TW201638994A - 用於準備外延晶圓生長之反應器的方法 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種反應腔室的再操作準備程序中的反應腔室內部烘烤程序，於該反應腔室中外延生長係於晶圓上進行。該反應腔室的再操作準備程序中的反應腔室內部烘烤程序，於該反應腔室中外延生長係於晶圓上進行，該程序包含：按照一時間分階段地提升該反應腔室的一內部溫度；以及透過一主要閥門及一狹縫閥門導入氫氣至一基座的較高側及較低側，該主要閥門及狹縫閥門係設置於該反應腔室的一側表面。因此，由於用於傳輸熱量至該反應腔室內之熱源的功率係分階段地提升，該反應腔室中的一氣氛可為不穩定的，以使停滯的水分及污染物流動，藉此有效率地排出該水分及污染物。

Description

用於準備外延晶圓生長之反應器的方法

本發明係關於一種在一腔室中的再操作準備程序，更具體而言，係關於一種再操作準備方法，其係在一外延晶圓的生長完成後，移除一腔室中殘留的水分及雜質，以進行製造一後續之外延晶圓的外延生長程序。

傳統的矽晶圓可藉由進行單晶生長程序、切割程序、研磨程序、包裝程序、拋光程序以及清潔程序來製造，其中該清潔程序係在該晶圓被拋光後，用於移除附著於該晶圓上的研磨劑或外來物質。透過上述步驟所製造的晶圓可稱為一拋光晶圓，以及藉由在該拋光晶圓之上生長另一單晶層(一外延層)所製造的晶圓可稱為一外延晶圓。

該外延晶圓可具有下列特性：在該外延晶圓中的缺陷係少於該拋光晶圓，以及雜質的濃度及種類係可被控制的。此外，由於外延層的高純度及優越的晶體特性，該外延層可有利於改善半導體裝置的產率以及裝置的特性。化學氣相沉積之程序，可用於在物體(例如：半導體晶圓)上生長材料，以形成薄層。因此，具有導電性的層可被沉積於晶圓上，使得該晶圓具有理想的電學特性。

用於在晶圓的表面上沉積外延層的化學氣相沉積裝置包含：一 加工腔室，其中係進行外延層之沉積；基座，其係安裝於該腔室中；加熱燈，其係設置於該加工腔體的較高及較低位置；以及氣體噴射單元，其係用於將源料氣體噴射至該晶圓上。透過該氣體噴射單元噴射之原料氣體可被噴射至放置於該基座上的晶圓，以形成一外延層。

當於高溫下進行的外延程序係完成時，在用於在晶圓上生長外延層之外延反應器的腔室中，包含金屬雜質的水分可能存在於該腔室中。當該等雜質存在於該腔室中時，其可能難以製造具有高品質的外延晶圓。因此，當用於製造該外延晶圓的程序被完成時，殘留於該腔室中的雜質必需被移除，以形成一氣氛，在該氣氛下該外延程序係被再次進行。

因此，為了再操作該外延反應器，氮氣係被噴射至具有室溫的腔室3個小時，以通風出該腔室中的雜質粒子。隨後，當該腔室的內部溫度增加，該腔室內部係維持於高溫一段預定時間時，係進行使用氫氣的烘烤程序，以移除殘留的水分或雜質。

然而，由於在該腔室內部係提升溫度後進行的一烘烤程序係在一預設的溫度下進行，殘留在該外延反應器中的水分及多種污染物係熱穩定的。因此，難以移除該等污染物。此外，即使該水分及該等污染物係藉由噴射一氫氣移除，殘留的水分或金屬污染物可能像之前一樣地存在於該外延反應器中。導致可能難以確保在此一條件下製造之一外延晶圓的品質。

