[发明专利]用于在外延沉积之前进行表面制备的方法和设备

说明书

在预处理过程中，氢等离子体用于从晶片的表面去除污染物(例如氧、碳)。氢等离子体可以通过细长的注入器喷嘴注入等离子体腔室。使用这种细长的注入器喷嘴，具有显著径向速度的氢等离子体流在晶片表面上流动，并将挥发性化合物和其他污染物从晶片表面传输到排气歧管。由晶体硅或多晶硅制成的保护衬套可以设置在等离子体腔室的内表面上，以防止污染物从等离子体腔室的表面释放。为了进一步减少污染物的来源，可以采用由硅制成的排气限制器，以防止氢等离子体流入排气歧管，并防止挥发性化合物和其他污染物从排气歧管流回到等离子体腔室中。

技术领域

本发明涉及一种电介质容器及其相关部件以及用于在半导体材料的异质或同质外延沉积之前对晶片(未图案化或图案化)进行表面处理的在该电介质容器内执行的基于等离子体且表面重建过程。这种外延可以用于晶体管的非关键区域，也可以用于诸如沟道的关键区域。该过程利用在等离子体中产生的氢原子来蚀刻天然氧化物并去除污染物，比如氧气、碳和非晶硅，而不损坏晶片表面，从而使晶片具有高质量晶体表面(由硅或III-V层构成)，准备用于III-V或其他半导体材料的高质量外延。

背景技术

Zhang等人的US8152918描述了一种预外延沉积清洁过程，其中由未指定的蚀刻气体形成未指定类型的射频(RF)激发等离子体，以去除表面上的天然氧化物或污染物。似乎没有暗示气压、功率密度或射频功率的联接模式。

Dutartre等人的US5252181描述了一种清洁方法，其使用离子能量为20eV至100eV的氩等离子体溅射掉天然氧化物(约50A)，然后使用离子能量非常低的氢等离子体去除被氩离子轰击损坏的硅。

Siebert等人的US6995077描述了使用氢气的纯热天然氧化物去除过程，并提供了氧气去除和避免硅晶片中的表面缺陷。不使用等离子体，因此需要高于1000℃的温度。

Paton等人的US6811448公开了在金属沉积之前形成硅化物的清洁过程。该过程利用电容性联接的氢气等离子体，功率水平约为500W，气压为100Pa的H₂，氩气混合物的流量为100SCCM。Paton没有描述或指定清洁过程后所实现的晶态或表面污染水平。

Tang等人的US8501629公开了对图案化晶片表面的远程等离子体蚀刻。远程等离子体蚀刻似乎没有在外延过程之前执行，也似乎与蚀刻之后表面的结晶度无关。使用主要包含NF₃气体和NH₃气体以及氢气的氢氟气体混合物供给等离子体。反应机理分为两个步骤。首先，进行反应步骤，其中由天然氧化物、NF₃和NH₃在等离子体中的反应形成加合物，然后进行升华步骤，其中将加合物在升高的温度下蒸发。

Cohen等人的US7053002公开了在晶片表面金属化之前用于互连或接触的预清洁过程。使用感应联接的等离子体源和施加到晶片支架的较低功率RF偏压，将包括氢、氦和氩的气体混合物送入腔室。发明人注意到，Cohen的这一过程产生了干净但受损的表面(由于氩离子轰击)，该表面不适合随后的低缺陷外延膜的生长，并且还将导致去除一些基底材料。

Liu的US6776170公开了一种静电屏蔽的感应联接的等离子体源，其使用氢气从晶片表面去除天然氧化物。所述方法的主要应用是在沉积钴和形成硅化钴之前在接触区域进行表面清洁。该方法的使用避免了采用先前方法所发生的若干个问题，比如硅的蚀刻和由于离子损伤而引起的深结晶缺陷。在Liu中，腔室配置为从等离子体容器的顶部中央开口注入气体。此外，线圈内的真空腔室的壁由非导电材料制成，这是磁场穿透所需的。最后，预清洁过程执行预定的时间，对于Liu的应用来说，该时间足以从晶片表面去除污染物。发明人注意到，Liu的方法的缺陷水平能力可以是1×10¹¹至1×10¹²缺陷/cm²，这对于Liu的应用是足够的。然而，该缺陷水平太高，不能用于异质外延之前的表面制备方法，特别是在晶体管的超敏感区域(比如沟道)中。