使用热丝化学气相沉积(HWCVD)腔室清洁基板表面的方法与流程

本发明的实施方式大体上涉及半导体基板工艺。

背景技术：
在沉积工艺中(例如诸如外延生长之类的工艺)，期望有清洁的和/或无污染的表面以容许沉积具有期望的成分的均匀层。为了提供清洁的和/或无污染的表面，执行清洁工艺。例如，用于移除含氧或含碳污染层的传统基板清洁工艺一般包括通过将布置在处理腔室内的钽(Ta)管加热至大于约1600摄氏度的温度以解离吸附在管表面上的氢(H2)，而产生原子氢源。然而，由于解离氢(H2)需要高温，发明人已观察到这样的工艺耗时且耗能。因此，发明人已提供使用热丝化学气相沉积(HWCVD)腔室清洁基板表面的改良的方法。

技术实现要素：
在此提供用于使用热丝化学气相沉积(HWCVD)腔室清洁基板的表面的方法。在一些实施方式中，用于清洁基板的表面的方法可包括以下步骤：提供基板至热丝化学气相沉积(HWCVD)腔室，该基板具有布置在该基板的表面上的材料；提供氢(H2)气至HWCVD腔室；加热布置在该HWCVD腔室中的一个或多个灯丝(filament)至足以解离该氢(H2)气的温度；及将该基板暴露至解离的氢(H2)气以从该基板的表面移除至少一些该材料。下文中描述本发明的其他与进一步的实施方式。附图说明通过参考描绘于附图中的本发明的说明性的实施方式，能够理解在上文中简要概括的且在下文中更加详细讨论的本发明的实施方式。然而应注意的是，附图仅说明此发明的典型实施方式，因而不应将这些附图视为本发明范围的限 制，因为本发明可容许其他等同效果的实施方式。图1是根据本发明的一些实施方式的用于使用热丝化学气相沉积(HWCVD)腔室清洁基板的表面的方法的流程图。图2A至图2B是根据本发明的一些实施方式的在图1的工艺顺序的不同阶段期间的说明性的基板截面图。图3是根据本发明的一些实施方式的适用于执行描绘于图1中的方法的HWCVD腔室。为了帮助理解，尽可能使用相同标记数字来表示在各图中共用的相同元件。这些图并未按照比例绘制且可能为了清楚而被简化。需了解的是一个实施方式的元件与特征可有利地并入其他实施方式中而无须进一步详述。具体实施方式本发明的实施方式提供用于使用热丝化学气相沉积(HWCVD)腔室清洁基板的表面的方法。本发明的方法可有利地提供比传统基板清洁工艺更有效率且耗时较少的清洁基板表面(例如，移除表面污染物、氧化物层、碳化物层或类似物)的方法。图1是根据本发明的一些实施方式的用于使用热丝化学气相沉积(HWCVD)腔室清洁基板的表面的方法100的流程图。图2A至图2B是根据本发明的一些实施方式的在图1的工艺顺序的不同阶段期间的说明性的基板截面图。本发明的方法可在根据本发明的多个实施方式的适合用于处理半导体基板的任何HWCVD腔室中执行，该HWCVD腔室比如为下文中针对图3所讨论的HWCVD腔室。方法100通常开始于102，此处可视情况将基板(例如基板200)加热到期望温度。该期望温度可以是任何温度，例如，比如约室温(例如大约20摄氏度至25摄氏度)至约1000摄氏度。在执行清洁工艺(例如，下文描述的清洁基板200的表面)之前加热基板200可有助于从基板200除气和/或移除一些污染物。此外，在执行清洁工艺之前加热基板200可提供至少一部分能量，这些能量是帮助移除基板上所布置的材料或一层或多层(例如下文中描述的层202)以清洁基板200所需的，因而减少需要由HWCVD腔室提供的能量的量。在一些实施方式中，基板200可在用于执行清洁工艺的腔室(例如下文中描述 的HWCVD腔室300)中被加热。在一些实施方式中，基板200可在与用于执行清洁工艺的腔室(例如下文中描述的HWCVD腔室300)不同的腔室中被加热。在基板200于不同腔室中被加热的实施方式中，可减少HWCVD腔室受到来自基板的材料的污染的发生率。在与用于执行清洁工艺的腔室不同的腔室中加热基板的实施方式中，该腔室可以是适合将基板200加热至期望温度的任何类型的腔室，例如比如为退火腔室、沉积腔室或类似腔室。