CN117238751A - 一种外延生长方法、系统及外延晶圆 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种外延生长方法、系统及外延晶圆。所述外延生长方法包括:根据掺杂气体的提高后的第一流量,获得用于稀释所述掺杂气体的稀释气体的降低后的第二流量;将所述掺杂气体按照所述提高后的第一流量以及所述稀释气体按照所述降低后第二流量在预设的时间段内进行混合以稀释所述掺杂气体;将稀释后的所述掺杂气体以待加工的外延晶圆的目标电阻率所对应的第三流量通入反应腔室中用于外延生长。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体加工技术领域,尤其涉及一种外延生长方法、系统及外延晶圆。
背景技术
相比于抛光晶圆,外延晶圆具有表面缺陷少,结晶性能优异以及电阻率可控的特性。基于上述的特性,外延晶圆被广泛地应用于高集成化的集成电路(IntegratedCircuit,IC)元件和金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semiconductor,MOS)制程。
通常在抛光晶圆的表面上生长一层单晶薄膜(也称之为“外延层”)的晶圆被称为外延晶圆。外延晶圆是通过化学气相外延工艺在抛光晶圆的表面生长一层外延层得到。具体来说,化学气相外延工艺是指将反应气体提供至位于高温密闭的外延反应腔室内的抛光晶圆的表面,以在抛光晶圆的表面沉积设定厚度的外延层。
目前,在外延晶圆的整个制备过程中,反应气体例如刻蚀气体、硅源气体、掺杂气体等需要经由运载气体持续通入外延反应腔室内用于外延反应。因此,在外延生长过程中运载气体的使用量大,造成外延晶圆的制备过程中成本高。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例期望提供一种外延生长方法、系统及外延晶圆;能够保证外延晶圆获得目标电阻率的同时降低用于稀释掺杂气体的稀释气体的使用量,降低了外延生产的成本。
本发明实施例的技术方案是这样实现的:
第一方面,本发明实施例提供了一种外延生长方法,所述外延生长方法包括:
根据掺杂气体的提高后的第一流量,获得用于稀释所述掺杂气体的稀释气体的降低后的第二流量;
将所述掺杂气体按照所述提高后的第一流量以及所述稀释气体按照所述降低后第二流量在预设的时间段内进行混合以稀释所述掺杂气体;
将稀释后的所述掺杂气体以待加工的外延晶圆的目标电阻率所对应的第三流量通入反应腔室中用于外延生长。
可选地,所述根据掺杂气体的提高后的第一流量,获得用于稀释所述掺杂气体的稀释气体的降低后的第二流量,包括:
提高所述掺杂气体的流量占第一基准流量量程的比例,并获得所述掺杂气体的流量占所述第一基准流量量程的提高后的第一比例系数;
根据所述提高后的第一比例系数,获得所述掺杂气体的提高后的第一流量;
根据所述提高后的第一比例系数降低所述稀释气体的流量占第二基准流量量程的比例,并获得所述稀释气体的流量占所述第二基准流量量程的降低后的第二比例系数;
根据所述降低后的第二比例系数,获得所述稀释气体的降低后的第二流量。
可选地,所述提高后的第一比例系数与所述降低后的第二比例系数之和为100%。
可选地,所述提高后的第一比例系数为30%~40%。
可选地,所述第三流量根据下式计算得到:
其中,X表示所述第三流量;c表示所述待加工的外延晶圆的目标电阻率;b表示稀释后的掺杂气体通入反应腔室的理论试验流量;a表示所述稀释后的掺杂气体以所述理论试验流量通入所述反应腔室后得到的外延晶圆的电阻率。
可选地,所述稀释后的所述掺杂气体吹扫通气管路的时间为1h~6h。
第二方面,本发明实施例提供了一种外延生长系统,所述外延生长系统包括:第一供应单元,第一控制单元,第二供应单元,第二控制单元,混合单元、第三控制单元以及处理单元;其中,
所述第一供应单元用于提供掺杂气体;
所述第一控制单元与所述第一供应单元连接,所述第一控制单元用于控制所述掺杂气体以提高后的第一流量通入所述混合单元;
所述第二供应单元用于提供稀释气体;
所述第二控制单元与所述第二供应单元连接,所述第二控制单元用于控制所述稀释气体以降低后的第二流量通入所述混合单元;
所述混合单元用于将所述掺杂气体以及所述稀释气体在预设的时间段内进行混合以稀释所述掺杂气体;
所述第三控制单元与所述混合单元连接,所述第三控制单元用于控制稀释后的所述掺杂气体以待加工的外延晶圆的目标电阻率所对应的第三流量通入反应腔室中用于外延生长;
所述处理单元被配置为:
根据所述掺杂气体的提高后的第一流量,获得用于稀释所述掺杂气体的所述稀释气体的降低后的第二流量。
可选地,所述处理单元被配置为:
提高所述掺杂气体的流量占第一基准流量量程的比例,并获得所述掺杂气体的流量占所述第一基准流量量程的提高后的第一比例系数;
根据所述提高后的第一比例系数,获得所述掺杂气体的提高后的第一流量;
