JP5882233B2 - 堆積プロセスのための方法および装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、一般に処理機器および処理機器を使用する方法に関する。
サセプタプレートは、エピタキシャル堆積、エッチング、熱酸化などのプロセスの期間、基板を支持するために使用され得る。いくつかのプロセスにおいて、サセプタプレートは、中央の凹部またはポケット、および処理される基板を、基板の外縁に近接して支持する支持レッジで構成され得る。ポケットは、基板の裏側から放射されるエネルギーを、基板に反射して戻すことにより、基板温度の制御を助けるように働くことができる。ポケットは、処理期間、リフトピンが引込み位置にいるとき、支持面として働くこともできる。
そのような装置が使用される１つのプロセスは、交互堆積およびエッチングプロセスを使用する、選択的エピタキシャル堆積である。選択的エピタキシャル堆積の交互堆積およびエッチングプロセスは、実質的に異なる圧力で実施されなければならない。例えば、堆積プロセスは、約１０トルの圧力で実施されてもよく、エッチングプロセスは、約３００トルの圧力で実施されてもよい。圧力の差異によって、チャンバ圧力を繰り返し変更することが必要となり、プロセスのスループットを遅らせ、望ましくない。加えて、本発明者は、基板の表側と裏側の間の圧力差によってサセプタプレート上の基板が移動することを避けるために、圧力をゆっくりと変えなければならないことを発見した。残念ながら、堆積プロセスとエッチングプロセスの間で、圧力をゆっくり変えることによって、プロセスのスループットがさらに遅くなる。
本発明者は、リフトピンが、基板の裏側からの放射エネルギーの反射に望ましくない影響を及ぼす場合があることも発見した。そのため、サセプタポケット内にリフトピンがある既存の構成によって、基板上に、望ましくない不均一な温度プロファイルをもたらす場合がある。
したがって、本発明者は、上述の制限を克服するため、新規のサセプタ設計、プロセス装置、および堆積プロセスを考案した。
堆積プロセスのための方法および装置を、本明細書で提供する。いくつかの実施形態において、装置は、サセプタプレートの上面内に配設されるポケットを有し、かつ上面内に形成されポケットを取り囲むリップを有するサセプタプレートであって、リップがリップ上に基板を支持するように構成される、サセプタプレートと、ポケットからサセプタプレートの上面に延在し、基板がリップ上に配設されるとき、基板の裏側とポケットの間に閉じ込められるガスを排気する複数の通風口とを含む基板支持体を含むことができる。
いくつかの実施形態において、装置は、内部エッジを有し内部エッジ上に基板を支持するサセプタリングと、中央支持体から放射状に延在する支持部材を有し支持部材上でサセプタリングを支持する中央支持体であって、支持部材が支持部材のサセプタリングに面する側に複数のリフトピン支持面を有し、サセプタリングに面する側と支持部材の裏側の間の各リフトピン支持面を通って配設される孔を各リフトピン支持面が有する中央支持体と、各リフトピンが各リフトピン支持面内の孔を通って移動可能に配設され、リフトピンが引込み位置にいるとき、リフトピン支持面によって支持される、複数のリフトピンとを含むことができる。
いくつかの実施形態において、基板支持体は、サセプタプレートの上面に配設されるポケットを有し、上面に形成されポケットを取り囲むリップを有するサセプタプレートであって、リップがリップ上に基板を支持するよう構成される、サセプタプレートと、ポケットからサセプタプレートの裏側に延在し、基板が存在するとき基板の裏側とポケットの間に閉じ込められるガスを排気する複数の通風口であって、ポケットからサセプタプレートの裏側へ、サセプタプレートの中心軸に平行な方向に、見通し線がないように構成される複数の通風口とを含むことができる。
いくつかの実施形態において、装置は、プロセスチャンバ内に配設される本明細書で開示の実施形態のいずれかに記載される基板支持体を有するプロセスチャンバであって、基板支持体の上に配設される第１の容積および基板支持体の下に配設される第２の容積を含む内部容積を有するプロセスチャンバと、第１の容積にプロセスガスを提供するように基板支持体の上に配設され、基板支持体上に配設される基板を処理する第１のガスの入り口と、第２の容積に加圧ガスを提供するように基板支持体の面の下に配設され、チャンバ圧力を所望の圧力ランピング速度で所望のチャンバ圧力に上昇することを可能にする第２のガスの入り口とを有するプロセスチャンバを含むことができる。
いくつかの実施形態において、装置は、プロセスガスおよび加圧ガスを提供するためのガスパネルと第１および第２のガスの入り口との間に結合された圧力制御バルブをさらに含み、圧力制御バルブがプロセスガスおよび加圧ガスの流れを調整し、そのため、圧力を所望の圧力ランピング速度で増加する期間に、チャンバ圧力が所望のチャンバ圧力を実質的に超えない。
