【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体，尤其涉及双层进气外延工艺中改善膜厚均匀性的方法及晶圆和设备。
技术介绍
1、硅外延工艺一种是在硅衬底上原位生长硅外延层的工艺，外延层的质量会直接影响到后续的器件加工。
2、随着人们对复杂性器件的要求越来越高，外延层的厚度和均匀性的要求也日益提高。目前市面上主流的常压8寸硅外延设备为单层进气设备。单层进气设备主要是通过针阀或气体质量流量控制器等装置控制进入腔体的气流比例，更改不同针阀或气体质量流量控制器的开度可实现外延层膜厚均匀性的调节，该方法已普遍应用在多数外延设备。但单层进气模式不利于下取片机台进行厚膜工艺，这会大幅度降低生长厚膜的腔体维护保养周期，提高顶针表面沉积而被镀膜的风险。
3、相比于单层进气，现研究的双层进气设备通过重新设计腔体结构和增加下层吹扫气路等方式降低下层反应气体的浓度，降低顶针表面沉积而被镀膜的风险，可在下取片外延设备上实现超过50μm厚外延层的生长。
4、但由于腔体和气路的改变导致气流场改变，导致双层进气设备中外延生长的晶圆膜厚均匀性难以控制。
5、因此，开发一种提高双层进气设备中晶圆膜厚均匀性方法显得十分重要。
技术实现思路
1、鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供双层进气外延工艺中改善膜厚均匀性的方法及晶圆和器件，创造性地调节下层进气的流量，通过将第一载气和第二载气的流量之比控制为1：(0.5～0.78)，能够显著提高晶圆厚度的均匀性。
2、为达此目的，本专利技术采用以
3、第一方面，本专利技术提供一种双层进气外延工艺中改善膜厚均匀性的方法，所述方法包括：衬底片在上层进气和下层进气的双层气体作用下进行外延生长，得到膜厚均匀的晶圆；其中，所述上层进气包括第一载气和反应源气，所述下层进气包括第二载气；所述第一载气和第二载气的流量之比为1：(0.5～0.78)。
4、值得说明的是，针对8寸硅外延设备而言，双层进气设备相较于单层进气设备而言，能够实现超过50μm厚的外延生长，且具有下取片和降低pin针coating风险的优势，然而，目前难以控制所制得产品的膜厚均匀性。以往单层进气设备是通过调节上层的进气流量，即含反应源气和载气的气体流量，并调控温度等外延生长条件，即可得到膜厚均匀的产品。然而专利技术人发现仅调节上层的进气流量在双层进气设备中，难以获得膜厚均匀的产品。因此，本专利技术创造性地在调试的过程中固定上层进气流量不变，仅调节下层进气流量，结果意外发现，下层进气量是对双层进气腔体外延片膜厚的重要影响参数，其过大会干扰晶圆表面气流，其过小会增加pin针coating的风险。而且更加出乎本领域技术人员意料的是，第二载气的最佳流量选择并不与外延生长的温度和上层第一载气的流量强相关，虽然外延生长的工艺参数会影响晶圆的膜厚均匀性，但是专利技术人意外发现其并不能影响第二载气的最佳流量。为此，本专利技术控制所述第一载气和第二载气的流量之比为1：(0.5～0.78)，从而显著提高了晶圆的膜厚均匀性。
5、更进一步，本专利技术通过调节下层进气量来提高膜厚均匀性克服了现有技术的偏见，具体如下：由于上层进气中含有反应源气，调整反应源气和上层载气的流量均会直接改变反应腔体内反应源气的浓度，从而更为直接的影响产品的外延生长速度。一般本领域技术人员认为下层进气量少，且不直接与反应源气混合，而是在反应腔体内通过扩散混合，对于产品的外延生长速度影响较小，也就较难影响产品的膜厚均匀性，然而本专利技术通过研究发现在双层进气设备中，下层进气量的选择反而是影响膜厚均匀性的关键所在，这克服了现有技术的偏见。
6、在克服技术偏见的基础上，本专利技术通过仅调节下层进气且不调节上层进气流量(仅将其维持在某一固定水平)，从而能够在基本不影响外延生长速度(即上层进气流量由所需的生长速度决定反应源气的浓度和流量，在调试设备时不再调节)的基础上实现膜厚均匀的产品的制备，从而不再需要为了提高膜厚均匀性而牺牲外延生长速率。
7、本专利技术中第一载气和第二载气的流量之比例如可以是1:0.5、1：0.52、1：0.53、1：0.54、1：0.55、1：0.56、1：0.58、1：0.60、1：0.61、1：0.62、1：0.63、1：0.65、1:0.68、1:0.69、1:0.70、1:0.72、1:0.75或1:0.78等。
8、优选地，所述反应源气包括硅源气体。
9、优选地，所述硅源气体为三氯硅烷。
10、本专利技术优选硅源气体采用三氯硅烷，相较于其他硅源气体而言，三氯硅烷对于调节下层进气的敏感性较高，能够得到膜厚更加均匀的产品。
11、优选地，所述硅源气体的流量为4～12g/min，例如可以是4g/min、5g/min、6g/min、7g/min、8g/min、9g/min、10g/min、11g/min或12g/min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
12、值得说明的是，本专利技术中硅源气体的流量对于外延生长的生长速度和膜厚均匀性同样具有影响，研究发现当硅源气体的流量控制在4～12g/min时，能够更好地提高膜厚的均匀性。
13、优选地，所述第一载气和第二载气各自独立地为氢气。
14、优选地，所述第一载气的流量为45～80slm，例如可以是45slm、54slm、57slm、60slm、64slm、67slm、70slm、74slm、77slm或80slm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
15、优选地，所述第二载气的流量为25～45slm，例如可以是25slm、28slm、30slm、32slm、34slm、37slm、39slm、41slm、43slm或45slm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
16、值得说明的是，本专利技术不仅要求第一载气与第二载气的流量之比在上述范围内，还需要严格控制第二载气的流量范围为25～45slm，当该流量偏多时，会影响上层进的硅源浓度，不仅降低了生长速度从而降低了生产效率；而且由于下层第二载气的扰动过大导致晶圆的膜厚均匀性下降；当流量偏少时，不仅会增加顶针表面沉积而被镀膜的风险，而且无法起到均匀化晶圆表面的作用，从而难以得到膜厚均匀的晶圆产品。
17、优选地，所述外延生长的温度为1110～1150℃，例如可以是1110℃、1115℃、1119℃、1124℃、1128℃、1133℃、1137℃、1142℃、1146℃或1150℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
18、优选地，所述晶圆的厚度为10～50μm，例如可以是10μm、15μm、19μm、24μm、28μm、33μm、37μm、42μm、46μm或50μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
19、本专利技术提供的方法优选适用于厚度为10～50μm的晶圆，这是由于晶圆厚度为10μm时，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双层进气外延工艺中改善膜厚均匀性的方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应源气包括硅源气体；
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述刻蚀清洁的温度为1100～1200℃；
5.根据权利要求3或4项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述刻蚀清洁的过程中还通入载气；
6.根据权利要求3～5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述第三载气进行吹扫的温度为900～1150℃；
7.根据权利要求3～6任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)中先将反应腔内的温度降至600～700℃，再置入衬底片；
8.根据权利要求3～7任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
9.一种晶圆，其特征在于，所述晶圆采用权利要求1～8任一项所述的双层进气外延工艺中改善膜厚均匀性的方法制得。
10.一种设备，其特征在于，所述设备用于实施权利要求1～8
...【技术特征摘要】
1.一种双层进气外延工艺中改善膜厚均匀性的方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应源气包括硅源气体；
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述刻蚀清洁的温度为1100～1200℃；
5.根据权利要求3或4项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述刻蚀清洁的过程中还通入载气；
6.根据权利要求3～5任一项所述的方法，其特征在于，步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹建伟，沈文杰，张文浩，李月洲，朱凌锋，查文杰，朱亮，
申请(专利权)人：浙江求是创芯半导体设备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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