CN105671631B - 一种原位清洗200mm-300mm外延设备基座背面的方法 - Google Patents

一种原位清洗200mm-300mm外延设备基座背面的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105671631B
CN105671631B CN201610082473.XA CN201610082473A CN105671631B CN 105671631 B CN105671631 B CN 105671631B CN 201610082473 A CN201610082473 A CN 201610082473A CN 105671631 B CN105671631 B CN 105671631B
Authority
CN
China
Prior art keywords
reaction chamber
cleaning
hcl
temperature
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610082473.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN105671631A (zh
Inventor
王震
梁兴勃
陈华
李慎重
邬幸福
杨胜聪
王振波
田达淅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZHEJIANG JINRUIHONG TECHNOLOGY CO LTD
Original Assignee
ZHEJIANG JINRUIHONG TECHNOLOGY CO LTD
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZHEJIANG JINRUIHONG TECHNOLOGY CO LTD filed Critical ZHEJIANG JINRUIHONG TECHNOLOGY CO LTD
Priority to CN201610082473.XA priority Critical patent/CN105671631B/zh
Publication of CN105671631A publication Critical patent/CN105671631A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105671631B publication Critical patent/CN105671631B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种原位清洗200mm‑300mm外延设备基座背面的方法，包括：在副进气口设置HCl/H2混合器，HCl和H2预先混合后通入反应腔室，控制外延生长时和反应腔室清洗时通入的HCl和H2的混合比例。本发明使得沉积在预热环和基座背面的硅和吸附的掺杂剂杂质得到了有效的清洗，可有效地抑制背景杂质的增加并提高基座上温度场的均匀性和稳定性，从而提升200mm‑300mm硅外延片质量及其稳定性。

Description

一种原位清洗200mm-300mm外延设备基座背面的方法
技术领域
本发明属于硅外延领域，特别涉及一种原位清洗200mm-300mm外延设备基座背面的方法。
背景技术
随着硅半导体技术的发展，硅材料的直径逐渐从125mm和150mm转向200mm和300mm。随着硅材料直径的增大，由传统切克劳斯基(Czochralski)法生长的硅单晶已经无法满足器件的要求，主要原因为用该工艺路线制备的硅材料，其原生缺陷(COP)随着直径的增大而大幅的增加，造成后续器件的电学性能以及成品率下降。
硅外延技术是解决传统切克劳斯基(Czochralski)法生长的硅单晶的原生缺陷(COP)有效手段之一，通过在表面平整的单晶硅基底片(通常为抛光片)上用化学气相沉积的方法生长一薄层的B或P掺杂的单晶硅层(通常叫做硅外延层，掺杂剂一般为B2H6或PH3)，不但可以调节硅外延层的电阻率。而且，由于外延过程中引入的氧含量比较低，完全避免了传统切克劳斯基法(Czochralski)生长的单晶硅中的原生缺陷(COP)产生。因此，可以大幅提高后续器件的电学参数和成品率。
在硅外延生长技术中，如何获得具有稳定电阻率和较少晶体缺陷的外延层一直是人们关注的热点。在硅外延生长过程中，硅外延层的电阻率由掺杂剂的量来调节，反应腔室中的背景杂质(主要为吸附在反应腔室中的B或P原子)对外延层电阻率也有很大的影响，降低背景杂质是提高电阻率稳定性的必要条件。同时均匀的温度场可以有效地抑制由温度梯度引起的滑移位错等缺陷。
在硅外延技术中，评价背景杂质的方法一般采用本征电阻率法。此方法是在生长过程中只通入硅源，测试外延层的电阻率；评价温度场均匀性的方法一般采用离子注入片电阻率法。此方法是把离子注入片传入腔室，在设定的温度下和规定的时间内烘烤，测试离子注入片的电阻率均匀性，来表征腔室内的温度场。
200mm-300mm硅片外延设备一般采用单片式平板外延设计(例如AMAT 5200)。其基本结构如图1所示：主要有主进气口，副进气口，反应室，预热环，基座，排气口，支撑旋转杆组成。其中，反应室的作用是为硅外延生长提供一个洁净的环境；预热环的作用是对基座的边缘提供保温，使基座的温度更加均匀；基座的作用是为硅基底片提供一个承载台；主进气口的作用是将外延生长用硅源(SiHCl3)和掺杂气体(B2H6或PH3)以及载气(H2)导入反应腔室内；副进气口的作用是把保护H2导入反应腔室，防止预热环和基座背面沉积Si和吸附掺杂剂原子(B或P)；排气口的作用是把副产物气体从此口排放出去。
外延生长的标准的工艺过程为：(1)外延生长步骤：在温度为680-850℃时，将单晶硅片送入基座上，待反应腔室中的温度升到1080-1180℃，通过主进气口通入反应气体(硅源SiHCl3，掺杂剂B2H6或PH3)进行生长，生长完成后，温度降至680-850℃取出硅片。在以上过程中，主进气口载气(H2)流量为30-90slm，副进气口保护气(H2)为8-15slm。(2)反应腔室清洗步骤：取出硅片后，将反应腔室中的温度升到1150-1190℃，通过主进气口通入清洗气体HCl，清洗腔室。在以上过程中，载气(H2)流量为5-20slm，副进气口保护气(H2)为8-15slm。
在实际生长过程中，若采用图1所示的标准设计和标准工艺，常会出现以下问题：外延生长步，部分反应气体(硅源SiHCl3，掺杂剂B2H6或PH3)通过预热环与基座之间的间隙进入预热环和基座下部，并沉积在其背面。但在反应腔室清洗步，因清洗气体主要图预热环与基座上部流动(极少部分气体会进入其下部)，不能完全清洗掉在外延生长步沉积在预热环和基座背面的硅。残存的沉积硅不但会影响整个反应腔室的洁净度(腔体背景杂质的主要来源)，而且会影响基座上温度场的均匀性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种原位清洗200mm-300mm外延设备基座背面的方法，该方法使得沉积在预热环和基座背面的硅和吸附的掺杂剂杂质得到了有效的清洗，可有效地抑制背景杂质的增加并提高基座上温度场的均匀性和稳定性，从而提升200mm-300mm硅外延片质量及其稳定性。
本发明的一种原位清洗200mm-300mm外延设备基座背面的方法，包括：
在副进气口设置HCl/H2混合器，HCl和H2预先混合后通入反应腔室，控制外延生长时和反应腔室清洗时通入的HCl和H2的混合比例，具体控制过程如下：外延生长时通入的HCl和H2的体积比为0:1(即纯H2，保证生长的均匀性)，反应腔室清洗时通入的HCl和H2的体积比为1:0.5-1:10(清洗基座和预热环的背面的硅以及吸附的杂质(B，Ph，As等))。
所述外延生长时反应腔室的温度为1120-1130℃，主进气口的气体流量为35slm-55slm，副进气口的气体流量为5slm-20slm。
所述清洗时反应腔室的温度为1150-1190℃，主进气口的气体流量为10slm-25slm，副进气口的气体流量为5slm-10slm。
清洗后反应腔室的温度降至680-850℃，副进气口的气体流量增大至20slm-30slm。
有益效果
本发明使得沉积在预热环和基座背面的硅和吸附的掺杂剂杂质得到了有效的清洗，可有效地抑制背景杂质的增加并提高基座上温度场的均匀性和稳定性，从而提升200mm-300mm硅外延片质量及其稳定性。
附图说明
图1为原有标准设备的腔体结构和气路示意图；其中，1为主进气口；2为预热环；3为基座；4为硅片；5为反应腔室；6为排气口；7为基座支撑杆；8为副进气口；
图2为本发明的腔体结构和气路示意图；其中，1为主进气口；2为预热环；3为基座；4为硅片；5为反应腔室；6为排气口；7为基座支撑杆；8为副进气口；9为HCl/H2混合器；
图3(a)为用原有标准设备在设备预防性维护后的温度场分布图；(b)为用原有标准设备累计生长10000um后的温度场分布图；
图4(a)为本发明在设备预防性维护后的温度场分布图；(b)为本发明累计生长10000um后的温度场分布图；
图5为用原有标准设备在设备预防性维护后和连续生长10000um后的本征SRP对比图；
图6为本发明设备预防性维护后和连续生长10000um后的本征SRP对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)将反应腔体的温度升到1190℃，经主进气口通入高纯HCl气体(载气流量为10slm)，副进气口通入H2和HCl混合气体(流量为5slm，HCl:H2＝1:2)，对整个反应腔室进行净化清洗，除去反应腔室内部吸附的杂质。清洗完毕后，温度降低到680℃。在降温过程中，主进气口载气流量为40slm，副进气口的流量为20slm(HCl:H2＝0:1)。
(2)将一片离子注入片传入到腔室，以10℃/sec的升温速率，将温度升到1180℃，并在该温度保温3min.然后温度降低到680℃取出离子注入片，测试离子注入片的电阻率分布，同时把离子注入片的电阻率分布根据转换关系公式转换成温度分布。此步骤中，主进气口的载气流量为40slm，副进气口H2和HCl混合气体流量为10slm。(HCl:H2＝0:1)
重复一次步骤(1)；
(3)将一片掺Sb的衬底片传入到腔室，以10℃/sec的升温速率，将温度升到1130℃，并通入反应气体SiHCl3，以3.5um/min的生长速率生长出厚度约40um的本征硅层。然后温度降低到680℃取出硅片，并用SRP测试本征层的电阻率。此步骤中，主进气口的载气流量为40slm，副进气口H2和HCl混合气体流量为10slm。(HCl:H2＝0:1)。
该反应腔室累计生长10000um后，重复步骤(1)-(3)。
对比设备预防性维护后和设备累计生长10000um后的本征电阻率和温度场分布可以看出，经过连续生长后，本征电阻率基本没有变化(如图6所示)，表明背景杂质基本无增加；温度场的温度差也基本没有变化(如图4所示)。
对比例1
(1)将反应腔体的温度升到1190℃，经主进气口通入高纯HCl气体(载气流量为10slm)，辅进气口通入H2(流量为5slm)，对整个反应腔室进行净化清洗，除去反应腔室内部吸附的杂质。清洗完毕后，温度降低到680℃。在降温过程中，主进气口载气流量为40slm,副进气口的流量为10slm。
(2)将一片离子注入片传入到腔室，以10℃/sec的升温速率，将温度升到1180℃，并在该温度保温3min.然后温度降低到680℃取出离子注入片，测试离子注入片的电阻率分布，同时把离子注入片的电阻率分布根据转换关系公式转换成温度分布。此步骤中，主进气口的载气流量为40slm，辅进气口H2流量为10slm。
重复一次步骤(1)；
(3)将一片掺Sb的衬底片传入到腔室，以10℃/sec的升温速率，将温度升到1130℃，并通入反应气体SiHCl3，以3.5um/min的生长速率生长出厚度约40um的本征硅层.然后温度降低到680℃取出硅片，并用SRP测试本征层的电阻率.此步骤中，主进气口的载气流量为40slm，辅进气口H2流量为10slm。
该反应腔室累计生长10000um后，重复步骤(1)-(3)。
对比设备预防性维护后和设备累计生长10000um后的本征电阻率和温度场分布可以看出,经过连续生长后，本征电阻从800ohm·cm下降到450ohm·cm(如图5所示)，表明背景杂质大幅增加；温度场的温度差从5℃增加到16℃(如图3所示)。
对比实施例1和对比例1的结果可以看出，使用改造后设备腔体和气路设计，并采用新的工艺方法可有效的抑制背景杂质的增加，提升温度场的均匀性和稳定性。

