经由偏置的多端口喷射装置的径向和厚度控制的制作方法

本发明涉及用于处理半导体衬底的反应系统。特定地，本发明涉及偏置气体分布设备，其导致反应系统中的衬底的改进的膜均匀性。

背景技术：

在交叉流动反应系统中，当气体流过衬底的表面时可以发生膜的沉积。与衬底的边缘相比，在衬底的中心，这些沉积过程可以导致更大的膜沉积。另外，与衬底的边缘相比，在衬底的中心，膜的化学组成可以不同。

可以证明沉积膜的厚度和化学组成的不一致分布在半导体衬底的处理中是有问题的。由于不均匀的膜厚度和组成，该层可在晶片器件内具有问题，导致在同一衬底上的器件性能(例如迁移率等)的不一致性。

因此，存在需要以改进膜均匀性的方式分布气体的系统。

技术实现要素：

公开了用于执行前体气体喷射的不对称偏置的方法。该方法包括：提供反应室，反应室保持待处理的衬底；提供第一多端口喷射器组件，第一多端口喷射器组件包括用于将第一气体从第一气体源提供到衬底的第一多个单独端口喷射器；提供第二多端口喷射器组件，第二多端口喷射器组件包括用于将第二气体从第二气体源提供到衬底的第二多个单独端口喷射器；利用第一多端口喷射器组件使第一气体流动到衬底上，其中第一多端口喷射器组件具有不对称偏置的第一多个单独端口喷射器；以及利用第二多端口喷射器组件使第二气体流动到衬底上，其中第二多端口喷射器组件具有不对称偏置的第二多个单独端口喷射器；其中实现了第一气体和第二气体在衬底各处的基本上均匀的分布；并且其中在衬底上第一气体和第二气体之间发生反应以形成第一膜。

为了总结本发明以及相对于现有技术实现的优点，在本文以上中已经描述了本发明的某些目的和优点。当然，应当理解，根据本发明的任何具体实施例，不必要所有这样的目的或优点都可以实现。因此，例如，本领域技术人员将认识到，可以以实现或最优化如本文教导或建议的一个优点或一组优点的方式来体现或实行本发明，而不必实现如本文可以教导或建议的其他目的或优点。

所有这些实施例旨在处于本文所公开的本发明的保护范围内。从以下参考附图的某些实施例的详细描述中，这些和其他实施例对于本领域技术人员来说将变得显而易见，本发明不限于所公开的任何具体实施例。

附图说明

下面参照某些实施例的附图描述本文所公开的本发明的这些和其他特征、方面和优点，其旨在说明而不是限制本发明。

专利或申请文件包含至少一张彩色附图。具有彩色附图的该专利或专利申请公开的副本将由专利局根据请求并支付必要的费用提供。

图1示出根据本发明的至少一个实施例的气体喷射系统。

图2示出根据本发明的至少一个实施例的厚度的图示。

图3示出根据本发明的至少一个实施例的组成的图示。

应当理解，图中的元件是为了简单和清楚而示出的，并且不一定按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸可以相对于其他元件放大，以帮助提高对本公开的所示实施例的理解。

具体实施方式

虽然下面公开了某些实施例和示例，但是本领域技术人员将理解，本发明延伸超出本发明的特定地公开的实施例和/或用途以及其明显的修改和等同物。因此，其旨在所公开的本发明的保护范围不应受到下面描述的具体公开的实施例的限制。

本发明的实施例涉及在交叉流动反应器中的衬底上产生更均匀的膜。例如，在诸如si：p、sic：p、si：b、sige：c、sige：p、ge：p、ge：b、gesn、gesn：b、gesn：p和sigesn的多组分iv族外延层的沉积中，衬底的中心和边缘之间的均匀性的问题是常见的。本发明的实施例涉及这些多组分iv族外延层的形成，并且正好可适用于元素膜(例如si、ge)、二元膜(例如si1-xcx、sige、gesn、sisn)、三元膜(例如sigec和sigesn)和四元膜(例如sigesnc和sigecp)。这些膜可以是掺杂的(p型或n型)或未掺杂的。本发明的实施例涉及产生均匀的膜厚度以及在衬底各处均匀的化学含量。

图1示出根据本发明的至少一个实施例的反应系统10。反应系统10可以是外延沉积工具，例如来自asminternationaln.v的intrepid。反应系统10的示例可以在转让给asmipholdingb.v的美国专利申请no.14/218,690中公开，其通过引用并入本文。

