專利名稱：從基板移除表面摻雜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實(shí)施例大體上有關(guān)于制造半導(dǎo)體器件的方法。更明確而言，本發(fā)明實(shí)施例 有關(guān)于移除鄰近基板表面的高濃度摻雜的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造工藝中，經(jīng)常使用摻雜。摻雜是指任何將雜質(zhì)注入到基本上純的材 料中的工藝。期望使用雜質(zhì)使摻雜后的組成物獲得某些性質(zhì)，或者某些程度地改變組成物 的性質(zhì)。在一些應(yīng)用中，摻雜可能提供一種界面勢(shì)壘層，以避免兩種材料在界面處因擴(kuò)散而 進(jìn)入彼此中。舉例而言，在薄膜電容中，可能在導(dǎo)電層和介電層交界的表面施以摻雜，以避 免導(dǎo)電元素?cái)U(kuò)散進(jìn)入介電層中。在其他應(yīng)用中，摻雜可能改變材料的熱性質(zhì)。例如，可能在 將要進(jìn)行熱處理的材料中注入摻雜，以改變?cè)摬牧系臒嵝再|(zhì)或光學(xué)性質(zhì)，而有助于處理。在 常用的應(yīng)用中，摻雜遍布在基板的區(qū)域中，以形成晶體管器件的源漏結(jié)。例如，可將摻雜注 入硅晶體中。摻雜的電子構(gòu)型與硅不同，以產(chǎn)生出使電流流過晶體的電勢(shì)(potential)。將摻雜注入材料中的工藝通常依循兩種途徑的其中一種?？蓪诫s沉積在欲進(jìn)行 摻雜的材料表面上，然后通過加熱執(zhí)行“驅(qū)入(driven-in) ”，以驅(qū)使摻雜擴(kuò)散進(jìn)入材料中。 此工藝通常涉及在摻雜層上形成導(dǎo)熱但堅(jiān)固的覆蓋層(capping layer)，以避免所沉積的 摻雜在加熱處理過程中升華(sublimation)。在加熱處理過程中，摻雜將會(huì)擴(kuò)散進(jìn)入基板材 料內(nèi)，而通常產(chǎn)生在靠近材料表面處濃度較高且隨著深入材料濃度變低的濃度梯度。熱處 理的時(shí)間越長(zhǎng)且越激烈，擴(kuò)散越多，且濃度梯度越平穩(wěn)。在涉及將摻雜注入到硅晶體內(nèi)的工 藝中，熱處理工藝還活化摻雜原子，促使摻雜原子占據(jù)晶格中的位置，并且提高整體晶格秩 序(order)，借著晶格位錯(cuò)(crystal dislocation)來降低電阻。另一種途徑涉及將摻雜離子能量注入到基板中。此種工藝中，可在遠(yuǎn)端處或原位 上將摻雜離子化而成為等離子體，并且使用電磁場(chǎng)來加速離子朝向基板行進(jìn)。離子撞擊基 板表面并且鉆入晶體結(jié)構(gòu)中。每個(gè)離子鉆入晶體中的深度絕大部分取決于離子的動(dòng)能。在 上述的“驅(qū)入”實(shí)施例中，濃度分布大致上隨著深度呈現(xiàn)單調(diào)遞減，并且同樣執(zhí)行退火以擴(kuò) 散和活化摻雜。在各個(gè)工藝中，在進(jìn)行注入之前，可能要對(duì)欲注入摻雜的區(qū)域進(jìn)行無定形化 (amorphized)。將該些區(qū)域無定形化，會(huì)打亂基板的晶格結(jié)構(gòu)，而創(chuàng)造出可供摻雜原子或離 子進(jìn)入基板中的通道(conduits)。與未經(jīng)過無定形化相比，無定形化通常會(huì)因?yàn)槭箵诫s在 表面處發(fā)生較少次的碰撞，而造成更深的注入。因此，當(dāng)期望獲得深注入時(shí)，此點(diǎn)是有利的。兩種工藝的結(jié)果都是在靠近基板表面處留有最高的摻雜濃度。前一種工藝經(jīng)常在 基板表面留下相當(dāng)大量的摻雜。而兩種工藝中，在退火之后，可能從工藝腔室移出基板并且 置于儲(chǔ)存箱中一段時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi)，基板經(jīng)常會(huì)釋出氣體。特別是靠近基板表面處的 高濃度摻雜會(huì)與空氣中的濕氣反應(yīng)而形成揮發(fā)性化合物。其中某些氣體可能具有相當(dāng)高的 毒性。例如，兩種廣泛使用的摻雜，砷(As)與磷(P)，會(huì)與空氣中的濕氣反應(yīng)而形成砷化氫 (AsH3)與磷化氫(PH3),兩者都具有高毒性。由于砷化氫的毒性之故，美國(guó)職業(yè)安全與衛(wèi)生管理局(OSHA)近來降低，例如，砷化氫的暴露標(biāo)準(zhǔn)到50ppb至5ppb(parts per billion)。 