JP2016528734A - エピタキシャル成長に先立って基板表面を予洗浄するための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
本発明の実施形態は、概して、基板表面から汚染物質及び自然酸化物を除去するための方法に関する。本方法は概して、プラズマ処理を使用して基板表面に配置される汚染物質を除去すること、次いで遠隔プラズマ支援によるドライエッチング処理を用いて基板表面を洗浄することを含む。【選択図】図１
Description
本発明の実施形態は、概して、基板表面から汚染及び酸化物を除去するための方法及び装置に関する。
集積回路は、シリコン及び他の半導体基板の内部及び表面上に形成される。単結晶シリコンの場合、基板は、溶融シリコン槽からインゴットを成長させ、固化したインゴットを複数のウエハに切断することによって作られる。ドープされた又はドープされていない欠陥のないシリコン層を形成するため、エピタキシャルシリコン層は、単結晶シリコンウエハ上に形成されうる。トランジスタなどの半導体デバイスは、エピタキシャルシリコン層から作られる。形成されたエピタキシャルシリコン層の電気特性は、概して、単結晶シリコン基板の特性よりも優れている。
単結晶シリコン及びエピタキシャルシリコン層の表面は、典型的なウエハ製造施設の周囲条件に曝されると、汚染されやすい。例えば、自然酸化物層は、エピタキシャル層の堆積に先立って、単結晶シリコン表面上に形成されうる。加えて、周囲環境に存在する汚染物質は、単結晶表面上に堆積しうる。単結晶シリコン表面上の自然酸化物又は汚染物質の存在は、単結晶表面上にその後形成されるエピタキシャル層の品質に悪影響を及ぼす。一方、現在の洗浄方法は、単結晶シリコン表面から一部の自然酸化物及び汚染物質を除去するが、一部の汚染物質は残存する。
したがって、基板表面を洗浄するための、特にエピタキシャル堆積処理の実施に先立って、基板表面を洗浄するための方法及び装置に対するニーズがある。
本発明の実施形態は、概して、基板表面から汚染物質及び自然酸化物を除去するための方法に関する。本方法は概して、プラズマ処理を使用して基板表面に配置された汚染物質を除去すること、次いで遠隔プラズマ支援によるドライエッチング処理を用いて基板表面を洗浄することを含む。
一実施形態により、基板の表面を洗浄するための方法が開示される。本方法は、還元処理によって除去される汚染物質を基板の表面から除去すること、次いでプラズマエッチング処理中に少なくとも１つの処理ガスが使用されるプラズマエッチング処理を用いて基板の表面を洗浄すること、及び基板の表面上にエピタキシャル層を形成すること、を含む。
別の実施形態では、基板の表面上にエピタキシャル層を形成するための方法が開示される。本方法は、還元処理によって除去される汚染物質を基板の表面から除去すること、次いで、プラズマエッチング処理を用いて基板の表面を洗浄すること、及び次いで基板の表面上にエピタキシャル層を形成することを含む。
別の実施形態により、基板の表面を洗浄するための方法が開示される。本方法は、還元処理によって除去される汚染物質を基板の表面から除去すること、プラズマエッチング処理中に使用される処理ガスの少なくとも１つはフッ素を含むプラズマエッチング処理を用いて基板の表面を洗浄すること、及び基板の表面上にエピタキシャル層を形成することを含む。
別の実施形態では、基板の表面上にエピタキシャル層を形成するための装置が開示される。本装置は、第１移送チャンバに結合された第１処理チャンバであって、基板の表面から汚染物質を除去するため還元処理を実施するように構成された第１処理チャンバと、第１移送チャンバに結合された洗浄チャンバであって、酸化物層を除去するためにプラズマエッチング処理を実施するように構成された洗浄チャンバと、第２処理チャンバによって第１移送チャンバに結合された第２移送チャンバと、第２移送チャンバに結合された複数の第３処理チャンバであって、基板の表面にエピタキシャル層を堆積させるように構成された複数の第３処理チャンバとを含む。
本発明の上述の特徴を詳細に理解しうるように、上記で簡潔に要約されている本発明のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、実施形態の一部は付随する図面に示されている。しかし、本発明は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、付随する図面はこの発明の典型的な実施形態のみを例示しており、従って発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。
理解を容易にするため、可能な場合には、上記の図に共通する同一の要素を示すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態で開示する要素は、具体的な記述がなくとも、他の実施形態で有益に利用できることが企図されている。
本発明の実施形態は、概して、基板表面から汚染物質及び自然酸化物を除去するための方法に関する。本方法は概して、プラズマ処理を使用して基板表面に配置された汚染物質を除去すること、次いで遠隔プラズマ支援によるドライエッチング処理を用いて基板表面を洗浄することを含む。
