用于前段工艺制造的原地干洗腔制造技术

本发明专利技术提供了一种用于从衬底表面上去除天然氧化物的方法和装置。一方面，该腔包括一个腔体和一个至少部分布置在腔体内并适合在其上支撑衬底的支撑装置。该支撑装置包括至少部分在其中形成并能冷却衬底的一个或多个流体通道。该腔进一步包括布置在腔体上表面的盖装置。该盖装置包括在其间限定了等离子空腔的第一电极和第二电极，其中第二电极适合连接地加热衬底。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施方式一般涉及半导体处理设备。更具体地，本专利技术的实施方式涉及用于半导体制造的化学气相沉积(CVD)系统和使用该系统的原地干洗方法。
技术介绍
当衬底表面暴露在氧气中时，一般会形成天然氧化物。在大气条件下，将衬底在处理腔之间移动时或者当残留在真空腔中的少量氧接触衬底表面时会发生氧气暴露(oxygen exposure)。如果衬底表面在蚀刻过程中被污染，那么也可能产生天然氧化物。天然氧化物一般在衬底表面上形成一个不希望有的薄膜。尽管天然氧化物薄膜通常非常薄(例如在5至20埃之间)，但是其厚度已经足以在后续的制造过程中形成困难。这种困难通常会对在衬底上所形成的半导体器件的电性能造成影响。例如，当天然氧化硅薄膜形成在暴露的含硅层上时，会出现一个特定问题，尤其是在金属氧化物硅场效应晶体管(Metal Oxide SiliconField Effect Transistor，MOSFET)结构的加工过程中。氧化硅薄膜是电绝缘的，因此在与接触电极或互连电路径(electrical pathways)的界面处是不希望有的，因为它们导致高的电接触电阻。在MOSFET结构中，电极和互连电路径包括硅化物层，其是通过在裸硅上沉积难熔金属以及对该层进行退火以产生金属硅化物层而形成的。在衬底和金属之间的界面处的天然氧化硅薄膜，通过阻止形成金属硅化物的扩散化学反应来降低硅化物层的成分均匀性。这导致较低的衬底产量，并且由于电接触处过热而提高了故障率。天然氧化硅薄膜还阻止了随后沉积在衬底上的其它CVD或溅射层的粘合。已尝试用溅射蚀刻工艺来减少纵横比小于约4∶1的大部件或小部件中的污染物。但是，溅射蚀刻工艺会由于物理轰击而破坏精密的硅层。对应地，还尝试了例如使用氢氟酸(HF)和去离子水的湿法蚀刻工艺。但是，诸如这类的湿法蚀刻工艺对于当前纵横比超过4∶1的较小器件上是不利的，尤其是在纵横比超过10∶1时。特别地，湿法溶液不能渗透入形成在衬底表面内的这些尺寸的微通路(vias)、触点或其它部件。因此，天然氧化物膜的去除是不完全的。同样，湿法蚀刻溶液即使能成功渗透这种尺寸的部件，但当蚀刻完成时，则更难于从该部件中去除湿法蚀刻溶液。另一去除天然氧化物膜的方法是干法蚀刻工艺，如使用含氟气体的工艺。但是，使用含氟气体的一个缺点是氟一般残留在衬底表面上。残留在衬底表面上的氟原子或氟基可能是有害的。例如，遗留的氟原子可继续蚀刻衬底，从而导致其中有空隙。最近的去除天然氧化物膜的方法是在衬底表面上形成一种含氟/硅盐，随后可通过热退火将其去除。在这种方法中，通过使含氟气体与氧化硅表面反应从而形成该盐的一个薄层。然后将该盐加热至足够高的高温，以将该盐分解成挥发性副产物，然后从处理腔中去除该副产物。反应性含氟气体的形成通常借助于热加成(thermal addition)或等离子能。该盐通常在降低的温度下形成，这需要对衬底表面进行冷却。这种先进行冷、然后进行加热的顺序，通常是通过将衬底从衬底一个冷却腔中转移到一个独立的退火腔或炉中来实现的，衬底在该冷却腔中被冷却，在该退火腔或炉中被加热。出于各种原因，这种反应性氟处理顺序是不理想的。也就是说，由于转移晶片所耗费的时间，使晶片产量大大降低。另外，晶片在转移过程中非常易于遭受另外的氧化或其它污染。此外，由于需要两个独立的腔来完成氧化物去除处理，因此使用户的成本加倍。因此，需要一种处理腔，其能够遥控等离子产生、加热和冷却，从而能够在单个腔内完成单个干法蚀刻过程(即原地(in-situ))。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于从衬底表面上去除天然氧化物的处理腔。一方面，该腔包括一个腔体和一个支撑装置，该支撑装置至少部分地被布置在该腔体内部，并且适于在该支撑装置上支撑一个衬底。