(57)【要約】  基板上に電流密度の高い垂直型のｐｉｎダイオードを形成する方法が記載される。これらの方法は、第ＩＶ族元素含有前駆体と、ｎ型ドーパント前駆体およびｐ型ドーパント前駆体へのいずれかの順序の連続露出を同時に組み合わせる工程を含む。第ＩＶ族元素含有前駆体を流しながら、ドーパント前駆体の流れを低減または除去することによって、ｎ型層とｐ型層の間に真性層が堆積される。この基板は、ｎ型層、真性層、およびｐ型層のそれぞれの堆積中、同じ処理チャンバ内に位置することができ、基板は、隣接する層の堆積間で大気へ露出されない。
2013513238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理チャンバ内の基板処理領域において基板上に電流密度の高い垂直型のｐｉｎダイオードを形成する方法であって、
基板を基板処理領域内へ移送する工程と、
基板処理領域内へ、第ＩＶ族流量を有する第ＩＶ族元素含有前駆体を流しながら、水素流量で水素も流して、基板上に多結晶の半導電性フィルムを形成する工程と、
基板処理領域内にＲＦプラズマを形成する工程と、
形成中に半導電性フィルムをドープして垂直型のｐｉｎフィルムスタックを形成する工程であって、
（１）第１のドープ層の形成中には第１のドーパント流量の第１のドーパント含有前駆体を供給することと、
（２）真性層の形成中にはいかなる流量でもドーパント実質的に含有前駆体を供給しないことと、
（３）第２のドープ層の形成中には第２のドーパント流量の第２のドーパント含有前駆体を供給することと
を連続して行い、
第１のドープ層、真性層、および第２のドープ層の形成が、隣接する層の形成間で基板を大気へ露出させることなく行われることによって、インターフェース付近の酸素混入が低減されて、電子移動度が改善されて、第１のドープ層および第２のドープ層の一方がｎ型層になり、他方がｐ型層になる工程と、
基板処理領域から基板を取り出す工程と
を含む方法。
【請求項２】
第１のドーパント含有前駆体が、ＢＨ３、Ｂ２Ｈ６、より高位のボラン、ハロゲン置換ボラン、ＴＥＢ、ＴＭＢ、ＴＥＧ、およびＴＭＧからなる群から選択される前駆体を含み、第２のドーパント含有前駆体が、ＰＨ３、ハロゲン置換ホスフィン、ＡｓＨ３、ハロゲン置換ヒ化水素、ＳｂＨ３、ハロゲン置換スチビン、ＴＥＳｂ、およびＴＭＳｂからなる群から選択される前駆体を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第２のドーパント含有前駆体が、ＢＨ３、Ｂ２Ｈ６、より高位のボラン、ハロゲン置換ボラン、ＴＥＢ、ＴＭＢ、ＴＥＧ、およびＴＭＧからなる群から選択される前駆体を含み、第１のドーパント含有前駆体が、ＰＨ３、ハロゲン置換ホスフィン、ＡｓＨ３、ハロゲン置換ヒ化水素、ＳｂＨ３、ハロゲン置換スチビン、ＴＥＳｂ、およびＴＭＳｂからなる群から選択される前駆体を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第１のドープ層、真性層、および第２のドープ層が実質的にケイ素およびゲルマニウムからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第１のドープ層、真性層、および第２のドープ層が実質的にゲルマニウムからなる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
第１のドープ層、真性層、および第２のドープ層にパターンを付けて、カラム幅を有する円柱状のｐｉｎ構造を形成する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
カラム幅が約３０ｎｍ以下である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
円柱状のｐｉｎ構造が１μＡｍｐの電流に耐えうる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
第１のドープ層がｎ型であり、第２のドープ層がｐ型である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
第１のドープ層がｐ型であり、第２のドープ層がｎ型である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
いかなる流量でもドーパント含有前駆体を実質的に供給しない工程の結果、真性層が、約１０１６／ｃｍ３以下、約１０１７／ｃｍ３以下、または約１０１８／ｃｍ３以下のいずれか１つのドーパント密度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
第ＩＶ族元素含有前駆体が、ＧｅＨ４、Ｇｅ２Ｈ６、より高位のゲルマン、およびハロゲン置換ゲルマンからなる群から選択される前駆体を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
第ＩＶ族元素含有前駆体が、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、より高位のシラン、およびハロゲン置換シランからなる群から選択される前駆体を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
ｐｉｎダイオードの形成中にヘリウム流量でヘリウムを流す工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
第１のドープ層と真性層の間で、または真性層と第２のドープ層の間で、第ＩＶ族元素含有前駆体の流れが中断されるが、真空は破壊されず、したがって基板が大気へ露出されない、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、「ＨＩＧＨ  ＭＯＢＩＬＩＴＹ  ＭＯＮＯＬＩＴＨＩＣ  Ｐ−Ｉ−Ｎ  ＤＩＯＤＥＳ」という名称の２００９年１２月３日出願の米国仮特許出願第６１／２６６，２６４号の利益を主張する。同願を、あらゆる目的で参照により本明細書に組み込む。
【背景技術】
【０００２】
ｐｉｎダイオードは、高速および／または高出力の適用分野で有用であり、また検出の適用分野では、捕獲率を増大させる。これらの構造は、静的メモリモジュール内に組み込まれ、ダイオードは、メモリセル内へモノリシックに組み込まれる。
【０００３】
ＣＭＯＳトランジスタと類似の方法で、基板のうちｐ型またはｎ型ドーパントを必要とする部分のみを露出させる一連のマスクを使用するイオン注入を通じて、デバイスを連続してドープすることによって、横向きのｐｉｎダイオードが作られてきた。高密度のメモリデバイスは、垂直型のｐｉｎダイオードの生産を必要とし、垂直型のｐｉｎダイオードは、厚い真性層を堆積させ、連続してこのスタックに、たとえば低エネルギーのｐ型ドーパントおよび高エネルギーのｎ型ドーパントで衝撃を与えて、これらのドーパントをｐｉｎスタック内に所望どおり位置決めすることによって形成されてきた。ｐｉｎダイオードスタック内の粒径を「回復」または増大させるには、レーザアニールなどの後処理が必要とされ、それによって移動度を高めて、より高い電流密度を実現することができる。高温のアニールはドーパントを再分散させ、作られるデバイスの性能を損なう可能性がある。
【０００４】
したがって、高い移動度を提供し（すなわち、高い電流密度に耐えうる）、それでもなおドーパントのプロファイルを正確に制御できる、ｐｉｎダイオードスタックを形成する新しい堆積処理が必要とされている。本願では、上記その他の必要に対処する。
【発明の概要】
【０００５】
基板上に電流密度の高い垂直型のｐｉｎダイオードを形成する方法について説明する。これらの方法は、第ＩＶ族元素含有前駆体と、ｎ型ドーパント前駆体およびｐ型ドーパント前駆体へのいずれかの順序の連続露出を同時に組み合わせる工程を含む。第ＩＶ族元素含有前駆体を流しながら、ドーパント前駆体の流れを低減または除去することによって、ｎ型層とｐ型層の間に真性層が堆積される。この基板は、ｎ型層、真性層、およびｐ型層のそれぞれの堆積中、同じ処理チャンバ内に位置することができ、基板は、隣接する層の堆積間で大気へ露出されない。
【０００６】
一実施形態では、本開示は、基板処理チャンバ内の基板処理領域において基板上に電流密度の高い垂直型のｐｉｎダイオードを形成する方法を提供する。この方法は、基板を基板処理領域内へ移送する工程と、基板処理領域内へ、第ＩＶ族流量を有する第ＩＶ族元素含有前駆体を流しながら、水素流量で水素も流して、基板上に多結晶の半導電性フィルムを形成する工程と、基板処理領域内にＲＦプラズマを形成する工程とを含む。この方法は、（１）第１のドープ層の形成中には第１のドーパント流量の第１のドーパント含有前駆体を供給し、（２）真性層の形成中にはいかなる流量でもドーパント含有前駆体を実質的に供給せず、（３）第２のドープ層の形成中には第２のドーパント流量で第２のドーパント含有前駆体を供給することを連続して行うことによって、形成中に半導電性フィルムをドープして垂直型のｐｉｎフィルムスタックを形成する工程をさらに含む。第１のドープ層、真性層、および第２のドープ層の形成は、隣接する層の形成間で基板を大気へ露出させることなく行われる。インターフェース付近の酸素混入は低減され、電子移動度が改善され、第１のドープ層または第２のドープ層はｎ型層になり、他方はｐ型層になる。この方法は、基板処理領域から基板を取り出す工程をさらに含む。
【０００７】
追加の実施形態および特徴について、一部は以下の説明で述べるが、一部は、本明細書の説明を読めば当業者には明らかになり、または本発明の実施によって習得することができる。本発明の特徴および利点は、本明細書に記載する機器、組合せ、および方法を用いて実現および達成することができる。
【０００８】
本発明の性質および利点のさらなる理解は、本明細書の残りの部分および図面を参照することによって実現することができ、いくつかの図面全体にわたって、同じ参照番号を使用して類似の構成要素を指す。場合によっては、参照番号にサブラベルを関連付けて、ハイフンに続いて複数の類似の構成要素の１つを指す。既存のサブラベルを指定しないで参照番号を参照するときは、そのような複数の類似の構成要素をすべて参照するものとする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態によるｐｉｎダイオードスタックを作るための選択された工程を示す流れ図である。
【図２】本発明の実施形態によるｐｉｎダイオードに基づくメモリデバイスを形成するための選択された工程を示す別の流れ図である。
【図３】本発明の実施形態による円柱状のｐｉｎダイオードの斜視図である。
