クロスフローを有するエピタキシャルチャンバ
本明細書では、基板を処理するための方法および装置が提供される。いくつかの実施形態において、基板を処理するための装置は、中に基板の処理面をプロセスチャンバ内の所望の位置に支持するための基板支持体を有するプロセスチャンバと、基板の処理面上に第１の方向に第１のプロセスガスを提供するための第１の吸入口と、基板の処理面上に第１の方向と異なる第２の方向に第２のプロセスガスを提供するための第２の吸入口であって、基板支持体の中心軸に関して第１の方向と第２の方向の間で測定される方位角が最大約１４５度である第２の吸入口と、第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスをプロセスチャンバから排気するために第１の吸入口の反対側に配置された排気口とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、基板を処理するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上の層のエピタキシャル堆積などの、いくつかのプロセスにおいて、プロセスガスが、基板表面にわたって同じ方向に流される場合がある。例えば、基板表面上にエピタキシャル層を成長させるために、プロセスチャンバの両端に配置された吸入口と排気口の間の基板表面にわたって、１つまたは複数のプロセスガスが流される場合がある。
【０００３】
典型的には、従来の見識では、温度が膜厚を制御するための断然優勢な変数であるとされている。そのために、基板上に堆積される膜厚の制御を試みるために、基板および／またはプロセス環境の温度制御が使用される。
【０００４】
本発明者は、基板を処理するための改善された方法および装置を、本明細書で提供している。
【発明の概要】
【０００５】
本明細書において、基板を処理するための方法および装置が提供される。いくつかの実施形態において、基板を処理するための装置は、中に基板の処理面をプロセスチャンバ内の所望の位置に支持するための基板支持体を有するプロセスチャンバと、基板の処理面上に第１の方向に第１のプロセスガスを提供するための第１の吸入口と、基板の処理面上に第１の方向と異なる第２の方向に第２のプロセスガスを提供するための第２の吸入口であって、基板支持体の中心軸に関して第１の方向と第２の方向の間で測定される方位角が最大約１４５度である第２の吸入口と、第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスをプロセスチャンバから排気するために第１の吸入口の反対側に配置された排気口とを含む。
【０００６】
いくつかの実施形態において、基板上に層を堆積させるための方法は、基板の処理面にわたって、第１の方向に第１のプロセスガスを流すステップと、基板の処理面にわたって、第１の方向とは異なる第２の方向に第２のプロセスガスを流すステップであって、基板の中心軸に関して第１の方向と第２の方向の間で測定される方位角が最大約１４５度であるステップと、基板上に、少なくとも部分的に第１のプロセスガスと第２のプロセスガスの流れの相互作用から形成される層を堆積させるステップとを含む。他の実施形態および変形形態は、以下に詳細な説明の中で開示される。
【０００７】
本発明の実施形態は、上で簡単に要約され下で詳細に議論されるが、添付された図面に示された本発明の例証的な実施形態を参照することにより理解することができる。しかし、本発明が他の同様に有効な実施形態を容認し得るので、添付された図面が本発明の典型的な実施形態だけを図示しており、したがって添付された図面は本発明の範囲を限定するものと考えられるべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のいくつかの実施形態によるプロセスチャンバの概略側面図である。
【図２Ａ】本発明のいくつかの実施形態によるプロセスチャンバの概略上面図である。
【図２Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による吸入口を示す図である。
【図２Ｃ】本発明のいくつかの実施形態によるプロセスチャンバの概略側面図である。
【図３】本発明のいくつかの実施形態による、基板上に層を堆積させるための方法の流れ図である。
【図４】図３に示された方法による、基板上に堆積された層を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
理解しやすくするために、可能な場合は、図に共通な同一の要素を指定するために、同一の参照番号が使用されている。図は一定の縮尺で描かれておらず、見やすいように簡略化される場合がある。一実施形態の要素および特徴は、さらなる記述なしに、他の実施形態に有利に組み込まれ得ることが意図される。
【００１０】
基板上に層を堆積させるための方法および装置が、本明細書で開示される。従来のプロセスの期間に、基板表面上に成長したエピタキシャル層に、望ましくない厚さの不均一性および／または組成上の不均一性が、まだ存在する場合があることを、発明者は観察した。より小さい限界寸法および／またはより高度な組成上のローディングにおいて、そのような厚さおよび組成物中の不均一性が、さらに望ましくないことになる可能性があることを、発明者はさらに観察した。本明細書に開示の本発明の方法および装置の実施形態は、有利なことに、堆積のために使用されるプロセスガス間の流れの相互作用を生成することによって、堆積された層の中の厚さの不均一性および／または組成上の不均一性を克服することができる。本発明の方法および装置は、堆積された層の中の欠陥／粒子形成をさらに減少させ、堆積された層の厚さおよび／または組成物および／または結晶化度の調整を可能にする。
【００１１】
図１は、本発明のいくつかの実施形態による、プロセスチャンバ１００の概略側面図を示す。プロセスチャンバ１００は、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、Ｃａｌｉｆ．のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から入手可能な、ＲＰ ＥＰＩ（登録商標）リアクタ、またはエピタキシャルシリコン堆積プロセスを実施するよう適合された、任意の好適な半導体プロセスチャンバなどの、市販されているプロセスチャンバから改変することができる。プロセスチャンバ１００は、上で議論したようにエピタキシャルシリコン堆積プロセスを実施するように適合されてもよく、チャンバ本体１１０、ならびに基板支持体１２４の周りに配置された、第１の吸入口１１４、第２の吸入口１７０、および排気口１１８を例証的に備える。第１の吸入口１１４および排気口１１８は、基板支持体１２４の対向する側に配置される。第２の吸入口１７０は、第２のプロセスガスを第１の吸入口１１４によって提供される第１のプロセスガスに対して角度をもって提供するために第１の吸入口１１４に対して構成される。プロセスチャンバ１００の上面図を図示する図２Ａを参照して、以下で説明される、第２の吸入口１７０および第１の吸入口１１４は、チャンバのいずれかの側に最大約１４５度の方位角２０２だけ離すことができる。プロセスチャンバ１００は、以下により詳細に議論される、支持システム１３０およびコントローラ１４０をさらに含む。
【００１２】
チャンバ本体１１０は、一般に、上部１０２、下部１０４、および筐体１２０を含む。上部１０２は下部１０４上に配置され、リッド１０６、クランプリング１０８、ライナ１１６、ベースプレート１１２、１つまたは複数の上側ランプ１３６および１つまたは複数の下側ランプ１３８、ならびに上側高温計１５６を含む。一実施形態において、リッド１０６はドーム様のフォームファクタを有するが、他のフォームファクタを有するリッド（例えば、平坦なリッドまたはリバースカーブリッド）も意図される。下部１０４は、第１の吸入口１１４、第２の吸入口１７０および排気口１１８と結合され、ベースプレートアセンブリ１２１、下側ドーム１３２、基板支持体１２４、前加熱リング１２２、基板リフトアセンブリ１６０、基板支持体アセンブリ１６４、１つまたは複数の上側ランプ１５２および１つまたは複数の下側ランプ１５４、ならびに下側高温計１５８を備える。前加熱リング１２２など、プロセスチャンバの特定の構成要素を記述するために、用語「リング」が使用されているが、これらの構成要素の形状は円形である必要はなく、限定するものではないが、矩形、多角形、長円形などを含む任意の形状を含むことができることが意図される。
【００１３】
図２Ａは、チャンバ１００の概略上面図を示す。図示されるように、第１の吸入口１１４、第２の吸入口１７０、および排気口１１８は、基板支持体１２４の周りに配置される。排気口１１８は、基板支持体１２４の第１の吸入口１１４から反対側に配置することができる（例えば、排気口１１８および第１の吸入口１１４は、お互いとほぼ位置合わせされる）。第２の吸入口１７０は、基板支持体１２４の周りに配置されてもよく、いくつかの実施形態においては（図示されるように）、排気口１１８または第１の吸入口１１４のどちらとも対向しない。しかし、図２Ａにおける第２の吸入口１７０の位置付けは、単に例示であって、以下で議論されるように、基板支持体１２４の周りの他の位置が可能である。
【００１４】
第１の吸入口１１４は、第１のプロセスガスを、基板１２５の処理面上に第１の方向２０８に提供するよう構成される。本明細書において使用されるとき、用語プロセスガスは、単一のガスと複数のガスの混合物の両方のことを言う。また、本明細書において使用されるとき、用語「方向」は、プロセスガスが吸入口を出る方向を意味する。いくつかの実施形態において、第１の方向２０８は、基板１２５の処理面に平行であり、全体的に対向する排気口１１８へと向けられる。
【００１５】
