CN113737276A - 一种提高硅外延生长速率的方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高硅外延生长速率的方法，反应腔体基座升温；通入氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料；用氢气将反应副产物排除；将硅衬底片装在反应腔体的基座上，基座升温；用氢气将硅衬底片和基座挥发出的各类杂质排除；氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，在硅衬底片表面上进行硅外延层的生长；用氢气将生长过程中的反应副产物排除出反应腔体；待硅外延片温度后取出。本发明大幅提高了150~200 mm硅外延片的生产效率，显著降低了工艺时间和维护成本，而且工艺简单，可操作性强，是适用于硅外延层厚度高于150μm的极厚层硅外延片的大规模工业生产技术，可用于高压功率器件领域。

Description

一种提高硅外延生长速率的方法
技术领域
本发明涉及一种半导体硅外延材料的制备技术领域，尤其涉及一种提高硅外延生长速率的方法。
背景技术
硅外延片是一种半导体硅片，是指使用CVD方法在硅单晶抛光衬底片上外延生长一层或多层、掺杂类型、电阻率、厚度、晶格结构等参数性能都符合特定要求的硅单晶外延层，硅外延化学反应是：SiHCL3+H2→Si+HCl，通过外延的方式可以显著减少硅衬底片原始存在的晶格缺陷，具有更低的缺陷密度和含氧量，进而作为基底用于制造各种半导体分立器件和集成电路产品。
随着近年来人工智能、物联网等新兴技术的出现，硅外延片的下游终端应用不断拓宽，进而带动对上游硅外延片需求量的快速上升，如今一些高压功率器件的耐压要求已经达到1500V及以上，相应对硅外延层的厚度参数要求达到150um以上，称为极厚层的硅外延片。
对于150~200mm直径的硅衬底片上生长极厚层的硅外延片，产品质量要求采用单片式的硅外延设备。按照国内传统的工艺和相关设备、物料配置，硅外延化学反应转化率低，造成硅外延层生长速率增幅面临瓶颈，各类公开的150~200mm（6~8英寸）硅外延制备技术获得的每分钟硅外延层的生长速率均低于3um/min，如中国专利ZL201410375368.6、ZL201510284427.3、ZL201610618664.3、ZL201810269676.9、ZL201911196733.6等。此时生长极厚硅外延层的单片工艺时间将大幅延长，如150um极厚层硅外延片生产需延长至1小时的工艺时间，造成运营维护成本和生产成本的大幅增加，相比多片式硅外延设备生产的小尺寸硅外延片处于明显成本劣势，无法满足产业化应用要求，造成目前极厚层的硅外延片领域仍然被100~125 mm的小尺寸硅外延片占据。
实现硅外延层的生长速率翻番，同时兼容厚度均匀性、稳定性控制和完美的表面生长质量要求，成为业内难以克服的问题。尝试的方法包括：1）通过缩短反应腔体顶部与基座的垂直距离，进而缩短边界层距离，外延生长应该越容易，但是实验证明当距离缩短一定程度后，反应腔体顶部将大量附着反应沉积物，会导致腔体内部温度失控，造成硅外延片的表面质量的下降而无法用于后续生长，加剧了设备的维护成本；2）大幅提升反应生长原料浓度或工艺温度，加快硅外延化学反应的进行，但是实验均证明会加剧反应腔体的顶部表面大量附着反应沉积物，反应腔体的压力也会急剧增加，不仅会造成硅外延反应腔体安全运行的风险，提升了设备的维护成本，也会造成硅外延表面生长质量的下降。
因此，需要寻找一种在直径为150~200 mm硅衬底片上高速硅外延生长的有效方法，在保证厚度、均匀性参数的前提下提高厚度高于150um的极厚层硅外延片在单片式的硅外延反应腔体内的生长效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种显著提高硅外延生长速率的方法，并且保持硅外延片完好表面质量的新型硅外延工艺制备技术，克服因传统硅外延层的最快生长速率仅为3um/min，造成厚度高于150 um的极厚层硅外延片工艺时间大幅延长、生产成本急剧增加、产能不足等一系列问题，本发明通过组合提高硅外延生长原料中三氯氢硅的浓度、生长基座的高度，硅外延层的生长温度、氢气的进气流量、在中间进气口的分配占比、加快基座的转速等制备方法，大幅提高硅外延反应的转化效率，使硅外延层的生长速率稳定达到6 um/min以上，从而实现生长速率的翻番，并兼容厚度高于150um的极厚层硅外延片的表面质量要求，可应用于极厚层硅外延片，特别是直径增大为150~200 mm的极厚层硅外延片领域的工业化生产。
本发明要解决的技术问题通过以下方案实现：
一种提高硅外延生长速率的方法，步骤如下：
（1）给反应腔体的基座进行升温，温度设定为1150~1180℃，通入氯化氢气体对反应腔体进行刻蚀，氯化氢气体流量设定为18~20 L/min，刻蚀时间设定为220~230 sec；
（2）通入氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，氢气流量设定为90~95 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为14~16 L/min，在反应腔体的基座上沉积多晶硅包覆层，沉积时间设为20~40 sec；
（3）采用90~95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为20~30sec，将反应副产物排除出反应腔体，然后反应腔体降温至200 ℃；
（4）将硅衬底片装在反应腔体的基座上，基座升温至1120~1130 ℃；
