DE60317814T2 - Vorrichtung und verfahren zur abscheidung eines oxidfilms - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur abscheidung eines oxidfilms Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Bereich der Halbleiterbehandlung und insbesondere auf Verfahren und Vorrichtungen zum Abscheiden eines Oxidfilms.
  • 2. ERÖRTERUNG DES STANDES DER TECHNIK
  • Siliciumoxid-(SiO2-)-Filme und ihre binären und ternären Silikate (auf die insgesamt als Oxidfilme Bezug genommen wird) sind weit verbreitet bei der Herstellung von integrierten Schaltungen, wie Mikroprozessoren und Speichern. Die Oxidfilme werden als Isolationen zwischen Polysiliciumschichten, Metallschichten und Metallschichten in Vielniveaumetallsystemen verwendet. Die Oxidfilme können auch als Diffusionsquellen, Diffusionsmasken, Implantationsmasken, Distanzschichten und Endpassivierungsschichten verwendet werden. Zurzeit gibt es drei verschiedene Verfahren zur Ausbildung eines Oxidfilms, nämlich die trockene Oxidation (auch bekannt als thermische Oxidation), die Oxidation mit Wasserdampf und die Oxidabscheidung.
  • Bei der trockenen Oxidation wird ein Oxidfilm auf einem Siliciumsubstrat wachsen gelassen. Bei einer Ausgestaltung wächst der Oxidfilm in einem herkömmlichen Ofensystem. 1 zeigt ein Ofensystem 100, das ein Ofensystem mit heißer Wand ist und einen Widerstandsofen 112 mit drei Zonen, ein Quarzreaktorrohr 102, einen Gaseinlass 104, einen Drucksensor 106 und einen Waferträger 108 aufweist. Auf dem Waferträger 108 sind mehrere Siliciumwafer 110 vertikal angeordnet. Die Substrate werden durch Strahlung auf eine Temperatur zwischen 1100°C und 1300°C durch Widerstandsheizungswicklungen erhitzt, die das Rohr 102 umgeben. In ein Ende des Rohres 102 (Gaseinlass 104) wird unter Verwendung einer Massenstromsteuerung gasförmiger Sauerstoff (O2) dosiert zugegeben. Das O2-Gas zersetzt sich und gibt Sauerstoff-(O-)Atome frei. Die Sauerstoffatome reagieren mit den Siliciumatomen an der Oberfläche des Siliciumsubstrats 110 unter Bildung des Oxidfilms. Zur Bildung eines ausreichend dicken Oxidfilms bei der trockenen Oxidation werden häufig Stunden oder auch Tage benötigt, da nach der Ausbildung der ersten wenigen atomaren Schichten für den Sauerstoff eine längere Diffusion erforderlich ist, um zu der Siliciumoberfläche zu gelangen, damit der Oxidfilm wächst. Die vielen Stunden, die für das Wachsen des Oxidfilms erforderlich sind, verringern in unnötiger Weise den Durchsatz für die Ausbildung des Oxidfilms sowie den Durchsatz für die Ausbildung anderer Vorrichtungen, die den Oxidfilm brauchen.
  • Bei der Oxidation mit Wasserdampf wird ebenfalls ein Oxidfilm auf einem Siliciumsubstrat wachsen gelassen. Das in 1 beschriebene Ofensystem 100 kann ebenfalls verwendet werden. Anstatt O2-Gas einzusetzen, wird Wasserdampf (H2O) in das Ofensystem 100 eingeführt. Mit dem Wasserdampf kann der Oxidfilm bei einer niedrigeren Temperatur als im Falle der trockenen Oxidation gebildet werden. Es kann ein ausreichend dicker Oxidfilm in einer kürzeren Zeit ausgebildet werden, als sie im Falle der trockenen Oxidation benötigt wird. Ein Grund dafür besteht darin, dass es leichter ist, die Sauerstoffbindung in dem Wasserdampf als die Oxidbindung in dem O2-Gas aufzubrechen. Jedoch ist der bei der Oxidation mit Wasserdampf gebildete Oxidfilm weniger rein als der Oxidfilm, der bei trockener Oxidation gebildet wird, da es schwieriger ist, reines Wasser als reines O2-Gas zu erhalten.
  • Bei der Oxidabscheidung wird ein Oxidfilm auf der Oberfläche eines Siliciumsubstrats abgeschieden. Das in 1 beschriebene Ofensystem 100 kann ebenfalls eingesetzt werden. In das Ende des Rohres 102 (Gaseinlass 104) wird unter Verwendung von Massenstromsteuerungen ein Siliciumquellengas, wie Silan (SiH4) und ein Sauerstoffquellengas, wie Stickoxid (NO2) dosiert eingegeben. Für die Oxidabscheidung kann eine Temperatur zwischen 300°C und 400°C verwendet werden. Das SiH4-Gas und das NO2-Gas werden bei dieser Temperatur zersetzt. Die Silicium- und die Sauerstoffzwischenspezies reagieren nahe an der Oberfläche des Siliciumsubstrats und haften an der Substratoberfläche zur Bildung des Oxidfilms. Das Abscheiden des Oxidfilms erfordert weniger Zeit als das Wachsen des Oxidfilms im Falle der trockenen Oxidation. Der abgeschiedene Oxidfilm hat jedoch eine viel geringere Filmdichte und eine geringere Qualität als der gewachsene Oxidfilm. Außerdem neigt der Oxidfilm dazu, mehr Verunreinigungen zu enthalten, da jede Verunreinigung an der Oberfläche des Siliciumwafers an der Substratoberfläche eingeschlossen wird, wenn der Oxidfilm abgeschieden wird. Deshalb hat der durch die Oxidabscheidung gebildete Oxidfilm gewöhnlich eine schwächere Filmtrennfläche mit dem Substrat als der durch Wachsen gebildete Oxidfilm.
  • Für einen dauernden Fortschritt bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen sind Oxidfilme hoher Qualität wichtig. Oxidfilme mit hoher Qualität werden für Schichtfilme benötigt, wie Silicium auf Isolatorsubstraten (SOI – Silicon On Insulator), für die gegenwärtig eine hohe Nachfrage besteht. Wie in 2 gezeigt ist, hat ein typisches SOI-Substrat 200 ein Siliciumsubstrat 202, eine Oxidschicht 204 und eine Siliciumschicht 206. Auf einem SOI-Substrat können Bauelemente, wie Transistoren und Kondensatoren ausgebildet werden, die gewöhnlich auf einem Siliciumsubstrat erzeugt werden. Die hohe Nachfrage nach SOI-Substraten besteht deshalb, weil sie einen geringen Leckstrom haben, was es elektronischen Bauelementen, die auf den SOI-Substraten ausgebildet werden, ermöglicht, weniger Energie zu verbrauchen. Zusätzlich können die elektronischen Bauelemente, die auf den SOI-Substraten geschaffen werden, kleiner gemacht werden.
  • Es gibt mehrere bekannte Verfahren, die zur Erzeugung eines SOI-Substrats verwendet werden können. Beispielsweise kann ein SOI-Substrat unter Verwendung einer Trennung durch einen Implantatsauerstoffprozess (SIMOX) einem Binde- und Rückätzprozess (BE), eines Sauerstoffimplantier- und Siliciumfreigabeprozesses (manchmal bekannt als SmartCut® – eine eingetragene Marke von Soitec Silicon an insulator technology S.A.) oder durch einen Prozess hergestellt werden, der einen Plasmaimplantiersauerstoff in Silicium benutzt.
  • Bei jedem der Verfahren zur Bildung des SOI ist zur Herstellung eines guten SOI-Substrats die Ausbildung eines Oxidfilms mit hoher Qualität bei hohem Durchsatz wesentlich.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur Ausbildung eines Oxidfilms mit hoher Qualität, der zur Herstellung eines Schichtfilms, wie eines Silicium-Auf-Isolator-(SOI-)Substrats verwendet werden kann. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Ausbildung eines Oxidfilms, bei welchem ein erstes Substrat vorgesehen wird und ein Oxidfilm auf dem ersten Substrat unter Verwendung eines Prozessgasgemisches, das ein Siliciumquellengas, ein Sauerstoffquellengas und ein Wasserstoffquellengas aufweist, und einer Prozesstemperatur zwischen 800°C und 1300°C abgeschieden wird, wobei während des Abscheidens das Prozess gasgemisch weniger als 6% des Sauerstoffquellengases und ein Siliciumquellengas mit dem Wasserstoffquellengas als Verdünnungsgas aufweist.
  • Der Oxidfilm wird auf einem Substrat in einem Hochtemperaturzustand abgeschieden, wobei die Temperatur zwischen 800°C und 1300°C und im Idealfall zwischen 1000°C und 1200°C liegt. Zum Abscheiden des Oxidfilms wird ein Prozessgasgemisch verwendet, das gasförmigen Wasserstoff (H2), gasförmigen Sauerstoff (O2), ein Siliciumquellengas (beispielsweise Silan, Disilan, Dichlorsilan, Trichlorsilan, Tetrachlorsilan und Hexachlordisilan) aufweist. Es kann auch ein Chlor enthaltendes Quellengas, wie HCl oder Cl2 verwendet werden. Zu jedem Zeitpunkt während der Filmabscheidung weist das Prozessgasgemisch weniger als 6% gasförmigen Sauerstoff, ein Siliciumquellengas und vorherrschend gasförmigen Wasserstoff auf. Das Prozessgasgemisch wird thermisch zersetzt und dann der Oxidfilm auf dem Substrat abgeschieden. Der unter einer solchen Bedingung abgeschiedene Oxidfilm wird in einem kurzen Zeitraum, beispielsweise in Minuten, ausgebildet. Der Oxidfilm hat weiterhin eine hohe Dichte, die mit der eines Oxidfilms vergleichbar ist, der durch trockene Oxidation ausgebildet wird. Der Oxidfilm hat auch im Wesentlichen keine Verunreinigung und keine auf dem Substrat eingeschlossene Verunreinigung. Der nach der beispielsweisen Ausführungsform abgeschiedene Oxidfilm wird mit hohem Durchsatz abgeschieden und ermöglicht so eine effiziente Herstellung von Halbleiterbauelementen, die den Oxidfilm aufweisen.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Substratbehandlungssystem, das eine Einzelwafer-Abscheidekammer, die einen Suszeptor zum Halten eines Substrats während eines Abscheideprozesses hat; eine Steuerung, die zum Steuern der Einzelwafer-Abscheidekammer angeordnet ist, und ein maschinenlesbares Medium aufweist, das mit der Steuerung gekoppelt ist, wobei das maschinenlesbare Medium einen Speicher mit einem Satz von Instruktionen hat, der die auf ihm gespeicherten Abläufe des Abscheideprozesses steuert, wobei der Satz von Instruktionen, wenn er von der Steuerung ausgeführt wird, weiterhin das Abscheiden eines Oxidfilms auf einer Oberfläche des Substrats unter Verwendung einer Prozesstemperatur zwischen 800°C und 1300°C, eines Prozessdrucks zwischen 2666 Pa (20 Torr) und 101325 Pa (760 Torr) sowie eines Prozessgasgemisches mit einem Siliciumquellengas, einem Sauerstoffquellengas und einem Wasserstoffquellengas steuert, und wobei der Satz von Instruktionen weiterhin das Prozessgasgemisch so steuert, dass es weniger als 6% Sauerstoffquellengas und Siliciumquellengas mit dem Wasserstoffquellengas als Verdünnungsgas aufweist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird beispielsweise dargestellt und ist nicht auf die Figuren der beiliegenden Zeichnungen begrenzet, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und in denen
  • 1 ein Beispiel eines Ofensystems nach dem Stand der Technik zeigt, das zur Bildung eines Oxidfilms verwendet wird,
  • 2 ein typisches SOI-Substrat zeigt,
  • 3 ein beispielsweises Verfahren zur Bildung eines Oxidfilms nach der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 4 eine beispielsweise Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigt, die zur Bildung eines Oxidfilms verwendet werden kann,
  • 5A ein Beispiel eines Gruppengeräts zeigt, das bei einigen beispielsweisen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann,
  • 5B eine beispielsweise Ladeschleusenvorrichtung zeigt, die zur Bildung eines Umhüllungs-Oxidfilms verwendet werden kann,
  • 6A bis 6C ein beispielsweises Verfahren zur Bildung eines SOI-Substrats nach der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 7 ein weiteres beispielsweises Verfahren zur Bildung eines SOI-Substrats nach der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 8, 9, 10 und 11 weitere beispielsweise Verfahren zur Bildung eines SOI-Substrats nach der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • NÄHERE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
  • Die Ausführung der vorliegenden Erfindung beschreibt Verfahren und Vorrichtungen zur Bildung eines Oxidfilms, der zur Herstellung eines Schichtfilms verwendet werden kann, beispielsweise eines Silicium-Auf-Isolator-(SOI-)Substrats. In der folgenden Beschreibung sind zahlreiche spezifische Einzelheiten angegeben, um für ein vollständiges Verstehen zu sorgen. Der Fachmann weiß, dass diese speziellen Einzelheiten für die Ausführung der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich sind. In anderen Fällen sind bekannte Geräteausführungen und Prozesse nicht näher ausgeführt, um die vorliegende Erfindung nicht unnötigerweise in den Hintergrund treten zu lassen.