図１は、本発明の一実施形態による、処理手順１００を示す。処理手順１００はステップ１０２から始まる。ステップ１０２では、基板表面上の汚染物質が除去される。基板はシリコン含有物質を含み、表面はシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）又はシリコンゲルマニウム合金（ＳｉＧｅ）などの物質を含みうる。幾つかの実施形態では、Ｓｉ、Ｇｅ、又はＳｉＧｅの表面は、汚染物質及び、その上に配置される自然酸化物層などの酸化物層を有しうる。炭素含有汚染物質などの汚染物質に対するエピタキシャル堆積処理の感受性により、極めて典型的なクリーンルーム環境に数時間曝露することで、堆積した汚染物質がその後形成されるエピタキシャル層の品質に影響を及ぼすほど相当な量の汚染物質を、基板の表面上に再堆積させることが可能になる。
ステップ１０２の幾つかの実施形態では、還元処理１０２Ａ及び／又は酸化処理１０２Ｂを用いて、汚染物質を基板の表面から除去しうる。汚染物質除去に適しうる幾つかの還元処理があるが、これらは本明細書に記載されている。一実施形態では、汚染物質は水素含有プラズマを用いて除去される。プラズマは、水素ガス（Ｈ２）及び／又はアルゴン（Ａｒ）及びアンモニア（ＮＨ３）ガスを含有しうる。プラズマは、誘導結合又は容量結合されてもよく、或いはこのプラズマはマイクロ波源によって励起されうる。一実施形態では、プラズマは誘導結合されており、処理温度は摂氏約４００度（℃）、処理圧力は約２０ミリトール（ｍＴｏｒｒ）になりうる。誘導結合されたプラズマを用いて、還元処理を実施するように適合可能な処理チャンバが図２に示されている。図３は、容量結合されたプラズマを用いて、還元処理を実施するように適合可能な処理チャンバを示している。図４は、誘導結合されたプラズマを用いて、異なる還元処理を実施するように適合可能な処理チャンバを示している。
ステップ１０４に示すように、汚染物質を除去した後、基板の表面は洗浄処理を用いて洗浄される。洗浄処理は、以下で更に説明されるプラズマエッチング処理を含みうる。幾つかの実施形態では、プラズマエッチング処理はフッ素含有プラズマを使用しうる。プラズマエッチング処理を実施するように適合可能な処理チャンバが図５に示されている。
次に、ステップ１０６では、エピタキシャル層が基板の表面上に堆積される。ステップ１０２、１０４及び１０６は、図６に示したクラスタツールなどの１つの処理システムで実施されうる。別の態様では、ステップ１０２は、図７に示されているように、ステップ１０４及び１０６が実施される処理チャンバを包含する処理システム内に存在しない処理チャンバで実施されうる。
図２は、一実施形態による処理チャンバ２００の断面図である。処理チャンバ２００は、ステップ１０２Ａで見出される処理の少なくとも一部を実施するように適合された誘導結合されたプラズマ処理チャンバで、このようにして基板２０２の表面２０１上に堆積した炭素又は炭化水素などの汚染物質を除去する。一実施形態では、処理チャンバ２００は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な改良された分離プラズマ窒化（ＤＰＮ）チャンバである。
処理チャンバ２００は、概して、高周波（ＲＦ）源アセンブリ２９１、処理チャンバアセンブリ２９３、及び基板支持体アセンブリ２９４を備える。処理チャンバアセンブリ２９４は、概して、プラズマ処理が実施可能となるように、処理領域２２２内に真空を形成するように使用される複数の構成要素を備える。一般的に、処理チャンバアセンブリ２９３は、処理領域２２２を密閉可能に囲むチャンバ底部２２７、チャンバ壁２２８及びチャンバリッド２２９を備える。処理領域２２２は、チャンバ底部２２７及び／又はチャンバ壁２２８を経由して処理領域２２２に接続される真空ポンプ２１０を使用することにより、所望の真空圧まで排気可能である。概して、チャンバ壁２２８及びチャンバ底部２２７は、アルミニウムなどの金属、或いは他の好適な材料から形成されうる。
一実施形態では、チャンバ壁２２８及びチャンバリッド２２９は温度制御されうる。従来の方法及び／又は熱交換装置は、様々なチャンバ構成要素を加熱及び冷却するように使用されうる。例えば、チャンバ壁２２８及びチャンバリッド２２９は、処理チャンバアセンブリ２９３の外に配置されたランプアレイなどのヒータ（図示せず）によって加熱されうる。別の例では、チャンバ壁２２８及びチャンバリッド２２９を冷却するため、冷却ガスは処理チャンバアセンブリ２９３の外側を循環されうる。別の例では、チャンバ壁２２８及びチャンバリッド２２９に埋め込まれうる加熱及び／又は冷却導管は、温度を制御するため、流体加熱／冷却装置に接続されうる。
一実施形態によれば、ＲＦ源アセンブリ２９１は、ＲＦジェネレータ２０８及びコイル２０９に接続されるＲＦ整合回路２０８Ａを概して包含する誘導性ＲＦ源である。コイル２０９は、チャンバリッド２２９に隣接して配置される。一実施形態では、ＲＦジェネレータ２０８は、約４００ｋＨｚから約６０ＭＨｚの間の周波数で、約０Ｗから約３０００Ｗの間で動作しうる。一例では、ＲＦジェネレータ２０８は１３．５６ＭＨｚの周波数で動作する。一実施形態では、ＲＦジェネレータ２０８は、低いエネルギーレベル及び／又はプラズマ密度を有するプラズマを生成するため、コイル２０９にＲＦエネルギーのパルスを提供しうる。低エネルギーの水素含有プラズマの使用は、この処理ステップでの基板２０２の表面２０１の粗面化の防止に役立ちうる。表面２０１の粗面化は、デバイス特性に悪影響を及ぼし、ゲートリーク或いはサブ閾値電圧の悪化を引き起こしうる。自然酸化物層などの酸化物層が基板２０２の表面２０１上に形成されている場合には、形成された酸化物層は、有利には、ステップ１０２Ａでの表面の粗面化の防止に役立つように使用されうる。低エネルギーレベルの水素含有プラズマは、例えば１０Ｗから５００Ｗの間の低ＲＦ電力で、約４００ｋＨｚから約６０ＭＨｚの間の周波数、例えば約１３．５６ＭＨｚの周波数で、生成されうる。ソースＲＦ電力は、連続波モードで動作可能で、常にオンであるか、或いはパルスモードで動作可能で、ソース電力は１００Ｈｚから１００ｋＨｚの頻度でオン・オフを繰り返す。
チャンバリッド２２９は概して、処理領域２２２内にプラズマを形成するため、誘導性ＲＦ源アセンブリ２９１からＲＦエネルギーが提供されるように適合されている誘電体構成要素（例えば、石英、セラミック材料（例えば、アルミナ））である。プラズマは処理領域２２２の外で形成され、次いで処理領域２２２に導入されうる。遠隔プラズマに曝露された処理ガスは典型的に、同一ＲＦ電力レベルでインシトゥ生成されたプラズマに曝露される処理ガスと比較して、低いエネルギーレベルを有する。したがって、幾つかの構成では、遠隔プラズマ源によって生成されるプラズマは、基板２０２の表面２０１の粗面化を防止するように使用可能である。
一実施形態では、処理チャンバアセンブリ２９３はまた、処理領域２２２に一又は複数の処理ガスを供給するように適合されるガス供給システム２５０を包含する。一実施形態では、処理領域２２２は、生成されたプラズマ及びチャンバ内で実施される前段階処理からチャンバ壁２２８及び／又はチャンバリッド２２９を保護するように意図された、一又は複数のシールド２３０に外接する。一実施形態では、ガス供給システムは、幾つか例を挙げるならば、水素含有ガス（例えば、Ｈ２又はＮＨ３）などの反応性ガス、及び／又はフッ素ガス（Ｆ２）、三フッ化窒素（ＮＦ３）又は無水ＨＦなどを供給するように適合されている。一実施形態では、ガス供給システム２５０は、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、クリプトン（Ｋｒ）及び／又は窒素（Ｎ２）などの不活性ガスを供給するように適合されている。一実施形態では、ガス供給システム２５０は、反応性ガス及び不活性ガスを供給するように適合されている。処理領域２２２内の圧力は、ガス供給システム２５０によって供給されるガスの流量及び真空ポンプ２１０のポンピング速度を調整することによって、制御可能である。スロットルバルブ２１１は、真空ポンプ２１０のポンピング速度を調整するために使用されうる。処理圧力は、約１ｍＴｏｒｒから約５００ｍＴｏｒｒの間、例えば、約２０ｍＴｏｒｒであってもよい。
基板支持体アセンブリ２９４は概して、基板支持部材２６２Ａを包含する基板支持体２６２を含む。基板支持部材２６２Ａは、処理中に基板を能動的に保持するために使用可能な従来の静電チャックであってもよく、或いは単純な基板支持体を備えてもよい。温度コントローラ２６１は概して、従来の熱交換器（図示せず）に結合される埋め込み抵抗加熱素子、又は流体冷却チャネルなどの温度コントローラ２６１及び熱交換装置を用いて、基板支持部材２６２Ａを所望の温度まで加熱及び／又は冷却するように適合されている。一実施形態では、温度コントローラ２６１は、基板支持部材２６２Ａ上に配置される基板２０２を操作し、約２０℃から約８００℃の間、例えば約４００℃まで加熱するように適合されている。基板２０２は処理中にバイアスされないが、これはバイアスにより表面２０１が粗面化されうるからである。
ＲＦジェネレータ２０８から処理領域２２２にＲＦエネルギーを供給することにより、処理領域２２２内のガス原子はイオン化される。基板２０２が、操作中に処理領域２２２内に生成される、或いは分布しているプラズマに曝露されると、プラズマ中に生成されるラジカル及び／又はイオンは、基板２０２の表面２０１に配置される汚染と相互作用し、表面から脱着されるか、物理的に除去される。幾つかの構成では、プラズマは、基板２０２の表面に衝突するプラズマ中のイオン化された原子を介して受け渡されるエネルギーによって、汚染物質を表面から叩き出す、或いは脱着させることができる。上述のように、幾つかの実施形態では、処理中に表面２０１の粗面化の可能性を減らすためには、プラズマが生成した核種の有するエネルギー量を最小限に抑えることが望ましい。幾つかの実施形態では、励起されたイオン化核種に対するガスラジカルの比率をより大きくすることが望ましい。
ステップ１０２Ａで実施される処理の一例では、水素含有プラズマは、１３．５６ＭＨｚのＲＦ周波数で、１０Ｗから５００Ｗの間のＲＦ電力で生成され、一方、基板２０２は、約１５℃から約５００℃の間の温度で維持され、処理領域２２２内の処理圧力は、２０ｍＴｏｒｒの圧力に維持される。この実施例では、処理中の不活性ガス中の水素（Ｈ２）ガスの濃度は２％から１００％の間になりうる。
ステップ１０２Ａの幾つかの実施形態では、還元処理は、基板の表面から汚染物質を除去するために使用される容量結合されたプラズマを用いて、少なくとも部分的に実施される。図３は、本発明の別の実施形態による処理チャンバ３００の概略側断面図である。処理チャンバ３００は、容量結合されたプラズマ生成チャンバである。処理チャンバ３００は、処理チャンバアセンブリ３９６に密閉可能に結合され、処理領域３３３を画定するチャンバリッドアセンブリ３３０を備える。処理領域３３３は、チャンバ底部３２７及び／又はチャンバ壁３２８を経由して処理領域３３３に接続される真空ポンプ３１０を使用することにより、所望の真空圧まで排気可能である。スロットルバルブ３１１は、真空ポンプ２１０のポンピング速度を調整するために使用されうる。概して、チャンバ壁３２８及びチャンバ底部３２７は、アルミニウムなどの金属、或いは他の好適な材料から形成されうる。
この構成では、チャンバリッドアセンブリ３３０は、ガス分配プレート（シャワーヘッドとしても知られている）３３２、及びガス分配プレート３３２と実質的に平行な遮蔽板３３４を有するベースプレート３３１を備える。ガス分配プレート３３２は、電気絶縁体３３５を用いて、チャンバ壁３２８から絶縁されている。チャンバリッドアセンブリ３３０は、ガス供給アセンブリ３５０に接続されている。ガス供給システム３５０からの反応物質及び／又は洗浄ガスは、ガス通路３３６を経由して、処理領域３３３まで供給されうる。ＲＦ源アセンブリ３９１は、プラズマ生成のためのＲＦ電力を処理領域３３３に供給するため、ベースプレート３３１に接続されている。容量性のプラズマ生成のためのＲＦ源は概して、高周波（ＲＦ）電源３０８、例えば、１３．５６ＭＨｚのＲＦジェネレータ、及びＲＦ整合回路３０８Ａを備える。処理中、基板支持部材３６２は接地されてもよく、或いは電気的に絶縁されてもよい。チャンバ壁３２８とベースプレート３３１との間のバイアス電位は、処理領域３３３内にプラズマを形成するために使用されうる。プラズマ中の活性化された核種は、基板３０２を処理するために使用可能である。還元処理のこの実施形態では、基板３０２の表面３０１上の汚染物質を除去するために、水素含有プラズマが再度使用可能である。ステップ１０２Ａで実施される処理の一例では、水素含有プラズマは、１３．５６ＭＨｚのＲＦ周波数で、１０Ｗから５００Ｗの間のＲＦ電力で生成され、一方、基板３０２は、約１５℃から約５００℃の間の温度で維持され、処理領域３３３内の処理圧力は、５００ｍＴｏｒｒの圧力に維持される。この実施例では、処理中の不活性ガス中の水素（Ｈ２）ガスの濃度は２％から１００％の間になりうる。
ステップ１０２Ａの別の実施形態では、基板の表面に配置された汚染物質を除去するため、誘導結合されたプラズマを用いて還元処理が実施される。一実施形態では、誘導結合されたプラズマは、Ｈ２又は窒素ガス（Ｎ２）並びにＨ２又はＮＨ３ガスを含有する混合ガスを含みうる。幾つかの構成では、誘導生成されたプラズマは遠隔生成される。一実施例では、ステップ１０２Ａで実施される処理は、１３．５６ＭＨｚのＲＦ周波数で、１０Ｗから５００Ｗの間のＲＦ電力を用いて誘導結合されたプラズマを生成することを含み、一方、基板は約１５℃から約５００℃の間の温度で維持され、処理領域内の処理圧力は、約７００ｍＴｏｒｒの圧力に維持される。この実施例では、処理中の不活性ガス中の水素（Ｈ２）ガスの濃度は２％から１００％の間になりうる。この還元処理は、処理チャンバ内又は支持体チャンバ内で実施されうる。構成では、支持体チャンバは、ロードロックチャンバ、或いは以下で説明されるクラスタツールの異なる領域間のインターフェースを保存する又はインターフェースとして機能するように適合される同様のチャンバである。この還元処理を実施するための例示的なロードロックチャンバが図４に示されている。
図４は、基板の表面から汚染物質を除去する還元処理を実施するために利用される、ロードロックチャンバ４００の一実施形態を図解している。ロードロックチャンバ４００は概して、チャンバ本体４０２、第１基板ホルダ４０４、第２基板ホルダ４０６、温度制御ペデスタル４４０及びヒータモジュール４７０を備える。チャンバ本体４０２は、アルミニウムなどの１個の材料から製造されうる。チャンバ本体４０２は、チャンバ容積４１８を画定する第１側壁４０８、第２側壁４１０、上部４１４及び底部４１６を含む。典型的に石英からなるウィンドウ４５０は、チャンバ本体４０２の上部４１４に配置され、ヒータモジュール４７０によって少なくとも部分的に覆われている。
チャンバ容積４１８の圧力は、ロードロックチャンバ４００が排気されて移送チャンバ４３６の環境に実質的に整合し、換気されてファクトリインターフェース４０１の環境に実質的に整合するように、制御されうる。加えて、チャンバ容積４１８の圧量は、以下で更に説明されるように、汚染物質除去処理の実施を促進する所定の範囲内に制御されうる。チャンバ本体４０２は、一又は複数の通風路４３０及びポンプ通路４３２を含む。粒子汚染を最小限に抑えるように、換気及び排気中にチャンバ容積４１８内に層流を誘導するため、通風路４３０及びポンプ通路４３２は、チャンバ本体４０２の対向端部に配置される。一実施形態では、２つの通風路４３０はチャンバ本体４０２の上部４１４を通って配置され、一方、ポンプ通路４３２はチャンバ本体４０２の底部４１６を通って配置される。通路４３０、４３２は典型的に、選択的にチャンバ容積４１８に流入し、且つチャンバ容積４１８から流出できるように、バルブ４１２に結合されている。
通風路４３０は、混合ガスをチャンバ容積４１８に供給するため、バルブ４４０を経由してガス源４５２に更に結合されうる。一実施形態では、通風路４３０は、フローの均一性を最適化するため、混合ガスが隣接する壁４１０、４０８から孔のアレイを経由して分散されうる、ガス分配リングとして構成されてもよい。別の実施形態では、混合ガスは、ヒータモジュール４７０の下に配置されるガス分配プレート（図示せず）を経由して、ロードロックチャンバ４００に供給されうる。ガス分配プレートは、基板ホルダ４０４、４０６上に配置された基板の加熱を実質的に妨げないように、ヒータモジュール４７０から生成される熱を透過しうる材料によって製造されうる。ガス源４５２から供給されうるガスの例には、Ｎ２、Ａｒ、Ｈ２、ヘリウム（Ｈｅ）、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、ウエハ蒸気（Ｈ２Ｏ）、などが含まれる。
一実施形態では、遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）４４８は、基板表面からの汚染物質除去を支援するため、別の態様として通風路４３０に結合されうる。遠隔プラズマ源４４８は、ガス源４５２によってロードロックチャンバ４００まで供給される混合ガスから形成されるプラズマを供給する。ＲＰＳ４４８が存在する実施形態では、生成されたプラズマのロードロックチャンバ４００への送達を促進するため、ディフューザー（図示せず）は通風路４３０の出口に配置されてもよい。
第１ローディングポート４３８は、ロードロックチャンバ４００と、図６に関連して以下で更に説明されるファクトリインターフェース４０１との間に、基板４２４が転送されうるように、チャンバ本体４０２の第１の壁４０８に配置される。第１スリットバルブ４４４は、ロードロックチャンバ４００をファクトリインターフェース４０１から分離するため、第１ローディングポート４３８を選択的に密閉する。第２ローディングポート４３９は、ロードロックチャンバ４００と、図６に関連して以下で更に説明される移送チャンバ４３６との間に、基板４２４が転送されうるように、チャンバ本体４０２の第２の壁４１０に配置される。第１スリットバルブ４４４と実質的に同様な第２スリットバルブ４４６は、移送チャンバ４３６の真空環境からロードロックチャンバ４００を分離するため、第２ローディングポート４３９を選択的に密閉する。
第１基板ホルダ４０４は、チャンバ底部４１６の上方に配置される第２基板ホルダ４０６に対して同心円状に結合される（すなわち、上部に重ねられる）。基板ホルダ４０４、４０６は概して、チャンバ本体４０２の底部４１６を経由して延在するシャフト４８２に結合されるフープ４２０に据え付けられる。典型的に、各基板ホルダ４０４、４０６は、１つの基板を保持するように構成される。シャフト４８２は、チャンバ本体４０２内の基板ホルダ４０４及び４０６の昇降を制御するロードロックチャンバ４００の外側に配置される、リフト機構４９６に結合されている。ベローズ４８４は、フープ４２０とチャンバ本体４０２の底部４１６との間に結合され、第２基板ホルダ４０６と底部４１６との間にフレキシブルな密閉をもたらし、これによって、チャンバ本体４０２外への漏洩或いはチャンバ本体４０２内への漏洩を防止し、ロードロックチャンバ４００内の圧力を損なうことなく、基板ホルダ４０４、４０６の昇降を容易にする。
第１基板ホルダ４０４は、ファクトリインターフェース４０１の未処理基板の保持に利用され、一方、第２基板ホルダ４０６は、移送チャンバ４３６から戻る処理済み基板の保持に利用される。換気及び排気中のロードロックチャンバ４００内のフローは、通風路４３０及びポンプ通路４３２の位置によって、実質的に層流になっており、粒子汚染を最小限に抑えるように構成されている。
上述の処理チャンバ／ロードロックチャンバは、基板表面から汚染物質を除去するため、誘導結合されたプラズマ又は容量結合されたプラズマのいずれかを使用する。別の実施形態では、処理チャンバは、ステップ１０２Ａの汚染物質除去処理を実施するために使用されるプラズマ（例えば、水素含有プラズマ）含有還元ガスを生成するため、マイクロ波エネルギー源を使用しうる。
上述の還元方法は概して、基板から汚染物質を除去するため、水素含有プラズマを使用する。基板の表面から汚染物質を除去する別の方法は、酸化処理１０２Ｂを使用することである。酸化処理は、シリコン（Ｓｉ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）表面上での使用に適しうるが、ＳｉＧｅ表面からの汚染物質除去には適していない。ＳｉＧｅ表面の酸化は、表面での組成のゆらぎを引き起こしうる。一実施形態では、誘導結合された酸素含有プラズマを利用する酸化処理１０２Ｂは、汚染物質を除去するため、室温及び２０ｍＴｏｒｒで実施される。別の実施形態では、汚染物質を除去するため、ラジカル酸化処理が約５０℃から約６００℃の間、例えば約４００℃で実施される。
別の実施形態では、基板の表面から汚染物質を除去するため、酸化処理１０２Ｂは、誘導結合された酸素含有プラズマを利用する。酸素含有プラズマ内で生成されるラジカル及び／又はイオンは、基板の表面に配置される汚染と相互作用し、表面から脱着されるか、物理的に除去される。幾つかの構成では、プラズマは、励起された酸素含有ガス原子及び基板の表面に見出される汚染物質を、表面から叩き出す、或いは脱着させることができる。酸素含有プラズマはまた、表面を粗面化から保護する、基板表面上の薄い酸化物層を形成しうる。プラズマはＯ２及びＮ２を含有し、遠隔生成されうる。処理温度は約２５０℃、処理圧力は約７００ｍＴとなりうる。一実施例では、酸素含有プラズマは、１３．５６ＭＨｚのＲＦ周波数で、１００Ｗから５０００Ｗの間のＲＦ電力を用いて生成され、一方、基板は、約１５℃から約５００℃の間の温度で維持され、処理領域内の処理圧力は、７００ｍＴｏｒｒの圧力に維持される。この実施例では、不活性ガス中の酸素含有ガス濃度は２％から１００％の間になりうる。一実施形態では、この酸化処理１０２Ｂはロードロックチャンバ４００内で実施され、そこでＯ２及びＮ２を含有する遠隔プラズマは、通風路４３０の出口に配置された石英ディフューザーを経由して導入される。
再び図１を参照すると、ステップ１０２で、汚染物質は、上述の還元１０２Ａ及び／又は酸化１０２Ｂ汚染除去処理のうちの１つによって除去されうる。したがって、汚染物質は、酸化処理１０２Ｂ、還元処理１０２Ａ、或いは還元処理１０２Ａに続く酸化処理１０２Ｂによって除去されうる。場合によっては、汚染物質は、酸化処理１０２Ｂに続く還元処理１０２Ａによって除去されうる。酸化処理１０２Ｂ／還元処理１０２Ａは、洗浄処理（ステップ１０４）に先立って、Ｓｉ基板のＳｉ、Ｇｅ、又はＳｉＧｅ表面から炭素又は炭化水素などの汚染物質の除去を支援する。場合によっては、汚染物質を含まない表面は、ステップ１０２中に形成される或いはステップ１０２に先立って形成される酸化物層を備える。酸化物層は、上述の酸化処理１０２Ｂの結果、或いは自然酸化物層であってもよい。ステップ１０４では、基板の表面は、プラズマエッチング処理を用いて更に洗浄される（例えば、酸化物層の除去）。ステップ１０４の少なくとも一部の間に実施されるプラズマエッチング処理は、フッ素ベースであってもよい。
一実施形態では、プラズマエッチング処理は、ＮＦ３及びＮＨ３プラズマ副生成物への基板の同時曝露を含む、遠隔プラズマ支援型ドライエッチング処理である。一実施例では、プラズマエッチング処理は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＳｉＣｏＮｉＴＭエッチング処理と同様であってもよく、或いはこれを含みうる。遠隔プラズマを使用する幾つかの構成では、ガス核種の励起により、プラズマ損傷のない基板処理が可能になる。遠隔プラズマエッチングは、酸化ケイ素層に対して、概して共形であり、選択的であるが、ケイ素がアモルファス、結晶性、又は多結晶であるかに関わらず、ケイ素を容易にエッチングしない。遠隔プラズマエッチング処理は概して、基板材料が除去されるにつれて基板の表面上で成長する固体副生成物を生成する。その後、固体副生成物は、基板の温度が上げられるときに、昇華によって除去される。プラズマエッチング処理は、その上にシリコン−水素（Ｓｉ−Ｈ）結合を有する基板表面をもたらす。
一実施形態では、プラズマエッチング処理は、約１ｓｃｃｍから約２０ｓｃｃｍの範囲内の、例えば約５ｓｃｃｍの流量のＮＦ３、並びに約５０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの範囲内の、例えば約１００ｓｃｃｍの流量のＮＨ３を含みうる。プラズマエッチング処理は約５Ｔｏｒｒの圧力で実施され、ＮＦ３及びＮＨ３をイオン化するため、約３０ＷのＲＦ電力設定が利用されうる。副生成物は、基板を約１２０℃以上の温度で約５秒間から約１００秒間、例えば約６０秒間アニールすることによって、基板の表面から昇華しうる。フッ素ベースの洗浄の他の実施形態は、ＳｉＯ２自然酸化物をエッチングするため、プラズマ又は熱の中に反応性ＮＨ３ガス及びＦ２或いは無水ＨＦガスを含む。ガス流量比は例えば、１５℃から１３０℃の温度でのフッ素ガスとＮＨ３ガスの比で１：１から１：１０となりうる。
図５は、ステップ１０４を実施するように適合されうる洗浄チャンバ５００の概略断面図である。チャンバ５００は、熱やプラズマベースの酸化処理、及び／又はプラズマ支援型ドライエッチング処理の実施に特に有用となりうる。チャンバ５００は、チャンバ本体５１２、リッドアセンブリ５１４、及び支持体アセンブリ５１６を含む。リッドアセンブリ５１４はチャンバ本体５１２の上端部に配置され、支持体アセンブリ５１６はチャンバ本体５１２内に少なくとも部分的に配置される。真空システムはチャンバ５００からガスを除去するために使用可能である。真空システムは、チャンバ本体５１２内に配置された真空ポート５２１に結合された真空ポンプ５１８を含む。
リッドアセンブリ５１４は、積み重ねられた少なくとも２つの構成要素を含み、その間にプラズマ容積又は空洞を形成するように構成されている。第１電極５２０は、第２電極５２２の上方に垂直に配置され、プラズマ容積を閉じ込める。第１電極５２０は、高周波（ＲＦ）電源などの電源５２４に接続され、第２電極５２２は、接地又は電源リターンに接続され、第１電極５２０と第２電極５２２との間にキャパシタンスを形成する。リッドアセンブリ５１４はまた、遮蔽板５２８及びガス分配プレート５３０を経由して基板表面に洗浄ガスを供給するための、一又は複数のガス注入口５２６を含む。洗浄ガスは、エッチャント（ｅｔｃｈａｎｔ）、或いはイオン化されたフッ素、塩素、又はアンモニアなどのイオン化された活性ラジカル、或いはオゾンなどの酸化剤であってもよい。更には、チャンバ５００は、チャンバ５００内の処理を制御するためのコントローラ５０２を含む。
支持アセンブリ５１６は、処理中にその上に基板を支持するための基板支持体５３２を含みうる。基板支持体５３２は、チャンバ本体５１２の底面の中心に位置するように形成される開口部を経由して延在するシャフト５３６によって、アクチュエータ５３４に結合されうる。アクチュエータ５３４は、シャフト５３６周囲から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５１２にフレキシブルに密閉されうる。アクチュエータ５３４により、基板支持体５３２は、処理位置と低位の移送位置との間において、チャンバ本体５１２内で垂直に移動可能となる。移送位置は、チャンバ本体５１２の側壁に形成されるスリットバルブの開口部よりもわずかに低い。
基板支持体５３２は、その上で処理される基板を支持するための、平坦な或いは実質的に平坦な表面を有する。基板支持体５３２は、シャフト５３６によってチャンバ本体５１２に結合されるアクチュエータ５３４によって、チャンバ本体５１２内で垂直に移動されうる。操作中には、基板支持体５３２は、処理される基板５１０の温度を制御するため、リッドアセンブリ５１４にごく接近した位置まで昇降されうる。このように、基板５１０は、分配プレート５３０からの放射又は対流によって加熱されうる。
基板表面を洗浄するため、種々の洗浄処理が利用されうる。一実施形態では、Ｈｅ及びＮＦ３を含有する遠隔プラズマが、シャワーヘッドなどのガス分配プレートを経由して処理チャンバへ導入される。ＮＨ３は、分離されたガス注入口７を経由して直接注入される。
処理手順１００の一実施例では、洗浄処理（ステップ１０４）は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＳｉＣｏＮｉＴＭ洗浄チャンバ内で実施されうる。本明細書に記載の実施形態を実行するため、他の製造業者から入手可能なチャンバも使用されうる。一実施形態では、ステップ１０２及び１０４は共に、単一の処理チャンバ内で、例えば図２から図５に示したチャンバの１つで実施されうる。一実施例では、ステップ１０２及び１０４は共に、ＳｉＣｏＮｉＴＭ洗浄チャンバ内で実施される。
次に、ステップ１０６では、洗浄処理が実施された後、基板の表面上にエピタキシャルシリコン層が形成されうる。基板の表面には汚染がなく、基板の表面上にその後形成されるエピタキシャル層の品質を改善する。一実施例では、エピタキシャル堆積は、８００℃未満の温度で実施される、選択的なエピタキシャル堆積処理であってもよい。この実施例では、過熱すると歪曲又は拡散しうる繊細な特徴に対するウエハ熱収支を制限するため、温度は８００℃を越えないように設定される。一実施形態では、エピタキシャル層は、高温度化学気相堆積（ＣＶＤ）処理を用いて堆積される。この熱ＣＶＤ処理では、ジクロシラン、シラン、ジシラン、ゲルマン、塩化水素、又はこれらの組み合わせなどの処理ガスが、エピタキシャル層の堆積に使用される。処理温度は８００℃未満で、処理圧力は５Ｔｏｒｒから６００Ｔｏｒｒの間である。ステップ１０２、１０４及び１０６が実施されると、インターフェースでの汚染物質は低減され、形成されるエピタキシャル層は相対的に欠陥のないものになる。
図６は、本発明の実施形態に従い、図１に示されている処理手順１００を完了するために使用可能な処理システム６００を示している。図６に示したように、複数の処理チャンバ６０２が第１移送チャンバ６０４に結合される。第１移送チャンバ６０４はまた、第１処理チャンバ対６０６に結合されている。第１移送チャンバ６０４は、処理チャンバ６０６と処理チャンバ６０２との間に基板を移送するため、中央に配置された移送ロボット（図示せず）を有する。処理チャンバ６０６は第２移送チャンバ６１０に結合されており、第２移送チャンバ６１０は汚染物質を除去する（ステップ１０２）ための処理チャンバ６１４及び基板を洗浄する（ステップ１０４）ための洗浄チャンバ６１６に結合されている。第２移送チャンバ６１０は、ロードロックチャンバ６１２の組と処理チャンバ６１４又は洗浄チャンバ６１６との間に基板を移送するため、中央に配置された移送ロボット（図示せず）を有する。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によって、第２移送チャンバ６１０に接続されている。この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の対向する側面上の一又は複数のポッド６３０に結合されている。ポッド６３０は一般的に、洗浄室からアクセス可能な前方開口型統一ポッド（ＦＯＵＰ）である。
