CN116825613B - 一种igbt用硅外延生长过程报警补救的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种IGBT用硅外延生长过程报警补救的方法，当外延生长过程出现报警时，进行如下步骤：启动氢气保护，以流量为70～90 L/min的氢气对外延炉的反应腔体进行吹扫；用刻蚀速率为5～9μm/min的氯化氢气体对报警外延片进行抛光10～40s后以流量为70～90 L/min的氢气进行吹扫；以第一生长速率在报警的外延片表面生长一层外延层，再以第二生长速率继续生长补足厚度要求，所述第一生长速率为0.5～1μm/min，所述第二生长速率为1.5‑2μm/min。本发明所述的方法可以有效降低报废率，整体提高良率10个百分点。
Description
技术领域
本发明属于半导体硅外延材料制备技术领域，尤其是涉及一种IGBT用硅外延生长过程报警补救的方法。
背景技术
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)即绝缘栅双极型晶体管，是由BJT和MOS组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，其具有自关断、驱动功率小且饱和压降低的特性。硅外延是在高温下通过气相化学反应，在抛光的硅单晶片上生长一层或多层硅单晶薄膜，通过控制生长条件，可以获得不同电阻率，不同厚度及不同型号的外延层。IGBT因其特性需要，生长的外延层厚度较厚，需要的生长时间较长，生长过程中容易引发机台的报警。
传统采用的工艺方法如公开号为CN116288707A的专利申请中中公开的制备方法，通过综合设计硅外延片所用硅衬底片放置区域的径向温度差值、硅外延生长温度、硅外延层生长前的排空时间、硅外延层生长速率、石墨基座的平整度等参数，通过提高晶体质量，解决了硅外延片裂片报废的问题，但是对于多种因素下引发报警的应对明显不足，单一预防生长过程中的物理性崩边、碎片问题，没有系统地解决报警后如何补救外延片，目前没有相关专利涉及硅外延生长过程报警补救的方法，但是每年因为外延生长过程报警造成的经济损失体量巨大，特别是引入智能化工厂，MES系统等对于各项参数的卡控更为严格，机台出现报警停炉造成的报废更是进一步增加，因此迫切需要技术创新达成对报警外延片的补救，并且保证合格的厚度、电阻率参数，工艺简单可操作性强，能够适应工业化连续稳定生产的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种IGBT用硅外延生长过程报警的补救方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明提供了一种IGBT用硅外延生长过程报警的补救方法，该方法为当外延生长过程出现报警时，进行如下步骤：
a、启动氢气保护，以流量为70～90 L/min的氢气对外延炉的反应腔体进行吹扫；
b、用刻蚀速率为5～9μm/min的氯化氢气体对报警外延片进行抛光10～40s后以流量为70～90 L/min的氢气进行吹扫；
c、以第一生长速率在报警的外延片表面生长一层外延层，再以第二生长速率继续生长补足厚度要求，所述第一生长速率为0.5～1μm/min，所述第二生长速率为1.5-2μm/min。
优选地，所述步骤c中生长速率依次为0.5μm/min、2μm/min。
优选地，所述步骤a中和步骤b中氢气的流量为90 L/min。
优选地，所述步骤b中刻蚀速率为9μm/min，抛光时间为40s。
第二方面，本发明还提供了一种IGBT用硅外延片的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
S1：在1160℃～1180℃下用流量为25～30L/min的氯化氢气体对外延炉的反应腔体进行刻蚀，刻蚀时间为10～15min；
S2：以0.5μm/min的生长速率对反应腔体进行20～30s的包硅处理；
S3：将衬底放入反应腔体内的基座中后，随后反应腔体升温至1160～1180℃，然后降温至1000～1040℃，反复进行三次；
S4：用流量为60～80L/min的氢气对反应腔体吹扫90～120s；
S5：在外延层生长过程中，通入携带的气态三氯氢硅的氢气，氢气流量为70～90L/min，三氯氢硅气体流量为5～20 L/min，掺杂管路气体流量为40～60 sccm，生长时间为1500～3000 s, 基座转速为30 r/min；
S6、外延生长过程有报警时，启动上述补救方法；