在一些实施方式中，该腔室可以是HWCVD腔室，比如下文中针对图3讨论的HWCVD腔室。在一些实施方式中，该腔室可以是一个或多个耦接至多腔室工具的腔室，所述多腔室工具例如比如为群集(cluster)工具或沿线(in-line)HWCVD工具，比如在DieterHaas等人的公开号为2011/0104848的美国专利申请案中描述的工具，该案于2011年5月5日公开，且该案让渡给本发明的受让人。参考图2A，基板200可以是任何适合的基板，比如掺杂的或无掺杂的硅基板、Ⅲ-Ⅴ族化合物基板(compoundsubstrate)、Ⅱ-Ⅵ族化合物基板、硅锗(SiGe)基板、外延基板(epi-substrate)、绝缘体上硅(silicon-on-insulator)(SOI)基板、显示器基板(比如液晶显示器(LCD)、等离子体显示器、电致发光(EL)灯显示器)、发光二极管(LED)基板、太阳能电池阵列、太阳能板或类似基板。在一些实施方式中，基板200可以是半导体晶片，比如200mm或300mm的半导体晶片。在一些实施方式中，基板200可以是大型的LCD或玻璃基板，例如比如为约1000mm×1250mm的基板或约2200mm×2500mm的基板。在一些实施方式中，该基板200可包含一层或多层，例如氧化物层、氮化物层、高或低K介电层、导电层或类似层。在一些实施方式中，以替代方式或结合方式，可在基板200中或基板200上和/或在形成于基板上的一层或多层中或一层或多层上形成一个或更多个特征(例如过孔(via)、沟槽、双镶嵌(dualdamascene)结构或类似特征)。这些特征可经由任何适合的工艺形成，例如比如蚀刻工艺。此外，基板200可在预热前经历额外的工艺，比如湿式化学清洁工艺或类似工艺。在一些实施方式中，基板200可包含布置在基板200的表面204上的待移除的材料。在一些实施方式中，该待移除的材料可形成布置在基板200的表面 204上的层202。层202可以是需要此类移除的任何类型的层。例如，在一些实施方式中，层202可包含碳，例如比如碳化物层。或者，层202可包含氧，例如诸如表面氧化物层或原生氧化物层之类的氧化物层，该氧化物层包含氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiO2)、氧化镍(NiO2)或类似物。层202可具有例如约1纳米至约2纳米的厚度。在104，提供基板200至热丝化学气相沉积(HWCVD)腔室。HWCVD腔室可以是任何适合用于处理半导体基板的HWCVD腔室，比如下文中针对图3讨论的HWCVD腔室。在提供基板200至HWCVD腔室前加热基板200(即前文中在102所讨论的步骤)的实施方式中，可经由任何适合移送基板200同时使来自基板200的热损失减到最少的手段移送基板200。在一些实施方式中，例如在HWCVD腔室是群集工具的一部分的实施方式中，可经由布置在移送腔室中的移送机器人移送基板200。或者，在一些实施方式中，例如在HWCVD腔室是沿线工具的一部分的实施方式中，可经由线性输送器直接从预热腔室移送基板200至HWCVD腔室，或通过布置在预热腔室与HWCVD腔室之间的分隔腔室从预热腔室移送基板200至HWCVD腔室。在106，当基板200处于HWCVD腔室中时，可视情况将基板200加热到期望温度。可除了上文中在102描述的视情况的加热之外或取代上文中在102描述的视情况的加热，而执行在106的视情况的加热。进一步而言，在106的视情况的加热可在下文中描述的清洁工艺之前执行或同时(concurrently)执行。可将基板200加热至任何温度，例如受帮助移除材料或层202所需的能量的量的影响。例如，期望温度可大约是室温(例如约20-25摄氏度)至约1000摄氏度。可经由任何适合的机构加热基板200，该机构例如比如为嵌在HWCVD腔室的基板支撑件中的基板加热器(例如下文中描述的基板支撑件328的加热器329)，或者是布置在HWCVD腔室中的一个或多个灯丝(例如下文中描述的灯丝或丝310)。执行清洁工艺(例如下文中描述的基板200的表面的清洁)之前加热基板200可提供至少一部分能量，这些能量是帮助移除基板上所布置的一层或多层(例如下文描述的层202)以清洁基板200所需的，因而减少暴露时间及需要由HWCVD腔室提供的氢气的量。接着，在108，可提供氢(H2)气至HWCVD腔室。可以任何适合的流量提供氢(H2)气至HWCVD腔室，例如比如为约50sccm至约700sccm(例 如对300mm的晶片处理腔室而言)。在此提供的流量可根据被清洁的基板的尺寸和/或HWCVD腔室的处理空间的尺寸而变化。在一些实施方式中，可用例如惰性气体稀释氢(H2)气，该惰性气体比如为氦(He)、氩(Ar)或类似气体。氢(H2)气对惰性气体的比例可为任何比例，例如比如为约1:9至约9:1。该比例可被调整以提供产生所需量的能量所必需的氢(H2)量(解离时)，以帮助移除层202，如下文所论。在稀释氢(H2)气的实施方式中，可在提供氢(H2)气与惰性气体至HWCVD腔室之前混合这些气体(例如，在提供氢(H2)气与惰性气体混合物至下文中描述的入口332和/或喷头333之前混合氢(H2)气与惰性气体)。或者，在一些实施方式中，氢(H2)气与惰性气体可经由两个独立的气源共同流入HWCVD腔室并且在HWCVD腔室内混合(例如，在下文中所讨论的内部处理空间304中)。在110，提供电流至布置在HWCVD腔室中的一个或多个灯丝，以使这些灯丝加热到足以解离氢(H2)气的温度。该一个或多个灯丝可以是布置在任何类型的HWCVD腔室中的任何类型的灯丝，例如比如为下文中针对图3描述的HWCVD腔室中所布置的多个灯丝。该温度可以是适合引发氢(H2)气解离且进一步提供移除期望材料或层202所需的适当量的能量的任何温度，例如比如约1000摄氏度至约2400摄氏度。在一些实施方式中，该温度可至少部分地由层202的成分决定，也因此可至少部分地由被解离的气体与层202之间的反应的活化能决定和/或由破坏层202化合物的化学键所需的能量的量决定，因而有助于移除材料或层202。例如，在层202包含氧化硅(SiO2)的实施方式中，在解离的氢原子之间的反应可由下面的反应式代表：2H*(g)+SiO2(s)＝SiO(g)+H2O(g)在这样的实施方式中，促进前述反应所需的温度可大于约700摄氏度，或在一些实施方式中大于约750摄氏度。接着，在112，通过使基板200暴露至解离的氢(H2)气而清洁基板200的表面204。通过将基板200暴露至解离的氢(H2)气，氢原子与布置在基板的表面上的材料(比如层202)反应，从而帮助移除材料或层202，因此清洁了基板200的表面204。例如，在该层包含氧化物(例如原生氧化物层)的实施方式中，氢原子与氧化物反应，而引发氧化物还原及挥发性(volatile)产物形 成，即元素分子或元素的氢化物和/或较低级的氧化物(loweroxide)。例如，在氧化物层包含氧化硅(SiO2)的实施方式中，这些反应的挥发性产物可以是水(H2O)与硅(Si)的氢化物及碳(C)的氢化物。在一些实施方式中，除了氢原子与材料或层202之间的反应之外，原子氢可进一步与基板200的表面204反应，因而形成表面204材料的挥发性产物，从而引发基板200的表面204被蚀刻。例如，在基板200包含砷化镓(GaAs)的实施方式中，可产生挥发性产物砷(As)与镓(Ga)的氢化物。基板200可暴露至解离的氢(H2)气达任何适合帮助移除层202的时间量。例如，在一些实施方式中，该基板可被暴露至解离的氢(H2)气达约10秒至约300秒，或者在一些实施方式中达比约1分钟较少。