在半导体基板上的层的形成制造技术

这里描述的是用于在基板上形成外延III‑V层的技术。在预清洁室中，通过用氢等离子体(或等离子体分解产物)处理基板，可以用钝化层代替天然氧层。在沉积室中，基板的温度可以升高到低于700℃的温度。在基板温度升高的同时，组V前体可以流入沉积室，以便将钝化层的氢封端(Si‑H)表面转变成砷封端(Si‑As)表面。在基板已经冷却之后，可以使组III前体和组V前体流动以形成成核层。最后，在升高的温度下，可以使组III前体和组V前体流动以形成体III‑V层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在半导体基板上的层的形成
本专利技术涉及用于在基板上形成层的方法和系统，特别是在基板上形成外延III-V层，并且还涉及形成外延III-V层而不将基板加热到700℃以上。
技术介绍
在任何处理之前，由于暴露于环境空气中的氧气，基板(例如，半导体晶片)通常将具有自然氧化物层。当在基板上沉积外延III-V层(即，包括来自周期表的组III和组V元素的层)时，不希望在天然氧化物层上沉积III-V层。下面，讨论用于在自然氧化物层最初存在于基板的表面上的背景下在基板上形成III-V层的技术。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施例，例如使用等离子体(例如，氢等离子体)，可以在预清洁室中从基板移除自然氧化物层。等离子体处理可以用钝化层(例如，氢封端的表面)代替自然氧化物层，并且可以在高于室温的第一温度T1下进行。然后可以将基板从预清洁室输送到沉积室，例如在转移模块的无氧环境中，以防止自然层在基板的表面上重新形成。在转移模块中，基板可以从T1冷却到第二温度T2。在沉积室中，基板可以从T2加热到第三温度T3，然后从T3冷却到第四温度T4。当基板处于升高的温度(即，高于T2或T4)时，组V前体可以流入沉积室以将氢封端的(Si-H)表面转变成砷封端的(Si-As)表面，从而移除钝化层。在T4，可以在保持组V前体的流动的同时开始组III前体的流动。组III和组V前体的流动可以在基板的表面上形成III-V成核层。在形成III-V成核层之后，可以停止组III前体的流动并且可以将基板加热至第五温度T5。在T5，可以重新开始组III前体的流动，同时保持组V前体的流动。组III和组V前体的流动可以形成体III-V层(例如，厚度为500nm的量级)。在形成体III-V层之后，可以停止组III前体，之后可以将基板温度从T5冷却至第六温度T6。当基板温度达到T6时，可以停止组V前体的流动。结合下面的附图更全面地描述了本专利技术的这些和其他实施例。附图说明图1描绘了描述根据本专利技术一个实施例用于预处理基板的表面和在预处理表面上生长外延III-V层的过程的流程图。图2描绘了描述根据本专利技术一个实施例用于在基板的预处理表面上生长外延III-V层的过程的流程图。图3描绘了根据本专利技术的一个实施例在基板位于沉积室中时基板温度相对时间的图，并且其中覆盖有指示在其期间可以将组III和组V前体注入沉积室的时间段的条。图4描绘了根据本专利技术一个实施例的包括预清洁室、转移模块、沉积室和控制器的处理装置。图5描绘了计算机系统的组件，其中可以存储和执行实例化本专利技术的方法的计算机可读指令。具体实施方式在以下优选实施例的详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且其中通过图示的方式示出了可以实践本专利技术的具体实施例。应当理解，在不脱离本专利技术的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构改变。与任何一个附图相关联的描述可以应用于包含相似或相似组件/步骤的不同附图。虽然序列图各自以特定顺序呈现一系列步骤，但是可以改变一些步骤的顺序。图1描绘了描述根据本专利技术的一个实施例用于预处理基板(例如，硅晶片)的表面和在预处理的表面上生长外延III-V层的过程的流程图。在步骤102，可以将基板从转移模块转移到预清洁室中。当转移到预清洁室中时，基板最初可以处于室温。在预清洁室中，基板可以暴露于等离子体、等离子体分解产物、或等离子体和等离子体分解产物两者，以便从基板的表面移除自然氧化物并在基板的表面上形成钝化层。在一个实施例中，等离子体是氢气(H2)等离子体(例如，纯氢气等离子体)，并且形成H2等离子体的区域的面积可以基本上等于基板顶面的面积。在一个实施例中，通过使氢气(或H2与如He气体的惰性气体的混合物)通过等离子体形成等离子体分解产物。在硅晶片暴露于氢气等离子体的情况下，钝化层可包括钝化的，即氢封端的(Si-H)表面。在等离子体处理期间，可以将基板的温度控制在温度T1，其大于室温且小于650℃。优选地，T1在400℃和600℃之间。基板可以由基座或其他温度控制装置加热。在步骤106，可以将基板从预清洁室转移回转移模块。在转移模块中，基板可以从温度T1冷却(步骤108)到温度T2，其小于T1。在步骤110，可以将基板从转移模块转移到沉积室中。重要的是，转移模块为运输提供无氧环境，防止氧化物在基板的表面上重新形成。在沉积室(在一些实施例中，Epi模块)中，基板可以从T2加热到温度T3，其大于50℃且小于700℃(步骤108)。优选地，T3在450℃和700℃之间。T3低于700℃具有多项优势，包括更低的热预算、更高的产量和更低的拥有成本。执行步骤112中的基板的加热，以移除钝化层。在一个实施例中，在将组V前体(例如，砷、TBA(叔丁基砷)等)注入沉积室的同时进行步骤112中的基板加热。在组V前体是砷的情况下，移除钝化层包括将氢封端的(Si-H)表面转变成砷封端(Si-As)表面。在步骤114，可以在基板的预处理表面(例如，砷封端表面)上生长III-V层(在图2中进一步描述)。图2描绘了描述根据本专利技术一个实施例用于在基板的预处理表面上生长外延III-V层的过程的流程图。在步骤202，可以将基板从T3冷却到温度T4，温度T4可以低于450℃(同时保持组V前体的流动)。在步骤204，当基板处于T4时，可以开始组III前体(例如，TMGa、TEGa(三乙基镓)等)的流动(同时保持组V前体的流动)。组III和组V前体的流动可以在基板的预清洁表面上沉积III-V成核层。在步骤206，可以在基板温度低于T4的同时停止组III前体的流动。在步骤208，可以将基板加热到温度T5(例如，体生长温度)，其可以是大约600℃。当基板处于T5时，可以重新开始组III前体的流动(同时保持组V前体的流动)，以便在III-V成核层上沉积体III-V层(步骤210)。在步骤212，可以停止组III前体的流动(同时保持组V前体的流动)。在步骤214，可以将基板从T5冷却到温度T6，温度T6可以大于转移温度(同时保持组V前体的流动)。在T6，可以停止组V前体的流动。尽管未在图2中描绘，但是在将基板输送出沉积室之前，可以将基板温度进一步冷却至温度T7(例如，转移温度)。转移温度可以大于或等于室温。此外，虽然未在图2中描绘，但应理解，在步骤214之后，可在体III-V层的顶部上沉积附加层(例如，附加III-V层、半导体层、绝缘体层、金属层等)。图3描绘了根据本专利技术的一个实施例当基板位于沉积室中时基板温度对时间(元件302)的图300。图300中叠加的条表示可以将组III和组V前体注入沉积室的时间段。如图300所示，可以将基板从T2加热到T3以从基板移除钝化层。然后可以将基板从T3冷却到T4。在时间段304期间(其可以在基板处于T4时开始)，组III前体可以流入沉积室(同时使组V前体流动)以形成III-V成核层。如图300所示，在形成III-V成核层期间，基板温度可以继续冷却到T4以下。在时间段304的结尾时，可以将基板加热到T5。在时间段306期间(其可以在基板处于T5时开始)，组III前体可以流入沉积室(同时使组V前体流动)以形成体III-V层。在时间段306结束时，基板可以从T5冷却到T6。当基板已经冷却到T6时，可以停止组V前体的流动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在基板上生长外延III‑V层的方法，该方法包括：在预清洁室中，当基板处于第一温度T1时，将基板暴露于等离子体、等离子体分解产物、或等离子体和等离子体分解产物两者，以便从基板上移除自然氧化物，并在基板上形成钝化层，其中T1大于室温；在无氧环境中，(a)将基板从预清洁室转移到沉积室，和(b)将基板从T1冷却到第二温度T2；和在沉积室中，(a)将基板从T2加热到第三温度T3，以移除基板上的钝化层，和(b)在基板上生长外延III‑V层，其中50℃

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.07 US 15/093,0031.一种在基板上生长外延III-V层的方法，该方法包括：在预清洁室中，当基板处于第一温度T1时，将基板暴露于等离子体、等离子体分解产物、或等离子体和等离子体分解产物两者，以便从基板上移除自然氧化物，并在基板上形成钝化层，其中T1大于室温；在无氧环境中，(a)将基板从预清洁室转移到沉积室，和(b)将基板从T1冷却到第二温度T2；和在沉积室中，(a)将基板从T2加热到第三温度T3，以移除基板上的钝化层，和(b)在基板上生长外延III-V层，其中50℃<T3<700℃。2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述基板上生长所述外延III-V层包括在所述沉积室中顺序地执行以下步骤：(i)将基板从T3冷却到第四温度T4；(ii)当基板处于T4时，开始组III前体的流动，以便在基板上沉积III-V成核层；(iii)停止组III前体的流动；(iv)将基板加热至第五温度T5；(v)当基板处于T5时，重新开始组III前体的流动，以便在III-V成核层上沉积体III-V层；(vi)停止组III前体的流动；和(vii)将基板从T5冷却至第六温度T6。3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括使组V前体流入所述沉积室，其中所述组V前体的流动在将所述基板从T2加热至T3之前开始，并在将所述基板冷却至T6之后结束。4.根据权利要求2或在前权利要求的任意一个所述的方法，还包括使组V前体流入所述沉积室，其中所述组V前体的流动在将所述基板从T2加热至T3时开始，并在将所述基板冷却至T6之后结束。5.根据权利要求2或在前权利要求的任意一个所述的方法，还包括使组V前体流入所述沉积室，其中所述组V前体的流动在将所述基板从T3冷却至T4之前开始，并在将所述基板冷却至T6之后结束。6.根据权利要求2或在前权利要求的任意一个所述的方法，还包括使组V前体流入所述沉积室，其中所述组V前体的流动在将所述基板从T3冷却至T4时开始，并且在将所述基板冷却至T6之后结束。7.如权利要求1或在前权利要求的任意一个所述的方法，还包括在所述体III-V层上沉积附加层。8.根据权利要求1或在前权利要求的任意一个所述的方法，其中所述无氧环境位于转移模块中。9.根据权利要求1或在前权利要求的任...

【专利技术属性】
技术研发人员：M克尔曼，Z贾，S纳格，R迪蒂兹奥，
申请(专利权)人：艾克斯特朗欧洲公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE