エピタキシャル膜形成のためのクラスターツール
【課題】選択的エピタキシープロセス及びＡＧＳプロセスの両者に対して、効率的に実施するための装置を提供する。
【解決手段】エピタキシャル膜を形成する方法において、エピタキシャル膜を形成する前に、第１のガスを使用して第１の処理チャンバー１０８内で基板を前クリーニングするステップと、上記第１の処理チャンバーから真空下で移送チャンバー１０２を通して第２の処理チャンバー１１０へ基板を移送するステップと、上記第１のガスを使用せずに上記第２の処理チャンバー１１０内で基板上にエピタキシャル層を形成するステップと、上記第１のガスは上記第２の処理チャンバー内で使用するには不適当である、を備えた方法。
【解決手段】エピタキシャル膜を形成する方法において、エピタキシャル膜を形成する前に、第１のガスを使用して第１の処理チャンバー１０８内で基板を前クリーニングするステップと、上記第１の処理チャンバーから真空下で移送チャンバー１０２を通して第２の処理チャンバー１１０へ基板を移送するステップと、上記第１のガスを使用せずに上記第２の処理チャンバー１１０内で基板上にエピタキシャル層を形成するステップと、上記第１のガスは上記第２の処理チャンバー内で使用するには不適当である、を備えた方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００６年４月７日に出願された“Cluster Tool For Epitaxial Film Formation”と題する米国仮特許出願第６０／７９０，０６６号（管理番号１０３１８／Ｌ）に基づく優先権を主張している。本願は、２００５年１月２８日に出願された米国特許出願第１１／０４７，３２３号（管理番号９７９３）、２００５年１月２８日に出願された米国特許出願第１１／０４７，３２３号（管理番号９７９３）、及び２００４年１２月１日に出願された米国特許出願第１１／００１，７７４号（管理番号９６１８）の一部継続出願でありそれに基づく優先権を主張している、２００５年９月１４日に出願された米国特許出願第１１／２２７，９７４号（管理番号９６１８／Ｐ１）にも関連している。これら各出願は、ここにそのまま援用される。
【０００２】
本発明は、一般的に、半導体デバイスの製造に関し、より特定すると、エピタキシャル膜形成中に使用するためのクラスターツールに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来の選択的エピタキシープロセスは、堆積反応及びエッチング反応を含む。これらの堆積及びエッチング反応は、エピタキシャル層及び多結晶層に対して相対的に異なる反応速度で同時に起こる。堆積プロセス中に、エピタキシャル層は、単結晶表面に形成され、一方、多結晶層は、既存の多結晶層及び／又はアモルファス層の如き少なくとも第２の層上に堆積される。しかしながら、その堆積された多結晶層は、一般的に、エピタキシャル層よりも速い速度でエッチングされる。従って、エッチングガスの濃度を変えることによって、正味の選択的プロセスとして、エピタキシー物質の堆積は生じるが、多結晶物質の堆積は制限されるか全く生じない。例えば、選択的エピタキシープロセスでは、単結晶シリコン表面上にシリコン含有物質のエピ層を形成するが、そのスペーサー上には堆積物が残されないことがある。
【０００４】
選択的エピタキシープロセスは、一般的に、幾つかの欠点を有している。このようなエピタキシープロセス中に選択性を維持するために、先駆体の化学的濃度並びに反応温度を、その堆積プロセスを通して調節及び調整しなければならない。充分なシリコン先駆体が与えられない場合には、そのエッチング反応が優勢となり、プロセス全体が遅くなってしまうことがある。又、基板特徴部が有害なオーバエッチングを受けてしまうこともある。充分なエッチング先駆体が与えられない場合には、堆積反応が優勢となり、基板表面にわたり単結晶及び多結晶物質を形成するための選択性が減ぜられてしまうことがある。又、従来の選択的エピタキシープロセスは、通常、約８００℃、１０００℃又はそれ以上の高い反応温度を必要とする。このような高い温度は、熱履歴の観点から、又、基板表面に対する窒化反応をおそらく制御できないことから、製造プロセス中には望ましくない。
【０００５】
従来の選択的エピタキシープロセスに代わるものとして、前述で援用した、２００４年１２月１日に出願された米国特許出願第１１／００１，７７４号（管理番号９６１８）明細書には、望ましい厚さのエピタキシャル層が形成されるまで、堆積プロセス及びエッチングプロセスのサイクルを繰り返すことを含む交互ガス供給（ＡＧＳ）プロセスについて記載されている。ＡＧＳ処理は、堆積ステップとエッチングステップを別々に使用するものであるので、エッチングステップ中には、堆積先駆体濃度を維持する必要がなく、又、堆積ステップ中には、エッチング先駆体濃度を維持する必要がない。ある場合には、より低い反応温度を使用してもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
選択的エピタキシープロセス及びＡＧＳプロセスの両者に対して、そのようなプロセスを効率的に実施するための装置が要望され続けている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の幾つかの態様において、エピタキシャル膜形成の前に第１ガスを使用して第１の処理チャンバ内で基板を前洗浄するステップと、第１の処理チャンバから真空下で移送チャンバを通して第２の処理チャンバへ基板を移送するステップと、第１ガスを使用せずに第２の処理チャンバ内で基板上にエピタキシャル層を形成するステップとを備えたエピタキシャル膜形成のための第１の方法が提供される。
【０００８】
本発明の更に別の態様において、エピタキシャル膜形成の前に水素ガスを使用して第１の処理チャンバ内で基板を前洗浄するステップと、第１の処理チャンバから真空下で移送チャンバを通して第２の処理チャンバへ基板を移送するステップと、水素以外のキャリヤガスを使用して第２の処理チャンバ内で基板上にエピタキシャル層を形成するステップとを備えたエピタキシャル膜形成のための第２の方法が提供される。
【０００９】
本発明の更に別の態様において、エピタキシャル膜形成の前にＣｌ２を使用して第１の処理チャンバ内で基板を前洗浄するステップと、第１の処理チャンバから真空下で移送チャンバを通して第２の処理チャンバへ基板を移送するステップと、水素キャリヤガスを使用して第２の処理チャンバ内で基板上にエピタキシャル層を形成するステップとを備えたエピタキシャル膜形成のための第３の方法が提供される。
【００１０】
本発明の幾つかの他の態様において、エピタキシャル膜形成に使用するための第１のクラスターツールが提供される。この第１のクラスターツールは、エピタキシャル膜形成の前に第１ガスを使用して基板を洗浄するように適応される第１の処理チャンバと、第１ガスを使用せずに基板上にエピタキシャル層を形成するよう適応される第２の処理チャンバと、それら第１の処理チャンバ及び第２の処理チャンバに結合され、クラスターツール全体に真空を維持しながら第１の処理チャンバと第２の処理チャンバとの間で基板を移送するように適応される移送チャンバと、を備えている。
【００１１】
本発明の他の態様において、エピタキシャル膜形成に使用するための第２のクラスターツールが提供される。この第２のクラスターツールは、エピタキシャル膜形成の前に水素を使用して基板を洗浄するように適応される第１の処理チャンバと、水素以外のキャリヤガスを使用して基板上にエピタキシャル層を形成するよう適応される第２の処理チャンバと、それら第１の処理チャンバ及び第２の処理チャンバに結合され、クラスターツール全体に真空を維持しながら第１の処理チャンバと第２の処理チャンバとの間で基板を移送するように適応される移送チャンバと、を備えている。
【００１２】
本発明の更に別の態様において、エピタキシャル膜形成に使用するための第３のクラスターツールが提供される。この第３のクラスターツールは、エピタキシャル膜形成の前にＣｌ２を使用して基板を洗浄するように適応される第１の処理チャンバと、水素キャリヤガスを使用して基板上にエピタキシャル層を形成するよう適応される第２の処理チャンバと、それら第１の処理チャンバ及び第２の処理チャンバに結合され、クラスターツール全体に真空を維持しながら第１の処理チャンバと第２の処理チャンバとの間で基板を移送するように適応される移送チャンバと、を備えている。
