(57)【要約】基板処理システムのための気化室であり、本体、カバー部材、および移行部材を有する。本体はアルミニウムで作られ、空洞の少なくとも一部分を画定する第１の内面を画定する。カバー部材もアルミニウムで作らる。カバー部材もまた前記空洞の少なくとも一部分を画定する第２の内面を画定する。カバー部材は、第１の外面から該カバー部材を通って前記第２の内面へと延びるカバーキャリアガス導入口、カバー液体補給源導入口、およびカバー供給出口を有する。移行部材はステンレス鋼で作られ、移行外面および移行内面を有する。移行内面はアルミニウムで被覆される。カバー部材は、第１の外面から該カバー部材を通って第２の内面へと延びるカバーキャリアガス導入口、カバー液体補給源導入口、およびカバー供給出口を有する。前記移行内面および前記カバー外面が、一体に溶接される。
2005539371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理するための基板処理システムであって、
キャリアガス源と、
液体補給源容器と、
反応炉と、
空洞の少なくとも一部を画定している第１の内面を構成する本体を有し、該空洞が、ガス配管を通じて前記キャリアガス源に連通し、補給配管を通じて前記液体補給源容器に連通し、供給配管を通じて前記反応炉に連通しており、前記第１の内面が非鉄である第１の材料から作られている気化室と、
前記第１の材料から作られた第１の表面および鉄である第２の材料から作られた第２の表面を有する移行部材と
を有しており、
前記ガス配管、補給配管および供給配管の少なくとも１つと前記気化室との間の接続が、前記第１の表面から前記第２の表面へと延びるとともに、前記気化室の本体を通って前記空洞まで延びており、該接続が、前記移行部材の前記第２の表面に取り付けられた接続具を含んでいる
基板処理システム。
【請求項２】
前記第１の材料がアルミニウムである請求項１に記載の基板処理システム。
【請求項３】
前記第２の材料がステンレス鋼である請求項２に記載の基板処理システム。
【請求項４】
前記液体補給源容器が、液体トリシランを収容している請求項４に記載の基板処理システム。
【請求項５】
前記キャリアガス源が、水素ガスを収容している請求項５に記載の基板処理システム。
【請求項６】
前記第２の材料がステンレス鋼である請求項１に記載の基板処理システム。
【請求項７】
前記移行部材が、前記気化室の本体に溶接されている請求項１に記載の基板処理システム。
【請求項８】
前記気化室が、液体水位検出装置を備えている請求項１に記載の基板処理システム。
【請求項９】
前記液体水位検出装置が、液体補給源材料と気化した補給源材料との間の容量の相違を検出するように構成されている請求項８に記載の基板処理システム。
【請求項１０】
前記液体および気化した補給源材料がトリシランである請求項９に記載の基板処理システム。
【請求項１１】
前記移行部材が、第１の部材および第２の部材を有し、該第１の部材が、少なくとも部分的に前記第１の材料から形成され、該第２の部材が、少なくとも部分的に前記第２の材料から形成されている請求項１に記載の基板処理システム。
【請求項１２】
前記第２の部材が、前記第１の材料からなり該第２の部材へと爆発接合されている第１の層を有し、前記第１の部材が、該第２の部材の第１の層に爆発接合されている請求項１１に記載の基板処理システム。
【請求項１３】
前記第１の層が、前記第２の部材の第２の層に機械的に積層されており、該第２の層が、該第２の部材に爆発接合されている請求項１２に記載の基板処理システム。
【請求項１４】
前記気化室がバブラーである請求項１に記載の基板処理システム。
【請求項１５】
基板処理システムのための気化室であって、
アルミニウムで作られ、空洞の少なくとも一部を画定している第１の内面を画定している本体と、
アルミニウムで作られ、前記空洞の少なくとも一部を画定している第２の内面を画定しているカバー部材であって、第１の外面から該カバー部材を通って前記第２の内面へと延びるカバーキャリアガス導入口、カバー液体補給源導入口、およびカバー供給出口を有しているカバー部材と、
ステンレス鋼で作られ、移行外面および移行内面を有している移行部材であって、該移行内面がアルミニウムで被覆され、前記カバー部材が、第１の外面から該カバー部材を通って第２の内面へと延びるカバーキャリアガス導入口、カバー液体補給源導入口、およびカバー供給出口を有しており、前記移行内面および前記カバー外面が一体に溶接されている移行部材と
を有する気化室。
【請求項１６】
さらに、前記移行部材および前記カバー部材の開口を通って前記空洞内へと延びる液体水位検出装置を有している請求項１５に記載の気化室。
【請求項１７】
前記液体水位検出装置が、液体である補給源材料と気化した補給源材料との間の容量の相違を検出するように構成されている請求項１６に記載の気化室。
【請求項１８】
前記液体および気化した補給源材料がトリシランである請求項１５に記載の気化室。
【請求項１９】
さらに冷却用／加熱用ジャケットを有している請求項１５に記載の気化室。
【請求項２０】
前記カバーキャリアガス導入口から前記空洞の下部まで延びる第１の筒状部材、および前記カバー液体補給源導入口から前記空洞の前記下部まで延びる第２の筒状部材をさらに有している請求項１５に記載の気化室。
【請求項２１】
前記カバーキャリアガス導入口、カバー液体補給源導入口、および前記カバー供給出口の少なくとも１つに溶接された少なくとも１つの接続具を含んでいる請求項１５に記載の気化室。
【請求項２２】
前記移行内面が、ステンレス鋼へと機械的に積層されたアルミニウムを有している請求項１５に記載の気化室。
【請求項２３】
該気化室がバブラーである請求項１４に記載の気化室。
【請求項２４】
液体トリシランを気化させるための気化室であって、
非鉄材料で作られ、空洞の少なくとも一部を画定している第１の内面を画定している本体と、
前記空洞内に含まれる多量の液体トリシランと、
非鉄材料で作られ、前記空洞の少なくとも一部を画定している第２の内面を画定しているカバー部材であって、第１の外面から該カバー部材を通って前記第２の内面へと延びるカバーキャリアガス導入口、カバー液体補給源導入口、およびカバー供給出口を有しているカバー部材と、
鉄系の材料で作られ、移行外面および移行内面を有している移行部材であって、該移行内面が非鉄材料で被覆され、前記カバー部材が、第１の外面から該カバー部材を通って第２の内面へと延びるカバーキャリアガス導入口、カバー液体補給源導入口、およびカバー供給出口を有しており、前記移行内面および前記カバー外面が一体に溶接されている移行部材と
を有する気化室。
【請求項２５】
前記本体がアルミニウム製である請求項２４に記載の気化室。
【請求項２６】
前記カバー部材がアルミニウム製である請求項２４に記載の気化室。
【請求項２７】
前記移行部材がステンレス鋼製である請求項２４に記載の気化室。
【請求項２８】
前記移行内面がアルミニウムで被覆されている請求項２４に記載の気化室。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くはシリコン含有膜の蒸着に関し、さらに詳しくは、種々の基板上へとシリコン含有薄膜を蒸着させる化学蒸着法プロセスにおけるトリシランＳｉ３Ｈ８の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
シラン（ＳｉＨ４）は、化学蒸着法（ＣＶＤ）によってシリコン含有（Ｓｉ含有）膜を蒸着させるため、半導体製造業界において広く用いられている。しかしながら、シランを用いた極薄（例えば約１５０Å以下）シリコン含有膜の蒸着は、とくに広い面積の基板にわたる場合、きわめて困難である。シランを用いて蒸着された極薄Ｓｉ含有膜は、膜の島状の核生成プロセスゆえ連続的でないことがしばしばあり、あるいは島状の核の合体によりきわめて粗い表面となることがしばしばある。さらに、ドープされた薄膜の元素組成が、ドーパント元素の相対取り込み速度における相違のため、膜を横断する方向および／または膜を貫通する方向において均質でないことがしばしばある。この結果、得られた膜が均一な元素濃度を示しておらず、したがって膜の表面を横切りさらに／または膜の厚さを貫いて均一な膜の物理特性を示さない。
【０００３】
均一な元素濃度を有する薄膜の蒸着は、シリコン源前駆体であるシランによる蒸着プロセスにとって、非常に難題である。シランを利用する通常の加熱炉にもとづく蒸着プロセスは、一般的には、厚さが１００Å以下であり、連続的であって平滑であり、さらに均質である膜を蒸着させることができない。プラズマＣＶＤプロセスは、厚さが約２００Åを下回る均質な連続薄膜の蒸着において、一般的には深刻な限界を抱えている。米国特許第５，６４８，２９３号明細書には、トランジスタのゲート絶縁体上の非晶質シリコン層について、膜厚が約１５ナノメートル（１５０Å）を下回ると電子移動度の低下およびトランジスタしきい値電圧の上昇の両者が見られると記載されている。同様に、通常の枚葉式熱ＣＶＤプロセスも、平滑であって均質である厚さ１５０Å以下の薄膜材料を蒸着させることができないという問題を抱えている。
【０００４】
Ｓｉ含有薄膜を製造してデバイスに組み込むための試みは、完全に成功してはいない。例えば、米国特許第６，１９４，２３７号明細書には、導電層が量子ドットを形成するよう、ＳｉＯ２上にＳｉ０．７Ｇｅ０．３の導電層を蒸着させ、この導電層上に別のＳｉＯ２層を蒸着させ、次いでアニールすることが開示されている。導電層の厚さは３０Åであると述べられているが、得られた量子ドットの寸法および分布における大きなばらつきは、導電層が均一に蒸着されていないことを示している。より寸法および分布の均一な量子ドットをもたらすための試みが開示されているものの、通常は、高温および／またはより複雑な蒸着の仕組みを要する。例えば、米国特許第６，２３５，６１８号明細書を参照されたい。
【０００５】
日本国の特許出願公開である特開平３‐１８７２１５号公報には、厚さ１８０Åの膜を蒸着させるため、熱ＣＶＤ装置における純粋なジシラン（シランおよびトリシランが含まれない）の使用が開示されている。特開平３‐１８７２１５号公報も参照されたい。米国特許第５，７８９，０３０号明細書には、その場でドープされたシリコン薄膜を蒸着させるための低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）法が開示されており、ドープされた膜を形成すべくドーパント・ガス種を導入する前に、まずきわめて薄いシリコンの層を蒸着させている。最初のドープされていない層は、数枚の単分子層の厚さしかないと述べられているが、層の全体の厚さは、その場でドープされた部分を含めて５００Å〜２，０００Åである。
【０００６】
ジシランおよびトリシランなどの高次シランの使用が、シランの使用の代案として従来技術においてときおり言及されているが、多くの場合、報告されているデータはシランの使用に関するものだけである。ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）はシランよりも不安定であることが知られており、ジシランを用いた蒸着実験において、ジシランはステップ・カバレッジに乏しく、さらに４００℃〜６００℃の温度範囲において蒸着反応が激しすぎて制御が困難であると報告されている。米国特許第５，２２７，３２９号明細書を参照されたい。トリシランも、シランよりも熱的に不安定である。
【０００７】
きわめて薄く、かつ平滑であるＳｉ含有膜を蒸着させることができれば、長く望まれてきたニーズを満足させることができ、とくに回路寸法が絶えず小さくなっていく次世代のマイクロ電子デバイスを製造するため、半導体製造の技術分野に大きな進歩をもたらすことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
高品質なＳｉ含有膜を種々の基板上に蒸着させるためにトリシランを使用する方法が、現在見出されている。例えば、（ｉ）２００２年２月１１日に出願された米国特許出願第１０／０７４，５６３号「半導体膜の蒸着のための改良されたプロセス（ＩＭＰＲＯＶＥＤ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＦＯＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＯＦ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＦＩＬＭＳ）」、（ｉｉ）２００２年２月１１日に出願された米国特許出願第１０／０７４，１４９号「ドーパント前駆体およびプロセス（ＤＯＰＡＮＴ  ＰＲＥＣＵＲＳＯＲＳ  ＡＮＤ  ＰＲＯＣＥＳＳＥＳ）」、（ｉｉｉ）２００２年２月１１日に出願された米国特許出願第１０／０７４，７２２号「高Ｋゲート絶縁体の組み込み（ＩＮＴＥＧＲＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＨＩＧＨ  Ｋ  ＧＡＴＥ  ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ）」、（ｉｖ）２００２年２月１１日に出願された米国特許出願第１０／０７４，６３３号「混合基板上への蒸着（ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＯＶＥＲ  ＭＩＸＥＤ  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ）」、（ｖ）２００２年２月１１日に出願された米国特許出願第１０／０７４，５６４号「薄膜およびそれらの製造方法（ＴＨＩＮ  ＦＩＬＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＯＦ  ＭＡＫＩＮＧ  ＴＨＥＭ）」、（ｖｉ）２００２年２月１１日に出願された米国特許出願第１０／０７４，５３４号「半導体膜の蒸着のための改良されたプロセス（ＩＭＰＲＯＶＥＤ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＦＯＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＯＦ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＦＩＬＭＳ）」を参照されたい。これらの米国特許出願は、ここでの言及によってその全体が本明細書に組み込まれたものとする。しかしながら、これらの方法を商業的に成立しうる基板処理装置に具現化することは、いくつかの技術的難題をともなう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明の一態様によれば、基板蒸着装置が、キャリアガス源、液体補給源容器、反応炉、および気化室を有している。気化室は、空洞を少なくとも部分的に画定している第１の内面を構成する本体を有している。この空洞が、ガス配管を通じて前記キャリアガス源に連通し、補給配管を通じて前記液体補給源容器に連通し、供給配管を通じて前記反応炉に連通している。前記第１の内面は、非鉄である第１の材料から作られている。移行部材が、前記第１の材料から作られた第１の表面、および鉄系である第２の材料から作られた第２の表面を有している。前記ガス配管、補給配管、および供給配管の少なくとも１つと前記気化室との間の接続が、前記第１の表面から前記第２の表面へと延びており、前記気化室の本体を通って前記空洞まで延びている。この接続は、前記移行部材の前記第２の表面に取り付けられた接続具を含んでいる。
【００１０】
他の実施の形態は、本体、カバー部材、および移行部材を有する基板処理システムのための気化室を含んでいる。本体はアルミニウムで作られ、空洞の少なくとも一部を画定している第１の内面を画定している。カバー部材もアルミニウムで作られている。カバー部材は、同様に前記空洞の少なくとも一部分を画定している第２の内面を画定している。カバー部材は、第１の外面から該カバー部材を通って前記第２の内面へと延びるカバーキャリアガス導入口、カバー液体補給源導入口、およびカバー供給出口を有している。移行部材はステンレス鋼で作られ、移行外面および移行内面を有している。移行内面はアルミニウムで被覆されている。カバー部材が、第１の外面から該カバー部材を通って第２の内面へと延びるカバーキャリアガス導入口、カバー液体補給源導入口、およびカバー供給出口を有している。移行内面およびカバー外面は、一体に溶接されている。
【００１１】
本発明の他の態様は、液体トリシランを気化させるための気化室である。気化室は、室を画定する本体、この空洞内の或る量の液体トリシラン、カバー部材、および移行部材を有している。本体は非鉄材料で作られている。カバー部材も非鉄材料で作られている。カバー部材は、同様に前記空洞の少なくとも一部を画定している第２の内面を画定している。カバー部材は、第１の外面から該カバー部材を通って前記第２の内面へと延びるカバーキャリアガス導入口、カバー液体補給源導入口、およびカバー供給出口を有している。移行部材は鉄系の材料で作られ、移行外面および移行内面を有している。移行内面はアルミニウムで被覆されている。カバー部材が、第１の外面から該カバー部材を通って第２の内面へと延びるカバーキャリアガス導入口、カバー液体補給源導入口、およびカバー供給出口を有している。移行内面およびカバー外面は、一体に溶接されている。
【００１２】
図１〜１６は、種々の好ましい実施の形態を示している（比例尺ではない）が、本発明がこれらに限定されるわけではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
マイクロ電子デバイスの製造業者は、ＣＶＤによってＳｉ含有膜を蒸着させるため、長くシラン（ＳｉＨ４）を使用してきた。デバイスの歩留まりおよび生産速度を最大にするため、適切に制御され再現性がある蒸着プロセスが強く求められる。しかしながら、加熱および温度制御のためのシステムの限界を原因とする動的な温度の変動が、ＣＶＤによって基板表面上へと蒸着させた膜の不均一性に大きく影響していることが分かっている。厚さおよび元素組成の両者において可能な限り均質な蒸着膜が通常は望まれるが、既存のプロセスは、さまざまな程度で不均質な膜を生産しがちである。これは、とくに基板の表面にわたる温度のばらつきに起因し、基板の表面温度が、蒸着の速度および得られる膜の組成に影響するものと考えられている。ガスの流量や全圧など他のプロセス・パラメータの制御が不完全であることも、膜の物理特性の不均一さの一因であると考えられる。また、枚葉式水平ガス流反応炉においてＳｉＣで被覆されたグラファイト部材（例えば、予熱リングおよびサセプタ）の温度のばらつきも、膜の不均一さの一因であると考えられる。
【００１４】
これらのプロセス変数のため  、或る特定の瞬間における蒸着速度が膜上の位置の関数として変化し、膜の表面にわたって厚さのばらつきを引き起こす。同様に、複数成分の膜においては、時間軸において或る特定の瞬間に蒸着される膜の組成も、基板表面上の位置ごとに異なっている。本発明の発明者は、これが、複数成分の膜の構成元素のそれぞれを導入するために使用される前駆体（ドーパント前駆体を含む）間に存在する解離吸着の活性化エネルギーの相違による直接的結果であると考えている。これは、以下で述べる平均化／調整のアプローチでは、組成が不均一であるという問題を必ずしも解決できないことを意味している。
【００１５】
多くの場合、製造は、直径が２００ミリメートル（ｍｍ）であるウエハ上に数ダース、ときには数百のデバイスを同時に製造するプロセスにおいて、Ｓｉ含有膜を蒸着させることを含んでいる。業界は、現在３００ｍｍのウエハに移行しているところであり、将来においてはさらに大きいウエハが使用されるであろう。製造プロセスにおけるＳｉ含有膜の厚さおよび／または組成の大きなばらつきは、要求される性能の仕様または規格をばらつきの影響を受けたデバイスが満足しない場合、製造の歩留まりを低下させることにつながりかねない。また、特定のデバイス内の膜にわたってばらつきが存在すると、デバイスの性能および／または信頼性を低下させることになりかねない。
【００１６】
厚さの不均一さは、比較的厚い膜を蒸着させることによって或る程度まで緩和することができる。このアプローチは、いずれの層についても、不均一さは蒸着時間にわたって平均化される傾向にあるという事実にもとづいている。加熱ランプの温度および配置、ガスの流量、ガスの圧力、ガスの組成などといった反応炉プロセス変数は、とくにウエハを回転支持する枚葉式システムにおいて、膜厚に関する平均化プロセスを最大にするよう調節できる。
【００１７】
調節には、多数の膜を、それぞれあらかじめ定められた種々の蒸着条件の組で蒸着させることが含まれる。次いで、各膜における厚さのばらつきが測定され、厚さのばらつきを低減または排除できる条件を特定すべく、結果が分析される。しかしながら、本発明の発明者は、この調節がプロセス全体にわたっての温度分布の均一化を必ずしも達成せず、むしろ、この調節プロセスの結果が、或る特定の反応温度設定点について、温度の変動によって生じる厚さのばらつきを時間平均していることに気がついた。
【００１８】
したがって、この調節は、蒸着プロセスの全体を通して基板にわたる均一な温度を必ずしも生み出さない。これが結果として、組成の均一さが三次元すなわち膜の表面の横断および膜の厚さの貫通の両方向について必要であることから、組成のばらつきの問題を引き起こす。これは、多くの膜がドーパントを含んでおり、これらドーパントの濃度が膜の電気特性に影響を及ぼすためである。温度が不均一であると、膜へのドーパントの混合が不均一になる可能性がある。同様にして、他の不均一がもたらされる可能性もある。
【００１９】
蒸着の不均一さの問題は、きわめて薄いＳｉ含有膜を蒸着させる場合にとくに深刻である。回路寸法が縮小され、その結果デバイスがますます小型になるにつれ、薄膜を製造できる能力がますます重要になる。しかしながら、薄膜においては、一般に蒸着プロセスの時間が厚い膜よりも短く、また、膜厚を平均化するために許される時間が短いため、前記平均化／調節のアプローチは不適当となってきている。さらに、非常に小型なデバイスは、組成の不均一さの影響を受けやすく、平均化／反応炉調整によっては適切に対処できない問題である。
【００２０】
さらに、薄膜における膜の均一性は、核生成現象によっても影響される。核生成は完全には解明されていないが、シランの蒸着が、基板の表面にまず多数のシリコンの島が別々に形成されるプロセスによって生じることが、観測されている。蒸着が進むにつれ、これらの島が互いに接触するまで成長する傾向にあり、最終的に連続するシリコン膜を形成する。この時点において、通常はシリコン膜は、最初の核生成点に対応する山と接触が生じた領域に対応する谷とを有する粗い表面を有している。この表面の粗さは、酸化シリコンまたは窒化シリコンなどの絶縁面上にドープされた層を蒸着させる場合に、とくに明らかとなる。蒸着がさらに進行して膜がさらに厚くなるにつれ、前記と同様の平均化プロセスによって厚さの均一性が増していく。
【００２１】
薄くて連続的な非晶質Ｓｉ含有膜は、一般に、連続膜を形成すべく島が成長して一体になるよりも前に、島の頂上付近の領域において膜が所望の厚さに達してしまうため、既存のシラン蒸着プロセスでの製造はきわめて難しい。これらの問題は、より薄い膜についてより顕著になる。連続性の問題は、厚さが約２００Å以下の膜を製造するためにシラン蒸着プロセスを使用した場合に典型的に見ることができ、厚さが約１００Å未満の膜においてさらに顕著である。さらに、これらの問題は、膜の表面積が大きくなるにつれて顕著になる。表面積が約１平方ミクロン以上であるきわめて薄い膜において深刻な困難性にしばしば遭遇し、表面積が約５平方ミクロン以上であるきわめて薄い膜においてさらに顕著である。さらに、基板の性質も、表面が核の生成および成長に影響するという範囲において、シラン蒸着を複雑にする可能性がある。すなわち、例えば、パターンが形成された絶縁性基板上へとシランを用いてきわめて薄い連続的な非晶質シリコン膜を蒸着させることは、とくに困難である。
【００２２】
Ｓｉ含有前駆体、好ましくはトリシラン（Ｈ３ＳｉＳｉＨ２ＳｉＨ３）を使用する膜蒸着法が、今や、基板の表面をわたる温度のばらつきに対しほとんど影響されにくいことが明らかにされている。好ましい実施の形態においては、これらの方法は、さらに、核生成現象にもはるかに影響されにくい。本明細書に記載する蒸着方法の実施は、多数の利点をもたらす。例えば、本明細書に記載する方法によれば、均一に薄い新規なＳｉ含有膜、ならびに、ドーパントが膜全体にわたって好ましくは膜横断方向および膜貫通方向の両者において均一に分布しているドープされたＳｉ含有膜の製造が可能になる。さらに、本明細書に記載の方法によれば、きわめて薄い連続膜の製造が可能になる。これらの利点は、結果として、高い歩留まりでのデバイスの製造を可能にし、さらに、より小さな回路寸法および／またはより高い信頼性を有する新規なデバイスの製造を可能にする。これらの利点、およびその他利点を以下で議論する。
【００２３】
本明細書に記載のＳｉ含有膜は、さまざまな方法で製造することができる。好ましくは、蒸着が、トリシランの質量流量が支配的、または質量流量と密接な関係のものが支配的であるトリシラン蒸着条件で行なわれる。質量流量が支配的である条件では、蒸着速度が基本的に温度と独立である。これは、基板の表面をわたって小さな温度差が存在しても、蒸着速度がわずかしか影響されない、またはまったく影響を受けないということを意味する。これが厚さおよび組成のばらつきの最小化を大きく推進し、本明細書に記載の好ましいＳｉ含有膜の製造を可能にする。
【００２４】
トリシラン蒸着条件は、好ましくは、基本的にはトリシランが基板表面へと届けられる速度によって制御される速度でのトリシランの蒸着を可能にするため、充分なエネルギーの供給により与えられ、さらに好ましくは、以下に記載のとおり基板を加熱することによって与えられる。好ましい蒸着方法は、トリシランの存在下で適切な処理室内でトリシラン蒸着条件を確立すること、および、この処理室内に収容された基板上へとＳｉ含有膜を蒸着させることを含んでいる。
【００２５】
トリシランの蒸着は、当業者にとって公知の種々のＣＶＤ法に従って適切に実行できるが、本明細書の教示するＣＶＤ法によって蒸着を実行したとき、最大の利益が得られる。ここに開示する方法は、プラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）または熱ＣＶＤを含むＣＶＤを用い、ＣＶＤ処理室内に収容した基板上へとＳｉ含有膜を蒸着させるべく、気体状のトリシランを使用して適切に実行できる。なお、熱ＣＶＤが好ましい。
【００２６】
好ましい実施の形態においては、トリシランが、供給ガスの一成分として処理室に導入される。供給ガスをＣＶＤ処理室へと供給するため、適切な分岐管を使用できる。好ましくは、ＣＶＤ処理室内においてガス流は水平であり、さらに好ましくは、処理室が枚葉式水平ガス流反応炉であって、好ましくは放射によって加熱される。この形式の適切な反応炉が市販されており、好ましい型式としては、アリゾナ州フェニックスのエー・エス・エム・アメリカ社（ＡＳＭ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．）から市販されている枚葉式反応炉、イプシロン（Ｅｐｓｉｌｏｎ；登録商標）シリーズが挙げられる。本明細書に記載の方法は、シャワーヘッド構成など他の反応炉においても使用することができるが、均一性および蒸着速度の向上における利点は、基板の回転を使用するイプシロン（登録商標）処理室の水平単一パス層流ガスフロー構成においてとくに効果的であることが分かっている。処理室にプラズマを導入することによってＣＶＤを実行することもできるが、処理室内にプラズマがない状態での蒸着が好ましく、熱ＣＶＤが最も好ましい。
【００２７】
トリシランは、供給ガスの形態でＣＶＤ処理室に導入されると好ましく、あるいは供給ガスの一成分として導入されると好ましい。ＣＶＤ処理室内の全圧は、好ましくは約０．００１ｔｏｒｒ〜約７８０ｔｏｒｒの範囲にあり、さらに好ましくは約０．１ｔｏｒｒ〜約７６０ｔｏｒｒの範囲にあり、最も好ましくは約１ｔｏｒｒ〜約７００ｔｏｒｒの範囲にある。トリシランの分圧は、好ましくは全圧の約０．０００１％〜約１００％の範囲にあり、さらに好ましくは全圧の約０．００１％〜約５０％の範囲にある。
【００２８】
さらに供給ガスは、不活性キャリアガスなど、トリシラン以外のガスを含むことができる。本明細書に記載の方法においては、水素および窒素が好ましいキャリアガスである。好ましくは、トリシラン蒸気を飛沫同伴するキャリアガスを用いたバブラーにより、さらに好ましくは温度制御されたるバブラーにより、トリシランが処理室内に導入される。
【００２９】
さらに供給ガスは、所望により、Ｓｉ含有膜のドープまたは合金化に有用な当業者にとって公知の他の材料を含むことができる。好ましくは、前記ガスが、ゲルマニウム、炭素、ホウ素、ヒ素、リン、酸素および水素からなるグループから選択された元素をさらに含んでいる。さらに好ましくは、前記ガスが、以下の例で構成されるグループから選択された１つ以上の化合物をさらに含んでいる。以下の例とは、シラン、ジシラン、テトラシラン、ゲルマン、ジゲルマン、トリゲルマン、ＮＦ３、モノシリルメタン、ジシリルメタン、トリシリルメタン、テトラシリルメタン、炭化水素、アンモニア、ヒドラジン、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、およびドーパント前駆体であるが、これらに限られるわけではない。
【００３０】
トリシランを使用したＣＶＤによるＳｉ含有膜へのドーパントの組み込みは、好ましくはドーパント前駆体を使用しその場でドープすることによって実現される。電気的ドーパントの前駆体には、ジボラン、重水素化ジボラン、ホスフィン、ヒ素蒸気、およびアルシンが含まれる。リンおよびヒ素ドーパントについては、ｘが０〜２であって、ＲｘがＨおよび／またはＤであるシリルホスフィン［（Ｈ３Ｓｉ）３−ｘＰＲｘ］およびシリルアルシン［（Ｈ３Ｓｉ）３−ｘＡｓＲｘ］が好ましい前駆体である。このようなドーパント前駆体は、以下に記載の好ましい膜の製造に有用であり、好ましくはホウ素、リン、またはヒ素でドープされたシリコン、Ｓｉ‐Ｃ、Ｓｉ‐ＧｅおよびＳｉ‐Ｇｅ‐Ｃの膜または合金の製造に有用である。
【００３１】
供給ガスにおけるドーパント前駆体の量は、Ｓｉ含有膜中に所望の濃度のドーパントをもたらすように調整できる。供給ガスにおける典型的な濃度は、全供給ガスの重量に対して約１重量ピーピーエム（ｐｐｍ）〜約１重量％の範囲であることができるが、得られる膜において所望の特性を実現するため、より多量または少量が時には好ましい。枚葉式反応炉である好ましいイプシロン（登録商標）シリーズにおいては、ドーパント前駆体をキャリアガスに混合してなる希釈混合物を、所望のドーパント濃度およびドーパント・ガス濃度に応じて、毎分約１０〜約２００標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）の範囲の設定点を有する質量流量コントローラを介して反応炉に届けることができる。好ましくは、希釈混合物は、トリシランおよび任意のトリシランキャリアガスと混合することによって、さらに希釈される。好ましいイプシロン（登録商標）シリーズ反応炉における蒸着のための典型的な全流量は、毎分約２０標準リットル（ＳＬＭ）〜約１８０ＳＬＭの範囲にあることが多く、このような方法において使用されるドーパント前駆体の濃度は、通常はきわめて小さい。
【００３２】
トリシランおよびガスの他の成分の相対的な分圧は、Ｓｉ含有膜の蒸着の経過を通じて、好ましくは比較的一定に保たれる。膜厚は、所与の蒸着パラメータの組（例えば全圧力と温度）について蒸着時間および／またはガス流量を変化させることによって、この技術分野で公知のとおり、目的とする用途に応じて変更できる。得られる膜中に成分をほぼ均一に取り込むことができるよう、成分（またはその前駆体）およびトリシランは、蒸着に先立って均質なガス状混合物を構成するように混合されることが好ましい。
【００３３】
トリシランを使用する熱ＣＶＤにおいて、蒸着は、好ましくは約４００℃以上、より好ましくは約４５０℃以上、さらに好ましくは約５００℃以上の基板温度で実行される。蒸着は、好ましくは約７５０℃以下、より好ましくは約６５０℃以下、最も好ましくは約６００℃以下の温度で行なわれる。このような温度は、基板を指示された温度に熱することによって達せられることが好ましい。温度が６００℃を超えて高くなると、多結晶微細構造への移行のために表面の粗さが増す傾向にあり、蒸着速度が速くなる傾向にある。当業者であれば、これらの温度範囲を、例えば熱履歴の維持、特定用途における表面粗さの許容範囲、組成のばらつきの許容範囲など、実際の製造の現実を考慮して調節することが可能である。例えば、約４５０℃〜約５２５℃の範囲の蒸着温度は、きわめて薄い（例えば約１０Å〜約５０Å）非晶質シリコン膜をトリシランを用いて酸化物基板上に蒸着させるために好ましい。このように、好ましい蒸着温度は所望する用途によって決まるが、通常は約４００℃〜約７５０℃の範囲にあり、好ましくは約４２５℃〜約６５０℃の範囲にあり、さらに好ましくは約４５０℃〜約５５０℃の範囲にある。
【００３４】
本明細書に記載の膜の蒸着は、好ましくは毎分約５Å以上、さらに好ましくは毎分約１０Å以上、最も好ましくは毎分約２０Å以上の速度で行なわれる。より優れた厚さの均一性は、とくに比較的薄い膜については、通常は比較的遅い蒸着速度にて達成される。
【００３５】
好ましいトリシラン蒸着法によれば、さまざまな基板上に薄くかつ連続的なＳｉ含有膜を製造することができる。そのような好ましい構造１００を描いた断面概略図（比例尺ではない）が図１に示されており、基板１２０上に直接蒸着させたＳｉ含有膜１１０が示されている。好ましい基板は、非単結晶材料からなり、さらに好ましくは、誘電率がおよそ２．２以上である絶縁材料からなる。好ましい絶縁材料の例には、さまざまな酸化シリコンおよび金属酸化物、金属ケイ酸塩、酸窒化シリコンおよび窒化シリコンが含まれる。
【００３６】
Ｓｉ含有膜は、好ましくは非晶質である。Ｓｉ含有膜は、シリコンに加え、ゲルマニウム、窒素、炭素、ホウ素、ヒ素、リン、およびアンチモンなどの他の１つ以上の元素を含むことができる。Ｓｉ含有膜のための好ましいドーパントは、ヒ素、ホウ素およびリンである。ドープされる場合、Ｓｉ含有膜のドーパント濃度は、約１×１０１４〜約１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲であると好ましい。
【００３７】
好ましくは、この１つ以上の他の元素が、シリコンの原料としてシランを使用した場合に比べ、より均一にＳｉ含有膜中に分布していると好ましい。さらに好ましくは、この１つ以上の他の元素が、Ｓｉ含有膜の電気的特性が位置によって大きく変化することがないよう、ほぼ均一に分布していることが好ましい。例えば、膜の厚さにおける所与の位置において、ウエハの周縁付近に位置するホウ素ドープＳｉ含有膜の電気伝導性が、ウエハの中央付近に位置するホウ素ドープＳｉ含有膜の電気伝導性と実質同じであることが好ましい。組成の均一性は、電気的測定（例えば４点プローブ）、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析計）、ＲＢＳ（ラザフォード後方散乱分析法）、分光偏光解析法、および／または高解像度Ｘ線回折法（ＨＲ‐ＸＲＤ）を用いて測定することができる。組成の不均一性は、好ましくは約５％以下であり、さらに好ましくは約２％以下であり、もっとも好ましくは約１％以下である。
【００３８】
本明細書に記載の蒸着法は、より厚い膜の蒸着にも使用できるが、これらの手法のとくに好都合な態様は、Ｓｉ含有膜の厚さが約５００Å以下であるときに実現される。本明細書に記載の手法は、膜厚が小さくなるとともに累進的にますます有用になる傾向があり、したがって、好ましくは厚さが約１５０Å以下であり、さらに好ましくは約１２５Å以下であり、最も好ましくは約１００Å以下であるＳｉ含有膜の蒸着に使用することができる。蒸着によって得た膜の連続性をより確実にするため、好ましいＳｉ含有膜の厚さは約１５Å以上であり、さらに好ましくは２０Å以上であり、最も好ましくは２５Å以上である。このように、本明細書に記載の方法によれば、厚さが約１５Å〜約１５０Å、より好ましくは約２０Å〜約１２５Å、最も好ましくは約２５Å〜約１００Åの範囲である好ましいＳｉ含有膜を蒸着することができる。
【００３９】
膜厚を測定するのに適した方法には、多点偏光法が含まれる。膜厚測定のための計器はよく知られており、市販されている。好ましい計器には、カリフォルニア州サニーベイルのナノメトリクス社（Ｎａｎｏｍｅｔｒｉｃｓ，Ｉｎｃ．）からの計器であるナノスペック（ＮａｎｏＳｐｅｃ；登録商標）が含まれる。Ｓｉ含有膜の厚さは、基板を断面で切断し、最も好ましくは電子顕微鏡であるが、適切な顕微鏡法によって測定することによって割り出すことができる。例えば、図１は、厚さ１３０の断面測定を示している。厚さを測定する範囲は、膜の厚さの約１０倍からＳｉ含有膜の広がり全体までの範囲にある任意の範囲とすることができる。この範囲内において厚さがばらついている場合、平均厚さ、すなわち所与の範囲にわたっての膜の最大寸法および最小寸法の算術平均を、厚さであると考える。例えば、図２に示した基板２００については、Ｓｉ含有膜２１０は、範囲２２０にわたって、厚さ２３０と厚さ２４０との和の２分の１に等しい平均厚さを有している。
【００４０】
本明細書で用いられるとき、自乗平均平方根（ｒｍｓ；より正確には、誤差の自乗の平均の平方根）は、所与の母集団の要素が呈するばらつきの量を表現するための方法である。例えば、複数の物体からなるグループの平均の重量がｙグラムであり、このグループの各要素が、（ｙ’−ｙ）で表わされる或る量だけ平均から相違している重量ｙ’を有している。ｒｍｓを計算するため、これらの相違が自乗（正の数であるようにするため）され、合計され、平均されて平均自乗誤差が得られる。この平均自乗誤差の平方根が、ｒｍｓによるばらつきである。
【００４１】
好ましいＳｉ含有膜は、膜の表面にわたって非常に均一な厚さを有している。膜厚の均一性は、好ましくは、前述のとおり例えば偏光解析法や断面切断によって多点の厚さ測定を行ない、種々の厚さ測定値を平均することによって平均厚さを割り出し、さらにｒｍｓによるばらつきを割り出すことによって判断できる。比較を可能にするため、ｒｍｓによる厚さのばらつきを平均厚さで除算し、結果をパーセントで表すべく１００を掛けることによって、結果である不均一さをパーセントで表現することができる。厚さの不均一さは、好ましくは約２０％以下であり、より好ましくは約１０％以下であり、さらに好ましくは約５％以下であり、最も好ましくは約２％以下である。
【００４２】
Ｓｉ含有膜は、種々の形体を覆って適合した被覆をもたらすことが好ましい。適合した被覆とは、被覆される層に曲率が存在しても、この曲率に沿うことができる層のことである。好ましいＳｉ含有膜は、良好なステップ・カバレッジを発揮する。「ステップ・カバレッジ」とは、段のある表面を覆って適合したＳｉ含有膜の厚さの均一性を指している。段のある表面とは、同一の水平面内に配置されていない２つ以上の構成要素を平行に有する表面である。例えば、図３は、シリコン基板３３０上に酸化シリコン層３２０の存在によって生じた段差に対してＳｉ含有膜３１０が良好なステップ・カバレッジを発揮している構造３００を示している。好ましくは、ステップ・カバレッジは、段差の底部３４０においてＳｉ含有膜の平均厚さを測定し、これを段差の上部３５０での平均厚さで除算し、結果をパーセントで表示すべく１００を掛けることによって割り出される。同様に、図４Ａは、Ｓｉ含有膜４１０が半導体基板４２０のトレンチに対して良好なステップ・カバレッジを発揮しているトレンチ構造４００が示されている。ステップ・カバレッジは、好ましくは、トレンチの底部４３０においてＳｉ含有膜の平均厚さを測定し、これをトレンチの上部４４０および４５０での平均厚さで除算し、結果をパーセントで表現すべく１００を掛けることによって、同様に割り出される。好ましいＳｉ含有膜は、比較的高いアスペクト比であっても良好なステップ・カバレッジを有している。「アスペクト比」とは、構造の水平幅に対する段差の垂直方向の高さの比を指している。例えば、図４に示したトレンチのアスペクト比は、トレンチ深さ４８０で除算したトレンチ幅４７０に等しい。
【００４３】
約４．５〜約６の範囲のアスペクト比において、好ましいＳｉ含有膜は、約７０％以上のステップ・カバレッジを有し、好ましくは約８０％以上のステップ・カバレッジを有する。約１〜約４の範囲のアスペクト比において、好ましいＳｉ含有膜は、約８０％以上のステップ・カバレッジを有し、好ましくは約９０％以上のステップ・カバレッジを有する。ステップ・カバレッジは、好ましくは前述のとおり計算されるが、側壁の厚さ３６０または４６０を考慮に入れることによって計算することもできる。例えば、ステップ・カバレッジの他の定義としては、段差の上部および／または底部における平均厚さに対する側壁厚さの比が含まれ、例えば、厚さ４６０を厚さ４３０で除算し、あるいは厚さ４６０を厚さ４４０と４５０の平均で除算する。しかしながら、とくに断らない限り、本明細書におけるステップ・カバレッジは、前述のとおり段差の底部においてＳｉ含有膜の水平部分の平均厚さを測定し、これを段差の上部における水平部分の平均厚さで除算し、結果をパーセントで表現すべく１００を掛けることによって割り出される。
【００４４】
好都合なことに、ここで定めたＳｉ含有膜の表面の平滑さおよび厚さは、約１平方ミクロン（μｍ２）以上、より好ましくは約５μｍ２以上、さらに好ましくは約１０μｍ２以上の表面積にわたって保たれる。Ｓｉ含有膜は、例えばウエハなどの大きな基板のすべてまたは一部を覆うことができ、したがって、約３００ｃｍ２以上、好ましくは約７００ｃｍ２以上の表面積を有することができる。表面は、特定の材料と接触しているとして特徴付けることができ、したがって、特定の層に接している表面積を指定することができる。例えば、Ｓｉ含有基板は、絶縁材料および半導体材料上に横たわることができる。好ましくは、Ｓｉ含有膜が、絶縁材料と接している約５μｍ２以上、さらに好ましくは１０μｍ２以上の表面積を有している。さらに好ましくは、Ｓｉ含有膜が適合した被覆である。
【００４５】
良好なステップ・カバレッジは通常達成されるため、Ｓｉ含有膜の表面粗さは、多くの場合、被覆しようとする表面の粗さとほぼ同じである。表面粗さは、好ましくは、対象となる表面の１ミクロン×１ミクロンの部位について原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定したｒｍｓ表面粗さである。下層となる基板表面の粗さは、約１Åｒｍｓ（原子レベルで平坦な表面）から最大約２５Åｒｍｓまでの範囲、あるいはさらに大きくてもよい。好ましくは、下層となる基板表面の粗さは１０Åｒｍｓ以下であり、より好ましくは５Åｒｍｓ以下であり、したがって上層となるＳｉ含有膜が同等の粗さを有する。所与の程度の粗さを有する下層基板表面において、その上に蒸着されるＳｉ含有基板は、基板の表面粗さよりも好ましくは約５Å以下の量だけ、より好ましくは約３Å以下の量だけ、さらに好ましくは約２Å以下の量だけ大きい表面粗さを有している。例えば、基板の表面粗さが約７Åｒｍｓである場合、その上に蒸着させたＳｉ含有膜の表面粗さの測定値は、好ましくは約１２Åｒｍｓ（７Å＋５Å）以下である。好ましくは、下層の表面が約２Åｒｍｓ以下の粗さを有し、上層のＳｉ含有膜の表面粗さの測定値が約５Åｒｍｓ以下、より好ましくは約３Åｒｍｓ以下、最も好ましくは約２Åｒｍｓ以下である。
【００４６】
好ましいＳｉ含有膜は、約１μｍ２以上、より好ましくは約５μｍ２以上、さらに好ましくは約１０μｍ２以上の領域にわたって薄くかつ連続的である。膜厚が薄くなるにつれ、このような領域を覆う膜の連続性の達成が、次第に困難になっていく傾向がある。本明細書に開示の方法は、より厚い連続Ｓｉ含有膜を製造するために有用であるが、厚さが約１２５Å以下である連続的な膜を蒸着させるためにとくに有用であり、約１００Åよりも厚さが小さい膜についてさらに有用であり、厚さが約８０Å以下の膜について殊に有用である。
【００４７】
金属、誘電材料、半導体、およびドープされた半導体を含む種々の材料を、本明細書に記載のＳｉ含有材料を覆うよう、有用に蒸着させることができる。さらに、Ｓｉ含有材料に、アニール、エッチング、イオン打ち込み、研磨など、他の半導体製造プロセスを加えることもできる。
【００４８】
好ましい実施の形態は、種々の材料からなる多層構造とするのに有用である濡れ層をもたらす。例えば、トランジスタのゲート電極の製造方法は、二酸化シリコンなどの絶縁材料上に、ドープされたシリコン、ドープされたシリコンゲルマニウム、ドープされたシリコンカーボン、またはドープされたシリコンゲルマニウムカーボンなどの半導体層を蒸着させることを含んでいる。蒸着方法は、まず絶縁材料上に濡れ層を蒸着させ、次いでこの濡れ層上に半導体層を蒸着させることによって改善できる。図５は、このような濡れ層５１０が絶縁層５２０とゲート電極５３０の間に挟まれてなるゲート電極５００の一部が示されている（ソースおよびドレインの構造は図示されていない）。
【００４９】
トランジスタのゲート電極を製作するための好ましい方法が、図６Ａ〜６Ｃの手順によって概略的に示されている（比例尺ではなく、ソースおよびドレインは示されていない）。基板６００が、好ましくはドープされたシリコンである半導体基板６１０、および好ましくは二酸化シリコンである上層の薄膜ゲート絶縁層６２０からなり、処理室６３０内に配置されている。トリシラン蒸着条件が、好ましくは基板６００を約４５０℃〜約５５０℃の範囲の温度まで加熱することによって確立され、トリシランを含むガスが、供給路６４０を介して処理室６３０内に導入される。厚さが約２５Å〜約１００Åの範囲にあり、表面粗さが約５Åｒｍｓ以下である非晶質シリコン膜を、濡れ層６６０を形成すべく絶縁層６２０上に蒸着させる。次いで、濡れ層６６０上に、好ましくはドープされたシリコンであり、さらに好ましくはドープされたＳｉ‐Ｇｅ、ドープされたＳｉ‐Ｃ、またはドープされたＳｉ‐Ｇｅ‐Ｃである半導体層を蒸着させることによって、ゲート電極が形成される。薄くて連続的である非晶質シリコンの濡れ層によって、上層の半導体層の均一性が向上し、ゲルマニウムなどの元素の拡散について、ゲート絶縁膜６２０との界面の障壁を最小にする。
【００５０】
他の好ましい実施の形態は、量子ドットの形成方法をもたらす。量子ドットは、いかなる方向についても最大寸法が電子の波長以下である領域に１つ以上の電子が閉じ込められている材料の粒子であり、したがって電子が本質的にゼロ次元に閉じ込められている。量子ドット内の電子は、閉じ込め領域の寸法の関数である明確な分離した量子状態を占めている。
【００５１】
量子ドットについて考えられる実際の応用には、量子光デバイス（例えば、レーザおよび検出器）および量子電子デバイス（例えば、ダイオードおよびトランジスタ）がある。しかしながら、このような応用の開発は、そのような構造の製作が困難であるため遅々としている。コルコラン（Ｅ．Ｃｏｒｃｏｒａｎ）およびゾルペッテ（Ｚｏｒｐｅｔｔｅ）の「消えゆく次元（Ｄｉｍｉｎｉｓｈｉｎｇ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）」、サイエンティフィック・アメリカン（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ａｍｅｒｉｃａｎ）、１９９７年１０月を参照されたい。本明細書に記載のトリシラン蒸着法を用いることにより、シランを使用する方法に比べ、より均一な寸法および／分布を有する量子ドットが製作可能になる。
【００５２】
量子ドットを製作するための好ましい方法が、図７Ａ〜７Ｃに示す手順によって概略的に示されている。この方法は、或る表面上に前もって蒸着させた非晶質Ｓｉ含有膜をアニールすることによって、表面上に不連続なＳｉ含有粒子を形成することができるという観察結果にもとづいている。本発明は理論によって縛られるものではないが、アニールによって薄膜が複数の領域へと分かれ、この領域がさらに個々の結晶粒へと凝集するものと考えられる。不均一な膜をアニールすると、同様に不均一な量子ドットがもたらされるが、本明細書に記載の均一な膜をアニールすると、より大きい寸法および／または空間的な均一性を有する量子ドットがもたらされる。
【００５３】
量子ドットを製作するための好ましい方法を、図７を参照しつつ以下に説明するが、この方法がこの好ましい実施の形態に限定されるわけではないことは、理解できるであろう。構造７００が、絶縁構造７２０上にＳｉ含有膜７１０を蒸着させることによって形成されている。この方法においては、絶縁層７２０は、好ましくは半導体基板上の二酸化シリコン層からなる。さらに好ましくは、絶縁層７２０が、厚さが約１００Å以下、好ましくは約５０Å以下のトンネル酸化膜である。絶縁層７２０が処理室（図示されていない）内へと配置され、約４５０℃〜約５５０℃の範囲の温度まで加熱される一方で、トリシランおよび随意によりドーパント前駆体が処理室内へと導入され、絶縁層７２０上に厚さが約２５Å〜約１００Åの範囲にあり、表面粗さが約５Åｒｍｓ以下である薄くて平滑であり連続的であるＳｉ含有膜７１０が蒸着する。次いで、複数の量子ドット（図示されていない）を形成すべく膜７１０をアニールしてもよいが、好ましくは、好ましくは同様に二酸化シリコンからなる第２の絶縁層７３０を、膜７１０上に蒸着させる。次いで、得られた構造７５０を、好ましくは約６００℃〜約８００℃の範囲の温度でアニールし、複数の量子ドット７７０を形成する。量子ドットは、米国特許第６，２３５，６１８号明細書に記載の方法を使用して製作することも可能であるが、シリコン薄膜の形成については、米国特許第６，２３５，６１８号明細書に記載のシリコン蒸気蒸着手法を使用せず、代わりに本明細書に記載のとおりトリシランを使用して蒸着させる。
【００５４】
膜７１０が薄くて均質であるため、得られる量子ドット７７０は、シランを用いる同様の方法によって製作したものよりも、より均一な寸法および／または空間的分布を有している。好ましい量子ドットは、所望の用途に応じ、約２００Å以下、好ましくは約１００Å以下の粒子寸法を有している。寸法の均一さは、好ましくは、量子ドットの平均寸法およびｒｍｓによる寸法のばらつきを測定することによって判断される。好ましくは、ｒｍｓによる寸法のばらつきは、量子ドットの平均寸法を基準として約１５％以下であり、好ましくは１０％以下である。例えば、量子ドットの平均寸法が５０Åである構造においては、寸法のばらつきは好ましくは７．５Å（５０Åの１５％）ｒｍｓ以下である。空間的な均一性は、好ましくは、所与の面積当たりの量子ドットの平均数およびｒｍｓによる空間的ばらつきを測定することによって判断される。好ましくは、ｒｍｓによる空間的なばらつきは、約５％以下である。例えば、０．１μｍ２当たりに平均５０個の量子ドットを有する構造においては、空間的ばらつきは、好ましくは０．１μｍ２当たり２．５（５０の５％）ｒｍｓ以下である。本明細書に記載の量子ドットは、例えば単一電子トランジスタ、量子ドット赤外光検出器、およびスパース搬送デバイスなど、多数の用途において有用である。米国特許第６，１９４，２３７号明細書、第６，２１１，０１３号明細書、第６，２３５，６１８号明細書、第６，２３９，４４９号明細書、および第６，２６５，３２９号明細書を参照されたい。これらはすべて、ここでの言及によってその全体が、とくに量子構造、製造方法、および用途を説明する目的で本明細書に組み込まれたものとする。
【００５５】
他の好ましい実施の形態は、拡散源または拡散層を製作するための方法を提供する。拡散源は、１つ以上のドーパント元素の供給源として機能する層である。そのような拡散層は、通常はドーパントを必要とする領域の近傍に蒸着され、次いで拡散層から所望の目的地へとドーパントを駆動させるべく加熱される。しかしながら、このような拡散源の使用には制約がある。例えば、蒸着および駆動の工程に時間がかかり、さらにこれらの工程に関与する熱が熱履歴を超える可能性がある。イオン注入などの他のドープ方法も使用できるが、イオン注入では浅い注入が実現困難である。
【００５６】
このように、浅いソース−ドレイン接合など浅いドープ領域の製作には問題が存在する。熱履歴への影響を最小にするため、拡散経路の長さを低減すべく拡散源を薄く蒸着させることが試みられている。しかしながら、シリコン源としてシランを使用するそのような試みは、シランの蒸着温度が高いこと、および拡散層の厚さの不均一さに対応して駆動工程後のドーパントが不均一になることから、満足できるものではない。
【００５７】
今や、薄くて均一なＳｉ含有拡散源を、トリシランをシリコン源として使用して製作できることが見出された。これらの拡散源は、好ましくは、トリシランおよびドーパント前駆体を処理室へと導入し、高度にドープされたＳｉ含有膜を熱ＣＶＤによって基板上にドーパントの最終目的地に近接して蒸着させることによって製作される。処理室へと導入されるドーパント前駆体の量は、最終的な用途に応じて幅広い範囲にわたって変化させることができるが、好ましくは得られた拡散源において約１×１０１６〜約１×１０２２原子／ｃｍ３の範囲のドーパント濃度が効果的である。処理室へと導入されるトリシランに対するドーパント前駆体の比は、トリシランおよびドーパント前駆体の合計の重量に対し約０．００００１重量％〜１５０重量％の範囲であることができ、好ましくは約０．００１重量％〜７５重量％の範囲であることができる。
【００５８】
拡散層の蒸着温度は、約４００℃〜約６５０℃の範囲であることができるが、約４５０℃〜約６００℃の範囲であると好ましい。低い蒸着温度は熱履歴への影響が小さくなる傾向にあり、より平滑かつより連続的な膜をもたらすが、高い蒸着温度はより迅速な蒸着をもたらす傾向にある。拡散源の厚さは、好ましくは約２５Å〜約１５０Åの範囲にあり、さらに好ましくは約５０Å〜約１００Åの範囲にある。拡散源は、好ましくは事実上均一な厚さを有する連続的なＳｉ含有膜であり、さらに好ましくは厚さの不均一さが約１０％以下であり、ドーパントの分布がほぼ均一である。
【００５９】
半球状粒界（ＨＳＧ）シリコン膜が知られている。例えば、米国特許第５，８８５，８６９号明細書、第５，８３７，５８０号明細書、および第５，６５６，５３１号明細書を参照されたい。ＨＳＧシリコン膜は、非晶質シリコン含有膜をアニールし、表面を膜厚、アニール時間およびアニール温度に応じたさまざまな程度まで粗くすることによって製作できる。アニール温度にてシリコン原子が移動し、アニール温度にて熱力学的に有利な結晶領域を形成するものと考えられている。結晶粒の存在によって、通常は表面上の半球状の盛り上がりとして出現する表面の粗さが生み出される。粒子の寸法は、通常は約２００Åよりも大きく、好ましくは約３００Å〜約５００Åである。
【００６０】
ＨＳＧシリコン膜は、キャパシタの製造において表面積を増やすために有用である。技術は、通常、ＨＳＧシリコンを均一な粒子寸法および粒子分布を有する理想的なかたちとしている。しかしながら、現在の技術によって製造されるＨＳＧシリコンにおいては、通常、粒子の寸法がばらつき、粒子が基板表面にわたって均一に分布していないことは、当業者であれば承知のとおりである。粒子の寸法および分布における不均一さは、デバイスの性能および信頼性に悪影響を及ぼすことにつながる。
【００６１】
本明細書に記載の薄くて均一なＳｉ含有膜は、ＨＳＧシリコンのための理想的な前駆体である。例えば、図４Ｂは、ＨＳＧシリコン膜４８０が、図４Ａに示したシリコン膜４１０をアニールすることによって形成された構造４７０を示している。空洞内に形成されたＨＳＧ膜は、積層容器型キャパシタまたはトレンチ型キャパシタの製造において有用である。同様に、スタッド状キャパシタを、端子またはスタッドの外側に蒸着させたＳｉ含有膜をアニールすることによって形成することができ、端子またはスタッドを覆って蒸着させるという難しい工程を同様に含んでいる。ＨＳＧ膜から形成されたキャパシタは、さまざまな用途において有用であり、好ましくはＤＲＡＭデバイスにおいて有用である。
【００６２】
ＤＲＡＭデバイスが寸法縮小を続け、キャビティの側壁が水平方向において互いに接近するため、現在のＨＳＧ製造法は、ますます不適切になるであろう。前駆体膜の不均一さによってもたらされる大きすぎる粒子が互いに接触する可能性が高くなり、キャビティをわたっての電気的短絡につながって、容量の損失を引き起こす。将来のＤＲＡＭデバイスが、トレンチ内または穴内にシリコン膜を蒸着させ、ＨＳＧシリコンを形成すべくアニールすることによって製造される場合、製造の成功は、深いキャビティの内面上のＨＳＧシリコンの形態を正確に制御できるようにするプロセスによって、促進されるものと思われる。具体的には、ＨＳＧシリコン生成のためのアニールに適した膜を提供するため、良好なステップ・カバレッジの均一性を有する薄い非晶質シリコン膜を、深いキャビティの内面などの険しい段差を覆って蒸着できることが、強く望まれる。
【００６３】
本明細書に記載の薄くて平滑なＳｉ含有膜を蒸着できる能力によって、シランを用いた場合よりも小さい形状寸法の構造上にＨＳＧシリコンを形成でき、より小さい限界寸法への展開を可能にする。したがって、好ましい実施の形態は、トリシランを処理室に導入し、非晶質Ｓｉ含有膜を蒸着させ、この膜をＨＳＧシリコンを形成すべくアニールすることからなる方法を提供する。好ましくは、処理室が約４５０℃〜６００℃、より好ましくは約４５０℃〜約５２０℃の温度で基板を収容し、この基板上に非晶質Ｓｉ含有膜が、トリシランの熱ＣＶＤによって蒸着される。好ましくは、非晶質Ｓｉ含有膜が約１０Å〜約１５０Å、好ましくは約５０Å〜約１００Åの範囲の厚さを有し、約５Åｒｍｓ以下、好ましくは約２Åｒｍｓ以下の表面粗さを有する。さらに好ましくは、非晶質Ｓｉ含有膜の厚さの不均一さが約１０％以下である。次いでこの非晶質Ｓｉ含有膜が、ＨＳＧシリコンを形成するため、好ましくは約６００℃〜約７００℃の範囲の温度まで加熱することによってアニールされる。Ｓｉ含有膜を記載のとおりアニールしたとき、より微細かつより均一な粒子構造を有するＨＳＧシリコンが形成されることが見出されている。
【００６４】
ＨＳＧシリコンの平均粒子寸法および空間的分布は、好ましくは、構造を断面で切断し、透過電子顕微鏡法によって平均の粒子寸法および所与の面積当たりの粒子の平均数を測定して割り出すことができる。好ましくは、粒子寸法のｒｍｓは平均の粒子寸法に対して約１５％以下、好ましくは１０％以下である。例えば、粒子寸法の平均が３００Åである構造においては、ｒｍｓによる粒子寸法のばらつきは、好ましくは４５Å（３００Åの１５％）以下である。空間的な均一性は、好ましくは、所与の面積当たりの粒子の平均数およびｒｍｓによる空間的ばらつきを測定することによって判断される。好ましくは、ｒｍｓによる空間的なばらつきは約１０％以下であり、より好ましくは約５％以下である。例えば、０．１μｍ２当たりに平均２５個の粒子を有する構造においては、ｒｍｓによる空間的ばらつきは、好ましくは０．１μｍ２当たり２．５（２５の１０％）ｒｍｓ以下である。粒子寸法の平均は、好ましくは約２００Å以上であり、さらに好ましくは約２５０Å〜約５００Åの範囲である。
【００６５】
本明細書に記載のＳｉ含有膜は、反射防止コーティングとしても有用である。半導体製造において基板にパターンを加工するため、通常は、強力な電磁放射源を使用する写真製版プロセスが使用される。反射される放射の量を少なくするため、表面に反射防止コーティングがしばしば適用される。このコーティングは、コーティングの厚さを放射の波長の数倍に調節することによって、入射する放射の種類に対して反射防止性能が最大になるように設計されている。一般に、この倍数は二次的な光学的影響を避けるためできる限り小さいことが望ましいが、一般に、そのような薄くてかつ光学的品質を有する膜を用意することは、より困難である。さらに、デバイスの寸法が小さくなるにつれ、フォトリソグラフィーに使用され入射する放射の波長も短くなり、反射防止コーティングに望まれる厚さも比例して減少する。
【００６６】
好ましい実施の形態は、半導体製造において有用な反射防止コーティングを提供する。好ましい反射防止コーティングは、本明細書に記載のＳｉ含有膜からなり、ほぼ均一な厚さを有し、さらに好ましくは厚さの不均一さが約１０％以下であり、したがって反射防止性能が基板の表面にわたってほぼ一定である。反射防止コーティングの厚さは、好ましくは、入射する放射の少なくとも一部の反射を抑制するために有効であるように選択され、さらに好ましくは入射する放射の約７５％以下が反射される。通常の厚さは、入射する放射の波長の少ない倍数であり、好ましくは約１００Å〜約４０００Å、より好ましくは約３００Å〜約１０００Åである。Ｓｉ含有膜は、好ましくは、元素としての窒素、酸素および／または炭素を含んでおり、さらに好ましくはＳｉ‐Ｎ、Ｓｉ‐Ｏ‐Ｎ、およびＳｉ‐Ｃ‐Ｎからなるグループから選択される。好ましい反射防止コーティングは、好ましくは、トリシランおよび随意により酸素、窒素および／または炭素前駆体を用い、本明細書中の他の場所で教示された蒸着技法を用いて蒸着される。好ましい酸素前駆体には、二原子の酸素およびオゾンが含まれ、好ましい窒素前駆体には、ヒドラジンおよびアンモニアが含まれ、好ましい炭素前駆体には、アルキルシラン類およびシリル化アルカン類が含まれる。
【００６７】
他の好ましい実施の形態においては、本明細書に記載のＳｉ含有膜などからなる集積回路がもたらされる。Ｓｉ含有膜からそのような集積回路を製作するための方法は、当業者にとって公知である。トリシランの使用により、より薄い膜を商業的に有意義な蒸着速度で良好に制御しつつ蒸着させることができることから、現在のデバイス設計をより小さい限界寸法まで広げることが可能になる。これらの集積回路を当業者にとって公知の手法でコンピュータ・システムに組み込むことができ、したがって、さらなる好ましい実施の形態は、そのような集積回路を１つ以上有するコンピュータ・システムを提供する。本明細書において使用されるとき、「コンピュータ・システム」は、デジタル形式での計算の実行および／または情報の記憶が可能なシリコンを基礎とする装置を包含する。したがって「コンピュータ・システム」は、集積回路を組み込むことができるあらゆる装置を含む。
【００６８】
本明細書に記載の方法は、半導体製造装置の歩留まりを向上させることができる。半導体デバイスの製造は、通常は、例えば直径が２００または３００ミリメートル、あるいはさらに大きいウエハなど、表面積が約３００ｃｍ２以上であるウエハ基板から出発する。このウエハが、数ダースまたは数百にさえ上る半導体デバイスからなる仕上がったウエハを製造するため、数ダースまたは数百にさえ上る処理工程にさらされる。次いで仕上がったウエハが、デバイスを互いに分離するために切断され、総数ＮＴ個の完成した半導体デバイスが生み出される。
【００６９】
完成した半導体デバイスのすべてが所望の性能特性を有するよう、製造プロセスの各工程が可能な限り均一であることが強く望まれる。しかしながら、プロセスによって、基準に合ったデバイス、すなわち所望の性能仕様を満足するデバイスがＮＡ個生み出され、仕様を満足せず基準に合わないデバイスがＮＵ個生み出されることがしばしばある。基準に合わないデバイスは、廃棄されなければならないことがしばしばであるため、或る特定のプロセスについてデバイスの歩留まりＮＡ／ＮＴは、製造者にとって通常はきわめて重要なパラメータである。
【００７０】
多くの半導体デバイス製造プロセスは、シランを用いて基板上にＳｉ含有膜を蒸着させる製造工程を有している。しかしながら、シランの使用に関係する前記問題点ゆえ、より大きいウエハおよびより小型のデバイスへと向かう現在の傾向において、デバイスの歩留まりを維持することがますます困難になってきている。例えば、より薄いＳｉ含有層の蒸着において、ウエハの表面にわたる厚さおよび／または組成のばらつきを補償すべくプロセスを調整することが、とくにより大きいウエハについて、ますます難しくなってきている。
