CN113913926A - 外延反应腔室的恢复方法、外延生长装置及外延晶圆 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种外延反应腔室的恢复方法、外延生长装置及外延晶圆；将新基座装载至烘烤腔室中，并根据时间非线性地升高所述烘烤腔室内部温度以对所述新基座进行烘烤；待所述新基座烘烤完成后，将所述新基座安装至外延反应腔室中，并对所述外延反应腔室按照设定的烘烤条件升高所述外延反应腔室内部温度以对所述外延反应腔室内部进行烘烤；待所述外延反应腔室内部烘烤完成后，开始制备外延晶圆并测量所述外延晶圆的MCLT值。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体制备技术领域，尤其涉及一种外延反应腔室的恢复方法、外延生长装置及外延晶圆。
背景技术
现有晶圆是通过单晶硅棒生长工序、切片工序、磨削工学、研磨工序、抛光工序和在抛光工序之后去除附着在晶圆上的磨蚀物或杂质的清洁工序来制备。由这种方法制备的晶圆称为抛光晶圆，在抛光晶圆的表面上生长一层单晶薄膜（也称之为外延层）的晶圆称为外延晶圆。
相比抛光晶圆，外延晶圆具有表面缺陷少、结晶性能优异以及电阻率可控的特性，被广泛地应用于高集成化的集成电路（Integrated Circuit，IC）元件和金属-氧化物-半导体（Metal-Oxide-Semiconductor，MOS）制程。随着集成电路制造行业的不断发展，电路线宽越来越小，IC元件对暗电流的要求日益严格，同时也要求外延晶圆内部的金属杂质浓度越低越好，这是因为金属杂质在能隙中占据一定的能阶，这些能阶将成为过多载子的再结合中心从而降低了少数载流子的生命周期（Minority Carrier Life Time，MCLT）。因此，为了制备高品质的外延晶圆，必须严格监控外延反应腔室内部的湿气和金属污染物。
目前，在更换外延反应腔室基座后，由于新基座内吸附有水分和金属杂质，在对外延反应腔室进行预防性维护（Preventive Maintenance，PM）后，新基座内的金属杂质仍然没有去除，这导致在外延反应腔室的恢复初期，外延反应腔室在热稳定状态下的湿气和金属污染物浓度较高，生产的外延晶圆的MCLT值很低不能满足客户规格要求。因此，为了去除外延反应腔室内热稳定状态下的湿气和金属污染物，需要足够长的时间对外延反应腔室进行烘烤以及传片，以使得金属污染测试得到的外延晶圆的MCLT值达到设定值，在这种情况下导致外延晶圆的生产率降低。因此，需要寻求一种方法，能够在更换外延反应腔室基座后通过缩短外延反应腔室恢复所需要的时间来提高外延晶圆的生产率。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种外延反应腔室的恢复方法、外延生长装置及外延晶圆；能够去除外延反应腔室内热稳定状态下的湿气和金属污染物，并缩短外延反应腔室的恢复时间，提高外延晶圆的生产率。
本发明实施例的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种外延反应腔室恢复方法，所述外延反应腔室恢复方法包括：
将新基座装载至烘烤腔室中，并根据时间非线性地升高所述烘烤腔室内部温度以对所述新基座进行烘烤；
待所述新基座烘烤完成后，将所述新基座安装至外延反应腔室中，并对所述外延反应腔室按照设定的烘烤条件升高所述外延反应腔室内部温度以对所述外延反应腔室内部进行烘烤；
待所述外延反应腔室内部烘烤完成后，开始制备外延晶圆并测量所述外延晶圆的MCLT值。
第二方面，本发明实施例提供了一种外延生长装置，所述外延生长装置包括由第一方面所述的外延反应腔室恢复方法恢复得到的外延反应腔室。
第三方面，本发明实施例提供了一种外延晶圆，所述外延晶圆在由第二方面所述的外延生长装置中制备而得。
本发明实施例提供了一种外延反应腔室的恢复方法、外延生长装置及外延晶圆；在计划更换基座时提前对新基座进行烘烤处理，以去除新基座内部的水分和金属杂质，并在新基座烘烤完成后安装至外延反应腔室中，并按照设定的烘烤条件升高外延反应腔室内部温度对外延反应腔室的内部进行烘烤，待外延反应腔室烘烤完成后，开始制备外延晶圆并测量外延晶圆的MCLT值。通过该外延反应腔室恢复方法减少了新基座吸附的水分和金属杂质在高温工艺下析出导致外延反应腔室内产生的湿气和金属污染物含量，同时也缩短了外延反应腔室的恢复时间，提高了外延晶圆的生产率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的现有的用于抛光晶圆的外延生长装置的示意图；
