(57)【要約】ドープ処理済み多結晶シリコンまたはアモルファス・シリコン膜を堆積する為の方法。この方法は、基板をサセプタ上に配置するステップを含む。このサセプタは、内部に抵抗性加熱器を有する本体と、この抵抗性加熱器と物理的に接触した熱電対とを含む。このサセプタは、処理チャンバの上部が上記サセプタ上方、処理チャンバの底部がサセプタの下方になるように処理チャンバ内に置かれる。この方法は、サセプタを加熱するステップを更に含む。この方法は、サセプタ上に置かれたシャワーヘッドを通して処理チャンバ内に処理ガス混合物を提供するステップを更に含む。処理ガス混合物は、シリコン源ガス、ドーパントガス、キャリアガスを含む。このキャリアガスは、窒素を含む。
2004533722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドープ処理済みシリコン膜を形成する方法であって：
抵抗加熱器を内部に有する本体と、前記抵抗加熱器と物理的に接触した熱電対とを備え処理チャンバ内に置かれたサセプタであって、前記処理チャンバは前記サセプタ上方に上部、前記サセプタ下方に底部を有する前記サセプタの上に、基板を配置するステップと；
前記サセプタを加熱するステップと；
前記サセプタ上方に置かれたシャワーヘッドを通して前記処理チャンバ内に、シリコン源ガス、ドーパントガス、窒素（Ｎ２）含有キャリアガスを備える処理ガス混合物を提供するステップと；
処理ガスから、ドープ処理済みシリコン膜を形成するステップと；
を備える、前記方法。
【請求項２】
前記サセプタを加熱するステップは、前記サセプタを約５８０℃と約７４０℃との間の温度まで加熱する工程を有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記温度は、約７１０℃と約７４０℃との間で維持され、ドープ処理済みシリコン膜を形成するステップは、多結晶シリコン膜を形成する工程を有する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記温度は、約５８０℃から約６２０℃の間で維持され、ドープ処理済みシリコン膜を形成するステップは、アモルファス・シリコン膜を形成する工程を有する、請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記処理チャンバ内の圧力を約１００トルから約３５０トルに維持するステップを更に備える、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記シリコン源ガスは、約５０ｓｃｃｍと約３００ｓｃｃｍとの間の流速を有するシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）である、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記キャリアガスは、前記処理チャンバの上部に約９ｓｌｍの窒素（Ｎ２）流を有する、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記チャンバの前記底部を通って、約５ｓｌｍの流速を有するパージガスの流れを提供するステップを更に備える、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記ドーパントガスは、ドーパントガスが最大で約３ｓｃｃｍの純粋なドーパント流速を有するように、燐化水素（ＰＨ３）および希釈剤を備える、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記ドーパントガスは、ドーパントガスが最大で約３ｓｃｃｍの純粋なドーパント流速を有するように、二ホウ素（Ｂ２Ｈ６）および希釈剤を備える、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記ドーパントガスは、ドーパントガスが最大で約３ｓｃｃｍの純粋なドーパント流速を有するように、アルシン（ＡｓＨ３）および希釈剤を備える、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
ドープ処理済み多結晶シリコン膜を形成する方法であって：
抵抗加熱器を内部に有する本体と、前記抵抗加熱器と物理的に接触した熱電対とを備え処理チャンバ内に置かれたサセプタであって、前記処理チャンバは前記サセプタ上方に上部、前記サセプタ下方に底部を有する前記サセプタの上に、基板を配置するステップと；
前記サセプタを７１０℃から７４０℃の間の温度まで加熱するステップと；
前記処理チャンバ内で１００−３５０トルの圧力を維持するステップと；
前記サセプタ上方に置かれたシャワーヘッドを通して前記処理チャンバ内に、シリコン源ガス、ドーパントガス、前記処理チャンバの上部に約９ｓｌｍの流速で窒素（Ｎ２）含有キャリアガスを備える処理ガス混合物を提供するステップと；
前記シリコン源ガスから、ドープ処理済み多結晶シリコン膜を形成するステップと；
を備える、前記方法。
【請求項１３】
前記シリコン源ガスは、約５０ｓｃｃｍと約３００ｓｃｃｍとの間の流速を有するシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）である、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記チャンバの前記底部を通って、約５ｓｌｍの流速を有する窒素（Ｎ２）パージガスの流れを提供するステップを更に備える、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記ドーパントガスは、ドーパントガスが最大で約３ｓｃｃｍの純粋なドーパント流速を有するように、燐化水素（ＰＨ３）および希釈剤を備える、請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
前記ドーパントガスは、ドーパントガスが最大で約３ｓｃｃｍの純粋なドーパント流速を有するように、二ホウ素（Ｂ２Ｈ６）および希釈剤を備える、請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
前記ドーパントガスは、ドーパントガスが最大で約３ｓｃｃｍの純粋なドーパント流速を有するように、アルシン（ＡｓＨ３）および希釈剤を備える、請求項１２記載の方法。
【請求項１８】
ドープ処理済みアモルファス・シリコン膜を形成する方法であって：
抵抗加熱器を内部に有する本体と、前記抵抗加熱器と物理的に接触した熱電対とを備えて処理チャンバ内に置かれたサセプタであって、前記処理チャンバは前記サセプタ上方に上部、前記サセプタ下方に底部を有する前記サセプタの上に、基板を配置するステップと；
前記サセプタを５８０−６２０℃の間の温度に加熱するステップと；
前記処理チャンバ内で１００−３５０トルの圧力を維持するステップと；
前記サセプタ上方に置かれたシャワーヘッドを通して前記処理チャンバ内に、シリコン源ガス、ドーパントガス、前記処理チャンバの上部に約９ｓｌｍの流速で窒素（Ｎ２）含有キャリアガスを備える処理ガス混合物を提供するステップと；
前記シリコン源ガスから、ドープ処理済みアモルファス・シリコン膜を形成するステップと；
を備える、前記方法。
【請求項１９】
前記シリコン源ガスは、第１処理ガスサイクルにおいて、約５０ｓｃｃｍと約３００ｓｃｃｍとの間の流速を有するシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）である、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記チャンバの前記底部を通って、約５ｓｌｍの流速を有する窒素（Ｎ２）パージガス流を提供するステップを更に備える、請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
前記ドーパントガスは、ドーパントガスが最大で約３ｓｃｃｍの純粋なドーパント流速を有するように、燐化水素（ＰＨ３）および希釈剤を備える、請求項１８記載の方法。
【請求項２２】
前記ドーパントガスは、ドーパントガスが最大で約３ｓｃｃｍの純粋なドーパント流速を有するように、二ホウ素（Ｂ２Ｈ６）および希釈剤を備える、請求項１８記載の方法。
【請求項２３】
前記ドーパントガスは、ドーパントガスが最大で約３ｓｃｃｍの純粋なドーパント流速を有するように、アルシン（ＡｓＨ３）および希釈剤を備える、請求項１８記載の方法。
【請求項２４】
シランを約２００ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍの流速で含むシラン源ガスの第２処理ガスサイクルを提供するステップを更に備える、請求項１９記載の方法。
【請求項２５】
ジシランを約１００ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍの流速で含むシリコン源ガスの第２処理ガスサイクルを提供するステップを更に備える、請求項１９記載の方法。
【請求項２６】
基板処理システムであって：
処理チャンバ内に置かれ、基板処理中、基板を保持するサセプタと；
処理ガス混合物を前記処理チャンバ内に導入し、前記基板を覆う層を堆積するガス分配システムと；
ガス出口に結合され前記チャンバ圧を制御するポンプと；
前記ガス分配システムと前記ポンプを制御する為のコントローラと；
前記処理システムの操作を導く為に内部に組み込まれたコンピュータ読みとり可能なプログラムを有するコンピュータ読みとり可能媒体を備える、前記コントローラに結合されたメモリであって、前記コンピュータ読みとり可能なプログラムは、シリコン源ガス、ドーパントガス、窒素（Ｎ２）含有希釈ガス混合物を含む処理ガス混合物を導入する為に、前記ガス分配システムを制御する為の指令を備える、前記メモリと；
を備える、前記基板処理システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、半導体処理分野に関し、より具体的には、シリコン膜の堆積を制御する為の方法および装置に関する。
【背景】
【０００２】
図１は、放射状に加熱される半導体基板処理用チャンバの一例を示す。このようなチャンバは、一般的に１００トルに近い圧力未満の処理圧で使用されている。単一基板リアクタ１００は、上壁１３２、側壁１３３、底壁１３４を含み、これらがリアクタ１００を画成し、ウエハ１０２のような単一基板はリアクタ内にロードされる。ウエハ１０２はサセプタ１０５上に置かれ、サセプタ１０５は、モータ１３７により回転され、概略ディスク状になっているウエハの為に時間平均環境を提供する。サセプタとウエハは加熱され、処理ガスは、チャンバ１３０を通して送り込まれる。処理ガス流は、ウエハの表面を横切って矢印１４１の方向に流れる。処理ガスは、加熱されたウエハ表面で反応する化学種を含み、当該ウエハ上に膜を形成する。ウエハは、当該ウエハを横切って均等なガスの消耗を与えるように努力して回転される。
【０００３】
予熱リング１４０は、チャンバ１３０内で支持され、ウエハ１０２を囲んでいる。ウエハ１０２，サセプタ１０５，予熱リング１４０は、リアクタ１００の外側に取り付けられた複数の高強度ランプ１３８、１３９により加熱される。チャンバ１３０の上壁１３２，底壁１３４は、通常、石英で形成され、光に対し実質的に透過性を有し、外側ランプ１３８、１３９からの光をリアクタ１００に入らせ、サセプタ１０５、ウエハ１０２、予熱リング１４０を加熱する。
【０００４】
