形成半导体外延层的外延叠层的方法和晶片处理炉技术

提供了用于在多个衬底上形成外延叠层的方法和晶片处理炉。在优选实施例中，该方法包括向处理室提供多个衬底。执行多个沉积循环，从而在多个衬底上形成外延叠层。外延叠层包括多个外延对，每个外延对包括第一外延层和第二外延层。沉积循环包括第一沉积脉冲和第二沉积脉冲。第一沉积脉冲包括向处理室提供第一反应气体混合物，从而形成第一外延层，第二沉积脉冲包括向处理室提供第二反应气体混合物，从而形成第二外延层。形成第二外延层。形成第二外延层。

【技术实现步骤摘要】
形成半导体外延层的外延叠层的方法和晶片处理炉


[0001]本公开涉及半导体处理方法和设备的领域。更具体地，本专利技术涉及集成电路制造方法和用于在多个衬底上形成半导体外延层的外延叠层的晶片处理炉。

技术介绍

[0002]半导体工业不断向前发展，通过提出新的器件架构、器件设计、材料和半导体处理方法来满足日益增长的需求。此外，为了继续推动更多更便宜的芯片，缩小可能是额外的选择。然而，缩小也开始达到其具有挑战性的边界。
[0003]在这方面，在存储器件领域内，特别是与DRAM相关的领域内，随着缩小的速度减慢，单片堆叠已经开始受到关注，以实现3D DRAM器件的制造。然而，它也可能带来自己的挑战，因为单片堆叠需要使DRAM电容器更高。已经尝试实现3D DRAM器件的制造。迄今为此目的使用的一种众所周知的技术是将多个DRAM管芯堆叠在彼此之上。然而，对于一些存储器应用来说，这可能证明是一种昂贵的方法，而对于其它存储器应用，例如人工智能，这仍是可行的方法。
[0004]因此，需要改进3D DRAM器件的制造。此外，特别需要改进的沉积技术和改进的设备来实现3D DRAM器件的制造。

技术实现思路

[0005]本公开的目的是提供用于在多个衬底上形成外延叠层的改进方法和改进的晶片处理炉。更具体地，某些实施例可以提供在多个衬底上形成较厚外延叠层的改进方法。为了至少部分地实现这个目标，本公开可以提供如独立权利要求中限定的方法和晶片处理炉。从属权利要求中提供了该方法和晶片处理炉的进一步实施例。
[0006]在第一方面，本公开涉及一种用于在多个衬底上形成外延叠层的方法。该方法可以包括向处理室提供多个衬底。可以执行多个沉积循环，从而在多个衬底上形成外延叠层。外延叠层可以包括多个外延对。每个外延对可以包括第一外延层和第二外延层，第二外延层不同于第一外延层。沉积循环可以包括第一沉积脉冲。该第一沉积脉冲可以包括向处理室提供第一反应气体混合物，从而形成第一外延层。沉积循环可以包括第二沉积脉冲。第二沉积脉冲可以包括向处理室提供第二反应气体混合物，第二反应气体混合物不同于第一反应气体混合物，从而形成第二外延层。
[0007]由于作为批量操作的结果，在多个衬底上执行外延叠层的提供，根据第一方面的本专利技术方法可以允许增加过程的产量。
[0008]第一方面的实施例的优点在于，由于多个沉积循环，多个外延层可以沉积在多个衬底上。这可以允许在多个衬底上形成较厚的外延层。这在制造半导体器件，尤其是3D DRAM器件中可能是进一步有利的，以努力提供对这些器件的平面缩放限制的补救。这可以进一步有助于提高商业上的成功。
[0009]第一方面的实施例的优点还在于，它可以允许在较低的过程温度下在多个衬底上
提供外延叠层，从而最小化可能与可能包含在外延叠层中的多个外延层相关的应力松弛和/或均匀性问题的可能性。这可以进一步提供提高商业成功的优势。
[0010]第一方面的实施例的优点在于，可以基本等温地执行多个沉积循环，从而在形成不同的外延层时避免温度上升和下降。这可以进一步有助于增加过程的产量。
[0011]第一方面的实施例的优点还在于，它可以允许降低半导体处理的成本，从而提供经济的处理，因为多个衬底可以在同一个处理运行中和同一个处理室中一起处理。
[0012]在第二方面，本公开涉及一种晶片处理炉，其配置为根据本公开第一方面的实施例在多个衬底上形成半导体外延层的外延叠层。晶片处理炉可以包括沿竖直方向延伸的处理室。它还可以包括用于保持多个衬底的晶片舟，其中多个衬底可以竖直间隔开。它还可以包括配置为加热处理室的加热器。硅烷前体存储模块可以包含在晶片处理炉中。硅烷前体存储模块可以包括三硅烷前体、单硅烷前体、二硅烷前体、四硅烷前体、环己硅烷前体和新戊硅烷前体中的至少一种。锗烷前体存储模块可以包含在晶片处理炉中。锗烷前体存储模块可以包括单锗烷前体、四氯化锗前体中的至少一种。晶片处理炉可以进一步包括气体提供歧管，其可操作地连接到硅烷前体存储模块和锗烷前体存储模块。该气体供应歧管进一步可操作地连接到气体注射器。气体注射器可以布置成用于注射一种或多种硅烷前体和一种或多种锗烷前体。
[0013]第二方面的实施例的优点在于，它允许在多个衬底上形成外延叠层，从而增加晶片处理的产量。
[0014]第二方面的实施例的优点还在于，它可以允许降低半导体处理的成本，从而提供经济的处理，因为多个衬底可以在同一个处理运行中和同一个处理室中一起处理。
[0015]第二方面的实施例的优点在于，它可以允许在较低的过程温度下在多个衬底上提供外延叠层，从而最小化可能与外延叠层中可能包含的多个外延层相关的应力松弛和/或均匀性问题的可能性。这可以进一步提供提高商业成功的优势。
[0016]在第三方面，本专利技术涉及作为半导体材料前体的丙硅烷的用途，用于在至多550℃的温度下，或在300℃至550℃的范围内，或在300℃至400℃的范围内，或在400℃至500℃的范围内，或在500℃到550℃的范围内，在单个处理室中包含的多个衬底上同时形成3D DRAM存储器件的Si沟道。应当理解，这里提到的温度可以通过放置在处理室内的热电偶来适当地测量。
[0017]第三方面的优点在于，它允许形成3D DRAM存储器件的Si沟道，从而有助于这些器件的制造，努力克服半导体工业中尺寸缩小缓慢的缺点。Si沟道可以形成在多个衬底上的事实可以提供降低这些器件的制造成本的优点。优点还在于，由于更高阶硅烷，例如丙硅烷，Si沟道可以在较低温度范围内的温度下形成，从而最小化应力松弛的可能性。
[0018]目前的概念被认为代表了该领域的实质性新发展。与现有技术实践的不同包括在本专利技术的概念中，这导致了改进的方法和改进的晶片处理炉。
[0019]从下面的详细描述和附图中，本公开的上述和其他特性、特征和优点将变得显而易见。附图以举例的方式说明了本公开的原理。该描述仅出于示例的目的给出，并不限制本公开的范围。下面提到的参考数字涉及所包括的附图。
[0020]在所附的独立和从属权利要求中阐述了本公开的特定和优选方面。从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征相结合。从属权利要求的特征可以适当地与其他从属权
利要求的特征相结合，而不是仅仅在权利要求中列出。
附图说明
[0021]通过以下说明性和非限制性的详细描述，将更好地理解本专利技术概念的上述以及附加的目的、特征和优点。还参考了所包括的附图。除非另有说明，否则附图中相同的附图标记将用于相同的元件。
[0022]图1a和图1b示出了根据本公开第一方面的实施例的示例性方法的流程图。
[0023]图2是根据本公开第一方面的实施例的外延叠层的示意性截面图。
[0024]图3是显示生长速率(nm/min)与温度(℃)的关系的图。
[0025]图4示出了根据本公开第二方面的实施例的晶片处理炉的示意图。
具体实施方式
[0026]将针对特定实施例并参考某些附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在多个衬底上形成外延叠层的方法；该方法包括：
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向处理室提供多个衬底；
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执行多个沉积循环，从而在多个衬底上形成外延叠层，外延叠层包括多个外延对，其中外延对各自包括第一外延层和第二外延层，第二外延层不同于第一外延层，其中沉积循环包括：
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第一沉积脉冲，包括向处理室提供第一反应气体混合物，从而形成第一外延层；
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第二沉积脉冲，包括向处理室提供第二反应气体混合物，第二反应气体混合物不同于第一反应气体混合物，从而形成第二外延层。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一沉积脉冲在第一沉积温度下进行，并且其中，所述第二沉积脉冲在第二沉积温度下进行，第一沉积温度与第二沉积温度相差至多50℃。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，
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所述第一外延层包括第一半导体材料，并且其中提供第一反应气体混合物包括提供第一半导体材料前体，并且
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所述第二外延层包括不同于第一半导体材料的第二半导体材料，并且其中提供第二反应气体混合物包括提供第二半导体材料前体。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一半导体材料前体包括含锗化合物和第一含硅化合物，并且其中，所述第二半导体材料前体基本包括第二含硅化合物。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一半导体材料前体中包含的含锗化合物是GeH4和GeCl4中的至少一种。6.根据权利要求4或5中任一项所述的方法，其中，基本包含在所述第二半导体材料前体中的第二含硅化合物是丙硅烷。7.根据权利要求6所述的方法，其中，包含在所述第一半导体材料前体中的第一含硅化合物是丙硅烷。8.根据权利要求1所述的方法，其中，包含在所述第一半导体材料前体中的第一含硅化合物是环状硅烷或高阶支链硅烷，并且其中，包含在所述第一半导体材料前体中的含锗化合物是GeH4。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述环状硅烷是环己硅烷。10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述高阶支链硅烷是新戊硅烷。11.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一和第二沉积温度都在300℃到55...

【专利技术属性】
技术研发人员：D皮埃罗，K侯本，S范阿尔德，W弗维杰，B琼布罗德，C德泽拉，
申请(专利权)人：ASMIP私人控股有限公司，
类型：发明
国别省市：