CN104141169B - 一种用于锗硅外延生长的反应室、方法及半导体制造设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于锗硅外延生长的反应室、方法及半导体制造设备，涉及半导体技术领域。本发明提供的用于锗硅外延生长的反应室包括：反应腔体；设置于所述反应腔体内部的位置可调的支撑平台；其中，所述反应腔体被分成至少两个不同的反应区域，每个所述反应区域均相应设置有加热器，以保证在进行锗硅外延生长时在不同的所述反应区域形成不同的反应温度；所述支撑平台用于支撑和固定进行锗硅外延生长的晶圆，其可以被调节至任何一个所述反应区域。该反应室可以使晶圆在每个反应阶段被快速调节至具有所需温度的区域，提高了锗硅外延生长的效率。本发明的半导体制造设备以及用于锗硅外延生长的方法，使用了上述的反应室，同样具有上述优点。

Description

一种用于锗硅外延生长的反应室、方法及半导体制造设备

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种用于锗硅外延生长的反应室、方法及半导体制造设备。

背景技术

在未来的一段时间内，硅基互补型金属氧化物半导体(CMOS)场效应晶体管技术仍将是集成电路制造的主流技术。当前研究集成电路基础技术的目标在于获得更高的单元集成度、更高的电路速度、更低的单位功能的功耗和单位功能成本。在器件尺寸等比缩小的过程中，更高的集成度与工作频率意味着更大的功耗，减小电源电压VDD是减小电路功耗的一般选择，但VDD的降低会导致器件的驱动能力和速度下降。减小阈值电压、减薄栅介质厚度可提高器件的电流驱动能力，但同时会导致亚阈值漏电流和栅极漏电流的增加，从而增大静态功耗，这就是目前IC面临的“功耗-速度”困境。

提高器件沟道迁移率是解决上述困境的关键。在沟道迁移率大幅度提升的基础上，一方面可以采用较低的VDD和较高的阈值漏电压，同时又可以保证器件有足够的电流驱动能力和速度。对于PMOS晶体管来说，嵌入式锗硅(SiGe)技术能有效提高空穴迁移率，从而提高PMOS晶体管的性能。所谓嵌入式锗硅技术是指在紧邻PMOS晶体管沟道的硅衬底中形成SiGe外延层，SiGe外延层会对沟道产生压应力，从而提高空穴的迁移率。应用嵌入式锗硅技术来增强PMOS的沟道的压应力的技术方案，在45nm及以下工艺节点的半导体器件中，具有更有效的技术效果。

现有技术中，在半导体器件的制程中，进行锗硅外延生长（epi）需要在反应室内进行。现有的用于锗硅外延生长的反应室如图1所示，该反应室100包括反应腔体101，固定于反应腔体101内的支撑平台102，设置于反应腔体101四周的加热器103。其中支撑平台102用于支撑进行锗硅外延生长的晶圆400（晶圆400并非反应室100的组成部分），如图1所示。在现有技术中，支撑平台102是固定于反应腔体101内部的，其位置不能改变。在现有技术中，在反应过程（即进行锗硅外延生长的过程）中，反应腔体101内部各个位置的温度是趋于一致的。然而，在锗硅外延生长的不同反应阶段，比如待机（指反应室的待机阶段，即未进行锗硅外延生长）、前烘（pre-bake，即反应前对晶圆的预烘烤）、种子层（seed layer，具体指形成种子层的阶段）、主体层（bulk layer，具体指形成主体层的阶段）、盖帽层（即最终形成锗硅的盖帽层的阶段），需要的反应温度是不同的，相关的温度关系可以参照图2。因此，现有技术中必须通过不断改变加热器103的温度来改变反应腔体101的内部温度。然而，由于加热器103本身并不能快速改变温度，造成反应腔体101也无法快速改变内部的反应温度，尤其当需要将反应腔体101的内部温度调低的时候，这就导致每一个反应阶段（需要的时间为工艺时间）进行之前，都需要有一个准备时间，如图2所示。用于改变反应腔体101内的反应温度的“准备时间”，实际上占用了整个锗硅外延生长工艺时间的很大一部分，其严重制约了半导体器件的生产效率，影响了单位时间内的半导体器件的产量。

可见，现有技术中用于锗硅外延生长的反应室，由于无法在锗硅外延生成的每个反应阶段快速调节反应温度，制约了半导体器件的生产效率，影响了单位时间内的半导体器件的产量。因此，为解决上述问题，有必要提出一种新的用于锗硅外延生长的反应室。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于锗硅外延生长的反应室、方法及半导体制造设备。

本发明的一个实施例提供一种用于锗硅外延生长的反应室，所述反应室包括：

反应腔体；

设置于所述反应腔体内部的位置可调的支撑平台；

其中，所述反应腔体被分成至少两个不同的反应区域，每个所述反应区域均相应设置有加热器，以保证在进行锗硅外延生长时在不同的所述反应区域形成不同的反应温度；

所述支撑平台用于支撑和固定进行锗硅外延生长的晶圆，其可以被调节至任何一个所述反应区域。

其中，所述反应室还包括用于监测所述反应腔体的反应温度的温度监测装置。

其中，所述温度监测装置为多个，并且每个所述反应区域均相应设置有至少一个所述温度监测装置。

其中，所述温度监测装置可以在不同的所述反应区域之间移动。

其中，所述支撑平台的非支撑面设置有用于监测反应温度的温度监测装置。

其中，所述温度监测装置为带有高温计的感测器。

其中，所述反应室还包括：与所述支撑平台相连的用于调节所述支撑平台在所述反应腔体内的位置的电动马达。

本发明的再一个实施例提供一种半导体制造设备，其包括上述任一项所述的用于锗硅外延生长的反应室。

本发明的另一个实施例提供一种用于锗硅外延生长的方法，其使用上述任一所述的用于锗硅外延生长的反应室来实现，包括如下步骤：

步骤S101：将所述反应室的反应腔体的不同反应区域的温度调节至锗硅外延生长的不同反应阶段所需的反应温度；

步骤S102：通过调节支撑平台的位置将晶圆调节至具有第一反应阶段所需反应温度的反应区域进行反应；

步骤S103：待第一反应阶段结束后，立即通过调节支撑平台的位置将晶圆调节至具有第二反应阶段所需反应温度的反应区域进行反应。

其中，在所述步骤S103之后还包括步骤S104：

重复上述过程，待某一反应阶段结束立即通过调节支撑平台的位置将晶圆调节至具有下一反应阶段所需反应温度的反应区域，直至完成锗硅的外延生长。

本发明的用于锗硅外延生长的反应室，可以使晶圆在锗硅外延生成的每个反应阶段被快速调节至具有所需反应温度的反应区域，提高了锗硅外延生长的效率，进而提高了半导体器件的生产效率。本发明的半导体制造设备以及用于锗硅外延生长的方法，同样具有上述优点。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为现有技术中用于锗硅外延生长的反应室的结构示意图；

图2为利用现有技术的反应室进行锗硅外延生长时各阶段的温度和时间关系示意图；

图3为本发明提出的用于锗硅外延生长的反应室的结构示意图；

图4为利用本发明的反应室进行锗硅外延生长时各阶段的温度和时间关系示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该规格书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

除非另外定义，在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明领域的普通技术人员所通常理解的相同的含义。还将理解，诸如普通使用的字典中所定义的术语应当理解为具有与它们在相关领域和/或本规格书的环境中的含义一致的含义，而不能在理想的或过度正式的意义上解释，除非这里明示地这样定义。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明提出的用于锗硅外延生长的反应室、方法及半导体制造设备。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

实施例一

下面，参照图3和图4来描述本发明实施例提出的用于锗硅外延生长的反应室的示例性结构。其中，图3为本发明提出的用于锗硅外延生长的反应室的结构示意图；图4为利用本发明的反应室进行锗硅外延生长时各阶段的温度和时间关系示意图。

本实施例的用于锗硅外延生长的反应室如图3所示，该反应室200包括：反应腔体201，设置于反应腔体201内部的位置可调的支撑平台202；该反应腔体201被分成N个不同的反应区域，如图3中各虚线所分隔的区域，其中N为大于等于2的自然数；即反应区域至少为两个。其中，每个反应区域（简称“区域”）均设置有加热器203，以保证在进行反应（即锗硅外延生长）时可以在反应腔体201的N个不同的区域形成不同的温度，即可以将不同反应区域的温度调节至锗硅外延生长的不同反应阶段（比如待机、前烘、种子层、主体层、盖帽层阶段）所需要的反应温度。支撑平台202用于支撑和固定进行锗硅外延生长的晶圆600（晶圆600并非反应室200的组成部分），由于支撑平台202的位置可调，其可以根据对反应温度的实际需要被调节至该N个不同的区域。在本实施例中，示例性的，支撑平台202可以通过电动马达（图中未示出）进行位置调节（即反应室200还包括与支撑平台202相连的用于调节位置的电动马达，该电动马达可以设置于反应腔体之上）；当然，还可以通过其他可行方式（比如手动调节等）进行调节，此处不做限定。

进一步的，该反应室200还包括用于监测反应腔体201的内部温度（即反应温度）的温度监测装置204。示例性的，温度监测装置204设置于支撑平台202的非支撑面（即除用于支撑晶圆600的表面之外的位置），比如下表面，如图3所示。当温度监测装置204设置于支撑平台202的之上，可以即时监测晶圆600所处的反应区域的反应温度，可以更好地控制反应温度，提高产品良率。此外，温度监测装置204还可以设置于反应腔体201内的其他位置，当温度监测装置204为一个或数量少于反应区域时，应保证温度监测装置204可以移动，以即时监控每一个反应区域的温度。当然，也可以在每个反应区域均相应设置至少一个温度监测装置，以便更好地即时监测各个反应区域的温度。当然，当各个反应区域均设置有温度监测装置时，仍可以在支撑平台202至少设置温度监测装置，如此设置可以同时即时监测晶圆600所处的反应区域的反应温度以及各个反应区域的温度，具有更好的技术效果。

示例性的，上述的温度监测装置，可以为带有高温计的感测器。

需要指出的是，虽然在图3中示出了区域1、区域2、区域3……区域N（即反应区域大于3），但图3仅仅为示意之用的一个例子，实际应用时，“反应区域”可以为2个或3个，也可以为更多个。并且，加热器203并不一定设置于反应腔体201的外部，也可以根据实际需要设置于反应腔体201的内部，以节省热量。在图3中，反应腔体201内的带箭头的虚线，表示反应气体的流向。本实施例的反应室200，其他部分与现有技术中的反应室（比如图1）的结构基本相同，在此不再赘述。当然，后续针对用于锗硅外延生长的反应室的其他改进，如果不破坏本发明的设计点，也可以应用于本发明实施例的反应室200。

本实施例的用于锗硅外延生长的反应室，由于反应腔体201被分成N个不同的反应区域，每个反应区域可以设置为不同的反应温度，而设置于反应腔体201内部的支撑平台202的位置可调，因此可以将晶圆在锗硅外延生长的不同反应阶段快速调节至所需要的反应温度，省去了现有技术中的每个阶段的“准备时间”，而在不同的反应区域之间调节晶圆的位置所耗费的时间几乎可以忽略。利用本发明实施例的反应室进行锗硅外延生长，各阶段的温度和时间关系的示意图如图4所示。显然，本发明实施例的用于锗硅外延生长的反应室，可以使晶圆在锗硅外延生成的每个反应阶段被快速调节至具有所需反应温度的反应区域，提高了锗硅外延生长的效率，进而提高了半导体器件的生产效率，也即提高了单位时间内的半导体器件的产量。

实施例二

本发明实施例提供一种半导体制造设备，其包括上述实施例一的用于锗硅外延生长的反应室。

其中，本发明实施例的半导体制造设备，即半导体器件的制造设备，可以为包括上述反应室的单体设备，也可以为包括上述反应室的整个半导体生产线，此处不做限定。

本发明实施例的半导体制造设备，由于包括实施例一的用于锗硅外延生长的反应室，可以提高锗硅外延生长的效率，进而提高半导体器件的生产效率。

实施例三

本发明实施例提供一种用于锗硅外延生长的方法，其可以使用上述实施例一所述的用于锗硅外延生长的反应室。该方法包括如下步骤：

步骤一、将反应室的反应腔体的不同反应区域的温度调节至锗硅外延生长的不同反应阶段所需的反应温度；

步骤二、通过调节支撑平台的位置将晶圆调节至具有第一反应阶段所需反应温度的反应区域进行反应；

步骤三、待第一反应阶段结束后立即通过调节支撑平台的位置将晶圆调节至具有第二反应阶段所需反应温度的反应区域进行反应；

步骤四、重复上述过程，待某一反应阶段结束立即通过调节支撑平台的位置将晶圆调节至具有下一反应阶段所需反应温度的反应区域，直至完成锗硅的外延生长。

本发明实施例的用于锗硅外延生长的方法，可以使晶圆在锗硅外延生成的每个反应阶段快速调节至具有所需反应温度的反应区域，可以提高锗硅外延生长的效率，进而提高半导体器件的生产效率。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种用于锗硅外延生长的反应室，其特征在于，所述反应室包括：

一反应腔体；

设置于所述反应腔体内部的位置可调的支撑平台；

其中，所述反应腔体被分成至少两个不同的反应区域，每个所述反应区域均相应设置有加热器，以保证在进行锗硅外延生长时在不同的所述反应区域形成不同的反应温度；

所述支撑平台用于支撑和固定进行锗硅外延生长的晶圆，其可以被调节至任何一个所述反应区域。

2.如权利要求1所述的用于锗硅外延生长的反应室，其特征在于，所述反应室还包括用于监测所述反应腔体的反应温度的温度监测装置。

3.如权利要求2所述的用于锗硅外延生长的反应室，其特征在于，所述温度监测装置为多个，并且每个所述反应区域均相应设置有至少一个所述温度监测装置。

4.如权利要求2所述的用于锗硅外延生长的反应室，其特征在于，所述温度监测装置可以在不同的所述反应区域之间移动。

5.如权利要求1所述的用于锗硅外延生长的反应室，其特征在于，所述支撑平台的非支撑面设置有用于监测反应温度的温度监测装置。

6.如权利要求2至5任一项所述的用于锗硅外延生长的反应室，其特征在于，所述温度监测装置为带有高温计的感测器。

7.如权利要求1所述的用于锗硅外延生长的反应室，其特征在于，所述反应室还包括：与所述支撑平台相连的用于调节所述支撑平台在所述反应腔体内的位置的电动马达。

8.一种半导体制造设备，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的用于锗硅外延生长的反应室。

9.一种用于锗硅外延生长的方法，其特征在于，所述方法使用权利要求1至7任一项所述的用于锗硅外延生长的反应室来实现，包括如下步骤：

步骤S101：将所述反应室的反应腔体的不同反应区域的温度调节至锗硅外延生长的不同反应阶段所需的反应温度；

步骤S102：通过调节支撑平台的位置将晶圆调节至具有第一反应阶段所需反应温度的反应区域进行反应；

步骤S103：待第一反应阶段结束后，立即通过调节支撑平台的位置将晶圆调节至具有第二反应阶段所需反应温度的反应区域进行反应。

10.如权利要求9所述的用于锗硅外延生长的方法，其特征在于，在所述步骤S103之后还包括步骤S104：

重复上述过程，待某一反应阶段结束立即通过调节支撑平台的位置将晶圆调节至具有下一反应阶段所需反应温度的反应区域，直至完成锗硅的外延生长。