JP7046162B2 - 高選択性酸化物除去および高温汚染物質除去と統合されたエピタキシシステム - Google Patents

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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化物除去チャンバと、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含む、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およびＨＦ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化物を除去すること；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炭化水素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、第１の移送チャンバと；第１の移送チャンバに結合された少なくとも１つの気相エピタキシチャンバと；第１の移送チャンバに結合されたプラズマ酸化物除去チャンバであって、混合チャンバおよびガス分配器を有するシャワーヘッドと；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結している第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結している第２のガス入口と；基板支持面、基板支持体に埋め込まれた冷却チャネルを有する基板支持体とを含む、プラズマ酸化物除去チャンバと；第１または第２の移送チャンバに結合されたプラズマ駆動汚染物質除去チャンバであって、プラズマ源、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を備える、真空処理装置が記載される。
本明細書にはまた、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２の移送チャンバに結合された少なくとも１つの気相エピタキシチャンバと；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化物除去チャンバであって、混合チャンバおよびガス分配器を有するシャワーヘッドと；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結している第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結している第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結している第３のガス入口と；基板支持面、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を有する基板支持体とを含む、プラズマ酸化物除去チャンバと；第１または第２の移送チャンバに結合されたプラズマ駆動汚染物質除去チャンバであって、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の洗浄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。 図２Ａの処理チャンバの一部分の拡大図である。 １つの実施形態による、基板支持体の断面詳細図である。 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。 本明細書に提示された本開示の一実施形態による、図４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。いくつかの実施形態では、処理シーケンス１００のボックス１０２～１０６のうちの２つ以上が、図９に示された、以下でさらに説明する真空処理システムなどの１つの処理システムにおいて実行されてよい。
ボックス１０２で、酸化物は、洗浄処理を用いて半導体基板の表面から除去される。基板はシリコン含有材料を含み、その表面はシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）またはゲルマニウム合金（ＳｉＧｅ）を含み得る。いくつかの実施態様では、Ｓｉ、Ｇｅ、またはＳｉＧｅ表面には、天然の酸化物層などの酸化物層、および汚染物質が配置され得る。エピタキシャル堆積処理が酸化物、および炭素含有汚染物質などの汚染物質の影響を受けやすいことにより、ほとんどの典型的な洗浄室環境に数時間曝す結果として生じる表面汚染は、累積した酸化物および汚染物質がその後に形成されるエピタキシャル層の品質に影響を及ぼすのにかなり十分なものになり得る。
基板表面は、酸化物除去処理および汚染物質除去処理をすることによって洗浄することができる。１つの実施態様では、酸化物は、洗浄処理（ボックス１０２）を用いて基板の表面から除去され、炭素含有汚染物質などの汚染物質は、たとえば還元処理を用いて基板の表面から除去される（ボックス１０４）。ボックス１０２で行われる洗浄処理には、プラズマを利用して、不要な汚染物質がもしあればこれを除去する処理が含まれ得る。プラズマ処理では、水素（Ｈ2）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、アンモニア（ＮＨ3）、ＮＦ3またはＨＦなどのフッ素含有ガス、またはこれらのガスの任意の組み合わせを含むガスから形成されたプラズマを使用することができる。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領域から空間的に分離されている、遠隔プラズマチャンバとすることができる。本明細書に記載の用語の「空間的に分離された」とは、図２Ａに示されたブロッカプレート２２８およびガス分配プレート２３０などの１つまたは複数のチャンバ部品によって、さらには遠隔プラズマチャンバと基板処理チャンバの間の導管によって、基板処理領域から分離されているプラズマ形成領域を指すことがある。
