[實(shí)用新型]用于制造硅外延片的單片式外延爐的外延生長單元及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720097571.0
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN206494986U
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾澤斌
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類號: C30B25/08
• 分類號: C30B25/08;C30B25/10;C30B25/12;C30B29/06;C23C16/24;C23C16/46
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司33200
• 代理人: 林松海

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種用于制造硅外延片的單片式外延爐的外延生長單元及應(yīng)用。

背景技術(shù)

制造硅器件時為了降低硅器件的正向壓降或?qū)娮柰ǔＪ褂霉柰庋悠婀钂伖馄９柰庋悠ǔＪ峭ㄟ^化學(xué)氣相沉積（CVD）在直拉（CZ）硅拋光片的表面生長一層一定厚度和電阻率的硅單晶層的方法得到的。常用的硅外延生長氣體包括氫氣、三氯氫硅（SiHCl₃）、摻雜氣體（包括磷烷、硼烷等），反應(yīng)方程式為：SiHCl₃+H₂=Si+3HCl，由于硅外延片制造過程中反應(yīng)生成的硅既在硅片的拋光表面沉積（變成單晶硅），也在外延爐的石英CVD反應(yīng)腔的內(nèi)表面和石墨基座表面沉積（變成多晶硅）。每加工一片或幾片硅外延片就要用氯化氫氣體將石英CVD反應(yīng)腔的內(nèi)表面和石墨基座表面沉積的多晶硅腐蝕掉，否則會在硅外延層中產(chǎn)生大量被稱為“包裹物”的缺陷，沉積在石墨基座正上方的石英CVD反應(yīng)腔的內(nèi)表面的多晶硅尤其容易導(dǎo)致“包裹物”缺陷。在加工外延層厚度大于50μm的厚外延片時，每加工一片外延片就要用氯化氫氣體將石英CVD反應(yīng)腔的內(nèi)表面和石墨基座表面腐蝕一次。加工厚外延片時，氯化氫腐蝕時間在總的生產(chǎn)時間中占比約為30%。石英CVD反應(yīng)腔的內(nèi)表面的溫度越高，多晶硅沉積的速度越快，氯化氫腐蝕時，去除多晶硅的速度也越快。為了減少多晶硅沉積，在外延層生長過程需要盡可能降低石英生長腔內(nèi)表面的溫度；為了減少氯化氫腐蝕時間，在氯化氫腐蝕過程中要盡可能升高石英生長腔內(nèi)表面的溫度。使用傳統(tǒng)的單片式硅外延爐加工外延片，尤其是加工厚外延片時，這相互矛盾的條件很難同時滿足。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種用于制造硅外延片的單片式外延爐的外延生長單元及應(yīng)用。

一種用于制造硅外延片的單片式外延爐的外延生長單元，其主體從上到下依次設(shè)有冷卻腔，CVD反應(yīng)腔，密封柄；左右分別設(shè)有生長氣進(jìn)氣口法蘭，生長氣出氣口法蘭；前后分別設(shè)有壓縮空氣進(jìn)氣口，壓縮空氣出氣口。

所述的CVD反應(yīng)腔的長度l₁為350-450mm、寬度l₃為240-340mm、高度h₁為40-50mm，冷卻腔的長度l₄為300-420mm、寬度l₂為320-420mm、高度h2為20-40mm，外延生長單元的材料為高純石英。

一種采用所述的外延生長單元的用于制造硅外延片的單片式外延爐，從左到右依次設(shè)有：爐門、硅片盒升降電機(jī)、機(jī)械手、外延生長氣導(dǎo)入組件、外延生長單元、外延生長廢氣收集組件、外延生長廢氣排氣管、外延生長氣體閥組；在硅片盒升降電機(jī)的上方放置硅片盒；在機(jī)械手的下方設(shè)有機(jī)械手電機(jī)；在外延生長單元的上方從上到下依次設(shè)有排風(fēng)管、風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、輻射高溫計(jì)、鹵鎢燈組加熱器；在外延生長單元的下方從上到下依次設(shè)有基座旋轉(zhuǎn)軸、高頻感應(yīng)線圈、冷卻水槽、基座旋轉(zhuǎn)電機(jī)；在外延生長單元內(nèi)從左到右依次設(shè)有前導(dǎo)流板、石墨基座、后導(dǎo)流板、外延基座的硅片槽放置硅片。

所述的高頻感應(yīng)線圈，形狀為螺旋形，直徑d₁為220-320mm。

所述的鹵鎢燈組加熱器，直徑d₂為280-380mm，燈泡為鹵鎢燈泡，每個燈泡的功率為1500-2500kw，燈泡數(shù)量為20-30只。

本實(shí)用新型的有益效果：

通過獨(dú)特的外延生長單元設(shè)計(jì)，在外延層生長過程中可以盡可能降低石英生長腔內(nèi)表面的溫度以減少多晶硅沉積，在氯化氫腐蝕過程中要盡可能升高石英CVD反應(yīng)腔內(nèi)表面的溫度以提高氯化氫腐蝕的反應(yīng)速度、減少氯化氫腐蝕工序的時間。氯化氫腐蝕的反應(yīng)速度可以提高約30%，加工厚外延片時，氯化氫腐蝕時間在總的生產(chǎn)時間中的占比從傳統(tǒng)外延爐約為30%.降為4%-6%，另外氯化氫消耗量降低60%-80%，生產(chǎn)效率提高20%-25%。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的用于制造硅外延片的單片式生長爐；

圖2是外延生長單元主視圖；

圖3是外延生長單元俯視圖；

圖4是外延生長單元左視圖；

圖5是外延基座及前導(dǎo)流板和后導(dǎo)流板主視圖；

圖6是外延基座及前導(dǎo)流板和后導(dǎo)流板俯視圖；

圖7是感應(yīng)線圈俯視示意圖（一）；

圖8是感應(yīng)線圈主視示意圖（二）；

圖9是鹵鎢燈組加熱器示意圖；