【００１３】
本発明の他の特徴及び態様は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付図面から充分に明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に基づくクラスターツールを例示する上面図である。
【図２】本発明の実施形態に基づきエピタキシャル膜を形成する第１の方法を例示するフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態に基づきエピタキシャル膜を形成する第２の方法を例示するフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態に基づきエピタキシャル膜を形成する第３の方法を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
シリコンエピタキシャル膜へ炭素を導入すると、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のチャンネルの電気的特性を改善するといった有益な電気的特性を生じさせることができる。しかしながら、このような有益な電気的特性は、一般に、炭素がシリコン格子内に介在的ではなく置換的に合体されるときに達成される。
【００１６】
約６００℃以下の基板処理温度では、ほとんどの炭素原子は、エピタキシャル形成プロセス中にシリコン格子に置換的に合体される。約７００℃以上の高い基板温度では、著しい介在的炭素合体が生じ得る。このため、約７００℃より低い基板温度を使用するのが望ましく、又、炭素含有シリコンエピタキシャル膜を形成するときには、約６００℃より低い基板温度を使用するのが更に好ましい。
【００１７】
従来のシリコンエピタキシャル膜形成プロセスは、Ｈ２、ＨＣｌ、及びジクロロシランのようなシリコン源を使用して、（例えば、ＨＣｌ及び／又はシリコン源を解離するために）約７００℃より高い基板温度で遂行される。エピタキシャル膜形成温度を下げるための１つの解決策は、ＨＣｌに代わってＣｌ２を使用することである。というのは、Ｃｌ２は、低い温度（例えば、約６００℃以下）で効率的に解離するからである。水素とＣｌ２との間の非適合性のために、水素以外のキャリヤガス、例えば、窒素を、Ｃｌ２と共に使用してもよい。同様に、解離温度の低いシリコン源（例えば、シラン、ジシラン、等）を使用してもよい。
【００１８】
シリコンエピタキシャル膜形成プロセスに対してＣｌ２をエッチングガスとして使用すると、得られるシリコンエピタキシャル膜の表面の形態学的悪化を招くことがある。特定の理論によって束縛することを望まないが、Ｃｌ２は、シリコンエピタキシャル膜表面を過剰に積極的に攻撃し、ピット等を形成することがある。Ｃｌ２の使用は、シリコンエピタキシャル膜が炭素を含むときに特に問題となることが分かった。
【００１９】
前記で援用した２００５年９月１４日に出願された“USE OF CL2 AND/OR HCL DURING SILICON EPITAXIAL FILMFORMATION”と題する米国特許出願第１１／２２７，９７４号は、シリコンエピタキシャル膜形成プロセス中にＣｌ２をエッチングガスとして使用する方法であって、エピタキシャル膜表面を形態学的に改善できる方法を提供する。この方法は、例えば、２００４年１２月１日に出願された前記で援用された米国特許出願第１１／００１，７７４号（管理番号９６１８）に説明された交互ガス供給（ＡＧＳ）プロセスと共に使用されてもよい。幾つかの実施形態では、シリコンエピタキシャル膜形成プロセスのエッチング段階中には、Ｃｌ２及びＨＣｌの両方が使用される。ＨＣｌの存在は、格子ＨＣｌが解離し得る低い基板温度（例えば、約６００℃以下）でも、Ｃｌ２の積極性を見掛け上減少する。更に、ＡＧＳプロセス中に、ＨＣｌは、（例えば、表面を形態学的に改善するために）プロセスの堆積及びエッチング段階中に連続的に流れることができる。
【００２０】
本発明の少なくとも１つの態様によれば、移送チャンバ及び少なくとも２つの処理チャンバを含むクラスターツールが提供される。第１の処理チャンバは、第２の処理チャンバ内でエピタキシャル膜形成を行う前に、基板を洗浄するのに使用できる。クラスターツールは、基板の取り扱い中にクラスターツール全体にわたり真空を維持するためにシールされる。クラスターツールに真空を維持することで、基板の汚染物（例えば、Ｏ２、粒状物体、等）への露出を防止することができる。
【００２１】
従来のエピタキシャル膜形成システムでは、基板がエピタキシャル堆積チャンバへロードされ、自然の二酸化シリコン層又は他の汚染物を基板から除去するためにエッチングが行われる。典型的に、水素を使用して、自然の二酸化シリコン層を除去する。その後、エピタキシャル堆積チャンバ内に選択的エピタキシーを使用して、基板上にエピタキシャル膜を形成する。
【００２２】
本発明によれば、個別の洗浄チャンバを使用して、エピタキシャル膜形成の前に基板を洗浄する。より詳細には、基板は、第１の処理チャンバ内で洗浄されて、エピタキシャル膜形成のために（真空下で）第２の処理チャンバへ移送される。個別の洗浄チャンバを使用することで、エピタキシャル膜形成チャンバ内で使用するには不適であるかもしれない洗浄ガスを使用することが許される。例えば、従来、エピタキシャル膜形成の前にシリコン基板から二酸化シリコンを洗浄するために水素を使用している。しかしながら、上述したように、Ｃｌ２を使用する低温度のエピタキシープロセス中には、水素の使用が望ましくないことがある。個別の洗浄チャンバの使用を通して、エピタキシャル膜形成チャンバを水素（又は他の望ましくないガス）に露出せずに水素を使用して基板を洗浄することができる。本発明のこれら及び他の態様は、図１から４を参照して以下に説明する。
【００２３】
図１は、本発明により提供されるクラスターツール１００の上面図である。このクラスターツール１００は、基板ハンドラー１０４を収容する移送チャンバ１０２を備えている。移送チャンバ１０２は、第１のロードロック１０６ａ、第２のロードロック１０６ｂ、第１の処理チャンバ１０８、第２の処理チャンバ１１０、及び必要に応じて、（仮想線で示す）第３の処理チャンバ１１２に結合される。これより少数又は多数の処理チャンバが使用されてもよく、又、コントローラ１１３が各チャンバと通信し、及び／又は各チャンバ内で遂行されるプロセスを制御することができる。処理チャンバ１０８、１１０、１１２の１つ以上が、（以下に述べる）紫外線装置１１４ａ−ｃを（それに隣接して、それに取り付けて、及び／又はその中に固定して）含むことができる。
【００２４】
移送チャンバ１０２は、基板が基板ハンドラー１０４によりロードロックチャンバ１０６ａ−ｂと、処理チャンバ１０８、１１０、１１２と、移送チャンバ１０２との間を通過されるときに、真空を維持するためにシールされる。クラスターツール１００の全体にわたり真空を維持することで、汚染物（例えば、Ｏ２、粒状物体、等）への基板の露出を防止することができる。
【００２５】
ロードロックチャンバ１０６ａ−ｂは、ファクトリーインターフェイス１１６又は別のソースから移送チャンバ１０２へ基板を移送することのできるいずれの従来のロードロックチャンバを含んでもよい。
【００２６】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、第１の処理チャンバ１０８は、エピタキシャル膜形成の前に基板を洗浄するように適応される。例えば、第１の処理チャンバ１０８は、Ａｒ、Ｈｅ、Ｈ２、又はＮ２スパッタリングのような適当な前洗浄プロセスを使用して、エピタキシャル膜形成の前に自然酸化物を除去するか、さもなければ、基板の表面を洗浄する従来の前洗浄チャンバでよい。又、Ｃｌ２や他の塩素系洗浄プロセスを使用してもよい。
【００２７】
第２の処理チャンバ１１０、及び／又はもし使用されれば、第３の処理チャンバ１１２は、いずれの適当なエピタキシャル膜形成チャンバを含んでもよい。例示的なエピタキシャル膜チャンバは、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライドマテリアルズ社から入手できるＥｐｉ Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）システム及びＰｏｌｙ Ｇｅｎ（登録商標）システムに見ることができるが、他のエピタキシャル膜形成及び／又はシステムを使用してもよい。