１つの実施態様では、プラズマは容量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は、基板の上方に配置されたガス分配プレートを通過することができ、この基板は、摂氏約５度から摂氏約７５度、たとえば摂氏約１０度などの、摂氏約５度から摂氏約１００度の温度の支持体の上に置かれている。処理圧力は、大気中の値より低い圧力、たとえば、約２トールから約１０トールまでの間など、約５００ミリトールから約２０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酸化物と反応する。プラズマエッチング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、ＳｉＣｏＮｉ（商標）またはＳｅｌｅｃｔｒａ（商標）チャンバが含まれ、これらは、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能である。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。
１つの例示的な実施態様では、プラズマ洗浄処理は遠隔プラズマ支援ドライ洗浄処理であり、基板をＮＦ3およびＮＨ3（任意選択でこれらのガスの１つまたは複数のプラズマ副生成物を含む）に同時に曝すことが伴う。アルゴンおよびヘリウムなどの不活性ガスもまた使用することができる。不活性／ＮＦ3／ＮＨ3の３つのガスのいずれか１つ、または組み合わせが上述のエネルギーの作用を受けて、そのプラズマが形成され得る。このプラズマは処理チャンバへ送出する前に他のガスと混合される。あるいはプラズマと他のガスが別々の経路をたどって処理チャンバに供給されて、処理チャンバに到着したときに混合されてもよい。１つの例では、プラズマ洗浄処理は、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＳｉＣｏＮｉ（商標）処理に類似していること、またはこれを含むことがある。
遠隔プラズマ処理は、酸化物層に対しほとんど共形および選択性にすることができ、したがって、シリコン、ゲルマニウム、または窒化物の層を、これらの層がアモルファス、結晶、または多結晶であるかどうかに関係なく、すぐにはエッチングしない。ＮＦ3／ＮＨ3プラズマ洗浄処理の酸化物対シリコンまたはゲルマニウムの選択性は、少なくとも約３：１で、通常は５：１またはこれよりも良く、場合によっては１０：１である。ＮＦ3／ＮＨ3プラズマ洗浄処理はまた、酸化物対窒化物の選択性が高い。窒化物に対するＮＦ3／ＮＨ3プラズマ洗浄処理の選択性は、少なくとも約３：１で、通常は５：１またはこれよりも良く、場合によっては１０：１である。
いくつかの実施形態では、遠隔プラズマ処理中、または遠隔プラズマ処理の実行後のいずれかに、ある量の熱エネルギーを処理基板に加えて、発生した副生成物がもしあればそれを除去する助けにすることができる。いくつかの実施形態では、熱エネルギーが輻射、対流および／または伝導熱伝達プロセスによって供給され、これにより、基板面で見られる望ましくない副生成物を昇華させる。
ボックス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、ボックス１０４で行われる動作に使用されるチャンバ内で実行することができる。ボックス１０３で行われる動作には、水素ラジカルを含有するガスの使用が含まれ、それにより、曝されたチャンバ表面がパッシベーションされるようにすることができる。いくつかの実施形態では、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パッシベーションすることができる。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、蒸気パッシベーション処理中に摂氏４００度以上の温度に加熱することができる。
ボックス１０４では、ボックス１０２で行われる処理を用いることによって基板の表面から酸化物を除去した後に、基板の表面に残っている汚染物質がもしあれば除去される。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プラズマ源を使用して形成することができるか、あるいはプラズマは、処理チャンバに結合されているマイクロ波源を使用して形成することができる。いくつかの実施形態では、プラズマは、ＲＦ、ＶＨＦおよび／またはＵＨＦ電源を含む誘導結合または容量結合プラズマ源を使用して形成することができる。プラズマ源は、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、ボックス１０４で行われる還元処理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。処理圧力は、大気中の値より低い圧力、たとえば約５トール未満の圧力、または約１トール未満の圧力、さらには約１００ミリトールから約１トールまでの間の圧力とすることができる。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。
図１に戻ると、ボックス１０２および１０４に記述されている処理は逆にできることが企図される。加えて、ボックス１０２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。１０２および１０４の処理は、１つのチャンバでも２つのチャンバでも実行できることに留意されたい。処理１０２および１０４が１つのチャンバで実行される場合、任意選択のフラッシュが不活性ガスを使用して処理間で実行されて、各処理化学物質が分離され得る。任意選択の熱処理もまた、残留副生成物または汚染物質がもしあればこれを除去するために、また表面をアニールして表面欠陥がもしあればこれを除去するために、１０６の層形成処理を実行する前に、処理１０２と１０４の間または後に実行されてよい。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２Ａは、ボックス１０２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、すなわち、酸化物などの汚染物質を基板の表面から除去するように構成されている、処理チャンバ２００の断面図である。図２Ｂは、図２Ａの処理チャンバ２００の一部分の拡大図である。
