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CN107408496A - 衬底稳定化方法及实施这种方法的机器 - Google Patents

衬底稳定化方法及实施这种方法的机器 Download PDF

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CN107408496A CN201680010888.4A CN201680010888A CN107408496A CN 107408496 A CN107408496 A CN 107408496A CN 201680010888 A CN201680010888 A CN 201680010888A CN 107408496 A CN107408496 A CN 107408496A
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L·鲁
Y·斯皮格尔
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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Abstract

本发明涉及衬底23的处理方法，包括掺杂步骤，之后紧接稳定化步骤。该方法是优异的，因为这个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。本发明还涉及根据上述方法处理衬底的机器，其包括用于引入气体的孔。

Description

衬底稳定化方法及实施这种方法的机器
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。
出于安全性的原因，稳定化步骤之后是残余气氛分析步骤。
本发明的目的还在于根据上述方法处理衬底的机器，该机器包括掺杂室和用于引入气体的孔，该机器是优异的，因为它包括在掺杂室之外的稳定化构件(organe)，在该构件中进行稳定化步骤。
根据第一选项，该稳定化构件是处于真空下的气闸。
根据第二选项，该稳定化构件是稳定化室。
附图说明
现在将通过参考附图以说明性方式给出的实施例的以下描述来更详细地显示本发明，在附图中：
-附图1显示旨在用于实施本发明方法的机器；并且
-附图2显示稳定化室。
具体实施方式
在多个附图中呈现的相同元件以相同的标号给出。
参考附图1，其示出了掺杂机器。从这个附图的左侧开始，可以看到四个FOUP装载盘10。这些盘10为在大气压下操作的第一装载机械手11供料。
这个第一机械手11与在真空下操作的第二装载机械手12连通，这借助于第一装载/卸载气闸13和第二装载/卸载气闸14来实现。这两个装载/卸载气闸13和14也在真空下操作。
第二机械手12向第一注入室15供料。
任选地，它向第二注入室16供料。
根据本发明，还可提供稳定化室17，其同样由第二装载机械手12供料。
根据本发明的处理方法因而包括掺杂步骤，该掺杂步骤在本情况下在注入室中进行。
在这个掺杂步骤之后立即(也即不将衬底再置于大气中)，接着是稳定化步骤，该步骤的目的在于有毒物种的解吸(脱气)，或者高度掺杂表面的悬挂键的饱和。这个步骤在受控气氛下进行以在将衬底再置于空气中时降低衬底与气氛的反应性。
根据第一途径，表面的稳定化通过使用氧气、水蒸气、湿空气、过氧化氢蒸气或臭氧的氧化来进行。
根据第二途径，表面的稳定化通过使用氮气或优选氨(NH3)的氮化来进行。
该稳定化简单地通过将衬底与上述气体之一接触来进行。
这些气体可以以它们的分子形式使用或者以借助于等离子体激发或离子化的气态物种的形式使用。
在某些情况下，可能需要加热衬底以加速稳定化过程。例如，为了用水蒸气中和磷掺杂的表面，希望使衬底达到高于200℃的温度。
用于进行稳定化的第一种可能性在于利用反应性气体吹扫衬底的表面。典型地，工作压力为0.01-100毫巴，并且流量为50-1000sccm。
第二种可能性在于提供循环，在该循环的过程中，引入气体到容器中的步骤之后是通过泵唧的清洗步骤。所需的循环数可凭经验确定。典型地，压力偏移(excursions)为0.1-100毫巴，并且循环数为3-10。
不过可使用气体分析仪以评价残余气氛的毒性。在检测到有毒气体的情况下，装置阻止衬底的释放并且重新进行稳定化阶段。
该稳定化方法可在掺杂室中“原位”进行，这样做的优点在于使该室的壁钝化。不过生产率则受到影响，并且存在该气氛被反应性气体的剩余压力污染的风险。
因而优选在位于该掺杂室之外的稳定化构件中实施稳定化。
第一种解决方案在于使用真空装载/卸载气闸13、14作为稳定化构件。
第二种解决方案在于使用专用于此用途的稳定化室17作为稳定化构件。
参考附图2，其显示了稳定化室的实施例。室17在其顶部包括淋浴喷头形式的气体扩散器21。衬底载体22被布置为面向气体扩散器21并且其接收待处理的衬底23。这个衬底载体22任选地是加热器。
在室17的底部，可以看到可调节节流阀24(蝶形阀)，其将这个室连接到泵唧单元25。
无论如何，衬底保持在真空下，直至其表面已经稳定化为止，换言之，该稳定化步骤紧接在掺杂步骤之后。
如上所述的本发明实施例已经考虑它们的具体性质而进行了选择。但不可能穷尽性地列出本发明所涵盖的所有实施方式。尤其是，所述的任何步骤或任何装置或措施可用等效的步骤或装置或措施替换而不超出本发明的范围。

Claims (11)

1.衬底(23)的处理方法，包括掺杂步骤，之后紧接稳定化步骤；
其特征在于，所述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。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述稳定化步骤在于用所述气体吹扫衬底(23)。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述稳定化步骤在于进行至少一个循环，该循环包括引入所述气体的步骤，之后是通过泵唧的清洗步骤。
4.根据上述权利要求任一项的方法，其特征在于，所述掺杂步骤通过离子注入来实现。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，该离子注入通过等离子体浸没(15，16)来实施。
6.根据上述权利要求任一项的方法，其特征在于，所述稳定化步骤包括衬底(23)的加热阶段。
7.根据上述权利要求任一项的方法，其特征在于，所述气体在于来自等离子体的气态物种。
8.根据上述权利要求任一项的方法，其特征在于，所述稳定化步骤之后是残余气氛分析步骤。
9.根据上述权利要求任一项的方法处理衬底的机器，该机器包括掺杂室(15，16)和用于引入所述气体的孔(21)，其特征在于，该机器包括在所述掺杂室之外的稳定化构件(13，14；17)，在该构件中进行所述稳定化步骤。
10.根据权利要求9的机器，其特征在于，所述稳定化构件是处于真空下的气闸(13，14)。
11.根据权利要求9的机器，其特征在于，所述稳定化构件是稳定化室(17)。
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