【００２８】
各プロセスチャンバ１０８、１１０及び１１２は、エピタキシャル膜形成中に必要なガスを受け取るために適当なガス供給源に結合される。例えば、第１の処理チャンバ１０８は、水素源に結合され、第１の処理チャンバ１０８内で遂行される前洗浄プロセス中に水素を受け取ることができる。同様に、第２及び／又は第３の処理チャンバ１１０、１１２は、キャリヤガス（例えば、水素、窒素、等）源、エッチングガス（例えば、ＨＣｌ、Ｃｌ２、等）源、シリコン源（例えば、シラン、ジシラン、等）、炭素源、ゲルマニウム源、他のドープ剤源、等に結合されてもよい。
【００２９】
本発明の幾つかの実施形態では、第１の処理チャンバ１０８は、第２の処理チャンバ１１０内でエピタキシャル膜形成を行う前に、水素を使用して基板を前洗浄するように適応される。第２の処理チャンバ１１０は、基板上にエピタキシャル膜を形成する間に水素以外のキャリヤガス、例えば、窒素を使用するように適応される。例えば、第２の処理チャンバ１１０は、窒素のキャリヤガスをＣｌ２及び／又はＨＣｌ並びに適切なシリコン源と共に使用して、基板上にエピタキシャル層を形成することができる（例えば、前記で援用した２００５年９月１４日に出願された米国特許出願第１１／２２７，９７４号（管理番号９６１８／Ｐ１）に記載されたようにＡＧＳ又は他のエピタキシャルプロセスを経て）。又、炭素、ゲルマニウム及び／又は他のドープ剤を使用してもよい。必要に応じて、第３の処理チャンバ１１２内で、同様の又は他のエピタキシャルプロセスを遂行してもよい。
【００３０】
個別の洗浄チャンバ（第１の処理チャンバ１０８）を使用することで、エピタキシャル膜形成チャンバ（第２及び／又は第３の処理チャンバ１１０、１１２）内で使用するのに適さないかもしれない洗浄ガスの使用が許される。上述した実施例において、第２の処理チャンバ１１０内でのエピタキシャル膜形成中にＣｌ２がエッチング剤として使用されるときには、（例えば、水素とＣｌ２との間の不適合性のために）第２の処理チャンバ１１０内に水素を存在させることが望ましくない。従って、第１の処理チャンバ１０８のような個別の前洗浄チャンバを使用することで、エピタキシャル膜形成に使用される処理チャンバへ水素を導入せずに、水素を使用して基板を洗浄することが許される。
【００３１】
別の態様として、第１の処理チャンバ１０８は、Ｃｌ２プロセスを使用し、例えば、Ｃｌ２及び／又はＨＣｌを窒素キャリヤガスと共に（例えば、前記で援用した２００５年９月１４日に出願された米国特許出願第１１／２２７，９７４号（管理番号９６１８／Ｐ１）に述べたように低温ＡＧＳエピタキシャル膜形成プロセス中に使用される同じエッチング化学物質）使用することにより、基板を前洗浄するのに使用されてもよい。その後、水素キャリヤガスを使用する従来の選択的エピタキシープロセスを使用して、第２及び／又は第３の処理チャンバ１１０、１１２内で基板上にエピタキシャル層を形成することができる。これら及び他の方法の実施例を、図２から４を参照して以下に説明する。
【００３２】
図２は、本発明によるエピタキシャル膜形成の第１の方法２００のフローチャートである。
【００３３】
この方法２００は、ステップ２０１で開始する。ステップ２０２において、エピタキシャル膜形成の前に、前洗浄チャンバ（例えば、第１の処理チャンバ１０８）内で基板を前洗浄することができる。前洗浄プロセスは、第１ガス（例えば、水素、窒素、塩素、等）を使用することができる。
【００３４】
ステップ２０４において、基板は、前洗浄チャンバから堆積チャンバ（例えば、第２の処理チャンバ１１０）へ（例えば、基板ハンドラー１０４により）移送することができる。例えば、この移送は、真空に維持された移送チャンバ１０２を通して行うことができる。
【００３５】
基板の移送（ステップ２０４）に続いて、ステップ２０６において堆積チャンバ内で基板上にエピタキシャル層を形成することができる。エピタキシャル層は、ステップ２０２において前洗浄チャンバで使用した第１ガスを使用せずに、基板上に形成することができる。（ステップ２０４でまだ使用されていないという条件で）使用できるガスは、例えば、窒素、水素、ヘリウム、アルゴン、等をキャリヤガスとして、ＨＣｌ、Ｃｌ２、その組合せ、等をエッチングガスとして、シラン、ジシラン、等をシリコン源として含み、又、種々の他のガス、例えば、ゲルマニウム源、炭素源又は他のドープ剤源を含む。
【００３６】
もし必要であれば、前洗浄チャンバ又は堆積チャンバ内のＣｌ含有種又は他の種を（例えば、紫外線装置１１４ｂにより）活性化してもよい。
【００３７】
ステップ２０６においてエピタキシャル層を堆積した後に、ステップ２０８において、基板を（基板ハンドラー１０４により）第２の堆積チャンバ（例えば、第３の処理チャンバ１１２）へ移送することができる。基板は、真空下で（移送チャンバ１０２を通して）移送される。
【００３８】
ステップ２１０において、適当なキャリヤガス、エッチングガス、シリコン源、ドープ剤源、等を使用して、第２の堆積チャンバ内で基板上に付加的なエピタキシャル層を形成することができる。
【００３９】
第２の堆積チャンバ（例えば、第３の処理チャンバ１１２）内のＣｌ含有種又は他の種を（例えば、紫外線装置１１４ｃにより）活性化してもよい。この方法２００は、ステップ２１２において終了となる。
【００４０】
図３は、本発明によるエピタキシャル膜形成の第２の方法３００のフローチャートである。
【００４１】
この方法３００は、ステップ３０１で開始する。ステップ３０２において、エピタキシャル膜形成の前に、前洗浄チャンバ（例えば、第１の処理チャンバ１０８）内で基板を前洗浄することができる。前洗浄プロセスは、従来の水素プロセスを使用して基板から二酸化シリコン層を除去するために水素ガスを使用することができる。
【００４２】
ステップ３０４において、基板は、前洗浄チャンバから堆積チャンバ（例えば、第２の処理チャンバ１１０）へ（例えば、基板ハンドラー１０４により）移送される。この移送は、真空下で（移送チャンバ１０２を通して）行われる。
【００４３】
基板の移送（ステップ３０４）に続いて、ステップ３０６において、堆積チャンバ内で基板上にエピタキシャル層を形成することができる。エピタキシャル層は、前洗浄チャンバ（ステップ３０２）に使用された水素ガスを使用せずに、基板上に形成される。使用できるガスは、例えば、窒素、ヘリウム又はアルゴンのキャリヤガスを含み、ＨＣｌ及び／又はＣｌ２をエッチングガスとして含み、シラン、ジシラン、等をシリコン源として含み、更に、種々の他のガス、例えば、ゲルマニウム源、炭素源又は他のドープ剤源を含む。
【００４４】
もし必要であれば、堆積チャンバ（例えば、第２の処理チャンバ１１０）内のＣｌ含有種を、例えば、紫外線装置１１４ｂにより、活性化してもよい。
【００４５】
ステップ３０６におけるエピタキシャル層の堆積の後に、ステップ３０８において、基板を第２の堆積チャンバ（例えば、第３の処理チャンバ１１２）へ（基板ハンドラー１０４により）搬送することができる。基板は、真空下で（移送チャンバ１０２を通して）移送される。
【００４６】
ステップ３１０において、適当なキャリヤガス、エッチングガス、シリコン源、ドープ剤源、等を使用して、第２の堆積チャンバ内で基板上に付加的なエピタキシャル層を形成することができる。エピタキシャル層は、水素で形成されてもよいが、水素なしに形成されるのが好ましい。
【００４７】
第２の堆積チャンバ（例えば、第３の処理チャンバ１１２）内のＣｌ含有種又は他の種を、例えば、紫外線装置１１４ｃにより、活性化してもよい。この方法３００は、ステップ３１２において終了となる。
【００４８】
図４は、本発明によるエピタキシャル膜形成の第３の方法４００のフローチャートである。
【００４９】
この方法４００は、ステップ４０１で開始する。ステップ４０２において、エピタキシャル膜形成の前に、前洗浄チャンバ（例えば、第１の処理チャンバ１０８）内で基板を前洗浄することができる。前洗浄プロセスは、Ｃｌ２を（洗浄ガスとして）使用することができる。例えば、Ｃｌ２は、ＨＣｌを伴う場合も伴わない場合も、窒素キャリヤガスと共に使用して、二酸化シリコン又は他の汚染物を基板からエッチングすることができる。例示的なＣｌ２エッチングプロセスが、参考としてここに全体を援用する２００５年１月２８日に出願された米国特許出願第１１／０４７，３２３号（管理番号９７９３）に述べられている。例えば、キャリヤガス及びＣｌ２は、シリコン源を伴う場合も伴わない場合も、約５００から７００℃の範囲の基板温度を使用してシリコン含有表面をエッチングするのに使用できる。もし望ましい場合には、紫外線装置１１４ａを使用して、（例えば、低いＣｌ流量及び／又は低い温度を許すために）基板の洗浄に必要なＣｌ含有種又は他の種を活性化することができる。
【００５０】
ステップ４０４において、例えば、基板ハンドラー１０４により、前洗浄チャンバから堆積チャンバ（例えば、第２の処理チャンバ１１０）へ移送される。この移送は、真空下で（移送チャンバ１０２を通して）行われる。
【００５１】
基板の移送（ステップ４０４）に続いて、ステップ４０６において、堆積チャンバ内で基板上にエピタキシャル層を形成することができる。エピタキシャル層は、水素キャリヤガスを使用するＡＧＳ又は従来の選択的エピタキシーのような適当なエピタキシー形成方法を使用して基板上に形成することができる。
【００５２】
ステップ４０６におけるエピタキシャル層の堆積の後に、ステップ４０８において、例えば、基板ハンドラー１０４により第２の堆積チャンバ（例えば、第３の処理チャンバ１１２）へ基板を移送することができる。基板は、真空下で（移送チャンバ１０２を通して）移送される。
【００５３】
ステップ４１０において、第２の堆積チャンバ内で基板上にエピタキシャル層を形成することができる。エピタキシャル層は、適当なエピタキシー形成方法を使用して基板上に形成することができる。
【００５４】
この方法は、ステップ４１２で終了となる。
【００５５】
以上の説明は、本発明の例示のための実施形態を開示したに過ぎない。当業者であれば、以上に開示した装置及び方法の、本発明の範囲内に入る変更が容易に明らかであろう。例えば、ここに述べた洗浄及びエピタキシャル形成プロセスは、主として、水素及びＣｌ２プロセスであったが、第１、第２、及び／又は第３の処理チャンバ１０８、１１０、１１２には、他のガスを使用してもよいことを理解されたい。
【００５６】
従って、例示のための実施形態に関して本発明を開示したが、他の実施形態も、特許請求の範囲で規定された本発明の精神及び範囲内に包含されることを理解されたい。
【符号の説明】
【００５７】
１００…クラスターツール、１０２…移送チャンバ、１０４…基板ハンドラー、１０６ａ…第１ロードロック、１０６ｂ…第２ロードロック、１０８…第１の処理チャンバ、１１０…第２の処理チャンバ、１１２…第３の処理チャンバ、１１３…コントローラ、１１４
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００６年４月７日に出願された“Cluster Tool For Epitaxial Film Formation”と題する米国仮特許出願第６０／７９０，０６６号（管理番号１０３１８／Ｌ）に基づく優先権を主張している。本願は、２００５年１月２８日に出願された米国特許出願第１１／０４７，３２３号（管理番号９７９３）、２００５年１月２８日に出願された米国特許出願第１１／０４７，３２３号（管理番号９７９３）、及び２００４年１２月１日に出願された米国特許出願第１１／００１，７７４号（管理番号９６１８）の一部継続出願でありそれに基づく優先権を主張している、２００５年９月１４日に出願された米国特許出願第１１／２２７，９７４号（管理番号９６１８／Ｐ１）にも関連している。これら各出願は、ここにそのまま援用される。
【０００２】
本発明は、一般的に、半導体デバイスの製造に関し、より特定すると、エピタキシャル膜形成中に使用するためのクラスターツールに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来の選択的エピタキシープロセスは、堆積反応及びエッチング反応を含む。これらの堆積及びエッチング反応は、エピタキシャル層及び多結晶層に対して相対的に異なる反応速度で同時に起こる。堆積プロセス中に、エピタキシャル層は、単結晶表面に形成され、一方、多結晶層は、既存の多結晶層及び／又はアモルファス層の如き少なくとも第２の層上に堆積される。しかしながら、その堆積された多結晶層は、一般的に、エピタキシャル層よりも速い速度でエッチングされる。従って、エッチングガスの濃度を変えることによって、正味の選択的プロセスとして、エピタキシー物質の堆積は生じるが、多結晶物質の堆積は制限されるか全く生じない。例えば、選択的エピタキシープロセスでは、単結晶シリコン表面上にシリコン含有物質のエピ層を形成するが、そのスペーサー上には堆積物が残されないことがある。
【０００４】
選択的エピタキシープロセスは、一般的に、幾つかの欠点を有している。このようなエピタキシープロセス中に選択性を維持するために、先駆体の化学的濃度並びに反応温度を、その堆積プロセスを通して調節及び調整しなければならない。充分なシリコン先駆体が与えられない場合には、そのエッチング反応が優勢となり、プロセス全体が遅くなってしまうことがある。又、基板特徴部が有害なオーバエッチングを受けてしまうこともある。充分なエッチング先駆体が与えられない場合には、堆積反応が優勢となり、基板表面にわたり単結晶及び多結晶物質を形成するための選択性が減ぜられてしまうことがある。又、従来の選択的エピタキシープロセスは、通常、約８００℃、１０００℃又はそれ以上の高い反応温度を必要とする。このような高い温度は、熱履歴の観点から、又、基板表面に対する窒化反応をおそらく制御できないことから、製造プロセス中には望ましくない。
【０００５】
従来の選択的エピタキシープロセスに代わるものとして、前述で援用した、２００４年１２月１日に出願された米国特許出願第１１／００１，７７４号（管理番号９６１８）明細書には、望ましい厚さのエピタキシャル層が形成されるまで、堆積プロセス及びエッチングプロセスのサイクルを繰り返すことを含む交互ガス供給（ＡＧＳ）プロセスについて記載されている。ＡＧＳ処理は、堆積ステップとエッチングステップを別々に使用するものであるので、エッチングステップ中には、堆積先駆体濃度を維持する必要がなく、又、堆積ステップ中には、エッチング先駆体濃度を維持する必要がない。ある場合には、より低い反応温度を使用してもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
選択的エピタキシープロセス及びＡＧＳプロセスの両者に対して、そのようなプロセスを効率的に実施するための装置が要望され続けている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の幾つかの態様において、エピタキシャル膜形成の前に第１ガスを使用して第１の処理チャンバ内で基板を前洗浄するステップと、第１の処理チャンバから真空下で移送チャンバを通して第２の処理チャンバへ基板を移送するステップと、第１ガスを使用せずに第２の処理チャンバ内で基板上にエピタキシャル層を形成するステップとを備えたエピタキシャル膜形成のための第１の方法が提供される。
【０００８】
本発明の更に別の態様において、エピタキシャル膜形成の前に水素ガスを使用して第１の処理チャンバ内で基板を前洗浄するステップと、第１の処理チャンバから真空下で移送チャンバを通して第２の処理チャンバへ基板を移送するステップと、水素以外のキャリヤガスを使用して第２の処理チャンバ内で基板上にエピタキシャル層を形成するステップとを備えたエピタキシャル膜形成のための第２の方法が提供される。
【０００９】
本発明の更に別の態様において、エピタキシャル膜形成の前にＣｌ２を使用して第１の処理チャンバ内で基板を前洗浄するステップと、第１の処理チャンバから真空下で移送チャンバを通して第２の処理チャンバへ基板を移送するステップと、水素キャリヤガスを使用して第２の処理チャンバ内で基板上にエピタキシャル層を形成するステップとを備えたエピタキシャル膜形成のための第３の方法が提供される。
【００１０】
本発明の幾つかの他の態様において、エピタキシャル膜形成に使用するための第１のクラスターツールが提供される。この第１のクラスターツールは、エピタキシャル膜形成の前に第１ガスを使用して基板を洗浄するように適応される第１の処理チャンバと、第１ガスを使用せずに基板上にエピタキシャル層を形成するよう適応される第２の処理チャンバと、それら第１の処理チャンバ及び第２の処理チャンバに結合され、クラスターツール全体に真空を維持しながら第１の処理チャンバと第２の処理チャンバとの間で基板を移送するように適応される移送チャンバと、を備えている。
【００１１】
本発明の他の態様において、エピタキシャル膜形成に使用するための第２のクラスターツールが提供される。この第２のクラスターツールは、エピタキシャル膜形成の前に水素を使用して基板を洗浄するように適応される第１の処理チャンバと、水素以外のキャリヤガスを使用して基板上にエピタキシャル層を形成するよう適応される第２の処理チャンバと、それら第１の処理チャンバ及び第２の処理チャンバに結合され、クラスターツール全体に真空を維持しながら第１の処理チャンバと第２の処理チャンバとの間で基板を移送するように適応される移送チャンバと、を備えている。
【００１２】
本発明の更に別の態様において、エピタキシャル膜形成に使用するための第３のクラスターツールが提供される。この第３のクラスターツールは、エピタキシャル膜形成の前にＣｌ２を使用して基板を洗浄するように適応される第１の処理チャンバと、水素キャリヤガスを使用して基板上にエピタキシャル層を形成するよう適応される第２の処理チャンバと、それら第１の処理チャンバ及び第２の処理チャンバに結合され、クラスターツール全体に真空を維持しながら第１の処理チャンバと第２の処理チャンバとの間で基板を移送するように適応される移送チャンバと、を備えている。
【００１３】
本発明の他の特徴及び態様は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付図面から充分に明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に基づくクラスターツールを例示する上面図である。
【図２】本発明の実施形態に基づきエピタキシャル膜を形成する第１の方法を例示するフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態に基づきエピタキシャル膜を形成する第２の方法を例示するフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態に基づきエピタキシャル膜を形成する第３の方法を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
シリコンエピタキシャル膜へ炭素を導入すると、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のチャンネルの電気的特性を改善するといった有益な電気的特性を生じさせることができる。しかしながら、このような有益な電気的特性は、一般に、炭素がシリコン格子内に介在的ではなく置換的に合体されるときに達成される。
【００１６】
約６００℃以下の基板処理温度では、ほとんどの炭素原子は、エピタキシャル形成プロセス中にシリコン格子に置換的に合体される。約７００℃以上の高い基板温度では、著しい介在的炭素合体が生じ得る。このため、約７００℃より低い基板温度を使用するのが望ましく、又、炭素含有シリコンエピタキシャル膜を形成するときには、約６００℃より低い基板温度を使用するのが更に好ましい。
【００１７】
従来のシリコンエピタキシャル膜形成プロセスは、Ｈ２、ＨＣｌ、及びジクロロシランのようなシリコン源を使用して、（例えば、ＨＣｌ及び／又はシリコン源を解離するために）約７００℃より高い基板温度で遂行される。エピタキシャル膜形成温度を下げるための１つの解決策は、ＨＣｌに代わってＣｌ２を使用することである。というのは、Ｃｌ２は、低い温度（例えば、約６００℃以下）で効率的に解離するからである。水素とＣｌ２との間の非適合性のために、水素以外のキャリヤガス、例えば、窒素を、Ｃｌ２と共に使用してもよい。同様に、解離温度の低いシリコン源（例えば、シラン、ジシラン、等）を使用してもよい。
【００１８】
シリコンエピタキシャル膜形成プロセスに対してＣｌ２をエッチングガスとして使用すると、得られるシリコンエピタキシャル膜の表面の形態学的悪化を招くことがある。特定の理論によって束縛することを望まないが、Ｃｌ２は、シリコンエピタキシャル膜表面を過剰に積極的に攻撃し、ピット等を形成することがある。Ｃｌ２の使用は、シリコンエピタキシャル膜が炭素を含むときに特に問題となることが分かった。
【００１９】
前記で援用した２００５年９月１４日に出願された“USE OF CL2 AND/OR HCL DURING SILICON EPITAXIAL FILMFORMATION”と題する米国特許出願第１１／２２７，９７４号は、シリコンエピタキシャル膜形成プロセス中にＣｌ２をエッチングガスとして使用する方法であって、エピタキシャル膜表面を形態学的に改善できる方法を提供する。この方法は、例えば、２００４年１２月１日に出願された前記で援用された米国特許出願第１１／００１，７７４号（管理番号９６１８）に説明された交互ガス供給（ＡＧＳ）プロセスと共に使用されてもよい。幾つかの実施形態では、シリコンエピタキシャル膜形成プロセスのエッチング段階中には、Ｃｌ２及びＨＣｌの両方が使用される。ＨＣｌの存在は、格子ＨＣｌが解離し得る低い基板温度（例えば、約６００℃以下）でも、Ｃｌ２の積極性を見掛け上減少する。更に、ＡＧＳプロセス中に、ＨＣｌは、（例えば、表面を形態学的に改善するために）プロセスの堆積及びエッチング段階中に連続的に流れることができる。
【００２０】
本発明の少なくとも１つの態様によれば、移送チャンバ及び少なくとも２つの処理チャンバを含むクラスターツールが提供される。第１の処理チャンバは、第２の処理チャンバ内でエピタキシャル膜形成を行う前に、基板を洗浄するのに使用できる。クラスターツールは、基板の取り扱い中にクラスターツール全体にわたり真空を維持するためにシールされる。クラスターツールに真空を維持することで、基板の汚染物（例えば、Ｏ２、粒状物体、等）への露出を防止することができる。
【００２１】
従来のエピタキシャル膜形成システムでは、基板がエピタキシャル堆積チャンバへロードされ、自然の二酸化シリコン層又は他の汚染物を基板から除去するためにエッチングが行われる。典型的に、水素を使用して、自然の二酸化シリコン層を除去する。その後、エピタキシャル堆積チャンバ内に選択的エピタキシーを使用して、基板上にエピタキシャル膜を形成する。
【００２２】
本発明によれば、個別の洗浄チャンバを使用して、エピタキシャル膜形成の前に基板を洗浄する。より詳細には、基板は、第１の処理チャンバ内で洗浄されて、エピタキシャル膜形成のために（真空下で）第２の処理チャンバへ移送される。個別の洗浄チャンバを使用することで、エピタキシャル膜形成チャンバ内で使用するには不適であるかもしれない洗浄ガスを使用することが許される。例えば、従来、エピタキシャル膜形成の前にシリコン基板から二酸化シリコンを洗浄するために水素を使用している。しかしながら、上述したように、Ｃｌ２を使用する低温度のエピタキシープロセス中には、水素の使用が望ましくないことがある。個別の洗浄チャンバの使用を通して、エピタキシャル膜形成チャンバを水素（又は他の望ましくないガス）に露出せずに水素を使用して基板を洗浄することができる。本発明のこれら及び他の態様は、図１から４を参照して以下に説明する。
【００２３】
図１は、本発明により提供されるクラスターツール１００の上面図である。このクラスターツール１００は、基板ハンドラー１０４を収容する移送チャンバ１０２を備えている。移送チャンバ１０２は、第１のロードロック１０６ａ、第２のロードロック１０６ｂ、第１の処理チャンバ１０８、第２の処理チャンバ１１０、及び必要に応じて、（仮想線で示す）第３の処理チャンバ１１２に結合される。これより少数又は多数の処理チャンバが使用されてもよく、又、コントローラ１１３が各チャンバと通信し、及び／又は各チャンバ内で遂行されるプロセスを制御することができる。処理チャンバ１０８、１１０、１１２の１つ以上が、（以下に述べる）紫外線装置１１４ａ−ｃを（それに隣接して、それに取り付けて、及び／又はその中に固定して）含むことができる。
