CN115747962A - 晶圆的外延生长方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种晶圆的外延生长方法及设备，属于半导体制造技术领域。晶圆的外延生长方法，包括：将氢气注入晶圆的外延生长设备内的反应腔室中并吹扫预定时间；将抛光后的晶圆放置在所述反应腔室内部的基座上；在第一温度下向所述反应腔室内通入刻蚀气体，对所述晶圆表面进行刻蚀；在第二温度下向所述反应腔室内通入硅源气体，在所述晶圆的表面上生长外延层。本发明的技术方案能够改善晶圆外延层的表面缺陷，进而消除因外延晶圆表面缺陷而产生的颗粒问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆的外延生长方法及设备。
背景技术
晶圆的外延生长工艺是半导体芯片制造过程中的一个重要工艺，该工艺是指在一定条件下，在经抛光的晶圆上再生长一层具有相同晶体取向的单晶硅薄膜，即外延层，从而获得外延晶圆。外延晶圆因为其良好的晶体结构、更低的缺陷密度和优秀的导电性能，广泛应用于高性能半导体器件的生产制造。晶圆的外延生长主要包括真空外延沉积、气相外延沉积以及液相外延沉积等生长方法，其中以气相外延沉积的应用最为广泛。
颗粒是影响晶圆品质的主要因素之一，在外延晶圆的加工过程中，为了降低颗粒数量，在外延层生长前后都要进行清洗工序，以降低颗粒含量。这些工序能够有效祛除晶圆表面的颗粒和有机物，但是对晶圆由于前端工艺产生的表面缺陷(划伤、表面损伤层、毛刺和Haze等)而造成的颗粒问题不能有效解决。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种晶圆的外延生长方法及设备，能够改善晶圆外延层的表面缺陷，进而消除因外延晶圆表面缺陷而产生的颗粒问题。
为了达到上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：
一种晶圆的外延生长方法，包括：
将氢气注入晶圆的外延生长设备内的反应腔室中并吹扫预定时间；
将抛光后的晶圆放置在所述反应腔室内部的基座上；
在第一温度下向所述反应腔室内通入刻蚀气体，对所述晶圆表面进行刻蚀；
在第二温度下向所述反应腔室内通入硅源气体，在所述晶圆的表面上生长外延层。
一些实施例中，将抛光后的晶圆放置在所述反应腔室内部的基座上之前，所述方法还包括：
对所述晶圆进行抛光，并对抛光后的晶圆进行清洗。
一些实施例中，将抛光后的晶圆放置在所述反应腔室内部的基座上之后，在第一温度下向所述反应腔室内通入刻蚀气体之前，所述方法还包括：
将所述反应腔室加热至预定的第三温度，然后稳定所述反应腔室，所述第三温度高于所述第一温度。
一些实施例中，所述第一温度为1120℃～1180℃。
一些实施例中，所述第二温度为1075℃-1175℃。
一些实施例中，向所述反应腔室内通入刻蚀气体的时长为10s～200s，向所述反应腔室内通入刻蚀气体的流量为500sccm～2000sccm。
一些实施例中，停止向所述反应腔室内通入刻蚀气体之后，向所述反应腔室内通入硅源气体之前，所述方法还包括：
对所述反应腔室进行清洁。
一些实施例中，对所述晶圆进行刻蚀的深度为1.5-10um。
本发明实施例还提供了一种晶圆的外延生长设备，包括：
反应腔室，所述反应腔室内部设置有用以承载抛光后的晶圆的基座；
刻蚀气体供应装置，用以向所述反应腔室内输送刻蚀气体；
硅源气体供应装置，用以向所述反应腔室内输送硅源气体；
控制装置，用于控制所述刻蚀气体供应装置在第一温度下向所述反应腔室内通入刻蚀气体，对所述晶圆表面进行刻蚀；控制所述硅源气体供应装置在第二温度下向所述反应腔室内通入硅源气体，在所述晶圆的表面上生长外延层。
一些实施例中，
所述控制装置具体用于控制所述刻蚀气体供应装置向所述反应腔室内通入刻蚀气体的时长为10s～200s，向所述反应腔室内通入刻蚀气体的流量为500sccm～2000sccm。
本发明的有益效果是：
本实施例中，先对抛光后的晶圆表面进行深度刻蚀，去除晶圆含有缺陷的近表面层，然后再在晶圆表面生长外延层，相比于清洗工序和提升前端工序质量，本发明的深度刻蚀能够避免晶圆外延层出现表面缺陷，得到高质量的外延晶圆，进而改善由于表面缺陷而造成的外延晶圆颗粒问题，提高外延晶圆产品的品质。
附图说明
图1表示本发明实施例晶圆的外延生长方法的流程示意图；
图2表示现有技术生长外延层的示意图；
图3表示本发明实施例生长外延层的示意图；
图4表示本发明实施例晶圆的外延生长方法的示意图。
附图标记
1 抛光后的晶圆
2 颗粒物
3 现有技术的外延层
4本实施例去除含有缺陷的近表面层的晶圆
5本实施例的外延层
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。
本发明提供一种晶圆的外延生长方法及设备，能够改善晶圆外延层的表面缺陷，进而消除因外延晶圆表面缺陷而产生的颗粒问题。
本发明实施例提供一种晶圆的外延生长方法，如图1所示，包括：
步骤101：将氢气注入晶圆的外延生长设备内的反应腔室中并吹扫预定时间；
具体地，可以在整个外延生长过程中持续将氢气通入反应腔室，通过氢气的转运，可以更有效地排出反应腔室内的湿气和物质；
步骤102：将抛光后的晶圆放置在所述反应腔室内部的基座上；
本实施例的外延生长设备包括反应腔室，还包括：进气口、出气口、位于反应腔室内的基座。基座是在执行外延过程时在其上安装晶圆的部分，基座可以由诸如碳石墨或碳化硅等的材料制成的板构成。基座由位于基座下部的主轴和基座支撑件支撑，该基座支撑件沿基座边缘方向在主轴的各位置处形成。
步骤103：在第一温度下向所述反应腔室内通入刻蚀气体，对所述晶圆表面进行刻蚀；
具体地，刻蚀气体可以采用氯化氢HCl气体。
步骤104：在第二温度下向所述反应腔室内通入硅源气体，在所述晶圆的表面上生长外延层。
具体地，所述硅源气体可以是三氯硅烷TCS气体。
本实施例中，先对抛光后的晶圆表面进行深度刻蚀，去除晶圆含有缺陷的近表面层，然后再在晶圆表面生长外延层，相比于清洗工序和提升前端工序质量，本发明的深度刻蚀能够避免晶圆外延层出现表面缺陷，得到高质量的外延晶圆，进而改善由于表面缺陷而造成的外延晶圆颗粒问题，提高外延晶圆产品的品质。
一些实施例中，将抛光后的晶圆放置在所述反应腔室内部的基座上之前，所述方法还包括：
对所述晶圆进行抛光，并对抛光后的晶圆进行清洗，通过清洗能够去除晶圆表面的颗粒物、有机物等杂质。
一些实施例中，将抛光后的晶圆放置在所述反应腔室内部的基座上之后，在第一温度下向所述反应腔室内通入刻蚀气体之前，所述方法还包括：
将所述反应腔室加热至预定的第三温度，然后稳定所述反应腔室，所述第三温度高于所述第一温度。这样可以烘烤反应腔室，去除反应腔室内的水分，并且能够使得反应腔室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1120℃～1180℃。在该温度范围下，可以有效保证刻蚀气体的刻蚀效率，使得刻蚀气体对晶圆表面进行刻蚀，去除掉晶圆的含有缺陷的近表面层，使得晶圆的表面无缺陷。
一些实施例中，第一温度可以为1120℃、1130℃、1140℃、1150℃、1160℃、 1170℃或1180℃。
一些实施例中，所述第二温度为1075℃-1175℃，在该温度范围下，可以在晶圆表面进行外延层的生长。
一些实施例中，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，向所述反应腔室内通入刻蚀气体的时长为10s～200s，向所述反应腔室内通入刻蚀气体的流量为500sccm～2000sccm，这样可以使得对晶圆进行刻蚀的深度为1.5-10um，去除掉含有缺陷的近表面层的同时，避免对晶圆造成过度刻蚀。
一些实施例中，停止向所述反应腔室内通入刻蚀气体之后，向所述反应腔室内通入硅源气体之前，所述方法还包括：
对所述反应腔室进行清洁，这样可以去除反应腔室内的颗粒物等杂质，避免颗粒物等杂质影响生长的外延层的质量。
图2为现有技术生长外延层的示意图，如图2所示，现有技术中，在对抛光后的晶圆1进行清洗，去除晶圆1表面的颗粒物2后，直接在晶圆1的表面生长一层外延层3，由于晶圆1表面存在缺陷，生长的外延层3也存在缺陷，颗粒物容易聚集在外延层3的缺陷位置处难以去除，这样难以避免由晶圆表面缺陷而造成的颗粒问题，导致外延晶圆的产品良率比较低。
图3表示本发明实施例生长外延层的示意图，如图3所示，本实施例中对抛光后的晶圆1进行刻蚀，去除晶圆1含有缺陷的近表面层，得到表面无缺陷的晶圆4，之后在晶圆4表面生长一层外延层5，由于晶圆4表面不存在缺陷，生长的外延层5表面也不存在缺陷，能够改善晶圆外延层的表面缺陷，进而消除因外延晶圆表面缺陷而产生的颗粒问题，有效提高外延晶圆的产品良率。
本实施例中，对抛光后的晶圆1进行刻蚀之前，晶圆1的厚度为hμm，对抛光后的晶圆1进行刻蚀之后，晶圆1的厚度为xμm，刻蚀深度为h-x(μm)，可以根据晶圆1的表面缺陷情况调整x的取值，有效去除晶圆1表面的缺陷，再经过外延生长工序，得到高质量的外延晶圆产品。
图4为本实施例晶圆的外延生长方法的示意图，可以看出，本实施例的晶圆的外延生长方法依次包括：加载晶圆—通入氢气—晶圆刻蚀—清洁腔室—外延生长—清洁腔室—卸载晶圆等步骤，其中，在晶圆刻蚀步骤，向反应腔室内通入HCl气体；在外延生长步骤，向反应腔室内通入硅源气体和掺杂气体；在整个流程中，持续向反应腔室内通入氢气。
本发明实施例还提供了一种晶圆的外延生长设备，包括：
反应腔室，所述反应腔室内部设置有用以承载抛光后的晶圆的基座；
本实施例的外延生长设备包括反应腔室，还包括：进气口、出气口、位于反应腔室内的基座。基座是在执行外延过程时在其上安装晶圆的部分，基座可以由诸如碳石墨或碳化硅等的材料制成的板构成。基座由位于基座下部的主轴和基座支撑件支撑，该基座支撑件沿基座边缘方向在主轴的各位置处形成。
刻蚀气体供应装置，用以向所述反应腔室内输送刻蚀气体，具体地，刻蚀气体可以采用氯化氢HCl气体；
硅源气体供应装置，用以向所述反应腔室内输送硅源气体，具体地，所述硅源气体可以是三氯硅烷TCS气体；
控制装置，用于控制所述刻蚀气体供应装置在第一温度下向所述反应腔室内通入刻蚀气体，对所述晶圆表面进行刻蚀；控制所述硅源气体供应装置在第二温度下向所述反应腔室内通入硅源气体，在所述晶圆的表面上生长外延层。
本实施例中，先对抛光后的晶圆表面进行刻蚀，去除晶圆含有缺陷的近表面层，然后再在晶圆表面生长外延层，能够避免晶圆外延层出现表面缺陷，得到高质量的外延晶圆，有效改善由于表面缺陷而造成的外延晶圆颗粒问题，提高外延晶圆产品的品质。
一些实施例中，所述第一温度可以为1120℃～1180℃。在该温度范围下，可以有效保证刻蚀气体的刻蚀效率，使得刻蚀气体对晶圆表面进行刻蚀，去除掉晶圆的含有缺陷的近表面层，使得晶圆的表面无缺陷。
一些实施例中，所述第二温度为1075℃-1175℃，在该温度范围下，可以在晶圆表面进行外延层的生长。
一些实施例中，所述控制装置具体用于控制所述刻蚀气体供应装置向所述反应腔室内通入刻蚀气体的时长为10s～200s，向所述反应腔室内通入刻蚀气体的流量为500sccm～2000sccm。这样可以使得对晶圆进行刻蚀的深度为 1.5-10um，去除掉含有缺陷的近表面层的同时，避免对晶圆造成过度刻蚀。
图2为现有技术生长外延层的示意图，如图2所示，现有技术中，在对抛光后的晶圆1进行清洗，去除晶圆1表面的颗粒物2后，直接在晶圆1的表面生长一层外延层3，由于晶圆1表面存在缺陷，生长的外延层3也存在缺陷，颗粒物容易聚集在外延层3的缺陷位置处难以去除，这样难以避免由晶圆表面缺陷而造成的颗粒问题，导致外延晶圆的产品良率比较低。
图3表示本实施例外延生长设备生长外延层的示意图，如图3所示，本实施例中对抛光后的晶圆1进行刻蚀，去除晶圆1含有缺陷的近表面层，得到表面无缺陷的晶圆4，之后在晶圆4表面生长一层外延层5，由于晶圆4表面不存在缺陷，生长的外延层5表面也不存在缺陷，能够改善晶圆外延层的表面缺陷，进而消除因外延晶圆表面缺陷而产生的颗粒问题，有效提高外延晶圆的产品良率。
本实施例中，对抛光后的晶圆1进行刻蚀之前，晶圆1的厚度为hμm，对抛光后的晶圆1进行刻蚀之后，晶圆1的厚度为xμm，刻蚀深度为h-x(μm)，可以根据晶圆1的表面缺陷情况调整x的取值，有效去除晶圆1表面的缺陷，再经过外延生长工序，得到高质量的外延晶圆产品。
需要说明，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于实施例而言，由于其基本相似于产品实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见产品实施例的部分说明即可。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种晶圆的外延生长方法，其特征在于，包括：
将氢气注入晶圆的外延生长设备内的反应腔室中并吹扫预定时间；
将抛光后的晶圆放置在所述反应腔室内部的基座上；
在第一温度下向所述反应腔室内通入刻蚀气体，对所述晶圆表面进行刻蚀；
在第二温度下向所述反应腔室内通入硅源气体，在所述晶圆的表面上生长外延层。
2.根据权利要求1所述的晶圆的外延生长方法，其特征在于，将抛光后的晶圆放置在所述反应腔室内部的基座上之前，所述方法还包括：
对所述晶圆进行抛光，并对抛光后的晶圆进行清洗。
3.根据权利要求1所述的晶圆的外延生长方法，其特征在于，将抛光后的晶圆放置在所述反应腔室内部的基座上之后，在第一温度下向所述反应腔室内通入刻蚀气体之前，所述方法还包括：
将所述反应腔室加热至预定的第三温度，然后稳定所述反应腔室，所述第三温度高于所述第一温度。
4.根据权利要求1所述的晶圆的外延生长方法，其特征在于，所述第一温度为1120℃～1180℃。
5.根据权利要求1所述的晶圆的外延生长方法，其特征在于，所述第二温度为1075℃-1175℃。
6.根据权利要求1所述的晶圆的外延生长方法，其特征在于，向所述反应腔室内通入刻蚀气体的时长为10s～200s，向所述反应腔室内通入刻蚀气体的流量为500sccm～2000sccm。
7.根据权利要求1所述的晶圆的外延生长方法，其特征在于，停止向所述反应腔室内通入刻蚀气体之后，向所述反应腔室内通入硅源气体之前，所述方法还包括：
对所述反应腔室进行清洁。
8.根据权利要求1所述的晶圆的外延生长方法，其特征在于，对所述晶圆进行刻蚀的深度为1.5-10um。
9.一种晶圆的外延生长设备，其特征在于，包括：
反应腔室，所述反应腔室内部设置有用以承载抛光后的晶圆的基座；
刻蚀气体供应装置，用以向所述反应腔室内输送刻蚀气体；
硅源气体供应装置，用以向所述反应腔室内输送硅源气体；
控制装置，用于控制所述刻蚀气体供应装置在第一温度下向所述反应腔室内通入刻蚀气体，对所述晶圆表面进行刻蚀；控制所述硅源气体供应装置在第二温度下向所述反应腔室内通入硅源气体，在所述晶圆的表面上生长外延层。
10.根据权利要求9所述的晶圆的外延生长设备，其特征在于，
所述控制装置具体用于控制所述刻蚀气体供应装置向所述反应腔室内通入刻蚀气体的时长为10s～200s，向所述反应腔室内通入刻蚀气体的流量为500sccm～2000sccm。
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