処理チャンバ２００は、熱またはプラズマベースの洗浄処理、および／またはプラズマ支援ドライエッチング処理を行うのに特に有用であり得る。処理チャンバ２００は、チャンバ本体２１２、リッドアセンブリ２１４、および支持体アセンブリ２１６を含む。リッドアセンブリ２１４は、チャンバ本体２１２の上端部に配置され、支持体アセンブリ２１６は、チャンバ本体２１２の中に少なくとも部分的に配置される。真空システムを、処理チャンバ２００からガスを除去するために使用することができる。この真空システムは、チャンバ本体２１２に配置された真空ポート２２１に結合されている真空ポンプ２１８を含む。処理チャンバ２００はまた、処理チャンバ２００内の処理を制御する制御器２０２を含む。
リッドアセンブリ２１４は、前駆体ガスおよび／またはプラズマをチャンバ２００内の処理領域２２２に供給するように構成された、複数の積み重ね構成要素を含む。第１のプレート２２０は、第２のプレート２４０に結合される。第３のプレート２４４は、第２のプレート２４０に結合される。リッドアセンブリ２１４は、リッドアセンブリ２１４の中に形成された円錐形チャンバ２４２にプラズマを供給するための電源２２４に連結することができる。リッドアセンブリ２１４はまた、蓋スタックの上流にプラズマを生成する遠隔プラズマ源に連結することもできる。遠隔プラズマキャビティ（たとえば、図２Ａ～２Ｂのアイテム２２２、２２０、２４０）が、ガス源２５２に結合される（またはガス源２５２が、遠隔プラズマ源２２４が不在の状態でリッドアセンブリ２１４に直接結合される）。ガス源２５２には、ヘリウム、アルゴン、または他の不活性ガスを供給するように構成されているガス源が含まれ得る。いくつかの構成では、ガス源２５２から供給されるガスは、遠隔プラズマ源２２４を使用することによって活性化して、リッドアセンブリ２１４に供給されるプラズマにすることができる。代替実施形態では、ガス源２５２は処理ガスを供給することができ、この処理ガスは、処理チャンバ２００内に配置されている基板の表面に導入される前に遠隔プラズマ源２２４によって活性化することができる。図２Ｂを参照すると、円錐形チャンバ２４２は開口２４６を有し、この開口により、形成されたプラズマが遠隔プラズマ源２２４から、リッドアセンブリ２１４の第４のプレート２５０に形成された容積部２４８まで流れることができる。
リッドアセンブリ２１４のいくつかの構成では、プラズマ源から送出されたエネルギーを印加することによって、プラズマが円錐形チャンバ２４２の中に生成される。１つの例では、このエネルギーは、リッドアセンブリ２１４にバイアスをかけて、ＲＦ、ＶＨＦおよび／またはＵＨＦエネルギーを円錐形チャンバ２４２に入っているガスに容量結合することによって供給することができる。このリッドアセンブリ２１４の構成では、遠隔プラズマ源２２４が使用されなくても、リッドアセンブリ２１４内に取り付けられなくてもよい。
第４のプレート２５０に形成されている中心導管２７０が、容積部２４８から供給されたプラズマ生成種をリッドアセンブリ２１４の第６のプレート２６８に形成された混合チャンバ２６６まで、第５のプレート２５４を通して供給するように適合されている。中心導管２７０は、第５のプレート２５４の開口２６４を介して混合チャンバ２６６と連通している。開口２６４は、中心導管２７０の直径よりも小さい、大きい、または同じ直径を有し得る。図２Ｂの実施形態では、開口２６４は中心導管２７０と同じ直径を有する。
第４のプレート２５０はまた、ガスを混合チャンバ２６６に供給するように構成されている複数の入口２５６および２５８を含む。入口２５６は第１のガス源２６０に結合され、入口２５８は第２のガス源２６２に結合されている。第１のガス源２６０および第２のガス源２６２は、処理ガスならびに、キャリアガスとして利用される不活性ガス（たとえば、アルゴンおよび／またはヘリウムなどの希ガス）を含み得る。第１のガス源２６０は、アンモニア（ＮＨ3）ならびにアルゴンを含み得る。第２のガス源２６２は、フッ素含有ガス、水素含有ガス、またはこれらの組み合わせを収容し得る。１つの例では、第２のガス源２６２は、フッ化水素（ＨＦ）ならびにアルゴンを収容し得る。
図２Ｂに示されているように、いくつかの構成では、入口２５６は、円筒形チャネル２５９を介して混合チャンバ２６６と、プレート２５４に形成された複数の孔２６５とに結合される。入口２５８は、円筒形チャネル２５７を介して混合チャンバ２６６と、第５のプレート２５４に形成された複数の孔２６７とに結合される。プレート２５４に形成された孔２６５、２６７は一般に、各ガスの均一な流れを可能にするように寸法設定され、これらのガスは、そのそれぞれのガス源２６０、２６２から混合チャンバ２６６の中へ供給される。１つの構成では、開口２６７は、第４のプレート２５０に形成された円筒形チャネル２５７の、対向する側壁によって画定された開口の幅よりも小さい直径を有する。開口２６７は通常、チャンバ２６６の中への流体流が均一になるように、円筒形導管２５７の中心線の周囲に分布している。１つの構成では、孔２６５は、第４のプレート２５０に形成された円筒形チャネル２５９の、対向する側壁によって画定された開口の幅よりも小さい直径を有する。孔２６５は通常、チャンバ２６６の中への流体流が均一になるように、円筒形導管２５９の中心線の周囲に分布している。
入口２５６および２５８は、第４のプレート２５０を横に貫通し第５のプレート２５４へ向きを変えてこれを混合チャンバ２６６まで貫く、それぞれの流体流路を提供する。リッドアセンブリ２１４はまた、第７のプレートすなわち第１のガス分配器２７２を含み、このガス分配器は、シャワーヘッドなどのガス分配プレートとすることができ、リッドアセンブリ２１４で混合された様々なガスが、リッドアセンブリに形成された穿孔２７４を通して流される。穿孔２７４は、混合チャンバ２６６から第１のガス分配器２７２を通過する流路を提供するために、混合チャンバ２６６と流体連結している。図２Ａに戻ると、ブロッカプレート２２８と、シャワーヘッドなどのガス分配プレートであり得る第２のガス分配器２３０などのガス分配プレートとが、リッドアセンブリ２１４の下に配置されている。
あるいは、別の洗浄処理が基板面を洗浄するために利用されてもよい。たとえば、ＨｅおよびＮＦ3を含有する遠隔プラズマが、リッドアセンブリ２１４を通して処理チャンバ２００の中に導入されてもよく、ＮＨ3が、チャンバ本体２１２の側面に配置されガス源２６１に結合されている別個のガス入口２２５を経由して、処理チャンバ２００の中に直接注入されてもよい。
支持体アセンブリ２１６は、処理中にその上に基板２１０を支持するための基板支持体２３２を含み得る。基板支持体２３２は、チャンバ本体２１２の底部に形成された中心設置の開口を通って延びる軸２３６によって、アクチュエータ２３４に結合することができる。アクチュエータ２３４は、軸２３６まわり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２１２に対して柔軟に封止することができる。アクチュエータ２３４は、基板支持体２３２を、チャンバ本体２１２内において処理位置とローディング位置の間で垂直に移動させる。このローディング位置は、チャンバ本体２１２の側壁に形成されたトンネルの開口（図示せず）のほんの少し下にある。
基板支持体２３２は、平坦な、または実質的に平坦な基板支持面を、その面で処理されるべき基板を支持するために有する。基板支持体２３２は、軸２３６により基板支持体２３２に結合されているアクチュエータ２３４によって、チャンバ本体２１２内で垂直に移動することができる。いくつかのステップでは、基板支持体２３２はリッドアセンブリ２１４の近傍の位置まで上昇させて、処理される基板２１０の温度を制御することができる。このように、基板２１０は、第２のガス分配器２３０もしくは別の輻射源から発せられた輻射によって、または介在ガスによる第２のガス分配器２３０からの対流もしくは伝導によって、加熱することができる。いくつかの処理ステップでは、基板をリフトピン２５１上に配置して、アニーリングステップを実行するなどの、追加の熱処理ステップを実行することができる。
図２Ｃは、基板支持体２３２の断面詳細図である。基板支持体２３２は、流体供給導管２４１および流体戻り導管２４３と流体連結している熱制御プレナム２３５を含み、導管２４１および２４３のそれぞれが軸２３６に通して配置されている。熱制御プレナム２３５は、冷却流体を流体供給導管２４１によって熱制御プレナム２３５の中へ、また流体戻り導管２４３によって外へと循環させることによって、基板支持体２３２の冷却機能部になり得る。
基板支持体２３２はまた、複数の加熱器２３７および２３９を含み得る。複数の加熱器は、この実施形態では、第１の加熱器２３７および第２の加熱器２３９を含む。第１の加熱器２３７と第２の加熱器２３９は、実質的に共平面の関係で基板支持体２３２内に、これらの加熱器と基板支持体面の間の熱結合を可能にする位置で、配置される。ゾーン温度制御を行うために、第１の加熱器２３７は基板支持体２３２の周辺部に配置され、第２の加熱器２３９は基板支持体２３２の中心領域に配置される。第１の加熱器２３７および第２の加熱器２３９のそれぞれは、軸２３６に通して配置されたそれぞれの電力導管２４９および２４７によって電源（図示せず）に結合されている、抵抗加熱器とすることができる。
動作の際、温度制御は、温度制御プレナム２３５と加熱器２３７および２３９との並行動作によって行うことができる。熱制御プレナム２３５には、上述のように冷却流体を供給することができ、抵抗加熱器としての加熱器２３７および２３９には電力を供給することができる。このようにして、別個の制御回路を、一方のアイテム、たとえば加熱器２３７および２３９では速い応答が得られるように、また熱制御プレナム２３５では遅い応答が得られるように、またはその逆に調整することができる。少なくとも、別々の制御パラメータが熱制御プレナム２３５、第１の加熱器２３７、および第２の加熱器２３９に適用されて、最適化ゾーン温度制御システムが達成され得る。
図２Ｃに示されるように、別個のリフト部材２４５が支持体アセンブリ２１６に含まれ得る。基板が基板支持面に載っているときに部材２４５のリフトピン２５１を収容するために、凹部（図示せず）が基板支持面に設けられてもよい。リフト部材２４５は、軸２３６に通して配置されたリフト部材２４５の延長部によって、リフトアクチュエータ２５５に結合することができる。リフトアクチュエータは、リフト部材２４５を垂直に移動させて、基板を基板支持面から第１のガス分配器２７２に向けて持ち上げることができる。リフト部材２４５は、開輪または閉輪などの輪とすることができ、この輪は、Ｕ形、円形、馬蹄形、または任意の便宜的な形でよい。リフト部材２４５は、基板を持ち上げるときの構造強度が得られる厚さを有する。１つの例では、リフト部材はセラミック材料で作られ、約１ｍｍの厚さである。
図３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。いくつかの実施形態では、ＲＰＳ３５０から供給されたガスは、３４２を通って３４８まで流れる。次に、ガス分配プレート３２６の開孔３２７により、基板３０８を収容する処理領域３３０にガスが流れ込む。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と加熱器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。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、基板が処理位置にあるときに、加熱器３１４の縁部の近傍または下の位置まで延びている。
