CN102644106B - 一种单片炉外延层厚度均匀性生长的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单片炉外延层厚度均匀性生长的控制方法，包括以下步骤：将上部石英圆盖的内表面制作成倾斜面；将上部石英圆盖安装在基座上，上部石英圆盖的倾斜面沿气流方向安装，即越离气流末尾的位置上部石英圆盖离基座越近；通入反应气体，反应气体通过硅片时在硅片上沉积下硅，形成外延。本发明解决沿着气流方向硅源浓度越来越少导致生长速率不断下降的问题，消除了外延层厚度沿硅片径向分布成特殊的“W”形，极大提高外延片产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及硅外延生长技术领域，特别是涉及一种单片炉外延层厚度均匀性生长的控制方法。
背景技术
外延是在表面平整的单晶硅片上通过化学气相反应沉积一定厚度的单晶硅层，化学反应是：SiHCL3+H2＝Si(沉积)+HCL。
外延根据反应炉型不同可以分为：桶式反应腔体炉(一个炉次可以在类似桶的基座上放14片)；平板式反应腔体炉(一个炉次可以在类似平板的基座上放18片)；单片式反应腔体炉(一个炉次只能在平板的基座上放1片硅片)。
应用材料Centura200型号的是单片式反应腔体炉，如图1所示，该腔体由“上部石英圆盖”和“下部石英部件”组成密封的反应腔体空间，在这个腔体中通过支撑架支撑一个可以用来平放硅片的石墨基座。反应气体从该腔体的一边流到另一边，反应气体通过硅片时在硅片上沉积下Si。
常规的上部石英圆盖表面是没有斜面的平面，该常规的上部石英圆盖和用来平放硅片的石墨基座是平行的，这样沿着气流方向SiHCL3硅源浓度越来越少，这样就导致沿着气流方向生长速率不断下降的问题。
因在生长的过程中基座是以34转/分钟旋转的，所以就出现了Centura200单片炉外延层厚度因沿硅片径向方向生长速率不一致，导致出现厚度沿硅片径向方向“W”形，最终导致厚度均匀性较差，可以用红外测厚仪测试沿硅片径向方向厚度分布图形，另使用ADE公司的ADE8150测试硅片表面的TTV(表面厚度变化)。
随着线宽尺寸的不断变小，对硅外延后表面几何参数也越来越高，因为几何参数好差直接影响到光刻，影响到产品的成品率。
典型的厚度沿硅片径向方向的厚度分布图形和硅片表面的TTV(表面厚度变化)如下：
使用TTV(表面厚度变化)＜1um的衬底，做200mm厚度为60um的外延层，得到成“W”形的厚度分布图形(参见图3)。
使用TTV(表面厚度变化)＜1um的衬底，做200mm厚度为60um的外延层，得到TTV(表面厚度变化)为：3-4um(参见图4)。
发明内容
本发明提供一种单片炉外延层厚度均匀性生长的控制方法，解决沿着气流方向硅源浓度越来越少导致生长速率不断下降的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种单片炉外延层厚度均匀性生长的控制方法，包括以下步骤：
(1)将上部石英圆盖的内表面制作成倾斜面；
(2)将上部石英圆盖安装在基座上，上部石英圆盖的倾斜面沿气流方向安装，即越离气流末尾的位置上部石英圆盖离基座越近；
(3)通入反应气体，反应气体通过硅片时在硅片上沉积下硅，形成外延。
所述步骤(1)中的倾斜面与基座之间呈2-15度。
所述步骤(3)中的外延的厚度为2um-100um。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明将上部石英圆盖设计成与基座成2-15度的倾斜面，并且将上部石英圆盖的倾斜面沿气流方向进行安装，越离气流末尾的上部石英圆盖离基座越近，从而通过改变上部石英圆盖与基座高度改变边界层厚度，两者距离越短边界层越薄，那么生长越容易，生长所需要硅源浓度越少，改变沿气流方向上的上部石英圆盖与基座高度调整生长速率，使得沿气流方向的生长速率一致，最终消除了外延层厚度沿硅片径向分布成特殊的“W”形，极大提高外延片产品质量。
附图说明
图1是现有技术中的工艺腔体示意图；
图2是本发明的工艺腔体示意图；
图3是采用现有技术做200mm厚度为60um外延层的厚度分布图形；
图4是采用现有技术做200mm厚度为60um外延层，24片TTV趋势图；
图5是采用本发明做200mm厚度为60um的外延层的厚度分布图形；
图6是采用本发明做200mm厚度为60um的外延层，24片TTV趋势图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种单片炉外延层厚度均匀性生长的控制方法，包括以下步骤：
(1)将上部石英圆盖1的内表面制作成倾斜面，如图2所示，其中，倾斜面与基座3之间最好呈2-15度。
(2)将上部石英圆盖1安装在基座3上，上部石英圆盖1的倾斜面沿气流方向安装，即越离气流末尾的位置上部石英圆盖1离基座3越近。通过改变上部石英圆盖1与基座3高度改变边界层厚度，两者距离越短边界层越薄，那么生长越容易，生长所需要硅源浓度越少。通过改变沿气流方向上的上部石英圆盖1与基座3高度调整生长速率，使得沿气流方向的生长速率一致。
(3)通入反应气体，反应气体通过硅片2时在硅片2上沉积下硅，形成外延。其中，形成的外延尺寸为200mm，厚度在2um-100um之间。
对比例：使用TTV(表面厚度变化)＜1um的24片衬底，采用常规无斜角的上部石英圆盖做200mm厚度为60um的外延层，从图3可以看到沿径向厚度分布图形为“W”形，另图4为24片TTV趋势图：3-4um。
实施例：使用TTV(表面厚度变化)＜1um的24片衬底，采用本发明的上部石英圆盖做200mm厚度为60um的外延层，从图5可以看到沿径向厚度分布图形消除了“W”形，另图6为24片TTV趋势图：1.5-2um，对比图4可知采用本发明得到的几何参数有很大提高。
本发明将上部石英圆盖设计成与基座成2-15度的倾斜面，并且将上部石英圆盖的倾斜面沿气流方向进行安装，越离气流末尾的上部石英圆盖离基座越近，从而通过改变上部石英圆盖与基座高度改变边界层厚度，两者距离越短边界层越薄，那么生长越容易，生长所需要硅源浓度越少，改变沿气流方向上的上部石英圆盖与基座高度调整生长速率，使得沿气流方向的生长速率一致，最终消除了外延层厚度沿硅片径向分布成特殊的“W”形，极大提高外延片产品质量。
Claims (3)
1.一种单片炉外延层厚度均匀性生长的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将上部石英圆盖的内表面制作成倾斜面；
(2)将上部石英圆盖安装在基座上，上部石英圆盖的倾斜面沿气流方向安装，即越离气流末尾的位置上部石英圆盖离基座越近；
(3)通入反应气体，反应气体通过硅片时在硅片上沉积下硅，形成外延。
2.根据权利要求1所述的单片炉外延层厚度均匀性生长的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中的倾斜面与基座之间呈2-15度。
3.根据权利要求1所述的单片炉外延层厚度均匀性生长的控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中的外延的厚度为2um-100um。
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