(57)【要約】  一実施形態において、減速エッチングプロセス（例えば、約＜１００オングストローム/分）によって汚染物質を除去し及び/又は基板表面を平滑にするステップを含むシリコン含有表面を処理する方法が提供される。基板は、エッチング剤とシリコン源を含有するエッチングガスにさらされる。好ましくは、エッチングガスは塩素ガスであり、基板は約８００℃未満の温度に加熱される。他の態様において、基板表面上にソース/ドレイン（Ｓ/Ｄ）領域内に凹部を形成しつつ、シリコン物質を除去するステップを含む高速エッチングプロセス（例えば、＞約１００オングストローム/分）が提供される。他の実施形態において、エッチング剤とシリコン源を含有するチャンバ洗浄ガスで内面をさらすステップを含むプロセスチャンバを洗浄する方法が提供される。チャンバ洗浄プロセスは、プロセスチャンバ内で石英と金属表面のエッチングを制限する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面上のシリコン含有物質をエッチングする方法であって、
汚染物質を含有する該シリコン含有物質を含む基板をプロセスチャンバ内へ置くステップと、
該シリコン含有物質を、塩素ガスとシリコン源とキャリアガスとを含むエッチングガスに８００℃未満の温度でさらすステップと、
該汚染物質と所定の厚さの該シリコン含有物質を除去するステップと、
を含む前記方法。
【請求項２】
該シリコン含有物質が、約２オングストローム/分〜約２０オングストローム/分の範囲にある速度で除去される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
該プロセスチャンバが、約５００℃〜約７００℃の範囲にある温度に維持される、請求項２記載の方法。
【請求項４】
該キャリアガスが、窒素、アルゴン、ヘリウム及びそれらの組合せからなる群より選ばれる、請求項３記載の方法。
【請求項５】
該シリコン源が、シラン、ジシラン、ジクロロシラン、テトラクロロシラン、ヘキサクロロジシラン、それらの誘導体及びそれらの組合せからなる群より選ばれる、請求項４記載の方法。
【請求項６】
該キャリアガスが窒素であり、該シリコン源がシランである、請求項５記載の方法。
【請求項７】
該除去ステップ後の該プロセスチャンバ内でエピタキシー堆積プロセスが行われる、請求項２記載の方法。
【請求項８】
該汚染物質が、酸化物、フッ化物、塩化物、窒化物、有機残渣、炭素、それらの誘導体及びそれらの組合せからなる群より選ばれる、請求項７記載の方法。
【請求項９】
該基板が、該プロセスチャンバ内へ置かれる前に湿式洗浄プロセスにさらされる、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
該基板が、該湿式洗浄プロセス後で該プロセスチャンバ内へ置かれる前に約６時間〜約２４時間の範囲にある時間、周囲条件にさらされる、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
該シリコン含有物質が、更に、該除去ステップで除去される粗面を含む、請求項８記載の方法。
【請求項１２】
基板表面上のシリコン含有物質を平滑にする方法であって、
基板をプロセスチャンバ内へ置くステップであって、該基板が約１ｎｍＲＭＳ以上の第一表面粗さを含むシリコン含有物質を含有する、前記ステップと、
該シリコン含有物質をエッチング剤とシリコン源とキャリアガスとを含むエッチングガスに８００℃未満の温度でさらすステップと、
該シリコン含有物質を再分配して、約１ｎｍＲＭＳ未満の第二表面粗さを形成するステップと、
を含む前記方法。
【請求項１３】
該シリコン含有物質の所定の厚さが、約２オングストローム/分〜約２０オングストローム/分の範囲にある速度で除去される、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
該プロセスチャンバが、約５００℃〜約７００℃の範囲にある温度に維持される、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
該キャリアガスが、窒素、アルゴン、ヘリウム及びそれらの組合せからなる群より選ばれる、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
該シリコン源が、シラン、ジシラン、ジクロロシラン、テトラクロロシラン、ヘキサクロロジシラン、それらの誘導体及びそれらの組合せからなる群より選ばれる、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
該エッチング剤が、塩素、三フッ化塩素、テトラクロロシラン、それらの誘導体及びそれらの組合せからなる群より選ばれる、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
該キャリアガスが窒素であり、該シリコン源がシランであり、該エッチング剤が塩素ガスである、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
エピタキシー堆積プロセスが、該再分配ステップ後に該プロセスチャンバ内で行われる、請求項１４記載の方法。
【請求項２０】
該シリコン含有物質が、更に、該再分配ステップで除去される汚染物質を含み、該汚染物質が、酸化物、フッ化物、塩化物、窒化物、有機残渣、炭素、それらの誘導体及びそれらの組合せからなる群より選ばれる、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
該基板が、該プロセスチャンバ内へ置かれる前に湿式洗浄プロセスにさらされる、請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
該基板が、該湿式洗浄プロセス後で該プロセスチャンバ内へ置かれる前に約６〜約２４時間の範囲にある時間、周囲条件にさらされる、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
窒化物材料、酸化物材料又はそれらの組合せからなる群より選ばれる少なくとも第二材料を含む基板上のシリコン含有単結晶性物質をエッチングする方法であって、
基板をプロセスチャンバ内へ置くステップと、
該基板を塩素ガスとキャリアガスとを含むエッチングガスに８００℃未満の温度でさらすステップと、
該シリコン含有単結晶性物質の所定の厚さを除去して、さらされた単結晶表面を形成するステップと、
該さらされた単結晶表面上にエピタキシー層を該プロセスチャンバ内で堆積させるステップと、
を含む前記方法。
【請求項２４】
該エッチングガスが、更に、シラン、ジシラン、ジクロロシラン、テトラクロロシラン、ヘキサクロロジシラン、それらの誘導体及びそれらの組合せからなる群より選ばれるシリコン源を含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
該プロセスチャンバが、約５００℃〜約７００℃の範囲内にある温度で維持される、請求項２３記載の方法。
【請求項２６】
該キャリアガスが、窒素、アルゴン、ヘリウム及びそれらの組合せからなる群より選ばれる、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
該単結晶性物質の該所定の厚さが、約２００オングストローム/分〜約１,０００オングストローム/分の範囲にある速度で除去される、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
該プロセスチャンバが、約１０トール〜約７５０トールの範囲にある圧力で維持される、請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
該エピタキシャル層が、シリコン、シリコン・ゲルマニウム、シリコン・カーボン、シリコン・ゲルマニウム・カーボン、それらの誘導体及びそれらの組合せからなる群より選ばれる物質を含む、請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
該シリコン含有単結晶性物質の該所定の厚さを除去するステップが、該基板上のソース/ドレイン領域内に凹部形成を与える、請求項２３記載の方法。
【請求項３１】
該ソース/ドレイン領域が、ＣＭＯＳ、バイポーラ又はＢｉＣＭＯＳの適用からなる群より選ばれるデバイス内で用いられる、請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
基板上にシリコン含有単結晶性物質を形成する方法であって、