因此，需要一種能從鄰近摻雜基板表面處的區(qū)域中移除高濃度摻雜的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例大體上提供一種處理含摻雜基板的方法，包括將該基板放置在一或 多個(gè)腔室中；提供摻雜移除混合物至該一或多個(gè)腔室；施用該摻雜移除混合物于該基板， 以在該些腔室的其中至少一個(gè)內(nèi)產(chǎn)生一或多種揮發(fā)性化合物；以及從該一或多個(gè)腔室移除 該一或多種揮發(fā)性化合物。其他實(shí)施例提供一種在一或多個(gè)腔室中將已摻雜的基板退火的方法，該方法包 括提供一或多種摻雜移除混合物至該些腔室的其中至少一個(gè)；形成該摻雜移除混合物的 一或多個(gè)等離子體；使該已摻雜的基板暴露于該一或多個(gè)等離子體；施加該一或多個(gè)等離 子體至該基板，而于該一或多個(gè)腔室中產(chǎn)生一或多種揮發(fā)性化合物；以及從該一或多個(gè)腔 室中移除該一或多種揮發(fā)性化合物。另一些實(shí)施例提供一種在一或多個(gè)工藝腔室中處理含硅基板的工藝，包括在該 基板至少一部分的表面上沉積摻雜層；在至少一部分的摻雜層上形成覆蓋層；熱處理該基 板，使摻雜擴(kuò)散進(jìn)入基板中并且活化摻雜；提供反應(yīng)性蝕刻劑到該些工藝腔室的其中至少 一個(gè)；從摻雜層上移除覆蓋層；使蝕刻劑與摻雜反應(yīng)以形成一或多種揮發(fā)性化合物；以及 從該一或多個(gè)工藝腔室移除一或多種揮發(fā)性化合物。其他實(shí)施例提供一種從基板的表面區(qū)域移除高濃度摻雜的方法，包括使該表面 區(qū)域暴露于反應(yīng)性氣體混合物；使該氣體混合物與該表面區(qū)域中或表面區(qū)域上的摻雜反 應(yīng)，以形成一或多種揮發(fā)性化合物；以及從該基板移除該一種或多種揮發(fā)性化合物。


為了詳細(xì)了解本發(fā)明的上述特征，參照數(shù)個(gè)實(shí)施例來進(jìn)一步明確說明本
發(fā)明內(nèi)容
且扼要整理如上，部分實(shí)施例繪示于附圖中。須注意的是，所附圖式僅揭露本發(fā)明典型的實(shí) 施例，因此不應(yīng)用來限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明還允許其他等效實(shí)施例。圖IA是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的設(shè)備剖面圖。圖IB是可用于圖IA的等離子體源的透視圖。圖2A是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的工藝流程圖。圖2B至21是使用圖2A的工藝流程來修飾基板的步驟順序。圖3A是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的工藝流程圖。圖3B至3G是使用圖3A的工藝流程來修飾基板的步驟順序。圖4A是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的工藝流程圖。圖4B至4H是使用圖4A的工藝流程來修飾基板的步驟順序。圖5A是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的工藝流程圖。 圖5B至5H是使用圖5A的工藝流程來修飾基板的步驟順序。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)施例大體上提供從靠近摻雜基板表面的區(qū)域處移除摻雜的設(shè)備和方法。已發(fā)現(xiàn)到，可通過在一或多個(gè)腔室中將基板暴露于能由摻雜形成揮發(fā)性化合物的材料下， 來移除摻雜。隨后可從一或多個(gè)腔室中移除揮發(fā)性化合物?？稍诔练e或注入摻雜后或退火 后的任何時(shí)間點(diǎn)使用等離子體或不使用等離子體來執(zhí)行摻雜去除動(dòng)作。文中揭示多個(gè)實(shí) 施例，通過先蝕刻移除覆蓋層，隨后使用摻雜移除混合物與剩余的摻雜反應(yīng)，來移除“驅(qū)入” 注入工藝中沉積在基板表面上的摻雜，該摻雜移除混合物例如氫(H2)、氮(N2)、氧(O2)、氨 (N2)、三氟化氮(NE3)、四氟化硅(SiF4)、濕空氣或其組合，并且選用性地包含電容耦合或感 應(yīng)耦合生成的遠(yuǎn)端或原位等離子體。在工藝腔室中形成諸如砷化氫(AsH3)、磷化氫(PH3)、硼烷(BxH3x)及環(huán)硼氮烷 (borazine, B3H6N3)等揮發(fā)性化合物，并且將其從工藝腔室移除。其他實(shí)施例將揭示在熱處 理之前、熱處理過程中和熱處理之后完成摻雜移除。在又另一些實(shí)施例中，將敘述在等離子 體離子注入之后進(jìn)行摻雜移除。最后，一些實(shí)施例將揭示在多個(gè)腔室中完成摻雜移除。圖IA是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的設(shè)備剖面圖。