CN110670129A - 一种晶圆外延设备的处理方法和晶圆处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶圆外延设备的处理方法和晶圆处理方法，晶圆外延设备的处理方法包括：在用外延设备对晶圆进行真实沉积之前，对待检测的晶圆进行假沉积处理过程，假沉积处理过程包括：向上腔室和下腔室中通入氢气；将待检测晶圆置于基座上，向上腔室中通入硅源气体且同时向下腔室中通入氢气，以在待检测晶圆的表面生长外延膜；假沉积处理过程完成后，检测待检测晶圆的少数载流子寿命并根据待检测晶圆的少数载流子寿命判断是否停止对外延设备的假沉积处理。上述方法能够有效除去腔室中的水分及其他杂质组分，通过检测待检测晶圆的少数载流子寿命判断反应腔室中是否达到对晶圆进行真实沉积的条件，能够保证晶圆生成外延膜的品质。

Description

一种晶圆外延设备的处理方法和晶圆处理方法
技术领域
本发明涉及晶圆外延设备领域，具体涉及一种晶圆外延设备的处理方法和晶圆处理方法。
背景技术
在抛光晶圆上生长单晶的薄外延膜而制造的晶圆为外延晶圆，相较于现有硅单晶晶圆，具有表面缺陷少且能够进行外延膜的厚度和电阻率控制的特性。外延膜由于纯度高且结晶特性较好，因而具有能够提高被高集成化的半导体的收率及元件特性的优点。外延晶圆基本上利用化学气相沉积装备处理，通过使包括硅的源气体流入高温的被密闭的反应腔室内来使单晶外延膜生长于硅单晶晶圆表面。
反应腔室由使硅源气体流入的注入器和使其排出的排气帽、使腔室密闭的上部/下部石英钟罩、以及能够将单晶硅晶圆安放于腔室内的基座构成。注入器和排气帽为金属材质，与含有水分的气体反应而生成金属氯化物，上部/下部石英钟罩为石英材质，其与水分反应而生成氢氧化物，在基座上诱发凹坑，成为金属污染的主要原因，金属污染降低外延膜的品质。可见，反应腔室中残留的水分对晶圆上生长的外延膜品质有重要影响，另外，由于反应腔室中清理不彻底，反应腔室中残留的其他杂质成分也会造成晶圆的外延膜品质降低，使得晶圆的整体质量降低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种晶圆外延设备的处理方法和晶圆处理方法，用以解决反应腔室中清理不彻底，反应腔室中残留的水分及其他杂质成分影响晶圆上生长的外延膜品质，使得晶圆的整体质量降低的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
第一方面，根据本发明实施例的晶圆外延设备的处理方法，所述外延设备中限定有反应腔室，所述反应腔室内设有用于放置晶圆的基座以限定出上腔室和下腔室，上腔室设有上进口，下腔室设有下进口，上腔室设有用于出气的出气口，上腔室和下腔室通过狭缝连通，所述处理方法包括：
在用所述外延设备对晶圆进行真实沉积之前，对待检测的晶圆进行假沉积处理过程，所述假沉积处理过程包括：向所述上腔室和所述下腔室中通入氢气；将所述待检测晶圆置于所述基座上，向所述上腔室中通入硅源气体且同时向所述下腔室中通入氢气，以在所述待检测晶圆的表面生长外延膜；
所述假沉积处理过程完成后，检测所述待检测晶圆的少数载流子寿命并根据所述待检测晶圆的少数载流子寿命判断是否停止对所述外延设备的假沉积处理。
其中，所述假沉积处理过程完成后，检测所述待检测晶圆的少数载流子寿命并根据所述待检测晶圆的少数载流子寿命判断是否停止对所述外延设备的假沉积处理，包括：
当所述待检测晶圆的少数载流子寿命符合预设要求时，停止对所述外延设备的假沉积处理；
当所述待检测晶圆的少数载流子寿命不符合预设要求时，提供未假沉积的待检测晶圆，对未假沉积的待检测晶圆进行假沉积处理过程，并检测所述未假沉积的待检测晶圆的少数载流子寿命直至所述未假沉积的待检测晶圆的少数载流子寿命符合预设要求。
其中，在对待检测的晶圆进行假沉积处理过程之前，清洗所述反应腔室。
其中，清洗所述反应腔室包括：
向所述反应腔室中通入氯化氢气体以清洗所述反应腔室。
其中，在清洗所述反应腔室之后，还包括：
烘烤所述反应腔室。
其中，向所述上腔室和所述下腔室中通入氢气的过程中，向所述上腔室中通入的氢气量与向所述下腔室中通入的氢气量之比小于或等于2.0。
其中，向所述上腔室中通入的氢气量与向所述下腔室中通入的氢气量之比为1:1或1:2。
其中，所述下腔室中的气压与所述上腔室中的气压小于标准大气压。
第二方面，根据本发明实施例的晶圆处理方法，包括以下步骤：
根据如上述实施例所述的晶圆外延设备的处理方法处理外延设备；
当所述待检测晶圆的少数载流子寿命符合预设要求时，将待处理的晶圆置于所述基座上进行真实沉积。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
根据本发明实施例的晶圆外延设备的处理方法，在用所述外延设备对晶圆进行真实沉积之前，对待检测的晶圆进行假沉积处理过程，所述假沉积处理过程包括：向所述上腔室和所述下腔室中通入氢气；将所述待检测晶圆置于所述基座上，向所述上腔室中通入硅源气体且同时向所述下腔室中通入氢气，以在所述待检测晶圆的表面生长外延膜；所述假沉积处理过程完成后，检测所述待检测晶圆的少数载流子寿命并根据所述待检测晶圆的少数载流子寿命判断是否停止对所述外延设备的假沉积处理。通过向所述上腔室中通入硅源气体且同时向所述下腔室中通入氢气能够有效除去腔室中的水分及其他杂质组分，通过检测所述待检测晶圆的少数载流子寿命来判断是否停止对所述外延设备的假沉积处理，进而判断外延设备中的反应腔室中是否达到对晶圆进行真实沉积的条件，能够保证晶圆生成外延膜的品质。
附图说明
图1为本发明实施例中反应腔室的一个示意图；
图2为本发明实施例中反应腔室的另一个示意图；
图3为通入氢气的总量与出气口流出的气体的含水量的示意图；
图4为假沉积处理过程中氢气通入量的示意图；
图5为假沉积处理次数与晶圆的少数载流子寿命的示意图。
附图标记
基座10；上腔室11；下腔室12；
出气口13；狭缝14。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面具体描述根据本发明实施例的晶圆外延设备的处理方法。
根据本发明实施例的晶圆外延设备的处理方法，如图1和图2所示，外延设备中限定有反应腔室，反应腔室内设有用于放置晶圆的基座以限定出上腔室11和下腔室12，上腔室11设有上进口，下腔室设有下进口，上腔室11设有用于出气的出气口13，上腔室和下腔室通过狭缝14连通，所述处理方法包括：
在用所述外延设备对晶圆进行真实沉积之前，对待检测的晶圆进行假沉积处理过程，所述假沉积处理过程包括：向上腔室11和下腔室12中通入氢气；将所述待检测晶圆置于基座10上，向上腔室11中通入硅源气体且同时向下腔室12中通入氢气，以在所述待检测晶圆的表面生长外延膜；
所述假沉积处理过程完成后，检测所述待检测晶圆的少数载流子寿命并根据所述待检测晶圆的少数载流子寿命判断是否停止对所述外延设备的假沉积处理。
也就是说，为了除去反应腔室中残留的水分及其他杂质成分，在用外延设备对晶圆进行真实沉积之前，对待检测的晶圆进行假沉积处理过程，所述假沉积处理过程包括：向上腔室11和下腔室12中通入氢气，通过氢气可以除去腔室中大部分的水分及杂质；将待检测晶圆置于基座10上，向上腔室11中通入硅源气体且同时向下腔室12中通入氢气，可以通过上进口向上腔室11中通入硅源气体，硅源气体可以为携带硅源(比如SiHCl3)的氢气，通过下进口向下腔室12中通入氢气，以在待检测晶圆的表面生长外延膜，通过硅源气体以及氢气进一步清理处理反应腔室，模拟真实沉积时的条件，使得反应腔室中的反应条件更加接近真实沉积；假沉积处理过程完成后，可以取出待检测晶圆，检测待检测晶圆的少数载流子寿命，并根据待检测晶圆的少数载流子寿命判断是否停止对外延设备的假沉积处理。
如果待检测晶圆的少数载流子寿命符合预设要求时，停止对外延设备的假沉积处理，如果待检测晶圆的少数载流子寿命不符合预设要求时，继续对外延设备进行假沉积处理，直至待检测晶圆的少数载流子寿命符合预设要求。通过待检测晶圆的少数载流子寿命来判断反应腔室是否清理彻底，反应腔室中是否满足反应条件，能够使得检测结果更加准确，便于将反应腔室彻底清理。通过向上腔室中通入硅源气体且同时向下腔室中通入氢气能够有效除去腔室中的水分及其他杂质组分，通过检测待检测晶圆的少数载流子寿命来判断是否停止对外延设备的假沉积处理，进而判断外延设备中的反应腔室中是否达到对晶圆进行真实沉积的条件，能够保证晶圆生成外延膜的品质。
在本发明的一些实施例中，假沉积处理过程完成后，检测待检测晶圆的少数载流子寿命并根据待检测晶圆的少数载流子寿命判断是否停止对外延设备的假沉积处理，可以包括：
当待检测晶圆的少数载流子寿命符合预设要求时，停止对外延设备的假沉积处理；当待检测晶圆的少数载流子寿命不符合预设要求时，提供未假沉积的待检测晶圆，对未假沉积的待检测晶圆进行假沉积处理过程，并检测未假沉积的待检测晶圆的少数载流子寿命直至未假沉积的待检测晶圆的少数载流子寿命符合预设要求。通过待检测晶圆的少数载流子寿命来判断反应腔室是否清理彻底，进而判断反应腔室中是否满足反应条件，能够使得反应腔室中的检测结果更加准确，便于将反应腔室彻底清理，提高真实沉积时晶圆生成外延膜的品质。
在假沉积处理过程完成后，可以向上腔室11和下腔室12中通入氢气进行吹扫，以除去腔室中的其他气体，吹扫完成之后可以卸载待检测晶圆，检测待检测晶圆的少数载流子寿命。
在本发明的另一些实施例中，在对待检测的晶圆进行假沉积处理过程之前，可以清洗所述反应腔室，可选地，清洗所述反应腔室可以包括：向所述反应腔室中通入氯化氢气体以清洗所述反应腔室。可以通过氯化氢气体进行清洗，通过氯化氢气体清洗反应腔室之后，可以通过氢气除去残留的氯化氢气体以及其他杂质组分。
根据一些实施例，在清洗所述反应腔室之后，还可以包括：烘烤所述反应腔室，通过烘烤能够除去反应腔室中的水分。
在本发明的实施例中，向所述上腔室和所述下腔室中通入氢气的过程中，向所述上腔室中通入的氢气量与向所述下腔室中通入的氢气量之比小于或等于2.0。氢气量可以为体积量或摩尔量，比如，向所述上腔室中通入的氢气量与向所述下腔室中通入的氢气量之比为1:1或1:2。若晶圆被装载至反应腔室内，则氢气将在反应腔室中流动，此时，流向上腔室11中气体量最高可以为100SLM，流向基座下部的下腔室12中的氢气量最高可以为30SLM，比如，上腔室11中氢气量可以为20SLM，流向基座下部的下腔室12中氢气量可以为20SLM，或者，上腔室11中氢气量可以为10SLM，流向基座下部的下腔室12中氢气量可以为20SLM，在较少的氢气气体量下能够有利于腔室中的水分挥发。在实际过程中，将待检测晶圆置于基座10上，在向上腔室11中通入硅源气体且同时向下腔室12中通入氢气的过程中，流向上部的上腔室11中的氢气起搬运硅源的作用，流向下部的氢气起防止硅源流向基座下部的作用，防止硅源气体进入下腔室12中，避免硅源气体进入下腔室12中后沉积。
在本发明的另一些实施例中，下腔室12中的气压与上腔室11中的气压可以小于标准大气压，在较低的压力下能够有利于腔室中的水分挥发，有利于快速彻底地去除腔室中的水分，同时，能够降低去除水分时腔室中的温度。较少的氢气气体量使得腔室中的压力较低，有利于腔室中的水分挥发，比如，在上腔室11和下腔室12中通入的总的氢气量可以分别为60SLM(图3中a表示)、80SLM(图3中b表示)和100SLM(图3中c表示)，然后检测出气口13流出的气体的含水量，如图3所示，通过的氢气的总量越少，出气口13流出的气体的含水量越高，说明较少的氢气气体量能够使得腔室中的压力较低，有利于腔室中的水分挥发，有利于去除腔室中的水分。
在实际过程中，向上腔室11和下腔室12中通入氢气的过程中，氢气量可以为体积，向上腔室11中通入的氢气量与向下腔室12中通入的氢气量之比为1:1或1:2。比如，如图4中，如曲线A所示，向上腔室11和下腔室12中通入氢气的过程中，通入上腔室11中的氢气量可以为20SLM，通入下腔室12中的氢气量可以为20SLM；如曲线B所示，向上腔室11和下腔室12中通入氢气的过程中，通入上腔室11中的氢气量可以为10SLM，通入下腔室12中的氢气量可以为20SLM，在较少的氢气气体量下能够有利于腔室中的水分挥发。如曲线C所示，向上腔室11和下腔室12中通入氢气的过程中，通入上腔室11中的氢气量可以为60SLM，通入下腔室12中的氢气量可以为20SLM。在将待检测晶圆置于基座10上，向上腔室11中通入硅源气体且同时向下腔室12中通入氢气的过程中，可以根据实际的沉积条件进行沉积，可以增加通过上腔室11和下腔室12中的气体的总量，比如可以增加至80SLM，以在待检测晶圆的表面生长外延膜。
在如图4中的条件下通过氢气进行处理外延设备的反应腔室，经过多次假沉积处理之后，检测待检测晶圆的少数载流子寿命，曲线A条件下的晶圆的少数载流子寿命可以如图5中d1所示，曲线B条件下的晶圆的少数载流子寿命可以如图5中d2所示，曲线C条件下的晶圆的少数载流子寿命可以如图5中d所示，可见，随着假沉积处理次数的增加，曲线A和B条件下的晶圆的少数载流子寿命大于曲线C条件下的晶圆的少数载流子寿命，通过如曲线A和曲线B所示的条件向上腔室11和下腔室12中通入氢气，向上腔室11和下腔室12中通入氢气的过程中，通入上腔室11中的氢气量与通入下腔室12中的氢气量之比越小，越有利于腔室中的水分挥发，在较少的氢气气体量下能够有利于腔室中的水分挥发，提高反应腔室的清理效果，能够有效增加晶圆的少数载流子寿命。
本发明实施例还提供一种晶圆处理方法，晶圆处理方法包括以下步骤：
根据上述实施例中所述的晶圆外延设备的处理方法处理外延设备；当待检测晶圆的少数载流子寿命符合预设要求时，将待处理的晶圆置于基座10上进行真实沉积。通过向所述上腔室11中通入硅源气体且同时向所述下腔室12中通入氢气能够有效除去腔室中的水分及其他杂质组分，通过检测所述待检测晶圆的少数载流子寿命来判断是否停止对所述外延设备的假沉积处理，进而判断外延设备中的反应腔室中是否达到对晶圆进行真实沉积的条件，能够保证晶圆生成外延膜的品质。
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种晶圆外延设备的处理方法，所述外延设备中限定有反应腔室，所述反应腔室内设有用于放置晶圆的基座以限定出上腔室和下腔室，上腔室设有上进口，下腔室设有下进口，上腔室设有用于出气的出气口，上腔室和下腔室通过狭缝连通，其特征在于，所述处理方法包括：
在用所述外延设备对晶圆进行真实沉积之前，对待检测的晶圆进行假沉积处理过程，所述假沉积处理过程包括：向所述上腔室和所述下腔室中通入氢气；将所述待检测晶圆置于所述基座上，向所述上腔室中通入硅源气体且同时向所述下腔室中通入氢气，以在所述待检测晶圆的表面生长外延膜；
所述假沉积处理过程完成后，检测所述待检测晶圆的少数载流子寿命并根据所述待检测晶圆的少数载流子寿命判断是否停止对所述外延设备的假沉积处理。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述假沉积处理过程完成后，检测所述待检测晶圆的少数载流子寿命并根据所述待检测晶圆的少数载流子寿命判断是否停止对所述外延设备的假沉积处理，包括：
当所述待检测晶圆的少数载流子寿命符合预设要求时，停止对所述外延设备的假沉积处理；
当所述待检测晶圆的少数载流子寿命不符合预设要求时，提供未假沉积的待检测晶圆，对未假沉积的待检测晶圆进行假沉积处理过程，并检测所述未假沉积的待检测晶圆的少数载流子寿命直至所述未假沉积的待检测晶圆的少数载流子寿命符合预设要求。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，在对待检测的晶圆进行假沉积处理过程之前，清洗所述反应腔室。
4.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，清洗所述反应腔室包括：
向所述反应腔室中通入氯化氢气体以清洗所述反应腔室。
5.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，在清洗所述反应腔室之后，还包括：
烘烤所述反应腔室。
6.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，向所述上腔室和所述下腔室中通入氢气的过程中，向所述上腔室中通入的氢气量与向所述下腔室中通入的氢气量之比小于或等于2.0。
7.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，向所述上腔室中通入的氢气量与向所述下腔室中通入的氢气量之比为1:1或1:2。
8.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述下腔室中的气压与所述上腔室中的气压小于标准大气压。
9.一种晶圆处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据权利要求1-8中任一项所述的晶圆外延设备的处理方法处理外延设备；
当所述待检测晶圆的少数载流子寿命符合预设要求时，将待处理的晶圆置于所述基座上进行真实沉积。
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