TW202331789A - 整合式磊晶與預清潔系統 - Google Patents

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Abstract

本揭露的實施例大體而言係關於一種用於清潔基板表面並隨後在該基板表面上執行磊晶沉積製程的整合基板處理系統。一種處理系統包括膜形成腔室；轉移腔室，該轉移腔室耦接至膜形成腔室；以及氧化物移除腔室，該氧化物移除腔室耦接至轉移腔室，該氧化物移除腔室具有基板支撐件。該處理系統包括控制器，該控制器被配置為將處理氣體混合物引入氧化物移除腔室，該處理氣體混合物包含含氟氣體和蒸汽，該蒸汽包含水、醇、有機酸或其組合中的至少一者。控制器被配置為將定位在基板支撐件上的基板暴露於處理氣體混合物，從而從基板移除氧化物膜。

Description

整合式磊晶與預清潔系統
本揭露案的實施例大體而言係關於用於清潔基板的表面的設備及方法。更特定言之，本文所揭示的實施例係關於一種用於清潔基板表面並隨後在該基板表面上執行磊晶沉積製程的整合基板處理系統。
積體電路形成於矽基板和其他半導體基板之中和之上。在單晶矽的情況下，藉由從熔融矽浴中生長晶錠，然後將固化的晶錠鋸成多個基板來製造基板。然後可以在單晶矽基板上形成磊晶矽層，以形成可摻雜或不摻雜的無缺陷矽層。諸如電晶體的半導體元件可以由磊晶矽層製造。所形成的磊晶矽層的電特性通常比單晶矽基板的特性更好。
當暴露於典型的基板製造設施環境條件時，單晶矽和磊晶矽層的表面易受污染。例如，由於基板的處置和/或暴露於基板處理設施中的周圍環境，在沉積磊晶層之前，在單晶矽表面上可能形成天然氧化物層。此外，周圍環境中存在的外來污染物（諸如碳和氧物質）可能沉積在單晶表面上。單晶矽表面上的天然氧化物層或污染物的存在負面地影響隨後在單晶表面上形成的磊晶層的品質。習知預清潔製程往往在一或多個獨立的真空處理腔室中進行，此可能增加基板處置時間以及基板暴露於周圍環境的機會。
因此，本領域中需要提供一種使基板處置時間和暴露於周圍環境最小化的用於在執行磊晶沉積製程之前清潔基板表面的改進基板處理系統。
本揭露案描述了一種處理系統，該處理系統包括膜形成腔室；轉移腔室，該轉移腔室耦接至膜形成腔室；以及氧化物移除腔室，該氧化物移除腔室耦接至轉移腔室，該氧化物移除腔室具有基板支撐件。該處理系統包括控制器，該控制器被配置為將處理氣體混合物引入氧化物移除腔室，該處理氣體混合物包含含氟氣體和蒸汽，該蒸汽包含水、醇、有機酸或其組合中的至少一者。控制器被配置為將定位在基板支撐件上的基板暴露於處理氣體混合物，從而從基板移除氧化物膜。
本文亦描述了一種處理基板的方法，該方法包括藉由將設置在第一處理腔室中的基板暴露於處理氣體混合物來從該基板移除氧化物，該氣體混合物包含含氟氣體和蒸汽，該蒸汽包含水、醇、有機酸或其組合中的至少一者。該方法包括在真空或惰性環境下將基板從第一處理腔室轉移至第二處理腔室，以及在設置在第二處理腔室中的基板上形成膜。
本文亦描述了一種處理系統，該處理系統包括膜形成腔室；第一轉移腔室，該第一轉移腔室耦接至膜形成腔室；穿透站，該穿透站耦接至該第一轉移腔室；第二轉移腔室，該第二轉移腔室耦接至該穿透站；第一氧化物移除腔室，該第一氧化物移除腔室耦接至第二轉移腔室；以及裝載閘腔室，該裝載閘腔室耦接至該第一氧化物移除腔室。該第一氧化物移除腔室、該第二轉移腔室、該穿透站、該第一轉移腔室和該成膜腔室維持在真空或惰性環境下。該第一氧化物移除腔室包括第一基板支撐件。該系統包括儲存指令的電腦可讀取媒體，該等指令當由處理系統的處理器執行時，使得該系統藉由將第一基板暴露於處理氣體混合物來從設置在第一氧化物移除腔室中的第一基板移除氧化物，該處理氣體混合物包含含氟氣體和蒸汽，該蒸汽包含水、醇、有機酸或其組合中的至少一者。
本文所揭示的實施例係關於一種用於清潔基板表面並隨後在該基板表面上執行磊晶沉積製程的整合基板處理系統。
本文所揭示的某些實施方案經由將基板暴露於含氟氣體與包含水、醇和/或有機酸的蒸汽的混合物來提供表面氧化物移除。本文所揭示的氣相混合物避免了固體副產物的形成，該等固體副產物是與包含氨(NH 3)的習知處理氣體混合物反應的特徵。例如，含氟處理氣體中NH 3的存在導致了固體銨鹽（例如，(NH 4) 2SiF 6或氟矽酸銨）的形成。氟矽酸銨形成了固體晶體，該等固體晶體沉積在基板表面上形成的特徵內。設計了整合系統，在該整合系統中基板維持在真空或惰性環境下，以減少或防止基板表面上自然氧化物諸如氧化矽（例如，SiO 2）的生長。然而，由習知處理氣體形成固體晶體抵消了否則使用此類系統應獲得的大部分效率增益。有利地，本文所揭示的某些實施例提供了表面氧化物移除，而不形成固體副產物，諸如鹽。
從基板表面上形成的特徵內移除固體副產物可能需要熱處理（例如，加熱以分解鹽晶體），此增加了處理時間和處理複雜性。對於較小的特徵大小（例如，具有約25 nm或更小，諸如約10 nm至約25 nm的臨界尺寸，或具有約25或更小，諸如約10至約25的深寬比（亦即，深度與寬度之比）），移除固體副產物提出了甚至更大的挑戰，此可能無法使用習知技術來解決。本文所揭示的處理氣體混合物能夠完全避免固體副產物的形成，此避免了熱處理的需要並提高了清潔效率和生產量。
當與具有或不具有電漿形成的習知含氟和含氨處理氣體相比時，本文所揭示的某些處理氣體混合物和製程參數改進了與其他材料（諸如低介電常數介電材料、矽、矽鍺和氮化矽（例如，SiN）等）相比用於天然氧化物的增強移除的蝕刻選擇性。
第1圖圖示了根據某些實施例的處理方法100。在活動102處，使用清潔製程從半導體基板的表面移除氧化物。活動102處的氧化物移除亦可稱為「預清潔」或「蝕刻」。基板可以包含含矽材料，並且表面可以包含諸如矽(Si)、鍺(Ge)或矽鍺合金(SiGe)的材料。在一些實例中，Si、Ge或SiGe表面可以具有氧化物層，諸如天然氧化物層，以及設置在該氧化物層上的污染物。由於磊晶沉積製程對氧化物和污染物（諸如含碳污染物）的敏感性，由暴露在清潔腔室環境中幾個小時所導致的表面污染可能變得嚴重到足以使得累積的氧化物和污染物影響隨後形成的磊晶層的品質。
可藉由執行氧化物移除製程和污染物移除製程來清潔基板表面。在一個實例中，使用清潔製程從基板表面移除氧化物（活動102），並且使用還原製程從基板表面移除污染物，諸如含碳污染物。清潔製程可以包括蒸汽。在一些實例中，可以在不形成電漿和/或不將基板暴露於自由基或自由基物質的情況下執行清潔製程。在一些實例中，處理氣體可以不含氨。處理氣體可以包括與蒸汽混合的含氟氣體。在一些實例中，處理氣體可以進一步包含一種或多種淨化氣體或載氣（例如，氫氣、氦氣和/或氬氣）。
在一些實例中，含氟氣體可包括氟化氫（例如，HF）、無水氟化氫、氟(F 2)、氟化氮（例如，三氟化氮(NF 3)）、氟化碳（例如，四氟化碳(CF 4)、六氟乙烷(C 2F 6)、三氟甲烷(CHF 3)、二氟甲烷(CH 2F 2)、八氟丙烷(C 3F 8)、八氟環丁烷(C 4F 8)、八氟[1-]丁烷(C 4F 8)、八氟[2-]丁烷(C 4F 8)、或八氟異丁烯(C 4F 8)）、氟化硫（例如，六氟化硫(SF 6)），或其組合。在一些實例中，對於300 mm的基板，含氟氣體的流率可為約50 sccm至約500 sccm。在一些實例中，處理腔室內（例如，與基板表面接觸）的含氟氣體的濃度可為包括任何其他成分（例如，載氣或淨化氣體）的總處理氣體混合物的約5% wt/wt至約75% wt/wt。
在一些實例中，蒸汽可包含水（例如，蒸餾水）、一級醇（例如，甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、或異丁醇）、二級醇（例如，異丙醇或二級丁醇）、三級醇（例如，三級丁醇）、環醇（例如，環己醇）、複合醇（例如，4-乙基-3-己醇）、C1醇、C2醇、C3醇、C1-C2醇、C1-C3醇、C1-C4醇、有機酸或其組合。在一些實例中，蒸汽可以增加含氟氣體與表面氧化物之間的反應速率。在一些實例中，與高碳數醇相比，低碳數醇可以更大程度地提高反應速率（例如，相對反應速率可為C1醇＞C2醇＞C3醇）。在一些實例中，對於300 mm的基板，蒸汽的流率可為約5 sccm至約500 sccm。在一些實例中，含氟氣體與蒸汽的流量比可為約10:1至約1:10。在一些實例中，蒸汽的濃度可為包含任何其他組分（例如，載氣或淨化氣體）的總處理氣體混合物的約5 wt/wt至約75 wt/wt。
在操作中，含氟氣體可與蒸汽混合，以充入處理腔室。在一些其他實例中，氣體可以經由不同的路徑（亦即，單獨地）提供至處理腔室，並且在到達處理腔室之後和接觸基板之前混合。氣體的混合可以與其中設置有基板的處理區域在空間上分離。本文所述的術語「在空間上分離」可係指藉由一或多個腔室部件或者甚至在混合腔室與基板處理腔室之間的導管與基板處理區域分離的混合區域。在一些實例中，處理溫度可係指處理腔室內的混合處理氣體的溫度（例如，與基板表面接觸的混合處理氣體的溫度），可為約0℃或更低，諸如約-50℃至約40℃。在一些實例中，處理腔室內的壓力可以在約0.5托至約20托的範圍內。
預清潔製程對氧化物層具有很大的保形性和選擇性，並且因此不容易蝕刻矽（例如，低介電常數間隔件或其他介電材料）、鍺或氮化物層，無論該等層是非晶、結晶還是多晶的。處理氣體對氧化物與矽或鍺相比的選擇性為至少約3:1，諸如約5:1或更大，諸如約10:1或更大。處理氣體亦對氧化物具有與氮化物相比的高選擇性。處理氣體與氮化物相比的選擇性為至少約3:1，例如約5:1或更大，諸如約10:1或更大。
在一些實施例中，在預清潔製程期間或在執行預清潔製程之後，可將熱能施加至經處理的基板，以幫助移除任何產生的副產物。在一些實施例中，熱能是經由輻射、對流和/或傳導熱傳遞過程提供的，該過程導致基板表面上發現的不想要的副產物昇華。
在可選活動104處，可藉由從基板的表面移除碳污染物來執行第二清潔製程。儘管活動104被圖示在活動102之後，但是在一些其他實例中，活動104可以在活動102之前。清潔製程可以包括在電漿清潔腔室中進行的電漿製程。電漿製程可以使用由包括氫氣(H 2)、氦氣(He)、氨氣(NH 3)、含氟氣體或其組合的氣體形成的電漿。電漿可為電感或電容耦合的，該電漿可以由處理腔室中的微波源形成，或者電漿可以由遠程電漿源形成。
在活動106處，在基板的表面上形成磊晶層。如上所述，如果預先清潔，則基板的表面均勻地沒有氧化物和污染物，此提高了隨後在基板的表面上形成的層的品質。例示性磊晶製程可為在低於約800℃，例如約450℃至約650℃的溫度下執行的選擇性磊晶製程。磊晶層可以使用高溫化學氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)製程形成。磊晶層可為結晶矽、鍺或矽鍺，或者任何合適的半導體材料，諸如第III-V族化合物或第II-VI族化合物。在一個例示性的熱CVD製程中，使用處理氣體諸如氯矽烷SiH xCl 4-x（單氯矽烷、二氯矽烷、三氯矽烷、四氯矽烷）、矽烷Si xH 2x+2（矽烷、乙矽烷、丙矽烷等）、鍺烷Ge xH 2x+2（鍺烷、二鍺烷等）、氯化氫HCl、氯氣(Cl 2)或其組合來形成磊晶層。處理溫度低於800℃，諸如約300℃至約600℃，例如約450℃，並且處理壓力在約5托至約600托的範圍內。可用於執行磊晶沉積製程的例示性處理腔室是CenturaTM磊晶腔室，其可從加利福尼亞州聖克拉拉市的應用材料公司(Applied Materials, Inc., of Santa Clara, California)獲得。亦可以使用來自其他製造商的腔室。
活動102、104和106可在一個處理系統中執行，該處理系統為諸如在第4圖中所示並在下文中進一步描述的處理系統。在執行106的層形成製程之前，亦可以在製程102與104之間或之後執行可選熱處理，以移除任何殘留的副產物或污染物，並使表面退火以移除任何表面缺陷。此種退火可以在氫氣氛下執行，該氫氣氛視情況包含諸如氬或氦的惰性氣體，並且可以在約400℃至約800℃的溫度和約1托至約300托的壓力下執行。
第2圖是處理腔室200的剖視圖，該處理腔室適於執行活動102的清潔製程中的至少一些清潔製程，並因此被配置為從基板的表面移除污染物，諸如氧化物。
處理腔室200尤其可用於執行氣相清潔製程。處理腔室200通常包括腔室主體202、蓋組件204和支撐組件206。蓋組件204設置在腔室主體202的上端處，並且支撐組件206至少部分地設置在腔室主體202內。真空系統可以用於從處理腔室200移除氣體。真空系統包括真空泵208，該真空泵耦接至設置在腔室主體202中的真空埠210。
蓋組件204包括複數個堆疊部件，該複數個堆疊部件被配置為向腔室200內的處理區域212提供氣體。蓋組件204連接至第一氣體源214和第二氣體源216。來自第一氣體源214和第二氣體源216的氣體經由氣體埠218被引入到蓋組件204。在一些實例中，第一氣體源214可提供處理氣體的至少第一部分（例如，上文關於第1圖的活動102所述的處理氣體的含氟組分）。在一些實例中，第二氣體源216可提供處理氣體的第二部分（例如，上文關於第1圖的活動102所述的處理氣體的蒸汽組分）。在一些實例中，一或多種淨化氣體或載氣亦可以從第一氣體源214、第二氣體源216或從另一氣體源輸送至處理區域212。
蓋組件204通常包括第一板220、位於第一板220下方的第二板222、以及位於第二板222下方且位於處理區域212上方的噴頭224。第一板220、第二板222和噴頭224中的每一者都包括穿過其形成並連接每個相應零件上方和下方的氣體區域的多個孔隙。因此，經由氣體埠218引入到蓋組件204的氣體以彼次序流過蓋組件204的每個零件。在第2圖所示的實例中，噴頭224是雙通道噴頭，該雙通道噴頭具有第一組通道228和第二組通道230。雙通道噴頭可能特別有利於改善來自第一氣體源214和第二氣體源216的不同氣體的混合。
支撐組件206（亦稱為「基座」）包括基板支撐件232，以在處理期間在該基板支撐件上支撐基板。基板支撐件232具有平坦的或基本上平坦的基板支撐表面。如圖所示，基板支撐件232包括兩個獨立的溫度控制區（稱為「雙區」），以控制基板溫度，從而實現中心至邊緣的處理均勻性和調諧。在第2圖所示的實例中，基板支撐件232具有內部區域232i和圍繞內部區域232i的外部區域232o。在一些其他實例中，基板支撐件232可以具有多於兩個獨立的溫度控制區域（稱為「多區域」）。
基板支撐件232藉由桿236耦接至致動器234，該桿延伸穿過形成於腔室主體202的底部中的中央定位開口。致動器234藉由波紋管238可撓地密封至腔室主體202，該波紋管防止桿236周圍的真空洩漏。致動器234允許基板支撐件232在腔室主體202內在處理位置與裝載位置之間豎直移動。裝載位置略低於形成在腔室主體202的側壁中的基板開口240。
處理腔室200亦包括用於降低待處理的基板溫度的超低溫套件242，該超低溫套件可提高與其他材料（例如低介電常數介電材料和氮化矽（例如，SiN）等）相比的氧化物移除（例如，自然氧化物移除）選擇性。在一些實例中，待處理的基板的溫度和/或基板支撐件232的溫度可以降低到約-30℃至約10℃。超低溫套件242向基板支撐件232提供連續的超低溫冷卻劑流，該連續的超低溫冷卻劑流將基板支撐件232冷卻至期望的溫度。在一些實例中，超低溫冷卻劑可以包括全氟化的惰性聚醚流體（例如，Galden®流體）。在第2圖所示的實例中，將超低溫冷卻劑分別經由內部冷卻劑通道244i和外部冷卻劑通道244o提供給基板支撐件232的內部區域232i和外部區域232o。冷卻劑通道示意性地繪製在第2圖中，並且可以具有與所示不同的佈置。例如，每個冷卻劑通道可為環路的形式。
系統控制器250，諸如可程式設計電腦，耦接至處理腔室200，以用於控制處理腔室200或其部件。例如，系統控制器250可以使用支撐組件206、真空泵208、第一氣體源214、第二氣體源216、致動器234和/或超低溫套件242的直接控制或使用與其相關聯的其他控制器的間接控制來控制處理腔室200的操作。在操作中，系統控制器250使得能夠從相應部件進行資料收集和反饋，以協調處理腔室200中的處理。
系統控制器250包括可程式設計中央處理單元(central processing unit, CPU) 252，該CPU可與記憶體254（例如，非揮發性記憶體）和支援電路256一起操作。支援電路256習知地耦接至CPU 252，並且包括耦接至處理腔室200的各種部件的快取、時鐘電路、輸入/輸出子系統、電源等及其組合。
在一些實施例中，CPU 252為工業環境中使用的任何形式的通用電腦處理器中的一者，諸如可程式設計邏輯控制器(programmable logic controller, PLC)，以用於控制各種監測系統部件和子處理器。耦接至CPU 252的記憶體254是非暫時性的，並且通常是易獲得的記憶體（諸如隨機存取記憶體(random access memory, RAM)、唯讀記憶體(read only memory, ROM)）、軟磁碟驅動器、硬碟或任何其他形式的本端或遠端數位儲存裝置中的一或多者。
在本文中，記憶體254是包含指令的電腦可讀取儲存媒體（例如，非揮發性記憶體）的形式，該等指令當由CPU 252執行時促進處理腔室200的操作。記憶體254中的指令是程式產品的形式，諸如實施本揭露的方法的程式（例如，中介體應用程式、設備軟體應用程式等）。程式代碼可以符合多種不同程式設計語言中的任何一者。在一個實例中，本揭露案可以被實施為儲存在電腦可讀取儲存媒體上以供電腦系統使用的程式產品。程式產品的程式定義了各實施例（包括本文所述的方法）的功能。
說明性的電腦可讀取儲存媒體包括但不限於：(i)不可寫入的儲存媒體（例如，電腦內的唯讀記憶體裝置，諸如可由CD-ROM驅動器讀取的CD-ROM磁碟、快閃記憶體、ROM晶片、或任何類型的固態非揮發性半導體記憶體），該不可寫入的儲存媒體上永久地儲存資訊；以及(ii)可寫入的儲存媒體（例如，磁片驅動器或硬碟驅動器中的軟磁碟或任何類型的固態隨機存取半導體記憶體），該可寫入的儲存媒體上儲存可變資訊。此類電腦可讀取儲存媒體，當攜帶指導本文所述的方法的功能的電腦可讀取指令時，是本揭露案的實施例。
第3圖圖示了根據某些實施例的用於執行磊晶沉積製程的處理腔室300的示意性剖視圖。處理腔室300可用於處理一或多個基板，包括在基板325的上表面上沉積材料。處理腔室300包括輻射加熱燈302的陣列，該輻射加熱燈陣列用於加熱設置在處理腔室300內的基板支撐件306的背側304以及其他部件。基板支撐件306可為如圖所示的盤狀基板支撐件306，或者可為環狀基板支撐件（具有中心開口），其從基板的邊緣支撐基板，以促進將基板暴露於燈302的熱輻射。
基板支撐件306定位在處理腔室300內的上圓頂328與下圓頂314之間。上圓頂328、下圓頂314和設置在上圓頂328與下圓頂314之間的基座環336通常限定處理腔室300的內部區域。基板325（未按比例）被轉移到處理腔室300中，並穿過裝載埠被定位到基板支撐件306上。
基板支撐件306由中央桿332支撐，該中央桿在裝載和卸載期間，且在一些情況下在基板325的處理期間，在豎直方向334上移動基板325。在第3圖中，基板支撐件306被圖示為處於升高的處理位置，但是可以由耦接至中央桿332的致動器豎直地橫越到處理位置下方的裝載位置。當降低到處理位置下方時，升降銷可以接觸基板325並將基板325從基板支撐件306升起。機器人然後可以進入處理腔室300，以穿過裝載埠接合和自該處理腔室移除基板325。然後，基板支撐件306可以被豎直地致動到處理位置，以將基板325放置在基板支撐件306的前側310上，以元件側316朝上。
在位於處理位置中時，基板支撐件306將處理腔室300的內部體積分成位於基板325上方的處理氣體區域356和位於基板支撐件306下方的淨化氣體區域358。基板支撐件306在處理期間由中央桿332旋轉，以最小化處理腔室300內的熱和處理氣體流空間異常的影響，並由此促進基板325的均勻處理。基板支撐件306可由碳化矽或塗覆有碳化矽的石墨形成，以吸收來自燈302的輻射能量並將輻射能量傳導至基板325。
通常，上圓頂328的中央窗口部分和下圓頂314的底部由光學透明材料（諸如石英）形成。上圓頂328的厚度和彎曲度可以被配置為提供更平坦的幾何形狀，以用於處理腔室中的均勻流動均勻性。
燈302的陣列圍繞中央桿332以預定方式設置為鄰近下圓頂314並位於該下圓頂下方，以獨立地控制基板325的各區域在處理氣體經過時的溫度，此促進了材料到基板325的上表面上的沉積。雖然在此沒有詳細論述，但是在一些實例中，所沉積的材料可以包括砷化鎵、氮化鎵或氮化鋁鎵。在一些實例中，諸如燈302的輻射加熱燈的陣列可以設置在上圓頂328上方。
燈302包括燈泡，該等燈泡被配置為將基板325加熱至約200攝氏度至約1600攝氏度範圍內的溫度。每個燈302耦接至配電板，經由該配電板向燈供電。燈302位於燈頭345內，該燈頭可在處理期間或之後冷卻，例如藉由引入位於燈302之間的通道349內的冷卻流體冷卻。燈頭345傳導並輻射地冷卻下圓頂314，此部分是由於燈頭345非常靠近下圓頂314。燈頭345亦可以冷卻燈壁和燈周圍的反射器壁。在一些實例中，下圓頂314可以經由對流冷卻。取決於應用，燈頭345可以接觸或不接觸下圓頂314。
圓形護罩367設置在基板支撐件306周圍，並由襯墊組件363圍繞。護罩367防止或最小化熱/光雜訊從燈302洩漏到基板325的元件側316，與此同時為處理氣體提供預熱區。護罩367可由CVD SiC、塗覆有SiC的燒結石墨、生長SiC、不透明石英、經塗覆的石英、或另一類似的抗製程和淨化氣體的化學分解的合適材料製成。
襯墊組件363定大小為適於嵌套在基座圈336的內圓周內或被該內圓周包圍。襯墊組件363將處理體積（亦即，處理氣體區域356和淨化氣體區域358）與處理腔室300的金屬壁屏蔽開，該金屬壁可能與前驅物反應並導致處理體積中的污染。雖然襯墊組件363被圖示為單個主體，但是襯墊組件363可以包括一或多個具有不同構造的襯墊。
光學高溫計318可用於溫度量測和控制。在所圖示的實例中，光學高溫計318位於上圓頂328上方，以用於量測基板325的元件側316的溫度。此定位提供了對從基板支撐件306傳導熱量的基板325的輻射感測，其中來自燈302的最小背景輻射直接到達光學高溫計318。在一些其他實例中，光學高溫計可以位於基板支撐件306的背側304下方，以用於量測背側304上的溫度。
反射器322位於上圓頂328外部，以將從基板325輻射出的光反射回基板325上。使用夾緊環330將反射器322緊固到上圓頂328上。反射器322可以由諸如鋁或不銹鋼的金屬形成。反射效率可以藉由用諸如金的高反射塗層塗覆反射器區域來提高。反射器322具有一對連接至冷卻源的通道326。通道326連接至形成在反射器322的一側上的通路，以用於冷卻反射器322。該通路可以運載諸如水的流體流，並且可以覆蓋反射器322的一部分或整個表面的任何期望的圖案沿著反射器322的側面水平延伸。
從處理氣體供應源372供應的處理氣體穿過形成在基座環336的側壁中的處理氣體入口374被引入處理氣體區域356中。處理氣體入口374被配置為在大致徑向向內的方向上引導處理氣體。在膜形成製程期間，基板支撐件306可位於處理位置中，該處理位置鄰近處理氣體入口374並處於與處理氣體入口374大致相同的高度，從而允許處理氣體以層流在基板325的上表面上沿著流動路徑373向上和向周圍流動。處理氣體穿過位於處理腔室300的與處理氣體入口374相對的一側上的氣體出口378離開處理氣體區域356（沿著流動路徑375）。藉由耦接至氣體出口378的真空泵380可以促進穿過氣體出口378移除處理氣體。處理氣體入口374和氣體出口378與彼此對準，並且設置在大致相同的高度（例如，共面）。當與較平坦的上圓頂328組合時，此類對準賦能基板325上大致平坦、均勻的氣流。藉由經由基板支撐件306旋轉基板325可以提供進一步的徑向均勻性。
淨化氣體可從淨化氣體源362穿過在基座環336的側壁中形成的淨化氣體入口364（或穿過處理氣體入口374）供應至淨化氣體區域358。淨化氣體入口364設置在處理氣體入口374下方的高度處。圓形護罩367設置在處理氣體入口374與淨化氣體入口364之間。在一些實例中，預熱環可以設置在處理氣體入口374與淨化氣體入口364之間。淨化氣體入口364被配置為在大致徑向向內的方向上引導淨化氣體。在膜形成製程期間，基板支撐件306可位於某一位置處，使得淨化氣體以層流在基板支撐件306的背側304上沿著流動路徑365向下並向周圍流動。淨化氣體的流動可防止或顯著減少處理氣體流進入淨化氣體區域358，或減少處理氣體擴散進入淨化氣體區域358（亦即，基板支撐件306下方的區域）。淨化氣體離開淨化氣體區域358（沿著流動路徑366）並穿過氣體出口378排出處理腔室，該氣體出口位於處理腔室300的與淨化氣體入口364相對的一側上。在一些實例中，控制器（例如，第2圖所示的控制器250或另一類似的控制器）可以耦接至處理腔室300，以用於控制處理腔室300或其部件。
第4圖圖示了根據某些實施例的例示性整合真空處理系統400，該整合真空處理系統可用於完成第1圖所示的處理序列100。真空處理系統400具有與周圍環境隔離的內部體積。如第4圖所示，複數個處理腔室402a、402b、402c、402d耦接到第一轉移腔室404。處理腔室402a至402d可用於執行任何基板相關的製程，諸如退火、化學氣相沉積、物理氣相沉積、磊晶製程、蝕刻製程、熱氧化或熱氮化製程、脫氣等。在一個實例中，處理腔室402a可為膜形成腔室，諸如氣相磊晶沉積腔室，例如可從加利福尼亞州聖克拉拉市的應用材料公司獲得的能夠形成結晶矽或矽鍺的磊晶腔室。在一些實例中，處理腔室402a可為磊晶沉積腔室，諸如第3圖中所述的處理腔室300。
處理腔室402b可為快速熱處理(RTP)腔室。處理腔室402c可為電漿蝕刻腔室或電漿清潔腔室。處理腔室402d可為脫氣腔室。第一轉移腔室404亦耦接至至少一個過渡站，例如一對穿透站406、408。穿透站406、408維持真空或惰性環境條件，與此同時允許基板在第一轉移腔室404與第二轉移腔室410之間轉移。第一轉移腔室404可以具有機器人基板處置機構，以用於在穿透站406、408與處理腔室402a至402d中的任何處理腔室之間轉移基板。在第4圖中，處理腔室402a至402d被圖示為以特定次序配置，但是處理腔室402a至402d可以任何期望的次序配置。
穿透站406、408的一個端部耦接至第二轉移腔室410。因此，第一轉移腔室404和第二轉移腔室410由穿透站406、408分開和連接。第二轉移腔室410耦接至第一預清潔腔室414和第二預清潔腔室416，該第一預清潔腔室和第二預清潔腔室中的每一者可為氧化物移除腔室，諸如第2圖所述的處理腔室200，該處理腔室適於執行用於從基板的表面移除氧化物的活動102的製程中的至少一些製程。在一個實例中，第一預清潔腔室414和第二預清潔腔室416中的每一者可為可從加利福尼亞州聖克拉拉市的應用材料公司獲得Siconi TM或Selectra TM腔室。
在一個實例中，至少一個過渡站，例如穿透站406、408中的一者，可為電漿清潔腔室。或者，電漿清潔腔室可以耦接至穿透站406、408中的一者，以用於從基板表面移除污染物。因此，處理系統400可以具有電漿清潔腔室，該電漿清潔腔室是穿透站406、408中的一者或連接至該等穿透站中的一者。電漿清潔腔室可適於執行用於從基板表面移除污染物的活動102的製程中的至少一些製程。在一個實例中，電漿清潔腔室可以耦接至穿透站406和408。
第二轉移腔室410亦可具有機器人基板處置機構，以用於在一組裝載閘腔室412與第一預清潔腔室414或第二預清潔腔室416之間轉移基板。工廠介面420藉由裝載閘腔室412連接至第二轉移腔室410。工廠介面420耦接至裝載閘腔室412的相對側上的一或多個吊艙430。吊艙430可為前開式晶圓傳送盒(front opening unified pod, FOUP)，該等FOUP可從清潔室進入。
雖然圖示了兩個轉移腔室，但可考慮省略轉移腔室中的任何一個轉移腔室。在省略了第二轉移腔室410的一個實例中，第一預清潔腔室414和第二預清潔腔室416可以設置為當前圖示為由穿透站406和408佔據的位置處在第一轉移腔室40內或在該位置處耦接至第一轉移腔室。第一轉移腔室404可以耦接至一或多個能夠形成結晶矽或矽鍺的處理腔室，諸如磊晶腔室，例如可從加利福尼亞州聖克拉拉市的應用材料公司獲得的Centura TM磊晶腔室。或者，可以省略第一轉移腔室404，並且第二轉移腔室410可以被配置為耦接至一或多個能夠形成結晶矽或矽鍺的處理腔室。
在操作中，從吊艙430中一次移除一個基板，並將該基板轉移至真空處理系統400。每個基板最初被移動穿過工廠介面420，該工廠介面耦接至吊艙430並放置在裝載閘腔室412中的一個裝載閘腔室中。第二轉移腔室410內的機器人轉移機構一次一個地將基板從裝載閘腔室412傳送到第一預清潔腔室414或第二預清潔腔室416，在該第一預清潔腔室或第二預清潔腔室中執行清潔製程，諸如關於活動102描述的氧化物清潔，以從基板的表面移除氧化物。一旦已經從基板表面移除氧化物，設置在第二轉移腔室410內的機器人轉移機構就將基板從第一預清潔腔室414或第二預清潔腔室416轉移到穿透站406。然後，設置在第一轉移腔室404內的機器人轉移機構將基板從穿透站406轉移到一或多個處理腔室402a至402d。一或多個處理腔室402a至402d可以包括磊晶處理腔室，在該磊晶處理腔室中執行層形成製程，諸如關於活動102描述的磊晶沉積。
在一或多個處理腔室402a至402d中的處理完成後，設置在第一轉移腔室404內的機器人轉移機構將基板從處理腔室402中的任一處理腔室轉移至穿透站408。然後，藉由設置在第二轉移腔室410內的機器人轉移機構將基板從穿透站408移除，並轉移至另一個裝載閘腔室412，經由該裝載閘腔室412將基板從真空處理系統400中取出。上述示例性基板移動順序僅出於說明目的而提供，並且亦設想其他基板移動順序。
由於第1圖的所有三個活動102、104和106的製程均在同一真空處理系統400中執行，所以當基板在各腔室之間轉移時，真空不會中斷，此降低了污染的機會並提高了所沉積的磊晶膜的品質。在一些實例中，控制器（例如，第2圖所示的控制器250或另一類似的控制器）可以耦接至真空處理系統400，以用於控制真空處理系統400或其部件。控制器可用於根據期望的排序程式來排程基板穿過真空處理系統400的移動，該期望的排序程式可取決於應用而變化。
本揭露案的益處包括將預清潔處理腔室和磊晶處理腔室整合在同一真空處理系統上的改進的真空處理系統。整合真空處理系統允許基板在氧化物移除與磊晶沉積之間保持在真空或惰性環境中，此減少了基板暴露於環境的時間並且消除了在單獨的處理腔室或系統上預清潔基板的需要。
儘管前面是針對本揭露案的實施例，但是在不脫離本揭露案的基本範疇的情況下，可以設計本揭露案的其他及進一步的實施例。
100:處理方法 102:活動 104:活動 106:活動 200:處理腔室 202:腔室主體 204:蓋組件 206:支撐組件 208:真空泵 210:真空埠 212:處理區域 214:第一氣體源 216:第二氣體源 218:氣體埠 220:第一板 222:第二板 224:噴頭 228:第一組通道 230:第二組通道 232:基板支撐件 232i:內部區域 232o:外部區域 234:致動器 236:桿 238:波紋管 240:基板開口 242:超低溫套件 244i:內部冷卻劑通道 244o:外部冷卻劑通道 250:系統控制器 252:可程式設計中央處理單元 254:記憶體 256:支援電路 300:處理腔室 302:輻射加熱燈 304:背側 306:基板支撐件 310:前側 314:下圓頂 316:元件側 318:光學高溫計 322:反射器 325:基板 326:通道 328:上圓頂 330:夾緊環 332:中央桿 334:豎直方向 336:基座環 345:燈頭 349:通道 356:處理氣體區域 358:淨化氣體區域 362:淨化氣體源 363:襯墊組件 364:淨化氣體入口 365:流動路徑 366:流動路徑 367:圓形護罩 372:處理氣體供應源 373:流動路徑 374:處理氣體入口 375:流動路徑 378:氣體出口 380:真空泵 400:真空處理系統 402a:處理腔室 402b:處理腔室 402c:處理腔室 402d:處理腔室 404:第一轉移腔室 406:穿透站 408:穿透站 410:第二轉移腔室 412:裝載閘腔室 414:第一預清潔腔室 416:第二預清潔腔室 420:工廠介面 430:吊艙
藉由參考附圖中描繪的本揭露案的說明性實施例，可以理解上面簡要總結並且下面更詳細論述的本揭露案的實施例。然而，應當注意的是，附圖僅圖示了本揭示案的典型實施例，因此不應被認為是對其範疇的限制，因為本揭示案可以允許其他同等有效的實施例。
第1圖圖示了根據某些實施例的處理方法。
第2圖是根據某些實施例的用於執行第1圖的清潔製程中的至少一些清潔製程的處理腔室的剖視圖。
第3圖圖示了根據某些實施例的用於執行磊晶沉積製程的處理腔室的示意性剖視圖。
第4圖圖示了用於執行如本文所述的清潔和沉積製程的例示性整合真空處理系統。
為了促進理解，在可能的情況下，使用相同的附圖標記來表示附圖中共用的元件。附圖不是按比例繪製的，並且為了清楚起見可以簡化。預期一個實施例的元件和特徵可以有益地結合到其他實施例中，而無需進一步敘述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
200:處理腔室
202:腔室主體
204:蓋組件
206:支撐組件
208:真空泵
210:真空埠
212:處理區域
214:第一氣體源
216:第二氣體源
218:氣體埠
220:第一板
222:第二板
224:噴頭
228:第一組通道
230:第二組通道
232:基板支撐件
232i:內部區域
232o:外部區域
234:致動器
236:桿
238:波紋管
240:基板開口
242:超低溫套件
244i:內部冷卻劑通道
244o:外部冷卻劑通道
250:系統控制器
252:可程式設計中央處理單元
254:記憶體
256:支援電路

Claims (20)

  1. 一種處理系統，包括： 一膜形成腔室； 一轉移腔室，耦接至該膜形成腔室； 一氧化物移除腔室，耦接至該轉移腔室，該氧化物移除腔室具有一基板支撐件；以及 一控制器，該控制器被配置為： 將一處理氣體混合物引入該氧化物移除腔室，該處理氣體混合物包含一含氟氣體和一蒸汽，該蒸汽包含水、醇、有機酸或其組合中的至少一者；以及 將定位在該基板支撐件上的一基板暴露於該處理氣體混合物，從而從該基板移除一氧化物膜。
  2. 如請求項1所述之處理系統，其中該醇包括一級醇。
  3. 如請求項2所述之處理系統，其中該醇包括甲醇或乙醇中的至少一者。
  4. 如請求項1所述之處理系統，其中該醇包括C1-C3醇。
  5. 如請求項1所述之處理系統，其中該含氟氣體包括氟化氫、氟化氮、氟化碳、氟化硫或其組合中的至少一者。
  6. 如請求項1所述之處理系統，其中該處理氣體混合物不含氨。
  7. 如請求項1所述之處理系統，其中該蒸汽的一濃度可為總處理氣體混合物的約5% wt/wt至約75% wt/wt。
  8. 如請求項1所述之處理系統，其中該基板支撐件包括兩個或更多個獨立的溫度控制區，每個溫度控制區具有一單獨的冷卻通道。
  9. 如請求項1所述之處理系統，其中該控制器被配置為在將該基板暴露於該處理氣體混合物的同時，將該基板支撐件的一溫度維持在約0℃或更低。
  10. 如請求項1所述之處理系統，其中該控制器被配置為在設置在該膜形成腔室中的一基板上形成一膜。
  11. 一種處理一基板的方法，包括以下步驟： 藉由將設置在一第一處理腔室中的一基板暴露於一處理氣體混合物來從該基板移除氧化物，該氣體混合物包含一含氟氣體和一蒸汽，該蒸汽包含水、醇、有機酸或其組合中的至少一者； 在真空或惰性環境下，將該基板從該第一處理腔室轉移至一第二處理腔室；以及 在設置於該第二處理腔室中的該基板上形成一膜。
  12. 如請求項11所述之方法，進一步包括以下步驟： 將該含氟氣體從一第一氣體源引入至該第一處理腔室； 將該蒸汽從一第二氣體源引入至該第一處理腔室；以及 使該含氟氣體和該蒸汽流過設置在該第一處理腔室中的一雙通道噴頭，從而在將該基板暴露於該處理氣體混合物之前混合該含氟氣體和該蒸汽以形成該處理氣體混合物。
  13. 如請求項11所述之方法，其中該處理氣體混合物不含氨。
  14. 如請求項11所述之方法，進一步包括以下步驟：在氧化物移除期間將該基板冷卻至約0℃或更低的一溫度。
  15. 如請求項11所述之方法，其中經由與該處理氣體混合物反應從該基板移除該氧化物，而不形成固體副產物。
  16. 如請求項11所述之方法，進一步包括以下步驟： 單獨地向該第一處理腔室提供該含氟氣體和該蒸汽；以及 在到達該第一處理腔室之後，混合該含氟氣體和該蒸汽。
  17. 如請求項11所述之方法，其中該含氟氣體與之蒸汽的一流量比可為約1:10至約10:1。
  18. 一種處理系統，包括： 一膜形成腔室； 一第一轉移腔室，耦接至該膜形成腔室； 一穿透站，耦接至該第一轉移腔室； 一第二轉移腔室，耦接至該穿透站； 一第一氧化物移除腔室，耦接至該第二轉移腔室，其中該第一氧化物移除腔室、該第二轉移腔室、該穿透站、該第一轉移腔室和該成膜腔室維持在真空或惰性環境下，並且其中該第一氧化物移除腔室包括一第一基板支撐件； 一儲存指令的電腦可讀取媒體，該等指令當由該處理系統的一處理器執行所述指令時，使得該系統： 藉由將設置在該第一氧化物移除腔室中的一第一基板暴露於一處理氣體混合物來從該第一基板移除氧化物，該處理氣體混合物包含一含氟氣體和一蒸汽，該蒸汽包含水、醇、有機酸或其組合中的至少一者； 將該第一基板轉移至該膜形成腔室；以及 在設置在該膜形成腔室中的該第一基板上形成一膜；以及 一裝載閘腔室，耦接至該第一氧化物移除腔室。
  19. 如請求項18所述之處理系統，進一步包括一第二氧化物移除腔室，該第二氧化物移除腔室耦接至該第二轉移腔室並維持在真空或惰性環境下，其中該第二氧化物移除腔室包括一第二基板支撐件，並且其中儲存在該電腦可讀取媒體上的該等指令進一步使該系統： 藉由將設置在該第二氧化物移除腔室中的一第二基板暴露於該處理氣體混合物，來從該第二基板移除氧化物。
  20. 如請求項18所述之處理系統，其中該處理系統的一內部體積與周圍環境隔離。
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