为了有助于移除材料或层202，基板200可被定位在HWCVD源(例如，下文中针对图3所描述的灯丝或丝310)之下，使得基板200暴露至氢气及氢气的分解物种。基板200可处于静态的位置中定位于基板支撑件(例如，下文中针对图3所描述的基板支撑件328)上及HWCVD源之下，或在一些实施方式中，基板200可动态地定位于基板支撑件上及HWCVD源之下，以在基板200通过HWCVD源之下时有助于清洁。除了上述内容之外，可利用额外的工艺参数帮助从基板200移除层202，且这些额外的工艺参数可至少部分地由移除层202所需的能量的量决定。例如，在一些实施方式中，处理腔室可被维持在约10mTorr至约500mTorr的压强下，或在一些实施方式中，被维持在约100mTorr的压强下(例如，对于300mm的晶片处理腔室而言)。在此提供的腔室压强可根据被清洁的基板的尺寸和/或HWCVD腔室的处理空间的尺寸而变化。以替代方式或以结合方式，在一些实施方式中，HWCVD腔室的物理参数(例如下文描述的灯丝直径、灯丝至灯丝的距离336或灯丝至基板的距离340)可被调整以帮助从基板200移除层202。在前述实施方式的任一实施方式中，任一工艺参数(例如，氢(H2)气的流量、氢气(H2)对惰性气体的比例、基板温度、灯丝温度、额外的工艺参数、HWCVD腔室的物理参数或类似参数)可相对于彼此来调整，以提供帮助移除层202所需的能量的量，例如比如为解离的气体与层202之间的反应的活化能和/或破坏层202化合物的化学键所需的能量的量，因而有助于移除层202。在110清洁基板200的表面204的步骤之后，方法100大体上结束，且基板200可进行进一步处理。在一些实施方式中，可在基板200上执行额外的工艺(比如额外的层沉积、蚀刻、退火或类似工艺)，例如以在基板200上形成半导体器件或制备基板200以用于多种应用中，这些应用比如为光伏电池(PV)、发光二极管(LED)或显示器(例如，液晶显示器(LCD)、等离子体显示器、电致发光(EL)灯显示器或类似显示器)。图3描绘依据本发明的实施方式的适合使用的HWCVD处理腔室300的示意侧视图。处理腔室300大体上包含腔室主体302，腔室主体302具有内部处理空间304。多个灯丝或丝310被布置在腔室主体302内，例如在内部处理空间304内。多个丝310也可以是横跨内部处理空间304来回拉线(route)的单一丝。多个丝310包含HWCVD源。丝310可包含任何适合的导电材料，例如比如钨、钽、铱、镍铬、钯或类似材料。丝310可包含任何适合提供期望温度以有助于处理腔室300中的工艺的厚度。例如，在一些实施方式中，每一丝310可包含约0.2mm至约1mm的直径，或在一些实施方式中，包含约0.5mm的直径。每一丝310都由支撑结构(图中未示)夹于适当位置，以当丝被加热到高温时保持丝被拉紧(taught)，且对丝提供电接触。在一些实施方式中，每一丝310之间的距离(即丝至丝的距离336)可变化，以提供处理腔室300内的期望温度分布曲线。例如，在一些实施方式中，丝至丝的距离336可为约10mm至约120mm，或在一些实施方式中为约20mm，或在一些实施方式中为约60mm。电源313被耦接至丝310以提供电流而加热丝310。基板330(例如上文中描述的基板200)可被定位在HWCVD源(例如丝310)之下，例如于基板支撑件328上。基板支撑件328可处于静态以用于静态沉积，或可移动(如箭头305所示)以当基板330通过HWCVD源之下时用于动态沉积。在一些实施方式中，基板支撑件328可包含加热器329，加热器329嵌在基板支撑件中，以有助于控制基板200的温度。加热器329可以是任何类型的加热器，例如比如为电阻式加热器。在一些实施方式中，每一丝310与基板330之间的距离(即丝至基板的距离340)可变化以有助于处理腔室300中正在执行的特定工艺。