所繪的設(shè)備是設(shè)計(jì)用來執(zhí)行等離子 體輔助工藝，例如基板內(nèi)摻雜的等離子體注入。等離子體反應(yīng)器100包含腔室主體102，其 具有底部124、頂部126和側(cè)壁122，而封圍出工藝區(qū)域104。腔室主體102的底部124支撐 著基板支撐組件128，并且基板支撐組件128適用以接受基板106以進(jìn)行處理。氣體分配板 130連接于腔室主體102面向基板支撐組件128的頂部126。在腔室主體102中限定出泵送 口(pumpingport)132且連接至真空泵134。真空泵134透過節(jié)流閥(throttle valve) 136 連接至泵送口 132。氣體源152連接至氣體分配板130，以供應(yīng)在基板106上執(zhí)行的工藝所 使用的氣態(tài)前驅(qū)物化合物。繪于圖IA中的反應(yīng)器100還包含等離子體源190，等離子體源190的透視圖顯 示在圖IB中。等離子體源190包含一對(duì)分開的外部回流導(dǎo)管(reentrantconduit) 140和 140’安裝在腔室主體102的頂部126上，且配置成彼此互相跨越，或設(shè)置成彼此正交，如圖 IB中的示范實(shí)施例所示。第一外部回流導(dǎo)管140具有第一端140a，其經(jīng)由形成在頂部126 中的開口 198而連接至腔室主體102中工藝區(qū)域104的第一側(cè)。第二端140b具有開口 196 且連接至工藝區(qū)域104的第二側(cè)中。第二外部回流導(dǎo)管140’具有第一端140a’和第二端 140b，，第一端140a，具有開口 194并且連接至工藝區(qū)域104中的第三側(cè)，以及第二端140a， 具有開口 192且連接到工藝區(qū)域104的第四側(cè)中。在一實(shí)施例中，第一和第二外部回流導(dǎo)管 140和140，配置成彼此正交(orthogonal)，而使每個(gè)外部回流導(dǎo)管140、140，的兩端140a、 140a，、140b、140b，以間隔90度的方式沿著腔室主體102的頂部126的周長(zhǎng)而設(shè)置。外部 回流導(dǎo)管140、140’的正交配置允許將等離子體源均勻一致地分配在整個(gè)工藝區(qū)域104。預(yù) 期將第一和第二外部回流導(dǎo)管140、140’配置成可在工藝區(qū)域104中提供均勻等離子體的 其他分配方式。磁導(dǎo)性環(huán)形核心142、142’環(huán)繞著其所對(duì)應(yīng)的外部回流導(dǎo)管140、140’的一部分。 導(dǎo)電線圈144、144’分別通過阻抗匹配電路或元件148、148’連接到各自的射頻(RF)等離子 體源功率產(chǎn)生器146、146’。每個(gè)外部回流導(dǎo)管140、140’都是中空導(dǎo)電管，并且由絕緣輪狀 環(huán)150、150，來分別中斷各個(gè)外部回流導(dǎo)管140、140，兩末端140a、140b (及140a，、140b，) 之間的連續(xù)電通路(electrical path)。通過使RF等離子體偏壓功率產(chǎn)生器154由阻抗匹 配電路或元件156連接到基板支撐組件128，來控制基板表面處的離子能量?；氐綀D1A，從工藝氣體源152供應(yīng)含有氣態(tài)化合物的工藝氣體經(jīng)由頂部氣體分配板130引入工藝區(qū)域104中。通過導(dǎo)電線圈144和環(huán)形核心142將RF源等離子體功率146 耦合到供應(yīng)至導(dǎo)管140中的氣體，而在包含外部回流導(dǎo)管140和工藝區(qū)域104的第一封閉 環(huán)形路徑中創(chuàng)造出循環(huán)等離子體流。此外，通過導(dǎo)電線圈144’和環(huán)形核心142’將RF源等 離子體功率146’耦合到供應(yīng)至第二導(dǎo)管140’中的氣體，而在第二封閉環(huán)形路徑中創(chuàng)造出 循環(huán)等離子體流，第二封閉環(huán)形路徑橫越(例如，正交)第一環(huán)形路徑。第二環(huán)形路徑包含 第二外部回流導(dǎo)管140’以及工藝區(qū)域104。每條路徑中的等離子體流會(huì)分別以RF源功率 產(chǎn)生器146、146’的頻率來振蕩(oscillate)(例如，反向)，且振蕩頻率可能相同或彼此稍 微偏移(offset)。在一實(shí)施例中，工藝氣體源152提供不同的工藝氣體，以提供用來注入基板106的 離子。工藝氣體的適合實(shí)例包括化!16、8&、5讓4、5丨 4、？!13、己!15、？03、？&、？ 5和0 4等等。各 等離子體源功率產(chǎn)生器146、146’的操作功率的結(jié)合效果能夠有效地解離(dissociate)工 藝氣體源152所供應(yīng)的工藝氣體，并且在基板106的表面處產(chǎn)生需要的離子流。