【図４】本発明の実施形態による基板処理システムを示す図である。
【図５】本発明の実施形態による基板処理チャンバを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
基板上に電流密度の高い垂直型のｐｉｎダイオードを形成する方法について説明する。これらの方法は、第ＩＶ族元素含有前駆体と、ｎ型ドーパント前駆体およびｐ型ドーパント前駆体へのいずれかの順序の連続露出を同時に組み合わせる工程を含む。第ＩＶ族元素含有前駆体を流しながら、ドーパント前駆体の流れを低減または除去することによって、ｎ型層とｐ型層の間に真性層が堆積される。この基板は、ｎ型層、真性層、およびｐ型層のそれぞれの堆積中、同じ処理チャンバ内に位置することができ、基板は、隣接する層の堆積間で大気へ露出されない。
【００１１】
本明細書に提示する方法により、注入されたドーパントを活動化させるには高温のアニールを必要とするはずのイオン注入を使用することなく、ｐｉｎダイオードスタックを形成することができる。ｐｉｎダイオードスタックはまた、堆積中に基板を大気へ露出させることなく形成され、それによってスタック内に薄い酸化物層が形成されるのを回避する。薄い酸化物層は、デバイスの電子移動度を低減させ、最大許容電流密度を低くすることがある。最大許容電流密度とは、たとえばドーパントを再分散させることによって性能を急速に劣化させない最も高い電流密度である。
【００１２】
例示的なｐｉｎダイオード形成処理
図１は、本発明の実施形態によるｐｉｎダイオードフィルムスタックを作る方法１００内の選択された工程を示す流れ図である。方法１００は、基板を基板処理領域内へ移送する工程を含む（１０２）。水素の流れが開始されて継続し（１０３）、ＧｅＨ４およびＳｉＨ４の流れが基板処理領域へ供給される（１０４）。フィルムスタックの成長中、基板処理領域にはＲＦプラズマが存在する。工程１０５で、シリコンゲルマニウムのフィルムが成長するにつれて、一連のドーパント前駆体が供給される。例示的なシーケンス１０５では、第１にホウ素含有前駆体（たとえば、ＴＥＢ、ＴＭＢ、ＢＨ３、Ｂ２Ｈ６、より高位のボラン、．．．）が流れ、その後、流れのない（または少ない）期間が続き、次いでリン含有前駆体（たとえば、ＰＨ３．．．）の流れが続く。このシーケンスの結果、ｎ型層の下に位置する真性層の下にｐ型層が位置するｐｉｎダイオードスタックが得られる。この時点で、ｐ−ｉインターフェースとｉ−ｎインターフェースはどちらも表面下で保護され、基板を基板処理領域から移送することができる（１０８）。
【００１３】
望ましくないｉ−ｐ−ｉ−ｎまたはｐ−ｉ−ｎ−ｉ構造ではなくｐ−ｉ−ｎを形成するには、シーケンスの初めまたは終わりに真性層が生じるのを回避しなければならない。そのような構造は、複数の方法で回避される。ドーパント前駆体は、ＧｅＨ４およびＳｉＨ４の流れと同時に開始することができる。別法として、ＧｅＨ４およびＳｉＨ４の流れを開始して、安定した流れを確立させることができる。次いで、基板処理領域へのプラズマ出力が投入される前に、またはそれとほぼ同時に、ドーパント前駆体の流れを開始することができる。同様に、シーケンスの終わりで真性領域が生じるのを回避するために、プラズマ出力を停止させることができ、プラズマ出力の終了と同時に、ドーパント前駆体、ＧｅＨ４、およびＳｉＨ４の流れを停止させることができる。これらの流れはまた、プラズマ出力の終了後に、流れごとに異なる時点でも停止させることもできる。実施形態では、大部分がドープ層間に位置するように真性層を制限するこれらのシーケンスはまた、本明細書に提示する他の方法に適用することができる。
【００１４】
ＧｅＨ４とＳｉＨ４の流れはどちらも、図１のシリコンゲルマニウムフィルムの成長の間ずっと継続する。他の実施形態では、ＧｅＨ４とＳｉＨ４の一方または両方の流れは、第１のドープ層と真性層の間で、または真性層と第２のドープ層の間で中断される。シリコンゲルマニウムの形成中に水素が存在することで、フィルムが確実に多結晶になる。通常、水素の流れが大きければ大きいほど、多結晶フィルム内の結晶ドメインはより大きくなり、それによって電子移動度を増大させ、ｐｉｎダイオードがより高い電流密度に耐えるのを助ける。異なる実施形態では、水素の流量は、ＧｅＨ４とＳｉＨ４の流量の和より約１５倍以上、約２０倍以上、約２５倍以上、または約３０倍以上大きい。堆積されたフィルムはアモルファスとすることができ、水素の流れは付随しない。
【００１５】
このシーケンスの変更も可能であることは明らかである。このシーケンスをリン含有前駆体で始めて、ホウ素含有前駆体で終えることができ、その結果、ｐｉｎダイオードスタックは真性層の下にｎ型層を有するはずであり、ｐ型層は最も外側の層になるはずである。ジゲルマン（Ｇｅ２Ｈ６）またはより高位のゲルマンなどの他の前駆体から、ゲルマニウムを供給することもできる。同様に、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）およびより高位のシランなどの他の前駆体から、ケイ素を供給することもできる。シランおよびゲルマンベースの前駆体はまた、水素の一部またはすべてがハロゲンで置き換えられたハロゲン置換代替物で置き換えることができる。
【００１６】
ｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントは、図１の例で使用したものとは異なってもよい。ホウ素の代わりにガリウムを使用してｐ型層を作ることができ、リンの代わりにヒ素またはアンチモンを使用することができる。実施形態では、同じタイプのドーパントの組合せを使用することもできる。基板処理領域へガリウムを供給するのに適した前駆体には、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）およびトリメチルガリウム（ＴＭＧ）が含まれる。ヒ素に対する最も一般的なドーパントはヒ化水素（ＡｓＨ３）であり、アンチモンに対する例示的なドーパントには、スチビン（ＳｂＨ３）、トリエチルアンチモン（ＴＥＳｂ）、およびトリメチルアンチモン（ＴＭＳｂ）が含まれる。ドーパント含有前駆体は、上記のすべての前駆体のハロゲン置換型を含むことができ、ハロゲン（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ．．．）は、上述したドーパント含有前駆体内に存在する水素の一部またはすべてを置き換える。
【００１７】
異なる実施形態では、基板の温度は、約１５０℃〜約６００℃、約２００℃〜約５００℃、または約３００℃〜約４００℃とすることができる。通常、温度が高ければ高いほど、温度の増大とともに多結晶のシリコンゲルマニウム内の結晶寸法が増大するため、移動度がより大きくなる。異なる実施形態では、基板処理領域内の圧力は、約０．５トル〜約１０トル、約２トル〜約８トル、または約４トル〜約６トルとすることができる。基板の上面と遮蔽板アセンブリ（詳細には後述）の底面の間の間隔と、プラズマ出力レベルの組合せで、前駆体を励起するために使用されるプラズマ出力密度が決まる。ＲＦプラズマ周波数は、ＲＦ周波数（たとえば、３５０ｋＨｚおよび／または１３．５ＭＨｚ）の１つまたは組合せとすることができ、主に通信干渉を考慮することによって決まる。特に、通信に割り当てられたローカル周波数に他の周波数が干渉しない領域では、他の周波数も可能である。異なる実施形態では、１３．５６ＭＨｚを使用してプラズマを励起するとき、ＲＦ出力は、約２５ワット〜約４００ワット、約５０ワット〜約３５０ワット、約１００ワット〜約３００ワット、または約１５０ワット〜約２５０ワットとすることができる。
【００１８】
異なる実施形態では、シラン（ＳｉＨ４）とゲルマン（ＧｅＨ４）の組み合わせた流量は、約２０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍ、約５０ｓｃｃｍ〜約１５０ｓｃｃｍ、または約７５ｓｃｃｍ〜約１２５ｓｃｃｍとすることができる。前述のように、水素の流量は、シランとゲルマンの組み合わせた流量の高倍（たとえば、１０、２０、３０、４０．．．）以上になるように選択されることが好ましい。異なる実施形態では、絶対的には、水素流量は、約５００ｓｃｃｍ〜約１０，０００ｓｃｃｍ、約１，０００ｓｃｃｍ〜約８，０００ｓｃｃｍ、約２，０００ｓｃｃｍ〜約７，０００ｓｃｃｍ、または約４，０００ｓｃｃｍ〜約６，０００ｓｃｃｍとすることができる。基板表面全体の堆積の均一性を改善するために、ｐｉｎダイオードの形成中、基板処理領域にヘリウムを添加することもできる。異なる実施形態では、ヘリウム流量は、約１，０００ｓｃｃｍ〜約１０，０００ｓｃｃｍ、約２，０００ｓｃｃｍ〜約９，０００ｓｃｃｍ、約３，０００ｓｃｃｍ〜約８，０００ｓｃｃｍ、または約４，０００ｓｃｃｍ〜約６，０００ｓｃｃｍとすることができる。本明細書に提供する流量およびプラズマ出力はすべて、直径３００ｍｍを有する２つの円形基板の片側を処理するデュアルチャンバに対応する。処理される表面積がこれらとは異なる基板（複数可）上にｐｉｎフィルムスタックを堆積させるために使用される処理には、適当な拡大縮小が必要とされる。
【００１９】
図２を次に参照すると、抵抗スイッチデバイスに適用されるｐｉｎダイオード構造を形成する方法２００の選択された工程を示す別の流れ図を示す。方法２００は、基板を基板処理領域内へ移送する工程（工程２０２）と、ゲルマン（ＧｅＨ４）および水素（Ｈ２）を提供し、ＲＦプラズマを用いて多結晶のゲルマニウム層を形成する工程（工程２０４）とを含む。流量、代替のゲルマニウム前駆体、およびＲＦプラズマ出力は、図１を参照して記載したとおりとすることができる。この例では、シリコン−ゲルマニウム層ではなくゲルマニウム層を成長させるために、ケイ素含有前駆体は使用しない。ゲルマニウム（Ｇｅ）は、最も高い移動度を提供し、したがってその結果、工程中に最も高い電流密度に耐えるデバイスが得られる。シリコンゲルマニウム（ＳｉｘＧｅ１−ｘ）の一連の移動度は、ゲルマニウムの比率が増大するにつれてほぼ単調に増大する。図２には図示しないが、開示の実施形態では、同様に基板処理領域内へケイ素前駆体を流して、より一般的な組成ＳｉｘＧｅ１−ｘを実現することができる。
【００２０】