基板の回転とランプ１３８、１３９からの熱による熱的勾配は、リアクタ１００のガスの流量分布に影響を与える可能性があり、流量分布の支配的な形状は、ガス入力ポート１１０から、予熱リング１４０とウエハを横切り、排気ポート１１１まで層流である。
【０００５】
放射状に加熱されるリアクタ１００において、チャンバ内の温度は、パイロメータ１５０で光学的に測定されるが、パイロメータ１５０は、通常、チャンバ１３０の下方に置かれる。パイロメータ１５０は、加熱されたサセプタ１０５により放出される光強度１５２を測定する。加熱されたサセプタにより放出される放射は、サセプタの温度に依存し、サセプタの温度は、パイロメータ１５０で強度を測定することにより計算可能である。サセプタの放射率は、サセプタの表面状態および石英ドームまたは底壁１３４に依存し、底壁１３４を通して、サセプタの放射率が計測されるが、ウエハ温度は直接測定されないので不正確である可能性がある。パイロメータ１５０は、通常、サセプタ温度を測定するか、処理中のウエハの温度を決定する為に使用されるが、これは、回転サセプタ１０５上にウエハが載っていることから処理中にウエハの温度を物理的に測定することは難しいからである。サセプタは回転体であることから、熱電対のような測定装置をサセプタに取り付けて物理的にサセプタの温度を測定することは難しい。同様に、加熱されたサセプタの放射率は、石英壁１３４を通してパイロメータ１５０により測定され、サセプタ１０５と石英壁１３４の表面状態に依存するので、石英壁１３４とサセプタ１０５の底面を含むチャンバの表面を定期的に洗浄する必要があるが、これは、処理ガスからの残留物がこれらの表面に蓄積する傾向があり、表面からの放射率に影響を与える可能性があり、そのため、温度測定が不正確になりかねないからである。
【０００６】
膜厚の均一性は、２つの方法で測定される。一つは、ウエハ間の均一性が測定され、個々のウエハの表面を横切る均一性も測定される。膜厚は、他のパラメータ内の一つ、温度に依存するので、処理チャンバ内の温度を正確に制御することが重要である。そのため、光学的温度測定を有する、そのようなチャンバ内で実行される熱堆積処理は、そのような温度測定システムの相対的な不正確さにより制限される可能性がある。
【０００７】
図１に示されるリアクタ１００のような現在の膜堆積リアクタは、キャリアガスや希釈ガスとして水素を使用する。水素が使用される理由は、水素ガスが（例えば、窒素と比較すると）相対的に高い熱導電率を有するからである。水素ガスの熱伝導率は、ウエハとチャンバやリアクタドーム間に、かなり十分な温度勾配を与える。相対的に大きな温度勾配は、ドーム上のシラン分解を生じ、更に、ドーム上の被覆が生じる気相核生成を避ける為に役立つ。気相核生成とドーム被覆が生じると、より少ないガス種がウエハに到達し、ウエハ上には不均一な膜厚が生じる。水素ガスと大きな温度勾配は、気相核生成とドーム被覆によるシラン分解を減らすことができる。したがって、より少ないガス種が使用されると、低効率の処理になる。
【０００８】
そのため、放射状に加熱された膜堆積チャンバは、処理変動、特に、膜厚の不均一を潜在的に生じる温度変動に対して非常に敏感である。ウエハ温度の変動に付随した一つの問題は、ウエハの不均一膜厚である。著しい努力が、処理パラメータを改善し、ウエハ間と、個々のウエハベースとの両方の膜厚の均一性を高める為に使われてきた。高度かつ複雑な解決法を要する、ぐらつきや振動のようなサセプタの回転に付随する同様の問題がある。
【０００９】
放射状に加熱される処理リアクタにおいて、供給原料消費は、相対的に高く、これは、使用されるシランやジシランのような反応する物質の量は、堆積される製造物の量（すなわち、膜の堆積率）と比較すると高く、低い処理効率になることを意味する。また、大量の供給原料が使用されるので、これらの種類のリアクタは、頻繁にメンテナンスしなければならず、よって、処理機器のコストや停止期間が増える。
【００１０】
厚さ均等性と反復性が重要な他の半導体基板処理は、化学蒸着（ＣＶＤ）である。ＣＶＤアモルファス・シリコン膜は、優れたステップカバレージ能力による間隙充填用途に使用されてきた。装置幾何形状の収縮があるので、堆積された膜は、サブミクロンパターンに対しコンフォーマルな間隙充填プロファイルを有することが望ましい。炉が長期のサイクルタイムという欠点を持っていても、大抵のアモルファス・シリコン膜は、現在、炉でバッチ処理されている。さらに、アモルファス・シリコン処理の低温性は、製造中の処理能力を制限する。優れた間隙充填品質と高い処理能力を達成する処理は、単一ウエハ堆積技術において望ましい。
【概要】
【００１１】
ドープ処理済み多結晶又はアモルファス・シリコン膜を堆積する方法が説明されている。この方法は、基板をサセプタ上に配置するステップが含まれる。サセプタは、抵抗加熱器を内部に有する本体と、その抵抗加熱器と物理的に接触された熱電対とを含む。
サセプタは、処理チャンバが上部を該サセプタの上方、底部を該サセプタの下方に有するように、処理チャンバ内に置かれる。上記方法は、更に、該サセプタを加熱するステップを含む。上記方法は、更に、該サセプタ上に置かれたシャワーヘッドを通して処理チャンバ内に処理ガス混合物を提供するステップを含む。処理ガス混合物は、シリコン源ガスとキャリアガスを含む。キャリアガスは、追加的希釈ガスとして水素を備えた窒素を含む。上記方法は、更に、シリコン源ガスから、ドープ処理済みシリコン膜を形成するステップを含む。
【詳細な説明】
【００１２】