RF等離子 體偏壓功率產(chǎn)生器154的功率控制在選定大小，所選定的功率大小可提升工藝氣體解離后 的離子能量而加速朝向基板表面，并且注入基板106頂面下方達(dá)到期望的深度及所需的離 子濃度，或是沉積在基板106的表面上。例如，施加相對(duì)低的RF功率(例如低于約50eV) 來偏壓產(chǎn)生器154，可能獲得相對(duì)低的等離子體離子能量。具有低離子能量的解離離子可能 注入距離基板表面約0 A至約100 A的淺深度，或者僅沉積在基板106的表面上?；蛘?，產(chǎn) 生自高RF功率(例如，高于約50eV)且具有高離子能量的解離離子則可能注入至基板內(nèi)且 到達(dá)距離基板表面實(shí)質(zhì)超過約100 A的深度。圖中顯示偏壓功率產(chǎn)生器154通過匹配網(wǎng)絡(luò)156而耦合至基板支撐件128，并 且噴頭130接地。偏壓功率產(chǎn)生器154施加單極RF驅(qū)動(dòng)電偏壓(monopolar RF-driven electrical bias)至由回流導(dǎo)管140和140’所產(chǎn)生的等離子體。在另一實(shí)施例中，偏壓功 率產(chǎn)生器154可能耦合至噴頭130，或是獨(dú)立偏壓電路可能獨(dú)立地耦合至噴頭130和基板支 撐件128兩者。受控制的RF等離子體源功率和RF等離子體偏壓功率聯(lián)合解離氣體混合物而使離 子具有足夠的動(dòng)量并且在等離子體反應(yīng)器100中形成期望的離子分布。離子受到偏壓并且 被驅(qū)趕朝向基板表面，并且若離子具有足夠能量，可使離子注入基板中而具有期望的離子 濃度、分布和距離基板表面的深度。低能量的等離子體偏壓功率可能產(chǎn)生基板表面上的沉 積及少量的穿透作用。此外，由所供應(yīng)的工藝氣體生成不同離子物種和受控制的離子能量 有助于將離子注入到基板106中，形成期望的器件結(jié)構(gòu)，例如在基板106上形成源漏區(qū)和柵 極結(jié)構(gòu)。等離子體反應(yīng)器100還可包含腔室襯里(未顯示)。腔室襯里通常用來保護(hù)腔室 壁免于接觸處理過程中的反應(yīng)性成分。這類襯里可能是由陶瓷、硅或其他保護(hù)性材料所制 成，并且設(shè)計(jì)成可以定期更換。在替代實(shí)施例中，可在進(jìn)行處理之前，先在腔室的內(nèi)部表面 上沉積硅或氧化層，以化學(xué)的方式來形成腔室的襯里。此種原位式腔室襯里提供同樣的作 用，并且可利用蝕刻或清潔工藝來移除和更換該原位式腔室襯里。圖2A顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的工藝。圖2B至21顯示利用圖2A的工藝來修飾基 板。一實(shí)施例始于步驟250，在含硅基板的表面上沉積一層摻雜原子。通常用來形成晶體 管源漏區(qū)的摻雜原子包括硼(B)、磷(P)、砷(As)、鍺(Ge)及硅(Si)，但不僅限于這些原子。氮(N)、碳(C)、氧(0)、氦(He)、氙(Xe)、氬(Ar)、氟(F)及氯(Cl)也經(jīng)常為了其他需求而 注入基板中。本文中作為本發(fā)明實(shí)施例所描述的工藝可以用來移除任何適當(dāng)?shù)膿诫s并且造 成最少的改變。在沉積優(yōu)先工藝(cbposition-first process)中，摻雜層202的深度可能 達(dá)100A，較佳約達(dá)50A。圖2B顯示基板200上沉積有摻雜層202。在沉積優(yōu)先工藝中，如步驟254中所示，摻雜層經(jīng)過熱處理，以促進(jìn)摻雜擴(kuò)散進(jìn)入 基板200中。為了避免摻雜層202在熱處理過程期間升華，可如步驟252和圖2C所示般地 在摻雜層202上形成覆蓋層204。并非所有的實(shí)施例都需要覆蓋層204，但如果使用覆蓋層 的話，覆蓋層204可能是由硅、氧、碳、氮、氫、金屬或其任何適當(dāng)?shù)慕M合所形成。覆蓋層204 需要能導(dǎo)熱，并且在接近高達(dá)硅的熔點(diǎn)(1410°C)的退火溫度下仍穩(wěn)定。常用的覆蓋層范例 包括氮化硅(SiaNb)、碳化硅(SiaC。)、氮氧化硅(SiaOdNb)、氧化硅(SiaOd)、氮化金屬(MeNf)， 其中金屬可能是任何常用于阻擋或覆蓋的金屬，例如鈦(Ti)、鉭(Ta)或鎢(W)?？衫没?不使用等離子體進(jìn)行物理或化學(xué)汽相沉積來沉積此類膜層，并且此類膜層通常是多種元素 的非化學(xué)計(jì)量組合(not stoichimetric combination)。舉例而言，在上述化合物中，如果 a = 1，b的范圍可能從0.3至1.5，c的范圍可能約0.3至約1. 2，并且d的范圍可能從約 0. 5至約2. 5。又，如果e = 1，f的范圍可從約0. 8至約1. 2。步驟254中的熱處理驅(qū)使摻雜原子從層202進(jìn)入基板200中。