外延生长方法及装置、计算机程序产品与流程

专利2025-08-05  52


本发明涉及半导体制造,尤其涉及一种外延生长方法及装置、计算机程序产品。


背景技术:

1、在单晶抛光晶圆上生长一层单晶薄膜称为外延晶圆。相比抛光晶圆,外延晶圆具有表面缺陷少、结晶性优异和电阻率可控的特性,被广泛用于高集成化的ic(integratedcircuit,集成电路)元件和mos(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,金属氧化物半导体场效应晶体管)制程中。一般通过化学气相沉积法对晶圆进行外延生长,首先将晶圆传送至外延反应腔室承载晶圆的基座上,然后外延反应腔室升温,达到预设的温度后送入清洁气体(比如氢气)去除晶圆表面的自然氧化物,再送入硅源气体在晶圆正面连续均匀的生长外延层,外延层的厚度和电阻率对于后端制程至关重要。

2、图1为晶圆外延层的制备过程示意图。如图1所示,晶圆外延层制备主要分为2个阶段,第一阶段外延反应腔室自清洁,通入氢气和刻蚀气体(hcl);第二阶段进行外延层生长,通入氢气、硅源气体(tcs)和掺杂气体(b2h6/h2)。第一阶段中,氢气作为主气流运载刻蚀气体(hcl)与沉积在反应腔室的副产物反应,清洁反应腔室;第二阶段,氢气与晶圆表面的自然氧化层反应可以获得洁净的外延衬底,沉积阶段氢气作为主气流运载成膜气体和掺杂气体在晶圆表面生长电阻率可控的外延层。其中,外延层生长温度和成膜反应时间影响晶圆外延层的厚度;外延层生长温度和掺杂气体的流量影响晶圆的外延层的电阻率。晶圆外延层的制备在1000℃~1200℃的高温反应腔室进行,在晶圆表面生长外延层的同时,反应副产物不可避免的在外延反应腔室的上部、下部穹顶沉积,可能导致外延反应腔室的温度发生变化、影响晶圆外延层的厚度和电阻率。

3、现有技术中,为了保证外延晶圆的质量,会监控样品晶圆的外延层的厚度和电阻率,在样品晶圆的外延层的厚度和电阻率偏离管控范围后,由现场作业人员对外延生长系统的工艺参数进行修正。但存在以下缺陷:一方面,现场作业人员存在工艺参数计算、修改错误的风险;另一方面,样品晶圆的外延层的厚度和电阻率可能已经偏离目标值,但样品晶圆的外延层的厚度和电阻率仍然在管控范围内,这种情况下,现场作业人员无法及时发现样品晶圆的外延层的厚度和电阻率偏离目标值,不能及时进行外延生长系统的工艺参数的修正,影响制备的外延晶圆的品质。


技术实现思路

1、为了解决上述技术问题,本发明提供一种外延生长方法及装置、计算机程序产品,能够保证制备的外延晶圆的品质。

2、为了达到上述目的,本发明实施例采用的技术方案是:

3、一种外延生长方法,应用于外延生长系统,包括:

4、对样品晶圆进行测试,获得所述样品晶圆的外延层的厚度测量值和/或电阻率测量值;

5、根据所述厚度测量值和/或所述电阻率测量值判断是否需要对所述外延生长系统的工艺参数进行调整;

6、如果需要对所述外延生长系统的工艺参数进行调整,根据所述厚度测量值和/或所述电阻率测量值计算所述外延生长系统的工艺参数目标值,将所述外延生长系统的工艺参数调整为所述工艺参数目标值。

7、一些实施例中,所述根据所述厚度测量值和/或所述电阻率测量值判断是否需要对所述外延生长系统的工艺参数进行调整包括以下至少一项:

8、在所述厚度测量值与目标厚度值之间的差值小于第一阈值时,判断不需要对所述外延生长系统的工艺参数进行调整;在所述厚度测量值与目标厚度值之间的差值不小于第一阈值时,判断需要对所述外延生长系统的工艺参数进行调整;

9、在所述电阻率测量值与目标电阻率之间的差值小于第二阈值时,判断不需要对所述外延生长系统的工艺参数进行调整;在所述电阻率测量值与目标电阻率之间的差值不小于第二阈值时,判断需要对所述外延生长系统的工艺参数进行调整。

10、一些实施例中,所述外延生长系统的工艺参数包括外延层成膜反应时间,根据所述厚度测量值计算所述外延生长系统的工艺参数目标值包括:

11、利用以下公式确定所述外延层成膜反应时间的目标值t:

12、t=t1+(thk target-thk1)/v;

13、其中,t1为所述外延生长系统的当前外延层成膜反应时间,thk1为所述样品晶圆的厚度测量值,thk target为所述目标厚度值,v为在设定温度下的外延层生长速率。

14、一些实施例中,所述外延生长系统的工艺参数包括掺杂气体流量,根据所述电阻率测量值计算所述外延生长系统的工艺参数目标值包括:

15、利用以下公式确定所述掺杂气体流量的目标值flow target:

16、flow target=(res*flow1)/res target;

17、其中,res target为所述目标电阻率,res为所述电阻率测量值,flow1为所述外延生长系统的当前掺杂气体流量。

18、一些实施例中,所述第一阈值为0.01微米;

19、所述第二阈值为0.1ohm-cm。

20、本发明实施例还提供了一种外延生长装置,应用于外延生长系统,包括:

21、测试模块,用于对样品晶圆进行测试,获得所述样品晶圆的外延层的厚度测量值和/或电阻率测量值;

22、处理模块,用于根据所述厚度测量值和/或所述电阻率测量值判断是否需要对所述外延生长系统的工艺参数进行调整;

23、调整模块,用于如果需要对所述外延生长系统的工艺参数进行调整,根据所述厚度测量值和/或所述电阻率测量值计算所述外延生长系统的工艺参数目标值,将所述外延生长系统的工艺参数调整为所述工艺参数目标值。

24、一些实施例中,所述处理模块包括以下至少一项:

25、第一处理单元,用于在所述厚度测量值与目标厚度值之间的差值小于第一阈值时,判断不需要对所述外延生长系统的工艺参数进行调整;在所述厚度测量值与目标厚度值之间的差值不小于第一阈值时,判断需要对所述外延生长系统的工艺参数进行调整;

26、第二处理单元,用于在所述电阻率测量值与目标电阻率之间的差值小于第二阈值时,判断不需要对所述外延生长系统的工艺参数进行调整;在所述电阻率测量值与目标电阻率之间的差值不小于第二阈值时,判断需要对所述外延生长系统的工艺参数进行调整。

27、一些实施例中,所述外延生长系统的工艺参数包括外延层成膜反应时间,所述调整模块具体用于利用以下公式确定所述外延层成膜反应时间的目标值t:

28、t=t1+(thk target-thk1)/v;

29、其中,t1为所述外延生长系统的当前外延层成膜反应时间,thk1为所述样品晶圆的厚度测量值,thk target为所述目标厚度值,v为在设定温度下的外延层生长速率。

30、一些实施例中,所述外延生长系统的工艺参数包括掺杂气体流量,所述调整模块具体用于利用以下公式确定所述掺杂气体流量的目标值flow target:

31、flow target=(res*flow1)/res target;

32、其中,res target为所述目标电阻率,res为所述电阻率测量值,flow1为所述外延生长系统的当前掺杂气体流量。

33、本发明实施例还提供了一种计算机程序产品,包括计算机指令,该计算机指令被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。

34、本发明的有益效果是:

35、本实施例中,对样品晶圆进行测试,获得样品晶圆的外延层的厚度测量值以及电阻率测量值,并根据厚度测量值以及电阻率测量值对外延生长系统的工艺参数进行实时调整。通过本实施例的技术方案,能够及时发现样品晶圆的外延层的厚度测量值以及电阻率测量值是否偏离目标值,并在样品晶圆的外延层的厚度测量值以及电阻率测量值偏离目标值后,对外延生长系统的工艺参数进行及时修正,从而能够保证外延晶圆的品质。


技术特征:

1.一种外延生长方法,其特征在于,应用于外延生长系统,包括:

2.根据权利要求1所述的外延生长方法,其特征在于,所述根据所述厚度测量值和/或所述电阻率测量值判断是否需要对所述外延生长系统的工艺参数进行调整包括以下至少一项:

3.根据权利要求2所述的外延生长方法,其特征在于,所述外延生长系统的工艺参数包括外延层成膜反应时间,根据所述厚度测量值计算所述外延生长系统的工艺参数目标值包括:

4.根据权利要求2所述的外延生长方法,其特征在于,所述外延生长系统的工艺参数包括掺杂气体流量,根据所述电阻率测量值计算所述外延生长系统的工艺参数目标值包括:

5.根据权利要求2所述的外延生长方法,其特征在于,

6.一种外延生长装置,其特征在于,应用于外延生长系统,包括:

7.根据权利要求6所述的外延生长装置,其特征在于,所述处理模块包括以下至少一项:

8.根据权利要求7所述的外延生长装置,其特征在于,所述外延生长系统的工艺参数包括外延层成膜反应时间,所述调整模块具体用于利用以下公式确定所述外延层成膜反应时间的目标值t:

9.根据权利要求7所述的外延生长装置,其特征在于,所述外延生长系统的工艺参数包括掺杂气体流量,所述调整模块具体用于利用以下公式确定所述掺杂气体流量的目标值flow target:

10.一种计算机程序产品,其特征在于,包括计算机指令,该计算机指令被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。


技术总结
本发明提供了一种外延生长方法及装置、计算机程序产品,属于半导体制造技术领域。外延生长方法,应用于外延生长系统,包括:对样品晶圆进行测试,获得所述样品晶圆的外延层的厚度测量值和/或电阻率测量值;根据所述厚度测量值和/或所述电阻率测量值判断是否需要对所述外延生长系统的工艺参数进行调整;如果需要对所述外延生长系统的工艺参数进行调整,根据所述厚度测量值和/或所述电阻率测量值计算所述外延生长系统的工艺参数目标值,将所述外延生长系统的工艺参数调整为所述工艺参数目标值。本发明的技术方案能够提高外延晶圆的质量。

技术研发人员:孙毅,请求不公布姓名,韩喜盈
受保护的技术使用者:西安奕斯伟材料科技股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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