用于制造硅外延片的单片式外延炉的外延生长单元及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种用于制造硅外延片的单片式外延炉的外延生长单元及应用。外延生长单元，主体从上到下依次设有冷却腔，CVD反应腔，密封柄；左右分别设有生长气进气口法兰，生长气出气口法兰；前后分别设有压缩空气进气口，压缩空气出气口。一种采用所述的外延生长单元的用于制造硅外延片的单片式外延炉。本发明专利技术通过独特的外延生长单元设计，氯化氢腐蚀的反应速度可以提高约30%，加工厚外延片时，氯化氢腐蚀时间在总的生产时间中的占比从传统外延炉约为30%.降为4%‑6%，另外氯化氢消耗量降低60%‑80%，生产效率提高20%‑25%。

Epitaxial growth unit of monolithic epitaxial furnace for producing silicon epitaxial wafer and use thereof

The invention discloses an epitaxial growth unit and an application of a monolithic epitaxial furnace for manufacturing silicon epitaxial wafers. The epitaxial growth of the main unit, from top to bottom is provided with a cooling chamber, CVD reaction chamber, the seal handle are respectively provided with a gas inlet; about the growth of the flange, the growth gas outlet flange; and are respectively provided with a compressed air inlet, a compressed air outlet. A monolithic epitaxial furnace for manufacturing silicon epitaxial wafers using said epitaxial growth unit. The invention of growth unit design through the unique extension, the reaction speed of hydrogen chloride corrosion can be increased by about 30%, processing of thick epitaxial films, the corrosion time of hydrogen chloride in the total production time accounted for about 30%. dropped to 4% from 6% than traditional epitaxial furnace, and hydrogen chloride consumption decreased 60% 80%, production efficiency 20% 25%.

【技术实现步骤摘要】
用于制造硅外延片的单片式外延炉的外延生长单元及应用
本专利技术涉及一种用于制造硅外延片的单片式外延炉的外延生长单元及应用。
技术介绍
制造硅器件时为了降低硅器件的正向压降或导通电阻通常使用硅外延片代替硅抛光片。硅外延片通常是通过化学气相沉积（CVD）在直拉（CZ）硅抛光片的表面生长一层一定厚度和电阻率的硅单晶层的方法得到的。常用的硅外延生长气体包括氢气、三氯氢硅（SiHCl3）、掺杂气体（包括磷烷、硼烷等），反应方程式为：SiHCl3+H2=Si+3HCl，由于硅外延片制造过程中反应生成的硅既在硅片的抛光表面沉积（变成单晶硅），也在外延炉的石英CVD反应腔的内表面和石墨基座表面沉积（变成多晶硅）。每加工一片或几片硅外延片就要用氯化氢气体将石英CVD反应腔的内表面和石墨基座表面沉积的多晶硅腐蚀掉，否则会在硅外延层中产生大量被称为“包裹物”的缺陷，沉积在石墨基座正上方的石英CVD反应腔的内表面的多晶硅尤其容易导致“包裹物”缺陷。在加工外延层厚度大于50µm的厚外延片时，每加工一片外延片就要用氯化氢气体将石英CVD反应腔的内表面和石墨基座表面腐蚀一次。加工厚外延片时，氯化氢腐蚀时间在总的生产时间中占比约为30%。石英CVD反应腔的内表面的温度越高，多晶硅沉积的速度越快，氯化氢腐蚀时，去除多晶硅的速度也越快。为了减少多晶硅沉积，在外延层生长过程需要尽可能降低石英生长腔内表面的温度；为了减少氯化氢腐蚀时间，在氯化氢腐蚀过程中要尽可能升高石英生长腔内表面的温度。使用传统的单片式硅外延炉加工外延片，尤其是加工厚外延片时，这相互矛盾的条件很难同时满足。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于制造硅外延片的单片式外延炉的外延生长单元及应用。一种用于制造硅外延片的单片式外延炉的外延生长单元，其主体从上到下依次设有冷却腔，CVD反应腔，密封柄；左右分别设有生长气进气口法兰，生长气出气口法兰；前后分别设有压缩空气进气口，压缩空气出气口。所述的CVD反应腔的长度l1为350-450mm、宽度l3为240-340mm、高度h1为40-50mm，冷却腔的长度l4为300-420mm、宽度l2为320-420mm、高度h2为20-40mm，外延生长单元的材料为高纯石英。一种采用所述的外延生长单元的用于制造硅外延片的单片式外延炉，从左到右依次设有：炉门、硅片盒升降电机、机械手、外延生长气导入组件、外延生长单元、外延生长废气收集组件、外延生长废气排气管、外延生长气体阀组；在硅片盒升降电机的上方放置硅片盒；在机械手的下方设有机械手电机；在外延生长单元的上方从上到下依次设有排风管、风机、风管、辐射高温计、卤钨灯组加热器；在外延生长单元的下方从上到下依次设有基座旋转轴、高频感应线圈、冷却水槽、基座旋转电机；在外延生长单元内从左到右依次设有前导流板、石墨基座、后导流板、外延基座的硅片槽放置硅片。所述的高频感应线圈，形状为螺旋形，直径d1为220-320mm。所述的卤钨灯组加热器，直径d2为280-380mm，灯泡为卤钨灯泡，每个灯泡的功率为1500-2500kw，灯泡数量为20-30只。本专利技术的有益效果：通过独特的外延生长单元设计，在外延层生长过程中可以尽可能降低石英生长腔内表面的温度以减少多晶硅沉积，在氯化氢腐蚀过程中要尽可能升高石英CVD反应腔内表面的温度以提高氯化氢腐蚀的反应速度、减少氯化氢腐蚀工序的时间。氯化氢腐蚀的反应速度可以提高约30%，加工厚外延片时，氯化氢腐蚀时间在总的生产时间中的占比从传统外延炉约为30%.降为4%-6%，另外氯化氢消耗量降低60%-80%，生产效率提高20%-25%。附图说明图1是本专利技术的用于制造硅外延片的单片式生长炉；图2是外延生长单元主视图；图3是外延生长单元俯视图；图4是外延生长单元左视图；图5是外延基座及前导流板和后导流板主视图；图6是外延基座及前导流板和后导流板俯视图；图7是感应线圈俯视示意图（一）；图8是感应线圈主视示意图（二）；图9是卤钨灯组加热器示意图；图10是传统硅外延炉的外延生长单元及主要附属设备示意图；图中，硅片盒升降电机1、硅片盒2、炉门3、机械手电机4、机械手5、外延生长气导入组件6、前导流板7、排风管8、风机9、风管10、辐射高温计11、外延生长废气排气管12、外延生长气体阀组13、卤钨灯组加热器14、外延生长单元15、硅片16、石墨基座17、外延生长废气收集组件18、高频感应线圈19、进水管20、密封圈21、基座旋转轴22、基座旋转电机23、冷却水槽24、生长气进气口法兰25、冷却腔26、生长气出气口法兰27、CVD反应腔28、密封柄29、压缩空气进气口30、压缩空气出气口31、硅片槽32、后导流板33、支撑槽34、固定柄35、冷却风进口36、上卤钨灯组加热器37、CVD反应腔38、硅片39、石墨基座40、基座转轴41、下卤钨灯组加热器42、基座旋转电机43、卤钨灯泡44。具体实施方式如图1、5、6所示，一种用于制造硅外延片的单片式外延炉，从左到右依次设有：炉门3，硅片盒升降电机1，机械手5，外延生长气导入组件6，外延生长单元15，外延生长废气收集组件18，外延生长废气排气管12，外延生长气体阀组13；在硅片盒升降电机1的上方放置硅片盒2；在机械手5的下方设有机械手电机4；在外延生长单元15的上方从上到下依次设有排风管8，风机9，风管10，辐射高温计11，卤钨灯组加热器14；在外延生长单元15的下方从上到下依次设有基座旋转轴22，高频感应线圈19，冷却水槽24，基座旋转电机23；在外延生长单元15内从左到右依次设有前导流板7，石墨基座17，后导流板33，外延基座17的硅片槽32放置硅片16。如图2所示，所述的外延生长单元15，其主体从上到下依次设有冷却腔26，CVD反应腔28，密封柄29；左右分别设有生长气进气口法兰25，生长气出气口法兰27；前后分别设有压缩空气进气口30，压缩空气出气口31。如图2-4所示，所述的CVD反应腔28的长度l1为350-450mm、宽度l3为240-340mm、高度h1为40-50mm，冷却腔26的长度l4为300-420mm、宽度l2为320-420mm、高度h2为20-40mm，外延生长单元15的材料为高纯石英。如图7-8所示，所述的高频感应线圈19，形状为螺旋形，直径d1为220-320mm。如图9所示，所述的卤钨灯组加热器14，直径d2为280-380mm，灯泡为卤钨灯泡44，每个灯泡的功率为1500-2500kw，灯泡数量为20-30只。实施例现在常用的单片式硅外延炉的外延生长单元及主要附属设备如图10所示，从上到下依次设有冷却风进口36，上卤钨灯组加热器37，CVD反应腔38，硅片39，石墨基座40，基座转轴41，下卤钨灯组加热器42，基座旋转电机43。上卤钨灯组加热器37和下卤钨灯组加热器42分别包括多个卤钨灯泡44。在硅外延层生长过程中由冷却风进口36向位于石墨基座40正上方的CVD反应腔38的上外表面吹冷却风，由于冷却风的反射作用，这种风冷方式，不能有效降低石墨基座40正上方的CVD反应腔38的内表面的温度，多晶硅的沉积速度较快。在加工外延层厚度大于50µm的厚外延片时，每加工一片外延片就要用氯化氢气体将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造硅外延片的单片式外延炉的外延生长单元，其特征在于，其主体从上到下依次设有冷却腔（26），CVD反应腔（28），密封柄（29）；左右分别设有生长气进气口法兰（25），生长气出气口法兰（27）；前后分别设有压缩空气进气口（30），压缩空气出气口（31）。

【技术特征摘要】
1.一种用于制造硅外延片的单片式外延炉的外延生长单元，其特征在于，其主体从上到下依次设有冷却腔（26），CVD反应腔（28），密封柄（29）；左右分别设有生长气进气口法兰（25），生长气出气口法兰（27）；前后分别设有压缩空气进气口（30），压缩空气出气口（31）。2.如权利要求书1所述的外延生长单元，其特征在于，所述的CVD反应腔（28）的长度l1为350-450mm、宽度l3为240-340mm、高度h1为40-50mm，冷却腔（26）的长度l4为300-420mm、宽度l2为320-420mm、高度h2为20-40mm，外延生长单元（15）的材料为高纯石英。3.一种采用如权利要求1所述的外延生长单元的用于制造硅外延片的单片式外延炉，其特征在于，从左到右依次设有：炉门（3）、硅片盒升降电机（1）、机械手（5）、外延生长气导入组件（6）、外延生长单元（15）、外延生长废气收集组件（18）、外延生长废气排气管（12）、...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾泽斌，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33