JP2001168046A - シリコン膜表面仕上のための装置及び方法 - Google Patents

シリコン膜表面仕上のための装置及び方法

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chamber
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シルダークヴィスト アンナレナ
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Lance A Scudder
エー． スクーダー ランス
Norma B Riley
ビー． リレイ ノーマ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板上に形成されたシリコン表面をスムーシ
ングする方法。 【解決手段】 本発明によれば、シリコン表面を有して
いる基板がチャンバに配置され、１０００〜１３００℃
の温度に加熱される。基板を１０００〜１３００℃の温
度に加熱しつつ、シリコン表面をチャンバの中にＨ2及
びＨＣｌを備えるガス混合物に曝露し、シリコン表面を
スムーシングする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体処理の分野
に関し、特に、シリコン又はシリコンアロイの表面をス
ムーシングするための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】マイクロプロセッサやメモリ等の半導体
デバイスは、シリコン膜の堆積や除去を含む様々なステ
ップにより製造される。シリコンの堆積や除去ステップ
を行えば、他のプロセスステップと同様に、シリコン膜
の表面を粗くしてしまい、また汚染してしまう。粗くな
り汚染されたシリコン表面は一般に、境界面を劣等な品
質にしてしまい、これは、デバイス性能及び信頼性を低
下させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従って正確に、あらゆ
る表面汚染物質をなくしてスムーズなシリコン表面仕上
げを提供するためには、確実に且つ均一にシリコン表面
を処理することができることが望ましいだろう。また、
次にシリコン膜を堆積するために用いられるチャンバと
同じチャンバ内でシリコン表面を処理することができれ
ば望ましいだろう。この方法だと、表面汚染物質を除去
しシリコン表面をスムーシングした後、処理済みの表面
を酸化環境や汚染環境に曝露することなく、汚されてい
ないスムーズなシリコン表面の上に直接シリコン膜を堆
積することができるようになる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】シリコン表面を処理する
方法である。本発明に従えば、シリコン表面又はシリコ
ンアロイ表面を有する基板がチャンバ内に配置され、１
０００〜１３００℃のの温度に加熱される。基板を１０
００〜１３００℃の温度に加熱しつつ、チャンバ内でシ
リコン表面をＨ2とＨＣｌを備える水素含有ガス混合物
に曝露して、シリコン表面を処理する。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明では、シリコン表面を処理
又は仕上げるための方法及び装置を説明する。以下の記
載では、本発明の正しい理解を提供するため、多数の特
定の詳細が示される。当業者は、本発明を行うためにこ
れらの特定の詳細までは必要でないことを理解するだろ
う。他の例では、本発明を不必要に不明瞭にしないよ
う、既知の装置の機能やプロセスは詳細に示さなかっ
た。
【０００６】本発明は、表面をスムーシングしまたそこ
にある汚染物質を除去することにより、シリコン又はシ
リコンアロイを仕上げ又は処理するための方法及び装置
である。本発明によれば、シリコン表面を有する基板を
堆積チャンバ内に配置し、１０００〜１３００℃の温度
に加熱する。基板を加熱しつつ、シリコン表面を、水素
（Ｈ2）及び塩化水素（ＨＣｌ）を備えるガス混合物に
曝露する。表面処理中に比較的高い温度を用いることに
より、シリコンモビリティを増大させ、膜中の高い区域
ないし山にあるシリコンを低い区域ないし谷間に移動さ
せるに十分である。シリコンの移動（マイグレーショ
ン）と同時に、ガス混合物は、シリコン表面の頂部を除
去するため、シリコン表面がスムージングされ、そこに
ある汚染物質が除去されるようになる。本発明は、６ｎ
ｍＲＭＳ以上の表面粗さを有するシリコン又はシリコン
アロイの表面を、スムージングにより０．１ｎｍＲＭＳ
未満の表面粗さとすることができる。本発明の具体例で
は、シリコン表面はシリコン堆積チャンバ内で処理され
るので、シリコン表面が十分にスムージングされた後、
付加的にシリコンを追加して、任意の所望の厚さのシリ
コン層を提供することができる。本発明の具体例では、
シリコン処理プロセスは、シリコンオンインシュレータ
ー（ＳＯＩ）基板を形成するために用いられるＨ2クリ
ーブプロセスに統合される。
【０００７】図１は、本発明に従ってシリコン又はシリ
コンアロイ表面を仕上げ又は処理する方法を表すフロー
チャート１００である。図２Ａは、本発明の方法を実行
することができる熱処理装置２１０を例示する。このよ
うな装置の一例としては、EPI Centuraとして知られる
アプライドマテリアルズ社の枚葉式大気圧EPIツールを
挙げることができる。
【０００８】シリコン又はシリコンアロイ膜をスムーシ
ングするための装置図２Ａに示す処理装置２１０は、堆
積リアクタであり、上側ドーム２１４と、下側ドーム２
１６と、上側ドーム２１４と下側ドーム２１６の間の側
壁２１８とを有する堆積チャンバ２１２を備える。ドー
ム２１４及び２１６を側壁２１８に付けるために用いら
れるＯリングを冷却するため、冷却流体（図示されず）
を側壁２１８内に循環させる。上側ライナ２８２及び下
側ライナ２８４が、側壁２１８の内側表面に対して装着
される。上側ドーム２１４及び下側ドーム２１６は、加
熱光がチャンバ２１２に通過できるよう、導光体ででき
ている。
【０００９】チャンバ２１２の内部には、水平位置でウ
エハを支えるための平らで円形のサセプタ２２０があ
る。サセプタ２２０は、側壁２１８でチャンバ２１２を
横切って横方向に延び、チャンバ２１２をサセプタ２２
０の上の上側部分２２２とサセプタ２２０の下の下側部
分２２４とに分割する。サセプタ２２０の底部の中心か
ら垂直方向下方に延びるシャフト２２６の上に、サセプ
タ２２０が装着される。シャフト２２６はモータ（図示
されず）に接続し、これはシャフト２２６を回転させそ
れによってサセプタ２２０を回転させる。環状の予熱リ
ング２２８はその外周で、下側のライナ２８４の内側の
周囲に接続し、サセプタ２２０のまわりに延びている。
予熱リング２２８は、サセプタ２２８と同一面内にあ
り、予熱リング２２８の内側境界はギャップ２２９によ
りサセプタ２２０の外側の端部から隔てられる。
【００１０】吸気マニホールド２３０は、チャンバ２１
２の側の中に配置されており、タンク１４０等の単数又
は複数のガスのソースからチャンバ２１２へとガスを入
れるように構成される。出口ポート２３２は、チャンバ
２１２の吸気マニホールドの対角線的反対側に配置され
ており、堆積チャンバ２１２からのガスの排気ができる
ようにしている。
【００１１】複数の高輝度ランプ２３４が、チャンバ２
１２のまわり装備され、ここからの光を上側ドーム２１
４と下側ドーム２１６を通してサセプタ２２０（及び予
熱リング２２２）の上へと向けて、サセプタ２２０（及
び予熱リング２２２）を加熱する。サセプタ２２０と予
熱リング２２２は、シリコンカーバイド等の材料ででき
ており、これはランプ２３４から発する放射光を通さな
いグラファイトで覆われているため、ランプ２３４から
の放射によって加熱される。上側ドーム２１４及び下側
ドーム２１６は、クリアクォーツ等、ランプ２３４から
の光に透過性を有する材料でできている。上側ドーム２
１４及び下側ドーム２１６は主にクォーツ製であり、何
故ならクォーツが可視周波数及びＩＲ周波数の光に透過
性を有しているからであり、また比較的高い構造強度を
示すからであり、また堆積チャンバ２１２内のプロセス
環境中で化学的に安定だからである。ランプは、堆積チ
ャンバ２２０内でウエハを加熱するための好ましい手段
であるが、抵抗ヒータやＲＦ誘導ヒータ等の他の方法を
用いてもよい。パイロメーター等の赤外線の温度センサ
ー２３６を下側のドーム２１６の下に装着して、下側の
ドーム２１６を通してサセプタ２２０の底部表面に向け
る。温度センサー２３６は、サセプタ２２０が加熱され
たときにサセプタ２２０から発される赤外線を受けるこ
とによりサセプタ２２０の温度をモニタするために用い
られる。また、所望の場合、ウエハの温度を測定するた
めの温度センサー２３７が具備されてもよい。
【００１２】上側のクランプリング２４８が、上側ドー
ム２１４の外側面の周囲のまわりに延びている。下側の
クランプリング２５０は、下側ドーム２１６の外側面の
周囲のまわりに延びている。上側クランプリング及び下
側クランプリングは、側壁２１８に上側ドーム２１４及
び下側ドーム２１６をクランプために、一緒に固定され
る。
【００１３】リアクタ２１０は、チャンバ２１２に処理
ガスを供給するための堆積ガス吸気マニホールド２３０
を有している。ガス吸気マニホールド２３０は、コネク
タキャップ２３８と、バッフル２７４と、側壁２１８内
に配置されるインサートプレート２７９と、上側のライ
ナ２８２と下側のライナ２８４の間に形成される通路２
６０とを有している。通路２６０は、チャンバ２１２の
上側の部分２２２に接続している。処理ガスは、ガスキ
ャップ２３８から、バッフル２７４、インサートプレー
ト２７９及び通路２６０を通して、チャンバ２１２の上
側の部分２２２に流入される。
【００１４】またリアクタ２１０は、水素（Ｈ2）や窒
素（Ｎ2）等の不活性のパージガスを堆積チャンバ２１
２の下側の部分２２４に供給するための独立の不活性ガ
ス入口２６２を有している。図２Ａに示すように、バッ
フル２７４、インサートプレート２７９及び下側のライ
ナ２８４を通る物理的に別個で独立した通路２６２が不
活性ガスのために提供される限りにおいて、所望の場合
に不活性のパージガス入口２６２をガス吸気マニホール
ド２３０に統合することができ、それにより、処理ガス
とは独立して不活性のパージガスを制御し向けることが
できるようになる。不活性のパージガス入口２６２は、
必ずしも堆積ガス吸気マニホールド２３０に統合又はこ
れと共に配置される必要があるわけではなく、また、例
えば堆積ガス吸気マニホールド２３０から９０度の角度
でリアクタ２１０の上方に配置することができる。
【００１５】またリアクタ２１０は、ガス出口２３２も
有している。ガス出口２３２は、上側チャンバ部分２２
２から側壁２１８の外径まで延びる排気路２９０を有し
ている。排気路２９０は、上側のライナ２８２と下側の
ライナ２８４の間に形成され上側チャンバ部分２２２と
側壁２１８の内径の間に延びる上側の通路２９２を有し
ている。更に排気路２９０は、側壁２１８内に配置され
るインサートプレート２７９内に形成される排気道２９
４を有する。チャンバ２１２内に低圧ないし減圧を形成
するためのポンプ（図示されず）等の真空ソースが、出
口パイプ２３３により、側壁２１８の外側上の排気道２
９４に接着される。このように、上側のチャンバ部分２
２２に供給される処理ガスは、上側の通路２９２を通
り、排気道２９４を通って出口パイプ２３３内へと排気
される。
【００１６】図２に示される枚葉式ウエハリアクタは、
「コールドウォール」リアクタである。即ち、側壁２１
８及び上側のライナ２８２及び下側のライナ２８４は、
処理中は予熱リング２２８及びサセプタ２２０（及びそ
の上に置かれるウエハ）よりも実質的に低い温度にあ
る。例えば、ウエハ上にエピタキシャルシリコン膜を堆
積するプロセスでは、サセプタ及びウエハは、９００〜
１２００℃の温度に加熱され、側壁（及びライナ）は約
４００〜６００℃の温度にある。側壁及びライナは、よ
り低温にあり、何故なら、これらは反射体２３５がある
ためランプ２３４から直接の照射を受け取らないからで
あり、また、冷却流体が側壁２１８の中を循環している
からである。
【００１７】また、ガス出口２３２は、下側のチャンバ
部分２２４から下側ライナ２８４を通って排気路２９０
へと至る延びるベント２９６を有する。ベント２９６
は、図２Ａに示すように、排気路２９０の上側の通路２
９２を横切ることが好ましい。不活性パージガスは、下
側のチャンバ部分２２４からベント２９６を通って上側
チャンバ通路２９２の一部を通り、排気道２９４を通っ
て出口パイプ２３３へと排気される。ベント２９６によ
り、下側チャンバ部分から排気路２９０までパージガス
を直接に排気することができるようになる。
【００１８】本発明に従えば、単数又は複数の処理ガス
２９８は、ガス吸気マニホールド２３０から上側チャン
バ部分２２２へと供給される。本発明に従えば、処理ガ
スとは、チャンバ２１２内に配置されるウエハ又は基板
の上で、膜を除去し、膜を処理し、あるいは膜を堆積す
るように機能するガス又は混合ガスであると定義され
る。本発明に従えば、ＨＣｌとＨ2等の不活性ガスとを
備える処理ガスを用いて、シリコン表面を除去しスムー
シングすることによってシリコン表面を処理することが
できる。本発明の具体例では、シリコン表面が処理され
た後、堆積ガスを用い、サセプタ２２０の上に配置され
たウエハのシリコン表面の上にシリコンエピタキシャル
層を堆積する。堆積ガス２９８は、モノシラン、トリク
ロロシラン、ジクロロシランやテトラクロロシラン等
（これらに限定されない）のシリコンソースと、フォス
フィン、ジボランやアルシン等（これらに限定されな
い）のドーパントガスソースとを一般に有する。一般に
Ｈ2等のキャリアガスが、堆積ガス流体に含まれる。約
５リットルのチャンバに対して、典型的には３５〜７５
ＳＬＭ（キャリアガスを含む）の堆積ガス流体を上側チ
ャンバ部分２２２に供給し、ウエハ上にシリコン層を堆
積する。
【００１９】処理ガス２９８の流れは必要的に層流であ
り、吸込み路２６０から、予熱リング２２８を横切り、
サセプタ２２０（及びウエハ）を横切り、予熱リング２
２８の向側を横切り、排気路２９０から外へ至る。処理
ガスは、予熱リング２２８、サセプタ２２０及び処理し
ようとするウエハによって、堆積温度又はプロセス温度
に加熱される。ウエハの上にエピタキシャルシリコン層
を堆積するプロセスでは、サセプタ及び予熱リングは、
８００〜１２００℃の温度に加熱される。シリコンエピ
タキシャル膜は、低い堆積圧力を用いることにより、シ
ランを用いて６００℃の温度で形成することが可能であ
る。
【００２０】さらに、処理ガスを上側チャンバ部分に供
給しつつ、単数又は複数の不活性のパージガス２９９を
下側チャンバ部分２２４に独立に供給する。ここで不活
性のパージガスとは、プロセス温度で、チャンバの部品
及び堆積チャンバ２１２内に置かれるウエハに対して実
質的に不活性であるガスのことをいう。不活性のパージ
ガスは、予熱リング２２８及びサセプタ２２０によっ
て、チャンバ２１２内にある処理ガスと実質的に同じ温
度に加熱される。不活性パージガス２９９は、上側チャ
ンバ部分２２２内のプロセスガス圧に対しての正圧を下
側チャンバ部分２２４内に発生させるような流量で、下
側チャンバ部分２２４に供給される。従って、処理ガス
２９８がギャップ２２９から漏れて下側チャンバ部分２
２４へと至りサセプタ２２０の裏側に堆積をなすこと
が、防止される。
【００２１】図２Ｂは、処理チャンバの上側の区域にガ
スを供給するガス吸気マニホールド２３０の位置を示
す。図２Ｂでは、インサートプレート２７９が、中央区
域１２８と外側区域１３０により構成されるように示さ
れている。本発明のこの具体例によれば、中央区域１２
８に流入される処理ガスの組成は、外側区域１３０に流
入されるガスの組成とは、独立に制御することが可能で
ある。加えて、中央区域の２つの半分１２８ａ〜１２８
ｂの両方へのガスの流量を更に、互いに独立に制御する
ことが可能である。これは、半導体ウエハの異なる区域
に対して処理ガス混合物の組成を制御する目的で、ガス
流動の制御の２つの度合いを提供する。
【００２２】図２Ａに示される処理装置２１０は、ガス
流動、基板温度やチャンバ圧力を制御する等、装置２１
０のさまざまな操作を制御するシステムコントローラ１
５０を有している。本発明の具体例では、システムコン
トローラ１５０は、ハードディスク装置（メモリ１５
２）と、フロッピーディスクドライブと、プロセッサ１
５４とを有している。プロセッサは、シングルボードコ
ンピューター（ＳＢＣ）と、アナログ入出力ボード及び
デジタル入出力ボードと、インターフェースボードと、
ステッパーモーター制御装置ボードとを有している。Ｃ
ＶＤシステム３００のさまざまな部分は、ボード、カー
ドケージ及びコネクタのディメンジョンとタイプを定義
するVersa Modular Europeans（ＶＭＥ）規格に適合す
る。このＶＭＥ規格は、１６ビットデータバス及び２４
ビットアドレスバスを有するバス構造体を定義する。
【００２３】システムコントローラ１５０は、装置２１
０の動作状態の全てを制御する。このシステムコントロ
ーラは、メモリ１５２等のコンピュータで読み取り可能
な媒体の中に保存されるコンピュータプログラムである
システム制御ソフトウエアを実行する。メモリ１５２は
ハードディスク装置であることが好ましいが、メモリ１
５２はまた他の種類のメモリであってもよい。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
圧力、チャンバ温度、ランプ電力レベル、サセプタ位置
及び特定のプロセスの他のパラメータを命令する命令の
セットを有している。無論、フロッピーディスク（例え
ば）やその他の適切なドライブを含む別の記憶装置に保
存されるプログラム等の他のコンピュータプログラム
を、制御装置１５０を運転するために用いてもよい。Ｃ
ＲＴモニタ及びキーボード等のＩ／Ｏデバイス１５６
が、ユーザーと制御装置１５０の間のインターフェース
に用いられてもよい。
【００２４】本発明に従ってシリコン表面をスムーシン
グするためのプロセスは、メモリ１５２の中に保存され
プロセッサ１５４で実行されるコンピュータプログラム
製品を用いて実行することができる。コンピュータプロ
グラムコードは、６８０００アセンブリー言語、Ｃ、Ｃ
++、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎ又はその他の任意の
従来のコンピュータ読み出し可能なプログラミング言語
で書き込むことができる。適切なプログラムコードは、
従来のテキストエディタを用いて、単一のファイル又は
複数のファイルに入力され、コンピュータのメモリシス
テム等のコンピュータ使用可能媒体に保存ないし具体化
される。入力されたコードテキストが高級言語である場
合は、コードはコンパイルされ、この得られたコンパイ
ラコードは次いで、予めコンパイルされたウィンドウズ
ライブラリルーチンのオブジェクトコードにリンクされ
る。リンクされたコンパイルされたオブジェクトコード
を実行するために、システムユーザーはオブジェクトコ
ードを呼び出し、そして、コンピューターシステムをし
てメモリにコードをロードするようにし、ＣＰＵがプロ
グラム中で識別されるタスクを行うためのコードを読み
取り実行する。また、本発明に従ってシリコン膜をスム
ーシングすることを実施するために必要なプロセスガス
流量（例えばＨ2流量及びＨＣｌ流量）、プロセス温度
やプロセス圧力等のプロセスパラメータが、メモリ１５
２中に保存される。
【００２５】図２Ｃは、メモリ１５６の中に保存される
システム制御コンピュータプログラムの階層の一例を例
示する。システム管理プログラムは、チャンバマネージ
ャーサブルーチン１７０を有している。また、チャンバ
マネージャーサブルーチン１７０は、選択されたプロセ
スセット１７８を実施するために必要なチャンバ部品の
操作を制御する様々なチャンバ部品サブルーチンの実行
を制御する。チャンバ部品サブルーチンの例としては、
処理ガス制御サブルーチン１７２、圧力制御サブルーチ
ン１７４及びランプ制御サブルーチン１７６を挙げるこ
とができる。当業者は、プロセスチャンバ２１２内で実
行されるにはどのプロセスが望ましいかによって、他の
チャンバ制御サブルーチンを含めてもよいことが容易に
認識されるだろう。操作においては、チャンバマネージ
ャーサブルーチン１７０は、実行されている特定のプロ
セスセットに従い、プロセス部品サブルーチンを選択的
にスケジューリングし又は呼び出す。典型的には、チャ
ンバマネージャーサブルーチン１７０は、様々なチャン
バ部品をモニタするステップと、実行されるプロセスセ
ットに対するプロセスパラメータに基づき、どの部品を
運転する必要があるか決定するステップと、該モニタの
ステップ及び該決定のステップに応じて、チャンバ部品
サブルーチンを実行するステップとを有している。
【００２６】処理ガス制御サブルーチン１７２は、プロ
セスガス組成及び流量を制御するためのプログラムコー
ドを有する。処理ガス制御サブルーチン１７２は、安全
遮断弁の開／閉の位置を制御し、また、質量流量制御装
置の増減を制御して、所望のガス流量を得る。全てのチ
ャンバ部品サブルーチンの場合と同様に、処理ガス制御
サブルーチン１７２は、チャンバマネージャーサブルー
チン１７０によって呼び出され、チャンバマネージャー
サブルーチンから所望のガス流量に関係するプロセスパ
ラメータを受け取る。典型的には、処理ガス制御サブル
ーチン１７２の動作は、ガス供給ラインを開き、次いで
以下を繰り返す：(i)必要な質量流量制御装置１４２を
読み取り、(ii)この読み取りをチャンバマネージャーサ
ブルーチン１７０から受け取る所望の流量と比較し、(i
ii)必要に応じてガス供給ラインの流量を調整する。更
に、処理ガス制御サブルーチン１７２は、安全でない流
量になるかについてガス流量をモニタするステップと、
安全でない条件が検出されたときに、安全遮断弁をオン
にするステップとを有している。
【００２７】圧力制御サブルーチン１７６は、絞り弁の
開口のサイズを調整することによって、プロセスガス全
流量、プロセスチャンバのサイズ及び排気システムに対
するポンピング設定点圧力に関してチャンバ圧力を制御
することにより、チャンバ２１２の中に圧力を制御する
ための、プログラムコードを備える。圧力制御サブルー
チン１７４の動作は、チャンバに接続した一つ以上の従
来型の圧力ナノメートルを読み取ることによって、チャ
ンバ２１２の中に圧力を測定し、測定値をターゲット圧
力と比較し、ターゲット圧力に対応して保存された圧力
テーブルからＰＩＤ（比例積分及び微分）値を得て、こ
の圧力テーブルから得られるＰＩＤ値によって、絞り弁
を調整することによって、なされる。あるいは、所望の
圧力にチャンバ２１２を調整するために絞り弁を特定の
開口サイズに開閉するよう、圧力制御サブルーチン３７
４を書き込んでもよい。
【００２８】ランプ制御サブルーチン１７６は、基板の
加熱に用いられるランプ２３４に提供される電力を制御
するためのプログラムコードを備える。またランプ制御
サブルーチン１７６は、チャンバマネージャーサブルー
チン１７０によって呼び出され、ターゲットないし設定
点の温度パラメータを受ける。ランプ制御サブルーチン
１７６の温度測定では、サセプタ２２０に向けられる温
度測定デバイスの電圧出力を測定し、測定温度を設定点
温度と比較し、そしてにランプに印加される電力を増減
して設定点温度を得る。
【００２９】シリコン膜を処理するためのプロセス本発
明では、シリコン又はシリコンアロイ膜又は基板の表面
を処理するために方法を説明する。本発明のプロセス
は、堆積されたエピタキシャルシリコン膜の表面を処理
するために理想的に適している。しかし、処理しようと
するシリコン表面は、必ずしもエピタキシャルシリコン
膜でなくてもよく、例えば単結晶シリコン基板の表面で
あってもよく、あるいは、エピタキシャルシリコンゲル
マニウム（ＳｉＧｅ）アロイ等のエピタキシャルシリコ
ンアロイの表面であってもよい。さらに、処理しようと
するシリコン膜又は基板は、ヒ素、リン及び硼素等（こ
れに限定されない）の不純物でドープされてもよく、あ
るいは所望の場合ノンドープであってもよい。アモルフ
ァス及び多結晶のシリコン及びシリコンアロイの形態
は、典型的には著しく粗い表面を有し、これは単結晶の
膜や基板と同じ度合いにまでスムージングすることがで
きないようなものであるが、本発明の表面処理を用いる
ことにより、アモルファス及び多結晶性のシリコン及び
シリコンアロイ膜の表面粗さを改良することができ、ま
た、表面性状を改良することができる。本発明は、若干
の表面スムージングや汚染除去を要する任意のシリコン
又はシリコンアロイ膜ないし基板の表面を処理するため
に用いることができる。
【００３０】第１のステップは、図１のフローチャート
１００のブロック１０２に示されるように、本発明に従
ってシリコン又はシリコンアロイ表面を処理するため、
処理すべきシリコン又はシリコンアロイ表面を有してい
る基板又は膜は、図２Ａに示される装置２１０のチャン
バ２２２等の熱処理チャンバ内に配置される。本発明の
具体例に従って、Digital Instrument Tapping Mode AF
M (Atomic Force Microscopy)によって測定した場合、
スムージングしようとするシリコン又はシリコンアロイ
膜は、少なくとも０．２ｎｍＲＭＳ、典型的には少なく
とも０．８ｎｍＲＭＳの表面粗さを有するエピタキシャ
ルシリコン又はシリコンアロイである。ここでＲＭＳと
は、表面の粗さの自乗平均である。本発明の方法及び装
置は、６ｎｍＲＭＳよりも大きな表面粗さを有するエピ
タキシャルシリコン又はシリコンアロイをスムーシング
するために用いることができる。本発明の１つ具体例で
は、基板３００は、図３Ａに示されるようなシリコンオ
ンインシュレーター（ＳＯＩ）基板上のシリコンであ
る。シリコンオンインシュレーター（ＳＯＩ）基板３０
０は、単結晶のシリコン基板３０４を有している。酸化
膜３０６は、単結晶のシリコン基板３０４の上にあり、
また、エピタキシャル膜シリコン膜３０２は酸化膜３０
６の上にある。
【００３１】次に、ブロック１０４に示されるように、
基板３００は、１０００〜１３００℃の温度に加熱さ
れ、好ましくは１０５０〜１２００℃に加熱される。シ
リコン原子が移動する（マイグレーション）に十分であ
る温度に、基板３００は加熱される。この方法の中に、
粗いシリコンのピーク又は高い地点で配置されるシリコ
ン原子は、谷間へと移動することができ、従ってシリコ
ン３０２のスムーシングを助ける。基板３００は、ラン
プ２３４からの放射で予熱リング２２８、サセプタ２２
０及び基板３００を加熱することによって、１０００〜
１３００℃の温度に加熱することができる。
【００３２】次に、フローチャート１００のブロック１
０６に示されるように、基板３００が１０００〜１３０
０℃の温度に加熱した際、ＨＣｌ及び不活性ガスを備え
ている反応物ガス混合物をチャンバ２１２に供給する。
不活性ガスは、好ましくは水素（Ｈ2）である。水素が
好ましい不活性ガスであるが、窒素（Ｎ2）、ヘリウム
（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）等（これらに限定されな
い）のこの他の不活性ガスを水素の代わりに用いること
ができる。さらに、ＨＣｌがシリコン又はシリコンアロ
イ表面の処理のために用いられる好ましいエッチャント
ガスであるが、ＨＢｒ、ＨＩ及びＨＦ等（これらに限定
されない）の水素含有エッチャントが適切となることも
ある。
【００３３】本発明の具体例では、Ｈ2とＨＣｌが、Ｈ
Ｃｌ：Ｈ2モル濃度比で１：１０００〜１：１００とな
るように、チャンバ２１２に供給される。本発明の好ま
しい具体例では、チャンバ２１２をおよそ大気圧に維持
しつつ、Ｈ2及びＨＣｌをチャンバ２１２に供給してい
るが、所望の場合減圧を利用してもよい。サセプタ２２
０、予熱リング２２８及びサセプタ２２０に配置される
基板３００からの熱によって、Ｈ２とＨＣｌが熱により
解離し、次いでこれはシリコン膜３０２と反応して、そ
の頂部部分が除去される。シリコン膜３０２は、５〜８
０ｎｍ／ｍｉｎの速度で除去され得る。
【００３４】チャンバ２２２に供給されるＨ2とＨＣｌ
の濃度比及び全ガス流量により、シリコン３０２の除去
速度が決定される。図４は、基板３００を１１００℃の
温度に加熱しＨ２の流量を９０ＳＬＭ一定とした場合
の、様々なＨＣｌ流量（ＳＬＭ）に対するシリコンエッ
チレイト（ナノメートル／分）を例示する。容易に図４
のグラフからわかるように、ＨＣｌ：Ｈ２濃度比が増加
すれば、除去速度は増加する。シリコン表面をスムーシ
ングする本発明の能力は、基板が昇温状態で保持され時
間の長さに依存している点に注意すべきである。すなわ
ち、除去速度が高ければ、要するエッチング時間が短く
なり、スムージングが良好ではなくなる。しかし、長時
間（たとえば３分を超える）シリコンを除去する場合、
除去の速度は高くても低くてもなめらかなシリコン表面
を発生させることができる。従って、基板が反応物及び
高温に対して十分に長い時間に曝露される限り、高い除
去速度を用いてスムーズなシリコン表面を提供すること
ができる。例えば１００ｎｍのシリコン膜３０２を除去
しようとする本発明の具体例では、最初に、高いＨＣ
ｌ：Ｈ2濃度比を用いて、シリコン膜のバルクを除去す
るための高い除去速度を提供し、次いで、処理プロセス
の終了に向かって低いＨＣｌ：Ｈ2濃度比を用いて、除
去速度を低減する。
【００３５】Ｈ2とＨＣｌをチャンバ２２２に絶えず供
給することにより、シリコン膜３０２の十分にスムーズ
な上面３０３が得られる。本発明の具体例では、図３Ｂ
に示すように、シリコン膜３０２の上面が０．５ｎｍ未
満、好ましくは０．１ｎｍ未満のＲＭＳ値を得るまで、
Ｈ2とＨＣｌがチャンバ２２２内に供給される。本発明
の具体例では、更に、残存のシリコン膜３０２がおよそ
１００Åになるまで、膜３０２は１０００〜１３００℃
の温度でＨ2及びＨＣｌにより処理される。本発明の処
理プロセスのこの傑出した均一性により、１００Å未満
の薄膜が、低減ないし除去プロセスによってウエハの表
面全体に形成することができるようになることが理解さ
れるべきである。本発明の除去均一性を有しない研磨等
の他の除去プロセスでは、ウエハや基板の全面に対して
このような薄膜を確実に形成することができない。
【００３６】装置２１０内では、チャンバ２１２の中央
に配置されるシリコン膜の除去速度がチャンバ２１２の
外側部に配置されるシリコン膜の除去速度と異なること
が見出された。このように、本発明の具体例では、上側
のチャンバ部分２２２の外側部１３０が１つのＨＣｌ／
Ｈ2ガス流動を受け、上側のチャンバ部分２２２の内側
部１２８が第２の異なるＨＣｌ／Ｈ2ガス流動を受ける
よう、ＨＣｌ／Ｈ2のガス流動が制御される。本発明の
１つの具体例では、チャンバ２１２の内側部１２８は、
外側部１３０よりも高いＨＣｌ／Ｈ2のガス流量を受け
る。本発明の別の具体例では、チャンバ２１２の内側部
１２８は、外側部１３０よりも低いＨＣｌ／Ｈ2のガス
流量を受ける。
【００３７】次に、所望の場合、フローチャート１００
のブロック１０８に示されるように、シリコン膜３０８
が、図３Ｃに示す如くシリコン膜３０２のスムーズな表
面３０３の上に堆積される。本発明の１つ具体例では、
シリコンエピタキシャル膜は、ＨＣｌ／Ｈ2に曝露され
たシリコン膜３０２の上に堆積される。シリコン膜３０
２の表面がスムーズ且つ均一であるので、スムーズな表
面を有するシリコン膜３０８を、シリコン膜３０２の上
に形成することができる。本発明の１つの具体例では、
シリコン膜の表面をスムーズにすると同じチャンバ（例
えばチャンバ２１２）内で、エピタキシャルシリコン膜
３０８をシリコン膜３０２上に堆積する。この方法で
は、チャンバ２１２から基板３００を取り出しシリコン
膜３０２を酸化雰囲気（例えば空気）又は他の潜在的な
汚染物質に曝露することなく、シリコン膜３０８をシリ
コン膜３０２のスムーズな表面の上に直接に形成するこ
とができる。
【００３８】堆積シリコン膜３０８は、ドープでもよく
ノンドープでもよく、また好ましくはエピタキシャルシ
リコンである。しかし、堆積シリコン膜３０８は、アモ
ルファス又は多結晶性のシリコンや、シリコンゲルマニ
ウム等のシリコンアロイであってもよい。シリコン膜３
０２の上へシリコン膜３０８を堆積することにより、任
意の厚さと必要な任意のドーパント密度を有するスムー
ズなシリコン膜の形成を可能にする。シリコン表面処理
プロセスの後、付加シリコン層３０８を加えることによ
って、デバイスの形成のため十分な量のシリコンを利用
できることを確保するためシリコンを維持することな
く、適切な表面仕上げを確保するために、より多くのシ
リコンを処理プロセスの間に除去することができる。
【００３９】本発明の１つ具体例では、シリコンエピタ
キシャル膜３０８が、膜３０２のスムーズな表面３０３
の上に形成される。シリコンエピタキシャル膜３０８の
形成は、８００〜１２００℃の温度に基板３００を加熱
し、チャンバ２１２に、シラン、ジクロロシラン、トリ
クロロシラン、その他等（これらに限定されない）のシ
リコンソースガスを備える堆積ガス及びＨ2を流入させ
ることによって行うことができる。ドープシリコン膜３
０８が望ましい場合は、シリコン膜３０８に所望のドー
パント導電型及び密度を得るためにフォスフィンやアル
シン等のｎ型ドーパント又はジボラン等のｐ型ドーパン
トをガス混合物に含めることができる。
【００４０】図６Ａ〜６Ｉは、本発明のＨＣｌ処理プロ
セスが、インプラント及びクリーブプロセスによって粗
くなったシリコン膜の表面処理を行うために用いられる
本発明の具体例を例示する。図６Ａ〜６Ｉに例示される
ように、シリコンオンインシュレーター（ＳＯＩ）基板
を形成するためにインプラント及びクリーブプロセスを
用いることができる。図５は、本発明に従ってシリコン
オンインシュレーター基板の形成を行うことができるク
ラスタツール５００の一例である。クラスタツール５０
０は、移送チャンバ５０２を有し、これには複数の異な
るプロセス装置が付属しており、それらは、インプラン
トチャンバ５０４、接着／クリーブチャンバ５０６、図
２Ａに示される装置２１０等の表面処理／エピタキシャ
ルチャンバ５０８、酸化物形成装置５１０及びロードロ
ック５１２を含んでいる。冷却チャンバ等の他のチャン
バや、チャンバと付加ロードロックの一方又は両方が、
必要に応じて移送チャンバ５０２に取り付けることがで
きる。
【００４１】インプラントチャンバ５０４は、ドナー基
板の中に転位を形成するためにドナーウエハにインプラ
ントイオンに用いられ、シリコン膜の次のクリーブを可
能にする。接着／クリーブ装置５０６は、インプラント
されたドナーウエハにハンドルウエハを接着するために
用いられ、またインプラント転位の位置でハンドルウエ
ハからドナーウエハを切断（クリーブ）するために用い
られる。処理／エピタキシャルチャンバ５０８は、クリ
ーブプロセスの後にシリコン膜の表面を処理ないしスム
ーシングするために用いられ、また処理済みのシリコン
表面上にエピタキシャルシリコン膜を堆積するために用
いることができる。また、処理／エピタキシャル装置を
用いて、ドナーウエハのシリコン表面をスムーシング
し、また所望の場合この上に付加的なシリコンを堆積す
る。ロードロック５１０を用いて、ウエハ又は基板をク
ラスタツール５００の移送チャンバ５０２へ移送する。
ポンプ等の排気システム及び窒素（Ｎ2）等の不活性ガ
スのソースに移送チャンバ５０２が取り付けられること
により、ウエハが酸化雰囲気又は汚染ソースに曝露され
ないよう、減圧雰囲気内又は不活性雰囲気内でクラスタ
ツール５００の様々なプロセス装置の間でウエハを移送
することができるようになる。酸化物形成装置５１０を
用いて、ドナーウエハ（又はハンドルウエハ所望の場
合）の上に酸化物を形成する。酸化物形成装置は、例え
ば熱酸化物をシリコン膜の上に成長させることができる
炉又は高速熱処理装置等の熱酸化装置であってもよい。
あるいは、酸化物形成装置５１０は、化学気相堆積（Ｃ
ＶＤ）装置であってもよい。
【００４２】本発明の具体例に従ってシリコンオンイン
シュレーター（ＳＯＩ）基板を形成するため、図６Ａに
示すハンドルウエハ６００及びドナーウエハ６５０を提
供する。ドナーウエハ６５０は、移送されるための単数
又は複数の層を提供するウエハ（又は基板）である。ハ
ンドルウエハ６００は、ドナーウエハから移送された層
を受け取るウエハであり、また最終的にシリコンオンイ
ンシュレーター（ＳＯＩ）基板になるウエハである。ハ
ンドルウエハ６００は、単結晶のシリコン基板６０２を
有する。シリコン基板６０２は、任意の導電型（ｎ型で
あるかｐ型の）及び任意の所望の伝導率レベルになるよ
う、ドープが可能である。本発明の一具体例では、シリ
コン基板６００は、１０15〜１０19atoms/cm3のドーピ
ング密度を有するｐ型基板である。ハンドルウエハ６０
０はまた、その上に形成される酸化膜６０４を有してい
てもよい。本発明の具体例では、酸化膜６０４は厚さ１
００〜４００のｎｍである。酸化膜６０４は、装置５１
０内で８００〜１２５０℃の温度で、シリコン基板６０
２を酸素等の酸化雰囲気に曝露することによって熱成長
させるができる。
【００４３】ドナーウエハ６５０は、その上に形成され
る酸化膜６５４を有する単結晶のシリコン基板６５２を
有している。シリコン基板６５０は、任意の所望の導電
型及び所望のレベルにドープされることが可能である。
本発明の具体例では、シリコン基板は１０15〜１０19at
oms/cm3のレベルでドープされる。酸化膜６５４は、前
述の如く装置５１０の中の酸化雰囲気の中でシリコン基
板６５０を熱層酸化することにより形成することができ
る。酸化膜６５４は典型的には、１００〜４００ｎｍの
厚さを有している。ドナーウエハ６５０及びハンドルウ
エハ６００の両方の上に酸化物を成長することに換え
て、所望の場合、ドナーウエハ６５０の上だけに又はハ
ンドルウエハ６００の上だけに、酸化物を成長させても
よい。
【００４４】次に、図６Ｂに示すように、ドナーウエハ
６５０は、インプラントチャンバ５０４に移動され、イ
オンでインプラントされ転位６５６が形成される。ドナ
ーウエハ６５０は、水素原子で又はアルゴン（Ａｒ）又
はヘリウム（Ｈｅ）等の不活性イオンでインプラントさ
れることができる。本発明の一具体例では、基板６５０
はプラズマ浸透イオン注入プロセスにより、イオンがイ
ンプラントされる。このプロセスでは、基板６５２に水
素Ｈ２を高いドーズ量で注入することができる。このプ
ロセスでは、高電圧の負バイアスをドナーウエハ６５０
に印加して、ウエハ面（酸化物層６５４）の方へイオン
を加速する。プラズマ浸透イオン注入プロセスは、ドナ
ーウエハ表面全面をインプラントする。Silicon Genesi
s社によって開発されたP-III Ion Implantation System
を、プラズマ浸透イオン注入ステップに用いることがで
きる。さらに、イオン注入法は、例えばアプライドマテ
リアルズ社、Eaton Corp社、Varian社その他等の会社で
製造されるビームラインイオン注入装置を用いて実施す
ることが可能である。水素の注入は、ドナーウエハ６５
０内部に内側水素リッチ層６５６を発生させる。イオン
注入法ピークの深さ（Ｄ）は、その後ドナーウエハ６５
０のシリコン基板６５２から除去されるシリコン６５８
の量を決める。本発明の具体例では、イオンはドナーウ
エハ６５０の基板６５２の中１００〜５００のｎｍで注
入される。
【００４５】次に、イオンインプラントされたドナーウ
エハ６５０及びハンドルウエハ６００は、接着／クリー
ブ装置５０６内に配置される。接着／クリーブ装置５０
６内で、ドナーウエハ６５０は、図６Ｄに示すハンドル
ウエハ６００に接着される。本発明の一具体例では、ド
ナーウエハ６５０の酸化物６５４は、ハンドルウエハ６
００の酸化物６０４に接着される。本発明の具体例の中
に、ハンドル及びドナーウエハは、低温プラズマ活性接
着プロセスを用いて接着される。接着界面のプラズマ活
性化を用いることによって、より高い接着強度を、低い
プロセス温度（例えば室温）で実現することが可能にな
る。本発明の具体例に従って、ハンドルウエハウエハ及
びドナーウエハは、それぞれプラズマ活性ボンディング
表面６０６及び６６０を発生させるために、図６Ｃに示
すように低温プラズマに曝露される。ドナーウエハにハ
ンドルウエハを接着するために、他の適切な接着のため
の技術を用いてもよいことが理解されよう。
【００４６】次に、図６Ｄに示すように、接着界面６６
０をハンドルウエハ６００の接着界面６０６に取り付け
ることができるよう、ドナーウエハ６５０をさかさまに
裏返す。次いでドナーウエハとハンドルウエハのスタッ
クは、しっかりと一緒に圧縮され、界面６６２と界面６
０６を接着する。接着界面をプラズマ活性化することに
より、次の室温クリーブプロセスのために十分に強いボ
ンディングを実現することに役立つ。
【００４７】次に、図６Ｅに示すように、シリコン基板
６５２の下側の部分６５９は、ドナーウエハ６５０の転
位６５６の場所で、シリコン層６５８の上側の部分から
切り離され、ないし切断（クリーブ）される。本発明の
具体例では、室温制御クリーブプロセス（ＲＴ／ＣＣ
Ｐ）を用いて、インプラント転位６５６の場所で熱を用
いることなく、接着した対を切り離す。ＲＴ／ＣＣＰプ
ロセスは、ウエハの上の１つの点で分離を開始し、その
機械的手段を用いてこの分離がウエハ全体に広がるよう
にする。図６Ｅに示す本発明の一具体例では、窒素の流
れを転位のエッジに集束させて、分離を引き起こす。
【００４８】インプラント、接着及びクリーブプロセス
は、酸化膜６５４及びシリコン膜６５８をハンドルウエ
ハ６００に移転する。この移転により、シリコンオンイ
ンシュレーター（ＳＯＩ）基板を、単結晶のシリコンの
薄膜層６５８の下に埋設される酸化物層（６５４／６０
４）を有するシリコンウエハ（６０２）を備えるウエハ
にする。頂部シリコン層６５８の厚さは、水素インプラ
ントの深さによって決定される。
【００４９】図６Ｅに示すように、インプラント及びク
リーブプロセスにより非常に粗いシリコン表面６６０を
形成し、そこでシリコン膜６５８はシリコン基板６５２
から分離される。インプラント及びクリーブプロセスに
よれば、典型的には２〜８ｎｍの平方二乗平均表面粗さ
を有するシリコン表面を形成する。適切な仕上げを提供
するために、図１のフローチャート１００の中に定義さ
れるように、シリコン膜６５８の粗いシリコン表面６６
０を表面処理して図６Ｆに示す適度にスムーズな表面６
６４にする目的で、酸化物６５４及びシリコン６５８と
一緒のハンドルウエハ６００は処理／エピタキシャルチ
ャンバ５０８に移送され処理される。シリコン膜６５８
は、１０００℃〜１３００℃、好ましくは１０５０℃〜
１２００℃の温度にハンドルウエハ６００を加熱し、次
いで、シリコン膜６５８をＨ2とＨＣｌを備えた混合ガ
スに曝露することにより、適切に処理することができ
る。本発明の具体例の中に、ハンドルウエハ６００は、
１：１００〜１：１０００のＨＣｌ：Ｈ2モル濃度比を
備えるガス混合物に曝露される。０．５ｎｍＲＭＳ、好
ましくは０．１ｎｍ未満ＲＭＳの表面粗さの適切なスム
ーズな表面仕上げ６６４が得られるまで、ハンドルウエ
ハ６００は加熱されＨ2とＨＣｌに曝露される。本発明
の具体例では、５０〜１００のｎｍのシリコン膜６５８
が、十分にスムーズな表面を形成するために除去され
る。本発明の一具体例では、シリコン膜６５８が十分に
処理された後に９０〜３００のｎｍのシリコン膜６５８
が残っている。本発明の別の具体例では、頂部シリコン
膜６５８は、膜６５８を２００Å未満、好ましくは５０
〜１００Åまで肉痩せするために処理される。この薄い
シリコン膜６５８は、応力のない（リラックスな）欠陥
フリーなエピタキシャルシリコンゲルマニウム膜を堆積
するための基準基板を形成するために用いることができ
る。
【００５０】更に前述のように、除去速度を増減する目
的で、スムーシング中にＨＣｌ：Ｈ 2濃度比を変えるこ
とができ、また、ウエハの表面全面に対して除去速度を
操作する目的で、ＨＣｌ：Ｈ2流量をウエハ（内部の及
び外側の位置）の表面全体に対して変えることができ
る。
【００５１】本発明のスムージングプロセスは、シリコ
ン膜６５８の表面をスムーシングするだけではなく、損
傷を修復しインプラント／クリーブプロセスに起因する
汚染も除去するものである。例えば、表面処理プロセス
は、シリコン膜６５８の表面から水素リッチなシリコン
を除去する。さらに、シリコン膜を処理するために用い
られる高温プロセスは、インプラント及びクリーブプロ
セスによって発生するシリコンのダングリングボンドを
修復する。このように、本発明の高温処理プロセスは、
クリーブ処理の後に典型的に用いられる次の高温アニー
ルの必要性を軽減する。
【００５２】次に、所望の場合、図６Ｇに示すように、
シリコン膜６６６は、移転されたシリコン膜６５８のス
ムージングされた表面６６４の上に形成されることがで
きる。本発明の具体例では、シリコン膜６５８を処理し
たチャンバと同じチャンバ（例えばチャンバ５０８）内
で、シリコン膜６６６の形成を行う。このように、シリ
コン膜６６６の形成の前に、処理済みのシリコン６５８
は酸化雰囲気又は他の潜在的な汚染物質に曝露されな
い。
【００５３】本発明の具体例の中に、シリコン膜６６６
は、トリクロロシラン又はシラン及び水素ガスＨ２等の
シリコンソースガスを用いる化学気相堆積により形成さ
れる単結晶シリコン膜（エピタキシャルシリコン）であ
る。シリコン膜６６６は、所望の任意の厚さに形成する
ことができ、任意の導電型及び所望の密度に形成するこ
とができる。本発明の具体例では、ｐ型の導電型及び１
０15〜 １０19atoms/cm3のドーパント密度を有するシリ
コン膜６６６は、全体の厚さが１０００Å〜５μｍに形
成される。単一チャンバ内で上述のプロセスを減らした
り加えたりする能力を用いて、任意の表面仕上げ、厚さ
及び所望のドーピング密度でシリコン膜を提供すること
ができる。あるいは、シリコン膜６６６はシリコンゲル
マ等のシリコンアロイであってもよい。
【００５４】更に所望の場合、ドナーウエハ６５０を処
理／エピタキシャルチャンバ５０８内に配置して、シリ
コン膜６５２の表面を処理し、それによって図６Ｈで示
すスムーズな汚染物質自由表面６６８を形成することが
できる。更に所望の場合、ドナーウエハを図６Ｉに示す
ように処理／エピタキシャルチャンバ５０８内に残した
まま、エピタキシャルシリコン等の付加シリコン６７０
を、ドナーウエハ６５０の表面６６８上に堆積すること
ができる。このように、付加的なシリコンを、各移転プ
ロセスの後、絶えずドナーウエハに加えることにより、
ドナーウエハの上でのシリコン膜の再生を可能にし、ま
たドナーの非常に長い寿命を可能にする。更に、ドナー
ウエハの上にエピタキシャルシリコン膜を成長させるこ
とにより、ドナーウエハ上のシリコンのドーパントの型
及び密度を正確に制御できるようになる。あるいは、シ
リコンゲルマ等のシリコンアロイを、ドナーウエハ６５
０の表面６６８上に成長させることができる。
【００５５】このように、シリコン又はシリコンアロイ
表面を処理するための方法及び装置を説明した。ここま
で本発明を、ＳＯＩ基板のシリコン膜の処理に関して説
明し、特にインプラント及びクリーブプロセスによって
形成されるＳＯＩ基板のシリコン膜について説明してき
たが、本発明はこれらの特定の具体例に限定されるもの
ではない。当業者は、スムーズで汚染のない表面が所望
である場合に、任意のシリコン又はシリコンアロイ表面
を処理するために本発明を用いる能力を理解するだろ
う。
【００５６】このように、スムーズで汚染物質のない表
面を有するシリコン膜を形成する目的で、シリコン表面
を処理するための方法及び装置を説明した。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に従ってシリコン膜を処理する
方法を示すフローチャートである。
【図２】図２Ａは、本発明に従ってシリコン膜を処理す
るために利用可能な装置の処理の例示であり、図２Ｂ
は、ウエハの異なる区域に対して異なるプロセスガス流
動の形成を可能にするためにガスマニホールドをどのよ
うに分割するかを示す平面図であり、図２Ｃは、図２Ａ
のプロセス及び装置の制御に用いることができるシステ
ム管理プログラムの例示である。
【図３】図３Ａは、粗い表面の外側のシリコンを有する
基板の横断面図の例示であり、図３Ｂは、図３Ａの基板
の上のシリコン膜の表面処理を示す横断面図の例示であ
り、図３Ｃは、図３Ｂの処理済みシリコン膜表面の上へ
のシリコン膜の形成を示す横断面図である。
【図４】図４は、ＨＣｌ：Ｈ2濃度比の変化に対してシ
リコンエッチレイトがどのように変化するかを示すプロ
ットである。
【図５】図５は、本発明に従ったインプラント及びクリ
ーブプロセスに従って、シリコンオンインシュレーター
（ＳＯＩ）基板を形成するために用いることができるク
ラスタツールの例示である。
【図６】図６Ａは、ハンドルウエハ及びドナーウエハの
例示であり、図６Ｂは、ドナーウエハへの水素のイオン
注入により、ドナーウエハに転位を形成することを示す
例示であり、図６Ｃは、ドナーウエハ及びハンドルウエ
ハのプラズマ活性化を示す例示であり、図６Ｄは、ハン
ドルウエハへのドナーウエハの接着を示す例示であり、
図６Ｅは、ハンドルウエハからドナーウエハの一部を切
り出すことを示す例示であり、図６Ｆは、ハンドルウエ
ハ上に形成されるシリコン膜の上面の処理を示す例示で
あり、図６Ｇは、図６Ｆの基板の処理されたシリコン表
面の上へのシリコン膜の形成を示す例示であり、図６Ｈ
は、ドナーウエハの表面処理を示す例示であり、図６Ｉ
は、ドナーウエハの処理済みシリコン表面上へのシリコ
ン膜の形成を示す例示である。
【符号の説明】
２１０…処理装置、２１２…堆積チャンバ、２１４…上
側ドーム、２１６…下側ドーム、２１８…側壁、２８２
…上側ライナ、２８４…下側ライナ。
フロントページの続き (72)発明者 アンナレナ シルダークヴィスト アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サニーヴェイル， モース アヴェニュー 1063 ナンバー20−206 (72)発明者 ポール ビー． コミタ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， メンロ パーク， ハーモサ ウェイ 350 (72)発明者 ランス エー． スクーダー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サンタ クララ， オークニー アヴェニ ュー 795 (72)発明者 ノーマ ビー． リレイ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， プレザントン， ウエスト ラス ポジタ ス 3710

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板のシリコン又はシリコンアロイの表
    面を処理する方法であって、 チャンバ内で、シリコン又はシリコンアロイの表面を有
    する基板を、１０００〜１３００℃の温度に加熱するス
    テップと、前記基板を加熱しつつ、前記チャンバ内で、
    前記第１のシリコン又はシリコンアロイの表面を、ＨＣ
    ｌを備える第１のガスに曝露するステップとを有する方
    法。
  2. 【請求項２】 前記温度が１０５０〜１２００℃である
    請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 更に、 前記シリコン又はシリコンアロイ表面を前記第１のガス
    混合物に曝露した後に、前記チャンバ内で前記基板の前
    記シリコン表面の上にシリコン膜を堆積するステップを
    有する請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記シリコン又はシリコンアロイ表面
    が、前記第１のガスに前記基板を曝露する前に、少なく
    とも０．２ｎｍＲＭＳの表面粗さを有する請求項１に記
    載の方法。
  5. 【請求項５】 前記シリコン又はシリコンアロイが０．
    １ｎｍ未満の表面粗さを有するようになるまで、前記基
    板がＨＣｌに曝露される請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記第１のガスがＨ2を更に有する請求
    項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記第１のガスに前記基板を曝露する間
    の前記チャンバ内の圧力が、大気圧である請求項１に記
    載の方法。
  8. 【請求項８】 前記第１のガスが、１：１００〜１：１
    ０００のＨＣｌ対Ｈ 2のモル濃度比を有する請求項６に
    記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記シリコン又はシリコンアロイ表面を
    前記第１のガスに曝露した後に、前記基板を加熱しつ
    つ、前記シリコン表面を、ＨＣｌ及びＨ2を備える第２
    のガス混合物に曝露するステップを更に有する請求項６
    に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記第２のガス混合物が、前記第１の
    ガスとは異なるＨＣｌ対Ｈ2のモル濃度比を有する請求
    項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記シリコン又はシリコンアロイ表面
    が、単結晶シリコン基板の上に形成された酸化膜の上に
    形成されるシリコン又はシリコンアロイ膜である請求項
    １に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 基板の上に形成されたシリコン又はシ
    リコンアロイ表面を処理する方法であって、 チャンバ内で、シリコン表面を有する基板を、１０００
    〜１３００℃のの温度に加熱するステップと、 前記基板を加熱しつつ、前記チャンバ内で、前記シリコ
    ン又はシリコンアロイ表面を、ＨＣｌ及びＨ2を備える
    ガス混合物曝露するステップと、前記チャンバ内で、前
    記Ｈ2及びＨＣｌ曝露シリコン又はシリコンアロイ表面
    の上に、シリコン膜を堆積するステップとを有する方
    法。
  13. 【請求項１３】 基板上のシリコン又はシリコンアロイ
    表面を処理する方法であって、 チャンバ内で、シリコン表面を有する基板を１０００〜
    １３００℃の温度に加熱するステップと、 前記基板を加熱しつつ、前記シリコン又はシリコンアロ
    イ表面を、ＨＣｌ及びＨ2を備えＨＣｌとＨ2の第１のモ
    ル濃度比を有する第１のガス混合物に曝露するステップ
    と、前記基板を加熱しつつ、前記シリコン又はシリコン
    アロイ表面を、ＨＣｌ及びＨ2を備え前記第１のガス混
    合物より低いＨＣｌ及びＨ2のモル濃度比を有する第２
    のガス混合物に曝露するステップと、を有する方法。
  14. 【請求項１４】 シリコンオンインシュレーター基板の
    シリコン又はシリコンアロイ膜の表面を処理する方法で
    あって、 チャンバ内で１０５０℃〜１２００℃の温度に前記基板
    を加熱するステップと、 前記基板を加熱しつつ、前記チャンバ内で、前記シリコ
    ン膜を、ＨＣｌ及びＨ 2を備え１：１００〜１：１００
    ０のＨ2対ＨＣｌのモル濃度比を有する第１のガス混合
    物に曝露するステップと、 前記基板を加熱しつつ、前記チャンバ内で、前記シリコ
    ン膜を、ＨＣｌ及びＨ 2を備え１：１００〜１：１００
    ０のＨＣｌ：Ｈ2のモル濃度比を有する第２のガス混合
    物に曝露するステップであって、前記第２のガス混合物
    のＨＣｌ：Ｈ2のモル濃度比が、前記第１のガス混合物
    のＨ2：ＨＣｌのモル濃度比より低い、前記ステップ
    と、前記シリコン膜を前記第２のガス混合物に曝露した
    後に、前記シリコンオンインシュレーター基板の前記シ
    リコン膜の上に、第２のシリコン膜を前記チャンバの中
    に堆積するステップとを有する方法。
  15. 【請求項１５】 基板処理システムであって、 チャンバ内に配置され、基板処理中に、シリコン又はシ
    リコンアロイ表面を有する基板を保持する基板ホルダ
    と、 プロセスガス混合物を前記チャンバに導入するためのガ
    ス送出システムと、 前記基板を加熱するための熱源と、 前記ガス送出システムと前記熱源を制御するための制御
    装置と、 前記基板処理システムの操作を指示するためにコンピュ
    ータ読み出し可能なプログラム及び本体を有するコンピ
    ュータ読み出し可能な媒体を備える、前記制御装置に結
    合されるメモリであって、前記コンピュータ読み出し可
    能なプログラムは、 １０００〜１３００℃の温度に前記基板を加熱するよ
    う、前記熱源を制御するための命令と、１０００〜１３
    ００℃の温度に前記基板を加熱しつつ、ＨＣｌを含む処
    理ガスを導入するよう、前記ガス送出システムを制御す
    るための命令とを有する、メモリとを備える基板処理シ
    ステム。
  16. 【請求項１６】 材料の膜を処理するための方法であっ
    て、 切断ないしクリーブされた表面を備える基板を提供する
    ステップであって、前記切断された表面は、予定された
    表面粗さ値によって特徴づけられ、前記切断された表面
    から前記切断された膜の下の領域まで定義される水素保
    持粒子の分布を有する、前記ステップと、前記切断され
    た表面を水素保持エッチャントガスの中に維持しつつ、
    前記切断された表面の温度を摂氏約１，０００度を超え
    るように上昇させ、前記予定された表面粗さ値を約５０
    ％以上低減するステップとを有する方法。
  17. 【請求項１７】 前記水素保持エッチャントガスが、Ｈ
    Ｃｌガスと水素ガスに由来する請求項１６に記載の方
    法。
  18. 【請求項１８】 前記ＨＣｌガス及び前記水素ガスが、
    約０．００１対１０の比にある請求項１７に記載の方
    法。
  19. 【請求項１９】 前記ＨＣｌガスと前記水素ガスの前記
    比が、約０．００１対１０以上である請求項１８に記載
    の方法。
  20. 【請求項２０】 前記基板が前記水素処理される間、約
    １気圧に維持される請求項１６に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記切断された表面が、制御されたク
    リーブプロセスによって提供される請求項１６に記載の
    方法。
  22. 【請求項２２】 前記基板がシリコンウエハである請求
    項１６に記載の方法。
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