CN102326229B - 沉积具有低界面污染的层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了沉积具有低界面污染的层的方法。本发明的方法可有利地降低沉积层之间的界面处污染，界面例如在沉积层与下方基板或薄膜之间。在某些实施例中，沉积层的方法可包括在还原气氛中将含硅层退火，所述含硅层上设置有第一层；在退火后利用蚀刻工艺来去除第一层以暴露含硅层；以及将第二层沉积在暴露的含硅层上。
Description
领域
本发明的实施例大致涉及基板处理方法，更明确地，本发明的实施例涉及在基板上沉积层的方法。
背景
随着诸如晶体管、存储器、光伏电池等的各种器件的关键尺寸不断变小，这些器件的各元件之间的界面实质上变得更加重要。例如，各元件之间的界面的不期望污染物会造成结电阻的增加、寄生电容或其他不期望的结果。例如，在基板或薄膜上沉积层之前，可去除原生氧化物，以制备用于沉积层的基板或薄膜的表面。本发明人已经发现原生氧化物的去除是不充分的，并且发现残留于基板或薄膜的表面上的污染物高于容许浓度，这会在随后将层沉积在基板上时造成界面污染。虽然在去除原生氧化物之后执行高温退火(例如，氢气(H2)中＞约700℃)可用来去除污染物，但是本发明人相信伴随高温退火的高能量需求与低处理产量是不理想的。
因此，本发明人提供降低界面污染的方法，界面是在沉积层与下方基板或薄膜之间的。
概述
本发明公开了沉积具有低界面污染的层的方法。本发明的方法可有利地降低沉积层之间的界面处的污染，界面例如在沉积层与下方基板或薄膜之间。在某些实施例中，沉积层的方法可包括在还原气氛中将含硅层退火，所述含硅层上设置有第一层；在退火后利用蚀刻工艺来去除第一层以暴露含硅层；以及将第二层沉积在暴露的含硅层上。在某些实施例中，含硅层是硅(Si)而第一层是二氧化硅(SiO2)。本发明的其他与进一步实施例描述于下。
附图简单说明
可通过参照描绘于附图中的本发明的示范性实施例来理解以上简要概括的和以下更详细讨论的本发明的实施例。然而，需注意附图仅描绘本发明的典型实施例而因此不应被视为本发明范围的限制因素，因为本发明可允许其他等效实施例。
图1描绘根据本发明某些实施例的沉积层的方法的流程图。
图2A至图2C描绘根据图1所示的方法的沉积层的阶段。
图3描绘界面污染物浓度的比较，图3比较通过现有技术与通过根据本发明某些实施例的方法沉积的邻近层的界面。
图4描绘处理腔室的部分截面图，所述处理腔室适于执行根据本发明某些实施例的方法。
图5描绘处理系统的示意图，所述处理系统适于执行根据本发明某些实施例的方法。
为了促进理解，尽可能应用相同的元件符号来表示附图中共有的元件。为了清楚显示，附图并未按照比例绘制且可能有所简化。预期一个实施例公开的元件和特征可有利地用于其他实施例而不需进一步的叙述。
具体描述
本发明公开了沉积具有低界面污染的层的方法。本发明的方法有利地降低沉积层之间的界面处的污染，界面例如在沉积层与下方基板或薄膜之间。
图1描绘根据本发明某些实施例的沉积层的方法的流程图。方法100是根据图2A至图2C所绘的沉积层的阶段描述于下。
方法100开始于步骤102，如图2A所示，步骤102在还原气氛204中将含硅层200退火，含硅层200上设置有第一层202。含硅层可包括基板、沉积薄膜等等。在某些实施例中，含硅层包括硅(Si)、硅锗(SiGe)、碳化硅(SiC)、硅磷(SiP)、硅硼(SiB)、硅锗硼(SiGeB)、硅锗磷(SiGeP)或硅碳磷(SiCP)的至少一种。
第一层202可为任何需要去除并且会在含硅层200的表面上造成不期望的污染物的适当层。例如，第一层202可包括原生氧化物层、沉积氧化物层、图案层、光刻胶或掩模层等等。在某些实施例中，第一层202是氧化物层。例如，第一层202可包括氧化硅(SiOx)。在某些实施例中，第一层是二氧化硅(SiO2)。
还原气氛204可为任何适当的还原气氛，所述还原气氛例如包括在非等离子体与/或等离子体状态下的还原物种。例如，在某些实施例中，还原气氛204包括还原气体，所述还原气体包括氢气(H2)、或者所述还原气体包括氢气(H2)与至少一种惰性气体的混合物，所述惰性气体是诸如氮气(N2)或稀有气体，所述稀有气体诸如氩(Ar)、氦(He)等等。在某些实施例中，等离子体由还原气体所形成。