ドープ処理済み多結晶またはアモルファス・シリコン膜のインシトゥー堆積の為の方法及び装置が開示されている。一実施形態によると、基板またはウエハは、チャンバ内のサポート部上に置かれる。その後、サポート部は、加熱され、チャンバ内は所望の圧力が維持される。これらに限定されないがシラン（ＳｉＨ４）やジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）のようなシリコン源ガス、キャリアガス、或いは、水素を備える希釈ガス混合物、更に、これらに限定されないが窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、又はアルゴン（Ａｒ）のような不活性ガスを備える処理ガス混合物は、その後、チャンバ内に供給される。水素ガスは、通常、体積単位で８−２０％間、好ましくは体積単位で１０−１５％間の希釈ガス混合物を構成する。基板やサポート部からの熱は、シリコン源ガスを熱的に分解させ、ウエハ上に多結晶またはアモルファス・シリコン膜を形成させる。ドープ処理済み多結晶シリコンとドープ処理済みアモルファス・シリコンの両方に対し、ドーパント流は、シランに対するドーパント比により決定される。例示的なｎ型ドーパントは、アルシン（ＡｓＨ３）と燐化水素（Ｐｈ３）を含む。例示的なｐ型ドーパントは、二ホウ素（Ｂ２Ｈ６）である。ＳｉＨ４やＳｉ２Ｈ６流速に対するドーパント流は、最大で約１％である。シリコン膜におけるドーパント濃度は、１立方センチメートル当たり最大で１０２１原子である。
【００１３】
本発明の多結晶又はアモルファス・シリコン堆積処理は、アルミニウム製側壁、内部に抵抗加熱器を含み、チャンバ内にガス噴射の為のオーバーヘッドシャワーヘッドを備えた窒化アルミニウム製サポート部を有する熱堆積チャンバ内の使用にとって理想的である。抵抗加熱器は加熱器と物理的に接触した熱電対を含むが、ここで、処理温度は、より正確にかつ直接測定され、そのため、より正確に制御され、より均一な膜厚と反復性を有し、より安定した処理が生じ、より効率的な供給原料分解を許容する。そのため、ウエハ温度は、たとえ異なる厚さ、膜、パターン密度のウエハに対しても、より不変になる。本発明は、抵抗で加熱された処理チャンバに関して説明されているが、他の型の処理チャンバは本願で説明された技術の関連で使用可能であることが理解されよう。
【００１４】
ドープ処理済み多結晶またはアモルファス・シリコン膜は、本発明の処理により堆積される。処理ガス混合物は、シリコン源ガスと、キャリアガス又は希釈ガスとして窒素とを含む。窒素パージガスは、チャンバ底部に供給され、チャンバの上部にシリコンを閉じ込める。窒素は、キャリア又は希釈ガス、更に、底部パージガスとして使用されるので、（シランやジシランのような）反応ガスは、シャワーヘッドと加熱器との間の領域に閉じ込められ、基板上のシリコン堆積速度は増強される。
【００１５】
図面を参照して、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）チャンバを説明する。図２〜図４は、それぞれ、本発明を実施する為に使用される抵抗リアクタ２００のようなリアクタの一型式の横断側面図である。図２〜図４は、それぞれ、２つの異なる横断部を貫通したチャンバの横断面図を示し、それぞれの横断部は、チャンバの概略半分を貫通した図を表す。
【００１６】
図２〜図４に示されたＬＰＣＶＤリアクタ２００は、この実施形態において、１００トル以上の圧力が維持できるような材料で構成されている。例示の目的のため、およそ５〜６リットルの範囲のチャンバ２１０を説明する。図２は、「ウエハ処理」位置における処理チャンバ本体２２０の内側を示す。図３は、「ウエハ・ロード」位置におけるチャンバの同一横断側面図である。図４は、「ウエハ分離」位置におけるチャンバの同一の図を示す。図３，図４において、ウエハ２０２は、その位置をチャンバ内で表示する為に点線で表示されている。
【００１７】
図２〜図４は、反応チャンバ２１０を画成するチャンバ本体２２０を示すが、反応チャンバ内で、単一の処理ガスや複数の処理ガスの熱分解（例えば、ＣＶＤ反応）が起こり、ウエハ上に膜を形成する。図２を参照すると、チャンバ本体２２０は、一実施形態において（例えば、冷却壁反応チャンバ）、アルミニウムで構成され、水がポンプで送り出されてチャンバ本体２２０を冷却する為の通路を有する。チャンバ２１０内に常駐するのは、抵抗加熱器２４０と、この図では、シャフト２４２により支持されたサセプタ２５０である。サセプタ２５０は、半導体ウエハ（図示せず）のような基板を支えるのに十分な表面領域を有する。
【００１８】
処理ガスは、チャンバ本体２２０のチャンバ・リッド２２６の上面にガス分配ポート２２４を通ってチャンバ２１０に入るがチャンバ２１０は、それ以外は密封されている。その後、処理ガスは、ブロッカー・プレート２２８を通り、ガスをウエハの表面領域と一致した領域の周りに分配する。その後、処理ガスは、この図において、抵抗加熱器２４０の上方に配置され、チャンバ本体２２０の内側でチャンバ・リッド２２６に結合された穿孔されたフェース・プレート２３０を通って分配される。この実施形態において、フェース・プレート２３０を備えたブロッカー・プレート２２８の組合せは、基板、例えばウエハで、処理ガスの均一な分布を作り出す。
【００１９】
図３を参照すると、ウエハのような基板２０２は、チャンバ内に挿入され、チャンバ本体２２０の側部にある入り口用ポート２３２を通って加熱器２４０のサセプタ２５０上に置かれる。処理の為にウエハを収容する為に、加熱器２４０は、図３に示されるように、サセプタ２５０の表面が入り口用ポート２３２より下方になるように下降される。通常、ロボット移送機構により、ウエハは、例えば、移送用ブレード２３４によりチャンバ２１０内のサセプタ２５０の高い面（上面）にロードされる。
【００２０】
図３に示されるように、移送用ブレード２３４によりチャンバ２１０内に基板２０２が運ばれた後、リフター・アセンブリ２３６は、サセプタ２５０内の開口またはスルーボアを通って摺動できるように配置されたリフト・ピン２５２を上方に押すようにリフト・プレート２３８は高い方向に移動される。図４は、リフト・ピン２５２が基板２０２を移送用ブレード２３４から持ち上げ、移送用ブレード２３４が入り口用ポート２３２を通って引き抜くことができ、チャンバ２１０から移動できるようなリフト・ピン２５２を示す。加熱器２４０も同様に、可動シャフト２４２により僅かに上方に移動される。
【００２１】
いったん基板２０２がロードされると、ブレード２３４は引き抜かれ、入り口用ポートは密封され、加熱器２４０は、例えばステップモータを含むリフター・アセンブリ２３６により、フェース・プレート２３０に向かって高い（上方の）方向に更に進められる。リフト・プレート２３８はとリフト・ピン２５２は、最も高い所に残るが、加熱器２４０は持ち上げられ、ピン２５２上に載っている基板２０２に接触する。加熱器２４０が上方に進むと、基板２０２はピン２５２から持ち上げられ、そのため、サセプタ２５０上に位置決めされる。進行は、ウエハ２０２がフェース・プレート２３０から短距離（例えば、４００−７００ミル）にあるとき（図２参照）停止する。ウエハ処理位置（図２）において、チャンバ２１０は効果的に２区域、サセプタ２５０の高い面より上方の第１区域と、サセプタ２５０の低い（底）面より下方の第２区域とに分けられる。第１区域に膜形成を閉じこめることが一般的に望ましい。
【００２２】
再び、図２を参照すると、ガスパネルにより制御された処理ガスは、ガス分配ポート２２４、ブロッカー・プレート２２８、穿孔されたフェース・プレート２３０を通って、チャンバ２１０内に流れる。処理ガスは、熱的に分解しウエハ上に膜を形成する。同時に、不活性底部パージガス、例えば窒素は、第２チャンバ区域に導入され、その区域における膜の形成を阻止する。圧力制御システムにおいて、チャンバ２１０内の圧力は、チャンバ２１０に結合されたレギュレータ（図示せず）または圧力レギュレータにより安定、維持される。一実施形態において、例えば、当該技術で知られたようなチャンバ本体に結合された単一または複数の圧力レギュレータにより、圧力は安定、維持される。
【００２３】
ポンピングプレート２１２は、図２に示されるようにサセプタが処理位置にあるとき、サセプタ２５０を囲む。残留処理ガスは、ポンピングプレート２１２を介してチャンバ２１０から、チャンバ本体２２０の側部（真空ポンプアウト２１４）で収集容器へとポンプで送られる。当該装置に対し外側に配置されたポンプ２０４は、ポンピングチャネル２１６内で真空圧力を与え、処理ガスとパージガスの両方が、真空ポンプアウト２１４を介してチャンバ２１０の外に引き抜かれる。ガスは、放出用導管２０６に沿ってチャンバ２１０から放出される。チャネル２１６を通る放出ガスの流速は、導管２０６に沿って配置されたスロットルバルブ２０８により制御されるのが好ましい。処理チャンバ２１０内の圧力は、センサ（図示せず）でモニタされ、スロットルバルブ２０８で導管２０６の横断面積を変えることにより制御される。好ましくは、コントローラまたはプロセッサは、チャンバ圧力を表示する複数のセンサから信号を受信し、それに応じて、チャンバ２１０内の所望の圧力を維持する為に、スロットルバルブを調整する。本発明と共に使用するのに適したスロットルバルブは、マードック社に対し発行されカリフォルニア州サンタクララ市のアプライドマテリアルズ社に譲渡された米国特許第５，０００，２２５号に記載されている。
【００２４】
一実施形態において、ＬＰＣＶＤリアクタ２００は、制御システム２８０を含む。一実施形態において、制御システム２８０は、プロセッサ／コントローラ２８２およびハードディスクドライブのようなメモリ２８４を含む。プロセッサ／コントローラ２８２は、単一基板（ＳＢＣ）アナログ・デジタル入出力ボード、インターフェース・ボード、ステッパ・モータ・コントローラ・ボードを含む。プロセッサ／コントローラ２８２は、ＬＰＣＶＤチャンバの全動作を制御する。システムコントローラは、システム・コントロール・ソフトウエアを実行させ、システム・コントロール・ソフトウエアはメモリ２８４のようなコンピュータ読みとり可能な媒体内に保存されたコンピュータプログラムである。コンピュータプログラムは、タイミング、ガスの混合、チャンバ圧、加熱器温度、電源、サセプタ位置、本発明のポリシリコン堆積処理における他のパラメータを指図する一連の指令を含む。コンピュータ・プログラム・コードは、６８０００アセンブリ言語、Ｃ，Ｃ＋＋、パスカル、フォートラン等のような従来のコンピュータ読みとり可能なプログラム言語で書くことができる。処理ガス混合、圧力制御、加熱器制御を実行するサブルーチンは、メモリ２８４内に保存される。同様にメモリ２８４内に保存されるのは、処理ガス流速や組成物、温度、圧力であって、多結晶またはアモルファス・シリコン膜膜を形成するのに必要な処理パラメータである。そのため、一つの例示的実施形態において、ＬＰＣＶＤリアクタ２００は、メモリ２８２内に、シリコン源ガスと、Ｈ２とＮ２を備える希釈ガス混合物をチャンバ２１０内に提供する為の指令や処理パラメータ；サセプタ２５０を選定温度まで加熱する為の指令や処理パラメータ；チャンバ２１０内で圧力を作り出し、熱的化学蒸着により、ドープ処理済みシリコン膜がウエハ上に堆積可能となる為の指令や処理パラメータを含む。
【００２５】
