專利名稱：從襯底去除氧化物的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及襯底的處理，更具體地涉及從襯底上低溫去除氧化物并隨 后在該襯底上形成含硅膜。
背景技術(shù)：
含硅膜廣泛用于半導(dǎo)體工業(yè)中的多種應(yīng)用。含硅膜包括諸如外延硅、 多晶硅(poly-Si )、無定形硅、外延硅鍺(SiGe )、碳化硅鍺(SiGeC)、碳化硅(SiC)、氮化硅(SiN)、碳氮化硅(SiCN)和碳氧 化硅(SiCO)之類的硅膜。隨著電路的幾何形狀收縮到更小的特征尺寸， 希望獲得更低的沉積溫度，這是例如由于半導(dǎo)體器件中新材料的引入，以 及源極和漏極區(qū)域中淺注入的熱預(yù)算減少而引起的。此外，很顯然，在未 來的器件中需要含硅膜的非選擇性(毯覆)和選擇性沉積。外延硅沉積是塊硅的晶格通過新的含硅膜的生長被延伸的工藝，這種 新的含硅膜可與塊硅具有不同的摻雜水平。匹配目標(biāo)外延膜的厚度和電阻 率參數(shù)對于后續(xù)適當(dāng)功能器件的制作是很重要的。在襯底上沉積含硅膜(例如，在硅襯底上沉積外延硅膜或外延硅鍺膜)之前，可能需要從襯底 表面去除本生氧化物層，從而沉積高質(zhì)量外延膜。即使在室溫和大氣壓強(qiáng) 下，也容易在清潔的硅表面上形成厚度通常為數(shù)埃(A)的本生氧化物 層。如果在襯底上沉積含硅膜之前未清潔襯底(清潔是指所有的氧和其它 污染物已從襯底表面去除)，后續(xù)沉積的含硅膜會(huì)包含缺陷，這些缺陷可 以導(dǎo)致通過膜的高的漏電流，并使微電子器件的性能沒有得到優(yōu)化。類似地，可在多晶硅膜上直接沉積多晶硅膜，以形成電接觸。由于在 多晶硅沉積步驟之間通常進(jìn)行其它處理，因此襯底(晶片)會(huì)在處理步驟 之間被從處理系統(tǒng)中移出，這會(huì)在襯底上形成本生氧化物層。如果在沉積 多晶硅膜之前未去除本生氧化物層，則得到的接觸會(huì)具有高的電阻。傳統(tǒng)上，在(直立式)間歇式處理系統(tǒng)中，使用氫氣氛中的超過900 。C的高溫退火，以在沉積工藝之前將本生氧化物層從襯底上去除并清除襯 底的其它雜質(zhì)。然而，對于許多先進(jìn)工藝，這樣的高溫工藝無法滿足目前 或?qū)淼臒犷A(yù)算要求。例如，眾所周知，目前的柵極長度和現(xiàn)代微電子結(jié) 構(gòu)要求器件的熱預(yù)算越來越低。作為氫氣氛中的高溫退火的可替代方案， 已發(fā)現(xiàn)等離子體處理可以在處理期間降低襯底溫度。然而，將襯底暴露于 等離子體源會(huì)對襯底造成損傷。而且，已建議使用等離子體來將氧化物去 除溫度降至等于后續(xù)處理步驟的溫度的水平。但是，本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí) 到，這給處理步驟的溫度帶來了不期望的限制。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是解決與從襯底去除氧化物相關(guān)的上述問題。本發(fā)明的另一個(gè)目的是在低處理溫度下從襯底去除氧化物，同時(shí)減少 對襯底的損傷。本發(fā)明的在一個(gè)目的是為氧化物去除步驟的溫度提供靈活性。 本發(fā)明的上述和/或其它目的可以通過一種處理襯底的方法來實(shí)現(xiàn)。根 據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述方法包括在間歇式處理系統(tǒng)的處理室中提供襯底，其中所述襯底包括形成在其上的氧化物層；在耦合至所述處理 室的遠(yuǎn)程等離子體源中激發(fā)含氫氣體；在低于約90(TC的第一襯底溫度 下，將所述襯底暴露于受激含氫氣體流，以將所述氧化物層從所述襯底去 除；在不同于所述第一襯底溫度的第二溫度下保持所述襯底；以及在所述 第二襯底溫度下，在所述襯底上形成含硅膜。本發(fā)明的另一個(gè)方面包括一種處理襯底的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括處理
室，其配置用于容納其上形成有氧化物層的襯底；以及耦合至所述處理室 的遠(yuǎn)程等離子體源，其配置用于激發(fā)含氫氣體。所述系統(tǒng)還包括配置用于 使氣體流入所述處理室的氣體供應(yīng)管線以及配置用于加熱所述襯底的熱 源?？刂破鞅慌渲糜糜谑顾鰺嵩磳⑺鲆r底加熱至小于約90(TC的第一溫度；并使所述氣體供應(yīng)管線將受激含氫氣體流至所述處理室，以使被加熱至所述第一溫度的所述襯底暴露于所述受激含氫氣體。所述控制器還 被配置用于使所述熱源將所述襯底加熱至不同于所述第一溫度的第二溫 度，并使含硅氣體流至所述處理室，以使被加熱至所述第二溫度的所述襯 底暴露于所述含硅氣體。