  • Bei einer beispielsweisen Ausführungsform ist ein erstes Substrat vorgesehen. Dann wird ein Oxidfilm auf dem Substrat unter Verwendung eines Prozessgasgemisches, das ein Siliciumquellengas, gasförmigen Sauerstoff und gasförmigen Wasserstoff aufweist, und einer Prozesstemperatur zwischen 800°C und 1300°C abgeschieden. Während der Abscheidung des Oxidfilms weist das Prozessgasgemisch weniger als 6% Sauerstoff, ein Siliciumgas und vorherrschend Wasserstoff auf. Das Prozessgasgemisch kann eine ausreichende Menge des Siliciumgases aufweisen, um die Abscheidung des Oxidfilms zu ermöglichen. Bei einer Ausführung kann das Prozessgasgemisch etwa 1 bis 10% Siliciumgas aufweisen. Bei einer anderen Ausführung kann das Prozessgasgemisch weniger als 6% Siliciumgas aufweisen.
  • Bei einer anderen beispielsweisen Ausführung wird ein Oxidfilm auf einem Siliciumsubstrat unter Verwendung einer Kammer für die chemische Gasphasenabscheidung abgeschieden. Der Oxidfilm wird unter einem Hochtemperaturzustand abgeschieden, wobei die Temperatur zwischen 800°C und 1300°C liegt. Bei einer Ausführung liegt die Temperatur zwischen 1000°C und 1200°C. Zur Abscheidung des Oxidfilms wird ein Prozessgasgemisch aus gasförmigem Wasserstoff (H2), gasförmigem Sauerstoff (O2), einem Siliciumquellengas (beispielsweise Silan, Disilan, Dichlorsilan, Trichlorsilan, Tetrachlorsilan und Hexachlordisilan) in die Kammer eingeführt. Wahlweise kann anstelle von H2 und O2 Wasser, H2O, verwendet werden. Das Prozessgasgemisch wird so eingeführt, dass zu jeder Zeit während der Abscheidung die Kammer weniger als 6% gasförmigen Sauerstoff, ein Siliciumquellengas und vorherrschend gasförmigen Wasserstoff enthält. Das Prozessgasgemisch kann eine ausreichende Menge des Siliciumgases aufweisen, um die Abscheidung des Oxidfilms zu ermöglichen. In einer Ausgestaltung kann das Prozessgasgemisch etwa 1 bis 10% Siliciumgas aufweisen. Bei einer anderen Ausführung kann das Siliciumprozessgasgemisch weniger als 6% Siliciumgas aufweisen. Das Prozessgasgemisch wird thermisch zersetzt und die Siliciumatome und Sauerstoffatome reagieren zusammen unter Bildung/Abscheidung des Oxidfilms auf dem Substrat. Der unter dieser Bedingung abgeschiedene Oxidfilm wird in einer kurzen Zeit, beispielsweise in Minuten, gebildet. Der Oxidfilm hat ferner eine hohe Dichte, die mit einem Oxidfilm vergleichbar ist, der durch die trockene Oxidation ausgebildet wird. Der Oxidfilm hat auch im Wesentlichen keine Verunreinigungen. Ferner hat der Oxidfilm eine gute Zwischenfläche mit dem Substrat, da an der Oberfläche des Substrats keine Verunreinigung eingeschlossen ist. Der nach der beispielsweisen Ausführung abgeschiedene Oxidfilm wird bei einem hohen Durchsatz abgeschieden und ermöglicht so eine effiziente Herstellung von Halbleiterbauelementen, die den Oxidfilm aufweisen.
  • Bei einer anderen beispielsweisen Ausgestaltung ist das vorstehend beschriebene Verfahren zur Ausbildung des Oxidfilms in ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtfilms eingeschlossen, beispielsweise eines Silicium-Auf-Isolator-(SOI-)Substrats. Normalerweise wird der Schichtfilm mit einer Umhüllungsschicht geschützt, die in einer kontrollierten Umgebung, beispielsweise einer Ladeschleusenvorrichtung ausgebildet wird. Zur Bildung der Umhüllungsschicht auf dem Schichtfilm wird in die Ladeschleusenvorrichtung gasförmiges Ozon (O3) eingeführt. Der Schichtfilm wird mit dem gasförmigen Ozon „voll gesaugt". Das gasförmige Ozon bildet eine stabile und saubere Oxidschicht auf dem Schichtfilm. Der unter Verwendung dieser Ausführung gebildete Schichtfilm hat einen Oxidfilm mit hoher Dichte, hoher Reinheit, hoher Qualität und einer Umhüllungsschicht, die den Schichtfilm vor Verunreinigungen schützt.
  • 3 zeigt ein beispielsweises Verfahren 300 zur Bildung eines Oxidfilms nach der vorliegenden Erfindung. Bei dem Vorgang 302 wird ein Substrat in einer Abscheidekammer angeordnet. Bei einer Ausführung ist die Abscheidekammer eine Einzelwafer-Abscheidekammer (nachstehend beschrieben). Im Vorgang 304 erhält man eine Prozesstemperatur zwischen 800°C und 1300°C, idealerweise zwischen 1000°C und 1200°C. Im Vorgang 306 erhält man einen Prozessdruck zwischen 2666 Pa (20 Torr) und 101325 Pa (760 Torr).
  • Im Vorgang 308 wird ein Prozessgasgemisch in die Abscheidekammer eingeführt. Das Prozessgasgemisch hat (a) gasförmigen Sauerstoff, der in einem Inertträgergas, wie Helium, Argon und Xenon transportiert wird, (b) ein Siliciumquellengas, wie Silan (SiH4), Disilan (Si2H6), Dichlorsilan (SiH2Cl2), Trichlorsilan (SiHCl3), Tetrachlorsilan (SiCl4) und Hexachlordisilan (Si2Cl6) und (c) ein Verdünnungsgas, wie gasförmigen Wasserstoff. In einer Ausführung, bei der das Siliciumquellengas kein Chlor aufweist, wird in das Prozessgasgemisch ein Chlorwasserstoffquellengas (HCl) eingeschlossen. Das Chlor ist erforderlich, da es bei hoher Temperatur die Oberfläche des Substrats durch Wegätzen weniger Schichten des Substrats vor dem Abscheiden des Oxidfilms reinigt. Das Chlor gewährleistet ferner, dass auf dem Substrat abgeschiedene Verunreinigungen im Wesentlichen entfernt werden. Der so gebildete Oxidfilm hat eine gute Zwischenfläche mit der Substratoberfläche. Zu jeder Zeit hat während der Abscheidung das Prozessgasgemisch, das in die Abscheidekammer eingeführt wird, weniger als 6% Sauerstoff, ein Siliciumgas, ein Chlor enthaltendes Gas und vorherrschend Wasserstoff. Das Prozessgasgemisch kann eine ausreichende Menge des Siliciumgases aufweisen, um die Abscheidung des Oxidfilms zu ermöglichen. Bei einer anderen Ausführung kann das Prozessgasgemisch etwa 1 bis 10% Siliciumgas aufweisen. Bei einer weiteren Ausführung kann das Prozessgasgemisch weniger als 6% Siliciumgas aufweisen. In einer Ausgestaltung wird der gasförmige Sauerstoff mit Helium verdünnt und hat eine Konzentration von weniger als 25% vor seiner Kombination mit dem Siliciumquellengas und dem Wasserstoffquellengas zur Bildung des Prozessgasgemisches.
  • Im Vorgang 310 wird das Prozessgasgemisch thermisch zersetzt. Die Siliciumatome und die Sauerstoffatome reagieren miteinander und auf dem Substrat wird ein Siliciumoxid-(SiO2-)Film (oder Oxidfilm) abgeschieden. Das Verfahren 300 kann in die Bildung eines Schichtfilms, wie eines SOI-Substrats integriert werden, bei welchem verschiedene Filme auf dem Substrat abgeschieden werden (siehe unten).
  • Das Verfahren 300 ermöglicht auch eine schnelle Abscheidung eines Oxidfilms hoher Qualität. Das Vorhandensein des Sauerstoffs erleichtert die Abscheidung des Oxidfilms. Die hohe Prozesstemperatur ermöglicht ein schnelles Abscheiden des Oxidfilms. Bei einer Ausgestaltung ist es zur Verhinderung einer Explosion, die durch Reaktion des gasförmigen Sauerstoffs und des gasförmigen Wasserstoffs in der Abscheidekammer bei einer Temperatur in der Höhe zwischen 800°C und 1300°C verursacht werden könnte, erforderlich, dass die Sauerstoffmenge, die in die Abscheidekammer eingeführt wird, 6% nicht überschreitet und dass etwa 94% des Prozessgasgemisches Wasserstoff ist. Zusätzlich kann der gasförmige Sauerstoff sicher gehandhabt werden, indem er mit einem inerten Trägergas, wie Helium, zugeführt wird. Bei einer Ausführung ist der gasförmige Sauerstoff auf 25% mit gasförmigem Helium verdünnt. Die 25% Sauerstoff in dem gasförmigen Helium werden in die Abscheidkammer eingeführt.
  • 4 zeigt eine beispielsweise Vorrichtung 210, die zum Abscheiden des Oxidfilms nach dem Verfahren 300 von 3 verwendet werden kann. Die Vorrichtung 210 ist eine Einzelwafer-Abscheidekammer. Die Vorrichtung 210 hat eine Abscheidekammer 212 mit einem oberen Dom 214, einem unteren Dom 216 und eine Seitenwand 218 zwischen dem oberen Dom 214 und dem unteren Dom 216. Durch die Seitenwand 218 wird ein Kühlfluid (nicht gezeigt) umlaufen gelassen, um die Seitenwand 218 zu kühlen. An der Innenfläche der Seitenwand 218 sind eine obere Auskleidung 282 und eine untere Auskleidung 284 angebracht. Der obere Dom 214 und der untere Dom 216 sind aus einem transparenten Material hergestellt, damit Heizlicht durch sie hindurch in die Kammer 212 hindurchgehen kann.
