(57)【要約】モノレイヤ種をまず堆積し、その後、その中に含まれるドーパント原子を基板内に拡散させる複数のドーピング領域を有する改良した原子層ドーピング装置を提供する。各ドーピング領域は、これに隣接しているドーピング領域から化学的に分離されている。ローディングアセンブリは、半導体基板をそれぞれ隣接しているドーピング領域の中へ及びそこから移動するための予め規定した搬送手順に従うようにプログラムされている。設けられたドーピング領域の個数に従って、複数の基板を同時に処理し、所望のドーピングプロファイルが得られるまでドーピング領域のサイクルを繰り返すことができる。
2004513525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板上にモノレイヤとして第１ドーパント種を堆積するための第１原子層ドーピング領域と、
前記第１基板の前記第１ドーパント種を拡散するための第２原子層ドーピング領域であって、前記第１及び第２原子層ドーピング領域が互いに化学的に分離されている当該第２原子層ドーピング領域と、
前記第１基板を前記第１ドーピング領域から前記第２ドーピング領域に移動させ、この移動により、前記第１ドーピング領域中での第１原子モノレイヤの堆積に続いてこの第１原子モノレイヤを前記第２ドーピング領域で拡散し得るようにするローディングアセンブリと
を具える原子層ドーピング装置。
【請求項２】
請求項１に記載の原子層ドーピング装置において、前記第１及び第２ドーピング領域が互いに隣接しており且つ化学的に分離されている原子層ドーピング装置。
【請求項３】
請求項２に記載の原子層ドーピング装置において、前記第１及び第２ドーピング領域が、ガスカーテンにより互いに化学的に分離されている原子層ドーピング装置。
【請求項４】
請求項３に記載の原子層ドーピング装置において、前記ガスカーテンが不活性ガスから形成されている原子層ドーピング装置。
【請求項５】
請求項２に記載の原子層ドーピング装置において、前記第１及び第２ドーピング領域が物理的障壁により互いに化学的に分離され、この物理的障壁は開閉自在の開口部を有し、この開口部を通して前記ローディングアセンブリが基板を移動させ得るようになっている原子層ドーピング装置。
【請求項６】
請求項１に記載の原子層ドーピング装置において、前記ローディングアセンブリが、さらに、前記基板を前記第２ドーピング領域から前記第１ドーピング領域に戻し得るようにできるようになっている原子層ドーピング装置。
【請求項７】
請求項１に記載の原子層ドーピング装置において、さらに、前記第１及び第２原子層ドーピング領域をそれぞれ複数具える原子層ドーピング装置。
【請求項８】
請求項７に記載の原子層ドーピング装置において、複数の前記第１原子層ドーピング領域及び前記複数の第２原子層ドーピング領域が第１及び第２原子層ドーピング領域の対でグループ化されており、これにより、少なくとも前記第１基板と第２基板とを、第１及び第２原子層ドーピング領域のそれぞれの対で同時に処理することができるようになっている原子層ドーピング装置。
【請求項９】
請求項８に記載の原子層ドーピング装置において、この原子層ドーピング装置が、さらに、第１及び第２原子層ドーピング領域の第３の対を有しており、前記第１及び第２基板を処理するのと同時にこの第３の対の前記第１及び第２原子層ドーピング領域において第３基板を処理するようになっている原子層ドーピング装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の原子層ドーピング装置において、前記ローディングアセンブリが複数の前記ドーピング領域の中心に配置されている原子層ドーピング装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の原子層ドーピング装置において、さらに、少なくとも１つの第３原子層ドーピング領域を具える原子層ドーピング装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の原子層ドーピング装置において、前記第１、第２及び第３原子層ドーピング領域が互いに隣接しており且つ化学的に分離されている原子層ドーピング装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の原子層ドーピング装置において、前記第１、第２及び第３原子層ドーピング領域がガスカーテンにより互いに化学的に分離されている原子層ドーピング装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の原子層ドーピング装置において、前記ガスカーテンが不活性ガスから形成されている原子層ドーピング装置。
【請求項１５】
請求項１１に記載の原子層ドーピング装置において、前記第１、第２及び第３ドーピング領域が物理的障壁により互いに化学的に分離され、この物理的障壁は開閉自在の開口部を有し、この開口部を通して前記ローディングアセンブリが基板を移動させ得るようにようになっている原子層ドーピング装置。
【請求項１６】
請求項１１に記載の原子層ドーピング装置において、前記ローディングアセンブリが、さらに、前記基板を、前記第１ドーピング領域、前記第２ドーピング領域及び前記第３ドーピング領域の間で順次移動させ得るようになっている原子層ドーピング装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の原子層ドーピング装置において、前記ローディングアセンブリが、さらに、他の基板を、前記第１ドーピング領域、前記第２ドーピング領域及び前記第３ドーピング領域の間で順次移動させ得るようになっている原子層ドーピング装置。
【請求項１８】
第１ドーピング領域及び第２ドーピング領域を具え、これら第１及び第２ドーピング領域が互いに化学的に分離されている原子層ドーピング装置の動作方法であって、
ウェーハを前記第１ドーピング領域に配置する工程と、
第１ドーパント種を前記第１ドーピング領域に導入し、この第１ドーパント種を前記ウェーハ上に第１原子モノレイヤとして堆積する工程と、
