▶ アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-12
(45)【発行日】2023-09-21
(54)【発明の名称】一体化されたエピタキシと予洗浄システム
(51)【国際特許分類】
H01L 21/31 20060101AFI20230913BHJP
H01L 21/205 20060101ALI20230913BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20230913BHJP
C23C 16/44 20060101ALI20230913BHJP
【ＦＩ】
H01L21/31 B
H01L21/205
H01L21/302 102
C23C16/44 B
H01L21/31 C
H01L21/302 101B
H01L21/302 101C
H01L21/302 101D
【請求項の数】
9
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022023955
(22)【出願日】2022-02-18
(62)【分割の表示】P 2020512543の分割
【原出願日】2018-08-13
(65)【公開番号】P2022084597
(43)【公開日】2022-06-07
【審査請求日】2022-03-18
(31)【優先権主張番号】62/552,107
(32)【優先日】2017-08-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】390040660
【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100067013
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 文昭
(74)【代理人】
【識別番号】100086771
【弁理士】
【氏名又は名称】西島 孝喜
(74)【代理人】
【識別番号】100109335
【弁理士】
【氏名又は名称】上杉 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100120525
【弁理士】
【氏名又は名称】近藤 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100139712
【弁理士】
【氏名又は名称】那須 威夫
(74)【代理人】
【識別番号】100141553
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 信彦
(72)【発明者】
【氏名】ホーリルチャク ララ
(72)【発明者】
【氏名】シュー シューベルト エス
(72)【発明者】
【氏名】マンドレカール トゥシャール
(72)【発明者】
【氏名】サンチェス エロール シー
(72)【発明者】
【氏名】ロー キン ポン
【審査官】加藤 芳健
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１６－５２８７３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００９－５２５６１１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
Ｈ０１Ｌ ２１／２０５
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｃ２３Ｃ １６／４４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板を処理する方法であって、前記基板を処理チャンバ内に配置することと、
円錐形チャンバおいて不活性ガスからプラズマを形成することと、
ＮＨ 3 及びＨＦを有する混合チャンバに前記円錐形チャンバと流体連通する導管を介して前記プラズマを流し込んで反応混合物を形成することであって、前記混合チャンバが、前記導管から前記処理チャンバに向かって内側に先細りになっている側壁を有する、前記反応混合物を形成することと、
前記反応混合物を前記処理チャンバに流し込むことと、
前記反応混合物に基板を曝すことを含む処理によって前記基板から酸化物を除去することと、
気相エピタキシ処理によって前記基板上に膜を形成することと
を含む方法。
【請求項2】
前記基板から酸化物を除去しながら前記基板を冷却することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記基板から酸化物を除去した後に前記基板に対して熱処理プロセスを実行することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記熱処理プロセスが、摂氏４００度又はそれより高い温度の不活性雰囲気のもとで実行される、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記酸化物除去プロセスが、前記基板を前記反応混合物に曝した後に少なくとも摂氏１００度の温度に加熱することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記基板から酸化物を除去した後に、前記基板を熱処理チャンバ内に配置することと、
前記熱処理チャンバに不活性ガスを流し込むことと、
前記基板を摂氏４００度又はそれより高い温度に加熱することと
を含む熱処理プロセスを前記基板に対して実行することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
前記基板上に前記膜を形成することが、前記熱処理と同じチャンバ内で実行される、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記熱処理プロセスを実行することが、前記基板を水素含有ガスに曝すことをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記導管は中心導管である、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示の諸実施態様は一般に、基板の表面を洗浄する装置および方法に関する。
【背景技術】
【0002】
集積回路は、シリコンおよび他の半導体基板の中および上に形成される。単結晶シリコンの場合、基板は、溶融シリコンの槽からインゴットを成長させ、次に、その固体インゴットを鋸切断して多数の基板にすることによって作られる。次いで、エピタキシャルシリコン層が単結晶シリコン基板上に形成されて、ドープされることも非ドープにされることもある無欠陥シリコン層を形成することができる。トランジスタなどの半導体デバイスをこのエピタキシャルシリコン層から製造することができる。形成されたエピタキシャルシリコン層の電気的特性は一般に、単結晶シリコン基板の特性よりも良い。
【0003】
単結晶シリコンおよびエピタキシャルシリコン層の表面は、典型的な基板製造周囲条件に曝された場合に汚染の影響を受けやすい。たとえば、天然の酸化物層がエピタキシャル層の堆積の前に、基板のハンドリングにより、および／または基板処理設備内の周囲環境に曝されることにより、単結晶シリコン表面に生じることがある。加えて、周囲環境に存在する炭素種および酸素種などの異種汚染物質が単結晶表面に堆積することがある。天然の酸化物層または汚染物質が単結晶シリコン表面に存在すると、その後に単結晶表面に形成されるエピタキシャル層の品質に悪影響を及ぼす。したがって、基板を予洗浄することが、エピタキシャル層が基板上に成長される前に表面酸化または他の汚染物質を除去するために望ましい。しかし、予洗浄処理は、１つまたは複数の独立型の真空処理チャンバ内で行われることが多く、これにより、基板ハンドリング時間および基板を周囲環境に曝す機会が増加し得る。
【0004】
したがって、当技術分野では、エピタキシャル堆積処理を実行する前に基板表面を洗浄するための、基板をハンドリングする時間および周囲環境に曝すことを最小限にする、改善された基板処理システムを提供することが必要とされている。
【発明の概要】
【0005】
本開示では、少なくとも１つの膜形成チャンバに結合された移送チャンバと；移送チャンバに結合されたプラズマ酸化物除去チャンバであって、遠隔プラズマ源、ならびに冷却チャネルおよび加熱器を含む基板支持体を備える、プラズマ酸化物除去チャンバと；移送チャンバに結合されたロードロックチャンバとを備える、処理システムを記載する。
【0006】
本明細書にはまた、基板を処理する方法が記載され、この方法は、ＮＨ3、ＨＦ、およびラジカルを含む処理ガスに基板を曝すことを含む処理によって基板から酸化物を除去すること；および気相エピタキシ処理によって基板上に膜を形成することを含む。
