外延生长用掺杂气体的供应方法及系统与流程

本发明涉及半导体制造，尤其涉及一种外延生长用掺杂气体的供应方法及系统。

背景技术：

1、在单晶抛光硅片上生长一层单晶薄膜称为外延硅片，相比抛光硅片，外延硅片具有表面缺陷少、结晶性优异和电阻率可控的特性，被广泛用于高集成化的集成电路(integrated circuit，ic)元件和金属氧化物半导体(metal-oxide-semiconductor，mos)制程。

2、一般通过化学气相沉积法对单晶硅硅片(wafer)进行外延生长，首先将单晶硅硅片传送至外延反应腔室承载硅片的基座(susceptor)上，然后外延反应腔室升温，达到预设的温度后向外延反应腔室送入清洁气体(h2)去除单晶硅硅片表面的自然氧化物，再送入硅源气体在单晶硅硅片正面连续均匀的生长硅外延层。

3、在硅外延层生长阶段，需要向外延反应腔室通入氢气(h2)、硅源气体(tcs)和掺杂气体(b2h6/h2)。图1为掺杂气体供给系统示意图，掺杂气体气源采用47l压力为10mpa的钢瓶存储，钢瓶和气体管路连接，经过特气分配柜(vmb)为2台外延炉(4个反应腔室)提供浓度为50ppm的掺杂气体(b2h6/h2)。图2为掺杂气体浓度影响因子示意图，可以看出，掺杂气体b2h6/h2浓度与气体存储环境的温度和生产日期相关，随着气体存储环境的温度升高和使用周期的增加，掺杂气体b2h6/h2浓度降低。钢瓶中掺杂气体余量小于10％需要更换新的钢瓶，更换b2h6/h2钢瓶后，可能因b2h6/h2气体浓度变化导致制备的外延硅片电阻率不能满足要求的风险。因此，更换b2h6/h2钢瓶前，该供给系统连接的反应腔室需要停机，更换b2h6/h2钢瓶后掺杂气体管路需要吹扫2～3小时，测试制备的外延硅片电阻率是否满足要求，外延硅片制备测试至少需要耗时4小时，至少消耗测试硅片4片。

4、综上所述，现有的掺杂气体供给系统不能保证供应的掺杂气体的浓度稳定，并且更换掺杂气体提供源时需要停机，影响外延硅片的产能。

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用掺杂气体的供应方法及系统，能够保证供应的掺杂气体的浓度稳定，并且更换掺杂气体提供源时不需要停机。

2、为了达到上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：

3、一种外延生长用掺杂气体的供应系统，包括：

4、氢气供应管路，用于提供氢气；

5、位于所述氢气供应管路上的第一气体质量流量控制器mfc，用于控制氢气的流量；

6、掺杂气体供应管路，用于提供第一浓度的掺杂气体；

7、位于所述掺杂气体供应管路上的第二mfc，用于控制所述第一浓度的掺杂气体的流量；

8、与所述掺杂气体供应管路的输出端和所述氢气供应管路的输出端连通的气体输出管路，用于混合所述氢气和所述第一浓度的掺杂气体后输出第二浓度的掺杂气体；

9、设置在所述气体输出管路内的气体浓度侦测器，用于检测所述气体输出管路内掺杂气体的浓度；

10、控制器，用于根据所述气体浓度侦测器的检测结果控制所述第一mfc和所述第二mfc。

11、一些实施例中，还包括：

12、设置在所述气体输出管路上的第三mfc，用于控制所述第二浓度的掺杂气体的流量。

13、一些实施例中，所述控制器具体用于在所述检测结果低于所述第二浓度时，控制所述第二mfc加大所述第一浓度的掺杂气体的流量；在所述检测结果高于所述第二浓度时，控制所述第一mfc加大所述氢气的流量。

14、一些实施例中，所述第一浓度为1％；

15、所述第二浓度为50ppm。

16、一些实施例中，还包括：

17、与所述氢气供应管路的输入端连通的氢气提供源；

18、与所述掺杂气体供应管路的输入端连通的掺杂气体提供源。

19、本发明实施例还提供了一种外延生长用掺杂气体的供应方法，应用于如上所述的外延生长用掺杂气体的供应系统，所述方法包括：

20、利用设置在所述气体输出管路内的气体浓度侦测器检测所述气体输出管路内掺杂气体的浓度；

21、利用所述气体浓度侦测器的检测结果控制所述第一mfc和所述第二mfc。

22、一些实施例中，所述方法还包括：

23、利用设置在所述气体输出管路上的第三mfc控制所述第二浓度的掺杂气体的流量。

24、一些实施例中，所述利用所述气体浓度侦测器的检测结果控制所述第一mfc和所述第二mfc包括：

25、在所述检测结果低于所述第二浓度时，控制所述第二mfc加大所述第一浓度的掺杂气体的流量；在所述检测结果高于所述第二浓度时，控制所述第一mfc加大所述氢气的流量。

26、一些实施例中，所述第一浓度为1％；

27、所述第二浓度为50ppm。

28、一些实施例中，所述方法还包括：

29、利用氢气提供源向所述氢气供应管路提供氢气；

30、利用掺杂气体提供源向所述掺杂气体供应管路提供掺杂气体。

31、本发明的有益效果是：

32、本实施例中，通过气体浓度侦测器实施检测气体输出管路内掺杂气体的浓度，并根据检测结果利用第一mfc实时控制氢气的流量，利用第二mfc实时控制第一浓度的掺杂气体的流量，实时调整氢气的流量和第一浓度的掺杂气体的流量来调节输出的掺杂气体的浓度，使得气体输出管路内掺杂气体的浓度为第二浓度，能够保证供应给外延反应腔室的掺杂气体的浓度稳定，减少设备停机时间和更换掺杂气体提供源后的测试时间，能够提高外延硅片的产能，降低外延硅片的生产成本。

技术特征：

1.一种外延生长用掺杂气体的供应系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的外延生长用掺杂气体的供应系统，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求1所述的外延生长用掺杂气体的供应系统，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的外延生长用掺杂气体的供应系统，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的外延生长用掺杂气体的供应系统，其特征在于，还包括：

6.一种外延生长用掺杂气体的供应方法，其特征在于，应用于如权利要求1-5中任一项所述的外延生长用掺杂气体的供应系统，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的外延生长用掺杂气体的供应方法，其特征在于，应用于如权利要求2所述的外延生长用掺杂气体的供应系统，所述方法还包括：

8.根据权利要求6所述的外延生长用掺杂气体的供应方法，其特征在于，所述利用所述气体浓度侦测器的检测结果控制所述第一mfc和所述第二mfc包括：

9.根据权利要求6所述的外延生长用掺杂气体的供应方法，其特征在于，

10.根据权利要求6所述的外延生长用掺杂气体的供应方法，其特征在于，所述方法还包括：

技术总结
本发明提供了一种外延生长用掺杂气体的供应方法及系统，属于半导体制造技术领域。该供应系统，包括：氢气供应管路，用于提供氢气；位于氢气供应管路上的第一MFC，用于控制氢气的流量；掺杂气体供应管路，用于提供第一浓度的掺杂气体；位于掺杂气体供应管路上的第二MFC，用于控制第一浓度的掺杂气体的流量；气体输出管路，用于混合氢气和第一浓度的掺杂气体后输出第二浓度的掺杂气体；设置在气体输出管路内的气体浓度侦测器，用于检测气体输出管路内掺杂气体的浓度；控制器，用于根据气体浓度侦测器的检测结果控制第一MFC和第二MFC。本发明的技术方案能够保证供应的掺杂气体的浓度稳定，并且更换掺杂气体提供源时不需要停机。

技术研发人员：孙毅,请求不公布姓名
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：2024/2/19