第１の吸入口１１４は、そこを通って第１のプロセスガスが提供される、単一の口を備えることができ（図示せず）、または第１の複数の２次的な入口２１０を備えることができる。いくつかの実施形態において、第１の複数の２次的な入口２１０の数は、最大約５個の入口であるが、より多くの２次的な入口またはより少ない２次的な入口が提供され得る（例えば、１つまたは複数）。各２次的な入口２１０は、例えばいくつかのプロセスガスの混合物であり得る、第１のプロセスガスを提供することができる。別法として、１つまたは複数の２次的な入口２１０は、少なくとも１つの他の２次的な入口２１０と異なる、１つまたは複数のプロセスガスを提供することができる。いくつかの実施形態において、プロセスガスは、第１の吸入口１１４を出た後、実質的に均一に混合して、第１のプロセスガスを形成することができる。いくつかの実施形態において、第１のプロセスガスが故意に不均一な組成物を有するように、プロセスガスが第１の吸入口１１４を出た後、全体的に一緒に混合しない場合がある。各２次的な入口２１０における、流量、プロセスガス組成物などは、独立に制御することができる。いくつかの実施形態において、以下に議論されるように、例えば、第２の吸入口１７０によって提供される第２のプロセスガスとの、所望の流れの相互作用を達成するために、２次的な入口２１０のいくつかは、処理期間に、アイドル状態または律動的に動かすことができる。さらに、第１の吸入口１１４が単一の口を備える実施形態において、単一の口は、上で議論されたのと同じ理論のために、律動的に動かすことができる。
【００１６】
第２の吸入口１７０は、第１の吸入口１１４についての設計と、実質的に同様であり得る。第２の吸入口１７０は、第１の方向２０８と異なる第２の方向２１２に、第２のプロセスガスを提供するように構成される。第２の吸入口１７０は、（図１に概略的に示されるように）単一の口を備えることができる。別法として、第２の吸入口１７０は、第２の複数の２次的な入口２１４を備えることができる。各２次的な入口２１４は、例えばいくつかのプロセスガスの混合物であり得る、第２のプロセスガスを提供することができる。別法として、１つまたは複数の２次的な入口２１４は、少なくとも１つの他の２次的な入口２１４と異なる、１つまたは複数のプロセスガスを提供することができる。いくつかの実施形態において、プロセスガスは、第２の吸入口１７０を出た後、実質的に均一に混合して、第２のプロセスガスを形成することができる。いくつかの実施形態において、第２のプロセスガスが故意に不均一な組成物を有するように、プロセスガスが第２の吸入口１７０を出た後、全体的に一緒に混合しない場合がある。各２次的な入口２１０における、流量、プロセスガス組成物などは、独立に制御すことができる。いくつかの実施形態において、例えば、第１の吸入口１１４によって提供される第１のプロセスガスとの所望の流れの相互作用を達成するために、第２の吸入口１７０または２次的な入口２１４のいくつかまたは全ては、処理期間に、アイドル状態または律動的に動かすことができる。
【００１７】
いくつかの実施形態において、第１の吸入口１１４の第１の方向２０８と第２の吸入口１７０の第２の方向２１２の間の関係は、少なくとも部分的には、方位角２０２によって規定することができる。方位角２０２は、基板支持体１２４の中心軸２００に対して第１の方向２０８と第２の方向２１２の間で測定される。方位角２０２は、最大約１４５度、または約０度から約１４５度の間であり得る。いくつかの実施形態において、線２０４により示されるように、方位角２０２は９０度未満でよく、その結果、第２の吸入口１７０は排気口１１８よりも第１の吸入口１１４により近く近接する位置になる。いくつかの実施形態において、線２０６により示されるように、方位角２０２は９０度より大きくてよく、その結果、第２の吸入口１７０は第１の吸入口１１４よりも排気口１１８により近く近接する位置になる。いくつかの実施形態において、図２Ａに図示されるように、方位角２０２は約９０度である。方位角２０２は、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスの間に所望の量のクロスフロー相互作用を提供するように選択することができる。
【００１８】
第１の方向２０８および第２の方向２１２の一方または両方は、基板１２５の処理面に実質的に平行であっても、（図２Ｂに示されるように）基板１２５の処理面に対して角度があってもよい。図２Ｂに図示されるように、第１の吸入口１１４は、第１の方向２０８が基板１２５の処理面に対して角度があるように配向される１つまたは複数の２次的な入口２１０を有することができる。第２の吸入口１７０（図２Ｂに示さず）は、第２の方向２１２が基板１２５の処理面に対して角度があるように、１つまたは複数の２次的な入口２１４を配向する同様の構成を有することができる。
【００１９】
いくつかの実施形態において、第２の方向２１２は、基板表面に対して角度を設けられてもよく、第１の方向２０８は、基板表面に平行である。そのような実施形態において、方位角２０２は、（線２０６により示されるように）最大約１４５度であり得る。そのような実施形態の一具体例（図示せず）では、方位角がゼロ度である。したがって、第１の吸入口１１４および第２の吸入口１７０は、垂直に整列されて配置され、例えばお互いの上に積み重ねられ、または単一のユニットに一体化することができる。そのような実施形態において、基板表面に対し、第２の方向２１２が角度のある配向であり、第１の方向２０８が平行な配向であるために、（第１の方向２０８と第２の方向２１２の間の方位角２０２がゼロ度であるにも関わらず）第１の方向２０８および第２の方向２１２は、依然として異なる。したがって、流れの相互作用が、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスの間に生じることができる。
【００２０】
いくつかの実施形態において、方位角が、第１の方向２０８および第２の方向２１２の間の違いを規定する。例えば、第１の方向２０８および第２の方向２１２が両方とも基板表面に平行である場合、第１の方向２０８と第２の方向２１２が異なるように方位角２０２は非ゼロであり、したがって流れの相互作用が達成され得る。
【００２１】
いくつかの実施形態において、図２Ｃに図示されるように、第１の吸入口１１４は、基板１２５の処理面上の第１の高さ２１６に配置されてもよく、第２の吸入口は、基板１２５の処理面上の第２の高さ２１８に配置されてもよい。第１の高さ２１６および第２の高さ２１８は、調整可能であり、例えば、各高さが、チャンバ１００内で基板１２５を処理する前に設定されてもよく、または各吸入口１１４、１７０が可動プラットフォーム（図示せず）上に設けられてもよく、または第１の高さ２１６および第２の高さ２１８を調整するために、基板支持体アセンブリ１６４が中心軸２００に沿って動かされてもよい（例えば、ここで基板支持体アセンブリ１６４は、様々な処理面に基板１２５を置くために垂直に移動可能である）。いくつかの実施形態において、第２の吸入口１７０の第２の高さ２１６は、第１の吸入口１１４の第１の高さ２１８より高い。そのような実施形態において、第２の方向２１２は基板表面（図２Ｃに図示せず）に対し平行または角度がある場合がある。
【００２２】
図１に戻って、基板支持体アセンブリ１６４は、一般に、基板支持体１２４と結合される複数の支持ピン１６６を有する支持ブラケット１３４を含む。基板リフトアセンブリ１６０は、基板リフトシャフト１２６、および基板リフトシャフト１２６のそれぞれのパッド１２７上に選択的に載っている複数のリフトピンモジュール１６１を備える。一実施形態において、リフトピンモジュール１６１は、基板支持体１２４内の第１の開口１６２を通って移動可能に配置される、リフトピン１２８のオプションの上部を備える。動作において、基板リフトシャフト１２６は、リフトピン１２８と係合するよう動かされる。係合したとき、リフトピン１２８は、基板１２５を基板支持体１２４の上に上げる、または基板１２５を基板支持体１２４上に下げることができる。
【００２３】
基板支持体１２４は、基板支持体アセンブリ１６４と結合する、リフト機構１７２および回転機構１７４をさらに含む。リフト機構１７２は、中心軸２００に沿って基板支持体１２４を動かすために使用することができる。回転機構１７４は、中心軸２００の周りで基板支持体１２４を回転させるために使用することができる。
【００２４】
処理の期間、基板１２５は、基板支持体１２４上に配置される。ランプ１３６、ランプ１３８、ランプ１５２、およびランプ１５４は、赤外（ＩＲ）放射（すなわち、熱）の源であり、動作において、基板１２５にわたって、所定の温度分布を生成する。リッド１０６、クランプリング１１６、および下側ドーム１３２は、石英から形成される。しかし、他のＩＲについて透明でプロセス互換性のある材料も、これらの構成要素を形成するために使用することができる。
【００２５】
支持システム１３０は、プロセスチャンバ１００内の所定のプロセス（例えば、エピタキシャルシリコン膜を成長すること）を実行および監視するために使用される構成要素を含む。そのような構成要素は、一般に、プロセスチャンバ１００の様々なサブシステム（例えば、ガスパネル（複数可）、ガス分配コンジット、真空サブシステムおよび排気サブシステムなど）およびデバイス（例えば、電力供給装置、プロセス制御機器など）を含む。これらの構成要素は、当業者にはよく知られており、明確にするために、図面から省略されている。
【００２６】
コントローラ１４０は、一般に、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１４２、メモリ１４４、支持回路１４６を備え、（図１に示されるように）プロセスチャンバ１００および支持システム１３０に直接、または別法として、プロセスチャンバおよび／または支持システムに関連するコンピュータ（またはコントローラ）を介して、結合され制御する。
【００２７】