在退火步骤102过程中，可以在从约1slm至约50slm的流速下提供还原气体。在某些实施例中，以约20slm提供还原气体。可在适合执行退火步骤102的处理腔室中维持任何适当压力，所述处理腔室诸如外延沉积腔室或另一能够提供非等离子体与/或等离子体还原气氛的上述腔室。在某些实施例中，可将压力维持于约1Torr至约1000Torr的非限制范围中。
在退火步骤102过程中，例如，可通过电阻式加热器或其他适当加热机构提供热来将含硅层200退火，电阻式加热器或其他适当加热机构是设置在处理腔室的基板支撑件中。替代或组合地，可利用加热灯或其他能量源来促进将基板加热至退火温度。在某些实施例中，在从约100℃至约700℃的温度下将含硅层200退火。在某些实施例中，在从约300℃至约700℃的温度下将含硅层200退火。在某些实施例中，在约500℃至约700℃的温度下将含硅层200退火。
退火步骤102可持续长达将含硅层200与第一层202退火所需的时间周期。在某些实施例中，将含硅层退火的持续时间高达约1分钟。在某些实施例中，将含硅层退火的持续时间小于约30秒。在某些实施例中，将含硅层退火的持续时间为从约5秒至约10秒。
在退火步骤102之后，例如，可在惰性气氛中将含硅层200与第一层202冷却，惰性气氛例如氮气(N2)或任何适当的惰气，所述惰气例如稀有气体。可在执行退火步骤102的处理腔室将含硅层200与第一层202原位冷却，或者，例如，利用群集工具的传送机器人在惰性气氛下传送所述含硅层200与第一层202，并在传送室(诸如第一平台传送室506或第二平台传送室508)中冷却、指定冷却腔室(未示出)中冷却、或者配置为以去除第一层202的处理腔室中冷却，所述群集工具例如以下讨论的系统500(例如群集工具)，而所述处理腔室例如以下讨论的处理腔室400。
步骤104，利用蚀刻工艺(如图2B所示)来去除第一层202，以暴露含硅层200。蚀刻工艺可以是干法蚀刻工艺。例如，在某些实施例中，蚀刻工艺包括利用蚀刻气体形成的等离子体206将第一层202蚀刻。蚀刻气体可包括三氟化氮(NF3)、氨(NH3)等等的至少一种。在某些实施例中，蚀刻气体包括三氟化氮(NF3)与氨(NH3)。
可在将含硅层200与第一层202维持在约室温或约30℃的温度下时施加等离子体206。在某些实施例中，等离子体可与第一层202相互作用，以至少部分地将第一层202转换成可升华固体208。例如，当第一层202是二氧化硅(SiO2)而等离子体是由包括NF3与NH3的蚀刻气体所形成时，可形成例如氟硅酸铵((NH4)2SiF6)的可升华固体。
蚀刻工艺可进一步包括在高于约100℃下将含硅层200退火，而去除可升华固体208。例如，在高于约100℃下退火，可将例如氟硅酸铵((NH4)2SiF6)的可升华固体转换成气体组合，所述气体组合诸如四氟化硅(SiF4)、氨(NH3)或氟化氢(HF)。
在去除第一层202后，例如，可利用传送机器人通过传送室将具有含硅层200的基板传送至处理腔室，所述处理腔室是配置为用于外延沉积并为诸如以下所示的处理腔室512、514、516或518的任一个，传送室诸如下述系统500的第一平台传送室506，而传送机器人诸如下述系统500的传送机器人510。例如，可利用相同的处理腔室来执行退火步骤102与下述的沉积步骤106两者。
步骤106，可将第二层210沉积于含硅层200的暴露表面上。第二层210可包括一个或多个以上公开的用于含硅层200的材料。此外，第二层210可包括一个或多个锗(Ge)、III-V族元素或由这些元素形成的合金，所述合金诸如砷化镓(GaAs)、砷化铝(AlAs)、砷化铟(InAs)、锑化铝(AlSb)、锑化铟(InSb)、锑化镓(GaSb)、磷化镓(GaP)、磷化铝(AlP)、磷化铟(InP)等等。在某些实施例中，第二层是硅锗(SiGe)。在某些实施例中，含硅层是硅(Si)而第二层是硅锗(SiGe)。可以任何适当方式来沉积第二层210，所述任何适当方式为诸如化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)等等。在某些实施例中，第二层210可包括具有25原子百分比的锗且形成厚度约600埃的硅锗(SiGe)。
一旦完成第二层210的沉积后，方法100通常便结束，而基板可继续进行所期望的处理，以完成基板上的结构与/或器件的形成。根据本文所述的方法来处理的基板可有利地在含硅层200与第二层210之间的界面具有低污染。例如，图3描绘界面污染浓度的比较，比较根据现有技术方法与根据本文所公开的方法沉积的邻近层的界面。利用二次离子质谱术(SIMS)获得图3中所示的数据，并描述含硅层与第二层之间的界面的例如氧的污染物的浓度分布。曲线302描绘未执行图1的方法100而形成的含硅层与第二层的界面的浓度分布，而曲线304描绘根据方法100形成的含硅层200与第二层210的界面的浓度分布。曲线302所示的界面处的氧浓度高于由方法100形成的曲线304中所示的界面处的氧浓度。例如，本发明人已经发现如曲线302所示未执行方法100的界面处的氧的峰值可约为4×1018原子/cm3，或者从约2×1018原子/cm3至约8×1018原子/cm3。然而，利用参照方法100描述于上的本发明实施例，本发明人已经发现例如在约550℃的温度下执行退火步骤102持续约10秒时，曲线304所示的界面处的氧的峰值可约为2×1018原子/cm3。此外，在约600℃的温度下执行退火步骤102持续约5秒时，曲线304所示的界面处的氧的峰值可小于约1×1018原子/cm3。在某些实施例中，可将曲线304所示的界面处的氧的峰值降低至检测限制以下，所述检测限制对于氧为约3×1017原子/cm3。
本文所述的蚀刻工艺可执行于任何适当的蚀刻腔室中，所述蚀刻腔室诸如从应用材料公司(加州圣克拉拉市)取得的SICONITM Preclean处理腔室，或其他适当蚀刻腔室，例如参照图4以下描述的腔室。此外，描述于图4中的蚀刻腔室的额外细节可见于发明名称为“EPITAXIAL DEPOSITION PROCESSAND APPARATUS”(外延沉积工艺及设备)的美国专利7,494,545、发明名称为“APPARATUS FOR GENERATING PLASMA BY RF POWER”(利用射频功率来产生等离子体的设备)的美国专利申请2006/0130971、及发明名称为“IN-SITU CHAMBER CLEAN PROCESS TO REMOVE BY-PRODUCTDEPOSITS FROM CHEMICAL VAPOR ETCH CHAMBER”(从化学气相蚀刻腔室来去除沉积副产物的原位腔室清洗工艺)的美国专利申请2006/0051966。蚀刻腔室可为群集工具的部分，群集工具例如同样可从应用材料公司取得的CENTURA
或ENDURA
群集工具。示范性群集工具被描述于图5中。
图4是示范性蚀刻腔室400的示意性截面图。蚀刻腔室400可包括腔室壁402，所述腔室壁402封围处理空间403并且具有与自身耦接的远程等离子体产生器412。远程等离子体产生器412被配置以产生等离子体406。等离子体产生器412可通过等离子体分布设备404而流体耦接至处理空间403，所述等离子体分布设备404是诸如将处理等离子体406输送至处理空间403的管、导管与/或歧管。基板支撑基座410可设置于处理空间403中，所述基板支撑基座410上设置有基板408。可通过位于基板408上方的喷头414将处理等离子体406输送至基板408。可利用梢416可控制地在下方位置/接近喷头414的上方位置之间移动基板408。基板408可如图2A所示般包括含硅层200与第一层202。
在某些实施例中，等离子体分布设备404可将处理气体产生的等离子体406导入处理腔室400。在某些实施例中，蚀刻等离子体406的供应管线可包括：(i)数个安全关闭阀(未示出)，所述关闭阀可手动或自动地关闭流至腔室的处理等离子体，以及(ii)质量流量控制器(未示出)，所述质量流量控制器测量通过供应管线的等离子体406的流量。
腔室壁402可具有能实质上避免蚀刻剂与/或副产物凝聚于腔室壁402上的温度。可操作基座410以提供约-100℃至约1000℃之间的所期望的温度以便将蚀刻剂凝聚于基板408表面上。随后，如以上实施例所述期望般蚀刻剂与介电层和额外层相互作用。
在某些实施例中，至少一个抽吸(pumping)通道420可配置于蚀刻腔室400中，以如期望地从蚀刻腔室400去除副产物，所述副产物诸如过量的处理气体与/或已分解气体。例如，抽吸通道420可耦接至泵或电机，使得可如期望地去除副产物。在某些实施例中，抽吸通道420可具有至少一个孔(未示出)，可如所期望地通过该孔去除副产物。
在某些实施例中，RF功率供应器(未示出)可耦接至等离子体产生器412，以激发处理气体而形成等离子体406。可操作RF功率供应器以提供约5瓦特与约3,000瓦特之间的RF功率。RF功率供应器可在约100kHz与约64MHz之间的RF频率下供应功率。
系统控制器422可耦接至处理腔室400，并可控制蚀刻系统的所有活动。系统控制器执行系统控制软件，所述系统控制软件是储存于计算机可读媒介中的计算机程序，所述计算机可读媒介例如存储器。在某些实施例中，存储器是硬盘，但存储器还可为其他种类的存储器。计算机程序包括指令组，所述指令组规定特定处理的时间、气体混合物、腔室压力、腔室温度与其他参数。储存于其他存储器元件的其他计算机程序也可用来操作控制器，所述其他存储器元件包括诸如软盘或其他适当装置。在处理腔室400耦接至群集工具(例如多腔室处理系统500)的实施例中，执行本文所述的蚀刻工艺的计算机可读媒介可储存于群集工具的系统控制器(例如控制器550)中或由所述系统控制器执行。
图5描绘示范性多腔室处理系统500(例如群集工具)的示意性俯视图。系统500可包括一个或多个负载锁定腔室502、504，所述负载锁定腔室502、504耦接至第一平台传送室506，所述第一平台传送室506用于传送基板进出系统500。通常，由于系统500处于真空中，负载锁定腔室502、504会将导入系统500的基板“排空(pump down)”。第一机器人510可在耦接至第一平台传送室506的负载锁定腔室502、504与第一组一个或多个基板处理腔室512、514、516、518之间传送基板。可配备各个处理腔室512、514、516、518以执行许多基板处理操作，所述基板处理操作除包括循环层沉积(CLD)、原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、蚀刻、预先清洗、除气、定向与其他基板处理以外，还包括本文所述的蚀刻工艺。例如，在某些实施例中，系统500的至少一个处理腔室配置为用于外延沉积并用于方法100的退火步骤102与沉积步骤106，而系统500的至少一个处理腔室是上述的处理腔室400且配置为利用蚀刻工艺去除第一层202。然而，退火步骤102与沉积步骤106不需要被执行于相同的腔室中，退火步骤102与沉积步骤106可执行于系统500的不同腔室中，所述不同腔室能够提供退火步骤102与沉积步骤106的处理需求。
第一机器人510也可传送基板往来于一个或多个传送腔室522、524，所述传送腔室522、524设置在第一平台传送室506与第二平台传送室508之间。传送腔室522、524可用来在系统500内传送基板的同时维持超高真空环境，所述在系统500内传送基板例如在第一平台传送室506与第二平台传送室508之间传送基板。第二机器人530可在耦接至第二平台传送室508的传送腔室522、524与第二组一个或多个处理腔室532、534、536与538之间传送基板。类似于处理腔室512、514、516、518，可配备处理腔室532、534、536、538来执行不同基板处理操作，所述基板处理操作除包括诸如循环层沉积(CLD)、原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、蚀刻、预先清洗、除气、定向以外，还包括本文所述的干法蚀刻工艺。若系统500执行的特定处理不需要的话，可自系统500去除基板处理腔室512、514、516、518、532、534、536、538的任一个。
系统控制器550利用直接控制处理腔室512、514、516、518、532、534、536、538来控制系统500的运作，或者系统控制器500通过控制与处理腔室512、514、516、518、532、534、536、538及系统500相关的计算机(或控制器)来控制系统500的运作。在运作中，系统控制器550使从各个腔室和系统中收集数据和反馈以最佳化系统500的性能成为可能。系统控制器550通常包括中央处理单元(CPU)552、存储器554与支持电路556。CPU 552可为用于工业环境的通用计算机处理器的任何形式的一个。支持电路556通常耦接至CPU 552，且所述支持电路556可包括高速缓存器(cache)、时钟电路、输入/输出子系统、电源等等。当CPU 552执行例如上述方法100的软件程序时，会将CPU 552转变成特定用途的计算机(控制器)902。软件程序也可储存与/或由第二控制器(未示出)所执行，第二控制器位于系统500的远程。
因此，本发明已经公开沉积具有低界面污染的层的方法。本发明的方法可有利地减少层间的界面处的污染，界面例如在沉积层与下方基板或薄膜之间。
虽然上述针对本发明的实施例，但可在不背离本发明的基本范围下设计出本发明的其他与更多实施例。
Claims (13)
1.一种沉积层的方法，包括以下步骤：
在包括还原气体的还原气氛中将含硅层退火，所述含硅层上设置有第一层；
在退火后利用蚀刻工艺来去除所述第一层以暴露所述含硅层，其中所述蚀刻工艺使用由与所述还原气体不同的蚀刻气体形成的等离子体；以及
将第二层沉积在暴露的含硅层上。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述还原气氛包括在非等离子体状态下的还原气体。
3.如权利要求1至2任一项所述的方法，其中所述还原气体包括氢气，或者所述还原气体包括氮气、氩或氦中的至少一种以及氢气。
4.如权利要求1至2任一项所述的方法，其中所述退火步骤还包括：
在从约100℃至约700℃的温度下将所述含硅层退火。
5.如权利要求1至2任一项所述的方法，其中所述退火步骤还包括：
在从约300℃至约700℃的温度下将所述含硅层退火。
6.如权利要求1至2任一项所述的方法，其中所述退火步骤还包括：
以长达约1分钟的持续时间将所述含硅层退火。
7.如权利要求1至2任一项所述的方法，其中所述退火步骤还包括：
以少于约30秒的持续时间将所述含硅层退火。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻气体包括三氟化氮或氨的至少一种。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻工艺还包括：
利用所述等离子体将所述第一层至少部分地转换成可升华固体，以及通过在高于约100℃的温度下将所述含硅层退火，来去除所述可升华固体。
10.如权利要求1至2任一项所述的方法，还包括：
在第一腔室中执行所述退火步骤；
在惰性气氛中将所述含硅层在第一腔室与第二腔室之间进行传送；
在所述第二腔室中执行所述去除步骤；
在惰性气氛中将所述含硅层在第二腔室与第三腔室之间进行传送；以及
在第三腔室中执行所述沉积步骤，其中第一腔室与第三腔室是相同腔室或不同腔室。
11.如权利要求1至2任一项所述的方法，其中所述第一层包括氧化物层。
12.如权利要求1至2任一项所述的方法，其中所述含硅层包括硅、硅锗、碳化硅、硅磷、硅硼、硅锗硼、硅锗磷或硅碳磷的至少一种，其中所述第二层包括硅、硅锗、碳化硅、硅磷、硅硼、硅锗硼、硅锗磷、硅碳磷、砷化镓、砷化铝、砷化铟、锑化铝、锑化铟、锑化镓、磷化镓、磷化铝或磷化铟的至少一种。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述含硅层是硅而所述第二层是硅锗。
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