【００２４】
移送チャンバ１０２は、基板が基板ハンドラー１０４によりロードロックチャンバ１０６ａ−ｂと、処理チャンバ１０８、１１０、１１２と、移送チャンバ１０２との間を通過されるときに、真空を維持するためにシールされる。クラスターツール１００の全体にわたり真空を維持することで、汚染物（例えば、Ｏ２、粒状物体、等）への基板の露出を防止することができる。
【００２５】
ロードロックチャンバ１０６ａ−ｂは、ファクトリーインターフェイス１１６又は別のソースから移送チャンバ１０２へ基板を移送することのできるいずれの従来のロードロックチャンバを含んでもよい。
【００２６】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、第１の処理チャンバ１０８は、エピタキシャル膜形成の前に基板を洗浄するように適応される。例えば、第１の処理チャンバ１０８は、Ａｒ、Ｈｅ、Ｈ２、又はＮ２スパッタリングのような適当な前洗浄プロセスを使用して、エピタキシャル膜形成の前に自然酸化物を除去するか、さもなければ、基板の表面を洗浄する従来の前洗浄チャンバでよい。又、Ｃｌ２や他の塩素系洗浄プロセスを使用してもよい。
【００２７】
第２の処理チャンバ１１０、及び／又はもし使用されれば、第３の処理チャンバ１１２は、いずれの適当なエピタキシャル膜形成チャンバを含んでもよい。例示的なエピタキシャル膜チャンバは、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライドマテリアルズ社から入手できるＥｐｉ Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）システム及びＰｏｌｙ Ｇｅｎ（登録商標）システムに見ることができるが、他のエピタキシャル膜形成及び／又はシステムを使用してもよい。
【００２８】
各プロセスチャンバ１０８、１１０及び１１２は、エピタキシャル膜形成中に必要なガスを受け取るために適当なガス供給源に結合される。例えば、第１の処理チャンバ１０８は、水素源に結合され、第１の処理チャンバ１０８内で遂行される前洗浄プロセス中に水素を受け取ることができる。同様に、第２及び／又は第３の処理チャンバ１１０、１１２は、キャリヤガス（例えば、水素、窒素、等）源、エッチングガス（例えば、ＨＣｌ、Ｃｌ２、等）源、シリコン源（例えば、シラン、ジシラン、等）、炭素源、ゲルマニウム源、他のドープ剤源、等に結合されてもよい。
【００２９】
本発明の幾つかの実施形態では、第１の処理チャンバ１０８は、第２の処理チャンバ１１０内でエピタキシャル膜形成を行う前に、水素を使用して基板を前洗浄するように適応される。第２の処理チャンバ１１０は、基板上にエピタキシャル膜を形成する間に水素以外のキャリヤガス、例えば、窒素を使用するように適応される。例えば、第２の処理チャンバ１１０は、窒素のキャリヤガスをＣｌ２及び／又はＨＣｌ並びに適切なシリコン源と共に使用して、基板上にエピタキシャル層を形成することができる（例えば、前記で援用した２００５年９月１４日に出願された米国特許出願第１１／２２７，９７４号（管理番号９６１８／Ｐ１）に記載されたようにＡＧＳ又は他のエピタキシャルプロセスを経て）。又、炭素、ゲルマニウム及び／又は他のドープ剤を使用してもよい。必要に応じて、第３の処理チャンバ１１２内で、同様の又は他のエピタキシャルプロセスを遂行してもよい。
【００３０】
個別の洗浄チャンバ（第１の処理チャンバ１０８）を使用することで、エピタキシャル膜形成チャンバ（第２及び／又は第３の処理チャンバ１１０、１１２）内で使用するのに適さないかもしれない洗浄ガスの使用が許される。上述した実施例において、第２の処理チャンバ１１０内でのエピタキシャル膜形成中にＣｌ２がエッチング剤として使用されるときには、（例えば、水素とＣｌ２との間の不適合性のために）第２の処理チャンバ１１０内に水素を存在させることが望ましくない。従って、第１の処理チャンバ１０８のような個別の前洗浄チャンバを使用することで、エピタキシャル膜形成に使用される処理チャンバへ水素を導入せずに、水素を使用して基板を洗浄することが許される。
【００３１】
別の態様として、第１の処理チャンバ１０８は、Ｃｌ２プロセスを使用し、例えば、Ｃｌ２及び／又はＨＣｌを窒素キャリヤガスと共に（例えば、前記で援用した２００５年９月１４日に出願された米国特許出願第１１／２２７，９７４号（管理番号９６１８／Ｐ１）に述べたように低温ＡＧＳエピタキシャル膜形成プロセス中に使用される同じエッチング化学物質）使用することにより、基板を前洗浄するのに使用されてもよい。その後、水素キャリヤガスを使用する従来の選択的エピタキシープロセスを使用して、第２及び／又は第３の処理チャンバ１１０、１１２内で基板上にエピタキシャル層を形成することができる。これら及び他の方法の実施例を、図２から４を参照して以下に説明する。
【００３２】
図２は、本発明によるエピタキシャル膜形成の第１の方法２００のフローチャートである。
【００３３】
この方法２００は、ステップ２０１で開始する。ステップ２０２において、エピタキシャル膜形成の前に、前洗浄チャンバ（例えば、第１の処理チャンバ１０８）内で基板を前洗浄することができる。前洗浄プロセスは、第１ガス（例えば、水素、窒素、塩素、等）を使用することができる。
【００３４】
ステップ２０４において、基板は、前洗浄チャンバから堆積チャンバ（例えば、第２の処理チャンバ１１０）へ（例えば、基板ハンドラー１０４により）移送することができる。例えば、この移送は、真空に維持された移送チャンバ１０２を通して行うことができる。
【００３５】
基板の移送（ステップ２０４）に続いて、ステップ２０６において堆積チャンバ内で基板上にエピタキシャル層を形成することができる。エピタキシャル層は、ステップ２０２において前洗浄チャンバで使用した第１ガスを使用せずに、基板上に形成することができる。（ステップ２０４でまだ使用されていないという条件で）使用できるガスは、例えば、窒素、水素、ヘリウム、アルゴン、等をキャリヤガスとして、ＨＣｌ、Ｃｌ２、その組合せ、等をエッチングガスとして、シラン、ジシラン、等をシリコン源として含み、又、種々の他のガス、例えば、ゲルマニウム源、炭素源又は他のドープ剤源を含む。
【００３６】
もし必要であれば、前洗浄チャンバ又は堆積チャンバ内のＣｌ含有種又は他の種を（例えば、紫外線装置１１４ｂにより）活性化してもよい。
【００３７】
ステップ２０６においてエピタキシャル層を堆積した後に、ステップ２０８において、基板を（基板ハンドラー１０４により）第２の堆積チャンバ（例えば、第３の処理チャンバ１１２）へ移送することができる。基板は、真空下で（移送チャンバ１０２を通して）移送される。
【００３８】
ステップ２１０において、適当なキャリヤガス、エッチングガス、シリコン源、ドープ剤源、等を使用して、第２の堆積チャンバ内で基板上に付加的なエピタキシャル層を形成することができる。
【００３９】
第２の堆積チャンバ（例えば、第３の処理チャンバ１１２）内のＣｌ含有種又は他の種を（例えば、紫外線装置１１４ｃにより）活性化してもよい。この方法２００は、ステップ２１２において終了となる。
【００４０】
図３は、本発明によるエピタキシャル膜形成の第２の方法３００のフローチャートである。
【００４１】
この方法３００は、ステップ３０１で開始する。ステップ３０２において、エピタキシャル膜形成の前に、前洗浄チャンバ（例えば、第１の処理チャンバ１０８）内で基板を前洗浄することができる。前洗浄プロセスは、従来の水素プロセスを使用して基板から二酸化シリコン層を除去するために水素ガスを使用することができる。
【００４２】
ステップ３０４において、基板は、前洗浄チャンバから堆積チャンバ（例えば、第２の処理チャンバ１１０）へ（例えば、基板ハンドラー１０４により）移送される。この移送は、真空下で（移送チャンバ１０２を通して）行われる。
【００４３】
基板の移送（ステップ３０４）に続いて、ステップ３０６において、堆積チャンバ内で基板上にエピタキシャル層を形成することができる。エピタキシャル層は、前洗浄チャンバ（ステップ３０２）に使用された水素ガスを使用せずに、基板上に形成される。使用できるガスは、例えば、窒素、ヘリウム又はアルゴンのキャリヤガスを含み、ＨＣｌ及び／又はＣｌ２をエッチングガスとして含み、シラン、ジシラン、等をシリコン源として含み、更に、種々の他のガス、例えば、ゲルマニウム源、炭素源又は他のドープ剤源を含む。
