphology of the epitaxial layer. That is, the presence of contaminants on the surface of the semiconductor substrate deteriorates the surface morphology of the epitaxial layer. The result of FIG. 5A shows that contaminants such as a natural oxide film on the source / drain regions can be effectively removed even when in-situ cleaning is performed at a low temperature as in the present invention. The result of FIG. 5B further confirms that the contaminants on the source / drain regions, that is, on the single crystal silicon substrate 51 are effectively removed. That is, as shown in FIG. 5B, the single crystal silicon substrate 51 and the silicon epitaxial layer 55 exhibit an interface state that is so good that they cannot be easily separated from each other. This is determined as the contaminants on the source / drain regions have been completely removed during the in situ cleaning.

図6A及び図6Bに示すように、PMOSソース/ドレイン領域上に形成されたシリコンエピタキシャル層65も、上述したように平坦な表面モルフォロジーを示しており、単結晶シリコン基板61及び前記シリコンエピタキシャル層55は良好な界面状態を示した。   As shown in FIGS. 6A and 6B, the silicon epitaxial layer 65 formed on the PMOS source / drain region also has a flat surface morphology as described above, and the single crystal silicon substrate 61 and the silicon epitaxial layer 55 have the same surface morphology. Showed a good interface state.

本発明の一実施例によるエピタキシャル層の形成方法を説明するための工程フローチャートである。3 is a process flowchart for explaining a method of forming an epitaxial layer according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例によるエピタキシャル層の形成方法に用いられることができる反応チャンバの概路図である。1 is a schematic diagram of a reaction chamber that can be used in a method for forming an epitaxial layer according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例による半導体素子の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor element by one Example of this invention. 本発明の一実施例による半導体素子の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor element by one Example of this invention. 本発明の一実施例による半導体素子の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor element by one Example of this invention. 本発明の一実施例による半導体素子の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor element by one Example of this invention. 本発明の一実施例によって形成されたトランジスタとの比較例によるトランジスタのチャンネル長さとスレッショルド電圧との関係を示すグラフである。6 is a graph showing a relationship between a channel length and a threshold voltage of a transistor according to a comparative example with a transistor formed according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例によってNMOSソース/ドレイン領域上に選択的に形成されたシリコンエピタキシャル層を示す走査電子顕微鏡(SEM)のイメージである。4 is a scanning electron microscope (SEM) image showing a silicon epitaxial layer selectively formed on NMOS source / drain regions according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例によってNMOSソース/ドレイン領域上に選択的に形成されたシリコンエピタキシャル層を示す透過電子顕微鏡(TEM)のイメージである。2 is a transmission electron microscope (TEM) image showing a silicon epitaxial layer selectively formed on an NMOS source / drain region according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例によってPMOSソース/ドレイン領域上に選択的に形成されたシリコンエピタキシャル層を示す走査電子顕微鏡(SEM)のイメージである。4 is a scanning electron microscope (SEM) image showing a silicon epitaxial layer selectively formed on a PMOS source / drain region according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例によってPMOSソース/ドレイン領域上に選択的に形成されたシリコンエピタキシャル層を示す透過電子顕微鏡(TEM)のイメージである。3 is a transmission electron microscope (TEM) image showing a silicon epitaxial layer selectively formed on a PMOS source / drain region according to an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

11:処理装置
13:反応チャンバ
15:チャック組立体
17:高真空ポンプ
19:ラフポンプ
21、23:バルブ
100:半導体基板
102:素子分離膜
104:ゲート酸化膜
106:ゲート電極
108:キャッピング層
110:ゲートパターン
112:内部酸化膜スペーサ
116:ゲートスペーサ
118:低濃度不純物領域
120:ソース/ドレイン領域
122:エピタキシャル層
11: Processing apparatus 13: Reaction chamber 15: Chuck assembly 17: High vacuum pump 19: Rough pump 21, 23: Valve 100: Semiconductor substrate 102: Element isolation film 104: Gate oxide film 106: Gate electrode 108: Capping layer 110: Gate pattern 112: Internal oxide film spacer 116: Gate spacer 118: Low-concentration impurity region 120: Source / drain region 122: Epitaxial layer

Claims (32)

反応チャンバ内に露出した半導体表面を有する基板をローディングさせる段階と、
前記露出した半導体表面上に存在する酸化物が分解されて酸素を除去する洗浄条件が成立するように、前記工程チャンバ内を洗浄圧力で排気させて前記基板を洗浄温度で加熱する段階と、
前記酸化物が除去されるように前記洗浄条件を洗浄時間の間に維持して清浄な半導体表面を形成する段階と、
前記清浄な半導体表面上にエピタキシャル層を形成する段階と、
前記基板を前記反応チャンバからアンローディングさせる段階と、
を含むことを特徴とするエピタキシャル層の製造方法。
Loading a substrate having an exposed semiconductor surface into a reaction chamber;
Evacuating the process chamber with a cleaning pressure and heating the substrate at a cleaning temperature so that a cleaning condition in which the oxide existing on the exposed semiconductor surface is decomposed and oxygen is removed is established;
Maintaining the cleaning conditions during a cleaning time so that the oxide is removed to form a clean semiconductor surface;
Forming an epitaxial layer on the clean semiconductor surface;
Unloading the substrate from the reaction chamber;
The manufacturing method of the epitaxial layer characterized by including.
前記洗浄圧力は約1mTorr以下であり、前記洗浄温度は約800℃以下であることを特徴とする請求項1記載のエピタキシャル層の製造方法。   The method for producing an epitaxial layer according to claim 1, wherein the cleaning pressure is about 1 mTorr or less, and the cleaning temperature is about 800 ° C or less. 前記基板を前記反応チャンバ内にローディングさせる前に、前記露出した半導体表面を予備洗浄する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1記載のエピタキシャル層の製造方法。   The method of claim 1, further comprising pre-cleaning the exposed semiconductor surface before loading the substrate into the reaction chamber. 前記洗浄圧力は約1mTorr以下であり、前記洗浄温度は約500℃〜約750℃であり、前記洗浄時間は約200秒以下であることを特徴とする請求項1記載のエピタキシャル層の製造方法。   The method of claim 1, wherein the cleaning pressure is about 1 mTorr or less, the cleaning temperature is about 500 ° C to about 750 ° C, and the cleaning time is about 200 seconds or less. 前記洗浄圧力は約0.1mTorr以下であり、前記洗浄温度は約730℃〜約790℃であり、前記洗浄時間は約120秒以下であることを特徴とする請求項1記載のエピタキシャル層の製造方法。   The epitaxial layer of claim 1, wherein the cleaning pressure is about 0.1 mTorr or less, the cleaning temperature is about 730 ° C to about 790 ° C, and the cleaning time is about 120 seconds or less. Method. 前記洗浄時間の間に前記反応チャンバ内にキャリアガスを注入する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1記載のエピタキシャル層の製造方法。   The method of claim 1, further comprising injecting a carrier gas into the reaction chamber during the cleaning time. 前記キャリアガスは水素、アルゴン、ネオン、クリプトン及びこれらの混合ガスからなる群で選択することを特徴とする請求項6記載のエピタキシャル層の製造方法。   The method for manufacturing an epitaxial layer according to claim 6, wherein the carrier gas is selected from the group consisting of hydrogen, argon, neon, krypton, and a mixed gas thereof. 前記洗浄圧力は約50mTorr以下であり、前記洗浄温度は約800℃以下であり、前記洗浄時間は約200秒以下であることを特徴とする請求項7記載のエピタキシャル層の製造方法。   8. The method of manufacturing an epitaxial layer according to claim 7, wherein the cleaning pressure is about 50 mTorr or less, the cleaning temperature is about 800 ° C. or less, and the cleaning time is about 200 seconds or less. 前記キャリアガスは前記洗浄条件として前記反応チャンバ内の酸素ガスを飽和量の約50%以下で維持することができる流量で注入されることを特徴とする請求項6記載のエピタキシャル層の製造方法。   7. The method for producing an epitaxial layer according to claim 6, wherein the carrier gas is injected at a flow rate capable of maintaining oxygen gas in the reaction chamber at about 50% or less of a saturation amount as the cleaning condition. 前記キャリアガスは約500sccm以下の流量で注入されることを特徴とする請求項9記載の半導体素子の製造方法。   10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the carrier gas is injected at a flow rate of about 500 sccm or less. 前記キャリアガスは前記洗浄条件として前記反応チャンバ内の酸素ガスを飽和量の約10%以下で維持することができる流量で注入されることを特徴とする請求項6記載のエピタキシャル層の製造方法。   7. The method for producing an epitaxial layer according to claim 6, wherein the carrier gas is injected at a flow rate capable of maintaining oxygen gas in the reaction chamber at about 10% or less of a saturation amount as the cleaning condition. 前記露出した半導体表面はシリコン、ゲルマニウム、二元化合物半導体、三元化合物半導体、四元化合物半導体及びそれらの組合せからなる群で選択することを特徴とする請求項1記載のエピタキシャル層の製造方法。   2. The method for producing an epitaxial layer according to claim 1, wherein the exposed semiconductor surface is selected from the group consisting of silicon, germanium, binary compound semiconductor, ternary compound semiconductor, quaternary compound semiconductor, and combinations thereof. 前記エピタキシャル層を形成する段階と前記基板を反応チャンバからアンローディングさせる段階との間に冷却条件として前記基板を維持させる段階をさらに含み、前記冷却条件は前記エピタキシャル層の酸化を抑制した条件であることを特徴とする請求項1記載のエピタキシャル層の製造方法。   