CN116815309A - 高温计控制的多晶片清洁过程 - Google Patents

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Abstract

一种使用基于高温计的控制来沉积外延材料层的方法。该方法包括清洁反应器系统的反应室，并且在清洁之后，在反应室内提供衬底。该方法包括相对于目标沉积温度稳定衬底的温度。在稳定过程中，加热器组件用控制信号操作，以操作加热器组件中的加热器，该控制信号基于衬底温度的直接测量产生，例如用一到三个高温计。该方法包括，在稳定衬底温度之后，在衬底表面上沉积外延材料层。然后，对于额外数量的衬底，该方法包括重复以下步骤：在反应室内提供衬底，稳定衬底的温度，以及在衬底上沉积外延材料层，随后进行另一次室清洁。

Description

高温计控制的多晶片清洁过程
技术领域
本公开总体涉及气相反应器和系统以及使用该反应器和系统的方法。更具体地，本公开涉及沉积外延材料的方法和用于沉积外延材料的系统，其具有增强的产量和均匀性控制。
背景技术
诸如化学气相沉积(CVD)反应器的气相反应器可用于多种应用，包括在衬底表面上沉积和蚀刻材料。例如，气相反应器可用于在衬底上沉积外延层，以形成半导体器件、平板显示器件、光伏器件、微机电系统(MEMS)等。
典型的气相外延反应器系统包括包含反应室的反应器、与反应室流体联接的一个或多个前体和/或反应物气体源、与反应室流体联接的一个或多个载气和/或吹扫气体源、向反应室输送气体(例如，前体/反应物气体和/或载气/吹扫气体)的气体注射系统、保持和加热衬底的基座以及与反应室流体联接的排气源。此外，外延反应器系统可以包括一个或多个加热器(例如灯)和/或温度测量装置(例如热电偶)。灯可用于加热反应室内的区域。热电偶可用于间接测量反应室内的温度(例如基座的温度)。
在外延沉积过程中，外延材料层沉积或生长在衬底表面上。此外，材料可以沉积在反应室、反应室内的基座等的壁上。沉积在反应室和基座的壁上的材料会影响反应室内的热和/或化学环境，这又会影响随后沉积在衬底表面上的材料的沉积(例如速率和/或均匀性)。此外，一旦材料沉积在反应室和/或基座的壁上，该材料可能难以去除。因此，反应室通常在每次衬底或沉积过程后被清洁，以从反应室内部去除残余物。
在大批量制造(HVM)中，希望优化膜沉积过程的运行速度或产量。外延膜被设计用于成分和厚度均匀性，同时控制过程温度和流动稳定性。在形成外延膜时，当开始沉积步骤时，该过程需要具有稳定的衬底温度(例如晶片温度)。在传统的外延沉积方法中，在每个衬底之间清洁反应室(可以标记为每晶片清洁(EWC)处理)，并且室清洁步骤和/或配方可以标记为蚀刻或预配方步骤或过程。
清洁反应室涉及使用高温和氯化前体，在许多情况下，比如盐酸(HCl)。例如，蚀刻或预配方过程可能需要将反应室和其中包括基座的部件加热到900至1250℃范围内的温度(例如1000到1100℃范围内的温度)，并提供10到30标准升每分钟(slm)范围内的HCl流(例如15-25slm、18-24slm等)。相比之下，沉积过程温度相当低，例如在550至900℃的范围内(例如600至850℃、600至750℃等)。高温清洁配方产生了大的热惯性，其被不期望地带入在较低温度状态下发生的主沉积过程中。
目前，沉积之前的室清洁和室温度的稳定是基于位于基座或衬底支撑件中的一个或多个热电偶感测的温度来控制的。对于加热器和/或过程的基于热电偶的控制，在沉积配方开始时需要长的稳定时间，这可能会限制或降低过程运行速率并降低总生产量。因此，仍需要用于在衬底表面上沉积外延材料的改进的系统和方法，其更好地优化每个反应室的高运行速率，同时保持相等的过程生长。
发明内容
本公开的各种实施例涉及用于在衬底表面上沉积外延材料的改进方法和系统。虽然下文更详细地讨论了本公开的各种实施例解决现有系统和方法的缺点的方式，但总体而言，本公开的各种实施例提供了可以用于以时间和/或成本有效的方式沉积外延材料的方法和系统。示例性方法可用于处理多个衬底和/或执行多个处理，而无需清洁反应室的内部，同时保持或甚至改善衬底内和/或衬底对衬底的膜厚度、成分等的均匀性。
简而言之，沉积外延材料层的方法包括使用多晶片清洁(MWC)过程，其中在两个至二十五个或更多个衬底(例如晶片)上沉积之后，而不是在每个衬底之后，执行室清洁或蚀刻(或预配方)步骤或过程。重要的是，高温计控制或基于高温计的控制被用于在室清洁和稳定步骤期间以及在沉积期间控制温度。与热电偶控制提供的间接测量相比，这允许基于室清洁期间基座上表面(例如用于接收和支撑晶片的表面)和稳定(和沉积)过程期间衬底上表面的直接温度测量，对反应器系统中的加热器进行更及时的控制。高温计控制提供能够减少稳定时间的显著优点，因为用一个或多个高温计直接监测衬底温度，而不是像基于热电偶的控制那样的二次热效应。该描述提供了一种高产量、热稳定的MWC处理，其可用于SiGe:B(或其他SiGe)外延膜或者生长或沉积层，包括在沉积之前稳定衬底温度。
根据本公开的示例性实施例，提供了一种沉积外延材料层的方法。该方法包括清洁反应器系统的反应室，并且在清洁之后，在反应室内提供衬底。该方法还包括利用加热器组件相对于目标沉积温度稳定衬底的温度。在稳定期间，加热器组件由控制器基于衬底温度的直接测量而产生的控制信号操作，以操作加热器组件中的加热器。该方法接下来包括，在稳定衬底温度之后，在衬底表面上沉积外延材料层。然后，对于额外数量的衬底，该方法包括重复在反应室内提供衬底、稳定衬底温度、在衬底表面上沉积外延材料层以及进一步重复清洁反应室。
在一些实施例中，通过操作高温计来感测衬底表面上单点的温度，从而提供衬底温度的直接测量。在其他情况下，通过操作中心高温计和边缘高温计来感测衬底表面上的中心点和边缘点的温度，从而提供衬底温度的直接测量。在其他实施方式中，通过操作两个或更多个高温计来感测衬底表面上两个或更多个点的温度，从而提供衬底温度的直接测量。
控制信号可以由包括比例积分微分(PID)控制器的加热器控制器基于高温计所感测的衬底温度与目标沉积温度的比较而产生。在该方法的这些和其他示例性实施例中，衬底温度的稳定被执行30至90秒范围内的稳定时间。重复在反应室内提供衬底、稳定衬底温度和在衬底表面上沉积外延材料层的步骤可以进行至少四次，从而在已经处理了五个或更多个衬底之后进行清洁反应室的步骤。
根据该方法的一些实施例，反应室包括基座，其具有用于支撑设置在反应室内的衬底的上表面，并且其中，在清洁反应室期间，加热器组件由响应高温计感测的基座上表面的温度而产生的控制信号操作。在这些和其他实施例中，沉积外延材料层的步骤包括控制器，其操作成基于高温计对衬底表面温度的直接测量来产生控制信号以操作加热器组件中的加热器。使用基于高温计的控制，外延材料层可以包括硅锗膜，并且硅锗膜的平均厚度范围可以小于3.5埃(例如比基于热电偶的控制提高了60％)。
根据本说明书的其他示例性方面，提供了一种用于沉积外延材料层的反应器系统。该系统包括反应室，以及在反应室中用于支撑衬底的基座。该系统还包括具有多个加热器以加热基座上的衬底的加热组件。在该系统中，提供高温计来直接测量衬底的温度。系统中包括控制器，用于在室清洁过程之后，基于衬底温度控制多个加热器，以相对于目标沉积温度稳定衬底温度。在基座上支撑的衬底上开始沉积材料层之前，可以进行稳定时间的控制。
稳定时间可以在30至90秒的范围内。在系统的一些实施例中，控制器包括比例积分微分(PID)控制器，其基于高温计所感测的衬底温度与目标沉积温度的比较而产生控制信号以控制加热器组件中的一个或多个加热器。在这些或其他实施例中，在处理两个或更多个衬底之后执行室清洁过程，所述处理包括在开始在衬底上沉积材料层之前，控制器在稳定时间内稳定衬底温度。控制器还可以基于衬底的温度控制多个加热器，以在衬底上沉积材料层期间相对于目标沉积温度稳定衬底温度，并且基于在室清洁过程期间由高温计感测的基座温度。
根据本公开的附加示例性实施例，提供了一种形成器件结构的方法。示例性器件结构可以包括例如硅、硅锗、或一个或多个含硅层和一个或多个含硅锗层。举例来说，该器件结构可以用于形成场效应晶体管，例如栅环绕器件。
根据本公开的另外示例性实施例，提供了一种用于执行方法和/或用于形成器件结构的系统。
附图说明
当结合以下说明性附图考虑时，通过参考详细描述和权利要求，可以获得对本公开的示例性实施例的更完整理解。
图1示出了根据本公开的至少一个示例性实施例的方法。
图2示意性地示出了根据本公开的至少一个示例性实施例形成的器件结构。
图3示意性地示出了根据本公开的至少一个示例性实施例形成的另一器件结构。
图4示意性地示出了根据本公开的至少一个示例性实施例的反应器系统。
图5示出了根据本公开示例的另一反应器系统。
图6示出了根据本公开的至少一个示例性实施例形成的另一器件结构。
图7是反应器系统的一部分的简化俯视透视图，该反应器系统具有本发明的温度监测组件，用于在稳定衬底温度的同时提供双区温度控制。
图8是反应器系统的控制示意图，该反应器系统包括温度监测部件以及控制器，该控制器配置成例如在衬底温度稳定期间提供加热(或加热器)组件的灯的双区控制。
图9是示出稳定之前、稳定期间和稳定之后(例如在沉积开始期间)的晶片温度的曲线图。
图10是示出在基于高温计的控制和基于热电偶的控制的五晶片MWC过程中每个晶片的晶片中平均值(SiGe)的曲线图。
图11是示出在使用基于高温计的控制的十晶片MWC过程中平均SiGe和平均Ge百分比的均匀性的曲线图。
应当理解，附图中的元件是为了简单和清楚而示出的，并不一定是按比例绘制的。例如，图中一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以帮助提高对本公开的所示实施例的理解。
具体实施方式
下面提供的示例性实施例的描述仅仅是示例性的，并且仅仅是为了说明的目的；以下描述不旨在限制本公开或权利要求的范围。此外，对具有所述特征的多个实施例的叙述并不旨在排除具有附加特征的其他实施例或者结合了所述特征的不同组合的其他实施例。
本公开总体涉及用于沉积外延材料的方法和系统。在制造诸如半导体器件、平板显示器件、光伏器件、微机电系统(MEMS)等器件的过程中，可以使用示例性方法和系统来处理诸如半导体晶片的衬底。举例来说，本文描述的示例性系统和方法可用于在衬底表面上形成或生长外延层(例如单组分、双组分和/或掺杂半导体层)。示例性系统可进一步用于在多次(例如大于2、3、5、10、15、25次等)处理或衬底运行后提供反应室的清洁内部表面。
如本文所用，术语“前体”和/或“反应物”可以指参与化学反应的一种或多种气体/蒸汽，或者从中衍生出参与反应的气相物质。化学反应可以气相和/或在气相与表面(例如衬底或反应室的表面)和/或表面(例如衬底或反应室的表面)上的物种之间发生。
如本文所用,“衬底”指的是具有可在其上沉积材料的表面的任何材料。衬底可以包括主体材料，例如IV族(例如硅，比如单晶硅)或其他半导体材料，例如III-V族或II-VI族半导体材料，或者可以包括覆盖主体材料的一个或多个层。此外，衬底可以包括各种拓扑，例如形成在衬底层的至少一部分内或上的沟槽、通孔、线条等。根据本公开的示例，衬底包括包含晶体半导体材料的表面。
在本公开中，“气体”可以包括在常温常压(NTP)下为气体的材料、蒸发的固体和/或蒸发的液体，并且可以根据情况由单一气体或气体混合物构成。除了处理气体之外的气体，即不经过气体分配组件、其他气体分配装置等引入的气体，可以用于例如密封反应空间，并且可以包括密封气体，例如稀有气体。
术语“惰性气体”可以指不参与化学反应和/或在可感知的程度上不成为膜基质的一部分的气体。示例性惰性气体包括氦气、氩气及其任意组合。载体可以是或包括惰性气体。稀释气体可以是或包括惰性气体或氢气。
如本文所用，术语“膜”和/或“层”可以指任何连续或非连续的结构和材料，例如通过本文公开的方法沉积的材料。例如，膜和/或层可以包括二维材料、三维材料、纳米颗粒或者甚至部分或全部分子层或者部分或全部原子层或者原子和/或分子簇。膜或层可以包括具有针孔的材料或层，其可以是至少部分连续的。
如本文所用，“结构”可以是或包括本文所述的衬底。结构可以包括覆盖衬底的一层或多层，例如根据本文所述方法形成的一层或多层。设备部分可以是或包括结构。
如本文所用，术语“外延层”可以指下面的基本单晶衬底或层上的基本单晶层。
如本文所用，术语“化学气相沉积”可以指其中衬底暴露于一种或多种气相前体的任何过程，所述气相前体在衬底表面上反应和/或分解以产生期望的沉积。
此外，在本公开中，变量的任何两个数字可以构成该变量的可行范围，并且所指示的任何范围可以包括或不包括端点。此外，所指出的变量的任何值(不管它们是否用“约”表示)可以指精确值或近似值，并且包括等同物，并且可以指平均值、中间值、代表性值、多数值等。此外，在本公开中，术语“包括”、“由...构成”和“具有”在一些实施例中独立地指“通常或广义地包括”、“包含”、“基本由...组成”或“由...组成”。在本公开中，任何定义的含义在一些实施例中不一定排除普通和习惯的含义。