ゲルマニウムのフィルムが成長するにつれて、工程２０６で、一連のドーパント前駆体が供給される。ドーピング工程２０６は、堆積中のいかなる時点でも真空を破壊して基板を大気へ露出させることなく、リン含有前駆体を流し、その後ドーパントの流れのない（または少ない）期間に続いて、ホウ素含有前駆体を流すことを含む。このシーケンスは、底部にｎ型材料を有し、上部（最も外側の層）にｐ型材料を有するｐｉｎダイオードフィルムスタックを形成する。この場合も、ｎ型材料とｐ型材料の間には真性層が位置する。真性層は、ドーパントを欠いていないことがあり、ｐｉｎダイオードフィルムスタックの形成中に基板処理領域に入るドーパントの流れがないか、それとも流れが低減されるかにかかわらず、ある濃度の活性ドーパントが真性層内に存在することがある。異なる実施形態では、真性層のドーパント濃度は、約１０１６／ｃｍ３以下、約１０１７／ｃｍ３以下、または約１０１８／ｃｍ３以下とすることができる（図１のとおり）。堆積中にフィルムスタックをドープすることで、イオン注入を使用する必要を回避し、ドーパント濃度が低減された真性層の生成を可能にする。
【００２１】
ｐｉｎダイオードフィルムスタックの形成に続いて、基板は、基板処理領域から取り出される（２０８）。本明細書に記載のとおり成長させたｐｉｎダイオードフィルムスタックの移動度は、約２０ｃｍ２／Ｖｓｅｃ以上、約５０ｃｍ２／Ｖｓｅｃ以上、約１００ｃｍ２／Ｖｓｅｃ以上、または約２００ｃｍ２／Ｖｓｅｃ以上の１つとすることができる。基板は、別の堆積チャンバへ移送され、ｐｉｎダイオードフィルムスタック上に、抵抗スイッチ材料が堆積される（２１０）。抵抗スイッチ現象に基づいてｐｉｎダイオードフィルムスタックをメモリデバイス内へ組み込むことは例示的な適用分野であり、他の多くの適用分野も、高移動度のｐｉｎダイオードから利益を得ることができる。新しいフィルムスタックにパターンを付けて、抵抗スイッチメモリカラムを形成する（２１２）。異なる実施形態では、高密度から利益を得る適用分野は、横方向の寸法が約６０以下、約５０以下、約４０以下、約３０ｎｍ以下、または約２０ｎｍ以下のｐｉｎダイオードカラムを必要とすることがある。
【００２２】
その結果得られるｐｉｎダイオードカラムを図３に示す。ｎ型材料３０５をカラムの底部に示し、基板はカラムの下へ延びる。カラムの真性部分３１０およびｐ型部分３１５も示す。本発明の実施形態によって形成された３０ｎｍの幅を有するカラムは、順バイアス方向に約１μＡ以上の電流に耐えることができる。高い電流に耐えられることで、抵抗スイッチ材料を低抵抗状態から高抵抗状態へ切り換えることができ、このスイッチを再び低抵抗状態に戻すことができる。開示の実施形態によって作られるカラムでは、狭い高密度デバイスの場合でも後者の遷移を行うことが可能である。
【００２３】
例示的な酸化ケイ素堆積システム
本発明の実施形態を実施できる堆積チャンバは、他のタイプのチャンバの中でも、高密度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰ−ＣＶＤ）チャンバ、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバ、減圧化学気相堆積（ＳＡＣＶＤ）チャンバ、および熱化学気相堆積チャンバを含むことができる。本発明の実施形態を実施できるＣＶＤシステムの具体的な例には、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ＣＥＮＴＵＲＡ  ＵＬＴＩＭＡ（登録商標）ＨＤＰ−ＣＶＤチャンバ／システム、およびＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）ＰＥＣＶＤチャンバ／システムが含まれる。
【００２４】
本発明の例示的な方法とともに使用できる基板処理チャンバの例は、「ＰＲＯＣＥＳＳ  ＣＨＡＭＢＥＲ  ＦＯＲ  ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＧＡＰＦＩＬＬ」という名称の本願の譲受人に譲渡されたＬｕｂｏｍｉｒｓｋｙらの米国特許出願公開第２００７／０２８９５３４号に図示および記載されているチャンバを含むことができる。同願の内容全体を、あらゆる目的で参照により本明細書に組み込む。追加の例示的なシステムは、米国特許第６，３８７，２０７号および第６，８３０，６２４号に図示および記載されているチャンバを含むことができる。同特許もまた、あらゆる目的で参照により本明細書に組み込む。
【００２５】
堆積システムの実施形態は、集積回路チップを生産するためのより大きな製造システム内に組み込むことができる。図４は、開示の実施形態による堆積、焼成、および硬化チャンバからなる１つのそのようなシステム４００を示す。この図では、１対のＦＯＵＰ（前方開口型統一ポッド）４０２が基板（たとえば、直径３００ｍｍのウェーハ）を供給し、基板はロボットアーム４０４によって受け取られ、低圧保持領域４０６内に配置されてから、ウェーハ処理チャンバ４０８ａ〜ｆの１つに配置される。第２のロボットアーム４１０を使用して、基板ウェーハを保持領域４０６から処理チャンバ４０８ａ〜ｆへ輸送し、また戻すことができる。
【００２６】
