(57)【要約】【課題】  予備洗浄エッチングと減圧処理を含む基板を処理する方法を開示する。【解決手段】  予備洗浄エッチング処理は、基板を処理チャンバに導入するステップと；処理チャンバにエッチングガスを流すステップと；基板の少なくとも一部をエッチングで処理して汚染された又は損傷した層を基板表面から除去するステップと；エッチングガスの流れを停止するステップと；処理チャンバを排気してチャンバ内の減圧を達成するステップと；基板表面を減圧で処理するステップと；を含む。【選択図】  図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する方法であって：
基板を処理チャンバに導入するステップと；
該処理チャンバにエッチングガスを流すステップと；
該基板の少なくとも一部を該エッチングガスで処理して、汚染された又は損傷した層を基板表面から除去するステップと；
該エッチングガスの流れを停止するステップと；
該処理チャンバを排気して、該チャンバ内の減圧を達成するステップと；
該基板表面を該減圧で処理して、洗浄した基板表面を形成するステップと；
を含む、前記方法。
【請求項２】
該洗浄した基板表面上にエピタキシャル層を堆積させるステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該エッチングガスを流すステップ中の該基板の温度が、約６００℃〜約８５０℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該エッチングガスを流すステップ中の該基板の温度が、約７５０℃以下である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
該洗浄した基板表面上に該エピタキシャル層を堆積させる前に該チャンバの圧力を上げるステップを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
該エッチングガスが、ハロゲンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
該エッチングガスが、ＨＣｌ、Ｃｌ２、Ｂｒ２、ＣＣｌ４、ＣＨ３Ｃｌ３、（ＣＨ２)２Ｃｌ２、又はこれらの混合物を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
Ｓｉソースガス、Ｇｅソースガス、又はこれらの組み合わせを含む第二ガスを該処理チャンバに流すステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
該Ｓｉソースガスが、シラン（ＳｉＨ４）を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
該Ｇｅソースガスが、ゲルマン（ＧｅＨ４）を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
該洗浄した基板表面上にエピタキシャル層を堆積するステップの前に該チャンバに非反応性ガスを含む第三ガスを流すステップを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
該反応性ガスが、Ｈ２、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
該エッチングガスの流量が、約１０ｓｃｃｍ〜約１５,０００ｓｃｃｍである、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
該第二ガスの流量が、約１ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍである、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
該第三ガスの流量が、約１ｓｌｍ〜約１００ｓｌｍである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
該基板を該エッチングガスで処理して基板表面をさらすステップの間のエッチング速度が、毎分約１オングストローム〜毎分約３０オングストロームである、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
該基板を該エッチングガスで処理して基板表面をさらすステップが、約１０トール〜約７６０トールの圧力で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
該基板表面を該減圧で処理するステップが、約１トール以下の圧力で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