いくつかの実施形態において、基板上にエピタキシャル層を選択的に堆積する方法は、基板支持体が内部容積内に配設され、基板が基板支持体上に配設される内部容積を有するプロセスチャンバを用意するステップであって、内部容積が、基板支持体の上に第１の内部容積および基板支持体の上面の下に第２の内部容積を備え、エピタキシャル層を第１の面上に堆積するための第１の面および第２の面を基板が有する、ステップと、堆積ガスを流して、基板の第１の面上に第１のチャンバ圧力でエピタキシャル層を堆積するステップと、エッチングガスを第１の容積内に流して、第２の面上に堆積される第２の層を選択的にエッチングするステップと、加圧ガスを第２の容積内に流し、同時にエッチングガスを第１の容積内に流して、チャンバ圧力を第１のチャンバ圧力よりも高い第２のチャンバ圧力に所望の圧力ランピング速度で上昇させるステップとを含むことができる。
本発明の他のさらなる実施形態が、以下に記載される。
本発明の実施形態は、上で簡単に要約され、下でより詳細に論じられるが、添付の図面に描かれる本発明の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。しかし、他の同様に有効な実施形態を本発明が容認することができるので、添付の図面は、本発明の単に典型的な実施形態を示しており、したがって本発明の範囲を限定すると考えるべきでないことに留意されたい。
本発明のいくつかの実施形態にしたがうプロセスチャンバの概略側面図を示す。 本発明のいくつかの実施形態にしたがうプロセスチャンバの概略側面図を示す。 本発明のいくつかの実施形態にしたがうプロセスチャンバの概略側面図を示す。 本発明のいくつかの実施形態にしたがう基板支持体の一実施形態の概略側面図を示す。 本発明のいくつかの実施形態にしたがう基板支持体の一実施形態の概略側面図を示す。 本発明のいくつかの実施形態にしたがう基板支持体の一実施形態の概略側面図を示す。 本発明のいくつかの実施形態にしたがって、基板上にエピタキシャル層を選択的に堆積する方法のための流れ図を示す。 図５の方法にしたがって、基板上にエピタキシャル層を選択的に堆積するステージを示す。
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、同一の参照番号が使用されている。図は原寸に比例して示されておらず、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が、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企図されている。
堆積プロセスのための方法および装置を、本明細書で開示する。本発明の装置は、本明細書で開示するように、サセプタ設計および／または追加の装置を含み、有利なことには、選択的エピタキシャル堆積プロセスの期間の堆積プロセスとエッチングプロセスの間で切り替えるときなど、処理期間に基板の表側と裏側の間で急速な圧力平衡を可能にすることができる。本発明の装置は、有利なことに、基板全体にわたる温度均一性の改善をさらに可能にすることができる。発明性のある方法も開示され、本発明の装置を用いて発明性のある方法を使用して、圧力を急速に増加し、このことによって、有利なことに、プロセスのスループットを改善することができる。本発明の方法は、有利なことに、堆積期間に、選択性、成長速度、層の品質をさらに維持することができる。
図１は、本発明のいくつかの実施形態にしたがうプロセスチャンバ１００の概略側面図を描く。プロセスチャンバ１００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、ＲＰ ＥＰＩ（登録商標）リアクタ、またはエピタキシャル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され得る。あるいは、プロセスチャンバ１００は、一体型半導体デバイスおよび回路の製造で実施されるプロセスの中でも、とりわけ、堆積プロセス、エッチングプロセス、プラズマ促進堆積および／またはエッチングプロセス、ならびに熱プロセスのうちの少なくとも１つを実施するように適合することができる。具体的には、そのようなプロセスとしては、限定するものではないが、処理期間に急速な圧力変化が使用されるプロセスが挙げられる。
いくつかの実施形態において、プロセスチャンバ１００は、上で論じたように、エピタキシャル堆積プロセスを実施するように適合することができ、例示的に、チャンバ本体１１０、支持システム１３０、およびコントローラ１４０を備える。チャンバ本体１１０は、一般的に、第１の内部容積１０３を有する上部１０２、第２の内部容積１０５を有する下部１０４、および筐体１２０を含む。
上部１０２は、下部１０４上に配設され、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）も企図されている。下部１０４は、第１のガス吸入口１１４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１２４Ａ、前加熱リング１２２、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または（以下で論じられる）サセプタリング１２３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み得ることが企図されている。
いくつかの実施形態において、基板支持体１２４Ａは、一般的に、支持されるサセプタリング１２３、サセプタリング１２３をその上に支持するための基板支持アセンブリ１６４Ａ、および基板リフトアセンブリ１６０を含む。サセプタリング１２３は、図１に概略側面図が、図４Ａに側面図および上面図が図示される。サセプタリング１２３は、その上に基板１２５を支持するための内部エッジ４０２を有する。サセプタリング１２３は、炭化ケイ素コーティングされたグラファイト、固体炭化ケイ素、固体焼結シリコン炭素、または固体無金属焼結炭化ケイ素のうちの少なくとも１つを含むことができる。
本発明者は、サセプタリング設計を使用することによって、有利なことに、従来型のサセプタのポケットに支えられるリフトピンにより処理期間に引き起こされるリフトピンパターンの影響を制限できることを発見した。さらに、サセプタリング設計によって、基板の裏側は、例えばプロセスチャンバ１００の下側ランプ１５４を直接視野に入れ、下側ランプ１５４と基板の裏側の間にサセプタプレートが配設されないので、基板加熱の均一性の改善を実現することができる。さらに、サセプタリング設計によって、例えば、チャンバ圧力が急速に減少するとき、従来型サセプタの支持面と基板の裏側の間に閉じ込められるガス間の圧力差によって引き起こされ得る、基板の摺動、移動などを取り除くことができる。
基板支持アセンブリ１６４Ａは、一般的に、中央支持体１６５から放射状に延在し、中央支持体１６５上にサセプタリング１２３を支持するための支持部材１６３Ａを有する中央支持体１６５を含む。支持部材１６３Ａは、支持部材１６３Ａのサセプタリングに面する側１６８上に複数のリフトピン支持面１６７Ａを含む。各リフトピン支持面１６７Ａは、サセプタリングに面する側１６８と支持部材１６３Ａの裏側１７０の間に、各リフトピン支持面１６７Ａを通って配設されるリフトピン孔１６９Ａを有する。各リフトピン孔１６９Ａは、各リフトピン孔１６９Ａを通って移動可能に配設されるリフトピン１２８を有するように構成することができる。各リフトピン支持面１６７Ａは、リフトピンが引込み位置であるとき、リフトピン１２８を支持するように構成することができる。
いくつかの実施形態において、支持部材１６３Ａは、複数の支持アーム１３４Ａをさらに備える。各支持アーム１３４Ａは、各支持アーム１３４Ａ上に配設されるリフトピン支持面１６７Ａ、および各支持アーム１３４Ａを通って配設されるリフトピン孔１６９Ａを有することができる。いくつかの実施形態において、各支持アーム１３４Ａは、支持アームをサセプタリング１２３に結合するための支持ピン１６６をさらに含むことができる。いくつかの実施形態において、支持アーム１３４Ａの数は３であり、リフトピン１２８の数は３である。
別法として、図示しないが、支持部材は１個の円錐形の部材であってもよい。円錐形の部材は、基板１２５の裏側をプロセスチャンバ１００の第２の内部容積１０５に流体結合するため、円錐形の部材を通って配設される複数の通風口をさらに含むことができる。そのような実施形態において、円錐形の部材は、処理期間に提供される放射エネルギーについて吸収性または透過性であり、基板の温度を所望に応じて制御することができる。
基板リフトアセンブリ１６０は、中央支持体１６５の周りに配設され、中央支持体１６５に沿って軸方向に移動可能であってもよい。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上に選択的に載る複数のリフトピンモジュール１６１を備える。いくつかの実施形態において、リフトピンモジュール１６１は、リフトピン１２８がベース１２９に結合される、任意選択のベース１２９を備える。別法として、リフトピン１２８の底部がパッド１２７上に直接載ることができる。加えて、リフトピン１２８を上昇および下降させるための他の機構も使用することができる。
各リフトピン１２８は、各支持アーム１３４Ａ内のリフトピン孔１６９Ａを通って移動可能に配設され、例えば基板１２５がサセプタリング１２３上に下げられたときなど、リフトピン１２８が引込み位置であるとき、リフトピン支持面１６７Ａ上に載せることができる。動作の際に、基板リフトシャフト１２６は、リフトピン１２８と係合するため動かされる。係合すると、リフトピン１２８は、基板１２５を基板支持体１２４の上方に上げる、または基板１２５をサセプタリング１２３に接するまで下げることができる。
基板支持体１２４Ａは、本明細書で開示される発明性のある基板支持体の一実施形態である。しかし、基板支持体のさらなる実施形態が、プロセスチャンバ１００、例えば図２のプロセスチャンバ１００内ならびに図４Ｂの概略側面図内および概略上面図内にインサイチュで描かれる基板支持体１２４Ｂ、または図３のプロセスチャンバ１００内ならびに図４Ｃの概略側面図内および概略上面図内にインサイチュで描かれる基板支持体１２４Ｃとともに使用することができる。
図２および図４Ｂに描かれる基板支持体１２４Ｂは、サセプタプレート４０４の上面４０８に配設されるポケット４０６を有するサセプタプレート４０４、基板支持アセンブリ１６４Ｂ上にサセプタプレート４０４を支持するための基板支持アセンブリ１６４Ｂ、および上で論じたような基板リフトアセンブリ１６０を含むことができる。
サセプタプレート４０４は、上で論じたサセプタリング１２３と同様の材料を含むことができる。サセプタプレート４０４は、上面４０８内に形成され、ポケット４０６を取り囲むリップ４１０をさらに備える。リップ４１０は、図示のように、リップ４１０の上に基板１２５を載せるまたは支持するよう構成することができる。ポケット４０６の面４０７は、（図示のように）凹状または任意の好適な形状であり、基板１２５の加熱を制御し均一にするため、放射エネルギーを吸収および反射することができる。
基板支持体１２４Ｂは、ポケット４０６からサセプタプレート４０４の上面４０８に延在する複数の通風口４１２を含み、ポケット４０６内に閉じ込められるガスをプロセスチャンバの上部１０２の第１の内部容積１０３に排気する。上で論じたように、通風口なしでは、処理の期間、例えば基板１２５が基板支持体１２４Ｂ上などに、最初に配置されるとき、ガスが閉じ込められる可能性がある。例えばチャンバ圧力の急速な圧力低下期間に、ガスが閉じ込められたままである場合、閉じ込められたガスは、低下したチャンバ圧力に対して膨張し、基板１２５を、基板支持体１２４Ｂ上の基板１２５の場所から、跳ね上がる、移動する、または動くことを引き起こす可能性がある。
いくつかの実施形態において、通風口４１２のうちの１つまたは複数は、（図４Ｂに示すように）溝４１４であってもよい。各溝４１４は、ポケット４０６の内部４１６からサセプタプレート４０４のリップ４１０を超える点に放射状に延在し、ポケット４０６からサセプタプレート４０４の上面４０８にガスを排気することを可能にすることができる。いくつかの実施形態において、１つまたは複数の通風口４１２は、ポケットの内部４１６からサセプタプレート４０４のリップ４１０の部分に放射状に延在し、（図４Ｂ内の４０９で点線で図示されるように）基板１２５がリップ４１０上に配設されるとき、基板１２５のエッジが位置する場所を超え放射状に配置された溝であってもよい。各溝は、任意の好適な深さおよび／または長さに切ることができ、溝の間の数および／または間隔は、ガスをポケット４０６から急速に排気することを実施するように選択することができる。例えば、溝は（図２に示すように）サセプタプレート４０４を完全に貫通して延在することができ、または溝は（図４Ｂに示すように）サセプタプレート４０４を単に部分的に通って延在することができる。
いくつかの実施形態において、通風口４１２のうちの１つまたは複数は、リップ４１０に近接して配設され、サセプタプレート４０４の上面４０８内かつポケット４０６内に、リップ４１０を超えて、孔が放射状に延在するような直径を有する孔であってもよい。各孔は、任意の好適な深さおよび／または直径に機械加工することができ、孔の間の数および／または間隔は、ガスをポケット４０６から急速に排気することを可能にするように選択することができる。
基板支持アセンブリ１６４Ｂは、一般的に、中央支持体１６５から放射状に延在し、中央支持体１６５上にサセプタプレート４０４を支持するための支持部材１６３Ｂを有する中央支持体１６５を含む。リフトピンが引込み位置であるときに各リフトピン１２８を支持するためのリフトピン支持面を支持部材１６３Ｂが含まない点で、支持部材１６３Ｂは、一般的に支持部材１６３Ａと異なってもよい。いくつかの実施形態において、支持部材１６３Ｂは、複数の支持アーム１３４Ｂをさらに備える。いくつかの実施形態において、各支持アーム１３４Ｂは、支持アームをサセプタプレート４０４に結合するための支持ピン１６６をさらに含むことができる。いくつかの実施形態において、３つの支持アーム１３４Ｂが設けられるが、より多くの数を同様に使用することができる。
基板支持体１２４Ｂは、ポケット４０６とサセプタプレート４０４の裏側４１８の間のサセプタプレート４０４内に配設される複数のリフトピン孔１６９Ｂをさらに含む。基板支持体１２４Ｂは、複数のリフトピン１２８をさらに含み、各リフトピン１２８は、各リフトピン孔１６９Ｂを通って移動可能に配設されるように構成される。基板支持体１２４Ｂは、複数のリフトピン支持面１６７Ｂをさらに含み、各リフトピン支持面は、各リフトピン孔のポケットに面する側４２０上に配設され、リフトピンが引込み位置であるとき、リフトピン１２８を支持するように構成される。
各リフトピン支持面１６７Ｂは、例えばリフトピン１２８がリフトピン孔１６９Ｂを通って落下することを防止するため、各リフトピン１２８の形状が一致するように、かつ／または例えばポケット４０６の面４０７からの放射エネルギーの吸収および反射との干渉を最小化するため、各リフトピン１２８の上部（例えば、ヘッド）をポケット４０６の面４０７と実質的に面一にするように構成することができる。例えば、（図４Ｂに例示される）いくつかの実施形態において、各リフトピン支持面１６７Ｂは、リフトピン１２８の座面４２４の形状と一致する、円錐形の面４２２を含むことができる。
基板支持体１２４Ｂは、中央支持体１６５の周りに配設され、リフトピン１２８を係合するため、中央支持体１６５に沿って軸方向に移動可能な基板リフトアセンブリ１６０をさらに含み、基板１２５を基板支持体１２４Ｂに対して上昇および下降する。基板リフトアセンブリ１６０の実施形態は、上で詳細に論じた。
本発明のいくつかの実施形態にしたがう基板支持体１２４Ｃは、図３のプロセスチャンバ１００内および図４Ｃ内の概略側面図および概略上面図内にインサイチュで描かれる。基板支持体１２４Ｃは、上で論じたように、サセプタプレート４２６の上面４２８内に配設されるポケット４０６を有するサセプタプレート４２６、基板支持アセンブリ１６４Ｂ上にサセプタプレート４２６を支持するための基板支持アセンブリ１６４Ｂ、および基板リフトアセンブリ１６０を含む。基板支持体１２４Ｃは、下で論ずるように、サセプタプレート４２６を除いて、基板支持体１２４Ｂと実質的に同様であってもよい。
サセプタプレート４２６は、上で論じたように、サセプタリング１２３およびサセプタプレート４０４と同様の材料を含むことができる。サセプタプレート４２６は、上面４２８内に形成され、ポケット４０６を取り囲むリップ４１０をさらに備える。リップ４１０は、図示のように、リップ４１０の上に基板１２５を載せるまたは支持するよう構成することができる。ポケット４０６の面４０７は、（図示のように）凹状または任意の好適な形状であって、基板１２５の加熱を制御し均一にするため、放射エネルギーを吸収および反射することができる。
基板支持体１２４Ｃは、サセプタプレート４２６を通って配設される複数の通風口４３０を含む。通風口４３０は、ポケット４０６からサセプタプレート４２６の裏側４３２に延在し、基板が存在するときポケット４０６内に閉じ込められるガスを排気することを可能にする。通風口４３０は、ポケット４０６からサセプタプレート４２６の裏側４３２へ、サセプタプレート４２６の中心軸４３４に平行な方向に、垂直の見通し線がないように構成される。サセプタプレート４２６の裏側４３２に直接の見通し線を有さないことによって、有利なことに、放射エネルギーがポケット４０６から（反射ではなく）逃げることを制限することを本発明者は発見した。いくつかの実施形態において、各通風口４３０は、ポケットの周辺エッジに近接して配設され、ポケットの外部エッジに沿って円周方向に走るスロット４３３である。
基板支持体１２４Ｃの他の構成要素、例えば、基板支持アセンブリ１２４Ｂ、基板リフトアセンブリ１６０、リフトピン１２８などは、上で基板支持体１２４Ｂ用に記載したものと実質的に同様である。
プロセスチャンバ１００に戻って、処理期間に、基板１２５は基板支持体１２４上に配設される。ランプ１３６、１３８、１５２、および１５４は、赤外（ＩＲ）放射（すなわち熱）の源であり、動作に際し、基板１２５にわたって所定の温度分布を生成する。いくつかの実施形態において、リッド１０６、クランプリング１１６、および下部ドーム１３２は、石英から形成されるが、他のＩＲ透過性で、プロセス互換性のある材料を使用してこれらの構成要素を形成することもできる。
プロセスチャンバ１００は、プロセスチャンバ１００の第１の内部容積１０３および第２の内部容積１０５にプロセスガスを供給するためのガスパネル１１３をさらに含む。例えば、ガスパネル１１３は、堆積ガス、エッチャントなどのプロセスガス、および／またはキャリアガス、希釈のためのガス、チャンバ加圧のためのガスなど他のガスを提供することができる。ガスパネル１１３は、プロセスチャンバ１００に下部ドーム１３２で結合される、第１のガス吸入口１１４および第２のガス吸入口１１５にガスを提供する。第２のガス吸入口１１５の（例えば、下部ドーム１３２における）結合点は、単に例示であり、第２のガス吸入口１１５が第２の内部容積１０５にガスを提供することを可能にする、任意の好適な結合点を使用することができる。
一般的に、第１のガス吸入口１１４は、第１の内部容積１０３にプロセスガスを提供し、上で論じた基板支持体１２４の実施形態のいずれかの上に配設される基板１２５を処理する。第２のガス吸入口１１５は、第２の内部容積１０５に加圧ガスを提供し、チャンバ圧力を所望のチャンバ圧力に所望の圧力ランピング速度で上昇させることを可能にする。いくつかの実施形態において、所望のチャンバ圧力は、約３０から約６００トルの範囲にわたる。いくつかの実施形態において、所望の圧力ランピング速度は、約３０から約１５０トル毎秒の範囲にわたる。
いくつかの実施形態において、選択的エピタキシャル堆積プロセスのエッチング部分の期間にチャンバ圧力を増加させるとき、エッチャントガスを含むプロセスガスを、第１のガス吸入口１１４を介して、第１の内部容積１０３に流すことができる。同時に、加圧ガスを第２のガス吸入口１１５を介して、第２の内部容積１０５に流し、選択的堆積プロセスのエッチング部分のために、チャンバ圧力を所望の圧力に上昇させることを可能にすることができる。本発明者は、加圧ガスを第２のガス吸入口１１５を介して流すことによって、堆積される膜の品質および選択性が維持される一方プロセススループットが改善されることを発見した。
いくつかの実施形態において、プロセスチャンバ１００は、プロセスガスおよび加圧ガスを供給するためのガスパネル１１３と第１のガス吸入口１１４および第２のガス吸入口１１５の間に結合される圧力制御バルブ１１７を含む。圧力制御バルブは、プロセスガスおよび加圧ガスの流れを調整することができ、そのため、圧力を所望の圧力ランピング速度で増加する期間に、チャンバ圧力が所望のチャンバ圧力を実質的に超えない（例えば、チャンバ圧力は、所望のチャンバ圧力を、約１０％より多く、または約３％から約５％だけ超えることがない）。
支持システム１３０は、プロセスチャンバ１００内で、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）を実施および監視するため使用される構成要素を含む。そのような構成要素としては、一般的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、電源、プロセス制御機器など）が挙げられる。これらの構成要素は、当業者にはよく知られており、明快にするために図からは省略される。
コントローラ１４０は、一般的に中央処理装置（ＣＰＵ）１４２、メモリ１４４、および支持回路１４６を備え、（図１に示すように）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と関連するコンピュータ（またはコントローラ）を介して、プロセスチャンバ１００および支持システム１３０に結合されプロセスチャンバ１００および支持システム１３０を制御する。
図５は、本発明のいくつかの実施形態にしたがって、基板上にエピタキシャル層を選択的に堆積させる方法５００のための流れ図を示す。本発明の方法は、上で論じた、プロセスチャンバ１００および基板支持体１２４の実施形態のいずれかとともに使用することができる。しかし、本発明の方法は、図１および図４Ａに例示される基板支持体１２４Ａの実施形態にしたがって、下で論ずることになる。さらに、図６は、図５の方法にしたがって、基板上にエピタキシャル層を選択的に堆積するステージを描く。
方法５００は、基板支持体１２４Ａがプロセスチャンバ１００内に配設され、基板１２５が基板支持体１２４上に配設される、内部容積を有するプロセスチャンバ１００を用意することによって、５０２において開始し、内部容積は、基板支持体１２４Ａの上の第１の内部容積１０３およびサセプタリング１２３の下かつ基板１２５の裏側の第２の内部容積１０５を備える。プロセスチャンバ１００および基板支持体１２４Ａの簡略化した概略図が、図６Ａに描かれる。
５０４において、基板１２５は、その上にエピタキシャル層を堆積する第１の面６０２および反対側の第２の面６０４を有して用意される（図６Ｂに図示）。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み得る。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み得る。
５０６において、堆積ガスが流され、第１のチャンバ圧力で基板１２５の第１の面６０２上にエピタキシャル層６０６を堆積する（図６Ｃに図示）。いくつかの実施形態において、第１のチャンバ圧力は、約０．１から約１００トルの範囲にわたる。いくつかの実施形態において、堆積ガスはシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、メチルシラン（Ｈ３ＣＳｉＨ３）などのうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態において、エピタキシャル層は、シリコンおよび炭素を含む。
