(57)【要約】プロセス及びシステムは、半導体堆積システムに関係する反応チャンバ内の望ましくない堆積物を減少させるために使用される。クリーニングガスは、少なくとも１つのガス炉を通り延びる少なくとも１つのガス流路を通って流されることがあり、加熱されたクリーニングガスは、反応チャンバへと導入されて、反応チャンバ内から望ましくない堆積物の少なくとも一部を除去することができる。【選択図】  図１
2015507357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体堆積システムに関係する反応チャンバ内の望ましくない堆積物を減少させるための方法であって、
少なくとも１つのガス炉を通り延びる少なくとも１つのガス流路を通ってクリーニングガスを流すことによって前記クリーニングガスを加熱するステップと、
プロセスガス注入器を通り前記反応チャンバへと前記クリーニングガスを導入するステップと、
前記望ましくない堆積物の一部と前記クリーニングガスを反応させて少なくとも１つの反応生成物を形成すること及び前記反応チャンバから前記少なくとも１つの反応生成物を排気することによって、前記反応チャンバ内から前記望ましくない堆積物の少なくとも一部を除去するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
塩素含有ガス及び水素ガスのうちの１つ又は複数を含むように前記クリーニングガスを選択するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１つのガス炉を通り延びる前記少なくとも１つのガス流路を通って前記クリーニングガスを流すことが、コイル構成を有する少なくとも１つのガス流路部分を通って前記クリーニングガスを流すことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ほぼ６００℃以上の温度に前記クリーニングガスを加熱するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
望ましくない堆積物の少なくとも一部を除去するステップが、
第１のクリーニングステージにおいて前記反応チャンバ内の第１のゾーンから優先的に前記望ましくない堆積物の一部を除去するステップと、
第２のクリーニングステージにおいて前記反応チャンバの第２のゾーン内から優先的に前記望ましくない堆積物の一部を引き続いて除去するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記反応チャンバ内の第１のゾーンから優先的に前記望ましくない堆積物の一部を除去するステップが、前記反応チャンバの排気チャネルよりも前記プロセスガス注入器により近接して配された前記望ましくない堆積物の一部を優先的に除去することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記反応チャンバ内の第２のゾーンから優先的に前記望ましくない堆積物の一部を除去するステップが、前記プロセスガス注入器よりも前記反応チャンバの排気チャネルにより近接して配された前記望ましくない堆積物の一部を優先的に除去することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記反応チャンバ内から前記望ましくない堆積物の少なくとも一部を除去するステップの後で、前記反応チャンバ内から残留クリーニングガスの少なくとも一部を除去するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記反応チャンバ内から前記残留クリーニングガスの少なくとも一部を除去するステップが、１回又は複数回前記反応チャンバをパージングするステップをさらに含み、１回又は複数回前記反応チャンバをパージングするステップが、不活性ガス及び活性ガスのうちの少なくとも１つを用いて前記反応チャンバをパージングすることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
半導体堆積システムに関係する反応チャンバ内の望ましくない堆積物を制御するためのシステムであって、
クリーニングガスの供給源と、
前記クリーニングガスの供給源に連結され前記クリーニングガスを加熱するためのガス加熱装置であり、少なくとも１つのガス炉を通り延びる少なくとも１つのガス流路を備える、ガス加熱装置と、
上部壁、底部壁、及び少なくとも１つの側壁によって定められる少なくとも実質的に囲まれた反応チャンバであり、前記ガス加熱装置と流体連通する、反応チャンバと、
を備える、システム。
【請求項１１】
前記クリーニングガスの供給源が、塩素含有ガス及び水素ガスのうちの１つ又は複数を備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ガス加熱装置が、前記反応チャンバの外部に配置される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ガス加熱装置が、
