一種原位清洗200mm-300mm外延設備基座背面的方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明屬于娃外延領域，特別涉及一種原位清洗200mm-300mm外延設備基座背面的方法。
【背景技術】
[0002]隨著娃半導體技術的發(fā)展，娃材料的直徑逐漸從125mm和150mm轉向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)法生長的娃單晶已經(jīng)無法滿足器件的要求，主要原因為用該工藝路線制備的硅材料，其原生缺陷(COP)隨著直徑的增大而大幅的增加，造成后續(xù)器件的電學性能以及成品率下降。
[0003]娃外延技術是解決傳統(tǒng)切克勞斯基(Czochralski)法生長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)上用化學氣相沉積的方法生長一薄層的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)器件的電學參數(shù)和成品率。
[0004]在硅外延生長技術中，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注的熱點。在硅外延生長過程中，硅外延層的電阻率由摻雜劑的量來調(diào)節(jié)，反應腔室中的背景雜質(主要為吸附在反應腔室中的B或P原子)對外延層電阻率也有很大的影響，降低背景雜質是提高電阻率穩(wěn)定性的必要條件。同時均勻的溫度場可以有效地抑制由溫度梯度引起的滑移位錯等缺陷。
[0005]在硅外延技術中，評價背景雜質的方法一般采用本征電阻率法。此方法是在生長過程中只通入硅源，測試外延層的電阻率;評價溫度場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，在設定的溫度下和規(guī)定的時間內(nèi)烘烤，測試離子注入片的電阻率均勻性，來表征腔室內(nèi)的溫度場。
[0006]200mm-300mm娃片外延設備一般采用單片式平板外延設計(例如AMAT 5200)。其基本結構如圖1所示:主要有主進氣口，副進氣口，反應室，預熱環(huán)，基座，排氣口，支撐旋轉桿組成。其中，反應室的作用是為硅外延生長提供一個潔凈的環(huán)境;預熱環(huán)的作用是對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承載臺；主進氣口的作用是將外延生長用硅源(SiHCl3)和摻雜氣體(B2H6或PH3)以及載氣(H2)導入反應腔室內(nèi)；副進氣口的作用是把保護H2導入反應腔室，防止預熱環(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]外延生長的標準的工藝過程為:(1)外延生長步驟:在溫度為680_850°C時，將單晶硅片送入基座上，待反應腔室中的溫度升到1080-1180°C，通過主進氣口通入反應氣體(硅源SiHCl3,摻雜劑B2H6或PH3)進行生長，生長完成后，溫度降至680-850°C取出硅片。在以上過程中，主進氣口載氣(?)流量為30-90slm，副進氣口保護氣(?)為8-1581111。(2)反應腔室清洗步驟:取出硅片后，將反應腔室中的溫度升到1150-1190°C，通過主進氣口通入清洗氣體HC1，清洗腔室。在以上過程中，載氣(H2)流量為5-20slm，副進氣口保護氣(H2)為8-15slm。
[0008]在實際生長過程中，若采用圖1所示的標準設計和標準工藝，常會出現(xiàn)以下問題:外延生長步，部分反應氣體(硅源SiHCl3,摻雜劑B2H6或PH3)通過預熱環(huán)與基座之間的間隙進入預熱環(huán)和基座下部，并沉積在其背面。但在反應腔室清洗步，因清洗氣體主要圖預熱環(huán)與基座上部流動(極少部分氣體會進入其下部)，不能完全清洗掉在外延生長步沉積在預熱環(huán)和基座背面的硅。殘存的沉積硅不但會影響整個反應腔室的潔凈度(腔體背景雜質的主要來源)，而且會影響基座上溫度場的均勻性。

【發(fā)明內(nèi)容】

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