整合式外延与预清洁系统的制作方法

1.本公开内容的实施方式大体而言涉及用于清洁基板的表面的设备及方法。更特定而言，本文所公开的实施方式涉及一种用于清洁基板表面并随后在该基板表面上执行外延沉积处理的整合基板处理系统。


背景技术：

2.集成电路形成于硅基板和其他半导体基板之中和之上。在单晶硅的情况下，通过从熔融硅浴中生长晶锭，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，以形成可掺杂或未掺杂的无缺陷硅层。诸如晶体管的半导体元件可以由外延硅层制造。所形成的外延硅层的电特性通常比单晶硅基板的特性更好。
3.当暴露于典型的基板制造设施环境条件时，单晶硅和外延硅层的表面易受污染。例如，由于基板的搬运和/或暴露于基板处理设施中的周围环境，在沉积外延层之前，在单晶硅表面上可能形成天然氧化物层。此外，周围环境中存在的外来污染物(诸如碳和氧物质)可能沉积在单晶表面上。单晶硅表面上的天然氧化物层或污染物的存在负面地影响随后在单晶表面上形成的外延层的品质。传统预清洁处理往往在一个或多个独立的真空处理腔室中进行，这可能增加基板搬运时间以及基板暴露于周围环境的机会。
4.因此，本领域中需要提供一种使基板搬运时间和暴露于周围环境最小化的用于在执行外延沉积处理之前清洁基板表面的改进基板处理系统。


技术实现要素：

5.本公开内容描述了一种处理系统，该处理系统包括膜形成腔室、耦接至膜形成腔室的传送腔室、以及耦接至传送腔室的氧化物移除腔室，该氧化物移除腔室具有基板支撑件。该处理系统包括控制器，该控制器被配置为将处理气体混合物引入氧化物移除腔室，该处理气体混合物包含含氟气体和蒸气，该蒸气包含水、醇、有机酸或其组合中的至少一者。控制器被配置为将定位在基板支撑件上的基板暴露于处理气体混合物，从而从基板移除氧化物膜。
6.本文也描述了一种处理基板的方法，该方法包括通过将设置在第一处理腔室中的基板暴露于处理气体混合物来从该基板移除氧化物，该气体混合物包含含氟气体和蒸气，该蒸气包含水、醇、有机酸或其组合中的至少一者。该方法包括在真空或惰性环境下将基板从第一处理腔室传送至第二处理腔室，以及在设置在第二处理腔室中的基板上形成膜。
7.本文也描述了一种处理系统，该处理系统包括膜形成腔室、耦接至膜形成腔室的第一传送腔室、耦接至该第一传送腔室的中转站(pass-through station)、耦接至该中转站的第二传送腔室、耦接至第二传送腔室的第一氧化物移除腔室、以及耦接至该第一氧化物移除腔室的装载锁定腔室。该第一氧化物移除腔室、该第二传送腔室、该中转站、该第一传送腔室和该成膜腔室维持在真空或惰性环境下。该第一氧化物移除腔室包括第一基板支撑件。该系统包括储存指令的计算机可读取介质，当由处理系统的处理器执行这些指令时，
使得该系统通过将第一基板暴露于处理气体混合物来从设置在第一氧化物移除腔室中的第一基板移除氧化物，该处理气体混合物包含含氟气体和蒸气，该蒸气包含水、醇、有机酸或其组合中的至少一者。
附图说明
8.通过参考附图中描绘的本公开内容的说明性实施方式，可以理解上面简要总结并且下面更详细论述的本公开内容的实施方式。然而，应当注意的是，附图仅图示了本公开内容的典型实施方式，因此不应被认为是对其范围的限制，因为本公开内容可以允许其他同等有效的实施方式。
9.图1图示了根据某些实施方式的处理方法。
10.图2是根据某些实施方式的用于执行图1的清洁处理中的至少一些清洁处理的处理腔室的剖视图。
11.图3图示了根据某些实施方式的用于执行外延沉积处理的处理腔室的示意性剖视图。
12.图4图示了用于执行如本文所述的清洁和沉积处理的例示性整合真空处理系统。
13.为了促进理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示附图中共用的元件。附图不是按比例绘制的，并且为了清楚起见可以简化。预期一个实施方式的元件和特征可以有益地结合到其他实施方式中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
14.本文所公开的实施方式涉及一种用于清洁基板表面并随后在该基板表面上执行外延沉积处理的整合基板处理系统。
15.本文所公开的某些实施方案通过将基板暴露于含氟气体与包含水、醇和/或有机酸的蒸气的混合物来提供表面氧化物移除。本文所公开的气相混合物避免了固体副产物的形成，这些固体副产物是与包含氨(nh3)的传统处理气体混合物反应的特征。例如，含氟处理气体中nh3的存在导致了固体铵盐(例如，(nh4)2sif6或氟硅酸铵)的形成。氟硅酸铵形成了固体晶体，这些固体晶体沉积在基板表面上形成的特征内。设计了整合系统，在该整合系统中基板维持在真空或惰性环境下，以减少或防止基板表面上诸如氧化硅(例如，sio2)的自然氧化物的生长。然而，传统处理气体形成的固体晶体抵消了使用此类系统应获得的大部分效率增益。有利地，本文所公开的某些实施方式提供了表面氧化物移除，而不形成固体副产物(诸如盐)。
16.从基板表面上形成的特征内移除固体副产物可能需要热处理(例如，加热以分解盐晶体)，这增加了处理时间和处理复杂性。对于较小的特征大小(例如，具有约25nm或更小，诸如约10nm至约25nm的临界尺寸，或具有约25或更小，诸如约10至约25的深宽比(即，深度与宽度之比))，移除固体副产物提出了甚至更大的挑战，这可能无法使用传统技术来解决。本文所公开的处理气体混合物能够完全避免固体副产物的形成，这避免了热处理的需要并提高了清洁效率和生产量。
17.当与具有或不具有等离子体形成的常规含氟和含氨处理气体相比时，本文所公开的某些处理气体混合物和处理参数与其他材料(诸如低介电常数介电材料、硅、硅锗和氮化
硅(例如，sin)等)相比改进了蚀刻选择性，以增强天然氧化物的移除。
18.图1图示了根据某些实施方式的处理方法100。在活动102处，使用清洁处理从半导体基板的表面移除氧化物。活动102处的氧化物移除也可称为“预清洁”或“蚀刻”。基板可以包含含硅材料，并且表面可以包含诸如硅(si)、锗(ge)或硅锗合金(sige)的材料。在一些示例中，si、ge或sige表面可具有设置于其上的氧化物层(诸如天然氧化物层)以及污染物。由于外延沉积处理对氧化物和污染物(诸如含碳污染物)的敏感性，由暴露在清洁腔室环境中几个小时所导致的表面污染可能变得严重到足以使得累积的氧化物和污染物影响随后形成的外延层的品质。
19.可通过执行氧化物移除处理和污染物移除处理来清洁基板表面。在一个示例中，使用清洁处理从基板表面移除氧化物(活动102)，并且使用还原处理从基板表面移除污染物(诸如含碳污染物)。清洁处理可以包括蒸气。在一些示例中，可以在不形成等离子体和/或不将基板暴露于自由基或自由基物质的情况下执行清洁处理。在一些示例中，处理气体可以不含氨。处理气体可以包括与蒸气混合的含氟气体。在一些示例中，处理气体可以进一步包含一种或多种净化气体或载气(例如，氢气、氦气和/或氩气)。
20.在一些示例中，含氟气体可包括氟化氢(例如，hf)、无水氟化氢、氟(f2)、氟化氮(例如，三氟化氮(nf3))、氟化碳(例如，四氟化碳(cf4)、六氟乙烷(c2f6)、三氟甲烷(chf3)、二氟甲烷(ch2f2)、八氟丙烷(c3f8)、八氟环丁烷(c4f8)、八氟[1-]丁烷(c4f8)、八氟[2-]丁烷(c4f8)、或八氟异丁烯(c4f8))、氟化硫(例如，六氟化硫(sf6))，或上述的组合。在一些示例中，对于300mm的基板，含氟气体的流量可以是约50sccm至约500sccm。在一些示例中，处理腔室内(例如，与基板表面接触)的含氟气体的浓度可以是包括任何其他成分(例如，载气或净化气体)的总处理气体混合物的约5％wt/wt至约75％wt/wt。
[0021]
在一些示例中，蒸气可包含水(例如，蒸馏水)、一级醇(例如，甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、或异丁醇)、二级醇(例如，异丙醇或二级丁醇)、三级醇(例如，三级丁醇)、环醇(例如，环己醇)、复合醇(例如，4-乙基-3-己醇)、c1醇、c2醇、c3醇、c1-c2醇、c1-c3醇、c1-c4醇、有机酸或其组合。在一些示例中，蒸气可以增加含氟气体与表面氧化物之间的反应速率。在一些示例中，与较高碳数的醇相比，较低碳数的醇可以更大程度地提高反应速率(例如，相对反应速率可以是c1醇》c2醇》c3醇)。在一些示例中，对于300mm的基板，蒸气的流量可以是约5sccm至约500sccm。在一些示例中，含氟气体与蒸气的流量比可以是约10:1至约1:10。在一些示例中，蒸气的浓度可以是包含任何其他组分(例如，载气或净化气体)的总处理气体混合物的约5wt/wt至约75wt/wt。
[0022]
在操作中，含氟气体可与蒸气混合，以充入处理腔室。在一些其他示例中，气体可以经由不同的路径(即，单独地)提供至处理腔室，并且在到达处理腔室之后且接触基板之前混合。气体的混合可以与其中设置有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”可指通过一个或多个腔室部件或者甚至在混合腔室与基板处理腔室之间的导管与基板处理区域分离的混合区域。在一些示例中，处理温度可指处理腔室内的混合处理气体的温度(例如，与基板表面接触的混合处理气体的温度)，可以是约0℃或更低，诸如约-50℃至约40℃。在一些示例中，处理腔室内的压力可以在约0.5托至约20托的范围内。
[0023]
预清洁处理对氧化物层具有很大的保形性和选择性，并且因此不容易蚀刻硅(例如，低介电常数间隔件或其他介电材料)、锗或氮化物层，无论这些层是非晶、结晶还是多晶
的。处理气体对氧化物与硅或锗相比的选择性为至少约3:1，诸如约5:1或更大，诸如约10:1或更大。与氮化物相比，处理气体对氧化物的选择性也很高。处理气体与氮化物相比的选择性为至少约3:1，例如约5:1或更大，诸如约10:1或更大。
[0024]
在一些实施方式中，在预清洁处理期间或在执行预清洁处理之后，可将热能施加至被处理的基板，以帮助移除任何产生的副产物。在一些实施方式中，热能是经由辐射、对流和/或传导热传递处理提供的，该处理导致基板表面上发现的不想要的副产物升华。
[0025]
在可选活动104处，可通过从基板的表面移除碳污染物来执行第二清洁处理。尽管活动104被图示在活动102之后，但是在一些其他示例中，活动104可以在活动102之前。该清洁处理可以包括在等离子体清洁腔室中进行的等离子体处理。等离子体处理可以使用由包括氢气(h2)、氦气(he)、氨气(nh3)、含氟气体或其组合的气体形成的等离子体。等离子体可以是电感或电容耦合的，该等离子体可以由处理腔室中的微波源形成，或者等离子体可以由远程等离子体源形成。
[0026]
在活动106处，在基板的表面上形成外延层。如上所述，如果预先清洁，则基板的表面均匀无氧化物和污染物，这提高了随后在基板的表面上形成的层的品质。例示性外延处理可以是在低于约800℃，例如约450℃至约650℃的温度下执行的选择性外延处理。外延层可以使用高温化学气相沉积(chemical vapor deposition,cvd)处理形成。外延层可以是结晶硅、锗或硅锗，或者任何合适的半导体材料，诸如第iii-v族化合物或第ii-vi族化合物。在一个例示性的热cvd处理中，使用诸如氯硅烷sih
x
cl
4-x
(单氯硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷)、硅烷si
xh2x+2
(硅烷、乙硅烷、丙硅烷等)、锗烷ge
xh2x+2
(锗烷、二锗烷等)、氯化氢hcl、氯气(cl2)或其组合的处理气体来形成外延层。处理温度低于800℃，诸如约300℃至约600℃，例如约450℃，并且处理压力在约5托至约600托的范围内。可用于执行外延沉积处理的例示性处理腔室是centuratm外延腔室，其可从加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司(applied materials,inc.,of santa clara,california)获得。也可以使用来自其他制造商的腔室。
[0027]
活动102、104和106可在一个处理系统中执行，该处理系统为诸如在图4中所示并在下文中进一步描述的处理系统。在执行106的层形成处理之前，也可以在处理102与104之间或之后执行可选的热处理，以移除任何残留的副产物或污染物，并使表面退火以移除任何表面缺陷。此种退火可以在氢气氛下执行，该氢气氛可选地包含诸如氩或氦的惰性气体，并且可以在约400℃至约800℃的温度和约1托至约300托的压力下执行。
[0028]
图2是处理腔室200的剖视图，处理腔室200适于执行活动102的清洁处理中的至少一些清洁处理，并因此被配置为从基板的表面移除污染物，诸如氧化物。
[0029]
处理腔室200尤其可用于执行气相清洁处理。处理腔室200通常包括腔室主体202、盖组件204和支撑组件206。盖组件204设置在腔室主体202的上端处，并且支撑组件206至少部分地设置在腔室主体202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208，真空泵208耦接至设置在腔室主体202中的真空端口210。
[0030]
盖组件204包括多个堆叠部件，该多个堆叠部件被配置为向腔室200内的处理区域212提供气体。盖组件204连接至第一气体源214和第二气体源216。来自第一气体源214和第二气体源216的气体经由气体端口218被引入到盖组件204。在一些示例中，第一气体源214可提供处理气体的至少第一部分(例如，上文关于图1的活动102所述的处理气体的含氟组
分)。在一些示例中，第二气体源216可提供处理气体的第二部分(例如，上文关于图1的活动102所述的处理气体的蒸气组分)。在一些示例中，一种或多种净化气体或载气也可以从第一气体源214、第二气体源216或从另一气体源输送至处理区域212。
[0031]
盖组件204通常包括第一板220、位于第一板220下方的第二板222、以及位于第二板222下方且位于处理区域212上方的喷淋头224。第一板220、第二板222和喷淋头224中的每一者都包括穿过其形成并连接每个相应部件上方和下方的气体区域的多个孔隙。因此，经由气体端口218引入到盖组件204的气体依次流过盖组件204的每个部件。在图2所示的示例中，喷淋头224是具有第一组通道228和第二组通道230的双通道喷淋头。双通道喷淋头可特别有利于改善来自第一气体源214和第二气体源216的不同气体的混合。
[0032]
支撑组件206(也称为“基座”)包括基板支撑件232，以在处理期间在基板支撑件232上支撑基板。基板支撑件232具有平坦的或基本上平坦的基板支撑表面。如图所示，基板支撑件232包括两个独立的温度控制区(称为“双区”)，以控制基板温度，从而实现中心至边缘的处理均匀性和调谐。在图2所示的示例中，基板支撑件232具有内部区域232i和围绕内部区域232i的外部区域232o。在一些其他示例中，基板支撑件232可以具有多于两个的独立的温度控制区域(称为“多区域”)。
[0033]
基板支撑件232通过杆236耦接至致动器234，杆236延伸穿过形成于腔室主体202的底部中的中央定位开口。致动器234通过波纹管238柔性地密封至腔室主体202，波纹管238防止杆236周围的真空泄漏。致动器234允许基板支撑件232在腔室主体202内在处理位置与装载位置之间竖直移动。装载位置略低于形成在腔室主体202的侧壁中的基板开口240。
[0034]
处理腔室200也包括用于降低待处理的基板温度的超低温套件242，超低温套件242可提高与其他材料(例如低介电常数介电材料和氮化硅(例如，sin)等)相比的氧化物移除(例如，自然氧化物移除)选择性。在一些示例中，待处理的基板的温度和/或基板支撑件232的温度可以降低到约-30℃至约10℃。超低温套件242向基板支撑件232提供连续的超低温冷却剂流，此将基板支撑件232冷却至期望的温度。在一些示例中，超低温冷却剂可以包括全氟化的惰性聚醚流体(例如，流体)。在图2所示的示例中，分别经由内部冷却剂通道244i和外部冷却剂通道244o将超低温冷却剂提供给基板支撑件232的内部区域232i和外部区域232o。冷却剂通道示意性地绘制在图2中，并且可以具有与所示不同的布置。例如，每个冷却剂通道可以是环路的形式。
[0035]
系统控制器250(诸如可编程计算机)耦接至处理腔室200，以用于控制处理腔室200或其部件。例如，系统控制器250可以使用支撑组件206、真空泵208、第一气体源214、第二气体源216、致动器234和/或超低温套件242的直接控制或使用与上述部件相关联的其他控制器的间接控制来控制处理腔室200的操作。在操作中，系统控制器250使得能够从相应部件进行数据收集和反馈，以协调处理腔室200中的处理。
[0036]
系统控制器250包括可编程中央处理单元(central processing unit,cpu)252，cpu 252可与存储器254(例如，非易失性存储器)和支持电路256一起操作。支持电路256通常耦接至cpu 252，并且包括耦接至处理腔室200的各种部件的高速缓存、时钟电路、输入/输出子系统、电源等及其组合。
[0037]
在一些实施方式中，cpu 252为工业环境中使用的用于控制各种监测系统部件和
子处理器的任何形式的通用计算机处理器中的一者，诸如可编程逻辑控制器(programmable logic controller,plc)。耦接至cpu 252的存储器254是非暂时性的，并且通常是易获得的存储器(诸如随机存取存储器(random access memory,ram)、只读存储器(read only memory,rom))、软盘驱动器、硬盘或任何其他形式的本端或远端数字储存装置中的一者或多者。
[0038]
在本文中，存储器254是包含指令的计算机可读取储存介质(例如，非易失性存储器)的形式，当由cpu 252执行这些指令时促进处理腔室200的操作。存储器254中的指令是程序产品的形式，诸如实施本公开内容的方法的程序(例如，中介软件应用程序、设备软件应用程序等)。程序代码可以符合多种不同编程语言中的任何一者。在一个示例中，本公开内容可以被实施为储存在计算机可读取储存介质上以供计算机系统使用的程序产品。程序产品的程序定义了各实施方式(包括本文所述的方法)的功能。
[0039]
说明性的计算机可读取储存介质包括但不限于：(i)其上永久地储存信息的不可写入的储存介质(例如，计算机内的只存储器装置，诸如可由cd-rom驱动器读取的cd-rom光盘、闪存存储器、rom芯片、或任何类型的固态非易失性半导体存储器)；以及(ii)其上储存可变信息的可写入的储存介质(例如，软盘驱动器这两个的软盘或硬盘驱动器或任何类型的固态随机存取半导体存储器)。此类计算机可读取储存介质，当携带指导本文所述的方法的功能的计算机可读取指令时，是本公开内容的实施方式。
[0040]
图3图示了根据某些实施方式的用于执行外延沉积处理的处理腔室300的示意性剖视图。处理腔室300可用于处理一个或多个基板，包括在基板325的上表面上沉积材料。处理腔室300包括辐射加热灯302的阵列，用于加热设置在处理腔室300内的基板支撑件306的背侧304以及其他部件。基板支撑件306可以是如图所示的盘状基板支撑件306，或者可以是环状基板支撑件(具有中心开口)，其从基板的边缘支撑基板，以促进将基板暴露于灯302的热辐射。
[0041]
基板支撑件306定位在处理腔室300内位于上圆顶328与下圆顶314之间。上圆顶328、下圆顶314和设置在上圆顶328与下圆顶314之间的基座环336通常限定处理腔室300的内部区域。基板325(未按比例)穿过装载端口被传送到处理腔室300中并被定位到基板支撑件306上。
[0042]
基板支撑件306由中央杆332支撑，中央杆332在装载和卸载期间，且在一些情况下在基板325的处理期间，在竖直方向334上移动基板325。在图3中，基板支撑件306被图示为处于升高的处理位置，但是可以由耦接至中央杆332的致动器竖直地移动到处理位置下方的装载位置。当降低到处理位置下方时，升降销可以接触基板325并将基板325从基板支撑件306升起。机器人然后可以穿过装载端口进入处理腔室300以接合基板325并从该处理腔室移除基板325。然后，基板支撑件306可以被竖直地致动到处理位置，以将基板325以器件侧316朝上地放置在基板支撑件306的前侧310上。
[0043]
在基板支撑件306位于处理位置中时，基板支撑件306将处理腔室300的内部容积分成位于基板325上方的处理气体区域356和位于基板支撑件306下方的净化气体区域358。基板支撑件306在处理期间由中央杆332旋转，以最小化处理腔室300内的热和处理气体流空间异常的影响，并由此促进基板325的均匀处理。基板支撑件306可由碳化硅或涂覆有碳化硅的石墨形成，以吸收来自灯302的辐射能量并将辐射能量传导至基板325。
[0044]
通常，上圆顶328的中央窗口部分和下圆顶314的底部由光学透明材料(诸如石英)形成。上圆顶328的厚度和弯曲度可以被配置为提供更平坦的几何形状，以用于处理腔室中的均匀的流动均匀性。
[0045]
灯302的阵列围绕中央杆332以预定方式设置为邻近下圆顶314并位于下圆顶314下方，以独立地控制基板325的各区域在处理气体经过时的温度，这促进了将材料沉积到基板325的上表面上。虽然在此没有详细论述，但是在一些示例中，所沉积的材料可以包括砷化镓、氮化镓或氮化铝镓。在一些示例中，诸如灯302的辐射加热灯的阵列可以设置在上圆顶328上方。
[0046]
灯302包括灯泡，这些灯泡被配置为将基板325加热至约200摄氏度至约1600摄氏度范围内的温度。每个灯302耦接至配电板，经由该配电板向灯供电。灯302位于灯头345内，灯头345可在处理期间或之后被冷却，例如通过引入位于灯302之间的通道349内的冷却流体进行冷却。部分地由于灯头345非常靠近下圆顶314，灯头345传导地并辐射地冷却下圆顶314。灯头345也可以冷却灯壁和围绕灯的反射器壁。在一些示例中，下圆顶314可以经由对流冷却。取决于应用，灯头345可以接触或不接触下圆顶314。
[0047]
圆形护罩367设置为围绕基板支撑件306，并被衬垫组件363围绕。护罩367防止或最小化热/光噪声从灯302泄漏到基板325的器件侧316，与此同时为处理气体提供预热区。护罩367可由cvd sic、涂覆有sic的烧结石墨、生长sic、不透明石英、经涂覆的石英、或另一类似的能够抵抗处理和净化气体的化学分解的合适材料制成。
[0048]
衬垫组件363的尺寸被设计为适于嵌套在基座圈336的内圆周内或被基座圈336的内圆周包围。衬垫组件363将处理容积(即，处理气体区域356和净化气体区域358)与处理腔室300的金属壁屏蔽开，该金属壁可能与前驱物反应并导致处理容积中的污染。虽然衬垫组件363被图示为单个主体，但是衬垫组件363可以包括一个或多个具有不同构造的衬垫。
[0049]
光学高温计318可用于温度测量和控制。在所图示的示例中，光学高温计318位于上圆顶328上方，以用于测量基板325的器件侧316的温度。这种定位提供了对从基板支撑件306传导热量的基板325的辐射感测，其中来自灯302的最小背景辐射直接到达光学高温计318。在一些其他示例中，光学高温计可以位于基板支撑件306的背侧304下方，以用于测量背侧304上的温度。
[0050]
反射器322位于上圆顶328外部，以将从基板325辐射离开的光反射回基板325上。使用夹紧环330将反射器322紧固到上圆顶328上。反射器322可以由诸如铝或不锈钢的金属形成。反射效率可以通过利用诸如金的高反射涂层涂覆反射器区域来提高。反射器322具有一对连接至冷却源的通道326。通道326连接至形成在反射器322的一侧上的通路，以用于冷却反射器322。该通路可以承载诸如水的流体流，并且可以以覆盖反射器322的一部分或整个表面的任何期望的图案沿着反射器322的侧面水平延伸。
[0051]
从处理气体供应源372供应的处理气体穿过形成在基座环336的侧壁中的处理气体入口374被引入处理气体区域356中。处理气体入口374被配置为在大致径向向内的方向上引导处理气体。在膜形成处理期间，基板支撑件306可位于处理位置中，该处理位置邻近处理气体入口374并处于与处理气体入口374大致相同的高度，从而允许处理气体以层流的方式在基板325的上表面上沿着流动路径373向上和向周围流动。处理气体通过位于处理腔室300的与处理气体入口374相对的一侧上的气体出口378离开处理气体区域356(沿着流动
路径375)。通过耦接至气体出口378的真空泵380可以促进通过气体出口378移除处理气体。处理气体入口374和气体出口378彼此对准，并且设置在大致相同的高度(例如，共面)。当与较平坦的上圆顶328组合时，这种对准能够实现基板325上大致平坦、均匀的气流。通过经由基板支撑件306旋转基板325可以提供进一步的径向均匀性。
[0052]
净化气体可从净化气体源362通过形成在基座环336的侧壁中的净化气体入口364(或通过处理气体入口374)供应至净化气体区域358。净化气体入口364设置在处理气体入口374下方的高度处。圆形护罩367设置在处理气体入口374与净化气体入口364之间。在一些示例中，预热环可以设置在处理气体入口374与净化气体入口364之间。净化气体入口364被配置为在大致径向向内的方向上引导净化气体。在膜形成处理期间，基板支撑件306可位于使得净化气体以层流的方式在基板支撑件306的背侧304上沿着流动路径365向下并向周围流动的位置处。净化气体的流动可防止或显著减少处理气体流入净化气体区域358，或减少处理气体扩散进入净化气体区域358(即，基板支撑件306下方的区域)。净化气体离开净化气体区域358(沿着流动路径366)并通过气体出口378排出处理腔室，气体出口378位于处理腔室300的与净化气体入口364相对的一侧上。在一些示例中，控制器(例如，图2所示的控制器250或另一类似的控制器)可以耦接至处理腔室300，以用于控制处理腔室300或其部件。
[0053]
图4图示了根据某些实施方式的例示性整合真空处理系统400，整合真空处理系统400可用于完成图1所示的处理序列100。真空处理系统400具有与周围环境隔离的内部容积。如图4所示，多个处理腔室402a、402b、402c、402d耦接到第一传送腔室404。处理腔室402a至402d可用于执行任何与基板相关的处理，诸如退火、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。在一个示例中，处理腔室402a可以是膜形成腔室，诸如气相外延沉积腔室，例如可从加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司获得的能够形成结晶硅或硅锗的外延腔室。在一些示例中，处理腔室402a可以是外延沉积腔室，诸如图3中所述的处理腔室300。
[0054]
处理腔室402b可以是快速热处理(rtp)腔室。处理腔室402c可以是等离子体蚀刻腔室或等离子体清洁腔室。处理腔室402d可以是脱气腔室。第一传送腔室404也耦接至至少一个过渡站，例如一对中转站406、408。中转站406、408维持真空或惰性环境条件，同时允许基板在第一传送腔室404与第二传送腔室410之间传送。第一传送腔室404可以具有机器人基板搬运机构，以用于在中转站406、408与处理腔室402a至402d中的任何处理腔室之间传送基板。在图4中，处理腔室402a至402d被图示为以特定顺序配置，但是处理腔室402a至402d可以任何期望的顺序配置。
[0055]
中转站406、408的一个端耦接至第二传送腔室410。因此，第一传送腔室404和第二传送腔室410由中转站406、408分开和连接。第二传送腔室410耦接至第一预清洁腔室414和第二预清洁腔室416，第一预清洁腔室414和第二预清洁腔室416中的每一者可以是氧化物移除腔室，诸如图2所述的处理腔室200，该处理腔室适于执行用于从基板的表面移除氧化物的活动102的处理中的至少一些处理。在一个示例中，第一预清洁腔室414和第二预清洁腔室416中的每一者可以是可从加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司获得siconi
tm
或selectra
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腔室。
[0056]
在一个示例中，至少一个过渡站，例如中转站406、408中的一者，可以是等离子体
清洁腔室。或者，等离子体清洁腔室可以耦接至中转站406、408中的一者，以用于从基板表面移除污染物。因此，处理系统400可以具有等离子体清洁腔室，该等离子体清洁腔室是中转站406、408中的一者或连接至这些中转站中的一者。等离子体清洁腔室可适于执行用于从基板表面移除污染物的活动102的处理中的至少一些处理。在一个示例中，等离子体清洁腔室可以耦接至中转站406和408。
[0057]
第二传送腔室410也可具有机器人基板搬运机构，以用于在一组装载锁定腔室412与第一预清洁腔室414或第二预清洁腔室416之间传送基板。工厂接口420通过装载锁定腔室412连接至第二传送腔室410。工厂接口420耦接至装载锁定腔室412的相对侧上的一个或多个舱430。舱430可以是前开式标准舱(front opening unified pod,foup)，这些foup可从清洁室进入。
[0058]
虽然图示了两个传送腔室，但可考虑省略传送腔室中的任何一个传送腔室。在省略了第二传送腔室410的一个示例中，第一预清洁腔室414和第二预清洁腔室416可以设置为位于第一传送腔室404内或在当前图示为由中转站406和408占据的位置处耦接至第一传送腔室404。第一传送腔室404可以耦接至一个或多个能够形成结晶硅或硅锗的处理腔室，诸如外延腔室，例如可从加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司获得的centura
tm
外延腔室。或者，可以省略第一传送腔室404，并且第二传送腔室410可以被配置为耦接至一个或多个能够形成结晶硅或硅锗的处理腔室。
[0059]
在操作中，从舱430中一次移除一个基板，并将该基板传送至真空处理系统400。每个基板最初被移动通过耦接至舱430的工厂接口420并被放置在装载锁定腔室412中的一个装载锁定腔室中。第二传送腔室410内的机器人传送机构一次一个地将基板从装载锁定腔室412传送到第一预清洁腔室414或第二预清洁腔室416，在第一预清洁腔室414或第二预清洁腔室416中执行清洁处理，诸如关于活动102描述的氧化物清洁，以从基板的表面移除氧化物。一旦已经从基板表面移除氧化物，设置在第二传送腔室410内的机器人传送机构就将基板从第一预清洁腔室414或第二预清洁腔室416传送到中转站406。然后，设置在第一传送腔室404内的机器人传送机构将基板从中转站406传送到一个或多个处理腔室402a至402d。一个或多个处理腔室402a至402d可以包括外延处理腔室，在该外延处理腔室中执行层形成处理，诸如关于活动102描述的外延沉积。
[0060]
在一个或多个处理腔室402a至402d中的处理完成后，设置在第一传送腔室404内的机器人传送机构将基板从处理腔室402中的任一处理腔室传送至中转站408。然后，通过设置在第二传送腔室410内的机器人传送机构将基板从中转站408移除，并传送至另一个装载锁定腔室412，经由装载锁定腔室412将基板从真空处理系统400中取出。上述示例性的基板移动顺序仅出于说明目的而提供，并且还设想其他基板移动顺序。
[0061]
由于图1的所有三个活动102、104和106的处理均在同一真空处理系统400中执行，所以当基板在各腔室之间传送时，真空不会中断，这降低了污染的机会并提高了所沉积的外延膜的品质。在一些示例中，控制器(例如，图2所示的控制器250或另一类似的控制器)可以耦接至真空处理系统400，以用于控制真空处理系统400或其部件。控制器可用于根据期望的排序程序来安排基板通过真空处理系统400的移动，该期望的排序程序可取决于应用而变化。
[0062]
本公开内容的益处包括将预清洁处理腔室和外延处理腔室整合在同一真空处理
系统上的改进的真空处理系统。整合真空处理系统允许基板在氧化物移除与外延沉积之间保持在真空或惰性环境中，这减少了基板暴露于环境的时间并且消除了在单独的处理腔室或系统上预清洁基板的需要。
[0063]
尽管前面是涉及本公开内容的实施方式，但是在不脱离本公开内容的基本范围的情况下，可以设计本公开内容的其他及进一步的实施方式。

技术特征：
1.一种处理系统，包括：膜形成腔室；传送腔室，所述传送腔室耦接至所述膜形成腔室；氧化物移除腔室，所述氧化物移除腔室耦接至所述传送腔室，所述氧化物移除腔室具有基板支撑件；以及控制器，所述控制器被配置为：将处理气体混合物引入所述氧化物移除腔室，所述处理气体混合物包含含氟气体和蒸气，所述蒸气包含水、醇、有机酸或其组合中的至少一者；以及将定位在所述基板支撑件上的基板暴露于所述处理气体混合物，从而从所述基板移除氧化物膜。2.根据权利要求1所述的处理系统，其中所述醇包括一级醇。3.根据权利要求2所述的处理系统，其中所述醇包括甲醇或乙醇中的至少一者。4.根据权利要求1所述的处理系统，其中所述醇包括c1-c3醇。5.根据权利要求1所述的处理系统，其中所述含氟气体包括氟化氢、氟化氮、氟化碳、氟化硫或其组合中的至少一者。6.根据权利要求1所述的处理系统，其中所述处理气体混合物不含氨。7.根据权利要求1所述的处理系统，其中所述蒸气的浓度可以是总处理气体混合物的约5％wt/wt至约75％wt/wt。8.根据权利要求1所述的处理系统，其中所述基板支撑件包括两个或更多个独立的温度控制区，每个温度控制区具有单独的冷却通道。9.根据权利要求1所述的处理系统，其中所述控制器被配置为在将所述基板暴露于所述处理气体混合物的同时，将所述基板支撑件的温度维持在约0℃或更低。10.根据权利要求1所述的处理系统，其中所述控制器被配置为在设置在所述膜形成腔室中的基板上形成膜。11.一种处理基板的方法，包括以下步骤：通过将设置在第一处理腔室中的基板暴露于处理气体混合物来从所述基板移除氧化物，所述气体混合物包含含氟气体和蒸气，所述蒸气包含水、醇、有机酸或其组合中的至少一者；在真空或惰性环境下，将所述基板从所述第一处理腔室传送至第二处理腔室；以及在设置于所述第二处理腔室中的所述基板上形成膜。12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括以下步骤：将所述含氟气体从第一气体源引入至所述第一处理腔室；将所述蒸气从第二气体源引入至所述第一处理腔室；以及使所述含氟气体和所述蒸气流过设置在所述第一处理腔室中的双通道喷淋头，从而在将所述基板暴露于所述处理气体混合物之前混合所述含氟气体和所述蒸气以形成所述处理气体混合物。13.根据权利要求11所述的方法，其中所述处理气体混合物不含氨。14.根据权利要求11所述的方法，进一步包括以下步骤：在氧化物移除期间将所述基板冷却至约0℃或更低的温度。
15.根据权利要求11所述的方法，其中通过与所述处理气体混合物反应从所述基板移除所述氧化物，而不形成固体副产物。16.根据权利要求11所述的方法，进一步包括以下步骤：单独地向所述第一处理腔室提供所述含氟气体和所述蒸气；以及在所述含氟气体和所述蒸气到达所述第一处理腔室之后混合所述含氟气体和所述蒸气。17.根据权利要求11所述的方法，其中所述含氟气体与之蒸气的流量比可以是约1:10至约10:1。18.一种处理系统，包括：膜形成腔室；第一传送腔室，所述第一传送腔室耦接至所述膜形成腔室；中转站，所述中转站耦接至所述第一传送腔室；第二传送腔室，所述第二传送腔室耦接至所述中转站；第一氧化物移除腔室，所述第一氧化物移除腔室耦接至所述第二传送腔室，其中所述第一氧化物移除腔室、所述第二传送腔室、所述中转站、所述第一传送腔室和所述成膜腔室维持在真空或惰性环境下，并且其中所述第一氧化物移除腔室包括第一基板支撑件；储存有指令的计算机可读取介质，当由所述处理系统的处理器执行所述指令时，所述指令使得所述系统：通过将设置在所述第一氧化物移除腔室中的第一基板暴露于处理气体混合物来从所述第一基板移除氧化物，所述处理气体混合物包含含氟气体和蒸气，所述蒸气包含水、醇、有机酸或其组合中的至少一者；将所述第一基板传送至所述膜形成腔室；以及在设置在所述膜形成腔室中的所述第一基板上形成膜；以及装载锁定腔室，所述装载锁定腔室耦接至所述第一氧化物移除腔室。19.根据权利要求18所述的处理系统，进一步包括第二氧化物移除腔室，所述第二氧化物移除腔室耦接至所述第二传送腔室并维持在真空或惰性环境下，其中所述第二氧化物移除腔室包括第二基板支撑件，并且其中储存在所述计算机可读取介质上的所述指令进一步使所述系统：通过将设置在所述第二氧化物移除腔室中的第二基板暴露于所述处理气体混合物，来从所述第二基板移除氧化物。20.根据权利要求18所述的处理系统，其中所述处理系统的内部容积与周围环境隔离。

技术总结
本公开内容的实施方式大体而言涉及一种用于清洁基板表面并随后在该基板表面上执行外延沉积处理的整合基板处理系统。一种处理系统包括膜形成腔室、耦接至膜形成腔室的传送腔室、以及耦接至传送腔室的氧化物移除腔室，该氧化物移除腔室具有基板支撑件。该处理系统包括控制器，该控制器被配置为将处理气体混合物引入氧化物移除腔室，该处理气体混合物包含含氟气体和蒸气，该蒸气包含水、醇、有机酸或其组合中的至少一者。控制器被配置为将定位在基板支撑件上的基板暴露于处理气体混合物，从而从基板移除氧化物膜。基板移除氧化物膜。基板移除氧化物膜。


技术研发人员：黄奕樵 李松宰 麦诺基
受保护的技术使用者：应用材料公司
技术研发日：2022.04.26
技术公布日：2023/10/15