CN107636816A - 对生长外延晶片的反应器的重操作进行准备的方法 - Google Patents
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Abstract
作为重新操作对晶片进行外延生长的反应室的准备阶段，实施例包括以下步骤：将基座保持在预设的第一位置，所述基座被提供于所述反应室内部并且其上放置有晶片；将通过主阀引入氢气的流量设置为比通过狭缝阀引入氢气的流量大；将基座移动到预设的第二位置，在基座保持在第二位置的同时将通过主阀引入氢气的量设置为比通过狭缝阀引入氢气的量小。因此，反应室下部停滞的湿气和污染物可以随着氢气的流动朝排气孔顺利地排出。
Description
技术领域
本公开涉及室中的重操作准备过程，更具体地涉及一种重操作准备方法，该方法用于在完成外延晶片生长后，形成去除了室中残留的湿气和杂质的环境，以执行后续外延过程。
背景技术
可以通过如下过程来制造传统硅晶片：单晶生长过程、切片过程、打磨过程、包装过程、抛光过程、和用于去除晶片抛光后附着到晶片的研磨物或异物的清洗过程。通过上述过程制造的这种晶片可以称为抛光晶片，通过在抛光晶片上生长另一单晶层(外延层)而制造的晶片可以称为外延晶片。
外延晶片可具有如下特性：缺陷比抛光晶片的缺陷少，以及杂质的浓度和种类可控。此外，由于外延层的高纯度和较好的晶体特性，外延层可以有利于提高半导体器件的产率和器件性能。化学气相沉积可以是在诸如半导体晶片之类的物体上生长材料以形成薄层的过程。因此，导电层可以被沉积在晶片上，使得晶片具有所期望的电特性。
用于在晶片表面上沉积外延层的化学气相沉积装置包括：执行外延层沉积的处理室，安装在反应室中的基座，放置在反应室上部和下部的加热灯，往晶片上注入源气的注气单元。通过注气单元注入的源气可以被注入到位于基座上的晶片上，以形成外延层。
当在外延反应器的室中完成在高温下执行的外延过程以在晶片上生长外延层时，反应室中可能存在包含金属杂质的湿气。当反应室中存在杂质时，可能难以制造高质量的外延晶片。因此，完成制造外延晶片的过程后，必须去除室中残留的杂质以形成再次进行外延过程的环境。
当说明根据相关技术的用于对外延反应器进行重操作的方法时，将氮气注入具有室温的室中，持续三小时，以清理室内的杂质颗粒。然后，当室的内部温度升高后室的内部在预定时间内保持高温时，执行使用氢气进行烘烤的过程，以去除残留的湿气或杂质。
然而，在这种方法中，氢气在室内可能不是沿竖直方向流动，而是沿水平方向流动。因此，残留的湿气或金属污染物仍然可能存在于室的下部。这里，上述条件下生产的外延晶片的质量可能很难得到保证。
发明内容
技术问题
实施例提供了一种方法：在烘烤过程期间流经处理室内提供的基座下部的氢气向上流动，以将处理室下部停滞的污染物排放到处理室外面，从而减少制造外延晶片的反应器的重操作准备过程中反应器的重操作时间。
技术方案
在一个实施例中，晶片上进行外延生长的反应室的重操作准备过程包括：将基座放置于预设的第一位置，其中基座被提供于反应室内并且晶片放置于基座上，设置通过主阀引入氢气的流量以使得该流量比通过狭缝阀引入氢气的流量大；将基座移动到预设的第二位置，并且在基座保持在第二位置的同时设置通过主阀引入的氢气量以使得该氢气量比通过狭缝阀引入的氢气量小。
第一位置可以被设置为与基座外圆周上放置的预热环具有相同的高度，第二位置可以被设置为比第一位置低预定高度。
有益效果
在外延晶片生长的反应器准备方法中，可以形成不稳定的环境，以使反应室内部流动的气体以垂直方向流动，从而有效地排出反应室下部停滞的湿气和污染物。
根据实施例，由于反应室下部停滞的污染物得到快速去除，可以减少达到MCLT最小值以执行反应器重操作所需的时间。因此，可以减少执行反应器重操作所需的准备时间，以提高外延晶片的产率。
附图说明
图1是外延生长装置的视图，即示出了处理室内执行烘烤过程时基座第一位置的剖视示意图。
图2是外延生长装置中基座的俯视图。
图3是示出了根据实施例的在外延生长装置的重操作准备过程中基座从预热环的高度下降预定距离到以移动到第二位置的状态的剖视图。
图4是示出了根据相关技术和实施例的外延反应器准备过程中反应室内少数载流子寿命(MCLT)水平的曲线图。
图5是示出了根据表1实施例的外延反应器准备过程中基座的高度变化时少数载流子寿命水平的曲线图。
具体实施方式
虽然已参考附图详细描述了实施例，但是本公开不限于实施例。此外，将省略与已知功能或配置相关的详细描述，以避免不必要地模糊本公开的主题。
实施例提供了一种方法：外延反应器(反应器)中的过程条件和基座位置发生改变，以使外延反应器下部中停滞的污染物向上移动，从而形成上升流。
图1是外延生长装置的视图，即示出了处理室内执行烘烤过程时基座第一位置的剖视示意图。
参考图1，外延生长装置100可以包括：上衬板105，下衬板102，上盖106，下盖101，基座107，预热环108，基座支承件109，供气口103，排气口104和主轴110。
与供气管线相连接的供气口103可以设置在外延生长装置100的一侧，与排气管线相连接的排气口104可以设置在外延生长装置100的另一侧。另外，外延生长装置100可以包括下盖101和上盖106。
下衬板102可以被设置为围绕基座107，上衬板105可以被设置为面对下衬板102的上部。预热环108可以具有沿着下衬板102内表面的一个环形，且预热环位于下衬板102上，其中下衬板102的该内表面与基座107相邻。另外，预热环108可以被设置为围绕基座107，以使供应到晶片上的气体具有均匀温度。
基座107可以是外延反应期间在其上安装晶片的部分。基座107可以被提供为由诸如碳石墨和碳化硅之类的材料制成的板。基座107可以由主轴110和基座支承件109支承，主轴110设置在基座107的下部，基座支承件109在基座107的边缘方向分成若干部分。如图1所示，可以在基座107固定到和预热环108具有相同高度的第一位置的状态下执行外延过程。
为了制造外延晶片，反应室内在高温下气相生长外延层。因此，如果在外延层生长时反应室中存在金属杂质或残余湿气，则所制造的外延晶片可能受到金属杂质的污染。因此，外延晶片的质量可能很难得到保证。
因此，执行各种过程后，可以在反应室内执行预防性维护(PM)。这里，在执行防护性维护后，在反应室内会产生残留的湿气。一种在执行PM后对外延生长装置重新进行操作的过程可以包括：将氮气注入具有室温的室，持续三小时，以清理反应室内的杂质颗粒的过程；将反应室内部提高到预定温度的过程；在将温度升高后的反应室在预定时间内保持高温的同时使用氢气执行烘烤处理的过程；确认反应室中是否存在掺杂物的过程；以及去除反应室中残留的金属污染源的过程。
可以在温度升高后的反应室内执行烘烤处理的过程中执行的上述过程。因此，通过反应室的重操作准备过程，可以有效地排出反应室内残留的湿气和污染物。
图2是外延生长装置中基座的俯视图。
参考图2，主阀111设置在基座107上方，位于具有进气孔的上衬板105的一侧。通过主阀111引入氢气，氢气是承载气体，用于移动反应气体和移动反应过程期间产生的杂质。引入的氢气可以在基座顶面上以方向A流动，方向A是排气方向。
而且，狭缝阀112以与和主阀111垂直的方向设置在基座107下方。可以通过狭缝阀112引入氢气，氢气是承载气体，用于移动反应气体和移动反应过程期间产生的杂质。通过狭缝阀112引入的氢气可以流向基座107下侧。然而，氢气可以以方向B流动，但实质上由于排气孔的吸力，氢气会基本上偏向方向A流动。
即，通过主阀引入的氢气可以在基座107顶面和上盖106之间以方向A流动。通过狭缝阀引入的氢气可以是以垂直于主阀的方向B引入，以从基座的下侧移动到排气孔。
图3是示出了根据实施例的外延生长装置的重操作准备过程中基座从预热环的高度下降预定的距离以移动到第二位置的状态的剖视图。
参考图3，在外延生长装置100重操作的准备过程中，基座在预设的第一位置和预设的第二位置之间移动的同时，可以在反应室内执行烘烤过程。预设的第一位置可以是设置为与基座外圆周上放置的预热环108具有相同高度的位置，预设的第二位置可以是如下位置：在该位置，基座从第一位置下降预定高度。
即，根据实施例，外延生长装置100重操作的准备过程中在反应室内执行烘烤过程时，基座107可以周期性地上升或下降，以改变氢气沿基座107上部和下部的流动路径。
特别地，在外延生长装置100重操作的准备过程中，基座107可以在预定时间内保持在和预热环108具有相同高度的第一位置。在基座设置在执行外延过程的第一位置的状态下，通过主阀引入的氢气的流量可以被设置为大于通过狭缝阀引入的氢气的流量。这里，可以通过主阀以约90slm(每分钟标准升)的流量引入氢气，并且可以通过狭缝阀以约20slm的流量引入氢气。
然后，在反应室的内部温度升高达到预定温度的过程中，基座107可以移动朝下盖101的方向下降了预定高度H的第二位置，然后保持预定时间。在一个实施例中，在基座移动到第二位置的同时，通过主阀和狭缝阀中的每个阀引入的氢气的流量可以发生改变。在一个实施例中，当基座移动到第二位置时，通过狭缝阀引入的氢气的流量可以被设置为大于通过主阀引入的氢气的流量。在基座移动到第二位置时，通过狭缝阀引入的氢气可以移动到基座上侧。因此，通过狭缝阀引入的氢气的流动路径可以发生改变。
即，由于基座设置在第二位置，则通过狭缝阀引入的氢气可以沿流向C流动，在流向C，氢气上升至通过主阀引入的氢气的流动路线。流向C可以造成反应室内的动态状况不稳定，因此，可以产生反应室下部残留的湿气和污染物的流动，然后随氢气的流动排到反应室外面。
在一个实施例中，基座周可以期性地上升或下降，同时，通过主阀引入的氢气的流量可以变为小于通过狭缝阀引入的氢气的流量。优选地，当基座下降时，通过主阀引入的氢气可以被设置为具有约5slm到约20slm的流量，通过狭缝阀引入的氢气可以被设置为具有约30slm的最大流量。
表1示出了根据实施例的外延生长装置重操作的准备过程中在烘烤过程期间执行的方案。
【表1】
如表1所示，烘烤过程期间执行的一个循环总共可以有12个过程。可以执行三次上述循环。在每个循环中，反应室内部保持在特定温度的阶段和反应室内部变化到预定温度的阶段可以是反复的。
首先，第一个过程中，可以升高反应室的温度，以使反应室内部稳定在预定温度最长300秒(最长时间)。这里，基座可以设置在执行外延过程的第一位置“第一”，可以通过主阀以约90slm的流量引入氢气，可以通过狭缝阀以约20slm的流量引入氢气。
然后，第二个过程中，反应室内部可以被设置为具有与第一过程中的温度不同的温度。因此，反应室的内部温度可能升高或降低。第二个过程中，基座可以被保持在第一位置最长60秒，可以通过主阀以约90slm的流量以及通过狭缝阀以约20slm的流量持续地引入氢气。
第四个过程中，第一个过程和第二个过程可以反复执行。第五个过程中，基座下降预定高度以移动到第二位置“第二”的同时，氢气的流量可以发生变化，使得通过主阀以约20slm的流量引入氢气，而通过狭缝阀以约30slm的流量引入氢气。这里，第五个过程可以最长执行300秒。
第六个过程中，反应室的内部温度变化最长60秒的过程和内部温度稳定最长300秒的过程可以反复执行直到第十一个过程。这里，可以通过主阀以约90slm的流量引入氢气到反应室中，可以通过狭缝阀以约20slm的流量引入氢气到反应室中。这里，第九个过程中，基座的位置可以再次改变到第二位置，且通过狭缝阀引入的氢气的流量可以被设置为大于通过主阀引入的氢气的流量。
如上所述，这12个过程可以形成一个循环。在一个实施例中，由于重复该循环四次，因而可以减少反应室内残留的湿气和污染物，从而减少了外延生长装置的重操作时间。
即，在一个实施例中，基座的位置改变时，通过主阀和狭缝阀引入的氢气的流量可以调换。因此，流经狭缝阀的氢气可以向上移动，以使未排到外面而截留在反应室下部的湿气和污染物移动到基座上侧，从而导致湿气和污染物排放到反应室外面。之所以这样做，是因为向下流动的氢气流量反而大于向上流动的氢气流量，同时，基座向下移动以给氢气向下流动提供流动路径。即，可以看出，沿着基座下侧流动的氢气的流动路径改变为基座上侧。
图4是示出了根据相关技术和实施例的外延反应器准备过程中反应室内少数载流子寿命(MCLT)水平的曲线图。特别地，根据实施例，当在基座的位置发生变化的同时在处理室内执行烘烤过程时，比较处理室内的MCLT水平。
MCLT可以成为决定外延生长装置的重操作是否完全准备好的一个衡量标准。MCLT可以表示极少数电子重组需要的平均时间。反应室内的杂质量越多，MCLT越小。一般地，在重操作的准备过程中，可以执行重操作准备过程的多种过程直到MCLT达到预定值为止。
在图4的曲线图中，横轴表示外延晶片的虚拟运行次数，竖轴表示MCLT值。和根据相关技术的MCTL相比，在应用上述方法的反应室中，当反应室内执行烘烤过程时，MCTL可以显著增大。在一个实施例中，可以看出，虚拟运行次数增加时，和根据相关技术的方法相比，MCLT增大至少两倍。这表明反应室的重操作时间显著减少。
图5是示出根据表1实施例的外延反应器准备过程中基座的高度变化时MCLT水平的曲线图。
参考图5，当基座处于上升状态时，基座设置在执行外延过程的第一位置。在目前的实施例中，当基座处于下降状态时，基座下降约9mm的高度并且然后被设置在第二位置。当基座处于中间状态时，基座下降约4.5mm的高度。如图4所示，可以看出，当反应室内基座下降预定距离时，MCLT水平显著改变。
即，可以看出，当基座下降约4.5mm的高度时，和基座设置在第一位置时相比，MCLT水平的差别不大；当基座下降约9mm的高度时，和基座设置在第一位置时相比，MCLT水平的差别大。因此，在目前的实施例中，反应室内基座下降约9mm的高度时，可以很好地产生向上的氢气流，有效地排出反应室内停滞的湿气和污染物。
如上所述，由于反应室下部停滞的湿气和污染物得到有效去除，可以减少达到MCLT最小值以执行反应器重操作所需的时间。因此，可以减少执行反应器重操作所需的准备时间，以提高外延晶片的产率。
虽然已参考很多说明性实施例描述了实施例，但是应该理解的是，很多本领域技术人员做出的其他改进方案和实施例都应属于本公开的原理的精神和范围。尤其是，在该公开、附图和所附权利要求书的范围内，可以对组件和/或主题组合设置中的排列进行多种变化和改进。除了组件和/或排列上的变化和改进外，替换性的用途对于本领域技术人员也将是明显的。
工业应用性
由于实施例应用于在晶片上生长外延层的外延生长装置，其工业应用性很高。
Claims (10)
1.一种作为反应室的重操作准备过程而用于对外延生长装置的重操作进行准备的方法，其中，在所述反应室中在晶片上进行外延生长，所述方法包括：
将基座置于预设的第一位置，其中在所述反应室内提供所述基座并且所述晶片被放置于所述基座上，并设置通过主阀引入氢气的流量以使得比通过狭缝阀引入氢气的流量大；以及
将所述基座移动到预设的第二位置，在所述基座保持在所述第二位置的同时，设置通过所述主阀引入的氢气量以使得所引入的氢气量比通过所述狭缝阀引入的氢气量小。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述第一位置设置为与所述基座外圆周上放置的预热环具有相同的高度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述第二位置设置为低于所述第一位置。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述反应室内执行烘烤的过程中，所述基座在所述第一位置和所述第二位置之间周期性移动。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，当所述基座在所述第一位置和所述第二位置之间移动时，通过所述主阀和所述狭缝阀中的每个引入的氢气的流量发生改变。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述基座置于所述第一位置时，通过所述主阀引入的氢气的流量是约90slm，而通过所述狭缝阀引入的氢气的流量是约20slm。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述基座置于所述第二位置时，通过所述主阀引入的氢气的流量是约5slm至约20slm，而通过所述狭缝阀引入的氢气的流量是约30slm。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述反应室内执行烘烤的过程中，所述反应室的内部保持在均匀温度的阶段和所述反应室的内部变化到预定温度的阶段是反复的。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述反应室内执行烘烤的过程中，所述反应室的内部温度升高并最长保持300秒的过程和所述反应室的内部温度变化最长60秒的过程是反复执行的。
10.一种作为反应室的重操作准备过程而对外延生长装置的重操作进行准备的方法，其中，在所述反应室中在晶片上进行外延生长，所述方法包括：
将氮气注入具有室温的所述室中，持续约三小时，以清理所述反应室中的杂质颗粒；
将所述反应室的内部升高到预定温度；
在温度升高后的所述反应室在预定时间内保持高温的同时使用氢气执行烘烤过程；
确认所述反应室中是否存在掺杂物；以及
去除所述反应室中残留的金属污染源，
其中，在所述反应室内执行所述烘烤过程时，基座周期性下降预定距离到执行外延过程的位置，而且当所述基座下降时，设置通过主阀引入的气体的流量使得该气体的流量小于通过狭缝阀引入的气体的流量。
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