[發(fā)明專利]使用大氣壓等離子體準(zhǔn)備步驟的外延生長(zhǎng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680060464.9
• 申請(qǐng)日: 2016-08-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108701590A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 埃里克·舒爾特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安托士設(shè)備系統(tǒng)公司
• 主分類號(hào): H01L21/20
• 分類號(hào): H01L21/20;H01L21/02;H01L21/304;H01L21/306;H01L21/205
• 代理公司: 上海脫穎律師事務(wù)所 31259
• 代理人: 脫穎

在CMP之后且在外延生長(zhǎng)步驟之前，通過(guò)大氣壓等離子體對(duì)襯底進(jìn)行準(zhǔn)備，所述大氣壓等離子體不僅包含還原化學(xué)物質(zhì)，還包含化學(xué)惰性載氣的亞穩(wěn)態(tài)。這會(huì)去除殘留物、氧化物和/或污染物。任選地，氮?dú)忖g化也在大氣條件下進(jìn)行，以鈍化襯底表面，以便于后續(xù)外延生長(zhǎng)。

交叉引用

要求美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)62/205,938的優(yōu)先權(quán)，其通過(guò)引用并入本文。

背景技術(shù)

本申請(qǐng)涉及外延生長(zhǎng)，具體涉及在由不同材料組成的單晶襯底上單晶半導(dǎo)體層的外延生長(zhǎng)(“異質(zhì)外延沉積”)。

請(qǐng)注意，下面討論的觀點(diǎn)可能反映了從已公開(kāi)的發(fā)明中獲得的后見(jiàn)之明，不一定被認(rèn)為是現(xiàn)有技術(shù)。

半導(dǎo)體加工的基本步驟之一是沉積薄層材料。外延是特殊情況，其中在使新材料以與襯底相同的取向延續(xù)相同的晶格的條件下，將晶體材料沉積在單晶襯底上。

增加的材料具有與襯底不同組成的特定情況有時(shí)被稱為異質(zhì)外延沉積。當(dāng)外延材料的晶格常數(shù)等于襯底材料的晶格常數(shù)時(shí)，異質(zhì)外延沉積最容易：否則在材料中將會(huì)出現(xiàn)應(yīng)變(拉伸或壓縮)。然而，完美的晶格匹配通常是不可能的。

分子束外延(“MBE”)是外延沉積工藝的一個(gè)例子。在此工藝中，襯底保持在非常高的真空下，并且通常被加熱(例如，到幾百攝氏度)。使源原子或源分子非常緩慢地釋放以撞擊暴露的襯底，從而實(shí)現(xiàn)緩慢的晶體生長(zhǎng)。

外延沉積也可以在氣相下進(jìn)行。這種工藝使用各種源氣體，并且通常實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)更快的晶體生長(zhǎng)。在液相或固相下外延生長(zhǎng)也是可能的。

一項(xiàng)具體的挑戰(zhàn)是在外延沉積之前準(zhǔn)備襯底。外延沉積工藝要求進(jìn)入的原子(“被吸附原子”)優(yōu)先被吸引到晶體襯底的暴露表面中的晶格空位，從而隨著晶體生長(zhǎng)，使襯底的晶格得以延續(xù)。問(wèn)題是偏離被吸附原子完美對(duì)準(zhǔn)的任何偏差都可能引發(fā)孿晶或缺陷，從而削弱外延層的性能。一旦引發(fā)缺陷或?qū)\晶區(qū)域，其就可以隨著生長(zhǎng)面移動(dòng)而傳播。

生長(zhǎng)晶體的每一層的對(duì)準(zhǔn)由就在其前的晶格層限定。這使晶體材料得以生長(zhǎng)，但是這也使現(xiàn)有表面中的缺陷隨著晶體生長(zhǎng)得以傳播到新材料中。換句話說(shuō)，新沉積的每層由晶體材料的表面層而不是塊狀晶體限定，新沉積的每層生長(zhǎng)到表面層上。

這在傳統(tǒng)的生長(zhǎng)過(guò)程中并不是一個(gè)大難題，但其指明缺點(diǎn)的一個(gè)來(lái)源：生長(zhǎng)必須在某個(gè)階段開(kāi)始，并且在該階段必須存在可用的良好晶格表面，以便新生長(zhǎng)的層自身對(duì)準(zhǔn)。在開(kāi)發(fā)外延生長(zhǎng)工藝方面已經(jīng)投入了大量精力，但是(取決于襯底材料)外延沉積的引發(fā)仍然可能是缺陷的重要來(lái)源。

通常使用CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)步驟來(lái)提供原子級(jí)有序的晶格表面。

本申請(qǐng)涉及固體晶體襯底表面的準(zhǔn)備以及在該襯底上半導(dǎo)體層的外延生長(zhǎng)。在襯底(例如，在GaSb襯底上生長(zhǎng)的InGaAs)上生長(zhǎng)的外延層(Epi層)的質(zhì)量取決于在襯底表面處原子晶格的完美性，以及在該表面上沒(méi)有干擾物質(zhì)，例如氧、碳、烴類、H₂O、OH和其他物質(zhì)，這些物質(zhì)會(huì)破壞作為襯底原子晶格的延伸的Epi層原子結(jié)構(gòu)的均一生長(zhǎng)。

在為Epi生長(zhǎng)準(zhǔn)備襯底時(shí)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)實(shí)踐包括許多典型的步驟：

1.對(duì)襯底進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光以產(chǎn)生潔凈的、有序的、無(wú)晶格異常的晶體表面；

2.拋光后用有機(jī)溶劑和酸清洗襯底表面以去除來(lái)自拋光過(guò)程的任何殘留物；

3.一般在爐子中在高純度氧存在下，在準(zhǔn)備好的表面上生長(zhǎng)設(shè)想的氧化物；

4.將氧化的襯底晶片存儲(chǔ)以便隨后在密封容器中使用；

5.(可選地)清潔襯底的表面以去除由于存儲(chǔ)包裝的除氣而積聚在表面上的有機(jī)污染物；

6.將晶片放入具有高真空能力的外延生長(zhǎng)機(jī)中；