該洗浄した基板表面上にエピタキシャル層を形成するステップが、選択エピタキシーによって行われる、請求項２に記載の方法。
【請求項２０】
該選択エピタキシーが、絶縁体によって囲まれている該洗浄した基板上の一部に行われる、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景】
【０００１】
[0001]本発明の実施形態は、エピタキシーチャンバ、システム、及び装置内で基板を予備洗浄する方法に関する。特に、エピタキシー処理前に表面の欠陥や汚染物質を除去するために用いられる洗浄処理を含むエピタキシャル堆積方法、システム、及び装置を開示する。
【０００２】
[0002]エピタキシャル層は、結晶基板の上に成長した結晶膜である。下に横たわる基板は、成長薄膜の鋳型として働くので、エピタキシャル層の結晶学的特性は、下に横たわる結晶基板によって画成される。即ち、結晶基板は、エピタキシャル成長の結晶学的種子を示す。例えば、基板は、単結晶シリコン、シリコンゲルマニウム、又はＳＯＩウエハであるのがよい。
【０００３】
[0003]エピタキシャル層の成長は、一般に、化学気相堆積（ＣＶＤ）を用いて達成される。基板ウエハは、ＣＶＤリアクタに装填され、その後、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ２、又はＨ２のような非反応性ガスでパージされる。リアクタの温度を上げ、キャリアガスと反応性ガスの混合物をリアクタに導入する。反応性ガスとしては、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ４）を挙げることができるがこれらに限定されない。アルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）のようなドーパントガスが導入されてもよい。キャリアガスは、典型的には水素である。望ましい厚さのエピタキシャル層が達成されたときに、リアクタをパージするために非反応性ガスが再び用いられ、温度を下げる。
【０００４】
[0004]しかしながら、巧く行われるエピタキシャル処理の場合、結晶基板上に存在する欠陥と汚染物質の量を最小にすることが重要である。処理ステップ、例えば、転移、スペーサエッチング、ウエットエッチング、他のいかなるウエハ製造ステップ中にも結晶基板上に結晶性の損傷と汚染物質が生じることがある。損傷さらに／または汚染された層は、エピタキシャル堆積処理の前に欠陥を避けるために除去されなければならない。例えば、一洗浄法において、当該技術において水素予備焼成として呼ばれることがあるものを用いて、基板を約８５０℃〜約１０００℃の過度の温度で水素雰囲気中でアニールするのがよい。しかしながら、このような高温処理は熱量の点で費用がかかる。予備焼成ステップ後、エピタキシャル堆積処理を行ってもよい。
【０００５】
[0005]それ故、エピタキシー中の熱負荷を減少させる処理を提供することは望ましいことである。エピタキシャル成長条件で行われる予備洗浄処理も求められている。
【概要】
【０００６】
[0006]本発明の一態様において、基板を処理する方法は；基板を処理チャンバに導入するステップと；処理チャンバへエッチングガスを流すステップと；基板の少なくとも一部をエッチングガスで処理して、基板表面から汚染された又は損傷した層を除去するステップと；エッチングガスの流れを停止するステップと；処理チャンバを排気して、チャンバ内の減圧を達成するステップと、減圧で基板表面を処理して、洗浄した基板表面を形成するステップと；を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の一態様のマルチチャンバ処理システムを示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施形態に従って処理されている基板を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施形態に従って処理されている基板を示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の実施形態に従って処理されている基板を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態によるエッチング速度（オングストローム／分）とＨＣｌ流量（ｓｌｍ）を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の実施形態によるＯの濃度（ｃｍ-２）とエッチングされた厚さ（オングストローム）を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明の実施形態によるＣの濃度（ｃｍ-２）とエッチングされた厚さ（オングストローム）を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の実施形態によるＣｌの濃度（ｃｍ-２）とエッチングされた厚さ（オングストローム）を示すグラフである。
【詳細な説明】
【０００８】
[0013]本発明の幾つかの例示的実施形態を記載する前に、本発明は以下の説明に示される構成ステップ或いは処理ステップの詳細に限定されない。本発明は、他の実施形態が可能であり、種々の方法で実施或いは行うことが可能である。
【０００９】
[0014]本発明の態様は、エピタキシーチャンバ内で基板を予備洗浄するためのシステム、装置及び方法に関する。当業者に理解されるように、周知の半導体処理装置やエピタキシャル堆積に関する技術は、不必要に本発明を分かりにくくすることないように以下に詳述されない。当業者は、処理パラメータ値が具体的な環境、基板の種類等によって著しく変動することを容易に認識する。このようなものとして、本発明の原理が既知であるとこのような値が決定され得るように、可能な値や条件の広範囲のリストは実際的でなく必必要でもない。
【００１０】
[0015]本発明の実施形態は、基板、例えば、シリコンウエハをエピタキシャル堆積前に、例えば、選択的エピタキシャル堆積前に、エッチングガスを用いて洗浄することに関する。選択的Ｓｉエピタキシャル堆積やＳｉＧｅエピタキシャル堆積は、誘電領域上で成長せずにＳｉモウト（moats）上でエピ層（epilayers）の成長を可能にする。選択エピタキシーは、せり上げソース／ドレイン、ソース／ドレインエクステンション、コンタクトプラグ、バイポーラデバイスの基層堆積内のような半導体デバイスに使用し得る。一般に、選択エピタキシー処理は堆積とエッチングの二つの反応を必要とする。堆積とエッチングは、Ｓｉ上と誘電体面上で相対的に異なる反応速度で同時に行われる。選択処理窓によって、エッチャントガス（例えば、ＨＣｌ）の濃度を変えることによりＳｉ表面上でのみ堆積が生じる。
【００１１】
[0016]本発明の態様は、クラスタツールの一つ以上のチャンバ内で行うことができる。一般に、クラスタツールは、基板の中央確認と配向、脱ガス、アニール、堆積及び／又はエッチングを含む種々の機能を行うマルチチャンバを備えるモジュラーシステムである。本発明の実施形態によれば、クラスタツールは、予備洗浄と選択エピタキシャル堆積処理の双方を行うように構成されたチャンバを含む。クラスタツールのマルチチャンバは、チャンバ間で基板を往復させるように適合されたロボットを収容する中央搬送チャンバに取り付けられる。搬送チャンバは、典型的には、真空状態で維持され、一方のチャンバからもう一方のチャンバに及び／又はクラスタツールの前端に位置するロードロックチャンバに基板を往復させる中間の段階を与える。本発明に適合することができる二つの周知のクラスタツールは、共にカリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｓ社から入手できるＣｅｎｔｕｒａ(登録商標)やＥｃｄｕｒａ(登録商標)である。このような段階的真空基板処理システムの詳細は、１９９３年２月１６日発行のＴｅｐｍａｎらの“Ｓｔａｇｅｄ-Ｖａｃｕｕｍ Ｗａｆｅｒ ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＳｙｓｔｅｍ ａｎｄＭｅｔｈｏｄ”と称する米国特許第５,１８６,７１８号に開示され、この開示内容は本明細書に援用されている。しかしながら、チャンバの正確な配置や組み合わせは、本洗浄処理を含む製造処理の個々のステップを行うために変更されてもよい。
【００１２】
[0017]本発明の一態様において、基板を処理する方法であって：基板を処理チャンバに導入するステップと、処理チャンバへエッチングガスを流すステップと、基板の少なくとも一部をエッチングガスで処理して、基板表面から汚染された又は損傷した層を除去するステップと、エッチングガスの流れを停止するステップと、処理チャンバを排気して、チャンバ内の減圧を達成するステップと、基板表面を減圧で処理して、洗浄した基板表面を形成するステップとを含む、前記方法を提供する。一実施形態において、処理する方法は、更に、洗浄した基板表面上にエピタキシャル層を堆積させるステップを含む。一例として、基板表面上にエピタキシャル層を形成するステップは、選択エピタキシーによって行われる。一実施形態において、選択エピタキシーは、絶縁体によって囲まれている洗浄した表面の一部で行われる。ある種の実施形態において、処理ステップと堆積ステップは同一チャンバ内で行われる。しかしながら、他の実施形態において、これらのステップは、別個のチャンバ内、例えば、真空封止下でのクラスタツール内で行われてもよい。
【００１３】
[0018]他の実施形態において、基板の温度は、約６００℃〜約８５０℃である。更に他の実施形態において、基板の温度は、約７５０℃以下である。
