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CN119530764A - 材料层沉积方法、半导体处理系统和计算机程序产品 - Google Patents

材料层沉积方法、半导体处理系统和计算机程序产品 Download PDF

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CN119530764A
CN119530764A CN202411181596.XA CN202411181596A CN119530764A CN 119530764 A CN119530764 A CN 119530764A CN 202411181596 A CN202411181596 A CN 202411181596A CN 119530764 A CN119530764 A CN 119530764A
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CN202411181596.XA
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M·侯塞因
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Asmip Private Holdings Ltd
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Abstract

一种材料层沉积方法包括使含硅材料层前体流过室主体，并在室主体内形成含硅堆积物。将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中，使用含氯气(Cl2)填充物去除含硅堆积物的至少一部分，并且从室主体去除含氯气(Cl2)填充物和含硅蚀刻剂产物。还描述了半导体处理系统和计算机程序产品。

Description

材料层沉积方法、半导体处理系统和计算机程序产品
技术领域
本公开总体涉及将材料层沉积到衬底上。更具体地，本发明涉及从半导体处理系统内去除含硅堆积物，含硅堆积物是在将材料层沉积到支撑在半导体处理系统内的衬底上期间形成的。
背景技术
材料层通常在半导体器件(例如逻辑和存储半导体器件)的制造期间沉积到衬底上。材料层沉积通常通过在反应室内支撑衬底、将衬底加热到期望的材料层沉积温度以及在选择的环境条件下将衬底暴露于一种或多种材料层前体流以使材料层沉积到衬底上来完成。一旦材料层形成所需的一种或多种性质，材料层前体向衬底的流动停止，衬底从反应室去除以进行进一步处理，这适合于使用材料层形成的半导体器件。
在一些材料层沉积操作中，材料层沉积到衬底上可能伴随着反应室内的附带沉积堆积物。例如，附带沉积可以在反应室内的内部结构上堆积，例如在布置在反应室内并用于在材料层沉积到衬底上期间支撑衬底的衬底支撑结构上。附带沉积可替代地(或另外)堆积在反应室的内部表面上，例如在界定包含衬底的处理环境的反应室的内部表面上。并且附带沉积可能在反应室内的机械部件之间限定的间隙内堆积，例如在衬底支撑件和用于将衬底安置在衬底支撑件上和从衬底支撑件上移开的结构之间。在一些材料层沉积操作中，这种附带沉积会限制用于材料层沉积操作的反应室的可靠性。
存在各种对策来限制附带沉积对用于材料层沉积的反应室的可靠操作的影响。例如，可以从反应室去除内部结构，并使用异位去除技术去除附带沉积，例如通过机械去除和/或将该结构浸入酸浴内。可以使用原位去除技术来清洁反应室的内部和内部结构，例如通过在从反应室去除衬底之后并且在连续材料层沉积技术之前，使蚀刻剂流过反应室，例如通过使盐酸流过反应室来去除在材料层沉积期间在反应室内堆积的附带沉积。虽然对于它们的预期目的来说通常是令人满意的，但是异位和原位清洁技术会增加所有权的成本和/或限制用于材料层沉积的反应室的产量，通常是以与所用盐酸的量和清洁事件的持续时间相称的方式。
这种系统和方法对于它们的预期目的来说通常是令人满意的。然而，仍需要用于将材料层沉积到衬底上的改进的材料层沉积方法、半导体处理系统和计算机程序产品。本公开提供了对这种需求的解决方案。
发明内容
提供一种材料层沉积方法。一种材料层沉积方法包括使含硅材料层前体流过室主体，并且在室主体内形成含硅堆积物。将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中，使用含氯气(Cl2)填充物去除含硅堆积物的至少一部分，以及从室主体去除含氯气(Cl2)填充物和含硅蚀刻剂产物。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的其他示例可以包括：在使含硅材料层前体流过室主体之前，在室主体内支撑衬底；在含硅材料层前体流过室主体期间，将衬底暴露于含硅前体；使用含硅材料层前体将含硅材料层沉积到衬底上；以及在将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中之前，从室主体去除衬底。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的其他示例可以包括在使含硅材料层前体流过室主体之前，将氢气(H2)与含硅材料层前体混合。使含硅材料层前体流过室主体可以包括使与氢气(H2)混合的含硅材料层前体流过室主体。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的其他示例可以包括在引入含氯气(Cl2)填充物期间，室主体内的压力从约5托增加到约100托。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的其他示例可以包括形成含硅堆积物包括在室主体内的石英表面上形成含硅堆积物。蚀刻含硅堆积物的至少一部分可以包括至少部分地从室内的石英表面去除含硅堆积物。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的其他示例可以包括形成含硅堆积物包括在室主体内的暴露的碳化硅表面上形成含硅堆积物。蚀刻含硅堆积物的至少一部分可以包括至少部分地从室主体内的碳化硅表面去除含硅堆积物。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的其他示例可以包括将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中可以包括：使氮气(N2)流过室主体的内部；用氮气(N2)吹扫室主体的内部；将室主体的内部与排放源流体分离；以及将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体的内部中，同时室主体与排放源流体分离。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的其他示例可以包括将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中包括将室主体的内部内的压力从引入含氯气(Cl2)填充物开始时的第一压力增加到引入含氯气(Cl2)填充物结束时的第二压力。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的其他示例可以包括使含硅材料层前体流过室主体包括使用层流模式使含硅材料层前体流过室主体的内部。将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中可以包括使用湍流模式使含氯气(Cl2)填充物在室主体内流通。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的其他示例可以包括在用含氯气(Cl2)填充物蚀刻含硅堆积物的至少一部分期间旋转布置在室主体内的衬底支撑件。在旋转室主体内的衬底支撑件期间没有衬底可以安置在衬底支撑件上。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的其他示例可以包括：降低室主体的温度，同时将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中，并使用含氯气(Cl2)填充物蚀刻含硅堆积物的至少一部分；以及降低布置在室主体内的衬底支撑件的温度，同时将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体内，并使用含氯气(Cl2)填充物蚀刻含硅堆积物的至少一部分。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的其他示例可以包括含硅堆积物停留在室主体的上壁的内部表面上。室主体(例如形成室主体的透明材料)的温度可以比衬底支撑件的温度降低得更慢，以在蚀刻含硅堆积物期间限制含氯气(Cl2)填充物对衬底支撑件的碳化硅涂层的蚀刻。