根据所述提高后的第一比例系数降低所述稀释气体的流量占第二基准流量量程的比例,并获得所述稀释气体的流量占所述第二基准流量量程的降低后的第二比例系数;
根据所述降低后的第二比例系数,获得所述稀释气体的降低后的第二流量。
可选地,所述处理单元被配置为:
根据下式计算得到所述第三流量:
其中,X表示所述第三流量;c表示所述待加工的外延晶圆的目标电阻率;b表示稀释后的掺杂气体通入反应腔室的理论试验流量;a表示所述稀释后的掺杂气体以所述理论试验流量通入反应腔室后得到的外延晶圆的电阻率。
可选地,所述外延生长系统还包括第四控制单元,所述第四控制单元用于控制稀释后的所述掺杂气体吹扫通气管路的时间为1h~6h。
第三方面,本发明实施例提供了一种外延晶圆,所述外延晶圆通过第一方面所述的外延生长方法制备得到。
本发明实施例提供了一种外延生长方法、系统及外延晶圆。根据本发明实施例,根据掺杂气体的提高后的第一流量,获得稀释气体的降低后的第二流量。将掺杂气体按照提高后的第一流量以及稀释气体按照降低后的第二流量在设定的时间段内进行混合以稀释掺杂气体。将稀释后的掺杂气体以待加工的外延晶圆的目标电阻率所对应的第三流量通入反应腔室中用于外延生长。在本发明实施例中,通过提高掺杂气体的第一流量以及降低稀释气体的第二流量,在确保获得外延晶圆的目标电阻率的情况下降低了用于稀释掺杂气体的稀释气体的使用量,降低了外延生长的生产成本。
附图说明
图1为现有的外延生长装置的组成示意图;
图2为现有的外延生长工艺流程示意图;
图3为本发明实施例提供的外延生长方法流程示意图;
图4为本发明实施例提供的稀释后的掺杂气体的不同的流量与外延晶圆的电阻率之间的关系示意图;
图5为本发明实施例提供的一种外延生长系统的组成示意图;
图6为本发明实施例提供的另一种外延生长系统的组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1,其示出了现有的外延生长装置1,该外延生长装置1具体包括:基座10、支撑架20、钟罩30、进气口40、排气口50、加热灯泡60以及安装部件70。
上述的基座10用于承载抛光晶圆W。
上述的支撑架20用于支撑基座10,并在外延生长过程中能够驱动基座10以设定的角速度绕图1中的中心轴线X旋转。在基座10的转动过程中,抛光晶圆W随基座10一起绕中心轴线X旋转。也就是说,在转动过程中,抛光晶圆W相对于基座10是保持静止的。此外,基座10的径向边缘与相邻部件10A(通常为预热环)之间具有较小的间隙G,用于将热控制区域扩展到抛光晶圆W边缘之外并对即将达到抛光晶圆W边缘的反应气体进行预热。
在一些示例中,上述的反应气体包括硅源气体,运载气体以及掺杂气体等;
对于上述的钟罩30,钟罩30通常包括上部钟罩30A和下部钟罩30B。上部钟罩30A和下部钟罩30B一起围闭出将基座10以及支撑架20容纳于其中的反应腔室RC。基座10将该反应腔室RC分隔成上反应腔室RC1和下反应腔室RC2,抛光晶圆W被放置在上反应腔室RC1中。在外延生长过程中,上反应腔室RC1中的气压略大于下反应腔室RC2中的气压,以使上反应腔室RC1中的反应气体会经由上述的间隙G进入到下反应腔室RC2中。
在一些示例中,上述的钟罩30的材质为石英。
上述的进气口40用于向上反应腔室RC1输送反应气体,以便硅源气体与运载气体例如H2发生还原反应生成硅原子。生成的硅原子能够沉积在抛光晶圆W的表面以生长一层外延层。通过在外延生长过程中通入掺杂气体能够调整外延层的电阻率。上述的进气口40包括至少一个主进气口(图1中未示出)和至少一个副进气口(图1中未示出)。
上述的排气口50用于将反应腔室RC内部的反应尾气排出反应腔室RC。
上述的加热灯泡60设置在上部钟罩30A和下部钟罩30B的外围。该加热灯泡60产生的热能够透过上部钟罩30A和下部钟罩30B传输至反应腔室RC中。该加热灯泡60产生的热用于提供外延生长所需的高温环境。
上述的安装部件70用于组装外延生长装置1中的各个部分。
对于图1所示的外延生长装置1,现有的外延生长工艺如图2所示。首先将反应腔室RC的温度升温至1150℃,并同时向反应腔室RC内通入化学气相刻蚀气体对反应腔室RC内部进行清洁。在一些示例中,化学气相刻蚀气体可以为HCl气体。当然,在化学气相刻蚀处理过程中可以采用H2作为运载气体。当反应腔室RC清洁完成后即可降温至750℃以装载抛光晶圆W进行外延生长。
当反应腔室RC的温度为750℃时,抛光晶圆W被装载于基座10上。之后,反应腔室RC内的温度被升温至1130℃并向反应腔室RC内部通入运载气体H2,开始对抛光晶圆W的表面进行烘烤。当反应腔室RC的温度为1110℃时向反应腔室RC内部同时通入硅源气体和运载气体H2以在抛光晶圆W的表面上生长一层外延层,其中,硅源气体可以为SiHCl3。此外,在外延生长过程中可以通入掺杂气体以控制外延晶圆的电阻率。在一些示例中,掺杂气体为B2H6或PH3。
当外延生长过程结束后,反应腔室RC的内部温度被降温至750℃,并将外延晶圆卸载取出。
对于图2所示的现有的外延生长工艺,在反应腔室清洁阶段以及外延生长阶段中需要持续地通入运载气体以运载化学气相刻蚀气体、硅源气体和掺杂气体。在外延生长过程中运载气体的使用量大,外延晶圆的制备成本高。
基于上述阐述,本发明实施例期望提供一种能够降低运载气体使用量,且外延晶圆获得目标电阻率的技术方案,以降低外延晶圆的制备成本。具体地,图3示出了本发明实施例提供的一种外延生长方法,该外延生长方法包括以下步骤。
在步骤S301中,根据掺杂气体的提高后的第一流量,获得用于稀释上述掺杂气体的稀释气体的降低后的第二流量。
在一些示例中,上述的掺杂气体包括但不限于B2H6或PH3。
在一些示例中,上述的稀释气体为外延生长过程中的运载气体,但并不限于H2。该稀释气体对掺杂气体起到运载和稀释的作用。
在步骤S302中,将上述掺杂气体按照上述提高后的第一流量以及上述稀释气体按照上述降低后的第二流量在预设的时间段内进行混合以稀释上述掺杂气体。
具体来说,在外延生长阶段之前,需要利用稀释气体对掺杂气体进行稀释以获得设定浓度的掺杂气体。
在本发明实施例中上述的预设的时间段并不作具体的限定。在该预设时间段内稀释后的掺杂气体的体积量能够满足至少一片外延晶圆的制造。
在步骤S303中,将稀释后的上述掺杂气体以待加工的外延晶圆的目标电阻率所对应的第三流量通入反应腔室中用于外延生长。
在一些示例中,上述待加工的外延晶圆的目标电阻率指的是客户所要求的外延晶圆的电阻率。外延晶圆的电阻率与单位体积的外延层中的掺杂剂原子的含量有关。具体以掺杂气体为B2H6来说,外延晶圆的电阻率与单位体积的外延层中掺杂的硼原子的数量有关。当单位体积的外延层中掺杂的硼原子的数量越多时,外延晶圆的电阻率越小。单位体积的外延层中掺杂的硼原子的数量由掺杂气体的浓度和掺杂气体的体积决定。为了保证单位体积的外延层中掺杂的硼原子的数量不变时,当增加掺杂气体的浓度时则需要减小通入反应腔室的掺杂气体的流量。
对于图3所示的技术方案,根据掺杂气体的提高后的第一流量,获得稀释气体的降低后的第二流量。将掺杂气体按照提高后的第一流量以及稀释气体按照降低后的第二流量在设定的时间段内进行混合以稀释掺杂气体。将稀释后的掺杂气体以待加工的外延晶圆的目标电阻率所对应的第三流量通入反应腔室中用于外延生长。在本发明实施例中,通过提高掺杂气体的第一流量以及降低稀释气体的第二流量,在确保获得外延晶圆的目标电阻率的情况下降低了用于稀释掺杂气体的稀释气体的使用量,降低了外延生长的生产成本。
对于图3所示的技术方案,在一些可能的实现方式中,
上述根据掺杂气体的提高后的第一流量,获得用于稀释上述掺杂气体的稀释气体的降低后的第二流量,包括:
提高上述掺杂气体的流量占第一基准流量量程的比例,并获得上述掺杂气体的流量占上述第一基准流量量程的提高后的第一比例系数;
根据上述提高后的第一比例系数,获得上述掺杂气体的提高后的第一流量;
根据上述提高后的第一比例系数降低上述稀释气体的流量占第二基准流量量程的比例,并获得上述稀释气体的流量占上述第二基准流量量程的降低后的第二比例系数;
根据上述降低后的第二比例系数,获得上述稀释气体的降低后的第二流量。
在一些示例中,上述的第一基准流量量程为掺杂气体对应的第一气体流量控制器(Mass Flow Controller,MFC)的量程,该第一气体流量控制器的最大量程为500sccm。上述的第二基准流量量程为稀释气体对应的第二气体流量控制器的量程,该第二气体流量控制器的量程最大为50slm。需要说明的是,MFC是一种能够精确控制气体流量的装置,能够在外延生长过程中精确控制掺杂气体和稀释气体的流量,以确保外延晶圆的外延层的电阻率。MFC通常由流量传感器、控制电路和执行机构等组成,能够通过数字信号或模拟信号控制掺杂气体和稀释气体。
对于上述的实现方式,在一些示例中,上述提高后的第一比例系数与上述降低后的第二比例系数之和为100%。
可选地,上述提高后的第一比例系数为30%~40%。
在一些示例中,当掺杂气体提高后的第一比例系数为30%~40%,则稀释气体降低后的第二比例系数为60%~70%。
对于图3所示的技术方案,在一些可能的实现方式中,上述第三流量根据下式计算得到:
其中,X表示上述第三流量;c表示上述待加工的外延晶圆的目标电阻率;b表示稀释后的掺杂气体通入反应腔室的理论试验流量;a表示上述稀释后的掺杂气体以上述理论试验流量通入上述反应腔室后得到的外延晶圆的电阻率。
在具体实施过程中,通入反应腔室的稀释的掺杂气体的第三流量通过实验测试获得。众所周知,其他条件不改变,外延层生长过程中硼原子的掺杂量越大则外延层的电阻率越小。在获得了稀释后的掺杂气体时,可以根据理论设定稀释后的掺杂气体的第三流量为bsccm以制备外延晶圆,并利用电阻率测试设备测量得到上述制备得到的外延晶圆的电阻率aΩ。因此根据可计算得到制备目标电阻率为cΩ时需要通入反应腔室的稀释后的掺杂气体的第三流量X。
