TWI379346B - Methods for in- situ generation of reactive etch and growth specie in film formation processes - Google Patents

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Description

^79346 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 板上酬和生爾的形成以及對基 【先前技術】 在諸如半導體晶片的基板上形成的膜，包括 未摻雜形式的Si、SiGe、SiC和SiGeC，並且 ，，造。這樣的膜表現出諸如形態和摻雜濃度之類 = ϊΐίΐ二吏半 = 製造廠增加電路圖案密度的能力。隨ίίί 這些膜的性質的精細控制對電子裝置的持續 對於反應室巾進行的各種顏沈積處理 和選擇性沈積），在沈積或膜生長過程;使匕夕= ΙΤί% ^ir 生沈積使用Cl2)之後的一步中發 驅物，與姓刻化學物質一起使用氯氣和含石夕先 ，或ί晶料無定形si沈積之間或之後， 用於名ϋ物貝時’原處的室清潔存在其他情況。 等。在二ίΐίί大多數傳統化學物質例如是Ha、C12、HF、HBr 包含石夕、G及常本質上爲氧化性的侧化學物質和通常 運载氣體（通常是氫）的沈積處理氣體不能一起 5 1379346 的”’除了在某些_餅下，這是由於對 ΐ二ft i( 2+cl2)之間的放熱自發反應引起的安全考 相容的化學物f之間的反應進行控制通常也 刻化學物質（例如氟、氣、漠等）的消除， =不μ u解或消除這些化學物f的許多商用系統提出了挑 * 下’選擇性的膜沈積處理將容易有較差的生長 1，这疋因局隨著溫度降低，沈積和蝕刻化學物質都失去了 ^ 小於約70(rc)選擇性化學氣相沈積需要活化 产决ΐ古&些化學媒介物在沈積和_的低溫同時處理_ ί易ίίίϋ沈?，刻的低溫同時處理。因此，在低溫下， ίίίΓί 先（例如二氣甲魏、六氣乙魏等）無法 二產生用於選擇性膜沈積的優選SiClx生長物質。儘管混人〇 和虱化的石夕氣體先驅物（例如矽烷和較高級 I 2 =烧、戊魏等）通過自發反應形成Si_“ 可以使用更強的蝕刻劑和沈積化學物質，但是产 二:f物質的反應性還是很難控制，導致變化 ㈣iPii的反應性沈積先驅物在低溫情況下實現沈積時實 溫度或者它們兩者的結合來控制。在許多應用中，很^ 物質濃度可能導致侧，刻不以的 =此’需要提供-種處理和裝置，它們能朗含氫和含 強”匕學物質，並對用於膜生長和蝕刻的這些 理，该處理用於控制室中用於基板上的膜形成的這些反應。處 6 1379346 【發明内容】 w)。該亞穩㈣可以^ 【實施方式】 限於’應當理解本發明不 面、、牛ίϊ3ίϊί供了用於在基板上形成薄膜的方法。其他方 上的膜。-個或多個實施: 應下自; 如電晶體)1=成亞％物質的新處理，以改聽進電子裳置（例 氫和實施例，通過控制制化學物質與 仙中#個或兩個之間的反應條件，可以形成反廣性 ;===混和 導致ίϊίίί Π。在—些實施例中，這些化學物質的化合 ίίΓ。具錢性，但是它們是實現生長 ϋϊ 成廷些物質，它們可以被如這裏進一步所述 此外，由於反應室中環境的較高反應性以及根據一個或多個 1379346 實施例產生的強烈反應，發生高氧化性化學物質向更溫和（beni 的反應產品的幾乎完全轉換。這使得用於消除的嚴格需 」 易’並導致環境更加可接受的處理。 & 如本領域技術人員所知的，根據現有的處理，在室清 別是對於熱原處室清潔處理），由於用在處理中的一些义子 ，較低的反應性，通常需要較高咖^量3 ^钱刻時間。例如，HC1基的熱清潔處理在每次清潔 = ϊΐΐ準升。依賴於傳統分子化學物質的此熱清潔處理需要更： „。可替換的是使用更強的侧化學物質（例如二， 的侧化學物質的缺點是反應器元件壽 =非 處化合實現了更快但是可控的蝕刻處理。這樣的 統較低反應性酬劑，並由此減以： 圪問碭，同時可以保持反應器元件較長壽命。 自4 % 物質明或的含：多，刻化學 ^。如上㈣，顧化/錢^在成反 質自身的單獨分子形式產生“些相比形 穩物質。使用這樣#反應可以在處理愈複"#腺以, 11ΤΛ m (trade-o；；)T^ 率= 3。通過使這些含石夕氣體與钱刻化學；τ質ϋϋΓΐ的ί品 :::)時具有高生長率和良好的膜品質:⑽ 应美Hz”的目的’ _成過程跨越將基板插人到卢王苗― 表面調整（conditioning) ，處可以包括預清潔/ 例如可以應用至外延和冷卻步驟。本發明 sic (摻碳的石夕）和SiG ς二處理，例*Si、SiGe、 1擦雜或未摻雜形式），並可以廣泛地 8 1379346 應用至其他處理。 這裏描述的生長和蝕刻處理可以在CENTURA®減壓CVD系 統中進行’該系統可以從加州(California) Santa Clara市的Applied Materials，Inc.，公司得到。CENTURA®系統是全自動的半導體製造 系統’其使用單個晶片、多個室、模組設計（包含很寬範圍的晶 片^寸）。除了 CVD室’多個室可以包括預清潔室、晶片定向室、 冷卻室=獨立操作的裝載室。儘管這裏所述的CVD室示出在第一 圖的不意圖中’但是産業上可以得到的任何CVD室在對其他處理 參數進=一些調整的情況下應該也能夠具有這裏所述的沈積、生 長二調節和蝕刻化學物質的優點。第一圖的示意圖中示出的設備 更詳細地描述在Anderson等的美國專利號5，1〇8,792中，通過引 用將，全部内容包含在這裏。裝置1〇包括殼體2〇，殼體2〇包圍 沈積至22，沈積室22具有圍繞壁23，圍繞壁23限定了沈積區域 I4。沈積ΐ 22内的保持器26可以將基板28保持在沈積區域24 中。保持器26可選地包括驅動元件29。驅動元件29用來旋轉基 以增触積醜的均勾性。進錄3G提供處理氣體至沈積 區域並從沈積區域24經由排氣管32排放處理氣體副産品。 % 體2〇 ΐ設置加熱器4〇絲加熱基板28(其由基板保持器 74 、# 4〇通過上、下石英穹頂41輻射地加熱沈積區域 ㈣，的是姻⑽⑽等的美國專利號5，179,677中描述的 對稱加，，類型，其内容被引用包含在這裏。 至十^了括排氣歧管7G，排氣歧管7。連接排氣線72 ^ f :排氣線72中具有隔離閥74和壓力控制閥％。 性的實施例，有意地選擇不相容的或自發反應 ίϊί暫到反應室中’以在晶片表面附近産生活性 應喷 、特疋先積和綱處理的酬和條件也可以被控制。 9 1379346 用於實現上述實施例的合適裝置描述在美國專利號5,482,739 ^美國專利號6，159,866中，通過引用將它們的整個内容包含在這 ，。現在?"考第二a圖，進氣管優選地包括專用蝕刻劑氣體供給 線3〇a ^單巧的含氫和含矽氣體供給線30b。供給線30a和30b連 ，，進氣，管60處，進氣歧管60化合靠近沈積區域24的氣體。 藉著化合靠近沈積區域24的氣體，限制了不相容的反應性氣體的 過早反應。僅在沈積區域處實現不相容氣體的反應的優選氣體入 口的非限制性示例示出在第二b圖到第二e圖中。 已知CVD膜類型和適於選擇性CVD的沈積和蝕刻化學物質 的非限制性示例列在以下的表1中。作爲本發明的實施例，一些 沈積和蝕刻化學物質是不相容的，但是有意地選擇爲僅在晶片附 近混和。 表1 選擇性的 CVD膜 沈積化學物質 蝕刻化學物質 外延&多晶 SiGe H2，N2，SiH4，Si2H6， Si3H8，SiH2Cl2，Si2Cl6， Si5H12 ’ GeH4，GeCl4 HC卜 HBr，Cl2，NF3， f2 外延&多晶 矽 H2，N2，SiH4，Si2H6， Si3H8，SiH2Cl2，Si2Cl6， Si5H12 HC卜 HBr，Cl2，NF3， f2 外延&多晶 SiGexCy H2，N2，SiH4，Si2H6， Si3H8，SiH2Cl2，Si2Cl6， S15H12 5 GeH4 > GeCl4 » SiCH6，SiC3H10 HC卜 HBr，Cl2，CH3Q， CC14 ’ nf3，f2，cf4 外延& 多晶SiCx _ H2，N2，SfflU，Si2H6， Si3H8，SiH2Cl2，Si2Cl6， Si5H12，SiCH6，SiC3H10 Ha，HBr，Cl2， CH3C1，CC14，nf3，F2， cf4 具體而言，本發明的實施例涉及用於使含氫和/或含矽氣體與 強氧化劑或蝕刻化學物質（例如氯、溴、氟、峨）在單晶片燈加 10 g罢"、、反應室（例如第二圖所示的那些）中化合或反應的方法和 \ 如，C^ + SiH4的反應產生處於激發狀態的短暫siclx和 石樣的方法和反應室可以用於許多膜形成雜，例如用於含 、、1二3 f或含碳（或其化合）膜沈積或這些處理之後的原處熱室 :你這些膜可以摻雜或不摻雜有H鱗或其他相關的P型 或n，摻雜劑，這在技術上對於歧電子裝置的形成是很重要的。 個實施例中，含氫氣體（作爲獨立的源氣體或作 物化合物的運織體）在受控的條件下與分子的 X =物質（例如Cl2、f2、Br2或l2)同時喷入到反應室中，以 =ίί附近形成亞穩物質。在生長和蝕刻的反應路徑方面可 例生幻、ηί，大不同的許多亞穩物質。例如，根據本發明的實施 々贼f严。以上和降低的壓力（例如在2霞咖以下）下，含氣 ⑽的氫至⑽％的氫與包含齡物的其^ 如沈合，以形成可以用於許多處理（例 ㈣ΐ氫氣體触職體的反應，是在低壓下通過純晶片至足 二曰反應的溫度，來啓動或催化的。因爲加孰 ^應物氣體濃度和局部壓力被控制爲防止 =亞;物，應物氣體濃度則可以在晶片上形成 μΪ尤其是包含用亞穩物f進行侧的處理的實施例t，至W、 ，種方法被用於調節蝕刻濃度。根據一個實施 和2 5 列如氣）_對成分被瓣。在另—個實 ^2 第二圖中的母個資料點使用用於石夕膜沈積的正常沈積條 =在 1379346
Applied Materials Epi RP Centura® 反應界中以 ^， ^被調節’以確定對沈積率的影響。對於第三圖中 行沈積。石夕源氣體對每個資料點是相同的。二用= 載乳，進 和矽流量的比例爲15.4 : G : _25。對於氧、氣 ，引入到基板附近以_使用資料點丨中的“ 和，氣 資料點2，氫、氯和石夕源氣體在钱刻過程中的i f 、、·。對於 匕。在條件3 J ’氯和氮用於侧使用根據資‘ 1二理二1 : 膜。在資料點3處’氫、氯和石夕氣體的比例爲〇處ooi、.t形 氯，根據資料點i流動的沈積氣體一起流動。在資 枓‘.，，占4處，蛊、氟和矽源氣體的比例爲15 4 7 在貝 對於資料點5和6，在氧的溫度、贿:的^； ° 運載氣體中進狀積。對於資料點5，沈積石夕膜，流動=，f氮 J體的流量比爲0.4 : 〇 : _25。在資料點6處動二用3 點5的沈積乳體共同流動，其中氫 資料點僅衫例性的，並;:更寬應|„些 本發_範_。第三圖所示的資料^ 罝比變化對矽的沈積率的影響。 处主虱體的机 度和晶片溫度可以經歷快速調節。 =樣的，個Ba片反應益在反應器内靠近 方面提供了靈活性，其中氣體在較冷的條 ί2:ίΤ:ΐίΪ以破裂或分解供給的氣體。由此，本發明的 爲“表面催化的，，’因爲晶片的加熱的表面 但是，在形成亞穩物質的反應中加熱的
，外二在使用，來加熱的快速加熱反應器中，通過升高 低曰曰片溫度以，，應財其他加熱的表面（例如基座、襯塾或 頂），可以快速地控制形成亞穩物f的反應 U 12 的方式來調節強度以及這些反應的開始和紝 =加的能量來靖這些反應，其中了^ 以及敏性的。可以職紫外(卿，細波長的且ut itv里)
，刻，質可以在較低的溫度二=:少J 不用虱氧來得到類似的優點。 权少次 紘、古ϋ這晨的本發明參考具體實施例進行了描述，但是應去理 技例僅是本發明的原理和應用的示例性說明。對C域 下，Sim的是在不脫離本發明的精神和範圍的情3 圖勺扭〜對本發明的方法進行各種修改和變化。由此，本發明咅 θ匕括所附洲要求範圍_修改和變化以及它們的等同物。。 【圖式簡單說明】 cvt)^ 根據本發明實施例使用的單個CENTURA®減壓 ΡΙμΪΓ a圖到第二e圖示出可以用於根據本發明實施例的第一 圖的裝置的歧管的剖視圖；和 第一圖示出調節處理氣體的效果釦對矽沈牽 【主要元件符號說明】 10裳置 20殼體 22沈積室 23圍繞壁 24沈積區域 26保持器 28基板 29驅動元件 30進氣管 1379346 30a和30b供給線 32排氣管 40加熱器 41石英穹頂 60進氣歧管 70排氣歧管 72排氣線 74隔離閥 76壓力控制閥

Claims (1)

1379346 申請專利範園： 1. 一種在膜形成過程中用於在原處產生反應性蝕刻與生 質之方法，所述方法包括： J 將含氫氣體引入反應室； f自發反應_槪學物纽應物與所述含氫㈣’與所 Ά氣體隔離之分離管道中引入所述反應室；以及 合 附近體與所述餘刻化學物質反應，而在晶片的表面 其中’所述反應被用於提高替代的化學元素到所述膜令的結 2. 如申請專利範圍第i項所述的在膜形成過程中用 f生反應性侧與生長物質之方法，其中，所 體化、 先驅物或運載氣體的形式。 〜3五㈣疋化學 3. 如申請專利翻第2項所述的在膜形成過程中用 ί 生長物f之方法’其中’所述侧化學物質ΐ 產生4反f財胁在原處 氧化性的。 ㈣質之方法，其巾，所賴刻化學物質是 h5. ί巾請專利朗第3項所述的在卿成過程巾用於為盾卢 gg'r到與生長物f之方法’其中，所述似 產生6反二申物第質3=:=，原處 1 HC卜—、Cl2、CH3C卜 CCl4 ’3、F2、CF4 及 7.如申請專利範圍第1項所述的在 產生反應性賴與生長物質之方法，中用於在原處 到所述反應室中的氮和峨“質以^^ 8·如申請專利範圍第1項所述的在_成過程中用於在原處 15 1379346 產生反應性蝕刻與生長物質之方法， 添加稀職體至所述反應室來控彻法進—步包含通過 膜沈積處理。 貝方法，其中’所述處理是選擇性 素包括碳或掺雜劑。 /、〒所述替代的化學兀 進所述膜的形態。★物貝之方法’其中，所述方法被用於改 物質種針麟在原處產生反雜侧與生長 面；=離的管道中，輪送自發反應性的化學物質至靠近晶片表 :質： ^ί5?'；ϊ：：：ίί；：^^1 處產L如應===的二膜 膜生長處理中使用所述亞穩物質。 X ,進在 處產程中用於在原 h2 16 1379346
GeCl4、SiCH6、SiC3Hi〇、Ηα、ηβγ、Cl2、CH3C1、ca4、、 F2、CF4及其化合組成的組。 18. —種在膜形成過程中用於在原處產生反應性蝕刻盥 物質之方法，該方法包括·· /、、 將晶片的溫度保持在大約7〇(Tc以下； 在所述晶片表面的附近混和Cl2和矽炫 附近形成SiClx.介物；以及 在所述晶月表面上沈積膜9 而在所述晶片表面的 處產^樹姆原 離過剩的C12並蝕刻所述晶片、的一部八其中該方法進一步包含隔 17
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