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的其他示例可以包括在将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中以及使用含氯气(Cl2)填充物蚀刻含硅堆积物的至少一部分期间，在室主体和布置在室主体内的衬底支撑件之间保持约140摄氏度和约175摄氏度之间的温差。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的其他示例可以包括在将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中以及用含氯气(Cl2)填充物蚀刻含硅堆积物的至少一部分期间，室主体的温度降低到约275摄氏度和约400摄氏度之间。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的其他示例可以包括在将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中以及使用含氯气(Cl2)填充物蚀刻含硅堆积物的至少一部分期间，布置在室主体内的衬底支撑件(例如覆盖块体石墨材料的碳化硅涂层)的温度降低到约400摄氏度和约575摄氏度之间。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的其他示例可以包括将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中包括：将氯气(Cl2)与氮气(N2)混合；以及向室主体提供混合的氯气(Cl2)和氮气(N2)。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的其他示例可以包括将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中包括以每分钟约50标准立方厘米和每分钟约500标准立方厘米之间将氯气(Cl2)引入到室主体中，同时关闭将室主体联接到排放源的隔离阀和压力控制阀中的任一个(或两个)。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，该方法的其他示例可以包括减少(或停止)提供给围绕固定到室主体的下壁的轴构件延伸并在其间限定间隙的管构件的轴吹扫流。轴构件可以延伸穿过管构件。管构件可以相对于布置在室主体内的衬底支撑件旋转固定，并被支撑以在室主体内围绕旋转轴线旋转。
提供了一种半导体处理系统。半导体处理系统包括第一前体源、氯气(Cl2)源、室主体、衬底支撑件、排放源和控制器。第一前体源包括含硅材料层前体，氯气(Cl2)源包括氯气(Cl2)。室主体由石英形成，并连接到第一前体源和氯气(Cl2)源。衬底支撑件布置在室主体内，由块体石墨材料形成，并具有碳化硅涂层。排放源通过隔离阀和压力控制阀联接到室主体。控制器可操作地连接到半导体处理系统，并且包括具有其上记录有指令的非暂时性机器可读介质的存储器，当被处理器读取时，指令使处理器：使来自第一前体源的含硅材料层前体流过室主体；使用含硅材料层前体在室主体内形成含硅堆积物；通过关闭隔离阀和压力控制阀中的任一个(或两个)，将含氯气(Cl2)填充物从氯气(Cl2)源引入到室主体中；用含氯气(Cl2)填充物蚀刻含硅堆积物的至少一部分；以及通过打开隔离阀和压力控制阀中的任一个(或两个)，从室主体去除含氯气(Cl2)填充物和含硅蚀刻剂产物。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，半导体处理系统的其他示例可以包括积聚在室主体的内部内的含氯气(Cl2)填充物。
提供了一种计算机程序产品。计算机程序产品包括：其上记录有指令的非暂时性机器可读介质，当被处理器读取时，指令使处理器：使含硅材料层前体流过室主体；在室主体内形成含硅堆积物；将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中；使用含氯气(Cl2)填充物蚀刻含硅堆积物的至少一部分；以及从室主体去除含氯气(Cl2)填充物和含硅蚀刻剂产物。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，半导体处理系统的其他示例可以包括含硅堆积物和界定含氯气(Cl2)填充物的暴露的碳化硅表面。
提供本发明内容是为了以简化的形式介绍一些概念。这些概念在以下公开内容的示例的详细描述中被进一步详细描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
附图说明
下面参照某些实施例的附图描述本文公开的本发明的这些及其他特征、方面和优点，这些实施例旨在说明而不是限制本发明。
图1是根据本公开的半导体处理系统的示意图，示出了向室装置提供氯气(Cl2)以从室装置去除附带沉积的前体输送装置；
图2是根据示例的图1的半导体处理系统的示意图，示出了连接到室装置以从室装置内去除附带沉积的氯源和氮源；
图3是根据示例的图1的室装置的示意图，示出了室装置的内部结构和将前体输送装置连接到室装置的流体导管；
图4至图7是根据本公开示例的图1的半导体处理系统的示意图，示出了在材料层沉积操作之间使用氯流吹扫并随后蚀刻的室装置；以及
图8至图14是材料层沉积方法的示例的框图，示出了根据材料层沉积方法的说明性和非限制性示例的材料层沉积方法的操作。
应当理解，附图中的元件是为了简单和清楚而示出的，并不一定是按比例绘制的。例如，图中一些元件的相对尺寸可能相对于其他元件被夸大，以帮助提高对本公开的所示实施例的理解。
具体实施方式
现在将参考附图，其中相同的附图标记表示本主题公开的相似的结构特征或方面。出于解释和说明而非限制的目的，根据本公开的半导体处理系统的局部视图在图1中示出，并且总体由附图标记100表示。在图2-14中提供了半导体处理系统、计算机程序产品和材料层沉积方法或其方面的其他示例，如将描述。本公开的系统和方法可用于去除在材料层沉积到支撑在半导体处理系统中的衬底上期间在半导体处理系统内形成的含硅堆积物，例如在具有单晶片横流室结构的半导体处理系统中沉积含硅外延材料层期间在石英表面和碳化硅表面上形成的堆积物，尽管本公开一般不限于外延材料层或任何特定的室结构。
参考图1，示出了半导体处理系统100。半导体处理系统100通常包括前体输送装置102、室装置104、排放源106和控制器108。前体输送装置102通过前体供应导管110连接到室装置104，并配置为向室装置104提供材料层前体10流。室装置104配置为将支撑在其中的衬底2暴露于材料层前体10，以将材料层4沉积到衬底2上，并且通过排放导管112连接到排放源106。排放源106流体联接到半导体处理系统100外部的外部环境12，并配置为将由室装置104发出的残余材料层前体和/或反应产物14流传送到外部环境12，并且可包括真空泵和类似洗涤器的消除设备中的一个或多个。在这方面，可以设想，排放导管112可以具有彼此串联连接并将排放源106联接至室装置104的隔离阀114和压力控制阀116，隔离阀114配置为将室装置104与排放源106流体分离，压力控制阀116配置为通过节流穿过室装置104的质量流来维持室装置104内的预定压力。
控制器108可操作地连接到前体输送装置102和室装置104，例如通过有线或无线链路118，并且配置为执行材料层沉积方法300(图8所示)的操作。在这方面，可以设想，控制器108配置成(a)使含硅材料层前体，例如第一材料层前体16(图2所示)流过包括在室装置104中的室主体144(图3所示)；(b)在室主体144内形成含硅堆积物32(如图4所示)；(c)将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体144中，例如含氯气(Cl2)填充物20(如图6所示)；(d)使用含氯气(Cl2)填充物20蚀刻含硅堆积物32的至少一部分；以及(e)从室主体144去除含氯气(Cl2)填充物和含硅蚀刻剂产物。可以设想，控制器108可以与计算机程序产品200合作完成上述操作中的一个或多个，并且计算机程序产品200又可以包括非暂时性机器可读介质，例如其中记录有指令的存储器，这些指令在被包含在控制器108中的处理器读取时使控制器108执行上述操作。
如本文所用，术语“衬底”可以指任何一种或多种底层材料，包括可被改性的或可在其上形成器件、电路或膜的任何一种或多种底层材料。衬底可以是连续的或非连续的；刚性的或柔性的；实心的或多孔的；及其组合。衬底可以是任何形式，例如(但不限于)粉末、板或工件。板状的衬底可以包括各种形状和尺寸的晶片，例如300毫米的晶片。
衬底可以由半导体材料形成，包括例如硅(Si)、硅锗(SiGe)、氧化硅(SiO2)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)。衬底可以包括图案或者可以是无图案的毯式衬底。例如，粉末形式的衬底可用于药物制造。多孔衬底可以包括一种或多种聚合物。工件的示例可以包括医疗设备(例如支架和注射器)、珠宝、工具设备、用于电池制造的部件(例如阳极、阴极或隔板)或光伏电池的部件等。
连续衬底可以延伸到发生沉积过程的处理室的边界之外。在一些过程中，连续衬底可以移动通过处理室，使得过程继续，直至到达衬底的末端。可以从连续衬底进给系统提供连续衬底，以允许以任何合适的形式制造和输出连续衬底。连续衬底的非限制性示例可包括薄片、非织造膜、卷、箔、网、柔性材料、成束连续细丝或纤维(例如陶瓷纤维或聚合物纤维)。连续衬底也可以包括其上安装有一个或多个非连续衬底的载体或薄片。
参照图2，示出了根据本公开示例的前体输送装置102。在所示示例中，前体输送装置102包括第一前体源120、第二前体源122和蚀刻剂源124。如本文所示和所述，前体输送装置102还包括稀释剂/载气源126、氯气(Cl2)源128和氮气(N2)源130。尽管在此示出和描述为具有某些元素和特定布置，但应当理解和明白，前体源可以包括在此示出和描述的其他元素和/或省略元素，或者具有与在此示出和描述的不同的布置，并且仍在本公开的范围内。
第一前体源120包括第一材料层前体16，并配置为向室装置104提供第一材料层前体16流。在这方面，可以设想，第一前体源120通过第一前体供应阀132联接到前体供应导管110。第一前体供应阀132又可以例如通过有线或无线链路118可操作地与控制器108相关，并且可以是质量流量控制器(MFC)或质量流量计量设备的部件。在这方面，前体输送装置102可以如Ma等人的发布于2021年7月6日的美国专利号11,053,591所示和所述，其内容通过引用整体并入本文。在某些示例中，第一材料层前体16可以包括含硅材料层前体，例如氯化含硅材料层前体和/或非氯化含硅材料层前体。合适的非氯化含硅材料的示例包括硅烷(SiH4)和乙硅烷(S2H6)。根据某些示例，第一材料层前体16可以包括氯化含硅材料层前体。合适的氯化含硅材料的示例包括二氯硅烷(SiH2Cl2)和三氯硅烷(HCl3Si)。根据某些示例，第一前体源120可以包括两种或更多种含硅材料层前体，并且仍在本公开的范围内。
第二前体源122类似于第一前体源120，并且在这方面通过第二前体供应阀134连接到室装置104。可以设想，第二前体源122另外包括第二材料层前体22，并且配置为通过第二前体供应阀134向室装置104提供第二材料层前体22流。在某些示例中，第二材料层前体22可以包括金属性材料，例如锗和/或镓。根据某些示例，第二材料层前体22可以包括含掺杂剂材料，例如p型掺杂剂和/或n型掺杂剂。合适的掺杂剂的示例包括磷(P)、硼(B)和砷(As)。根据某些示例，第二材料层前体22可以包括两种或更多种前述材料，并且仍在本公开的范围内。
蚀刻剂源124和稀释剂/载气源126也类似于第一前体源120，并且分别通过蚀刻剂供应阀136和稀释剂/载气供应阀138连接到前体供应导管110。蚀刻剂源124还包括蚀刻剂24，并配置为向室装置104提供蚀刻剂24流。在这方面，可以设想，蚀刻剂24可以与第一材料层前体16和/或第二材料层前体22中的任一个(或两个)共流到室装置104，例如以根据衬底2的暴露表面部分的成分提供材料层4的沉积的选择性。还可以设想，蚀刻剂24可独立于第一材料层前体16和第二材料层前体22中的任一个或两个提供给室装置104，例如以补充使用含氯气(Cl2)填充物20(图6中所示)执行的清洁。在某些示例中，蚀刻剂24可以包括盐酸(HCl)。可以设想，稀释剂/载气源126包括稀释剂/载气26，例如氢气(H2)和/或氮气(N2)，其可以与一种或多种第一材料层前体16和第二材料层前体22以及蚀刻剂24共流到室装置104，这适合于所采用的沉积技术。
氯气(Cl2)源128和氮气(N2)源130类似于第一前体源120，并且另外配置为向室装置104提供氯气(Cl2)28和氮气(N2)30流。在这方面，可以设想，氯气(Cl2)源128配置为通过氯供应阀140向室装置104提供氯气(Cl2)流28，以构成含氯气(Cl2)填充物20，并且氮气(N2)源130配置为通过氮供应阀142向室装置104提供氮气(N2)流30。有利地，与采用盐酸(HCl)的清洁技术相比，在前体输送装置102中引入氯气(Cl2)源128使得能够在相对低的温度下使用氯气(Cl2)清洁位于室装置104内的内部表面。更有利的是，包括氮气(N2)源130使得能够在将氯气(Cl2)引入到室装置104中之前吹扫室装置104，置换与氯气(Cl2)放热反应的材料，在室装置104内建立氮(N2)吹扫气氛之后，在用氯气(Cl2)清洁期间改善室装置104内的温度控制。
参考图3，示出了根据本公开示例的室装置104。在示出的示例中，室装置104包括室主体144、注射凸缘146和排放凸缘148。室装置104还包括上加热器元件阵列150、下加热器元件阵列152、分隔器154和衬底支撑件156。如本文所示和所述，室装置104还包括支撑构件158、轴构件160、提升销致动器162、管构件164以及提升和旋转模块166。尽管在本文中示出和描述为包括特定元件并具有特定架构，例如单晶片横流架构，但应该理解和明白，在本公开的其他示例中，室装置104可以包括额外的元件和/或排除在本文中示出和描述的元件，以及具有不同的架构，并且仍在本公开的范围内。
室主体144包括上壁168、下壁170、第一侧壁172和第二侧壁174。室主体144的上壁168在注射端176和纵向相对的排放端178之间纵向延伸，并且由透明材料180形成。可以设想，透明材料180对于红外波段内的电磁辐射是透明的，上壁168由此将上加热器元件阵列150产生的辐射能量传送到室主体144的内部182中。合适的透明材料的示例包括陶瓷材料，例如石英、熔融硅石和蓝宝石。室主体144的下壁170类似于室主体144的上壁168，也纵向跨越室主体144的注射端176和排放端178，并且通过室主体144的内部182与室主体144的上壁168进一步隔开。可以设想，第一侧壁172和第二侧壁174也类似于室主体144的上壁168，第一侧壁172将上壁168联接至下壁170，第二侧壁174也将上壁168联接至下壁170，并且另外由室主体144的内部182通过第一侧壁172隔开。如本文所示和所述，上壁168和下壁170是基本平面的，并且室主体144还具有围绕室主体144的外部横向延伸的多个外部肋。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，上壁168和下壁170中的任一个(或两个)可以限定弓形轮廓和/或圆顶状，和/或室主体144没有外部肋，并且仍在本公开的范围内。
上加热器元件阵列150支撑在室主体144的上壁168上方，并配置成将辐射热传送到室主体144的内部182中，例如使用红外波段内的电磁辐射。在这方面，上加热器元件阵列150可以包括在室主体144的上壁168上方彼此隔开的多个灯丝型灯。在某些示例中，上加热器元件阵列150可以包括多个线性灯丝型灯，这些灯在室主体144的第一侧壁172和第二侧壁174之间横向延伸，并且在室主体144的注射端176和排放端178之间彼此纵向隔开。下加热器元件阵列152可以类似于上加热器元件阵列150，另外支撑在室主体144的下壁170下方，并且还包括多个线性灯丝型灯。多个线性灯丝型灯可以在室主体144的注射端176和排放端178之间纵向延伸，并且在室主体144的第一侧壁172和第二侧壁174之间彼此横向隔开。可以设想，上加热器元件阵列150和下加热器元件阵列152中的任一个(或两个)可以包括灯泡型灯，并且仍在本发明的范围内。
分隔器154固定在室主体144的内部182内，并将室主体144的内部182分成上室184和下室186。可以设想，分隔器154限定穿过其中的分隔器孔188，分隔器孔188将上室184流体联接到下室186。可以设想，分隔器154由不透明材料190形成，例如对红外波段内的电磁辐射不透明的材料，并且衬底支撑件156(例如基座)支撑在分隔器孔188内，用于围绕旋转轴线192旋转R。合适的不透明材料的示例包括陶瓷材料，例如碳化硅。合适的不透明材料的示例还包括含碳材料，例如石墨和热解碳。
衬底支撑件156配置为在其上沉积材料层4期间支撑衬底2，例如使用边缘支撑技术。可以设想，衬底支撑件156可滑动地在其中接收多个提升销194，用于与提升销致动器162合作将衬底2安置在衬底支撑件156上和从衬底支撑件156上移开，并且衬底支撑件156通过支撑构件158和轴构件160可操作地联接到提升和旋转模块166。在这方面，可以设想，支撑构件158布置在室主体144的下室186内并且沿着旋转轴线192，相对于衬底支撑件156旋转固定，并且将支撑构件158联接到轴构件160。轴构件160又延伸穿过室主体144的下壁170，相对于支撑构件158旋转固定，并且通过支撑构件158将衬底支撑件156可操作地联接到提升和旋转模块166。可以设想，支撑构件158和轴构件160中的任一个(或两个)由透射材料形成，例如透明材料180，并且提升销致动器162围绕轴构件160周向延伸，并且在轴构件160的内部表面和轴构件160的外部表面之间限定间隙113。还可以设想，衬底支撑件156由不透明材料形成，例如涂覆有碳化硅或热解碳的整体石墨材料，并且仍在本公开的范围内。
