本發(fā)明涉及用于處理半導(dǎo)體襯底的反應(yīng)系統(tǒng)。特定地，本發(fā)明涉及偏置氣體分布設(shè)備，其導(dǎo)致反應(yīng)系統(tǒng)中的襯底的改進(jìn)的膜均勻性。

背景技術(shù)：

在交叉流動(dòng)反應(yīng)系統(tǒng)中，當(dāng)氣體流過襯底的表面時(shí)可以發(fā)生膜的沉積。與襯底的邊緣相比，在襯底的中心，這些沉積過程可以導(dǎo)致更大的膜沉積。另外，與襯底的邊緣相比，在襯底的中心，膜的化學(xué)組成可以不同。

可以證明沉積膜的厚度和化學(xué)組成的不一致分布在半導(dǎo)體襯底的處理中是有問題的。由于不均勻的膜厚度和組成，該層可在晶片器件內(nèi)具有問題，導(dǎo)致在同一襯底上的器件性能(例如遷移率等)的不一致性。

因此，存在需要以改進(jìn)膜均勻性的方式分布?xì)怏w的系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

公開了用于執(zhí)行前體氣體噴射的不對(duì)稱偏置的方法。該方法包括：提供反應(yīng)室，反應(yīng)室保持待處理的襯底；提供第一多端口噴射器組件，第一多端口噴射器組件包括用于將第一氣體從第一氣體源提供到襯底的第一多個(gè)單獨(dú)端口噴射器；提供第二多端口噴射器組件，第二多端口噴射器組件包括用于將第二氣體從第二氣體源提供到襯底的第二多個(gè)單獨(dú)端口噴射器；利用第一多端口噴射器組件使第一氣體流動(dòng)到襯底上，其中第一多端口噴射器組件具有不對(duì)稱偏置的第一多個(gè)單獨(dú)端口噴射器；以及利用第二多端口噴射器組件使第二氣體流動(dòng)到襯底上，其中第二多端口噴射器組件具有不對(duì)稱偏置的第二多個(gè)單獨(dú)端口噴射器；其中實(shí)現(xiàn)了第一氣體和第二氣體在襯底各處的基本上均勻的分布；并且其中在襯底上第一氣體和第二氣體之間發(fā)生反應(yīng)以形成第一膜。

為了總結(jié)本發(fā)明以及相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，在本文以上中已經(jīng)描述了本發(fā)明的某些目的和優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明的任何具體實(shí)施例，不必要所有這樣的目的或優(yōu)點(diǎn)都可以實(shí)現(xiàn)。因此，例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可以以實(shí)現(xiàn)或最優(yōu)化如本文教導(dǎo)或建議的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)或一組優(yōu)點(diǎn)的方式來體現(xiàn)或?qū)嵭斜景l(fā)明，而不必實(shí)現(xiàn)如本文可以教導(dǎo)或建議的其他目的或優(yōu)點(diǎn)。

所有這些實(shí)施例旨在處于本文所公開的本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。從以下參考附圖的某些實(shí)施例的詳細(xì)描述中，這些和其他實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得顯而易見，本發(fā)明不限于所公開的任何具體實(shí)施例。

附圖說明

下面參照某些實(shí)施例的附圖描述本文所公開的本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，其旨在說明而不是限制本發(fā)明。

專利或申請(qǐng)文件包含至少一張彩色附圖。具有彩色附圖的該專利或?qū)＠暾?qǐng)公開的副本將由專利局根據(jù)請(qǐng)求并支付必要的費(fèi)用提供。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的氣體噴射系統(tǒng)。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的厚度的圖示。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的組成的圖示。

應(yīng)當(dāng)理解，圖中的元件是為了簡(jiǎn)單和清楚而示出的，并且不一定按比例繪制。例如，圖中的一些元件的尺寸可以相對(duì)于其他元件放大，以幫助提高對(duì)本公開的所示實(shí)施例的理解。

具體實(shí)施方式

雖然下面公開了某些實(shí)施例和示例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本發(fā)明延伸超出本發(fā)明的特定地公開的實(shí)施例和/或用途以及其明顯的修改和等同物。因此，其旨在所公開的本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)受到下面描述的具體公開的實(shí)施例的限制。

