外延生长设备和外延生长方法
技术领域
本发明涉及外延生长工艺领域，特别涉及一种外延生长设备和一种外延生长方法。
背景技术
电子元件制造对作为衬底的半导体晶片上表面的平整性要求很高，现常用将步进设备在晶片表面所有区域的聚焦能力加入考量的局部平直度SFQR(部位上表面基准的最小二乘方/范围)参数来评价。最大局部平直度SFQRmax的值代表半导体晶片上所有加以考虑的电子元件范围的最大SFQR值。SFQRmax值的降低有利于解决制造电子器件时可能遇到的光刻工艺散焦问题、CMP工艺的抛光均匀性问题以及SOI粘合工艺中的不良粘合问题等等。硅晶片的局部平直度可以利用研磨、抛光等方法优化。
常用的作为衬底的半导体晶片为硅外延晶片，通常是通过外延生长工艺即在硅晶片上以相同的晶体取向并以单晶的方式生长外延层而获得。与不包括该外延层的硅晶片相比，硅外延晶片具有较低的缺陷密度以及较好的抗闩锁能力等优点，适用于在外延层上制造高度集成的电子元件，如微处理器或存储芯片。硅外延晶片的局部平直度与利用外延生长工艺沉积的外延层的均一性有关。
目前制造硅外延晶片是将硅晶片放置在外延装置的腔室中，利用热源进行加热，并向腔室内通入反应气体，反应气体在高温下在晶片表面分解形成硅，进而沉积到硅晶片表面生长而形成外延层，在此过程中，通常使晶片以设定转速在支架(即衬托器或基座)上旋转以使外延层均匀生长。
研究发现，外延层的生长速率与生长取向即硅晶片的晶向有关，具体根据晶向的不同，外延层的生长速率会增大或减小，尤其在晶片的边缘区域，导致了外延层的厚度差异。以直径300mm的硅晶片为例，其上表面假设为(001)晶面，实验数据表明，在距离晶片中心149mm远的边缘区域，对应于晶片的<110>晶向的一定范围内，外延层的厚度在整个晶片表面内较大，而在对应于晶片的<100>晶向的一定范围内，外延层的厚度在整个晶片表面内较小，边缘区域的局部平直度SFQR较大，这会使得硅外延晶片的最大局部平直度SFQRmax较大，造成硅外延晶片的质量变差，亦会引起在制造电子元件时出现问题。
对于上述外延层的局部平直度SFQR较大的问题，已有方法大多是从改变外延生长装置的结构来调节，例如改变进气口的设计或者改变安装晶片的衬托器的设计以期改变气流。但是，调整外延生长装置的结构需要考虑对装置各个功能部件的影响，比较复杂，并且，对于使用中的装置，其结构难以根据实际工艺状况及时进行调整，灵活性较差。
发明内容
本发明提供一种外延生长设备和外延生长方法，目的是调整在晶片上形成的外延层的厚度均一性，以降低外延晶片的局部平直度(SFQR)，提高外延晶片的质量。
一个方面，本发明提供一种外延生长设备，所述外延生长设备包括腔体及位于腔体内的衬托器，所述衬托器用于放置晶片并在外延生长过程中带动晶片旋转，所述腔体上设置有第一进气口和第二进气口，所述第一进气口允许用于在所述晶片上形成外延层的反应气体进入所述腔体内，所述第二进气口允许用于阻止所述外延层的沉积的刻蚀气体进入所述腔体内；当所述晶片的边缘部分具有晶向不同的较快区和较慢区且所述外延层在所述较快区比在所述较慢区生长更快时，在外延生长过程中，随着所述晶片的旋转，所述第二进气口在所述较快区旋转经过时提供的刻蚀气体的进气速率大于在所述较慢区旋转经过时提供的刻蚀气体的进气速率。
可选的，所述第一进气口提供的反应气体的进气速率在所述外延生长过程中保持不变。
可选的，在外延生长过程中，随着所述晶片的旋转，所述第一进气口在所述较快区旋转经过时提供的反应气体的进气速率小于在所述较慢区旋转经过时提供的反应气体的进气速率。
可选的，所述第二进气口提供的刻蚀气体的进气速率以脉冲的形式随时间变化，且所述第二进气口在所述较快区旋转经过时提供的刻蚀气体的进气速率为脉冲的峰值。
可选的，所述较快区和所述较慢区在所述晶片的边缘部分沿所述晶片的周向间隔交替分布，所述晶片的边缘部分还包括过渡区，所述过渡区介于相邻的一个所述较快区和一个所述较慢区之间，且所述过渡区的晶向使得所述外延层在所述过渡区的生长速率介于所述较快区和所述较慢区之间。
可选的，在所述晶片旋转过程中，所述第二进气口提供的刻蚀气体的进气速率随着所述较快区、所述过渡区、所述较慢区依次旋转至所述第二进气口而逐渐减小，并且随着所述较慢区、所述过渡区和所述较快区依次旋转至所述第二进气口而逐渐增加。
可选的，所述晶片为单晶硅晶片、绝缘体上硅晶片、应变硅晶片或者绝缘体上应变硅晶片。
可选的，所述较快区位于晶片的<110>晶向的预定扇面角内，所述较慢区位于晶片的<100>晶向的预定扇面角内。
可选的，所述反应气体包括SiH4、SiH2Cl2、SiHCl3和SiCl4中的至少一种；所述刻蚀气体为气态HCl。
可选的，所述第一进气口和所述第二进气口位于同一水平面内，且与所述晶片的中心的连线相互垂直。
可选的，所述晶片的旋转速率为40～60转/分钟。
另一方面，本发明提供一种外延生长方法，包括以下步骤：
将晶片放置在外延生长设备的腔体中，所述晶片的边缘部分具有晶向不同的较快区和较慢区且外延生长在所述较快区比在所述较慢区更快，所述腔体上设置有第一进气口和第二进气口；以及，使所述晶片旋转并在所述晶片上进行外延生长，其中，通过所述第一进气口向所述腔体内输送反应气体以在所述晶片上形成外延层，同时通过所述第二进气口向所述腔体内输送刻蚀气体以阻止所述外延层的沉积，在外延生长过程中，所述刻蚀气体在所述较快区旋转经过所述第二进气口时的进气速率大于在所述较慢区旋转经过所述第二进气口时的进气速率。
可选的，在外延生长过程中，所述反应气体的进气速率保持不变。
可选的，在外延生长过程中，所述反应气体在所述较快区旋转经过所述第一进气口时的进气速率小于在所述较慢区旋转经过所述第一进气口时的进气速率。
可选的，所述刻蚀气体的进气速率以脉冲的形式随时间变化，且所述刻蚀气体在所述较快区旋转经过所述第二进气口时的进气速率为脉冲的峰值。
可选的，所述刻蚀气体的进气速率以矩形波、尖脉冲、锯齿波、三角波、正弦波和阶梯波中的一种或者两种以上的组合形式而随时间变化。
可选的，所述刻蚀气体的进气速率为0～20L/分钟。
本发明提供的外延生长设备，可以对其中放置的晶片进行外延生长，其腔体上设置有第一进气口和第二进气口，第一进气口允许用于在晶片上形成外延层的反应气体进入腔体内，第二进气口允许用于阻止外延层的沉积的刻蚀气体进入腔体内，当晶片的边缘部分具有晶向不同的较快区和较慢区且外延层在较快区比在较慢区生长更快时，在外延生长过程中，随着晶片的旋转，第二进气口在较快区旋转经过时提供的刻蚀气体的进气速率大于在较慢区旋转经过时提供的刻蚀气体的进气速率。由于在较快区旋转至第二进气口时刻蚀气体的进气速率更大，即输入量较大，从而刻蚀气体对于较快区的外延层的去除效率较大，具有调解较快区和较慢区的外延层的厚度的效果，有助于使较快区和较慢区的外延层的厚度趋于一致，从而有利于降低外延晶片的局部平直度，提高外延晶片的质量。
本发明提供的外延生长方法，将晶片放置在外延生长设备的腔体中，所述晶片的边缘部分具有晶向不同的较快区和较慢区且外延生长在所述较快区比在所述较慢区更快，然后使晶片旋转并在所述晶片上进行外延生长，其中，通过腔体上的第一进气口输送反应气体以在晶片上形成外延层，同时通过腔体上的第二进气口输送刻蚀气体以阻止外延层的沉积，在外延生长过程中，所述刻蚀气体在较快区旋转经过第二进气口时的进气速率大于在较慢区旋转经过第二进气口时的进气速率。通过调节刻蚀气体的进气速率，可以对所述较快区和所述较慢区的外延生长进行调节，有助于提高外延层的厚度均一性，降低外延晶片的局部平直度，提高外延晶片的质量。本发明提供的外延生长方法可以在不改变外延生长装置的结构的条件下达到提高外延晶片的质量，并且调节灵活性较好。
进一步的，在外延生长过程中，所述反应气体的进气速率可以保持稳定不变，或者也可以参与外延生长的调节，具体可以所述反应气体在较快区旋转经过第一进气口时的进气速率小于在较慢区旋转经过第一进气口时的进气速率，结合在所述较快区和所述较慢区旋转至第二进气口时刻蚀气体的进气速率的变化，可以更灵活地调节晶片表面尤其是边缘部分的外延层的厚度均一性，提高外延层的质量，进而提高外延晶片的质量。
附图说明
图1是本发明实施例中硅晶片的晶向示意图。
图2是本发明实施例中硅晶片上较快区和较慢区的分布示意图。
图3是本发明实施例第一进气口、第二进气口以及晶片的位置示意图。
图4是本发明实施例中外延生长设备的局部剖面示意图。
图5是本发明实施例的外延生长方法的流程示意图。
附图标记说明：
10-腔体；11-第一进气口；12-第二进气口；20-衬托器；21-凹槽；30-晶片。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的外延生长设备和外延生长方法作进一步详细说明。根据下面的说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例。
半导体晶片的制造工艺中，切割形成的半导体晶片通常经过研磨步骤，例如磨削或研磨，使机械敏感边缘变圆，然后进行抛光和清洗，之后在外延生长设备中在晶片的上表面气相生长形成外延层。
在外延生长工艺中，半导体晶片例如硅晶片被放置在外延生长设备中以一定的速率旋转，并进行加热，反应气体(例如TCS，三氯硅烷)作为源气体输送至硅晶片表面，在约600至1250℃的温度下分解成硅及挥发性的副产物，并在硅晶片上外延生长形成硅的外延层。所述外延层可以是非掺杂的，或者是采用合适的掺杂气体针对性地用硼、磷、砷或锑进行掺杂的，以调节导电类型以及电阻率。
为了提高通过外延生长在半导体晶片上形成的外延层的厚度均一性，尤其是优化边缘区域的局部平直度，以降低外延晶片的最大局部平直度值SFQRmax，通常采用调整外延生长设备的结构例如改变衬托器的设计来进行优化，然而，调整外延生长设备的结构需要考虑对装置各个功能部件的影响，并且，由于在生产中难以根据实际工艺状况及时调整装置的结构设计，这种方法的灵活性较差。
图1是本发明实施例中硅晶片的晶向示意图。参照图1，硅晶片的上表面通常为{100}晶面族中的一个晶面，因而后续在硅晶片上经外延生长后形成的外延层的上表面也为{100}晶面族中的一个晶面，图1中以硅晶片的上表面为(100)晶面为例。依照晶片的半径方向，晶片的不同的晶向沿圆周呈周期性分布，如图1中每隔90度均出现一次晶向<110>，晶向<110>以顺时针或者逆时针旋转45度则为晶向<100>。
研究表明，半导体晶片例如硅晶片的外延层的生长速率与晶向有关，依照晶向不同(即外延层的生长取向不同)，外延层的生长速率会间隔地增大或减小，这种依赖关系在晶片上表面的边缘区域表现明显。以图1所示的硅晶片为例，外延层选择性地在包括晶向<110>的一定角度内生长较快，而在包括晶向<100>的一定角度内生长较慢，在晶向<110>和晶向<100>之间的晶向(图中未示出)上，外延层较晶向<110>角度内的生长减慢而较晶向<110>角度内的生长加快。这种外延层的生长速率与晶向有关的规律不是属于硅晶片的外延生长工艺所独有，在其它半导体晶片的外延生长中理应也存在。因此，虽然本实施例主要以硅晶片为例进行描述，但应当理解，本发明的构思和内涵同样适用于其它半导体晶片的外延生长工艺。示例的，以下所描述的半导体晶片可以是单晶硅晶片、绝缘体上硅晶片、应变硅晶片或者绝缘体上应变硅晶片等，半导体晶片的材质也可以采用其它元素例如锗的晶体。
图2是本发明实施例中硅晶片上较快区和较慢区的分布示意图。参照图2，由于硅晶片上边缘部分的外延层的生长速率与晶片的晶向即生长取向有关，当硅晶片在旋转状态下进行外延生长时，对应不同晶向的一定角度内存在沿周向分布的外延层生长较快的较快区Ⅰ、外延层生长较慢的较慢区Ⅲ以及生长速率介于较快区Ⅰ和较慢区Ⅲ之间的过渡区Ⅱ。如果不作调整，由于边缘部分这几个位置的外延层生长速率的不同，会引起较为明显的外延层厚度差异，这会造成晶片平整性变差以及外延晶片的质量和成品率下降的问题。因而，需要对晶片上外延生长速率有差异的区域尤其是较快区Ⅰ和较慢区Ⅲ的生长厚度差异进行调整。
以下首先介绍本实施例的外延生长设备。本实施例的外延生长设备对于上述的外延层生长速率由于生长晶向的差异，设置在其腔体上的进气口提供刻蚀气体时，具有与晶片的旋转有关的进气速率，以对晶片边缘部分的外延层的厚度进行调整，目的是获得外延层厚度均一的外延层，调节过程可以不改变外延生长设备以及衬托器的设计，因而调节灵活性较高。
图3是本发明实施例第一进气口、第二进气口以及晶片的位置示意图。图4是本发明实施例中外延生长设备的局部剖面示意图。参照图3和图4，本实施例的外延生长装置包括腔体10及位于腔体10内的衬托器20，所述衬托器20用于放置晶片30并在外延生长过程中带动晶片30旋转，衬托器通常带动晶片30以自身中心线为轴在水平面内旋转。所述腔体10上设置有第一进气口11和第二进气口12，所述第一进气口11允许用于在晶片30上形成外延层的反应气体进入腔体10内，所述第二进气口12允许用于阻止所述外延层的沉积的刻蚀气体进入腔体10内；并且，所述晶片30的边缘部分具有晶向不同的较快区Ⅰ和较慢区Ⅲ，较快区Ⅰ和较慢区Ⅲ根据生长晶向不同而外延生长速率不同，具体为外延层在所述较快区Ⅰ比在较慢区Ⅲ生长更快，在针对所述晶片30的外延生长过程中，随着所述晶片的旋转，所述第二进气口12在较快区Ⅰ旋转经过时提供的刻蚀气体的进气速率大于在较慢区Ⅲ旋转经过时提供的刻蚀气体的进气速率。
本实施例以硅晶片为例，参照图1，由于外延层的生长速率与硅晶片的晶向有关，因而根据晶向生长差异，硅晶片的边缘部分包括周期性分布的所述较快区Ⅰ、过渡区Ⅱ、较慢区Ⅲ，同一周期内包括一个所述较快区Ⅰ、一个较慢区Ⅲ以及两个过渡区Ⅱ，并且较快区Ⅰ、过渡区Ⅱ、较慢区Ⅲ以及过渡区Ⅱ的顺序沿周向依次连接，相邻两个周期相差90度。上述晶片边缘区域的较快区Ⅰ可以设置为晶片30边缘部分的<110>晶向的预定扇面角范围，较慢区Ⅲ可以设置为晶片30边缘部分的<100>晶向的预定扇面角范围，过渡区Ⅱ可以设置为介于较快区Ⅰ和所述较慢区Ⅲ之间的晶片上表面边缘区域。边缘部分可以根据晶片的规格以及实验数据具体设置，例如对于300mm直径的硅晶片，可以将距中心点在145mm～150mm的区域作为晶片的边缘部分。每个区间的具体范围大小可以根据类似结构的外延装置进行常规外延生长工艺(外延生长过程中工艺气体以稳定的进气速率被输入腔体)的实验数据进行设定，例如可以将晶片的边缘部分内厚度超过平均厚度5％的范围定义为较快区Ⅰ，而将厚度低于平均厚度5％的范围定义为较慢区Ⅲ，所述较快区Ⅰ和较慢区Ⅲ的厚度差异主要是由于晶向不同导致的。作为示例，所述较快区Ⅰ可以在以<110>晶向为中心线的的±5度范围内设置，所述较慢区Ⅲ可以在以<100>晶向为中心线的±5度范围内设置，即所述较快区Ⅰ和较慢区Ⅲ所在的扇面角均可以在0～10度范围。
衬托器20可以由石墨、碳化硅或者石英制成。在外延生长工艺中，晶片30通常固定于衬托器20上的凹槽21内，凹槽21的边缘上表面可以高于晶片30的上表面或者与之齐平。凹槽21的形状也可以是考量气体流动的因素之后的特殊形状，例如凹槽21的底面可以设计成一定斜率的斜面，以通过改变气流的阻力来调整外延层的生长。另外，外延生长装置在腔体10的上下方可以设置有加热部件，以对腔体10内的晶片30以及反应气体进行加热，促使反应气体分解而在晶片30上进行气相沉积形成外延层。本实施例的衬托器和加热部件可以采用公知的设计。
参照图3，外延生长装置的腔体10的腔壁上设置有第一进气口11和第二进气口12，可以设置为分别在外延生长工艺中从外部向腔体10内输送反应气体和刻蚀气体。进一步的，第一进气口11允许输送的可以是包括反应气体(即源气体)和载气的混合工艺气体。针对硅晶片的外延生长工艺用到的反应气体可包括硅烷(SiH4)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、三氯硅烷(SiHCl3)或四氯硅烷(SiCl4)等硅类化合物气体，H2(氢气)或惰性气体可以被用作载气，载气主要起稀释反应气体的作用，工艺气体内还可以包括微量的掺杂剂气体，例如B2H4。本实施例中反应气体例如是三氯硅烷，简称TCS，载气例如是H2。在另一实施例中，工艺气体中的载气和掺杂剂气体也可以通过第一进气口11和第二进气口12以外的进气口输送。
第二进气口12可以设置在与第一进气口11同一水平的不同位置，即第一进气口11和第二进气口12可以按照腔体10的轴线(或晶片的中心垂线)相互呈一定角度分别设置在腔壁上，作为示例，如图3，第一进气口11和第二进气口12与晶片30中心的连线可以相互垂直设置，使第一进气口11和第二进气口12输送气体的方向相互垂直。具体的，第一进气口11和第二进气口12与晶片30边缘的水平距离L均处于约5cm～15cm的范围，第一进气口11和第二进气口12的下边缘距离衬托器20的凹槽21的上表面之间的垂直距离H例如约1mm～10mm。在实际应用中第一进气口11和第二进气口12的设置主要考虑使气体较均匀地输送至晶片上表面。
第二进气口12输送的刻蚀气体可以阻止外延层的沉积，本实施例中，刻蚀气体例如为气态HCl。刻蚀气体在外延工艺中常用于对放置在衬托器上的晶片进行预处理，以去除外延生长之前晶片表面的自然氧化物，以及在经过多次外延生长工艺后，对不放置晶片的衬托器进行处理，去除其表面多余的沉积物。本实施例中，刻蚀气体还被应用于外延生长工艺，即在第一进气口11将包括反应气体的工艺气体输送至腔体10从而反应气体在晶片表面气相沉积形成外延层的过程中，同时第二进气口12将刻蚀气体输送至腔体10中。以硅晶片外延为例，在外延生长过程中，进入腔体10内的反应气体在受热状态下分解并形成硅沉积在硅晶片表面，而刻蚀气体使得硅离开硅晶片表面，硅沉积和去除的反应均以较高的速率进行，可视为硅晶片表面的硅在移动，硅沉积量和硅去除量受相应区域的反应气体和刻蚀气体的比例影响。可以理解，本实施例中主要描述的外延生长设备的外延生长过程，刻蚀气体用于调节外延层的质量，因而硅的平均沉积速率应大于平均去除速率，即在整个外延生长过程中，硅的总沉积量大于硅的总去除量。本实施例中，所述刻蚀气体和所述反应气体的进气速率均处于0～20L/分钟的范围。所述晶片的旋转速率例如约40～60转/分钟，具体数值可以根据实际设备状况而定。
根据上面的描述，在晶片的边缘部分，根据晶向的变化，沿晶向生长的外延层的生长速率不同，其中，对应于较快区Ⅰ，外延层的生长速率较大，而对应于较慢区Ⅲ，外延层的生长速率较小。为了调节外延层的生长，使较快区Ⅰ、较慢区Ⅲ以及过渡区Ⅱ的外延层的沉积厚度趋于一致，以降低边缘部分的局部平直度SFQR，本实施例中，在进行外延生长工艺的晶片30的旋转过程中，第二进气口12在较快区Ⅰ旋转经过第二进气口12时提供的刻蚀气体的进气速率大于在较慢区Ⅲ旋转经过第二进气口12时提供的刻蚀气体的进气速率。即，对于晶片30边缘区域因晶向而生长较快的区域(即较快区Ⅰ)，相对地增强了硅去除反应，而对于晶片30边缘区域因晶向而生长较慢的区域(即较慢区Ⅲ)，相对地减弱了硅去除反应，从而对因晶向不同而导致的外延层的生长差异具有反向调节作用，有利于使较快区Ⅰ和较慢区Ⅲ的外延层厚度差异减小，从而有利于降低外延晶片边缘部分的局部平直度。
对于晶片边缘部分的过渡区Ⅱ，由于该区域的外延层的生长速率介于较快区Ⅰ和较慢区Ⅲ之间，因而第二进气口12在过渡区Ⅱ旋转经过时提供的刻蚀气体的进气速率可以选择介于在较快区Ⅰ和较慢区Ⅲ旋转经过第二进气口12时提供的进气速率的数值之间。当然，若晶片30的过渡区Ⅱ范围内进一步具有根据晶向不同而外延生长速率不同的两个以上较小的区域，第二进气口12也可以在所述两个以上较小的区域分别旋转经过第二进气口12时改变提供的刻蚀气体的进气速率，以使过渡区Ⅱ的硅沉积量趋于一致。
为了使第二进气口12提供的刻蚀气体在较快区Ⅰ旋转经过时进气速率更大，可以控制所述刻蚀气体的进气速率以脉冲的形式随时间变化，并在较快区Ⅰ旋转经过第二进气口12时，使第二进气口12提供的刻蚀气体的进气速率为脉冲的峰值。具体可采用的脉冲形式可以是矩形波、尖脉冲、锯齿波、三角波、正弦波和阶梯波中的一种或者两种以上的组合。参照图2，本实施例中，晶片30旋转一圈的时间内(即一个旋转周期内)第二进气口12共经过四个较快区Ⅰ、四个较慢区Ⅲ以及介于它们之间的八个过渡区Ⅱ，从而在每个旋转周期内，所述第二进气口12提供的刻蚀气体的进气速率可以根据较快区Ⅰ旋转至第二进气口12的时间点分别按照四个脉冲的方式变化。脉冲频率可以在1Hz～200Hz范围内变化，具体取值可以根据晶片的规格和旋转速率而定。另外，考虑到进气口和晶片的距离以及刻蚀气体在从进气口到达晶片经过的时间，第二晶体口提供的刻蚀气体的输送脉冲的开始发送时间可以较晶片30的较快区Ⅰ旋转到第二进气口时略微提前一段时间(例如约0.05s～1s)，并达到在所述较快区Ⅰ旋转经过所述第二进气口12时，所述刻蚀气体的进气速率为脉冲的峰值的效果。
为了使提供的刻蚀气体在较快区Ⅰ旋转经过第二进气口12时的进气速率大于较慢区Ⅲ旋转经过第二进气口12时的进气速率，所述刻蚀气体也可以按照连续变化的形式进行输送，具体的，在外延生长过程中，随着晶片30的旋转，所述较快区Ⅰ、所述过渡区Ⅱ、所述较慢区Ⅲ依次旋转至所述第二进气口12，第二进气口12提供的刻蚀气体的进气速率可以设置为逐渐减少，并且随着所述较慢区Ⅲ、所述过渡区Ⅱ和所述较快区Ⅰ依次旋转至所述第二进气口11，第二进气口12提供的刻蚀气体的进气速率可以设置为逐渐增加。刻蚀气体的进气速率的逐渐增加或减少可以采用线性或非线性方式。
利用上述外延生长设备，在晶片边缘区域的较快区Ⅰ，外延层的生长一方面由于晶向的关系而加快，但另一方面由于第二进气口12提供的刻蚀气体的进气速率较大而沉积速率减小，有助于抑制晶向所导致的生长加快趋势，使外延层按照变化幅度较小的平均生长速率生长。类似的，在晶片边缘区域的较慢区Ⅲ，外延层的生长一方面会由于晶向的关系而减慢，但另一方面由于第二进气口12提供的刻蚀气体的进气速率较小而沉积速率提高，有助于调整晶向所导致的生长减慢趋势，有助于外延层按照变化幅度较小的平均生长速率生长。
进一步的，即外延生长过程中，第一进气口11提供的反应气体的进气速率可以保持稳定不变，或者，根据调节外延层的需要，也可以同时通过改变第一进气口11提供的反应气体的进气速率变化来调节外延层的沉积，例如，可以使第一进气口11提供的反应气体在所述较快区Ⅰ旋转经过所述第一进气口11时的进气速率小于在所述较慢区Ⅲ旋转经过所述第一进气口11时的进气速率，结合第二进气口12对刻蚀气体的进气速率的控制，可以更灵活地调节晶片表面尤其是边缘部分的外延层厚度，降低局部平直度，也可以降低外延晶片的最大局部平直度，使外延层厚度均一，缺陷减少，从而外延晶片的质量得到提高。
图5是本发明实施例的外延生长方法的流程示意图。参照图1至图5，本实施例还包括一种外延生长方法，包括：
第一步骤S1：将晶片30放置在外延生长设备的腔体10中，所述晶片30的边缘部分具有晶向不同的较快区Ⅰ和较慢区Ⅲ且外延生长在所述较快区Ⅰ比在所述较慢区Ⅲ更快，所述外延生长设备的腔体10上设置有第一进气口11和第二进气口12；
第二步骤S2：使晶片30旋转并在所述晶片30上进行外延生长，其中通过所述第一进气口11向所述腔体10内输送反应气体以在所述晶片30上形成外延层，同时通过所述第二进气口12向所述腔体10内输送刻蚀气体以阻止所述外延层的沉积，其中，在外延生长过程中，所述刻蚀气体在所述较快区Ⅰ旋转经过所述第二进气口12时的进气速率大于在所述较慢区Ⅲ旋转经过所述第二进气口12时的进气速率。
具体的，本实施例的外延生长方法中，通过将晶片30放置在外延生长装置中的衬托器20上，并使晶片30随衬托器20旋转，然后通过腔体10上的第一进气口11向晶片30的上表面输送反应气体，以在晶片30上沉积形成外延层，同时还通过腔体10上的第二进气口12向晶片30的上表面输送刻蚀气体，以阻止外延层的沉积。其中，由于晶片30在外延生长中在水平面内旋转，从而朝向进气口的晶向在转动过程中发生变化，使得根据晶向不同而外延生长速率不同的较快区Ⅰ、过渡区Ⅱ以及较慢区Ⅲ周期性地经过第一进气口11以及第二进气口12。
进而，本实施例的外延生长方法根据面向第二进气口12的晶片30的边缘区域不同，调节刻蚀气体的进气速率，使在晶向生长较快的较快区Ⅰ旋转经过第二进气口12时对应的刻蚀气体的进气速率大于在晶向生长较慢的较慢区Ⅲ旋转经过第二进气口12时对应的进气速率，以对由于晶向不同所引起的外延层的生长厚度差异进行调整。
在外延生长工艺中，传统的外延生长方法采用的是连续输送反应气体的方式，而本实施例的外延生长方法，在外延生长过程中，随着晶片的旋转，从第二进气口12输送的刻蚀气体的进气速率根据旋转经过第二进气口12的晶片边缘部分具体区域不同而进行变化，以达到调节外延层厚度均一性的效果。另外，从第一进气口11输送的反应气体的进气速率也可以根据到达第一进气口11的晶片边缘部分具体区域不同而进行变化，从而可以对晶片边缘部分的较快区Ⅰ和较慢区Ⅲ的外延材料(如硅)的沉积量和去除量进行调整，一方面有利于硅的迁移，减少表面缺陷，使表面光滑，另外有助于降低外延晶片边缘部分的局部平直度(SFQR)的值，从而有利于降低外延晶片表面的最大局部平直度(SFQRmax)的值，提高外延晶片的质量。本发明提供的外延生长方法可以在不改变外延生长装置的结构的条件下达到提高外延晶片的质量的效果，并且由于主要调节的是气体的输送，因而在生产中具有较高的灵活性。
需要说明的是，本说明书实施例采用递进的方式描述，对于实施例公开的方法而言，由于与实施例公开的结构相对应，相关之处互相参照即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
