专利名称：外延生长预处理方法以及外延生长预处理工艺腔的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制作方法以及制作设备，尤其涉及一种外延生长预处理方法以及外延生长预处理工艺腔。
背景技术：
在微电子制造中，外延生长是一种重要的单步工艺技术。外延生长是要在原先材料即衬底的表面通过原子向外严格有序的延伸排列，而得到一定厚度的外延材料，从而满足器件或电路设计所需的电阻或厚度等相关设计要求。如果延伸的材料与原先的衬底材料相同为同质外延，如果不同则为异质外延。在 外延生长过程中要求衬底表面原子排列与内部原子的排列情况完全相同，这样延伸性的生长才能够顺利进行，并且所生长出来的材料方能保持与内部原子相同的有序排列。由于衬底的表面通常吸附有较多的杂质，表面原子的种类以及排列方式均与衬底内部的不同，故在进行外延生长之前必须进行表面除杂以及规范原子排列等预处理。现有衬底的表面预处理方法包括以下步骤I :对衬底晶圆片施加高温，通常为1000°C左右；2 :通入高纯氢气(还原性气氛)，令表面杂质原子与硅原子之间的化学键断裂或者解除吸附；3 :杂质原子进入气氛中被排出，表面娃原子恢复有序排列。其中部分衬底表面的硅原子的悬挂键由氢原子配对。上述方法存在以下不足I :闻温加热整个衬底，易导致表面杂质向衬底内部扩散，从而影响最终广品的品质；2:高温加热整个衬底，在实际操作过程中需要额外的配置预处理腔，且所述的表面预处理腔内需设置可以提供高温加热至上千度的加热装置，工艺腔的腔体需要耐高温，从而工艺腔设计难度大；3 :高温加热衬底，操作繁琐，效率较低。
发明内容
为克服上述问题，本发明提供一种不需高温加热步骤，衬底整体在较低温度下即能完成且不会造成表面杂质因整体高温向衬底内部扩散、设备设计简单、制作简便的外延生长预处理方法以及外延生长预处理工艺腔。为达上述目的，本发明外延生长预处理方法为使用激光照射衬底，以使所述衬底所需外延生长的表面局部升温至外延生长预处理所需温度；其中，所述衬底位于还原性气体中。进一步地，所述外延生长预处理方法包括以下具体步骤步骤I :将衬底置于工艺腔体内；
步骤2 :对所述工艺腔体抽真空；步骤3 向工艺腔体充入还原性气体；步骤4:用激光照射衬底。进一步地，所述工艺腔体充入还原性气体后形成的还原气压小于大气压。进一步地，所述还原气压大小为O. 5-0. 9个标准大气压。进一步地，所述激光的波长为248nm_lum。进一步地，所述激光的光斑大小为I平方毫米至I平方厘米；所述激光的功率为IOff-IOOffo为达上述目的，本发明外延生长预处理工艺腔，包括工艺腔体；所述工艺体腔上设有进气口以及出气口，所述外延生长预处理工艺腔还包括一个用于照射位于所述腔体内的衬底的激光装置。优选地，所述激光装置包括依次连接的激光发射器、能摆动的导光臂以及导光臂驱动。优选地，所述激光发射器和所述导光臂位于所述工艺腔体的外侧；所述腔体上设有用于激光射入的透明窗。优选地，所述激光发射器位于所述工艺腔体的外侧，所述导光臂部分位于所述工艺腔体内。本发明外延生长预处理方法以及外延生长预处理工艺腔的有益效果本发明外延生长预处理方法以及外延生长预处理工艺腔，采用激光照射衬底对需要进行外延生长的表面进行局部加热方法，取代传统方法中对衬底整体的高温加热，为还原性气氛中的化学反应以及杂质与衬底原子之间的解吸附或者化学键断裂提供能量。具有以下优点I :相对于传统工艺，本发明衬底仅在需要外延生长的表面局部产生高温，衬底整体不会产生高温，避免整个衬底表面的杂质、尤其是不需要外延生长侧的杂质的扩散现象加剧，从而避免了因高温导致杂质向衬底内部扩散导致的产品质量差的问题；2:不需要高温加热，预处理方法所用的工艺腔可以不用耐高温且不需设置可以提供上千度的高温加热装置，故对工艺腔的设计难度降低，节省了设备成本、简化了生产设备。3 :避开了操作繁琐、时间长的高温加热，取而代之以简单、快捷的激光照射，操作简单、实现方便。
图I是本发明外延生长预处理方法实施例二所述的流程图；图2是本发明外延生长预处理工艺腔第二实施例所述的结构示意图；图3是本发明外延生长预处理工艺腔第四实施例所述的结构示意图。
具体实施例方式本发明提供一种外延生长预处理方法及其外延生长预处理工艺腔，以解决现有的外延生长预处理方法采用高温加热导致的杂质向衬底内部扩散、需要耐高温的预处理工艺腔、操作繁琐等问题而设计，总体的思路如下本发明任一实施例所述的外延生长预处理方法为用激光照射置于还原性气体中的衬底。衬底置于还原性气体中，用激光照射局部加热衬底，以使衬底需要进行外延生长的表面升温至所需温度，从而为还原性气体与衬底表面的杂质进行氧化还原反应，如杂质原子如O氧原子等与衬底如晶圆片中的硅原子的化学键断裂提供能量，取代了传统方法中对衬底整体加热的方法。首先，采用本发明所述的外延生长预处理方法，衬底整体不会产生高温，故分子或原子的扩散现象不会加剧，故避免了衬底如晶圆片表面的杂质或气氛中的杂质因预处理的高温加热向内部扩散导致的品质不良； 其次，本发明采用激光照射取代高温加热，不需设置能耗大、工艺要求高的高温加热装置且降低了对工艺腔耐高温的要求，简化了设备构造。再次，本发明采用激光照射取局部加热代替传统的整体高温加热，操作更加简便，节省了升温至预设温度的时间，同时节省了更换工艺腔的时间，故而提高了生产效率。本发明任一实施例中所述的外延生长预处理工艺腔，包括腔体；所述工腔体上设有进气口以及出气口，所述外延生长预处理工艺腔还包括一个用于照射位于所述腔体内的衬底的激光装置。本发明在原有的外延生长用设备的基础上，增添了照射衬底的激光装置，为激光照射提供了实现设备，简化了设备构造，衬底整体不会产生高温，避免了高温导致杂质向衬底内部扩散的现象，保证了产品的品质。下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。实施例一本实施例所述的外延生长预处理方法，首先需要将衬底放置在高浓度的还原性气体中，再用激光照射需要进行外延生长的衬底的所对应的表面，以使所述衬底需要进行外延生长的表面局部升温至外延生长预处理所需的温度。激光局部加热衬底至所需温度进而为还原气体的氧化还原反应提供所需的能量。从而令衬底表面的杂质原子与衬底之间的化学键断裂或者解除衬底对杂质原子的吸附。从而完成外延生长预处理的除杂作用。在具体的实施过程中，可以先将衬底放入工艺腔体内，抽真空后再向工艺腔体内通入还原性气体。本实施例中以激光照射局部加热衬底，相比与传统工艺，衬底表面的杂质不会向衬底内部进行扩散，能保证产品的品质、与此同时操作简便，且可以与外延生长的后续步骤共用一个工艺腔体。实施例二 如图I所示，本实施例所述的外延生长预处理方法包括以下具体步骤步骤I :将衬底置于工艺腔体内；步骤2 :对所述工艺腔体抽真空；步骤3 向工艺腔体内充入还原性气体；步骤4:用激光照射衬底。本实施例首先将衬底置于工艺腔体内，然后对工艺腔体抽真空，再对工艺腔体充入还原性气体，这样可以保证还原性气体的在工艺腔体内的高浓度和高纯度，以防止工艺腔体内有空气在激光照射下空气中的如氧气等与衬底进行反应，从而影响外延生长的效果O在具体的实施过程中，也可以先对工艺腔体抽真空、充入还原性气体，再将衬底放入工艺腔体内或者先抽真空、放入衬底、再向工艺腔体充入还原性气体，仅需保证衬底最终位于还原性气体中即可。本实施例优先选用了将衬底先放入工艺腔体中、然后对工艺腔体抽真空、再向工艺腔体充入还原性气体，这样操作更加简便，在放入衬底的时候不会因为操作不当造成真空失效或者还原性气体的泄漏或者空气渗透进工艺腔体的问题，从而再次保证了外延生长预处理的效果。总结上述，本实施例所述的外延生长预处理方法，首先增加了抽真空的步骤，再从各步骤实施的顺序上双重保证了外延生长预处理最终的效果，具有效果好，实施简便的特点。 实施例三在所述实施例二的基础上，本实施例外延生长预处理方法，在所述步骤3中当向工艺腔体完成还原性气体的充入后，所述工艺腔体充入还原性气体后形成的还原气压小于大气压。优选所述还原性气体产生的还原气压为O. 5-0. 9个大气压。而在本实施例中所述外延生长预处理方法中的还原性气压为O. 8个大气压。气压越低，预处理所需的温度就越低，如硅晶圆片在大气压为760Torr，硅晶圆片必须加热到1070°C以释放自然氧化物；将气压降低到76T0rr，预处理温度就降低至980°C。故将还原性气体的压力小于大气压，进一步的降低了衬底表面的温度，进一步的减少了高温造成的杂质向内扩散的现象，进一步的提高了产品的品质。此外为了保证反应速率以及还原性气体浓度，故还原性气压不能太小，而本实施例所述的O. 5-0. 9个大气压，保证了反应速率与还原性气体浓度的同时，降低了还原性气压从而降低了生产工艺要求的同时保证了产品的优质。实施例四本实施例外延生长预处理方法为用波长248nm_lum的激光照射置于还原性气体中的衬底。激光照射使得衬底局部升温的深度与激光的波长相关，采用248nm_lum的波长的激光可以满足衬底的所需的升温的范围。实施例五本实施例在上述任一实施例的基础上，进一步的设定了激光照射时激光的光斑的大小。所述光斑的大小优选I平方毫米至I平方厘米。在具体的实施过程中，可以根据发射激光所形成的光斑的大小来选择激光装置。光斑设定在I平方毫米至I平方厘米可以满足绝大部分电子器件如晶圆片的外延生长的需要。当晶圆片的面积较大时，可以移动激光对晶圆片进行扫描照射即可。作为本实施例的进一步的改进，所述激光的功度优选10W-100W，此功率的激光制备容易的同时，能迅速的使衬底如硅晶圆片升温至所需的温度。第一实施例本实施例外延生长预处理工艺腔，包括工艺腔体；所述工艺腔体上设有进气口以及出气口，所述外延生长用设备还包括一个用于照射位于所述工艺腔体内的衬底的激光装置。所述进气口用于向工艺腔体内充入还原性气体。通常所述的还原性气体为氢气。所述出气口应用于完成外延生长预处理后的气体的离开，反应后的还原性气体中含有气化的杂质原子或者雾气，该还原性气体同时起到一个将杂质运出的作用。出气口还应用于抽空工艺腔体内的气体，下方可以设置抽气泵，如真空泵。所述激光装置用于照射位于腔体内的衬底。本设备通过设置激光装置取代了传统外延生长预处理中加热装置，使得外延生长预处理更加简便、操作更加方便，且该工艺腔还可以用于外延生长的后续处理中。由于采用激光装置取代了传统设备当中的加热装置，在进行外延生长预处理的过程中，所述衬底整体的温度没有大幅度的升高，从而衬底表面的杂质也不会因为高温形成的扩散加剧导致杂质向内部的运动，从而保证了产品的品质。第二实施例
如图2所示，本实施例外延生长预处理工艺腔，包括工艺腔体I ;所述工艺腔体I上设有进气口 2以及出气口 3，所述外延生长用设备还包括一个用于照射位于所述工艺腔体内即所述工艺腔体I内的衬底的激光装置。所述激光装置包括依次连接的激光发射器、能摆动的导光臂6以及导光臂的驱动。所述导光臂6位于所述工艺腔体的外；所述工艺腔体上设有用于激光射入的透明窗5。其中图中所述的7为衬底，4为承载台。在具体的实施过程中，所述衬底7放置在承载台4上，激光发射器发射激光、通过导光臂6射出，激光透过透明窗5，照射到衬底上。激光集中性高，通常光斑较小，在照射的过程中，所述导光臂6在导光臂驱动的驱动下，前后左右的运动，二维扫描衬底以使衬底所需进行外延生长的每个部分都均匀受到激光照射，以高质量的完成外延生长预处理。第三实施例在第二实施例的基础上，本实施例所述外延生长预处理工艺腔还包括激光扩束部件以及匀束部件。所述扩束部件包括如束腰镜等。通过扩束可以扩大激光的光斑，匀束部件可以保证光斑各个部分的光强的一致性。所述扩束部件以及匀束部件均位于所述激光发射装置与导光臂之间，或导光臂与工艺腔体之间。所述激光光束可以是连续的激光也可以是脉冲的激光。第四实施例如图3所示，本实施例外延生长预处理工艺腔，包括工艺腔体I ;所述工艺腔体I上设有进气口 2以及出气口 3，所述外延生长预处理工艺腔还包括一个用于照射位于所述腔体内的衬底的激光装置。所述激光装置包括依次连接的激光发射器、能摆动的导光臂8以及导光臂驱动。所述激光发射器位于所述腔体的外侧，所述导光臂8部分位于所述工艺腔体内。所述导光臂8部分位于工艺腔体内在导光臂驱动如马达的驱动下前后左右左的二维运动扫描照射较大的衬底。本实施例所述的工艺腔简化了设备，节省了设备成本，操作更加简便、快捷，提高了生产效率。以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
权利要求
1.一种外延生长预处理方法，其特征在于，所述外延生长预处理方法为使用激光照射衬底表面，以使所述衬底所需外延生长的表面局部升温至外延生长预处理所需温度； 其中，所述衬底位于还原性气体中。
2.根据权利要求I所述的外延生长预处理方法，其特征在于，所述外延生长预处理方法包括以下具体步骤 步骤I :将衬底置于工艺腔体内； 步骤2 :对所述工艺腔体抽真空； 步骤3 :向工艺腔体充入还原性气体； 步骤4:激光照射衬底。
3.根据权利要求2所述的外延生长预处理方法，其特征在于，所述工艺腔体充入还原性气体后形成的还原气压小于大气压。
4.根据权利要求3所述的外延生长预处理方法，其特征在于，所述还原气压大小为O.5-0. 9个标准大气压。
5.根据权利要求1-4任一所述的外延生长预处理方法，其特征在于，所述激光的波长为 248nm-lum。
6.根据权利要求1-4任一所述的外延生长预处理方法，其特征在于，所述激光的光斑大小为I平方毫米至I平方厘米；所述激光的功率为10W-100W。
7.—种外延生长预处理工艺腔，包括工艺腔体；所述工艺腔体上设有进气口以及出气口，其特征在于，所述外延生长预处理工艺腔还包括一个用于照射位于所述工艺腔体内的衬底的激光装置。
8.根据权利要求7所述的外延生长预处理工艺腔，其特征在于，所述激光装置包括依次连接的激光发射器、能摆动的导光臂以及导光臂驱动。
9.根据权利要求8所述的外延生长预处理工艺腔，其特征在于，所述导光臂位于所述工艺腔体的外；所述工艺腔体上设有用于激光射入的透明窗。
10.根据权利要求8所述的外延生长预处理工艺腔，其特征在于，所述激光发射器位于所述工艺腔体的外侧，所述导光臂部分位于所述工艺腔体内。
全文摘要
本发明公开了一种外延生长预处理方法以及外延生长预处理工艺腔，为解决现有的外延生长预处理工艺中，采用加热方法去除衬底表面杂质所带来到产品的品质表面、操作繁琐等问题而设计。所述外延生长预处理方法为使用激光照射衬底，以使所述衬底所需外延生长的表面局部升温至外延生长预处理所需温度；其中，所述衬底位于还原性气体中。所述外延生长预处理工艺腔，包括工艺腔体；所述工艺腔体上设有进气口、出气口以及用于照射位于所述工艺腔体内的衬底的激光装置。本发明外延生长预处理方法以及外延生长预处理工艺腔具有操作简便、快捷，产品质量有保证的特点。
文档编号C23C16/46GK102938369SQ20121048471
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月23日 优先权日2012年11月23日
发明者严利人, 刘志弘, 周卫, 张伟 申请人:清华大学