基板をＨＦ最終湿式洗浄プロセスにさらすステップと、
該基板を処理チャンバ内へ置くステップと、
該基板を、塩素ガスとキャリアガスとを含むエッチングガスに８００℃未満の温度にさらすステップと、
該シリコン含有単結晶性物質の所定の厚さを除去してさらされた単結晶表面を形成するステップと、
該さらされた単結晶表面上にエピタキシー層を該プロセスチャンバ内で堆積させるステップと、
該プロセスチャンバを該塩素ガスで洗浄して、その上に付着されたシリコン含有汚染物質を除去するステップと、
を含む前記方法。
【請求項３３】
該エピタキシー層が、該塩素ガスを含有する堆積ガスによって堆積される、請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
該キャリアガスが窒素である、請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
該堆積ガスにおいて、また、該プロセスチャンバ洗浄ステップで、窒素を該塩素と同時流動させる、請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
該除去ステップが、更に、該基板上にソースとドレインの領域内に凹部を形成するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３７】
該再分配ステップが、更に、該基板上のソースとドレインの領域内に凹部を形成するステップを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項３８】
該除去ステップが、更に、該基板上のソースとドレインの領域内に凹部を形成するステップを含む、請求項２３記載の方法。
【請求項３９】
該除去ステップが、更に、該基板上のソースとドレインの領域内に凹部を形成するステップを含む、請求項３２記載の方法。
【請求項４０】
該プロセスチャンバが約５００℃〜約７００℃の範囲にある温度で維持される、請求項３２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的には、電子製造プロセスや電子デバイスの分野、特に、電子デバイスを形成しつつシリコン含有物質をエッチングし堆積させる方法に関する。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]半導体デバイスのような電子デバイスは、シリコン含有物質の堆積や除去を含むステップの組合せによって製造される。堆積ステップ及び除去ステップ並びに他のプロセスステップによって、シリコン含有物質を含有する基板表面が粗い及び/又は露出した汚染物質になる。また、微粒子や他の汚染物質は、堆積ステップや除去ステップ中にプロセスチャンバ内の内面に蓄積する。微粒子は、最終的に基板表面を更に汚染するものである。粗い又は汚染された基板表面によって、一般的には、デバイス性能や信頼性の不十分な品質の悪いインタフェースになる。
【０００３】
[0003]エッチングプロセスは、基板表面上の汚染物質や粗さに対抗するために開発されてきた。しかしながら、従来のエッチングプロセスにはやり直しが幾つかある。通常、塩化水素（ＨＣｌ）のようなエッチング剤には、シリコン含有物質を除去するために高い活性化温度が必要である。それ故、エッチングプロセスは、しばしば１,０００℃以上の温度で行われる。このような高い温度は、熱量の問題、おそらく制御されない窒化反応又は基板表面に対する過剰エッチングや経済効率の損失のために、製造プロセスには望ましくない。このような極端な条件によるエッチングプロセスは、熱石英ライナーのようにチャンバ内の内面を損傷してしまう。塩素（Ｃｌ２）は、塩化水素エッチング剤を用いるプロセスより低温でエッチングプロセス中にシリコン含有物質を除去するために用いられてきた。しかしながら、塩素はシリコン含有物質と非常に速く反応し、これによりエッチング速度は簡単に制御できない。それ故、シリコン含有物質は、通常、塩素ガスを用いたプロセスによってエッチングされる。
【０００４】
[0004]また、従来のエッチングプロセスは、一般的には、エッチングチャンバ又は熱処理チャンバ内で行われる。一旦シリコン含有物質のエッチングが完了すると、基板は続いての堆積プロセスのために第二チャンバへ移される。しばしば、基板はエッチングプロセスと堆積プロセスの間に周囲環境にさらされる。周囲環境は水及び/又は酸素を基板表面に導入することができ、酸化物層を形成する。
【０００５】
[0005]エッチングプロセス又は堆積プロセスの前に、基板は、通常、湿式洗浄プロセス（例えば、ＨＦ最終プロセス）、プラズマ洗浄又は酸洗浄プロセスを含む前処理プロセスにさらされる。前処理プロセス後、エッチングプロセスを開始する前に、基板は待ち行列時間（Ｑ時間）と呼ばれる時間、プロセスチャンバ又は制御された環境の外部で存在しなければならないものである。Ｑ時間中、基板は大気圧と室温で酸素と水を含む周囲環境条件にさらされる。雰囲気にさらされることにより、基板表面上に酸化シリコンのような酸化物層が形成される。一般に、Ｑ時間が長いと酸化物層が厚くなり、それ故、処理能力を維持するためにより高い温度と圧力でより極端なエッチングプロセスが行わなければならない。
【０００６】
[0006]それ故、基板表面上のシリコン含有物質を処理して、その上に含まれるいかなる表面汚染物質をも除去し及び/又は基板表面を平滑にするエッチングプロセスが必要とされている。続いて次のプロセスステップで、例えば、エピタキシー層を堆積させるために用いることができるプロセスチャンバ内で基板表面を処理することができることも求められている。その上、長いＱ時間（例えば、約１０時間）に耐えた基板でさえ、低温、例えば、１,０００℃未満、好ましくは８００℃未満のプロセス温度を維持することが求められている。また、これらの内面を損傷させることなく、プロセスチャンバの内面に微粒子の蓄積を減少させることが求められている。
【発明の概要】
【０００７】
[0007]一実施形態において、表面を平滑にするステップと基板上に含まれる汚染物質を除去するステップを含むシリコン含有表面を仕上げるか又は処理する方法が提供される。一例において、基板はプロセスチャンバ内に配置され、約５００℃〜約７００℃の範囲にある温度に加熱される。基板は、エッチング剤とシリコン源とキャリアガスを含むエッチングガスにさらされる。塩素ガス（Ｃｌ２）はエッチング剤として用いることができるので、比較的低い温度がエッチングプロセスに用いられる。シリコン源は、通常、エッチング剤による、いかなる過剰エッチングの作用にも対抗するためにエッチング剤と同時に供給される。即ち、シリコン源は基板上にシリコンを堆積させるために用いられ、エッチング剤はシリコンを除去する。エッチング剤とシリコン源が基板にさらされる割合は調節されるので、全体の反応は物質の除去及び/又は再分配を容易にする。それ故、一例において、全体の反応でシリコン含有物質を除去しつつ、エッチング速度を細かく制御することができる（例えば、毎分数オングストローム以下）。他の例において、シリコン含有物質は、再分配プロセスで表面の下の部分（即ち、トラフ）に加えつつ、表面の高い部分（即ち、ピーク）から除去される。表面の粗さが６ｎｍ２乗平均の平方根（ＲＭＳ）以上のシリコン含有表面は、表面粗さが約０.１ｎｍＲＭＳ未満の非常に平滑な表面に変形される。
【０００８】
[0008]他の実施形態において、基板上にソース/ドレイン（Ｓ/Ｄ）領域内に凹部を形成するために高速でシリコン含有物質を除去するステップを含むシリコン含有表面をエッチングする方法が提供される。他の例において、基板はプロセスチャンバ内に配置され、約５００℃〜約８００℃の範囲にある温度に加熱される。基板は、加熱され、シリコン含有表面はエッチング剤とキャリアガスを含有するエッチングガスにさらされる。塩素ガスは、通常はシリコン源を含まないか低濃度のシリコン源を含む高速エッチング速度のプロセスで用いられるエッチング剤として選択されてもよい。シリコン源は、除去速度を更に制御するようにエッチングガスに加えられてもよい。
【０００９】
[0009]他の実施形態において、プロセスチャンバは、プロセスチャンバ内面をエッチングガスにさらして、微粒子や他の汚染物質を除去することにより、チャンバ洗浄プロセスで洗浄される。内面は、通常、エッチング剤洗浄プロセスで損傷されることがあるシリコン含有物質（例えば、石英）を含有する。それ故、エッチング剤とキャリアガスのほかに、エッチングガスは、更に、エッチング剤によるいかなる過剰エッチングの作用にも対抗するシリコン源を含有する。一例において、チャンバ洗浄ガスは、塩素ガスとシランを含有する。窒素のようなキャリアガスは、エッチング剤、シリコン源、それらの双方と合わせることができる。一般に、プロセスチャンバは、減速エッチングプロセスか又は高速エッチングプロセスよりチャンバ洗浄プロセスでより高い温度に加熱される。一例において、プロセスチャンバは、チャンバプ洗浄プロセスでは約７００℃〜約１,０００℃の範囲にある温度に加熱することができる。
