JP2020532114A - 一体型エピタキシシステム高温汚染物質除去 - Google Patents

一体型エピタキシシステム高温汚染物質除去 Download PDF

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Abstract

本開示の実施態様は一般に、改善された真空処理システムに関する。１つの実施態様では、この真空処理システムは、少なくとも１つの気相エピタキシ処理チャンバに結合する第１の移送チャンバと、第２の移送チャンバと、第１の移送チャンバと第２の移送チャンバの間に配置された移行ステーションと、基板の表面から汚染物質を除去するための、第１または第２の移送チャンバに結合されたプラズマ洗浄チャンバと、第２の移送チャンバに結合されたロードロックチャンバとを含む。【選択図】図３

Description

本開示の諸実施態様は一般に、基板の表面を洗浄する装置および方法に関する。
集積回路は、シリコンおよび他の半導体基板の中および上に形成される。単結晶シリコンの場合、基板は、溶融シリコンの槽からインゴットを成長させ、次に、その固体インゴットを鋸切断して多数の基板にすることによって作られる。次いで、エピタキシャルシリコン層が単結晶シリコン基板上に形成されて、ドープされることも非ドープにされることもある無欠陥シリコン層を形成することができる。トランジスタなどの半導体デバイスをこのエピタキシャルシリコン層から製造することができる。形成されたエピタキシャルシリコン層の電気的特性は一般に、単結晶シリコン基板の特性よりも良い。
単結晶シリコンおよびエピタキシャルシリコン層の表面は、典型的な基板製造周囲条件に曝された場合に汚染の影響を受けやすい。たとえば、天然の酸化物層がエピタキシャル層の堆積の前に、基板のハンドリングにより、および／または基板処理設備内の周囲環境に曝されることにより、単結晶シリコン表面に生じることがある。加えて、周囲環境に存在する炭素種および酸素種などの異種汚染物質が単結晶表面に堆積することがある。天然の酸化物層または汚染物質が単結晶シリコン表面に存在すると、その後に単結晶表面に形成されるエピタキシャル層の品質に悪影響を及ぼす。したがって、基板を予洗浄することが、エピタキシャル層が基板上に成長される前に表面酸化または他の汚染物質を除去するために望ましい。しかし、予洗浄処理は、１つまたは複数の独立型の真空処理チャンバ内で行われることが多く、これにより、基板ハンドリング時間および基板を周囲環境に曝す機会が増加し得る。
したがって、当技術分野では、エピタキシャル堆積処理を実行する前に基板表面を洗浄するための、基板をハンドリングする時間および周囲環境に曝すことを最小限にする、改善された基板処理システムを提供することが必要とされている。
本開示では、少なくとも１つの膜形成チャンバに結合された第１の移送チャンバと；第２の移送チャンバと；第１または第２の移送チャンバに結合されたプラズマ酸素除去チャンバと；第１または第２の移送チャンバに結合されたプラズマ汚染物質除去チャンバと；第２の移送チャンバに結合されたロードロックチャンバとを備える、真空処理システムを記載する。
本明細書にはまた、基板を処理する方法が記載され、この方法は、ＮＦ3、ＨＦ、およびラジカルを含む処理ガスに基板を曝すことを含む処理によって基板から酸素を除去すること；水素ラジカルに基板を曝すことを含む処理によって基板から汚染物質を除去すること；およびエピタキシ処理によって基板上に膜を形成することを含む。
本明細書にはまた、少なくとも１つの気相エピタキシチャンバに結合された第１の移送チャンバと；１つまたは複数の通過ステーションによって第１の移送チャンバに結合された第２の移送チャンバと；第１または第２の移送チャンバに結合されたプラズマ酸素除去チャンバであって、混合チャンバおよびガス分配器と共にシャワーヘッドを備えるプラズマ酸素除去チャンバと；シャワーヘッドの一部分を貫通して形成され、混合チャンバと流体連通している第１のガス入口と；シャワーヘッドの一部分を貫通して形成され、混合チャンバと流体連通している第２のガス入口と；シャワーヘッドの一部分を貫通して形成され、混合チャンバと流体連通している第３のガス入口と；基板支持面付き基板支持体と；基板支持体に埋め込まれた冷却チャネルおよび１つまたは複数の抵抗加熱器と；基板支持体面の凹部に配置され、基板支持体を介してリフトアクチュエータに結合されたリフト部材と；第１または第２の移送チャンバに結合されたプラズマ汚染物質除去チャンバであって、遠隔プラズマ源、磁気イオンフィルタ、および上に配置された基板を摂氏２５度から摂氏６５０度の間の温度まで加熱するように動作可能な基板支持体を含むプラズマ汚染物質除去チャンバと；第２の移送チャンバに結合されたロードロックチャンバとを備える、真空処理装置が記載される。
上記で簡潔に要約され、以下でより詳細に論じられる本開示の実施態様は、添付の図面に表された本開示の説明的な諸実施態様を参照して理解することができる。しかし、本開示では、その他の同様に効果的な実施態様を認めることができるので、添付の図面は、本開示の典型的な実施態様を示すのみであり、したがって、本開示の範囲を限定するものとみなされるべきでないことに留意されたい。
本開示の１つの実施態様による処理シーケンスを示す図である。 本開示の１つの実施態様による、図１の還元処理を行うために使用される洗浄チャンバの断面図である。 遠隔プラズマ源を有する処理チャンバなどの基板処理チャンバ内に配置できる基板支持体の斜視図である。 図３の基板支持体の一部分の断面図である。 エピタキシャル堆積処理を行うための単一基板化学気相堆積（ＣＶＤ）リアクタを示す図である。 エピタキシャル堆積処理を行うための裏側加熱処理チャンバの概略断面図である。 エピタキシャル堆積処理を行うためのＣＶＤチャンバの概略断面図である。 本明細書に記載の洗浄処理および堆積処理を行うための例示的な真空処理システムを示す図である。
理解しやすいように、可能な場合には、各図に共通の同じ要素を指定するのに同じ参照番号を使用した。図は原寸に比例していなく、分かりやすくするために簡略化されていることがある。１つの実施態様の要素および特徴は、別に詳述されていなくても他の実施態様に有利に組み込まれることが企図されている。
図１は、本開示の１つの実施態様による処理シーケンス１００を示す。１０３で、任意選択のチャンバコンディショニングステップは、動作１０４に使用されるチャンバ内で実行することができる。動作１０４は、水素ラジカルを含有するガスの使用を含み、したがって、チャンバ表面は蒸気すなわち水蒸気に曝すことによって不動態化することができる。蒸気は、知られている方法によって施設内または元の場所で生成することができ、チャンバ表面は蒸気に１秒から６０秒の期間、たとえば３０秒曝して、水素ラジカルに対する耐性が少なくともわずかに改善された表面を得ることができる。蒸気不動態化処理中、活性生産基板（active production substrate）は、処理チャンバ内で基板支持体の上に配置されて存在することができる。交互に、ダミー基板を基板支持体上に配置することができる。基板支持体が蒸気と反応し得る材料で作られている場合には、蒸気不動態化処理中に基板をその支持体の上に配置することで蒸気との反応性を低減することができる。基板は、蒸気不動態化処理中に加熱して、蒸気と基板の間の接触を低減することができる。たとえば、基板は、蒸気不動態化中に摂氏４００度以上に加熱することができる。
ボックス１０４で、汚染物質は基板の表面から除去される。ボックス１０４の１つの実施態様では、炭素または炭化水素などの汚染物質が、還元処理を用いて基板の表面から除去される。還元処理では、水素含有プラズマを使用して汚染物質を除去することができる。プラズマは、水素ガス（Ｈ2）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、アンモニア（ＮＨ3）、またはこれらのガスの任意の組み合わせを含有する洗浄ガスから形成することができる。プラズマは、誘導結合または容量結合することができ、あるいはプラズマは、処理チャンバ内でマイクロ波源によって形成することができる。処理チャンバは、基板が配置されている処理チャンバから物理的に隔離されている遠隔プラズマチャンバとすることができる。
１つの実施態様では、プラズマは、還元処理１０４を行うための遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）である誘導結合プラズマ源を使用して形成される。プラズマからのラジカルが、通路管と、基板の上に配置されたガス分配プレートとを通過することができる。基板は、摂氏約１００度から摂氏約５００度までの間など、場合によっては少なくとも摂氏約４００度、場合によっては摂氏約４００度など、摂氏約２５度から摂氏約６５０度の温度の支持体上に置かれる。別の場合では、基板は摂氏５００度から摂氏６５０度の温度に維持される。処理圧力は、大気中の値より低い圧力、たとえば約２０ミリトールから約３００トール、たとえば約１００ミリトールから約３００ミリトール、たとえば約１５０ミリトールとすることができる。ラジカルは基板に達してから表面汚染物質と反応して揮発性種を形成し、この揮発性種は処理チャンバ内で気相に入り、排出される。還元処理を行うように適合させることができる例示的な処理チャンバには、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＡＫＴＩＶ Ｐｒｅ−Ｃｌｅａｎ（商標）、ＰＣｘＴ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｐｒｅｃｌｅａｎ（商標）（ＲＰＣ）、またはＳｅｌｅｃｔｒａ（商標）が含まれる。他の製造者によるチャンバもまた使用することができる。
遠隔プラズマ処理では、水素ラジカルを含有するガスを形成する。上述のように、プラズマを含有する水素は、磁場で取り囲まれた導管を通され、この磁場は、水素ラジカルなどの中性粒子、および他のラジカルおよび分子は基板収容処理領域まで通過させながら荷電粒子をそらす。基板は、水素ラジカルを含有するガスに曝されて、炭素を含む汚染物質を除去する還元処理が行われる。この処理ではまた、基板の表面が均一に水素終端されたままになり、基板表面の結晶構造の欠陥が最小限になる。
ボックス１０６で、エピタキシャル層が基板の表面に形成される。上述のように前洗浄されている場合、基板の表面は均一な酸化物であり、汚染物質がなく、そのため、基板の表面に形成された成長エピタキシャル層の品質が改善する。例示的なエピタキシャル処理には、摂氏約８００度未満、たとえば摂氏約４５０〜６５０度の温度で行われる選択的エピタキシャル処理があり得る。エピタキシャル層は、高温化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスを用いて形成することができる。エピタキシャル層は、結晶シリコン、ゲルマニウム、もしくはシリコンゲルマニウム、またはＩＩＩ−Ｖ族化合物もしくはＩＩ−ＶＩ族化合物などの任意の適切な半導体材料とすることができる。１つの例示的な熱ＣＶＤプロセスでは、クロロシランＳｉＨxＣｌ4-x（モノ、ジ、トリ、テトラ）、ＳｉxＨ2X+2シラン（シラン、ジシラン、トリシランなど）、ゲルマンＧｅxＨ2x+2（ゲルマン、ジゲルマンなど）、塩化水素ＨＣｌ、塩素ガスＣｌ2、またはこれらの組み合わせなどの処理ガスが使用されて、エピタキシャル層が形成される。処理温度は、摂氏約３００度から摂氏約６００度などの、摂氏８００度未満で、たとえば摂氏約４５０度であり、処理圧力は５トールから６００トールまでの間である。エピタキシャル堆積処理を行うために使用できる例示的な処理チャンバは、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＣｅｎｔｕｒａ（商標）Ｅｐｉチャンバである。他の製造者によるチャンバもまた使用することができる。
ボックス１０３、１０４、および１０６は、図８に示された真空処理システムなどの１つの処理システムで実行することができ、以下でさらに説明される。ボックス１０３および１０４に記述されている処理は、必要なだけ何度でも繰り返すことができる。任意選択の熱処理がまた、１０６の層形成処理を実行する前に、残留副生成物または汚染物質がもしあればそれを除去するために、また表面欠陥がもしあれば表面をアニールしてそれを除去するために、処理１０４の後に行われてもよい。このようなアニールは、任意選択でアルゴンおよびヘリウムなどの不活性ガスを含む水素雰囲気のもとで行うことができ、また摂氏４００〜８００度の温度、および１トールから３００トールの圧力で行うことができる。
図２は処理チャンバ３００の断面図であり、この処理チャンバを使用してボックス１０４に見られる処理の少なくとも一部を実行することができ、したがって、基板の表面に蓄積した炭素または炭化水素などの汚染物質が除去される。処理チャンバ３００は、チャンバ筐体３１６を含むチャンバ本体３１０、処理キットハウジング３１８、および蓋３４０を有する。チャンバ筐体３１６および蓋３４０は、アルミニウム、ステンレス鋼、または他の適切な材料から製造することができる。処理キットハウジング３１８は、アルミニウム合金または他の適切な材料から製造することができる。蓋３４０は、処理キットハウジング３１８を介してチャンバ筐体３１６に取り外し可能に結合される。
処理キットハウジング３１８は、蓋３４０に結合する上面と、チャンバ筐体３１６に結合する底面とを有するリング形ハウジングとすることができる。処理キットハウジング３１８は、処理キットハウジング３１８の内面３３１から下に延びる遮蔽部３２９を有する。処理キットハウジング３１８の内面３３１は、ガス分配プレート３２６を取り囲み支持する。ガス分配プレート３２６は、石英シャワーヘッドとすることができる。プレナム３４８は、ガス分配プレート３２６と蓋３４０の間に画定される。ガス分配プレート３２６は、ガスがポート３４２を通ってプレナム３４８に流れ込むことができるように、ガス分配プレート３２６の厚さを貫通して形成された複数の開孔３２７を含む。開孔３２７は、基板３０８への均一なガスまたはラジカルの分配を確実にするために、ガス分配プレート３２６の直径にわたって均一に分布している。開孔３２７を通って流れるガスは、ガス分配プレート３２６と基板支持体３１４の間に画定された処理領域３３０に配置されている基板３０８全体にわたって分散される。基板支持体３１４は、加熱器を含むことができる。遮蔽部３２９はまた、電気的に中性のラジカルを処理領域３３０内に閉じ込める助けになる。１つの例では、遮蔽部３２９は、基板支持体３１４の縁部の近傍または下の位置まで延長される。
処理チャンバ３００は、導管３６０によってポート３４２に結合されている遠隔プラズマ源３５０を含む。ポート３４２は蓋３４０に形成される。導管３６０は入口３５６を画定し、第１の内径と、第１の内径よりも大きい第２の内径とを有し得る。第１の内径は、遠隔プラズマ源３５０に隣接して配置することができ、第２の内径は、蓋３４０に隣接して配置することができる。１つの例では、第１の内径は約１２ｍｍから約３０ｍｍ、たとえば約２０ｍｍとすることができ、第２の内径は約３５ｍｍから約６０ｍｍ、たとえば約４０ｍｍとすることができる。
導管３６０は、電気的に中性のラジカルが処理領域３３０に入れるようにしながら、遠隔プラズマ源３５０で生成されたイオンを処理領域３３０に入る前に濾過して除去するように構成される。処理領域３３０内のイオンの相対濃度がこうして低減される。１つの実施態様では、入口３５６を通って流れるガスが、導管３６０に隣接して配置された１つまたは複数の磁石によって生成される磁場で濾過される。磁石は、導管３６０を横切る磁場を生成して、遠隔プラズマ源３５０から流れる反応性ラジカルに同伴する荷電粒子が濾過されて除去される。
図２に示された実施態様では、第１の磁石３５２および第２の磁石３５４が導管３６０に隣接して配置されている。第１の磁石３５２および第２の磁石３５４は、永久磁石でも電磁石でもよい。磁石３５２、３５４は、導管３６０の第１の内径をはさんで互いに向かい合わせに配置することができる。たとえば、磁石３５２、３５４は、導管３６０の外周の対向する側面に接着または固定することができる。磁石３５２、３５４は、チャンバ本体３１０のチャンバ蓋３４０または他の構成要素に交互に固定することができる。対向する磁石と銅管３６０内に形成される入口３５６との間の相対距離は、入口３５６を通過する磁場の強さに影響を及ぼし、それによって濾過効率に影響を及ぼす。磁場はまた、別の磁石を使用することによって、すなわち強さが異なる磁石３５２、３５４に置き換えることによって、調整することもできる。通過する荷電粒子は、導管３６０の内面３７０に引き寄せられて接触し、電気的に中性の非イオン種になる。そのため、濾過された電気的に中性のラジカルは基板の表面まで送り出されて、表面の汚染物質と反応し清浄にする。
いくつかの実施形態では、イオンは、チャンバ本体３１０に入る処理ガス（すなわち、ラジカルおよびイオン）の流路に石英面を設けることによって、さらに濾過して除去することができる。たとえば、入口３５６を画定する導管３６０の内面３７０は、石英により全体的または部分的にコーティングする、または製造することができる。加えて、プレナム３４８および／またはガス分配プレート３２６を画定する面もまた、石英により全体的または部分的にコーティングする、または製造することができる。たとえば、図２の実施態様では、上部ライナ３２４を処理キットハウジング３１８の内面３３１に沿って配置することができる。上部ライナ３２４は、プレナム３４８を取り囲むリング形本体を有することができ、その内面がプレナム３４８の外側境界を画定する。上部ライナ３２４は、石英から作ることができる。上部ライナ３２４は、ガス分配プレート３２６に載ることができ、あるいは他の任意の適切な固定手法で支持することができる。
ライナプレート３４４が、蓋３４０の底面に沿って配置されてもよい。ライナプレート３４４は、石英でコーティングする、または製造することができる。ライナプレート３４４は、プレナム３４８の上部境界を画定する。したがって、ライナプレート３４４、上部ライナ３２４、およびガス分配プレート３２６がプレナム３４８を画定する。底部ライナ３２５は、処理キットハウジング３１８の内面３３１に沿って配置することができる。底部ライナ３２５はリング形本体を有することができ、動作のために組み立てられると処理領域３３０を取り囲み、その内面が処理領域３３０の外側境界を画定する。底部ライナ３２５は、石英でコーティングする、または製造することができる。底部ライナ３２５は、遮蔽部３２９によって支持することができる。１つの実施形態では、張出部３０３が、底部ライナ３２５を支持するために遮蔽部３２９の端部で半径方向内側に延びている。したがって、導管３６０、ライナプレート３４４、上部ライナ３２４、底部ライナ３２５、およびガス分配プレートが共に、処理ガスの流路に沿って石英面を形成する。これらの構成要素は、他のチャンバ材料（たとえば、アルミニウム）と比較して、ラジカルの再結合を低減する。そのため、処理ガスは、荷電粒子の含有量が大幅に低減され、ガス分配プレート３２６から処理領域３３０に流れ込むときに、大部分がラジカルおよび分子などの中性種になり得る。電気的に中性のラジカルは、基板支持体上に配置された基板の表面に達しときに反応性のままであり、基板の表面と反応して不要な材料、たとえば炭素汚染物質を基板の表面から除去する。
基板支持体３１４が、チャンバ本体３１０の処理領域３３０に配置される。基板支持体３１４は、中心軸３４１を介してチャンバ筐体３１６の底部に結合される。基板支持体３１４は、ボックス１０３および１０４に関して上述した処理などの処理中に基板３０８を支持するための、基板支持面を有する。任意選択のフォーカスリング３３８が、基板支持面の外周の基板支持体３１４に配置されてもよい。フォーカスリング３３８は、処理中にプラズマまたは中性種を基板３０８の上の領域に閉じ込める。フォーカスリング３３８は、石英から製造することができる。
基板支持体３１４はアルミニウムから製造することができ、複数のサファイア接点（図示せず）が、基板支持面とサファイア接点上に配置された基板との間の接触を最小限にするために、基板支持面に配置されている。基板支持体３１４は、ローディング位置と処理位置の間で垂直に移動するように駆動ユニット３３７によって駆動される。基板支持体３１４には、均一な熱エネルギーを基板支持面に供給するために、１つまたは複数の加熱要素３３５が埋め込まれてもよい。適切な加熱要素３３５には、抵抗加熱器、熱電デバイス、または熱伝導流体を流すための導管が、いくつかある加熱デバイスの中で特に含まれ得る。加熱要素３３５は、基板３０８の温度を約２５℃から約５００℃の温度範囲に、たとえば約３００℃から約３５０℃、約３５０℃から約４５０℃、または約４５０℃から約５００℃に維持できるようにする。いくつかの実施態様では、基板支持体３１４は、基板支持面の周縁部を通して形成された切り欠きを有することができ、それにより、基板支持体３１４がローディング位置に置かれているときに、基板ハンドラ（図示せず）で基板３０８を基板の縁部から操作することができる。洗浄処理中、基板３０８が配置されている基板支持体３１４は、基板３０８を処理するのに望ましい位置である処理位置に置かれる。
処理チャンバ３００はポンプ３１７を含む。ポンプ３１７は、フォアライン３６１を介してチャンバ本体３１０に連結される。フォアライン３６１は、筐体３１６の底部に形成された開口３１５でチャンバ本体３１０につながる。チャンバ３００はまた、フォアライン３６１内に配置されたスロットルバルブ３６３を含む。スロットルバルブ３６３は、プラズマ洗浄処理が実行されるのに望ましい真空範囲に処理チャンバ３００の圧力を維持するために、必要な範囲でどれだけでも開閉するように操作される。ポンプ３１７およびスロットルバルブ３６３は、チャンバ本体３１０内部の圧力を約０．００５トールから７５０トールまでの間、たとえば約４０トールから約５００トールに制御する。１つの例では、ポンプ３１７はドライポンプであり、処理チャンバ３００内部の圧力を例示的な約０．１トールから約４０トールの圧力範囲に、たとえば約３０トールに維持する。１つの例では、ポンプ３１７は低圧ポンプであり、処理チャンバ３００内部の圧力を例示的な約１００ミリトールから約５００ミリトールの圧力範囲に、たとえば約１５０ミリトールに維持する。いくつかの例では、ポンプ３１７はターボポンプであり、処理チャンバ３００内部の圧力を例示的な約２０ミリトールから５０ミリトールの圧力範囲に維持する。
図３は、遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）を有する処理チャンバなどの基板処理チャンバ内に配置できる基板支持体４００の斜視図である。基板支持体４００は、基板支持体３１４の代わりに処理チャンバ３００に使用することができる。
基板支持体４００は一般に、支持体本体４０２と、ベローズ４０６を介して支持体本体４０２に結合された軸４０４とを含む。ベローズ４０６は、支持体本体４０２の底部に結合される。１つの例では、ベローズ４０６は、基板処理チャンバの底部に真空気密に取り付けられる。駆動ユニット４１６が、基板処理チャンバに対する支持体本体４０２の垂直の動きを可能にするために、軸４０４を介してベローズ４０６に結合されてよい。いくつかの実施形態では、駆動ユニット４１６は、軸４０４を回転させるように、したがって支持体本体４０２を回転させるように構成することができる。
支持体本体４０２は、基板支持面４０８を有する。支持体本体４０２には、プラズマ洗浄処理などの処理中に均一な熱エネルギーを基板支持面４０８に配置されるべき基板に供給するために、１つまたは複数の加熱要素５２０（図４参照）が埋め込まれる、または収容される。加熱要素５２０は、基板の均一な加熱を確実にするために、方位対称パターンの形で配置することができる。適切な加熱要素には、抵抗加熱器、熱電デバイス、または熱伝導流体を流す導管が、いくつかある加熱デバイスの中で特に含まれ得る。１つの例では、加熱要素は抵抗加熱コイルである。加熱要素は、基板の温度を約２５℃から約６５０℃以上の温度範囲に、たとえば約３００℃から約３５０℃、約３５０℃から約４５０℃、約４５０℃から約５５０℃、約５５０℃から約６５０℃以上に維持できるようにする。
基板支持面４０８は、基板処理チャンバ内で処理中に基板が載っている、複数の接触点４１０を有する。接触点４１０は、基板支持面４０８に均一に分布している。１つの実施態様では、接触点４１０は、支持体本体４０２の中心点４１２のまわりに同心円の形で配置される。加えて、または別法として、接触点４１０は、基板の均一な処理を確実にするために、方位対称パターンの形で配置されてもよい。接触点４１０は、突起または隆起の形状とすることができる。突起または隆起により、基板を均一に加熱するために基板の裏側と支持体本体４０２の間の隙間を維持しながら、基板が基板支持面４０８に直接接触することを防止する接触表面積の最小化が実現する。１つの実施態様では、接触点４１０はサファイアボールである。
支持体本体４０２は、支持体本体４０２の周縁部に配置された複数の切り欠き４１４を有し得る。これらの切り欠きは、支持体本体の全厚を通して、すなわち基板支持面４０８から支持体本体４０２の裏側まで形成される。切り欠き４１４は、支持体本体４０２の周縁部に均等に間隔をあけて配置することができる。１つの実施態様では、４つの切り欠き４１４が、支持体本体４０２の周縁部に対称に配置される。切り欠き４１４は、支持体本体４０２がローディング位置に置かれているときに、基板ハンドラ（図示せず）で基板を基板の縁部から操作できるように寸法設定される。
支持体本体４０２は、セラミック、アルミニウム、または他の、窒化アルミニウムなどの適切な材料から製造することができる。軸４０４は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなどのセラミックから、または窒化チタンもしくは窒化クロムでドープされたアルミナ、ドープされた酸化アルミニウム、ドープされた窒化ホウ素などの、ドープされたセラミックから製造することができる。１つの実施形態では、軸４０４は、軸４０４の熱伝導率を向上させるために、純度約９５％の窒化アルミニウムで造られる。１つの実施形態では、軸４０４および支持体本体４０２は同一の材料から製造することができる。
図４は、図３の基板支持体４００の一部分の断面図である。支持体本体４０２には、サファイアボールなどの接触点４１０を受けるための複数のキャビティ５１０が基板支持面４０８に形成されている。軸４０４は中空であり、中心開口５１２を軸内に画定する側壁５１８を有する。中心開口５１２には電力ライン５２８を通すことができる。電力ライン５２８の一端は、１つまたは複数の加熱要素５２０に接続され、電力ライン５２８の他端は、ＤＣまたはＡＣ電源などの加熱電源５３２に接続される。
軸４０４は、冷却流体源（図示せず）につながるチャネル５３０を含み得る。チャネル５３０は、冷却流体を冷却流体源から循環させて、軸４０４の温度、したがって支持体本体４０２の温度と、処理中に支持体本体の上に置かれる基板の温度とを制御するために、軸４０４内の任意の所望の位置に配置することができる。
基板支持体４００は、基板支持体４００もしくは基板支持面４０８の温度、または基板支持面４０８に配置されたときの基板の温度などの温度を測定するために、基板支持体４００内に配置された熱電対５３４を含み得る。熱電対５３４は、熱電対プローブなどの、任意の適切な熱電対設計とすることができる。熱電対５３４は温度制御器５３５に結合することができ、この制御器は、熱電対５３４によって測定された温度に基づいて電力供給源５３６を制御することができる。
いくつかの実施形態では、基板支持体４００は、基板支持面４０８を形成する支持体本体４０２に配置されたパック５４０を含む。パック５４０は、誘電体材料で作ることができ、静電チャックとして機能するように電源５４２に結合することができる。
いくつかの実施形態では、支持体本体４０２は、その中に形成された冷却剤チャネル５４４を含み得る。冷却剤チャネル５４４は、これに冷却流体を循環させる流体源（図示せず）に結合される。いくつかの実施形態では、加熱要素５２０は、別個に制御できる外側ゾーン５４６および内側ゾーン５４８を含む、マルチゾーン加熱器を備える。パージガス入口５５０および出口５５２を基板支持体４００に設けることができる。入口５５０および出口５５２を利用して、裏側ガスを基板支持面４０８上の基板に供給することができる。いくつかの実施形態では、エッジリング５５４を基板支持面４０８の上に設けることができる。
図５は、１つの実施形態による、石英製処理チャンバまたは反応チャンバ６０５を含む、単一基板化学気相堆積（ＣＶＤ）リアクタ６００を示す。リアクタ６００は、本明細書で開示されたＳｉＧｅ膜およびＧｅ膜を含む、いくつかの異なる材料のＣＶＤに利用することができる。さらに、図示のリアクタ６００は、以下の議論で明らかになるように、同一のチャンバ６０５内で複数の堆積ステップを遂行することができる。
チャンバ５００は全体的に、平面図（図示せず）で長方形の箱の形状を有し得る。熱エネルギーを、感知できるほどにはチャンバ６０５の壁に吸収されることなくチャンバ６０５に供給するために、複数の輻射熱源がチャンバ６０５の外側に支持されている。諸実施形態は、半導体基板を処理するための「冷えた壁」のＣＶＤリアクタに関連して説明されているが、本明細書に記載の方法には、誘導加熱または抵抗加熱を使用するものなど、他の加熱／冷却システムと組み合わせての有用性があることを理解されたい。
輻射熱源は、細長い管型輻射加熱要素６１０からなる上方加熱アセンブリを備える。上方加熱要素６１０は、好ましくは間隔を置いた平行関係に配置され、チャンバ６０５を通り抜ける反応物質ガス流路（矢印６１２で示す）とも実質的に平行になっている。下方加熱アセンブリは、チャンバ６０５の下に置かれ上方加熱要素６１０に対し横向きの、同様の細長い管型輻射加熱要素６１５を備える。輻射熱の一部分が、上のランプ６１０および下のランプ６１５のそれぞれ上方および下方の粗鏡面反射鏡プレート（図示せず）によって、チャンバ６０５の中に拡散反射される。加えて、複数のスポットランプ６２０が基板支持構造体（以下で説明）の下側に集中熱を供給して、チャンバ６０５の底部を貫通して延びる冷えた支持構造体によって生じるヒートシンク効果を相殺する。細長い管型加熱要素６１０、６１５のそれぞれは、好ましくは高輝度タングステンフィラメントランプであり、感知できるほどには吸収されずにチャンバ６０５の壁を経由して伝達される輻射熱エネルギーを生成する。半導体処理機器の技術分野では知られているように、様々なランプ６１０、６１５、６２０の電力は、温度センサに応答して個別に、またはグループ化ゾーン内で制御することができる。
シリコン基板６２５を含む加工品が図で、チャンバ６０５内で基板支持体構造６３０の上に支持されている。図示の支持体構造６３０は、基板６２５が載っている基板ホルダ６３２と、支持体スパイダ６３４とを含む。スパイダ６３４は軸６３６に取り付けられ、この軸は、チャンバ下方壁を貫通して延びる管６３８の中を下向きに延びる。管６３８は、基板の処理中に流れることができるパージガスの供給源と連通している。パージガスを利用して、処理ガスがチャンバ６０５の下方区域に入ることを抑制することができる。パージガスはまた、基板６２５の下に水平に流れることもできる。
複数の温度センサが、基板６２５の近傍に置かれている。温度センサは、光高温計または熱電対など、様々な形を取ることができる。図示の実施形態では、温度センサは、任意の適切な方法で基板ホルダ６３２の下に吊り下げられた、第１すなわち中心の熱電対６４０を含む、熱電対を備える。中心熱電対６４０は、基板ホルダ６３２の近傍でスパイダ６３４を通過する。リアクタ６００はさらに、前縁部すなわち前部熱電対６４５、後縁部すなわち後部熱電対６５０、および側部熱電対（図示せず）を含む、複数の第２すなわち周辺の熱電対をやはり基板６２５の近傍に含む。周辺熱電対のそれぞれは、基板ホルダ６３２および基板６２５を取り囲むスリップリング６５２の中に収容される。中心および周辺の熱電対のそれぞれは温度制御器に接続され、この温度制御器は、熱電対の読み取り値に応じて様々な加熱要素６１０、６１５、６２０の電力を設定する。
周辺熱電対を収容することに加えて、スリップリング６５２は、高温処理中に輻射熱を吸収し放出する。スリップリング６５２を利用して、基板縁部近くの領域において体積に対する表面積の比が大きいことにより生じることが分かっている現象である、基板縁部の大きい熱損失または熱吸収を補償することができる。縁部損失を最小限にすることによって、スリップリング６５２は、基板６２５全体にわたる半径方向の温度不均一性のリスクを低減することができる。スリップリング６５２は、任意の適切な手段で吊り下げることができる。たとえば、図示のスリップリング６５２は、前部チャンバ仕切り６５６から延びる支持体部材６５４と、後部チャンバ仕切り６５８との上に載っている。仕切り６５６、６５８は、望ましくは石英で造られる。一部の装置では、後部仕切り６５８を省くことができる。
図示のチャンバ６０５は、反応物質およびキャリアガスを注入するための入口６６０を含み、基板６２５もまた、この入口から受け入れることができる。出口６６４がチャンバ６０５の反対側にあり、基板支持体構造６３０が入口６６０と出口６６４の間に位置する。
入口構成要素６６５がチャンバ６０５に嵌合され、入口６６０を取り囲むように適合されており、基板６２５を挿入できる水平に細長いスロット６６７を含む。全体的に垂直の入口６６８がガス源からのガスを受け入れ、このようなガスをスロット６６７および入口６６０に送る。図５には個別に示されていないが、ガス源は、水素、シリコン前駆体およびゲルマニウム前駆体と、Ｓｉおよび／またはＧｅ堆積の前の冷却ステップの間中に表面活性化合物をチャンバに流し込むステップを含む本明細書に記載の一連のステップを制御する、制御器（たとえば、あらかじめプログラムされたコンピュータ）とを含み得る。入口６６８は、単一基板リアクタのガス流の均一性を最大にするように設計されたガス注入器を含み得る。
出口構成要素６７０は同様に、排気開口６７２が出口６６４と整合し排気導管６７４につながるようにチャンバ６０５に取り付く。その結果、導管６７４は、処理ガスをチャンバ６０５から排気する適切な真空手段（図示せず）と連通することができる。１つの実施形態では、処理ガスは、チャンバ６０５および下流スクラバ（図示せず）から引き出される。ポンプまたはファンが好ましくは、チャンバ６０５から処理ガスを引き出す助けになるように、また減圧処理のために、すなわち、以下で論じるように、大気圧よりは低いが超高真空圧範囲よりは高くにチャンバを排気するために、含まれる。
図示のリアクタ６００はまた、チャンバ６０５の上流に置かれた励起種の供給源６７６も含む。図示の実施形態の励起種供給源６７６は、マグネトロン電力発生器と、ガスライン６７８に沿ったアプリケータとを含む遠隔プラズマ発生器を備える。図示の実施形態では、マグネトロンからのマイクロ波エネルギーは、ガスライン６７８に沿ったアプリケータ内で、流れるガスと結合される。前駆体ガスの供給源６８０が、励起種供給源６７６への導入のためにガスライン６７８に結合される。キャリアガスの供給源６８２もまた、ガスライン６７８に結合される。１つまたは複数の分岐ライン６８４もまた、追加反応物質用に設けることができる。当技術分野では知られているように、ガス源６８０、６８２は、反応物質種の形状および揮発性に応じて、ガスタンク、バブラなどを備えることができる。各ガスラインは、供給源６７６に導入されてからチャンバ６０５に入るキャリアと反応物質種の相対量を選択できるように、図示の別個の質量流量制御器（ＭＦＣ）およびバルブを備えることができる。励起種供給源６７６は、プラズマ促進堆積に使用できるが、チャンバ６０５内に基板がないときに過剰堆積のチャンバ６０５を洗浄するための、エッチャントを励起するのに利用することもできる。
２００ｍｍ基板を処理するように設計された単一基板処理チャンバ６０５の総容積容量は、約２０リットル未満など、約３０リットル未満であり、１つの実施形態では、約１０リットル未満である。図示のチャンバ６０５は、約７．５リットルの容量を有する。図示のチャンバ６０５は、仕切り６５６、６５８、基板ホルダ６３２、およびリング６５２と、管６３８から流れるパージガスとによって仕切られているので、処理ガスが流れる有効容量は、総容量のおよそ半分である（たとえば、図示の実施形態では約３．７７リットル）。単一基板チャンバ６０５の容量は、チャンバ６０５が収容するように設計されている対象の基板のサイズによって異なり得ることを理解されたい。たとえば、３００ｍｍ基板用の単一基板処理チャンバ６０５は、約６０リットルなど、約１００リットル未満の容量を有し、１つの実施形態では約３０リットル未満である。１つの例では、３００ｍｍ基板用の単一基板処理チャンバ６０５は、約２４リットルの総容量を有し、有効容量が約１２リットルである。
Ｇｅ含有層の堆積温度は通常、摂氏（Ｃ）約２５０度から約６００度Ｃ、たとえば約３００度Ｃから約４５０度Ｃの範囲内である。単一基板処理チャンバ６０５内の総圧力は、１０-5トールから約８００トールの範囲内である。いくつかの実施形態では、圧力は、約１トールから約２００トールなど、約２００ミリトールから約７６０トールであり、たとえば約１トールから約６０トールである。
図６は、１つの実施形態による、低圧エピタキシャル堆積用に構成された裏側加熱処理チャンバ７００の概略断面図を示す。処理チャンバ７００を使用して、基板６２５の上面への材料の堆積を含む、１つまたは複数の基板の処理をすることができる。処理チャンバ７００は、構成要素の中でも特に、処理チャンバ７００内に配置された基板支持体７０６の裏側７０４を加熱するための、輻射加熱ランプ７０２のアレイを含み得る。基板支持体７０６は、図示の円盤状基板支持体７０６とすることができ、あるいはリング状基板支持体（中心開口を有する）とすることができ、この支持体は基板を基板の縁部から支持して、ランプ７０２の熱輻射に基板を曝しやすくする。
基板支持体７０６は、処理チャンバ７００内の上ドーム７２８と下ドーム７１４の間にある。上ドーム７２８、下ドーム７１４、ならびに上ドーム７２８と下ドーム７１４の間に配置されているベースリング７３６は、全体で処理チャンバ７００の内部領域を画定する。基板６２５（原寸に比例していない）は、処理チャンバ７００の中に移送され、この図では示されていないローディングポートを経由して基板支持体７０６の上に置かれる。
基板支持体７０６は中心軸７３２によって支持されており、この中心軸は基板６２５をローディング中およびアンローディング中に、および場合によっては基板６２５の処理中に、垂直方向７３４に動かす。基板支持体７０６は、上昇させた処理位置で図６に示されているが、中心軸７３２に結合されたアクチュエータ（図示せず）によって、処理位置の下のローディング位置まで垂直に移ることができる。処理位置の下に下ろされると、リフトピン７０５が基板６２５に接触し、基板６２５を基板支持体７０６から引き上げる。次に、ロボット（図示せず）が処理チャンバ７００に入って基板６２５に係合し、基板を処理チャンバからローディングポートに通して移動させる。基板支持体７０６は次に、処理位置まで垂直に駆動されて基板６２５を、そのデバイス面７１６を上向きにして、基板支持体７０６の前面７１０に置くことができる。
基板支持体７０６は処理位置にあるが、処理チャンバ７００の内部容積部を基板６２５の上の処理ガス領域７５６と、基板支持体７０６の下のパージガス領域７５８とに分割する。基板支持体７０６は、処理中に中心軸７３２によって回転されて熱の影響と、処理チャンバ７００内の処理ガス流の空間的異常とが最小限にされ、したがって、基板６２５の均一な処理が容易になる。基板支持体７０６は、ランプ７０２からの輻射エネルギーを吸収して基板６２５に輻射エネルギーを伝えるように、炭化ケイ素または炭化ケイ素でコーティングされたグラファイトから造ることができる。
一般に、上ドーム７２８の中心窓部分および下ドーム１４の底部は、石英などの光学的に透明な材料から造られる。上ドーム７２８の厚さおよび曲率は、処理チャンバ内の均一な流れ均一性のより平らな幾何形状が得られるように構成することができる。
ランプ７０２のアレイは、下ドーム７１４に隣接して、またその下に、中心軸７３２のまわりに特定の最適な所望の方法で、処理ガスが通過するときに基板６２５の様々な領域の温度を個々に制御するように配置することができ、これにより、基板６２５の上面への材料の堆積が容易になる。ここでは詳細に論じないが、堆積される材料には、ガリウム砒素、ガリウムナイトライド、またはアルミニウムガリウムナイトライドが含まれ得る。いくつかの実施形態では、ランプ７０２などの輻射加熱ランプのアレイは、上ドーム７２８の上に配置されることがある。
ランプ７０２は、基板６２５を約２００度Ｃから約１６００度Ｃの範囲内の温度に加熱するように構成された電球を含むように構成することができる。各ランプ７０２は、電力を各ランプ７０２に供給する電力分配ボード（図示せず）に結合される。ランプ７０２はランプヘッド７４５の中に配置され、このランプヘッドは、処理中または処理後に、たとえばランプ７０２の間にあるチャネル７４９に冷却流体を導入することによって、冷却することができる。ランプヘッド７４５は、ランプヘッド７４５が下ドーム７１４に近接していることに一部は起因して、下ドーム７１４を伝導的および輻射的に冷却する。ランプヘッド７４５はまた、ランプ壁と、ランプまわりのリフレクタの壁（図示せず）とを冷却することもできる。あるいは、下ドーム７１４は、対流的手法によって冷却することもできる。適用例によって、ランプヘッド７４５は下ドーム７１４に接触することもしないこともある。
円形遮蔽体７６７が任意選択で基板支持体７０６のまわりに配置され、ライナアセンブリ７６３で取り囲まれてもよい。遮蔽体７６７は、処理ガスの予加熱ゾーンを形成しながら、ランプ７０２から基板６２５のデバイス側７１６への熱／光ノイズの漏洩を防止または最小化する。遮蔽体７６７は、ＣＶＤ ＳｉＣ、ＳｉＣでコーティングされた焼結グラファイト、成長ＳｉＣ、不透明石英、もしくはコーティングされた石英から、または処理およびパージガスによって分解された化学物質に耐性がある任意の同様の適切な材料から作ることができる。
ライナアセンブリ７６３は、ベースリング７３６の内周部の中に入れ子にされるか内周部に取り囲まれるように寸法設定される。ライナアセンブリ７６３は、処理容積部（すなわち、処理ガス領域７５６およびパージガス領域７５８）を処理チャンバ７００の金属壁から遮蔽する。金属壁は前駆体と反応し、処理容積部の汚染を引き起こすことがある。ライナアセンブリ７６３は単一本体として図示されているが、ライナアセンブリ７６３は、構成が異なる１つまたは複数のライナを含み得る。
基板支持体７０６から基板６２５を裏側加熱する結果、基板支持体の温度測定／制御のために光高温計７１８の使用を実施することができる。このようにして基板前側７１０を加熱することは放射率に無関係であるので、光高温計７１８による温度測定はまた、基板６２５のデバイス側７１６に対して、放射率が未知でも行うことができる。その結果、光高温計７１８は、光高温計７１８に直接到達するランプ７０２からの背景輻射が最小限の状態で、基板支持体７０６から熱を伝える高温の基板６２５からの輻射だけを検知することができる。
リフレクタ７２２が、基板６２５から輻射する光を反射して基板６２５に返すように、上ドーム７２８の外側に任意選択で配置されてもよい。リフレクタ７２２は、クランプリング７３０を使用して上ドーム７２８に固定することができる。リフレクタ７２２は、アルミニウムまたはステンレス鋼などの金属で作ることができる。反射効率は、リフレクタ領域を金などの高反射性被膜でコーティングすることによって改善することができる。リフレクタ７２２は、冷却源（図示せず）に連結された１つまたは複数のチャネル７２６を有することができる。チャネル７２６は、リフレクタ７２２を冷却するためにリフレクタ７２２の側面に形成された通路（図示せず）につながる。通路は、水などの流体の流れを搬送するように構成され、リフレクタ７２２の一部分または全面を覆う任意の所望のパターンで、リフレクタ７２２の側面に沿って水平に伸びることができる。
処理ガス源７７２から供給される処理ガスは、バイアスリング７３６の側壁に形成された処理ガス入口７７４を通して処理ガス領域７５６に導入される。処理ガス入口７７４は、概して半径方向内向きに処理ガスを導くように構成される。膜形成処理の間中、基板支持体７０６は、処理ガス入口７７４にほぼ同じ高さで隣接する処理位置にあり、それによって処理ガスが、基板６２５の上面全体にわたって層流の形で、流路７７３に沿って上にもまわりにも流れることができる。処理ガスは、処理ガス入口７７４の反対側の処理チャンバ７００の側面に設置されたガス出口７７８を通って処理ガス領域７５６を（流路７７５に沿って）出る。ガス出口７７８を通して処理ガスを除去することが、ガス出口に結合された真空ポンプ７８０によって容易になり得る。処理ガス入口７７４とガス出口７７８は互いに一直線に揃えられ、ほぼ同じ高さに配置されるので、このような並列配置は、より平らな上ドーム７２８と組み合わされた場合に概して平面の均一なガス流を基板６２５全体にわたって可能にすると考えられる。さらに半径方向の均一性が、基板６２５を基板支持体７０６によって回転させることによってもたらされ得る。
パージガスが、ベースリング７３６の側壁に形成された任意選択のパージガス入口７６４を通して（または、処理ガス入口７７４を通して）、パージガス源７６２からパージガス領域７５８に供給され得る。パージガス入口７６４は、処理ガス入口７７４より下の高さに配置される。循環遮蔽体７６７または予加熱リング（図示せず）が使用される場合、この循環遮蔽体または予加熱リングは、処理ガス入口７７４とパージガス入口７６４の間に配置することができる。どちらの場合も、パージガス入口７６４は、パージガスを概して半径方向内向きに導くように構成される。膜形成処理中、基板支持体７０６は、パージガスが層流の形で基板支持体７０６の裏側７０４全体にわたって流路７６５に沿って流れるような位置に置くことができる。何か特定の理論に束縛されるものではないが、パージガスの流れは、処理ガスの流れがパージガス領域７５８に入ることを防止または実質的に回避するものと考えられ、あるいはパージガス領域７５８（すなわち、基板支持体７０６の下の領域）に入る処理ガスの拡散を低減するものと考えられる。パージガスは、パージガス領域７５８を（流路７６６に沿って）出ると、パージガス入口７６４の反対側の処理チャンバ７００の側面に設置されているガス出口７７８を通って、処理チャンバから排出される。
図７は、ＣＶＤまたはエピタキシャル堆積チャンバ８００の概略断面図であり、このチャンバは、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）一体型処理システムの一部であり得る。堆積チャンバ８００は、アルミニウムまたはステンレス鋼、たとえば３１６ Ｌステンレス鋼などの、処理耐性材料で作られたハウジング構造体８０１を含む。ハウジング構造体８０１は、石英チャンバ８３０などのチャンバ８００の様々な機能要素を取り囲み、この石英チャンバは、上チャンバ８０５、および下チャンバ８２４を含み、その中に処理容積部８１８が収容される。反応性種がガス分配アセンブリ８５０によって石英チャンバ８３０に供給され、処理副生成物が処理容積部８１８から、通常は真空源（図示せず）と連通している出口８３８を通して除去される。
基板支持体８１７は、処理容積部８１８へ移送される基板６２５を受け取るように適合される。基板支持体８１７は、チャンバ８００の縦軸８０２に沿って配置される。基板支持体は、セラミック材料、または炭化ケイ素などのケイ素材料でコーティングされたグラファイト材料、または他の処理耐性材料で作ることができる。前駆体反応物質材料からの反応性種が基板６２５の表面８１６に付加され、その後に副生成物を表面８１６から除去することができる。基板６２５および／または処理容積部８１８の加熱が、上ランプモジュール８１０Ａおよび下ランプモジュール８１０Ｂなどの輻射源によって行われ得る。
１つの実施形態では、上ランプモジュール８１０Ａおよび下ランプモジュール８１０Ｂは赤外線（ＩＲ）ランプである。ランプモジュール８１０Ａおよび８１０Ｂからの非熱エネルギーすなわち輻射は、上石英チャンバ８０５の上石英窓８０４を通して、および下石英チャンバ８２４の下石英部８０３を通して伝わる。必要な場合、上石英チャンバ８０５の冷却ガスが入口８１２から入り、出口ポート８１３から出る。前駆体反応物質材料、ならびに希釈剤、チャンバ８００のパージガスおよびベントガスが、ガス分配アセンブリ８５０を通って入り、出口８３８から出る。上石英窓８０４は湾曲しているように、または凸形であるように図示されているが、上石英窓８０４の両側の圧力が実質的に同じ（すなわち大気圧）であるので、上石英窓８０４は平面であっても凹面であってもよい。
反応性種を活性化し、反応物質の吸着と、基板６２５の表面８１６からの処理副生成物の脱着とを助けるために使用される、処理容積部８１８内の短波長の輻射は通常、約０．８μｍから約１．２μｍの範囲、たとえば約０．９５μｍから約１．０５μｍまでの間であり、たとえばエピタキシャル成長される膜の組成に応じて、様々な波長の組み合わせが提供される。
成分ガスは、ガス分配アセンブリ８５０を経由して処理容積部８１８に入る。ガスは、大まかに８２２で示されているように、ガス分配アセンブリ８５０から流れ出てポート８３８から出る。基板表面を洗浄／不動態化するために、またはエピタキシャル成長されるシリコンおよび／またはゲルマニウム含有膜を形成するために使用される、成分ガスを組み合わせたものは通常、処理容積部に入る前に混合される。処理容積部８１８の全体圧力は、出口ポート８３８のバルブ（図示せず）によって調整することができる。処理容積部８１８の内面の少なくとも一部分は、ライナ８３１で覆われる。１つの実施形態では、ライナ８３１は、不透明な石英材料を含む。このようにして、チャンバ壁は処理容積部８１８の熱から絶縁される。
処理容積部８１８の表面の温度は、入口８１２から入って出口ポート８１３から出る冷却ガスの流れによって、上石英窓８０４の上方に置かれた上ランプモジュール８１０Ａからの輻射と相まって、約２００℃から約６００℃以上の温度範囲内に制御することができる。下石英チャンバ８２４内の温度は、図示されていないブロアの速度を調整することによって、および下石英チャンバ８２４の下に配置された下ランプモジュール８１０Ｂからの輻射によって、約２００℃から約６００℃以上の温度範囲内に制御することができる。処理容積部８１８の圧力は、約５トールから約３０トールまでの間など、約０．１トールから約６００トールまでの間とすることができる。
基板６２５の表面８１６の温度は、下石英チャンバ８２４の下ランプモジュール８１０Ｂの電力調整によって、または上石英チャンバ８０４の上にある上ランプモジュール８１０Ａと、下石英チャンバ８２４の下ランプモジュール８１０Ｂとの両方の電力調整によって、制御することができる。処理容積部８１８内の電力密度は、約８０Ｗ／ｃｍ2から約１２０Ｗ／ｃｍ2など、約４０Ｗ／ｃｍ2から約４００Ｗ／ｃｍ2までの間とすることができる。
１つの態様では、ガス分配アセンブリ８５０は、チャンバ８００または基板６２５の縦軸８０２に対して直角に、すなわち半径方向８０６に配置される。この向きでは、ガス分配アセンブリ８５０は、基板６２５の表面８１６を横切る、または表面に平行な半径方向８０６に処理ガスを流すように適合される。１つの処理適用例では、処理ガスは、処理容積部８１８への導入の前にガスの予加熱を開始するために、および／またはガスの特定の結合を切断するために、チャンバ８００への導入の時点で予加熱される。このようにして、表面反応速度論が、基板６２５の熱温度とは無関係に修正され得る。
動作中、ＳｉおよびＳｉＧｅブランケットまたは選択膜を形成するための前駆体が、１つまたは複数のガス源８４０Ａおよび８４０Ｂからガス分配アセンブリ８５０に供給される。ＩＲランプ８５６（図７には１つだけ示されている）を利用して、前駆体をガス分配アセンブリ８５０内部で、ならびに流路８２２に沿って加熱することができる。ガス源８４０Ａ、８４０Ｂは、平面図で見たときに外側ゾーン間の半径方向外側ゾーンおよび半径方向内側ゾーンなどの、ガス分配アセンブリ８５０内の導入ゾーンを容易にするように構成された方法で、ガス分配アセンブリ８５０に結合することができる。ガス源８４０Ａ、８４０Ｂは、これらのゾーンへの導入速度を制御するためのバルブ（図示せず）を含み得る。
ガス源８４０Ａ、８４０Ｂは、シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、ジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ2Ｃｌ6）、ジブロモシラン（ＳｉＨ2Ｂｒ2）、高次シラン、これらの誘導体、およびこれらの組み合わせを含む、シランなどのシリコン前駆体を含み得る。ガス源８４０Ａ、８４０Ｂはまた、ゲルマン（ＧｅＨ4）、ジゲルマン（Ｇｅ2Ｈ6）、ゲルマニウムテトラクロライド（ＧｅＣｌ4）、ジクロロゲルマン（ＧｅＨ2Ｃｌ2）、これらの誘導体、およびこれらの組み合わせなどの、ゲルマニウム含有前駆体を含み得る。シリコンおよび／またはゲルマニウム含有前駆体は、塩化水素（ＨＣｌ）、塩素ガス（Ｃｌ2）、臭化水素（ＨＢｒ）、およびこれらの組み合わせと一緒に使用することができる。ガス源８４０Ａ、８４０Ｂは、１つまたは複数のシリコンおよびゲルマニウム含有前駆体をガス源８４０Ａ、８４０Ｂの一方または両方に含み得る。
前駆体材料は、この励起状態で、有孔板８５４の開口または複数の孔８５８（図７には１つだけ示されている）を通って処理容積部８１８に入り、この有孔板は、１つの実施形態では、孔８５８が貫通して形成されている石英材料である。有孔板８５４は、ＩＲエネルギーに対し透過性であり、透明な石英材料で作ることができる。別の実施形態では、有孔板８５４は、ＩＲエネルギーに対し透過性であり処理化学物質および他の処理化学物質に対し耐性がある、任意の材料とすることができる。活性化前駆体は、有孔板８５４の複数の孔８５８を通り、複数のチャネル８５２（図７には１つだけ示されている）を通って処理容積部８１８に向かって流れる。ＩＲランプ８５６からの光子および非熱エネルギーの一部分もまた、ガス分配アセンブリ８５０の内面に配置された反射性材料および／または表面によって助長されて孔８５８、有孔板８５４、およびチャネル８５２を通過し、それによって、前駆体材料の流路（図７に矢印８２２として示される）が照らされる。このようにして、前駆体材料の振動エネルギーが、導入箇所から処理容積部８１８まで流路に沿って維持され得る。
図８は、本開示の諸実施態様による、図１に示された処理シーケンス１００を完了するために使用できる例示的な真空処理システム９００を示す。図８に示されるように、複数の処理チャンバ９０２ａ、９０２ｂ、９０２ｃ、９０２ｄは、第１の移送チャンバ９０４に結合される。処理チャンバ９０２ａ〜９０２ｄは、アニーリング、化学気相堆積、物理的気相堆積、エピタキシャル処理、エッチング処理、熱酸化または熱窒化処理、脱ガスなどの、任意の基板関連処理を行うために使用することができる。１つの実施態様では、処理チャンバ９０２ａは、気相エピタキシ堆積チャンバなどの膜形成チャンバ、たとえば、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手可能なＥｐｉチャンバとすることができ、このＥｐｉチャンバは、結晶シリコンまたはシリコンゲルマニウムを形成することができる。別の実施態様では、処理チャンバ９０２ａは、図５に関連して説明した単一基板処理リアクタ６００などの、エピタキシ堆積チャンバとすることができる。別の実施態様では、処理チャンバ９０２ａは、図６に関連して説明した処理チャンバ７００とすることができる。別の実施態様では、処理チャンバ９０２ａは、図７に関連して説明した処理チャンバ８００とすることができる。
処理チャンバ９０２ｂは、急速熱処理チャンバ（ＲＴＰ）とすることができる。処理チャンバ９０２ｃは、プラズマエッチングチャンバまたはプラズマ洗浄チャンバである。たとえば処理チャンバ９０２ｃは、図３に関連して説明した処理チャンバ３００とすることができる。処理チャンバ９０２ｄは、脱ガスチャンバとすることができる。第１の移送チャンバ９０４はまた、少なくとも１つの移行ステーション、たとえば１対の通過ステーション９０６、９０８に結合される。通過ステーション９０６、９０８は、基板が第１の移送チャンバ９０４と第２の移送チャンバ９１０の間で移送されるようにしながら真空を維持する。第１の移送チャンバ９０４は、基板を通過ステーション９０６、９０８と処理チャンバ９０２ａ〜９０２ｄのいずれかとの間で移送するための、ロボット基板ハンドリング機構（図示せず）を有する。処理チャンバ９０２ａ〜９０２ｄは、図８に特定の順序で構成されて示されているが、任意の所望の順序で構成されてもよい。
通過ステーション９０６、９０８の一端は、第２の移送チャンバ９１０に結合される。したがって、第１の移送チャンバ９０４と第２の移送チャンバ９１０は、通過ステーション９０６、９０８によって分離され連結される。第２の移送チャンバ９１０は第１のプラズマ洗浄チャンバ９１４と結合され、この第１のプラズマ洗浄チャンバは、基板の表面から酸化物を除去するための図１に見られる処理のうちの少なくとも一部を行うように適合されている、処理チャンバなどのプラズマチャンバとすることができる。１つの実施態様では、第１のプラズマ洗浄チャンバ９１４は、Ｓｉｃｏｎｉ（商標）チャンバまたはＳｅｌｅｃｔｒａ（商標）チャンバであり、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手可能である。別の実施態様では、プラズマ洗浄チャンバ９１４は、図２に関連して説明した処理チャンバ３００とすることができる。
１つの実施態様では、少なくとも１つの移行ステーション、たとえば通過ステーション９０６、９０８のうちの１つは、プラズマ洗浄チャンバであるように構成される。あるいは、プラズマ洗浄チャンバが、基板の表面から汚染物質を除去するために、通過ステーション９０６、９０８のうちの１つと結合されてもよい。したがって、処理システム９００は、通過ステーション９０６、９０８のうちの１つである、またはその１つと結合されている、第２のプラズマ洗浄チャンバを有し得る。図８に示された１つの実施態様では、通過ステーション９０６は第２のプラズマ洗浄チャンバ９１６を含む。第２のプラズマ洗浄チャンバ９１６は、基板の表面から汚染物質を除去するためのボックス１０４に見られる処理の少なくとも一部を実行するように適合されている、処理チャンバ３００（図２）の１つのバージョンとすることができる。ただ１つのプラズマ洗浄チャンバ９１６が図で通過ステーションに、この場合には通過ステーション９０６に、結合されているが、プラズマ洗浄チャンバ（たとえば、処理チャンバ３００の１つのバージョン）が両方の通過ステーション９０６および９０８に結合されてもよいことに留意されたい。
第２の移送チャンバ９１０もまた、基板を１組のロードロックチャンバ９１２と第１のプラズマ洗浄チャンバ９１４または第２のプラズマ洗浄チャンバ９１６との間で移送するための、ロボット基板ハンドリング機構（図示せず）を有する。ファクトリインターフェース９２０が、ロードロックチャンバ９１２によって第２の移送チャンバ９１０に連結される。ファクトリインターフェース９２０は、ロードロックチャンバ９１２の反対側の１つまたは複数のポッド９３０に結合される。ポッド９３０は通常、洗浄室（図示せず）からアクセス可能な前面開口統合ポッド（ＦＯＵＰ）である。
２つの移送チャンバが示されているが、これらの移送チャンバのいずれかが省かれてもよいことが企図されている。第２の移送チャンバ９１０が省かれる１つの実施態様では、第２のプラズマ洗浄チャンバ９１６は、通過ステーション９０６または９０８によって占有されているように現在示されている位置で、第１の移送チャンバ９０４内に配置されても、これに結合されてもよい。第１の移送チャンバ９０４は、たとえばカリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃ．から入手可能なＣｅｎｔｕｒａ（商標）Ｅｐｉチャンバであるエピタキシチャンバなどの、結晶シリコンまたはシリコンゲルマニウムを形成できる１つまたは複数の処理チャンバに結合することができる。あるいは、第１の移送チャンバ９０４が省かれてもよく、また第２のプラズマ洗浄チャンバ９１６が、第２の移送チャンバ９１０に結合されている通過ステーション９０６内に配置されても、これに結合されてもよい。このような場合には、第２の移送チャンバ９１０は、結晶シリコンまたはシリコンゲルマニウムを形成できる１つまたは複数の処理チャンバに結合されるように構成することができる。
動作中、基板がポッド９３０から真空処理システム９００へ、ロードロックチャンバ９１２のうちの１つの中に置かれている輸送カセット（図示せず）に入れられて搬送される。第２の移送チャンバ９１０内のロボット輸送機構は、基板をロードロックチャンバ９１２から第１のプラズマ洗浄チャンバ９１４まで１度に１枚輸送し、この第１のプラズマ洗浄チャンバでは、たとえば図１に見られる処理の洗浄処理が行われて、酸化物が基板の表面から除去される。酸化物が基板表面から除去された後、第２の移送チャンバ９１０内に配置されたロボット輸送機構は、基板を第１のプラズマ洗浄チャンバ９１４から第２のプラズマ洗浄チャンバ９１６まで移送し、この第２のプラズマ洗浄チャンバでは、たとえばボックス１０４に見られる処理の還元処理が行われて、炭素または炭化水素などの汚染物質が基板表面から除去される。ここでの各ステップはまた、逆の順序で、すなわちロボット輸送機構を使用して基板を第２のプラズマ洗浄チャンバ９１６から第１のプラズマ洗浄チャンバ９１４まで移送して、行われてもよいことが企図されている。どちらの場合でも、清浄な基板は次に、第１の移送チャンバ９０４内に配置されたロボット輸送機構によって、第２のプラズマ洗浄チャンバ９１６（または第１のプラズマ洗浄チャンバ９１４）から１つまたは複数の処理チャンバ９０２ａ〜９０２ｄまで移送される。１つまたは複数の処理チャンバ９０２ａ〜９０２ｄは、ボックス１０６に記載されたエピタキシャル堆積などの層形成処理が行われるエピタキシ処理チャンバを含み得る。
１つまたは複数の処理チャンバ９０２ａ〜９０２ｄでの処理が完了すると、第１の移送チャンバ９０４内に配置されたロボット輸送機構は、基板を処理チャンバ９０２のうちのどれか１つから通過ステーション９０８まで移動させる。次に基板は、第２の移送チャンバ９１０内に配置されたロボット輸送機構によって通過ステーション９０８から取り出され、別のロードロックチャンバ９１２まで移送され、このロードロックチャンバを通して基板が真空処理システム９００から引き出される。
３つのボックス１０３、１０４および１０６すべての処理が同一の真空処理システム９００の中で実行されるので、基板が様々なチャンバの間で移送されるときに真空が損なわれず、これにより、汚染の可能性が低減し、堆積エピタキシャル膜の品質が改善する。基板の移動は、本明細書では説明の目的で記述されていることを理解されたい。制御器（図示せず）を使用して、適用例によって変わり得る所望の順序付けプログラムに従って真空処理システム９００中の基板の移動をスケジュールすることができる。
本開示の利点には、２つの異なるタイプの予洗浄チャンバを同一の真空処理システムのエピタキシャル処理チャンバと一体化する、改善された真空処理システムが含まれる。予洗浄処理チャンバは、第１のプラズマ洗浄処理チャンバおよび第２のプラズマ洗浄処理チャンバを含み得る。同一の真空処理システムに２つのタイプの表面材料除去チャンバが共存すると、表面前処理とエピタキシャル堆積の間で基板が真空中にとどまることができ、これにより、基板が外界に曝される時間が低減するとともに、別の処理チャンバまたはシステムで基板を準備する必要がなくなる。このアーキテクチャではまた、２つの移送チャンバ間の通過ステーションが予洗浄処理チャンバとしても機能するので、真空システム上の処理チャンバの数を最大限にし、これによっても基板の総ハンドリング時間が低減する。
図１の処理の一例は、図２の処理チャンバ３００で実行することができる。アルゴンが遠隔プラズマ源３５０を通され、アルゴンの２５％のＨＦからなる第１の混合物が入口３５６を通され、アルゴンの２５％のＮＦ3からなる第２の混合物が入口３５６または第２の入口を通される。遠隔プラズマは、２ｓＬｍで流れるアルゴンガスに５００Ｗのマイクロ波またはＲＦ出力を加えることによって形成される。第１の混合物は入口３５６に５００ｓｃｃｍで流され、第２の混合物は第２の入口に５００ｓｃｃｍで流される。基板は、温度制御流体をチャネル５４４（図４に示す）に通すことによって摂氏３０度の温度に維持される。加熱要素５２０に電力が供給されて温度制御が行われ得る。チャンバは１０トールの圧力に維持され、基板は、基板表面のすべての所望の酸素を昇華可能な固体に変換するのに適している時間、たとえば３００秒間処理される。基板は次に、基板表面の加熱を行うために摂氏約３００℃に加熱されているガス分配プレート３２６の近くに移動される。基板は、基板表面に形成された固体を昇華させるために、ガス分配プレート３２６からの熱輻射の近傍に１〜５分間保持されて、無酸素の表面が残る。次に基板は、任意選択で不活性雰囲気のもとで熱処理されて、フッ素含有種などの酸素除去処理の残留種がもしあれば除去され得る。この熱処理には、熱処理チャンバ内に基板を配置し、チャンバ内の熱処理装置に通電して基板を約１分間、摂氏約３００度の温度に加熱することが含まれ得る。
図１の処理１０４の一例は、図２の処理チャンバ３００で実行することができる。水素ガスが、５００Ｗのマイクロ波またはＲＦ出力で電力供給される遠隔プラズマ源３５０を２ｓＬｍで通される。基板は、基板支持体３１４を加熱することによって摂氏約５００度の温度に維持され、処理領域３３０は約１トールの圧力に維持される。基板はこれらの条件で、所望のすべての汚染物質または外来種を除去するのに適切な時間処理され、水素が基板の表面をたとえば約１分間終端する。次に基板は任意選択で、遠隔プラズマ源３５０のプラズマ出力を中断しながら、アルゴンなどの不活性ガスを導管３６０に通して供給することによって不活性雰囲気のもとで、さらに熱処理またはアニールすることができる。基板は、摂氏６００度のアニール温度に維持することができる。あるいは、基板は、たとえば図８に関連して説明した処理システム９００に結合できるアニールチャンバまで移動させてから、いかなる残留表面欠陥も除去して欠陥および不純物が最少の、均一に清浄で秩序だった表面結晶構造を残すために、摂氏８００〜１０００度などの高温でアニールする、すなわち熱処理ことができる。
上記は本開示の諸実施態様を対象としているが、本開示のその他のさらなる実施態様を本開示の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができる。

Claims (15)

  1. 少なくとも１つの膜形成チャンバに結合された第１の移送チャンバと、
    第２の移送チャンバと、
    前記第１または第２の移送チャンバに結合されたプラズマ汚染物質除去チャンバであって、上に配置された基板を摂氏６５０度の温度まで加熱するように動作可能な、加熱される基板支持体を有するプラズマ汚染物質除去チャンバと、
    前記第２の移送チャンバに結合されたロードロックチャンバと
    を備える、真空処理システム。
  2. 前記プラズマ汚染物質除去チャンバが、前記チャンバの蓋に結合された遠隔プラズマ源を備える、請求項１に記載の真空処理システム。
  3. 前記膜形成チャンバがエピタキシチャンバである、請求項１に記載の真空処理システム。
  4. 前記プラズマ汚染物質除去チャンバが水素プラズマ処理チャンバである、請求項３に記載の真空処理システム。
  5. アニールチャンバをさらに備える、請求項４に記載の真空処理システム。
  6. 前記膜形成チャンバが、平面図で長方形の箱の形状を有する、請求項３に記載の真空処理システム。
  7. 前記膜形成チャンバが複数のスポットランプを備える、請求項３に記載の真空処理装置。
  8. 少なくとも１つの気相エピタキシチャンバに結合された第１の移送チャンバと、
    １つまたは複数の通過ステーションによって前記第１の移送チャンバに結合された第２の移送チャンバと、
    前記第１または第２の移送チャンバに結合されたプラズマ汚染物質除去チャンバであって、
    遠隔プラズマ源、
    磁気イオンフィルタ、および
    上に配置された基板を摂氏４００度から摂氏６５０度の間の温度まで加熱するように動作可能な基板支持体を含むプラズマ汚染物質除去チャンバと、
    前記第２の移送チャンバに結合されたロードロックチャンバと
    を備える、真空処理装置。
  9. 前記少なくとも１つの気相エピタキシチャンバが平面図で長方形の箱の形状を有する、請求項８に記載の真空処理装置。
  10. 前記少なくとも１つの気相エピタキシチャンバがエピタキシチャンバである、請求項８に記載の真空処理装置。
  11. 前記遠隔プラズマ源が前記チャンバの蓋に結合される、請求項８に記載の真空処理装置。
  12. 前記少なくとも１つの気相エピタキシチャンバが複数の細長い管型輻射加熱要素を備える、請求項８に記載の真空処理装置。
  13. 前記少なくとも１つの気相エピタキシチャンバが複数のスポットランプを備える、請求項１２に記載の真空処理装置。
  14. 前記少なくとも１つの気相エピタキシチャンバが複数のスポットランプを備える、請求項８に記載の真空処理装置。
  15. アニールチャンバをさらに備える、請求項７に記載の真空処理装置。
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