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は通路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５０ｍｍ、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、通路３５６を通って流れるガスが、通路管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３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。対向する磁石と通路管３６０内に形成される通路３５６との間の相対距離は、通路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。
交互に、いくつかの実施形態では、第１の磁石３５２および第２の磁石３５４は、導管３６０の周囲に配置される単一のリング磁石に置き換えられる。単一のリング磁石は、永久磁石でも電磁石でもよい。
いくつかの実施形態では、石英含有面が、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）の流路を覆うように配置される。たとえば、通路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。１つの構成では、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３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。
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１０２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、加熱器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）が基板３０８をリフトピン（図示せず）から持ち上げる、または降ろすことができる。たとえば、洗浄処理中（ボックス１０２）、基板支持体３１４および基板３０８は、ローディング位置の上方のガス分配プレート３２６近くに配置されてい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、処理中に処理チャンバプラズマ３００内に所望の真空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５００ミリトールの圧力範囲に維持する。
図４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、処理チャンバ３００に使用されている基板支持体３１４の一例である。
基板支持体４００は一般に、支持体本体４０２と、支持体本体４０２に結合された軸４０４と、軸４０４の周囲に配置されたベローズ４０６とを含む。ベローズ４０６は、支持体本体４０２の底部および／または軸４０４に結合される。１つの例では、ベローズ４０６の底部は、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５参照）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）が基板をリフトピン（図示せず）から持ち上げる、または降ろすことが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、金属（たとえば、アルミニウム）から、また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材料から、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、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５は、図４の基板支持体４００の一部分の断面図である。支持体本体４０２の１つの実施態様には、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。別のバージョンの支持体本体は、支持体本体と接触点が一体型材料部片になるように支持体本体４０２の表面に直接機械加工された接触点を有する。第３のバージョンの支持体本体は、ＣＶＤ、ＰＶＤ、または蒸発堆積処理などの堆積処理によって支持体本体に堆積された接触点を有する。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、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。ガスチャネル５５２はまた、基板の前面と背面の間に圧力差を作り出して基板を台座面４０８に保持するために、真空ポンプまたは低圧領域に連結することもできる。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６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６００は全体的に、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石英チャンバ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、反応チャンバ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、反応チャンバ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、反応チャンバ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反応チャンバ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、反応チャンバ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。