【００１４】
[0019]実施形態において、本方法は、更に、基板表面上にエピタキシャル層を堆積させる前にチャンバの圧力を上げるステップを含む。一例において、基板をエッチングガスで処理するステップは、約１０トール〜約７６０トールの圧力で行われる。他の例において、基板表面を減圧で処理するステップは、約１トール以下の圧力で行われる。
【００１５】
[0020]他の実施形態において、エッチングガスはハロゲンを含む。例えば、エッチングガスは、ＨＣｌ、Ｃｌ２、Ｂｒ２、ＣＣｌ４、ＣＨ３Ｃｌ３、（ＣＨ２)２Ｃｌ２、又はこれらの混合物を含み得る。
【００１６】
[0021]更に他の実施形態において、本方法は、更に、処理チャンバへＳｉソースガス、Ｇｅソースガス、又はこれらのガスの混合物を含む第二ガスを流すステップを含む。Ｓｉソースガスは、例えば、シラン（ＳｉＨ４）を含み得る。Ｇｅソースガスは、例えば、ゲルマン（ＧｅＨ４）を含み得る。
【００１７】
[0022]実施形態において、更に、本方法は、洗浄した基板表面上にエピタキシャル層を堆積させるステップの前に、チャンバへ非反応性ガスを含む第三ガスを流すステップを含む。一例において、非反応性ガスは、Ｈ２、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ、又はこれらの組み合わせを含む。一例において、第三ガスを流すステップは、エッチングガスを流すステップとほぼ同時に行われる。用語“ほぼ同時に”は、ハロゲンガスとエッチングガスが共に流れる時間が少なくとも重なることを含むことを意味する。流れは同時に開始し終了する必要はないが、場合によっては望ましいことがある。
【００１８】
[0023]一実施形態において、エッチングガスの流量は、約１０ｓｃｃｍ〜約１５,０００ｓｃｃｍである。他の実施形態において、第二ガスの流量は、約１ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍである。実施形態において、更に、第三ガスの流量は、約１ｓｌｍ〜約１００ｓｌｍである。
【００１９】
[0024]他の実施形態において、基板をエッチングガスで処理して、基板表面をさらすステップの間、エッチング速度は、毎分約１オングストローム〜毎分３０オングストロームである。
【００２０】
[0025]本発明の一態様において、半導体基板を供給する方法であって、基板を処理チャンバに導入するステップと；処理チャンバへエッチングガスを流すステップと、基板の少なくとも一部をエッチングガスで処理して、基板表面をさらすステップと；エッチングガスの流れを停止するステップと；処理チャンバを排気して、チャンバ内の減圧を達成するステップと；基板表面上にエピタキシャル層を堆積させるステップと；を含む前記方法が提供される。
【００２１】
[0026]図面に関して、図１は、本発明の態様と共に使用し得るクラスタツール又はマルチチャンバ処理システム１０を示す例である。処理システム１０は、基板をシステム１０内外に搬送するための一つ以上のロードロックチャンバ１２、１４を含むことができる。典型的には、システム１０は真空下にあるので、ロードロックチャンバ１２、１４は、システム１０へ導入された基板を“ポンプダウン”することができる。第一ロボット２０はロードロックチャンバ１２、１４と第一組の一つ以上の基板処理チャンバ３２、３４、３６、３８の間に基板を搬送することができる。それぞれの処理チャンバ３２、３４、３６、３８は、多くの基板処理動作を行うように構成されてもよい。特に、処理チャンバ３２は以下に記載されるドライエッチング処理を実施するように設計されたドライエッチングプロセッサであり、処理チャンバ３４はエピタキシャル堆積リアクタである。処理チャンバ３６、３８は、例えば、循環層堆積（ＣＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、エッチング、予備洗浄、脱ガス、配向、及び他の基板処理を更に与えるように構成されてもよい。
【００２２】
[0027]第一ロボット２０は、また、基板を一つ以上の搬送チャンバ４２、４４へ／から搬送することができる。搬送チャンバ４２、４４は、基板をシステム１０内に搬送させつつ、超高真空状態を維持するために使用し得る。第二ロボット５０は、基板を搬送チャンバ４２、４４と第二組の一つ以上の処理チャンバ６２、６４、６６、６８の間に搬送させることができる。処理チャンバ３２、３４、３６、３８と同様に、処理チャンバ６２、６４、６６、６８は、循環層堆積（ＣＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、エッチング、予備洗浄、脱ガス、配向に加えて、以下に記載されるドライエッチング処理を含む、種々の基板処理動作を行うように構成され得る。基板処理チャンバ３２、３４、３６、３８、６２、６４、６６、６８のいずれも必要のない場合には、システム１０から除去することができる。