图2为本发明实施例提供的基座的微观组织示意图；
图3为本发明实施例提供的现有的外延反应腔室更换基座以及外延反应腔室恢复的基本流程示意图；
图4为本发明实施例提供的现有方法更换基座后外延反应腔室恢复过程中传片的次数和MCLT之间的关系示意图；
图5为本发明实施例提供的一种外延反应腔室恢复方法流程示意图；
图6为本发明实施例提供的外延反应腔室更换基座以及外延反应腔室恢复的基本流程示意图；
图7为本发明实施例提供的更换基座后外延反应腔室恢复过程中传片的次数和MCLT之间的关系示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1，其示出了现有的用于抛光晶圆W的外延生长装置1的示意图。如图1所示，该外延生长装置1可以包括：基座S，支撑基座S的基座支撑架10以及外延反应腔室RC，其中，外延反应腔室RC分隔成上外延反应腔室RC1和下外延反应腔室RC2，抛光晶圆W放置在上外延反应腔室RC1中；进气口20，该进气口20用于向上外延反应腔室RC1中输送反应气体，例如以SiHCl3为例的硅源气体、氢气，以B2H6或PH3为例的掺杂剂气体，以便于通过硅源气体与氢气反应生成硅原子并沉积在抛光晶圆W上以在抛光晶圆W上生长一层外延层制备得到外延晶圆W'，同时通过掺杂剂气体对外延层进行掺杂以获得所需的电阻率；排气口30，该排气口30用于将反应尾气排出外延反应腔室RC。
参见图2，其示出了基座S的微观组织图。由图2可以看出，该基座S通常由高纯石墨组成，并且具有完全包裹石墨的碳化硅涂层，以减少外延沉积工艺过程中石墨释放到外延反应腔室RC金属污染物的含量；另一方面，由图2可以看出基座S微观组织中存在微缺陷，因此不可避免地会吸附水分和金属杂质。如果外延反应腔室RC进行PM后，新基座S内存在的这些水分和金属杂质没有去除，那么在抛光晶圆W的外延生长过程中，新基座S吸附的水分和金属杂质在高温工艺过程中会缓慢地析出进而导致外延反应腔室RC内产生湿气和金属污染物，这些湿气和金属污染物会影响外延晶圆W'的品质。
图3为现有的外延反应腔室RC更换基座S以及外延反应腔室RC恢复的基本流程示意图。现有的方法更换基座S的主要步骤包括：在计划更换基座S前，预先打开外延反应腔室RC并拆除旧基座S后，对外延反应腔室RC进行清洁；同时，工艺人员拆包新基座S，并将新基座S安装至清洁完成的外延反应腔室RC中，待新基座S安装完成后对外延反应腔室RC内部烘烤12h以去除外延反应腔室RC内部的湿气和金属污染物；当外延反应腔室RC烘烤完成后开启外延反应生长装置，并进行金属污染测试，具体操作是利用烘烤完成的外延反应腔室RC制备外延晶圆W'并测试外延晶圆W'的MCLT值，以实现通过测量外延反应腔室RC制备的外延晶圆W'的MCLT值来判断外延反应腔室RC内部金属污染物的分布水平。在实际金属污染测试过程中，如果外延反应腔室RC制备的外延晶圆W'的MCLT值高于设定值1800µs，也就是说MCLT≧1800µs，则表示外延反应腔室RC内部的湿气和金属污染物含量满足生产要求，金属污染测试通过；如果外延反应腔室RC制备的外延晶圆W'的MCLT值低于设定值1800µs，也就是说MCLT<1800µs，则表示外延反应腔室RC内部的湿气和金属污染物含量不满足生产要求，金属污染测试不通过，图中用NG表示，此时外延反应腔室RC需要持续进行烘烤和传片来改善外延反应腔室RC热稳定状态下湿气和金属污染物含量。参见图4，其示出了现有方法更换基座S后外延反应腔室RC恢复过程中传片的次数和MCLT之间的关系示意图。由图4可以看出，现有的方法更换基座S后外延反应腔室RC最初制备的外延晶圆W'的MCLT值很低，这是由于在PM后外延反应腔室RC内残留的湿气在外延反应腔室RC升温过程中通过烘烤工艺和氢气循环基本可以在较短时间内排出外延反应腔室RC。然而，新基座S内部吸附的水分和金属杂质在高温条件下会缓慢地析出，并在外延反应腔室RC内部产生湿气和金属污染物。基于此，在更换新基座S后的外延反应腔室RC恢复初期，外延反应腔室RC在热稳定状态下的湿气和金属污染物浓度相对较高，制备的外延晶圆W'的MCLT值很低，不能满足客户规格；随着传片次数增加，制备的外延晶圆W'的MCLT值逐渐增大且趋于稳定，这主要是因为热稳定状态下外延反应腔室RC内的湿气和金属污染物含量逐渐降低；并且由图4可以看出，在外延反应腔室RC传片200次后再次进行金属污染测试，可以确定制备得到的外延晶圆W'的MCLT值高于设定值1800µs，金属污染测试通过。
