專利名稱：一種可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種可提高外延質量且降低成本的外延反
應腔清洗方法。
背景技術：
外延(Epitaxy,簡稱Epi)工藝是指在單晶襯底上生長一層與襯底具有相同晶格排列的單晶材料，外延層可以是同質外延層(例如Si/Si)，也可以是異質外延層(例如SiGe/Si或SiC/Si等)。19世紀50年代末，硅外延片成功用于制造高頻大功率晶體管，并顯示出其巨大的優越性。之后，硅外延片用途越來越廣，在雙極型器件中，不論是晶體管、功率管還是線性集成電路和數字集成電路，都使用硅外延片進行制造。對MOS器件而言，雖然較晚使用硅外延片，但其在解決CMOS電路中閂鎖效應(Latch Up Effect)方面的優異表現使其在MOS器件中得到廣泛應用。當前BiCMOS電路和一部分電荷耦合器件(CCD)也都采用硅外延片來制造。 外延工藝中常用的氣態硅源為硅烷(SiH》、二氯硅烷(SiH2Cl2，簡稱DCS)和三氯硅烷(SiHCl3，簡稱TCS)，其中硅烷更適應沉積溫度底的要求，反應中的載氣一般選用氫氣(H2)。影響硅外延層質量的四種缺陷為薄霧(haze)、滑移線(slipline)、堆跺層錯(stacking fault)和穿剌(spike)，這些缺陷的存在對器件性能有很大影響，可以導致器件漏電流增大甚至器件完全失效。 硅外延片質量直接影響到器件性能，因此外延工藝就成為半導體制造領域中最基礎和重要的工藝之一，外延工藝包括分子束外延(MBE)、超高真空化學氣相沉積(UHV/CVD)、常壓化學氣相沉積(APCVD)和減壓化學氣相沉積(RPCVD)等。上述外延工藝中，RPCVD比其他工藝更具優勢，其在進行時一邊抽空反應腔一邊控制通入反應器的氣體流量，并將反應腔內的壓力控制在8 20千帕的低壓范圍下，如此反應腔的雜質分子、腐蝕性氣體便能迅速隨主氣流排走，可避免硅襯底中雜質發生自擴散并可減小外延中的缺陷(特別是滑移線)。 當在外延機臺中生長一定厚度的外延后，就需要通過清洗工藝對反應腔進行清洗以去除反應腔中的沉積膜，否則在生長外延的時候就容易在晶圓上形成缺陷。現有技術對
反應腔的清洗方法是用氯化氫氣體在iooo攝氏度以上的高溫下進行較長時間的清洗(清
洗時間至少為30分鐘)，如此可確保反應腔中特別是晶圓承載盤上的沉積膜被完全去除。
參見圖l，其顯示了使用經現有技術的外延反應腔清洗方法清洗后的外延生長機臺的晶圓的缺陷掃描圖，該掃描圖是使用KLA-Tencor公司提供的缺陷檢測設備掃描所得，如圖所示，晶圓上零星排布有缺陷。使用掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)對圖1所示的缺陷進行進一步的分析，分析結果如圖2和圖3所示，圖2和圖3分別顯示了圖l所示的晶圓具有缺陷的局部區域的平面掃描圖和透視圖，如圖所示，單晶硅區l上零星點綴有堆跺層錯SF。 采用能量色散型X射線熒光光譜儀(EDX)對如圖2和圖3所示的堆垛層錯SF進
3行分析，其分析結果如圖4所示，如圖所示，EDX分析結果顯示堆垛層錯SF的成分為碳化硅(SiC)，而碳化硅的唯一來源為晶圓承載盤。 之所以會出現如圖1至圖3所示的堆垛層錯SF，其原因為所述晶圓承載盤由碳化硅制成，其在1000攝氏度以上的高溫下會與氯化氫氣體發生慢速反應，上述長達30分鐘或更長時間的氯化氫氣體清洗會對晶圓承載盤造成損傷并增加其表面顆粒的擴散性，一方面在后續的外延工藝中晶圓承載盤表面的碳化硅表面顆粒會擴散到晶圓表面且形成堆垛層錯，另一方面會降低晶圓承載盤的壽命，大大增加外延成本。 因此，如何提供一種可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法來減小外延中因晶圓承載盤而引起的堆垛層錯，并有效保護和提高晶圓承載盤的壽命，有效降低成本，已成為業界亟待解決的技術問題。
發明內容
本發明的目的在于提供一種可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法，
通過所述方法可降低晶圓承載盤表面顆粒的擴散性，進而減少由晶圓承載盤所引起的堆垛層錯并相應減小外延工藝的外延質量，另外可提高晶圓承載盤的使用壽命，有效降低成本。 本發明的目的是這樣實現的一種可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法，其在外延工藝前或后進行，該外延反應腔中設置有晶圓承載盤，其包括以下步驟a、調整反應腔溫度至清洗溫度；b、向反應腔中通入氯化氫氣體進行第一預設時段的清洗；C、調整反應腔溫度和壓強使其分別至沉積溫度和沉積壓強；d、向反應腔中通入氣態硅源以在晶圓承載盤上沉積預設厚度的多晶硅。 在上述的可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法中，在步驟c中，該
沉積溫度范圍為650攝氏度至750攝氏度，該沉積壓強范圍為12至14千帕。 在上述的可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法中，在步驟d中，該
氣態硅源為硅烷，承載氣態硅源的載氣為氫氣，該預設厚度范圍為20至100納米。 在上述的可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法中，在步驟a中，該
清洗溫度為1000至1100攝氏度。 在上述的可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法中，在步驟b中，該第一預設時段為10至20分鐘，承載氯化氫氣體的載氣為氫氣。 在上述的可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法中，該外延反應腔為減壓化學氣相沉積機臺的反應腔。 與現有技術中采用在1000攝氏度以上的高溫下對反應腔進行30分鐘及其以上時間的氯化氫氣體清洗，從而造成晶圓承載盤上表面顆粒的擴散性提高和使用壽命降低相比，本發明的可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法先在iooo攝氏度以上的高溫下對反應腔進行10至20分鐘的氯化氫氣體清洗，之后再將反應腔調控至沉積溫度和沉積壓力，并通入氣態硅源在晶圓承載盤上沉積20至100納米的多晶硅，如此可將晶圓承載盤包覆起來，避免其表面顆粒在外延上形成堆垛層錯且影響外延工藝的外延質量，另外可提高晶圓承載盤的使用壽命，有效降低成本。
本發明的可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法由以下的實施例及附圖給出。 圖1為使用經現有技術的外延反應腔清洗方法清洗后的外延生長機臺的晶圓的缺陷掃描圖； 圖2為圖1所示的晶圓具有缺陷的局部區域的平面掃描圖； 圖3為圖1所示的晶圓具有缺陷的局部區域的透視圖； 圖4為圖2和圖3所示的堆垛層錯的能量色散型X射線熒光光譜； 圖5為本發明的可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法的流程圖； 圖6為使用經本發明的可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法清洗
后的外延生長機臺的晶圓的缺陷掃描圖； 圖7為圖6所示的晶圓的局部區域的平面掃描圖。
具體實施例方式
以下將對本發明的可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法作進一步的詳細描述。 本發明的可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法在外延工藝前或后進行，所述外延反應腔為減壓化學氣相沉積機臺的反應腔，所述外延反應腔中設置有晶圓承載盤。在本實施例中，所述減壓化學氣相沉積機臺為應用材料公司(Applied MaterialsInc)推出的Epi Centura外延系統。 Epi Centura外延系統的特點是A、晶圓設置在基座上的晶圓承載盤上且隨基座旋轉，通過調節基座水平及高度，使在晶圓上所生長的外延的厚度和電阻率均勻性可以得到很好的保證；B、上下兩組加熱燈分別對晶圓正面及基座進行加熱(基座上的晶圓承載盤通過熱傳導從背面對硅片加熱)，可在100秒之內將硅片加熱至IIO(TC以上，并通過先進的溫度測控裝置將工藝溫差控制在2t:以內；C、工藝氣體在反應腔內單向流動，其流量通過質量流量計(MFC)進行精準控制。 參見圖5，其為本發明的可減小側墻坡度的氧化層制造方法的流程圖，如圖所示，本發明的可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法首先進行步驟S50，調整反應腔溫度至清洗溫度，所述清洗溫度為1000至1100攝氏度。在本實施例中，所述清洗溫度為1050攝氏度。 接著繼續步驟S51，向反應腔中通入氯化氫氣體進行第一預設時段的清洗，其中，承載氯化氫氣體的載氣為氫氣，所述第一預設時段為10至20分鐘。在本實施例中，所述預設時段為15分鐘。 接著繼續步驟S52，調整反應腔溫度和壓強使其分別至沉積溫度和沉積壓強，所述沉積溫度范圍為650攝氏度至750攝氏度，所述沉積壓強范圍為12至14千帕。在本實施例中，所述沉積溫度范圍為700攝氏度，所述沉積壓強為13. 332千帕(100托)。
接著繼續步驟S53，向反應腔中通入氣態硅源以在晶圓承載盤上沉積預設厚度的多晶硅，所述氣態硅源為硅烷，承載氣態硅源的載氣為氫氣，所述預設厚度范圍為20至100納米。
參見圖6，其顯示了使用經本發明的可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清
5洗方法清洗后的外延生長機臺的晶圓的缺陷掃描圖，所述掃描圖是使用KLA-Tencor公司提供的缺陷檢測設備掃描所得，如圖所示，晶圓上堆垛層錯的數量與圖1中相比有效減少。使用掃描電子顯微鏡(SEM)對圖6所示的晶圓進行更細致的分析，如圖7所示，其顯示了圖6所示的晶圓的局部區域的平面掃描圖，如圖所示的局部區域的單晶區1上并未發現堆垛層錯和其他缺陷，本發明有效提高了外延質量。 綜上所述，本發明的可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法先在1000攝氏度以上的高溫下對反應腔進行10至20分鐘的氯化氫氣體清洗，之后再將反應腔調控至沉積溫度和沉積壓力，并通入氣態硅源在晶圓承載盤上沉積20至100納米的多晶硅，如此可將晶圓承載盤包覆起來，避免其顆粒在外延上形成堆垛層錯且影響外延工藝的外延質量，另外可提高晶圓承載盤的使用壽命，有效降低成本。
權利要求
一種可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法，其在外延工藝前或后進行，該外延反應腔中設置有晶圓承載盤，其特征在于，其包括以下步驟a、調整反應腔溫度至清洗溫度；b、向反應腔中通入氯化氫氣體進行第一預設時段的清洗；c、調整反應腔溫度和壓強使其分別至沉積溫度和沉積壓強；d、向反應腔中通入氣態硅源以在晶圓承載盤上沉積預設厚度的多晶硅。
2. 如權利要求1所述的可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法，其特征在 于，在步驟c中，該沉積溫度范圍為650攝氏度至750攝氏度，該沉積壓強范圍為12至14 千帕。
3. 如權利要求1所述的可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法，其特征在 于，在步驟d中，該氣態硅源為硅烷，承載氣態硅源的載氣為氫氣，該預設厚度范圍為20至 100納米。
4. 如權利要求1所述的可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法，其特征在 于，在步驟a中，該清洗溫度為IOOO至IIOO攝氏度。
5. 如權利要求1所述的可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法，其特征在 于，在步驟b中，該第一預設時段為10至20分鐘，承載氯化氫氣體的載氣為氫氣。
6. 如權利要求1所述的可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法，其特征在 于，該外延反應腔為減壓化學氣相沉積機臺的反應腔。
全文摘要
本發明提供了一種可提高外延質量且降低成本的外延反應腔清洗方法。現有技術采用在1000攝氏度以上的高溫下對反應腔進行30分鐘及其以上時間的氯化氫氣體清洗，從而造成晶圓承載盤上表面顆粒擴散性的提高和使用壽命降低，進而在進行外延工藝時表面顆粒擴散至外延且在外延上形成堆垛層錯。本發明先在1000攝氏度以上的高溫下對反應腔進行10至20分鐘的氯化氫氣體清洗，之后再將反應腔調控至沉積溫度和沉積壓力，并通入氣態硅源在晶圓承載盤上沉積20至100納米的多晶硅。本發明可將晶圓承載盤包覆起來，避免其表面顆粒在外延上形成堆垛層錯且影響外延工藝的外延質量，另外可提高晶圓承載盤的使用壽命，有效降低成本。
文檔編號H01L21/00GK101714501SQ20091019943
公開日2010年5月26日 申請日期2009年11月26日 優先權日2009年11月26日
發明者梅惠婷, 黃錦才 申請人:上海宏力半導體制造有限公司