【００１０】
[0010]他の実施形態において、プロセスチャンバ内にシリコン物質を含有する基板を置くステップと、エッチングプロセスの間、基板を塩素ガスとシランを含有するエッチングガスにさらすステップを含む、基板表面上にシリコン含有物質を形成する方法が提供される。方法は、更に、エピタキシャル堆積プロセスの間、基板を塩素ガスとシランを含有する堆積ガスにさらすステップと、プロセスチャンバから基板を取り除くステップと、チャンバ洗浄プロセス中、プロセスチャンバを塩素ガスとシランを含有するチャンバ洗浄ガスにさらすステップとを提供することができる。一例において、シリコン物質は約１００オングストローム/分以下の速度で、好ましくは約１０オングストローム/分以下の速度で、より好ましくは約２オングストローム/分以下の速度でのエッチングプロセスで除去される。他の例において、シリコン物質は、約１００オングストローム/分を超える速度で、好ましくは約２００オングストローム/分〜約１,０００オングストローム/分の範囲にある速度でエッチングプロセスで除去される。
【００１１】
[0011]他の実施形態において、プロセスチャンバ内に基板を置くステップと、基板を塩素ガスとキャリアガスを含有するエッチングガスにさらすステップと、シリコン含有単結晶性物質の所定の厚さを除去して、さらされた単結晶表面を形成するステップと、プロセスチャンバ内でさらされた単結晶表面上にエピタキシー層を堆積させるステップとを含む、少なくとも第二物質（例えば、窒化物材料、酸化物材料、又はそれらの組合せ）を有する基板上でシリコン含有単結晶性物質をエッチングする方法が提供される。エッチングガスとしては、シラン、ジシラン、ジクロロシラン、テトラクロロシラン、ヘキサクロロジシラン、それらの誘導体、又はそれらの組合せのようなシリコン源が挙げられるのがよく、キャリアガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム、又はそれらの組合せが挙げられるのがよい。一例において、プロセスチャンバは、約５００℃〜約７００℃の範囲にある温度で加熱され、約１０トール〜約７５０トールの範囲にある圧力で加圧される。単結晶性物質は、基板上のソース/ドレイン領域内に凹部形成を与えるために、約２００オングストローム/分〜約１,０００オングストローム/分の範囲にある速度で除去することができる。ソース/ドレイン領域は、ＣＭＯＳ、バイポーラ、ＢｉＣＭＯＳ、又は同様のデバイス内で用いることができる。エピタキシャル層は、通常、シリコン、シリコン・ゲルマニウム、シリコン・カーボン、シリコン・ゲルマニウム・カーボン、それらの誘導体、又はそれらの組合せを含有する。
【００１２】
[0012]他の実施形態おいて、基板をＨＦ最終湿式洗浄プロセスにさらすステップと、基板をプロセスチャンバ内に置くステップと、基板を塩素ガスとキャリアガスとを含むエッチングガスにさらすステップと、シリコン含有単結晶性物質の所定の厚さを除去して、さらされた単結晶表面を形成するステップとを含む、基板上にシリコン含有単結晶性物質を形成する方法が提供される。方法は、更に、プロセスチャンバ内のさらされた単結晶表面上に更にエピタキシー層を堆積させるステップと、プロセスチャンバを塩素ガスで洗浄して、その上に付着したシリコン含有汚染物質を除去するステップを含むことができる。エピタキシー層は、塩素ガスと窒素のようなキャリアガスを含有する堆積ガスによって堆積することができる。一例において、窒素と塩素のガスはプロセスチャンバ洗浄ステップで同時に流される。
【００１３】
[0013]本発明の上記特徴を詳細に理解され得るように、上で簡単にまとめた本発明のより具体的な説明は、一部が添付の図面に示される実施形態によって参照してもよい。しかしながら、添付の図面は本発明の典型的な実施形態だけを示し、それ故、本発明の範囲を制限するものとしてみなされず、本発明は他の等しく有効な実施形態を許容することができることは留意すべきである。
【詳細な説明】
【００１４】
[0019]本発明の実施形態は、基板表面上にシリコン含有物質を堆積しエッチングするプロセスを提供する。一実施形態において、減速エッチングプロセス（例えば、＜１００オングストローム/分）と高速エッチングプロセス（例えば、＞１００オングストローム/分）はエッチングガスの中のエッチング剤とシリコン源を用いる。他の実施形態において、プロセスチャンバは、堆積物又は汚染物質を内面から除去するためのチャンバ洗浄プロセスでエッチングガスにさらされる。他の実施形態において、プロセスチャンバは、プロセスチャンバの内面をエッチングガスにさらして微粒子や他の汚染物質を除去することによるチャンバ洗浄プロセスで洗浄される。
【００１５】
減速（スロー）エッチングプロセス（予備洗浄と平滑化）
[0020]減速エッチングプロセス（例えば、＜１００オングストローム/分）は、基板表面から汚染物質と表面の凹凸、例えば、粗さを取り除くために行うことができる。ある態様において、基板表面は、汚染物質を含まない又は実質的に含まない下層をさらすためにエッチングすることができる。他の態様において、基板表面の物質は表面の凹凸に起因するピークやトラフを最小にするか又は除去するように再分配することができる。減速エッチングプロセスの間、基板はエッチング剤と、シリコン源とを含み、キャリアガスも含んでもよいエッチングガスにさらされる。全体の反応は、エッチング剤とシリコン源の相対する流量を操作し、個々のエッチングガスとシリコン源を用い、且つ温度と圧力を調節することにより部分的に制御することができる。
【００１６】
[0021]基板は、続いてのエッチングプロセスのために基板表面を準備する前処理プロセスにさらすことができる。前処理プロセスには、ＨＦ最終湿式プロセス、プラズマ洗浄、酸洗浄プロセス、又はそれらの組合せのような湿式洗浄プロセスが含まれる。一例において、基板をフッ化水素酸溶液は約２分の間、フッ酸溶解（例えば、水中約０.５質量％ＨＦ）にさらすことによりＨＦ最終湿式洗浄プロセスで洗浄される。
【００１７】
[0022]図１は、図２Ａによって図で示される基板２００から汚染物質２１２と粗い領域２１８を除去するプロセス１００を示すフローチャートである。基板２００は、シリコン含有層２０５と表面２１０を含む。汚染物質２１２と粗い領域２１８は、表面２１０上と表面の中に含まれる。粗い領域２１８は、表面２１０の中のピーク２１６とトラフ２１４によって形成することができる。シリコン含有層２０５からの物質の所定の物質の厚さ２２０は、さらされた表面２３０（図２Ｂ）を現すために減速エッチングプロセスで除去することができる。続いて、層２４０は、堆積プロセスでさらされた表面２３０上に形成されてもよい（図２Ｃ）。一例において、層２４０はエピタキシー堆積プロセスによって堆積されたシリコン含有物質を含有する。
【００１８】
[0023]本発明の実施形態は、種々の基板表面や基板、例えば、基板２００と４００や層２０５と４０５（図２Ａ-図２Ｃと図４Ａ-図４Ｃ）上にシリコン含有物質をエッチングし堆積させるプロセスを提供する。本明細書に用いられる“基板”又は“基板表面”は、膜処理が行われる基板上に形成されるあらゆる基板又は物質表面を意味する。例えば、処理を行うことができる基板表面としては、シリコン、シリコン含有物質、酸化シリコン、ストレインドシリコン、絶縁体上のシリコン（ＳＯＩ）、フッ素ドープされたケイ酸塩ガラス（ＦＳＧ）、炭素ドープされた酸化シリコン、窒化シリコン、ドープされたシリコン、シリコン・ゲルマニウム、シリコン・ゲルマニウム・カーボン、ゲルマニウム、シリコン・カーボン、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイア、又は適用に左右される他の物質のような材料が挙げられる。基板表面には、また、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化ケイ素、及び/又は炭素ドープされた酸化シリコンのような誘電材料が挙げられてもよい。基板は、２００ｍｍ又は３００ｍｍ径の丸いウエハ、また、矩形又は正方形のような種々の寸法を有してもよい。本明細書に記載されるプロセスの実施形態は、多くの基板や表面、特に、シリコン物質やシリコン含有物質上でエッチングし堆積させる。本発明の実施形態が有用なものである基板としては、半導体ウエハ、例えば、結晶シリコン（例えば、Ｓｉ＜１００＞又はＳｉ＜１１１＞）、酸化シリコン、ストレインドシリコン、シリコン・ゲルマニウム、ドープされた又はドープされていない結晶シリコン、ドープされた又はドープされていないシリコンウエハ、窒化シリコン、パターン形成又はパターン形成されていないウエハが挙げられてもよいがこれらに限定されない。