【００２３】
[0028]ここで図２Ａ-図２Ｃを参照すると、エピタキシャル堆積処理の一例としては、基板７０から表面損傷や汚染物質７２を除去する予備洗浄ステップに続いてエピタキシャル堆積処理が挙げられる。これを目的として、エピタキシャル堆積処理を行う前に、処理すべき基板７０は、損傷や汚染物質７２を除去して基板表面７６をさらすエッチング処理を受けるように処理チャンバに装填される。エッチング処理中、エッチングガスの成分は除去する必要がある基板表面上に不動態層が横たわりやすい。不動態層を除去するために、真空焼成を処理チャンバ内で行い、エッチングガスの流れを停止し、処理チャンバの圧力を、例えば、１トール未満に低下させる。図２Ｂに示される基板表面７６は、その後、エピタキシャル層の続いての成長を維持するのに適する。場合によっては、絶縁体７４で囲まれた基板表面７６の一部上にエピタキシーを行うことが望ましい。
【００２４】
[0029]エピタキシャル堆積処理は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製のＥＰＩ ＣＥＮＴＵＲＡリアクタ内のような予備洗浄が行われる処理チャンバ内で行われる化学気相成長堆積によって行われ、基板表面７６上にエピタキシャル層７８を形成することができる。基板７０の表面７６は、シリコン（例えば、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２１、ＳｉＨ３Ｃｌ、Ｓｉ２Ｈ６、又はＳｉＨ４）とキャリアガス（例えば、Ｎ２、Ａｒ、及び／又はＨ２）を含む堆積ガス混合物の形でシリコンにさらすことができる。もし基板７０の意図された使用がエピタキシャル層７８がドーパントを含むことを必要とする場合には、シリコン含有ガスには、アルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３）、及び／又はジボラン（Ｂ２Ｈ６）のような適切なドーパント含有ガスが含まれてもよい。
【実施例】
【００２５】
[0030]一実施例において、基板を８００℃の温度、１５トールの圧力、２５／５ｓｌｍの水素流量で処理し、ＨＣｌ流量を変動させた。図３は、ＨＣｌ流量の増加によって高エッチング速度（オングストローム／ｍｉｎ）を生じることを示す図である。
【００２６】
[0031]他の実施例において、基板は０、４時間、８時間の待ち行列時間に従って処理した。予備洗浄処理パラメータの確認要素を含む実験のまとめを表１に示す。処理パラメータに対する基準を表２に示す。
【００２７】
【表１】
2009543357.tif 000002
【００２８】
【表２】
2009543357.tif 000003
【００２９】
[0032]図４、図５、図６は、それぞれＳ１、Ｓ２、Ｓ３の条件を有する実験の洗浄基板接合部におけるＯ、Ｃ、Ｃｌの濃度（ｃｍ-２）とエッチングしていない対照を示すグラフである。これらの図面は、エッチングされた基板の厚さが増加するにつれて、接合部の汚染の量が基板上で減少することを示している。
【００３０】
[0033]本発明を本明細書において具体的な実施形態によって記載してきたが、これらの実施形態が単に本発明の原理や応用の例示であることは理解すべきである。本発明の方法及び装置に対して種々の修正と変更が本発明の精神と範囲から逸脱することなく行われ得ることは当業者に明らかである。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲とこれらの同等物の範囲内にある修正と変更を含むものである。
【符号の説明】
【００３１】
１０…処理システム、１２…ロードロックチャンバ、１４…ロードロックチャンバ、２０…第一ロボット、３２…基板処理チャンバ、３４…基板処理チャンバ、３６…基板処理チャンバ、３８…基板処理チャンバ、４２…搬送チャンバ、４４…搬送チャンバ、５０…第二ロボット、６２…処理チャンバ、６４…処理チャンバ、６６…処理チャンバ、６８…処理チャンバ、７０…基板、７２…表面損傷と汚染物質、７６…基板表面、７８…エピタキシャル層。
【図１】
2009543357.tif 000004
【図２Ａ】
2009543357.tif 000005
【図２Ｂ】
2009543357.tif 000006
【図２Ｃ】
2009543357.tif 000007
【図３】
2009543357.tif 000008
【図４】
2009543357.tif 000009
【図５】
2009543357.tif 000010
【図６】
2009543357.tif 000011
【国際調査報告】
2009543357.tif 000012