本说明书的实施例提供了一种反应器系统，其配置和操作成实施高温计控制的多晶片清洁(MWC)过程。该过程适于使用多种高温计配置和数量来实施(例如，一至三个或更多个高温计测量晶片/衬底和/或基座上表面温度)，此外，该过程适于与多种沉积配方和过程一起使用，这里具体描述的那些沉积配方和过程旨在作为示例性的有用沉积过程，适于在稳定以及室清洁期间基于高温计的加热器控制，该室清洁在多个晶片运行之间执行(例如两个至二十五个或更多个衬底在室清洁或蚀刻过程或配方之间通过沉积运行)。
例如，涉及外延材料沉积的半导体制造过程通常涉及在每个晶片或衬底之间或者多个晶片或衬底之间的反应室和其中的部件上进行蚀刻或清洁过程。产量受到需要定期清洁反应或处理室的限制。对于用于清洁的一些过程(例如基于HCl的蚀刻)，室清洁需要将室加热到比沉积温度高得多的温度，例如1000到1200℃。温差要求反应室及其部件在清洁后冷却至目标沉积温度，并稳定在目标沉积温度附近的温度范围内。在先前的过程和系统中，稳定性是通过从基座热电偶获得的间接温度测量来证明的。
相反，高温计控制的MWC过程分别在稳定和沉积步骤/过程以及室清洁或蚀刻步骤/过程期间，使用一个或多个高温计直接测量衬底(或其上表面)和基座(或其上表面)的温度。使用高温计进行直接温度测量消除了衬底温度变得稳定和基座热电偶识别出衬底温度已经稳定之间的时间延迟。结果是在每个衬底开始沉积之前，显著缩短了稳定时间(例如，稳定时间在30至90秒的范围内等，使得每个衬底的稳定时间减少了300秒或更多)，这显著增加了产量(例如，使用基于高温计的控制，每个反应室从每小时4.2个晶片(wph)到7.2wph，直到7.7wph或更多)。令人惊讶的是，使用高温计控制稳定性也增加了清洁之间多晶片或多衬底运行的衬底之间的沉积均匀性。具体而言，不受特定理论或操作模式的限制，据信使用中心高温计(具有包括晶片中心表面部分的视场)和边缘高温计(具有包括晶片边缘部分的视场)限制了清洁之间的多晶片或多衬底运行期间的晶片内厚度变化。此外，在稳定过程中使用高温计控制消除了(或至少显著减少了)第一晶片效应现象(例如第一晶片可能比后面的晶片热约25℃)，当使用基于热电偶的控制时，该现象有时会导致室清洁后第一晶片上沉积质量的变化。此外，发现当中心高温计和边缘高温计都用于温度控制时，在清洁之后和装载第一晶片之前施加预涂层材料进一步限制了第一晶片效应现象。
现在转向附图，图1示出了根据本公开示例的示例性方法100。方法100可用于沉积外延材料层，例如在器件结构的形成期间。在所示示例中，方法100包括涂覆反应室的表面(步骤102)，在反应室内提供衬底(步骤104)，相对于目标沉积温度稳定温度(步骤105A和105B)，使用加热器的高温计控制在衬底表面上沉积一个或多个外延材料层(步骤106)，从反应室移除衬底(步骤108)，使用加热器的高温计控制清洁反应室(步骤110)，以及在清洁步骤110和/或涂覆步骤102的执行之间对于额外的衬底重复步骤104-108(循环112，其可以重复2至10次，以便在蚀刻110之间为5至10个衬底或其他有用数量的晶片提供MWC过程)。
在步骤102期间，预涂层材料沉积在反应室内的表面上。这些表面可以包括例如反应室的一个或多个壁的表面、基座的一个或多个表面、反应室的各种入口或出口的表面等。举例来说，反应室内的表面至少包括基座的顶面。为了沉积预涂层材料，向反应室提供一种或多种前体和/或反应物。前体可以理想地包括与待沉积外延材料共同的至少一种元素。例如，当要沉积到衬底上的外延材料包括硅时，至少一种前体可以包括硅。此外，当要沉积到衬底上的外延材料包括锗时，至少一种前体可以包括锗。
在步骤102中使用的示例性前体包括卤化物，例如卤化硅。在一些实施例中，卤化硅化合物可以包括例如具有如下通式的卤化硅：SixWyHz，其中，“W”是选自氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)的卤化物，“x”和“y”是大于零的整数，“z”是大于或等于零的整数。在一些实施例中，卤化硅前体可以选自氟化硅(例如SiF4)、氯化硅(例如SiCl4)、溴化硅(例如SiBr4)和碘化硅(例如SiI4)。在一些实施例中，卤化硅前体可以包括四氯化硅(SiCl4)。
在一些实施例中，前体可包含硅烷，例如硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、丙硅烷(Si3H8)、四硅烷(Si4H10)或具有一般经验式SixH(2x+2)的更高阶硅烷。举例来说，前体可以是或包括以下中的一个或多个：四氯化硅(SiCl4)、三氯硅烷(SiCl3H)、二氯硅烷(SiCl2H2)、一氯硅烷(SiClH3)、六氯二硅烷(HCDS)、八氯三硅烷(OCTS)、碘化硅、溴化硅；或者氨基基前体，例如六(乙氨基)乙硅烷(AHEAD)和SiH[N(CH3)2]3(3DMASi)、双(二烷基氨基)硅烷，例如BDEAS(双(二乙基氨基)硅烷)；单(烷基氨基)硅烷，例如二异丙基氨基硅烷；或者基于氧硅烷的前体，例如四乙氧基硅烷Si(OC2H5)4。
在一些情况下，前体优选包括卤素。据认为，相对于在反应室上的沉积，包括卤素的前体可以优先导致在基座上的沉积，这可以为随后在衬底表面上沉积的外延层提供更好的沉积均匀性。在一些情况下，在步骤102期间，可以向反应室提供稀释气体，例如氢气或惰性气体。另外或可替代地，在步骤102期间，可以向反应室提供载气，例如惰性气体。
根据本公开的进一步示例，在步骤102期间，可以向反应室提供蚀刻剂。蚀刻剂可以由与前体相同的源容器提供，或者单独提供给反应室。示例性蚀刻剂包括卤化物，例如包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)中的一种或多种的化合物。举例来说，蚀刻剂可以是或包括氯化氢和/或一种或多种卤素气体，例如F2、Cl2、Br2和I2。类似于使用包括卤素的前体，蚀刻剂的使用被认为在步骤102期间导致基座上相对于反应室壁更高的沉积，这可以为衬底表面上随后沉积的外延层提供更好的沉积均匀性。
在步骤102期间，反应室内的温度(例如基座和/或反应室壁的温度)可以是约850℃至约1050℃，约850℃至约950℃，或约900℃至约950℃。反应室内的压力可以是约10托至约1ATM，约10托至约500托，或约15托至约200托。前体至反应室的流量可以为约50sccm至约1000sccm、约100sccm至约900sccm、或约200sccm至约700sccm。
