TWI844268B - 磊晶生長設備重啟方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供了一種磊晶生長設備重啟方法，屬於半導體製造技術領域。磊晶生長設備重啟方法，包括：將氫氣注入設置在磊晶生長設備內的反應腔中並吹掃氫氣預定時間；將晶圓片放置在反應腔內部的基座上；在第一溫度下向反應腔內通入刻蝕氣體，流量為15SLM~20SLM，持續時間為30s~40s；在第二溫度下向反應腔內通入矽源氣體，流量為20SLM~30SLM，持續時間為40s~60s；在生長磊晶晶片之後測量磊晶晶片的少數載流子MCLT，當MCLT達到預定值時，完成磊晶生長設備的重啟。
Description
本發明屬於半導體製造技術領域，尤指一種磊晶生長設備重啟方法。
目前，磊晶晶片在積體電路產業中起著舉足輕重的作用，晶圓的磊晶生長過程就是在經過拋光的晶圓表面進行化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition，CVD），利用三氯氫矽（Trichlorosilane，TCS）等矽的氣態化合物，在已加熱的矽基板表面與氫反應或自身發生熱分解，還原成矽，並以單晶形態沉積在矽基板表面：SiHCl
3+ H
2→Si↓ + 3HCl。
磊晶晶片相比拋光片具有更低的含氧量、含碳量、缺陷密度，能夠更好地控制厚度及電阻率，具有金屬吸雜和良好的導電性，被廣泛應用於高集成化的積體電路（Integrated Circuit，IC）裝置等。
在磊晶層生長過程中，磊晶生長設備的腔內含有大量濕氣，這些濕氣包括在高溫下進行磊晶生長過程時產生的金屬雜質。如果腔室內存在金屬雜質時，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（Minority Carrier Life Time，MCLT）的壽命，就不能製造出滿足要求的磊晶晶片。因此，在完成磊晶生長後，需要對磊晶生長設備進行預防性維護（Preventive Maintenance，PM），以滿足下次生產所需的環境。PM之後，磊晶設備機台中會有殘留的水分和金屬雜質，這時就需要對磊晶爐進行重啟過程，以便製造磊晶晶片。
當進行磊晶生長系統的重啟程式時，通過不斷重複在腔室內通氣、加熱和穩定的步驟來保證晶圓品質，以執行重啟程式。但是，重啟之後磊晶反應腔室內熱穩定狀態下的金屬汙染物還是較多，為使得金屬汙染測試得到的磊晶晶片的MCLT值達到設定值，需要足夠長的時間對磊晶反應腔室進行烘烤以及傳片，這會導致磊晶晶片的生產率降低。
為了解決上述技術問題，本發明提供一種磊晶生長設備重啟方法，能夠提高磊晶晶片的生產率。
為了達到上述目的，本發明實施例採用的技術方案是：一種磊晶生長設備重啟方法，包括：將氫氣注入設置在磊晶生長設備內的反應腔中並吹掃氫氣預定時間；將晶圓片放置在反應腔內部的基座上；在第一溫度下向反應腔內通入刻蝕氣體，流量為15SLM(StandardLiter/Minute，標準升/每分鐘)~20SLM，持續時間為30s(秒)~40s；在第二溫度下向反應腔內通入矽源氣體，流量為20SLM~30SLM，持續時間為40s~60s；在生長磊晶晶片之後測量磊晶晶片的MCLT，當MCLT達到預定值時，完成磊晶生長設備的重啟。
一些實施例中，將晶圓片放置在反應腔內部的基座上之後，方法還包括：將反應腔加熱至預定的第一溫度，然後穩定反應腔。
一些實施例中，第一溫度為1100°C-1200°C。
一些實施例中，第二溫度為1075°C-1175°C。
一些實施例中，矽源氣體是三氯矽烷氣體；
刻蝕氣體為HCL（hydrochloric acid，氯化氫）。
一些實施例中，在生長磊晶晶片之後測量磊晶晶片的MCLT，還包括重複執行在製造磊晶晶片之後從反應腔移出磊晶晶片並清潔反應腔的步驟，直至MCLT達到預定值。
一些實施例中，在多次運行進行時，執行測量磊晶晶片的MCLT的步驟，其中，製造一個磊晶晶片的過程稱為一次運行。
一些實施例中，對應於50、100、150、200、250、300、350和400次運行的磊晶晶片取為抽樣晶片並且測量MCLT值。
本發明的有益效果是：本實施例中，通過改變刻蝕氣體和矽源氣體的通入流量和通入時間，能夠以更快的速率去除反應腔內的水分和金屬雜質，所以可以減少達到MCLT設定值以執行磊晶生長設備重操作所需的時間，因此，可以提高磊晶晶片的生產效率。
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例的附圖，對本發明實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於所描述的本發明的實施例，本領域具通常知識者所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
在本發明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“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”、“第三”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
相關技術中，在磊晶生長設備重啟後，不能有效地消除刻蝕和生長薄膜過程中殘留的金屬雜質，從而影響MCLT恢復到設定值所需的時間，磊晶生長設備重啟的時間也受到影響，進而影響磊晶晶片的生產效率。
為了解決上述技術問題，本發明提供一種磊晶生長設備重啟方法，能夠提高磊晶晶片的生產率。
本發明實施例提供一種磊晶生長設備重啟方法，如圖1所示，包括：步驟S101：將氫氣注入設置在磊晶生長設備內的反應腔中並吹掃氫氣預定時間，具體地，可以在整個重啟流程中持續將氫氣通入反應腔，通過氫氣的轉運，可以更有效地排出反應腔內的濕氣和物質；步驟S102：將晶圓片放置在反應腔內部的基座上；在第一溫度下向反應腔內通入刻蝕氣體，流量為15SLM~20SLM，持續時間為30~40s；一些實施例中，刻蝕氣體的流量可以為15SLM、16SLM、17SLM、18SLM、19SLM或20SLM。通入刻蝕氣體的持續時間可以為30s、32s、34s、36s、38s或40s。
步驟S103：在第二溫度下向反應腔內通入矽源氣體，流量為20SLM~30SLM，持續時間為40s~60s；一些實施例中，矽源氣體的流量可以為20SLM、22SLM、24SLM、26SLM、28SLM或30SLM。通入矽源氣體的持續時間可以為40s、45s、50s、55s、58s或60s。
步驟S104：在生長磊晶晶片之後測量磊晶晶片的MCLT，當MCLT達到預定值時，完成磊晶生長設備的重啟。
本實施例中，通過改變刻蝕氣體和矽源氣體的通入流量和通入時間，能夠以更快的速率去除反應腔內的水分和金屬雜質，所以可以減少達到MCLT設定值以執行磊晶生長設備重操作所需的時間，因此，可以提高磊晶晶片的生產效率。
如圖2所示，本實施例的磊晶反應設備100包括反應腔，還包括：進氣口101、出氣口102、位於反應腔內的基座103。基座103是在執行磊晶過程時在其上安裝晶圓片的部分，基座103可以由諸如碳石墨或碳化矽等的材料製成的板構成。基座103由位於基座103下部的主軸和基座支撐件支撐，該基座支撐件沿基座103邊緣方向在主軸的各位置處設置。
磊晶膜是在磊晶反應設備內的反應腔中在高溫下在晶圓片上氣相生長的，在晶圓片上生長磊晶膜後，得到磊晶晶片。如果反應腔記憶體在金屬雜質或殘留濕氣，製造的磊晶晶片被金屬雜質汙染，因此不能保證磊晶晶片的品質。
因此，在執行各步驟之後，反應腔執行預防性維護（PM），從而在PM之後在反應腔內產生殘留濕氣。可以通過諸如烘烤腔室內部的步驟來去除殘留濕氣。
一些實施例中，將晶圓片放置在反應腔內部的基座上之後，方法還包括：將反應腔加熱至預定的第一溫度，然後穩定反應腔。這樣可以烘烤反應腔，去除反應腔內的水分，並且能夠使得反應腔內各個位置的溫度保持一致，比如使得基座下部和上部的溫度相等。
一些實施例中，第一溫度可以為1100°C-1200°C。具體地，第一溫度可以為1100°C、1110°C、1120°C、1130°C、1140°C、1150°C、1160°C、1170°C、1180°C、1190°C或1200°C。
本實施例中，可通過對用於製造磊晶晶片的基座表面進行蝕刻，並在基座表面上沉積矽膜來穩定基座。
基座在高溫過程之後在與晶圓片接觸的表面上含有濕氣以及汙染物，因此，需要使基座表面穩定，以去除濕氣、汙染物、金屬物質和各種殘留物。
本實施例中，可以在第一溫度下向反應腔內通入刻蝕氣體，流量為15SLM~20SLM，持續時間為30s~40s，以去除基座上的濕氣、汙染物、金屬物質和各種殘留物。之後可以在第二溫度下向反應腔內通入矽源氣體，流量為20SLM~30SLM，持續時間為40s~60s，在基座上形成一定厚度的矽膜，由此使基座穩定。
一些實施例中，第二溫度可以為1075°C-1175°C。具體地，第二溫度可以為1075°C、1085°C、1095°C、1105°C、1115°C、1125°C、1135°C、1145°C、1155°C、1165°C或1175°C。
一些實施例中，矽源氣體可以是三氯矽烷氣體，刻蝕氣體為HCL。
一些實施例中，在生長磊晶晶片之後測量磊晶晶片的MCLT，還包括重複執行在製造磊晶晶片之後從反應腔移出磊晶晶片並清潔反應腔的步驟，直至MCLT達到預定值。
一些實施例中，在多次運行進行時，執行測量磊晶晶片的MCLT的步驟，其中，製造一個磊晶晶片的過程稱為一次運行。這樣可以判斷磊晶晶片的MCLT值是否達到設定值。
一些實施例中，對應於50、100、150、200、250、300、350和400次運行的磊晶晶片取為抽樣晶片並且測量MCLT值。
一些實施例中，當MCLT達到預定值時，重啟磊晶生長設備的步驟完成。
在從反應腔中移出其上形成有磊晶膜的抽樣晶片之後，執行通過氫氟酸處理去除自然氧化物膜的步驟。此外，將碘薄薄地沉積在磊晶晶片上，然後掃描磊晶晶片表面以測量MCLT水平。
少數載流子壽命（MCLT）可以是確定重啟磊晶生長系統的準備度的一種度量。MCLT是指超量少數電子重新組合所需的平均時間，並且反應腔內雜質越多，則MCLT越低。
因此，測量對應於50、100、150、200、250、300、350和400次運行的樣品晶片的MCLT，並且當MCLT滿足預定值時，可以確定完成了重啟磊晶生長系統的準備工作。當MCLT值不滿足預定值時，繼續執行多次運行。
在一種實施方式中，當MCLT達到預定值時，磊晶生長系統的重啟程式完成，並且預定值可以設定為2800us，這意味著反應腔內存在的諸如金屬顆粒等的汙染物幾乎都被去除，不影響後續製造的磊晶晶片品質。
一具體範例中，磊晶生長設備重啟方法包括以下步驟：步驟S1、向反應腔的上腔室和下腔室中通入氫氣，持續時間為整個流程；步驟S2、將晶圓片置於反應腔的基座上，對反應腔進行升溫處理，將溫度提升至1180°C；步驟S3、執行反應腔烘烤步驟，烘烤溫度設定為1180°C，持續時間為65S；步驟S4、執行表面刻蝕步驟，向反應腔內通入刻蝕氣體HCL，流量為15SLM~20SLM，持續時間30s~40s，溫度設定為1180°C；步驟S5、執行生長薄膜步驟，向反應腔內通入矽源氣體TCS，流量為20SLM~30SLM，持續時間40s~60s，溫度設定為1125°C；步驟S6、製造磊晶晶片，測量對應於50、100、150、200、250、300、350和400次運行的磊晶晶片的MCLT值，如果MCLT值滿足設定值時，可以認為磊晶爐的複機流程結束。當MCLT不滿足設定值時，則需重複S1~S6的過程以保證磊晶爐複機時所需的MCLT值。
圖3所示為相關技術和本發明實施例準備磊晶爐複機時，反應腔內部MCLT水平的變化圖。可以看出，相關技術中，對應於50次（Run）運行，磊晶晶片的MCLT值小於500us；對應於100次運行，磊晶晶片的MCLT值小於1500us；對應於200次運行，磊晶晶片的MCLT值大約為1600us；對應於250次運行，磊晶晶片的MCLT值小於2000us；對應於300次運行，磊晶晶片的MCLT值小於2500us；對應於350次運行，磊晶晶片的MCLT值大約為2700us；對應於400次運行，磊晶晶片的MCLT值大約為2800us。採用本實施例的技術方案後，對應於50次運行，磊晶晶片的MCLT值大於500us；對應於100次運行，磊晶晶片的MCLT值大於2000us；對應於200次運行，磊晶晶片的MCLT值大約為3000us；對應於250次運行，磊晶晶片的MCLT值大於3000us；對應於300次運行，磊晶晶片的MCLT值大約為3100us。
與相關技術相比，本實施例通過設計刻蝕氣體HCL和矽源氣體TCS的通入流量和通入時間，能有效縮短反應腔MCLT到達設定值的時間。如果不執行上述操作，在大約400Run的運行次數時，MCLT達到約2800us，此時磊晶爐達到重啟的條件。但是，如果執行本實施例的上述操作，在大約200Run的運行次數時，MCLT就能達到約3000us，這樣就大大縮短了磊晶爐重啟的時間。
圖4所示為本實施例磊晶爐複機時，每完成一次運行，各個流程所需時間及溫度。可以看出，本實施例完成一次運行大約為330s，能夠大大縮短磊晶爐重啟的時間。
需要說明的是，在本發明中，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者裝置不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者裝置所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個......“限定的要素，並不排除在包括該要素的過程、方法、物品或者裝置中還存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本發明實施方式中的方法和裝置的範圍不限按示出或討論的順序來執行功能，還可包括根據所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序來執行功能，例如，可以按不同於所描述的次序來執行所描述的方法，並且還可以添加、省去、或組合各種步驟。另外，參照某些範例所描述的特徵可在其他示例中被組合。
上面結合附圖對本發明的實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域具通常知識者在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和申請專利範圍所保護的範圍情況下，還可做出很多形式，均屬於本發明的保護之內。
S101~S104:步驟流程
100:磊晶反應設備
101:進氣口
102:出氣口
103:基座
圖1表示本發明實施例磊晶生長設備重啟方法的流程示意圖；
圖2表示本發明實施例磊晶生長設備的結構示意圖；
圖3表示磊晶生長設備重啟時反應腔內的MCLT變化示意圖；
圖4表示磊晶生長設備重啟時每次運行時各個流程的溫度和時間示意圖。
S101~S104:步驟流程
Claims (8)
- 一種磊晶生長設備重啟方法，其步驟包括：將氫氣注入設置在該磊晶生長設備內的反應腔中並吹掃氫氣預定時間；將晶圓片放置在該反應腔內部的基座上；在第一溫度下向該反應腔內通入刻蝕氣體，流量為15SLM(StandardLiter/Minute，標準升/每分鐘)~20SLM，持續時間為30s(秒)~40s；在第二溫度下向該反應腔內通入矽源氣體，流量為20SLM~30SLM，持續時間為40s~60s；在生長磊晶晶片之後測量該磊晶晶片的少數載流子(Minority Carrier Life Time，MCLT)，當MCLT達到預定值時，完成該磊晶生長設備的重啟，其中，該預定值為2800us。
- 如請求項1所述的磊晶生長設備重啟方法，其中將該晶圓片放置在該反應腔內部的基座上之後，其步驟還包括：將該反應腔加熱至預定的該第一溫度，然後穩定該反應腔。
- 如請求項1或2所述的磊晶生長設備重啟方法，其中該第一溫度為1100℃-1200℃。
- 如請求項1所述的磊晶生長設備重啟方法，其中該第二溫度為1075℃-1175℃。
- 如請求項1所述的磊晶生長設備重啟方法，其中該矽源氣體是三氯矽烷氣體，該刻蝕氣體為HCL(hydrochloric acid，氯化氫)。
- 如請求項1所述的磊晶生長設備重啟方法，其中在生長該磊晶晶片之後測量該磊晶晶片的MCLT，還包括重複執行在製造該磊晶晶片之後，從該反應腔移出該磊晶晶片並清潔該反應腔的步驟，直至MCLT達到預定值。
- 如請求項1所述的磊晶生長設備重啟方法，其中在多次運行進行時，執行測量該磊晶晶片的MCLT的步驟，其中，製造一個該磊晶晶片的過程稱為一次運行。
- 如請求項7所述的磊晶生長設備重啟方法，其中對應於50、100、150、200、250、300、350和400次運行的該磊晶晶片取為抽樣晶片並且測量MCLT值。
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