CN115747756A

CN115747756A - 外延生长设备重启方法

Info

Publication number: CN115747756A
Application number: CN202211562148.5A
Authority: CN
Inventors: 高尚梁; 王力; 郝宁
Original assignee: Xian Eswin Silicon Wafer Technology Co Ltd; Xian Eswin Material Technology Co Ltd
Current assignee: Xian Eswin Silicon Wafer Technology Co Ltd; Xian Eswin Material Technology Co Ltd
Priority date: 2022-12-07
Filing date: 2022-12-07
Publication date: 2023-03-07
Also published as: TW202325878A

Abstract

本发明提供了一种外延生长设备重启方法，属于半导体制造技术领域。外延生长设备重启方法，包括：将氢气注入设置在所述外延生长设备内的反应腔中并吹扫氢气预定时间；将晶圆片放置在所述反应腔内部的基座上；在第一温度下向所述反应腔内通入刻蚀气体，流量为15SLM～20SLM，持续时间为30～40s；在第二温度下向所述反应腔内通入硅源气体，流量为20SLM～30SLM，持续时间为40～60s；在生长外延晶片之后测量所述外延晶片的少数载流子MCLT，当MCLT达到预定值时，完成外延生长设备的重启。本发明的技术方案能够提高外延晶片的生产率。

Description

外延生长设备重启方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种外延生长设备重启方法。

背景技术

目前，外延晶片在集成电路产业中起着举足轻重的作用，硅片的外延生长过程就是在经过抛光的硅片表面进行CVD(化学气相沉积)，利用TCS(三氯氢硅)等硅的气态化合物，在已加热的硅衬底表面与氢反应或自身发生热分解，还原成硅，并以单晶形态沉积在硅衬底表面：

SiHCl₃+H₂→Si↓+3HCl

外延晶片相比抛光片具有更低的含氧量、含碳量、缺陷密度，能够更好地控制厚度及电阻率，具有金属吸杂和良好的导电性，被广泛应用于高集成化的IC器件等。

在外延层生长过程中，外延生长设备的腔内含有大量湿气，这些湿气包括在高温下进行外延生长过程时产生的金属杂质。如果腔室内存在金属杂质时，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(Minority Carrier Life Time，MCLT)的寿命，就不能制造出满足要求的外延晶片。因此，在完成外延生长后，需要对外延生长设备进行预防性维护(PM)，以满足下次生产所需的环境。PM之后，外延设备机台中会有残留的水分和金属杂质，这时就需要对外延炉进行重启过程，以便制造外延晶片。

当进行外延生长系统的重启程序时，通过不断重复在腔室内通气、加热和稳定的步骤来保证晶圆质量，以执行重启程序。但是，重启之后外延反应腔室内热稳定状态下的金属污染物还是较多，为使得金属污染测试得到的外延晶片的MCLT值达到设定值，需要足够长的时间对外延反应腔室进行烘烤以及传片，这会导致外延晶片的生产率降低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种外延生长设备重启方法，能够提高外延晶片的生产率。

为了达到上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：

一种外延生长设备重启方法，包括：

将氢气注入设置在所述外延生长设备内的反应腔中并吹扫氢气预定时间；

将晶圆片放置在所述反应腔内部的基座上；

在第一温度下向所述反应腔内通入刻蚀气体，流量为15SLM～20SLM，持续时间为30～40s；

在第二温度下向所述反应腔内通入硅源气体，流量为20SLM～30SLM，持续时间为40～60s；

在生长外延晶片之后测量所述外延晶片的少数载流子MCLT，当MCLT达到预定值时，完成外延生长设备的重启。

一些实施例中，将晶圆片放置在所述反应腔内部的基座上之后，所述方法还包括：

将所述反应腔加热至预定的第一温度，然后稳定所述反应腔。

一些实施例中，所述第一温度为1100℃-1200℃。

一些实施例中，所述第二温度为1075℃-1175℃。

一些实施例中，所述硅源气体是三氯硅烷气体；

所述刻蚀气体为HCL。

一些实施例中，所述在生长所述外延晶片之后测量所述外延晶片的MCLT，还包括重复执行在制造所述外延晶片之后从所述反应腔移出所述外延晶片并清洁所述反应腔的工序，直至MCLT达到预定值。

一些实施例中，在多次运行进行时，执行测量所述外延晶片的MCLT的步骤，其中，制造一个外延晶片的过程称为一次运行。

一些实施例中，对应于50、100、150、200、250、300、350和400次运行的外延晶片取为抽样晶片并且测量MCLT值。

本发明的有益效果是：

本实施例中，通过改变刻蚀气体和硅源气体的通入流量和通入时间，能够以更快的速率去除反应腔内的水分和金属杂质，所以可以减少达到MCLT设定值以执行外延生长设备重操作所需的时间，因此，可以提高外延晶片的生产效率。