本発明のチャンバ１００が上で説明された。しかし、本発明者によって、チャンバの他の実施形態が、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスの間のクロスフロー相互作用を生成するため考案された。例えば、チャンバ１００は、示されるような第２の吸入口１７０の代わりに、第２の排気口（図示せず）を含むよう構成することができる。例えば、第１の流れの方向２０８および第２の流れの方向２１２の間の関係を方位角２０２が規定するやり方と同様に、第２の排気口の位置が方位角２０２によって規定され得る。そのような例において、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスの両方が、第１の吸入口１１４から流されることがあり、第１の吸入口に対して第１の排気口と第２の排気口が非対称であることによって、流れの相互作用が生成され得る。
【００２８】
図３は、本発明のいくつかの実施形態による、基板上に層を堆積させるための方法の流れ図を示す。方法３００は、上で説明されたチャンバ１００の実施形態に関連し、下で説明される。
【００２９】
方法３００は、基板１２５などの基板を準備することにより、３０２で始まる。基板１２５は、結晶シリコン（例えば、Ｓｉ＜１００＞またはＳｉ＜１１１＞）、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープされたポリシリコンまたは非ドープポリシリコン、ドープされたシリコンウエハまたは非ドープシリコンウエハ、パターン形成されたウエハまたは未パターン形成ウエハ、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素がドープされた酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、ガラス、サファイアなどの好適な材料を含むことができる。さらに、基板１２５は、複数の層を備え、または例えば、トランジスタ、フラッシュメモリデバイスなどの、部分的に製作されたデバイスを含むことができる。
【００３０】
３０４において、第１のプロセスガスは、基板１２５の処理面にわたって、例えば第１の方向２０８といった、第１の方向に流され得る。第１のプロセスガスは、第１の吸入口１１４からまたは２次的な入口２１０の１つまたは複数から第１の方向２０８に、処理面にわたって、排気口１１８に向かって流され得る。第１のプロセスガスは、第１の吸入口１１４から、処理面に平行にまたは処理面に角度をもって、第１の方向２０８に流され得る。
【００３１】
第１のプロセスガスは、１つまたは複数のプロセスガスを含むことができる。例えば、プロセスガスが、選択的エピタキシャル成長プロセスのためなど、堆積ガスおよび／またはエッチングガスを含むことができる。いくつかの実施形態において、第１のプロセスガスは、１つまたは複数の堆積ガス、および任意選択で、ドーパント前駆体ガス、エッチャントガス、またはキャリアガスの１つまたは複数を含むことができる。堆積ガスは、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）のうちの少なくとも１つなどのシリコン前駆体を含むことができる。ドーパント前駆体ガスは、ゲルマン（ＧｅＨ４）、ホスフィン（ＰＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、アルシン（ＡｓＨ３）、またはメチルシラン（Ｈ３ＣＳｉＨ３）のうちの少なくとも１つを含むことができる。エッチャントガスは、メタン（ＣＨ３）、塩化水素（ＨＣｌ）、塩素（Ｃｌ２）、またはフッ化水素（ＨＦ）のうちの少なくとも１つを含むことができる。キャリアガスは、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、または水素（Ｈ２）のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００３２】
いくつかの実施形態において、例えばシリコンおよびゲルマニウムを含む層を堆積させるために、第１のプロセスガスは、ジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）、ゲルマン（ＧｅＨ４）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、および水素（Ｈ２）を含むことができる。いくつかの実施形態において、例えばシリコンの層を堆積させるために、第１のプロセスガスは、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、またはジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）のうちの少なくとも１つ、ならびに塩化水素（ＨＣｌ）および水素（Ｈ２）を含むことができる。いくつかの実施形態において、例えば、堆積層がドープされたシリコンを含む場合、第１のプロセスガスは、上のガスを含んでもよく、ホスフィン（ＰＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）または、アルシン（ＡｓＨ３）のうちの少なくとも１つをさらに含んでもよい。いくつかの実施形態において、堆積層がシリコンおよび炭素を含む場合、第１のプロセスガスは、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、メチルシラン（Ｈ３ＣＳｉＨ３）、ゲルマン（ＧｅＨ４）、ホスフィン（ＰＨ３）、および窒素（Ｎ２）または水素（Ｈ２）のうちの少なくとも１つを含む環境で、塩化水素（ＨＣｌ）または塩素（Ｃｌ２）うちの少なくとも１つを含むことができる。
【００３３】
３０６において、第２のプロセスガスが、基板１２５の処理面にわたって、例えば第２の方向２１２といった、第２の方向に流され得る。チャンバ１００の実施形態にしたがって上で議論したように、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスの間に流れの相互作用を促進させるために、第２の方向２１２は、第１の方向２０８と異なる。第２の方向２１２は、非ゼロ方位角２０２によって、（図２Ｂに示されるように）第２のプロセスガスを基板表面に角度をもって提供することによって、またはその組合せによって、第１の方向２０８と相違させることができる。第１の方向２０８と第２の方向２１２の違いは、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスの間の流れの相互作用を生み出すために使用されてもよく、このことが、基板の処理面にわたる、堆積された層の厚さの均一性および／または組成上の均一性を改善し得る。
【００３４】
第２のプロセスガスは、第１のプロセスガスと同じであっても、または異なっていてもよい。第２のプロセスガスは、第１のプロセスガスに関して上で議論された任意のガスまたは上で議論されたガスの全ての組合せを含むことができる（例えば、堆積ガス、エッチャントガス、ドーパント前駆体ガス、およびキャリアガスの組合せ）。いくつかの実施形態において、例えば、選択的エピタキシャル成長プロセスの期間に、第２のプロセスガスは、エッチャントガス、堆積ガスまたはこの組合せを含むことができる。第２のプロセスガスは、第１のプロセスガスと交互に、周期的に、部分的に並行して、または並行して流され得る。いくつかの実施形態において、ステップ３０４とステップ３０６が並行して実施されるように、第２のプロセスガスが、第１のプロセスガスと同時に流され得る。
【００３５】
いくつかの実施形態において、例えば堆積された層の組成上の均一性を改善するために、第２のプロセスガスは第１のものと異なってよい（下の３０８で議論される）。いくつかの実施形態において、例えばシリコンおよびゲルマニウムを含む層を堆積させるために、第２のプロセスガスは、ジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）、ゲルマン（ＧｅＨ４）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、塩化水素（ＨＣｌ）、および水素（Ｈ２）を含むことができる。
【００３６】
いくつかの実施形態において、例えば、第１のプロセスガスに触媒作用を及ぼす触媒ガスを提供することにより、第２のプロセスガスは、第１のプロセスガスと異なってよい。例えば、そのような触媒作用が、基板上に堆積された層の組成上の均一性および／または厚さを改善し得る。第２のプロセスガスは、触媒、および上に挙げられた、例えばシランおよび／またはゲルマンなど他のガスを含むことができる。例示的な触媒は、ゲルマン（ＧｅＨ４）を含むことができる。
【００３７】
３０８において、層４００（図４に示される）は、少なくとも部分的に、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスの流れの相互作用から、基板１２５の上に堆積される。いくつかの実施形態において、層４００は約１ナノメートルから約１０，０００ナノメートルの間の厚さを有することができる。いくつかの実施形態において、層４００はシリコンおよびゲルマニウムを含む。層４００中のゲルマニウムの濃度は、約５原子百分率から約１００原子百分率（すなわち、ゲルマニウムのみ）の間であり得る。一特定の実施形態において、層４００は、約２５原子百分率から約４５原子百分率の間のゲルマニウム濃度を有するシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）層である。
【００３８】
上に記載したように、層４００は、少なくとも部分的に、異なる流れの方向２０８、２１２に流される第１のプロセスガスと第２のプロセスガスの間の流れの相互作用によって、堆積される。理論に束縛されることを望むものではないが、発明者は、例えば、約９０度の方位角２０２を有するいくつかの構成で、基板の外周端に近接する堆積は、主に２つのプロセスガス間のクロスフロー相互作用を介して生じ、一方基板の中心に近接する（中心軸２００に近い）堆積は、主に第１のプロセスガスを介して堆積され得ると考える。例えば、約ゼロ度の方位角２０２を有する他の構成において、堆積は、完全に第１のプロセスガスと第２のプロセスガスの間の流れの相互作用を介して生じ得る。
