(57)【要約】インサイチュー堆積前に半導体表面から不純物を取り除くために低温急速ベークを行う方法が、提供される。有利には、短時間で低温のプロセスは、熱量をほとんど消費せず、その結果、本プロセスは、シャロージャンクションを有する最新式の高密度回路に適する。さらには、特にベーク前に低温プラズマ洗浄と低温ウェハ載置とを組み合わせて、低温ベークし、かつ従来のエピタキシャル成長より低温でベークした後に成長させることによって、スループットが、非常に改善される。本プロセスによって、半導体表面上にシリコン含有層をエピタキシャル成長させることができ、特に、シリコンゲルマニウムベース層上にエピタキシャル成長させることができる。低温ベークを用いることによって、シリコンゲルマニウムベース層を洗浄して、歪んだシリコンゲルマニウムの結晶構造を緩めずに、さらにエピタキシャル成長を促進することができる。
2004533118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露出されて酸化しやすい半導体領域を有する半導体基板を処理する方法であって、
約５５０℃未満で化学気相成長反応室内の基板支持物に基板を載置するステップと、
４５秒未満の間還元環境のベークに基板をさらすステップと、
ベーク後に基板の温度を安定させるステップと、
温度を安定させた後、前記半導体領域上に直接化学気相成長法によって層を堆積させるステップとを含む半導体基板処理方法。
【請求項２】
前記基板載置ステップは、前記基板支持物を約５００℃未満に維持することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板載置ステップは、前記基板支持物を約４５０℃未満に維持することを含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記基板ベークステップは、ハロゲン化物種がない状態で水素に基板をさらすことを含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記基板ベークステップは、約３０秒未満の間基板温度を上げることを含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記基板温度安定化ステップは、基板温度を上げた直後に基板温度を下げることを含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記基板温度安定化ステップは、基板温度を約５５０℃と８００℃との間の温度に下げることを含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記基板温度安定化ステップは、基板温度を約６００℃と７００℃との間の温度に下げることを含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記層堆積ステップは、選択エピタキシャルプロセスを含む請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記層堆積ステップは、集積素子用エピタキシャルエミッタを形成することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記層堆積ステップは、シリコンゲルマニウム合金上にエピタキシャルエミッタを堆積させることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記層堆積ステップは、シリコンを堆積させることを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記層堆積ステップは、炭化ケイ素を堆積させることを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板ベークステップは、約２０秒未満の間基板温度を上げることを含む請求項６に記載の方法。
【請求項１５】
前記基板ベークステップは、基板温度を７００℃より高い温度に上げることを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記基板ベークステップは、基板温度を約７００℃と９００℃との間の温度に上げることを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記基板ベークステップは、前記基板ホルダの温度上昇速度より大きな速度で基板の温度を上げることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板ベークステップは、基板を約７５０℃より高温にし、前記基板ホルダを７５０℃より高温にはしないことを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記基板ベークステップは、ランプの上部バンクと下部バンクとの間の中間電力比と比較してより高い電力比を前記ランプの上部バンクに供給することを含み、前記中間電力比は、基板温度を前記基板ホルダと同じ温度に維持するように最適化される請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
高い方の電力比は、中間比より２５％高い請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
還元環境は、水素を含む請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記基板支持物へ基板を載置する前に５５０℃未満で反応室を洗浄することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記洗浄は、反応室をプラズマにさらすことを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記洗浄は、反応室をハロゲン化物含有プラズマにさらすことを含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記洗浄は、反応室をフッ素含有プラズマにさらすことを含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記洗浄は、前記基板支持物を５００℃を超えない温度に維持することを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
半導体基板上における化学気相成長システムであって、
コールドウォール型反応室と、
反応室にプラズマ生成物を給送するために接続されたプラズマソースと、
反応室内に収容されたサセプタと、
反応室内外へ基板を搬送するように構成されたロボットと、
前記サセプタ上において基板を加熱するように形成された、複数の加熱エレメントと、
ロボット、加熱エレメント、および反応室が基板を保持していない時に５００℃未満の温度で反応室をプラズマ洗浄するプラズマソースを制御し、プラズマ洗浄を行った後に反応室内のサセプタに基板を載置し、基板への堆積を行うようにプログラムされたコンピュータと、を備えた化学気相成長システム。
【請求項２８】
前記コンピュータは、サセプタに基板を載置した後に基板温度を約５００℃未満から約５００℃を超える温度に上げるようにプログラムされている請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記コンピュータは、基板温度を上げている間に反応室内へ還元剤を流すために反応室に連結されたガスライン上の流体制御装置を制御するようにさらにプログラムされている請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記コンピュータは、基板の温度を上げた直後に化学気相成長方法に適する温度に基板温度を安定させるようにさらにプログラムされている請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
基板温度を安定させることは、基板温度が上昇し始める約３０秒未満以内で化学気相成長に適する温度へ基板の温度を下げることを含む請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
半導体基板上における化学気相成長システムであって、
反応室内にプラズマ生成物を給送するために連結されたプラズマソースと、
反応室内に収容されたサセプタと、
反応室内外へ水素が終端となった基板を搬送するように構成されたロボットと、
サセプタ上の基板を加熱するように構成された複数の加熱エレメントと、
第１に、ロボット、加熱エレメント、および水素が基板から脱着する温度より低い温度で反応室をプラズマ洗浄するプラズマソースの制御をし、第２にプラズマ洗浄を行った後に反応室内のサセプタへ基板を載置し、第３に基板上に化学気相成長するようにプログラムされたコンピュータと、を備える化学気相成長システム。
【請求項３３】
前記コンピュータは、基板をサセプタへ載置した後に基板の温度を、水素が基板から脱着する温度より低い温度から、水素が基板から脱着する温度へ上げるようにプログラムされている請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記コンピュータは、基板温度を上げている間に、反応室内へ還元剤を流すために反応室に連結されたガスライン上の流量制御装置を制御するようにさらにプログラムされている請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記コンピュータは、基板温度を上げた直後に、化学気相成長に適する温度に基板温度を安定させるようにさらにプログラムされている請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
基板温度の安定化は、基板の温度が上がり始める約３０秒未満以内に、化学気相成長に適する温度へ基板温度を下げることを含む請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
シリコン−ゲルマニウム層上にシリコン含有層をエピタキシャル成長させる方法であって、
第１の反応室内にかつ反応室内に収容されたサセプタの上に、シリコン−ゲルマニウム層を有するシリコン基板を挿入するステップと、
基板をベークするステップと、
シリコン−ゲルマニウム層の上にシリコン含有層をエピタキシャル形成するステップとを含む、シリコン含有層のエピタキシャル成長法。
【請求項３８】
前記挿入ステップは、水素が脱着する温度より低い温度にサセプタを維持することを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記挿入ステップは、サセプタを約５００℃未満に維持することを含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記挿入ステップは、サセプタを約４５０℃未満に維持することを含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記基板ベークステップは、ハロゲン化物種がない状態で水素に基板をさらすことを含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記ベークの所要時間は、約３０秒未満を含む請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
基板をベークした直後に、基板温度を許容可能なエピタキシー温度へ低下させることをさらに含む請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
基板温度は、約５５０℃と８００℃との間の温度へ下げられる請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
基板温度は、約６００℃と７００℃との間の温度へ下げられる請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記シリコン含有層形成ステップは、選択エピタキシャルプロセスを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項４７】
前記エミッタ層形成ステップは、集積素子用の、高くなったエミッタを形成することを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項４８】
前記基板ベークステップは、約２０秒未満の間基板温度を上げることを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項４９】
