TWI618119B - 磊晶生長方法 - Google Patents

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本發明提供一種磊晶生長方法，包括：提供一反應腔，所述反應腔設有反應氣體入口、吹掃氣體入口和排氣出口；提供一支撐平台，所述支撐平台設置在所述反應腔內，所述支撐平台設置有數個通氣孔，所述通氣孔噴出清潔氣體；提供一晶圓，所述晶圓設置在所述通氣孔上；在所述反應氣體入口通入反應氣體，同時在所述吹掃氣體入口通入吹掃氣體並與從所述清潔氣體一起從排氣出口排出。本發明提供的磊晶生長方法，將晶圓設置在具有通氣孔的支撐平台上，所述通氣孔噴出清潔氣體，通過清潔氣體帶走晶圓上生成的反應副產物或雜質，同時從吹掃氣體入口通入吹掃氣體產生一個牽引氣流引導清潔氣體，然後從排氣出口排出，從而降低了磊晶生長過程中的自摻雜現象。

Description

磊晶生長方法
本發明涉及半導體製造技術領域，尤其涉及一種磊晶生長方法。
現有技術裡，在半導體元件製造技術中，磊晶生長方法廣泛地被採用，例如在晶圓的表面通過磊晶生長形成磊晶層。通過磊晶生長的磊晶層可在導電類型、電阻率等方面與基底不同，還可以生長不同厚度和不同要求的單晶層或多層單晶結構，從而大大提高元件設計的靈活性和元件的性能。
但是在現有技術的磊晶生長過程中，普遍存在著自摻雜的現象。自摻雜是由於熱蒸發或者化學反應的副產物對基底的擴散，基底中的矽及雜質進入氣相，改變了氣相中的摻雜成分和濃度，從而導致了磊晶層中的雜質實際分佈偏離理想的情況。自摻雜現象可分為氣相自摻雜、固相外擴散及系統自摻雜。氣相自摻雜的摻雜物主要來自晶圓的背面和邊緣。固相外擴散的摻雜物主要來自基底的擴散，摻雜物在基底與磊晶層的接觸面由基底擴散至磊晶層。系統自摻雜的摻雜物來自氣體晶片，石墨盤和反應爐腔體等磊晶片生產裝置的內部。
目前還沒有完全解決自摻雜現象的有效方法，只是對磊晶工 藝過程中的參數進行精確而細微地調節來抑制自摻雜現象，例如反應時間、溫度、氣體流量等，從而儘量保證磊晶層的均勻性。但是上述參數的控制受較多因素的影響，控制精準度不是很高，難以完全避免自摻雜現象的發生，進而使所生長出的磊晶層電阻率均勻性差。如何防止自摻雜的現象是本領域技術人員極待解決的一個技術問題。
本發明的目的在於提供一種磊晶生長方法，以解決磊晶生長過程中的自摻雜的問題。
為了解決上述問題，本發明提供一種磊晶生長方法，包括：提供一反應腔，所述反應腔設有反應氣體入口、吹掃氣體入口和排氣出口；提供一支撐平台，所述支撐平台設置在所述反應腔內，所述支撐平台設置有數個通氣孔，所述通氣孔噴出清潔氣體；提供一晶圓，所述晶圓設置在所述通氣孔上；在所述反應氣體入口通入反應氣體，同時在所述吹掃氣體入口通入吹掃氣體並與從所述清潔氣體一起從排氣出口排出。
本發明提供的磊晶生長方法，將晶圓設置在具有通氣孔的支撐平台上，所述通氣孔噴出清潔氣體，通過清潔氣體帶走晶圓上生成的反應副產物或雜質，同時從吹掃氣體入口通入吹掃氣體產生一個牽引氣流引導清潔氣體，然後從排氣出口排出，從而降低了磊晶生長過程中的自摻雜現象。
10‧‧‧反應腔
11‧‧‧反應氣體入口
12‧‧‧吹掃氣體入口
13‧‧‧排氣出口
20‧‧‧支撐平台
21‧‧‧通氣孔
211‧‧‧第一通氣孔
212‧‧‧第二通氣孔
30‧‧‧晶圓
圖1為本發明實施例的磊晶生長設備的剖面示視圖；圖2為本發明實施例的磊晶生長設備的支撐平台的俯視圖； 圖3為本發明實施例的磊晶生長設備的支撐平台的虛線A-A處剖視圖；圖4為本發明實施例的磊晶生長設備的支撐平台的虛線B-B處剖視圖。
為了使本發明的目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，請參閱附圖。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的範圍內。
在如圖1所示，本發明提供一種磊晶生長方法，包括：提供一反應腔10，所述反應腔10設有反應氣體入口11、吹掃氣體入口12和排氣出口13；提供一支撐平台20，所述支撐平台20設置在所述反應腔10內，所述支撐平台20設置有數個通氣孔21，所述通氣孔21噴出清潔氣體；提供一晶圓30，所述晶圓30設置在所述通氣孔21上；在所述反應氣體入口11通入反應氣體使所述晶圓30進行磊晶生長，同時從所述吹掃氣體入口12通入吹掃氣體並與從所述通氣孔21噴出的清潔氣體一起從排氣出口13排出。
在本實施例中，所述反應氣體包括三氯化矽(SiHCl3，TCS)和氫氣(H2)，在一定條件下三氯化矽和氫氣在晶圓上形成磊晶層，在其它的實施列中，反應氣體還可以選擇矽烷(SiH4)、二氯矽烷(SiH2Cl2，DCS)、 鍺烷(GeH4)、甲基烷矽(SiH3CH3)和氯化氫(HCl)中的一種或多種，根據磊晶工藝的需要進行選擇。優選的，所述三氯化矽的流量為10000sccm~20000sccm，所述氫氣的流量為40000sccm~60000sccm，在上述範圍內具有較佳的效果。
作為優選方案的，所述吹掃氣體和所述清潔氣體均為氫氣(H2)，氫氣制取方便，並且不會與晶圓反應產生其它雜質。優選的，所述吹掃氣體的流量為10000sccm~20000sccm。通過清潔氣體帶走來自晶圓背面和邊緣的氣相自摻雜的摻雜物。
在具體的實施方式中，所述反應腔內的溫度為1120℃~1170℃，在此溫度範圍內具有較佳的磊晶生長澱積速度，如果溫度選擇太低則生長速率較慢，如果溫度選擇太高則會使自摻雜現象和擴散效應加重，影響生產效率。
優選的，所述支撐平台20為可旋轉的支撐平台，在具體的實施方式中，支撐平台設有旋轉軸，透過電機帶動旋轉軸使平台旋轉，透過旋轉的方式來調整晶圓的方向從而提高磊晶生長的均勻性。優選方案中，所述支撐平台20的旋轉速度為20rpm~50rpm。
優選的，所述通氣孔21噴出所述清潔氣體支撐所述晶圓，即透過清潔氣體形成一個氣墊來支撐晶圓，防止晶圓與支撐平台的直接接觸，從而防止直接接觸時雜質的擴散。
繼續參考圖1，所述吹掃氣體入口12的水平位置低於所述支撐平台20，從而使吹掃氣體形成的牽引氣流帶走由摻雜物，防止摻雜物重複污染晶圓，降低系統自摻雜。
如圖2、圖3和圖4所示，所述通氣孔包括第一通氣孔211和第二通氣孔212，所述第一通氣孔211位於所述支撐平台20的中心區域，所述第二通氣孔212位於所述支撐平台20的週邊區域，其中，所述中心區域位於所述週邊區域內。在本實施例中，如圖3的剖面位置為圖2中虛線A-A所在位置，如圖4的剖面位置為圖2中虛線B-B所在位置，所述第一通氣孔211與所述第二通氣孔212具有不同的氣源。透過設置具有不同區域的氣源的通氣孔來優化清潔效果，使不同區域都有通氣孔覆蓋，需要說明的是，通氣孔的數量及區域層次劃分還需要根據晶圓尺寸設置，本實施例採用較佳選擇，在其它實施例中，可以採用二組以上的通氣孔。
在本實施例中，所述第一通氣孔211的氣流量大於所述第二通氣孔212的氣流量，透過加強中心區域的通氣孔的氣流來進一步提高氣流的清潔效果，降低固相外擴散。優選的，所述第一通氣孔211的氣體流量為5000sccm~15000sccm，所述第二通氣孔212的氣體流量為5000sccm~15000sccm，上述氣體流量範圍在實際運用中具有較佳的效果。
本發明提供的磊晶生長方法，將晶圓設置在具有通氣孔的支撐平台上，所述通氣孔噴出清潔氣體，透過清潔氣體帶走晶圓上生成的反應副產物或雜質，同時從吹掃氣體入口通入吹掃氣體產生一個牽引氣流引導清潔氣體，然後從排氣出口排出，從而降低了磊晶生長過程中的自摻雜現象。
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常 知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的申請專利範圍所涵蓋。

Claims (13)

  1. 一種磊晶生長方法，包括：提供一反應腔，所述反應腔設有一反應氣體入口、一吹掃氣體入口和一排氣出口；提供一支撐平台，所述支撐平台設置在所述反應腔內，所述支撐平台設置有數個通氣孔，所述通氣孔噴出清潔氣體；提供一晶圓，所述晶圓設置在所述通氣孔上；在所述反應氣體入口通入反應氣體，同時在所述吹掃氣體入口通入吹掃氣體並與從所述清潔氣體一起從所述排氣出口排出。
  2. 如請求項1所述的磊晶生長方法，其中所述反應氣體包括三氯化矽和氫氣。
  3. 如請求項2所述的磊晶生長方法，其中所述三氯化矽的流量為10000sccm~20000sccm，所述氫氣的流量為40000sccm~60000sccm。
  4. 如請求項1所述的磊晶生長方法，其中所述吹掃氣體和所述清潔氣體均為氫氣。
  5. 如請求項1所述的磊晶生長方法，其中所述吹掃氣體的流量為10000sccm~20000sccm。
  6. 如請求項1所述的磊晶生長方法，其中所述反應腔內的溫度為1120℃~1170℃。
  7. 如請求項1所述的磊晶生長方法，其中所述支撐平台為可旋轉的支撐平台。
  8. 如請求項7所述的磊晶生長方法，其中所述支撐平台的旋轉速度為20rpm~50rpm。
  9. 如請求項1所述的磊晶生長方法，其中所述通氣孔噴出所述清潔氣體支撐所述晶圓。
  10. 如請求項1所述的磊晶生長方法，其中所述吹掃氣體入口的水準位置低於所述支撐平台。
  11. 如請求項1所述的磊晶生長方法，其中所述通氣孔包括第一通氣孔和第二通氣孔，所述第一通氣孔位於所述支撐平台的中心區域，所述第二通氣孔位於所述支撐平台的週邊區域，所述中心區域位於所述週邊區域內。
  12. 如請求項11所述的磊晶生長方法，其中所述第一通氣孔的氣流量大於所述第二通氣孔的氣流量。
  13. 如請求項12所述的磊晶生長方法，其中所述第一通氣孔的氣體流量為5000sccm~15000sccm，所述第二通氣孔的氣體流量為5000sccm~15000sccm。
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