一种外延设备的反应腔室的清洁方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，更详细地说，本发明涉及一种外延设备的反应腔室的清洁方法。

背景技术：

电阻率是半导体外延工艺主要特性参数之一，对外延层性能有重要的影响，因此其电阻率对外延层应用至关重要；外延层电阻率通过在其中掺入杂质来实现，如n型外延通常掺入磷(p)或砷(as)，p型外延通常掺入硼(b)，掺入杂质的多少决定了电阻率的大小，由于外延工艺中存在自掺杂效应，即反应腔室内的界面未清洗干净的含掺杂元素的沉积物扩散进腔体，然后被沉积到外延层造成掺杂元素计量发生变化造成其电阻率的变化，为了抑制自掺杂效应，传统外延设备的反应腔室的清洁方法是先采用卤化氢清洗反应腔室内的界面后再沉积本征半导体层，以抑制反应腔室内的界面上的残留掺杂元素；但随着过货量的增加，随着掺杂元素含量越来越多，本征半导体层无法抑制掺杂元素的扩散，掺杂元素就会扩散至晶圆上，对晶圆的电阻率造成影响进而影响晶圆的品质。

因此，有必要对现有的外延设备的反应腔室的清洁方法加以改进。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即提供一种能够有效抑制自掺杂效应的外延设备的反应腔室的清洁方法。

本发明所提供的外延设备的反应腔室的清洁方法，包括以下步骤：

沉积物去除步骤，去除反应腔室内的界面上的沉积物；

含碳半导体层形成步骤，在经由沉积物去除步骤处理后的反应腔室内的界面上形成含碳半导体层；

本征半导体层形成步骤，在含碳半导体层层形成步骤中形成的含碳半导体层上形成本征半导体层。

在该技术方案中，利用碳元素可抑制掺杂元素扩散的特性，通过含碳半导体层的设置抑制了自掺杂效应的发生，提高了晶圆的良率。

在本发明的较优技术方案中，外延设备包括用于承载晶圆的基座，在与外延设备连通的气体管路中，包括：出口位置与基座的边缘靠近的第一气体管路，在含碳半导体层形成步骤中，第一气体管路中的气体流量占总气体流量的比例为70％-80％。

在本发明的较优技术方案中，在本征半导体层形成步骤中，第一气体管路中的气体流量占总气体流量的比例为40％-60％。

在本发明的较优技术方案中，在含碳半导体层形成步骤中，第一气体管路中的气体流量为1200-1400sccm。

在本发明的较优技术方案中，在含碳半导体层形成步骤中，反应腔室内的气压为50-70torr。

在本发明的较优技术方案中，在本征半导体层形成步骤中，反应腔室内的气压为100-120torr。

在本发明的较优技术方案中，在含碳半导体层形成步骤中，外延生长所使用的碳源气体为c2h2、c4h4或c2h2和c4h4的混合气体。

在本发明的较优技术方案中，在沉积物去除步骤中，利用向反应腔室内通入的刻蚀气体，刻蚀去除沉积物。

在本发明的较优技术方案中，在沉积物去除步骤中，反应腔室内的压强范围为500-600torr。

在本发明的较优技术方案中，在本征半导体层形成步骤中，反应气体中的硅源气体的流量范围为600-1000sccm。

附图说明

图1是本发明较优的技术方案中外延设备的结构示意图；

图2是图1中外延设备移除晶圆并进行清洁时的结构示意图；

图3是现有外延设备的反应腔室的清洁方法的流程图；

图4是本发明较优的技术方案中中外延设备的反应腔室的清洁方法的流程图。

附图说明：100-外延设备；1-反应腔室；2-晶圆；3-外延层，3′-含碳半导体层，3″-本征半导体层；4-基座；5-气体管路，51-第一气体管路，52-第二气体管路，53-排气管路；6-腔壁。

具体技术方案

下面参照附图来描述本发明的优选技术方案。本领域技术人员应当理解的是，这些技术方案仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其做出调整，以便适应具体的应用场合。

图1示出的外延设备100，包括：反应腔室1，用于供晶圆2生成外延层3；基座4，设于反应腔室1内，用于承托晶圆2；气体管路5，用于供外延制程及外延设备清洗所需气体注入/排出反应腔室1，以及加热系统(未图示)，用于为外延层3的生成提供温度条件，加热系统一般环绕于反应腔室1的周向，以向反应腔室1均匀供热；本实施例中，外延制程及外延设备清洗所需气体主要包括：碳源气体(未图示)，其利用了碳元素可抑制掺杂物扩散的特性，其可为c2h2气体、c4h4气体或c2h2气体和c4h4气体的混合气体；硅源气体(未图示)，用于生成外延层3，其可为dcs气体，也可为其它能够用于生成外延层3的硅源气体；掺杂物(未图示)，用于改变外延层3的电阻率，其通常含有磷(p)、砷(as)或硼(b)中的一种元素；氯化氢气体(未图示)，在外延层3生长过程中，会在反应腔室1内的界面上沉积含掺杂元素的沉积物(未图示)，刻蚀气体用于刻蚀沉积于反应腔室1的界面上的含掺杂物的沉积物，本实施例中，以氯化氢气体作为刻蚀气体为示例，在一些实施方式中，也可以使用其它卤化氢气体作为刻蚀气体；氢气，其用于载带碳源气体、硅源气体以及掺杂物中的一种或几种至反应腔室1内以充分反应，本实施例中，以氢气作为载气为示例，在一些实施方式中，也可以使用其它气体作为载气，例如氮气。

现有外延设备100的反应腔室1的清洁方法的流程图如图2所示，具体地，现有外延设备100的反应腔室1的清洁方法包括步骤：沉积物去除步骤，去除反应腔室1内的界面上的沉积物；本征半导体层3″形成步骤，在反应腔室1内的界面上形成本征半导体层3″。

如图3所示，本实施例所提供的外延设备100的反应腔室1的清洁方法，包括以下步骤：

沉积物去除步骤，去除反应腔室1内的界面上的沉积物；

含碳半导体层3′形成步骤，在经由沉积物去除步骤处理后的反应腔室1内的界面上形成含碳半导体层3′；

本征半导体层3″形成步骤，在含碳半导体层3′形成步骤中形成的含碳半导体层3′上形成本征半导体层3″。

需要说明的是，本实施例中所提及的反应腔室1内的界面为反应腔室1内部在外延制程过程中暴露于外延制程气体(例如硅源气体和掺杂物)的表面，主要包括但不限于基座4以及外延腔室1的腔壁6，但是，由于沉积物主要沉积于基座4和腔壁6，下文中主要以基座4和腔壁6的清洗作为示例说明，但并非是对本实施例技术效果的限定。

本实施例中，利用碳元素可抑制掺杂元素扩散的特性，通过含碳半导体层3′的设置抑制了自掺杂效应的发生，提高了晶圆2的良率。

在本实施例的较优技术方案中，在与外延设备100连通的气体管路5中，包括：出口位置与基座4的边缘靠近的第一气体管路51和出口位置与基座4的中心位置靠近的第二气体管路52，在含碳半导体层3′形成步骤中，第一气体管路51中的气体流量占总气体流量的比例为70％-80％。

在本发明的较优技术方案中，在本征半导体层3″形成步骤中，所述第一气体管路51中的气体流量占总气体流量的比例为40％-60％。

在该技术方案中，第一气体管路51和第二气体管路52只是对气体管路5的位置的界定，第一气体管路51和第二气体管路52在每一外延制程步骤或外延设备清洗步骤中，都能向反应腔室1内通入对应步骤所需的气体并调节气体流量的比例，具体地，例如在含碳半导体层3′形成步骤中，通过第一气体管路51和第二气体管路52向反应腔室1内通入碳源气体、硅源气体以及载气氢气，第一气体管路51和第二气体管路52分别包括碳源气体注入管、硅源气体注入管以及载气氢气注入管，且碳源气体注入管、硅源气体注入管以及载气氢气注入管的注入比例可根据工艺需求调节，本实施方式中，含碳半导体层3′形成时第一气体管路51内气体流量占比较大，是因为在外延制程过程中，基座4的边缘的沉积物是最多的，也即掺杂元素的含量最多，为了进一步的抑制掺杂元素的扩散，增大第一气体管路51内气体流量占总气体流量的占比，以使在基座4的边缘形成的含碳半导体层3′的厚度较厚。

在本发明的较优技术方案中，在含碳半导体层3′形成步骤中，第一气体管路51中的气体流量为1200-1400sccm。

在本发明的较优技术方案中，还具有排气管路53，用于供废气自反应腔室1排出和调节反应腔室1内的压强，具体地，反应腔室1内的压强调节是通过设置于排气管路53上的排气阀(未图示)实现的。

需要说明的是，本实施例提及的管路，其气体流量均可通过设于对应管路上的气体调节阀(未图示)来调节，气体调节阀既可以是单纯物理结构的阀门，也可以是电磁阀。

在本发明的较优技术方案中，在含碳半导体层3′形成步骤中，反应腔室1内的气压为50-70torr。

在本发明的较优技术方案中，在本征半导体层3″形成步骤中，反应腔室1内的气压为100-120torr。

在本发明的较优技术方案中，在沉积物去除步骤中，利用向反应腔室1内通入的氯化氢气体，刻蚀去除沉积物，在本实施方式中，通过气相刻蚀的方式去除沉积物，在一些实施方式中，也可通过湿法刻蚀去除沉积物。

在本发明的较优技术方案中，在沉积物去除步骤中，反应腔室1内的压强范围为500-600torr。

在该技术方案中，在含碳半导体层3′和本征半导体层3″的形成步骤中，反应腔室1内的气压较小，如此设置，是为了使生成于腔壁6的含碳半导体层3′和本征半导体层3″较薄，以防止因含碳半导体层3′和本征半导体层3″的厚度影响反应腔室1内的温度，进而影响外延层3的生长效果。

在本发明的较优技术方案中，在所述本征半导体层3″形成步骤中，反应气体中的硅源气体的流量范围为600-1000sccm。

至此，已经结合附图描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体技术方案。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。