前記基板ベークステップは、基板温度を７００℃より高くすることを含む請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記基板ベークステップは、基板温度を、約７００℃と９００℃との間の温度へ上昇させることを含む請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
前記基板ベークステップは、基板ホルダの昇温速度より高い昇温速度で基板温度を上昇させることを含む請求項３８に記載の方法。
【請求項５２】
前記基板ベークステップは、基板を約７５０℃より高い温度にし、サセプタを約７５０℃より高い温度にはしないことを含む請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記基板ベークステップは、ランプの上部バンクと下部バンクとの間の中間電力比と比較して高い電力比をランプの上部バンクへ供給することを含み、中間電力比は、サセプタと同じ温度に基板を維持するように最適化される請求項３７に記載の方法。
【請求項５４】
高い方の電力比は、中間比より２５％を超える高さである請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記サセプタ上に基板を載置する前に５５０℃未満の温度で反応室を洗浄することをさらに含む請求項３７に記載の方法。
【請求項５６】
前記洗浄は、反応室をハロゲン化物含有プラズマにさらすことを含む請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記洗浄は、反応室をフッ素含有プラズマにさらすことを含む請求項５５に記載の方法。
【請求項５８】
前記洗浄は、サセプタを約５００℃未満に維持することを含む請求項５５に記載の方法。
【請求項５９】
反応室内に、半導体表面が露出した基板を載置するステップと、
４５秒未満の間、半導体表面から酸化物を取り除くためにベークするステップと、
半導体表面上に半導体層をエピタキシャル成長させるステップとを含む、半導体処理方法。
【請求項６０】
前記基板挿入ステップは、約５５０℃未満で基板ホルダに基板を載置することを含む請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記基板挿入ステップは、約５００℃未満で基板ホルダに基板を載置することを含む請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
露出した半導体表面は、単結晶シリコンゲルマニウム層を含む請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記エピタキシャル層成長ステップは、シリコンゲルマニウム層上にシリコン含有エミッタ層を成長させることを含む請求項６２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、層を上に形成する前に半導体基板を洗浄することに関し、特に枚葉式の化学気相成長（ＣＶＤ）または原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバ内におけるベークステップおよび次のインサイチューエピタキシャル成長に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
リアクタと呼ばれる高温炉を用いて、非常に精密な寸法の構造体、例えば、半導体基板上の集積回路を作り出す。１枚またはそれ以上の基板、例えばシリコンウェハ（その上または内部に予め形成された構造体を含める場合もあるしまた含めない場合もある）を、反応チャンバ内のウェハ支持物上に配置する。ウェハと支持物の両方を所望の温度に加熱する。典型的なウェハ処理ステップでは、加熱済みのウェハ上に反応物ガスを通過させて、ウェハ上に、反応物材料から薄層を化学気相成長（ＣＶＤ）させる。種々のプロセス条件、特に温度の均一性および反応物ガスの分布は、結果として生じる層の高品質を保証するために、注意深く制御しなければならない。
【０００３】
一連の堆積、ドーピング、フォトリソグラフィーおよびエッチングステップによって、出発基板および次の層を集積回路に加工し、単一の層が、ウェハのサイズおよび回路の複雑さにより異なるが、何十から何千、何百万もの集積素子をもたらす。
【０００４】
半導体産業では、バッチ式プロセッサが、従来使用されており、複数のウェハを同時に処理可能であり、それにより、ウェハ１枚当たりの処理時間およびコストが削減される。しかしながら、小型化およびそれに伴う回路密度における最近の進歩は、半導体加工における欠陥に対する公差を低下させた。従って、枚葉式処理リアクタが、堆積条件の制御を改善するため開発されてきた。
【０００５】
他のプロセスパラメータの中では、枚葉式加工によって、ウェハ上における温度およびガス流の分配が大きく改善された。しかしながら、より入念なプロセス制御と引き替えに、バッチ式システムの場合よりも、加工時間が、一層重要になってきた。同じ枚葉式加工チャンバを通って、一度に一枚、連続して処理されているウェハの枚数を掛けた秒数を、処理時間に足さなければならない。反対に、ウェハスループットを改善することによって、製作コストを著しく削減することができる。
【０００６】
プロセス制御が特に重要でありかつ枚葉式加工が特に有用な１つのプロセスが、エピタキシャル層の形成である。堆積した層が、その下にあるシリコンウェハと同じ結晶構造を有する場合、それをエピタキシャル層と呼ぶ。堆積条件を注意深く制御することによって、反応物ガスが、加熱した基板上を通過して、その結果、堆積する種が、その下にある結晶構造に従って沈着し、これが成長層内へ延びる。トランジスターを含めて、素子の最も下の堆積層には、単結晶半導体基板上に形成されたエピタキシャル層がしばしば含まれる。
【０００７】
エピタキシャル成長前における界面の清浄度
エピタキシャル層が、素子の作動に影響し得る汚染のない単結晶構造を維持することが重要である。エピタキシャル成長前における、その下にある基板の純度および結晶構造は、結果として生じるエピタキシャル層に強い影響を与える。基板表面の汚染物質、例えば、自然に生じる「自然酸化物」および炭素汚染物質が、結晶構造に支障をきたし、その結果として、形成されるとその下に横たわる各層の電気特性に支障をきたし、多結晶層が生じることになる。清浄な、酸化物のない表面がまたエピタキシャル成長以外のいくつかの状況に望ましいことに留意する。
【０００８】
典型的には、成長前に、「ＡＰＭ」洗浄として知られる、水酸化アンモニウム、過酸化水素の混合物によるウェハの洗浄を行う。最も一般的な洗浄方法には、ＲＣＡ洗浄方法の１つまたはそれ以上の方式が含まれる。ＲＣＡスタンダードクリーニング−１（ＳＣ−１）処置は、約７０℃の温度へ加熱したＡＰＭ溶液および水を使用する。ＳＣ−１処置によって、薄膜が溶け、ＩおよびＩＩ族の金属が除去される。ＩおよびＩＩ族の金属は、ＳＣ−１溶液中の反応物質と錯体を形成することにより除去される。ＲＣＡスタンダードクリーニング−２（ＳＣ−２）処置は、約７０℃の温度に加熱した過酸化水素、塩酸、および水の混合物を利用する。ＳＣ−２処置は、ＳＣ−１処置によって除去されなかった金属を除去する。
【０００９】
エピタキシャルＳｉＧｅスタックの場合のように、酸化物のない表面が必要な場合、シリコンウェハは、典型的には、フッ化水素酸水溶液またはＨＦ蒸気に浸されて、フッ化水素酸水溶液またはＨＦ蒸気が、残存した酸化層をＡＰＭ洗浄によりエッチング除去され理論上水素終端を得られるような処理を行う。ＲＣＡ洗浄およびフッ酸処理には多数の変形がある。洗浄後に、ウェハは、さらに処理を行う前にある期間保管されるのが典型的である。空気または水分にさらされたほぼ直後に、自然酸化物が、予め酸化物をなくしておいたシリコンウェハ表面に生じやすい。さらに、シリコン−フッ素およびシリコン炭素結合は、洗浄後にシリコンウェハ表面にしばしば認められる。表面のフッ素および炭素汚染物質は、熱量（thermal budget）および／または、ウェハの表面に成長または堆積する層の品質に対して有害になりかねない。
【００１０】
シリコンウェハが、（「ＨＦ終端」ステップとしても知られる）終端洗浄ステップとしてフッ化水素酸に浸された場合、シリコンの表面は、大部分が水素の単分子層で終わり、主としてＳｉ−Ｈ結合により基板に結合するのが典型的である。水素が終端となった表面は、未処理のシリコンよりも酸化しにくい。望ましい場合、水素の終端は、約５００℃よりも高い温度で除去可能である。しかしながら、従来のＨＦ終端処理後のシリコンウェハの表面は、通常、もとの酸化層の除去後約２０分以内に再酸化し始め、シリコンウェハの表面に５Åから７Åの厚さの新しい酸化層が直ちに形成される。これは、他の問題を、例えば、その後の処理の前に終端を除去する際に汚染が生じたり、または困難を生じたりするという問題をもたらすが、炭素またはフッ素の終端は、再酸化を防ぎやすくなり得る。ＨＦ終端ステップの後の再酸化の問題は、多くのシリコン素子を高スループットで製造することに有害であったが、シリコンゲルマニウムベース上にエピタキシャルシリコンエミッタ層を生成する際には特に障害となっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
発明の概要
したがって、化学気相成長前に基板表面を清浄化し、形成後に堆積した層の純度を維持する方法に対する要請が存在する。望ましくは、そのような方法は、システムコストを増加させず、またはウェハスループットを低減させずに、枚葉式エピタキシャルシリコン堆積チャンバと、問題なく共用可能であるべきである。いくつかの構成では、これらの方法は、ＳｉＧｅ合金、次のエピタキシャル層用の熱量を消耗すべきでない。さらには、ＳｉＧｅベース層の厚さおよびゲルマニウム濃度の両方を増加させ得る方法に対する要請がある。これらおよび他の要請は、本発明内のいくつかの実施形態によって満たされる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様によれば、半導体領域が露出されて酸化しやすい半導体基板を処理する方法が提供され、この方法は、５５０℃未満で化学気相成長反応室内において基板支持物に基板を載置するステップと、４５秒未満の間還元環境において基板をベークするステップと、ベーク後に基板温度を安定させるステップと、温度を安定させた後に、半導体領域上に直接化学気相成長法により層を堆積させるステップとを含む。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、半導体上に化学気相成長を行うシステムが、提供され、この化学気相成長システムは、コールドウォール型反応室と、反応室に連結されたプラズマソースと、反応室内に収容されたサセプタと、反応室内外へ基板を搬送するように構成されたロボットと、加熱エレメントと、反応室の低温プラズマ洗浄、基板の載置、および次の堆積を制御するようにプログラムされたコンピュータとを備える。
【００１４】
本発明の第３の態様が、半導体基板に化学気相成長させるシステムを提供し、この化学気相成長システムは、プラズマソースと、サセプタと、反応室内外へ、水素が終端となった基板を搬送するように構成されたロボットと、加熱エレメントと、反応室の低温プラズマ洗浄、基板の載置、および次の堆積を制御するようにプログラムしたコンピュータとを備える。
【００１５】
本発明の別の態様によれば、シリコンゲルマニウム層上にシリコン含有層をエピタキシャル成長させる方法が、提供される。本方法は、反応室内へかつ反応室内に収容されたサセプタ上に、シリコン−ゲルマニウム層を有する半導体基板を挿入することを含む。基板には、ベークステップを行い、その次にシリコン−ゲルマニウム層の上にシリコン含有層をエピタキシャル形成する。
【００１６】
本発明のなお別の態様によれば、半導体処理方法が提供される。半導体表面が露出した基板を反応室内に挿入する。約４５秒未満の間、半導体表面から酸化物を取り除くためにベークステップを行う。次いで、エピタキシャル層を、単結晶シリコンゲルマニウム層上に成長させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のこれらおよび他の態様は、次の説明および添付の図面から当業者には容易に明らかになるだろう。
【００１８】
好ましい実施形態の詳細な説明
本発明の好ましい実施形態を枚葉式反応チャンバに関連して説明するが、当業者は、ここに教示された原理および利点が、他のタイプの堆積リアクタへ適用されることを理解するだろう。さらには、一連のプロセスステップをここに開示するが、当業者は、開示された他のステップのいくつかがない状態でも開示したステップのいくつかが利用されることを認識するだろう。
