TWI439566B - 形成含鍺膜的裝置之使用方法 - Google Patents

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Description

形成含鍺膜的裝置之使用方法 【交叉參考之相關申請案】
本案主張以下案件的優先權：日本專利申請案第2009-036831號，申請日為2009年2月19日，向日本專利局提出申請，其揭露內容在此以參照方式全部併入本文。
本發明係有關於在半導體製程中使用膜形成裝置的方法，用以在如半導體晶圓的目標物件上形成含Ge(鍺)膜。文中「半導體製程」一詞包括各種製程，其係藉由在目標物件上形成有預定圖案的半導體層、絕緣層、導電層，用來在目標物件上製造半導體元件或具有欲連接到半導體元件的配線層、電極等之結構；該目標物件可如半導體晶圓或用於如LCD(液晶顯示器)之FPD(平面顯示器)的玻璃基板。
舉例而言，傳統上電晶體閘極電極的材料是多晶矽。供有偏壓時，多晶矽的閘極電極很容易耗盡。而此現象在閘極絕緣膜的厚度減少時，將產生重大影響，而成為元件屬性劣化的原因之一。為了解決此問題，過去研究中，有採用具有較高摻質活化率的矽鍺來取代矽。在過去研究中，亦有在其他如二極體的元件中採用矽鍺。舉例而言，日本公開專利公報第2003-77845號揭露了在半導體晶圓表面上形成矽鍺膜的方法。此方法採用垂直熱處理裝置，其供應單矽烷(SiH4 )氣體及單鍺烷(GeH4 )，以藉由CVD(化學氣相沉積)形成矽鍺膜。
在一例中，垂直熱處理裝置係用來在第一批晶圓上形成矽鍺膜，接著在第二批晶圓上形成如矽膜的另一薄膜。一般而言，於前述熱製程中所用之製程氣體所含的鍺，對於在後續熱製程中所形成的膜(如矽膜)而言，會是污染物。若鍺混在矽膜中，元件屬性便可能會劣化。
若後續熱製程是矽膜形成製程，便會在進行矽膜形成製程之前，執行所謂的「預塗佈」(pre-coating)製程，以利用預塗佈膜覆蓋反應容器的內表面等。預塗佈膜防止鍺從沉積在反應容器內的副產物膜散佈進入製程環境中，而副產物膜含有作為主成分的矽鍺(亦即，其佔50%以上)。
然而，如下文所述，本發明人發現，傳統在此類半導體製程中使用膜形成裝置的方法，在與鍺污染有關的問題上，有進步空間。
本發明目的在於提供半導體製程之膜形成裝置，可靠解決有關鍺污染的問題。
根據本發明之第一實施態樣，提供有一種形成含鍺膜之裝置的使用方法，其包含：執行第一膜形成製程，以藉由對置放於反應容器內的產品目標物件進行化學氣相沉積，而形成含鍺的第一生成物膜，在該第一膜形成製程中，將鍺來源氣體供應入該反應容器中，並加熱該反應容器的內部，藉此活化該鍺來源氣體，其中該第一膜形成製程產生沉積在該反應容器內且含鍺的膜形成副產物；在該第一膜形成製程之後，執行第一清潔製程，以蝕刻該膜形成副產物，在該第一清潔製程中，從內部沒有置放產品目標物件的該反應容器內排氣，將含鹵素的第一清潔氣體供應入該反應容器中，以及加熱該反應容器的內部，藉此活化該第一清潔氣體；在該第一清潔製程之後，執行第二清潔製程，以從該反應容器內移除殘留鍺，在該第二清潔製程中，從內部沒有置放產品目標物件的該反應容器內排氣，將含氧化氣體與氫氣的第二清潔氣體供應入該反應容器中，以及加熱該反應容器的內部，藉此活化該第二清潔氣體，其中該氧化氣體係選自於一組由氧氣、臭氧氣及氮氧化合物氣體所組成的群組；及在該第二清潔製程之後，執行第二膜形成製程，以藉由對置放於該反應容器內的產品目標物件進行化學氣相沉積，而形成不含鍺的第二生成物膜，在該第二膜形成製程中，將膜形成製程氣體供應入該反應容器中，並加熱該反應容器的內部，藉此活化該膜形成製程氣體。
根據本發明之第二實施態樣，提供有一種用以形成含鍺膜之裝置的使用方法，該裝置包含：反應容器，用以容納複數個在垂直方向間隔開來的目標物件；支撐構件，用以將該複數個目標物件支撐在該反應容器內；加熱器，設置於該反應容器周圍，並用以加熱該複數個目標物件；排氣系統，用以從該反應容器內排氣；氣體供應系統，用以將矽來源氣體、鍺來源氣體及用來清潔該反應容器內部的氣體供應入該反應容器中，及控制部，用以控制該裝置的操作；該方法包含：執行第一膜形成製程，以藉由對置放於該反應容器內的產品目標物件進行化學氣相沉積，而形成含矽鍺的第一生成物膜，在該第一膜形成製程中，將該矽來源氣體及該鍺來源氣體供應入該反應容器中，並加熱該反應容器的內部，藉此活化該矽來源氣體及該鍺來源氣體，其中該第一膜形成製程產生沉積在該反應容器內且含矽鍺的膜形成副產物；在該第一膜形成製程之後，執行第一清潔製程，以蝕刻該膜形成副產物，在該第一清潔製程中，從內部沒有置放產品目標物件的該反應容器內排氣，將含氟及氫的第一清潔氣體供應入該反應容器中，以及加熱該反應容器的內部，藉此活化該第一清潔氣體；在該第一清潔製程之後，執行第二清潔製程，以從該反應容器內移除殘留鍺，在該第二清潔製程中，從內部沒有置放產品目標物件的該反應容器內排氣，將含氧化氣體與氫氣的第二清潔氣體供應入該反應容器中，以及加熱該反應容器的內部，藉此活化該第二清潔氣體，其中該氧化氣體係選自於一組由氧氣、臭氧氣及氮氧化合物氣體所組成的群組；及在該第二清潔製程之後，執行第二膜形成製程，以藉由對置放於該反應容器內的產品目標物件進行化學氣相沉積，而形成含矽但不含鍺的第二生成物膜，在第二膜形成製程中，將該矽來源氣體供應入該反應容器中，並加熱該反應容器的內部，藉此活化該矽來源氣體。
本發明之其他目的與優點將於下述敘，其從下文中能顯而易見，或從實施本發明而能習之。在此特別指出之器具與其組合能實現本發明之目的與優點。
本發明人在研發本發明的過程中，研究有關於在半導體製程中使用膜形成裝置的傳統方法的問題。本發明人得到以下結果。
如前述，當垂直熱處理裝置用來在第一批晶圓上形成矽鍺膜，且接著在第二批晶圓上形成矽膜時，便緊接著在進行第二批的製程之前，執行預塗佈製程，以利用矽膜覆蓋反應容器的內表面等。然而，利用熱CVD形成矽鍺膜的製程溫度，低於利用熱CVD形成多晶矽膜的製程溫度。因此，在溫度較低的位置上，如在反應容器底部所形成之載入埠的附近而因此離加熱器較遠的位置上，多晶矽膜可能會形成不足，而無法在這些位置上覆蓋住含有作為主成分之矽鍺的副產物膜。
另一方面，當移除沉積在反應容器內之含有作為主成分之氧化矽或氮化矽的副產物膜時，會將含有鹵素(如氟)的清潔氣體供應入反應容器中，以執行副產物膜的蝕刻。然而，若副產物膜含有作為主成分的矽鍺，即使其被如氟氣蝕刻之後，鍺仍會遺留在反應容器的內表面上，以及遺留在晶舟的表面上。
據此，傳統上，當垂直熱處理裝置用來在第一批晶圓上形成矽鍺膜，且接著在第二批晶圓上形成矽膜時，在這二次膜形成步驟之間會執行預塗覆製程，而不對含有作為主成分之矽鍺的副產物膜執行蝕刻與移除的步驟。需注意到，即使在蝕刻與移除副產物的步驟之後執行預塗佈製程，在溫度較低的位置上，如在多晶矽膜形成不足的載入埠周圍的位置上，仍不能充分地覆蓋住殘留的鍺。
因此，本發明人換個角度視之，並重複進行實驗而可靠地移除此類的殘留鍺，且本發明人發現，氧化氣體與氫氣的活性物質可有效用於此移除製程。雖然本發明人不知道有關此類殘留鍺移除技術的相關文件，可參考以下的文件：日本公開專利公報第2008-283126號(說明書段落[0030]到[0031]；圖1、2)，其揭露了作為反應容器材料之石英中所含金屬(如銅)的移除方法。依據此方法，先將清潔氣體供應入反應容器中來移除副產物膜，藉此裸露出反應容器的石英內表面。接著，將氫氣、氧氣供應入反應容器中，以藉由該等氣體的自由基來移除石英表面所含的金屬。
茲描述基於上述發現所達成的本發明實施例，並參照隨附圖式。下述中，功能與配置實質相同的組成元件將以相同的元件符號來代表；而僅在必要時才會重複敘述。
圖1是依據本發明一實施例的垂直熱處理裝置(膜形成裝置)的剖面側視圖。此垂直熱處理裝置1設計成膜形成裝置，用來藉由熱CVD形成矽鍺膜(SiGe膜)及矽膜(Si膜)。
如圖1所示，熱處理裝置(膜形成裝置)1包括柱狀反應容器2，其以如石英製成，並直立設置。反應容器2在底部有開口，形成載入埠21，而凸緣22環繞在載入埠21的周圍而一體成形。封蓋23以如石英製成，設置在反應容器2的下方，俾使封蓋23與凸緣22的底部接觸，而氣密式地關閉載入埠21。封蓋23藉由晶舟升降機(未繪示)上、下移動而開、關載入埠。轉軸24延伸穿過封蓋23的中心，並在頂部支撐基板支座或晶舟25。
晶舟25包括三或更多個(如四個)支架26。支架26具有溝槽(插槽)，以有間隔的方式支撐疊層的複數個(如125個)目標物件或半導體晶圓W。125個晶圓W係由設置在頂部側及底部側的擋片以及設置在該兩側之間的產品晶圓所組成。轉軸24的底部連接到旋轉轉軸24用的馬達M，俾使晶舟25由馬達M旋轉。熱絕緣單元27設置在封蓋23上，圍繞轉軸24。
排氣埠4形成在反應容器2的頂部，用以排氣反應容器2的內部。排氣埠4連接到設有真空泵41與壓力控制機構42的排氣線，以將反應容器2的內部真空排氣，使其到達一所欲真空程度。爐3設置在反應容器2的周圍，並包括用以加熱反應容器2內部的加熱器31。加熱器31由碳線加熱器形成，其能使製程在最少污染(即高度潔淨)的環境下執行，並能使溫度迅速上升、下降。
第一到第三注入器51-53的各者具有L形，設置為在反應容器2的底部延伸穿過凸緣22，並用以供應製程氣體到反應容器2內的晶圓W上。圖1中，為了方便起見，三個注入器51-53繪示為在相同的位置插入凸緣22。然而，事實上，注入器51-53係在凸緣22的環狀方向上以等距併排而設置，並在環狀方向上集中在一區域以使彼此靠近，俾利維修。
注入器51到53有不同長度，其末端(尖端開口)的氣體供應埠設於不同高度。例如，最短第一注入器51的末端設於將晶圓W支撐在晶舟25中之範圍的底層附近。又如，中間長度第二注入器52設於將晶圓W支撐在晶舟25中之範圍的中層的些微下方。再如，最長第三注入器53的末端設於介於將晶圓W支撐在晶舟25中之範圍的頂層與第二注入器52的末端之間。注入器51到53並不限於如圖1所示的配置，且其長度係依據實驗結果等而適當設定。
注入器51到53的近端延伸到凸緣22之外，並分別連接到氣體供應線61到63，即氣體供應管道。氣體供應線61的近端連接到氣體供應線61a與61b。氣體供應線62的近端連接到氣體供應線62a與62b。氣體供應線63的近端連接到氣體供應線63a與63b。氣體供應線61a、62a、63a連接到如單矽烷氣體(SiH4 氣體)之矽烷族氣體的供應源64。氣體供應線61b、62b、63b連接到如單鍺烷氣體(GeH4 氣體)之鍺烷族氣體的供應源65。在此實施例中，單鍺烷氣體是利用氫氣稀釋到10%的氣體。
供應單矽烷氣體的氣體供應線61a、62a、63a分別設有位於該等管線上的作為流量調節器的質流控制器M11到M13，以及閥V11到V13。供應單鍺烷氣體的氣體供應線61b、62b、63b分別設有位於該等管線上的質流控制器M21到M23，以及閥V21到V23。對於供應自注入器51到53之各混合氣體，其可彼此獨立地調整單矽烷氣體與單鍺烷氣體的流量。
再者，L形注入器54設置為在反應容器2底部延伸穿過凸緣22，並用以供應清潔氣體到反應容器2中。清潔氣體係用來移除在膜形成時產生並沉積在反應容器2內的反應生成物的副產物膜，其中，依不同膜形成的類型，副產物膜含有作為主成分(即50%以上)的SiGe或Si。注入器54末端(尖端開口)的氣體供應埠設於將晶圓W支撐在晶舟25中之範圍的底層附近。
注入器54的近端延伸到凸緣22之外，並連接到氣體供應線71。清潔氣體供應線71經過閥V5、質流控制器M5而連接到含鹵素氣體的供應源74。例如，氣體供應源74係用以供應如氟(F2 )氣體或氟化氫(HF)氣體的鹵素酸氣。在此實施例中，氟氣作為含鹵素氣體，而為了方便，圖1中將氣體供應源74繪示有F2 的符號。
再者，清潔氣體供應線71經過閥V3、質流控制器M3而連接到氫(H2 )氣體的供應源72。清潔氣體供應線71亦經過閥V4、質流控制器M4而連接到作為氧化氣體之一氧化二氮(N2 O)氣體的供應源73。氣體供應源72、73經過氣體混合器70而連接到清潔氣體供應線71，俾使氫氣與一氧化二氮在充分混合的狀態下供應入清潔氣體供應線71。再者，清潔氣體供應線71經過閥V6、質流控制器M6而連接到氮氣的供應源75。
據此，清潔氣體供應線71能選擇性地供應預定流量的氟氣、氫氣、一氧化二氮氣、氮氣。在此實施例中，氟氣與氮氣的混合物，或氟氣、氫氣、氮氣的混合物，係作為第一清潔氣體，用來蝕刻含有作為主成分之SiGe的副產物膜；至於氫氣與一氧化二氮氣體的混合物，係作為第二清潔氣體，用來移除殘留鍺(Ge)。
詳細而言，在垂直熱處理裝置1中，首先以熱製程形成SiGe膜，接著以熱製程形成不含Ge的膜，如Si膜。在該後者的熱製程之前，先用第一清潔氣體來蝕刻含有作為主成分之SiGe的副產物膜，並接著用第二清潔氣體來從反應容器2內移除殘留鍺(Ge)。
在此實施例中，第一與第二清潔氣體經過共通線71、注入器54而供應入反應容器2中。然而，第一與第二清潔氣體可各自經過專用的供應線與注入器而供應入反應容器2中。
再者，此垂直熱處理裝置1包括控制部8，其用以控制加熱器31、壓力控制機構42、氣體供應源64、65、72、73、74、75等的運作。控制部8包含電腦，其如包括CPU與儲存程式的儲存部。該程式包括一組用以控制垂直熱處理裝置1的步驟(指令)，以進行各種執行晶圓W上的膜形成與清潔製程容器2內部所需的操作。舉例而言，此程式儲存在如硬碟、光碟、磁性光碟或記憶卡的儲存媒體中，並從儲存媒體安裝到電腦上。
接著，茲說明上述垂直熱處理裝置1之使用方法的範例。首先，將預定數量的晶圓W放置、有間隔地堆疊在晶舟25上，接著利用晶舟升降機(未繪示)將晶舟25向上移動。此操作之後，將晶舟25載入反應容器2中，並將凸緣22的載入埠21以封蓋23關住(圖1繪示其狀態)。
接著，利用真空泵41，將反應容器2的內部透過排氣線抽成真空，且利用壓力控制機構42，將晶舟25所在之製程區調節成具有如10到130 Pa(133 Pa=1 Torr)的真空環境。再者，利用加熱器31加熱反應容器2，使製程區穩定在如300到650℃的製程溫度。接著，分別自供應源64、65供應單矽烷氣體、單鍺烷氣體，並由氣體供應線61到63、注入器51到53混合。接著，混合氣體分別從注入器51到53的末端供應埠供應到反應容器2內的製程區中(圖2A)。
注入器51到53設定有不同混合比例的製程氣體，即單矽烷氣體與單鍺烷。注入器51的混合比例設為：[單矽烷氣體]/[單鍺烷氣體]=1200 sccm/600 sccm。注入器52的混合比例設為：[單矽烷氣體]/[單鍺烷氣體]=300 sccm/190 sccm。注入器53的混合比例設為：[單矽烷氣體]/[單鍺烷氣體]=300 sccm/220 sccm。換言之，依據此實施例，若注入器供應埠的位置較高，便將混合氣體中單矽烷氣體相對於單鍺烷氣體的比例([單矽烷氣體]/[單鍺烷氣體])設定為較低。應注意到，如同上文，此實施例中的單鍺烷氣體是由氫氣稀釋到10%的單鍺烷氣體。
如此供應的單矽烷氣體及單鍺烷氣體在製程區中經熱分解後相互反應，藉此將SiGe膜(矽鍺膜)形成在晶圓W的表面上。在此膜形成期間，晶舟25由馬達M旋轉，俾使各晶圓W表面上形成均勻的SiGe膜。
應了解到，單鍺烷的活化能較低，其分解反應性因而較高。若僅將單鍺烷從底部供應到反應容器2中，晶舟25上半部的單鍺烷將會較少。據此，圖1所示的裝置採用了三個彼此高度不同的注入器51到53。因此，從注入器52與53所供應單鍺烷可彌補供應自較低注入器51之單鍺烷的不足。
單矽烷氣體與單鍺烷氣體係預先混合後，再經由注入器51到53供應進入反應容器2中，而非彼此分開供應。當單鍺烷供應到製程區時，其已經被單矽烷稀釋；單矽烷有較高的活化能，而因此有較低的分解反應性。在此範例中，利用單矽烷來防止單鍺烷造成過度分解反應(excessive decomposition reaction)。
在將SiGe沉積如此地執行一預定時間後，停止製程氣體的供應，將反應容器2的內部換成惰性氣體，如N2 氣體。接著，將晶舟25從反應容器2卸除。
在上述形成SiGe膜的期間，含有作為主成分(即50%以上)之SiGe的反應生成物沉積在各種元件(如反應容器2、晶舟25)之曝露於所供應之製程氣體環境中的表面上。反應生成物在這些元件的表面上形成副產物膜，並隨膜形成製程的重複執行而增加厚度。
在此實施例中，如同上述，對第一批晶圓執行形成SiGe膜的製程，而接著對第二批晶圓執行形成Si膜的製程。據此，在第一批與第二批晶圓製程之間，執行反應容器2的內部清潔，以防止Ge污染。
詳細而言，在形成SiGe膜的製程之後，將空置狀態(即其上未支撐任何晶圓W)的晶舟25載入已由N2 氣體沖淨的反應容器2中，並以封蓋23關閉載入埠21。接著，在持續將氣體從反應容器2內排出時，依序執行第一清潔製程與第二清潔製程。執行第一清潔製程，以蝕刻反應容器2內含有作為主成分之SiGe的副產物膜。執行第二清潔製程，以移除反應容器2內的殘留Ge。
在第一清潔製程中，反應容器2設定為其內的真空壓力為1064到199950 Pa之間，如13300 Pa，而溫度為200到400℃之間，如300℃。接著，將第一清潔氣體從清潔氣體供應線71供應入反應容器2中。舉例而言，第一清潔氣體係形成自2000 sccm的F2 氣體與8000 sccm的N2 氣體的混合氣體，或形成自2000 sccm的F2 氣體、2000 sccm的H2 氣體及8000 sccm的N2 氣體的混合氣體。
當第一清潔氣體供應到加熱的反應容器2中時，將混合氣體活化，藉此產生氟自由基。這些自由基會蝕刻、移除存在於反應容器2內表面上及反應容器內各種元件(如圖2B之晶舟25)的表面上的副產物膜。在蝕刻副產物膜如此執行一預定時間後，供應入反應容器2中的氣體便從第一清潔氣體改為N2 氣體，以完成第一清潔製程。
接著，在第二清潔製程中，將反應容器2減壓到其內部的真空壓力為13.3到931 Pa之間，較佳在13.3到133 Pa之間，如46.55 Pa，並加熱到其內部的溫度為750到950℃之間，如850℃。接著，將第二清潔氣體從清潔氣體供應線71供應入反應容器2中。舉例而言，第二清潔氣體係形成自1000 sccm的H2 氣體與1700 sccm的N2 O氣體的混合氣體，或形成自1700 sccm的H2 氣體與2000 sccm的N2 O氣體的混合氣體。
當第二清潔氣體供應入加熱的反應容器2中時，將混合氣體活化，藉此產生氫自由基與氧自由基。這些自由基會與反應容器2內的殘留Ge反應，並將其帶入氣體，藉此將其排放出反應容器2(圖2C)。在移除殘留Ge執行一預定時間(如5小時)後，供應入反應容器2中的氣體便從第二清潔氣體改為N2 氣體，以完成第二清潔製程。
接著，當空的晶舟25仍置放在反應容器2內時，將反應容器2內的壓力及溫度調整為Si膜形成的條件，如壓力為13.3到133 Pa之間，如26.6 Pa，而溫度為400到650℃之間，如620℃。接著，將源自供應源64的單矽烷氣體以如80 sccm的流量從注入器51到53供應入反應容器2，以執行預塗佈製程來以預塗佈膜(此實施例中為多晶矽膜)覆蓋反應容器2之內表面、晶舟25表面等(圖3A)。舉例而言，預塗佈製程執行100分鐘，形成1 μm的預塗佈膜。在第二清潔製程後如此執行預塗佈製程，俾使遺留在各元件表面上的微量金屬元素被預塗佈膜覆蓋住，因此便有可能防止欲形成之Si膜受到污染。
預塗佈製程結束之後，卸除晶舟25。詳細而言，將氮氣以預定的流量供應入反應管2，俾使反應容器2內的壓力回到環境壓力。接著，將封蓋23向下移，藉此將空的晶舟25從反應容器2中卸除。
接著，將欲形成Si生成物膜的另一批預定數量的晶圓W置放在晶舟25上，並以疊層方式間隔開，接著藉由晶舟升降機(未繪示)將晶舟25向上移。在此操作下，晶舟25載入了反應容器2，並用封蓋23將凸緣22的載入埠21關閉(其狀態繪示於圖1)。
接著，利用真空泵41，將反應容器2的內部經由排出線抽成真空，而藉由壓力控制機構42將反應容器2調整為具有真空環境。再者，利用加熱器31，將反應容器2內設有晶舟25之製程區穩定在製程溫度。接著，將源自供應源64的單矽烷氣體從注入器51到53供應入反應容器2內的製程區(圖3B)。
形成多晶矽膜作為Si生成物膜時，製程壓力設定為13.3到133 Pa之間，如26.6 Pa，而製程溫度設定為400到650℃之間，如620℃，且單矽烷氣體以如300 sccm的流量供應。形成非晶矽膜作為Si生成物膜時，製程壓力設定為13.3到266 Pa，如26.6 Pa，而製程溫度設定為300到570℃，如530℃，且單矽烷氣體以如200到1000 sccm的流量供應。
如此供應的單矽烷氣體在製程區中熱分解，而藉此Si膜(Si生成物膜)形成在晶圓W的表面上。在此膜形成期間，晶舟25由馬達M旋轉，俾使各晶圓W的表面上形成均勻的Si膜。
在Si沉積如此執行了一預定時間後，停止製程氣體的供應，而反應容器2的內部換成惰性氣體，如N2 氣體。接著，晶舟25從反應容器2卸除。
如參照圖2A到圖3B之描述，上述依據本發明實施例使用垂直熱處理裝備1的方法，用以依序執行SiGe形成製程、第一清潔製程、第二清潔製程、預塗佈製程、Si膜形成製程。在此順序中，多晶矽膜的預塗佈製程在如約620℃的溫度下執行，而SiGe膜形成製程在低於預塗佈製程的溫度下執行，如300到500℃之間的溫度。
舉例而言，在作為對照組的範例中，假設上述製程的進行順序有變動，使預塗佈製程在第一清潔製程之後進行，而在預塗佈製程與第一清潔製程之間不進行第二清潔製程。在此例中，同於前述，在反應容器2內溫度較低處，如載入埠附近，多晶矽膜會形成不足，使殘留Ge無法被充分覆蓋住。因此，在後續膜形成製程中所形成的Si膜，將會被遺留在這些位置上的Ge污染。
再者，在作為另一對照組的範例中，假設上述製程的進行順序有變動，使第二清潔製程在第一清潔製程之前執行。在此例中，沉積在反應容器2內之含有作為主成分之SiGe的副產物膜，會受到氧自由基的作用而氧化，藉此形成氧化物膜。如此形成的氧化物膜幾乎不會被第一清潔氣體所蝕刻，故蝕刻、移除副產物膜變得較困難。
依上述原因，較佳地根據參照圖2A到圖3B的說明來設定各製程的順序。
在上述實施例中，在第二清潔製程中使用N2 O氣體，作為移除殘留Ge的氣體。此乃因一般而言，形成Si膜之垂直熱處理裝置包括N2 O氣體的供應線，而N2 O氣體係用來在Si膜中摻雜O，作為使Si膜晶粒尺寸較小的雜質。然而，可用其他氣體來作為移除殘留Ge的氧化氣體，如氧氣、臭氧氣或其他氮氧化合物氣體(如NO或NO2 )。
《實驗》
在上述垂直熱處理裝置1中，根據上述實施例之本發明範例PE的使用方法，以及根據對照組範例CE1、CE2、CE3的使用方法，皆執行來證實該實施例的功效。本發明範例PE與對照組範例CE1、CE2、CE3的共通點在於，執行膜形成製程，在晶舟25上、下側所支撐之石英基板的表面上，形成厚度約5 μm的SiGe膜。在本發明範例PE中，依據以下說明的方式，在此膜形成製程之後，依參照圖2A、2B所描述的順序及條件，執行第一與第二清潔製程。在對照組範例CE1、CE2、CE3中，在此膜形成製程之後，依據以下所說明的方式，執行不同的製程。之後，測量遺留在基板上每單位面積的Ge原子數量[數量/cm2 ]。利用ICP-MS(電感耦合式電漿質譜儀)來測量Ge原子的數量。
對照組範例CE1
執行濕式清潔：將上面形成有SiGe膜的石英基板浸漬於氫氟酸與硝酸溶液中達數分鐘之久。
對照組範例CE2
執行塗佈：以厚度為1 μm的多晶矽膜覆蓋在石英基板的表面上。
對照組範例CE3
執行用來蝕刻SiGe膜的第一清潔製程約一小時之久：將第一清潔氣體(F2 +N2 )供應入容納有置放在晶舟25上之石英基板的反應容器2中。
本發明範例PE
如同對照組範例CE3般執行第一清潔製程；接著執行用來移除殘留Ge的第二清潔製程約五小時之久：將第二清潔氣體(H2 +N2 O)供應入容納有置放在晶舟25上之石英基板的反應容器2中。
《實驗結果》
圖4表示本發明範例PE、對照組範例CE1、CE2、CE3的實驗結果。圖4中，橫軸上的符號T代表支撐在晶舟25上側之基板的量測值，而符號B代表支撐在晶舟25下側之基板的量測值。縱軸代表所測出的Ge原子數量[數量/cm2 ]。
對照組範例CE1：濕式蝕刻
在晶舟25上、下側的基板所測出的Ge原子數量都大於1.0×1012 [數量/cm2 ]。據此，經過證實後發現，濕式清潔本身並無法充分移除Ge。再者，清潔容器中的清潔溶液會受到Ge污染。
對照組範例CE2：多晶矽膜塗佈
在晶舟25上側的基板所測出的Ge原子數量大於3.0×1012 [數量/cm2 ]，而從下側基板所測出的Ge原子數量大於1.0×1011 [數量/cm2 ]。據此，經過證實後發現，在仍有殘留Ge的狀態下執行預塗佈，很難達到預防Ge污染的功效。
對照組範例CE3：第一清潔製程
在晶舟25上、下側的基板所測出的Ge原子數量都約在1.0×1011 到2.0×1011 [數量/cm2 ]左右。據此，經過證實後發現，此範例亦未能充分達成移除Ge的功效。
本發明範例PE：第一與第二清潔製程
在晶舟25上、下側的基板所測出的Ge原子數量都在3.0×108 [數量/cm2 ]左右。此值接近ICP-MS測量範圍的下限，因此跟對照組範例比較起來，移除Ge的功效大為改善。詳細而言，經過證實後發現，本發明實施例的第一與第二清潔製程能有效防止Ge污染。
在該實施例中，所用的膜形成裝置是具有單管結構的批次型處理裝置。然而，舉例而言，本發明可應用到具有由內管與外管所形成之雙管式處理容器的批次型處理裝置。或者，本發明可應用到批次型水平處理裝置或單基板處理裝置。目標基板並不限於半導體晶圓W，其可為如LCD所用的玻璃基板。
本知識領域具有通常知識者能立即了解本發明之其他優點與變型。因此，本發明之廣義上並不限於在此說明的特定細節與實施例。據此，在隨附申請專利範圍及其均等所定義的本發明概念的精神與範圍內，可對本發明進行各種修正。
1．．．垂直熱處理設備
2．．．反應容器
3．．．爐
4．．．排氣埠
8．．．控制部
21．．．載入埠
22．．．凸緣
23．．．封蓋
24．．．轉軸
25．．．晶舟
26．．．支架
27．．．熱絕緣單元
31．．．加熱器
41‧‧‧真空泵
42‧‧‧壓力控制機構
51~54‧‧‧注入器
61~63‧‧‧氣體供應線
61a、61b、62a、62b、63a、63b、71‧‧‧氣體供應線
64、65、72、73、74、75‧‧‧供應源
70‧‧‧氣體混合器
M‧‧‧馬達
M3、M4、M5、M6、M11~M13、M21~M23‧‧‧質流控制器
V3、V4、V5、V6、V11~V13、V21~V23‧‧‧閥
W‧‧‧晶圓
隨附圖式繪示本發明的實施例，其與以上發明內容及實施方式的描述，用來說明本發明的原理。
圖1根據本發明實施例繪示垂直熱處理裝置(膜形成裝置)的剖面圖。
圖2A、2B、2C說明圖1所示裝置的使用方法。
圖3A、3B說明圖1所示裝置的使用方法。
圖4表示利用根據本發明實施例之裝置的使用方法來移除鍺的實驗結果。
1‧‧‧垂直熱處理設備
2‧‧‧反應容器
3‧‧‧爐
4‧‧‧排氣埠
8‧‧‧控制部
21‧‧‧載入埠
22‧‧‧凸緣
23‧‧‧封蓋
24‧‧‧轉軸
25‧‧‧晶舟
26‧‧‧支架
27‧‧‧熱絕緣單元
31‧‧‧加熱器
41‧‧‧真空泵
42‧‧‧壓力控制機構
51~54‧‧‧注入器
61~63‧‧‧氣體供應線
61a、61b、62a、62b、63a、63b、71‧‧‧氣體供應線
64、65、72、73、74、75‧‧‧供應源
70‧‧‧氣體混合器
M‧‧‧馬達
M3、M4、M5、M6、M11~M13、M21~M23‧‧‧質流控制器
V3、V4、V5、V6、V11~V13、V21~V23‧‧‧閥
W‧‧‧晶圓

Claims (12)

  1. 一種形成矽鍺膜之裝置的使用方法，包含：執行第一膜形成製程，以藉由對置放於反應容器內的產品目標物件進行化學氣相沉積，而形成矽鍺的第一生成物膜，在該第一膜形成製程中，將SiH4 氣體及GeH4 氣體供應入該反應容器中，並加熱該反應容器的內部，藉此活化該SiH4 氣體及該GeH4 氣體，其中該第一膜形成製程產生沉積在該反應容器內且含矽鍺的膜形成副產物；在該第一膜形成製程之後，執行第一清潔製程，以蝕刻該膜形成副產物，在該第一清潔製程中，從內部沒有置放產品目標物件的該反應容器內排氣，將含氟氣的第一清潔氣體供應入該反應容器中，以及加熱該反應容器的內部，藉此活化該第一清潔氣體，該第一清潔製程使用200到400℃之間的製程溫度，以及1064到199950Pa之間的製程壓力；在該第一清潔製程之後，執行第二清潔製程，以從該反應容器內移除殘留矽鍺，在該第二清潔製程中，從內部沒有置放產品目標物件的該反應容器內排氣，將含氧化氣體與氫氣的第二清潔氣體供應入該反應容器中，以及加熱該反應容器的內部，藉此活化該第二清潔氣體，其中該氧化氣體係選自於一組由氧氣、臭氧氣及氮氧化合物氣體所組成的群組，該第二清潔製程使用750到950℃之間的製程溫度，以及13.3到133Pa之間的製程壓力；在該第二清潔製程之後，執行預塗佈製程，以利用矽塗佈膜覆蓋該反應容器的內表面，在該預塗佈製程中，將該SiH4 氣體供應入內部沒有置放產品目標物件的該反應容器中，以及加熱該反應容器的內部，藉此活化該SiH4氣體；及在該預塗佈製程之後，執行第二膜形成製程，以藉由對置放於該反應容器內的產品目標物件進行化學氣相沉積，而形成矽膜的第二生成物膜，在該第二膜形成製程中，將該SiH4 氣體供應入該反應容器中，並加熱該反應容器的內部，藉此活化該SiH4 氣體。
  2. 如申請專利範圍第1項之形成矽鍺膜之裝置的使用方法，其中該預塗佈製程使用比該第一膜形成製程的製程溫度更高的製程溫度。
  3. 如申請專利範圍第1項之形成矽鍺膜之裝置的使用方法，其中該第二清潔氣體的氧化氣體是氮氧化合物氣體。
  4. 如申請專利範圍第1項之形成矽鍺膜之裝置的使用方法，其中該第一膜形成製程使用300到650℃之間的製程溫度，以及10到130Pa之間的製程壓力。
  5. 一種用以形成矽鍺膜之裝置的使用方法，該裝置包含反應容器，用以容納複數個在垂直方向間隔開來的目標物件，支撐構件，用以將該複數個目標物件支撐在該反應容器內，加熱器，設置於該反應容器周圍，並用以加熱該反應容器的內部，排氣系統，用以從該反應容器內排氣，氣體供應系統，用以將SiH4 氣體、GeH4 氣體、N2 O氣體及用來清潔該反應容器內部的氣體供應入該反應容器中，及控制部，用以控制該裝置的操作，該方法包含：執行第一膜形成製程，以藉由對置放於該反應容器內的產品目標物件進行化學氣相沉積，而形成矽鍺膜的第一生成物膜，在該第一膜形成製程中，將該SiH4 氣體、N2 O氣體及該GeH4 氣體供應入該反應容器中，並加熱該反應容器的內部，藉此活化該SiH4 氣體及該GeH4 氣體，其中該第一膜形成製程產生沉積在該反應容器內且含矽鍺的膜形成副產物；在該第一膜形成製程之後，執行第一清潔製程，以蝕刻該膜形成副產物，在該第一清潔製程中，從內部沒有置放產品目標物 件的該反應容器內排氣，將含氟及氫的第一清潔氣體供應入該反應容器中，以及加熱該反應容器的內部，藉此活化該第一清潔氣體，該第一清潔製程使用200到400℃之間的製程溫度，以及1064到199950Pa之間的製程壓力；在該第一清潔製程之後，執行第二清潔製程，以從該反應容器內移除殘留鍺，在該第二清潔製程中，從內部沒有置放產品目標物件的該反應容器內排氣，將含氧化氣體與氫氣的第二清潔氣體供應入該反應容器中，以及加熱該反應容器的內部，藉此活化該第二清潔氣體，其中該氧化氣體係該N2 O氣體，該第二清潔製程使用750到950℃之間的製程溫度，以及13.3到133Pa之間的製程壓力；在該第二清潔製程之後，執行預塗佈製程，以利用矽塗佈膜覆蓋該反應容器的內表面，在該預塗佈製程中，將該SiH4 氣體供應入內部沒有置放產品目標物件的該反應容器中，以及加熱該反應容器的內部，藉此活化該SiH4 氣體；及在該預塗佈製程之後，執行第二膜形成製程，以藉由對置放於該反應容器內的產品目標物件進行化學氣相沉積，而形成矽鍺的第二生成物膜，在第二膜形成製程中，將該SiH4 氣體供應入該反應容器中，加熱該反應容器的內部，藉此活化該SiH4 氣體，並使用該N2 O氣體在該矽膜摻雜O作為雜質，以使該矽膜的晶粒尺寸較小。
  6. 如申請專利範圍第5項之用以形成矽鍺膜之裝置的使用方法，其中該預塗佈製程使用比該第一膜形成製程的製程溫度更高的製程溫度。
  7. 如申請專利範圍第5項之用以形成矽鍺膜之裝置的使用方法，其中該第一膜形成製程使用300到650℃之間的製程溫度，以及10到130Pa之間的製程壓力。
  8. 如申請專利範圍第5項之用以形成矽鍺膜之裝置的使用方法，其中該第二膜形成製程使用400到650℃之間的製程溫度，以及13.3到133Pa之間的製程壓力。
  9. 如申請專利範圍第1項之形成矽鍺膜之裝置的使用方法，其中該第二清潔氣體的氧化氣體是N2 O氣體。
  10. 如申請專利範圍第9項之形成矽鍺膜之裝置的使用方法，其中該第二膜形成製程包含使用該N2 O氣體在該矽膜中摻雜O作為雜質，以使該矽膜的晶粒尺寸較小。
  11. 一種熱處理裝置的操作方法，該熱處理裝置用以對支撐在支座且載入於周圍設有加熱器之反應容器內的目標物件熱處理，該方法包含：將該目標物件載入該反應容器中，將製程氣體供應入該反應容器中，以及利用該加熱器加熱該反應容器，以在該目標物件形成矽鍺膜；而後從該反應容器卸除該目標物件，將含氟氣的清潔氣體供應入該反應容器中，以從該反應容器內移除形成該膜時在該反應容器內形成的膜；而後將氧化氣體與氫氣供應入該反應容器中，以及加熱該反應容器，藉此活化該氧化氣體與氫氣，並藉由該活化的氧化氣體與氫氣移除出現在該反應容器內的鍺，其中該氧化氣體係選自於一組由氧氣、臭氧氣及氮氧化合物氣體所組成的群組；及而後將目標物件載入該反應容器的內部，將製程氣體供應入該反應容器中，以及利用該加熱裝置加熱該反應容器，以在該目標物件形成另一以鍺為污染物之膜。
  12. 如申請專利範圍第11項之熱處理裝置的操作方法，其中該以鍺為污染物之膜係矽膜。
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