專利名稱：：外延室中基板的預(yù)清潔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及外延室中基板的預(yù)清潔方法、系統(tǒng)與設(shè)備。更明確而言，本發(fā)明揭露一種在外延處理之前，先進(jìn)行清潔處理以移除表面缺陷與污染物的外延沉積方法、系統(tǒng)與設(shè)備。
背景技術(shù)：
：外延層是生長于結(jié)晶基板上的結(jié)晶膜。下層基板通常用作正生長的膜的樣版，所以外延層的結(jié)晶特性由下層結(jié)晶基板所決定。亦即，結(jié)晶基板為外延生長提供結(jié)晶用的種晶。例如，基板可以是單晶硅、硅鍺、或絕緣層上覆硅(SOI)晶片。一般利用化學(xué)氣相沉積(CVD)以完成外延層的生長?；寰惠d入CVD反應(yīng)器中，并接著用諸如氦氣、氬氣、氮?dú)饣驓錃獾姆欠磻?yīng)性氣體清潔反應(yīng)器。隨后，升高反應(yīng)器的溫度，并將載氣與反應(yīng)氣體的混合物導(dǎo)入反應(yīng)器中。反應(yīng)氣體可包含但不限于，硅烷(SihU)、二硅乙烷(Si2Hs)、三硅烷(Si3H8)、二氯硅烷(dichlorosilane(SiH2CI2))、三氯硅烷(trichlorosilane(SiHCI3))、以及四氯化硅(silicontetrachloride(SiCI4))。亦可導(dǎo)入諸如砷化氬(arsine(AsH3))、磷化氫(phosphine(PH3))以及二硼烷(diborane(B2H6))等摻雜氣體。載氣通常為氫氣。當(dāng)達(dá)成所需的外延層厚度時(shí)，可再度利用非反應(yīng)性氣體清潔反應(yīng)器，并降低反應(yīng)器溫度。不過，為了使外延處理順利進(jìn)行，將結(jié)晶表面上的缺陷與污染物降至最低是很重要的。在結(jié)晶表面上的結(jié)晶性缺陷與污染物會在諸如注入、間隔物蝕刻、濕式蝕刻、與任何其它晶片制作步驟的處理過程中增加。所以在外延沉積處理前，應(yīng)移除受損以及/或受污染層以避免缺陷。在一個(gè)清潔方法中，例如，基板可在溫度超過大約850。C至100(TC的氫氣環(huán)境中退火，上述步驟是本領(lǐng)域中所述的氫氣預(yù)烘烤。不過，上述高溫處理從熱預(yù)算這一方面來說是很昂貴的。在預(yù)烘烤步驟之后，則進(jìn)行外延沉積處理。5因此，需要能提供一種在外延過程中減少熱負(fù)擔(dān)的處理。亦需要一種可在外延生長條件下進(jìn)行的預(yù)清潔處理。
發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的一個(gè)方面中，一種處理基板的方法包含將基板引入處理室中；將蝕刻氣體導(dǎo)入該處理室中；用該蝕刻氣體處理該基板的至少一部份，以從基板表面上移除污染或受損層；停止導(dǎo)入該蝕刻氣體；排空該處理室以面。圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的多處理室的處理系統(tǒng)；圖2A至圖2C顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的正在處理中的基板；圖3顯示本發(fā)明實(shí)施例的蝕刻速率(埃/分鐘)與氯化氫流速(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)的關(guān)系圖4顯示本發(fā)明實(shí)施例的氧濃度(厘米々)與蝕刻厚度(埃)的關(guān)系圖；圖5顯示本發(fā)明實(shí)施例的碳濃度(厘米—2)與蝕刻厚度(埃)的關(guān)系圖；圖6顯示本發(fā)明實(shí)施例的氯濃度(厘米-2)與蝕刻厚度(埃)的關(guān)系圖。具體實(shí)施例方式在闡述本發(fā)明的數(shù)個(gè)實(shí)施例以前，必須了解的是本發(fā)明并不受限于后述的詳細(xì)構(gòu)成與處理步驟?？梢云渌鞣N方式進(jìn)行或?qū)嵤┍景l(fā)明。本發(fā)明的各種方面涉及在外延室中對基板進(jìn)行預(yù)清潔的系統(tǒng)、設(shè)備與方法。因?yàn)槭煜ご祟I(lǐng)域的人皆知有關(guān)外延沉積的半導(dǎo)體處理設(shè)備與技術(shù)，所以本發(fā)明中并不詳加闡述公知技術(shù)的部分，以免不必要地阻礙本發(fā)明的特征。熟悉此領(lǐng)域者當(dāng)知處理參數(shù)值會隨著特定環(huán)境、基板種類等因素而改變。所以，不需要詳細(xì)列出可能的數(shù)值與條件，因?yàn)檫@些數(shù)值可在了解本發(fā)明的原理之后即可決定。本發(fā)明的實(shí)施例涉及在外延沉積之前，例如在使用蝕刻氣體進(jìn)行選擇性外延沉積之前，先清潔例如硅晶片的基板。選擇性硅外延沉積(Si-epitaxialdeposition)與,圭錯(cuò)夕卜延;;冗禾口、(SiGe-epitaxialdeposition),可寸吏夕卜延層生長于硅溝槽(Simoats)上而非生長于介電區(qū)域中。選擇性外延可用于半導(dǎo)體裝置中，諸如在上層的源極/漏極、源極/漏極延伸、接點(diǎn)插塞(contactplugs)、以及雙極裝置的底層沉積。通常，選擇性外延處理涉及兩個(gè)步驟沉積與蝕刻。在硅與介電表面上的沉積與蝕刻是以相當(dāng)不同的反應(yīng)速度同時(shí)發(fā)生的。通過改變蝕刻劑氣體(例如，氯化氬)的選擇性處理?xiàng)l件，使沉積僅在硅表面上發(fā)生。本發(fā)明的各種方面可在叢集工具(clustertool)的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)室中進(jìn)行。通常，叢集工作是包含多個(gè)反應(yīng)室的組合系統(tǒng)，其可進(jìn)行各種包含基板中央尋找與定位、除氣、退火、沉積以及/或蝕刻的功能。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，叢集工具包含用以進(jìn)行預(yù)清潔與選擇性外延沉積處理的反應(yīng)室。叢集工具的多個(gè)反應(yīng)室被固定在中央傳送室中，該中央傳送室包覆用以在反應(yīng)室之間傳送基板的機(jī)械手臂。傳送室通常維持真空狀態(tài)并可提供一中間階段，其中基板由一反應(yīng)室傳送至另一個(gè)反應(yīng)室以及/或位于叢集工具的前端的負(fù)載閉鎖室。兩個(gè)可用于本發(fā)明的公知的叢集工具為Centura⑧與Endura,二者皆可在位于加州圣塔克拉拉的AppliedMaterials公司購得。上述階段化真空基板處理系統(tǒng)的詳細(xì)說明揭露于1993年2月16日授證予Tepman等人且
專利名稱：為rstaged-VacuumWaferProcessingSystemandMethod」的美國專利5186718中，在此以參考方式納入該案的內(nèi)容。然而，可視包含本清潔處理的特定制作步驟以改變反應(yīng)室的實(shí)際設(shè)置與組合。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，一種處理基板的方法包含將基板引入處理室中；導(dǎo)入一蝕刻氣體至該處理室中；用該蝕刻氣體處理該基板的至少一部份，以從該基板表面上移除污染或受損層；停止導(dǎo)入該蝕刻氣體；排空該處理室以在該室內(nèi)實(shí)現(xiàn)低壓；以及在該低壓下處理該基板表面而形成干凈的基板表面。在一個(gè)實(shí)施例中，處理方法更包含在干凈的基板表面上沉積外延層。舉例來說，在基板表面上形成外延層的步驟是由選擇性外延處理所完成的。在一個(gè)實(shí)施例中，選擇性外延是在干凈且由絕緣體包圍的部份表面上進(jìn)行7的。在一些實(shí)施例中，處理步驟與沉積步驟是在相同的反應(yīng)室中完成的。在其它的實(shí)施例中，這些步驟可在不同反應(yīng)室中進(jìn)行，例如，在真空閉鎖的叢集工具中進(jìn)行。在另一實(shí)施例中，基板的溫度介于大約60(rc至約85crc之間。在另一實(shí)施例中，基板的溫度小于或等于大約75(TC。在一實(shí)施例中，本發(fā)明的方法更包含在沉積外延層于基板表面上之前，先增加反應(yīng)室的壓力。在一范例中，用蝕刻氣體處理基板時(shí)的壓力是在大約10托至大約760托之間。在另一范例中，以低壓處理基板表面的步驟發(fā)生在壓力大約小于或等于1托時(shí)。在另一實(shí)施例中，蝕刻氣體包含卣素。例如，蝕刻氣體可包含HCI、Cl2、Br2、CCI4、CH3CI3、(CH2)2Cl2或其混合物等。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明的方法更包含將硅源氣體、鍺源氣體、或上述的混合導(dǎo)入處理室中。含硅氣體可包含例如，硅烷(silane(SiH4))。含鍺氣體可包含例如，鍺烷(germane(GeH4))。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明的方法更包含，在沉積外延層于千凈基板表面上之前，先導(dǎo)入具有非反應(yīng)性氣體的第三氣體。在一范例中，非反應(yīng)性氣體包含氫氣、氮?dú)?、氬氣、氦氣或上述的組合物等。在一范例中，導(dǎo)入第三氣體與導(dǎo)入蝕刻氣體的步驟大致同時(shí)發(fā)生?！复笾峦瑫r(shí)」(substantiallycontemporaneously)—詞是指當(dāng)導(dǎo)入氫氣與蝕刻氣體的過程當(dāng)中，至少有一段時(shí)間重迭。雖然導(dǎo)入氣體的起始與結(jié)束時(shí)間不需要相同，不過在一些例子中是可以相同的。在一實(shí)施例中，蝕刻氣體的流速介于大約10毫升每分鐘(sccm)至大約15,000毫升每分鐘(sccm)。在另一實(shí)施例中，第二氣體的流速介于大約1sccm至大約500sccm。在另一實(shí)施例中，第三氣體的流速介于大約1標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘(slm)至大約100標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘(slm)。在另一實(shí)施例中，在用蝕刻氣體處理基板以將基板表面露出的步驟中，蝕刻速率介于大約1埃/分鐘(A/min)至大約30埃/分鐘(A/min)。在本發(fā)明的一方面中，提供一種供給半導(dǎo)體基板的方法，其中該方法包含將基板引入處理室中；導(dǎo)入一蝕刻氣體至該處理室中；用該蝕刻氣體處理該基板的至少一部份；停止導(dǎo)入該蝕刻氣體；排空該處理室以在該室內(nèi)實(shí)現(xiàn)低壓；以及在該低壓下處理該基板表面；以及在該基板表面上沉積一外延層。參照圖1,其顯示叢集工具或多反應(yīng)室處理系統(tǒng)10可與本發(fā)明的一方面一起使用。處理系統(tǒng)10可包含一個(gè)或多個(gè)負(fù)栽閉鎖室12、14以傳送基板使其進(jìn)出系統(tǒng)10。通常，因?yàn)橄到y(tǒng)10處于真空環(huán)境，負(fù)載閉鎖室12、14可使置于系統(tǒng)10中的基板抽真空(pumpdown)。第一機(jī)械手臂20可在負(fù)載閉鎖室12、14與第一組的一個(gè)或多個(gè)基板處理室32、34、36、38之間傳送基板。每個(gè)處理室32、34、36、38可用以進(jìn)行一些基板處理操作。尤其，處理室32是用以進(jìn)行后述干式蝕刻處理的干式蝕刻室，以及處理室34是外延沉積室。處理室36、38可用以提供例如，圓形層沉積(cyclicallayerexposition,CLD)、原子層沉積(ALD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、蝕刻、預(yù)清潔、除氣、定位、以及其它基板處理。第一機(jī)械手臂20亦可傳送基板使其進(jìn)出一個(gè)或多個(gè)傳送室42、44。傳送室42、44可用以維持超高真空條件，同時(shí)將基板傳送到系統(tǒng)10中。第二機(jī)械手臂50可在傳送室42、44與第二組的一個(gè)或多個(gè)處理室62、64、66、68之間傳送基板。類似處理室32、34、36、38，處理室62、64、66、68可用以進(jìn)行各種基板處理操作，包含后述的干式蝕刻處理，還有圓形層沉積(CLD)、原子層沉積(ALD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、蝕刻、預(yù)清潔、除氣與定位。任一個(gè)基板處理室32、34、36、38、62、64、66、68可視需要而從系統(tǒng)10中移除。參照圖2A-2C,外延沉積處理的范例包括預(yù)清潔步驟以從基板70移除表面損傷與污染物72，接著進(jìn)行外延沉積處理。為此，在進(jìn)行外延沉積處理之前，待處理的基板70被載入處理室中以進(jìn)行蝕刻處理，此步驟可移除損傷與污染物72而顯露出基板表面76。在蝕刻過程中，蝕刻氣體的成分很可能落在基板表面的鈍化層上，因此需要加以移除。為了移除此鈍化層，真空烘烤是在處理室中完成的，此時(shí)停止導(dǎo)入蝕刻氣體且降低處理室的壓力至例如小于1托。如圖2B所示，基板表面76可維持外延層的后續(xù)生長。在一些范例中，較佳地可在由絕緣物74包圍的一部份基板表面76上進(jìn)行外延。9外延沉積處理可在諸如EPICENTURA反應(yīng)器中進(jìn)行化學(xué)氣相沉積以在基板表面76上形成外延層78，其中預(yù)清潔是在此室中進(jìn)行的，且該處理室可在位于加州圣塔克拉拉的AppliedMaterial公司購得?；?0的表面76可暴露于以沉積氣體混合物為形式的硅，其包含硅(例如，四氯化硅(SiCI4)、三氯化硅(SiHCb)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、氯硅曱烷(SiH3CI)、二硅烷(Si2H6)、或硅烷(SihU))與載氣(諸如氮?dú)狻鍤庖约?或氫氣)。若基板70需要外延層78包含摻雜物時(shí)，含硅氣體亦可包含合適的含摻雜物氣體，諸如砷化氬(arsine(AsH3))、磷化氫(phosphine(PH3))以及或二硼烷(diborane(B2H6"。范例在一范例中，處理基板的條件為80(TC的溫度、15托的壓力、25/5slm的氫氣流速以及不同流速的氯化氫。圖3顯示增加氯化氫的流速，而得到較高的蝕刻速率(埃/分鐘)。在其它范例中，根據(jù)0小時(shí)、4小時(shí)、與8小時(shí)的等待時(shí)間處理基板。表格1顯示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)果，其包含預(yù)清潔處理的不同參數(shù)的識別碼。處理參數(shù)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)提供于表格2中。表格1:預(yù)清潔處理?xiàng)l件的一覽表<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表格2:處理參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>圖4、圖5與圖6分別顯示在干凈基板界面上以具有S1、S2、S3的條件與非蝕刻控制下的氧、碳與氯的濃度(厘米々)。這些圖式顯示被蝕刻的基板的厚度增加，在基板上的界面污染物的量減少。本發(fā)明以上述的較佳實(shí)施例揭露，可了解的是本領(lǐng)域技術(shù)人員可輕易以其它等效實(shí)施例或組件取代而仍不會悖離本發(fā)明的精神。此外，許多修飾與變更仍不會脫離本發(fā)明所教示的范圍。因此，本發(fā)明并不限定上述揭露的最佳實(shí)施例，而應(yīng)以后附的權(quán)利要求書所界定。權(quán)利要求1.一種處理基板的方法，包含將基板引入處理室中；將蝕刻氣體導(dǎo)入該處理室中；用該蝕刻氣體處理該基板的至少一部份，以從基板表面上移除一污染或受損層；停止導(dǎo)入該蝕刻氣體；排空該處理室以在該室中實(shí)現(xiàn)低壓；以及在該低壓下處理基板表面以形成干凈的基板表面。2.如權(quán)利要求1所述的方法，更包含在該干凈的基板表面上沉積一外延層。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在導(dǎo)入該蝕刻氣體的步驟中，該基板的溫度介于大約600'C至大約85CTC。4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中在導(dǎo)入該蝕刻氣體的步驟中，該基板的溫度小于或等于大約75CTC。5.如權(quán)利要求2所述的方法，更包含在該干凈的基板表面上沉積該外延層之前，先增加該處理室的壓力。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該蝕刻氣體包含一鹵素。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該蝕刻氣體包含HCI、Cl2、Br2、CCI4、CH3CI3、(CH2)2Cl2或其混合物。8.如權(quán)利要求1所述的方法，更包含將第二氣體導(dǎo)入該處理室，該第二氣體包含硅源氣體、鍺源氣體或其組合。9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該硅源氣體包含硅烷(SiH4)。10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該鍺源氣體包含鍺烷(GeH4)。11.如權(quán)利要求2所述的方法，更包含在該干凈的基板表面上沉積一外延層之前，先將包含非反應(yīng)性氣體的第三氣體導(dǎo)入該處理室中。12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中該非反應(yīng)性氣體包含氫氣、氮?dú)?、氬氣、氦氣或其組合。13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該蝕刻氣體的流速介于大約10sccm至大約15000sccm。14.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該第二氣體的流速介于大約1sccm至大約500sccm。15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中該第三氣體的流速介于大約1slm至大約100slm。16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在用該蝕刻氣體處理該基板以露出基板表面的步驟中，蝕刻速率介于大約1埃/分鐘至大約30埃/分鐘。17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中用該蝕刻氣體處理該基板以露出基板表面的步驟發(fā)生在壓力介于約10托至約760托的情況下。18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在該低壓下處理該基板表面的步驟發(fā)生在約小于或等于1托的壓力下。19.如權(quán)利要求2所述的方法，其中在該千凈的基板表面上形成一外延層的步驟是由選擇性外延所完成的。20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中該選擇性外延是在由絕緣體包圍的千凈基板的一部份上進(jìn)行的。全文摘要本發(fā)明揭示一種處理基板的方法，該方法包括預(yù)清潔蝕刻與低壓處理。預(yù)清潔處理包含將基板引入處理室中；使蝕刻氣體流入該處理室中；用該蝕刻氣體處理該基板的至少一部份，以從基板表面上移除一污染或受損層；使該蝕刻氣體的流動(dòng)停止；排空該處理室以在該室中實(shí)現(xiàn)低壓；以及在該低壓下處理該基板表面。接著使用外延沉積在該基板表面上形成外延層。文檔編號H01L21/02GK101484980SQ200780024750公開日2009年7月15日申請日期2007年6月29日優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日發(fā)明者A·塞蒙洛夫,A·朱耶基,J·瓦圖斯,L·華盛頓,金以寬申請人:應(yīng)用材料股份有限公司