TWI829289B - 外延反應腔室的恢復方法、外延生長裝置及外延晶圓 - Google Patents
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Abstract
本發明實施例公開了一種外延反應腔室的恢復方法、外延生長裝置及外延晶圓；將新基座裝載至烘烤腔室中，並根據時間非線性地升高該烘烤腔室內部溫度以對該新基座進行烘烤；待該新基座烘烤完成後，將該新基座安裝至外延反應腔室中，並對該外延反應腔室按照設定的烘烤條件升高該外延反應腔室內部溫度以對該外延反應腔室內部進行烘烤；待該外延反應腔室內部烘烤完成後，開始製備外延晶圓並測量該外延晶圓的MCLT值。
Description
本發明實施例屬於半導體製備技術領域，尤其關於一種外延反應腔室的恢復方法、外延生長裝置及外延晶圓。
相關晶圓是通過單晶矽棒生長工序、切片工序、磨削工學、研磨工序、拋光工序和在拋光工序之後去除附著在晶圓上的磨蝕物或雜質的清潔工序來製備。由這種方法製備的晶圓稱為拋光晶圓，在拋光晶圓的表面上生長一層單晶薄膜(也稱之為外延層)的晶圓稱為外延晶圓。
相比拋光晶圓，外延晶圓具有表面缺陷少、結晶性能優異以及電阻率可控的特性，被廣泛地應用於高集成化的積體電路(Integrated Circuit，IC)元件和金屬-氧化物-半導體(Metal-Oxide-Semiconductor，MOS)製程。隨著積體電路製造行業的不斷發展，電路線寬越來越小，IC元件對暗電流的要求日益嚴格，同時也要求外延晶圓內部的金屬雜質濃度越低越好，這是因為金屬雜質在能隙中佔據一定的能階，這些能階將成為過多載子的再結合中心從而降低了少數載流子的生命週期(Minority Carrier Life Time，MCLT)。因此，為了製備高品質的外延晶圓，必須嚴格監控外延反應腔室內部的濕氣和金屬汙染物。
目前，在更換外延反應腔室基座後，由於新基座內吸附有水分和金屬雜質，在對外延反應腔室進行預防性維護(Preventive Maintenance，PM)
後，新基座內的金屬雜質仍然沒有去除，這導致在外延反應腔室的恢復初期，外延反應腔室在熱穩定狀態下的濕氣和金屬汙染物濃度較高，生產的外延晶圓的MCLT值很低不能滿足客戶規格要求。因此，為了去除外延反應腔室內熱穩定狀態下的濕氣和金屬汙染物，需要足夠長的時間對外延反應腔室進行烘烤以及傳片，以使得金屬汙染測試得到的外延晶圓的MCLT值達到設定值，在這種情況下導致外延晶圓的生產率降低。因此，需要尋求一種方法，能夠在更換外延反應腔室基座後通過縮短外延反應腔室恢復所需要的時間來提高外延晶圓的生產率。
有鑑於此，本發明實施例期望提供一種外延反應腔室的恢復方法、外延生長裝置及外延晶圓；能夠去除外延反應腔室內熱穩定狀態下的濕氣和金屬汙染物，並縮短外延反應腔室的恢復時間，提高外延晶圓的生產率。
本發明實施例的技術方案是這樣實現的：
第一方面，本發明實施例提供了一種外延反應腔室恢復方法，該外延反應腔室恢復方法包括：將新基座裝載至烘烤腔室中，並根據時間非線性地升高該烘烤腔室內部溫度以對該新基座進行烘烤；待該新基座烘烤完成後，將該新基座安裝至外延反應腔室中，並對該外延反應腔室按照設定的烘烤條件升高該外延反應腔室內部溫度以對該外延反應腔室內部進行烘烤；待該外延反應腔室內部烘烤完成後，開始製備外延晶圓並測量該外延晶圓的MCLT值。
第二方面，本發明實施例提供了一種外延生長裝置，該外延生長裝置包括由第一方面所述之外延反應腔室恢復方法恢復得到的外延反應腔室。
第三方面，本發明實施例提供了一種外延晶圓，該外延晶圓在由第二方面所述之外延生長裝置中製備而得。
本發明實施例提供了一種外延反應腔室的恢復方法、外延生長裝置及外延晶圓；在計畫更換基座時提前對新基座進行烘烤處理，以去除新基座內部的水分和金屬雜質，並在新基座烘烤完成後安裝至外延反應腔室中，並按照設定的烘烤條件升高外延反應腔室內部溫度對外延反應腔室的內部進行烘烤，待外延反應腔室烘烤完成後，開始製備外延晶圓並測量外延晶圓的MCLT值。通過該外延反應腔室恢復方法減少了新基座吸附的水分和金屬雜質在高溫步驟下析出導致外延反應腔室內產生的濕氣和金屬汙染物含量，同時也縮短了外延反應腔室的恢復時間，提高了外延晶圓的生產率。
1:外延生長裝置
10:基座支撐架
20:進氣口
30:排氣口
S:基座
W:拋光晶圓
W':外延晶圓
RC:外延反應腔室
RC1:上外延反應腔室
RC2:下外延反應腔室
S501-S503:步驟
圖1為本發明實施例提供的相關的用於拋光晶圓的外延生長裝置的示意圖；圖2為本發明實施例提供的基座的微觀組織示意圖；圖3為本發明實施例提供的相關的外延反應腔室更換基座以及外延反應腔室恢復的基本流程示意圖；圖4為本發明實施例提供的相關方法更換基座後外延反應腔室恢復過程中傳片的次數和MCLT之間的關係示意圖；圖5為本發明實施例提供的一種外延反應腔室恢復方法流程示意圖；
圖6為本發明實施例提供的外延反應腔室更換基座以及外延反應腔室恢復的基本流程示意圖；圖7為本發明實施例提供的更換基座後外延反應腔室恢復過程中傳片的次數和MCLT之間的關係示意圖。
為利 貴審查委員了解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本發明配合附圖及附件，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的申請範圍，合先敘明。
在本發明實施例的描述中，需要理解的是，術語“長度”、“寬度”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明實施例和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
此外，術語“第一”、“第二”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個所述特徵。在本發明實施例的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
在本發明實施例中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域的具通常知識者而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明實施例中的具體含義。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
參見圖1，其示出了相關的用於拋光晶圓W的外延生長裝置1的示意圖。如圖1所示，該外延生長裝置1可以包括：基座S，支撐基座S的基座支撐架10以及外延反應腔室RC，其中，外延反應腔室RC分隔成上外延反應腔室RC1和下外延反應腔室RC2，拋光晶圓W放置在上外延反應腔室RC1中；進氣口20，該進氣口20用於向上外延反應腔室RC1中輸送反應氣體，例如以SiHCl3為例的矽源氣體、氫氣，以B2H6或PH3為例的摻雜劑氣體，以便於通過矽源氣體與氫氣反應生成矽原子並沉積在拋光晶圓W上以在拋光晶圓W上生長一層外延層製備得到外延晶圓W'，同時通過摻雜劑氣體對外延層進行摻雜以獲得所需的電阻率；排氣口30，該排氣口30用於將反應尾氣排出外延反應腔室RC。
參見圖2，其示出了基座S的微觀組織圖。由圖2可以看出，該基座S通常由高純石墨組成，並且具有完全包裹石墨的碳化矽塗層，以減少外延沉積步驟過程中石墨釋放到外延反應腔室RC金屬汙染物的含量；另一方面，由圖2可以看出基座S微觀組織中存在微缺陷，因此不可避免地會吸附水分和金屬雜質。如果外延反應腔室RC進行PM後，新基座S記憶體在的這些水分和金屬雜質沒有
去除，那麼在拋光晶圓W的外延生長過程中，新基座S吸附的水分和金屬雜質在高溫步驟過程中會緩慢地析出進而導致外延反應腔室RC內產生濕氣和金屬汙染物，這些濕氣和金屬汙染物會影響外延晶圓W'的品質。
圖3為相關的外延反應腔室RC更換基座S以及外延反應腔室RC恢復的基本流程示意圖。相關的方法更換基座S的主要步驟包括：在計畫更換基座S前，預先打開外延反應腔室RC並拆除舊基座S後，對外延反應腔室RC進行清潔；同時，技術人員拆包新基座S，並將新基座S安裝至清潔完成的外延反應腔室RC中，待新基座S安裝完成後對外延反應腔室RC內部烘烤12h以去除外延反應腔室RC內部的濕氣和金屬汙染物；當外延反應腔室RC烘烤完成後開啟外延反應生長裝置，並進行金屬汙染測試，具體操作是利用烘烤完成的外延反應腔室RC製備外延晶圓W'並測試外延晶圓W'的MCLT值，以實現通過測量外延反應腔室RC製備的外延晶圓W'的MCLT值來判斷外延反應腔室RC內部金屬汙染物的分佈水準。在實際金屬汙染測試過程中，如果外延反應腔室RC製備的外延晶圓W'的MCLT值高於設定值1800μs，也就是說MCLT≧1800μs，則表示外延反應腔室RC內部的濕氣和金屬汙染物含量滿足生產要求，金屬汙染測試通過；如果外延反應腔室RC製備的外延晶圓W'的MCLT值低於設定值1800μs，也就是說MCLT<1800μs，則表示外延反應腔室RC內部的濕氣和金屬汙染物含量不滿足生產要求，金屬汙染測試不通過，圖中用NG表示，此時外延反應腔室RC需要持續進行烘烤和傳片來改善外延反應腔室RC熱穩定狀態下濕氣和金屬汙染物含量。參見圖4，其示出了相關方法更換基座S後外延反應腔室RC恢復過程中傳片的次數和MCLT之間的關係示意圖。由圖4可以看出，相關的方法更換基座S後外延反應腔室RC最初製備的外延晶圓W'的MCLT值很低，這是由於在PM後外延反應腔
室RC內殘留的濕氣在外延反應腔室RC升溫過程中通過烘烤步驟和氫氣循環基本可以在較短時間內排出外延反應腔室RC。然而，新基座S內部吸附的水分和金屬雜質在高溫條件下會緩慢地析出，並在外延反應腔室RC內部產生濕氣和金屬汙染物。基於此，在更換新基座S後的外延反應腔室RC恢復初期，外延反應腔室RC在熱穩定狀態下的濕氣和金屬汙染物濃度相對較高，製備的外延晶圓W'的MCLT值很低，不能滿足客戶規格；隨著傳片次數增加，製備的外延晶圓W'的MCLT值逐漸增大且趨於穩定，這主要是因為熱穩定狀態下外延反應腔室RC內的濕氣和金屬汙染物含量逐漸降低；並且由圖4可以看出，在外延反應腔室RC傳片200次後再次進行金屬汙染測試，可以確定製備得到的外延晶圓W'的MCLT值高於設定值1800μs，金屬汙染測試通過。
基於上述闡述，相關方法更換基座S後為了去除外延反應腔室RC內熱穩定狀態下的濕氣和金屬汙染物，需要足夠長的時間來進行烘烤和傳片，導致外延晶圓W'的生產率降低。
因此，為了能夠在更換基座S後通過縮短外延反應腔室RC恢復所需要的時間來提高外延晶圓W'的生產率，本發明實施例期望對圖3所示的外延反應腔室RC更換基座S以及外延反應腔室RC恢復的基本流程進行改進。參見圖5，其示出了本發明實施例提供的一種外延反應腔室RC恢復方法，該外延反應腔室RC恢復方法具體包括：S501、將新基座裝載至烘烤腔室中，並根據時間非線性地升高該烘烤腔室內部溫度以對該新基座進行烘烤；
S502、待該新基座烘烤完成後，將該新基座安裝至外延反應腔室中，並對該外延反應腔室按照設定的烘烤條件升高該外延反應腔室內部溫度以對該外延反應腔室內部進行烘烤；S503、待該外延反應腔室內部烘烤完成後，開始製備外延晶圓並測量該外延晶圓的MCLT值。
對於圖5所示的外延反應腔室恢復方法，在計畫更換基座時提前對新基座S進行烘烤處理，以去除新基座S內部的水分和金屬雜質，並在新基座S烘烤完成後安裝至外延反應腔室RC中，並按照設定的烘烤條件升高外延反應腔室RC內部溫度對外延反應腔室RC內部進行烘烤，待外延反應腔室RC烘烤完成後，開始製備外延晶圓W'並測量外延晶圓W'的MCLT值。通過該外延反應腔室RC恢復方法減少了新基座S吸附的水分和金屬雜質在高溫步驟下析出導致外延反應腔室RC內產生的濕氣和金屬汙染物含量，同時也縮短了外延反應腔室RC的恢復時間，提高了外延晶圓W'的生產率。
對於圖5所示的外延反應腔室恢復方法，在一些示例中，該烘烤腔室中循環通入氫氣。可以理解地，新基座S在安裝至外延反應腔室RC中前，預先裝載到一個循環通入氫氣的烘烤腔室中，通過氫氣吹掃能夠去除新基座S表面的水分和金屬雜質。
對於圖5所示的外延反應腔室恢復方法，在一些示例中，該烘烤腔室的材質為石英材質。可以理解地，在本發明實施例中烘烤腔室與新基座S的材質相同，以避免新基座S在烘烤腔室中烘烤的過程中引入新的雜質。
對於圖5所示的外延反應腔室恢復方法，在一些示例中，該將新基座S裝載至烘烤腔室中，並根據時間非線性地升高該烘烤腔室內部溫度以對該新基座進行烘烤，包括：待該新基座S裝載至該烘烤腔室後，將該烘烤腔室內部升溫至預定的第一溫度，保溫時間為T1 min；將該烘烤腔室內部升溫至預定的第二溫度，保溫時間為T2 min；將該烘烤腔室降溫至室溫以完成該新基座的烘烤。
可選地，該第一溫度設定在750℃至780℃範圍內，該保溫時間T1設定在60min至90min範圍內。
可選地，該第二溫度設定在1100℃至1180℃範圍內，該保溫時間T2設定在480min至520min範圍內。
需要說明的是，採用非線性的方式對烘烤腔室內部進行升溫，當第一溫度為750℃至780℃，且保溫時間為60min至90min時，通過氫氣吹掃能夠去除新基座S表面吸附的水分和金屬雜質；而將第二溫度設定為1100℃至1180℃，且保溫時間為480min至520min時，通過高溫條件下持續烘烤能夠使得新基座S內部吸附的水分和金屬雜質析出至新基座S表面，進而利用氫氣吹掃也能夠去除析出的水分和金屬雜質；最後將烘烤腔室降溫至室溫，新基座S的烘烤處理完成。由此可知，新基座S通過不同溫度下的烘烤以及氫氣循環吹掃，能夠消除新基座S表面及其內部的水分和金屬雜質。
對於圖5所示的外延反應腔室恢復方法，在一些示例中，該設定的烘烤條件為：烘烤溫度為750℃，烘烤時間為6h。當新基座S烘烤步驟結束後即可以將新基座S安裝至清潔完成的外延反應腔室RC中，並開始根據設定的烘烤條件
對外延反應腔室RC進行烘烤，由於新基座S在安裝至外延反應腔室RC前已經去除了吸附的水分和金屬雜質，因此外延反應腔室RC升溫後新基座S中很少有水分和金屬雜質析出以導致外延反應腔室RC內部產生濕氣和金屬汙染物。在PM後外延反應腔室RC殘留的濕氣和金屬雜質在外延反應腔室RC升溫過程中通過烘烤步驟和反應氣體的循環可以在較短時間內排出外延反應腔室RC。
基於以上闡述，參見圖6，其示出了本發明實施例中的外延反應腔室RC更換基座S以及外延反應腔室RC恢復的基本流程示意圖。本發明實施例提供的更換基座S後的具體步驟包括：在計畫更換基座S前，先拆包新基座S，並將新基座S裝載至烘烤腔室中，並根據時間非線性地升高烘烤腔室內部溫度以對新基座S進行烘烤從而去除新基座內部的水分和金屬雜質；另一方面，打開外延反應腔室RC拆除舊基座S後，對外延反應腔室RC進行清潔。待新基座S烘烤完成後，將烘烤後的新基座S安裝至清潔完成的外延反應腔室RC中，待新基座S安裝完成後對外延反應腔室RC內部升溫至750℃，持續烘烤6h以去除外延反應腔室RC內部殘留的濕氣和金屬汙染物。當外延反應腔室RC烘烤完成後開啟外延反應生長裝置，並進行金屬汙染測試，具體操作如前述內容所述。結合圖7可以看出，在本發明實施例中，更換基座S後外延反應腔室RC最初製備的外延晶圓W'的MCLT值大約為1500μs，高於相關方法更換基座S後外延反應腔室RC最初製備的外延晶圓W'的MCLT值，並且在外延反應腔室RC傳片50次後再次進行金屬汙染測試，可以確定製備得到的外延晶圓W'的MCLT值高於設定值1800μs，由此可知，通過本發明實施例提供的外延反應腔室RC恢復方法，能夠降低更換基座S後外延反應腔室RC恢復過程中傳片的次數，縮短了外延反應腔室RC製備的外延晶圓W'的MCLT值達到客戶規格所需要的時間。
同時，本發明實施例還提供了一種外延生長裝置，該外延生長裝置包括由前述技術方案所述之外延反應腔室恢復方法恢復得到的外延反應腔室。
另外，本發明實施例還提供了一種外延晶圓W'，該外延晶圓W'在由前述該技術方案所述之外延生長裝置中製備而得。
需要說明的是：本發明實施例所記載的技術方案之間，在不衝突的情況下，可以任意組合。
以上僅為本發明之較佳實施例，並非用來限定本發明之實施範圍，如果不脫離本發明之精神和範圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明申請專利範圍的保護範圍當中。
S501-S503:步驟
Claims (6)
- 一種外延反應腔室恢復方法，該外延反應腔室恢復方法包括：將新基座裝載至烘烤腔室中，並根據時間非線性地升高該烘烤腔室內部溫度以對該新基座進行烘烤；該將新基座裝載至烘烤腔室中，並根據時間非線性地升高該烘烤腔室內部溫度以對該新基座進行烘烤，包括：待該新基座裝載至該烘烤腔室後，將該烘烤腔室內部升溫至預定的第一溫度，保溫時間為T1 min；其中，該第一溫度設定在750℃至780℃範圍內，該保溫時間T1設定在60min至90min範圍內；將該烘烤腔室內部升溫至預定的第二溫度，保溫時間為T2 min；該第二溫度設定在1100℃至1180℃範圍內，該保溫時間T2設定在480min至520min範圍內；將該烘烤腔室降溫至室溫以完成該新基座的烘烤；待該新基座烘烤完成後，將該新基座安裝至外延反應腔室中，並對該外延反應腔室按照設定的烘烤條件升高該外延反應腔室內部溫度以對該外延反應腔室內部進行烘烤；待該外延反應腔室內部烘烤完成後，開始製備外延晶圓並測量該外延晶圓的少數載流子的生命週期MCLT值。
- 如請求項1所述之外延反應腔室恢復方法，其中，該烘烤腔室中循環通入氫氣。
- 如請求項1所述之外延反應腔室恢復方法，其中，該烘烤腔室的材質為石英材質。
- 如請求項1所述之外延反應腔室恢復方法，其中，該設定的烘烤條件為：烘烤溫度為750℃，烘烤時間為6h。
- 一種外延生長裝置，該外延生長裝置包括由請求項1至4中任一項所述之外延反應腔室恢復方法恢復得到的外延反應腔室。
- 一種外延晶圓，該外延晶圓在由如請求項5所述之外延生長裝置中製備而得。
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