【0007】
本明細書にはまた、少なくとも１つの気相エピタキシチャンバに結合された第１の移送チャンバと；第１の移送チャンバに結合されたプラズマ酸化物除去チャンバとを備える処理装置であって、このプラズマ酸化物除去チャンバが、混合チャンバおよびガス分配器を有するリッドアセンブリと；リッドアセンブリの一部分を貫通して形成され、混合チャンバと流体連結している第１のガス入口と；リッドアセンブリの一部分を貫通して形成され、混合チャンバと流体連結している第２のガス入口と；リッドアセンブリの一部分を貫通して形成され、混合チャンバと流体連結している第３のガス入口と；基板支持体であって、基板支持面、基板支持体に埋め込まれた冷却チャネルおよび１つまたは複数の抵抗加熱器、ならびに基板支持面の凹部に配置され、基板支持体を介してリフトアクチュエータに結合されたリフト部材を有する、基板支持体とを含み、処理装置がさらに、第１の移送チャンバに結合されたロードロックチャンバを備える処理装置が記載される。
【0008】
上記で簡潔に要約され、以下でより詳細に論じられる本開示の実施態様は、添付の図面に表された本開示の説明的な諸実施態様を参照して理解することができる。しかし、本開示では、その他の同様に効果的な実施態様を認めることができるので、添付の図面は、本開示の典型的な実施態様を示すのみであり、したがって、本開示の範囲を限定するものとみなされるべきでないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本開示の１つの実施態様による処理シーケンスを示す図である。
【図2C】１つの実施形態による基板支持体の拡大断面図である。
【図3】エピタキシャル堆積処理を行うための単一基板化学気相堆積（ＣＶＤ）リアクタを示す図である。
【図4】エピタキシャル堆積処理を行うための裏側加熱処理チャンバの概略断面図である。
【図5】エピタキシャル堆積処理を行うためのＣＶＤチャンバの概略断面図である。
【図6】本明細書に記載の洗浄処理および堆積処理を行うための例示的な真空処理システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
理解しやすいように、可能な場合には、各図に共通の同じ要素を指定するのに同じ参照番号を使用した。図は原寸に比例していなく、分かりやすくするために簡略化されていることがある。１つの実施態様の要素および特徴は、別に詳述されていなくても他の実施態様に有利に組み込まれることが企図されている。
【0011】
図１は、本開示の１つの実施態様による処理シーケンス１００を示す。ボックス１０２で酸化物は、洗浄処理を用いて半導体基板の表面から除去される。基板はシリコン含有材料を含み、その表面はシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）またはシリコンゲルマニウム合金（ＳｉＧｅ）などの材料を含み得る。いくつかの実施態様では、Ｓｉ、Ｇｅ、またはＳｉＧｅ表面には、天然の酸化物層などの酸化物層、および汚染物質が配置され得る。エピタキシャル堆積処理が酸化物、および炭素含有汚染物質などの汚染物質の影響を受けやすいことにより、ほとんどの典型的な洗浄室環境に数時間曝す結果として生じる表面汚染は、累積した酸化物および汚染物質がその後に形成されるエピタキシャル層の品質に影響を及ぼすのにかなり十分なものになり得る。
【0012】
基板表面は、酸化物除去処理および汚染物質除去処理をすることによって洗浄することができる。１つの実施態様では、酸化物は、洗浄処理（ボックス１０２）を用いて基板の表面から除去され、炭素含有汚染物質などの汚染物質は、たとえば還元処理を用いて基板の表面から除去される。洗浄処理はプラズマ処理を含み得る。プラズマ処理では、水素（Ｈ2）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、アンモニア（ＮＨ3）、ＮＦ3、ＨＦなどのフッ素含有ガス、またはこれらのガスの任意の組み合わせを含むガスから形成されたプラズマを使用することができる。プラズマは、誘導結合または容量結合することができ、あるいはプラズマは、処理チャンバ内でマイクロ波源によって形成することができる。処理チャンバは、基板が配置されている処理領域から空間的に隔離されている遠隔プラズマチャンバとすることができる。本明細書に記載の用語の「空間的に分離された」とは、図２Ａに示されたブロッカプレート２２８およびガス分配器２３０などの１つまたは複数のチャンバ部品によって、またはさらには遠隔プラズマチャンバと基板処理チャンバの間の導管によって、基板処理領域から分離されているプラズマ形成領域を指すことがある。
【0013】
１つの実施態様では、プラズマは容量結合プラズマ源を使用して形成される。プラズマからのラジカルは、基板の上方に配置されたガス分配プレートを通過することができ、この基板は、摂氏約５度から摂氏約７５度、たとえば摂氏約１０度などの、摂氏約５度から摂氏約１００度の温度の支持体の上に置かれている。処理圧力は、大気中の値より低い圧力、たとえば、約２トールから約１０トールまでの間など、約５００ミリトールから約２０トールとすることができる。ラジカルは、基板に達してから表面酸化物と反応する。プラズマエッチング処理を行うように適合させることができる例示的な処理チャンバには、ＳｉＣｏＮｉ（商標）またはＳｅｌｅｃｔｒａ（商標）チャンバが含まれ、これらは、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能である。他の製造者によるチャンバもまた使用することができる。
【0014】
１つの例示的な実施態様では、プラズマ洗浄処理は遠隔プラズマ支援ドライ洗浄処理であり、基板をＨＦおよびＮＨ3（任意選択でこれらのガスの１つまたは複数のプラズマ副生成物を含む）に同時に曝すことが伴う。アルゴンおよびヘリウムなどの不活性ガスもまた使用することができる。不活性／ＨＦ／ＮＨ3の３つのガスのいずれか１つ、または組み合わせが上述のエネルギーの作用を受けて、そのプラズマが形成され得る。このプラズマは処理チャンバに充填するために他のガスと混合される。あるいはプラズマと他のガスとが別々の経路をたどって処理チャンバに供給されて、処理チャンバに到着したときに混合されてもよい。１つの例では、プラズマ洗浄処理は、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＳｉＣｏＮｉ（商標）処理に類似していること、またはこれを含むことがある。
【0015】
遠隔プラズマ処理は、酸化物層に対しほとんど共形および選択性にすることができ、したがって、シリコン、ゲルマニウム、または窒化物の層を、これらの層がアモルファス、結晶、または多結晶であるかどうかに関係なく、すぐにはエッチングしない。ＨＦ／ＮＨ3プラズマ洗浄処理の酸化物対シリコンまたはゲルマニウムの選択性は、少なくとも約３：１で、通常は５：１またはこれよりも良く、場合によっては１０：１である。ＨＦ／ＮＨ3プラズマ洗浄処理はまた、酸化物対窒化物の選択性が高い。窒化物に対するＨＦ／ＮＨ3プラズマ洗浄処理の選択性は、少なくとも約３：１で、通常は５：１またはこれよりも良く、場合によっては１０：１である。
【0016】
いくつかの実施形態では、遠隔プラズマ処理中、または遠隔プラズマ処理の実行後のいずれかに、ある量の熱エネルギーを処理基板に加えて、発生した副生成物がもしあればそれを除去する助けにすることができる。いくつかの実施形態では、熱エネルギーが輻射、対流および／または伝導熱伝達プロセスによって供給され、これにより、基板面で見られる望ましくない副生成物を昇華させる。
【0017】
任意選択のボックス１０３で、第２の洗浄処理が、基板の表面から炭素汚染物質を除去することによって行われてもよい。ボックス１０６で、エピタキシャル層が基板の表面に形成される。上述のように前洗浄されている場合、基板の表面は均一な酸化物であり、汚染物質がなく、そのため、その後に基板の表面に形成された層の品質が改善する。例示的なエピタキシャル処理には、摂氏約８００度未満、たとえば摂氏約４５０～６５０度の温度で行われる選択的エピタキシャル処理があり得る。エピタキシャル層は、高温化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスを用いて形成することができる。エピタキシャル層は、結晶シリコン、ゲルマニウム、もしくはシリコンゲルマニウム、またはＩＩＩ－Ｖ族化合物もしくはＩＩ－ＶＩ族化合物などの任意の適切な半導体材料とすることができる。１つの例示的な熱ＣＶＤプロセスでは、クロロシランＳｉＨxＣｌ4-x（モノ、ジ、トリ、テトラ）、ＳｉxＨ2X+2シラン（シラン、ジシラン、トリシランなど）、ゲルマンＧｅxＨ2x+2（ゲルマン、ジゲルマンなど）、塩化水素ＨＣｌ、塩素ガスＣｌ2、またはこれらの組み合わせなどの処理ガスが使用されて、エピタキシャル層が形成される。処理温度は、摂氏約３００度から摂氏約６００度などの、摂氏８００度未満で、たとえば摂氏約４５０度であり、処理圧力は５トールから６００トールまでの間である。エピタキシャル堆積処理を行うために使用できる例示的な処理チャンバは、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＣｅｎｔｕｒａ（商標）Ｅｐｉチャンバである。他の製造者によるチャンバもまた使用することができる。