  • In der Kammer 212 ist ein ebener kreisförmiger Suszeptor 220 zum Tragen eines Substrats (beispielsweise eines Wafers) in einer horizontalen Position angeordnet. Der Suszeptor 220 erstreckt sich quer über die Kammer 212 an der Seitenwand 218 und unterteilt die Kammer 212 in einen oberen Abschnitt 222 über dem Suszeptor 220 und einem unteren Abschnitt 224 unter dem Suszeptor 220. Der Suszeptor 220 ist auf einem Schaft 226 angeordnet, der sich senkrecht nach unten von der Mitte des Bodens des Suszeptors 220 aus erstreckt. Der Schaft 226 ist mit einem Motor (nicht gezeigt) verbunden, der den Schaft 226 dreht, um den Suszeptor 220 in Drehung zu versetzen. Das von dem Suszeptor 220 gehaltene Substrat wird während des Glättungsprozesses gedreht. An seinem Außenumfang ist ein ringförmiger Vorheizring 228 mit dem Innenumfang der unteren Auskleidung 282 verbunden und erstreckt sich um den Suszeptor 220 herum. Der Vorheizring 228 liegt in der gleichen Ebene wie der Suszeptor 228 mit dem inneren Rand des Vorheizrings 228.
  • In der Seite der Kammer 212 ist ein Einlassverteiler 230 angeordnet und so angepasst, dass er Prozessgase von einer Quelle für Gase, beispielsweise von Behältern 140, in die Kammer 212 zuführt. In der Seite der Kammer 212 ist dem Einlassverteiler 230 diagonal gegenüberliegend ein Auslasskanal 232 angeordnet, der so angepasst ist, dass er Abgase aus der Abscheidekammer 212 abführt.
  • Um die Kammer 212 herum ist eine Vielzahl von Hochleistungslampen 232 angeordnet, die ihr Licht durch den oberen Dom 214 und den unteren Dom 216 auf den Suszeptor 220 (und den Vorheizring 228) richten, um den Suszeptor 220 (und den Vorheizring 228) zu erhitzen. Der Suszeptor 220 und der Vorheizring 228 sind aus einem Material, wie Siliciumcarbid, hergestellt, das mit Graphit beschichtet ist, der für die von den Lampen 234 emittierte Strahlung undurchlässig ist, so dass sie durch die Strahlung aus den Lampen 234 erhitzt werden können. Der obere Dom 214 und der untere Dom 214 bestehen aus einem Material, das für das Licht der Lampen 234 transparent ist, beispielsweise aus durchsichtigem Quarz. Der obere Dom 214 und der untere Dom 216 werden im Allgemeinen aus Quarz hergestellt, da das Quarz für Licht von sowohl sichtbaren als auch IR-Frequenzen transparent ist. Quarz hat eine relativ große strukturelle Festigkeit und ist in der Prozessumgebung der Abscheidekammer 212 chemisch stabil. Obwohl Lampen die bevorzugten Elemente zum Erhitzen von Wafern in der Abscheidekammer 220 sind, können auch andere Verfahren verwendet werden, wie Widerstandsheizungen und induktive HF-Heizungen.
  • Unter dem unteren Dom 216 ist ein Infrarot-Temperatursensor 236, beispielsweise ein Pyrometer, angeordnet und der Bodenfläche des Suszeptors 220 durch den unteren Dom 216 zugewandt. Der Temperatursensor 236 wird dazu verwendet, die Temperatur des Suszeptors 220 zu überwachen, indem Infrarotstrahlung empfangen wird, die von dem Suszeptor 220 emittiert wird, wenn der Suszeptor 220 erwärmt wird. Gewünschtenfalls kann auch ein Temperatursensor 237 zum Messen der Temperatur eines Wafers dazugehören.
  • Um den Umfang der Außenfläche des oberen Doms 214 herum erstreckt sich ein oberer Klemmring 248. Um den Umfang der Außenfläche des unteren Doms 216 herum erstreckt sich ein unterer Klemmring 250. Der obere und der untere Klemmring sind aneinander so befestigt, dass sie den oberen Dom 214 und den unteren Dom 216 klemmend an der Seitenwand 218 halten.
  • Der in der Vorrichtung 210 vorgesehene Gaseinlassverteiler 230 führt Prozessgase in die Kammer 212. Der Gaseinlassverteiler 230 hat eine Anschlusskappe 238, eine Umlenkplatte 274 und eine Einsatzplatte 279, die in der Seitenwand 218 angeordnet sind. Zusätzlich sind die Anschlusskappe 238, die Umlenkplatte 274 und die Einsatzplatte 279 in einem Kanal 260 angeordnet, der zwischen der oberen Auskleidung 282 und der unteren Auskleidung 284 angeordnet ist. Der Kanal 260 ist mit dem oberen Abschnitt 222 der Kammer 212 verbunden. Die Prozessgase werden in die Kammer 212 aus der Anschlusskappe 238 eingeführt. Die Gase strömen dann durch die Umlenkplatte 274, durch die Einlassplatte 279, durch den Kanal 260 und anschließend in den oberen Abschnitt 222 der Kammer 212.
  • Die Vorrichtung 210 hat auch einen unabhängigen Inertgaseinslass 262 zum Zuführen eines Inertspülgases, beispielsweise, jedoch ohne Beschränkung darauf, Wasserstoff (H2) und Stick stoff (N2), in den unteren Abschnitt 224 der Abscheidekammer 212. Wie in 4 gezeigt ist, kann gewünschtenfalls der Einlass 262 für das Inertspülgas in den Gaseinlassverteiler 230 integriert werden, solange ein körperlich getrennter und eigener Kanal 262 durch die Umlenkplatte 274, die Einsatzplatte 279 und die untere Auskleidung 284 für das Inertspülgas vorgesehen ist, so dass es unabhängig von dem Prozessgas gesteuert und geleitet werden kann. Der Einlass 262 für das Inertspülgas braucht nicht in den Abscheidungsgaseinlassverteiler 230 integriert oder an ihm positioniert sein und kann beispielsweise an der Vorrichtung 210 in einem Winkel von 90° von dem Abscheidegaseinlassverteiler 230 aus angeordnet sein.
  • Wie erwähnt hat die Vorrichtung 210 auch einen Gasauslass 232. Der Gasauslass 232 hat einen Auslasskanal 290, der sich von dem oberen Kammerabschnitt 222 zum Außendurchmesser der Seitenwand 218 erstreckt. Der Auslasskanal 290 hat einen oberen Kanal 292, der zwischen der oberen Auskleidung 282 und der unteren Auskleidung 284 ausgebildet ist und sich zwischen dem oberen Kammerabschnitt 222 und dem Innendurchmesser der Seitenwand 218 erstreckt. Zusätzlich hat der Auslasskanal 219 einen Auslassdurchlass 294, der in der Einsatzplatte 279 ausgebildet ist, die in der Seitenwand 218 angeordnet ist. Mit dem Auslassdurchlass 294 ist an der Außenseitenwand 218 über ein Auslassrohr 233 eine Vakuumquelle, beispielsweise eine Pumpe (nicht gezeigt) verbunden, um in der Kammer 212 einen niedrigen oder reduzierten Druck zu erzeugen. Das in den oberen Kammerabschnitt 222 zugeführte Prozessgas (oder Gase) wird durch den oberen Kanal 292 und durch den Auslassdurchlass 294 in das Auslassrohr 232 abgeführt.
  • Der Gasauslass 232 hat auch eine Entlüftung 296, die sich von dem unteren Kammerabschnitt 224 durch die untere Auskleidung 284 zum Auslasskanal 290 erstreckt. Die Entlüftung 296 kreuzt vorzugsweise den oberen Kanal 292 durch den Auslasskanal 290, wie es in 4 gezeigt ist. Das Inertspülgas wird aus dem unteren Kammerabschnitt 224 durch die Entlüftung 296, durch einen Teil des oberen Kammerkanals 292 und durch den Auslassdurchgang 294 in das Auslassrohr 233 abgeführt. Die Entlüftung 296 ermöglicht ein direktes Abführen des Spülgases aus dem unteren Kammerabschnitt zum Auslasskanal 290.
  • Bei einer beispielsweisen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden das Prozessgas oder die Prozessgase 298 in den oberen Kammerabschnitt 222 aus dem Gaseinlassverteiler 230 zugeführt. Bei einigen beispielsweisen Ausgestaltungen ist das Prozessgas als Gas oder Gasgemisch definiert, das so wirkt, dass ein Film (beispielsweise ein Oxidfilm) auf einem Wafer oder einem Substrat abgeschieden wird, der in der Kammer 212 angeordnet ist. Bei einer Ausgestaltung weist das Prozessgas (a) ein in einem Inertgasträger, wie Helium, Argon und Xenon transportiertes Sauerstoffgas, (b) ein Siliciumquellengas, wie Silan, Disilan, Dichlorsilan, Trichlorsilan, Tetrachlorsilan und Hexachlordisilan sowie (c) ein Verdünnungsgas, wie gasförmigen Wasserstoff auf. Bei einem anderen Beispiel, bei welchem das Siliciumquellengas kein Chlor enthält (beispielsweise Silan oder Disilan), weist das Prozessgasgemisch ein Hydrochloridquellengas (HCl) auf.
  • Bei einer beispielsweisen Ausführungsform wird/werden, während das Prozessgas in den oberen Kammerabschnitt 222 eingeführt wird, ein Inertspülgas oder Inertspülgase 299 unabhängig in den unteren Kammerabschnitt 224 eingeführt. Das Spülen der Kammer 212 mit dem Inertspülgas 299 verhindert eine unerwünschte Reaktion an der Bodenseite der Kammer 212 oder der Bodenseite des Suszeptors 220.
  • Bei einer beispielsweisen Ausführungsform ist die in 4 gezeigte Vorrichtung 210 ein Einzelwaferreaktor, der auch ein „Kaltwand"-Reaktor sein kann. Die Seitenwand 218 und die obere Auskleidung 282 bzw. die untere Auskleidung 284 befinden sich auf einer im Wesentlichen niedrigeren Temperatur als der Vorheizring 228 und der Suszeptor 220 (und ein darauf angeordnetes Substrat) während der Behandlung. Wenn beispielsweise ein Oxidabscheidungsprozess bei einer Prozesstemperatur zwischen 1000°C und 1200°C ausgeführt wird, werden der Suszeptor und der Wafer auf eine Temperatur zwischen 1000°C und 1200°C erhitzt, während die Seitenwand und die Auskleidungen sich auf einer Temperatur von etwa 400 bis 600°C befinden. Die Seitenwand 218 und die Auskleidungen 282 und 284 haben eine niedrigere Temperatur, da sie keine direkte Strahlung von den Lampen 234 aufgrund von Reflektoren 235 empfangen und weil durch die Seitenwand 218 ein Kühlfluid umgewälzt wird.
  • Bei einer anderen beispielsweisen Ausführungsform hat die in 4 gezeigte Behandlungsvorrichtung 210 eine Systemsteuerung 150, die verschiedene Vorgänge der Vorrichtung 201 steuert, beispielsweise Prozessgasströme in die Kammer 212, die Substrattemperatur, die Temperatur des Suszeptors 220 und den Kammerdruck. Bei einer beispielsweisen Ausführungsform hat die Systemsteuerung 150 einen Speicher, der in einem maschinenlesbaren Medium 152, beispielsweise einem Festplattenspeicherlaufwerk (in 4 als Speicher 152 be zeichnet) oder ein Diskettenlaufwerk gespeichert ist. Die Systemsteuerung 150 hat auch einen Prozessor 154. Als Schnittstelle zwischen einem Benutzer und der Systemsteuerung 150 wird eine Eingabe-/Ausgabevorrichtung 156 verwendet, beispielsweise ein CRT-Monitor und eine Tastatur.
  • Der Prozessor 154 enthält einen Einplatinenrechner (SBC), analoge und digitale Eingabe-/Ausgabeplatinen, Schnittstellenplatinen und eine Schrittsteuermotor-Steuerplatine. Verschiedene Teile der Vorrichtung 210 entsprechend dem Standard Versa Moduls Europeans (VME), der die Platine, das Platinengehäuse sowie die Anschlussabmessungen und Arten bestimmt. Der VME-Standard definiert auch die Busstruktur mit einem 16-bit Datenbus und einem 24-bit Adressenbus.
  • In einer beispielsweisen Ausführungsform steuert die Systemsteuerung 150 alle Aktivitäten der Vorrichtung 210. Die Systemsteuerung arbeitet die Systemsteuersoftware ab, welche ein Rechnerprogramm ist, das in dem maschinenlesbaren Medium 152 gespeichert ist. Vorzugsweise ist das maschinenlesbare Medium 152 ein Festplattenspeicherlaufwerk, es kann jedoch auch andere Speicher aufweisen, die auf andere Arten auf maschinenlesbaren Medien gespeichert sind, beispielsweise einer auf einer anderen Speichervorrichtung gespeicherter, wozu beispielsweise ein Diskettenlaufwerk oder ein anderes geeignetes Laufwerk gehören. Bei einer Ausführungsform hat das Rechnerprogramm Sätze von Instruktionen, die die Zeitabläufe, das Mischen von Gasen, den Kammerdruck, die Kammertemperatur, die Lampenleistungswerte, die Suszeptorposition und andere Parameter zum Abscheiden eines Oxidfilms nach der vorliegenden Erfindung vorgeben.
  • Bei einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren zum Abscheiden von Filmen (beispielsweise eines Oxidfilms) nach der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines Rechnerprogrammprodukts ausgeführt werden, das in dem maschinenlesbaren Medium 152 gespeichert ist und von dem Prozessor 154 abgearbeitet wird. Der Rechnerprogrammcode kann in irgendeiner herkömmlichen rechnerlesbaren Programmiersprache geschrieben sein, beispielsweise 68000 Assemblersprache; C; C++; Pascal; Fortran oder andere. Ein geeigneter Programmcode wird in eine Einzeldatei oder in eine Mehrfachdatei unter Verwendung eines herkömmlichen Texteditors eingegeben und in einem rechnernutzbaren Medium gespeichert oder ausgeführt, beispielsweise einem Speichersystem des Rechners. Wenn der eingegebene Codetext in einer höheren Programmiersprache angegeben wird, wird der Code übersetzt und der sich umgebende Compilercode wird dann mit einem Zielcode von vorcompilierten Windows-Bibliotheksroutinen verbunden. Zur Abarbeitung des verbundenen compilierten Zielcodes ruft der Systembenutzer den Zielcode auf, was das Rechnersystem dazu bringt, den Code in den Speicher zu laden, aus dem die CPU liest und den Code abarbeitet, um die in dem Programm angegebenen Aufgaben auszuführen. In dem maschinenlesbaren Medium 152 sind auch Prozessparameter gespeichert, wie die Prozessgasdurchsätze (Mengestrom des gasförmigen Sauerstoffs, des Siliciumquellengases und des Verdünnungsgases), die Prozesstemperaturen und der Prozessdruck, die zur Ausführung der Abscheidung des Oxidfilms nach den beispielsweisen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen erforderlich sind.
  • Bei einer Ausführungsform steuert das Rechnerprogrammprodukt (Programm), das von dem Prozessor 154 abgearbeitet wird, die Prozesstemperatur so, dass sie zwischen 800°C und 1300°C liegt, und den Prozessdruck so, dass er zwischen 2666 Pa (20 Torr) und 101325 Pa (760 Torr) liegt. Das Programm steuert auch das Einführen des Prozessgasgemisches in die Kammer 212. Das Programm steuert ferner das Prozessgasgemisch so, dass es (a) in einem Inertgasträger, wie Helium, Argon und Xenon transportiertes Sauerstoffgas, (b) ein Siliciumquellengas, wie Silan, Disilan, Dichlorsilan, Trichlorsilan, Tetrachlorsilan und Hexachlordisilan, und (c) ein Verdünnungsgas, wie Wasserstoffgas aufweist. Ferner steuert das Programm das Prozessgasgemisch so, dass es weniger als 6% Sauerstoff, ein Siliciumgas und vorherrschend Wasserstoff während des Abscheidens des Oxidfilms aufweist. Das Programm kann das Prozessgasgemisch so steuern, dass es eine ausreichende Menge an Siliciumgas aufweist, um das Abscheiden des Oxidfilms zu ermöglichen. Bei einer Ausführung kann das Prozessgasgemisch etwa 1 bis 10% Siliciumgas aufweisen. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Prozessgasgemisch weniger als 6% Siliciumgas aufweisen.
  • Zu vermerken ist, dass die erfindungsgemäße Abscheidung des Oxidfilms auch in anderen Vorrichtungen als der in 4 beschriebenen Vorrichtung 210 ausgeführt werden kann, beispielsweise in einer bekannten widerstandsbeheizten Einzelwafer-Abscheidekammer.
  • 5A ist ein Beispiel für ein Gruppengerät 500, in welchem der Oxidfilm ausgebildet werden kann. Bei einer Ausführungsform wird das Gruppengerät 500 dazu verwendet, einen Schichtfilm, wie ein SOI-Substrat, auszubilden. Der Schichtfilm weist wenigstens einen O xidfilm auf, der unter Verwendung des in 3 beschriebenen Verfahrens 300 gebildet wird.
  • Bei einer beispielsweisen Ausführungsform hat das Gruppengerät 500 eine Überführungskammer 502, an der eine Vielzahl von unterschiedlichen Prozessvorrichtungen befestigt sind, zu denen eine Implantierkammer 504, eine Verbindungs-/Spaltungskammer 506, eine Siliciumfilmabscheidekammer 510, eine Reinigungskammer 508, eine Glühbehandlungskammer 509 und eine Ladeschleusenvorrichtung 512 gehören. Erforderlichenfalls können an der Überführungskammer 502 andere Kammern angebracht werden, wie eine Abkühlkammer oder Kammern und/oder zusätzliche Ladeschleusen.
  • Im Allgemeinen wird die Implantierkammer 504 dazu verwendet, Ionen in einen Donatorwafer zu implantieren, um Versetzungen in dem Donatorwafer zu bilden, um ein anschließendes Spalten des Siliciumfilms zu ermöglichen. Die Verbindung-/Spaltungskammer 506 wird dazu verwendet, einen Arbeitswafer mit dem implantierten Donatorwafer zu verbinden und den Donatorwafer von dem Arbeitswafer an der implantierten Versetzung zu spalten.
  • Die Siliciumfilmabscheidekammer 510 wird dazu verwendet, einen Oxidfilm auf dem Donatorwafer (oder gewünschtenfalls auf dem Arbeitswafer) unter Verwendung von beispielsweisen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung (beispielsweise das Verfahren 300) auszubilden. Die Siliciumfilmabscheidekammer 510 kann beispielsweise die vorstehend anhand von 4 beschriebene Vorrichtung 210 sein. Alternativ kann die Siliciumfilmabscheidekammer 510 ein anderer Typ einer Vorrichtung für die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) sein.
  • Die Reinigungskammer 508 kann eine herkömmliche Reinigungskammer sein, die eine Reinigungslösung wie Fluorwasserstoff verwendet. Die Reinigungskammer kann dazu verwendet werden, Verunreinigungen oder Teilchen auf einem Substrat während eines jeden Schritts der Ausbildung des Schichtfilms zu entfernen.
  • Das Ladeschleusensystem 512 wird zur Überführung von Wafern oder Substraten in die Überführungskammer 502 des Gruppengeräts 500 verwendet. Die Überführungskammer 502 kann eine Waferhandhabungsvorrichtung 501 mit einer Waferhandhabungsklemme 503 auf weisen. Die Waferhandhabungsvorrichtung 501 und die Waferhandhabungsklemme 503 erleichtern den Transport der Waferstubstrate in eine spezielle Prozessvorrichtung oder Kammer und aus ihr heraus. Die Überführungskammer 502 ist weiterhin an einem Auslasssystem (nicht gezeigt), beispielsweise einer Pumpe, und einer Inertgasquelle wie Stickstoff (N2) befestig, so dass Wafer zwischen den verschiedenen Prozessvorrichtungen oder Kammern in dem Gruppengerät 500 in einer Umgebung mit reduziertem Druck oder einer inerten Umgebung so überführt werden können, dass die Substrate keiner oxidierenden Umgebung oder Verunreinigungsquellen ausgesetzt sind.
  • Bei einer beispielsweisen Ausführungsform wird der Schichtfilm, der in dem Gruppengerät 500 ausgebildet ist, weiter durch eine Umhüllungsschicht geschützt. Bei einer Ausführung wird, nachdem der Schichtfilm ausgebildet ist, das Substrat mit dem Schichtfilm in der Ladeschleusenvorrichtung 512 angeordnet. In die Ladeschleusenvorrichtung 512 wird Ozongas eingeführt. Das Substrat wird mit dem Ozongas „durchtränkt". Das Ozongas bildet eine stabile Oxidschicht, die als eine Umhüllungsschicht wirkt und den Schichtfilm schützt. 5B zeigt eine beispielsweise Ladeschleusenvorrichtung 512 im Einzelnen.
  • Die Ladeschleusenvorrichtung 512 hat eine Ladeschleusenkammer 552. Die Ladeschleusenkammer 552 lagert von einem Substrat bis zu einer Vielzahl von Substraten (beispielsweise Wafern), die von dem Gruppengerät 500 behandelt werden sollen. Die Ladeschleusenkammer 552 hat eine Kassettenhubeinrichtung 554, eine Waferkassette 556 und eine Vielzahl von gleichmäßig beabstandeten Rippen 557, von denen jede ein Einzelsubstrat 580 trägt.
  • Die Ladeschleusenvorrichtung 512 hat weiterhin einen Ozongenerator 560, der mit einem Sauerstoffquellengas 562 verbunden ist. Das Sauerstoffquellengas 562 kann im Wesentlichen reinen gasförmigen Sauerstoff aufweisen. Bei einer Ausführungsform hat das Sauerstoffgas eine Reinheit von 99,999%. Der Ozongenerator 560 erzeugt gasförmiges Ozon aus dem Sauerstoffquellengas 562. Das Ozongas wird dosiert in die Ladeschleusenkammer 552 durch ein Ozonzuführventil 564 und eine Ozonzuführleitung 565 abgegeben.
  • Die Ladeschleusenvorrichtung 512 hat weiterhin ein Stickstoffquellengas 566, das Stickstoff in die Ladeschleusenkammer 552 über ein Stickstoffzuführventil 568 und eine Stickstoffzuführleitung 569 liefert.
  • Die Ladeschleusenvorrichtung 512 hat auch eine Pumpe 558, die dazu verwendet werden kann, den Druck in der Ladeschleusenkammer 552 zu steuern. Zum Überwachen des Drucks in der Ladeschleusenkammer 552 kann ein Druckdetektor 570 vorgesehen werden.
  • Einzelheiten eines Beispiels einer Vorrichtung, die dazu verwendet werden kann, das Substrat mit Ozongas zu durchtränken, um den Umhüllungsfilm zu bilden, findet sich in dem US-Patent 6 376 387 , das auf Applied Materials übertragen ist.
  • Es gibt Vorteile, wenn der Umhüllungsoxidfilm in der Ladeschleusenvorrichtung 512 gebildet wird. Ein Vorteil besteht darin, dass eine andere Kammer, die für einen Schritt in einem vorhandenen Prozess ausgelegt ist, nicht dafür vorgesehen werden muss, das Substrat dem Ozongas auszusetzen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das System relativ sicher ist, da nur eine stark reduzierte Wahrscheinlichkeit besteht, dass sich das Ozongas mit dem Wasserstoffgas in dem Gruppengerät 500 mischt und eine Explosion herbeiführt, weil der Druck in der Ladeschleusenvorrichtung 512 immer unter dem Atmosphärendruck in einem Bereich um die Ladeschleusenvorrichtung 512 herum liegt, wenn sich Ozongas in der Ladeschleusenvorrichtung 512 befindet, so dass die Wahrscheinlichkeit reduziert ist, dass Ozongas in einen Umgebungsbereich entweicht und möglicherweise eine Explosion herbeiführt. Ein anderer Vorteil besteht darin, dass die Gesamtzeit für die Behandlung von Wafern aufrechterhalten wird.