The method further includes maintaining the substrate as a cooling condition between the step of forming the epitaxial layer and the step of unloading the substrate from a reaction chamber, wherein the cooling condition is a condition that suppresses oxidation of the epitaxial layer. The method for producing an epitaxial layer according to claim 1. 前記エピタキシャル層を形成する段階と前記基板を前記反応チャンバからアンローディングさせる段階との間に前記反応チャンバ内に冷却ガスを注入する段階をさらに含むことを特徴とする請求項13記載のエピタキシャル層の製造方法。   The method of claim 13, further comprising injecting a cooling gas into the reaction chamber between forming the epitaxial layer and unloading the substrate from the reaction chamber. Production method. 前記冷却ガスは水素、アルゴン、ネオン、クリプトン及びこれらの混合ガスからなる群で選択することを特徴とする請求項14記載のエピタキシャル層の製造方法。   15. The method for producing an epitaxial layer according to claim 14, wherein the cooling gas is selected from the group consisting of hydrogen, argon, neon, krypton, and a mixed gas thereof. 前記基板を前記反応チャンバ内にローディングさせた後、前記洗浄条件に到逹する前に、前記基板を昇温雰囲気で維持する段階をさらに含み、前記昇温雰囲気は前記露出した半導体表面の酸化が抑制された雰囲気であることを特徴とする請求項1記載のエピタキシャル層の製造方法。   After loading the substrate into the reaction chamber and before reaching the cleaning conditions, the substrate further includes a step of maintaining the substrate in a temperature rising atmosphere, the temperature rising atmosphere comprising oxidizing the exposed semiconductor surface. The method for producing an epitaxial layer according to claim 1, wherein the atmosphere is suppressed. 前記基板を前記反応チャンバ内にローディングさせた後、前記洗浄条件に到逹するまで前記反応チャンバ内に昇温ガスを注入する段階をさらに含むことを特徴とする請求項16記載のエピタキシャル層の製造方法。   The epitaxial layer manufacturing method according to claim 16, further comprising injecting a temperature rising gas into the reaction chamber after the substrate is loaded into the reaction chamber until the cleaning condition is reached. Method. 前記昇温がスは水素、アルゴン、ネオン、クリプトン及びこれらの混合ガスからなる群で選択することを特徴とする請求項17記載のエピタキシャル層の製造方法。   18. The method of manufacturing an epitaxial layer according to claim 17, wherein the temperature rise is selected from the group consisting of hydrogen, argon, neon, krypton, and a mixed gas thereof. 半導体基板を処理して露出した半導体表面を有する中間素子構造物を形成する段階と、
前記中間素子構造物を反応チャンバ内にローディングする段階と、
前記露出した半導体表面上に存在する酸化物が分解されて酸素を除去する洗浄条件が成立されるように、前記工程チャンバ内を洗浄圧力で排気させて前記基板を洗浄温度で加熱する段階と、
前記酸化物が除去されるように前記洗浄条件を洗浄時間の間に維持して清浄な半導体表面を形成する段階と、
前記清浄な半導体表面上にエピタキシャル層を形成する段階と、
前記半導体基板を前記反応チャンバからアンローディングする段階と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
Processing the semiconductor substrate to form an intermediate device structure having an exposed semiconductor surface;
Loading the intermediate element structure into a reaction chamber;
Evacuating the process chamber with a cleaning pressure and heating the substrate at a cleaning temperature so that a cleaning condition is established in which the oxide present on the exposed semiconductor surface is decomposed to remove oxygen; and
Maintaining the cleaning conditions during a cleaning time so that the oxide is removed to form a clean semiconductor surface;
Forming an epitaxial layer on the clean semiconductor surface;
Unloading the semiconductor substrate from the reaction chamber;
The manufacturing method of the semiconductor element characterized by the above-mentioned.