该支撑装置包括一个或多个至少部分地形成在其中的流体通道，该流体通道能够提供流体来冷却该衬底。该腔进一步包括一个布置在该腔体上表面的盖装置(lid assembly)。该盖装置包括一个第一电极和一个第二电极，在该第一电极和该第二电极之间限定了一个等离子空腔，其中该第二电极被加热并适于连接地(connectively)加热衬底。本专利技术还提供了一种用于从衬底表面蚀刻天然氧化物的方法。一方面，该方法包括将一个待处理的衬底装载入一个处理腔内，该处理腔包括一个腔体和一个支撑装置，该支撑装置至少部分地被布置在该腔体内部，并且适于在该支撑装置上支撑一个衬底。该支撑装置包括一个或多个至少部分地形成在其中的流体通道，该流体通道能够提供流体来冷却该衬底。该腔进一步包括一个布置在该腔体上表面的盖装置。该盖装置包括一个第一电极和一个第二电极，在该第一电极和该第二电极之间限定了一个等离子空腔，其中该第二电极被加热并适于连接地加热衬底。该方法进一步包括在该等离子空腔内产生反应性气体的等离子，通过使传热介质流过该支撑装置的该一个或多个流体通道来冷却该衬底，使该反应性气体通过第二电极流到该衬底表面，利用该反应性气体来蚀刻该衬底表面，通过施加电力到一个与第二电极接触的加热元件来加热第二电极，以及通过将该支撑装置紧密靠近该被加热的第二电极来利用该被加热的第二电极对该衬底进行加热。附图说明为了能详细理解本专利技术上述特征的方式，因而结合实施方式对上面简要概括的本专利技术进行更具体的描述，其中部分实施方式示于附图中。但是应注意到，附图仅示出了本专利技术的典型实施方式，因此不能被认为是限制其范围的，本专利技术可允许其它等效的实施方式。图1A示出了一个用于加热、冷却和蚀刻的示例性处理腔100的局部剖面图。图1B示出了一个布置在图1A处理腔内部的示例性衬套的放大示意图。图2A示出了一个可布置在图1A所示腔体上端的示例性盖装置的放大剖面图。图2B和2C示出了图2A中气体分布板的放大示意图。图3A示出了一个至少部分布置在图1A腔体112内部的示例性支撑装置的局部剖面图。图3B示出了图3A中示例性支撑装置300的放大局部剖面图。图4A示出了另一个示例性盖装置400的示意性剖面图。图4B示出了图4A中上部电极的放大的示意性局部剖面图。图4C示出了使用图4A的盖装置400的示例性处理腔100的局部剖面图。图5A-图5H是用于形成示例性有源电子器件(例如MOSFET结构)的制造顺序的示意性剖面图。图6是适合进行多种处理操作的示例性多腔处理系统的的示意图。具体实施例方式本专利技术提供了一种用于任意数量衬底处理技术的处理腔。该处理腔特别地用于实现既需要加热衬底表面又需要冷却衬底表面而不破坏真空的等离子辅助干法蚀刻工艺。例如，可预料到本文描述的处理腔非常适合于从衬底表面去除氧化物和其它污染物的前段工艺(FrontEnd OfLine，FEOL)清洁腔。本文使用的“衬底表面”是指，可在其上进行处理的任何衬底表面。例如，衬底表面可包括硅、氧化硅、掺杂硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石和任何其它材料，例如金属、金属氮化物、金属合金和其它导电材料，这取决于具体应用。衬底表面还可包括介电材料如二氧化硅、有机硅酸盐和碳掺杂的硅氧化物。衬底本身不限于任何特定的尺寸或形状。一方面，术语“衬底”是指具有200mm直径或300mm直径的圆形晶片。另一方面，术语“衬底”是指任何多边形、方形、矩形、曲线形或其它非圆形工件，例如在平板显示器制造本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从衬底表面上去除天然氧化物的处理腔，其包括：一个腔体；一个至少部分布置在该腔体内部并适合在其上支撑一个衬底的支撑装置，其中该支撑装置包括至少部分在其中形成并能冷却该衬底的一个或多个流体通道；和一个布置在该腔体 上表面的盖装置，该盖装置包括在其间限定一个等离子空腔的第一电极和第二电极，其中该第二电极被加热并适合对流加热该衬底。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：CT高，JP周，C赖，S阿姆托艾，J休斯顿，S郑，M张，X袁，Y张，X陆，WW王，SE潘，
申请(专利权)人：应用材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]