前記ウェーハを、前記第１ドーピング領域から前記第２ドーピング領域に移動させる工程と、
前記第２ドーピング領域内で、前記第１原子モノレイヤから前記ウェーハ内にドーパントを導入する工程と
を有する原子層ドーピング装置の動作方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の原子層ドーピング装置の動作方法において、前記ドーパントを前記ウェーハ内に導入する工程の後にこのウェーハをアニール処理する工程をさらに有する原子層ドーピング装置の動作方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の原子層ドーピング装置の動作方法において、前記ドーパントを前記ウェーハ内に導入する前記工程が、前記ドーパントを拡散する処理を含む原子層ドーピング装置の動作方法。
【請求項２１】
請求項１８に記載の原子層ドーピング装置の動作方法において、前記ドーパントを前記ウェーハ内に導入する前記工程が、このウェーハを非反応性のプラズマに接触させる処理を含む原子層ドーピング装置の動作方法。
【請求項２２】
請求項１８に記載の原子層ドーピング装置の動作方法において、前記ウェーハを、前記第１及び第２ドーピング領域間で往復移動させる工程をさらに有する原子層ドーピング装置の動作方法。
【請求項２３】
請求項１８に記載の原子層ドーピング装置の動作方法において、前記ウェーハを前記第１ドーピング領域に戻して、第２原子モノレイヤとして前記第１ドーパント種を堆積させる工程をさらに有する原子層ドーピング装置の動作方法。
【請求項２４】
請求項１８に記載の原子層ドーピング装置の動作方法において、前記第１及び第２ドーピング領域を互いに隣接させる原子層ドーピング装置の動作方法。
【請求項２５】
請求項１８に記載の原子層ドーピング装置の動作方法において、前記第１及び第２ドーピング領域間で少なくとも２つのウェーハを同時に処理し、これらドーピング領域の各々においてそれぞれドーパント種を堆積する工程をさらに有する原子層ドーピング装置の動作方法。
【請求項２６】
請求項１８に記載の原子層ドーピング装置の動作方法において、前記少なくとも２つのウェーハを前記第１及び第２ドーピング領域の間で順次移動する原子層ドーピング装置の動作方法。
【請求項２７】
第１ドーピング領域内で、ドーパント種の原子を含む第１原子モノレイヤ種をウェーハ上に堆積する工程と、
この基板を、前記第１ドーピング領域から、この第１ドーピング領域に対し化学的に分離されている第２ドーピング領域に移動させる工程と、
前記ドーパント種の前記原子を前記ウェーハ内に導入する工程と
を有する導電性原子層のドーピング方法。
【請求項２８】
請求項２７に記載の導電性原子層のドーピング方法において、前記第１モノレイヤ種を堆積する前記工程が、さらに、第１ドーパント種を前記第１ドーピング領域に導入する工程を有する導電性原子層のドーピング方法。
【請求項２９】
請求項２７に記載の導電性原子層のドーピング方法において、前記ドーパント種の前記原子をウェーハ内に導入する前記工程が、さらに、非反応性プラズマを前記第２ドーピング領域に導入し、この非反応性プラズマを前記第１原子モノレイヤ種に接触させる工程を有する導電性原子層のドーピング方法。
【請求項３０】
請求項２７に記載の導電性原子層のドーピング方法において、前記ドーパント種の前記原子を前記ウェーハ内に導入する前記工程が、さらに、前記原子が前記ウェーハの表面領域内に拡散するよう前記ウェーハを加熱する工程を有する導電性原子層のドーピング方法。
【請求項３１】
請求項２７に記載の導電性原子層のドーピング方法において、前記ウェーハをアニール処理する工程をさらに有する導電性原子層のドーピング方法。
【請求項３２】
請求項２７に記載の導電性原子層のドーピング方法において、前記ウェーハを、前記第１及び第２ドーピング領域間で往復移動させる工程を有する導電性原子層のドーピング方法。
【請求項３３】
請求項２７に記載の導電性原子層のドーピング方法において、第１及び第２ドーピング領域をそれぞれ複数設け、このドーピング方法はさらに、第１及び第２ドーピング領域のそれぞれの対において、それぞれのウェーハ上に前記第１モノレイヤ種を堆積し、これら第１モノレイヤ種から原子をそれぞれのウェーハに導入する工程を有し、それぞれの対の前記第１及び第２ドーピング領域が互いに隣接している原子層ドーピングの処理方法。
【請求項３４】
請求項３３に記載の導電性原子層のドーピング方法において、各ウェーハがそれぞれのドーピング領域中に存在しているこれら複数のウェーハを前記第１ドーピング領域から前記第２ドーピング領域に順次移動させる導電性原子層のドーピング方法。
【請求項３５】
複数のドーピング領域を有し、これらドーピング領域が互いに化学的に分離されている原子層ドーピング装置の動作方法であって、当該動作方法が、
複数のウェーハをそれぞれのドーピング領域に配置する工程と、
第１のドーパント種を前記複数のドーピング領域の幾つかに導入し、前記第１のドーパント種を前記複数のウェーハのうちの少なくとも１つに第１原子モノレイヤとして堆積する工程であって、この第１原子モノレイヤが前記第１のドーパント種のドーパント原子を含むようにする当該工程と、
前記複数のウェーハを、前記複数のドーピング領域の幾つかから他のドーピング領域に移動させる工程と、
前記他のドーピング領域に第２のガス種を導入し、この第２のガス種を前記複数のウェーハのうちの少なくとも１つに接触させ、前記ドーパント原子を前記複数のウェーハのうちの少なくとも１つに導入する工程と
を有する原子層ドーピング装置の動作方法。
【請求項３６】
請求項３５に記載の原子層ドーピング装置の動作方法において、前記複数のウェーハを、予め定めたパターンに従って前記複数のドーピング領域のうちの少なくとも２つを通して順次移動させる工程をさらに有する原子層ドーピング装置の動作方法。
【請求項３７】
請求項３５に記載の原子層ドーピング装置の動作方法において、前記第２のガス種を非反応性プラズマとする原子層ドーピング装置の動作方法。
【請求項３８】
請求項３５に記載の原子層ドーピング装置の動作方法において、前記複数のウェーハのうちの少なくとも１つにおいてアニール処理をさらに行う工程を有する原子層ドーピング装置の動作方法。
【請求項３９】
請求項３５に記載の原子層ドーピング装置の動作方法において、前記複数のウェーハを、全ての前記ドーピング領域を通して順次移動させる工程をさらに有する原子層ドーピング装置の動作方法。
【請求項４０】
請求項３５に記載の原子層ドーピング装置の動作方法において、前記複数のウェーハを、前記ドーピング領域のうちの予め定めたドーピング領域を通して順次移動させる工程をさらに有する原子層ドーピング装置の動作方法。
【請求項４１】
第１ドーピング領域内で、第１ドーパント種の原子を含む第１原子モノレイヤをウェーハ上に堆積する工程と、
前記ウェーハを、前記第１ドーピング領域から、当該第１ドーピング領域に対し化学的に分離されている第２ドーピング領域に移動させ、このウェーハ上に、第２ドーパント種の原子を含む第２モノレイヤを堆積する工程と、
前記ウェーハを、前記第２ドーピング領域から、前記第１及び第２ドーピング領域に対し化学的に分離されている第３ドーピング領域に移動させ、前記第１及び第２ドーパント種の前記原子を前記ウェーハ中に導入する工程と
を有する導電性原子層のドーピング方法。
【請求項４２】
請求項４１に記載の原子層のドーピング方法において、前記第１及び第２ドーパント種の前記原子を前記ウェーハ中に導入する前記工程が、さらに、非反応性プラズマを前記第３ドーピング領域に導入し、この非反応性プラズマを前記第１及び第２原子モノレイヤ種に接触させる工程を有する導電性原子層のドーピング方法。
【請求項４３】
請求項４１に記載の導電層原子層のドーピング方法において、前記第１及び第２ドーパント種の前記原子を前記ウェーハ中に導入する前記工程が、さらに、前記原子が前記ウェーハの表面領域中に拡散するよう当該ウェーハを加熱する工程を有する導電性原子層のドーピング方法。
【請求項４４】
請求項４１に記載の導電性原子層のドーピング方法において、前記ウェーハをアニール処理する工程をさらに有する導電性原子層のドーピング方法。
【請求項４５】
請求項４１に記載の導電性原子層のドーピング方法において、前記第１、第２及び第３ドーピング領域間で前記ウェーハを順次に往復移動させる工程さらに有する導電性原子層のドーピング処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、半導体集積回路の分野に関するものであり、特に、ウェーハをドーピングする改良した方法に関するものである。
【０００２】
発明の背景
半導体材料中にドーパント、即ち選択した不純物を導入することは、ドーピングとして一般的に知られており、当該技術分野では周知のものである。熱拡散及びイオン注入が、ドーパントを制御された量だけ半導体材料の選択領域中に導入するために現在用いられている２つの方法である。
【０００３】
熱拡散によるドーピングは２工程の処理である。予備堆積と称される第１の工程では、過剰なドーパントを含むガス流に半導体を低温で曝し表面領域をドーパントで飽和させるか、又は半導体表面上に被覆した固体のドーパント源から薄肉の表面層中にドーパントを拡散させる。この予備堆積工程の後にはドライブイン工程が行われ、このドライブイン工程中に、半導体が不活性雰囲気中で高温に加熱され、半導体の薄肉の表面層中のドーパントが半導体内部に拡散され、これにより予備堆積された堆積されたドーパント原子が所望のドーピングプロファイルとなるようにに再分布される。
【０００４】
イオン注入は熱拡散よりも好ましい。その理由は、イオン注入においては、注入するドーパントの数を制御し得る能力が高く、また、ドーピング処理の速度及び再現性に優れているためである。イオン注入処理は、イオン化した推進原子を用いるものであり、これら原子が表面領域を越えて貫通するのに充分なエネルギー（３〜５００ＫｅＶ）で半導体基板のような固体ターゲットに導入される。典型的なイオン注入装置では、例えば、ＢＦ３ 、ＰＦ３ 、ＳｂＦ３ 又はＡｓＨ３ のような気体のドーパント源が用いられ、このドーパント源が高電位で附勢されてドーパント原子を含むイオンプラズマを形成する。マグネットアナライザにより、所望のイオン種のみを選択して残りの種を取除いている。その後、所望のイオン種が加速管内に注入され、イオンは、ウェーハに向けられた際にウェーハに侵入するためのしきい値運動量を得るのに充分な高速度に加速される。
【０００５】
イオン注入には、例えば、シリコンの場合約１０１４〜１０２１原子／ｃｍ３ の正確なドーパント濃度を得る能力のような多くの利点があるが、このドーピング方法に関連する様々な問題がある。例えば、イオン注入の主たる欠点は、重粒子と関連するイオン衝撃により生ぜしめられ、半導体の電気的特性に悪影響を及ぼす照射損傷である。最も一般的な照射損傷は空格子点−格子間欠陥であり、これは、到来するドーパントイオンにより基板の原子を格子位置から叩き出し、新たに転移した原子が非格子位置に留まる場合に起こる。さらに、殆どのドーピング原子は、注入直後には電気的に活性ではない。この理由は、主として、ドーパント原子は、規則的な活性格子位置にならないためである。しかし、適切なアニール処理により、結晶格子を完全に回復でき、導入されたドーパント原子は拡散により電気的に活性な格子位置にもたらされる。
【０００６】
イオン注入の他の欠点は、ドープした半導体の電気的性質をも変化させる惧れのあるイオンチャネリングである。イオンチャネリングは、結晶ウェーハの主軸がイオンビームに接触し、イオンがチャネルを下方に移動し、計算された深さの１０倍の深さに到達すると生じる。従って、主軸のチャネル内に多量の余分なドーパント原子が集まる。イオンチャネリングは、遮断用の非晶質表面層を採用するか、又はドーパントイオンが結晶ウェーハに９０°以外の角度で入るようにウェーハの配向をずらしたりするといった幾つかの技術により最小限に抑えることができる。例えば、ウェーハの配向を主軸から３〜７°ずらすことにより、ドーパントイオンがチャネルに入るのを防止する。しかし、これらの方法により、高価なイオン注入装置の使用を増やすため、バッチ処理には極めて費用がかかるようになる惧れがある。