図示の反応チャンバ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ポート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。出口ポート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が反応チャンバ６０５に嵌合され、入口ポート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および入口ポート６６０に送る。図６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が出口ポート６６４と整合し排気導管６７４につながるように処理チャンバ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、反応チャンバ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６００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、ガスライン６７８に沿った遠隔プラズマ発生器を備える。図示の実施形態では、ＲＰＳエネルギー供給源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に導入されてから反応チャンバ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）。単一基板処理チャンバ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。たとえば、前駆体の熱安定性が低下するにつれて、低い堆積温度がより適切になる傾向がある。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７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１０３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７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１０２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、ベースリング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７６５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８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などの処理チャンバ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、堆積チャンバ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、ポート８１２から入ってポート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８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８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８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８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９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９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６に関連して説明した単一基板処理チャンバ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７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８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２Ａに関連して説明した処理チャンバ２００、または図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９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ボックス９０２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２００（図２Ａ）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２Ａに関連して説明した処理チャンバ２００とすることができる。別の実施態様では、プラズマ洗浄チャンバ９１４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。さらに別の実施態様では、２つの処理チャンバ２００がプラズマ洗浄チャンバ９１４の位置に配置され、２つの処理チャンバ３００がステーション９０６および９０８に配置され、４つのエピチャンバが処理チャンバ９０２ａ～９０２ｄに配置される。