【００１９】
[0024]本出願全体に、用語“シリコン含有”物質、化合物、膜又は層は、少なくともシリコンを含有する組成を含むように解釈すべきであり、ゲルマニウム、炭素、ホウ素、ヒ素、リン、ガリウム及び/又はアルミニウムを含有することができる。他の元素、例えば、金属、ハロゲン又は水素は、通常は約１００万分の一（ｐｐｍ）の濃度でシリコン含有物質、化合物、膜又は層内に組込まれてもよい。シリコン含有物質の化合物又は合金は、略号、例えば、シリコンについてはＳｉ、シリコン・ゲルマニウムについてはＳｉＧｅ、シリコン・カーボンについてはＳｉＣ、シリコン・ゲルマニウム・カーボンについてはＳｉＧｅＣで示されてもよい。略号は化学量論的関係を有する化学式ではなく、シリコン含有物質の具体的なあらゆる還元/酸化状態でもない。シリコン含有物質、化合物、膜又は層としては、基板又は基板表面が含まれてもよい。
【００２０】
[0025]表面２１０上の汚染物質２１２としては、有機残渣、炭素、酸化物、窒化物、ハロゲン化物（例えば、フッ化物又は塩化物）、又はそれらの組合せが挙げられる。例えば、表面２１０は、周囲の空気にさらされた後の酸化シリコンの層を含有してもよく、ＨＦ最終湿式洗浄プロセスで処理した後のフッ化シリコンの層を含有してもよい。表面２１０は、また、凹凸又は粗さの局部的領域、例えば、粗い領域２１８の中のトラフ２１４やピーク２１６を含有してもよい。
【００２１】
[0026]基板２００は、プロセスチャンバ内に置くことができ、所定の温度に加熱することができる（ステップ１１０）。基板とプロセスチャンバは、完全に又はそれらの一部を約３００℃〜約８００℃、好ましくは約５００℃〜約７００℃、より好ましくは約５５０℃〜約６５０℃の範囲にある温度に加熱することができる。プロセスチャンバは、約１ミリトール〜約７６０トール、好ましくは約０.１トール〜約５００トール、より好ましくは約１トール〜約１００トールの範囲内の圧力に維持することができる。
【００２２】
[0027]一実施形態において、より低い温度で行われるプロセスのためのプロセスチャンバとして冷却壁リアクタが用いられる。冷却壁リアクタは、リアクタの壁、リアクタドーム、基板サセプタのようなリアクタ内の各々の独立した部分の温度制御を示すことができる。通常、リアクタドームは石英で形成されるのがよい。一例において、冷却壁リアクタのリアクタ壁は、約４００℃未満、好ましくは２００℃未満、より好ましくは約１５０℃未満の温度で維持されてもよく、リアクタドームは、約３００℃〜約８００℃、好ましくは約４００℃〜約７００℃、より好ましくは約５００℃〜約６００℃の温度で維持されてもよく、基板サセプタは、約３００℃〜約８００℃、好ましくは約５００℃〜約７００℃、より好ましくは約５５０℃〜約６５０℃の温度で維持されてもよい。
【００２３】
[0028]減速エッチングプロセス（ステップ１２０）で用いられるエッチングガスは、エッチング剤とシリコン源とを含有し、キャリアガスも含有してよい。エッチング剤、シリコン源、キャリアガスは、予め混合してもよく、同時に流してもよく、別々にプロセスチャンバに流してもよい。一態様において、エッチング剤とキャリアガスは同時に流されるか又はガス混合物として一緒に合わされ、シリコン源とキャリアガスは同時に流されるか又はガス混合物として一緒に合わせられ、２つのガス混合物はプロセスチャンバに入る前に一緒に同時に流されてもよい。例えば、塩素と窒素のガス混合物は、シランと窒素の混合物とプロセスチャンバへ同時に流されてもよい。他の例において、塩素と窒素のガス混合物はシランと水素の混合物とプロセスチャンバへ同時に流されてもよい。
【００２４】
[0029]好ましくは、エッチング剤は塩素ガス（Ｃｌ２）である。一例において、塩素は塩化水素のようなより一般的なエッチング剤を用いたプロセスより低い温度でシリコン含有物質のためのエッチング剤として例外的によく働くことがわかった。それ故、塩素を用いるエッチングプロセスは、より低いプロセス温度で行うことができる。シリコン源は、基板２００上の影響を受けやすい表面のいかなる過剰エッチングにも対抗するためにエッチング剤と同時に投与することができる。シリコン源はシリコン含有層上にシリコンを堆積させるために用いられ、エッチング剤はシリコン含有物質を除去する。エッチング剤とシリコン源が基板にさらされる速度は調節されるので、全体の反応は物質の除去及び/又は物質の再分配を容易にする。それ故、全体の反応はシリコン含有物質を除去又は再分配し、エッチング速度は毎分数オングストロームに細かく制御することができる。
【００２５】
[0030]エッチング剤は、通常、毎分約１標準立法センチメートル（ｓｃｃｍ）〜毎分約１標準リットル（ｓｌｍ）、好ましくは約５ｓｃｃｍ〜約１５０ｓｃｃｍ、より好ましくは約１０ｓｃｃｍ〜３０ｓｃｃｍ、例えば、２０ｓｃｃｍの範囲にある速度でプロセスチャンバへ投与される。塩素が好ましいエッチング剤であるが、単独で又は組み合わせて用いることができる他のエッチング剤としては三フッ化塩素（ＣｌＦ３）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）、又はそれらの誘導体が挙げられる。
【００２６】
[0031]シリコン源は、通常、約５ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍ、好ましくは約１０ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍ、より好ましくは約２０ｓｃｃｍ〜８０ｓｃｃｍ、例えば、５０ｓｃｃｍの範囲にある速度で減速エッチングプロセスのためにプロセスチャンバへ供給される。エッチングに用いることができるシリコン源としては、シラン、ハロゲン化シラン、有機シラン、又はそれらの誘導体が挙げられる。シランとしては、シラン（ＳｉＨ４）、実験式ＳｉｘＨ（２ｘ＋２）を有する高級シラン、例えば、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）、テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）等が挙げられる。ハロゲン化シランとしては、実験式Ｘ'ｙＳｉｘＨ（２ｘ＋２-ｙ）（式中、Ｘ'は独立してＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、又はＩより選ばれる。）を有する化合物、例えば、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）、トリクロロシラン（Ｃｌ３ＳｉＨ）、ジクロロシラン（Ｃｌ２ＳｉＨ２）及びクロロシラン（ＣｌＳｉＨ３）が挙げられる。有機シランとしては、実験式ＲｙＳｉｘＨ（２ｘ＋２-ｙ）（式中、Ｒは独立してメチル、エチル、プロピル又はブチルより選ばれる。）を有する化合物、例えば、メチルシラン（（ＣＨ３)ＳｉＨ３）、ジメチルシラン（（ＣＨ３)２ＳｉＨ２）、エチルシラン（（ＣＨ３ＣＨ２)ＳｉＨ３）、メチルジシラン（（ＣＨ３)Ｓｉ２Ｈ５）、ジメチルジシラン（（ＣＨ３)２Ｓｉ２Ｈ４）、ヘキサメチルジシラン（（ＣＨ３)６Ｓｉ２）が挙げられる。好ましいシリコン源としてはシラン、ジクロロシラン、又はジシランが挙げられるのがよい。
【００２７】
[0032]キャリアガスは、通常、約１ｓｌｍ〜１００ｓｌｍ、好ましくは約５ｓｌｍ〜約８０ｓｌｍ、より好ましくは約１０ｓｌｍ〜４０ｓｌｍ、例えば、２０ｓｌｍの範囲にある流量でプロセスチャンバへ供給される。キャリアガスとしては、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、アルゴン、ヘリウム、又はそれらの組合せが挙げられるのがよい。一実施形態において、不活性キャリアガスが好ましく、窒素、アルゴン、ヘリウム、又はそれらの組合せが挙げられる。キャリアガスは、用いられる前駆物質及び/又はステップ１２０の減速エッチングプロセスのプロセス温度に基づいて選択することができる。
【００２８】