Claims (4)

1.一种原位清洗200mm-300mm外延设备基座背面的方法，包括：
在副进气口设置HCl/H2混合器，HCl和H2预先混合后通入反应腔室，然后进行反应腔室清洗和外延生长，控制外延生长时和反应腔室清洗时通入的HCl和H2的混合比例，具体控制过程如下：外延生长时通入的HCl和H2的体积比为0:1，反应腔室清洗时通入的HCl和H2的体积比为1:0.5-1:10。
2.根据权利要求1所述的一种原位清洗200mm-300mm外延设备基座背面的方法，其特征在于：所述外延生长时反应腔室的温度为1120-1130℃，主进气口的气体流量为35slm-55slm，副进气口的气体流量为5slm-20slm。
3.根据权利要求1所述的一种原位清洗200mm-300mm外延设备基座背面的方法，其特征在于：所述清洗时反应腔室的温度为1150-1190℃，主进气口的气体流量为10slm-25slm，副进气口的气体流量为5slm-10slm。
4.根据权利要求3所述的一种原位清洗200mm-300mm外延设备基座背面的方法，其特征在于：清洗后反应腔室的温度降至680-850℃，副进气口的气体流量增大至20slm-30slm。
CN201610082473.XA 2016-02-05 2016-02-05 一种原位清洗200mm-300mm外延设备基座背面的方法 Active CN105671631B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610082473.XA CN105671631B (zh) 2016-02-05 2016-02-05 一种原位清洗200mm-300mm外延设备基座背面的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610082473.XA CN105671631B (zh) 2016-02-05 2016-02-05 一种原位清洗200mm-300mm外延设备基座背面的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105671631A CN105671631A (zh) 2016-06-15
CN105671631B true CN105671631B (zh) 2020-08-11

Family

ID=56304089

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610082473.XA Active CN105671631B (zh) 2016-02-05 2016-02-05 一种原位清洗200mm-300mm外延设备基座背面的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105671631B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107400921A (zh) * 2017-07-27 2017-11-28 上海晶盟硅材料有限公司 外延设备保养方法
CN110670129A (zh) * 2019-09-27 2020-01-10 西安奕斯伟硅片技术有限公司 一种晶圆外延设备的处理方法和晶圆处理方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101295637A (zh) * 2008-06-17 2008-10-29 河北普兴电子科技股份有限公司 变容二极管用硅外延材料制备方法
CN104576307A (zh) * 2013-10-10 2015-04-29 有研新材料股份有限公司 一种消除12英寸单晶硅外延片表面微颗粒团聚的方法
CN104947183A (zh) * 2015-05-29 2015-09-30 中国电子科技集团公司第四十六研究所 一种肖特基器件用重掺薄磷衬底上硅外延层的制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009004557B4 (de) * 2009-01-14 2018-03-08 Siltronic Ag Epitaxierte Siliciumscheibe und Verfahren zur Herstellung von epitaxierten Siliciumscheiben

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101295637A (zh) * 2008-06-17 2008-10-29 河北普兴电子科技股份有限公司 变容二极管用硅外延材料制备方法
CN104576307A (zh) * 2013-10-10 2015-04-29 有研新材料股份有限公司 一种消除12英寸单晶硅外延片表面微颗粒团聚的方法
CN104947183A (zh) * 2015-05-29 2015-09-30 中国电子科技集团公司第四十六研究所 一种肖特基器件用重掺薄磷衬底上硅外延层的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105671631A (zh) 2016-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7329593B2 (en) Germanium deposition
CN106757324B (zh) 一种硅外延片的制造方法
US7402504B2 (en) Epitaxial semiconductor deposition methods and structures
US8268708B2 (en) Epitaxially coated silicon wafer and method for producing epitaxially coated silicon wafers
US7659207B2 (en) Epitaxially coated silicon wafer and method for producing epitaxially coated silicon wafer
US7682947B2 (en) Epitaxial semiconductor deposition methods and structures
KR101727544B1 (ko) 탄화 규소 반도체장치의 제조방법
CN103820849B (zh) 一种减压生产12寸单晶硅外延片的工艺
US8709156B2 (en) Methods for producing epitaxially coated silicon wafers
JP2000138168A (ja) 半導体ウェーハ及び気相成長装置
AU2016296147A1 (en) Growing expitaxial 3C-siC on single-crystal silicon
CN115029782A (zh) 一种碳化硅外延生长方法
CN105671631B (zh) 一种原位清洗200mm-300mm外延设备基座背面的方法
JP4782670B2 (ja) エピタキシャルＧｅ含有膜の成長方法及びエピタキシャル半導体成膜システム
CN116259534A (zh) 碳化硅外延方法
JP5589867B2 (ja) シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法
CN113913926A (zh) 外延反应腔室的恢复方法、外延生长装置及外延晶圆
JP3948577B2 (ja) 半導体単結晶薄膜の製造方法
EP0905288A1 (en) Process for preparing semiconductor monocrystalline thin film
JP2020126885A (ja) 成膜装置及び成膜方法
JP2018157138A (ja) エピタキシャルウェーハの製造方法
WO2008050476A1 (fr) Procédé de fabrication d'une plaquette de silicium épitaxiale et plaquette de silicium épitaxiale
CN117265654A (zh) 一种外延生长方法及外延晶圆
JP2004186376A (ja) シリコンウェーハの製造装置及び製造方法
TW202123322A (zh) 半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及程式

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant