本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

外延硅鍺(e-SiGe)廣泛應(yīng)用于先進(jìn)CMOS技術(shù)來向溝道區(qū)域施加壓應(yīng)力，以使PMOS器件的性能得到明顯改善。但是外延硅鍺工藝具有許多挑戰(zhàn)，比如集成、缺陷控制、選擇性等。其中一個(gè)大的挑戰(zhàn)是外延硅鍺工藝對(duì)諸如C、O、N、Cl等的雜質(zhì)非常敏感，不僅對(duì)來料晶圓的清洗和工藝反應(yīng)材料(比如氣體)的要求很高，而且對(duì)腔室環(huán)境的純凈度要求也很高。任何蹤跡的雜質(zhì)都可能導(dǎo)致外延生長失敗或生長的薄膜質(zhì)量下降。

目前的腔室純凈度監(jiān)測(cè)方法，不能有效地發(fā)現(xiàn)可能存在或出現(xiàn)的雜質(zhì)，因此，有必要提出一種新的腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法，可以捕捉任何可能將雜質(zhì)源引入到工藝腔室的工藝偏差。

本發(fā)明提供一種腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法，用于檢測(cè)外延工藝腔室是否存在雜質(zhì)源，所述方法包括：步驟S101：提供半導(dǎo)體襯底；步驟S102：對(duì)所述半導(dǎo)體襯底執(zhí)行烘焙工藝；步驟S103：在所述半導(dǎo)體襯底上形成外延薄膜；步驟S104：重復(fù)執(zhí)行所述步驟S102和步驟S103以在所述半導(dǎo)體襯底上形成兩層以上的外延薄膜；步驟S105：對(duì)所述形成有兩層以上的外延薄膜的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行雜質(zhì)元素分析。

進(jìn)一步地，所述步驟S102在所示步驟S103之前執(zhí)行。

進(jìn)一步地，所述步驟S102在950～1100℃溫度下進(jìn)行。

進(jìn)一步地，所述步驟S103在500～750℃溫度下進(jìn)行。

進(jìn)一步地，在所述步驟S105對(duì)所述形成有兩層以上的外延薄膜的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行雜質(zhì)元素分析，以分析所述半導(dǎo)體襯底中是否存在C、O、N、Cl和F中的一種或多種雜質(zhì)。

進(jìn)一步地，在所述半導(dǎo)體襯底上形成由兩層外延薄膜。

進(jìn)一步地，所述兩層外延薄膜為外延硅薄膜和外延硅鍺薄膜。

進(jìn)一步地，所述半導(dǎo)體襯底為P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體或本征半導(dǎo)體。

本發(fā)明提供的腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法，在無圖形晶圓上形成兩層以上的外延薄膜，通過執(zhí)行多次形成不同外延薄膜的外延工藝，增加了在外延工藝中引入雜質(zhì)的概率或可能性，而通過對(duì)每層外延薄膜的分析便可獲得雜質(zhì)由何處引入，因而本發(fā)明腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法可以，盡可能地捕捉任何可能將雜質(zhì)源引入到工藝腔室的硬件或材料偏移，從而便于后續(xù)排除該雜質(zhì)來源，提高外延工藝的成功率和外延薄膜的質(zhì)量。

進(jìn)一步，由于在在無圖形晶圓上形成兩層以上的外延薄膜，因而便于確定是在形成哪層外延薄膜時(shí)引入雜質(zhì)，進(jìn)而針對(duì)性解決問題。

附圖說明

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(shí)施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。

附圖中：

圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法的一種流程圖；

圖2A～圖2C示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法的相關(guān)步驟形成的器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖；

圖3A至圖3E示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行二次離子質(zhì)譜(SIMS)分析的結(jié)果圖示。

具體實(shí)施方式

在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明 可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實(shí)施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)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(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對(duì)尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。

應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，其可以直接地在其它元件或?qū)由?、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或?qū)?，或者可以存在居間的元件或?qū)印Ｏ喾矗?dāng)元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，則不存在居間的元件或?qū)?。?yīng)當(dāng)明白，盡管可使用術(shù)語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區(qū)、層和/或部分，這些元件、部件、區(qū)、層和/或部分不應(yīng)當(dāng)被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅僅用來區(qū)分一個(gè)元件、部件、區(qū)、層或部分與另一個(gè)元件、部件、區(qū)、層或部分。因此，在不脫離本發(fā)明教導(dǎo)之下，下面討論的第一元件、部件、區(qū)、層或部分可表示為第二元件、部件、區(qū)、層或部分。

空間關(guān)系術(shù)語例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在這里可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個(gè)元件或特征與其它元件或特征的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)明白，除了圖中所示的取向以外，空間關(guān)系術(shù)語意圖還包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉(zhuǎn)，然后，描述為“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征將取向?yàn)樵谄渌蛱卣鳌吧稀?。因此，示例性術(shù)語“在...下面”和“在...下”可包括上和下兩個(gè)取向。器件可以另外地取向(旋轉(zhuǎn)90度或其它取向)并且在此使用的空間描述語相應(yīng)地被解釋。

在此使用的術(shù)語的目的僅在于描述具體實(shí)施例并且不作為本發(fā)明的限制。在此使用時(shí)，單數(shù)形式的“一”、“一個(gè)”和“所述/該”也意圖包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應(yīng)明白術(shù)語“組成”和/或“包括”，當(dāng)在該說明書中使用時(shí)，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(gè)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(shí)，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)所列項(xiàng)目的任何及所有組合。

這里參考作為本發(fā)明的理想實(shí)施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖的橫截面圖來描述發(fā)明的實(shí)施例。這樣，可以預(yù)期由于例如制造技術(shù)和/或容差導(dǎo)致的從所示形狀的變化。因此，本發(fā)明的實(shí)施例不應(yīng)當(dāng)局限于在此所示的區(qū)的特定形狀，而是包括由于例如制造導(dǎo)致的形狀偏差。例如，顯示為矩形的注入?yún)^(qū)在其邊緣通常具有圓的或彎曲特征和/或注入濃度梯度，而不是從注入?yún)^(qū)到非注入?yún)^(qū)的二元改變。同樣，通過注入形成的埋藏區(qū)可導(dǎo)致該埋藏區(qū)和注入進(jìn)行時(shí)所經(jīng)過的表面之間的區(qū)中的一些注入。因此，圖中顯示的區(qū)實(shí)質(zhì)上是示意性的，它們的形狀并不意圖顯示器件的區(qū)的實(shí)際形狀且并不意圖限定本發(fā)明的范圍。

為了監(jiān)測(cè)工藝腔室的純凈度，捕捉任何可能將雜質(zhì)源引入到工藝腔室的工藝偏差，比如工藝反應(yīng)設(shè)備出現(xiàn)狀況(如溫度的漂移，反應(yīng)腔副產(chǎn)物沉積的累加…),或者材料本身(如反應(yīng)氣體，反應(yīng)前驅(qū)物…)受到污染或不達(dá)標(biāo)，本發(fā)明提供了一種腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法，如圖1所示，該方法包括：步驟S101：提供半導(dǎo)體襯底；步驟S102：對(duì)所述半導(dǎo)體襯底執(zhí)行烘焙工藝；步驟S103：在所述半導(dǎo)體襯底上形成外延薄膜；步驟S104：重復(fù)執(zhí)行所述步驟S102和步驟S103以在所述半導(dǎo)體襯底上形成兩層以上的外延薄膜；步驟S105：對(duì)所述形成有兩層以上的外延薄膜的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行雜質(zhì)元素分析。

本發(fā)明提供的腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法，通過在無圖形晶圓上形成兩層以上的外延薄膜，通過執(zhí)行多次形成不同外延薄膜的外延工藝，使得在該多次外延工藝中最大可能發(fā)生潛在的雜質(zhì)引入，以得盡可能地捕捉任何可能將雜質(zhì)源引入到工藝腔室的硬件或材料偏移，從而便于后續(xù)排除該雜質(zhì)來源，提高外延工藝的成功率和外延薄膜的質(zhì)量。

為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟以及詳細(xì)的結(jié)構(gòu)，以便闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。

實(shí)施例一

下面，參照?qǐng)D1以及圖2A至圖2C具體描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一種腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法。其中，圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法的一種流程圖；圖2A～圖2C示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法的相關(guān)步驟形成的器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

本實(shí)施例的腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法，包括如下步驟：

步驟S101：提供半導(dǎo)體襯底。

如圖2A所示，提供半導(dǎo)體襯底200。半導(dǎo)體襯底200可以是以下所提到的材料中的至少一種：Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、InAs、GaAs、InP或者其它III/V化合物半導(dǎo)體，還包括這些半導(dǎo)體構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)等或者為絕緣體上硅(SOI)、絕緣體上層疊硅(SSOI)、絕緣體上層疊鍺化硅(S-SiGeOI)、絕緣體上鍺化硅(SiGeOI)以及絕緣體上鍺(GeOI)等。作為示例，在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底200的構(gòu)成材料選用單晶硅。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施中，半導(dǎo)體襯底200為無圖形晶圓(blanket wafer)，即在其上未形成其它器件層或功能層。半導(dǎo)體襯底200可以是P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體或本征半導(dǎo)體。

步驟S102：對(duì)所述半導(dǎo)體襯底200執(zhí)行烘焙工藝。

在本實(shí)施中，烘焙工藝原位(in-situ)進(jìn)行，即在外延工藝腔室中，使用氫氣(H2)作為載氣，在溫度為950～1100℃，腔室壓力為5～100tor的工藝條件下執(zhí)行。通過執(zhí)行烘焙工藝加熱所述半導(dǎo)體襯底200以利于后續(xù)外延工藝的進(jìn)行。

步驟S103：在所述半導(dǎo)體襯底上形成外延薄膜。

如圖2C所示，在半導(dǎo)體襯底200上形成第一層外延薄膜201。在本實(shí)施例中，外延薄膜201在中溫或低溫下生長，比如在500～750℃下進(jìn)行外延工藝來形成外延薄膜201。示例性地，外延薄膜201為硅膜，其使用SiH4、H2和HCl等氣體作為工藝氣體來生長外延薄膜201，外延薄膜201的厚度為50～100nm。

步驟S104：重復(fù)執(zhí)行所述步驟S102和步驟S103以在所述半導(dǎo)體襯底上形成兩層以上的外延薄膜。

示例性，在本實(shí)施中，通過重復(fù)執(zhí)行所述步驟S102和步驟S103在半導(dǎo)體襯底200上形成兩層外延薄膜，第一層外延薄膜201為外延硅薄膜，第二層外延薄膜202如圖2C所示，示例性地為外延硅鍺薄膜，其使用DCS(二氯硅烷)、SiH₄(硅烷)、B₂H₆(硼烷)、H₂(氫氣)和HCl(氯化氫)等氣體作為工藝氣體來原位生長外延薄膜202，外延薄膜202的厚度為50～100nm。

步驟S105：對(duì)所述形成有兩層以上的外延薄膜的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行雜質(zhì)元素分析。

示例性地，在本實(shí)施例中對(duì)所述形成有兩層以上的外延薄膜的半導(dǎo)體襯底200進(jìn)行雜質(zhì)元素分析，以分析所述半導(dǎo)體襯底200中是否存在C、O、N、Cl和F中的一種或多種雜質(zhì)。

示例性，在本實(shí)施例中通過二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)對(duì)所述半導(dǎo)體襯底200進(jìn)行雜質(zhì)元素分析，以分析所述半導(dǎo)體襯底200中是否存在C、O、N、Cl和F中的一種或多種雜質(zhì)。

至此完成了本實(shí)施腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法的所有步驟，可以理解的是，在上述步驟之前、之中或之后還可以包括其它步驟。

本實(shí)施例的腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法，在無圖形晶圓上形成兩層以上的外延薄膜，通過執(zhí)行多次形成不同外延薄膜的外延工藝，增加了在外延工藝中引入雜質(zhì)的概率或可能性，而通過對(duì)每層外延薄膜的分析便可獲得雜質(zhì)由何處引入，因而本實(shí)施例腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法可以盡可能地捕捉任何可能將雜質(zhì)源引入到工藝腔室的硬件或材料偏移，從而便于后續(xù)排除該雜質(zhì)來源，提高外延工藝的成功率和外延薄膜的質(zhì)量。

進(jìn)一步，在本實(shí)施例的腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法中，對(duì)于每層外延薄膜的形成，均是先執(zhí)行高溫烘焙，然后再中低溫下進(jìn)行外延外生長，這與現(xiàn)有技術(shù)中高溫烘焙和高溫生長相比，更利于反映腔室的純凈度， 即利于發(fā)現(xiàn)可能引入的雜質(zhì)。

進(jìn)一步，由于在在無圖形晶圓上形成兩層以上的外延薄膜，因而便于確定是在形成哪層外延薄膜時(shí)引入雜質(zhì)，進(jìn)而針對(duì)性解決問題。比如通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)第一層外延薄膜201沒有雜質(zhì)，因而確定SiH₄、H2和HCl等沒有問題，而發(fā)現(xiàn)第二層外延薄膜202有雜質(zhì)，因而可以有針對(duì)性的認(rèn)為DCS/GeH4/B2H6這三種氣體可能有問題(因?yàn)镠Cl/H2是共通的)，進(jìn)而針對(duì)性解決問題。

圖3A至圖3E示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行二次離子質(zhì)譜(SIMS)分析的結(jié)果圖示，其中圖3A檢測(cè)C元素的圖示、圖3B是檢測(cè)N元素的圖示，圖3C是檢測(cè)O元素的圖示，圖3D是檢測(cè)F元素的圖示，圖3E是檢測(cè)Cl元素的圖示，圖中虛線圓圈框起的部分表示有雜質(zhì)元素的存在，即在該實(shí)施例中，存在N、O、Cl雜質(zhì)，由圖3A至圖3E可知通過本實(shí)施例的腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法很容易發(fā)現(xiàn)可能存在的雜質(zhì)，即使用本實(shí)施例的腔室純凈度的監(jiān)測(cè)方法后，雜質(zhì)很容易顯現(xiàn)。

本發(fā)明已經(jīng)通過上述實(shí)施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)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(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)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(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。