CN117265654A - 一种外延生长方法及外延晶圆 - Google Patents

一种外延生长方法及外延晶圆 Download PDF

Info

Publication number
CN117265654A
CN117265654A CN202311384529.3A CN202311384529A CN117265654A CN 117265654 A CN117265654 A CN 117265654A CN 202311384529 A CN202311384529 A CN 202311384529A CN 117265654 A CN117265654 A CN 117265654A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
reaction chamber
time
epitaxial
etching
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311384529.3A
Other languages
English (en)
Inventor
刘凯
请求不公布姓名
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xi'an Xinxin Material Technology Co ltd
Xian Eswin Material Technology Co Ltd
Original Assignee
Xi'an Xinxin Material Technology Co ltd
Xian Eswin Material Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xi'an Xinxin Material Technology Co ltd, Xian Eswin Material Technology Co Ltd filed Critical Xi'an Xinxin Material Technology Co ltd
Priority to CN202311384529.3A priority Critical patent/CN117265654A/zh
Publication of CN117265654A publication Critical patent/CN117265654A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C30B25/186Epitaxial-layer growth characterised by the substrate being specially pre-treated by, e.g. chemical or physical means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • C30B25/14Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • C30B25/16Controlling or regulating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • C30B25/16Controlling or regulating
    • C30B25/165Controlling or regulating the flow of the reactive gases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/06Silicon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)

Abstract

本公开实施例公开了一种外延生长方法及外延晶圆;所述外延生长方法包括:在烘烤阶段结束后使外延炉的反应腔室降温至设定的温度;在所述设定的温度下的第一时刻,开始向所述反应腔室通入刻蚀气体并持续设定的刻蚀时间段;在所述设定的刻蚀时间段内的第二时刻,开始向所述反应腔室通入掺杂气体并持续至第三时刻。