[0033]好ましくは、窒素は、低い温度（例えば、＜８００℃）プロセスを特徴とした実施形態においてキャリアガスとして用いられる。低温プロセスは、一部にはエッチングプロセスにおける塩素ガスの使用のために到達できる。窒素は低温エッチングプロセスの間、不活性のままである。それ故、窒素は、低温プロセス中、基板上のシリコン含有物質に組込まれない。また、窒素キャリアガスは、水素キャリアガスのように水素終結表面を形成しない。基板表面上に水素キャリアガスの吸収によって形成される水素終結表面は、続いて堆積されるシリコン含有層の成長速度を抑制する。最後に、窒素が水素、アルゴン、又はヘリウムより極めて安価であるので、低温プロセスはキャリアガスとして窒素が経済的に有利なものである。エッチングガスの一例において、塩素はエッチング剤であり、シランはシリコン源であり、窒素はキャリアガスである。
【００２９】
[0034]基板２００と表面２１０は、ステップ１２０（図２Ａ-図２Ｂ）で所定の厚さ２２０のシリコン含有層２０５を除去するために減速エッチングガスにさらすことができる。表面２１０は所定の厚さ２２０の除去の間、エッチングされる。減速エッチングガスは、約５秒〜約５分、好ましくは約３０秒〜約２分の範囲にある時間基板２００にさらされる。時間量は、具体的なプロセスに用いられるエッチング速度と相対して調節される。減速エッチングプロセスのエッチング速度は、通常、約１００オングストローム/分未満、好ましくは約５０オングストローム/分未満である。一実施形態において、減速エッチング速度は、約２オングストローム/分〜約２０オングストローム/分、好ましくは約５オングストローム/分〜約１５オングストローム/分の範囲にあり、例えば、１０オングストローム/分である。他の実施形態において、エッチング速度は、約２オングストローム/分以下、好ましくは約１オングストローム/分以下、より好ましくは基板上の物質の再分配に近づき、正味の除去速度が層の厚さに相対して測定できない。エッチングプロセスは再分配プロセスより遅いので、シリコン含有層２０５の物質はピーク２１６から除去され、表面２１０内のトラフ２１４に加えられて表面２３０を形成する。トラフ２１４はピーク２１６に由来する物質で充填することができ及び/又は減速エッチングガスの中の前駆物質（例えば、シリコン源）の導入によって未使用の物質が得られる。
【００３０】
[0035]減速エッチングプロセスは、基板２００上の表面粗さを減少させるために用いることができる。一例において、約６ｎｍ２乗平均の平方根（ＲＭＳ）以上の表面粗さを有する表面２１０は、所定の厚さ２２０だけシリコン含有層２０５から物質を除去してさらされた表面２３０を現すために減速エッチングガスにさらされるのがよい。さらされた表面２３０は、約１ｎｍＲＭＳ以下、好ましくは０.１ｎｍＲＭＳ以下、より好ましくは約０.０７ｎｍＲＭＳの表面粗さを有するのがよい。表面２１０上に又は表面の中に以前に配置された汚染物質２１２と粗い領域２１８は、プロセス１００中に除去される。さらされた表面２３０は、通常は、有機残渣、炭素、酸化物、窒化物、ハロゲン化物（例えば、フッ化物又は塩化物）、又はそれらの組合せが挙げられる汚染物質を含まないか実質的に含まない。
【００３１】
[0036]パージプロセスは、ステップ１２５でプロセスチャンバ内で行われてもよい（図１）。洗浄プロセスは、基板２００から残留エッチングガスを除去するのを援助し、続いての堆積プロセス（ステップ１３０）で成長を増加させる。低圧パージプロセスの間、プロセスチャンバは、約０.１ミリトール〜約１００トール、好ましくは約１.０ミリトール〜約１０トール、より好ましくは１０.０ミリトール〜約１トールの範囲にある内部圧力を有してもよい。洗浄プロセスは、約３０秒〜約１０分、好ましくは１分〜約５分、より好ましくは約２分〜約４分の範囲にある時間行われてもよい。一般に、プロセスチャンバに入るガスの全てが止められてもよい。しかしながら、代替的態様において、パージガスはパージプロセスでいつ投与されてもよい。パージガスとしては、窒素、水素、アルゴン、ヘリウム、フォーミングガス、又はそれらの組合せが挙げられるのがよい。
【００３２】
[0037]層２４０は、ステップ１３０でさらされた表面２３０上に堆積させることができる。好ましくは、層２４０は化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスによってさらされた表面２３０上に選択的にエピタキシャル的に成長又は堆積させることができるシリコン含有物質である。本明細書に記載される化学気相堆積プロセスとしては、原子層エピタキシー（ＡＬＥ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、プロズマ援助ＣＶＤ（ＰＡ-ＣＶＤ）又はプラズマ増強型ＣＶＤ法（ＰＥ-ＣＶＤ）、プラズマ援助ＡＬＤ（ＰＡ−ＡＬＤ）、プラズマ増強型ＡＬＤ（ＰＥ−ＡＬＤ），原子層ＣＶＤ（ＡＬＣＶＤ）、有機金属又は金属有機ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ又はＯＭＣＶＤ）、レーザ援助ＣＶＤ（ＬＡ-ＣＶＤ）、紫外線ＣＶＤ（ＵＶ-ＣＶＤ）、ホットワイヤ（ＨＷＣＶＤ）、減圧ＣＶＤ（ＲＰ-ＣＶＤ）、超高真空ＣＶＤ（ＵＨＶ-ＣＶＤ）、それらの誘導体、又はそれらの組合せのような多くの技術が挙げられる。一例において、好ましいプロセスは、さらされた表面２３０上に層２４０としてシリコン含有化合物をエピタキシャル的に成長させるか又は堆積させるために熱ＣＶＤを用いる。ステップ１３０で用いられる堆積ガスは、また、ゲルマニウム源及び/又は炭素源のような少なくとも１つの第二要素源を含有することができる。ゲルマニウム源は、シリコン含有化合物を形成するためにシリコン源とエッチング剤とキャリアガスと一緒にプロセスチャンバ内に添加されてもよい。それ故、シリコン含有化合物には、シリコン、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅＣ、それらのドープされた変形体、又はそれらの組合せが含まれてもよい。ゲルマニウム及び/又は炭素は、堆積プロセス中にゲルマニウム源（例えば、ゲルマン）、又は炭素源（例えば、メチルシラン）を含むことによってシリコン含有物質に添加されてもよい。シリコン含有化合物は、また、堆積プロセス中又はその後にボロン源（例えば、ジボラン）、ヒ素源（例えば、アルシン）、又はリン源（例えば、ホスフィン）を含むことによってドーパントを含むことができる。ドーパントとしては、シリコン含有化合物を形成するシリコン源とエッチング剤とキャリアガスの中に含まれてもよい。或いは、ドーパントは、基板をイオン注入プロセスにさらすことによってシリコン含有物質に添加することができる。
【００３３】
[0038]他の例において、交互ガス供給（ＡＧＳ）と呼ばれるＣＶＤプロセスは、さらされた表面２３０上に層２４０としてシリコン含有化合物をエピタキシャル的に成長又は堆積させるのに用いることができる。ＡＧＳ堆積プロセスには、シリコン源とエッチング剤を基板表面に交互にさらすサイクルが含まれる。ＡＧＳ堆積プロセスは、更に、２００４年１２月１日に出願の“交互ガス供給による選択的エピタキシャルプロセス”と称する共同譲渡され同時係属中の米国特許出願第１１/００１,７７４号に更に開示され、この開示内容はＡＧＳプロセスを記載するために本明細書に全体で援用されている。
【００３４】
[0039]プロセス１００は、同様のプロセスチャンバ内でシリコン含有物質をエッチングし堆積させるために用いることができる。好ましくは、減速エッチングプロセス（ステップ１２０）と続いての堆積プロセス（ステップ１３０）は、同一プロセスチャンバ内で行われて、処理能力を改善し、より効率がよく、汚染の可能性を減少させ且つ共通の化学前駆物質のようなプロセス相乗作用の利点を得る。一態様において、減速エッチングプロセスと堆積プロセスは、それぞれ、同一のシリコン源と、同一のエッチング剤と、同一のキャリアガスを用いる。例えば、減速エッチングプロセスのためのエッチングガスは、シランと塩素と窒素を含有することができ、選択的なエピタキシャル堆積プロセスのための堆積ガスもまたシランと塩素と窒素を含有する。シリコン源と還元剤の濃度比は、具体的なステップを促進するために全体のプロセスで調節することができる。一例において、シリコン源と還元剤の濃度比は、堆積ステップを促進させるために高められる。他の例において、シリコン源と還元剤の濃度比は、エッチングステップを促進させるために低下させる。
高速エッチングプロセス
