用于在较低温度下使用远程等离子体源进行选择性氧化的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施方式大体涉及用于选择性地氧化硅的设备和方法。
【背景技术】
[0002]硅的氧化对CMOS制造而言是基本的技术。用于硅的氧化的最常见方法依赖于在02、h2o/h2、h2o/o2、o2/h2或上述各者的组合的环境中的热处理。在IC制造中用以提供硅氧化处理的硬件是分批热恪炉(batch thermal furnace)和RTP。在传统的氧化系统和处理中，需要高温(700°C以上)来为在硅或多晶硅上的氧化物生长提供活化能。
[0003]先进的集成电路制造需要数个处理步骤，在所述步骤中，氧化硅薄膜在硅或多晶硅结构上生长。对于一些应用，氧化处理必须是选择性的，以使包括钨在内的其他材料不被氧化。目前，在高温(大于700°C )下的在02、!120/!12或!120/02任一环境中的热处理被用以执行此氧化处理。
[0004]为达到氧化物的生长速率以使处理实际有效，高温是必需的，并且在一些情况下，氧化物质量需要高温。然而，下一代装置中的许多装置如果在工艺流程中需要氧化物生长的地方暴露于高温和氧化环境的组合，则这些装置将经受严重损坏。由此，本领域中需要允许在不氧化其他表面材料的情况下进行硅的低温选择性氧化的方法和设备。
【发明内容】
[0005]本发明的实施方式大体涉及硅的选择性氧化方法。在一个实施方式中，用于对暴露的硅表面进行选择性氧化的设备可包括:具有多个壁的热处理腔室，所述热处理腔室具有第一入口连接件和第二入口连接件，其中所述多个壁界定处理腔室内的处理区域；处理腔室内的基板支撑件；与处理腔室的第一入口连接件流体连接的氢源；与氢源连接的热源；与处理腔室的第二入口连接件流体连接的远程等离子体源；和与远程等离子体源流体连接的氧源。在一些实施方式中，流体连接件可包括管件，所述管件包括惰性材料。
[0006]在另一个实施方式中，用于对非金属表面进行选择性氧化的方法可包括:在处理腔室中定位基板，其中将所述处理腔室维持在低于800°C的温度下；使氢流入处理腔室；产生含氧的远程等离子体；使远程等离子体流入处理腔室，其中所述远程等离子体与氢气混合以产生活性处理气体；和使基板暴露于活性气体。
[0007]在另一个实施方式中，用于对非金属表面进行选择性氧化的方法可包括:在处理腔室中定位基板，其中将所述处理腔室维持在低于800°C的温度下；使氢流动接近热线设备(hot wire apparatus)以产生活性氢；使活性氢流入处理腔室中；产生含氧的远程等离子体；在处理腔室中将远程等离子体与氢气混合以产生活性处理气体；将基板暴露于活性气体以氧化所需量的硅，其中所述活性气体氧化硅表面并还原金属表面；和冷却基板。
【附图说明】
[0008]可通过参照实施方式(所述实施方式中的一些实施方式描绘于附图中)来详细理解本发明的上述特征以及上文简要概述的有关本发明更为具体的描述。然而，应注意，附图仅图示本发明的典型实施方式，因此不应将附图视为限制本发明的范围，因为本发明可允许其他同等有效的实施方式。
[0009]图1是根据一个实施方式的具有远程等离子体源的热处理腔室的示意图。
[0010]图2是根据一个实施方式的选择性氧化方法的框图。
[0011]图3A和图3B是利用和未利用预烘烤(pre-baking)实现的选择性氧化和还原的图解表不图。
[0012]为了便于理解，在可能的情况下，已使用相同的参考数字来标示各图中共有的相同元件。预期一个实施方式中所披露的元件可有利地用于其他实施方式，而无需具体详述。
【具体实施方式】
[0013]本发明的实施方式大体涉及硅的选择性氧化方法。更具体而言，实施方式涉及硅的选择性氧化和用于去除原生氧化物(native oxide)的鹤的选择性还原。
[0014]在先进的CMOS装置中，硅相对于钨的选择性氧化是用于修复由于在S12电介质上的钨栅电极周围进行的离子注入或反应离子蚀刻(RIE)而造成的氧化硅损坏的重要工艺。本文所述的实施方式可用以在快速热处理(RTP)腔室或热熔炉中通过利用远程等离子体和热处理的组合对硅相对于其他非金属进行选择性地氧化。
[0015]本文并不意在受理论约束，在硅氧化期间引起的吉布斯自由能变化大于在钨氧化期间的吉布斯自由能变化，因此导致硅相对于钨的选择性氧化。在现有技术的氧化工艺中，反应涉及在高温和高压下输送至基板的氢和氧的水蒸汽或燃烧。高温可使钨晶须化(whiskering)，晶须化是来自钨的长晶体结构的形成，所述晶须化对装置性能可能是有害的。考虑到钨的晶须化，利用较低温度的选择性氧化将更有利于整体装置性能。
[0016]下面参照附图更明确地描述本发明的实施方式。
[0017]图1是根据一个实施方式的RTP腔室，所述RTP腔室具有远程等离子体源。本发明的实施方式所使用的RTP腔室可为能够在维持基板周围的大气条件的同时加热和冷却基板的任何类型的RTP腔室，诸如Centura热处理系统或Vantage RTP系统，上述系统可从位于美国加利福尼亚州圣克拉拉市(Santa Clara, CA)的应用材料公司(AppliedMaterials, Inc.)购得。可以设想，在不背离本发明的范围的前提下，包括来自其他制造商的腔室的其他热处理腔室也可用于本发明的实施方式。
[0018]RTP腔室可使用来自电阻热的加热，诸如在基板支撑件中形成的电阻加热元件；使用来自辐射热的加热，诸如来自加热灯的加热；或使用来自辐射能的加热，诸如来自激光退火系统的加热。
[0019]处理腔室100通常包括腔室主体101，所述腔室主体101界定处理区域110，基板102可在所述处理区域110中被热处理。基板102被安置在基板支撑件112上，所述基板支撑件112可帮助界定处理区域110。能量源103被配置成将辐射能105导向处理区域110。传感器108被设置在适当的位置以测量腔室主体101的内部中的部件的属性。在一个实施方式中，传感器108被配置成通过获得和测量来自基板102的辐射能而测量基板102的温度。传感器108可连接至系统控制器109，所述系统控制器109可被用来根据来自传感器108的测量结果而调整能量源103。
[0020]远程等离子体源120与处理腔室100相连接。用于本发明的实施方式的远程等离子体源可为能够被用来形成至少含氧的远程等离子体的任何类型的远程等离子体源，诸如可从位于美国马萨诸塞州安多佛市(Andover, MA)的MKS Instruments购得的R*evolut1nIII远程RF等离子体源。可以设想，在不背离本发明的范围的前提下，包括来自其他制造商的腔室的其他远程等离子体腔室也可用于本发明的实施方式。
[0021]远程等离子体源120通过第一管件122流体耦接至处理腔室100，所述第一管件122可能是视线管件(line of sight tubing)。氧气源126亦流体親接至远程等离子体源120，诸如感应耦合远程等离子体源。进一步的实施方式可包括惰性气体源128，所述惰性气体源128与远程等离子体源120耦接，以便产生可被输送到处理腔室100的处理区域110的氧气/惰性气体等离子体。
[0022]第一管件122将远程等离子体源120流体耦接至处理腔室100。在本