本發(fā)明的實(shí)施例涉及在交叉流動(dòng)反應(yīng)器中的襯底上產(chǎn)生更均勻的膜。例如，在諸如si：p、sic：p、si：b、sige：c、sige：p、ge：p、ge：b、gesn、gesn：b、gesn：p和sigesn的多組分iv族外延層的沉積中，襯底的中心和邊緣之間的均勻性的問題是常見的。本發(fā)明的實(shí)施例涉及這些多組分iv族外延層的形成，并且正好可適用于元素膜(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)。這些膜可以是摻雜的(p型或n型)或未摻雜的。本發(fā)明的實(shí)施例涉及產(chǎn)生均勻的膜厚度以及在襯底各處均勻的化學(xué)含量。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的反應(yīng)系統(tǒng)10。反應(yīng)系統(tǒng)10可以是外延沉積工具，例如來自asminternationaln.v的intrepid。反應(yīng)系統(tǒng)10的示例可以在轉(zhuǎn)讓給asmipholdingb.v的美國(guó)專利申請(qǐng)no.14/218,690中公開，其通過引用并入本文。

反應(yīng)系統(tǒng)10可以包括第一多端口噴射器(mpi)100和第二多端口噴射器(mpi)200。第一mpi100可以包括第一多個(gè)單獨(dú)噴射端口101-105，而第二mpi200可以包括第二多個(gè)單獨(dú)噴射器端口201-205。例如，單獨(dú)噴射器端口101-105和單獨(dú)噴射器端口201-205可以包括由制造的bmw系列計(jì)量閥和由hanbayinc.制造的無刷直流電動(dòng)機(jī)。另外，噴射器端口可以由horoba或mksinstruments制造的質(zhì)量流量控制器(mfc)控制。第一mpi100和第二mpi200可以以緊密的空間關(guān)系布置或在空間上分離。

在反應(yīng)系統(tǒng)10內(nèi)，襯底120可以以逆時(shí)針(如圖所示)或順時(shí)針方式旋轉(zhuǎn)?？梢砸?rpm至50rpm的速率進(jìn)行順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，或優(yōu)選地以10rpm和40rpm之間的速率進(jìn)行順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)?？梢栽谙嗤姆磻?yīng)室內(nèi)布置另外的mpi和單獨(dú)噴射器端口，以便允許將第二氣體噴射到襯底120上。

對(duì)于多組分iv族外延層的形成，這可需要多種氣體流。第一氣體流可以是硅源，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，第二氣體流可以是摻雜劑或合金前體氣體。摻雜劑或合金前體氣體的示例可以包括以下中的至少一種：磷化氫(ph3)、鍺烷(geh4)、乙鍺烷(ge2h6)、乙硼烷(b2h6)、甲烷(ch4)、氯化錫(sncl4)或單甲基硅烷(mms)。摻雜劑或合金前體氣體可以包括n型或p型摻雜劑。另外，出于選擇性和稀釋的目的，可以向第一氣體或第二氣體中添加鹽酸(hcl)、氫氣(h2)或氮?dú)?n2)。根據(jù)期望的工藝可調(diào)性，氣流可以是對(duì)稱的或不對(duì)稱的。

為了避免中心到邊緣的均勻性問題，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例可以涉及單獨(dú)噴射器端口101-105的不對(duì)稱偏置。單獨(dú)噴射器端口的不對(duì)稱偏置可以涉及允許單獨(dú)噴射器端口101-105的不同流速。例如，單獨(dú)噴射器端口101-102可以經(jīng)配置允許摻雜劑氣體的流動(dòng)，而其他單獨(dú)噴射器端口103-105可以經(jīng)配置根本無氣體流動(dòng)?？梢酝ㄟ^用于單獨(dú)噴射器端口101-105的閥的轉(zhuǎn)數(shù)改變通過單獨(dú)噴射器端口101-105的氣體的流量。另外，可以由horoba或mksinstruments制造的質(zhì)量流量控制器(mfc)控制噴射器端口。

軟件程序可以經(jīng)配置控制通過單獨(dú)噴射器端口101-105的流量。軟件程序可以指示單獨(dú)噴射器端口101-105打開多長(zhǎng)時(shí)間以及單獨(dú)噴射器端口101-105打開的程度。

根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例，可以形成摻雜膜(例如si：p膜)。為此，第一mpi100可以將二氯甲硅烷(dcs)流動(dòng)到襯底上。該流動(dòng)可以在1托和760托之間、優(yōu)選100托和500托之間的反應(yīng)器壓力下進(jìn)行。該流動(dòng)可以在300℃和1100℃之間、優(yōu)選600℃和800℃之間的反應(yīng)器溫度下進(jìn)行。該流動(dòng)可以具有取決于期望的厚度、生長(zhǎng)速率和膜厚度的持續(xù)時(shí)間。根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例，可以進(jìn)行單獨(dú)噴射器端口的不對(duì)稱偏置，使得單獨(dú)噴射器端口101-102可以使dcs流動(dòng)，而其他單獨(dú)噴射器端口103-105不使任何dcs流動(dòng)。根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例，可以發(fā)生單獨(dú)噴射器端口的不對(duì)稱偏置，使得單獨(dú)噴射器端口101、102和105不使氣體流動(dòng)，而單獨(dú)噴射器端口103和104使氣體流動(dòng)，或者使得單獨(dú)噴射器端口101和105不使氣體流動(dòng)，而單獨(dú)噴射器端口102、103和104使氣體流動(dòng)。

然后，第二mpi200可以將磷化氫流動(dòng)到襯底上。該流動(dòng)可以在1托和760托之間、優(yōu)選100托和500托之間的反應(yīng)器壓力下進(jìn)行。該流動(dòng)可以在300℃和1100℃之間、優(yōu)選600℃和800℃之間的反應(yīng)器溫度下進(jìn)行。該流動(dòng)可以具有取決于期望的厚度、生長(zhǎng)速率和膜厚度的持續(xù)時(shí)間。根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例，可以進(jìn)行單獨(dú)噴射器端口的不對(duì)稱偏置，使得單獨(dú)噴射器端口201-202可以使磷化氫流動(dòng)，而其他單獨(dú)噴射器端口203-205不使任何磷化氫流動(dòng)。根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例，可以發(fā)生單獨(dú)噴射器端口的不對(duì)稱偏置，使得單獨(dú)噴射器端口201、202和205不使氣體流動(dòng)，而單獨(dú)噴射器端口203和204使氣體流動(dòng)，或者使得單獨(dú)噴射器端口201和205不使氣體流動(dòng)，而單獨(dú)噴射器端口202、203和204使氣體流動(dòng)。

不對(duì)稱偏置可以指示施加到襯底的磷化氫的更均勻分布。不對(duì)稱偏置可以允許對(duì)工藝的改進(jìn)的可調(diào)性，從而允許沉積的膜的通用性。圖2示出使用不對(duì)稱流動(dòng)配置的一組結(jié)果，該結(jié)果示出作為離晶片中心的位置的函數(shù)的厚度。圖示上的不同線代表不同的不對(duì)稱條件。不對(duì)稱偏置可以導(dǎo)致厚度曲線從皺眉形曲線(如條件b中所見)調(diào)整到微笑形曲線(如條件a中所見)，從而提供寬范圍的厚度可保持性。

圖3示出使用不對(duì)稱流動(dòng)配置的一組結(jié)果，該結(jié)果示出作為離晶片中心的位置的函數(shù)的組成。類似于圖2，圖示上的不同線表示不同的不對(duì)稱條件。不對(duì)稱偏置可以導(dǎo)致磷組成曲線從皺眉形曲線(如條件e中所見)調(diào)整到微笑形曲線(如條件d和f中所見)，從而提供寬范圍的含量可保持性。

根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例，反應(yīng)系統(tǒng)10可以用于形成多層膜疊層，該多層膜疊層可以包括硅(si)和硅鍺(sige)的交替層。這些膜可以是未摻雜的。

為了形成這些膜疊層，第一mpi100可以經(jīng)配置使硅源(例如二氯甲硅烷(dcs)或硅烷)和鹽酸(hcl)流動(dòng)。該流動(dòng)可以在1托和200托之間、優(yōu)選5托和60托之間的反應(yīng)器壓力下進(jìn)行。該流動(dòng)可以在200℃和1000℃之間、優(yōu)選300℃和900℃之間的反應(yīng)器溫度下進(jìn)行。該流動(dòng)可以具有取決于層的期望組成和厚度的持續(xù)時(shí)間。

可以進(jìn)行單獨(dú)噴射器端口的不對(duì)稱偏置，使得單獨(dú)噴射器端口101-102可以使dcs流動(dòng)，而其他單獨(dú)噴射器端口103-105不使任何dcs流動(dòng)。根據(jù)期望的曲線，其他不對(duì)稱偏置條件也是可以的。第一多端口噴射器100還可以連接到hcl源。單獨(dú)噴射器端口101-105可以經(jīng)配置使得具體的噴射器端口可以使dcs流動(dòng)、而其他的噴射器端口使hcl流動(dòng)。

第二mpi200可以經(jīng)配置使諸如鍺烷(geh4)或乙鍺烷的鍺源流動(dòng)。該流動(dòng)可以在1托和200托之間、優(yōu)選5托和60托之間的反應(yīng)器壓力下進(jìn)行。該流動(dòng)可以在200℃和1000℃之間、優(yōu)選300℃和900℃之間的反應(yīng)器溫度下進(jìn)行。該流動(dòng)可以具有取決于層的期望組成和厚度的持續(xù)時(shí)間?？梢赃M(jìn)行單獨(dú)噴射器端口的不對(duì)稱偏置，使得單獨(dú)噴射器端口201-202可以使geh4流動(dòng)，而其他單獨(dú)噴射器端口203-205不使任何geh4流動(dòng)。根據(jù)期望的曲線，其他不對(duì)稱偏置條件也是可以的。

根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例，反應(yīng)系統(tǒng)10可以用于形成多層膜疊層，該多層膜疊層可以包括鍺(ge)和鍺錫(gesn)的交替層。這些膜疊層可以在諸如用于邏輯器件的應(yīng)力源的應(yīng)用中使用。

為了形成這些膜疊層，第一mpi100可以經(jīng)配置使錫源(例如氯化錫(sncl4)或氫化錫)和鹽酸(hcl)流動(dòng)。該流動(dòng)可以在1托和760托之間、優(yōu)選500托和760托之間的反應(yīng)器壓力下進(jìn)行。該流動(dòng)可以在100℃和800℃之間、優(yōu)選150℃和500℃之間的反應(yīng)器溫度下進(jìn)行。該流動(dòng)持續(xù)時(shí)間取決于層的期望的組成和厚度?？梢赃M(jìn)行單獨(dú)噴射器端口的不對(duì)稱偏置，使得單獨(dú)噴射器端口101-102可以使氯化錫流動(dòng)，而其他單獨(dú)噴射器端口103-105不使任何氯化錫流動(dòng)。第一多端口噴射器100還可以連接到hcl源。單獨(dú)噴射器端口101-105可以經(jīng)配置使得具體的噴射器端口可以使氯化錫流動(dòng)，而其他的噴射器端口使hcl流動(dòng)。

第二mpi200可以經(jīng)配置使鍺源(例如鍺烷(geh4)或乙鍺烷)流動(dòng)。該流動(dòng)可以在1托和760托之間、優(yōu)選500托和760托之間的反應(yīng)器壓力下進(jìn)行。該流動(dòng)可以在100℃和800℃之間、優(yōu)選150℃和500℃之間的反應(yīng)器溫度下進(jìn)行。該流動(dòng)持續(xù)時(shí)間取決于層的期望的組成和厚度?？梢赃M(jìn)行單獨(dú)噴射器端口的不對(duì)稱偏置，使得單獨(dú)噴射器端口201-202可以使鍺烷流動(dòng)，而其他單獨(dú)噴射器端口203-205不使任何鍺烷流動(dòng)。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所描述的配置和/或方法本質(zhì)上是示例性的，并且這些特定實(shí)施例或示例不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的，因?yàn)樵S多改變是可以的。本文描述的特定例程或方法可以表示任何數(shù)量的處理策略中的一個(gè)或多個(gè)。因此，所示的各種動(dòng)作可以以所示的順序、以其他順序執(zhí)行，或者在一些情況下省略。

本公開的主題包括本文公開的各種工藝、系統(tǒng)和配置以及其他特征、功能、動(dòng)作和/或性質(zhì)的所有新穎的和非顯而易見的組合和子組合，以及包括其任何和所有等同物。