双层外延片的制造设备
技术领域
本实用新型涉及一种双层外延片的制造设备。
背景技术
外延片是芯片制造当中的一道工艺，尤其是功率器件制造过程中必不可少。随着市场对功率器件低功耗、高耐压的需求越来越旺盛，外延工艺使用的硅衬底电阻率有越来越低的趋势，由于固溶度原因，低衬底电阻率一般通过超重掺磷或者硼实现。然而超重掺磷或者硼衬底的使用又带来一系列工艺挑战，如超重掺衬底本身在外延高温工艺过程中的自掺杂及衬底与外延的晶格失配等。自掺杂可以通过合理选用适当的外延温度来管控，而晶格失配可以通过在衬底上先生长一层低电阻率的外延层作为缓冲层，再在该层上生长功率器件需要的耐压层来解决，即使用双层外延片。但是双层外延片在生长的第二层外延、也就是耐压层的过渡区过宽(外延层可分为平坦区和过渡区，过渡区的计算方法参照SEMI标准)，表现为曲线在深度8-10微米较“塌”，如图1所示，附图标记11为器件要求的耐压层的平坦区，附图标记12为器件要求的耐压层的过渡区，附图标记13为第一层外延、也就是缓冲层，附图标记14为超重掺的衬底。从图1可以看出，原有方法，即标准配置的单条掺杂管路、缓冲层沉积后管路吹扫45s制备的耐压层的过渡区15较附图标记12的宽，也就是平坦区也即有效外延厚度降低。耐压层的过渡区宽也即意味着该层的有效外延厚度降低，不符合功率器件要求的击穿电压要求。本申请从制造外延片的设备着手，解决这一问题。
实用新型内容
本实用新型为解决上述技术问题，提供一种双层外延片的制造设备。
为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案实现：
一种双层外延片的制造设备，包括：第一掺杂气源管道和第二掺杂气源管道，第一掺杂气源管道用于缓冲层生长时的掺杂气源输送，第二掺杂气源管道用于耐压层生长时的掺杂气源输送，第一掺杂气源管道和第二掺杂气源管道分别独立设置。
根据本实用新型的一个实施方案，还包括：稀释气源管道、混合管路、主氢气管道、独立管路、生长腔体、第一尾气通道、第二尾气通道和第一控制阀，其中，第一掺杂气源管道、第二掺杂气源管道和稀释气源管道分别与混合管路相连通，独立管路、混合管路和主氢气管路均与生长腔体连通，生长腔体用于进行缓冲层的生长和耐压层的生长，第一尾气通道的入口设置于独立管路、混合管路与生长腔体之间，第二尾气通道的入口与生长腔体连通，第一尾气通道的出口和第二尾气通道的出口均接入机台尾气处理设备，第一控制阀设置于第一尾气通道的入口处。
根据本实用新型的一个实施方案，还包括第一质量流量控制计、第二质量流量控制计、第三质量流量控制计、第四质量流量控制计、第五质量流量控制计，第一掺杂气源管道中的气体流量由第一质量流量控制计控制，稀释气源管道中的气体流量由第二质量流量控制计控制，混合管路中流经的气体流量由第三质量流量控制计控制，第二掺杂气源管道中的气体流量由第四质量流量控制计控制，主氢气管道气体流量由第五质量流量计控制。
根据本实用新型的一个实施方案，所述的独立管路的输入端设置气化设备，输出端与生长腔体连通，独立管路中的气体流量由第六质量流量控制计控制。
根据本实用新型的一个实施方案，还包括第二控制阀，第二控制阀设置于第二尾气通道的入口处或出口处。
本实用新型研究双层外延片的耐压层过渡区宽的问题，其原因是缓冲层生长完成后，外延机台的气体管路中仍会残留该层生长使用的高浓度掺杂气体，如磷烷、硼烷等，从而导致在低浓度生长的耐压层的过渡区宽，本实用新型在标准配置的单条掺杂管路之外，新增一条独立掺杂管路，即缓冲层生长时和耐压层生长时分别使用独立的掺杂气源输送管道，可以解决这个问题。
附图说明
图1为背景技术所述电阻率的分布图；
图2为双层外延片的结构图；
图3为实施例1的设备示意图；
图4为使用本实用新型所得双层外延片的电阻率。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细的描述：
实施例1
本实施例所要制备的双层外延片如图2所示，衬底10上生长缓冲层11，缓冲层11上生长耐压层12，所述的衬底10为常用外延生长使用的衬底，为超重掺杂，具体为：对于掺磷，衬底10的电阻率为0.0007欧姆·厘米～0.0013欧姆·厘米；对于掺硼，衬底10的电阻率为0.0005欧姆·厘米～0.001欧姆·厘米。其他无特殊限定。
制备双层外延片的设备如图3所示，包括：第一掺杂气源管道1、第一质量流量控制计2、稀释气源管道3、第二质量流量控制计4、混合管路5、第三质量流量控制计6、第二掺杂气源管道8、第四质量流量控制计9、生长腔体7、主氢气管道16、第五质量流量控制计17、第一控制阀18、独立管路19、第一尾气通道20、第二尾气通道21和第二控制阀22。其中，第一掺杂气源管道1、第二掺杂气源管道8和稀释气源管道3分别与混合管路5相连通，第一掺杂气源管道1用于缓冲层11生长时的掺杂气源输送，第一掺杂气源管道1中的气体流量由第一质量流量控制计2控制，稀释气源管道3中的气体流量由第二质量流量控制计4控制，混合管路5与生长腔体7连通，生长腔体7用于进行缓冲层11和耐压层12的生长，混合管路5中流经的气体流量由第三质量流量控制计6控制，第二掺杂气源管道8用于耐压层12生长时的掺杂气源输送，第二掺杂气源管道8中的气体流量由第四质量流量控制计9控制。主氢气管路16为主氢气的输送管路，气体流量由第五质量流量控制计17控制，独立管路19的输入端设置气化设备23、输出端与生长腔体7连通，独立管路19用于输入三氯一氢硅，通入生长腔体7的均为气态的三氯一氢硅，液态的三氯一氢硅由设置于独立管路19入口的三氯一氢硅供应源24经过气化设备23气化后进入独立管路19，独立管路19中的气体流量由第六质量流量控制计28控制。第一尾气通道20的入口设置于混合管路5和独立管路19的交汇处与生长腔体7之间，第二尾气通道21的入口与生长腔体7连通，第一尾气通道20的出口和第二尾气通道21的出口均接入机台尾气处理设备，第二尾气通道21与主氢气管路16分别设置于生长腔体7的相对侧，比如图2所示，主氢气管路16设置于生长腔体7的左侧，第二尾气通道21设置于生长腔体7的右侧。第一控制阀18设置于第一尾气通道20的入口处，第一控制阀18控制混合管路5和独立管路19中的气体通往第一尾气通道20还是通往生长腔体7，第一控制阀18可以是一种三通电磁阀，第二控制阀22设置于第二尾气通道21的入口处或出口处，第二控制阀22是常开的，即生长腔体7内一直是有气体流通的,也即生产工艺时，第二尾气通道21是常通的。第二控制阀22关闭一般是对生长腔体7进行保压测漏的时候使用。第一掺杂气源管道1的入口设置掺杂气源供应源25，第二掺杂气源管道8的入口设置掺杂气源供应源25，稀释气源管道3的入口设置稀释用氢气供应源26，稀释用氢气供应源可以为制氢站，主氢气管路16入口设置主氢气供应源27，主氢气供应源可以为制氢站。
本实施例使用双层外延片的制造设备，方法包括以下步骤：
步骤一、图2所示为本实施例需要制备的双层外延片的结构图，将衬底10置于生长腔体7，对衬底10进行烘烤，向生长腔体7通入主氢气，保持生长腔体7洁净，制备掺杂注入气体，从第一掺杂气源管道1通入磷烷或硼烷，预热第一掺杂气源管道1，从稀释气源管道3通入稀释用氢气，磷烷或硼烷与稀释用氢气混合后进入混合管路5形成掺杂注入气体，预热混合管路5，制备三氯一氢硅，从独立管路19通入三氯一氢硅，预热独立管路19，使得三氯一氢硅的流量稳定，控制第一控制阀18，使得掺杂注入气体和三氯一氢硅从第一尾气通道20排出；
步骤二、在衬底10上生长缓冲层11，电阻率0.05欧姆·厘米，生长使用三氯一氢硅气相沉积的方法，使用主氢气和三氯一氢硅进行反应，使用掺杂注入气体进行掺杂；
具体是：从独立管路19向生长腔体7通入三氯一氢硅；从主氢气管路16向生长腔体7通入氢气；从第一掺杂气源管道1通入磷烷或硼烷；同时，从稀释气源管道3通入稀释用氢气，磷烷或硼烷与稀释用氢气混合后进入混合管路5形成掺杂注入气体，控制第一控制阀18，使得掺杂注入气体和三氯一氢硅进入生长腔体7参与反应，主氢气和三氯一氢硅用于生长单晶硅，掺杂注入气体为缓冲层11掺杂从而具有电阻率；
步骤三、吹扫，使用主氢气吹扫生长腔体7，使用掺杂注入气体吹扫混合管路5，预热第二掺杂气源管道8和混合管路5；同时制备三氯一氢硅，使得三氯一氢硅的流量稳定；
具体是：吹扫生长腔体7和混合气体管路5，吹扫生长腔体7使用主氢气，吹扫混合气体管路5使用氢气与磷烷或硼烷的混合气体，即掺杂注入气体；具体的：主氢气管路16向生长腔体7通入主氢气；从独立管路19通入三氯一氢硅，主氢气从第二尾气通道21排出，磷烷或硼烷从第二掺杂气源管道8通入混合管路5，稀释用氢气从稀释气源管道3通入混合管路5，磷烷或硼烷和稀释用氢气于混合管路5中混合为掺杂注入气体，该掺杂注入气体吹扫混合管路5，控制第一控制阀18，掺杂注入气体和三氯一氢硅在通往生长腔体7之前从第一尾气通道20排出；本步骤通三氯一氢硅、磷烷或硼烷和稀释用氢气目的是使流量稳定，保证下一步的耐压层12的生长。
步骤四、在缓冲层11上生长耐压层12，电阻率3.1欧姆·厘米，生长使用三氯一氢硅气相沉积的方法，使用主氢气和三氯一氢硅进行反应，使用掺杂注入气体进行掺杂；
具体是：从独立管路19向生长腔体7通入三氯一氢硅；同时，从主氢气管路16向生长腔体7通入氢气；同时从第二掺杂气源管道8通入磷烷或硼烷，稀释气源管道3通入稀释用氢气，磷烷或硼烷以及稀释用氢气进入混合管路5中混合为掺杂注入气体，控制第一控制阀18，使得掺杂注入气体和三氯一氢硅进入生长腔体7参与反应，主氢气和三氯一氢硅用于生长单晶硅；
步骤五、吹扫，从主氢气管路16通入主氢气吹扫生长腔体7，主氢气从第二尾气通道21排出，无需通入磷烷或硼烷、掺杂注入气体、三氯一氢硅或稀释用氢气。
更加具体的使用本实施例设备制备双层外延片的方法步骤详见申请《双层外延片的制备方法、设备及双层外延片》一文。
使用本实用新型制备的双层外延片，使用外延扩展探针来监控耐压层的过渡区宽度，如图4所示，在缓冲层11生长时和耐压层12生长时分别使用独立的掺杂气源输送管道，缓冲层11和耐压层12的外延扩展电阻深度分布已与器件设计要求吻合，解决了单掺杂气源管道过渡区宽度宽、“塌”的问题。
本实用新型中的实施例仅用于对本实用新型进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本实用新型保护范围内。