反应系统10可以包括第一多端口喷射器(mpi)100和第二多端口喷射器(mpi)200。第一mpi100可以包括第一多个单独喷射端口101-105，而第二mpi200可以包括第二多个单独喷射器端口201-205。例如，单独喷射器端口101-105和单独喷射器端口201-205可以包括由制造的bmw系列计量阀和由hanbayinc.制造的无刷直流电动机。另外，喷射器端口可以由horoba或mksinstruments制造的质量流量控制器(mfc)控制。第一mpi100和第二mpi200可以以紧密的空间关系布置或在空间上分离。

在反应系统10内，衬底120可以以逆时针(如图所示)或顺时针方式旋转。可以以5rpm至50rpm的速率进行顺时针或逆时针旋转，或优选地以10rpm和40rpm之间的速率进行顺时针或逆时针旋转。可以在相同的反应室内布置另外的mpi和单独喷射器端口，以便允许将第二气体喷射到衬底120上。

对于多组分iv族外延层的形成，这可需要多种气体流。第一气体流可以是硅源，例如二氯甲硅烷(dcs)、硅烷(sih4)、乙硅烷(si2h6)、丙硅烷(si3h8)或三氯甲硅烷(tcs)。例如，第二气体流可以是掺杂剂或合金前体气体。掺杂剂或合金前体气体的示例可以包括以下中的至少一种：磷化氢(ph3)、锗烷(geh4)、乙锗烷(ge2h6)、乙硼烷(b2h6)、甲烷(ch4)、氯化锡(sncl4)或单甲基硅烷(mms)。掺杂剂或合金前体气体可以包括n型或p型掺杂剂。另外，出于选择性和稀释的目的，可以向第一气体或第二气体中添加盐酸(hcl)、氢气(h2)或氮气(n2)。根据期望的工艺可调性，气流可以是对称的或不对称的。

为了避免中心到边缘的均匀性问题，本发明的至少一个实施例可以涉及单独喷射器端口101-105的不对称偏置。单独喷射器端口的不对称偏置可以涉及允许单独喷射器端口101-105的不同流速。例如，单独喷射器端口101-102可以经配置允许掺杂剂气体的流动，而其他单独喷射器端口103-105可以经配置根本无气体流动。可以通过用于单独喷射器端口101-105的阀的转数改变通过单独喷射器端口101-105的气体的流量。另外，可以由horoba或mksinstruments制造的质量流量控制器(mfc)控制喷射器端口。

软件程序可以经配置控制通过单独喷射器端口101-105的流量。软件程序可以指示单独喷射器端口101-105打开多长时间以及单独喷射器端口101-105打开的程度。

根据本发明的至少一个实施例，可以形成掺杂膜(例如si：p膜)。为此，第一mpi100可以将二氯甲硅烷(dcs)流动到衬底上。该流动可以在1托和760托之间、优选100托和500托之间的反应器压力下进行。该流动可以在300℃和1100℃之间、优选600℃和800℃之间的反应器温度下进行。该流动可以具有取决于期望的厚度、生长速率和膜厚度的持续时间。根据至少一个实施例，可以进行单独喷射器端口的不对称偏置，使得单独喷射器端口101-102可以使dcs流动，而其他单独喷射器端口103-105不使任何dcs流动。根据至少一个实施例，可以发生单独喷射器端口的不对称偏置，使得单独喷射器端口101、102和105不使气体流动，而单独喷射器端口103和104使气体流动，或者使得单独喷射器端口101和105不使气体流动，而单独喷射器端口102、103和104使气体流动。

然后，第二mpi200可以将磷化氢流动到衬底上。该流动可以在1托和760托之间、优选100托和500托之间的反应器压力下进行。该流动可以在300℃和1100℃之间、优选600℃和800℃之间的反应器温度下进行。该流动可以具有取决于期望的厚度、生长速率和膜厚度的持续时间。根据至少一个实施例，可以进行单独喷射器端口的不对称偏置，使得单独喷射器端口201-202可以使磷化氢流动，而其他单独喷射器端口203-205不使任何磷化氢流动。根据至少一个实施例，可以发生单独喷射器端口的不对称偏置，使得单独喷射器端口201、202和205不使气体流动，而单独喷射器端口203和204使气体流动，或者使得单独喷射器端口201和205不使气体流动，而单独喷射器端口202、203和204使气体流动。