在步骤102期间沉积的材料(例如预涂层材料)的厚度可以根据各种因素而变化。举例来说，当外延材料包括硅时，基座上的材料层的厚度可以是约50至约5000埃、约50至约2000埃或约0.5至约20微米。当外延材料包括锗(例如硅锗)时，基座上的材料层的厚度可以是约10至约5000埃、约10至约1000埃、约10至约500埃、约0.5微米至约10微米、或约0.5微米至约20微米。
在步骤104期间，一个或多个衬底被装载到反应室中。在此步骤期间，反应室(例如基座和/或反应室壁)的温度可降低至约200℃至约900℃，约200℃至约700℃，约500℃至约900℃，或约500℃至约650℃。反应室内的压力可以为约10托至约80托，约10托至约200托，或约5托至约600托。
一旦衬底被装载到反应室中，反应室可以达到或稳定在用于沉积一个或多个外延层的步骤106的期望沉积温度和压力。在这点上，方法100包括使用高温计控制将步骤104中设置在基座上的衬底的温度稳定到包括目标沉积温度的温度范围。特别地，在步骤105A中的稳定期间，一个或多个高温计用于通过处理从衬底的上表面发射的电磁辐射来确定衬底温度，并且该衬底温度用于产生控制信号，以控制反应器系统中用于加热反应室、基座和接收的衬底的一个或多个加热器的操作。一旦系统控制器在步骤105B确定稳定时间过去，则在步骤106开始沉积。步骤104和/或106期间反应室内的温度可以低于步骤102期间反应室内的温度。
在一些情况下，方法100可以包括在步骤106之前的烘焙步骤(例如在步骤105A之前或者作为步骤105A的一部分)。在这些情况下，在烘烤步骤期间，反应室内的温度可以是约700℃至约1200℃，约750℃至约1000℃，或约700℃至约900℃。烘烤步骤期间反应室内的压力可以是约2托至约1ATM、约2托至约400托或2托至约200托。在步骤104和任何烘焙步骤之后，在步骤105A中，使用基于高温计的系统加热器控制，可以使反应室(例如反应室内的基座)达到期望的沉积温度。
在稳定时间期间，通过基于高温计的加热器控制实现稳定之后，在步骤106中，一个或多个外延层被沉积到衬底表面上，并且在这种沉积期间，高温计控制可以用于将衬底保持在目标沉积温度(或者在一个范围内，例如在目标沉积温度的+/-2℃)。用于沉积外延材料的前体可以包括半导体材料，例如IV族、III-V族和/或II-VI族半导体材料。作为示例，前体和外延材料可以包括硅。用于沉积外延硅的合适硅前体包括上述任何硅前体。举例来说，二氯硅烷(DCS)、硅烷(SiH4)和/或乙硅烷(SI2H6)可以用作反应物。用于沉积包含锗的外延层(例如锗或硅锗层)的合适锗前体包括锗烷、二锗烷等。
沉积温度可以是约350℃至约950℃，约350℃至约800℃，或约600℃至约800℃。在烘烤步骤期间，反应室内的压力可以是约2托至约1ATM，约2托至约400托，或约2托至约200托。硅前体的流量可以是约10sccm至约700sccm，或10sccm至约300sccm；锗前体的流量可以为约10sccm至约990sccm、约10sccm至约220sccm或约10sccm至约85sccm；其中任一个流量可以有或没有载气。
根据本公开的示例，在步骤106期间，可以沉积一个或多个(例如交替的)硅层和/或硅锗层(例如单层硅锗)。根据这些示例，硅可以是例如本征掺杂的或者包括掺杂剂，例如浓度为约1至约40原子％的锗、硼、砷、磷。硅锗层可包括大于60原子％的硅、大于90原子％的硅、或约18至约35或约20至约30原子％的锗以及约70至约80或约65至约80原子％的硅。外延材料层的数量可以变化。根据本发明的示例，在步骤106期间，可将约1至约8或约1至约6或约1至4或约1至3个硅外延材料层与约0至约8或约0至约6或约0至4个硅锗外延材料层交替沉积到衬底表面上。根据本公开的其他示例，一个或多个层可以包括单层硅锗。这种层可以用于例如形成场效应晶体管的沟道区。
在步骤108中，从反应室中移除一个或多个衬底。在该步骤期间，可以允许反应室冷却到例如约550到约650或约500到约800的温度，并且达到用于衬底转移的期望压力。一旦从反应室中移除衬底，在步骤110中进行反应室清洁之前，可以重复步骤104-108多次。例如，在方法100进行到步骤110之前，循环112可以重复2到10次或2到25次或更多次，MWC过程100的示例性有用运行包括在步骤110的清洁之间用步骤104-108处理5个或10个或更多个晶片/衬底。
在步骤110期间，使用蚀刻剂来清洁反应室，以去除在步骤102和106期间沉积的材料，例如使用基于HCl的清洁配方，并且可以基于基座(例如，用于接收晶片/衬底的基座的上表面，但在步骤108中移除衬底之后)的测量温度，使用高温计再次控制温度以遵循清洁处理配方中定义的温度。示例性蚀刻剂包括卤化物，例如包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)等中的一种或多种的化合物。举例来说，蚀刻剂可以是或包括一种或多种卤素气体，例如氯化氢、F2、Cl2、Br2和I2。在步骤110期间，反应室内的温度可以是约800℃至约1250℃，约950℃至约1200℃，约950℃至约1100℃，或约850℃至约1250℃。在步骤110期间，反应室内的压力可以是约50托至约1ATM，约50托至约600托，或约200托至约500托。在步骤110期间，蚀刻剂的流量可以是约12至约22标准升每米(SLM)或约0.5至约30SLM。
图2示出了根据本公开的示例性实施例形成的器件结构(有时简称为结构)200。结构200包括衬底202和形成在衬底202上的多个外延层204-218。具体地，结构200包括与多个硅层212、214、216和218交替的多个外延硅锗层204、206、208和210。外延层204-218可以例如在方法100的步骤106期间形成。如上所述，在执行清洁反应室的步骤之前，可以形成多个结构，例如结构200。此外，与使用加热器的基座热电偶控制来执行稳定相比，使用本文所述的包括稳定期间基于高温计的控制的技术，膜厚度和成分的层均匀性得到改善。此外，使用本文所述的技术(包括至少在稳定期间使用基于高温计的控制来消除第一晶片效应现象),改善了衬底对衬底的成分和厚度均匀性。