【００７１】
今や、シランを使用する半導体デバイス製造プロセスの歩留まりを、シランをトリシランで置き換えることによって改善できることが明らかになっている。この置き換えは、さまざまなプロセスにおいて歩留まりを向上させることができるが、プロセスが平均厚さが約１０００Å以下であるＳｉ含有膜の蒸着に関する場合に好ましい有用性を有し、膜厚が小さくなるにつれてますます好ましくなる。したがって、この置き換えは、厚さが約３００Å以下の膜の蒸着について有用であり、厚さが約１５０Å以下の膜の蒸着についてさらに有用であり、厚さが約１００Å以下の膜を蒸着させるときとくに有用である。同様に、この置き換えは、基板の表面積が約３００ｃｍ２以上であるとき歩留まり向上にとくに有効であり、表面積が約７００ｃｍ２以上であるときさらに有用である。
【００７２】
個々の半導体デバイスの価値はきわめて高いこともしばしばであるため、歩留まりにおける小さな改善であっても、製造業者にとって大きなコスト削減をもたらすことができる。好ましくは、シランのトリシランによる置き換えが、｛（トリシランによるデバイスの歩留まり）−（シランによるデバイスの歩留まり）｝／（シランによるデバイスの歩留まり）として計算され、結果をパーセントで表現するために１００を乗算したデバイスの歩留まりを５％以上向上させ、さらに好ましくは１０％以上向上させる。
【００７３】
好ましい置き換え方法は、例えばトリシランの熱ＣＶＤのための前述の温度パラメータを使用して、トリシランを低温で蒸着できるという利点を利用するよう、ＣＶＤプロセスを変更することを含んでいる。例えば、半導体デバイス製造プロセスが温度Ｔｓでのシランの熱ＣＶＤからなるとき、好ましくはシランのトリシランでの置き換えは、蒸着温度をＴｓ＞Ｔｔである温度Ｔｔに下げることをさらに含んでいる。このような温度の低減は、熱履歴を好都合に保護し、（Ｔｓ−Ｔｔ）／Ｔｓとして計算し、結果をパーセントで表現すべく１００を乗算すると、好ましくは約１０％以上であり、さらに好ましくは約２０％以上である。好ましくは、Ｔｔは約４５０℃〜約６００℃の範囲にあり、さらに好ましくは約４５０℃〜約５２５℃の範囲にある。シランをトリシランで置き換えるとき、好ましくは処理室へのシランの導入プロセスも、例えばバブラーや加熱付きガス配管などを使用することによって、前述のとおり室温で液体であるトリシランの性質を考慮に入れるよう変更される。
【実施例】
【００７４】
ベルヌーイ非接触ウエハ・搬送システム、パージのみのロードロック、ドロップオフ時のウエハのスライド防止のため上面に溝を有するくぼんだサセプタ、矩形の予熱リング、調整式スポットランプ、および独立して制御可能な複数のガス注入インジェクタを備えるエー・エス・エム・イプシロンＥ２５００（商標）水平流反応炉システムを使用して、以下の実験を行なった。
実施例１
【００７５】
１，０００ÅのＳｉＯ２層を有する直径８インチ（２００ｍｍ）の＜１００＞シリコンウエハ基板を反応炉処理室内に配置し、毎分２０標準リットル（ｓｌｍ）の高純度水素ガス流のもとで、４５０℃および４０Ｔｏｒｒの圧力で熱平衡に到達させた。供給配管にて処理室へと接続されたバブラー（トリシランを収容した容器の周囲に水槽を用いて室温に保った）を使用し、高純度水素ガスを液体トリシラン中を通過させることによって、処理室にトリシランを導入した。次いで、毎分１８０標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）の流量の水素／トリシラン混合物を、９０ｓｃｃｍ（注入）のジボラン（１００ｐｐｍ、９０ｓｃｃｍを２ｓｌｍの高純度水素に混合）流とともに、反応炉内へと４分間通した。５６Åの最終的な厚さおよび２Åｒｍｓの表面粗さ（下層の二酸化シリコンと同等）を有するホウ素ドープ非晶質シリコンの連続膜が、毎分１４Åの蒸着速度で二酸化シリコン層上に蒸着された。次いで、断面切断試料の作成を容易にするため、エポキシの層を設けた。
比較例２
【００７６】
トリシランに代えてシランを使用した以外は、実施例１のプロセスを繰り返した。実験条件のもとでシランは気体であるため、バブラーを使用せず水素に添加して直接処理室に導入した。有意義な蒸着は観測されず、Ｓｉ含有膜も得られなかった。
実施例３
【００７７】
流量を２２８ｓｃｃｍとし、ジボランを使用せず、蒸着時間を２分とした点を除き、実施例１のプロセスを繰り返した。２８Åの最終的な厚さおよび２Åｒｍｓの表面粗さ（下層の二酸化シリコンと同等）を有する連続した非晶質シリコン膜が、毎分１４Åの蒸着速度で二酸化シリコン層上に蒸着された。次いで、断面切断試料の作成を容易にするため、エポキシの層を設けた。図１０は、得られた基板の断面を示した電子顕微鏡写真の写しであり、下側にあるＳｉＯ２層（ｏｘｉｄｅ）、蒸着した非晶質シリコン膜（ａ‐Ｓｉ）、および上を覆っているエポキシ層（ｅｐｏｘｙ）が示されている。
実施例４
【００７８】
１，０００ÅのＳｉＯ２層を有する直径８インチ（２００ｍｍ）の＜１００＞シリコンウエハ基板を反応炉処理室内に配置し、毎分２０標準リットル（ｓｌｍ）の高純度水素ガス流のもとで、６００℃および４０Ｔｏｒｒの圧力で熱平衡に到達させた。供給配管にて処理室へと接続されたバブラー（トリシランを収容した容器の周囲に水槽を用いて室温に保った）を使用し、高純度水素ガスを液体トリシラン中を通過させることによって、処理室にトリシランを導入した。次いで、毎分１８０標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）の流量の水素／トリシラン混合物を、９０ｓｃｃｍ（注入）のジボラン（１００ｐｐｍ、９０ｓｃｃｍを２ｓｌｍの高純度水素に混合）流とともに、反応炉内へと１５秒間通し、厚さ１００Åの非晶質ホウ素ドープ・シリコン膜を蒸着させた。これらの条件のもとで、基板へのトリシランの供給速度は毎分約０．１グラムであった。蒸着速度は毎分４００Åであった。
実施例５
【００７９】
蒸着を３０秒間実行して最終的な厚さが２０５Åである膜を製造した点を除き、実施例４に記載のとおり非晶質ホウ素ドープ・シリコン膜を蒸着させた。蒸着速度は毎分４１０Åであった。
実施例６
【００８０】
蒸着を１分間実行して最終的な厚さが４０９Åである膜を製造した点を除き、実施例４に記載のとおり非晶質ホウ素ドープ・シリコン膜を蒸着させた。蒸着速度は毎分４０９Åであった。
【００８１】
実施例４〜６は、薄膜を蒸着させるためにトリシランを用いた場合に、蒸着速度がほぼ一定であることを示している。平均の蒸着速度は４０６Å／分であり、ばらつきはわずか４．５Åｒｍｓ（１．１％）であった。
比較例７
【００８２】
トリシランに代えてシランを使用した点を除き、実施例４に記載のとおり非晶質ホウ素ドープ・シリコン膜を蒸着させた。シランは気体の形態で、約１００ｓｃｃｍの流量で供給した。これらの条件下でシランは気体であるため、バブラーは使用しなかった。基板へのシランの供給速度は毎分約０．１グラムであり、実施例４〜６におけるトリシランの供給速度とほぼ同じであった。蒸着を３分間実行し、最終的な厚さが１６Åの膜を製造した。蒸着速度は毎分５．３Åであった。
比較例８
【００８３】
蒸着を５分間実行して最終的な厚さが８７Åである膜を製造した点を除き、比較例７に記載のとおり非晶質ホウ素ドープ・シリコン膜を蒸着させた。蒸着速度は毎分１７．４Åであった。
比較例９
【００８４】
蒸着を１０分間実行して最終的な厚さが２８４Åである膜を製造した点を除き、比較例７に記載のとおり非晶質ホウ素ドープ・シリコン膜を蒸着させた。蒸着速度は毎分２８．４Åであった。
【００８５】
比較例７〜９は、薄膜を蒸着させるためにシランを用いた場合に、蒸着速度が膜厚に依存して大きく変化することを示している。膜厚が１６Åから２８４Åに増すとともに、蒸着速度は毎分５．３Åから毎分２８Åへと変化した。平均は１７Å／分であり、ばらつきは９．４Åｒｍｓ（５５％）であった。
【００８６】
実施例４〜６、比較例７〜９は、シランの代わりにトリシランを使用することによって、はるかに高い速度で、膜蒸着の均一性を大きく改善しつつ、蒸着が実行できるようになることを示している。
【００８７】
表面上にＳｉ含有材料を蒸着させるための装置を提示する。好ましい装置を示した概略図が図８に示されている。この装置は、例えば水素ガスを収容しているキャリアガス源８１０、液体トリシラン８３０を収容したバブラー８２０として図示されている温度制御気化室、およびガス源８１０をバブラー８２０に機能可能に接続しているガス配管８４０を有している。液体トリシランの保管容器または補給源８３２が、補給配管８３４を通じて液体トリシランをバブラー８２０へと供給する。排気管８６０を備えるＣＶＤ処理室８５０が、供給配管８７０によってバブラー８２０へと機能可能に接続されている。キャリアガス中に取り込まれたトリシランのバブラー８２０からＣＶＤ処理室８５０への流れは、好ましくは、バブラーの近傍に機能可能に配置された温度調整源８８０によって補助される。温度調整源８８０は、トリシランを約１０℃〜約７０℃、好ましくは約２０℃〜約５２℃の範囲の温度に維持し、これによってトリシランの気化速度を制御する。好ましくは、ＣＶＤ処理室８５０は、枚葉式水平ガス流反応炉である。好ましくは、バブラー８２０からＣＶＤ処理室８５０へのトリシラン８３０の通過を制御するため、装置が供給配管８７０へと機能可能に接続された分岐管（図示されていない）をさらに有している。好ましくは、トリシランの凝縮を防止するため、ガス配管８７０が約３５℃〜約７０℃の範囲の温度、さらに好ましくは約４０℃〜約５２℃の範囲の温度に保たれる。
【００８８】
図１１〜１５は、バブラー８２０について好ましい構成を示している。前述のとおり、バブラー８２０は液体トリシラン８３０を収容している。通常、バブラーは、ジクロロシラン（ＤＣＳ）およびトリクロロシラン（ＴＣＳ）などのより一般的な液体シリコン前駆体源に使用されるものを含め、伝統的にステンレス鋼から作られてきた。しかしながら、本願の出願人らは、そのような構成ではトリシランが鉄系材料と反応するため、トリシランの貯蔵寿命が短くなることを発見した。したがって、好ましい構成においては、バブラー８２０は、非鉄材料、好ましくは非活性金属、さらに好ましくはアルミニウムで作られた本体９００を有している。
【００８９】
図示の構成では、本体９００が、おおむね円筒形の空洞９０４を画定する内面９０２を有している。図１４および１５を参照されたい。図示の内面９０２は、おおむね垂直な側壁９０６およびおおむね水平な下部壁９０８を含んでいる。側壁９０６は、上方の大径部９１０、下方の小径部９１２、ならびに上方および下方部９１０、９１２の間に位置する遷移部９１４を含んでいる。
【００９０】
図示の実施の形態では、空洞９０４の上方部分が移行部材９１５によって閉じられており、図示の実施の形態においては、移行部材９１５が第１の部材９１６および第２の部材９４４によって構成されている。以下でより詳細に説明するとおり、第１の部材は好ましくは本体９００と同じ材料（例えば、好ましい実施の形態においてはアルミニウム）で作られ、したがって本体９００に直接溶接でき、あるいは他の方法で適切に取り付けできる。対照的に、第２の部材９４４は、標準的なステンレス鋼製の補助的部品を第２の部材９４４に直接溶接できるよう、好ましくはステンレス鋼などの第２の材料で作られる。
【００９１】
図１５に最もよく見て取れるとおり、図示の実施の形態においては、第１の部材９１６が空洞９０４の上部壁９１８を定めている。第１の部材９１６は、キャリアガス配管８４０（図８を参照）に接続されたキャリアガス導入口９２０、保管容器８３２（図８を参照）から空洞９０４へと液体トリシランを運ぶための補給配管８３４に接続されている補給源導入口９２２、および供給配管８７０（図８を参照）に接続された供給ガス出口９２３（図１４を参照）を有している。第１の筒状部材９２４が、キャリアガス導入口９２０から空洞９０４の底部まで延びている。図示の構成においては、第１の筒状部材９２４が９０°の曲げ９２６を有しており、下部９２８が下部壁９０８と平行に延びている。下部９２８には、噴霧穴が設けられていると好ましい。曲げ９２６によって、噴霧穴が空洞９０４の中央付近に位置して好都合である。これにより、水素が空洞内に保存された液体とより良く混ざるようになり、液体の補給源材料による良好な飽和が可能になる。第１の筒状部材９２４は、好ましくは本体９００と同じ材料で作られ、したがって第１の部材９１６に溶接でき、あるいは他の方法で適切に取り付けできる。補給源導入口９２２から第２の筒状部材９３０が延びている。第２の筒状部材９３０も空洞９０４の下部まで延びており、好ましくは本体９０２と同じ材料で作られ、したがって第１の部材９１６に溶接でき、あるいは他の方法で適切に取り付けできる。
【００９２】
図１４に最もよく見て取れるとおり、第１の部材９１６は、好ましくは液体水位検出装置９３４を受け入れるための開口９３２をさらに備えている。好ましい構成においては、液体水位検出装置９３４は、例えばこの技術分野において公知の容量式水位検出装置である。容量式水位検出装置９３４は、液体および気体のトリシランの誘電率に対して敏感に反応する容量プローブを有している。この容量の差が測定され、バブラー８２０内の液体トリシランの水位に比例した線形な電流信号へと変換される。液体水位検出装置９３４はトリシランと接触する。したがって、本体９００と同じ材料で作られていると好ましく、あるいはＰＴＦＥ（テフロン（登録商標））などの保護層で被覆されていると好ましい。
【００９３】
例えばフロート、リード・スイッチ、光学的検出、静電センサ、および／または音響検出を利用する装置など、他の形式の液体検出装置を使用することもできる。しかしながら、本発明の発明者らは、容量式水位検出装置が図示のバブラー８３４にとってとくに好都合であることを見出した。例えば、図示の容量式水位検出装置９３４は、例えばフロートを使用する装置に比べ、信頼性が高く、高い感度、および連続的であるアナログ入力を示し、必要な空間も小さい。とくにフロートは、容量式水位検出装置９３４に比べて信頼性が低く、応答にヒステリシスを含み、さらに通常のリード・スイッチと組み合わせて用いたときに液体の水位を連続的に検出することができない。すなわち、容量式センサの特別な利点は、水位の連続的な監視にある。連続的な水位監視は、補給源化学物質の完全な飽和に必要な「上部空間」の最適化を継続的におこなうことを容易にするため好ましい。
【００９４】
図示の実施の形態では、ジャケット９３６が本体を囲んでおり、冷却用／加熱用液体のための空間９３８を形成している。図１５を参照されたい。この液体が、入口９４０（図１３）および出口９４２（図１３）を通じて温度調整源８８０（図８を参照）に接続されており、この液体を使用してバブラー８２０の温度を調節することができる。ジャケット９３６は、好ましくは腐蝕を低減すべく陽極酸化処理されている。一変更例の構成としては、バブラー８３４、ＣＶＤ処理室８５０およびガス配管８７０を、気化した補給源材料の凝縮を防ぐよう目標温度に保たれる共通の断熱室内に配置することもできる。そのような構成において、保管容器または補給源８３２は、この共通の断熱容器の外に置いてもよい。
【００９５】
前述のとおり、通常の基板処理システムにおいては、補助的な部品（例えば、ガス配管および供給配管）はステンレス鋼で作られている。このような部品に組み合わされる接続具も、通常はやはりステンレス鋼で作られ、銀めっきされたステンレス鋼製ガスケットまたはニッケル製のガスケットを使用することができる。このような接続具は、アルミニウム製の部品に溶接することはできない。
【００９６】
この問題を解決するため、図示のバブラー８２０は、アルミニウムの本体９００と半導体産業において標準的なステンレス鋼配管との間の移行として機能する移行部材９１５を備えている。すでに説明したように、移行部材９１５は第１の部材９１６および第２の部材９４４からなる。第１の部材９１６は、好ましくはアルミニウムで作られ、好ましくは本体９００に直接溶接される。第２の部材９４４は、好ましくは例えばステンレス鋼など補助的部品と同じ材料で作られる。
【００９７】
図１５を参照すると、第２の部材９４４は、第１の部材９１６のガス導入口９２０、補給源導入口９２２および供給ガス出口９２３（図１４を参照）とそれぞれ整列したガス導入口９４６、液体補給源導入口９４８およびガス出口９５０（図１４を参照）を備えている。さらに第２の部材９４４は、好ましくは液体水位検出装置９３４のための開口９５２（図１４を参照）を備えている。好ましくは、さらに熱伝導体（図示されていない）を収容するための温度坑井９５４が、第２の部材９４４および第１の部材９１６を貫通して延びている。温度検出装置を、この温度坑井９５４を通して延ばし、バブラー８２０の温度を測定することができる。
【００９８】
続けて図１４を参照すると、第２の部材９４４が、第１の部材９１６の上面９５８と隣接する下面９５６を有している。好ましい構成においては、第２の部材が３１６ステンレス鋼から形成され、好ましくは下面９５６が次のように形成される。（i）第２の部材９４４を、前もって１１００アルミニウムの薄片へと機械的に積層させた３１６ステンレス鋼の薄い層へと爆発接合し、（ii）この１１００アルミニウムの薄片を純粋な１０００アルミニウム合金の薄片へと爆発接合し、（iii）この１０００アルミニウム合金の薄片を、前述のとおりアルミニウムから作られている第１の部材９１６の上面９５８へと爆発接合する。このようにして、第２の部材９４４を直接第１の部材９１６に接合し、第１の部材９１６と第２の部材９４４の間に堅固な密着を形成することができる。
【００９９】
前述のとおり、第２の部材９４４は、好ましくは補助的な部品と同じ材料で作られる。したがって、接続用の部品を第２の部材９４４の上面９５８に溶接することができる。例えば、図示の実施の形態においては、センサの移行部材９６０を第２の部材９４４に溶接することができる。同様に、図１６に示した接続具などの接続具９６２を、例えば補給配管８３４、ガス配管８４０、および供給配管８７０をそれぞれ液体導入口９４８、ガス導入口９４６、および供給ガス出口９５０に接続（図８および１４を参照）するため、第２の部材９４４に溶接することができる。
【０１００】
図示のバブラー８２０は、いくつかの利点を有している。例えば、本体９００がアルミニウム製であるため、空洞９０４内に保存されたトリシランの貯蔵寿命が延長される。さらに、第２の部材９４４がステンレス鋼製であるため、補助的な部品９６０、９６２を、これら補助的な部品９６０、９６２とバブラー８２０の間がしっかりと密封されるようバブラーに溶接することができる。同様に、第１の部材９１６がアルミニウム製であるため、本体９００へと溶接して空洞９０４を密封することができる。アルミニウムの熱伝導性はステンレス鋼に比べて高いため、本体９００がアルミニウムで構成されていることにより、バブラー８２０の加熱および冷却も容易になっている。
【０１０１】
以上述べた構成およびプロセスに対し、本発明の技術的範囲を離れることなくさまざまな省略、追加、および変形を行なうことが可能であり、そのような改変および変更がすべて、添付の特許請求の範囲によって定められる本発明の技術的範囲に包含されるものであることは、当業者であれば理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】半導体基板上へと蒸着させたＳｉ含有薄膜を示した断面概略図である。
【図２】半導体基板上へと蒸着させたＳｉ含有薄膜を示した断面概略図である。
【図３】半導体および絶縁材料から形成された段差を覆って蒸着させたＳｉ含有薄膜を示した断面概略図である。
【図４】図４Ａは半導体に形成されたトレンチを覆って蒸着させたＳｉ含有薄膜を示した断面概略図である。図４Ｂは、Ｓｉ含有薄膜をアニールすることによって形成したＨＳＧシリコンを示している。
【図５】トランジスタのゲート電極においてゲート絶縁膜上の濡れ層として用いたＳｉ含有薄膜を示した断面概略図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｃは、Ｓｉ含有薄膜をトランジスタのゲート電極におけるゲート絶縁膜上の濡れ層として蒸着させる手順を示した断面概略図である。
【図７】図７Ａ〜図７Ｃは、Ｓｉ含有薄膜を蒸着させて量子ドットを形成すべくアニールする手順を示した断面概略図である。
【図８】Ｓｉ含有薄膜を蒸着させるための装置を示した断面概略図である。
【図９】二酸化シリコン基板上に蒸着させたシリコン膜を示した断面顕微鏡写真の写しである。
【図１０】二酸化シリコン基板上に蒸着させたシリコン膜を示した断面顕微鏡写真の写しである。
【図１１】図８の装置のバブラーの前面斜視図であり、本発明による或るいくつかの特徴および利点を有している。
【図１２】図１１のバブラーの上面図である。
【図１３】図１１のバブラーの側面図である。
【図１４】図１３の線１４‐１４に沿って得た断面図である。
【図１５】図１２の線１５‐１５に沿って得た断面図である。
【図１６】図１１のバブラーおよび一対の接続具の正面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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