專(zhuān)利名稱(chēng)：沉積氧化膜的裝置和方法
發(fā)明
背景技術(shù)：
領(lǐng)域本發(fā)明涉及半導(dǎo)體處理領(lǐng)域，更具體地是涉及沉積氧化膜的方法和裝置。
背景技術(shù)：
氧化硅(SiO2)膜及其二元和三元硅酸鹽(通常稱(chēng)為氧化膜)廣泛應(yīng)用在集成電路例如微處理器和存儲(chǔ)器的制造中。氧化膜用作多晶硅層、金屬層和多層金屬體系的各金屬層之間的絕緣體。氧化膜也可用作擴(kuò)散源、擴(kuò)散掩模、注入掩模、隔離層，以及最終的鈍化層。目前存在形成氧化膜的三種不同方法，即干氧化法(也稱(chēng)為熱氧化法)、蒸汽氧化法和氧化沉積法。
在干氧化法中，氧化膜在硅襯底上生長(zhǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，氧化膜在常規(guī)的熔爐系統(tǒng)中生長(zhǎng)。圖1示出了熔爐系統(tǒng)100，它是一種熱壁熔爐系統(tǒng)，包括一個(gè)三區(qū)電阻爐112、石英反應(yīng)管102、氣體入口104、壓力傳感器106，以及晶片船(wafer boat)108。多個(gè)硅晶片110被垂直地置于晶片船108上。通過(guò)環(huán)繞在管102周?chē)碾娮杓訜峋€(xiàn)圈以輻射方式加熱襯底到1100℃-1300℃的溫度范圍內(nèi)。利用質(zhì)量流量控制器對(duì)進(jìn)入管102一端(氣體入口104)的氧氣(O2)進(jìn)行計(jì)量。O2氣分解，釋放出氧原子(O)；且氧原子與硅原子在硅襯底110的表面進(jìn)行反應(yīng)，形成氧化膜。采用干氧化法時(shí)通常需要數(shù)小時(shí)或甚至是數(shù)天以形成足夠厚的氧化膜，這是因?yàn)樵谛纬勺畛醯纳贁?shù)原子層后，需要進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的擴(kuò)散使氧進(jìn)入硅表面而生長(zhǎng)氧化膜。生長(zhǎng)氧化膜需要較長(zhǎng)時(shí)間，這不必要地降低了制造氧化膜的產(chǎn)量，也降低了制造需要氧化膜的其它裝置的產(chǎn)量。
在蒸汽氧化法中，也是在硅襯底上生長(zhǎng)氧化膜。也可采用圖1所示的熔爐系統(tǒng)100。但不再使用O2氣，而是將水蒸氣(H2O)引入到熔爐系統(tǒng)100中。采用水蒸氣可在比采用干氧化法更低的溫度下形成氧化膜。形成足夠厚的氧化膜的時(shí)間可比采用干氧化法時(shí)所需的時(shí)間更短。原因之一是因?yàn)樵谒魵庵袛嗔蜒蹑I比在O2中斷裂氧鍵更容易。然而，與在干氧化法下形成的氧化膜相比，在蒸汽氧化法下形成的氧化膜的純度較低，這是因?yàn)楂@得純水比獲得純O2氣更難。
在氧化沉積法中，氧化膜被沉積在硅襯底的表面上。也可采用圖1所示的熔爐系統(tǒng)100。采用質(zhì)量流量控制器對(duì)進(jìn)入管102一端(氣體入口104)的硅源氣體例如硅烷(SiH4)和氧化源氣體例如氧化氮(NO2)進(jìn)行計(jì)量?？刹捎?00℃-400℃的溫度進(jìn)行氧化沉積。SiH4氣體和NO2氣體在這一溫度下發(fā)生分解。硅和氧的中間體粒子在硅襯底的表面附近反應(yīng)，并附著到襯底表面而形成氧化膜。沉積氧化膜所需的時(shí)間比在干氧化法的情況下生長(zhǎng)氧化膜所需的時(shí)間更短。然而，所沉積的氧化膜的膜密度和質(zhì)量卻不如生長(zhǎng)的氧化膜。此外，氧化膜易于含有更多的雜質(zhì)，原因是當(dāng)沉積氧化膜時(shí)，硅晶片表面的任何雜質(zhì)會(huì)被截留在襯底表面上。因此，與生長(zhǎng)法所形成的氧化膜相比，氧化沉積法所形成的氧化膜與襯底間具有較弱的膜界面。
對(duì)于制造半導(dǎo)體裝置的不斷改進(jìn)，高質(zhì)量的氧化膜具有重要作用。膜疊層(例如目前需求度很高的絕緣硅(SOI)襯底)需要采用氧化膜。如圖2所示，典型的SOI襯底200包括硅襯底202、氧化物層204和硅層206。可在SOI襯底上形成通常是在硅襯底上形成的裝置，例如晶體管和電容器。SOI襯底的需求度很高，原因是SOI襯底電流泄漏低，這使得可在SOI襯底上設(shè)置電子裝置而消耗較少的功率。此外，設(shè)置在SOI襯底上的電子裝置可做得更小。
本領(lǐng)域中有幾種可用于制造SOI襯底的方法。例如，可采用注氧隔離技術(shù)(SIMOX)、鍵合-內(nèi)腐蝕技術(shù)(BE)、氫氣注入和釋放硅技術(shù)(某些時(shí)候稱(chēng)為SmartCut)(″SmartCut″是Soitec Silicon on insulatortechnology S.A.的注冊(cè)商標(biāo))，或采用等離子體將氧注入到硅中的方法來(lái)制造SOI襯底。
在任何SOI的形成方法中，以高產(chǎn)量形成高質(zhì)量的氧化膜對(duì)制造良好的SOI襯底起到關(guān)鍵作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例涉及形成高質(zhì)量氧化膜的方法和裝置，該氧化膜可用于制造膜疊層例如絕緣硅(SOI)襯底。在溫度范圍為800℃-1300℃，理想地為1000℃-1200℃的高溫條件下在襯底上沉積氧化膜。為沉積氧化物層，采用包括氫(H2)氣、氧(O2)氣、硅源氣體(例如硅烷、乙硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷和六氯乙硅烷)的處理氣體混合物。也可采用含氯的源氣體，例如HCl或Cl2。在膜沉積期間的所有時(shí)間內(nèi)，處理氣體混合物包括6％以下的氧氣、硅源氣體以及主要的氫氣。處理氣體混合物發(fā)生熱分解，然后在襯底上沉積氧化膜。在這種條件下沉積的氧化膜在較短的時(shí)間內(nèi)，例如在幾分鐘內(nèi)形成。氧化膜還具有可與干氧化法形成的氧化膜相媲美的高密度。氧化膜也是基本無(wú)雜質(zhì)的，并且在襯底上未截留雜質(zhì)。按照該示例性實(shí)施例沉積的氧化膜以高產(chǎn)量沉積，從而能有效地制造包括氧化膜的半導(dǎo)體裝置。


下面參照附圖并以示例性而非限制性的方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，附圖中相同的附圖標(biāo)記表示類(lèi)似的部件，其中圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中用于形成氧化膜的示例性熔爐系統(tǒng)；圖2示出了典型的SOI襯底；圖3示出了本發(fā)明形成氧化膜的示例性方法；圖4示出了本發(fā)明可用于形成氧化膜的示例性裝置；圖5A示出了可用于本發(fā)明一些示例性實(shí)施例的組合裝置；圖5B示出了可用于形成封裝氧化膜的示例性裝載鎖定裝置；圖6A-圖6C示出了本發(fā)明形成SOI襯底的示例性方法；圖7示出了本發(fā)明形成SOI襯底的另一種示例性方法；圖8、圖9、圖10和圖11示出了本發(fā)明形成SOI襯底的又一種示例性方法。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例描述了形成可用于制造膜疊層例如絕緣硅(SOI)襯底的氧化膜的方法和裝置。為了完全理解本發(fā)明，在以下的說(shuō)明書(shū)中給出了許多具體細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到的是，這些具體細(xì)節(jié)并非是實(shí)施本發(fā)明所必需的。在另一些例子中，為避免不必要地掩蓋本發(fā)明，對(duì)于已經(jīng)公知的裝置特征和方法就不再進(jìn)行詳細(xì)描述。
在一種示例性實(shí)施例中，提供第一襯底。然后采用包括硅源氣體、氧氣和氫氣的處理氣體混合物，在800℃-1300℃的處理溫度下在該襯底上沉積氧化膜。在氧化膜的沉積期間，處理氣體混合物包括6％以下的氧氣、硅氣體和主要的氫氣。處理氣體混合物可包括含量足以沉積氧化膜的硅氣體。在一個(gè)實(shí)施例中，處理氣體混合物可包括約1-10％的硅氣體。在另一個(gè)實(shí)施例中，處理氣體混合物可包括6％以下的硅氣體。
在另一個(gè)實(shí)施例中，采用化學(xué)氣相沉積腔在硅襯底上沉積氧化膜。在溫度為800℃-1300℃的高溫條件下沉積該氧化膜。在一個(gè)實(shí)施例中，該溫度為1000℃-1200℃。為了沉積氧化膜，將包括氫(H2)氣、氧(O2)氣、硅源氣體(例如硅烷、乙硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷和六氯乙硅烷)的處理氣體混合物引入到腔中。任選地，可采用水H2O替代H2和O2。引入處理氣體混合物，使腔在沉積期間的所有時(shí)間內(nèi)都裝有6％以下的氧氣、硅源氣體和主要的氫氣。處理氣體混合物可包括含量足以沉積氧化膜的硅氣體。在一個(gè)實(shí)施例中，處理氣體混合物可包括約1-10％的硅氣體。在另一個(gè)實(shí)施例中，處理氣體混合物可包括6％以下的硅氣體。處理氣體混合物發(fā)生熱分解，并且硅原子和氧原子一起反應(yīng)，從而在襯底上形成/沉積氧化膜。在這種條件下沉積的氧化膜在短時(shí)間內(nèi)，例如在幾分鐘內(nèi)就形成了。氧化膜還具有可與由干氧化法形成的氧化膜相媲美的高密度。此外，氧化膜基本不含雜質(zhì)。氧化膜與襯底間還具有良好的界面，原因是襯底表面上未截留雜質(zhì)。根據(jù)該示例性實(shí)施例沉積的氧化膜以高產(chǎn)量沉積，因此能有效地制造出包括氧化膜的半導(dǎo)體裝置。
在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，將上述形成氧化膜的方法并入到制造膜疊層例如絕緣體硅(SOI)襯底的方法中。任選地，采用在受控環(huán)境，例如裝載鎖定裝置中形成的封裝層來(lái)保護(hù)膜疊層。為在膜疊層上形成封裝層，將臭氧(O3)氣體引入到裝載鎖定裝置中。膜疊層被臭氧氣體“浸泡”著。臭氧氣體在膜疊層上形成了穩(wěn)定和清潔的氧化物層。采用該實(shí)施例形成的膜疊層包括具有高密度、高純度和高質(zhì)量的氧化膜，以及使膜疊層不受污染的封裝層。
圖3示出了本發(fā)明形成氧化膜的示例性方法300。在操作步驟302中，將襯底置入沉積腔中。在一個(gè)實(shí)施例中，該沉積腔是單晶片沉積腔(如下所述)。在操作步驟304中，獲得的處理溫度為800℃-1300℃，理想地為1000℃-1200℃。在操作步驟306中，獲得的處理壓力為20Torr-760Torr。
在操作步驟308中，將處理氣體混合物引入到沉積腔中。該處理氣體混合物包括(a)由諸如氦氣、氬氣和氙氣之類(lèi)的惰性載氣攜帶的氧氣；(b)硅源氣體，例如硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、三氯硅烷(SiHCl3)、四氯硅烷(SiCl4)和六氯乙硅烷(Si2Cl6)；以及(c)稀釋氣體例如氫氣。在一個(gè)硅源氣體不含任何氯的實(shí)施例中，處理氣體混合物中含有氫氯化物源氣體(HCl)。氯是必需的，原因是在高溫下，在沉積氧化膜之前，氯通過(guò)蝕刻掉幾層襯底而清潔了襯底的表面。氯還確?；旧铣チ顺练e在襯底上的污染物。因此，所形成的氧化膜與襯底表面之間具有良好的界面。在沉積期間的所有時(shí)間內(nèi)，引入到沉積腔內(nèi)的處理氣體混合物包含6％以下的氧氣、硅氣體、含氯氣體和主要的氫氣。處理氣體混合物可包含含量足以沉積氧化膜的硅氣體。在一個(gè)實(shí)施例中，處理氣體混合物可包含約1-10％的硅氣體。在另一個(gè)實(shí)施例中，處理氣體混合物可包含6％以下的硅氣體。在一個(gè)實(shí)施例中，在與硅源氣體和氫源氣體合并形成處理氣體混合物之前，先用氦氣稀釋氧氣，氧氣的濃度低于25％。
在操作步驟310中，處理氣體混合物發(fā)生熱分解。硅原子和氧原子一起反應(yīng)，在襯底上沉積氧化硅(SiO2)膜(或氧化膜)?？蓪⒎椒?00并入到形成膜疊層例如SOI襯底的方法中，其中在襯底上沉積各種膜(如下所述)。
以上的方法300能快速沉積高質(zhì)量的氧化膜。氧的存在促進(jìn)了氧化膜的沉積。而且，高處理溫度能夠快速沉積氧化膜。在一個(gè)實(shí)施例中，為防止由氧氣和氫氣在800℃-1300℃的高溫下在沉積腔中發(fā)生反應(yīng)而導(dǎo)致爆炸，要求引入到沉積腔中的氧氣含量不應(yīng)超過(guò)6％，且約94％的處理氣體混合物都為氫氣。此外，通過(guò)補(bǔ)充惰性載氣例如氦氣，可安全地操作氧氣。在一個(gè)實(shí)施例中，采用氦氣將氧氣稀釋到25％的濃度。將氦氣中濃度為25％的氧氣引入到沉積腔中。
圖4示出了可用于按照?qǐng)D3所述的方法300沉積氧化膜的示例性裝置210。裝置210是單晶片沉積腔。裝置210包括沉積腔212，該沉積腔212具有上圓頂214，下圓頂216，以及上圓頂214和下圓頂216之間的側(cè)壁218。使冷卻流體(未示出)循環(huán)通過(guò)側(cè)壁218而冷卻側(cè)壁218。將上襯里282和下襯里284安裝到側(cè)壁218的內(nèi)表面上。上圓頂214和下圓頂216均由透明材料制成，從而允許加熱光線(xiàn)穿透進(jìn)入到腔212中。
腔212內(nèi)有一個(gè)用于在水平位置支撐襯底(例如晶片)的扁平環(huán)形基座220?；?20在側(cè)壁218處延伸橫跨過(guò)腔212，將腔212分為基座220以上的上部分222和基座220以下的下部分224。基座220安裝在從基座220的底部中心垂直向下延伸的軸226上。軸226連接到一個(gè)使軸226旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)(未示出)上，從而使基座220發(fā)生旋轉(zhuǎn)。由基座220支撐的襯底在整個(gè)平滑處理過(guò)程中全程旋轉(zhuǎn)。使環(huán)形預(yù)熱環(huán)228的外周(outer periphery)與下襯里284的內(nèi)周(insideperiphery)相連，且環(huán)形預(yù)熱環(huán)沿基座220的周?chē)由?。預(yù)熱環(huán)228位于基座220與預(yù)熱環(huán)228的內(nèi)緣的同一平面內(nèi)。
入口歧管230位于腔212的側(cè)面，適于使來(lái)自氣體源例如罐140的處理氣體進(jìn)入到腔212中。出口端232位于腔212中與入口歧管230呈對(duì)角線(xiàn)相對(duì)的側(cè)面，適于從沉積腔212中排除氣體。
在腔212周?chē)惭b多個(gè)高強(qiáng)度的燈234，使燈光通過(guò)上圓頂214和下圓頂216到達(dá)基座220(以及預(yù)熱環(huán)228)上而加熱基座220(和預(yù)熱環(huán)228)?；?20和預(yù)熱環(huán)228由諸如碳化硅、被涂覆的石墨等材料制成，它對(duì)于燈234所發(fā)出的輻射是不透明的，從而能被燈234的輻射加熱。上圓頂214和下圓頂216由對(duì)燈234發(fā)出的光為透明的材料例如透明石英制成。由于石英對(duì)可見(jiàn)光和紅外頻率的光都是透明的，因此通常采用石英制造上圓頂214和下圓頂216。石英具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；而且在沉積腔212的處理環(huán)境中具有化學(xué)穩(wěn)定性。盡管燈是加熱沉積腔220中晶片的優(yōu)選元件，但可采用其他的方法例如電阻加熱器和射頻感應(yīng)加熱器。
將紅外溫度傳感器236例如高溫計(jì)裝在下圓頂216的下方，并且通過(guò)下圓頂216面向基座220的底表面。采用溫度傳感器236接收基座220受熱時(shí)由基座220發(fā)出的紅外輻射，從而監(jiān)測(cè)基座220的溫度。如果需要，也可包括用于測(cè)量晶片溫度的溫度傳感器237。
上壓緊環(huán)248沿上圓頂214外表面的外周延伸。下壓緊環(huán)250沿下圓頂216外表面的外周延伸。將上壓緊環(huán)和下壓緊環(huán)固定在一起，從而將上圓頂214和下圓頂216壓緊到側(cè)壁218上。
在裝置210中所包括的氣體入口歧管230將氣體引入到腔212中。氣體入口歧管230包括連接帽238、擋板274以及位于側(cè)壁218內(nèi)的插入板279。此外，連接帽238、擋板274和插入板279位于形成于上襯里282和下襯里284之間的通道260中。通道260連接到腔212的上部分222。處理氣體從氣體帽238引入到腔212中，之后氣體流經(jīng)擋板274，通過(guò)插入板279，然后通過(guò)通道260進(jìn)入腔212的上部分222。
裝置210還包括獨(dú)立的惰性氣體入口262，用于將惰性吹掃氣體(例如但不限于氫氣(H2)和氮?dú)?N2)引入到沉積腔212的下部分224。如圖4所示，只要為惰性吹掃氣體提供通過(guò)擋板274、插入板279和下襯里284且在物理上分離的不同通道262，那么可以根據(jù)需要將惰性吹掃氣體入口262并入氣體入口歧管230，從而可以控制惰性吹掃氣體，且可以獨(dú)立于處理氣體而引導(dǎo)惰性氣體。惰性吹掃氣體入口262不必整合到氣體入口歧管230中，也不必沿著沉積氣體入口歧管230設(shè)置，例如可以與沉積氣體入口歧管230成90°的角度設(shè)置在裝置210上。
