专利名称：硅反外延片的制造方法及其专用设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及硅反外延片的制造方法，具体而言，是高压PIN开关管用硅反外延片 的制造方法及其专用设备。
二背景技术：
硅外延是这样一种技术，其生长的原子以单晶方式有序地排列在衬底表面且生长 层的晶体结构与衬底完全相同。应用这项技术的最重要的原因是外延层中的杂质易与 控制。高压PIN开关管所用外延材料要求平区电阻率大于1000Qcm，过渡区宽度小 于0.8ixm，而且所用衬底为电阻率小于l(T3QCm的N+型衬底。众所周知，用常规 的外延方法是难以达到以上要求的，在N+衬底上生长这样高电阻率的外延层也是极 其困难的。也曾有人用键合的方法制作器件，但由于界面键合难以形成理想的键合界 面，所以器件成品率很低且性能也差，不能满足器件制作的要求。
硅反外延片制造方法是这样一种技术，之所以称为反外延是因为在使用外延片 时，与普通的外延片用法相反，是把外延层作为衬底，而把衬底作为制作器件PN结 的区域。其优点是制作PN结的区域(衬底)电阻率可达到几千欧姆厘米，接近于 绝缘体，所以制作PIN器件时，其I层的电阻率很高，可大大提高器件的耐压，也可 大大的降低器件的插损。由于其外延层作为基底，为保证器件制作各工序不会碎片， 外延层必须有一定的厚度。 一般厚度在250 300微米，对于如此厚的外延层，用常 规的外延生长方法难以做到。
反外延的基本要求
1、 外延层厚度在200微米以上；
2、 外延层浓度在1019/on3以上；
3、 外延层内不能有大的缺陷如针孔、夹杂、颗粒等。
反外延由于其生长的外延层很厚，所以需要很高的生长数率。用常规外延方法， 其生长时间需250分钟左右，这样不但生产效率低下，关键是现有的生产设备也不能 胜任。同时，外延层电阻率要求很低，用常规的气相掺杂也不能胜任，因常规的气相 掺杂最高到10"/cm 而反外延层的浓度需在1019/cm3以上。
发明内容
针对反外延片的3项基本要求，外延层厚度厚、浓度低、不能有大的缺陷等。这 要求外延的生产方法和设备与常规外延有很大的区别，反外延由于其生长的外延层很 厚，所以需要很高的生长速率。用常规外延，其生长速率为1 1.5um/min左右，常 规的气相掺杂电阻率控制范围为0.05 100 Qcm，而反外延层的浓度需在1019/cm3 以上，所以需用液相掺杂技术。本发明创造采用矩形石英反应管，硅源料用SiHCL3， 并特制了石英饱和鼓泡器，采用高温技术生长外延层，既提高了生长速率，也避免生 长时外延层中缺陷的形成，使生长速率达到5um/min左右，为了解决外延层高浓度 的掺杂源问题，选用PCl3直接加入SiHCL3料源中，同时因外延层很厚，会引起外延 片的翘曲，所以外延片的面积受到限制，本发明创造采用17mmX17mm的衬底，可 以保证翘曲度满足器件制作的要求。
本发明的技术方案如下
一种硅反外延片的制造方法，首先设计和制造了硅反外延片专用的反外延设备， 采用了外延层掺杂用液相掺杂技术，建立了适合硅反外延片的外延工艺条件。所述外 延层掺杂用液相掺杂技术，即把PCL3直接加入SiHCL3料源中，比例为0.9-1. 1Kg SiHCL3料源中加入4.5-5. 5ml PCL3 ;所述适合硅反外延片的外延工艺条件，即采用 了高温快速生长工艺，气腐温度1180-1200°C，气腐流量18-22L/min，生长温度 1170-1190。C,生长速率4. 5-5. 5nm/min。
另一方面发明人研制了专用的反外延设备，其特征在于，H2供给源7、 SiHCL3 和PCV源8、 HCL源9通过气体控制系统6与反应器5相连，反应器5由反应器密 封盖密封，反应器5周边布有高频加热线圈4，基座2安装于反应器5内。反应器5 用矩形石英管，基座2用高纯石墨表面经裂解处理。该设备的主要性能是生长速率 快，外延层掺杂浓度高，结构简单，操作容易，适应小规模生产；其次选用高阻P 型硅单晶(电阻率〉2000Qcm)，加工成17X17mm的小方片，且对边缘进行处理， 表面进行镜面抛光；第三，外延层掺杂用液相掺杂技术，在SiHCL3料源中加入PCl3， 混合的比例以能达到外延层电阻率的要求为宜，1Kg SiHCL3加入5ml PC13。选择合 适的工艺条件气腐温度1190'C，气腐流量20L/min，生长温度U8(TC，生长速率5 um/min，保证外延片表面的平整度和外延层的晶格完整性，保证外延层掺杂浓度。
由于PCl3再室温下会自燃，所以对石英反应器的密封性要求较高，对气体控制 系统的要求也高，同时在操作时必须注意安全。四
图l:本发明所用的专用设备示意图
其中l为反应器密封盖；2为基座；3为硅衬底片；4为高频加热线圈；5为石 英反应器；6为气体控制系统；7为H2供给源；8为SiHCL3+PCl3源；9为HCL源。
五具体实施例方式
以下对本发明的具体实施方式
进行详细地说明
本发明所用的专用设备参见图1， &供给源7、 SiHCL3和PCl3源8、 HCL源9通 过气体控制系统6与反应器5相连，反应器5由反应器密封盖密封，反应器5周边 布有高频加热线圈4，基座2安装于反应器5内。反应器5用长方形石英管制成，基 座2用高纯石墨表面经裂解处理，尺寸为80mmX200咖X10誦，为了提高基座前后外 延层厚度的均匀性，基座与石英反应管成5。夹角，利于高频感应方式加热，石墨基 座温度可达120(TC。氢纯化器用钯管炉。
反应器及衬底清洗石英反应管及石英支架在进行外延前必须认真清洗，以清除 吸附在内壁的杂质和残留物；衬底选用P型高阻单晶，电阻率需大于2000Qcm，加 工成17X 17mm的抛光片并进行清洗，以提高表面质量。
为了提高外延层浓度，用液相掺杂技术，把PCl3直接按比例加入到SiHCL3料源 中，其比例按工艺要求，比例为1Kg SiHCL3料源中加入5ml PCL3，但由于PCl3为 易燃易爆液体，操作时需十分小心。
具体生长工艺
① .外延用衬底密排在高纯石墨基座上面， 一般装40片；
② .将石墨基座推入石英反应器内；
③ .通N2气赶反应器内的空气，通H2气赶反应器内的N2气；
.加温到气相腐蚀的温度，约1190'C，气腐流量20L/min，并进行气腐；
加温到外延生长温度，约1180。C，用H2携SiHCL3+PCl3液体进入反应器进 行外延生长；
⑥.通H2降温并出炉。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟习 此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发 明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。
权利要求
1、 一种硅反外延片的制造方法，其特征在于设计和制造了硅反外延片所用的外延设备，采用了外延层掺杂用液相掺杂技术， 建立了适合硅反外延片的外延工艺条件。
2、 根据权利要求1所述的硅反外延片的制造方法，其特征在于所述外延层掺杂 用液相掺杂技术，即把PCL3直接加入SiHCL3料源中，比例为0. 9-1. 1Kg SiHCL3料源 中加入4. 5-5. 5ml PCL3 。
3、 根据权利要求1所述的硅外延片的制造方法，其特征在于所述适合硅反外延 片的外延工艺条件，即采用了高温快速生长工艺，气腐温度1180-120(TC，气腐流 量18-22L/min，生长温度1170-U90。C，生长速率4. 5-5. 5 n m/min。
4、 根据权利要求1所述的硅外延片的制造方法，其具体包括以下工艺步骤 步骤一、外延用衬底密排在高纯石墨基座上面；步骤二、将石墨基座推入石英反应器内；步骤三、通N2气赶反应器内的空气，通H2气赶反应器内的N2气；步骤四、加温到气相腐蚀的温度，约1180-120(rc，气腐流量18-22L/min，并进 行气腐；步骤五、加温到外延生长温度，约1170-119(TC，用H2携SiHCL3+PCl3液体进入 反应器进行外延生长；步骤六、通H2降温并出炉。
5、 根据权利要求4所述的硅外延片的制造方法，其特征在于 最佳工艺条件，气腐温度1190°C，气腐流量20L/min，生长温度1180°C,生长速率5 n m/min，在SiHCL3料源中加入PC13，混合的比例以lKg SiHCL3加入5ml PC13为宜。
6、 一种根据权利要求1所述硅反外延片的制造方法专用的反外延设备，其特征 在于&供给源(7)、 SiHCL3和PCl3源(8)、 HCL源(9)通过气体控制系统(6)与 反应器(5)相连，反应器(5)由反应器密封盖(密封)，反应器(5)周边布有高频 加热线圈(4)，基座(2)安装于反应器(5)内。
7、根据权利要求6所述的反外延设备，其特征在于所述反应器(5)用矩形石 英管，所述基座(2)用高纯石墨表面经裂解处理，基座(2)与石英反应管(5)成 5°夹角。
全文摘要
本发明公开了一种硅反外延片的制造方法，首先设计和制造了硅反外延片专用的反外延设备，采用了外延层掺杂用液相掺杂技术，建立了适合硅反外延片的外延工艺条件。所述外延层掺杂用液相掺杂技术，在SiHCL<sub>3</sub>料源中加入PCl<sub>3</sub>，混合的比例以能达到外延层电阻率的要求为宜，1Kg SiHCL<sub>3</sub>加入5ml PCl<sub>3</sub>。选择合适的工艺条件气腐温度1190℃，气腐流量20L/min，生长温度1180℃，生长速率5μm/min，保证外延片表面的平整度和外延层的晶格完整性，保证外延层掺杂浓度。
文档编号C30B25/02GK101311340SQ20081001986
公开日2008年11月26日 申请日期2008年3月19日 优先权日2008年3月19日
发明者马林宝 申请人:南京国盛电子有限公司