[发明专利]衬底稳定化方法及实施这种方法的机器

说明书

技术领域

本发明涉及衬底稳定化方法以及用于实施这种方法的机器。

本发明的领域是其中衬底经历掺杂的微电子学领域。

背景技术

本领域技术人员知晓众多的掺杂技术，尤其包括离子注入(implantation)。

掺杂在于改变衬底的半导体性能。因而，举例来说，为了掺杂硅衬底，则在其中注入门捷列夫元素周期表第III族或第V族的元素。对于本领域技术人员来说，用惰性气体(例如氩气或氪气)轰击并不等同于掺杂，因为这些元素具有它们的完整的外电子壳层。

目前，离子注入经常以等离子体浸没式模式实现。根据这项技术，衬底被浸没在等离子体中并且以数十伏至数十千伏的负电压施以偏压，以便于产生能够将等离子体的离子向衬底加速的电场，使得它们被注入其中。该偏压通常是脉冲的。

问题在于，某些掺杂剂如磷或砷倾向于与环境空气反应以形成具有非常强毒性的气体，例如磷化氢PH3或三氢化砷AsH3。在环境空气中，正是水蒸气和氧参与到这些化学反应中。

对于磷来说，主要反应是：

2P₂+6H₂O->3H₃PO₂+PH₃

2P₂+5O₂->P₄O₁₀

对于砷来说，主要反应是：

4As+3H₂O->As₂O₃+2AsH₃

4As+3O₂->2As₂O₃

As₂O₃+O₂->As₂O₅

还可以提及另一种掺杂剂的情况，即硼掺杂剂，其可释放B2H6。

在此将所谓ALD(英文为“Atomic Layer Deposition”)沉积的原子层沉积方法视为是掺杂技术。

因而可以看出，如果所产生的有毒气体少的话，则这通常不会带来困难，因为利用环境空气的稀释足以将浓度降至低于各种法规可接受的值。

相反，在高级微电子学中，经处理的衬底被储存在被称作“FOUP”的封闭箱中。FOUP中的有毒气体的浓度可达到危险阈值。

因而合适的是将衬底的表面稳定化，并且用于避免这种现象的一种已知解决方案在于在将这种衬底再置于大气中之前用钝化层(英文为“CAP Layer”)将其封装。这个层由硅或氧化硅或氮化硅制成，其厚度为数纳米。

这种解决方案例如被描述于文献US 2008/277715和US 4,144,100中。

这种解决方案有多种限制。

首先，沉积要在与实现掺杂但不破坏真空的相同机器中“原位”进行，这提高了机器的复杂性以及处理成本，同时降低了生产率。

其次，这种沉积物应当在可能与经掺杂的表面接触之前被去除。该去除需要极好地进行控制以避免过饰刻该表面，因为这会导致掺杂剂的损失。该去除应当是完全的，但不与经掺杂的表面接触。

第三，这些沉积和蚀刻方法构成了相关部件的操作的变化性的主要来源。部件尺寸的降低导致了大约5纳米的掺杂深度。结果，沉积和蚀刻的精度应当是大约十分之一纳米，这在目前是几乎不可能的。

发明内容

本发明的目的因而在于能够摆脱现有技术的限制的方法和机器。

根据本发明，衬底处理方法包括掺杂步骤，之后紧接稳定化步骤；该方法是优异的，因为稳定化步骤在于将衬底浸没于气体中，所述气体属于包括氧气、水蒸气、湿空气、过氧化氢蒸气、臭氧和氨的组。

因而，经掺杂表面的反应在受限的气氛中引起，这消除了由这种反应产生的有毒气体所引起的任何危险。

根据第一选项，稳定化步骤在于用该气体吹扫衬底。

根据第二选项，稳定化步骤在于进行至少一个循环，该循环包括引入该气体的步骤，之后是通过泵唧的清洗步骤。

优选地，掺杂步骤通过离子注入来实现。

有利地，该离子注入通过等离子体浸没来实施。

根据一种优选实施模式，稳定化步骤包括衬底加热阶段。

根据本发明的额外特性，该气体在于来自等离子体的气态物种。