CN109509702B - 双层外延片的制备方法、设备及双层外延片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双层外延片的制备方法及双层外延片，制备方法：在衬底上生长缓冲层，然后在缓冲层上生长耐压层，在生长缓冲层和生长耐压层的两个过程中分别使用独立的管路提供掺杂气源。本发明研究双层外延片的耐压层过渡区宽的问题，其原因是缓冲层生长完成后，外延机台的气体管路中仍会残留该层生长使用的高浓度掺杂气体，如磷烷、硼烷等，从而导致在低浓度生长的耐压层的过渡区宽，本发明在缓冲层生长时和耐压层生长时分别使用独立的掺杂气源输送管道，可以解决这个问题。

Description

双层外延片的制备方法、设备及双层外延片
技术领域
本发明涉及一种双层外延片的制备方法、设备及双层外延片。
背景技术
外延片是芯片制造当中的一道工艺，尤其是功率器件制造过程中必不可少。随着市场对功率器件低功耗、高耐压的需求越来越旺盛，外延工艺使用的硅衬底电阻率有越来越低的趋势，由于固溶度原因，低衬底电阻率一般通过超重掺磷或者硼实现。然而超重掺磷或者硼衬底的使用又带来一系列工艺挑战，如超重掺衬底本身在外延高温工艺过程中的自掺杂及衬底与外延的晶格失配等。自掺杂可以通过合理选用适当的外延温度来管控，而晶格失配可以通过在衬底上先生长一层低电阻率的外延层作为缓冲层，再在该层上生长功率器件需要的耐压层来解决，即使用双层外延片。但是双层外延片在生长的第二层外延、也就是耐压层的过渡区过宽(外延层可分为平坦区和过渡区，过渡区的计算方法参照SEMI标准)，表现为曲线在深度8-10微米较“塌”，如图1所示，附图标记11为器件要求的耐压层的平坦区，附图标记12为器件要求的耐压层的过渡区，附图标记13为第一层外延、也就是缓冲层，附图标记14为超重掺的衬底。从图1可以看出，原有方法，即标准配置的单条掺杂管路、缓冲层沉积后管路吹扫45s制备的耐压层的过渡区15较附图标记12的宽，也就是平坦区也即有效外延厚度降低。耐压层的过渡区宽也即意味着该层的有效外延厚度降低，不符合功率器件要求的击穿电压要求。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供一种双层外延片的制备方法、设备及双层外延片。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种双层外延片的制备方法，其特征在于，在衬底上生长缓冲层，然后在缓冲层上生长耐压层；在生长缓冲层和生长耐压层的两个过程中分别使用独立的管路提供掺杂气源，即：设置第一掺杂气源管道和第二掺杂气源管道，第一掺杂气源管道用于缓冲层生长时的掺杂气源输送，第二掺杂气源管道用于耐压层生长时的掺杂气源输送。
根据本发明的一个实施方案，所述的缓冲层生长之后进行吹扫，吹扫的时间为30s～45s。
根据本发明的一个实施方案，所述的缓冲层生长之后进行吹扫，吹扫的时间为120s～300s。
根据本发明的一个实施方案，所述的缓冲层生长之后的吹扫具体是：设置生长腔体，生长腔体用于缓冲层和耐压层的生长，使用主氢气吹扫生长腔体，设置混合管路用于通入掺杂注入气体，掺杂注入气体用于缓冲层和耐压层的掺杂，使用掺杂注入气体吹扫混合管路。
根据本发明的一个实施方案，所述的缓冲层生长时和耐压层生长时，使用主氢气和三氯一氢硅进行反应，使用掺杂注入气体进行掺杂。
根据本发明的一个实施方案，所述的缓冲层生长之前，对衬底进行烘烤，烘烤时间为20s～40s。
根据本发明的一个实施方案，所述的烘烤时制备掺杂注入气体，使得掺杂注入气体的流量稳定。
根据本发明的一个实施方案，所述的掺杂注入气体的制备方法是：使用稀释用氢气稀释掺杂气源。
根据本发明的一个实施方案，所述的烘烤时使用第一掺杂气源管道通入掺杂气源，缓冲层生长之后的吹扫时使用第二掺杂气源管道通入掺杂气源。
根据本发明的一个实施方案，所述的稀释用氢气为氢气，烘烤和缓冲层生长时，稀释用氢气的流量为7升/分钟～12升/分钟，缓冲层生长后进行吹扫和耐压层生长时，稀释用氢气的流量为4升/分钟～8升/分钟。
根据本发明的一个实施方案，所述的掺杂气源为磷烷或硼烷。
根据本发明的一个实施方案，所述的烘烤时，生长腔体中通主氢气。
根据本发明的一个实施方案，所述的烘烤和缓冲层生长后的吹扫时制备三氯一氢硅，使得三氯一氢硅的流量稳定。
根据本发明的一个实施方案，所述的制备三氯一氢硅的方法为将液体的三氯一氢硅气化为气体的三氯一氢硅。
根据本发明的一个实施方案，所述的三氯一氢硅的流量均为12克/分钟～18克/分钟。
根据本发明的一个实施方案，所述的耐压层生长后进行吹扫，吹扫的时间为4s～8s，吹扫的具体方法是：使用主氢气对生长腔体进行吹扫。
根据本发明的一个实施方案，所述的主氢气为氢气，流量为50升/分钟～70升/分钟。
根据本发明的一个实施方案，所述的烘烤时、缓冲层生长时、缓冲层生长后吹扫时、耐压层生长时和耐压层生长后吹扫时的温度均为1100℃～1130℃。
一种双层外延片，通过上述方法制备，包括衬底、生长于衬底上的缓冲层和生长于缓冲层上的耐压层，缓冲层的电阻率小于0.1欧姆·厘米且大于等于0.05欧姆·厘米，耐压层的电阻率大于3欧姆·厘米且小于等于20欧姆·厘米。
根据本发明的一个实施方案，所述的衬底为超重掺杂，对于掺磷，衬底的电阻率为0.0007欧姆·厘米～0.0013欧姆·厘米；对于掺硼，衬底的电阻率为0.0005欧姆·厘米～0.001欧姆·厘米。
一种制备上述双层外延片的设备，包括：第一掺杂气源管道和第二掺杂气源管道，第一掺杂气源管道用于缓冲层生长时的掺杂气源输送，第二掺杂气源管道用于耐压层生长时的掺杂气源输送，第一掺杂气源管道和第二掺杂气源管道分别独立设置。
根据本发明的一个实施方案，还包括：稀释气源管道、混合管路、主氢气管道、独立管路、生长腔体、第一尾气通道、第二尾气通道和第一控制阀，其中，第一掺杂气源管道、第二掺杂气源管道和稀释气源管道分别与混合管路相连通，独立管路、混合管路和主氢气管路均与生长腔体连通，生长腔体用于进行缓冲层的生长和耐压层的生长，第一尾气通道的入口设置于独立管路、混合管路与生长腔体之间，第二尾气通道的入口与生长腔体连通，第一尾气通道的出口和第二尾气通道的出口均接入机台尾气处理设备，第一控制阀设置于第一尾气通道的入口处。
根据本发明的一个实施方案，还包括第一质量流量控制计、第二质量流量控制计、第三质量流量控制计、第四质量流量控制计、第五质量流量控制计，第一掺杂气源管道中的气体流量由第一质量流量控制计控制，稀释气源管道中的气体流量由第二质量流量控制计控制，混合管路中流经的气体流量由第三质量流量控制计控制，第二掺杂气源管道中的气体流量由第四质量流量控制计控制，主氢气管道气体流量由第五质量流量计控制。
根据本发明的一个实施方案，所述的独立管路的输入端设置气化设备，输出端与生长腔体连通，独立管路中的气体流量由第六质量流量控制计控制。
根据本发明的一个实施方案，还包括第二控制阀，第二控制阀设置于第二尾气通道的入口处或出口处。
本发明研究双层外延片的耐压层过渡区宽的问题，其原因是缓冲层生长完成后，外延机台的气体管路中仍会残留该层生长使用的高浓度掺杂气体，如磷烷、硼烷等，从而导致在低浓度生长的耐压层的过渡区宽，本发明在标准配置的单条掺杂管路之外，新增一条独立掺杂管路，即缓冲层生长时和耐压层生长时分别使用独立的掺杂气源输送管道，可以解决这个问题。
主氢气的作用为反应气体和载气，包括在烘烤步时作为反应气体去除自然氧化层，气相沉积时作为反应气体参与还原反应和载气，即携带其余反应气体进入腔体、吹扫时作为吹扫气体。载气的含义即为，将流量较小的三氯一氢硅和掺杂注入气体携带进入生长腔体进行反应。氢气量过低起不到去除自然氧化层、吹扫的作用，氢气量过大会影响外延的成长速率和增加成本。生长腔体内始终通入氢气，可以保持生长腔体干净，防止生长腔体的腔壁上沉积的多晶硅，也就是coating的脱落，避免脱落的多晶硅影响外延生长的质量；通入氢气，也可以使得生长腔体对第二尾气通道产生正压，防止第二尾气通道气体回流至生长腔体。
三氯一氢硅为主要反应气体，设定量主要考虑一是成长速率，即4微米/分钟，二是尽量靠近流量控制计的使用量程的中间值。缓冲层生长前的烘烤以及缓冲层生长后、耐压层的生长前的吹扫过程中，就通入三氯一氢硅，是因为三氯一氢硅是从液态气化为气态，需要一个过程，并且提前通入三氯一氢硅有助于流量的稳定和控制，是对气体管道的一种预热，从而更好地控制缓冲层生长、耐压层生长。
稀释用氢气的流量的设定主要会影响外延电阻率的值，设定值尽量在其质量流量控制计最大量程的中间值附近。同时，磷烷或硼烷的流量设定也会影响外延电阻率的值，该流量根据需要制备的缓冲层和耐压层的电阻率的规格确定，磷烷或硼烷通过稀释用氢气稀释，也即磷烷或硼烷以及稀释用氢气的混合气体为掺杂注入气体，该掺杂注入气体的流量直接决定外延电阻率的值，该流量根据需要制备的缓冲层和耐压层电阻率的规格确定。控制稀释用氢气和磷烷或硼烷的流量，稀释用氢气和磷烷或硼烷的浓度可以确定，然后控制掺杂注入气体的流量就可以控制外延电阻率的值。因此，在缓冲层生长前的烘烤以及缓冲层生长后、耐压层生长前的吹扫过程中，就通入掺杂注入气体，可以使得缓冲层生长、耐压层生长时的掺杂注入气体的流量稳定，是对气体管道的一种预热，有助于控制缓冲层生长、耐压层生长。
附图说明
图1为背景技术所述电阻率的分布图；
图2为双层外延片的结构图；
图3为实施例1的设备示意图；
图4为使用本发明所得双层外延片的电阻率。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述：
实施例1
本实施例所要制备的双层外延片如图2所示，衬底10上生长缓冲层11，缓冲层11上生长耐压层12，所述的衬底10为常用外延生长使用的衬底，为超重掺杂，具体为：对于掺磷，衬底10的电阻率为0.0007欧姆·厘米～0.0013欧姆·厘米；对于掺硼，衬底10的电阻率为0.0005欧姆·厘米～0.001欧姆·厘米。其他无特殊限定。
制备双层外延片的设备如图3所示，包括：第一掺杂气源管道1、第一质量流量控制计2、稀释气源管道3、第二质量流量控制计4、混合管路5、第三质量流量控制计6、第二掺杂气源管道8、第四质量流量控制计9、生长腔体7、主氢气管道16、第五质量流量控制计17、第一控制阀18、独立管路19、第一尾气通道20、第二尾气通道21和第二控制阀22。其中，第一掺杂气源管道1、第二掺杂气源管道8和稀释气源管道3分别与混合管路5相连通，第一掺杂气源管道1用于缓冲层11生长时的掺杂气源输送，第一掺杂气源管道1中的气体流量由第一质量流量控制计2控制，稀释气源管道3中的气体流量由第二质量流量控制计4控制，混合管路5与生长腔体7连通，生长腔体7用于进行缓冲层11和耐压层12的生长，混合管路5中流经的气体流量由第三质量流量控制计6控制，第二掺杂气源管道8用于耐压层12生长时的掺杂气源输送，第二掺杂气源管道8中的气体流量由第四质量流量控制计9控制。主氢气管路16为主氢气的输送管路，气体流量由第五质量流量控制计17控制，独立管路19的输入端设置气化设备23、输出端与生长腔体7连通，独立管路19用于输入三氯一氢硅，通入生长腔体7的均为气态的三氯一氢硅，液态的三氯一氢硅由设置于独立管路19入口的三氯一氢硅供应源24经过气化设备23气化后进入独立管路19，独立管路19中的气体流量由第六质量流量控制计28控制。第一尾气通道20的入口设置于混合管路5和独立管路19的交汇处与生长腔体7之间，第二尾气通道21的入口与生长腔体7连通，第一尾气通道20的出口和第二尾气通道21的出口均接入机台尾气处理设备，第二尾气通道21与主氢气管路16分别设置于生长腔体7的相对侧，比如图2所示，主氢气管路16设置于生长腔体7的左侧，第二尾气通道21设置于生长腔体7的右侧。第一控制阀18设置于第一尾气通道20的入口处，第一控制阀18控制混合管路5和独立管路19中的气体通往第一尾气通道20还是通往生长腔体7，第一控制阀18可以是一种三通电磁阀，第二控制阀22设置于第二尾气通道21的入口处或出口处，第二控制阀22是常开的，即生长腔体7内一直是有气体流通的,也即生产工艺时，第二尾气通道21是常通的。第二控制阀22关闭一般是对生长腔体7进行保压测漏的时候使用。第一掺杂气源管道1的入口设置掺杂气源供应源25，第二掺杂气源管道8的入口设置掺杂气源供应源25，稀释气源管道3的入口设置稀释用氢气供应源26，稀释用氢气供应源可以为制氢站，主氢气管路16入口设置主氢气供应源27，主氢气供应源可以为制氢站。
实施例2
本实施例使用实施例1设备进行双层外延片的制备，方法包括以下步骤：
步骤一、图2所示为本实施例需要制备的双层外延片的结构图，将衬底10置于生长腔体7，对衬底10进行烘烤，衬底10采用超重掺杂，对于掺磷，衬底10的电阻率为0.0007欧姆·厘米；对于掺硼，衬底10的电阻率为0.0005欧姆·厘米；烘烤时间20s，温度1100℃，向生长腔体7通入主氢气，保持生长腔体7洁净，制备掺杂注入气体，预热第一掺杂气源管道1和混合管路5，制备三氯一氢硅，预热独立管路19，使得三氯一氢硅的流量稳定；
具体是：从主氢气管道16向生长腔体7通入主氢气50升/分钟，烘烤的目的是用氢气在高温下将衬底10上的自然氧化层、一些可能的沾污去除掉，烘烤时间短达不到上述要求，时间过长一是影响产能和成本，二也会产生衬底掺杂的外扩散。若无特别需求，会采用与外延沉积一样的温度。同时，从独立管路19通入三氯一氢硅，流量为12克/分钟；主氢气从第二尾气通道21排出。同时，从第一掺杂气源管道1通入磷烷或硼烷，从稀释气源管道3通入稀释用氢气，流量7升/分钟；磷烷或硼烷与稀释用氢气混合后进入混合管路5形成掺杂注入气体，磷烷或硼烷的流量和掺杂注入气体的流量均根据需要制备的缓冲层11和耐压层12的电阻率的规格确定，控制第一控制阀18，使得掺杂注入气体和三氯一氢硅从第一尾气通道20排出；本步骤通掺杂注入气体和三氯一氢硅目的为流量稳定，保证下一步的缓冲层11的生长。
步骤二、在衬底10上生长缓冲层11，电阻率0.05欧姆·厘米，生长使用三氯一氢硅气相沉积的方法，温度1100℃，使用主氢气和三氯一氢硅进行反应，使用掺杂注入气体进行掺杂；
具体是：从独立管路19向生长腔体7通入三氯一氢硅，流量为12克/分钟；从主氢气管路16向生长腔体7通入氢气50升/分钟；从第一掺杂气源管道1通入磷烷或硼烷，流量均根据需要制备的缓冲层11的电阻率的规格确定；同时，从稀释气源管道3通入稀释用氢气，流量7升/分钟，磷烷或硼烷与稀释用氢气混合后进入混合管路5形成掺杂注入气体，控制第一控制阀18，使得掺杂注入气体和三氯一氢硅进入生长腔体7参与反应，主氢气和三氯一氢硅用于生长单晶硅，掺杂注入气体为缓冲层11掺杂从而具有电阻率；本步骤的总时间根据需要制备的缓冲层11的厚度的规格确定；
步骤三、吹扫，使用主氢气吹扫生长腔体7，使用掺杂注入气体吹扫混合管路5，预热第二掺杂气源管道8和混合管路5；同时制备三氯一氢硅，使得三氯一氢硅的流量稳定；
具体是：吹扫生长腔体7和混合气体管路5，吹扫生长腔体7使用主氢气，吹扫混合气体管路5使用氢气与磷烷或硼烷的混合气体，即掺杂注入气体，吹扫时长30s，温度1100℃；具体的：主氢气管路16向生长腔体7通入主氢气50升/分钟；从独立管路19通入三氯一氢硅，流量为12克/分钟，主氢气从第二尾气通道21排出，磷烷或硼烷从第二掺杂气源管道8通入混合管路5，稀释用氢气从稀释气源管道3通入混合管路5，流量4升/分钟，磷烷或硼烷和稀释用氢气于混合管路5中混合为掺杂注入气体，该掺杂注入气体吹扫混合管路5，控制第一控制阀18，掺杂注入气体和三氯一氢硅在通往生长腔体7之前从第一尾气通道20排出；本步骤通三氯一氢硅、磷烷或硼烷和稀释用氢气目的是使流量稳定，保证下一步的耐压层12的生长。
步骤四、在缓冲层11上生长耐压层12，电阻率3.1欧姆·厘米，生长使用三氯一氢硅气相沉积的方法，温度1100℃，使用主氢气和三氯一氢硅进行反应，使用掺杂注入气体进行掺杂；
具体是：从独立管路19向生长腔体7通入三氯一氢硅，流量为12克/分钟；同时，从主氢气管路16向生长腔体7通入氢气50升/分钟；同时从第二掺杂气源管道8通入磷烷或硼烷，稀释气源管道3通入稀释用氢气，流量4升/分钟，磷烷或硼烷以及稀释用氢气进入混合管路5中混合为掺杂注入气体，控制第一控制阀18，使得掺杂注入气体和三氯一氢硅进入生长腔体7参与反应，主氢气和三氯一氢硅用于生长单晶硅，掺杂注入气体为耐压层12掺杂从而具有电阻率，磷烷或硼烷的流量和掺杂注入气体的流量均根据需要制备的耐压层12的电阻率的规格确定；本步骤的总时间根据需要制备的耐压层12的厚度的规格确定；
步骤五、吹扫，温度1100℃，从主氢气管路16通入主氢气50升/分钟吹扫生长腔体7，主氢气从第二尾气通道21排出，无需通入磷烷或硼烷、掺杂注入气体、三氯一氢硅或稀释用氢气，本步骤总时长4s。
本实施例的步骤及其参数如表1所示，其中**表示根据不同的缓冲层11和耐压层12的厚度与电阻率通过本领域的标准公式设定相应的值，腔体的意思为主氢气、三氯一氢硅和掺杂注入气体均通入生长腔体进行反应，尾气的意思为主氢气、三氯一氢硅经过生长腔体后排出，掺杂注入气体经过混合管路后，未进入生长腔体即排出：
表1
实施例3
本实施例使用实施例1设备进行双层外延片的制备，本实施例的步骤与实施例2基本相同，只是参数的设计上有所区别，方法包括以下步骤：
步骤一、图2所示为本实施例需要制备的双层外延片的结构图，将衬底10置于生长腔体7，对衬底10进行烘烤，衬底10采用超重掺杂，对于掺磷，衬底10的电阻率为0.0013欧姆·厘米；对于掺硼，衬底10的电阻率为0.001欧姆·厘米；烘烤时间40s，温度1130℃，同时从主氢气管道16向生长腔体7通入主氢气70升/分钟，同时，从独立管路19通入三氯一氢硅，流量为18克/分钟；主氢气从第二尾气通道21排出。同时，从第一掺杂气源管道1通入磷烷或硼烷，从稀释气源管道3通入稀释用氢气，流量12升/分钟；磷烷或硼烷与稀释用氢气混合后进入混合管路5形成掺杂注入气体，磷烷或硼烷的流量和掺杂注入气体的流量均根据需要制备的缓冲层11和耐压层12的电阻率的规格确定，控制第一控制阀18，使得掺杂注入气体和三氯一氢硅从第一尾气通道20排出；
步骤二、在衬底10上生长缓冲层11，电阻率0.08欧姆·厘米，生长使用三氯一氢硅气相沉积的方法，温度1130℃，从独立管路19向生长腔体7通入三氯一氢硅，流量为18克/分钟；从主氢气管路16向生长腔体7通入氢气70升/分钟；从第一掺杂气源管道1通入磷烷或硼烷，流量均根据需要制备的缓冲层11的电阻率的规格确定；同时，从稀释气源管道3通入稀释用氢气，流量12升/分钟，磷烷或硼烷与稀释用氢气混合后进入混合管路5形成掺杂注入气体，控制第一控制阀18，使得掺杂注入气体和三氯一氢硅进入生长腔体7参与反应；本步骤的总时间根据需要制备的缓冲层11的厚度的规格确定；
步骤三、吹扫，吹扫包括吹扫生长腔体7和混合气体管路5，吹扫生长腔体7使用主氢气，吹扫混合气体管路5使用氢气与磷烷或硼烷的混合气体，即掺杂注入气体，吹扫时长45s，温度1130℃；具体的：主氢气管路16向生长腔体7通入主氢气70升/分钟；从独立管路19通入三氯一氢硅，流量为18克/分钟，主氢气从第二尾气通道21排出，磷烷或硼烷从第二掺杂气源管道8通入混合管路5，稀释用氢气从稀释气源管道3通入混合管路5，流量8升/分钟，磷烷或硼烷和稀释用氢气于混合管路5中混合为掺杂注入气体，该掺杂注入气体吹扫混合管路5，控制第一控制阀18，掺杂注入气体和三氯一氢硅在通往生长腔体7之前从第一尾气通道20排出；
步骤四、在缓冲层11上生长耐压层12，电阻率5欧姆·厘米，生长使用三氯一氢硅气相沉积的方法，温度1130℃，从独立管路19向生长腔体7通入三氯一氢硅，流量为18克/分钟；同时，从主氢气管路16向生长腔体7通入氢气70升/分钟；同时从第二掺杂气源管道8通入磷烷或硼烷，稀释气源管道3通入稀释用氢气，流量8升/分钟，磷烷或硼烷以及稀释用氢气进入混合管路5中混合为掺杂注入气体，控制第一控制阀18，使得掺杂注入气体和三氯一氢硅进入生长腔体7参与反应，磷烷或硼烷的流量和掺杂注入气体的流量均根据需要制备的耐压层12的电阻率的规格确定；本步骤的总时间根据需要制备的耐压层12的厚度的规格确定；
步骤五、吹扫，温度1130℃，从主氢气管路16通入主氢气70升/分钟吹扫生长腔体7，主氢气从第二尾气通道21排出，无需通入磷烷或硼烷、掺杂注入气体、三氯一氢硅或稀释用氢气，本步骤总时长8s。
本实施例的步骤及其参数如表2所示，其中**表示根据不同的缓冲层11和耐压层12的厚度与电阻率通过本领域的标准公式设定相应的值，腔体的意思为主氢气、三氯一氢硅和掺杂注入气体均通入生长腔体进行反应，尾气的意思为主氢气、三氯一氢硅经过生长腔体后排出，掺杂注入气体经过混合管路后，未进入生长腔体即排出：
表2
实施例4
本实施例使用实施例1设备进行双层外延片的制备，本实施例的步骤与实施例2基本相同，只是参数的设计上有所区别，方法包括以下步骤：
步骤一、图2所示为本实施例需要制备的双层外延片的结构图，将衬底10置于生长腔体7，对衬底10进行烘烤，衬底10采用超重掺杂，对于掺磷，衬底10的电阻率为0.0012欧姆·厘米；对于掺硼，衬底10的电阻率为0.0008欧姆·厘米；烘烤时间30s，温度1120℃，同时从主氢气管道16向生长腔体7通入主氢气60升/分钟，同时，从独立管路19通入三氯一氢硅，流量为16克/分钟；主氢气从第二尾气通道21排出。同时，从第一掺杂气源管道1通入磷烷或硼烷，从稀释气源管道3通入稀释用氢气，流量10升/分钟；磷烷或硼烷与稀释用氢气混合后进入混合管路5形成掺杂注入气体，磷烷或硼烷的流量和掺杂注入气体的流量均根据需要制备的缓冲层11和耐压层12的电阻率的规格确定，控制第一控制阀18，使得掺杂注入气体和三氯一氢硅从第一尾气通道20排出；
步骤二、在衬底10上生长缓冲层11，电阻率0.099欧姆·厘米，生长使用三氯一氢硅气相沉积的方法，温度1120℃，从独立管路19向生长腔体7通入三氯一氢硅，流量为16克/分钟；从主氢气管路16向生长腔体7通入氢气60升/分钟；从第一掺杂气源管道1通入磷烷或硼烷，流量均根据需要制备的缓冲层11的电阻率的规格确定；同时，从稀释气源管道3通入稀释用氢气，流量10升/分钟，磷烷或硼烷与稀释用氢气混合后进入混合管路5形成掺杂注入气体，控制第一控制阀18，使得掺杂注入气体和三氯一氢硅进入生长腔体7参与反应；本步骤的总时间根据需要制备的缓冲层11的厚度的规格确定；
步骤三、吹扫，吹扫包括吹扫生长腔体7和混合气体管路5，吹扫生长腔体7使用主氢气，吹扫混合气体管路5使用氢气与磷烷或硼烷的混合气体，即掺杂注入气体，吹扫时长40s，温度1120℃；具体的：主氢气管路16向生长腔体7通入主氢气60升/分钟；从独立管路19通入三氯一氢硅，流量为16克/分钟，主氢气从第二尾气通道21排出，磷烷或硼烷从第二掺杂气源管道8通入混合管路5，稀释用氢气从稀释气源管道3通入混合管路5，流量6升/分钟，磷烷或硼烷和稀释用氢气于混合管路5中混合为掺杂注入气体，该掺杂注入气体吹扫混合管路5，控制第一控制阀18，掺杂注入气体和三氯一氢硅在通往生长腔体7之前从第一尾气通道20排出；
步骤四、在缓冲层11上生长耐压层12，电阻率20欧姆·厘米，生长使用三氯一氢硅气相沉积的方法，温度1120℃，从独立管路19向生长腔体7通入三氯一氢硅，流量为16克/分钟；同时，从主氢气管路16向生长腔体7通入氢气60升/分钟；同时从第二掺杂气源管道8通入磷烷或硼烷，稀释气源管道3通入稀释用氢气，流量6升/分钟，磷烷或硼烷以及稀释用氢气进入混合管路5中混合为掺杂注入气体，控制第一控制阀18，使得掺杂注入气体和三氯一氢硅进入生长腔体7参与反应，磷烷或硼烷的流量和掺杂注入气体的流量均根据需要制备的耐压层12的电阻率的规格确定；本步骤的总时间根据需要制备的耐压层12的厚度的规格确定；
步骤五、吹扫，温度1120℃，从主氢气管路16通入主氢气60升/分钟吹扫生长腔体7，主氢气从第二尾气通道21排出，无需通入磷烷或硼烷、掺杂注入气体、三氯一氢硅或稀释用氢气，本步骤总时长5s。
本实施例的步骤及其参数如表3所示，其中**表示根据不同的缓冲层11和耐压层12的厚度与电阻率通过本领域的标准公式设定相应的值，腔体的意思为主氢气、三氯一氢硅和掺杂注入气体均通入生长腔体进行反应，尾气的意思为主氢气、三氯一氢硅经过生长腔体后排出，掺杂注入气体经过混合管路后，未进入生长腔体即排出：
表3
使用本发明的方法制备的双层外延片，使用外延扩展探针来监控耐压层的过渡区宽度，如图4所示，在缓冲层11生长时和耐压层12生长时分别使用独立的掺杂气源输送管道，缓冲层11和耐压层12的外延扩展电阻深度分布已与器件设计要求吻合，解决了单掺杂气源管道过渡区宽度宽、“塌”的问题。
实施例5
本实施例基本实施例1相同，但是本实施例在实施例1的步骤三的吹扫的时间上设置为120s，其他均与实施例1的步骤三相同。
实施例6
本实施例基本实施例1相同，但是本实施例在实施例1的步骤三的吹扫的时间上设置为130s，其他均与实施例1的步骤三相同。
实施例7
本实施例基本实施例1相同，但是本实施例在实施例1的步骤三的吹扫的时间上设置为300s，其他均与实施例1的步骤三相同。
本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (21)

1.一种双层外延片的制备方法，其特征在于，在衬底上生长缓冲层，然后在缓冲层上生长耐压层；在生长缓冲层和生长耐压层的两个过程中分别使用独立的管路提供掺杂气源，即：设置第一掺杂气源管道和第二掺杂气源管道，第一掺杂气源管道用于缓冲层生长时的掺杂气源输送，第二掺杂气源管道用于耐压层生长时的掺杂气源输送，所述的缓冲层生长之后的吹扫具体是：设置生长腔体，生长腔体用于缓冲层和耐压层的生长，使用主氢气吹扫生长腔体，设置混合管路用于通入掺杂注入气体，掺杂注入气体用于缓冲层和耐压层的掺杂，使用掺杂注入气体吹扫混合管路，
所述的缓冲层生长之前，对衬底进行烘烤，烘烤时间为20s～40s，
所述的烘烤时使用第一掺杂气源管道通入掺杂气源，缓冲层生长之后的吹扫时使用第二掺杂气源管道通入掺杂气源。
2.根据权利要求1所述的双层外延片的制备方法，其特征在于，所述的缓冲层生长之后进行吹扫，吹扫的时间为30s～45s。
3.根据权利要求1所述的双层外延片的制备方法，其特征在于，所述的缓冲层生长之后进行吹扫，吹扫的时间为120s～300s。
4.根据权利要求1所述的双层外延片的制备方法，其特征在于，所述的缓冲层生长时和耐压层生长时，使用主氢气和三氯一氢硅进行反应，使用掺杂注入气体进行掺杂。
5.根据权利要求1所述的双层外延片的制备方法，其特征在于，所述的烘烤时制备掺杂注入气体，使得掺杂注入气体的流量稳定。
6.根据权利要求5所述的双层外延片的制备方法，其特征在于，所述的掺杂注入气体的制备方法是：使用稀释用氢气稀释掺杂气源。
7.根据权利要求6所述的双层外延片的制备方法，其特征在于，所述的稀释用氢气为氢气，烘烤和缓冲层生长时，稀释用氢气的流量为7升/分钟～12升/分钟，缓冲层生长后进行吹扫和耐压层生长时，稀释用氢气的流量为4升/分钟～8升/分钟。
8.根据权利要求6所述的双层外延片的制备方法，其特征在于，所述的掺杂气源为磷烷或硼烷。
9.根据权利要求1所述的双层外延片的制备方法，其特征在于，所述的烘烤时，生长腔体中通主氢气。
10.根据权利要求1所述的双层外延片的制备方法，其特征在于，所述的烘烤和缓冲层生长后的吹扫时制备三氯一氢硅，使得三氯一氢硅的流量稳定。
11.根据权利要求10所述的双层外延片的制备方法，其特征在于，所述的制备三氯一氢硅的方法为将液体的三氯一氢硅气化为气体的三氯一氢硅。
12.根据权利要求10所述的双层外延片的制备方法，其特征在于，所述的三氯一氢硅的流量均为12克/分钟～18克/分钟。
13.根据权利要求9所述的双层外延片的制备方法，其特征在于，所述的耐压层生长后进行吹扫，吹扫的时间为4s～8s，吹扫的具体方法是：使用主氢气对生长腔体进行吹扫。
14.根据权利要求13所述的双层外延片的制备方法，其特征在于，所述的主氢气为氢气，流量为50升/分钟～70升/分钟。
15.根据权利要求13所述的双层外延片的制备方法，其特征在于，所述的烘烤时、缓冲层生长时、缓冲层生长后吹扫时、耐压层生长时和耐压层生长后吹扫时的温度均为1100℃～1130℃。
16.一种双层外延片，通过权利要求1-15任一项所述的方法制备，其特征在于，包括衬底、生长于衬底上的缓冲层和生长于缓冲层上的耐压层，缓冲层的电阻率小于0.1欧姆·厘米且大于等于0.05欧姆·厘米，耐压层的电阻率大于3欧姆·厘米且小于等于20欧姆·厘米。
17.根据权利要求16所述的双层外延片，其特征在于，所述的衬底为超重掺杂，对于掺磷，衬底的电阻率为0.0007欧姆·厘米～0.0013欧姆·厘米；对于掺硼，衬底的电阻率为0.0005欧姆·厘米～0.001欧姆·厘米。
18.一种制备权利要求16或17所述的双层外延片的设备，其特征在于，包括：第一掺杂气源管道和第二掺杂气源管道，第一掺杂气源管道用于缓冲层生长时的掺杂气源输送，第二掺杂气源管道用于耐压层生长时的掺杂气源输送，第一掺杂气源管道和第二掺杂气源管道分别独立设置，
还包括：稀释气源管道、混合管路、主氢气管道、独立管路、生长腔体、第一尾气通道、第二尾气通道和第一控制阀，其中，第一掺杂气源管道、第二掺杂气源管道和稀释气源管道分别与混合管路相连通，独立管路、混合管路和主氢气管路均与生长腔体连通，生长腔体用于进行缓冲层的生长和耐压层的生长，第一尾气通道的入口设置于独立管路、混合管路与生长腔体之间，第二尾气通道的入口与生长腔体连通，第一尾气通道的出口和第二尾气通道的出口均接入机台尾气处理设备，第一控制阀设置于第一尾气通道的入口处。
19.根据权利要求18所述的制备双层外延片的设备，其特征在于，还包括第一质量流量控制计、第二质量流量控制计、第三质量流量控制计、第四质量流量控制计、第五质量流量控制计，第一掺杂气源管道中的气体流量由第一质量流量控制计控制，稀释气源管道中的气体流量由第二质量流量控制计控制，混合管路中流经的气体流量由第三质量流量控制计控制，第二掺杂气源管道中的气体流量由第四质量流量控制计控制，主氢气管道气体流量由第五质量流量计控制。
20.根据权利要求18所述的制备双层外延片的设备，其特征在于，所述的独立管路的输入端设置气化设备，输出端与生长腔体连通，独立管路中的气体流量由第六质量流量控制计控制。
21.根据权利要求18所述的制备双层外延片的设备，其特征在于，还包括第二控制阀，第二控制阀设置于第二尾气通道的入口处或出口处。
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