在附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的間歇式處理系統(tǒng)的簡化框圖；圖2A為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式在間歇式處理系統(tǒng)中從襯底去除 氧化物并隨后在襯底上沉積含硅膜的流程圖；圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的襯底溫度，所述襯底溫度 為從襯底去除氧化物并隨后在襯底上襯底含硅膜的處理時(shí)間的函數(shù)；圖3A-3C示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式從襯底去除氧化 物并隨后在襯底上沉積含硅膜；圖4A-4D示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式從圖案化的襯 底去除氧化物并隨后在圖案化的襯底上沉積含硅膜。
具體實(shí)施方式
為了便于全面理解本發(fā)明并處于解釋而非限制目的，以下說明中給出 了具體細(xì)節(jié)，例如間歇式處理系統(tǒng)的特定幾何形狀以及各種部件的描述。 然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以通過不同于這些具體細(xì)節(jié)的其它實(shí)施方式來 實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在參考附圖，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的間歇式處理
系統(tǒng)的簡化框圖。間歇式處理系統(tǒng)1包括處理室IO和處理管25，所述處理管25具有連接至排氣管80的上端23以及與柱狀歧管2的端蓋27密封 結(jié)合的下端24。排氣管80將氣體從處理管25排放至真空泵系統(tǒng)88，以 在處理系統(tǒng)1中保持預(yù)定大氣壓或低于大氣壓。處理管25中布置有襯底 支架35，用于以分層方式(垂直間隔的各個(gè)水平面中)支持多個(gè)襯底(晶 片)40。襯底支架35安放在安裝于旋轉(zhuǎn)軸21上的轉(zhuǎn)臺(tái)26上，旋轉(zhuǎn)軸21 穿過端蓋27并由馬達(dá)28驅(qū)動(dòng)。轉(zhuǎn)臺(tái)26在處理期間可以旋轉(zhuǎn)以改善膜的總 體均勻性，或者也可以在處理期間固定。端蓋27安裝在用于將襯底支架 35轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出處理管25的升降機(jī)22上。當(dāng)端蓋27位于其最高位置時(shí)， 端蓋27適合于關(guān)閉歧管2的開口端。氣體輸送系統(tǒng)97被設(shè)置用于將氣體引入處理室10。多條氣體供應(yīng)管 線可以布置在歧管2周圍，以將多種氣體通過氣體供應(yīng)管線供應(yīng)到處理管 25中。在圖1中，僅示出了多條氣體供應(yīng)管線中的一條氣體供應(yīng)管線 45。示出的氣體供應(yīng)管線45連接至氣體源94。通常，氣體源94可以供應(yīng) 用于處理襯底40的處理氣體，所述氣體包括用于在襯底40上沉積膜的氣 體(例如，用于沉積含硅膜的含硅氣體)、用于刻蝕襯底40的氣體或用 于氧化襯底40的氣體。(遠(yuǎn)程)等離子體源95通過氣體管線45可操作地 耦合至處理室10。等離子體源95被設(shè)置用于激發(fā)來自氣體源96的含氫氣 體，并且受激(解離)含氫氣體隨后通過氣體輸送系統(tǒng)97的氣體供應(yīng)管 線45被引入處理管25。等離子體源95可以例如是微波等離子體源、射頻 (RF)等離子體源或由光輻射供能的等離子體源。如果是微波等離子體 源，則微波功率可為約500-5000瓦(W)。微波頻率可例如為2.45或8.3 GHz。在一個(gè)實(shí)施例中，遠(yuǎn)程等離子體源可以是MKS， Instruments, Wilmington, Massachusetts, USA帝(J造的Downstream Plasma Source Type AX7610。布置柱狀熱反射器30以覆蓋反應(yīng)管25。熱反射器30具有鏡面拋光的 內(nèi)表面以抑制由主加熱器20、底部加熱器65、頂部加熱器15和排氣管加 熱器70輻射的輻射熱量的耗散。在處理室10的壁內(nèi)形成有螺旋狀冷卻水 通路(未示出)作為冷卻介質(zhì)通路。 真空泵系統(tǒng)88包括真空泵86、阱84和自動(dòng)壓強(qiáng)控制器(APC) 82。 真空泵86例如可以包括泵吸速度能夠高至20，000公升每秒(以及更大) 的干燥真空泵。在處理期間，氣體可以經(jīng)由氣體注入系統(tǒng)97的氣體供應(yīng) 管線45引入到處理室10中，并且工藝壓強(qiáng)可以由APC 82調(diào)節(jié)。阱84可 以收集來自處理室10的未反應(yīng)的前驅(qū)體材料和副產(chǎn)物。工藝監(jiān)視系統(tǒng)92包括能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)工藝監(jiān)視的傳感器75，并且例如 可以包括MS、 FTIR光譜儀或粒子計(jì)數(shù)器?？刂破?0包括微處理器、存 儲(chǔ)器和能夠生成控制電壓的數(shù)字1/0端口，該控制電壓足以傳輸并激活到 處理系統(tǒng)l的輸入，以及監(jiān)視來自處理系統(tǒng)l的輸出。此外，控制器90耦 合到氣體注入系統(tǒng)97、馬達(dá)28、工藝監(jiān)視系統(tǒng)92、加熱器20、 15、 65和 70以及真空泵系統(tǒng)88，并可以與其交換信息?？刂破?0可以實(shí)現(xiàn)為Dell Precision Workstation 610 ?？刂破?0還可以實(shí)現(xiàn)為通用計(jì)算機(jī)、處理 器、數(shù)字信號(hào)處理器等，其可使襯底處理設(shè)備響應(yīng)于控制器90執(zhí)行包含 在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的一條或多條指令的一個(gè)或多個(gè)序列而執(zhí)行本發(fā)明的 處理步驟的一部分或全部。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或存儲(chǔ)器用于保存根據(jù)本發(fā)明 的教導(dǎo)編制的指令，并且用于包含數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、表、記錄或本文描述的其它 數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的例子是高密度磁盤、硬盤、軟盤、磁帶、磁光 盤、PROM (EPROM、 EEPROM、快速EPROM) 、 DRAM、 SRAM、 SDRAM、或任何其它磁性介質(zhì)、光盤(例如CD-ROM)、或任何其它光 學(xué)介質(zhì)、穿孔卡、紙質(zhì)磁帶、或其它具有圖案化孔的物理介質(zhì)、載波(下 面描述)、或任何其它計(jì)算機(jī)可以讀取的介質(zhì)?？刂破?0可以相對于處理系統(tǒng)1本地定位，或可以通過因特網(wǎng)或內(nèi) 聯(lián)網(wǎng)相對于處理系統(tǒng)1遠(yuǎn)程定位。因此，控制器90可以使用直接連接、 內(nèi)聯(lián)網(wǎng)和因特網(wǎng)中的至少一種與處理系統(tǒng)1交換數(shù)據(jù)?？刂破?0可以在 客戶端(即，設(shè)備制造者)連接到內(nèi)聯(lián)網(wǎng)，或在賣方端(即，裝置制造 商)連接到內(nèi)聯(lián)網(wǎng)。此外，其它計(jì)算機(jī)(即，控制器、服務(wù)器等)可以通 過直接連接、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)和因特網(wǎng)中的至少一種訪問控制器90以交換數(shù)據(jù)。應(yīng)當(dāng)理解，圖1所示的間歇式處理系統(tǒng)1僅用于示例目的，因此可以 使用具體硬件的許多變化來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，并且這些變化對于本領(lǐng)域技術(shù)人
員是顯而易見的。圖1中的處理系統(tǒng)1例如可以處理任意尺寸的襯底，例如200 mm襯底、300 mm襯底或甚至更大的襯底。此外，處理系統(tǒng)1可同 時(shí)處理多達(dá)約200個(gè)或更多的襯底?；蛘撸幚硐到y(tǒng)可以同時(shí)處理多達(dá)約 25個(gè)襯底。除了半導(dǎo)體襯底(例如，硅晶片)以外，襯底還可以例如包括 LCD襯底、玻璃襯底或化合物半導(dǎo)體襯底。本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，傳統(tǒng)的為了在處理之前將氧化物層和其它雜質(zhì) 從襯底去除而進(jìn)行的超過90(TC的高溫氫退火無法滿足目前和將來的熱預(yù) 算要求。因此，需要與熱預(yù)算要求低的先進(jìn)器件處理相容的去除氧化物層 的低溫工藝。盡管利用等離子體源的等離子體處理可用于在較低溫度下去 除氧化物，但是這樣的等離子體處理也可能對襯底造成損傷。本發(fā)明人已 經(jīng)認(rèn)識(shí)到，這種損傷可由轟擊襯底的等離子體環(huán)境中的高能量物質(zhì)(例 如，離子和電子)所致，因?yàn)橐r底處于等離子體瞄準(zhǔn)的直線上。此外，如 果襯底溫度過高，例如大于約90(TC，則等離子體處理可導(dǎo)致襯底材料 (例如，硅)損傷或刻蝕。本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，與在處理(例如，在襯底上形成含硅膜)之前 從襯底去除氧化物層相關(guān)的上述問題可以通過以下方法解決在耦合至處 理室的遠(yuǎn)程等離子體源中激發(fā)含氫氣體，并將襯底暴露于受激含氫氣體， 其中遠(yuǎn)程等離子體源并不處在處理室中的待處理襯底的瞄準(zhǔn)直線上。這種 構(gòu)造可以提供小于90(TC的較低溫度等離子體處理，同時(shí)減少襯底損傷。 盡管例如在日本專利公開No. 2002-324760中已經(jīng)建議可以使用遠(yuǎn)程等離 子體源來去除本生氧化物，但是該文獻(xiàn)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程等離子體來使得氧化物去 除步驟應(yīng)在與后續(xù)處理步驟相同的溫度下進(jìn)行。盡管這種限制可以提高處 理系統(tǒng)的處理量，但本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，為了使處理效果最優(yōu)化，通常 期望在不同的溫度下進(jìn)行不同的處理步驟?；谶@種認(rèn)識(shí)，本發(fā)明的一種實(shí)施方式提供了如下方案.，在第一襯底 溫度下去除氧化物層之后，隨后將襯底溫度保持在不同的溫度下，并通過 將襯底暴露于含硅氣體在襯底上形成含硅膜。因此，本發(fā)明的氧化物去除 步驟并不受到其它步驟的處理溫度的限制。在一種實(shí)施方式中，在大于第 一襯底溫度的第二襯底溫度下，在襯底上形成含硅膜，從而達(dá)到對于器件制造來說足夠高的沉積速率，并確保被沉積的含硅膜具有期望的材料性 質(zhì)。期望的材料性質(zhì)例如可以包括晶體結(jié)構(gòu)(即，外延、多晶或無定形) 和元素組成。此外，可以選擇第二襯底溫度來提供在襯底的暴露含硅表面 上的選擇性膜沉積或在整個(gè)襯底上的非選擇性(毯覆)膜沉積。為了防止 在襯底上形成新的氧化物層，可以在襯底不暴露于環(huán)境空氣的條件下在襯 底上形成含硅膜?，F(xiàn)在參考圖2A和2B。圖2A為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式在間歇式 處理系統(tǒng)中從襯底去除氧化物并隨后在襯底上沉積含硅膜的流程圖。圖 2B示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的襯底溫度，所述襯底溫度為從襯底 去除氧化物并隨后在襯底上沉積含硅膜的處理時(shí)間的函數(shù)?，F(xiàn)在參考圖 2A，工藝200包括，在210，在間歇式處理系統(tǒng)的處理室中提供襯底，其 中所述襯底包括形成在其上的氧化物層。襯底例如可以是諸如硅襯底、含 鍺硅襯底、鍺襯底之類的半導(dǎo)體襯底或化合物半導(dǎo)體襯底，并且可以包括 許多有源器件和/或絕緣區(qū)。此外，襯底可以包含過孔或溝槽或其組合。在210中在處理室中提供襯底之后，如圖2B所示在tp期間將襯底加 熱至第一襯底溫度T\。在一種實(shí)施方式中，T"j、于約50(TC，以減少工藝 損傷，例如對襯底的刻蝕損傷。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對于不 同的工藝和器件，熱預(yù)算和損傷的容許量也不同。因此，對于本發(fā)明，1\ 小于通常用于氧化物去除的約90(TC即已足夠。時(shí)間段t,是過渡步驟，并 例如可為約2-15min，但這并不是本發(fā)明必需的。在212，含氫氣體在耦合至處理室的遠(yuǎn)程等離子體源中被激發(fā)。等離 子體源例如可以包括微波等離子體源、射頻(RF)等離子體源或由光輻射 供能的等離子體源。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，含氫氣體可以是氫氣 (H2)。根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，含氫氣體可以包含H2和惰性氣 體。惰性氣體例如可以包含氬(Ar)、氦(He)、氖(Ne)、氪(Kr) 或氤(Xe)或其中兩種或更多種的組合。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，含 氫氣體可以包含H2和Ar。已表明，向受激氫氣中添加Ar氣可以減少等離 子體源下游的原子氫復(fù)合，從而延長原子氫在包含含氫氣體的氣流中的壽 命，因而將襯底暴露于更高濃度的原子氫，這可使氧化物去除更有效。
在214，在t2期間，在低于約90(TC的第一襯底溫度T,下，襯底暴露 于受激含氫氣體流，以從襯底的含硅表面去除氧化物層。考慮總體熱預(yù) 算，和/或有效地從襯底去除氧化物層同時(shí)使例如襯底材料或形成在襯底材 料上的其它材料的刻蝕之類的損傷最小化，由此來選擇第一襯底溫度TV 例如，如果熱預(yù)算允許較高溫度并且不考慮襯底刻蝕，則T,可接近常規(guī)溫 度900°C。然而，使用根據(jù)本發(fā)明的遠(yuǎn)程等離子體源，可以通過減少到達(dá) 襯底的高能量物質(zhì)的數(shù)量來最小化對襯底的損傷。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施 方式，第一襯底溫度可以小于約50(TC并大于約0°C，或在20(TC與30CTC 之間。用于氧化物去除的處理?xiàng)l件可以包括處理室中的氣體壓強(qiáng)小于約 100 Torr。或者，處理室中的氣體壓強(qiáng)可以小于約10 Torr。對于含氫氣 體，可以使用約0.010-20標(biāo)準(zhǔn)公升每分鐘(slm)的氣體流率。在從襯底去除氧化物層之后，在216，在t3期間將襯底從第一襯底溫 度1\加熱至不同于第一襯底溫度Ti的第二襯底溫度T2。在圖2B所示的 實(shí)施方式中，第二溫度高于第一溫度。在一種實(shí)施方式中，在時(shí)間段t3期 間或之前將含氫氣體排空，以最小化對襯底的刻蝕損傷。時(shí)間段t3是過渡 步驟，且其長度可根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及在襯底溫度Ti下的氧化物去除步驟和 襯底溫度T2之間的處理溫度差而變化。時(shí)間段t3例如可為約5-45 min，但 這并非本發(fā)明所必需。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，第二襯底溫度丁2可為 約500-900°C。根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，第二襯底溫度L可為約 550-750°C。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，第一處理溫度T!為約200-300 °C，而第二溫度丁2為約550-750°C。然而，處理溫度可以依據(jù)本發(fā)明來使 用。在218，含硅膜在第二襯底溫度T2下形成在襯底上。在去除氧化物層 之后，在不將含硅表面暴露于可在襯底上形成氧化物層的環(huán)境空氣的條件 下，在襯底上形成含硅膜。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，通過將襯底暴露 于含硅氣體(包括例如SiH4、 SiCl4、 Si2H6、 SiH2Cl2或Si2Cl6或其中兩種 或更多種的組合)，可以在襯底上形成含硅膜。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方 式，含硅氣體還可包含含鍺氣體(包括例如GeH4、 GeCU或其組合)。含 硅膜可以通過提供來自非等離子體氣體源(例如圖1中的源94)的含硅氣 體來形成。然而，來自氣體源(例如圖l的源96)的氣體可由等離子體源95激發(fā)，也可以用于輔助沉積。時(shí)間段t4是膜形成步驟，并通常依賴于期 望的膜厚度。對于膜厚度小于約500埃的許多應(yīng)用，時(shí)間段U可小于約1 小時(shí)。當(dāng)襯底上已經(jīng)形成具有期望厚度的含硅膜時(shí)，停止含硅氣體流，在時(shí)間段t5期間使襯底冷卻，隨后將其從處理室移出。如同時(shí)間段^和t3，時(shí) 間段t5是過渡步驟并且長度可以變化。時(shí)間段ts可以例如為約2-15分鐘， 但這并非本發(fā)明所必需。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，圖2B的流程圖中的每個(gè)步驟或階段可以 包括一個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立的步驟和/或操作。因此，不應(yīng)將以210、 212、 214、 216和218記載的僅有的所述五個(gè)步驟理解為是將本發(fā)明的方法限制 在五個(gè)步驟或階段。而且，每個(gè)代表性的步驟或階段210、 212、 214、 216 和218不應(yīng)被理解為僅限于單個(gè)過程。圖3A-3C示意性地示出了根據(jù)圖2A的流程圖所述的工藝從襯底去除 氧化物并隨后在清潔襯底上沉積含硅膜。圖3A示出了包括襯底310和形 成在襯底310上的氧化物層320的結(jié)構(gòu)300。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方 式，氧化物層320可以是本生氧化物層。襯底310可以例如包含硅、 SiGe、 SiGeC、 SiC、 SiN、 SiCN或SiCO。襯底310上的氧化物層320的 存在可以抑制合適的含硅種子(成核)膜的形成，從而影響結(jié)構(gòu)300上的 硅沉積。圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式從襯底310去除氧化物320 之后的結(jié)構(gòu)300。圖3C示出了隨后在襯底310上沉積含硅膜330之后的結(jié) 構(gòu)300。膜330可以例如是外延硅膜，其中硅襯底310的晶格通過新硅膜 330的生長而延伸。或者，沉積膜330可以是多晶硅膜或無定形硅膜?；?者，沉積膜330可以是SiGe膜。圖4A-4D示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式從圖案化的襯底 去除氧化物并隨后在圖案化的襯底上沉積含硅膜。圖4A示出了包括襯底 410、圖案化膜420以及在襯底410上、開口 430中形成的氧化物層440的 圖案化結(jié)構(gòu)400。開口 430可以例如是過孔或溝槽或其組合。圖案化結(jié)構(gòu) 400是用于器件制造的示例性結(jié)構(gòu)，并且可以包括硅襯底410及其上覆蓋 的光刻圖案化氧化物層420。圖4B示出了根據(jù)圖2的流程圖中所述的工藝從開口 430去除氧化物 層440之后的圖案化結(jié)構(gòu)400。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，氧化物層可 以通過以下方法去除在間歇式處理系統(tǒng)的處理室中提供襯底；在可操作 地耦合至處理室的等離子體源中激發(fā)含氫氣體；在低于約50(TC的第一襯 底溫度下將襯底暴露于受激氣體，以從襯底的含硅表面去除氧化物層。圖4C示出了將含硅膜450選擇性沉積在襯底410的暴露部分上之后 的圖案化結(jié)構(gòu)400。選擇性沉積的膜450例如可以是沉積在硅襯底410上 的外延硅膜。在圖1所示的間歇式處理系統(tǒng)1中，使用例如包含Si2ClJ9 處理氣體、約80(TC的襯底溫度，可以例如將外延硅膜450選擇性沉積在 硅襯底410的暴露部分上?；蛘?，襯底溫度可為約550-750°C。利用HCD 氣體來沉積含硅膜的其它細(xì)節(jié)描述在2003年9月30日遞交的題為 "DEPOSITION OF SILICON-CONTAINING FILMS FROM HEXACHLORO-DISILANE"的美國專利申請No. 10/673375中，其全部內(nèi)容通過引用被結(jié) 合在本文中。外延含硅膜450的選擇性沉積允許隨后使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方 法來去除圖案化膜420，以在硅襯底410上形成凸起的外延含硅膜450。 通常，圖案化膜420可以包括氧化物掩膜(例如Si02)和氮化物掩膜(例 如Si3N4)中的至少一種。對于制造具有凸起的源極和漏極區(qū)域的絕緣體 上硅(SOI)器件，可以使用外延含硅膜的選擇性沉積。在SOI器件制作 過程中，處理可能會(huì)消耗源極和漏極區(qū)中的整個(gè)硅膜，從而在這些區(qū)域中 需要額外的硅，這可以通過含硅膜的選擇性外延生長(SEG)來提供。含 硅膜的選擇性外延沉積可以減少所需的光刻和刻蝕步驟的數(shù)量，這可以降 低器件制造所涉及的總成本和復(fù)雜性。圖4D示出了將含硅膜460非選擇性(毯覆)沉積在圖案化結(jié)構(gòu)400 上之后的圖案化結(jié)構(gòu)400。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，膜460可以是硅 膜。不論材料(包括襯底410和圖案化膜420)的類型如何，都可以以基 本上均勻的厚度將硅膜460沉積在圖案化結(jié)構(gòu)400上。在一個(gè)實(shí)施例中， 可以使用包含Si2Cl6的處理氣體、約50(TC或更高的襯底溫度，在圖案化結(jié)構(gòu)400上形成硅膜460。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以使用包含Si2Cl6和 SiH4的處理氣體。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，被沉積的含硅膜的晶體結(jié)構(gòu) 可以是處理?xiàng)l件(包括襯底溫度、處理壓強(qiáng)和氣體組成)的函數(shù)。盡管上面詳細(xì)描述了本發(fā)明的特定實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)容易理解，在不實(shí)質(zhì)性地脫離本發(fā)明的新穎教導(dǎo)和優(yōu)點(diǎn)的前提下，在 示例性實(shí)施方式中可以存在很多改進(jìn)。因此，所有這樣的改進(jìn)均包含在本 發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種處理襯底的方法，包括在處理室中提供襯底，所述襯底包括形成在其上的氧化物層；在耦合至所述處理室的遠(yuǎn)程等離子體源中激發(fā)含氫氣體；在低于約900℃的第一襯底溫度下，將所述襯底暴露于受激含氫氣體流，以將所述氧化物層從所述襯底去除；在不同于所述第一襯底溫度的第二襯底溫度下保持所述襯底；以及在所述第二襯底溫度下，在所述襯底上形成含硅膜。
2. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述含氫氣體包括H2氣體。
3. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述含氫氣體還包括惰性氣體。
4. 如權(quán)利要求3的方法，其中所述惰性氣體包括Ar、 He、 Ne、 Kr或 Xe，或其兩種或更多種的組合。
5. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述含氫氣體的流率為約0.010-20slm。
6. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述形成包括將所述襯底暴露于含硅氣體。
7. 如權(quán)利要求6的方法，其中所述含硅氣體包括SiH4、 SiCU、 Si2H6、 SiH2Cl2或Si2Cl6，或其兩種或更多種的組合。
8. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述形成包括將所述襯底暴露于含硅氣 體和含鍺氣體，所述含硅氣體包含SiH4、 SiCU、 Si2H6、 SiH2Cl2或Si2Cl6 或其兩種或更多種的組合，所述含鍺氣體包含GefLt或GeCU或其組合。
9. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述暴露和形成在小于約100 Torr的處 理室壓強(qiáng)下進(jìn)行。
10. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述暴露和形成在小于約10 Torr的處 理室壓強(qiáng)下進(jìn)行。
11. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述提供包括在間歇式處理室中提供 所述襯底。
12. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述襯底包括含硅材料。
13. 如權(quán)利要求12的方法，其中所述含硅材料包括硅、SiGe、 SiGeC、 SiC、 SiN、 SiCN或SiCO。
14. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述含硅膜包括多晶硅、無定形硅、 外延硅或硅鍺。
15. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一襯底溫度小于所述第二襯底溫度。
16. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一襯底溫度小于約500°C。
17. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一襯底溫度為約200-300°C。
18. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述第二襯底溫度為約500-90(TC。
19. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述第二襯底溫度為約550-750°C。
20. 如權(quán)利要求19的方法，其中所述第一襯底溫度為約200-300°C。
21. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述襯底包括含有一個(gè)或更多個(gè)過孔 或溝槽或其組合的圖案化襯底。
22. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述含硅膜選擇性地形成在所述襯底 的暴露含硅表面上。
23. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述含硅膜非選擇性地形成在所述襯 底上。
24. —種處理襯底的系統(tǒng)，包括處理室，配置用于容納其上形成有氧化物層的襯底； 耦合至所述處理室的遠(yuǎn)程等離子體源，配置用于激發(fā)含氫氣體； 氣體供應(yīng)管線，配置用于使氣體流入所述處理室； 熱源，配置用于加熱所述襯底；以及控制器，配置用于使所述熱源將所述襯底加熱至小于約90(TC的第 一溫度，并使所述氣體供應(yīng)管線將受激含氫氣體流至所述處理室，以使被 加熱至所述第一溫度的所述襯底暴露于所述受激含氫氣體；以及使所述熱 源將所述襯底加熱至不同于所述第一溫度的第二溫度，并使含硅氣體流至 所述處理室，以使被加熱至所述第二溫度的所述襯底暴露于所述含硅氣 體。
25. 如權(quán)利要求24的系統(tǒng)，其中所述處理室配置用于容納1-200個(gè)襯底。
26. 如權(quán)利要求24的系統(tǒng)，其中所述遠(yuǎn)程等離子體源包括微波等離子 體源、RF等離子體源或利用光輻射的等離子體源。
27. —種包含用于在處理器上執(zhí)行的程序指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng) 所述處理器執(zhí)行所述程序指令時(shí)，導(dǎo)致襯底處理設(shè)備進(jìn)行如權(quán)利要求1所 述的方法中的步驟。
全文摘要
一種用于處理襯底的方法和系統(tǒng)，包括在處理室中提供襯底，所述襯底包括形成在其上的氧化物層；在耦合至所述處理室的遠(yuǎn)程等離子體源中激發(fā)含氫氣體；在低于約900℃的第一襯底溫度下，將所述襯底暴露于受激含氫氣體流，以將所述氧化物層從所述襯底去除。然后在不同于所述第一襯底溫度的第二襯底溫度下保持所述襯底，并且在所述第二襯底溫度下將含硅膜形成在所述襯底上。
文檔編號(hào)H01L21/302GK101151712SQ200680010824
公開日2008年3月26日 申請日期2006年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者吳昇昊, 安東尼·迪樸, 艾倫·約翰·利思 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社