控制器108包括设备接口196、处理器198、用户接口101和存储器103。设备接口196将处理器198连接到有线或无线链路118，并通过其连接到半导体处理系统100的其他元件(如图1所示)，例如连接到前体输送装置102和室装置104。处理器198可操作地连接到用户接口101，以通过其接收用户输入和/或提供用户输出，并且设置成与存储器103通信。存储器103具有记录在其上的多个程序模块105，程序模块105包含当被处理器198读取时使处理器198执行某些操作的指令。这些操作包括材料层沉积方法300(如图8所示)的操作，这将在下文中描述。
如上所述，在一些材料层沉积过程中，会在室主体144的内部182内形成堆积物。例如，含硅堆积物(例如含硅堆积物32)可以形成在室主体144的内部182内的石英表面上，例如在室主体144的上壁168的内部表面107(例如暴露的石英表面)上。一旦形成，这种堆积物会限制半导体处理系统100的可靠性，例如通过降低形成室主体144的透明材料180的透射率，并限制上加热器元件阵列150将辐射热传送到室主体144的内部182中的能力。含硅堆积物(例如含硅堆积物34)也可以形成在位于室主体144内的结构上，例如形成在衬底支撑件156的碳化硅表面上和/或多个提升销194中的一个或多个上。一旦形成，这种堆积物还会限制半导体处理系统100的可靠性，例如当堆积物形成或被带入在部件之间限定的机械间隙中时，否则这些部件会相对于彼此自由移动。
一种室清洁方法是向室主体144提供盐酸(HCl)流，以蚀刻沉积期间形成的含硅堆积物。尽管通常对其预期目的有效，但在一些半导体处理系统中，盐酸(HCl)会限制可靠性和/或增加半导体处理系统的拥有成本。在这方面，用盐酸(HCl)清洁室可能需要将被清洁的室主体加热到相对较高的温度以发挥功效，例如加热到比材料层沉积所需温度更高的温度，这增加了功率消耗，并且在室部件上施加了比处理过程中的热循环相关的更大的应变。盐酸(HCl)也会缩短室消耗品的使用寿命，例如通过蚀刻暴露的碳化硅涂层，否则需要保护下面的块体材料和保护形成该结构的块体材料。并且盐酸(HCl)酸本身对使用盐酸(HCl)酸进行室清洁的半导体处理系统施加了成本，例如由于在清洁过程中消耗的盐酸(HCl)酸的成本以及与在清洁过程中减少室释放的盐酸(HCl)相关的成本(例如环境成本)。此外，提供给室的大部分盐酸(HCl)可能永远不会接触(或蚀刻)作为去除目标的含硅堆积物，盐酸(HCl)反而流过室并直接进入洗涤器进行去除和消除。
为了避免一个或多个上述缺点，半导体处理系统100(图1所示)配置为使用氯气(Cl2)从室装置104内去除含硅堆积物。在这方面，半导体处理系统100配置为保持室主体144和室主体144内的内部结构之间的温差，例如上壁168和衬底支撑件156之间的温差，以限制用于从室主体144的上壁168的内部表面107去除含硅堆积物的氯气(Cl2)对衬底支撑件156的蚀刻。在另一方面，氯气(Cl2)填充物可用于室清洁，即室主体144的内部182充有或填充有氯气(Cl2)，同时与排放源106(图1所示)流体分离，相对于蚀刻剂流过室主体144的清洁技术，通过增加提供给室装置104的氯气(Cl2)的停留时间来限制清洁所需的蚀刻剂量。
参照图4-7，示出了从室装置104的内部182内形成并随后去除含硅堆积物。如图4所示，伴随着使用流过室主体144的含硅材料层前体将材料层4沉积到衬底2上，可以在室装置104内形成含硅堆积物。例如，含硅堆积物32可形成在透明材料180上，该透明材料180形成室主体144的上壁168的内部表面107。含硅堆积物34可替代地或另外形成在不透明材料190上，形成分隔器154、衬底支撑件156和/或多个提升销194中的一个或多个。如图5所示，室主体144的内部182此后可在去除含硅堆积物32和/或含硅堆积物34之前被吹扫，例如以去除可能与用于去除含硅堆积物32和/或含硅堆积物34的氯气(Cl2)反应的材料。如图6所示，含氯气(Cl2)填充物20然后可被引入到室主体144的内部182中，氯气(Cl2)从室主体144的内部182内蚀刻(并由此去除)含硅堆积物32和/或含硅堆积物34。含氯气(Cl2)填充物20的引入和/或蚀刻可在隔离阀114和PCV116中的一个或两个关闭的情况下完成，从而在蚀刻含硅堆积物42期间，构成含氯气(Cl2)填充物20的氯气(Cl2)28积聚在室主体144内。有利地，在将氯气(Cl2)28引入到室主体144中期间关闭隔离阀114使氯气(Cl2)根据湍流模式38在室主体144的内部182内流通，从而使室主体144的内部182充满氯气(Cl2)28，增加了到室主体144的排放端178的平均自由程，以限制清洁所需的氯气(Cl2)28量。如图7所示，含氯气(Cl2)填充物和含硅蚀刻剂产物40此后可从室主体144的内部182去除，例如通过打开隔离阀114和PCV116中的任一个(或两个)以再次将室主体144的内部182暴露于排放源106。
参考图4，可以通过例如多个提升销194与提升销致动器162结合闸阀109和衬底转移机器人111的协作来实现安置。然后使用上加热器元件阵列150和下加热器元件阵列152中的任一个(或两个)将衬底2加热到预定材料层沉积温度，并且含硅材料层前体流过室主体144，根据本公开的某些示例，在含硅材料层前体流到室主体144之前，衬底2支撑在室主体144内。可以设想，当含硅材料层前体流过室主体144时，衬底2会暴露于含硅材料层前体，并且室主体144内的环境条件得以维持，使得根据外延沉积技术使用含硅材料层前体将材料层4沉积到衬底2上。在这方面，可以设想，压力控制阀116(图1中所示)与排放源106(图1中所示)和隔离阀114(图1中所示)协作，使得排放源106中包括的一个或多个真空泵维持室主体144的内部182内的预定材料层沉积压力。
材料层4的沉积可以包括将稀释剂/载气例如稀释剂/载气26(如图2所示)与含硅材料层前体混合。含硅材料层前体和稀释剂/载气26可以通过注射凸缘146彼此混合，并且含硅材料层前体和稀释剂/载气26的混合物此后流过室主体144。在本公开的某些示例中，稀释剂/载气26可以包括与氯气(Cl2)放热反应的材料，例如作为非限制性示例的氢气(H2)。含硅材料层前体(以及在某些示例中，与稀释剂/载气26混合的含硅材料层前体)可以使用层流模式36流过室主体144的上室184，例如根据室主体144的注射端176与排放端178之间的上室184内限定的基本均匀的横截面流动面积。在某些示例中，轴吹扫可被提供给室主体144的下室186，例如使用由稀释剂/载气源126(图2中示出)经由在管构件164和轴构件160之间限定的间隙113提供的稀释剂/载气26流。根据某些示例，在材料层4的沉积期间，轴吹扫可包括氢气(H2)(或者由或基本由其组成)。
参考图5，吹扫室主体144的内部182可以在从室主体144去除衬底2(图1所示)之后和将含氯气(Cl2)填充物20(图6所示)引入到室主体144中之前完成。在这方面，氮气(N2)30流可被提供给室装置104，并流过室主体144的内部182，例如使用前体输送装置102(如图1所示)。氮气(N2)30可以吹扫室主体144的内部182，氮气(N2)30置换可能与氯气(Cl2)反应的材料，例如来自与含硅材料层前体混合的稀释剂/载气26(如图2所示)的残余氢气(H2)。可以设想，室主体144的内部182可以与排放源106(图1所示)和其中包括的一个或多个真空泵流体分离，同时氮气(N2)30被提供给室装置104，例如通过关闭隔离阀114和将室装置104联接到排放源106的PCV116中的任一个(或两个)。还可以设想，可以将含氯气(Cl2)填充物20引入到室主体144中，同时室主体144的内部182与排放源106(以及其中包括的一个或多个真空泵)流体分离。
参考图6，将含氯气(Cl2)填充物20引入到室主体144中可以通过向室装置104提供氯气(Cl2)28流来实现，例如使用前体输送装置102(图1所示)。含氯气(Cl2)填充物20可以一定的流量被引入到室主体144中，在该流量内，计量到室装置104的氯气(Cl2)流的MFC设备是准确的，例如在每分钟约50标准立方厘米和每分钟约500标准立方厘米之间。含氯气(Cl2)填充物20可被引入到室主体144中，同时隔离阀114(图1所示)和将室主体144联接至排放源106的PCV116(图1所示)中的任一个(或两个)关闭，室主体144的内部182由此与排放源106中包括的一个或多个真空泵流体分离。
将含氯气(Cl2)填充物20引入到室主体144中可通过将氯气(Cl2)28与氮气(N2)混合来完成。在这方面，来自氯气(Cl2)源128(图2所示)的氯气(Cl2)28可以与来自室主体144外部的氮气(N2)源130(图2所示)的氮气(N2)30(图2所示)混合，并且混合的氯气(Cl2)28和氮气(N2)30通过注射凸缘146传送到室主体144的内部182中。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，除了限制与其它类型稀释气体(例如氢气(H2))潜在相关的前述热效应之外，这使得能够异位稀释含氯气(Cl2)填充物20的浓度。
在本发明的某些示例中，将含氯气(Cl2)填充物20引入到室主体144中可以包括增加室主体144内的压力。在这方面，可以设想，室主体144的内部182内的压力可以从含氯气(Cl2)填充物20的引入开始时的第一压力(例如在从室主体144去除衬底2(图1所示)期间基本等于室主体144内的压力)增加到在含氯气(Cl2)填充物20引入到室主体144中结束时大于第一压力的第二压力。在某些示例中，引入含氯气(Cl2)填充物20可包括增加室主体144的内部内的压力，同时隔离阀114和PCV116中的任一个(或两个)关闭。在这方面，在将含氯气(Cl2)填充物20引入到室主体144期间，室主体144内的压力可以从约2托和约10托之间的范围内增加到约75托和约125托之间的范围内，例如从约5托至约100托。在引入含氯气(Cl2)填充物20期间，室主体144内的压力变化可逐渐增加，例如以对应于提供给室主体144的氯气(Cl2)质量流量的累积增加的方式，在引入含氯气(Cl2)填充物20期间，压力相对于时间线性增加。
室装置104的温度可维持在一定范围内，其中引入到室主体144的内部182中的氯气(Cl2)28用于蚀刻室主体144内的含硅堆积物，例如含硅堆积物32和含硅堆积物34，但不使室主体144的内部182内的结构的碳化硅表面脱碳，例如分隔器154、衬底支撑件156和多个提升销196中的一个或多个。在这方面，可以设想，形成室主体144的透明材料180和形成分隔器154和衬底支撑件156的不透明材料190的温度可以保持在约300摄氏度和约500摄氏度之间，同时含氯气(Cl2)填充物20停留在室主体144内。在这方面，在蚀刻含硅堆积物32期间，形成室主体144的透明材料180的温度(例如通过高温计在上壁的外表面处测量)可维持在约250摄氏度和约400摄氏度之间，例如约250摄氏度和约300摄氏度之间，或约300摄氏度和约350摄氏度之间，或甚至约350摄氏度和约400摄氏度之间。在蚀刻含硅堆积物34期间，形成衬底支撑件156的不透明材料190的温度(例如由布置在室主体144内并邻接衬底支撑件156的热电偶测量)可维持在约350摄氏度和约550摄氏度之间，例如在约350摄氏度和约425摄氏度之间，或在约425摄氏度和约500摄氏度之间，或甚至在约500摄氏度和约575摄氏度之间。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，这些范围内的温度避免需要将透明材料180和不透明材料190的温度升高到盐酸(HCl)去除含硅堆积物所需的温度，例如1000摄氏度或更高，通过消除对透明材料180和不透明材料190进行加热和随后冷却的需要，限制室清洁所需的时间。
相对于从室主体144卸载衬底2期间的温度，在将含氯气(Cl2)填充物20引入到室主体144中期间，室装置104内的温度可以降低。例如，在将含氯气(Cl2)填充物20引入到室主体144中和蚀刻含硅堆积物32的至少一部分期间，室主体144的上壁168(图3所示)的内部表面107(图3所示)的温度可以降低。在将含氯气(Cl2)填充物20引入到室主体144中和蚀刻含硅堆积物32的至少一部分期间，可以降低衬底支撑件156的上表面和下表面的温度。在某些示例中，当室装置高于完成清洁的温度并且低于材料层沉积的温度时，例如在约500摄氏度和约650摄氏度之间，可以从室装置104卸载衬底2。
可以设想，在引入含氯气(Cl2)填充物20和蚀刻含硅堆积物32的至少一部分期间，在室主体144和布置在室主体144内的衬底支撑件156之间保持温差。例如，在引入含氯气(Cl2)填充物20期间，可在室主体1444与衬底支撑件156之间维持介于约140摄氏度和约175摄氏度之间的温差。在某些示例中，相对于衬底卸载温度，在引入含氯气(Cl2)填充物20和用含氯气(Cl2)填充物20蚀刻含硅堆积物32期间，室主体144的温度可降低到约275摄氏度和约400摄氏度之间，并且相对于衬底卸载温度，在引入含氯气(Cl2)填充物20和用含氯气(Cl2)填充物20蚀刻含硅堆积物32的至少一部分期间，衬底支撑件156的温度可以降低到约575摄氏度和约400摄氏度之间。为此，提供给管构件164和轴构件160之间的间隙的轴吹扫可减少(或停止)或切换到不与氯气(Cl2)反应的气体，例如从氢气(H2)切换到氮气(N2)。有利地，将温差保持在这些范围内使得氯气(Cl2)28能够蚀刻(并由此去除)石英表面和碳化硅表面上的含硅堆积物，同时防止室主体144的内部182内的结构上的暴露的碳化硅表面的脱碳(并由此损坏)。
可以设想，提供给室装置104的氯气(Cl2)28可以填充室主体144的内部182，并使用湍流模式38在室主体内流通，尽管层流条件由室主体144的注射端176和排放端178之间的室主体144的均匀有效流动面积促进。在这方面，形成含氯气(Cl2)填充物20的至少一部分氯气(Cl2)28可被引入到室主体144中，同时隔离阀114和PCV116中的任一个(或两个)关闭，在没有氯气(Cl2)28被传送到压力控制阀116(图1所示)的间隔期间，至少一部分氯气(Cl2)28进入室装置104。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，在湍流模式38下将氯气(Cl2)28引入到室主体144中可以通过减少形成含氯气(Cl2)填充物20的氯分子之间的平均自由程来提高氯气(Cl2)28的效率，从而提高清洁循环时间。
根据某些示例，在蚀刻含硅堆积物32的至少一部分期间，衬底支撑件156可以在室主体144内围绕旋转轴线192旋转R，而没有衬底安置在衬底支撑件156上。鉴于本公开，本领域技术人员还将理解，旋转R衬底支撑件156可以将进一步的湍流引入到含氯气(Cl2)填充物20中，进一步提高清洁的效率以及限制氯气(Cl2)在衬底支撑件156处的停留时间，限制含氯气(Cl2)填充物20对衬底支撑件156的蚀刻。
参考图7，可通过打开隔离阀114和PCV116中的任一个(或两个)来完成含氯气(Cl2)填充物20和含硅蚀刻剂产物40的去除。打开隔离阀114和PCV116中的任一个(或两个)恢复室主体144的内部182与排放源106之间的流体连通。室主体144的内部182和排放源106(图1所示)之间的流体连通的恢复又使得排放源106能够从室主体144内抽出在蚀刻含硅沉积物32(图4所示)和含硅沉积物34(图4所示)以及由蚀刻过程产生的含硅蚀刻剂产物40之后剩余的含氯气(Cl2)填充物20的剩余部分，室装置104由此准备好将后续材料沉积到另一衬底上。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，通过隔离阀114和压力控制阀116(图1中示出)取出残余含氯气(Cl2)填充物20还可以从隔离阀114和PCV116中的任一个(或两个)以及排放导管112(例如系统前级管道)中去除堆积的含硅材料，进一步提高半导体处理系统100(图1中示出)的可靠性。
参照图8-12，示出了根据本公开示例的材料层沉积方法300。如图8所示，方法300包括使含硅材料层前体流过室主体，例如第一材料层前体16(图2所示)流过室主体144(图2所示)，如框302所示。方法300还包括将含硅材料层沉积到衬底上，例如使用含硅材料层前体形成的材料层4(图1所示)，并在室主体内形成含硅堆积物，例如含硅堆积物32(图4所示)，如框304和框306所示。可以设想，方法300可以包括使氮气(N2)流过室主体，例如氮气(N2)30(如图5所示)，以吹扫室主体，并且该方法还包括将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中，例如含氯气(Cl2)填充物20(如图6所示)，如框308和框310所示。还可以设想，含氯气(Cl2)填充物蚀刻含硅堆积物的至少一部分，且残余氯气(Cl2)和含硅蚀刻剂产物此后从室主体去除，例如残余氯气(Cl2)和含硅蚀刻剂产物40(如图7所示)，如框312和框314所示。如箭头316所示，清洁可以在室主体内处理每个衬底之后完成，例如在每个衬底处理之后清洁的操作模式中。如框318所示，清洁可以在处理室主体中的一个以上衬底之后完成，例如在多衬底处理操作模式中。
如图9所示，使含硅材料层前体流302过室主体可以包括将含硅材料层与含氢气(H2)载气或稀释剂气体，例如稀释剂/载气26(如图2所示)，以及将含硅材料层前体和氢气(H2)的混合物提供给室主体，如框320所示。使含硅材料层前体流302过室主体可以包括在层流条件下，使用层流模式，例如层流模式36(如图4所示)，使含硅材料层流过室主体，如框322所示。使含硅材料层流302过室主体可以包括使含硅材料层前体与蚀刻剂(例如蚀刻剂24(图2中示出))共流过室主体，如框324所示。在某些示例中，使含硅材料层流302过室主体可以包括使合金成分与含硅材料层前体共流过室主体，例如第二材料层前体22(如图2所示)，如框326所示。在这方面，可以设想，含硅材料层前体可以与含锗材料层前体和含掺杂剂材料层前体中的一种或多种共流，如框328所示。合适的含锗材料层前体的非限制性示例包括锗烷(GeH4)。合适的含掺杂剂前体的非限制性示例包括材料层前体，其包括p型或n型掺杂剂，例如砷(As)、硼(B)和磷(P)。
将含硅材料层沉积304到衬底上可以包括使用外延沉积技术沉积含硅材料，如框330所示。在这方面，材料层4可以相对于下面衬底的一部分是外延的(例如单晶)，如框330进一步所示。将含硅材料层沉积304到衬底上可以包括将硅锗层沉积到衬底上，如框332所示。将含硅材料层沉积304到衬底上可以包括将多个层沉积到衬底上，例如硅材料层和硅锗材料层的交替层对，也如框332所示。在某些示例中，沉积到衬底上的材料层可以用于形成具有三维(3D)架构的半导体器件，如框334所示。3D器件的示例包括3DDRAM存储器件、finFET器件和全栅(GAA)器件。
如图10所示，在室主体内形成306含硅堆积物可以包括在室主体内的暴露的石英表面上形成含硅堆积物，如框336所示。在这方面，可以设想，含硅堆积物可形成在形成室主体的一个或多个壁的内部表面上，例如室主体的上壁168(如图3所示)，也如框336所示。例如，含硅堆积物可形成在室主体内的石英表面上，如框349所示。含硅堆积物可以形成在室主体的上壁的内部表面上，如框337所示。可以设想，使用含氯气(Cl2)填充物蚀刻312(图8中所示)含硅堆积物可以包括从室主体内的石英表面去除含硅堆积物，如框339所示。
在室主体内形成306含硅堆积物可以包括在布置在室主体内的结构上形成含硅堆积物，如框338所示。在这方面，含硅堆积物可以形成在室主体内的暴露的碳化硅表面上，如框341所示。关于在此示出和描述的示例室装置，含硅堆积物可以形成在衬底支撑件、多个提升销和分隔器中的一个或多个上，如框343所示。可以设想，使用含氯气(Cl2)填充物蚀刻312含硅堆积物可以包括从布置在室主体的内部内的结构去除含硅堆积物，如框345所示。可以设想，含硅堆积物可以形成在暴露的石英表面和支撑在室主体内的结构上，并且蚀刻312室主体包括从石英表面和支撑在室主体的内部内的结构上去除堆积物，如框340和框347所示。还可以设想，形成含硅堆积物可以(至少部分地)在含硅层沉积到衬底上的相同时间间隔期间形成，如框340所示。
如图11所示，将氮气(N2)引入308室主体中可以包括从氮源，例如氮气(N2)源130(如图2所示)向室主体提供氮气(N2)，如框342所示。氮气(N2)可以通过室主体的注射端，例如室主体的注射端176(如图3所示)引入到室主体中，如框344所示。氮气(N2)可以通过连接到室主体的管构件引入室主体中，例如管构件164(如图3所示)，如框346所示。氮气(N2)可以通过室主体的注射端和管构件引入到室主体中，如框344和框346所示，然后流过室主体至排放装置。在将材料层沉积到衬底上之后，可以将氮气(N2)引入到室主体中，如框348所示。在从室主体去除衬底之后，可以将氮气(N2)引入到室主体中，如框350所示。
可以设想，在氮气(N2)流过室主体期间，没有衬底设置在室主体内，如框352所示。还可以设想，在将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中之前，向室主体提供将氮气(N2)，如框354所示。还可以设想，氮气(N2)通过从室主体的内部内置换残余含硅材料层前体和稀释剂/载气，在室主体内建立吹扫气氛(例如没有可能与氯气(Cl2)反应的材料的气氛)，如框356和框358所示。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，在将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中之前，置换可能与氯气(Cl2)反应的残余材料例如停留在室主体内的氢气(H2)可以限制与残余氢气(H2)潜在相关的热效应，例如由于残余氢气(H2)与提供给室主体的氯气(Cl2)的放热反应。
如图12所示，将含氯气(Cl2)填充物引入310到室主体中可以包括将室主体的内部与排放源，例如排放源106(如图1所示)流体分离，如框360所示。含氯气(Cl2)填充物可被引入到室主体的内部中，同时室主体与排放源流体分离，也如框360所示。流体分离可以通过关闭隔离阀和压力控制阀中的任一个(或两个)来实现，隔离阀通过压力控制阀将室主体联接到排放源，例如隔离阀114(图3所示)通过压力控制阀116(图3所示)将室主体联接到排放源106，也如框362所示。流体分离可以包括将室主体与压力控制阀流体分离，压力控制阀可操作地与室主体相关，并且配置为保持室主体的内部内的预定压力，也如框362所示。
将含氯气(Cl2)填充物引入310到室主体中可以包括在引入过程中增加室主体的内部内的压力，如框364所示。在这方面，室主体内的压力可以从开始将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中时的第一压力增加到结束将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中时的第二压力，第二压力大于第一压力，也如框364所示。在将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体的内部中期间，室主体内的压力可以逐渐增加。在某些示例中，室主体内的压力可根据含氯气(Cl2)填充物的引入开始和含氯气(Cl2)填充物的引入结束之间的基本线性函数而增加，如框366所示。根据某些示例，室主体内的压力可以根据含氯气(Cl2)填充物的引入开始和含氯气(Cl2)填充物的引入结束之间的基本反对数函数而增加，如框368所示。在某些示例中，室主体内的压力可以增加约5托和约100托之间，如框370所示。例如，在引入开始和引入结束之间，压力可以增加约5托和约25托之间，或约25托和约50托之间，或约50托和约75托之间，或甚至约75托和约100托之间。有利地，将压力增加到这些范围内使得能够清洁隔离阀114下游的部件，例如压力控制阀112，由于相对于室主体144相对较小的有效流动面积，压力随着室增加氯气(Cl2)在排放导管内的停留而增加。
将含氯气(Cl2)填充物引入310到室主体中可以包括将氯气(Cl2)，例如氯气(Cl2)28(如图2所示)与稀释剂/载气混合，如框372所示。氯气(Cl2)可以异位(例如在室主体的外部)与稀释剂/载气混合，并且氯气(Cl2)和稀释剂/载气的混合物被提供给室主体，也如374所示。可以设想，稀释剂/载气不同于与含硅材料层前体混合的稀释剂/载气，例如稀释剂/载气26(如图2所示)，并且在这方面，稀释剂/载气不与氯气(Cl2)反应，如框376所示。在这方面，氯气(Cl2)可以与氮气(N2)混合，例如氮气(N2)30(如图2所示)，如框378所示。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，异位混合氯气(Cl2)和氮气(N2)限制(或消除)氯气(Cl2)可能会蚀刻位于室主体的注射端附近的碳化硅表面的趋势，例如分隔器154(如图3所示)。
在某些示例中，氯气(Cl2)气体(或氯气(Cl2)和稀释剂/载气的混合物)可以介于约50标准立方厘米每分钟(SCCM)和约1000SCCM之间的质量流量被引入到室主体中，如框380所示。例如，氯气(Cl2)可以介于约50SCCM和约200SCCM之间，或介于约200SCCM和约400SCCM之间，或甚至介于约400SCCM和约1000SCCM之间的流量提供给室主体。可以设想，可以将氯气(Cl2)引入到室主体中，同时将室主体联接至排放源的隔离阀和压力控制阀中的任一个(或两个)关闭，也如框380所示。还可以设想，在将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体期间，提供给室主体的氯气(Cl2)的质量流量可以是基本恒定的，并且保持在本公开的范围内。有利地，在这些范围内的流量可以在可用于清洁的有限时间段期间提供足够的氯气(Cl2)质量，同时不需要升级在室装置中使用的消除设备，该室装置配置为在材料层沉积期间使用如盐酸(HCl)的蚀刻剂。
将含氯气(Cl2)填充物引入310到室主体中可以包括流通氯气(Cl2)，在室主体的内部内形成含氯气(Cl2)填充物，如框382所示。可以使用湍流模式，例如湍流模式38(如图6所示)来实现流通，如框384所示。在这方面，可以设想，由注射端和上室的排放端之间限定的基本均匀的有效流动面积所促进的正常层流模式被隔离阀和压力控制阀中的任一个(或两个)的关闭所扰乱，并且湍流模式使氯气(Cl2)在整个室主体的内部流通。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，这增加了引入到室主体中的氯气(Cl2)分子到室主体的排放端的有效平均路径，增加了清洁的效率和/或限制了清洁所需的氯气(Cl2)总质量，这是通过在室主体内存在层流条件时将氯气(Cl2)引入到不太容易接近或不容易接近(从而易于含硅堆积物积聚)的凹槽中实现的。
在某些示例中，在引入含氯气(Cl2)填充物期间和/或当含氯气(Cl2)填充物停留在室主体内时，布置在室主体内的衬底支撑件可以旋转，例如衬底支撑件156(图3中所示)，有助于(或引起)前述湍流模式，如框386所示。根据某些示例，在含硅堆积物的蚀刻期间，衬底支撑件可以旋转，也如框386所示。可以设想，在衬底支撑件旋转期间，衬底可被安置在衬底支撑件上，利用衬底支撑件的上表面的非平面形状，进一步促进含氯气(Cl2)填充物在室主体内的湍流，例如在停止氯气(Cl2)流入室主体之后以及在打开隔离阀和压力控制阀中的任一个(或两个)之前，如框388所示。
如图13所示，使用含氯气(Cl2)填充物蚀刻312含硅堆积物可以包括在将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中和用含氯气(Cl2)填充物蚀刻含硅堆积物中的至少一个期间降低室主体的温度，如框390所示。在这方面，在引入含氯气(Cl2)填充物和使用含氯气(Cl2)填充物蚀刻含硅堆积物期间，室主体(例如形成室主体的透明材料)的温度可降低到约400摄氏度和约275摄氏度之间，如框392所示。例如，室主体的温度可以降低到约400摄氏度和约350摄氏度之间，或约350摄氏度和约300摄氏度之间，或甚至约300摄氏度和约275摄氏度之间。有利地，将室主体的温度降低到这些范围内使得形成含氯气(Cl2)填充物的氯气(Cl2)能够蚀刻(并由此去除)含硅堆积物，而不会蚀刻形成室主体的透明材料，例如石英。
使用含氯气(Cl2)填充物蚀刻312含硅堆积物可以包括在将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中和用含氯气(Cl2)填充物蚀刻含硅堆积物中的至少一个期间降低布置在室主体的内部内的一个或多个结构的温度，如框394所示。在这方面，在引入含氯气(Cl2)填充物和/或使用含氯气(Cl2)填充物蚀刻含硅堆积物期间，布置在室主体内的衬底支撑件、分隔器和/或多个提升销中的一个或多个的温度(例如形成一个或多个上述结构的不透明材料的温度)可以降低到约575摄氏度和约400摄氏度之间，如框398所示。例如，室主体的温度可以降低到约575摄氏度和约525摄氏度之间，或约525摄氏度和约450摄氏度之间，或甚至约450摄氏度和约400摄氏度之间，也如框398所示。有利地，降低布置在室主体内的结构的温度—并将结构的温度保持在该范围内—可以限制(或消除)氯气(Cl2)蚀刻不透明材料形成结构的趋势，而不会削弱氯气(Cl2)蚀刻室主体内的含硅堆积物的能力，例如由块体碳化硅形成的结构或具有碳化硅涂层的结构。
使用含氯气(Cl2)填充物蚀刻312含硅堆积物可以包括比布置在室主体的内部内的结构的温度降低的速率更慢地降低室主体的温度(例如室主体的上壁的内部表面的温度)，如框301所示。例如，衬底支撑件和/或可滑动地容纳在衬底支撑件内的多个提升销的温度可以比布置在室主体内的衬底支撑件的温度降低得更慢，以限制形成衬底支撑件和提升销中的任一个(或两个)的碳化硅的蚀刻，如框303所示。室主体的温度可以比布置在室主体内的分隔件的温度降低得更慢，以限制形成分隔件的碳化硅的蚀刻，如框303所示。温度变化的幅度可以使用支撑在室主体上方的上灯阵列和/或支撑在室主体下方的下灯阵列中的任一个(或两个)来实现，例如上加热器元件阵列150(图3所示)和/或下加热器元件阵列152(图3所示)。例如，施加到上灯阵列和下灯阵列中的任一个(或两个)的功率可以下降(例如下降到标称值的约5％)到布置在室主体的内部内的内部结构的“自由落体”温度，利用形成该结构的不透明材料相对于形成该室主体的透明材料的发射率特性，通过关闭隔离阀和压力控制阀中的任一个(或两个)，在含氯气(Cl2)填充物被积聚在该室主体内的时间间隔内建立预定的温差范围。
在本公开的某些示例中，可以使用含氯气(Cl2)填充物蚀刻312含硅堆积物可以包括保持室主体和布置在室主体的内部内的结构之间的预定温差，如框305所示。在这方面，在引入含氯气(Cl2)填充物和/或使用含氯气(Cl2)填充物蚀刻含硅堆积物期间，室主体和布置在室主体的内部内的结构之间的温差可以保持在约140摄氏度和约175摄氏度之间，也如框305所示。例如，可以在室主体和布置在室主体的内部内的结构(例如衬底支撑件)之间保持约140摄氏度和约150摄氏度之间，或约150摄氏度和约160摄氏度之间，或甚至约160摄氏度和约175摄氏度之间的温差，也如框305所示。有利地，这种温差可以确保包含在含氯气(Cl2)填充物内的氯气(Cl2)在蚀刻室主体内的含硅堆积物时的功效，同时限制(或消除)对室主体的内部内的暴露的碳化硅表面的蚀刻。
如图14所示，将材料层沉积304到衬底上可以包括在使含硅材料层前体流过室主体之前将衬底安置在室主体内，如框307所示。然后，当含硅材料层前体流过室主体时，例如在根据层流模式流过室主体期间，衬底可暴露于含硅材料层前体，如框309所示。可以设想，使用含硅材料层前体将含硅材料层沉积到衬底上，且之后在引入含氯气(Cl2)填充物之前，将衬底从室主体去除，如框311所示。还可以设想，沉积和/或安置之前可以进行蚀刻剂淬火操作，如框315所示。在这方面，可以设想，在清洁之后和将衬底安置在室主体中之前，在打开隔离阀和压力控制阀中的任一个(或两个)之后，氢气(H2)流入室主体中，例如将残留在室主体内的残余氯气(Cl2)转化为盐酸(HCl)，如框315和框317所示。有利地，这防止清洁后残留在室主体内的残余氯气(Cl2)对衬底的蚀刻，因为盐酸(HCl)在典型的衬底装载温度下是不活泼的，而氯气(Cl2)在这样的装载温度下可能是活泼的。
在某些示例中，在将材料层沉积到衬底上期间，可以向连接到室主体的轴构件提供轴吹扫，例如向管构件164(图3中所示)提供轴吹扫，如框315所示。根据某些示例，轴吹扫气可以包括氢气(H2)，并且在将含氯气(Cl2)吹扫引入到室主体中之前，轴吹扫的成分可以从氢气(H2)切换到氮气(N2)，如框317所示。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，将轴吹扫从氢气(H2)切换到氮气(N2)气体可以限制在管构件内捕获的残余氢气(H2)的热效应，否则在从室主体内去除含硅堆积物期间，该热效应会对室主体内的温度控制产生影响。在某些示例中，在将含氯气(Cl2)吹扫引入到室主体中之后，可降低(或完全停止)轴吹扫的质量流量。
使用外延技术形成的材料层比如含硅材料层可以通过以下沉积到衬底上：在室内支撑衬底，将衬底加热到期望的材料层沉积温度，并在选择的环境条件下将衬底暴露于期望的材料层沉积温度，以使材料层沉积到衬底上。一旦材料发展出期望的特性，例如期望的厚度或电特性，就可以将衬底从室中取出，并送去进行进一步处理，以适合于正在制造的半导体器件。在一些材料层沉积操作中，例如当材料层前体和/或反应产物凝结在用于材料层沉积操作的室的内部表面上和/或位于室内的结构上时，例如用于支撑衬底的衬底支撑件上和/或在与室一起相对于彼此可移动的机械部件之间限定的机械间隙内，例如在材料层沉积操作期间可滑动地容纳在衬底支撑件内的提升销和安置衬底的衬底支撑件之间，可能在用于沉积操作的室内形成堆积物。
存在各种对策来管理室内的堆积物发展。例如，在一些沉积操作中，可以周期性地清洁室，以在材料层沉积操作之间去除堆积的材料。清洁可以通过将室加热到相对较高的温度，例如约1000摄氏度，并将盐酸(HCl)和氢气(H2)载体提供给室，从室内去除堆积的材料来完成。尽管通常满足其预期目的，但由于盐酸(HCl)流过室以从室内去除堆积材料所需的时间，这种室清洁会限制室的产量。此外，因为盐酸(HCl)流过该室，所以停留时间有限，并且相对于与形成堆积物的材料反应的盐酸(HCl)酸的量，可能需要相对大量的盐酸(HCl)，延长了清洁该室所需的时间，并且由于该室释放出大量未反应的盐酸(HCl)，增加了所有权成本。
在本文所述的示例中，使用氯气(Cl2)从用于材料层沉积的室内的内部表面和结构去除材料堆积物。根据某些示例，清洁在相对低的温度下完成，例如在约400摄氏度和约490摄氏度之间的室温度下。可以设想，通过关闭将室主体联接到排放源和/或真空泵的隔离阀和压力控制阀中的任一个(或两个)，室主体可以与用于在材料层沉积期间保持室主体内的减压(例如在约3托和约10托之间)的排放源和真空泵流体分离，通过增加到达室主体的排放端的平均自由程来分配室内的氯气(Cl2)。还可以设想，在将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中之前以及从室中去除含氯气(Cl2)填充物和蚀刻剂产物之后，可以用氮气吹扫室主体，并且使用含氯气(Cl2)填充物额外清洁反应器的前级管道。
所示出和描述的特定实施方式是对本发明及其最佳模式的说明，并不旨在以任何方式限制这些方面和实施方式的范围。实际上，为了简洁起见，系统的传统制造、连接、准备和其他功能方面可能没有详细描述。此外，各图中所示的连接线旨在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或物理联接。许多替代或附加的功能关系或物理连接可以存在于实际系统中，和/或在一些实施例中可以不存在。
应当理解，这里描述的配置和/或方法本质上是示例性的，并且这些具体实施例或示例不应被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。这里描述的特定例程或方法可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个。因此，所示出的各种动作可以所示出的顺序、以其他顺序来执行，或者在某些情况下被省略。
本公开的主题包括各种过程、系统和配置的所有新颖和非显而易见的组合和子组合，以及在此公开的其他特征、功能、动作和/或属性，及其任何和所有等同物。

Claims (20)

1.一种材料层沉积方法，包括：
使含硅材料层前体流过室主体；
在室主体内形成含硅堆积物；
将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中；
使用含氯气(Cl2)填充物蚀刻含硅堆积物的至少一部分；以及
从室主体去除含氯气(Cl2)填充物和含硅蚀刻剂产物。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在使所述含硅材料层前体流过所述室主体之前，在室主体内支撑衬底；
在含硅材料层前体流过室主体期间，将衬底暴露于含硅前体；
使用含硅材料层前体将含硅材料层沉积到衬底上；以及
在将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中之前，从室主体去除衬底。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在使所述含硅材料层前体流过所述室主体之前，将氢气(H2)与含硅材料层前体混合；并且
其中，使含硅材料层前体流过室主体包括使与氢气(H2)混合的含硅材料层前体流过室主体。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在引入所述含氯气(Cl2)填充物期间，所述室主体内的压力从约5托增加到约100托。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述含硅堆积物包括在所述室主体内的石英表面上形成含硅堆积物，并且其中，蚀刻含硅堆积物的至少一部分包括从室主体内的石英表面去除含硅堆积物。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述含硅堆积物包括在所述室主体内的暴露的碳化硅表面上形成含硅堆积物，并且其中蚀刻含硅堆积物的至少一部分包括从室主体内的碳化硅表面去除含硅堆积物。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述含氯气(Cl2)填充物引入到所述室主体中包括：
使氮气(N2)流过室主体的内部；
用氮气(N2)吹扫室主体的内部；
将室主体的内部与排放源流体分离；以及
将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体的内部中，同时室主体与排放源流体分离。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述含氯气(Cl2)填充物引入到所述室主体中包括将室主体的内部内的压力从引入含氯气(Cl2)填充物开始时的第一压力增加到引入含氯气(Cl2)填充物结束时的第二压力。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述含硅材料层前体流过所述室主体包括使用层流模式使含硅材料层前体流过室主体的内部，并且其中，将所述含氯气(Cl2)填充物引入到所述室主体中包括使用湍流模式使含氯气(Cl2)填充物在室主体内流通。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括在用所述含氯气(Cl2)填充物蚀刻所述含硅堆积物的至少一部分期间旋转布置在所述室主体内的衬底支撑件，其中，在旋转衬底支撑件期间没有衬底安置在衬底支撑件上。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括：
降低所述室主体的温度，同时将所述含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中，并使用含氯气(Cl2)填充物蚀刻所述含硅堆积物的至少一部分；以及
降低布置在室主体内的衬底支撑件的温度，同时将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体内，并使用含氯气(Cl2)填充物蚀刻含硅堆积物的至少一部分。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含硅堆积物停留在所述室主体的上壁的内部表面上，其中室主体的温度比所述衬底支撑件的温度降低得更慢，以在蚀刻含硅堆积物期间限制所述含氯气(Cl2)填充物对衬底支撑件的碳化硅涂层的蚀刻。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括在将所述含氯气(Cl2)填充物引入到所述室主体中以及使用含氯气(Cl2)填充物蚀刻所述含硅堆积物的至少一部分期间，在室主体和布置在室主体内的衬底支撑件之间保持约140摄氏度和约175摄氏度之间的温差。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，在将所述含氯气(Cl2)填充物引入到所述室主体中以及用含氯气(Cl2)填充物蚀刻所述含硅堆积物的至少一部分期间，室主体的温度降低到约275摄氏度和约400摄氏度之间。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，在将所述含氯气(Cl2)填充物引入到所述室主体中以及使用含氯气(Cl2)填充物蚀刻所述含硅堆积物的至少一部分期间，布置在室主体内的衬底支撑件的温度降低到约400摄氏度和约575摄氏度之间。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述含氯气(Cl2)填充物引入到所述室主体中包括：
将氯气(Cl2)与氮气(N2)混合；以及
向室主体提供混合的氯气(Cl2)和氮气(N2)。
17.根据权利要求1所述的方法，还包括，其中将所述含氯气(Cl2)填充物引入到所述室主体中包括以每分钟约50标准立方厘米和每分钟约500标准立方厘米之间将氯气(Cl2)引入到室主体中，同时关闭将室主体联接到排放源的隔离阀和压力控制阀中的任一个(或两个)。
18.根据权利要求1所述的方法，还包括减少(或停止)提供给围绕固定到所述室主体的下壁的轴构件延伸的管构件的轴吹扫流，轴构件延伸穿过管构件并在其间限定间隙，轴构件相对于布置在室主体内的衬底支撑件旋转固定，并被支撑以在室主体内围绕旋转轴线旋转。
19.一种半导体处理系统，包括：
包括含硅材料层前体的第一前体源和包括氯气(Cl2)的氯气(Cl2)源；
由石英形成的室主体，室主体连接到第一前体源和氯气(Cl2)源；
衬底支撑件，其包括布置在室主体内的具有碳化硅涂层的块体石墨材料；
排放源，其通过隔离阀和压力控制阀联接到室主体；以及
控制器，其可操作地连接到半导体处理系统，并且包括处理器和具有其上记录有指令的非暂时性机器可读介质的存储器，当被处理器读取时，指令使处理器：
使来自第一前体源的含硅材料层前体流过室主体；
使用含硅材料层前体在室主体内形成含硅堆积物；
通过关闭隔离阀和压力控制阀中的任一个(或两个)，将含氯气(Cl2)填充物从氯气(Cl2)源引入到室主体中；
用含氯气(Cl2)填充物蚀刻含硅堆积物的至少一部分；以及
通过打开隔离阀和压力控制阀中的任一个(或两个)，从室主体去除含氯气(Cl2)填充物和含硅蚀刻剂产物。
20.一种计算机程序产品，包括：
其上记录有指令的非暂时性机器可读介质，当被处理器读取时，指令使处理器：
使含硅材料层前体流过室主体；
在室主体内形成含硅堆积物；
将含氯气(Cl2)填充物引入到室主体中；
使用含氯气(Cl2)填充物蚀刻含硅堆积物的至少一部分；以及
从室主体去除含氯气(Cl2)填充物和含硅蚀刻剂产物。
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