S7、外延层生长结束，反应腔室开始降温，温度降低到300℃后，从反应腔室内取出外延片。
优选地，所述氯化氢气体纯度≥99.99%。
优选地，所述三氯氢硅气体纯度≥99.95%。
优选地，所述衬底选择直径为200mm的轻掺磷衬底，轻掺磷衬底电阻率为1.5～4.5Ω•cm。
优选地，所述的外延炉为北方华创630多片式外延炉。
第三方面，本发明还提供了由上述制备方法制备得到的硅外延片。
优选地，所述IGBT用硅外延片厚度的5点均值为94～96μm，电阻率的5点均值为22～24 Ω•cm。5点测试位置为主参朝上的中心点和与中心点正上、下、左、右四个距边缘6mm的点，SRP测试位置为中心点。
第四方面，本发明还提供了一种半导体器件，包括如上所述的硅外延片。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
（1）本发明所述的补救方法弥补IGBT用硅外延生长过程报警补救方法的空白。工业批量化生产应用后可以有效降低报废率。经统计，使用北方华创630多片式外延炉制备外延片，每10炉左右会有1炉因参数超限引发报警造成报废，通过本发明的方法可以有效补救，整体提高良率10个百分点，相应带来直接经济效益上涨；
（2）本发明采用外延生长过程有报警时，启动氢气保护，用氯化氢气体对报警外延片进行抛光，进行由慢到快的变速生长。特点在于通过在完全裸露晶向的气抛面进行慢速生长，可以有效释放掉晶格间的应力，减少晶格矢配，后续的高速生长可以达到更好的经济效益，从而取得在报警结点前后平直的电阻率过度和后续生长经济可靠的突出有益效果；
（2）本发明在实验过程中，通过将不进行气抛直接变速生长，气抛后直接快速生长，气抛后变速生长做对比分析，发现气抛后变速生长对于报警结点前后平直的电阻率过渡控制表现更为优秀。
附图说明
图1为实施例1制备得到的外延片的电阻率随深度变化曲线；
图2为对比例1制备得到的外延片的电阻率随深度变化曲线；
图3为对比例2制备得到的外延片的电阻率随深度变化曲线。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
本发明所用的外延炉为北方华创630多片式外延炉。所用氯化氢气体纯度≥99.99%，三氯氢硅气体纯度≥99.95%。选择直径为200mm的重掺硼衬底，轻掺磷衬底电阻率为1.5～4.5 Ω•cm。
本发明电阻率随深度变化测试位置为中心点。
实施例1
一种IGBT用8寸硅外延生长过程报警补救的方法，包括如下步骤：
S1、调整好合理的线圈和气流分布，设定好外延炉报警后启动氢气保护，因为启动氮气保护的话，氮气会与硅片反应生成氮化硅，后续无法继续生长硅外延，在1180℃下用流量为30L/min的氯化氢气体对外延炉腔室进行刻蚀，刻蚀时间为15min，保证过度刻蚀，避免外延炉报警后腔体有过多的残留硅渣掉落在外延片上，造成报废；
S2、以0.5μm/min的生长速率对基座和腔体进行30S的短时包硅处理，使得包覆层可以致密地生长在基座和腔体表面，既可以抑制腔体对外延层的掺杂效应，也可以防止外延炉报警后腔体有过多的残留硅渣掉落在外延片上；
S3、带片状态下升温到1180℃烘培外延炉，然后降温至1000℃，反复进行三次，排净衬底片和外延炉的水气和杂质，降低报警后降温导致外延片裂片的风险；
S4、用流量为80L/min的氢气对外延炉反应腔室吹扫120秒；
S5、在外延层生长中，设定携带三氯氢硅的氢气流量为90 L/min, 通过鼓泡器裹挟三氯氢硅气体一同进入反应腔室，设定三氯氢硅气体流量为20 L/min, 掺杂管路气体流量为60 sccm，生长时间为3000 秒, 基座转速为30 r/min；
S6、外延生长过程有报警时，启动氢气保护，以流量为90 L/min的氢气进行吹扫，用刻蚀速率为9μm/min的氯化氢气体对报警外延片进行抛光40秒，以流量为90 L/min的氢气进行吹扫5分钟，以0.5μm/min的生长速率生长一层致密的外延层，再以2μm/min的生长速率继续生长补足厚度要求。
S7、外延层生长结束，反应腔室开始降温，温度降低到300℃后，从反应腔室内取出外延片。
实施例1制得的外延片电阻率随深度变化曲线如图1所示。
对比例1
一种IGBT用8寸硅外延生长过程报警补救的方法，本实施例在步骤（6）中，外延生长过程有报警时，启动氢气保护，以流量为90 L/min的氢气进行吹扫 5分钟，以2μm/min的生长速率继续生长补足厚度要求。其它步骤以及参数设定同实施例1相同，在此不再重复描述。
对比例1制得的外延片电阻率随深度变化曲线如图2所示。
对比例2
一种IGBT用8寸硅外延生长过程报警补救的方法，本实施例在步骤（6）中，外延生长过程有报警时，启动氢气保护，以流量为90 L/min的氢气进行吹扫，用刻蚀速率为5μm/min的氯化氢气体对报警外延片进行抛光10秒，以流量为90 L/min的氢气进行吹扫5分钟，以1μm/min的生长速率生长一层致密的外延层，再以2μm/min的生长速率继续生长补足厚度要求。其它步骤以及参数设定同实施例1相同，在此不再重复描述。
对比例2制得的外延片电阻率随深度变化曲线如图3所示。
与对比例1、对比例2相比，在其相应的工艺条件下，实施例1所制得的硅外延片对于报警结点前后平直的电阻率过渡控制指标最优。
另外，通过继续增加气抛速率和时间，或是降低第一生长速率，或是提高第二生长速率，或是同时改变以上参数，对于电阻率随深度变化结果没有进一步提升，且经济性上没有优势。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种IGBT用硅外延生长过程报警的补救方法，其特征在于：该方法为：当外延生长过程出现报警时，进行如下步骤：
a、启动氢气保护，以流量为70～90 L/min的氢气对外延炉的反应腔体进行吹扫；
b、用刻蚀速率为5～9μm/min的氯化氢气体对报警外延片进行抛光10～40s后以流量为70～90 L/min的氢气进行吹扫；
c、以第一生长速率在报警的外延片表面生长一层外延层，再以第二生长速率继续生长补足厚度要求，所述第一生长速率为0.5～1μm/min，所述第二生长速率为1.5-2μm/min。
2.根据权利要求1所述的IGBT用硅外延生长过程报警的补救方法，其特征在于：所述步骤c中生长速率依次为0.5μm/min、2μm/min。
3.根据权利要求1所述的IGBT用硅外延生长过程报警的补救方法，其特征在于：所述步骤a中和步骤b中氢气的流量为90 L/min。
4.根据权利要求1所述的IGBT用硅外延生长过程报警的补救方法，其特征在于：所述步骤b中刻蚀速率为9μm/min，抛光时间为40s。
5.一种IGBT用硅外延片的制备方法，其特征在于：该制备方法包括如下步骤：
S1：在1160℃～1180℃下用流量为25～30L/min的氯化氢气体对外延炉的反应腔体进行刻蚀，刻蚀时间为10～15min；
S2：以0.5μm/min的生长速率对反应腔体进行20～30s的包硅处理；
S3：将衬底放入反应腔体内的基座中后，随后反应腔体升温至1160～1180℃，然后降温至1000～1040℃，反复进行三次；
S4：用流量为60～80L/min的氢气对反应腔体吹扫90～120s；
S5：在外延层生长过程中，通入携带的气态三氯氢硅的氢气，氢气流量为70～90 L/min，三氯氢硅气体流量为5～20 L/min，掺杂管路气体流量为40～60 sccm，生长时间为1500～3000 s，基座转速为30 r/min；
S6、外延生长过程有报警时，启动权利要求1-4任一所述的补救方法；
S7、外延层生长结束，反应腔室开始降温，温度降低到300℃后，从反应腔室内取出外延片。
6.根据权利要求5所述的IGBT用硅外延片的制备方法，其特征在于：所述衬底选择直径为200mm的轻掺磷衬底，轻掺磷衬底电阻率为1.5～4.5 Ω•cm。
7.权利要求5或6所述的IGBT用硅外延片的制备方法制备得到的硅外延片。
8.根据权利要求7所述的硅外延片，其特征在于：所述硅外延片厚度的5点均值为94～96μm，电阻率的5点均值为22～24 Ω•cm。
9.一种半导体器件，其特征在于：包括权利要求7所述的硅外延片。
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Application publication date: 20230929 Assignee: CLP Jinghua (Tianjin) semiconductor materials Co.,Ltd. Assignor: CHINA ELECTRONICS TECHNOLOGY GROUP CORPORATION NO.46 Research Institute Contract record no.: X2024980004262 Denomination of invention: A Method for Alarm Remediation of Silicon Epitaxial Growth Process in IGBT Granted publication date: 20231107 License type: Common License Record date: 20240415 |