前記露出した半導体表面は、ソース/ドレイン領域であることを特徴とする請求項19記載の半導体素子の製造方法。   The method of claim 19, wherein the exposed semiconductor surface is a source / drain region. 前記露出した半導体表面は、ソース/ドレイン領域及びゲート電極表面であることを特徴とする請求項19記載の半導体素子の製造方法。   20. The method of claim 19, wherein the exposed semiconductor surface is a source / drain region and a gate electrode surface. 前記エピタキシャル層は単結晶半導体構造、多結晶半導体構造、非晶質半導体構造及びこれらの組合せからなる群から選択された一つのエピタキシャル層構造を有することを特徴とする請求項19記載の半導体素子の製造方法。   The semiconductor device according to claim 19, wherein the epitaxial layer has one epitaxial layer structure selected from the group consisting of a single crystal semiconductor structure, a polycrystalline semiconductor structure, an amorphous semiconductor structure, and a combination thereof. Production method. 前記露出した半導体表面上に一種類のエピタキシャル層構造が形成されることを特徴とする請求項22記載の半導体素子の製造方法。   23. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 22, wherein one type of epitaxial layer structure is formed on the exposed semiconductor surface. 前記半導体基板を処理して露出した半導体表面を有する中間素子構造物を形成することは、
前記半導体基板上に活性領域を画定する段階と、
前記活性領域の表面の第1部分の上にゲートパターンを形成する段階と、
前記活性領域の表面の第2部分を露出する段階と、
を含むことを特徴とする請求項22記載の半導体素子の製造方法。
Forming an intermediate device structure having an exposed semiconductor surface by treating the semiconductor substrate;
Defining an active region on the semiconductor substrate;
Forming a gate pattern on a first portion of the surface of the active region;
Exposing a second portion of the surface of the active region;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 22, comprising:
前記半導体基板を処理して露出した半導体表面を有する中間素子構造物を形成することは、
前記半導体基板上に活性領域を画定する段階と、
前記活性領域の表面の第1部分の上にゲートパターンを形成する段階と、
前記活性領域の表面及び前記ゲートパターン上の半導体表面の第2部分を露出する段階と、
を含むことを特徴とする請求項22記載の半導体素子の製造方法。
Forming an intermediate device structure having an exposed semiconductor surface by treating the semiconductor substrate;
Defining an active region on the semiconductor substrate;
Forming a gate pattern on a first portion of the surface of the active region;
Exposing a surface of the active region and a second portion of a semiconductor surface on the gate pattern;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 22, comprising:
反応チャンバ内に露出した半導体表面を有する基板をローディングする段階と、
前記露出した半導体表面上に存在する酸化物が分解されて除去されるか、還元反応によってシリコンに転換される洗浄条件が成立されるように、前記工程チャンバ内を洗浄圧力で排気させて前記基板を洗浄温度で加熱する段階と、
前記酸化物が除去されるように前記洗浄条件を洗浄時間の間に維持して清浄な半導体表面を形成する段階と、
前記清浄な半導体表面上にエピタキシャル層を形成する段階と、
前記基板を前記反応チャンバからアンローディングさせる段階と、
を含むことを特徴とするエピタキシャル層の製造方法。
Loading a substrate having an exposed semiconductor surface in a reaction chamber;
The process chamber is evacuated with a cleaning pressure so that a cleaning condition in which the oxide existing on the exposed semiconductor surface is decomposed and removed or converted into silicon by a reduction reaction is established, and the substrate is exhausted. Heating at a washing temperature;
Maintaining the cleaning conditions during a cleaning time so that the oxide is removed to form a clean semiconductor surface;
Forming an epitaxial layer on the clean semiconductor surface;
Unloading the substrate from the reaction chamber;
The manufacturing method of the epitaxial layer characterized by including.
反応チャンバ内に露出した半導体表面を有する基板をローディングする段階と、
前記露出した半導体表面上に存在する酸化物が分解されて除去される第1洗浄条件が成立するように、前記工程チャンバ内を第1洗浄圧力で排気させて前記基板を第1洗浄温度で加熱する段階と、
前記露出した半導体表面上に残存する酸化物が還元反応によってシリコンに転換される第2洗浄条件が成立されるように前記工程チャンバ内を第2洗浄圧力で排気させて前記基板を第2洗浄温度で加熱する段階と、
前記残存する酸化物が転換されるように前記第2洗浄条件を第2洗浄時間の間に維持して清浄な半導体表面を形成する段階と、
前記清浄な半導体表面上にエピタキシャル層を形成する段階と、
前記基板を前記反応チャンバからアンローディングさせる段階と、
を含むことを特徴とするエピタキシャル層の製造方法。
Loading a substrate having an exposed semiconductor surface in a reaction chamber;
The process chamber is evacuated at a first cleaning pressure and the substrate is heated at a first cleaning temperature so as to satisfy a first cleaning condition in which oxides present on the exposed semiconductor surface are decomposed and removed. And the stage of
The process chamber is evacuated at a second cleaning pressure so as to satisfy a second cleaning condition in which the oxide remaining on the exposed semiconductor surface is converted to silicon by a reduction reaction, and the substrate is discharged at a second cleaning temperature. Heating with
Maintaining the second cleaning conditions during a second cleaning time to convert the remaining oxide to form a clean semiconductor surface;
Forming an epitaxial layer on the clean semiconductor surface;
Unloading the substrate from the reaction chamber;
The manufacturing method of the epitaxial layer characterized by including.
露出した半導体表面上に存在する酸化物が分解されて除去される洗浄条件が成立するように前記反応チャンバ内を洗浄圧力で排気させて前記基板を洗浄温度で加熱する段階を含むことを特徴とする露出した半導体表面の洗浄方法。   And evacuating the reaction chamber with a cleaning pressure and heating the substrate at a cleaning temperature so as to satisfy a cleaning condition in which an oxide existing on an exposed semiconductor surface is decomposed and removed. A method for cleaning an exposed semiconductor surface. 前記酸化物を除去することは、前記露出した半導体表面上の酸化物を還元反応によって除去する段階をさらに含むことを特徴とする請求項28記載の露出した半導体表面の洗浄方法。   29. The method of cleaning an exposed semiconductor surface according to claim 28, wherein removing the oxide further comprises removing oxide on the exposed semiconductor surface by a reduction reaction. 前記反応チャンバ内を前記洗浄温度で酸素ガスの分圧が平衡分圧の約50%以下になる洗浄圧力で維持する段階をさらに含むことを特徴とする請求項28記載の露出した半導体表面の洗浄方法。   29. Cleaning the exposed semiconductor surface of claim 28, further comprising maintaining the reaction chamber at a cleaning pressure at which the oxygen gas partial pressure is about 50% or less of the equilibrium partial pressure at the cleaning temperature. Method. 前記洗浄温度は、約800℃以下であることを特徴とする請求項28記載の露出した半導体表面の洗浄方法。   29. The method of cleaning an exposed semiconductor surface according to claim 28, wherein the cleaning temperature is about 800 [deg.] C. or less. 前記反応チャンバ内を前記洗浄温度で酸素ガスの分圧が平衡分圧の約50%以下になる洗浄圧力で維持する段階をさらに含むことを特徴とする請求項31記載の露出した半導体表面の洗浄方法。   The cleaning of the exposed semiconductor surface of claim 31, further comprising maintaining the reaction chamber at a cleaning pressure at which the partial pressure of oxygen gas is about 50% or less of the equilibrium partial pressure at the cleaning temperature. Method.
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