５０６における堆積プロセス期間に、第２の層６０８を第２の面６０４上に形成することができる。第２の層６０８は、エピタキシャル層６０６と化学組成では同様であるが、化学構造では異なる場合がある。例えば、第２の層６０８は、エピタキシャル層６０６と異なり、下で論じられるように選択的エッチングプロセスをより受けやすい、非晶質構造、多結晶構造、アモルファス構造、または任意の好適な結晶構造または非晶質構造であってもよい。
５０８において、エッチングガスが第１の内部容積１０３内に流され、第２の面６０４上に堆積された第２の層６０８を選択的にエッチングする。例えば、エッチングガスは、上で論じたように、第１のガス吸入口１１４を介して第１の内部容積１０３内に流すことができる。いくつかの実施形態において、エッチングガスは、塩化水素（ＨＣｌ）、塩素（Ｃｌ２）、ゲルマン（ＧｅＨ４）、塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、四塩化炭素（ＣＣｌ４）などのうちの少なくとも１つを含む。
５１０において、エッチングガスを第１の内部容積１０３内に流すことと同時に、加圧ガスが第２の内部容積１０５内に流され、チャンバ圧力を、第１のチャンバ圧力より高い第２のチャンバ圧力に、所望の圧力ランピング速度で上昇させる。例えば、加圧ガスは、上で論じたように、第２のガス吸入口１１５を介して第２の内部容積内に流すことができる。いくつかの実施形態において、加圧ガスは、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などのうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態において、第２のチャンバ圧力は、約３０から約６００トルの範囲にわたる。いくつかの実施形態において、所望の圧力ランピング速度は、約３０から約１５０トル毎秒の範囲にわたる。
エッチングプロセスは、典型的には第２の圧力で起こる。いくつかの実施形態において、加圧されたガスを第２の内部容積１０５に流し、一方同時にエッチングガスを第１の内部容積１０３内に流すことにより（例えば、５０８および５１０は同時にまたは重複して起こる）、圧力を（例えば、第１の圧力から第２の圧力に）増加することができる。この手法は、有利なことにプロセススループットを改善することができる。しかし、エッチングは圧力が特定の閾値圧力（例えば、約８０トル、または約３０から約６００トルの間）を超えたときにのみ起こるので、いくつかの実施形態において、第２の圧力は、最初に（例えば、５１０において）加圧ガスで増加することができ、次いで（例えば、５０８において）エッチングガスを第１の内部容積１０３内にエッチングのため流すことができる。上で論じたように５０８の前に５１０を実施することは、より良いプロセス制御を実現することができるが、このことはまた、エッチングをしない、数秒（例えば、最大７秒）のランピング時間を無駄にする。同時にエッチングガスを流すことによって、ランピング期間にいくらかのエッチングが起こることになり、このことにより、安定な第２のチャンバ圧力で必要なエッチング時間を短縮する。しかし、エッチングのほとんどは、依然として第２のチャンバ圧力に到達したときに起こる。そのため、５０８および５１０は、いずれの順番で生じても、または部分的にもしくは完全に重複して生じてもよい。
加圧ガスとエッチングガスを組み合わせて使用して、チャンバ圧力を好適なチャンバ圧力に上昇させ、図６Ｄに図示するように、第２の層６０８を選択的にエッチングする。堆積プロセスおよびエッチングプロセスは、数回、または所望の厚さのエピタキシャル層が基板上に堆積されるまで、繰り返すことができる。例えば、選択的エッチングプロセスが完了した後、連続する堆積ステップのために、チャンバ圧力を、急速に減少する場合がある。上で論じたように、ポケットがない（例えば、基板支持体１２４Ａ）、または排気型ポケットの使用（例えば、基板支持体１２４Ｂ、１２４Ｃ）のいずれかによって、基板１２５は、堆積プロセスのためのチャンバ圧力の急速な低下期間に、基板支持体上で安定したままでいる。
かくして、堆積プロセスの方法および装置が、本明細書で開示された。本発明の装置は、上で開示されたように、サセプタ設計および／または追加の装置を含み、有利なことに、異なる圧力を使用する堆積プロセスとエッチングプロセスの間で切り替えるときなど、処理期間に、基板の表側と裏側の間で、急速な圧力平衡を可能にすることができる。本発明の装置は、有利なことに、基板全体にわたる温度均一性を改善することをさらに可能にすることができる。発明性のある方法も開示され、本発明の装置を用いて発明性のある方法を使用して、圧力を急速に増加し、一方堆積期間に、選択性、成長速度、および層の品質を維持することができる。
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。

Claims (12)

  1. サセプタプレートの上面内に配設されるポケットを有し、かつ前記上面内に形成され前記ポケットを取り囲むリップを有するサセプタプレートであって、前記リップが前記リップ上に基板を支持するように構成される、サセプタプレートを備え、
    前記サセプタプレートは、前記ポケットから前記サセプタプレートの前記上面の位置まで延在し、基板が前記リップ上に配設されるとき、前記基板の裏側と前記ポケットの間に閉じ込められるガスを前記サセプタプレートの上方に排気する複数の通風口を有する、基板支持体。
  2. 各通風口が、前記ポケットの内部から、前記サセプタプレートの前記リップを超えるが前記サセプタプレートの端部を超えない点まで、または、前記サセプタプレートの前記リップの部分まで放射状に延在し、前記基板が前記リップ上に配設されるときに前記基板の端部が位置する場所を超えて、放射状に配置される溝である、請求項１に記載の基板支持体。
  3. 各通風口が、前記リップに近接して配設された孔であり、前記孔の一部分が前記サセプタの前記上面内に形成され、残りの部分が前記ポケット内に形成される、請求項１に記載の基板支持体。
  4. サセプタプレートの上面内に配設されるポケットを有し、かつ前記上面内に形成され前記ポケットを取り囲むリップを有するサセプタプレートであって、前記リップが前記リップ上に基板を支持するように構成されるサセプタプレートを備え、
    前記サセプタプレートは、前記サセプタプレートを通って配設される複数のリフトピン穴を有し、
    前記サセプタプレートは、前記ポケットから前記サセプタプレートの裏側に延在し、基板が存在するとき前記基板の前記裏側と前記ポケットの間に閉じ込められるガスを排気する複数の通風口であって、前記通風口が、前記ポケットから前記サセプタプレートの前記裏側へ、前記サセプタプレートの中心軸に平行な方向に、見通し線がないように構成される複数の通風口を有し、前記複数の通風口は、弓形であり、かつ前記複数のリフトピン穴の間に配設される、基板支持体。
  5. 各通風口が、前記ポケットの周辺端部に近接し、前記周辺端部に沿って円周方向に配設されるスロットである、請求項４に記載の基板支持体。
  6. 前記ポケットの面が凹状である、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板支持体。
  7. 中央支持体から放射状に延在する支持部材を有する中央支持体をさらに備え、前記サセプタプレートが前記支持部材上に支持される、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板支持体。
  8. 前記サセプタプレートを通り、前記ポケットと前記サセプタプレートの裏側の間に配設される複数のリフトピン孔と、
    複数のリフトピンであって、各リフトピンがそれぞれのリフトピン孔を通って移動可能に配設される複数のリフトピンと
    をさらに備える、請求項７に記載の基板支持体。
  9. 前記中央支持体の周りに配設され、各リフトピンを係合するため、前記中央支持体に沿って軸方向に移動可能であり、基板を前記サセプタプレートに対して上昇または下降する基板リフトアセンブリをさらに備える、請求項８に記載の基板支持体。
  10. 前記サセプタプレートが、炭化ケイ素コーティングされたグラファイト、固体炭化ケイ素、固体焼結シリコン炭素、または固体無金属焼結炭化ケイ素のうちの少なくとも１つを含む、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板支持体。
  11. チャンバ本体の内部容積内に配設される請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板支持体を有するチャンバ本体であって、前記内部容積が、前記基板支持体の上に配設される第１の容積および前記基板支持体の下に配設される第２の容積を備える、チャンバ本体と、
    前記第１の容積にプロセスガスを提供するように前記基板支持体の上に配設され、前記基板支持体上に配設される基板を処理する第１のガスの入り口と、
    前記第２の容積に加圧ガスを提供するように前記基板支持体の前記面の下に配設され、チャンバ圧力を所望の圧力上昇速度で所望のチャンバ圧力に上昇することを可能にする第２のガスの入り口と
    を備えるプロセスチャンバ。
  12. 前記プロセスガスおよび加圧ガスを提供するためのガスパネルと前記第１および第２のガスの入り口との間に結合された圧力制御バルブをさらに備え、前記圧力制御バルブが前記プロセスガスおよび加圧ガスの流れを調整し、そのため、前記圧力を前記所望の圧力上昇速度で上昇する期間に、前記チャンバ圧力が前記所望のチャンバ圧力を超えない、請求項１１に記載の基板プロセスチャンバ。
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