【００３９】
層４００は、１つまたは複数の処理方法によって堆積させることができる。例えば、第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスの流量は、層４００の厚さおよび／または組成物を調整するために変えることができる。さらに、流量は、層の結晶化度を調節するために変えることができる。例えば、より大きな流量では、層の結晶化度が改善し得る。他のプロセスの変形形態は、第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスのうちの１つまたは両方が流れるときに、基板１２５を中心軸２００の周りで回転させることおよび／または中心軸２００に沿って動かすことを含むことができる。例えば、いくつかの実施形態において、第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスのうちの１つまたは両方が流れるときに、基板１２５が回転される。例えば、いくつかの実施形態において、第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスのうちの１つまたは両方が流れるときに、各プロセスガスの流量を調節するために、基板１２５が中心軸２００に沿って動かされる。
【００４０】
層を堆積させる他の変形実施形態が可能である。例えば、第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスが、交互のパターンまたは周期的なパターンのうちの１つで律動的に送られ得る。いくつかの実施形態において、第１の吸入口１１４と第２の吸入口１７０の一方または両方からの堆積ガスおよびエッチガスを交互に律動的に送ることにより、層の選択的エピタキシャル成長が実施され得る。さらに、第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスを律動的に送ることは、他の処理方法と組み合わせて行うことができる。例えば、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスのうちの１つまたは両方の第１のパルスが、中心軸２００に沿った第１の基板位置で生じてもよく、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスのうちの１つまたは両方の第２のパルスが、中心軸２００に沿った第２の基板位置で生じてもよい。さらに、律動的に送ることは、基板が中心軸２００の周りで回転することと共に行われ得る。
【００４１】
このように、基板上に層を堆積させるための方法および装置が、本明細書において開示された。本発明の方法および装置は、有利なことに、堆積のために使用されるプロセスガス間に流れの相互作用を生成することによって、堆積された層の厚さの不均一性および／または組成上の不均一性を克服する。本発明の方法および装置は、堆積された層の中の欠陥／粒子形成をさらに減少させ、堆積された層の厚さおよび／または組成物および／または結晶化度の調整を可能にする。
【００４２】
上記が本発明の実施形態を対象とする一方、本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態が、本発明の基本範囲から逸脱することなく考案され得る。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、基板を処理するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上の層のエピタキシャル堆積などの、いくつかのプロセスにおいて、プロセスガスが、基板表面にわたって同じ方向に流される場合がある。例えば、基板表面上にエピタキシャル層を成長させるために、プロセスチャンバの両端に配置された吸入口と排気口の間の基板表面にわたって、１つまたは複数のプロセスガスが流される場合がある。
【０００３】
典型的には、従来の見識では、温度が膜厚を制御するための断然優勢な変数であるとされている。そのために、基板上に堆積される膜厚の制御を試みるために、基板および／またはプロセス環境の温度制御が使用される。
【０００４】
本発明者は、基板を処理するための改善された方法および装置を、本明細書で提供している。
【発明の概要】
【０００５】
本明細書において、基板を処理するための方法および装置が提供される。いくつかの実施形態において、基板を処理するための装置は、中に基板の処理面をプロセスチャンバ内の所望の位置に支持するための基板支持体を有するプロセスチャンバと、基板の処理面上に第１の方向に第１のプロセスガスを提供するための第１の吸入口と、基板の処理面上に第１の方向と異なる第２の方向に第２のプロセスガスを提供するための第２の吸入口であって、基板支持体の中心軸に関して第１の方向と第２の方向の間で測定される方位角が最大約１４５度である第２の吸入口と、第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスをプロセスチャンバから排気するために第１の吸入口の反対側に配置された排気口とを含む。
【０００６】
いくつかの実施形態において、基板上に層を堆積させるための方法は、基板の処理面にわたって、第１の方向に第１のプロセスガスを流すステップと、基板の処理面にわたって、第１の方向とは異なる第２の方向に第２のプロセスガスを流すステップであって、基板の中心軸に関して第１の方向と第２の方向の間で測定される方位角が最大約１４５度であるステップと、基板上に、少なくとも部分的に第１のプロセスガスと第２のプロセスガスの流れの相互作用から形成される層を堆積させるステップとを含む。他の実施形態および変形形態は、以下に詳細な説明の中で開示される。
【０００７】
本発明の実施形態は、上で簡単に要約され下で詳細に議論されるが、添付された図面に示された本発明の例証的な実施形態を参照することにより理解することができる。しかし、本発明が他の同様に有効な実施形態を容認し得るので、添付された図面が本発明の典型的な実施形態だけを図示しており、したがって添付された図面は本発明の範囲を限定するものと考えられるべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のいくつかの実施形態によるプロセスチャンバの概略側面図である。
【図２Ａ】本発明のいくつかの実施形態によるプロセスチャンバの概略上面図である。
【図２Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による吸入口を示す図である。
【図２Ｃ】本発明のいくつかの実施形態によるプロセスチャンバの概略側面図である。
【図３】本発明のいくつかの実施形態による、基板上に層を堆積させるための方法の流れ図である。
【図４】図３に示された方法による、基板上に堆積された層を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
理解しやすくするために、可能な場合は、図に共通な同一の要素を指定するために、同一の参照番号が使用されている。図は一定の縮尺で描かれておらず、見やすいように簡略化される場合がある。一実施形態の要素および特徴は、さらなる記述なしに、他の実施形態に有利に組み込まれ得ることが意図される。
【００１０】
基板上に層を堆積させるための方法および装置が、本明細書で開示される。従来のプロセスの期間に、基板表面上に成長したエピタキシャル層に、望ましくない厚さの不均一性および／または組成上の不均一性が、まだ存在する場合があることを、発明者は観察した。より小さい限界寸法および／またはより高度な組成上のローディングにおいて、そのような厚さおよび組成物中の不均一性が、さらに望ましくないことになる可能性があることを、発明者はさらに観察した。本明細書に開示の本発明の方法および装置の実施形態は、有利なことに、堆積のために使用されるプロセスガス間の流れの相互作用を生成することによって、堆積された層の中の厚さの不均一性および／または組成上の不均一性を克服することができる。本発明の方法および装置は、堆積された層の中の欠陥／粒子形成をさらに減少させ、堆積された層の厚さおよび／または組成物および／または結晶化度の調整を可能にする。
【００１１】
図１は、本発明のいくつかの実施形態による、プロセスチャンバ１００の概略側面図を示す。プロセスチャンバ１００は、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、Ｃａｌｉｆ．のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から入手可能な、ＲＰ ＥＰＩ（登録商標）リアクタ、またはエピタキシャルシリコン堆積プロセスを実施するよう適合された、任意の好適な半導体プロセスチャンバなどの、市販されているプロセスチャンバから改変することができる。プロセスチャンバ１００は、上で議論したようにエピタキシャルシリコン堆積プロセスを実施するように適合されてもよく、チャンバ本体１１０、ならびに基板支持体１２４の周りに配置された、第１の吸入口１１４、第２の吸入口１７０、および排気口１１８を例証的に備える。第１の吸入口１１４および排気口１１８は、基板支持体１２４の対向する側に配置される。第２の吸入口１７０は、第２のプロセスガスを第１の吸入口１１４によって提供される第１のプロセスガスに対して角度をもって提供するために第１の吸入口１１４に対して構成される。プロセスチャンバ１００の上面図を図示する図２Ａを参照して、以下で説明される、第２の吸入口１７０および第１の吸入口１１４は、チャンバのいずれかの側に最大約１４５度の方位角２０２だけ離すことができる。プロセスチャンバ１００は、以下により詳細に議論される、支持システム１３０およびコントローラ１４０をさらに含む。