いったん、ウエハ処理が完了すると、例えば窒素のような不活性ガスでチャンバ２１０はパージされる。処理およびパージ後、加熱器２４０は、リフター・アセンブリ２３６により、図４に示される位置まで、低い（例えば、下降）方向に進められる。加熱器２４０が移動されると、リフト・ピン２５２は、チャンバ２１０の基部で位置決めされたリフト・プレート２３８に接触するが、リフト・ピン２５２は、サセプタ２５０の表面内の開口やスルーボアを通って伸びる端部、サセプタ２５０の低い（下方の）表面から片持ち梁方式で伸びる第２端部を有する。図４で例示されるように、一実施形態において、この地点で、リフト・プレート２３８はウエハ処理位置（例えば、図２でプレートがあった同一位置）に残る。アセンブリ２３６の動作を介して低い方向に加熱器２４０が移動し続けると、リフト・ピン２５２は静止したままになり、最終的にはサセプタの上方或いはサセプタ２５０の上面に伸び、処理済みウエハをサセプタ２５０の表面から分離する。サセプタ２５０の表面は、入り口用ポート２３２の下方位置に移動される。
【００２６】
いったん、処理済みウエハがサセプタ２５０の表面から分離されると、ロボット機構の移送用ブレード２３４は、入り口用ポート２３２を通って、リフト・ピンにより支持されたウエハとリフト・ピン２５２のヘッドの下に挿入される。次に、リフター・アセンブリ２３６は、より低く（下方に）加熱器２４０及びリフト・プレート２３８を「ウエハ・ロード」位置に移動させる。低い方向にリフト・プレート２３８を移動することにより、リフト・ピン２５２も同様に、図３に示されるように、処理済みウエハの表面が移送用ブレードに接触するまで、低い方向に移動される。処理済みウエハは、その後、ウエハを除去し、ウエハを次の処理ステップに移送する例えばロボット移送機構により入り口用ポート２３２を通って除去される。２番目のウエハは、その後、チャンバ２１０内にロードされる。上述したステップは、ウエハを処理位置に持ち込む為に一般的に逆にされる。一つの適したリフター・アセンブリ２３６の詳細な説明は、カリフォルニア州サンタクララ市のアプライドマテリアルズ社に譲渡された米国特許第５，７７２，７７３号に説明されている。
【００２７】
シリコン膜を形成する為のＬＰＣＶＤ処理のような高温操作において、チャンバ２１０内部の加熱器温度は７４０℃以上の高さになる。したがって、チャンバ２１０内に晒された構成部品は、そのような高温処理に対し適合性がなければならない。そのような材料は、同様に、高温処理に適合性がなければならない。そのような材料は、また、処理ガスや、洗浄用化学物質（例えば、ＮＦ３）のような他の化学物質であって、チャンバ２１０に導入可能なものと適合性がなければならない。加熱器２４０に晒された表面は、いろいろな材料から構成されてもよいが、その材料が当該処理に対し適合性を有することが前提である。例えば、サセプタ２５０と加熱器２４０のシャフト２４２は、類似の窒化アルミニウム材から構成されてもよい。シャフト２４２は低い熱伝導率の窒化アルミニウムから構成されるが、代替え的にサセプタ２５０の表面は、（１４０Ｗ／ｍＫからの熱伝導率を備えた９５％の純度のオーダーで）高温導電性窒化アルミニウム材で構成されてもよい。加熱器２４０のサセプタ２５０は、通常、拡散ボンディングまたはろう付けを介してシャフト２４２に結合されるが、このような結合は、同様にチャンバ２１０の環境に耐えるものである。
【００２８】
図２は、サセプタ２５０の横断面とシャフト２４２の横断面を含む、加熱器２４０の一部の横断面を示す。この例示において、図２は、サセプタ２５０の本体を示し、本体２５０は内部に形成された２つの加熱素子、第１加熱素子２４４，第２加熱素子２４６を有する。各加熱素子（例えば、加熱素子２４４、加熱素子２４６）は、サセプタの材料と類似の熱膨張率を備えた材料で形成されている。適した材料は、モリブデン（Mo）を含む。各加熱素子は、コイル構成内のモリブデン材の薄い層を含む。
【００２９】
図２において、第２加熱素子２４６は、サセプタ２５０の本体の平面内に形成され、（図におけるサセプタ面に関して）第１加熱素子２４４に対して低く配置されている。第１加熱素子２４４と第２加熱素子２４６は、別個に電源端子に結合されている。電源端子は、シャフト２４２を通って電源まで長手方向に伸びる開口を通って導電性リードとして低い方向に伸びるが、電源は、サセプタ２５０の表面を加熱する為に必要なエネルギを提供する。また、図２で示されたような加熱器２４０の横断面において注意すべき点は、熱電対２４８の存在である。熱電対２４８は、シャフト２４２を通って、サセプタ２５０の高い又は上面のまさに下方地点まで長手方向に伸びる開口を通って伸びている。
【００３０】
ドープ処理済みシリコン膜を堆積する方法を、図２−図４の低圧化学蒸着堆積（LPCVD）チャンバと図５のフローチャート５００に関して説明する。
【００３１】
本発明によると、フローチャート５００のブロック５０２で記述されているように、ウエハ又は基板は堆積チャンバ内のサセプタ上に置かれる。サセプタは、内部に抵抗性加熱器を有する本体と、その抵抗性加熱器と物理的に接触している熱電対とを含む。処理チャンバが、サセプタ上方に上部、サセプタ下方に底部を有するように、サセプタは処理チャンバ内に配置される。
【００３２】
堆積されたドープ済みシリコン膜が半導体集積回路のトランジスタの為のゲート電極として使用される例示的実施形態において、基板は、上部に酸化シリコンや酸素窒化物（oxynitride）のようなゲート誘電層を有するドープ処理済みシリコンウエハになろう。ドープ処理済みシリコン膜が相互接続やコンデンサ電極として使用されるなら、ドープ処理済みシリコンは、ドープ処理済みシリコンウエハを覆って形成された中間層誘電体を覆って形成されるであろう。ウエハは、図３に示されるような移送用ブレードによりチャンバ内へと移送される。加熱器は、その後、ウエハ・ロード位置から、図２で示されるようにウエハ処理位置まで持ち上げられる。
【００３３】
