JP2007507885A - ヘキサクロロシランからのシリコン含有膜の堆積 - Google Patents

ヘキサクロロシランからのシリコン含有膜の堆積 Download PDF

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Abstract

【課題】ヘキサクロロシランからのシリコン含有膜の堆積を提供する。
【解決手段】処理システムの低圧堆積プロセスによってシリコン含有膜と基板を堆積するための方法を提供する。シリコン含有膜は、処理システムの処理チャンバーに基板を供給し、基板を加熱し、基板にヘキサクロロシラン(HCD)処理ガスを露出することによって、基板上に形成できる。この方法は、基板のシリコン表面上にエピタキシャルシリコン含有膜を選択的に堆積するか、基板上にシリコン含有膜を非選択的に堆積するかすることができる。HCD処理ガスを使用してシリコン含有膜を基板上に形成するための処理システムを含んでいる処理装置が提供される。
【選択図】

Description

本発明は半導体プロセスに関し、特にヘキサクロロシラン(HCD)処理ガスを使用してシリコン含有膜を基板上に堆積するためのプロセスと処理装置とに関する。
シリコン含有膜は半導体産業において多種多様な用途に使用される。シリコン含有膜には、多結晶シリコン(ポリSi)やエピタキシャルシリコンなどのシリコン膜、シリコンゲルマニウム(SiGe)、シリコンゲルマニウムカーバイド(SiGeC)、炭化シリコン(SiC)、窒化シリコン(SiN)などがある。回路の幾何学配置がかつてない小さい特徴サイズに縮小するとき、例えば、半導体デバイスへの新しい物質の導入と、ソース領域とドレイン領域における浅い埋め込みの熱収支の低減とのために、より低い堆積温度が好ましい。さらに、シリコン含有膜の非選択的(全面)堆積と選択的堆積が将来のデバイスに必要となるであろうことは明白である。例えば、半導体製造工程は、エピタキシャルシリコン膜の厚さと抵抗率について厳格な規格限界を必要とする。エピタキシャルシリコン堆積はプロセス流れにおける第一歩とすることができ、ここでバルクと異なるドーピングレベルを持ち得る新しいシリコン含有膜の成長を通してバルクシリコンの結晶格子が広がる。目標のエピタキシャル膜の厚さと抵抗率のパラメーターに合わせることは、適切に機能するデバイスのその次の製造工程にとって重要である。
エピタキシャルシリコン含有膜の選択的堆積の使用の一例は、かさ高なソースとドレインを持つシリコン・オン・インシュレーター(SOI)デバイスを製造するためのものである。SOIデバイス製造工程の間、プロセスは、ソース領域とドレイン領域でシリコン膜全部を消費し得るため、これらの領域にはシリコン含有膜の選択的エピタキシャル成長(SEG)によって供給できる余分のシリコンが必要である。シリコン含有膜の選択的エピタキシャル堆積は、必要となるフォトリソグラフィとエッチングのステップの数を減らすことができ、これはデバイスの製造における全体のコストと複雑さを低減できる。より低温での堆積プロセスが好ましいにもかかわらず、伝統的なシラン(SiH)とジクロロシラン(DCS、SiCl)源ガスを使用するエピタキシャルシリコンの熱堆積は、デバイスの製造のプロセスに組み込まれるべきプロセスにとって十分に高い堆積速度を達成するためには、一般に高い堆積温度(例えば約850〜900℃超)を必要とする。さらに、伝統的なシランとジクロロシラン源ガスプロセスは、異なる基板材料に対する堆積選択性に限界を与える。従って、本発明者らは、基板上へのシリコン含有膜の堆積のために、選択的な堆積と低温での堆積とを可能にする改善した方法が必要であることを認識した。
本発明の目的は、従来の堆積システムと堆積方法における上記および/またはほかの問題を軽減するか解決する、処理システムの処理チャンバー内においてシリコン含有膜を半導体ウェハー上に堆積するための方法とシステムを提供することである。
本発明の別の目的は、処理システムの処理チャンバー内における半導体ウェハー上へのエピタキシャルシリコン含有膜の低温選択的堆積のための方法とシステムを提供することである。
本発明のまた別の目的は、処理システムの処理チャンバー内における半導体ウェハー上へのシリコン含有膜の低温非選択的堆積のための方法とシステムを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、シリコン含有膜を半導体アプリケーションと組み合わせるための費用対効果メカニズムを提供することである。
本発明のこれらのおよび/またはほかの目的は、シリコン含有膜を基板上に堆積する方法によって実現されよう。この方法は、基板を処理システムの処理チャンバーに供給し、基板を加熱し、ヘキサクロロシラン(HCD)処理ガスを処理チャンバーに流し、シリコン含有膜を基板上に堆積することを有している。
本発明の別の側面では、シリコン含有膜を基板上に堆積するための処理装置が提供される。処理装置は、基板を処理システムの処理チャンバー基板を供給するように構成された搬送システムと、基板を加熱するためのヒーターと、HCD処理ガスを基板に露出してシリコン含有膜を基板上に堆積するように構成されたガス噴射システムと、処理装置を制御するように構成されたコントローラーとを有している。
上記の発明の背景の節で述べたように、伝統的なシリコン源ガスの使用は、シリコン含有膜の低温堆積または膜成長の十分な選択性を提供しない。にもかかわらず、半導体産業において新しい源ガスを実行することの困難さと、バッチタイプ処理チャンバー内の異なるウェハー位置に均一な処理結果を提供することの問題とによるためか、ほかのシリコン源ガスの使用は大きく研究されずにきた。そういうわけで、本発明者らは、シリコン含有膜を基板上に堆積するためのヘキサクロロシラン(HCD、SiCl)処理ガスの使用を分析する実験を行なった。このような実験と分析の結果、本発明者らは、HCD処理ガスの低圧露出が処理システムにおいて基板へのシリコン含有膜の低温堆積に実行可能な機構を提供することを発見した。