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９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３）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）が通過ステーション９０６および９０８の両方の中に配置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）、または後方の移送チャンバ９０６／９０８に通じる経路を有する。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１の移送チャンバ９１４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２の移送チャンバ９１０内に配置されても、これに結合されてもよい。第２の移送チャンバ９１０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。
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つの中に設置さ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、たとえばボックス１０２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１０２、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１０２の一例は、図２Ａの処理チャンバ２００で実行することができる。アルゴンが遠隔プラズマユニット２５２３５０を通され、アルゴンの５～１０％のＨＦからなる第１の混合物が入口２５６を通され、アルゴンの２５％のＮＨ3からなる第２の混合物が入口２５８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の混合物は第１の入口２５６に５００ｓｃｃｍで流され、第２の混合物は第２の入口２５８に５００ｓｃｃｍで流される。基板は、温度制御流体を熱制御プレナム２３５に通すことによって摂氏１０度の温度に維持される。基板支持体２３２に電力が供給されて半径方向の温度制御が行われ得る。チャンバは５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化物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、基板表面の輻射加熱または伝導加熱を行うために摂氏約２００度に加熱されている第２のガス分配器２３０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、第２のガス分配器２３０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３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４００度の温度に維持され、処理領域３３０は約０．５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９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、すなわち熱処理することができる。
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 (8)

  1. 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移送チャンバと、
    前記移送チャンバに結合され、第１の洗浄化学物質を使用する酸化物除去チャンバを含む真空チャンバとを備える処理システムであって、前記酸化物除去チャンバが、
    混合チャンバおよびガス分配器を有するリッドアセンブリと、
    前記リッドアセンブリの一部分を貫通して形成され、前記混合チャンバと流体連結している第１のガス入口と、
    前記リッドアセンブリの一部分を貫通して形成され、前記混合チャンバと流体連結している第２のガス入口と、
    前記リッドアセンブリの一部分を貫通して形成され、前記混合チャンバと流体連結している第３のガス入口と、
    基板支持体であって、
    基板支持面、
    冷却チャネル、および
    前記基板支持面の凹部に配置され前記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を有する、基板支持体を含み、前記処理システムがさらに
    前記移送チャンバに結合され、前記第１の洗浄化学物質とは異なる第２の洗浄化学物質を使用するプラズマ汚染物質除去チャンバであって、
    遠隔プラズマ源を含む、プラズマ汚染物質除去チャンバと、
    上に配置された基板を２５℃から６５０℃の間の温度に加熱するように動作可能な基板支持体と
    を備える、処理システム。
  2. 前記酸化物除去チャンバがプラズマ発生源を備える、請求項１に記載の処理システム。
  3. 前記プラズマ発生源が、ＲＦ源またはマイクロ波源を使用することによってプラズマを形成するように構成されている前記遠隔プラズマ源を備える、請求項２に記載の処理システム。
  4. 前記遠隔プラズマ源が前記酸化物除去チャンバの蓋に結合される、請求項２に記載の処理システム。
  5. 前記酸化物除去チャンバが遠隔プラズマチャンバと、冷却チャネルを有する基板支持体とを含む、請求項１に記載の処理システム。
  6. 前記酸化物除去チャンバがフッ素処理チャンバであり、前記プラズマ汚染物質除去チャンバが水素処理チャンバである、請求項１に記載の処理システム。
  7. 前記酸化物除去チャンバが、冷却チャネルを有する基板支持体を含み、前記プラズマ汚染物質除去チャンバが、上に配置された基板を３００℃より高い温度に加熱するように動作可能な基板支持体を含む、請求項６に記載の処理システム。
  8. アニールチャンバをさらに備える、請求項７に記載の処理システム。
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