外延晶圆生产设备、外延晶圆生产方法和装置与流程

本发明实施例涉及半导体，尤其涉及一种外延晶圆生产设备、外延晶圆生产方法和装置。

背景技术：

1、外延晶圆一般是通过化学气相沉积的方式在硅晶圆上生长一层外延薄膜得到。在外延生长装置内，将硅晶圆暴露于反应气体中，通过化学气相反应，在硅晶圆表面沉积一层硅单晶薄膜。衬底在外延过程中受热形变会引入热应力，当热应力等内应力大于外延工艺中晶格滑移的应力临界值时便会产生滑移线。外延层的电阻率均匀性通过控制外延工艺的不同区域的加热功率比进行调节，但温度变化会影响滑移的产生,为防止滑移的产生，加热功率比将会被限制在一定范围内，这导致电阻率均匀性难以优化。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种外延晶圆生产设备、外延晶圆生产方法和装置，以解决现有外延晶圆电阻率均匀性难以优化的问题。

2、为解决上述问题，本发明是这样实现的:

3、第一方面，本发明实施例提供了一种外延晶圆生产设备，包括反应腔以及设置于所述反应腔内的气体输入管路和排气管路，其中，所述排气管路用于排出所述反应腔内的气体，所述气体输入管路包括主输入管路和辅助输入管路，所述主输入管路和所述辅助输入管路独立控制，所述主输入管路用于向所述反应腔输入掺杂气体和硅源气体，所述辅助输入管路用于向所述反应腔输入掺杂气体。

4、在一些实施例中，所述主输入管路包括对应所述反应腔中央区域的第一主管路以及对应所述反应腔边缘区域的第二主管路。

5、所述辅助输入管路包括对应所述反应腔中央区域的第一辅助管路和/或对应所述反应腔边缘区域的第二辅助管路；

6、其中，所述边缘区域环绕所述中央区域。

7、第二方面，本发明实施例还提供一种外延晶圆生产方法，应用于第一方面所述的外延晶圆生产设备，所述方法包括以下步骤:

8、将单晶硅衬底移动至反应腔内；

9、在外延工艺的第一阶段，通过所述主输入管路向所述反应腔通入掺杂气体和硅源气体；

10、在外延工艺的第二阶段，通过所述主输入管路向所述反应腔通入掺杂气体和硅源气体，以及通过所述辅助输入管路向所述反应腔通入掺杂气体。

11、在一些实施例中，在外延工艺的第一阶段，所述方法还包括：

12、控制所述反应腔上方的中央区域的加热功率为上加热模组总功率的65％至75％，控制所述反应腔下方的中央区域的加热功率为下加热模组总功率的15％至20％；

13、控制所述主输入管路的气体流量为280至300sccm。

14、在一些实施例中，在外延工艺的第二阶段，所述方法还包括：

15、控制所述主输入管路的气体流量为220至270sccm，控制所述辅助输入管路向所述反应腔的中央区域通入掺杂气体，且气体流量为20至50sccm。

16、在一些实施例中，在外延工艺的第一阶段，所述方法还包括：

17、控制所述反应腔上方的中央区域的加热功率为上加热模组总功率的80％至87％，控制所述反应腔下方的中央区域的加热功率为下加热模组总功率的18％至23％；

18、控制所述主输入管路的气体流量为280至300sccm。

19、在一些实施例中，在外延工艺的第二阶段，所述方法还包括：

20、控制所述主输入管路的气体流量为220至270sccm，控制所述辅助输入管路向所述反应腔的边缘区域通入掺杂气体，且气体流量为20至50sccm。

21、在一些实施例中，所述将单晶硅衬底设置于反应腔内之后，所述方法还包括：

22、利用氢气吹扫所述反应腔以及加热所述反应腔至第一温度，其中，所述第一温度为800至900摄氏度；

23、在所述反应腔内输入氢气并加热所述反应腔至第二温度，其中，所述第二温度为1100至1150摄氏度，所述反应腔由所述第一温度加热至所述第二温度的加热速率为2至4摄氏度每秒；

24、在所述反应腔内输入刻蚀气体以刻蚀所述单晶硅衬底，并控制所述反应腔内的温度为第三温度，其中，所述第三温度为1100至1150摄氏度且所述第三温度小于或等于所述第二温度。

25、在一些实施例中，在外延工艺的第一阶段之前，所述方法还包括：

26、向所述主输入管路和所述辅助输入管路中通入掺杂气体以驱除所述主输入管路和所述辅助输入管路中的其他气体，其中，所述主输入管路和所述辅助输入管路和所述反应腔的连接端保持关闭状态。

27、第三方面，本发明实施例还提供一种外延晶圆生产装置，应用于第一方面所述的外延晶圆生产设备，所述装置包括：

28、移动控制模块，用于将单晶硅衬底移动至反应腔内；

29、第一控制模块，用于在外延工艺的第一阶段，通过所述主输入管路向所述反应腔通入掺杂气体和硅源气体；

30、第二控制模块，用于在外延工艺的第二阶段，通过所述主输入管路向所述反应腔通入掺杂气体和硅源气体，以及通过所述辅助输入管路向所述反应腔通入掺杂气体。

31、本发明通过设置辅助输入管路在外延晶圆的成膜阶段输入辅助掺杂气体，同时结合掺杂工艺中的温度控制，当晶圆的中央区域的温度降低时，晶圆的中央区域的掺杂量降低，可以通过辅助输入管路向中央区域输入辅助掺杂气体，以提高中央区域的掺杂量，当中央区域的温度增加时，中央区域的掺杂量增加，可以通过辅助输入管路向边缘区域输入辅助掺杂气体，以提高边缘区域的掺杂量，这样，能够实现对于外延晶圆生产过程中的掺杂效果的调节，有助于控制晶圆的电阻率的均一性。

技术特征：

1.一种外延晶圆生产设备，其特征在于，包括反应腔以及设置于所述反应腔内的气体输入管路和排气管路，其中，所述排气管路用于排出所述反应腔内的气体，所述气体输入管路包括主输入管路和辅助输入管路，所述主输入管路和所述辅助输入管路独立控制，所述主输入管路用于向所述反应腔输入掺杂气体和硅源气体，所述辅助输入管路用于向所述反应腔输入掺杂气体。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述主输入管路包括对应所述反应腔中央区域的第一主管路以及对应所述反应腔边缘区域的第二主管路。

3.一种外延晶圆生产方法，其特征在于，应用于权利要求1或2所述的外延晶圆生产设备，所述方法包括以下步骤:

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在外延工艺的第一阶段，所述方法还包括：

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在外延工艺的第二阶段，所述方法还包括：

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在外延工艺的第一阶段，所述方法还包括：

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在外延工艺的第二阶段，所述方法还包括：

8.如权利要求3至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述将单晶硅衬底设置于反应腔内之后，所述方法还包括：

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在外延工艺的第一阶段之前，所述方法还包括：

10.一种外延晶圆生产装置，其特征在于，应用于权利要求1或2所述的外延晶圆生产设备，所述装置包括：

技术总结
本发明提供一种外延晶圆生产设备、外延晶圆生产方法和装置。外延晶圆生产设备包括反应腔以及设置于所述反应腔内的气体输入管路和排气管路，其中，所述排气管路用于排出所述反应腔内的气体，所述气体输入管路包括主输入管路和辅助输入管路，所述主输入管路和所述辅助输入管路独立控制，所述主输入管路用于向所述反应腔输入掺杂气体和硅源气体，所述辅助输入管路用于向所述反应腔输入掺杂气体。本发明通过设置辅助输入管路在外延晶圆的成膜阶段输入辅助掺杂气体，能够改善成膜效果，提高外延晶圆的电阻率的均一性。

技术研发人员：崔贤斌,金柱炫,张海博,梁鹏欢
受保护的技术使用者：西安奕斯伟材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13