如上所述，裝置210還包括氣體出口232。氣體出口232包括排氣通道290，其從上腔部分222延伸到側(cè)壁218的外徑處。排氣通道290包括上通道292，其形成于上襯里282和下襯里284之間，并在上腔部分222和側(cè)壁218的內(nèi)徑之間延伸的。此外，排氣通道290也包括排氣道294，其在位于側(cè)壁218內(nèi)的插入板279內(nèi)形成。將產(chǎn)生腔212內(nèi)的低壓或減壓的真空源例如泵(未示出)通過(guò)出口管233而連接到側(cè)壁218外部上的排氣道294。將進(jìn)入上腔部分222的處理氣體(或氣體)通過(guò)上通道292，排氣道294排出到出口管233。
氣體出口232也包括通風(fēng)孔296，其從下腔部分224通過(guò)下襯里284而延伸到排氣道290中。通風(fēng)孔296優(yōu)選與排氣通道290的上通道292相交，如圖4所示。從下腔部分224排出的惰性吹掃氣體通過(guò)通風(fēng)孔296，通過(guò)上腔通道292的一部分，通過(guò)排氣道294，進(jìn)入出口管233中。通風(fēng)孔296允許將吹掃氣體從下腔部分直接排到排氣通道290。
根據(jù)本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例，從氣體入口歧管230將處理氣體或多種處理氣體298引入上腔部分222。在一些示例性的實(shí)施例中，將處理氣體定義為其作用是將膜(例如氧化膜)沉積在放入腔212中的晶片或襯底上的氣體或氣體混合物。在一個(gè)實(shí)施例中，處理氣體包括(a)在諸如氦氣、氬氣和氙氣之類(lèi)的惰性載氣中攜帶的氧氣；(b)硅源氣體，例如硅烷、乙硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷和六氯乙硅烷；(c)稀釋氣體，例如氫氣。在另一個(gè)實(shí)施例中，其中的硅源氣體并不包含任何氯(例如硅烷或乙硅烷)，而處理氣體混合物中包括氫氯化物源氣體(HCl)。
在一種示例性實(shí)施例中，當(dāng)將處理氣體充入上腔部分222時(shí)，將惰性吹掃氣體或多種惰性吹掃氣體299獨(dú)立地充入下腔部分224。用惰性吹掃氣體299吹掃腔防止了在腔212的底側(cè)或基座220的底側(cè)發(fā)生不希望的反應(yīng)。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，圖4所示的裝置210是單晶片反應(yīng)器，其也是“冷壁”反應(yīng)器。處理期間，側(cè)壁218以及上襯里282和下襯里284各自的溫度都基本低于預(yù)熱環(huán)228和基座220(以及置于其上的襯底)的溫度。例如，當(dāng)處理溫度為1000℃-1200℃而進(jìn)行氧化沉積過(guò)程時(shí)，將基座和晶片加熱至溫度達(dá)1000℃-1200℃，而側(cè)壁和襯里的溫度為約400-600℃。側(cè)壁218以及襯里282和284的溫度較低，原因是它們由于存在反射鏡235而不接收燈234的直接照射，另一個(gè)原因是有冷卻流體循環(huán)通過(guò)側(cè)壁218。
在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，圖4所示的處理裝置210包括系統(tǒng)控制器150，其對(duì)裝置210的各種操作進(jìn)行控制，例如控制處理氣體流入腔212，控制襯底的溫度，控制基座220的溫度，以及控制腔壓力。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器150包括儲(chǔ)存在機(jī)器可讀介質(zhì)152中的存儲(chǔ)器(MEM)，例如硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(圖4中“MEM 152”所示)或軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。系統(tǒng)控制器150還包括處理器154。采用輸入/輸出裝置(I/O)156例如CRT監(jiān)視器和鍵盤(pán)作為用戶(hù)和系統(tǒng)控制器150之間的接口。
處理器(PROC)154包括單板計(jì)算機(jī)(SBC)，模擬的和數(shù)字的輸入/輸出板，接口板和步進(jìn)電機(jī)控制器板。裝置210的各個(gè)部件符合Versa Modular Europeans(VME)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)定義了板、插件架和連接器的尺寸和類(lèi)型。VME標(biāo)準(zhǔn)也定義了具有16位數(shù)據(jù)總線(xiàn)和24位地址總線(xiàn)的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器150對(duì)裝置210的所有活動(dòng)進(jìn)行控制。該系統(tǒng)控制器執(zhí)行系統(tǒng)控制軟件，其是存儲(chǔ)在機(jī)器可讀介質(zhì)150中的計(jì)算機(jī)程序。優(yōu)選地，機(jī)器可讀介質(zhì)152不僅可以是硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，而且也可以是存儲(chǔ)在其他類(lèi)型的機(jī)器可讀介質(zhì)中的存儲(chǔ)器，例如存儲(chǔ)在其他存儲(chǔ)器裝置上的存儲(chǔ)器，包括軟盤(pán)或其他合適的驅(qū)動(dòng)器。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)程序包括一系列指令，其指示了計(jì)時(shí)、氣體混合、腔壓力、腔溫度、燈的功率級(jí)、基座位置以及根據(jù)本發(fā)明沉積氧化膜的其它參數(shù)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可采用存儲(chǔ)在機(jī)器可讀介質(zhì)152中并由處理器154執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品來(lái)實(shí)施根據(jù)本發(fā)明來(lái)沉積膜(例如氧化膜)的方法?？墒褂萌魏纬Ｒ?guī)的計(jì)算機(jī)可讀編程語(yǔ)言例如68000匯編語(yǔ)言、C、C++、Pascal、Fortran或其它語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)該計(jì)算機(jī)程序代碼。使用傳統(tǒng)的文本編輯器可將合適的程序代碼輸入為單個(gè)文件或多個(gè)文件，并將其存儲(chǔ)或收錄在計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)中，例如該計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)中。如果所輸入的代碼文本是高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的，則編譯該代碼，然后將所得到的編譯器代碼與預(yù)編譯的窗口(windows)庫(kù)程序的目標(biāo)代碼相連接。為了執(zhí)行連接后的編譯目標(biāo)代碼，系統(tǒng)用戶(hù)調(diào)用目標(biāo)代碼，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將代碼裝入存儲(chǔ)器中，CPU從存儲(chǔ)器中讀取和執(zhí)行代碼，從而執(zhí)行該程序中所確定的任務(wù)。工藝參數(shù)，例如對(duì)根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行氧化膜沉積所必需的處理氣體流速(例如氧氣流速、硅源氣體流速和稀釋氣體流速)、處理溫度和處理壓力也存儲(chǔ)在機(jī)器可讀介質(zhì)152中。
在一個(gè)實(shí)施例中，處理器154執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品(程序)將處理溫度控制在800℃-1300℃，將處理壓力控制在20Torr-760Torr。該程序也對(duì)將處理氣體混合物引入到腔212中進(jìn)行控制。該程序也控制處理氣體混合物，使處理氣體混合物包括(a)由諸如氦氣、氬氣和氙氣之類(lèi)的惰性載氣攜帶的氧氣；(b)硅源氣體，例如硅烷、乙硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷和六氯乙硅烷；以及(c)稀釋氣體，例如氫氣。該程序還控制處理氣體混合物，使其在氧化膜沉積期間內(nèi)包括6％以下的氧氣、硅氣體，以及主要的氫氣。該程序可控制處理氣體混合物，使其包括含量足以沉積氧化膜的硅氣體。在一個(gè)實(shí)施例中，處理氣體混合物可包括約1-10％硅氣體。在另一個(gè)實(shí)施例中，處理氣體混合物可包括6％以下的硅氣體。
也應(yīng)該理解，除了圖4所示的裝置210之外，根據(jù)本發(fā)明所沉積的氧化膜也可在其它的裝置中進(jìn)行，例如本領(lǐng)域已知的耐熱單晶片沉積腔。
圖5A是在其中可形成氧化膜的組合裝置的示例。在一個(gè)實(shí)施例中，該組合裝置500用于形成膜疊層，例如SOI襯底。該膜疊層包括采用圖3所示的方法300形成的至少一層氧化膜。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，組合裝置500包括轉(zhuǎn)移腔502，其連接了多個(gè)不同的處理裝置，包括注入腔504、結(jié)合/剝離腔506、硅膜沉積腔510、清潔腔508、退火腔509，以及裝載鎖定裝置512?？砂凑招枰獙⑵渌那唬缋鋮s腔或多個(gè)冷卻腔和/或額外的裝載鎖定裝置連接到轉(zhuǎn)移腔502。
一般來(lái)說(shuō)，采用注入腔504將離子注入到供體(donor)晶片中以在供體晶片中形成位錯(cuò)(dislocation)，從而能夠進(jìn)行后續(xù)的硅膜剝離。結(jié)合/剝離腔506用于使處理晶片結(jié)合到注入后的供體晶片上，和用于在注入位錯(cuò)處將供體晶片從處理晶片上剝離開(kāi)。
硅膜沉積腔510用于采用本發(fā)明的示例性實(shí)施例(例如方法300)在供體晶片上(或者如果需要，在處理晶片上)形成氧化膜。硅膜沉積腔510可以是，例如圖4所示的裝置210?；蛘撸枘こ练e腔510可以是其它類(lèi)型的化學(xué)氣相沉積(CVD)裝置。
清潔腔508可以是常規(guī)的清潔腔，其采用諸如氟化氫之類(lèi)的清潔溶液。清潔腔可用于在制造膜疊層的任何步驟期間除去襯底上的污染物或顆粒。
裝載鎖定裝置512用于將晶片或襯底轉(zhuǎn)移到組合裝置500的轉(zhuǎn)移腔502內(nèi)。轉(zhuǎn)移腔502可包括具有晶片裝卸夾503的晶片裝卸裝置501。晶片裝卸裝置501和晶片裝卸夾503有助于將晶片襯底傳送入或傳送出特定的處理裝置或腔。轉(zhuǎn)移腔502還與諸如泵之類(lèi)的排氣系統(tǒng)(未示出)和惰性氣體(例如氮?dú)?N2))源相連接，從而能在減壓的環(huán)境或在惰性環(huán)境中在組合裝置500的各個(gè)處理裝置之間轉(zhuǎn)移晶片，使襯底不被暴露于氧化環(huán)境或污染源中。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，用封裝層進(jìn)一步保護(hù)在組合裝置500中形成的膜疊層。在一個(gè)實(shí)施例中，在形成膜疊層之后，將帶有膜疊層的襯底放入裝載鎖定裝置512中。將臭氧氣體引入到裝載鎖定裝置512中。襯底被“浸泡”在臭氧氣體中。臭氧氣體形成穩(wěn)定的氧化物層，該氧化物層成為保護(hù)膜疊層的封裝層。圖5B更詳細(xì)地示出了示例性裝載鎖定裝置512。
裝載鎖定裝置512包括裝載鎖定腔552。裝載鎖定腔552貯存那些將被組合裝置500處理的一到多個(gè)襯底(例如晶片)。裝載鎖定腔552包括盒式升降機(jī)554、晶片盒556和多個(gè)均勻間隔放置的翅片557，其中的每個(gè)翅片557支撐單個(gè)襯底580。
裝載鎖定裝置512進(jìn)一步包括連接到氧源氣體562的臭氧發(fā)生器560。氧源氣體562可包括基本純凈的氧氣。在一個(gè)實(shí)施例中，氧氣的純度為99.999％。臭氧發(fā)生器560從氧源氣體562中生成臭氧氣體。臭氧氣體通過(guò)臭氧供氣閥564和臭氧供應(yīng)管道569計(jì)量進(jìn)入裝載鎖定腔552。
裝載鎖定裝置512進(jìn)一步包括氮源氣體566，其通過(guò)氮?dú)夤忾y568和氮?dú)夤?yīng)管道569向裝載鎖定腔552提供氮?dú)狻?br> 裝載鎖定裝置512還包括用于控制裝載鎖定腔552內(nèi)的壓力的泵558。也可包括壓力檢測(cè)器570，以監(jiān)測(cè)裝載鎖定腔552內(nèi)的壓力。
可在轉(zhuǎn)讓給Applied Materials的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6,376,387中找到可采用臭氧氣體浸泡襯底而形成封裝層的裝置的示例的詳細(xì)描述。
在裝載鎖定裝置512中形成封裝氧化膜有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)之一在于為現(xiàn)有方法某一步驟而設(shè)計(jì)的另一個(gè)腔無(wú)須專(zhuān)門(mén)用于使襯底暴露于臭氧氣體中。另一優(yōu)點(diǎn)在于這樣的系統(tǒng)較為安全，原因是臭氧氣體將和氫氣在組合裝置500中混合而導(dǎo)致爆炸的可能性大大降低，因?yàn)槌粞鯕怏w存在于裝載鎖定裝置512內(nèi)時(shí)，裝載鎖定裝置512內(nèi)的壓力總是低于裝載鎖定裝置512周?chē)鷧^(qū)域的大氣壓，這使得臭氧氣體泄漏到周?chē)鷧^(qū)域而可能導(dǎo)致爆炸的可能性降低。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是保證了處理晶片的總時(shí)間。
也應(yīng)該理解的是，用臭氧浸泡膜疊層并不是形成封裝層的唯一方法。在另一個(gè)實(shí)施例中，封裝層是在膜疊層的最后一層沉積之后形成于膜疊層之上的鈍化層。該鈍化層可在同一沉積腔內(nèi)形成。在一個(gè)實(shí)施例中，使氫氣流入沉積腔而形成鈍化層。在腔內(nèi)已經(jīng)存在氫氣的實(shí)施例中(例如在氫氣被用作載氣的情況下)，切斷所有的處理氣體(例如硅源氣體和氧化源氣體)，但使氫氣流繼續(xù)。另外，當(dāng)繼續(xù)氫氣流時(shí)，將沉積腔的溫度保持或升高到500℃-1200℃之間的任一溫度處一小段時(shí)間(例如1-5秒)。氫氣與膜疊層表面的硅原子發(fā)生反應(yīng)。然后，冷卻沉積腔，從而冷卻膜疊層，同時(shí)將氫氣流繼續(xù)另一小段時(shí)間(例如1-5秒)。此時(shí)，膜疊層的表面被氫氣終止，從而在膜疊層的表面上形成了鈍化層。在另一個(gè)實(shí)施例中，用氮?dú)馊〈鷼錃鈦?lái)形成鈍化層。
在另一個(gè)替換實(shí)施例中，硅源氣體用于在膜疊層上形成封裝層。硅源氣體可以是硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)?？稍谕怀练e腔內(nèi)在膜疊層上形成封裝層。在采用硅源氣體形成封裝層的過(guò)程中，載氣(例如氫氣)和硅源氣體在膜疊層的最后一層沉積之后繼續(xù)流入沉積腔內(nèi)。另外，保持沉積腔的溫度，例如處于室溫到500℃之間，從而使硅源氣體部分離解并處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在這一溫度下使氫氣和硅源氣體流繼續(xù)一小段時(shí)間(例如10-15秒)。不穩(wěn)定的硅源氣體(例如SiH3或SiH5)與形成硅封裝層的膜疊層表面硅原子進(jìn)行反應(yīng)。然后，冷卻沉積腔，從而冷卻膜疊層，但是使氫氣和硅源氣體流繼續(xù)另一小段時(shí)間(例如1-5秒)。此時(shí)，用部分離解的硅源氣體終止了膜疊層，從而在膜疊層的表面上形成了封裝層。
在用于形成膜疊層的同一沉積腔內(nèi)形成封裝層或鈍化層有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。無(wú)需從腔中移出膜疊層而暴露于另一環(huán)境中。用于形成封裝層或鈍化層的氣體或多種氣體可以是與形成膜疊層相同的氣體。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，裝載鎖定裝置512與控制器540相連接，該控制器540用于控制組合裝置500的各種部件(例如腔510、509、504、506和502)。例如，程序接收來(lái)自壓力檢測(cè)器570的輸入數(shù)據(jù)，并基于壓力檢測(cè)器570檢測(cè)到的壓力來(lái)控制所有的部件?？刂破?40類(lèi)似于圖4所示的控制器150?？刂破?40典型地是具有處理器(未示出)的計(jì)算機(jī)，該處理器可執(zhí)行控制組合裝置500所有部件的程序(一系列指令)。該處理器類(lèi)似于圖4所示的處理器154。
在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品存儲(chǔ)在與控制器540連接的機(jī)器可讀介質(zhì)中，并可由處理器執(zhí)行。在這一實(shí)施例中，該程序控制上述的氧化膜沉積。該程序還控制采用組合裝置500制造膜疊層。
圖6A-圖6E和圖7-圖11示出了制造膜疊層例如SOI襯底的示例性流程。在一個(gè)實(shí)施例中，上述的控制器540控制這些圖中所描述的流程。
圖6A中提供了襯底602。將襯底602放置在硅膜沉積腔510中。襯底602可以是半導(dǎo)體晶片或硅晶片。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底602由單晶硅制成。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，在襯底602的表面上形成外延硅膜604。外延硅膜604可被硼摻雜，摻雜濃度為約1×1015-1×1019原子/cm3。由于與用于在其中和其上形成半導(dǎo)體裝置的單晶硅相比，外延硅膜604具有更易于控制的性質(zhì)，因此具有外延硅膜是有利的。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底602并不具有沉積于其上的外延硅膜604。
在一個(gè)實(shí)施例中，為了沉積外延硅膜604，使硅膜沉積腔510處于600℃-1300℃的溫度下。將包括氫氣和硅源氣體(例如硅烷、乙硅烷等)的處理氣體混合物引入到腔510中。任選地，處理氣體混合物可包括硼源氣體，例如乙硼烷(B2H6)。包括硼源氣體的目的是使所沉積的外延硅膜604也被硼摻雜。在一個(gè)實(shí)施例中，外延硅膜604的摻雜濃度為約1×1015-1×1019原子/cmu。一旦形成了外延硅膜604，則將襯底602從腔510中移出。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，襯底602是供體晶片。供體晶片是提供將被轉(zhuǎn)移的一層或多層的晶片。在這一實(shí)施例中，氧化膜608沉積在外延硅膜604之上，如圖6B所示。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底602置于硅膜沉積腔510中。采用上述的方法300，在20Torr-760Torr的壓力下，在800℃-1300℃，理想地為1000℃-1200℃的溫度下沉積氧化膜608。用于沉積氧化膜608的處理氣體混合物包括(a)由諸如氦氣、氬氣和氙氣之類(lèi)的惰性載氣攜帶的氧氣；(b)硅源氣體，例如硅烷、乙硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷和六氯乙硅烷；以及(c)稀釋氣體，例如氫氣。在硅源氣體不含有任何氯的實(shí)施例中，處理氣體混合物包括氫氯化物源氣體(HCl)。例如，當(dāng)采用硅烷或乙硅烷時(shí)，處理氣體混合物包括HCl氣體。此外，在沉積過(guò)程的整個(gè)時(shí)間內(nèi)，處理氣體混合物包括6％以下的氧氣，硅氣體，以及主要的氫氣。在另一個(gè)實(shí)施例中，處理氣體混合物可包括含量足以沉積氧化膜的硅氣體。在一個(gè)實(shí)施例中，處理氣體混合物可包括約1-10％的硅氣體。在另一個(gè)實(shí)施例中，處理氣體混合物可包括6％以下的硅氣體。
在一個(gè)實(shí)施例中，所沉積的氧化膜608的厚度為400-1500。在另一個(gè)實(shí)施例中，需要1-5分鐘以形成厚度為400-1500的氧化膜608。
接下來(lái)，如圖6C所示，將離子注入到襯底602中而形成位錯(cuò)610。為注入離子而將襯底602移到注入腔504中。在一個(gè)實(shí)施例中，采用氫原子或采用惰性離子例如氬(Ar)或氦(He)注入到襯底602中。在另一個(gè)示例中，采用等離子體浸泡式離子注入法對(duì)襯底602進(jìn)行離子注入。這種方法可將高劑量的氫原子注入到襯底602中。在這樣的方法中，在襯底602上施加高電壓的負(fù)偏壓而加快離子朝向晶片表面(氧化膜608)移動(dòng)。等離子體浸泡式離子注入法對(duì)襯底602的整個(gè)表面進(jìn)行注入。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，可將Silicon Genesis開(kāi)發(fā)的P-III離子注入系統(tǒng)用于等離子體浸入式離子注入步驟中。更進(jìn)一步地，可采用例如Applied Materials、Axcelis Corp.、Varian和其它公司制造的束線(xiàn)離子注入裝置進(jìn)行離子注入。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，氫原子的注入產(chǎn)生了內(nèi)部的富含氫的層，其是襯底602內(nèi)的位錯(cuò)610。離子注入峰的預(yù)定深度D決定了隨后從襯底602中移出的硅612的數(shù)量。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，將氫離子注入到略低于外延硅層604的位置。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，將氫離子注入到外延硅層604的底部。在另一個(gè)實(shí)施例中，將100-500nm的氫離子注入到襯底602中。
在某些情況下，具有外延硅膜604的襯底602在氧化膜608沉積之前已經(jīng)通過(guò)不同的方法被形成，因而該襯底602將被存儲(chǔ)直到開(kāi)始進(jìn)行形成氧化膜608的過(guò)程。在這些情況下，外延硅膜604受到形成于外延硅膜604之上的封裝氧化膜(未示出)的保護(hù)。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底602置于裝載鎖定裝置512中。切斷裝載鎖定裝置512與連接到組合裝置500的其它腔例如硅膜沉積腔510之間的聯(lián)系。將氧源氣體562引入到臭氧發(fā)生器560中。臭氧發(fā)生器560產(chǎn)生臭氧氣體。然后通過(guò)臭氧供氣閥564和臭氧供應(yīng)管道565將臭氧氣體供入裝載鎖定腔552中。一旦裝載鎖定腔552被臭氧氣體浸泡，則關(guān)斷臭氧供氣閥564。將外延硅膜604暴露到臭氧氣體中一個(gè)預(yù)定量的時(shí)間，例如1分鐘到15分鐘，從而形成封裝膜。
在一個(gè)實(shí)施例中，形成封裝膜606之后，采用泵558從裝載鎖定腔512中抽出臭氧。然后，將氮?dú)庠?66供入裝載鎖定腔512中，吹掃裝載鎖定腔512。
或者，外延硅膜604受到由氫氣終止法形成的封裝膜的保護(hù)。在這種情況下，當(dāng)襯底602在形成外延硅膜604之后仍然處于沉積腔510中時(shí)，在外延硅膜604的頂部形成了封裝膜。在一個(gè)實(shí)施例中，氫氣，其作為用于形成外延硅膜604的載氣，繼續(xù)流入沉積腔510中，但切斷硅源氣體。在氫氣流繼續(xù)時(shí)，使沉積腔510的溫度保持在或升高至600℃-1200℃之間的任意溫度一小段時(shí)間(例如10-15秒)。氫氣與外延硅膜604表面的硅原子進(jìn)行反應(yīng)。然后，冷卻沉積腔510，同時(shí)使氫氣流繼續(xù)另一小段時(shí)間(例如1-5秒)。在外延硅膜604的頂部形成了封裝膜。此時(shí)可從沉積腔510中移出具有外延硅膜604的襯底602，而不用擔(dān)心污染外延硅膜604。
或者，在硅源氣體例如硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)存在的情況下，也可采用類(lèi)似于上述的氫氣終止法形成封裝膜?？稍谕怀练e腔510內(nèi)在外延硅膜604上形成封裝層。在采用硅源氣體形成封裝層的過(guò)程中，沉積外延硅膜604之后，使氫氣和硅源氣體繼續(xù)流入沉積腔中。保持沉積腔510的溫度，例如在室溫和500℃之間，使硅源氣體部分離解并處于不穩(wěn)定狀態(tài)。氫氣和硅源氣體流在此溫度下繼續(xù)一小段時(shí)間(例如1-5秒)。不穩(wěn)定的硅源氣體(例如SiH3或SiH5)與形成封裝層的外延硅膜604表面的硅原子進(jìn)行反應(yīng)。然后冷卻沉積腔510，同時(shí)繼續(xù)氫氣和硅源氣體一小段時(shí)間(例如1-5秒)。然后在外延硅膜604的頂部上形成封裝膜。此時(shí)可從沉積腔510中移出帶有外延硅膜604的襯底602，而不用擔(dān)心污染外延硅膜604。
在一個(gè)實(shí)施例中，封裝膜的厚度為10-15。由于襯底暴露于其中的臭氧氣體、氧氣、氫氣或硅源氣體的可控條件和純度，因此封裝膜純度特別高。封裝膜保護(hù)外延硅膜604不受雜質(zhì)和污染物的污染。形成封裝膜之后，可將襯底602暴露于空氣中，而不用擔(dān)心污染外延硅膜604。在外延硅膜604上沉積其它膜之前，可采用常規(guī)方法例如氟化氫清潔方法除去封裝膜。例如，在外延硅膜604上沉積其它膜之前，將襯底602放入清潔腔508中除去封裝膜。將氟化氫引入到清潔腔中而除去封裝膜。
當(dāng)需要外延硅膜604特別薄時(shí)，例如在前面所述受控環(huán)境下形成封裝膜是有利的。如果在外延硅膜604上生長(zhǎng)天然氧化物或其它表面層時(shí)，天然氧化物或其它表面層并非是非常均勻的，且不易控制。除去這一“不均勻”和“不易控制”的層可能會(huì)影響極薄的硅膜604的厚度均勻性。在受控環(huán)境下形成封裝膜時(shí)，封裝膜是均勻的。這一封裝膜的除去將不會(huì)多消耗(如果存在)極薄的外延硅膜604。因此，保持了外延硅膜604的均勻性。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，如圖7所示，提供了類(lèi)似于襯底602的另一襯底，襯底702。襯底702是處理晶片，該處理晶片接收來(lái)自于供體晶片(襯底602)的轉(zhuǎn)移層。襯底702最終成為用于SOI襯底的襯底。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底702是單晶硅。襯底702可被摻雜成為任何傳導(dǎo)型(n型或p型)和任何所需的傳導(dǎo)水平。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，襯底702是摻雜密度為1015-1019原子/cm3的p型襯底。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，襯底702還包括生長(zhǎng)于其上的氧化膜704。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，氧化膜704的厚度為400-1500?？刹捎糜糜诔练e圖6B所示的氧化膜608的相同方法沉積氧化膜704。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，襯底602和襯底702中僅有一個(gè)具有生長(zhǎng)于其上的氧化膜。因此，僅在襯底602上生長(zhǎng)氧化膜608，或僅在襯底702上生長(zhǎng)氧化膜704。
然后，如圖8所示，將離子注入后的襯底602和襯底702結(jié)合到一起。在一個(gè)實(shí)施例中，將離子注入后的襯底602和襯底702置入結(jié)合/剝離腔506中。在結(jié)合/剝離腔506中，襯底602結(jié)合到襯底702上，原因是襯底602的氧化膜608結(jié)合到形成氧化膜706的襯底702的氧化膜704上。對(duì)于在襯底602和襯底702中僅有一個(gè)具有生長(zhǎng)于其上的氧化膜的實(shí)施例中，當(dāng)襯底602結(jié)合到襯底702上時(shí)，氧化膜被夾在襯底602和襯底702之間。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，采用低溫等離子體活化結(jié)合法使襯底702和襯底602相結(jié)合。通過(guò)采用等離子體活化結(jié)合界面，可在低的處理溫度(例如室溫)下達(dá)到較高的結(jié)合強(qiáng)度。在這一實(shí)施例中，將襯底702和襯底602暴露到低溫等離子體中，從而生成等離子體活化的結(jié)合表面。應(yīng)該理解，可采用其它合適的結(jié)合技術(shù)使處理晶片結(jié)合到供體晶片上。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，將襯底702和襯底602壓在一起以確保襯底的兩個(gè)界面結(jié)合在一起。結(jié)合界面的等離子體活化有助于為隨后的室溫剝離過(guò)程提供足夠的強(qiáng)結(jié)合力。
然后，如圖9所示，在位錯(cuò)610處，使襯底602的部分659從襯底602的部分612分離或剝離開(kāi)來(lái)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，采用室溫可控剝離法(RT/CCP)在不加熱的情況下在注入位錯(cuò)656處分離結(jié)合對(duì)。RT/CCP法引起在晶片上的一點(diǎn)開(kāi)始分離，并采用機(jī)械剝離方法使分離擴(kuò)展跨越整個(gè)晶片。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，如圖6E所示，使氮?dú)?N2)流集中于位錯(cuò)的邊緣而導(dǎo)致分離。
在結(jié)合和剝離過(guò)程之后，生成了SOI襯底。該SOI襯底包括硅襯底702和埋在硅層612下面的氧化物層706。在一個(gè)實(shí)施例中，硅層612僅包括外延硅膜604。在另一個(gè)實(shí)施例中，硅層612包括外延硅層604和從襯底602轉(zhuǎn)移的單晶硅的一部分。對(duì)于襯底602不具有沉積于其上的外延硅膜604的實(shí)施例，硅層612僅包括從襯底602上轉(zhuǎn)移的一部分單晶硅。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，硅層612由于剝離過(guò)程而具有粗糙的表面。進(jìn)一步處理硅層612，使硅層612的表面變薄和變光滑，如圖10所示。處理硅層612的示例性方法包括氫退火工藝、包括氫氣的鹽酸蝕刻工藝，以及氣體簇離子束蝕刻工藝。此外，包括氫氣的鹽酸蝕刻工藝也可包括硅源氣體(例如硅烷或乙硅烷等)以進(jìn)一步使硅層612的表面變光滑。在一個(gè)實(shí)施例中，將襯底702置入退火腔509中以處理硅層612的表面。在另一個(gè)實(shí)施例中，將襯底702置入硅膜沉積腔510中而通過(guò)鹽酸蝕刻工藝處理硅層612的表面。在一個(gè)實(shí)施例中，硅層612在處理之后僅包括外延硅膜604，并且在該處理過(guò)程期間轉(zhuǎn)移到襯底702上的襯底602的任何部分可以被除去。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，在硅層612上形成封裝氧化物層614，如圖11所示。在一個(gè)實(shí)施例中，將襯底702置入裝載鎖定裝置512中。切斷裝載鎖定裝置512與連接到組合裝置500上的其它腔例如硅沉積腔510之間的聯(lián)系。氧源氣體562將氧氣引入臭氧發(fā)生器560中。臭氧發(fā)生器560產(chǎn)生臭氧氣體。然后臭氧氣體通過(guò)臭氧供氣閥564和臭氧供應(yīng)管道565而供入裝載鎖定腔552中。一旦裝載鎖定腔552被臭氧浸泡，則關(guān)斷臭氧供氣閥564。然后將硅層612暴露到臭氧氣體中達(dá)到預(yù)定量的時(shí)間，例如1到15分鐘，從而形成封裝膜614。
在另一個(gè)實(shí)施例中，采用氫氣終止法在硅層612上形成封裝層614。將襯底702置入沉積腔510中。使氫氣流入沉積腔510中，但切斷其它處理氣體。將處理腔510的溫度保持或升高到600℃-1200℃，一小段時(shí)間(例如1-5秒)。然后，冷卻沉積腔510，同時(shí)氫氣流繼續(xù)另一小段時(shí)間(例如1-5秒)。
上述用于形成封裝層604的氫氣終止法可包括硅源氣體例如硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)。在采用硅源氣體形成封裝層604的過(guò)程中，使氫氣和硅源氣體流入沉積腔510中。保持沉積腔510的溫度，例如處于室溫和500℃之間，使硅源氣體部分離解和處于不穩(wěn)定狀態(tài)。氫氣和硅源氣體流在此溫度下繼續(xù)一小段時(shí)間(例如10-15秒)。然后，冷卻沉積腔510，同時(shí)氫氣和硅源氣體流繼續(xù)另一小段時(shí)間(例如1-5秒)。
當(dāng)需要硅膜612特別薄時(shí)，在受控環(huán)境下，例如在前述的受控環(huán)境下形成的封裝膜是有利的。當(dāng)在受控環(huán)境下形成封裝膜604時(shí)，封裝膜604是均勻的。除去這類(lèi)均勻的封裝膜604將不會(huì)多消耗(如果存在)極薄的硅膜612。因此保持了外延硅膜604的均勻性。
現(xiàn)在，圖11所示的SOI襯底易于使半導(dǎo)體裝置形成于其中和其上。
盡管以上的示例性實(shí)施例集中于在一片襯底上形成膜疊層，但本發(fā)明這些示例性的實(shí)施例可用于在組合裝置500中的多片襯底上形成多個(gè)膜疊層。例如，當(dāng)氧化膜沉積在硅膜沉積腔510中的第一襯底上時(shí)，可將第二襯底置入另外的腔中進(jìn)行另外的處理。
已經(jīng)對(duì)形成高質(zhì)量氧化膜的方法和裝置進(jìn)行了描述。也對(duì)將氧化膜并入到形成的膜疊層(例如SOI襯底)中的方法和裝置進(jìn)行了描述。
權(quán)利要求
1.一種形成氧化膜的方法，其包括提供第一襯底；采用包括硅源氣體、氧氣和氫氣的處理氣體混合物，于800℃-1300℃的處理溫度下在所述第一襯底上沉積氧化膜，其中在所述沉積期間，所述處理氣體混合物包括6％以下的氧氣、硅氣體和主要的氫氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述處理氣體混合物包括含量足以沉積所述氧化膜的所述硅氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述處理氣體混合物中的硅氣體的含量范圍為1-10％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述處理氣體混合物中的硅氣體的含量為6％以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述沉積還采用50Torr-760Torr的處理壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述硅源氣體選自于由硅烷、乙硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷和六氯乙硅烷構(gòu)成的組中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述處理氣體混合物進(jìn)一步包括氫氯化物源氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)所述硅源氣體為硅烷氣體或乙硅烷氣體之一時(shí)，所述處理氣體混合物包括氫氯化物(HCl)氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述沉積在單晶片沉積腔內(nèi)進(jìn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括采用氫氣終止法在所述膜疊層的所述硅膜上沉積封裝膜，從而保護(hù)所述硅膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括采用氫氣終止法在所述膜疊層的所述硅膜上沉積封裝膜，從而保護(hù)所述硅膜，其中僅采用所述氫氣和包括硅烷和乙硅烷兩者之一的所述硅源氣體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述單晶片沉積腔進(jìn)一步連接到組合裝置上，所述組合裝置包括至少一個(gè)裝載鎖定裝置以?xún)?chǔ)存所述襯底。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括在所述氧化膜的頂部上沉積硅膜以形成膜疊層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括將臭氧氣體引入到裝載鎖定腔中而在所述膜疊層上沉積封裝層，以保護(hù)所述裝載鎖定裝置中的所述硅膜，其中所述裝載鎖定裝置和所述單晶片沉積腔之間的聯(lián)系被切斷。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底是單晶硅。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氧氣在與所述硅源氣體和氫氣源氣體混合形成所述處理氣體混合物之前先用惰性氣體稀釋。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述氧氣被氦氣稀釋?zhuān)渲兴鲅鯕庠诤庵械臐舛葹?5％以下。
18.一種襯底處理系統(tǒng)，其包括單晶片沉積腔，其具有在沉積過(guò)程中支撐襯底的基座；控制器，其用于控制所述的單晶片沉積腔；與所述控制器連接的機(jī)器可讀介質(zhì)，所述機(jī)器可讀介質(zhì)具有存儲(chǔ)一系列指令的存儲(chǔ)器，所述一系列指令用于控制所述沉積過(guò)程的操作；且其中所述一系列指令進(jìn)一步對(duì)所述襯底表面上氧化膜的沉積進(jìn)行控制，該沉積采用了800℃-1300℃的處理溫度、20Torr-760Torr的處理壓力以及包括硅源氣體、氧氣和氫氣的處理氣體混合物，其中所述一系列指令進(jìn)一步控制所述處理氣體混合物，使其在所述沉積過(guò)程期間包括6％以下的氧氣、硅氣體和主要的氫氣。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的襯底處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括裝載鎖定裝置，其用于在將所述襯底置入所述單晶片沉積腔內(nèi)進(jìn)行所述沉積過(guò)程之前儲(chǔ)存所述襯底；以及用于在所述沉積過(guò)程之后儲(chǔ)存所述襯底，在所述沉積過(guò)程中所述一系列指令對(duì)所述裝載鎖定裝置的操作進(jìn)行控制。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的襯底處理系統(tǒng)，其中所述一系列指令進(jìn)一步控制在所述氧化膜的頂部上沉積硅膜而形成硅疊層。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的襯底處理系統(tǒng)，其中所述一系列指令進(jìn)一步控制將所述襯底置入所述裝載鎖定裝置中，將臭氧氣體引入到裝載鎖定腔中，以在所述硅膜上沉積封裝膜。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的襯底處理系統(tǒng)，其中所述一系列指令進(jìn)一步控制所述處理氣體混合物，使其包括含量足以沉積所述氧化膜的所述硅氣體。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的襯底處理系統(tǒng)，其中所述一系列指令進(jìn)一步控制所述硅氣體在所述處理氣體混合物中的濃度范圍為1-10％。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的襯底處理系統(tǒng)，其中所述一系列指令進(jìn)一步控制所述硅氣體在所述處理氣體混合物中的濃度范圍為6％以下。
25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的襯底處理系統(tǒng)，其中所述一系列指令進(jìn)一步控制采用氫氣終止法在所述膜疊層的硅膜上沉積封裝層而保護(hù)所述硅膜。
26.根據(jù)權(quán)利要求18所述的襯底處理系統(tǒng)，其中所述一系列指令進(jìn)一步控制采用氫氣終止法在所述膜疊層的硅膜上沉積封裝層而保護(hù)所述硅膜，其中僅采用所述氫氣和包括硅烷和乙硅烷兩者之一的所述硅源氣體。
27.一種形成膜疊層的方法，其包括提供第一襯底；采用包括硅源氣體、氧氣和氫氣的處理氣體混合物，于800℃-1300℃的處理溫度下在所述第一襯底上沉積第一氧化膜，其中在所述沉積期間，所述處理氣體混合物包括6％以下的氧氣、硅氣體，以及主要的氫氣；在所述第一襯底內(nèi)形成預(yù)定深度的位錯(cuò)，所述預(yù)定深度決定了要從所述第一襯底中移出的數(shù)量；提供第二襯底；將所述第一襯底結(jié)合到所述第二襯底上，其中所述第一氧化膜夾在所述第一襯底和所述第二襯底之間；在所述位錯(cuò)處從所述第二襯底上剝離出所述第一襯底，以形成膜疊層，該膜疊層包括所述第二襯底、所述第一氧化膜和從所述第一襯底上移出的所述數(shù)量部分。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述膜疊層在組合裝置中形成，所述組合裝置包括用于形成所述氧化膜的單晶片沉積腔、用于形成所述位錯(cuò)的注入腔、用于將所述第一襯底結(jié)合到所述第二襯底上以及在所述位錯(cuò)處將所述第一襯底從所述第二襯底上剝離開(kāi)的結(jié)合/剝離腔。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述組合裝置進(jìn)一步包括至少一個(gè)裝載鎖定裝置，其用于儲(chǔ)存所述第一襯底和所述第二襯底。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，進(jìn)一步包括將臭氧氣體引入到裝載鎖定腔中而在所述膜疊層上沉積封裝膜，所述封裝膜用于保護(hù)所述膜疊層。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述第一氧化膜的沉積在20Torr-760Torr的壓力下進(jìn)行。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，進(jìn)一步包括將選自于由氫氣、氬氣和氦氣構(gòu)成的組中的惰性氣體的原子注入到所述第一襯底中以形成所述位錯(cuò)。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，進(jìn)一步包括在所述第一襯底和所述第二襯底相結(jié)合之前，先在所述第二襯底上沉積第二氧化膜，其中所述第一襯底和所述第二襯底的所述結(jié)合將所述第一氧化膜結(jié)合到所述第二氧化膜上。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述第二氧化膜的沉積是采用所述處理氣體混合物和所述處理溫度進(jìn)行的，且其中所述處理氣體混合物在所述第二氧化膜的沉積期間包括6％以下的氧氣、硅氣體和主要的氫氣。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述處理氣體混合物包括含量足以沉積所述第二氧化膜的所述硅氣體。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述硅氣體在所述處理氣體混合物中的含量范圍為1-10％。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述硅氣體在所述處理氣體混合物中的含量為6％以下。
38.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述第一襯底和所述第二襯底由單晶硅制成。
39.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述膜疊層是絕緣體硅(SOI)襯底。
40.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，進(jìn)一步包括在沉積所述第一氧化膜之前，先在所述第一襯底上形成外延硅膜，其中所述膜疊層包括所述第二襯底、所述第一氧化膜和所述外延硅膜。
41.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述處理氣體混合物包括含量足以沉積所述第一氧化膜的所述硅氣體。
42.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述硅氣體在所述處理氣體混合物中的含量范圍為1-10％。
43.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述硅氣體在所述處理氣體混合物中的含量為6％以下。
44.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，進(jìn)一步包括采用氫氣終止法在所述膜疊層的所述硅膜上沉積封裝膜，從而保護(hù)所述硅膜。
45.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，進(jìn)一步包括采用氫氣終止法在所述膜疊層的所述硅膜上沉積封裝膜，從而保護(hù)所述硅膜，其中僅采用所述氫氣和包括硅烷和乙硅烷兩者之一的所述硅源氣體。
46.一種襯底處理系統(tǒng)，其包括單晶片沉積腔，其具有在沉積過(guò)程中支撐第一襯底的基座；控制器，其用于控制所述單晶片沉積腔；連接到所述控制器的機(jī)器可讀介質(zhì)，所述機(jī)器可讀介質(zhì)具有存儲(chǔ)一系列指令的存儲(chǔ)器，所述一系列指令用于控制所述沉積過(guò)程的操作；且其中所述一系列指令進(jìn)一步對(duì)所述第一襯底表面上第一氧化膜的第一沉積進(jìn)行控制，該沉積采用了包括硅源氣體、氧氣和氫氣的處理氣體混合物和800℃-1300℃的處理溫度，其中在所述沉積過(guò)程期間，所述處理氣體混合物包括6％以下的氧氣、硅氣體和主要的氫氣；控制在所述第一襯底內(nèi)形成預(yù)定深度的位錯(cuò)，所述預(yù)定深度決定從所述第一襯底移出的數(shù)量；控制所述第一襯底與所述第二襯底的結(jié)合，其中所述第一氧化膜夾在所述第一襯底和所述第二襯底之間；以及控制在所述位錯(cuò)處將所述第一襯底從所述第二襯底剝離開(kāi)，從而形成包括所述第二襯底、所述第一氧化物層和從所述第一襯底移出的所述數(shù)量部分的膜疊層。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的襯底處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于形成所述位錯(cuò)的注入腔，以及將所述第一襯底結(jié)合到所述第二襯底并在所述位錯(cuò)處將所述第一襯底從所述第二襯底剝離開(kāi)的結(jié)合/剝離腔。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的襯底處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括至少一個(gè)裝載鎖定裝置以?xún)?chǔ)存所述第一襯底和所述第二襯底。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的襯底處理系統(tǒng)，其中所述一系列指令進(jìn)一步控制在所述膜疊層上封裝膜的第二沉積，以及進(jìn)入所述裝載鎖定裝置以形成所述封裝膜的臭氧氣體的引入。
50.根據(jù)權(quán)利要求46所述的襯底處理系統(tǒng)，其中所述一系列指令進(jìn)一步控制所述處理氣體混合物，以使其包括含量足以沉積所述氧化膜的所述硅氣體。
51.根據(jù)權(quán)利要求46所述的襯底處理系統(tǒng)，其中所述一系列指令進(jìn)一步控制所述硅氣體在所述處理氣體混合物中的含量范圍為1-10％。
52.根據(jù)權(quán)利要求46所述的襯底處理系統(tǒng)，其中所述一系列指令進(jìn)一步控制所述硅氣體在所述處理氣體混合物中的含量為6％以下。
53.根據(jù)權(quán)利要求46所述的襯底處理系統(tǒng)，其中所述一系列指令進(jìn)一步控制采用氫氣終止法在所述膜疊層的所述硅膜上沉積封裝膜，從而保護(hù)所述硅膜。
54.根據(jù)權(quán)利要求46所述的襯底處理系統(tǒng)，其中所述一系列指令進(jìn)一步控制采用氫氣終止法在所述膜疊層的所述硅膜上沉積封裝膜，從而保護(hù)所述硅膜，其中僅采用所述氫氣和包括硅烷和乙硅烷兩者之一的所述硅源氣體。
全文摘要
本發(fā)明提供了沉積氧化膜的裝置和方法。該方法包括采用含有硅源氣體、氧氣和氫氣的處理氣體混合物，在800－1300℃的處理溫度下在襯底上沉積氧化膜。在氧化膜沉積期間，處理氣體混合物中含有6％以下的氧氣、硅氣體和主要的氫氣。
文檔編號(hào)C23C16/44GK1705768SQ200380101492
公開(kāi)日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2003年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月17日
發(fā)明者R·N·安德森, P·B·科米塔, A·瓦爾德豪爾, N·B·賴(lài)?yán)?申請(qǐng)人:應(yīng)用材料有限公司