本發(fā)明一般涉及清洗和蝕刻硅表面的方法，以及更具體地涉及使用NF在低溫下預(yù)清洗晶片，在使用硅晶片制造半導(dǎo)體器件的過程中，在硅晶片的硅表面上可能會形成污染物和雜質(zhì)，如外延硅沉積或氧化物層生長，去除污染物后，如果晶片暴露在氧氣中，晶片表面上的硅原子立即與氧結(jié)合，在晶片表面形成薄的SiO薄膜(約20A)，這種天然氧化物SiO可能會干擾沉積過程，例如，當(dāng)需要外延薄膜沉積時可能形成多晶薄膜，從而導(dǎo)致器件噪聲或性能下降。

此外，天然氧化物降低了半導(dǎo)體器件的產(chǎn)率，隨著器件幾何形狀的變小，天然氧化物的形成和硅表面上各種污染物的存在成為越來越嚴(yán)重的問題，這種天然氧化物在半導(dǎo)體器件制造過程中降低了控制和可再生性。因此，在半導(dǎo)體器件制造過程中，在沉積和生長某些薄膜之前必須去除天然氧化膜和污染物，以便晶圓的硅表面在外延沉積之前不含氧化物和污染物。 傳統(tǒng)的清洗方法使用化學(xué)氣相沉積(CVD)反應(yīng)器的工藝室來清洗晶片上的天然氧化物，并用于晶片處理，即將薄膜沉積到晶片上。一種叫做氫烘烤的方法，使用氫來減少硅層中的天然氧化物，對于氫氣烘烤，該晶片被帶到高溫，例如1150°C氫氣被泵入腔室，它與晶片表面反應(yīng)，減少硅中的天然氧化物，從而去除天然氧化物，然后將腔室和/或晶片冷卻到硅沉積的溫度；另一種清潔方法是使用鹽酸蝕刻法，通常與氫氣烘烤法相結(jié)合，在這種方法中，使晶片在反應(yīng)室中達(dá)到溫度(即，1150°C.或更多)，然后進(jìn)行常規(guī)的鹽酸蝕刻(例如，H2中的1-5%鹽酸)，以去除由晶圓拋光引起的晶圓表面損壞的硅和金屬污染。因此，硅表面的天然氧化物和損傷都被去除，然后降低晶圓的溫度以進(jìn)行外延沉積或氧化物生長，這些清洗技術(shù)要求晶片在外延沉積過程室中達(dá)到高溫，這個溫度高于通常所需的溫度，在高溫下，硅晶片的強度降低，導(dǎo)致滑移等缺陷，從而導(dǎo)致產(chǎn)率損失的增加。

將晶圓放在程序腔內(nèi)的高溫也可能導(dǎo)致不理想的自摻雜，晶片通常包括半導(dǎo)體基板，通常是硅，其中形成n型和p型區(qū)域，在半導(dǎo)體制造過程中，基板中的重?fù)诫s部分通常被輕摻雜的外延層覆蓋，以實現(xiàn)重?fù)诫s基板和輕摻雜的外延層之間的尖銳連接。然而，當(dāng)晶片溫度上升到清洗溫度時，來自重?fù)诫s區(qū)域的摻雜劑蒸發(fā)并沉積在室壁和晶圓的其他部分上，在清洗晶片后，在晶片上沉積一個輕摻雜的外延層，在此沉積過程中，腔室壁上的摻雜物可能會脫落并污染外延層，導(dǎo)致外延層中的摻雜物濃度發(fā)生不必要和不可預(yù)測的變化。

在半導(dǎo)體制造過程中，基板中的重?fù)诫s部分通常被輕摻雜的外延層覆蓋，以實現(xiàn)重?fù)诫s基板和輕摻雜的外延層之間的尖銳連接，然而，當(dāng)晶片溫度上升到清洗溫度時，來自重?fù)诫s區(qū)域的摻雜劑蒸發(fā)并沉積在腔室壁和晶圓的其他部分上，在清洗晶片后，在晶片上沉積一個輕摻雜的外延層，在此沉積過程中，腔室壁上的摻雜物可能會脫落并污染外延層，導(dǎo)致外延層中的摻雜物濃度發(fā)生不必要和不可預(yù)測的變化。

使用工藝室的傳統(tǒng)清洗方法的另一個缺點是，由于清洗晶圓所需的時間，系統(tǒng)的吞吐量降低了，清洗和外延沉積都是在工藝室中完成的，所以這些工藝必須按順序進(jìn)行，可以通過向系統(tǒng)中添加更多的工藝室來提高吞吐量，然而，由于過程室成本昂貴，使用更多的過程室來增加吞吐量會增加系統(tǒng)的成本。因此，需要一種克服上述缺陷的方法來清洗硅表面。

使用含氟的原料氣(優(yōu)選為NF)清洗晶片的硅表面，生成氟原子，在單獨的預(yù)清洗室中與天然的氧化物和硅反應(yīng)，待處理的晶圓片首先在一個單獨的預(yù)清洗室中進(jìn)行清洗，NF氣體用于產(chǎn)生氟原子，然后進(jìn)入預(yù)清洗室，一旦氟原子接觸到晶片的硅表面，天然氧化物、被污染的硅將被去除，在清洗過程中，晶片和預(yù)清洗室可以保持在室溫下，或者可以提高其溫度，以獲得更平滑的表面和更高的蝕刻率。因此，晶片表面的天然氧化物和污染硅在預(yù)清洗室中去除，清洗后，將晶片從預(yù)清洗室轉(zhuǎn)移到程序室進(jìn)行分類沉積，在一些實施例中，預(yù)清洗腔室可以配置為向兩個或多個工藝腔室提供晶片。

通過在大大低于工藝溫度或先前清洗方法中使用的溫度的溫度下進(jìn)行預(yù)清洗，根據(jù)本發(fā)明的方法減少了與高溫相關(guān)的自摻雜、滑移問題，此外使用單獨的預(yù)清洗室與傳統(tǒng)技術(shù)形成鮮明對比，在傳統(tǒng)技術(shù)中，CVD反應(yīng)器的工藝室用于清洗晶片上的天然氧化物和用于晶片處理，即將薄膜沉積在晶片上，通過提供一個單獨的預(yù)清洗室，可以提高吞吐量，因為工藝室不需要加倍作為清洗室，因此可以連續(xù)地用于處理晶片，預(yù)清洗室和加工室現(xiàn)在也可以分別優(yōu)化為單獨清洗和加工晶片。

本文章提供的一種使用NF氣體，通過將晶圓放置在單獨的預(yù)清洗室中，在外延沉積之前的低溫下清洗晶圓的硅表面的方法和結(jié)構(gòu)，在降低的溫度下清洗晶圓的能力減少了與高溫清洗過程相關(guān)的滑移和自摻雜問題，此外，通過在一個單獨的預(yù)清洗室中清洗晶圓，系統(tǒng)可以以最小的成本增加吞吐量，因為清洗和沉積現(xiàn)在可以并行進(jìn)行，而且因為預(yù)清洗室比程序室昂貴得多。

使用單獨的清洗室允許沉積室僅專用于外延沉積過程，因此清洗和外延生長過程可以在單獨的晶片上并行進(jìn)行，因此，吞吐量就增加了。由于預(yù)清洗室比沉積室便宜得多，因此提高了系統(tǒng)的成本效率，通常，預(yù)清洗室的成本可能是沉積室的成本，部分原因是預(yù)清洗室需要復(fù)雜的加熱、冷卻、氣體流量和監(jiān)測要求，因此，在一個單獨的預(yù)清洗室中使用NF氣體在低溫下蝕刻和清潔硅晶片，提高了吞吐量和系統(tǒng)成本效率，同時減少了滑移、自摻雜和其他高溫問題。

審核編輯：符乾江