【００１９】
インサイチュー堆積の前に半導体表面から不純物を除去するための低温急速ベーク用システムおよび方法を提供する。有利には、短時間の低温プロセスは、熱量をほとんど消費せず、その結果、本プロセスが、シャロージャンクションおよびエピタキシャルＳｉＧｅ合金が予め製作された、最新式の高密度回路に適切となる。さらには、スループットは、特にベーク前に低温プラズマ洗浄を行うことと低温ウェハを搬入することとを組み合わせて、低温ベークし、従来のエピタキシャル成長より低い温度でベークした後に成長を行うことによって、非常に改善される。本発明のための好ましい実施形態を主として化学気相成長法（ＣＶＤ）に関して示すが、当業者は、原子層堆積法（ＡＬＤ）もまた適切であることを理解するだろう。
【００２０】
好ましい実施形態では、空いている基板支持物上への基板の載置は、保護終端（例えば水素）が脱着する温度未満で、例えばＨＦ終端プロセスによって残っている水素終端用の約５００から５５０℃未満で行う。次いで、水素ベークでは、３０秒未満で、典型的実施形態では１５秒未満で急昇温し、次いで、その後のインサイチューＣＶＤプロセスに適切な温度に迅速に安定させる。例えば、選択エピタキシー、エピタキシャルまたは多結晶ＳｉＧｅ、および酸窒化堆積はすべて、約５５０℃と８００℃との間の比較的低温で行うことができる。ベークおよび堆積が起り得る温度を低くすることによって、プロセスには、プロセスの合間の冷却時間が少なくて済み、したがって、反応チャンバのスループットは増加する。ウェハとウェハとの間において５００℃未満でサセプタが空になるので、チャンバは、低温プラズマで洗浄可能である。これは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を、特にシリコンゲルマニウムおよびエピタキシャルシリコンからなるＨＢＴを作り出す際に特に有利である。最後に、本発明は、ＳｉＧｅベースを洗浄しどんな酸化物または炭化物も除く方法を提供し、ベースの熱量を超過せずまたは格子構造内への転位を導入せずに、シリコン含有エミッタをＳｉＧｅベースの上にエピタキシャル成長させることができる。
【００２１】
好ましいリアクタの実施形態
好ましい実施形態を、枚葉式の、水平フロー式コールドウォール型リアクタに関して示す。「枚葉式」の加工ツールは、一般に、従来のバッチ式システムよりすぐれたプロセス制御および高い均一性を示すが、一度に一枚のみのまたは多くても一つかみの基板しか処理できないので、スループットを犠牲にする。ここで示した枚葉通過式水平フロー設計はまた、短い滞留時間で、反応物ガスが層流をなすことを可能にし、それは次いで、反応物相互のかつ反応物とチャンバの表面との相互作用を最小限にしながら、連続処理を容易にする。したがって、他の利点には、このように層流をなすことによって、相互に反応し得る反応物が連続して流れ得ることがある。回避される反応には、発熱または爆発反応、およびチャンバの微粒子汚染を生成する反応が多く含まれる。さらには、チャンバは、基板をサセプタに載せた後チャンバから空気および水分をパージするような、ステップの合間にチャンバを迅速にパージすることを容易にする。
【００２２】
図１に、好ましい実施形態によって構成された化学気相成長（ＣＶＤ）リアクタ１０であって、石英プロセスまたは反応チャンバ１２を含み、ここに開示の方法が特別の効用を有する化学気相成長（ＣＶＤ）リアクタ１０を示す。本発明者は、本来一度に単一の基板へのシリコンのエピタキシャル成長を最適化するように設計しているが、いくつかの異なる材料からのＣＶＤにおいて有用性のある優れたプロセス制御を発見した。さらには、ここで示したリアクタ１０は、同じチャンバ１２内で連続して複数の処理ステップを安全に清浄に行うことができる。リアクタ１０の基本的な構成は、アリゾナ、フィーニックスにあるエーエスエムアメリカ  インコーポレイテッドから商標名イプシロンの市販品を入手可能である。
【００２３】
複数の放射熱源が、チャンバ１２の外側に支持されて、石英チャンバ１２の壁によりあまり吸収はされることなくチャンバ１２内に熱エネルギーを供給する。好ましい実施形態を、半導体ウェハ処理用の「コールドウォール型」ＣＶＤリアクタに関して説明するが、ここに述べる処理方法には、誘導または抵抗加熱を用いた加熱／冷却システムのような他の加熱／冷却システムと関連する有用性があることが、理解されるだろう。さらに、本発明の好ましい実施形態においては、主として化学気相成長法（ＣＶＤ）に関して示すが、原子層堆積法（ＡＬＤ）もまたさらに適切であることを、当業者は理解するだろう。
【００２４】
ここで示した放射熱源は、細長いチューブ型の放射加熱エレメント１３の上部加熱アセンブリを備える。上部加熱エレメント１３は、その下に横たわる反応チャンバ１２の中を通る反応ガス流路と平行に間隔をおいた関係でかつさらに実質的に平行に配置されることが好ましい。下部加熱アセンブリは、反応チャンバ１２より下にあり、上部加熱エレメント１３に対して直角に向けられるのが好ましく同様の細長いチューブ型放射加熱エレメント１４を備える。望ましくは、放射熱の一部分は、上部ランプ１３の上および下部ランプ１４の下にある粗面の鏡面反射体プレート（図示せず）によってチャンバ１２内へ拡散反射する。さらには、複数のスポットランプ１５が、基板支持構造体（後述）の下側に集中する熱を供給して、反応チャンバ１２の底を通り延びているコールド型支持構造体によって生じるヒートシンク作用を抑制する。
【００２５】
細長いチューブ型の各加熱エレメント１３、１４は、高強度のタングステンフィラメントランプであって、ヨウ素のようなハロゲンガスを含有し透明な石英密閉容器を有するタングステンフィラメントランプであることが好ましい。このようなランプは、あまり吸収されずに反応チャンバ１２の壁を通って伝達されるフルスペクトルの放射熱エネルギーを生成する。半導体処理装置の技術において知られているように、種々のランプ１３、１４、１５の電力は、温度センサへ応答して別々にまたはグループ化されたゾーンで制御することができる。
【００２６】
ここで示した実施形態では、細長いチューブ型の放射加熱エレメント１３、１４は、これらのエレメントが比較的急速に加熱され冷却され得るという望ましい特性を有することから、好ましい。上部の加熱エレメント１３および下部加熱エレメント１４は、別々に制御可能とすることが好ましい。しかしながら、当業者には明らかなように、他の実施形態では、代替加熱ソースを使用してもよい。
【００２７】
基板支持構造体１８上の反応チャンバ１２内に支持された、好ましくはシリコンウェハ１６を含む基板を示す。ここで示した実施形態の基板は単結晶シリコンウェハであるが、「基板」という用語が広く、層が堆積するどんな面をも指すことが理解されることに留意する。さらに、ここに記載した原理および利点は、限定はしないが、フラットパネルディスプレイに使用されるガラス基板のようなガラス基板を含む、多数の他のタイプの基板上に層を堆積させることに同様によく適用される。
【００２８】
ここで示した支持構造体１８は、ウェハ１６を上に載せる基板ホルダー２０と、支持スパイダ２２とを含む。スパイダ２２は、シャフト２４に装着され、シャフト２４は、チャンバの下方壁から垂下するチューブ２６を通って下方へ延びる。チューブ２６は、処理中に流れ得るパージまたはスイープガスソースと連通することが好ましく、これによりプロセスガスがチャンバ１２の下方部に漏出することが妨げられる。
【００２９】
好ましいコールドウォール型リアクタ１０の基板ホルダー２０は、放射熱エネルギー用サセプタである。典型的なサセプタは、ＳｉＣまたはＳｉＣをコーティングしたグラファイトを含んでいる。ここで示した実施形態では、サセプタ２０は、約１ｍｍ未満のクリアランスを有する２００ｍｍウェハに適合するサイズのポケットを含む。他の構成としては、サセプタは、（例えばポケットサイズを）他のサイズのウェハを支持するように設計することができる。ここに記載したプロセスのいくつかの態様では、軽量サセプタと問題なく共用可能であるが、いくつかの態様では、標準サセプタに特に有利であり、標準サセプタは、支持を行うように設計されたウェハよりかなり大きく重い。そのような標準サセプタは、好ましくは支持されるウェハ１６の熱量の約３倍を超える熱量を有し、さらに好ましくはウェハの熱量の約５倍を超える熱量を有する。ここで示した実施形態では、サセプタ２０は、ウェハ１６の熱量の約７から８倍の熱量を有する。
【００３０】
複数の温度センサが、ウェハ１６の近傍に配置される。温度センサは、光高温計または熱電対のような種々の方式のどれを用いることもできる。温度センサの数および位置は、好ましい温度コントローラについての以下の説明を考慮すれば理解されるように、温度の均一性を促進するように選択される。しかしながら、温度センサは、直接または間接的にウェハ近傍の位置の温度を検知することが好ましい。
【００３１】
ここで示した実施形態では、温度センサは、任意の適切なやり方で、ウェハホルダ２０の下に吊り下げられた、第１のまたは中央の熱電対２８を含む、熱電対を備える。ここで示した中央の熱電対２８は、ウェハホルダ２０の近傍においてスパイダ２２を通り抜ける。リアクタ１０は、ウェハ１６の近傍にも、さらに複数の第２のまたは周縁の熱電対を含み、この熱電対には、前縁または前方熱電対２９、後縁または後方熱電対３０、および側方熱電対（図示せず）が含まれる。周縁の各熱電対は、スリップリング３２内に収容され、このスリップリング３２は、基板ホルダ２０およびウェハ１６を囲む。中央および周縁の各熱電対は、温度コントローラに接続され、この温度コントローラは、熱電対の示度に応じて、種々の加熱エレメント１３、１４、１５の電力を設定する。
【００３２】
周縁の熱電対を収容することに加えて、スリップリング３２は、高温処理中に放射熱を吸収し放出して、その結果、ウェハ縁における熱損失または吸収が多くなる傾向に対する補償を行う。この傾向は、このような縁近くの領域において体積に対する表面積の比が大きくなることにより起こる現象として知られている。縁の損失を最小限にすることによって、スリップリング３２は、ウェハ１６全体に渡って径方向に温度が均一でなくなるという危険を低減させることができる。スリップリング３２は、種々の適切な手段によって吊り下げ可能である。例えば、ここで示したスリップリング３２は、前方チャンバディバイダ３６および後方チャンバディバイダ３８から垂下するエルボー３４に載っている。ディバイダ３６、３８は、石英から形成されることが望ましい。いくつかの構成では、下流のディバイダ３８は省略可能である。
【００３３】
ここで示した反応チャンバ１２は、反応物およびキャリアガス注入用の入口４０を含み、ウェハ１６もその中を通って受け入れ可能である。出口４２が、チャンバ１２の反対側にあり、ウェハ支持構造体１８が、入口４０と出口４２との間に配置される。
【００３４】
入口構成部品５０が、反応チャンバ１２に取り付けられ、入口４０を囲むように適合され、ウェハ１６を挿入可能な水平方向に細長いスロット５２を含む。概ね垂直の入口５４が、以下にさらに十分な説明をするように、遠隔ソースからガスを受け入れ、このようなガスをスロット５２および入口４０に通す。入口５４は、Ｈａｗｋｉｎｓらに発行された米国特許第5,221,556号明細書に説明されているような、あるいは1996年4月25日付出願の米国特許出願第08/637,616号明細書の図２１から図２６に関して説明されているような、ガスインジェクタを含み得、それらの開示内容は、参照により組み込まれる。このようなインジェクタは、枚葉式ウェハリアクター用のガス流の均一性を最大限にするように設計されている。
【００３５】
出口構成部品５６が、同様に処理チャンバ１２に装着されて、排気開口部５８が、出口４２と一直線に並び、排気導管５９に通ずる。次いで、導管５９は、チャンバ１２からプロセスガスを引き出す適切な真空手段（図示せず）と連通させることができる。好ましい実施形態では、プロセスガスが、反応チャンバ１２および下流のスクラバ（図示せず）から引き出される。チャンバ１２からプロセスガスを引き出すことを支援し低圧処理用のチャンバの空気を抜くポンプまたはファンを含ませることが好ましい。
【００３６】
リアクタ１０はまた、好ましくはチャンバ１０の上流に配置される、種を励起させるジェネレータ６０をさらに含むことが好ましい。ここで示した実施形態の励起種ジェネレータ６０は、ガスラインに沿ったマグネトロン発電機およびアプリケータを含む、遠隔プラズマジェネレータを備える。典型的な遠隔プラズマジェネレータは、ドイツ国ミュンヘンのラピッド  リアクティブ  ラジカル  テクノロジー（R3T）  ゲーエムベーハーよりTR-850の商品名の市販品を入手可能である。ここで示した実施形態では、マグネトロンからのマイクロ波エネルギーが、ガスラインに沿ったアプリケータ内を流れるガスに結合する。プラズマソースガス６３が、励起種ジェネレータ６０の上流に配置される。当該技術において知られているように、プラズマソースガス６３は、反応物種の形態および揮発性により異なる、反応物、キャリアガス、ガスタンク、バブラーなどを備え得る。各ガスラインには、個別の流量制御装置（ＭＦＣ）およびバルブを設けることができ、これによって、励起種ジェネレータ６０へ、そこから反応チャンバ１２内へ導入されるキャリアおよび反応物種の相対量を選択可能となる。他の構成では、処理チャンバ内において励起種を生成可能であることが理解されるだろう。しかしながら、後述の好ましいプロセスでは、励起した種を使用せず、熱ＣＶＤの種である。
【００３７】
ウェハは、周囲環境から隔離された、ハンドリングチャンバ（図示せず）から、ピックアップ器具によりスロット５２を通って通過させることが好ましい。ハンドリングチャンバおよび処理チャンバ１２は、標準の垂直スリットバルブまたは米国特許第４，８２８，２２４号明細書に開示されたタイプのゲートバルブ（図示せず）によって分離されることが好ましく、その開示は、参照によってここに組込まれる。
【００３８】
２００ｍｍウェハの処理用に設計された枚葉式処理チャンバ１２の全容量は、例えば、好ましくは約３０リットル未満、さらに好ましくは約２０リットル未満、最も好ましくは約１０リットル未満である。ここで示したチャンバ１２は、約７．５リットルの容量を有する。しかしながら、このチャンバ１２が、ディバイダ３２、３８、ウェハホルダ２０、リング３２、およびチューブ２６から流れるパージガスによって分けられるので、プロセスガスが流れる有効容量は、全容量の約半分（ここで示した実施形態では約３．７７リットル）である。当然ながら、枚葉式処理チャンバ１２の容量を、チャンバ１２が収容するように設計されたウェハサイズにより異なるものにすることができることは理解されるだろう。例えば、このタイプの枚葉式処理チャンバ１２は、３００ｍｍウェハ用だが、好ましくは約１００リットル未満の容量、さらに好ましくは約６０リットル未満の容量、最も好ましくは約３０リットル未満の容量を有する。１つの３００ｍｍウェハ処理チャンバは、約２４リットルの全容量を有し、約１１．８３リットルの有効プロセスガス容量を有する。
【００３９】
さらに図２に示すように、リアクタ１０は、さらに水素ガス（Ｈ2）ソース７２を含む。本技術において知られているように、水素は、沸点が低いので非常に高純度で供給可能であることから有用なキャリアガスおよびパージガスであり、シリコン堆積に適合性がある。Ｈ2もまた、層の形成前に好ましい水素ベークにおいて還元剤として使用される。他の構成では、Ｈ2はまた、自然酸化物の洗浄のためのまたは他の目的のためのＨラジカルを生成するために、励起種ジェネレータ６０中を流すことができる。
【００４０】
ここで示したリアクタ１０はまた、さらに窒素ガス（Ｎ2）のソース７３を含む。本技術において知られているように、Ｎ2は、半導体製作時にキャリアまたはパージガスとしてＨ2の代わりに使用されることが多い。窒素ガスは、多くの集積材料に対して比較的不活性であり、プロセスフローに適合性がある。可能性のある他のキャリアガスには、ヘリウム（Ｈｅ）またはアルゴン（Ａｒ）のような希ガスが含まれる。
【００４１】
液体の反応物ソース７４も示す。液体ソース７４は、例えばバブラー内に液体のジクロロシラン（ＤＣＳ）、トリクロロシラン（ＴＣＳ）またはより高いオーダーのシランソースと、気相反応物を泡立たせバブラーから反応チャンバ１２へ運ぶためのガスラインとを含み得る。バブラーは、その代わりに（またはそのうえに）、金属ソースとして液体Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5を保持し、またキャリアガスソース７５は、液体ソース７４中にＨ2（図示）または他のキャリアガスを通して泡立たせ気体状で反応チャンバ１２に有機金属前駆物質を輸送することに役立つ。
【００４２】
望ましくは、リアクタ１０はまた、他のソースガスを含み、他のソースガスには、ドーパントソース（例えば、図示したホスフィンソース７６、アルシンソース７８およびジボランソース８０）、並びにリアクタ壁および他の内側構成部品を洗浄するエッチング剤（例えば、ＨＣｌソース８２、または励起種ジェネレータ６０に給送するプラズマソースガス６３として供給されるＮＦ3／Ｃｌ2の混合物）がある。好ましい実施形態に係るヘテロエピタキシ薄膜堆積のためには、ゲルマニウム（例えば、ゲルマンまたはＧｅＨ4）ソース８４、および炭素ソース８５（例えば、ＳｉＨ（ＣＨ3）3ソース、Ｓｉ（ＣＨ3）4ソースまたはＣＨ4ソース）もまた、ＳｉＧｅおよびＳｉＣの薄膜をドーピングまたは形成するために供給される。
【００４３】
シランソース８６も設けられる。本技術において知られているように、モノシラン（ＳｉＨ4 ）、ＤＣＳおよびＴＣＳを含む、シランが、ＣＶＤ利用に一般的な揮発性シリコンソースであり、例えば、ポリ−ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、窒化シリコン、金属シリサイド、および外因性または真性シリコン（堆積パラメータにより異なるが、多結晶、アモルファスまたはエピタキシャル）などがある。ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、トリシラン（Ｓｉ3Ｈ8）およびテトラシラン（Ｓｉ4Ｈ10）のようなあまり一般的でないソースも可能である。モノシラン（ＳｉＨ4）ソース８６を示す。
【００４４】
ここで示した追加のソースガスは、アンモニア（ＮＨ3）ソース７０を含み、このアンモニアソース７０は、ＣＶＤおよび窒化アニールステップにおいて有用な、揮発性の窒素ソースとして役立つ。しかしながら、当業者は、図示したガスソースが、単に例示的であり、クレームした発明のすべての実施形態に必ずしも必要ではないことを理解するだろう。さらに、他のガスソースもまた、ここで示したガスソースの代わりに使用可能であるか、あるいはそうでなければ代替実施形態に追加可能である。
【００４５】
各ガスソースは、安全および制御弁が付随するガスライン、並びにガスパネルで調節が行われる流体制御装置（「ＭＦＣ」）を介して、入口５４（図１）からリアクタチャンバ１２へ連結可能である。プロセスガスが、中央コントローラ内にプログラムされた命令にしたがって入口５４（図１）に通じ、インジェクタを通ってプロセスチャンバ１２内へ分配される。プロセスチャンバ１２を通過させた後に、未反応のプロセスガスおよび気体状の反応副生成物が、スクラバ８８（図２）へ排気されて、大気へ排出される前に環境上危険なフュームが濃縮される。
【００４６】
好ましいリアクタ１０は、上述の、従来のガスソースおよび液体バブラーに加えて、反応チャンバ１２の遠隔にまたは上流に配置された励起種ジェネレータ６０を含む。ここで示したジェネレータ６０は、アプリケータ内を流れるガスにマイクロ波エネルギーを結合し、アプリケータ内において、ガスは、反応物ソース６３からの反応物前駆物質を含む。後述のプロセスについては、プラズマソースガス６３は、プラズマ（例えば、Ｎ2、ＨｅまたはＡｒ）の支持に役立つように、フッ素（例えば、ＮＦ3、Ｆ2またはＢ2Ｆ6）ソース、塩素（例えば、Ｃｌ2 ）ソース、他のハロゲン化物ソース、及び／またはキャリアガスソースを含む。プラズマが、アプリケータ内において点火され、励起種が、チャンバ１２の方へ運ばれる。好ましくは、ジェネレータ６０により生成された励起種のうち、非常に反応性の高いイオン種が、チャンバ１２内へ入る前に実質的に再結合する。他方では、Ｆ、Ｃｌ、ＮまたはＯのような、電気的に中性の励起種が、大部分が残存して、チャンバ１２に入り適切に反応する。以下の、全般的なプロセスの説明から明らかになるように、遠隔プラズマ生成された励起種が、ここに説明した低温ベークと組み合わせて使用されると、低温のチャンバ洗浄を促進しそれに伴ってウェハスループットを高くする。
【００４７】
図３に関して、複数の温度センサに関連付けてウェハ１６を示し、各温度センサは、温度コントローラ９０に連結される。単一の温度コントローラ９０として概略をここで示したが、好ましい実施形態は、４つの別個の温度センサで温度を直接制御するための、４つの独立した温度コントローラを用いる。しかしながら、「熱処理のモデル予測制御」というタイトルの、ｄｅ  Ｗａａｒｄらによる米国特許第６，２０７，９３６号明細書に開示されているような、いくつかの温度コントローラのどれかを有するリアクタに本発明を適用可能であることを、当業者は理解するだろう。そのような温度コントローラは、センサの応答時間によって制限されずに、温度センサの温度を予測制御可能である。
【００４８】
しかしながら、好ましい温度コントローラ９０は、独立した温度センサに対応する独立したＰＩＤコントローラを含む。好ましい実施形態では、温度センサは、熱電対２８から３１を備え、これらの熱電対２８から３１は、温度測定技術において知られているように、接合部を形成する一対の電線における電圧を測定することにより、間接的に温度を測定する。比例、積分および微分は、リアクタ技術者が各ＰＩＤコントローラ用に定めたものである。そのようなコントローラは、７６１  ＣＮＡ  枚葉式ステーション  マイクロ−コントローラの名称で、マサチューセッツ州のフォックスボロのフォックスボロ  カンパニーから入手可能である。さらに、上部加熱エレメント１３および下部加熱エレメント１４、１５にはまた、別々に電力が供給される。
【００４９】
当業者によって理解されるように、リアクタ１０は、流量制御装置、およびコンピュータ（図示せず）を含んでおり、このコンピュータは、ＰＩＤコントローラ９０を制御するプログラムを格納する中央処理装置および記憶装置を有する。したがって、ここに説明した、所定のプロセス「レシピ」用のゲートバルブの開閉、ロボットによるウェハの搬送、昇温、ガス流のシーケンスが、コンピュータ内へプログラムされる。
【００５０】
エクスサイチューウェハ洗浄
上記の「背景」セクションに記載したように、基板表面の純度は、その上に堆積した層の品質に、特にエピタキシャル成長した層について、非常に影響する場合がある。半導体基板汚染の一般的原因は、自然酸化物であり、この自然酸化物は、当然ながら、大気にさらされると露出されたシリコン表面に自然に形成される。ウェハ供給業者から受け取る時に、炭素汚染物質もまた、半導体ウェハの表面に見つかることが多い。
【００５１】
供給業者から製作設備までウェハを搬送し、設備内の処理装置またはツールの間においてウェハを搬送する際における、そのような露出および汚染は避けられない。例えば、別々の供給業者が鏡面シリコンウェハを提供することが典型的である。さらに別の供給業者が、ウェハを入手し、エピタキシャル層を施し、製作設備へこれらのウェハを供給することが多い。エピタキシャル層および後の製作ステップが同じ設備で行なわれる場合でさえ、ウェハは、設備の、異なる区域のプロセスステップ間において、大気中の汚染物質およびプラスチックハンドリング設備に露出されることが多い。
【００５２】
したがって、図４に関して、ウェハは、ＣＶＤリアクタ内に搬入する前にエクスサイチュー槽内で洗浄することが最も好ましい。いくつかの構成では、図４の洗浄プロセスの一部またはすべてを、ＣＶＤリアクタを有する一般的な搬送チャンバのまわりに集められたプロセスツール上で行うことができる。図４のプロセスでは、「安定した、酸化物のないシリコン表面処理」というタイトルで２００１年３月２６日に出願され同時係属中であり、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願第０９／８１７，７７０号明細書の、特に最適化された洗浄プロセスを用いることが最も好ましく、その開示は、参照によりここに組み込まれる。下記の状態は、’７７０出願の好ましい実施形態から得られる。しかしながら、当業者は、本開示の低温ベークステップもまた、他の洗浄プロセスに続いて使用可能であることを理解するだろう。
【００５３】