【００４４】
もし必要であれば、堆積チャンバ（例えば、第２の処理チャンバ１１０）内のＣｌ含有種を、例えば、紫外線装置１１４ｂにより、活性化してもよい。
【００４５】
ステップ３０６におけるエピタキシャル層の堆積の後に、ステップ３０８において、基板を第２の堆積チャンバ（例えば、第３の処理チャンバ１１２）へ（基板ハンドラー１０４により）搬送することができる。基板は、真空下で（移送チャンバ１０２を通して）移送される。
【００４６】
ステップ３１０において、適当なキャリヤガス、エッチングガス、シリコン源、ドープ剤源、等を使用して、第２の堆積チャンバ内で基板上に付加的なエピタキシャル層を形成することができる。エピタキシャル層は、水素で形成されてもよいが、水素なしに形成されるのが好ましい。
【００４７】
第２の堆積チャンバ（例えば、第３の処理チャンバ１１２）内のＣｌ含有種又は他の種を、例えば、紫外線装置１１４ｃにより、活性化してもよい。この方法３００は、ステップ３１２において終了となる。
【００４８】
図４は、本発明によるエピタキシャル膜形成の第３の方法４００のフローチャートである。
【００４９】
この方法４００は、ステップ４０１で開始する。ステップ４０２において、エピタキシャル膜形成の前に、前洗浄チャンバ（例えば、第１の処理チャンバ１０８）内で基板を前洗浄することができる。前洗浄プロセスは、Ｃｌ２を（洗浄ガスとして）使用することができる。例えば、Ｃｌ２は、ＨＣｌを伴う場合も伴わない場合も、窒素キャリヤガスと共に使用して、二酸化シリコン又は他の汚染物を基板からエッチングすることができる。例示的なＣｌ２エッチングプロセスが、参考としてここに全体を援用する２００５年１月２８日に出願された米国特許出願第１１／０４７，３２３号（管理番号９７９３）に述べられている。例えば、キャリヤガス及びＣｌ２は、シリコン源を伴う場合も伴わない場合も、約５００から７００℃の範囲の基板温度を使用してシリコン含有表面をエッチングするのに使用できる。もし望ましい場合には、紫外線装置１１４ａを使用して、（例えば、低いＣｌ流量及び／又は低い温度を許すために）基板の洗浄に必要なＣｌ含有種又は他の種を活性化することができる。
【００５０】
ステップ４０４において、例えば、基板ハンドラー１０４により、前洗浄チャンバから堆積チャンバ（例えば、第２の処理チャンバ１１０）へ移送される。この移送は、真空下で（移送チャンバ１０２を通して）行われる。
【００５１】
基板の移送（ステップ４０４）に続いて、ステップ４０６において、堆積チャンバ内で基板上にエピタキシャル層を形成することができる。エピタキシャル層は、水素キャリヤガスを使用するＡＧＳ又は従来の選択的エピタキシーのような適当なエピタキシー形成方法を使用して基板上に形成することができる。
【００５２】
ステップ４０６におけるエピタキシャル層の堆積の後に、ステップ４０８において、例えば、基板ハンドラー１０４により第２の堆積チャンバ（例えば、第３の処理チャンバ１１２）へ基板を移送することができる。基板は、真空下で（移送チャンバ１０２を通して）移送される。
【００５３】
ステップ４１０において、第２の堆積チャンバ内で基板上にエピタキシャル層を形成することができる。エピタキシャル層は、適当なエピタキシー形成方法を使用して基板上に形成することができる。
【００５４】
この方法は、ステップ４１２で終了となる。
【００５５】
以上の説明は、本発明の例示のための実施形態を開示したに過ぎない。当業者であれば、以上に開示した装置及び方法の、本発明の範囲内に入る変更が容易に明らかであろう。例えば、ここに述べた洗浄及びエピタキシャル形成プロセスは、主として、水素及びＣｌ２プロセスであったが、第１、第２、及び／又は第３の処理チャンバ１０８、１１０、１１２には、他のガスを使用してもよいことを理解されたい。
【００５６】
従って、例示のための実施形態に関して本発明を開示したが、他の実施形態も、特許請求の範囲で規定された本発明の精神及び範囲内に包含されることを理解されたい。
【符号の説明】
【００５７】
１００…クラスターツール、１０２…移送チャンバ、１０４…基板ハンドラー、１０６ａ…第１ロードロック、１０６ｂ…第２ロードロック、１０８…第１の処理チャンバ、１１０…第２の処理チャンバ、１１２…第３の処理チャンバ、１１３…コントローラ、１１４
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル膜を形成する方法において、
エピタキシャル膜を形成する前に、第１のガスを使用して第１の処理チャンバー内で基板を前クリーニングするステップと、
上記第１の処理チャンバーから真空下で移送チャンバーを通して第２の処理チャンバーへ基板を移送するステップと、
上記第１のガスを使用せずに上記第２の処理チャンバー内で基板上にエピタキシャル層を形成するステップと、上記第１のガスは上記第２の処理チャンバー内で使用するには不適当である、
を備えた方法。
【請求項２】
真空を維持しながら上記移送チャンバーを通して上記第２の処理チャンバーから第３の処理チャンバーへ基板を移送するステップと、
上記第１のガスを使用せずに上記第３の処理チャンバー内で基板上にエピタキシャル層を形成するステップと、
を更に備えた請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記第１のガスは水素であり、基板上にエピタキシャル層を形成する上記ステップは、窒素キャリヤガスを使用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
エピタキシャル膜を形成する方法において、
エピタキシャル膜を形成する前に、水素ガスを使用して、第１の処理チャンバー内で基板を前クリーニングするステップと、
上記第１の処理チャンバーから真空下で移送チャンバーを通して第２の処理チャンバーへ基板を移送するステップと、
水素以外のキャリヤガスを使用して上記第２の処理チャンバー内で基板上にエピタキシャル層を形成するステップと、水素は上記第２の処理チャンバー内で使用するには不適当である、
を備えた方法。
【請求項５】
真空を維持しながら上記移送チャンバーを通して上記第２の処理チャンバーから第３の処理チャンバーへ基板を移送するステップと、
水素以外のキャリヤガスを使用して上記第３の処理チャンバー内で基板上にエピタキシャル層を形成するステップと、
を更に備えた請求項４に記載の方法。
【請求項６】
エピタキシャル膜を形成する方法において、
エピタキシャル膜形成の前にＣｌ２を使用して第１の処理チャンバー内で基板を前クリーニングするステップと、
上記第１の処理チャンバーから真空下で移送チャンバーを通して第２の処理チャンバーへ基板を移送するステップと、
水素キャリヤガスを使用して上記第２の処理チャンバー内で基板上にエピタキシャル層を形成するステップと、Ｃｌ２は上記第２の処理チャンバー内で使用するには不適当である、
を備えた方法。
【請求項７】
真空を維持しながら上記移送チャンバーを通して上記第２の処理チャンバーから第３の処理チャンバーへ基板を移送するステップと、
水素キャリヤガスを使用して上記第３の処理チャンバー内で基板上にエピタキシャル層を形成するステップと、
を更に備えた請求項６に記載の方法。
【請求項８】
エピタキシャル膜の形成に使用するためのクラスターツールにおいて、
エピタキシャル膜を形成する前に第１のガスを使用して基板をクリーニングするように適応される第１の処理チャンバーと、
上記第１のガスを使用せずに基板上にエピタキシャル層を形成するよう適応される第２の処理チャンバーと、上記第１のガスは上記第２の処理チャンバー内で使用するには不適当であり、
上記第１及び第２の処理チャンバーに結合され、クラスターツール全体に真空を維持しながら上記第１の処理チャンバーと第２の処理チャンバーとの間で基板を移送するように適応される移送チャンバーと、
を備えたクラスターツール。
【請求項９】
上記移送チャンバーに結合され、且つ基板上にエピタキシャル層を形成するように適応される第３の処理チャンバーを更に備えた、請求項８に記載のクラスターツール。
【請求項１０】
上記第２の処理チャンバー内で反応性の種を活性化するように適応される紫外線装置を更に備えた、請求項８に記載のクラスターツール。
【請求項１１】
上記第１の処理チャンバーは、前クリーニングチャンバーである、請求項８に記載のクラスターツール。
【請求項１２】
エピタキシャル膜の形成に使用するためのクラスターツールにおいて、
エピタキシャル膜を形成する前に水素を使用して基板をクリーニングするように適応される第１の処理チャンバーと、
水素以外のキャリヤガスを使用して基板上にエピタキシャル層を形成するよう適応される第２の処理チャンバーと、水素は上記第２の処理チャンバー内で使用するには不適当であり、
上記第１及び第２の処理チャンバーに結合され、クラスターツール全体に真空を維持しながら上記第１の処理チャンバーと第２の処理チャンバーとの間で基板を移送するように適応される移送チャンバーと、
を備えたクラスターツール。
【請求項１３】
上記移送チャンバーに結合され、且つ基板上にエピタキシャル層を形成するように適応される第３の処理チャンバーを更に備えた、請求項１２に記載のクラスターツール。
【請求項１４】
エピタキシャル膜の形成に使用するためのクラスターツールにおいて、
エピタキシャル膜を形成する前にＣｌ２を使用して基板をクリーニングするように適応される第１の処理チャンバーと、
水素キャリヤガスを使用して基板上にエピタキシャル層を形成するよう適応される第２の処理チャンバーと、Ｃｌ２は上記第２の処理チャンバー内で使用するには不適当であり、
上記第１及び第２の処理チャンバーに結合され、クラスターツール全体に真空を維持しながら上記第１の処理チャンバーと第２の処理チャンバーとの間で基板を移送するように適応される移送チャンバーと、
を備えたクラスターツール。
【請求項１】
エピタキシャル膜を形成する方法において、
エピタキシャル膜を形成する前に、第１のガスを使用して第１の処理チャンバー内で基板を前クリーニングするステップと、
上記第１の処理チャンバーから真空下で移送チャンバーを通して第２の処理チャンバーへ基板を移送するステップと、
上記第１のガスを使用せずに上記第２の処理チャンバー内で基板上にエピタキシャル層を形成するステップと、上記第１のガスは上記第２の処理チャンバー内で使用するには不適当である、
を備えた方法。
【請求項２】
真空を維持しながら上記移送チャンバーを通して上記第２の処理チャンバーから第３の処理チャンバーへ基板を移送するステップと、
上記第１のガスを使用せずに上記第３の処理チャンバー内で基板上にエピタキシャル層を形成するステップと、
を更に備えた請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記第１のガスは水素であり、基板上にエピタキシャル層を形成する上記ステップは、窒素キャリヤガスを使用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
エピタキシャル膜を形成する方法において、
エピタキシャル膜を形成する前に、水素ガスを使用して、第１の処理チャンバー内で基板を前クリーニングするステップと、
上記第１の処理チャンバーから真空下で移送チャンバーを通して第２の処理チャンバーへ基板を移送するステップと、
水素以外のキャリヤガスを使用して上記第２の処理チャンバー内で基板上にエピタキシャル層を形成するステップと、水素は上記第２の処理チャンバー内で使用するには不適当である、
を備えた方法。
【請求項５】
真空を維持しながら上記移送チャンバーを通して上記第２の処理チャンバーから第３の処理チャンバーへ基板を移送するステップと、
水素以外のキャリヤガスを使用して上記第３の処理チャンバー内で基板上にエピタキシャル層を形成するステップと、
を更に備えた請求項４に記載の方法。
【請求項６】
エピタキシャル膜を形成する方法において、
エピタキシャル膜形成の前にＣｌ２を使用して第１の処理チャンバー内で基板を前クリーニングするステップと、
上記第１の処理チャンバーから真空下で移送チャンバーを通して第２の処理チャンバーへ基板を移送するステップと、
水素キャリヤガスを使用して上記第２の処理チャンバー内で基板上にエピタキシャル層を形成するステップと、Ｃｌ２は上記第２の処理チャンバー内で使用するには不適当である、
を備えた方法。
【請求項７】
真空を維持しながら上記移送チャンバーを通して上記第２の処理チャンバーから第３の処理チャンバーへ基板を移送するステップと、
水素キャリヤガスを使用して上記第３の処理チャンバー内で基板上にエピタキシャル層を形成するステップと、
を更に備えた請求項６に記載の方法。
【請求項８】
エピタキシャル膜の形成に使用するためのクラスターツールにおいて、
エピタキシャル膜を形成する前に第１のガスを使用して基板をクリーニングするように適応される第１の処理チャンバーと、
上記第１のガスを使用せずに基板上にエピタキシャル層を形成するよう適応される第２の処理チャンバーと、上記第１のガスは上記第２の処理チャンバー内で使用するには不適当であり、
上記第１及び第２の処理チャンバーに結合され、クラスターツール全体に真空を維持しながら上記第１の処理チャンバーと第２の処理チャンバーとの間で基板を移送するように適応される移送チャンバーと、
を備えたクラスターツール。
【請求項９】
上記移送チャンバーに結合され、且つ基板上にエピタキシャル層を形成するように適応される第３の処理チャンバーを更に備えた、請求項８に記載のクラスターツール。
【請求項１０】
上記第２の処理チャンバー内で反応性の種を活性化するように適応される紫外線装置を更に備えた、請求項８に記載のクラスターツール。
【請求項１１】
上記第１の処理チャンバーは、前クリーニングチャンバーである、請求項８に記載のクラスターツール。
【請求項１２】
エピタキシャル膜の形成に使用するためのクラスターツールにおいて、
エピタキシャル膜を形成する前に水素を使用して基板をクリーニングするように適応される第１の処理チャンバーと、
水素以外のキャリヤガスを使用して基板上にエピタキシャル層を形成するよう適応される第２の処理チャンバーと、水素は上記第２の処理チャンバー内で使用するには不適当であり、
上記第１及び第２の処理チャンバーに結合され、クラスターツール全体に真空を維持しながら上記第１の処理チャンバーと第２の処理チャンバーとの間で基板を移送するように適応される移送チャンバーと、
を備えたクラスターツール。
【請求項１３】
上記移送チャンバーに結合され、且つ基板上にエピタキシャル層を形成するように適応される第３の処理チャンバーを更に備えた、請求項１２に記載のクラスターツール。
【請求項１４】
エピタキシャル膜の形成に使用するためのクラスターツールにおいて、
エピタキシャル膜を形成する前にＣｌ２を使用して基板をクリーニングするように適応される第１の処理チャンバーと、
水素キャリヤガスを使用して基板上にエピタキシャル層を形成するよう適応される第２の処理チャンバーと、Ｃｌ２は上記第２の処理チャンバー内で使用するには不適当であり、
上記第１及び第２の処理チャンバーに結合され、クラスターツール全体に真空を維持しながら上記第１の処理チャンバーと第２の処理チャンバーとの間で基板を移送するように適応される移送チャンバーと、
を備えたクラスターツール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−７００６８（Ｐ２０１３−７００６８Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２４３５８４（Ｐ２０１２−２４３５８４）
【出願日】平成２４年１１月５日（２０１２．１１．５）
【分割の表示】特願２００９−５０４３０８（Ｐ２００９−５０４３０８）の分割
【原出願日】平成１９年４月６日（２００７．４．６）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２４３５８４（Ｐ２０１２−２４３５８４）
【出願日】平成２４年１１月５日（２０１２．１１．５）
【分割の表示】特願２００９−５０４３０８（Ｐ２００９−５０４３０８）の分割
【原出願日】平成１９年４月６日（２００７．４．６）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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