（5）使用90~95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为20~30sec，将硅衬底片和基座挥发出的各类杂质排除出反应腔体；
（6）氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，沿着反应腔体中心区域及两侧的气路进气口分别进入，在硅衬底片表面上进行硅外延层的生长，氢气流量设定为90~95 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为14~16 L/min，其中在反应腔体中心区域的进气流量的分配占比不低于80%，通过升降电机提高基座的高度，使反应腔体的顶部与基座的垂直距离设定为10~13 mm，基座呈现行星式高速旋转，旋转速率高于36 r/min，硅外延层的生长时间设定为25 min；
（7）使用90~95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30~60sec，将生长过程中的反应副产物排除出反应腔体；
（8）待硅外延片温度降低至40~60℃后取出。
进一步，所述硅衬底片的晶向为<100>，直径为150~200 mm，边缘进行倒角抛光处理。
进一步，所述硅外延层的目标生长厚度高于150 μm。
进一步，所述硅外延层生长所用的反应腔体为常压单片式的硅外延反应腔，反应腔体的顶表面覆盖有风冷装置，使表面温度保持在600~700℃，所用基座为单片坑圆盘式石墨基座，基座片坑内的温度分布变化不高于10℃。
进一步，所述气态三氯氢硅的来源是通过氢气通入三氯氢硅的液体罐中形成的气泡将三氯氢硅汽化，三氯氢硅液体罐的控制温度高于20℃，在硅外延层完整生长过程中的温度波动性为±1℃。
本发明相对于现有技术的有益效果是：克服了传统制备方法下硅外延层生长速率低于3μm/min的局限性，提供了生长速率能稳定高于6μm/min的硅外延层制备方法，生长速率实现了翻番，具有显著的技术突破，大幅提高了150~200 mm硅外延片在常压单片式的硅外延反应腔的生产效率，显著降低了极厚层硅外延片的工艺时间和维护成本，工艺简单，可操作性强，适用于直径150~200 mm厚度高于150μm的极厚层硅外延片的大规模工业化生产，可用于高压功率器件领域。
附图说明
图1为本发明实施例1的片内厚度5点分布图；
图2为本发明实施例2的片内厚度5点分布图；
图3为本发明实施例3的片内厚度5点分布图；
图4为本发明实施例4的片内厚度5点分布图；
图5为对比实施例1的片内厚度5点分布图；
图6为对比实施例2的片内厚度5点分布图；
图7为对比实施例3的片内厚度5点分布图；
图8为对比实施例4的片内厚度5点分布图；
图9为对比实施例5的片内厚度5点分布图；
图10为对比实施例6的片内厚度5点分布图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明，但发明的实施方式不限于此。
一种提高硅外延生长速率的方法，所用硅衬底片的晶向为<100>，直径为150~200mm，边缘进行倒角抛光处理。生长过程中硅外延层所用的反应腔体为常压单片式的硅外延反应腔，反应腔体的顶表面覆盖有风冷装置，使表面温度保持在600~700℃，所用基座为单片坑圆盘式石墨基座，基座片坑内的温度分布变化不高于10℃，三氯氢硅液体罐的控制温度设定为22℃，在硅外延层完整生长过程中的温度波动性为±1℃。硅外延层的厚度采用五点测试法，记录中心点和四周距边缘10 mm的位置，可计算出硅外延层的平均生长速率。
实施例1
（1）给反应腔体的基座进行升温，温度设定为1180℃，通入氯化氢气体对反应腔体进行刻蚀，氯化氢气体流量设定为18 L/min，刻蚀时间设定为230 sec
（2）通入氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，氢气流量设定为95 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为14 L/min，在反应腔体的基座上沉积多晶硅包覆层，沉积时间设为20 sec。
（3）采用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将反应副产物排除出反应腔体，然后反应腔体降温至200℃；
（4）将硅衬底片装在反应腔体的基座上，基座升温至1125℃；
（5）使用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将硅衬底片和基座等挥发出的各类杂质排除出反应腔体；
（6）氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，沿着反应腔体中心区域及两侧的气路进气口分别进入，在硅衬底片表面上进行硅外延层的生长，氢气流量设定为95 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为14 L/min，其中在反应腔体中心区域的进气流量的分配占比为82%，通过升降电机提高基座的高度，使反应腔体的顶部与基座的垂直距离设定为13 mm，基座呈现行星式高速旋转，旋转速率为38 r/min，硅外延层的生长时间设定为25 min；
（7）使用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将生长过程中的反应副产物排除出反应腔体；
（8）待硅外延片温度降低至60℃后取出。
实施例1制得的硅外延片的硅外延层厚度分别为155.73μm、153.27μm、153.02μm、153.62μm、153.85μm，五点的平均生长速率为6.16μm/min，如图1所示。
实施例2
（1）给反应腔体的基座进行升温，温度设定为1160℃，通入氯化氢气体对反应腔体进行刻蚀，氯化氢气体流量设定为19 L/min，刻蚀时间设定为230 sec
