CN109415840A - 用于生产经涂布的半导体晶片的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于生产经涂布的半导体晶片的方法，其包括：将工艺气体经由第一气体入口沿着第一流动方向引入反应器腔室中并流经半导体材料的衬底晶片，以便在所述衬底晶片上沉积层，所述衬底晶片位于基座上，其中来自所述工艺气体的材料沉积在预热环上，所述预热环围绕所述基座布置；和包括从所述反应器腔室中取出经涂布的衬底晶片；特征在于，在从所述反应器腔室取出经涂布的衬底晶片之后，经由第一气体入口沿着第一流动方向将蚀刻气体引入所述反应器腔室中，并经由第二气体入口沿着与所述第一流动方向相交的另外的流动方向将蚀刻气体引入所述反应器腔室中，蚀刻气体流经所述预热环，由此从所述预热环去除所述材料沉淀，所述第一气体入口布置在所述第二气体入口之间。

Description

用于生产经涂布的半导体晶片的方法和装置
本发明涉及用于生产经涂布的半导体晶片、优选具有外延层的半导体晶片的方法，以及用于实施所述方法的装置。
现有技术/问题
半导体晶片的生产经常涉及在反应器腔室中的衬底晶片上沉积层，其中衬底晶片借助于气相沉积(CVD)被单个地涂布。此类反应器腔室包括衬垫以及上盖和下盖，它们也被称为上部圆顶和下部圆顶。在层的沉积期间，衬底晶片位于基座上，并被来自上部灯阵列和下部灯阵列的辐射加热，所述灯阵列布置在上部圆顶和下部圆顶的上方和下方。工艺气体借助于气体注入器通过气体入口进给至反应器腔室中并流经(over)衬底晶片，所述工艺气体被分解并部分沉积在所述衬底晶片的暴露于所述工艺气体的表面上作为材料层。此外，材料也可在反应器腔室内部沉淀，特别是在包围基座的预热环上沉淀。并非所希望的此类材料沉淀必须通过清洁工艺以特定的时间间隔消除。这通常是通过所谓的腔室蚀刻，通过借助气体入口将蚀刻气体而不是工艺气体进给至反应器腔室中来完成的，所述蚀刻气体与材料沉淀反应以形成气体反应产物。反应产物随后通过气体出口从反应器腔室中除去。
US 2015/0 368 796 A1描述了用于外延反应器中的气体注入器。它给第一和第二气体入口连续或同时供应工艺气体和蚀刻气体，以便进行选择性外延工艺以改善外延层的沉积。
US 6245149公开了用外延层(例如硅的外延层)涂布衬底晶片的装置和方法。所述方法还涉及借助于氯化氢作为蚀刻气体的腔室蚀刻。
腔室蚀刻导致生产率损失，因为不得不因此中断衬底晶片的涂布。由于预热环紧邻基座的位置，因此预热环上的意外材料沉淀最大。因此，腔室蚀刻的持续时间基本上由从预热环去除具有特定厚度的材料沉淀所需的时间决定。
本发明的目的是使这一时间尽可能短。
本发明的目的通过用于生产经涂布的半导体晶片的方法来实现，所述方法包括:
将工艺气体经由第一气体入口沿着第一流动方向引入反应器腔室中，并流经半导体材料的衬底晶片，以便在所述衬底晶片上沉积层，所述衬底晶片位于基座上，其中来自所述工艺气体的材料沉积在预热环上，所述预热环围绕所述基座布置；和
从所述反应器腔室中取出所述经涂布的衬底晶片；
其特征在于，在从所述反应器腔室取出所述经涂布的衬底晶片之后：通过经由第一气体入口沿着第一流动方向将蚀刻气体引入所述反应器腔室中，并经由第二气体入口沿着与所述第一流动方向相交的另外的流动方向流经所述预热环，从所述预热环去除所述材料沉淀，所述第一气体入口布置在所述第二气体入口之间。
本发明提供了腔室蚀刻过程中预热环上材料沉淀的去除，以及在这种情况下另外通过为此目的而提供的第二气体入口对蚀刻气体的进给。第二气体入口对于衬底晶片的处理并不重要，对于衬底晶片的涂布不重要，对于衬底晶片的蚀刻也不重要。因此，第二气体入口仅在从预热环去除材料沉淀期间使用。
在从预热环去除材料沉淀期间从第一气体入口中流出的蚀刻气体具有在气体出口方向上的流动方向。以这种方式产生的蚀刻气流具有横向于该流动方向的宽度，该宽度不大于预热环内径的长度。这与第一气体入口的实际目的有关：经由第一气体入口进给至反应中的气流主要用于处理衬底晶片，而不管处理是否涉及使工艺气体和/或蚀刻气体通过。为了完全覆盖衬底晶片，所产生的气流必须在宽度不小于衬底晶片直径的通道中移动。然而，该通道也不会明显宽于衬底晶片的直径，以便限制最终进给至待处理衬底晶片的气体的作用。
本发明的发明人已发现，通过借助第一气体入口引入蚀刻气体来从预热环去除材料沉淀并不特别有效。
本发明通过提供第二气体入口来补救这一点，第一气体入口布置在所述第二气体入口之间，并且蚀刻气体另外通过所述第二气体入口并沿着另外的流动方向被进给，所述流动方向指向在预热环上的材料沉淀。该措施的结果是可在更短的时间内完成从预热环去除材料沉淀。节省了相当多的时间。
从预热环去除材料沉淀涉及在从反应器腔室中取出经涂布的衬底晶片之后，经由第一气体入口沿着第一流动方向并且经由第二气体入口沿着另外的流动方向将蚀刻气体引入反应器腔室中。第一流动方向从第一气体入口开始指向反应器腔室的气体出口。蚀刻气体以蚀刻气体流的形式从第一气体入口中流出，所述蚀刻气体流的横向于第一流动方向的宽度不大于预热环内径的长度。
另外，蚀刻气体经由第二气体入口进给至反应器腔室中，并沿着与第一流动方向相交的另外的流动方向流动。因此，另外的流动方向具有垂直于第一流动方向定向的方向分量。
半导体材料的衬底晶片的选择原则上不受任何限制。优选地，选择含有待涂布的单晶半导体材料的衬底晶片，例如单晶硅的半导体晶片、SOI(绝缘体上硅)晶片或接合的半导体晶片。代替硅，待涂布的半导体材料可以是另一半导体或化合物半导体，例如SiGe或III/V化合物半导体。
同样，原则上对于待沉积层的选择没有限制。它优选由多晶硅或单晶硅或单晶化合物半导体(例如SiGe或III/V化合物半导体)组成。特别优选在半导体材料的衬底晶片上沉积单晶硅外延层。
关于蚀刻气体的选择，同样没有特别限制。在沉积含有硅或由硅组成的层的情况下，优选使用含有氯化氢或由氯化氢组成的蚀刻气体。
在涂布之后，涂布的衬底晶片从反应器腔室中被取出，并且材料沉淀开始从预热环中被去除，或者又一衬底晶片开始在反应器腔室中被涂布。优选地，在开始从预热环去除材料沉淀之前，连续涂布半导体材料的多个衬底晶片。如果半导体材料的衬底晶片涂布有含有硅或由硅组成的层，则优选直至预热环上的材料沉淀已达到50μm的最小厚度之后，才开始从预热环去除材料沉淀。应当避免在开始从预热环去除材料沉淀之前，允许超过70μm的此类材料沉淀生长。
在从预热环去除材料沉淀之前，可将替代晶片(dummy wafer)置于基座上，以保护基座的表面。然而，这一措施并非绝对必要。
本发明还涉及用于在衬底晶片上沉积层的装置，其包括
反应器腔室，其具有衬垫，并具有上盖和下盖；
用于保持衬底晶片的基座；
包围所述基座的预热环；
第一气体入口，用于沿着第一流动方向将气体引入所述反应器腔室中并流经所述基座；和
第二气体入口，所述第一气体入口布置在所述第二气体入口之间，所述第二气体入口用于沿着与所述第一流动方向相交的另外的流动方向将蚀刻气体引入所述反应器腔室中并流经所述预热环。
优选地，第二气体入口相对于作为对称轴的第一流动方向轴对称地布置，并且与预热环的沿着第一和第二圆弧的圆周同心地布置。第一和第二圆弧分别优选具有由不小于70°且不大于100°的中心角α确定的长度。
优选地，数目为15至20个第二气体入口分别沿着第一和第二圆弧等分布地(equally distributed)布置。第二气体入口优选具有直径优选5mm至7mm的圆形横截面。
第一和/或第二气体入口可被再分为一组或多组。
气体注入器将气体进给至第一和第二气体入口，即在涂布衬底晶片期间将工艺气体进给至第一气体入口，并且在从预热环去除材料沉淀期间将蚀刻气体进给至第一和第二气体入口。气体注入器优选被构造成使得至少第一和第二气体入口可彼此独立地控制，即在供应气体的类型和/或温度和/或压力和/或流速方面彼此不同的气体供应分别是可能的。在将第一和/或第二气体入口再分为组的情况下，同样可提供独立控制各自组的这种可能性。
关于根据本发明的方法的上述实施方案所指定的特征可相应地应用于根据本发明的装置。反之，关于根据本发明的装置的上述实施方案所指定的特征可相应地应用于根据本发明的方法。在附图说明和权利要求书中将解释根据本发明的实施方案的这些和其它特征。单个特征可作为本发明的实施方案单独地或组合地实施。此外，它们可描述可独立保护的有利实施方案。
下文将参考附图来描述本发明。
附图简单说明
图1显示了适于实施本发明的用于在衬底晶片上沉积层的装置。
图2以透视图示出了根据本发明的装置的特征。
图3从上方显示了根据本发明的装置的特征。
所用附图标记列表
1.上盖
2.下盖
3.反应器腔室
4.衬底晶片
5.基座
6.预热环
7.上部衬垫
8.下部衬垫
9.第一气体入口
10.第二气体入口
11.第一气体出口
12.下部气体入口
13.第二气体出口
根据本发明的示例性实施方案的详细描述
图1中示出的用于在衬底晶片上沉积层的装置包括反应器腔室3，所述反应器腔室3具有上盖1和下盖2，以及包围反应空间的上部衬垫7和下部衬垫8。位于反应器腔室3外部的上部灯阵列和下部灯阵列未示出。
衬底晶片4被置于基座5上，所述基座5由载体的臂从下方可旋转地支撑。衬底晶片4可被置于基座5上，并且在涂布之后，借助于穿过基座5的起模顶针(lifting pin)再次从基座5抬升。
在衬底晶片4的涂布期间，工艺气体通过提供在上部衬垫7中的第一气体入口9沿着第一流动方向被进给至反应器腔室3中，流衬底晶片，到达第一气体出口11。此外，可任选地提供下部气体入口12和第二气体出口13，以将基座5下方的冲洗气体进给至第二气体出口13。
上部衬垫7在图2中以透视图示出。除了第一气体入口9之外，还提供第二气体入口10。蚀刻气体通过第一和第二气体入口9和10进给至反应器腔室中以从预热环去除材料沉淀，该蚀刻气体通过第一气体出口11离开反应器腔室。
图3从上方显示了包括根据图2的上部衬垫7、预热环6、基座5和衬底晶片4的布置。在衬底晶片4上沉积层期间，工艺气体沿着第一流动方向(由长箭头表示)流动经过衬底晶片4，达到第一气体出口。离开第一气体入口9的工艺气体流的宽度优选大于衬底晶片的直径，并且不大于预热环的内径。未示出气体注入器，其被提供用于向第一和第二气体入口9和10独立地供应气体。在衬底晶片4上沉积层期间，未经由第二气体入口进给气体。
短箭头表示蚀刻气体沿着其流动的另外的流动方向，该气体经由第二气体入口10沿着另外的流动方向被进给流经预热环6，以便在从反应器腔室中取出经涂布的衬底晶片4之后从预热环6去除材料沉淀。同时，蚀刻气体经由第一气体入口沿着第一流动方向被引入反应器腔室中。经由第一气体入口引入的蚀刻气体流的宽度优选对应于工艺气体流的宽度。另外的流动方向与第一流动方向相交，因此分别具有垂直于第一流动方向的方向分量。
实施例：
已在实践中对本发明进行了测试。在硅衬底晶片上沉积硅外延层。使用根据本发明的方法，与在从预热环去除材料沉淀期间仅使用第一气体入口的方法相比，可将从预热环去除材料沉淀所耗时间缩短至多40％。
示例性实施方案的以上描述应当被理解为以举例方式给出。一方面由此所作的公开使本领域技术人员理解本发明和与其相关的优点，另一方面还包括在本领域技术人员的理解范围内显而易见的对所述结构和方法的改变和修改。因此，所有此类改变和修改以及等同内容均意在由权利要求的保护范围所覆盖。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.生产经涂布的半导体晶片的方法，其包括：
将工艺气体经由第一气体入口沿着第一流动方向引入反应器腔室中，并流经半导体材料的衬底晶片，以便在所述衬底晶片上沉积层，所述衬底晶片位于基座上，其中来自所述工艺气体的材料沉积在预热环上，所述预热环围绕所述基座布置；和
从所述反应器腔室中取出经涂布的衬底晶片；
在从所述反应器腔室取出经涂布的衬底晶片之后，包括：经由第一气体入口沿着第一流动方向将蚀刻气体引入所述反应器腔室中，以及经由第二气体入口沿着与所述第一流动方向相交的另外的流动方向将蚀刻气体引入所述反应器腔室中，蚀刻气体流经所述预热环，由此从所述预热环去除所述材料沉淀，所述第一气体入口布置在所述第二气体入口之间。
2.根据权利要求1所述的方法，在将所述蚀刻气体引入所述反应器腔室中之前，包括：重复在半导体材料的衬底晶片上沉积层的步骤，以及重复从所述反应器腔室取出经涂布的衬底晶片的步骤，直至所述预热环上的材料沉淀已达到最小厚度。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述蚀刻气体含有氯化氢，并且所述预热环上的材料沉淀具有50μm的最小厚度且含有硅。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其包括在所述衬底晶片上沉积硅外延层。
5.一种用于在衬底晶片上沉积层的装置，其包括：
反应器腔室，该反应器腔室具有衬垫，并具有上盖和下盖；
基座，该基座用于保持衬底晶片；
预热环，该预热环包围所述基座；
第一气体入口，所述第一气体入口用于沿着第一流动方向将气体引入所述反应器腔室中并流经所述基座；和
第二气体入口，所述第一气体入口布置在所述第二气体入口之间，所述第二气体入口用于沿着与所述第一流动方向相交的另外的流动方向将蚀刻气体引入所述反应器腔室中并流经所述预热环，
其中，所述第二气体入口相对于作为对称轴的所述第一流动方向轴对称地布置，并且与所述预热环的沿着第一和第二圆弧的圆周同心地布置，所述第一和第二圆弧分别具有由不小于70°且不大于100°的中心角α确定的长度。
6.根据权利要求5所述的装置，其具有数目为15至20个的第二气体入口，所述第二气体入口分别沿着所述第一和第二圆弧等分布地布置。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的装置，其中所述反应器腔室被配置为外延反应器。

Claims (8)

1.生产经涂布的半导体晶片的方法，其包括：
将工艺气体经由第一气体入口沿着第一流动方向引入反应器腔室中，并流经半导体材料的衬底晶片，以便在所述衬底晶片上沉积层，所述衬底晶片位于基座上，其中来自所述工艺气体的材料沉积在预热环上，所述预热环围绕所述基座布置；和
从所述反应器腔室中取出经涂布的衬底晶片；
在从所述反应器腔室取出经涂布的衬底晶片之后，包括：经由第一气体入口沿着第一流动方向将蚀刻气体引入所述反应器腔室中，以及经由第二气体入口沿着与所述第一流动方向相交的另外的流动方向将蚀刻气体引入所述反应器腔室中，蚀刻气体流经所述预热环，由此从所述预热环去除所述材料沉淀，所述第一气体入口布置在所述第二气体入口之间。
2.根据权利要求1所述的方法，在将所述蚀刻气体引入所述反应器腔室中之前，包括：重复在半导体材料的衬底晶片上沉积层的步骤，以及重复从所述反应器腔室取出经涂布的衬底晶片的步骤，直至所述预热环上的材料沉淀已达到最小厚度。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述蚀刻气体含有氯化氢，并且所述预热环上的材料沉淀具有50μm的最小厚度且含有硅。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其包括在所述衬底晶片上沉积硅外延层。
5.一种用于在衬底晶片上沉积层的装置，其包括：
反应器腔室，该反应器腔室具有衬垫，并具有上盖和下盖；
基座，该基座用于保持衬底晶片；
预热环，该预热环包围所述基座；
第一气体入口，所述第一气体入口用于沿着第一流动方向将气体引入所述反应器腔室中并流经所述基座；和
第二气体入口，所述第一气体入口布置在所述第二气体入口之间，所述第二气体入口用于沿着与所述第一流动方向相交的另外的流动方向将蚀刻气体引入所述反应器腔室中并流经所述预热环。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第二气体入口相对于作为对称轴的所述第一流动方向轴对称地布置，并且与所述预热环的沿着第一和第二圆弧的圆周同心地布置，所述第一和第二圆弧分别具有由不小于70°且不大于100°的中心角α确定的长度。
7.根据权利要求6所述的装置，其具有数目为15至20个的第二气体入口，所述第二气体入口分别沿着所述第一和第二圆弧等分布地布置。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其中所述反应器腔室被配置为外延反应器。
CN201780040481.0A 2016-06-28 2017-06-13 用于生产经涂布的半导体晶片的方法和装置 Pending CN109415840A (zh)

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