用于外延工藝的半導(dǎo)體制造設(shè)備的制作方法
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，一種半導(dǎo)體制造設(shè)備，其特征在于，所述半導(dǎo)體制造設(shè)備包括：清洗腔室，其實(shí)施對基板的清洗工藝；外延腔室，其實(shí)施在所述基板上形成外延層的外延工藝；緩沖腔室，其具備用于載置所述基板的載置空間；搬運(yùn)腔室，其側(cè)面與所述清洗腔室、所述緩沖腔室、及所述外延腔室連接，并且具備在所述清洗腔室、所述緩沖腔室、及所述外延腔室之間用于搬運(yùn)所述基板的基板處理器，其中，所述基板處理器向所述載置空間依次載置已結(jié)束所述清洗工藝的所述基板后，并且將已載置的所述基板向所述外延腔室搬運(yùn)，而且向所述載置空間依次載置形成有所述外延層的所述基板。
【專利說明】用于外延工藝的半導(dǎo)體制造設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制造設(shè)備，尤其涉及一種用于在基板上形成外延層(epitaxial layers)的外延工藝的半導(dǎo)體制造設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]常用的選擇性外延工藝(selective epitaxy process)伴隨沉積反應(yīng)及蝕刻反應(yīng)。沉積及蝕刻反應(yīng)對多晶層以及外延層以相對不同的反應(yīng)速度同時發(fā)生。沉積工藝中，在至少一個第二層上，在現(xiàn)有的多晶層及/或非晶層沉積的期間，外延層在單晶表面上形成。但是沉積的多晶層一般比外延層以更快的速度蝕刻。因此，通過改變腐蝕氣體的濃度，網(wǎng)狀選擇性工藝(net selective process)可以實(shí)現(xiàn)外延材料的沉積、和受限或不受限的多晶材料的沉積。例如，選擇性外延工藝可以實(shí)現(xiàn):沉積物不殘留在墊片(spacer)上并在單晶娃表面上形成含娃材料的外延層(epilayer)。
[0003]選擇性外延工藝一般具有幾個缺點(diǎn)。在這種外延工藝中，前驅(qū)體的化學(xué)濃度及反應(yīng)溫度在沉積工藝上進(jìn)行調(diào)節(jié)及調(diào)整，以保持選擇性。若供應(yīng)不充足的硅前驅(qū)體，則使蝕刻反應(yīng)活化而導(dǎo)致整體工藝遲緩。另外，會對基板表面的蝕刻產(chǎn)生不利影響。若供應(yīng)不充足的腐蝕液前驅(qū)體，則會使沉積反應(yīng)在整個基板表面上形成單晶及多晶材料的選擇性(selectivity)減少。另外，常用的選擇性外延工藝一般需要高反應(yīng)溫度如約800°C、約1000°C、或更高的溫度。這種高溫會使得在基板表面產(chǎn)生不被控制的氮化反應(yīng)及熱移動(thermal budge),因此在制造工藝中并不優(yōu)選。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)課題
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在基板上形成外延層的半導(dǎo)體制造設(shè)備。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于，提供一種能夠去除在基板上形成的自然氧化膜，并且能夠防止在基板上形成自然氧化膜的半導(dǎo)體制造設(shè)備。
[0007]本發(fā)明的又一目的可以通過下述詳細(xì)說明和附圖進(jìn)一步明確。
[0008]解決課題的方法
[0009]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，一種半導(dǎo)體制造設(shè)備，其特征在于，所述半導(dǎo)體制造設(shè)備包括:清洗腔室，其實(shí)施對基板的清洗工藝；外延腔室，其實(shí)施在所述基板上形成外延層的外延工藝；緩沖腔室，其具備用于載置所述基板的載置空間；搬運(yùn)腔室，其側(cè)面與所述清洗腔室、所述緩沖腔室、及所述外延腔室連接，并且具備在所述清洗腔室、所述緩沖腔室、及所述外延腔室之間用于搬運(yùn)所述基板的基板處理器(substrate handler),其中，所述基板處理器向所述緩沖腔室依次搬運(yùn)已結(jié)束所述清洗工藝的所述基板，并且將載置于所述緩沖腔室的所述基板向所述外延腔室搬運(yùn)，而且向所述緩沖腔室依次搬運(yùn)形成有所述外延層的所述基板。
[0010]所述載置空間可以具備:第一載置空間，其用于載置已結(jié)束所述清洗工藝的所述基板；和第二載置空間，其用于載置形成有所述外延層的所述基板。
[0011]所述搬運(yùn)腔室可以具有使所述基板向所述緩沖腔室進(jìn)出的搬運(yùn)通道，所述緩沖腔室可以具有使所述基板進(jìn)出的緩沖通道，所述半導(dǎo)體制造設(shè)備可以進(jìn)一步包括用于分隔所述緩沖腔室和所述搬運(yùn)腔室的緩沖側(cè)閘閥。
[0012]所述緩沖腔室可以具備用于載置所述基板的基板支架，所述基板支架可以具備所
述第一及第二載置空間。
[0013]所述緩沖腔室可以具有:緩沖通道，其用于使所述基板進(jìn)出；升降軸，其連接于所述基板支架并與所述基板支架一同升降；以及升降機(jī)，其用于驅(qū)動所述升降軸而使所述第一及第二載置空間可以以對應(yīng)于所述緩沖通道的方式移動。
[0014]所述緩沖腔室可以具備排氣線，該排氣線使所述緩沖腔室的內(nèi)部排氣，而使所述緩沖腔室的內(nèi)部保持真空狀態(tài)。
[0015]所述外延工藝可以為對多個基板實(shí)施的間歇式(batch type)工藝。
[0016]發(fā)明的效果
[0017]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，能夠去除在基板上形成的自然氧化膜，而且能夠防止在基板上形成自然氧化膜。因此，能夠在基板上有效地形成外延層。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體制造設(shè)備的圖。
[0019]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例進(jìn)行處理的基板的圖。
[0020]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例形成外延層的方法的流程圖。
[0021]圖4是示出圖1所示的緩沖腔室的圖。
[0022]圖5是示出圖4所示的基板支架的圖。
[0023]圖6是示出圖1所示的清洗腔室的圖。
[0024]圖7是示出圖1所示的清洗腔室的另一實(shí)施例的圖。
[0025]圖8是示出圖1所示的外延腔室的圖。
[0026]圖9是示出圖1所示的供應(yīng)管的圖。
[0027]本發(fā)明的最佳實(shí)施方式
[0028]下面，參照圖1至圖9對本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的說明。本發(fā)明的實(shí)施例可以以各種形式變形，本發(fā)明的范圍不應(yīng)解釋為下述的實(shí)施例。本實(shí)施例是為了對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員更詳細(xì)地說明本發(fā)明而提供的。因此附圖所示的各種要素的形狀可以被夸張，以用于強(qiáng)調(diào)明確說明。
[0029]圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體制造設(shè)備I的圖。半導(dǎo)體制造裝置I包括:工藝設(shè)備2、設(shè)備前端模塊(Equipment Front End Module:EFEM)3、及界面壁(interface wall) 4。設(shè)備前端模塊3安裝在工藝設(shè)備2的前方,用于向容納有基板S的容器(未圖示)和工藝設(shè)備2之間搬運(yùn)晶圓(wafer)W。
[0030]設(shè)備前端模塊3具有多個裝載端口(1adports) 60和框架(frame) 50?？蚣?0位于裝載端口 60和工藝設(shè)備2之間。用于容納基板S的容器通過搬運(yùn)單元(未圖示)如懸掛式傳輸機(jī)(overhead transfer)、高架輸送機(jī)(overhead conveyor)、或者自動導(dǎo)向車量(automatic guided vehicle)放置于裝載端口 60 上。[0031]容器可以使用密閉用容器如前端開口整合盒(Front Open UnifiedPod:F0UP)。在框架50內(nèi)設(shè)置有用于向放置于裝載端口 60的容器和工藝設(shè)備2之間搬運(yùn)基板S的框架機(jī)器70。在框架50內(nèi)可以設(shè)置有用于自動開閉容器門的開門單元(未圖示)。另外，在框架50可以設(shè)置有向框架50內(nèi)供應(yīng)清潔空氣以使清潔空氣從框架50內(nèi)上部流向下部的風(fēng)機(jī)過濾單兀(Fan Filter Unit:FFU)(未圖不)。
[0032]基板S在工藝設(shè)備2內(nèi)進(jìn)行規(guī)定工藝。工藝設(shè)備2包括:搬運(yùn)腔室(transfer chamber) 102 ;裝載鎖定腔室(loadlock chamber) 106 ;清洗腔室(cleaningchamber)108a、108b ;緩沖腔室(buffer chamber)110 ；及外延腔室(epitaxialchamber) 112a、112b、112c。搬運(yùn)腔室102從上部看時大致具有多角形狀，裝載鎖定腔室106、清洗腔室108a、108b、緩沖腔室110、及外延腔室112a、112b、112c設(shè)置在搬運(yùn)腔室102的側(cè)面。
[0033]裝載鎖定腔室106在搬運(yùn)腔室102的側(cè)部中位于與設(shè)備前端模塊3相鄰的側(cè)部。基板S暫時停留在裝載鎖定腔室106內(nèi)后裝載于工藝設(shè)備2并實(shí)施工藝，在結(jié)束工藝后基板S從工藝設(shè)備2卸載而暫時停留在裝載鎖定腔室106內(nèi)。搬運(yùn)腔室102、清洗腔室108a、108b、緩沖腔室110、及外延腔室112a、112b、112c保持在真空狀態(tài)，裝載鎖定腔室106從真空狀態(tài)轉(zhuǎn)換成大氣壓狀態(tài)。裝載鎖定腔室106用于防止外部污染物質(zhì)流入到搬運(yùn)腔室102、清洗腔室108a、108b、緩沖腔室110、及外延腔室112a、112b、112c。另外，在搬運(yùn)基板S的期間，基板S不會暴露在大氣中，因此能夠防止在基板S上形成氧化膜。
[0034]在裝載鎖定腔室106和搬運(yùn)腔室102之間、以及裝載鎖定腔室106和設(shè)備前端模塊3之間設(shè)置有閘閥(未圖示)。當(dāng)基板S在設(shè)備前端模塊3和裝載鎖定腔室106之間移動時，在裝載鎖定腔室106和搬運(yùn)腔室102之間設(shè)置的閘閥(gate valve)將關(guān)閉，當(dāng)基板S在裝載鎖定腔室106和搬運(yùn)腔室102之間移動時，在裝載鎖定腔室106和設(shè)備前端模塊3之間設(shè)置的閘閥將關(guān)閉。
[0035]搬運(yùn)腔室102具備基板處理器(substrate handler) 104?；逄幚砥?04在裝載鎖定腔室106、清洗腔室108a、108b、緩沖腔室110、及外延腔室112a、112b、112c之間搬運(yùn)基板S。搬運(yùn)腔室102在基板S移動時被密封以保持真空狀態(tài)。保持真空狀態(tài)是為了防止基板S暴露在污染物(例如，O2、顆粒物等)中。
[0036]設(shè)置外延腔室112a、112b、112c的目的是在基板S上形成外延層。本實(shí)施例中設(shè)置有三個外延腔室112a、112b、112c。外延工藝與清洗工藝相比需要更多的時間，因此能夠通過多個外延腔室提高制造效率。與本實(shí)施例不同，可以設(shè)置四個以上或兩個以下的外延腔室。
[0037]設(shè)置清洗腔室108a、108b的目的是在外延腔室112a、112b、112c內(nèi)實(shí)施對基板S的外延工藝之前清洗基板S。為了成功地實(shí)施外延工藝，需要使在結(jié)晶基板上存在的氧化物的量最小化。當(dāng)基板表面的含氧量過高時，氧原子妨礙沉積材料在籽基板(seedsubstrate)上的晶體學(xué)配置，因此外延工藝受到不良影響。例如，在娃外延沉積時，結(jié)晶基板上的過量氧氣，通過原子單元的氧原子簇，會使硅原子從其外延位置偏向。這種局部的原子偏向在層生長得更厚時會對后續(xù)的原子排列產(chǎn)生誤差。這種現(xiàn)象也可以被稱為所謂的層疊缺陷或者小丘狀缺陷(hillock defects)?；灞砻娴难鹾献饔?oxygenation),例如在基板搬運(yùn)時暴露在大氣的情況下產(chǎn)生。因此，用于去除在基板S上形成的自然氧化膜(nativeoxide)(或者表面氧化物)的清洗工藝能夠在清洗腔室108a、108b內(nèi)實(shí)施。
[0038]清洗工藝是使用自由基狀態(tài)的氫(H*)和NF3氣體的干蝕刻工藝。例如，對在基板表面形成的硅氧化膜進(jìn)行蝕刻時，在腔室內(nèi)配置基板并在腔室內(nèi)形成真空氣氛后，在腔室內(nèi)產(chǎn)生與硅氧化膜反應(yīng)的中間生成物。
[0039]例如，若向腔室內(nèi)供應(yīng)氫氣的自由基(H*)和如氟化物氣體(例如，氟化氮(NF3))的反應(yīng)性氣體，則如下述反應(yīng)式I所示，反應(yīng)性氣體被還原而產(chǎn)生中間生成物如NHxFyOu y為任意整數(shù))。
[0040]H*+NF3 = > NHxFy (I)
[0041]由于中間生成物與硅氧化膜(SiO2)的反應(yīng)性高，因此若中間生成物接觸硅基板表面，則如下述反應(yīng)式2所示，與硅氧化膜選擇性地反應(yīng)而產(chǎn)生反應(yīng)生成物((NH4)2SiF6)。
[0042]NHxFy+Si02=> (NH4) 2SiF6+H20 (2)
[0043]之后，若將硅基板加熱到100°C以上，則如下述反應(yīng)式3所示，反應(yīng)生成物被熱分解而變成熱分解氣體并蒸發(fā)，因此最終可以從基板表面去除硅氧化膜。如下述反應(yīng)式3所示，熱分解氣體包括含氟氣體如HF氣體或SiF4氣體。
[0044](NH4)2SiF6= > NH3+HF+SiF4 (3)
[0045]如上所述，清洗工藝包括產(chǎn)生反應(yīng)生成物的反應(yīng)工藝、和將反應(yīng)生成物熱分解的加熱工藝，反應(yīng)工藝和加熱工藝可以在清洗腔室108a、108b內(nèi)一起實(shí)施，或可以在清洗腔室108a、108b中的任意一個實(shí)施反應(yīng)工藝并在清洗腔室108a、108b中的另一個實(shí)施加熱工藝。
[0046]緩沖腔室110提供用于載置已結(jié)束清洗工藝的基板S的空間、和用于載置已實(shí)施外延工藝的基板S的空間。若清洗工藝結(jié)束，基板S在向外延腔室112a、112b、112c搬運(yùn)之前，向緩沖腔室110移動并載置于緩沖腔室110內(nèi)。外延腔室112a、112b、112c可以為對多個基板實(shí)施單一工藝的間歇式(batch type)，若在外延腔室112a、112b、112c內(nèi)結(jié)束外延工藝，已實(shí)施外延工藝的基板S依次載置于緩沖腔室110內(nèi)，已結(jié)束清洗工藝的基板S依次載置于外延腔室112a、112b、112c內(nèi)。此時，基板S能夠在緩沖腔室110內(nèi)以縱向載置。
[0047]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例進(jìn)行處理的基板的圖。如上所述，在實(shí)施對基板S的外延工藝之前，在清洗腔室108a、108b內(nèi)實(shí)施對基板S的清洗工藝，通過清洗工藝可以去除在基板70的表面形成的氧化膜72。氧化膜在清洗腔室108a、108b內(nèi)可以通過清洗工藝去除。通過清洗工藝能夠使外延表面74暴露在基板70的表面上，從而有助于外延層的生長。
[0048]之后，在外延腔室112a、112b、112c內(nèi)實(shí)施在基板70上的外延工藝。外延工藝可以通過化學(xué)氣相沉積來實(shí)施，可以在外延表面74上形成外延層76?；?0的外延表面74可以暴露在包含硅氣體(例如，SiCl4, SiHCl3、SiH2Cl2, SiH3Cl, Si2H6、或SiH4)和載氣(例如，N2及/或H2)的反應(yīng)氣體。另外，當(dāng)外延層(epitaxial layers) 76需要包括摻雜劑(dopant)時,含娃氣體可以包括含摻雜劑氣體(例如,砷化氫(AsH3)、磷化氫(PH3)、及/或乙硼烷(B2H6))。
[0049]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例形成外延層的方法的流程圖。方法是從步驟SlO開始的。在步驟S20中，基板S在實(shí)施外延工藝前向清洗腔室108a、108b移動，基板處理器104將基板S搬運(yùn)至清洗腔室108a、108b。搬運(yùn)是通過保持真空狀態(tài)的搬運(yùn)腔室102來實(shí)現(xiàn)的。在步驟S30中，實(shí)施對基板S的清洗工藝。如上所述，清洗工藝包括產(chǎn)生反應(yīng)生成物的反應(yīng)工藝、和將反應(yīng)生成物熱分解的加熱工藝。反應(yīng)工藝和加熱工藝可以在清洗腔室108a、108b內(nèi)一起實(shí)施，或可以在清洗腔室108a、108b中的任意一個實(shí)施反應(yīng)工藝并在清洗腔室108a、108b中的另一個實(shí)施加熱工藝。
[0050]在步驟S40中，已結(jié)束清洗工藝的基板S向緩沖腔室110搬運(yùn)并載置于緩沖腔室110內(nèi)，在緩沖腔室110內(nèi)準(zhǔn)備進(jìn)行外延工藝。在步驟S50中，基板S向外延腔室112a、112b、112c搬運(yùn)，搬運(yùn)是通過保持真空狀態(tài)的搬運(yùn)腔室102來實(shí)現(xiàn)的。在步驟S60中，可以在基板S上形成外延層。之后，基板S在步驟S70重新向緩沖腔室110搬運(yùn)并載置于緩沖腔室110內(nèi)，并在步驟S80中結(jié)束工藝。
[0051]圖4是示出圖1所示的緩沖腔室的圖，圖5是示出圖4所示的基板支架的圖。緩沖腔室Iio具備上部腔室IlOa和下部腔室110b。下部腔室IlOb具備在對應(yīng)于搬運(yùn)腔室102的一側(cè)形成的通道110c，基板S通過通道IlOc從搬運(yùn)腔室102裝載于緩沖腔室110。搬運(yùn)腔室102具有在對應(yīng)于緩沖腔室110的一側(cè)形成的緩沖通道102a，在緩沖通道102a和通道IlOc之間設(shè)置有閘閥103。閘閥103可以分隔搬運(yùn)腔室102和緩沖腔室110，緩沖通道102a和通道IlOc可以通過閘閥103打開及關(guān)閉。
[0052]緩沖腔室110具備用于載置基板S的基板支架120，基板S在基板支架120上以縱向載置?；逯Ъ?20連接于升降軸122，升降軸122貫通下部腔室IlOb而與支撐板124和驅(qū)動軸128連接。驅(qū)動軸128可以通過升降機(jī)129進(jìn)行升降，升降軸122和基板支架120可以通過驅(qū)動軸128進(jìn)行升降。
[0053]基板處理器104向緩沖腔室110依次搬運(yùn)已結(jié)束清洗工藝的基板S。此時，基板支架120通過升降機(jī)129進(jìn)行升降，并且通過升降將基板支架120的空著的插槽移動至對應(yīng)于通道IlOc的位置。因此，搬運(yùn)至緩沖腔室110的基板S載置在基板支架120上，通過基板支架120的升降使可以基板S以縱向載置。
[0054]另一方面，如圖5所示，基板支架120具備上部載置空間120a和下部載置空間120b。如上所述，已結(jié)束清洗工藝的基板S和已結(jié)束外延工藝的基板S載置于基板支架120上。因此，有必要區(qū)分已結(jié)束清洗工藝的基板S和已結(jié)束外延工藝的基板S，已結(jié)束清洗工藝的基板S載置于上部載置空間120a，已結(jié)束外延工藝的基板S載置于下部載置空間120b。上部載置空間120a可以載置十三張基板S，整個外延腔室112a、112b、112c可以對十三張基板S進(jìn)行工藝。相同地，下部載置空間120b可以載置十三張基板S。
[0055]下部腔室I IOb連接于排氣線132，緩沖腔室110的內(nèi)部可以通過排氣泵132b保持真空狀態(tài)。閥132a用于開閉排氣線132。波紋管(bellows) 126與下部腔室IlOb的下部和支撐板124連接，緩沖腔室110的內(nèi)部可以通過波紋管126密封。S卩，波紋管126用于防止由升降軸122的周圍引起的的真空泄漏。
[0056]圖6是示出圖1所示的清洗腔室的圖。如上所述，清洗腔室108a、108b可以為進(jìn)行相同工藝的腔室，下面僅對一個清洗腔室108a進(jìn)行說明。
[0057]清洗腔室108a可以具備上部腔室118a和下部腔室118b，上部腔室118a和下部腔室118b可以以上下形式載置。上部腔室118a和下部腔室118b分別具備在對應(yīng)于搬運(yùn)腔室102的一側(cè)形成的上端通道128a和下端通道138a，基板S可以通過上端通道128a和下端通道138a從搬運(yùn)腔室102分別裝載于上部腔室118a和下部腔室118b。搬運(yùn)腔室102具有在分別與上部腔室118a和下部腔室118b對應(yīng)的一側(cè)形成的上部通道102b和下部通道102a，在上部通道102b和上端通道128a之間設(shè)置有上部閘閥105a，在下部通道102a和下端通道138a之間設(shè)置有下部閘閥105b。閘閥105a、105b可以分別分隔上部腔室118a和搬運(yùn)腔室102，及下部腔室118b和搬運(yùn)腔室102。上部通道102b和上端通道128a可以通過上部閘閥105a打開及關(guān)閉，下部通道102a和下端通道138a可以通過下部閘閥105b打開及關(guān)閉。
[0058]上部腔室118a中，對基板S進(jìn)行利用自由基的反應(yīng)工藝，上部腔室118a與自由基供應(yīng)線116a和氣體供應(yīng)線116b連接。自由基供應(yīng)線與填充有自由基生成氣體(例如，H2或者NH3)的氣體容器(未圖示)、和填充有載氣(N2)的氣體容器(未圖示)連接，若打開各氣體容器的閥，則自由基生成氣體和載氣向上部腔室118a的內(nèi)部供應(yīng)。另外，自由基供應(yīng)線116a通過波導(dǎo)管(wave guide)(未圖示)與微波源(未圖示)連接，
[0059]若微波源產(chǎn)生微波，則微波經(jīng)過波導(dǎo)管流入至自由基供應(yīng)線116a內(nèi)部。若在該狀態(tài)下自由基生成氣體流過自由基供應(yīng)線，則會被微波等離子體化而生成自由基。所生成的自由基與未處理的自由基生成氣體或載氣并與等離子體化的副產(chǎn)物一起流過自由基供應(yīng)線116a而導(dǎo)入至上部腔室118a的內(nèi)部。另一方面，與本實(shí)施例不同地，自由基也可以通過ICP方法的遠(yuǎn)程等離子體生成。即，若向ICP方法的遠(yuǎn)程等離子體源供應(yīng)自由基生成氣體，則自由基生成氣體被等離子體化而生成自由基。所生成的自由基可以流過自由基供應(yīng)線116a而導(dǎo)入至上部腔室118a的內(nèi)部。
[0060]通過自由基供應(yīng)線116a向上部腔室118a內(nèi)部供應(yīng)自由基(例如，
[0061]氫自由基)，并通過氣體供應(yīng)線116b向上部腔室118a內(nèi)部供應(yīng)反應(yīng)性氣體(例如，氟化物氣體如NF3)，并混合這些氣體使它們發(fā)生反應(yīng)。此時反應(yīng)式如下
[0062]H*+nF3 = > NHxFy (NH4FH, NH4FHF 等)
[0063]NHxFy+Si02 => (NH4F) SiF6+H20 f
[0064]S卩，預(yù)先吸附在基板S表面的反應(yīng)性氣體與自由基反應(yīng)而產(chǎn)生中間生成物(NHxFy),中間生成物(NHxFy)與基板S表面的自然氧化膜(SiO2)反應(yīng)而形成反應(yīng)生成物((NH4F) SiF6)。另一方面，基板S放置于在上部腔室118a內(nèi)設(shè)置的襯托器(susc印tor) 128，襯托器128在反應(yīng)工藝期間旋轉(zhuǎn)基板S而有助于實(shí)現(xiàn)均勻的反應(yīng)。
[0065]上部腔室118a連接于排氣線119a，通過排氣泵119c能夠在實(shí)現(xiàn)反應(yīng)工藝之前對上部腔室118a進(jìn)行真空排氣，而且能夠向外部排出在上部腔室118a內(nèi)部的自由基和反應(yīng)性氣體、未反應(yīng)自由基生成氣體、在等離子體化時產(chǎn)生的副產(chǎn)物、載氣等。閥11%用于開閉排氣線119a。
[0066]下部腔室118b對基板S進(jìn)行加熱工藝，在下部腔室118b的內(nèi)側(cè)上部設(shè)置有加熱器148。若結(jié)束反應(yīng)工藝，則基板S通過基板處理器104向下部腔室118b搬運(yùn)。此時，基板S通過保持真空狀態(tài)的搬運(yùn)腔室102被搬運(yùn)，因此能夠防止基板S暴露在污染物(例如，
O2、顆粒物等)中。
[0067]加熱器148將基板S加熱至規(guī)定溫度(100°C以上的規(guī)定溫度，例如130°C )，由此使反應(yīng)生成物熱分解而使熱分解氣體如HF或SiF4從基板S表面脫離，并可以通過被真空排氣從基板S的表面去除硅氧化物的薄膜?；錝放置于在加熱器148的下部設(shè)置的襯托器138,加熱器148用于加熱放置于襯托器138的基板S。[0068](NH4F) 6SiF6 => NH3 ? +HF f +SiF4 ?