Description

一种外延生长方法及外延晶圆
技术领域
本公开实施例涉及半导体制造技术领域,尤其涉及一种外延生长方法及外延晶圆。
背景技术
气相外延(Vapour Phase Epitaxy,VPE)工艺是一种常见的外延生长技术,其能够实现在晶圆衬底上生长出与晶圆衬底的导电类型、电阻率和结构都不同,且厚度和电阻率可控,能够满足多种不同要求的外延层,从而极大地提高了器件设计的灵活性和性能,因此在各种类型的半导体功能器件中均具有广泛的应用前景。
具体来说,外延生长技术一般是利用化学气相沉积的方法,将高温密闭的反应腔室内的硅源气体注入晶圆衬底的上表面,以在晶圆衬底的上表面沉积生长出一层外延层,最终制造出来的晶圆被称为外延晶圆。相比抛光的晶圆衬底,外延晶圆具有表面缺陷少,并且能够控制外延层的厚度与电阻率等优势。
随着半导体行业技术的高速发展,对外延晶圆品质的要求也越来越高,特别是对外延晶圆的外延层电阻率的均匀性的要求也是不断提高。因此外延晶圆的外延层的电阻率均匀性成为了影响外延晶圆品质的一个关键因素。
发明内容
有鉴于此,本公开实施例期望提供一种外延生长方法及外延晶圆;能够保证晶圆衬底和外延层的电阻率保持一致,提高外延晶圆的外延层的电阻率均匀性。
本公开实施例的技术方案是这样实现的:
第一方面,本公开实施例提供了一种外延生长方法,所述外延生长方法包括:
在烘烤阶段结束后使外延炉的反应腔室降温至设定的温度;
在所述设定的温度下的第一时刻,开始,向所述反应腔室通入刻蚀气体并持续设定的刻蚀时间段;
在所述设定的刻蚀时间段内的第二时刻,开始向所述反应腔室通入掺杂气体并持续至第三时刻。
可选地,在一些可能的实现方式中,所述第二时刻早于所述刻蚀时间段的结束时刻且所述第二时刻不早于所述第一时刻,所述第三时刻晚于所述刻蚀时间段的结束时刻。
可选地,在一些可能的实现方式中,所述第二时刻至所述刻蚀时间段的结束时刻的时长占所述刻蚀时间段的时长的比例为0.01%至100%。
可选地,在一些可能的实现方式中,所述外延生长方法还包括:
在所述刻蚀时间段的结束时刻,开始向所述反应腔室通入硅源气体。
可选地,在一些可能的实现方式中,所述第三时刻不早于停止通入所述硅源气体的时刻。
可选地,在一些可能的实现方式中,所述第二时刻至所述第三时刻的时长大于通入所述硅源气体的时长并且小于或等于通入所述刻蚀气体的时长与通入所述硅源气体的时长之和。
可选地,在一些可能的实现方式中,所述设定的温度为1100℃~1150℃。
可选地,在一些可能的实现方式中,所述刻蚀气体为氯化氢气体。
可选地,在一些可能的实现方式中,所述设定的刻蚀时间段为0s~60s。
可选地,在一些可能的实现方式中,所述刻蚀气体的气体流量为100sccm~1500sccm。
可选地,在一些可能的实现方式中,所述掺杂气体的气体流量为1sccm~300sccm。
第二方面,本公开实施例提供了一种外延晶圆,所述外延晶圆采用第一方面所述的外延生长方法制备得到。
本公开实施例提供了一种外延生长方法及外延晶圆;通过本公开实施例提供的外延生长方法,在烘烤阶段结束且反应腔室降温至设定的温度后,在设定的温度下的第一时刻开始向反应腔室中通入刻蚀气体并持续设定的刻蚀时间段,以对晶圆衬底的表面进行刻蚀。之后,在上述的设定的刻蚀时间段内的第二时刻开始向反应腔室中通入掺杂气体并持续至第三时刻。该掺杂气体是在外延沉积阶段之前通入反应腔室中的,因此通过提前向反应腔室中通入掺杂气体能够避免在外延沉积阶段开始时由于掺杂气体由通气(vent)管路切换为通入反应腔室的通入管路时由于气体压力波动所引起的气体流量波动的问题,进而避免了外延沉积阶段的最初始生长的外延层的电阻率发生波动的情况发生,以保证外延层与晶圆衬底的电阻率保持一致,提高了外延层的电阻率的均匀性。
附图说明
图1为相关技术中的外延生长装置结构示意图;
图2为本公开实施例提供的反应腔室中的反应气体的流向示意图;
图3为相关技术中的外延生长工艺的流程示意图;
图4为利用图3所示的外延生长方法制备得到的外延晶圆的扩展电阻分布曲线示意图;
图5为利用扩展电阻测试技术测量外延晶圆时的样品示意图;
图6为本公开实施例提供的一种外延生长方法的流程示意图;
图7为本公开实施例提供的外延生长工艺的流程示意图;
图8为利用图7所示的外延生长工艺制备得到的外延晶圆的扩展电阻分布曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图,对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1,其示出了相关技术中的外延生长装置1,该外延生长装置1具体包括:
基座10,用于承载晶圆衬底W;
基座支撑架20,用于支撑基座10并在外延生长期间驱动基座10以设定角速度绕中心轴线X旋转;
其中,在基座10的旋转过程中,晶圆衬底W随基座10一起绕中心轴线X旋转。也就是说,晶圆衬底W相对于基座10是保持静止的,由此,基座10的径向边缘与相邻部件10A之间具有较小的间隙G。通常来说相邻部件10A为预热环,用于将热控制区域扩展到晶圆衬底W边缘之外的区域同时对即将达到晶圆衬底W边缘的反应气体进行预热;
需要说明的是,上述的反应气体包括硅源气体、载气如H2以及掺杂气体等;
石英钟罩30,包括上部石英钟罩30A和下部石英钟罩30B;
其中,上部石英钟罩30A和下部石英钟罩30B一起围闭出将基座10以及基座支撑架20容纳于其中的反应腔室RC;其中,基座10将反应腔室RC分隔成上反应腔室RC1和下反应腔室RC2,晶圆衬底W放置在上反应腔室RC1中。
通常,上反应腔室RC1中的气压略大于下反应腔室RC2中的气压使得上反应腔室RC1中的反应气体会经由间隙G进入到下反应腔室RC2中;
进气口40,用于向上反应腔室RC1中输送反应气体,以便通过硅源气体与H2反应生成硅原子,同时硅原子沉积在晶圆衬底W的上表面以在晶圆衬底W的上表面生长一层外延层,同时通过掺杂气体对外延层进行掺杂以获得所需的电阻率;
其中,进气口40包括至少一个主进气口(图中未示出)和至少一个副进气口(图中未示出);
进气盖50,该进气盖50设置在进气口40处,在外延生长过程中反应气体从反应腔室RC一侧的进气盖50进入反应腔室RC;
排气口60,用于将反应腔室RC内部的反应尾气排出反应腔室RC;
多个加热灯泡70,该多个加热灯泡70设置在上部石英钟罩30A和下部石英钟罩30B的外围并用于透过上部石英钟罩30A和下部石英钟罩30B在反应腔室RC中提供用于化学气相外延沉积反应的高温环境;
用于组装外延生长装置1的各个元件的安装部件80;
当然,在外延生长装置1中还设置有温度传感器90,用于实时监控反应腔室RC的温度场,以为晶圆衬底W的化学沉积反应提供均一、稳定的温度场。
可以理解地,在外延生长过程中,参见图2,其示出了反应腔室RC中的反应气体的流向示意图。由图2可以看出,反应气体通过载气如H2由进气盖50进入,经过进气口40爬坡至预热环10A,并经预热环10A预热后流经承载在基座10上的晶圆衬底W表面进行化学气相沉积反应,化学气相沉积反应生成的反应尾气经过排气口60、排气盖100排出反应腔室RC。
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3所示,由图3可以看出,现有的外延生长工艺包括反应腔室清洁过程Ⅰ和外延生长过程Ⅱ′;其中,
上述的反应腔室清洁过程I主要包括: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以对反应腔室RC内部进行清洁,具体地,化学气相刻蚀气体可以为HCl气体。当然,化学气相刻蚀处理过程中还可以采用H2作为载气。需要说明的是,反应腔室RC清洁完成后即可降温至750℃以装载晶圆衬底W。
上述的外延生长过程Ⅱ′主要包括加载(loading)阶段ⅰ、升温(ramp-up)阶段ⅱ、烘烤(Bake)阶段ⅲ、外延沉积(Deposition)阶段ⅳ、降温(ramp-down)阶段ⅴ以及卸载(Unloading)阶段ⅵ。其中,
加载阶段ⅰ:当反应腔室RC的温度为750℃时,晶圆衬底W被装载于基座10上;
升温阶段ⅱ:当晶圆衬底W装载完成后,将反应腔室RC内的温度升温至1130℃并向反应腔室RC内部通入载气H2
烘烤阶段ⅲ:当反应腔室RC内的温度升温至1130℃后持续设定的烘烤时间段,以对晶圆衬底W的表面进行烘烤;
外延沉积阶段ⅳ:当烘烤阶段结束后将反应腔室RC的温度降温至1110℃。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载气H2,其中,硅源气体可以为B2H6或SiHCl3或PH3,以在晶圆衬底W的表面上生长一层外延层;同时通过通入掺杂气体对外延层进行掺杂以获得所需的电阻率。
降温阶段ⅴ:当外延沉积阶段结束后,使反应腔室RC的内部温度降温至750℃;
卸载阶段ⅵ:将完成外延生长的外延晶圆卸载取出。
但是如图1所示,反应腔室RC是通过加热灯泡70进行加热的,加热灯泡70照射基座10的区域分为中心区域和外部区域两部分,因此通常通过调整基座10的中心区域和基座10的外部区域所接收的加热功率比来控制反应腔室RC边缘区域和内部区域的温度分布,从而提高外延层的电阻率的均匀性。
具体来说,外延层的电阻率会随反应腔室RC内部温度的变动而发生改变,例如,当反应腔室RC内部的温度上升时,掺杂气体分解更多,进而导致外延层的电阻率下降。而当外延层中心区域的电阻率较高,且基座10的中心区域所接收的加热功率已提高至极限时,若反应腔室RC内部的温度或者加热功率继续升高则会出现滑移线,从而无法通过调整基座10的中心区域所接收的加热功率来实现对外延层的电阻率的控制。需要说明的是,上述的滑移线指的是外延晶圆内部的径向温度梯度异常所引起的缺陷。反之,当外延层中心区域的电阻率较低,且基座10的中心区域所接收的加热功率已经无法降低时,若反应腔室RC内部的温度或者加热功率继续降低则会出现滑移线,从而无法通过调整基座10的中心区域所接收的加热功率来实现对外延层的电阻率的控制,进而造成外延层的电阻率均匀性保持在较差的状态,影响了外延晶圆的整体品质。
目前即使使用现有的控制电阻率均匀性的方法,即在无滑移(slip)缺陷的范围内对基座10的中心区域和基座10的外部区域所接收的加热功率比进行调整,也需多次进行调整才能够获得最佳的外延层的电阻率均匀性分布,造成整个外延生长过程周期时间长,生产效率低。
此外,在目前外延生长过程中会在外延沉积阶段ⅳ将硅源气体和掺杂气体同时通入反应腔室RC中,由于硅源气体和掺杂气体在高温条件下反应速率不同,因此掺杂气体由通气(vent)管路切换为反应腔室RC的通入管路时掺杂气体的压力会发生波动,从而导致掺杂气体的气体流量发生波动,最终导致外延沉积阶段ⅳ中最初始生长的过程中外延层的电阻率出现波动,采用扩展电阻测试(Spreading resistance profile,SRP)技术进行分析时,得到在最初始生长的外延层区域出现扩展电阻分布凸起的现象,从而造成外延晶圆的品质受到影响。具体得到的扩展电阻分布凸起的曲线如图4所示,从图4可以看出,从晶圆衬底W过渡外延层W′时,最初始生长的外延层的电阻率出现鼓包(图中虚线框线所示),其数值高于电阻率的正常范围。
需要说明的是,SRP技术的测量原理具体为:通过研磨外延晶圆样品制备得到如图5所示的楔形样品,使斜角延伸到外延层W′-晶圆衬底W界面之外,沿着研磨表面在不同点测量两个探针之间的电阻。通过保持探针之间非常小的距离来减少半导体的影响。由于SRP技术测量的准确性,因此常用于N/N+和P/P+结构的过渡宽度、图案化晶圆上的自掺杂轮廓以及多层结构的电阻率测量。
基于上述阐述,本公开实施例期望提供一种外延生长的技术方案,该外延生长的技术方案能够避免多次反复调整基座10的中心区域和基座10的外部区域所接收的加热功率比,同时也能够消除最初始生长的外延层区域出现扩展电阻分布凸起的现象,提高外延层的电阻率的均匀性。
具体来说,本公开实施例提供了一种外延生长方法,如图6所示,该外延生长方法包括:
S601:在烘烤阶段结束后使外延炉的反应腔室降温至设定的温度;
S602:在上述设定的温度下的第一时刻,开始向上述反应腔室通入刻蚀气体并持续设定的刻蚀时间段;
S603:在上述刻蚀时间段内的第二时刻,开始向上述反应腔室通入掺杂气体并持续至第三时刻。
通过本公开实施例提供的外延生长方法,在烘烤阶段ⅲ结束且反应腔室RC降温至设定的温度后,在设定的温度下的第一时刻开始向反应腔室RC中通入刻蚀气体并持续设定的刻蚀时间段,以对晶圆衬底W的表面进行刻蚀,从而去除晶圆衬底表面的颗粒以及表面损伤,以有助于调节晶圆衬底的边缘平坦度。之后,在上述的刻蚀时间段内的第二时刻开始向反应腔室RC中通入掺杂气体并持续至第三时刻。该掺杂气体在外延沉积阶段ⅳ之前通入反应腔室RC中,因此通过提前向反应腔室RC中通入掺杂气体能够避免在外延沉积阶段ⅳ开始时由于掺杂气体由通气(vent)管路切换为通入反应腔室RC的通入管路时由于气体压力波动所引起的气体流量波动的问题,进而避免了外延沉积阶段ⅳ的最初始生长的外延层的电阻率发生波动的情况发生,以保证外延层与晶圆衬底的电阻率保持一致,提高了外延层的电阻率的均匀性。
可以理解地,本公开实施例中外延生长过程Ⅱ如图7所示,包括了加载阶段ⅰ、升温阶段ⅱ、烘烤阶段ⅲ、表面刻蚀(Surface Etch)阶段ⅲ′、外延沉积阶段ⅳ、降温阶段ⅴ以及卸载阶段ⅵ。其中,图7中的虚线箭头代表此类反应气体在本阶段内不进入反应腔室RC中,只是通过通气(Vent)管路排出;实线箭头代表此类反应气体在本阶段内进入反应腔室RC以参与晶圆衬底W的外延生长过程。
具体来说,反应气体H2在整个外延生长过程Ⅱ中均会通入反应腔室RC中。刻蚀气体只会在表面刻蚀阶段ⅲ′的第一时刻t1开始通入反应腔室RC中,以对晶圆衬底W的表面进行刻蚀。掺杂气体在烘烤阶段ⅲ时通入通气(Vent)管路,之后在表面刻蚀阶段ⅲ′的第二时刻t2开始由通气(Vent)管路切换至进入反应腔室RC的通入管路以通入反应腔室RC中,并持续至第三时刻t3。当然,硅源气体会在烘烤阶段ⅲ开始时通入通气(Vent)管路,之后会在表面刻蚀阶段ⅲ′的结束时刻开始由通气(Vent)管路切换至进入反应腔室RC的通入管路,以使硅源气体通入反应腔室RC,并开始对晶圆衬底W进行外延生长。可以理解的是,上述的第一时刻t1表示表面刻蚀阶段ⅲ′的开始时刻。
对于图6所示的技术方案,在一些可能的实现方式中,上述第二时刻t2早于上述刻蚀时间段的结束时刻且上述第二时刻t2不早于上述第一时刻t1,上述第三时刻t3晚于上述刻蚀时间段的结束时刻。也就是说,在本公开实施例中,如图7所示,在一些示例中,在表面刻蚀阶段ⅲ′的开始时刻t1即向反应腔室RC中同时通入刻蚀气体以及掺杂气体。在另一些示例中也可以在向反应腔室RC中通入一段时长的刻蚀气体后且在表面刻蚀阶段ⅲ′未结束时,再向反应腔室RC中通入掺杂气体。通过在外延沉积阶段ⅳ开始之前向反应腔室RC中通入掺杂气体来避免气体流量的波动,以保证外延层的电阻率的均匀性。当然,可以理解的是,第三时刻t3晚于上述刻蚀时间段的结束时刻指的是当表面刻蚀阶段ⅲ′结束后,掺杂气体仍持续地通入反应腔室RC中以参与后续的外延沉积反应。
对于上述的实现方式,在一些示例中,上述第二时刻t2至上述刻蚀时间段的结束时刻的时长T1占上述刻蚀时间段的时长T2的比例为0.01%至100%。
具体来说,在表面刻蚀阶段ⅲ′的开始时刻t1向反应腔室RC中通入刻蚀气体以对晶圆衬底W的表面进行刻蚀,并且刻蚀气体持续设定的刻蚀时间段为例如60s,此时为了避免外延沉积阶段ⅳ通入掺杂气体时发生气体流量的波动,因此在刻蚀气体持续通入40s后向反应腔室RC中通入掺杂气体,由此通过在外延沉积阶段ⅳ开始之前向反应腔室RC中提前通入掺杂气体来避免由于通入掺杂气体所造成的气体流量波动现象。
对于图6所示的技术方案,在一些可能的实现方式中,上述外延生长方法还包括:
在上述刻蚀时间段的结束时刻,开始向上述反应腔室通入硅源气体。
可以理解地,当表面刻蚀阶段ⅲ′结束后即将硅源气体的通入方式由通气(Vent)管路切换至进入反应腔室RC的通入管路,以开始向反应腔室RC中通入硅源气体来执行外延沉积反应。
在一些示例中,上述的硅源气体为B2H6或SiHCl3或PH3
对于上述的实现方式,在一些示例中,上述第三时刻t3不早于停止通入上述硅源气体的时刻。也就是说,为了保证获得的外延晶圆的外延层的电阻率为目标电阻率,在具体实施过程中停止向反应腔室RC中通入掺杂气体的时刻不能够早于停止向反应腔室RC通入硅源气体的时刻。
对于上述的实现方式,在一些示例中,上述第二时刻t2至上述第三时刻t3的时长T3大于通入上述硅源气体的时长T4并且小于或等于通入上述刻蚀气体的时长T2与通入上述硅源气体的时长T4之和。由图7可以看出,上述的第二时刻t2至上述第三时刻t3的时长T3表示向反应腔室RC中通入掺杂气体的时长,该时长T3大于通入上述硅源气体的时长T4并且小于或等于通入上述刻蚀气体的时长T2与通入上述硅源气体的时长T4之和(即T4<T3≤T2+T4)表示在外延沉积阶段ⅳ开始之前向反应腔室RC中通入掺杂气体以避免由于掺杂气体通入时所造成的气体流量的波动,以保证外延晶圆的外延层的电阻率均匀分布。
对于图6所示的技术方案,在一些可能的实现方式中,上述设定的温度为1100℃~1150℃。需要说明的是,在本公开实施例中可选地在表面刻蚀阶段ⅲ′和外延沉积阶段ⅳ中反应腔室RC内的温度保持一致。可以理解的是,在本公开实施例中使在表面刻蚀阶段ⅲ′和外延沉积阶段ⅳ中反应腔室RC内的温度保持一致能够避免由于反应腔室RC内的温度不断变化所引起的外延晶圆内部因温度变换而导致的滑移缺陷的产生。
对于图6所示的技术方案,在一些可能的实现方式中,上述刻蚀气体为氯化氢气体。可以理解地,氯化氢气体具有刻蚀的作用,能够在外延沉积阶段ⅳ执行之前去除晶圆衬底W表面的颗粒物以及损伤,有助于调整晶圆衬底W的边缘平坦度。
对于图6所示的技术方案,在一些可能的实现方式中,上述设定的刻蚀时间段为0s~60s。需要说明的是,在本公开实施例中上述设定的刻蚀时间段是根据实际情况而定,以通过控制刻蚀时间来达到最好的表面刻蚀效果。
对于图6所示的技术方案,在一些可能的实现方式中,上述刻蚀气体的流量为100sccm~1500sccm。可以理解地,为了控制表面刻蚀阶段ⅲ′的表面刻蚀效果,在具体实施过程中需要根据晶圆衬底W的表面损伤以及颗粒物情况来调整刻蚀气体的具体流量。
对于图6所示的技术方案,在一些可能的实现方式中,上述掺杂气体的气体流量为1sccm~300sccm。为了保证获得的外延层的电阻率为目标电阻率,在本公开实施例中能够根据掺杂气体通入反应腔室RC中的时长来选择掺杂气体的流量。
最后,本公开实施例还提供了一种外延晶圆,该外延晶圆采用前述技术方案上述的外延生长方法制备得到。
参见图8,其示出了对本公开实施例提供的外延晶圆进行电阻率测试所得到的扩展电阻分布曲线,其中,图中的A曲线表示利用图3所示的外延生长方法制备得到的外延层W′和晶圆衬底W的扩展电阻分布曲线;图中的B曲线表示利用本公开实施例提供的外延生长方法制备得到的外延层W′和晶圆衬底W的扩展电阻分布曲线。由图8可以看出,通过本公开实施例提供的外延生长方法所制备得到的外延晶圆,其外延层W′中电阻率出现的鼓包问题已经得到了明显地改善,能够保证晶圆衬底W和外延层W′的电阻率保持一致。
需要说明的是:本公开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,仅为本公开的具体实施方式,但本公开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公开揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此,本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种外延生长方法,其特征在于,所述外延生长方法包括:
在烘烤阶段结束后使外延炉的反应腔室降温至设定的温度;
在所述设定的温度下的第一时刻,开始向所述反应腔室通入刻蚀气体并持续设定的刻蚀时间段;
在所述刻蚀时间段内的第二时刻,开始向所述反应腔室通入掺杂气体并持续至第三时刻。
2.根据权利要求1所述的外延生长方法,其特征在于,所述第二时刻早于所述刻蚀时间段的结束时刻且所述第二时刻不早于所述第一时刻,所述第三时刻晚于所述刻蚀时间段的结束时刻。
3.根据权利要求2所述的外延生长方法,其特征在于,所述第二时刻至所述刻蚀时间段的结束时刻的时长占所述刻蚀时间段的时长的比例为0.01%至100%。
4.根据权利要求1至3任一项所述的外延生长方法,其特征在于,所述外延生长方法还包括:
在所述刻蚀时间段的结束时刻,开始向所述反应腔室通入硅源气体。
5.根据权利要求4所述的外延生长方法,其特征在于,所述第三时刻不早于停止通入所述硅源气体的时刻。
6.根据权利要求5所述的外延生长方法,其特征在于,所述第二时刻至所述第三时刻的时长大于通入所述硅源气体的时长并且小于或等于通入所述刻蚀气体的时长与通入所述硅源气体的时长之和。
7.根据权利要求1所述的外延生长方法,其特征在于,所述设定的温度为1100℃~1150℃。
8.根据权利要求1所述的外延生长方法,其特征在于,所述刻蚀气体为氯化氢气体。
9.根据权利要求1所述的外延生长方法,其特征在于,所述设定的刻蚀时间段为0s~60s。
10.根据权利要求1所述的外延生长方法,其特征在于,所述刻蚀气体的气体流量为100sccm~1500sccm。
11.根据权利要求1所述的外延生长方法,其特征在于,所述掺杂气体的气体流量为1sccm~300sccm。
12.一种外延晶圆,其特征在于,所述外延晶圆根据权利要求1至11任一项所述的外延生长方法制备得到。
CN202311384529.3A 2023-10-24 2023-10-24 一种外延生长方法及外延晶圆 Pending CN117265654A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311384529.3A CN117265654A (zh) 2023-10-24 2023-10-24 一种外延生长方法及外延晶圆

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311384529.3A CN117265654A (zh) 2023-10-24 2023-10-24 一种外延生长方法及外延晶圆

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117265654A true CN117265654A (zh) 2023-12-22

Family

ID=89215994

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311384529.3A Pending CN117265654A (zh) 2023-10-24 2023-10-24 一种外延生长方法及外延晶圆

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117265654A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10550465B2 (en) Method of preparing for reactor restart for manufacturing epitaxial wafer
CA2781663A1 (en) Semiconductor thin-film manufacturing method, semiconductor thin-film manufacturing apparatus, susceptor, and susceptor holder
US11587788B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and recording medium
CN115928203A (zh) 外延晶圆生产设备、外延晶圆生产方法和装置
US20040178176A1 (en) Apparatus and method for cleaning a bell jar in a barrel epitaxial reactor
TW202303888A (zh) 外延反應腔室的恢復方法、外延生長裝置及外延晶圓
TW201725697A (zh) 外延晶片的製造方法
JP2009038294A (ja) 出力調整方法、シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法、及びサセプタ
CN117265654A (zh) 一种外延生长方法及外延晶圆
CN105671631B (zh) 一种原位清洗200mm-300mm外延设备基座背面的方法
JPH10189695A (ja) 気相成長用サセプタ及びその製造方法
TW202301674A (zh) 用於常壓外延反應腔室的清潔方法及外延矽片
CN117026378A (zh) SiC外延晶片及SiC器件
JP7400337B2 (ja) 炭化ケイ素多結晶基板の製造方法
JP4888242B2 (ja) シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法
JP3948577B2 (ja) 半導体単結晶薄膜の製造方法
TWI853310B (zh) 磊晶晶圓的製造方法及磊晶晶圓製造裝置
CN111128696A (zh) 外延硅晶片的制造方法及外延硅晶片
JP2021031363A (ja) 炭化ケイ素多結晶基板の製造方法
CN115198352B (zh) 一种外延生长方法及外延晶圆
JP2020126885A (ja) 成膜装置及び成膜方法
EP3919657A1 (en) Film forming method and film forming apparatus
JP7439739B2 (ja) エピタキシャル成長装置の温度管理方法及びシリコン堆積層ウェーハの製造方法
JP2004186376A (ja) シリコンウェーハの製造装置及び製造方法
KR20180104870A (ko) 에피텍셜 웨이퍼 제조 방법 및 장치

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination