以六氯乙硅烷进行的含硅膜的沉积制造技术

本发明专利技术提供了一种用于在处理系统中利用低压沉积工艺在衬底上沉积含硅膜的方法。含硅膜可以通过在处理系统的处理室中提供衬底，加热衬底，并将衬底暴露于六氯乙硅烷（ＨＣＤ）处理气体来在衬底上形成。该方法可以在衬底的硅表面上选择性地沉积外延含硅膜，或者在衬底上非选择性地沉积含硅膜。本发明专利技术还提供了一种包括处理系统的处理工具，处理系统用于利用ＨＣＤ处理气体在衬底上形成含硅膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体处理，更具体而言，涉及利用六氯乙硅烷(HCD)处理气体在衬底上沉积含硅膜的工艺和处理工具。
技术介绍
含硅膜广泛用于半导体工业中的多种应用。含硅膜包括诸如多晶硅(poly-Si)和外延硅、硅锗(SiGe)、碳化硅锗(SiGeC)、碳化硅(SiC)和氮化硅(SiN)之类的硅膜。随着电路的几何形状收缩到更小的特征尺寸，希望获得更低的沉积温度，这是例如由于半导体器件中新材料的引入，以及源极和漏极区域中浅注入的热预算的减少引起的。此外，很显然，在未来的器件中需要含硅膜的非选择性(均厚)和选择性沉积。例如，半导体制造对外延硅膜的厚度和电阻率有严格的规格限制。外延硅沉积可以是工艺流程中的第一步，其中块硅的晶格通过新的含硅层的生长被延伸，这种新的含硅层与块硅具有不同的掺杂水平。匹配目标外延膜的厚度和电阻率参数对于后续适当功能器件的制作是很重要的。外延含硅膜的选择性沉积的用途的一个示例是用于具有凸起源极和漏极的绝缘体上硅(SOI)器件的制造。在SOI器件的制作期间，处理可能消耗源极和漏极区域中的整个硅膜，从而要求在这些区域中具有额外的硅，这可以通过含硅膜的选择性外延生长(SEG)来提供。含硅膜的选择性外延沉积可以减少所需要的光刻和刻蚀步骤的次数，从而减少了整个成本和器件制造所涉及的复杂性。尽管优选使用低压沉积工艺，使用传统的硅烷(SiH4)和二氯硅烷(DCS，SiCl2H2)源气体进行的外延硅的热沉积通常还要求高沉积温度(例如，超过约850-900℃)以实现足够高的沉积速率，以使该工艺能够结合到器件制造的工艺中。此外，传统的硅烷和二氯硅烷源气体工艺对于不同的衬底材料的沉积选择性有限。从而，本专利技术的专利技术人意识到，需要改进的用于在衬底上沉积含硅膜的方法，该方法允许选择性沉积并且能够在较低温度下沉积。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于在处理系统的处理室中在半导体晶片上沉积含硅膜的方法和系统，这种方法和系统部分解决或解决了现有技术沉积系统和方法存在的上述和/或其他的问题。本专利技术的另一个目的是提供一种用于在处理系统的处理室中在半导体晶片上实现外延含硅膜的低温选择性沉积的方法和系统。本专利技术的另一个目的是提供一种用于在处理系统的处理室中在半导体晶片上实现含硅膜的低温非选择性沉积的方法和系统。本专利技术的另一个目的是提供一种用于将含硅膜与半导体应用相集成的低成本机制。本专利技术的这些和/或其他目的可由一种在衬底上沉积含硅膜的方法实现。该方法包括在处理系统的处理室中提供衬底，加热衬底，使六氯乙硅烷(HCD)处理气体流入处理室中，并在衬底上沉积含硅膜。在本专利技术的另一个方面，提供了一种用于在衬底上沉积含硅膜的处理工具。该处理工具包含被配置用于在处理系统的处理室中提供衬底的转移系统，用于加热衬底的加热器，被配置用于将衬底暴露于HCD处理气体以在衬底上沉积含硅膜的气体注入系统以及被配置用于控制处理工具的控制器。附图说明在附图中图1A示出了根据本专利技术实施例用于在衬底上沉积含硅膜的批处理型处理系统的简化框图；图1B示出了根据本专利技术实施例用于在衬底上沉积含硅膜的另一种批处理型处理系统的简化框图；图2示出了根据本专利技术实施例的处理工具的简化框图； 图3示出了根据本专利技术实施例用于在衬底上沉积含硅膜的流程图；图4示出了根据本专利技术实施例用于在硅衬底上选择性地沉积外延含硅膜的流程图；图5A示意性地示出了根据本专利技术实施例的微结构；图5B示意性地示出了根据本专利技术实施例具有选择性沉积的外延硅膜的微结构；图6示出了根据本专利技术另一个实施例用于在衬底上非选择性地沉积硅膜的流程图；图7A示意性地示出了根据本专利技术实施例的微结构；图7B示意性地示出了根据本专利技术实施例具有非选择性沉积的硅的微结构；以及图8示出了可用来实现本专利技术的通用计算机。具体实施例方式如前在本专利技术的
技术介绍
中所述，使用传统的硅源气体不会提供含硅膜的低温沉积或者膜生长的足够选择性。然而，对其他硅源气体的使用并没有进行大量研究，这可能是由于在半导体工业中难以实现新的源气体，以及在批处理型处理室中的不同晶片位置处提供均匀的工艺结果的问题。从而，本专利技术的专利技术人已经进行了实验来分析使用六氯乙硅烷(HCD，Si2Cl6)处理气体来在衬底上沉积含硅膜的情形。作为这些实验和分析的结果，本专利技术的专利技术人发现低压HCD处理气体提供了在处理系统中的衬底上低温沉积含硅膜的可行机制。通常，在衬底上的低压硅沉积可能导致单晶(外延)硅膜、多晶硅膜或无定形硅膜的形成。在本专利技术的一个实施例中，在晶体硅衬底上的硅外延沉积可用来形成单晶硅膜，其中晶体硅衬底充当了单晶生长的“种子”。外延含硅层可以被设计成根据下层的Si晶片而具有不同的组分和电属性，并且设计来满足器件的特定需求。可通过向HCD处理气体添加少量的掺杂气体来掺杂外延含硅膜。掺杂气体的示例包括含磷气体(例如PH3)、含砷气体(例如AsH3)、含氮气体(例如NH3)和含硼气体(例如B2H6和BCl3)。向HCD处理气体添加前述掺杂气体中的任何一种还可以通过加速硅沉积来提高硅沉积的选择性，硅沉积的加速是由于在工艺过程中衬底上氢的存在。另外，向HCD处理气体添加诸如HF、F2和HCl之类的含卤素气体可以通过刻蚀并移去沉积在非硅表面上的硅原子来提高硅表面上硅沉积的选择性。在本专利技术的实施例中，包含硅和锗(SiGe)的含硅膜可以利用包含HCD和含锗气体(例如，GeH4或GeCl4)的HCD处理气体以好的选择性进行沉积。SiGe膜可以包含低浓度的锗，例如低于约2个原子百分比的锗，或者SiGe膜可以包含高于2个原子百分比的锗，例如约50个原子百分比。在本专利技术的另一个实施例中，HCD处理气体并不暴露于硅表面上，而是暴露于包含诸如氧化物、氮化物或金属之类的材料的其他表面，这时使用HCD处理气体沉积含硅膜可以形成具有精细硅晶粒的含多晶硅膜或者含无定形硅膜。含多晶硅膜中的晶粒大小可以取决于沉积条件以及热处理。HCD是一种可以商业获得的高度反应性的硅化合物，并且是非常强的去氧剂。作为在处理系统中使用HCD处理气体来沉积含硅膜的实验和分析的结果，本专利技术的专利技术人发现使用HCD处理气体采用低压热分解工艺来在衬底上沉积含硅膜可以获得比在相同温度下在存在H2或HCl的情况下用DCS的传统分解所能实现的更高的沉积速率。利用HCD可以获得的较高沉积速率例如可以允许以较低的衬底温度执行制造上可用的沉积工艺，同时实现含硅膜的足够高的沉积速率。尽管前述实验是在批处理型处理系统中执行的，但是本专利技术并不限于这种处理系统，而是也可以在单晶片处理系统中实施，这是本领域技术人员所能意识到的。具体而言，含硅膜可以利用HCD处理气体在处理系统中通过低压沉积工艺沉积在衬底上。在所述工艺中，在处理室中提供衬底，利用真空泵吸系统降低室压强，并且稳定室的温度和压强。随后，可以将处理室温度和处理室压强调整到期望值。当达到工艺温度时，衬底可以被处理一段时间，这段时间可以在衬底上形成期望的含硅膜。在工艺结束时，处理室可以被抽空并用惰性气体净化，并且从处理室中移出衬底。另外，在沉积含硅膜之前进行的预处理衬底的工艺可以包括将衬底在900℃的衬底温度下暴露于清洗气体(如H2气体)以从衬底移去污染物和氧化物层。现在参考附图，图1A示出了根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在衬底上沉积含硅膜的方法，所述方法包括：在处理系统的处理室中提供衬底；加热所述衬底；将所述衬底暴露于ＨＣＤ处理气体；以及在所述衬底上沉积含硅膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-9-30 10/673,3751.一种在衬底上沉积含硅膜的方法，所述方法包括在处理系统的处理室中提供衬底；加热所述衬底；将所述衬底暴露于HCD处理气体；以及在所述衬底上沉积含硅膜。2.如权利要求1所述的方法，其中所述暴露操作包括将所述衬底暴露于惰性气体。3.如权利要求2所述的方法，其中所述暴露操作还包括使流率在约5sccm和约1000sccm之间的HCD气体和流率在约5sccm和约20000sccm之间的惰性气体流入。4.如权利要求1所述的方法，其中所述暴露操作还包括将所述衬底暴露于含氢气体。5.如权利要求1所述的方法，其中所述暴露操作还包括将所述衬底暴露于H2。6.如权利要求1所述的方法，其中所述流入操作还包括使流率在约5sccm和约5000sccm之间的含氢气体流入。7.如权利要求1所述的方法，其中所述暴露操作还包括将所述衬底暴露于第二含硅气体。8.如权利要求1所述的方法，其中所述暴露操作还包括将所述衬底暴露于SiH4、SiCl4、Si2H6和SiH2Cl2中的至少一种。9.如权利要求3所述的方法，其中所述流入操作还包括使流率在约5sccm和约1000sccm之间的第二含硅气体流入。10.如权利要求1所述的方法，其中所述暴露操作还包括将所述衬底暴露于含氢气体和第二含硅气体。11.如权利要求1所述的方法，其中所述暴露操作还包括将所述衬底暴露于SiH4、SiCl4、Si2H6和SiH2Cl2中的至少一种以及H2。12.如权利要求1所述的方法，其中所述暴露操作还包括将所述衬底暴露于含磷气体、含硼气体和含氮气体中的至少一种以及HCD气体。13.如权利要求1所述的方法，其中所述暴露操作还包括将所述衬底暴露于PH3、B2H6、BCl3和NH3中的至少一种以及HCD气体。14.如权利要求1所述的方法，其中所述暴露操作还包括将所述衬底暴露于含卤素气体。15.如权利要求1所述的方法，其中所述暴露操作还包括将所述衬底暴露于HF、F2、Cl2和HCl中的至少一种。16.如权利要求1所述的方法，其中所述暴露操作还包括将所述衬底暴露于含锗气体。17.如权利要求16所述的方法，其中所述暴露操作还包括将所述衬底暴露于含氢气体、掺杂气体和含卤素气体中的至少一种。18.如权利要求1所述的方法，其中所述暴露操作还包括将所述衬底暴露于GeH4和GeCl4中的至少一种。19.如权利要求1所述的方法，其中所述暴露操作还包括将所述衬底暴露于含氢气体和含锗气体。20.如权利要求1所述的方法，其中所述暴露操作还包括将所述衬底暴露于H2和GeH4。21.如权利要求1所述的方法，其中所述沉积操作包括在硅衬底上选择性地沉积外延含硅膜。22.如权利要求1所述的方法，其中所述沉积操作包括在硅衬底上非选择性地沉积含多晶硅膜或含无定形硅膜。23.如权利要求1所述的方法，其中所述暴露操作包括将所述衬底暴露于包括HCD气体和含锗气体在内的HCD处理气体；以及所述沉积操作包括在所述衬底上沉积含SiGe膜。24.如权利要求23所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼迪朴，吴昇昊，艾伦约翰利思，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]