【０００７】
従来のドーピング方法のその他の欠点はオートドーピングにある。ドーパントを結晶ウェーハ中に導入して種々の接合を形成した後に、これらドーパントは、装置製造のためのその後の多くの処理工程を受ける。導入したドーパント原子の再分布を最小にするために、低温処理技術を使用する試みが行われているが、更なる処理の途中でドーパントは依然として再分布してしまう。例えば、ドーパントのこの再分布は、エピタキシャル薄膜をドープした領域の頂面上に成長させる場合に極めて著しいものとなる。その理由は、特に、エピタキシャル成長には高温度が必要とされるためである。高温度においては、エピタキシャル成長中に、ドーパントが、成長しているエピタキシャル薄膜中に拡散する。この現象がオートドーピングと称される。この現象は、薄膜の意図しないドーピングをドープした領域間に又は非拡散基板内にも生ぜしめる。このために、半導体の設計者は、横方向に拡散した領域が接触及び短絡することを防止するために互いに隣接する領域間に充分な空間を残しておかなければならない。
【０００８】
さらに、現在のドーピング装置は、複数のウェーハを同時に処理するバッチ処理を採用している。バッチ処理の固有の欠点は、バッチ処理間でウェーハを交差汚染（二次汚染）させることにあり、このことにより、さらに、処理の制御及び再現性を低下させ、最終的には、ドーピング処理による歩留まり、信頼性及び総生産性を低下させる。
【０００９】
従って、ドーパントの再分布を最小限に抑え、注入されるドーパント数を正確に制御し、商業的生産性を高め、且つ汎用性を向上させることのできる改良したドーピング装置が必要とされている。現在のバッチ処理技術により引き起こされる問題を解消する新規の改良したドーピング装置及び方法や、超小型電子回路における集積密度を向上するのに必要な層の厚さに関するドーピング処理の制御及び均一性を向上させる方法及び装置も必要とされている。
【００１０】
発明の概要
本発明は、ウェーハ処理のための改良された新規の原子層ドーピング装置及び方法を提供するものである。本発明は、複数のドーピング領域を具える装置を提供するものであり、この装置では、まず、ウェーハ上にドーパント種の個々のモノレイヤを原子層堆積（ＡＬＤ）により堆積し、次に、ドーパントを、例えば、熱反応によりウェーハ表面内にそれぞれ拡散する。この装置の各ドーピング領域は、例えば、不活性ガスのカーテンにより他のドーピング領域から化学的に分離されている。予め定めた移動手順に従ってウェーハを各ドーピング領域の内に及びその外に移動させて処理を行うように、ロボットがプログラミングされている。複数のドーピング領域が設けられているため、多数のウェーハをそれぞれのドーピング領域内で同時に処理することができるようになっており、各ドーピング領域では、１種のみのドーパントモノレイヤ種を堆積し、その後にドーパントをウェーハ内に拡散させるようになっている。各ウェーハは、所望のドーピング濃度及びプロファイルが得られるまで、ドーピング領域のこのサイクルを進むようにすることができる。
【００１１】
本発明によれば、商業的生産性を高く且つ汎用性を向上させてウェーハの原子層ドーピングを達成し得る。各ドーピング領域は、特定の１種のモノレイヤドーパント種に合わせた処理条件に予め設定することができるので、交差汚染も大幅に低減される。
本発明の上述した及びその他の特徴は、添付の図面に関連して本発明の実施例を説明する以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【００１２】
好適な実施例の詳細な説明
以下の詳細な説明では本発明の種々の実施例を参照している。これらの実施例は、当業者が本発明を実施することのできるよう充分詳細に記載してあり、本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施例を採用し、構造的及び電気的な変形を行い得ることを理解するべきである。
【００１３】
以下の説明で用いる「基板」の用語は、半導体に基づくいかなる構造体をも含むものである。このような構造体は、シリコン、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、シリコンオンサファイア（ＳＯＳ）、ドープした及びドープしていない半導体、半導体基部により支持されているシリコンのエピタキシャル層及びその他の半導体構造体を含むものと理解する必要がある。半導体は必ずしもシリコンを主成分とする必要はない。半導体は、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム又はガリウムヒ素とすることができる。以下の説明において基板を参照する際には、半導体基部内又はその上に領域又は接合を形成する処理工程を予め行っておくことができるものとする。
【００１４】
「ドーパント」の用語は、元素状態のドーパント原子のみでなく、他の微量元素を有するドーパント原子や、ドーパント原子の物理的及び化学的性質が維持される限りにおいて半導体技術分野において既知の他の元素と種々に組合わせたドーパント原子をも含むものである。以下の説明で用いる用語「ｐ型ドーパント」は、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ボロン（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）又はインジウム（Ｉｎ）のようないかなるｐ型の不純物イオンをも含むことができる。用語「ｎ型ドーパント」は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、硫黄（Ｓ）、スズ（Ｓｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）又はアンチモン（Ｓｂ）のようないかなるｎ型不純物イオンをも含むことができる。
【００１５】
本発明は、原子層ドーピング方法及び装置を提供するものである。以下にさらに詳細に説明するように、この装置には複数のドーピング領域が設けられており、これらドーピング領域において、それぞれのモノレイヤドーパント種がまず基板上に堆積され、その後、モノレイヤドーパント種のそれぞれに対応するドーパント原子が各基板中に拡散されるようになっている。それぞれのドーピング領域は、隣接するドーピング領域から化学的に分離されている。それぞれ隣接するドーピング領域内及びその外へウェーハを移動させるために予め定めた移動手順に従うようロボットがプログラミングされている。設けられたドーピング領域の数に応じて、多数の基板を同時に処理し、ウェーハ表面が所望のドーピング濃度となるまで別のドーピング領域のサイクルを続けることができる。
【００１６】
本発明は、原子層ドーピング処理のための簡単で新規なマルチチャンバ装置を提供するものである。本発明を、ドーパント種Ａｘの原子層堆積と、その後のドーパント原子のウェーハ内への拡散とにつき以下に説明するが、本発明は、任意の数のドーパント種を用いる原子層ドーピング技術であって、各ドーパント種をその専用の反応チャンバ内で堆積させる原子層ドーピング技術によって形成することのできるいかなるドープした材料の形成のためにも同様に用いることができるものと理解すべきである。
【００１７】
本発明のマルチチャンバ原子層ドーピング装置１００の線図的頂面図を図１に示す。本発明の代表的実施例によれば、ドーピング領域５０ａ、５２ａ、５４ａと、ドーピング領域５０ｂ、５２ｂ、５４ｂとを、ローディングアセンブリ（機構）６０、例えばロボットの周りに交互に配置する。これらドーピング領域は、基板を原子層ドーピング処理するためのいかなる領域にすることもできる。ドーピング領域を円筒型反応チャンバ５０ａ、５０ｂ、５２ａ、５２ｂ、５４ａ及び５４ｂとして形成し、隣接するチャンバを互いに化学的に分離することができる。
【００１８】
ウェーハの移動を容易にするとともに、ドーパント種Ａｘの１つのモノレイヤのみを１サイクルに当り堆積する必要があるとすると、反応チャンバを、５０ａ及び５０ｂ、５２ａ及び５２ｂ、５４ａ及び５４ｂの対で配置する。このような対の１つである５０ａ及び５０ｂを図２に示す。反応チャンバの対の一方、例えば５０ａが、ドーパント種Ａｘのモノレイヤを堆積している間、反応チャンバの対の他方、例えば５０ｂは、その後の、ドーパント種Ａｘのドーパント原子のウェーハ内への拡散を円滑にしドーピング処理を完了させる。対の隣接する反応チャンバは、例えば、ガスカーテンにより互いに化学的に分離されており、このことにより、ドーパント種Ａｘのモノレイヤを、一方の領域、例えば５０ａ内に保持し、また、一方の反応チャンバ、例えば５０ａにおいて処理されたウェーハは、他方のチャンバ５０ｂへ又はその逆へロボット６０により容易に移動されるようにする。これと同時に、このロボットは、ウェーハをチャンバ５２ａとチャンバ５２ｂとの間で、且つチャンバ５４ａとチャンバ５４ｂとの間でも移動させることができる。
【００１９】
対になっている反応チャンバ５０ａ及び５０ｂ、５２ａ及び５２ｂ、５４ａ及び５４ｂをそれぞれ化学的に分離するために、これら対になっている反応チャンバには、例えば５０ａ内のガス混合物がこれと対になっている隣接するチャンバ、例えば５０ｂに入るのを防止する化学的障壁として有効に作用するガスカーテンを有し、ウェーハが通過し得る壁部が設けられている。
【００２０】
特定のドーピング濃度及びプロファイルの双方又はいずれか一方を必要とする場合には、ウェーハの所望のドーピングプロファイル又は濃度の双方又はいずれか一方が得られるまで、ロボットにより、ウェーハを隣接するチャンバ、例えば５０ａ及び５０ｂ間で単に往復移動させればよいことに注意すべきである。
【００２１】
ドーパント種Ａｘのモノレイヤを用いて基板をドーピングする２つの隣接するチャンバを示しているが、１つ以上の付加的なチャンバ、例えば、５０ｃ、５２ｃ、５４ｃを用いて、Ｂｙのようなドーパント種による付加的なモノレイヤを堆積することもできることに注目すべきである。この場合、例えば、これら付加的なチャンバは、ドーピング種Ａｘを堆積するためのチャンバを化学的に分離したのと同じようにして、Ａｘモノレイヤを堆積するチャンバから化学的に分離する。
【００２２】
図１のローディングアセンブリ６０は、ウェーハ供給機構と一緒に昇降機構を有することができる。当該技術分野において周知の通り、この供給機構には、さらに、緊締部と旋回アームとを設けることができ、これにより、ウェーハ５５をロボットにより操作して、以下に詳細に記載する原子層ドーピング処理の要求に従って位置合わせすることができる。
【００２３】
さらに、図１を参照するに、ウェーハ５５上への原子層ドーピングの処理サイクルは、第１ウェーハ５５をローディングアセンブリ６０から反応チャンバ５０ａに矢印Ａ１ の方向で選択的に移動させることにより始まる（図１）。同様に、ローディングアセンブリ６０により、第２ウェーハ５５′を反応チャンバ５２ａに矢印Ａ２ の方向で選択的に移動させることができる。さらに、ローディングアセンブリ６０により、第３ウェーハ５５″を反応チャンバ５４ａに矢印Ａ３ の方向で選択的に移動させることもできる。この時点で、チャンバ５０ａ、５２ａ及び５４ａのそれぞれは、例えばＡｘとするドーパント種のモノレイヤを原子層堆積する準備ができたことになる。
【００２４】
図２に、図１の装置１００のライン２−２上を断面とした断面図を示す。簡略化のために、図２には隣接する反応チャンバ５０ａ及び５０ｂの断面図のみを示す。ウェーハ５５上に原子モノレイヤを堆積するために、ウェーハ５５を、石英又はアルミニウムの容器１２０とすることのできる反応チャンバ５０ａの内側に配置する。ウェーハ５５は、ローディングアセンブリ６０（図１）によりサセプタ１４０ａ上に配置される。このサセプタ１４０ａは、ヒータアセンブリ１５０ａ上にある。反応チャンバ５０ａの上側壁部には、ドーパントガス供給入口１６０ａが装着されており、このドーパントガス供給入口１６０ａは、さらに、第１ドーパントガス前駆物質Ａｘのためのドーパントガス供給源１６２ａに連結されている。ドーパントガス供給入口１６０ａの反対側の壁部には、排気システム１８２ａに連結した排気出口１８０ａが配置されている。
【００２５】
ウェーハ５５が、ローディングアセンブリ６０によりサセプタ１４０ａ（図２）の頂部に配置され、その後、第１ドーパントガス前駆物質Ａｘが、ドーパントガス供給入口１６０ａを通して反応チャンバ５０ａ内に供給される。この第１ドーパントガス前駆物質Ａｘは、原子層堆積機構により、ウェーハ５５上に垂直に供給され、ウェーハ５５の頂部と反応して第１ドーパント種Ａｘの第１モノレイヤ２１０ａを形成する。好ましい、気体のドーパント源は、アルシン（ＡｓＨ３ ）及びジボラン（Ｂ２ Ｈ６ ）のようなドーパント原子の水和形態のものである。これらガスは、ドーパントガス入口１６０ａ（図２）のようなドーパントガス入口に直接連結されたドーパントガス供給源１６２ａ（図２）のような加圧容器内で種々の希釈度で混合される。気体ドーパント源は、圧力調整装置により正確に制御されるという利点があり、大きなウェーハに堆積するのに好ましい。
【００２６】
或いは又、所望の元素の塩化化合物又は臭化化合物のような液体のドーパント源を用いることができる。液体のドーパント源を用いる場合には、例えば、三臭化ホウ素（ＢＢｒ３ ）のようなホウ素の液体ドーパント源又は、例えば、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３ ）のようなリンの液体ドーパント源を、温度制御されるフラスコ内に保持し、このフラスコで、加熱した液体に窒素（Ｎ２ ）のような不活性ガスを通して泡立たせ、この不活性ガスをドーパント原子により飽和させることができる。この不活性ガスは、ガス管を通してドーパントの蒸気を搬送し、ドーパント原子の層流を形成する。また、このガス管内で元素の形態のドーパントを形成するためには反応ガスも必要となる。例えば、ＢＢｒ３（三臭化ホウ素） の場合、反応ガスは酸素であり、これにより、三酸化ホウ素（Ｂ２ Ｏ３ ）が形成され、これが、ウェーハの表面に三酸化ホウ素のモノレイヤとして堆積される。
【００２７】
いずれにしても、第１ドーパント種Ａｘのモノレイヤをウェーハ５５の表面に堆積した後も、ウェーハ５５についての処理サイクルは継続され、ウェーハ５５が、反応チャンバ５０ａから図１にも示されているように矢印Ｂ１ の方向で反応チャンバ５０ｂに移動される。第１ドーパント種Ａｘの第１モノレイヤ２１０ａを堆積した後に、ウェーハ５５は、ローディング組立体６０（図１）により図２の矢印Ｂ１ の方向で反応チャンバ５０ａからガスカーテン３００（図２）を経て反応チャンバ５０ｂまで移動される。ガスカーテン３００は、互いに隣接している堆積領域間を化学的に分離していることに注意することが重要である。
【００２８】
ローディングアセンブリ６０は、ウェーハ５５をガスカーテン３００を通して、反応チャンバ５０ｂ内に配置されているサセプタ１４０ｂ上に移動させる。この反応チャンバ５０ｂは、反応チャンバ５０ａと相違してドーパント源及びドーパント種を含んでいない。サセプタ１４０ｂの下にはヒータアセンブリ１５０ｂが配置されており、新たに堆積した第１ドーパント種Ａｘの第１モノレイヤ２１０ａからドーパント原子がウェーハ５５内へ拡散することを促進するようになっている。ヒータアセンブリ１５０ｂからの熱が、ドーパント原子をウェーハ５５内へ移動させ、ドーパント原子を第１モノレイヤ２１０ａからウェーハ５５内に一層深く再分布させ第１ドーパント種Ａｘによるドープ領域２１０ｂを形成する。この工程中、ドーパント原子の表面濃度が減少し、ドーパント原子の分布が連続するため、ウェーハ５５のドープ領域２１０ｂに正確で浅いドーピング分布が得られる。従って、ウェーハ５５のドープ領域２１０ｂの深さは、第一に、ドーパント種のモノレイヤについての原子層堆積の再現性と、第二に、ドーパント種のモノレイヤからウェーハ内へのドーパントの拡散の程度とにより制御される。
【００２９】
或いは又、非反応性ガスのプラズマを用いて、ドーパント原子を、ウェーハ５５のドープ領域２１０ｂ内に拡散させることができる。この実施例では、非反応性ガスのプラズマのための非反応性ガス供給源１６２ｂに連結された供給入口１６０ｂ（図２）が反応チャンバ５０ｂの上側壁部に装着されている。さらに、非反応性ガス供給入口１６０ｂの側とは反対側の壁部には、排気システム１８２ｂに連結されている排気出口１８０ｂが配置されている。
【００３０】
この場合、非反応性ガスＢｙが、非反応性ガス入口１６０ｂを通して反応チャンバ５０ｂに供給され、この非反応性ガスＢｙは、堆積された第１ドーパント種Ａｘの第１モノレイヤ２１０ａ上に垂直に流れる。このようにすることにより、非反応性ガスＢｙの粒子がドーパント原子を、第１ドーパント種Ａｘの第１モノレイヤ２１０ａからウェーハ５５内へ「叩き込み」、ウェーハ５５のドープ領域２１０ｂを形成する。
【００３１】
ウェーハ５５のドープ領域２１０ｂの形成に続いて、処理を継続し、ウェーハ５５を、反応チャンバ５０ｂからガスカーテン３００を通して反応チャンバ５０ａ内に移動させてドーピング処理を継続する。ウェーハ５５を、反応チャンバ５０ａと反応チャンバ５０ｂとの間で往復させることにより、上述した処理をサイクル毎に繰り返し、ドープ領域２１０ｂを所望のドーピングプロファイルとする。
【００３２】
ウェーハ５５が所望のドーピングプロファイルとなったら、いかなる結晶損傷をも回復させ且つドーパント原子を電気的に活性化させるために、原子層ドーピング処理工程においてアニール工程が必要となる。このようなアニール処理は、加熱工程により達成しうる。しかし好ましくは、アニール処理の温度は、ドーパントの横方向への拡散を防止するために拡散温度よりも低くする必要がある。図２を参照するに、このアニール工程は、例えば、ヒータアセンブリ１５０ｂからの熱を制御することにより反応チャンバ５０ｂ内で行うことができる。或いは又、処理条件及び処理すべきウェーハの個数に応じて、このアニール工程を隣接チャンバ、例えば反応チャンバ５２ａ内で行うこともできる。
【００３３】
本発明においては、ドーパント種Ａｘ及び場合に応じて他のものの堆積処理に化学的に分離した反応チャンバを採用することにより、異なるチャンバ内を、例えば、堆積温度又は拡散温度のような異なる処理条件にし得るという利点が得られる。このことは、前駆物質ガスの性質に応じて、ＡＬＤ（原子層堆積）処理の化学吸着条件及び反応条件には特定の温度条件があるために、重要なことである。従って、本発明の装置では、例えば、反応チャンバ５０ａは反応チャンバ５０ｂと異なる温度に設定させる。さらに、各反応チャンバは、化学吸着、反応性又はドーパントの条件を改善するために最適化することができる。
【００３４】
上述した原子層ドーピング装置の構成によれば、ドーピング処理の全体的な歩留まり及び生産性も改善される。その理由は、各チャンバが個別の基板を対処することができるため、所定の時間において同時に複数の基板に対処することができるためである。さらに、各反応チャンバが１種類のドーパント種のみを収容するようになっているため、あるウェーハと他のウェーハとの交差汚染が著しく低減される。さらに、本発明の装置の構成によれば、パージング処理及び反応チャンバの洗浄の時間が大幅に節約されるため、生産時間を減少させることができる。
【００３５】
上述したところでは、原子層ドーピング処理を、第１反応チャンバ５０ａ及び第２反応チャンバ５０ｂ内での第１基板５５のみを参照して説明したが、同様の処理工程が、第２ウェーハ５５′及び第３ウェーハ５５″について、それぞれの反応チャンバ内で同時に行われるものであることを理解すべきこと勿論である。従って、第２ウェーハ５５′及び第３ウェーハ５５″は、矢印Ａ２ 、Ｂ２ （反応チャンバ５２ａ、５２ｂに対応）の方向及び矢印Ａ３ 、Ｂ３ （反応チャンバ５４ａ、５４ｂに対応）の方向に移動される。また、原子層ドーピング処理を、第１反応チャンバ５０ａ及び第２反応チャンバ５０ｂに対して１つのみの第１基板５５を参照して前述したが、２つの第１基板を用いてこれら第１及び第２反応チャンバ５０ａ及び５０ｂが、一方の第１基板５５を処理している方向とは逆の方向で他方の第１基板５５を処理することもできることを理解する必要がある。例えば、一方の第１基板５５が矢印Ｂ１ （図２）の方向に移動する場合に、他方の第１基板を、矢印Ｂ１ とは逆の方向、即ち、第２反応チャンバ５０ｂから第１反応チャンバ５０ａに向かう方向に移動させることができる。
【００３６】
ウェーハ５５上を特定のドーピング濃度としたい場合には、反応チャンバ５０ｂ内で第１モノレイヤ２１０ａからドーパント原子を拡散させた後に、ウェーハ５５をローディングアセンブリ６０により反応チャンバ５０ａに戻し、次に第１ドーパント種Ａｘの第１モノレイヤ上に第１ドーパント種Ａｘの第２モノレイヤを堆積させる。さらに、ウェーハ５５を反応チャンバ５０ｂに移動させ、次に第１ドーパント種Ａｘの第２モノレイヤからドーパント原子を拡散させる。このサイクルを、ウェーハ５５の表面が所望のドーピング濃度になるまで継続する。つまり、ウェーハ５５を、反応チャンバ５０ａ及び５０ｂ間で往復移動させる。上述したように、これと同じ処理サイクルを、それぞれの反応チャンバ内で同時に処理される他の２つのウェーハ５５′及び５５″にも適用する。
【００３７】
本発明を反応チャンバを参照して説明したが、ウェーハ５５がドーパント源の流れを受けるよう配置されている限り、いかなる他の種類のドーパント領域をも採用することができる。ガスカーテン３００は、隣接しているあらゆる堆積領域に対して化学的な分離を行うものである。従って、図２及び図３に示すように、例えば、窒素、アルゴン又はヘリウムのような不活性ガス３６０を不活性ガス供給源３６２に連結した入口２６０を通して流して、ガスカーテン３００を２つの隣接している反応チャンバ５０ａ及び５０ｂ間に設け、これにより第１ドーパントガスＡｘ及び非反応性ガスＢｙが隣りの反応チャンバ内に流れ込まないようにする。さらに、不活性ガス入口２６０の側とは反対側の壁面には、排気出口３８２（図２）が配置されている。また、ガスカーテン３００により、２種のドーピングガスＡｘ、Ｂｙがそれぞれの反応チャンバ内に留められるようにするために、不活性ガス３６０の圧力をドーパントガスＡｘ及び非反応性ガスＢｙの圧力より高くする必要があることに注目しなければならない。
【００３８】
図３は、図１の装置１００の断面図を示し、この場合図２と同様に隣接する反応チャンバ５０ａ及び５０ｂを具えているが、不活性ガス３６０は、２種のドーピングガスＡｘ及びＢｙに対する排気出口１８０ａ及び１８０ｂをそれぞれ共用するようになっている。つまり、原子層ドーピング装置１００は、ガスカーテン３００の不活性ガス３６０を、図２に示すように独自の排気出口３８２を通じて排気するのではなく、２つの排気出口１８０ａ及び１８０ｂの双方又はいずれか一方を通じて排気し得るように構成することができる。
【００３９】
図４は、図２及び３において隣接するチャンバを分離しているガスカーテン３００の代わりに、開閉自在の開口部１７２を有する壁部１７０のような物理的な境界を用いたドーピング装置の他の例を示す。隣接している対のチャンバ５０ａ及び５０ｂ間の開口部１７２を開閉するためにドア１７４（図４）を用いることができる。このようにすると、ウェーハ５５を、開放された開口部１７２を通して、ロボット６０により隣接するチャンバ５０ａ及び５０ｂ間で移動させることができ、原子層ドーピング処理中には、ドア１７４により開口部１７２を閉鎖することができる。
【００４０】
本発明を、それぞれ対の反応チャンバ内でほぼ同時に処理される３つのみの半導体基板を参照して説明したが、本発明は、ｎ及びｍを整数としたときに、任意のｎ個のウェーハを対応するｍ個の反応チャンバ内で処理する場合を考慮していることを理解する必要がある。従って、図１に示した実施例では、ｎ＝３及びｍ＝６であり、ドーパント源としてＡｘを用い且つ拡散のための非反応性ガスとしてＢｙを用いる繰り返し２工程の原子層ドーピングのために、３つのウェーハを同時に処理し得る６つの反応チャンバを原子層ドーピング装置に設けている。また、ｎ＝２及びｍ＝６として、２つのウェーハを順次に反応チャンバに送り、反応チャンバ内で、例えば、第１ドーパント種Ａｘ及び第２ドーパント種Ｃｚの２種のドーパント種により順次にウェーハをドーピングする処理を行うと共に、非反応性ガスＢｙを用いてドーパント原子Ａｘ及びＣｚの拡散を促進するようにもできる。その他の組合せとすることもできる。従って、本発明を、図２を参照して、ウェーハ５５が反応チャンバ５０ａと反応チャンバ５０ｂとの間で往復搬送されることについて説明したが、２つよりも多いの反応チャンバを用いて２種類以上のモノレイヤ種Ａｘ、Ｃｚをドーピングする場合には、ウェーハ５５は、所望のドーピングプロファイルを得るために必要な手順で、全ての反応チャンバ間をローディングアセンブリ６０により移動されることを理解する必要がある。
【００４１】
また、本発明を、ウェーハ５５、５５′及び５５″がローディングアセンブリ６０によりそれぞれの反応チャンバ５０ａ及び５０ｂ（ウェーハ５５について）、反応チャンバ５２ａ及び５２ｂ（ウェーハ５５′について）並びに反応チャンバ５４ａ及び５４ｂ（ウェーハ５５″について）に選択的に移動される場合につき説明したが、上述したこれら３つのウェーハ又はこれよりも多いウェーハの各々を、装置１００の全ての反応チャンバにおいて順次搬送して処理するようにすることもできることを理解する必要がある。このように、各ウェーハを一方向のみに回転させ移動させることができる。このような構成を図５に示す。この構成によれば、複数のウェーハ５５への原子層堆積の処理サイクルは、例えば、各ウェーハ５５をローディングアセンブリ６０から反応チャンバ５０ａに矢印Ａ１ （図５）の方向で選択的に移動させ、その後、ウェーハ５５をさらに反応チャンバ５０ｂ、５２ａ、５２ｂ、５４ａ及び５４ｂへ順次移動させることにより開始される。ある反応チャンバ、例えば、反応チャンバ５０ａを最初のチャンバとして作用させ、他の反応チャンバ、例えば、反応チャンバ５４ｂを最終のチャンバとして作用させることができる。各ウェーハ５５は、各チャンバ内で同時に処理され、ローディングアセンブリ６０によりチャンバを通って順次に移動されて、このウェーハ５５が一方向で残りの全ての反応チャンバに移動されるまで処理サイクルは継続される。本実施例は、各チャンバ内にそれぞれのウェーハが存在する場合につき説明したが、本発明は、ｎ及びｍを整数とし且つｎ≦ｍとして、任意のｎ個のウェーハを対応するｍ個の反応チャンバ内で処理する場合を想定していることを理解する必要がある。従って、図５に示す実施例では、６つの反応チャンバを具えるＡＬＤ（原子層ドーピング）装置は、同時に６つまでのウェーハを処理することができる。
【００４２】
上述したところでは、本発明の特徴及び利点を達成する好ましい実施例を説明したものである。本発明は、これら説明した実施例に限定されるものではない。本発明の範囲から逸脱することなく、特定の処理条件及び構造体についての変形及び置換を行うことができる。従って、本発明は、前述の説明及び図面により限定されるものとして考えられるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による複数チャンバの原子層ドーピング装置の線図的頂面図である。
【図２】図２は、本発明の第一の実施例による２つの隣接するドーピング領域と１つのウェーハの移動手順とを示す、図１の原子層ドーピング装置のライン２−２上での部分断面図である。
【図３】図３は、本発明の第二の実施例による２つの隣接するドーピング領域を示す、図１の原子層ドーピング装置のライン２−２上での部分断面図である。
【図４】図４は、２つの隣接するドーピングチャンバ間を物理的な障壁とした、図１の原子層ドーピング装置の部分断面図である。
【図５】図５は、第２のウェーハ搬送手順を示す、本発明による複数チャンバの原子層ドーピング装置の線図的頂面図である。
【国際公開パンフレット】
2004513525.tif 000003
2004513525.tif 000004
2004513525.tif 000005
2004513525.tif 000006
2004513525.tif 000007
2004513525.tif 000008
2004513525.tif 000009
2004513525.tif 000010
2004513525.tif 000011
2004513525.tif 000012
2004513525.tif 000013
2004513525.tif 000014
2004513525.tif 000015
2004513525.tif 000016
2004513525.tif 000017
2004513525.tif 000018
2004513525.tif 000019
2004513525.tif 000020
2004513525.tif 000021
2004513525.tif 000022
2004513525.tif 000023
2004513525.tif 000024
2004513525.tif 000025
2004513525.tif 000026
2004513525.tif 000027
2004513525.tif 000028
2004513525.tif 000029
2004513525.tif 000030
2004513525.tif 000031
2004513525.tif 000032
2004513525.tif 000033
2004513525.tif 000034
2004513525.tif 000035
2004513525.tif 000036
2004513525.tif 000037
2004513525.tif 000038
2004513525.tif 000039
2004513525.tif 000040
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004513525.tif 000041
2004513525.tif 000042
【国際調査報告】
2004513525.tif 000043
2004513525.tif 000044
2004513525.tif 000045