CN111033713A - 与高选择性氧化物移除及高温污染物移除整合的外延系统 - Google Patents

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劳拉·哈夫雷查克
劳建邦
埃罗尔·C·桑切斯
舒伯特·S·楚
图沙尔·曼德雷卡尔
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Applied Materials Inc
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Abstract

在一个实施方案中，处理系统包括第一转移腔室、第二转移腔室、过渡站、第一等离子体腔室、及装载锁定腔室，第一转移腔室耦接到至少一个外延处理腔室，过渡站设置于第一转移腔室与第二转移腔室之间，第一等离子体腔室耦接至第二转移腔室，以用于从基板的表面移除氧化物，装载锁定腔室耦接至第二转移腔室。过渡站连接到第一转移腔室与第二转移腔室，并且过渡站包括用于从基板的表面移除污染物的第二等离子体腔室。

Description

与高选择性氧化物移除及高温污染物移除整合的外延系统
技术领域
本公开的实施方案通常关于用于清洁基板的表面的设备及方法。
背景技术
在硅及其他半导体基板中且在硅及其他半导体基板上形成集成电路。在使用单晶硅的情况中，通过从熔融的硅浴中生长晶锭，然后将固化的晶锭锯成多个基板来制造基板。然后，可以在单晶硅基板上形成外延硅层，以形成可以被掺杂或未掺杂的无缺陷的硅层。半导体装置(例如，晶体管)可以从外延硅层中制成。所形成的外延硅层的电性质通常优于单晶硅基板的性质。
当暴露于典型的基板制造设施环境条件时，单晶硅与外延硅层的表面容易受到污染。举例而言，由于基板的操作及/或对于在基板处理设施中的周围环境的暴露，在沉积外延层之前可以在单晶硅表面上形成原生的氧化物层。此外，存在于周围环境中的外来的污染物(例如，碳与氧物质)可以沉积在单晶表面上。在单晶硅表面上的原生的氧化物层或污染物的存在对于随后在单晶表面上形成的外延层的质量有负面的影响。因此，期望预先清洁基板，以为了在外延层于基板上生长之前移除表面氧化及其他的污染物。然而，经常在一或多个独立的真空处理腔室中进行预先清洁处理，这可能增加基板操作时间，并增加将基板暴露于周围环境的机会。
因此，在本领域中需要提供一种改善的基板处理系统，以用于在执行外延沉积处理之前清洁基板表面，而最小化基板操作时间以及对于周围环境的暴露。
发明内容
本公开描述一种真空处理系统，包括第一转移腔室、第二转移腔室、等离子体氧化物移除腔室、等离子体污染物移除腔室、及装载锁定腔室，第一转移腔室耦接到至少一个膜形成腔室，等离子体氧化物移除腔室耦接至第一或第二转移腔室，等离子体污染物移除腔室耦接至第一或第二转移腔室，装载锁定腔室耦接至第二转移腔室。
本文亦描述一种处理基板的方法，包含以下步骤：通过包括将基板暴露于包含NF3及HF的处理气体的处理而从基板移除氧化物；通过包括将基板暴露于氢自由基的处理而从基板移除碳氢化合物污染物；以及通过外延处理在基板上形成膜。
本文亦描述一种真空处理设备，包含第一转移腔室、耦接至第一转移腔室的至少一个气相外延腔室、耦接至第一转移腔室的等离子体氧化物移除腔室、及耦接至第一或第二转移腔室的等离子体驱动污染物移除腔室，等离子体氧化物移除腔室包含喷头、第一气体入口、第二气体入口、及基板支撑件，喷头具有混合腔室与气体分配器，第一气体入口穿过喷头的一部分形成，并与混合腔室流体连通，第二气体入口穿过喷头的一部分形成，并与混合腔室流体连通，基板支撑件具有基板支撑表面以及嵌入于基板支撑件中的冷却通道，等离子体污染物移除腔室包含等离子体源及基板支撑件，所述基板支撑件可操作以将设置在所述基板支撑件上的基板加热至在摄氏25度与摄氏650度之间的温度。
本文亦描述一种真空处理设备，包含第一转移腔室、通过一或多个直通站耦接至第一转移腔室的第二转移腔室、耦接至第二转移腔室的至少一个气相外延腔室、耦接至第一或第二转移腔室的等离子体氧化物移除腔室、耦接至第一或第二转移腔室的等离子体驱动污染物移除腔室、及耦接至所述第二转移腔室的装载锁定腔室，等离子体氧化物移除腔室包含喷头、第一气体入口、第二气体入口、第三气体入口、及基板支撑件，喷头具有混合腔室与气体分配器，第一气体入口穿过喷头的一部分形成，并与混合腔室流体连通，第二气体入口穿过喷头的一部分形成，并与混合腔室流体连通，第三气体入口穿过喷头的一部分形成，并与混合腔室流体连通，基板支撑件具有基板支撑表面以及嵌入于基板支撑件中的冷却通道与一或多个电阻式加热器，等离子体污染物移除腔室包含等离子体源、磁离子过滤器、及基板支撑件，所述基板支撑件可操作以将设置在所述基板支撑件上的基板加热至在摄氏25度与摄氏650度之间的温度。
附图说明
本公开的实施方案(在前文中简短地概括以及在后文中更为详细地讨论)可以通过参照描绘于附图中的本公开的说明性的实施方案来理解。然而，应注意附图仅图示本公开的典型实施方案，而非视为限定本公开的保护范围，本公开可接纳其他等效实施方案。
图1图示根据本公开的一个实施方案的处理列。
图2A为根据本公开的一个实施方案的用于执行图1的清洁处理的清洁腔室的横截面图。
图2B为图2A的处理腔室的一部分的放大视图。
图2C为根据一个实施方式的基板支撑件的横截面详细视图。
图3为根据本公开的一个实施方案的用于执行图1的还原处理的清洁腔室的横截面图。
图4为可设置于基板处理腔室(例如，具有远程等离子体源的处理腔室)内的基板支撑件的透视图。
图5为根据本文提供的本公开的实施方式的图4的基板支撑件的一部分的横截面图。
图6图示用于执行外延沉积处理的单一基板化学气相沉积(CVD)反应器。
图7图示用于执行外延沉积处理的背侧加热处理腔室的示意性横截面图。
图8为用于执行外延沉积处理的CVD腔室的示意性横截面图。
图9图示用于执行本文所述的清洁及沉积处理的示例性真空处理系统。
为促进理解，各图中相同的元件符号尽可能指定相同的元件。为清楚说明，以上图已经简化且未按比例绘制。预期一个实施方案的元件与特征可以有利地并入其他实施方案，而不另外详述。
具体实施方式
图1图示根据本公开的一个实施方案的处理列100。在一些实施方式中，处理列100的方块102至106中的两个或更多个可以在一个处理系统(例如，将在下面进一步描述的图9所示的真空处理系统)中执行。
在方块102中，使用清洁处理从半导体基板的表面移除氧化物。基板可以包括含硅材料，而表面可以包括例如硅(Si)、锗(Ge)、或硅锗合金(SiGe)的材料。在一些实施方案中，Si、Ge、或SiGe表面可以具有氧化物层(例如，原生的氧化物层)以及设置在Si、Ge、或SiGe表面上的污染物。由于外延沉积处理对于氧化物及污染物(例如，含碳污染物)的敏感性，而累积的氧化物及污染物会影响随后形成的外延层的质量，所以暴露于大多数典型清洁腔室环境几个小时所产生的表面污染可能变得非常重要。
可以通过执行氧化物移除处理及污染物移除处理来清洁基板表面。在一个实施方案中，使用清洁处理从基板表面移除氧化物(方块102)，并使用还原处理从基板表面移除污染物(例如，含碳污染物)(方块104)。在方块102中执行的清洁处理可以包括利用等离子体移除任何不需要的污染物的处理。等离子体处理可以使用由包括氢(H2)、氦(He)、氩(Ar)、氨(NH3)、含氟气体(例如，NF3或HF)、或这些气体的任何组合的气体而形成的等离子体。等离子体可为电感耦合或电容耦合，或者可以通过在处理腔室中的微波源来形成等离子体。处理腔室可为远程等离子体腔室，而与在其中设置基板的处理区域在空间上分离。本文所述的术语“在空间上分离”可以指称等离子体形成区域通过一或多个腔室部件(例如，图2A所示的阻隔板228及气体分配板230)或者甚至远程等离子体腔室与基板处理腔室之间的导管而与基板处理区域分离。
在一个实施方案中，使用电容耦合等离子体源来形成等离子体。在约摄氏5度至约摄氏100度的温度(例如，约摄氏5度至约摄氏75度的温度(例如，约摄氏10度))下，来自等离子体的自由基可以穿过设置于基板上方的气体分配板，气体分配板定位于支撑件上。处理压力可以低于大气压力(例如，约500mTorr与约20Torr之间的压力(例如，约2Torr与约10Torr之间))。自由基到达基板，然后与表面氧化物反应。可适于执行等离子体蚀刻处理的示例性处理腔室包括可从California的Santa Clara的Applied Materials,Inc.取得的SiCoNiTM或SelectraTM腔室。亦可使用来自其他的制造商的腔室。
在一个示例性实施方案中，等离子体清洁处理为远程等离子体辅助干式清洁处理，远程等离子体辅助干式清洁处理涉及同时将基板暴露于NF3及NH3(可选择地包括一或多种气体的等离子体副产物)。亦可以使用惰性气体(例如，氩及氦)。如上所述，惰性/NF3/NH3三种气体中的任何一个或组合可以暴露于能量，以形成等离子体。在递送到处理腔室之前将等离子体与其他气体混合，或者可以沿着不同路径将等离子体及其他气体提供到处理腔室，以在到达处理腔室之后进行混合。在一个实例中，等离子体清洁处理可以类似于或者可以包括可从California的Santa Clara的Applied Materials,Inc.取得的SiCoNiTM处理。
远程等离子体处理可以在很大程度上保形，并且针对氧化物层具有选择性，而因此不论层为非晶、结晶、或多晶，都不容易蚀刻硅、锗、或氮化物层。针对氧化物与硅或锗的NF3/NH3等离子体清洁处理的选择性至少为约3：1，而通常为5：1或更佳，有时为10：1。NF3/NH3等离子体清洁处理针对氧化物与氮化物的选择性也很高。针对氮化物的NF3/NH3等离子体清洁处理的选择性至少为约3：1，通常为5：1或更佳，有时为10：1。
在一些实施方式中，在远程等离子体处理期间或在执行远程等离子体处理之后，可以将一定量的热能施加到经处理的基板上，以帮助移除任何产生的副产物。在一些实施方式中，经由辐射、对流、及/或传导热传递处理提供热能，而造成基板表面上发现的不需要的副产物的升华。
在方块103处，可以在腔室中执行可选择的腔室调节步骤，以用于在方块104处执行的操作。在方块103处执行的操作包括使用含有氢自由基的气体，而使得暴露的腔室表面可以钝化。在一些实施方式中，腔室表面可以通过暴露于蒸汽或水蒸气而钝化。可以通过已知方法非原位地或原位地产生蒸汽，并且腔室表面可以暴露于蒸汽达到1秒至60秒(例如，约30秒)的时间区间，以产生具有对于氢自由基的至少稍微改善的抵抗力的表面。在蒸汽钝化处理期间，活性生产基板可以存在于设置在基板支撑件上的处理腔室中。可替代地，虚拟基板可以定位在基板支撑件上。若基板支撑件是由可能与蒸汽反应的材料制成，则在蒸汽钝化处理期间将基板定位于支撑件上可以降低与蒸汽的反应性。可以在蒸汽钝化处理期间将基板加热至摄氏400度或更高的温度。
在方块104中，在通过使用方块102中执行的处理来从基板的表面移除氧化物之后，基板的表面上的任何残留污染物被移除。在方块104的一个实施方案中，使用还原处理来从基板的表面移除污染物(例如，碳或碳氢化合物)。还原处理可以使用含氢等离子体，以移除污染物。可以从包含氢气(H2)、氦(He)、氩(Ar)、氨(NH3)、或这些气体的任何组合的清洁气体中形成等离子体。可以通过使用电感或电容耦合等离子体源来形成等离子体，或者可以通过使用耦接到处理腔室的微波源来形成等离子体。在一些实施方式中，可以通过使用包括RF、VHF、及/或UHF功率源的电感或电容耦合等离子体源来形成等离子体。等离子体源可以是远程等离子体腔室，远程等离子体腔室与设置基板的处理腔室物理分离。
在一个实施方案中，使用电感耦合等离子体源来形成等离子体，电感耦合等离子体源为用于执行方块104处的还原处理的远程等离子体源(RPS)。来自等离子体的自由基可以通过通路管以及设置于基板上方的气体分配板。基板定位于支撑件上，并且处于约摄氏25度至约摄氏650度的温度(例如，约摄氏100度与约摄氏500度之间的温度)，在一些情况中为至少约摄氏400度，而在一些情况中为约摄氏400度。处理压力可以低于大气压力(例如，小于约5Torr的压力，或小于约1Torr的压力，或甚至约100mTorr与约1Torr之间的压力)。能够适于执行还原处理的示例性处理腔室包括可从California的Santa Clara的AppliedMaterials,Inc.取得的AKTIV Pre-CleanTM、PCxT Reactive PrecleanTM(RPC)，或SelectraTM腔室。亦可使用来自其他的制造商的腔室。
远程等离子体处理形成含氢自由基的气体。如上所描，含氢等离子体通过由磁场围绕的导管，所述磁场使带电粒子转向，而允许中性粒子(例如，氢自由基，以及其他的自由基及分子)通过而到达包含基板的处理区域。基板暴露于含氢自由基的气体以执行还原处理，而移除包括碳的污染物。处理亦使得基板的表面被均匀的氢封端，其中位于基板表面处的结晶结构中具有最小的缺陷。
在方块106中，在基板的表面上形成外延层。如上所述，若事先进行清洁，基板的表面会均匀地氧化，并且不具有污染物，而改善形成于基板的表面上的生长外延层的质量。示例性外延处理可以是在小于约摄氏800度(例如，约摄氏450至650度)的温度处执行的选择性外延处理。可以使用高温化学气相沉积(CVD)处理来形成外延层。外延层可以是结晶硅、锗，或硅化锗，或任何的适当的半导体材料(例如，III-V族化合物或II-VI族化合物)。在一个示例性热CVD处理中，使用处理气体(例如，氯硅烷SiHxCl4-x(一、二、三、四)、硅烷SixH2x+2(硅甲烷(silane)、乙硅烷(disilane)、丙硅烷(trisilane)等)、锗烷GexH2x+2(锗烷、二锗烷等)、氯化氢HCl、氯气Cl2，或上述组合)以形成外延层。处理温度低于摄氏800度(例如，约摄氏300度至约摄氏600度(例如，约摄氏450度))，而处理压力在5Torr与600Torr之间。可用于执行外延沉积处理的示例性处理腔室为可从California的Santa Clara的AppliedMaterials,Inc.取得的CenturaTM Epi腔室。亦可使用来自其他的制造商的腔室。
返回参照图1，可以预期方块102及104中描述的处理可以颠倒。此外，在方块102及104中描述的处理可以根据需要而重复多次。应注意，可以在一个腔室或在两个腔室中执行102及104的处理。在一个腔室中执行处理102及104的情况下，可以使用惰性气体在处理之间执行可选择的冲洗，以提供处理化学物质之间的分离。在执行106的层形成处理之前，亦可在处理102及104之间或之后执行可选择的热加工，以移除任何的残留的副产物或污染物，并针对表面进行退火而移除任何的表面缺陷。这样的退火可以在氢气环境(可选择地包括惰性气体(例如，氩及氦))下执行，并且可在摄氏400至800度的温度及1Torr至300Torr的压力下执行。
图2A为处理腔室200的横截面图，处理腔室200适于执行方块102中发现的处理中的至少一些，而因此经配置以从基板的表面移除污染物(例如，氧化物)。图2B为图2A的处理腔室200的一部分的放大视图。
处理腔室200可以特别用于执行基于热或等离子体的清洁处理及/或等离子体辅助的干式蚀刻处理。处理腔室200包括腔室主体212、盖组件214、及支撑组件216。盖组件214设置于腔室主体212的上端部，而支撑组件216至少部分设置于腔室主体212内。真空系统可以用于从处理腔室200移除气体。真空系统包括真空泵218，真空泵218耦接到设置于腔室主体212中的真空端口221。处理腔室200亦包括用于控制处理腔室200内的处理的控制器202。
盖组件214包括多个堆叠部件，经配置以将前驱物气体及/或等离子体提供到腔室200内的处理区域222。第一板220耦接到第二板240。第三板244耦接到第二板240。盖组件214可以连接到功率源224，以用于将等离子体供应到形成于盖组件214中的锥形腔室242。盖组件214亦可以连接到远程等离子体源，而在盖堆叠的上游产生等离子体。远程等离子体空腔(例如，图2A至图2B的项目222、220、240)耦接到气体源252(或者在没有远程等离子体源224的情况下，气体源252直接耦接到盖组件214)。气体源252可以包括气体源，经配置以提供氦、氩、或其他惰性气体。在一些配置中，由气体源252提供的气体可以激励成等离子体，而通过使用远程等离子体源224来提供到盖组件214。在可替代实施方式中，气体源252可以提供处理气体，而可以在引入到设置于处理腔室200内的基板的表面之前，由远程等离子体源224活化处理气体。参照图2B，锥形腔室242具有开口246，以允许所形成的等离子体从远程等离子体源224流到盖组件214的第四板250所形成的容积248。
在盖组件214的一些配置中，通过施加从等离子体源递送的能量来在锥形腔室242内产生等离子体。在一个实例中，可以通过对盖组件214进行偏压来提供能量，以将RF、VHF、及/或UHF能量电容耦接到位于锥形腔室242中的气体。在盖组件214的此配置中，远程等离子体源224可以不使用或者不安装在盖组件214内。
形成于第四板250中的中心导管270适于将所提供的等离子体产生物质从容积248通过第五板254提供到形成于盖组件214的第六板268中的混合腔室266。中心导管270通过第五板254中的开口264而与混合腔室266连通。开口264的直径可以小于、大于、或等于中心导管270的直径。在图2B的实施方式中，开口264的直径与中心导管270的直径相同。
第四板250亦包括多个入口256及258，经配置以将气体提供到混合腔室266。入口256耦接到第一气体源260，而入口258耦接到第二气体源262。第一气体源260及第二气体源262可以包括处理气体以及惰性气体(例如，作为载气的惰性气体(例如，氩及/或氦))。第一气体源260可以包括氨(NH3)以及氩。第二气体源262可包括含氟气体、含氢气体、或上述组合。在一个实例中，第二气体源262可以包括氟化氢(HF)以及氩。
如图2B所示，在一些配置中，入口256通过形成于板254中的圆柱形通道259与多个孔265耦接到混合腔室266。入口258通过形成于第五板254中的圆柱形通道257与多个孔267耦接到混合腔室266。形成于板254中的孔265、267的尺寸通常能够让从相应气体源260、262提供的气体均匀流进混合腔室266。在一个配置中，开口267的直径小于通过形成于第四板250中的圆柱形通道257的相对侧壁所限定的开口的宽度。开口267通常围绕圆柱形导管257的中心线段的圆周分布，以提供均匀的流体流入腔室266。在一个配置中，孔265的直径小于通过形成于第四板250中的圆柱形通道259的相对侧壁所限定的开口的宽度。孔265通常围绕圆柱形导管259的中心线段的圆周分布，以提供均匀的流体流入腔室266。
入口256及258提供相应流体流动路径，横向穿过第四板250，转向且穿过第五板254而到达混合腔室266。盖组件214亦包括第七板或第一气体分配器272(可以是气体分配板(例如，喷头))，其中在盖组件214中混合的各种气体流经形成盖组件214中的穿孔274。穿孔274与混合腔室266流体连通，以提供从混合腔室266通过第一气体分配器272的流动路径。返回参照图2A，阻隔板228与气体分配板(例如，第二气体分配器230)(可以是气体分配板(例如，喷头))设置于盖组件214下方。
可替代地，可以利用不同的清洁处理来清洁基板表面。举例而言，可以通过盖组件214将包含He及NF3的远程等离子体引入处理腔室200，同时可以经由设置于腔室主体212的一侧并耦接到气体源261的单独气体入口225将NH3直接注入处理腔室200。
支撑组件216可以包括基板支撑件232，以在处理期间将基板210支撑于基板支撑件232上。可以通过延伸通过形成于腔室主体212的底部而位于中心的开口的轴件236将基板支撑件232耦接到致动器234。致动器234可以通过波纹管(未图示)可弯曲地密封到腔室主体212，以防止围绕轴件236的真空泄漏。致动器234允许基板支撑件232在腔室主体212内的处理位置与装载位置之间的垂直移动。装载位置稍微低于形成于腔室主体212的侧壁中的开口的隧道(未图示)。
基板支撑件232具有平坦的或基本平坦的基板支撑表面，以用于支撑在基板支撑件232上所处理的基板。基板支撑件232可以通过致动器234而在腔室主体212内垂直移动，致动器234通过轴件236耦接到基板支撑件232。针对一些步骤，基板支撑件232可以升高到紧邻盖组件214的位置，以控制正在处理的基板210的温度。因此，基板210可以经由从第二气体分配器230或另一辐射源发射的辐射来加热，或者通过中介气体通过来自第二气体分配器230的对流或传导来加热。在一些处理步骤中，基板可以设置于升降杆251上，以执行附加热处理步骤(例如，执行退火步骤)。
图2C为基板支撑件232的横截面详细视图。基板支撑件232包括与流体供应导管241及流体返回导管243流体连通的热控制气室235，导管241及243中的每一个设置为穿过轴件236。热控制气室235可以是通过使冷却流体循环通过流体供应导管241，进入热控制气室235，并通过流体返回导管243而流出的用于基板支撑件232的冷却特征。
基板支撑件232亦可以包括多个加热器237及239。在此实施方式中，多个加热器包括第一加热器237与第二加热器239。第一及第二加热器237及239在基板支撑件232内以基本上共面的关系设置于能够实现加热器与基板支撑表面之间的热耦接的位置。第一加热器237设置于基板支撑件232的周边，第二加热器239设置于基板支撑件232的中心区域，以提供区域温度控制。第一及第二加热器237及239中的每一个可以是电阻式加热器，而通过相应功率导管249及247耦接到功率源(未图示)，每一功率导管249及247设置为穿过轴件236。
在操作中，可以通过热控制气室235与加热器237及239的同时操作来提供温度控制。如上所述，热控制气室235可以供应冷却流体，并且可以将功率提供到作为电阻式加热器的加热器237及239。以此方式，可以调谐单独的控制电路，以针对一个项目(例如，加热器237及239)提供快速响应，并针对热控制气室235提供较慢的回应，或反之亦然。至少，可以将不同的控制参数应用于热控制气室235、第一加热器237、及第二加热器239，以完成优化的区域温度控制系统。
如图2C所示，单独的升降构件245可以包括在支撑组件216中。凹部(未图示)可以提供于基板支撑表面中，以在基板搁置于基板支撑表面上时，容纳构件245的升降杆251。升降构件245可以通过穿过轴件236设置的升降构件245的延伸部而耦接到升降致动器255。升降致动器可以让升降构件245垂直移动，以将基板从基板支撑表面朝向第一气体分配器272升降。升降构件245可以是箍状物(例如，打开的箍状物或闭合的箍状物)，并且可以是U形、圆形、马蹄形、或任何方便的形状。升降构件245具有厚度，以在升降基板时提供结构强度。在一个实例中，升降构件由陶瓷材料制成，而厚度为约1mm。
图3为处理腔室300的横截面图，处理腔室可用于执行在方块104中找到的处理中的至少一些，并因此移除污染物(例如，积聚在基板的表面上的碳或碳氢化合物)。处理腔室300具有腔室主体310，腔室主体包括腔室外壳316、处理套件壳体318，及盖340。腔室壳体316及盖340可从铝、不锈钢，或其他的适当的材料中制成。处理套件壳体318可从铝合金或其他的适当的材料中制成。盖340通过处理套件壳体318可移除地耦接至腔室外壳316。
处理套件壳体318可为环形壳体，而具有耦接至盖340的顶表面以及耦接至腔室外壳316的底表面。处理套件壳体318具有从处理套件壳体318的内表面331向下延伸的屏蔽部分329。处理套件壳体318的内表面331围绕气体分配板326，并将气体分配板326支撑于其上。气体分配板326可为石英喷头。气室348限定于气体分配板326与盖340之间。气体分配板326包括穿过气体分配板326的厚度形成的多个孔隙327，以允许气体通过端口342流入气室348。在一些配置中，由RPS 350所提供的气体通过342流动到348。然后，气体分配板326中的孔隙327允许气体流入包含基板308的处理区域330。孔隙327均匀地跨越气体分配板326的直径分布，以确保气体或自由基均匀地分配至基板308。流经孔隙327的气体跨越基板308分布，基板308设置在限定于气体分配板326与加热器314之间的处理区域330中。屏蔽部分329亦有助于限制在处理区域330内的电中性自由基。在一个实例中，当基板位于处理位置时，屏蔽部分329延伸至相邻于或低于加热器314的边缘的位置。
处理腔室300包括远程等离子体源350，远程等离子体源350通过导管360耦接至端口342。端口342形成于盖340中。导管360限定通路356，通路356可以具有第一内径以及大于第一内径的第二内径。第一内径可以设置成相邻于远程等离子体源350，而第二内径可以设置成相邻于盖340。在一个实例中，第一内径可为约12mm至约50mm(例如，约20mm)，而第二内径可为约35mm至约60mm(例如，约40mm)。
导管360经配置以在进入处理区域330之前过滤在远程等离子体源350中产生的离子，同时允许电中性自由基进入处理区域330。因此，减少在处理区域330中的离子的相对浓度。在一个实施方案中，流经通路356的气体通过磁场过滤，而磁场通过设置成相邻于通路管360的一或多个磁体来产生。磁体跨越导管360产生磁场，以过滤具有从远程等离子体源350流出的活性自由基的带电粒子。
在图3所示的实施方案中，第一磁体352与第二磁体354设置成相邻于导管360。第一磁体352与第二磁体354可为永磁体或电磁体。磁体352、354可以跨越导管360的第一内径而彼此相对地设置。举例而言，磁体352、354可以黏附或固定于导管360的外周边的相对侧上。磁体352、354可以替代性地固定至腔室盖340或腔室主体310的其他部件。相对的磁体与形成于通路管360内的通路356之间的相对距离影响穿过通路356的磁场的强度，而由此影响过滤效率。亦可以通过使用不同的磁体(亦即，利用具有不同强度的磁体来代替磁体352、354)来调整磁场。所通过的带电粒子拉引成与导管360的内表面370接触，并且变成电中性的非离子物质。因此，经过滤的电中性自由基递送至基板的表面，以与基板的表面上的污染物反应，并且清洁基板的表面上的污染物。
可替代地，在一些实施方式中，通过围绕导管360设置的单一环形磁体来代替第一磁体352与第二磁体354。单一环形磁体可以是永磁体或电磁体。
在一些实施方案中，含石英的表面经定位以覆盖进入腔室主体310的处理气体(亦即，自由基与离子)的流动路径。举例而言，限定通路356的导管360的内表面370可以完全地或部分地由石英涂覆或从石英中制成。在一个配置中，限定气室348及/或气体分配板326的表面亦可以完全地或至少部分地由石英涂覆或从石英中制成。举例而言，在图3的实施方案中，可以沿着处理套件壳体318的内表面331设置顶部衬垫324。顶部衬垫324可以具有围绕气室348的环形主体，顶部衬垫324的内表面限定气室348的外边界。顶部衬垫324可以由石英制成。顶部衬垫324可以静置在气体分配板326上，或者可以通过任何其他适当的固定方式支撑。
衬垫板344可以沿着盖340的底部表面设置。衬垫板344可以由石英涂覆，或者从石英中制成。衬垫板344限定气室348的上边界。因此，衬垫板344、顶部衬垫324，及气体分配板326限定气室348。底部衬垫325可以沿着处理套件壳体318的内表面331设置。底部衬垫325可以具有环形主体，并在进行组装以用于操作时围绕处理区域330，且底部衬垫325的内表面限定处理区域330的外边界。底部衬垫325可由石英涂覆，或从石英中制成。底部衬垫325可通过屏蔽部分329支撑。在所示的一个实例中，凸出部303在屏蔽部分329的端部处径向向内延伸，以支撑底部衬垫325。因此，导管360、衬垫板344、顶部衬垫324、底部衬垫325、及气体分配板一起沿着处理气体的流动路径提供石英表面。
基板支撑件314设置于腔室主体310的处理区域330中。基板支撑件314通过中心轴件341耦接至腔室外壳316的底部。基板支撑件314具有基板支撑表面，以用于在处理(例如，在前文中相关于方块102及方块104描述的处理)期间于基板支撑表面上支撑基板308。可选择的聚焦环338可以围绕基板支撑表面的外周边而设置在基板支撑件314上。聚焦环338在处理期间将等离子体或中性物质限制于基板308上方的区域中。聚焦环338可以从石英中制成。
基板支撑件314可以从铝中制成，其中多个蓝宝石触点(未图示)设置于基板支撑表面上，以最小化基板支撑表面与设置在蓝宝石触点上的基板之间的接触。基板支撑件314通过驱动单元337致动，以在装载位置与处理位置之间垂直移动。基板支撑件314可以具有嵌入基板支撑件314中的一或多个加热元件335，以针对基板支撑表面提供均匀的热能量。适当的加热元件335可以包括(除了其他的加热装置之外)电阻式加热器、热电装置、或用于使得传热流体流动的导管。加热元件335允许基板308的温度维持在约25℃至约500℃(例如，约300℃至约350℃、约350℃至约450℃、或约450℃至约500℃)的温度范围中。在一些实施方案中，加热器314可以具有通过基板支撑表面的外周边边缘而形成的切口，而使得当基板支撑件314定位于装载位置处时，基板处理机(未图示)可以从升降杆(未图示)拾取或放下基板308。举例而言，在清洁处理(方块102)期间，基板支撑件314与基板308定位于处理位置处，处理位置设置于装载位置上方，并且更靠近气体分配板326。
处理腔室300包括泵317。泵317通过前级管线361连接至腔室主体310。前级管线361在形成于外壳316的底部的开口315处连接至腔室主体310。腔室300亦包括设置于前级管线361中的节流阀363。节流阀363经配置以在处理期间打开及关闭成在处理腔室300中维持所期望真空压力所需的任何程度。泵317及节流阀363将在腔室主体310内侧的压力控制在约0.005Torr与750Torr之间(例如，在约40Torr至约500Torr之间)。在一个实例中，泵317为干式泵，而将处理腔室300内侧的压力维持在约0.1Torr至约40Torr(例如，约30Torr)的示例性压力范围中。在一个实例中，泵317为低压泵，而将处理腔室300内侧的压力维持在约100mTorr至大约500mTorr(例如，约150mTorr)的示例性压力范围中。在一些实例中，泵317为涡轮泵，而将处理腔室300内侧的压力维持在约20mTorr至500mTorr的示例性压力范围中。
图4为可以设置于基板处理腔室(例如，具有远程等离子体源(RPS)的处理腔室)内的基板支撑件400的透视图。基板支撑件400为用于处理腔室300中的基板支撑件314的实例。
基板支撑件400通常包括支撑主体402、耦接至支撑主体402的轴件404、及围绕轴件404设置的波纹管406。波纹管406耦接至支撑主体402及/或轴件404的的底部。在一个实例中，波纹管406的底部以真空密封的方式附接至基板处理腔室的底部。驱动单元416可以耦接至轴件404，以允许支撑主体402相对于基板处理腔室的垂直运动。在一些实施方案中，驱动单元416可经配置以旋转轴件404，并因此旋转支撑主体402。
支撑主体402具有基板支撑表面408。支撑主体402具有嵌入或容纳在支撑主体402中的一或多个加热元件520(见图5)，以在处理(例如，等离子体清洁处理)期间向设置于基板支撑表面408上的基板提供均匀的热能量。加热元件520可以利用方位角对称的图案来布置，而确保基板的均匀的加热。适当的加热元件可以包括(除了其他的加热装置之外)电阻式加热器、热电装置、或用于使传热流体流动的导管。在一个实例中，加热元件为电阻式加热线圈。加热元件允许基板的温度维持于约25℃至约650℃或更高的温度范围(例如，约300℃至约350℃、约350℃至约450℃、约450℃至约550℃、约550℃至约650℃、或更高)。
基板支撑表面408具有多个接触点410，其中在基板处理腔室的处理期间，基板静置在多个接触点410上。接触点410均匀地分布在基板支撑表面408之上。在一个实施方案中，接触点410环绕支撑主体402的中心点412布置成同心圆。附加或可替代地，接触点410可以利用方位角对称的图案来布置，以确保基板的均匀的处理。接触点410可以具有突起或凸块的形式。突起或凸块提供最小化的接触表面区域，以防止基板直接接触基板支撑表面408。在一个实施方案中，接触点410为蓝宝石球。
支撑主体402可以具有设置于支撑主体402的外周边边缘处的多个切口414。切口穿过支撑主体的整个厚度(亦即，从基板支撑表面408至支撑主体402的背侧)而形成。切口414可以围绕支撑主体402的周边等距地间隔开。在一个实施方式中，四个切口414对称地设置于支撑主体402的外周边边缘处。切口414的尺寸设计成使得当支撑主体402定位于装载位置处时，基板处理机(未图示)可以从升降杆(未图示)拾取或放下基板。
支撑主体402可以从陶瓷、铝、或其他的适当的材料(例如，氮化铝)中制成。轴件404可以从金属(例如，铝)、陶瓷金属(例如，氮化铝、氧化铝)、或掺杂的陶瓷(例如，掺杂氮化钛或氮化铬的氧化铝、掺杂的氧化铝、掺杂的氮化硼，及类似物)中制成。在一个实施方式中，轴件404从约95％的纯氮化铝中形成。在一个实施方式中，轴件404与支撑主体402可以从相同的材料中制成。
图5为图4的基板支撑件400的一部分的横截面图。支撑主体402的一个实施方案具有形成于基板支撑表面408中的多个空腔510，以用于接收接触点410(例如，蓝宝石球)。支撑主体的另一形式具有直接加工到支撑主体402的表面中的接触点，而使得支撑主体与接触点为整体材料。支撑主体的第三形式具有通过沉积处理(例如，CVD、PVD、或蒸发沉积处理)而沉积于支撑主体上的接触点。轴件404是中空的，而具有限定在轴件404中的中心开口512的侧壁518。中心开口512允许功率线528通过。功率线528的一个端部连接至一或多个加热元件520，而功率线528的另一端部连接至加热功率源532(例如，DC或AC功率源)。
轴件404可以包括连接至冷却流体源(未图标)的通道530。通道530可以设置于轴件404的任何所期望的位置内，以用于使得来自冷却流体源的冷却流体循环，而控制轴件404的温度，并因此控制支撑主体402以及在处理期间控制放置在支撑主体402上的基板的温度。
基板支撑件400可以包括设置于基板支撑件400中的热电偶534，以测量温度(例如，基板支撑件400的温度、基板支撑表面408的温度、或当设置于基板支撑表面408上时的基板的温度)。热电偶534可以是任何的适当的热电偶设计(例如，热电偶探针或类似物)。热电偶534可以耦接至温度控制器535，温度控制器535可以依据由热电偶534测量的温度来控制功率供应器536。
在一些实施方式中，加热元件520包含多区域加热器，多区域加热器包括可独立控制的外区546及内区548。净化气体入口550及出口552可以提供于基板支撑件400中。入口550及出口552可用于将背侧气体供应至基板支撑表面408上的基板。气体通道552亦可以连接到真空泵或低压区域，以在基板的前端及背侧之间产生压力差，以将基板托持于台座表面408。在一些实施方式中，可以在基板支撑表面408上方提供边缘环554。
图6根据一个实施方式图标单一基板化学气相沉积(CVD)反应器600(包括石英处理或反应腔室605)。反应器600可以用于许多的不同的材料(包括本文所公开的SiGe及Ge膜)的CVD。此外，所示的反应器600可以在相同的腔室605中完成多个沉积步骤(这可以从后文的讨论中明显看出)。
腔室600通常可以具有矩形框的形状。多个辐射热源支撑于腔室605的外侧，以在腔室605中提供热能量，而不会被石英腔室605的壁明显地吸收。尽管在具有用于处理半导体基板的“冷壁(cold wall)”CVD反应器的情况下描述实施方式，将理解到本文描述的方法将结合其他的加热/冷却系统(例如，采用电感式或电阻式加热的加热/冷却系统)来使用。
辐射热源包含具有细长管型的辐射加热元件610的上部加热组件。上部加热元件610较佳地以间隔开的平行关系并且亦以与穿过反应腔室605的反应气体流动路径(通过箭头612图示)大致平行的方式来设置。下部加热组件包含类似的具有细长管型的辐射加热元件615，辐射加热元件615定位在反应腔室605下方，并且横向于上部加热元件610来定向。辐射热的一部分分别被位于上部灯610的上方及位于下部灯615的下方的粗糙的镜面式反射器平板(未图示)扩散反射至腔室605。此外，多个聚光灯620将集中的热供应至基板支撑结构(在下文中进行描述)的下侧，以抵消由延伸穿过反应腔室605的底部的冷支撑结构产生的散热作用。具有细长管型的加热元件610、615中的每一个较佳为高强度的钨丝灯，以产生传送通过反应腔室605的壁的辐射的热能量，而不会被明显地吸收。如在半导体处理装备的领域中已知的，可以响应于温度传感器独立地或在分群组的区域中控制各种灯610、615、620的功率。
工件(包含硅基板625)图示为在反应腔室605内，且支撑于基板支撑结构630上。所示的支撑结构630包括基板保持器632(基板625静置于基板保持器上)与支撑支架634。支架634安装至轴件636，轴件636向下延伸穿过管638，而管638延伸穿过腔室下壁。管638与净化气体源连通，净化气体可以在处理基板期间流动。净化气体可用于制止处理气体进入腔室605的下区段。净化气体亦可在基板625下方水平流动。
多个温度传感器定位于基板625的附近处。温度传感器可以采用各种形式(例如，光学高温计或热电偶)。在所示的实施方式中，温度传感器包含热电偶(包括第一或中央热电偶640，而以任何的适当的方式悬吊在基板保持器632下方)。中央热电偶640穿过在基板保持器632附近的支架634。反应器600进一步包括多个辅助或周边的热电偶(亦在基板625附近)，并包括前缘或前热电偶645、后缘或后热电偶650、及侧热电偶(未图示)。周边的热电偶中的每一个容纳于滑环652内，滑环652围绕基板保持器632及基板625。中央与周边的热电偶中的每一个连接至温度控制器，而温度控制器响应于热电偶的读值来设定各种加热元件610、615、620的功率。
除了容纳周边的热电偶之外，滑环652在高温处理期间吸收并发射辐射热。滑环652可以用于补偿在基板边缘处的较大的热损失或吸收(这已知为由于在基板边缘附近的区域中的表面区域相对于体积的较大比率的缘故会发生的现象)。通过将边缘损失最小化，滑环652可以降低跨越基板625的径向的温度不均匀性的风险。可以通过任何的适当的方式来悬吊滑环652。举例而言，所示的滑环652静置于支撑构件654上，支撑构件654从前腔室分隔器656及后腔室分隔器658延伸。分隔器656、658理想上是由石英形成。在一些布置中，后分隔器658可以省略。
所示的反应腔室605包括用于注入反应物及载气的入口端口660，而基板625亦可通过入口端口660来接收。出口端口664位于腔室605的相对侧上，其中基板支撑结构630定位于入口660与出口664之间。
入口部件665装配至反应腔室605(入口部件665经调适以围绕入口端口660)，并包括在水平方向上伸长的狭槽667，其中基板625可经由狭槽插入。通常为垂直的入口668接收来自气体源的气体，并且使得这些气体与狭槽667及入口端口660连通。尽管未在图6中单独图示，但是气体源可以包括氢、硅，及锗前驱物，以及控制本文描述的一序列的步骤(包括在Si及/或Ge沉积之前的冷却步骤期间使得表面活性化合物流入腔室的步骤)的控制器(例如，预先程序化的计算机)。入口668可以包括气体注入器，气体注入器经设计以将单一基板反应器的气体流动的均匀性最大化。
出口部件670类似地安装至处理腔室605，以使得排气开口672与出口端口664对准，并且通向排气导管674。导管674又可以与适当的真空构件(未图示)连通，而用于将处理气体从腔室605排出。在一个实施方式中，处理气体经抽吸而通过反应腔室605及下游洗涤器(未图示)。较佳地将泵或风扇包括在内，以有助于抽吸处理气体而通过腔室605，并且抽空腔室以进行减压处理(亦即，低于大气压力，但是高于超高真空压力范围(如下所讨论))。
所示的反应器600亦包括定位于腔室600的上游处的受激态物质源676。所示的实施方式的受激态物质源676包含沿着气体线678的远程等离子体产生器。在所示的实施方式中，来自RPS能量源的微波能量耦接至在沿着气体线678的施加器中的流动气体。前驱物气体源680耦接至气体线678，以引入至受激态物质源676。载气源682亦耦接至气体线678。亦可提供一或多个分支线684，以用于附加反应物。如在本技术领域中已知，气体源680、682可以包含气槽、起泡器等(取决于反应物质的形式及挥发性)。每一气体线可以提供独立的质量流量控制器(MFC)及阀(如图示)，以允许引入至源676并因此进入反应腔室605的载体及反应物质的相对量的选择。受激态物质源676可用于等离子体增强沉积，但是亦可用于激发蚀刻剂，以在腔室605中没有基板时清洁过度沉积的腔室605。
举例而言，经设计以用于处理200mm的基板的单一基板处理腔室605的总体积容量小于约30升(例如，小于约20升，并且在一个实施方式中小于约10升)。所示的腔室605具有约7.5升的容量。因为所示的腔室605由分隔器656、658、基板保持器632、环652，及从管638流出的净化气体分隔，处理气体流过的有效体积大致为总体积的一半(例如，在所示的实施方式中为约3.77升)。应理解，单一基板处理腔室605的体积可以不同(这取决于腔室605被设计成用于容纳基板的尺寸)。举例而言，用于300mm的基板的单一基板处理腔室605具有小于约100升(例如，约60升，而在一个实施方式中小于约30升)的容量。在一个实例中，用于处理300mm的基板的单一基板处理腔室605具有约24升的总体积，其中有效体积为约12升。
含Ge的层的沉积温度通常为约摄氏250度(C)至约摄氏600度(例如，约摄氏300度至约摄氏450度)的范围中。举例而言，随着前驱物的热稳定性降低，则较低的沉积温度倾向于更合适。在单一基板处理腔室605中的总压力是在约10-5Torr至约800Torr的范围中。在一些实施方式中，压力为约200mTorr至约760Torr(例如，约1Torr至约200Torr(例如，约1Torr至约60Torr))。
图7根据一个实施方式图标经配置以用于低压外延沉积的背侧加热处理腔室700的示意性横截面图。处理腔室700可用于处理一或多个基板(包括将材料沉积在基板625的上表面上)。处理腔室700可以包括辐射加热灯702的阵列，以用于加热设置于处理腔室700内的基板支撑件706的背侧704以及其他部件。基板支撑件706可为盘状的基板支撑件706(如图示)，或者可为环状的基板支撑件(具有中心开口)，而从基板的边缘支撑基板来促进基板对于灯702的热辐射的暴露。
基板支撑件706位于处理腔室700内，并在上圆顶728与下圆顶714之间。上圆顶728、下圆顶714、及设置于上圆顶728与下圆顶714之间的基环736一般限定处理腔室700的内部区域。基板625(未按照比例)转移至处理腔室700，并且经由在此视图中未图示的装载端口103而定位于基板支撑件706上。
基板支撑件706由中心轴件732支撑，而在装载及卸除期间以垂直方向734移动基板625，并在一些情况中进行基板625的处理。基板支撑件706图示为处于图7中的升高的处理位置，但是可以通过耦接至中心轴件732的致动器(未图示)垂直穿越而到达在处理位置下方的装载位置。当降低至处理位置以下时，升降杆705接触基板625，并从基板支撑件706升起基板625。然后，机器人(未图示)可以进入处理腔室700，以通过装载端口接合基板625，并从处理腔室700移除基板625。然后，可在垂直方向上致动基板支撑件706而到达处理位置，以将基板625(其中基板的装置侧716朝上)放置于基板支撑件706的前侧710上。
基板支撑件706在位于处理位置时将处理腔室700的内部空间划分为位于基板625上方的处理气体区域756以及位于基板支撑件706下方的净化气体区域758。在处理期间，通过中心轴件732来旋转基板支撑件706，以最小化处理腔室700内的热与处理气体流动空间异常的影响，而因此促进基板625的均匀的处理。基板支撑件706可从碳化硅或涂覆碳化硅的石墨中形成，以吸收来自灯702的辐射能量，并且将辐射能量传导至基板625。
一般而言，上圆顶728的中央窗口部分与下圆顶714的底部系从光学透明材料(例如，石英)中形成。上圆顶728的厚度与曲度可经配置以提供更平坦的几何形状，以达成在处理腔室中的均匀的流动均匀性。
灯702的阵列可以围绕中心轴件732以指定的最佳期望方式设置于下圆顶714的相邻处以及在下圆顶714的下方，以在处理气体通过时独立地控制在基板625的各个区域处的温度，而促进将材料沉积至基板625的上表面。尽管本文并未详细讨论，但是沉积的材料可以包括砷化镓、氮化镓、或氮化铝镓。在一些实施方式中，辐射加热灯(例如，灯102)的阵列可以设置于上圆顶728之上。
灯702可经配置以包括灯泡，灯泡经配置以将基板625加热至约摄氏200度至约摄氏1600度的范围内的温度。每一灯702耦接至功率分配板(未图示)，而经由功率分配板将功率供应至每一灯702。举例而言，灯702定位在灯头745内，灯头745可在处理期间或在处理之后通过引入位于灯702之间的通道749的冷却流体来冷却。部分地由于灯头745与下圆顶714紧密靠近的缘故，灯头745传导及辐射冷却下圆顶714。灯头745亦可冷却灯壁以及在灯周围的反射器(未图示)的壁。可替代地，下圆顶714可以通过对流的方式来冷却。取决于应用，灯头745可以或可以不与下圆顶714接触。
圆形的屏蔽767可以可选择地设置于基板支撑件706的周围，并通过衬垫组件763围绕。在针对处理气体提供预热区域时，屏蔽767防止或最小化从灯702至基板625的装置侧716的热/光噪声的泄漏。屏蔽767可从CVD SiC、利用SiC涂覆的烧结的石墨、生长的SiC、不透明的石英、经涂覆的石英、或可耐受由处理及净化气体所引起的化学分解的任何的类似的适当材料中制成。
衬垫组件763的尺寸设计成嵌套在基环736的内圆周内或由基环736的内圆周围绕。衬垫组件763在处理空间(亦即，处理气体区域756与净化气体区域758)与处理腔室700的金属壁之间发挥屏蔽的作用。金属壁可以与前驱物反应，并造成在处理空间中的污染。虽然衬垫组件763图标为单一主体，衬垫组件763可以包括具有不同配置的一或多个衬垫。
由于从基板支撑件706对于基板625进行背侧加热的缘故，可以使用光学高温计718在基板支撑件上进行温度测量/控制。因为利用此方式来加热基板前侧710与发射率无关，所以通过光学高温计718进行的此温度测量亦可以在具有未知的发射率的基板625的装置侧716上完成。因此，光学高温计718仅能感测来自热基板625的辐射，而从基板支撑件706传导热，其中来自灯702的最小背景辐射直接到达光学高温计718。
反射器722可以可选择地放置在上圆顶728的外部，以将从基板625辐射离开的光反射而回到基板625上。可以使用夹持环730将反射器722固定至上圆顶728。反射器722可由金属(例如，铝或不锈钢)制成。反射的效率可以通过利用高度反射的涂层(例如，金)涂覆反射器区域的方式来改善。反射器722可以具有连接至冷却源(未图示)的一或多个通道726。通道726连接至形成于反射器722的一侧上的通路(未图示)，而用于冷却反射器722。通路经配置以承载流体(例如，水)的流动，并且可以沿着反射器722的侧边并以覆盖反射器722的一部分或整个表面的任何的期望的图案水平延伸。
从处理气体供应源772供应的处理气体通过形成于基环736的侧壁中的处理气体入口774引入处理气体区域756。处理气体入口774经配置以沿着大致为径向向内的方向引导处理气体。在膜形成处理期间，基板支撑件706可以位于处理位置，而与处理气体入口774相邻并处于与处理气体入口774大致相同的高度，以允许处理气体沿着流动路径773向上且到处流动，并以层流的方式跨越基板625的上表面。处理气体通过位于与处理气体入口774相对的处理腔室700的侧边上的气体出口778离开处理气体区域756(沿着流动路径775)。可以通过与气体出口778耦接的真空泵780来通过气体出口778促进处理气体的移除。由于处理气体入口774与气体出口778彼此对准，并设置成大致相同的高度处，因此相信这样的平行布置在与较平坦的上圆顶728结合时，能够实现跨越基板625的大致平坦的均匀的气体流动。可以通过通过基板支撑件706来旋转基板625的方式提供进一步的径向均匀性。
可以从净化气体源765通过形成于基环736的侧壁中的可选择的净化气体入口764(或者通过处理气体入口774)将净化气体供应至净化气体区域758。净化气体入口764设置于处理气体入口774下方的高度处。若使用圆形的屏蔽767或预加热环(未图示)，则圆形的屏蔽或预加热环可以设置于处理气体入口774与净化气体入口764之间。在任一种情况中，净化气体入口764经配置以沿着大致径向朝内的方向引导净化气体。在膜形成处理期间，基板支撑件706可以位于一位置处，以使得净化气体沿着流动路径765向下且到处流动，并以层流的方式跨越基板支撑件706的背侧704。在不受到任何的特定的理论的束缚的情况下，相信净化气体的流动防止或基本上避免处理气体的流动进入净化气体区域758，或减少进入净化气体区域758(亦即，在基板支撑件706下方的区域)的处理气体的扩散。净化气体离开净化气体区域758(沿着流动路径766)，并通过气体出口778排出处理腔室，气体出口778位于与净化气体入口764相对的处理腔室700的侧边上。
图8为可以是可从California的Santa Clara的Applied Materials,Inc.取得的
Figure BDA0002388181430000221
集成处理系统的部分的CVD或外延沉积腔室800的示意性横截面图。沉积腔室800包括壳体结构801，壳体结构801由耐处理的材料(例如，铝或不锈钢(例如，316L不锈钢))制成。壳体结构801包围处理腔室800(例如，石英腔室830)的各种功能元件，处理腔室800包括上腔室805及下腔室824，其中包含处理空间818。通过气体分配组件850将活性物质提供至石英腔室830，并通过出口838从处理空间818移除处理副产物，而出口838通常与真空源(未图示)连通。
基板支撑件817经调试以接收基板625，基板625转移至处理空间818。基板支撑件817沿着沉积腔室800的纵向轴线802设置。基板支撑件可由陶瓷材料或利用硅材料(例如，碳化硅)涂覆的石墨材料制成，或者由其他的耐处理的材料制成。将来自前驱物反应物材料的活性物质施加至基板625的表面816，并且可接续地从表面816移除副产物。可以通过辐射源(例如，上部灯模块810A与下部灯模块810B)来提供基板625及/或处理空间818的加热。
在一个实施方式中，上部灯模块810A与下部灯模块810B为红外线(IR)灯。来自灯模块810A及810B的非热能量或辐射行进通过上石英腔室805的上石英窗口804，并且行进通过下石英腔室824的下石英部分803。用于上石英腔室805的冷却气体(若需要)通过入口812进入，并通过出口813离开。用于腔室800的前驱物反应物材料以及稀释剂、净化及排出气体通过气体分配组件850进入，并通过出口838离开。尽管上石英窗口804图示为弯曲或凸出，但是上石英窗口804可为平面或凹入(因为在上石英窗口804的两侧上的压力基本上相同(亦即，大气压力))。
在处理空间818中的低波长辐射(用于激发活性物质，并且有助于反应物的吸附以及来自基板625的表面816的处理副产物的脱附)通常在约0.8μm至约1.2μm(例如，在约0.95μm至约1.05μm之间)的范围中，其中提供各种波长的组合(这取决于例如外延生长的膜的组成)。
组成气体经由气体分配组件850进入处理空间818。气体从气体分配组件850流出，并且通过端口838离开(如通常图示于822处)。通常在进入处理空间之前，混合组成气体(用于清洁/钝化基板表面，或者形成外延生长的包含硅及/或锗的膜)的组合。可以通过在出口端口838上的阀(未图示)来调整在处理空间818中的整体压力。处理空间818的内部表面的至少一部分通过衬垫831覆盖。在一个实施方式中，衬垫831包含不透明的石英材料。以此方式，腔室壁与处理空间818中的热隔离。
在处理空间818中的表面的温度可以通过冷却气体的流动而控制在约200℃至约600℃或更高的温度范围内，冷却气体通过端口812进入，而通过端口813离开，并与来自定位在上石英窗口804的上方的上部灯模块810A的辐射相结合。在下石英腔室824中的温度可以通过调整未图标的鼓风机单元的速度，并通过来自设置于下石英腔室824下方的下部灯模块810B的辐射而控制在约200℃至约600℃或更高的温度范围内。在处理空间818中的压力可以在约0.1Torr至约600Torr之间(例如，约5Torr至约30Torr之间)。
可以通过对于在下石英腔室824中的下部灯模块810B进行功率调整，或者通过对于在上石英腔室804上方的上部灯模块810A以及在下石英腔室824中的下部灯模块810B二者进行功率调整来控制在基板625的表面816上的温度。在处理空间818中的功率密度可以在约40W/cm2至约400W/cm2之间(例如，约80W/cm2至约120W/cm2)。
在一个方面中，气体分配组件850相对于腔室800或基板625的纵向轴线802而垂直于径向方向806(或者沿着径向方向806)设置。在此定向上，气体分配组件850经调试以使得处理气体跨越基板625的表面816或平行于基板625的表面816并沿着径向方向806流动。在一个处理应用中，在引入腔室800的点预加热处理气体，以在引入处理空间818及/或破坏气体中的特定键之前，开始气体的预加热。以此方式，可以独立于基板625的热温度而修改表面反应动力学。
在操作中，从一或多个气体源840A及840B将用于形成Si及SiGe覆盖或选择性膜的前驱物提供至气体分配组件850。IR灯856(图8仅图示一个)可用于沿着流动路径822加热在气体分配组件850内的前驱物。气体源840A、840B可以利用经配置以促进气体分配组件850内的引入区域(例如，当从顶视平面图观看时的径向外区及在外区之间的径向内区)的方式耦接至气体分配组件850。气体源840A、840B可以包括用于控制引入区域的速率的阀(未图标)。
气体源840A、840B可以包括硅前驱物(例如，硅烷(包括硅甲烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、六氯硅乙烷(Si2Cl6)、二溴硅烷(SiH2Br2)、较高阶的硅烷、上述衍生物、及上述组合))。气体源840A、840B亦可包括含锗前驱物(例如，锗烷(GeH4)、二锗烷(Ge2H6)、四氯化锗(GeCl4)、二氯锗烷(GeH2Cl2)、上述衍生物、及上述组合)。包含硅及/或锗的前驱物可以与氯化氢(HCl)、氯气(Cl2)、溴化氢(HBr)、及上述组合进行结合的方式来使用。气体源840A、840B可以包括在气体源840A、840B中的一或二者中的包含硅及锗的前驱物中的一或多个。
前驱物材料通过在处于此激发状态的多孔板854中的开口或多个孔858(图8仅图示一个)进入处理空间818，多孔板854在一个实施方式中为石英材料，并具有穿过多孔板854中形成的孔858。多孔板854对于IR能量而言是可通透的，并且可由透明的石英材料制成。在其他实施方式中，多孔板854可以对于IR能量而言是可通透且可耐受处理化学成分及其他处理化学成分的任何材料。经激励的前驱物材料通过多孔板854中的多个孔858，并通过多个通道852(图8仅图示一个)朝向处理空间818流动。来自IR灯856的一部分的光子及非热能量亦穿过孔858、多孔板854、及通道852，前者通过设置于气体分配组件850的内部表面上的反射材料及/或表面促进而达成，而由此照明前驱物材料的流动路径(如图8的箭头822所示)。以此方式，从引入点沿着流动路径至处理空间818可以维持前驱物材料的振动能量。
图9根据本公开的实施方案图示可用于完成图1所示的处理列100的示例性真空处理系统900。如图9所示，多个处理腔室902a、902b、902c、902d耦接至第一转移腔室904。处理腔室902a至902d可用于执行任何与基板相关的处理(例如，退火、化学气相沉积、物理气相沉积、外延处理、蚀刻处理、热氧化或热氮化处理、脱气等)。在一个实施方案中，处理腔室902a可为膜形成腔室(例如，能够形成结晶硅或硅化锗的气相外延沉积腔室(例如，可从California的Santa Clara的Applied Materials取得的Epi腔室))。在另一实施方案中，处理腔室902a可为外延沉积腔室(例如，与图6结合描述的单一基板处理腔室600)。在另一实施方案中，处理腔室902a可为与图7结合描述的处理腔室700。在另一实施方案中，处理腔室902a可为与图8结合描述的处理腔室800。
处理腔室902b可为快速的热处理腔室(RTP)。处理腔室902c为等离子体蚀刻腔室或等离子体清洁腔室。举例而言，处理腔室902c可以是与图2A结合描述的处理腔室200或是与图3结合描述的处理腔室300。处理腔室902d可为脱气腔室。第一转移腔室904亦耦接到至少一个过渡站(例如，一对直通站906、908)。直通站906、908在允许基板于第一转移腔室904与第二转移腔室910之间转移时维持真空条件。第一转移腔室904具有用于在直通站906、908与处理腔室902a至902d的任一个之间转移基板的机器人基板操作机构(未图示)。处理腔室902a至902d图示为利用图9的特定顺序配置，但是可以利用任何期望顺序配置。
直通站906、908的一个端部耦接至第二转移腔室910。因此，第一转移腔室904与第二转移腔室910是分开的，并且通过直通站906、908来连接。第二转移腔室910耦接至第一等离子体清洁腔室914，第一等离子体清洁腔室914可为等离子体腔室(例如，经调试以执行在方块902中找到的处理中的至少一些的处理腔室200(图2A)，以用于从基板的表面移除氧化物)。在一个实施方案中，第一等离子体清洁腔室914为可从California的Santa Clara的Applied Materials取得的SiconiTM或SelectraTM腔室。在另一实施方案中，等离子体清洁腔室914可为与图2A结合描述的处理腔室200。在另一实施方案中，等离子体清洁腔室914可为与图3结合描述的处理腔室300。在又一实施方案中，两个处理腔室200定位于等离子体清洁腔室914，两个处理腔室300定位于站906及908中，而四个epi腔室定位于处理腔室902a至902d中。
在一个实施方案中，至少一个过渡站(例如，直通站906、908中的一个)经配置以作为等离子体清洁腔室。可替代地，等离子体清洁腔室可以耦接至直通站906、908中的一个，以用于从基板的表面移除污染物。因此，处理系统900可以具有第二等离子体清洁腔室，第二等离子体清洁腔室为直通站906、908中的一个，或者连接至直通站906、908中的一个。在图9所示的一个实施方案中，直通站906包括第二等离子体清洁腔室916。第二等离子体清洁腔室916可为处理腔室300(图3)的版本，处理腔室300经调试以执行在方块104中找到的处理中的至少一些，以用于从基板的表面移除污染物。应注意，尽管仅图示一个等离子体清洁腔室916耦接至直通站，在此情况中，直通站906、等离子体清洁腔室(例如，处理腔室300的版本)可以定位于直通站906及908二者内。
第二转移腔室910亦具有用于在一组装载锁定腔室912与第一等离子体清洁腔室914或第二等离子体清洁腔室916之间或者穿过背转移腔室906/908转移基板的机器人基板操作机构(未图示)。工厂接口920通过装载锁定腔室912连接至第二转移腔室910。工厂接口920耦接至装载锁定腔室912的相对侧上的一或多个传送盒930。传送盒930通常是可从清洁室(未图示)进出的前开式晶片传送盒(FOUP)。
尽管图示两个转移腔室，但是考虑到转移腔室中的任一个可以省略。在省略第一转移腔室914的一个实施方案中，第二等离子体清洁腔室916可以设置于第二转移腔室910内，或是在目前图示为由直通站906或908占据的位置处耦接至第二转移腔室910。第二转移腔室910可以耦接至能够形成结晶硅或硅化锗的一或多个处理腔室(例如，外延腔室(例如，可从California的Santa Clara的Applied Materials,Inc.取得的CenturaTM Epi腔室))。
在操作中，基板在位于装载锁定腔室912中的一个内的运输盒(未图示)中，并且从传送盒930运送至真空处理系统900。在第二转移腔室910内的机器人运输机构一次一个地将基板从装载锁定腔室912运输至第一等离子体清洁腔室914，其中执行清洁处理(例如，在方块102中找到的处理)以从基板的表面移除氧化物。一旦从基板表面移除氧化物，设置于第二转移腔室910内的机器人运输机构将基板从第一等离子体清洁腔室914转移至第二等离子体清洁腔室916，其中执行还原处理(例如，在方块104中找到的处理)以移除来自基板表面的污染物(例如，碳或碳氢化合物)。设想到此处的步骤亦可以利用相反的顺序来执行(亦即，使用机器人运输机构将基板从第二等离子体清洁腔室916转移至第一等离子体清洁腔室914)。在任一情况中，清洁的基板然后通过设置于第一转移腔室904内的机器人运输机构从第二等离子体清洁腔室916(或第一等离子体清洁腔室914)转移至一或多个处理腔室902a至902d。一或多个处理腔室902a至902d可以包括外延处理腔室，其中执行层形成处理(例如，在方块106中描述的外延沉积)。
在完成一或多个处理腔室902a至902d中的处理之后，设置于第一转移腔室904内的机器人运输机构将基板从处理腔室902中的任一个移动至直通站908。然后，通过设置于第二转移腔室910内的机器人运输机构将基板从直通站908移除，并转移至另一装载锁定腔室912，其中通过装载锁定腔室912将基板从真空处理系统900中取出。
由于所有的三个方块102、104，及106的处理是在相同的真空处理系统900内执行，当基板在各种腔室间转移时，真空不会被破坏，而降低污染的机会，并改善所沉积的外延膜的质量。应理解，本文描述基板的移动，以达到说明的目的。控制器(未图示)可用于根据期望的排序程序(可取决于应用而改变)来排程基板通过真空处理系统900的移动。
本公开的益处包括改善的真空处理系统，而在相同的真空处理系统上将两种不同类型的预清洁处理腔室与外延处理腔室整合。预清洁处理腔室可以包括第一等离子体清洁处理腔室与第二等离子体清洁处理腔室。在相同的真空处理系统上的两种类型的表面材料移除腔室的共同存在允许基板在表面制备与外延沉积之间保持真空，而减少基板暴露于周围环境的时间，并消除单独的处理腔室或系统上准备基板的需要。因为在两个转移腔室之间的直通站亦担任预清洁处理腔室的角色，所以此架构亦将在真空系统上的处理腔室的数目最大化，此亦减少基板的整体操作时间。
可以在图2A的处理腔室200中执行图1的处理102的实例。氩输送通过远程等离子体单元252，氩中的5至10％的HF的第一混合物输送通过入口256，而氩中的25％的NH3的第二混合物输送通过入口258。通过向以2sLm流动的氩施加500W的微波或RF功率来形成远程等离子体。第一混合物以500sccm流经第一入口256，而第二混合物以500sccm流经第二入口258。通过将温度控制流体输送通过热控制气室235，而将基板维持在摄氏10度的温度。可供电至基板支撑件232，以提供辐射状温度控制。将腔室维持在5Torr的压力下，并针对基板进行处理而达到适合用于将在基板表面上的所有的所期望的氧化物转换成可升华的固体的时间(例如，300秒)。然后，将基板移动靠近第二气体分配器230，第二气体分配器230加热至约摄氏200度，以提供对于基板表面的辐射或传导加热。将基板维持为靠近从第二气体分配器230处辐射出的热达到1至5分钟，以使得形成于基板表面上的固体升华，而留下无氧表面。然后，可以可选择地在惰性大气下针对基板进行热处理，以从氧化物移除处理中移除任何的残留物质(例如，含氟物质)。热处理可以包括将基板设置于热处理腔室中，并针对腔室中的热处理设备进行赋能，以加热基板至约摄氏300度的温度且达到约1分钟。
可以在图3的处理腔室300中执行图1的处理104的实例。以2sLm输送氢气而通过远程等离子体源350，其中氢气被以500W的微波或RF功率供电。通过加热基板支撑件314将基板维持在约摄氏400度的温度，而将处理区域330维持在约0.5Torr的压力下。在这些条件下针对基板进行处理并达到适合用于移除所有的所期望的污染物或外来物质以及氢封端基板的表面的时间(例如，约1分钟)。然后，可以可选择地在惰性大气下通过通过导管360供应惰性气体(例如，氩)且同时中断在远程等离子体源350中的等离子体功率，而进一步地针对基板进行热处理或退火。可以将基板维持在摄氏600度的退火温度。可替代地，可以将基板移动至退火腔室(可以例如耦接至与图9结合描述的处理系统900)，并在较高的温度(例如，摄氏800至1000度)下进行退火或热处理，以移除任何的残留的表面缺陷，而留下均匀清洁并有良好次序的具有最小缺陷及杂质的表面结晶结构。
尽管前述关于本公开的实施方案，可以设计本公开的其他及进一步实施方案，而不悖离本公开的基本范围。

Claims (15)

1.一种处理系统，包含：
转移腔室，耦接到至少一个气相外延腔室；
氧化物移除腔室，.
耦接至所述转移腔室，所述氧化物移除腔室包含：
盖组件，具有混合腔室与气体分配器；
第一气体入口，穿过所述盖组件的一部分形成，并与所述混合腔室流体连通；
第二气体入口，穿过所述盖组件的一部分形成，并与所述混合腔室流体连通；
第三气体入口，穿过所述盖组件的一部分形成，并与所述混合腔室流体连通；以及
基板支撑件，具有：
基板支撑表面；
冷却通道；以及
升降构件，设置于所述基板支撑表面的凹部中，并通过所述基板支撑件耦接到升降致动器；
等离子体污染物移除腔室，耦接至所述转移腔室，所述等离子体污染物移除腔室包含：
远程等离子体源；以及
基板支撑件，可操作以将设置在所述基板支撑件上的基板加热至25℃与650℃之间的温度。
2.如权利要求1所述的处理系统，其中所述氧化物移除腔室包含等离子体产生源。
3.如权利要求2所述的处理系统，其中所述等离子体产生源包含所述远程等离子体源，所述远程等离子体源经配置以通过使用RF源或微波源在所述远程等离子体源中形成等离子体。
4.如权利要求2所述的处理系统，其中所述远程等离子体源耦接至所述腔室的盖。
5.如权利要求1所述的处理系统，其中所述膜形成腔室为外延腔室。
6.如权利要求1所述的处理系统，其中所述氧化物移除腔室包括远程等离子体腔室以及具有冷却通道的基板支撑件。
7.如权利要求1所述的处理系统，其中所述氧化物移除腔室为氟处理腔室，所述等离子体污染物移除腔室为氢处理腔室，并且所述膜形成腔室为外延腔室。
8.如权利要求7所述的处理系统，其中所述氧化物移除腔室包括具有冷却通道的基板支撑件，并且所述等离子体污染物移除腔室包括基板支撑件，所述基板支撑件可操作以将设置在所述基板支撑件上的基板加热至大于300℃的温度。
9.如权利要求8所述的处理系统，所述处理系统进一步包含退火腔室。
10.一种处理系统，包含：
第一转移腔室，耦接到至少一个膜形成腔室；
第二转移腔室；
等离子体氧化物移除腔室，耦接至所述第一或第二转移腔室；
等离子体污染物移除腔室，耦接至所述第一或第二转移腔室；以及
装载锁定腔室，耦接至所述第二转移腔室。
11.如权利要求10所述的处理系统，所述处理系统进一步包含氧化物移除腔室。
12.如权利要求10所述的处理系统，其中所述等离子体氧化物移除腔室包括等离子体产生源。
13.如权利要求12所述的处理系统，其中所述等离子体产生源包括远程等离子体源，所述远程等离子体源经配置通过使用RF源或微波源在所述远程等离子体源中形成等离子体。
14.如权利要求13所述的处理系统，其中所述远程等离子体源耦接至所述腔室的盖。
15.如权利要求10所述的处理系统，其中所述至少一个膜形成腔室是外延腔室。
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