CN107771226A - 晶片上进行外延生长的反应器重启动的准备方法 - Google Patents

Abstract

实施例包括：作为在用于对在晶片上进行外延生长的外延反应器的重新启动进行准备的过程中在反应室的内部进行烘烤的步骤，随时间阶段性增大反应室的温度的步骤；以及通过反应室侧面设置的主阀和狭缝阀向基座上部和下部引入氢气的步骤。因此，反应室内部的环境随着用于将热传递到反应室中的热源的功率阶段性地增大而变得不稳定，从而使停滞的湿气和污染物流动并且有效地排出该停滞的湿气和污染物。

Description

晶片上进行外延生长的反应器重启动的准备方法

技术领域

本发明涉及室的重操作准备过程，更具体地涉及一种重操作准备方法，该方法用于在外延晶片生长完成后，通过去除室中残留的湿气和杂质以执行外延生长过程以用于制造后续外延晶片。

背景技术

传统硅晶片可以通过执行单晶生长过程、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来制造。通过上述过程制造的这种晶片可以称为抛光晶片，而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。

外延晶片可以具有如下特性：缺陷比抛光晶片的缺陷少，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，安装在处理室中的基座，放置在处理室上部和下部的加热灯，以及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，室中可能存在包含金属杂质的湿气。当在室中存在杂质时，可能难以制造高质量的外延晶片。因此，在完成制造外延晶片的过程时，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。

因此，为了重操作外延反应器，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，由于烘烤过程是反应室内部的温度升高后在预定温度下执行的，所以外延反应器中残留的湿气和各种污染物是温度稳定的。因此，污染物很难得到去除。此外，即使通过注入氢气去除湿气和污染物，外延反应器中可能仍然存在残留的湿气和金属污染物。因此，该条件下制造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：在高温下执行的烘烤过程期间阶段性地改变温度以使停滞的污染物流动，从而将湿气和污染物排放到处理室外面并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。

技术解决方案

在一个实施例中，在晶片上进行外延生长的反应室的重操作准备过程中反应室内部的烘烤过程包括：随时间阶段性升高反应室的内部温度；通过主阀和狭缝阀向基座上侧和下侧引入氢气，所述主阀和狭缝阀设置在反应室侧面。

随时间阶段性升高反应室的内部温度可以包括：将加热源的功率设置为随时间阶段性增大，该加热源用于给反应室施加热。随时间阶段性升高反应室的内部温度与向基座上侧和下侧引入氢气可以同时执行。

如上所述，在根据实施例的用于准备用于制造外延晶片的反应器的方法中，在PM过程之后的在反应室的内部烘烤的过程中，用于将热传送到反应室的热源的功率可以阶段性增加，以形成反应室中的不稳定状态以及允许停滞的湿气和污染物流动，从而沿着氢气流而有效地排除湿气和污染物。

根据实施例，由于反应室中内停滞的湿气和污染物被迅速去除，可以减小达到MCLT最小值以执行外延反应器的重操作所需要的时间。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是根据实施例的外延反应器的视图。

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用于升高外延反应器温度的加热源的功率值的曲线图。

图4是示出了根据实施例和相关技术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。

具体实施方式

虽然已参考附图详细描述了实施例，但是本公开的内容不限于实施例。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。

实施例提供了通过改变外延反应器(反应室)中的过程条件来使反应室的内部状态发生变化，从而使外延反应器内停滞的湿气和污染物变成不稳定状态。

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初始位置的剖视示意图。

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，而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，而上衬板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固定在和预热环108相同的高度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，反应室内可以执行预防性维护(PM)。这里，在反应室内执行PM后可能产生残留的湿气。为了解决此限制，执行外延生长装置的重操作准备过程。重操作准备过程可以包括：将氮气注入具有室温的反应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过程的过程；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。

实施例可以是在上述过程中在温度升高后的反应室内执行的烘烤过程中执行的。

图2是外延生长装置中基座的俯视图。

参考图2，主阀111以进气方向设置在基座107上方，反应气体以所述进气方向引入。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该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以与主阀111垂直的方向设置在基座107下面，并且可以引入氢气，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，但由于排气孔的吸力，氢气基本上偏向方向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之间的空间里以排气孔的方向流动。通过狭缝阀引入的氢气从基座下侧移动到排气孔。特别是，在外延生长装置100重操作的准备过程中，基座107可以被设置在与预热环108相同的高度。这里，可以通过主阀以约90slm(每分钟标准升)的流量以及通过狭缝阀以约20slm的流量引入氢气。

外延生长装置100的重操作过程可以在上述条件下执行，对于反应室内部温度升高后执行的烘烤过程，反应室的内部温度可以升高到预定温度。这里，如果温度线性升高，则外延反应器中残留的湿气和各种污染物在温度上可以是稳定的。

在一个实施例中，为了在反应器重操作过程期间的烘烤过程中在反应室中形成不稳定的热状态，可以非线性升高反应室的内部温度，例如，阶段性升高。在一个实施例中，反应室的随时间变化的温度可以随时间段是不同的。因此，给反应室加热的加热源的功率可以随时间在增幅内变化。

在一个实施例中，给反应室内部加热的加热源的功率阶段性增大，以改变反应室的内部温度。这时，可以执行引入氢气到基座上侧和下侧的过程。

在升高反应室温度的过程中，反应室的内部在温度上可以是不稳定的。因此，由于氢气通过主阀和狭缝阀注入反应室中，则氢气的流动可以更有效地排出反应室内的湿气和污染物。

图3是示出了根据实施例的用于升高外延反应器温度的加热源的功率值示意图。参考图3，示出了用于升高反应室温度的加热源的随时间变化的功率值。在一个实施例中，在反应室内部的烘烤过程中，施加到反应室的功率值随时间可以阶段性增大。

特别地，加热源的功率可以被设置为从约30kW相继地增加到约95kW。这里，每一阶段的增加范围可以被设置为约10kW功率。例如，可以在预定时间内以约30kW的功率给反应室施加热，然后可以在预定时间内以约40kW的功率给反应室施加热，以使功率值相继地增加到高达约95kW。如果加热源的功率增大到约95kW，应用于该实施例的反应室的反射器可能会融化。因此，功率可以设置为增加到高达约95kW。

加热源的功率阶段性增大时，反应室的内部温度可以升高到高达约600摄氏度至约1200摄氏度的温度。当加热源的功率均匀时，反应室的内部温度可以线性变化。如该实施例中，当加热源的功率阶段性增大时，反应室的内部温度可以非线性变化。

如上所述，加热源的功率可以随着时间的增加而逐渐增大。这里，每个阶段的功率可以设置为不同。因此，反应室内部在温度上可以是不稳定的。因此，反应室中存在的湿气和含有污染物的颗粒的动能会增加。在一个实施例中，外延反应器准备过程中在反应室内部进行烘烤的过程中，用于升高反应室内部温度的加热源的功率阶段性增大这一过程可以反复执行数次。优选地，根据烘烤过程的效率，执行所述过程两次至五次。

在一个实施例中，可以同时执行用于升高反应室内部温度的加热源的功率随时间阶段性设置的过程、以及通过主阀和狭缝阀向基座上侧和下侧引入氢气的过程。

因此，由于反应室残留的湿气和污染物随着通过主阀和狭缝阀引入而流经基座上侧和下侧的作为承载气体的氢气移动，所以将湿气和污染物排到反应室外面的可能性可以由于氢气的移动而增大。

图4是根据实施例和相关技术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。

MCLT可以成为确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，外延生长装置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中，横轴表示外延晶片的虚拟运行次数，竖轴表示MCLT值。根据相关技术的方法，用于升高反应室内部温度的加热源的功率随时间线性变化。当虚拟运行次数为50时，MCTL值可以为约50ms。然而，在应用了根据实施例的方法的反应室中，当虚拟运行次数为约50时，MCLT值可以为约446ms。因此，可以看出，虚拟运行次数增加到约300时，根据相关技术和实施例的MCTL的差别超过约900ms。

即，在根据实施例的外延生长装置重操作方法中，当虚拟运行次数增加时，MCLT可以显著增大。因此，可以看出，能更快地达到外延生长装置重操作的要求。

如上所述，在根据实施例的用于制造外延晶片的反应器的准备方法中，PM过程后反应室内部烘烤过程中，用于将热量传递到反应室的加热源的功率可以阶段性增大，以形成反应室内的不稳定状态并使停滞的湿气和污染物流动，从而有效地将湿气和污染物随氢气的流动排出。

而且，由于反应室内停滞的湿气和污染物得到快速去除，所以可以减少达到MCLT最小值以执行外延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修改和实施例都应属于本公开原理的精神和范围。尤其是，在该公开、附图和所附权利要求书的范围内，可以对主题组合设置中的组成部件和/或排列进行多种变化和修改。除了组成部件和/或排列上的变化和吸怪外，替换性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，所以工业应用性高。

Claims (11)

1.一种作为对反应室的内部进行烘烤的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：

随时间阶段性升高所述反应室的内部温度；以及

通过所述反应室的侧面提供的主阀和狭缝阀将氢气引入到基座的上侧和下侧。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，随时间阶段性升高所述反应室的内部温度包括：将给所述反应室施加热的加热源的功率设置为随时间阶段性增大。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，随时间阶段性升高所述反应室的内部温度与将氢气引入到所述基座的上侧和下侧同时进行。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，将所述加热源的功率设置为具有约30kW到约95kW的范围。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述加热源的功率在约30kW到约95kW的范围内在每个时间段增大10kW。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述反应室的内部进行烘烤的过程中，所述反应室的内部温度非线性升高到高达约600摄氏度至约1200摄氏度的温度。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述主阀引入的氢气的流量是约90slm，通过所述狭缝阀引入的氢气的流量是约20slm。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述反应室的内部进行烘烤的过程中，所述反应室的内部温度随时间阶段性升高的过程反复执行数次。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述反应室的内部进行烘烤的过程中，将所述反应室的内部温度随时间阶段性升高的过程执行两次至五次。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反应室的内部温度随时间阶段性升高的过程中，将所述反应室的内部温度随时间的变化设置为在每个阶段不同。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，将所述反应室的内部温度随时间阶段性升高设置为使得将所述加热源的功率值的随时间增大的范围设置为在每个阶段不同。