一種FinFet器件源漏外延設(shè)備及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種FinFet器件源漏外延設(shè)備及方法，其中前者包括：主腔室；至少一個裝片室；中轉(zhuǎn)腔，中轉(zhuǎn)腔內(nèi)設(shè)置有機械手臂；至少一個腐蝕腔，腐蝕腔中設(shè)置有石墨基座；至少一個外延反應(yīng)腔；用于向主腔室、裝片室、中轉(zhuǎn)腔、腐蝕腔和外延反應(yīng)腔中供應(yīng)氣體的氣體分配裝置；用于給設(shè)備抽真空的抽真空裝置；裝片室、中轉(zhuǎn)腔、腐蝕腔和外延反應(yīng)腔均位于主腔室中。本發(fā)明提供的FinFet器件源漏外延設(shè)備通過將腐蝕腔和外延反應(yīng)腔集成到一起，可以在隔絕水氧的條件下進(jìn)行外延反應(yīng)前晶圓表面自然氧化層的去除，能更好的隔絕水氧與晶圓表面的接觸，避免了晶圓表面再次生成自然氧化層，提高了外延工藝的選擇性以及器件的可靠性。
【專利說明】
一種FinFet器件源漏外延設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制備領(lǐng)域，特別涉及一種FinFet器件源漏外延設(shè)備及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]Fin-FET是具有鰭型溝道結(jié)構(gòu)的晶體管，它利用薄鰭的幾個表面作為溝道，從而可以防止傳統(tǒng)晶體管中的短溝道效應(yīng)，同時可以增大工作電流。
[0003]目前，在FinFet的器件制造工藝中，為了增加載流子的迀移率以滿足器件速度的要求，通常在NMOS和PMOS晶體管的源漏區(qū)域中引入不同的材料，以將壓力引入溝道。通常的做法是，對于PMOS器件，在鰭的源漏區(qū)域上外延生長出SiGe的應(yīng)力層，由于SiGe晶格常數(shù)大于Si，故該應(yīng)力層會對溝道區(qū)施加壓力；對于NMOS器件，在鰭的源漏區(qū)域上外延生長出Si:C的應(yīng)力層，由于Si:C的晶格常數(shù)小于Si，故該應(yīng)力層對溝道區(qū)提供張力。
[0004]外延工藝是在半導(dǎo)體材料上生長出SiGe，Ge，SiC, GeSn等應(yīng)變材料的方法。在FinFet的源漏區(qū)外延工藝中，是在鰭的源漏區(qū)域上選擇性的外延應(yīng)力薄膜，在進(jìn)行外延之前，需要將外延區(qū)域(暴露的Si區(qū)域)的自然氧化層去除。
[0005]現(xiàn)有的去除自然氧化層的方法主要包括高溫烘烤(Baking)和氫氟酸(HF-1ast)后處理工藝。其中高溫?zé)痉鎸υ胶竦难趸瘜訒r，需要的高溫(大于800度)烘烤時間越長，容易導(dǎo)致納米級尺寸硅鰭有較大的損失，嚴(yán)重影響器件的性能；氫氟酸后處理工藝是指在進(jìn)入外延反應(yīng)腔室之前，將晶圓放置于一定配比的HF稀釋溶液腐蝕槽或腔體中腐蝕去除自然氧化層的工藝。
[0006]由于采用氫氟酸后處理工藝去除完晶圓表面的氧化層后，還需要將晶圓移送到外延反應(yīng)設(shè)備中進(jìn)行外延處理，而移動過程中晶圓會接觸到空氣中的氧或水氣再次在表面形成一層自然氧化層，影響到器件的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種可有效避免晶圓表面形成自然氧化層的FinFet器件源漏外延設(shè)備及方法。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的FinFet器件源漏外延設(shè)備包括:
[0009]主腔室；
[0010]至少一個用于加載晶圓的裝片室；
[0011 ] 用于晶圓流轉(zhuǎn)的中轉(zhuǎn)腔，所述中轉(zhuǎn)腔內(nèi)設(shè)置有用于轉(zhuǎn)移晶圓的機械手臂；
[0012]至少一個用于去除晶圓表面自然氧化層的腐蝕腔，所述腐蝕腔中設(shè)置有用于放置晶圓的石墨基座；
[0013]至少一個用于外延反應(yīng)的外延反應(yīng)腔；
[0014]用于向所述主腔室、所述裝片室、所述中轉(zhuǎn)腔、所述腐蝕腔和所述外延反應(yīng)腔中供應(yīng)氣體的氣體分配裝置；
[0015]用于給設(shè)備抽真空的抽真空裝置；
[0016]所述裝片室、所述中轉(zhuǎn)腔、所述腐蝕腔和所述外延反應(yīng)腔均位于所述主腔室中。
[0017]優(yōu)選地，所述裝片室具有兩個，所述外延反應(yīng)腔具有兩個。
[0018]優(yōu)選地，所述腐蝕腔為特氟侖材質(zhì)。
[0019]優(yōu)選地，所述氣體分配裝置包括用于提供惰性氣體的第一氣體分配裝置和用于提供氫氟酸反應(yīng)氣的第二氣體分配裝置。
[0020]更優(yōu)選地，所述惰性氣體為N2,所述氫氟酸反應(yīng)氣包括體積分?jǐn)?shù)不超過30%的無水氫氟酸氣體、稀釋氣體和催化氣體，其中，所述稀釋氣體為N2SH2，所述催化氣體為醇類氣體。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述抽真空裝置為干栗。
[0022]本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述的FinFet器件源漏外延設(shè)備的FinFet器件源漏外延方法，其包括如下步驟:
[0023](I)將晶圓裝入所述裝片室后，對所述主腔室、所述裝片室、所述中轉(zhuǎn)腔、所述腐蝕腔和所述外延反應(yīng)腔進(jìn)行抽真空操作；
[0024](2)通過所述機械手臂，將所述晶圓轉(zhuǎn)移至所述中轉(zhuǎn)腔中；
[0025](3)通過所述機械手臂，將所述晶圓轉(zhuǎn)移至所述腐蝕腔中進(jìn)行氫氟酸處理；
[0026](4)通過所述機械手臂，將所述晶圓轉(zhuǎn)移至所述中轉(zhuǎn)腔中；
[0027](5)通過所述機械手臂，將所述晶圓轉(zhuǎn)移至所述外延反應(yīng)腔中進(jìn)行外延反應(yīng)。
[0028]優(yōu)選地，所述抽真空操作具體為:
[0029]充入N2,通過所述抽真空裝置抽氣直至壓力小于或等于lOOmtorrr，保持60s以上，然后再充入N2到常壓，循環(huán)至少3次，以使得各腔室內(nèi)的水和氧含量小于lppb。
[0030]優(yōu)選地，所述氫氟酸處理的無水HF氣體的流量為lO-lOOsccm，處理時間為10-200S，處理溫度為23-70°C，處理壓強為5_150Torr，對自然氧化層的腐蝕量控制為大于50埃。
[0031]優(yōu)選地，在步驟(I)前還包括對晶圓進(jìn)行RCA清洗的步驟。
[0032]本發(fā)明提供的FinFet器件源漏外延設(shè)備通過將腐蝕腔和外延反應(yīng)腔集成到一起，可以在隔絕水氧的條件下進(jìn)行外延反應(yīng)前晶圓表面自然氧化層的去除，提高外延工藝可控性，且能更好的隔絕水氧與晶圓表面的接觸，避免了晶圓表面再次生成自然氧化層，提高了外延工藝的選擇性以及器件的可靠性。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明FinFet器件源漏外延設(shè)備實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖中標(biāo)示如下:
[0035]主腔室-1，裝片室-2，中轉(zhuǎn)腔-3，腐蝕腔_4，外延反應(yīng)腔-5。
【具體實施方式】
[0036]為使發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細(xì)的說明。
[0037]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0038]如圖1所示，本發(fā)明提供的FinFet器件源漏外延設(shè)備，包括:
[0039]主腔室I ;
[0040]至少一個用于加載晶圓的裝片室2，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，裝片室2中設(shè)置有裝載片架，裝載片架上裝載有用于預(yù)外延薄膜的晶圓，通常來說，晶圓的數(shù)量可為1-25片；[0041 ] 用于晶圓流轉(zhuǎn)的中轉(zhuǎn)腔3，所述中轉(zhuǎn)腔3內(nèi)設(shè)置有用于轉(zhuǎn)移晶圓的機械手臂(圖中未示出)，中轉(zhuǎn)腔3也可稱為buffer腔，為其它各個腔室轉(zhuǎn)移出的晶圓的中轉(zhuǎn)過渡腔體，以更好地進(jìn)行氫氟酸腐蝕處理和外延反應(yīng)；
[0042]至少一個用于去除晶圓表面自然氧化層的腐蝕腔4，所述腐蝕腔4中設(shè)置有用于放置晶圓的石墨基座(圖中未示出)；
[0043]至少一個用于外延反應(yīng)的外延反應(yīng)腔5，外延反應(yīng)腔5的具體結(jié)構(gòu)可根據(jù)實際需求參照現(xiàn)有的外延反應(yīng)設(shè)備設(shè)計，本發(fā)明并不對此作進(jìn)一步地限定；
[0044]用于向所述主腔室1、所述裝片室2、所述中轉(zhuǎn)腔3、所述腐蝕腔4和所述外延反應(yīng)腔5中供應(yīng)氣體的氣體分配裝置(圖中未示出)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易知道，氣體分配裝置可提供多種不同的氣體，例如，N2, H2和無水HF氣體等；
[0045]用于給設(shè)備抽真空的抽真空裝置(圖中未示出);
[0046]所述裝片室2、所述中轉(zhuǎn)腔3、所述腐蝕腔4和所述外延反應(yīng)腔5均位于所述主腔室I中，從而將各腔室都集成至FinFet器件源漏外延設(shè)備中。
[0047]本發(fā)明提供的FinFet器件源漏外延設(shè)備通過將腐蝕腔4和外延反應(yīng)腔5集成到一起，可以在隔絕水氧的條件下進(jìn)行外延反應(yīng)前晶圓表面自然氧化層的去除，提高外延工藝可控性，且能更好的隔絕水氧與晶圓表面的接觸，避免了晶圓表面再次生成自然氧化層，提高了外延工藝的選擇性以及器件的可靠性。
[0048]為了提高FinFet器件源漏外延設(shè)備的工作效率，所述裝片室2具有兩個，所述外延反應(yīng)腔5具有兩個，當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實際需求選擇裝片室2、腐蝕腔4和外延反應(yīng)腔5的數(shù)量。
[0049]為了保證腐蝕腔4的正常使用，所述腐蝕腔4優(yōu)選地可為特氟侖材質(zhì)。
[0050]為了保證氣體的正常供應(yīng)，所述氣體分配裝置包括用于提供惰性氣體的第一氣體分配裝置和用于提供氫氟酸反應(yīng)氣的第二氣體分配裝置，這樣，氣體分配裝置可同時滿足抽真空需要，以及氫氟酸處理需要。
[0051]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述惰性氣體為N2,所述氫氟酸反應(yīng)氣包括體積分?jǐn)?shù)不超過30%的無水氫氟酸氣體、稀釋氣體和催化氣體，其中，所述稀釋氣體為隊或H2,所述催化氣體為醇類氣體，例如，甲醇或乙醇等。
[0052]為了保證抽真空的效果，所述抽真空裝置為干栗。在一個具體地實施例中，也可將氣體分配裝置和抽真空裝置都集成至主腔室I中。
[0053]本發(fā)明進(jìn)一步地還提供了一種根據(jù)FinFet器件源漏外延設(shè)備的FinFet器件源漏外延方法，其包括如下步驟:
[0054](I)將晶圓裝入所述裝片室2后，對所述主腔室1、所述裝片室2、所述中轉(zhuǎn)腔3、所述腐蝕腔4和所述外延反應(yīng)腔5進(jìn)行抽真空操作，以保證各腔室中較低的水氧殘留量；
[0055](2)通過所述機械手臂，將所述晶圓轉(zhuǎn)移至所述中轉(zhuǎn)腔3中；