一般に、基板への低圧シリコン堆積は、単結晶(エピタキシャル)シリコン膜か多結晶シリコン膜か非晶質シリコン膜の形成をもたらすことができる。本発明の一実施形態において、結晶シリコン基板上へのシリコンエピタキシャル堆積が単結晶シリコン膜を形成するために使用できる。ここで、結晶シリコン基板は単結晶成長のための「種」として作用する。エピタキシャルシリコン含有層は、その下にあるSiウェハーとは異なる組成的特性と電気的特性を有するように設計し、デバイスの特定の要求に合わせることができる。HCD処理ガスに少量のドーパントガスの加えることにより、エピタキシャルシリコン含有膜をドープすることができる。ドーパントガスの例としては、リン含有ガス(例えばPH)、ヒ素含有ガス(例えばAsH)、窒素含有ガス(例えばNH)、ホウ素含有ガス(例えばBとBCl)などがある。上記ドーパントガスのいずれのHCD処理ガスへの添加も、プロセス中の基板上の水素の存在のためシリコン堆積を加速させることによって、シリコン堆積の選択性を高めることができる。また、HFやFやHClなどのハロゲン含有ガスのHCD処理ガスへの添加も、シリコンでない表面上に堆積したシリコン原子をエッチングし取り除くことによって、シリコン表面へのシリコン堆積の選択性を改善することができる。
本発明の一実施形態において、HCDとゲルマニウム含有ガス、例えばGeHまたはGeC、とを含んでいるHCD処理ガスを使用して、シリコンとゲルマニウム(SiGe)を含んでいるシリコン含有膜を良好な選択性で堆積することができる。SiGe膜は低濃度のゲルマニウム、例えば約2原子百分率のゲルマニウムを含むことができる。あるいはSiGe膜は、2原子百分率を超えるゲルマニウム、例えば50原子百分率を超えるゲルマニウムを含むことができる。
本発明の別の実施形態において、HCD処理ガスがシリコン表面に露出されないが、酸化物や窒化物や金属などの物質を含んでいるほかの表面に露出され、HCD処理ガスを使用するシリコン含有膜の堆積は、微細シリコン結晶粒を有する多結晶シリコン含有膜、または非晶質シリコン含有膜を形成することができる。多結晶シリコン含有膜の結晶粒の大きさは、熱処理はもちろん、堆積条件に依存することができる。
HCDは、反応性が高く非常に強い脱酸素剤である商業的に利用可能なシリコン化合物である。処理システムにおいてHCD処理ガスを使用してシリコン含有膜を堆積する実験と分析の結果、本発明者らは、HまたはHClの存在下においてDCSの従来の分解を使用する同じ温度において、HCD処理ガスを使用してシリコン含有膜を基板上により高い堆積速度で堆積する低圧熱分解プロセスを実現できることを発見した。HCDを使用して得ることのできるより高い堆積速度は、例えば、シリコン含有膜の十分に高い堆積速度を達成しつつ、製作可能な堆積プロセスをより低い基板温度で実施するのを可能にすることができる。上記実験はバッチタイプ処理システムで実施したが、本発明はそのような処理システムに限定されるものではなく、当業者には容易に分かるように、単一ウェハー処理システムで実践することもできる。
特に、シリコン含有膜は、処理システムにおいて低圧堆積プロセスでHCD処理ガスを使用して基板上に堆積することができる。このプロセスでは、基板を処理チャンバーに供給し、真空ポンプシステムを使用してチャンバー圧力を下げ、チャンバー温度と圧力を安定にする。次に、処理チャンバー温度と処理チャンバー圧力を所望の値に調整することができる。プロセス温度に達したら、基板上に所望のシリコン含有膜が形成される時間間隔の間、基板を処理することができる。プロセスの終わりに、処理チャンバーを排気し、不活性ガスで浄化し、基板を処理チャンバーから取り出すことができる。さらに、シリコン含有膜を堆積する前に基板を予備処理するプロセスが、基板を洗浄ガス、例えば900℃の基板温度においてHガス、に露出して、基板から汚染物質と酸化物層を取り除くことを含むことができる。
いま図面を参照すると、図1Aは本発明の実施形態によるシリコン含有膜を基板上に堆積するためのバッチタイプ処理システムの簡易ブロック図を示している。バッチタイプ処理システム100は、処理チャンバー102と、ガス噴射システム104、ヒーター122、真空ポンプシステム106、プロセス監視システム108、コントローラー124とを有している。基板ホルダー112を使用して多数の基板110を処理チャンバー102に搬入して処理することができる。さらに、処理チャンバー102は外側区画114と内側区画116を有している。本発明の一実施形態において、内側区画116は処理炉心管とすることができる。
ガス噴射システム104は、処理チャンバー102を浄化するために、また基板110を下処理し洗浄し処理するために、処理チャンバー102にガスを導入することができる。ガス噴射システム104は、例えば、HCD液体を気化させる気化器を含む液体供給システム(LDS)を有するものとすることができる。気化した液体は、搬送ガスを利用して処理チャンバー102内に流れ込むことができる。あるいは、ガス噴射システムは、HCDを含むリザーバーを通して搬送ガスをバブリングするバブリングシステムを有するものとすることができる。複数のガス供給ラインを配置して処理チャンバー102に複数のガスを流すことができる。ガスを内側区画116によって定まるボリューム118に導入し基板110に露出することができる。その後、ガスは内側区画114と外側区画116によって定まるボリューム120に流れ込み、真空ポンプシステム106によって処理チャンバー102から排気することができる。
基板ホルダー112を使用して複数の基板110を処理チャンバー102に搬入し処理することができる。バッチタイプ処理システム100は、密に積み重ねた多数の基板110を処理して、高い基板スループットを達成することができる。基板バッチサイズは、例えば、約100枚以下の基板(ウェハー)とすることができる。あるいは、バッチサイズは約25枚以下の基板とすることができる。処理チャンバー102は、例えば、200mmの基板、300mmの基板、さらに大きい基板など、あらゆる直径の基板を処理することができる。基板110は、例えば、半導体基板(例えばシリコンまたは化合物半導体)、LCD基板、ガラス基板とすることができる。きれいな基板のほか、これに限らないが、シリコン膜、金属膜、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜などを有する基板を利用することができる。
バッチタイプ処理システム100は、バッチタイプ処理システム100からの出力を監視するほかバッチタイプ処理システム100への入力を通信し作動する十分な制御信号を生成可能な制御部124によって制御することができる。さらに、制御部124は、処理チャンバー102、ガス噴射システム104、ヒーター122、プロセス監視システム108、真空ポンプシステム106と連結されて情報を交換することができる。例えば、制御部124のメモリーに記憶されているプログラムを利用し、記憶されているプロセス処方に従ってバッチタイプ処理システム100の前述のコンポーネントを制御することができる。制御部124の一例は、テキサス州ダラスにあるデル株式会社から入手可能なDELL PRECISION WORK STATION 610(登録商標)である。
リアルタイムプロセス監視はプロセス監視システム108を使用して実施することができる。一般に、プロセス監視システム108は汎用監視システムであり、例えば、質量分析計(MS)またはフーリエ変換赤外分光(FTIR)分析計とすることができる。プロセス監視システム108は、プロセス環境におけるガスの化学種類の質的な分析と量的な分析を提供することができる。監視し得るプロセスパラメーターは、ガスの流れ、ガスの圧力、ガスの種類の比率、ガスの純度を含む。これらのパラメーターは、事前のプロセス結果および金属含有膜の種々の物理的特性と関連づけることができる。
図1Bは、本発明の実施形態によるシリコン含有膜を基板上に堆積するための別のバッチタイプ処理システムの簡易ブロック図を示している。バッチタイプ処理システム1は、処理チャンバー10と、排気管80と連結された上端部と円筒状マニホールド2のふた27に気密に接合された下端部とを有する処理炉心管25とを有している。排気管80は処理炉心管25から真空ポンプシステム88にガスを排出して処理システム1内を所定値以下の気圧に維持する。処理炉心管25内には、複数の基板(ウェハー)40を層状手法で(それぞれの水平面に鉛直に間隔をおいて)保持するための基板ホルダー35が配置されている。基板ホルダー35は、ふた27を貫通し、モーター28によって駆動される回転シャフト21に取り付けられたターンテーブル26の上に位置している。膜全体の一様性を改善するために処理の間じゅうターンテーブル26を回転させることができる。あるいは、ターンテーブルは処理の間じゅう静止していることもできる。ふた27は、反応炉心管25に基板ホルダー35を出し入れするためのエレベーター22に取り付けられている。ふた27が最上位位置にくると、ふた27がマニホールド2の開口端をふさぐ。
マニホールド2の周囲に複数のガス供給ラインを設けて、ガス供給ラインを介して処理炉心管25に多種のガスを供給することができる。図1Bには、複数のガス供給ライン中の一本のガス供給ライン45だけが示されている。ガス供給ライン45はガス噴射システム94に接続されている。反応炉心管25を覆うように円筒状熱反射鏡30が配置されている。熱反射鏡30は鏡面仕上げ内側面を有し、主ヒーター20と下部ヒーター65、上部ヒーター15、排気管ヒーター70とによって放射される放射熱の消散を抑える。(図示しない)らせん状冷却水通路が冷却媒体通路として処理チャンバー10の壁の中に形成されている。
真空ポンプシステム88は真空ポンプ86と捕集器84と自動圧力制御部(APC)82とを有している。真空ポンプ86は、例えば、毎秒20,000リットル(以上)の吸引速度が可能な乾式真空ポンプをとすることができる。処理の間、ガス噴射システム94によって処理チャンバー10にガスを導入することができ、APC82によってプロセス圧力を調整することができる。捕集器84は処理チャンバー10からの未反応前駆体物質と副産物を収集することができる。
プロセス監視システム92はリアルタイムプロセス監視可能なセンサー75、例えば、MSまたはFTIR分析計とすることができる。制御部90はマイクロプロセッサとメモリーとデジタルI/Oポートとを有し、処理システム1からの出力を監視するほか処理システム100への入力を通信し作動するに十分な制御信号を生成可能である。さらに、制御部90は、ガス噴射システム94、モーター28、プロセス監視システム92、ヒーター20、15、65、70、真空ポンプシステム88と接続されて情報を交換することができる。図1Aの制御部124と同様に、制御部90はDELL PRECISION WORK STATION 610(登録商標)で構成し得る。
図2は、本発明の実施形態による処理装置の簡易ブロック図を示している。処理装置200は、処理システム220と230と、基板を処理装置200内に搬送するように構成された(自動)搬送システム210と、処理装置200をコントロールするように構成された制御部240とを有している。本発明の別の実施形態において、処理装置200はただ一つの処理システムを有するようにすることができ、あるいは、三つ以上の処理システムを有するようにすることができる。図2において、処理システム220と230は、例えば、以下の処理の少なくとも一つを実施することができる。(a)基板を予備処理する。(b)シリコン含有膜を基板上に堆積する。(c)基板と基板上に堆積するシリコン含有膜との少なくとも一つの特性を決定する。(a)において、予備処理することは、例えば、汚染物質および/または薄い酸化膜(例えば自然酸化膜または化学酸化膜)を基板表面から取り除くことを実施することができる。シリコン表面上の汚染物質または酸化膜の存在は、適切なシリコン種(核生成)層の形成を抑制し、それによってエピタキシャルシリコン堆積に影響を与えることができる。一例では、予備処理することは、約500℃と約1000℃の間の基板温度、例えば900℃の基板温度において、基板をHガスに露出することを含むことができる。(c)において、膜特性は、例えば、シリコン含有膜の厚さとドーパントレベルを含み得る。本発明の一実施形態において、プロセス(a)〜(c)のおのおのは異なる処理システムで行なうことができる。本発明の別の実施形態において、プロセス(a)〜(c)の少なくとも二つを同一処理システムで行なうことができる。本発明の一実施形態において、処理システムの少なくとも一つはバッチタイプ処理システムまたは単一ウェハー処理システムとすることができる。本発明の別の実施形態において、処理システムの少なくとも一つは熱処理システムまたはプラズマ処理システムまたは原子層堆積処理システムとすることができる。
図1Aと図Bの制御部と同様に、制御部240はDELL PRECISION WORK STATION 610(登録商標)で構成し得る。さらに、図1Aと図1Bと図2のいずれの制御部も、図8に関連して説明するような汎用コンピュータシステムで構成し得る。
図3Aは、本発明の一実施形態によるシリコン含有膜を基板上に堆積するための流れ図を示している。300において、プロセスを開始する。302において、処理システムの処理チャンバーに基板を供給する。処理システムは、図1Aまたは図1Bに示したバッチタイプ処理システムであってもよく、また、図2に示したような処理装置の一部として提供されてもよい。304において、基板を加熱し、306においてHCD処理ガスを基板に露出する。本発明の一実施形態において、HCD処理ガスはHCDガスのほかに不活性ガスを含むことができ、シリコン含有膜はシリコン膜とすることができる。不活性ガスは、例えば、HeとNeとArとKrとXeとNから、または、基板またはチャンバー環境と化学的に反応しないほかのあらゆるガスから選択することができる。不活性ガスは、液体状のHCD用の搬送ガスとして、また、基板表面でなくチャンバー環境での化学反応の発生を減らすためにHCDガスを薄めるために使用し得る。本発明の別の実施形態において、HCD処理ガスは、HCDガスのほかに、不活性ガスと、水素含有ガスと第二のシリコン含有ガスの少なくとも一つとを含むことができる。水素含有ガスは、例えば、Hを含むことができる。HCDガスへのHの添加がシリコン堆積速度を高めることが観察された。第二のシリコン含有ガスは、例えば、SiHとSiClとSiとSiClから選択することができる。本発明のまた別の実施形態において、HCD処理ガスは、HCDガスと、例えば、リン含有ガス(例えばPH)とヒ素含有ガス(例えばAsH)と窒素含有ガス(例えばNH)とホウ素含有ガス(例えばBとBCl)から選択することができるドーパントガスとを含むことができる。本発明の別の実施形態において、HCD処理ガスは、例えば、HFとFとClとHClから選択することができるハロゲン含有ガスを含むことができる。本発明のまた別の実施形態において、HCD処理ガスは、HCDガスと、例えば、GeHとGeCl4から選択することができるゲルマニウム含有ガスとを含み、SiGe膜を堆積することができる。
本発明の一実施形態において、図3に流れ図で示される堆積プロセスは、シリコン含有膜を堆積する前に基板を予備処理することをさらに有することができる。この予備処理プロセスは、例えば、基板材料(例えばシリコン)から酸化物層(例えば自然酸化物または熱酸化物)を、さらにほかの界面汚染物質を実質的に取り除くことができ、それは、適切なシリコン種(核生成)層の形成を抑制し、堆積表面上へのシリコン含有膜の堆積を妨げ、シリコン堆積の選択性を減らすことができる。一例において、予備処理は、900℃の基板温度においてシリコン基板をHガスに露出することを有することができる。
シリコン含有膜を堆積するために使用されるプロセス条件は、約100Torr未満の処理チャンバー圧力を含むものとすることができる。あるいは、プロセス圧力は、約1Torr未満、例えば0.4Torrとすることができる。プロセス条件はさらに、約500℃と約900℃の間、好ましくは約800℃の基板温度を含むものとすることができる。本発明の一実施形態において、基板温度を約800℃とすることができ、処理チャンバー圧力を0.4Torrとすることができる。308において、HCD処理ガスの分解からシリコン含有膜が基板上に堆積する。
本発明の一実施形態において、本発明者らは、バッチタイプ処理システムの処理チャンバーにおいてHCD処理ガスを使用してエピタキシャルシリコン含有膜を基板上に選択的に堆積する方法を発見した。シリコンを含んでいる表面領域上ではシリコン含有膜の選択的エピタキシャル堆積が観察されたが、例えば酸化物(例えば酸化物フォトマスク)または窒化物(例えばSiN層)を含んでいるほかの表面領域上ではシリコン堆積がまったくまたはほとんど観察されなかった。HCD処理ガスを使用して観察されるシリコン堆積速度が従来のDCS処理ガスを使用するのと比較して高いことが、シリコン含有膜のエピタキシャル堆積をより選択的なものにしていると、本発明者らは推測している。一般に、シリコン含有膜堆積のための核生成時間(インキュベーション時間)が、ある基板材料についてのものが別の基板材料についてのものと比較して十分に異なるとき、異なる基板材料に対する堆積選択性を達成することができる。実際、もしシリコン含有膜の堆積速度が十分に高く、インキュベーション時間が異なる材料で十分に大きく異なるならば、堆積がより長いインキュベーション時間(例えば酸化物または窒化物)でほかの材料上に始まる前に、シリコン含有膜がより短いインキュベーション時間(例えばシリコン)で材料上に成長することができる。結果として、基板上のほかの領域で堆積が始まる前に、HCD処理ガスを使用してより厚いエピタキシャルシリコン含有膜がきれいなシリコン基板上に成長することができる。
図4は、本発明の実施形態によるエピタキシャルシリコン含有膜を基板上に選択的に堆積するための流れ図を示している。400において、プロセスを開始する。402において、基板を処理システムの処理チャンバーに供給する。あるいは、処理システムは単一ウェハー処理システムであってもよい。404において、基板を加熱し、406において、処理チャンバー内においてHCD処理ガスを基板に露出する。408において、基板へのHCD処理ガスの露出は、シリコン表面上にエピタキシャルシリコン含有膜の選択的な堆積をもたらす。エピタキシャルシリコン含有膜が選択的に所望の膜厚に堆積したとき、410においてプロセスを終了する。
図5Aは、本発明の実施形態による微細構造を示している。微細構造500はデバイス製造で使用される模範的構造であり、シリコン基板510と、その上に重なったフォトリソグラフィによりパターニングした、シリコン表面540を露出する開口530を有する酸化物マスク520とを有している。
図5Bは、本発明の実施形態による選択的堆積シリコン膜を有する微細構造を模式的に示している。微細構造500の露出シリコン表面540上にはシリコン膜550が毎分約7オングストロームの堆積速度でエピタキシャルに形成されたが、パターニングされたフォトマスク520上には堆積はまったく観察されなかった。堆積プロセスは図4の流れ図において説明したように実施した。堆積プロセスは、バッチタイプ処理システムの処理チャンバー内でHCDガスと800℃の基板温度と0.4Torrの処理チャンバー圧力を使用して実施した。Si堆積の前に微細構造500を900℃のH雰囲気内で予備処理した。露出したシリコン領域上へのエピタキシャルシリコン膜550の堆積は、当業者に公知の方法を使用する酸化物フォトマスクの次の除去が、シリコン基板410上にかさ高なエピタキシャルシリコン膜550を形成するのを可能にする。一般に、パターニングされたフォトマスク520は酸化物マスク(例えばSiO)と窒化物マスク(例えばSi)の少なくとも一つを含むことができる。
図6は、本発明の別の実施形態によるシリコン膜を基板上に非選択的に堆積するための流れ図を示している。600において、プロセスを開始する。602において、処理システムの処理チャンバーに基板を供給する。604において、基板を加熱し、606において、HCD処理ガスを処理チャンバー内の基板に露出する。図6に示したシリコン層の非選択的堆積のために使用されるプロセス条件は、エピタキシャルシリコン層を選択的に堆積するための800℃の基板温度と比較して、700℃の基板温度を含むものとすることができる。608において、基板へのHCD処理ガスの露出は、シリコン含有膜の非選択的堆積をもたらす。シリコン膜が所望の膜厚さに堆積したとき、プロセス610を終了する。
図7Aは、本発明の実施形態による微細構造を示している。微細構造700はデバイス製造で使用される模範的構造であり、シリコン基板710と、その上に重なったフォトリソグラフィによりパターニングした、シリコン表面740を露出する開口730を有する酸化物マスク720とを有している。
図7Bは、本発明の実施形態による非選択的堆積シリコン膜を有する微細構造を模式的に示している。シリコン膜750が酸化物マスク720上とシリコン表面740上に非選択的に堆積(全面堆積)した。シリコン膜は、基板材料の種類によらず、基板全体に実質的に一様の厚さで堆積した。堆積プロセスは図6の流れ図において説明したように実施した。堆積プロセスは、バッチタイプ処理システムの処理チャンバー内でHCDガスと700℃の基板温度と0.4Torrの処理チャンバー圧力を使用して実施した。
所望の膜特性を持つシリコン含有膜の形成を可能にする適当なプロセス条件は、直接の実験および/または実験計画(DOE)によって決定することができる。調整可能なプロセスパラメーターは、例えば、基板温度、プロセス圧力、処理ガスの種類、相対的ガス流れとすることができる。上述したように、HCD処理ガスは、例えば、HCDガスのほかに、不活性ガスと、水素含有ガスと第二のシリコン含有ガスの少なくとも一つとを含むことができる。HCDガス流量は、例えば、約5sccmと約1,000sccmの間とすることができ、不活性ガス流量は、例えば、約5sccmと約20,000sccmの間とすることができ、水素含有ガス流量は、例えば、約5sccmと約5000sccmの間とすることができ、第二のシリコン含有ガス流量は、例えば、約10sccmと約1,000sccmの間とすることができる。
図8は、本発明の実施形態を実行し得るコンピュータシステム1201を示している。コンピュータシステム1201は、図1Aまたは図1Bまたは図2の制御部として、またはそれらの図のシステムと一緒に使用して前述の機能のいずれかまたはすべてを行ない得る同様の制御部として使用し得る。コンピュータシステム1201は、情報を通信するためのバス1202またはほかの通信機構と、バス1202に接続された情報を処理するためのプロセッサー1203とを有している。コンピュータシステム1201はまた、バス1202に接続された、情報とプロセッサー1203によって実行される命令を記憶しておくためのメインメモリー1204、例えばランダムアクセスメモリー(RAM)やほかのダイナミックな記憶装置(例えばダイナミックRAM(DRAM)やスタティックRAM(SRAM)、シンクロナスDRAM(SDRAM))を有している。さらに、メインメモリー1204はプロセッサー1203による命令の実行中の一時的な変数やほかの媒介情報を記憶しておくために使用してもよい。コンピュータシステム1201はさらに、バス1202に接続された、スタティックな情報とプロセッサー1203用の命令を記憶しておくためのリードオンリーメモリー(ROM)1205やほかのスタティックな記憶装置(例えばプログラマブルROM(PROM)や消去可能なPROM(EPROM)、電気的に消去可能なPROM(EEPROM))を有している。
コンピュータシステム1201はまた、バス1202に接続された、情報や命令を記憶しておくための一以上の記憶装置を制御するディスク制御部1206、例えば磁気ハードディスク1207やリムーバブル媒体ドライブ1208(例えばフロッピー(登録商標)ディスクドライブやリードオンリーコンパクトディスクドライブ、リードライトコンパクトディスクドライブ、コンパクトディスクジュークボックス、テープドライブ、リムーバブル光磁気ドライブ)を有している。記憶装置は適切な装置インタフェース(例えば小型コンピュータシステムインタフェース(SCSI)やインテグレイテドデバイスエレクトロニクス(IDE)、エンハンストIDE(E−IDE)、ダイレクトメモリーアクセス(DMA)、ウルトラDMA)を使用してコンピュータシステム1201に付け加えてよい。
コンピュータシステム1201はまた、専用論理装置(例えば特定用途向け集積回路(ASIC))や構成可能論理装置(例えば単純なプログラマブル論理装置(SPLD)や複雑なプログラマブル論理装置(CPLD)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA))を有していてもよい。コンピュータシステムはまた、一以上のデジタル信号プロセッサー(DSP)、例えばテキサスインスツルメンツ(Texas Instruments)のTMS320シリーズのチップや、モトローラ(Motorola)のDSP56000やDSP56100、DSP56300、DSP56600、DSP96000シリーズのチップ、ルーセントテクノロジー(Lucent Technologies)のDSP1600やDSP3200シリーズのチップ、アナログディバイシズ(Analog Devices)のADSP2100やADSP21000シリーズのチップを有していてもよい。デジタルドメインに変換したアナログ信号を処理するように特別に設計したほかのプロセッサーを使用してもよい。
コンピュータシステム1201はまた、ディスコンピュータ使用者に情報を表示するためのブラウン管(CRT)などのディスプレイ1210をコントロールするバス1202に接続されたディスプレイ制御部1209を有していてもよい。コンピュータシステムは、コンピューター使用者と相互に作用してプロセッサー1203に情報を提供するためのキーボード1211やポインティングデバイス1212などの入力装置を有している。ポインティングデバイス1212は、例えば、方向情報とコマンド選択をプロセッサー1203に伝達し、またディスプレイ1210の上にカーソルの動きを制御するためのマウスやトラックボール、ポインティングスティックであってもよい。さらに、記憶されているおよび/またはコンピュータシステム1201によって生成されるデータのプリントリストをプリンターが提供してもよい。
コンピュータシステム1201は、メインメモリー1204などのメモリーに収納されている一以上の命令の一以上のシーケンスを実行しているプロセッサー1203に応じて本発明のプロセスステップの一部または全部を行なう。このような命令は、ハードディスク1207やリムーバブル媒体ドライブ1208などの別のコンピューター読取可能媒体からメインメモリー1204に読み込んでもよい。マルチプロセッシング装置における一以上のプロセッサーを用いてメインメモリー1204に収納されている命令のシーケンスを実行してもよい。代替実施形態において、ソフトウェア命令に代えてまたはそれと組み合わせてハードウェアに組み込みの電気回路構成を使用してもよい。従って、実施形態は、ハードウェア電気回路構成とソフトウェアのどのような特定の組み合わせに限定されない。
前述したように、コンピュータシステム1201は、本発明の教示に従ってプログラムした命令を保持するための、またここに述べたデータ構造やテーブル、記録、そのほかを収納するための少なくとも一つのコンピューター読取可能媒体またはメモリーを有している。コンピューター読取可能媒体の例としては、コンパクトディスクや、ハードディスク、フロッピー(登録商標)ディスク、テープ、光磁気ディスク、PROM(EPROM、EEPROM、フラッシュEPROM)、DRAM、SRAM、SDRAM、そのほかのあらゆる磁気媒体、コンパクトディスク(例えばCD-ROM)やそのほかのあらゆる光学媒体、パンチカードや紙テープ、穴のパターンを有するそのほかのあらゆる物理的媒体、(後述する)キャリア波、コンピューターが読み取ることのできるそのほかのあらゆる媒体があげられる。
本発明は、コンピューター読取可能媒体のどのようなものまたは組み合わせに記憶されたものであれ、コンピュータシステム1201を制御するための、また本発明を実行するための装置を駆動するための、さらにコンピュータシステム1201を人間の使用者(例えば印刷生産職員)と相互作用可能にするためのソフトウェアを有している。このようなソフトウェアは、これに限らないが、デバイスドライバーとオペレーティングシステム、開発ツール、アプリケーションソフトウェアとを含んでいてよい。このようなコンピューター読取可能媒体はさらに、本発明を実行するプロセスのすべてまたは一部(もしプロセスが分配されるなら)を行なうための本発明のコンピュータプログラム製品を含む。
本発明のコンピュータコード装置は、解釈可能すなわち実行可能ないかなるコード機構であってもよく、それは、これらに限らないが、スクリプトや解釈可能プログラム、ダイナミックリンクライブラリ(DLL)、Java(登録商標)クラス、完全な実行可能なプログラムを含む。さらに、本発明の処理の一部は、もっと良いパフォーマンスおよび/または信頼性、コストのために分配されてもよい。
ここで使用している「コンピューター読取可能媒体」という用語は、プロセッサー1203に実行のための命令を与えることに関係するあらゆる媒体をいう。コンピューター読取可能媒体は、これに限定されないが、不揮発性媒体や揮発性媒体、通信媒体を含む、多くの形態をとってもよい。不揮発性媒体としては、例えば、光ディスクや磁気ディスク、光磁気ディスクなど、例えばハードディスク1207やリムーバブル媒体ドライブ1208がある。揮発性媒体としてはメインメモリー1204などのダイナミックメモリーなどがある。通信媒体としては同軸ケーブルや銅ワイヤー、光ファイバーなどがあり、バス1202を構成するワイヤーを含んでいる。通信媒体はまた、無線通信と赤外線通信の間に生成される音波や光波の形態をとってもよい。
コンピューター読取可能媒体の種々の形態は、実行のためにプロセッサー1203に一以上の命令の一以上のシーケンスを遂行することに関与してもよい。例えば、命令は初めに遠隔コンピューターの磁気ディスクに保持されてもよい。遠隔コンピューターは本発明のすべてまたは一部を実行するための命令をロードし、この命令をモデムを使用して電話線に送ることができる。コンピュータシステム1201にローカルのモデムが電話線上のデータを受け取り、赤外線送信機を使用してそのデータを赤外線信号に変換してもよい。バス1202に接続された赤外線検出器が赤外線信号で運ばれるデータを受け取り、そのデータをバス1202上に置くことができる。バス1202はデータをメインメモリー1204に運び、そこからプロセッサー1203が命令を取り出して実行する。メインメモリー1204が受け取った命令は、プロセッサー1203による実行の前後に記憶装置1207または1208に随意に記憶してもよい。
コンピュータシステム1201はまた、バス1202に接続された通信インタフェース1213を有している。通信インタフェース1213は、例えば、ローカルエリアネットワーク(LAN)1215やほかの通信ネットワーク1216、例えばインターネットに接続されたネットワークリンク1214に接続する双方向データ通信を提供する。例えば、通信インタフェース1213は、どのようなパケットスイッチLANに取り付くネットワークインタフェースカードであってもよい。別の例としては、通信インタフェース1213は、非対称型デジタル加入者回線(ADSL)カードや統合サービスデジタル通信網(ISDN)カード、対応するタイプの通信回線にデータ通信接続を提供するモデムであってもよい。無線リンクが構成されてもよい。このようないかなる構成においても、通信インタフェース1213は、さまざまな種類の情報を表しているデジタルデータの流れを運ぶ電気信号や電磁気信号、光信号を送受信する。
ネットワークリンク1214は典型的に、一以上のネットワークを介したほかのデータ装置へのデータ通信を提供する。例えば、ネットワークリンク1214は、ローカルネットワーク1215(例えば、LAN)を介して、または通信ネットワーク1216を介して通信サービスを提供するサービスプロバイダによって操作される装置を介して別のコンピューターへの接続を提供してよい。ローカルネットワーク1214と通信ネットワーク1216は、例えば、デジタルデータの流れを運ぶ電気信号や電磁気信号、光信号と、関連物理層(例えばCAT5ケーブルや同軸ケーブル、光ファイバーなど)とを使用する。デジタルデータをコンピュータシステム1201にまたそこから運ぶ、種々のネットワークを介した信号とネットワークリンク1214上の信号、通信インタフェース1213を介した信号がベースバンド信号中にまたは搬送波ベース信号中に構成されてよい。ベースバンド信号は、デジタルデータビットの流れを記述している無変調電気パルスとしてデジタルデータを運ぶ。ここで「ビット」という用語は、そのおのおのが少なくとも一以上の情報ビットを運ぶシンボルを意味すると広く解釈すべきものである。デジタルデータはまた、導電媒体を伝搬するか伝搬媒体を電磁波として透過する振幅偏移変調信号および/または位相偏移変調信号、周波数偏移変調信号などで搬送波を変調したものを使用してもよい。従って、デジタルデータは、「配線された」通信チャンネルを介して無変調ベースバンドデータとして送っても、および/または、搬送波を変調することによってベースバンドと異なる所定周波数バンド内で送ってもよい。コンピュータシステム1201はネットワーク1215と1216とネットワークリンク1214、通信インタフェース1213を介して、プログラムコードを含め、データを送受信することができる。さらに、ネットワークリンク1214は、パーソナルデジタルアシスタント(PDA)ラップトップコンピュータや携帯電話などのモバイル装置1217へのLAN1215を介した接続を提供してもよい。
本発明のある代表的実施形態だけを詳しく上述したが、当業者であれば、本発明の斬新な教示と利点から外れることなく、代表的実施形態において多くの変更が可能であることを容易に察知するであろう。従って、そのような変更はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
本発明の実施形態によるシリコン含有膜を基板上に堆積するためのバッチタイプ処理システムの簡易ブロック図を示している。 本発明の実施形態によるシリコン含有膜を基板上に堆積するための別のバッチタイプ処理システムの簡易ブロック図を示している。 本発明の実施形態による処理装置の簡易ブロック図を示している。 本発明の実施形態によるシリコン含有膜を基板上に堆積するための流れ図を示している。 本発明の実施形態によるエピタキシャルシリコン含有膜をシリコン基板上に選択的に堆積するための流れ図を示している。 本発明の実施形態による微細構造を模式的に示している。 本発明の実施形態による選択的堆積エピタキシャルシリコン膜を有している微細構造を模式的に示している。 本発明の別の実施形態によるシリコン膜を基板上に非選択的に堆積するための流れ図を示している。 本発明の実施形態による微細構造を模式的に示している。 本発明の実施形態による非選択的堆積シリコンを有している微細構造を模式的に示している。 本発明を実行するために使用し得る汎用コンピューターを示している。

Claims (46)

  1. 基板を処理システムの処理チャンバーに供給することと、
    基板を加熱することと、
    基板にHCD処理ガスを露出することと、
    基板上にシリコン含有膜を堆積することとを有している、シリコン含有膜を基板上に堆積する方法。
  2. 前記露出することは、不活性ガスを基板に露出することを有している、請求項1に記載の方法。
  3. 前記露出することは、HCDガスを約5sccmと約1,000sccmの間の流量で、不活性ガスを約5sccmと約20、000sccmの間の流量で流すことをさらに有している、請求項2に記載の方法。
  4. 前記露出することは、水素含有ガスを基板に露出することをさらに有している、請求項1に記載の方法。
  5. 前記露出することは、Hを基板に露出することをさらに有している、請求項1に記載の方法。
  6. 前記流すことは、水素含有ガスを約5sccmと約5、000sccmの間の流量で流すことをさらに有している、請求項1に記載の方法。
  7. 前記露出することは、第二のシリコン含有ガスを基板に露出することをさらに有している、請求項1に記載の方法。
  8. 前記露出することは、SiHとSiClとSiとSiHClの少なくとも一つを基板に露出することをさらに有している、請求項1に記載の方法。
  9. 前記流すことは、第二のシリコン含有ガスを約5sccmと約1,000sccmの間の流量で流すことをさらに有している、請求項3に記載の方法。
  10. 前記露出することは、水素含有ガスと第二のシリコン含有ガスを基板に露出することをさらに有している、請求項1に記載の方法。
  11. 前記露出することは、Hと、SiHとSiClとSiとSiHClの少なくとも一つとを基板に露出することをさらに有している、請求項1に記載の方法。