本申請聲明韓國專利申請號10-2015-0010803(於2015年1月22日提交)之優先權，藉由引用將其全文包含於本文。

實施方式係提供一方法，其中在烘烤程序之期間，係分階段地改變一溫度，其係在一高溫下進行，以達成滯留之污染物的流動，藉此將水分及污染物排出至一加工腔室之外，以及在用於製造外延晶圓之反應器的操作準備程序中，減少反應器的再操作時間。

在一實施方式中，一種烘烤反應腔室內部的程序，該程序係在該反應腔室的再操作準備程序之中，於該反應腔室中外延生長係於晶圓上進行，該程序包含：按照一時間分階段地提升該反應腔室的一內部溫度；以及透過一主要閥門及一狹縫閥門導入氫氣至一基座的較高側及較低側，該主要閥門及狹縫閥門係設置於該反應腔室的一側表面。

按照該時間分階段地提升該反應腔室的內部溫度，可包含：將用於施加熱至該反應腔室之熱源的功率設定為係按照該時間分階段地增加，以及按照該時間分階段地提升該反應腔室的內部溫度，以及導入氫氣至該基座的較高側及較低側，可在同一時間進行。

一或更多個實施方式的細節係在所附的圖式及下列說明書中闡述。自說明書及圖式，以及自申請專利範圍，其他特色將成為顯而易知。

100‧‧‧外延生長裝置

101‧‧‧下蓋

102‧‧‧下襯墊

103‧‧‧氣體供應孔

104‧‧‧氣體排出孔

105‧‧‧上襯墊

106‧‧‧上蓋

107‧‧‧基座

108‧‧‧預加熱環

109‧‧‧基座支架

110‧‧‧主軸

111‧‧‧主要閥門

112‧‧‧狹縫閥門

A‧‧‧方向

B‧‧‧方向

〔圖1〕係根據一實施方式之外延反應器的視圖。

〔圖2〕係當從上方觀察時，外延生長裝置中之基座的視圖。

〔圖3〕係描繪一熱源的功率值的曲線圖，其係根據一實施方式提升外延反應器的溫度。

〔圖4〕係根據相關技術及該實施方式，描繪在用於準備外延反應器的程序中，反應腔室中的少數載流子壽命(minority carrier life time,MCLT)層級的曲線圖。

雖然實施方式係參照所附之圖式被詳細地說明，但本發明並不限於該等實施方式。此外，關於眾所皆知的功能或配置的詳細說明將被排除，以避免對於本發明之標的造成不必要的混淆。

所提供之實施方式係藉由改變一外延反應器(一反應腔室)的程序條件，使得滯留在該外延反應器的水分及污染物成為一不穩定的狀態。

圖1係外延生長裝置的視圖，即描繪當烘烤程序係在加工腔室中進行時，基座之一初始位置的剖面視圖。

參照圖1，一外延生長裝置100可包含：上襯墊105及下襯墊102、一上蓋106、一下蓋101、一基座107、一預加熱環108、一基座支架109、一氣體供應孔103、一氣體排出孔104以及一主軸110。

連接至一氣體供應線的氣體供應孔103可被設置在外延生長裝置100的一側，以及連接至一氣體排出線的氣體排出孔104可被設置在外延生長裝置100的另一側。此外，外延生長裝置100可包含一下蓋101及上蓋106。

該下襯墊102可被設置為圍繞基座107，以及該上襯墊105可被設置為面對下襯墊102之上表面。預加熱環108可沿著下襯 墊102的內表面具有環形形狀，其係鄰近於基座107且被放置於下襯墊102之上。此外，預加熱環108可被設置為圍繞基座107，使得提供至晶圓的氣體具有均勻的溫度。

基座107可為在外延反應期間，晶圓安裝於其上之部分。基座107可被提供作為一板，其係由例如：碳石墨及碳化矽之材料所構成。基座107可藉由主軸110支撐，其係設置在較基座107為低的位置，以及基座支架109係在基座107的邊緣方向分枝成多個部分。如圖1中所示，該外延程序可在一狀態中進行，在該狀態中，該基座107係固定在與預加熱環108相同之高度。

為了製造外延晶圓，在反應腔室中，外延層係在高溫下氣相生長。因此，當該外延層生長時，如果金屬雜質或殘留的水分存在於該反應腔室中，所製造的外延晶圓可能被金屬雜質污染，且因此可能難以確保該外延晶圓的品質。

因此，在進行多個程序之後，預防性維護(preventive maintenance,PM)可在反應腔室中進行。於此，在進行預防性維護之後，殘留的水分可能在反應腔室中產生。為了解決此一限制，可進行用於該外延生長裝置的再操作程序。該再操作程序可包含：將氮氣噴射至具有室溫的腔室3個小時，以通風出該反應腔室中之雜質粒子的程序、將反應腔室之內部提升至一預定溫度的程序、使用氫氣進行烘烤程序一段時間，同時維持反應腔室具有達一高溫之經提升之溫度的程序、確認摻雜物是否存在於反應腔室中的程序以及移除殘留在反應腔室中之金屬污染源的程序。

實施方式可在該烘烤程序中進行，該烘烤程序係在上述程序之中，具有該提升之溫度的反應腔室中進行。

圖2係當從上方觀察時，外延生長裝置中之基座的視圖。

參照圖2，主要閥門111係以一氣體流入方向，設置在基座107的上方，其中一反應氣體係以該方向導入，以及氫氣係透過主要閥門111導入，該氫氣係為用於移動反應氣體及移動加工期間所產生之雜質的載體氣體，其係透過主要閥門111導入。導入之氫氣可以方向A在基座的之上流動，方向A係為該氣體排出之方向。

此外，狹縫閥門112係以垂直於主要閥門111的一方向，設置在基座107的下方，以及氫氣係用於移動反應氣體及移動加工期間所產生之雜質的載體氣體。透過狹縫閥門112導入的氫氣可流動至基座107的一較低側。然而，該氫氣可在方向B上流動，但實質上藉由氣體排出孔的吸力，片面在方向A上流動。

亦即，透過主要閥門導入的氫氣可在基座107的上表面與上蓋106間的一空間中，以一氣體排出孔的方向流動。透過狹縫閥門導入的氫氣係自該基座的較低側移動至該氣體排出孔。具體而言，在用於準備外延生長裝置100之再操作的程序中，基座107可設置在與預加熱環108相同的高度。於此，該氫氣可以大約90slm的流動速率透過該主要閥門導入，以及以大約20slm的流動速率透過該狹縫閥門導入。

該用於外延生長裝置100的再操作程序可在上述條件下進行。對於在該反應腔室係提升溫度後所進行的烘烤程序，該反應腔室的內部溫度可 被提升至一預設溫度。於此，如果該溫度係線性地提升，殘留在該外延反應器中的水分及多種污染物可能是熱穩定的。

在一實施方式中，為了在反應器的再操作程序期間的烘烤程序中，於反應腔室中形成一不穩定的熱狀態，該反應腔室的內部溫度可被非線性地提升，例如：被分階段地提升。在一實施方式中，該反應腔室之隨時間改變的溫度，可按照一段時間而不同。因此，用於提供熱至該反應腔室之熱源的功率，可按照一時間在增加的範圍內變化。

在一實施方式中，由於用於提供熱至該反應腔室之熱源的功率，係分階段地增加，以改變該反應腔室的內部溫度。於此，導入氫氣至基座的較高側及較低側的程序可被進行。

在提升該反應腔室溫度的程序中，該反應腔室內部可為熱不穩定。因此，由於氫氣係透過該主要閥門及該狹縫閥門噴射進入該反應腔室，該反應腔室中的水分及污染物可藉由氫氣的流動，被更有效率地排出。

圖3係描繪一熱源的功率值的曲線圖，其係根據一實施方式提升外延反應器的溫度。參照圖3，其係描繪該熱源隨時間變化的功率值，該熱源係提升該反應腔室的溫度。在一實施方式中，在該反應腔室內部烘烤程序中，施加至該反應腔室的功率值可按照一時間分階段地增加。

具體而言，該熱源地功率可被設定，以依序地自大約30kw增加至90kw。於此，每一階段的增加範圍可被設定為大約10kw之功率。舉例來說，熱可以大約30kw的功率施加至該反應腔室一預設的時間，以及隨後，熱可以大約40kw的功率施加至該反應腔室一 預設的時間，使得該功率值依序地增加至高達大約95kw。如果該熱源的功率增加至大約95kw，應用於該實施方式之反應腔室的一反射器可能熔化。因此，該功率可被設定為增加至高達大約95kw。

隨著該熱源的功率係分階段地提升，該反應腔室的內部溫度可被提升至高達大約600℃至大約1,200℃的一溫度。當該熱源的功率係一致時，該反應腔室的內部溫度可被線性地改變。如同該實施方式，當該熱源的功率係分階段地增加時，該反應腔室的內部溫度可被非線性地改變。

如上所述，可按照一時間的增加，而逐漸地增加該熱源的功率。於此，該功率可在每一階段中設定為不同。其結果，可使反應腔室的內部熱不穩定，以及因此，可增加存在於該反應腔室中之水分及包含污染物之粒子的動能。在一實施方式中，在準備該外延反應器的程序中的反應腔室內部烘烤程序中，分階段地提升熱源之功率的一程序，可被重複進行多次，其中該熱源係提升該反應腔室的溫度。較佳地，根據該烘烤程序的效率，該程序可被進行二次至五次。

在一實施方式中，該熱源的功率係按照一時間分階段地設定的程序，以及氫氣係透過該主要閥門及該狹縫閥門導入至該基座的較高側及較低側的一程序，在同一時間進行，其中該熱源係提升該反應腔室的溫度。

因此，由於殘留在該反應腔室中的水分及污染物藉由氫氣移動，該氫氣係透過該主要閥門及該狹縫閥門導入的一載體氣體，以沿著該基座的較高側及較低側流動，由於氫氣的移動，可增加將水分及污染物排出至該反應腔室之外的可能性。

圖4係根據相關技術及該實施方式，描繪在用於準備外延反應器的程序中，反應腔室中的少數載流子壽命(minority carrier life time,MCLT)層級的曲線圖。

MCLT可成為用於測定外延生長裝置的再操作是否完全準備的一種測量。MCLT可代表重組過多的少數電子所需要的平均時間。反應腔室中的雜質的量愈是增加，MCLT愈是降低。一般而言，在用於該外延生長裝置的再操作準備程序中，可進行再操作準備程序的各種程序，直到MCLT到達一預設值。

在圖4的曲線中，水平軸代表外延晶圓的虛擬運行(dummy run)的次數，以及垂直軸代表MCLT值。根據相關技術，在熱源的功率係按照該時間線性地改變的方法中，當虛擬運行的次數係為50時，MCLT可為大約50ms，其中該熱源係提升該反應腔室的溫度。然而，在應用根據該實施方式之方法的反應腔室中，當虛擬運行的次數係為50時，MCLT可為大約446ms。因此，可見當虛擬運行的次數係為300時，根據該相關技術及該實施方式在MCLT上，可觀察到大約超過900ms的差異。

亦即，隨著虛擬運行的次數增加，在根據一實施方式之用於再操作該外延生長裝置的方法中，MCLT可顯著地增加。因此，可見能夠較快速地達到再操作該外延生長裝置的需求。

如上所述，在根據該實施方式之用於準備製造外延晶圓之反應器的方法中，在預防性維護(PM)程序後的反應腔室內部烘烤程序中，用於傳輸熱至該反應腔室內的熱源的功率可分階段地增加，以 在該反應腔室內形成不穩定狀態，以及使得滯留的水分及污染物流動，藉此沿著氫氣的流動有效率地排出水分及污染物。

