TW201639002A - 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，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包含：在該反應腔室中提供配置一基座，以及於該基座上該晶圓係放置於一預設之第一位置，以及設定透過一主要閥門導入之氫氣的流動速率，使得該流動速率係大於透過一狹縫閥門導入之氫氣的流動速率，以及移動該基座至一預設之第二位置，以及當該基座係維持在該預設之第二位置時，設定透過一主要閥門導入之氫氣的量，使得該氫氣的量係小於透過一狹縫閥門導入之氫氣的量。據此，滯留於該反應腔室的較低位置的水分及污染物，可隨著氫氣的流動平順地朝向一排氣孔排出。

Description

用於準備外延晶圓生長之反應器的方法

本發明係關於在一腔室中的再操作準備程序，更具體而言，係關於用於形成一氣氛之再操作準備方法，於該氣氛之下，一腔室中殘留的水分及雜質係在一外延晶圓的生長完成後被移除，以進行一後續的外延程序。

傳統的矽晶圓可透過單晶生長程序、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被完成時，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。

當根據相關技術來說明用於再操作該外延反應器之方法時，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，在此一方法中，該腔室中氫氣可能無法在垂直方向上流動，而是在水平方向上流動。導致殘留的水分或金屬污染物可能像之前一樣存在於該腔室的較低位置。於此，在上述條件下其可能難以確保製造之外延晶圓的品質。

本申請聲明韓國專利申請號10-2015-0010781(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，一氫氣沿著設置在一加工腔體中的基座的較低位置向上流動，以將在該較低位置中滯留的污染物排出至該加工腔體之外，藉此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，一種反應腔室的再操作準備程序，於該反應腔室中外延生長係於一晶圓上進行，該程序係包含：在該反應腔室中提供配置一基座，以及於該基座上該晶圓係放置於一預設之第一位置，以及設定透過一主要閥門導入之氫氣的流動速率，使得該流動速率係大於透過一狹縫閥門導入之氫氣的流動速率；以及移動該基座至一預設之第二位置，以及當該基座係維持在該預設之第二位置時，設定透過該主要閥門導入之氫氣的量，使得該氫氣的量係小於透過該狹縫閥門導入之氫氣的量。

該第一位置可被設定為與一預加熱環之高度相同的位置，該預加熱環係設置在該基座之外圍，以及該第二位置可被設定為以一預定高度低於該第一位置。

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

C‧‧‧流向

H‧‧‧高度

〔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，基座之第一位置的剖面視圖。

〔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〕係描繪一狀態之剖面視圖，其中，根據一實施方式，在用於準備外延生長裝置之再操作的程序中，該基座以預定之距離自預加熱環的高度下降，以移動至第二位置。

〔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。

〔圖5〕係根據表1的一實施方式，描繪在用於準備外延反應器的程序中，MCLT層級隨著該基座之高度變化的直方圖。

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。

實施方式提供一種方法，其中係改變程序條件以及在外延反應器(反應器)中之基座的位置，以使滯留在該外延反應器之較低位置的污染物向上移動，藉此形成一上升氣流。

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，基座之第一位置的剖面視圖。

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係固定於第一位置，其係具有與預加熱環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。在進行預防性維護之後，用於再操作外延生長裝置的程序可包含：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。

於進行烘烤程序，上述過程可於反應腔室中被進行，該反應腔室具有該經提升之溫度。因此，殘留在反應腔室中的水分及污染物可透過用於準備反應腔室的再操作的程序，被有效率地排出。

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係於具有氣體流入孔的上襯墊105的一邊，設置在基座107的上方，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，其可透過狹縫閥門112導入。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之間，在方向A上流動。透過狹縫閥門導入的氫氣可以方向B導入，其係垂直於主要閥門，以自該基座的較低側移動至該氣體排出孔。

圖3係描繪一狀態之剖面視圖，其中，根據一實施方式，在用於準備外延生長裝置之再操作的程序中，該基座以預定之距離自預加熱環的高度下降，以移動至第二位置。

參照圖3，在用於準備外延生長裝置100之再操作的程序中，烘烤程序可在反應腔室中進行，同時基座係在預設之第一位置及預設之第二位置之間移動。該預設之第一位置可被設定為與一預加熱環108之高度相同的位置，該預加熱環108係設置在該基座之外圍，以及該預設之第二位置可為該基座自該第一位置下降一預設高度的位置。

亦即，根據一實施方式，當該烘烤程序係在用於準備外延生長裝置100之再操作的程序中，於該反應腔室中進行時，基座可週期性地上升或下降，以改變沿著該基座107之上部及下部流動之氫氣的流動路徑。

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可被維持在與預加熱環108之高度相同的第一位置一段預設的時間。在進行外延程序，該基座係被設置於第一位置的狀態中，透過主要閥門導入之氫氣的流動速率可被設定為大於透過狹縫閥門導入之氫氣的流動速率。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。

隨後，在提升反應腔室的內部溫度至一預設溫度的程序中，基座107可移動至第二位置，並隨後維持一預設之時間，該第二位置係以下蓋101之方向以預設之高度H下降。在一實施方式中，在該基座移動至該第二位置的期間，可改變各個透過該主要閥門及該狹縫閥門導入之氫氣的流動速率。在一實施方式中，當該基座移動至該第二位置時，透過狹縫閥門導入之氫氣的流動速率可被設定為大於透過主要閥門導入之氫氣的流動速率。當基座移動至第二位置，透過狹縫閥門導入之氫氣可移動至基座的較高側。因此，可改變透過狹縫閥 門導入之氫氣的流動路徑。

亦即，由於基座係被設置在第二位置，透過狹縫閥門導入之氫氣可沿著流向C流動，其中氫氣上升至透過主要閥門導入之氫氣的流線。由於流向C，在反應腔室中的一動態狀態可為不穩定的，且因此，殘留在反應腔室的較低位置水分及污染物可產生流動，並隨後隨著氫氣的流動被排出至反應腔室之外。

在一實施方式中，基座可週期性地上升或下降，以及在此同時，透過主要閥門導入之氫氣的流動速率可改變為小於透過狹縫閥門導入之氫氣的流動速率。較佳地，當基座下降時，透過主要閥門導入之氫氣可被設定為具有大約5slm至大約20slm的流動速率，以及透過狹縫閥門導入之氫氣可被設定為具有一最大流動速率至大約30slm的流動速率。

表1顯示一操作表，其係根據一實施方式，在用於準備外延生長裝置之再操作的程序中的烘烤程序期間實施。

如表1所示，在烘烤程序期間所實施的一個循環可具有總共12個程序。上述的循環可被實施三次。在每一循環中，一期間，其中該反應腔室內部係維持在一均勻的溫度，以及一期間，其中該反應腔室的內部係改變至一預設之溫度，可被重複。

首先，在第一程序中，反應腔體的溫度可被提升，以在一預設溫度下，穩定反應腔體的內部最大300秒(最大時間)。於此，基座可被設置在第一位置(1st)，在此係進行外延程序，以及氫氣可以大約90slm的流動速率透過主要閥門導入，並以大約20slm的流動速率透過狹縫閥門導入。

隨後，在第二程序中，反應腔室中可被設定為具有不同於第一程序的溫度。因此，反應腔室的內部溫度可上升或下降。在第二程序中，基座可維持在第一位置最大60秒，以及氫氣可以大約90slm的流動速率透過主要閥門持續導入，並以大約20slm的流動速率透過狹縫閥門持續導入。

在第四程序中，可重複地進行第一程序及第二程序。在第五程序中，在基座以預設之高度下降移動至第二位置(2nd)的期間，可改變氫氣的流動速率，使得氫氣係以大約20slm的流動速率透過主要閥門導入，並以大約30slm的流動速率透過狹縫閥門導入。於此，第五程序可進行最大300秒。

在第六程序中，一程序，其中反應腔室內部的溫度係改變最大60秒並穩定最大300秒，可被重複地進行，以達到第七程序。於此，氫氣可以大約90slm的流動速率透過主要閥門導入至反應腔室中，並以大約20slm的流動速率透過狹縫閥門導入至反應腔室中。於此，在第九程序中，基座的位置可以再次改變至第二位置，以及透過狹縫閥門導入之氫氣的流動速率可被設定為大於透過主要閥門導入之氫氣的流動速率。

如上所述，12個程序可形成一個循環。在一實施方式中，由於該循環係被重複四次，殘留在反應腔室中的水分及污染物可被減少，以減少用於外延生長裝置的再操作時間。

亦即，在一實施方式中，當基座改變位置時，由於透過主要閥門及狹縫閥門導入之氫氣的流動速率可被反轉。因此，透過狹縫閥門流動之氫氣可向上移動，以使水分及污染物(其並未逃脫至外部，而是殘存在反應腔室的較低位置)移動至基座的較高側，藉此誘導水分及污染物排出至反應腔體的外部。這是因為，向下流動之氫氣的流動速率係被反轉至大於向上流動之氫氣的流動速率，以及在此同時，基座向下移動以提供氫氣向上流動的流動路徑。亦即，可看到沿著基座之較低側流動之氫氣的流動路徑係改變至該基座的較高側。

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。具體而言，當烘烤程序係在加工腔室中進行，同時基座係根據一實施方式改變位置時，加工腔室中的MCLT層級係被比較。

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。當與根據相關技術進 行比較，在上述方法所應用的反應腔室中，當反應腔室中係進行烘烤程序時，MCLT可顯著地增加。根據一實施方式，當與根據相關技術的方法進行比較，可以看到隨著虛擬運行次數的增加，MCLT增加了至少二倍。這代表反應腔室的再操作時間係顯著地降低。

圖5係根據表1的一實施方式，描繪在用於準備外延反應器的程序中，MCLT層級隨著該基座之高度變化的直方圖

參照圖5，當基座係在上升狀態時，該基座係被設置在第一位置，外延程序係在該第一位置進行。在本實施方式中，當基座係在下降狀態時，該基座係下降大約9mm的高度，以及隨後係被設置在第二位置。當該基座係在中間狀態時，該基座下降大約4.5mm的高度。如圖4所示，當該基座在反應腔室中下降一預設的距離時，可以看到MCLT層級係顯著地改變。

亦即，相較於基座係設置在該第一位置的情況，當基座下降大約4.5mm的高度時，可以看到MCLT層級的差異不大。相較於基座係設置在該第一位置的情況，當基座下降大約9mm的高度時，可以看到MCLT層級的差異大。因此，在本實施方式中，當基座在反應腔室中下降大約9mm的高度時，氫氣的向上流動可被良好地產生，以有效地排除滯留在反應腔室中的水分及污染物。

如上所述，由於滯留在反應腔室的較低位置的水分及污染物係被有效率地排除，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。

在用於準備外延晶圓生長之反應器的方法中，可形成不穩定的 氣氛，使得透過反應腔室內部流動的氣體在垂直方向上流動，以有效率地排除滯留在該反應腔室的較低位置的水分及污染物。

根據該實施方式，由於滯留在該反應腔室的較低位置的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 (10)

1. 一種用於準備一外延生長裝置之再操作的方法，其係作為反應腔室的再操作準備程序，於該反應腔室中外延生長係於一晶圓上進行，該方法包含：在該反應腔室中提供配置一基座，以及於該基座上該晶圓係放置於一預設之第一位置，以及設定透過一主要閥門導入之氫氣的流動速率，使得該流動速率係大於透過一狹縫閥門導入之氫氣的流動速率；以及移動該基座至一預設之第二位置，以及當該基座係維持在該預設之第二位置時，設定透過該主要閥門導入之氫氣的量，使得該氫氣的量係小於透過該狹縫閥門導入之氫氣的量。
2. 如請求項1所述之方法，其中該第一位置係被設定為與一預加熱環之高度相同，該預加熱環係設置在該基座之外圍。
3. 如請求項1所述之方法，其中該第二位置係被設定為低於該第一位置。
4. 如請求項1所述之方法，其中在烘烤係於該反應腔室中進行的一程序中，該基座係週期性地在該第一位置與該第二位置之間移動。
5. 如請求項4所述之方法，其中，當該基座係在該第一位置與該第二位置之間移動時，係改變各個透過該主要閥門及該狹縫閥門導入之氫氣的流動速率。
6. 如請求項1所述之方法，其中，當該基座係設置在該第一位置時，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。
7. 如請求項1所述之方法，其中，當該基座係設置在該第二位置時，透過該主要閥門導入之氫氣係具有大約5slm至大約20slm的流動速率，以及透過該狹縫閥門導入之氫氣係具有大約30slm的流動速率。
8. 如請求項1所述之方法，其中，在烘烤係於該反應腔室中進行的該程序中，一期間，其中該反應腔室內部係維持在一均勻的溫度，以及一期間，其中該反應腔室的內部係改變至一預設之溫度，係被重複。
9. 如請求項8所述之方法，其中，在烘烤係於該反應腔室中進行的該程序中，一程序，其中係提高該反應腔室內部的溫度且維持最大300秒，以及一程序，其中該反應腔室的內部溫度係改變最大60秒，係被重複地進行。
10. 一種用於準備一外延生長裝置之再操作的方法，其係作為反應腔室的再操作準備程序，於該反應腔室中外延生長係於一晶圓上進行，該方法包含：將氮氣噴射至具有室溫的腔室大約3個小時，以通風出該反應腔室中之雜質粒子；將反應腔室之內部提升至一預定溫度；使用氫氣進行烘烤程序一段時間，同時具有經提升之溫度的反應腔室係維持在一高溫一預定時間；確認摻雜物是否存在於該反應腔室中；以及移除殘留在反應腔室中的金屬污染源，其中，在該反應腔室中之烘烤程序的進行中，該基座係在一位置進行一外延程序，且該基座周期性地降低一預設距離，以及當該基座降低時，透過一主要閥門導入之一氣體的一流動速率係被設定，使得該氣體的流動速率係小於透過一狹縫閥門導入之一氣體的流動速率。