  12. 前記露出することは、HCDガスと、リン含有ガスとホウ素含有ガスと窒素含有ガスの少なくとも一つとを基板に露出することをさらに有している、請求項1に記載の方法。
  13. 前記露出することは、HCDガスと、PHとBとBClとNHの少なくとも一つとを基板に露出することをさらに有している、請求項1に記載の方法。
  14. 前記露出することは、ハロゲン含有ガスを基板に露出することをさらに有している、請求項1に記載の方法。
  15. 前記露出することは、HFとFとClとHClの少なくとも一つを基板に露出することをさらに有している、請求項1に記載の方法。
  16. 前記露出することは、ゲルマニウム含有ガスを基板に露出することをさらに有している、請求項1に記載の方法。
  17. 前記露出することは、水素含有ガスとドーパントガスとハロゲン含有ガスの少なくとも一つを基板に露出することをさらに有している、請求項16に記載の方法。
  18. 前記露出することは、GeHとGeCの少なくとも一つを基板に露出することをさらに有している、請求項1に記載の方法。
  19. 前記露出することは、水素含有ガスとゲルマニウム含有ガスを基板に露出することをさらに有している、請求項1に記載の方法。
  20. 前記露出することは、HとGeHを基板に露出することをさらに有している、請求項1に記載の方法。
  21. 前記堆積することは、エピタキシャルシリコン含有膜をシリコン基板上に選択的に堆積することを有している、請求項1に記載の方法。
  22. 前記堆積することは、多結晶シリコン含有膜または非晶質シリコン含有膜を基板上に非選択的に堆積することを有している、請求項1に記載の方法。
  23. 前記露出することは、HCDガスとゲルマニウム含有ガスを含んでいるHCD処理ガスを基板に露出することを有し、
    前記堆積することは、SiGe含有膜を基板上に堆積することを有している、請求項1に記載の方法。
  24. 前記堆積することは、SiGe含有膜をシリコン表面上に選択的に堆積することを有している、請求項23に記載の方法。
  25. 前記堆積することは、約2原子百分率未満のゲルマニウム内容物を有しているSiGe含有膜を堆積することを有している、請求項23に記載の方法。
  26. 前記堆積することは、約2原子百分率を超えるゲルマニウム内容物を有しているSiGe含有膜を堆積することを有している、請求項23に記載の方法。
  27. 前記加熱することは、基板を約500℃と約900℃の間に加熱することを有している、請求項1に記載の方法。
  28. 前記加熱することは、基板を約700℃と約900℃の間に加熱することを有している、請求項1に記載の方法。
  29. 前記加熱することは、基板を約800℃の温度に加熱することを有し、前記堆積することは、エピタキシャルシリコン含有膜を基板のシリコン表面上に選択的に堆積することを有している、請求項1に記載の方法。
  30. 前記加熱することは、基板を約700℃の温度に加熱することを有し、前記堆積することは、シリコン含有膜を基板上に非選択的に堆積することを有している、請求項1に記載の方法。
  31. 約100Torr未満の処理チャンバー圧力を提供することをさらに有している、請求項1に記載の方法。
  32. 10Torr未満の処理チャンバー圧力を提供することをさらに有している、請求項1に記載の方法。
  33. 約0.4Torrの処理チャンバー圧力を提供することをさらに有している、請求項1に記載の方法。
  34. HCD処理ガスを基板に露出する前に基板を予備処理することをさらに有している、請求項1に記載の方法。
  35. 前記予備処理することは、約500℃と約1000℃の間の基板温度においてHガスを基板に露出することを有している、請求項34に記載の方法。
  36. 前記予備処理することは、約900℃の基板温度においてHガスを基板に露出することを有している、請求項34に記載の方法。
  37. プロセッサーでの実行のためのプログラム命令を含んでいるコンピューター読取可能媒体であって、プロセッサーによって実行されるとき、請求項1に述べた方法のステップを処理装置に実施させる、コンピューター読取可能媒体。
  38. 処理システムの処理チャンバーに基板を供給するための手段と、
    基板を加熱するための手段と、
    HCD処理ガスを基板に露出してシリコン含有膜を基板上に堆積するための手段とを有している、基板を処理するためのシステム。
  39. 処理システムと、
    処理システムの処理チャンバーに基板を供給するように構成された搬送システムと、
    基板を加熱するためのヒーターと、
    処理システムにおいてHCD処理ガスを基板に露出するように構成されたガス噴射システムと、
    処理装置を制御するように構成されたコントローラーとを有している、シリコン含有膜を基板上に堆積するための処理装置。
  40. 処理システムがバッチタイプ処理システムまたは単一ウェハー処理システムを有している、請求項39に記載の処理装置。
  41. 処理システムが処理炉心管を含んでいるバッチタイプ処理システムを有している、請求項39に記載の処理装置。
  42. 処理システムが熱的処理システムまたはプラズマ処理システムまたは原子層堆積システムを有している、請求項39に記載の処理装置。
  43. 基板を予備処理するように構成された処理システムをさらに有している、請求項39に記載の処理装置。
  44. プロセス監視システムをさらに有している、請求項39に記載の処理装置。
  45. ガス噴射システムは、HCDと、不活性ガスと、水素含有ガスとシリコン含有ガスとゲルマニウム含有ガスの少なくとも一つとを有しているHCD処理ガスを基板に露出するように構成されている、請求項39に記載の処理装置。
  46. ガス噴射システムは、HCDと、不活性ガスと、ドーパントガスとハロゲン含有ガスの少なくとも一つとを有しているHCD処理ガスを基板に露出するように構成されている、請求項40に記載の処理装置。
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