基于上述阐述，现有方法更换基座S后为了去除外延反应腔室RC内热稳定状态下的湿气和金属污染物，需要足够长的时间来进行烘烤和传片，导致外延晶圆W'的生产率降低。
因此，为了能够在更换基座S后通过缩短外延反应腔室RC恢复所需要的时间来提高外延晶圆W'的生产率，本发明实施例期望对图3所示的外延反应腔室RC更换基座S以及外延反应腔室RC恢复的基本流程进行改进。参见图5，其示出了本发明实施例提供的一种外延反应腔室RC恢复方法，该外延反应腔室RC恢复方法具体包括：
S501、将新基座S装载至烘烤腔室中，并根据时间非线性地升高所述烘烤腔室内部温度以对所述新基座进行烘烤；
S502、待所述新基座S烘烤完成后，将所述新基座S安装至外延反应腔室RC中，并对所述外延反应腔室RC按照设定的烘烤条件升高所述外延反应腔室RC内部温度以对所述外延反应腔室内部进行烘烤；
S503、待所述外延反应腔室RC内部烘烤完成后，开始制备外延晶圆W'并测量所述外延晶圆W'的MCLT值。
对于图5所示的外延反应腔室恢复方法，在计划更换基座时提前对新基座S进行烘烤处理，以去除新基座S内部的水分和金属杂质，并在新基座S烘烤完成后安装至外延反应腔室RC中，并按照设定的烘烤条件升高外延反应腔室RC内部温度对外延反应腔室RC内部进行烘烤，待外延反应腔室RC烘烤完成后，开始制备外延晶圆W'并测量外延晶圆W'的MCLT值。通过该外延反应腔室RC恢复方法减少了新基座S吸附的水分和金属杂质在高温工艺下析出导致外延反应腔室RC内产生的湿气和金属污染物含量，同时也缩短了外延反应腔室RC的恢复时间，提高了外延晶圆W'的生产率。
对于图5所示的外延反应腔室恢复方法，在一些示例中，所述烘烤腔室中循环通入氢气。可以理解地，新基座S在安装至外延反应腔室RC中前，预先装载到一个循环通入氢气的烘烤腔室中，通过氢气吹扫能够去除新基座S表面的水分和金属杂质。
对于图5所示的外延反应腔室恢复方法，在一些示例中，所述烘烤腔室的材质为石英材质。可以理解地，在本发明实施例中烘烤腔室与新基座S的材质相同，以避免新基座S在烘烤腔室中烘烤的过程中引入新的杂质。
对于图5所示的外延反应腔室恢复方法，在一些示例中，所述将新基座S装载至烘烤腔室中，并根据时间非线性地升高所述烘烤腔室内部温度以对所述新基座进行烘烤，包括：
待所述新基座S装载至所述烘烤腔室后，将所述烘烤腔室内部升温至预定的第一温度，保温时间为T1min；
将所述烘烤腔室内部升温至预定的第二温度，保温时间为T2min；
将所述烘烤腔室降温至室温以完成所述新基座的烘烤。
优选地，所述第一温度设定在750℃至780℃范围内，所述保温时间T1设定在60min至90min范围内。
优选地，所述第二温度设定在1100℃至1180℃范围内，所述保温时间T2设定在480min至520min范围内。
需要说明的是，采用非线性的方式对烘烤腔室内部进行升温，当第一温度为750℃至780℃，且保温时间为60min至90min时，通过氢气吹扫能够去除新基座S表面吸附的水分和金属杂质；而将第二温度设定为1100℃至1180℃，且保温时间为480min至520min时，通过高温条件下持续烘烤能够使得新基座S内部吸附的水分和金属杂质析出至新基座S表面，进而利用氢气吹扫也能够去除析出的水分和金属杂质；最后将烘烤腔室降温至室温，新基座S的烘烤处理完成。由此可知，新基座S通过不同温度下的烘烤以及氢气循环吹扫，能够消除新基座S表面及其内部的水分和金属杂质。
对于图5所示的外延反应腔室恢复方法，在一些示例中，所述设定的烘烤条件为：烘烤温度为750℃，烘烤时间为6h。当新基座S烘烤工艺结束后即可以将新基座S安装至清洁完成的外延反应腔室RC中，并开始根据设定的烘烤条件对外延反应腔室RC进行烘烤，由于新基座S在安装至外延反应腔室RC前已经去除了吸附的水分和金属杂质，因此外延反应腔室RC升温后新基座S中很少有水分和金属杂质析出以导致外延反应腔室RC内部产生湿气和金属污染物。在PM后外延反应腔室RC残留的湿气和金属杂质在外延反应腔室RC升温过程中通过烘烤工艺和反应气体的循环可以在较短时间内排出外延反应腔室RC。
基于以上阐述，参见图6，其示出了本发明实施例中的外延反应腔室RC更换基座S以及外延反应腔室RC恢复的基本流程示意图。本发明实施例提供的更换基座S后的具体步骤包括：在计划更换基座S前，先拆包新基座S，并将新基座S装载至烘烤腔室中，并根据时间非线性地升高烘烤腔室内部温度以对新基座S进行烘烤从而去除新基座内部的水分和金属杂质；另一方面，打开外延反应腔室RC拆除旧基座S后，对外延反应腔室RC进行清洁。待新基座S烘烤完成后，将烘烤后的新基座S安装至清洁完成的外延反应腔室RC中，待新基座S安装完成后对外延反应腔室RC内部升温至750℃，持续烘烤6h以去除外延反应腔室RC内部残留的湿气和金属污染物。当外延反应腔室RC烘烤完成后开启外延反应生长装置，并进行金属污染测试，具体操作如前述内容所述。结合图7可以看出，在本发明实施例中，更换基座S后外延反应腔室RC最初制备的外延晶圆W'的MCLT值大约为1500μs，高于现有方法更换基座S后外延反应腔室RC最初制备的外延晶圆W'的MCLT值，并且在外延反应腔室RC传片50次后再次进行金属污染测试，可以确定制备得到的外延晶圆W'的MCLT值高于设定值1800µs，由此可知，通过本发明实施例提供的外延反应腔室RC恢复方法，能够降低更换基座S后外延反应腔室RC恢复过程中传片的次数，缩短了外延反应腔室RC制备的外延晶圆W'的MCLT值达到客户规格所需要的时间。
同时，本发明实施例还提供了一种外延生长装置，所述外延生长装置包括由前述技术方案所述的外延反应腔室恢复方法恢复得到的外延反应腔室。
另外，本发明实施例还提供了一种外延晶圆W'，所述外延晶圆W'在由前述所述技术方案所述的外延生长装置中制备而得。
需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种外延反应腔室恢复方法，其特征在于，所述外延反应腔室恢复方法包括：
将新基座装载至烘烤腔室中，并根据时间非线性地升高所述烘烤腔室内部温度以对所述新基座进行烘烤；
待所述新基座烘烤完成后，将所述新基座安装至外延反应腔室中，并对所述外延反应腔室按照设定的烘烤条件升高所述外延反应腔室内部温度以对所述外延反应腔室内部进行烘烤；
待所述外延反应腔室内部烘烤完成后，开始制备外延晶圆并测量所述外延晶圆的少数载流子的生命周期MCLT值。
2.根据权利要求1所述的外延反应腔室恢复方法，其特征在于，所述烘烤腔室中循环通入氢气。
3.根据权利要求1所述的外延反应腔室恢复方法，其特征在于，所述烘烤腔室的材质为石英材质。
4.根据权利要求1所述的外延反应腔室恢复方法，其特征在于，所述将新基座装载至烘烤腔室中，并根据时间非线性地升高所述烘烤腔室内部温度以对所述新基座进行烘烤，包括：
待所述新基座装载至所述烘烤腔室后，将所述烘烤腔室内部升温至预定的第一温度，保温时间为T1min；
将所述烘烤腔室内部升温至预定的第二温度，保温时间为T2min；
将所述烘烤腔室降温至室温以完成所述新基座的烘烤。
5.根据权利要求4所述的外延反应腔室恢复方法，其特征在于，所述第一温度设定在750℃至780℃范围内，所述保温时间T1设定在60min至90min范围内。
6.根据权利要求4所述的外延反应腔室恢复方法，其特征在于，所述第二温度设定在1100℃至1180℃范围内，所述保温时间T2设定在480min至520min范围内。
7.根据权利要求1所述的外延反应腔室恢复方法，其特征在于，所述设定的烘烤条件为：烘烤温度为750℃，烘烤时间为6h。
8.一种外延生长装置，其特征在于，所述外延生长装置包括由权利要求1至7任一项所述的外延反应腔室恢复方法恢复得到的外延反应腔室。
9.一种外延晶圆，其特征在于，所述外延晶圆在由权利要求8所述的外延生长装置中制备而得。
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