一種用于鍺硅外延生長的反應室、方法及半導體制造設備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于鍺硅外延生長的反應室、方法及半導體制造設備，涉及半導體【技術領域】。本發(fā)明提供的用于鍺硅外延生長的反應室包括：反應腔體；設置于所述反應腔體內部的位置可調的支撐平臺；其中，所述反應腔體被分成至少兩個不同的反應區(qū)域，每個所述反應區(qū)域均相應設置有加熱器，以保證在進行鍺硅外延生長時在不同的所述反應區(qū)域形成不同的反應溫度；所述支撐平臺用于支撐和固定進行鍺硅外延生長的晶圓，其可以被調節(jié)至任何一個所述反應區(qū)域。該反應室可以使晶圓在每個反應階段被快速調節(jié)至具有所需溫度的區(qū)域，提高了鍺硅外延生長的效率。本發(fā)明的半導體制造設備以及用于鍺硅外延生長的方法，使用了上述的反應室，同樣具有上述優(yōu)點。
【專利說明】一種用于鍺硅外延生長的反應室、方法及半導體制造設備

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導體【技術領域】，具體而言涉及一種用于鍺硅外延生長的反應室、方 法及半導體制造設備。

【背景技術】
[0002] 在未來的一段時間內，娃基互補型金屬氧化物半導體（CMOS)場效應晶體管技術 仍將是集成電路制造的主流技術。當如研究集成電路基礎技術的目標在于獲得更1?的單兀 集成度、更高的電路速度、更低的單位功能的功耗和單位功能成本。在器件尺寸等比縮小的 過程中，更高的集成度與工作頻率意味著更大的功耗，減小電源電壓VDD是減小電路功耗 的一般選擇，但VDD的降低會導致器件的驅動能力和速度下降。減小閾值電壓、減薄柵介質 厚度可提高器件的電流驅動能力，但同時會導致亞閾值漏電流和柵極漏電流的增加，從而 增大靜態(tài)功耗，這就是目前1C面臨的"功耗-速度"困境。
[0003] 提高器件溝道遷移率是解決上述困境的關鍵。在溝道遷移率大幅度提升的基礎 上，一方面可以采用較低的VDD和較高的閾值漏電壓，同時又可以保證器件有足夠的電流 驅動能力和速度。對于PM0S晶體管來說，嵌入式鍺硅（SiGe)技術能有效提高空穴遷移率， 從而提高PM0S晶體管的性能。所謂嵌入式鍺硅技術是指在緊鄰PM0S晶體管溝道的硅襯底 中形成SiGe外延層，SiGe外延層會對溝道產生壓應力，從而提高空穴的遷移率。應用嵌入 式鍺硅技術來增強PM0S的溝道的壓應力的技術方案，在45nm及以下工藝節(jié)點的半導體器 件中，具有更有效的技術效果。
[0004] 現(xiàn)有技術中，在半導體器件的制程中，進行鍺硅外延生長（印i)需要在反應室內進 行。現(xiàn)有的用于鍺硅外延生長的反應室如圖1所示，該反應室100包括反應腔體101，固定 于反應腔體101內的支撐平臺102,設置于反應腔體101四周的加熱器103。其中支撐平臺 102用于支撐進行鍺硅外延生長的晶圓400 (晶圓400并非反應室100的組成部分)，如圖1 所示。在現(xiàn)有技術中，支撐平臺102是固定于反應腔體101內部的，其位置不能改變。在現(xiàn) 有技術中，在反應過程（即進行鍺硅外延生長的過程)中，反應腔體101內部各個位置的溫度 是趨于一致的。然而，在鍺硅外延生長的不同反應階段，比如待機(指反應室的待機階段，即 未進行鍺娃外延生長)、前烘（pre-bake,即反應前對晶圓的預烘烤)、種子層（seed layer, 具體指形成種子層的階段)、主體層（bulk layer，具體指形成主體層的階段)、蓋帽層（即最 終形成鍺硅的蓋帽層的階段)，需要的反應溫度是不同的，相關的溫度關系可以參照圖2。因 此，現(xiàn)有技術中必須通過不斷改變加熱器103的溫度來改變反應腔體101的內部溫度。然 而，由于加熱器103本身并不能快速改變溫度，造成反應腔體101也無法快速改變內部的反 應溫度，尤其當需要將反應腔體101的內部溫度調低的時候，這就導致每一個反應階段(需 要的時間為工藝時間）進行之前，都需要有一個準備時間，如圖2所示。用于改變反應腔體 101內的反應溫度的"準備時間"，實際上占用了整個鍺硅外延生長工藝時間的很大一部分， 其嚴重制約了半導體器件的生產效率，影響了單位時間內的半導體器件的產量。
[0005] 可見，現(xiàn)有技術中用于鍺硅外延生長的反應室，由于無法在鍺硅外延生成的每個 反應階段快速調節(jié)反應溫度，制約了半導體器件的生產效率，影響了單位時間內的半導體 器件的產量。因此，為解決上述問題，有必要提出一種新的用于鍺硅外延生長的反應室。


【發(fā)明內容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種用于鍺硅外延生長的反應室、方法及半導 體制造設備。
[0007] 本發(fā)明的一個實施例提供一種用于鍺硅外延生長的反應室，所述反應室包括：
[0008] 反應腔體；
[0009] 設置于所述反應腔體內部的位置可調的支撐平臺；
[0010] 其中，所述反應腔體被分成至少兩個不同的反應區(qū)域，每個所述反應區(qū)域均相應 設置有加熱器，以保證在進行鍺硅外延生長時在不同的所述反應區(qū)域形成不同的反應溫 度；
[0011] 所述支撐平臺用于支撐和固定進行鍺硅外延生長的晶圓，其可以被調節(jié)至任何一 個所述反應區(qū)域。
[0012] 其中，所述反應室還包括用于監(jiān)測所述反應腔體的反應溫度的溫度監(jiān)測裝置。
[0013] 其中，所述溫度監(jiān)測裝置為多個，并且每個所述反應區(qū)域均相應設置有至少一個 所述溫度監(jiān)測裝置。
[0014] 其中，所述溫度監(jiān)測裝置可以在不同的所述反應區(qū)域之間移動。
[0015] 其中，所述支撐平臺的非支撐面設置有用于監(jiān)測反應溫度的溫度監(jiān)測裝置。
[0016] 其中，所述溫度監(jiān)測裝置為帶有高溫計的感測器。
[0017] 其中，所述反應室還包括：與所述支撐平臺相連的用于調節(jié)所述支撐平臺在所述 反應腔體內的位置的電動馬達。
[0018] 本發(fā)明的再一個實施例提供一種半導體制造設備，其包括上述任一項所述的用于 鍺硅外延生長的反應室。
[0019] 本發(fā)明的另一個實施例提供一種用于鍺硅外延生長的方法，其使用上述任一所述 的用于鍺硅外延生長的反應室來實現(xiàn)，包括如下步驟：
[0020] 步驟S101 :將所述反應室的反應腔體的不同反應區(qū)域的溫度調節(jié)至鍺硅外延生 長的不同反應階段所需的反應溫度；
[0021] 步驟S102 :通過調節(jié)支撐平臺的位置將晶圓調節(jié)至具有第一反應階段所需反應 溫度的反應區(qū)域進行反應；
[0022] 步驟S103 :待第一反應階段結束后，立即通過調節(jié)支撐平臺的位置將晶圓調節(jié)至 具有第二反應階段所需反應溫度的反應區(qū)域進行反應。
[0023] 其中，在所述步驟S103之后還包括步驟S104 :
[0024] 重復上述過程，待某一反應階段結束立即通過調節(jié)支撐平臺的位置將晶圓調節(jié)至 具有下一反應階段所需反應溫度的反應區(qū)域，直至完成鍺硅的外延生長。
[0025] 本發(fā)明的用于鍺硅外延生長的反應室，可以使晶圓在鍺硅外延生成的每個反應階 段被快速調節(jié)至具有所需反應溫度的反應區(qū)域，提高了鍺硅外延生長的效率，進而提高了 半導體器件的生產效率。本發(fā)明的半導體制造設備以及用于鍺硅外延生長的方法，同樣具 有上述優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā) 明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。
[0027] 附圖中：
[0028] 圖1為現(xiàn)有技術中用于鍺硅外延生長的反應室的結構示意圖；
[0029] 圖2為利用現(xiàn)有技術的反應室進行鍺硅外延生長時各階段的溫度和時間關系示 意圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明提出的用于鍺硅外延生長的反應室的結構示意圖；
[0031] 圖4為利用本發(fā)明的反應室進行鍺硅外延生長時各階段的溫度和時間關系示意 圖。

【具體實施方式】
[0032] 在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然 而，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以 實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進 行描述。
[0033] 應當理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實施，而不應當解釋為局限于這里提出的 實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給 本領域技術人員。
[0034] 在此使用的術語的目的僅在于描述具體實施例并且不作為本發(fā)明的限制。在此使 用時，單數(shù)形式的"一"、"一個"和"所述/該"也意圖包括復數(shù)形式，除非上下文清楚指出 另外的方式。還應明白術語"組成"和/或"包括"，當在該規(guī)格書中使用時，確定所述特征、 整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多其它的特征、整數(shù)、步驟、操 作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時，術語"和/或"包括相關所列項目的任 何及所有組合。
[0035] 除非另外定義，在此使用的所有術語（包括技術和科學術語）具有與本發(fā)明領域 的普通技術人員所通常理解的相同的含義。還將理解，諸如普通使用的字典中所定義的術 語應當理解為具有與它們在相關領域和/或本規(guī)格書的環(huán)境中的含義一致的含義，而不能 在理想的或過度正式的意義上解釋，除非這里明示地這樣定義。
[0036] 為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的步驟以及詳細的結構，以便 闡釋本發(fā)明提出的用于鍺硅外延生長的反應室、方法及半導體制造設備。本發(fā)明的較佳實 施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。
[0037] 實施例一
[0038] 下面，參照圖3和圖4來描述本發(fā)明實施例提出的用于鍺硅外延生長的反應室的 示例性結構。其中，圖3為本發(fā)明提出的用于鍺硅外延生長的反應室的結構示意圖；圖4為 利用本發(fā)明的反應室進行鍺硅外延生長時各階段的溫度和時間關系示意圖。
[0039] 本實施例的用于鍺硅外延生長的反應室如圖3所示，該反應室200包括：反應腔 體201，設置于反應腔體201內部的位置可調的支撐平臺202 ;該反應腔體201被分成N個 不同的反應區(qū)域，如圖3中各虛線所分隔的區(qū)域，其中N為大于等于2的自然數(shù)；即反應區(qū) 域至少為兩個。其中，每個反應區(qū)域(簡稱"區(qū)域")均設置有加熱器203,以保證在進行反應 (即鍺硅外延生長）時可以在反應腔體201的N個不同的區(qū)域形成不同的溫度，即可以將不 同反應區(qū)域的溫度調節(jié)至鍺硅外延生長的不同反應階段（比如待機、前烘、種子層、主體層、 蓋帽層階段）所需要的反應溫度。支撐平臺202用于支撐和固定進行鍺硅外延生長的晶圓 600 (晶圓600并非反應室200的組成部分)，由于支撐平臺202的位置可調，其可以根據(jù)對 反應溫度的實際需要被調節(jié)至該N個不同的區(qū)域。在本實施例中，示例性的，支撐平臺202 可以通過電動馬達（圖中未示出）進行位置調節(jié)（即反應室200還包括與支撐平臺202相連 的用于調節(jié)位置的電動馬達，該電動馬達可以設置于反應腔體之上）；當然，還可以通過其 他可行方式（比如手動調節(jié)等）進行調節(jié)，此處不做限定。
[0040] 進一步的，該反應室200還包括用于監(jiān)測反應腔體201的內部溫度（即反應溫度） 的溫度監(jiān)測裝置204。示例性的，溫度監(jiān)測裝置204設置于支撐平臺202的非支撐面（即除 用于支撐晶圓600的表面之外的位置)，比如下表面，如圖3所示。當溫度監(jiān)測裝置204設 置于支撐平臺202的之上，可以即時監(jiān)測晶圓600所處的反應區(qū)域的反應溫度，可以更好地 控制反應溫度，提高產品良率。此外，溫度監(jiān)測裝置204還可以設置于反應腔體201內的其 他位置，當溫度監(jiān)測裝置204為一個或數(shù)量少于反應區(qū)域時，應保證溫度監(jiān)測裝置204可以 移動，以即時監(jiān)控每一個反應區(qū)域的溫度。當然，也可以在每個反應區(qū)域均相應設置至少一 個溫度監(jiān)測裝置，以便更好地即時監(jiān)測各個反應區(qū)域的溫度。當然，當各個反應區(qū)域均設置 有溫度監(jiān)測裝置時，仍可以在支撐平臺202至少設置溫度監(jiān)測裝置，如此設置可以同時即 時監(jiān)測晶圓600所處的反應區(qū)域的反應溫度以及各個反應區(qū)域的溫度，具有更好的技術效 果。
[0041] 示例性的，上述的溫度監(jiān)測裝置，可以為帶有高溫計的感測器。
[0042] 需要指出的是，雖然在圖3中示出了區(qū)域1、區(qū)域2、區(qū)域3……區(qū)域N(即反應區(qū)域 大于3)，但圖3僅僅為示意之用的一個例子，實際應用時，"反應區(qū)域"可以為2個或3個， 也可以為更多個。并且，加熱器203并不一定設置于反應腔體201的外部，也可以根據(jù)實際 需要設置于反應腔體201的內部，以節(jié)省熱量。在圖3中，反應腔體201內的帶箭頭的虛線， 表示反應氣體的流向。本實施例的反應室200,其他部分與現(xiàn)有技術中的反應室（比如圖1) 的結構基本相同，在此不再贅述。當然，后續(xù)針對用于鍺硅外延生長的反應室的其他改進， 如果不破壞本發(fā)明的設計點，也可以應用于本發(fā)明實施例的反應室200。
[0043] 本實施例的用于鍺娃外延生長的反應室，由于反應腔體201被分成N個不同的反 應區(qū)域，每個反應區(qū)域可以設置為不同的反應溫度，而設置于反應腔體201內部的支撐平 臺202的位置可調，因此可以將晶圓在鍺硅外延生長的不同反應階段快速調節(jié)至所需要的 反應溫度，省去了現(xiàn)有技術中的每個階段的"準備時間"，而在不同的反應區(qū)域之間調節(jié)晶 圓的位置所耗費的時間幾乎可以忽略。利用本發(fā)明實施例的反應室進行鍺硅外延生長，各 階段的溫度和時間關系的示意圖如圖4所示。顯然，本發(fā)明實施例的用于鍺硅外延生長的 反應室，可以使晶圓在鍺硅外延生成的每個反應階段被快速調節(jié)至具有所需反應溫度的反 應區(qū)域，提1? 了錯娃外延生長的效率，進而提1? 了半導體器件的生廣效率，也即提1? 了單位 時間內的半導體器件的產量。
[0044] 實施例二
[0045] 本發(fā)明實施例提供一種半導體制造設備，其包括上述實施例一的用于鍺硅外延生 長的反應室。
[0046] 其中，本發(fā)明實施例的半導體制造設備，即半導體器件的制造設備，可以為包括上 述反應室的單體設備，也可以為包括上述反應室的整個半導體生產線，此處不做限定。
[0047] 本發(fā)明實施例的半導體制造設備，由于包括實施例一的用于鍺硅外延生長的反應 室，可以提高鍺硅外延生長的效率，進而提高半導體器件的生產效率。
[0048] 實施例三
[0049] 本發(fā)明實施例提供一種用于鍺硅外延生長的方法，其可以使用上述實施例一所述 的用于鍺硅外延生長的反應室。該方法包括如下步驟：
[0050] 步驟一、將反應室的反應腔體的不同反應區(qū)域的溫度調節(jié)至鍺硅外延生長的不同 反應階段所需的反應溫度；
[0051] 步驟二、通過調節(jié)支撐平臺的位置將晶圓調節(jié)至具有第一反應階段所需反應溫度 的反應區(qū)域進行反應；
[0052] 步驟三、待第一反應階段結束后立即通過調節(jié)支撐平臺的位置將晶圓調節(jié)至具有 第二反應階段所需反應溫度的反應區(qū)域進行反應；
[0053] 步驟四、重復上述過程，待某一反應階段結束立即通過調節(jié)支撐平臺的位置將晶 圓調節(jié)至具有下一反應階段所需反應溫度的反應區(qū)域，直至完成鍺硅的外延生長。
[0054] 本發(fā)明實施例的用于鍺硅外延生長的方法，可以使晶圓在鍺硅外延生成的每個反 應階段快速調節(jié)至具有所需反應溫度的反應區(qū)域，可以提高鍺硅外延生長的效率，進而提 高半導體器件的生產效率。
[0055] 本發(fā)明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于 舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內。此外本領域技術人 員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導還可以做出更多種的 變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內。本發(fā)明的保護范圍由 附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。
【權利要求】
1. 一種用于鍺硅外延生長的反應室，其特征在于，所述反應室包括： 反應腔體； 設置于所述反應腔體內部的位置可調的支撐平臺； 其中，所述反應腔體被分成至少兩個不同的反應區(qū)域，每個所述反應區(qū)域均相應設置 有加熱器，以保證在進行鍺硅外延生長時在不同的所述反應區(qū)域形成不同的反應溫度； 所述支撐平臺用于支撐和固定進行鍺硅外延生長的晶圓，其可以被調節(jié)至任何一個所 述反應區(qū)域。
2. 如權利要求1所述的用于鍺硅外延生長的反應室，其特征在于，所述反應室還包括 用于監(jiān)測所述反應腔體的反應溫度的溫度監(jiān)測裝置。
3. 如權利要求2所述的用于鍺硅外延生長的反應室，其特征在于，所述溫度監(jiān)測裝置 為多個，并且每個所述反應區(qū)域均相應設置有至少一個所述溫度監(jiān)測裝置。
4. 如權利要求2所述的用于鍺硅外延生長的反應室，其特征在于，所述溫度監(jiān)測裝置 可以在不同的所述反應區(qū)域之間移動。
5. 如權利要求1所述的用于鍺硅外延生長的反應室，其特征在于，所述支撐平臺的非 支撐面設置有用于監(jiān)測反應溫度的溫度監(jiān)測裝置。
6. 如權利要求2至5任一項所述的用于鍺硅外延生長的反應室，其特征在于，所述溫度 監(jiān)測裝置為帶有高溫計的感測器。
7. 如權利要求1所述的用于鍺硅外延生長的反應室，其特征在于，所述反應室還包括： 與所述支撐平臺相連的用于調節(jié)所述支撐平臺在所述反應腔體內的位置的電動馬達。
8. -種半導體制造設備，其特征在于，包括權利要求1至7任一項所述的用于鍺硅外延 生長的反應室。
9. 一種用于鍺硅外延生長的方法，其特征在于，所述方法使用權利要求1至7任一項所 述的用于鍺硅外延生長的反應室來實現(xiàn)，包括如下步驟： 步驟S101 :將所述反應室的反應腔體的不同反應區(qū)域的溫度調節(jié)至鍺硅外延生長的 不同反應階段所需的反應溫度； 步驟S102 :通過調節(jié)支撐平臺的位置將晶圓調節(jié)至具有第一反應階段所需反應溫度 的反應區(qū)域進行反應； 步驟S103 :待第一反應階段結束后，立即通過調節(jié)支撐平臺的位置將晶圓調節(jié)至具有 第二反應階段所需反應溫度的反應區(qū)域進行反應。
10. 如權利要求9所述的用于鍺硅外延生長的方法，其特征在于，在所述步驟S103之后 還包括步驟S104 : 重復上述過程，待某一反應階段結束立即通過調節(jié)支撐平臺的位置將晶圓調節(jié)至具有 下一反應階段所需反應溫度的反應區(qū)域，直至完成鍺硅的外延生長。
【文檔編號】C30B25/10GK104141169SQ201310165713
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年5月7日 優(yōu)先權日:2013年5月7日
【發(fā)明者】禹國賓, 林靜 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司