（2）通入氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，氢气流量设定为90 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为14 L/min，在反应腔体的基座上沉积多晶硅包覆层，沉积时间设为30 sec。
（3）采用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为25 sec，将反应副产物排除出反应腔体，然后反应腔体降温至200℃；
（4）将硅衬底片装在反应腔体的基座上，基座升温至1120℃；
（5）使用90 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将硅衬底片和基座等挥发出的各类杂质排除出反应腔体；
（6）氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，沿着反应腔体中心区域及两侧的气路进气口分别进入，在硅衬底片表面上进行硅外延层的生长，氢气流量设定为95 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为16 L/min，其中在反应腔体中心区域的进气流量的分配占比为82%，通过升降电机提高基座的高度，使反应腔体的顶部与基座的垂直距离设定为12 mm，基座呈现行星式高速旋转，旋转速率为37 r/min，硅外延层的生长时间设定为25 min；
（7）使用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为50 sec，将生长过程中的反应副产物排除出反应腔体；
（8）待硅外延片温度降低至60℃后取出。
实施例2制得的硅外延片的硅外延层厚度分别为158.61μm、157.42μm、157.56μm、157.86μm、157.79μm，五点的平均生长速率为6.31μm/min，如图2所示。
实施例3
（1）给反应腔体的基座进行升温，温度设定为1170℃，通入氯化氢气体对反应腔体进行刻蚀，氯化氢气体流量设定为20 L/min，刻蚀时间设定为220 sec
（2）通入氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，氢气流量设定为95 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为16 L/min，在反应腔体的基座上沉积多晶硅包覆层，沉积时间设为40 sec。
（3）采用90 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将反应副产物排除出反应腔体，然后反应腔体降温至200℃；
（4）将硅衬底片装在反应腔体的基座上，基座升温至1130℃；
（5）使用91 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将硅衬底片和基座等挥发出的各类杂质排除出反应腔体；
（6）氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，沿着反应腔体中心区域及两侧的气路进气口分别进入，在硅衬底片表面上进行硅外延层的生长，氢气流量设定为91 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为16 L/min，其中在反应腔体中心区域的进气流量的分配占比为85%，通过升降电机提高基座的高度，使反应腔体的顶部与基座的垂直距离设定为13 mm，基座呈现行星式高速旋转，旋转速率为37 r/min，硅外延层的生长时间设定为25 min；
（7）使用91 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为40 sec，将生长过程中的反应副产物排除出反应腔体；
（8）待硅外延片温度降低至60℃后取出。
实施例3制得的硅外延片的硅外延层厚度分别为153.82μm、151.68μm、151.80μm、152.08μm、152.17μm，五点的平均生长速率为6.09μm/min，如图3所示。
实施例4
（1）给反应腔体的基座进行升温，温度设定为1150℃，通入氯化氢气体对反应腔体进行刻蚀，氯化氢气体流量设定为20L/min，刻蚀时间设定为220 sec
（2）通入氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，氢气流量设定为93 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为14 L/min，在反应腔体的基座上沉积多晶硅包覆层，沉积时间设为30 sec。
（3）采用92 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为26 sec，将反应副产物排除出反应腔体，然后反应腔体降温至200℃；
（4）将硅衬底片装在反应腔体的基座上，基座升温至1125℃；
（5）使用94 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为25 sec，将硅衬底片和基座等挥发出的各类杂质排除出反应腔体；
（6）氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，沿着反应腔体中心区域及两侧的气路进气口分别进入，在硅衬底片表面上进行硅外延层的生长，氢气流量设定为94 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为14 L/min，其中在反应腔体中心区域的进气流量的分配占比为85%，通过升降电机提高基座的高度，使反应腔体的顶部与基座的垂直距离设定为10 mm，基座呈现行星式高速旋转，旋转速率为37 r/min，硅外延层的生长时间设定为25 min；
（7）使用94 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为40 sec，将生长过程中的反应副产物排除出反应腔体；
（8）待硅外延片温度降低至60℃后取出。
实施例4制得的硅外延片的硅外延层厚度分别为156.98μm、155.77μm、155.86μm、156.26μm、156.04μm，五点的平均生长速率为6.25μm/min，如图4所示。
对比实施例1
（1）给反应腔体的基座进行升温，温度设定为1180℃，通入氯化氢气体对反应腔体进行刻蚀，氯化氢气体流量设定为18 L/min，刻蚀时间设定为230 sec
（2）通入氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，氢气流量设定为95 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为14 L/min，在反应腔体的基座上沉积多晶硅包覆层，沉积时间设为20 sec。
（3）采用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将反应副产物排除出反应腔体，然后反应腔体降温至200℃；
（4）将硅衬底片装在反应腔体的基座上，基座升温至1125℃；
（5）使用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将硅衬底片和基座等挥发出的各类杂质排除出反应腔体；
（6）氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，沿着反应腔体中心区域及两侧的气路进气口分别进入，在硅衬底片表面上进行硅外延层的生长，氢气流量设定为70 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为14 L/min，其中在反应腔体中心区域的进气流量的分配占比为80%，通过升降电机提高基座的高度，使反应腔体的顶部与基座的垂直距离设定为13 mm，基座呈现行星式高速旋转，旋转速率为38 r/min，硅外延层的生长时间设定为25 min；
（7）使用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将生长过程中的反应副产物排除出反应腔体；
（8）待硅外延片温度降低至60℃后取出。
对比实施例1制得的硅外延片的硅外延层厚度分别为148.32μm、146.60μm、146.77μm、147.60μm、147.85μm，五点的平均生长速率为5.90μm/min，如图5所示。
对比实施例2
（1）给反应腔体的基座进行升温，温度设定为1180℃，通入氯化氢气体对反应腔体进行刻蚀，氯化氢气体流量设定为18 L/min，刻蚀时间设定为230 sec
（2）通入氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，氢气流量设定为95 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为14 L/min，在反应腔体的基座上沉积多晶硅包覆层，沉积时间设为20 sec。
（3）采用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将反应副产物排除出反应腔体，然后反应腔体降温至200℃；
（4）将硅衬底片装在反应腔体的基座上，基座升温至1125℃；
（5）使用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将硅衬底片和基座等挥发出的各类杂质排除出反应腔体；
（6）氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，沿着反应腔体中心区域及两侧的气路进气口分别进入，在硅衬底片表面上进行硅外延层的生长，氢气流量设定为80 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为14 L/min，其中在反应腔体中心区域的进气流量的分配占比为70%，通过升降电机提高基座的高度，使反应腔体的顶部与基座的垂直距离设定为13 mm，基座呈现行星式高速旋转，旋转速率为38 r/min，硅外延层的生长时间设定为25 min；
（7）使用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将生长过程中的反应副产物排除出反应腔体；
（8）待硅外延片温度降低至60℃后取出。
对比实施例2制得的硅外延片的硅外延层厚度分别为150.05μm、148.29μm、148.65μm、149.16μm、149.27μm，五点的平均生长速率为5.96μm/min，如图6所示。
对比实施例3
（1）给反应腔体的基座进行升温，温度设定为1180℃，通入氯化氢气体对反应腔体进行刻蚀，氯化氢气体流量设定为18 L/min，刻蚀时间设定为230 sec
（2）通入氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，氢气流量设定为95 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为14 L/min，在反应腔体的基座上沉积多晶硅包覆层，沉积时间设为20 sec。
（3）采用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将反应副产物排除出反应腔体，然后反应腔体降温至200℃；
（4）将硅衬底片装在反应腔体的基座上，基座升温至1125℃；
（5）使用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将硅衬底片和基座等挥发出的各类杂质排除出反应腔体；
（6）氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，沿着反应腔体中心区域及两侧的气路进气口分别进入，在硅衬底片表面上进行硅外延层的生长，氢气流量设定为90 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为10 L/min，其中在反应腔体中心区域的进气流量的分配占比为70%，通过升降电机提高基座的高度，使反应腔体的顶部与基座的垂直距离设定为13 mm，基座呈现行星式高速旋转，旋转速率为32 r/min，硅外延层的生长时间设定为25 min；
（7）使用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将生长过程中的反应副产物排除出反应腔体；
（8）待硅外延片温度降低至60℃后取出。
对比实施例3制得的硅外延片的硅外延层厚度分别为151.13μm、148.02μm、148.25μm、149.65μm、149.78μm，五点的平均生长速率为5.97μm/min，如图7所示。
对比实施例4
（1）给反应腔体的基座进行升温，温度设定为1180℃，通入氯化氢气体对反应腔体进行刻蚀，氯化氢气体流量设定为18 L/min，刻蚀时间设定为230 sec
（2）通入氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，氢气流量设定为95 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为14 L/min，在反应腔体的基座上沉积多晶硅包覆层，沉积时间设为20 sec。
（3）采用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将反应副产物排除出反应腔体，然后反应腔体降温至200℃；
（4）将硅衬底片装在反应腔体的基座上，基座升温至1100℃；
（5）使用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将硅衬底片和基座等挥发出的各类杂质排除出反应腔体；
（6）氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，沿着反应腔体中心区域及两侧的气路进气口分别进入，在硅衬底片表面上进行硅外延层的生长，氢气流量设定为90 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为14 L/min，其中在反应腔体中心区域的进气流量的分配占比为80%，通过升降电机提高基座的高度，使反应腔体的顶部与基座的垂直距离设定为16 mm，基座呈现行星式高速旋转，旋转速率为38 r/min，硅外延层的生长时间设定为25 min；
（7）使用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将生长过程中的反应副产物排除出反应腔体；
（8）待硅外延片温度降低至60℃后取出。
对比实施例4制得的硅外延片的硅外延层厚度分别为146.23μm、144.35μm、144.89μm、145.27μm、145.70μm，五点的平均生长速率为5.81μm/min，如图8所示。
对比实施例5
（1）给反应腔体的基座进行升温，温度设定为1180℃，通入氯化氢气体对反应腔体进行刻蚀，氯化氢气体流量设定为18 L/min，刻蚀时间设定为230 sec
（2）通入氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，氢气流量设定为95 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为14 L/min，在反应腔体的基座上沉积多晶硅包覆层，沉积时间设为20 sec。
（3）采用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将反应副产物排除出反应腔体，然后反应腔体降温至200℃；
（4）将硅衬底片装在反应腔体的基座上，基座升温至1100℃；
（5）使用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将硅衬底片和基座等挥发出的各类杂质排除出反应腔体；
（6）氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，沿着反应腔体中心区域及两侧的气路进气口分别进入，在硅衬底片表面上进行硅外延层的生长，氢气流量设定为95 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为14 L/min，其中在反应腔体中心区域的进气流量的分配占比为80%，通过升降电机提高基座的高度，使反应腔体的顶部与基座的垂直距离设定为18 mm，基座呈现行星式高速旋转，旋转速率为38 r/min，硅外延层的生长时间设定为25 min；
（7）使用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将生长过程中的反应副产物排除出反应腔体；
（8）待硅外延片温度降低至60℃后取出。
对比实施例5制得的硅外延片的硅外延层厚度分别为144.06μm、142.76μm、142.33μm、143.48μm、143.65μm，五点的平均生长速率为5.73μm/min，如图9所示。
对比实施例6
（1）给反应腔体的基座进行升温，温度设定为1180℃，通入氯化氢气体对反应腔体进行刻蚀，氯化氢气体流量设定为18 L/min，刻蚀时间设定为230 sec
（2）通入氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，氢气流量设定为95 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为14 L/min，在反应腔体的基座上沉积多晶硅包覆层，沉积时间设为20 sec。
（3）采用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将反应副产物排除出反应腔体，然后反应腔体降温至200℃；
（4）将硅衬底片装在反应腔体的基座上，基座升温至1125℃；
（5）使用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将硅衬底片和基座等挥发出的各类杂质排除出反应腔体；
（6）氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，沿着反应腔体中心区域及两侧的气路进气口分别进入，在硅衬底片表面上进行硅外延层的生长，氢气流量设定为95 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为10 L/min，其中在反应腔体中心区域的进气流量的分配占比为80%，通过升降电机提高基座的高度，使反应腔体的顶部与基座的垂直距离设定为18 mm，基座呈现行星式高速旋转，旋转速率为38 r/min，硅外延层的生长时间设定为25 min；
（7）使用95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30 sec，将生长过程中的反应副产物排除出反应腔体；
（8）待硅外延片温度降低至60℃后取出。
对比实施例6制得的硅外延片的硅外延层厚度分别为142.78μm、141.18μm、141.43μm、142.03μm、142.15μm，五点的平均生长速率为5.68μm/min，如图10所示。
从实施例1-4及对比实施例1-6的参数检测结果可以得出：使用本发明实施例1-4的制备技术的硅外延层生长速率相比目前已经报道的最快生长速率实现了翻番的效果，生长速率均高于6μm/min，对比实施例1-6的硅外延层生长速率均低于6 μm/min，没有满足本发明目的。
但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (5)

1.一种提高硅外延生长速率的方法，其特征在于，步骤如下：
（1）给反应腔体的基座进行升温，温度设定为1150~1180℃，通入氯化氢气体对反应腔体进行刻蚀，氯化氢气体流量设定为18~20 L/min，刻蚀时间设定为220~230 sec；
（2）通入氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，氢气流量设定为90~95 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为14~16 L/min，在反应腔体的基座上沉积多晶硅包覆层，沉积时间设为20~40 sec；
（3）采用90~95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为20~30 sec，将反应副产物排除出反应腔体，然后反应腔体降温至200℃；
（4）将硅衬底片装在反应腔体的基座上，基座升温至1120~1130 ℃；
（5）使用90~95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为20~30 sec，将硅衬底片和基座等挥发出的各类杂质排除出反应腔体；
（6）氢气携带的气态三氯氢硅作为生长原料，沿着反应腔体中心区域及两侧的气路进气口分别进入，在硅衬底片表面上进行硅外延层的生长，氢气流量设定为90~95 L/min，气态三氯氢硅的流量设定为14~16 L/min，其中在反应腔体中心区域的进气流量的分配占比不低于80%，通过升降电机提高基座的高度，使反应腔体的顶部与基座的垂直距离设定为10~13 mm，基座呈现行星式高速旋转，旋转速率高于36 r/min，硅外延层的生长时间设定为25min；
（7）使用90~95 L/min流量的氢气对反应腔体进行吹扫，吹扫时间设定为30~60 sec，将生长过程中的反应副产物排除出反应腔体；
（8）待硅外延片温度降低至40~60℃后取出。
2.如权利要求1所述的一种提高硅外延生长速率的方法，其特征在于：所述硅衬底片的晶向为<100>，直径为150~200 mm，边缘进行倒角抛光处理。
3.如权利要求1所述的一种提高硅外延生长速率的方法，其特征在于：所述硅外延层的目标生长厚度高于150 μm。
4.如权利要求1所述的一种提高硅外延生长速率的方法，其特征在于：所述硅外延层生长所用的反应腔体为常压单片式的硅外延反应腔，反应腔体的顶表面覆盖有风冷装置，使表面温度保持在600~700℃，所用基座为单片坑圆盘式石墨基座，基座片坑内的温度分布变化不高于10℃。
5.如权利要求1所述的一种提高硅外延生长速率的方法，其特征在于：所述气态三氯氢硅的来源是通过氢气通入三氯氢硅的液体罐中形成的气泡将三氯氢硅汽化，三氯氢硅液体罐的控制温度高于20℃，在硅外延层完整生长过程中的温度波动性为±1℃。
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