次に、ブロック５０４で記述されているように、サセプタは、所望の温度まで加熱される。処理圧と温度が得られ、安定化される。圧力と温度安定に達する間、Ｎ２、Ｈｅ、Ｈｒ、Ｈ２、或いはこれらの混合物のような安定化ガスはチャンバ内に供給される。一実施形態において、後のポリシリコン堆積で使用される希釈ガス流と濃度は、温度や圧力安定に達するのが常であった。安定化の為に希釈ガスを使用すると、希釈ガス流と濃度は、シリコン堆積前に安定化する。
【００３４】
ブロック５０６で記述するように、当該方法は、更に、サセプタ上方に配置されたシャワーヘッドを通して処理ガス混合物を処理チャンバ内に提供するが、処理ガス混合物はシリコン源ガスと、窒素（Ｎ２）を備えるキャリアガスとを備える。ブロック５０８は、シリコン源ガスから、ドープ処理済みシリコン膜を形成する操作を記述する。
【００３５】
一実施形態において、チャンバは圧力１００〜３５０トルまで排気され、キャリア又は希釈ガスが流速５〜１５ｓｌｍでチャンバ内に供給される間、加熱器の温度は５８０℃〜７４０℃に高められる。本発明によると、希釈ガスはＨ２と不活性ガスから成り、不活性ガスには、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、これらの混合物が可能であるが、これらに限定されない。本発明の目的によると、不活性ガスは、シリコン膜堆積中、シリコン膜を堆積する為に使用される反応により消費されず、この反応に相互作用せず、更に、チャンバの構成部品と相互作用しないガスである。本発明の一実施形態において、不活性ガスは窒素（Ｎ２）だけである。本発明の一実施形態において、Ｈ２は、体積単位で最大約２０％の希釈ガス混合物を構成するが、希釈ガス混合物は、体積単位で１０〜１５％の水素を有することが好ましい。
【００３６】
一実施形態において、希釈ガス混合物は、２つの別個の構成要素でチャンバ内に供給される。希釈ガス混合物の第１構成要素は、チャンバ・リッド内の分配用ポートを通って提供される。第１構成要素は、Ｈ２の全てから成り、これは、希釈ガス混合物と、希釈ガス混合物内で使用された不活性ガスの一部（通常、約３分の２）で使用される。希釈ガス混合物の第２構成要素は、加熱器の下の、チャンバの下部の中に提供され、希釈ガス混合物内で使用される不活性ガスの残部（通常、約３分の１）から成る。チャンバ底部を通って不活性ガスを提供すると、シリコン膜がチャンバの下部の構成部品に堆積するのを防止するのに役立つ。本発明の一実施形態において、５〜１８ｓｌｍの不活性ガス、好ましくは約９ｓｌｍの不活性ガス（好ましくは、Ｎ２）は、上部分配用プレートを通って提供されるが、３〜１０ｓｌｍの不活性ガス、好ましくは約５または４〜６ｓｌｍの不活性ガス（好ましくはＮ２）は、チャンバの底或いは下部に提供される。希釈ガス混合物内で所望の百分率のＨ２が、分配用ポートに入る前に不活性ガスと混合される。
【００３７】
いったん、温度、圧力、ガス流が安定化されると、シリコン源ガス、ドーパント源ガス、Ｈ２と不活性ガスを備える希釈ガス混合物を備える処理ガス混合物は、チャンバ内に提供され、ドープ処理済みシリコン膜を基板上に堆積する。例示のドーパントは、ホソフィン、アルシン、ジボロンを含む。シリコン源ガスは、シラン（ＳｉＨ４）であるのが好ましいが、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）のような他のシリコン源ガスであってもよい。
【００３８】
一実施形態において、ドーパントガス混合物は、チャンバの上部に供給される。一つの例示的実施形態において、ドーパントガス混合物は、水素（Ｈ２）や他の希釈材で希釈されたホソフィン（ＰＨ３）であり、純粋なホソフィン流速は、最大で約３ｓｃｃｍが提供される。他の実施形態において、ドーパントガス混合物は、水素（Ｈ２）で希釈されたジボロン（Ｂ２Ｈ６）、あるいは、最大で約３ｓｃｃｍの流速の純粋なジボロンを備えた他の希釈材である。他の実施形態において、ドーパントガス混合物は、水素（Ｈ２）で希釈されたアルシン（ＡｓＨ３）、あるいは、最大で約３ｓｃｃｍの流速の純粋なアルシン流を備えた他の希釈材である。前述した条件は、１立方センチメートル当たり最大で約１０２１原子のドーパント濃度を有する、ドープ処理済みポリシリコンやアモルファス・シリコン膜膜を生ずる。通常、ドーパント濃度は、１立方センチメートル当たり約２×１０１９から約５×１０２０原子である。
【００３９】
サセプタ及びウエハからの熱エネルギは、シリコン源ガスを熱的に分解させ、シリコンウエハのゲート誘電体または中間層誘電体上に多結晶またはアモルファス・シリコン膜膜を堆積する。一実施形態において、プラズマやフォトンエンハンスメントのような追加のエネルギ源の助けを有することなく、熱エネルギのみがシリコン源ガスを分解するのに使用される。抵抗加熱されたチャンバは、より小さな温度範囲内で、より制度の良い温度制御を許容する。そのため、ドープ処理済みシリコン堆積は、良好な安定処理温度の結果、良好な反復性で実施可能である。
【００４０】
処理ガス混合物は、チャンバ内に提供されるので、シリコン源ガスは分解し、シリコン原子を提供し、順番に、シリコン原子はウエハの絶縁層上に多結晶またはアモルファス・シリコン膜膜を形成する。Ｈ２は、シラン（ＳｉＨ４）の分解の反応生成物であることが分かる。処理ガス混合物内に適切なＨ２量を追加することにより、シラン（ＳｉＨ４）の分解は、遅れるが、これは、シリコン膜を小さな不揃いの粒子で形成させる。Ｈ２が希釈ガス混合物の８〜２０％を構成させることにより、平均粒子サイズ５０〜５００Åを有する不揃いの粒子が形成可能である。
【００４１】
ドープ処理済み多結晶シリコン堆積
ドープ処理済み多結晶シリコン膜堆積の為の一実施形態において、５０〜３００ｓｃｃｍのシラン（ＳｉＨ４）、好ましくは８０〜２００ｓｃｃｍのシラン（ＳｉＨ４）が、温度及び圧力安定化の間に流れ安定化される希釈ガスに追加される。ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）が使用されると、流量は５０〜３００ｓｃｃｍ、好ましくは、５０〜１５０ｓｃｃｍの範囲になる。多結晶シリコンの堆積中、５０〜３００ｓｃｃｍのシラン（ＳｉＨ４）又はジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、５〜１５ｓｌｍのＨ２含有希釈ガスと不活性ガスを備える処理ガス混合物がチャンバ内に提供され、好ましい不活性ガスであるＮ２は、約９ｓｌｍの流速でチャンバの上部の中に、約５ｓｌｍの流速でチャンバの底部の中に提供される。Ｈ２の流れは、最大で約２０％であることが好ましい。処理ガスは、最大で約３ｓｃｃｍの純粋なドーパントガスが供給されるように、希釈されたドーパントガス流を含む。チャンバ内の圧力は、１００〜３５０トル、好ましくは約２００〜３００トルで維持される。サセプタ内の温度は、７１０〜７４０℃で維持される。（ＬＰＣＶＤリアクタにおいて、サセプタ又はウエハの温度は、通常、約２０〜３０℃だけサセプタの測定温度より低いことが分かる。）本発明の好適実施形態において、シリコン源ガスは、希釈ガス混合物の第１構成要素（上部の構成要素）に付加され、入力用ポートを通ってチャンバ内に流れる。
【００４２】
堆積圧力、温度、処理ガス流速、濃度は、ドープ処理済み多結晶シリコン膜が１分間に１０００〜３０００Å、好ましくは１分間に約１５００Å以上の速度で堆積されるように選択される。処理ガス混合物は、所望の厚さでドープ処理済み多結晶シリコン膜が形成されるまで、チャンバ内に連続して提供される。ゲートや相互接続用途の為には、５００〜２０００Åの厚さの多結晶シリコン膜が適していることが分かってきた。
【００４３】
ドープ処理済みアモルファス・シリコン膜堆積
ドープ処理済みアモルファス・シリコン膜膜堆積の為の一実施形態において、加熱器の温度は、約５８０℃から約６２０℃である。チャンバ内の圧力は、約１００トルから約３５０トル、好ましくは２００トルから約３００トルの範囲の圧力で維持される。シラン流は、約５０ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍ、好ましくは８０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの流れにできる。ジシランがシリコン源ガスとして使用される場合、流速は、約５０ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍ、好ましくは約５０ｓｃｃｍから約１５０ｓｃｃｍにできる。処理ガスは、最大で約３ｓｃｃｍの純粋なドーパントガスが提供されるように、希釈されたドーパントガス流を含む。最大で約２０％のＨ２と、（好ましくはＮ２の）不活性ガスとの希釈ガス混合物は、約５〜１５ｓｌｍの流速で、約９ｓｌｍのＮ２がチャンバの上部に、約５ｓｌｍのＮ２がチャンバの底部に提供される。
【００４４】
上記処理パラメータは、ドープ処理済みアモルファス・シリコン膜膜が１分間に３００〜１０００Å、好ましくは１分間に４００から７００Åの速度で堆積されるように選択される。厚い（約２０００Åを越える）アモルファス膜が望まれる用途では、より高い堆積速度（約２０００Å／分）が生じる、約２００ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍのシランのような、より高い処理ガス流を用いた第２堆積サイクルが使用可能である。ジシランが使用される場合、流速は約１００ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍにできる。
【００４５】
ドープ処理済み多結晶またはアモルファス・シリコン膜膜の堆積が完了した後、加熱器は処理位置からロード位置に下げられ、ウエハはチャンバから除去される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、放射状に加熱される半導体処理チャンバの側部立面図である。
【図２】図２は、それぞれがチャンバの半分を通る第１横断、第２横断を通る、本発明の実施形態に従う、「ウエハ処理」における抵抗加熱器を含む処理チャンバの横断側面図である。
【図３】図３は、ウエハ・ロード位置における、図２と類似した横断側面図である。
【図４】図４は、ウエハ分離位置における、図２と類似した横断側面図である。
【図５】図５は、本発明のドープ処理済み多結晶シリコン堆積処理の実施形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４７】
１００、２００…リアクタ、１０２…ウエハ、１０５、２５０…サセプタ、１１０…入力用ポート、１１１…排気用ポート、１３０、２１０…チャンバ、１３４…石英壁、１３８，１３９…高強度ランプ、１４０…予熱リング、１５０…パイロメータ、２０４…ポンプ、２０６…導管、２０８…スロットル・バルブ、２１２…ポンピング・プレート、２１４…真空ポンプアウト、２１６…ポンピング・チャネル、２２０…チャンバ本体、２２２…通路、２２４…分配用ポート、２２６…チャンバ・リッド、２２８…ブロッカー・プレート、２３０…フェース・プレート、２３２…入り口用ポート、２３４…移送用ブレード、２３６…リフター・アセンブリ、２３８…リフト・プレート、２４０…抵抗加熱器、２４２…シャフト、２４３…可動シャフト、２４４，２４６…加熱素子、２４８…熱電対、２５２…リフト・ピン、２８０…制御システム、２８２…プロセッサ／コントローラ、２８４…メモリ。
【図２】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004533722.tif 000029
2004533722.tif 000030