圖2D顯示摻雜原 子遍布基板200而形成摻雜層206，覆蓋層204完整，表面摻雜層202消失?？拷?00 表面處的摻雜層206中的摻雜濃度較高。需了解到，在很多例子中，在驅(qū)入工藝期間，摻雜 層202可能不會(huì)消耗掉，而可能在覆蓋層204和基板200的摻雜層206之間殘存著由摻雜 原子所構(gòu)成10人至IOOA的膜層。在步驟254中，熱處理可能包括任何適合擴(kuò)散和活化該 些沉積在基板上的摻雜的溫度變化過程(temperature history)。加熱、冷卻、快速、瞬間、 脈沖、激光或快閃(flash)退火可能足以造成所需的擴(kuò)散作用。在激光退火的例子中，覆蓋 層可能是抗反射層或吸收層，以幫助退火工藝。在步驟256中，可提供反應(yīng)性混合物至工藝腔室中。反應(yīng)性混合物可能包括多 種物質(zhì)，例如氫(H2)、氧(O2)、氮(N2)、氨(NH3)、三氟化氮(NF3)、四氟化硅(SiF4)或硫化氫 (H2S)。在圖2E顯示的實(shí)施例中，反應(yīng)性混合物210先撞擊在覆蓋層204上。在此實(shí)施例 中，所選擇的反應(yīng)性混合物210會(huì)先與覆蓋層204反應(yīng)而移除覆蓋層204，然后與基板200 的摻雜層206中的摻雜反應(yīng)。反應(yīng)性混合物210不限于以上列出的物質(zhì)。如選用性的步驟258所示，較佳可形成反應(yīng)性混合物210的等離子體。圖2F顯示 反應(yīng)性混合物210已被離子化而成為等離子體212。在一些實(shí)施例中，較佳使用等離子體來 移除覆蓋層204和靠近摻雜層206表面處的摻雜?？衫秒娙蓠詈匣蚋袘?yīng)耦合方式在遠(yuǎn)端 或原位處產(chǎn)生等離子體?？墒褂弥T如氟化氫(HF)等蝕刻劑來達(dá)成此目的。在步驟260中， 利用等離子體212從基板200上蝕刻移除覆蓋層204。在步驟262中，用來蝕刻移除覆蓋層的蝕刻劑會(huì)與位于基板200的摻雜層206 表面處或表面稍微下方處的摻雜原子發(fā)生反應(yīng)，而形成揮發(fā)性化合物。這類化合物可能 包括砷化氫(AsH3,或稱胂)、磷化氫(PH3,或稱膦)、硼烷(BH3)、二硼烷(B2H6)、環(huán)硼氮烷 (borazine, B3H6N3)以及鹵化硼(BX3或B2X4)。根據(jù)摻雜的種類，選擇的蝕刻劑應(yīng)能夠與摻 雜反應(yīng)而形成一種或多種揮發(fā)性化合物。圖2H中，揮發(fā)性化合物214從基板200中釋出； 并且如圖21所示般，真空移除揮發(fā)性化合物214。較佳可移除基板表面下約達(dá)IOA的摻雜，但可較長(zhǎng)時(shí)間暴露于反應(yīng)性混合物中而移除更深入基板中的摻雜，例如在基板表面下約達(dá) 30A的摻雜。在此實(shí)施例中繪示單一種反應(yīng)性混合物。然而應(yīng)可理解到，用來移除覆蓋層 的混合物可以與用來移除摻雜的混合物不相同。通常在移除摻雜的過程中，較佳對(duì)基板施行熱控制。稍微升高溫度可能有助于促 進(jìn)揮發(fā)性化合物離開基板。在某些實(shí)施例中，為了達(dá)成此目的，可能期望控制基板溫度高于 約 50 0C ο在處理結(jié)束時(shí)，可在基板上形成保護(hù)性氧化層。此保護(hù)層使其下方基板組成進(jìn)一 步的任何改變減至最少。在一些實(shí)施例中，該氧化層可以是使基板暴露于空氣中而形成的 自然氧化層。在其他實(shí)施例中，可在工藝腔室中提供氧化劑利用或不利用等離子體來形成 厚度約達(dá)40A的氧化層。氧化層避免任何摻雜遷移至基板表面而與空氣或濕氣反應(yīng)，以及 避免在表面上發(fā)生不想要的吸附作用或污染。根據(jù)此實(shí)施例，可將尺寸介于約200毫米(mm)至約450毫米之間的基板，例如約 300毫米的基板，放置在工藝腔室中?；蹇赡苁呛杌?，例如多晶硅基板?；逡部赡?是非晶硅基板?？稍谟械入x子體輔助或無等離子體輔助的情況下利用化學(xué)或物理汽相沉積 在基板表面上沉積硼摻雜。例如，可供應(yīng)含有二硼烷和載氣的氣體混合物至沉積腔室中。氣 體混合物的組成可能含有約5%至約10% (重量百分比)的二硼烷，其余部分則包含氫氣 (H2)、氦氣(He)或其組合物?？梢约s20sCCm(標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘)至約300sCCm的流速 來供應(yīng)氣體混合物。包括氫氣(H2)、氦氣(He)、氬氣(Ar)或其組合的補(bǔ)充稀釋氣體的供應(yīng) 流速介在約IOsccm至約200SCCm之間。腔室溫度通常維持在約5°C至約70°C之間?？商?供高達(dá)約6千瓦(kW)的功率給上述感應(yīng)源142和142’以產(chǎn)生等離子體，且利用偏壓功率 產(chǎn)生器154和上述耦合方式來施加介于約100瓦(W)至約5千瓦(kW)間的RF功率給基板 支撐件128，以偏壓該等離子體。處理約3秒至200秒通常會(huì)在基板表面上產(chǎn)生厚度約達(dá) 300人的硼摻雜層。在以1300°C退火約達(dá)10秒之后，以約10至約200sCCm的流速供應(yīng)氨(NH3)至工 藝腔室中持續(xù)約3秒至200秒。退火之后，基板溫度通常降至低于約100°C的溫度。以約 13. 56MHz的頻率施加RF功率產(chǎn)生電場(chǎng)來離子化氨氣，以產(chǎn)生等離子體。活化的氨離子會(huì)與 基板表面上或表面稍下方處的硼摻雜反應(yīng)。在一實(shí)施例中，基板表面上和基板表面約10人 距離中的硼摻雜會(huì)轉(zhuǎn)化成環(huán)硼氮烷(borazine，B3H6N3)，其是一種揮發(fā)性化合物。最后，在 移除摻雜之后，于氣體混合物中加入氧氣(O2)持續(xù)約30秒，以在基板表面上形成厚度約達(dá) 40人的保護(hù)性氧化層。保護(hù)性氧化層可避免基板的剝露面(stripped surface)進(jìn)一步釋 出摻雜。在另一替代實(shí)施例中，可利用能量化注入方式來注入摻雜，而非以沉積在表面上 的方式。如上所討論者，此種注入涉及將摻雜原子離子化，并且使用電磁場(chǎng)加速摻雜朝向基 板，例如可使用購(gòu)自美國(guó)加州圣克拉拉市應(yīng)用材料公司的CENTURA 腔室來進(jìn)行等離子體 離子浸沒注入(P3I)工藝。在另一替代實(shí)施例中，可使用購(gòu)自美國(guó)加州圣克拉拉市應(yīng)用材 料公司的QUANTUM X PLUS 離子束注入機(jī)來達(dá)成能量化注入(energetic implantation)。 當(dāng)器件的幾何結(jié)構(gòu)越小，注入?yún)^(qū)域會(huì)變得更薄，例如在目前某些應(yīng)用領(lǐng)域中接近100人。當(dāng) 注入?yún)^(qū)域越薄，將離子注入晶體中所需要的能量就越少，并且需要加以限制以避免過度注 入。由于離子化場(chǎng)區(qū)和加速電磁場(chǎng)的能量密度有空間性差異，因此摻雜離子具有能量分布情形。較高能量的離子注入較深，而低能量的離子僅吸附在基板表面上。圖3B繪出此種現(xiàn) 象。在注入步驟350中，離子306加速朝向基板300。有些離子深入注入而在基板300中形 成摻雜層302，有些離子304則吸附在表面上。注入之后，進(jìn)行退火之前，可先移除吸附在表面上的過量摻雜以及表面稍下方處 的高濃度摻雜。步驟352中，如圖3C所示可提供反應(yīng)性混合物或物質(zhì)308至工藝腔室中。 混合物可以包括氫(H2)、氧(O2)、氮(N2)、氨(NH3)、三氟化氮(NF3)、四氟化硅(SiF4)或硫化 氫(H2S)，以及其他所選氣體，以與摻雜原子反應(yīng)形成揮發(fā)性化合物。可如步驟354和圖3D 所示般，選用性地(optionally)將反應(yīng)性混合物離子化成為等離子體310。在步驟356中， 如圖3E，反應(yīng)性混合物與摻雜原子結(jié)鍵而形成一種或多種揮發(fā)性化合物312從基板釋出。 如步驟358和圖3F所示，移除吸附在基板300表面上的摻雜層以及靠近基板300表面處的 高濃度摻雜后，利用真空314從工藝腔室中移除所產(chǎn)生的揮發(fā)性化合物312。之后，必須利 用擴(kuò)散和活化作用來分布基板300中的剩余摻雜，因此在步驟360中熱處理該基板300，以 實(shí)現(xiàn)此分布。根據(jù)此實(shí)施例，可將尺寸介于約200毫米至約450毫米之間的基板，例如約300毫 米的基板，放置在工藝腔室中?；蹇梢允呛杌澹缍嗑Ч杌蚍蔷Ч杌?。可利用等 離子體離子浸沒注入將磷摻雜注入基板中。例如，可以約3sCCm至約200sCCm的流速供應(yīng) 含有約5%至約10% (重量百分比)的磷化氫(PH3)且其余部分包含氫氣(H2)、氦氣(He) 或其組合物的氣體混合物至工藝腔室中?？商峁└哌_(dá)約6千瓦(kW)的功率給上述感應(yīng)耦 合源以產(chǎn)生等離子體。在等離子體條件下磷化氫氣體解離成磷離子，并且施加約100瓦至 約5千瓦的RF功率來電偏壓噴頭，以引導(dǎo)磷離子朝向基板。處理約3秒至200秒將會(huì)在基 板表面下注入約達(dá)300人的磷離子。如上所述，在一些實(shí)施例中，在基板表面或靠近表面處 的注入磷離子濃度最大。以約20sCCm至約300sCCm的流速將氫加入等離子體中持續(xù)約3 秒至約200秒，并且氫被離子化而與沉積在基板表面上和表面下約達(dá)20人的磷反應(yīng)。該反 應(yīng)再次生成磷化氫(PH3),并且從腔室中將其移除。在處理過程中添加氫可使沉積在基板表 面上的摻雜減至最少。隨后對(duì)該基板進(jìn)行退火，以活化剩余的摻雜，并且將基板短暫地暴露 在氧化氣體中，例如氧(O2)或水蒸氣(H2O),以產(chǎn)生保護(hù)性氧化層。在其他實(shí)施例中，可在進(jìn)行基板熱處理時(shí)，同時(shí)移除過量摻雜。圖4A是根據(jù)本發(fā) 明一實(shí)施例的工藝流程圖，其特色是在開始熱處理的步驟452和結(jié)束熱處理的步驟462之 間具有提供反應(yīng)性物質(zhì)408至工藝腔室中的步驟454。取決于欲移除的摻雜，在步驟456中 可選用性地使用等離子體410。在步驟458中，反應(yīng)性成分與摻雜反應(yīng)而形成揮發(fā)性化合 物，并且在步驟460中利用真空414來移除揮發(fā)性化合物。此實(shí)施例允許在移除過量摻雜 時(shí)，同時(shí)進(jìn)行摻雜的擴(kuò)散和活化，因此不需額外的步驟和額外的處理時(shí)間。根據(jù)此實(shí)施例，可將尺寸介于約200毫米至約450毫米之間的基板，例如約300毫 米的基板，放置在工藝腔室中?；蹇梢允呛杌?，例如多晶硅或非晶硅基板?？衫玫?離子體離子浸沒注入將砷摻雜注入基板中。例如，可以約3sCCm至約200sCCm的流速供應(yīng) 含有約5%至約10% (重量百分比)的砷化氫(AsH3)且其余部分包含氫氣(H2)、氦氣(He) 或其組合物的氣體混合物至工藝腔室中?？商峁┘s達(dá)6千瓦(kW)的功率給上述感應(yīng)耦合 源以產(chǎn)生等離子體。在等離子體條件下砷化氫氣體解離成砷離子，并且將約100瓦至約5 千瓦的RF功率的電偏壓施加于噴頭，以引導(dǎo)砷離子朝向基板。處理約3秒至200秒將會(huì)在基板表面下注入約達(dá)300A的砷離子。如上所述，在一些實(shí)施例中，在基板表面或靠近表面 處的注入離子濃度最大。隨后以約1300°C退火該基板約10秒。在退火工藝期間，以約20sccm至約300sccm 的流速將氫加入腔室中持續(xù)約3秒至約200秒，以與沉積在基板表面上和表面下約達(dá)20人 的砷反應(yīng)。該反應(yīng)再次生成砷化氫氣體(AsH3),并且在執(zhí)行退火期間從腔室中移除。隨后 將基板短暫地暴露在氧化氣體中，例如氧(O2)或水蒸氣(H2O),以產(chǎn)生保護(hù)性氧化層。在其他實(shí)施例中，可在基板經(jīng)過熱處理后，移除過量摻雜。圖5A是此實(shí)施例的工 藝流程圖。在此實(shí)施例中，于步驟552執(zhí)行基板的熱處理。圖5D顯示在吸附摻雜層504上 的熱處理522的壓縮作用。當(dāng)進(jìn)行熱處理時(shí)，原本吸附在基板500表面上的摻雜層504會(huì) 被壓縮，而部分?jǐn)U散進(jìn)入基板500內(nèi)且部分升華成蒸氣，而留下厚度變薄許多的過量層。可 如步驟554所示，在與熱處理不同的溫度下移除過量摻雜。例如，較佳是在比熱處理溫度要 低的溫度下移除摻雜，例如在低于約200°C的溫度。較低的溫度會(huì)終止基板中的擴(kuò)散進(jìn)程， 因而提供非常薄且基本不含摻雜的硅表層。也可以通過其他方式來執(zhí)行上述工藝。例如在一些實(shí)施例中，可在多個(gè)腔室內(nèi)執(zhí) 行上述多種處理。在沉積或注入摻雜之后執(zhí)行摻雜移除的實(shí)施例中，可在與執(zhí)行注入或沉 積工藝不相同的獨(dú)立工藝腔室中執(zhí)行摻雜移除工藝。可利用設(shè)置在傳送腔室內(nèi)的傳送裝置 從注入或沉積腔室中移出基板，并且傳送到不同腔室中，例如熱處理腔室或其他適當(dāng)?shù)脑O(shè) 備中，以進(jìn)行摻雜移除工藝?；蛘?，可使用多個(gè)腔室以多步驟的方式來執(zhí)行摻雜移除工藝。 可在第一工藝腔室中移除一部分的摻雜，且在接續(xù)的腔室中進(jìn)一步移除更多摻雜?？稍谝?個(gè)、多個(gè)或所有的此類腔室中使用等離子體和熱。此外，在用來完成摻雜移除制成的一個(gè)或 多個(gè)腔室中可能含有通風(fēng)箱(ventilated box)。含有摻雜的基板可傳送到通風(fēng)箱中，并且 暴露在摻雜移除混合物中(例如，濕空氣)，以產(chǎn)生揮發(fā)性氣體。雖然本文上述內(nèi)容有關(guān)于本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，然而可在不偏離本發(fā)明基礎(chǔ)范圍 的情況下做出本發(fā)明的其他或進(jìn)一步實(shí)施例。本發(fā)明范圍當(dāng)由后附權(quán)利要求范圍所界定。
權(quán)利要求
一種處理含摻雜的基板的方法，包括將該基板放置在一或多個(gè)腔室中；提供摻雜移除混合物至該一或多個(gè)腔室中；將該摻雜移除混合物施用于該基板，以在該些腔室的其中至少一個(gè)內(nèi)產(chǎn)生一或多種揮發(fā)性化合物；以及從該一或多個(gè)腔室中移除該一或多種揮發(fā)性化合物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該些摻雜包括硼、砷、磷或其組合。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該摻雜移除混合物包括氫、氮、氧、氨、三氟化氮、四 氟化硅、空氣或其組合。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該一或多種揮發(fā)性化合物包括砷化氫、磷化氫、硼 烷、二硼烷、環(huán)硼氮烷、或其組合物以及其衍生物。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該基板維持在至少50°C的溫度。
6.一種在一或多個(gè)腔室中將已摻雜的基板退火的方法，該方法包括 提供一或多種摻雜移除混合物至該些腔室的其中至少一個(gè)中；形成該摻雜移除混合物的一或多個(gè)等離子體； 使該已摻雜的基板暴露于該一或多個(gè)等離子體；施加該一或多個(gè)等離子體至該基板，以于該一或多個(gè)腔室中產(chǎn)生一或多種揮發(fā)性化合 物；以及從該一或多個(gè)腔室中移除該一或多種揮發(fā)性化合物。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中注入該已摻雜的基板中的摻雜包括硼、砷、磷或其組合ο
8.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括在一或多個(gè)選定的溫度下熱處理該基板，以使該 基板中的摻雜擴(kuò)散以及活化。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該一或多個(gè)溫度包括第一溫度和第二溫度，該第一 溫度用來產(chǎn)生該一或多種揮發(fā)性化合物，以及該第二溫度用來熱處理該基板，其中該第一 溫度至少50°C。
10.一種在工藝腔室中處理含硅基板的工藝，包括 在該基板至少一部分的表面上沉積摻雜層；在至少一部分的該摻雜層上形成覆蓋層； 熱處理該基板，使摻雜擴(kuò)散進(jìn)入該基板中并且活化該些摻雜； 提供反應(yīng)性蝕刻劑至該工藝腔室； 從該摻雜層上移除該覆蓋層；使該蝕刻劑與該些摻雜反應(yīng)以形成一或多種揮發(fā)性化合物；以及 從該工藝腔室移除該一或多種揮發(fā)性化合物。
11.如權(quán)利要求10所述的工藝，其中該些摻雜包括硼、砷、磷或其組合。
12.如權(quán)利要求10所述的工藝，其中該覆蓋層包括硅、氧、碳、氮、金屬或其組合。
13.如權(quán)利要求10所述的工藝，其中該蝕刻劑是包括三氟化氮、四氟化硅或其組合的 等離子體。
14.一種從基板的表面區(qū)域移除高濃度摻雜的方法，包括使該表面區(qū)域暴露于氣體混合物； 將該基板維持在至少50°C的溫度；使該氣體混合物與該表面區(qū)域中的摻雜反應(yīng)，以形成一或多種揮發(fā)性化合物；以及 從該基板移除該一或多種揮發(fā)性化合物。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該些摻雜包括硼、砷、磷或其組合。
全文摘要
本文提供一種從摻雜基板移除過量摻雜的方法與設(shè)備。在一實(shí)施例中，通過摻雜的表面沉積，接著形成覆蓋層以及執(zhí)行熱擴(kuò)散驅(qū)入來對(duì)基板進(jìn)行摻雜。供應(yīng)反應(yīng)性蝕刻劑混合物至工藝腔室，選用性地可利用等離子體來蝕刻移除覆蓋層，并且與過量的摻雜反應(yīng)形成揮發(fā)性化合物。在另一實(shí)施例中，利用能量注入將摻雜劑摻雜到基板中。提供反應(yīng)性氣體混合物至工藝腔室，選用性地可使用等離子體并且通過與摻雜反應(yīng)形成揮發(fā)性化合物來移除吸附在表面上的過量摻雜以及移除靠近表面的高濃度摻雜?？稍跓崽幚磉^程中提供反應(yīng)性氣體混合物，或者可在熱處理之前或之后，在與熱處理不同的溫度下提供反應(yīng)性氣體混合物。移除揮發(fā)性化合物。當(dāng)基板運(yùn)送到或儲(chǔ)存在工藝設(shè)備外部時(shí)，經(jīng)過這樣處理的基板不會(huì)形成有毒化合物。
文檔編號(hào)H01L21/265GK101903981SQ200880121930
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者卡提克·桑瑟南姆, 卡提克·雷馬斯瓦米, 塙廣二, 比亞吉?dú)W·加洛, 肯尼思·S·柯林斯, 馬丁·A·希爾金, 馬修·D·斯科特奈伊-卡斯?fàn)? 馬耶德·A·福阿德 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司