一种外延硅片表面粗糙度可控生长技术的制作方法

1.本发明涉及外延硅片生长技术领域，特别是涉及一种外延硅片表面粗糙度可控生长技术。


背景技术：

2.对掺杂为b/p/as衬底而言，高温外延时，现有技术受外延衬底表面粗糙度影响，外延片表面存在雾缺陷等表面粗糙度波动大，容易造成表面粗糙度大或表面雾面积大引起的硅片批量报废问题，极大的浪费了生产成本，降低生产效益，为了解决上述问题，需要设计新的生长技术。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种外延硅片表面粗糙度可控生长技术，实现表面粗糙度和雾面积的可控生长，确保外延硅片表面质量的稳定,节约成本，提高生产效益。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种外延硅片表面粗糙度可控生长技术，包括以下具体步骤：s1：启动外延设备，进行升温操作，升温至1160-1220℃；s2：对硅片外表面进行处理，在1160-1220℃进行硅片表面预处理，去除氧化层和小颗粒，获得洁净的外延种子表面；s3：降温至种子生长温度，降温至1000-1100℃；s4：进行高平整度种子层生长，生长温度1000-1100℃，通入大流量10-30slm硅源气体sihcl3和h2反应生成si沉积在衬底上，厚度控制在0.1～0.5um；s5：升温至正常工艺温度，升温至1100-1160℃；s6：种子层正常工艺生长，温度控制在1100-1160℃，生长速率控制在0.5-6.0um/min，根据目标厚度控制合理生长时间，实现正常外延层的生长；s7：关闭外延设备，进行自然降温，自然降温至750℃左右。
5.作为对本技术方案的一种补充，s1的升温速率为4-15℃/min。
6.作为对本技术方案的一种补充，s3中降温速率为4-10℃/min。
7.作为对本技术方案的一种补充，s5中升温的速率为4-15℃/min。
8.有益效果：本发明涉及一种外延硅片表面粗糙度可控生长技术，对硅衬底表面进行预处理，实现硅片表面平整度的改善和外延层生长前稳定一致的结晶种子，从而为后续外延层稳定均匀的晶体生长做准备，最后获得完美的表面粗糙度和表面雾面积的可控生长，获得稳定一致的硅外延片表面粗糙度和表面雾面积分布，实现硅外延片表面质量的提升。
附图说明
9.图1是本发明施工流程图；
10.图2是本发明新工艺和旧工艺处理后硅片表面粗糙度对比图；
11.图3是本发明新工艺和旧工艺处理后硅片表面粗糙度的数据参数图；
12.图4是本发明硅片生长示意图；
13.图5是本发明的化学气相沉积的典型总反应速率与温度的关系的曲线图；
14.图6是本发明的硅生长速率的温度依赖性的曲线图；
15.图7是本发明的一种旧工艺温度变化图；
16.图8是本发明的另一种旧工艺温度变化图；
17.图9是本发明的新工艺温度变化图。
具体实施方式
18.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
19.本发明的实施方式涉及一种外延硅片表面粗糙度可控生长技术，如图1所示，包括以下具体步骤：s1：启动外延设备，进行升温操作，升温至1160-1220℃；s2：对硅片外表面进行处理，在1160-1220℃进行硅片表面预处理，去除氧化层和小颗粒，获得洁净的外延种子表面；s3：降温至种子生长温度，降温至1000-1100℃；s4：进行高平整度种子层生长，生长温度1000-1100℃，通入大流量10-30slm硅源气体sihcl3和h2反应生成si沉积在衬底上，厚度控制在0.1～0.5um；s5：升温至正常工艺温度，升温至1100-1160℃；s6：种子层正常工艺生长，温度控制在1100-1160℃，生长速率控制在0.5-6.0um/min，根据目标厚度控制合理生长时间，实现正常外延层的生长；s7：关闭外延设备，进行自然降温，自然降温至750℃左右。
20.作为对本技术方案的一种补充，s1的升温速率为4-15℃/min。
21.作为对本技术方案的一种补充，s3中降温速率为4-10℃/min。
22.作为对本技术方案的一种补充，s5中升温的速率为4-15℃/min。
23.如图4所示，在常规的晶体生长过程中会产生图示(1)纵向生长以及图示(2)横向生长。由图5和图6的淀积理论可知，纵向生长受硅源主导的扩散模式控制，横向生长受化学反应主导的动力学模式控制。
24.如图7所示，这是一种旧工艺生产时的温度曲线图，按照图7的温度进行工艺生产，具体步骤如下：(1)升温速率10℃/min，(2)烘烤温度1200℃/烘烤时间60sec，(3)降温速率-10℃/min，(6)生长温度1150℃，生长速率2.0um/min，(7)降温速率-8℃/min。
25.如图8所示，这是另一种旧工艺生产时的温度曲线图，按照图8的温度进行工艺生产，具体步骤如下：(1)升温速率10℃/min，(6)生长温度1150℃，生长速率2.0um/min，(7)降温速率-8℃/min。
26.如图9所示按照新工艺温度来进行生产，具体步骤如下：(1)升温速率10℃/min，(2)烘烤温度1200℃/烘烤时间60sec，(3)降温速率-10℃/min，(4)种子层生长温度1050℃/硅源气体sihcl3流量20slm得到种子层生长厚度0.3um，(5)升温速率10℃/min，(6)生长温度1150℃，生长速率2.0um/min，(7)降温速率-8℃/min
27.为得到(4)低温高生长速率的种子层，需要(3)降温至种子层生长温度1050℃，为得到平整度极高的种子外延层，控制硅源气体sihcl3流量20slm，以获得充足的扩散硅源，种子外延层的生长完全由衬底表面温度主导的化学反应控制，这样便得到了0.3um厚度的
高平整度的外延种子层，然后正常10℃/min升温到常规外延生长工艺温度，完成后续生长高平整度外延层。
28.如图2和图3所示，是旧工艺1、旧工艺2和新工艺生产的硅片的粗糙度对比，根据试验参数，可以明确，采用新工艺生产的产品的粗糙度远远小于两种旧工艺的产品。
29.以上对本申请所提供的一种外延硅片表面粗糙度可控生长技术，进行了详细介绍，本文中应用了具体例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。


技术特征：
1.一种外延硅片表面粗糙度可控生长技术，其特征在于：包括以下具体步骤：s1：启动外延设备，进行升温操作，升温至1160-1220℃；s2：对硅片外表面进行处理，在1160-1220℃进行硅片表面预处理，去除自然氧化层和小颗粒等异物，获得洁净的外延种子表面；s3：降温至种子生长温度，降温至1000-1100℃；s4：进行高平整度种子层生长，生长温度1000-1100℃，通入大流量10-30slm硅源气体sihcl3和h2反应生成si沉积在衬底上，厚度控制在0.1～0.5um；s5：升温至正常工艺温度，升温至1100-1160℃；s6：种子层正常工艺生长，温度控制在1100-1160℃，生长速率控制在0.5-6.0um/min，根据目标厚度控制合理生长时间，实现正常外延层的生长；s7：关闭外延设备，进行自然降温，自然降温至750℃左右。2.根据权利要求1所述的一种外延硅片表面粗糙度可控生长技术，其特征在于：s1的升温速率为4-15℃/min。3.根据权利要求1所述的一种外延硅片表面粗糙度可控生长技术，其特征在于：s3中降温速率为4-10℃/min。4.根据权利要求1所述的一种外延硅片表面粗糙度可控生长技术，其特征在于：s5中升温的速率为4-15℃/min。

技术总结
本发明涉及一种外延硅片表面粗糙度可控生长技术，包括以下具体步骤：S1：启动外延设备，进行升温操作，升温至1160-1220℃；S2：对硅片外表面进行处理，在1160-1220℃进行硅片表面预处理，去除自然氧化层和小颗粒等异物，获得洁净的外延种子表面；S3：降温至种子生长温度，降温至1000-1100℃；S4：进行高平整度种子层生长，生长温度1000-1100℃，通入大流量10-30slm硅源气体SiHCl3和H2反应生成Si沉积在衬底上，厚度控制在0.1～0.5um，本发明实现表面粗糙度和雾面积的可控生长，确保外延层表面低水平的粗糙度和低密度的雾缺陷，获得质量稳定可靠的外延硅片。可靠的外延硅片。可靠的外延硅片。


技术研发人员：李慎重 梁兴勃 田达晰 王震 李刚 蒋玉龙 杨德仁 马向阳
受保护的技术使用者：浙江金瑞泓科技股份有限公司
技术研发日：2022.11.04
技术公布日：2023/2/3