例如，在一些 实施方式中，丝至基板的距离340可为约20mm至约120mm，或在一些实施方式中为约45mm，或在一些实施方式中为约60mm。腔室主体302进一步包括一个或更多个气体入口(图中显示一个气体入口332)及一个或更多个出口(图中显示两个出口334)，这些气体入口提供一个或更多个工艺气体，这些出口接至真空泵以维持处理腔室300内适合的操作压强并且移除过多的工艺气体和/或工艺副产物。气体入口332可供给(feed)气体进入喷头333(如图所示)或其他适合的气体分配元件，以均匀地(或如期望的)于丝310之上分配气体。在一些实施方式中，可在例如丝与基板之间提供一个或多个遮蔽件320，且遮蔽件320可界定开口324(开口324为基板界定沉积区域)且可减少腔室主体302的内部表面上不需要的沉积。以替代方式或以结合方式，能使用一个或更多个腔室衬垫322来使清洁更加容易。使用遮蔽件与衬垫可排除或减少使用非期望的清洁气体，比如温室气体NF3。遮蔽件320与腔室衬垫322大体上保护腔室主体的内部表面免于非期望地汇集沉积的材料，汇集这些沉积的材料是由于工艺气体在腔室中流动所致。遮蔽件320与腔室衬垫322可以是可移除的、可置换的和/或可清洁的。遮蔽件320与腔室衬垫322可被配置成用以覆盖腔室主体的可能变为被涂布的每一区域，这些区域包括丝310周围及涂布隔室的所有壁上，但不限于此。一般而言，遮蔽件320与腔室衬垫322可由铝(Al)制造且可具有被粗糙化的表面，以增强沉积的材料的附着(以防止沉积的材料的剥落)。遮蔽件320与腔室衬垫322可以任何适合的方式装设在处理腔室的期望区域中，比如在HWCVD源的周围。在一些实施方式中，可通过开启沉积腔室的上部而将源、遮蔽件与衬垫移除以供维护与清洁。例如在一些实施方式中，沉积腔室的盖或顶可沿着凸缘(flange)338耦接至沉积腔室的主体，凸缘338支撑该盖并且提供将该盖固定至该沉积腔室的主体的表面。控制器306可被耦接至处理腔室300的各种部件以控制各种部件的操作。虽然图中示意性地显示该控制器耦接至处理腔室300，但该控制器可被合用地连接至任何可由该控制器控制的部件，以根据在此揭示的方法控制HWCVD沉积工艺，这些部件比如为电源313、耦接至入口332的气源(图中未示)、耦接至出口334的真空泵和/或节流阀(图中未示)、基板支撑件328与类似部件。控制器306大体上包含中央处理单元(CPU)308、存储器312与用于 CPU308的支持电路316。控制器306可直接控制HWCVD处理腔室300，或经由其他与特定支持系统部件相联的计算机或控制器(图中未示)控制HWCVD处理腔室300。控制器306可以是任何形式的通用计算机处理器之一，该通用计算机处理器可用于工业设施中以控制各种腔室与子处理器。CPU308的存储器或计算机可读媒体)312可以是容易取得的存储器的一个或更多个存储器，比如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、闪存(flash)或任何其他形式的本地或远程的数字存储装置。支持电路316以传统方式耦接至CPU308以支持处理器。这些电路包括高速缓冲储存器、电源、时钟电路、输入/输出电路与子系统及类似物。可将在此描述的发明性方法储存在存储器312中作为软件程序314，可执行或调用软件程序314以将控制器转为专用控制器，以用在此描述的方式控制处理腔室300的操作。该软件程序也可由第二CPU(图中未示)储存和/或执行，该第二CPU位于远离由CPU308控制的硬件的地方。因此，在此提供了用于使用热丝化学气相沉积(HWCVD)腔室清洁基板的表面的方法。本发明的方法可有利地提供清洁基板表面的方法(例如移除氧化物层、碳化物层或类似物)，该方法比传统基板清洁工艺更有效率且耗时较少。虽然前述内容针对本发明的实施方式，然而在不背离本发明的基本范围的情况下可设计其他与进一步的本发明的实施方式。