ガス注入部と、
ガス排出部と、
前記ガス注入部から前記ガス排出部へと延びるガス流通路と、
を備え、
前記ガス流通路が、前記ガス注入部と前記ガス排出部との間の最短距離よりも長い長さを有する、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ガス流通路がコイルにした構成を有する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ガス加熱装置が、前記ガス流通路に近接して配置された少なくとも１つの加熱素子をさらに備え、前記少なくとも１つの加熱素子が、抵抗加熱素子、誘導加熱素子、及び放射加熱素子からなる群から選択された能動加熱素子を備える、請求項１０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明の実施形態は、一般的には、半導体堆積システム内の望ましくない堆積物を減少させるためのプロセス、及びこのようなプロセスを実行するためのシステムに関する。より詳細には、本発明の実施形態は、半導体堆積システムに関係する反応チャンバ内から望ましくない堆積物を減少させるためのプロセス及びシステムを含む。
【背景技術】
【０００２】
[0002]堆積システム清浄度は、このようなシステムによって堆積される材料の品質を決定する際の重要なパラメータである。例えば、反応チャンバ内の望ましくない堆積物の蓄積は、反応チャンバ内で堆積される材料の品質の悪化をもたらすことがある。
【０００３】
[0003]堆積システムは、ＩＩＩ−窒化物などの半導体材料の堆積のために利用される水素化物気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）システムを含むことができる。ＩＩＩ−窒化物半導体材料のＨＶＰＥ成長のケースでは、反応チャンバ内での望ましくない堆積物の積み重なりは、高い蒸発温度を有するＩＩＩ族前駆物質（例えば、ＧａＣｌ）に起因することがある。ＩＩＩ族前駆物質の高い蒸発温度のために、望ましくない堆積物が、ほぼ５００℃よりも低い温度の表面上に発生することがある。反応チャンバ内での望ましくない堆積物の積み重なりは、チャンバクリーニングプロセスを利用して望ましくない堆積物のすべて、又は少なくとも重要な部分の除去を必要とすることがある。完全な反応チャンバクリーニングをできないことは、反応装置粒子の増加に一部は起因して反応チャンバ内で堆積される半導体材料の品質の悪化をもたらすことがある。
【０００４】
[0004]反応チャンバ内の望ましくない堆積物はまた、関係する堆積システムの加熱及び冷却の効率に有害な効果を有することがある。例えば、いくつかの堆積システムでは、反応チャンバは、透明石英などの透明材料を備えることがあり、加熱が、透明材料を通過するランプ光源からの赤外線（ＩＲ）放射によって行われることがある。反応チャンバの表面上の望ましくない堆積物は、本質的に不透明である場合があり、反応チャンバの透過品質に影響を及ぼすことがある。石英チャンバの光学的特性の変化の結果として、反応チャンバの過剰な加熱が、成長サイクルの過程の間にＩＲ吸収に起因して起きることがある。
【０００５】
[0005]システム及び方法は、これゆえ、半導体堆積システム内での望ましくない堆積物の形成を減少させることが望ましい。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]この要約は、単純化した形式で概念の選択を紹介するために提供され、このような概念は、本発明のいくつかの例の実施形態の下記の詳細な説明においてさらに説明される。この要約は、特許請求した主題の鍵となる特徴又は不可欠な特徴を特定するものではなく、特許請求した主題の範囲を限定するために使用されるものでもない。
【０００７】
[0007]いくつかの実施形態では、本開示は、半導体堆積システムに関係する反応チャンバ内の望ましくない堆積物を制御するための方法を含む。実施形態の方法は、少なくとも１つのガス炉を通り延びる少なくとも１つのガス流路を通ってクリーニングガスを流すことによってクリーニングガスを加熱するステップを含むことができる。本方法は、前駆物質注入器を通り反応チャンバへとクリーニングガスを導入するステップと、望ましくない堆積物の一部とクリーニングガスを反応させて反応生成物を形成すること及び排気チャネルを介して反応チャンバから反応生成物を排気することによって、反応チャンバ内から望ましくない堆積物の少なくとも一部を除去するステップとをやはり含むことができる。
【０００８】
[0008]実施形態は、半導体堆積システムに関係する反応チャンバ内の望ましくない堆積物を制御するためのシステムをやはり含むことができ、このようなシステムは、クリーニングガスの供給源と、クリーニングガスを加熱するためのガス加熱装置であって、少なくとも１つのガス炉を通り延びる少なくとも１つのガス流路を備える、ガス加熱装置とをやはり含むことができ、少なくとも１つのガス流路は、曲がりくねった構成を有する少なくとも一部分を含む。本システムは、上部壁、底部壁、及び少なくとも１つの側壁によって定められる少なくとも実質的に囲まれた反応チャンバであって、ガス加熱装置と流体連通する、反応チャンバをやはり含むことができる。
【０００９】
[0009]本開示は、添付した図に図示される例の実施形態の下記の詳細な説明を参照することによってより十分に理解されることがある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の堆積システムの実施形態の例を模式的に図示する切取透視図である。
【図２】図２は、本発明のガス加熱装置の例示的な実施形態である。
【図３】図３は、本発明の反応チャンバの例の実施形態を模式的に図示する単純化した切取透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[0013]本明細書に提示された説明図は、いずれかの特定のシステム、構成要素、又はデバイスの実際の図を意味するのではなく、本発明の実施形態を説明するために採用される単に理想化した表示である。
【００１２】
[0014]本明細書において使用するように、「ＩＩＩ−Ｖ半導体材料」という用語は、周期律表のＩＩＩＡ族からの１つ又は複数の元素（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、及びＴｉ）並びに周期律表のＶＡ族からの１つ又は複数の元素（Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、及びＢｉ）から少なくとも主に構成される任意の半導体材料を意味し、含む。例えば、ＩＩＩ−Ｖ半導体材料は、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＮＰ、等を含むがこれらに限定されない。
【００１３】
[0015]本明細書において使用するように、「反応チャンバ」という用語は、材料堆積プロセスにおいて材料が中で堆積される一般に囲まれた空間を定めるいずれかのタイプの構造を意味し、含む。
【００１４】
[0016]本明細書において使用するように、「望ましくない堆積物」という用語は、材料が堆積されることを意図しない反応チャンバ内の表面上に堆積した何らかの材料を意味し、含む。
【００１５】
[0017]本発明の実施形態は、堆積システム内の、より具体的には、半導体堆積システム内の望ましくない堆積物を減少させるためのプロセス及びシステムを含む。図１は、本発明の実施形態において利用されることが可能であるような非限定的な例の半導体堆積システム１００を図示する。半導体堆積システム１００は、反応チャンバ１０２を含むことができ、反応チャンバ１０２は、上部壁１０４、底部壁１０６、及び少なくとも１つの側壁を含み、これらは反応チャンバ１０２内に少なくとも実質的に囲まれた空間をともに定める。
【００１６】
[0018]非限定的な例では、半導体堆積システム１００は、例えば、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウム及びこれらの混合物、などのＩＩＩ−窒化物半導体材料の堆積のために利用されるＨＶＰＥ半導体堆積システムを含むことができる。例のＨＶＰＥ半導体堆積システムは、米国特許第６，１７９，９１３号に記載されたようなＩＩＩ族前駆物質の発生のために内部液体ガリウム源を利用することができ、この米国特許は、Ｓｏｌｏｍｏｎらに２００１年１月３０日に付与され、この特許の全開示が参照によって本明細書に組み込まれる。追加の例では、ＨＶＰＥ半導体堆積システムは、反応チャンバへと直接注入されるＧａＣｌ３前駆物質の外部供給源を起源とするＩＩＩ族前駆物質の供給源を利用することができる。このような方法及びシステムの例は、例えば、米国特許出願公開第２００９／０２２３４４２Ａ１号に開示されており、これは、Ａｒｅｎａらの名前で２００９年９月１０日に公開され、この公開の全開示が参照によって本明細書に組み込まれる。
【００１７】
[0019]１つ又は複数の反応チャンバ定着物１２４Ａ〜Ｃが、反応チャンバ内に配置されることがある。反応チャンバ定着物１２４Ａ〜Ｃは、（１つ又は複数の製造中基板１１６を支持するための）基板支持構造体１２４Ａ、（１つ又は複数のプロセスガスを注入するための）プロセスガス注入部１２４Ｂ、及び（プロセスガスに熱エネルギーを与えるための）１つ又は複数の受動熱伝達構造体１２４Ｃのうちの少なくとも１つを含むことができる。反応チャンバ定着物１２４Ａ〜Ｃは、望ましくない堆積物の蓄積を起こしやすいことがある材料から製造されることがある。例えば、反応チャンバ定着物１２４Ａ〜Ｃは、炭化ケイ素、炭化ホウ素及び／又はグラファイトから製造されることがある。
【００１８】
[0020]１つ又は複数の堆積サイクル中に、すなわち、製造中基板１１６上への半導体材料の成長中に、望ましくない堆積物は、材料が堆積されることが予定されている製造中基板１１６上以外の半導体堆積システム１００内の表面上に蓄積することがある。例えば、望ましくない堆積物は、反応チャンバ１０２の壁のうちの１つ若しくは複数の上の及び／又は反応チャンバ１０２内に配置された反応チャンバ定着物１２４Ａ〜Ｃのうちの１つ若しくは複数の上の反応チャンバ１０２内に蓄積することがある。１つ又は複数のクリーニングプロセスが、反応チャンバ１０２の壁のうちの１つ若しくは複数の表面から及び／又は反応チャンバ１０２内に配置された１つ若しくは複数の反応チャンバ定着物１２４Ａ〜Ｃの表面から望ましくない堆積物の少なくとも一部を除去するために反応チャンバ１０２内で実行されることが可能である。言い換えると、望ましくない堆積物は、半導体プロセスガスに曝されていた反応チャンバ１０２内の場所から除去されることが可能である。半導体材料を堆積するためのプロセス及びシステムは、反応チャンバ１０２内の望ましくない堆積物の形成に関係するので、半導体材料を堆積するためのプロセス及びシステムが、下記に簡単に説明される。
【００１９】
[0021]半導体堆積システム１００を利用した半導体材料の堆積は、ガス注入装置１１０によって反応チャンバ１０２へとプロセスガスを流すステップを含む。プロセスガスは、ガス供給源からガス導管１２０Ａ〜１２０Ｅを通ってガス注入装置１１０へと流れることができ、次に、プロセスガス注入器１２４Ｂなどの個々のガス注入器を通って反応チャンバ１０２へと注入されることが可能である。堆積目的のために、プロセスガスは、ＩＩＩ族前駆物質ガス、Ｖ族前駆物質ガス、キャリアガス、ドーパントガス、等、のうちの１つ又は複数を含むことができる。
【００２０】
[0022]非限定的な例の堆積サイクルにおいて、ＩＩＩ族前駆物質は、ＧａＣｌ３を含むことができる。ＧａＣｌ３は、ガス供給源１０８からＧａＣｌ３が加熱されるガス加熱装置１３０を通って流れることができる。いくつかの実施形態では、ＧａＣｌ３は、ガス加熱装置１３０内で少なくとも部分的に分解されることがある。加熱された／分解したＧａＣｌ３は、引き続いてガス導管１２０Ｄを通ってガス注入装置１１０へと流れ、プロセスガス注入器１２４Ｂを通って反応チャンバ１０２へと注入される。１つ若しくは複数のＶ族前駆物質（例えば、ＮＨ３）、ドーパント（例えば、シラン）、並びに、キャリアガス及び／若しくはパージガス（例えば、Ｈ２、Ｎ２、Ａｒ）などの１つ又は複数のさらなるプロセスガスもまた、ガス導管１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ及び１２０Ｅを介してガス注入装置１１０を通って反応チャンバ１０２へと導入されることが可能である。
【００２１】
[0023]反応チャンバ１０２へのプロセスガスの注入で、ＩＩＩ族前駆物質及びＶ族前駆物質は、基板支持構造体１２４Ａによって支持され加熱された製造中基板１１６の上方で相互に作用することがある。ＩＩＩ族前駆物質とＶ族前駆物質との間の相互作用（例えば、反応）は、高温で、例えば、ほぼ５００℃とほぼ１１００℃との間の温度で行われることがある。
【００２２】
[0024]このような高温プロセスを実現するための加熱は、赤外線エネルギーを放射するように構成された放射加熱ランプを含むことができる加熱素子１１８によって行われることが可能である。加熱素子１１８は、基板支持構造体１２４Ａ及びその上に支持された製造中基板１１６に放射エネルギーを与えるために設置されかつ構成されることが可能である。追加の実施形態では、加熱素子１１８は、反応チャンバ１０２の上方に設置されることが可能である、又は反応チャンバ１０２の下方に設置された加熱素子１１８及び反応チャンバ１０２の上方に設置された加熱素子の両方を含むことができる。
【００２３】
[0025]任意選択で、プロセスガスをさらに加熱することは、受動熱伝達構造体１２４Ｃ（例えば、黒体と同様に振る舞う材料を含む構造体）によって行われることがあり、この受動熱伝達構造体は、前駆物質ガスへの熱の伝達を向上させるために反応チャンバ１０２内に設置されることがある。受動熱伝達構造体は、例えば、米国特許出願公開第２００９／０２１４７８５Ａ１号に開示されたような反応チャンバ１０２内に設けられることがあり、この米国特許出願公開は、Ａｒｅｎａらの名前で２００９年８月２７日に公開され、この公開の全開示が参照によって本明細書に組み込まれる。
【００２４】
[0026]例としてそして限定ではなく、堆積システム１００は、図１に示したように、反応チャンバ１０２内に１つ又は複数の受動熱伝達構造体１２４Ｃを含むことができる。これらの受動熱伝達板１２４Ｃは、一般に平坦であってもよく、上部壁１０４及び底部壁１０６に対して一般に平行に向けられることがある。いくつかの実施形態では、製造中基板１１６が反応チャンバ１０２内に配置される面の上方で垂直な面内に受動熱伝達構造体が置かれるように、これらの受動熱伝達構造体１２４Ｃは、底部壁１０６よりも上部壁１０４の近くに設置されることがある。受動熱伝達構造体１２４Ｃは、図１に示したように、反応チャンバ１０２内の空間の一部だけを横切って延伸することができる、又は受動熱伝達構造体は、反応チャンバ１０２内の実質的に全空間を横切って延伸することができる。いくつかの実施形態では、パージガスは、反応チャンバ１０２の上部壁１０４と１つ又は複数の受動熱伝達構造体１２４Ｃとの間の空間内を反応チャンバ１０２を通って流されることが可能であり、反応チャンバ１０２内の上部壁１０４の内側表面上への材料の望ましくない堆積を減少させる。このようなパージガスは、例えば、ガス流入導管１２０Ａから供給されることがある。当然のことながら、図１の受動熱伝達構造体１２４Ｃの構成以外の構成を有する受動熱伝達構造体が、追加の実施形態では反応チャンバ１０２内に組み込まれてもよく、このような伝熱板は、図１の伝熱板１２４Ｃが設置される位置以外の位置に設置されてもよい。
【００２５】
[0027]本明細書において略説した堆積プロセス中に、望ましくない堆積物は、反応チャンバ１０２の１つ若しくは複数の壁上、及び／又は反応チャンバ１０２とともに配置された反応チャンバ定着物１２４Ａ〜Ｃの表面上などの反応チャンバ１０２内に蓄積することがある。望ましくない堆積物が、反応チャンバ１０２に関係する壁及び定着物の表面上に直接形成することがある、又は堆積物が、ガス相内で形成することがあり、引き続いてこのような表面上に運ばれ堆積されることがある。
【００２６】
[0028]望ましくない堆積物は、例えば、ＩＩＩ族塩化物とアンモニアとの間の反応による生成物及び副生成物を含むことができる。ＩＩＩ族窒化物材料の堆積を目的とした堆積プロセス中に、窒化ガリウムなどのＩＩＩ族窒化物の堆積は、（例えば、製造中基板１１６上に堆積しないときに）反応チャンバ１０２内の目的としない場所のところでの望ましくない堆積物の形成を引き起こすことがあることに留意すべきである。非限定的な例として、望ましくない堆積物は、塩化アンモニウム塩、塩化ガリウム、ガリウム、及び窒化ガリウムのうちの１つ又は複数を含むことができる。
【００２７】
[0029]本明細書において説明する方法の実施形態は、反応チャンバ１０２内のこのような望ましくない堆積物の少なくとも一部を除去するためのクリーニングプロセスを含む。一般に、クリーニングプロセスは、半導体堆積システム１００内で実行される堆積サイクルに先立って及び／又は引き続いて実行されることが可能である。
【００２８】
[0030]半導体堆積システムクリーニングプロセスの実施形態が、例示的な半導体堆積システム１００（図１）及び図２に示した例示的なガス加熱装置１３０を参照して説明される。１つ又は複数のクリーニングプロセスを開始することに先立って、半導体堆積システム１００は、洗浄前の状態に置かれることがある。例えば、半導体堆積システム１００は、ガス注入装置１１０を通る半導体プロセスガスの流れを停止すること、反応チャンバ１０２から製造中基板１１６をアンローディングすること、及びほぼ４００℃よりも低く反応チャンバ１０２内の温度を設定することによって洗浄前の状態に置くことができる。
【００２９】
[0031]堆積システム１００を洗浄前の状態に置くと、クリーニングプロセスが続けて実施されることがある。クリーニングプロセスは、除去前ステージ、除去ステージ及び除去後ステージを含む１つ又は複数のステージを含むことができる。クリーニングプロセスは、半導体堆積システム１００を洗浄後の状態に置くことによって終わる。
【００３０】
[0032]除去前ステージは、反応チャンバ１０２にクリーニングガスのソースを供給するステップ及びガス加熱装置１３０を通ってクリーニングガスを流すサブステップによってクリーニングガスを加熱するステップを含むことができる。クリーニングガスは、単一のクリーニングガス又はクリーニングガスの組み合わせを含むことができ、１つ又は複数のガス供給源１０８から供給されることがある。クリーニングガスは、反応チャンバ１０２内の表面上の望ましくない堆積物と反応し、１つ又は複数の反応生成物（例えば、ガス、蒸気、又は、ガス若しくは蒸気中で運ばれることが可能な固体粒子）を形成する能力を得るために選択された組成を有することができ、反応生成物は、排気システム１８４の排気チャネル１１４を介して反応チャンバ１０２から除去されることが可能である。特に、クリーニングガスは、残渣を残すべきではなく、残渣は、引き続く堆積サイクルにおいて製造中基板１１６上に堆積しようとする半導体材料を汚染させることがある、又は反応チャンバ１０２の損傷を招くことがある。例えば、クリーニングガスは、望ましくない堆積物を（熱力学的に）強制的に溶解させるように選択されることが可能である。
【００３１】
[0033]クリーニングプロセスのいくつかの実施形態では、クリーニングガスは、ハロゲンを含むことができる。例えば、クリーニングガスは、塩素及び／又はフッ素を含む１つ又は複数のガス種を含むことができる。塩素を含有するガスを利用するときには、塩素含有ガスは、塩素（例えば、Ｃｌ、Ｃｌ２）及び／又はガス状の塩酸（ＨＣｌ）のうちの１つ若しくは複数を含むことができる。ハロゲン含有ガスに加えて、クリーニングガスは、さらなる構成成分ガスをやはり含むことができる。例えば、このようなさらなる構成成分ガスは、水素ガスを含むことができる。
【００３２】
[0034]クリーニングガスを加熱するステップは、ガス加熱装置１３０によって行われることがある。図１に図示したように、１つの例の実施形態では、ガス加熱装置１３０は、反応チャンバ１０２の外部に配置されることがあるが、いくつかの実施形態では、ガス加熱装置は、反応チャンバ１０２の内部に又はたとえ部分的であっても反応チャンバ１０２内に配置されることがある。本発明の方法において利用されることが可能なガス加熱装置の例は、例えば、Ａｒｅｎａらによって２００９年３月３日に出願された米国特許仮出願第６１／１５７，１１２号に詳細に記載されており、この特許は、すべての目的のためにこの参照によってその全体が本明細書中に組み込まれる。
【００３３】
[0035]図２を参照すると、ガス加熱装置１３０は、ガス注入口２０２及びガス排出口２０４を含むことができ、ガス流路２０６は、導管（例えば、管）を介してガス注入口２０２とガス排出口２０４との間をガス加熱装置１３０を通って延びる。ガス流路２０６は、ガス炉２０８を通って延び、ガス炉は、ガス流路２０６を通って流れるクリーニングガスに熱エネルギーを供給するために利用される。
【００３４】
[0036]ガス流路２０６は、図２に図示したようなコイル構成を有する少なくとも一部分を含むように構成されることがある。コイル構成は、ガス流路２０６用に利用されることがあり、その結果、ガス注入口２０２とガス排出口２０４との間のガス流路長は、ガス注入口２０２とガス排出口２０４との間の実際の物理距離よりも長い。ガス注入口２０２とガス排出口２０４との間の物理距離を増加させることは、ガス炉２０８を通るクリーニングガスの滞在時間を増加させることができ、これによってガス炉２０８の加熱能力を向上させる。例えば、曲がりくねった形状の構成などのコイル構成以外の構成も、やはり採用されてもよい。
【００３５】
[0037]ガス炉２０８は、クリーニングガスに熱エネルギーを与えるための能動及び受動加熱素子を含むことができる。例えば、ガス炉２０８は、ガス流路２０６に近接して配置されることがある１つ又は複数の能動加熱素子２１０を含むことができる。能動加熱素子２１０は、例えば、抵抗加熱素子、放射加熱素子、及び高周波加熱素子のうちの１つ又は複数を含むことができる。ガス炉２０８は、例えば、受動加熱素子２１２などの受動加熱素子をやはり含むことができ、受動加熱素子は、黒体構造、例えば、熱を再放射する黒体材料（例えば、炭化ケイ素）を含むロッドを含むことができる。図２に示したように、ガス流路２０６は、いくつかの実施形態では受動加熱素子２１２の周りに（例えば、コイルの形で）延びることがある。
【００３６】
[0038]ガス加熱装置１３０は、クリーニングガスに熱エネルギーを与えるために利用されることがあり、堆積システム１００からの望ましくない堆積物の除去の効率を向上させる。例えば、いくつかの実施形態では、クリーニングガスは、ほぼ６００℃以上の温度まで、ほぼ８００℃以上の温度まで、又はほぼ１０００℃以上の温度まででさえガス加熱装置１３０を使用して加熱されることがある。
【００３７】
[0039]ガス加熱装置１３０を使用してクリーニングガスを加熱するステップの後で、クリーニングガスは、前駆物質ガス注入器１２４Ｂを通して反応チャンバ１０２へと導入されることがある。ガスクリーニングプロセスの除去ステージは、望ましくない堆積物を反応チャンバ１０２内から、例えば、反応チャンバ１０２の１つ若しくは複数の壁の表面から、及び／又は反応チャンバ１０２内に配置された１つ若しくは複数の反応チャンバ定着物１２４Ａ〜Ｃの表面から除去するために加熱したクリーニングガスを利用するステップを含む。いくつかの実施形態では、クリーニングプロセスの除去ステージは、１つ又は複数の反応生成物を形成するように望ましくない堆積物とクリーニングガスを反応させるサブステップによって反応チャンバ１０２内から望ましくない堆積物の少なくとも一部を除去するステップ、及び排気チャネル１１４を介して反応チャンバ１０２から１つ又は複数の反応生成物を排気するステップを含む。
【００３８】
[0040]クリーニングプロセスの除去ステージは、１つの除去フェーズ又は複数の除去フェーズを含むことができ、その各々は、様々なタイプの堆積物の除去に適合させることが可能な類似の又は異なるクリーニングガス化学反応を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、除去ステージは、反応チャンバ内の第１のゾーンから優先的に望ましくない堆積物の一部を除去するための除去フェーズ、及び反応チャンバ内の第２のゾーンから優先的に望ましくない堆積物の一部を除去するための除去フェーズを含むことができる。
【００３９】
[0041]再び図１を参照すると、除去ステージは、前駆物質ガス注入器１２４Ｂを通して反応チャンバ１０２へと加熱したクリーニングガスを導入するステップによって開始することができ、前駆物質ガス注入器１２４Ｂは、ガス注入装置１１０と流体連通しており、ガス注入装置１１０はさらに、ガス加熱装置１３０のガス排出口２０４に連結される。
【００４０】
[0042]クリーニングプロセスの除去ステージは、水素ガス及びガス状の塩酸のガス状の混合物を含むようにクリーニングガスを選択するステップを含むことができる。クリーニングプロセスの除去ステージ中の水素ガスの流量は、約１０ｓｌと約１００ｓｌとの間の容積を有する反応チャンバ１０２に対して、ほぼ１ｓｌｍとほぼ３０ｓｌｍとの間、ほぼ１ｓｌｍとほぼ１５ｓｌｍとの間、又はたとえほぼ１ｓｌｍとほぼ１０ｓｌｍとの間であってもよい。クリーニングプロセスの除去ステージ中のガス状の塩酸の流量は、約１０ｓｌと約１００ｓｌとの間の容積を有する反応チャンバ１０２に対して、ほぼ１ｓｌｍとほぼ１００ｓｌｍとの間、ほぼ１ｓｌｍとほぼ５０ｓｌｍとの間、又はたとえほぼ１ｓｌｍとほぼ３０ｓｌｍとの間であってもよい。
【００４１】
[0043]反応チャンバ１０２内の圧力もまた、クリーニングプロセスの除去ステージ中に反応チャンバ１０２内からの望ましくない堆積物の除去の効率を制御する際のパラメータとして利用されることが可能である。例えば、クリーニングプロセスの除去ステージ中には、反応チャンバ１０２とともに圧力は、ほぼ１Ｔｏｒｒと、ほぼ８００Ｔｏｒｒとの間、ほぼ２００Ｔｏｒｒと、ほぼ７６０Ｔｏｒｒとの間であってもよい。
【００４２】
[0044]反応チャンバ１０２内の圧力を制御することに加えて、反応チャンバ１０２内の温度もまた、クリーニングプロセスの除去ステージ中に反応チャンバ１０２内からの望ましくない堆積物の除去の効率を向上させるために制御されることが可能である。例えば、反応チャンバは、クリーニングプロセスの除去ステージ中には、ほぼ６００℃とほぼ８００℃との間、ほぼ６００℃とほぼ１０００℃との間、又はさらにはほぼ６００℃とほぼ１２００℃との間の１つ又は複数の温度で維持されることがある。
【００４３】
[0045]本明細書において前に説明したように、クリーニングプロセスのいくつかの実施形態では、除去ステージは、２つ以上の除去フェーズを含むことができる。２つ以上の除去フェーズは、反応チャンバ１０２内の異なるゾーンから望ましくない堆積物を優先的に除去するために利用されることが可能である。２つ以上の除去フェーズの各々は、クリーニングプロセスパラメータ（例えば、反応装置圧力、反応装置温度、クリーニングガス組成、クリーニングガス流量、等）のうちの１つ又は複数を変えることによって設定されることが可能である。例えば、除去フェーズは、反応チャンバ１０２内の第１のゾーンから優先的に望ましくない堆積物の一部を除去するために利用されることが可能であり、引き続く除去フェーズは、反応チャンバ１０２内の第２のゾーンから優先的に望ましくない堆積物の一部を除去するために利用されることが可能である。
【００４４】
[0046]より詳しく、図３は、半導体堆積システム１００に関係する例示的な反応チャンバ１０２の単純化した断面図を図示する。２つ以上の除去フェーズを含むクリーニングプロセスの非限定的な例として、クリーニングプロセスは、反応チャンバ１０２内の第１のゾーン３００から優先的に望ましくない堆積物の一部を除去するために利用されることが可能な除去フェーズを含むことができる。図３に図示したように、第１のゾーン３００は、排気チャネル１１４よりも前駆物質ガス注入器１２４Ｂにさらに近接した反応チャンバ１０２内に配置されることがある。言い換えると、１つの除去フェーズ中に、望ましくない堆積物は、反応チャンバ１０２からの１つ又は複数の反応生成物の除去の位置により近接した場所に対して、反応チャンバ１０２中へのクリーニングガスの注入の位置により近接した場所から優先的に除去されることが可能である。
【００４５】
[0047]いくつかの実施形態では、反応チャンバ１０２内の第１のゾーン３００から選択的に望ましくない堆積物の少なくとも一部を除去するために利用されることが可能である除去フェーズは、クリーニングプロセスパラメータのセットを選択するステップを含むことができる。非限定的な例として、クリーニングプロセスのこの除去フェーズは、ほぼ３００Ｔｏｒｒと、ほぼ７６０Ｔｏｒｒとの間になるように反応チャンバ内の圧力を選択するステップと、ほぼ１ｓｌｍとほぼ１０ｓｌｍとの間になるように水素ガス流量を選択するステップと、ほぼ１ｓｌｍとほぼ１０ｓｌｍとの間になるようにガス状の塩酸流量をさらに選択するステップとを含むことができる。
【００４６】
[0048]引き続く除去フェーズは、反応チャンバ１０２内の第２のゾーン３０２から優先的に望ましくない堆積物の少なくとも一部を除去するために利用されることが可能である。第２のゾーン３０２は、前駆物質ガス注入器１２４Ｂよりも排気チャネル１１４により近接して配置されることがある。言い換えると、除去フェーズ中に、望ましくない堆積物は、反応チャンバ１０２中へのクリーニングガスの注入の位置に対して、反応チャンバ１０２からの１つ又は複数の反応生成物の除去の位置により近接した場所から優先的に除去されることが可能である。
【００４７】
[0049]いくつかの実施形態では、反応チャンバ１０２内の第２のゾーン３０２から優先的に望ましくない堆積物の少なくとも一部を除去するために利用されることが可能である除去フェーズは、さらに、クリーニングプロセスパラメータの異なるセットを選択するステップを含むことができる。非限定的な例として、クリーニングプロセスのこの除去フェーズは、ほぼ２００Ｔｏｒｒと、ほぼ８００Ｔｏｒｒとの間になるように反応チャンバ内の圧力を選択するステップと、ほぼ１ｓｌｍとほぼ１０ｓｌｍとの間になるように水素ガス流量を選択するステップと、ほぼ１０ｓｌｍとほぼ３０ｓｌｍとの間になるようにガス状の塩酸流量をさらに選択するステップとを含むことができる。
【００４８】
[0050]１つ又は複数の除去ステージの推移は、半導体堆積システム１００に関係する反応チャンバ１０２が十分にきれいであるときに、作業者による遅れなしにクリーニングが自動的に中断され得るように監視されることがある。クリーニングプロセスのこのような監視は、反応チャンバ壁の光学的特性を監視することによって若しくは検知することよって、及び／又はクリーニングプロセス中に反応チャンバ１０２から排気されるガスの組成をサンプリングすることによって行われることが可能である。
【００４９】
[0051]一旦、反応チャンバ１０２が十分にきれいであると考えられると、除去ステージは、終了されてもよい。除去ステージが終了すると、除去後ステージが始まることがある。例えば、除去後ステージは、反応チャンバ１０２内から望ましくない堆積物の少なくとも一部を除去するステップの後で、反応チャンバ１０２内から残留クリーニングガスの少なくとも一部を除去するために利用されることが可能である。いくつかの実施形態では、残留クリーニングガスの少なくとも一部は、１回又は複数回反応チャンバ１０２をパージングするステップによって反応チャンバ１０２内から除去されることが可能である。反応チャンバ１０２をパージングするステップは、不活性ガスを用いて反応チャンバをパージングするサブステップ及び活性ガスを用いて反応チャンバをパージングするサブステップのうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００５０】
[0052]記したように、クリーニングプロセスの除去後ステージは、反応チャンバ１０２から残留クリーニングガスを除去するために利用されることが可能であり、その結果、反応チャンバ１０２の清浄度は、さらなる堆積サイクルのための許容可能なレベルを回復することができる。例示的なパージステージは、下記にさらに詳細に論じるように、特定の順番ではなく、高温不活性ガスパージ及び高温活性ガスパージを含むことができる。これらの１つ又は複数のステージは、塩素を含むガスなどの残留クリーニングガスが十分にないと考えられるまで１回又は複数回繰り返されることがある。
【００５１】
[0053]いくつかの実施形態では、高温不活性ガスパージは、反応チャンバ１０２へと水素ガスを導入するステップ、及びある期間にわたって反応チャンバ内の温度を上昇させるステップを含むことができる。より詳細には、水素ガスは、ほぼ５ｓｌｍとほぼ５０ｓｌｍとの間の流量で反応チャンバ１０２へと流されることがあり、反応チャンバ１０２内の温度は、ほぼ６００℃以上、ほぼ８００℃以上、又はさらにはほぼ１２００℃以上に昇温されることがある。高温不活性ガスパージは、ほぼ１分とほぼ１０分との間の期間にわたり続けることができる。
【００５２】
[0054]いくつかの実施形態では、高温活性ガスパージは、反応チャンバ１０２中へとアンモニアガスを導入するステップ、及びある期間にわたって反応チャンバ内の温度を上昇させるステップを含むことができる。より詳細には、アンモニアガスは、ほぼ１ｓｌｍとほぼ２０ｓｌｍとの間の流量で反応チャンバ１０２へと流されることがあり、反応チャンバ１０２内の温度は、ほぼ６００℃以上、ほぼ８００℃以上、又はさらにほぼ１２００℃以上に昇温されることがある。高温活性ガスパージは、ほぼ１分とほぼ１０分との間の期間にわたり続けることができる。
【００５３】
[0055]クリーニングプロセスのパージステージの終了すると、堆積システム１００は、洗浄後状態に置かれることが可能である。例えば、堆積システム１００に関する洗浄後状態は、反応チャンバ１０２へと製造中基板１１６をローディングするステップ、及び４００℃よりも低く反応チャンバ１０２内の温度を設定するステップを含むことができる。このような洗浄後状態は、引き続く半導体材料堆積サイクルのために堆積システム１００を準備するために利用されることがある。
【００５４】
[0056]上に説明した本発明の実施形態は、本発明の実施形態の単に例であるので、これらの実施形態は、本発明の範囲を限定しない。本発明は、別記の特許請求の範囲及びこれらの法律上の等価物によって規定される。すべての等価な実施形態は、本発明の範囲内であるものとする。実際に、本明細書に示し説明したものに加えて、説明した要素の代替の有用な組み合わせなどの本発明の様々な修正形態は、記載から当業者には明らかになるであろう。このような修正形態もやはり、別記の特許請求の範囲の範囲内になるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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