一種原位清洗200mm-300mm外延設(shè)備基座背面的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于娃外延領(lǐng)域，特別涉及一種原位清洗200mm-300mm外延設(shè)備基座背面的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著娃半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，娃材料的直徑逐漸從125mm和150mm轉(zhuǎn)向200mm和300mm。隨著娃材料直徑的增大，由傳統(tǒng)切克勞斯基(Cz o chra I sk i)法生長(zhǎng)的娃單晶已經(jīng)無法滿足器件的要求，主要原因?yàn)橛迷摴に嚶肪€制備的硅材料，其原生缺陷(COP)隨著直徑的增大而大幅的增加，造成后續(xù)器件的電學(xué)性能以及成品率下降。
[0003]娃外延技術(shù)是解決傳統(tǒng)切克勞斯基(Czochralski)法生長(zhǎng)的娃單晶的原生缺陷(COP)有效手段之一，通過在表面平整的單晶硅基底片(通常為拋光片)上用化學(xué)氣相沉積的方法生長(zhǎng)一薄層的B或P摻雜的單晶硅層(通常叫做硅外延層，摻雜劑一般為B2H6或PH3),不但可以調(diào)節(jié)硅外延層的電阻率。而且，由于外延過程中引入的氧含量比較低，完全避免了傳統(tǒng)切克勞斯基法(Czochralski)生長(zhǎng)的單晶硅中的原生缺陷(COP)產(chǎn)生。因此，可以大幅提高后續(xù)器件的電學(xué)參數(shù)和成品率。
[0004]在硅外延生長(zhǎng)技術(shù)中，如何獲得具有穩(wěn)定電阻率和較少晶體缺陷的外延層一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。在硅外延生長(zhǎng)過程中，硅外延層的電阻率由摻雜劑的量來調(diào)節(jié)，反應(yīng)腔室中的背景雜質(zhì)(主要為吸附在反應(yīng)腔室中的B或P原子)對(duì)外延層電阻率也有很大的影響，降低背景雜質(zhì)是提高電阻率穩(wěn)定性的必要條件。同時(shí)均勻的溫度場(chǎng)可以有效地抑制由溫度梯度引起的滑移位錯(cuò)等缺陷。
[0005]在硅外延技術(shù)中，評(píng)價(jià)背景雜質(zhì)的方法一般采用本征電阻率法。此方法是在生長(zhǎng)過程中只通入硅源，測(cè)試外延層的電阻率;評(píng)價(jià)溫度場(chǎng)均勻性的方法一般采用離子注入片電阻率法。此方法是把離子注入片傳入腔室，在設(shè)定的溫度下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)烘烤，測(cè)試離子注入片的電阻率均勻性，來表征腔室內(nèi)的溫度場(chǎng)。
[0006]200mm-300mm娃片外延設(shè)備一般采用單片式平板外延設(shè)計(jì)(例如AMAT 5200)。其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示:主要有主進(jìn)氣口，副進(jìn)氣口，反應(yīng)室，預(yù)熱環(huán)，基座，排氣口，支撐旋轉(zhuǎn)桿組成。其中，反應(yīng)室的作用是為硅外延生長(zhǎng)提供一個(gè)潔凈的環(huán)境;預(yù)熱環(huán)的作用是對(duì)基座的邊緣提供保溫，使基座的溫度更加均勻;基座的作用是為硅基底片提供一個(gè)承載臺(tái)；主進(jìn)氣口的作用是將外延生長(zhǎng)用硅源(SiHCl3)和摻雜氣體(B2H6或PH3)以及載氣(H2)導(dǎo)入反應(yīng)腔室內(nèi)；副進(jìn)氣口的作用是把保護(hù)H2導(dǎo)入反應(yīng)腔室，防止預(yù)熱環(huán)和基座背面沉積Si和吸附摻雜劑原子(B或P);排氣口的作用是把副產(chǎn)物氣體從此口排放出去。
[0007]外延生長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)的工藝過程為:(1)外延生長(zhǎng)步驟:在溫度為680_850°C時(shí)，將單晶硅片送入基座上，待反應(yīng)腔室中的溫度升到1080-1180°C，通過主進(jìn)氣口通入反應(yīng)氣體(硅源SiHCl3,摻雜劑B2H6或PH3)進(jìn)行生長(zhǎng)，生長(zhǎng)完成后，溫度降至680-850°C取出硅片。在以上過程中，主進(jìn)氣口載氣(?)流量為30-90slm，副進(jìn)氣口保護(hù)氣(?)為8-1581111。(2)反應(yīng)腔室清洗步驟:取出硅片后，將反應(yīng)腔室中的溫度升到1150-1190°C，通過主進(jìn)氣口通入清洗氣體HC1，清洗腔室。在以上過程中，載氣(H2)流量為5-20slm，副進(jìn)氣口保護(hù)氣(H2)為8-15slm。
[0008]在實(shí)際生長(zhǎng)過程中，若采用圖1所示的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)工藝，常會(huì)出現(xiàn)以下問題:外延生長(zhǎng)步，部分反應(yīng)氣體(硅源SiHCl3,摻雜劑B2H6或PH3)通過預(yù)熱環(huán)與基座之間的間隙進(jìn)入預(yù)熱環(huán)和基座下部，并沉積在其背面。但在反應(yīng)腔室清洗步，因清洗氣體主要圖預(yù)熱環(huán)與基座上部流動(dòng)(極少部分氣體會(huì)進(jìn)入其下部)，不能完全清洗掉在外延生長(zhǎng)步沉積在預(yù)熱環(huán)和基座背面的硅。殘存的沉積硅不但會(huì)影響整個(gè)反應(yīng)腔室的潔凈度(腔體背景雜質(zhì)的主要來源)，而且會(huì)影響基座上溫度場(chǎng)的均勻性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種原位清洗200mm-300mm外延設(shè)備基座背面的方法，該方法使得沉積在預(yù)熱環(huán)和基座背面的硅和吸附的摻雜劑雜質(zhì)得到了有效的清洗，可有效地抑制背景雜質(zhì)的增加并提高基座上溫度場(chǎng)的均勻性和穩(wěn)定性，從而提升200mm-300mm娃外延片質(zhì)量及其穩(wěn)定性。
[0010]本發(fā)明的一種原位清洗200mm-300mm外延設(shè)備基座背面的方法，包括:
[0011]在副進(jìn)氣口設(shè)置HC1/H2混合器，HCl和H2預(yù)先混合后通入反應(yīng)腔室，控制外延生長(zhǎng)時(shí)和反應(yīng)腔室清洗時(shí)通入的HCl和出的混合比例，具體控制過程如下:外延生長(zhǎng)時(shí)通入的HCMPH2的體積比為O:1 (即純H2,保證生長(zhǎng)的均勻性)，反應(yīng)腔室清洗時(shí)通入的HCMPH2的體積比為1:0.5-1:10(清洗基座和預(yù)熱環(huán)的背面的硅以及吸附的雜質(zhì)(B，Ph，As等))。
[0012]所述外延生長(zhǎng)時(shí)反應(yīng)腔室的溫度為1120-1130°C，主進(jìn)氣口的氣體流量為35slm-55slm，副進(jìn)氣口的氣體流量為5slm-20slm。
[0013]所述清洗時(shí)反應(yīng)腔室的溫度為1150-1190°C，主進(jìn)氣口的氣體流量為1slm-25slm，副進(jìn)氣口的氣體流量為5slm_10slm。
[0014]清洗后反應(yīng)腔室的溫度降至680-850°C，副進(jìn)氣口的氣體流量增大至20slm-30slmo
[0015]有益效果
[0016]本發(fā)明使得沉積在預(yù)熱環(huán)和基座背面的硅和吸附的摻雜劑雜質(zhì)得到了有效的清洗，可有效地抑制背景雜質(zhì)的增加并提高基座上溫度場(chǎng)的均勻性和穩(wěn)定性，從而提升200mm-300mm娃外延片質(zhì)量及其穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0017]圖1為原有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的腔體結(jié)構(gòu)和氣路示意圖；其中，I為主進(jìn)氣口；2為預(yù)熱環(huán);3為基座;4為硅片;5為反應(yīng)腔室;6為排氣口 ； 7為基座支撐桿;8為副進(jìn)氣口 ；
[0018]圖2為本發(fā)明的腔體結(jié)構(gòu)和氣路示意圖；其中，I為主進(jìn)氣口； 2為預(yù)熱環(huán);3為基座；4為硅片;5為反應(yīng)腔室;6為排氣口； 7為基座支撐桿;8為副進(jìn)氣口； 9為HC1/H2混合器；
[0019]圖3(a)為用原有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備在設(shè)備預(yù)防性維護(hù)后的溫度場(chǎng)分布圖；(b)為用原有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備累計(jì)生長(zhǎng)1000um后的溫度場(chǎng)分布圖；
[0020]圖4(a)為本發(fā)明在設(shè)備預(yù)防性維護(hù)后的溫度場(chǎng)分布圖；(b)為本