不对称偏置可以指示施加到衬底的磷化氢的更均匀分布。不对称偏置可以允许对工艺的改进的可调性，从而允许沉积的膜的通用性。图2示出使用不对称流动配置的一组结果，该结果示出作为离晶片中心的位置的函数的厚度。图示上的不同线代表不同的不对称条件。不对称偏置可以导致厚度曲线从皱眉形曲线(如条件b中所见)调整到微笑形曲线(如条件a中所见)，从而提供宽范围的厚度可保持性。

图3示出使用不对称流动配置的一组结果，该结果示出作为离晶片中心的位置的函数的组成。类似于图2，图示上的不同线表示不同的不对称条件。不对称偏置可以导致磷组成曲线从皱眉形曲线(如条件e中所见)调整到微笑形曲线(如条件d和f中所见)，从而提供宽范围的含量可保持性。

根据本发明的至少一个实施例，反应系统10可以用于形成多层膜叠层，该多层膜叠层可以包括硅(si)和硅锗(sige)的交替层。这些膜可以是未掺杂的。

为了形成这些膜叠层，第一mpi100可以经配置使硅源(例如二氯甲硅烷(dcs)或硅烷)和盐酸(hcl)流动。该流动可以在1托和200托之间、优选5托和60托之间的反应器压力下进行。该流动可以在200℃和1000℃之间、优选300℃和900℃之间的反应器温度下进行。该流动可以具有取决于层的期望组成和厚度的持续时间。

可以进行单独喷射器端口的不对称偏置，使得单独喷射器端口101-102可以使dcs流动，而其他单独喷射器端口103-105不使任何dcs流动。根据期望的曲线，其他不对称偏置条件也是可以的。第一多端口喷射器100还可以连接到hcl源。单独喷射器端口101-105可以经配置使得具体的喷射器端口可以使dcs流动、而其他的喷射器端口使hcl流动。

第二mpi200可以经配置使诸如锗烷(geh4)或乙锗烷的锗源流动。该流动可以在1托和200托之间、优选5托和60托之间的反应器压力下进行。该流动可以在200℃和1000℃之间、优选300℃和900℃之间的反应器温度下进行。该流动可以具有取决于层的期望组成和厚度的持续时间。可以进行单独喷射器端口的不对称偏置，使得单独喷射器端口201-202可以使geh4流动，而其他单独喷射器端口203-205不使任何geh4流动。根据期望的曲线，其他不对称偏置条件也是可以的。

根据本发明的至少一个实施例，反应系统10可以用于形成多层膜叠层，该多层膜叠层可以包括锗(ge)和锗锡(gesn)的交替层。这些膜叠层可以在诸如用于逻辑器件的应力源的应用中使用。

为了形成这些膜叠层，第一mpi100可以经配置使锡源(例如氯化锡(sncl4)或氢化锡)和盐酸(hcl)流动。该流动可以在1托和760托之间、优选500托和760托之间的反应器压力下进行。该流动可以在100℃和800℃之间、优选150℃和500℃之间的反应器温度下进行。该流动持续时间取决于层的期望的组成和厚度。可以进行单独喷射器端口的不对称偏置，使得单独喷射器端口101-102可以使氯化锡流动，而其他单独喷射器端口103-105不使任何氯化锡流动。第一多端口喷射器100还可以连接到hcl源。单独喷射器端口101-105可以经配置使得具体的喷射器端口可以使氯化锡流动，而其他的喷射器端口使hcl流动。

第二mpi200可以经配置使锗源(例如锗烷(geh4)或乙锗烷)流动。该流动可以在1托和760托之间、优选500托和760托之间的反应器压力下进行。该流动可以在100℃和800℃之间、优选150℃和500℃之间的反应器温度下进行。该流动持续时间取决于层的期望的组成和厚度。可以进行单独喷射器端口的不对称偏置，使得单独喷射器端口201-202可以使锗烷流动，而其他单独喷射器端口203-205不使任何锗烷流动。

应当理解，本文所描述的配置和/或方法本质上是示例性的，并且这些特定实施例或示例不应被认为是限制性的，因为许多改变是可以的。本文描述的特定例程或方法可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个。因此，所示的各种动作可以以所示的顺序、以其他顺序执行，或者在一些情况下省略。

本公开的主题包括本文公开的各种工艺、系统和配置以及其他特征、功能、动作和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合，以及包括其任何和所有等同物。