【0018】
ボックス１０２、１０３、および１０６は、図９に示された処理システムなどの１つの処理システムで実行することができ、以下でさらに説明される。任意選択の熱処理がまた、１０６の層形成処理を実行する前に、残留副生成物または汚染物質がもしあればそれを除去するために、また表面欠陥がもしあれば表面をアニールしてそれを除去するために、処理１０２および１０３の間または後に行われてもよい。このようなアニールは、任意選択でアルゴンおよびヘリウムなどの不活性ガスを含む水素雰囲気のもとで行うことができ、また摂氏４００～８００度の温度、および１トールから３００トールの圧力で行うことができる。
【0019】
図２Ａは、ボックス１０２に見られる処理のうちの少なくとも一部を行うように適合されている、すなわち、酸化物などの汚染物質を基板の表面から除去するように構成されている、処理チャンバ２００の断面図である。図２Ｂは、図２Ａの処理チャンバ２００の一部分の拡大図である。
【0020】
処理チャンバ２００は、熱もしくはプラズマベースの洗浄処理、および／またはプラズマ支援ドライエッチング処理を行うのに特に有用であり得る。処理チャンバ２００は、チャンバ本体２１２、リッドアセンブリ２１４、および支持体アセンブリ２１６を含む。リッドアセンブリ２１４は、チャンバ本体２１２の上端部に配置され、支持体アセンブリ２１６は、チャンバ本体２１２の中に少なくとも部分的に配置される。真空システムを、処理チャンバ２００からガスを除去するために使用することができる。この真空システムは、チャンバ本体２１２に配置された真空ポート２２１に結合されている真空ポンプ２１８を含む。処理チャンバ２００はまた、処理チャンバ２００内の処理を制御する制御器２０２を含む。
【0021】
リッドアセンブリ２１４は、前駆体ガスおよび／またはプラズマをチャンバ２００内の処理領域２２２に供給するように構成された、複数の積み重ね構成要素を含む。第１のプレート２２０は、第２のプレート２４０に結合される。第３のプレート２４４は、第２のプレート２４０に結合される。リッドアセンブリ２１４は、リッドアセンブリ２１４の中に形成された円錐形チャンバ２４２にプラズマを供給するための電源２２４に連結することができる。リッドアセンブリ２１４はまた、蓋スタックの上流にプラズマを生成する遠隔プラズマ源に連結することもできる。遠隔プラズマキャビティ（たとえば、図２Ａ～２Ｂのアイテム２２２、２２０、２４０）が、ガス源２５２に結合される（またはガス源２５２が、遠隔プラズマ源２２４が不在の状態でリッドアセンブリ２１４に直接結合される）。ガス源２５２には、ヘリウム、アルゴン、または他の不活性ガスを供給するように構成されているガス源が含まれ得る。いくつかの構成では、ガス源２５２から供給されるガスは、遠隔プラズマ源２２４を使用することによって活性化して、リッドアセンブリ２１４に供給されるプラズマにすることができる。代替実施形態では、ガス源２５２は処理ガスを供給することができ、この処理ガスは、処理チャンバ２００内に配置されている基板の表面に導入される前に遠隔プラズマ源２２４によって活性化することができる。図２Ｂを参照すると、円錐形チャンバ２４２は開口２４６を有し、この開口により、形成されたプラズマが遠隔プラズマ源２２４から、リッドアセンブリ２１４の第４のプレート２５０に形成された容積部２４８まで流れることができる。
【0022】
リッドアセンブリ２１４のいくつかの構成では、プラズマ源から送出されたエネルギーを印加することによって、プラズマが円錐形チャンバ２４２の中に生成される。１つの例では、このエネルギーは、リッドアセンブリ２１４にバイアスをかけて、ＲＦ、ＶＨＦおよび／またはＵＨＦエネルギーを円錐形チャンバ２４２に入っているガスに容量結合することによって供給することができる。このリッドアセンブリ２１４の構成では、遠隔プラズマ源２２４が使用されなくても、リッドアセンブリ２１４内に取り付けられなくてもよい。
【0023】
第４のプレート２５０に形成されている中心導管２７０が、容積部２４８から供給されたプラズマ生成種をリッドアセンブリ２１４の第６のプレート２６８に形成された混合チャンバ２６６まで、第５のプレート２５４を通して供給するように適合されている。中心導管２７０は、第５のプレート２５４の開口２６４を介して混合チャンバ２６６と連通している。開口２６４は、中心導管２７０の直径よりも小さい、大きい、または同じ直径を有し得る。図２Ｂの実施形態では、開口２６４は中心導管２７０と同じ直径を有する。
【0024】
第４のプレート２５０はまた、ガスを混合チャンバ２６６に供給するように構成されている複数の入口２５６および２５８を含む。入口２５６は第１のガス源２６０に結合され、入口２５８は第２のガス源２６２に結合されている。第１のガス源２６０および第２のガス源２６２は、処理ガスならびに、キャリアガスとして利用される不活性ガス（たとえば、アルゴンおよび／またはヘリウムなどの希ガス）を含み得る。第１のガス源２６０は、アンモニア（ＮＨ3）ならびにアルゴンを含み得る。第２のガス源２６２は、フッ素含有ガス、水素含有ガス、またはこれらの組み合わせを収容し得る。１つの例では、第２のガス源２６２は、フッ化水素（ＨＦ）ならびにアルゴンを収容し得る。
【0025】
図２Ｂに示されているように、いくつかの構成では、入口２５６は、円筒形チャネル２５９（想像線で図示）を介して混合チャンバ２６６と、プレート２５４に形成された複数の孔２６５とに結合される。入口２５８は、円筒形チャネル２５７（想像線で図示）を介して混合チャンバ２６６と、第５のプレート２５４に形成された複数の孔２６７とに結合される。プレート２５４に形成された孔２６５、２６７は一般に、各ガスの均一な流れを可能にするように寸法設定され、これらのガスは、そのそれぞれのガス源２６０、２６２から混合チャンバ２６６の中へ供給される。１つの構成では、孔２６７は、第４のプレート２５０に形成された円筒形チャネル２５７の、対向する側壁によって画定された開口の幅よりも小さい直径を有する。孔２６７は通常、混合チャンバ２６６の中への流体流が均一になるように、円筒形チャネル２５７の中心線の周囲に分布している。１つの構成では、孔２６５は、第４のプレート２５０に形成された円筒形チャネル２５９の、対向する側壁によって画定された開口の幅よりも小さい直径を有する。孔２６５は通常、混合チャンバ２６６の中への流体流が均一になるように、円筒形チャネル２５９の中心線の周囲に分布している。
【0026】
入口２５６および２５８は、第４のプレート２５０を横に貫通し第５のプレート２５４へ向きを変えてこれを混合チャンバ２６６まで貫く、それぞれの流体流路を提供する。リッドアセンブリ２１４はまた、第７のプレートすなわち第１のガス分配器２７２を含み、このガス分配器は、シャワーヘッドなどのガス分配プレートとすることができ、リッドアセンブリ２１４で混合された様々なガスが、リッドアセンブリに形成された穿孔２７４を通して流される。穿孔２７４は、混合チャンバ２６６から第１のガス分配器２７２を通過する流路を提供するために、混合チャンバ２６６と流体連結している。図２Ａに戻ると、ブロッカプレート２２８と、シャワーヘッドなどのガス分配プレートであり得る第２のガス分配器２３０などのガス分配プレートとが、リッドアセンブリ２１４の下に配置されている。
【0027】
あるいは、別の洗浄処理が基板面を洗浄するために利用されてもよい。たとえば、ＨｅおよびＮＦ3を含有する遠隔プラズマが、リッドアセンブリ２１４を通して処理チャンバ２００の中に導入されてもよく、ＮＨ3が、チャンバ本体２１２の側面に配置されガス源（図示せず）に結合されている別個のガス入口２２５を経由して、処理チャンバ２００の中に直接注入されてもよい。
【0028】
支持体アセンブリ２１６は、処理中にその上に基板２１０を支持するための基板支持体２３２を含み得る。基板支持体２３２は、チャンバ本体２１２の底部に形成された中心設置の開口を通って延びる軸２３６によって、アクチュエータ２３４に結合することができる。アクチュエータ２３４は、軸２３６まわりの真空漏洩を防止するベローズ（図示せず）によって、チャンバ本体２１２に対して柔軟に封止することができる。アクチュエータ２３４は、基板支持体２３２を、チャンバ本体２１２内において処理位置とローディング位置の間で垂直に移動させる。このローディング位置は、チャンバ本体２１２の側壁に形成されたトンネルの開口（図示せず）のほんの少し下にある。
【0029】
基板支持体２３２は、平坦な、または実質的に平坦な基板支持面を、その面で処理されるべき基板を支持するために有する。基板支持体２３２は、軸２３６により基板支持体２３２に結合されているアクチュエータ２３４によって、チャンバ本体２１２内で垂直に移動することができる。いくつかのステップでは、基板支持体２３２はリッドアセンブリ２１４の近傍の位置まで上昇させて、処理される基板２１０の温度を制御することができる。このように、基板２１０は、第２のガス分配器２３０もしくは別の輻射源から発せられた輻射によって、または介在ガスによる第２のガス分配器２３０からの対流もしくは伝導によって、加熱することができる。いくつかの処理ステップでは、基板をリフトピン２５１上に配置して、アニーリングステップを実行するなどの、追加の熱処理ステップを実行することができる。
【0030】
図２Ｃは、図２Ａの基板支持体２３２の拡大断面図である。基板支持体２３２は、流体供給導管２４１および流体戻り導管２４３と流体連結している熱制御プレナム２３５を含み、導管２４１および２４３のそれぞれが軸２３６に通して配置されている。熱制御プレナム２３５は、冷却流体を流体供給導管２４１によって熱制御プレナム２３５の中へ、また流体戻り導管２４３によって外へと循環させることによって、基板支持体２３２の冷却機能部になり得る。
【0031】
基板支持体２３２はまた、複数の加熱器２３７および２３９を含み得る。複数の加熱器は、この実施形態では、第１の加熱器２３７および第２の加熱器２３９を含む。第１の加熱器２３７と第２の加熱器２３９は、実質的に共平面の関係で基板支持体２３２内に、これらの加熱器と基板支持体面の間の熱結合を可能にする位置で、配置される。ゾーン温度制御を行うために、第１の加熱器２３７は基板支持体２３２の周辺部に配置され、第２の加熱器２３９は基板支持体２３２の中心領域に配置される。第１の加熱器２３７および第２の加熱器２３９のそれぞれは、軸２３６に通して配置されたそれぞれの電力導管２４９および２４７によって電源（図示せず）に結合されている、抵抗加熱器とすることができる。
【0032】
動作の際、温度制御は、温度制御プレナム２３５と加熱器２３７および２３９との並行動作によって行うことができる。熱制御プレナム２３５には、上述のように冷却流体を供給することができ、抵抗加熱器としての加熱器２３７および２３９には電力を供給することができる。このようにして、別個の制御回路を、一方のアイテム、たとえば加熱器２３７および２３９では速い応答が得られるように、また熱制御プレナム２３５では遅い応答が得られるように、またはその逆に調整することができる。少なくとも、別々の制御パラメータが熱制御プレナム２３５、第１の加熱器２３７、および第２の加熱器２３９に適用されて、最適化ゾーン温度制御システムが達成され得る。
【0033】
図２Ｃに示されるように、別個のリフト部材２４５が支持体アセンブリ２１６に含まれ得る。基板が基板支持面に載っているときに部材２４５のリフトピン２５１を収容するために、凹部が基板支持面に設けられてもよい。リフト部材２４５は、軸２３６に通して配置されたリフト部材２４５の延長部によって、リフトアクチュエータ２５５に結合することができる。リフトアクチュエータは、リフト部材２４５を垂直に移動させて、基板を基板支持面から第１のガス分配器２７２に向けて持ち上げることができる。リフト部材２４５は、開輪または閉輪などの輪とすることができ、この輪は、Ｕ形、円形、馬蹄形、または任意の便宜的な形でよい。リフト部材２４５は、基板を持ち上げるときの構造強度が得られる厚さを有する。１つの例では、リフト部材はセラミック材料で作られ、約１ｍｍの厚さである。
【0034】
図３は、１つの実施形態による、石英製処理チャンバまたは反応チャンバ３０５を含む、単一基板化学気相堆積（ＣＶＤ）リアクタ３００を示す。リアクタ３００は、本明細書で開示されたＳｉＧｅ膜およびＧｅ膜を含む、いくつかの異なる材料のＣＶＤに利用することができる。さらに、図示のリアクタ３００は、以下の議論で明らかになるように、同一のチャンバ３０５内で複数の堆積ステップを遂行することができる。
【0035】
リアクタ３００は全体的に、長方形の箱の形状を有し得る。熱エネルギーを、感知できるほどには処理チャンバ３０５の壁に吸収されることなく処理チャンバ３０５に供給するために、複数の輻射熱源が処理チャンバ３０５の外側に支持されている。諸実施形態は、半導体基板を処理するための「冷えた壁」のＣＶＤリアクタに関連して説明されているが、本明細書に記載の方法には、誘導加熱または抵抗加熱を使用するものなど、他の加熱／冷却システムと組み合わせての有用性があることを理解されたい。
【0036】
輻射熱源は、複数の細長い加熱要素３１０（この図では１つだけ示されている）からなる上方加熱アセンブリを備える。加熱要素３１０は、ランプなどの、細長い管型輻射加熱要素である。加熱要素３１０は、間隔を置いた平行関係に配置され、処理チャンバ３０５を通り抜ける反応物質ガス流路（矢印３１２で示す）とも実質的に平行になっている。下方加熱アセンブリは、処理チャンバ３０５の下に置かれ加熱要素３１０に対し横向きの、ランプなどの、同様の加熱要素３１５を備える。輻射熱の一部分が、上の加熱要素３１０および下の加熱要素３１５のそれぞれ上方および下方の粗鏡面反射鏡プレート（図示せず）によって、処理チャンバ３０５の中に拡散反射される。加えて、複数のスポットランプ３２０が基板支持構造体（以下で説明）の下側に集中熱を供給して、処理チャンバ３０５の底部を貫通して延びる冷えた支持構造体によって生じるヒートシンク効果を相殺する。いくつかの実施形態では、加熱要素３１０、３１５のそれぞれは、高輝度タングステンフィラメントランプであり、感知できるほどには吸収されずに処理チャンバ３０５の壁を経由して伝達される輻射熱エネルギーを生成する。半導体処理機器の技術分野では知られているように、様々な加熱要素３１０、３１５、３２０の電力は、温度センサに応答して個別に、またはグループ化ゾーン内で制御することができる。
【0037】
シリコン基板３２５を含む加工品が図で、処理チャンバ３０５内で基板支持体構造３３０の上に支持されている。図示の支持体構造３３０は、基板３２５が載っている基板ホルダ３３２と、支持体スパイダ３３４とを含む。スパイダ３３４は軸３３６に取り付けられ、この軸は、チャンバ下方壁を貫通して延びる管３３８の中を下向きに延びる。管３３８は、基板の処理中に流れることができるパージガスの供給源と連通している。パージガスを利用して、処理ガスが処理チャンバ３０５の下方区域に入ることを抑制することができる。パージガスはまた、基板３２５の下に水平に流れることもできる。
【0038】
複数の温度センサが、基板３２５の近傍に置かれている。温度センサは、光高温計または熱電対など、様々な形を取ることができる。図示の実施形態では、温度センサは、任意の適切な方法で基板ホルダ３３２の下に吊り下げられた、第１すなわち中心の熱電対３４０を含む、熱電対を備える。中心熱電対３４０は、基板ホルダ３３２の近傍でスパイダ３３４を通過する。リアクタ３００はさらに、前縁部すなわち前部熱電対３４５、後縁部すなわち後部熱電対３５０、および側部熱電対（図示せず）を含む、複数の第２すなわち周辺の熱電対をやはり基板３２５の近傍に含む。周辺熱電対のそれぞれは、基板ホルダ３３２および基板３２５を取り囲むスリップリング３５２の中に収容される。中心および周辺の熱電対のそれぞれは温度制御器に接続され、この温度制御器は、熱電対の読み取り値に応じて様々な加熱要素３１０、３１５、３２０の電力を設定する。
【0039】
周辺熱電対を収容することに加えて、スリップリング３５２は、高温処理中に輻射熱を吸収し放出する。スリップリング３５２を利用して、基板縁部近くの領域において体積に対する表面積の比が大きいことにより生じることが分かっている現象である、基板縁部の大きい熱損失または熱吸収を補償することができる。縁部損失を最小限にすることによって、スリップリング３５２は、基板３２５全体にわたる半径方向の温度不均一性のリスクを低減することができる。スリップリング３５２は、任意の適切な手段で吊り下げることができる。たとえば、図示のスリップリング３５２は、前部チャンバ仕切り３５６から延びる支持体部材３５４と、後部チャンバ仕切り３５８との上に載っている。仕切り３５６、３５８は、望ましくは石英で造られる。一部の装置では、後部仕切り３５８を省くことができる。
