用于光激發(fā)處理的設(shè)備及方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001]背景
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明的實(shí)施方式大體關(guān)于熱處理基板的方法，更特定而言，關(guān)于在基板上沉積層的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]半導(dǎo)體制造依賴(lài)化學(xué)處理，這些化學(xué)處理用以沉積、去除、清潔、及以其他方式轉(zhuǎn)化形成于基板上的材料。這些處理通常發(fā)生在施加熱能或電能以加速化學(xué)處理的反應(yīng)器中。在一些情況下，低能光子用以增加熱能。在其他情況下，較高能光子用以在分子進(jìn)入反應(yīng)器之前解離分子。在其他情況下，較高能光子用以轉(zhuǎn)化基板上的材料。
[0004]對(duì)于先進(jìn)集成電路所需要的非常淺的電路特征而言，非常期望在實(shí)現(xiàn)所需熱處理時(shí)減小總熱預(yù)算。熱預(yù)算可被視作在高溫下完成器件制造所必需的總時(shí)間?；褰?jīng)受高溫的總時(shí)間越長(zhǎng)，越多諸如注入結(jié)(implanted junct1n)之類(lèi)的特征結(jié)構(gòu)可能由于原子的擴(kuò)散或迀移而放寬它們的界定。然而，觸發(fā)用于半導(dǎo)體應(yīng)用的化學(xué)處理的傳統(tǒng)方法通常是能量密集型的，因此不適合用于大多數(shù)器件制造。例如，用于CMOS器件的基板通常具有在約400°C處的溫度閾值。此外，即使在更高溫度下，目前的CVD、ALD、或外延處理仍需要長(zhǎng)的沉積時(shí)間，這不良地減少了產(chǎn)量。
[0005]因此，需要改良的用于以更快的處理時(shí)間促進(jìn)低溫沉積的基板處理的設(shè)備及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]公開(kāi)了基于光子的用于諸如外延、CVD、及ALD之類(lèi)的光激發(fā)的處理反應(yīng)的設(shè)備及方法。本發(fā)明的構(gòu)思可有益于可能需要至少一個(gè)“LASE”應(yīng)用的處理，該應(yīng)用例如是使用諸如激光(“L”)之類(lèi)的電磁輻射的應(yīng)用、使用電磁輻射來(lái)活化或協(xié)助活化(“A”)的應(yīng)用、使用電磁輻射來(lái)執(zhí)行對(duì)于對(duì)象(“S”)的選擇性處理或?qū)Ρ砻娴奶幚淼膽?yīng)用、使用電磁輻射來(lái)執(zhí)行外延或蝕刻處理(“E”)的應(yīng)用。
[0007]在一個(gè)實(shí)施方式中，公開(kāi)了一種用于在基板上沉積層的方法。該方法包括:將設(shè)置在處理腔室內(nèi)的基板的表面暴露于流體前驅(qū)物；把產(chǎn)生自輻射源的電磁輻射引導(dǎo)至光掃描單元，以使得電磁輻射被偏轉(zhuǎn)及在基板的整個(gè)表面上被掃描，材料層待形成于基板的該表面上；及利用具有一種波長(zhǎng)的電磁輻射來(lái)開(kāi)始沉積處理，該波長(zhǎng)被選擇為用于流體前驅(qū)物的光解解離，以將材料層沉積至基板的該表面上。輻射源可包括激光源、明亮的發(fā)光二極管(LED)源、或熱源。在一個(gè)實(shí)例中，輻射源是光纖激光器，該光纖激光器產(chǎn)生紫外線(xiàn)(UV)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輸出。
[0008]在另一實(shí)施方式中，該方法包括:使流體前驅(qū)物以層狀方式徑向流過(guò)設(shè)置在處理腔室內(nèi)的基板的整個(gè)表面，使得基板的該表面被浸沒(méi)在流體前驅(qū)物中；把產(chǎn)生自輻射源的電磁輻射引導(dǎo)至光掃描單元，以使得電磁輻射以預(yù)定照射形狀被偏轉(zhuǎn)及在整個(gè)基板上被掃描且在表面處或表面附近，材料層待形成于該表面上；及利用具有一種波長(zhǎng)的電磁輻射來(lái)開(kāi)始沉積處理，該波長(zhǎng)被選擇為用于流體前驅(qū)物的光解解離，以將材料層沉積至基板的該表面上。
[0009]在又一實(shí)施方式中，提供了基板處理腔室。該處理腔室包括用于支撐在處理腔室內(nèi)的基板的基板支撐件、將流體前驅(qū)物提供至處理腔室內(nèi)的氣源、及發(fā)射電磁輻射至在基板表面處或基板表面附近的流體前驅(qū)物的輻射源，該電磁輻射具有一種波長(zhǎng)及一種功率級(jí)，該波長(zhǎng)及該功率級(jí)被選擇為用于流體前驅(qū)物的光解解離，以沉積材料層于基板表面上。處理腔室可進(jìn)一步包括光掃描單元，該光掃描單元被配置成引導(dǎo)來(lái)自輻射源的電磁輻射以在基板的整個(gè)表面上掃描。下文關(guān)于圖1A至圖1B、圖2及圖3討論了本發(fā)明的細(xì)節(jié)。
【附圖說(shuō)明】
[0010]因此，以能詳細(xì)理解本發(fā)明的上述列舉特征的方式，通過(guò)參照實(shí)施方式可獲得上文簡(jiǎn)要概述的本發(fā)明的更詳細(xì)的描述，這些實(shí)施方式中的一些實(shí)施方式在附圖中進(jìn)行圖示。然而，應(yīng)注意，附圖僅圖示了本發(fā)明的典型實(shí)施方式，因此不能被視為對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可允許其他等效實(shí)施方式。
[0011]圖1A圖示了可用以實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施方式的示例性熱處理腔室的剖面示意圖。
[0012]圖1B圖示了沿圖1A中的線(xiàn)1B-1B截取的處理腔室的側(cè)面示意圖。
[0013]圖2圖示了可用以實(shí)踐本發(fā)明的輻射源的替代性實(shí)施方式的平面圖。
[0014]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于材料層在基板表面上的外延生長(zhǎng)的示例性方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明的實(shí)施方式大體使用輻射源，該輻射源將具有期望的相干性(coherency)的光束投射至掃描單元上，該掃描單元將光或電磁輻射偏轉(zhuǎn)為期望的圖像形狀，該圖像形狀諸如是足以在縱向或橫向方向上覆蓋基板表面的一部分或全部部分的正方形或矩形形狀。光或電磁輻射具有一種波長(zhǎng)及功率，該波長(zhǎng)及功率被選擇成光解離在基板表面處或在基板表面附近的氣態(tài)或液態(tài)前驅(qū)物，以用于材料層在基板表面上的有效沉積。在一個(gè)實(shí)例中，借助實(shí)質(zhì)光解的非熱解離工藝在低于400°C的較低溫度下執(zhí)行沉積，該工藝使用紫外線(xiàn)UV)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光纖激光。
[0016]示例性硬件
[0017]圖1A圖示可用以實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施方式的示例性熱處理腔室100的剖面示意圖。圖1B圖示沿圖1A中的線(xiàn)1B-1B截取的處理腔室100的側(cè)面示意圖。熱處理腔室100可用以執(zhí)行外延沉積處理，例如外延硅沉積處理。然而，本發(fā)明的方法及構(gòu)思也可用在其他用于執(zhí)行其他處理的處理腔室中，這些其他處理諸如是化學(xué)氣相沉積(CVD)處理、原子層沉積(ALD)處理、或原子層外延(ALE)處理。
[0018]處理腔室100可用以處理一個(gè)或更多個(gè)基板，包括在基板108的上表面上沉積材料。處理腔室100大體包括輻射加熱燈102陣列，該輻射加熱燈102陣列用于加熱設(shè)置在處理腔室100內(nèi)的基板支撐件106的背面104以及其他部件?；逯渭?06可以是如圖所示的盤(pán)狀(disk-like)基板支撐件106，或可以是如圖1B中所圖示的沒(méi)有中心開(kāi)孔的環(huán)狀基板支撐件107，該環(huán)狀基板支撐件從基板邊緣支撐基板以促進(jìn)將基板暴露給燈102的熱輻射。
[0019]基板支撐件106位于處理腔室100內(nèi)且介于上圓頂128與下圓頂114之間。上圓頂128及下圓頂114連同設(shè)置在上圓頂128與下圓頂114之間的基座環(huán)(base ring) 136一起大體界定處理腔室100的內(nèi)部區(qū)域?？蓪⒒?08 (未按比例繪制)引入處理腔室100內(nèi)，并經(jīng)由裝載口 103將基板定位于基板支撐件106上，該裝載口在圖1A中被基板支撐件106遮擋，但在圖1B中可見(jiàn)。圖示基板支撐件106處于升高的處理位置，但可借助致動(dòng)器(未圖示)將基板支撐件106豎直移動(dòng)至處理位置下方的裝載位置，以使得升舉銷(xiāo)105得以穿過(guò)中心軸132及基板支撐件106中的孔而接觸下圓頂114，并將基板108從基板支撐件106上升舉。然后，機(jī)械手(未圖示)可進(jìn)入處理腔室100以經(jīng)由裝載口 103與基板108銜接并將基板從處理腔室中移除。然后，可將基板支撐件106向上升舉至處理位置，以將基板108放置在基板支撐件106的前側(cè)110上，使基板的器件側(cè)116面向上。
[0020]在基板支撐件106定位于處理位置時(shí)，基板支撐件106將處理腔室100的內(nèi)部空間劃分為在基板上方的處理氣體區(qū)域156、及在基板支撐件106下方的凈化氣體區(qū)域158。在處理期間，基板支撐件106被中心軸132旋轉(zhuǎn)，以將處理腔室100內(nèi)的熱效應(yīng)與處理氣流空間上的異常最小化?；逯渭?06由中心軸132來(lái)支撐，該中心軸132在基板108的裝載、卸載及處理期間沿上下方向134移動(dòng)基板108?；逯渭?06可由碳化硅或涂覆有碳化娃的石墨形成，以吸收來(lái)自燈102的福射能及將該福射能傳導(dǎo)至基板108。
[0021]一般而言，上圓頂128及下圓頂114通常由諸如石英之類(lèi)的光學(xué)透明材料形成。上圓頂128及下圓頂114薄成將熱記憶(thermal memory)最小化，這兩者通常具有在約3mm與約1mm之間例如是約4mm的厚度。上圓頂128的厚度及彎曲度可被配置成提供更平坦的幾何形狀，以供處理腔室中有均勻流動(dòng)的均勻度?；蛘?，上圓頂128或下圓頂114可不必是圓頂形狀，而是可被制造為平坦的。借助將諸如冷卻氣體之類(lèi)的熱控制流體經(jīng)由入口部分126引入熱控制空間137中及經(jīng)由出口部分131抽取熱控制流體，可對(duì)上圓頂128進(jìn)行熱控制。在一些實(shí)施方式中，循環(huán)通過(guò)熱控制空間136的冷卻流體可減少上圓頂128的內(nèi)表面上的沉積。
[0022]諸如燈102陣列之類(lèi)的一個(gè)或更多個(gè)燈可以確定的最佳期望方式被設(shè)置成繞著中心軸132鄰近下圓頂114且在下圓頂114的下方，以在處理氣體在上方通過(guò)時(shí)加熱基板108，由此促進(jìn)材料在基板108上表面上的沉積。在各個(gè)實(shí)例中，被沉積在基板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族摻雜劑的材料。例如，沉積材料可包括砷化鎵、氮化鎵、或氮化鋁鎵。在一些實(shí)例中，被沉積在基板108上的材料可包括金屬或電介質(zhì)。
[0023]圓形遮蔽件167可視情況可選地設(shè)置在基板支撐件106周?chē)?，且耦接至腔室主體101的側(cè)壁。除了為處理氣體提供預(yù)熱區(qū)以外，遮蔽件167還防止從燈102至基板108的器件側(cè)116的熱/光噪聲的泄漏或?qū)⒋诵孤┳钚』?。遮蔽?67可由CVD SiC、涂覆有SiC