操作時には、基板は初めに還元処理中の処理チャンバ６１４に移送され、基板表面から炭素又は炭化水素などの汚染物質を除去するため、酸化処理、又は還元処理に続く酸化処理、或いはその逆の処理が実施される。汚染物質除去処理は、図１のステップ１０２に記載されている。次いで、基板はステップ１０４が実施される洗浄チャンバ６１６に移送される。ステップ１０２とステップ１０４との間の待機時間は、８時間から１２時間になることがある。一実施形態では、ステップ１０２とステップ１０４との間の待機時間は、約２時間から３時間となる。待機時間は、一般的に、第１の処理が基板上で完了した後、製造されたデバイスの性能に対する何らかの悪影響を防止するため、第２の処理が基板上で完了されなければならないときまでに、基板が雰囲気中の汚染物質又は他の汚染物質に曝露されうる時間として定義される。
清浄な基板は、一又は複数の処理チャンバ６０２に移送され、そこでステップ１０６で説明されているように、エピタキシャル堆積が実施される。ステップ１０２、１０４及び１０６の３つは同一の処理システム内で実施されるため、基板が各種チャンバに移送される際に真空が破れることはなく、これにより汚染の可能性は低下し、堆積されるエピタキシャル膜の品質は改善される。
別の実施形態では、汚染物質除去ステップ１０２は、洗浄チャンバ６１６及び一又は複数の処理チャンバ６０２を含む処理システムの一部ではないチャンバ内で実施される。図７に示したように、基板表面上の汚染物質は、処理チャンバ７０２内で除去される。次いで基板は処理システム７００に移送されるが、これは処理チャンバ６１４を除いた処理システム６００である。基板は、ステップ１０４が実施される洗浄チャンバ６１６に移送される。次いで、基板は、ステップ１０６が実施される処理チャンバ６０２の少なくとも１つに移送される。
要約すると、基板表面から汚染物質を除去する方法及びエピタキシャル堆積に先立って基板を洗浄する方法が開示される。汚染物質除去処理は、還元処理、酸化処理、或いは還元処理と酸化処理を含む処理手順であってもよい。フッ素含有プラズマエッチングは、酸化物層を除去するため、基板上で実施される。フッ素含有プラズマエッチングは、炭化水素又は炭素ベースである汚染物質の除去に有効でないことがありうるため、プラズマエッチング前の除去処理が汚染物質の除去を支援し、次にその後基板上に堆積されるエピタキシャル層の品質を改善する。
上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の更なる実施形態を考案することもでき、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
Claims (15)
- 基板の表面を洗浄する方法であって、
還元処理によって除去される汚染物質を前記基板の前記表面から除去すること、次いで、
プラズマエッチング処理を用いて前記基板の前記表面を洗浄することであって、前記プラズマエッチング処理中に少なくとも１つの処理ガスが使用される洗浄すること、次いで、
前記基板の前記表面上にエピタキシャル層を形成すること
を含む方法。 - 前記還元処理は誘導結合されたプラズマを利用する、請求項１に記載の方法。
- 前記誘導結合されたプラズマは水素含有プラズマである、請求項２に記載の方法。
- 前記還元処理は約２０ｍＴの圧力で実施される、請求項３に記載の方法。
- 前記還元処理は約７００ｍＴの圧力で実施される、請求項３に記載の方法。
- 前記誘導結合プラズマは遠隔生成される、請求項３に記載の方法。
- 前記汚染物質は、前記還元処理及びその後の酸化処理によって除去される、請求項１に記載の方法。
- 前記少なくとも１つの処理ガスはＮＦ３である、請求項１に記載の方法。
- 基板の表面上にエピタキシャル層を形成する方法であって、
還元処理によって除去される汚染物質を前記基板の前記表面から除去すること、次いで、
フッ素含有プラズマエッチング処理を用いて前記基板の前記表面を洗浄すること、次いで、
前記基板の前記表面上にエピタキシャル層を形成すること
を含む方法。 - 前記還元処理は誘導結合されたプラズマを利用する、請求項９に記載の方法。
- 前記誘導結合されたプラズマは水素含有プラズマである、請求項１０に記載の方法。
- 前記還元処理は約２０ｍＴの圧力で実施される、請求項１１に記載の方法。
- 前記還元処理は容量結合されたプラズマを水素含有ガスと共に利用する、請求項９に記載の方法。
- 前記還元処理はマイクロ波によって励起されたプラズマを水素含有ガスと共に利用する、請求項９に記載の方法。
- 前記汚染物質は、前記還元処理及びその後の酸化処理によって除去される、請求項９に記載の方法。
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