【００１２】
チャンバ本体１１０は、一般に、上部１０２、下部１０４、および筐体１２０を含む。上部１０２は下部１０４上に配置され、リッド１０６、クランプリング１０８、ライナ１１６、ベースプレート１１２、１つまたは複数の上側ランプ１３６および１つまたは複数の下側ランプ１３８、ならびに上側高温計１５６を含む。一実施形態において、リッド１０６はドーム様のフォームファクタを有するが、他のフォームファクタを有するリッド（例えば、平坦なリッドまたはリバースカーブリッド）も意図される。下部１０４は、第１の吸入口１１４、第２の吸入口１７０および排気口１１８と結合され、ベースプレートアセンブリ１２１、下側ドーム１３２、基板支持体１２４、前加熱リング１２２、基板リフトアセンブリ１６０、基板支持体アセンブリ１６４、１つまたは複数の上側ランプ１５２および１つまたは複数の下側ランプ１５４、ならびに下側高温計１５８を備える。前加熱リング１２２など、プロセスチャンバの特定の構成要素を記述するために、用語「リング」が使用されているが、これらの構成要素の形状は円形である必要はなく、限定するものではないが、矩形、多角形、長円形などを含む任意の形状を含むことができることが意図される。
【００１３】
図２Ａは、チャンバ１００の概略上面図を示す。図示されるように、第１の吸入口１１４、第２の吸入口１７０、および排気口１１８は、基板支持体１２４の周りに配置される。排気口１１８は、基板支持体１２４の第１の吸入口１１４から反対側に配置することができる（例えば、排気口１１８および第１の吸入口１１４は、お互いとほぼ位置合わせされる）。第２の吸入口１７０は、基板支持体１２４の周りに配置されてもよく、いくつかの実施形態においては（図示されるように）、排気口１１８または第１の吸入口１１４のどちらとも対向しない。しかし、図２Ａにおける第２の吸入口１７０の位置付けは、単に例示であって、以下で議論されるように、基板支持体１２４の周りの他の位置が可能である。
【００１４】
第１の吸入口１１４は、第１のプロセスガスを、基板１２５の処理面上に第１の方向２０８に提供するよう構成される。本明細書において使用されるとき、用語プロセスガスは、単一のガスと複数のガスの混合物の両方のことを言う。また、本明細書において使用されるとき、用語「方向」は、プロセスガスが吸入口を出る方向を意味する。いくつかの実施形態において、第１の方向２０８は、基板１２５の処理面に平行であり、全体的に対向する排気口１１８へと向けられる。
【００１５】
第１の吸入口１１４は、そこを通って第１のプロセスガスが提供される、単一の口を備えることができ（図示せず）、または第１の複数の２次的な入口２１０を備えることができる。いくつかの実施形態において、第１の複数の２次的な入口２１０の数は、最大約５個の入口であるが、より多くの２次的な入口またはより少ない２次的な入口が提供され得る（例えば、１つまたは複数）。各２次的な入口２１０は、例えばいくつかのプロセスガスの混合物であり得る、第１のプロセスガスを提供することができる。別法として、１つまたは複数の２次的な入口２１０は、少なくとも１つの他の２次的な入口２１０と異なる、１つまたは複数のプロセスガスを提供することができる。いくつかの実施形態において、プロセスガスは、第１の吸入口１１４を出た後、実質的に均一に混合して、第１のプロセスガスを形成することができる。いくつかの実施形態において、第１のプロセスガスが故意に不均一な組成物を有するように、プロセスガスが第１の吸入口１１４を出た後、全体的に一緒に混合しない場合がある。各２次的な入口２１０における、流量、プロセスガス組成物などは、独立に制御することができる。いくつかの実施形態において、以下に議論されるように、例えば、第２の吸入口１７０によって提供される第２のプロセスガスとの、所望の流れの相互作用を達成するために、２次的な入口２１０のいくつかは、処理期間に、アイドル状態または律動的に動かすことができる。さらに、第１の吸入口１１４が単一の口を備える実施形態において、単一の口は、上で議論されたのと同じ理論のために、律動的に動かすことができる。
【００１６】
第２の吸入口１７０は、第１の吸入口１１４についての設計と、実質的に同様であり得る。第２の吸入口１７０は、第１の方向２０８と異なる第２の方向２１２に、第２のプロセスガスを提供するように構成される。第２の吸入口１７０は、（図１に概略的に示されるように）単一の口を備えることができる。別法として、第２の吸入口１７０は、第２の複数の２次的な入口２１４を備えることができる。各２次的な入口２１４は、例えばいくつかのプロセスガスの混合物であり得る、第２のプロセスガスを提供することができる。別法として、１つまたは複数の２次的な入口２１４は、少なくとも１つの他の２次的な入口２１４と異なる、１つまたは複数のプロセスガスを提供することができる。いくつかの実施形態において、プロセスガスは、第２の吸入口１７０を出た後、実質的に均一に混合して、第２のプロセスガスを形成することができる。いくつかの実施形態において、第２のプロセスガスが故意に不均一な組成物を有するように、プロセスガスが第２の吸入口１７０を出た後、全体的に一緒に混合しない場合がある。各２次的な入口２１０における、流量、プロセスガス組成物などは、独立に制御すことができる。いくつかの実施形態において、例えば、第１の吸入口１１４によって提供される第１のプロセスガスとの所望の流れの相互作用を達成するために、第２の吸入口１７０または２次的な入口２１４のいくつかまたは全ては、処理期間に、アイドル状態または律動的に動かすことができる。
【００１７】
いくつかの実施形態において、第１の吸入口１１４の第１の方向２０８と第２の吸入口１７０の第２の方向２１２の間の関係は、少なくとも部分的には、方位角２０２によって規定することができる。方位角２０２は、基板支持体１２４の中心軸２００に対して第１の方向２０８と第２の方向２１２の間で測定される。方位角２０２は、最大約１４５度、または約０度から約１４５度の間であり得る。いくつかの実施形態において、線２０４により示されるように、方位角２０２は９０度未満でよく、その結果、第２の吸入口１７０は排気口１１８よりも第１の吸入口１１４により近く近接する位置になる。いくつかの実施形態において、線２０６により示されるように、方位角２０２は９０度より大きくてよく、その結果、第２の吸入口１７０は第１の吸入口１１４よりも排気口１１８により近く近接する位置になる。いくつかの実施形態において、図２Ａに図示されるように、方位角２０２は約９０度である。方位角２０２は、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスの間に所望の量のクロスフロー相互作用を提供するように選択することができる。
【００１８】
第１の方向２０８および第２の方向２１２の一方または両方は、基板１２５の処理面に実質的に平行であっても、（図２Ｂに示されるように）基板１２５の処理面に対して角度があってもよい。図２Ｂに図示されるように、第１の吸入口１１４は、第１の方向２０８が基板１２５の処理面に対して角度があるように配向される１つまたは複数の２次的な入口２１０を有することができる。第２の吸入口１７０（図２Ｂに示さず）は、第２の方向２１２が基板１２５の処理面に対して角度があるように、１つまたは複数の２次的な入口２１４を配向する同様の構成を有することができる。
【００１９】
いくつかの実施形態において、第２の方向２１２は、基板表面に対して角度を設けられてもよく、第１の方向２０８は、基板表面に平行である。そのような実施形態において、方位角２０２は、（線２０６により示されるように）最大約１４５度であり得る。そのような実施形態の一具体例（図示せず）では、方位角がゼロ度である。したがって、第１の吸入口１１４および第２の吸入口１７０は、垂直に整列されて配置され、例えばお互いの上に積み重ねられ、または単一のユニットに一体化することができる。そのような実施形態において、基板表面に対し、第２の方向２１２が角度のある配向であり、第１の方向２０８が平行な配向であるために、（第１の方向２０８と第２の方向２１２の間の方位角２０２がゼロ度であるにも関わらず）第１の方向２０８および第２の方向２１２は、依然として異なる。したがって、流れの相互作用が、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスの間に生じることができる。
【００２０】
いくつかの実施形態において、方位角が、第１の方向２０８および第２の方向２１２の間の違いを規定する。例えば、第１の方向２０８および第２の方向２１２が両方とも基板表面に平行である場合、第１の方向２０８と第２の方向２１２が異なるように方位角２０２は非ゼロであり、したがって流れの相互作用が達成され得る。
【００２１】
いくつかの実施形態において、図２Ｃに図示されるように、第１の吸入口１１４は、基板１２５の処理面上の第１の高さ２１６に配置されてもよく、第２の吸入口は、基板１２５の処理面上の第２の高さ２１８に配置されてもよい。第１の高さ２１６および第２の高さ２１８は、調整可能であり、例えば、各高さが、チャンバ１００内で基板１２５を処理する前に設定されてもよく、または各吸入口１１４、１７０が可動プラットフォーム（図示せず）上に設けられてもよく、または第１の高さ２１６および第２の高さ２１８を調整するために、基板支持体アセンブリ１６４が中心軸２００に沿って動かされてもよい（例えば、ここで基板支持体アセンブリ１６４は、様々な処理面に基板１２５を置くために垂直に移動可能である）。いくつかの実施形態において、第２の吸入口１７０の第２の高さ２１６は、第１の吸入口１１４の第１の高さ２１８より高い。そのような実施形態において、第２の方向２１２は基板表面（図２Ｃに図示せず）に対し平行または角度がある場合がある。
【００２２】
図１に戻って、基板支持体アセンブリ１６４は、一般に、基板支持体１２４と結合される複数の支持ピン１６６を有する支持ブラケット１３４を含む。基板リフトアセンブリ１６０は、基板リフトシャフト１２６、および基板リフトシャフト１２６のそれぞれのパッド１２７上に選択的に載っている複数のリフトピンモジュール１６１を備える。一実施形態において、リフトピンモジュール１６１は、基板支持体１２４内の第１の開口１６２を通って移動可能に配置される、リフトピン１２８のオプションの上部を備える。動作において、基板リフトシャフト１２６は、リフトピン１２８と係合するよう動かされる。係合したとき、リフトピン１２８は、基板１２５を基板支持体１２４の上に上げる、または基板１２５を基板支持体１２４上に下げることができる。
【００２３】
基板支持体１２４は、基板支持体アセンブリ１６４と結合する、リフト機構１７２および回転機構１７４をさらに含む。リフト機構１７２は、中心軸２００に沿って基板支持体１２４を動かすために使用することができる。回転機構１７４は、中心軸２００の周りで基板支持体１２４を回転させるために使用することができる。
【００２４】
処理の期間、基板１２５は、基板支持体１２４上に配置される。ランプ１３６、ランプ１３８、ランプ１５２、およびランプ１５４は、赤外（ＩＲ）放射（すなわち、熱）の源であり、動作において、基板１２５にわたって、所定の温度分布を生成する。リッド１０６、クランプリング１１６、および下側ドーム１３２は、石英から形成される。しかし、他のＩＲについて透明でプロセス互換性のある材料も、これらの構成要素を形成するために使用することができる。
【００２５】
支持システム１３０は、プロセスチャンバ１００内の所定のプロセス（例えば、エピタキシャルシリコン膜を成長すること）を実行および監視するために使用される構成要素を含む。そのような構成要素は、一般に、プロセスチャンバ１００の様々なサブシステム（例えば、ガスパネル（複数可）、ガス分配コンジット、真空サブシステムおよび排気サブシステムなど）およびデバイス（例えば、電力供給装置、プロセス制御機器など）を含む。これらの構成要素は、当業者にはよく知られており、明確にするために、図面から省略されている。
【００２６】
コントローラ１４０は、一般に、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１４２、メモリ１４４、支持回路１４６を備え、（図１に示されるように）プロセスチャンバ１００および支持システム１３０に直接、または別法として、プロセスチャンバおよび／または支持システムに関連するコンピュータ（またはコントローラ）を介して、結合され制御する。
【００２７】
本発明のチャンバ１００が上で説明された。しかし、本発明者によって、チャンバの他の実施形態が、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスの間のクロスフロー相互作用を生成するため考案された。例えば、チャンバ１００は、示されるような第２の吸入口１７０の代わりに、第２の排気口（図示せず）を含むよう構成することができる。例えば、第１の流れの方向２０８および第２の流れの方向２１２の間の関係を方位角２０２が規定するやり方と同様に、第２の排気口の位置が方位角２０２によって規定され得る。そのような例において、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスの両方が、第１の吸入口１１４から流されることがあり、第１の吸入口に対して第１の排気口と第２の排気口が非対称であることによって、流れの相互作用が生成され得る。
【００２８】
図３は、本発明のいくつかの実施形態による、基板上に層を堆積させるための方法の流れ図を示す。方法３００は、上で説明されたチャンバ１００の実施形態に関連し、下で説明される。
【００２９】
方法３００は、基板１２５などの基板を準備することにより、３０２で始まる。基板１２５は、結晶シリコン（例えば、Ｓｉ＜１００＞またはＳｉ＜１１１＞）、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープされたポリシリコンまたは非ドープポリシリコン、ドープされたシリコンウエハまたは非ドープシリコンウエハ、パターン形成されたウエハまたは未パターン形成ウエハ、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素がドープされた酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、ガラス、サファイアなどの好適な材料を含むことができる。さらに、基板１２５は、複数の層を備え、または例えば、トランジスタ、フラッシュメモリデバイスなどの、部分的に製作されたデバイスを含むことができる。
【００３０】
３０４において、第１のプロセスガスは、基板１２５の処理面にわたって、例えば第１の方向２０８といった、第１の方向に流され得る。第１のプロセスガスは、第１の吸入口１１４からまたは２次的な入口２１０の１つまたは複数から第１の方向２０８に、処理面にわたって、排気口１１８に向かって流され得る。第１のプロセスガスは、第１の吸入口１１４から、処理面に平行にまたは処理面に角度をもって、第１の方向２０８に流され得る。
【００３１】
第１のプロセスガスは、１つまたは複数のプロセスガスを含むことができる。例えば、プロセスガスが、選択的エピタキシャル成長プロセスのためなど、堆積ガスおよび／またはエッチングガスを含むことができる。いくつかの実施形態において、第１のプロセスガスは、１つまたは複数の堆積ガス、および任意選択で、ドーパント前駆体ガス、エッチャントガス、またはキャリアガスの１つまたは複数を含むことができる。堆積ガスは、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）のうちの少なくとも１つなどのシリコン前駆体を含むことができる。ドーパント前駆体ガスは、ゲルマン（ＧｅＨ４）、ホスフィン（ＰＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、アルシン（ＡｓＨ３）、またはメチルシラン（Ｈ３ＣＳｉＨ３）のうちの少なくとも１つを含むことができる。エッチャントガスは、メタン（ＣＨ３）、塩化水素（ＨＣｌ）、塩素（Ｃｌ２）、またはフッ化水素（ＨＦ）のうちの少なくとも１つを含むことができる。キャリアガスは、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、または水素（Ｈ２）のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００３２】
いくつかの実施形態において、例えばシリコンおよびゲルマニウムを含む層を堆積させるために、第１のプロセスガスは、ジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）、ゲルマン（ＧｅＨ４）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、および水素（Ｈ２）を含むことができる。いくつかの実施形態において、例えばシリコンの層を堆積させるために、第１のプロセスガスは、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、またはジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）のうちの少なくとも１つ、ならびに塩化水素（ＨＣｌ）および水素（Ｈ２）を含むことができる。いくつかの実施形態において、例えば、堆積層がドープされたシリコンを含む場合、第１のプロセスガスは、上のガスを含んでもよく、ホスフィン（ＰＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）または、アルシン（ＡｓＨ３）のうちの少なくとも１つをさらに含んでもよい。いくつかの実施形態において、堆積層がシリコンおよび炭素を含む場合、第１のプロセスガスは、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、メチルシラン（Ｈ３ＣＳｉＨ３）、ゲルマン（ＧｅＨ４）、ホスフィン（ＰＨ３）、および窒素（Ｎ２）または水素（Ｈ２）のうちの少なくとも１つを含む環境で、塩化水素（ＨＣｌ）または塩素（Ｃｌ２）うちの少なくとも１つを含むことができる。
【００３３】
３０６において、第２のプロセスガスが、基板１２５の処理面にわたって、例えば第２の方向２１２といった、第２の方向に流され得る。チャンバ１００の実施形態にしたがって上で議論したように、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスの間に流れの相互作用を促進させるために、第２の方向２１２は、第１の方向２０８と異なる。第２の方向２１２は、非ゼロ方位角２０２によって、（図２Ｂに示されるように）第２のプロセスガスを基板表面に角度をもって提供することによって、またはその組合せによって、第１の方向２０８と相違させることができる。第１の方向２０８と第２の方向２１２の違いは、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスの間の流れの相互作用を生み出すために使用されてもよく、このことが、基板の処理面にわたる、堆積された層の厚さの均一性および／または組成上の均一性を改善し得る。
【００３４】
第２のプロセスガスは、第１のプロセスガスと同じであっても、または異なっていてもよい。第２のプロセスガスは、第１のプロセスガスに関して上で議論された任意のガスまたは上で議論されたガスの全ての組合せを含むことができる（例えば、堆積ガス、エッチャントガス、ドーパント前駆体ガス、およびキャリアガスの組合せ）。いくつかの実施形態において、例えば、選択的エピタキシャル成長プロセスの期間に、第２のプロセスガスは、エッチャントガス、堆積ガスまたはこの組合せを含むことができる。第２のプロセスガスは、第１のプロセスガスと交互に、周期的に、部分的に並行して、または並行して流され得る。いくつかの実施形態において、ステップ３０４とステップ３０６が並行して実施されるように、第２のプロセスガスが、第１のプロセスガスと同時に流され得る。
【００３５】
いくつかの実施形態において、例えば堆積された層の組成上の均一性を改善するために、第２のプロセスガスは第１のものと異なってよい（下の３０８で議論される）。いくつかの実施形態において、例えばシリコンおよびゲルマニウムを含む層を堆積させるために、第２のプロセスガスは、ジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）、ゲルマン（ＧｅＨ４）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、塩化水素（ＨＣｌ）、および水素（Ｈ２）を含むことができる。
【００３６】
いくつかの実施形態において、例えば、第１のプロセスガスに触媒作用を及ぼす触媒ガスを提供することにより、第２のプロセスガスは、第１のプロセスガスと異なってよい。例えば、そのような触媒作用が、基板上に堆積された層の組成上の均一性および／または厚さを改善し得る。第２のプロセスガスは、触媒、および上に挙げられた、例えばシランおよび／またはゲルマンなど他のガスを含むことができる。例示的な触媒は、ゲルマン（ＧｅＨ４）を含むことができる。
【００３７】
３０８において、層４００（図４に示される）は、少なくとも部分的に、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスの流れの相互作用から、基板１２５の上に堆積される。いくつかの実施形態において、層４００は約１ナノメートルから約１０，０００ナノメートルの間の厚さを有することができる。いくつかの実施形態において、層４００はシリコンおよびゲルマニウムを含む。層４００中のゲルマニウムの濃度は、約５原子百分率から約１００原子百分率（すなわち、ゲルマニウムのみ）の間であり得る。一特定の実施形態において、層４００は、約２５原子百分率から約４５原子百分率の間のゲルマニウム濃度を有するシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）層である。
【００３８】
上に記載したように、層４００は、少なくとも部分的に、異なる流れの方向２０８、２１２に流される第１のプロセスガスと第２のプロセスガスの間の流れの相互作用によって、堆積される。理論に束縛されることを望むものではないが、発明者は、例えば、約９０度の方位角２０２を有するいくつかの構成で、基板の外周端に近接する堆積は、主に２つのプロセスガス間のクロスフロー相互作用を介して生じ、一方基板の中心に近接する（中心軸２００に近い）堆積は、主に第１のプロセスガスを介して堆積され得ると考える。例えば、約ゼロ度の方位角２０２を有する他の構成において、堆積は、完全に第１のプロセスガスと第２のプロセスガスの間の流れの相互作用を介して生じ得る。
【００３９】
層４００は、１つまたは複数の処理方法によって堆積させることができる。例えば、第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスの流量は、層４００の厚さおよび／または組成物を調整するために変えることができる。さらに、流量は、層の結晶化度を調節するために変えることができる。例えば、より大きな流量では、層の結晶化度が改善し得る。他のプロセスの変形形態は、第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスのうちの１つまたは両方が流れるときに、基板１２５を中心軸２００の周りで回転させることおよび／または中心軸２００に沿って動かすことを含むことができる。例えば、いくつかの実施形態において、第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスのうちの１つまたは両方が流れるときに、基板１２５が回転される。例えば、いくつかの実施形態において、第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスのうちの１つまたは両方が流れるときに、各プロセスガスの流量を調節するために、基板１２５が中心軸２００に沿って動かされる。
【００４０】
層を堆積させる他の変形実施形態が可能である。例えば、第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスが、交互のパターンまたは周期的なパターンのうちの１つで律動的に送られ得る。いくつかの実施形態において、第１の吸入口１１４と第２の吸入口１７０の一方または両方からの堆積ガスおよびエッチガスを交互に律動的に送ることにより、層の選択的エピタキシャル成長が実施され得る。さらに、第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスを律動的に送ることは、他の処理方法と組み合わせて行うことができる。例えば、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスのうちの１つまたは両方の第１のパルスが、中心軸２００に沿った第１の基板位置で生じてもよく、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスのうちの１つまたは両方の第２のパルスが、中心軸２００に沿った第２の基板位置で生じてもよい。さらに、律動的に送ることは、基板が中心軸２００の周りで回転することと共に行われ得る。
【００４１】
このように、基板上に層を堆積させるための方法および装置が、本明細書において開示された。本発明の方法および装置は、有利なことに、堆積のために使用されるプロセスガス間に流れの相互作用を生成することによって、堆積された層の厚さの不均一性および／または組成上の不均一性を克服する。本発明の方法および装置は、堆積された層の中の欠陥／粒子形成をさらに減少させ、堆積された層の厚さおよび／または組成物および／または結晶化度の調整を可能にする。
【００４２】
上記が本発明の実施形態を対象とする一方、本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態が、本発明の基本範囲から逸脱することなく考案され得る。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理するための装置であって、
中に基板の処理面をプロセスチャンバ内の所望の位置に支持するための基板支持体を有するプロセスチャンバと、
前記基板の前記処理面上に第１の方向に第１のプロセスガスを提供するための第１の吸入口と、
前記基板の前記処理面上に前記第１の方向と異なる第２の方向に第２のプロセスガスを提供するための第２の吸入口であって、前記基板支持体の中心軸に対して前記第１の方向と前記第２の方向の間で測定される方位角が最大約１４５度である第２の吸入口と、
前記第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスを前記プロセスチャンバから排気するために、前記第１の吸入口の反対側に配置された排気口と
を備える装置。
【請求項２】
前記方位角が約９０度である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記処理面に対する前記第１の吸入口および前記第２の吸入口の一方または両方の高さが調整可能である、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記処理面に対する前記第２の吸入口の高さが、前記処理面に対する前記第１の吸入口の高さよりも大きい、請求項１または２に記載の装置。
【請求項５】
前記基板の前記処理面を前記処理面に垂直な軸に沿った複数の位置に支持するために、前記基板支持体が前記プロセスチャンバ内でさらに移動可能に配置される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項６】
前記第２の流れの方向が前記処理面に向けられる、請求項１または２に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の吸入口が、それぞれが前記第１のプロセスガスを送達可能な第１の複数の２次的な入口をさらに備え、かつ／または
前記第２の吸入口が、それぞれが前記第２のプロセスガスを送達可能な第２の複数の２次的な入口をさらに備える、
請求項１または２に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の複数の２次的な入口のうちの少なくとも１つの２次的な入口が、前記第１の複数の２次的な入口のうちの少なくとも１つの他の２次的な入口とは異なる組成物の前記第１のプロセスガスを提供することができ、および／または前記第２の複数の２次的な入口のうちの少なくとも１つの２次的な入口が、前記第２の複数の２次的な入口のうちの少なくとも１つの他の２次的な入口とは異なる組成物の前記第２のプロセスガスを提供することができる、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の複数の２次的な入口および／または前記第２の複数の２次的な入口のうちの１つまたは複数の前記２次的な入口からのプロセスガスの流量が独立して調整可能である、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記基板支持体を前記中心軸の周りで回転させるように前記基板支持体に結合されている回転機構、および
前記基板支持体を前記中心軸に沿って動かすように前記基板支持体に結合されているリフト機構
のうちの少なくとも１つをさらに備える、請求項１または２に記載の装置。
【請求項１１】
基板上に層を堆積させるための方法であって、
基板の処理面にわたって第１の方向に第１のプロセスガスを流すステップと、
前記基板の前記処理面にわたって前記第１の方向とは異なる第２の方向に第２のプロセスガスを流すステップであって、前記基板の中心軸に対して前記第１の方向と前記第２の方向の間で測定される方位角が最大約１４５度であるステップと、
前記基板上に、少なくとも部分的に前記第１のプロセスガスと第２のプロセスガスのクロスフロー相互作用から形成される層を堆積させるステップと
を含む方法。
【請求項１２】
前記第１のプロセスガスと第２のプロセスガスとが同一でも異なってもよく、それぞれが、
シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、およびジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）のうちの少なくとも１つを含む堆積ガスと、
メチルシラン（Ｈ３ＣＳｉＨ３）、ゲルマン（ＧｅＨ４）、ホスフィン（ＰＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、およびアルシン（ＡｓＨ３）のうちの少なくとも１つを含むドーパント前駆体ガスと、
メタン（ＣＨ３）、塩化水素（ＨＣｌ）、塩素（Ｃｌ２）、およびフッ化水素（ＨＦ）の１つまたは複数を含むエッチャントガスと、
窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、および水素（Ｈ２）のうちの少なくとも１つを含むキャリアガスと
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の流れの方向が前記処理面に対して角度を有する、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスのうちの少なくとも１つを流すときに、前記基板を前記中心軸の周りで回転させるステップ、および／または
前記第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスのうちの少なくとも１つを流すときに、前記基板を前記中心軸に沿って動かすステップ
をさらに備える、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスを、交互のパターンまたは周期的なパターンで律動的に送る、または前記第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスを同時に流す、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１】
基板を処理するための装置であって、
中に基板の処理面をプロセスチャンバ内の所望の位置に支持するための基板支持体を有するプロセスチャンバと、
前記基板の前記処理面上に第１の方向に第１のプロセスガスを提供するための第１の吸入口と、
前記基板の前記処理面上に前記第１の方向と異なる第２の方向に第２のプロセスガスを提供するための第２の吸入口であって、前記基板支持体の中心軸に対して前記第１の方向と前記第２の方向の間で測定される方位角が最大約１４５度である第２の吸入口と、
前記第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスを前記プロセスチャンバから排気するために、前記第１の吸入口の反対側に配置された排気口と
を備える装置。
【請求項２】
前記方位角が約９０度である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記処理面に対する前記第１の吸入口および前記第２の吸入口の一方または両方の高さが調整可能である、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記処理面に対する前記第２の吸入口の高さが、前記処理面に対する前記第１の吸入口の高さよりも大きい、請求項１または２に記載の装置。
【請求項５】
前記基板の前記処理面を前記処理面に垂直な軸に沿った複数の位置に支持するために、前記基板支持体が前記プロセスチャンバ内でさらに移動可能に配置される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項６】
前記第２の流れの方向が前記処理面に向けられる、請求項１または２に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の吸入口が、それぞれが前記第１のプロセスガスを送達可能な第１の複数の２次的な入口をさらに備え、かつ／または
前記第２の吸入口が、それぞれが前記第２のプロセスガスを送達可能な第２の複数の２次的な入口をさらに備える、
請求項１または２に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の複数の２次的な入口のうちの少なくとも１つの２次的な入口が、前記第１の複数の２次的な入口のうちの少なくとも１つの他の２次的な入口とは異なる組成物の前記第１のプロセスガスを提供することができ、および／または前記第２の複数の２次的な入口のうちの少なくとも１つの２次的な入口が、前記第２の複数の２次的な入口のうちの少なくとも１つの他の２次的な入口とは異なる組成物の前記第２のプロセスガスを提供することができる、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の複数の２次的な入口および／または前記第２の複数の２次的な入口のうちの１つまたは複数の前記２次的な入口からのプロセスガスの流量が独立して調整可能である、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記基板支持体を前記中心軸の周りで回転させるように前記基板支持体に結合されている回転機構、および
前記基板支持体を前記中心軸に沿って動かすように前記基板支持体に結合されているリフト機構
のうちの少なくとも１つをさらに備える、請求項１または２に記載の装置。
【請求項１１】
基板上に層を堆積させるための方法であって、
基板の処理面にわたって第１の方向に第１のプロセスガスを流すステップと、
前記基板の前記処理面にわたって前記第１の方向とは異なる第２の方向に第２のプロセスガスを流すステップであって、前記基板の中心軸に対して前記第１の方向と前記第２の方向の間で測定される方位角が最大約１４５度であるステップと、
前記基板上に、少なくとも部分的に前記第１のプロセスガスと第２のプロセスガスのクロスフロー相互作用から形成される層を堆積させるステップと
を含む方法。
【請求項１２】
前記第１のプロセスガスと第２のプロセスガスとが同一でも異なってもよく、それぞれが、
シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、およびジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）のうちの少なくとも１つを含む堆積ガスと、
メチルシラン（Ｈ３ＣＳｉＨ３）、ゲルマン（ＧｅＨ４）、ホスフィン（ＰＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、およびアルシン（ＡｓＨ３）のうちの少なくとも１つを含むドーパント前駆体ガスと、
メタン（ＣＨ３）、塩化水素（ＨＣｌ）、塩素（Ｃｌ２）、およびフッ化水素（ＨＦ）の１つまたは複数を含むエッチャントガスと、
窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、および水素（Ｈ２）のうちの少なくとも１つを含むキャリアガスと
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の流れの方向が前記処理面に対して角度を有する、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスのうちの少なくとも１つを流すときに、前記基板を前記中心軸の周りで回転させるステップ、および／または
前記第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスのうちの少なくとも１つを流すときに、前記基板を前記中心軸に沿って動かすステップ
をさらに備える、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスを、交互のパターンまたは周期的なパターンで律動的に送る、または前記第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスを同時に流す、請求項１１または１２に記載の方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１３−５０７００４（Ｐ２０１３−５０７００４Ａ）
【公表日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３２２４５（Ｐ２０１２−５３２２４５）
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５０５９３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４３９６１
【国際公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【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）】
【公表日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５０５９３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４３９６１
【国際公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【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）】
[ Back to top ]