処理チャンバ４０８ａ〜ｆは、基板ウェーハ上に流動性の高い誘電体フィルムを堆積、アニール、硬化、および／またはエッチングする１つまたは複数のシステム構成要素を含むことができる。一構成では、２対の処理チャンバ（たとえば、４０８ｃ〜ｄおよび４０８ｅ〜ｆ）を使用して、基板上に流動性の高い誘電体材料を堆積させることができ、第３の対の処理チャンバ（たとえば、４０８ａ〜ｂ）を使用して、堆積された誘電体をアニールすることができる。別の構成では、同じ２対の処理チャンバ（たとえば、４０８ｃ〜ｄおよび４０８ｅ〜ｆ）は、基板上で流動性の高い誘電体フィルムの堆積とアニールの両方を行うように構成することができ、第３の対のチャンバ（たとえば、４０８ａ〜ｂ）は、堆積されたフィルムのＵＶまたは電子ビーム硬化に使用することができる。さらに別の構成では、３対のチャンバ（たとえば、４０８ａ〜ｆ）すべてが、基板上で流動性の高い誘電体フィルムを堆積および硬化させるように構成することができる。さらに別の構成では、２対の処理チャンバ（たとえば、４０８ｃ〜ｄおよび４０８ｅ〜ｆ）を、流動性の高い誘電体の堆積とＵＶまたは電子ビーム硬化の両方に使用することができ、第３の対の処理チャンバ（たとえば、４０８ａ〜ｂ）を、誘電体フィルムのアニールに使用することができる。異なる実施形態では、記載の処理のいずれか１つまたは複数を、図示の製造システムとは分離されたチャンバ（複数可）上で実施することができる。
【００２７】
さらに、処理チャンバ４０８ａ〜ｆの１つまたは複数は、湿式処理チャンバとして構成することができる。これらの処理チャンバは、湿気を含む大気中で流動性の高い誘電体フィルムを加熱することを含む。したがって、システム４００の実施形態は、堆積された誘電体フィルム上で湿式アニールと乾式アニールの両方を実行するために、湿式処理チャンバ４０８ａ〜ｂおよびアニール処理チャンバ４０８ｃ〜ｄを含むことができる。
【００２８】
図５を次に参照すると、ＰＥＣＶＤチャンバ５００の垂直横断面図を示し、ＰＥＣＶＤチャンバ５００は、チャンバ本体５００ａおよびチャンバリッド５００ｂを含む。ＰＥＣＶＤチャンバ５００は、チャンバリッド５００ｂを通じて上部チャンバ領域５１５内へいくつかの前駆体を提供できるガス供給システム５０５を含む。これらの前駆体は、上部チャンバ領域５１５内で分散し、遮蔽板アセンブリ５２３を通じて基板処理領域５２０内へ均等に導入される。基板処理中、基板処理領域５２０は、基板支持ペデスタル５３０上へ移送された基板５２５を収容する。支持ペデスタル５３０は、堆積反応を容易にするために、処理中に基板５２５に熱を提供することができる。
【００２９】
遮蔽板アセンブリ５２３の底面は、容量性のプラズマを形成する電極として働くように、導電材料から形成することができる。処理中、基板（たとえば、半導体ウェーハ）は、ペデスタル５３０の平坦な（またはわずかに凸状の）表面上に位置決めされる。基板支持ペデスタル５３０は、下部のローディング／オフローディング位置（図５に示す）と上部の処理位置（破線５３３で示す）の間で制御可能に動かすことができる。破線と遮蔽板アセンブリ５２３の底面の間の離隔距離は、処理中にプラズマ出力密度を制御するのを助けるパラメータである。
【００３０】
上部チャンバ領域５１５に入る前に、堆積ガスおよびキャリアガスが、ガス供給システム５０５から、結合または分離された供給ラインを通って流れる。通常、各プロセスガスに対する供給ラインは、（ｉ）チャンバ内へのプロセスガスの流れを自動的にまたは手動で遮断するために使用できるいくつかの安全遮断弁５０６と、（ｉｉ）供給ラインを通るガスの流れを測定する質量流量制御装置（図示せず）とを含む。一部のガスは、遠隔プラズマシステム（ＲＰＳ）５１０内を流れてから上部チャンバ領域５１５内へ入ることができる。
【００３１】
上部チャンバ領域５１５内部に入ると、堆積ガスおよびキャリアガスは、遮蔽板アセンブリ５２３の下部部分を形成する穿孔された円形のガス分配面板５２４内の孔を通って、基板処理領域５００内へ導入される。遮蔽板アセンブリ５２３はまた、基板処理領域５２０内への前駆体の分配の均等性を増大させるために、穿孔された遮蔽板を含むことができる。
【００３２】
ＣＶＤチャンバ５００内で実行される堆積処理は、熱処理またはプラズマ強化処理とすることができる。プラズマ強化処理では、ＲＦ電源５４０がガス分配面板５２４と支持ペデスタル５３０の間に電力を印加してプロセス混合ガスを励起させ、ガス分配面板５２４とペデスタル５３０によって支持された基板５２５との間の円筒形の領域内にプラズマを形成する。ガス分配面板５２４は、導電表面を有し、または金属挿入物から絶縁する。位置にかかわらず、ガス分配面板５２４の金属部分は、誘電体挿入物を介してＣＶＤチャンバ５００の残り部分から電気的に分離され、それによって面板５２４の電圧を、特に支持ペデスタル５３０に対して変動させることができる。
【００３３】
前駆体を上部チャンバ領域５１５内へ流し、その後基板処理領域５２０内へ流すとともに、面板５２４と支持ペデスタル５３０の間にＲＦ出力を印加することで、面板５２４と基板５２５の間にプラズマを生じさせる。プラズマはプラズマ廃水を作り出し、プラズマ廃水は反応して、ペデスタル５３０上に支持された半導体ウェーハの表面上に所望のフィルムを堆積させる。ＲＦ電源５４０は、基板処理領域５２０内へ導入される反応性種の分解を高めるために、通常１３．５６ＭＨｚの高いＲＦ周波数（ＲＦ１）および３６０ＫＨｚの低いＲＦ周波数（ＲＦ２）で出力を供給する混合周波数のＲＦ電源とすることができる。熱処理では、ＲＦ電源５４０は利用されないはずであり、プロセス混合ガスは熱反応して、支持ペデスタル５３０上に支持された半導体ウェーハの表面上に所望のフィルムを堆積させる。この反応を助けるために、支持ペデスタル５３０を抵抗加熱して熱エネルギーを提供することができる。
【００３４】
プラズマ堆積処理中、プラズマは、チャンバ５００からガスを排気するために使用される排気通路（図示せず）を取り囲むチャンバ本体５００ａの壁を含めて、処理チャンバ５００を加熱する。プラズマが点いていないとき、または熱堆積処理中は、処理チャンバ５００の壁の中で高温の流体を循環させて、チャンバを高い温度で維持することができる。ＣＶＤチャンバ５００のチャンバ壁内には、高温の流体を流すためにチャネル（図示せず）を提供することができる。チャンバ本体５００ａ、および場合によってはチャンバリッド５００ｂを加熱するために使用される流体は、水性のエチレングリコール、油性の熱伝達流体などを含むことができる。チャンバを加熱することで、普通なら処理チャンバ内へ逆流して現在または後の堆積に悪影響を与えうる反応生成物の凝結を低減させることができる。
【００３５】
反応副生成物を含めて、層内に堆積されなかった混合ガスの残りは、チャンバ本体５００ａ内のオリフィス（図示せず）を通じて、真空ポンプによってＣＶＤチャンバ５００から排気される。
【００３６】
支持ペデスタル５３０のウェーハ支持プラター（好ましくは、アルミニウム、アルマイト処理されたアルミニウム、セラミック、またはこれらの組合せ）は、平行な同心円の形で完全に２回転するように構成された埋込み型の単一ループのヒータ要素を使用して抵抗加熱される。ヒータ要素の外側部分は、支持プラターの外周に隣接し、内側部分は、より小さい半径を有する同心円の経路上に位置する。ヒータ要素への配線は、支持ペデスタル５００の軸を通過する。
【００３７】
通常、チャンバのライニング、ガス入り口マニホルド面板、および様々な他のリアクタ機器のいずれかまたはすべては、アルミニウム、アルマイト処理されたアルミニウム、またはセラミックなどの材料から作られる。そのようなＣＶＤ装置の一例は、「ＣＶＤ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｈａｍｂｅｒ」という名称の本願の譲受人に譲渡されたＺｈａｏらの米国特許第５，５５８，７１７号に記載されている。同特許を、全体として参照により本明細書に組み込む。
【００３８】
ウェーハがチャンバ本体５００ａ側の挿入／取出し開口５５０を通じてロボットブレード（図示せず）によって基板処理領域５２０との間で移送されるとき、リフト機構およびモータが、支持ペデスタル５３０およびそのウェーハリフトピン５４５を上下させる。モータは、処理位置５３３と、より低いウェーハローディング位置との間で、支持ペデスタル５３０を上下させる。
【００３９】
ＣＶＤチャンバ５００のチャンバリッド５００ｂ上に、遠隔プラズマシステム５１０を取り付けることができる。この場合、遠隔プラズマシステム５１０は、コストおよび時間のかかる修正を加えることなく、チャンバリッド５００ｂ上に好都合に取り付けられ、既存のチャンバ上へ容易に後付けできる、小型の自立型のユニットであることが望ましい。１つの適したユニットは、マサチューセッツ州ウォバーンのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．から入手可能なＡＳＴＲＯＮ（登録商標）ジェネレータである。ＡＳＴＲＯＮ（登録商標）ジェネレータは、低磁界のトロイダルプラズマを利用して、プロセスガスを解離する。一例では、プラズマは、ＮＦ３などのフッ素含有ガスを含むプロセスガスとアルゴンなどのキャリアガスを解離して、ＣＶＤチャンバ５００内のフィルム堆積物を洗浄するために使用される自由フッ素を生成する。
【００４０】
基板処理システムは、システム制御装置によって制御される。例示的な実施形態では、システム制御装置は、記憶媒体およびプロセッサ（たとえば、汎用マイクロプロセッサまたは特定用途向けＩＣ）を含む。これらのプロセッサは、モノリシック集積回路上に存在し、単一基板コンピュータ（ＳＢＣ）上で分離されるがそれでも位置し、または場合によっては基板処理システムの周りの異なる位置に位置する別個のプリント回路カード上に位置するプロセッサコアとすることができる。プロセッサは、標準的な通信プロトコルを使用して、互いに通信し、ならびにアナログおよびデジタル入出力基板、インターフェース基板、およびステッパモータ制御装置基板と通信する。
【００４１】
システム制御装置は、ＣＶＤ機械の活動をすべて制御する。システム制御装置は、コンピュータ可読媒体内に記憶されたコンピュータプログラムであるシステム制御ソフトウェアを実行する。この媒体は、ハードディスクドライバであることが好ましいが、他の種類のメモリであってもよい。コンピュータプログラムは、特定の処理のタイミング、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバおよび基板の温度、ＲＦ出力レベル、支持ペデスタルの位置、ならびに他のパラメータを指示する命令セットを含む。
【００４２】