附图说明

图1表示本发明实施例外延生长设备重启方法的流程示意图；

图2表示本发明实施例外延生长设备的结构示意图；

图3表示外延生长设备重启时反应腔内的MCLT变化示意图；

图4表示外延生长设备重启时每次运行时各个流程的温度和时间示意图。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

相关技术中，在外延生长设备重启后，不能有效地消除刻蚀和生长薄膜过程中残留的金属杂质，从而影响MCLT恢复到设定值所需的时间，外延生长设备重启的时间也受到影响，进而影响外延晶片的生产效率。

本发明实施例提供一种外延生长设备重启方法，如图1所示，包括：

步骤101：将氢气注入设置在所述外延生长设备内的反应腔中并吹扫氢气预定时间，具体地，可以在整个重启流程中持续将氢气通入反应腔，通过氢气的转运，可以更有效地排出反应腔内的湿气和物质；

步骤102：将晶圆片放置在所述反应腔内部的基座上；在第一温度下向所述反应腔内通入刻蚀气体，流量为15SLM～20SLM，持续时间为30～40s；

一些实施例中，刻蚀气体的流量可以为15SLM、16SLM、17SLM、18SLM、19SLM或20SLM。通入刻蚀气体的持续时间可以为30s、32s、34s、36s、38s或40s。

步骤103：在第二温度下向所述反应腔内通入硅源气体，流量为20SLM～30SLM，持续时间为40～60s；

一些实施例中，硅源气体的流量可以为20SLM、22SLM、24SLM、26SLM、28SLM或30SLM。通入硅源气体的持续时间可以为40s、45s、50s、55s、58s或60s。

步骤104：在生长外延晶片之后测量所述外延晶片的少数载流子MCLT，当MCLT达到预定值时，完成外延生长设备的重启。

如图2所示，本实施例的外延反应设备100包括反应腔，还包括：进气口101、出气口102、位于反应腔内的基座103。基座103是在执行外延过程时在其上安装晶圆片的部分，基座103可以由诸如碳石墨或碳化硅等的材料制成的板构成。基座103由位于基座103下部的主轴和基座支撑件支撑，该基座支撑件沿基座103边缘方向在主轴的各位置处设置。

外延膜是在外延反应设备内的反应腔中在高温下在晶圆片上气相生长的，在晶圆片上生长外延膜后，得到外延晶片。如果反应腔内存在金属杂质或残留湿气，制造的外延晶片被金属杂质污染，因此不能保证外延晶片的质量。

因此，在执行各工序之后，反应腔执行预防性维护(PM)，从而在PM之后在反应腔内产生残留湿气。可以通过诸如烘烤腔室内部的工序来去除残留湿气。

将所述反应腔加热至预定的第一温度，然后稳定所述反应腔。这样可以烘烤反应腔，去除反应腔内的水分，并且能够使得反应腔内各个位置的温度保持一致，比如使得基座下部和上部的温度相等。

一些实施例中，所述第一温度可以为1100℃-1200℃。具体地，第一温度可以为1100℃、1110℃、1120℃、1130℃、1140℃、1150℃、1160℃、1170℃、1180℃、1190℃或1200℃。

本实施例中，可通过对用于制造外延晶片的基座表面进行蚀刻，并在基座表面上沉积硅膜来稳定基座。

基座在高温过程之后在与晶圆片接触的表面上含有湿气以及污染物，因此，需要使基座表面稳定，以去除湿气、污染物、金属物质和各种残留物。

本实施例中，可以在第一温度下向所述反应腔内通入刻蚀气体，流量为15SLM～20SLM，持续时间为30～40s，以去除基座上的湿气、污染物、金属物质和各种残留物。之后可以在第二温度下向所述反应腔内通入硅源气体，流量为20SLM～30SLM，持续时间为40～60s，在基座上形成一定厚度的硅膜，由此使基座稳定。

一些实施例中，所述第二温度可以为1075℃-1175℃。具体地，第二温度可以为1075℃、1085℃、1095℃、1105℃、1115℃、1125℃、1135℃、1145℃、1155℃、1165℃或1175℃。

一些实施例中，所述硅源气体可以是三氯硅烷气体，刻蚀气体为HCL。

一些实施例中，在多次运行进行时，执行测量所述外延晶片的MCLT的步骤，其中，制造一个外延晶片的过程称为一次运行。这样可以判断外延晶片的MCLT值是否达到设定值。

一些实施例中，当MCLT达到预定值时，重启外延生长设备的步骤完成。

在从反应腔中移出其上形成有外延膜的抽样晶片之后，执行通过氢氟酸处理去除自然氧化物膜的工序。此外，将碘薄薄地沉积在外延晶片上，然后扫描外延晶片表面以测量MCLT水平。

少数载流子寿命(MCLT)可以是确定重启外延生长系统的准备度的一种度量。MCLT是指超量少数电子重新组合所需的平均时间，并且反应腔内杂质越多，则MCLT越低。

因此，测量对应于50、100、150、200、250、300、350和400次运行的样品晶片的MCLT，并且当MCLT满足预定值时，可以确定完成了重启外延生长系统的准备工作。当MCLT值不满足预定值时，继续执行多次运行。

在一种实施方式中，当MCLT达到预定值时，外延生长系统的重启程序完成，并且预定值可以设定为2800us，这意味着反应腔内存在的诸如金属颗粒等的污染物几乎都被去除，不影响后续制造的外延晶片质量。

一具体示例中，外延生长设备重启方法包括以下步骤：

步骤S1、向反应腔的上腔室和下腔室中通入氢气，持续时间为整个流程；

步骤S2、将晶圆片置于反应腔的基座上，对反应腔进行升温处理，将温度提升至1180℃；

步骤S3、执行反应腔烘烤工序，烘烤温度设定为1180℃，持续时间为65S；

步骤S4、执行表面刻蚀工序，向反应腔内通入刻蚀气体HCL，流量为15SLM～20SLM，持续时间30～40s，温度设定为1180℃；

步骤S5、执行生长薄膜工序，向反应腔内通入硅源气体TCS，流量为20SLM～30SLM，持续时间40～60s，温度设定为1125℃；

步骤S6、制造外延晶片，测量对应于50、100、150、200、250、300、350和400次运行的外延晶片的MCLT值，如果MCLT值满足设定值时，可以认为外延炉的复机流程结束。当MCLT不满足设定值时，则需重复S1～S6的过程以保证外延炉复机时所需的MCLT值。

图3所示为现有技术和本发明实施例准备外延炉复机时，反应腔内部MCLT水平的变化图。可以看出，现有技术中，对应于50次(Run)运行，外延晶片的MCLT值小于500us；对应于100次运行，外延晶片的MCLT值小于1500us；对应于200次运行，外延晶片的MCLT值大约为1600us；对应于250次运行，外延晶片的MCLT值小于2000us；对应于300次运行，外延晶片的MCLT值小于2500us；对应于350次运行，外延晶片的MCLT值大约为2700us；对应于400次运行，外延晶片的MCLT值大约为2800us。采用本实施例的技术方案后，对应于50次运行，外延晶片的MCLT值大于500us；对应于100次运行，外延晶片的MCLT值大于2000us；对应于200次运行，外延晶片的MCLT值大约为3000us；对应于250次运行，外延晶片的MCLT值大于3000us；对应于300次运行，外延晶片的MCLT值大约为3100us。

与现有技术相比，本实施例通过设计刻蚀气体HCL和硅源气体TCS的通入流量和通入时间，能有效缩短反应腔MCLT到达设定值的时间。如果不执行上述操作，在大约400Run的运行次数时，MCLT达到约2800us，此时外延炉达到重启的条件。但是，如果执行本实施例的上述操作，在大约200Run的运行次数时，MCLT就能达到约3000us，这样就大大缩短了外延炉重启的时间。

图4所示为本实施例外延炉复机时，每完成一次运行，各个流程所需时间及温度。可以看出，本实施例完成一次运行大约为330s，能够大大缩短外延炉重启的时间。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims

1.一种外延生长设备重启方法，其特征在于，包括：

将晶圆片放置在所述反应腔内部的基座上；

2.根据权利要求1所述的外延生长设备重启方法，其特征在于，将晶圆片放置在所述反应腔内部的基座上之后，所述方法还包括：

3.根据权利要求1或2所述的外延生长设备重启方法，其特征在于，所述第一温度为1100℃-1200℃。

4.根据权利要求1所述的外延生长设备重启方法，其特征在于，所述第二温度为1075℃-1175℃。

5.根据权利要求1所述的外延生长设备重启方法，其特征在于，所述硅源气体是三氯硅烷气体；

所述刻蚀气体为HCL。

6.根据权利要求1所述的外延生长设备重启方法，其特征在于，所述在生长所述外延晶片之后测量所述外延晶片的MCLT，还包括重复执行在制造所述外延晶片之后从所述反应腔移出所述外延晶片并清洁所述反应腔的工序，直至MCLT达到预定值。

7.根据权利要求1所述的外延生长设备重启方法，其特征在于，在多次运行进行时，执行测量所述外延晶片的MCLT的步骤，其中，制造一个外延晶片的过程称为一次运行。

8.根据权利要求7所述的外延生长设备重启方法，其特征在于，对应于50、100、150、200、250、300、350和400次运行的外延晶片取为抽样晶片并且测量MCLT值。