用于光激发处理的设备及方法
【专利说明】
[0001]背景
技术领域
[0002]本发明的实施方式大体关于热处理基板的方法，更特定而言，关于在基板上沉积层的方法。
【背景技术】
[0003]半导体制造依赖化学处理，这些化学处理用以沉积、去除、清洁、及以其他方式转化形成于基板上的材料。这些处理通常发生在施加热能或电能以加速化学处理的反应器中。在一些情况下，低能光子用以增加热能。在其他情况下，较高能光子用以在分子进入反应器之前解离分子。在其他情况下，较高能光子用以转化基板上的材料。
[0004]对于先进集成电路所需要的非常浅的电路特征而言，非常期望在实现所需热处理时减小总热预算。热预算可被视作在高温下完成器件制造所必需的总时间。基板经受高温的总时间越长，越多诸如注入结(implanted junct1n)之类的特征结构可能由于原子的扩散或迀移而放宽它们的界定。然而，触发用于半导体应用的化学处理的传统方法通常是能量密集型的，因此不适合用于大多数器件制造。例如，用于CMOS器件的基板通常具有在约400°C处的温度阈值。此外，即使在更高温度下，目前的CVD、ALD、或外延处理仍需要长的沉积时间，这不良地减少了产量。
[0005]因此，需要改良的用于以更快的处理时间促进低温沉积的基板处理的设备及方法。
【发明内容】
[0006]公开了基于光子的用于诸如外延、CVD、及ALD之类的光激发的处理反应的设备及方法。本发明的构思可有益于可能需要至少一个“LASE”应用的处理，该应用例如是使用诸如激光(“L”)之类的电磁辐射的应用、使用电磁辐射来活化或协助活化(“A”)的应用、使用电磁辐射来执行对于对象(“S”)的选择性处理或对表面的处理的应用、使用电磁辐射来执行外延或蚀刻处理(“E”)的应用。
[0007]在一个实施方式中，公开了一种用于在基板上沉积层的方法。该方法包括:将设置在处理腔室内的基板的表面暴露于流体前驱物；把产生自辐射源的电磁辐射引导至光扫描单元，以使得电磁辐射被偏转及在基板的整个表面上被扫描，材料层待形成于基板的该表面上；及利用具有一种波长的电磁辐射来开始沉积处理，该波长被选择为用于流体前驱物的光解解离，以将材料层沉积至基板的该表面上。辐射源可包括激光源、明亮的发光二极管(LED)源、或热源。在一个实例中，辐射源是光纤激光器，该光纤激光器产生紫外线(UV)波长范围内的输出。
[0008]在另一实施方式中，该方法包括:使流体前驱物以层状方式径向流过设置在处理腔室内的基板的整个表面，使得基板的该表面被浸没在流体前驱物中；把产生自辐射源的电磁辐射引导至光扫描单元，以使得电磁辐射以预定照射形状被偏转及在整个基板上被扫描且在表面处或表面附近，材料层待形成于该表面上；及利用具有一种波长的电磁辐射来开始沉积处理，该波长被选择为用于流体前驱物的光解解离，以将材料层沉积至基板的该表面上。
[0009]在又一实施方式中，提供了基板处理腔室。该处理腔室包括用于支撑在处理腔室内的基板的基板支撑件、将流体前驱物提供至处理腔室内的气源、及发射电磁辐射至在基板表面处或基板表面附近的流体前驱物的辐射源，该电磁辐射具有一种波长及一种功率级，该波长及该功率级被选择为用于流体前驱物的光解解离，以沉积材料层于基板表面上。处理腔室可进一步包括光扫描单元，该光扫描单元被配置成引导来自辐射源的电磁辐射以在基板的整个表面上扫描。下文关于图1A至图1B、图2及图3讨论了本发明的细节。
【附图说明】
[0010]因此，以能详细理解本发明的上述列举特征的方式，通过参照实施方式可获得上文简要概述的本发明的更详细的描述，这些实施方式中的一些实施方式在附图中进行图示。然而，应注意，附图仅图示了本发明的典型实施方式，因此不能被视为对本发明的范围的限制，因为本发明可允许其他等效实施方式。
[0011]图1A图示了可用以实践本发明的实施方式的示例性热处理腔室的剖面示意图。
[0012]图1B图示了沿图1A中的线1B-1B截取的处理腔室的侧面示意图。
[0013]图2图示了可用以实践本发明的辐射源的替代性实施方式的平面图。
[0014]图3是根据本发明的一个实施方式的用于材料层在基板表面上的外延生长的示例性方法的流程图。
【具体实施方式】
[0015]本发明的实施方式大体使用辐射源，该辐射源将具有期望的相干性(coherency)的光束投射至扫描单元上，该扫描单元将光或电磁辐射偏转为期望的图像形状，该图像形状诸如是足以在纵向或横向方向上覆盖基板表面的一部分或全部部分的正方形或矩形形状。光或电磁辐射具有一种波长及功率，该波长及功率被选择成光解离在基板表面处或在基板表面附近的气态或液态前驱物，以用于材料层在基板表面上的有效沉积。在一个实例中，借助实质光解的非热解离工艺在低于400°C的较低温度下执行沉积，该工艺使用紫外线UV)波长范围内的光纤激光。
[0016]示例性硬件
[0017]图1A图示可用以实践本发明的实施方式的示例性热处理腔室100的剖面示意图。图1B图示沿图1A中的线1B-1B截取的处理腔室100的侧面示意图。热处理腔室100可用以执行外延沉积处理，例如外延硅沉积处理。然而，本发明的方法及构思也可用在其他用于执行其他处理的处理腔室中，这些其他处理诸如是化学气相沉积(CVD)处理、原子层沉积(ALD)处理、或原子层外延(ALE)处理。
[0018]处理腔室100可用以处理一个或更多个基板，包括在基板108的上表面上沉积材料。处理腔室100大体包括辐射加热灯102阵列，该辐射加热灯102阵列用于加热设置在处理腔室100内的基板支撑件106的背面104以及其他部件。基板支撑件106可以是如图所示的盘状(disk-like)基板支撑件106，或可以是如图1B中所图示的没有中心开孔的环状基板支撑件107，该环状基板支撑件从基板边缘支撑基板以促进将基板暴露给灯102的热辐射。
[0019]基板支撑件106位于处理腔室100内且介于上圆顶128与下圆顶114之间。上圆顶128及下圆顶114连同设置在上圆顶128与下圆顶114之间的基座环(base ring) 136一起大体界定处理腔室100的内部区域。可将基板108 (未按比例绘制)引入处理腔室100内，并经由装载口 103将基板定位于基板支撑件106上，该装载口在图1A中被基板支撑件106遮挡，但在图1B中可见。图示基板支撑件106处于升高的处理位置，但可借助致动器(未图示)将基板支撑件106竖直移动至处理位置下方的装载位置，以使得升举销105得以穿过中心轴132及基板支撑件106中的孔而接触下圆顶114，并将基板108从基板支撑件106上升举。然后，机械手(未图示)可进入处理腔室100以经由装载口 103与基板108衔接并将基板从处理腔室中移除。然后，可将基板支撑件106向上升举至处理位置，以将基板108放置在基板支撑件106的前侧110上，使基板的器件侧116面向上。
[0020]在基板支撑件106定位于处理位置时，基板支撑件106将处理腔室100的内部空间划分为在基板上方的处理气体区域156、及在基板支撑件106下方的净化气体区域158。在处理期间，基板支撑件106被中心轴132旋转，以将处理腔室100内的热效应与处理气流空间上的异常最小化。基板支撑件106由中心轴132来支撑，该中心轴132在基板108的装载、卸载及处理期间沿上下方向134移动基板108。基板支撑件106可由碳化硅或涂覆有碳化娃的石墨形成，以吸收来自灯102的福射能及将该福射能传导至基板108。
[0021]一般而言，上圆顶128及下圆顶114通常由诸如石英之类的光学透明材料形成。上圆顶128及下圆顶114薄成将热记忆(thermal memory)最小化，这两者通常具有在约3mm与约1mm之间例如是约4mm的厚度。上圆顶128的厚度及弯曲度可被配置成提供更平坦的几何形状，以供处理腔室中有均匀流动的均匀度。或者，上圆顶128或下圆顶114可不必是圆顶形状，而是可被制造为平坦的。借助将诸如冷却气体之类的热控制流体经由入口部分126引入热控制空间137中及经由出口部分131抽取热控制流体，可对上圆顶128进行热控制。在一些实施方式中，循环通过热控制空间136的冷却流体可减少上圆顶128的内表面上的沉积。
[0022]诸如灯102阵列之类的一个或更多个灯可以确定的最佳期望方式被设置成绕着中心轴132邻近下圆顶114且在下圆顶114的下方，以在处理气体在上方通过时加热基板108，由此促进材料在基板108上表面上的沉积。在各个实例中，被沉积在基板108上的材料可以是第III族、第IV族、和/或第V族材料，或可以是包括第III族、第IV族、和/或第V族掺杂剂的材料。例如，沉积材料可包括砷化镓、氮化镓、或氮化铝镓。在一些实例中，被沉积在基板108上的材料可包括金属或电介质。
[0023]圆形遮蔽件167可视情况可选地设置在基板支撑件106周围，且耦接至腔室主体101的侧壁。除了为处理气体提供预热区以外，遮蔽件167还防止从灯102至基板108的器件侧116的热/光噪声的泄漏或将此泄漏最小化。遮蔽件167可由CVD SiC、涂覆有SiC