專利名稱：多層外延層的生長(zhǎng)設(shè)備以及生長(zhǎng)方法
多層外延層的生長(zhǎng)設(shè)備以及生長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種多層外延層的生長(zhǎng)設(shè)備以及生長(zhǎng)方法。
背景技術(shù)：
近幾年來(lái)，隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展及其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，特別是在汽車行業(yè)、通信行業(yè)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)高速發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域，電子和通信業(yè)界對(duì)
于現(xiàn)代電子元器件(例如大規(guī)模集成電路，既VLSI)、電路小型化、高速度、低電源電壓、低功耗和提高性價(jià)比等方面的要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的GTR(電力晶體管)飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大;MOSFET (金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場(chǎng)效晶體管)驅(qū)動(dòng)功率很小，開(kāi)關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小，因此融合了兩種器件技術(shù)優(yōu)勢(shì)的IGBT器件就應(yīng)運(yùn)而生了，隨著電子及汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)IGBT器件的需求越來(lái)越大。
由于IGBT器件的特殊性，需要一個(gè)特殊的外延過(guò)渡區(qū)，所述外延過(guò)渡區(qū)包括至少一層低阻層和一個(gè)高阻層，由于稀釋氣體的流量無(wú)法調(diào)節(jié)，因此通常在制作此外延材料時(shí)候需由兩個(gè)摻雜源氣瓶(一個(gè)高濃度的摻雜源，通常是2000ppm以上，和一個(gè)低濃度的摻雜源50ppm或者100ppm)同時(shí)接在一個(gè)設(shè)備上完成IGBT器件外延片的生產(chǎn)，在生產(chǎn)過(guò)f呈中為了更換摻雜源，需要在第一個(gè)外延層生長(zhǎng)完畢后停止生長(zhǎng)，進(jìn)行更換操作。如果需要多個(gè)低阻層和高阻層交替分布，則需要更多的摻雜源以及多次的更換操作才可以完成。在摻雜源通入反應(yīng)室的過(guò)程中，為了精確控制摻雜源的濃度，通常會(huì)通入稀釋氣體(例如氫氣)對(duì)摻雜源進(jìn)行稀釋，并且稀釋氣體的流量是精確校準(zhǔn)并固定的，以達(dá)到精確控制摻雜源濃度的目的。
現(xiàn)有技術(shù)中的制備特殊過(guò)渡區(qū)的缺點(diǎn)在于需多個(gè)摻雜源氣瓶完成特殊過(guò)渡區(qū)的形成，工藝過(guò)程復(fù)雜，污染嚴(yán)重；并且為了更換摻雜源，需要在第一個(gè)
4外延層生長(zhǎng)完畢后停止生長(zhǎng)，因此過(guò)渡區(qū)每一個(gè)外延層的厚度和摻雜濃度分布狀態(tài)不易控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種外延生長(zhǎng)設(shè)備以及生長(zhǎng)方法，簡(jiǎn)化工藝步驟，降低工藝污染，并且使外延層的厚度容易控制。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種多層外延層的生長(zhǎng)設(shè)備，包括反應(yīng)室、摻雜元素進(jìn)口，還包括多個(gè)進(jìn)氣通路以及切換閥；所述多個(gè)進(jìn)氣通路各自都具有用于進(jìn)氣的第一端口 、用于排氣的第二端口以及用于通入稀釋氣體的第三端口；所述多個(gè)第一端口均與反應(yīng)室的進(jìn)氣口相通，所述多個(gè)第二端口均與切換閥的排氣口相通；所述多個(gè)第三端口與稀釋氣體源連通，每個(gè)進(jìn)氣通路中通入的稀釋氣體流量各不相同；所述切換閥具有一進(jìn)氣口以及多個(gè)排氣口，所述排氣口的數(shù)目不小于進(jìn)氣通路的數(shù)目；所述切換閥的進(jìn)氣口與摻雜源相通。
作為可選的技術(shù)方案，所述進(jìn)氣通路的數(shù)目為2。
作為可選的技術(shù)方案，所述稀釋氣體為氫氣。
作為可選的技術(shù)方案，所述摻雜元素選自于磷元素和硼元素中的一種。本發(fā)明還提供了一種采用上述的設(shè)備進(jìn)行多層外延層的生長(zhǎng)方法，包括如下步驟提供半導(dǎo)體襯底；將半導(dǎo)體襯底置于反應(yīng)室中；將摻雜元素通過(guò)切換閥通入一進(jìn)氣通路，進(jìn)而通入反應(yīng)室中進(jìn)行第一次外延生長(zhǎng)；操作切換閥，使摻雜元素通入另一進(jìn)氣通路，進(jìn)而通入反應(yīng)室中進(jìn)行第二次外延生長(zhǎng)。
作為可選的技術(shù)方案，在所述第一次外延生長(zhǎng)的步驟中所采用的進(jìn)氣通路中，稀釋氣體的流量為零。
作為可選的技術(shù)方案，所述半導(dǎo)體襯底為單晶硅襯底。作為可選的技術(shù)方案，所述摻雜元素選自于磷和硼中的一種。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用多個(gè)氣體通路，克服了稀釋氣體流量不可調(diào)節(jié)的問(wèn)題，只需要操作切換閥既可以獲得具有不同的摻雜元素濃度的氣體，而不需要更換摻雜源，因此簡(jiǎn)化了工藝過(guò)程，降低對(duì)襯底和外延層的污染，并且實(shí)現(xiàn)了生長(zhǎng)過(guò)程中的在位切換，易于控制每一次外延生長(zhǎng)的厚度以及摻雜濃度的分布狀態(tài)。

附圖1所示是本發(fā)明具體實(shí)施方式
所述多層外延層生長(zhǎng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意
附圖2所示是本發(fā)明具體實(shí)施方式
所述多層外延層生長(zhǎng)方法的實(shí)施步驟示意附圖3與附圖4是采用本發(fā)明實(shí)施例所獲得的外延材料擴(kuò)展電阻的測(cè)試結(jié)果。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的多層外延層的生長(zhǎng)設(shè)備以及生長(zhǎng)方法的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)說(shuō)明。
附圖1所示是本具體實(shí)施方式
所述多層外延層生長(zhǎng)設(shè)備100的結(jié)構(gòu)示意圖，包括第一進(jìn)氣通路110、第二進(jìn)氣通路120、切換闊130、反應(yīng)室140、摻雜源150以及稀釋氣體源160。
所述第一進(jìn)氣通路110包括用于進(jìn)氣的第一端口 111、用于排氣的第二端口 112以及用于通入稀釋氣體的第三端口 113;所述第二進(jìn)氣通路120亦包括用于進(jìn)氣的第一端口 121、用于排氣的第二端口 122以及用于通入稀釋氣體的第三端口 123。
所述切換閥130具有一進(jìn)氣口 131以及兩個(gè)排氣口 132與133。稀釋氣體源160中的氣體為氫氣，摻雜源150中含有磷元素或者硼元素中的一種。
附圖2所示是利用上述設(shè)備進(jìn)行多層外延層生長(zhǎng)的生長(zhǎng)方法具體實(shí)施方式
的實(shí)施步驟示意圖，包括如下步驟步驟S21，提供半導(dǎo)體襯底，并將半導(dǎo)體襯底置于反應(yīng)室中；步驟S22，將摻雜元素通過(guò)切換閥通入第一進(jìn)氣通路，進(jìn)而通入反應(yīng)室中進(jìn)行第一次外延生長(zhǎng)；步驟S23，操作切換閥，使摻雜元素通入第二進(jìn)氣通路，進(jìn)而通入反應(yīng)室中進(jìn)行第二次外延生長(zhǎng)。
6以下對(duì)上述步驟的實(shí)施進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
步驟S21，提供半導(dǎo)體襯底并將半導(dǎo)體襯底置于反應(yīng)室140中。
所述半導(dǎo)體襯底為單晶硅襯底或者化合物半導(dǎo)體襯底，例如砷化鎵等，也可以是藍(lán)寶石襯底等其他半導(dǎo)體領(lǐng)域內(nèi)常見(jiàn)的襯底材料。
步驟S22，將摻雜元素通過(guò)切換閥130通入第一進(jìn)氣通路110，進(jìn)而通入反應(yīng)室140中進(jìn)行第一次外延生長(zhǎng)。
在進(jìn)行外延生長(zhǎng)中，除了通入摻雜元素之外，還應(yīng)當(dāng)通入外延的本體物質(zhì)，本體物質(zhì)在一定的條件下，在襯底表面結(jié)晶形成外延層。例如進(jìn)行單晶硅外延生長(zhǎng)時(shí)，要通入硅垸，在100(TC 120(TC的溫度下在襯底表面形成單晶硅外延層。如果是生長(zhǎng)砷化鎵或者氮化鎵等襯底，則需要通入鎵與砷垸或者氨氣，以形成砷化鎵或者氮化鎵外延層。通入摻雜元素的作用在于形成具有N型或者P型導(dǎo)電性質(zhì)的外延層。以單晶硅外延層而言，摻雜元素可以是磷(N型)或者硼(P型)。
以上步驟可以在襯底表面形成具有第一摻雜濃度的第一外延層。
步驟S23，操作切換閥，使摻雜元素通入第二進(jìn)氣通路120，進(jìn)而通入反應(yīng)室140中進(jìn)行第二次外延生長(zhǎng)。
第一進(jìn)氣通路110與第二進(jìn)氣通路120具有不同的稀釋氣體流量，對(duì)固定流量的摻雜元素進(jìn)行稀釋后形成了具有不同摻雜元素濃度的氣體并通入反應(yīng)室140，則導(dǎo)致通入反應(yīng)室140中的摻雜元素濃度發(fā)生了變化。即步驟S23由于切換了進(jìn)氣通路，導(dǎo)致通入反應(yīng)室140中的摻雜元素濃度發(fā)生了變化，因此在第一外延層表面繼續(xù)形成了具有第二摻雜濃度的第二外延層。
如欲形成具有兩個(gè)以上摻雜濃度的多層外延層，可以選用具有多路氣體通路的設(shè)備，每個(gè)氣體通路中的稀釋氣體流量不同。仿照上述方法切換不同的氣體通路進(jìn)行外延生長(zhǎng)，進(jìn)而獲得具有多個(gè)摻雜濃度的多層外延層結(jié)構(gòu)。以上進(jìn)行多層外延層生長(zhǎng)的過(guò)程中的優(yōu)點(diǎn)在于，采用多個(gè)氣體通路，克服了稀釋氣體流量不可調(diào)節(jié)的問(wèn)題，只需要操作切換閥130既可以獲得具有不同的摻雜元素濃度的氣體，而不需要更換摻雜源150，因此簡(jiǎn)化了工藝過(guò)程，降低對(duì)襯底和外延層的污染，并且實(shí)現(xiàn)了生長(zhǎng)過(guò)程中的在位切換，易于控制每一次外延生長(zhǎng)
7的厚度以及摻雜濃度的分布狀態(tài)。
在外延中，為了獲得高摻雜的低阻外延層，甚者可以采用稀釋氣體的濃度 為零的氣體通路進(jìn)行外延生長(zhǎng)。
以下給采用上述方法的實(shí)施例。
實(shí)施例l:利用平板式外延爐，在襯底上生長(zhǎng)特殊過(guò)渡區(qū)的外延層，得到
特殊FRD的外延原材料。附圖3所示是本實(shí)施例所獲得的外延材料的擴(kuò)展電 阻測(cè)試結(jié)果。
第一步以一定速率(30 7(TC/分鐘)逐步將平板式外延爐升溫至外延生長(zhǎng) 溫度(廳0。C 1200。C);
第二步在1000。C 120(TC高溫下，通入SiHCl3 (流量3 20L/min)和摻 雜劑(磷，流量l 10L/min)以0.2 2.0um/min的生長(zhǎng)速率完成第一階段的過(guò) 渡區(qū)(附圖3中的T1層)的生長(zhǎng)；
第三步在1000。C 1200。C高溫下，通入SiHCl3 (流量3 20L/min)和摻 雜劑(磷，流量10~300ml/min)以0.2 2.0um/min的生長(zhǎng)速率完成第二階段的 過(guò)渡區(qū)(附圖3中的T2層)的生長(zhǎng)。
第四步在1000。C 1200。C高溫下，完成過(guò)渡區(qū)生長(zhǎng)之后，通入SiHCl3 流量(3~20L/min)和摻雜劑(磷，流量10 300ml/min)以0.2~2.0um/min的 生長(zhǎng)速率完成SRP平穩(wěn)層的外延生長(zhǎng)。
第五步完成外延生長(zhǎng)之后通過(guò)控制降溫完成整個(gè)特殊過(guò)渡區(qū)的外延過(guò)程。
在生長(zhǎng)期間通過(guò)對(duì)外延設(shè)備的主氫流量(100~300L/min)、噴嘴位置、基 座高度、感應(yīng)線圈的設(shè)置的調(diào)整，使得外延厚度和電阻率分布均勻。
實(shí)施例2:利用平板式外延爐，生長(zhǎng)IGBT多層外延材料。附圖4所示是 本實(shí)施例所獲得的外延材料的擴(kuò)展電阻測(cè)試結(jié)果。
第一步以一定速率(30 7(TC/分鐘)逐步將平板式外延爐升溫至外延生長(zhǎng) 溫度(1000。C 1200。C)。
第二步在1000。C 120(TC高溫下，通入SiHCl3 (流量3 20L/min)和摻雜劑(磷，流量l 10L/min)以0.2~2.0um/min的生長(zhǎng)速率完成第一層外延層 的生長(zhǎng)。
第三步在1000。C 1200。C高溫下，完成第一層外延生長(zhǎng)之后，通入SiHCl3 (流量3 20L/min)和摻雜劑(磷，流量10~300ml/min)以0.2~2.0um/min的
生長(zhǎng)速率完成第二層外延的外延生長(zhǎng)。
第四步完成外延生長(zhǎng)之后通過(guò)控制降溫完成整個(gè)IGBT的多層外延原材 的制作。
在生長(zhǎng)期間是由通過(guò)對(duì)外延設(shè)備的主氫流量(100~300L/min)、噴嘴位置、 基座高度、感應(yīng)線圈的設(shè)置的調(diào)整，使得外延厚度和電阻率分布均勻。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些 改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種多層外延層的生長(zhǎng)設(shè)備，包括反應(yīng)室、摻雜元素進(jìn)口，其特征在于還包括多個(gè)進(jìn)氣通路以及切換閥；所述多個(gè)進(jìn)氣通路各自都具有用于進(jìn)氣的第一端口、用于排氣的第二端口以及用于通入稀釋氣體的第三端口；所述多個(gè)第一端口均與反應(yīng)室的進(jìn)氣口相通，所述多個(gè)第二端口均與切換閥的排氣口相通；所述多個(gè)第三端口與稀釋氣體源連通，每個(gè)進(jìn)氣通路中通入的稀釋氣體流量各不相同；所述切換閥具有一進(jìn)氣口以及多個(gè)排氣口，所述排氣口的數(shù)目不小于進(jìn)氣通路的數(shù)目；所述切換閥的進(jìn)氣口與摻雜源相通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層外延層的生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，所述進(jìn)氣 通路的數(shù)目為2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多層外延層的生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，所述 稀釋氣體為氫氣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多層外延層的生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，所述 摻雜元素選自于磷元素和硼元素中的一種。
5. —種采用權(quán)利要求1中所述的設(shè)備進(jìn)行多層外延層的生長(zhǎng)方法，其特征 在于，包括如下步驟提供半導(dǎo)體襯底； 將半導(dǎo)體襯底置于反應(yīng)室中；將摻雜元素通過(guò)切換閥通入一進(jìn)氣通路，進(jìn)而通入反應(yīng)室中進(jìn)行第一次外 延生長(zhǎng)；操作切換閥，使摻雜元素通入另一進(jìn)氣通路，進(jìn)而通入反應(yīng)室中進(jìn)行第二 次外延生長(zhǎng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多層外延層的生長(zhǎng)方法，其特征在于，在所述第 一次外延生長(zhǎng)的步驟中所采用的進(jìn)氣通路中，稀釋氣體的流量為零。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多層外延層的生長(zhǎng)方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底為單晶硅襯底。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多層外延層的生長(zhǎng)方法，其特征在于，所述摻雜元素選自于磷和硼中的一種。
全文摘要
一種多層外延層的生長(zhǎng)設(shè)備，包括反應(yīng)室、摻雜元素進(jìn)口，還包括多個(gè)進(jìn)氣通路以及切換閥。本發(fā)明還提供了一種采用上述的設(shè)備進(jìn)行多層外延層的生長(zhǎng)方法。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用多個(gè)氣體通路，克服了稀釋氣體流量不可調(diào)節(jié)的問(wèn)題，只需要操作切換閥既可以獲得具有不同的摻雜元素濃度的氣體，而不需要更換摻雜源，因此簡(jiǎn)化了工藝過(guò)程，降低對(duì)襯底和外延層的污染，并且實(shí)現(xiàn)了生長(zhǎng)過(guò)程中的在位切換，易于控制每一次外延生長(zhǎng)的厚度以及摻雜濃度的分布狀態(tài)。
文檔編號(hào)C30B25/14GK101550590SQ20091004861
公開(kāi)日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者峰 張, 斌 張, 浩 陳 申請(qǐng)人:上海新傲科技有限公司