【0040】
図示の処理チャンバ３０５は、反応物質およびキャリアガスを注入するための入口ポート３６０を含み、基板３２５もまた、この入口ポートから受け入れることができる。出口ポート３６４が処理チャンバ３０５の反対側にあり、基板支持体構造３３０が入口ポート３６０と出口ポート３６４の間に位置する。
【0041】
入口構成要素３６５が処理チャンバ３０５に嵌合され、入口ポート３６０を取り囲むように適合されており、基板３２５を挿入できる水平に細長いスロット３６７を含む。全体的に垂直の入口３６８がガス源からのガスを受け入れ、このようなガスをスロット３６７および入口ポート３６０に送る。図３には個別に示されていないが、ガス源は、水素、シリコン前駆体およびゲルマニウム前駆体と、Ｓｉおよび／またはＧｅ堆積の前の冷却ステップの間中に表面活性化合物をチャンバに流し込むステップを含む本明細書に記載の一連のステップを制御する、制御器（たとえば、あらかじめプログラムされたコンピュータ）とを含み得る。入口３６８は、単一基板リアクタのガス流の均一性を最大にするように設計されたガス注入器を含み得る。
【0042】
出口構成要素３７０は同様に、排気開口３７２が出口ポート３６４と整合し排気導管３７４につながるように処理チャンバ３０５に取り付く。その結果、導管３７４は、処理ガスを処理チャンバ３０５から排気する適切な真空手段（図示せず）と連通することができる。１つの実施形態では、処理ガスは、処理チャンバ３０５および下流スクラバ（図示せず）から引き出される。ポンプまたはファンが好ましくは、処理チャンバ３０５から処理ガスを引き出す助けになるように、また減圧処理のために、すなわち、以下で論じるように、大気圧よりは低いが超高真空圧範囲よりは高くにチャンバを排気するために、含まれる。
【0043】
図示のリアクタ３００はまた、リアクタ３００の上流に置かれた励起種の供給源３７６も含む。図示の実施形態の励起種供給源３７６は、マグネトロン電力発生器と、ガスライン３７８に沿ったアプリケータとを含む遠隔プラズマ発生器を備える。図示の実施形態では、マグネトロンからのマイクロ波エネルギーは、ガスライン３７８に沿ったアプリケータ内で、流れるガスと結合される。前駆体ガス源３８０が、励起種供給源３７６への導入のためにガスライン３７８に結合される。キャリアガス源３８２もまた、ガスライン３７８に結合される。１つまたは複数の分岐ライン３８４もまた、追加反応物質用に設けることができる。当技術分野では知られているように、ガス源３８０、３８２は、反応物質種の形状および揮発性に応じて、ガスタンク、バブラなどを備えることができる。各ガスラインは、供給源３７６に導入されてから処理チャンバ３０５に入るキャリアと反応物質種の相対量を選択できるように、図示の別個の質量流量制御器（ＭＦＣ）およびバルブを備えることができる。励起種供給源３７６は、プラズマ促進堆積に使用できるが、チャンバ３０５内に基板がないときに過剰堆積のチャンバ３０５を洗浄するための、エッチャントを励起するのに利用することもできる。
【0044】
２００ｍｍ基板を処理するように設計された単一基板処理チャンバ３０５の総容積容量は、約２０リットル未満など、約３０リットル未満であり、１つの実施形態では、約１０リットル未満である。図示のチャンバ３０５は、約７．５リットルの容量を有する。図示の処理チャンバ３０５は、仕切り３５６、３５８、基板ホルダ３３２、およびリング３５２と、管３３８から流れるパージガスとによって仕切られているので、処理ガスが流れる有効容量は、総容量のおよそ半分である（たとえば、図示の実施形態では約３．７７リットル）。単一基板処理チャンバ３０５の容量は、処理チャンバ３０５が収容するように設計されている対象の基板のサイズによって異なり得ることを理解されたい。たとえば、３００ｍｍ基板用の単一基板処理チャンバ３０５は、約６０リットルなど、約１００リットル未満の容量を有し、１つの実施形態では約３０リットル未満である。１つの例では、３００ｍｍ基板用の単一基板処理チャンバ３０５は、約２４リットルの総容量を有し、有効容量が約１２リットルである。
【0045】
Ｇｅ含有層の堆積温度は通常、摂氏（Ｃ）約２５０度から約６００度Ｃ、たとえば約３００度Ｃから約４５０度Ｃの範囲内である。たとえば、前駆体の熱安定性が低下するにつれて、低い堆積温度がより適切になる傾向がある。単一基板処理チャンバ３０５内の総圧力は、１０-5トールから約８００トールの範囲内である。いくつかの実施形態では、圧力は、約１トールから約２００トールなど、約２００ミリトールから約７６０トールであり、たとえば約１トールから約６０トールである。
【0046】
図４は、１つの実施形態による、低圧エピタキシャル堆積用に構成された裏側加熱処理チャンバ４００の概略断面図を示す。処理チャンバ４００を使用して、基板３２５の上面への材料の堆積を含む、１つまたは複数の基板の処理をすることができる。処理チャンバ４００は、構成要素の中でも特に、処理チャンバ４００内に配置された基板支持体４０６の裏側４０４を加熱するための、輻射加熱ランプ４０２のアレイを含み得る。基板支持体４０６は、図示の円盤状基板支持体４０６とすることができ、あるいはリング状基板支持体（中心開口を有する）とすることができ、この支持体は基板を基板の縁部から支持して、ランプ４０２の熱輻射に基板を曝しやすくする。
【0047】
基板支持体４０６は、処理チャンバ４００内の上ドーム４２８と下ドーム４１４の間にある。上ドーム４２８、下ドーム４１４、ならびに上ドーム４２８と下ドーム４１４の間に配置されているベースリング４３６は、全体で処理チャンバ４００の内部領域を画定する。基板３２５（原寸に比例していない）は、処理チャンバ４００の中に移送され、この図では示されていないローディングポートを経由して基板支持体４０６の上に置かれる。
【0048】
基板支持体４０６は中心軸４３２によって支持されており、この中心軸は基板３２５をローディング中およびアンローディング中に、および場合によっては基板３２５の処理中に、垂直方向４３４に動かす。基板支持体４０６は、上昇させた処理位置で図４に示されているが、中心軸４３２に結合されたアクチュエータ（図示せず）によって、処理位置の下のローディング位置まで垂直に移ることができる。処理位置の下に下ろされると、リフトピン（図示せず）が基板３２５に接触し、基板３２５を基板支持体４０６から引き上げる。次に、ロボット（図示せず）が処理チャンバ４００に入って基板３２５に係合し、基板を処理チャンバからローディングポートに通して移動させる。基板支持体４０６は次に、処理位置まで垂直に駆動されて基板３２５を、そのデバイス面４１６を上向きにして、基板支持体４０６の前面４１０に置くことができる。
【0049】
基板支持体４０６は処理位置にあるが、処理チャンバ４００の内部容積部を基板３２５の上の処理ガス領域４５６と、基板支持体４０６の下のパージガス領域４５８とに分割する。基板支持体４０６は、処理中に中心軸４３２によって回転されて熱の影響と、処理チャンバ４００内の処理ガス流の空間的異常とが最小限にされ、したがって、基板４２５の均一な処理が容易になる。基板支持体４０６は、ランプ４０２からの輻射エネルギーを吸収して基板３２５に輻射エネルギーを伝えるように、炭化ケイ素または炭化ケイ素でコーティングされたグラファイトから造ることができる。
【0050】
一般に、上ドーム４２８の中心窓部分および下ドーム４１４の底部は、石英などの光学的に透明な材料から造られる。上ドーム４２８の厚さおよび曲率は、処理チャンバ内の均一な流れ均一性のより平らな幾何形状が得られるように構成することができる。
【0051】
ランプ４０２のアレイは、下ドーム４１４に隣接して、またその下に、中心軸４３２のまわりに特定の最適な所望の方法で、処理ガスが通過するときに基板３２５の様々な領域の温度を個々に制御するように配置することができ、これにより、基板３２５の上面への材料の堆積が容易になる。ここでは詳細に論じないが、堆積される材料には、ガリウム砒素、ガリウムナイトライド、またはアルミニウムガリウムナイトライドが含まれ得る。いくつかの実施形態では、ランプ４０２などの輻射加熱ランプのアレイは、上ドーム４２８の上に配置されることがある。
【0052】