[0056](3)通過所述機械手臂，將所述晶圓轉(zhuǎn)移至所述腐蝕腔4中進(jìn)行氫氟酸處理，上述氫氟酸處理的工藝參數(shù)可根據(jù)實際需求靈活選擇；
[0057](4)通過所述機械手臂，將所述晶圓轉(zhuǎn)移至所述中轉(zhuǎn)腔3中；
[0058](5)通過所述機械手臂，將所述晶圓轉(zhuǎn)移至所述外延反應(yīng)腔5中進(jìn)行外延反應(yīng)，上述外延反應(yīng)的工藝參數(shù)可根據(jù)實際需求靈活選擇。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，外延反應(yīng)完成后，再通過機械手臂將晶圓轉(zhuǎn)移到中轉(zhuǎn)腔3中，并通過機械手臂將晶圓轉(zhuǎn)移至裝片室2中以便操作人員取出晶圓。
[0059]本發(fā)明提供的FinFet器件源漏外延方法通過將晶圓在各腔室中流轉(zhuǎn)，可在隔絕水氧的條件下將晶圓表面的自然氧化層去除，并能夠快速地進(jìn)行外延反應(yīng)，避免了晶圓與外界接觸，保證了晶圓表面的自然氧化層不會再次形成。
[0060]為了保證抽真空的效果，所述抽真空操作具體為:
[0061]充入N2,通過所述抽真空裝置抽氣直至壓力小于或等于lOOmtorrr，保持60s以上，然后再充入N2到常壓，循環(huán)至少3次，以使得各腔室內(nèi)的水和氧含量小于lppb。
[0062]為了保證晶圓表面自然氧化層的去除效果，所述氫氟酸處理的無水HF氣體的流量為lO-lOOsccm，處理時間為10-200s，處理溫度為23-70°C，處理壓強為5_150Torr，對自然氧化層的腐蝕量控制為大于50埃。為了在較短的時間內(nèi)有效地去除了鰭源漏區(qū)域硅表面的自然氧化層，減少了其它區(qū)域氧化硅等介質(zhì)的損失，氫氟酸處理的反應(yīng)氣還可為混合氣體，例如，氫氟酸反應(yīng)氣包括體積分?jǐn)?shù)不超過30%的無水氫氟酸氣體、稀釋氣體和催化氣體，其中，稀釋氣體為N2SH2，催化氣體為醇類氣體，例如，甲醇或乙醇等。通過對氫氟酸反應(yīng)氣中各氣體比例的控制，以及溫度、壓強等工藝條件的控制，有利于控制腐蝕的速率和腐蝕的時間以及反應(yīng)副產(chǎn)物的排除，此外，隊或!12的稀釋氣體可以更好的將氧氣與晶圓隔絕，避免再次氧化。
[0063]在一個優(yōu)選的實施例中，無水HF氣體的流量設(shè)定為25sCCm，稀釋氣流量設(shè)定為150sccm，反應(yīng)腔的溫度恒定為50°C，反應(yīng)腔的壓強為50Torr，在此工藝條件下，對自然氧化物層的腐蝕速率在15-25埃/分鐘左右，腐蝕的時間設(shè)定為60s。
[0064]為了去除晶圓表面的玷污，在步驟(I)前還包括對晶圓進(jìn)行RCA清洗的步驟，具體地，先進(jìn)行SPM(H2S04/H202/H20)清洗，以去除晶圓表面含碳的玷污，如有機殘留等，接著，進(jìn)行SC2 (HC1/H202/H20)的清洗，以去除晶片表面微量的金屬粒子，并進(jìn)行甩干干燥。
[0065]雖然本發(fā)明是結(jié)合以上實施例進(jìn)行描述的，但本發(fā)明并不被限定于上述實施例，而只受所附權(quán)利要求的限定，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠容易地對其進(jìn)行修改和變化，但并不離開本發(fā)明的實質(zhì)構(gòu)思和范圍。
【主權(quán)項】