[0069]另一方面，下部腔室118b連接于排氣線117a，通過排氣泵117c可以向外部排出下部腔室118b內(nèi)部的反應(yīng)副產(chǎn)物(例如，NH3、HF、SiF4)。閥117b用于開閉排氣線117a。
[0070]圖7是示出圖1所示的清洗腔室的另一實(shí)施例的圖。清洗腔室108a具備上部腔室218a和下部腔室218b，上部腔室218a和下部腔室218b彼此連通。下部腔室218b具有在對應(yīng)于搬運(yùn)腔室102的一側(cè)形成的通道219，基板S可以通過通道219從搬運(yùn)腔室102裝載于清洗腔室108a。搬運(yùn)腔室102具有在對應(yīng)于清洗腔室108a的一側(cè)形成的搬運(yùn)通道102d，在搬運(yùn)通道102d和通道219之間設(shè)置有閘閥107。閘閥107可以分隔搬運(yùn)腔室102和清洗腔室108a，搬運(yùn)通道102d和通道219可以通過閘閥107打開及關(guān)閉。
[0071]清洗腔室108a具備用于載置基板S的基板支架228，基板S在基板支架228上以縱向載置。基板支架228連接于旋轉(zhuǎn)軸226，旋轉(zhuǎn)軸226貫通下部腔室218b而與升降機(jī)232和驅(qū)動馬達(dá)234連接。旋轉(zhuǎn)軸226可以通過升降機(jī)232進(jìn)行升降，基板支架228能夠與旋轉(zhuǎn)軸226 —同升降。旋轉(zhuǎn)軸226可以通過驅(qū)動馬達(dá)234旋轉(zhuǎn)，基板支架228可以在實(shí)施蝕刻工藝的期間與旋轉(zhuǎn)軸226 —同旋轉(zhuǎn)。
[0072]基板處理器104向清洗腔室108a依次搬運(yùn)基板S。此時，基板支架228通過升降機(jī)232進(jìn)行升降，并且通過升降將基板支架228的空著的插槽移動至對應(yīng)于通道219的位置。因此，搬運(yùn)至清洗腔室108a的基板S載置在基板支架228上，基板S可以通過基板支架228的升降以縱向載置?；逯Ъ?28可以載置十三張基板S。
[0073]在基板支架228位于下部腔室218b內(nèi)的期間，基板S載置于基板支架228內(nèi)，如圖7所示，在基板支架228位于上部腔室218a的期間，實(shí)施對基板S的清洗工藝。上部腔室218a提供用于實(shí)施清洗工藝的工藝空間。支撐板224設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸226上，并與基板支架228 —同上升而使上部腔室218a內(nèi)部的工藝空間與外部隔離。支撐板224配置成與下部腔室218b的上端部相鄰，在支撐板224和下部腔室218b的上端部之間插入有密封構(gòu)件224a(例如，O形環(huán))以封閉工藝空間。在支撐板224和旋轉(zhuǎn)軸226之間設(shè)置有軸承構(gòu)件224b，旋轉(zhuǎn)軸226可以在被軸承構(gòu)件224b支撐的狀態(tài)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
[0074]對基板S的反應(yīng)工藝和加熱工藝是在上部腔室218a內(nèi)部的工藝空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)的。若基板S均載置于基板支架228，則基板支架228通過升降機(jī)232上升而移動至上部腔室218a內(nèi)部的工藝空間。注入器(injector)216設(shè)置在上部腔室218a內(nèi)部的一側(cè)，注入器216具有多個注入孔216a。
[0075]注入器216連接于自由基供應(yīng)線215a。另外，上部腔室218a連接于氣體供應(yīng)線215b。自由基供應(yīng)線215a與填充有自由基生成氣體(例如，H2或者NH3)的氣體容器(未圖示)、和填充有載氣(N2)的氣體容器(未圖示)連接，若打開各氣體容器的閥，則自由基生成氣體和載氣通過注入器216向工藝空間供應(yīng)。另外，自由基供應(yīng)線215a通過波導(dǎo)管(未圖示)與微波源(未圖示)連接，若微波源產(chǎn)生微波，則微波經(jīng)過波導(dǎo)管流入至自由基供應(yīng)線215a內(nèi)部。若在該狀態(tài)下自由基生成氣體流過自由基供應(yīng)線,則會被微波等離子體化而生成自由基。所生成的自由基與未處理的自由基生成氣體或載氣并與等離子體化的副產(chǎn)物一起流過自由基供應(yīng)線215a而供應(yīng)于注入器216，并通過注入器216導(dǎo)入至工藝空間。另一方面，與本實(shí)施例不同，自由基也可以通過ICP方法的遠(yuǎn)程等離子體生成。即，向ICP方法的遠(yuǎn)程等離子體源供應(yīng)自由基生成氣體時，自由基生成氣體被等離子體化而生成自由基。所生成的自由基可以流過自由基供應(yīng)線215a而導(dǎo)入至上部腔室218a的內(nèi)部。
[0076]通過自由基供應(yīng)線215a向上部腔室218a內(nèi)部供應(yīng)自由基(例如，氫自由基)，通過氣體供應(yīng)線215b向上部腔室218a內(nèi)部供應(yīng)反應(yīng)性氣體(例如，氟化物氣體如NF3)，并混合這些氣體使它們發(fā)生反應(yīng)。此時，反應(yīng)式如下。
[0077]H*+NF3= > NHxFy (NH4FH, NH4FHF 等)
[0078]NHxFy+Si02 => (NH4F) SiF6+H20 ?
[0079]即，預(yù)先吸附在基板S表面的反應(yīng)性氣體與自由基反應(yīng)而產(chǎn)生中間生成物(NHxFy),中間生成物(NHxFy)與基板S表面的自然氧化膜(SiO2)反應(yīng)而形成反應(yīng)生成物((NH4F) SiF6)。另一方面，基板支架228在蝕刻工藝期間旋轉(zhuǎn)基板S而有助于實(shí)現(xiàn)均勻的蝕刻。
[0080]上部腔室218a連接于排氣線217，通過排氣泵217b可以在實(shí)施反應(yīng)工藝之前對上部腔室218a進(jìn)行真空排氣，而且能夠向外部排出上部腔室218a內(nèi)部的自由基和反應(yīng)性氣體、未反應(yīng)自由基生成氣體、在等離子體化時產(chǎn)生的副產(chǎn)物、載氣等。閥217a用于開閉排氣線 217。
[0081]加熱器248設(shè)置于上部腔室218a的另一側(cè)，加熱器248將結(jié)束反應(yīng)工藝后的基板S加熱至規(guī)定溫度(100°c以上的規(guī)定溫度，例如130°C)。由此使反應(yīng)生成物熱分解而使熱分解氣體如HF或SiF4從基板S表面脫離，并可以通過被真空排氣基板S的表面去除硅氧化物的薄膜。反應(yīng)副產(chǎn)物(例如，NH3、HF、SiF4)可以通過排氣線217向外部排放。
[0082](NH4F)6SiF6= > NH3 ? +HF ? +SiF4 ?
[0083]圖8是示出圖1所示的外延腔室的圖，圖9是示出圖1所示的供應(yīng)管的圖。外延腔室112a、112b、112c可以為進(jìn)行相同工藝的腔室，下面僅對一個外延腔室112a進(jìn)行說明。
`[0084]外延腔室112a具備上部腔室312a和下部腔室312b，上部腔室312a和下部腔室312b彼此連通。下部腔室312b具有在對應(yīng)于搬運(yùn)腔室102的一側(cè)形成的通道319，基板S可以通過通道319從搬運(yùn)腔室102載置于外延腔室112a。搬運(yùn)腔室102具有在對應(yīng)于外延腔室112a的一側(cè)形成的搬運(yùn)通道102e，在搬運(yùn)通道102e和通道319之間設(shè)置有閘閥109。閘閥109可以分隔搬運(yùn)腔室102和外延腔室112a，搬運(yùn)通道102e和通道319可以通過閘閥109打開及關(guān)閉。
[0085]外延腔室112a具備用于載置基板S的基板支架328，基板S在基板支架328上以縱向載置。基板支架328連接于旋轉(zhuǎn)軸318，旋轉(zhuǎn)軸318貫通下部腔室312b而與升降機(jī)319a和驅(qū)動馬達(dá)319b連接。旋轉(zhuǎn)軸318可以通過升降機(jī)319a進(jìn)行升降，基板支架328可以與旋轉(zhuǎn)軸318 —同升降。旋轉(zhuǎn)軸318可以通過驅(qū)動馬達(dá)319b旋轉(zhuǎn)，基板支架328可以在實(shí)施外延工藝的期間與旋轉(zhuǎn)軸318 —同旋轉(zhuǎn)。
[0086]基板處理器104向外延腔室112a依次搬運(yùn)基板S。此時，基板支架328通過升降機(jī)319a升降，并且通過升降將基板支架328的空著的插槽移動至對應(yīng)于通道319的位置。因此，搬運(yùn)至外延腔室112a的基板S載置在基板支架328上，通過基板支架328的升降可以基板S以縱向載置?；逯Ъ?28可以載置十三張基板S。
[0087]在基板支架328位于下部腔室312b內(nèi)的期間，基板S載置于基板支架328內(nèi)，如圖8所示，在基板支架328位于反應(yīng)管314內(nèi)的期間，實(shí)施對基板S的外延工藝。反應(yīng)管314提供用于實(shí)施外延工藝的工藝空間。支撐板316設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸318上，并與基板支架328 —同上升而使反應(yīng)管314內(nèi)部的工藝空間與外部隔離。支撐板316配置成與反應(yīng)管314的下端部相鄰，在支撐板316和反應(yīng)管314的下端部之間插入有密封構(gòu)件316a(例如，O形環(huán))以封閉工藝空間。在支撐板316和旋轉(zhuǎn)軸318之間設(shè)置有軸承構(gòu)件316b，旋轉(zhuǎn)軸318可以在被軸承構(gòu)件316b所支撐的狀態(tài)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
[0088]對基板S的外延工藝是在反應(yīng)管314內(nèi)部的工藝空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)的。供應(yīng)管332設(shè)置在反應(yīng)管314內(nèi)部的一側(cè)，排氣管334設(shè)置在反應(yīng)管314內(nèi)部的另一側(cè)。供應(yīng)管332和排氣管334可以以基板S為中心相互對置的方式配置，可以沿著基板S的載置方向以縱向配置。側(cè)部加熱器324和上部加熱器326設(shè)置在反應(yīng)管314的外側(cè)，并且其用于加熱反應(yīng)管314內(nèi)部的工藝空間。
[0089]供應(yīng)管332連接于供應(yīng)線332a，供應(yīng)線332a連接于反應(yīng)氣體源332c。反應(yīng)氣體儲存于反應(yīng)氣體源332c，通過供應(yīng)線332a供應(yīng)于供應(yīng)管332。如圖9所示，供應(yīng)管332可以具備第一及第二供應(yīng)管332a、332b，第一及第二供應(yīng)管332a、332b具有沿著長度方向隔開間距而配置的多個供應(yīng)孔333a、333b。此時，供應(yīng)孔333a、333b的形成數(shù)量可以大致與裝載于反應(yīng)管314的基板S的數(shù)量相同，并且可以對應(yīng)于基板S之間而定位或與基板S不相關(guān)地定位。因此，通過供應(yīng)孔333a、333b所供應(yīng)的反應(yīng)氣體，可以沿著基板S的表面以層流狀態(tài)(laminar flow)順暢地流動，可以在基板S已被加熱的狀態(tài)下在基板S上形成外延層。供應(yīng)線332a能夠通過閥332b進(jìn)行開閉。
[0090]另一方面，第一供應(yīng)管332a可以供應(yīng)用于沉積的氣體(硅氣體(例如，SiCl4,SiHCl3、SiH2Cl2, SiH3Cl, Si2H6、或 SiH4)和載氣(例如，N2 及 / 或 H2))，第二供應(yīng)管 332b 可以供應(yīng)用于蝕刻的氣體。選擇性外延工藝(selective epitaxy process)伴隨沉積反應(yīng)及蝕刻反應(yīng)。雖然未在本實(shí)施例中示出，當(dāng)外延層需要包括摻雜劑時，可以增加第三供應(yīng)管，第三供應(yīng)管可以供應(yīng)含摻雜劑氣體(例如，砷化氫(AsH3)，磷化氫(PH3)，及/或乙硼烷(B2H6))。
[0091]排氣管334連接于排氣線335a，并且可以通過排氣泵335向外部排出反應(yīng)管314內(nèi)部的反應(yīng)副產(chǎn)物。排氣管334具有多個排氣孔，與供應(yīng)孔333a、333b相同地，排氣孔可以對應(yīng)于基板S之間而定位或與基板S不相關(guān)地定位。閥334b用于開閉排氣線334a。
[0092]雖然通過優(yōu)選的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但也可以采用不同形式的實(shí)施例。因此，在下述的權(quán)利要求書的技術(shù)構(gòu)思和范圍并不限于優(yōu)選的實(shí)施例。
[0093]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0094]本發(fā)明可以應(yīng)用于多種形式的半導(dǎo)體制造設(shè)備及制造方法。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體制造設(shè)備，其特征在于， 所述半導(dǎo)體制造設(shè)備包括: 清洗腔室，其實(shí)施對基板的清洗工藝； 外延腔室，其實(shí)施在所述基板上形成外延層的外延工藝； 緩沖腔室，其具備用于載置所述基板的載置空間；以及 搬運(yùn)腔室，其側(cè)面與所述清洗腔室、所述緩沖腔室、及所述外延腔室連接，并且具備在所述清洗腔室、所述緩沖腔室、及所述外延腔室之間用于搬運(yùn)所述基板的基板處理器，其中， 所述基板處理器向所述緩沖腔室依次搬運(yùn)已結(jié)束所述清洗工藝的所述基板，并且將載置于所述緩沖腔室的所述基板向所述外延腔室搬運(yùn)，而且向所述緩沖腔室依次搬運(yùn)形成有所述外延層的所述基板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制造設(shè)備，其特征在于， 所述載置空間具備:第一載置空間，其用于載置已結(jié)束所述清洗工藝的所述基板；和第二載置空間，其用于載置形成有所述外延層的所述基板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制造設(shè)備，其特征在于， 所述搬運(yùn)腔室具有使所述基板向所述緩沖腔室進(jìn)出的搬運(yùn)通道，所述緩沖腔室具有使所述基板進(jìn)出的緩沖通道， 所述半導(dǎo)體制造設(shè)備進(jìn)一步具備用于分隔所述緩沖腔室和所述搬運(yùn)腔室的緩沖側(cè)閘閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體制造設(shè)備，其特征在于， 所述緩沖腔室具備用于載置所述基板的基板支架， 所述基板支架具備所述第一及第二載置空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體制造設(shè)備，其特征在于， 所述緩沖腔室具有: 緩沖通道，其用于使所述基板進(jìn)出； 升降軸，其連接于所述基板支架并與所述基板支架一同升降；以及升降機(jī)，其用于驅(qū)動所述升降軸而使所述第一及第二載置空間可以以對應(yīng)于所述緩沖通道的方式移動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制造設(shè)備，其特征在于， 所述緩沖腔室具備排氣線，所述排氣線使所述緩沖腔室的內(nèi)部排氣而使所述緩沖腔室的內(nèi)部保持真空狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制造設(shè)備，其特征在于， 所述外延工藝為對多個基板實(shí)施的間歇式工藝。
【文檔編號】H01L21/20GK103733309SQ201280037955
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月2日
【發(fā)明者】金榮大, 玄俊鎮(zhèn), 禹相浩, 申承祐, 金海元 申請人:株式會社Eugene科技