图3示出了根据本公开的进一步示例的器件结构(有时简称为结构)300。结构300可用于形成栅环绕场效应晶体管。通过蚀刻外延硅层并去除外延硅锗层，结构200可用于形成结构300。结构300包括衬底302、一个或多个硅沟道区或纳米线304、306、介电材料308、310和导电材料312。硅沟道区或纳米线304、306可以例如通过根据方法100形成外延层来形成。
图6示出了根据本公开示例的另一器件结构600。器件结构600适于形成金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)(例如p-MOSFET)器件。在说明性示例中，器件结构600包括衬底602、源区604、漏区606和形成在源区604和漏区606之间的SiGe沟道区608。根据这里描述的方法，例如方法100，可以在多个衬底上形成SiGe沟道区608。根据本公开的示例，SiGe沟道区608的厚度可以是约40埃至约150埃或约80埃至约120埃或约40埃至约100埃。器件结构600还包括电介质层610，例如氧化硅和/或金属氧化物，以及导电材料612，例如多晶硅和/或一个或多个金属层。
图4示出了根据本公开实施例的示例性反应器系统400。反应器系统400可用于各种应用，例如执行方法100、形成结构200等。在图示示例中，反应器系统400包括可选的衬底处理系统402、反应室404、气体注入系统406以及可选的设置在反应室404和衬底处理系统402之间的壁408。系统400还可以包括第一气体源410、第二气体源412、第三气体源414和第四气体源416、排放源426、控制器428和基座或衬底支撑件430。尽管示出了四个气体源410-416，但反应器系统400可以包括任何合适数量的气体源。此外，反应器系统400可以包括任何合适数量的反应室404，每个反应室404可以耦合到气体注入系统406。在反应器系统400包括多个反应室的情况下，每个气体注入系统可以耦合到相同的气体源410-416或不同的气体源。反应器系统400可以包括任何合适数量的衬底处理系统402。反应器系统400的反应室404可以是或包括例如错流冷壁外延反应室。
气体源410-416可以包括例如一种或多种前体、一种或多种掺杂剂源、一种或多种蚀刻剂和气体混合物的各种组合，包括一种或多种前体、掺杂剂源和/或蚀刻剂与一种或多种载气的混合物。举例来说，第一气体源410可以包括蚀刻剂。第二气体源412可以包括前体。示例性蚀刻剂可以包括卤化物，例如含氯气体。示例性含氯气体包括选自氯化氢、氯气等的一种或多种气体。示例性前体包括含硅前体，例如三氯硅烷、二氯硅烷、硅烷、乙硅烷、丙硅烷、四氯化硅、本文提到的其他硅前体等。
在一些情况下，一种或多种气体源可以包括掺杂剂。示例性掺杂剂源包括含有As、P、C、Ge和B中的一种或多种的气体。作为示例，掺杂剂源可以包括锗烷、乙硼烷、磷化氢、砷化三氢或三氯化磷。一个或多个源410-416可以包括载气和/或稀释气体，例如本文所述的载气或稀释气体。
基座或衬底支撑件430可以包括一个或多个加热器432，以将衬底434加热到期望的温度，例如这里提到的温度。基座或衬底支撑件430也可以配置为在处理期间旋转(或不旋转)。根据本公开的示例，基座或衬底支撑件430以每分钟约60至约2转、约35至约2转或约35至约15转的速度旋转。反应器系统400还可以包括一个或多个灯436-442，以加热衬底434和/或反应室404的壁(例如壁444)。此外，反应器系统400可包括一个或多个高温计446，以测量反应室404内的温度。
如上所述，根据本公开的各种示例，在处理诸如衬底434的衬底之前，可以使用例如本文所述的方法步骤用预涂层材料448涂覆反应室404。排气源426可以包括一个或多个真空泵。在反应器系统400的操作期间，衬底434从例如衬底处理系统402转移到反应室404。一旦衬底434被转移到反应室404，来自气体源410-416的一种或多种气体通过气体注入系统406被引入反应室404。气体注入系统406可用于在衬底处理期间计量和控制来自气体源410-416的一种或多种气体的气体流，并向反应室404内的多个位置提供这种气体的期望流量。
控制器428包括电子电路和软件，以例如在执行图1的方法100期间选择性地操作系统400中包括的阀、歧管、加热器、泵和其他部件。这种电路和部件操作成从相应的源410-416引入前体、反应物和吹扫气体。控制器428可以控制气体脉冲序列的定时、衬底和/或反应室的温度、反应室内的压力以及各种其他操作，以提供系统400的正确操作。控制器428可以包括控制软件，以电动或气动控制阀来控制前体、反应物和吹扫气体流入和流出反应室404。控制器428可以包括执行某些任务的模块，例如软件或硬件部件，例如FPGA或ASIC。模块可以有利地配置为驻留在控制系统的可寻址存储介质上，并且配置为执行一个或多个过程。
更具体地，控制器428适于执行高温计控制的MWC过程。为此，控制器428包括存储器460，其可以存储定义沉积过程配方以及清洁/蚀刻过程配方的软件或代码，以定义系统400部件的温度、压力和操作时序，从而在室清洁过程之间在多个晶片上执行沉积过程。存储器460示出为存储目标沉积温度462以及稳定时间464。控制器428在稳定以及沉积期间使用目标沉积温度462来控制系统加热器432-442。控制器428使用稳定时间464来确定在稳定启动之后何时开始沉积配方中的沉积步骤。
控制器428包括加热器控制器470，其适于在稳定衬底434的温度的同时，以及在沉积步骤期间，并且在一些情况下，在室404的清洁期间，提供加热器432-442的高温计控制。加热器控制器470可包括一个或多个比例积分微分(PID)控制器，每个适于为一个或多个加热器432-442产生加热器控制信号471(例如每个加热器或每个加热器群或组一个PID控制器)。控制器428通过处理来自一个或多个高温计446的高温计读数465并确定当前的室温度，在沉积之前提供基于高温计的稳定控制或稳定步骤。
特别地，控制器428(或加热器控制器470)处理高温计读数465，以在稳定期间和沉积期间，在衬底434放置在基座430的上表面或顶表面上之后，确定衬底温度466，并且加热器控制器470操作成产生加热器控制信号471，以将衬底温度466稳定在目标沉积温度附近的范围内(例如在2℃之内等)。此外，控制器428(或加热器控制器470)用于在沉积之后和清洁之前移除衬底434时处理高温计读数465，以确定基座温度468(或基座468的顶部或上表面的温度)，并且该温度468可用于在由系统400执行的室清洁或蚀刻过程期间提供对加热器432-442的基于高温计的控制。
图5示出了根据本公开示例的另一反应器系统500。反应器500可以与反应器系统400相同或相似。在图示示例中，反应器系统500包括反应室502、加热器504-522、基座524、加热元件526、温度传感器528-532(例如热电偶等)和温度传感器534-538(例如高温计)。反应室502可以与反应室404相同或相似。
加热器504-522可以是或包括例如(例如红外)加热灯。如图所示，灯504-520可以在第一方向上，一个或多个灯522可以在(例如基本垂直的)第二方向上。此外，加热器504-522可被分段成一个或多个加热区域。例如，加热器504、506可以在第一(例如前)区域中；加热器508-516和可选的加热器522可以在第二区域(例如中间，即中心区域)中；并且加热器518、520可以在第三(例如后)区域中。每个区域可以包括一个或多个加热器，并且不必局限于所示的配置。举例来说，每个区域可包括约1至约24个或约2至约16个加热器。根据本公开的实施例，每个区域内的温度可以通过测量温度来独立控制，例如使用一个或多个温度传感器534-538和使用控制器，例如控制器428。此外，基座524上或嵌入其内的另一加热元件526可用于控制衬底的温度。加热元件526可以独立控制，或者与一个或多个区域结合控制。例如，可以在方法100的一个或多个步骤中使用这种独立的温度控制。根据特定的示例，反应器系统可以包括约1至约24个或约2至约16个线性灯(例如在一个或多个区域中)和在一个或多个区域中的一个或多个聚光灯。线性灯可以是例如硅控整流器(SCR)线性灯。每个线性灯可以展示例如约10000W的最大输出。每个聚光灯可以由例如四个单独的圆形点形成，并且可以位于例如反应室下方。每个圆形光斑的最大容量可以达到1000-2000W左右。
根据本公开的示例，例如硅锗的沉积，在预涂层沉积期间、稳定期间、外延层沉积过程期间以及室清洁期间，例如通过由如图4所示的加热器控制器470产生控制信号471，独立地控制至少两个或至少三个温度区域。举例来说，前部(例如最靠近气体入口)温度区域可被控制到比中间温度区域更高的温度(例如大于10℃或大于或约25℃)，中间温度区域可高于后部温度区域(例如比目标中间温度小于10℃或小于或约25℃)。
图7示出了反应器系统700，其使用简化的顶部透视图，示出了可以设置在反应室内并与其相邻的一部分部件，该反应室配置用于外延(EPI)生长(例如SiGe层等的生长或沉积)或其他沉积过程，以在沉积过程之前和期间的衬底温度稳定期间提供基于高温计的控制。在该特定示例中，系统700设计成在稳定和沉积期间实现实时双区衬底温度控制(例如利用闭环控制器设计)，但是可以使用更少或更多数量的高温计，并且利用不同的基于高温计的控制例程。
在系统700的反应室的内室中，提供基座710用于支撑(并且通常旋转)衬底720。根据该描述，系统700配置为具有在衬底中心和衬底720的边缘之间提供实时温度变化(例如中心到边缘的差异)控制的能力，以便控制由于在衬底720的上表面722上沉积期间衬底中心和边缘之间的沉积期间的温度差异而导致的跨衬底膜厚度变化(例如在衬底边缘处的膜卷起或卷下)。在沉积过程中，前体、反应物等的气体流如箭头730所示流过位于反应室内的衬底720。前体可以包括以下中的一种或多种：(a)含硅前体，例如硅烷；(b)含锗前体，例如锗烷，(c)含掺杂物前体，例如含砷或含磷掺杂物，(d)含卤化物气体，例如盐酸，以及(e)载气，例如氢气。衬底720的加热可由加热器组件提供，该加热器组件包括设置在反射器740下方的热发生器(上部或顶部发生器(可以是灯))组或阵列，例如以灯组以及下面讨论的热发生器(下部或底部发生器(可以是灯))组或阵列，其与衬底720的上表面722间隔一定距离。
提供温度监测组件750，其包括用于测量室上壁温度(或石英温度)的室高温计752，以及第一区域或中心高温计754和第二区域或边缘高温计756。高温计752、754和756中的每个支撑在灯组的上方，例如利用附接到反射器740的安装支架760。加热器元件直接或通过基座710辐射加热衬底720。
加热的衬底720和表面722上的显影膜发出电磁辐射。高温计754、756收集从高温计754、756的视场内的衬底(和/或显影膜)的一部分发出的电磁辐射。中心和边缘高温计754、756在其操作期间在衬底720的上表面722上具有视场或相应的传感器区域或点(或者在其视场或传感器区域/点中感测或监测温度),作为感测或读取温度的一部分。每个高温计都有视场。在一些示例中，中心高温计754的视场可以与边缘高温计756的视场大小相同。在一些示例中，边缘高温计756的视场可以小于中心高温计754的视场。这减少了边缘高温计获得的温度测量的误差，例如当衬底的发射率在径向向外的方向上相对快速地变化时。电磁辐射通过顶部或上部灯组中的线性灯之间的间隙/空间被收集，并且在大多数情况下，在通过相应的安装支架760传输之前通过反射器740被收集。在一些情况下，发射的电磁辐射沿着在高温计和晶片上表面之间延伸的光路通过，该光路包括(a)将高温计连接到安装件(耦合器或支架)的光纤，(b)延伸穿过反射器的孔，(c)加热器元件之间的间隙，以及(d)形成反应室上壁的石英材料。当包括支架760时，支架760位于反射器740上，使得中心和边缘高温计754和756的点/传感器区域(即视场)位于衬底720或其表面722的两个区域中，或者位于中心和边缘区域中。
图8示出了反应器系统800的示意图，该反应器系统800被修改以包括或实现双区域控制，该双区域控制可以在稳定、沉积、室清洁以及由反应器系统800的操作执行的其他过程中使用。如图所示，使用多个灯840来加热衬底810，并且这些灯可被分成两个区域或两个组来控制。中心高温计820用于监测衬底810的中心区域的温度，同时边缘高温计824用于监测衬底810的边缘区域的温度。高温计820和824的温度输出(例如感测或读取的温度或对应于温度的信号)被分别馈送到控制器(例如加热或加热器组件的控制器)830的软件或人工智能(AI)模块832和834。
模块832、834可运作以将来自高温计820、824的感测或读取温度与特定过程(例如外延生长)期间衬底810的中心和边缘区域的期望温度设定点(例如，用于稳定和沉积的目标沉积温度)进行比较，且这些温度设定点可储存在控制器830可存取的存储器(图8中未示出)中，控制器830通常还包括执行代码或指令以提供AI模块832、834和PID模块833、835的功能的处理器。
这种过程可能需要相对长的时间段来完成，例如在开始沉积之前稳定衬底温度需要30到90分钟，并且由控制器830提供的控制优选地在整个过程中进行(在一些情况下，包括沉积/生长步骤之前和之后)。每个区域的AI模块832、834的输出被提供给PID模块833和835，以通过向加热器控制单元或开关(例如硅控整流器(SCR))传送控制信号来使读取温度达到期望的设定点温度，从而调节提供给灯840的每个区域的总加热灯电功率的比例，每个区域中的每个灯通常接收匹配的功率水平。
系统800配置成允许独立的双区域闭环温度控制。与单区域反馈控制相比，双区域高温计控制通过由AI模块832、834和PID模块833、835自动调整SCR功率比来增加衬底中心和边缘热分布的独立可调性。给定高温计用作非接触式即时传感器，用于从其发射的热辐射量直接确定衬底温度，可以在衬底810上以非常短的过渡时间直接实现目标边缘到中心的热分布调整，而不管衬底类型、芯片设计和环境影响。
可以如图8的系统800所示实施的本说明书的双区域控制对于在室清洁之后和膜生长(以及在由加热灯加热的室中的其他衬底处理)之前(和期间)的稳定期间提供实时和稳定的中心到边缘温度控制是有用的。通过控制器830的加热器控制，在稳定时间过去之后沉积在衬底810上的膜的示例包括：(a)硅膜，(b)硅锗膜，和(c)掺杂硅膜，例如磷掺杂和砷掺杂膜。在稳定状态下，双高温计闭环控制通过硅控整流器(SCR)功率的实时调整实现了衬底中心和衬底边缘的稳定温度。
已经实施了上述基于高温计的控制，以证明其相对于使用基座热电偶的传统控制的有效性和优点。在示范中，在每五个衬底(或晶片)之后进行室清洁，并且在沉积期间形成400埃厚的掺杂B的SiGe(20％ Ge)的膜或层。附加的制造规范包括每个反应室每小时至少四个晶片(wph)的产量和小于2％的WTW NU％(范围/2.平均值)。示范的目的是确定基于高温计的控制是否可以用来减少相对于基于热电偶的控制的稳定时间，从而提高产量。基于热电偶的控制能够满足WTW NU％(即约1.1％)和Ge浓度规格，同时沉积平均厚度为400埃的层。基于热电偶的控制提供了4.2wph的产量，主配方时间为770秒，室或预配方时间为406秒。
相比之下，基于高温计的控制能够在5xMWC示范中实现7.2wph的更高吞吐量(在10xMWC示范中为7.7wph)。通过使用30秒的稳定时间，主配方时间减少到438秒，这表示与基于热电偶的控制相比，每个晶片的时间减少超过300秒(即在示范中为332秒)。此外，室清洁或预配方时间(每5个晶片经历一次)减少到310秒。沉积均匀性也提高了惊人的量，WtWNu％从基于热电偶控制的1.1％提高到基于高温计控制的0.36％，远低于小于2％的客户规格。
图9是曲线图900，用线910示出了稳定之前、稳定期间和稳定之后(例如在开始沉积期间)的晶片温度。如上所述，用线910示出的衬底或晶片温度可以使用一个或多个高温计读取，例如中心高温计，以便提供直接的温度测量。该曲线图900示出了使用加热器控制器(例如PID)，其在稳定时间过去之后被优化用于稳定性，并且在曲线图900中，选择约658℃的目标沉积温度用于通过反应室加热器上的高温计控制来稳定衬底温度。
如图所示，在第一次开始稳定之前，衬底温度显著高于目标沉积温度(如箭头920所示)。用箭头930所示的30秒、箭头932所示的60秒和箭头934所示的90秒的预定时间段(稳定时间)进行稳定，其中加热器控制器使用衬底温度的高温计读数作为闭环反馈(对于PID等)，并且在这三个稳定时间段之一完成之后，反应室开始沉积，其中加热器控制器使用基于高温计的控制来将衬底温度保持在目标沉积温度(或者在高于和低于该温度的温度范围内)。如线910所示，在室加热器上使用基于高温计的控制相对良好且快速地稳定衬底温度，使得可以利用短的稳定时间(例如在30至90秒的范围内)，而不是基于热电偶的控制通常使用的长的稳定时间(例如约300秒)。
图10是曲线图1000，示出了对于基于高温计的控制和基于热电偶的控制，在五晶片MWC过程中每个晶片的晶片(SiGe)中的平均。特别地，曲线1010示出了使用热电偶控制的5xMWC过程，并且示出了五个晶片的相对大(例如约9埃)范围的平均SiGe厚度。相反，曲线1020、1030、1040、1050和1060分别示出了使用30秒、45秒、60秒、180秒和300秒的稳定时间的五个晶片的相对小(例如约2.2埃)范围的平均SiGe厚度。因此，所有测试的稳定时间都比基于热电偶的控制有很大(约4倍)的提高。
图11是示出在使用基于高温计的控制的十晶片MWC过程中平均SiGe和平均Ge百分比的均匀性的曲线图。例如，在20个晶片之后和30个晶片之后，如箭头1110所示，在每10个晶片之后执行室清洁或蚀刻重置。点组1120示出了在示范运行期间晶片中的平均SiGe厚度，而点组1130示出了在该运行期间相同晶片中的平均Ge％。这两个值都具有非常紧密的带，平均Ge％的范围约为0.14％，NU％厚度约为0.65％，这表明当利用本文所述的基于高温计的控制时，沉积或晶片内的均匀性很高。因此，高温计控制可能会导致在衬底或晶片上沉积膜/层(例如SiGe层)时提高批次间的均匀性。此外，曲线图1100有助于显示使用基于高温计的控制似乎消除或至少减轻了第一晶片效应。热趋势数据已经支持了这一发现，因为基于热电偶的控制可以产生比后来的晶片(例如5xMWC过程中的晶片2至5)热约25度的第一晶片，而基于高温计的控制已经显示对于主要配方温度(例如，对于在使用反应器系统加热器上的高温计控制稳定衬底温度之后的沉积温度)小于2度的变化。
尽管本文阐述了本公开的示例性实施例，但应当理解，本公开不限于此。例如，高温计布置示出为包括两个或更多个高温计，但是在一些实施例中，用于稳定(或其他过程，例如室清洁)的控制(例如来自高温计的恒定闭环反馈，用于直接晶片温度控制)可以单独或几乎单独基于由中心高温计感测的温度来执行，因为为了稳定的目的，衬底中心和边缘(或晶片的其他部分)之间的温度差不如沉积时那么显著。单个高温计的使用可以是对一些传统反应器系统的低成本升级，允许使用在晶片表面上的单个点的直接温度测量来实现稳定。中心和边缘高温计还允许利用晶片表面中心和边缘点之间的温差来实现稳定。三个或更多个高温计在某些情况下可能是有用的，以允许利用分布在晶片表面中心和边缘之间的点之间的温度梯度来实现稳定。
尽管结合各种具体配置描述了反应器系统，但本公开不一定限于这些示例。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本文阐述的系统和方法进行各种修改、变化和增强。本公开的主题包括各种系统、部件和配置的所有新颖和非显而易见的组合和子组合，以及本文公开的其他特征、功能、动作和/或属性，以及其任何和所有等同物。

Claims (20)

1.一种沉积外延材料层的方法，包括：
清洁反应器系统的反应室；
在清洁之后，在反应室内提供衬底；
利用加热器组件，相对于目标沉积温度稳定衬底的温度，其中操作加热器组件包括基于衬底温度的直接测量产生控制信号以操作加热器组件中的加热器；
在稳定衬底的温度之后，在衬底的表面上沉积外延材料层；
对于额外数量的衬底，重复在反应室内提供衬底、稳定衬底的温度和在衬底的表面上沉积外延材料层；以及
重复清洁反应室。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过操作高温计来感测衬底表面上单点的温度，从而提供衬底温度的直接测量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过操作中心高温计和边缘高温计来感测衬底表面上的中心点和边缘点的温度，从而提供衬底温度的直接测量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，通过操作两个或更多个高温计来感测衬底表面上两个或更多个点的温度，从而提供衬底温度的直接测量。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，所述控制信号由包括比例积分微分(PID)控制器的加热器控制器基于高温计感测的衬底温度与目标沉积温度的比较而产生。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，稳定衬底的温度被执行30至90秒范围内的稳定时间。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，重复在反应室内提供衬底、稳定衬底的温度和在衬底的表面上沉积外延材料层的步骤至少进行四次，由此在已经处理了五个或更多个衬底之后进行清洁反应室的步骤。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的方法，其中，所述反应室包括基座，其具有用于支撑设置在反应室内的衬底的上表面，并且其中，在反应室的清洁过程中，所述加热器组件通过响应于由所述高温计感测的基座上表面的温度而产生的控制信号来操作。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的方法，其中，在沉积外延材料层的步骤期间，控制器操作成基于所述高温计对衬底表面温度的直接测量来产生控制信号以操作所述加热器组件中的加热器。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述外延材料层包括硅锗膜，并且其中，所述硅锗膜的平均厚度范围小于3.5埃。
11.一种沉积外延材料层的方法，包括：
用高温计感测支撑在反应器系统的反应室中的衬底的温度；
用控制器将衬底的温度与目标沉积温度进行比较，并且作为响应，产生控制信号以控制衬底和反应室中的至少一个的加热；
在稳定时间段内，基于控制信号，控制操作成加热衬底或反应室的加热器组件的操作；以及
在稳定时间段过去之后，在衬底的表面上沉积外延材料层。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括从反应室移除衬底并在反应室内支撑下一衬底，其中感测、控制、沉积、移除和支撑步骤被执行多次，随后是清洁反应室的步骤。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述控制信号由包括比例积分微分(PID)控制器的加热器控制器基于高温计感测的衬底温度与目标沉积温度的比较而产生。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，所述稳定时间段的长度在30至90秒的范围内。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述反应室包括基座，其具有用于支撑设置在反应室内的衬底的上表面，其中，所述方法还包括在感测之前清洁反应室并将衬底支撑在基座的上表面上，并且其中，在清洁反应室期间，用由控制器响应于高温计感测的基座上表面的温度而产生的控制信号来操作加热器组件。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其中，在沉积外延材料层的步骤期间，所述控制器基于高温计对衬底表面温度的直接测量产生控制信号以操作所述加热器组件。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其中，所述外延材料层包括硅锗层。
18.一种用于沉积外延材料层的系统，包括：
反应室；
在反应室中用于支撑衬底的基座；
具有多个加热器以加热基座上的衬底的加热组件；
直接测量衬底温度的高温计；以及
控制器，在室清洁过程之后，基于衬底的温度控制多个加热器，以相对于目标沉积温度稳定衬底的温度，其中在开始在基座上支撑的衬底上沉积材料层之前，在稳定时间内执行控制。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述稳定时间在30至90秒的范围内，其中，所述控制器包括比例积分微分(PID)控制器，其基于由所述高温计感测的衬底温度与目标沉积温度的比较产生控制信号以控制加热器组件中的一个或多个加热器，并且其中，所述室清洁过程在两个或更多个衬底被处理之后执行，所述处理包括在开始在衬底上沉积材料层之前，控制器在所述稳定时间内稳定衬底温度。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述控制器还基于衬底温度来控制所述多个加热器，以在衬底上沉积所述材料层期间相对于目标沉积温度稳定衬底温度，并且基于在所述室清洁过程期间由所述高温计感测的基座温度。
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