ランプ４０２は、基板３２５を約２００度Ｃから約１６００度Ｃの範囲内の温度に加熱するように構成された電球を含むように構成することができる。各ランプ４０２は、電力を各ランプ４０２に供給する電力分配ボード（図示せず）に結合される。ランプ４０２はランプヘッド４４５の中に配置され、このランプヘッドは、処理中または処理後に、たとえばランプ４０２の間にあるチャネル４４９に冷却流体を導入することによって、冷却することができる。ランプヘッド４４５は、ランプヘッド４４５が下ドーム４１４に近接していることに一部は起因して、下ドーム４１４を伝導的および輻射的に冷却する。ランプヘッド４４５はまた、ランプ壁と、ランプまわりのリフレクタの壁（図示せず）とを冷却することもできる。あるいは、下ドーム４１４は、対流的手法によって冷却することもできる。適用例によって、ランプヘッド４４５は下ドーム４１４に接触することもしないこともある。
【0053】
円形遮蔽体４６７が任意選択で基板支持体４０６のまわりに配置され、ライナアセンブリ４６３で取り囲まれてもよい。遮蔽体４６７は、処理ガスの予加熱ゾーンを形成しながら、ランプ４０２から基板３２５のデバイス側４１６への熱／光ノイズの漏洩を防止または最小化する。遮蔽体４６７は、ＣＶＤ ＳｉＣ、ＳｉＣでコーティングされた焼結グラファイト、成長ＳｉＣ、不透明石英、もしくはコーティングされた石英から、または処理およびパージガスによって分解された化学物質に耐性がある任意の同様の適切な材料から作ることができる。
【0054】
ライナアセンブリ４６３は、ベースリング４３６の内周部の中に入れ子にされるか内周部に取り囲まれるように寸法設定される。ライナアセンブリ４６３は、処理容積部（すなわち、処理ガス領域４５６およびパージガス領域４５８）を処理チャンバ４００の金属壁から遮蔽する。金属壁は前駆体と反応し、処理容積部の汚染を引き起こすことがある。ライナアセンブリ４６３は単一本体として図示されているが、ライナアセンブリ４６３は、構成が異なる１つまたは複数のライナを含み得る。
【0055】
基板支持体４０６から基板３２５を裏側加熱する結果、基板支持体の温度測定／制御のために光高温計４１８の使用を実施することができる。このようにして基板前側４１０を加熱することは放射率に無関係であるので、光高温計４１８による温度測定はまた、基板３２５のデバイス側４１６に対して、放射率が未知でも行うことができる。その結果、光高温計４１８は、光高温計４１８に直接到達するランプ４０２からの背景輻射が最小限の状態で、基板支持体４０６から熱を伝える高温の基板３２５からの輻射だけを検知することができる。
【0056】
リフレクタ４２２が、基板３２５から輻射する光を反射して基板３２５に返すように、上ドーム４２８の外側に任意選択で配置されてもよい。リフレクタ４２２は、クランプリング４３０を使用して上ドーム４２８に固定することができる。リフレクタ４２２は、アルミニウムまたはステンレス鋼などの金属で作ることができる。反射効率は、リフレクタ領域を金などの高反射性被膜でコーティングすることによって改善することができる。リフレクタ４２２は、冷却源（図示せず）に連結された１つまたは複数のチャネル４２６を有することができる。チャネル４２６は、リフレクタ４２２を冷却するためにリフレクタ４２２の側面に形成された通路（図示せず）につながる。通路は、水などの流体の流れを搬送するように構成され、リフレクタ４２２の一部分または全面を覆う任意の所望のパターンで、リフレクタ４２２の側面に沿って水平に伸びることができる。
【0057】
処理ガス源４７２から供給される処理ガスは、ベースリング４３６の側壁に形成された処理ガス入口４７４を通して処理ガス領域４５６に導入される。処理ガス入口４７４は、概して半径方向内向きに処理ガスを導くように構成される。膜形成処理の間中、基板支持体４０６は、処理ガス入口４７４にほぼ同じ高さで隣接する処理位置にあり、それによって処理ガスが、基板３２５の上面全体にわたって層流の形で、流路４７３に沿って上にもまわりにも流れることができる。処理ガスは、処理ガス入口７７４の反対側の処理チャンバ４００の側面に設置されたガス出口４７８を通って処理ガス領域４５６を（流路４７５に沿って）出る。ガス出口４７８を通して処理ガスを除去することが、ガス出口に結合された真空ポンプ４８０によって容易になり得る。処理ガス入口４７４とガス出口４７８は互いに一直線に揃えられ、ほぼ同じ高さに配置されるので、このような並列配置は、より平らな上ドーム４２８と組み合わされた場合に概して平面の均一なガス流を基板３２５全体にわたって可能にすると考えられる。さらに半径方向の均一性が、基板３２５を基板支持体４０６によって回転させることによってもたらされ得る。
【0058】
パージガスが、ベースリング４３６の側壁に形成された任意選択のパージガス入口４６４を通して（または、処理ガス入口４７４を通して）、パージガス源４６２からパージガス領域４５８に供給され得る。パージガス入口４６４は、処理ガス入口４７４より下の高さに配置される。循環遮蔽体４６７または予加熱リング（図示せず）が使用される場合、この循環遮蔽体または予加熱リングは、処理ガス入口４７４とパージガス入口４６４の間に配置することができる。どちらの場合も、パージガス入口４６４は、パージガスを概して半径方向内向きに導くように構成される。膜形成処理中、基板支持体４０６は、パージガスが層流の形で基板支持体４０６の裏側４０４全体にわたって流路４６５に沿って流れるような位置に置くことができる。何か特定の理論に束縛されるものではないが、パージガスの流れは、処理ガスの流れがパージガス領域４５８に入ることを防止または実質的に回避するものと考えられ、あるいはパージガス領域４５８（すなわち、基板支持体４０６の下の領域）に入る処理ガスの拡散を低減するものと考えられる。パージガスは、パージガス領域４５８を（流路４６６に沿って）出ると、パージガス入口４６４の反対側の処理チャンバ４００の側面に設置されているガス出口４７８を通って、処理チャンバから排出される。
【0059】
図５は、ＣＶＤまたはエピタキシャル堆積処理チャンバ５００の概略断面図であり、このチャンバは、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）一体型処理システムの一部であり得る。処理チャンバ５００は、アルミニウムまたはステンレス鋼、たとえば３１６ Ｌステンレス鋼などの、処理耐性材料で作られたハウジング構造体５０１を含む。ハウジング構造体５０１は、石英チャンバ５３０などの処理チャンバ５００の様々な機能要素を取り囲み、この石英チャンバは、上チャンバ５０５、および下チャンバ５２４を含み、その中に処理容積部５１８が収容される。反応性種がガス分配アセンブリ５５０によって石英チャンバ５３０に供給され、処理副生成物が処理容積部５１８から、通常は真空源（図示せず）と連通している出口ポート５３８を通して除去される。
【0060】
基板支持体５１７は、処理容積部５１８へ移送される基板３２５を受け取るように適合される。基板支持体５１７は、処理チャンバ５００の縦軸５０２に沿って配置される。基板支持体５００は、セラミック材料、または炭化ケイ素などのケイ素材料でコーティングされたグラファイト材料、または他の処理耐性材料で作ることができる。前駆体反応物質材料からの反応性種が基板３２５の表面５１６に付加され、その後に副生成物を表面５１６から除去することができる。基板３２５および／または処理容積部５１８の加熱が、上ランプモジュール５１０Ａおよび下ランプモジュール５１０Ｂなどの輻射源によって行われ得る。
【0061】
１つの実施形態では、上ランプモジュール５１０Ａおよび下ランプモジュール５１０Ｂは赤外線（ＩＲ）ランプである。ランプモジュール５１０Ａおよび５１０Ｂからの非熱エネルギーすなわち輻射は、上石英チャンバ５０５の上石英窓５０４を通して、および下石英チャンバ５２４の下石英窓５０３を通して伝わる。必要な場合、上石英チャンバ５０５の冷却ガスが入口５１２から入り、出口５１３から出る。前駆体反応物質材料、ならびに希釈剤、処理チャンバ５００のパージガスおよびベントガスが、ガス分配アセンブリ５５０を通って入り、出口ポート５３８から出る。上石英窓５０４は湾曲しているように、または凸形であるように図示されているが、上石英窓５０４の両側の圧力が実質的に同じ（すなわち大気圧）であるので、上石英窓５０４は平面であっても凹面であってもよい。
【0062】
反応性種を活性化し、反応物質の吸着と、基板３２５の表面５１６からの処理副生成物の脱着とを助けるために使用される、処理容積部５１８内の短波長の輻射は通常、約０．８μｍから約１．２μｍの範囲、たとえば約０．９５μｍから約１．０５μｍまでの間であり、たとえばエピタキシャル成長される膜の組成に応じて、様々な波長の組み合わせが提供される。
【0063】
成分ガスは、ガス分配アセンブリ５５０を経由して処理容積部５１８に入る。ガスは、大まかに５２２で示されているように、ガス分配アセンブリ５５０から流れ出てポート５３８から出る。基板表面を洗浄／不動態化するために、またはエピタキシャル成長されるシリコンおよび／またはゲルマニウム含有膜を形成するために使用される、成分ガスを組み合わせたものは通常、処理容積部に入る前に混合される。処理容積部５１８の全体圧力は、出口ポート５３８のバルブ（図示せず）によって調整することができる。処理容積部５１８の内面の少なくとも一部分は、ライナ５３１で覆われる。１つの実施形態では、ライナ５３１は、不透明な石英材料を含む。このようにして、チャンバ壁は処理容積部５１８の熱から絶縁される。
【0064】
処理容積部５１８の表面の温度は、入口５１２から入って出口５１３から出る冷却ガスの流れによって、上石英窓０４の上方に置かれた上ランプモジュール５１０Ａからの輻射と相まって、約２００℃から約６００℃以上の温度範囲内に制御することができる。下石英チャンバ５２４内の温度は、図示されていないブロアの速度を調整することによって、および下石英チャンバ５２４の下に配置された下ランプモジュール５１０Ｂからの輻射によって、約２００℃から約６００℃以上の温度範囲内に制御することができる。処理容積部５１８の圧力は、約５トールから約３０トールまでの間など、約０．１トールから約６００トールまでの間とすることができる。
【0065】
基板３２５の表面５１６の温度は、下石英チャンバ５２４の下ランプモジュール５１０Ｂの電力調整によって、または上石英窓５０４の上にある上ランプモジュール５１０Ａと、下石英チャンバ５２４の下ランプモジュール５１０Ｂとの両方の電力調整によって、制御することができる。処理容積部５１８内の電力密度は、約８０Ｗ／ｃｍ2から約１２０Ｗ／ｃｍ2など、約４０Ｗ／ｃｍ2から約４００Ｗ／ｃｍ2までの間とすることができる。
【0066】
１つの態様では、ガス分配アセンブリ５５０は、処理チャンバ５００または基板３２５の縦軸５０２に対して直角に、すなわち半径方向５０６に配置される。この向きでは、ガス分配アセンブリ５５０は、基板３２５の表面５１６を横切る、または表面に平行な半径方向５０６に処理ガスを流すように適合される。１つの処理適用例では、処理ガスは、処理容積部５１８への導入の前にガスの予加熱を開始するために、および／またはガスの特定の結合を切断するために、処理チャンバ５００への導入の時点で予加熱される。このようにして、表面反応速度論が、基板３２５の熱温度とは無関係に修正され得る。
【0067】
動作中、ＳｉおよびＳｉＧｅブランケットまたは選択膜を形成するための前駆体が、１つまたは複数のガス源５４０Ａおよび５４０Ｂからガス分配アセンブリ５５０に供給される。ＩＲランプ５５６（図５には１つだけ示されている）を利用して、前駆体をガス分配アセンブリ５５０内部で、ならびに流路５２２に沿って加熱することができる。ガス源５４０Ａ、５４０Ｂは、平面図で見たときに外側ゾーン間の半径方向外側ゾーンおよび半径方向内側ゾーンなどの、ガス分配アセンブリ５５０内の導入ゾーンを容易にするように構成された方法で、ガス分配アセンブリ５５０に結合することができる。ガス源５４０Ａ、５４０Ｂは、これらのゾーンへの導入速度を制御するためのバルブ（図示せず）を含み得る。
【0068】
ガス源５４０Ａ、５４０Ｂは、シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、ジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ2Ｃｌ6）、ジブロモシラン（ＳｉＨ2Ｂｒ2）、高次シラン、これらの誘導体、およびこれらの組み合わせを含む、シランなどのシリコン前駆体を含み得る。ガス源５４０Ａ、５４０Ｂはまた、ゲルマン（ＧｅＨ4）、ジゲルマン（Ｇｅ2Ｈ6）、ゲルマニウムテトラクロライド（ＧｅＣｌ4）、ジクロロゲルマン（ＧｅＨ2Ｃｌ2）、これらの誘導体、およびこれらの組み合わせなどの、ゲルマニウム含有前駆体を含み得る。シリコンおよび／またはゲルマニウム含有前駆体は、塩化水素（ＨＣｌ）、塩素ガス（Ｃｌ2）、臭化水素（ＨＢｒ）、およびこれらの組み合わせと一緒に使用することができる。ガス源５４０Ａ、５４０Ｂは、１つまたは複数のシリコンおよびゲルマニウム含有前駆体をガス源５４０Ａ、５４０Ｂの一方または両方に含み得る。
【0069】
前駆体材料は、この励起状態で、有孔板５５４の開口または複数の孔５５８（図５には１つだけ示されている）を通って処理容積部５１８に入り、この有孔板は、１つの実施形態では、孔５５８が貫通して形成されている石英材料である。有孔板５５４は、ＩＲエネルギーに対し透過性であり、透明な石英材料で作ることができる。別の実施形態では、有孔板５５４は、ＩＲエネルギーに対し透過性であり処理化学物質および他の処理化学物質に対し耐性がある、任意の材料とすることができる。活性化前駆体は、有孔板５５４の複数の孔５５８を通り、複数のチャネル５５２N（図５には１つだけ示されている）を通って処理容積部５１８に向かって流れる。ＩＲランプ５５６からの光子および非熱エネルギーの一部分もまた、ガス分配アセンブリ５５０の内面に配置された反射性材料および／または表面によって助長されて孔５５８、有孔板５５４、およびチャネル５５２Nを通過し、それによって、前駆体材料の流路（図５に矢印５２２として示される）が照らされる。このようにして、前駆体材料の振動エネルギーが、導入箇所から処理容積部５１８まで流路に沿って維持され得る。
【0070】
図６は、本開示の諸実施態様による、図１に示された処理シーケンス１００を完了するために使用できる例示的な真空処理システム６００を示す。図６に示されるように、複数の処理チャンバ６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ、６０２ｄは、第１の移送チャンバ６０４に結合される。処理チャンバ６０２ａ～６０２ｄは、アニーリング、化学気相堆積、物理的気相堆積、エピタキシャル処理、エッチング処理、熱酸化または熱窒化処理、脱ガスなどの、任意の基板関連処理を行うために使用することができる。１つの実施態様では、処理チャンバ６０２ａは、気相エピタキシ堆積チャンバなどの膜形成チャンバ、たとえば、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手可能なＥｐｉチャンバとすることができ、このＥｐｉチャンバは、結晶シリコンまたはシリコンゲルマニウムを形成することができる。別の実施態様では、処理チャンバ６０２ａは、単一基板処理チャンバ（たとえば、図３に関連して説明したリアクタ３００）などの、エピタキシ堆積チャンバとすることができる。別の実施態様では、処理チャンバ６０２ａは、図４に関連して説明した処理チャンバ４００とすることができる。別の実施態様では、処理チャンバ６０２ａは、図５に関連して説明した処理チャンバ５００とすることができる。
【0071】
処理チャンバ６０２ｂは、急速熱処理チャンバ（ＲＴＰ）とすることができる。処理チャンバ６０２ｃは、プラズマエッチングチャンバまたはプラズマ洗浄チャンバである。たとえば、処理チャンバ６０２ｃは、図２Ａに関連して説明した処理チャンバ２００、または図３に関連して説明した処理チャンバ３００とすることができる。処理チャンバ６０２ｄは、脱ガスチャンバとすることができる。第１の移送チャンバ６０４はまた、少なくとも１つの移行ステーション、たとえば１対の通過ステーション６０６、６０８に結合される。通過ステーション６０６、６０８は、基板が第１の移送チャンバ６０４と第２の移送チャンバ６１０の間で移送されるようにしながら真空を維持する。第１の移送チャンバ６０４は、基板を通過ステーション６０６、６０８と処理チャンバ６０２ａ～６０２ｄのいずれかとの間で移送するための、ロボット基板ハンドリング機構（図示せず）を有する。処理チャンバ６０２ａ～６０２ｄは、図６に特定の順序で構成されて示されているが、任意の所望の順序で構成されてもよい。
【0072】
通過ステーション６０６、６０８の一端は、第２の移送チャンバ６１０に結合される。したがって、第１の移送チャンバ６０４と第２の移送チャンバ６１０は、通過ステーション６０６、６０８によって分離され連結される。第２の移送チャンバ６１０は第１のプラズマ洗浄チャンバ６１４と結合され、この第１のプラズマ洗浄チャンバは、基板の表面から酸化物を除去するためのボックス６０２に見られる処理のうちの少なくとも一部を行うように適合されている、処理チャンバ２００（図２Ａ）などのプラズマチャンバとすることができる。１つの実施態様では、第１のプラズマ洗浄チャンバ６１４は、Ｓｉｃｏｎｉ（商標）チャンバまたはＳｅｌｅｃｔｒａ（商標）チャンバであり、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手可能である。別の実施態様では、プラズマ洗浄チャンバ６１４は、図２Ａに関連して説明した処理チャンバ２００とすることができる。別の実施態様では、プラズマ洗浄チャンバ６１４は、図３に関連して説明した処理チャンバ３００とすることができる。
【0073】
１つの実施態様では、少なくとも１つの移行ステーション、たとえば通過ステーション６０６、６０８のうちの１つは、プラズマ洗浄チャンバであるように構成される。あるいは、プラズマ洗浄チャンバが、基板の表面から汚染物質を除去するために、通過ステーション６０６、６０８のうちの１つと結合されてもよい。したがって、処理システム６００は、通過ステーション６０６、６０８のうちの１つである、またはその１つと結合されている、第２のプラズマ洗浄チャンバを有し得る。図６に示された１つの実施態様では、通過ステーション６０６は第２のプラズマ洗浄チャンバ６１６を含む。第２のプラズマ洗浄チャンバ６１６は、基板の表面から汚染物質を除去するためのボックス１０２に見られる処理の少なくとも一部を実行するように適合されている、処理チャンバ３００（図３）の１つのバージョンとすることができる。ただ１つのプラズマ洗浄チャンバ６１６が図で通過ステーションに、この場合には通過ステーション６０６に、結合されているが、プラズマ洗浄チャンバ（たとえば、処理チャンバ３００の１つのバージョン）が両方の通過ステーション６０６および６０８に結合されてもよいことに留意されたい。
【0074】
第２の移送チャンバ６１０もまた、基板を１組のロードロックチャンバ６１２と第１のプラズマ洗浄チャンバ６１４または第２のプラズマ洗浄チャンバ６１６との間で移送するための、ロボット基板ハンドリング機構（図示せず）を有する。ファクトリインターフェース６２０が、ロードロックチャンバ６１２によって第２の移送チャンバ６１０に連結される。ファクトリインターフェース６２０は、ロードロックチャンバ６１２の反対側の１つまたは複数のポッド６３０に結合される。ポッド６３０は通常、洗浄室（図示せず）からアクセス可能な前面開口統合ポッド（ＦＯＵＰ）である。
【0075】
２つの移送チャンバが示されているが、これらの移送チャンバのいずれかが省かれてもよいことが企図されている。第２の移送チャンバ６１０が省かれる１つの実施態様では、第２のプラズマ洗浄チャンバ６１６は、通過ステーション６０６または６０８によって占有されているように現在示されている位置で、第１の移送チャンバ６０４内に配置されても、これに結合されてもよい。第１の移送チャンバ６０４は、たとえばカリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃ．から入手可能なＣｅｎｔｕｒａ（商標）Ｅｐｉチャンバであるエピタキシチャンバなどの、結晶シリコンまたはシリコンゲルマニウムを形成できる１つまたは複数の処理チャンバに結合することができる。あるいは、第１の移送チャンバ６０４が省かれてもよく、また第２のプラズマ洗浄チャンバ６１６が、第２の移送チャンバ６１０に結合されている通過ステーション６０６内に配置されても、これに結合されてもよい。このような場合には、第２の移送チャンバ６１０は、結晶シリコンまたはシリコンゲルマニウムを形成できる１つまたは複数の処理チャンバに結合されるように構成することができる。
【0076】
動作中、基板がポッド６３０から真空処理システム６００へ、ロードロックチャンバ６１２のうちの１つの中に置かれている輸送カセット（図示せず）に入れられて搬送される。第２の移送チャンバ６１０内のロボット輸送機構は、基板をロードロックチャンバ６１２から第１のプラズマ洗浄チャンバ６１４まで１度に１枚輸送し、この第１のプラズマ洗浄チャンバでは、たとえばボックス１０２に見られる処理の洗浄処理が行われて、酸化物が基板の表面から除去される。酸化物が基板表面から除去された後、第２の移送チャンバ６１０内に配置されたロボット輸送機構は、基板を第１のプラズマ洗浄チャンバ６１４から第２のプラズマ洗浄チャンバ６１６まで移送し、この第２のプラズマ洗浄チャンバでは、たとえばボックス１０３に見られる処理の還元処理が行われて、炭素または炭化水素などの汚染物質が基板表面から除去される。ここでの各ステップはまた、逆の順序で、すなわちロボット輸送機構を使用して基板を第２のプラズマ洗浄チャンバ６１６から第１のプラズマ洗浄チャンバ６１４まで移送して、行われてもよいことが企図されている。どちらの場合でも、清浄な基板は次に、第１の移送チャンバ６０４内に配置されたロボット輸送機構によって、第２のプラズマ洗浄チャンバ６１６（または第１のプラズマ洗浄チャンバ６１４）から１つまたは複数の処理チャンバ６０２ａ～６０２ｄまで移送される。１つまたは複数の処理チャンバ６０２ａ～６０２ｄは、ボックス１０６に記載されたエピタキシャル堆積などの層形成処理が行われるエピタキシ処理チャンバを含み得る。
【0077】
１つまたは複数の処理チャンバ６０２ａ～６０２ｄでの処理が完了すると、第１の移送チャンバ６０４内に配置されたロボット輸送機構は、基板を処理チャンバ６０２のうちのどれか１つから通過ステーション６０８まで移動させる。次に基板は、第２の移送チャンバ６１０内に配置されたロボット輸送機構によって通過ステーション６０８から取り出され、別のロードロックチャンバ６１２まで移送され、このロードロックチャンバを通して基板が真空処理システム６００から引き出される。
【0078】
図１の３つのボックス１０２、１０３および１０６すべての処理が同一の真空処理システム６００の中で実行されるので、基板が様々なチャンバの間で移送されるときに真空が損なわれず、これにより、汚染の可能性が低減し、堆積エピタキシャル膜の品質が改善する。基板の移動は、本明細書では説明の目的で記述されていることを理解されたい。制御器（図示せず）を使用して、適用例によって変わり得る所望の順序付けプログラムに従って真空処理システム６００中の基板の移動をスケジュールすることができる。
【0079】
本開示の利点には、２つの異なるタイプの予洗浄チャンバを同一の真空処理システムのエピタキシャル処理チャンバと一体化する、改善された真空処理システムが含まれる。予洗浄処理チャンバは、第１のプラズマ洗浄処理チャンバおよび第２のプラズマ洗浄処理チャンバを含み得る。同一の真空処理システムに２つのタイプの表面材料除去チャンバが共存すると、表面前処理とエピタキシャル堆積の間で基板が真空中にとどまることができ、これにより、基板が外界に曝される時間が低減するとともに、別の処理チャンバまたはシステムで基板を準備する必要がなくなる。このアーキテクチャではまた、２つの移送チャンバ間の通過ステーションが予洗浄処理チャンバとしても機能するので、真空システム上の処理チャンバの数を最大限にし、これによっても基板の総ハンドリング時間が低減する。
【0080】
図１の処理１０２の一例は、図２Ａの処理チャンバ２００で実行することができる。アルゴンが遠隔プラズマユニット２２４を通され、アルゴンの５～１０％のＨＦからなる第１の混合物が入口２５６を通され、アルゴンの２５％のＮＨ3からなる第２の混合物が入口２５８を通される。遠隔プラズマは、２ｓＬｍで流れるアルゴンガスに５００Ｗのマイクロ波またはＲＦ出力を加えることによって形成される。第１の混合物は第１の入口２５６に５００ｓｃｃｍで流され、第２の混合物は第２の入口２５８に５００ｓｃｃｍで流される。基板は、温度制御流体を熱制御プレナム２３５に通すことによって摂氏１０度の温度に維持される。基板支持体２３２に電力が供給されて半径方向の温度制御が行われ得る。チャンバは５トールの圧力に維持され、基板は、基板表面のすべての所望の酸化物を昇華可能な固体に変換するのに適している時間、たとえば３００秒間処理される。基板は次に、基板表面の輻射加熱または伝導加熱を行うために摂氏約２００度に加熱されている第２のガス分配器２３０の近くに移動される。基板は、基板表面に形成された固体を昇華させるために、第２のガス分配器２３０からの熱輻射の近傍に１～５分間保持されて、無酸素の表面が残る。次に基板は、任意選択で不活性雰囲気のもとで熱処理されて、フッ素含有種などの酸素除去処理の残留種がもしあれば除去され得る。この熱処理には、熱処理チャンバ内に基板を配置し、チャンバ内の熱処理装置に通電して基板を約１分間、摂氏約３００度の温度に加熱することが含まれ得る。
【0081】
上記は本開示の諸実施態様を対象としているが、本開示のその他のさらなる実施態様を本開示の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができる。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】