  • Zu erwähnen ist, dass das Durchtränken des Schichtfilms mit Ozon nicht die einzige Art der Ausbildung der Umhüllungsschicht ist. Bei einer alternativen Ausführung ist eine Umhüllungsschicht eine Passivierungsschicht, die über dem Schichtfilm nach der Abscheidung des letzten Films des Schichtfilms ausgebildet wird. Die Passivierungsschicht kann auf dem Schichtfilm in der gleichen Abscheidekammer ausgebildet werden. Bei einer Ausführungsform wird die Passivierungsschicht dadurch gebildet, dass Wasserstoff in die Abscheidekammer strömen gelassen wird. Bei Ausführungen, bei denen das Wasserstoffgas bereits in der Kammer vorhanden ist (wenn das Wasserstoffgas als Trägergas verwendet wird), werden alle Prozessgase (beispielsweise das Siliciumquellengas und das Oxidationsquellengas) abgeschaltet, während der Zustrom von Wasserstoff fortgesetzt wird. Zusätzlich wird die Temperatur der Abscheidekammer auf 500°C bis 1200°C oder darüber während eines kurzen Zeitraums (beispielsweise 1 bis 5 s) gehalten, wenn der Sauerstoffgasstrom fortgesetzt wir. Der Sauerstoff reagiert mit den Oberflächensiliciumatomen des Schichtfilms. Dann wird die Abscheidekammer abgekühlt, wodurch der Schichtfilm abgekühlt wird, während der Durchfluss von Wasserstoffgas über einen weiteren kurzen Zeitraum (beispielsweise 1 bis 5 s) fortgesetzt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die Oberfläche des Schichtfilms mit Wasserstoff gesättigt und es hat sich über der Oberfläche des Schichtfilms eine Passivierungsschicht gebildet. Bei einer anderen Ausführung wird das Wasserstoffgas durch ein Stickstoffgas zur Bildung mit der Passivierungsschicht ausgetauscht.
  • Bei einer anderen alternativen Ausführungsform wird das Siliciumquellengas verwendet, um eine Umhüllungsschicht über dem Schichtfilm auszubilden. Das Siliciumquellengas kann Silan (SiH4) oder Disilan (Si2H6) sein. Die Umhüllungsschicht kann auf dem Schichtfilm in der gleichen Abscheidekammer ausgebildet werden. Bei der Ausbildung der Umhüllungsschicht mit dem Siliciumquellengas können das Trägergas (beispielsweise Wasserstoff) und das Siliciumquellengas weiterhin in die Abscheidekammer nach dem Abscheiden des letzten Films des Schichtfilms strömen gelassen werden. Zusätzlich wird die Temperatur der Abscheidekammer so aufrechterhalten, dass das Siliciumquellengas teilweise dissoziiert und sich in einem instabilen Zustand befindet, beispielsweise zwischen Raumtemperatur und 500°C. Das Wasserstoffgas und das Siliciumquellengas strömen bei dieser Temperatur über einen kurzen Zeitraum (beispielsweise 10 bis 15 Sekunden) weiter. Das instabile Siliciumquellengas (beispielsweise SiH3 oder SiH5) reagiert mit den Oberflächensiliciumatomen der Filmschicht und bildet eine Siliciumumhüllungsschicht. Dann wird die Abscheidekammer abgekühlt, wodurch der Schichtfilm abkühlt, während das Wasserstoffgas und das Siliciumquellengas während eines weiteren kurzen Zeitraums (beispielsweise 1 bis 5 Sekunden) weiter strömen gelassen werden. Zu diesem Zeitpunkt ist die Oberfläche des Schichtfilms mit dem teilweise dissoziierten Siliciumquellengas gesättigt und es hat sich eine Umhüllungsschicht über der Oberfläche des Schichtfilms gebildet.
  • Die Ausbildung der Umhüllungsschicht oder Passivierungsschicht in der gleichen Abscheidekammer, die zur Bildung des Schichtfilms verwendet wird, hat ihre Vorteile. Die Filmschicht braucht nicht aus der Kammer entfernt und einer anderen Umgebung ausgesetzt zu werden. Das Gas oder die Gase, die zur Bildung der Umhüllungsschicht oder Passivierungsschicht verwendet werden, können die gleichen Gase wie diejenigen sein, die zur Bildung des Schichtfilms verwendet werden.
  • Bei einer beispielsweisen Ausführung ist die Ladeschleusenvorrichtung 512 mit einer Steuerung 540 gekoppelt, die zur Steuerung verschiedener Komponenten (beispielsweise der Kammern 510, 509, 504, 506 und 502) des Gruppengeräts 500 verwendet wird. Beispielsweise empfängt das Programm eine Eingabe aus dem Druckdetektor 570 und steuert alle Komponenten basierend auf dem von dem Druckdetektor 570 erfassten Druck. Die Steuerung 540 ist zu der in 4 gezeigten Steuerung 150 ähnlich. Die Steuerung 540 ist gewöhnlich ein Rechner mit einem Prozessor (nicht gezeigt), der ein Programm abarbeiten kann (einen Satz von Instruktionen), das alle Komponenten des Gruppengeräts 500 steuert. Der Prozessor ist zu dem in 4 gezeigten Prozessor 154 ähnlich.
  • Bei einer Ausführung wird ein Rechnerprogrammprodukt in einem maschinenlesbaren Medium gespeichert, das mit der Steuerung 540 gekoppelt ist und von dem Prozessor abgearbeitet wird. Bei dieser Ausführung steuert das Programm die vorstehend beschriebene Oxidfilmabscheidung. Das Programm steuert auch die Ausbildung eines Schichtfilms unter Verwendung des Gruppengeräts 500.
  • 6A bis 6E und 7 bis 11 zeigen einen beispielsweisen Ablaufprozess zur Herstellung eines Schichtfilms, wie eines SOI-Substrats. In einer Ausgestaltung steuert die vorstehend erwähnte Steuerung 540 den in diesen Figuren beschriebenen Prozess.
  • In 6A wird ein Substrat 602 bereitgestellt. Das Substrat 602 ist in der Siliciumfilmabscheidekammer 510 angeordnet. Das Substrat 602 kann ein Halbleiterwafer oder ein Siliciumwafer sein. Bei einer Ausführungsform ist das Substrat 602 aus monokristallinem Silicium hergestellt. Bei einer beispielsweisen Ausführungsform wird ein epitaxialer Siliciumfilm 604 auf einer Oberfläche des Substrats 602 ausgebildet. Der epitaxiale Siliciumfilm 604 kann mit Bor dotiert sein und kann eine Dotiermittelkonzentration von etwa 1 × 1015 bis 1 × 1019 Atome/cm3 haben. Das Vorhandensein des epitaxialen Siliciumfilms 604 ist zweckmäßig, da er besser gesteuerte Eigenschaften als das monokristalline Silicium für die Zwecke der Ausbildung von Halbleiterbauelementen darin und darauf aufweist. Bei einer Ausgestaltung ist auf dem Substrat 602 kein epitaxialer Siliciumfilm 604 abgeschieden.
  • Bei einer Ausgestaltung zum Abscheiden des epitaxialen Siliciumfilms 604 wird die Siliciumfilm-Abscheidekammer 510 auf eine Temperatur zwischen 600°C und 1300°C gebracht. In die Kammer 510 wird ein Prozessgasgemisch eingeführt, das Wasserstoffgas und ein Siliciumquellengas (beispielsweise Silan, Disilan usw.) aufweist. Wahlweise kann das Prozessgasgemisch ein Borquellengas, wie Diboran (B2H6), aufweisen. Das Borquellengas wird so eingeschlossen, dass der epitaxiale Siliciumfilm 604, der abgeschieden wird, auch mit Bor dotiert ist. Bei einer Ausführung hat der epitaxiale Siliciumfilm 604 eine Dotiermittelkonzentration von etwa 1 × 1015 bis 1 × 1019 Atome/cm3. Wenn der epitaxiale Siliciumfilm 604 ausgebildet ist, wird das Substrat 602 aus der Kammer 510 entfernt.
  • Bei einer beispielsweisen Ausführungsform ist das Substrat 602 ein Donatorwafer. Der Donatorwafer ist ein Wafer, der eine zu überführende Schicht oder zu überführende Schichten bereitstellt. Bei dieser Ausgestaltung wird ein Oxidfilm 608 auf dem epitaxialen Siliciumfilm 604 abgeschieden, wie es in 6B gezeigt ist. Bei einer Ausführungsform ist das Substrat 602 der Siliciumfilmabscheidekammer 510 angeordnet. Durch Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens 300 wird der Oxidfilm 608 bei einem Druck zwischen 2666 Pa (20 Torr) und 103325 Pa (760 Torr) sowie bei einer Temperatur zwischen 800°C und 1300°C, im Idealfall zwischen 1000°C und 1200°C abgeschieden. Das Prozessgasgemisch, das zum Abscheiden des Oxidfilms 608 verwendet wird, weist (a) in einem Inertträgergas, wie Helium, Argon und Xenon transportiertes Sauerstoffgas, (b) ein Siliciumquellengas, wie Silan, Disilan, Dichlorsilan, Trichlorsilan, Tetrachlorsilan und Hexachlordisilan, sowie (c) ein Verdünnungsgas, wie Wasserstoffgas, auf. Bei einer Ausführung, bei welcher das Siliciumquellengas kein Chlor aufweist, hat das Prozessgasgemisch ein Chlorwasserstoffquellengas (HCl). Wenn beispielsweise Silan- oder Disilangas verwendet wird, weist das Prozessgasgemisch ein HCl-Gas auf. Zusätzlich weist zu jeder Zeit während der Abscheidung das Prozessgasgemisch weniger als 6% Sauerstoff, ein Siliciumgas und vorherrschend Wasserstoff auf. Bei einer anderen Ausgestaltung kann das Prozessgasgemisch eine ausreichende Menge an Siliciumgas aufweisen, um die Abscheidung des Oxidfilms zu ermöglichen. Bei einer Ausführung kann das Prozessgasgemisch etwa 1 bis 20% Siliciumgas aufweisen. Bei einer weiteren Ausführung kann das Prozessgasgemisch weniger als 6% Siliciumgas aufweisen.
  • Bei einer Ausführung wird der Oxidfilm 608 mit einer Dicke zwischen 400 Å bis 1500 Å abgeschieden. Bei anderen Ausführungsformen sind 1 bis 5 Minuten erforderlich, um den Oxidfilm 608 mit einer Dicke zwischen 400 Å bis 1500 Å auszubilden.
  • Als nächstes wird, wie in 6C gezeigt ist, das Substrat 602 mit Ionen zur Bildung einer Versetzung 610 implantiert. Zum Implantieren der Ionen wird das Substrat 602 in die Implantierkammer 504 bewegt. Bei einer Ausgestaltung wird das Substrat 602 mit Wasserstoffatomen oder mit Inertionen, wie Argon (Ar) oder Helium (He), implantiert. Bei einem anderen Beispiel wird das Substrat 602 mit einem Plasmaimmersions-Ionenimplantationsprozess ionenimplantiert. Ein solcher Prozess kann hohe Dosen von Wasserstoffatomen in das Substrat 602 implantieren. Bei einem solchen Prozess wird an das Substrat 602 eine hohe negative Vorspannung angelegt, um die Ionen zu der Waferfläche hin (dem Oxidfilm 608) zu beschleunigen. Der Plasmaimmersions-Ionenimplantationsprozess implantiert die gesamte Oberfläche des Substrats 602. Bei einer anderen beispielsweisen Ausführung kann das P-III-Ionenimplantationssystem, das von Silicon Genesis entwickelt wurde, für einen Plasmaimmersions-Ionenimplantationsschritt verwendet werden. Die Ionenimplantation kann ferner beispielsweise unter Verwendung eines Strahllinien-Ionenimplantiergeräts ausgeführt werden, das von Firmen, wie Applied Materials, Axcelis Corp., Varian und anderen hergestellt wird.
  • Bei einer beispielsweisen Ausführung erzeugt die Implantation der Wasserstoffatome eine innere wasserstoffreiche Schicht, die die Versetzung 610 in dem Substrat 602 ist. Eine vorgegebene Tiefe D des Ionenimplantationspeaks bestimmt die Menge des Siliciums 612, das anschließend von dem Substrat 602 entfernt wird. Bei einer beispielsweisen Ausführungsform werden die Wasserstoffionen etwas unter die epitaxiale Siliciumschicht 604 implantiert. Bei einer anderen beispielsweisen Ausführung werden die Wasserstoffionen am Boden der epitaxialen Siliciumschicht 604 implantiert. Bei einer weiteren Ausführung werden die Wasserstoffionen zwischen 100 bis 500 nm in das Substrat 602 implantiert.
  • In manchen Fällen kann vor der Abscheidung des Oxidfilms 608 das Substrat 602 mit dem epitaxialen Siliciumfilm 604 durch ein anderes Verfahren gebildet und gelagert werden, bis der Prozess zur Ausbildung des Oxidfilms 608 erfolgt. In diesen Fällen wird der epitaxiale Siliciumfilm 604 von einem Umhüllungsoxidfilm (nicht gezeigt) geschützt, der auf dem epitaxialen Siliciumfilm 604 ausgebildet ist. Bei einer Ausführung wird das Substrat 602 in der Ladeschleusenvorrichtung 512 angeordnet. Eine Verbindung zwischen der Ladeschleusenvorrichtung 512 und anderen Kammern, wie der Siliciumabscheidekammer 510, die an dem Gruppengerät 500 angeschlossen ist, wird unterbrochen. Das Sauerstoffquellengas 562 wird in den Ozongenerator 560 eingeführt. Der Ozongenerator 560 erzeugt Ozongas. Das Ozongas wird dann in die Ladeschleusenkammer 512 durch das Ozonzuführventil 564 und die Ozonzuführleitung 565 zugeführt. Wenn die Ladeschleusenkammer 552 mit Ozongas gefüllt ist, wird das Ozonzuführventil 564 geschlossen. Der epitaxiale Siliciumfilm 604 wird dem Ozongas über einen vorgegebenen Zeitraum, beispielsweise von einer bis 15 Minuten, zur Bildung des Umhüllungsfilms ausgesetzt.
  • Bei einer Ausführung wird, nachdem der Umhüllungsfilm ausgebildet ist, das Ozongas aus der Ladeschleusenkammer 512 unter Verwendung der Pumpe 558 abgepumpt. Dann wird in die Ladeschleusenkammer 512 die Stickstoffgasquelle 566 zugeführt, um die Ladeschleusenkammer 512 zu reinigen.
  • Alternativ wird der epitaxiale Siliciumfilm 604 durch einen Umhüllungsfilm geschützt, der durch einen Wasserstoffsättigungsprozess ausgebildet wird. In diesem Fall wird, wenn das Substrat 602 sich noch in der Abscheidekammer 510 nach der Bildung des epitaxialen Siliciumfilms 604 befindet, der Umhüllungsfilm auf der Oberfläche des epitaxialen Siliciumfilms 604 ausgebildet. Bei einer Ausführung wird das Wasserstoffgas, welches das Trägergas ist, das zur Bildung des expitaxialen Siliciumfilms 604 verwendet wird, weiterhin in die Abscheidekammer 610 strömen gelassen, während die Siliciumquellengaszufuhr unterbrochen wird. Die Temperatur der Abscheidekammer 510 wird zwischen 600°C und 1200°C gehalten oder erhöht für einen kurzen Zeitraum (beispielsweise 10 bis 15 s), wenn der Wasserstoffgasstrom fortgesetzt wird. Der Wasserstoff reagiert mit den Oberflächensiliciumatomen des epitaxialen Siliciumfilms 604. Dann wird die Abscheidekammer 510 abgekühlt, während der Wasserstoffgasstrom während eines weiteren kurzen Zeitraums (beispielsweise 1 bis 5 s) fortgesetzt wird. Dann wird der Umhüllungsfilm auf der Oberseite des epitaxialen Siliciumfilms 604 gebildet. Das Substrat 602 mit dem epitaxialen Siliciumfilm 604 kann nun aus der Abscheidekammer 510 entfernt werden, ohne dass Sorgen hinsichtlich einer Verunreinigung des epitaxialen Siliciumfilms 604 bestehen.
  • Alternativ kann der Umhüllungsfilm auch unter Verwendung des Wasserstoffsättigungsprozesses ausgebildet werden, der zu dem ähnlich ist, wie er bei Vorhandensein des Siliciumquellengases, beispielsweise Silan (SiH4) oder Disilan (Si2H6) vorstehend beschrieben wurde. Die Umhüllungsschicht kann auf dem epitaxialen Siliciumfilm 604 in der gleichen Abscheidekammer 510 ausgebildet werden. Beim Ausbilden der Umhüllungsschicht mit dem Siliciumquellengas werden das Wasserstoffgas und das Siliciumquellengas weiter in die Abscheidekammer nach dem Abscheiden des epitaxialen Siliciumfilms 604 strömen gelassen. Die Temperatur der Abscheidekammer 510 wird derart aufrechterhalten, dass das Siliciumquellengas teilweise dissoziiert und in einer instabilen Form vorliegt, beispielsweise zwischen Raumtemperatur und 500°C. Die Wasserstoffgas- und Siliciumquellengaszuströme bei dieser Temperatur werden über einen kurzen Zeitraum (beispielsweise 1 bis 5 s) fortgesetzt. Das instabile Siliciumquellengas (beispielsweise SiH3 oder SiH5) reagiert mit den Oberflächensiliciumatomen des epitaxialen Siliciumfilms 604 unter Bildung der Umhüllungsschicht. Dann wird die Abscheidekammer 510 abgekühlt, während der Strom des Wasserstoffgases und des Siliciumquellengases über einem weiteren kurzen Zeitraum (beispielsweise 1 bis 5 s) fortgesetzt wird. Dann ist der Umhüllungsfilm auf der Oberseite des expitaxialen Siliciumfilms 604 ausgebildet. Das Substrat 602 mit dem epitaxialen Siliciumfilm 604 kann nun aus der Abscheidekammer 510 entfernt werden, ohne dass Sorgen über eine Verunreinigung des epitaxialen Siliciumfilms 604 bestehen.
  • Bei einer Ausführung hat der Umhüllungsfilm eine Dicke zwischen 10 Å und 15 Å. Der Umhüllungsfilm ist wegen der gesteuerten Bedingungen und der Reinheit des Ozongases, des Sauerstoffgases, des Wasserstoffgases oder des Siliciumquellengases, denen das Substrat 602 ausgesetzt wird, extrem rein. Der Umhüllungsfilm schützt den epitaxialen Siliciumfilm 604 vor inneren und äußeren Verunreinigungen. Wenn der Umhüllungsfilm ausgebildet ist, kann das Substrat 602 Luft ausgesetzt werden, ohne dass Sorge über Verunreinigungen an dem epitaxialen Siliciumfilm 604 besteht. Der Umhüllungsfilm kann unter Verwendung herkömmlicher Verfahren, beispielsweise einem Fluorwasserstoffreinigungsverfahren vor dem Abscheiden eines weiteren Films auf dem epitaxialen Siliciumfilm 604 entfernt werden. Beispielsweise kann der Umhüllungsfilm vor dem Abscheiden eines anderen Films auf dem epitaxialen Siliciumfilm 604 dadurch entfernt werden, dass das Substrat 602 in der Reinigungskammer 508 angeordnet wird. In die Reinigungskammer wird zum Entfernen des Umhüllungsfilms Fluorwasserstoff eingeführt.
  • Der unter einer gesteuerten Umgebung ausgebildete Umhüllungsfilm, beispielsweise der vorstehend beschriebene, ist zweckmäßig, wenn der epitaxiale Siliciumfilm 604 extrem dünn sein muss. Wenn eine native Oxidschicht oder eine andere Oberflächenschicht auf dem epitaxialen Siliciumfilm 604 wachsen soll, ist die native Oxidschicht oder die andere Oberflächenschicht nicht sehr gleichförmig und nicht gut gesteuert. Ein Entfernen dieser „nicht gleichförmigen" und „nicht gut gesteuerten" Schicht kann die Gleichförmigkeit der Dicke des extrem dünnen epitaxialen Siliciumfilms 604 beeinträchtigen. Wenn der Umhüllungsfilm unter den gesteuerten Umgebungen ausgebildet wird, ist der Umhüllungsfilm gleichförmig. Das Entfernen eines solchen gleichförmigen Umhüllungsfilms verbraucht nicht viel (wenn überhaupt) von dem extrem dünnen epitaxialen Siliciumfilm 604. Somit wird die Gleichförmigkeit des epitaxialen Siliciumfilms 604 aufrechterhalten.
  • Bei einer beispielsweisen Ausführung wird ein anderes Substrat, nämlich das Substrat 702, das dem Substrat 602 ähnlich ist, vorgesehen, wie es in 7 gezeigt ist. Das Substrat 702 ist ein Arbeitswafer, der die überführten Schichten von dem Donatorwafer (dem Substrat 602) aufnimmt. Das Substrat 702 wird schließlich das Substrat für das SOI-Substrat. In einer Ausführung ist das Substrat 702 monokristallines Silicium. Das Substrat 702 kann mit irgendeinem leitenden Typ (n-Typ oder p-Typ) und bis auf ein gewünschtes Leitfähigkeitsniveau dotiert werden. Bei einer beispielsweisen Ausführung ist das Substrat 702 ein p-Typ Substrat mit einer Dotierungsdichte zwischen 1015 bis 1019 Atomen/cm3.
  • Bei einer beispielsweisen Ausführungsform ist auf dem Substrat 702 auch ein Oxidfilm 704 ausgebildet. Bei einer beispielsweisen Ausführung ist der Oxidfilm 704 zwischen 400 Å bis 1500 Å dick. Der Oxidfilm 704 kann unter Verwendung des gleichen Verfahrens abgeschieden werden, wie es zum Abscheiden des in 6E gezeigten Oxidfilms 608 verwendet wird.
  • Bei einer beispielsweisen Ausgestaltung ist auf nur einem der Substrate 602 oder 702 der Oxidfilm ausgebildet. So ist nur der Oxidfilm 608 auf dem Substrat 602 oder nur der Oxidfilm 704 auf dem Substratfilm 702 ausgebildet.
  • Danach werden das implantierte Substrat 602 und das Substrat 702 miteinander verbunden, wie es in 8 gezeigt ist. In einer Ausgestaltung werden das ionenimplantierte Substrat 602 und das Substrat 702 in der Verbindungs-/Spaltungskammer 506 angeordnet. In der Verbindungs-/Spaltungskammer 506 wird das Substrat 602 mit dem Substrat 702 dadurch verbunden, dass der Oxidfilm 608 des Substrats 602 mit dem Oxidfilm 704 des Substrats 702 unter Bildung eines Oxidfilms 706 verbunden wird. Bei einer Ausgestaltung, bei der nur das eine Substrat 602 oder das andere Substrat 702 den Oxidfilm ausweist, wird der Oxidfilm sandwichartig zwischen dem Substrat 602 und dem Substrat 702 angeordnet, wenn das Substrat 602 mit dem Substrat 702 verbunden wird.
  • Bei einer beispielsweisen Ausführung werden das Substrat 702 und das Substrat 602 unter Verwendung eines Verbindungsprozesses, der durch ein Niedertemperaturplasma aktiviert wird, verbunden. Durch Verwendung der Plasmaaktivierung der Verbindungszwischenfläche kann eine höhere Bindefestigkeit bei niedrigeren Prozesstemperaturen (beispielsweise Raumtemperatur) erreicht werden. Bei dieser Ausführung werden beide Substrate 702 und 602 einem Niedertemperaturplasma ausgesetzt, um plasmaaktivierte Bindeoberflächen zu erzeugen. Es ist zu bemerken, dass andere geeignete Bindetechniken zum Verbinden des Arbeitswafers und des Donatorwafers verwendet werden können.
  • Bei einer beispielsweisen Ausführung werden das Substrat 702 und das Substrat 706 zusammengedrückt, um die beiden Zwischenflächen der Substrate fest miteinander zu verbinden. Die Plasmaaktivierung der Bindezwischenflächen unterstützt das Erreichen einer ausreichend starken Bindung für einen darauf folgenden Spaltungsprozess bei Raumtemperatur.
  • Als nächstes wird, wie in 9 gezeigt ist, der Abschnitt 659 des Substrats 602 von dem Abschnitt 612 des Substrats 602 an der Versetzung 610 entfernt oder abgespalten. Bei einer beispielsweisen Ausgestaltung wird ein bei Raumtemperatur gesteuerter Abspaltungsprozess (RT – Room Temperature/CCP – Controlled Cleaved Process) zum Trennen des verbundenen Paars an der Implantierversetzung 656 ohne Verwendung von Wärme eingesetzt. Der RT/CCP-Prozess leitete eine Trennung an einer Stelle an dem Wafer ein und schreitet mit der Trennung quer über die gesamten Wafer durch ein mechanisches Spaltverfahren fort. Bei einer anderen beispielsweisen Ausführung, wie sie in 6E gezeigt ist, wird ein Stickstoff-(N2-)Strom am Rand der Versetzung zur Herbeiführung der Trennung fokussiert.
  • Nach dem Verbindungs- und Abspaltprozess ist ein SOI-Substrat hergestellt. Das SOI-Substrat weist das Siliciumsubstrat 702 und die Oxidschicht 706 auf, die unter einer Schicht aus Silicium 612 verdeckt ist. Bei einer Ausführung hat die Schicht aus Silicium 612 nur den epitaxialen Siliciumfilm 604. Bei einer anderen Ausführung hat die Schicht aus Silicium 612 nur die epitaxiale Siliciumschicht 604 und einen Teil des monokristallinen Siliciums, das aus dem Substrat 602 übertragen ist. Bei einer Ausführung, bei der das Substrat 602 keinen epitaxialen Siliciumfilm 604 darauf abgeschieden hat, weist die Schicht aus Silicium 612 nur den Teil des monokristallinen Siliciums auf, der von dem Substrat 602 übertragen ist.
  • Bei einer beispielsweisen Ausgestaltung hat die Schicht aus Silicium 612 eine rohe Oberfläche aufgrund des Spaltprozesses. Die Schicht aus Silicium 612 wird weiterbehandelt, um die Oberfläche der Schicht aus Silicium 612 dünn und glatt zu machen, wie es in 10 gezeigt ist. Beispielsweise Verfahren zur Behandlung der Siliciumschicht 612 sind ein Wasserstoffglühbehandlungsprozess, ein Salzsäureätzprozess, der Wasserstoffgas aufweist, und ein Gasclusterionenstrahl-Ätzprozess. Zusätzlich kann der Salzsäureätzprozess mit Wasserstoffgas auch eine Siliciumgasquelle (beispielsweise Silan oder Disilan usw.) aufweisen, um die Oberfläche der Siliciumschicht 612 weiter zu glätten. Bei einer anderen Ausführung wird das Substrat 702 in der Glühbehandlungskammer 509 angeordnet, um die Oberfläche der Siliciumschicht 612 zu behandeln. Bei einer anderen Ausführung wird das Substrat 702 in der Siliciumfilmabscheidekammer 510 zur Behandlung der Oberfläche der Siliciumschicht 612 mit dem Salzsäureätzprozess angeordnet. Bei einer anderen Ausführung weist, nachdem die Siliciumschicht 612 behandelt ist, die Siliciumschicht 612 nur die epitaxiale Siliciumschicht 604 auf und jeder Teil des Substrats 602, der auf das Substrat 702 überführt worden ist, kann während des Behandlungsprozesses entfernt werden.
  • Bei einer beispielsweisen Ausführung wird eine Umhüllungsoxidschicht 614 über der Siliciumschicht 612 ausgebildet, wie es in 11 gezeigt ist. Bei einer Ausführung wird das Substrat 702 in der Ladeschleusenvorrichtung 512 angeordnet. Eine Verbindung zwischen der Ladeschleusenvorrichtung 512 und anderen Kammern, wie der Siliciumabscheidekammer 510, die an dem Gruppengerät 500 befestigt ist, wird unterbrochen. Das Sauerstoffquellengas 562 führt ein Sauerstoffgas in den Ozongenerator 560 ein. Der Ozongenerator 560 erzeugt Ozongas. Das Ozongas wird dann in die Ladeschleusenkammer 552 durch das Ozonzuführ ventil 564 und die Ozonzuführleitung 565 zugeführt. Wenn die Ladeschleusenkammer 552 mit Ozongas gefüllt ist, wird das Ozonzuführventil 564 geschlossen. Dann wird die Siliciumschicht 612 dem Ozongas während eines vorgegebenen Zeitraums, beispielsweise von einer bis 15 Minuten zur Bildung des Umhüllungsfilms 614 ausgesetzt.
  • Bei einer anderen Ausführung wird die Umhüllungsschicht 604 über der Siliciumschicht 612 unter Verwendung eines Wasserstoffsättigungsprozesses ausgebildet. Das Substrat 702 wird in der Filmabscheidekammer 510 angeordnet. In die Abscheidekammer 510 wird Wasserstoffgas strömen gelassen, während die Zufuhr anderer Prozessgase unterbrochen ist. Die Temperatur der Abscheidekammer 510 wird irgendwo zwischen 600°C bis 1200°C über einen kurzen Zeitraum (beispielsweise 1 bis 5 s) gehalten oder erhöht. Dann wird die Abscheidekammer 510 abgekühlt, während der Strom des Wasserstoffgases während eines weiteren kurzen Zeitraums (beispielsweise 1 bis 5 s) fließt.
  • Der vorstehend verwendete Wasserstoffsättigungsprozess zur Bildung der Umhüllungsschicht 604 kann ein Siliciumquellengas, beispielsweise Silan (SiH4) oder Disilan (Si2H6) aufweisen. Bei der Bildung der Umhüllungsschicht 604 mit dem Siliciumquellengas werden das Wasserstoffgas und das Siliciumquellengas in die Abscheidekammer 510 strömen gelassen. Die Temperatur der Abscheidekammer 510 wird so aufrechterhalten, dass das Siliciumquellengas teilweise dissoziiert und sich in einem instabilen Zustand befindet, beispielsweise zwischen Raumtemperatur und 500°C. Das Wasserstoffgas und das Siliciumquellengas strömen bei dieser Temperatur über einen kurzen Zeitraum (beispielsweise 10 bis 15 s) weiter. Dann wird die Abscheidekammer 510 abgekühlt, während der Strom des Wasserstoffgases und des Siliciumquellengases über einen weiteren kurzen Zeitraum (beispielsweise 1 bis 5 s) fortgesetzt wird.
  • Der unter einer gesteuerten Umgebung, wie der vorstehend beschriebenen, gebildete Umhüllungsfilm ist zweckmäßig, wenn der Siliciumfilm 612 extrem dünn sein muss. Wenn der Umhüllungsfilm 604 unter den gesteuerten Umgebungen ausgebildet ist, ist er gleichförmig. Das Entfernen eines solchen Umhüllungsfilms 604 verbraucht nicht viel (wenn überhaupt) von dem extrem dünnen Siliciumfilm 612. Somit wird die Gleichförmigkeit des epitaxialen Siliciumfilms 604 aufrechterhalten.
  • Das in 11 gezeigte SOI-Substrat ist nun bereit für die Ausbildung von Halbleiterbauelementen in und auf ihm.
  • Obwohl die vorstehenden beispielsweisen Ausführungen auf die Ausbildung eines Schichtfilms auf einem Substrat fokussiert sind, können beispielsweise Ausführungen verwendet werden, um Mehrfachschichtfilme auf Mehrfachsubstraten in dem Gruppengerät 500 auszubilden. Beispielsweise kann, während ein Oxidfilm auf einem ersten Substrat in der Siliciumfilmabscheidekammer 510 abgeschieden wird, ein zweites Substrat in anderen Kammern für eine andere Behandlung angeordnet werden.
  • Es wurden Verfahren und Vorrichtungen zur Bildung eines Oxidfilms hoher Qualität beschrieben. Ferner wurden Verfahren und Vorrichtungen zum Einschluss des Oxidfilms bei der Ausbildung eines Schichtfilms, beispielsweise eines SOI-Substrats beschrieben.

Claims (51)

  1. Verfahren zur Ausbildung eines Oxidfilms, bei welchem – ein erstes Substrat vorgesehen wird und – ein Oxidfilm auf dem ersten Substrat unter Verwendung eines Prozessgasgemisches, das ein Siliciumquellengas, ein Sauerstoffquellengas und ein Wasserstoffquellengas aufweist, und einer Prozesstemperatur zwischen 800°C und 1300°C abgeschieden wird, – wobei während des Abscheidens das Prozessgasgemisch weniger als 6% des Sauerstoffquellengases und ein Siliciumquellengas mit dem Wasserstoffquellengas als Verdünnungsgas aufweist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Siliciumquellengas in dem Prozessgasgemisch in einem Bereich von 1 bis 10% liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Siliciumquellengas in dem Prozessgasgemisch weniger als 6% beträgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem beim Abscheiden weiterhin ein Prozessgasdruck zwischen 2666 Pa (20 Torr) und 101 325 Pa (760 Torr) verwendet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Siliciumquellengas aus Silan, Disilan, Dichlorsilan, Trichlorsilan, Tetrachlorsilan und Hexachlordisilan ausgewählt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Prozessgasgemisch weiterhin ein Hydrochloridquellengas aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem das Siliciumquellengas ein Silangas oder ein Disilangas ist und das Prozessgasgemisch ein Hydrochlorid-(HCl)-Gas aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Abscheiden in einer Einzelwafer-Abscheidekammer ausgeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem weiterhin auf dem Oxidfilm ein Umhüllungsfilm zum Schutz des Oxidfilms unter Verwendung eines Wasserstoffabsättigungsprozesses abgeschieden wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem weiterhin auf dem Oxidfilm ein Umhüllungsfilm zum Schutz des Oxidfilms unter Verwendung eines Wasserstoffabsättigungsprozesses abgeschieden wird, wobei nur Wasserstoffquellengas und Siliciumquellengas verwendet wird, das Silan oder Disilan aufweist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem weiterhin die Einzelwafer-Abscheidekammer mit einem Gruppengerät verbunden ist und in dem Gruppengerät zum Speichern des Substrats wenigstens eine Ladeschleuseneinrichtung vorgesehen ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem weiterhin ein Siliciumfilm auf der Oberseite des Oxidfilms zur Bildung eines Schichtfilms abgelegt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem weiterhin ein Umhüllungsfilm auf dem Siliciumfilm des Schichtfilms abgeschieden wird, um den Siliciumfilm in der Ladeschleuseneinrichtung zu schützen, und Ozongas in eine Ladeschleusenkammer eingeführt wird, wobei die Verbindung zwischen der Ladeschleuseneinrichtung und der Einzelwafer-Abscheidekammer unterbrochen wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Substrat monokristallines Silicium ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Sauerstoffquellengas mit einem Inertgas verdünnt wird, bevor es mit dem Siliciumquellengas und dem Wasserstoffquellengas zur Bildung des Prozessgasgemisches gemischt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem das Sauerstoffquellengas mit Helium verdünnt wird und das Sauerstoffquellengas in dem Helium eine Konzentration von weniger als 25% hat.