[0040]他の実施形態において、高速エッチングプロセス（例えば、＞１００オングストローム/分）は、基板表面からシリコン含有物質を選択的に除去するために用いることができる。高速エッチングプロセスは、バリヤ物質を無傷のままにしつつ、シリコン含有物質を除去する選択的エッチングプロセスである。バリヤ物質は、スペーサ、キャッピング層、又はマスク材料として用いられる窒化シリコン、酸化シリコン、又は酸窒化シリコンを含むことができる。
【００３５】
[0041]図３は、プロセス３００がステップ３１０で基板をプロセスチャンバ内へ置き、プロセスパラメータを調節することによって開始されることを示すフローチャートである。基板とプロセスチャンバは、約４００℃〜約８００℃、好ましくは約５００℃〜７００℃、より好ましくは５５０℃〜６５０℃の範囲にある温度に完全に又はそれらの一部を加熱することができる。プロセスチャンバは、約１トール〜約７６０トール、好ましくは約０.１トール〜５００トール、より好ましくは約１トール〜１００トールの圧力に維持される。
【００３６】
[0042]高速エッチングプロセスで用いられるエッチングガスは、エッチング剤とキャリアガスを含有し、シリコン源も含有してよい（ステップ３２０）。一例において、エッチングガスは、塩素と窒素とシランを含有する。エッチング剤は、約１ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍ、好ましくは約５ｓｃｃｍ〜約５０ｓｃｃｍ、より好ましくは約１０ｓｃｃｍ〜３０ｓｃｃｍの範囲にある、例えば、２０ｓｃｃｍの流量でプロセスガスチャンバガスに供給することができる。塩素は高速エッチングプロセスで好ましいエッチング剤であり、単独で又は組み合わせて用いることができる他のエッチング剤としては、三フッ化塩素、テトラクロロシラン、又はそれらの誘導体が挙げられる。
【００３７】
[0043]キャリアガスは、通常、約１ｓｌｍ〜約１００ｓｌｍ、好ましくは約５ｓｌｍ〜約８０ｓｌｍ、より好ましくは約１０ｓｌｍ〜約４０ｓｌｍの範囲にある、例えば、２０ｓｌｍの流量でプロセスチャンバに供給される。キャリアガスとしては、窒素、水素、アルゴン、ヘリウム、又はそれらの組合せが挙げられるのがよい。一実施形態において、不活性のキャリアガスが好ましく、窒素、アルゴン、ヘリウム、又はそれらの組合せが挙げられる。キャリアガスは、ステップ３２０のエッチングプロセスで用いられる前駆物質及び/又はプロセス温度に基づいて選択することができる。好ましくは、窒素は低温（例えば、＜８００℃）プロセスを特徴とする実施形態でキャリアガスとして用いられる。一例において、第一エッチングプロセスのためのエッチングガスは塩素と窒素を含有する。
【００３８】
[0044]ある実施形態において、高速エッチングプロセスでエッチング速度の制御を追加するエッチングガスにシリコン源が添加されてもよい。シリコン源は、約５ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ、好ましくは約１０ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍ、より好ましくは約２０ｓｃｃｍ〜約８０ｓｃｃｍの範囲にある、例えば、５０ｓｃｃｍの流量でプロセスチャンバへ分配することができる。エッチングガスは、本明細書に記載される、シラン、ハロゲン化シラン、有機シラン、又はそれらの誘導体のようなシリコン源を含有することができる。
【００３９】
[0045]基板４００は、少なくとも１つの膜スタック特徴部４１０を含有する（図４Ａ）。シリコン含有層４０５は、ドープされた又はドープされていない露出したシリコン基板であってもよく、その上に配置されたシリコン含有層を含んでもよい。膜スタック特徴部４１０には、スペーサ４１６と保護キャッピング層４１８で囲まれたゲート酸化物層４１４上のゲート層４１２が含まれる。一般に、ゲート層４１２はポリシリコンから構成され、ゲート酸化物層４１４は二酸化シリコン、酸窒化シリコン、又は酸化ハフニウムから構成される。部分的に取り囲んでいるゲート層４１４はスペーサ４１６であり、通常は酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、それらの誘導体、又はそれらの組合せを含有する絶縁材料である。一例において、スペーサ４１６は窒化物/酸化物（例えば、Ｓｉ３Ｎ４/ＳｉＯ２/Ｓｉ３Ｎ４）である。ゲート層４１２は、それらの上に付着された保護キャッピング層４１８を有してもよい。
【００４０】
[0046]ステップ３２０で、図４Ｂに示されるように基板４００は、シリコン含有層４０５の所定の厚さ４２５を除去するとともに凹部４３０を形成するためにエッチングガスにさらされる。エッチングガスは約１０秒〜約５分、好ましくは約１分〜３分の範囲にある時間基板４００にさらされる。時間量は具体的なプロセスに用いられるエッチング速度に相対して調節される。高速エッチングプロセスのエッチング速度は、通常は約１００オングストローム/分より速く、好ましくは約２００オングストローム/分より速く、例えば、約２００オングストローム/分〜約１,５００オングストローム/分、好ましくは約２００オングストローム/分〜約１,０００オングストローム/分の範囲にあり、例えば約６００オングストローム/分の速度である。
【００４１】
[0047]一例において、エッチングプロセスは、所定の厚さ４２５を除去するために高速で維持し、その後、残りの表面を平滑にするために減速プロセスに下げることができる。下げたエッチング速度はプロセス１００で記載される減速エッチングプロセスによって制御される。
【００４２】
[0048]パージプロセスは、ステップ３２５でプロセスチャンバ内で行われてもよい。パージプロセスは、基板４００から残留エッチングガスを除去するのを援助し、続いての堆積プロセス（ステップ３３０）で成長を増大させる。低圧パージプロセスで、プロセスチャンバの内圧は、約０.１ミリトール〜約１００トール、好ましくは約１.０ミリトール〜約１０トール、より好ましくは約１０.０ミリトール〜約１トールの範囲にあってもよい。パージプロセスは、約３０秒〜１０分、好ましくは約１分〜５分、より好ましくは２分〜４分の範囲にある時間行うことができる。一般に、プロセスチャンバに入るガスの全てが止められてもよい。しかしながら、代替的態様として、パージガスは、洗浄プロセスの間、いつでもプロセスチャンバ内に投与することができる。
【００４３】
[0049]一旦基板４００の所定の厚さ４２５が除去されると、層４４０はステップ３３０で堆積されてもよい（図４Ｃ）。好ましくは、層４４０は、ＣＶＤプロセスによってさらされた凹部４３０の表面上に選択的にエピタキシャル的に堆積させることができるシリコン含有物質である。一例において、ＣＶＤプロセスにはＡＧＳ堆積技術が含まれる。或いは、凹部４３０は、層４４０を堆積させる前にドーピングプロセスのような他の製造プロセスにさらされてもよい。ドーピングプロセスの一例としてはイオン注入が挙げられ、ドーパント（例えば、ホウ素、リン、又はヒ素）が凹部４３０の表面へ注入することができる。
【００４４】
[0050]プロセス３００は、同一のプロセスチャンバ内でシリコン含有物質をエッチングし堆積させるために行うことができる。好ましくは、高速エッチングプロセスと続いての堆積プロセスは、同一のプロセスチャンバ内で行われて、処理能力を改善し、より効率がよく、汚染の可能性が減少し、且つ共通の化学前駆物質のようにプロセス相乗作用の利点を得る。一例において、シリコン含有化合物の高速エッチングプロセスと選択的エピタキシャル的堆積プロセスは、エッチング剤として塩素、キャリアガスとして窒素を用いる。
【００４５】
[0051]図５は、プロセス５００で製造技術を終了した後にプロセスチャンバを洗浄するステップを含む本発明の代替的実施形態を示す図である。基板は湿式洗浄プロセス、ＨＦ最終プロセス、プラズマ洗浄、酸洗浄プロセス、又はそれらの組み合わせを含む前処理プロセスにさらすことができる（ステップ５１０）。本明細書に記載される前洗浄プロセス後でエッチングプロセスを開始する前に、基板は待ち行列時間（Ｑ時間）と呼ばれる時間、プロセスチャンバの制御された環境外部で保たれなければならないものである。周囲環境におけるＱ時間は約２時間以上続いてもよく、通常は約６時間〜約２４時間以上の範囲にあり、例えば、約３６時間の所定の時間のように非常に長く続く。通常、基板が周囲の水と酸素にさらされるために、Ｑ時間の間、基板表面上に酸化シリコン層が形成する。
【００４６】
[0052]ステップ５２０で、基板は、本明細書に記載されるように、プロセスチャンバ内に置かれ、エッチングプロセスにさらされる。エッチングプロセスは、ステップ１２０に記載される減速エッチングプロセス、ステップ３２０に記載される高速エッチングプロセス又はその双方であってもよい。エッチングプロセスは、基板からシリコン含有層の所定の厚さを除去して、さらされたシリコン含有層を形成する。続いて、パージプロセスがプロセスチャンバ内で行われてもよい（ステップ５２５）。その後、さらされたシリコン含有層上に第二物質が堆積される(ステップ５３０)。通常、第二物質は選択的エピタキシャル的に堆積されたシリコン含有化合物である。堆積プロセスとしては、ステップ１３０と３３０で記載されるプロセスが含まれるのがよい。一実施形態において、プロセス１００と３００はステップ５２０と５３０で用いることができる。
【００４７】
[0053]チャンバ洗浄プロセスは、プロセスチャンバ内部で行われて、その中の種々の汚染物質を除去する（ステップ５４０）。エッチングプロセスと堆積プロセスは、プロセスチャンバ内で表面上に堆積物又は汚染物質を形成することができる。通常、堆積物としては、プロセスチャンバの壁と他の内面に付着されたシリコン含有物質が挙げられる。それ故、チャンバ洗浄プロセスは、プロセスチャンバの内面を損傷せず、汚染物質を除去するために用いることができる。
【００４８】
[0054]プロセス５００の一例において、基板は、最初にＨＦ最終プロセスにさらされる。基板は、プロセスチャンバ内に置かれ、約６００℃で塩素と窒素を含有するエッチングプロセスにさらされる。その後、プロセスチャンバは、洗浄プロセスにさらされる。続いて、シリコン含有層が、同一のプロセスチャンバ内で約６２５℃で塩素と窒素を用いて堆積プロセスによって基板上にエピタキシャル的に堆積される。その後、基板が取り出され、プロセスチャンバは約６７５℃に加熱され、塩素と窒素を含有する洗浄ガスにさらされる。好ましくは、エッチング剤とキャリアガスは、ステップ５２０と５４０で用いられたものと同一のガスである。
【００４９】
チャンバ洗浄プロセス
[0055]他の実施形態において、シリコン源を含有するチャンバ洗浄ガスは、ステップ５４０のようなチャンバ洗浄プロセスで種々の汚染物質をプロセスチャンバの内部から除去するために用いることができる。プロセスチャンバの内面は、通常、従来のエッチング剤洗浄プロセスで損傷してしまうシリコン含有物質（例えば、石英）を含有する。それ故、エッチング剤とキャリアガスのほかに、チャンバ洗浄ガスは、更に、エッチング剤によるいかなる過剰エッチングの作用にも対抗するシリコン源を含有することができる。
【００５０】
[0056]プロセスチャンバは、エッチング剤に化学的に傷つきやすい表面を有する内部表面又は要素を含むことができる。また、プロセスチャンバ内の内面又は部品の一部は、エッチング剤に傷つきやすい保護コートを有してもよい。一般に、プロセスチャンバ内のこれらの内面は、石英、酸化シリコン、炭化シリコン、炭化シリコン被覆グラファイト、サファイア、シリサイドコーティング、それらの誘導体、又はそれらの組合せのようなシリコン含有表面を含有することができる。他の例において、内面はプロセスチャンバ内の金属含有表面、例えば、鋼、ステンレス鋼、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、それらの合金、又はそれらの組合せである。内面は、チャンバの壁、床、及びリッドの内部、また、それらの内部部品又は部分、例えば、サセプタ、ライナー、上のドーム、下のドーム、予熱リング、シャワーヘッド、分散プレート、プローブ等にあってもよい。
【００５１】
[0057]洗浄プロセスには、基板サセプタを約６００℃〜約１２００℃、好ましくは約６５０℃〜約１,０００℃、より好ましくは約７００℃〜約９００℃の範囲にあり、例えば約８００℃の温度に加熱するステップが含まれる。プロセスチャンバは、約１ミリトール〜約７６０トール、好ましくは約１００ミリトール〜約７５０トール、より好ましくは１００トール〜７００トールの範囲にあり、例えば、約６００トールの内圧を有することができる。一例において、冷却壁リアクタは、プロセスチャンバとして用いられ、約４００℃未満、好ましくは約２００℃未満、より好ましくは約１５０度未満の温度を維持されたリアクタ壁を有してもよく、約３００℃〜約８００℃、好ましくは約４００℃〜約７００℃、より好ましくは約５００℃〜約６００℃の範囲にある温度で維持された石英リアクタを有してもよい。
【００５２】
[0058]洗浄プロセスは、約３０秒〜約１０分、好ましくは約１分〜約５分、より好ましくは約２分〜約４分の範囲の時間行われる。チャンバ洗浄ガスは、エッチング剤とシリコン源とキャリアガスを含有することができる。好ましくは、チャンバ洗浄プロセスで用いられるエッチング剤とシリコン源とキャリアガスは、減速エッチングプロセス又は高速エッチングプロセスのような以前の製造ステップで用いられた同一のガスである。エッチング剤は、チャンバ洗浄プロセスで約１０ｓｃｃｍ〜約１００ｓｌｍ、好ましくは１００ｓｃｃｍ〜５ｓｌｍの範囲にある流量でプロセスチャンバへ供給することができる。一例において、エッチング剤は、約５ｓｌｍ、好ましくは約１０ｓｌｍ、より好ましくは約２０ｓｌｍの流量を有する。他の例において、エッチング剤は約５０ｓｃｃｍ、好ましくは１３０ｓｃｃｍ、より好ましくは１,０００ｓｃｃｍの流量を有する。洗浄ガス内で用いることができるエッチング剤としては、塩素、三フッ化塩素、テトラクロロシラン、ヘキサクロロジシラン、又はそれらの誘導体が挙げられる。
【００５３】
[0059]シリコン源は、チャンバ洗浄プロセスで約１０ｓｃｃｍ〜約１００ｓｌｍ、好ましくは約１００ｓｃｃｍ〜５ｓｌｍの範囲にある流量でプロセスチャンバへ供給することができる。一例において、シリコン源は、約５ｓｌｍ、好ましくは約１０ｓｌｍ、より好ましくは２０ｓｌｍの流量を有する。他の例において、シリコン源は、約５０ｓｃｃｍ、好ましくは約１３０ｓｃｃｍ、より好ましくは約１,０００ｓｃｃｍの流量を有する。エッチングに用いることができるシリコン源としては、シラン、ハロゲン化シラン、有機シラン又はそれらの誘導体が挙げられる。シランとしては、シラン（ＳｉＨ４）及び実験式ＳｉｘＨ(２ｘ＋２）を有する高級シラン、例えば、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）、テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）等が挙げられる。ハロゲン化シランとしては、実験式Ｘ'ｙＳｉｘＨ(２ｘ＋２-ｙ）（式中、Ｘ'は独立してＦ，Ｃｌ、Ｂｒ又はＩより選ばれる。）を有する化合物、例えば、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）、トリクロロシラン（Ｃｌ３ＳｉＨ）、ジクロロシラン（Ｃｌ２ＳｉＨ２）、クロロシラン（ＣｌＳｉＨ３）が挙げられる。有機シランは、実験式ＲｙＳｉｘＨ(２ｘ＋２-ｙ）（式中、Ｒは独立してメチル、エチル、プロピル、ブチルより選ばれる。）を有する化合物、例えば、メチルシラン（（ＣＨ３)ＳｉＨ３）、ジメチルシラン（（ＣＨ３)２ＳｉＨ２）、エチルシラン（（ＣＨ３ＣＨ２)ＳｉＨ３）、メチルジシラン（（ＣＨ３)Ｓｉ２Ｈ５，）、ジメチルジシラン（（ＣＨ３）２Ｓｉ２Ｈ４）、ヘキサメチルジシラン（（ＣＨ３）６Ｓｉ２）が挙げられる。好ましいシリコン源としては、シラン、ジクロロシラン、又はジシランが挙げられるのがよい。
【００５４】
[0060]キャリアガスは、チャンバ洗浄プロセスで約１００ｓｃｃｍ〜約１００ｓｌｍの範囲にある流量でプロセスチャンバへ供給することができる。一例において、キャリアガスは、約２０ｓｌｍ、好ましくは５０ｓｌｍ、より好ましくは１００ｓｌｍの流量を有する。他の例において、キャリアガスは約１００ｓｃｃｍ、好ましくは１ｓｌｍ、より好ましくは１０ｓｌｍの流量を有する。キャリアガスとしては、窒素、水素、フォーミングガス、アルゴン、ヘリウム又はそれらの組合せが挙げられるのがよい。好ましい例として、チャンバ洗浄ガスは、塩素ガスとシランとキャリアガス、例えば、窒素を含有する。本明細書に記載される本発明の実施形態の範囲内で用いることができるチャンバ洗浄プロセスは、共同譲渡された米国特許第６,０４２,６５４号に更に開示され、この開示内容は本明細書に全体で援用されている。チャンバ洗浄プロセスは、個々の各基板を処理した後又は複数の基板を処理した後に繰り返すことができる。一例において、チャンバ洗浄プロセスは、すべての２５基板を処理した後に行われる。他の例において、チャンバ洗浄プロセスは、すべての５基板を処理した後に行われる。基板がチャンバ洗浄プロセスでプロセスチャンバ内に残ってもよいが、好ましくは、基板は取り出され、空のチャンバで処理される。
【００５５】
[0061]本明細書に記載される実施形態は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）やバイポーラトランジスタ、例えば、バイポーラデバイス製造（例えば、ベース、エミッタ、コレクタ、エミッタコンタクト）、ＢｉＣＭＯＣデバイス製造（例えばベース、エミッタ、コレクタ、エミッタコンタクト）、ＣＭＯＳデバイス製造（例えば、チャンネル、ソース/ドレイン、ソース/ドレイン拡張、高ソース/ドレイン、基板、ストレインドシリコン、絶縁体上のシリコン、コンタクトプラグ）のための製造プロセスで用いることができるプロセスを提供する。他の実施形態は、ゲート製造プロセス、ベースコンタクト製造プロセス、コレクタコンタクト製造プロセス、エミッタコンタクト製造プロセス、コレクタコンタクト製造プロセス、エミッタコンタクト製造プロセス、又は高ソース/ドレイン製造プロセスで用いることができるプロセスを提供する。
【００５６】
[0062]本発明のプロセスは、ＡＬＥ、ＣＶＤ、ＡＬＤのプロセスに用いられる製造装置で行うことができる。本明細書に記載されるシリコン含有膜をエッチングするか又は堆積させるために用いることができるシステムとしては、いずれもカリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社から入手できるＥｐｉＣｅｎｔｕｒａ（登録商標）システム又はＰｏｌｙ Ｇｅｎ（登録商標）システムが挙げられる。本明細書に記載されるエッチングと堆積に有用なプロセスチャンバは、共同譲渡された米国特許第６,５６２,７２０号に開示され、この開示内容は装置を記載するために本明細書に全体で援用されている。他の可能な装置としてはバッチ炉や高温炉が挙げられる。
【００５７】
実施例
[0063]以下の仮定の実施例は、カリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社から入手できるＥｐｉＣｅｎｔｕｒａ（登録商標）システム内で３００ｍｍシリコンウエハ上で行うことができる。
【００５８】
[0064]実施例１-シランを含まない比較の予備洗浄プロセス：
基板をＨＦ最終プロセスにさらしてフッ化物終結表面を形成した。基板をプロセスチャンバ内に配置し、圧力を約２０トールに維持しつつ、約６００℃に加熱した。基板を、Ｎ２を約２０ｓｌｍの流量で、Ｃｌ２を約１２０ｓｃｃｍの流量で含有するエッチングガスにさらした。表面を約５００オングストローム/分の速度でエッチングした。
【００５９】
[0065]実施例２-シランを含むプレ洗浄プロセス：
基板をＨＦ最終プロセスにさらしてフッ化物終結表面を形成した。基板をプロセスチャンバ内に配置し、圧力を約２０トールで維持しつつ、約６００℃に加熱した。基板を、Ｎ２を約２０ｓｌｍの流量で、Ｃｌ２を約２０ｓｃｃｍの流量で、ＳｉＨ４を約５０ｓｃｃｍの流量で含有するエッチングガスにさらした。表面を約１０オングストローム/分の速度でエッチングした。それ故、実施例２におけるシランのようなシリコン源の添加によって、シリコン含有層のエッチング速度が実施例１のエッチング速度に比べて約１/５０だけ低下した。
【００６０】
[0066]実施例３-シランを含まない比較の平滑化プロセス：
シリコン含有層を含む基板表面を切断して、粗さが約５.５ｎｍ２乗平均の平方根（ＲＭＳ）の表面を形成した。基板をプロセスチャンバ内に配置し、圧力を約２００トールに維持しつつ、約６５０℃に加熱した。基板を、Ｎ２を約２０ｓｌｍの流量で、Ｃｌ２を約２０ｓｃｃｍの流量で含有するエッチングガスにさらした。表面を約２００オングストローム/分の割合でエッチングした。
【００６１】
[0067]実施例４-シランを含む平滑化プロセス：
シリコン含有層を含む基板表面を切断し、粗さが約５.５ｎｍ２乗平均の平方根（ＲＭＳ）の表面を形成した。基板をプロセスチャンバ内に配置し、圧力を約２００トールに維持しつつ、約６５０℃に加熱した。基板を、Ｎ２を約２０ｓｌｍの流量で、Ｃｌ２を約２０ｓｃｃｍの流量で、ＳｉＨ４を約５０ｓｃｃｍの流量で含有するエッチングガスにさらした。表面を約２００オングストローム/分の割合でエッチングした。表面粗さは約０.１ｎｍＲＭＳに減少した。それ故、実施例４に用いられるシランのようなシリコン源の添加によって、実施例３におけるエッチング速度に比べて約１/１０だけシリコン含有層のエッチング速度が低下した。
【００６２】
[0068]実施例５-塩素エッチングプロセス後のシリコンエピタキシー：
シリコン基板は、シリコン表面を露出している約９０ｎｍの高さで約１００ｎｍの幅で約１５０ｎｍ離れている一連の窒化シリコンライン特徴部を含有した。基板をプロセスチャンバ内に配置し、圧力が約４０トールに維持しつつ、約６００℃に加熱した。基板をＮ２を約２０ｓｌｍの流量で、Ｃｌ２を約８０ｓｃｃｍの流量で含有するエッチングガスにさらした。表面を約７５０オングストローム/分の割合でエッチングした。約３０秒後、約３５ｎｍのシリコン表面をエッチングした。窒化シリコン特徴部はエッチングプロセスに対して不活性なままである。圧力を約２００トールに増加し、ＳｉＨ４を約５０ｓｃｃｍの流量でエッチングガスに加えた。エッチング速度を約１８オングストローム/分に低下させて新たにエッチングされたシリコン表面を平滑にした。約１分後、ＳｉＨ４のフローを約１００ｓｃｃｍに増加させ、Ｎ２とＣｌ２のフローを変化させずに維持することにより平滑な表面が選択的エピタキシー堆積プロセスにさらされる。シリコン含有物質が、約２５オングストローム/分の速度でシリコン源上に堆積された。
【００６３】
[0069]実施例６-シランを含有する塩素高速エッチングプロセス：
シリコン基板は、シリコン表面を露出している約９０ｎｍの高さで約１００ｎｍの幅で約１５０ｎｍ離れた一連の窒化シリコンライン特徴部を含有した。基板をプロセスチャンバ内に配置し、圧力を約４０トールに維持しつつ、約６００℃に加熱した。基板を、Ｎ２を約２０ｓｌｍの流量で、Ｃｌ２を約８０ｓｃｃｍの流量で、ＳｉＨ４を約４０ｓｃｃｍの流量で含有するエッチングガスにさらした。表面を約４００オングストローム/分の速度でエッチングした。
【００６４】
[0070]実施例７-塩素とシランを含有するチャンバ洗浄プロセス：
シリコンエピタキシャル堆積プロセス後、基板をチャンバから取り出した。プロセスチャンバを約８００℃に加熱し、圧力を約６００トールに調節した。プロセスチャンバを、Ｎ２を約２０ｓｌｍの流量で、Ｃｌ２を約２ｓｌｍの流量で、ＳｉＨ４を約１ｓｌｍの流量で含むエッチングガスにさらした。チャンバ洗浄プロセスを約２分間行った。
【００６５】
[0071]上記は本発明の実施形態に関するが、本発明の他の多くの実施形態はその基本的な範囲から逸脱することなく構成されてもよく、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、本明細書に記載される一実施形態によってシリコン含有物質を処理するプロセスを示したフローチャートである。
【図２Ａ】図２Ａは、本明細書に記載されるプロセス中の異なる段階での基板を示す概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本明細書に記載されるプロセス中の異なる段階での基板を示す概略図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本明細書に記載されるプロセス中の異なる段階での基板を示す概略図である。
【図３】図３は、本明細書に記載される他の実施形態によってシリコン含有物質を処理するプロセスを示したフローチャートである。
【図４Ａ】図４Ａは、本明細書に記載されるプロセス中の異なる段階での他の基板を示す概略図である。
【図５】図５は、本明細書に記載される他の実施形態によって、基板を製造し、その後プロセスチャンバを洗浄するプロセスを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
２００…基板、２０５…シリコン含有層、２１０…表面、２１２…汚染物質、２１８…粗い領域、２２０…所定の厚さ、２１４…トラフ、２１６…ピーク、２３０…さらされた表面、２４０…層、４００…基板、４０５…層、４１０…膜スタック特徴部、４１２…ゲート層、４１４…ゲート酸化物層、４１６…スペーサ、４１８…保護キャッピング層。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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