此外，由於滯留在反應腔室的水分及污染物係被快速地排除，可減少達到用於進行外延反應器的再操作的MCLT的最小值所需要的時間。因此，可減少進行反應器的再操作所需要的準備時間，以改善外延晶圓的產率。

根據該實施方式，由於滯留在該反應腔室的水分及污染物係被快速地排除，可減少達到用於進行反應器的再操作的MCLT的最小值所需要的時間。因此，可減少進行外延反應器的再操作所需要的準備時間，以改善外延晶圓的產率。

由於該實施方式係應用在於晶圓上生長外延層的外延生長裝置，其係具有高度的產業利用性。

雖然實施方式已參照若干例示性的實施方式來進行說明，但應瞭解的是，可由本發明所屬技術領域中具通常知識者所執行的多種其他的修改及實施方式，係落在本發明原理的精神及範疇之中。具體而言，在本發明、圖式及所附之申請專利範圍之中，主體結合佈局的部件及/或佈局的多種變化與修改係為可行的。除了對於部件及或佈局的變化與修改以外，本發明所屬技術領域中具通常知識者亦可顯而易知其替代用途。

100‧‧‧外延生長裝置

101‧‧‧下蓋

102‧‧‧下襯墊

103‧‧‧氣體供應孔

104‧‧‧氣體排出孔

105‧‧‧上襯墊

106‧‧‧上蓋

107‧‧‧基座

108‧‧‧預加熱環

109‧‧‧基座支架

110‧‧‧主軸

Claims (11)

1. 一種用於準備一外延生長裝置的再操作之方法，其係作為反應腔室的再操作準備程序中的反應腔室內部烘烤程序，於該反應腔室中外延生長係於一晶圓上進行，該方法包含：按照一時間分階段地提升該反應腔室的一內部溫度；以及透過一主要閥門及一狹縫閥門導入氫氣至一基座的較高側及較低側，該主要閥門及狹縫閥門係設置於該反應腔室的一側表面。
2. 如請求項1所述之方法，其中按照該時間分階段地提升該反應腔室的內部溫度，包含：將用於施加熱至該反應腔室之熱源的功率設定為按照該時間分階段地增加。
3. 如請求項1所述之方法，其中按照該時間分階段地提升該反應腔室的內部溫度，以及氫氣至該基座的較高側及較低側的導入，係在同一時間進行。
4. 如請求項2所述之方法，其中該熱源的功率係被設定為具有大約30kw至大約95kw的範圍。
5. 如請求項4所述之方法，其中在該大約30kw至大約95kw的範圍中，該熱源的功率每一段時間係增加10kw。
6. 如請求項1所述之方法，其中，在該反應腔室內部烘烤程序中，該反應腔室的內部溫度係非線性地提升至高達大約600℃至大約1,200℃的一溫度。
7. 如請求項1所述之方法，其中透過該主要閥門導入之氫氣係具有大約90slm的流動速率，以及透過該狹縫閥門導入之氫氣係具有大約20slm的流動速率。
8. 如請求項1所述之方法，其中，在該反應腔室內部烘烤程序中，按照該時間分階段地提升該反應腔室的內部溫度，係被重複進行多次。
9. 如請求項8所述之方法，其中在該反應腔室內部烘烤程序中，按照該時間分階段地提升該反應腔室的內部溫度，係被進行二次至五次。
10. 如請求項1所述之方法，其中在按照該時間分階段地提升該反應腔室的內部溫度中，按照該時間反應腔室的內部溫度的變化，在每一階段係設定為不同。
11. 如請求項10所述之方法，其中按照該時間分階段地提升該反應腔室的內部溫度係被設定，使得按照該時間熱源之功率值的一增加範圍，在每一階段係設定為不同。