  17. Substratbehandlungssystem – mit einer Einzelwafer-Abscheidekammer, die einen Suszeptor zum Halten eines Substrats während eines Abscheideprozesses hat, – mit einer Steuerung, die zum Steuern der Einzelwafer-Abscheidekammer angeordnet ist, – mit einem maschinenlesbaren Medium, das mit der Steuerung gekoppelt ist, wobei das maschinenlesbare Medium einen Speicher mit einem Satz von Instruktionen hat, der bei Ausführung durch die Steuerung die auf ihm gespeicherten Abläufe des Abscheideprozesses steuert, und – wobei der Satz von Instruktionen, wenn er von der Steuerung ausgeführt wird, weiterhin das Abscheiden eines Oxidfilms auf einer Oberfläche des Substrats unter Verwendung einer Prozesstemperatur zwischen 800°C und 1300°C, eines Prozessdrucks zwischen 2666 Pa (20 Torr) und 101 325 Pa (760 Torr), sowie eines Prozessgasgemisches mit einem Siliciumquellengas, einem Sauerstoffquellengas und einem Wasserstoffquellengas steuert, und – wobei der Satz von Instruktionen weiterhin das Prozessgasgemisch so steuert, dass es weniger als 6% Sauerstoffquellengas und Siliciumquellengas mit dem Wasserstoffquellengas als Verdünnungsgas aufweist.
  18. Substratbehandlungssystem nach Anspruch 17, welches weiterhin eine Ladeschleuseneinrichtung zum Lager des Substrats vor seiner Anordnung in der Einzelwafer-Abscheidekammer für den Abscheideprozess und zum Lager des Substrats nach dem Abscheideprozess aufweist, wobei der Satz von Instruktionen die Funktion der Ladeschleuseneinrichtung steuert.
  19. Substratbehandlungssystem nach Anspruch 18, bei welchem der Satz von Instruktionen weiterhin das Abscheiden eines Siliciumfilms auf der Oberseite des Oxidfilms zur Bildung eines Schichtfilms steuert.
  20. Substratbehandlungssystem nach Anspruch 18, bei welchem der Satz von Instruktionen weiterhin das Anordnen des Substrats in der Ladeschleuseneinrichtung und das Einführen von Ozongas in eine Ladeschleusenkammer zum Abscheiden eines Umhüllungsfilms auf dem Siliciumfilm steuert.
  21. Substratbehandlungssystem nach Anspruch 17, bei welchem der Satz von Instruktionen weiterhin das Prozessgasgemisch so steuert, dass es eine ausreichende Menge an Siliciumgas zum Abscheiden des Oxidfilms aufweist.
  22. Substratbehandlungssystem nach Anspruch 17, bei welchem der Satz von Instruktionen weiterhin das Siliciumgas in dem Prozessgasgemisch so steuert, dass es in einem Bereich von 1 bis 10% liegt.
  23. Substratbehandlungssystem nach Anspruch 17, bei welchem der Satz von Instruktionen weiterhin das Siliciumgas in dem Prozessgasgemisch so steuert, dass es weniger als 6% beträgt.
  24. Substratbehandlungssystem nach Anspruch 17, bei welchem der Satz von Instruktionen weiterhin das Abscheiden eines Umhüllungsfilms auf dem Siliciumfilm des Schichtfilms zum Schutz des Siliciumfilms so steuert, dass ein Wasserstoffabsättigungsprozess verwendet wird.
  25. Substratbehandlungssystem nach Anspruch 17, bei welchem der Satz von Instruktionen weiterhin das Abscheiden eines Umhüllungsfilms auf dem Siliciumfilm des Schichtfilms zum Schutz des Siliciumfilms unter Verwendung eines Wasserstoffabsättigungsprozesses steuert, wobei nur das Wasserstoffgas und das Siliciumquellengas verwendet werden, welches Silan oder Disilan aufweist.
  26. Verfahren nach Anspruch 1, welches ein Verfahren zum Ausbilden eines Schichtfilms ist und bei welchem weiterhin – in dem ersten Substrat eine Versetzung in einer vorgegebenen Tiefe ausgebildet wird, die eine Höhe bestimmt, die von dem ersten Substrat zu entfernen ist, – ein zweites Substrat vorgesehen wird, – das erste Substrat mit dem zweiten Substrat verbunden wird, – wobei der erste Oxidfilm sandwichartig zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat eingeschlossen wird, und – das erste Substrat von dem zweiten Substrat an der Versetzung zur Bildung eines Schichtfilms abgespalten wird, der das Substrat, den ersten Oxidfilm und die Höhe des ersten Substrats aufweist.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, bei welchem weiterhin ein Gruppengerät mit einer Einzelwafer-Abscheidekammer zum Abscheiden des Oxidfilms, mit einer Implantierkammer zur Ausbildung der Versetzung und mit einer Verbindungs/Abspaltkammer zum Verbinden des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat und zum Abspalten des ersten Substrats von dem zweiten Substrat an der Versetzung bereitgestellt wird.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, bei welchem weiterhin wenigstens eine Ladeschleuseneinrichtung in dem Gruppengerät bereitgestellt wird, um das erste Substrat und das zweite Substrat zu lagern.
  29. Verfahren nach Anspruch 28, bei welchem weiterhin ein Umhüllungsfilm auf dem Schichtfilm für dessen Schutz dadurch abgeschieden wird, dass Ozongas in eine Ladeschleusenkammer eingeführt wird.
  30. Verfahren nach Anspruch 26, bei welchem das Abscheiden des ersten Oxidfilms bei einem Prozessdruck zwischen 2666 Pa (20 Torr) und 101 325 Pa (760 Torr) ausgeführt wird.
  31. Verfahren nach Anspruch 26, bei welchem Atome aus einem Inertgas, ausgewählt aus Wasserstoff, Argon und Helium, in das erste Substrat zur Bildung der Versetzung implantiert werden.
  32. Verfahren nach Anspruch 26, bei welchem weiterhin ein zweiter Oxidfilm auf dem zweiten Substrat vor dem Verbinden des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat abgeschieden wird, wobei bei dem Verbinden des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat der erste Oxidfilm mit dem zweiten Oxidfilm verbunden wird.
  33. Verfahren nach Anspruch 32, bei welchem das Abscheiden des zweiten Oxidfilms dadurch ausgeführt wird, dass das Prozessgasgemisch und die Prozesstemperatur verwendet werden, wobei während der Abscheidung des zweiten Oxidfilms das Prozessgasgemisch weniger als 6% des Sauerstoffquellengases mit dem Wasserstoffquellengas als Verdünnungsgas aufweist.
  34. Verfahren nach Anspruch 33, bei welchem das Siliciumquellengas in dem Prozessgasgemisch in einem Bereich von 1 bis 10% liegt.
  35. Verfahren nach Anspruch 33, bei welchem das Siliciumquellengas in dem Prozessgasgemisch weniger als 6% beträgt.
  36. Verfahren nach Anspruch 26, bei welchem das erste Substrat und das zweite Substrat aus monokristallinem Silicium bestehen.
  37. Verfahren nach Anspruch 26, bei welchem der erste Schichtfilm ein Substrat mit Silicium auf einem Isolator (SOI – Silicon On Insulator) ist.
  38. Verfahren nach Anspruch 26, bei welchem weiterhin ein epitaxialer Siliciumfilm auf dem ersten Substrat vor dem Abscheiden des ersten Oxidfilms ausgebildet wird, wobei der Schichtfilm das zweite Substrat, das erste Oxid und den epitaxialen Siliciumfilm aufweist.
  39. Verfahren nach Anspruch 26, bei welchem das Siliciumquellengas in dem Prozessgasgemisch in einem Bereich von 1 bis 10% liegt.
  40. Verfahren nach Anspruch 26, bei welchem das Siliciumquellengas in dem Prozessgasgemisch weniger als 6% beträgt.
  41. Verfahren nach Anspruch 26, bei welchem weiterhin ein Umhüllungsfilm auf dem Siliciumfilm des Schichtfilms zum Schutz des Siliciumfilms unter Verwendung eines Wasserstoffabsättigungsprozesses abgeschieden wird.
  42. Verfahren nach Anspruch 26, bei welchem weiterhin ein Umhüllungsfilm auf dem Siliciumfilm der Schicht zum Schutz des Siliciumfilms unter Verwendung eines Wasserstoffabsättigungsprozesses abgeschieden wird, wobei nur das Wasserstoffquellengas und das Siliciumquellengas verwendet werden, das Silan oder Disilan aufweist.
  43. Substratbehandlungssystem nach Anspruch 17, bei welchem der Satz von Instruktionen weiterhin – eine Versetzungsausbildung in dem Substrat auf einer vorgegebenen Tiefe, die eine von dem Substrat zu entfernende Höhe bestimmt, – ein Verbinden des Substrats mit einem zweiten Substrat, wobei der Oxidfilm sandwichartig zwischen dem Substrat und dem zweiten Substrat eingeschlossen wird, und – ein Abspalten des Substrats von dem zweiten Substrat an der Versetzung steuert, um einen Schichtfilm mit dem zweiten Substrat, dem Oxidfilm und der Höhe von dem Substrat zu bilden.
  44. Substratbehandlungssystem nach Anspruch 43, welches weiterhin eine Implantierkammer zur Ausbildung der Versetzung und eine Verbindungs/Abspaltkammer aufweist, um das erste Substrat mit dem zweiten Substrat zu verbinden und um das Substrat von dem zweiten Substrat an der Versetzung abzuspalten.
  45. Substratbehandlungssystem nach Anspruch 44, welches weiterhin wenigstens eine Ladeschleuseneinrichtung zum Lager des Substrats und des zweiten Substrats aufweist.
  46. Substratbehandlungssystem nach Anspruch 45, bei welchem der Satz von Instruktionen weiterhin ein zweites Abscheiden eines Umhüllungsfilms auf dem Schichtfilm und das Einführen von Ozongas in die Ladeschleuseneinrichtung für die Ausbildung des Umhüllungsfilms steuert.
  47. Substratbehandlungssystem nach Anspruch 43, bei welchem der Satz von Instruktionen weiterhin das Prozessgasgemisch so steuert, dass es eine ausreichende Menge an Siliciumgas zum Abscheiden des Oxidfilms aufweist.
  48. Substratbehandlungssystem nach Anspruch 43, bei welchem der Satz von Instruktionen weiterhin das Siliciumgas in dem Prozessgasgemisch so steuert, dass es in einem Bereich von 1 bis 10% liegt.
  49. Substratbehandlungssystem nach Anspruch 43, bei welchem der Satz von Instruktionen weiterhin das Siliciumgas in dem Prozessgasgemisch so steuert, dass es weniger als 6% beträgt.
  50. Substratbehandlungssystem nach Anspruch 43, bei welchem der Satz von Instruktionen ferner ein Abscheiden eines Umhüllungsfilms auf dem Siliciumfilm des Schichtfilms zum Schutz des Siliciumfilms unter Verwendung eines Wasserstoffabsättigungsprozesses steuert.
  51. Substratbehandlungssystem nach Anspruch 46, bei welchem der Satz von Instruktionen weiterhin ein Abscheiden des Umhüllungsfilms auf dem Siliciumfilm des Schichtfilms zum Schutz des Siliciumfilms unter Verwendung eines Wasserstoffabsättigungsprozesses steuert, wobei nur Wasserstoffgas und das Siliciumquellengas verwendet werden, das Silan oder Disilan aufweist.
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