基板上に様々にドープされたフィルムスタックを堆積させる処理は、システム制御装置によって実行されるコンピュータプログラム製品を使用して実施することができる。コンピュータプログラムコードは、任意の従来のコンピュータ可読プログラミング言語、たとえば、６８０００アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎなどで書くことができる。従来のテキストエディタを使用して、適したプログラムコードが単一のファイルまたは複数のファイル内へ入力され、コンピュータのメモリシステムなどのコンピュータ使用可能媒体内で記憶または実施される。入力されたコードテキストが高級言語である場合、そのコードはコンパイルされ、次いで、その結果得られるコンパイラコードが、事前にコンパイルされたＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）のライブラリルーチンのオブジェクトコードとリンクされる。リンクされたコンパイル済みのオブジェクトコードを実行するには、システムユーザは、オブジェクトコードを呼び出し、コンピュータシステムにコードをメモリ内へロードさせる。次いでＣＰＵは、コードを読んで実行し、プログラム内で識別されるタスクを実行する。
【００４３】
ユーザと制御装置の間のインターフェースは、フラットパネル式の接触感知型モニタを介してなされる。好ましい実施形態では、２つのモニタが使用され、一方は、操作者用に洗浄室の壁に取り付けられ、他方は、サービス技術者用に壁の後ろに取り付けられる。２つのモニタは、同じ情報を同時に表示することができ、その場合、一度に一方のみが入力を受け入れる。特定のスクリーンまたは機能を選択するには、操作者は、接触感知型モニタの指定の領域に触れる。触れた領域では、強調色が変化し、または新しいメニューもしくはスクリーンが表示され、操作者と接触感知型モニタの間の通信を確認する。接触感知型モニタの代わりに、またはそれに加えて、キーボード、マウス、または他のポインティングもしくは通信デバイスなどの他のデバイスを使用することができ、それによってユーザは、システム制御装置と通信することができる。
【００４４】
本明細書では、「基板」とは、その上に層が形成されるか否かにかかわらず、支持基板とすることができる。支持基板は、絶縁体、または様々なドーピング濃度およびプロファイルの半導体とすることができ、たとえば、集積回路の製造で使用されるタイプの半導体基板とすることができる。「シリコンゲルマニウム」、「ケイ素」、または「ゲルマニウム」の層は、低濃度の窒素、水素、炭素などの他の元素成分を含むことができる。「励起状態」のガスとは、気体分子の少なくとも一部が振動励起、解離、および／またはイオン化状態にあるガスを指す。ガスは、２つ以上のガスの組合せとすることができる。「カラム」という用語を本明細書全体にわたって使用するが、形成される幾何形状が円形であることを示唆するものではない。表面の上から見ると、カラムは、円形、楕円形、多角形、方形、または様々な他の形状に見えることがある。「前駆体」という用語は、表面から材料を除去または堆積させる反応を担う任意のプロセスガスを指すために使用する。
【００４５】
いくつかの実施形態について説明したが、本発明の趣旨から逸脱することなく、様々な修正、代替構造、および均等物を使用できることが、当業者には理解されるであろう。さらに、本発明を不必要に曖昧にしないように、複数の周知の処理および要素については説明しなかった。したがって、上記の説明は、本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではない。
【００４６】
値の範囲が提供される場合、その範囲の上限と下限の間に介在するそれぞれの値もまた、文脈上別途明示しない限り下限の単位の１０分の１まで、具体的に開示されることが理解される。任意の記載の値または記載の範囲内に介在する値と、任意の他の記載の値またはその記載の範囲内に介在する値との間では、より小さいそれぞれの範囲も包含される。これらのより小さい範囲の上限および下限は、別個に範囲内に含むことができ、または排除することができ、より小さい範囲内に限界のいずれかを含むか、どちらも含まないか、それとも両方を含む各範囲はまた、記載の範囲内の何らかの具体的に排除された限界に応じて、本発明の範囲内に包含される。記載の範囲が限界の一方または両方を含む場合、これらの含まれる限界のいずれかまたは両方を排除する範囲も含まれる。
【００４７】
本明細書および添付の特許請求の範囲では、単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上別途明示しない限り、複数の指示対象を含む。したがって、たとえば、「処理（ａ  ｐｒｏｃｅｓｓ）」への言及は、複数のそのような処理を含み、「前駆体（ｔｈｅ  ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）」への言及は、１つまたは複数の前駆体および当業者には知られているその均等物への言及を含み、以下同様である。
【００４８】
また、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という単語は、本明細書および以下の特許請求の範囲内で使用するとき、記載の特徴、整数、構成要素、または工程の存在を指定するものであるが、１つまたは複数の他の特徴、整数、構成要素、工程、動作、または群の存在または追加を除外しない。
【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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【国際調査報告】
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