[发明专利]衬底表面和室表面的蚀刻剂处理工艺

说明书

技术领域

本发明的实施方式一般性地涉及电子制造工艺和器件，更具体地，本发明的实施方式涉及形成电子器件时蚀刻和沉积含硅材料的方法。

背景技术

诸如半导体器件之类的电子器件是通过包括沉积和去除含硅材料的一系列步骤制造的。沉积和去除步骤以及其它工艺步骤可能会导致包含含硅材料的衬底表面变粗糙和/或暴露于污染物。而且，在沉积和去除步骤中，颗粒和其它污染物积聚在处理室的内表面上。最终，这些颗粒会进一步污染衬底表面。粗糙或被污染的衬底表面通常造成界面质量差，这会导致器件性能和可靠性较差。

为了克服衬底表面上的污染物和粗糙度问题，已经开发出了蚀刻工艺。然而，传统的蚀刻工艺具有一些不足。通常，为了去除含硅材料，例如氯化氢(HCl)的蚀刻剂需要较高的活化温度。因此，蚀刻工艺常常在1000℃或更高的温度下进行。这样的高温在制造工艺过程中是不期望的，原因在于以下几个方面：热预算考虑、可能失控的氮化反应或对衬底表面的过度蚀刻以及经济效率的下降。具有这种极端添加的蚀刻工艺损害处理室的内表面，例如热石英衬里。与使用氯化氢蚀刻剂的工艺相比，使用氯(Cl₂)在更低温度下的蚀刻工艺中去除含硅材料。然而，氯与含硅材料反应很快，所以不容易控制蚀刻速率。因此，使用氯气的工艺通常对含硅材料造成过度蚀刻。

此外，传统蚀刻工艺一般在蚀刻室或热处理室中进行。一旦含硅材料的蚀刻完成，衬底即被转移到用于后续沉积步骤的第二室中。通常，衬底在蚀刻工艺与沉积工艺之间暴露于周围环境。周围环境可将水和/或氧引到衬底表面，形成氧化物层。

在蚀刻工艺或沉积工艺之前，通常将衬底暴露于预处理工艺，所述预处理工艺包括湿法清洁工艺(例如，HF最后(HF-last)工艺)、等离子体清洁或酸洗涤工艺。在预处理工艺之后并且在蚀刻工艺开始之前，衬底不得不在处理室或受控环境外部停留被称为排队时间(Q时间)的一段时间。在Q时间期间，衬底暴露于周围环境条件，这种条件包含大气压和室温下的氧和水。此周围暴露会在衬底表面形成氧化物层，例如氧化硅。通常，Q时间越长形成的氧化物层越厚，因此，为了维持吞吐量，必须在更高的温度和压力下进行更加极端的蚀刻工艺。

因此，需要一种蚀刻工艺，用于处理衬底表面上的含硅材料，以去除其上包含的任何污染物和/或使衬底表面平滑。还需要，能够在处理室中处理衬底表面，而该处理室可以随后用于下一工艺步骤，例如沉积外延层。此外，需要将工艺温度保持低温，例如低于1000℃、优选低于800℃，即使是对于已经经受较长Q时间(例如，约10小时)的衬底。而且，需要在不损坏处理室的内表面的条件下减少颗粒在这些内表面上的积累。

发明内容

在一种实施方式中，提供了一种加工或处理含硅表面的方法，该方法包括平滑所述表面和去除所述表面上包含的污染物。在一个实施例中，将衬底置于处理室中，并加热至约500-700℃的温度。将衬底暴露于含蚀刻剂、硅源和载气的蚀刻气体中。可以使用氯气(Cl₂)作为蚀刻剂，从而在蚀刻工艺过程中使用相对低的温度。硅源通常与蚀刻剂同时提供，目的是抑制由蚀刻剂所致的过度蚀刻。即，使用硅源在衬底表面沉积硅，而蚀刻剂用于去除所述硅。调节蚀刻剂和硅源暴露于衬底的速率，以使总反应有利于材料去除和/或再分布。因此，在一个实施例中，在总反应期间去除含硅材料的同时，可以精细地控制蚀刻速率(例如，每分钟数埃或更少)。在另一个实施例中，在再分布过程中，含硅材料从表面的较高部分(即，峰)去除，同时添加至表面的较低部分(即，谷)。表面粗糙度为约6nmRMS(均方根)或更大的含硅表面可以转化为表面粗糙度小于约0.1nmRMS的更加光滑的表面。

在另一种实施方式中，提供了一种蚀刻含硅表面的方法，该方法包括快速去除含硅材料，以在衬底上的源极/漏极(S/D)区域形成凹槽。在另一种实施例中，将衬底置于处理室中，并加热至约500-800℃的温度。当衬底被加热时，将含硅表面暴露于含蚀刻剂和载气的蚀刻气体中。可以选择氯气作为快速蚀刻工艺中的蚀刻剂，这种工艺通常不包含硅源或包含低浓度的硅源。可在蚀刻气体中加入硅源，从而对去除速率进行额外的控制。