需要说明的是,根据上式可以理论计算得到向反应腔室通入稀释后的掺杂气体的第三流量为Xsccm时能够制备得到目标电阻率为cΩ的外延晶圆。若向反应腔室通入第三流量为Xsccm的稀释后的掺杂气体来制备外延晶圆,并且经测试该制备得到的外延晶圆的电阻率和目标电阻率cΩ存在的误差大于0.2Ω时,则在实际外延生长过程中还需要对上述公式计算得到的第三流量X进行微小修正。直至经试验测定该制备得到的外延晶圆的电阻率为cΩ时,确定向反应腔室通入的稀释后的掺杂气体的流量为修正后的第三流量时能够保证外延晶圆的电阻率为目标电阻率。
对于图3所示的技术方案,在一些可能的实现方式中,上述稀释后的上述掺杂气体吹扫通气管路的时间为1h~6h。
需要说明的是,稀释后的掺杂气体吹扫通气管路的时间根据通气管路(Vent)自身的长度来计算。在一些示例中,通气管路的长度为1m时稀释后的掺杂气体吹扫通气管路的时间为2h。
基于上述阐述,下面通过具体的实施例对前述技术方案进行详细阐述。
对比例1
(1)当掺杂气体的流量占比第一基准流量量程的第一比例系数为25%,则掺杂气体的第一流量为500sccm×25%=125sccm。
(2)稀释气体的流量占第二基准流量量程的第二比例系数为75%(1-25%=75%),则稀释气体的第二流量为50slm×75%=37.5slm=37500sccm。
(3)按照掺杂气体的第一流量为175sccm,稀释气体的第二流量为37500sccm将掺杂气体与稀释气体进行混合。混合后,稀释气体的第二流量相应于稀释后的掺杂气体总流量的比例约为99.67%(37500÷(37500+125)≈99.67%)。
(4)当制备目标电阻率为10Ω的外延晶圆时,将稀释后的掺杂气体以第三流量为230sccm通入反应腔室。稀释后的掺杂气体吹扫通气管路(vent)的时间为2h。外延生长结束后,流量为37395sccm的稀释后的掺杂气体被排出反应腔室,其中稀释气体约有37271sccm(37395×99.67%≈37271sccm)被排出反应腔室。
对比例2
(1)当掺杂气体的流量占比第一基准流量量程的第一比例系数为25%,则掺杂气体的第一流量为500sccm×25%=125sccm。
(2)稀稀释气体的流量占第二基准流量量程的第二比例系数为75%(1-25%=75%),则稀释气体的第二流量为50slm×75%=37.5slm=37500sccm。
(3)按照掺杂气体的第一流量为175sccm,稀释气体的第二流量为37500sccm将掺杂气体与稀释气体进行混合。混合后,稀释气体的第二流量相应于稀释后的掺杂气体总流量的比例约为99.67%(37500÷(37500+125)≈99.67%)。
(4)当制备目标电阻率为20Ω的外延晶圆时,通入反应腔室的稀释后的掺杂气体的第三流量为120sccm。稀释后的掺杂气体吹扫通气管路(vent)的时间为2h。外延生长结束后,流量为37505sccm的稀释后的掺杂气体被排出反应腔室,其中稀释气体约有37381sccm(37505×99.67%≈37381sccm)被排出反应腔室。
实施例1
(1)提高掺杂气体的流量占第一基准流量量程的比例,使得掺杂气体的流量占第一基准流量量程的第一比例系数为30%,则掺杂气体的第一流量为500sccm×30%=150sccm。
(2)根据第一比例系数30%,获得稀释气体的流量占第二基准流量量程的第二比例系数为70%(1-30%=70%),则稀释气体的第二流量为50slm×70%=35slm=35000sccm。
(3)按照掺杂气体的第一流量为150sccm,稀释气体的第二流量为35000sccm将掺杂气体与稀释气体进行混合。混合后,稀释气体的第二流量相应于稀释后的掺杂气体总流量的比例约为99.57%(35000÷(35000+150)≈99.57%)。
(4)当制备目标电阻率为10Ω的外延晶圆时,将稀释后的掺杂气体以第三流量为181sccm通入反应腔室的。稀释后的掺杂气体吹扫通气管路(vent)的时间为2h。外延生长结束后,流量为34969sccm的稀释后的掺杂气体被排出反应腔室,其中稀释气体约有34819sccm(34969×99.57%≈34819sccm)被排出反应腔室。具体地,在对比例1中当掺杂气体的第一比例系数为25%时,向反应腔室通入的稀释后的掺杂气体的第三流量为230sccm时能够制备得到目标电阻率为10Ω的外延晶圆。本实施例1中掺杂气体提高后的第一比例系数为30%,相比于对比例1来说增加了稀释后的掺杂气体中的掺杂剂浓度,因此为了获得同样目标电阻率的外延晶圆,需要减小稀释后的掺杂气体的第三流量。在具体实施过程中设定理论试验流量为200sccm,经测试制备得到的外延晶圆的电阻率为9.05Ω。进而根据前述技术方案中的计算方法得到要制备目标电阻率10Ω的外延晶圆,本实施例1中稀释后的掺杂气体的第三流量需要调整为181sccm。
(5)外延生长结束后,对制备得到的外延晶圆进行电阻率测试。经测试上述制备得到的外延晶圆的电阻率为10Ω,确定向反应腔室中通入的稀释后的掺杂气体的流量为181sccm时,能够制备得到满足目标电阻率要求的外延晶圆。
实施例2
(1)提高掺杂气体的流量占第一基准流量量程的比例,使得掺杂气体的流量占第一基准流量量程的第一比例系数为30%,则掺杂气体的第一流量为500sccm×30%=150sccm。
(2)根据第一比例系数30%,获得稀释气体的流量占第二基准流量量程的第二比例系数为70%(1-30%=70%),则稀释气体的第二流量为50slm×70%=35slm=35000sccm。
(3)按照掺杂气体的第一流量为150sccm,稀释气体的第二流量为35000sccm将掺杂气体与稀释气体进行混合。混合后,稀释气体的第二流量相应于稀释后的掺杂气体总流量的比例约为99.57%(35000÷(35000+150)≈99.57%)。
(4)当制备目标电阻率为20Ω的外延晶圆时,将稀释后的掺杂气体以第三流量为92sccm通入反应腔室。稀释后的掺杂气体吹扫通气管路(vent)的时间为2h。外延生长结束后,流量为35059.5sccm的稀释后的掺杂气体被排出反应腔室,其中稀释气体约有34909sccm(35059.5×99.57%≈34909sccm)被排出反应腔室。具体地,在对比例2中当掺杂气体的第一比例系数为25%时,向反应腔室通入的稀释后的掺杂气体的第三流量为120sccm时能够制备得到目标电阻率为20Ω的外延晶圆。本实施例2中掺杂气体提高后的第一比例系数为30%,相比于对比例2来说增加了稀释后的掺杂气体中的掺杂剂浓度,因此为了获得同样目标电阻率的外延晶圆,需要减小稀释后的掺杂气体的第三流量。在具体实施过程中设定理论试验流量为100sccm,经测试制备得到的外延晶圆的电阻率为18.4Ω。进而根据前述技术方案中的计算方法得到要制备目标电阻率20Ω的外延晶圆,本实施例1中稀释后的掺杂气体的第三流量需要调整为92sccm。
(5)外延生长结束后,对制备得到的外延晶圆进行电阻率测试。经测试上述制备得到的外延晶圆的电阻率为19.85Ω时,确定向反应腔室中通入的稀释后的掺杂气体的流量为92sccm时,能够制备得到满足目标电阻率要求的外延晶圆。
实施例3
(1)提高掺杂气体的流量占第一基准流量量程的比例,使得掺杂气体的流量占第一基准流量量程的第一比例系数为35%,则掺杂气体的第一流量为500sccm×35%=175sccm。
(2)根据第一比例系数35%,获得稀释气体的流量占第二基准流量量程的第二比例系数为65%(1-35%=65%),则稀释气体的第二流量为50slm×65%=32.5slm=32500sccm。
(3)按照掺杂气体的第一流量为175sccm,稀释气体的第二流量为32500sccm将掺杂气体与稀释气体进行混合。混合后,稀释气体的第二流量相应于稀释后的掺杂气体总流量的比例约为99.46%(32500÷(32500+175)≈99.46%)。
(4)当制备目标电阻率为10Ω的外延晶圆时,将稀释后的掺杂气体以第三流量为145sccm通入反应腔室。稀释后的掺杂气体吹扫通气管路(vent)的时间为2h。外延生长结束后,流量为32530sccm的稀释后的掺杂气体被排出反应腔室,其中稀释气体约有32354sccm(32530×99.46%≈32354sccm)被排出反应腔室。具体地,在实施例1中当掺杂气体的第一比例系数为30%时,向反应腔室通入的稀释后的掺杂气体的第三流量为181sccm时能够制备得到目标电阻率为10Ω的外延晶圆。本实施例3中掺杂气体提高后的第一比例系数为35%,相比于实施例1来说增加了稀释后的掺杂气体中的掺杂剂浓度,因此为了获得同样目标电阻率的外延晶圆,需要减小稀释后的掺杂气体的第三流量。在具体实施过程中设定理论试验流量为150sccm,经测试制备得到的外延晶圆的电阻率为9.65Ω。进而根据前述技术方案中的计算方法得到要制备目标电阻率10Ω的外延晶圆,本实施例3中稀释后的掺杂气体的第三流量需要调整为145sccm。
(5)外延生长结束后,对制备得到的外延晶圆进行电阻率测试。经测试上述制备得到的外延晶圆的电阻率为9.93Ω时,确定向反应腔室中通入的稀释后的掺杂气体的流量为145sccm时,能够制备得到满足目标电阻率要求的外延晶圆。
实施例4
(1)提高掺杂气体的流量占第一基准流量量程的比例,使得掺杂气体的流量占第一基准流量量程的第一比例系数为35%,则掺杂气体的第一流量为500sccm×35%=175sccm。
(2)根据第一比例系数35%,获得稀释气体的流量占第二基准流量量程的第二比例系数为65%(1-35%=65%),则稀释气体的第二流量为50slm×65%=32.5slm=32500sccm。
(3)按照掺杂气体的第一流量为175sccm,稀释气体的第二流量为32500sccm将掺杂气体与稀释气体进行混合。混合后,稀释气体的第二流量相应于稀释后的掺杂气体总流量的比例约为99.46%(32500÷(32500+175)≈99.46%)。
(4)当制备目标电阻率为20Ω的外延晶圆时,将稀释后的掺杂气体以第三流量为74sccm通入反应腔室。稀释后的掺杂气体吹扫通气管路(vent)的时间为2h。外延生长结束后,流量为32601sccm的稀释后的掺杂气体被排出反应腔室,其中稀释气体约有32425sccm(32601×99.46%≈32425sccm)被排出反应腔室。具体地,在实施例2中当掺杂气体的第一比例系数为30%时,向反应腔室通入的稀释后的掺杂气体的第三流量为92sccm时能够制备得到目标电阻率为20Ω的外延晶圆。本实施例4中掺杂气体提高后的第一比例系数为35%,相比于实施例2来说增加了稀释后的掺杂气体中的掺杂剂浓度,因此为了获得同样目标电阻率的外延晶圆,需要减小稀释后的掺杂气体的第三流量。在具体实施过程中设定理论试验流量为80sccm,经测试制备得到的外延晶圆的电阻率为18.5Ω。进而根据前述技术方案中的计算方法得到要制备目标电阻率20Ω的外延晶圆,本实施例4中稀释后的掺杂气体的第三流量需要调整为74sccm。
(5)外延生长结束后,对制备得到的外延晶圆进行电阻率测试。经测试上述制备得到的外延晶圆的电阻率为19.87Ω时,确定向反应腔室中通入的稀释后的掺杂气体的流量为74sccm时,能够制备得到满足目标电阻率要求的外延晶圆。
实施例5
(1)提高掺杂气体的流量占第一基准流量量程的比例,使得掺杂气体的流量占第一基准流量量程的第一比例系数为40%,则掺杂气体的第一流量为500sccm×40%=200sccm。
(2)根据第一比例系数40%,获得稀释气体的流量占第二基准流量量程的第二比例系数为60%(1-40%=60%),则稀释气体的第二流量为50slm×60%=30slm=30000sccm。
(3)按照掺杂气体的第一流量为200sccm,稀释气体的第二流量为30000sccm将掺杂气体与稀释气体进行混合。混合后,稀释气体的第二流量相应于稀释后的掺杂气体总流量的比例约为99.34%(30000÷(30000+200)≈99.34%)。
(4)当制备目标电阻率为10Ω的外延晶圆时,将稀释后的掺杂气体以第三流量为119sccm通入反应腔室。稀释后的掺杂气体吹扫通气管路(vent)的时间为2h。外延生长结束后,流量为30081sccm的稀释后的掺杂气体被排出反应腔室,其中稀释气体约有29882sccm(30081×99.34%≈29882sccm)被排出反应腔室。具体地,在实施例3中当掺杂气体的第一比例系数为35%时,向反应腔室通入的稀释后的掺杂气体的第三流量为145sccm时能够制备得到目标电阻率为10Ω的外延晶圆。本实施例5中掺杂气体提高后的第一比例系数为40%,相比于实施例3来说增加了稀释后的掺杂气体中的掺杂剂浓度,因此为了获得同样目标电阻率的外延晶圆,需要减小稀释后的掺杂气体的第三流量。在具体实施过程中设定理论试验流量为115sccm,经测试制备得到的外延晶圆的电阻率为10.38Ω。进而根据前述技术方案中的计算方法得到要制备目标电阻率10Ω的外延晶圆,本实施例5中稀释后的掺杂气体的第三流量需要调整为119sccm。
(5)外延生长结束后,对制备得到的外延晶圆进行电阻率测试。经测试上述制备得到的外延晶圆的电阻率为10.08Ω时,确定向反应腔室中通入的稀释后的掺杂气体的流量为119sccm时,能够制备得到满足目标电阻率要求的外延晶圆。
实施例6
(1)提高掺杂气体的流量占第一基准流量量程的比例,使得掺杂气体的流量占第一基准流量量程的第一比例系数为40%,则掺杂气体的第一流量为500sccm×40%=200sccm。
(2)根据第一比例系数40%,获得稀释气体的流量占第二基准流量量程的第二比例系数为60%(1-40%=60%),则稀释气体的第二流量为50slm×60%=30slm=30000sccm。
(3)按照掺杂气体的第一流量为200sccm,稀释气体的第二流量为30000sccm将掺杂气体与稀释气体进行混合。混合后,稀释气体的第二流量相应于稀释后的掺杂气体总流量的比例约为99.34%(30000÷(30000+200)≈99.34%)。
(4)当制备目标电阻率为20Ω的外延晶圆时,将稀释后的掺杂气体的第三流量为61sccm通入反应腔室。稀释后的掺杂气体吹扫通气管路(vent)的时间为2h。外延生长结束后,流量为30139sccm的稀释后的掺杂气体被排出反应腔室,其中稀释气体约有29940sccm(30139×99.34%≈29940sccm)被排出反应腔室。具体地,在实施例4中当掺杂气体的第一比例系数为35%时,向反应腔室通入的稀释后的掺杂气体的第三流量为74sccm时能够制备得到目标电阻率为20Ω的外延晶圆。本实施例6中掺杂气体提高后的第一比例系数为40%,相比于实施例4来说增加了稀释后的掺杂气体中的掺杂剂浓度,因此为了获得同样目标电阻率的外延晶圆,需要减小稀释后的掺杂气体的第三流量。在具体实施过程中设定理论试验流量为60sccm,经测试制备得到的外延晶圆的电阻率为20.4Ω。进而根据前述技术方案中的计算方法得到要制备目标电阻率20Ω的外延晶圆,本实施例1中稀释后的掺杂气体的第三流量需要调整为61sccm。
(5)外延生长结束后,对制备得到的外延晶圆进行电阻率测试。经测试上述制备得到的外延晶圆的电阻率为20.1Ω时,确定向反应腔室中通入的稀释后的掺杂气体的流量为61sccm时,能够制备得到满足目标电阻率要求的外延晶圆。
基于上述阐述,当外延晶圆的制备工序结束后上述实施例中稀释气体被排出反应腔室的流量如表1所示。
第一流量 | 第二流量 | 稀释气体被排出的流量 | 目标电阻率 | |
实施1 | 150sccm | 35000sccm | 34819sccm | 10Ω |
实施2 | 150sccm | 35000sccm | 34909sccm | 20Ω |
实施3 | 175sccm | 32500sccm | 32354sccm | 10Ω |
实施例4 | 175sccm | 32500sccm | 32425sccm | 20Ω |
实施例5 | 200sccm | 30000sccm | 29882sccm | 10Ω |
实施例6 | 200sccm | 30000sccm | 29940sccm | 20Ω |
对比例1 | 125sccm | 37500sccm | 37271sccm | 10Ω |
对比例2 | 125sccm | 37500sccm | 37381sccm | 20Ω |
表1
参见图4,其示出了稀释后的掺杂气体的不同的流量与外延晶圆的电阻率之间的关系。通过图4可以看出,通过增加掺杂气体的第一流量且减小稀释气体的第二流量能够在保证外延晶圆获得目标电阻率的同时,达到降低稀释气体使用量的目的,降低了生产成本。
需要说明的是,在反应腔室的清洁阶段,化学气相刻蚀气体以及运载气体的流量不会发生改变,即化学气相刻蚀气体的输送流量和输送速率不发生变化,因而不会影响烘烤过程中对抛光晶圆的表面上自然氧化物的去除效率,也就不会影响外延生长阶段外延层的成膜效率和厚度形貌。其次,在外延生长阶段稀释前的掺杂气体的第一流量例如为150sccm时,通入反应腔室的稀释后的掺杂气体的第三流量约占硅源气体和运载气体总流量的0.2%~0.3%。当提高了掺杂气体的第一流量,降低了稀释气体的第二流量时,向反应腔室通入的稀释后的掺杂气体的第三流量的变化量占硅源气体和运载气体总流量的比例小于0.1%,不足以对成膜速率和外延层形貌产生影响。
基于前述技术方案相同的发明构思,参见图5,其示出了本发明实施例提供的一种外延生长系统5的组成,该外延生长系统5包括第一供应单元51,第一控制单元52,第二供应单元53,第二控制单元54,混合单元55、第三控制单元56以及处理单元57。
上述的第一供应单元51用于提供掺杂气体。
上述的第一控制单元52与上述第一供应单元51连接,该第一控制单元52用于控制上述掺杂气体以提高后的第一流量通入上述混合单元55。在一些示例中,该第一控制单元52为掺杂气体对应的第一MFC,该第一MFC的量程最大为500sccm。
上述的第二供应单元53用于提供稀释气体。
上述的第二控制单元54与上述第二供应单元53连接,该第二控制单元54用于控制上述稀释气体以降低后的第二流量通入上述混合单元55。该第二控制单元54为稀释气体对应的第二MFC,该第二MFC的量程最大为50slm。
上述的混合单元55用于将上述掺杂气体以及上述稀释气体在预设的时间段内进行混合以稀释上述掺杂气体。
上述的第三控制单元56与上述混合单元55连接,该第三控制单元56用于控制稀释后的上述掺杂气体以待加工的外延晶圆的目标电阻率所对应的第三流量通入反应腔室中用于外延生长。该第三控制单元56为MFC,其量程最大为500sccm。
在一些示例中,上述MFC的有效量程控制范围为最大量程的10%~90%,以保证气体流量的稳定性。举例来说,在实施例1中,掺杂气体的第一流量占比为30%,处于第一控制单元52的有效控制范围内。稀释后掺杂气体的第三流量占比为181÷500=36.2%,也处于第三控制单元56的有效控制范围内
此外,在本发明实施例中,第一控制单元52和第一控制单元5被设置为联动控制。当第一控制单元52控制掺杂气体的第一流量占比为该第一控制单元52的量程的x%,则第二控制单元54控制稀释气体的第二流量占比为该第二控制单元54的量程的1-x%。
上述处理单元57被配置为:
根据上述掺杂气体提高后的第一流量,获得用于稀释上述掺杂气体的稀释气体的降低后的第二流量。
在一些示例中,上述的处理单元57被配置为:
提高上述掺杂气体的流量占第一基准流量量程的比例,并获得上述掺杂气体的流量占上述第一基准流量量程的提高后的第一比例系数;
根据上述提高后的第一比例系数,获得上述掺杂气体的提高后的第一流量;
根据上述提高后的第一比例系数降低上述稀释气体的流量占第二基准流量量程的比例,并获得上述稀释气体的流量占上述第二基准流量量程的降低后的第二比例系数;
根据上述降低后的第二比例系数,获得上述稀释气体的降低后的第二流量。
在一些示例中,上述的处理单元57被配置为:
根据下式计算得到上述第三流量:
其中,X表示上述第三流量;c表示上述待加工的外延晶圆的目标电阻率;b表示稀释后的掺杂气体通入反应腔室的理论试验流量;a表示上述稀释后的掺杂气体以上述理论试验流量通入反应腔室后得到的外延晶圆的电阻率。
在一些示例中,参见图6,上述的外延生长系统5还包括第四控制单元58,该第四控制单元用于控制稀释后的上述掺杂气体吹扫通气管路的时间为1h~6h。
最后,本发明实施例还提供了一种外延晶圆,该外延晶圆通过前述技术方案上述的外延生长方法制备得到。
需要说明的是:本发明实施例所记载的技术方案之间,在不冲突的情况下,可以任意组合。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种外延生长方法,其特征在于,所述外延生长方法包括:
根据掺杂气体的提高后的第一流量,获得用于稀释所述掺杂气体的稀释气体的降低后的第二流量;
将所述掺杂气体按照所述提高后的第一流量以及所述稀释气体按照所述降低后第二流量在预设的时间段内进行混合以稀释所述掺杂气体;
将稀释后的所述掺杂气体以待加工的外延晶圆的目标电阻率所对应的第三流量通入反应腔室中用于外延生长。
2.根据权利要求1所述的外延生长方法,其特征在于,所述根据掺杂气体的提高后的第一流量,获得用于稀释所述掺杂气体的稀释气体的降低后的第二流量,包括:
提高所述掺杂气体的流量占第一基准流量量程的比例,并获得所述掺杂气体的流量占所述第一基准流量量程的提高后的第一比例系数;
根据所述提高后的第一比例系数,获得所述掺杂气体的提高后的第一流量;
根据所述提高后的第一比例系数降低所述稀释气体的流量占第二基准流量量程的比例,并获得所述稀释气体的流量占所述第二基准流量量程的降低后的第二比例系数;
根据所述降低后的第二比例系数,获得所述稀释气体的降低后的第二流量。
3.根据权利要求2所述的外延生长方法,其特征在于,所述提高后的第一比例系数与所述降低后的第二比例系数之和为100%。
4.根据权利要求2或3所述的外延生长方法,其特征在于,所述提高后的第一比例系数为30%~40%。
5.根据权利要求1所述的外延生长方法,其特征在于,所述第三流量根据下式计算得到:
其中,X表示所述第三流量;c表示所述待加工的外延晶圆的目标电阻率;b表示稀释后的掺杂气体通入反应腔室的理论试验流量;a表示所述稀释后的掺杂气体以所述理论试验流量通入所述反应腔室后得到的外延晶圆的电阻率。
6.根据权利要求1所述的外延生长方法,其特征在于,所述稀释后的所述掺杂气体吹扫通气管路的时间为1h~6h。
7.一种外延生长系统,其特征在于,所述外延生长系统包括:第一供应单元,第一控制单元,第二供应单元,第二控制单元,混合单元,第三控制单元以及处理单元;其中,
所述第一供应单元用于提供掺杂气体;
所述第一控制单元与所述第一供应单元连接,所述第一控制单元用于控制所述掺杂气体以提高后的第一流量通入所述混合单元;
所述第二供应单元用于提供稀释气体;
所述第二控制单元与所述第二供应单元连接,所述第二控制单元用于控制所述稀释气体以降低后的第二流量通入所述混合单元;
所述混合单元用于将所述掺杂气体以及所述稀释气体在预设的时间段内进行混合以稀释所述掺杂气体;
所述第三控制单元与所述混合单元连接,所述第三控制单元用于控制稀释后的所述掺杂气体以待加工的外延晶圆的目标电阻率所对应的第三流量通入反应腔室中用于外延生长;
所述处理单元被配置为:
根据所述掺杂气体的提高后的第一流量,获得用于稀释所述掺杂气体的所述稀释气体的降低后的第二流量。
8.根据权利要求7所述的外延生长系统,其特征在于,所述处理单元被配置为:
提高所述掺杂气体的流量占第一基准流量量程的比例,并获得所述掺杂气体的流量占所述第一基准流量量程的提高后的第一比例系数;
根据所述提高后的第一比例系数,获得所述掺杂气体的提高后的第一流量;
根据所述提高后的第一比例系数降低所述稀释气体的流量占第二基准流量量程的比例,并获得所述稀释气体的流量占所述第二基准流量量程的降低后的第二比例系数;
根据所述降低后的第二比例系数,获得所述稀释气体的降低后的第二流量。
9.根据权利要求7或8所述的外延生长系统,其特征在于,所述外延生长系统还包括第四控制单元,所述第四控制单元用于控制稀释后的所述掺杂气体吹扫通气管路的时间为1h~6h。
10.一种外延晶圆,其特征在于,所述外延晶圆通过权利要求1至6任一项所述的外延生长方法制备得到。
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