最初に、堆積が行われるシリコン含有表面（例えば、ベアシリコンウェハ、またはＳｉＧｅベースが上に形成されるウェハ）を有する基板に、水酸化アンモニム／過酸化水素混合物（ＡＰＭ）による洗浄１００が行われる。好ましい実施形態の水酸化アンモニウム／過酸化水素洗浄１００では、３０％の過酸化水素を８００ｍＬから１，０００ｍＬと、２９％の水酸化アンモニウムを３００ｍＬから６００ｍＬと、１１ガロン（４１Ｌ）の水とからなる溶液を使用する。したがって、槽の全濃度は、好ましくは０．５０から０．８０容積％の水酸化アンモニウム、さらに好ましくは０．５８から０．７３容積％の水酸化アンモニウムである。槽の全濃度は、好ましくは約０．１０％から０．５０％の過酸化水素であり、さらに好ましくは約０．２１％から０．４２％の過酸化水素である。溶液は、好ましくは約２０℃から５０℃の温度に、さらに好ましくは３０℃から４０℃の温度に維持される。好ましい実施形態では、ウェハは、約５分から１５分の間溶液内に維持される。説明済みの図４のステップ１００のＡＰＭ溶液は、ＲＣＡ洗浄プロセスのＳＣ−１溶液に類似したものにできる。
【００５４】
ＡＰＭ洗浄ステップ１００では、化学酸化物を成長させるプロセスにおいてシリコンウェハからパーティクル、表面の欠陥、I族、II族の金属を取り除く。ＡＰＭ洗浄は、開放槽型エッチング槽または他の適切な槽内において行うことができる。開放槽型エッチング槽は、市販品を入手可能である。エム  アンド  エー再循環型エッチング槽が、アリゾナ州フィーニックスのマークス  アンド  アソシエーツから市販品を入手可能であって、ＡＰＭ洗浄ステップ１００において使用するのに適切である、典型的な開放槽型エッチング槽である。他の開放槽型エッチング槽が、ＡＰＭ洗浄ステップ１００に適する。さらには、ＡＰＭ洗浄ステップ１００は、開放槽型エッチング槽に限定されない。
【００５５】
図４に示すように、希フッ酸（ｄＨＦ）エッチングステップ１１０が、ＡＰＭ洗浄ステップ１００の後に行なわれる。酸化物層が、ＡＰＭ洗浄ステップ１００の後シリコンウェハの表面に存在する。希フッ酸エッチングステップ１１０では、シリコンウェハから酸化物層を取り除く。
【００５６】
希フッ酸エッチングステップ１１０用の希フッ酸は、好ましくは約０．５から１．０重量％（wt%）の濃度のフッ化水素、さらに好ましくは０．５wt％の濃度のＨＦを有する。エッチングステップ１１０用に希フッ酸を使用することによって、シリコンウェハの表面上の汚染が最小限になる。希フッ酸は、シリコンウェハの表面のパーティクルを最小限にし水素終端を増やすように、好ましくは約３５℃から６０℃の温度に加熱され、さらに好ましくは約５０℃に加熱される。希フッ酸を加熱してエッチングすることによって、シリコンウェハの全表面における均等な酸化物エッチング速度が得られる。シリコンウェハが希フッ酸エッチングにさらされる時間は、好ましくは約２０秒と２分との間、さらに好ましくは約４０秒と６０秒との間、最も好ましくは約６０秒である。典型的な処置では、シリコンウェハは、約６０秒間、約５０℃の温度で、約０．５ｗｔ％のフッ化水素濃度の希フッ酸でエッチングされる。
【００５７】
当業者は、他の構成ではＨＦ蒸気も使用可能であることを理解するだろうが、基板は、液体または湿式ＨＦ槽に浸されることが好ましい。エッチング槽内において希フッ酸を形成するために使用される超純水は、金属レベルが低いことを示す、高抵抗率を有する。エッチング槽内において希フッ酸を形成するために使用する水は、２５℃の温度で、約１５メガオームセンチメートル（ＭΩ−ｃｍ）より高い抵抗率を有し、最も好ましくは少なくとも約１８ＭΩ−ｃｍの抵抗率を有する。全有機炭素（ＴＯＣ）および溶解したシリカもまた、１０ｐｐｂ（十億分率）未満のレベルに最小限にされることが好ましい。
【００５８】
エッチング槽内において希フッ酸を形成するために使用されるフッ酸は、好ましくはパーティクルおよび溶解金属レベルが低いギガビット級の（ＰＰＴオーダの不純物の）フッ酸であり、アリゾナ州テンプのアラメダ  ケミカル、（４８０）７８５−４６８５から品番１０７１０１号の４９％溶液の市販品を入手可能である。
【００５９】
好ましい実施形態では、高純度窒素パージカーテンが、希フッ酸エッチングステップ１１０および後のインサイチューリンスステップ１２０中に、気体／液体界面で使用される。高純度窒素は、フィルタを通って濾過され、使用ポイントで０．００３μｍより大きなパーティクルが除去される。窒素がシリコンウェハと接触する前に、窒素をイオン化することによって、パーティクルが最小限になる。イオン化装置が、例えば、ヴェルテックのＳＲＤ（登録商標）システムの一部分である。高純度窒素は、シリコンウェハ上のパーティクルを中性にし表面終端を安定させる。
【００６０】
シリコンウェハがステップ１１０において希フッ酸でエッチングされた後、シリコンウェハに、超純水でエッチング槽内においてインサイチューリンスを行い、図４のインサイチューリンスステップ１２０において、エッチングされたシリコン表面の水素の不動態化が最大限になる。インサイチューリンスステップ１２０に使用される超純水は、エッチング槽内において希フッ酸を形成するように使用されて安定した水素終端およびパーティクルの中性を維持する超純水と同じ純度を有することが望ましい。エッチングされたシリコンウェハは、好ましくは前のエッチングステップによる全ＨＦ酸およびパーティクルを取り除くのに十分な時間超純水でリンスされ、その時間は、当然ながらエッチング槽の容積により異なる。
【００６１】
エッチング槽内においてその場でシリコンウェハをリンスすることによって、汚染量が最小限になる。さらに、インサイチューリンスステップ１２０によって、リンス槽内へウェハを搬送するステップが排除される。シリコンウェハの汚染は、リンス槽への搬送中に生じる可能性がある。ここで示した実施形態では、インサイチューリンスステップ１２０は、ほぼ室温（２０℃から２５℃または約２３℃であるのが典型的）で行われる。インサイチューリンスは、滝流し式リンスであることが好ましい。典型的なインサイチューリンスステップ１２０は、約１５分間室温で超純水によりエッチング槽内において行うインサイチューリンスを含む。
【００６２】
シリコンウェハを、超純水でリンスした後、図４のスピン乾燥ステップ１３０において乾燥させる。様々なスピン乾燥装置は乾燥ステップ１３０に適しているが、ヴェルテック１８００が、典型的なスピン／リンス乾燥機であり、カリフォルニア州サンタナのヴェルテック  インコーポレイテッドから市販品を入手可能である。シリコンウェハは、インサイチューリンスステップ１２０でリンスした後にスピン／リンス乾燥機に搬送される。回転のみの乾燥ステップ１３０では、高温でイオン化した窒素を乾燥機内へ約１５ｓｌｍと２５ｓｌｍとの間の速度で流しながら、シリコンウェハをスピン乾燥させる。高温の窒素ガスは、好ましくは６０℃から８０℃の温度で、さらに好ましくは６０℃から８０℃の温度で、最も好ましくは約７０℃の温度である。機械のリンスサイクルを使用せずに、乾燥サイクルのみを、好ましくは４００ｒｐｍから６００ｒｐｍで行う。窒素流は、フィルタを通過し、このフィルタは、０．００３μｍより大きなパーティクルを乾燥機に入る前に除去する。回転のみによる乾燥ステップ１３０は、ベアシリコンウェハについては典型的には約２４０秒、パターン形成済みウェハについては約４８０秒で、シリコンウェハが乾燥するまで、行う。回転のみによる乾燥ステップ１３０は、シリコンウェハ上のパーティクルを中性にし表面終端を安定させる。
【００６３】
典型的な回転のみによる乾燥ステップ１３０は、ヒータをつけ帯電防止オプション（イオン化）を選んで、ベアシリコンウェハについては５００ｒｐｍで２４０秒間、またはパターン形成済みのシリコンウェハについては４８０秒間行う。
【００６４】
有利には、約２０分以内で酸化が生じることになる従来の洗浄プロセスとは対照的に、ここに説明するプロセスによって、微粒子数が少数になり、何日間もクリーンルームの状態下に水素終端を安定に維持することができる。しかしながら、従来の洗浄は、後述のプロセスに関連して用いることができる。この場合、図５のプロセスを開始する直前に、そのような洗浄または少なくともＨＦ終端処理を行うことが好ましい。
【００６５】
低温ベーク、堆積およびチャンバ洗浄
ここで図５を参照すると、図４のプロセスは、ステップ２００として示され、好ましいＣＶＤチャンバ内へのウェハ搬入２２０の前に行われる。
【００６６】
シリコンソースガスからの残留物が、通常は、堆積後に反応チャンバ１２（図１）の表面に残る。過去においては、そのような残留物は、堆積の合間に簡易なＨＣｌ蒸気エッチングステップで除去されてきた。洗浄を頻繁に行わなければ、残留物は、通常の操作用の放射熱が通るはずの石英リアクタの壁を曇らせかねない。しかしながら、エッチングステップの前に酸化ステップに残留物をさらすことによって、残留物が硬化しやすく、より有害かまたはコストのかかる洗浄ステップが必要となる。コーティングを施した表面をエクスサイチュー酸洗浄することには、例えば、プロセスチャンバを取り外す際に相当なコストが必要となり、また言うまでもなくリアクタの構成部品をエクスサイチュー洗浄している間にリアクタを休止させる時間のコストが必要となる。
【００６７】
チャンバにウェハがない間に、チャンバ壁および他の構成部品から付着物を除去するために、低温プラズマ洗浄プロセス２１０を用いることができる。洗浄プロセス２１０は、堆積サイクルごと（複数のウェハ同士の間）に行うか、あるいは数枚のウェハごとに行うことができる。好ましくは、洗浄プロセス２１０では、遠隔励起種ジェネレータ６０（図２）内において活性化されるハロゲン化物ソースガス（特にＮＦ3及び／またはＣＦ6）を使用する。好ましくは、洗浄プロセスは、約５５０℃未満で、さらに好ましくは約５００℃未満で、最も好ましくは４５０℃で行う。プラズマチャンバ洗浄２１０に続いて、反応物がチャンバからパージされ、ゲートバルブが開かれる。
【００６８】
以下の説明から理解されるように、ウェハの低温搬入２２０および低温ベークステップ２４０によって、チャンバ洗浄２１０中にプラズマエネルギーにより与えられる低温を十分に利用可能である。低温搬入プロセス２２０を行わなければ、次の低温ベーク２４０により促進され、種々の速度で、チャンバ温度をより高いベーク温度へ昇温する必要がある。
【００６９】
プラズマチャンバ洗浄２１０の後、ウェハのプロセスチャンバ内への搬入２２０を行い、ウェハ支持物またはサセプタ２０（図１）に載置する。好ましい実施形態では、ウェハ上の保護終端が脱着する温度より低温でウェハ加工の合間に、サセプタ２０を「空にする」。例えば、水素終端を残すＨＦ終端プロセスに続いて、５５０℃未満で、好ましくは約５００℃未満で、典型的な実施形態では約４５０℃でサセプタ２０を空にする。したがって、サセプタ２０は、ここで示した実施形態では搬入２２０中に、前のプラズマ洗浄２１０の温度に維持される。
【００７０】
有利には、低温搬入２２０では主に、チャンバゲートバルブが閉じられた後、基板の搬入中にゲートバルブから導入される大気中のどんな汚染物質も除去するチャンバパージ２３０が始まるまで、ウェハ表面上の水素終端が維持される。パージは、種々の適切なパージガスで行うことができるが、水素ガスで行うことが最も好ましい。望ましくは、入口４０から出口４２へ、かつ垂下するチューブ２６からウェハホルダ２０の下側へＨ2を流す（図１を参照）。典型的なＨ2の流量は、約２０から４５ｓｌｍの範囲内である。
【００７１】
この段階におけるウェハ温度が低いことよって、水素終端が実質的に減損する前にチャンバから空気及び水分が除去され、ウェハ表面の酸化が最小限となる。さらに、低温搬入２２０によって、ウェハの「そり」が少なくなることによりウェハ、ウェハハンドリング用ロボットエンドエフェクタ及びサセプタへの損傷が減少する。ウェハのそりは、比較的低温のウェハとはるかに高温のウェハ支持物とを急に接触させるという熱衝撃に起因する周知の現象である。さらに、低温プラズマ洗浄２１０と低温ベーク２４０（後述）とを組み合わせて、低温搬入することによって、ウェハのスループットが著しく改善され得る。
【００７２】
パージ２３０を行った後、低温ベーク２４０を行う。チャンバのパージ２３０を行うまで、保護終端を維持すると、相対的にほとんど汚染を除去する必要はなく、その結果、本ベークステップでは、従来のベークステップほど温度を高くしたり長く行う必要もなくなる。さらに、昇温時にチャンバには酸素および水分の大部分がなくなっているので、自然酸化物の問題を悪化させる恐れはなく、非常に急速な昇温を行うことができる。したがって、低温ベーク２４０には、好ましくは約４５秒未満の間、さらに好ましくは約３０秒未満の間、最も好ましくは約２０秒未満の間、ウェハの温度を急速に上昇させることを含む。２００ｍｍウェハを使用した典型的な実施形態では、次の堆積温度を安定させる前に約１５秒間のみ昇温を行う。当業者は、ここにおける開示を考慮して、ウェハサイズおよびランプ出力に合わせて昇温時間を調節可能であることを容易に理解するだろう。
【００７３】
この低温ベーク２４０は、表面における酸素および炭素汚染を非常に低いレベルにすると有利である。ＳＩＭＳ分析法を用いた実験は、シリコン表面と次に堆積された層との間の界面における酸素が１０18atoms／cm3未満であることを示す。これらの結果は、望ましくはベークプロセスにハロゲン化物エッチング種を加えずに、熱量の消費を非常に低くすることで（低温および短時間で）達成される。望ましい場合には、いくつかの構成において、低温ベークプロセス２４０にＨＣｌを加えると、金属不純物もまた除去可能である。
【００７４】
ここに示すように、低温ベーク２４０の次には、好ましくはその場で低温堆積２５０が行われ、この低温堆積２５０を以下にさらに詳述する。堆積２５０を説明するのに使用する「低温」は、従来のエピタキシャルシリコン堆積温度より下で行われるプロセスのことである。従って、ベークステップの後にさらにウェハを加熱する必要はなく、低下させる必要があるのが典型的である。
【００７５】
したがって、そのような条件下でスループットを最大限にするためには堆積２５０に望ましい温度に安定させる時間を最小限にするように、低温ベーク２４０を行う。したがって、急速な昇温は、下部ランプ１４（図１）に供給される電力に相関関係がある、バイアス電力を上部ランプ１３（図１を参照）に供給することにより行われる。例えば、典型的なベーク２４０では、上部ランプに供給される電力は、上部ランプ電力の、下部ランプ電力に対する「中間」アナログ比より、好ましくは約２５％よりも高く、さらに好ましくは約５０％よりも高く、ここで、「中間」とは、ウェハ１６およびサセプタ２０の温度を等しくするように最適化された比のことである。典型的なリアクタ１０における典型的なランプ用の中間を超える５０％のアナログ比では、上部ランプ１３は、フルパワーになっている。したがって、ウェハは、低温ベーク２４０中に急速加熱されるが、より大きく重いサセプタ２０は、それ程急速には高温にならず、したがって温度が低下し次いで堆積温度で安定するのにあまり時間を要さない。
【００７６】
実験では、中央熱電対２８（図１）が、上部ランプへの１５秒の電力スパイク中に約６８４℃のピーク温度にしか達しないことが分かった。中央熱電対２８は、かなり緩やかに作用しウェハから間隔をおいて配置されており、この急速なスパイク中に実際のウェハ温度に影響しない。実際のウェハピーク温度は、約７００℃と９００℃との間であり、好ましくは約７５０℃と８００℃との間である。しかしながら、ウェハの温度は、このピーク温度では安定せず、むしろ低温ベーク後に安定し、その間に、電力が上部ランプ１３（図１）へバイアスされ、ウェハ温度は、絶えず上昇し、温度コントローラは、ウェハを堆積温度に安定させるようにすぐ調節される。しかしながら、基板ホルダ２０は、好ましくは７５０℃未満に、好ましくは約７２５℃未満に、典型的な実施形態では約７００℃未満に到達する。
【００７７】
ここで示すように、堆積２５０は、標準のエピタキシャルシリコンプロセスよりも低く行う。好ましくは、ウェハ温度は、４５０℃と９５０℃との間、さらに好ましくは約５５０℃と８００℃との間、最も好ましくは６００℃と７００℃との間である。部分的にはベーク２４０を最大限低い温度で急速に行うことによって、温度は、昇温後１分未満で、好ましくはベーク２４０の後約４５秒未満で、所望の堆積温度に安定することが好ましい。典型的なプロセスでは、温度は、ベークステップ２４０を含めて、４５秒で６５０℃に安定する。対照的に、従来の９００℃から６５０℃のベーク温度から本システム用温度を低下させることに、通常は、ベーク時間を含めずに、約２分かかる。
【００７８】
清浄なシリコン表面への低温堆積２５０が、可能性のあるいくつかのプロセスの１つになり得る。例えば、選択エピタキシャルシリコン堆積は、約６５０℃と１０００℃との間で行う。このようなプロセスは、高くなったソース／ドレイン領域あるいは高くなったエミッタを必要とする回路設計に特に有用である。ＳｉＧｅ堆積は、約６２５℃と７２５℃との間で行うことが好ましい。同様の範囲内で、例えば約６５０℃で、ＳｉＧｅベースにエピタキシャルシリコン堆積を行うか、またはシリコン酸窒化物（ＳｉＯxＮy）を化学気相成長させることもできる。当業者は、このようなポストベーク低温堆積プロセスに適する前駆物質および条件を容易に理解するだろう。
【００７９】
堆積２５０に次いで、ゲートバルブを開きながらウェハ１６およびサセプタ２０の温度を休止温度へ下げることができ、ウェハ１６を取り除き、ゲートバルブを閉じて、プラズマチャンバ洗浄２１０を再開する。ＳｉＧｅベースをウェハ１６上に成長させた場合には、ウェハ１６がシリコンエミッタのエピタキシャル成長のために戻される前に、ここで、ウェハ１６をさらに処理可能である。あるいは、次いで、低温でサセプタ２０へ別のウェハの導入及び載置２２０を行い、本プロセスを繰り返す。
【００８０】
好ましい実施形態では、レシピをリアクタ１０のプロセッサに入力し、温度コントローラ（図示せず）は、加熱エレメントの電力の割り当てを決定する目標温度を目指すプログラムが組み込まれる。前の説明の一例として、低温ベークを行うための、以下の典型的なレシピを提供する。まず第１に、プラズマチャンバ洗浄を行う。第２に、ウェハ１６をプロセスチャンバ１２内へ搬入しウェハ支持物またはサセプタ２０上に載置し、それと同時に温度コントローラの設定を３５０℃にして水素を１０ｓｌｍでチャンバへ供給する。第３に、チャンバ１２を密閉し、水素ガスを２０ｓｌｍでプロセスチャンバへ供給し、温度コントローラを４５０℃に設定する。第４に、チャンバ１２を０．８気圧に減圧する。第５に、温度コントローラを、加熱エレメントに送られる最大出力に対応して１１００℃に設定し、ベークを１５秒間行う。温度コントローラは１１００℃に到達させようとしているが、チャンバの温度も基板も、実際には決してその温度に近づかず、概ね７００℃から９００℃の範囲内にとどまることに注意が重要である。第６に、温度コントローラを６８０℃に設定し、水素流を４５ｓｌｍに増加させ、圧力を１気圧に増加させ、バックフィルステップを行う。その後に、上述のように、堆積を行う。
【００８１】
エピタキシャル層およびヘテロ接合バイポーラトランジスタの形成に付随する問題
本技術において知られているように、エピタキシャル層は、真性またはドープトシリコン、シリコンゲルマニウム、あるいは他の半導体材料から形成可能である。最近、エピタキシャルシリコン−ゲルマニウムベースおよびエピタキシャルシリコンエミッタを有する集積素子の利点が、ますます明らかになってきた。特に、そのような材料は、高周波用途における使用に非常に望ましく、ヘテロ接合バイポーラトランジスタを作り出す際に特に重要である。
【００８２】
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴＳ）は、高周波トランジスタであって、この高周波トランジスタでは、エミッタは、エピタキシャルシリコンで形成可能であり、ベースは、エピタキシャルシリコン−ゲルマニウム合金から構成可能である。シリコン−ゲルマニウム合金（単にシリコン−ゲルマニウムと表現されることが多い）は、シリコンよりも禁止帯幅が狭い。一般的なバイポーラトランジスタは、垂直方向の高さが低くなると、ＳｉＧｅ  ＨＢＴの特性によって、ますます望ましくなる。
【００８３】
ヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース用にシリコン−ゲルマニウムを使用することによって、エミッタからベース内へのキャリアの注入効率が高くなり得る。したがって、シリコンーゲルマニウムベース内の不純物濃度が、従来のシリコンベース内における不純物濃度より一桁を超えて高い場合であっても、電流利得「ｇ」は、十分なレベルに到達する。シリコン−ゲルマニウムベースの場合、ベース内のドーピングレベルを十分高くしベース幅を狭くすることにより、高周波における高性能を実現可能である。さらには、遮断周波数が改善される（エミッタ−ベース拡散時間が短くなる）可能性があり、よって、シリコン−ゲルマニウムベース内のゲルマニウムのプロファイルに勾配をつけることにより、さらに高周波数特性が高まる。シリコン−ゲルマニウムバイポーラの相補的な金属−酸化膜−半導体（ＢｉＣＭＯＳ）の先進技術では、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ内においてシリコン−ゲルマニウムベースを使用する。（マルチＧＨｚのような）高周波領域では、ＧａＡｓとＩｎＰのような従来の化合物半導体が、現在、高速有線または無線通信市場を支配している。シリコン−ゲルマニウム（ＢｉＣＭＯＳ）は、電力増幅器のような素子内のＧａＡｓに匹敵する性能が約束されるだけではなく、ヘテロ接合バイポーラトランジスタと標準ＣＭＯＳとを集積化することによって、いわゆる「システムオンチップ」がもたらされ、実質的なコスト削減が約束される。
【００８４】
ＳｉＧｅベース層の１つの欠点は、ＳｉＧｅベース層に、欠陥のないエピタキシャルエミッタ層を形成することが非常に難しいということである。典型的には、チャンバ内においてメモリ作用によるプロセスの合間のどんな相互汚染も最小限にするためには、下のコレクタ層を形成するプロセスおよび上のエミッタ層を形成するプロセスとは異なるチャンバ内において、ＳｉＧｅベース層を形成する。これによって、ＳｉＧｅ層の上面に影響する酸化物および他の汚染物質が生じる機会があるのが、不利である。従来のプロセスの下では、高温ベークを行うと、ＳｉＧｅベース層の結晶構造が過度に緩くなる。当業者は、ＳｉＧｅ層に許容可能な熱量が、準安定層として形成されるかどうかにより異なることを理解するだろう。したがって、ＳｉＧｅベース層上にエピタキシャル堆積を得るためには、通常、ＳｉＧｅ層が形成された後に汚染を回避する注意を払う必要がある。ＳｉＧｅ上のエピタキシャル層は、完全なＨＢＴ構造体が妨げられずに成長する反応室内において製作されるが、これは、ほとんどの集積化スキームには実用的ではない。したがって、敏感なコレクタ−ベースまたはベース−エミッタの界面は、選択成長させたエピタキシャル−ベース、およびポリシリコンエミッタを使用する素子とは異なって、空気または他のプロセス環境には決してさらされない。先行技術を詳述するために、１９９７年１１月２０日付エレクトロニクス  レターの２０５０から２０５２頁の、グルールおよびマーナーによる「低相ノイズマイクロ波発振器に適用される低１／ｆノイズＳｉＧｅ  ＨＢＴ」を参照されたい。２００１年８月１日付のＩＥＥＥ  ＢＣＴＭ１．１の１９から２４頁の、グルールによる「ＳｉＧｅヘテロ接合バイポーラトランジスタを備えたシリコンにおける２００ＧＨｚについての考察」をさらに参照。
【００８５】
現在、ＳｉＧｅ  ＨＢＴを製作しようとする時に考える必要がある、４つの主な問題がある。第１に、エピタキシャル成長前における界面の清浄度。第２に、エピタキシャルエミッタの成長に必要な熱量および格子構造の保護。第３に、ベース内のゲルマニウムの濃度。第４に、ベースの厚さ。これらの各問題は、本発明の実施形態により扱われる。
【００８６】
エピタキシャル成長前における界面の清浄度
シリコンゲルマニウムベースをシリコン基板上に成長させた後、そのＳｉＧｅベース上にシリコン含有エミッタをエピタキシャル成長させることが望ましい。プロセス相互の汚染を回避するためには、１つの反応室内においてシリコン基板にシリコン−ゲルマニウムベースを堆積させることが望ましく、その後、その反応室からウェハを取り除き、シリコンエミッタを成長させる前にさらにウェハの処理を行うことができる。ベースの堆積とエミッタの堆積との間の期間中に、酸化物および炭素の汚染物質が、ＳｉＧｅベース表面に発生し、それによって、シリコンエミッタのエピタキシャル成長が妨げられる。シリコンゲルマニウムベース上の非常に小さな汚染さえ、エピタキシャルエミッタの形成を妨害する恐れがある。エピタキシャル成長させることとは別に、トランジスタゲート誘電体形成のような他のプロセスでは、薄膜形成前に清浄な表面が必要である。
【００８７】
熱量および格子構造
基板を適切に洗浄した後でさえ、基板に高品質のシリコン−ゲルマニウム薄膜を堆積し維持することは、なお大きな難題であった。ゲルマニウムがシリコンの格子定数よりも約４％大きい定数を有することは、周知である。シリコン−ゲルマニウムがシリコン基板上に成長すると、シリコン−ゲルマニウムには、シリコン−ゲルマニウム合金とシリコン基板との間の格子不整合により圧縮歪みが生じる。基板温度が上昇すると、合金薄膜内に転位が生じるのに適するエネルギーとなる不整合歪みエネルギーが、大きくなる。これらの転位は、素子の特性に、特にバイポーラ素子の特性に有害であり、漏れ電流を増加させかつ電圧を低下させてしまう。さらに、ベース層内の結晶転位は、エミッタ層中に広がり、エピタキシャルエミッタの形成を妨げる。この影響によって、シリコンゲルマニウムベース上におけるエピタキシャルエミッタの広範囲の受け入れが妨げられ、主として事実上エミッタが多結晶となった素子を製造業者が製造してしまうことになっていた。したがって、このような転位を最小限にする、シリコン−ゲルマニウムベース上にエピタキシャルエミッタを作り出す方法に対する必要が特にある。
【００８８】
ＨＦ終端処理でさえ、シリコン含有構造体上におけるエピタキシャルおよび他の堆積では、典型的には、いかなる自然酸化物も除去するプレ堆積ベークステップを用いる。このようなベークステップは、通常還元剤として水素を使用し、したがって「水素ベーク」ステップと呼ばれ、典型的には、長時間比較的高温で行われる。典型的なベーク条件は、７５０℃で約２０分間から、９００℃で約１分間までの範囲である。後の高温エピタキシャルプロセスに関連してベークには、さらに高い温度（１０００℃から１２００℃）を用いることが多い。しかしながら、このようなベークステップは、ベークステップ自体にまたは温度サイクルに時間を要するために、ウェハのスループットを減少させる。さらに、このような、長い時間がかかる高温ベークによって、シャロージャンクションを有する素子の熱消費量が許容不可能になり、その結果、半導体基板中のドーパントの移動が制御不可能となる。したがって、熱量の消費は、あらゆる意味合いでベークステップには不利であるが、特にＳｉＧｅベース層表面の洗浄には不利であり、このＳｉＧｅベース層表面は、上記のように、長時間高温にさらされると過度な緩みが生じてしまう。
【００８９】
ベークステップによる温度および熱負荷を低減するために、ベークプロセスにハロゲン化物ガスまたは他のエッチング蒸気及び／またはプラズマエネルギーを加えることが提案された。そのようなエッチング化学作用は、いくつかの回路設計には許容可能であるが、ウェハには有害となる可能性がある。
【００９０】
したがって、熱消費量を最小限にすると同時に、汚染物質のない環境において水素終端の除去を可能にし、それにより、ＳｉＧｅベース中における転移を妨げるプロセスに対する要請がある。
【００９１】
ゲルマニウム濃度
ＳｉＧｅベースを形成する際、ゲルマニウム濃度は、コレクタ−ベース界面からベース−エミッタ界面へ直線的に低くなる。典型的な構成では、この勾配の範囲内のゲルマニウム濃度は、コレクタ−ベース界面における２０％からベース−エミッタ界面における０％までの範囲である。ゲルマニウム濃度は、高くなると、エピタキシャル成長したＳｉＧｅ合金の格子構造への応力も増加することから、所定のＳｉＧｅ層が耐え得る熱量に反比例する。Ｇｅ含有量が多いほど、ＳｉＧｅ結晶構造が緩みやすくなる。電気的には、ベース中のゲルマニウム濃度を高くすることは望ましいが、そうすることによって、所定の素子用の熱量が減少する。同様に、所定の熱量に対して、一定のゲルマニウム濃度だけが素子内に存在し得る。したがって、熱消費量を最小限にすると同時に、ベース層中のゲルマニウム濃度の増加を可能にするプロセスに対する要請がある。
【００９２】
ＳｉＧｅベースの厚さ
典型的には、ＳｉＧｅベースの厚さは、２５０Åから６５０Åまでの範囲である。ゲルマニウムの厚さが増すと、エピタキシャル成長したＳｉＧｅ合金の格子構造に対する応力が増加することから、ゲルマニウムの厚さは、所定のＳｉＧｅ層が耐え得る熱量に反比例する。ＳｉＧｅ層が厚くなるほど、結晶構造は緩みやすくなる。同様に、所定の熱量に対して、一定のゲルマニウムの厚さのみが可能である。したがって、熱消費量を最小限にすると同時に、ベース層内のゲルマニウム厚さの増加を可能にするプロセスに対する要請がある。
【００９３】
エピタキシャル層およびヘテロ接合バイポーラトランジスタの好ましい形成方法
上記のように、エピタキシャルＳｉＧｅ合金の層を、清浄なシリコン表面に堆積させた後、ここに記述した、ＳｉＧｅベース上へのエピタキシャルシリコンエミッタ層を次に堆積させるプロセスが、提供される。図６に、本発明の好ましい実施形態に係る、エピタキシャルエミッタの形成プロセスを示すフローチャート全体を図示する。第１のステップ２６０では、最初に基板１６上にシリコン−ゲルマニウム合金のエピタキシャルベース層を形成する。図５に示したように、このベース層は、低温堆積２５０によって形成することが好ましい。通常の処理を通じて、この基板１６は、従来は、反応室１２内において、あるいは別の半導体加工装置（図示せず）から化学気相成長リアクタ１０内へ搬送されている時に、酸素にさらされている可能性がある。次に、基板１６の反応室１２内への移動２７０を行い、低温ベーク２８０を行う。低温ベークステップ２８０を既述のように行い、好ましくは熱量を消耗せずに、基板１６の表面から酸素および炭素汚染をほぼすべて効果的に取り除く。ここで示したように、低温ベーク２８０の次に、実質的に前述のように、好ましくは同じ場所で低温堆積を行う。このステップの間、エミッタのエピタキシャル成長２９０を行う。好ましくは、エミッタは、Ｓｉから形成するが、ＳｉＣからも形成可能である。
【００９４】
本発明の方法に係る、ＳｉＧｅベースの処理を行うことによって、ゲルマニウムの熱量は、消耗されない。これらのプロセスが低温であるという特徴によってもまた、ベース層中においてゲルマニウムの濃度を高くしかつ厚さを増すことができる。したがって、応力を受けたＳｉＧｅ層の結晶格子構造体は、緩まず、転位は、ベース層中に現われない。有利には、格段に清浄な面と相俟って、転位がないことによって、シリコンまたはシリコン−炭素エミッタ層が、結晶構造が緩まずにＳｉＧｅベース層上にエピタキシャル成長可能である。
【００９５】
好ましくは、シリコンゲルマニウム層の厚さは、少なくとも約２５０Åにすることができ、さらに好ましくは約６５０Åを超える厚さにすることができる。さらに、別個のチャンバは、ＳｉＧｅベース層および次のシリコン含有エミッタを堆積させるのに使用されるのが最も好ましい。そのように、メモリ作用およびその結果の汚染は、各堆積用の専用のプロセスチャンバを使用して回避可能である。同時に、チャンバ間の搬送による酸化物および他の汚染物質は、開示した低温ベークにより洗浄可能であり、歪んだＳｉＧｅ層が緩む危険がない。
【００９６】
ここに記述したプロセスによって、後の堆積に非常に清浄なシリコン表面をなお提供すると同時に、低温のおよび急速な水素ベークが可能になる。したがって、シャロージャンクションは、それらの完全性を維持可能である。有利には、ここで、ＳｉＧｅ  ＨＢＴ（ＢｉＣＭＯＳ）素子は、高い割合のスループットを維持しながら、作り出すことができる。さらに、同じ場所で行われる、説明した低温ベークと比較的低温の堆積とを組み合わせることによって、ウェハのスループットにおいて他の多数の改善を行い、操作の全体的なコストを低くすることができる。低温プラズマチャンバ洗浄は、上記のものと組み合わせて、スループットにさらに利点を提供し、また、最新式の半導体製造に望ましい純度をなお維持する。
【００９７】
本発明の範囲を逸脱せずに、様々な変形および変更を行なうことができることを、当業者は理解するだろう。添付の特許請求の範囲により限定されるように、同様の他の変形および変更は、本発明の範囲以内にあるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】典型的な枚葉式反応チャンバの概略断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態に係るガスソースを示す、ガス流の概略図である。
【図３】複数の温度センサおよび温度コントローラと関連付けられたウェハの概略平面図である。
【図４】プロセスチャンバ内への導入前にウェハを洗浄する好ましい方法の概略を示すフローチャートである。
【図５】好ましい実施形態に係るプロセスの概略を示すフローチャートである。
【図６】好ましい実施形態に係るエピタキシャルエミッタを形成するプロセスの概略を示すフローチャートである。
【図１】
2004533118.tif 000003
【図２】
2004533118.tif 000004
【図３】
2004533118.tif 000005
【図４】
2004533118.tif 000006
【図５】
2004533118.tif 000007
【図６】
2004533118.tif 000008
【国際公開パンフレット】
2004533118.tif 000009
2004533118.tif 000010
2004533118.tif 000011
2004533118.tif 000012
2004533118.tif 000013
2004533118.tif 000014
2004533118.tif 000015
2004533118.tif 000016
2004533118.tif 000017
2004533118.tif 000018
2004533118.tif 000019
2004533118.tif 000020
2004533118.tif 000021
2004533118.tif 000022
2004533118.tif 000023
2004533118.tif 000024
2004533118.tif 000025
2004533118.tif 000026
2004533118.tif 000027
2004533118.tif 000028
2004533118.tif 000029
2004533118.tif 000030
2004533118.tif 000031
2004533118.tif 000032
2004533118.tif 000033
2004533118.tif 000034
2004533118.tif 000035
2004533118.tif 000036
2004533118.tif 000037
2004533118.tif 000038
2004533118.tif 000039
2004533118.tif 000040
2004533118.tif 000041
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004533118.tif 000042
2004533118.tif 000043
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月16日(2003.6.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露出されて酸化しやすい半導体領域を有する半導体基板を処理する方法であって、
約５５０℃未満で化学気相成長反応室内のサセプタに基板を載置するステップと、
４５秒未満の間還元環境のベークに基板をさらすステップと、
ベーク後に基板の温度を安定させるステップと、
温度を安定させた後、前記半導体領域上に直接化学気相成長法によって層を堆積させるステップとを含む半導体基板処理方法。
【請求項２】
前記基板載置ステップは、サセプタを約５００℃未満に維持することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板載置ステップは、サセプタを約４５０℃未満に維持することを含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記基板ベークステップは、ハロゲン化物種がない状態で水素に基板をさらすことを含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記基板ベークステップは、約３０秒未満の間基板温度を上げることを含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記基板温度安定化ステップは、基板温度を上げた直後に基板温度を下げることを含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記基板温度安定化ステップは、基板温度を約５５０℃と８００℃との間の温度に下げることを含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記基板温度化ステップは、基板温度を約６００℃と７００℃との間の温度に下げることを含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記層堆積ステップは、選択エピタキシャルプロセスを含む請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記層堆積ステップは、集積素子用エピタキシャルエミッタを形成することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記層堆積ステップは、シリコンゲルマニウム合金上にエピタキシャルエミッタを堆積させることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記層堆積ステップは、シリコンを堆積させることを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記層堆積ステップは、炭化ケイ素を堆積させることを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板ベークステップは、約２０秒未満の間基板温度を上げることを含む請求項６に記載の方法。
【請求項１５】
前記基板ベークステップは、基板温度を７００℃より高い温度に上げることを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記基板ベークステップは、基板温度を約７００℃と９００℃との間の温度に上げることを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記基板ベークステップは、サセプタの温度上昇速度より大きな速度で基板の温度を上げることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板ベークステップは、基板を約７５０℃より高温にし、サセプタを７５０℃より高温にはしないことを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記基板ベークステップは、ランプの上部バンクと下部バンクとの間の中間電力比と比較してより高い電力比を前記ランプの上部バンクに供給することを含み、前記中間電力比は、基板温度をサセプタと同じ温度に維持するように最適化される請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
高い方の電力比は、中間比より２５％高い請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
還元環境は、水素を含む請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
サセプタへ基板を載置する前に５５０℃未満で反応室を洗浄することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記洗浄は、反応室をプラズマにさらすことを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記洗浄は、反応室をハロゲン化物含有プラズマにさらすことを含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記洗浄は、反応室をフッ素含有プラズマにさらすことを含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記洗浄は、サセプタを５００℃を超えない温度に維持することを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
半導体基板上における化学気相成長システムであって、
コールドウォール反応室と、反応室にプラズマ生成物を給送するために接続されたプラズマソースと、
反応室内に収容されたサセプタと、
反応室内外へ基板を搬送するように構成されたロボットと、
前記サセプタ上において基板を加熱するように形成された、複数の加熱エレメントと、
ロボット、加熱エレメント、および反応室が基板を保持していない時に５００℃未満の温度で反応室をプラズマ洗浄するプラズマソースを制御し、プラズマ洗浄を行った後に反応室内のサセプタに基板を載置し、基板への堆積を行うようにプログラムされたコンピュータと、を備えた化学気相成長システム。
【請求項２８】
前記コンピュータは、サセプタに基板を載置した後に基板温度を約５００℃未満から約５００℃を超える温度に上げるようにプログラムされている請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記コンピュータは、基板温度を上げている間に反応室内へ還元剤を流すために反応室に連結されたガスライン上の流体制御装置を制御するようにさらにプログラムされている請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記コンピュータは、基板の温度を上げた直後に化学気相成長方法に適する温度に基板温度を安定させるようにさらにプログラムされている請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
基板温度を安定させることは、基板温度が上昇し始める約３０秒未満以内で化学気相成長に適する温度へ基板の温度を下げることを含む請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
半導体基板上における化学気相成長システムであって、
反応室内にプラズマ生成物を給送するために連結されたプラズマソースと、
反応室内に収容されたサセプタと、
反応室内外へ水素が終端となった基板を搬送するように構成されたロボットと、
サセプタ上の基板を加熱するように構成された複数の加熱エレメントと、
第１に、ロボット、加熱エレメント、および水素が基板から脱着する温度より低い温度で反応室をプラズマ洗浄するプラズマソースの制御をし、第２にプラズマ洗浄を行った後に反応室内のサセプタへ基板を載置し、第３に基板上に化学気相成長するようにプログラムされたコンピュータと、を備える化学気相成長システム。
【請求項３３】
前記コンピュータは、基板をサセプタへ載置した後に基板の温度を、水素が基板から脱着する温度より低い温度から、水素が基板から脱着する温度へ上げるようにプログラムされている請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記コンピュータは、基板温度を上げている間に、反応室内へ還元剤を流すために反応室に連結されたガスライン上の流量制御装置を制御するようにさらにプログラムされている請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記コンピュータは、基板温度を上げた直後に、化学気相成長に適する温度に基板温度を安定させるようにさらにプログラムされている請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
基板温度の安定化は、基板の温度が上がり始める約３０秒未満以内に、化学気相成長に適する温度へ基板温度を下げることを含む請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
シリコン−ゲルマニウム層上にシリコン含有層をエピタキシャル成長させる方法であって、
第１の反応室内にかつ反応室内に収容されたサセプタの上に、シリコン−ゲルマニウム層を有するシリコン基板を挿入するステップと、
基板をベークするステップと、シリコン−ゲルマニウム層の上にシリコン含有層をエピタキシャル形成するステップとを含む、シリコン含有層のエピタキシャル成長法。
【請求項３８】
前記挿入ステップは、水素が脱着する温度より低い温度にサセプタを維持することを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記挿入ステップは、サセプタを約５００℃未満に維持することを含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記挿入ステップは、サセプタを約４５０℃未満に維持することを含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記基板ベークステップは、ハロゲン化物種がない状態で水素に基板をさらすことを含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記ベークの所要時間は、約３０秒未満を含む請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
基板をベークした直後に、基板温度を許容可能なエピタキシー温度へ低下させることをさらに含む請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
基板温度は、約５５０℃と８００℃との間の温度へ下げられる請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
基板温度は、約６００℃と７００℃との間の温度へ下げられる請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記シリコン含有層形成ステップは、選択エピタキシャルプロセスを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項４７】
前記エミッタ層形成ステップは、集積素子用の、高くなったエミッタを形成することを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項４８】
前記基板ベークステップは、約２０秒未満の間基板温度を上げることを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項４９】
前記基板ベークステップは、基板温度を７００℃より高くすることを含む請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記基板ベークステップは、基板温度を、約７００℃と９００℃との間の温度へ上昇させることを含む請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
前記基板ベークステップは、サセプタの昇温速度より高い昇温速度で基板温度を上昇させることを含む請求項３８に記載の方法。
【請求項５２】
前記基板ベークステップは、基板を約７５０℃より高い温度にし、サセプタを約７５０℃より高い温度にはしないことを含む請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記基板ベークステップは、ランプの上部バンクと下部バンクとの間の中間電力比と比較して高い電力比をランプの上部バンクへ供給することを含み、中間電力比は、サセプタと同じ温度に基板を維持するように最適化される請求項３７に記載の方法。
【請求項５４】
高い方の電力比は、中間比より２５％を超える高さである請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記サセプタ上に基板を載置する前に５５０℃未満の温度で反応室を洗浄することをさらに含む請求項３７に記載の方法。
【請求項５６】
前記洗浄は、反応室をハロゲン化物含有プラズマにさらすことを含む請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記洗浄は、反応室をフッ素含有プラズマにさらすことを含む請求項５５に記載の方法。
【請求項５８】
前記洗浄は、サセプタを約５００℃未満に維持することを含む請求項５５に記載の方法。
【請求項５９】
反応室内に、シリコンゲルマニウム半導体表面が露出した基板を載置するステップと、
４５秒未満の間、シリコンゲルマニウム半導体表面から酸化物を取り除くためにベークするステップと、
シリコンゲルマニウム半導体表面上に半導体層をエピタキシャル成長させるステップとを含む、半導体処理方法。
【請求項６０】
前記基板挿入ステップは、約５５０℃未満で基板ホルダに基板を載置することを含む請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記基板挿入ステップは、約５００℃未満で基板ホルダに基板を載置することを含む請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
露出した半導体表面は、単結晶シリコンゲルマニウム層を含む請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記エピタキシャル層成長ステップは、シリコンゲルマニウム層上にシリコン含有エミッタ層を成長させることを含む請求項６２に記載の方法。
【国際調査報告】
2004533118.tif 000044
2004533118.tif 000045
2004533118.tif 000046
2004533118.tif 000047
2004533118.tif 000048