1.一種FinFet器件源漏外延設(shè)備，其特征在于，包括: 主腔室; 至少一個用于加載晶圓的裝片室； 用于晶圓流轉(zhuǎn)的中轉(zhuǎn)腔，所述中轉(zhuǎn)腔內(nèi)設(shè)置有用于轉(zhuǎn)移晶圓的機械手臂； 至少一個用于去除晶圓表面自然氧化層的腐蝕腔，所述腐蝕腔中設(shè)置有用于放置晶圓的石墨基座； 至少一個用于外延反應(yīng)的外延反應(yīng)腔； 用于向所述主腔室、所述裝片室、所述中轉(zhuǎn)腔、所述腐蝕腔和所述外延反應(yīng)腔中供應(yīng)氣體的氣體分配裝置； 用于給設(shè)備抽真空的抽真空裝置； 所述裝片室、所述中轉(zhuǎn)腔、所述腐蝕腔和所述外延反應(yīng)腔均位于所述主腔室中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FinFet器件源漏外延設(shè)備，其特征在于，所述裝片室具有兩個，所述外延反應(yīng)腔具有兩個。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FinFet器件源漏外延設(shè)備，其特征在于，所述腐蝕腔為特氟侖材質(zhì)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FinFet器件源漏外延設(shè)備，其特征在于，所述氣體分配裝置包括用于提供惰性氣體的第一氣體分配裝置和用于提供氫氟酸反應(yīng)氣的第二氣體分配裝置。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的FinFet器件源漏外延設(shè)備，其特征在于，所述惰性氣體為N2,所述氫氟酸反應(yīng)氣包括體積分?jǐn)?shù)不超過30%的無水氫氟酸氣體、稀釋氣體和催化氣體，其中，所述稀釋氣體為隊或H 2，所述催化氣體為醇類氣體。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FinFet器件源漏外延設(shè)備，其特征在于，所述抽真空裝置為干栗。7.一種根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項所述的FinFet器件源漏外延設(shè)備的FinFet器件源漏外延方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將晶圓裝入所述裝片室后，對所述主腔室、所述裝片室、所述中轉(zhuǎn)腔、所述腐蝕腔和所述外延反應(yīng)腔進(jìn)行抽真空操作； (2)通過所述機械手臂，將所述晶圓轉(zhuǎn)移至所述中轉(zhuǎn)腔中； (3)通過所述機械手臂，將所述晶圓轉(zhuǎn)移至所述腐蝕腔中進(jìn)行氫氟酸處理； (4)通過所述機械手臂，將所述晶圓轉(zhuǎn)移至所述中轉(zhuǎn)腔中； (5)通過所述機械手臂，將所述晶圓轉(zhuǎn)移至所述外延反應(yīng)腔中進(jìn)行外延反應(yīng)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的FinFet器件源漏外延方法，其特征在于，所述抽真空操作具體為: 充入N2，通過所述抽真空裝置抽氣直至壓力小于或等于100 mtorrr，保持60s以上，然后再充入N2到常壓，循環(huán)至少3次，以使得各腔室內(nèi)的水和氧含量小于lppb。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的FinFet器件源漏外延方法，其特征在于，所述氫氟酸處理的無水HF氣體的流量為10-100 sccm，處理時間為10_200s，處理溫度為23-70°C，處理壓強為5-150Torr，對自然氧化層的腐蝕量控制為大于50埃。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的FinFet器件源漏外延方法，其特征在于，在步驟(I)前還包括對晶圓進(jìn)行RCA清洗的步驟。
【文檔編號】H01L21/67GK105870036SQ201510028853
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年1月20日
【發(fā)明人】王桂磊, 崔虎山, 殷華湘, 李俊峰, 趙超
【申請人】中國科學(xué)院微電子研究所